JPH04501526A - 粒子混合物の成分の分離方法 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 粒子混合物の成分の分離方法 菌遣坦麗 本出願は１９８６年６月６日付申請番号３４０６／８７２，０８２号の一部継続 出願である。

魚腹９貢孟 本発明は一般に、種混合物の材料成分の異なる種（ｓｐｅｃｉｅｓ）を物理的に 分離するための分離方法の改良、詳細には、該成分の分離された種のそれぞれの 濃度を増加させる新規の方法及び手段に関する。本発明は、微粉砕凍結水溶液か ら氷の結晶を分離するような、並びに鉱物の選鉱ような、広範囲の物理的混合物 に応用可能である０石炭からの不純物の分離、つまり石炭選鉱において特に有効 であることがわかっている。

本発明は、広く、目で見える粒子から分子の混合物までの範囲に亙る寸法の互い に非類似の種の分離に関する。最近のバイオテクノロジーの進歩により、ホルモ ン、酵素、抗体及びその他の生物学的な活性物質の生産が可能となり、これらの 大量生産により病気の治療、食糧用の動物、植物の増殖、及び産業材料の再生可 能な合成に変革がもたらされた。分離技術はバイオ産業の需要と歩調がそろって いなかった。これらの物質の分離及び精製は非常に費用がかかり、製造規模でこ れらの製品を作るのは困難である。実験室的技術の規模拡大により製造が可能と なるが、非常に費用がかかる。低コストの効果的な分離技術はこれらの製品の費 用を低減し、成果を非常に増加させる。

実験室での分析技術は、感度と、非常に低いレベルの物質の検知を強調する。ク ロマトグラフィ、フィールド・フロー分別法（ＦＦＦ）Ｃギブ４ング（Ｄ米国特 許′ｓ３，４４９，９３８号参照）、電気れら分離技術は、高度分離レベルを必 要とする物質を商業的な量で生産する規模にした場合は非常に費用がかかる。

商業的規模の装置を用いて実験室的技術の規模を拡大する試みが行われてきてい る。大ぎな断面全体に一定の流れを維持することが困難であるという問題が生ず る。商業的規模のクロマトグラ。

フィにおいては、一定の流れを達成するための１つの方法は、大きい圧力低下に よる充填を使用することであるが、チャネリング及び流れの誤分配がなお発生す る。商業的規模の電気泳動においては、印加電流によって生ずる熱による対流が 分離を阻害するが、この阻害は、軌道におけるゼロ重量での分離の実行が一定の 分離に対しては経済的であると期待される程度である。電気泳動方法における技 術水準は、１９８６年の国際電気泳動協会の第５回総会の経過、ＶＣＨ出版社発 行のｍ二旦互に説明されている。クロマトグラフィは、流体の１つが静止支持部 上に保持された固定位相にある、向流流体−流体抽出であると考えられている。

固定流体位相は分離カラムを離れることがなく、そのため結果として劣化し、交 換が必要となる。前記固定位相はクロマトグラフィを本質的にバッチタイプの行 程にさせる。

蒸留は、ボイラ及びコンデンサの間の差圧を使用して、駆動力を提供し、流体に 対して蒸気を逆流させる。低蒸気圧の多くの化合物は、効率的な大流量で蒸気を 移動させるに充分な蒸気圧を提供するに充分な温度で熱崩壊する。

寸法による粒子の分類は篩により達成されることが多い、ｉｉの寸法の精度を維 持することで、篩が間奏するのを防ぐが、必然的に細かいメツシュのスクリーン の薄い微妙な構造が、粗い粒子に対する濾過を制約する操作上の問題を生ずる。

流体−流体抽出は非常に強力な分離技術であるが、２つの流体が類似の密度、高 い粘性、及び低い界面張力を有する場合は実行が困難である。そのような流体は 通常は蛋白質、細胞の構成要素及びＤＮＡを分離するために使用される。異なる 分子量の水性ポリマー混合物は、生物学的物質を分離するために使用可能な、近 臨界二相システムを形成する。この技術の水準は、アカデミツクプレス１９８５ 年、エッチ・ウオルター他の編集による、「水性の二相システムの分割」に充分 説明されている８重力及び遠心作用が２つの位相を移動させ、分離するために使 用されているが、こらば時間のかかる方法であり、実用的な向流段の数が制限さ れる。

「不純物」であると考えられている石炭の成分としては、硫黄及びその他の不燃 性の灰を形成する数種の鉱物がある。灰を構成する成分は、ボイラを覆い、汚染 し、ボイラの熱伝達効率を減少させ、それに加えて環境を汚染する。硫黄を含む 成分は環境を汚染し、そのような汚染の１形態は通常は「酸性雨」と称される。

それの自然状態かられかるように、石炭はこれらの不純物を様々な割合で含み、 その含有割合は堆積してきた地質学的歴史に依存する。

本発明は、粉状の超微細粒子寸法（例えば１００ミクロンより小さい）を含み、 石炭及びその他の鉱物の成分、溶液及びスラリなとの異なる種、及び、斯る超微 細粒子を含む混合物を帯電させ且つ分離して、不純物粒子及び石炭、燐酸塩、溶 質又はその他の所望の構成要素の粒子、又は任意のそのような混合物の成分の種 を、これまで商業規模で達成されたものより効率良く、電界内で互いに分離する ための新規の方法及び手段を教示する。

Ｘ哩Ω竺里 本発明の特徴は、価値のある構成物質種の回収を可能とし、あるいは障害となる 構成物質種を除去できるように、種々の混合物の分離の方法を提供することであ る。

本発明のその他の特徴は、上述の特徴に基づき、今までは、小規模の実験室での み実行されてきた極めて困難な分析的方法を、大量に且つ経済的に実行すること が非常に困難であった分離を可能とする方法を提供することである。

その他の本発明の特徴は、重力場から独立の操作を提供することである。

その他の本発明の特徴は、開放式で、低い流れ抵抗の流路を使用することである 。

その他の本発明の特徴は、熱対流、気圧式又は水圧式搬送、及び重力による流れ の必要性を排除する機械的搬送システムを提供することである。

その他の本発明の特徴は、分離装置の内側表面を清潔に維持するための機械的清 掃システムを提供することである。

その他の本発明の特徴は、本発明を実行するための装置を提供することである。

その他の本発明の特徴は、非常に高い水準の分離を生ずる向流分離方法を提供す ることである。

その他の本発明の特徴は、熱対流による逆効果に感応しない分離方法を提供する ことである。

その他の本発明の特徴は、分離装置の境界と分離物質との連絡を可能とする機械 式搬送システムを使用することである。

その他の本発明の特徴は、吸着物質の使用を必要としない分離方法を提供するこ とである。

その他の本発明の特徴は、分離作用を妨害しない機械式搬送システムを使用する ことである。

本発明の１つの特徴は、粒子の飛沫同伴により生ずる粒子寸法の制約を排除する べく、粒子を流動化するガスを使用せず、ガス処理装置による複雑さ及び費用が 不要であり、そして分離装置内部での混合を生ずるような流動化ガスの気泡を生 じない分離の方法を提供することである。

本発明による粒子荷電及び分離方法の実施例の他の特徴は、絶縁破壊に近く且つ コロナを生ずることなくできるだけ強い電界を使用し、そして損傷を生ずること なく装置をスパークさせ、迅速に電界を回復させることである。

本発明のその他の特徴は、導電性粒子の混合物、導電性粒子と非導電性粒子の混 合物及び非導電性粒子の混合物を分離することを可能とすることである 本発明のその他の特徴は、はぼ完全に密閉されほぼ應に影響されず機能する分離 装置を提供することである。

本発明のその他の特徴は静止流体抽出相を使用しないことである。

本発明のその他の特徴は、層流あるいは渦流条件下で実行されるべき分離を可能 とすることである。

本発明のその他の特徴は、化学反応が進行している間に、化学反応している混合 物に施されるべき分離を可能とすることである。

魚貝９１源 本発明によれば、物質は、分離チャンバ内で分離され、この分離チャンバは対向 する表面の間に小さい寸法を有し、前記小さい寸法に対し横方向に長い寸法を有 し、分離されるべき混合物を前記分離チャンバ内に導入し、前記分離チャンバの 前記小さい寸法を横切って分離作用を起し、前記分離チャンバの小さい寸法を横 切フて種を区別的に分離させ、区別的に分離された層を分離作用に対し横方向に 機械的に移動させ、それにより分離作用を連続的に作用させ、区別的に分離され た層を連続Ｂ動させて分離を行ない、それにより前記層の移動の方向において分 離チャンバの長さを横切って分離を実行する。

本発明は連続的であり、非常に高容量で作動し、同時に非常に高い分離レベルを 維持して作動するような大ぎさとすることができる。従来のギデインダスの米国 特許第３，４４９．９３８号明細書により説明されたバッチＦＦＦ方式において は、流体を含有した分離可能な種が狭い溝を通過して流れ、狭い溝を横切って分 １１ＨＪＩ域が維持される。流体の粘性は層流のせいで、流体内に速度の勾配を 形成し、分離領域が、異る分離可能な種が異なるレベルに落ち着くように作用し 、従って、異なる速度の流れのラインに落ち着き、それにより前記流体が種を異 る速度で前記溝を通し、その結果分離可能な種が連続的に除去される０本発明は 、開口式メツシュベルトのような前記流体の機械的搬送方法を使用し、それによ りＦＦＦ方式の向流作動式分離装置の使用を可能とする。独立の機械式流れを誘 導する装置の使用により、分離は連続的に実行され、それにより大規模使用に適 した分離装置を生じる。前記狭い溝は速い流速に適し、同時に生産規模での分離 を可能とすべく非常に広く形成可能である。

バッチＦＦＦ方式は長年研究されてきており、多くのタイプの分離領域が使用さ れ、本発明でも使用可能である。米国特許第３．４４９，９３８号においては、 ギディングスは、熱勾配、電界、遠心力、剪断領域（ｓｈｅａｒ　ｆｉｅｌｄｌ 　、重力場、超音波振動、及び機械的振動のどれかからなる分離作用を使用する バッチＦＦＦ方法の特許を請求している。これらすべては本発明で使用可能であ り、その他の分離力、例えば、Ｔ、Ｍ、ヴイッキー及びＪ、Ａ、グラシアーラミ レッツ著「磁場−流れ分別：理論的基礎」立岨五主ｌ１回、１５　（８）　１２ ９７−１３０４頁弓９８ｏ年、に説明されている、磁場勾配、Ｊ、Ｍ、デービス 及びＪ、カルビン・ギディングス著「誘電界−流れの分別の実施可能性の研究」 肋り互ｃｉ　２１　（９）１６９−９８９頁、１９８６年、に説明されている、 電気泳動を使用した電界勾配、プラズマ強度勾配、及び流れ領域によって生じる 分離力も使用可能である。

本発明は、流体−流体抽出中に形成されるようなエマルジョンの分離のような、 広範囲の分離問題に応用可能であり、これには異る寸法の粒子の分離、蒸留中に 形成されるような流体−蒸気混合物の分離、異なるＰＨの水溶液中の化学的平衡 によるｉ！特性に従った蛋白質の分離、部分的結晶化の間に形成されるような流 体からの固体粒子の分離、非磁性粒子からの弱磁性粒子の分離、２つの位相の水 性ポリマー混合物における分配特性に従った細胞と細胞の構成要素との分離、誘 電電気泳動的特性に従った細胞と細胞の構成要素との分離、寸法による粒子の分 離、酸素分子又は磁性化合物の水溶液のような磁性流体の分離、などがある。粒 子種の混合物はそれの接触帯電特性のせいで、粒子種により成長する電荷の極性 に基づいて分離可能である０粒子が成長させる電荷の信号は、それの組成及びそ れが接触する隣接の粒子の組成に依存する。

区匡旦厘エヱ鋭里 上述及びその他の、本発明の目的特徴及び利点は、添附の図面を参照して以下の 説明を読むことから、より良く理解可能である。

第１図は反対方向へ走る２つの流れに粒子を搬送するための連続ベルトを採用し た粒子分離システムの図式図、第２図はそれぞれの電荷に従って粒子の分離の「 空間帯電」行程を示す、第１図の部分の拡大図、 第３図は粒子荷電領域と粒子分離電界とが交互にある空間的に分離された連続体 を提供する手段を示す、第１図の部分の拡大断面図、 第４図は流体混合物において未発明を実行するのに適した電界を使用する装置の 図式図、 第５図は電界又は磁界を使用する本発明の代替的実施例の図式第６図は剪断領域 を使用した本発明の代替的実施例の図式図、 第７図は穴のない搬送ベルトを使用した本発明の代替的実施例の図式図、 第８図は等電電気泳動に対して通した本発明の代替的実施例の図式図、 第９図は剪断領域を生ずるように非対称の対面表面を使用した本発明の代替的実 施例の図式図、 第１０図はその他の連続ベルトシステムの図式図、第１１図はベルトシステムが 作動可能な種々の形状を描いた図、 第１２図はメツシュベルトの部分の全体図、第１３図は回転円盤を採用した本発 明のその他の実施例の軸方向の断面図、 第１４図は！１３図の実施例から発展した多段階分離装置の軸方向の断面図、 第１５図は本発明のその他の実施例の図、第１６図は第１５図の線分１Ｇ−１０ に沿った断面図、＾亘Ω肛但之二里 第１図ないし３図に描かれた粒子物質を分離するに通した本発明の実施例におい て、２つの長い、実質的に穴のない電極１０及び１２の間の狭い隙間１５（およ そ１０ｍｍ）内に電界が生じている。電極の間に配置された、誘電物質から製造 され、あるいは被覆された多孔性シート１４は、前記電極の間に延びる連続する 穴１６を有する。エンドレスベルト１８、これは好ましくは誘電性又は誘電被覆 されたスクリーン状の物質の開口メツシュであるが（点線で示しである）、装置 の各端にあるそれぞれ２つのローラ２０．２２により支持され、それぞれ長い部 分１８Ａ、１８Ｂを有し、これらが中間シート１４及びそれぞれの電極ｌＯ及び １２の間の空間に配置されている。２つのテンションローラ２０Ａ及び２２Ａが それぞれ長い電極間部分１８Ａ及び１８Ｂを維持している０例えば第１図に示さ れているようにそれぞれの軸２１及び２３を中心に時計方向に支持ローラ２０． ２２が回転すると、前記ベルトの電極間部分１８Ａ及び１８Ｂは、第３図におい て矢印１９Ａ、１９Ｂにより示されているように、１８Ａが右へ、１８Ｂが左へ と、相対的に反対方向に動く。

られることが好ましい、これは、支持ローラの軸を垂直に並べて配置し、ローラ の間に延びる電極間ベルト部分１８Ａ＆び１ＢＢを水平に延在させることにより 達成可能であり、代替的には、前記支持ローラの軸を水平に、相互に上下に配置 し、電極間ベルト部分をそれらの間に垂直に伸ばすことにより達成できる。これ らの好ましい配置のいずれも、電極の間での処理中に、重力によって粒子物質が 中間シート１４にある穴１６を通りて運ばれる可能性を除去する。処理されるべ き粒子物質（例えば粉末石炭）は一方の電極１０にあるスロット状の開口部１１ を経て装置内へ導入される０分離された製品（例えば石炭及び廃棄物）は端部２ ６及び２８において装置から取り出される。

隙間１５にある電界は、電極１０４１２の間の、中間シート１４の誘電性が存在 しない場所、すなわち穴１６が配置された場所に発生するであろう、電極の間に 誘電体がある領域においては、処理中の粒子物質の荷電された粒子及び前記隙間 に存在するイオンは、前記誘電体の表面における電位が対面する電極の電位に等 しくなるまで、電極から前記電極に対面する誘電体の表面まで電荷を運び、電位 が等しくなると、もはやそこで荷電された粒子を駆動する電気的駆動力が前記領 域に存在しなくなる０次に中間シート１４のほぼ全域を横切って電界電圧が発生 する。このようにして、多孔性の、あるいは「穴のある」中間シートが隙間１５ 内に一連の交互に変化する領域を生じ、電界を示さない領域の中に交互に挿入さ れた電界を示す、電界が存在する領域では粒子荷電が発生し、電界が存在しない 領域では粒子分離が生ずる。

第２図を特に参照すると、穴２９が電極ｌＯに設けられ、これを経て粒子のうち の１つの種の荷電された粒子がシステムから除去される。を極１Ｏ５１２がそれ ぞれ（−）、（＋）であるとすると、第１電極１０に隣接するベルト部分１８Ａ は正に荷電された粒子（製品）を運び、３ｇ２電極１２に隣接するベルト部分１ ８Ｂは負に荷電された粒子（廃棄物）を運ぶ、穴２９は中間シート１４の穴のな い部分に隣接している。製品及び廃棄物上の（＋）及び（−）電荷による空間荷 電作用は、実質的であり且つこの装置で使用可能な効果を生ずる。

（効果的に）誘電性中間シート１４は電荷を集め（負は負の電極１０に対面し、 正は正の電極１２に対面する）最後に電荷をその表面に駆動する力がなくなる。

従って、中間シート１４の誘電表面における電界は理想的にはｒ□」でなければ ならない０次にこれら表面の各々とそれぞれの対面する電極との間にある局部的 電界が、空間荷電により決定され、この局部電界は誘電表面からの距離に応じて 増加する。シート１４のそれぞれの誘電表面に隣接して示されている丸でかこっ た（＋）及び（−）の符号は空間荷電を表示している。中間シート１４の誘電表 面の１つに対面する電極に穴がある場合は、前記表面と前記穴との間を移動する ベルト１８Ａ又は１１１Ｂのセグメントにより、前記穴へと運ばれた荷電された 粒子は、関連する局部的電界により前記穴を通って駆動される。第２図において は、正に荷電された粒子が、負に荷電された電極１０と、中間シート１４の対面 する（誘電）表面との間の局部的空間荷電電界の駆動力により穴２９を通って除 去される。

この局部的空間荷電電界は、中間電極１４を使用し、あるいはそれの表面の１つ 又は両方にどちらかの極性に接触帯電する物質を被覆することにより増強するこ とができる。この局部的空間荷電電界は、最も高い電荷を有する粒子を例えば穴 ２９を通って除去せしめる。より低い電荷を有する粒子すなわち、この局部的空 間荷電電界により除去される粒子と反対の極性に荷電される粒子は除去されず、 ベルト１８上で更に継続して運ばれて、濃縮されかつ分離される。

前記局部的空間荷電電界は又、粒子と同一の極性又は反対の極性に接触荷電する ようなベルトの構成物質を選択することにより増加したり減少したりすることが できる。前記ベルト上の電荷の符号は、電極、中間シート及びロールを含み、前 記ベルトが接触する表面及び前記ベルトの構成物質により制御可能である。

分離された粒子を除去するための穴は、穴のある中間のシートｌ４の穴のない部 分に隣接する電極の両方に設けることができる。

しかしながら、電極１０．１２はシート１４を通る穴１６がそれらの間にある場 所では穴がない。

電極間ギャップ１５は小さいので、電極間ベルト部分１８Ａ及び１８Ｂは前記電 極の対面する表面上を擦過することができる。この擦過作用は連続的に電極を清 掃し、本発明の自動清掃の特徴を提供する。

ここで第４図を参照すると、この図は、本発明の実施例を実行する装置の図式図 であり、供給混合物の流れ１１０が分離チャンバの境界１４１　、１４３内の開 口部１３０を通って分離チャンバ１２０に入る０分離チャンバ１２０は薄く細長 い、平坦で平行な、距ｌ１１１２１を置いて分離されている境界面１４１　、１ ４２．１４３により形成されている０分離されるべき混合物は機械的にエンドレ スベルト１５０により、ベルト１５１及び１５２の部分により互いに反対の方向 １６１及び１６２にある２つの流れへとそれぞれ動かされる。エンドレスベルト １５０はローラ１７４．１７５．１７６．１７７により担持され駆動される０回 転の方向１６３は示されているように反時計方向である。

電界は隙間１２１を横切って電極１８１　、１８３及び１８２の間に印加される 電位によりかけられる。

送りが分離チャンバ１２０に導入され、エンドレスベルト１５０により２つの流 れに搬送され、かけられた電界により隙間１２１を横切って荷電された種の移動 が生ずる。流れ１１１　、１．１２が相反する反対の方向１６１及び１６２に運 ばれ、流れ１１１及び１１２の間の種の１！続的移動が生ずると、流れ１１１． １１２が出口開口部１３５及び１３６へと運ばれる時までに高度の分離が生ずる ９分離された種は流れ１ｉ５及び１１６内にある出口開口部を通って分離チャン バから除去される。駆動ロールは分離する物質の損失又は汚染を防ぐように、密 閉装置（ａｎｃｌｏｓｕｒｅ）　１４５及び１４Ｂ　ニより密閉サレテイル。

こわら密閉装置はロールを支持し回転させるために使用されるベアリング及びＵ 動部（図示されていない）を支持している。温度制御手段１９１　、１９２．１ ９３　、　Ｘ９４．１９５が、分離チャンバの端１４５から端】４６の全長にわ たり所望の温度及び温度勾配を維持するように、装置の温度を調節し、制御する ために使用される。

第４図は、蛋白質の電気泳動分離を実行するのに通した本発明の実施例を描いて いる。Ａ当な緩衝液と蛋白質との溶液が開口部１３０を通って前記装置に入る０ 個々の蛋白質分子の電荷は化学反応及び、蛋白質及び流体緩衝液の間の化学的平 衡により制御される。正の種はかけられた電界により作用を受け、負の電極１８ １及び１８３に向けて移動する。正に荷電された種は次にベルトセグメント１５ １により取り出し開口部１３５へ搬送される。同様に負に荷電された種は電極１ ８２に移動し、ベルトセグメント１５２により取り出し開口部１３６に向けて搬 送される。こうして溶液内の互いに逆極性に荷電された種の間の分離が行われ、 蛋白質の電荷はＰ）（を調節することにより制御可能である。溶液を通る電流の 通過により発生する熱は温度調節手段１９１　、１９２．１９３　、１９４　、 １９５により除去される。

電極及び分離チャンバの間に選択的バリヤ１４１　、１４２．１４３を配置する ことは本発明にとって有効なことが多い、これらバリヤの目的は、電極表面に発 生する電気分解の生成物が分離チャンバ内で物質に接触することを防ぐことであ る。適当なバリヤとしては、Ｌ、Ｆ、ケスナー他により記述された「可撓性の膜 チャネルにおける電界−流れ粒子の動作特性」アナリシス・ケミカル４８．１３ ．１１月１９７６年、１８３４頁にあるような、イオン交換膜又は多孔性濾過膜 がある。電気分解の産物の遮断は、分離チャンバ内の物質と混合しないように維 持される電極の周囲に流体（図示されていない）を循環させることにより達成さ れることが多い。

本発明においてはベルトセグメント１５１　、　Ｘ５２の間に選択的バリヤを介 在させることも有効である。このバリヤの目的は分離に対して逆に作用しないよ うにしながら混合作用による影響を減少させることである。ｙｇ４図における本 発明の実施例に対しては、ベルトセグメントの間に多孔性膜を介在させることは 分離する流体の対流混合を減少させるであろうが、電界により荷電される種の運 動を妨害しない、適当なバリヤは、分離される流体と両立する多孔性材料から製 造可能である。

第３図を参照すると、分離中、分１ｕｌｌΦ作用を妨害し、達成されるべき分離 を制約するような作用が生じる可能性がある。荷電された種が分離すると、正及 び負に荷電された種の空間的分離によって電界が発生し、かけられた分ｍ電界を 妨害する。この妨害効果はバリヤ１４をベルトセグメント１８ａ　、　１８ｂの 間に介在させることにより減少可能であり、これがすべての種の！ｊ＠を阻害し 、対面する表面からの電荷により正又は負の余分の荷電が中性化され、次にバリ ヤ１４の背後の領域１６において連続して新規の分離を可能とする。

本発明においては前記バリヤは多くの実施例において有効である。一定間隔の交 番磁界を使用して、類似していない粒子を分離する場合は、粒子はそれの表面特 性に応じて接触荷電され、磁界のせいによる類似しない粒子の空間的分離は空間 的荷電分離を生じ、分離を妨害する電界を発生する。バリヤを介在させることに より、これらの電荷が性能の劣化を生ずることなく消散させることができるであ ろう。

ここで第５図を参照すると、本発明の代替的実施例が図式的に描かれている。こ の実施例の作動方式は、分離を生ずるために使用される分離作用のタイプが異な るという点で、第４図に示されているそれど異なる０分離作用はｉｆｆ発生要素 １８２ａ及び１８２ｂの列により発生する交番電位により発生する。これら要素 は隙間１２２により隔置され、前記列の表面からの距離に応じて強さが減少する 分離電界を発生する。前記電界発生列はチャンバの壁１４２により分離チャンバ １２０から隔置されている。前記列は、距離に応じて減少するネットの吸引力を 発生し、この吸引力は、ベルトセグメント１５２の付近では強く、ベルトセグメ ント１５１の付近では強い。分離作用に＠感な種は前記列に向かって吸引され、 前記列から離れて径勧する感度の低い種と交代する。こうして、より敏感な種は ベルトセグメント１５２の付近に移動し、そこでそれらはベルトセグメント１５ ２により出口ボート１３６へ向かつて移動し、製品の流れ１１６を形成する。

同様に感度の低い種はベルトセグメント１５１の付近に移動し、そこでそれらは ベルトセグメント１５１により出口ポート＋３５に向かりで移動し、製品の流れ １１５を形成する。

の実施例は誘電泳動の原理を使用する。この技術の水準は、Ｈ１Ａ、ポールによ り、ベリーの化学エンジニア用ハンドブック第６版、Ｄ、Ｗ、グリーン　ｅｄ、 マグロ−ヒル、１９８４年、及びポールズブツク、誘電泳動、ケンブリッジ、１ ９７８年に説明されている。

これ２つの参考文献は前記理論を説明し、誘電泳動分離が使用可能な応用例を説 明している０本発明は、逆流方式であるため、これら説明された従来の方法より はるかに大きな実用性を有する。

誘電泳動は１つの流体の液滴を他の流体から、流体から粒子を、流体から気泡を 、あるいは異なる銹電定数の粒子を分離することが可能である。

温度制御手段が、均一に、あるいは出口ボート１１５及び１１６の間の距離の関 数として、温度を制御するために使用される。

本実施例の１応用例は弱磁性粒子を非磁性粒子から分離することである０粒子の 混合物が送り込みポート１３０から導入され、例えばチャンバの壁１４２に対面 する要素１８２ａの面をＮ磁極に、要素１８２ｂの面をＳ磁極にすることによっ て、磁位が磁界発生要素１８２ａ及び１８２ｂの間にかけられる。磁力の強さ゛ は個々の磁界発生要素の強さ、要素１２２の間の間隔、チャシバの壁１４２の厚 さ、及びチャンバの寸法１２１により制御可能である。

分離に磁界勾配を使用する場合、磁性材料を搬送ベルト１５０に組み込み、それ により磁界発生装置１８２　ａ　、　１８２　ｂからの磁界の作用の下に磁性物 質は磁界を集束させ、高い磁界勾配を発生し、搬送ベルトとともに移動し、磁性 粒子の搬送を容易にする。更に、高い磁性粒子を洗い流すことが可能なように、 各要素の磁界を周期的かつ連続的にゼロまで減少させることが便利である。

第５図に描かれている実施例のその他の応用は、オイル相内の分散した水滴のよ うな２つの相を分離することである。このエマルシヨンは送りボート１３０に導 入され、例えばチャンバ壁１４２に対面する要素１８２ａの面を正に、要素１１ ３２　ｂの対面を負にすることにより、電位が電界発生要素１８２ａ及び１８２ ｂの間にかけられる。！気的な力の強さは個々の電界発生装置の強さ、要素間の 間隔１２２、チャンバの壁厚１４２及びチャンバの大きさ１２１、により制御可 能である。

その他の応用例は流体から固体粒子を、流体からガスの泡を、異なる固体粒子を 、ガスから固体粒子と、あるいはガスから水滴を分離する方法である。注意すべ きことは、流体からガスを分離する場合、温度制御手段１９１．１９２　、１９ ３．１９４．１９５．１９６が蒸気−流体平衡に影響するように使用可能であり 、そして例えばベルトセグメント１５２により搬送される流体を、ベルトセグメ ント１５１により反対方向へ搬送される蒸気に変換する。同時に、ベルトセグメ ント１５１により搬送される蒸気は濃縮されて流体にされ、次にこれがベルトセ グメント１５２により搬送される。こうして本発明は、温度制御手段１９６を通 る熱を供給し、密閉容器１４６内で蒸発させ、温度制御手段１９１を通して熱を 除去し、密閉容器１４５内で蒸気を濃縮することにより、相対的に沸点の異なる 種を分離可能である。蒸気及び流体の逆流搬送は分留の方法と類似しているが、 本発明は重力とは関係なく作動し、流体又は蒸気を搬送するために遠心力又は圧 力低下を使用することはない。同様に本発明は物質の結晶を冷凍混合物から分離 し、逆流による分留結晶化を実行することが可能である。

本発明のその他の応用例は逆流抽出として知られる行程により流体内の種を分類 することである。この応用例においては、流体混合物が開口部１３１を通って導 入され、抽出流体が開口部１３３を通って導入される。抽出流体はベルトセグメ ント１５１により方向１６１へ移動する。流体混合物はベルトセグメント１５２ により方向１１ｉ２へ搬送される。この２つの流体は密着接触しており、適当な 抽出流体を選択することにより、所望の種が回収可能である。種は流体の１つに 溶解される必要はない。例えば、オイル内に微細化された石炭を含むスラリーが 間口部１３３内へ送られ、水が開口部１３１内へ導入される。親水性の灰分含有 鉱物が水相内に抽出され、開口部１３６から除去され、その間に疎水性の石炭が オイル相内に残り、開口部１３５から回収される。

本発明は生物学的物質の逆流分離を実行するのに特に遺している。生物学的に活 性のある物質は醗酵培養液、あるいは分裂細胞などから分離可能である。蛋白質 、ＲＮＡ、ＤＮＡが、様々な所望の物質に対する異なる親和性を有する異なる流 体相を使用することにより抽出可能である０分離は、異なる細胞又は細胞の構成 要素に対する異なる親和性を有する流体を使用することにより、あるいは、所望 の細胞を周辺に偏らせるように、電界発生手段１８２　ａ　、　１８２　ｂに適 当な周波数の交流電位をかけることにより、すべての細胞に対して使用可能であ る。交流電位が分離チャンバ】２０内で電気的絶縁破壊を得るに充分な程度に増 加すると、誘電放電により発生する部分的にイオン化されたプラズマの強さの勾 配が、異なる表面の電気特性を有する粒子を分離するために使用可能である。

ここで第６図を参照すると、２つのベルトを使用する実施例が示されている。こ の２つの搬送ベルト１．５０．１５３は異なる速度で移動し、それによりベルト セグメント１５１　、１５２は異なる速度で移動する。異なるベルト速度により 非対称な剪断領域が発生する。この剪断領域は分離作用に使用可能であり、粒子 をベルトセグメント１５１又は１５２により適当な方向へ搬送可能な場所へ移動 させる。剪断された粒子の分散により剪断平面に対し直角な力が発生する。この 圧力は（バグノルド、フィル、トランス、Ｒ，Ｓｏｃ、Ｓｅｒ　Ａ、２４９．２ ３５−２９７　（１９５６）によれば）以下の式に等しい。

Ｄ−粒子直径 ｕ＝方向１６１又は１６２に対して平行な粒子速度ｙ＝Ｉ＋長さ１２１に対して 平行な座標の長さ０−粒子密度 Ｃ−容積濃度 穴のあるベルトセグメント１５１　、１５２は開いており、粒子の移動を阻止し ない０粒子は剪断領域により発生する粒子圧力により移動する。

剪断勾配の使用は、数百率の間渣れフィルム濃縮又は流し樋の方式が使用されて いる鉱物ドレッシング産業においては公知であり、これはＦ、　Ｂ、ミツシェル により記述されたＳＭＥ鉱物処理ハンドブック、Ｎ、　Ｌ、バイス、ｅｄ、ＡＩ ＭＥ出版、１９８５年に説明されている。従来の方法においては傾斜した表面に 水スラリーを流す方法を使用している０本発明は機械的搬送システムを使用し、 そのため、非常に微細な粒子の損失を生じる、水その他の流体を必要としない。

本発明は逆流方式であり、それにより回収と精製との両方が１つの装置により高 水準で行われる。

こうして、異なる速度で移動するベルトセグメント１５１．１５２は非対称の剪 断領域を生じ、それにより粒子がそれの寸法、密度及び濃度に従い移動する０粒 子の分類は水又は空気のような流体内で行われ、真空中でも可能である９寸法に 基づく粒子の分類から生ずる剪断作用は、水により搬送される微細な粘土粒子か ら、流れる川により搬送される砂又は砂利、氷河により搬送される大ぎな玉石に 分類される粒子に至るまでの範囲の粒子について観察可能である。同様に、本発 明は適当な寸法の装置を使用することにより任意の粒子を分類するために剪断を 使用することが可能である。流体の液滴は粒子のように振る舞い、剪断領域の影 響を受ける０本実施例はエマルジョンから液滴を分離するために、そして逆流抽 出及び分留を実行するために使用可能である。ガスの泡は粒子のように振る舞い 、そのため流体から分離可能である。ガスの泡は流れの浮きかすのように粒子を 付着し、粒子の付着した泡は剪断領域により影響を受け、粒子を付着したまま搬 送される。

前記ベルトにより生ずる高度の剪断及び機械的攪拌により温度制御手段１９１　 、１９２　、１９３．１９４と分離装置内の粒子化された物質との間の熱伝達が 非常に良好になる。微細に粒子化された物質の加熱及び冷却は分離の間に′＆成 され、例えば、粒子化された物質から水を分離するためには、水を蒸発さセるた めに熱がかけられ、粒子がガス状の水から分離可能となる。同様に、小さく冷た い粒子と大きく熱い粒子とが異なる開口部から導入され、ベルトにより逆流方式 で動かされる場合、熱は異なる寸法の粒子の間を移動可能である。小さく冷たい 粒子が大きく熱い粒子から熱を抽出する。

２つのベル目５０．１５３はその組成、厚さ、あるいは織り方に間して異なる構 造を有し、ベルトの組成は、分離の条件の下に構成要素の１つに対して親和性を 有するベルト用の物質の選択により、分離されるべき構成要素を機械的に選択し で搬送することを促進するように選択可能である９例えば、ベルト１５３が磁性 物質からなり、ベルト１５０が非磁性物質からなり、分離チャンバに磁界がかけ られると、磁力線が磁界勾配を発生し、これが磁性粒子を引き付け、それらを１ 方向に搬送し、それに対して非磁性粒子は非磁性ベルトにより反対方向へ搬送さ れる。別のベルト材料は異なる選択的親和性を有する材料により選択可能であり 、例えばイオンが選択的に搬送される、イオン交換樹脂をベルト材料に組み込ん で、その他の分離性を促進する。同様に、モレキエラーシーブのようなその他の 吸着性物質、クロマトグラフィに使用される静止流体相、結合モノクロナール抗 体、高い電界勾配を生ずる物質、正又は負に接触帯電する物質、又は、一定の構 成要素を選択的に搬送することを促進するために使用可能である表面張力により 液滴が保持されるように、異なる湿す性を有する物質、などがある。

前記ベルトは分離チャンバの外側へ通過した後に清掃することが望ましい０例え ば、エアナイフとして知られているジェット気流、前記ベルトがロールの上を移 動するときの遠心力、流体噴射、繊維性ブラシ、振動、重力吸引、流体による溶 解、前記ベルト内に陽イオン交換樹脂が用いられる場合に酸のような構成物質又 は結合蛋白質を除去するための正しいイオン強度の緩衝液を溶解し又は化学的に 抽出する流体、結合水若しくはその他の揮発仕種を除去するための熱気、などを 使用して前記ベルトを清掃することができる。

ここで第７図を参照すると、穴のない搬送ベルト１５０．１５３．１５４が示さ れている０ｍ送ベルトは分離チャンバの境界を形成している。前記ベルトは電界 発生組立体１８２により発生する分離作用を妨害しない物質から製造されるべき である０例えば、周期的な交番電位が分離作用として使用された場合、前記ベル トは前記電界発生手段から分離チャンバを絶縁しないですむように、絶縁材料か ら製造されるべきである。

第８図を参照すると、細密な留分を分離するために有効な実施例を示している。

２つの機械的搬送ベルト１５０　、１５３が、分離チャンバの中心近くに１つの 逆流循環を、分離チャンバの境界近くに２つの反対に流れる流れを発生する。交 流の周期的交番電位が電界発生手段１８２により発生し、これがある種を吸引し 、電界発生手段１８１　、１８３により発生する異なる周波数の周期的交番電位 がその他の種を吸引するために使用される。前記２つの異なる周波数により吸引 されない種は分離チャンバの中央に残り、ベルトにより密閉容器１４５に向かっ て搬送され、いずれかの電界により吸引される種は分離チャンバの壁に向かフて 移動し、ベルトにより＠閉容器１４６に向かって搬送される。

その他の分離電界も使用可能であり、例えば、電界発生手段１８１　、１８２　 、１８３が均一の直流電界を分離チャンバを横切って発生し、蛋白質の溶液が緩 衝され、それにより溶液のＰＨが混合物内の蛋白質の等電点に対応し、そして前 記混合物が分離チャンバ内に導入されると、前記電界は荷電された種をいずれか の電極に向かって偏倚させ、前記中央から離れるようにする。それの等電点にあ る蛋白質は荷電されず、電界の中で実質的な動きがなく、そのためベルトセグメ ントにより分離装置の端１４５に向かって分離チャンバの中央へ搬送される。

ここで第９図を参照すると、剪断領域発生手段として織られた表面を使用する本 発明の実施例が描かむでいる。電界発生手段１８１　、１．８３が突出した要素 を有し、これがベルト１５０を分離チャンバ内に限定している。前記ベルトから 表面１８１．１８３までの平均距離は表面１８２からベルトまでの平均距離より も大台いように見える。剪断は速度勾配である。ベルトセグメント１５１及び１ ５２は同一・の速度であるが反対方向に動いている。移動するベル（・がら静止 表面までの距蔑及び速度の差が剪断を決定する。こうして、ベルトセグメント１ ５１から表面１８１．１８３までの距離が、ベルトセグメント１５２から表面１ ８２までの距離よりも大きいため、剪断の強さはベルトセグメントｉ５１と表面 １８１　、１８３の間でそれに対応して小さい。剪断の差は上述のように、粒子 及び液滴を分離するために使用することができる。

第１０図に描かれている本発明の実施例は粒子の荷電及び′！ｓ１図の分離装置 が好ましい垂直方向にある図を描いている。同様にここに示されているのは完全 な石炭処理システムの補助構成要素である。穴のあるシート１４はこの実施例の 前記装置には含まれておらず、これは、第１図ないし３図に描かれている装置の 実施例において実行される、交互荷電及び分離段階の代りに連続的接触荷電及び 静電粒子分離に依存している。第１図及び１Ｊ１０図と共通の前記装置の部品は 同一の参照番号を有している。静電界は、数個の対応するプレート１０．１．１ ２．１、ｌＯ１２，１２，２，１０，３，１２，３、及び１０．４．１２．４で 、図面にモジュール＃１、＃２、＃３、＃４、で示されている連続列モジュール の間に確立される。前ｖ、を界モジエールは装置に沿って相互に隔置され、分離 されるべき粒子の供給は隣接する電極間の任意の空間、例えば電極１Ｏ０３及び ｌＧ、４の間釘ある空間３１に導入される。各モジュールはそれ自体の動力源を 有し、それのうちの１つ３３だけが図式的に描かれ、これはモジュール＃４の電 極１０．４＆び１ｚ、４に連結されている。製品は低部端２８から、製品パッチ ｐ−を及びＰ−２を生産するサイクロン分離装置のステーション３５へ取り入れ られる。廃棄物は上部端２６から、廃棄物バッチＲ−１及びＲ−２を生産するサ イクロン分離装置のステージ３ン３７へ取り入れられる。製品は、ベルトがロー ル２０を通過する時に、ベルトから遠心力により除去される。所望の場合は、廃 棄物の還流が、モジュール＃１及び＃２の間にある電極１２．１及び１２．２の 間の空間３９のような空間内にある装置に再送りされる。この実施例においては 、互いに反対方向に移動するベルト表面１８Ａ及び１８Ｂが相互に接近し、非常 に大きい速度勾配を互いに逆に極性化された電極の間に発生し、次にこれが周辺 ガス内に高度の剪断を生じ、これにより猛烈な粒子−粒子接触を促進し、電極間 での粒子の荷電を促進する。ベルト１８は第１及び第１０図のベルト分離装置に おける唯一の可動部分である。このベルトは装置の両方の実施例に共通のいくつ かの機能を有する。この第１の機能は各電極１０．．１２の表面に沿って粒子を 移動させることである。′ｓ２の機能はその表面を掃いたりこすったりして電極 を清浄に維持することであるい両方の実施例において、前記ベルトは粒子を電界 の作用により１つの流れから他の流れへ８転させ、それにより、穴のあるシート １４がその間に存在する場合に、穴１６を通る粒子の軌道の妨害を最少にする。

本発明に従って、１つのベルト１８は実質的な開放領域を有し、る、前記ベルト 材料は電極の間の電界を妨げるような効果を有してはならず、そのため実質的に 導電性のない、そのため電極間を短絡しない材料から選択すべきである。最高の 性能を得るために、前記ベルトは電極間の空間をできるだけ小さくするようにで きるだけ薄くなければならない、寿命を長くするためには、ベルト材料は耐摩耗 性があり、高い強度を必要とし、低摩擦係数を有し、機械内の温度と湿度に対す る抵抗力があり、継ぎ目のないベルトを容易に製造できるようなものでなければ ならない。検査されて本発明の目的に有用だと判断された材料の例としては、テ フロン（登録商標）被覆のケブラー（登録商標）繊維から製造され示されている 。この材料は高温に耐え、物理的強度があり、化学的劣化に対する抵抗力がある 。その他の材料（描かれていない）はモノフィラメントポリエチレンでほぼフ× １１のからみ織りの生地である。この後者の材料は、図示されたケブラー／テフ ロンはど強くないが、耐摩耗性があり、ベルトに製造することが容易で安価であ る。理想的な材料は、非常に良好な耐摩耗性があり低摩擦性の、超高分子重量の ポリエチレンファイバーである。ここに記述された穴の寸法及び材料は例示的な だけである。他の材料及び穴の寸法も有効であると考察され、ものによっては上 述のものにより達成される以上の良い分離成果を生じるかもしれない。

こうして、小さい穴がより良い分離効果を生ずることも場合によってはあり得る 。ベルト材料の誘電特性は使用可能な電界の強さとの関係を維持し、その他の制 限の範囲内で、電極間の高い電界強度を可能とするように選択されなければなら ない。

第１図及び第１０図に示されているような分離装置の規模拡大は、ベルト１８の 幅を大きくすることにより可能である。最大効率を得るために、ベルトはその全 幅にわたり均一に送り材料を積載する必要がある。これを行う便利な方法は第１ ０図に図式的に示されている流体ベッド分配装置による。この分配装置の機能は 粉砕した物質を流動化し、それにより物質が流体のように振る舞い且つ流動して 、水平表面を形成し、均一にレベルダム（図示されていない）を流れて乗り越え て、ベルトの全幅にわたり均一な物質の流れを生ずることである。この流体ベッ ドは送り込む物質を空気にさらし、物質の塊を破壊し、それにより分離装置の作 動が、より一貫しかつ均一となる。前記分離装置のその他の機能は、送り物質と 混合するかもしれない金属片のような高密度のＢ動物室を捕捉することである。

本発明によるベルト分離装置は、第１１図の比１ないし比４に示されている４ｆ ！類の電気的及び機械的形状のいずれでも使用可能である。その違いはベルトの 方向及び電極の極性である。大文字「Ｐ」及びｒ　ＲＪは製品と廃棄物をそれぞ れ示している。電極の極性は符号（＋）及び（−）により示され、それぞれ円に 囲まれている。矢印１９Ｂはベルトの移動方向を表示している。２つの送り位置 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ円で囲まれ、それぞれの形状を示している。第１ ０図にある１Ｂフイート（約４．８７７＋ｍ）の高さの実施例においては、４つ の３０”　（３０インチ）の長さの電極モジュールから構成され、電極の間のベ ルトの直線部１８Ａ及び１８Ｂはそれぞれ１０’　（１０フイート）の長さで、 送り位置（ａ）は底部モジュール＃４の低部の上方約３２”　（３２インチ）の ところにあり、送り位置（ｂ）は同・−の参照番号の上方およそ６２”　（６２ インチ）にある、この実施例の検査においては、粉砕した石炭送りを使用し、描 かれている４つの形状のそれぞれでＩＡ埋し、以下の予備結論が引き出された。

１、送り石炭がベルトを横断しない場合に最良の結果が得られる（つまり、負の 電極が送り側にある）。

２、廃棄物が装置の頂部に搬送される場合に最良の結果が得られる。

３、送り位置（ａ）又は（ｂ）は装置の性能にそれほど重大な効果を与えない。

形状１１．１は最良の硫黄及び灰分減少を示し製品に対してほぼ最も高い留分が 得られた。。

これらの結論及び成果は必ずしも他の石炭若しくは他の鉱物又は製品若しくはそ の他の物質の再生、あるいは製品若しくは廃棄物の再生に適合するわけではない ゃ同様に、異なる分離作用を使用するその他の実施例も様々な形状で作動され得 る。

３４１０図の装置は、粒子をその表面電荷により池の粒子から分離する、連続逆 流分離行程を実行する。第１３図は、回転する穴のある円盤４４及び遠心効果を 使用して機械的に送り物質を搬送する、共通流分離行程を実行する、その他の本 発明の実施例を描いている０円盤４４は、使用中は反対の極性にされる２つの電 極４６．４８の間に配置され、モータ５０が前記円盤をスピンドル５２上で回転 させるのに使用される。第１図と同様に、穴のある円盤４４は誘電性物質か、そ れの表面に誘電性物質を塗布したものから製造される。

送り物質（例えば粉末石炭）は電極の１つにあり、スピンドル５２と同心の穴５ ４を通って装置に送られ、それにより回転円盤が送り物質を電極の間で半径方向 外側に搬送する。結果として生ずる行程は、ｉｆ図の装置により実行されるもの と類似しており、この場合と異なるのは、穴のある誘電シートが固定電極の間を 移動し、その他の構成要素が！極の間で送り物質を搬送するために必要ではない ことである。同様に、穴のある円盤のいずれかの側面上の荷電された粒子の２つ の流れは同じ方向に移動し一つまり、前記行程は矢印５５により示されている、 「共通流」である。

使用中は、送り物質は中央５４で導入され、中央羽根車（円盤４４）により捕獲 され、半径方向に放散される。送り物質が外側に動くにつれて、それは加速され 、高い剪断勾配を受ける（前記円盤は円周においては１００フイート／秒（約３ ｏｍ／秒）の速度であり電極は静止している）。この剪断勾配により大量の渦が 生じ、粒子−粒子接触が、例えば粒子表面において接触帯電例えば「摩ｍ電気」 を生ずる。穴のある円盤４４を交互に動かすことにより、電極からの電界が生じ 、それにより分離が生じ、次に荷電が可能なように電界をブロックする。製品（ Ｐ）及び廃棄物（Ｆｔ）は、例えば、それぞれ同心の通路５６．５８を通って出 る。

第１３図にある穴のある円盤分離装置は、円盤を通る流れは干うでない流れより も濃縮される、という特性を有することが判明した。例えば第１３図において、 前記分離装置は、石炭が円盤の頂部から送られる場合に、少量物Ｘ（灰）が底部 に集められるような形状である。極性が変更されると、次に製品はより清潔にな り、底部に集められるが、廃棄物はそれほど濃縮されない、完全な逆流カスケー ドに対しては、この特性は、非常に高いれき青（Ｂｔｕ）回収を得るために送り 石炭内の廃棄物を濃縮するに必要な段階の数を減少させるという利点がある。正 確な段階数は特定の石炭に対し、考察をすることにより実験的に決定される。

様々な機械からの様々な製品及び廃棄物が再処理されて、更に灰分鉱物が石炭か ら分離される。流れは新しい機械に送られるか、あるいは組成上類似の供給物の 涜れと組み合せられる。このようにして分離は異なる組成の物質の流れを混合す ることにより無駄を生じない。注意すべきことは、「穴のある」円盤を通過する 物’ｉｔｔ＜製品あるいは廃棄物）は、カスケードの製品又は廃棄物側面へ向か って物質を搬送する場合に、中間機械を飛ばすことが有利なことである。この構 成により、共通流である個々の分離装置を逆流カスケードに配設することができ る。

第１４図は、第１３図の実施例を発展させた穴のある円盤分離装置の多段階例を 示している。穴のある円盤６４は同心の環状電極５７Ａ、５７Ｂ、５７Ｃ１５７ Ｄのグループと協働し、内側収集通路５８、及び外側収集通路５６、及び中間収 集通路５６．１．５７及び５８，１に送る。この形状においては、最も外側の収 集通路５６が製品を収集し、次第に内側の収集通路５６．１．５７及び５８．１ が、中央通路５８に向かうに従い、次第に灰分濃度が高くなる廃棄物を収集する 。２つのそのような機械が一体に連結されて、非常に清潔な製品及び非常に濃縮 された廃棄物を収集可能である。それ以上の精製（図示されていない）は、中央 から異なる距離に配置された様々な送り位置へ物質を再循環することにより行い 、それにより異なる組成の物質の流れが操作中に混合されることがない。

′ｆ％１５図は、中央の送りチューブ８０に沿って隔置され、相互に平行に配置 された、穴のある誘電円盤７１−７８の積み重ねを採用した多段階分離装置を図 式的に示しである。送り穴８２の周縁の列はチューブの壁に設けられ、２つの中 間の隣接する円盤７４及び７５の間に隔置されている。電極９１は最初の２つの 隣接する円盤７１．７２の間に配置されている。第２番目の電極９２は第２の隣 接する円盤７２．７３０間に配置され、そのように電極９３−９７が配置されて いる。端の電極９０及び９８は第１の穴のある円盤７１及び最後の穴のある円盤 ７８の外側表面にそれぞれある。電極は送りチューブ８０から隔置され、第１６ 図にも示されているように、誘電スペーサ２４０上にそれから分離して支持され ている。

各穴のある円盤を横切って一連の電界（Ｅ−ｆｉｅｌｄｓ）を提供するために、 例えば図面に表示されているように、電極は次第に変化する電位を与えられてい る。こうして、中間の電極９４は「ゼロ」電位を有し、それの１側面にある電極 ９５−９８は次第に増加する負の電位を有し、それの他側面にある電極９３−９ ０は次第に増加する正の電位を有する。穴のある円盤の間にある電極のいくつか は、開口部１０２と適合し、処理される物質が、電極の正の側及び負の側の間を 前後に出入りするようになされている。

使用中は、矢印８１により示されているように、送りチューブ８０が回転し、粒 子化された送り物Ｘ（例えば石炭）がそれの一端においてその内部に供給される 。送り石炭は送り穴８２を通りて送りチューブを出て、送りチューブ上で回転す る円盤７１−７８により半径方向外側へとばされる。電極９０−９８は静止して おり、図面に示されているように、各電柵が異なる電圧で極性を与えられる。廃 棄物取り出し端９０にある最も端の電極は最も高い電圧がかかっている。連続す る電極」−の電圧は低くされ、それにより極性及び強さの両方について、それぞ れの隣接する電極の対の間に実質的に一定の電界が存在する。この電界は製品の 粒子を荷電し、互いに相反する軸方向に移動するように斥力を作用させる８ここ で本発明は制限された数の実施例に・ついて説明されてきたが、多数のその他の 実施例及び修正が、申請の請求に定義されているように、本発明の範囲内で意図 されることは当業者には明白である。

ＦＩＧ、　／” ん６．８ ＦＩＧ、　９ 浄書（内容に変更なし） Ｊ５１Ｚ−＃）部　２？　方り第室へ 膚４！：掬　Ｅ ２゜ｌ モら一ル ＮＯ，ｌ　’ｌａ’のすきＪ ″′　■　液状４■　容（艮 １０・２　ゝゝシ、　イ吏肩べ本成へ 再ｉ普れう 七ら、ル　−　Ｌ流　−ドラム ＦＩ６．７０ Ｆ／Ｇ、Ｉ２ Ｆ／Ｇ、／４ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　２年　９月β日

Claims (40)

【特許請求の範囲】
1. １．分離チャンバ内で物質の混合物の異なる成分を分離する方法であって、 ａ．前記物質を、対向表面の各々の長さよりも近接して隔置された対向表面を形 成する手段を有する、前記分離チャンバ内へ導入する段階と、 ｂ．前記分離チャンバの前記対面する表面の少なくとも１つに向かって分離作用 を印加する段階と、 ｃ．前記分離作用に対し相対的な作用力に従い、前記分離作用の方向に前記異な る成分を分離する段階と、ｄ．流れの中でネット状作用力の成分を機械的に移動 させ、相互に近接しているネット状でない作用力の成分のそれぞれを前記分離作 用に対し横方向に移動させ、前記流れが前記分離作用に対し平行に連絡し、それ により前記流れが前記分離作用に対し横方向に進行する時に、前記分離作用の連 続する作用のせいで、前記各々の流れのうちのもう１つの流れに前記成分の少な くとも１つを搬送する段階と、 ｅ．前記分離チャンバから分離された流れを除去する段階と、を含む物質の混合 物の異なる成分を分離する方法。
2. ２．請求項１に記載の方法において、前記分離作用が電界、電界勾配、磁界、磁 界勾配、剪断領域、加速領域、温度勾配、振動、重力場、流れ領域、剪断勾配、 濃度勾配、化学的親和性のリストから選択されることを特徴とする方法。
3. ３．請求項１に記載の方法において、前記流れが機械的に反対方向に移動するこ とを特徴とする方法。
4. ４．請求項１に記載の方法において、分離の段階が前記分離作用を発生するため の独立の分離作用発生手段の提供を含むことを特徴とする方法。
5. ５．請求項１に記載の方法において、前記分離作用が空間的に周期的に発生する ことを特徴とする方法。
6. ６．請求項１に記載の方法において、前記導入の段階が前記分離チャンバ内に開 いている導入口に１種類以上の送り物質を提供する段階を含むことを特徴とする 方法。
7. ７．請求項１に記載の方法において、機械的に成分を移動させる段階が前記分離 チャンバ内部に剪断領域を発生する段階を含むことを特徴とする方法。
8. ８．請求項３に記載の方法において、前記流れが機械的に異なる速度で反対方向 に移動することを特徴とする方法。
9. ９．請求項１に記載の方法において、機械的に成分を移動させる段階が前記分離 チャンバ内部に剪断の異なるレベルの領域を発生させる段階を含むことを特徴と する方法。
10. １０．請求項６に記載の方法において、異なる構成要素を含む送り物質が前記流 れの移動の１方向に沿って異なる距離で分離方式の異なる領域に導入される段階 を含むことを特徴とする方法。
11. １１．請求項１に記載の方法において、分離作用をかける段階が前記分離作用を 発生する複数電極を提供する段階を含むことを特徴とする方法。
12. １２．請求項１に記載の方法において、前記分離する流れの間にバリヤを介在さ せる段階を含むことを特徴とする方法。
13. １３．異なる成分の混合した物質を分離する装置であって、対面する表面の対応 する長さよりも密接した前記対面する表面を形成する手段を有する分離チャンバ と、前記対面する表面の１つに向かって分離チャンバの小さい寸法の部分を横切 って分離作用をかける手段と、前記分離作用に対し横方向に走る流れの中で物質 を機械的に搬送し、前記分離作用により、それらの作用力に従い前記流れから作 用成分を偏倚させる手段と、 分離された成分を前記分離チャンバから除去する手段とを備えてなることを特徴 とする異なる成分の混合した物質を分離する装置。
14. １４．請求項１３に記載の装置において、前記機械的搬送手段が多孔性構造のエ ンドレスベルトからなることを特徴とする装置。
15. １５．請求項１３に記載の装置において、前記分離作用が前記対面するチャンバ の表面の間にかかる電界により発生することを特徴とする装置。
16. １６．請求項１３に記載の装置において、前記機械的搬送手段及び前記対面する 表面が穴のないエンドレス搬送ベルトにより提供されることを特徴とする装置。
17. １７．請求項１３に記載の装置において、１つ以上の分離作用発生装置が提供さ れていることを特徴とする装置。
18. １８．請求項１７に記載の装置において、前記１つ以上の分離作用発生手段が複 数の電極からなることを特徴とする装置。
19. １９．請求項１３に記載の装置において、物質混合物を前記分離チャンバ内に導 入する１つ以上の手段が提供されることを特徴とする装置。
20. ２０．請求項１３に記載の装置において、バリヤが前記流れの間に介在すること を特徴とする装置。
21. ２１．請求項２０に記載の装置において、前記バリヤが前記異なる成分の少なく とも１つに対し浸透性があることを特徴とする装置。
22. ２２．請求項１に記載の方法において、前記分離チャンバ内部の領域の温度が前 記流れの移動の方向の距離の関数として調節されることを特徴とする方法。
23. ２３．請求項２２に記載の方法において、前記分離チャンバの前記領域の間の温 度差が、前記流れが前記領域の間で前記成分を搬送する時に、少なくとも１つの 前記成分に影響する位相の変化を発生するに充分であることを特徴とする方法。
24. ２４．請求項２３に記載の方法において、前記位相変化が、蒸発、凝縮、固化、 溶解、昇華、吸着、希釈、沈殿、などのリストから選択されることを特徴とする 方法。
25. ２５．請求項１に記載の方法において、２つの異なる物質が、前記流れの移動の 方向に沿って、異なる距離、前記分離チャンバの異なる領域にそれぞれ導入され 、その結果、前記導入領域の間にある前記２つの導入された物質からの成分の逆 流が発生するように、それにより前記流れの１つから前記流れのもう１つへ少な くとも１つの成分が搬送されることを容易にすることを特徴とする方法。
26. ２６．請求項２５に記載の方法において、異なる物質の一対が、流体及びガス、 ２つの混合しない流体、臨界状態が近似している物質、異なる分子重量の２つの ポリマ溶液、流体及び粒子物質、２つの粒子物質、スラリ及び流体、エマルジョ ン及び流体、触媒と反応性流体、スラリ及びガス、異なる温度にある２つの粒子 物質、のリストから選択されることを特徴とする方法。
27. ２７．請求項１３に記載の装置において、前記分離チャンバが温度制御手段を内 蔵していることを特徴とする装置。
28. ２８．請求項１３に記載の装置において、前記分離作用が周期的に変化する電界 により発生することを特徴とする装置。
29. ２９．請求項１３に記載の装置において、前記分離作用が周期的に変化する磁界 により発生することを特徴とする装置。
30. ３０．請求項１３に記載の装置において、前記分離作用が、前記機械的搬送手段 及び前記対面する分離チャンバの壁の相互作用により発生する剪断勾配であるこ とを特徴とする装置。
31. ３１．請求項１に記載の方法において、所望の成分の回収を増加させるために化 学反応が使用されることを特徴とする方法。
32. ３２．請求項１の方法を使用して物質を処理する方法。
33. ３３．請求項１に記載の方法において、前記流れがエンドレス搬送ベルトにより 機械的に動かされることを特徴とする方法。
34. ３４．請求項３３に記載の方法において、少なくとも１つの前記成分が前記ベル トに保持されることを特徴とする方法。
35. ３５．請求項３４に記載の方法において、前記ベルトに保持される前記少なくと も１つの前記成分が、磁気吸引、静電吸引、抗体拘束、イオン交換、表面張力、 のリストから選択されることを特徴とする方法。
36. ３６．請求項３３に記載の方法において、前記異なる成分が前記搬送ベルトから 前記分離チャンバの外部に除去されることを特徴とする方法。
37. ３７．請求項１３に記載の装置において、前記機械的手段が更に前記電極から粒 子の接着層を除去することを特徴とする装置。
38. ３８．請求項３３に記載の方法において、前記異なる成分が前記ベルトから、遠 心力、エアナイフ、繊維性ブラシ、重力吸引、静電力、流体噴射、溶解性流体、 のリストからの方法を使用して除去されることを特徴とする方法。
39. ３９．請求項１２に記載の方法において、前記バリヤが少なくとも前記成分の１ つに対し浸透性を有することを特徴とする方法。
40. ４０．請求項１３に記載の装置において、分離された成分を前記分離チャンバか ら除去する１つ以上の手段を備えていることを特徴とする装置。