(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶液中の微粒子を捕捉する微粒子捕捉材であって、
水溶液中で前記微粒子の表面の電位と同じ符号の電位を持つ材料で構成された基材と、
前記基材の表面に形成されて前記微粒子を捕捉する凹部と、
を有し、
前記凹部は底面と底面の両側の立ち上がり部とを有し、前記微粒子の平均径よりも深く、前記微粒子の平均径の２倍以上の幅であり、前記凹部に入り込んだ複数の前記微粒子を凝集させて捕捉すること、
を特徴とする微粒子捕捉材。
【請求項２】
請求項１に記載された微粒子捕捉材であって、
前記凹部は、深くなるにつれてその幅が大きくなる微粒子捕捉材。
【請求項３】
請求項１または２に記載された微粒子捕捉材であって、
水溶液中で表面の電位がマイナスとなる前記微粒子を捕捉する場合には、前記基材は、アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの共重合合成樹脂（ＡＢＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネイト、ポリアミドイミド、ポリアセタール、シリコーンのいずれかの樹脂で構成される微粒子捕捉材。
【請求項４】
請求項１または２に記載された微粒子捕捉材であって、
水溶液中で表面の電位がプラスとなる前記微粒子を捕捉する場合には、前記基材は、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化銅、水酸化鉄、水酸化マグネシウム、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、酸化亜鉛のいずれかの材料で構成される微粒子捕捉材。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載された微粒子捕捉材であって、
前記基材は、円柱状または円筒状または鞍形状のペレットである微粒子捕捉材。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載された微粒子捕捉材であって、
前記凹部の深さは、前記微粒子の平均径の１０倍未満であり、前記凹部の幅は、前記微粒子の平均径の５０倍未満である微粒子捕捉材。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載された微粒子捕捉材であって、
１つの基板の表面に幅が異なる複数種類の前記凹部が形成されていること、
を特徴とする微粒子捕捉材。
【請求項８】
水溶液中の微粒子を除去する微粒子除去装置であって、
水溶液の入口と出口とを有する容器と、
前記容器の内部に収容された微粒子捕捉材と、を備え、
前記微粒子捕捉材は、水溶液中で前記微粒子の表面の電位と同じ符号の電位を持つ材料で構成された基材と、前記基材の表面に形成されて前記微粒子を捕捉する凹部と、
を有し、
前記凹部は底面と底面の両側の立ち上がり部とを有し、前記微粒子の平均径よりも深く、前記微粒子の平均径の２倍以上の幅であり、前記凹部に入り込んだ複数の前記微粒子を凝集させて捕捉すること、
を特徴とする微粒子除去装置。
【請求項９】
請求項８に記載された微粒子除去装置であって、
前記微粒子捕捉材の前記凹部は、深くなるにつれてその幅が大きくなること、
を特徴とする微粒子除去装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載された微粒子除去装置であって、
前記微粒子の平均径に対応して前記凹部の深さおよび幅が異なる複数種類の前記微粒子捕捉材を有し、
前記容器の水溶液の出口側に収納される前記微粒子捕捉材の前記凹部の深さと幅とは、前記容器の水溶液の入口側に収納される前記微粒子捕捉材の前記凹部の深さと幅よりもそれぞれ小さく、
前記容器の水溶液の出口側に収納される前記微粒子捕捉材の捕捉する前記微粒子の平均径が、前記容器の水溶液の入口側に収納される前記微粒子捕捉材の捕捉する前記微粒子の平均径よりも小さいこと、
を特徴とする微粒子除去装置。
【請求項１１】
請求項８または９に記載された微粒子除去装置であって、
水溶液の流れに沿って配置された複数の容器と、
前記微粒子の平均径に対応して前記凹部の深さおよび幅が異なる複数種類の前記微粒子捕捉材を備え、
水溶液の流れの下流側の容器に収納される前記微粒子捕捉材の前記凹部の深さと幅とは、前記容器の水溶液の流れの上流側の容器に収納される前記微粒子捕捉材の前記凹部の深さと幅よりもそれぞれ小さく、
水溶液の流れの下流側の容器に収納される前記微粒子捕捉材の捕捉する前記微粒子の平均径が、水溶液の流れの上流側の容器に収納される前記微粒子捕捉材の捕捉する前記微粒子の平均径よりも小さいこと、
を特徴とする微粒子除去装置。
【請求項１２】
請求項８から１１のいずれか１項に記載された微粒子除去装置であって、
前記微粒子捕捉材の前記基材は、水溶液中で表面の電位がマイナスとなる前記微粒子を捕捉する場合には、アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの共重合合成樹脂（ＡＢＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネイト、ポリアミドイミド、ポリアセタール、シリコーンのいずれかの樹脂で構成されること、
を特徴とする微粒子除去装置。
【請求項１３】
請求項８から１１のいずれか１項に記載された微粒子除去装置であって、
前記微粒子捕捉材の前記基材は、水溶液中で表面の電位がプラスとなる前記微粒子を捕捉する場合には、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化銅、水酸化鉄、水酸化マグネシウム、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、酸化亜鉛のいずれかの材料で構成されること、
を特徴とする微粒子除去装置。
【請求項１４】
請求項８から１３のいずれか１項に記載された微粒子除去装置であって、
前記微粒子捕捉材の前記基材は、円柱状または円筒状または鞍形状のペレットであること、
を特徴とする微粒子除去装置。
【請求項１５】
請求項８から１４のいずれか１項に記載された微粒子除去装置であって、
前記微粒子捕捉材の前記凹部の深さは、前記微粒子の平均径の１０倍未満であり、前記凹部の幅は、前記微粒子の平均径の５０倍未満であること、
を特徴とする微粒子除去装置。
【請求項１６】
水溶液中の微粒子を捕捉する微粒子捕捉材の製造方法であって、
水溶液中で前記微粒子の表面の電位と同じ符号の電位を持つ材料で構成された基材を準備する工程と、
容器の中に前記基材と前記基材よりも硬度の高い表面研削微粒子材とを収容する工程と、
前記容器を振動あるいは回転させ、前記表面研削微粒子材を前記基材の表面に接触させて前記基材の表面に前記微粒子を捕捉する凹部を形成する工程と、
を含み、
前記表面研削微粒子材は、その平均径が捕捉対象である前記微粒子の平均径よりも大きい砥石の微粒子であり、
前記凹部を形成する工程は、前記凹部の深さが前記微粒子の平均径よりも深く前記微粒子の平均径の１０倍未満であり、前記凹部の幅が前記微粒子の平均径の２倍以上で前記微粒子の平均径の５０倍未満に形成すること、
を特徴とする微粒子捕捉材の製造方法。
【請求項１７】
水溶液中の微粒子を捕捉する微粒子捕捉材の製造方法であって、
水溶液中で前記微粒子の表面の電位と同じ符号の電位を持つ材料で構成された基材を準備する工程と、
エッチング液の中に前記基材を浸漬して前記基材の表面に前記微粒子を捕捉する凹部を形成する工程と、
を含み、
前記凹部を形成する工程は、前記凹部の深さが前記微粒子の平均径よりも深く前記微粒子の平均径の１０倍未満であり、前記凹部の幅が前記微粒子の平均径の２倍以上で前記微粒子の平均径の５０倍未満に形成すること、
を特徴とする微粒子捕捉材の製造方法。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載された微粒子捕捉材の製造方法であって、
前記基材は、円柱状または円筒状または鞍形状のペレットであること、
を特徴とする微粒子捕捉材の製造方法。
【請求項１９】
請求項１６または１７に記載された微粒子捕捉材の製造方法であって、
前記基材を準備する工程は、水溶液中で表面の電位がマイナスとなる前記微粒子を捕捉する場合には、アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの共重合合成樹脂（ＡＢＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネイト、ポリアミドイミド、ポリアセタール、シリコーンのいずれかの樹脂を前記基材として準備すること、
を特徴とする微粒子捕捉材の製造方法。
【請求項２０】
請求項１６または１７に記載された微粒子捕捉材の製造方法であって、
前記基材を準備する工程は、水溶液中で表面の電位がプラスとなる前記微粒子を捕捉する場合には、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化銅、水酸化鉄、水酸化マグネシウム、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、酸化亜鉛のいずれかの材料を前記基材として準備すること、
を特徴とする微粒子捕捉材の製造方法。
【請求項２１】
請求項８に記載の微粒子除去装置であって、
前記容器の入口側または出口側に抜き差し自在に取り付けられ、水溶液中で微粒子の表面の電位と同じ符号の電位を持つ材料で構成された平板の表面に形成され、前記微粒子の平均径よりも深く、前記微粒子の平均径の２倍以上の幅であり、その中に入り込んだ複数の前記微粒子を凝集させて捕捉する凹部を有するテストピースを有すること、
を特徴とする微粒子除去装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の微粒子除去装置であって、
前記テストピースは、１つの前記平板の表面に幅が異なる複数種類の前記凹部が形成されていること、
を特徴とする微粒子除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水溶液中の微粒子を捕捉する微粒子捕捉材およびその微粒子捕捉材を用いた微粒子除去装置、その微粒子除去装置に用いられるテストピース、ならびにその微粒子捕捉材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調・冷熱機器の中には、産業用チラーや暖房・給湯機器のように、鉄製配管を用いた循環流路に熱媒体としての水を循環させて熱交換を行うものがある。このような製品では、循環水中の溶存酸素と循環流路の鉄製配管とが反応して鉄さびが発生し、発生した鉄さびが熱交換器の内部に付着して熱交換器の熱効率を低下させたり、熱交換器内の流路を閉塞させたりしてしまう場合がある。
【０００３】
鉄さびは平均直径が５〜１０μｍ程度の微粒子が多く、多孔性濾材のフィルタで除去することが難しいため、鉄製配管を用いた循環流路を有する空調・冷熱器では、所定の期間運転後に、配管内部を酸液等の薬液で洗浄し、内部の鉄さびを溶解、除去することが必要であった。
【０００４】
一方、プラスのゼータ電位の吸着作用によって水溶液中でマイナスのゼータ電位を示す微粒子成分を吸着、除去する電位吸着フィルタ装置が提案されている。この装置によると、直径０．４〜１０μｍ程度の微粒子を除去することが可能となる（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、電位吸着フィルタ装置のハウジングに収納される電位吸着カートリッジとして、樹脂、セルロースによって構成されてプラスのゼータ電位を持つメディア、ポリプロピレン製セパレータ、エッジシールからなるセルをポリプロピレン製リングシールを間に挟みながらポリプロピレン製芯で組み立てたものが提案されている（特許文献１の図２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２１１６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、樹脂には、水溶液中に浸漬された際には、マイナスのゼータ電位を示すものが多いことから、特許文献１に記載された電位吸着フィルタでは、樹脂、セルロースによって構成されてプラスのゼータ電位を持つ特殊なメディアを用いることが必要で、構造が複雑になるという問題がある。また、引用文献１に記載された電位吸着カートリッジは、微粒子を含んだ水溶液がメディアを通過する際に電位差によりメディアに微粒子を吸着させるものであるため、直径０．４〜１０μｍ程度の微粒子を除去することが可能であるものの、多孔性濾材のフィルタ同様、使用している間に目詰まりを起こし、頻繁にメディアを交換することが必要となるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、簡便な構成で効果的に微粒子の除去を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の微粒子捕捉材は、水溶液中の微粒子を捕捉する微粒子捕捉材であって、水溶液中で前記微粒子の表面の電位と同じ符号の電位を持つ材料で構成された基材と、前記基材の表面に形成されて前記微粒子を捕捉する凹部と、を有し、前記凹部は底面と底面の両側の立ち上がり部とを有し、前記微粒子の平均径よりも深く、前記微粒子の平均径の２倍以上の幅であり、前記凹部に入り込んだ複数の前記微粒子を凝集させて捕捉すること、を特徴とする。
【０００９】
本発明の微粒子捕捉材において、前記凹部は、深くなるにつれてその幅が大きくなること、としても好適である。
【００１０】
本発明の微粒子捕捉材において、水溶液中で表面の電位がマイナスとなる前記微粒子を捕捉する場合には、前記基材は、アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの共重合合成樹脂（ＡＢＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネイト、ポリアミドイミド、ポリアセタール、シリコーンのいずれかの樹脂で構成されること、としても好適である。
【００１１】
本発明の微粒子捕捉材において、水溶液中で表面の電位がプラスとなる前記微粒子を捕捉する場合には、前記基材は、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化銅、水酸化鉄、水酸化マグネシウム、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、酸化亜鉛のいずれかの材料で構成されること、としても好適である。
【００１２】
本発明の微粒子捕捉材において、前記基材は、円柱状または円筒状または鞍形状のペレットであること、としても好適である。
【００１３】
本発明の微粒子捕捉材において、前記凹部の深さは、前記微粒子の平均径の１０倍未満であり、前記凹部の幅は、前記微粒子の平均径の５０倍未満であることとしても好適であるし、１つの基板の表面に幅が異なる複数種類の前記凹部が形成されていること、としても好適である。
【００１４】
本発明の微粒子除去装置は、水溶液中の微粒子を除去する微粒子除去装置であって、水溶液の入口と出口とを有する容器と、前記容器の内部に収容された微粒子捕捉材と、を備え、前記微粒子捕捉材は、水溶液中で前記微粒子の表面の電位と同じ符号の電位を持つ材料で構成された基材と、前記基材の表面に形成されて前記微粒子を捕捉する凹部と、を有し、前記凹部は底面と底面の両側の立ち上がり部とを有し、前記微粒子の平均径よりも深く、前記微粒子の平均径の２倍以上の幅であり、前記凹部に入り込んだ複数の前記微粒子を凝集させて捕捉することを特徴とする。
【００１５】
本発明の微粒子除去装置において、前記微粒子捕捉材の前記凹部は、深くなるにつれてその幅が大きくなること、としても好適である。
【００１６】
本発明の微粒子除去装置において、前記微粒子の平均径に対応して前記凹部の深さおよび幅が異なる複数種類の前記微粒子捕捉材を有し、前記容器の水溶液の出口側に収納される前記微粒子捕捉材の前記凹部の深さと幅とは、前記容器の水溶液の入口側に収納される前記微粒子捕捉材の前記凹部の深さと幅よりもそれぞれ小さく、前記容器の水溶液の出口側に収納される前記微粒子捕捉材の捕捉する前記微粒子の平均径が、前記容器の水溶液の入口側に収納される前記微粒子捕捉材の捕捉する前記微粒子の平均径よりも小さいこと、としても好適である。
【００１７】
本発明の微粒子除去装置において、水溶液の流れに沿って配置された複数の容器と、前記微粒子の平均径に対応して前記凹部の深さおよび幅が異なる複数種類の前記微粒子捕捉材を備え、水溶液の流れの下流側の容器に収納される前記微粒子捕捉材の前記凹部の深さと幅とは、前記容器の水溶液の流れの上流側の容器に収納される前記微粒子捕捉材の前記凹部の深さと幅よりもそれぞれ小さく、水溶液の流れの下流側の容器に収納される前記微粒子捕捉材の捕捉する前記微粒子の平均径が、水溶液の流れの上流側の容器に収納される前記微粒子捕捉材の捕捉する前記微粒子の平均径よりも小さいこと、としても好適である。
【００１８】
本発明の微粒子除去装置において、前記微粒子捕捉材の前記基材は、水溶液中で表面の電位がマイナスとなる前記微粒子を捕捉する場合には、アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの共重合合成樹脂（ＡＢＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネイト、ポリアミドイミド、ポリアセタール、シリコーンのいずれかの樹脂で構成されること、としても好適である。
【００１９】
本発明の微粒子除去装置において、前記微粒子捕捉材の前記基材は、水溶液中で表面の電位がプラスとなる前記微粒子を捕捉する場合には、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化銅、水酸化鉄、水酸化マグネシウム、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、酸化亜鉛のいずれかの材料で構成されること、としても好適である。
【００２０】
本発明の微粒子除去装置において、前記微粒子捕捉材の前記基材は、円柱状または円筒状または鞍形状のペレットであること、としても好適である。
【００２１】
本発明の微粒子除去装置において、前記微粒子捕捉材の前記凹部の深さは、捕捉対象である前記微粒子の平均径の１０倍未満であり、前記凹部の幅は、前記微粒子の平均径の５０倍未満であること、としても好適である。
【００２２】
本発明の水溶液中の微粒子を捕捉する微粒子捕捉材の製造方法は、水溶液中で前記微粒子の表面の電位と同じ符号の電位を持つ材料で構成された基材を準備する工程と、容器の中に前記基材と前記基材よりも硬度の高い表面研削微粒子材とを収容する工程と、前記容器を振動あるいは回転させ、前記表面研削微粒子材を前記基材の表面に接触させて前記基材の表面に前記微粒子を捕捉する凹部を形成する工程と、を含み、前記表面研削微粒子材は、その平均径が捕捉対象である前記微粒子の平均径よりも大きい砥石の微粒子であり、前記凹部を形成する工程は、前記凹部の深さが前記微粒子の平均径よりも深く前記微粒子の平均径の１０倍未満であり、前記凹部の幅が前記微粒子の平均径の２倍以上で前記微粒子の平均径の５０倍未満に形成すること、を特徴とする。
【００２４】
本発明の水溶液中の微粒子を捕捉する微粒子捕捉材の製造方法は、水溶液中で前記微粒子の表面の電位と同じ符号の電位を持つ材料で構成された基材を準備する工程と、エッチング液の中に前記基材を浸漬して前記基材の表面に前記微粒子を捕捉する凹部を形成する工程と、を含み、前記凹部を形成する工程は、前記凹部の深さが前記微粒子の平均径よりも深く前記微粒子の平均径の１０倍未満であり、前記凹部の幅が前記微粒子の平均径の２倍以上で前記微粒子の平均径の５０倍未満に形成することを特徴とする。
【００２５】
本発明の水溶液中の微粒子を捕捉する微粒子捕捉材の製造方法において、前記基材は、円柱状または円筒状または鞍形状のペレットであること、としても好適である。
【００２６】
本発明の水溶液中の微粒子を捕捉する微粒子捕捉材の製造方法において、前記基材を準備する工程は、水溶液中で表面の電位がマイナスとなる前記微粒子を捕捉する場合には、アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの共重合合成樹脂（ＡＢＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネイト、ポリアミドイミド、ポリアセタール、シリコーンのいずれかの樹脂を前記基材として準備すること、としても好適である。
【００２７】
本発明の水溶液中の微粒子を捕捉する微粒子捕捉材の製造方法において、前記基材を準備する工程は、水溶液中で表面の電位がプラスとなる前記微粒子を捕捉する場合には、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化銅、水酸化鉄、水酸化マグネシウム、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、酸化亜鉛のいずれかの材料を前記基材として準備すること、としても好適である。
【００２８】
本発明の微粒子除去装置において、前記容器の入口側または出口側に抜き差し自在に取り付けられ、水溶液中で微粒子の表面の電位と同じ符号の電位を持つ材料で構成された平板の表面に形成され、前記微粒子の平均径よりも深く、前記微粒子の平均径の２倍以上の幅であり、その中に入り込んだ複数の前記微粒子を凝集させて捕捉する凹部を有するテストピースを有すること、としても好適である。
【００２９】
本発明の微粒子除去装置において、前記テストピースは、１つの前記平板の表面に幅が異なる複数種類の前記凹部が形成されていること、としても好適である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明は、簡便な構成で効果的に微粒子の除去を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態における微粒子捕捉材の構成を示す平面図と断面図である。
【図２】本発明の実施形態における微粒子捕捉材に微粒子が捕捉されるプロセスを示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態における微粒子捕捉材に微粒子が捕捉されるプロセスを示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態における微粒子捕捉材に微粒子が捕捉されるプロセスを示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態における微粒子捕捉材に微粒子が捕捉されるプロセスを示す説明図である。
【図６】微粒子の距離に対する静電斥力、分子間力（引力）および、静電斥力と分子間力の合成力の変化を示すグラフである。
【図７】図１に示す微粒子捕捉材の凹部の幅Ｘに対する微粒子捕捉材表面の微粒子の付着量の変化を示す図である。
【図８】図１に示す微粒子捕捉材の凹部の深さＹに対する微粒子捕捉材表面の微粒子の付着量の変化を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態における微粒子捕捉材の構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態における微粒子捕捉材に微粒子が捕捉されるプロセスを示す説明図である。
【図１１】本発明の実施形態におけるペレット状の微粒子捕捉材を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態におけるペレット状の微粒子捕捉材の製造方法の説明図である。
【図１３】本発明の微粒子捕捉材を用いた微粒子除去装置を備える空調・冷熱システムの系統図である。
【図１４】本発明の微粒子捕捉材を用いた微粒子除去装置の他の構成を示す断面図である。
【図１５】本発明の微粒子捕捉材を用いた微粒子除去装置の他の構成を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施形態における他の微粒子捕捉材を示す斜視図である。
【図１７】本発明の微粒子捕捉材を用いた微粒子除去装置を備える空調・冷熱システムの他の系統図である。
【図１８】本発明の微粒子捕捉材を用いた微粒子除去装置に用いられるテストピースの配置を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１に示す様に、本発明の微粒子捕捉材１０は、水溶液中で微粒子２０の表面の電位と同じ符号の電位を持つ材料で構成された基材１１と、基材１１の表面に形成されて微粒子２０を捕捉する凹部１２と、を備えている。ここで、微粒子２０の表面の電位、基材１１の表面の電位とは、ゼータ電位を意味する。以下、同様である。なお、図１から図１０に示す凹部１２の形状は、説明のために実際の形状を模式的に表したものである。
【００３４】
基材１１は、水溶液中で表面の電位がマイナスとなる微粒子２０を捕捉する場合には、アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの共重合合成樹脂（ＡＢＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネイト、ポリアミドイミド、ポリアセタール、シリコーンのいずれかの樹脂で構成され、水溶液中で表面の電位がプラスとなる微粒子２０を捕捉する場合には、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化銅、水酸化鉄、水酸化マグネシウム、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、酸化亜鉛のいずれかの材料で構成される。
【００３５】
基材１１の表面には微粒子２０を捕捉する凹部１２が形成されている。図１に示す実施形態では、図１（ｂ）に示す様に、凹部１２は、平坦な底面１８と、底面１８の両側端から立ち上がった立ち上がり部１４とを有する直線状の溝で、複数の凹部１２が長手方向に平行に伸びるように配置されたものとして説明する。隣接する凹部１２の立ち上がり部１４は頂部１６で接続されている。図１（ｂ）に示す様に、立ち上がり部１４の底面１８に対する角度は、頂部に近づくに従ってθ2からθ0に浅くなって行く形状となっている。本実施形態では、θ0は、３０°程度、θ1は、４５°程度、θ2は、６０°程度の形状として説明するが、この形状に限定されず、より大きな角度となっていてもよい。凹部１２の幅Ｘは、立ち上がり部１４の両端の頂部１６の間の距離（頂部１６の中心線９１間の距離）であり、凹部の深さＹは、図１（ｂ）において頂部１６から凹部１２の底面１８までの高さである。凹部１２は、その深さＹが捕捉対象となる微粒子２０の平均径ｄp以上であり、その幅Ｘは、捕捉対象となる微粒子２０の平均径ｄpの２倍以上となるように形成されている。
【００３６】
図１に示すように、微粒子捕捉材１０を水溶液中に浸漬させると、基材１１の凹部１２の底面１８、立ち上がり部１４の表面には、それぞれ基材１１と反対電荷のイオンが引き寄せられて電気固定層が形成され、その外側にすべり面１３、１５が形成される。電気的に中性であるゼロ点を基準としたすべり面１３，１５の電位がゼータ電位であり、基材１１の表面の電位である。基材１１の凹部１２の表面から離れるに従って、水溶液中のイオンは拡散していくので、しだいに電気的に中性（電位ゼロ）となっていく。同様に微粒子２０は、微粒子本体２１の外側に微粒子本体２１と反対電荷のイオンが引き寄せられた固定層が形成され、その外側にすべり面２２が形成されている。すべり面２２の電位がゼータ電位であり、微粒子２０の表面の電位である。基材１１と同様、微粒子２０の表面から離れるにしたがって、水溶液中のイオンが拡散していくので、電位は中性（電位ゼロ）となっていく。本実施形態では、微粒子２０のすべり面２２のゼータ電位と基材１１のすべり面１３，１５のゼータ電位とは同じ符号、例えば、共にマイナスあるいは共にプラスの電位となっている。
【００３７】
図１に示すように、凹部１２の底面１８から一定の高さＨの線９２の近傍にある微粒子２０を考える。微粒子２０のすべり面２２と基材１１の各すべり面１３，１５との距離は、微粒子２０の中心が頂部１６の中心線９１の上に位置している場合に最も短く、微粒子２０の位置が凹部１２の中央（底面１８方向）に向かうにつれて、微粒子２０のすべり面２２と基材１１の各すべり面１３，１５との距離は次第に大きくなり（微粒子２０のすべり面２２と立ち上がり部１４のすべり面１５との距離が次第に大きくなる）、微粒子２０が凹部１２の底面１８の直上に位置する場合には、微粒子２０のすべり面２２と基材１１のすべり面１３，１５との距離はすべり面２２と底面１８のすべり面１３との距離となり、最大距離となる。したがって、凹部１２の底面１８から一定の高さＨの線９２の近傍にある微粒子２０に加わる基材１１からの静電斥力は、微粒子２０が頂部１６の中心線９１の上に位置している場合が最大で、微粒子２０が凹部１２の底面１８に向かうにつれて減少し、微粒子２０が凹部１２の底面１８の直上に位置する場合に最小となる。つまり、凹部１２の底面１８の領域は、凹部１２の底面１８から一定の高さＨの線９２の近傍にある微粒子２０に対する基材１１からの静電斥力が弱い領域Ｘｗとなる。逆に凹部１２の底面１８の両側の立ち上がり部１４の領域は、凹部１２の底面１８から一定の高さＨの線９２の近傍にある微粒子２０に対する基材１１からの静電斥力が底面１８よりも強く、静電斥力の強い領域Ｘｓとなる。
【００３８】
次に、図２から図８を参照して、本実施形態の微粒子捕捉材１０が微粒子２０を凹部１２に捕捉する際の微粒子２０の動きについて説明するが、その前に、図６を参照して、２つの微粒子の間に働く静電斥力と分子間力（引力）との関係について説明する。
【００３９】
図６に示す様に、２つの微粒子２０の間には、距離に応じて静電斥力と分子間力（引力）が作用する。２つの微粒子２０の間に作用する静電斥力は、図６の線ａに示す様に、距離が遠くなると減少し、距離が近くなると増加する。また、図６の線ｂに示すように、各微粒子２０の間に働く分子間力（引力）も距離が遠くなると減少し、距離が近くなるにつれて増加する。図６の線ａ，ｂに示す様に、分子間力（引力）は、静電斥力よりも距離に対する変化度合いが大きく、図６の線ｃに示すように、各微粒子２０の間の静電斥力と分子間力との合成力は、各微粒子２０間の距離が遠い場合には、プラス（斥力）となり、距離がＬ1までは、距離が近くなるほど斥力が大きくなり、距離Ｌ1で、ｆ0の大きさの斥力となる。しかし、２つの微粒子２０の距離がＬ1よりも近くなってくると、逆に距離が近くなるほど斥力が小さくなり、距離Ｌ0よりも距離が近くなると、分子間力（引力）の絶対値が静電斥力の絶対値よりも大きくなるので、２つの微粒子２０は分子間力によって凝集する。つまり、２つの微粒子２０をｆ0以上の力で押し付けると、２つの微粒子２０は、分子間力によって凝集し、互いに離れなくなる。この際、押し付け力ｆ0は、静的な押し付け力であってもよいし、２つの微粒子２０が移動していて互いに衝突する際の慣性力であってもよい。
【００４０】
次に、微粒子捕捉材１０が微粒子２０を凹部１２に捕捉する際の微粒子２０の動きについて説明する。図２に示す様に、水溶液中の凹部１２の底面１８から一定の高さＨの線９２の近傍に２つの微粒子２０が位置している。微粒子２０のすべり面２２と基材１１の凹部１２の各すべり面１３，１５の各電位は同電位であり、微粒子２０は基材１１から静電斥力を受けている。図２に示す様に、それぞれ頂部１６の近傍の静電斥力の強い領域Ｘｓに位置している２つの微粒子２０は、それぞれ白抜き矢印で示す様に、静電斥力の弱い領域Ｘｗに向かって（凹部１２の中央（底面１８の直上）の方向に向かって）移動する。
【００４１】
図３に示す様に、水溶液の流れにより、各微粒子２０には、基材１１に向かう流体力Ｆfが作用する。この流体力Ｆfは、例えば、流れによって発生する渦による基材１１の方向に向かう流れ等である。この流体力Ｆfによって各微粒子２０は、白抜き矢印のように、基材１１に向かって移動する。すると、微粒子２０のすべり面２２と、凹部１２の立ち上がり部１４表面のすべり面１５との距離が短くなり、各微粒子２０には、立ち上がり部１４の表面に垂直な静電斥力Ｆｒ1が作用する。立ち上がり部１４の底面１８に対する角度θ1は４５°程度であり、各微粒子２０には、基材１１の凹部１２の底面１８に沿って底面１８の中央に向かうＸ方向の静電斥力Ｆｒx1＝Ｆｒ1×ｓｉｎ４５°と、基材１１と反対方向に向かうＹ方向の静電斥力Ｆｒy1＝Ｆｒ1×ｃｏｓ４５°とが作用する。
【００４２】
図３に示す様に、流体力Ｆfによって２つの微粒子２０が凹部１２の中に入り込んでくると、各微粒子２０には、基材１１の凹部１２の底面１８に沿って底面１８の中央に向かうＸ方向の静電斥力Ｆｒx1、基材１１と反対方向に向かうＹ方向の静電斥力Ｆｒy1とが作用する。基材１１の方向に向かう流体力Ｆfは、基材１１と反対方向に向かうＹ方向の静電斥力Ｆｒy1よりも大きいので、２つの微粒子２０は、凹部１２の中に入り込んでくると共に、基材１１の凹部１２の底面１８に沿って底面１８の中央に向かうＸ方向の静電斥力Ｆｒx1によって底面１８の中央に向かって移動してくる。
【００４３】
図４に示す様に、２つの微粒子２０が更に凹部１２の中に入り込んでくると、微粒子２０のすべり面２２と、凹部１２の立ち上がり部１４表面のすべり面１５との距離が更に短くなり、各微粒子２０には、静電斥力Ｆｒ1よりも大きな静電斥力Ｆｒ2が作用する。また、立ち上がり部１４の底面１８に対する角度がθ1より大きい６０°程度の角度θ2となるので、底面１８の中央に向かうＸ方向の静電斥力Ｆｒx1は、より大きな静電斥力Ｆｒx2＝Ｆｒ2×ｓｉｎ６０°となる。一方、基材１１と反対方向に向かうＹ方向の静電斥力Ｆｒy2＝Ｆｒ2×ｃｏｓ６０°は、立ち上がり部１４の角度が大きくなるので、静電斥力Ｆｒ2が大きくなって増加せず、逆に減少する。このため、基材１１の方向に向かう流体力Ｆfは、基材１１と反対方向に向かうＹ方向の静電斥力Ｆｒy2よりも大きく、２つの微粒子２０は、更に凹部１２の中に入り込んでくると共に、底面１８の中央に向かって移動してくる。
【００４４】
そして、基材１１から各微粒子２０に加わる底面１８の中央に向かうＸ方向静電斥力Ｆｒx2の大きさが、図６を参照して説明した一定の値ｆ0以上となると、基材１１からのＸ方向静電斥力Ｆｒx2が各微粒子２０の間の静電斥力を超えるため、２つの微粒子２０は、図４の白抜き矢印に示す様に互いの分子間力によって１つに凝集する。また、Ｘ方向静電斥力Ｆｒx2により２つの微粒子２０が互いに底面１８の中央に向かい、衝突する場合の慣性力が一定の値ｆ0以上である場合にも、２つの微粒子２０は衝突によって１つに凝集する。
【００４５】
２つの微粒子２０が凝集して凝集粒子２５となると、２つの微粒子２０が別々に存在する場合よりも粒子全体の表面積が減少し、基材１１との間の静電斥力が弱くなる。これにより、図５の白抜き矢印に示すように、凝集粒子２５は、基材１１の凹部１２の表面に十分近づき、凝集粒子２５と基材１１との間の分子間力Ｆｑが静電斥力よりも大きくなり、凝集粒子２５が微粒子捕捉材１０の凹部１２に捕集される。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態の微粒子捕捉材１０は、凹部１２に入り込んだ微粒子２０を凹部１２の立ち上がり部１４との間の静電斥力によって凝集させて、基材１１の凹部１２との間の静電斥力が基材１１の凹部１２との間の分子間力よりも小さい凝集粒子２５として凹部１２に捕捉するものである。従って、微粒子２０の表面の電位と基材１１の表面の電位とが同符号で互いに斥力を生じる場合であっても、効果的に微粒子２０を基材１１の凹部１２に捕捉することができる。
【００４７】
このことから、本実施形態の微粒子捕捉材１０の凹部１２は、その中に２つ以上の微粒子２０が入り込むための幅Ｘと、各微粒子２０が衝突して凝集粒子２５となるために十分な静電斥力（凹部１２の底面１８に沿ったＸ方向の静電斥力）を生じるための深さＹが必要となってくる。
【００４８】
この点について、凹部１２の幅Ｘ、深さＹを変化させて微粒子捕捉材１０の表面への微粒子２０の付着量を測定したところ、図７の線ｐに示すように、凹部１２の幅Ｘが、捕集対象の微粒子２０の平均径ｄpの２倍以上となると、急に付着量が増加し、図８の線ｑに示す様に、凹部１２の深さＹが、捕集対象の微粒子２０の平均径ｄp以上となると、急に付着量が増加していることから、上記の微粒子２０の捕捉プロセスは、試験によっても実証されている。
【００４９】
以上説明した実施形態において、微粒子２０の捕捉効率を向上させるために、凹部１２の幅Ｘ、深さＹを捕集対象の微粒子２０の平均径ｄpの５０倍未満、好ましくは、２０倍未満、凹部１２の深さＹは捕集対象の微粒子２０の平均径ｄpの１０倍未満、好ましくは５倍未満のようにしてもよい。
【００５０】
図９を参照しながら、本発明の微粒子捕捉材１０の他の実施形態について説明する。図１から図７を参照して説明した部分と同様の部分には同様の符号を付し、説明は省略する。図９に示す様に、本実施形態は、凹部１２は、底面１８の両端から立ち上がる立ち上がり部５４が上に向かうほど凹部１２の幅を狭くするような形状となっている。別の言い方をすると、凹部１２は、凹部１２の深さが深くなるにつれて凹部１２の幅が大きくなっていくホゾ溝のような形状となっている。立ち上がり部５４の底面１８に対する角度θ5は、図９に示す様に、９０°以上となっている。そして、隣接する凹部１２の各立ち上がり部５４の間には、平面５１が構成されている。本実施形態では、凹部１２の幅Ｘは、立ち上がり部５４の角部５２の間の距離である。つまり、凹部１２の内部に微粒子２０が入り込む際の最も狭い長さが凹部１２の幅Ｘとなる。そして、先に、図１から図７を参照して説明したように、水溶液中では、底面１８、立ち上がり部５４、平面５１の各表面には、すべり面１３、５３が形成されており、基材１１の表面の電位は、各すべり面１３、５３の電位である。また、凹部１２の底面１８から一定の高さ近傍にある微粒子２０のすべり面２２と基材１１の各すべり面１３，５３との距離が最も長い凹部１２の底面１８の長さＸの部分は、微粒子２０に対する基材１１からの静電斥力が小さく、静電斥力の弱い領域Ｘｗとなる。また、平面５１の部分は、微粒子２０に対する基材１１からの静電斥力が底面１８よりも強く、静電斥力の強い領域Ｘｓとなる。
【００５１】
次に、図９、図１０を参照しながら、本実施形態の微粒子捕捉材１０が微粒子２０を捕捉するプロセスについて説明する。図９に示すように、基材１１に向かう流体力Ｆfによって、２つの微粒子２０が凹部１２に入り込むと、立ち上がり部５４の面に垂直方向の静電斥力Ｆｒ5を受ける。立ち上がり部５４の底面１８に対する角度θ5は９０°以上であるから、各微粒子２０には、基材１１の凹部１２の底面１８に沿って底面１８の中央に向かうＸ方向の静電斥力Ｆｒx5＝Ｆｒ5×ｓｉｎθ5と、基材１１に向かうＹ方向の静電斥力Ｆｒy5＝Ｆｒ5×ｃｏｓθ5とが作用する。２つの微粒子２０は、底面１８の中央に向かうＸ方向の静電斥力Ｆｒx5によって図中の白抜き矢印に示す様に、凹部１２の中央に向かって移動する。また、本実施形態では、立ち上がり部５４の底面１８に対する角度θ5が９０°以上で、Ｙ方向の静電斥力Ｆｒy5は、基材１１の方向に作用するので、２つの微粒子２０は、それぞれ、Ｙ方向の静電斥力Ｆｒy5により基材１１に向かって、あるいは、凹部１２の深さ方向に向かって移動する。
【００５２】
図１０に示すように、凹部１２に入り込んだ２つの微粒子２０は、更に、立ち上がり部５４の面に垂直方向の静電斥力Ｆｒ6、基材１１の凹部１２の底面１８に沿って底面１８の中央に向かうＸ方向の静電斥力Ｆｒx6＝Ｆｒ6×ｓｉｎθ5と、基材１１に向かうＹ方向の静電斥力Ｆｒy6＝Ｆｒ6×ｃｏｓθ5とが作用する。基材１１に向かうＹ方向の静電斥力Ｆｒy6は、静電斥力Ｆｒy5と同様、基材１１に向かう方向に働くので、２つの微粒子２０は次第に凹部１２の底面１８に向かって移動していく。そして、Ｘ方向の静電斥力Ｆｒx6によって２つの微粒子２０は、凹部１２の内部で衝突して一つの凝集粒子２５となり、２つの微粒子２０が別々に存在する場合よりも粒子全体の表面積が減少し、基材１１との間の静電斥力が弱くなり、凝集粒子２５は、基材１１の凹部１２の底面１８に十分近づいていく。そして、最後には、凝集粒子２５と基材１１との間に分子間力Ｆｑが静電斥力よりも大きくなり、凝集粒子２５が微粒子捕捉材１０の凹部１２の底面１８に捕集される。
【００５３】
本実施形態の微粒子捕捉材１０も、先に図１から図７を参照して説明した実施形態と同様、凹部１２に入り込んだ微粒子２０を凹部１２の立ち上がり部５４との間の静電斥力によって凝集させて、基材１１の凹部１２との間の静電斥力が基材１１の凹部１２との間の分子間力よりも小さい凝集粒子２５として凹部１２に捕捉するものであり、微粒子２０の表面の電位と基材１１の表面の電位とが同符号で互いに斥力を生じる場合であっても、効果的に微粒子２０を基材１１の凹部１２に捕捉することができる。
【００５４】
以上説明した各実施形態の微粒子捕捉材１０は、例えば、板状の基材１１の表面を研磨紙で研磨して凹部１２を形成するようにしてもよいし、エアブラストなどにより表面を粗面とすることによって形成してもよい。また、凹部１２は図１に記載したような直線状の溝を複数平行に配置したものではなく、幅Ｘと同等以上の長さの窪みとして構成しても良い。
【００５５】
また、図１１（ａ），（ｂ）に示す様に、樹脂をペレット状とし、その表面に図１から図５あるいは図９，図１０を参照して説明したような凹部１２を設けるようにしてもよい。
【００５６】
図１１（ａ）に示す実施形態の微粒子捕捉材３０は、樹脂を円筒状にした基材１１であるペレットの外面３１、内面３２、端面３３に、図１から図５あるいは図９，図１０を参照して説明したような凹部１２を設けたものである。ペレットの大きさは自由に決められるが、例えば、外径ｄoが５ｍｍ程度、内径ｄiが３ｍｍ程度、長さｍ0が５〜６ｍｍ程度の大きさとしてもよい。また、円筒状のペレットに代えて円柱状（穴のないもの）を用いて微粒子捕捉材３０を構成してもよい。また、図１１（ｂ）に示す実施形態の微粒子捕捉材３５は、樹脂を鞍形状のペレット（基材１１）として、その各表面３６に図１から図５あるいは図９，図１０を参照して説明したような凹部１２を設けたものである。図１１（ｂ）に示す鞍形状のペレットの大きさも自由に決めることができるが、例えば、幅Ｗ1、長さｍ1がそれぞれ５〜６ｍｍ程度でペレットの厚さｔ1が１〜２ｍｍ程度、そり厚さｄ1が３〜４ｍｍ程度としてもよい。
【００５７】
先に述べたように、基材１１が板上の部材である場合には、表面を研磨紙で研磨したりエアブラスト処理行ったりして凹部１２を形成するこができるが、基材１１が図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すような比較的小さな円筒状、鞍形状、円柱状の場合には、表面を研磨紙で研磨して凹部１２を形成することは難しい上、工業的に大量の微粒子捕捉材３０，３５を生産することは困難である。
【００５８】
そこで、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に記載したようなペレット型の微粒子捕捉材３０，３５を製造する場合には、例えば、図１２に示す様に、容器４０の中に樹脂製のペレット型の基材１１と表面研削微粒子材である砥石の微粒子４１とを投入し、振動機４２で容器４０を回転、あるいは、上下、左右に振動させ、ペレット状の基材１１の表面に砥石の微粒子４１を接触させて、樹脂の基材１１の表面を研削し、その表面に凹部１２を形成することによってペレット状の微粒子捕捉材３０，３５を製造することができる。この場合、容器４０に投入する砥石の微粒子４１の平均径は、微粒子捕捉材３０，３５が捕捉しようとする微粒子２０の平均径ｄpよりも大きいこととしてもよい。本実施形態の製造方法は、簡便な方法で安価に大量のペレット型の微粒子捕捉材３０，３５を製造することができる。また、平均径が異なる複数種類の砥石の微粒子４１を投入して微粒子捕捉材３０，３５の表面に幅の異なる複数種類の凹部１２を形成するようにしてもよい。また、上記のように砥石の微粒子４１を用いて機械的にペレット型の基材１１の表面を研削して凹部１２を成形する方法の他に、例えば、樹脂材料をエッチング等の表面粗面化処理、あるいは、オゾンによる表面処理、薬剤による化学処理を行うことによって凹部１２を形成するようにしてもよい。薬剤による化学処理は、例えば、クロム酸、硝酸、硫酸、無水フッ酸などの強酸性のものや、アセトン、エチルベンゼン、ジクロロベンゼン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、フェノール等の有機溶剤を用いてもよい。
【００５９】
なお、先に述べたように、微粒子捕捉材３０，３５の基材１１は、微粒子捕捉材３０，３５が水溶液中で表面の電位がマイナスとなる微粒子２０（例えば、中性水溶液中の鉄さびの微粒子）を捕捉する場合には、アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの共重合合成樹脂（ＡＢＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネイト、ポリアミドイミド、ポリアセタール、シリコーンのいずれかの樹脂でペレット状に構成され、水溶液中で表面の電位がプラスとなる微粒子２０を捕捉する場合には、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化銅、水酸化鉄、水酸化マグネシウム、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、酸化亜鉛のいずれかの材料でペレット状に構成されたものを用いる。
【００６０】
次に、図１３から図１５を参照しながら、先に説明した微粒子捕捉材３０，３５を用いた微粒子除去装置１１０について説明する。微粒子除去装置１１０について説明する前に、図１３を参照しながら、微粒子除去装置１１０を備えた空調・冷熱システム１００について説明する。図１３に示す様に、空調・冷熱システム１００は、低温の熱媒体を供給する産業用チラー１０１と、冷却対象物である空調機器１０３に水を循環させる水循環流路１５０と、水循環流路１５０を循環する循環水と産業用チラー１０１から供給される低温の熱媒体の間の熱交換を行うプレート式熱交換器１０２を備えている。図１３に示す様に、水循環流路１５０は、循環水を貯留する循環水タンク１０４と、循環水を水循環流路１５０に循環させる循環水ポンプ１０６と、循環水中の鉄さびなどの微粒子を除去する微粒子除去装置１１０と、プレート式熱交換器１０２で熱交換されて温度の下がった低温循環水が供給される空調機器１０３の各機器を含んでおり、各機器の間は、それぞれ、配管１２１〜１２５で接続されている。プレート式熱交換器１０２はアルミ製、または銅製であり、空調機器１０３の内部に設けられ、低温循環水と空気との間で熱交換する熱交換器１０３ａも、アルミ製あるいは、銅製である。一方、各機器を接続する配管１２１〜１２５は鉄製である。微粒子除去装置１１０は、配管１２２が接続されて循環水が流入する入口１１１ａと、配管１２３が接続され、処理した流出する出口１１１ｂを有する容器１１１の内部に先に説明したペレット状の微粒子捕捉材３０、あるいは微粒子捕捉材３５が収容されているものである。循環水中の鉄さびの微粒子２０は、中性の水溶液中ではマイナスの表面電位を持つものであるから、ペレット状の微粒子捕捉材３０，３５は、先に述べたような樹脂の基材１１に凹部１２を形成したものである。各微粒子捕捉材３０，３５は、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示したように円筒状、あるいは鞍形状であるので、容器１１１の中に収容された際に各微粒子捕捉材３０，３５の周囲には循環水が流通できるような隙間が開いている。また、循環水は、中性の水である。
【００６１】
循環水タンク１０４に貯留された循環水は、循環水ポンプ１０６によって鉄製の配管１２１、１２２を通って微粒子除去装置１１０の入口１１１ａに供給される。微粒子除去装置１１０の入口１１１ａに供給される循環水には、鉄製の配管１２１〜１２５と循環水中の溶存酸素の反応によって生成された鉄さびの微粒子２０が含まれている。入口１１１ａから微粒子除去装置１１０の容器の内部に流入した循環水は、円筒状の微粒子捕捉材３０の隙間に沿って外面３１、あるいは端面３３に接触しながら、あるいは、内面３２を通って出口１１１ｂに向かって流れていく。樹脂製の微粒子捕捉材３０の表面電位は水溶液中ではマイナスであり、循環水中の鉄さびの微粒子２０は、中性の水溶液中ではマイナスの表面電位を持つものであるが、先に図１から図７を参照して説明したプロセスにより、鉄さびの微粒子２０は、マイナスの電位を持つ微粒子捕捉材３０の外面３１、端面３３、内面３２の表面に形成されている凹部１２に捕集されていく。そして、水溶液中の鉄さびの微粒子２０が除去された循環水は、微粒子除去装置１１０の出口１１１ｂから配管１２３を通ってプレート式熱交換器１０２の循環水流路１０２ｂに流入する。一方、産業用チラー１０１から供給される低温の熱媒体は、プレート式熱交換器１０２の熱媒体流路１０２ａに流入する。そして、プレート式熱交換器１０２内で循環水と熱媒体との間で熱交換が行われ、温度の低下した低温循環水は、鉄製の配管１２４から空調機器１０３の熱交換器１０３ａを通って室内空気の冷却などを行う。空調機器１０３の熱交換器１０３ａを通って温度が常温となった循環水は、鉄製の配管１２５を通って循環水タンク１０４に戻ってくる。また、微粒子除去装置１１０に鞍形状の微粒子捕捉材３５を収容した場合には、容器１１１内に入った循環水は、鞍形状の微粒子捕捉材３５の隙間に沿って流れて表面３６に接触し、循環水中の鉄さびの微粒子２０は、微粒子捕捉材３５の表面３６に形成されている凹部１２に捕集される。
【００６２】
本実施形態の微粒子除去装置１１０は、容器１１１の内部に収容されたペレット状の微粒子捕捉材３０，３５の隙間を循環水が流れ、微粒子捕捉材３０，３５の表面に成形された凹部１２に鉄さびの微粒子２０を捕捉するから、特許文献１に記載された従来技術のように、循環水が微粒子除去部材（メディア）を通過することがなく、微粒子除去装置１１０の流体抵抗が増加してしまうようなこともないので、微粒子２０の除去を行いながら安定した運転を継続することができる。そして、空調・冷熱システム１００に微粒子除去装置１１０を取り付けると、効果的に鉄さびの微粒子２０を除去することができるので、プレート式熱交換器１０２の循環水流路内に鉄さびが付着することを抑制することができる。また、微粒子除去装置１１０は、容器１１１にペレット状の微粒子捕捉材３０，３５を収容するという簡便な構成であることから、微粒子捕捉材３０，３５の表面に形成された凹部１２が微粒子２０で埋まり、捕捉性能が低下してきた際には、ペレット状の微粒子捕捉材３０，３５を交換するだけでよく、メンテナンスが容易である。
【００６３】
次に図１４を参照しながら、微粒子除去装置１１０の他の構成について説明する。図１４に示す実施形態の微粒子除去装置１１０は、容器１１１の内部に凹部１２の幅Ｘ、深さＹが大きい第１の微粒子捕捉材３０ａ，３５ａ、凹部１２の幅Ｘ、深さＹが小さい第３の微粒子捕捉材３０ｃ，３５ｃ、凹部１２の幅Ｘ、深さＹが第１の微粒子捕捉材３０ａ，３５ａ、第３の微粒子捕捉材３０ｃ，３５ｃの中間である、第２の微粒子捕捉材３０ｂ，３５ｂを容器１１１の循環水の入口１１１ａから出口１１１ｂに向かって、第１の微粒子捕捉材３０ａ，３５ａのＡ層、第２の微粒子捕捉材３０ｂ，３５ｂのＢ層、第３の微粒子捕捉材３０ｃ，３５ｃのＣ層のように三層に積層して収容したものである。
【００６４】
図１３を参照して説明した空調・冷熱システム１００の循環水の中に含まれる鉄さびの微粒子２０は、サイズの大きいものもあればサイズの小さいものもある。図１３を参照して説明した実施形態では、ペレット状の微粒子捕捉材３０，３５の表面に形成される凹部１２は一種類なので、凹部１２の幅Ｘの１／２以上の大きさの鉄さびの微粒子２０を捕捉することが難しく、凹部１２の幅Ｘに比較して非常小さい、たとえば、1/１００程度の大きさの微粒子２０に対しては捕捉効率が悪くなってしまうので、鉄さびの微粒子の径に大きなバラつきがある場合には、効果的に微粒子２０の捕捉をすることが難しい。
【００６５】
そこで、本実施形態の微粒子除去装置１１０では、凹部１２の幅Ｘ、深さＹの異なる３種類の微粒子捕捉材３０ａ〜３０ｃ，３５ａ〜３５ｃを容器１１１内に三層に収容することにより、広範囲な大きさの鉄さびの微粒子２０を効果的に捕捉できるようにした。図１４に示す様に、循環水の一番上流側のＡ層は、例えば、大きさが１０〜５０μｍ（平均径ｄp＝３０μｍ）程度の大きな鉄さびの微粒子２０ａを捕捉できるように、凹部１２の幅Ｘを平均径ｄp（３０μｍ）の２倍以上の６０μｍ〜６００μｍとし、凹部１２の深さＹを大きい平均径ｄp（３０μｍ）以上の３０μｍ〜１００μｍとした第１の微粒子捕捉材３０ａ，３５ａを収容し、中間のＢ層は、例えば、大きさが５〜１０μｍ（平均径＝７．５μｍ）程度の一般的な大きな鉄さびの微粒子２０ｂを捕捉できるように、凹部１２の幅Ｘを平均径ｄp（７．５μｍ）の２倍以上の１５μｍ〜１５０μｍとし、凹部１２の深さＹを大きい平均径ｄp（７．５μｍ）以上の７．５μｍ〜３０μｍとした第２の微粒子捕捉材３０ｂ，３５ｂを収容し、循環水の一番下流側のＣ層は、例えば、大きさが１〜５μｍ（平均径ｄp＝３μｍ）程度の小さな鉄さびの微粒子２０ｃを捕捉できるように、凹部１２の幅Ｘを平均径ｄp（３μｍ）の２倍以上の６μｍ〜６０μｍとし、凹部１２の深さＹを大きい平均径ｄp（３μｍ）以上の３μｍ〜１０μｍとした第３の微粒子捕捉材３０ｃ，３５ｃを収容するように構成したものである。なお、図１２を参照して説明した製造方法によって、第１、第２、第３の微粒子捕捉材３０ａ〜３０ｃ，３５ａ〜３５ｃを製造する場合には、各微粒子捕捉材３０ａ〜３０ｃ，３５ａ〜３５ｃがそれぞれ捕捉しようとする鉄さびの微粒子２０の平均径ｄp＝３０μｍ，７．５μｍ，３μｍよりも大きい径の表面研削微粒子材である砥石の微粒子４１を投入して製造することができる。また、径の異なる複数の大きさの砥石の微粒子４１を投入して、複数種類の幅の凹部１２を形成するようにしてもよい。
【００６６】
図１４に示す様に、容器１１１の入口１１１ａから流入した様々なサイズの鉄さびの微粒子２０ａ，２０ｂ，２０ｃを含む循環水は、図１４の線Ｓ1に示す様に、第１の微粒子捕捉材３０ａ，３５ａの間を流れて、第１の微粒子捕捉材３０ａ，３５ａの表面に形成された大きな幅Ｘ，深さＹの凹部１２に主に大きなサイズの鉄さび２０ａが捕捉される。中、小サイズの鉄さびの微粒子２０ｂ，２０ｃはＡ層に収容されている第１の微粒子捕捉材３０ａ，３５ａではほとんど捕捉されず、循環水と共にＢ層に流れていく。そして、Ｂ層に流れこんだ中サイズの鉄さびの微粒子２０ｂは、第２の微粒子捕捉材３０ｂ，３５ｂの表面に形成された中程度の幅Ｘ，深さＹの凹部１２に捕捉される。Ｂ層で捕捉されなかった小サイズの鉄さびの微粒子２０ｃはＢ層を通り抜けてＣ層に流れこみ、第３の微粒子捕捉材３０ｃ，３５ｃの表面に形成された小さな幅Ｘ，深さＹの凹部１２に捕捉される。このように、Ａ層、Ｂ層、Ｃ層と循環水の入口１１１ａから出口１１１ｂに向かうに従って捕捉する微粒子の大きさが変化するので、循環水中の様々なサイズの鉄さびの微粒子を効果的に捕集することができる。
【００６７】
また、捕捉対象である鉄さびの微粒子２０の大きさ毎の総量に応じて、Ａ，Ｂ，Ｃの各層に収容する各微粒子捕捉材３０ａ〜３０ｃ，３５ａ〜３５ｃの個数あるいは、総体積を変更するようにしてもよい。例えば、一般的な大きさで水溶液中に一番多く含まれていると思われる５〜１０μｍ（平均径＝７．５μｍ）程度の鉄さびの微粒子２０ｂを捕捉する第２の微粒子捕捉材３０ｂ，３５ｂの個数、量を一番多くし、大きさが１〜５μｍ（平均径＝３μｍ）程度の小さな鉄さびの微粒子２０ｃを捕捉する第３の微粒子捕捉材３０ｃ，３５ｃの個数、量を少なくするようにしてもよい。また、循環水の入口１１１ａに、例えば、大きな鉄さびの微粒子２０ａあるいは、他の異物を捕集できる程度のフィルタを設置するようにしてもよい。
【００６８】
図１５を参照して、微粒子除去装置１１０の他の実施形態について説明する。先に図１３から図１４を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。図１５に示す様に、本実施形態の微粒子除去装置１１０は、図１４を参照して説明した実施形態のＡ，Ｂ，Ｃの各層に代わり、第１、第２、第３の微粒子捕捉材３０ａ〜３０ｃ，３５ａ〜３５ｃをそれぞれ容器１１２，１１３，１１４に収容したものである。容器１１２，１１３，１１４は、循環水の上流側から下流に向かって直列に接続されている。
【００６９】
本実施形態の微粒子除去装置１１０では、図１３に示す循環水ポンプ１０６から循環水を供給する配管１２２は、第１の微粒子捕捉材３０ａ，３５ａを収容する容器１１２の入口１１２ａに接続され容器１１２の出口１１２ｂは配管１３１によって容器１１３の入口１１３ａに接続され、容器１１３の出口１１３ｂは配管１３２によって容器１１４の入口１１４ａに接続され、容器１１４の出口１１４ｂは配管１２３によって図１３に示すプレート式熱交換器１０２に接続されている。
【００７０】
なお、図１５に示す様に、大きなサイズの鉄さびの微粒子２０ａを捕捉する第１の微粒子捕捉材３０ａ，３５ａのペレットの大きさを中サイズの鉄さびの微粒子２０ｂを捕捉する第２の微粒子捕捉材３０ｂ，３５ｂよりも大きくし、小さなサイズの鉄さびの微粒子２０ｃを捕捉する第３の微粒子捕捉材３０ｃ，３５ｃのペレットの大きさを中サイズの鉄さびの微粒子２０ｂを捕捉する第２の微粒子捕捉材３０ｂ，３５ｂよりも小さくするようにしてもよい。また、循環水中に含まれている各サイズの鉄さびの微粒子２０ａ，２０ｂ，２０ｃの量に応じて容器１１２，１１３，１１４の容量を変化させてもよい。
【００７１】
本実施形態の作用、効果は、先に図１４を参照して説明した実施形態と同様である。
【００７２】
図１３から図１５を参照して説明した実施形態の微粒子除去装置１１０では、中性の水溶液中でマイナスの電位（ゼータ電位）をもつ鉄さびの微粒子２０を捕捉することとして説明したが、水溶液中でマイナスの電位（ゼータ電位）をもつ他の種類の微粒子を捕捉することもできる。図１２を参照して説明した製造方法において、投入する砥石の微粒子４１の大きさを変更することによって捕捉対象となる微粒子の大きさに合わせた微粒子捕捉材を製造することが可能であるから、簡便な方法で、様々な大きさの微粒子を効果的に捕捉することができる。
【００７３】
また、図１３から図１５を参照して説明した実施形態の微粒子除去装置１１０では、図１１（ａ）、図１１（ｂ）を参照して説明したようなペレット状の微粒子捕捉材３０，３５を容器に収容することによって微粒子除去装置１１０とすることとして説明したが、これに限らず、例えば、板状の基材１１の表面に凹部１２を形成して微粒子捕捉板とし、この板を容器中に並べて配置するようにしてもよいし、容器１１１〜１１４の内面にエッチング等で凹部１２を形成し、容器１１１〜１１４の内面でも微粒子を捕捉できるように構成してもよい。
【００７４】
また、予めプレート式熱交換器１０２の循環水流路１０２ｂ内面に形成されている凹部の幅を測定しておき、表面に循環水流路１０２ｂの凹部の幅と同様の幅の凹部１２を持つ微粒子捕捉材３０，３５を用いてもよい。これにより、循環水流路１０２ｂの内面に付着しやすい鉄さびの微粒子を選択的に微粒子捕捉材３０，３５に捕捉させて、プレート式熱交換器１０２の循環水流路内面への鉄さび粒子の付着を効果的に抑制することができる。
【００７５】
微粒子捕捉材は、図１１（ａ）、図１１（ｂ）を参照して説明したようなペレット状に限らず、例えば、図１６に示すように、内周側の円環部材３７ａと外周側の円環部材３７ｃとを同軸に配置し、内周側の円環部材３７ａと外周側の円環部材３７ｃとの間に複数の円環部材３７ｂをスポーク状に組み合わせた立体構造の微粒子捕捉材３７としてもよい。円環部材３７ｂは、その径方向が各円環部材３７ａ，３７ｃの径方向と直交するように組み合わせられている。また、各円環部材３７ａ〜３７ｃは、樹脂を円環形状に成形し、その表面に、図１から図５あるいは図９，図１０を参照して説明したような凹部１２を設けたものである。
【００７６】
更に、図１７に示す様に、空調・冷熱システム１００の配管１２２、１２３にそれぞれ三方弁１０７ａ，１０７ｂを配置し、各三方弁１０７ａ，１０７ｂの間を連絡管１２６で接続し、連絡管１２６をバイパスする管路に微粒子除去装置１１０を配置するように構成してもよい。微粒子除去装置１１０に流れるバイパス流量は、各三方弁１０７ａ，１０７ｂの開度を調整することにより自由に変化させることができ、例えば、通常、１０％程度の流量が連絡管１２６をバイパスして微粒子除去装置１１０を通過し、残りの９０％が連絡管１２６を通るように各三方弁１０７ａ，１０７ｂを調整し、循環水中の鉄さびの微粒子の量が増加してきたら微粒子除去装置１１０を通るバイパス流量を多くして連絡管１２６の流量を少なくし、循環水中の鉄さびの微粒子の量が少ない場合には微粒子除去装置１１０を通過するバイパス流量を少なくして連絡管１２６の流量を多くするようにしてもよい。また、微粒子除去装置１１０に収容された微粒子捕捉材３０，３５のメンテナンス、交換を行う際には、各三方弁１０７ａ，１０７ｂによって微粒子除去装置１１０に循環水が流入しないようにしてもよい。なお、各実施形態では、空調・冷熱システム１００のプレート式熱交換器１０２は、産業用チラー１０１から供給される低温の熱媒体により循環水を冷却することとして説明したが、例えば、加熱器などから供給される高温の熱媒体により循環水を加熱して空調機器１０３に供給し、室内の暖房を行うようにしてもよい。
【００７７】
また、図１８に示す様に、微粒子除去装置１１０を備えた空調・冷熱システム１００において、微粒子捕捉材３０，３５と同様の凹部１２が表面に形成された平板をテストピース１１６（凹部１２の幅は一種類）として循環水中に抜き差し自在に配置して、微粒子捕捉材３０，３５の劣化度合いを判断するようにしてもよいし、図１８に示す様に、平板上に幅の異なる複数の凹部１２を傾斜配置した（図１８では下側に行くほど凹部１２の幅が広くなっている）テストピース１１７を用いて、どの幅の凹部１２に一番鉄さびの粒子の付着が多かったかによって循環水中の鉄さびの除去にはどの幅の凹部１２が適当かを判断してもよい。以下、図１８を参照しながら、テストピース１１６，１１７の配置について説明する。なお、図１３を参照して説明した実施形態と同様の部分には、同様の符号を付して説明は省略する。
【００７８】
図１８に示す様に、各テストピース１１６，１１７は、配管１２２，１２３から分岐した配管１３５，１３６に仕切り弁１０８を介して接続されたケース１１５の中に収納される。ケース１１５の中にテストピース１１６，１１７を取り付ける際には、各仕切り弁１０８を閉じて循環水がケース１１５に流入しない状態として行い、取り付けが終了したら、仕切り弁１０８を開にして循環水がケース１１５に流入するようにする。そして、例えば、所定の時間経過したら、各仕切り弁１０８を閉じてケース１１５からテストピース１１６，１１７を取り出してその表面を目視あるいは顕微鏡などで観察し、テストピース表面の鉄さび微粒子の付着状態から微粒子捕捉材３０，３５の劣化度合いを判断したり、どの幅の凹部１２に一番鉄さびの粒子の付着が多かったかを調べて循環水中の鉄さびの除去にはどの幅の凹部１２が適当かを判断したりし、必要に応じて微粒子捕捉材３０，３５の洗浄、交換を行ったり、凹部１２の幅が一番鉄さびの粒子の付着が多かった幅となっている微粒子捕捉材３０，３５に交換したりするようにしてもよい。これにより、微粒子除去装置１１０によってより効果的に鉄さびの微粒子を除去することができる。この場合、テストピース１１６，１１７は、微粒子除去装置１１０の近傍の入口側、出口側に配置してもよい。
【００７９】
また、テストピース１１６，１１７の凹部１２の幅を図１３に示すプレート式熱交換器１０２（鉄さびの微粒子を含む水溶液である循環水が通流する機器）の循環水流路１０２ｂの内表面の凹凸あるいは表面粗さと同程度となるように形成し、図１３に示すプレート式熱交換器１０２の循環水流路１０２ｂの近傍の入口側の配管１２３あるいは出口側の配管１２４に図１８を参照して説明したと同様、配管１３５，１３６、仕切り弁１０８を介して接続されたケース１１５の中にテストピース１１６，１１７を収納するようにしてもよい。この場合、テストピース１１６，１１７の表面には、循環水流路１０２ｂの内表面と同程度に鉄さびの微粒子が付着するので、テストピース１１６，１１７を取り出して調べることによって循環水流路１０２ｂの内表面にどの程度の鉄さびの微粒子が付着しているかを検出することができる。そして、テストピース１１６，１１７に付着した鉄さびの量が多くなったら、プレート式熱交換器１０２のメンテナンス、取替え、洗浄等を行うようにしてもよい。なお、テストピースの表面には幅の異なる複数種類の凹部１２が設けられているようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１０，３０，３０ａ〜３０ｃ，３５，３５ａ〜３５ｃ，３７  微粒子捕捉材、１１  基材、１２  凹部、１３，１５，２２，５３  すべり面、１４，５４  立ち上がり部、１６  頂部、１８  底面、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  微粒子、２１  微粒子本体、２５  凝集粒子、３１  外面、３２  内面、３３  端面、３６  表面、３７ａ〜３７ｃ  円環部材、４０  容器、４１  微粒子、４２  振動機、５１  平面、５２  角部、９１  中心線、９２  線、１００  空調・冷熱システム、１０１  産業用チラー、１０２  プレート式熱交換器、１０２ａ  熱媒体流路、１０２ｂ  循環水流路、１０３  空調機器、１０３ａ  熱交換器、１０４  循環水タンク、１０６  循環水ポンプ、１０７ａ，１０７ｂ  三方弁、１０８  仕切り弁、１１０  微粒子除去装置、１１１-１１４  容器、１１１ａ〜１１４ａ  入口、１１１ｂ〜１１４ｂ  出口、１１５  ケース、１１６，１１７  テストピース、１２１〜１２５，１３１，１３２，１３５，１３６  配管、１２６  バイパス管、１５０  水循環流路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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