JPS6133248A - 電荷注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、静′ル式電荷注入装置において、低い圧力０
下流処理領域へ０自由電荷Ｏ輸送を制御することに関す
るものである。

発明が解決しようとする問題点 通常は、上記Ｏ低い下流圧力が流体（一般に、液体）に
よって下流領域へ運ばれる電荷を大幅に減少させる可能
性がある。

従来の技術 こ０分野では、静電式自由電荷注入装置が知らｎている
。そのような注入装置の一例が、米国特許出願第ｆ！３
　、１１．タタ　号（／り７７年／／月１７日出願）か
ら取得した米国特許第≠、　２！５３　、７７７号に開
示されている。そ■注入装置は、静電気的に液体の流れ
を荷電し、周囲大気中に流出させるように設計されてお
υ、一般に、流ハは注入された自由゛４荷の影響を受け
てちぎれ、噴霧を形成するが、荷電レベルが低かったり
（または）液体流出速度が大きかったりすると、連続流
のままであつたシする。しかし、注入装置の下流の周囲
圧力を減少させる必要のＡある利用分野もある。−例を
挙げると、油の中に懸濁した水滴を分離する静電式分離
技術である。当該技術では、最初に、電荷注入装置を［
吏って混合物に自由電荷が注入され、そのあと、荷電し
た混合物は噴霧または連続流としてガスまたは蒸気空間
を通過し、処理容器釦入るが、ガスまたは蒸気空間を通
過するときは分離容器壁に接触しない。分離容器内では
、荷電した乳濁液が多孔質の収集用ビーズ床の上を流れ
てそＯ床を通過する。水滴はビーズとで合体し、そのあ
と再び油の中に入っていき、重力の下で沈積する。油か
ら水を除去することは、電荷注入装置から流出する汚染
油０流れを減圧すなわち真空状態にさらすことにより容
易である。しかしながら、減圧は、１（ｌｉ＋荷注入装
置なにより得られる荷電レベルおよび電荷輸送効率を低
下させる。

問題点を解決するための手段 本発明による電荷注入装置は、自由電荷が既に注入され
た流体を流出させるオリフィスを含む放出手段を備えて
いる。放出手段の下流には低圧の第１領域がある。電荷
注入装置は、前記オリフィスのすぐ下流の第２領域内の
圧力を前記下流の圧力以上に高める手段を備えている。

このように、放出手段から流出した流体は、第１領域に
入る前に第２領域を通過する。第２領域内の圧力は第１
領域内の圧力よシ高く保たれているために、第１領域内
の圧力が低いにもかかわらず、電荷注入レベルと電荷輸
送効率を維持できることが判明した。

１つＯ構造例では、電荷注入装置は、放出手段によりオ
リフィスを通して荷電された流体が流出する室を備えて
おり、前記オリフィスは前記室に対する入口オリフィス
として配置されている。この室には、室内０圧力を高め
るためにガスを導入する入口ポートと、荷電した流体を
下流領域へ流出させる出口オリフィスが設けられている
。室内のがスは、もちろん、出口オリフィスを通して流
出しよう。

室内圧力は、圧力を上昇させない場合に得られる１と荷
注入レベルおよび′電荷輸送効率に比べて、それらが向
上するように選択される。圧力を高く維持すればするほ
ど性能の向上は著しいが、室内圧力の上限は放出手段の
オリフィスの上流の圧力である。その圧力は、室Ｏ人口
オリフィスを通る流れを維持するために下流の室内圧力
以上でなければならない。室内圧力は放出手段のオリス
イスの上流０圧力より少し低く維持することが好ましい
。流体の流れが出口オリフィスに達した時には、と昇さ
せた圧力に維持された、こＯがスがない場合流れから失
われる注入された自由電荷Ｏかな９０部分が、液体流の
中またはそ０表面に依然として含まれているはずである
。

電荷注入装置は、さらに、ガス人口に接続された圧力調
節手段を含むガス供給手段を備えていることが好ましい
。こ０ようにして、放出手段における圧力およびガス流
量を、下流領域内の圧力とは異な値に制御することが可
能である。

人口オリフィスの大きさは、出口オリフィスより小さい
ことが好ましい。一般に、入口オリフィスと出ロオリフ
イスＱ大きさＯ比は約／：３である。入口オリフィスと
出口オリフィスは共に円形であることが好ましいが、池
Ｏ幾何学的形でも差しつかえない。円形オリフィスは、
製造のとき製作が容易であり、また′電荷注入装置が作
動しているとき両オリフィスを通る流体Ｏ経路偏向を防
止する訪きかある。入口オリフィスｏ１（径ｈ　約ｏ、
ｏｓ傷に、出ロオリフイスθ直径は約０．　／　Ｊ’　
ｃｍＫすることができる。さらに、オリフィス間の圧力
は、デョークしたｆス流を得るように出ロオリフイスＱ
大きさを適切に選ぶことによシ、下流０吸引状態とは無
関係にすることが好ましい。

電荷注入装置Ｏ構造は、ガス入口ポートを有する１荷注
入室〇一端にある低圧電極内に入口オリフィスが形成さ
れ、λつＯ電極が自由電荷を流体に注入することができ
るように、入口オリフィスに近接して軸方向に一直線に
並んでいる先のとがった部分を有する高圧電極が載荷注
入室内に配置され、そして電荷に対し完全な電気回路を
提供するためのアース電極が設けられているも０が適当
である。

本発明は、周囲圧力の下流領域において得ることができ
る電荷注入レベルに匹敵するレベルで、低圧０下流領域
に流出する噴霧ｆたは荷゛心した流体の流れ金生じさせ
る静電弐成荷注入装置を提供することに関するものであ
る。

本発明は、構造が簡単で、動作が確実な電荷注入装置を
提供することができる。

また、本発明は、電荷注入装置から電荷が輸送されてい
るとき絶縁破壊０発生を回避する、または少なくとも緩
和する電荷注入装置を提供することができる。

本発明の１記およびその池の特徴と利点は、実例として
記載した図面に関する以下０説明から明らかになろう。

実施例の一般的説明 第１図は、汚染物分離装置０１つＯ形態金示す。

装置は、基本的には、電気絶縁性材料、たとえばガラス
またはグラスチックで作られた直立円筒容器１０に有し
、容器１００中央領域内に導′ｉに性細目網１５の上に
支持されたたとえば、ガラス、プ２スチツクまたは多孔
質ビーズがぎつしシ詰った床が入っており、細目網は容
器１０の円筒壁上Ｏ内部環状肩２２■上に支持されてい
る。電荷注入装置１６は容器１００上端に取フ付けられ
ている。

電荷注入装ｒ１１６は、円筒容器ｌＯの上端に固定され
たその本体１を臀しておシ、本体１は、直立円筒室２を
形成し、円筒室２には、清澄化、すなわち汚染物が除去
される流体（本例では、油中に微小水滴が分散している
もＯ）が供給される入口ポート３と・抵抗７を介してア
ース６に接続され本体に支持された電極５によって形成
された小直径Ｄｌのオリフィス４が設けられている。室
２内には、中心に池ＱＴｔ極８が配置されておシ、この
’ｇｒ、極は高電圧源１７に接続されている。この電極
８は、出口オリフィス４のすぐ近くに向い合って配置さ
れ軸方向に一直線に並んでいる先Ｑとかった先端部分９
を有する。細目網１５は６で接地され、電荷注入装置１
６０第ＪＣ１！極を構成して自由電荷０ための電気回路
を完結している。出口オリフィス４の下流Ｏ容器１０内
Ｏ圧力を減圧、す°なわち、基本的には真空状態に維持
するためＫ。

容器１０ｃ）壁Ｏ吸引点１２は吸引ポ／グ装置１３に接
続されている。

作用について述べると、汚染物が除去される液体すなわ
ち混合流体、ここでは水と油のｆＡ濁液が、入口ポート
３を通じて室２１Ｃ導入され、オリフィス４を通って室
２から流出する。電極対５，８に印加された動作電圧（
一般には１．２−／ｊｋｖ）Ｏせいで、これらＱ電極は
電極間を流れる液に自由電荷を注入する。オリフィス４
を通って流出した流れは、印加された１極の電圧に応じ
て、注入された自由電荷０内部作用でちぎれて噴霧状に
なるか、または連続する荷電された流１体０流れになる
。いずれＯケースでも、荷電した流体は、容器１０内の
ビーズ２１と混合液の上に向けられる。

注入された電荷は、容器ｌＯ内内温混合液内微小水滴Ｏ
泳動を引き起し、泳動する滴は最も近いビーズに出合い
、一般にそ０表面０上で凝集し、合体して、かなシＱ大
きさＩＤ＃に：なシ、容器内の混合液Ｑ中に再吸収され
る、すなわち再び入る。しかし、このあと、再吸収され
た滴は、重力の下で、非常に大きな大きさＯために、油
から分離する。

容器１０の底にできた油０相２３と水の相２４は、リリ
ース弁付きのそれぞれの出口２５．２６を通して取り出
すことができる。混〜合液は丁度ビーズを浸している状
ａＫ維持することが好ましく、これは、手動で弁２５．
２６を定期的に開くことによシ、または適当な１ｌｉｉ
制御装詮をｆ史って自動的にそれら０設定を制御するこ
とによシ行なうことができる。

ボ／プ装置１３により吸引点１２に吸引を加えることで
、吸引点１２を通して汚染した油から０水の蒸発、除去
が促進されるが、前に述べたように、容器内に生じた減
圧された圧力によって一定動作電圧に対し電荷注入装置
で得られる電荷注入レベルおよび効率は低下することが
認められている。こＯ損失は、電荷注入装置のオリフィ
ス４０近くの圧力依存０電気特性に関係しており、汚染
物が水である場合Ｏように１状悪によっては、いくつか
のケースで特に著しいことがある。

第２図は、商品名マーコル（Ｍａｒｃｏｌ　）　３．２
（黒鉛Ｏ異物が入っているものまたはいないもＯ）で販
売されている約／　／　Ｃｐｓ　Ｏ粘ｅｋもつ荷′亀し
たホワイト・オイルが電荷注入装置から準大気圧領域（
収集用ビーズが入っていない）内に流出したときに生じ
た電荷損失を、異なる圧力値について商示したものであ
る。水０汚染物が入った５６０ＯＮオイルと表示された
約２　ｊ’　、ｆ　ｃｐｓ　１０粘度０脱ろうされた潤
滑油についても同様な傾向が認められたしかし、もし流
出する液柱が噴霧に分離したとすれば、ｌ１００ｐｐの
水が入っている５６０ＯＮオイルが１！；　ｄ　／　ｓ
　Ｏ流量で空気中に流出した場合の電荷損失は、次表に
示すように、さらに激しくなる。

／　０　／、　Ｊ　　　　　　　　無　　　　　　〜０
．０７２３３．６　　　　　　　　無　　　　　　　〜
０．０７２３３．６　　　　　　　　有　　　　　　〜
ｏ、ｏｏｓ注入装置から下流の低圧処理領域への亀荷輸
送の制御は、本発明０好ましい実施例Ｏ１つである第３
図の改良型電荷注入装置を使って行なうことができる。

第３図を参照すると、電荷注入装置は、第１図について
述べたものと構造的に多くの点で類似しておシ、図中、
使用されている同一参照番号は同一もしくは相当する部
品を表示しており、それらについては詳細な説明は省略
する。しかし、第３図の電荷注入装置の本体１は、陽極
電極５から下に延長され、第２の室１８とガスまたは混
合ガス源２０に接読された入口管路１９を形成している
。

オリフィス４は、荷電した液のため０１室１８への入口
オリフィスとして配置されている。室１８には液を容器
１１０低圧下流領域内に流出させる出口オリフィス２７
が設けられている。作用について述べると、ガス源２０
から管路１９’！５通して室１８内に供給されたガスは
、入口オリフィス４のすぐ下流の圧力ヲ、電荷注入室２
内で支配的な圧力よシバんにちょっと低い圧力値まで上
昇させる。この効果として、電荷注入レベルまたは′電
荷輸送効率が元へもどることが判った。次に、オリフィ
ス４を通って流出する荷゛准した液は、室１８に４１人
されたガスといっしょに出口オリフィス２７を通って、
かなシ高い電荷レベルのため噴霧の形態、さもなければ
！！！蔵する流れとして容器１０内に流出する。前者の
場合には、流出した液がちぎれて噴霧になる点は、印加
した磁極′心圧や電荷注入装置Ｏ幾何学的形などｏｐ因
で左右されるが、いずれにせよ、水と油の有効な分Ｎ、
にとって重要ではない。゛電荷注入装置ｌｔＯ作用は、
第１図で既に説明したものと甚本的には同じである。ピ
ーズ２１から混合液に再び入る水は、上澄み０油相２３
Ｃ）下Ｑ相となって分離する。、出口オリフィス２０の
大きさく直径０２）は入口オリフィス４（直径Ｄ工）よ
シも大きいことが好ましい。好ましい実施例では、直径
比は約３二／である。たとえば、それぞれの直径を、約
０．／ｊαと約０．０　！ｒ　ｃｍにすることができよ
う。オリフィス４と２７は、この構造例では円形である
が、特許；；７１求の範囲で限定された本発明の範囲内
で也のオリフィス形状も可能であることを理解、された
し１゜室１８内のガス圧力は、／ノブ装置２０１０吐出
圧力１ｃ調整することにより制御される。必要な差圧は
出力オリフィスの直径を選択することによシ維持される
。

ガス流がオリフィス２７において、液０流れとオリフィ
スの周囲との間ＱＥｔ状区域でチョークしたと仮定する
と（その場合には、室１８内０圧力は容器１００．１：
部類域内の吸排出状態とは無関係である）、オリ７４１
０前後に維持される圧力比とオリフィス直径比との近似
的関係は、次式で与えられる。

ここで、Ｒ＝、ｆスＯ定圧比熱と定容比熱とＯ比、ＭＷ
＝ガスＯ分子量、Ｔ＝ガスの温度、Ｒ＝ガス定数、Ｐ工
＝出口オリフィスの下流の圧力、Ｐ２＝オリフィス間の
差圧、Ａニー〒入ロオリフイス０面積、Ｏ工＝入ロオリ
フイスＯ直径、０２＝出ロオリフイスの直径、Ｑ＝真空
装置の吸排気速度である。

確実な変位形またはａ−タリ形デ／！装置であって、ポ
ツプ流路内のコノダクタ／ス損失が無視できる場合には
、真空装置の吸排気速度は、がスの種類とは無関係であ
ろう。式（１）の右側■最初の項のみが、がスの種類に
左右される。次表は空気とＳＦ６について、こＱ従民性
を数値で示す。

が　　　ス　　　　　　　空　　気　　　　　　　　　
ＳＦ６ＭＷ　　　　　、２！ｒ、タ　　　　／弘６．０
３゜Ｒ／、≠　　　　　　　／、０り≠ ７　　　　０．６ｇ夕　　　Ｏ１乙２′７に／ｐＩｒ　
　　ｏ、／、ｚ７　　　　ｏ、ｏｓ／ｙ一定オリフイス
比（Ｄ２１０２）の場合、ＳＦ６などのガスを使用すれ
ば、空気で得られるよりも高い圧力比（ｐ２／Ｐよ）が
得られよう。代りに、一定圧力比の場合には、よシ大き
なオリフィス直径比が許されるから、整合の問題が容易
になる。また、六フッ化硫黄も、電荷注入装置■オリフ
ィスの下流で絶縁破壊の可能性を減らず、もしくは２上
〈すという理由で、好ましいガ°スである。代りに、絶
　　　”縁破壊の可能性を減らす、もしくはなくする作
用を有する、この分野で周知のガスを使用してもよい０
とはもちろんである。

気づかれたであろうが１説明した分離技術それ自体は本
発明の一部を構成しないので、これ以上の説明はしない
が、多孔質ビーズを使用する分離技術のより完全な説明
と理解のために、係属中の米国特許出願第６０／、、２
７乙号を参照されたい。

また、多孔質ビーズの代シに、導′屯率が低く、比誘電
率が高い非多孔質材料でビーズを作ることもできるが、
こＯ修正紘汚染物が固体またはガスである場合に使用す
るＯにより適している。もう１つの実施例では、容器１
０内にビーズその池の収集用表面は存在しない。このよ
うな構成は、個々Ｏ微粒子からなる汚染物が存在する場
合に適しておシ、汚染物は容器１００壁面上に集まる。

これら種々Ｏ実施例に関しては、係属中の米国特許出願
第６０／、２！；≠号、第６０／、２７／　　号、第６
０／、２７２　　号、および第６０１，２７！；号（す
べて、／りｇｌＡ年≠月／７日出Ｍ）を参照されたしか
し、′電荷注入装置Ｑ利用は、説明した仕方で汚染した
流体清澄化することだけに限定されないことに留意され
たい。池の利用として、たとえば、ｅ’；ｉ塗装や殺虫
剤噴霧がある。この分野の専門家には、そのほかにも多
くの利用を思い浮べるであろうし、また一般読者も、特
に前述米国特許第≠１．！３″３，７７７号を参照すれ
ば同様であろう。

具体例の説明 第３図に示した電荷注入構造は、０．０５ｃＩＩＬＯ人
ロオリフイス径をもつ電荷注入装置を装備して使用した
。こ０実験では、分離容器内にビーズは入っていない。

形成された出ロオリフ、イスＯ直径はＯ０／！二であっ
た。処理領域Ｑ圧力を制御するために、定格吸排気速度
がｇＯｔ／ｍｉｎ　　ｏ真空ポ／グ装置を使用した。（
１）式から、パックグラノド・ガスとして空気を使用し
て、約３の圧力比（Ｐ２／Ｐ工〕を得ることが可能であ
るが、実際には約２３０圧力比が得られた。次表は、が
スとして空気を使用し、注入装置θ液流量が２．５−／
Ｓであるときの、♂７ｐｐｍ　　の水を含有するＳ乙Ｏ
ＯＮオイルに対する複室式電荷注入構造Ｑ動作特性であ
る。

７、３　　　　　　３．　／　　　　　無　　　　　０
．００３乙１０／、３　　　　１０／、３　　　　　有
　　　　０．／６？３．３　　　　　　’Ａ３．７　　
　　　有　　　　０．１２才リフイス間および下流領域
の双方Ｑ真空状態■下での動作では、上表Ｏ第１丘に示
すように、電荷輸送が少なく、また噴霧も生じなかった
。大気圧における装置の動作では、と表０第２行０デー
タで示すように、予想された如く、著しい電荷注入レベ
ルの回復が生じた。こ■場合Ｏ＠霧は、噴霧オリフィス
を通過する空気により液柱に作用する大きな剪断力によ
って発生した。また、大気圧に近いオリフィス間圧力お
よび４／、３．７ＲＰａｏ下流圧力において得られたデ
ータは、上表の最後０行に示すように、複室式構造の利
点を明らかにしている。この場合には、下流処理領域内
Ｏ低い圧力で噴霧が生じたが、依然としてかなり高い電
荷密度レベルが維持されている。この独自な動作状態の
組合せは、単室式構造を使用しては実現することができ
ない。

ガスとしてＳＦ６　　を使用した場合には、３．♂Ｏ圧
力比が得られ、−２０ＫＰａ　　Ｏ下流圧力と噴霧状態
において、０．１，１ク一ロｙ／ｍＯ最大二荷レベルを
達成することができた。これは、複室式構造　　、に１
選ばれたがスを使用して総合動作性能を向上させうるこ
とを示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、略図で示した静電式分離装置Ｏａ上部に取シ
付けられた、本発明の一部を形成していない、電荷注入
装置〇一形態Ｏ縦断面図、第２図は、電荷注入装置内で
荷電された液流内の電荷レベルに対する減圧した外部ガ
ス圧力０効果を示すグ９７、および 第３図は、本発明Ｏ好ましい実施例を示す、第１図に対
応する縦断面図である。 １・・・電荷注入装置本体、２・・・円筒室、３・・・
入口ポート、４・・・オリフィス、５・・・電　極、６
・・・アース、７・・・抵　抗、８・・・電　極、９・
・・先０とかった部分、１０・・・容　器、１２・・・
吸引点、１３・・・吸引ポ／プ装置、１５・・・導電性
細目網、１６・・・電荷注入装置、１７・・・高電圧源
、１８・・・第２０室、１９・・・入口管路、２０・・
・ｆス源、２１・・・ビーズ、２２・・・環状肩、２３
・・・油　相、２４・・・水相、２５．２６・・・リリ
ース弁付き出口、２７・・・出口オリフィス。 図面の浄書（内容に変更なし） Ｆ／６２ 手続補正書（方式） １．事件の表示　　　昭和６０年特許願第８２１１４号
２、発明の名称　　　　電荷注入装置 ３、補正をする者 事件との関係　　出願人 ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、自由電荷が注入された流体を流出させるオリフィス
   を含む放出手段と、前記放出手段の下流にある低圧の第
   １領域とを有する形式の電荷注入装置であつて、前記オ
   リフィスのすぐ下流の第２領域内の圧力を前記下流の圧
   力以上に高めるように配置された昇圧手段を備えており
   、前記放出手段から流出する流体は前記第１領域に入る
   前に前記第２領域を通過することを特徴とする電荷注入
   装置。 ２、前記昇圧手段は、前記放出手段が前記オリフィスを
   通して流体を流出する室から成り、前記オリフィスは荷
   電した流体の前記室に対する入口オリフィスとして配置
   され、前記室には、内部の圧力を高めるためガスを導入
   するための入口ポートと荷電した流体を前記下流領域内
   に流出させる出口オリフィスが設けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の電荷注入装置。 ３、前記放出手段における圧力を前記下流領域内の圧力
   とは異なる値に制御できるようにするため、前記ガス入
   口ポートに接続された圧力調節手段を含むガス供給手段
   を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の電荷注入装置。 ４、前記入口オリフィスと前記出口オリフィスの大きさ
   の比は約１：３であることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項または第３項記載の電荷注入装置。 ５、前記入口オリフィスと前記出口オリフィスは、共に
   円形であることを特徴とする特許請求の範囲第２項、第
   ３項または第４項記載の電荷注入装置。 ６、前記出口オリフィスの大きさは、当該オリフィスを
   通じてチョークした流体が得られるように選ばれること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項から第５項のいずれ
   かに記載の電荷注入装置。 ７、前記ガス供給手段は、前記室の領域内での絶縁破壊
   を妨げるために前記室へガスを供給するように配置され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第３項から第６
   項のいずれかに記載の電荷注入装置。 ８、前記ガスは、六フッ化硫黄からなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第７項記載の電荷注入装置。 ９、分離容器と、単極性の自由実効電荷を分散相を含む
   流体に注入し、荷電した流体をガスまたは蒸気空間を通
   して前記分離容器内に流出させるように配置された、特
   許請求の範囲第１項から第８項のいずれに記載の電荷注
   入装置とからなり、注入された電荷は分離容器内の流体
   内に電界を誘起させて分散相を荷電した状態にし、これ
   により、電界と分散相上の電荷との相互作用で分散相が
   分離容器壁面に向つて泳動を起し、泳動する分散相の進
   路内の収集用表面の上に集合することを特徴とする、分
   散相を含む流体を清澄化するために使用する装置。 １０、前記収集用表面は、前記容器内部にぎつしり詰め
   られたビーズ床の暴露表面であることを特徴とする特許
   請求の範囲第９項記載の装置。