(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地された外部細長導管（２２、４８）と、
外側表面に誘電物質（７８）を有する金属素材によって形成された内部同軸導管（２４、５０）と、
前記外部細長導管（２２、４８）と前記内部同軸導管（２４、５０）との中間に形成される流体通路（３６、８８）と、
前記流体通路（３６、８８）に取り付けられ、その中に流れる流体に螺旋状の動作をさせるように形成されたバッフル手段（３４、８２）と、
前記外部細長導管（２２、４８）に電気的に接続され、前記内部同軸導管（２４、５０）に向かって内側に延びる複数の電極針（８４）と、
高電圧を印加するために前記内部同軸導管（２４、５０）に接続された直流電源を有する前記通路内に場を形成する手段（２８、７６、７８、４０）と、
を備えた分極装置。
【請求項２】
前記通路内に場を形成する前記手段は、前記内部導管（２２）内に配置された複数の磁石（２８）を備えており、前記磁石は、それぞれ隣接する磁石が同じ極を互いに隣接するように配置されている、請求項１の装置。
【請求項３】
隣接する磁石の間に配置されたセパレータ（３０）を更に含む請求項２の装置。
【請求項４】
前記バッフル手段（３４）は、前記流体通路（３６）間を通過する流体が磁石の１1/2倍の距離で３６０度循環するように構成されている請求項２の装置。
【請求項５】
前記磁石（２８）は、ＡｌＮｉＣｏ磁石である請求項２の装置。
【請求項６】
前記磁石（２８）は、前記流体通路（８８）の出口側端部にＮ極があるように配置されている請求項２の装置。
【請求項７】
前記バッフル手段は、テーパ形状であり内側に延びる端部を有し螺旋状に形成された部材を含んでいる、請求項１の装置。
【請求項８】
前記内部導管（２４）は、前記外部細長導管（２２）の径の約５０％の径を有する請求項７の装置。
【請求項９】
前記誘電物質（７８）はＰＴＦＥである請求項１の装置。
【請求項１０】
前記バッフル手段（８２）は、渦巻き状に延伸するバッフルを備えており、前記バッフルは第１（２０６）と第２（２０８）の内側テーパ壁を有し、前記壁は互いに近づくように移行して先細縁（２１０）を成す、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の処理に関し、より詳しくは、汚染物質を含む流体、特に、水処理のための装置及びその方法に関する。
発明の背景
場を用いた流体、とりわけ水の処理は、当業界で周知である。水処理は、通常、水を使用する装置のスケーリングや腐食に関連するいくつかの問題を解消するために行われる。特に、ボイラ等において、高温水を使用すると常に重大な問題を引き起こしてきたので、スケーリングや腐食の問題を解消するために、薬品を使用する等、水処理の業界では多くの提案がなされてきた。
【０００２】
静電場もしくは磁場を用いてボイラ水を処理することは当業界で周知であり、そのための装置は市販されている。
【０００３】
スケーリングの問題は、浮遊固形物質が結合して熱交換装置に溜まる場合に発生する。問題の程度は、水のｐＨ、回路の運転状況、水源等によって変わる。
【０００４】
前述したように、浮遊状態の粒子が帯電されて、必要に応じて、吸着/反発されるように水を処理するために、高電位の静電場を用いることが当業界で提案されてきた。同じ原理が、塗料吹き付けや写真複写機等の他の工業プロセスで用いられている。
【０００５】
水処理に磁場を用いることも、当業界で提案されてきたけれども、そのような装置は工業界では広く受け入れられていない。多くの工業プラントでは、薬品による水処理の方が普通である。
【０００６】
問題のある具体的な分野としては、逆浸透の原理により、薄膜を用いた汚染物質の分離を行うものがある。水を浄化するために、多くのこのような装置が商業的に用いられている。しかしながら、このような装置で発生する問題の一つに、汚染物質による目詰まり及び/又は物理的損傷によって、薄膜が比較的短命であるということがあげられる。
発明の要旨
本発明の目的は、薄膜の寿命が長い、改良された逆浸透装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の更なる目的は、水処理用の新規な静電装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の更なる目的は、流体処理用の磁気装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の更なる目的は、流体処理に場を用いる改良された方法および装置における改良を提供することにある。
【００１０】
本発明の一面において、外部細長導管と、内部同軸導管と、前記外部細長導管と前記内部同軸導管との中間に形成される流体通路と、前記通路内に場を形成する手段と、前記流体通路に取り付けられるバッフル手段とを備える分極装置を提供する。
【００１１】
本発明の他の面において、外部細長導管と内部同軸導管と前記外部細長導管と前記内部同軸導管との間の流体通路とを有する装置を設ける工程と、前記外部細長導管と前記内部同軸導管とに直流電圧を印加して、前記流体通路内に静電場を形成する工程と、前記外部細長導管から前記内部同軸導管に延びて前記内部同軸導管と電気導通する電極針を設ける工程と、処理される流体を前記流体通路に通す工程とからなる流体処理方法を提供する。
【００１２】
本発明の他の面において、流体が薄膜上を通過する逆浸透装置の前記薄膜の寿命を延ばす方法を提供し、この方法は、前記流体を場に通して前記流体中の粒子状物質に陽電荷を与える工程からなる。
【００１３】
スケーリング及び腐食が問題となる様々なタイプの閉じた（または部分的に閉じた）ループ系が知られている。例えば、高温水又は蒸気ボイラ、冷却水塔、ヒートポンプ、冷凍装置、蒸留器等の暖房及び空気調和装置があげられる。分極装置を使用すると、流体内の汚染物質に影響を及ぼす。本発明によれば、装置に悪影響を及ぼす汚染物質粒子の作用を変える方法で、これら汚染物質粒子を分極することが可能である。後に詳しく述べる理由から、特に、これら汚染物質粒子はイオンの形で維持される。
【００１４】
上記閉ループ系として、従来のものを使用すればよく、高温水又は蒸気の場合には、通常、ボイラ、流体を循環させるための関連導管、ポンプ、及びバルブ等の他の従来部品が使用される。本発明によれば、汚染物質の堆積を防止する分極装置が提供される。
【００１５】
逆浸透のように、薄膜を使用する浄化装置では、ポリマー膜の表面を通過する流体（以下、「水」と称する）は、水の電子の移動によって、ポリマー膜の表面が正に帯電される状態を形成する。よって、水は負に帯電されて伝導体となる。炭酸カルシウム等の中性粒子は、負の電荷の誘導によって不安定になる傾向があるので、通常、前記膜の表面及び/又は他の正に帯電された表面に引き付けられる。この状態において、通常、炭酸カルシウムは微小な針の形をしており、これが前記膜の表面に悪影響を及ぼす。時間が経過するにつれて、前記膜は目詰まりを起こして、その表面に損傷が発生する。
【００１６】
分極装置を使用する一実施の形態の装置は、水に正の電荷を与える。例えば、普通、中性である炭酸カルシウムの粒子は、その電気化学的結合を再編成している。炭酸カルシウムの微小な鋭い針は、正の電荷を運ぶ微小な多孔性球に集まる傾向がある。これらの微小な多孔性球は、膜の表面に達すると、負のイオンを吸着して中和する。その後、石灰石と膜表面との間で自然イオン反発が起こる。同様なプロセスが、生物的汚染物質等の他の汚染物質についても行われる。
【００１７】
磁気反応装置は、磁石のコストが実質的であるので、比較的少量の水を処理するのに最も適している。このような装置は、毎分８０リットル程度までの量を処理する場合にのみ使用するのが好ましい。
【００１８】
外部導管は、例えばステンレス鋼またはプラスチック等のような、腐食、圧力及び求められる温度に耐えられる適当な材料で形成すればよい。
【００１９】
前記装置の磁気部分は、好ましくは、最小の厚さを有するステンレス鋼で形成された内部導管内に適宜に収容してもよい。前記磁石は、AlNiCo タイプのものが好ましい。前記内部導管が、前記外部導管の全径の約半分の径を有するように構成される。いろいろなサイズの組み合わせでもよいが、通常、磁石の径は約２〜３ｃｍ、長さ約２〜３ｃｍでよい。これらの磁石は、同じ極が互いに向き合って、互いに反発力を有するように配置される。
【００２０】
上述したように、バッフル手段が設けられており、これらの間を通過している流体に渦巻き運動を与えるように設計されている。磁石の１1/2倍の長さで水が３６０度通過するようにバッフルを設置するのが好ましい。水が通路を通過する時に、場に電磁力が発生する。この電磁力が次々に汚染物質の粒子を帯電する。例えば、この汚染物質の一例である炭酸カルシウムは、正の電荷を運ぶ微小な多孔性球を形成する傾向がある。
【００２１】
静電場の形態において、静電場を形成することに加えて、局部的なエネルギー含量を与えるために、通路に突出する電極を組み合わせた装置を備えている。
【００２２】
静電式発生装置は、−１２ｋＶ ＤＣから−５０ｋＶ ＤＣで、２５０ｍＶから１０ｍＡの範囲で運転すればよい。同じことが、状況によって必要であれば、正電圧を用いることも可能である。
【００２３】
本発明によれば、逆浸透装置や閉ループボイラ装置のような様々な水処理装置にいろいろなタイプの分極装置を使用することができる。
【００２４】
本明細書では、最も一般的に処理される流体として、水を例にとって説明を行ってきた。なお、他の流体も同様に処理してもよい。そのような流体としては、液体や蒸気等があげられる。
【００２５】
また、本発明の分極装置は単独でもまた、必要に応じて、組み合わせでも使用することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
好適な実施例の説明
図１は、全体を符号１００で表した閉ループボイラー装置を示す。閉ループボイラー装置１００は、水を循環する導管１０４に沿ったボイラ１０２を含む。循環ポンプ１０６は、従来のようにバルブ１０５を備えた導管１０４を介して、水を汲み上げる。矢印１０８で示すように、水は最終用途用の導管を介して汲み上げられ、そして、矢印１１０で示すように返される。
【００２７】
イオン分極装置１１２は定位置に配置されており、導入管１１４と導出管１６を含む。
【００２８】
イオン分極装置１１２は、図１に示すように、導入管１１４の配置された高温電磁弁１１８を含む。自動回路１２０は、高温電磁弁１１８に作動的に結合されており、高温電磁弁１１８は、後に詳細に述べる装置の逆流洗浄の間、閉じられる。
【００２９】
圧力計１２２は、フィルタ１２４への入口前の導管に配置される。フィルタ１２４は、好ましくは洗浄可能なタイプのものであって、沈降凝集物を除去するのに使用される。好ましくは、フィルタ１２４は１ミクロンまで濾過する。
【００３０】
第２圧力計１２６は、フィルタ１２４からの出口に配置される。フィルタ１２４の底部には、モータ球弁１２８が付けられおり、逆流洗浄の後に、汚水排出管１３０への排出を可能にする。
【００３１】
分極装置１３２は定位置に配置されているが、これは後に詳細に述べる。分極装置１３２は作動的に自動回路１２０に連結されており、短絡やそれに関連する問題を報知する視覚表示装置１３４を備えている。
【００３２】
分極装置１３２の後方には、定位置に取り付けられたポンプ１３８を突然の圧力降下から防止する倒立圧力スイッチ１３４が設置されている。ポンプ１３８は、水の一部をボイラ回路から抜いて処理するために用いられる。ボイラ圧力や、分極装置によって形成される自然絞りに応じて、前記ポンプを調節すればよい。
【００３３】
ポンプ１３８の後方には、さらに電磁弁１４２が設けられており、その後、導出管１１６を水が通過する。
【００３４】
前記装置は、ソレノイド１４６に付けられる水道１４４を含んでもよく、また、前記装置は、洗浄フィルタ１２４を周期的に後退させるために、自動回路１２０に作動的に連結されている。
【００３５】
図２に戻って、逆浸透装置が示されている。この装置において、弁１６０は取水路１６１に取り付けられている。第１圧力計１６２は取水路１６１に取り付けられており、その後、フィルタ１６４、１６６を介して、水は順次通過する。
【００３６】
フィルタ１６４は、マトリックスの上にポリプロピレンの微小繊維で形成されたタイプのものが好ましい。これらフィルタは非常に優れた濾過特性を呈し、濾過される粒子のサイズを非常に正確に制御するように作られる。フィルタ１６６は、多くの汚染物質を除去する活性カーボンフィルタであるのが好ましく、それによって、逆浸透膜がこれら有害物質の中の特に塩素等と接触しないように防止する。
【００３７】
カーボンフィルタ１６６の出口には、圧力計１６８が付けられており、これは圧力計１６２との組み合わせで、圧力降下や起こりうるフィルタ１６４，１６６の目詰まりを表示する。バランス・バルブ１７０は排出路に付けられており、水は導管１７２を通って分極装置１７４に供給される。分極装置１７４を通過した後、水は逆浸透装置１７６に搬送される。
【００３８】
分極装置１７４は、以下に述べるように、石灰石分子等の汚染物質を分極して、各分子または各粒子の自然イオン反発を形成して、これら汚染物質が膜に損傷を起こすのを防止する。
【００３９】
逆浸透装置１７６は、好ましくは、全溶解溶媒の９６％以上を除去できるタイプの膜を含むものである。好ましくは、バクテリア、病原体及び寄生虫によって腐食されないＴＦＣタイプのものがよい。
【００４０】
逆浸透装置１７６の後方には、廃水放流管１７８と純水放流導管１８０とが配置されている。廃水導管１７８の上には、逆浸透装置１７６の浸透圧を適切に維持する絞り１８２が搭載されている。
【００４１】
純水導管１８０は、（必要なら）水を軟化するための最終カーボンフィルタに水を搬送する前に、バランス・バルブ１７０に通じる。その後、フィルタ１８６によって、さらなる濾過が行われる。このフィルタは、バクテリア、糸状菌やウイルス等の生物学的汚染物質を含有しない水を保証するポリエーテルスルホンの親水性膜を用いてもよい。
【００４２】
前記装置は、排出導管１９０に至るまでに、当業界で周知の圧力タンク１８８を有する。
【００４３】
図３及び図４に示すように、水処理装置との連結用のフランジ２６を両端に有する外部細長導管２２を含む分極装置を供する。
【００４４】
外部細長導管２２の内側には、全体を符号２４で示す内部同軸導管が搭載されている。外部導管２２と内部同軸導管２４との間には、流体通路３６が配置されている。
【００４５】
内部導管２４の内部には複数の磁石が配置されている。磁石のサイズは、外部導管２２の全径の約５０％であるのが好ましい。磁石２２はＡｌＮｉＣｏタイプのものが好ましい。なお、磁石２２の間にはセパレータ３０が介在し、磁石は同じ極が互いに隣接するように配置されている。
【００４６】
図３に示すように、磁束線３２は流体通路３６内に形成される。バッフル３４からなるバッフル手段は、渦巻き状の形態で内部導管２４の外側表面に搭載され、これによって、流体通路３６を介して流体の流量を制限する。もちろん、バッフル３４は、外部導管２２の内壁に搭載することもできるし、あるいは、別個の構成部品を構成することもできる。
【００４７】
好ましい実施の形態では、それぞれのバッフルを他のバッフルから各磁石４８の長さの約１1/2倍離れるようにバッフル３４を配置する。
【００４８】
上記の配置は、通路３６を流れる流体（水）が磁場に対して関係運動の状態になるようにしてある。この場合、中央エネルギー体は、移動しない磁石と多重極である。前記流体は、好ましくは水であって、場から場に移動するので電磁気力を形成する。なお、前記好ましい実施の形態では、Ｎ極を出口に配置して流体に正電荷を誘導するように磁石を配置してある。
【００４９】
分極装置の他の実施の形態を図５から図８に示して、以下、これについて述べる。
【００５０】
この実施の形態において、高圧電源４０と、必要であれば、高圧電源４０に接続された低圧電源４２とを備えている。特に、高圧電源４０は−５０ＫＶから＋５０ＫＶｄｃの範囲で電力を供給できるとよい。従って、電源は、必要に応じて、正のイオンまたは負のイオンを発生するように使用される。
【００５１】
電線４４は、電源４０を、全体を符号４６で示す分極装置に作動的に接続する。
【００５２】
分極装置４６は外部細長導管４８と内部同軸導管５０とを有する。接続を行うために、全体を符号５２で示す引抜き形接続部材が配置されており、引抜き形接続部材５２は、必要に応じて、外部細長導管４８の内部へ手が届くようにする。
【００５３】
外側引抜き形接続部材５２は、外部細長導管４８への連結のためのフランジ５４を含んでおり、エンドキャップ５６が付けられている。全体を符号５８で示すコネクタは、第１雄ネジ付き部６０と、その中間にナット部６４を配した第２雄ネジ付き部６２とを含む。適切に封止するために、第１雄ネジ付き部６０で螺合され、ナット９８で定位置に保持されたスリーブ６６が設けられている。また、雄ネジ付き部６２は、エンドキャップ５６のネジ付き部に係合可能である。フランジ７２と、フランジ７２、５４を係合するボルト７４とによって、細長導管４８は引抜き形接続部材５２に接続している。
【００５４】
内部同軸導管５０は、例えば、銅等の材料の中実金属棒からなる金属電極７６で形成される。周囲電極７６は、ＰＴＦＥ等の適当な材料で形成できる外部誘電ライニング７８である。内部導管５０の末端には、導管支持部材８０が設けられている。
【００５５】
通路８８内には、渦巻き形態を有するバッフル８２が配置されている。バッフル８２は、反応装置への流体の流れを減速させる。バッフルと内部導管との間の間隙は小さい方が好ましく、つまり、４０〜８０ｍｍ程度、より好ましくは、５０〜７０ｍｍである。
【００５６】
支持具８６は、外部導管４８内に配置され、内部導管５０の方に延びる。支持具８６の端部には電極放電針８４が付けられている。針８４は、内部導管５０から３０〜５０ｍｍ離れているのが好ましい。針８４は、周知のコロナ効果と同様の強い放電を行う。
【００５７】
図９は、バッフル８２に取って代わるバッフル２００の好ましい実施の形態を示す。この構成では、長手方向に延びる接続部材２０４に接続された渦巻き支持部２０２が設けられている。なお、渦巻き部２０２は、内側にテーパ付けされた側壁２０６、２０８を有して、縁２１０で成端するように構成される。縁２１０は、前述したように、誘電ライニングから、４０〜８０ｍｍ、より好ましくは、５０〜７０ｍｍ離れている。
【００５８】
前述の実施の形態のように、壁を作るように周囲に広がって、通路８８を介して、流体の流れを減速させる支持具８６が設けられているのが好ましい。支持具８６には電極針８４が付けられている。
【図面の簡単な説明】
以上、本発明を全体的に述べてきたが、次に、好ましい実施の形態を示す添付図面の説明をする。
【図１】  図１は、閉ループボイラ装置とその関係する分極装置を示す概略図である。
【図２】  図２は、分極装置を含む逆浸透装置を概略的に示す。
【図３】  図３は、第１分極装置の一部分を示す断面図である。
【図４】  図４は、図３の装置の内部導管とその関係するバッフルを示す側面図である。
【図５】  図５は、分極装置の他の形態を示す側立面図である。
【図６】  図６は、図５の分極装置の一部分を、一部を断面で示す側立面図である。
【図７】  図７は、図５の分極装置を、一部を切り開いて示す側立面図である。
【図７Ａ】  図７Ａは、図７の断面図である。
【図８】  図８は、図５の分極装置の内部導管部の側部断面図である。
【図９】  図９は、図５から図８の分極装置に組み入れられるバッフル手段の好ましい形態を示す側立面図である。
【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７Ａ】
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【図８】
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【図９】
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