KR870001121Y1 - 복수전계를 갖는 전극장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

복수전계를 갖는 전극장치

제 1 도는 본 고안에 따른 수직 현가된 평행 평판 전극을 포함하는 수평으로 길다란 용기의 절단 사시도.

제 2 도는 사이에 에멀젼 통로를 형성하는 제 1 도의 한쌍의 평판 전극의 사시도.

제 3 도는 극판의 구성이 다른 제 2 도와 유사한 사시도.

제 4 도는 용기내에 길이 방향으로 연장되는 전극을 갖는 제 1 도와 유사한 절단 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 동체 3 : 판전극

4 : 절연행거 5 : 부쉬

6 : 결선 7 : 변압기

12 : 접속기 13 : 전극

18 : 정류기 25 : 액체

32, 33 : 판전극

본 고안은 비교적 유극성인 액체와 비교적 무극성인 액체의 혼합물이 강도가 변화하는 복수의 전계를 거쳐 통과하도록 통로를 형성하는 전기적으로 하전된 전극을 갖는 전극장치 및 그 혼합물에 관한 것이다. 특히 본 고안은 액체 혼합물의 흐름방향으로 도전율이 변화하는 전극 구조재료를 사용함으로써 강도가 변화하는 일련의 전계를 전극간에 발생시키는 데 관한 것이다.

액체 상태중 하나가 타르샌드 또는 함유 혈암(含油頁岩)으로부터 추출된 보통의 원유 또는 합성 원유이며 다른 쪽이 물 또는 염수인 혼합물을 고속, 대량 액체/액체 분리하는 것은 원유 산업계에서는 항상 필요하다. 기름과 물은 물론 혼합되지 않지만, 수성 형태(수상)은 생산된 기름내에 크게 분산되고 연속된 상같이 되어 존재하는 일이 많다. 그 혼합물은 에멀젼이라 불려지고 있다. 이런 수상의 공급원은 지층수이거나 2차 및 3차 회수에 사용되는 액화증기이다.

기름에서부터 동반수 또는 유화수를 제거하는 것은 다음 특허 및 간행물에서 알 수 있듯이 현안 문제가 되고 있다. 즉 미합중국 프레스트리지의 1973년 미합중국 특허 제 3,772,1801호, 1974년 미합중국 특허 제3,847,775호, 1978년 미합중국 특허 제 4,116,790호, 1981년 미합중국 특허 제 4,308,127호 그리고 워터맨엘. 씨. 의 "케미컬 엔지니어링 프로그레스 61(10), 51 내지 57 (1965년)"와 스죠블롬 지. 엘 및 고렌 에스엘, 의 "I & EC Fund, 5(4), 519 내지 525 (1966년)"이 있다. 이런 분리를 행하는 데 가장 널리 사용되는 방법중에 고전압 전계를 사용하는 방법이 있다. 기름과 같은 무극성 매체중의 비교적 유극성인 물 또는 염수의 방울을 전계의 힘에 의해 합체 응집시키는 데는 두개의 매카니즘이 사용된다.

첫째로, 물방울은 하전 전극에 직접 접촉함으로써, 또는 기름에 의해 전극으로부터의 전하 대류 이동을 통하여 전하를 얻는 것이다. 얻어진 역극성 전하를 갖는 물방울 사이에는 흡인력이 존재한다. 이 흡인력이 물방울의 합체를 촉진한다.

둘째로, 전계중의 물방울은 외부전계에 의한 유극성 물분자의 배향에 의해, 그리고 물방울중의 이등 음이온, 양이온 재분배를 통해 분극되게 된다. 가까이 있는 물방울의 역극성에 하전된 부분 사이에 작용하는 정전 흡인력은 그들의 합체를 조장한다.

이런 두 매카니즘에서 모두 중요한 것은 두상의 물리적 및 화학적 특성에 의해 명확히 결정된다. 특히 중요한 것중에 기름의 전기도전율이 있다. 전기적으로 강화되는 합체의 매카니즘은 과학문헌에 의해 광범위하게 논의되고 있다(피어스. 씨. 에이. 알. 에 의한 "응용 물리학 영국 저어널" 5,136 내지 143 (1954년)와, 알란, 알, 에스 및 메이슨. 에스. 지. 의 "Trans, Far. Soc. " 57, 2027 내지 2040 (1961년), 폴, 에이취. 에이. 의 "J. 응용물리학" 22(7), 869 내지 871 (1951년), 베일즈, 피. 제이. 및 라카이. 에스. 케이. 엘. 에 의한 "Trans. I. Chem. E." 59, 229 내지 237 (1981년), 사텍, 에스. 이. 및 헨드릭스, 씨. 디. 의 "I & EC Fund" 13, 139 내지 142 (1974년) 참조).

전기적으로 강화되는 합체의 종래 기술에는 무극성 액체중에 유극성 액체가 분산되어 있는 혼합물을 분해하기 위해 전계를 유효하게 적용시키는 데는 많은 형태가 있다. 이 개념은 에프. 에프. 프레스트리지의 미합중국 특허 제 4,126,537호(1978년) 및 프레스트리지와 롱웰의 미합중국 특허 제 4,308,127호 (1981년)의 기초를 이루는 것이다. 이들 특허에 기재된 전기적 강화 합체의 실시예에 있어서는, 전극간의 거리를 차차벌려 놓음으로써 고정 전극간의 전압구배는 유체흐름의 방향으로 점차 감소시키고 있다. 전극장치의 배열은 처리하려는 애멀젼이 우선 접근된 전극에 의해 발생되는 높은 전계강도에 노출되고 이어서 전극간 거리가 넓어짐에 따라 점차 낮아지는 전계강도에 노출되게 되어 있다. 상기한 바와같이 점차 감소되는 전계(점감전계)의 개념의 중요성은 점감전계를 사용하는 것이 종래의 전기 처리장치의 고유한 제한을 회피하게 된 의의가 있다는데 있다. 이 중요성은 이하의 설명에서 명백해 질 것이다.

특정 전계강도에 있어서는 무극성이고 비교적 비도전성이며 연속되는 액체상내에서 분극되거나 하전된 유극성 액체가 인접한 액체 방울(이하 액적이라 함) 사이에 적용하는 흡인력의 크기는 어느정도 액적의 반경에 의존된다. 액적의 반경이 작아질수록 합체시킬 흡인력은 약해진다. 또, 액적의 반경은 충돌 빈도에 따라 합체 효율에 영향을 미친다. 전하를 운반하는 유극성 액체의 액적은 역극성에 하전된 전극을 향하여 전계내를 이동한다. 일정한 전계강도 및 일정한 액적전하에 있어서는 액적 속도는 액적 반경의 크기에 따라 저하된다. 느린 액적 속도와 같은 액적 반경이 어울려서 충돌빈도가 저하된다. 역극성으로 하전된 액적간의 흡인력은 그들 사이의 거리가 짧아질수록 증가하므로, 충돌 또는 우연히 부딪히는 빈도가 저하되어도 합체효율에는 영향을 미치지 않는다(사덱, 에스. 이. 및 헨드릭스, 씨. 디. 에 의한 "I & EC Fund" 13, 139 내지 142 (1974년) 참조).

무극성으로 연속되는 상중의 분극되고 하전된 유극성 액적간의 흡인력이나, 또는 하전된 액적의 속도는 그 액적이 받는 전계강도가 클수록 증가한다. 따라서, 종래기술이 분산된 유극성상의 아주 작은 액적을 합체시키기 위해 아주 높은 전계강도를 필요로 했다해도 놀랄만한 것은 아니다. 그러나 어느 일정 전계강도에 있어서는 최대 액적 치수에 대해 제한이 가해진다. 분석할 목적으로, 유중수의 경우를 고려해 본다. 이런 제한의 하나는 물방울이 전계중에서 받는 유체 역학상의 힘에 관한 것이다. 물방울이 획득한 전하는 두개의 하전 전극간 또는 하전 전극과 접지간의 영액내에서 그들 물방울을 움직이게 된다. 이 움직임에는 연속 유상내에 발생한 전기 대류 전류가 가해진다. 이들 움직임은 각각의 물방울이 분산되는 유체 역학적 힘을 받는다. 물방울을 분산시키는데 필요한 유체 역학상의 힘의 크기는 물방울의 반경에 일부 의존한다. 물방울의 반경이 작을수록 물방울을 분산시키는데 필요한 유체 역학적 힘은 커진다.

다른 제한으로는, 물방울에 걸리는 전기적 응력에 관한 것이다. 하전된 물방울은 물방울 표면에 임계 구배가 발생된때 분산되는 경향을 갖는다. 이 임계분산 구배의 크기는 물방울의 반경의 제곱근에 반비례 한다. 따라서, 하전된 물방울이 클수록 물방울이 분산되는 물방울 표면의 전기 구배는 작아진다. 물방울 표면에 있어서의 과잉전하 구태는 물방울 도전 또는 대류에 의한 하전을 통하여, 또는 물방울 분극화를 통하여 발생된다. 그 때문에, 유체 역학상 및 전기적 응력이 전계중에 가장 큰 물방울을 만들게 된다. 이 최대 크기는 두 액체상의 물리적 특성 및 전계 강도 및 균일성에 의해 결정된다. 전기적 합체장치를 이렇게 제어하는 것은 과학 문헌에 서술되어 있다(사덱, 에스. 이. 및 헨드릭스, 씨. 디. 에 의한 " I & EC Fund", 13, 139 내지 142(1974년), 워터만, 엘. 씨. 의 "케미칼 엔지니어링 프로그레스" 61(10), 51 내지 57(1965년), 그리고 도일, 에이. 모페트, 디. 알. 보내거트, 비. 의 "J. 콜로이드 사이언스", 19, 136 내지 143 (1964년)참조).

원유중의 물 또는 염수 에멀젼은 보통 수상 액적 치수의 분포를 포함하고 있다. 기름분야에 있어서 에멀젼, 예를들면 2 내지 100 미크론 이상의 직경의 물방울 분포는 드물지는 않다. 어떤 에멀젼에서는 그 분포에 있어서의 최소 액적에 포함되는 동반수의 양은 충분히 건조한 기름을 만들기 위해 그 제거가 필요한 만큼 충분히 있다. 이런 아주 작은 액적의 합체는 높은 전계강도가 필요하다. 그러나, 전술한 바와같이, 이런 높은 전계강도는 전계중에서 달성할 수 있는 물방울의 최대 치수를 제한하게 된다. 이 제한된 치수의 물방울이 기름에서 침강할 수 있을 정도의 충분한 크기이면 그런 합체에 의해 약간 커진다.

또, 처리하는 전계강도에 대응하는 최대 액적 치수보다 큰 치수를 갖는 원래부터 분산되어 있는 물방울은 분산되게 된다. 점차 감소되는 전계의 개념이 나오기전에는 대부분의 전기 처리장치는 기름으로부터 침강할 수 있을 정도로 충분한 크기이며, 에멀젼의 최소 액적을 어느정도 합체할 수 있을 정도로 충분한 전계강도로 물방울을 만들 수 있는 전계를 사용하고 있다. 하전된 전극간의 거리를 흐름방향으로 넓혀서 만든 점차 감소되는 전계에 있어서 에멀젼에는 우선 아주 작은 액적을 합체할 수 있는 높은 구배 영역에 노출된다. 이 영역에서의 생성물은 이어서 낮은 전기구배를 갖는 제 2 영역으로 간다. 이 제 2 영역의 전계는 제 2 영역으로부터 받은 물방울의 합체를 증가시키기에 충분한 강도이다. 그러나 제 1 영역보다 약한 제 1 영역의 전계는 이 전계중에 존재할 수 있는 최대 액적 치수로 크게할 수 있다. 따라서 애멀젼은 전계강도가 점차 감소되는 곳을 통해 서서히 진행하므로, 분산되어 있는 물방울은 기름으로부터 침강하는데 충분한 크기까지 커진다. 점차 감소되는 전계의 이런 형태에 의해 야기된 종래기술의 개량할 점은, 1) 전형적인 유중수 에멀젼의 극소 물방울 합체 효율의 향상, 및 2) 처리된 혼합물중의 물방울을 보다 크게하여 보다 효율적으로 침강시키는 것이다. 상기 점차 감소하는 전계의 실시예는 유기적으로 연속하는 에멀젼의 전기 처리에 있어서 종래의 이상 개량을 한 것이다. 그러나, 만능은 아니다. 전계강도는 흐름방향으로 감소하지만 전극에의 전하는 그 전체범위에 걸쳐서 일정하게되어 버린다. 따라서 도전 또는 대류 전하이동 및 액적의 연속 분산에 의해 물방울이 하전된다는 매카니즘이 약한 전계강도 영역에 존재한다. 전기 응력의 영향하에서의 물방울분산 매카니즘에 의하면, 만들어지는 작은 물방울은 원래의 물방울보다 아주 작게 된다. 이 작은 물방울이 저전계 강도영역에서 만들 어지면 그들이 다시 합체될 기회는 거의 없다. 이 문제는 또, 임계 분산구배가 물방울의 분극화를 통하여 전계의 출구영역의 전극 근처에 있는 물방울에 생기게 되어 복잡해진다. 물방울의 강력한 분극은 전극 단부에 있어서의 국부적으로 균일한 발산전계에 노출됨으로써 발생한다.

이런 기본적 제한에 부가하여, 종래에는 점차 감소하는 전계를 발생시키기 위한 판형 전극의 물리적 간격의 문제 및 이들 전극의 현가에 대해 오히려 엄격한 기계적 문제를 갖고 있다. 금속 시이트 형태의 전극은 무거우며 용기내에서의 지지가 곤란하다. 바람직하게는 그 전극의 조성은 중량을 줄이도록, 또 통로를 통하는 액체 혼합물의 흐름방향으로 물리적 공간적 분리를 요하지 않게 만드는 것이 좋다.

본 고안은 전극간의 유극성 및 무극성 액체 혼합물이 흐름방향으로 전기 전도율이 변화하고, 또 혼합물의 흐름방향으로 강도가 변화하는 전계를 발생하는 재료로 이루어지는 간극을 두어 하전되는 전극으로 되어 있다.

본 고안은 또 서로 평행하고 유체 흐름방향으로 장착된 전극판 장치를 거쳐서 비교적 무극성인 연속 액체 상중에 비교적 유극성인 액체상이 분산되어 있는 에멀젼을 통하게 되어 있다. 이 전극은 전기적 도전성인 부분과 전기적 비전도성 또는 절연부분을 물리적으로 밀착한 상태로 구성되어 있다. 도전성 및 비도전성 부분은 두장의 평행 극판간을 흐르는 에멀젼이 도전성 재료에 의해 한정된 영역을 통과한 후 비도전성 재료에 의해 한정된 영역을 통과하도록 되어 있다.

본 고안은 또 전기 전도성 플라스틱 또는 파이버 글래스를 1차원에서 전기도전율이 저감되도록 구성된 전극의 전기적 특성을 고려한 것이다. 각 극판의 전기 저항은 평행 전기 저항은 평행 전극간을 흐르는 에멀젼이 그 흐름에 따라 전기적 도전성 재료가 점차 감소됨으로써 한정되는 식으로 흐름방향으로 증가한다.

본 고안은 또 인접하는 극판의 도전성 부분이 역극성으로 하전되도록, 또는 극판이 하나 걸러 하전되고 나머지 극판이 접지되도록 전극판의 도전성 부분이 여기되게 한 것이다.

이하 첨부도면에 예시한 본 고안의 적합한 실시에에 대해 상술한다.

판형 전극의 종래의 구성 및 배열은 극판이 서로 평행으로 수직 현가되고 각각 쌍이 되는 극판 사이에 통로를 형성하여 그속으로 유극성 및 무극성 액체 에멀젼이 전극간의 전계를 통하여 흐르도록 되어 있다. 종래에는 이들 극판은 관례적으로 금속이며 용기에는 절연체로부터 현수되어 있어 그들간에 전계를 발생시키는 전기 에너지원에 접속되어 있다.

본 고안의 적합한 실시에에 있어서의 전극은 그 전극간의 통로에 다수의 전계를 발생하고 그 전극의 한쪽은 액체혼합물의 흐름방향의 전계강도를 점차 감소 시켰다. 현재로는 유체 흐름방향의 전계 강도를 약화시키기 위해 각각 쌍이 되는 전극판을 서로 물리적으로 넓힐 필요가 없는 적어도 두 종류의 전극판으로 하는 구성이 알려져 있다.

본 고안의 가장 넓은 개념은 비록 여기에 적합한 실시예이긴 하지만 수직 현가된 평판 전극의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이 개념의 기본적 생각은 하전된 전극은 서로 간극을 두고 그 전극간에 유지되는 전계는 전극재료의 전기 전도율 변화를 기초로 하여 전극간의 공간에 있는 액체 에멀젼의 흐름방향에 따라 강도를 변화시키는 것이다. 각 전극은 비도전성 재료의 부분과 밀착되어 있는 도전재료 부분에 의해 형성되어도 좋고, 또는 흐름방향에 따라 전기 도전율 이연속적으로 증감하는 전극 재료를 사용할 수도 있다. 그러나 본 고안의 넓은 개념은 이들 어떤 전극 구성도 포함하는 것이다.

제 1 도는 수평으로 가늘고 긴 용기를 형성하고 있는 것으로 알려진 동체(1)를 충분히 나타내기 위해 도시한 것이다. 종래와 같이, 유정 산출물을 동체(1)의 일단으로 흘리고, 그 산출물을 성분별로 분리하고, 동체(1)내에 수집된 대로 그 성분을 따로 배출하는 것은 습관적으로 행해지고 있다. 항상 그렇듯이 동체(1)의 내부 구조는 동체(1)를 통하여 흐르는 유정 산출물로 분리하는 힘을 부여하도록 구성되어 있다.

제 1 도에 도시한 바와같이, 동체(1)의 단부에 있는 유정 산출물을 받는 곳을 상세하게 설명하는 것은 약간 곤란하다. 화살표 2는 동체(1)의 유정과의 접속부를 도시한 것이며, 유정으로부터의 액체 및 가스는 동체의 전면 측부로 흐른다. 모든 가스는 이 산출물로부터 제거한 것으로 가정한다. 본 고안은 기름과 물의 에멀젼을 분리하는 구성에 있어서 실시되고, 이들 액체는 화살표2로 표시한 입구를 거쳐서 동체(1)내로 들어간다. 그들을 분리한 후, 기름과 물은 동체(1)의 상, 하부분에 모여지고 제 1 도에는 도시하지 않은 도관에 의해 따로 방출된다.

제 1 도에 도시된 중간부분은 동체(1)내에 삽입된 액체 혼합물이 수직으로 현가되고 동체(1)의 길이 방향축에 직각으로 연장되는 한쌍의 판형 전극(30) 사이에 형성된 평행통로를 통하여 흐르는 것을 표시하고 있다. 이들 판형 전극(3)의 지지부는 확대 도시하였다. 동체(1)의 상부에 격자구조르 만들어진 일련의 랙으로부터 절연 행거(4)가 연장되어 있다. 현재로는 판형 전극이 보통이지만 금속성이면 이들 절연 행거(4)는 판형 전극의 중량에 의해 부과되는 하중을 견디도록 설계해야 한다. 이 기술은 그 수직 하중에 견디는 동시에 그 극판에 대해 전기적 절연을 할 수 있는 행거를 제공해야 하는 문제가 있다.

또, 이 제 1 도에는 주변의 필요한 구성요소를 전체에 걸쳐 완전히 도시하기 위해 절연 부쉬(5)가 동체(1)의 벽을 관통하는 것으로 도시하였다. 이들 부쉬(5)를 거쳐 변압기 결선(6)이 변압기(7)로부터 판형 전극(3 으로 연장되어 있다. 이에 의해 한쌍의 전극(3) 사이에 전계가 발생하고 그 속에 기름과 물의 에멀젼이 통과하면 분리된다.

제 2 도, 제 3 도 및 제 4 도는 본 고안을 실시한 판형 전극의 형태를 도시하고 있다. 각 도면에는 동체(1)내의 유체흐름에 관해 1쌍의 전극만을 표시하고, 합체 수집된 물은 전극 하방으로, 나머지 기름은 전극 상방으로 흐른다. 이와 마찬가지로, 제 1 도는 본 고안의 필수요소인 동체의 최초의 주변환경, 전원 및 판형 전극 현수 시스템을 배치하고 있다.

제 2 도는 도전성 부분과 비도전성 부분에 의해 구성된 한쌍의 전극판을 도시한 것이며, 이들 극판간의 비도전성 부분의 절연특성에 의해 전계가 약해진다. 도전성 부분의 단과 비도전성 부분의 단을 접촉함으로써 도전성 부분으로 인가되는 극성과 같은 극성의 표면 전하가 비도전성 부분의 절연재료에 생긴다. 이 절연제료의 하전은 잘 이해되지 않는다. 그러나, 절연체 표면에 따라 전하가 이동하는 속도는, 식

τ=ε/σ

에 의해 규정된 재료의 전하 이완 시정수에 관계된다. 여기서 τ는 전하이완 시정수, ε는 유전율, σ는 재료의 도전율이다. 전하 이완 시정수가 커질수록 표면을 따라 이동하는 전하는 늦어진다. 동작상태하에서는 절연재료 표면전하는 전체 표면에 걸쳐 균일 하지는 않다. 비도전성 부분은 그 전하원으로서 도전성 부분과 접촉하고 있는 선로를 가지지만 도전성 부분과 접촉하고 있는 선로로부터의 거리가 커짐에 따라 전하밀도가 감소한다는 표면전하 구배가 있다. 이 구배의 정확한 특성은 비전도성 재료의 전하 이완시정수와, 연속 무극성 상태의 도전율과, 분산 유극성 상태의 액체에 의존한다. 상기 변수의 어느 한쪽이 증가하면 절연재료로부터의 전하감소가 심해지고 또 도전성 부분으로부터의 거거리증가에 따라 전하밀도의 변화속도가 증가한다. 어떤 적용예에 있어서는, 비도전성 부분의 전위를 흐름방향으로 제로로 떨어뜨리는 것이 바람직하다. 이는 도전성 부분과의 접촉에서 가장 떨어진 비도전성 부분의 단부를 접지함으로써 행 할 수 있다.

제 2 도는 본 고안을 실시하는 단지 한쌍의 전극판(3)을 도시한다. 비록 제 2 도에서는 도시되어 있지는 않지만, 전극판은 제 1 도에서 도시된 바와같이, 처리될 액체의 혼합물이 흐르는 동체(1)내에 행거(4)로부터 현수된다. 화살표(10)는 처리하려는 액체 혼합물의 흐름방향을 도시한다. 도시된 바와같이, 혼합물의 흐름은 평행한 전극판(3 및 3a)에 의하여 형성된 통로(11)에 유입하게 한다. 혼합물의 비교적 유극성 액체는 통로(11)에서 합체되어 침강하므로 집속기(12)는 극판 하방에 형성된다. 본 고안은 전극판(3 및 3a)의 구성과 배열에 의하여 설명된다.

유체흐름의 방향에서, 각 전극은 비도전성부분(13, 13a)과 이에 이어 형성된 도전성 부분(14, 14a)과, 또다른 비도전성 부분(15, 15a)으로 구성된다. 비도전성 부분(13, 13a)에 의하여 구획되는 전극간의 영역내에서, 에멀젼은 흐름방향에서 점점 강해지는 전계에 노출된다. 도전성 부분(14, 14a)으로 구획된 영역에 있어서, 에멀젼은 일정 자계강도의 균일한 전계에 노출된다. 전극판 사이를 흐르는 동안 에멀젼이 노출되는 가장 강한 전계강도는 부분(14, 14a) 사이에 형성되는 영역내에 있다. 비도전성 부분(15, 15a)에 의하여 구획되는 영역에서, 에멀젼은 흐름방향으로 약해지는 자계에 노출된다. 따라서, 에멀젼은 인접한 전극판 사이를 흐르므로, 3가지 다른 처리 영역을 흐르게 된다. 제 1 영역은 전처리 영역으로서 작용하고 분사 극성형태의 큰 액적의 합체가 강화된다. 낮은 전계강도에서의 에멀젼의 전처리는 두가지 이유로 필요하게 된다. 첫째로 높은 전계강도 영역을 통하여 흐르기 전에 분사된 형태의 보다 큰 액적을 제거함으로써 전기적 및 유체 역학상의 압력에 의해 이들 액적을 분산하고 이들의 재합체를 할 필요가 줄어들게 된다. 환언하면, 이러한 전처리는 단순히 역효과가 되는 액적의 분산을 제한할 뿐이다. 둘째로, 에멀젼이 분산된 유극성 형태의 대부분을 점유한때, 높은 전계강도에 직접 접촉됨으로써 전계강도 손실이 생켜 도전성 통로가 형성(절연 파괴)되기 때문이다. 낮은 전계강도에서의 전처리는 분산된 유극성 형태부분을 감소시키며, 높은 자계강도 영역에서의 절연파괴를 감소시킨다.

에멀젼이 노출되는 제 2 처리 영역에는 근접한 극판의 도전성 영역(14, 14a) 사이의 일정전계강도의 균일한 전계가 있다. 이러한 영역에서, 에멀젼은 소요강도의 전계강도에 노출되어 이 에멀젼 중의 분사된 유극성 형태의 최소 액적을 합체할 수 있다. 비도전성 부분(15, 15a) 사이에 위치한 제 3 처리영역에서는 높은 전제강도 영역으로부터의 생성물을 받고 분산된 형태의 액적이 혼합물에서 침강하기에 충분한 크기로 성장할 때까지 에멀젼을 점차 약해지는 전계강도에 노출시킨다. 그러나 점차감소되는 전계강도는 전극판상의 전하밀도를 감소시키므로서 발생되는 전기적 및 유체 역학상의 응력은 점차 감소되는 전계강도 영역에서는 최소가 되며 여기에 분산된 유극성 형태의 큰 액적이 존재하게 된다.

세개의 처리영역내에서 발생된 전계의 특성은 다수의 설계요인에 의존한다. 이에는 1) 각 전극판의 도전성 및 비도전성 부분의 상대치수 및 배치, 2) 도전성 부분에 인가되는 전위, 3) 인가된 전위의 성질 4) 전극판간의 거리 5) 비도전성 또는 절연부분의 하전 특성이 있다. 이 마지막 매개변수는 흐름방향에서 비도전성 부분에 형성되는 전하구배의 특성과 그에 따라 점차 감소되는 전계의 성질에 영향을 미친다. 물론, 절연재료에 형성되는 표면전하가 도전체와의 접속점에서부터 짧은 거리만큼만 미치는 것은 바람직스럽지 않다. 차점 감소되는 전계영역에서는 흐름의 방향으로, 표면전하가 점차 약해지는 것이 바람직하다. 보통, 화이버 글래스는 어떤 곳에서는 절연재료로서 허용되고 있다. 다른 적당한 비도전성 재질의 선택은 연구적 견지에서 이미 논의되고 있다.

제 2 도에서 도시된 실시예에서의 전기적 회로는 제 1 도에서 도시된 변압기(7)를 구비하고 있다. 이 변압기의 1차측(16)은 도시하지 않은 전원에 접속되고, 2차측(17)은 한쪽을 접지에, 다른 쪽을 전극 판의 도전성 부분에 접속하고 있다. 이 2차측 전극에의 접속은 병렬로 두개의 정류기(18, 19)를 갖고 있다. 각 정류기는 전극장치의 전극의 하나 걸러서마다 같은 정류기에 접속되게 하여 전극의 1/2씩 접속된다. 이렇게 접속하므로서, 전극판상의 모든 인접하는 쌍의 도전체는 역극성으로 하전된다. 그렇지 않으면 이들 정류기는 회로에서 생략하고 2차측의 한쪽을 장치 하나 걸러 있는 극판 도전체에 접속하는 한편 2차측의 다른 한쪽을 접지와 나머지 극판에 접속해도 좋다. 이와같이 접속된 장치에 있어서의 전극판의 인접하는 모든 쌍에 있어서 한쪽 전극은 교류전류에 의해 하전되고 다른 쪽 전극은 접지되게 된다.

도전성 플라스틱 또는 파이버 글래스가 혼합된 극판을 사용한 전극장치에 있어서, 점차 감소되는 전계의 흐름방향으로 플라스틱 또는 파이버 글래스의 전기도전율 증가에 의해 거의 달성된다. 여러가지 전기적 도전성 플라스틱 및 파이버 글래스가 개발되어 있으며, 금속 피막 글래스 파이버, 금속 파이버, 카본 파이버, 및 특수 카본 블랙의 조합 결합에서 이들의 도전율이 얻어진다. 따라서, 임의로 얻어진 치수의 도전성 충전물에 농도구배를 생기게 하는 방법으로 플라스틱을 제조함으로써 플라스틱 또는 글래스 파이버판의 그 치수에 전기저항 구배를 만들 수 있다(웨렌버그. 알. 에이취의 "재료 공학" 95(3), 37 내지 43(1982년) 및 애노니머스의 "배텔 투데이" 8권 p.7(1978년) 참조).

전기 도전율이 흐름방향으로 작아지는 전극간에 발생하는 점차 감소되는 전계의 정확한 특성은 전극의 도전율 구배의 성질에 거의 대부분이 영향을 받는다. 그러나, 동작상태에서의 비도전성 재료 또는 절연재료의 하전특성에 영향을 미치는 요인도 중요하며 고려해야 한다. 이들 용인에 대해서는 이미 논의되고 있는 바이다.

도전성 플라스틱으로 이루어지는 전극을 사용한 전기처리 시스템의 실시에를 제 3 도에 도시한다. 제 3 도에 의해 도시된 실시예의 배치는 극판 구성을 제외하고는 제 2 도와 동일하다. 제 2 도와 마찬가지로, 전극이 장착되는 용기는 제 1 도의 것과 같은 것으로 한다. 화살표(21)는 처리하려는 액체 혼합물의 흐름 방향을 표시하고 있다. 액체의 흐름은 전극(23, 24)간에 형성된 통로를 통과한다. 합체된 액체(25)는 판형 전극 아래쪽에 침강되어 있다. 액체(25)와 혼합물의 나머지 액체와의 분리회수에 대해서는 특별히 상세히 설명하지 않는다.

제 3 도의 극판(23, 24)의 전기 도전율은 음영의 농도변화에 의해 표시되어 있다. 에멀전은 도시된 두장의 전극판간을 수평으로 흐르므로 최초로 도전율이 흐름방향으로 증가하는 전극의 전방부분에 의해 구획된 영역내에서 강도가 증대하는 전계에 노출된다. 이는 제 2 도의 실시예에 기재된 전극부분(13, 13a) 사이의 영역과 기능상 같은 전처리 영역이다. 제 3 도에 도시한 바와 같이, 에멀젼은 다음에 전극판의 도전율 높은 부분에 의해 한계된 영역내의 강도가 일정하고 균일한 전계를 거치게 된다. 이 영역은 에멀젼내의 분산 유극성 형태의 최소 액적을 합체시키는데 필요한 부분에 높은 전계강도를 부여하는 것이다. 이 영역의 일정하고도 균일한 전계를 통과하면 에멀젼은 도전율이 흐름방향으로 감소해가는 극판 부분에 의해 구획된 영역을 통과하고, 점차 감소되는 전계를 거치게 된다. 따라서 에멀젼은 분산형태의 액적이 충분히 크게 성장하여 혼합물로부터 침강 액적(25)와 결부되기 까지 점차 감소되는 전계에 노출된다. 그러나 다시 이 점차 감소되는 전계는 흐름의 방향으로 전극판의 전하밀도를 감소시킴으로써 만들어진다. 따라서 전기적 및 액체 역학상의 응력은 이 점차 감소되는 전계강도 영역에서 최소가 되며, 분산형태의 큰 액적이 존재하게 된다.

제 2 도에 도시한 실시예와 관하련여 설명한 설계변수는 제 3 도에도 관계된다. 그러나, 상술한 바와같이, 도전성 충전물 선택 및 전극판에 있어서의 그 충전물의 농도구배라는 새로운 변수가 있다. 제 3 도에 도시한 실시예의 전극판에 접속되는 전기회로는 제 2 도의 실시예에 대해 서술한 바와같으며, 반복할 필요는 없다.

상술한 흐름방향에서의 전극 전하밀도의 저감을 통하여 점차 감소되는 전계를 생성하는 실시예는 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명은 이들 실시예에 사용된 설계변수의 선택에만 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다.

분리된 도전성 및 비도전성 부분으로 이루어지는 전극을 사용한 전기 처리장치의 제 2 실시예는 제 4 도에 도시되어 있다. 제 4 도에 도시한 실시예의 배열은 극판의 도전성 및 비도전성 부분의 물리적 배열을 제외하고는 제 2 도의 것과 같다. 제 2 도 및 제 3 도와 같이, 속에 전극을 구비하고 있는 용기는 제 1 도의 것과 같은 것으로 한다. 화살표(30)는 전처리하려는 액체혼합물의 흐름방향을 표시하고 있다. 액체의 흐름은 전극(32, 33) 사이에 형성되는 통로(31)를 통과한다. 물방울이 합체된 물방울 덩어리(34)는 판형 전극 하방으로 침강한다. 물방울 덩어리(34)로부터 물을, 그리고 혼함물의 나머지 액체를 별도로 배출하는 구성은 특히 도시되어 있지 않다.

상술한 바와같이, 제 4 도의 전극(32, 33)은 각각 전기적 도전성 부분과 전기적 비도전성 부분으로 이루어지며, 제 2 도의 극판 부분과 비슷하다. 그러나, 도전성 및 비도전성 부분은 제 4 도에서는 반경방향으로 다른 구성으로 배치되어 있다. 즉, 전기적 도전성 부분(32a)은 전극판(32)의 상부에 있다. 하방부분(32b)은 극판(32) 하방에 있다. 두개의 부분은 수평 방향으로 평행하게 연장된 단과 단의 접촉부를 갖고 있다. 판형전극(33)은 판형 전극(32)과 마찬가지로 명확히 두개의 부분으로 구성되어 있다. 따라서, 전극(32, 33)간의 가장 강한 전계는 통로(31)의 상방 부분에 있으며, 한편 그 통로의 하방부분은 통상의 동작상태에서 단에서 단까지 연장된 접촉 선로로부터 하방을 향해 점차 감소되는 전계를 갖게 된다.

화살표(30)는 분리하려는 에멀젼을 위한 통로(31)에의 입구점을 표시하고 있다. 본 발명의 이러한 개념의 실시에 있어서, 에멀젼의 입구는 극판의 두 부분의 단과 단의 접촉부보다 약간 하측으로 해야할 것으로 예상된다. 치수가 다른 물방울은 에멀젼의 가벼운 부분인 기름은 상방으로 상승하기 시작하고, 이 기름에 의해 크기가 작은 물방울이 쓸린다. 크기가 큰 물방울은 물방울 덩어리(34)를 향해 침강되게 된다. 전극의 하방부분 사이에 점차 감소되는 전계에 의해 합체에 의한 큰 방울의 생장이 촉진되어 물방울 덩어리(34)와 결합 되도록 하방으로 침강된다. 보다 강한 전계내의 작은 물방울은 합체에 의해 생장되고, 점차 감소되는 전계로 하강되어 여기서 그들의 생장은 모두 물이 물방울 덩어리(34)로 수집될때까지 계속된다. 통로(31)의 상방 부분의 보다 강한 전계와 통로(31) 하방 부분의 접차 감소되는 전계 사이에 삽입된 화살표(30)에 의해 표시된 수평흐름의 상기 배열에 있어서 기름의 분리흐름과 합체하는 물은 상호간의 영향이 최소로 된다.

결국, 본 고안의 두개의 새로운 이점을 다시 상기해 보면, 첫째로, 여기에 기재한 어떤 식으로도 구성된 전극판은 종래의 전부가 금속제인 극판보다 가벼워진다. 전극 격자 시스템은 제 1 도에 행거(6)에 의해 도시한 바와같이 일반적으로는 테프론제 절연행거로부터 처리용기내에 현가되어야 한다. 전극 격자 시스템이 보다 경량으로 되면 비교적 약한 행거의 기계적 고장 발생율이 감소하게 된다. 둘째로, 전계가 유극성 형태와 무극성 형태와 무극성 형태 사이의 계면방향으로 점차 감소되게한 본 발명의 실시에에 있어서, 계면이 격자 장치의 저부까지 올라왔다고 해도 전극은 비정상적으로 단락되지 않게 설계된다.

상술한 바에서 본 고안은 상기한 목적을 이장치에서 명백하고 고유한 이점과 함께 얻도록할 수 있는 것이다.

많은 실시예가 본 고안의 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 가능하나, 상기한바 및 첨부도면에 기재된 것은 모두 설명하기 위한 것이며 이에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.

Claims (5)

1. 전극간에 전계를 확립시키기 위해 이를 횡단하여 연결된전기 에너지원을 갖고, 평행이며 수직 배치된 평판형 전극에 의해 제공된 통로를 통해 흐르는 비교적 무극성인 액체에 비교적 유극성인 액체를 합체시키는 전극장치에 있어서, 전극판은 유체 흐름방향에 대해 제 1 비도전성 부분과 도전성 부분 및 제 2 비도전성 부분으로 구성되며, 전극판간의 전계강도는 제 1 비도전성 부분 사이의 통로 내에서는 흐름방향으로 증가되며, 전극의 전기 도전성 부분간에는 일정하게 유지되고, 제 2 비도전성 부분 사이에서는 흐름방향으로 감소하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 복수 전계를 갖는 전극장치.
2. 제 1 항에 있어서, 각 판은 플라스틱으로 제조된 것을 특징으로 하는 전극장치.
3. 제 1 항에 있어서, 전기 에너지원은 각 전극의 전기 도전성 부분에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전극장치.
4. 제 3 항에 있어서, 전극은 인접 전극판과는 반대로 하전되도록 전기 에너지원에 연결된 것을 특징으로 하는 전극장치.
5. 제 4 항에 있어서, 전기 에너지원과 전극간의 연결은 다른 모든 전극을 AC 전위로 하전하고 나머지 전극은 접지한 것을 특징으로 하는 전극장치.