(57)【要約】本発明は、高スループット流体処理システムを提供する。高スループット流体処理システムは、前処理装置と、前処理装置に接続された少なくとも２つの流体濾過モジュールと、流体濾過モジュールに連結された後処理装置とを含む。また、流体濾過モジュールも提供する。流体濾過モジュールは、複数の同心電極と、複数の同心電極を結合するように配置された一対の絶縁素子と、を含む。電極は、様々な形状の複数の突起及び／又は窪みを有して構成される。更に、流体濾過モジュールは、複数の同心電極と絶縁素子を収容するように構成されたケーシングを含む。【選択図】図１
2020520806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前処理装置と、
前記前処理装置に接続された少なくとも２つの流体濾過モジュールと、
前記流体濾過モジュールに連結された後処理装置と、を備えることを特徴とする、高スループット流体処理システム。
【請求項２】
前記流体は、経時的電気勾配の作用を受ける、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記経時的電気勾配は、電界の特定の周波数成分を選択的に入力することにより達成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記経時的電気勾配により、強化拡散律速凝集（ＥＤＬＡ）、双極子−双極子相互作用、誘電泳動、電気的凝集のうち少なくとも１つが生じる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記システムは、各流体濾過モジュールへの流体の流れを調整する手段を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
各流体濾過モジュールは、複数の電極を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記流体濾過モジュールの配置は、直列、並列、又は、その組み合わせである、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
様々な形状の複数の突起及び／又は窪みを有して構成される複数の同心電極と、
前記複数の同心電極を結合するように配置された一対の絶縁素子と、
前記複数の同心電極と前記絶縁素子を収容するように構成されたケーシングと、を備える、流体濾過モジュール。
【請求項９】
前記流体濾過モジュールは、前記複数の電極を電源に接続するための手段を更に備える、請求項８に記載のモジュール。
【請求項１０】
前記電極は、それぞれ正極及び／又は負極である、請求項８に記載のモジュール。
【請求項１１】
前記一対の絶縁素子は、前記複数の電極間に間隔を設けるように構成される、請求項８に記載のモジュール。
【請求項１２】
前記ケーシングは、必要に応じて電極として作用するように構成される、請求項８に記載のモジュール。
【請求項１３】
前記ケーシングは、流体入口と流体出口とを備えている、請求項８に記載のモジュール。
【請求項１４】
前記流体は、経時的電気勾配の作用を受ける、請求項８に記載のモジュール。
【請求項１５】
前記経時的電気勾配は、電界の特定の周波数成分を選択的に入力することにより達成される、請求項１４に記載のモジュール。
【請求項１６】
前記経時的電気勾配により、強化拡散律速凝集（ＥＤＬＡ）、双極子−双極子相互作用、誘電泳動、電気的凝集のうち少なくとも１つが生じる、請求項１４に記載のモジュール。
【請求項１７】
前記モジュールは、必要に応じて移動可能とされる、請求項８に記載のモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、電気機械装置の分野に関し、特に、高スループット処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
浄水は、水から不純物や汚染物質を除去して飲用可能にするプロセスである。水中の不純物は、以下に限定されないが、砂、泥、溶存無機物質、コロイド、微生物、害虫害獣駆除剤、重金属を含む。本分野で利用可能な様々な浄水技術は、以下に限定されないが、膜を用いた濾過、吸着剤の使用、イオン交換、光触媒、誘電泳動、照射を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
膜を用いた濾過技術は、膜の細孔径に基づき、更に、精密濾過、限外濾過、逆浸透及びナノ濾過に分けられる。これらには大きな欠点がいくつかあり、膜のコストが高い、膜の寿命が短い、製造コストが高い、濾過に高圧が必要なため運転コストが高いといった点がある。吸着剤を用いた技術では、特別な機能性化学物質を使用して不純物を除去する。化学物質の使用は汚染物質を増大させるだけでなく、費用もかかる。
【０００４】
イオン交換技術では、水の浄化に陰イオン又は陽イオン交換樹脂を用いる。イオン交換技術は、一般的に水から硬度成分を除去するために用いられる。イオン交換の欠点のいくつかに、有機物の吸着、樹脂自体からの有機汚染、細菌汚染がある。
【０００５】
光触媒反応は、有機化合物を水と二酸化炭素に分解することを含んでいる。誘電泳動は電場勾配に依存するため、微細加工が必要となる。光触媒と誘電泳動の大きな欠点の１つは、低効率なことである。このため、効果的に浄化するために、前述の技術との組み合わせが採用されている。２つの技術を組み合わせると、浄化システムの組み立てとメンテナンスのコストが増大する。このため、経済的で、製造と維持管理が容易であり、サブミクロンサイズの粒子を濾過できる濾過システムの開発が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様では、高スループット流体処理システムを提供する。高スループット流体処理システムは、前処理装置と、前処理装置に接続された少なくとも２つの流体濾過モジュールと、流体濾過モジュールに連結された後処理装置と、を含む。
【０００７】
本発明の別の態様では、流体濾過モジュールを提供する。流体濾過モジュールは、複数の同心電極と、複数の同心電極を結合するように配置された一対の絶縁素子と、を含む。複数の電極は、様々な形状の複数の突起及び／又は窪みを有して構成される。更に、流体濾過モジュールは、複数の同心電極と絶縁素子を収容するように構成されたケーシングを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明に記載の特徴を詳細に理解することができるように、いくつかの実施形態が添付の図面に例示される。ただし、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示するものであり、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではなく、本発明には同等に有効な他の実施形態も含まれることに留意されたい。
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る高スループット流体処理システムの概略図を示す。
【図２（ａ）−（ｂ）】図２（ａ）は、本発明の一実施形態に係る流体濾過モジュールの概略図を示す。図２（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る流体濾過モジュールの分解図を示す。
【図３（ａ）−（ｃ）】図３（ａ）は、本発明の一実施形態に係る電極装置の概略図を示す。図３（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る電極装置の分解図を示す。図３（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る電極装置の断面図を示す。
【図４（ａ）−（ｃ）】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る様々な幾何学的パターンの突起を有する電極の概略を示す。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る電極装置の絶縁素子の等角図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の様々な実施形態において、高スループット流体処理システムを提供する。高スループット流体処理システムは、前処理装置と、前処理装置に接続された少なくとも２つの流体濾過モジュールと、流体濾過モジュールに連結された後処理装置を含む。上記に簡潔に述べた装置について、詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る高スループット流体処理システムの概略図を示す。高スループット流体処理システムは、前処理装置１０１を含む。前処理装置１０１は、第１の貯水槽と、前濾過室とを含む。第１の貯水槽は、流体を貯蔵するために用いられる。流体の例としては汚染水があるが、これに限定されない。流体は、経時的（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ：時間依存性）電気勾配の作用を受ける。経時的電気勾配は、電界の特定の周波数成分を選択的に入力（ｉｎｐｕｔ：導入）することにより達成される。更に、経時的電気勾配により、強化拡散律速凝集（ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｌｉｍｉｔｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ：ＥＤＬＡ）、双極子−双極子相互作用、誘電泳動、電気的凝集のうち少なくとも１つが生じる。
【００１２】
第１の貯水槽は、前濾過室に接続されている。前濾過室は、不純物を濾過して取り除くように構成されている。本発明の一例では、不純物は懸濁粒子を含む。前濾過室は、例えば、砂濾過室、キャンドルフィルター室、プレートフレームフィルタープレス室、自動フィルタープレス室、凹型プレートフィルタープレス室を含むが、これらに限定されない。本発明の一例では、前濾過室は金網を含む。
【００１３】
前濾過室は、少なくとも２つの流体濾過モジュール１０３１、１０３２．．．１０３ｎ（以下、「流体濾過モジュール１０３」と称する）に接続されている。このシステムは、各流体濾過モジュール１０３への流体の流れを調整する手段を備えている。本発明の一例では、システムは、各流体濾過モジュール１０３への流体の流れを調整するための複数の電磁弁１０５を備えている。本発明の別の例では、流体の流れは複数のセンサを用いて調整される。複数の流体濾過モジュール１０３の配置は、直列、並列、又は、その組み合わせとされる。本発明の一例では、複数の流体濾過モジュール１０３は並列に接続される。複数の流体濾過モジュール１０３には、後処理装置１０７が連結される。後処理装置１０７は、以下に限定されないが、少なくとも１つの沈殿タンク、少なくとも１つの後濾過室、第２の貯水槽を含む。沈殿タンクは、微粒子を含む不純物が沈殿するように構成されている。沈殿タンクは、後濾過室に更に接続されており、そこで残りの不純物が濾過されて流体が飲用可能となる。後濾過室には第２の貯水槽が連結され、濾過された流体を受け入れる。
【００１４】
図２（ａ）は、本発明の一実施形態に係る流体濾過モジュールの概略図を示す。流体濾過モジュールは、ケーシング１を含む。ケーシング１は、細長い中空の本体１ａと、上面部１ｂと、を含む。上面部１ｂは蓋２を備える。ケーシング１には、少なくとも１つの流体入口と、少なくとも１つの流体出口と、を備える。蓋２は、複数の接続手段により上面部１ｂに固定される。本発明の一例では、接続手段はボルト３である。図２（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る流体濾過モジュールの分解図を示す。流体濾過モジュールは、複数の同心電極４を含む。同心電極４同士は、一対の絶縁素子５により離間されている。一対の絶縁素子５は、複数の同心電極４を結合するように配置されている。複数の同心電極４と絶縁素子５は、ケーシング１に配置される。本発明の一実施形態では、ケーシング１は、電極として機能するように構成される。
【００１５】
図３（ａ）は、本発明の一実施形態に係る電極装置の概略図を示す。電極装置は、複数の同心電極４と、複数の同心電極と協働するように配置された一対の絶縁素子５とが示されている。各電極は、正極及び／又は負極である。本発明の一例では、複数の同心電極４は、交互に配置された正電極と負電極とを含む。
【００１６】
図３（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る電極装置の分解図を示す。本発明の一実施形態では、複数の電極は、様々な幾何学的パターンの複数の突起及び／又は複数の窪みを有して構成される。本明細書に記載の複数の突起及び／又は複数の窪みは、同心電極の内面及び／又は外面に設けることができる。電極上の複数の突起及び／又は複数の窪みは、誘電泳動効果を高め、流体における電界侵入深さを向上させ、電気的凝集が生じる表面積を増加させる。本発明の一例では、交互に配置された複数の電極（ａｌｔｅｒｎａｔｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）が、電極外面に複数の突起及び／又は複数の窪みを有して構成される。幾何学的パターンの例は、斑点状のパターン、ネジ山状のパターン、筋状のパターン、巻き線状のパターンを含むが、これらに限定されない。図３ｃは、本発明の一実施形態に係る電極装置の断面図を示す。
【００１７】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る様々な幾何学的パターンの複数の突起を有する電極の概略を示す。図４（ａ）は、本発明の一実施形態に係るネジ状の電極を示す。図４（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る斑点状の電極を示す。図４（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る筋状の電極を示す。
【００１８】
図５は、本発明の一実施形態に係る電極装置の絶縁素子の等角図を示す。一対の絶縁素子５は、複数の同心電極４間に間隔を設けるように構成される。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
流体は、流体濾過モジュールの流入口を介して複数の同心電極へと供給される。交互に配置された複数の電極は、濾過効率を上げるために様々な幾何学的パターンの複数の突起を有して構成される。複数の同心電極を通過する際に流体が経時的電気勾配の作用を受けることにより、濾過された流体が得られる。経時的電気勾配は、電界の特定の周波数成分を選択的に入力することにより達成される。更に、経時的電気勾配により、強化拡散律速凝集（ＥＤＬＡ）、双極子−双極子相互作用、誘電泳動、電気的凝集のうち少なくとも１つが生じる。
【００２０】
このように、本発明は、コスト効率が良く、エネルギー効率が高く、維持管理しやすい高スループット流体処理システムを提供する。高スループット流体濾過システムの用途は、以下に限定されないが、産業排水処理、生活排水及び下水処理、河川水浄化、地下水浄化を含む。流体濾過により、以下に限定されないが、ヒ素、硝酸塩、フッ化物、細菌などの不純物が除去される。高スループット濾過システムは、下水・廃水を浄化して飲用可能にする。上記の本発明の説明は、単に例示を目的とした記載であり、本発明を限定することを意図するものではない。当業者であれば本発明の精神及び要旨を包含する開示された実施形態の修正に想到するであろうことから、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の全てを含むと解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００２１】
１  ケーシング
１ａ  本体
１ｂ  上面部
２  蓋
３  ボルト
４  同心電極
５  絶縁素子
１０１  前処理装置
１０３  流体濾過モジュール
１０５  電磁弁
１０７  後処理装置
【図１】
2020520806.tif 000003
【図２（ａ）−（ｂ）】
2020520806.tif 000004
【図３（ａ）−（ｃ）】
2020520806.tif 000005
【図４（ａ）−（ｃ）】
2020520806.tif 000006
【図５】
2020520806.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月15日(2020.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心電極である正極及び／又は負極を少なくとも含む電極装置と、
少なくとも正極上に設けられ、強化拡散律速凝集双極子−双極子相互作用、誘電泳動、電気的凝集のうち少なくとも１つが生じるように構成された突起及び窪みと、
少なくとも前記正極及び負極の間に設けられ、流体が流れることが可能な、前記流体が経時的電気勾配の作用を受けるように構成された流体用空間が設けられた一対の絶縁素子と、
電極ケーシングに設けられた電極装置と、を備えることを特徴とする流体処理モジュール。
【請求項２】
前記複数の突起及び窪みのパターンは、ネジ状、斑点状、筋状、又はこれらの組み合わせからなる、請求項１に記載の流体処理モジュール。
【請求項３】
流体入口と流体出口は、前記電極ケーシングに接続された、請求項１に記載の流体処理モジュール。
【請求項４】
前記流体処理モジュールは、移動可能とされる、請求項１に記載の流体処理モジュール。
【請求項５】
電界の特定の周波数成分を選択的に入力することにより、前記経時的電気勾配が達成されるように構成された、請求項１に記載の流体処理モジュール。
【請求項６】
前処理装置と、
同心電極である正極及び／又は負極を少なくとも含む電極装置を含む、少なくとも一対の流体処理モジュールと、
少なくとも正極上に設けられ、強化拡散律速凝集双極子−双極子相互作用、誘電泳動、電気的凝集のうち少なくとも１つが生じるように構成された突起及び窪みと、
少なくとも前記正極及び負極の間に設けられ、流体が流れることが可能な、前記流体が経時的電気勾配の作用を受けるように構成された流体用空間が設けられた一対の絶縁素子と、
電極ケーシングに設けられた前記電極装置と、
少なくとも一対の前記電極装置に連結された後処理装置と、を備えることを特徴とする
高スループット流体処理システム。
【請求項７】
前記複数の突起及び窪みのパターンは、ネジ状、斑点状、筋状、又はこれらの組み合わせからなる、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
流体入口と流体出口は、前記電極ケーシングに接続された、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記高スループット流体処理システムは、移動可能とされる、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記流体処理モジュールに接続され、電磁弁及び複数のセンサから選択される流体の流れを調整する手段、を備えることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
前記流体処理モジュールの配置は、直列、並列、又は、その組み合わせである、請求項６に記載のシステム。
【請求項１２】
電界の特定の周波数成分を選択的に入力することにより、前記経時的電気勾配が達成されるように構成された、請求項６に記載のシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
光触媒反応は、有機化合物を水と二酸化炭素に分解することを含んでいる。誘電泳動は電場勾配に依存するため、微細加工が必要となる。光触媒と誘電泳動の大きな欠点の１つは、弱静電気力が生じるため低効率なことである。このため、効果的に浄化するために、前述の技術との組み合わせが採用されている。２つの技術を組み合わせると、浄化システムの組み立てとメンテナンスのコストが増大する。また、従来の電気機械装置も流体中の生化学的酸素要求用（ＢＯＤ）及び化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を減少させることに制限がかかることが知られている。このため、経済的で、製造と維持管理が容易であり、サブミクロンサイズの粒子を濾過できる濾過システムの開発が求められている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
図２（ａ）は、本発明の一実施形態に係る流体濾過モジュールの概略図を示す。流体濾過モジュールは、ケーシング１を含む。ケーシング１は、細長い中空の本体１ａと、上面部１ｂと、を含む。上面部１ｂは蓋２を備える。ケーシング１には、少なくとも１つの流体入口６と、少なくとも１つの流体出口７と、を備える。蓋２は、複数の接続手段により上面部１ｂに固定される。本発明の一例では、接続手段はボルト３である。図２（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る流体濾過モジュールの分解図を示す。流体濾過モジュールは、複数の同心電極４ａ、４ｂ、４ｃを含む。同心電極４ａ、４ｂ、４ｃ同士は、一対の絶縁素子５により離間されている。一対の絶縁素子５は、複数の同心電極４ａ、４ｂ、４ｃを結合するように配置されている。複数の同心電極４ａ、４ｂ、４ｃと絶縁素子５は、ケーシング１に配置される。本発明の一実施形態では、ケーシング１は、電極として機能するように構成される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図５は、本発明の一実施形態に係る電極装置の絶縁素子の等角図を示す。一対の絶縁素子５は、複数の同心電極４ａ、４ｂ、４ｃ間に間隔を設けるように構成される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
１  ケーシング
１ａ  本体
１ｂ  上面部
２  蓋
３  ボルト
４ａ、４ｂ、４ｃ  同心電極
５  絶縁素子
６ 流体入口
７ 流体出口
１０１  前処理装置
１０３  流体濾過モジュール
１０５  電磁弁
１０７  後処理装置
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２（ａ）−（ｂ）
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２（ａ）−（ｂ）】
2020520806.tif 000008
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３（ａ）−（ｃ）
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３（ａ）−（ｃ）】
2020520806.tif 000009
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４（ａ）−（ｃ）
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４（ａ）−（ｃ）】
2020520806.tif 000010
【国際調査報告】
2020520806.tif 000011
2020520806.tif 000012