TW202333850A

TW202333850A - 過濾裝置

Info

Publication number: TW202333850A
Application number: TW112100507A
Authority: TW
Inventors: 大森一樹
Original assignee: 日商三菱化工機股份有限公司
Priority date: 2022-01-11
Filing date: 2023-01-06
Publication date: 2023-09-01
Also published as: WO2023135657A1

Abstract

過濾裝置10包含：第1電極31，設置有複數個第1開口31b；第2電極32，設置有複數個第2開口32b，且被設置為面對第1電極31的一方的面；濾材34，設置有複數個篩孔，且設置於第1電極31與第2電極32之間；濾室，被設置為第1電極31的另一方的面接觸，且供給有包含分離對象的粒子和液體的對象處理液；和第3電極33，夾住濾室且面對第1電極31。夾住濾材34的第1電極31和第2電極32、或第3電極33能夠在第1電極31和第3電極33面對的面對方向移動。

Description

過濾裝置

本發明是關於過濾裝置。

作為過濾漿料（slurry）的過濾裝置，壓榨方式的過濾裝置在過去以來已被利用。如下述專利文獻所示，過去的壓榨方式的過濾裝置在容器的底部設置有濾布等的濾材。在濾材之上沉積有漿料。在漿料的上方，配置有壓板。如果壓板下降，漿料會被壓在濾材上。被包含在漿料的液體通過濾材且被排出到容器的外部。另一方面，固體不通過濾材，在濾材之上生成脫水濾餅（cake）。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本實用新型56－001796號公報

[發明所欲解決的問題]

過去的壓榨方式的過濾裝置，包含在漿料的粒子會塞住濾材，產生濾材的堵塞。因此，產生過濾速度的下降，過濾處理的時間變長。

有鑑於上述問題，本揭露的目的在於提供過濾處理的時間縮短的過濾裝置。 [用以解決問題的手段]

本揭露的第1側面的過濾裝置包含：第1電極，設置有複數個第1開口；第2電極，設置有複數個第2開口，且被設置為面對前述第1電極的一方的面；濾材，設置有複數個篩孔，且設置於前述第1電極與前述第2電極之間；濾室，被設置為與前述第1電極的另一方的面接觸，且供給有包含分離對象的粒子和液體的對象處理液；和第3電極，夾住前述濾室且面對前述第1電極。夾住前述濾材的前述第1電極和前述第2電極、或前述第3電極能夠在前述第1電極和前述第3電極面對的面對方向移動。 [發明的效果]

根據本揭露的過濾裝置，過濾處理的時間縮短。

以下，根據本揭露以參照並詳細說明圖式。另外，本揭露不受用於實施下述的發明的形態（以下，稱為實施形態）所限制。此外，下述實施形態中的構成要素包含從業者所能夠輕易假設之物、實質上相同之物、所謂的均等的範圍之物。再者，能夠適當組合在下述實施形態揭露的構成要素。

（實施形態1）第1圖係示意性顯示關於實施形態1之過濾裝置的構成例的剖面圖。關於實施形態1之過濾裝置10係由粒子（分離對象的粒子）71被分散在極性溶媒72中的漿料（原液）70（對象處理液）分離粒子71的裝置。具體而言，過濾裝置10能夠應用於生命科學領域、下水處理、及排水處理領域等。在生命科學領域中，能夠應用於：進行培養細胞、微細藻類、細菌、病毒等的微生物體培養之生物產業；培養微生物體在體外、體內生產的酵素、蛋白質、多醣類、脂質等的利用、應用領域之生物製藥、化妝品業界等；或處理釀造、發酵、榨汁、飲料等之飲料產業等。在下水處理、排水處理領域中，能夠在難過濾性的微細生物量（biomass）水性漿料中應用於生物量微粒子的分離。或者是，過濾裝置10能夠在表面帶電的微粒子因電性排斥作用而高度分散的膠體微粒子系統漿料中應用於膠體微粒子的濃縮回收用途。

如第1圖所示，關於實施形態1之過濾裝置10，具有上部殼體11、蓋部12、側部殼體13、下部殼體14、導體15、和缸筒（cylinder）（未顯示）。過濾裝置10，在上部殼體11、側部殼體13及下部殼體14所圍成的內部空間具有第一濾室30、第1電極31、第2電極32、第3電極33、和濾材34（參照第3圖）。在過濾裝置10，第1電源51與第2電源52電性連接。另外，第1電極31和第2電極32和第3電極和濾材34所配置的方向為上下方向。

上部殼體11是以絕緣材料形成之圓柱狀的構件。側部殼體13是以絕緣材料形成且具有貫通孔13a之環狀的構件。上部殼體11的下端部被插入到側部殼體13的貫通孔13a。此外，上部殼體11的下端部自由滑動地嵌合在貫通孔13a的內周面。因此，對於側部殼體13，上部殼體11在上下方向自由滑動（slide）。蓋部12配置於上部殼體11的上方，且與上部殼體11一體化。

在蓋部12的上方，連結有與缸筒（未顯示）的軸（shaft）部連結的連結部60。缸筒可以列舉氣缸（air cylinder）、油壓缸等。因此，如果缸筒驅動，蓋部12及側部殼體13會透過連結部60上下移動。藉此，第1濾室30的容積變化。下部殼體14是以絕緣材料形成，且支撐側部殼體13。蓋部12被設置為覆蓋上部殼體11的上表面。另外，在實施形態中，雖然具備缸筒及連結部60，本揭露也可以不具備缸筒及連結部60。在這樣的情況下，作業者需要進行作業以使上部殼體11在上下方向移動。

第1電極31、第2電極32、及濾材34（參照第3圖）的外緣被夾住且固定在側部殼體13與下部殼體14之間。第3電極33被配置於側部殼體13的貫通孔的內部。此外，第3電極33是以螺栓（bolt）等的緊固件固定於上部殼體11的下表面（與下部殼體14面對的面）。因此，如果上部殼體11因為缸筒的驅動而上下移動，第3電極33也會上下移動。另外，第1電極31和第3電極33面對的面對方向是上下方向。導體15是被設置為圍繞側部殼體13的周圍之環狀的構件，且被設置於側部殼體13與下部殼體14之間。導體15的下端側與第1電極31的外緣連接。另外，上部殼體11及導體15雖然是環狀的構件，並非限定於此，也可以是多邊形等其他的形狀。

上部殼體11和側部殼體13以導引部21a在上下方向自由滑動（自由移動）地連結。藉此，上部殼體11被側部殼體13支撐，且在以導引部21a為垂線的平面方向不具有背隙。側部殼體13和下部殼體14和導體15是以螺栓21b、21c來固定。藉此，各殼體的位置被固定，且第1濾室30形成於第1電極31、第2電極32及濾材34、側部殼體13的內壁、和第3電極33所圍成的空間。此外，在各殼體間及各電極間的連接部分，分別設置有O形環（O ring）等的密封構件，第1濾室30被設置為密閉。此外，藉由缸筒的驅動，調整上部殼體11與下部殼體14的距離。藉此，過濾裝置10根據漿料（原液）70（以下，有時稱為對象處理液）的種類、量等，能夠適當地設定第1濾室30的容積。

在上部殼體11，設置有漿料供給通路11a、排氣通路11b、和貫通孔11c。漿料供給通路11a的一端側開口於上部殼體11的側面，且被連接到漿料供給部16。漿料供給通路11a的另一端側開口於上部殼體11的下表面，且被設置為與第3電極33的貫通孔33a相連。漿料供給閥17具有設置於漿料供給通路11a的內部的棒狀構件17a，且棒狀構件17a在漿料供給通路11a內在上下方向移動，藉此能夠切換貫通孔33a的開閉狀態。

藉此，舉例而言，在貫通孔33a因為漿料供給閥17的運作而為開放狀態的情況下，漿料（原液）70透過漿料供給部16、漿料供給通路11a、第3電極33的貫通孔33a被供給到第1濾室30。此外，在貫通孔33a因為漿料供給閥70而為關閉狀態的情況下，漿料（原液）70的往第1濾室30的供給停止。

排氣通路11b的一端側開口於上部殼體11的側面，且被連接到氣（air）排出部18。排氣通路11b的另一端側開口於上部殼體11的下表面，且被設置為與第3電極33的貫通孔33b相連。氣排出用的閥19具有設置於排氣通路11b的內部的棒狀構件19a，棒狀構件19a在排氣通路11b內在上下方向移動，且其前端在貫通孔33b插拔，藉此能夠切換貫通孔33b的開閉狀態。

另外，漿料供給閥17及氣排出用的閥19被固定在蓋部12。因此，如果缸筒驅動，漿料供給閥17及氣排出用的閥19會與蓋部12及側部殼體13同時上下移動。

在漿料（原液）70被供給到第1濾室30的時候，氣排出用的閥19使貫通孔33b在開放狀態。藉此，第1濾室30內的空氣透過貫通孔33b、排氣通路11b及氣排出部18被排氣到外部。在氣排出部18連接有氣排出閥18a。氣排出閥18a是例如浮閥，且被設置為如果第1濾室30內的預定量的空氣被排氣則氣排出閥18a會被關閉。第1濾室30內的排氣結束後，氣排出用的閥19會關閉貫通孔33b。

貫通孔11c的一端側開口於上部殼體11的上表面。貫通孔11c的另一端側開口於上部殼體11的下表面，且被設置為與第3電極33的凹部33c相連。在貫通孔11c，插入有連接導體56，且連接導體56與第3電極33在凹部33c連接。藉此，第3電極33透過連接導體56與基準電位GND電性連接。基準電位GND是例如接地電位。但是，並非限定於此，基準電位GND也可以是與接地電位不同之預定的被固定的電位。

第1電極31透過導體15及連接導體54與第1電源51的第2端子51b電性連接。此外，第1電極31透過導體15及連接導體55a與第2電源52的第1端子52a電性連接。

在下部殼體14，設置有凹狀的第2濾室35、貫通孔14a、14b、和連接孔14c。第2濾室35在下部殼體14的上表面被設置於與第1濾室30重疊的位置。貫通孔14a與第2濾室35和排出部22相連。被供給到第1濾室30的漿料（原液）70因為各電極的驅動而被分離出粒子71，且粒子71已被分離出的極性溶媒72（濾液75）通過第1電極31、濾材34（參照第3圖）及第2電極32，流到第2濾室。包含粒子71已被分離出的極性溶媒72的濾液75從第2濾室35的排出部22透過貫通孔14b被儲存在外部的貯存槽。

連接孔14c的一端側開口於下部殼體14的上表面，且第2電極32的外緣被設置為覆蓋連接孔14c的開口部14d。此外，連接孔14c的另一端側開口於下部殼體14的側面。在連接孔14c插入有連接導體55b，且連接導體55b與第2電極32連接。藉此，第2電極32與第2電源52的第2端子52b電性連接。

另外，第1圖所示的過濾裝置10的構成僅為一示例，只要能夠形成被第1電極31、第2電極32及濾材34（參照第3圖）、和第3電極33夾住的第1濾室30，任何構成都可以。第1電極31、第2電極32及第3電極33，舉例而言，雖然使用鈦合金、陽極處理的鋁合金等，並非限定於此。

第2圖係顯示關於實施形態1之過濾裝置的過濾時（壓榨時）的剖面圖。簡單說明上述之過濾裝置10的過濾處理。過濾裝置10的過濾處理時，如第2圖所示，第3電極33的貫通孔33a和貫通孔33b因為棒狀構件17a和棒狀構件19a插入而封閉。缸體（位顯示）驅動，且蓋部12及側部殼體13往下方移動（參照箭頭X）。也就是，第3電極33將被供給到第1濾室30的漿料70往下方壓。藉此，漿料70被壓（壓榨）向第1電極31、第2電極32及濾材34。然後，包含漿料70的液體通過濾材34並往第2濾室35移動，且從排出部22排出。另一方面，包含在漿料70的粒子當中之粒徑大於濾材34的篩孔34b（參照第3圖）的粒子無法通過濾材34，會在濾材34上作為脫水濾餅80沉積。以下，有時將以第3電極33將漿料70壓向第1電極31、第2電極32及濾材34僅稱為「壓榨」。

此外，實施形態1的過濾裝置10為了避免濾材34的過濾阻力的增加，對於第1電極31和第2電極32和第3電極33，由第1電源51和第2電源52供給預定的電位，同時進行壓榨。以下，參照第3圖到第5圖以詳細說明過濾裝置10。

第3圖係用於說明關於實施形態1之過濾裝置的運作的說明圖。在第3圖中，為了易於理解說明，示意性顯示第1電極31、第2電極32、第3電極33及濾材34、和第1濾室30及第2濾室35的配置關係。

如第3圖所示，第1電極31及第2電極32是例如具有開口的網（mesh）狀的電極。具體而言，第1電極31具有複數個導電細線31a，且在複數個導電細線31a之間設置有複數個第1開口31b。第2電極32具有複數個導電細線32a，且在複數個導電細線32a之間設置有複數個第2開口32b。第2電極32透過濾材34與第1電極31的一方的面（下表面）面對設置。換句話說，濾材34被設置於第1電極31與第2電極32之間。第1電極31及第2電極32被設置為與濾材34直接接觸。複數個導電細線31a及複數個導電細線32a可以是金屬也可以是碳纖維。另外，第1電極31及第2電極32並不限定於與濾材34直接接觸的構成，也可以被配置為在與濾材34之間具有間隙。

濾材34被形成為在過濾膜34a設置有複數個篩孔34b。濾材34是使用例如精密過濾膜（MF膜（Microfiltration Membrane））、超過濾膜（UF膜（Ultrafiltration Membrane））等。在實施形態1中，濾材34是以樹脂材料等的絕緣材料所形成。另外，在第3圖中，雖然第1電極31的第1開口31b、第2電極32的第2開口32b及濾材34的篩孔34b顯示為相同的大小，這僅是為了說明而示意性顯示，第1開口31b、第2開口32b及篩孔34b的大小也可以不同。

第4圖係示意性顯示第1電極、濾材及第2電極的構成的剖面圖。如第4圖所示，設置有濾材34的篩孔34b的直徑D3小於第1電極31的第1開口31b的直徑D1，且小於第2電極32的第2開口32b的直徑D2。換句話說，複數個導電細線31a的配置節距、複數個導電細線32a的配置節距、和過濾膜34a的配置節距被設置為彼此不同。舉例而言，第1電極31的第1開口31b的直徑D1是0.5μm以上500μm以下，例如70μm左右。第2電極32的第2開口32b的直徑D2是0.5μm以上1000μm以下，例如100μm左右。設置於濾材34的複數個篩孔34b的直徑D3是0.1μm以上100μm以下，更佳為1μm以上7μm以下左右。

此外，第1電極31的第1開口31b的直徑D1小於第2電極32的第2開口32b的直徑D2。但並不限定於此，第1電極31的第1開口31b的直徑D1也可以被形成為與第2電極32的第2開口32b的直徑D2相同大小。藉由這樣的構成，至少在第1開口31b及第2開口32b重疊的區域，濾材34的篩孔34b被設置為與複數個導電細線31a及複數個導電細線32a不重疊。此外，第1電極31與第2電極32之間的距離是以濾材34的厚度所規定。

回到第3圖，第3電極33是板狀的構件，夾住第1濾室30且被設置為與第1電極31的另一方的面（上表面）面對。另外，在第3圖中，第3電極33的貫通孔33a、33b及凹部33c（參照第1圖）省略圖示。

第1濾室30被設置為與第1電極31的另一方的面（上表面）接觸。在第1濾室30，如上所述，供給有包含分離對象的粒子71和極性溶媒72的漿料（原液）70。粒子71是例如生物量微粒子、膠體微粒子等，且粒子表面帶負電。具體而言，粒子71是綠藻（chlorella）、微細藻類螺旋藻、礁體氧化矽（colloidal silica）、大腸菌、下水活性污泥等。粒子71的直徑雖然根據所應用的技術領域、分離對象的種類而不同，但其為5nm以上2000μm以下，例如20nm以上500μm以下左右。

分散有粒子71的極性溶媒72是水，且水分子73帶正電。藉此，漿料（原液）70全體呈電性平衡狀態。極性溶媒72並不限於水，也可以是例如酒精。也就是，極性溶媒72只要是極性溶媒即可。

過濾裝置10的過濾時（壓榨時），第1電源51將與粒子71的極性相同極性的第1電位V1供給到第1電極31。第1電位V1是例如−60V。第2電源52將與粒子71的極性相同極性且絕對值大於第1電位V1的絕對值的第2電位V2供給到第2電極32。第2電位V2是例如−70V。第3電極33被連接到基準電位GND。基準電位GND是如上所述的接地電位，理想上是0V。另外，被供給到第3電極33的基準電位GND並非限定於0V，也可以是預定的被固定的電位。第1電位V1及第2電位V2能夠以絕對值在1mV以上1000V以下的範圍設定。

第5圖係顯示關於實施形態1之過濾裝置的電氣等效電路圖。如第5圖所示，第1電源51是定電壓源，第2電源52是定電流源。在第1電極31與第2電極32之間並聯連接有電阻成分R1和電容成分C。電阻成分R1及電容成分C是以設置有多個篩孔34b的濾材34所等價表示的成分。此外，在第1電極31與第3電極33之間連接有電阻成分R2。電阻成分R2是以第1濾室30的漿料（原液）70所等價表示的電阻成分。

第2電源52可以是定電壓電源也可以是定電流電源。在本實施形態1中，由於第2電源52是定電流源，根據過濾裝置10的過濾的狀態，也就是，根據濾材34的電阻成分R1以及第1濾室30的電阻成分R2的變動，第2電位V2會變化。但是，第2電位V2是與粒子71的極性相同極性，且維持大於第1電位V1的絕對值的值。

接著，說明有關過濾裝置10的過濾時（壓榨時）的各電極（31、32、33）的作用效果。如第3圖所示，在過濾裝置10的壓榨時，在帶負電的粒子71與第1電極31之間產生斥力F1。也就是，帶負電的粒子71由於在與第1電極31之間產生的斥力F1，遠離第1電極31，且靠近第3電極33。

因此，在過濾裝置10的壓榨時，漿料70本身儘管被壓向第1電極31及濾材34，但粒子71在漿料70的內部是靠近第3電極33來分布。因此，抑制了粒子71堵塞於濾材34的篩孔34b。此外，隨著包含在漿料70的水因為壓榨而減少，第1電極31與粒子71的距離變小。於是，到了壓榨的結束時，粒子71會接觸濾材34。最後，包含在漿料70的粒子71被積層在第1電極31及濾材34，成為脫水濾餅80。

此外，帶正電的水分子73在第1電極31之間產生引力。作用於帶正電的水分子73的引力F2是在箭頭所示的方向，也就是從第3電極33指向第1電極31的方向作用。帶正電的水分子73移動到第1電極31側。此時，由於第1電極31與第2電極32之間的電位差，形成從第1電極31指向第2電極32以在厚度方向貫通濾材34的阻障（barrier）的電場E （第3圖中，單點虛線）。

移動到第1電極31側的水分子73因為電場E而受力，被拉到第2電極32側以通過濾材34。伴隨著水分子73的移動，周圍的水分子73也被拉到第2電極32側，產生電滲透流。藉此，包含帶正電的水分子73的極性溶媒72（濾液75）流到第2濾室35。因此，每單位時間的水的排出量（往第2濾室35的移動量）比僅過濾的情況更增加。

如以上所述，根據實施型態1的過濾裝置10，由於粒子71從過濾開始到壓榨的結束時不接觸濾材34，濾材34的過濾阻力不增加。也就是，濾材34的過濾速度被長時間維持在較高的狀態（沒有堵塞的狀態），且過濾處理的時間縮短。此外，由於每單位時間的水的排出量（往第2濾室35的移動量）增加，過濾處理（壓榨處理）的時間進一步縮短。此外，粒子71從第1電極31受到斥力，靠近第3電極33來分布。因此，避免了過濾洩漏（指粒子71通過濾材34的篩孔34b）。

另外，關於實施型態1的過濾裝置10，控制形成於第1電極31與第2電極32之間的電場，且也可以控制通過濾材34的粒子等級（粒徑）。舉例而言，將第1電位V1=−60V施加到第1電極31，且將第2電位V2=−70V施加到第2電極32，藉此能夠在第1電極31與第2電極32之間形成阻障的電場E（參照第3圖），且抑制粒徑小於濾材34的篩孔34b的粒子71通過濾材34。也就是，根據本實施形態，奈米粒子的壓榨也是可能的。

也就是，即使是使用相當於精密過濾膜（MF膜（Microfiltration Membrane））的濾材34的情況，由於以第1電源51、第2電源52及基準電位GND進行的各電極間的電場控制，能夠將分離對象的粒徑變更到相當於超過濾膜（UF膜）、或奈米過濾膜（NF膜）。超過濾膜（UF膜）是開口的直徑為10nm以上100nm以下左右的過濾膜。奈米過濾膜（NF膜）是開口的直徑為1nm以上10nm以下左右的過濾膜。

第6圖係顯示關於實施形態1之過濾裝置的使用狀態的流程圖。接著簡單說明實施形態1的過濾裝置10的使用方法。如第6圖所示，首先進行漿料供給步驟S1。漿料供給步驟S1是將漿料70供給到過濾裝置10的第1濾室30的步驟。此外，在漿料供給步驟S1，調整第3電極33的上下方向的位置，且使第3電極33與漿料70的液面接觸。再者，將預定的電壓施加到第1電極31和第2電極32和第3電極33。藉此，在第1濾室30內成為以下狀態：較多的粒子71在第3電極33的附近分布，且較多的水分子73在第1電極31的附近分布。

接著，進行過濾處理步驟S2。過濾處理步驟S2是使第3電極33繼續往下方移動且給予漿料70過濾壓力的步驟。藉此，漿料70當中之第1電極31的附近的較多的水分子73通過濾材34且移動到第2濾室35。另外，由於較多的粒子71位於第3電極33的附近，濾材34不堵塞。因此，水分子73順利地通過濾材34。再者，在過濾處理步驟S2中，由於第3電極33繼續往下方移動，維持第3電極33與漿料70的接觸狀態。也就是，維持以下狀態：粒子71在第3電極33的附近分布，且水分子73在第1電極31的附近分布。因此，繼續進行順利的過濾處理，且過濾處理的時間縮短。

接著，進行壓榨步驟S3。壓榨步驟S3與過濾處理步驟S2相同，是使第3電極33的位置繼續向下方移動的步驟。藉此，漿料70被壓（壓榨）到第1電極31、第2電極32及濾材34。包含在漿料70的大部分的水分子73移動到第2濾室35。藉此，沉積在濾材34的漿料70成為脫水濾餅80。另外，由於粒子70在本步驟也如上所述地不接觸濾材34，壓榨處理的時間縮短。然後，當生成脫水濾餅80時，停止第3電極33的往下方的移動。同時，停止向第1電極31和第2電極32和第3電極33的電壓的供給。藉此，透過過濾裝置10的處理結束。

另外，上述過濾裝置10的構成僅為一示例，能夠適當變更。舉例而言，積層第1電極31、濾材34及第2電極32所形成的負極濾板、和第3電極33是以平行平板狀相對配置。並非限定於此，積層第1電極31、濾材34及第2電極32所形成的負極濾板、和第3電極33也可以分別被形成為具有曲面。負極濾板及第3電極33的形狀、配置等能夠根據過濾裝置10的形狀、結構來適當變更。此外，被供給到第1濾室30之作為對象處理液的漿料（原液）70的濃度並未特別限定，能夠根據過濾裝置10所應用的領域變更。

此外，第1電位V1及第2電位V2較佳為根據分離對象的粒子71的種類、所要求的過濾特性等來適當變更。

如以上說明所述，本實施形態1的過濾裝置10的以下元件能夠在第1電極31與第3電極33面對的面對方向（上下方向）移動：第1電極31，設置有複數個第1開口31b；第2電極32，設置有複數個第2開口32b，且被設置為與第1電極31的一方的面面對；濾材34，設置有複數個篩孔34b，且設置於第1電極31與第2電極32之間；濾室（第1濾室30），被設置為與第1電極31的另一方的面接觸，且供給有包含分離對象的粒子71和極性溶媒72的漿料（原液）70（對象處理液）；和夾住濾室34的第1電極31和第2電極32、或第3電極33。此外，在實施形態1的過濾裝置10，將與粒子（粒子71）相同極性的第1電位V1供給到第1電極31。將與粒子（粒子71）相同極性的第2電位V2供給到第2電極32。基準電位GND被供給到第3電極33。第2電位V2的絕對值大於第1電位V1的絕對值。

根據實施形態1的過濾裝置10，第1電極31和第2電極32、或第3電極33移動，且沉積在濾材的漿料70被壓榨。此外，藉由將預定的電位供給到第1電極31和第2電極32和第3電極33，在第1電極31與粒子71之間產生的斥力起作用。藉此，粒子71在遠離第1電極31的方向以電泳流移動。結果，第1電極31的表面及濾材34的過濾阻力的增加受到抑制，過濾處理的時間縮短。此外，藉由利用第1電極31與第2電極32之間的電場使水分子73移動並通過濾材34的電滲透，每單位時間的水的排出量（往第2濾室35的移動量）增加。藉此，過濾處理的時間進一步縮短。此外，由於在第1電極31與粒子71之間產生的斥力，粒子71從第1電極31遠離，過濾洩漏難以產生。因此，不需要高分子凝集劑。第3電極33因為被連接到基準電位GND，與分別將電源設置於第1電極31、第2電極32、第3電極33的情況相比能夠實現過濾裝置10的小型化。

此外，過濾裝置10具備使上部殼體11在上下方向（面對方向）移動的缸筒（未顯示）。

如此一來，能夠減輕使上部殼體11及第3電極33在上下方向（面對方向）移動的勞力。

另外，在實施形態1中，雖然利用缸筒（未顯示）使上部殼體11上下移動，也可以利用缸筒（未顯示）使側部殼體13和下部殼體14和導體15（第1電極31和第2電極32和濾材34）上下移動來壓榨。

（實施形態2）第7圖係示意性顯示關於實施形態2之過濾裝置的構成例的剖面圖。第8圖係用於說明關於實施形態2之過濾裝置的運作的說明圖。另外，對於與上述實施形態中說明的構成要素相同的構成要素標註相同的符號且省略重複的說明。

如第7圖所示，關於實施形態2之過濾裝置10具有上部殼體11、蓋部12、側部殼體13、下部殼體14、導體15、和缸筒（未顯示）。過濾裝置10在上部殼體11、側部殼體13及下部殼體14所圍成的內部空間進一步具有第1濾室30、第1電極31、第2電極32、第3電極33、和濾材34（參照第8圖）。過濾裝置10被電性連接到第1電源51和第2電源52和第3電源53。

貫通孔11c的一端側開口於上部殼體11的上表面。貫通孔11c的另一端側開口於上部殼體11的下表面，且被設置為與第3電極33的凹部33c相連。在貫通孔11c，插入有連接導體56，且連接導體56與第3電極33在凹部33c連接。藉此，第3電極33透過連接導體56與第3電源53的第1端子53電性連接。

第1電極31透過導體15及連接導體54與第1電源51的第2端子51b電性連接。此外，第1電極31透過導體15及連接導體55a與第2電源52的第1端子52a電性連接。第3電源53的第2端子53b以及第1電源51的第1端子51a被電性連接到基準電位GND。基準電位GND是例如接地電位。但是，並非限定於此，基準電位GND也可以是預定的被固定的電位。

第9圖係顯示關於實施形態2之過濾裝置的電氣等效電路圖。如第9圖所示，第1電源51及第3電源53是定電壓源，第2電源52是定電流源。在第1電極31與第2電極32之間並聯連接有電阻成分R1和電容成分C。電阻成分R1及電容成分C是以設置有多個篩孔34b的濾材34所等價表示的成分。此外，在第1電極31與第3電極33之間連接有電阻成分R2。電阻成分R2是以第1濾室30的漿料（原液）70所等價表示的電阻成分。

第2電源52可以是定電壓電源也可以是定電流電源。在本實施形態2中，由於第2電源52是定電流源，根據過濾裝置10的過濾的狀態，也就是，根據濾材34的電阻成分R1以及第1濾室30的電阻成分R2的變動，第2電位V12會變化。但是，第2電位V12是與粒子71的極性相同極性，且維持大於第1電位V11的絕對值的值。

接著，參照第8圖並說明有關過濾裝置10的壓榨時的各電極（31、32、33）的作用效果。在帶負電的粒子71與第1電極31之間產生斥力。此外，在帶負電的粒子71與第3電極33之間產生引力。因此，合成產生於帶負電的粒子71的斥力及引力之合力F3在遠離第1電極31且靠近第3電極33的方向作用。帶負電的粒子71因為電泳而移動到第3電極33側。如以上所述，壓榨時，粒子71分布於第3電極33附近，且抑制了粒子71在濾材34的篩孔34b堵塞。因此，直到壓榨時的結束，濾材34的過濾阻力不增加。

此外，帶正電的水分子73在第1電極31之間產生引力F2。作用於帶正電的水分子73的引力F2是在箭頭所示的方向，也就是從第3電極33指向第1電極31的方向作用。帶正電的水分子73移動到第1電極31側。此時，由於第1電極31與第2電極32之間的電位差，形成從第1電極31指向第2電極32以在厚度方向貫通濾材34的電場。

移動到第1電極31側的水分子73因為電場而受力，被拉到第2電極32側以通過濾材34。伴隨著帶正電的水分子73的移動，不帶電的水分子也被拉到第2電極32側，產生電滲透流。藉此，包含帶正電的水分子73的極性溶媒72（濾液75）流到第2濾室35。因此，每單位時間的水的排出量（往第2濾室35的移動量）比僅壓榨的情況更增加，且過濾處理的時間進一步縮短。

如以上所述，根據實施型態2的過濾裝置10，濾材34的過濾速度被長時間維持在較高的狀態（沒有堵塞的狀態），且過濾處理的時間縮短。此外，由於每單位時間的水的排出量（往第2濾室35的移動量）增加，過濾處理（壓榨處理）的時間進一步縮短。此外，此外，粒子71從第1電極31受到斥力，避免了過濾洩漏。因此，不需要使粒子71凝集的高分子凝集劑。

另外，在實施型態2，藉由控制形成於第1電極31與第2電極32之間的電場E，也能夠控制通過濾材34的粒子等級（粒徑）。舉例而言，將第1電位V11=−30V施加到第1電極31，且將第2電位V12=−40V施加到第2電極32，藉此能夠在第1電極31與第2電極32之間形成阻障的電場，且能夠抑制粒徑（5nm以上2000μm以下）小於濾材34的篩孔（0.1μm以上100μm以下）34b的粒子71通過濾材34。

也就是，即使是使用相當於精密過濾膜（MF膜）的濾材34的情況，由於以第1電源51、第2電源52及第3電源53進行的各電極間的電場控制，能夠將分離對象的粒徑變更到相當於超過濾膜（UF膜）、或奈米過濾膜（NF膜）。超過濾膜（UF膜）是開口的直徑為10nm以上100nm以下左右的過濾膜。奈米過濾膜（NF膜）是開口的直徑為1nm以上10nm以下左右的過濾膜。

另外，上述過濾裝置10的構成僅為一示例，能夠適當變更。舉例而言，積層第1電極31、濾材34及第2電極32所形成的負極濾板、和第3電極33也可以被形成為以平行平板狀相對設置。並非限定於此，積層第1電極31、濾材34及第2電極32所形成的負極濾板、和第3電極33也可以分別被形成為具有曲面。負極濾板及第3電極33的形狀、配置等能夠根據過濾裝置10的形狀、結構來適當變更。此外，被供給到第1濾室30之作為對象處理液的漿料（原液）70的濃度並未特別限定，能夠根據過濾裝置10所應用的領域變更。

此外，第1電位V11及第2電位V12及第3電位V13較佳為根據分離對象的粒子71的種類、所要求的過濾特性等來適當變更。

如以上所述，在實施形態2的過濾裝置，將與粒子（粒子71）相同極性的第1電位V11供給到第1電極31。將與粒子（粒子71）相同極性的第2電位V12供給到第2電極32。將與粒子（粒子71）不同極性的第3電位V13供給到第3電極33。第2電位V12的絕對值大於第1電位V11的絕對值。

根據實施形態2的過濾裝置10，第1電極31和第2電極32、或第3電極33移動，且沉積在濾材的漿料70被壓榨。此外，藉由將預定的電位供給到第1電極31和第2電極32和第3電極33，斥力在第1電極31與粒子71之間起作用，引力在第3電極33與粒子71之間起作用。藉此，粒子71在遠離第1電極31的方向以電泳流移動。結果，第1電極31的表面及濾材34的過濾阻力的增加受到控制，過濾處理的時間縮短。此外，藉由利用第1電極31與第2電極32之間的電場使水分子73移動並通過濾材34的電滲透，每單位時間的水的排出量（往第2濾室35的移動量）增加。藉此，過濾處理的時間進一步縮短。此外，藉由產生於第1電極31與粒子71之間的斥力，由於粒子71遠離第1電極31，難以產生過濾洩漏，且不需要高分子凝集劑。

在實施形態2的過濾裝置10中，第1電極31附近的位置的粒子71，相較於實施形態1的過濾裝置10，產生更強的斥力。因此，相較於實施形態1的過濾裝置10，第3電極33附近的位置的粒子71產生更強的引力。如果比較產生於帶負電的粒子71之斥力（參照第3圖的F1）及引力（f2）的合力F3與產生於實施形態1的過濾裝置10中的粒子71的斥力F1的力關係，具有F1＜F3的關係，且產生於帶負電的粒子71的斥力及引力的合力F3之以電泳移動到第3電極33側的力較大。

如此一來，比起實施形態1的過濾裝置10，實施形態2的過濾裝置10藉由具備第3電極33且將預定的電位施加到第3電極33，透過第1電極31之間作用的斥力及引力的合力F3，在數nm~數μm的範圍下增加粒子71與第1電極31分離的效果。結果，濾材34的過濾阻力增加的時間延遲。因此，濾材34的過濾阻力較小的狀態長時間繼續，且過濾速度進一步提高。

10:過濾裝置 11:上部殼體 11a:供給通路 11b:排氣通路 11c,13a,14a,14b,33a,33b:貫通孔 12:蓋部 13:側部殼體 14:下部殼體 14c:連接孔 14d:開口部 15:導體 16:漿料供給部 17:漿料供給閥 17a,19a:棒狀構件 18:氣排出部 18a:氣排出閥 19:閥 21a:導引部 21b,21c:螺栓 22:排出部 30:第1濾室 31:第1電極 31a,32a:導電細線 31b:第1開口 32:第2電極 32b:第2開口 33:第3電極 34:濾材 34a:過濾膜 34b:篩孔 35:第2濾室 51:第1電源 51a,52a,53a:第1端子 51b,52b,53b:第2端子 52:第2電源 53:第3電源 54,55a,55b,56:連接導體 60:連結部 70:漿料（原液） 71:第1粒子（分離對象的粒子） 72:極性溶媒 73:水分子 75:濾液 80:脫水濾餅 C:電容成分 D1,D2,D3:直徑 E:電場 F1:斥力 F2:引力 F3:合力 GND:基準電位 V1,V11:第1電位 V2,V12:第2電位 V13:第3電位 R1,R2:電阻成分 S1:漿料供給步驟 S2:過濾處理步驟 S3:壓榨步驟 X:箭頭

第1圖係示意性顯示關於實施形態1之過濾裝置的構成例的剖面圖。第2圖係顯示關於實施形態1之過濾裝置的過濾時（壓榨時）的剖面圖。第3圖係用於說明關於實施形態1之過濾裝置的運作的說明圖。第4圖係示意性顯示第1電極、濾材及第2電極的構成的剖面圖。第5圖係顯示關於實施形態1之過濾裝置的電氣等效電路圖。第6圖係顯示關於實施形態1之過濾裝置的使用狀態的流程圖。第7圖係示意性顯示關於實施形態2之過濾裝置的構成例的剖面圖。第8圖係用於說明關於實施形態2之過濾裝置的運作的說明圖。第9圖係顯示關於實施形態2之過濾裝置的電氣等效電路圖。

10:過濾裝置

11:上部殼體

11a:供給通路

11b:排氣通路

11c,13a,14a,14.b,33a,33b:貫通孔

12:蓋部

13:側部殼體

14:下部殼體

14c:連接孔

14d:開口部

15:導體

16:漿料供給部

17:漿料供給閥

17a,19a:棒狀構件

18:氣排出部

18a:氣排出閥

19:閥

21a:導引部

21b,21c:螺栓

22:排出部

30:第1濾室

31:第1電極

31a,32a:導電細線

32:第2電極

32b:第2開口

35:第2濾室

51:第1電源

51a,52a:第1端子

51b,52b:第2端子

52:第2電源

54,55a,55b,56:連接導體

60:連結部

70:漿料(原液)

71:粒子(分離對象的粒子)

72:極性溶媒

73:水分子

75:濾液

F1:斥力

F2:引力

F3:合力

GND:基準電位

Claims

一種過濾裝置，包含：第1電極，設置有複數個第1開口；第2電極，設置有複數個第2開口，且被設置為面對前述第1電極的一方的面；濾材，設置有複數個篩孔，且設置於前述第1電極與前述第2電極之間；濾室，被設置為與前述第1電極的另一方的面接觸，且供給有包含分離對象的粒子和液體的對象處理液；和第3電極，夾住前述濾室且面對前述第1電極，夾住前述濾材的前述第1電極和前述第2電極、或前述第3電極能夠在前述第1電極和前述第3電極面對的面對方向移動。
如請求項1之過濾裝置，其中在前述第1電極供給有與前述粒子的極性相同極性的第1電位，在前述第2電極供給有與前述粒子的極性相同極性的第2電位，在前述第3電極供給有基準電位，前述第2電位的絕對值大於前述第1電位的絕對值。
如請求項1之過濾裝置，其中在前述第1電極供給有與前述粒子的極性相同極性的第1電位，在前述第2電極供給有與前述粒子的極性相同極性的第2電位，在前述第3電極供給有與前述粒子的極性不同極性的第3電位，前述第2電位的絕對值大於前述第1電位的絕對值。
如請求項1~3中任一項之過濾裝置，具有：具有貫通孔的側部殼體、支撐前述側部殼體的下部殼體、和被插入到前述側部殼體的前述貫通孔的上部殼體，前述第1電極、前述第2電極及前述濾材的外緣在前述側部殼體與前述下部殼體之間被夾住且固定，前述第3電極被固定在前述上部殼體的與前述下部殼體面對的面，前述濾室形成於前述第1電極、前述第2電極及前述濾材、前述側部殼體的內壁、和前述第3電極所圍成的空間，前述側部殼體和前述下部殼體在前述面對方向自由滑動（slide）地連結。
如請求項4之過濾裝置，具備使前述上部殼體在前述面對方向移動的缸筒（cylinder）。