JPH02265614A - 流速が連続的に変化する高勾配磁気分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、流体中に含まれる磁性微粒子を効果的に捕集
することができる高勾配磁気分離装置に関する。

（ロ）従来の技術 従来、上記を目的とした高勾配磁気分離装置として特公
昭５９−４３２０８号公報に記載のものがある。

第８図〜第１θ図にかかる高勾配磁気分離装置の内部構
造を示す。

図示するように、Ｎ！ｆｆ１５１とＳ磁８ｉｉ５２との
間の空間に非磁性体セル５３が配設されており、同非磁
性体セル５３はその内部に微粒子を除去するためのフィ
ルタ空間を形成するとともに、その下部と上部に、それ
ぞれ、流入口５４と流出口５５とを設けている。

また、非磁性体セル５３内に形成したフィルタ空間には
、多数の強磁性細線５６が処理流体の流れの方向と平行
に配設されている。

そして、これらの強磁性細線５６は、等間隔を隔てて、
密で、しかも相互に平行に並設されている。

かかる構成によって、強磁性細線５６を用いて周囲に高
勾配磁界を形成し、非常に小さい微粒子を吸着除去する
ことができる。

ところで、上記高勾配磁気分離装置の性能は、一般に、
実効長さＬｅを用いて以下の式（１）で示される。

Ｌｅ−（Ｌ／ａ　　）（Ｖｍ／Ｖｏ　　）　　　・　・
　・　（１）ここに、Ｌ、！＝ａはそれぞれ強磁性細線
の有効長と半径で、Ｖｏは処理水流速、Ｖ−は次式（２
）で与えられる磁気速度である。

Ｖ＋＊＝　　（２／９　）（Ｚｐ　　・ＭＳ−Ｈｅ・ｂ
”／　　７／　・ａ　）・　・　・（２） 上記式（２）で、χ、とｂは磁性微粒子の比磁化率と半
径、Ｍｓは強磁性ＩＩＩ線の飽和磁束密度、■。

は印加磁界の強さ、ηは微粒子に対する流体の粘性係数
である。

つまり、Ｌｅの値が大きいほど高勾配磁気分離としての
性能は向上することになる。

（ハ）発明が解決しようとするｍ題 しかるにＪ比磁化率のきわめて小さな微粒子を分離除去
するためには、（＋）（２）式より、■極めて大きな磁
界勾配、したがって十分細い強磁性線を使用する必要が
あるが、かかる強磁性細線の製作は困難であり、また、
製造コストが高くなる。

■印加磁界Ｈ０を大きく、或いは強磁性細線の有効長し
、即ち、フィルタの長さを長くする必要があるが、これ
らの要素を大きく、或いは長くすると、磁界発生装置が
非常に大きくなり、製造コストが高く迂る。

■処理水流速ｖ０を低くする必要があるが、これは処理
水流速を低下させることにより、処理量が低下し、分離
除去装置としてのコストパフォーマンスが低くなる。

本発明は、上記課題を解決することができる高勾配磁気
分離装置を提供することを目的とする。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、処理流体の流路内に、強磁性体からなるフィ
ルタエレメントを配設して同流路内に磁場を形成し、同
強磁性体の周囲に形成される高勾配磁場により処理流体
中に浮遊する磁性微粒子を吸着除去させるための高勾配
磁気分離装置において、処理流体の流路の形状を、流路
の断面積が進行方向に漸次拡大するように形成し、フィ
ルタエレメントを通過する処理流体の流速が漸次低減さ
せるようにしたことを特徴とする高勾配磁気分離装置に
係るものである。

また、上記構成においてフィルタエレメントの形状は、
■円柱状或いは円環や扇形等、円柱の一部を切り抜いた
形状、■球状或いは円錐や角錐等球の一部を切り抜いた
形状とすることができる。

さらに、上記■において、円柱状或いは円柱の一部を切
り抜いた形状をなすフィルタエレメントを構成する強磁
性細線が、円柱の径方向に沿って放射状に配置されてい
ること、及び■において、球状或いは球の一部を切り抜
いた形状をなすフィルタエレメントを構成する強磁性細
線が、球の径方向に沿って放射状に配置されていること
にも特徴を有する。

（ホ）作用及び効果 本発明では、処理流体の波路の形状を、流路の断面積が
進行方向に漸次拡大するように形成し、フィルタエレメ
ントを通過する処理流体の流速が漸次低減させるように
したので、容易に発生しうる磁界強度及び従来の強磁性
ステンレス線を使用して比磁化率のきわめて小さな微粒
子を適量な処理量にて分離除去でき、小型で安価な高勾
配磁気分離装置を提供することができる。

（へ）実施例 以下、添付図に示す実施例に基づいて、本発明を具体的
に説明する。

第１図〜第４図に、本実施例に係る高勾配磁気分離装置
Ａの具体的構造を示す。

第１図及び第２図において、１０ば軟鉄等を素材とする
リターンフレームであり、後述する永久磁石１１．１２
とともに、磁気回路を形成することができる。

本実施例において、かかるリターンフレーム１０は、円
板状の上下壁１０ａ、　ｌｏｂと筒状の周壁１０ｃとか
ら形成されている。

そして、リターンフレームＩＯは、その上下壁］Ｏａ、
１０ｂの内面に、それぞれ、ドーナノッ状の上下永久磁
石１１．１２を取付けており、両永久磁石ＩＩ。

１２の間の間隙に、後述する磁性微粒子２０　（第５図
及び第６図参照）を吸着除去するための厚内円板状のフ
ィルタカートリッジ１３を介設している。

また、リターンフレーム１０の上壁１０ａの中央部に開
口１４が設けられており、同開口１４を上下方向に貫通
して流体流入管１５が、リターンフレーム１０の内部に
伸延しており、その伸延端に形成した開口部１５ａは、
フィルタカートリッジ１３のＬ血中央部と連通連結して
いる。

一方、フィルタカートリッジ１３の周壁部には複数の流
体流出管１６が連通連結されている。

本発明は８．実質的に、上記フィルタカートリッジ１３
の内部構成に要旨を有する。

即ち、本実施例において、かかるフィルタカートリッジ
１３は、第１図に示すように、薄肉円板状の上下壁と薄
肉周壁とからなる中空筒状フィルタ容器１７と、同中空
筒状フィルタ　容器１７内に積層状態に配設した多数の
円盤状のフィルタエレメント（又はフィルタモジュール
）１８とからなる。

そして、各フィルタエレメント１８は、第３図、第４図
及び第５図に示すように、多数の強磁性細線１９を３６
０″全方向に放射状に配設しており、強磁性細線１９間
に形成される流路Ｐの断面積が、フィルタエレメント１
８の中央部から外周縁に向かって漸次太き（なるように
している。

かかる構成によって、各フィルタエレメント１８に流入
した処理流体の速度は、フィルタエレメント１８の中央
部から外周縁に向かって流れるにつれて漸次遅くなるこ
とになる。

つまり、フィルタカートリッジ１３における処理水の流
れにおいて、放射状に強磁性細線１９を配置した各フィ
ルタニレメン目８の任意における流速は常に変化し、中
心部近傍の流速に比べて外周近傍の流速は半径に反比例
して低下することになる。

ただし、径方向に対して、フィルタエレメント１８の単
位体積当たりの強磁性細線１９の空間占積率を略同−に
するために、強磁性細線１９は多段階に放射状に配置し
ている。即ち、強磁性細線１９の単位中心各当たりの密
度は、中央部は粗に、外周縁に向かうに従って漸次密に
配置している。

次に、上記構成を有する本発明に係る高勾配磁気分離装
置Ａの微粒子吸着除去原理を、従来装置の場合と比較し
ながら、第５図及び第６図を参照し゛ζ説明する。

第５図（Ｘ−Ｚ断面図）において、磁界はＸ方向に印加
されており、磁性微粒子２０を含んだ処理流体はＹ方向
へ流れる。（つまり紙面の裏から表へ流れている。） そして、第５図において、強磁性細線１９の近傍には磁
界の歪みが生じて、処理流体中に浮遊する磁性微粒子２
０に磁気吸引力が働き、実線矢印で示した様な軌跡に沿
って磁性微粒子２０は移動し、最終的に磁性線１９に吸
着されることになる。

即ち、Ｘ−Ｚ断面における磁性微粒子２０の吸着軌跡は
、本発明も従来技術においても違いが生じない。

次にＸ−Ｚ断面における磁性微粒子２０が強磁性細線１
９に吸着されるまでの軌跡を第６図に示す。

この場合、処理流体の流れの方向は紙面の上から下へと
流れていることになる。

従来技術における磁性微粒子２０の軌跡は一点鎖線で示
し、本発明における磁性微粒子２０の軌跡は破線で示す
。

図示するように、本発明と従来技術との間には明らかな
相違があり、磁性微粒子２０を強磁性細線１９に吸着す
るまでの本発明による有効磁性線長さ２１が従来技術に
よる有効磁性線長さ２．に比べてかなり短くなっている
ことがわかる。

つまり、処理流体の初期流速が同じである場合、従来技
術では流速が各フィルタエレメント１８の中央部側の流
入口から外周縁側の流出口まで、すべての位置で一定で
ある。

これに対して、本発明では、任意の位置の流速が、初期
流速に対して、フィルタエレメント１８の中央部側の流
入口から処理流体が進んだ距離に対して反比例的に低下
するため、強磁性細線１９の有効長さが短い場所にて磁
性微粒子２０を吸着可能となる。

従って、本発明による磁性微粒子吸着除去範囲帽は、従
来技術による磁性微粒子吸着除去範囲１に比べて、磁性
線１９の一本当たりの微粒子吸着除去範囲を、第６図に
二点鎖線で示すように、大幅に向上することができる。

なお、上記した実施例においては、磁場を形成するため
、永久磁石１１．１２を用いたが、これに限定されるも
のではな（、電磁石、超電導磁石等により磁場を形成す
ることもできる。

また、強磁性細線１９は、腐食等を考慮して、強磁性の
ステンレス線を用いるのが好ましいが、何らステンレス
線に限定されるものではなく、強磁性を有するものであ
れば、他の素材からなる線を用いることもできる。

また、強磁性細線磁性線１９によって形成されるフィル
タエレメント１８の形状は、■円柱状或いは円環や扇形
等、円柱の一部を切り抜いた形状、■球状或いは円錐や
角錐等球の一部を切り抜いた形状とすることができる。

さらに、上記のにおいて、フィルタエレメント１８を形
成する強磁性細線１９を、円柱の径方向に沿って放射状
に配置したり、■において、フィルタエレメント１Ｂを
構成する強磁性細線１９を、球の径方向に沿って放射状
に配置するようにすることもできる。　［ 以下、第１図〜第３図に示す構造を有する高勾配磁気分
離袋ＷＬＡを実際に製作し、実験を行った。

まず、同装置Ａの具体的構成及び諸元等について説明す
る。

円盤状軸方向に着磁された永久磁石１１．１２（Ｎｄ−
Ｐａ−Ｂ系、残留磁束密度Ｂｒ−１２，０００（Ｇ）、
保磁力Ｈｃ−１１、０００（Ｏｅ）　、エネルギ積（Ｂ
−［１）ｗａｘ　＝３５（ＭＧＯｅ））を、第１図に示
すように異極を空隙３抛−で対面させ、その周囲を軟鉄
を素材とするリターンフレーム１０で囲み、磁気回路を
構成した。

その時に永久磁石１１．１２間の間隙部において発生す
る磁界強度は、約５，５００Ｇであった。

その空隙部に非磁性体であるアクリル樹脂によって製作
したフィルタ容器１７を配置し、同フィルタ容器１７内
に、第４図に示すようなフィルタニレメン）１８を２５
枚積層状態に組み込み、フィルタエレメント１８を形成
した。

各フィルタエレメント１８の形状・寸法は、最外径−２
００鴎φ、最内径−２０■φとし、その間の第１段目の
外径−８０−φ、第２段目の外径−１４０ｍφ、第３段
目の外径−最外径となるように３段配置とした。

それぞれの各段には、外径１００　／７１１φのフェラ
イト系ステンレス鋼からなり、飽和磁束密度Ｍｓ（−１
，７７）の強磁性細線１９を、空間占積率６％にして放
射状に配列した。

流体流入口１５はリターンフレーム１０の上面中央部に
設けるとともに、流体流出口１６はリターンフレーム１
０の周面に、円周方向に３０°間隔あけて１２個設けた
。

かかる構成によって、処理流体は、流体流入口１５より
フィルタカートリッジ１３のフィルタエレメント１８内
に流入し、多数のフィルタエレメント１８が設置されて
いるフィルタ容器１７内を、中央部から外周部に向けて
流れ、流体流出口１６より流出されることになる。

平均粒径ｌμ−のα−Ｐｅ２０３の磁性微粒子１９が濃
度としてｌ（１＋ｇ／ｊ！で懸濁している非処理流体を
、処理流量を変えて、上記した高勾配磁気分離装置Ａで
処理した場合の微粒子除去機能を、以下の第１表に示す
。

第１表（磁性微粒子分離除去性能） 第１表からも明らかなように、本発明に係る高勾配磁気
分離装置Ａは、磁性微粒子１７を、広流量範囲にわたっ
て、高効率（８５〜９７％）で吸着除去できる。

尚、磁気分離装置Ａのフィルタエレメントを構成する強
磁性細線は、強磁性体の薄板をエツチングまたは、打ち
抜き等により細線部分が残るように加工したもの又は、
非磁性体薄板に、強磁性体をプリント加工したものでも
よい。また、磁性細線を投網状或いは、蜘蛛の巣状に編
んだ網でもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高勾配磁気分離装置の断面正面図
、第２図は同平面図、第３図は第１図Ｉ−１線による横
断面図、第４図はフィルタエレメントの斜視図、第５図
はフィルタエレメントの一部拡大斜視図、第６図及び第
７図は磁性微粒子の吸着原理説明図、第８図は従来の高
勾配磁気分離装置の概念的構成を示す斜視図、第９図は
同断面側面図、第１Ｏ図は第９図■−■線による横断面
図である。 図中、 Ａ：高勾配磁気分離装置 Ｐ：流路 １０：　　リターンフレーム １１：永久磁石 １２：永久磁石 １３：　フィルタカートリッジ １４；開口 １５：流体流入管 １６：流体流出管 １７：中空筒状フィルタ容器 １８：　フィルタエレメント １９：強磁性細線 ２０：磁性微粒子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、処理流体の流路内に、強磁性体からなるフィルタエ
   レメントを配設して同流路内に磁場を形成し、同磁性体
   の周囲に形成される高勾配磁場により処理流体中に浮遊
   する磁性微粒子を吸着除去させるための高勾配磁気分離
   装置において、処理流体の流路の形状を、流路の断面積
   が進行方向に漸次拡大するように形成し、フィルタエレ
   メントを通過する処理流体の流速が漸次低減させるよう
   にしたことを特徴とする流速が連続的に変化する高勾配
   磁気分離装置。 ２、フィルタエレメントの形状が、円柱状或いは円環や
   扇形等、円柱の一部を切り抜いた形状をなしていること
   を特徴とする請求項１記載の流速が連続的に変化する高
   勾配磁気分離装置。 ３、フィルタエレメントの形状が、球状或いは円錐や角
   錐等球の一部を切り抜いた形状をなしていることを特徴
   とする流速が連続的に変化する請求項１記載の高勾配磁
   気分離装置。 ４、円柱状或いは円柱の一部を切り抜いた形状をなすフ
   ィルタエレメントを構成する強磁性細線が、円柱の径方
   向に沿って放射状に配置されていることを特徴とする流
   速が連続的に変化する請求項２記載の高勾配磁気分離装
   置。 ５、球状或いは球の一部を切り抜いた形状をなすフィル
   タエレメントを構成する強磁性細線が、球の径方向に沿
   って放射状に配置されていることを特徴とする流速が連
   続的に変化する請求項３記載の高勾配磁気分離装置。 ６、強磁性細線を放射状に配置したフィルタエレメント
   が強磁性体の薄板をエッチング又は打ち抜き加工により
   細線部が残るように加工したもの、又は、非磁性体薄板
   に強磁性体をプリント加工したものからなることを特徴
   とする流速が連続的に変化する請求項４項記載の高勾配
   磁気分離装置。 ７、磁性体細線を放射状に配置したフィルタエレメント
   が、磁性細線を投網状、或いは蜘蛛の巣状に編んだ網か
   らなることを特徴とする流速が連続的に変化する請求項
   ４項記載の高勾配磁気分離装置。