JP2001518005A - 水処理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 海水またはかん水から溶存固形分を除去する脱塩装置が開示されている。脱塩装置(10)はケーシング(12)を含み、その中へ、モータ(16)によって駆動されるポンプ(16)は、海水またはかん水を加圧して送り込む。ケーシング(12)内の脱塩カートリッジ(76)は半透膜材料を含む。これは、逆浸透膜として作用し、これを通して透過水は海水またはかん水から分離される。かん水または海水中の溶存固形分は、カートリッジ(76)の塩捕捉流路に保持される。３つの電気コイル（94、96および98）は、カートリッジ(76)を取り囲み、ケーシング(12)の壁部に固定されている。このコイルは、好ましくは50ヘルツ、380ボルトの三相電源である電源(112)から給電される。このコイルはまた、線(108)によって可変周波数交流駆動装置(110)へ接続され、これは次に、モータ(16)へ接続されている。コイル（94、96および98）は、塩捕捉流路内で海水またはかん水に磁場を印加する。これによって、水が逆浸透膜を透過する速度が向上し、汚染も防ぐ。コイル（94、96および98）は加えて、モータ(16)のチョークとして動作する。

Description

【発明の詳細な説明】 水処理発明の分野 本発明は溶存固形分を除去する水処理に関する。発明の背景 海水およびかん水は、逆浸透として知られている方法で溶存固形分を除去でき 、すなわち脱塩できることが公知である。半透膜として錯重合体を用いた脱塩カ ートリッジ中に12から70バールの圧力で送水する。用いる圧力には、給水の本来 の浸透圧に打ち勝つことが要求される。その範囲で下限の圧力はかん水に利用さ れ、上限の圧力は海水に利用される。 脱塩に最も広く用いられるカートリッジの形式は、錯重合体の細い中空フィラ メントを多数含み、各フィラメントの間の間隙の中へ送水する。このフィラメン トは、人間の毛髪とほぼ同様な横断面積である。透過水（生産水）は、フィラメ ントの壁部を通過して、その穴へ流入する。その穴は、内腔とも称し、透過流路 を形成する。この形状のカートリッジでは、フィラメントの外面に塩捕捉流路が あり、上述のように、透過水の流路は、フィラメントの穴によって構成される。 広く用いられているカートリッジの第２の形式は、螺旋状に巻いた形式である 。この形状のカートリッジでは、錯重合体の平坦なシートが中央のコアに巻かれ 、このコアは、多数の穴がある中空チューブの形状である。 錯重合体のシートのそれぞれ隣接した対の間には、格子がある。この格子は、 スペーサとして作用する。これは、各シートを離して保持し、塩捕捉流路および 透過流路をシートの間に交互に形成するものである。加えて、塩捕捉流路の格子 は、水流の中へ乱流を誘起するようになっている。たとえば８枚から12枚の、間 にスペーサのあるこのようなシートの積み重ねを、一斉にコアに巻回する。透過 流路は、コアに向かって内向きに螺旋形になっている。 古い脱塩プラントでは、フィラメントを含むカートリッジが用いられる傾向が ある。もっと最近に設置されたプラントでは、螺旋状に巻かれたカートリッジが 用いられる。現在は、使用される螺旋状に巻かれたカートリッジの総数は、フィ ラメントを用いるカートリッジの数よりも少ない。この数の格差は、しかしなが ら、最近設置されたプラントが螺旋巻回カートリッジを用いるので、接近しつつ あり、また、このことは将来継続すると予想される、 脱塩に関する主要な問題は、半透膜の汚染によることである。汚染は３つの原 因から発生する。主要な原因は、重合体シートや重合体フィラメントの塩捕捉流 路を形成する表面へ、食塩、およびマグネシウムやカルシウムなどの他の固形分 の層が析出することである。溶解性の低い塩類およびその他の固形分は、塩捕捉 流路から半透膜を透過して透過流路へ水が流れるとき、沈殿する。この水流によ って、溶存固形分の濃度は、残留水が固形分をすべて溶融保持するには不十分な 限界まで増加する。 汚染の第２の原因は有機物である。たとえば、藻類、バクテリア等が半透膜に 生着する。汚染の第３の原因は、固形粒子を除去するよう脱塩カートリッジの前 段で従来用いられいたフィルタが給水から除去できなかった固形分である。 重合体は正味負電荷を有しているのに対して、藻類およびバクテリアは正味陽 電荷を有していることで、汚染が促進される。そのため、これらの有機体は、半 透膜の表面へ好んで誘引され、そこに沈着してコロニーを形成する。同様に、溶 存固形分の解離の結果として海水中にある陽イオン（カチオン）も、半透膜へ好 んで誘引される。 カートリッジの汚染の速度が透過流速に対して非線形に増加することは、よく 知られている。そのため、流速を２倍にすると、脱塩カートリッジの汚染の速度 は２倍以上になる。汚染は膜を通る水の流速を減少させる。結局、透過速度は、 カートリッジを化学的処理によって除染しなければならない限度まで減少する。 汚染しすぎたカートリッジは、除染後しても、汚染前と同一の流速を生じないこ とがある。 上述のように、重合体シートを含む在来型の脱塩カートリッジの汚染を最小化 するためには、乱流誘起スペーサを塩捕捉流路に設ける。このようなスペーサは 、塩捕捉流路における水流の混合を高めることによって、濃度分極層と称され るものの形成を抑制する。この層は膜に直近にあり、ここで溶存固形分の濃度が 最大になる。この層は膜を経由した水流に対する障壁を形成するだけでなく、溶 存固形分が沈殿して膜を汚染することの大部分は、この層に起因する。そのうえ 、高濃度のこの膜があると、浸透圧が増加する。このような乱流誘起スペーサは 、汚染問題の局部的な解決を提示するだけである。 フィラメントを含む脱塩カートリッジにとって、汚染は、フィラメントの集合 体において各フィラメントの間に大変に細い隙間があるため、重要な問題である 。それゆえフィラメントの集合体はそれ自身、非常に効率のよいフィルタとして 作用し、供給される水にあるいかなる固形物も遮り、また分離して出す。そのよ うな物質はフィラメントの集合体に残留し、浸透流量の減少の一因となる。 本出願人のPCT明細書第WO97/21630号において、次のような構成を提案してい る。つまりそれは、汚染を生ずる濃度分極層の形成をさらに抑制する目的で、塩 捕捉流路に流入する給水の中に乱流を発生させるものである。 本発明の主たる目的は、脱塩カートリッジの性能を高めることである。 本発明の更なる目的は、脱塩カートリッジが汚染する速度を抑制し、それによ って、長期間にわたってより大きな製造水流速を可能にすることである。発明の簡単な説明 本発明の第１の側面によれば、逆浸透膜とその両側の液体を変動磁場にかける 工程を含む方法が提供される。 本発明は、次のような水から溶存固形分を除去する方法も提供する。すなわち その方法は、前記逆浸透膜に介接した塩捕捉流路に水を供給し、この膜と、塩捕 捉流路内の水と、この膜を透過した水とを前記磁場にかけることを含む。 望ましい形態では、本方法は、電流値の変動する電流をコイルに給電し、これ によって前記変動磁場を発生する工程を含む。 本発明の第２の側面によれば、各側に液流路を有する半透膜と、前記半透膜お よび前記流路へ変動磁場を印加する手段とを含む装置が提供される。 水から溶存固形分を除去する装置の場合、本装置は、前記逆浸透膜に介接した 塩捕捉流路と、前記塩捕捉流路へ給水して水を塩捕捉流路に沿って流す手段とを 含み、前記塩捕捉流路を磁場中に置いて、使用中は前記流路の水を前記変動磁場 にかける。 好ましい形態において、本装置は、コイルと、前記コイルに大きさの変動する 電圧を給電する手段とを含み、これによって前記コイルは、前記変動磁場を発生 する。前記コイルは、前記塩捕捉流路を取り囲むことができる。この形態におい て、細長い形状のケーシングと、前記ケーシング内の細長い形状のカートリッジ と、少なくとも２つのコイルとをおくことができ、前記カートリッジは、多数の 塩捕捉流路を形成する半透膜を含み、各コイルは、ケーシングの長手方向に沿っ ては離隔配置されている。 本発明に基づく装置の有利な形態では、ケーシングの長手方向に沿って間隔を いた３つのコイルが提供され、３相交流電源があって、それぞれのコイルには、 各相のうちの１つが接続され、これによって、３つのコイルで生起した磁界は相 互に位相が異なる。 本装置をさらに向上させるには、本装置はさらに、複数の穴を開けた板を前記 給水手段と前記カートリッジとの間に含み、この板の穴によって、水が複数の流 れに分流され、これらの分流水がカートリッジの端部に向かい、これによって塩 捕捉流路にはいる水が渦流を有し、前記板を横切る圧力滴が生ずる。 本発明の第３の側面によれば、逆浸透手段によって塩捕捉流路の水から溶存固 形分を除去するカートリッジの働きを高める改造装置を提供し、この装置は、カ ートリッジを取り囲むコイルと、コイルへ変動電流を印加する手段とを含み、こ れによってコイルは、強度の変動する磁場を発生し、塩捕捉流路内の水をこの磁 場にかける。 本発明の第４の側面によれば、次のような水から溶存固形分を除去する方法が 提供される。すなわちその方法は、逆浸透膜に介接した塩捕捉流路を通して給水 し、塩捕捉流路内の水を変動磁場にかけることを含む。 本発明の第５の側面によれば、次のような水から溶存固形分を除去する装置が 提供される。すなわちこの装置は、逆浸透膜に介接した塩捕捉流路と、前記流路 へ水を送り込んで水を前記流路に沿って流す手段と、強度の変動する磁場を生成 する手段とを含み、前記塩捕捉流路を磁場内に配置して、使用中は、前記流路内 の水を変動磁場にさらす。図面の簡単な説明 本発明をよりよく理解するために、また、本発明をどのように実施できるか示 すために、例として以下に添付図面を参照する。 第１図は、脱塩カートリッジおよび３つのコイルを含む水脱塩装置の軸方向断 面図、 第２図は、脱塩装置の水の入口端の部分断面拡大図、 第３図は、脱塩装置の水出口端の、第２図よりも拡大した部分断面図、 第４図は、脱塩カートリッジの側面図、 第５図は、第１図ないし第３図の脱塩装置の一部を構成するケーシングの詳細 図、 第６図は、脱塩カートリッジの一部を大きく誇張した縮尺で表わした模式図、 第７図は、コイルの相互作用によって生起した磁場の様子を示した図、 第８図は、更なる脱塩カートリッジおよび３つのコイルを図示したを模式的な 立面図、 第９図は、第８図の線IX-IX上の断面図、 第10図は平坦な形状で被覆の一部を示す模式図、 第11図は更なる被覆の一部を示す模式図である。 第１図に図示した水脱塩装置は、全体を10で示し、水平方向に細長い円筒形状 のケーシング12を含む。ケーシング12は非金属材質からできていて、望ましくは 、回転する心軸へロービング状にガラス繊維を巻くことにより製造される。同時 に、硬化性樹脂を心軸へあてがい、中空ガラス繊維で補強され平滑な内面を有す る円筒形ケーシングが得られる。この樹脂は、心軸および部分的に出来上がった ケーシングの最下部を樹脂浴へ浸漬させ、余分な樹脂はドクターブレードによっ て取り除くことにより施すことができる。このようなケーシングは、70バールを 超える内圧によく耐える能力がある。 ポンプ14および電気モータ16がケーシング12の入口端へ取り付けられ、脱塩す べき水を、典型的にはおよそ50〜60バールの圧力でケーシング12の中へを送る。 モータ16は好ましくは三相交流モータである。また、ポンプは好ましくは、アメ リカ合衆国ミネソタ州ミネアポリスのウォーリン・エンジニアリングによって製 造されたＤ10型水圧セルポンプである。 ポンプ14およびモータ16は、端部リング18（とくに第２図参照）および取付板 20によってケーシング12に取り付けられている。端部リング18は、まずケーシン グ12の内側円筒部分12.1に組み付け、次に一部組み立てられたケーシング上にリ ング18を摺動させ、そして、内側および外側ケーシング部分12.1、12.2の間に埋 め込まれたリング18でケーシングの外側部分12.2を組み立てることによって、ケ ーシング12へ取り付けられる。リング18がそれらの間にある端部領域は別として 、部分12.1、12.2は、これらの間に不連続のない一体部材を形成していることが 分かる。リング18は、円周状に伸びる一連の外部リブ22を有し、これらはリング 18をケーシング12に接合するのを補助する。 リング18は、めねじ切りされた一連の盲ボルト穴24を有し、それぞれの穴は、 リング18の端面を通って開口している。板20は、めねじ切りされたボルト穴24に 合う平滑な貫通穴26を有する。ボルト28が穴26を貫通して孔24へねじ込まれ、端 部リング18へ取付板20を取り付ける。 ポンプ14およびモータ16は、それぞれポンプ14およびモータ16のフランジ32お よび34を貫通するボルト30によって相互に取り付けられている。 ポンプ14のフランジ38を貫通し、板20のめねじ切りされたボルト穴40へ通るボ ルト36は、板20およびポンプ14を相互に固定している。ポンプ14の圧力口は、板 20を貫通する流路42と合致し、ポンプ14の吸込口は入口流路44と合致し、この流 路は、板20の入口46から放射方向内向きに延び、次に、ポンプの吸込口と軸が合 致している。 板20は、ポンプ14から離れた側で円筒状の壁部48により形成され、この壁部は その周縁に内向きの通し穴50を有している。外向きに通され複数の貫通穴54を有 する渦流発生板52が、壁部48で形成される円筒形状空間へねじ留めされている。 板20および52は、それらの間にキャビティ56を画定し、流路42がキャビティ56の 中へ開口している。 板52の貫通穴54は、いかなる設計様式でも配置できる。たとえば、穴を円環状 の配列にすることもできる。それともまた、これらの穴は、板52の中心から放射 状に出るいくつもの線に沿って配置できる。または、板52の中心にその中央が一 致した渦巻き配列にすることもできる。 Ｏリング58で壁部48を囲み、板20とケーシング12の内表面との間を封止する。 ケーシング12のもう一方の端部（第３図参照）には、端部板60がある。端部板 60は、62および64で示す１対の協動リングによってケーシング12に保持されてい る。リング62は、ケーシング12の組立てを開始する前に、心軸のまわりに配置す る。そこで、ケーシングの壁部にこれを埋め込むと、ケーシング12を取り囲む外 向きのリブ66が形成されることになる。脱塩装置を組み立てた後、後に詳細に説 明するように、リング64はその外径が減少し、そこでこれをケーシングへ挿入す ると、図示のようにリング62と協動関係になり、これによって板60がケーシング の内部圧力の影響でケーシング12から押し出されるのを防いでいる。 板60の軸上の穴68が純水（透過水）の出口を形成し、穴68の片側に偏在してい る穴70が塩水の出口を形成している。Ｕシール（図示せず）が板60の溝72の中へ 挿入されている。溝72に直近した板60を取り囲む更なる溝にＯリング74が設けら れている。ＵシールおよびＯリングによって、ケーシング12と板60との間の漏洩 が防止される。 端部板60をリング62および64により適切に固定する前に、円筒形状の脱塩カー トリッジ76をケーシング12の中へ摺動させる。 カートリッジ76は、上述のように巻いた複数の重合体シートおよびスペーサを 含むものであり、以下により詳細に説明する。このシートとスペーサは、中央の チューブ78に螺旋状に巻かれている。脱塩装置の外側端では、チューブ78は、巻 いたシートおよびチューブから突出し、穴68に貫入している。本発明における使 用に好ましいカートリッジ76の形式は、ダウ・ケミカル・カンパニーの完全子会 社であるフィルムテック・コーポレーションによって製造および販売されている ものである。この製品は品名FT30で指定される。合衆国特許第4277344号には、 逆浸透原理が詳細に記載されている。フィルタ・カートリッジ76は、全体として 円筒形であり、ケーシング12にきつく嵌合されている。カートリッジ76の端部キ ャップ82（第４図も参照）を取り巻いている溝80（とくに第２図および第３図 を参照）にＵシール（図示せず）が設けられ、これは、ケーシング12の内表面へ 押し当たってケーシング12とカートリッジ76との間の漏水を防止する。 巻回されたシートおよびスペーサ84（第４図）は、ガラス繊維などの材料の薄 い被覆86の内部にある。被覆86は、端部キャップ82を相互に接合している。被覆 86は、その内側に作用する圧力に割れることく十分耐えるほど強固ではない。そ こで、ケーシング12の内部にぴったりと嵌合し、したがってこれにより支持され ている。溝80のＵシールは、被覆86とケーシング12との間の水流を阻止する。 端部キャップ82のそれぞれは、スポーク92によって接合された外側リング88お よび外側リング90を有する蜘蛛の巣状（第４図参照）である。チューブ78は、カ ートリッジ76の外側端で内側リング88を貫通し、溝80はリング90の外面にある。 ケーシングの組立てのとき、３つのコイル94、96および98をケーシング12へ巻 回する。より具体的には、ケーシング12の比較的薄い内側部分12.3（第５図）を 製造し、次に、コイル94、96および98を内側部分12.3へ巻く。そこで、ケーシン グ12の残りの部分を製造して、コイル94、96、98をケーシングの中へ埋め込んで 薄い内側部分12.3のみがそれらとカートリッジ76との間に、そして厚い外側ケー シング部分12.4がその外側にくるようにする。コイルは、高導電性の炭素繊維ま たは銅線で作ることができる。この繊維または電線を被覆して、これらが電気的 に相互に絶縁されるようにする。 コイル94、96および98を保護するため、ケーシング12の製造された内側部分12 .3を柔らかなゲルの層100（第５図参照）で被覆してから、コイルを巻く（第５ 図参照）。次に、第２のゲル層102をコイル全体に施す。２つの層100、102を定 着するが、これらは硬くならない。これらのゲル層は、ケーシング12のコイル94 、96および98とケーシングの内部との間の部分12.3のいかなる亀裂を通る水の侵 入からも、コイル94、96および98を保護する。内側ゲル層100は、圧力の変化に よりケーシング12に加わる寸法の変化を吸収し、これによって放射方向の力がコ イル94、96および98に課されるのを防止する。 コイルを巻いてしまうと、給電線をここからケーシング部分12.3の外面に沿っ て共通接続箇所、つまり脱塩装置の入口端に近接した接続箱104（第１図および 第２図）へ配線する。給電線は当然、外側ケーシング部分12.4を組み込むときに ケーシング12に固着する。第１図および第２図では、説明のため簡略化し、給電 線（106で表示）および更なる電線（108で表示）は、110で表示する可変周波数 交流駆動装置へコイル94、96および98を接続するものであり、コイルの領域でケ ーシングを出入りするように示されている。第３図では、コイル94がケーシング 12の外側に巻かれているように図式的に示されている。 コイル94、96、98のそれぞれは、その給電線106によって三相交流電源112（第 １図参照）のうちの１相へ接続されている。必要ならば遮蔽を、たとえば編組形 式で使用し、磁界の影響がケーシング12の外部に漏れないようにすることができ る。 駆動装置110は、モータ16へ接続されている。駆動装置の好適な形式は、アメ リカ合衆国ミルウォーキー州53204、サウス・セカンド・ストリート1201所在の アレン・ブラディ（ロックウェル・グループの一部）によって製造された1336pl usである。 圧力センサ114（第１図および第２図）を板20の中へ、流路42に連通した通路1 16を通って挿入し、流路42は、次にポンプ14の圧力口と連通している。 圧力センサ114は、線118（第１図）によって、可変周波数交流駆動装置110へ 接続され、このための制御信号を供給する。この制御信号を用いて、モータ駆動 装置の出力周波数、したがってモータ16の速度を制御し、これによってポンプ14 の圧力口で一定の圧力を維持する。 単一のカートリッジ76がケーシング12中に示されているが、２つまたはそれ以 上のカートリッジを端から端まで設けることが可能である。水は、各カートリッ ジを順に通って流れる。各カートリッジは、既述したように、対応する３つのコ イルを持つことができる。または、第１図に一点鎖線で示したように、２つのカ ートリッジ76.1および76.2が設けられている場合、中央のコイル96は、２つのカ ートリッジにまたがることもできる。 カートリッジ76の一部分の構造を第６図に非常に誇張した縮尺で図示してある 。第６図において、参照番号120.1〜120.5で錯重合体のフィルムを示す。フィル ム120.2と120.3との間には、第１の塩捕捉流路122があり、また、フィルム120.4 と120.5との間には、更なる塩捕捉流路124がある。流路122、124のそれぞれにお いて、格子126がある。格子126は、乱流誘起要素として作用する。格子126は、 たとえば、横断方向に伸びるフィラメントが長手方向に伸びるフィラメントと交 差する点で溶着されたプラスチック材料のフィラメントから構成されている。格 子126は、塩捕捉流路122、124間の水流が不可能になる箇所へ塩捕捉流路が閉塞 するのを防止する付加的な機能を有する。 フィルム120.1と120.2との間には、透過流路128がある。同様に、フィルム120 .3と120.4との間には、透過流路130がある。流路128および130には、格子132が ある。格子132は、流路128、130の透過水の中へ乱流を誘起するようになってい ない。ただ、水がこれらの流路に流れなくなる箇所へ圧力を作用させることによ って、流路が閉塞するのを防止するにすぎない。カートリッジ内には、多数のフ ィルム、多数の塩捕捉流路、および多数の透過流路があることが理解される。そ れゆえ、図６において示したカートリッジ断面の両側には、更なるフィルム、流 路およびスペーサがある。 カートリッジ76の入口端では、流路128、130が閉鎖され、流路122、124は開放 している。それゆえ、給水が流路122、124に入り込むが、流路128、130 には入り込まない。中央のチューブ78の部位では、塩捕捉流路122、124が閉鎖さ れ、透過流路128、130は開放され、透過水はチューブ78へ流れ込めるが、塩水は 流れない。 これまで記載した脱塩装置の作用は複雑であり、出願人にとってもまだ十分に 理解されていない。以下の説明は、実験研究でこれまで観察されたことに基づい ている。さらに実験研究をすれば、出願人が目下気づいていない他の要因および 機構があることが分かるかも知れない。 螺旋巻回脱塩カートリッジを製造する際、フィルムとスペーサを中央のチュー ブ78へ巻くときそれらに加わる張力を一定に保つことが望ましい。これは、巻き 取り作業段階中は、より容易に行なえる。カートリッジの直径が増加すると、感 触が「ふわふわに」なり、それで、フィルムおよびスペーサを正しい張力に維持 するのがより困難になる。そのため、カートリッジの巻回は、外側被覆86に近い 部分よりも、中央のチューブ78に近い部分の方が密に詰め込まれる傾向がある。 在来型の脱塩方式では、水は、脱塩カートリッジの入口端に近接した空間134 （第２図）の中へ流れ、板52を通過する必要はない。カートリッジの放射方向を 考慮した圧力の差異は、重要ではない。より具体的には、カートリッジの中央近 くの圧力とカートリッジの外周部近くの圧力とは、ほとんど同じである。そのた め、塩捕捉流路のフィルムおよびスペーサがきつく巻かれている放射方向に内方 の部分に入るよりも、塩捕捉流路のもっと開いた放射方向に外方の部分へ、さら に多くの水が入る傾向がある。 板52は、水の多数の流れをカートリッジ76の端部に向け、カートリッジ78の露 出端部全体にわたって水流を分配する。これによって確実に、カートリッジの放 射方向に内側の部分がもっと十分に利用される。スポーク92は、カートリッジの 製造業者により可能な限り小さく作られ、水流をさえぎらないようにする。スポ ークは、巻回されたフィルムおよびスペーサの端部を非常にわずかしか覆わず、 水圧にいかなる計測可能な影響も与えない。最も重要なことは、スポークによっ て、空間134への入口と塩捕捉流路への入口との間でいかなる圧力降下も生じな いことである。 海水およびかん水は、わずかながら溶存ガスを含み、また重炭酸塩も含む。板 54には２バール程度の圧力降下がある。これによって、給水中に存在するいくら かの酸素と二酸化炭素が気泡として溶液から現れると考えられる。気泡は依然と して相当な圧力下にあるため、大変小さい。しかしながら、気泡は、その発生を 抑制する濃度分極層にこすり落とし効果を有するため、カートリッジの働きを高 めると考えられる。 脱塩装置から出てタンクへ流れる塩水を観測すると、塩水に空気が混入してい ることがわかる。ある実験では、塩水および透過水の双方とも、大型の貯蔵タン クへ送り、ここで相互に混合することができた。タンクはまた、給水源を構成し ている。これを行なって、はなはだしい量の海水を必要とすることなく、ある期 間、脱塩装置を実験的に運転させることができた。塩水が排出パイプからタンク へ抜けるところで、空気に曝されることが分かった。単純な沈降に代わって、低 密度の海水では、塩水が排出パイプの出口からある距離まで上昇する。観察され た気泡は、二酸化炭素と酸素の混合物であると分かった。 板54の穴から出て、巻回カートリッジの端部で突き当たる水の流れは、塩捕捉 流路の中へ流れ、渦流を水流中に検出できる。これらの渦流は、塩捕捉流路にお ける全体の流れ方向を横切り、さらに、塩捕捉流路の入口端で濃度分極層の形成 を妨げる助けとなっている。当然、渦流は、塩捕捉流路の入口端からの距離が増 加するにつれ弱くなってゆき、その濃度分極層に与える影響は、こうして減少す る。 作用している磁場の効果によって、塩捕捉流路の長さにわたって水流中に最初 に導き入れられた渦流が持続するようである。有益な「こすり落とし」効果は、 目下、このようにカートリッジ全体に検出され、塩捕捉流路の入口端から比較的 短い距離に伸びる領域では、検出されていない。 これまで説明したように、多くの汚染物質は正味陽電荷を有している。それに 対して、半透膜として働く錯重合体は、正味陰電荷を有している。そのため、汚 染物質と重合体との間には弱い引力がある。磁場によって維持される渦流は、こ の弱い力に打ち勝つに十分であり、重合体上に汚染物質が付着するのを防止する と考えられる。 磁場が重なるようにコイルを巻くことは有益であることが分かった。これに関 連して第７図を参照すると、この図は、磁界F1およびF2が重なるように互いに十 分に近づけた２つのコイル（96および98で示す）を表わしている。そこで、ケー シング12の長手方向に沿って、ガウス値は、いずれかのコイルの放射方向外側の 最大値から各コイルの間の中間の最小値まで変化するが、磁界は常に一定である 。例として簡単に言えば、それぞれのコイルの直近に約2000の最大ガウス値の磁 界を作ることが可能であることが見出された。各コイルの中間では、ガウス値は 約1600へ落ち込む。各磁場は、当然、位相がずれている。 第７図において、コイルは、巻回をカートリッジ76の軸線に対して傾けて巻か れているように示されている。また、ケーシング12の部分としてではなくフィル タ・カートリッジ76の部分として巻かれているようにも示されている。これに関 連して、コイルは、被覆86の放射方向に内方へまたは放射方向に外方へ、いずれ でもカートリッジへ巻くことができる。 本出願人は、50ヘルツ、380ボルトの三相交流電源を用いることにより、とく に有利な脱塩装置を提供できることを見出した。このような電源は一般的であり 、モータ16および駆動装置110の両方とも、この特性の電源で使用するように設 計されている。本出願人は、このような電源の三相をコイル94、96、98を通して 給電することにより、上述の有利な効果が達成され、加えてコイルはモータ16の チョークとして動作することを見出した。これによって、交流モータの使用によ り不可避的に生起しまた出力損失となるスパイクが平滑になる。モータ16を駆動 するのに必要なアンペア数は、コイルが回路から切り離されているときは、コイ ルが回路に接続されているときに必要な値より、典型的には２アンペア多い。 在来型の脱塩装置において、カートリッジ78全体の圧力降下は、典型的には約 ３バールである。そこで、海水を脱塩中に好適な内圧は60バールであり、穴70内 の圧力は約57バールであることがわかる。コイル94、96、98が回路に接続されて いると、カートリッジ全体の圧力降下はない。実際、出口端での圧力は、入口端 での圧力をわずかに超えさえすることがある。本出願人は、この観測された現象 、すなわち、たとえ「逆圧」が発生中でも水流が続くという事実に関して、十 分な説明をまだ明確に述べていない。なし得る説明としては、コイルから入力さ れるエネルギーの結果としてエントロピの増大があることである。他のあり得る 理由は、高濃縮された塩水は、ソレノイドのコアと同様に動作し、加わる力によ って塩捕捉流路の外端部に向かって押し出されることである。 本出願人の実験研究によれば、コイルへ供給される電流が周期的に変化して変 動磁場が生じると、電流の振幅も周波数も重要ではないことが分かった。５ヘル ッから7000ヘルツの周波数の実験では、変動磁界の存在中でより大きい透過速度 が得られ、生じる汚染がかなり少ないことが分かった。 コイルへ加える電流の周波数や型が駆動装置110およびモータ16と合わない場 合は、モータへ供給する電力およびコイルに供給する電力は別々の電源から得な ければならないことが分かる。電圧が変化する直流電流も、透過流速および汚染 の除去の双方において有意な改善をなしている。電圧および電流は正弦曲線的に 変化してもよいし、矩形波を用いることもできる。 第８図および第９図は、更なる脱塩装置の形状を概略的に図示し、これを136 で表わす。脱塩装置136は、外側ケーシング138を含む。これは、回収水用の出口 140、および塩水が流れ込むチャンバ142を有する。ケーシング138によって形成 される出口140と主たる空間144との間には、隔壁146がある。隔壁146に固定され ているのは、多数の中空繊維148の端部である。これらは、逆浸透膜として作用 可能な錯重合体材料からなる。出口140はチャンバ150から通じ、このチャンバは 、その端部が隔壁146を通って突出した繊維の中空内部と連通している。各繊維 は、隔壁146から延び、ケーシングに沿ってその実質的に全長わたって、ヘアピ ン状屈曲部152で折り返し、そして隔壁146へ戻って伸びている。 チューブ154が隔壁146を貫通し、チャンバ150を画成する横断端壁部156を貫通 している。チューブ154は、その右側端部（第８図で見たとき）に栓158を有し、 また壁部に複数の孔を有する。ここでの溶存固形分を帯びた水は、チューブ154 の中へ押し込まれ、チューブ154から、塩捕捉流路を構成する繊維相互間の空間 の中へ流れる。この流路はチャンバ142と連通し、塩水がこの流路からチャンバ1 42へ、そしてそこで装置の外へ塩水出口160を経て流れる。 第８図および第９図に関しここまで記載した構造は、脱塩工業で広く利用され ている従来型のものである。 中空繊維148の集合体によって構成される脱塩カートリッジを取り巻いている ３つのコイル162、164、166が示されている。これらコイルは、第１図に示した コイルと等価である。これらは同じ方式で励磁され、各繊維の間に存在する塩捕 捉流路内に渦流を生じさせる。この効果は、塩捕捉流路122、124に関連して記載 したのと同様である。 最後に第10図を参照すると、図示した構成は長方形のシート168を含み、その 材質は、円筒形の被覆の形状へ丸めることができるものである。いずれかの好ま しい形式の留め具170、たとえば「ベルクロ」として知られる材質の「ポップ」 鋲や部材がシートの２本の長縁に沿って設けられ、被覆の形状に丸めると、この 形に固着することができる。合成プラスチック材質のシートが好適である。プラ スチック材質は弾性的に可撓性があるが、十分な固さがあり、丸めると、巻きが 解ける傾向があり、これによって円筒形状に保つことができる。または、自己支 持でない毛布状とすることもできる。 一連の本数の電線172を、シート168を被覆の形状へ丸めたとき内面になるシー ト面へ接着し、さもなければ固定する。それぞれの電線174の各端部にコネクタ1 74が設けられている。シート168を被覆の形状に丸めると、シートの一方の縁に 沿ったコネクタ174は、シートのもう一方の縁に沿ったコネクタへ取り付けられ 、これによって各電線は、端から端まで接合され、コイルを構成する。 この被覆は、改造構造体として既存の脱塩装置または脱塩カートリッジの周囲 を覆うことができる。各電線により構成されているコイルを変動電流の電源へ接 続することにより、磁界を塩捕捉流路へ作用させて、これによって上述の効果を 得ることができる。いくつものコイルを備え得ることが理解できる。 既存の脱塩装置の周囲を覆って被覆を形成することができる平坦設置のシート を設けると、どんな配管等があろうとも、またコイルを有する硬い被覆の適用を どれが妨げようとも、ほとんど無関係にコイルを用いることができるので、有利 である。しかしながら、コイルを担持したスリーブを脱塩装置にわたって摺動さ せるのを妨げような障害物がないように脱塩装置を構成すれば、そのような構造 を用いて上述の利点を与えることができる。 それぞれのコイルがカートリッジに同軸であることは好ましいが、コイルをほ かの方式で配置することも可能である。たとえば、心軸の周りに巻かないで、コ イルをケーシングの壁部に前もって形成して埋め込み、コイル巻回の中心軸が軸 方向でなく放射状に伸びてケーシングの周縁部の周りに各コイルが途中まで伸び るようにすることもできる。この構成を改造シートに適用すると、第11図に示す ような構造になる。この形状では、168で示すシートは、それに接着され離間し たコイル対を有している。それぞれのコイル176の軸は、シート168の面に直角で ある。シートを中空円筒形状に丸めると、コイル176は、カートリッジの向いあ った側に位置をとり、これらの軸は全体として放射状である。シート168を丸め ると、コイル176の各巻回が歪んで被覆の円筒形と同じ形状となる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１２月２４日（１９９８．１２．２４） 【補正内容】 請求の範囲 １．逆浸透膜によって介接された塩捕捉流路を通じて水を送り込み、該膜、該塩 捕捉流路内の水、および該膜を透過した水を変動する磁場へさらすことを含む溶 存固形分を前記水から除去する方法において、該方法は、前記塩捕捉流路の長手 方向に沿って離隔配置された２つのコイルのそれぞれへ大きさの変化する電流を 供給する工程を含み、前記塩捕捉流路内の水は前記コイルの磁場内にあることを 特徴とする溶存固形分を水から除去する方法。 ２．請求の範囲第１項記載の方法において、該方法は、前記塩捕捉流路の長手方 向に沿って離隔配置された３つのコイルへ三相交流電流を供給する工程を含み、 それぞれのコイルは、これに供給される前記相のうちの各１相を有していること を特徴とする溶存固形分を水から除去する方法。 ３．請求の範囲第２項または第３項に記載の方法において、前記コイルによって 発生する磁場は重なっていることを特徴とする溶存固形分を水から除去する方法 。 ４．逆浸透膜によって介接された細長い塩捕捉流路と、該塩捕捉流路へ水を送り 込んで水を該塩捕捉流路に沿って流す手段とを含む装置において、該装置は、前 記塩捕捉流路の長手方向に沿って離隔配置された２つのコイルと、該コイルのそ れぞれに大きさの変動する電圧を印加して、変動する磁場を生成する手段とを含 み、前記塩捕捉流路中の水は、該装置の使用中、前記コイルの変動する磁場にさ らされることを特徴とする装置。 ５．請求の範囲第４項記載の装置において、該装置は、細長い形状のケーシング と、該ケーシング内にある細長い形状のカートリッジとを含み、該カートリッジ は多数の塩捕捉流路で介接された半透膜を含み、前記コイルは該ケーシングの長 手方向に沿って離隔配置されていることを特徴とする装置。 ６．請求の範囲第５項記載の装置において、該装置は、前記ケーシングの長手方 向に沿って離隔配置された３つのコイルと、三相交流電流を供給する手段とを含 み、それぞれコイルは該相のうちの各１相がそれに接続され、これによって前記 ３つのコイルによって発生する磁場は相互に相がずれていることを特徴とする装 置。 ７．請求の範囲第６項記載の装置において、前記水を供給する手段は三相交流モ ータによって駆動されるポンプを含み、該モータは、該モータのチョークとして 動作するコイルを通じて前記三相交流電源へ接続されていることを特徴とする装 置。 ８．請求の範囲第７項記載の装置において、該装置は、前記コイルと前記モータ との間に可変周波数交流駆動装置を含むことを特徴とする装置。 ９．請求の範囲第８項記載の装置において、該装置は、ポンプ圧力口で圧力を計 測し前記駆動装置へ制御信号を供給する圧力センサを含み、これによって該駆動 装置は、前記圧力口で一定の圧力を生ずるような方法で前記モータを制御するこ とを特徴とする装置。 10．請求の範囲第５項記載の装置において、該装置は、前記水を供給する手段と 前記カートリッジとの間に複数の孔のある板を含み、該板の孔は、前記水を複数 の流れへ分割し、該水の流れを前記カートリッジの端部に向け、これによって、 前記塩捕捉流路へ入り込む水は渦流を有し、前記板を通って圧力の降下があるこ とを特徴とする装置。 11．請求の範囲第５項記載の装置において、前記ケーシングは硬化性樹脂で補強 された繊維でできた円筒状の壁を有し、前記コイルは該円筒状の壁に固着されて いることを特徴とする装置。 12．請求の範囲第11項記載の装置において、該装置は、それぞれのコイルの放射 方向内方および放射方向外方にゲル層を含み、該ゲル層はそれぞれのコイルを保 護し緩衝することを特徴とする装置。 13．請求の範囲第４項ないし第12項のいずれかに記載の装置において、前記コイ ルはその磁場が重なるように配置されていることを特徴とする装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０２Ｆ 1/48 Ｃ０２Ｆ 1/48 Ａ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．逆浸透膜および該膜のそれぞれの側にある液体を変動する磁場にさらす工程 を含むことを特徴とする方法。 ２．請求の範囲第１項記載の方法であって溶存固形分を水から除去する方法にお いて、該方法は、前記逆浸透膜で介接された塩捕捉流路を経て前記水を送り込み 、該膜、該塩捕捉流路中の水、および該膜を通過した水を前記変動する磁場へさ らすことを含むことを特徴とする方法。 ３．請求の範囲第２項記載の方法において、該方法は、電流値が変動する電流を コイルを通して供給し、これによって前記変動する磁場を生成する工程を含こと を特徴とする方法。 ４．請求の範囲第３項記載の方法において、該方法は、前記塩捕捉流路の長手方 向に沿って離隔された２つのコイルのそれぞれに大きさの変化する電流を供給す る工程を含み、該コイルは、これによって発生した磁場が重なるように配置され ていることを特徴とする方法。 ５．請求の範囲第４項記載の方法において、該方法は、前記塩捕捉流路の長手方 向に沿って離隔配置された３つのコイルへ三相交流電流を供給する工程を含み、 該コイルはこれによって発生した磁場が重なるように配置されていることを特徴 とする方法。 ６．各側に液流路を有する逆浸透膜と、変化する磁場を該膜および該流路へ印加 する手段とを含むことを特徴とする装置。 ７．請求の範囲第６項記載の装置であって溶存固形分を水から除去する装置にお いて、該装置は、前記逆浸透膜によって介接された塩捕捉流路と、該塩捕捉流路 へ水を送り込んで該水を該塩捕捉流路に流す手段とを含み、該塩捕捉流路は前記 磁場中におかれ、使用時には、該塩捕捉流路中の水が前記変動する磁場にさらさ れることを特徴とする装置。 ８．請求の範囲第７項記載の装置において、該装置は、コイルと、大きさの変動 する電圧を該コイルへ供給する手段とを含み、これによって該コイルは前記変動 する磁場を生成することを特徴とする装置。 ９．請求の範囲第８項記載の装置において、該装置は、細長い形状のケーシング と、該ケーシング内の細長い形状のカートリッジと、少なくとも２つのコイルと を含み、該カートリッジは多数の塩捕捉流路に介接している半透膜を含み、該コ イルは前記ケーシングの長さ方向に沿って離隔配置されていることを特徴とする 装置。 10．請求の範囲第９項記載の装置において、該装置は、前記ケーシングの長さ方 向に沿って離隔配置されている３つのコイルを含み、三相交流電源があって、そ れぞれのコイルは該相のうちの１相に接続され、これによって該３つのコイルに より生成された磁場は相互に位相がずれていることを特徴とする装置。 11．請求の範囲第10項記載の装置において、前記給水する手段は、三相電気モー タで駆動されるポンプを含み、該モータは、前記三相交流電源へ前記コイルを経 由して接続され、該コイルは、該モータのチョークとして動作することを特徴と する装置。 12．請求の範囲第11項記載の装置において、該装置は、前記コイルと前記モータ との間に可変周波数交流駆動装置を含むことを特徴とする装置。 13．請求の範囲第12項記載の装置において、該装置は、前記ポンプの圧力口の圧 力を計測し前記駆動装置へ制御信号を供給する圧力センサを含み、これによって 前記駆動装置は、前記圧力口で定圧を与えるような方法で前記モータを制御する ことを特徴とする装置。 14．請求の範囲第９項記載の装置において、該装置は、前記給水する手段と前記 カートリッジとの間に複数の穴がある板を含み、該板の穴は、前記水を複数の流 れに分割し、該水の流れを前記カートリッジの端部に向け、これによって前記塩 捕捉流路にはいる水は渦流を有し、前記板を通じて圧力の低下があることを特徴 とする装置。 15．請求の範囲第８項ないし第14項のいずれかに記載の装置において、前記ケー シングは硬化性樹脂で補強された繊維でできた円筒状の壁を有し、前記コイルは 該円筒状の壁に固着されていることを特徴とする装置。 16．請求の範囲第15項記載の装置において、該装置は、前記コイルまたはそれぞ れのコイルの放射方向内向きおよび放射方向外向きのゲル層を含み、該層は該コ イルまたはそれぞれのコイルを保護し緩衝することを特徴とする装置。 17．請求の範囲第９項、第10項、第11項、第12項、第13項または第14項に記載の 装置において、前記コイルは前記磁場が重なるように配置されていることを特徴 とする装置。 18．逆浸透により塩捕捉流路内の水から溶存固形分を除去するカートリッジの効 果を高める改造装置において、該装置は、該カートリッジを取り囲むコイルと、 該コイルへ変動する電流を印加する手段とを含み、これによって該コイルは、強 度の変動する磁場を生成し、前記塩捕捉流路中の水へ該磁場をさらすことを特徴 とする改造装置。 19．請求の範囲第18記載の改造装置において、前記コイルは、被覆の形状に丸め ることができる材質のシートの片面へ固着された複数本の電線を含み、前記シー トを被覆の形状に保持する固締手段と、前記電線を互いに接続し、該シートが被 覆の形状へ丸められると、該電線が互いに接続されてコイルを形成する手段とが あることを特徴とする改造装置。 20．請求の範囲第18項記載の改造装置において、該装置は、前記シートに固着さ れている１つまたはそれ以上のコイルを含むことを特徴とする改造装置。 21．水から溶存固形分を除去する方法において、該方法は、該水を逆浸透膜によ って介接された塩捕捉流路を通して送り込み、該塩捕捉流路中の水を変動する磁 場にさらすことを含むことを特徴とする方法。 22．水から溶存固形分を除去する装置において、該装置は、逆浸透膜によって介 接された塩捕捉流路と、該流路へ水を送って該流路に沿って該水を流す手段と、 強度が変化する磁場を生成する手段とを含み、前記塩捕捉流路は、該磁場中に配 置され、使用中は、該流路の水が該磁場にさらされることを特徴とする装置。