JP2005525924A - 粒子分離 - Google Patents

Abstract

気体と、液体間と、流動性固体の分離のための層流またはサイクロン式粒子セパレータに関する。セパレータは、環状体とチャンバを有する非金属製ハウジングと、チャンバ内に配された第１の冷却剤を出し入れして冷却した任意の陽極と、陽極に接続されたＤＣまたはパルスＤＣ電源と、チャンバに隣接して配され、第２の冷却剤で冷却される少なくとも１個の磁気コイルと、磁気コイルに接続された高電圧パルスＤＣ電源と、ハウジングに接続された流体（気体、液体または流動性固体）入口とを備えた部分からと、ハウジングに接続され、ハウジング内に配された非金属製セパレータチューブと、ハウジングを介して環状体に接続される第１の液体出口とを備えた部分とから成る。その結果、本器具は、目標要素で多い流れ（第１の流体）と、目標要素で少ない流れ（第２の流体）を器具から分離し、かくして、目標要素がほとんどない、あるいは目標要素がほぼ１００％の流れを排出する。

Description

本発明は、磁場を発生させることによって、気体、液体、または流動性固体を分離するための方法および装置、あるいは、気体、液体、または流動性固体から、多数または個別のイオン、化合物、または分子を分離するための方法および装置に関する。

本願において、「流体」という用語は、文脈が適切であれば、液体、気体および流動性固体を含むよう用いられる。
本発明はまた、磁気共鳴撮影法（ＭＲＩ）および、磁気共鳴撮影法（ＮＭＲＩ）などのその他の撮像用途において使用される磁場器具にも関する。

磁場は、きわめて均一な磁場強度および磁場方向（２極磁場）、器具本体内での磁場強度の均一な径方向勾配（４極磁場）、または器具の本体内でおおむね均一であるような６極、８極あるいはそれ以上の磁場を有することが望ましい。

均一かつ高位の電界勾配は、異なる誘電率を有する液体や気体の成分の分離に用途がある。あるいは、気体もしくは流体内の金属粒子、溶液内のイオンもしくは塩、さまざまな原子量の化合物、または油分内の水分など、異なる電気双極子モーメントを備えた成分の分離に用途がある。電界は誘発されたものであるか永久的なものであるかに関わらない。

比較的大量の均一磁場を発生させるために現在使用されている器具には、抵抗ソレノイド磁石と、超伝導ソレノイド磁石と、永久磁石との３種類がある。器具はいずれも有意の欠点がある。従来の抵抗磁石は、限られた磁場強度（約０．２Ｔ）、冷却条件、５０ｋＷ以上の消費電力、パルス動作を実行不可能にする高インダクタンス、ＭＲＩ用途での相当量の漏洩磁場の発生によって不利である。

従来の超伝導磁石には、高磁場（０．５Ｔ〜２Ｔ）を提供する一方で、高いコスト、操作することが高価な複雑な極低温システムの必要性、高インダクタンス（パルス化が不可）、相当量の漏洩磁場の発生という短所がある。

永久磁石は、周辺磁場が低く、患者へのアクセス（patient access）がよいが、磁場が低く（０．１Ｔ未満）、磁場強度が調節できず、パルス化が不可能で、非常に重い（０．０６４Ｔシステムで典型的に１２，０００ポンドを超える）。

均一な磁場発生の特に重要な用途はＭＲＩ診断方法である。これら方法は、液体間分離、半固体には従来用いられておらず、塩水の脱塩用でもない。
ＭＲＩシステムは、プロトン核スピンの磁気双極子の方向を合わせるために、強く、一定で、均一な磁場（通常は０．３〜１．５Ｔ）を利用する。次に、これら方向が合わせられた双極子が、高周波パルスによって方向の合わせられた状態から外される。加えられた一定の磁場は、スピンする双極子を方向の合わせられた状態に押し戻そうと試み、ジャイロスコープに酷似して、磁場方向の周囲を前進する。この固有プレセッションとスピン緩和が、画像を生成するために分析される放射信号を発する。実際のプロセスは、磁場勾配と、さまざまな信号処理方法を用いて、さらに複雑である。すべてのシステムにおいて、画質は、加えられた磁場の均質性と安定性に非常に依存する。現在のＭＲＩシステムの短所は、主に、高磁場磁石が必要とされることと、その外部効果を中心とする。ＭＲＩシステムは高価で、高磁場（１．５Ｔ）システムでコストが約１，５００，０００ドルである。

ただし、設備コスト全体のうちの大部分は、外部の物体に対する磁場の影響と、磁石へのかかる物体の効果に関する設置場所の要件によるものである。広範な分離に使用され得る、低コストで実質的に携帯型のＭＲＩシステムに対するニーズが長い間存在してきた。

本発明は、前述の現在のシステムの欠点を減少または排除する、均一な脈動高周波磁場を発生させる器具と方法を提供するある研究から端を発している。
本発明の実施例は、非磁性（プロセスチューブ）導管またはチューブの長軸と平行に置かれる比較的少数の誘導子を使用する。かかる誘導子は、所定の誘導長で、内部冷却式であり、その電気的長さは、冷却システムの緊密な結合によってのみ分離される。分離される予定の流体は、チューブの軸にそって、減少する（集中する）径を通過し、臨界焦点で、パルス力線が導入され、大量の流体を通り、陽極まで導かれる。この陽極は３つの目的を果たすことができ、すなわち周波数逓倍器、指向経路増幅器、分離された流体用の導路として機能する。

発明の一態様によると、上記で定義されたように第１と第２の混合流体の分離のための粒子セパレータが提供される。粒子セパレータは、環状貫流チャンバを含む非金属製ハウジングと、第１と第２の流体の混合物の前記貫流チャンバへの導入のための、ハウジングへの入口と、前記貫流チャンバの一部が磁気コイルによって包囲されていることと、前記チャンバの部分内に位置する陽極と、第１の冷却剤によって磁気コイルを冷却するコイル冷却手段と、前記チャンバの部分内を貫通して伸びるとともに第２の冷却剤によって前記陽極を冷却することに適合する冷却導管と、磁気コイルに接続された高電圧パルスＤＣ電源と、陽極に接続されたさらなるＤＣ電源と、磁気コイルのパルスによって発生された磁場にさらされた、励磁化流体混合物を受容するため、前記貫流チャンバの部分の下流に位置する流体分離手段と、流体分離手段が、励磁化混合物から第１と第２の流体を分離するよう配されていることとから成る。

本発明の第２の態様によると、上記で定義されたように流体の混合物から、選択された成分を分離するための方法が提供される。この方法は、チャンバに混合物を導入する工程と、混合物の選択した成分を励磁するため、前記チャンバの一部を包囲する、液体冷却されたコイルを、選択した特徴のＤＣ電圧パルスにさらすことで発生された磁場にチャンバの一部内の混合物をさらす工程と、選択された成分が少なくとも部分的に励磁された状態である間に励磁化成分を別の出口から、混合物の比較的励磁されていない成分が通過する出口へ向けるために適切な分離手段を使用する工程とから成る。

本発明の一実施例は、チューブの上部と下部とから成る、気体、液体および流動性固体分離のための層流分子粒子セパレータである。下部は、環状体と、チャンバと、チューブ内に封入された誘導子陽極コンセントレータと協働すべく連関して動作するチャンバに隣接して配置されるとともに目標となる液体または半液体の流れに集中された少なくとも１個の誘導磁気コイルとから構成される。外部誘導子コイルは、非伝導性冷却剤で冷却され、陽極誘導子は内部的に冷却される。高電圧変調パルスＤＣ電源は誘導磁気コイルに接続され、この陽極吸引周波数の脈動と協働して、変調された電圧がその対応する陽極に加えられる。ハウジングに接続された流体入口は、流れの中に入口目標材料を配置する。上部も、ハウジングに接続され、ハウジング内に配された非金属製セパレータチューブであり、第１の流体出口が非金属製セパレータに接続され、第２の出口が、ハウジングを通して、環状体に接続される。

本発明の別の実施例は、気体、液体または流動性固体の分離のためのサイクロン式粒子（分子）セパレータである。サイクロン式分子粒子（分子）セパレータは、チャンバに隣接配置されるとともに冷却剤で冷却される少なくとも１個の磁気コイルを有したチャンバ（別個の成分であってもよい）を備えた非金属製ハウジングと、上記の磁気コイルに接続された高電圧変調パルスＤＣ電源と、励起電流が１乃至それ以上の外部陽極に加えられることと、少なくとも１個で、さらに多数のサイクロン式セパレータがチャンバ内かチャンバ外に配されることとからなる。サイクロン式セパレータは、流体入口および塩水（望ましくない成分）出口と、サイクロン式セパレータ淡水（所望成分）出口と、サイクロン式セパレータ淡水（所望成分）と流体連通する淡水出口とを有する。

本発明は、気体、液体および流動性固体のセパレータとして多数の用途と実施例を有する。本発明の原理、および海水に対してどのように機能するかを説明するための一例として、現在発展途上にある海水分離が用いられる。同じ原理が、幾つかの修正と設計の軽微の調整により、言及したすべての媒体に適用できる。

本発明は、粒子（分子）分離の方法でもある。本方法は、チューブと、陽極成形装置として配された磁気コイルを使用することを必然的に伴う。磁気インダクションコイルを同時に励磁する一方で、海水（一例として）は、チャンバ内に案内され、塩水出口と淡水出口から出るように案内される。淡水がチャンバ内で生成され、次に淡水がチューブ付近を流れ、次に、コアンダ効果を利用して、セパレータチューブ内に引き寄せられる。最後に、淡水が、陽極によって、セパレータチューブから淡水出口に導かれる。

本発明は、分子粒子脱塩のサイクロン式方法でもある。本方法は、チャンバ内に配されたチューブと磁気コイルを使用することと、海水をチャンバ内へと、塩水出口と淡水出口から流すことと、同時に誘導磁気コイルを励磁することと、チャンバ内で淡水を生成することと、チャンバ内の淡水と、チャンバ内へ流入する海水の間で分離状態を維持するため、サイクロン力を使用することと、チューブ付近で淡水を流すことと、セパレータチューブ内に淡水を引き込むことと、セパレータチューブから淡水出口へ淡水を流すこととを含む。

本発明は、サイクロン式粒子セパレータが、セパレータ周囲に配された電磁シールドシステムを有することも企図する。
本発明は、原子粒子脱塩の層流方法も企図する。本方法は、以下の工程を必然的に伴う。すなわちａ）チューブと、チャンバ内に配された磁気コイルとを使用する工程と、随意的にチューブが冷却された陽極であることと、ｂ）チャンバ内へ、およびさらに塩水出口と淡水出口から海水を流す工程と、ｃ）チューブ、すなわち冷却された陽極を同時に励磁する工程と、ｄ）この励磁はチャンバ内の淡水に対しては、ほんの数秒間であることと、ｅ）次に、コアンダ効果を利用して、淡水がチューブすなわち陽極付近に流され、淡水をセパレータチューブ内に引き寄せる工程と、ｆ）最後に、セパレータチューブから淡水出口内へ淡水を流す工程とである。

好ましい層流方法の別例は、励磁工程が、分離される少なくとも１個の塩の原子周波数に一致する少なくとも１個のパルス磁場を発生するため、少なくとも１個のパルス周波数を用いる工程から成る。

層流方法のさらなる別例では、材料の複数個の個別原子周波数が、個別周波数で磁場を順番に用いた、個別周波数の掃引により一致される。一致工程は、個別原子周波数を用いて、磁場を用いて実行することも可能である。

層流方法のさらなる別例では、淡水は、コアンダ効果を利用してセパレータチューブ内
を通る。
本発明のさらなる態様は、イオン粒子脱塩のサイクロン式方法に関する。サイクロン式方法は、以下の工程を含む。すなわち、ａ）チューブ、あるいは冷却流体で冷却された陽極をと、チャンバ内の磁気コイルとを使用する工程と、ｂ）チャンバ内へ、および塩水出口と淡水出口から海水を流す工程と、ｃ）同時に、チューブまたは冷却された陽極と磁気コイルとをたとえば数秒間励磁する工程と、ｄ）チャンバ内で淡水を生成する工程と、ｅ）チャンバ内にある淡水と、チャンバ内に流入する海水との間で分離を維持するため、サイクロン力を利用する工程と、ｆ）サイクロン式セパレータ出口から淡水出口内へ淡水を流す工程とである。

好適なサイクロン式方法の別例は、励磁工程が、分離される少なくとも１個の塩の原子周波数に一致する少なくとも１個のパルス磁場を発生するために、少なくとも１個のパルス周波数を用いる工程から成ることである。

サイクロン式方法のさらなる別例では、材料の前記複数個の個別原子周波数が、磁場を用いた、個別周波数の連続した励磁により一致される。一致工程は、個別原子周波数の磁場（ＮＭＲ）を用いて実行することも可能である。

本発明は、流体流内の材料の分離のために電磁場を発生する装置と方法に関する。この装置および方法は、中心軸と、中心軸の周囲で、実質的に平行に配された導電性経路と、電磁場と、磁場内に流体を通過させることと、流体から、分離した物質を除去することとから成る。

本発明の１つの目的は、鉱山スラリーからの金属の分離、海水の脱塩、その他の分離を含む特定の用途のための有用な装置を提供することにある。
本発明は、目標となる分子または成分が除去されることを可能にするだけでなく、個別または多数の周波数を用いて、関連成分も除去し得る。

本発明は、利用可能な他の方法では不可能あるいは非常に高価であると考えられる、多数の化学的、生物医学的、食品または他の分離を行うため、含まれる材料を処理するべく多少の修正を行って使用され得る。

本発明は、一括分離を行うか、少量の選択した不純物を除去するため、混合気体の分離に使用され得る。これは、現在利用可能なプロセスの代わりとなる、より低いコストで低エネルギーを提供する。

本発明のプロセスは、少量の分離された、または高純度の材料を生成するため、連続して操作しても、バッチごとに操作してもよい。
本発明は、手動方法から完全自動方法を用いて、単一または連続バッチベースで流動性固体の分離を可能にできる。

１実施例において、装置は、効果的な連続動作を提供するため、連続してバッチ供給される複数個のセパレータから成る。
本発明は、従来の方法を用いて可能なよりもはるかに低いエネルギーをしばしば用いて、多くの場合で大幅に減少したコストで、除去のため、半固体混合物内で１乃至それ以上のイオンまたは分子を目標にすることを可能にできる。固体の分離は、現在利用可能なプロセスに比べて、プロセスの汚染の可能性を大幅に減少する。

本発明の均一な磁場の実施例の主たる利点は、セパレータに適切な外部電磁スクリーニングを設けた場合に、使用者の磁場への曝露がほとんどなくなる。
（先行技術の分離技術の説明）
脱塩技術は、以下のように従来は特定の熱処理を含んできた。
１．蒸留。加熱、蒸発、凝縮を含む。海水を加熱し、蒸気を発生させるプロセスである。次に蒸気が凝縮され、低塩分濃度の水を生成する。
２．蒸気圧縮。このプロセスでは、ボイラーからの直接の入熱によってではなく、蒸気の圧縮によって熱が供給される。
３．多段フラッシュ蒸留。水が低圧チャンバ内に入ると、その一部が急速に沸騰、すなわち瞬時に蒸発し、水蒸気となるという概念を利用している蒸留プロセス。
４．多重効用蒸留。予熱された海水を用い、急速蒸発を促進するため、蒸発装置チューブ上に、予熱された海水を噴霧することで、多段式とは異なる蒸留プロセス。

薄膜プロセスによっても脱塩が行われていた。
膜分離（逆浸透）は、塩分とその他の無機物は止めるが、水分子は通過させる半透過性膜に海水を通すことで作用する。この方法は、高コストを伴うことが避けられない高圧の使用を必要とする。

電気透析は、電圧を食塩水に加え、膜を通して、それ自体とは反対の電荷を有する電極に向かってイオンを移動させるプロセスの膜である。
冷凍・解凍技術も海水を脱塩するために利用され、ここでは、水が部分冷凍され、凝縮された塩水が静かに注入され、より純粋な氷が回収され、脱塩水を生成するために必要に応じて再処理される。

ハイドロサイクロンが第３の既知の分離手法であるが、固体の除去にしか作用しない。
ハイドロサイクロンは、液体から固体を分離する分離器具として一般的に用いられる。基底にある仕組みは、粒子が重力下で沈澱する速度を大幅に加速し、したがって、重力セパレータと沈降遠心分離機と密接に関係し得る遠心力を利用する。

遠心力は、紐の上のボールのように、湾曲経路上を移動する物体に伴う見かけの力である。円形経路上で移動するようボールを拘束する力が求心力と呼ばれ、外側に紐の上で引っ張る力が遠心力と呼ばれる。

重力は、地球の表面上の地球の平均重力として言及される。重力は、一般的に、力が地球上の物体に与える加速度の観点から測定される。
固体・液体ハイドロサイクロンでは、懸濁液体よりも密度が高い懸濁粒子は、外側に向かって移動する傾向があり、一方、密度が低い粒子は中心に向かって移動する。移動が進む速さは遠心場の強度と、粒子と懸濁液体の密度の差と、液体の粘度と、粒子の粒度と形状と、ある程度、分子の濃度と電気的に荷電される程度とに依存する。

ハイドロサイクロンの形状は、通常、円錐形状に似ている。供給流は円錐の頂点へ正接に注入される。ハイドロサイクロンに入る供給流の加速は、正接入口と、加圧下の供給の注入との組み合わせた効果によって達成される。圧力が高くなり、円錐が小さくなるほど、速度が高速となり、遠心力も高くなり、粒子（分子）の移動を増加する。供給の注入は、一次渦流として知られる、サイクロン体の内表面にそった流れを発生させる。一次渦は、比較的低い遠心力で、密度が高いまたは重い粒子（分子）を壁の外側、すなわち「頂点」にそって定着させ、本体の下層流を排出する。より小さいまたは軽い粒子（分子）は中心、すなわち「渦」に向かってとどまり、上端に向かって引き上げられ、オーバーフローオフィリスから出る。中心では、円周速度と角速度の両方がハイドロサイクロンの外殻にそっているものよりもはるかに高く、かくしてより高い遠心力を発生させ、より密度の低い粒子（分子をオーバーフロー端から押し出す。

ハイドロサイクロンは、液体から固体を、気体から固体を、液体から気体を分離する方法として長い間用いられてきた。つい最近まで、ハイドロサイクロンは液体間分離に用いられてきた。これは、比較的高密度の差異を持つ個体や気体の分離と比較して、２つの液体の分離が、比較的低密度の差異により他の分離よりもはるかに困難であるためである。

磁気分離は、流体から物質を除去する、また、海、河川、貯水池の水を連続して浄化する別の既知の技術である。磁気セパレータは、より高い磁化率で粒子に対して高くかかる力を発生させるため、粒子の磁化率の差を利用する。発生される力は、粒子をさまざまな位置に配し、分離が生じられるようにする。磁気セパレータは、磁性粒子を誘引するか反発する強磁性体を使用し、一方で、非磁性粒子は反対方向に分散され、したがって分離を簡単にできる。

イオン種分離は、電解質からのイオンと不純物の分離を含む。
電気泳動は、別の既知の分離技術である。イオン種の混合物が、加えられた電圧場にさらされ、電荷、質量、対称性、その他のパラメータに依存する。イオンの電気泳動度に応じた速度で、反対に荷電された電極に向かってイオンを移動させる。言い換えると、電気泳動は、電界の影響下での流体内の電気的荷電粒子の移動である。電気泳動技術で粒子は、動電移動度を変えることで分離される。試料の荷電成分が異なる動電移動度を有する場合、その異なる動電移動度により、異なる速度で移動し、物理的に分離する。

便宜上、本発明によってもたらされる技術を既知の技術と比較する際、本願において、本発明の技術は以下で「ＡＰＳ脱塩技術」または「ＡＰＳ」という。
プラズマ内に含まれる気体イオンが分離されるが、イオンサイクロトロン共鳴（以下「ＩＣＲ」という）は、ＡＰＳ脱塩技術に匹敵する技術である。ＩＣＲでは、均一な磁場の存在下で、移動イオンまたは荷電粒子は、磁場の方向に垂直の面で円形軌道を描き、磁場に平行な方向での動作に制限されない。この円形動作の周波数は、磁場の強度とイオンの電荷・質量割合に直接依存する。かかる軌道イオンが、磁場に直角に配された振動電界にさらされると、振動電界の周波数に等しいサイクロトロン軌道周波数を持つイオンが電界からのエネルギーを吸収し、より大きな軌道半径と、より高い運動エネルギーレベルまで加速される。振動電界の周波数と実質的に等しいサイクロトロン周波数を持つイオンは、電界と共鳴すると言われている。共鳴イオンのみが、振動電界からエネルギーを吸収するため、振動電界が実際的にまったく効果を持たない非共鳴イオンから区別可能である。

遠心力を利用するプラズマ分離もＡＰＳに匹敵する。プラズマ遠心分離器は、幾つかの周知の物理的原則にしたがって動作する。要するに、プラズマ遠心分離器は、荷電粒子に力を発生し、その質量にしたがって粒子をたがいから分離させる。磁場が電界と交差する環境に荷電粒子を配すると、荷電粒子は、交差した場の面に垂直の方向に強制的に移動する。さらに、荷電粒子は、磁束線におおむね平行の方向で磁場内を移動する傾向になる。電界が、中心軸に対して、半径方向に垂直に向いており、磁場が中心軸に平行に向いている構成では、荷電粒子は、中心軸を中心とした円形経路にそって強制的に移動する。ただし、円運動は、荷電粒子に遠心力を発生し、粒子は、外側へ、中心軸から離れても移動する。荷電粒子に作用する遠心力の強度は、粒子の質量の関数であるため、任意の条件（すなわち任意の交差した電界と磁場）で、高質量粒子が低質量粒子よりも高い遠心力を受けることになる。

プラズマの同位体分離は以下の原理を利用する。１つのグループのイオンが磁場と、磁場に垂直の振動電界とにさらされると、電界の周波数と共鳴する軌道周波数を持つ前記イオンは、電界からエネルギーを吸収する。これにより、共鳴イオンは、より大きい軌道に加速し、別の周波数のイオンは加速せず、幾つかの特許は、遠心分離器での分離を完遂するために、増加軌道を利用し、幾つかは利用しない。

水の脱塩に関連する特許は多数ある。ただし、逆浸透と蒸留などの技術は既知の技術であるため、多数の特許は現行技術の改良である。以下は、食塩水液から塩分を除去する方法および／または装置を開示した特許のリストである。これらの特許はＡＰＳには関しておらず、ＡＰＳはこれらの特許とは非常に異なる。脱塩システムを開示する多数の他の同様の特許が存在することに留意しなければならない。

以下の特許は、塩水溶液から塩分を除去する方法および／または装置を開示し、参照により本願に組み込まれる。米国特許第５，１６０，６３４号、第３，９６３，５６７号、第４，０３６，７４９号、第６，２１７，７７３号、第４，７７２，３８５号、第６，１３２，６１３号、第５，０９４，７５８号、第６，０７４，８１２号、第４，８９１，１４０号、６，０８３，３８２号、第４，１４１，８２５号、第４，１１８，２２９号。

以下のイオン種に関する特許が参照されで、参照により組み込まれる。米国特許第５，８５８，１９９号、第５，４２５，８５８号、第５，６４７，９６９号、第４，００８，１３５号。

以下の特許は、液体の既知の磁気分離を開示し、参照により組み込まれる。米国特許第４，０５４，５１３号、第４，１９０，５２４号、第４，６６３，０２９号、第４，６６４，７９６号、第４，９６１，８４１号、第５，４６６，５７４号、第５，５６５，１０５号、第５，５６８，８６９号、第５，７５９，３９１号、第５，９４４，９８６号、第６，０９３，３１８号、第６，２０７，４６３号、第６，１８２，８３１号。

以下の特許は、目標材料を励起するため高周波、ＲＦパルスを用いるものであり、参照により組み込まれる。米国特許第５，１５３，５１５号、第５，５７２，１２６号、第４，６９５，７９８号、第５，８０４，９６７号、第５，６１９，１３８号、第５，４４８，１７０号。

安全な飲料水と、農業用水は世界中のどのコミュニティにおいても、市民の健康に必須である。この水の必要性と使用可能な水の限られた供給は、水を非常に貴重な資源で、生活必需品にしている。水は地球表面の約三分の二を占めており、したがって、水資源が欠乏するというのは逆説的であるように思われるが、これが我々が今日直面している現実である。世界で利用可能な水の量は限られている。これは、世界を覆うほとんどの水が、使用するには塩分が多すぎるか汚染されすぎているためである。世界の水のほんの約２．５％しか塩分を含まず、この比較的少量の内の三分の二が南極とグリーンランドの氷冠や氷河に閉じ込められている。人間の使用に利用できる淡水の量は、地球のすべての水の１．０％未満である。ほとんどの場合、地球の湖と河川を満たす淡水の残りの割合は、人間のニーズを供給するに十分である。しかし、人口増加と産業と農業の需要に伴い、淡水資源が急速に少なくなってきている。したがって、より多くの国の淡水源が枯渇しつつあるにつれて、水不足が急速に世界的な懸念となってきている。

少なく見積もっても、世界の水に対する需要は年間５％〜７％の割合で増加している。世界水会議の報告によると、今後２０年間で、人間による水の使用は約４０％増加し、世界の食糧を生育するためには、利用できるよりも１７％多い水が必要となると見積もられる。世界水会議によると、１０億人以上が清潔な飲料水へのアクセスを欠いており、約２５億人が十分な衛生サービスを受けていない。これは、世界中の５人に１人が安全で無理なく購入できる飲料水へのアクセスを持っておらず、２人に１人が安全な衛生を欠いていると解釈される。この種の統計では、飲料水を生成する代替法を求めている国々がある。ＡＰＳ脱塩技術は、このような代替法を提供するために生み出された。

潜在的に壊滅的な水不足問題を解決するため多数の解決法が提案されてきた。節水プログラムと、器具と、新しい貯水池などの解決法が開発されてきたが、これらの解決法はほんの短期間の解決法である。節水手法と貯水の両方は、現在の水資源によって制限される。節水は、枯渇する、あるいは汚染されすぎている淡水資源などの問題は解決できない。今後、新たな淡水源を生産することで、いかなる将来的な水不足をも解決する技術が開発されなければならない。水不足は、節水方法が実施された後でも、旱魃、汚染、塩水の浸水、あるいは限られた水源などの出来事の結果生じ得る。そうなると、世界各国はこれらの問題を解決するためどこに着目するのであろう。飲用に適したの水を生成する１つの方法は、最大の水源である海を利用することである。かくして、世界各国は、海水から飲用に適した（前の方も探す）水を生成する技術に非常に関心を寄せている。

淡水化としても知られているが、脱塩は、飲料水を生成するため、不純な水から塩分、他の鉱物、または化学化合物を除去する水処理プロセスである。民生用脱塩において世界中で用いられる２つの主に用いられる技術的アプローチが蒸留と膜分離である。多段フラッシュは、すべての資源からの設置済みの全脱塩容量の約７１％を占める主たる蒸留プロセスである一方、逆浸透が、設置済みの全脱塩容量の約１９％を占める。以上の２つのプロセスが、使用される技術の約８６％を占め、残りの１４％は、多効果、電気透析および蒸気圧縮によるものである。

逆浸透法は、蒸気を発生させるため、海水を強制的に加熱することで機能し、次に蒸気が凝縮されて、低塩分濃度と、元々の水に含まれる他の不純物のほんの幾つかを含む水を生成する。ＡＰＳ技術は以上の両方のプロセスとは非常に異なっている。

蒸留は良好に機能するが、大量の熱エネルギーを必要とし、コストが、クウェートやサウジアラビアなどの、最も豊かな国以外では大半が高価すぎた。この方法は大量のエネルギーの使用は必要とせず、かなりコスト効率がよくなる可能性がある。

逆浸透は、塩水から淡水を押し出すために圧力を用いるため、エネルギーの節約となる。ただし、透過性膜は寿命が比較的短く、源となる水に含まれる汚染物質、特に塩素と微細沈泥に極めて影響されやすい。膜は、水の中に存在する有機および無機物質によって、経時的に「汚れる」または「削り取られる」。複合薄膜などの新しい改良型の膜が、かかる問題解決を容易にするため導入されつつあるが、ＡＰＳは、この種の問題を脱塩システムに導入する装置は有しない。ＡＰＳが改良する逆浸透のもう１つの問題は、中東やメキシコ湾などの場所でのプロセスの使用である。メキシコ湾の水は海水よりも多くの塩分を含んでおり、したがって、脱塩を実行することがさらに困難になっている。さらに、暖かなメキシコ湾の水は膜の耐用寿命を短縮する。

脱塩に関する特定の特徴は、脱塩を非常に高価な技術にしている。パイプと設備が耐食性材料を必要とし、一方特別な前処理フィルタと清浄用膜は、沈泥の急速な堆積物を除去するため頻繁なバックウォッシングが必要であるため、設備投資と操業はすべての脱塩手段で高価である。加えて、源水の前処理で化学薬品を使用しなければならず、海水からの逆浸透システムでのスケーリングを防止するため、酸などの除染薬品を使用しなければならない。海水が殺菌されず、処理場にポンプで直接送られる場合、有機汚染も問題となる。ただし、コスト効果のよい殺菌方法は、通常膜を損傷し、逆浸透膜の前に余分な殺菌剤を除去しなければならない。逆浸透は最高７５バールの高圧を必要とし、高圧まで水をポンプで送るため機械的なエネルギーを必要とする。システムを洗浄し、プロセスから発生する固体汚物を清掃するために使用される化学薬品は適切に処分されなければならない。ＡＰＳ脱塩技術は、飲料水を生成するために、逆浸透装置よりもはるかに少ない設備を有するため、従来の脱塩装置ほど多くの保守を必要としない装置を提供できる。かくして、その単純な構造により、ＡＰＳ装置の据付後コストは同等の逆浸透装置よりも大幅に少な
いことが多い。ＡＰＳ脱塩技術は最少の電流（ミリアンペア）で動作可能である。ＡＰＳ装置は少量の沈泥と、塩素などの低コストの酸化殺生剤に耐用性がある。また、逆浸透の供給圧が２８〜７５バールであるのに対して、ＡＰＳ装置は供給圧が１〜４バールであるため、ＡＰＳ装置は逆浸透よりもはるかに少ないエネルギーしか必要としない。

脱塩効率は１５〜５０％であり、言い換えると、１００ガロンの海水から１５〜５０ガロンの飲料水が生成される。使用できない残りの水は塩水と溶解固形物から成り、以下の５つの方法の内の１つで処分される。（１）海への直接排出。（２）海に放出する前に、廃棄物を下水処理場の廃水と、あるいは発電所の冷却水と廃棄物を組み合わせる。（３）塩水を乾燥させて塩を生成するか埋立地で処分する。（４）地下注入。（５）下水処理場による処理のため下水に排出する（汽水システムのみ）。使用できない塩水のこの排出は、海洋生物、処理場、水質などの事柄に直接影響する、環境に対する有害な影響を有することがある。ＡＰＳ脱塩技術の１つの利点は、残留液体内で粒子をさらに抽出できる点にある。自然に確立された要素と化合物のさまざまな共鳴周波数により、特定の化学種はＡＰＳを用いて選択、抽出され得る。ＡＰＳはそのシステムを特定の周波数に調整でき、特定の周波数で共鳴する粒子を除去できる。かくして、ＡＰＳは海水からの溶解成分の連続した選択的な除去が可能で、これは他の用途で貴重で有益となりうる。残留液を排出する際、環境への影響は、従来の脱塩手法を用いる場合ほど大きくない。

脱塩水の試算費用は、楽観的な１０００ガロン当たり２．００ドル以下から電力コストに応じたその金額の数倍まである。ただし、技術が進歩するにつれて、脱塩コストは下がりつつあるが、ほとんどの農業用途では高すぎて、経済的に合わない。ここで、農業は間違いなく最大の水消費者であることに留意しなければならない。多くの国は農業を目的としてその水資源の７０％を超える量を利用している。農業用水が高価であると、政府はプロセスに助成金を支給しなければならない。助成金の支給は、水、食料または仕事を提供するために行われるが、マイナスの結果も生む。使用者が水を尊重せずに、無駄に使う。さらに、助成金は困窮者には到達せず、富者によって捕らえられる。したがって、節水技術が普及せず、投資資金と歳入が少なすぎて、水のインフラ、研究、トレーニングシステムを維持できない。加えて、平均的な家庭は、最終的に、１立方メートルの水に対して農業従事者よりも３倍以上を支払うことになる。本発明の目的は、コスト効率がよいプロセスを作り出すことにある。本発明により、農業用水の価格は十分低くなり、国は水に助成金を支払わなくてよくなる。最大の消費者である農業への水の助成金支給がなくなると、国の給水は劇的に広がる。

発明技術の説明
本発明の主たる実施例は、液体に溶解した粒子（分子）などの第１と第２の流体を分離するために磁力と磁気反発と組み合わせた、塩水から淡水などのように第１と第２の流体の分割のための遠心力または自然層流と、ＮＭＲ原理を組み合わせている。

この手法の組み合わせは、たとえば脱塩プロセスを非常に強化でき、他の液体間分離よりも分離を効率的にできる。ＮＭＲは、分子励起と、その閉じ込めたヨークからの分子のその後の遊離を生じるために用いられる。ＮＭＲを用いることで、ＡＰＳは、材料（分子とイオン）を選択的に励起でき、かくして、溶液から、付属したイオンと、それよりは少ない程度であるが幾つかのその他のイオンを含む前記分子を分離することができる。一旦加えられた場合に、限られた時間だけ、継続効果を有する電荷を残すように、パルス場電荷を加え、これは流れと磁気パルスレートにさらされる。パルスが正しく加えられると、エネルギーを節約し、非常にコスト効果がよくなる。

本発明の実施例は、飲料水を生成するために海水から目標汚染物質を分離するため、原子粒子磁気共鳴とハイドロサイクロン技術の科学原理か、コアンダ効果と組み合わせた層
流原理を利用するプロセスを提供する。

本発明の１つの主たる用途は脱塩分野であるが、ほとんどの気体、液体間、流動性固体の分離を含むその他の多数の分離技術にも適用できる。
本発明は、混合物から１乃至それ以上の粒子の分離のためのシステムを提供するため、核磁気共鳴（ＮＭＲ）の分野とハイドロサイクロン技術または水圧分離を使用する。システムはバッチまたは連続システムで、ＮＭＲ原理はまず液体に適用され、液体が次に分離されたイオン種、分子またはイオンの必要な分割を提供するハイドロサイクロンか層流セパレータを通って送出される。

本発明は、分離対象の材料の分子構造を弱化するため、選択された成分のエネルギー吸収を利用する。さらに、ＮＭＲを使用することで、ＡＰＳは、分離対象の材料を選択的に励起できる。ＭＲＩ分野で使用されるものに似たパルスシーケンスが、ＡＰＳ技術で、目標材料を選択的に励起するために用いられる。パルス長は、パルスが「ニードルパルス」とみなすことができるよう、小さく維持されることが望ましい。たとえば、パルスは長さが２μｓである。

本発明の手法によって提供されるプロセスを開始するには、溶液内の目標材料が高強度磁場にさらされる。磁場は、溶液容器、すなわち励磁チューブを包囲するワイヤーコイルを介して、高周波パルス場によって与えられる。何が生じているかを説明するため、適宜時間を断片的に区切って、励磁チューブの一部と、励磁チューブ内で送られる流体内に件濁される目標材料を観察する。この特定の例において、概略として、主励磁チューブの領域と、記述されている独特の磁場パルス、その適用されるタイミングレート、液体制御下の流量、前記目標材料にもたらされる全体的な効果にさらされているチューブの部分に集中する。加えられた場の状態は、分子励起と、その閉じ込められたヨークからの分子のその後の遊離を生じる。励磁チューブは、それ自体のサイクロン効果も導入し、遠心効果に似た粒子の回転を生じる。かくして、重力分離を利用することで、粒子が原子量によってあらかじめ分離され、さらに、分離を完了するため磁気サイクロンか層流セパレータを準備する。加えて、励磁チューブには、分離対象の材料で１から５乃至それ以上の磁気サイクロンを供給する、それ自体の水平分離バンドが取り付けられていてもよい。したがって、サイクロンには、偏向および誘引インダクタを備えた５個の多サイクロンセパレータを収容する内部マニホールドが取り付けられ得る。

分子励起は、固有共鳴周波数が、加えられたパルス場の周波数と等しいか近い材料でのみ生じることに留意することは重要である。これはＮＭＲの原理によるもので、プレセッション周波数が高周波磁場で共鳴する化学種が交互磁場（任意の色の帯）からのエネルギーを吸収することが知られている。したがって、本発明は、化学組成物内に含まれるいかなる粒子の個々の選択も可能とする。さらに、閉じ込めたヨークからの分子の遊離は、分離のために、目標材料の準備を行う。

ＡＰＳプロセスの一部をなす、その他すべての補助磁気パルスとともに、この加えられたパルスは、目標のものと最大衝撃が同期化される。したがって、その安定性は３乃至好ましくはそれ以上の小数点以下の桁数とならなくてはならない。主システムパルスの振幅は非常に高く、したがって、所望の場の強度が焦点の中心にあることを保証する。前記パルスの幅、振幅、デューティサイクルおよび位相調整は、パルスが極めて狭く、振幅が大きく、必要な場合にのみ作動され、かくしてパルスに最大エネルギーを供給し、前記パルスを駆動するために必要なパワーの累積源を保護するようなものとなっている。この種のパルスは、所望材料が選択されることも保証し、分離対象の材料のみを励起し、周辺の共鳴周波数では材料を励起しない。

幾つかの異なる共鳴目標が分離される場合、加えられたライン周波数は単に掃引順になっているのではなく、それ自体の独自の個々の周波数が、連続した順番で、まさにそれ自体の特徴のセットで発射される。

一旦加えられた電界効果は、流量とパルスレートにさらされる、一定期間だけ継続的な効果を有する1 個の電荷を残す。流量に対する電荷の速度は、最高１００対１に変動できる。正しく加えられたエネルギーは保存でき、器具はコスト効果がかなりよくなる可能性がある。

励磁チューブ周辺の１次インダクタによって与えられた、加えられたパルス場にさらされた後、目標とされた流入材料は混乱しているが遊離した状態にある。次に、目標材料は、速度・ 分離効果を向上させるため、励磁チューブの流路をさらに進み、２次インダク
タにさらされ得る。このインダクタは流れている目標材料に正電荷を加え、ハイドロサイクロン下層流セパレータ内で生じる分離に対して目標材料の準備をする。ハイドロサイクロンには、磁場を供給する２個の分離コイルが、器具の上部と底部に備えられている。サイクロン上部に配されたコイルは、励磁チューブ周囲の１次インダクタに似た調整器具である。その目的は、目標材料の分子結合をさらに弱化する。サイクロン下部のコイルは負電荷または拒絶電荷を加える。これの目的は、正電荷で帯電した目標材料を、サイクロンの狭い部分で、下層流から話して引き寄せることにある。サイクロン内の遠心力と、サイクロンの下部への粒子の誘引の組み合わせが分離の基礎である。インダクタによって発生された磁場は、下層流端から排出するため、正電荷で帯電した粒子を誘引し、サイクロンのオーバーフロー端から排出するため、負電荷で帯電した粒子を拒否する。負および正電荷で荷電された粒子は、食塩水で見られる通常の負および正電荷で荷電された粒子ではなく、その原子共鳴周波数によって分離された、あるいは分離されていない粒子である。これは、ＩＣＰ分析として知られる誘導結合プラズマアナライザに適用されるものと同じ原理である。ＩＣＰ分析は分析対象の化合物の固有共鳴周波数を分離することに依存し、結果として得られる周波数と強度を読み取り、１０億分の１までの分析を可能にする。この同じ原理を利用して、共鳴周波数は、所望イオンの分離を引き起こすべく、発生されるのではなく、適用される。

処理済み水の２つの流体流が磁気サイクロン装置（組み合わされた単一または多数サイクロンセパレータ）から排出され、１つは目標材料が豊かで、もう１つは目標材料が比較的ない。

ソースポンプはマニホールド投入部に塩水を供給する。海水が実際に汚れている場合に、交換が可能なように、３乃至それ以上の粗フィルタが、マニホールドにそって配されている。ポンプは、現代的なあるいは古典的なプロセス制御を用いて従来と同じに制御され、その電源は、利用可能な現地の電源から供給される。利用可能な現地の電源は、主コンピュータ（オプション）と、主パルス器具と、分離水回路用のパルスエネルギーと、水回路と主発振器／クロック用のＤＣ励起と、波形成形回路を支える、ＡＣおよびＤＣでさまざまな電圧と電流レベルを供給する。電磁石とコイルに正しいパルスと波形を獲得する方法は、エレクトロニクス技術が進歩するにつれて変わる可能性があり、変わっていき、過去２年間で大幅に変わった。プロセス制御は、常に十分な水質を保証するために必要な従来の流量、導電性、その他の適切なオンラインテストを使用することによって行う。この制御は、従来の海中実験分析を用いたバッチベースで、あるいはオンラインベースで行うこともできる。

すべての目標材料は海のソースから主ポンプまたは加圧海水源へ、次に主ポンプまたは加圧海水源から供給される。目標材料は、入口マニホールドを通り、１次主分離チューブに導かれる。初期パルス場電荷が、１次インダクタを介して、流れる材料に加えられる。

主励磁チューブの別の目的は、それ自体のサイクロン効果を導入することにある。これは、よりいっそうの遠心効果で質量の回転を生じ、原子量による重力分離を通して、それ自体の個々であるが選択的なタスクのために磁気サイクロンを準備する。この時点で、層流またはその他の水圧流原理を用いて、分離された位相を分割できる。主励磁チューブには、偏向・誘引インダクタとその入口ノズル寸法を備えた５個乃至それ以上のセパレータを収容した内部マニホールドも備えられている。主励磁チューブは、排除または保管のための最終分離のためのそれ自体の所要材料で、磁性の１個乃至それ以上のサイクロンを供給する。

説明を続けると、１次インダクタから、目標流入材料は、混乱しているが、遊離した状態にある。オプションの２次インダクタが、目標材料流入流に正電荷を加え、磁気サイクロン内で生じる分離に準備をさせる。ヨーク上部に見えるインダクタが個々の磁気サイクロンを調整する。ヨークの下端に見えるインダクタは、負または拒絶イオン電荷を供給する。ここで混乱しているが遊離した状態にある目標材料は分極もされ、磁気サイクロン内で実施される誘引と拒否の準備がされる。磁気サイクロンは、コイルによって発生された磁場を利用し、分離される予定のイオンを誘引または反発する。磁気サイクロンは、分離プロセスを強化する手段として、遠心力も利用する。最後に、分離された溶液が、乏しい流れと豊かな流れに分割され、磁気サイクロンから排出される。

分離は、乏しい流れと豊かな流れが層流と、おそらくコアンダ効果を利用して再結合が可能となる前に、乏しい流れと豊かな流れを分離するため、水圧流原理を利用して実行されることも可能である。最後に、分離された溶液が、乏しい流れと豊かな流れに分割され、器具から排出される。

添付図面は、本明細書に組み込まれ、その一部をなし、本発明の幾つかの実施例を図示し、説明文と共に、本発明の原理を説明する。図面は本発明の好適な実施例を図示する目的のみのためであり、本発明を制限するものとして解釈されるものではない。

本発明は、液体間分離用の層流粒子セパレータを提供し、これを図１〜４を参照して以下に説明する。層流粒子セパレータ（１００）の下部（１０２）は、チャンバ（２）の壁（２’）とハウジング（３）の間に定義された環状体（２３）を備えた非金属製ハウジング（３）から構成される。任意で、少なくとも１個の陽極（１６）がチャンバ（２）内に配され、第１の冷却剤入口（１０）から、チャンバ（２）からくる冷却剤出口（９）へ、陽極の周囲を循環する冷却剤で冷却される。

層流粒子セパレータは、脈動型であることが好ましい、ＤＣまたはパルスＤＣ電源（１５）を使用できる。陽極（１６）を使用する場合、電源（１５）は、チャンバ内に配される磁気コイル（１４）に接続され、磁気コイル（１４）は第２の冷却剤源で冷却される。図１において、第２の磁気コイル（４）も、ハウジング（３）周囲に巻かれるように図示される。

図１は、コイル（１４）の第２の冷却剤流用入口（５）と出口（６）を図示する。第２の磁気コイル（４）用に、冷却剤流用入口（５ａ）と、冷却剤流用出口（６ａ）がコイルを冷却する。さらに、層流粒子セパレータは、磁気コイル（１４）に接続された、正極端（７）と負極端（８）を備えた高電圧パルスＤＣ電源を有する。処理される流体用の流体入口ポート（１３）が、ハウジング（３）の下端に接続される。第２の磁気コイル（４）も、磁気コイル（４）に接続された、正極端（７ａ）と負極端（８）を備えた、第２の高電圧ＤＣ電源を付属して有する。ＤＣ電源の詳細は、図１０ａと１０ｂを参照して以下に
説明する。

上部（１０３）は、ハウジング（３）内を通って環状体（２３）に接続される第１の流体入口（１１）と流体出口（１９）を備えた、ハウジング（３）内に軸方向に伸びる非金属製セパレータチューブ（１２）から成ることが好適である。

流体入口ポート（１３）は海水を受容することが可能で、その場合、海水に対する淡水の割合は、非金属製セパレータチューブ（１２）と、チューブ（１２）に隣接したハウジング（３）の残りの環状体（２３）の表面積の断面積に等しくなければならない。

図１は、好適な１実施例として、層流粒子セパレータを図示する。陽極（１６）および（１７）はチャンバ（２）の軸付近に配され得る。陽極（１６）および（１７）自体は管状でよいが、フェライトコアまたは、フェライトコア同様に機能するたのコアなどの適切なコアを備えた固体金属線でもよい。

図２は、チャンバ（２）と、コア（１）と、非金属製ハウジング（３）と、磁気コイル（４）の相対位置を図示する。第２の冷却剤入口（５）と、第２の冷却剤出口（６）と、高電圧ＤＣまたはパルスＤＣ電源接続（７）および（８）が図示される。

図３は非金属製ハウジング（３）と、非金属製セパレータチューブ（１２）と、第１の冷却剤出口（９）の相対位置を図示する。
層流粒子セパレータの非金属製ハウジング（３）は、ガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリケトン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、セラミック、木材、ファイバーグラス、架橋ポリマ、非架橋ポリマ、およびそれらの混合物から製造され得る。加えて、非金属製ハウジング（３）はコーティングされた内部を有してもよい。コーティングされた内部は耐腐食性材料でコーティングされ得るか、あるいは摩擦低減材料でコーティングされ得る。ハウジングの下部（１０２）は管状でも円形でもよい。

層流粒子セパレータのＤＣ電源は、磁気コイル（４）と同期化するため脈動性であってもよい。磁気コイル（４）は、ハウジング（３）周囲に巻きつかれても、ハウジング（３）の周囲に焼き付けて巻かれてもよい。さらに、磁気コイル（４）は、複数個の個々に焼き付けて圧縮されたループ状で、ハウジング（３）周囲に巻きつかれてもよい。

磁気コイル（４）は、あるいは、陽極（１６）から独立して、チャンバ（２）内に配されてもよい。加えて、２個の磁気コイル（１４）および（４）がハウジング（３）周囲に巻かれると、磁気コイル（４）はハウジング（３）内に配され得る。

図１〜３の層流粒子セパレータ用の第１と第２の冷却剤は、蒸留水、グリセリン、誘電トランス冷却剤、あるいはその混合物でよい。
図４は図１に似た層流粒子セパレータの前面図であり、層流粒子セパレータは、セパレータ周囲にシールディングシステムを配していない。本発明は、層流粒子セパレータが、シールディングシステムをセパレータ周囲に配される用変更が可能であることを予想する。この図の参照番号は、図１の構成要素と同じである。

図９は、発明の分離方法の原理を図示する。目標となる分子（分離対象の品目を意味する）の励起は、非磁性シリンダである導管（３）内を押し進められている質量を通って伝えられる磁束線を形成する特別な成形済みあるいは造形済みの高エネルギー磁気パルスの適用を伴う。シリンダまたは導管の円周の周囲には、液体で冷却された分割インダクタコイル（１４）（コイル（１４）の各部分が、調整された長さに切断されている）が巻かれ
ている。

Ｍで示される磁束線は、チューブ（３）の閉塞部Ｋに配されることで一点に集中され、その強度は、チューブの前記閉塞部の中心に配される陽極インダクタ（１６）に向かってそのすべての作動力を集中させることで増幅される。チューブのさまざまなインダクタに加えられるパルスの位相化とタイミングはたがいにとって重要であり、目標とする分子の増幅された共鳴の原因となる陽極の時限需要にも重要である。

本発明は、液体間分離用のサイクロン粒子セパレータも企図し、１例を図５、６および７に図示する。サイクロン粒子セパレータは、非金属製はハウジング（３）と、壁（２‘）で定義されたチャンバ（２）とから構成される。サイクロン粒子セパレータは少なくとも１個の陽極（１６）と、任意で、チャンバ（２）内に配された第２の陽極（１７）を含んでもよい。陽極（１６）および（１７）は第１の冷却剤で冷却される。第１の冷却剤入口（１０）が入口ポートを提供し、第１の冷却剤をチャンバ（２）から流れることを可能にするよう出口ポート（９）が設けられている。陽極は任意でハウジング( ２１) を有してもよい。陽極が使用される場合、オプションのパルスＤＣ電源（１５）が陽極（１６）と（１７）に接続される。

少なくとも１個の磁気コイル（１４）がハウジング（３）に隣接して配され、入口（５）から入り、出口（６）から出る第２の冷却剤で冷却される。正極端（７）と負極端（８）とを備えた高電圧パルスＤＣ電源が磁気コイル（１４）に接続されている。第２の磁気コイル（４）が、正極端（７ａ）と負極端（８ａ）とを備えた第２の高電圧ＤＣ電源に接続され、第２の冷却剤入口（５ａ）と出口（６ａ）からの冷却剤で冷却される。

図５のサイクロン粒子セパレータは、チャンバ内に配された少なくとも１個のサイクロンセパレータ（１８）も含み、サイクロンセパレータは、流体入口（２２）と、塩水出口（２０）と、サイクロンセパレータ淡水出口（１９）とを有する。淡水出口（１１）が、サイクロンセパレータ淡水出口（１９）に流体連通されている（塩水入口（１３）と淡水出口（１９）はたがいに同軸に配され得る）。第２のサイクロンセパレータ（１０４）が、流体入口（２２ａ）と、塩水出口（２０ａ）と、第２のサイクロンセパレータ淡水出口（１９ａ）とを備えて、チャンバ内に配され得る。

本発明は、サイクロン粒子セパレータの好適な実施例の他の変形も企図する。１つの変形は、淡水出口がチューブであることである。別の変形は、カリフォルニア州のラコス（Lakos （登録商標））社製または同様のデザインの１乃至２個のサイクロンセパレータ（１８）および（１０４）を有するサイクロン粒子セパレータを含む。サイクロンセパレータは複数個の淡水出口から成ってもよい。

本発明は、サイクロン粒子セパレータの流体入口ポートが海水を受容できることにも関する。海水すなわち塩水に対する淡水の割合は、ハウジングの残りの環状体の表面積に対する非金属製セパレータチューブチューブの断面積の割合に等しくなければならない。

図５は、２個の陽極、（１６）と（１７）がチャンバ内に配され、管状であり得ることも図示する。陽極は固体金属線でも、フェライト材料などの適切なコアのいずれでもよい。

図６は、チャンバ（２）と、非金属製ハウジング（３）と、磁気コイル（４）の相対位置を図示する。図６は、第２の冷却剤入口（５ａ）と第２の冷却剤出口（６ａ）と、正極端（７ａ）と負極端（８ａ）とを備えたＤＣ電源の位置も示す。陽極を囲むために、外側陽極ハウジング（２１）を用いてもよい。

図７は、陽極（この図には図示せず）に接続されたパルスＤＣ電源（１５）を図示する。冷却剤出口ポート（９）と冷却剤入口ポート（１０）が、ハウジング（３）に接続されていると図示される。塩水入口ポート（１３）が淡水用の流体出口（１１）に隣接して図示される。第１の磁気コイル（１４）と第２の磁気コイル（４）が、ハウジング周囲に巻かれるよう図示される。磁気コイル（１４）用の冷却剤は、入口（５）から入り、冷却剤出口（６）から出るよう図示される。磁気コイル（４）用の冷却剤は、入口（５ａ）から入り、冷却剤出口（６ａ）から出るよう図示される。第１の塩水出口（２０）と第２の塩水出口（２０ａ）が、セパレータの本実施例に図示される。

サイクロン粒子セパレータの非金属製ハウジング（３）は、ガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリケトン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、セラミック、木材、ファイバーグラス、架橋ポリマ、非架橋ポリマ、およびそれらの混合物から製造され得る。加えて、非金属製ハウジング（３）はコーティングされた内部を有してもよい。コーティングされた内部は耐腐食性材料でコーティングされ得るか、あるいは摩擦低減材料でコーティングされ得る。ハウジングの下部（１０２）は管状でも円形でもよい。

層流粒子セパレータのＤＣ電源（１５）は、磁気コイル（４）と同期化するため脈動性であってもよい。磁気コイル（４）は、ハウジング（３）周囲に巻きつかれても、ハウジング（３）の周囲に焼き付けて巻かれてもよい。さらに、磁気コイル（４）は、複数個の個々に焼き付けて圧縮されたループ状で、ハウジング（３）周囲に巻きつかれてもよい。磁気コイル（４）は、陽極（１６）から独立して、チャンバ内に配されてもよい。加えて、２個の磁気コイル、（１４）および（４）がハウジング（３）周囲に巻かれてもよい。磁気コイル（４）はハウジング（３）内に配され得る。

サイクロン粒子セパレータ用の第１と第２の冷却剤は、蒸留水、グリセリン、誘電トランス冷却剤、あるいはその混合物でよい。
図８は、コイル（４）と（１４）によって発生された磁場の効果によって分子が励磁された直後に、目標とされる「分子」を分離する遠心セパレータ装置を組み込んだ、図１のセパレータの発展形を図示する。図１のセパレータに対応する部品には、図８でも、対応する参照番号を与えられた。

図８の装置に組み込まれた遠心セパレータ装置は円筒ロータ( ２００) から成る。ロータ（２００）はそれ自体は回転しないが、ロータへのＤＣパルスが磁場の脈動と同期化されている場合、回転場を発生させる。

遠心セパレータの効果は、低塩分流である飲料水が軸近くに集中される一方で、流れの高塩分濃度部分が急速に外側に押しやられ、これらの２つの流れの物理的な分離が、中央収集漏斗（２０１）によって行われる。漏斗の下部とハウジング( ３) との間の環状空間の断面積に比較して、漏斗（２０１）の下端の断面積は、飲料水と廃水の相対割合に適合するよう選択される。

図１１は、粉状混合材料などの流動化粉体混合物から、金属粉などの目標材料を分離するに適したセパレータを図示する。励磁された目標材料の遠心分離をもたらすため、またセパレータ内に流動化材料流を押し進めるため、この場合、ベアリング（２０５、２０６）の垂直軸を中心とした回転のために、円筒容器３が搭載されている。流動化材料の流れは、原材料投入部（２０７）から下方になる。流動化は、空気と振動による通常の方法で促進される。容器（３）を包囲するコイル（４）は、その全高さに実質的に延在する。

チャンバ（２３）の上部には、管状要素束の形態で反射コア（２０８）が搭載されており、コアの電気接続が分割リング（２０９）によって行われる。
収集漏斗（２１０）は、図８の装置の漏斗（２０１）と同様の機能を果たすが、この場合、漏斗に進入する材料が、目標分子のより多くを除去済みであるため、漏斗に進入しなかった材料を利用することが望ましい。

精製された材料出口へ通る材料から空気を除去するため、空気と気体分離膜（２０９）が設けられている。
図１１のセパレータはバッチ様態で使用されることが可能であり、セパレータの充填と排出の間に滞留時間が設けられている。効果的な連続設備を提供するため、複数個のかかるセパレータが順番に操作され得る。

図１０ａ、１０ｂおよび１０ｃは、図１〜８のセパレータなどの、本発明によるセパレータのコイルと陽極を脈動させる回路の好適な１実施例を図示する。
４５０Ｖ３相ステージ（２１２）が、トランスと整流器とから成るＤＣ電源ステージ（２１３）を提供し、トランスはコントローラ電源２１４への巻線も含む。

図１０ａに図示されるように、パルス発生器（２１５）は、パルス幅調整器（２１６）とパルス周波数調整器（２１７）図１０ｂによって調節可能である。
パルス発生器（２１５）の出力は、コイル（４、１４）用にそれぞれコイルパルス出力ステージ（２２０、２２１）の発射を制御する装置（２１８、２１９）で調整可能で、出力ステージ（２２０、２２１）が、電源（２１３）からの高電圧ＤＣ出力を制御する。

出力ステージ２２０および２２１は、ＧＢＴ装置内に別個に含まれる。陽極（１６、１７）へのＤＣ電源は装置（２３０）によって供給される。
ほとんどピークの発射振幅に達すると、第２の陽極インダクタ回路の周波数２倍器への自動入力により行われる電流の見かけの全位相一致のこれ、目標の固有周波数の過共鳴に対応する、位相角最大ピークに達した場合に生じるよう自動振動が設定されるべく、ラッチ処理が生じる。この現象は、器具を操作するために必要とされるエネルギー量を大幅に削減する。

本発明による層流セパレータの概略垂直断面図。 図１の線２−２における断面図。 図１の線３−３における断面図。 シールディングがない、図１のセパレータの前面図。 本発明によるサイクロン流セパレータの概略垂直断面図。 図５の線６−６における断面図。 図５のセパレータの前面図。 海水と共に使用され、遠心セパレータ装置を組み込んだ、本発明によるさらなるセパレータの概略を示す垂直断面図。 図８のセパレータの遠心セパレータ装置の平面図。 コイルによって発生された磁場を示す、図１の線９−９における概略断面図。 図１のセパレータと共に使用する、本発明によるコイルと陽極励磁回路の回路図。図１０ａは図１０ｂと並べて配される。 図１のセパレータと共に使用する、本発明によるコイルと陽極励磁回路の回路図。 図１のセパレータと共に使用する、本発明によるコイルと陽極励磁回路の回路図であって、図１０ｂの円で囲まれた部分の拡大図。 本発明による、流動化粉末材料内で材料を分離するに適したセパレータの概略垂直断面図。

Claims (42)

1. 前述で定義されたように、第１と第２の混合流体の分離のための粒子セパレータであって、環状貫流チャンバを含む非金属製ハウジングと、前記貫流チャンバ内に第１と第２の流体の混合物を導入するためのハウジングの入口と、磁気コイルによって包囲されている、前記貫流チャンバの一部と、前記チャンバの部分によって包囲された陽極と、第１の冷却剤によって磁気コイルを冷却するコイル冷却手段と、前記チャンバの部分内を伸び、第２の冷却剤によって前記陽極を冷却するようになっている冷却導管と、前記磁気コイルに接続された高電圧パルスＤＣ電源と、前記陽極に接続されたさらなるＤＣ電源と、磁気コイルを脈動化することで発生された磁場にさらされた、励磁された流体混合物を受容するための、前記貫流チャンバの部分の下流に位置する流体分離手段と、前記流体分離手段が、励磁された混合物から第１と第２の流体を分離するよう配されていることと
   から成るセパレータ。
2. パルスＤＣ電源が前記陽極に接続されている、請求項１に記載のセパレータ。
3. 前記陽極が管状である、請求項１または２に記載のセパレータ。
4. 非金属製ハウジングが、ガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリケトン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、セラミック、木材、ファイバーグラス、架橋ポリマ、非架橋ポリマ、その他の非磁性材料、あるいはそれらの混合物から成る、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセパレータ。
5. 非金属製ハウジングが、コーティングを施した内部を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセパレータ。
6. コーティングを施した内部が、耐腐食性材料でコーティングされた、請求項５に記載のセパレータ。
7. コーティングを施した内部が摩擦減少コーティングである、請求項６に記載のセパレータ。
8. 陽極が、冷却導管の軸内および軸付近に配された、請求項１乃至７に記載のセパレータ。
9. ２個の陽極がチャンバ内に配された、請求項１乃至８に記載のセパレータ。
10. 前記陽極へのパルスＤＣ電源が、前記磁気コイルへのパルスＤＣ電源と同期化されるよう配された、請求項２、若しくは請求項２にそれぞれ補足された請求項３乃至９のいずれか１項に記載のセパレータ。
11. 前記磁気コイルへのパルスＤＣ電源が、前記第１または第２の流体の個別イオンまたは分子の周波数に一致するよう選択された原子共鳴周波数で脈動する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のセパレータ。
12. 第1 と第2 の冷却剤が、蒸留水、グリセリン、誘電トランス冷却剤、あるいはその混合物のグループから選択される、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のセパレータ。
13. 磁気コイルがハウジングの周囲に巻かれた、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のセパレータ。
14. 磁気コイルがハウジングの周囲に焼き付けて巻かれた、請求項１３に記載のセパレータ。
15. 磁気コイルが、複数個の個々に焼き付けた圧縮されたループ状で、ハウジング周囲に巻かれた、請求項１４に記載のセパレータ。
16. 前記ループが、それぞれ調整された長さの弧状部分からそれぞれ成る、請求項１５に記載のセパレータ。
17. 磁気コイルが、前記陽極から離れた冷却導管内に配された、請求項１乃至１６に記載のセパレータ。
18. ２個の磁気コイルがハウジングの周囲に巻かれた、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のセパレータ。
19. 磁気コイルがハウジング内に配されている、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のセパレータ。
20. 陽極が、固定金属線と適切なコアのグループのいずれかである、請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のセパレータ。
21. 金属が導電性である、請求項２０に記載のセパレータ。
22. セパレータ周囲に配された電磁シールディングシステムからさらに成る、請求項１乃至２１のいずれか１項に記載のセパレータ。
23. 磁気コイルによって包囲されたチャンバの部分が、環状貫流チャンバの直径を減少するべく小径化されている、請求項１乃至２２のいずれか１項に記載のセパレータ。
24. 前記流体分離手段が層流流体分離手段である、請求項請求項１乃至２３のいずれか１項に記載のセパレータ。
25. 層流流体分離手段が、漏斗内で第１の出口と漏斗外に第２の環状出口とを定義する漏斗と、漏斗への入口の相対断面積と、漏斗入口周囲の環状空間が、分離対象となる混合物内の目標分子の量にしたがって選択されていることとから成る、請求項２４に記載のセパレータ。
26. 流体分離手段がサイクロンセパレータである、請求項１乃至２３のいずれか１項に記載のセパレータ。
27. 流体分離手段が２個のサイクロンセパレータである、請求項２６に記載のセパレータ。
28. 液体間分離用の層流粒子セパレータであって、環状体とチャンバを有する非金属製ハウジングと、チャンバに隣接して配され、第１の冷却剤で冷却された少なくとも１個の磁気コイルと、前記磁気コイルに接続された高電圧パルスＤＣ電源と、ハウジングに接続された、流体入口ポートとから成る下部と、ハウジングに接続され、ハウジング内に配された非金属製セパレータチューブと、非金属製セパレータチューブに接続された第１の流体出口と、ハウジングを通り、環状体に接続された第２の流体出口とから成る上部と
    から成るセパレータ。
29. 液体間分離用のサイクロン式粒子セパレータであって、チャンバを備えた非金属製ハウジングと、チャンバに隣接して配され、第１の冷却剤で冷却された少なくとも１個の磁気コイルと、前記磁気コイルに接続された高電圧パルスＤＣ電源と、チャンバ内に配された少なくとも１個のサイクロン式セパレータと、前記サイクロン式セパレータが、流体入口と、塩水出口とを有することと、サイクロン式セパレータ淡水出口と、サイクロン式セパレータ淡水出口に流体接続された淡水出口と
    から成るセパレータ。
30. 粒子脱塩の層流方法であって、チャンバ内に配されたチューブと磁気コイルを使用する工程と、チャンバ内へと、塩水出口と淡水出口から海水を流し、同時に磁気コイルを励磁する工程と、チャンバ内で淡水を生成する工程と、チューブ付近に淡水を流し、セパレータチューブ内に淡水を引き込む工程と、セパレータチューブから淡水出口へ淡水を流す工程と
    から成る方法。
31. 前述で定義されたように、流体の混合物から、選択された成分を分離する方法であって、チャンバに混合物を導入し、チャンバの一部を包囲する、液体で冷却されたコイルを、混合物の選択された成分を励磁するために選択された特徴のＤＣ電圧パルスにさらすことで発生された磁場に、チャンバの一部内で混合物をさらす工程と、選択された成分が少なくとも部分的に励磁状態にある間に、そこから、別の出口への励磁成分を、混合物の比較的非励磁化成分が通過するところへそらすようになっている分離手段を使用する工程と
    から成る方法。
32. 前記励磁工程が、分離されている少なくとも１個の成分の原子周波数に一致する、少なくとも１個の脈動周波数を使用する工程からなる、請求項３１に記載の方法。
33. 材料の複数個の原子周波数が、磁場を用いて、固有周波数を通したデジタル指標付与によって一致される、請求項３２に記載の方法。
34. 一致工程が、個別原子（ＮＭＲ）周波数を用いて、磁場を用いて実行される、請求項３３に記載の方法。
35. 前記分離手段が、材料の２つの流れを分離する層流方法を採用し、セパレータチューブが、前記流れを別々の出口に導くため、２つの層流を分離するよう配された、請求項３１乃至３４のいずれか１項に記載の方法。
36. 分離された材料が、コアンダ効果を用いてセパレータチューブ内を流れる、請求項３５に記載の方法。
37. 前記分離手段が、材料の２つの個別の流れを生成するため、サイクロン式方法を採用する、請求項３１乃至３４の１項に記載の方法。
38. いずれか
    陽極が、チャンバの前記部分内に位置し、前記陽極が、前記磁気コイルで同時に励磁される、請求項３１乃至３７のいずれか１項に記載の方法。
39. 粒子脱塩のサイクロン式方法であって、チャンバ内に配されたチューブと磁気コイルを使用する工程と、チャンバ内へと、塩水出口と淡水出口から海水を流し、同時に磁気コイルを励磁する工程と、チャンバ内で淡水を生成する工程と、チャンバ内の淡水と、チャン
    バ内へ流入する海水との間の分離を維持するため、サイクロン力を使用する工程と、チューブ付近に淡水を流し、サイクロンセパレータチューブから淡水出口へ淡水を引きつける工程と
    から成る方法。
40. 混合物が、流動化された、微細粉砕された乾燥材料の形態である、請求項３１乃至３８のいずれか１項に記載の方法。
41. 混合物が液体の混合物である、請求項３１乃至３９のいずれか１項に記載の方法。
42. 混合物が塩水である、請求項４０に記載の方法。

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