KR20230090316A - 여과 장치 및 여과 시스템 - Google Patents
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Abstract
여과 장치는, 복수의 제1 개구가 형성된 제1 전극과, 복수의 제2 개구가 형성되고, 제1 전극의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극과, 복수의 눈금 간격이 형성되고, 제1 전극과 제2 전극과의 사이에 형성된 여과재와, 제1 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되고, 분리 대상의 입자와 액체를 포함하는 대상 처리액이 공급되는 여과실과, 여과실을 사이에 끼우고 제1 전극과 대향하는 제3 전극을 포함한다.
Description
본 개시는, 여과 장치 및 여과 시스템에 관한 것이다.
입자 유체계 슬러리의 여과에 의한 고액 분리에 있어서, 전기 침투나 전기 영동(泳動)을 이용하여 분리 대상의 입자와 액체를 분리하는 방법이 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1, 2 참조). 전기 침투를 이용한 고액 분리는, 전극 간에 끼운 케이크층에 전압과 압력을 가하여, 케이크층 중의 수분을 전기 침투 작용에 의해 여과재를 통과시켜 추출하는 방법이다. 또한, 전기 영동을 이용한 고액 분리는, 슬러리 중의 입자를 전기 영동에 의해 이동시켜 여과재에 직접 접촉시켜, 슬러리 중의 입자를 분리하는 방법이다.
슬러리 중의 입자를 여과재에 직접 접촉시켜 고액 분리하는 방법에서는, 여과재의 눈막힘에 의한 여과 속도의 저하가 생길 가능성이 있다.
본 개시는, 여과 속도를 향상시키는 것이 가능한, 여과 장치 및 여과 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 제1 측면의 여과 장치는, 복수의 제1 개구가 형성된 제1 전극과, 복수의 제2 개구가 형성되고, 상기 제1 전극의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극과, 복수의 눈금 간격이 형성되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 형성된 여과재와, 상기 제1 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되고, 분리 대상의 입자와 액체를 포함하는 대상 처리액이 공급되는 여과실과, 상기 여과실을 사이에 끼우고 상기 제1 전극과 대향하는 제3 전극을 포함한다.
본 개시의 제2 측면의 여과 시스템은, 제1 여과 장치와, 제2 여과 장치를 구비하고, 상기 제1 여과 장치 및 상기 제2 여과 장치는, 각각, 복수의 제1 개구가 형성된 제1 전극과, 복수의 제2 개구가 형성되고, 상기 제1 전극의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극과, 복수의 눈금 간격이 형성되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 형성된 여과재와, 상기 제1 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제1 여과실과, 상기 제1 여과실에 형성되고, 상기 제1 전극과 대향하는 제3 전극과, 상기 제2 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제2 여과실을 갖고, 상기 제1 여과 장치의 제2 여과실의 중간 처리액이, 상기 제2 여과 장치의 제1 여과실로 공급된다.
본 개시의 제3 측면의 여과 장치는, 복수의 여과 유닛을 갖고, 상기 여과 유닛은, 복수의 제1 개구가 형성된 제1 전극과, 복수의 제2 개구가 형성되고, 또한 상기 제1 전극의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극과, 복수의 눈금 간격이 형성되고, 또한 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 형성된 여과재와, 상기 제1 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제1 여과실과, 상기 제1 여과실에 형성되고, 또한 상기 제1 전극과 대향하는 제3 전극을 포함하고, 2개의, 상기 여과 유닛이 일 방향에 나열되어 배치되고, 2개의 상기 제2 전극의 사이에 형성되는 제2 여과실을 구비한다.
본 개시의 여과 장치 및 여과 시스템에 의하면, 여과 속도가 향상한다.
도 1은, 실시 형태 1에 따른 여과 장치의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는, 실시 형태 1에 따른 여과 장치의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은, 제1 전극, 여과재 및 제2 전극의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는, 실시 형태 1에 따른 여과 장치를 나타내는 전기적 등가 회로도이다.
도 5는, 클로렐라의 고액 분리에 있어서의, 여과실 내 농축 농도와 여과 속도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 하수 활성 오니(汚泥)의 고액 분리에 있어서의, 여과실 내 농축 농도와 여과 속도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 실시 형태 2에 따른 여과 장치의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은, 실시 형태 2에 따른 여과 장치의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 9는, 실시 형태 2에 따른 여과 장치를 나타내는 전기적 등가 회로도이다.
도 10은, 실시 형태 3에 따른 여과 장치의 개략도이다.
도 11은, 실시 형태 3의 변형예에 따른 여과 장치의 개략도이다.
도 12a는, 실시 형태 4에 따른 여과 시스템의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 12b는, 실시 형태 4에 따른 여과 시스템의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 13은, 실시 형태 4에 따른 제1 여과 장치, 제2 여과 장치 및 제3 여과 장치의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 14는, 실시 형태 4에 따른 제1 여과 장치의 개략도이다.
도 15는, 실시 형태 4에 따른 제2 여과 장치의 개략도이다.
도 16은, 실시 형태 4에 따른 제3 여과 장치의 개략도이다.
도 17은, 실시 형태 4의 제1 변형예에 따른 여과 시스템의 구성예를 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 18은, 실시 형태 4의 제1 변형예에 따른 여과 시스템의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 19는, 실시 형태 4의 제2 변형예에 따른 여과 시스템의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 20은, 실시 형태 4의 제3 변형예에 따른 제1 여과 장치, 제2 여과 장치 및 제3 여과 장치의 개략도이다.
도 21은, 실시 형태 5에 따른 여과 장치의 개략도이다.
도 22는, 실시 형태 6에 따른 여과 장치의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 23은, 실시 형태 6에 따른 제3 전극의 구성예를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는, 실시 형태 1에 따른 여과 장치의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은, 제1 전극, 여과재 및 제2 전극의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는, 실시 형태 1에 따른 여과 장치를 나타내는 전기적 등가 회로도이다.
도 5는, 클로렐라의 고액 분리에 있어서의, 여과실 내 농축 농도와 여과 속도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 하수 활성 오니(汚泥)의 고액 분리에 있어서의, 여과실 내 농축 농도와 여과 속도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 실시 형태 2에 따른 여과 장치의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은, 실시 형태 2에 따른 여과 장치의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 9는, 실시 형태 2에 따른 여과 장치를 나타내는 전기적 등가 회로도이다.
도 10은, 실시 형태 3에 따른 여과 장치의 개략도이다.
도 11은, 실시 형태 3의 변형예에 따른 여과 장치의 개략도이다.
도 12a는, 실시 형태 4에 따른 여과 시스템의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 12b는, 실시 형태 4에 따른 여과 시스템의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 13은, 실시 형태 4에 따른 제1 여과 장치, 제2 여과 장치 및 제3 여과 장치의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 14는, 실시 형태 4에 따른 제1 여과 장치의 개략도이다.
도 15는, 실시 형태 4에 따른 제2 여과 장치의 개략도이다.
도 16은, 실시 형태 4에 따른 제3 여과 장치의 개략도이다.
도 17은, 실시 형태 4의 제1 변형예에 따른 여과 시스템의 구성예를 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 18은, 실시 형태 4의 제1 변형예에 따른 여과 시스템의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 19는, 실시 형태 4의 제2 변형예에 따른 여과 시스템의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 20은, 실시 형태 4의 제3 변형예에 따른 제1 여과 장치, 제2 여과 장치 및 제3 여과 장치의 개략도이다.
도 21은, 실시 형태 5에 따른 여과 장치의 개략도이다.
도 22는, 실시 형태 6에 따른 여과 장치의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 23은, 실시 형태 6에 따른 제3 전극의 구성예를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 개시에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 하기의 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 실시 형태라고 함)에 의해 본 개시가 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 실시 형태에 있어서의 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 소위 균등의 범위의 것이 포함된다. 또한, 하기 실시 형태에서 개시한 구성 요소는 적절히 조합하는 것이 가능하다.
(실시 형태 1)
도 1은, 실시 형태 1에 따른 여과 장치의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 실시 형태 1에 따른 여과 장치(10)는, 극성 용매(72) 중에 제1 입자(분리 대상의 입자)(71)가 분산된 슬러리(원액)(70)(대상 처리액)로부터, 제1 입자(71)를 분리하는 장치이다. 구체적으로는, 여과 장치(10)는, 라이프 사이언스 분야나, 하수 처리, 배수 처리 분야 등에 적용할 수 있다. 라이프 사이언스 분야에서는, 배양 세포, 미세 해조류, 세균, 박테리아, 바이러스 등의 미생물체 배양을 행하는 바이오 산업이나, 배양 미생물체가 체외, 체내에 생산하는 효소, 단백질, 다당류, 지방질 등의 이용, 응용 분야인 바이오 창약(創藥)이나 화장품 업계, 또는, 양조, 발효, 착즙, 음료 등을 취급하는 베버리지 산업에 적용할 수 있다. 하수 처리, 배수 처리 분야에서는, 난(難)여과성의 미세 바이오매스 수계 슬러리로, 바이오매스 입자의 분리에 적용할 수 있다. 혹은, 여과 장치(10)는, 표면 대전한 미립자가 전기적 반발 작용으로 고분산한 콜로이드 입자계 슬러리로, 콜로이드 미립자의 농축 회수 용도에 적용할 수 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 1에 따른 여과 장치(10)는, 상부 케이스체(11)와, 덮개부(12)와, 측부 케이스체(13)와, 하부 케이스체(14)와, 도체(15)를 갖는다. 여과 장치(10)는, 추가로, 상부 케이스체(11), 측부 케이스체(13) 및 하부 케이스체(14)로 둘러싸인 내부 공간에, 제1 여과실(30)과, 제1 전극(31)과, 제2 전극(32)과, 제3 전극(33)과, 여과재(34)(도 2 참조)를 갖는다. 여과 장치(10)는, 추가로, 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)에 전기적으로 접속된, 제1 전원(51)과, 제2 전원(52)을 갖는다.
구체적으로는, 상부 케이스체(11)는, 절연 재료로 형성된 원기둥 형상의 부재이다. 측부 케이스체(13)는, 절연 재료로 형성되고, 관통공을 갖는 환 형상의 부재이다. 상부 케이스체(11)의 하단측의 일부가 측부 케이스체(13)의 관통공에 삽입된다. 하부 케이스체(14)는, 절연 재료로 형성되고, 측부 케이스체(13)를 지지한다. 덮개부(12)는, 상부 케이스체(11)의 상면을 덮어 형성된다.
제1 전극(31), 제2 전극(32) 및 여과재(34)(도 2 참조)의 외연은, 측부 케이스체(13)와 하부 케이스체(14)와의 사이에 끼워져 고정된다. 제3 전극(33)은, 상부 케이스체(11)의 하면(하부 케이스체(14)와 대향하는 면)에, 볼트 등의 접속 부재(도시하지 않음)에 의해 고정되고, 측부 케이스체(13)의 관통공의 내부에 위치한다. 또한, 도체(15)는, 측부 케이스체(13)의 주위를 둘러싸도록 형성된 환 형상의 부재이고, 측부 케이스체(13)와 하부 케이스체(14)와의 사이에 형성된다. 도체(15)의 하단측은, 제1 전극(31)의 외연과 접속된다. 또한, 상부 케이스체(11) 및 도체(15)는, 환 형상의 부재로 하고 있지만, 이에 한정되는 것이 아니고, 다각형 형상 등 다른 형상으로 해도 좋다.
상부 케이스체(11)와 측부 케이스체(13)는, 가이드부(21a)에 의해 고정된다. 또한, 측부 케이스체(13)와 하부 케이스체(14)와 도체(15)는, 볼트(21b, 21c)에 의해 고정된다. 이에 따라, 각 케이스의 위치가 고정되어, 제1 전극(31), 제2 전극(32) 및 여과재(34)와, 측부 케이스체(13)의 내벽과, 제3 전극(33)으로 둘러싸인 공간에 제1 여과실(30)이 형성된다. 또한, 각 케이스체 간 및 각 전극 간의 접속 부분에는, 각각 O링 등의 봉지 부재가 형성되고, 제1 여과실(30)이 밀폐되어 형성되어 있다. 또한, 상부 케이스체(11)는, 하부 케이스체(14)와의 거리가 조정 가능하게 형성되어 있다. 이에 따라, 여과 장치(10)는, 슬러리(원액)(70)(이하, 대상 처리액이라고 하기도 함)의 종류나 양에 따라서, 제1 여과실(30)의 체적을 적절히 설정할 수 있다.
상부 케이스체(11)에는, 슬러리 공급 통로(11a)와, 배기 통로(11b)와, 관통공(11c)이 형성된다. 슬러리 공급 통로(11a)의 일단측은, 상부 케이스체(11)의 측면에 개구하여, 슬러리 공급부(16)에 접속된다. 슬러리 공급 통로(11a)의 타단측은, 상부 케이스체(11)의 하면에 개구하여, 제3 전극(33)의 관통공(33a)과 연결되어 형성된다. 슬러리 공급 밸브(17)는, 슬러리 공급 통로(11a)의 내부에 형성된 봉 형상 부재(17a)를 갖고, 봉 형상 부재(17a)가 슬러리 공급 통로(11a) 내를 상하 방향으로 이동함으로써, 관통공(33a)의 개폐 상태를 전환할 수 있다.
이에 따라, 예를 들면, 슬러리 공급 밸브(17)의 동작에 의해 관통공(33a)이 개방 상태인 경우에, 슬러리(원액)(70)는, 슬러리 공급부(16), 슬러리 공급 통로(11a), 제3 전극(33)의 관통공(33a)를 통하여 제1 여과실(30)에 공급된다. 또한, 슬러리 공급 밸브(17)에 의해 관통공(33a)이 닫힌 상태인 경우에는, 슬러리(원액)(70)의 제1 여과실(30)로의 공급이 정지된다.
배기 통로(11b)의 일단측은, 상부 케이스체(11)의 측면에 개구하여, 에어 배출부(18)에 접속된다. 배기 통로(11b)의 타단측은, 상부 케이스체(11)의 하면에 개구하여, 제3 전극(33)의 관통공(33b)과 연결되어 형성된다. 에어 배출용의 밸브(19)는, 배기 통로(11b)의 내부에 형성된 봉 형상 부재(19a)를 갖고, 봉 형상 부재(19a)가 배기 통로(11b) 내를 상하 방향으로 이동하고, 관통공(33b)에 그의 선단이 삽발됨으로써, 관통공(33b)의 개폐 상태를 전환할 수 있다.
제1 여과실(30)에 슬러리(원액)(70)가 공급될 때에, 에어 배출용의 밸브(19)는, 관통공(33b)을 개방 상태로 한다. 이에 따라, 제1 여과실(30) 내의 공기는, 관통공(33b), 배기 통로(11b) 및 에어 배출부(18)를 통하여 외부에 배기된다. 에어 배출부(18)에는 에어 배출 밸브(18a)가 접속되어 있다. 에어 배출 밸브(18a)는, 예를 들면 플로트 밸브이고, 제1 여과실(30) 내의 소정량의 공기가 배기되면 에어 배출 밸브(18a)가 닫히도록 형성되어 있다. 제1 여과실(30) 내의 배기가 완료된 후, 에어 배출용의 밸브(19)는 관통공(33b)을 닫는다. 이에 따라, 제1 여과실(30) 내에 충전된 슬러리(원액)(70)에는, 외부의 가압 펌프 등에 의해, 슬러리 공급부(16)를 통하여 소정의 압력(P)이 가해진다. 여기에서, 소정의 압력이란, 내부의 가압이, 예를 들면 0.005㎫ 내지 0.5㎫, 적합하게는 0.01㎫ 내지 0.2㎫, 보다 바람직하게는 0.05㎫ 내지 0.2㎫로 하는 것이 좋다.
관통공(11c)의 일단측은 상부 케이스체(11)의 상면에 개구한다. 관통공(11c)의 타단측은 상부 케이스체(11)의 하면에 개구하여, 제3 전극(33)의 오목부(33c)와 연결되어 형성된다. 관통공(11c)에는, 접속 도체(56)가 삽입되고, 오목부(33c)에서 접속 도체(56)와 제3 전극(33)이 접속된다. 이에 따라, 제3 전극(33)은, 접속 도체(56)를 통하여 기준 전위(GND)와 전기적으로 접속된다. 기준 전위(GND)는, 예를 들면 그라운드 전위이다. 단, 이에 한정되지 않고, 기준 전위(GND)는, 그라운드 전위와는 상이한 소정의 고정된 전위라도 좋다.
제1 전극(31)은, 도체(15) 및 접속 도체(54)를 통하여 제1 전원(51)의 제2 단자(51b)와 전기적으로 접속된다. 또한, 제1 전극(31)은, 도체(15) 및 접속 도체(55a)를 통하여 제2 전원(52)의 제1 단자(52a)와 전기적으로 접속된다.
하부 케이스체(14)에는, 오목 형상의 제2 여과실(35)과, 관통공(14a, 14b)과, 접속공(14c)이 형성되어 있다. 제2 여과실(35)은, 하부 케이스체(14)의 상면에서, 제1 여과실(30)과 겹치는 위치에 형성된다. 관통공(14a)은, 제2 여과실(35)과 배출부(22)를 연결한다. 제1 여과실(30)에 공급된 슬러리(원액)(70)는, 각 전극의 구동에 의해 제1 입자(71)가 분리되고, 제1 입자(71)가 분리된 극성 용매(72)(여과액(75))는, 제1 전극(31), 여과재(34)(도 2 참조) 및 제2 전극(32)을 통과하여, 제2 여과실(35)로 흐른다. 제1 입자(71)가 분리된 극성 용매(72)를 포함하는 여과액(75)은, 제2 여과실(35)의 배출부(22)로부터 관통공(14b)을 통하여 외부의 저류 탱크에 고인다.
접속공(14c)의 일단측은, 하부 케이스체(14)의 상면에 개구하고, 제2 전극(32)의 외연은, 접속공(14c)의 개구부(14d)를 덮어 형성된다. 또한, 접속공(14c)의 타단측은, 하부 케이스체(14)의 측면에 개구한다. 접속공(14c)에는 접속 도체(55b)가 삽입되고, 접속 도체(55b)와 제2 전극(32)이 접속된다. 이에 따라, 제2 전극(32)은, 제2 전원(52)의 제2 단자(52b)와 전기적으로 접속된다.
또한, 도 1에 나타내는 여과 장치(10)의 구성은, 어디까지나 일 예이고, 제1 전극(31), 제2 전극(32) 및 여과재(34)(도 2 참조)와, 제3 전극(33)으로 사이에 낀 제1 여과실(30)을 형성할 수 있으면 어떠한 구성이라도 좋다. 제1 전극(31), 제2 전극(32) 및 제3 전극(33)은, 예를 들면, 티탄 합금이나 알루마이트 처리된 알루미늄 합금 등이 이용되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 2에서 도 4를 참조하여, 여과 장치(10)의 동작에 대해서 설명한다. 도 2는, 실시 형태 1에 따른 여과 장치의 동작을 설명하기 위한 설명도이다. 도 2에서는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 제1 전극(31), 제2 전극(32), 제3 전극(33) 및 여과재(34)와, 제1 여과실(30) 및 제2 여과실(35)의 배치 관계를 개략적으로 나타내고 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)은, 예를 들면 개구를 갖는 메쉬 형상의 전극이다. 구체적으로는, 제1 전극(31)은, 복수의 도전 세선(31a)을 갖고, 복수의 도전 세선(31a)의 사이에 복수의 제1 개구(31b)가 형성된다. 제2 전극(32)은, 복수의 도전 세선(32a)을 갖고, 복수의 도전 세선(32a)의 사이에 복수의 제2 개구(32b)가 형성된다. 제2 전극(32)은, 여과재(34)를 통하여 제1 전극(31)의 한쪽의 면(하면)과 대향하여 형성된다. 환언하면, 여과재(34)는, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 형성된다. 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)은, 여과재(34)와 직접 접하여 형성된다. 복수의 도전 세선(31a) 및 복수의 도전 세선(32a)은, 금속이라도 좋고 탄소 섬유라도 좋다. 또한, 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)은, 여과재(34)와 직접 접하는 구성에 한정되지 않고, 여과재(34)와의 사이에 극간을 갖고 배치되어 있어도 좋다.
여과재(34)는, 여과막(34a)에 복수의 눈금 간격(34b)이 구비되어 형성된다. 여과재(34)는, 예를 들면, 정밀 여과막(MF막(Microfiltration Membrane)), 한외 여과막(UF막(Ultrafiltration Membrane)) 등이 이용된다. 실시 형태 1에서는, 여과재(34)는, 수지 재료 등의 절연 재료로 형성되어 있다. 또한, 도 2에서는, 제1 전극(31)의 제1 개구(31b), 제2 전극(32)의 제2 개구(32b) 및 여과재(34)의 눈금 간격(34b)은 동일한 크기로 나타내고 있지만, 어디까지나 설명을 위해 개략적으로 나타낸 것이고, 제1 개구(31b), 제2 개구(32b) 및 눈금 간격(34b)의 크기는 상이해도 좋다.
도 3은, 제1 전극, 여과재 및 제2 전극의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 여과재(34)에 형성된 눈금 간격(34b)의 지름 D3은, 제1 전극(31)의 제1 개구(31b)의 지름 D1보다도 작고, 또한, 제2 전극(32)의 제2 개구(32b)의 지름 D2보다도 작다. 환언하면, 복수의 도전 세선(31a)의 배치 피치와, 복수의 도전 세선(32a)의 배치 피치와, 여과막(34a)의 배치 피치는, 서로 상이하게 형성된다. 예를 들면, 제1 전극(31)의 제1 개구(31b)의 지름 D1은, 0.5㎛ 이상 500㎛ 이하, 예를 들면 70㎛ 정도이다. 제2 전극(32)의 제2 개구(32b)의 지름 D2는, 0.5㎛ 이상 1000㎛ 이하, 예를 들면 100㎛ 정도이다. 여과재(34)에 형성된 복수의 눈금 간격(34b)의 지름 D3은, 0.1㎛ 이상 100㎛ 이하, 보다 바람직하게는 1㎛ 이상 7㎛ 이하 정도이다.
또한, 제1 전극(31)의 제1 개구(31b)의 지름 D1은, 제2 전극(32)의 제2 개구(32b)의 지름 D2보다도 작다. 단 이에 한정되지 않고, 제1 전극(31)의 제1 개구(31b)의 지름 D1은, 제2 전극(32)의 제2 개구(32b)의 지름 D2와 동일한 크기로 형성되어도 좋다. 이러한 구성에 의해, 적어도 제1 개구(31b) 및 제2 개구(32b)와 겹치는 영역에서, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)은, 복수의 도전 세선(31a) 및 복수의 도전 세선(32a)과 비중첩으로 형성된다. 또한, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이의 거리는, 여과재(34)의 두께로 규정된다.
도 2로 되돌아와, 제3 전극(33)은, 판 형상의 부재로서, 제1 여과실(30)을 사이에 끼우고 제1 전극(31)의 다른 한쪽의 면(상면)과 대향하여 형성된다. 또한, 도 2에서는, 제3 전극(33)의 관통공(33a, 33b) 및 오목부(33c)(도 1 참조)는 도시를 생략하고 있다.
제1 여과실(30)은, 제1 전극(31)의 다른 한쪽의 면(상면)과 접하여 형성된다. 제1 여과실(30)에는, 전술한 바와 같이, 분리 대상의 제1 입자(71)와 극성 용매(72)를 포함하는 슬러리(원액)(70)가 공급된다. 제1 입자(71)는, 예를 들면, 바이오매스 입자나 콜로이드 입자이고, 입자 표면이 마이너스로 대전하고 있다. 구체적으로는, 제1 입자(71)는, 클로렐라, 미세 해조류 스피루리나, 콜로이달 실리카, 대장균, 하수 활성 오니 등이다. 제1 입자(71)의 지름은, 적용되는 기술 분야, 분리 대상의 종류에 따라서 상이하지만, 5㎚ 이상 2000㎛ 이하, 예를 들면 20㎚ 이상 500㎛ 이하 정도이다.
제1 입자(71)가 분산되는 극성 용매(72)는, 물이고, 물 분자(73)는 플러스로 대전하고 있다. 이에 따라, 슬러리(원액)(70)는 전체적으로 전기적으로 평형 상태로 되어 있다. 극성 용매(72)는, 물에 한정되지 않고, 예를 들면 알코올 등이라도 좋다. 즉, 극성 용매(72)는, 극성 용매이면 좋다.
또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 슬러리(원액)(70)는, 예를 들면 색소 단백질 등의 제2 입자(74)를 포함한다. 제2 입자(74)는, 제1 입자(71)와 동일한 극성(마이너스)으로 대전하고 있고, 제1 입자(71)보다도 작은 입경을 갖는다. 제2 입자(74)는, 예를 들면 10㎚ 이상 300㎚ 이하, 예를 들면, 30㎚ 정도이다. 또한, 제2 입자(74)는, 슬러리(70) 중에는 존재하지 않는 경우도 있다.
제1 전원(51)은, 제1 전극(31)에, 제1 입자(71)의 극성과 동일한 극성의 제1 전위(V1)를 공급한다. 제1 전위(V1)는, 예를 들면 －60V이다. 제2 전원(52)은, 제2 전극(32)에, 제1 입자(71)의 극성과 동일한 극성으로서, 제1 전위(V1)의 절대값보다도 큰 절대값의 제2 전위(V2)를 공급한다. 제2 전위(V2)는, 예를 들면 －70V이다. 제3 전극(33)은, 기준 전위(GND)에 접속된다. 기준 전위(GND)는, 전술한 바와 같이 그라운드 전위이고, 이상적으로는 0V이다. 또한, 제3 전극(33)에 공급되는 기준 전위(GND)는, 0V에 한정되지 않고, 소정의 고정된 전위라도 좋다. 제1 전위(V1) 및 제2 전위(V2)는, 절대값으로 1㎷ 이상 1000V 이하의 범위에서 설정할 수 있다.
도 4는, 실시 형태 1에 따른 여과 장치를 나타내는 전기적 등가 회로도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 전원(51)은 정전압원이고, 제2 전원(52)은 정전류원이다. 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 저항 성분 (R1)과 용량 성분(C)이 병렬로 접속된다. 저항 성분(R1) 및 용량 성분(C)은, 다수의 눈금 간격(34b)이 형성된 여과재(34)에 의해 등가적으로 나타나는 성분이다. 또한, 제1 전극(31)과 제3 전극(33)과의 사이에 저항 성분 (R2)가 접속된다. 저항 성분 (R2)는, 제1 여과실(30)의 슬러리(원액)(70)에 의해 등가적으로 나타나는 저항 성분이다.
제2 전원(52)은, 정전압 전원이라도, 정전류 전원이라도 좋다. 본 실시 형태 1에서는, 제2 전원(52)은, 정전류원이기 때문에, 여과 장치(10)의 여과의 상태에 따라서, 즉, 여과재(34)의 저항 성분(R1) 및 제1 여과실(30)의 저항 성분 (R2)의 변동에 따라서, 제2 전위(V2)는 변화한다. 단, 제2 전위(V2)는 제1 입자(71)의 극성과 동일한 극성으로서, 제1 전위(V1)의 절대값보다도 큰 값을 유지하고 있다.
도 2로 되돌아와, 제1 여과실(30)에 슬러리(원액)(70)가 공급되면, 쿨롱의 법칙에 기초하여, 마이너스로 대전한 제1 입자(71)와 제1 전극(31)과의 사이에는 척력이 발생한다.
여기에서, 쿨롱의 법칙은, 하기의 식 (1)로 나타난다.
F＝k×(q1×q2/s2) … (1)
여기에서, k는 정수이고, k＝4πε으로 나타난다. q1 및 q2는, 전하이고, s는 전하 간의 거리이다. 즉, 거리(s)가 작을수록 제1 입자(71)에는 큰 쿨롱력(F)이 작용한다. 구체적으로는, 마이너스로 대전한 제1 전극(31)에 가까운 위치의 제1 입자(71)에는, 보다 강력한 척력이 발생한다. 마이너스로 대전한 제1 입자(71)에 발생하는 척력(F1)은, 화살표로 나타내는 방향, 즉 제1 전극(31)으로부터 떨어져 제3 전극(33)에 가까워지는 방향으로 작용한다. 마이너스로 대전한 제1 입자(71)는, 전기 영동에 의해 제3 전극(33)측으로 이동한다.
이에 따라, 여과 장치(10)는, 제1 입자(71)가 제1 전극(31)의 표면 및 여과재(34)의 표면에 퇴적하여 케이크층이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)의 여과 저항이 증대하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 플러스로 대전한 물 분자(73)는, 제1 전극(31)과의 사이에 인력이 발생한다. 플러스로 대전한 물 분자(73)에 작용하는 인력(F2)은, 화살표로 나타내는 방향, 즉 제3 전극(33)으로부터 제1 전극(31)을 향하는 방향으로 작용한다. 플러스로 대전한 물 분자(73)는, 제1 전극(31)측으로 이동한다. 이 때, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이의 전위차에 의해, 여과재(34)를 두께 방향으로 관통하도록, 제1 전극(31)으로부터 제2 전극(32)을 향하는 배리어의 전계(전계 배리어의 전계(E))(도 2 중, 1점 쇄선)가 형성되어 있다.
제1 전극(31)측으로 이동한 물 분자(73)는, 전계에 의해 힘을 받아, 제2 전극(32)측으로 당겨져 여과재(34)를 통과한다. 물 분자(73)의 이동에 수반하여, 주위의 물 분자(73)도 제2 전극(32)측으로 끌려가, 전기 침투류가 형성된다. 이에 따라, 플러스로 대전한 물 분자(73)를 포함하는 극성 용매(72)(여과액(75))는, 제2 여과실(35)로 흐른다. 전술한 바와 같이, 제1 입자(71)는, 전기 영동에 의해 제1 전극(31)으로부터 떼어져 있고, 제1 입자(71)가 분리된 극성 용매(72)(여과액(75))가 배출됨으로써, 제1 여과실(30) 내의 슬러리(원액)(70)의 제1 입자(71)의 농도를 높일 수 있다.
이와 같이, 여과 장치(10)는, 제1 전극(31)과 제3 전극(33)과의 사이에서, 제1 입자(71)를 쿨롱력(F)(제1 입자(71)와 제1 전극(31)과의 사이에 발생하는 척력)에 의해 이동시키는 전기 영동과, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이의 전계에 의해 물 분자(73)를 이동시켜 여과재(34)를 통과시키는 전기 침투를 조합함으로써, 슬러리(원액)(70)의 제1 입자(71)를 분리할 수 있다. 또한, 제1 전극(31)은, 전기 영동의 전극과, 전기 침투의 전극을 겸용한다. 이에 따라, 단순하게 슬러리(원액)(70)에 압력을 가하여, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)보다도 큰 입경의 제1 입자(71)를 분리하는 방법에 비해, 제1 전극(31)의 표면 및 여과재(34)의 표면에 케이크층이 형성되는 것을 억제할 수 있어, 여과 속도를 수 배 내지 10배 이상으로 향상시킬 수 있다.
결과적으로, 본 전계 여과 분리 기술에 의하면, 단순하게 슬러리(원액)(70)에 압력을 가한 방법에 비해, 제1 여과실(30) 내에서의 슬러리(원액)(70)의 플러스로 대전한 제1 입자(71)의 농축도를 높일 수 있다. 또한, 제1 전극(31)의 표면 및 여과재(34)의 표면에 케이크층이 형성되는 것이 억제되기 때문에, 여과재(34)의 청소, 교환의 빈도를 적게 할 수 있어, 효율 좋게 슬러리(원액)(70)의 여과를 행할 수 있다. 혹은, 단순하게 슬러리(원액)(70)에 압력을 가하여 여과를 행하는 경우에 비해, 제1 여과실(30)의 체적을 작게 하여, 여과재(34)의 면적을 작게 해도, 단순하게 슬러리(원액)(70)에 압력을 가하는 경우와 동(同)정도의 여과 속도를 실현할 수 있다. 즉, 여과 장치(10)는, 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 제1 여과실(30) 내에서 제1 입자(71)의 농도가 높아진 농축 슬러리는, 제1 여과실(30)로부터 별도 적절히 배출된다.
또한, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 형성되는 전계를 제어함으로써, 여과재(34)를 통과하는 입자 레벨(입자경)도 제어할 수 있다. 예를 들면, 제1 전극(31)에 제1 전위(V1)＝－60V를 인가하고, 제2 전극(32)에 제2 전위(V2)＝－70V를 인가함으로써, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 배리어의 전계(E)(도 2 참조)가 형성되고, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)보다도 작은 입경의 제2 입자(74)가, 여과재(34)를 통과하는 것을 억제할 수 있다.
즉, 정밀 여과막(MF막(Microfiltration Membrane)) 상당의 여과재(34)를 이용한 경우라도, 제1 전원(51), 제2 전원(52) 및 기준 전위(GND)에서의 각 전극 간의 전계 제어에 의해, 한외 여과막(UF막), 혹은 나노 여과막(NF막) 상당까지, 분리 대상의 입자경을 변경할 수 있다. 한외 여과막(UF막)은, 개구의 지름이 10㎚ 이상 100㎚ 이하 정도의 여과막이다. 나노 여과막(NF막)은, 개구의 지름이 1㎚ 이상 10㎚ 이하 정도의 여과막이다.
또한, 전술한 여과 장치(10)의 구성은 어디까지나 일 예이고, 적절히 변경할 수 있다. 예를 들면, 제1 전극(31), 여과재(34) 및 제2 전극(32)이 적층되어 형성되는 부극 여과판과, 제3 전극(33)은, 평행 평판 형상으로 대향 배치된다. 이에 한정되지 않고, 제1 전극(31), 여과재(34) 및 제2 전극(32)이 적층되어 형성되는 부극 여과판과, 제3 전극(33)은, 각각 곡면을 갖고 형성되어 있어도 좋다. 부극 여과판 및 제3 전극(33)의 형상이나 배치는, 여과 장치(10)의 형상, 구조에 따라서 적절히 변경할 수 있다. 또한, 제1 여과실(30)에 공급되는 대상 처리액인 슬러리(원액)(70)의 농도는, 특별히 한정되지 않고, 여과 장치(10)가 적용되는 분야에 따라서 변경할 수 있다.
실시 형태 1에서는, 제1 여과실(30)의 내부 압력은, 가압되어 있고, 제2 여과실(35)의 내부 압력보다도 크다. 다른 태양으로서는, 제2 여과실(35)의 내부 압력을 진공 흡인하는 등에 의해 음압함으로써, 제1 여과실(30)의 내부 압력이, 제2 여과실(35)의 내부 압력보다도 상대적으로 크게 하도록 해도 좋다.
또한, 제1 전위(V1) 및 제2 전위(V2)는, 분리 대상의 제1 입자(71)의 종류나, 요구되는 여과 특성에 따라서 적절히 변경하는 것이 바람직하다.
도 5는, 클로렐라의 고액 분리에 있어서의, 여과실 내 농축 농도와 여과 속도와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5 중, 부호 흑색 원은 실시예 1, 부호 흑색 사각은 실시예 2, 부호 백색 삼각은 비교예 1, 부호 백색 사각은 비교예 2를 나타낸다.
도 5에 나타내는 그래프 1에서는, 가로축이 여과실 내 농축 농도(wt％)이고, 세로축이 여과 속도(a.u.)이다. 여과 속도는, 시간 단위당의 여과재(34)를 통과시킬 수 있는 극성 용매(72)(여과액(75))의 양(무게)이고, 도 5에서는, 비교예 1의 여과 속도 A3으로 규격화한 값을 나타내고 있다. 여과실 내 농축 농도는, 제1 여과실(30)에서의 슬러리(원액)(70)인 클로렐라 배양액에 대한 제1 입자(71)의 질량 퍼센트 농도를 나타내고 있다.
도 5에 나타내는 그래프 1에서는, 분리 대상의 제1 입자(71)가 클로렐라이며 마이너스로 대전하고 있고, 입자경은 예를 들면 2㎛ 이상 10㎛ 이하 정도이다. 실시예 1, 2는, 전술한 바와 같이, 제1 전극(31)에 제1 전위(V1)＝－60V를 인가하고, 제2 전극(32)에 제2 전위(V2)＝－70V를 인가하고, 제3 전극(33)을 기준 전위(GND)로 한 경우를 나타낸다. 실시예 1에서는, 제1 여과실(30) 내의 슬러리(원액)(70)에, 0.1㎫의 압력을 가하고 있다. 실시예 2에서는, 제1 여과실(30) 내의 슬러리(원액)(70)에, 0.02㎫의 압력을 가하고 있다. 즉, 실시예 2에서는, 실시예 1보다도 작은 가압으로 슬러리(원액)(70)의 여과를 실시하고 있다.
비교예 1은, 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)에 각각 제1 전위(V1) 및 제2 전위(V2)를 공급하지 않고, 0.1㎫의 가압만으로 슬러리(원액)(70)의 여과를 실시하고 있다. 비교예 2는, 제1 전극(31)에 제1 전위(V1)＝－60V를 인가하고, 제2 전극(32)에 제2 전위(V2)를 인가하고 있지 않다.
또한, 비교예 2는, 0.1㎫의 가압을 행하고 있다. 즉, 비교예 2는, 제1 전극(31)과 제3 전극(33)과의 사이에서의 전기 영동을 행하고, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에서의 전기 침투는 행하고 있지 않다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 모두, 여과실 내 농축 농도가 커짐에 따라, 여과 속도가 작아지는 경향을 나타낸다. 예를 들면, 여과실 내 농축 농도를 7wt％까지 슬러리(원액)(70)를 농축하는 경우, 실시예 1에서의 여과 속도 A1은, 비교예 1의 여과 속도 A3에 비해, 13.6배가 되는 것이 나타났다. 마찬가지로 실시예 2에서의 여과 속도 A2는, 비교예 1의 여과 속도 A3에 비해, 3.9배가 되는 것이 나타났다.
한편, 비교예 2에서의 여과 속도 A4는, 비교예 1의 여과 속도 A3에 비해 0.16배로 작아진다. 즉, 비교예 2와 같이, 제1 전극(31)에 제1 전위(V1)를 공급하여 전기 영동만 행하고, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에서 전기 침투를 행하지 않는 경우에는, 양호하게 여과할 수 없는 것이 나타났다.
또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 실시예 1, 2에서는, 비교예 1, 2에 비해, 여과실 내 농축 농도를 보다 크게 할 수 있다. 비교예 1에서는, 여과실 내 농축 농도는 최대로 11wt％ 정도인데 대하여, 실시예 1에서는, 여과실 내 농축 농도는 16wt％ 이상까지 농축할 수 있는 것이 나타났다. 이상과 같이, 전기 영동과 전기 침투를 조합하여 제1 입자(71)의 분리를 행한 실시예 1, 2에서는, 비교예 1, 2에 비해, 여과 속도를 향상시킬 수 있고, 또한, 최대 여과실 내 농축 농도를 향상시키는 것이 가능한 것이 나타났다.
도 6은, 하수 활성 오니의 고액 분리에 있어서의, 여과실 내 농축 농도와 여과 속도와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6에 나타내는 그래프 2에서는, 분리 대상의 마이너스로 대전하고 있는 제1 입자(71)가 하수 활성 오니에 포함되는 미세 바이오매스 입자이다. 또한, 도 6에 나타내는 그래프 2의 세로축은, 비교예 3의 여과 속도 B4로 규격화한 여과 속도를 나타내고 있다. 도 6 중, 부호 흑색 원은 실시예 3, 부호 흑색 사각은 실시예 4, 부호 백색 삼각은 실시예 5, 부호 백색 사각은 비교예 3을 나타낸다.
실시예 3에서는, 제1 전극(31)에 제1 전위(V1)＝－60V를 인가하고, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 정전류 0.3A를 흐르게 하고 있다.
실시예 4에서는, 제1 전극(31)에 제1 전위(V1)＝－60V를 인가하고, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 정전류 0.225A를 흐르게 하고 있다.
실시예 5에서는, 제1 전극(31)에 제1 전위(V1)＝－60V를 인가하고, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 정전류 0.15A를 흐르게 하고 있다. 즉, 제2 전극(32)에 인가되는 제2 전위(V2)의 절대값은, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5의 순서로 작아진다.
비교예 3은, 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)에 제1 전위(V1) 및 제2 전위(V2)를 공급하지 않고, 0.1㎫의 가압만으로 슬러리(원액)(70)의 여과를 실시하고 있다. 또한, 도 6의 그래프 2에 있어서, 2점 쇄선 C1은, 비교로서의 막 분리 활성 오니법으로 여과한 경우의 최대 농축 농도인 1wt％를 나타내고 있다. 또한, 2점 쇄선 C2는, 비교로서의 원심 분리기 등에 의한 기계 농축법으로 여과한 경우의 최대 농축 농도인 3.5wt％를 나타내고 있다.
예를 들면, 여과실 내의 제1 입자(미세 바이오매스 입자)(71)의 농축 농도를 2.5wt％가 될 때까지 슬러리(원액)(70)인 활성 오니를 농축하는 경우, 실시예 3에서의 여과 속도 B1은, 비교예 3의 여과 속도 B4에 비해, 15.7배가 되는 것이 나타났다. 마찬가지로, 실시예 4에서의 여과 속도 B2는, 비교예 3의 여과 속도 B4에 비해, 9.6배가 되는 것이 나타났다. 실시예 5에서의 여과 속도 B3은, 비교예 3의 여과 속도 B4에 비해, 5.9배가 되는 것이 나타났다.
또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 실시예 3 내지 실시예 5에서는, 모두 막 분리 활성 오니법으로 여과한 경우의 최대 농축 농도 1wt％ 및 기계 농축법으로 여과한 경우의 최대 농축 농도 3.5wt％를 크게 초과하여 슬러리(원액)(70)인 활성 오니를 농축할 수 있다. 실시예 3에서는, 여과실 내 농축 농도 6.5wt％ 이상까지 농축할 수 있고, 실시예 4, 5에서는, 여과실 내 농축 농도 5wt％ 정도까지 농축할 수 있는 것이 나타났다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태 1의 여과 장치(10)는, 복수의 제1 개구(31b)가 형성된 제1 전극(31)과, 복수의 제2 개구(32b)가 형성되고, 제1 전극(31)의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극(32)과, 복수의 눈금 간격(34b)이 형성되고, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 형성된 여과재(34)와, 제1 전극(31)의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되고, 분리 대상의 제1 입자(71)와 극성 용매(72)를 포함하는 슬러리(원액)(70)(대상 처리액)가 공급되는 제1 여과실(30)과, 제1 여과실(30)을 사이에 끼우고 제1 전극(31)과 대향하는 제3 전극(33)과, 제1 전극(31)에, 제1 입자(71)의 극성과 동일한 극성의 제1 전위(V1)를 공급하는 제1 전원(51)과, 제2 전극(32)에, 제1 입자(71)의 극성과 동일한 극성의 제2 전위(V2)를 공급하는 제2 전원(52)을 갖는다. 제3 전극(33)은, 기준 전위(GND)에 접속된다.
이에 의하면, 여과 장치(10)에서는, 제1 전극(31)과 제1 입자(71)와의 사이에 발생하는 척력(쿨롱력(F))에 의해 제1 입자(71)가 제1 전극(31)으로부터 떨어지는 방향으로 전기 영동류에 의해 이동한다. 이러한 전기 영동에 의해, 제1 전극(31)의 표면 및 여과재(34)의 표면에 케이크층이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이의 전계에 의해 물 분자(73)를 이동시켜 여과재(34)를 통과시키는 전기 침투에 의해, 제1 입자(71)를 분리할 수 있어, 제1 여과실(30) 내에서의 슬러리(원액)(70)의 제1 입자(71)의 농축도를 높일 수 있다. 이에 따라, 단순하게 슬러리(원액)(70)에 압력을 가하여, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)보다도 큰 입경의 제1 입자(71)를 분리하는 방법에 비해, 여과 속도를 수 배 내지 10배 이상으로 향상시킬 수 있다. 또한, 제3 전극(33)은, 기준 전위(GND)에 접속되기 때문에, 제1 전극(31), 제2 전극(32), 제3 전극(33)의 각각에 전원을 형성하는 경우에 비해 여과 장치(10)의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 여과 장치(10)에 있어서, 제2 전위(V2)의 절대값은 제1 전위(V1)의 절대값보다도 크고, 제1 전위(V1)와 기준 전위(GND)의 전위차는, 제1 전위(V1)와 제2 전위(V2)의 전위차보다도 크다.
이에 의하면, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)의 거리에 비해, 여과재(34)를 사이에 끼우고 대향하는 제1 전극(31)과 제3 전극(33)의 거리가 큰 경우에서도, 전기 영동에 의해, 양호하게 제1 입자(71)를 제1 전극(31)으로부터 떨어지는 방향으로 이동시킬 수 있다.
또한, 여과 장치(10)에 있어서, 제1 전극(31)의 표면에 수직인 방향으로, 제2 전극(32), 여과재(34), 제1 전극(31), 제1 여과실(30), 제3 전극(33)의 순서로 적층되고, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이의 거리는, 제1 전극(31)과 제3 전극(33)과의 사이의 거리보다도 작다.
이에 의하면, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에서 형성되는 전계 강도를 높일 수 있어, 전기 침투에 의해 물 분자(73)를 이동시켜, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이의 여과재(34)를 양호하게 통과시킬 수 있다.
또한, 여과 장치(10)에 있어서, 제1 전원(51)은, 정전압원이고, 제2 전원(52)은, 정전류원이다.
이에 의하면, 제1 전원(51)에 의해 공급되는 제1 전위(V1)에 의해, 제1 전극(31)과 제1 입자(71)와의 사이에 발생하는 쿨롱력(F)을 규정할 수 있다. 또한, 제1 전원(51)에 의해 공급되는 제1 전위(V1) 및 제2 전원(52)에 의해 공급되는 전류에 의해, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에서 형성되는 전계 강도가 규정되어, 양호하게 전기 침투를 행할 수 있다.
또한, 여과 장치(10)에 있어서, 눈금 간격(34b)의 크기(지름 D3)는, 제1 개구(31b)의 지름 D1 및 제2 개구(32b)의 지름 D2보다도 작다.
이에 의하면, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)은, 적어도 제1 개구(31b) 및 제2 개구(32b)와 중첩하는 영역에서, 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)의 도전 세선(31a, 32a)과 비중첩이 되도록 형성된다. 이에 따라, 물 분자(73)는, 전기 침투에 의해 양호하게 여과재(34)의 눈금 간격(34b)을 통과할 수 있다.
(실시 형태 2)
도 7은, 실시 형태 2에 따른 여과 장치의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 8은, 실시 형태 2에 따른 여과 장치의 동작을 설명하기 위한 설명도이다. 또한, 전술한 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 2에 따른 여과 장치(10)는, 상부 케이스체(11)와, 덮개부(12)와, 측부 케이스체(13)와, 하부 케이스체(14)와, 도체(15)를 갖는다. 여과 장치(10)는, 추가로, 상부 케이스체(11), 측부 케이스체(13) 및 하부 케이스체(14)로 둘러싸인 내부 공간에, 제1 여과실(30)과, 제1 전극(31)과, 제2 전극(32)과, 제3 전극(33)과,, 여과재(34)(도 8 참조)를 갖는다. 여과 장치(10)는, 추가로, 제1 전극(31), 제2 전극(32) 및 제3 전극(33)에 전기적으로 접속된, 제1 전원(51)과, 제2 전원(52)과, 제3 전원(53)을 갖는다.
관통공(11c)의 일단측은 상부 케이스체(11)의 상면에 개구한다. 관통공(11c)의 타단측은 상부 케이스체(11)의 하면에 개구하여, 제3 전극(33)의 오목부(33c)와 연결되어 형성된다. 관통공(11c)에는, 접속 도체(56)가 삽입되고, 오목부(33c)에서 접속 도체(56)와 제3 전극(33)이 접속된다. 이에 따라, 제3 전극(33)은, 접속 도체(56)를 통하여 제3 전원(53)의 제1 단자(53a)와 전기적으로 접속된다.
제1 전극(31)은, 도체(15) 및 접속 도체(54)를 통하여 제1 전원(51)의 제2 단자(51b)와 전기적으로 접속된다. 또한, 제1 전극(31)은, 도체(15) 및 접속 도체(55a)를 통하여 제2 전원(52)의 제1 단자(52a)와 전기적으로 접속된다. 제3 전원(53)의 제2 단자(53b) 및 제1 전원(51)의 제1 단자(51a)는, 기준 전위(GND)에 접속된다. 기준 전위(GND)는, 예를 들면 그라운드 전위이다. 단, 이에 한정되지 않고, 기준 전위(GND)는, 소정의 고정된 전위라도 좋다.
도 9는, 실시 형태 2에 따른 여과 장치를 나타내는 전기적 등가 회로도이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 제1 전원(51) 및 제3 전원(53)은 정전압원이고, 제2 전원(52)은 정전류원이다. 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 저항 성분 (R1)과 용량 성분(C)이 병렬로 접속된다. 저항 성분 (R1) 및 용량 성분(C)은, 다수의 눈금 간격(34b)이 형성된 여과재(34)에 의해 등가적으로 나타나는 성분이다. 또한, 제1 전극(31)과 제3 전극(33)과의 사이에 저항 성분 (R2)가 접속된다. 저항 성분 (R2)는, 제1 여과실(30)의 슬러리(원액)(70)에 의해 등가적으로 나타나는 저항 성분이다.
제2 전원(52)은, 정전압 전원이라도, 정전류 전원이라도 좋다. 실시 형태 2에서는, 제2 전원(52)은, 정전류원이기 때문에, 여과 장치(10)의 여과의 상태에 따라서, 즉, 여과재(34)의 저항 성분 (R1) 및 제1 여과실(30)의 저항 성분 (R2)의 변동에 따라서, 제2 전위(V2)는 변화한다. 단, 제2 전위(V2)는 제1 입자(71)의 극성과 동일한 극성으로서, 제1 전위(V1)의 절대값보다도 큰 값을 유지하고 있다.
도 8로 되돌아와, 제1 여과실(30)에 슬러리(원액)(70)가 공급되면, 전술한 식 (1)로 나타나는, 쿨롱의 법칙에 기초하여, 마이너스로 대전한 제1 입자(71)와 제1 전극(31)과의 사이에는 척력이 발생한다. 또한, 마이너스로 대전한 제1 입자(71)와 제3 전극(33)과의 사이에는 인력이 발생한다.
구체적으로는, 제1 전극(31)에 가까운 위치의 제1 입자(71)에는, 보다 강력한 척력(f1)이 발생하고, 제3 전극(33)에 가까운 위치의 제1 입자(71)에는, 보다 강력한 인력(f2)이 발생한다. 마이너스로 대전한 제1 입자(71)에 발생하는 척력(f1) 및 인력(f2)의 벡터의 총합(F3)은, 화살표로 나타내는 방향, 즉 제1 전극(31)으로부터 떼어져 제3 전극(33)에 가까워지는 방향으로 작용한다. 마이너스로 대전한 제1 입자(71)는, 전기 영동에 의해 제3 전극(33)측으로 이동한다.
이에 따라, 여과 장치(10)는, 제1 입자(71)가 제1 전극(31)의 표면 및 여과재(34)의 표면에 퇴적하여 케이크층이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)의 여과 저항이 증대하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 플러스로 대전한 물 분자(73)는, 제1 전극(31)과의 사이에 인력이 발생한다. 플러스로 대전한 물 분자(73)에 작용하는 인력(F2)은, 화살표로 나타내는 방향, 즉 제3 전극(33)으로부터 제1 전극(31)을 향하는 방향으로 작용한다. 플러스로 대전한 물 분자(73)는, 제1 전극(31)측으로 이동한다. 이 때, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이의 전위차에 의해, 여과재(34)를 두께 방향으로 관통하도록, 제1 전극(31)으로부터 제2 전극(32)을 향하는 전계가 형성되어 있다.
제1 전극(31)측으로 이동한 물 분자(73)는, 전계에 의해 힘을 받아, 제2 전극(32)측으로 당겨져 여과재(34)를 통과한다. 플러스로 대전한 물 분자(73)의 이동에 수반하여, 대전하고 있지 않은 물 분자도 제2 전극(32)측으로 끌려가, 전기 침투류가 형성된다. 이에 따라, 플러스로 대전한 물 분자(73)를 포함하는 극성 용매(72)(여과액(75))는, 제2 여과실(35)로 흐른다. 전술한 바와 같이, 제1 입자(71)는, 전기 영동에 의해 제1 전극(31)으로부터 떼어져, 제3 전극(33)측으로 이동하고 있고, 제1 입자(71)가 분리된 극성 용매(72)(여과액(75))가 제2 여과실(35)측으로 배출됨으로써, 제1 여과실(30) 내의 슬러리(원액)(70)의 제1 입자(71)의 농도를 높일 수 있다.
이와 같이, 여과 장치(10)는, 제1 전극(31)과 제3 전극(33)과의 사이에서, 제1 입자(71)를 쿨롱력(F)(제1 입자(71)와 제1 전극(31)과의 사이에 발생하는 척력)에 의해 이동시키는 전기 영동과, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이의 전계에 의해 물 분자(73)를 이동시켜 여과재(34)를 통과시키는 전기 침투를 조합함으로써, 제1 입자(71)를 분리할 수 있다. 또한, 제1 전극(31)은, 전기 영동의 전극과 전기 침투의 전극을 겸용한다. 이에 따라, 단순하게 슬러리(원액)(70)에 압력을 가하여, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)보다도 큰 입경의 제1 입자(71)를 분리하는 방법에 비해, 제1 전극(31)의 표면 및 여과재(34)의 표면에 케이크층이 형성되는 것을 억제할 수 있어, 여과 속도를 수 배 내지 10배 이상으로 향상시킬 수 있다.
결과적으로, 단순하게 슬러리(원액)(70)에 압력을 가한 방법에 비해, 제1 여과실(30) 내에서의 슬러리(원액)(70)의 제1 입자(71)의 농축도를 높일 수 있다. 또한, 제1 전극(31)의 표면 및 여과재(34)의 표면에 제1 입자(71)의 케이크층이 형성되는 것이 억제되기 때문에, 여과재(34)의 청소, 교환의 빈도를 적게 할 수 있어, 효율 좋게 슬러리(원액)(70)의 여과를 행할 수 있다. 혹은, 단순하게 슬러리(원액)(70)에 압력을 가하여 여과를 행하는 경우에 비해, 제1 여과실(30)의 체적을 작게 하여, 여과재(34)의 면적을 작게 해도, 단순하게 슬러리(원액)(70)에 압력을 가하는 경우와 동정도의 여과 속도를 실현할 수 있다. 즉, 여과 장치(10)는, 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 형성되는 전계(E)를 제어함으로써, 여과재(34)를 통과하는 입자 레벨(입자경)도 제어할 수 있다. 예를 들면, 제1 전극(31)에 제1 전위(V1)＝－30V를 인가하고, 제2 전극(32)에 제2 전위(V2)＝－40V를 인가함으로써, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 배리어의 전계가 형성되고, 여과재(34)의 눈금 간격(0.1㎛ 이상 100㎛ 이하)(34b)보다도 작은 입경(5㎚ 이상 2000㎛ 이하)의 제2 입자(74)가, 여과재(34)를 통과하는 것을 억제할 수 있다.
즉, 정밀 여과막(MF막) 상당의 여과재(34)를 이용한 경우라도, 제1 전원(51), 제2 전원(52) 및 제3 전원(53)에서의 각 전극 간의 전계 제어에 의해, 한외 여과막(UF막), 혹은 나노 여과막(NF막) 상당까지, 분리 대상의 입자경을 변경할 수 있다. 한외 여과막(UF막)은, 개구의 지름이 10㎚ 이상 100㎚ 이하 정도의 여과막이다. 나노 여과막(NF막)은, 개구의 지름이 1㎚ 이상 10㎚ 이하 정도의 여과막이다.
또한, 전술한 여과 장치(10)의 구성은 어디까지나 일 예이고, 적절히 변경할 수 있다. 예를 들면, 제1 전극(31), 여과재(34) 및 제2 전극(32)이 적층되어 형성되는 부극 여과판과, 제3 전극(33)은, 평행 평판 형상으로 대향 배치된다. 이에 한정되지 않고, 제1 전극(31), 여과재(34) 및 제2 전극(32)이 적층되어 형성되는 부극 여과판과, 제3 전극(33)은, 각각 곡면을 갖고 형성되어 있어도 좋다. 부극 여과판 및 제3 전극(33)의 형상이나 배치는, 여과 장치(10)의 형상, 구조에 따라서 적절히 변경할 수 있다. 또한, 제1 여과실(30)에 공급되는 대상 처리액인 슬러리(원액)(70)의 농도는, 특별히 한정되지 않고, 여과 장치(10)가 적용되는 분야에 따라서 변경할 수 있다.
실시 형태 2에서는, 제1 여과실(30)의 내부 압력은, 가압되어 있고, 제2 여과실(35)의 내부 압력보다도 크다. 다른 태양으로서는, 제2 여과실(35)의 내부 압력을 진공 흡인하는 등에 의해 음압함으로써, 제1 여과실(30)의 내부 압력이, 제2 여과실(35)의 내부 압력보다도 상대적으로 크게 하도록 해도 좋다.
또한, 제1 전위(V1), 제2 전위(V2) 및 제3 전위(V3)는, 분리 대상의 제1 입자(71)의 종류나, 요구되는 여과 특성에 따라서 적절히 변경하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 2의 여과 장치(10)는, 복수의 제1 개구(31b)가 형성된 제1 전극(31)과, 복수의 제2 개구(32b)가 형성되고, 제1 전극(31)의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극(32)과, 복수의 눈금 간격(34b)이 형성되고, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 형성된 여과재(34)와, 제1 전극(31)의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되고, 분리 대상의 제1 입자(71)와 극성 용매(72)를 포함하는 슬러리(원액)(70)(대상 처리액)가 공급되는 제1 여과실(30)과, 제1 여과실(30)을 사이에 끼우고 제1 전극(31)과 대향하는 제3 전극(33)과, 제1 전극(31)에, 제1 입자(71)의 극성과 동일한 극성의 제1 전위(V1)를 공급하는 제1 전원(51)과, 제2 전극(32)에, 제1 입자(71)의 극성과 동일한 극성의 제2 전위(V2)를 공급하는 제2 전원(52)과, 제3 전극(33)에, 제1 입자(71)의 극성과 상이한 극성의 제3 전위(V3)를 공급하는 제3 전원(53)을 갖는다.
이에 따르면, 여과 장치(10)에서는, 제1 전극(31)과 제3 전극(33)과의 사이에서 제1 입자(71)에 발생하는 쿨롱력(F)(제1 입자(71)와 제1 전극(31)과의 사이에 발생하는 척력)에 의해 제1 입자(71)가 제1 전극(31)으로부터 제3 전극(33)을 향하는 방향으로 이동한다. 이러한 전기 영동에 의해, 제1 전극(31)의 표면 및 여과재(34)의 표면에 케이크층이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이의 전계에 의해 물 분자(73)를 이동시켜 여과재(34)를 통과시키는 전기 침투에 의해, 제1 입자(71)를 분리할 수 있어, 제1 여과실(30) 내에서의 슬러리(원액)(70)의 제1 입자(71)의 농축도를 높일 수 있다. 이에 따라, 단순하게 슬러리(원액)(70)에 압력을 가하여, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)보다도 큰 입경의 제1 입자(71)를 분리하는 방법에 비해, 여과 속도를 수 배 내지 10배 이상으로 향상시킬 수 있다.
또한, 여과 장치(10)에 있어서, 제2 전위(V2)의 절대값은 제1 전위(V1)의 절대값보다도 크고, 제1 전위(V1)와 제3 전위(V3)의 전위차는, 제1 전위(V1)와 제2 전위(V2)의 전위차보다도 크다.
이에 따르면, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)의 거리에 비해, 여과재(34)를 사이에 끼우고 대향하는 제1 전극(31)과 제3 전극(33)의 거리가 큰 경우에서도, 전기 영동에 의해, 양호하게 제1 입자(71)를 제3 전극(33)측으로 이동시킬 수 있다.
또한, 여과 장치(10)에 있어서, 제1 전극(31)의 표면에 수직인 방향으로, 제2 전극(32), 여과재(34), 제1 전극(31), 제1 여과실(30), 제3 전극(33)의 순서로 적층되고, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이의 거리는, 제1 전극(31)과 제3 전극(33)과의 사이의 거리보다도 작다.
이에 따르면, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에서 형성되는 전계 강도를 높일 수 있어, 전기 침투에 의해 물 분자(73)를 이동시켜, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이의 여과재(34)를 양호하게 통과시킬 수 있다.
또한, 여과 장치(10)에 있어서, 제1 전원(51) 및 제3 전원(53)은, 정전압원이고, 제2 전원(52)은, 정전류원이다.
이에 따르면, 제1 전원(51)에 의해 공급되는 제1 전위(V1) 및 제3 전원(53)에 의해 공급되는 제3 전위(V3)에 의해, 제1 전극(31)과 제3 전극(33)과의 사이에서, 제1 입자(71)에 발생하는 쿨롱력(F)을 규정할 수 있다. 또한, 제1 전원(51)에 의해 공급되는 제1 전위(V1) 및 제2 전원(52)에 의해 공급되는 전류에 의해, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에서 형성되는 전계 강도가 규정되어, 양호하게 전기 침투를 행할 수 있다.
또한, 여과 장치(10)에 있어서, 눈금 간격(34b)의 크기(지름 D3)는, 제1 개구(31b)의 지름 D1 및 제2 개구(32b)의 지름 D2보다도 작다.
이에 따르면, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)은, 적어도 제1 개구(31b) 및 제2 개구(32b)와 중첩되는 영역에서, 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)의 도전 세선(31a, 32a)과 비중첩이 되도록 형성된다. 이에 따라, 물 분자(73)는, 전기 침투에 의해 양호하게 여과재(34)의 눈금 간격(34b)을 통과할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 실시 형태 2의 여과 장치(10)는, 마이너스로 대전한 제1 입자(71)가, 전기 영동과 전계 배리어(E)의 복합적 효과에 의해, 제1 전극(31)으로부터 수㎚ 이상 수 ㎛ 이하의 범위에서 제1 전극(31)으로부터 이격하고 있다. 또한, 제1 입자(71)가 분리된 극성 용매(72)(여과액(75))가 배출됨으로써, 제1 여과실(30) 내의 슬러리(원액)(70)의 제1 입자(71)의 농도가 높아져, 제1 여과실(30) 내에는, 농축 슬러리가 생긴다.
따라서, 제1 여과실(30) 내에 있어서, 마이너스로 대전한 제1 입자(71)가 농축된 농축 슬러리는, 제1 여과실(30)에 형성한 농축액 배출구(도시하지 않음)로부터 배출할 수 있다.
실시 형태 2의 여과 장치(10)에서는, 제1 전극(31)에 가까운 위치의 제1 입자(71)에는, 실시 형태 1의 여과 장치(10)와 비교하여, 보다 강력한 척력이 발생하고 있다. 이에 따라, 실시 형태 1의 여과 장치(10)와 비교하여, 제3 전극(33)에 가까운 위치의 제1 입자(71)에는, 보다 강력한 인력이 발생한다. 마이너스로 대전한 제1 입자(71)에 발생하는 척력(도 2의 F1 참조) 및 인력(f2)의 벡터의 총합(F3)은, 실시 형태 1의 여과 장치(10)에서의 제1 입자에 발생하는 척력(F1)과의 역관계를 비교하면, F1＜F3의 관계에 있고, 마이너스로 대전한 제1 입자(71)에 발생하는 척력 및 인력의 벡터의 총합(F3), 전기 영동에 의해 제3 전극(33)측으로 이동하는 힘이 크다.
이와 같이, 실시 형태 1의 여과 장치(10)보다도, 실시 형태 2의 여과 장치(10)는 제3 전극(33)을 구비하고, 제3 전극(33)에 소정의 전위를 인가하고 있음으로써, 제1 전극(31)과의 사이에 작용하는 척력 및 인력의 벡터의 총합(F3)에 의해, 수 ㎚∼수 ㎛의 범위에서 제1 전극(31)으로부터 이격하는 효과가 증대하고 있다. 이 결과, 여과재(34)의 여과 저항이 증대하는 시기가 늦어진다. 따라서, 여과재(34)의 여과 저항이 작은 상태가 장기간 계속하여, 여과 속도가 보다 향상한다.
(실시 형태 3)
도 10은, 실시 형태 3에 따른 여과 장치의 개략도이다. 또한, 전술한 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다. 실시 형태 3에 따른 여과 장치(10)는, 극성 용매(72) 중에 제1 입자(71)가 분산된 슬러리(원액)(70)(대상 처리액)로부터, 제1 입자(71)를 분리하는 장치이다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 3에 따른 여과 장치(10)는, 케이스체(20)와, 케이스체(20)의 내부에 배치되는 4개의 여과 유닛(100)과, 제2 여과실(35)과, 2개의 제1 전원(51)과, 2개의 제2 전원(52)과, 2개의 제3 전원(53)을 구비한다. 4개의 여과 유닛(100)은, 여과 유닛(101)과, 여과 유닛(102)과, 여과 유닛(105)과, 여과 유닛(106)을 포함한다. 여과 유닛(101) 및 여과 유닛(102)은, 일 방향 X에 나열되어 배치된다. 여과 유닛(105) 및 여과 유닛(106)은, 일 방향 X에 나열되어 배치된다. 여과 유닛(101) 및 여과 유닛(105)은, 일 방향 X에 대하여 직교하는 타 방향 Y에 나열되어 배치된다. 여과 유닛(102) 및 여과 유닛(106)은, 타 방향 Y에 나열되어 배치된다. 각각의 여과 유닛(100)은, 제1 여과실(30)과, 제1 전극(31)과, 제2 전극(32)과, 제3 전극(33)과, 여과재(34)를 갖는다.
제1 여과실(30)은, 케이스체(20)의 내벽, 제1 전극(31) 및, 제3 전극(33)으로 둘러싸인 공간이다. 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)은, 메쉬 형상의 전극이다. 구체적으로는, 제1 전극(31)은, 복수의 도전 세선(31a)을 갖고, 복수의 도전 세선(31a)의 사이에 복수의 제1 개구(31b)가 형성된다. 제2 전극(32)은, 복수의 도전 세선(32a)을 갖고, 복수의 도전 세선(32a)의 사이에 복수의 제2 개구(32b)가 형성된다. 제2 전극(32)은, 여과재(34)를 통하여 제1 전극(31)의 한쪽의 면(하면)과 대향하여 형성된다. 환언하면, 여과재(34)는, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 형성된다. 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)은, 여과재(34)와 직접 접하여 형성된다. 복수의 도전 세선(31a) 및 복수의 도전 세선(32a)은, 도전성 소재이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 금속이라도 좋고 탄소 섬유라도 좋다. 또한, 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)은, 여과재(34)와 직접 접하는 구성에 한정되지 않고, 여과재(34)와의 사이에 극간을 갖고 배치되어 있어도 좋다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 제3 전극(33)은, 판 형상의 부재이고, 제1 여과실(30)을 사이에 끼우고 제1 전극(31)의 다른 한쪽의 면(상면)과 대향하여 형성된다. 1개의 여과 유닛(100)이 구비하는 제1 전극(31), 제2 전극(32), 제3 전극(33) 및, 여과재(34)는, 타 방향 Y에서 서로 이웃하는 여과 유닛(100)과 공용된다. 환언하면, 1개의 제1 전극(31), 1개의 제2 전극(32), 1개의 제3 전극(33) 및 1개의 여과재(34)는, 타 방향 Y에서 서로 이웃하는 여과 유닛(100)(여과 유닛(101) 및 여과 유닛(105)의 조(組), 그리고 여과 유닛(102) 및 여과 유닛(106)의 조)에서 공용된다.
여과 유닛(101) 및 여과 유닛(105)에서는, 일 방향 X에 있어서(도 10의 위로부터 아래를 향하여), 복수의 전극이, 제3 전극(33), 제1 전극(31), 제2 전극(32)의 순으로 나열된다. 여과 유닛(102) 및 여과 유닛(106)에서는, 일 방향 X에 있어서(도 10의 위로부터 아래를 향하여), 복수의 전극이, 제2 전극(32), 제1 전극(31), 제3 전극(33)의 순으로 나열된다.
도 10에서는, 제1 전극(31)의 제1 개구(31b), 제2 전극(32)의 제2 개구(32b) 및 여과재(34)의 눈금 간격(34b)은 동일한 크기로 나타내고 있지만, 어디까지나 설명을 위해 개략적으로 나타낸 것이고, 제1 개구(31b), 제2 개구(32b) 및 눈금 간격(34b)의 크기는 상이해도 좋다.
또한, 도 10에 나타내는 여과 유닛(100)의 구성은, 어디까지나 일 예이고, 제1 전극(31), 제2 전극(32) 및 여과재(34)와, 제3 전극(33)으로 사이에 낀 제1 여과실(30)을 형성할 수 있으면 어떤 구성이라도 좋다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 제1 전극(31)은, 제1 전원(51)의 제2 단자(51b)와 전기적으로 접속된다. 또한, 제1 전극(31)은, 제2 전원(52)의 제1 단자(52a)와 전기적으로 접속된다. 제2 전극(32)은, 제2 전원(52)의 제2 단자(52b)와 전기적으로 접속된다. 제3 전극(33)은, 제3 전원(53)의 제1 단자(53a)와 전기적으로 접속된다. 제3 전원(53)의 제2 단자(53b) 및 제1 전원(51)의 제1 단자(51a)는, 기준 전위(GND)에 접속된다. 기준 전위(GND)는, 예를 들면 그라운드 전위이다. 단, 이에 한정되지 않고, 기준 전위(GND)는, 소정의 고정된 전위라도 좋다.
도 9는, 실시 형태 3에 따른 여과 유닛을 나타내는 전기적 등가 회로도이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 제1 전원(51)은, 제1 전극(31)에, 제1 입자(71)의 극성과 동일한 극성의 제1 전위(V1)를 공급한다. 제1 전위(V1)는, 예를 들면 －30V이다. 제2 전원(52)은, 제2 전극(32)에, 제1 입자(71)의 극성과 동일한 극성으로서, 제1 전위(V1)의 절대값보다도 큰 절대값의 제2 전위(V2)를 공급한다. 제2 전위(V2)는, 예를 들면 －40V이다. 제3 전원(53)은, 제3 전극(33)에, 제1 입자(71)의 극성과 상이한 극성의 제3 전위(V3)를 공급한다. 제3 전위(V3)는, 예를 들면 ＋30V이다. 제1 전위(V1), 제2 전위(V2) 및 제3 전위(V3)는, 절대값으로 1㎷ 이상 1000V 이하의 범위에서 설정할 수 있다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 제1 전원(51) 및 제3 전원(53)은 정전압원이고, 제2 전원(52)은 정전류원이다. 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 저항 성분 (R1)과 용량 성분(C)이 병렬로 접속된다. 저항 성분 (R1) 및 용량 성분(C)은, 다수의 눈금 간격(34b)이 형성된 여과재(34)에 의해 등가적으로 나타나는 성분이다. 또한, 제1 전극(31)과 제3 전극(33)과의 사이에 저항 성분 (R2)가 접속된다. 저항 성분 (R2)는, 제1 여과실(30)의 슬러리(원액)(70)에 의해 등가적으로 나타나는 저항 성분이다.
제2 전원(52)은, 정전압 전원이라도, 정전류 전원이라도 좋다. 본 실시 형태에서는, 제2 전원(52)은, 정전류원이기 때문에, 여과 장치(10)의 여과의 상태에 따라서, 즉, 여과재(34)의 저항 성분 (R1) 및 제1 여과실(30)의 저항 성분 (R2)의 변동에 따라서, 제2 전위(V2)는 변화한다. 단, 제2 전위(V2)는 제1 입자(71)의 극성과 동일한 극성으로, 제1 전위(V1)의 절대값보다도 큰 값을 유지하고 있다.
케이스체(20)에는, 슬러리 공급부(81)와, 제1 배출부(83)와, 제2 배출부(85)가 접속되어 있다. 슬러리 공급부(81)는, 슬러리(원액)(70)가 저류된 탱크(80)에 가압 장치(316)를 통하여 접속되는 배관이다. 슬러리 공급부(81)는, 제1 여과실(30)과 접속된다. 가압 장치(316)는, 예를 들면 가압 펌프이다. 슬러리 공급부(81)는, 가압 장치(316)에 의해, 분리 대상의 제1 입자(71)와 극성 용매(72)를 포함하는 슬러리(원액)(70)를 제1 여과실(30)에 공급한다. 제1 배출부(83)는, 슬러리(원액)(70)의 일부를 제1 여과실(30)로부터 배출하기 위한 배관이다. 제1 배출부(83)는, 제1 여과실(30)과 접속된다. 제1 배출부(83)는, 슬러리 공급부(81)와는 상이한 위치에 형성된다. 제1 배출부(83)는, 밸브(19)를 구비한다. 밸브(19)가 개방된 경우에, 제1 배출부(83)는, 제1 여과실(30)에 도입된 슬러리(원액)(70)가 농축된 농축 슬러리(70A)의 일부를 배출한다. 제2 배출부(85)는, 제2 여과실(35)에 있는 여과액(75)을 제2 여과실(35)로부터 배출하기 위한 배관이다. 제2 배출부(85)는, 감압 장치(317)와 접속된다. 감압 장치(317)는, 예를 들면 진공 펌프이다. 감압 장치(317)에 의해 생기는 차압에 의해, 제2 여과실(35)의 여과액(75)이 외부에 배출된다. 제2 여과실(35)은, 케이스체(20)의 내벽 및, 2개의 제2 전극(32)으로 둘러싸인 공간이다. 제2 여과실(35)은, 일 방향 X에 나열된 2개의 여과 유닛(100)의 사이에 배치된다.
제1 여과실(30)에 있어서, 각 전극의 구동에 의해 슬러리(원액)(70)의 제1 입자(71)에 척력 및 인력의 벡터의 총합(F3)이 작용하기 때문에, 제1 입자(71)의 분산 상황에 농도 구배가 생긴다. 제1 입자(71)가 분리된 슬러리(원액)(70)는, 제1 전극(31), 여과재(34) 및 제2 전극(32)을 순차로 통과하여, 제2 여과실(35)로 흐른다. 제2 여과실(35)에 배출된 여과액(75)은, 제2 배출부(85)를 통하여 외부의 저류 탱크에 고인다.
실시 형태 3에 있어서는, 슬러리 중의 분리 대상물의 제1 입자(71)는, 예를 들면, 바이오매스 입자나 콜로이드 입자이고, 입자 표면이 마이너스로 대전하고 있다. 구체적으로는, 제1 입자(71)는, 클로렐라, 미세 해조류 스피루리나, 콜로이달 실리카, 대장균, 하수 활성 오니 등이다. 제1 입자(71)의 지름은, 적용되는 기술 분야, 분리 대상의 종류에 따라서 상이하지만, 5㎚ 이상 2000㎛ 이하, 예를 들면 20㎚ 이상 500㎛ 이하 정도이다.
제1 입자(71)가 분산되는 극성 용매(72)는, 본 실시 형태에서는 물이고, 물 분자(73)는 플러스로 대전하고 있다. 이에 따라, 슬러리(원액)(70)는 전체적으로 전기적으로 평형 상태로 되어 있다. 극성 용매(72)는, 물에 한정되지 않고, 알코올 등이라도 좋다. 즉, 극성 용매(72)는, 극성 용매이면 좋다.
또한, 슬러리(원액)(70)는, 추가로 색소 단백질 등의 제2 입자(74)를 포함한다. 제2 입자(74)는, 제1 입자(71)와 동일한 극성(마이너스)으로 대전하고 있고, 제1 입자(71)보다도 작은 입경을 갖는다. 제2 입자(74)는, 10㎚ 이상 300㎚ 이하, 예를 들면, 30㎚ 정도이다. 또한, 제2 입자(74)는 슬러리 중에는 존재하지 않는 경우도 있다.
제1 여과실(30)에 슬러리(원액)(70)가 공급되면, 전술한 식 (1)로 나타나는, 쿨롱의 법칙에 기초하여, 마이너스로 대전한 제1 입자(71)와 제1 전극(31)과의 사이에는 척력이 발생한다. 또한, 마이너스로 대전한 제1 입자(71)와 제3 전극(33)과의 사이에는 인력이 발생한다.
구체적으로는, 제1 전극(31)에 가까운 위치의 제1 입자(71)에는, 보다 강력한 척력이 발생하고, 이에 대하여 제3 전극(33)에 가까운 위치의 제1 입자(71)에는, 보다 강력한 인력이 발생한다. 제1 입자(71)에 발생하는 척력 및 인력의 벡터의 총합(F3)은, 화살표로 나타내는 방향, 즉 제1 전극(31)으로부터 떨어져 제3 전극(33)에 가까워지는 방향으로 작용한다. 마이너스로 대전한 제1 입자(71)는, 전기 영동에 의해 제3 전극(33)측으로 이동한다.
이에 따라, 여과 장치(10)는, 제1 입자(71)가 제1 전극(31)의 표면 및 여과재(34)의 표면에 퇴적하여 케이크층이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)의 여과 저항이 증대하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 플러스로 대전한 물 분자(73)는, 제1 전극(31)과의 사이에 인력이 발생한다. 플러스로 대전한 물 분자(73)에 작용하는 인력(F2)은, 화살표로 나타내는 방향, 즉 제3 전극(33)으로부터 제1 전극(31)을 향하는 방향으로 작용한다. 플러스로 대전한 물 분자(73)는, 제1 전극(31)측으로 이동한다. 이 때, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이의 전위차에 의해, 여과재(34)를 두께 방향으로 관통하도록, 제1 전극(31)으로부터 제2 전극(32)을 향하는 전계(E)가 형성되어 있다.
제1 전극(31)측으로 이동한 플러스로 대전한 물 분자(73)는, 전계에 의해 힘을 받아, 물 분자(73)에 작용하는 인력(F2)에 의해, 제2 전극(32)측으로 당겨져 여과재(34)를 통과한다. 플러스로 대전한 물 분자(73)의 이동에 수반하여, 대전하고 있지 않은 물 분자도 제2 전극(32)측으로 끌려가, 전기 침투류가 형성된다. 이에 따라, 플러스로 대전한 물 분자(73)를 포함하는 극성 용매(72)는, 제2 여과실(35)로 흐른다. 전술한 바와 같이, 제1 입자(71)는, 전기 영동에 의해 제1 전극(31)으로부터 떼어져, 제3 전극(33)측으로 이동하고 있고, 제1 입자(71)가 분리된 여과액(75)이 제2 여과실(35)측에 배출됨으로써, 제1 여과실(30) 내의 슬러리(원액)(70)의 제1 입자(71)의 농도를 높일 수 있다.
이와 같이, 여과 장치(10)는, 제1 전극(31)과 제3 전극(33)과의 사이에서, 제1 입자(71)를 쿨롱력(F)(제1 입자(71)와 제1 전극(31)과의 사이에 발생하는 척력)에 의해 이동시키는 전기 영동과, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이의 전계에 의해 물 분자(73)를 이동시켜 여과재(34)를 통과시키는 전기 침투를 조합함으로써, 제1 입자(71)를 분리할 수 있다. 또한, 제1 전극(31)은, 전기 영동의 전극과, 전기 침투의 전극을 겸용한다. 이에 따라, 단순하게 슬러리(원액)(70)에 압력을 가하여, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)보다도 큰 입경의 제1 입자(71)를 분리하는 방법에 비해, 제1 전극(31)의 표면 및 여과재(34)의 표면에 케이크층이 형성되는 것을 억제할 수 있어, 여과 속도를 수 배 내지 10배 이상으로 향상시킬 수 있다.
결과적으로, 단순하게 슬러리(원액)(70)에 압력을 가한 방법에 비해, 제1 여과실(30) 내에서의 슬러리(원액)(70)의 제1 입자(71)의 농축도를 높일 수 있다. 또한, 여과재(34)의 청소, 교환의 빈도를 적게 할 수 있어, 효율 좋게 슬러리(원액)(70)의 여과를 행할 수 있다. 혹은, 단순하게 슬러리(원액)(70)에 압력을 가하여 여과를 행하는 경우에 비해, 제1 여과실(30)의 체적을 작게 하고, 여과재(34)의 면적을 작게 해도, 종래와 동정도의 여과 속도를 실현할 수 있다. 즉, 여과 장치(10)는, 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 형성되는 전계를 제어함으로써, 여과재(34)를 통과하는 입자 레벨(입자경)도 제어할 수 있다. 예를 들면, 제1 전극(31)에 제1 전위(V1)＝－30V를 인가하고, 제2 전극(32)에 제2 전위(V2)＝－40V를 인가함으로써, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 배리어의 전계가 형성되어, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)보다도 작은 입경의 제2 입자(74)가, 여과재(34)를 통과하는 것을 억제할 수 있다.
즉, 정밀 여과막(MF막) 상당의 여과재(34)를 이용한 경우라도, 제1 전원(51), 제2 전원(52) 및 제3 전원(53)에서의 각 전극 간의 전계 제어에 의해, 한외 여과막(UF막), 혹은 나노 여과막(NF막) 상당까지, 분리 대상의 입자경을 변경할 수 있다. 한외 여과막(UF막)은, 개구의 지름이 10㎚ 이상 100㎚ 이하 정도의 여과막이다. 나노 여과막(NF막)은, 개구의 지름이 1㎚ 이상 10㎚ 이하 정도의 여과막이다.
또한, 전술한 여과 장치(10)의 구성은 어디까지나 일 예이고, 적절히 변경할 수 있다. 예를 들면, 제1 전극(31), 여과재(34) 및 제2 전극(32)이 적층되어 형성되는 부극 여과판과, 제3 전극(33)은, 평행 평판 형상으로 대향 배치된다. 이에 한정되지 않고, 제1 전극(31), 여과재(34) 및 제2 전극(32)이 적층되어 형성되는 부극 여과판과, 제3 전극(33)은, 각각 곡면을 갖고 형성되어 있어도 좋다. 부극 여과판 및 제3 전극(33)의 형상이나 배치는, 여과 장치(10)의 형상, 구조에 따라서 적절히 변경할 수 있다. 또한, 제1 여과실(30)에 공급되는 대상 처리액인 슬러리(원액)(70)의 농도는, 특별히 한정되지 않고, 여과 장치(10)가 적용되는 분야에 따라서 변경할 수 있다.
실시 형태 3에서는, 제1 여과실(30)의 내부 압력은, 가압되어 있고, 제2 여과실(35)의 내부 압력보다도 크다. 다른 태양으로서는, 제2 여과실(35)의 내부 압력을 진공 흡인하는 등에 의해 음압함으로써, 제1 여과실(30)의 내부 압력이, 제2 여과실(35)의 내부 압력보다도 상대적으로 크게 하도록 해도 좋다.
실시 형태 3의 복수의 여과 유닛(100)은, 일 방향 X 및 타 방향 Y의 양쪽에 대하여 직교하는 방향(도 10에 있어서의 지면의 깊이 방향)에 나열되어 배치되어도 좋다. 즉, 복수의 여과 유닛(100)은, 3차원적으로 나열되어 배치되어도 좋다.
또한, 각 여과 유닛(100)은, 유닛 간에 있어서, 격벽으로 구분되어 있어도 좋고, 가상의 격벽이라도 좋다. 격벽으로 구분되어 있는 경우에는, 각 유닛을 연통하는 부재(예를 들면 개구, 연결 통로 등)에 의해 내부의 슬러리를 이동시키도록 해도 좋다.
여과 장치(10)는, 반드시 제1 전원(51), 제2 전원(52) 및, 제3 전원(53)을 2개씩 구비하고 있지 않아도 좋다. 제1 전원(51), 제2 전원(52) 및, 제3 전원(53) 중 정전압 전원인 전원의 수는, 1개라도 좋다. 예를 들면, 제1 전원(51) 및 제3 전원(53)이 정전압 전원인 경우, 제1 전원(51) 및 제3 전원(53)의 수가 1개라도 좋다. 이 경우, 1개의 제1 전원(51)이 복수의 제1 전극(31)에 접속되고, 1개의 제3 전원(53)이 복수의 제3 전극(33)에 접속된다.
또한, 제1 전위(V1), 제2 전위(V2) 및 제3 전위(V3)는, 분리 대상의 제1 입자(71)의 종류나, 요구되는 여과 특성에 따라서 적절히 변경하는 것이 바람직하다.
여과 장치(10)는, 제3 전원(53)을 구비하고 있지 않아도 좋다. 이 경우, 제3 전극(33)은, 예를 들면 기준 전위(GND)에 접속된다. 제3 전극(33)을 기준 전위(GND)에 접속하는 경우, 제1 전극(31), 제2 전극(32), 제3 전극(33)의 각각에 전원을 형성하는 경우에 비해, 여과 장치(10)의 소형화를 도모할 수 있다.
여과 장치(10)는, 반드시 가압 장치(316) 및 감압 장치(317)의 양쪽을 구비하고 있지 않아도 좋다. 여과 장치(10)는, 가압 장치(316) 및 감압 장치(317)의 한쪽만을 구비하고 있어도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 여과 장치(10)는, 복수의 여과 유닛(100)을 갖는다. 여과 유닛(100)은, 제1 전극(31)과, 제2 전극(32)과, 여과재(34)와, 제1 여과실(30)과, 제3 전극(33)을 포함한다. 제1 전극(31)은, 복수의 제1 개구(31b)가 형성된다. 제2 전극(32)은, 복수의 제2 개구(32b)가 형성되고, 또한, 제1 전극(31)의 한쪽의 면과 대향하여 형성된다. 여과재(34)는, 복수의 눈금 간격(34b)이 형성되고, 또한 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 형성된다. 제1 여과실(30)은, 제1 전극(31)의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성된다. 제3 전극(33)은, 제1 여과실(30)에 형성되고, 또한 제1 전극(31)과 대향한다. 2개의 여과 유닛(100)이 일 방향 X에 나열되어 배치된다. 여과 장치(10)는, 2개의 제2 전극(32)의 사이에 형성되는 제2 여과실(35)을 구비한다.
이에 따르면, 2개의 여과 유닛(100)의 각각에 있어서, 제1 전극(31)과 제3 전극(33)과의 사이에서 제1 입자(71)에 발생하는 쿨롱력(F)(제1 입자(71)와 제1 전극(31)과의 사이에 발생하는 척력)에 의해 제1 입자(71)가 제1 전극(31)으로부터 제3 전극(33)을 향하는 방향으로 이동한다. 이러한 전기 영동에 의해, 제1 전극(31)의 표면 및 여과재(34)의 표면에 케이크층이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이의 전계에 의해 물 분자(73)를 이동시켜 여과재(34)를 투과시키는 전기 침투에 의해, 제1 입자(71)를 분리할 수 있어, 제1 여과실(30) 내에서의 슬러리(원액)(70)의 제1 입자(71)의 농축도를 높일 수 있다. 이에 따라, 단순하게 슬러리(원액)(70)에 압력을 가하여, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)보다도 큰 입경의 제1 입자(71)를 분리하는 방법에 비해, 여과 속도를 수 배 내지 10배 이상으로 향상시킬 수 있다. 또한, 이와 같이 복수의 여과 유닛(100)을 배치함으로써, 여과 장치(10)는, 제1 여과실(30)에 있는 슬러리(원액)(70)의 양을 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 여과 장치(10)에 있어서, 한쪽의 여과 유닛(100)(여과 유닛(101))에서는, 일 방향 X에 있어서, 복수의 전극이, 제3 전극(33), 제1 전극(31), 제2 전극(32)의 순으로 나열된다. 다른 한쪽의 여과 유닛(여과 유닛(102))에서는, 일 방향 X에 있어서, 복수의 전극이, 제2 전극(32), 제1 전극(31), 제3 전극(33)의 순으로 나열된다.
이에 따르면, 한쪽의 여과 유닛(100)(여과 유닛(101))과 다른 한쪽의 여과 유닛(100)(여과 유닛(102))이, 1개의 제2 여과실(35)을 공용할 수 있다. 이 때문에, 1개의 여과 유닛(100)에 1개의 제2 여과실(35)을 형성하는 경우와 비교하여, 여과 장치(10)는, 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 여과 장치(10)에 있어서, 제1 여과실(30)에는, 대상 처리액(슬러리(원액)(70))을 공급하기 위한 슬러리 공급부(81)와, 슬러리 공급부(81)와는 상이한 위치에 형성되고, 대상 처리액(슬러리(원액)(70)의 일부 또는 농축 슬러리(70A))의 일부를 배출하기 위한 제1 배출부(83)가 접속되어 있다.
이것에 의하면, 여과 장치(10)는, 제1 여과실(30)에 있는 대상 처리액(슬러리(원액)(70))의 양을 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 여과 장치(10)에 있어서, 일 방향 X에 대하여 직교하는 타 방향 Y에 2개의 여과 유닛(100)(여과 유닛(101) 및 여과 유닛(105))이 나열되어 배치된다.
이에 따르면, 여과 장치(10)는, 단위 시간당에 여과할 수 있는 슬러리(원액)(70)의 양을 많이 할 수 있다. 또한, 1개의 여과 유닛(100)을 대형화하는 경우와 비교하여, 여과 유닛(100)의 교환이 용이하다.
또한, 여과 장치(10)에 있어서, 제2 여과실(35)에는, 제2 여과실(35)에 여과액(75)을 배출하기 위한 제2 배출부(85)가 접속되어 있다.
이에 따르면, 여과 장치(10)는, 여과액(75)을, 제2 여과실(35)의 외부의 저류 탱크 등에 용이하게 반송할 수 있다.
또한, 여과 장치(10)에 있어서, 1개의 여과 유닛(100)에 있어서, 제2 전극(32)의 제2 전위(V2)의 절대값은, 제1 전극(31)의 제1 전위(V1)의 절대값보다도 크다. 제1 전위(V1)와 제3 전극(33)의 제3 전위(V3)의 전위차는, 제1 전위(V1)와 제2 전위(V2)의 전위차보다도 크다.
이에 따르면, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)의 거리에 비해, 제1 여과실(30)을 사이에 끼우고 대향하는 제1 전극(31)과 제3 전극(33)의 거리가 큰 경우에서도, 전기 영동에 의해, 양호하게 제1 입자(71)를 제3 전극(33)측으로 이동시킬 수 있다.
또한, 여과 장치(10)는, 정전압 전원인 제1 전원(51)을 포함하고, 1개의 제1 전원(51)이, 복수의 제1 전극(31)에 제1 전위(V1)를 공급해도 좋다. 여과 장치(10)의 제2 전원(52)을 정전압 전원으로 한 경우, 1개의 제2 전원(52)으로부터 복수의 제2 전극(32)에 제2 전위(V2)를 공급해도 좋다. 여과 장치(10)는, 정전압 전원인 제3 전원(53)을 포함하고, 1개의 제3 전원(53)이, 복수의 제3 전극(33)에 제3 전위(V3)를 공급해도 좋다.
이에 따르면, 여과 장치(10)는, 전원 장치를 간소화할 수 있어, 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
(실시 형태 3의 변형예)
도 11은, 실시 형태 3의 변형예에 따른 여과 장치의 개략도이다. 또한, 전술한 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 변형예에 따른 여과 장치(10A)는, 8개의 여과 유닛(100)과, 2개의 제2 여과실(35)을 구비한다. 도 10과 마찬가지이기 때문에, 도시는 생략하지만, 변형예에 따른 여과 장치(10A)는, 4개의 제1 전원(51)과, 4개의 제2 전원(52)과, 4개의 제3 전원(53)을 구비한다.
8개의 여과 유닛(100)은, 여과 유닛(101)과, 여과 유닛(102)과, 여과 유닛(103)과, 여과 유닛(104)과, 여과 유닛(105)과, 여과 유닛(106)과, 여과 유닛(107)과, 여과 유닛(108)을 포함한다.
여과 유닛(101), 여과 유닛(102), 여과 유닛(103) 및, 여과 유닛(104)은, 일 방향 X에 나열되어 배치된다. 여과 유닛(105) 및 여과 유닛(106), 여과 유닛(107) 및, 여과 유닛(108)은, 일 방향 X에 나열되어 배치된다. 여과 유닛(103) 및 여과 유닛(107)은, 타 방향 Y에 나열되어 배치된다. 여과 유닛(104) 및 여과 유닛(108)은, 타 방향 Y에 나열되어 배치된다.
1개의 여과 유닛(100)이 구비하는 제1 전극(31), 제2 전극(32), 제3 전극(33) 및, 여과재(34)는, 타 방향 Y에서 서로 이웃하는 여과 유닛(100)과 공용된다. 환언하면, 1개의 제1 전극(31), 1개의 제2 전극(32), 1개의 제3 전극(33) 및 1개의 여과재(34)는, 타 방향 Y에서 서로 이웃하는 여과 유닛(100)(여과 유닛(103) 및 여과 유닛(107)의 조, 그리고 여과 유닛(104) 및 여과 유닛(108)의 조)에서 공용된다.
여과 유닛(103) 및 여과 유닛(107)에서는, 일 방향 X에 있어서(도 11의 위로부터 아래를 향하여), 복수의 전극이, 제3 전극(33), 제1 전극(31), 제2 전극(32)의 순으로 나열된다. 여과 유닛(104) 및 여과 유닛(108)에서는, 일 방향 X에 있어서(도 11의 위로부터 아래를 향하여), 복수의 전극이, 제2 전극(32), 제1 전극(31), 제3 전극(33)의 순으로 나열된다.
여과 유닛(102)이 구비하는 제3 전극(33)은, 일 방향 X에서 서로 이웃하는 여과 유닛(103)과 공용된다. 여과 유닛(106)이 구비하는 제3 전극(33)은, 일 방향 X에서 서로 이웃하는 여과 유닛(107)과 공용된다. 환언하면, 일 방향 X에 2개의 나열된 제1 여과실(30)의 사이는, 일 방향 X에 서로 이웃하는 여과 유닛(100)(여과 유닛(102) 및 여과 유닛(103)의 조, 그리고 여과 유닛(106) 및 여과 유닛(107)의 조)에서 공용되는 제3 전극(33)으로 구획되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 여과 유닛에서는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 제3 전극(33)을 공용함으로써, 장치 구성의 컴팩트화를 도모할 수 있다.
또한, 여과 장치(10A)에 있어서는, 반드시 4개의 여과 유닛(100)이 일 방향 X에 나열되어 있지 않아도 좋다. 일 방향 X에 나열되는 여과 유닛(100)의 수는, 3개라도 좋고, 5개 이상이라도 좋다. 또한, 일 방향 X에 2개의 나열된 제1 여과실(30)의 사이에 배치되는 제3 전극(33)은, 반드시 2개의 여과 유닛(100)에서 공용되지 않아도 좋다. 즉, 일 방향 X에 2개의 나열된 제1 여과실(30)의 사이에, 서로 절연된 2개의 제3 전극(33)이 배치되어도 좋다.
복수의 여과 유닛(100)은, 일 방향 X 및 타 방향 Y의 양쪽에 대하여 직교하는 방향(도 11에 있어서의 지면의 깊이 방향)으로 나열되어 배치되어도 좋다. 즉, 복수의 여과 유닛(100)은, 3차원적으로 나열되어 배치되어도 좋다.
여과 장치(10A)는, 반드시 제1 전원(51), 제2 전원(52) 및, 제3 전원(53)을 4개씩 구비하고 있지 않아도 좋다. 제1 전원(51), 제2 전원(52) 및, 제3 전원(53) 중 정전압 전원인 전원의 수는, 1개라도 좋다. 예를 들면, 제1 전원(51) 및 제3 전원(53)이 정전압 전원인 경우, 제1 전원(51) 및 제3 전원(53)의 수가 1개라도 좋다. 이 경우, 1개의 제1 전원(51)이 복수의 제1 전극(31)에 접속되고, 1개의 제3 전원(53)이 복수의 제3 전극(33)에 접속된다.
이상 설명한 바와 같이, 변형예의 여과 장치(10A)에 있어서는, 3개 이상의 여과 유닛(100)이 나열되어 배치된다. 2개의 나열된 제1 여과실(30)의 사이는, 서로 이웃하는 여과 유닛(100)에서 공용되는 제3 전극(33)으로 구획되어 있다.
이에 따르면, 2개의 나열된 제1 여과실(30)을 가로막는 벽이 얇아진다. 또한, 필요한 제3 전원의 수를 줄일 수 있다. 따라서, 제3 전극(33)을 공용하지 않는 경우와 비교하여, 여과 장치(10A)는, 소형화를 도모할 수 있다.
(실시 형태 4)
도 12a 및 12b는, 실시 형태 4에 따른 여과 시스템의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 13은, 실시 형태 4에 따른 여과 장치의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 14는, 실시 형태 4에 따른 제1 여과 장치의 개략도이다. 도 15는, 실시 형태 4에 따른 제2 여과 장치의 개략도이다. 도 16은, 실시 형태 4에 따른 제3 여과 장치의 개략도이다. 또한, 전술한 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다.
도 12a, 도 14, 도 15 및 도 16에 나타내는 바와 같이, 여과 시스템(300A)은, 극성 용매(72) 중에 제3 입자(76)가 분산된 슬러리(원액)(70)(대상 처리액)로부터, 3종류의 분리 대상물을 분리하는 장치이다.
도 12b, 도 14 및, 도 15에 나타내는 바와 같이, 여과 시스템(300B)은, 극성 용매(72) 중에 제3 입자(76)가 분산된 슬러리(원액)(70)(대상 처리액)로부터, 2종류의 분리 대상물을 분리하는 장치이다.
도 12a, 도 14, 도 15 및 도 16에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 4에 따른 여과 시스템(300A)은, 극성 용매(72) 중에 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및 제5 입자(78)가 분산된 슬러리(원액)(70)로부터, 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및 제5 입자(78)를 분리하는 장치이다. 도 12a에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 4에 따른 여과 시스템(300A)은, 제1 여과 장치(91)와, 제2 여과 장치(92)와, 제3 여과 장치(93)와, 제1 가압 장치(95)와, 제2 가압 장치(96)와, 제3 가압 장치(97)와, 제4 가압 장치(98)를 구비한다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 4에 따른 제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)는, 직렬로 접속된다. 제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)의 각각은, 상부 케이스체(11)와, 덮개부(12)와, 측부 케이스체(13)와, 하부 케이스체(14)와, 도체(15)를 갖는다. 제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)의 각각은, 추가로, 상부 케이스체(11), 측부 케이스체(13) 및 하부 케이스체(14)로 둘러싸인 내부 공간에, 제1 여과실(30)과, 제1 전극(31)과, 제2 전극(32)과, 제3 전극(33)과, 여과재(34)(도 14 내지 도 16 참조)를 갖는다. 제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)의 각각은, 추가로, 제1 전극(31), 제2 전극(32) 및 제3 전극(33)에 전기적으로 접속된, 제1 전원(51)과, 제2 전원(52)과, 제3 전원(53)을 갖는다.
구체적으로는, 상부 케이스체(11)는, 절연 재료로 형성된 원기둥 형상의 부재이다. 측부 케이스체(13)는, 절연 재료로 형성되고, 관통공(13a)을 갖는 환 형상의 부재이다. 상부 케이스체(11)의 하단측의 일부가 측부 케이스체(13)의 관통공(13a)에 삽입된다. 하부 케이스체(14)는, 절연 재료로 형성되고, 측부 케이스체(13)를 지지한다. 덮개부(12)는, 상부 케이스체(11)의 상면을 덮어 형성된다.
제1 전극(31), 제2 전극(32) 및 여과재(34)(도 14 내지 도 16 참조)의 외연은, 측부 케이스체(13)와 하부 케이스체(14)와의 사이에 끼워져 고정된다. 제3 전극(33)은, 상부 케이스체(11)의 하면(하부 케이스체(14)와 대향하는 면)에, 볼트 등의 접속 부재(도시하지 않는다)에 의해 고정되고, 측부 케이스체(13)의 관통공(13a)의 내부에 위치한다. 또한, 도체(15)는, 측부 케이스체(13)의 주위를 둘러싸도록 형성된 환 형상의 부재이고, 측부 케이스체(13)와 하부 케이스체(14)와의 사이에 형성된다. 도체(15)의 하단측은, 제1 전극(31)의 외연과 접속된다.
상부 케이스체(11)와 측부 케이스체(13)는, 가이드부(21a)에 의해 고정된다. 또한, 측부 케이스체(13)와 하부 케이스체(14)와 도체(15)는, 볼트(21b, 21c)에 의해 고정된다. 이에 따라, 각 케이스의 위치가 고정되고, 제1 전극(31), 제2 전극(32) 및 여과재(34)와, 측부 케이스체(13)의 내벽과, 제3 전극(33)으로 둘러싸인 공간에 제1 여과실(30)이 형성된다. 또한, 각 케이스 간 및 각 전극 간의 접속 부분에는, 각각 O링 등의 봉지 부재가 형성되어, 제1 여과실(30)이 밀폐되어 형성된다. 또한, 상부 케이스체(11)는, 하부 케이스체(14)와의 거리가 조정 가능하게 형성되어 있다. 이에 따라, 제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)는, 슬러리(원액)(70)의 종류나 양에 따라서, 제1 여과실(30)의 체적을 적절히 설정할 수 있다.
상부 케이스체(11)에는, 슬러리 공급 통로(11a)와, 배기 통로(11b)와, 관통공(11c)이 형성된다. 슬러리 공급 통로(11a)의 일단측은, 상부 케이스체(11)의 측면에 개구하여, 슬러리 공급부(16)에 접속된다. 슬러리 공급 통로(11a)의 타단측은, 상부 케이스체(11)의 하면에 개구하여, 제3 전극(33)의 관통공(33a)과 연결되어 형성된다. 슬러리 공급 밸브(17)는, 슬러리 공급 통로(11a)의 내부에 형성된 봉 형상 부재를 갖고, 봉 형상 부재가 슬러리 공급 통로(11a) 내를 상하 방향으로 이동함으로써, 관통공(33a)의 개폐 상태를 전환할 수 있다.
이에 따라, 예를 들면, 슬러리 공급 밸브(17)의 동작에 의해 관통공(33a)이 개방 상태인 경우에, 슬러리(원액)(70)는, 슬러리 공급부(16), 슬러리 공급 통로(11a), 제3 전극(33)의 관통공(33a)을 통하여 제1 여과 장치(91)의 제1 여과실(30)에 공급된다. 또한, 슬러리 공급 밸브(17)에 의해 관통공(33a)이 닫힌 상태인 경우에는, 슬러리(원액)(70)의 제1 여과 장치(91)의 제1 여과실(30)로의 공급이 정지된다.
배기 통로(11b)의 일단측은, 상부 케이스체(11)의 측면에 개구하여, 에어 배출부(18)에 접속된다. 배기 통로(11b)의 타단측은, 상부 케이스체(11)의 하면에 개구하여, 제3 전극(33)의 관통공(33b)과 연결되어 형성된다. 에어 배출용의 밸브(19)는, 배기 통로(11b)의 내부에 형성된 봉 형상 부재를 갖고, 봉 형상 부재가 배기 통로(11b) 내를 상하 방향으로 이동함으로써, 관통공(33b)의 개폐 상태를 전환할 수 있다.
제1 여과 장치(91)에 있어서, 제1 여과실(30)에 슬러리(원액)(70)가 탱크(80)로부터 공급될 때에, 에어 배출용의 밸브(19)는, 관통공(33b)을 개방 상태로 한다. 이에 따라, 제1 여과실(30) 내의 공기는, 관통공(33b), 배기 통로(11b) 및 에어 배출부(18)를 통하여 외부에 배기된다. 에어 배출부(18)에는 에어 배출 밸브(18a)가 접속되어 있다. 에어 배출 밸브(18a)는, 예를 들면 플로트 밸브이고, 제1 여과실(30) 내의 소정량의 공기가 배기되면 에어 배출 밸브(18a)가 닫히도록 형성되어 있다. 제1 여과실(30) 내의 배기가 완료된 후, 에어 배출용의 밸브(19)는 관통공(33b)을 닫는다. 이에 따라, 제1 여과실(30) 내에 충전된 슬러리(원액)(70)에는, 제1 가압 장치(95)에 의해, 슬러리 공급부(16)를 통하여 소정의 압력이 가해진다.
관통공(11c)의 일단측은 상부 케이스체(11)의 상면에 개구한다. 관통공(11c)의 타단측은 상부 케이스체(11)의 하면에 개구하고, 제3 전극(33)의 오목부(33c)와 연결되어 형성된다. 관통공(11c)에는, 접속 도체(56)가 삽입되고, 오목부(33c)에서 접속 도체(56)와 제3 전극(33)이 접속된다. 이에 따라, 제3 전극(33)은, 접속 도체(56)를 통하여 제3 전원(53)의 제1 단자(53a)와 전기적으로 접속된다.
제1 전극(31)은, 도체(15) 및 접속 도체(54)를 통하여 제1 전원(51)의 제2 단자(51b)와 전기적으로 접속된다. 또한, 제1 전극(31)은, 도체(15) 및 접속 도체(55a)를 통하여 제2 전원(52)의 제1 단자(52a)와 전기적으로 접속된다. 제3 전원(53)의 제2 단자(53b) 및 제1 전원(51)의 제1 단자(51a)는, 기준 전위(GND)에 접속된다. 기준 전위(GND)는, 예를 들면 그라운드 전위이다. 단, 이에 한정되지 않고, 기준 전위(GND)는, 소정의 고정된 전위라도 좋다.
하부 케이스체(14)에는, 오목 형상의 제2 여과실(35)과, 관통공(14a, 14b)과, 접속공(14c)이 형성되어 있다. 제2 여과실(35)은, 하부 케이스체(14)의 상면에서, 제1 여과실(30)과 겹치는 위치에 형성된다. 관통공(14a)은, 제2 여과실(35)과 배출부(22)를 연결한다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 제1 여과 장치(91)에 있어서, 각 전극의 구동에 의해 슬러리(원액)(70)의 마이너스로 대전한 제3 입자(76)에 척력 및 인력의 벡터의 총합(F4)이 작용하기 때문에, 제3 입자(76)의 분산 상황에 농도 구배가 생긴다. 마이너스로 대전한 제3 입자(76)가 분리된 슬러리(원액)(70)는, 제1 전극(31), 여과재(34) 및 제2 전극(32)을 통과하여, 제2 여과실(35)에 제1 중간 처리액(79a)으로서 흐른다. 도 12a에 나타내는 바와 같이, 제1 여과 장치(91)의 제2 여과실(35)에 있는 제4 입자(77)와 제5 입자(78)를 포함하는 제1 중간 처리액(79a)은, 배출부(22)로 유도된다. 제1 여과 장치(91)의 배출부(22)는, 제2 가압 장치(96)를 통하여, 제1 여과 장치(91)의 후류측에 직렬로 배치되는 제2 여과 장치(92)의 제1 여과실(30)과 접속된다. 제4 입자(77)와 제5 입자(78)를 포함하는 제1 중간 처리액(79a)은, 제2 여과 장치(92)의 제1 여과실(30)로 공급된다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 제2 여과 장치(92)에 있어서, 각 전극의 구동에 의해 제1 중간 처리액(79a)의 마이너스로 대전한 제4 입자(77)에 척력 및 인력의 벡터의 총합(F5)이 작용하기 때문에, 제5 입자(78)의 분산 상황에 농도 구배가 생긴다. 제4 입자(77)가 분리된 제5 입자(78)를 포함하는 제1 중간 처리액(79a)은, 제1 전극(31), 여과재(34) 및 제2 전극(32)을 순차 통과하여, 제2 여과실(35)로 흐른다. 도 12a에 나타내는 바와 같이, 제2 여과 장치(92)의 제2 여과실(35)에 있는 제5 입자(78)를 포함하는 제2 중간 처리액(79b)은, 배출부(22)로 유도된다. 제2 여과 장치(92)의 배출부(22)는, 제3 가압 장치(97)를 통하여, 제3 여과 장치(93)의 제1 여과실(30)과 접속된다. 제5 입자(78)를 포함하는 제2 중간 처리액(79b)은, 제2 여과 장치(92)의 후류측에 직렬로 배치되는 제3 여과 장치(93)의 제1 여과실(30)로 공급된다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 제3 여과 장치(93)에 있어서, 각 전극의 구동에 의해 제2 중간 처리액(79b)의 마이너스로 대전한 제5 입자(78)에 척력 및 인력의 벡터의 총합(F6)이 작용하기 때문에, 마이너스로 대전한 제5 입자(78)의 분산 상황에 농도 구배가 생긴다. 마이너스로 대전한 제5 입자(78)가 분리된 제2 중간 처리액(79b)은, 제1 전극(31), 여과재(34) 및 제2 전극(32)을 순차 통과하여, 제2 여과실(35)로 흐른다. 도 12a에 나타내는 바와 같이, 제3 여과 장치(93)의 제2 여과실(35)에 있는 제3 중간 처리액(79c)(여과액)은, 배출부(22)로 유도된다. 제3 여과 장치(93)의 배출부(22)는, 제4 가압 장치(98)를 통하여 탱크(80)와 접속된다. 제3 중간 처리액(79c)은, 탱크(80)로 공급된다. 제3 중간 처리액(79c)인 여과액은, 물 분자(73)로 이루어지는 청징(淸澄)한 극성 용매(72)이다.
이상 설명한 바와 같이, 제1 가압 장치(95)는, 탱크(80)에 저류된 분리 대상물을 포함하는 슬러리(원액)(70)를 가압하여, 제1 여과 장치(91)의 제1 여과실(30)에 공급한다. 제2 가압 장치(96)는, 제1 여과 장치(91)의 제2 여과실(35)로부터 배출된 제1 중간 처리액(79a)을 가압하여, 제2 여과 장치(92)의 제1 여과실(30)에 공급한다. 제3 가압 장치(97)는, 제2 여과 장치(92)의 제2 여과실(35)로부터 배출된 제2 중간 처리액(79b)을 가압하여, 제3 여과 장치(93)의 제1 여과실(30)에 공급한다. 제4 가압 장치(98)는, 제3 여과 장치(93)의 제2 여과실(35)로부터 배출된 제3 중간 처리액(79c)(여과액)을 가압하여, 탱크(80)에 되돌린다. 제1 가압 장치(95), 제2 가압 장치(96), 제3 가압 장치(97) 및 제4 가압 장치(98)는, 예를 들면 가압 펌프이다. 제4 가압 장치(98) 및 배관을 이용하여 액체를 반송하는 것은, 유체 컨베이어라고도 칭해진다. 제4 가압 장치(98)는, 제3 여과 장치(93)의 제2 여과실(35)로부터 배출액된 여과액인 청징한 극성 용매(72)를 반송 유체로서 입자를 계 내에 순환시킨다. 또한, 여과 시스템(300A)에 있어서는, 다이아필트레이션(여과액량과 동량의 용매를 슬러리(원액)(70) 중에 더하면서 여과함으로써 슬러리(원액)(70) 중의 분리 대상을 회수하는 방법)이 이용되어도 좋다.
접속공(14c)의 일단측은, 하부 케이스체(14)의 상면에 개구하고, 제2 전극(32)의 외연은, 접속공(14c)을 덮어 형성된다. 또한, 접속공(14c)의 타단측은, 하부 케이스체(14)의 측면에 개구한다. 접속공(14c)에는 접속 도체(55b)가 삽입되고, 접속 도체(55b)와 제2 전극(32)이 접속된다. 이에 따라, 제2 전극(32)은, 제2 전원(52)의 제2 단자(52b)와 전기적으로 접속된다.
또한, 도 13에 나타내는 제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)의 각각의 구성은, 어디까지나 일 예이고, 제1 전극(31), 제2 전극(32) 및 여과재(34)와, 제3 전극(33)으로 사이에 낀 제1 여과실(30)을 형성할 수 있으면 어떠한 구성이라도 좋다.
다음으로, 도 14 내지 도 16을 참조하여, 제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)의 동작에 대해서 설명한다. 도 14 내지 도 16에서는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 제1 전극(31), 제2 전극(32), 제3 전극(33) 및 여과재(34)와, 제1 여과실(30) 및 제2 여과실(35)의 배치 관계를 개략적으로 나타내고 있다.
도 14 내지 도 16에 나타내는 바와 같이, 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)은, 메쉬 형상의 전극이다. 구체적으로는, 제1 전극(31)은, 복수의 도전 세선(31a)을 갖고, 복수의 도전 세선(31a)의 사이에 복수의 제1 개구(31b)가 형성된다. 제2 전극(32)은, 복수의 도전 세선(32a)을 갖고, 복수의 도전 세선(32a)의 사이에 복수의 제2 개구(32b)가 형성된다. 제2 전극(32)은, 여과재(34)를 통하여 제1 전극(31)의 한쪽의 면(하면)과 대향하여 형성된다. 환언하면, 여과재(34)는, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 형성된다. 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)은, 여과재(34)와 직접 접하여 형성된다. 복수의 도전 세선(31a) 및 복수의 도전 세선(32a)은, 도전성 소재이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 금속이라도 좋고 탄소 섬유라도 좋다. 또한, 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)은, 여과재(34)와 직접 접하는 구성에 한정되지 않고, 여과재(34)와의 사이에 극간을 갖고 배치되어 있어도 좋다.
여과재(34)는, 여과막(34a)과, 눈금 간격(34b)을 포함한다. 여과막(34a)에 복수의 눈금 간격(34b)이 형성되어 있다. 여과막(34a)에 대하여 전계가 작용한다. 여과재(34)는, 예를 들면, 정밀 여과막(MF막), 한외 여과막(UF막) 등이 이용된다. 실시 형태 34에서는, 여과재(34)는, 수지 재료 등의 절연 재료로 형성되어 있다. 또한, 도 14 내지 도 16에서는, 제1 전극(31)의 제1 개구(31b), 제2 전극(32)의 제2 개구(32b) 및 여과재(34)의 눈금 간격(34b)은 동일한 크기로 나타내고 있지만, 어디까지나 설명을 위해 개략적으로 나타낸 것이고, 제1 개구(31b), 제2 개구(32b) 및 눈금 간격(34b)의 크기는 상이해도 좋다.
제1 여과실(30)은, 제1 전극(31)의 다른 한쪽의 면(상면)과 접하여 형성된다. 제1 여과실(30)에는, 전술한 바와 같이, 분리 대상의 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및, 제5 입자(78), 그리고 극성 용매(72) 포함하는 슬러리(원액)(70)가 공급된다. 제3 입자(76)는, 예를 들면, 바이오매스 입자나 콜로이드 입자이고, 입자 표면이 마이너스로 대전하고 있다. 실시 형태 4에 있어서는, 구체적으로는, 제3 입자(76)는, 예를 들면 클로렐라, 미세 해조류 스피루리나, 콜로이달 실리카, 대장균, 하수 활성 오니 등이다. 제3 입자(76)의 지름은, 적용되는 기술 분야, 분리 대상의 종류에 따라서 상이하지만, 예를 들면 100㎚ 이상 2000㎛ 이하, 예를 들면 200㎚ 이상 100㎛ 이하 정도이다. 제4 입자(77)는, 예를 들면 고분자량의 다당체이고, 입자 표면이 마이너스로 대전하고 있다. 제4 입자(77)의 지름은, 제3 입자(76)의 지름보다도 작다. 제4 입자(77)의 지름은, 적용되는 기술 분야, 분리 대상의 종류에 따라서 상이하지만, 예를 들면 30㎚ 이상 500㎚ 이하, 예를 들면 100㎚ 정도이다. 제5 입자(78)는, 예를 들면 저분자량의 다당체이고, 입자 표면이 마이너스로 대전하고 있다. 제5 입자(78)의 지름은, 제4 입자(77)의 지름보다도 작다. 제5 입자(78)의 지름은, 적용되는 기술 분야, 분리 대상의 종류에 따라서 상이하지만, 예를 들면 5㎚ 이상 100㎚ 이하, 예를 들면 20㎚ 정도이다.
본 실시 형태에서 이용하는 슬러리(70) 중에 존재하는 분리 대상물은, 마이너스로 대전한 제3 입자(76)가 그의 배양 중에 그의 세포 외에 다당류를 생산하는 미세 해조류를 이용하고 있지만 본 실시 형태는 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이 제3 입자(76)가 그의 배양 중에 생산하는 다당류로서는 고분자량 다당류를 마이너스로 대전한 제4 입자(77), 저분자량 다당류를 마이너스로 대전한 제5 입자(78)로 한 경우의 전계 여과 조작에 대해서, 이하 설명한다.
제3 입자(76), 제4 입자(77) 및, 제5 입자(78)가 분산되는 극성 용매(72)는, 물이고, 물 분자(73)는 플러스로 대전하고 있다. 이에 따라, 슬러리(원액)(70)는 전체적으로 전기적으로 평형 상태로 되어 있다. 극성 용매(72)는, 물에 한정되지 않고, 알코올 등이라도 좋다.
제1 전원(51)은, 제1 전극(31)에, 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및, 제5 입자(78)의 극성과 동일한 극성의 제1 전위(V1)를 공급한다. 제1 여과 장치(91)에 있어서의 제1 전위(V1)는, 예를 들면 －20V이다. 제2 여과 장치(92)에 있어서의 제1 전위(V1)는, 예를 들면 －40V이다. 제3 여과 장치(93)에 있어서의 제1 전위(V1)는, 예를 들면 －60V이다.
제2 전원(52)은, 제2 전극(32)에, 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및, 제5 입자(78)의 극성과 동일한 극성으로서, 제1 전위(V1)의 절대값보다도 큰 절대값의 제2 전위(V2)를 공급한다. 제1 여과 장치(91)에 있어서의 제2 전위(V2)는, 예를 들면 －30V이다. 제2 여과 장치(92)에 있어서의 제2 전위(V2)는, 예를 들면 －50V이다. 제3 여과 장치(93)에 있어서의 제2 전위(V2)는, 예를 들면 －70V이다.
제3 전원(53)은, 제3 전극(33)에, 제3 입자(76)의 극성과 상이한 극성의 제3 전위(V3)를 공급한다. 제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)에 있어서의 제3 전위(V3)는, 예를 들면 ＋30V이다. 제1 전위(V1), 제2 전위(V2) 및 제3 전위(V3)는, 절대값으로 1㎷ 이상 1000V 이하의 범위에서 설정할 수 있다.
제1 여과 장치(91)에 있어서, 제1 전극(31)의 제1 전위(V1)(－20V)와 제3 전극(33)의 제3 전위(V3)(＋30V)의 제1 전위차(50V)는, 제1 전위(V1)(－20V)와 제2 전극(32)의 제2 전위(V2)(－30 V)의 제2 전위차(10V)보다도 크다.
제2 여과 장치(92)에 있어서, 제1 전극(31)의 제1 전위(V1)(－40V)와 제3 전극(33)의 제3 전위(V3)(＋30V)의 제1 전위차(70V)는, 제1 전위(V1)(－40V)와 제2 전극(32)의 제2 전위(V2)(－50 V)의 제2 전위차(10V)보다도 크다.
제3 여과 장치(93)에 있어서, 제1 전극(31)의 제1 전위(V1)(－60V)와 제3 전극(33)의 제3 전위(V3)(＋30V)의 제1 전위차(90V)는, 제1 전위(V1)(－60V)와 제2 전극(32)의 제2 전위(V2)(－70V)의 제2 전위차(10V)보다도 크다.
제2 여과 장치(92)에 있어서의 제1 전위차(70V)는, 제1 여과 장치(91)에 있어서의 제1 전위차(50V)보다도 크다. 제3 여과 장치(93)에 있어서의 제1 전위차(90V)는, 제1 여과 장치(91)에 있어서의 제1 전위차(50V) 및, 제2 여과 장치(92)에 있어서의 제1 전위차(70V)보다도 크다.
도 9는, 실시 형태 4에 따른 제1 여과 장치, 제2 여과 장치 및 제3 여과 장치를 나타내는 전기적 등가 회로도이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 제1 전원(51) 및 제3 전원(53)은 정전압원이고, 제2 전원(52)은 정전류원이다. 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 저항 성분 (R1)과 용량 성분(C)이 병렬로 접속된다. 저항 성분 (R1) 및 용량 성분(C)은, 다수의 눈금 간격(34b)이 형성된 여과재(34)에 의해 등가적으로 나타나는 성분이다. 또한, 제1 전극(31)과 제3 전극(33)과의 사이에 저항 성분 (R2)가 접속된다. 저항 성분 (R2)는, 제1 여과실(30)의 슬러리(원액)(70), 제1 중간 처리액(79a), 또는 제2 중간 처리액(79b)에 의해 등가적으로 나타나는 저항 성분이다.
제2 전원(52)은, 정전압 전원이라도, 정전류 전원이라도 좋다. 본 실시 형태에서는, 제2 전원(52)은, 정전류원이기 때문에, 제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)의 여과의 상태에 따라서, 즉, 여과재(34)의 저항 성분 (R1) 및 제1 여과실(30)의 저항 성분 (R2)의 변동에 따라서, 제2 전위(V2)는 변화한다. 단, 제2 전위(V2)는 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및, 제5 입자(78)의 극성과 동일한 극성으로서, 제1 전위(V1)의 절대값보다도 큰 값을 유지하고 있다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 제1 여과 장치(91)에 있어서, 제1 여과실(30)에, 분리 대상의 3종류의 입자(제3 입자(76), 제4 입자(77) 및, 제5 입자(78)), 그리고 극성 용매(72)를 포함하는 슬러리(원액)(70)가 공급되면, 전술한 식 (1)로 나타나는, 쿨롱의 법칙에 기초하여, 마이너스로 대전한 제3 입자(76)와 제1 전극(31)과의 사이에는 척력(f1)이 발생한다. 또한, 마이너스로 대전한 제3 입자(76)와 제3 전극(33)과의 사이에는 인력(f2)이 발생한다.
구체적으로는, 제1 여과 장치(91)에 있어서, 제1 전극(31)에 가까운 위치의 마이너스로 대전한 제3 입자(76)에는, 보다 강력한 척력(f1)이 발생하고, 제3 전극(33)에 가까운 위치의 제3 입자(76)에는, 보다 강력한 인력(f2)이 발생한다. 제3 입자(76)에 발생하는 척력(f1) 및 인력(f2)의 벡터의 총합(F4)은, 화살표로 나타내는 방향, 즉 제1 전극(31)으로부터 떨어져 제3 전극(33)에 가까워지는 방향으로 작용한다. 마이너스로 대전한 제3 입자(76)는, 전기 영동에 의해 제3 전극(33)측으로 이동한다.
이에 따라, 제1 여과 장치(91)는, 제3 입자(76)가 제1 전극(31)의 표면 및 여과재(34)의 표면에 퇴적하여 케이크층이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)의 여과 저항이 증대하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 플러스로 대전한 물 분자(73)는, 제1 전극(31)과의 사이에 인력이 발생한다. 플러스로 대전한 물 분자(73)에 작용하는 인력(F2)은, 화살표로 나타내는 방향, 즉 제3 전극(33)으로부터 제1 전극(31)을 향하는 방향으로 작용한다. 플러스로 대전한 물 분자(73)는, 제1 전극(31)측으로 이동한다. 이 때, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이의 전위차에 의해, 여과재(34)를 두께 방향으로 관통하도록, 제1 전극(31)으로부터 제2 전극(32)을 향하는 전계(E)가 형성되어 있다.
제1 전극(31)측으로 이동한 물 분자(73)는, 전계에 의해 힘을 받아, 제2 전극(32)측으로 당겨져 여과재(34)를 통과한다. 플러스로 대전한 물 분자(73)의 이동에 수반하여, 대전하고 있지 않은 물 분자도 제2 전극(32)측으로 끌려가, 전기 침투류가 형성된다. 이에 따라, 플러스로 대전한 물 분자(73)를 포함하는 극성 용매(72)는, 제2 여과실(35)로 흐른다. 전술한 바와 같이, 제3 입자(76)는, 전기 영동에 의해 제1 전극(31)으로부터 떼어져, 제3 전극(33)측으로 이동하고 있고, 제3 입자(76)가 분리된 극성 용매(72)가 배출됨으로써, 제1 여과 장치(91)의 제1 여과실(30) 내의 슬러리(원액)(70)의 제3 입자(76)의 농도를 높일 수 있다. 또한, 제1 여과 장치(91)의 제2 여과실(35)에는 제4 입자(77), 제5 입자(78)를 포함하는 제1 중간 처리액(79a)이, 액으로서 배출된다.
또한, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 형성되는 전계를 제어함으로써, 여과재(34)를 통과하는 입자 레벨(입자경)도 제어할 수 있다. 예를 들면, 제1 여과 장치(91)에 있어서, 제1 전극(31)에 제1 전위(V1)＝－20V를 인가하고, 제2 전극(32)에 제2 전위(V2)＝－30V를 인가함으로써, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)의 사이에 배리어의 전계(E)가 형성된다. 이에 따라, 제1 여과 장치(91)는, 제3 입자(76)가 여과재(34)를 통과하는 것을 억제하고, 제4 입자(77) 및 제5 입자(78)가 여과재(34)를 통과하는 것을 허용한다. 이 때문에, 제1 여과실(30) 내의 슬러리(원액)(70)의 제3 입자(76)의 농도를 높일 수 있다.
즉, 정밀 여과막(MF막) 상당의 여과재(34)를 이용한 경우라도, 제1 전원(51), 제2 전원(52) 및 제3 전원(53)에서의 각 전극 간의 전계 제어에 의해, 한외 여과막(UF막), 혹은 나노 여과막(NF막) 상당까지, 분리 대상의 입자경을 변경할 수 있다. 한외 여과막(UF막)은, 개구의 지름이 10㎚ 이상 100㎚ 이하 정도의 여과막이다. 나노 여과막(NF막)은, 개구의 지름이 1㎚ 이상 10㎚ 이하 정도의 여과막이다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 제2 여과 장치(92)에서는, 제1 여과 장치(91)의 제2 여과실(35)로부터의 제4 입자(77), 제5 입자(78)를 포함하는 제1 중간 처리액(79a)이 제1 여과실(30)에 도입된다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 제2 여과 장치(92)에 있어서, 제1 전극(31)에 가까운 위치의 마이너스로 대전하고 있는 제4 입자(77)에는, 보다 강력한 척력(f1)이 발생하고, 제3 전극(33)에 가까운 위치의 제4 입자(77)에는, 보다 강력한 인력(f2)이 발생한다. 제4 입자(77)에 발생하는 척력(f1) 및 인력(f2)의 벡터의 총합(F5)은, 화살표로 나타내는 방향, 즉 제1 전극(31)으로부터 떨어져 제3 전극(33)에 가까워지는 방향으로 작용한다. 마이너스로 대전한 제4 입자(77)는, 전기 영동에 의해 제3 전극(33)측으로 이동한다.
이에 따라, 제2 여과 장치(92)는, 제4 입자(77)가 제1 전극(31)의 표면 및 여과재(34)의 표면에 퇴적하여 케이크층이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)의 여과 저항이 증대하는 것을 억제할 수 있다.
예를 들면, 제2 여과 장치(92)에 있어서, 제1 전극(31)에 제1 전위(V1)＝－40V를 인가하고, 제2 전극(32)에 제2 전위(V2)＝－50V를 인가하함으로써, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 배리어의 전계(E)가 형성된다. 이에 따라, 제2 여과 장치(92)는, 마이너스로 대전하고 있는 제4 입자(77)가 여과재(34)를 통과하는 것을 억제하고, 제4 입자(77)의 지름보다도 작은 제5 입자(78)가 여과재(34)를 통과하는 것을 허용한다. 이 때문에, 제2 여과 장치(92)에 있어서의 제1 여과실(30) 내의 제1 중간 처리액(79a)의 제4 입자(77)의 농도를 높일 수 있다. 또한, 제2 여과 장치(92)의 제2 여과실(35)에는 제5 입자(78)를 포함하는 제2 중간 처리액(79b)이 여과액으로서 배출된다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 제3 여과 장치(93)에서는, 제2 여과 장치(92)의 제2 여과실(35)로부터의 제5 입자(78)를 포함하는 제2 중간 처리액(79b)이 제1 여과실(30)에 도입된다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 제1 전극(31)에 가까운 위치의 마이너스로 대전하고 있는 제5 입자(78)에는, 보다 강력한 척력(f1)이 발생하고, 제3 전극(33)에 가까운 위치의 제5 입자(78)에는, 보다 강력한 인력(f2)이 발생한다. 제5 입자(78)에 발생하는 척력(f1) 및 인력(f2)의 벡터의 총합(F6)은, 화살표로 나타내는 방향, 즉 제1 전극(31)으로부터 떨어져 제3 전극(33)에 가까워지는 방향으로 작용한다. 마이너스로 대전한 제5 입자(78)는, 전기 영동에 의해 제3 전극(33)측으로 이동한다.
이에 따라, 제3 여과 장치(93)는, 제5 입자(78)가 제1 전극(31)의 표면 및 여과재(34)의 표면에 퇴적하여 케이크층이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)의 여과 저항이 증대하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제3 여과 장치(93)의 제2 여과실(35)에는 제3 중간 처리액(79c)이 청징 여과액으로서 배출된다.
예를 들면, 제3 여과 장치(93)에 있어서, 제1 전극(31)에 제1 전위(V1)＝－60V를 인가하고, 제2 전극(32)에 제2 전위(V2)＝－70V를 인가함으로써, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 배리어의 전계(E)가 형성된다. 이에 따라, 제3 여과 장치(93)는, 제5 입자(78)가 여과재(34)를 통과하는 것을 억제한다. 이 때문에, 제1 여과실(30) 내의 제2 중간 처리액(79b)의 제5 입자(78)의 농도를 높일 수 있다.
이와 같이, 제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)는, 제1 전극(31)과 제3 전극(33)과의 사이에서, 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및 제5 입자(78)를 쿨롱력(F)(제3 입자(76)와 제1 전극(31)과의 사이에 발생하는 척력)에 의해 이동시키는 전기 영동과, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이의 전계에 의해 물 분자(73)를 이동시켜 여과재(34)를 통과시키는 전기 침투를 조합함으로써, 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및 제5 입자(78)를 각각 분리할 수 있다. 또한, 제1 전극(31)은, 전기 영동의 전극과, 전기 침투의 전극을 겸용한다. 이에 따라, 단순하게 슬러리(원액)(70), 제1 중간 처리액(79a) 및, 제2 중간 처리액(79b)에 압력을 가하여, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)보다도 큰 입경의 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및 제5 입자(78)를 분리하는 방법에 비해, 제1 전극(31)의 표면 및 여과재(34)의 표면에 케이크층이 형성되는 것을 억제할 수 있어, 여과 속도를 수 배 내지 10배 이상으로 향상시킬 수 있다.
결과적으로, 단순하게 슬러리(원액)(70), 제1 중간 처리액(79a) 및, 제2 중간 처리액(79b)에 압력을 더한 방법에 비해, 각각의 제1 여과실(30) 내에서의 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및 제5 입자(78)의 농축도를 높일 수 있다. 또한, 여과재(34)의 청소, 교환의 빈도를 적게 할 수 있어, 효율 좋게 슬러리(원액)(70), 제1 중간 처리액(79a), 또는 제2 중간 처리액(79b)의 여과를 행할 수 있다. 혹은, 단순하게 슬러리(원액)(70), 제1 중간 처리액(79a), 또는 제2 중간 처리액(79b)에 압력을 가하여 여과를 행하는 경우에 비해, 제1 여과실(30)의 체적을 작게 하고, 여과재(34)의 면적을 작게 해도, 종래와 동정도의 여과 속도를 실현할 수 있다. 즉, 제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)는, 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 전술한 제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)의 구성은 어디까지나 일 예이고, 적절히 변경할 수 있다. 예를 들면, 제1 전극(31), 여과재(34) 및 제2 전극(32)이 적층되어 형성되는 부극 여과판과, 제3 전극(33)은, 평행 평판 형상으로 대향 배치된다. 이에 한정되지 않고, 제1 전극(31), 여과재(34) 및 제2 전극(32)이 적층되어 형성되는 부극 여과판과, 제3 전극(33)은, 각각 곡면을 갖고 형성되어 있어도 좋다. 부극 여과판 및 제3 전극(33)의 형상이나 배치는, 제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)의 형상, 구조에 따라서 적절히 변경할 수 있다. 또한, 제1 여과실(30)에 공급되는 슬러리(원액)(70), 제1 중간 처리액(79a) 및, 제2 중간 처리액(79b)의 농도는, 특별히 한정되지 않고, 제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)가 적용되는 분야에 따라서 변경할 수 있다.
실시 형태 4에서는, 제1 여과실(30)의 내부 압력은, 가압되어 있고, 제2 여과실(35)의 내부 압력보다도 크다. 다른 태양으로서는, 제2 여과실(35)의 내부 압력을 진공 흡인하는 등에 의해 음압함으로써, 제1 여과실(30)의 내부 압력이, 제2 여과실(35)의 내부 압력보다도 상대적으로 크게 하도록 해도 좋다.
또한, 제1 전위(V1), 제2 전위(V2) 및 제3 전위(V3)는, 분리 대상의 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및 제5 입자(78)의 종류나, 요구되는 여과 특성에 따라서 적절히 변경하는 것이 바람직하다.
제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)는, 제3 전원(53)을 구비하고 있지 않아도 좋다. 이 경우, 제3 전극(33)은, 예를 들면 기준 전위(GND)에 접속된다. 제3 전극(33)을 기준 전위(GND)에 접속하는 경우, 제1 전극(31), 제2 전극(32), 제3 전극(33)의 각각 전원을 형성하는 경우에 비해, 제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)의 소형화를 도모할 수 있다.
제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)로부터 배출된 제1 중간 처리액(79a), 제2 중간 처리액(79b) 및, 제3 중간 처리액(여과액)(79c)은, 반드시 가압 장치에 의해 반송되지 않아도 좋고, 예를 들면 작업자에 의해 수동으로 반송되어도 좋다. 즉, 여과 시스템(300A)을 이용하는 여과 방법이, 제1 여과 장치(91)의 제2 여과실(35)의 제1 중간 처리액(79a)을, 제2 여과 장치(92)의 제1 여과실(30)로 공급하는 스텝과, 제2 여과 장치(92)의 제2 여과실(35)의 제2 중간 처리액(79b)을, 제3 여과 장치(93)의 제1 여과실(30)로 공급하는 스텝과, 제3 여과 장치(93)의 제2 여과실(35)의 제3 중간 처리액(여과액)(79c)을, 탱크(80)에 되돌리는 스텝을 갖고 있어도 좋다.
여기에서, 도 12a의 여과 시스템(300A)에서는, 제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)를 직렬로 배치하고 있는 실시 형태에 대해서 설명하고 있다. 본 실시 형태의 여과 시스템은, 이에 한정되는 것이 아니고, 추가로 복수의 여과 장치를 직렬로 배치하도록 해도 좋다. 또한, 본 실시 형태의 여과 시스템이, 추가로 복수의 여과 장치를 직렬로 복수 배치하는 경우는, 슬러리 중에 입경이 상이한 4성분 이상의 분리 대상물을 포함하는 슬러리(원액)(70)를 분리할 수 있다.
또한, 슬러리 중에 입경이 상이한 2성분을 포함하는 바와 같은 경우에는 도 12b에 나타내는 바와 같이, 여과 시스템(300B)으로서, 제1 여과 장치(91)와, 제2 여과 장치(92)를 구비하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 도 12a 및 도 12b에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 4의 여과 시스템(300A, 300B)은, 적어도 제1 여과 장치(91)와, 제2 여과 장치(92)를 구비한다. 제1 여과 장치(91) 및 제2 여과 장치(92)는, 각각, 복수의 제1 개구(31b)가 형성된 제1 전극(31)과, 복수의 제2 개구(32b)가 형성되고, 제1 전극(31)의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극(32)과, 복수의 눈금 간격(34b)이 형성되고, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이에 형성된 여과재(34)와, 제1 전극(31)의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제1 여과실(30)과, 제1 여과실(30)에 형성되고, 제1 전극(31)과 대향하는 제3 전극(33)과, 제2 전극(32)의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제2 여과실(35)을 갖는다. 제1 여과 장치(91)의 제2 여과실(35)의 중간 처리액(제1 중간 처리액(79a))이, 제2 여과 장치(92)의 제1 여과실(30)로 공급된다.
이에 따르면, 제1 여과 장치(91) 및 제2 여과 장치(92)에서는, 제1 전극(31)과 제3 전극(33)과의 사이에서 입자에 발생하는 쿨롱력(F)(제3 입자(76)와 제1 전극(31)과의 사이에 발생하는 척력)에 의해 입자가 제1 전극(31)으로부터 제3 전극(33)을 향하는 방향으로 이동한다. 이러한 전기 영동에 의해, 제1 전극(31)의 표면 및 여과재(34)의 표면에 케이크층이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)과의 사이의 전계에 의해 물 분자(73)를 이동시켜 여과재(34)를 투과시키는 전기 침투에 의해, 입자를 분리할 수 있어, 제1 여과실(30) 내에서의 슬러리(원액)(70)의 입자의 농축도를 높일 수 있다. 이에 따라, 단순하게 슬러리(원액)(70)에 압력을 가하여, 여과재(34)의 눈금 간격(34b)보다도 큰 입경의 입자를 분리하는 방법에 비해, 여과 속도를 수 배 내지 10배 이상으로 향상시킬 수 있다.
또한, 여과 시스템(300B)에 있어서, 제2 전극(32)의 제2 전위(V2)의 절대값은, 제1 전극(31)의 제1 전위(V1)의 절대값보다도 크다. 제1 전위(V1)와 제3 전극(33)의 제3 전위(V3)의 제1 전위차는, 제1 전위(V1)와 제2 전위(V2)의 제2 전위차보다도 크다. 제2 여과 장치(92)에 있어서의 제1 전위차는, 제1 여과 장치(91)에 있어서의 제1 전위차보다도 크다.
이에 따르면, 제1 전극(31)과 제2 전극(32)의 거리에 비해, 여과재(34)를 사이에 끼우고 대향하는 제1 전극(31)과 제3 전극(33)의 거리가 큰 경우에서도, 전기 영동에 의해, 양호하게 제3 입자(76)를 제3 전극(33)측으로 이동시킬 수 있다. 또한, 제1 여과 장치(91) 및 제2 여과 장치(92)의 각각에 있어서, 상이한 입자가 분리된다. 여과 시스템(300B)은, 2종류의 입자를 포함하는 슬러리(원액)(70)로부터, 제3 입자(76) 및 제4 입자(77)를 별개로 분리할 수 있다.
또한, 도 12b에 나타내는 바와 같이, 여과 시스템(300B)은, 제2 여과 장치(92)에 있어서의 제1 여과실(30)로, 제1 여과 장치(91)에 있어서의, 제2 여과실(35)의 중간 처리액(제1 중간 처리액(79a))을 공급하기 위한 제2 가압 장치(96)를 추가로 구비한다.
이에 따르면, 제2 여과 장치(92)에 있어서의 제1 여과실(30)의 압력을 높일 수 있다. 이 때문에, 여과 시스템(300B)은, 제2 여과 장치(92)의 여과 속도를 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 도 12a에 나타내는 바와 같이, 여과 시스템(300A)은, 제3 여과 장치(93)를 추가로 구비한다. 제3 여과 장치(93)는, 복수의 제1 개구(31b)가 형성된 제1 전극(31)과, 복수의 제2 개구(32b)가 형성되고, 당해 제1 전극(31)의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극(32)과, 복수의 눈금 간격(34b)이 형성되고, 당해 제1 전극(31)과 당해 제2 전극(32)과의 사이에 형성된 여과재(34)와, 당해 제1 전극(31)의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제1 여과실(30)과, 당해 제1 여과실(30)에 형성되고, 당해 제1 전극(31)과 대향하는 제3 전극(33)과, 당해 제2 전극(32)의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제2 여과실(35)을 갖는다. 제3 여과 장치(93)에 있어서, 제1 전극(31)의 제1 전위(V1)와 제3 전극(33)의 제3 전위(V3)의 제1 전위차는, 제1 전위(V1)와 제2 전극(32)의 제2 전위(V2)의 제2 전위차보다도 크다. 제2 여과 장치(92)에 있어서의, 제2 여과실(35)의 중간 처리액(제2 중간 처리액(79b))이, 제3 여과 장치(93)에 있어서의 제1 여과실(30)로 공급된다. 제3 여과 장치(93)에 있어서의 제1 전위차는, 제2 여과 장치(92)에 있어서의 제1 전위차보다도 크다.
이에 따르면, 제1 여과 장치(91), 제2 여과 장치(92) 및 제3 여과 장치(93)의 각각에 있어서, 상이한 입자가 분리된다. 여과 시스템(300A)은, 3종류의 입자를 포함하는 슬러리(원액)(70)로부터, 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및 제5 입자(78)를 별개로 분리할 수 있다.
(실시 형태 4의 제1 변형예)
도 17은, 실시 형태 4의 제1 변형예에 따른 여과 시스템의 구성예를 개략적으로 나타내는 개략도이다. 도 18은, 실시 형태 4의 제1 변형예에 따른 여과 시스템의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 또한, 전술한 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다.
도 17에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 4의 제1 변형예에 따른 여과 시스템(200A)은, 직렬로 접속된 제1 여과 장치(91A)와, 제2 여과 장치(92A)와, 제3 여과 장치(93A)를 구비한다. 도 18에 나타내는 바와 같이, 제1 여과 장치(91A), 제2 여과 장치(92A) 및 제3 여과 장치(93A)의 각각은, 케이스체(20)와, 케이스체(20)의 내부에 배치되는 4개의 여과 유닛(100)과, 제2 여과실(35)과, 2개의 제1 전원(51)과, 2개의 제2 전원(52)과, 2개의 제3 전원(53)을 구비한다. 4개의 여과 유닛(100)은, 여과 유닛(101)과, 여과 유닛(102)과, 여과 유닛(105)과, 여과 유닛(106)을 포함한다. 여과 유닛(101) 및 여과 유닛(102)은, 일 방향 X에 나열되어 배치된다. 여과 유닛(105) 및 여과 유닛(106)은, 일 방향 X에 나열되어 배치된다. 여과 유닛(101) 및 여과 유닛(105)은, 일 방향 X에 대하여 직교하는 타 방향 Y에 나열되어 배치된다. 여과 유닛(102) 및 여과 유닛(106)은, 타 방향 Y에 나열되어 배치된다. 각각의 여과 유닛(100)은, 제1 여과실(30)과, 제1 전극(31)과, 제2 전극(32)과, 제3 전극(33)과, 여과재(34)를 갖는다.
1개의 여과 유닛(100)이 구비하는 제1 전극(31), 제2 전극(32), 제3 전극(33) 및, 여과재(34)는, 타 방향 Y에서 서로 이웃하는 여과 유닛(100)과 공용된다. 환언하면, 1개의 제1 전극(31), 1개의 제2 전극(32), 1개의 제3 전극(33) 및 1개의 여과재(34)는, 타 방향 Y에서 서로 이웃하는 여과 유닛(100)(여과 유닛(101) 및 여과 유닛(105)의 조, 그리고 여과 유닛(102) 및 여과 유닛(106)의 조)에서 공용된다.
여과 유닛(101) 및 여과 유닛(105)에서는, 일 방향 X에 있어서(도 18의 위로부터 아래를 향하여), 복수의 전극이, 제3 전극(33), 제1 전극(31), 제2 전극(32)의 순으로 나열된다. 여과 유닛(102) 및 여과 유닛(106)에서는, 일 방향 X에 있어서(도 18의 위로부터 아래를 향하여), 복수의 전극이, 제2 전극(32), 제1 전극(31), 제3 전극(33)의 순으로 나열된다.
케이스체(20)에는, 슬러리 공급부(81)와, 제1 배출부(83)와, 제2 배출부(85)가 접속되어 있다. 슬러리 공급부(81)는, 슬러리(원액)(70), 제1 중간 처리액(79a), 또는 제2 중간 처리액(79b)을 제1 여과실(30)에 공급하는 배관이다. 제1 배출부(83)는, 농축 슬러리(70A)의 일부를 제1 여과실(30)로부터 배출하기 위한 배관이다. 제1 배출부(83)는, 슬러리 공급부(81)와는 상이한 위치에 형성된다. 제1 배출부(83)는, 밸브(84)를 구비한다. 밸브(84)가 개방된 경우에, 제1 배출부(83)는, 제1 여과실(30)의 농축 슬러리(70A)의 일부를 배출한다. 농축 슬러리(70A)는, 분리 대상물이 분리된 농축된 슬러리(원액)(70)이다. 제2 배출부(85)는, 제2 여과실(35)에 있는 제1 중간 처리액(79a), 제2 중간 처리액(79b), 또는 제3 중간 처리액(79c)을 제2 여과실(35)로부터 배출하기 위한 배관이다. 제2 여과실(35)은, 케이스체(20)의 내벽 및, 2개의 제2 전극(32)으로 둘러싸인다. 제2 여과실(35)은, 일 방향 X에 나열된 2개의 여과 유닛(100)의 사이에 배치된다.
제1 여과 장치(91A)에 있어서, 각 전극의 구동에 의해 슬러리(원액)(70)의 제3 입자(76)(도 14 참조)에 발생하는 척력 및 인력의 벡터의 총합(F4)이 작용하기 때문에, 제3 입자(76)의 분산 상황에 농도 구배가 생긴다. 제3 입자(76)가 분리된 슬러리(원액)(70)는, 제1 전극(31), 여과재(34) 및 제2 전극(32)을 순차 통과하여, 제2 여과실(35)에 제1 중간 처리액(79a)으로서 흐른다. 제1 여과 장치(91A)의 제2 여과실(35)에 있는 제1 중간 처리액(79a)은, 제2 배출부(85)를 통하여 제2 여과 장치(92A)에 공급된다.
제2 여과 장치(92A)에 있어서, 각 전극의 구동에 의해 제1 중간 처리액(79a)의 제4 입자(77)(도 15 참조)에 발생하는 척력 및 인력의 벡터의 총합(F5)이 작용하기 때문에, 제4 입자(77)의 분산 상황에 농도 구배가 생긴다. 제4 입자(77)가 분리된 제1 중간 처리액(79a)은, 제1 전극(31), 여과재(34) 및 제2 전극(32)을 순차 통과하여, 제2 여과실(35)에 제2 중간 처리액(79b)으로서 흐른다. 제2 여과 장치(92A)의 제2 여과실(35)에 있는 제2 중간 처리액(79b)은, 제2 배출부(85)를 통하여 제3 여과 장치(93A)에 공급된다.
제3 여과 장치(93A)에 있어서, 각 전극의 구동에 의해 제2 중간 처리액(79b)의 제5 입자(78)(도 16 참조)에 발생하는 척력 및 인력의 벡터의 총합(F6)이 작용하기 때문에, 제5 입자(78)의 분산 상황에 농도 구배가 생긴다. 제5 입자(78)가 분리된 제2 중간 처리액(79b)은, 제1 전극(31), 여과재(34) 및 제2 전극(32)을 순차 통과하여, 제2 여과실(35)에 제3 중간 처리액(여과액)(79c)으로서 흐른다. 제3 여과 장치(93A)의 제2 여과실(35)에 있는 제3 중간 처리액(여과액)(79c)은, 제2 배출부(85)를 통하여 슬러리(원액)(70)가 저류된 탱크(80)에 되돌려진다(도 17 참조). 제3 중간 처리액(여과액)(79c)은, 청징 여과액의 극성 용매(72)이다.
또한, 여과 시스템(200A)에 있어서, 복수의 여과 유닛(100)은, 일 방향 X 및 타 방향 Y의 양쪽에 대하여 직교하는 방향(도 18에 있어서의 지면의 깊이 방향)에 나열되어 배치되어도 좋다. 즉, 복수의 여과 유닛(100)은, 3차원적으로 나열되어 배치되어도 좋다.
제1 여과 장치(91A), 제2 여과 장치(92A) 및 제3 여과 장치(93A)의 각각은, 반드시 제1 전원(51), 제2 전원(52) 및, 제3 전원(53)을 2개씩 구비하고 있지 않아도 좋다. 제1 전원(51), 제2 전원(52) 및, 제3 전원(53) 중 정전압 전원인 전원의 수는, 1개라도 좋다. 예를 들면, 제1 전원(51) 및 제3 전원(53)이 정전압 전원인 경우, 제1 전원(51) 및 제3 전원(53)의 수가 1개라도 좋다. 이 경우, 1개의 제1 전원(51)이 복수의 제1 전극(31)에 접속되고, 1개의 제3 전원(53)이 복수의 제3 전극(33)에 접속된다.
(실시 형태 4의 제2 변형예)
도 19는, 실시 형태 4의 제2 변형예에 따른 여과 장치의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 전술한 바와 같이, 도 18에 나타내는, 4개의 여과 유닛(100)은, 여과 유닛(101)과, 여과 유닛(102)과, 여과 유닛(105)과, 여과 유닛(106)을 포함한다. 도 18에 나타내는 여과 유닛(101)과, 여과 유닛(102)과, 제2 여과실(35)로 구성되는 여과 유닛이, 도 19에 나타내는 여과 유닛(110)에 상당한다. 마찬가지로, 도 18에 나타내는 여과 유닛(105)과, 여과 유닛(106)과, 제2 여과실(35)로 구성되는 여과 유닛이, 도 19에 나타내는 여과 유닛(110)에 상당한다. 도 18에서는, 도 19에 나타내는 여과 유닛(110)이 방향 Y에 2개 직렬로 배치되어 있다. 도 19에 나타내는, 여과 장치(94)에서는, 여과 유닛(110)이 방향 Y에 4개 직렬로 배치되어 있다.
도 19에는, 여과 장치(94)의 Y 방향 거리에 따른, 제1 여과실(30) 내의 마이너스로 대전한 입자의 농도의 관계를 개략적으로 나타내는 그래프가 병기되어 있다. 여과 장치(94)에 있어서, 슬러리 공급부(81)로부터 슬러리(70)를 제1 여과실(30)에 도입한다. 제1 여과실(30) 내의 마이너스로 대전한 입자의 농도는, 슬러리 공급부(81)로부터 농축 슬러리(70A)를 배출하는 제1 배출부(83)측에 슬러리가 이동함에 따라, 증가한다.
또한, 여과 장치(94)에 있어서, 서로 이웃하는 여과 유닛(110)의 제1 여과실(30)의 경계에는, 격벽을 구비하여, 여과 유닛(110) 간을 이동하는 유량을 제한해도 좋다.
(실시 형태 4의 제3 변형예)
도 20은, 실시 형태 4의 제3 변형예에 따른 제1 여과 장치, 제2 여과 장치 및 제3 여과 장치의 개략도이다. 또한, 전술한 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다.
도 20에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 4의 제3 변형예에 따른 여과 시스템(200B)은, 직렬로 접속된 제1 여과 장치(91B)와, 제2 여과 장치(92B)와, 제3 여과 장치(93B)를 구비한다. 제1 여과 장치(91B), 제2 여과 장치(92B) 및, 제3 여과 장치(93B)의 각각은, 8개의 여과 유닛(100)과, 2개의 제2 여과실(35)을 구비한다. 도 10과 마찬가지이기 때문에, 도시는 생략하지만, 실시 형태 4의 제3 변형예에 따른 여과 시스템(200B)은, 4개의 제1 전원(51)과, 4개의 제2 전원(52)과, 4개의 제3 전원(53)을 구비한다.
8개의 여과 유닛(100)은, 여과 유닛(101)과, 여과 유닛(102)과, 여과 유닛(103)과, 여과 유닛(104)과, 여과 유닛(105)과, 여과 유닛(106)과, 여과 유닛(107)과, 여과 유닛(108)을 포함한다. 여과 유닛(101), 여과 유닛(102), 여과 유닛(103)과 및, 여과 유닛(104)은, 일 방향 X에 나열되어 배치된다. 여과 유닛(105) 및 여과 유닛(106), 여과 유닛(107) 및, 여과 유닛(108)은, 일 방향 X에 나열되어 배치된다. 여과 유닛(103) 및 여과 유닛(107)은, 타 방향 Y에 나열되어 배치된다. 여과 유닛(104) 및 여과 유닛(108)은, 타 방향 Y에 나열되어 배치된다.
1개의 여과 유닛(100)이 구비하는 제1 전극(31), 제2 전극(32), 제3 전극(33) 및, 여과재(34)는, 타 방향 Y에서 서로 이웃하는 여과 유닛(100)과 공용된다. 환언하면, 1개의 제1 전극(31), 1개의 제2 전극(32), 1개의 제3 전극(33) 및 1개의 여과재(34)는, 타 방향 Y에서 서로 이웃하는 여과 유닛(100)(여과 유닛(103) 및 여과 유닛(107)의 조, 그리고 여과 유닛(104) 및 여과 유닛(108)의 조)에서 공용된다.
여과 유닛(103) 및 여과 유닛(107)에서는, 일 방향 X에 있어서(도 20의 위로부터 아래를 향하여), 복수의 전극이, 제3 전극(33), 제1 전극(31), 제2 전극(32)의 순으로 나열된다. 여과 유닛(104) 및 여과 유닛(108)에서는, 일 방향 X에 있어서(도 20의 위로부터 아래를 향하여), 복수의 전극이, 제2 전극(32), 제1 전극(31), 제3 전극(33)의 순으로 나열된다.
여과 유닛(102)이 구비하는 제3 전극(33)은, 일 방향 X에서 서로 이웃하는 여과 유닛(103)과 공용된다. 여과 유닛(106)이 구비하는 제3 전극(33)은, 일 방향 X에서 서로 이웃하는 여과 유닛(107)과 공용된다. 환언하면, 일 방향 X에 2개의 나열된 제1 여과실(30)의 사이는, 일 방향 X에 서로 이웃하는 여과 유닛(100)(여과 유닛(102) 및 여과 유닛(103)의 조, 그리고 여과 유닛(106) 및 여과 유닛(107)의 조)에서 공용되는 제3 전극(33)으로 구획되어 있다.
슬러리(원액)(70)는, 제1 여과 장치(91B)의 여과 유닛에 형성한 공급부(16A)에 도입되고, 제1 여과 장치(91B)의 여과 유닛(101, 102)의 제1 여과실(30) 내에 공급된다.
제1 여과실(30)에 형성한 제1 배출부(831)는, 여과 유닛(105) 및 여과 유닛(106)의 제1 여과실(30)의 농축 슬러리(원액)(70A)의 일부를 배출한다. 제2 배출부(851)는, 여과 유닛(105) 및 여과 유닛(106)의 사이의 제2 여과실(35)에 있다. 제2 배출부(851)는, 제1 중간 처리액(79a), 제2 중간 처리액(79b), 또는 제3 중간 처리액(79c)을 제2 여과실(35)로부터 배출하기 위한 배관이다. 제2 배출부(851)로부터의 배출액은, 여과 유닛(103) 및 여과 유닛(104)의 제1 여과실(30)에 접속된다.
제3 배출부(832)는, 여과 유닛(107) 및 여과 유닛(108)의 제1 여과실(30)의 농축 슬러리(70A)를 배출한다. 제4 배출부(852)는, 여과 유닛(107) 및 여과 유닛(108)의 사이의 제2 여과실(35)에 있는 제1 중간 처리액(79a), 제2 중간 처리액(79b), 또는 제3 중간 처리액(여과액)(79c)을 제2 여과실(35)로부터 배출하기 위한 배관이다.
또한, 제1 여과 장치(91B)와, 제2 여과 장치(92B)와, 제3 여과 장치(93B)에 있어서는, 반드시 4개의 여과 유닛(100)이 일 방향 X에 나열되어 있지 않아도 좋다. 일 방향 X에 나열되는 여과 유닛(100)의 수는, 3개라도 좋고, 5개 이상이라도 좋다. 또한, 일 방향 X에 2개가 나열된 제1 여과실(30)의 사이에 배치되는 제3 전극(33)은, 반드시 2개의 여과 유닛(100)에서 공용되지 않아도 좋다. 즉, 일 방향 X에 2개의 나열된 제1 여과실(30)의 사이에, 서로 절연된 2개의 제3 전극(33)이 배치되어도 좋다.
또한, 여과 시스템(200B)에 있어서, 복수의 여과 유닛(100)은, 일 방향 X 및 타 방향 Y의 양쪽에 대하여 직교하는 방향(도 20에 있어서의 지면의 깊이 방향)에 나열되어 배치되어도 좋다. 즉, 복수의 여과 유닛(100)은, 3차원적으로 나열되어 배치되어도 좋다.
제1 여과 장치(91B), 제2 여과 장치(92B) 및 제3 여과 장치(93B)의 각각은, 반드시 제1 전원(51), 제2 전원(52) 및, 제3 전원(53)을 4개씩 구비하고 있지 않아도 좋다. 제1 전원(51), 제2 전원(52) 및, 제3 전원(53) 중 정전압 전원인 전원의 수는, 1개라도 좋다. 예를 들면, 제1 전원(51) 및 제3 전원(53)이 정전압 전원인 경우, 제1 전원(51) 및 제3 전원(53)의 수가 1개라도 좋다. 이 경우, 1개의 제1 전원(51)이 복수의 제1 전극(31)에 접속되고, 1개의 제3 전원(53)이 복수의 제3 전극(33)에 접속된다.
도 20에 있어서, 제1 여과 장치(91B)의 여과 유닛(105, 106)에 형성한 제2 배출부(851)로부터 배출된 부호 A(여과액(제1 중간 처리액(79a), 제2 중간 처리액(79b), 제3 중간 처리액(79c)))는, 하단의 여과 유닛(103)의 슬러리 공급부(16B)로부터 도입되어, 여과 유닛(103, 104)의 제1 여과실(30) 내에 공급된다.
또한, 제1 여과 장치(91B)의 여과 유닛(107, 108)의 제4 배출부(852)로부터 배출되는 부호 B(여과액(제1 중간 처리액(79a), 제2 중간 처리액(79b), 제3 중간 처리액(79c))B는, 직렬로 배치된 제2 여과 장치(92B)의 여과 유닛에 형성한 공급부(16A)에 도입되어, 제2 여과 장치(92B)의 여과 유닛(101, 102)의 제1 여과실(30) 내에 공급된다.
(실시 형태 5)
도 21은, 실시 형태 5에 따른 여과 장치의 개략도이다. 또한, 전술한 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다.
도 21에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 5의 여과 장치(10)는, 케이스체(40)와, 제1 여과실(400)과, 제1 전극(401)과, 제2 전극(402)과, 제3 전극(403)과, 제1 여과재(404)와, 제2 여과실(405)과, 제4 전극(411)과, 제5 전극(412)과, 제2 여과재(414)와, 제3 여과실(415)과, 제6 전극(421)과, 제7 전극(422)과, 제3 여과재(424)와, 제4 여과실(425)과, 제1 전원(61)과, 제2 전원(62)과, 제4 전원(64)과, 제5 전원(65)과, 제6 전원(66)과, 제7 전원(67)을 갖는다.
제1 여과실(400)은, 케이스체(40)의 내벽, 제1 전극(401) 및, 제3 전극(403)으로 둘러싸인 공간이다. 제1 전극(401) 및 제2 전극(402)은, 메쉬 형상의 전극이다. 구체적으로는, 제1 전극(401)은, 복수의 도전 세선(401a)을 갖고, 복수의 도전 세선(401a)의 사이에 복수의 제1 개구(401b)가 형성된다. 제2 전극(402)은, 복수의 도전 세선(402a)을 갖고, 복수의 도전 세선(402a)의 사이에 복수의 제2 개구(402b)가 형성된다. 제2 전극(402)은, 제1 여과재(404)를 통하여 제1 전극(401)의 한쪽의 면(하면)과 대향하여 형성된다. 환언하면, 제1 여과재(404)는, 제1 전극(401)과 제2 전극(402)과의 사이에 형성된다. 제1 전극(401) 및 제2 전극(402)은, 제1 여과재(404)와 직접 접하여 형성된다. 제3 전극(403)은, 판 형상의 부재이고, 제1 여과실(400)을 사이에 끼우고 제1 전극(401)의 다른 한쪽의 면(상면)과 대향하여 형성된다.
제1 여과재(404)는, 여과막(404a)과, 제1 눈금 간격(404b)을 포함한다. 여과막(404a)에 복수의 제1 눈금 간격(404b)이 형성되어 있다. 여과막(404a)에 대하여 전계가 작용한다. 제1 여과재(404)는, 예를 들면, 정밀 여과막(MF막(Microfiltration Membrane))이 이용된다. 실시 형태 5에서는, 제1 여과재(404)는, 수지 재료 등의 절연 재료로 형성되어 있다. 제2 여과실(405)은, 제2 전극(402)을 사이에 끼우고 제1 전극(401)과는 반대측에 배치된다. 제2 여과실(405)은, 제2 전극(402)과 접하여 형성된다.
제1 전극(401)은, 제1 전원(61)의 제2 단자(61b)와 전기적으로 접속된다. 또한, 제1 전극(401)은, 제2 전원(62)의 제1 단자(62a)와 전기적으로 접속된다. 제2 전극(402)은, 제2 전원(62)의 제2 단자(62b)와 전기적으로 접속된다. 제3 전극(403) 및 제1 전원(61)의 제1 단자(61a)는, 기준 전위(GND)에 접속된다.
제1 전원(61)은, 제1 전극(401)에, 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및, 제5 입자(78)의 극성과 동일한 극성의 제1 전위(V1)를 공급한다. 제1 전위(V1)는, 예를 들면 －20V이다. 제2 전원(62)은, 제2 전극(402)에, 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및, 제5 입자(78)의 극성과 동일한 극성으로서, 제1 전위(V1)의 절대값보다도 큰 절대값의 제2 전위(V2)를 공급한다. 제2 전위(V2)는, 예를 들면 －30V이다. 제1 전극(401)의 제1 전위(V1)(－20V)와 제3 전극(403)의 제3 전위(0V)의 전위차(20V)는, 제1 전위(V1)(－20V)와 제2 전극(402)의 제2 전위(V2)(－30V)의 전위차(10V)보다도 크다. 또한, 여과 장치(10)가 추가로 제3 전원을 구비하고 있고, 제3 전원이 제3 전극(403)에 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및, 제5 입자(78)의 극성과 상이한 극성의 제3 전위(V3)(예를 들면 ＋30V)를 공급해도 좋다. 제1 전위(V1), 제2 전위(V2) 및 제3 전위(V3)는, 절대값으로 1㎷ 이상 1000V 이하의 범위에서 설정할 수 있다.
제4 전극(411) 및 제5 전극(412)은, 메쉬 형상의 전극이다. 구체적으로는, 제4 전극(411)은, 복수의 도전 세선(411a)을 갖고, 복수의 도전 세선(411a)의 사이에 복수의 제4 개구(411b)가 형성된다. 제4 전극(411)은, 제2 전극(402)과의 사이에 제2 여과실(405)을 사이에 끼우고 배치된다. 제5 전극(412)은, 복수의 도전 세선(412a)을 갖고, 복수의 도전 세선(412a)의 사이에 복수의 제5 개구(412b)가 형성된다. 제5 전극(412)은, 제2 여과재(414)를 통하여 제4 전극(411)의 한쪽의 면(하면)과 대향하여 형성된다. 환언하면, 제2 여과재(414)는, 제4 전극(411)과 제5 전극(412)과의 사이에 형성된다. 제4 전극(411) 및 제5 전극(412)은, 제2 여과재(414)와 직접 접하여 형성된다. 제4 전극(411) 및 제5 전극(412)은, 예를 들면, 티탄 합금이나 알루마이트 처리된 알루미늄 합금이 이용된다.
제2 여과재(414)는, 여과막(414a)과, 제2 눈금 간격(414b)을 포함한다. 여과막(414a)에 복수의 제2 눈금 간격(414b)이 형성되어 있다. 여과막(414a)에 대하여 전계가 작용한다. 제2 눈금 간격(414b)의 크기는, 제1 여과재(404)의 제1 눈금 간격(404b)과 동일하다. 제2 여과재(414)는, 예를 들면, 정밀 여과막(MF막(Microfiltration Membrane)), 한외 여과막(UF막(Ultrafiltration Membrane)) 등이 이용된다. 제2 여과재(414)는, 수지 재료 등의 절연 재료로 형성되어 있다. 제3 여과실(415)은, 제5 전극(412)을 사이에 끼우고 제4 전극(411)과는 반대측에 배치된다. 제3 여과실(415)은, 제5 전극(412)과 접하여 형성된다.
제4 전극(411)은, 제4 전원(64)의 제2 단자(64b)와 전기적으로 접속된다. 또한, 제4 전극(411)은, 제5 전원(65)의 제1 단자(65a)와 전기적으로 접속된다. 제5 전극(412)은, 제5 전원(65)의 제2 단자(65b)와 전기적으로 접속된다. 제4 전원(64)의 제1 단자(64a)는, 기준 전위(GND)에 접속된다.
제4 전원(64)은, 제4 전극(411)에, 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및, 제5 입자(78)의 극성과 동일한 극성의 제4 전위(V4)를 공급한다. 제4 전위(V4)는, 예를 들면 －40V이다. 제5 전원(65)은, 제5 전극(412)에, 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및, 제5 입자(78)의 극성과 동일한 극성으로서, 제4 전위(V4)의 절대값보다도 큰 절대값의 제5 전위(V5)를 공급한다. 제5 전위(V5)는, 예를 들면 －50V이다. 제4 전극(411)의 제4 전위(V4)(－40V)와 제3 전위(V3)(0V)의 전위차(40V)는, 제4 전위(V4)(－40V)와 제5 전극(412)의 제5 전위(－50V)의 전위차(10V)보다도 크다. 제4 전위(V4)(－40V)와 제3 전위(V3)(0V)의 전위차(40V)는, 제1 전위(V1)(－20)와 제3 전위(V3)(0V)의 전위차(20V)보다도 크다. 제4 전위(V4) 및 제5 전위(V5)는, 절대값으로 1㎷ 이상 1000V 이하의 범위에서 설정할 수 있다.
제6 전극(421) 및 제7 전극(422)은, 메쉬 형상의 전극이다. 구체적으로는, 제6 전극(421)은, 복수의 도전 세선(421a)을 갖고, 복수의 도전 세선(421a)의 사이에 복수의 제6 개구(421b)가 형성된다. 제6 전극(421)은, 제5 전극(412)과의 사이에 제3 여과실(415)을 사이에 끼우고 배치된다. 제7 전극(422)은, 복수의 도전 세선(422a)을 갖고, 복수의 도전 세선(422a)의 사이에 복수의 제7 개구(422b)가 형성된다. 제7 전극(422)은, 제3 여과재(424)를 통하여 제6 전극(421)의 한쪽의 면(하면)과 대향하여 형성된다. 환언하면, 제3 여과재(424)는, 제6 전극(421)과 제7 전극(422)과의 사이에 형성된다. 제6 전극(421) 및 제7 전극(422)은, 제3 여과재(424)와 직접 접하여 형성된다. 제6 전극(421) 및 제7 전극(422)은, 예를 들면, 티탄 합금이나 알루마이트 처리된 알루미늄 합금이 이용된다.
제3 여과재(424)는, 여과막(424a)과, 제3 눈금 간격(424b)을 포함한다. 여과막(424a)에 복수의 제3 눈금 간격(424b)이 형성되어 있다. 여과막(424a)에 대하여 전계가 작용한다. 제3 눈금 간격(424b)의 크기는, 제2 여과재(414)의 제2 눈금 간격(414b)과 동일하다. 제3 여과재(424)는, 예를 들면, 정밀 여과막(MF막(Microfiltration Membrane))이 이용된다. 제3 여과재(424)는, 수지 재료 등의 절연 재료로 형성되어 있다. 제4 여과실(425)은, 제7 전극(422)을 사이에 끼우고 제6 전극(421)과는 반대측에 배치된다. 제4 여과실(425)은, 제7 전극(422)과 접하여 형성된다.
제6 전극(421)은, 제6 전원(66)의 제2 단자(66b)와 전기적으로 접속된다. 또한, 제6 전극(421)은, 제7 전원(67)의 제1 단자(67a)와 전기적으로 접속된다. 제7 전극(422)은, 제7 전원(67)의 제2 단자(67b)와 전기적으로 접속된다. 제6 전원(66)의 제1 단자(66a)는, 기준 전위(GND)에 접속된다.
제6 전원(66)은, 제6 전극(421)에, 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및, 제5 입자(78)의 극성과 동일한 극성의 제6 전위(V6)를 공급한다. 제6 전위(V6)는, 예를 들면 －60V이다. 제7 전원(67)은, 제7 전극(422)에, 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및, 제5 입자(78)의 극성과 동일한 극성으로서, 제6 전위(V6)의 절대값보다도 큰 절대값의 제7 전위(V7)를 공급한다. 제7 전위(V7)는, 예를 들면 －70V이다. 제6 전극(421)의 제6 전위(V6)(－60V)와 제3 전위(V3)(0V)의 전위차(60V)는, 제6 전위(V6)(－60V)와 제7 전극(422)의 제7 전위(V7)(－70V)의 전위차(10V)보다도 크다. 제6 전위(V6)(－60V)와 제3 전위(V3)(0V)의 전위차(60V)는, 제4 전위(V4)(－40V)와 제3 전위(0V)의 전위차(40V)보다도 크다. 제6 전위(V6) 및 제7 전위(V7)는, 절대값으로 1㎷ 이상 1000V 이하의 범위에서 설정할 수 있다.
가압 장치(99)는, 제4 여과실(425)의 여과액(79c)을 제1 여과실(400)에 되돌린다. 가압 장치(99)는, 예를 들면 가압 펌프이다. 가압 장치(99) 및 배관을 이용하여 액체를 반송하는 것은, 유체 컨베이어라고도 칭해진다. 가압 장치(99)는, 제1 여과실(400), 제2 여과실(405) 및 제3 여과실(415)의 여과 저항(압력 손실)의 합계보다도 큰 압력을 제1 여과실(400)에 부여할 수 있다. 가압 장치(99)의 순환 유량은, 제1 여과실(400), 제2 여과실(405) 및 제3 여과실(415) 중 가장 여과 속도(취득 여과액량)가 적은 여과실의 용량 이하이다.
제1 여과실(400)에 있어서, 제1 전극(401)에 가까운 위치의 제3 입자(76)에는, 보다 강력한 척력이 발생하고, 제3 전극(403)에 가까운 위치의 제3 입자(76)에는, 보다 강력한 인력이 발생한다. 마이너스로 대전한 제3 입자(76)에 발생하는 척력 및 인력의 벡터의 총합(F4)은, 화살표로 나타내는 방향, 즉 제1 전극(401)으로부터 떨어져 제3 전극(403)에 가까워지는 방향으로 작용한다. 마이너스로 대전한 제3 입자(76)는, 전기 영동에 의해 제3 전극(403)측으로 이동한다.
이에 따라, 제1 여과실(400)에 있어서, 제3 입자(76)가 제1 전극(401)의 표면 및 제1 여과재(404)의 표면에 퇴적하여 케이크층이 형성되는 것이 억제된다. 즉, 제1 여과재(404)의 제1 눈금 간격(404b)의 여과 저항이 증대하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 플러스로 대전한 물 분자(73)는, 제1 전극(401)과의 사이에 인력이 발생한다. 플러스로 대전한 물 분자(73)에 작용하는 인력(F2)은, 화살표로 나타내는 방향, 즉 제3 전극(403)으로부터 제1 전극(401)을 향하는 방향으로 작용한다. 플러스로 대전한 물 분자(73)는, 제1 전극(401)측으로 이동한다. 이 때, 제1 전극(401)과 제2 전극(402)의 사이의 전위차에 의해, 제1 여과재(404)를 두께 방향으로 관통하도록, 제1 전극(401)으로부터 제2 전극(402)을 향하는 전계가 형성되어 있다.
제1 전극(401)측으로 이동한 물 분자(73)는, 전계(E)에 의해 힘을 받아, 제2 전극(402)측에 당겨져 제1 여과재(404)를 통과한다. 플러스로 대전한 물 분자(73)의 이동에 수반하여, 대전하고 있지 않은 물 분자도 제2 전극(402)측에 끌려가, 전기 침투류가 형성된다. 이에 따라, 플러스로 대전한 물 분자(73)를 포함하는 극성 용매(72)는, 제2 여과실(405)로 흐른다. 전술한 바와 같이, 제3 입자(76)는, 전기 영동에 의해 제1 전극(401)으로부터 떼어져, 제3 전극(403)측으로 이동하고 있고, 제3 입자(76)가 분리된 극성 용매(72)가 배출됨으로써, 제1 여과실(400) 내의 슬러리(원액)(70)의 제3 입자(76)의 농도를 높일 수 있다.
또한, 제1 전극(401)과 제2 전극(402)과의 사이에 형성되는 전계(E)를 제어함으로써, 제1 여과재(404)를 통과하는 입자 레벨(입자경)도 제어할 수 있다. 예를 들면, 제1 전극(401)에 제1 전위(V1)＝－20V를 인가하고, 제2 전극(402)에 제2 전위(V2)＝－30V를 인가함으로써, 제1 전극(401)과 제2 전극(402)과의 사이에 배리어의 전계(E)가 형성된다. 이에 따라, 여과 장치(10)는, 제3 입자(76)가 제1 여과재(404)를 통과하는 것을 억제하고, 제4 입자(77) 및 제5 입자(78)가 제1 여과재(404)를 통과하는 것을 허용한다. 이 때문에, 제1 여과실(400) 내의 슬러리(원액)(70)의 제3 입자(76)의 농도를 높일 수 있다.
예를 들면, 제4 전극(411)에 제4 전위(V4)＝－40V를 인가하고, 제5 전극(412)에 제5 전위(V5)＝－50V를 인가함으로써, 제4 전극(411)과 제5 전극(412)과의 사이에 배리어의 전계(E)가 형성된다. 이에 따라, 여과 장치(10)는, 제4 입자(77)가 제2 여과재(414)를 통과하는 것을 억제하고, 제5 입자(78)가 제2 여과재(414)를 통과하는 것을 허용한다. 이 때문에, 제2 여과실(405) 내의 제1 중간 처리액(79a)의 제4 입자(77)의 농도를 높일 수 있다.
예를 들면, 제6 전극(421)에 제6 전위(V6)＝－60V를 인가하고, 제7 전극(422)에 제7 전위(V7)＝－70V를 인가함으로써, 제6 전극(421)과 제7 전극(422)과의 사이에 배리어의 전계가 형성된다. 이에 따라, 여과 장치(10)는, 제5 입자(78)가 제3 여과재(424)를 통과하는 것을 억제한다. 이 때문에, 제3 여과실(415) 내의 제2 중간 처리액(79b)의 제5 입자(78)의 농도를 높일 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 5의 여과 장치(10)는, 복수의 제1 개구(401b)가 형성된 제1 전극(401)과, 복수의 제2 개구(402b)가 형성되고, 제1 전극(401)의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극(402)과, 복수의 제1 눈금 간격(404b)이 형성되고, 제1 전극(401)과 제2 전극(402)과의 사이에 형성된 제1 여과재(404)와, 제1 전극(401)의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제1 여과실(400)과, 제1 여과실(400)에 형성되고, 제1 전극(401)과 대향하는 제3 전극(403)과, 제2 전극(402)의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제2 여과실(405)을 갖는다. 또한, 여과 장치(10)는, 제2 전극(402)과의 사이에 제2 여과실(405)을 사이에 끼우고, 복수의 제4 개구(411b)가 형성된 제4 전극(411)과, 복수의 제5 개구(412b)가 형성되고, 제4 전극(411)의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제5 전극(412)과, 복수의 제2 눈금 간격(414b)이 형성되고, 제4 전극(411)과 제5 전극(412)과의 사이에 형성된 제2 여과재(414)와, 제5 전극(412)의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제3 여과실(415)을 갖는다. 제1 전극(401)의 제1 전위(V1)와 제3 전극(403)의 제3 전위(V3)의 전위차는, 제1 전위(V1)와 제2 전극(402)의 제2 전위(V2)의 전위차보다도 크다. 제4 전극(411)의 제4 전위(V4)와 제3 전위(V3)의 전위차는, 제4 전위(V4)와 제5 전극(412)의 제5 전위(V5)의 전위차보다도 크다. 제4 전위(V4)와 제3 전위(V3)의 전위차는, 제1 전위(V1)와 제3 전위(V3)의 전위차보다도 크다.
이에 따르면, 여과 장치(10)에서는, 제1 전극(401)과 제3 전극(403)과의 사이에서 입자에 발생하는 쿨롱력(F)에 의해 입자가 제1 전극(401)으로부터 제3 전극(403)을 향하는 방향으로 이동한다. 이러한 전기 영동에 의해, 제1 전극(401)의 표면 및 제1 여과재(404)의 표면에 케이크층이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제1 전극(401)과 제2 전극(402)과의 사이의 전계에 의해 물 분자(73)를 이동시켜 제1 여과재(404)를 투과시키는 전기 침투에 의해, 입자를 분리할 수 있어, 제1 여과실(400) 내에서의 슬러리(원액)(70)의 입자의 농축도를 높일 수 있다. 이에 따라, 단순하게 슬러리(원액)(70)에 압력을 가하여, 제1 여과재(404)의 제1 눈금 간격(404b)보다도 큰 입경의 입자를 분리하는 방법에 비해, 여과 속도를 수 배 내지 10배 이상으로 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 여과실(400) 및 제2 여과실(405)의 각각에 있어서, 상이한 입자가 분리된다. 여과 장치(10)는, 2종류의 입자를 포함하는 슬러리(원액)(70)로부터, 제3 입자(76) 및 제4 입자(77)를 별개로 분리할 수 있다.
또한, 실시 형태 5의 여과 장치(10)는, 제5 전극(412)과의 사이에 제3 여과실(415)을 사이에 끼우고, 복수의 제6 개구(421b)가 형성된 제6 전극(421)과, 복수의 제7 개구(422b)가 형성되고, 제6 전극(421)의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제7 전극(422)과, 복수의 제3 눈금 간격(424b)이 형성되고, 제6 전극(421)과 제7 전극(422)과의 사이에 형성된 제3 여과재(424)와, 제7 전극(422)의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제4 여과실(425)을 갖는다. 제6 전극(421)의 제6 전위(V6)와 제3 전위(V3)의 전위차는, 제6 전위(V6)와 제7 전극(422)의 제7 전위(V7)의 전위차보다도 크다. 제6 전위(V6)와 제3 전위(V3)의 전위차는, 제4 전위(V4)와 제3 전위(V3)의 전위차보다도 크다.
이에 따르면, 제1 여과실(400), 제2 여과실(405) 및, 제3 여과실(415)의 각각에 있어서, 상이한 입자가 분리된다. 여과 장치(10)는, 3종류의 입자를 포함하는 슬러리(원액)(70)로부터, 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및, 제5 입자(78)를 별개로 분리할 수 있다.
또한, 분리된 제3 입자(76), 제4 입자(77) 및 제5 입자(78)의 각 분리물은 별도 정제되고, 그 성분의 성질에 따라서, 예를 들면 건강 식품의 첨가물, 보습 화장품, 육모제 성분 등 적절히, 유가물로서 회수된다.
(실시 형태 6)
도 22는, 실시 형태 6에 따른 여과 장치의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 23은, 실시 형태 6에 따른 제3 전극의 구성예를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 또한, 전술한 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다.
도 22에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 6의 여과 장치(10)는, 실시 형태 2의 제3 전극(33)을 회전 가능하게 하고 있다. 실시 형태 6의 여과 장치(10)는, 실시 형태 1의 구성에 더하여, 모터(M)와, 접속 도체(56)가 회전해도 전위를 공급 가능한 전극 브러쉬(BE)를 구비한다. 모터(M)는, 접속 도체(56)를 회전하여, 제3 전극(33)을 회전한다.
도 23에 나타내는 바와 같이, 제3 전극(33)은, 수지제의 기재(33B)의 표면에 노출되는, 두께가 예를 들면 1㎜ 내지 2㎜ 정도의 날개가 있는 전극(33A)을 갖는다. 날개가 있는 전극(33A)은, 복수의 날개부(33p)와, 복수의 날개부(33p)를 전기적으로 접속하는 중앙부(33C)를 구비한다. 중앙부(33C)의 이면에는, 접속 도체(56)가 맞닿아 있고, 제3 전극(33)에는, 제3 전위(V3)가 공급된다.
제3 전극(33)의 주위에는, 제1 입자(71)가 체류한다. 제1 입자(71)의 체류 시간이 길면, 제1 입자(71)가 변성할 가능성이 있다. 실시 형태 6의 여과 장치(10)는, 제3 전극(33)을 회전시키기 때문에, 제3 전극(33)의 회전의 극성 용매(72)를 교반할 수 있다. 그 결과, 제1 입자(71)가 이동하여, 제3 전극(33)의 표면 근방에 계속 존재하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 제1 입자(71)의 변성을 억제하여, 제1 전극(31)과 제3 전극(33)과의 사이의 전계 분포를 균일하게 할 수 있다.
실시 형태 6의 여과 장치(10)는, 실시 형태 2 이외의 전술한 실시 형태의 제3 전극(33)을 회전 가능하게 해도 좋다. 또한, 실시 형태 6에서는, 제3 전극(33)이 회전하지만, 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)이 회전해도 좋다.
(변형예)
또한, 실시 형태 1로부터 실시 형태 6의 슬러리(원액)(70)의 용매는, 극성 용매인 플러스로 대전하고 있는 물 분자(73)를 예시하고 있지만, 본 실시 형태는 이에 한정되는 것이 아니고, 비극성 용매(예를 들면 톨루엔, 디옥산, EG(에틸렌글리콜), THF(테트라하이드로푸란), 기름(식물유, 광물유) 등)라도 좋다.
또한, 상기한 실시 형태는, 본 개시의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로서, 본 개시를 한정하여 해석하기 위한 것은 아니다. 본 개시는, 그의 취지를 일탈하는 일 없이, 변경/개량될 수 있음과 함께, 본 개시에는 그의 등가물도 포함된다.
(부기)
본 실시 형태는, 이하의 구성을 포함한다.
(1)
복수의 제1 개구가 형성된 제1 전극과,
복수의 제2 개구가 형성되고, 상기 제1 전극의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극과,
복수의 눈금 간격이 형성되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 형성된 여과재와,
상기 제1 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되고, 분리 대상의 입자와 액체를 포함하는 대상 처리액이 공급되는 여과실과,
상기 여과실을 사이에 끼우고 상기 제1 전극과 대향하는 제3 전극을 포함하는,
여과 장치.
(2)
상기 제1 전극에, 상기 입자의 극성과 동일한 극성의 제1 전위가 공급되고,
상기 제2 전극에, 상기 입자의 극성과 동일한 극성으로서, 상기 제1 전위의 절대값보다도 상이한 절대값의 제2 전위가 공급되는,
상기 (1)에 기재된 여과 장치.
(3)
상기 제1 전극에, 상기 입자의 극성과 동일한 극성의 상기 제1 전위를 공급하는 제1 전원과,
상기 제2 전극에, 상기 입자의 극성과 동일한 극성의 상기 제2 전위를 공급하는 제2 전원을 추가로 갖고,
상기 제3 전극은, 기준 전위에 접속되는
상기 (2)에 기재된 여과 장치.
(4)
상기 제2 전위의 절대값은 상기 제1 전위의 절대값보다도 크고,
상기 제1 전위와 상기 기준 전위의 전위차는, 상기 제1 전위와 상기 제2 전위의 전위차보다도 큰
상기 (3)에 기재된 여과 장치.
(5)
상기 제1 전원은, 정전압원이고,
상기 제2 전원은, 정전류원인
상기 (3) 또는 상기 (4)에 기재된 여과 장치.
(6)
상기 제1 전극에, 상기 입자의 극성과 동일한 극성의 제1 전위를 공급하는 제1 전원과,
상기 제2 전극에, 상기 입자의 극성과 동일한 극성의 제2 전위를 공급하는 제2 전원과,
상기 제3 전극에, 상기 입자의 극성과 상이한 극성의 제3 전위를 공급하는 제3 전원을 추가로 갖는
상기 (1)에 기재된 여과 장치.
(7)
상기 제2 전위의 절대값은 상기 제1 전위의 절대값보다도 크고,
상기 제1 전위와 상기 제3 전위의 전위차는, 상기 제1 전위와 상기 제2 전위의 전위차보다도 큰
상기 (6)에 기재된 여과 장치.
(8)
상기 제1 전원 및 상기 제3 전원은, 정전압원이고,
상기 제2 전원은, 정전류원인
상기 (6) 또는 상기 (7)에 기재된 여과 장치.
(9)
상기 제1 전극의 표면에 수직인 방향으로,
상기 제2 전극, 상기 여과재, 상기 제1 전극, 상기 여과실, 상기 제3 전극의 순으로 적층되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이의 거리는, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극과의 사이의 거리보다도 작은
상기 (1) 내지 상기 (8) 중 어느 하나에 기재된 여과 장치.
(10)
상기 눈금 간격의 크기는, 상기 제1 개구 및 상기 제2 개구보다도 작은
상기 (1) 내지 상기 (9) 중 어느 하나에 기재된 여과 장치.
(11)
추가로, 관통공을 갖는 측부 케이스체와, 상기 측부 케이스체를 지지하는 하부 케이스체와, 상기 측부 케이스체의 상기 관통공에 삽입되는 상부 케이스체를 갖고,
상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 여과재의 외연은, 상기 측부 케이스체와 상기 하부 케이스체와의 사이에 끼워져 고정되고,
상기 제3 전극은, 상기 상부 케이스체의 상기 하부 케이스체와 대향하는 면에 고정되고,
상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 여과재와, 상기 측부 케이스체의 내벽과, 상기 제3 전극으로 둘러싸인 공간에 상기 여과실이 형성되는
상기 (1) 내지 상기 (10) 중 어느 하나에 기재된 여과 장치.
(12)
상기 제3 전극은, 회전하는,
상기 (1) 내지 상기 (11) 중 어느 하나에 기재된 여과 장치.
(13)
복수의 여과 유닛을 갖는 여과 장치로서,
상기 여과 유닛은,
복수의 제1 개구가 형성된 제1 전극과,
복수의 제2 개구가 형성되고, 또한 상기 제1 전극의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극과,
복수의 눈금 간격이 형성되고, 또한 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 형성된 여과재와,
상기 제1 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제1 여과실과,
상기 제1 여과실에 형성되고, 또한 상기 제1 전극과 대향하는 제3 전극을 포함하고,
2개의, 상기 여과 유닛이 일 방향에 나열되어 배치되고, 2개의 상기 제2 전극의 사이에 형성되는 제2 여과실을 구비하는, 여과 장치.
(14)
한쪽의 상기 여과 유닛에서는, 상기 일 방향에 있어서, 복수의 전극이, 상기 제3 전극, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극의 순으로 나열되고,
다른 한쪽의 상기 여과 유닛에서는, 상기 일 방향에 있어서, 복수의 전극이, 상기 제2 전극, 상기 제1 전극, 상기 제3 전극의 순으로 나열되는, 상기 (13)에 기재된 여과 장치.
(15)
상기 제1 여과실에는, 대상 처리액을 공급하기 위한 공급부와, 상기 공급부와는 상이한 위치에 형성되고, 상기 대상 처리액의 일부를 배출하기 위한 제1 배출부가 접속되어 있는 상기 (13) 또는 상기 (14)에 기재된 여과 장치.
(16)
상기 일 방향에 대하여 직교하는 타 방향에 2개의 상기 여과 유닛이 나열되어 배치된
상기 (13) 내지 상기 (15) 중 어느 하나에 기재된 여과 장치.
(17)
상기 제2 여과실에는, 상기 제2 여과실에 있는 여과액을 배출하기 위한 제2 배출부가 접속되어 있는, 상기 (13) 내지 상기 (16)의 어느 하나에 기재된 여과 장치.
(18)
3개 이상의 상기 여과 유닛이 나열되어 배치되고,
2개의 나열된 상기 제1 여과실의 사이는, 서로 이웃하는 상기 여과 유닛에서 공용되는 상기 제3 전극으로 구획되어 있는, 상기 (13) 내지 상기 (17)의 어느 하나에 기재된 여과 장치.
(19)
1개의 상기 여과 유닛에 있어서, 상기 제2 전극의 제2 전위의 절대값은, 상기 제1 전극의 제1 전위의 절대값보다도 크고, 상기 제1 전위와 상기 제3 전극의 제3 전위의 전위차는, 상기 제1 전위와 상기 제2 전위의 전위차보다도 큰,
상기 (13) 내지 상기 (18)의 어느 하나에 기재된 여과 장치.
(20)
정전압 전원인 제1 전원을 포함하고,
1개의 상기 제1 전원이, 복수의 상기 제1 전극에 제1 전위를 공급하는
상기 (13) 내지 상기 (19)의 어느 하나에 기재된 여과 장치.
(21)
제2 전원을 정전압 전원으로 한 경우,
1개의 상기 제2 전원이, 복수의 상기 제2 전극에 제2 전위를 공급하는
상기 (13) 내지 상기 (20)의 어느 하나에 기재된 여과 장치.
(22)
정전압 전원인 제3 전원을 포함하고,
1개의 상기 제3 전원이, 복수의 상기 제3 전극에 제3 전위를 공급하는
상기 (13) 내지 상기 (21)의 어느 하나에 기재된 여과 장치.
(23)
제1 여과 장치와, 제2 여과 장치를 구비하고,
상기 제1 여과 장치 및 상기 제2 여과 장치는, 각각,
복수의 제1 개구가 형성된 제1 전극과,
복수의 제2 개구가 형성되고, 상기 제1 전극의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극과,
복수의 눈금 간격이 형성되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 형성된 여과재와,
상기 제1 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제1 여과실과,
상기 제1 여과실에 형성되고, 상기 제1 전극과 대향하는 제3 전극과,
상기 제2 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제2 여과실
을 갖고,
상기 제1 여과 장치의 제2 여과실의 중간 처리액이, 상기 제2 여과 장치의 제1 여과실로 공급되는,
여과 시스템.
(24)
상기 제2 전극의 제2 전위의 절대값은, 상기 제1 전극의 제1 전위의 절대값보다도 크고,
상기 제1 전위와 상기 제3 전극의 제3 전위의 제1 전위차는, 상기 제1 전위와 상기 제2 전위의 제2 전위차보다도 크고,
상기 제2 여과 장치에 있어서의 제1 전위차는, 상기 제1 여과 장치에 있어서의 제1 전위차보다도 큰,
상기 (23)에 기재된 여과 시스템.
(25)
상기 제2 여과 장치에 있어서의 제1 여과실로, 상기 제1 여과 장치에 있어서의, 제2 여과실의 중간 처리액을 공급하기 위한 가압 장치를 추가로 구비하는,
상기 (23) 또는 상기 (24)에 기재된 여과 시스템.
(26)
제3 여과 장치를 추가로 구비하고,
상기 제3 여과 장치는,
복수의 제1 개구가 형성된 제1 전극과,
복수의 제2 개구가 형성되고, 당해 제1 전극의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극과,
복수의 눈금 간격이 형성되고, 당해 제1 전극과 당해 제2 전극과의 사이에 형성된 여과재와,
당해 제1 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제1 여과실과,
당해 제1 여과실에 형성되고, 당해 제1 전극과 대향하는 제3 전극과,
당해 제2 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제2 여과실
을 갖고,
상기 제3 여과 장치에 있어서, 상기 제1 전극의 제1 전위와 상기 제3 전극의 제3 전위의 제1 전위차는, 상기 제1 전위와 상기 제2 전극의 제2 전위의 제2 전위차보다도 크고,
상기 제2 여과 장치에 있어서의, 제2 여과실의 중간 처리액이, 상기 제3 여과 장치에 있어서의 제1 여과실로 공급되고,
상기 제3 여과 장치에 있어서의 제1 전위차는, 상기 제2 여과 장치에 있어서의 제1 전위차보다도 큰,
상기 (23) 내지 상기 (25) 중 어느 하나에 기재된 여과 시스템.
(27)
복수의 제1 개구가 형성된 제1 전극과,
복수의 제2 개구가 형성되고, 상기 제1 전극의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극과,
복수의 제1 눈금 간격이 형성되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 형성된 제1 여과재와,
상기 제1 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제1 여과실과,
상기 제1 여과실에 형성되고, 상기 제1 전극과 대향하는 제3 전극과,
상기 제2 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제2 여과실과,
상기 제2 전극과의 사이에 상기 제2 여과실을 사이에 끼우고, 복수의 제4 개구가 형성된 제4 전극과,
복수의 제5 개구가 형성되고, 상기 제4 전극의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제5 전극과,
복수의 제2 눈금 간격이 형성되고, 상기 제4 전극과 상기 제5 전극과의 사이에 형성된 제2 여과재와,
상기 제5 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제3 여과실
을 갖고,
상기 제1 전극의 제1 전위와 상기 제3 전극의 제3 전위의 전위차는, 상기 제1 전위와 상기 제2 전극의 제2 전위의 전위차보다도 크고,
상기 제4 전극의 제4 전위와 상기 제3 전위의 전위차는, 상기 제4 전위와 상기 제5 전극의 제5 전위의 전위차보다도 크고,
상기 제4 전위와 상기 제3 전위의 전위차는, 상기 제1 전위와 상기 제3 전위의 전위차보다도 큰,
여과 장치.
(28)
상기 제5 전극과의 사이에 제3 여과실을 사이에 끼우고, 복수의 제6 개구가 형성된 제6 전극과,
복수의 제7 개구가 형성되고, 상기 제6 전극의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제7 전극과,
복수의 제3 눈금 간격이 형성되고, 상기 제6 전극과 상기 제7 전극과의 사이에 형성된 제3 여과재와,
상기 제7 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제4 여과실
을 갖고,
상기 제6 전극의 제6 전위와 상기 제3 전위의 전위차는, 상기 제6 전위와 상기 제7 전극의 제7 전위의 전위차보다도 크고,
상기 제6 전위와 상기 제3 전위의 전위차는, 상기 제4 전위와 상기 제3 전위의 전위차보다 큰,
상기 (27)에 기재된 여과 장치.
10 : 여과 장치
11 : 상부 케이스체
12 : 덮개부
13 : 측부 케이스체
14 : 하부 케이스체
15 : 도체
16 : 슬러리 공급부
17 : 슬러리 공급 밸브
18 : 에어 배출부
19 : 에어 배출 밸브
22 : 배출부
30 : 제1 여과실
31 : 제1 전극
31a, 32a : 도전 세선
31b : 제1 개구
32 : 제2 전극
32b : 제2 개구
33 : 제3 전극
34 : 여과재
34a : 여과막
34b : 눈금 간격
35 : 제2 여과실
51 : 제1 전원
52 : 제2 전원
53 : 제3 전원
70 : 슬러리(원액)
70A : 농축 슬러리
71 : 제1 입자(분리 대상의 입자)
72 : 극성 용매
73 : 물 분자
74 : 제2 입자
75 : 여과액
76 : 제3 입자
77 : 제4 입자
78 : 제5 입자
100, 101∼108, 110 : 여과 유닛
200A, 200B, 300A, 300B : 여과 시스템
F1 : 제1 입자에 발생하는 척력
F2 : 물 분자에 작용하는 인력
F3 : 제1 입자에 발생하는 척력 및 인력
F4 : 제3 입자에 발생하는 척력 및 인력
F5 : 제4 입자에 발생하는 척력 및 인력
F6 : 제5 입자에 발생하는 척력 및 인력
11 : 상부 케이스체
12 : 덮개부
13 : 측부 케이스체
14 : 하부 케이스체
15 : 도체
16 : 슬러리 공급부
17 : 슬러리 공급 밸브
18 : 에어 배출부
19 : 에어 배출 밸브
22 : 배출부
30 : 제1 여과실
31 : 제1 전극
31a, 32a : 도전 세선
31b : 제1 개구
32 : 제2 전극
32b : 제2 개구
33 : 제3 전극
34 : 여과재
34a : 여과막
34b : 눈금 간격
35 : 제2 여과실
51 : 제1 전원
52 : 제2 전원
53 : 제3 전원
70 : 슬러리(원액)
70A : 농축 슬러리
71 : 제1 입자(분리 대상의 입자)
72 : 극성 용매
73 : 물 분자
74 : 제2 입자
75 : 여과액
76 : 제3 입자
77 : 제4 입자
78 : 제5 입자
100, 101∼108, 110 : 여과 유닛
200A, 200B, 300A, 300B : 여과 시스템
F1 : 제1 입자에 발생하는 척력
F2 : 물 분자에 작용하는 인력
F3 : 제1 입자에 발생하는 척력 및 인력
F4 : 제3 입자에 발생하는 척력 및 인력
F5 : 제4 입자에 발생하는 척력 및 인력
F6 : 제5 입자에 발생하는 척력 및 인력
Claims (15)
- 복수의 제1 개구가 형성된 제1 전극과,
복수의 제2 개구가 형성되고, 상기 제1 전극의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극과,
복수의 눈금 간격이 형성되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 형성된 여과재와,
상기 제1 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되고, 분리 대상의 입자와 액체를 포함하는 대상 처리액이 공급되는 여과실과,
상기 여과실을 사이에 끼우고 상기 제1 전극과 대향하는 제3 전극을 포함하는,
여과 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극에, 상기 입자의 극성과 동일한 극성의 제1 전위가 공급되고,
상기 제2 전극에, 상기 입자의 극성과 동일한 극성으로서, 상기 제1 전위의 절대값보다도 상이한 절대값의 제2 전위가 공급되는,
여과 장치. - 제2항에 있어서,
상기 제1 전극에, 상기 입자의 극성과 동일한 극성의 상기 제1 전위를 공급하는 제1 전원과,
상기 제2 전극에, 상기 입자의 극성과 동일한 극성의 상기 제2 전위를 공급하는 제2 전원을 추가로 갖고,
상기 제3 전극은, 기준 전위에 접속되는
여과 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극에, 상기 입자의 극성과 동일한 극성의 제1 전위를 공급하는 제1 전원과,
상기 제2 전극에, 상기 입자의 극성과 동일한 극성의 제2 전위를 공급하는 제2 전원과,
상기 제3 전극에, 상기 입자의 극성과 상이한 극성의 제3 전위를 공급하는 제3 전원을 추가로 갖는
여과 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 눈금 간격의 크기는, 상기 제1 개구 및 상기 제2 개구보다도 작은
여과 장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
추가로, 관통공을 갖는 측부 케이스체와, 상기 측부 케이스체를 지지하는 하부 케이스체와, 상기 측부 케이스체의 상기 관통공에 삽입되는 상부 케이스체를 갖고,
상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 여과재의 외연은, 상기 측부 케이스체와 상기 하부 케이스체와의 사이에 끼워져 고정되고,
상기 제3 전극은, 상기 상부 케이스체의 상기 하부 케이스체와 대향하는 면에 고정되고,
상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 여과재와, 상기 측부 케이스체의 내벽과, 상기 제3 전극으로 둘러싸인 공간에 상기 여과실이 형성되는
여과 장치. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 전극은, 회전하는,
여과 장치. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 여과재를 제1 여과재로 하고, 상기 여과실을 제1 여과실로 하고,
추가로, 상기 제2 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제2 여과실과,
상기 제2 전극과의 사이에 상기 제2 여과실을 사이에 끼우고, 복수의 제4 개구가 형성된 제4 전극과,
복수의 제5 개구가 형성되고, 상기 제4 전극의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제5 전극과,
복수의 제2 눈금 간격이 형성되고, 상기 제4 전극과 상기 제5 전극과의 사이에 형성된 제2 여과재와,
상기 제5 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제3 여과실
을 갖고,
상기 제1 전극의 제1 전위와 상기 제3 전극의 제3 전위의 전위차는, 상기 제1 전위와 상기 제2 전극의 제2 전위의 전위차보다도 크고,
상기 제4 전극의 제4 전위와 상기 제3 전위의 전위차는, 상기 제4 전위와 상기 제5 전극의 제5 전위의 전위차보다도 크고,
상기 제4 전위와 상기 제3 전위의 전위차는, 상기 제1 전위와 상기 제3 전위의 전위차보다도 큰,
여과 장치. - 제8항에 있어서,
상기 제5 전극과의 사이에 제3 여과실을 사이에 끼우고, 복수의 제6 개구가 형성된 제6 전극과,
복수의 제7 개구가 형성되고, 상기 제6 전극의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제7 전극과,
복수의 제3 눈금 간격이 형성되고, 상기 제6 전극과 상기 제7 전극과의 사이에 형성된 제3 여과재와,
상기 제7 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제4 여과실
을 갖고,
상기 제6 전극의 제6 전위와 상기 제3 전위의 전위차는, 상기 제6 전위와 상기 제7 전극의 제7 전위의 전위차보다도 크고,
상기 제6 전위와 상기 제3 전위의 전위차는, 상기 제4 전위와 상기 제3 전위의 전위차보다도 큰,
여과 장치. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 여과 장치를 제1 여과 장치로서 구비하고, 추가로, 제2 여과 장치를 포함하는, 여과 시스템으로서,
상기 제2 여과 장치는,
복수의 제1 개구가 형성된 제1 전극과,
복수의 제2 개구가 형성되고, 상기 제1 전극의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극과,
복수의 눈금 간격이 형성되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 형성된 여과재와,
상기 제1 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제1 여과실과,
상기 제1 여과실에 형성되고, 상기 제1 전극과 대향하는 제3 전극과,
상기 제2 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제2 여과실
을 갖고,
상기 제1 여과 장치의 제2 여과실의 중간 처리액이, 상기 제2 여과 장치의 제1 여과실로 공급되는,
여과 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 제2 여과 장치에 있어서의 제1 여과실로, 상기 제1 여과 장치에 있어서의, 제2 여과실의 중간 처리액을 공급하기 위한 가압 장치를 추가로 구비하는,
여과 시스템. - 제10항 또는 제11항에 있어서,
제3 여과 장치를 추가로 구비하고,
상기 제3 여과 장치는,
복수의 제1 개구가 형성된 제1 전극과,
복수의 제2 개구가 형성되고, 당해 제1 전극의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극과,
복수의 눈금 간격이 형성되고, 당해 제1 전극과 당해 제2 전극과의 사이에 형성된 여과재와,
당해 제1 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제1 여과실과,
당해 제1 여과실에 형성되고, 당해 제1 전극과 대향하는 제3 전극과,
당해 제2 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제2 여과실
을 갖고,
상기 제3 여과 장치에 있어서, 상기 제1 전극의 제1 전위와 상기 제3 전극의 제3 전위의 제1 전위차는, 상기 제1 전위와 상기 제2 전극의 제2 전위의 제2 전위차보다도 크고,
상기 제2 여과 장치에 있어서의, 제2 여과실의 중간 처리액이, 상기 제3 여과 장치에 있어서의 제1 여과실로 공급되고,
상기 제3 여과 장치에 있어서의 제1 전위차는, 상기 제2 여과 장치에 있어서의 제1 전위차보다도 큰,
여과 시스템. - 복수의 여과 유닛을 갖는 여과 장치로서,
상기 여과 유닛은,
복수의 제1 개구가 형성된 제1 전극과,
복수의 제2 개구가 형성되고, 또한 상기 제1 전극의 한쪽의 면과 대향하여 형성된 제2 전극과,
복수의 눈금 간격이 형성되고, 또한 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 형성된 여과재와,
상기 제1 전극의 다른 한쪽의 면과 접하여 형성되는 제1 여과실과,
상기 제1 여과실에 형성되고, 또한 상기 제1 전극과 대향하는 제3 전극을 포함하고,
2개의, 상기 여과 유닛이 일 방향에 나열되어 배치되고, 2개의 상기 제2 전극의 사이에 형성되는 제2 여과실을 구비하는, 여과 장치. - 제13항에 있어서,
상기 제1 여과실에는, 대상 처리액을 공급하기 위한 공급부와, 상기 공급부와는 상이한 위치에 형성되고, 상기 대상 처리액의 일부를 배출하기 위한 제1 배출부가 접속되어 있는 여과 장치. - 제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 제2 여과실에는, 상기 제2 여과실에 있는 여과액을 배출하기 위한 제2 배출부가 접속되어 있는, 여과 장치.
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| JPS6118410A (ja) | 1984-07-04 | 1986-01-27 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 電気浸透式脱水機の運転制御方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6118410A (ja) | 1984-07-04 | 1986-01-27 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 電気浸透式脱水機の運転制御方法 |
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