JPS6291214A - 流体濾過装置 - 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〕 この発明は流体から不純物を除去する流体濾過装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来における流体中の不純物の除去は、流体をフィルタ
に向って圧送し不純物をフィルタによって濾過するフィ
ルタ法や、不純物を遠心力によって円筒壁面に衝突させ
て沈降させる遠心分離法を用いて行われている。また、
含塵ガスのダスト除去を行う装置として、相対する電極
間に数万ポルトの直流電圧を印加して放電を生じさせ、
この電極間に送り込まれた気体中の不純物を集塵電極に
捕集する電気集塵法による装置がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のようなフィルタ法や遠心分離法に
よる不純物の除去装置では、近時要望されるようになっ
ているコロイド粒子の除去等の精密濾過を行うことが技
術的に困難であり、もしできたとしてもコスト的に採算
が合わず実用に適しないという問題があった。即ち、近
時要求される濾過精度はダス）　　ＩＪＬ以下、油中水
分５０ＰＰＭ以下あるいは排水中油分１！ｊＰＰＭ以下
といったように極めて厳しいものとなってきており、上
記フィルタ法や遠心分離法ではこれに対応できないので
ある。

一方、電気集塵法による装置はＩＪＬ以下の粒子も捕集
できる極めて高性能の装置であるが、高圧電源を用いる
ために絶縁の確保や防爆仕様により装置が大型化してコ
ストが高くつく上、水系の流体には使用できないという
問題があった。しかし、上述したような精度の高い濾過
を行うことの要望は、近時界面活性剤が大量に使われる
ようになってさたことでより大きなものとなっている。

〔発明の目的〕

上述したような極めて高い精度を必要とする濾過はコロ
イド濾過の領域であり、こうした濾過を行うには上述の
フィルタ法、遠心分離法等の単なる物理的手段では到達
が難しい、そこで、本発明は、前記コロイド領域の分子
９粒子が誘電、イオンの吸着等で帯電することによりこ
れら粒子等と流体との界面に電気二重層によるゼータ電
位が発生し、このゼータ電位により粒子間に生じるクー
ロン力で粒子が反撥しあい流体中に懸濁して沈降しにく
い点に注目し、このゼータ電位の消去１発生を制御する
ことによって流体の濾過を行う装置を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、相対する電極と
、これら電極のうちの一方の電極の表面を覆う誘電体で
なるフィルタと、前記電極間に電圧を印加する電圧源と
、前記電極間に流入した流体が前記フィルタを通過して
外部へ流出するようにした流路とを備えることを特徴と
する流体濾過装置を提供する。

〔発明の作用〕

本発明による流体濾過装置は、不純物表面と流体の間に
発生したゼータ電位を利用して、電界中で分極したフィ
ルタの表面にクーロン力により不純物を引き寄せ、フィ
ルタ表面に不純物によるケーク層を形成し、このケーク
層により精度の高い一過を行うものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図示した実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図〜第３図は本発明による流体濾過装置の第１実施
例を示しており、図中１は両端を閉塞した円筒状の荷電
電極であって、この荷電電極ｌの−Ｅ部には処理室２に
通じる流入口３と通電孔４が、また底部には電極支持孔
５とドレン抜き孔８がそれぞれ開設されている。７は荷
電電極１の中心部に設けられたパイプ状の内部電極であ
って、この内部電極７は通路８が軸方向に貫通し且つ周
壁には通水孔９が多数穿設されている。また、この内部
外極７は表面が誘電体でなるフィルタＩＯによって覆わ
れており、且つ一端が絶縁碍子１１を介して流出口１２
に接続されている。１３は電源装置である。

これら各構成部分は、荷電電極ｌの処理室２内へ、内部
電極７を電極支持孔５から挿入してその絶縁碍子１１部
分を電極支持孔５に支持固定させて流出口１２を荷電電
極ｌの外へ臨出する状態に結合され、また、電源装置１
３の一方の端子は荷電電極ｌへ、他方の端子は通電孔４
に支持された導入ｒ／Ｊ子１４を通って内部電極７にそ
れぞれ結線されている。

この装置は、第２図に示すように未処理液タンク　Ｔｌ
からポンプＰを介して流入口３に配管され、他方、流出
口１２は清沙タンクＴ２へ配管されている。

次に、上記第１図〜第３図に示した装置の一過過程を説
明する。

荷電電極１と内部電極７の間に電源装置ｌＯが供給する
電圧を印加してフィルタ！０を電界中に置くと、誘電体
でなるフィルタｌＯは電界の方向に分極し、その表面に
は強いゼータ電位が発生する。したがって、流入口３か
ら処理室２内へ流体を圧入すると、流体中の帯電したコ
ロイド粒子は前記フィルタ１０表面に発生したゼータ電
位にクーロン力で引かれフィルタ１０表面に吸着する。

この吸着によってフィルタ１０表面と同′取位となった
コロイド粒子はゼータ電位を失いファンデルファールス
カにより凝集し、フィルタ１０表面に凝集体にょるケー
ク層を形成する。このケーク層を形成するコロイド粒子
の凝集は、フィルタｌＯの目の周囲になされてこのフィ
ルり！０の目を小さくするため、このケーク層はフィル
タ１０が木来持つ濾過精度よりも遥かに高い濾過粘度を
もって不純物の通過を阻止する。しかもフィルタ１０は
分極しているため、コロイド粒子は必ずフィルタ１０の
表面に凝集して内部へ入り込むことがなく、フィルタｌ
Ｏが目詰り起こすこともなくなるのである。

電源装置１３から供給される電圧は、流体が気体の場合
、１，０００〜’１，０ＯＯＶ／ｃｍ　ｃ７）直流電圧
、非水系の液体の場合、！Ｏ〜２０ＱＶ／ｃｍの交流電
圧、交流と直流の重量電圧または直流電圧、また水系の
液体の場合、１〜２０Ｖ／ｃｇｔの交流電圧または交流
と直流の重畳電圧が好適に用いられる。但し、このよう
な電圧の種類の選択及び電圧値の選択は、流体に固有の
電気抵抗によって適宜決定されるものであり、ｔ！Ｕま
しくは実験的に選択されるのが適切である。したがって
、電圧の種類及び電圧値は必ずしも前記に示したものに
限定されるわけではない。

しかしながら、流体が水系の場合、直流荷電は電解によ
る電極の電蝕あるいは水素、酸素の発生による危険を伴
うので交流又は交直重畳の電圧が望ましい。

尚、交流の場合ｌナサイクル変動に応じた流体の激しい
撹拌が行われ、ゼータ電位が撹拌によって消滅し、コロ
イドの凝集が起るものと推定される。

その他交流の極性効果によって発生する直流分による荷
電効果、あるいは双方の相乗効果も凝集の原因と考えら
れる。

この他、流体の流速は、流体の粘度に応じて決定される
。

第４図〜第６図は荷電電極１の外側に外筒電極１４を設
けた本発明の第２実施例を示している。

図中１は両端開放の円筒状荷電電極である。７は荷電電
極の１の中心に設けられたパイプ状内部電極であって、
通路８が軸方向に貫通している。

また、１５は前記荷電電極ｌ及び内部電極７を収納した
処理室２を有する両端閉塞の円筒状外筒電極であって、
この外筒電極１５は保護絶縁碍子１６を介して前記荷電
電極７を同心上に支持している。この外筒電極１５の側
面上部には処理室２に通じる流入口３と通電孔４が、ま
た底部には電極支持孔５とドレン抜き孔６がそれぞれ開
設されている。そして、電極支持孔５からは前記内部電
極７が外部へと突出しており、そして内部電極７はこの
突出部先端に流出口！２を開設している。外筒電極！５
と内部電極７は前記電極支持孔５において接触しており
、よってこれら外筒電極１５と内部電極７は常に同電位
にある。また、内部電極７の表面は荷電電極ｌと相対す
る部分が誘電体でなるフィルタｌＯで覆われており、こ
のフィルタ１０の一端は内部電極７に鍔状に形成された
支持突片１７に支持され、他端は内部電極７の上端と間
隔を開けて設けられる絶縁碍子１８を介して外筒電極１
５の上面１５ａに支持されている。１３はｍ源装置であ
る。

以上のような構成により１本装置において流入口３から
圧入された流体は、外筒電極１５と荷電電極ｌの間を通
って下方へ進み、次いでフィルタ１゜を通過して内ｆｆ
ｌ￥Ｌ極７の上端がら通路８内に入り流出口１２から流
出する流路が形成されている。

次に動作を説明する０本装置においては流入口３から圧
入された流体はます外筒電極１５と荷電電極１の間の電
界中を通過する。したがって、表面にセータ電位を持つ
コロイド粒子はクーロン力で荷電電極ｌの表面に集まり
、ここでゼータ電位を打ち消される。ゼータ電位が打ち
消されたコロイド粒子間に働く力はファンデファールス
カだけであるので、この分子間引力により粒子は凝集し
粗粒化する。粗粒化したコロイド粒子は流体より比重が
大きい場合沈降分離する。このように沈降する例として
気体中の微粒子や油中の水分や微粒子あるいは水中の８
３分等がある。また、粗粒化されたコロイド粒子は流体
より比重が小さい場合浮上分離し、このような例として
は水の中の油分が挙げられる。この外に流体が水系の場
合には電圧の印加による水の電気分解によって発生する
金属イオンがコロイド粒子のゼータ電位を消してコロイ
ドを凝集したり、活性な金属水酸化物がコロイドを包ん
で共に凝集するなどが相乗されると考えられる。

一方、凝集沈降出来なかった残存コロイド粒子はフィル
タ流路に副って、フィルタ１０表面に集まるが、このフ
ィルタ１０の表面には荷電電極１と内部電極７の間に印
加した電圧により生じた電界によりゼータ電位が発生し
ており、前記第１実施例に説明した場合と全く同様にし
てフィルタ１０の表面にケーク層を形成する。

以上のように本実施例装置では流体を電界中においたフ
ィルタｌＯに通す前に、外筒電極１５と荷電電極１の間
でコロイド粒子の持つゼータ電位を消去してコロイド粒
子を凝集沈降もしくは浮上させるようにしており、比較
的粒子の大きい不純物をフィルタ１０通過前に除去する
ことができる。したがってフィルタ１０の負荷が軽減さ
れ、その寿命が延長される。また少ない濾過回数で良好
な濾過精度を得ることにも寄与できる。

尚、荷電電極１と内部電極７あるいは外筒電極１５間に
印加する電圧の種類及び電圧値、あるいは流体の速度等
については上記第１実施例に説明した場合と同様である
。

第７図及び第８図は、流入口３を処理室２の上方で且つ
外筒電極１５の内周の接線方向から流体が流入するよう
に配置するとともに、外筒電極１５と荷電電極ｌの間に
グラスウール等の誘電体１９を介在させた本発明の第３
実施例を示している。この第３実施例は基本的には前記
第２実施例と同一のものであり、円筒状の荷電電極ｌと
、この荷電電極ｌの中心部に設けられた内部電極７、及
びこれら荷電電極ｌと内部電極７を収納し且つ内部電極
７と同電位の外筒電極１５とを具備しており、内部電極
７の表面は誘電体でなるフィルタｌＯで覆われ　−てい
る。

本実施例装置は上述したように、流入口３が処理室２の
上方で且つ外筒電極１５の内周の接線方向から流体が流
入するように設けられている。したがって流体は螺旋状
に旋回しながら処理室２へ流入し外筒電極１５と荷電電
極１の間にムラなく送り込まれ、コロイド粒子をクーロ
ン力で引きつける際に、荷電電極１の表面を効率良く使
用することができる。

また、本実施例では外筒電極！５と荷電電極７の間にグ
ラスウール等の誘電体１９を介在させたことにより、前
記外筒電極１５と荷電電極７間に印加した電圧で前記誘
電体１９が分極し、この間に多数の電極が介在したのと
同等の効果を得ることができる。したがって、外筒電極
１５と荷電電極７間におけるコロイド粒子の凝集をさら
に効率良く行うことができ、しいてはフィルタ１０の濾
過精度及び寿命をより良好なものとすることができる。

　　　−また、本実施例では外筒電極１５と内部電極７
を傾斜壁２０で接続しており、この傾斜壁２０と外筒電
極１５の底面１５ｂの間に処理室２と隔離された清浄液
集合室２１が形成されている。そして、ドレン抜き孔６
は処理室２の最深部、即ち傾斜壁２０の最下端部近傍の
外筒電極１５側壁に設けられ、流出口１２は外筒電極１
５の底面に設けられている。したがつて、処理室２にお
いて沈降した不純物はドレン抜き孔６から効率良く排出
される。

尚、図中２２は、フィルタ１０の上昇流によるせりあが
りを押える絶縁プレートであって、処理室２の天内面間
に介在させたスプリング２３により押付けられている。

第９図及び第１θ図は円筒状の荷電電極ｌの内部に多数
の内部電極７を設けた本発明の第４実施例を示している
。この第４実施例は前述した第３実施例の装置を大型化
したもので、流入口３を接線方向二個所とすると共に荷
電電極ｌの内周面に沿って、フィルタｌＯで被覆された
内部電極７を多数（図面では八個）を立設支持させた構
成であり、他の構成部分は前記実施例と同じとなってい
る。

このようにフィルタ１０で被覆された多数の内部電極１
５を設けることにより、処理源力の向上を図ることがで
きる。

以上の実施例に説明したような流体濾過装置は。

空気、ガスなどの気体中からの微粒子の除去、非水系の
潤滑油、加工油、洗浄油等の脱水や微粒子の除去、水系
の純水、排水、飲料水、潤滑液、加工液、洗浄液等の油
分や微粒子の除去等に用いられる。

次に上記において第２実施例として説明した本発明によ
る流体濾過装置の試作機を用いた実験データを示す。

ａ、窒素ガス中の微粒子の除去 濾過条件 ガス流量０．５　ｒｎ’／Ｈｒ　、荷電圧５，０ＯＯＶ
ＤＣ／３ｃ（資料微粒子０．１−１　ルダスト フィルタ公称１ミクロン　バス回数！ 電圧印加による処理能力の向上は明らかである。

ｂ、潤滑油の直流、交流荷電比較濾過テスト濾過条件 流量１　ｊＬ／ｗｉｎ、荷電圧ＡＣ及ＤＣＯ〜１Ｇ、０
ＯＯＶ／３ｃｍフィルタ公称１ミクロン、粘度５８ｃｓ
ｔ、温度２．５℃ 本データーによれば、油については交流、直流芸大差は
無いが、やや直流荷電の効果が優れている。

最も効果があるのは直流５００ｖでゼータ電位消去。

ゼータ電位発生に最も適した電圧と判断される。

また１本データから明らかなように本発明による流体濾
過装置では交流、直流とも５０ＱＶを越える電圧を印加
すると濾過能力は低下しており、このことから従来ある
電気集塵とは全く異なった原理のもとに不純物の除去が
なされていることがわかる。

Ｃ１水グライコール液の金属塩の除去 濾過条件 流１　１１／ｗｉｎ、荷電圧ＡＣ２５Ｖ／３ｃｍ　。

フィルタ公称１ミクロン、粘度４Ｂｃ＋ｔ、温度２５℃
、数量２０見 本データは電解による電蝕の防止のため印加電圧として
ＡＣ２５Ｖ／３０１＋を採用した例で、交流電圧によっ
ても著しい濾過能の向上が認められる。

ｄ、含油排水処理 濾過条件 流ｆｆ１ｌｉ／會ｉｎ、フィルタ公称１ミクロン、但し
、印加電圧１２ＶＤｃ＋１２ＶＡｃ重畳の場合外筒電極
と荷電電極にグラスウールを介在交流電圧のみを印加し
た場合に比べ交流、直流の重畳電圧を印加し且っ外筒電
極と荷電電極間にグラスウールを介在させると、少ない
処理回数で良好な濾過結果が得られた。

以上の実験データからも、本発明による流体吐過装置が
、気体、排水系及び水系の液体を問わず極めて高精度の
濾過を行い得ることが明らかである。

尚１本発明が上記各実施例に限定されないのは勿論であ
って、例えば相対する電極を平行平板の電極で構成し、
一方の電極の相対面をフィルタで覆うようにしてもよく
、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で適宜の設計変更か
可能である。

（発明の効果〕 以上の説明から明らかなように１本発明による流体濾過
装置によれば、フィルタの表面においてコロイド領域の
不純物の持つゼータ電位を消去し、分子間引力によりケ
ーク層を形成するようにしたことにより、フィルタ法や
遠心分離法では実現できない極めて高精度の濾過を行う
ことができる。

しかも電気集塵のように飲方ポルトの電圧を必要とする
こともないから、絶縁の確保に必要な対策も比較的簡単
で済み、コスト面でも安価に製造できる他、水系の流体
に対しても使用することができるという効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による装置の一部を切欠い
た斜視図、第２図は第１図の装置の縦断面及び装置に対
する配管系統を示した説明図、第３図は第１図の径方向
断面図、第４図は本発明の第２実施例による装置の一部
を切欠いた斜視図、第５図は第４図の縦断面図、第６図
は第４図の径方向断面図、第７図は本発明の第３実施例
による装置の一部を切欠いた平面図、第８図は同じく縦
断面図、第９図は本発明の第４実施例による装置の一部
を切欠いた平面図、第１０図は同じく縦断面図である。 １・・・荷電電極 ３・・・流入口 ア・・・内部電極 １０・・・フィルタ １３・・・電源装置 特許出願人　　　　　　　弁上　　昇 代　理　人　　弁理士　　鈴江　孝− 第１図 第２図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）相対する電極と、これら電極のうちの一方の電極
   の表面を覆う誘電体でなるフィルタと、前記電極間に電
   圧を印加する電圧源と、前記電極間に流入した流体が前
   記フィルタを通過して外部へ流出するようにした流路と
   を備えることを特徴とする流体濾過装置。
2. （２）円筒型の荷電電極とこの荷電電極の内部に設けた
   パイプ状の内部電極とにより相対する電極を構成し、内
   部電極の表面をフィルタで覆うとともに内部電極の一端
   からフィルタを通過した流体を流出するようにしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の流体濾過装置
   。
3. （３）荷電電極と絶縁され且つ内部電極と同電位の円筒
   型外筒電極内に荷電電極を収納し、外筒電極と荷電電極
   の間に圧入した流体を荷電電極と内部電極間に流入させ
   るようにした特許請求の範囲第２項記載の流体濾過装置
   。