JP2010029751A - 磁気分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石片を配列するディスク基板面の領域部分による磁気分離能力のバラツキの問題を解消することができる。
【解決手段】磁石片３７の磁性力で磁性フロックＦを磁気ディスク３６に吸着する磁気分離装置２０であって、ディスク基板３３面には、該ディスク基板３３面を径方向に分割した複数の領域のうちの中心穴４９に近い内側領域８２の磁石片配置個数密度をＡとし、内側領域８２よりも外側の外側領域８４の磁石片配置個数密度をＢとしたときに、Ａ≦Ｂを満足するように磁石片が配列されていると共に、配列された多数の磁石片３７の周方向における配置関係は、ディスク基板３３面を周方向に偶数個の単位領域に分割し、分割した単位領域８８で見たときにＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置された関係にある。
【選択図】 図８

Description

本発明は磁気分離装置に係り、特に、原水中の磁性フロックを吸着する磁気ディスクのディスク基板に配列する磁石の配列技術に関する。

下水や工場排水等の原水中に存在する汚濁物質を除去する装置として磁気分離装置がある。この磁気分離装置は、原水中に凝集剤と磁性粉を添加することにより、汚濁物質を、磁性を帯びた磁性フロックとして形成し、この磁性フロックＦを、磁石を配設した磁気ディスクに吸着して分離除去するもので、マグシード法と呼ばれている。

特許文献１には、磁気分離装置を組み込んだ固液分離装置が開示されている。特許文献１に示すように、磁気分離装置は、分離槽内に、磁石を貼り付けた複数枚の円板状の磁気ディスクを回転軸に間隔を置いて配設したものであり、磁性フロックを磁気ディスクに吸着することで原水中から除去回収する。
特開平１０−２４４４２４号公報

しかしながら、従来の磁気分離装置の磁気ディスクは、回転軸に近い内側領域と回転軸から遠い外側領域とでは、原水中の磁性フロックを吸着して保持する磁気分離能力が異なるという問題がある。磁気ディスクの内側領域と外側領域とで磁気分離能力が異なると、原水中から磁性フロックを除去する除去効率が悪くなる。

磁気分離能力は、大きく２つの能力に分けることができ、一つ目は磁気ディスク表面から離れた位置に存在する磁性フロックを吸引する能力であり、二つ目は吸着した磁性フロックが再び離脱しないように吸着保持する能力である。これらの能力は、磁石の素材が有する物性である磁化の他に、磁石の大きさ（寸法）や面積（表面の面積）に依存する。即ち、磁石配置個数密度が大きい方が磁気分離能力は大きくなる。このことから、ディスク基板の磁石配置個数密度にバラツキがないように磁石を配列することが重要になる。

このためには、ディスク基板の外側領域には大面積の磁石を配置し、内側領域には小面積の磁石を配置することが好ましいが、大きさの異なる複数の磁石を用いると、多種類の磁石を製作しなくてはならず、磁石の製作コストが高くなるという問題がある。特に、磁気分離装置の大容量化にともなって磁気ディスクの径も大径になっていく近年においては、外側領域に使用する磁石も大型化するため、磁石の製作メーカーに特別仕様によって磁石製作を依頼しなくてはならず、コスト増大をもたらす。

したがって、汎用されている大きさの磁石を使用して、磁気ディスクの内側領域と外側領域との磁気分離能力を均等化できることが要望されている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、磁石を配列するディスク基板面の領域部分による磁気分離能力のバラツキの問題を解消することができるので、原水中に含有する磁性フロックを磁気ディスク全面に高性能に吸着して除去することができる磁気分離装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、磁性フロックを含有する原水が流入する分離槽に配設された回転軸に、中心穴を嵌装したディスク基板面に同形状で同寸大の磁石を多数配列した円板状の磁気ディスクを備え、前記磁石の磁性力で前記磁性フロックを前記磁気ディスクに吸着する磁気分離装置であって、前記ディスク基板面には、該ディスク基板面を径方向に分割した複数の領域のうちの前記中心穴に近い内側領域の磁石配置個数密度又は磁石面積密度をＡとし、前記内側領域よりも外側の外側領域の磁石配置個数密度又は磁石面積密度をＢとしたときに、Ａ≦Ｂを満足するように磁石が配列されていると共に、前記配列された多数の磁石の周方向における配置関係は、前記ディスク基板面を周方向に偶数個の単位領域に分割し、分割した単位領域で見たときにＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置された関係にあることを特徴とする磁気分離装置を提供する。

ここで、磁石配置個数密度とは、ディスク基板面の単位面積当たりに配置される磁石の個数密度をいう。また、磁石面積密度とは、ディスク基板面の単位面積に対する磁石合計面積（３つの磁石が配列されている場合には、３つの磁石の表面の合計面積を言う）の割合で表される。

また、外側領域は内側領域に対して外側にある領域との意味であり、例えば３分割して、最内側領域、中間領域、最外側領域が形成される場合には、最内側領域に対しては中間領域が外側領域になり、中間領域に対して最外側領域が外側領域になる。

請求項１によれば、ディスク基板面に上記Ａ≦Ｂを満足するように磁石を配列したので、ディスク基板面の内側領域と外側領域の磁石配置個数密度又は磁石面積密度が同じか、あるいは外側領域の方が内側領域よりも大きくなる。これにより、磁石を配列するディスク基板面の領域部分による磁気分離能力のバラツキの問題を解消することができるので、原水中に含有する磁性フロックを磁気ディスク全面に高性能に吸着して除去することができる。この場合、ＡとＢの関係がＡ＜Ｂを満足するように磁石が配列されていることが一層好ましい。

なお、磁気分離能力とは、磁気力、磁石の大きさ（寸法）、面積（表面の面積）等のように単に磁石の素材が有する物性に由来する分離能力のみならず、磁気ディスクの回転による周速度が外側領域と内側領域とで違うことによる磁束量の違い等も含めて、能力に関係する全ての要因を含む形での分離能力を言う。

また、請求項１によれば、ディスク基板面を周方向に分割した偶数個の単位領域には、単位領域で見たときにＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置するように磁石が配列されているので、隣接する領域単位の周方向における磁石極性が必ず異極性となる。これにより、磁気バランスが良くなるので、磁気ディスクの領域部分によって磁気分離能力の偏りがなくなると共に、磁気ディスクの組立てが容易になる。

請求項２は請求項１において、前記ＡとＢの関係がＡ＜Ｂを満足するように磁石が配列されていることを特徴とする。

請求項２は、前記ＡとＢの関係において一層好ましい関係を規定したものである。

請求項３は、請求項１又は２において、前記外側領域の面積をＳ１とし、前記内側領域の面積をＳ２としたときに、Ｓ１／Ｓ２が所定の等比数列の関係を有して前記外側領域が前記内側領域より大きくなるように分割形成されていると共に、前記外側領域の磁石の個数をＮ１とし、前記内側領域の磁石の個数をＮ２としたときに、Ｎ１／Ｎ２が前記所定の等比数列と同じか、又は外側の領域にいくほどに等比数列が大きくするように前記外側領域と前記内側領域に配置する磁石の個数が設定されていることを特徴とする。

請求項３は、同形状で同寸大の磁石を使用して、上記のＡ≦Ｂを満足するように磁石を等比数列を利用して簡単に配列する方法を規定したものである。

請求項４は、請求項１又は２において、前記外側領域の面積をＳ１とし、前記内側領域の面積をＳ２としたときに、Ｓ１／Ｓ２が所定の等差数列の関係を有して前記外側領域が前記内側領域より大きくなるように分割形成されていると共に、前記外側領域の磁石の個数をＮ１とし、前記内側領域の磁石の個数をＮ２としたときに、Ｎ１−Ｎ２が要求される磁石面積充填率γと、前記内側領域の面積Ｓ２の積を磁石面積Ｓmoで割った値に近い整数であって、その値に近く且つ大きな整数値にするか、又は前記外側の領域にいくほどに前記等差数列の等差が大きくするように、前記外側領域と前記内側領域とに配置する磁石の個数が設定されていることを特徴とする。

請求項４は、同形状で同寸大の磁石を使用して、上記のＡ≦Ｂを満足するように磁石を等差数列を利用して簡単に配列する方法を規定したものである。

ここで、磁石面積充填率γとは、磁石配置個数密度又は磁石面積密度の何れかを指す。

請求項５は、前記ディスク基板面に請求項１〜４の何れか１を満足するようにポケット部が形成され、該ポケット部に前記磁石が嵌入されていることを特徴とする。

請求項５によれば、ディスク基板面に形成したハニカム構造のポケット部に磁石を嵌入するだけで、請求項１〜４の何れか１を満足する磁石配列を行うことができるので、磁気ディスクの組立が容易になる。また、ハニカム構造にすることで、磁気ディスク自体の強度も大きくすることができる。

請求項６は、前記ディスク基板が鉄板で形成され、該鉄板面に請求項１〜４の何れか１を満足するように磁石が接着剤で貼り付けられていることを特徴とする。

請求項６によれば、ディスク基板を鉄板で形成し、この鉄板面に磁石を磁性力で仮止めさせることができるので、最初からディスク基板面に磁石を接着剤で固定する場合に比べて、磁石配置位置の修正を簡単に行うことができる。そして、最終的に全ての磁石の配置位置が確定した時点で、磁石を接着剤でディスク基板面に固着すればよい。また、ディスク基板として鉄板を使用することで、磁気ディスク自体の強度も大きくすることができる。

請求項７は、請求項１〜６の何れか１において、前記磁石の形状が矩形状又は円板状であることを特徴とする。

請求項７によれば、磁石の形状が矩形状又は円板状にすることで、他の形状よりも磁石の配列をし易くできる。

以上説明したように、本発明に係る磁気分離装置によれば、磁石を配列するディスク基板面の領域部分による磁気分離能力のバラツキの問題を解消することができるので、原水中に含有する磁性フロックを磁気ディスク全面に高性能に吸着して除去することができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る磁気分離装置の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明の磁気分離装置２０を、汚濁水浄化システム１０に組み込んだフローを説明するブロック図である。

図１に示すように、汚濁水浄化システム１０は、原水が原水ポンプ１２によって先ず凝集装置１４の急速攪拌槽１４Ａに送水される。また、原水ポンプ１２と急速攪拌槽１４Ａとをつなぐ配管途中に、磁性粉を添加する磁性粉添加装置１６と、無機凝集剤を添加する無機凝集剤添加装置１８とが設けられ、磁性粉及び凝集剤が配管内を流れる原水中に添加される。磁性粉としては、例えば四三酸化鉄を好ましく用いることができる。また、無機凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム、塩化鉄、硫酸第二鉄等の水溶性の無機凝集剤を好ましく用いることができる。尚、図示しなかったが、原水中に磁性粉や凝集剤を添加する前に、数ミリの大きさの比較的大きなゴミはストレーナーを設けて濾過しておくことが好ましい。

急速攪拌槽１４Ａでは、原水と、添加した磁性粉及び凝集剤とを高速回転する攪拌羽根（図示せず）で急速攪拌することにより、数十μｍ程度の大きさの微小な磁性フロックＦ（磁性マイクロフロックともいう）を形成する。攪拌羽根の先端部における回転周速としては、１〜２ｍ／秒程度で行うことが好ましい。磁性マイクロフロックには、磁性粉、原水中の固形浮遊粒子、バクテリア、プランクトン等が取り込まれる。

次に、磁性マイクロフロックを含有する原水は凝集装置１４の緩速攪拌槽１４Ｂに送水される。また、急速攪拌槽１４Ａと緩速攪拌槽１４Ｂとを連通する配管中を流れる原水中に高分子凝集剤が添加する高分子凝集剤添加装置２１が設けられる。高分子凝集剤としては、アニオン系及びノニオン系のものを好適に用いることができる。

緩速攪拌槽１４Ｂは、磁性マイクロフロックと高分子凝集剤とを低速回転する攪拌羽根（図示せず）で緩やかに攪拌することにより、数百μｍ〜数ｍｍ程度の大きな磁性フロックＦを形成する。

大きさが成長した磁性フロックＦを含有する原水は、本発明の磁気分離装置２０に送水される。磁気分離装置２０は、原水中の磁性フロックＦを磁性力によって吸着分離するものであり、磁気分離装置２０によって、原水中の磁性フロックＦの約９０％が分離除去される。

磁気分離装置２０で除去された磁性フロックＦは、遠心分離機やベルトプレス機等の脱水装置２５により、含水率８０％程度まで低減された後、トラック等により埋め立て処分場や焼却場、あるいは堆肥製造工場等に送られる。

一方、磁気分離装置２０で処理された処理水は、次にフィルター分離装置２４に送水される。フィルター分離装置２４では、処理水に残存する磁性フロックＦが除去される。これにより、ゴミ、固形浮遊粒子、バクテリア、プランクトン等の汚濁物質が含まれる原水を浄化することができる。

［磁気分離装置］
図２は、本発明の磁気分離装置２０の側面を切り欠いた斜視図であり、図３は、側面断面図である。なお、図２は、磁性フロックの回収手段３８は省略してある。

図２及び図３に示すように、本発明の磁気分離装置２０は、主として、磁性フロックＦを含有する原水が流入する分離槽３２と、分離槽３２内に水平方向に配設された回転軸３４に所定間隔を有して並設され、磁性フロックＦを磁性力により吸着する複数枚の磁気ディスク３６と、磁気ディスク３６に吸着された磁性フロックＦを回収する回収手段３８とで構成される。尚、本実施の形態では３枚の磁気ディスク３６の例で説明するが、枚数には限定されない。

分離槽３２は、上面が開放されると共に、両端面が側壁４１（図２参照）で閉塞された半円筒形状に形成される。分離槽３２の両側（図２、図３の左右）には、回転軸３４と平行に形成された断面凹状の一対のトラフ４０が分離槽３２と一体形成されると共に、トラフ４０の外側には、トラフ４０と平行な断面凹状のフロック回収槽４２が設けられる。尚、フロック回収槽４２は、回転する磁気ディスク３６が原水中に進入する右側に設けられる。

また、分離槽３２には、回転軸３４が回転自在に支持されると共に、回転軸３４の一端がモータ３９に連結される。そして、回転軸３４には、中心部に中心穴４９（図４参照）を有する複数枚の磁気ディスク３６が所定間隔を有して嵌合支持される。磁気ディスク３６同士の間には、磁気ディスク３６同士の間隔を調整すると共に、磁気ディスク３６の内周部を固定するスリーブ（図示せず）が設けられる。磁気ディスク３６同士の間隔は、磁気ディスク３６の厚みに対して３倍以下に設定することが好ましい。これは３倍を超えて広過ぎると磁気ディスク３６同士の間に強い磁性力を発生しにくくなるからである。

また、回転軸３４に支持された複数枚の磁気ディスク３６は、分離槽３２内の原水中に１／２〜２／３の割合で水没させることが好ましい。このように磁気ディスク３６を部分的に水没させた構成の場合には、原水中で磁気ディスク３６に吸着させた磁性フロックＦを、磁気ディスク３６が回転して磁性フロックＦが大気中に搬送されたときに回収手段３８で回収することになる。従って、磁性フロックＦの吸着と回収との効率が最も良くなるように、磁気ディスク３６の水没率を設定することが重要である。このためには例えば、回転軸３４を回転自在に支持する一対の軸受を、図示しない一対の昇降装置に支持させて、磁気ディスク３６を油圧機構等により昇降させることにより水没率を可変できるように構成することも良い方法である。

回収手段３８としては、図３に示すように、ヒレ付きベルトコンベア６６と樋状スクレーパ６０とを組み合わせたものを好適に採用することができる。ヒレ付きベルトコンベア６６は、磁気ディスク３６の径方向両側に一対のプーリ６８が配置され、一対のプーリ６８同士の間に、ヒレ６９を有する無端状ベルト７０が巻き懸けられる。また、一対のプーリ６８のうちの一方が図示しないモータ等の駆動手段に連結される。この無端状ベルト７０は、磁気ディスク３６の面には接触しない。ヒレ６９は無端状ベルト７０の外側面に所定間隔を置いて多数配置され、無端状ベルト７０に対して垂直に形成される。また、無端状ベルト７０の下方で、回転軸３４と回収槽４２との間には、ヒレ付きベルトコンベア６６で磁気ディスク３６の面から掻き取った磁性フロックＦを掻き取るための樋形状をした樋状スクレーパ６０が配設される。

また、分離槽３２の下端には、回転軸３４の軸線方向に長い四角筒形状の給水口４４が形成され、この給水口４４と凝集装置１４の出口とが四角筒状の配管（図示せず）で接続される。図３のヒレ付きベルトコンベア６６では右下がりで示したが、右上がりに形成することがより好ましい。これは、樋状スクレーパ６０内に落下体積した磁性フロックＦがヒレ付きベルトコンベア６６で搬送される間に、磁性フロック中の水分が樋状スクレーパ６０を伝って流れるが、右上がりにすることで、水分がフロック回収槽４２に流れ込むことを防止できる。フロック回収槽４２に回収する磁性フロックＦはできるだけ低水分にして減容化を図ることが重要である。この為、樋状スクレーパ６０の右上がりの傾きを調整できるように、回収手段３８全体の傾きを調整する調整手段（図示せず）を設けることが好ましい。

上記の如く構成された磁気分離装置２０によれば、磁性フロックＦを含有した原水は、分離槽３２の下端に形成された給水口４４から流入し、磁気ディスク３６同士の間を上向流となって分離槽３２内を上昇する。原水が分離槽３２内を上昇する途中で、原水中の磁性フロックＦが磁気ディスク３６の面に吸着される。磁性フロックＦが吸着されて浄化された処理水は、磁性フロックＦの左右両側に設けられた一対のトラフ４０に越流する。

一方、磁気ディスク３６に吸着された磁性フロックＦは、磁気ディスク３６の連続回転により水面上の大気中に搬送され、大気中に露出する。磁性フロックＦが大気中に露出することにより、磁性フロックＦの水分が重力により磁気ディスク３６の面を伝って分離槽３２内に流れ落ちる。更に、磁気ディスク３６に吸着された磁性フロックＦは、磁気ディスク３６の磁性力により圧密化される。これにより、磁性フロックＦの脱水が促進され、含水率が約９０％のスラッジ状になる。

脱水が促進された磁性フロックＦは、磁気ディスク３６の連続回転により樋状スクレーパ６０の位置まで搬送され、樋状スクレーパ６０の側面部分で掻き取られ、樋状スクレーパ６０内に落下する。樋状スクレーパ６０内に落下した磁性フロックＦは、ヒレ付きベルトコンベア６６により搬送されて、フロック回収槽４２の上方まで搬送されてフロック回収槽４２に落下する。

［磁気ディスク］
図４に示すように、磁気ディスク３６は、内部にドーナッ状の空洞が形成された非磁性体（例えばプラスティック樹脂、セラミックス等）のケース４５内部に、同形状で同寸大の永久磁石３７（以下、磁石３７という）に挟まれたディスク基板３３が配置される。磁気ディスク３６の中心部には、回転軸３４に挿通して嵌合するための中心穴４９が形成されている。

この場合、ディスク基板３３として、磁性体でも非磁性体でもよいが、鉄板を好ましく使用することができる。あるいは、プラスティック樹脂製のディスク基板３３に鉄板を貼り合わせて、一枚の厚い一体物として構成してもよい。これにより、剛性を大きくすることができる。強磁性体でディスク基板３３を製作する場合には、磁石３７を磁気力によりディスク基板３３に直接貼り付けることも可能であるが、接着剤で貼り付ける方法がより好ましい。この際に、ケース４５内部に形成される空間に樹脂をモールドする構造形態も可能である。

また、図５〜図７により説明するように、磁気ディスク３６の剛性を高めるためには強磁性体のディスク基板３３の面に磁石３７を嵌め込むポケット部５６を取り付けて、このポケット部５６に磁石３７を嵌め込むようにしてもよい。符号５７はポケット部５６が形成されていないスペース部分である。

ディスク基板３３の面に多数の磁石３７が固定された磁気ディスク３６の製作方法としては、ディスク基板３３両面のうちの少なくとも一方面に、凹状のポケット部５６を多数形成することにより、ディスク基板３３の面にハニカム構造を形成するディスク基板形成工程（図５、図６）と、形成されたディスク基板３３のポケット部５６に磁石３７を嵌め込む磁石嵌め込み工程（図５、図６）と、磁石３７が嵌め込まれたディスク基板３３を、内部にドーナッ状の空洞が形成されたケース４５内部に収納する収納工程（図７）と、で構成される。

これにより、ポケット部５６の側壁がリブ（補強材）の役目をするので、剛性を高めることができる。この場合、ポケット部５６は、非磁性体の材料で形成することが必要であり、ポケット部５６を強磁性体のディスク基板３３に接着剤で貼り付ける。これは、ポケット部５６を磁性体（特に強磁性体）で形成すると、ポケット部５６の側壁に磁束が吸収され、結果として磁石表面近傍の磁場だけが強くなり、磁化方向に関し磁石３７から離れた位置に高い磁場を作りにくくなるためである。

［磁石の配列］
次に、ディスク基板３３面に配置された多数の磁石３７の配列方法について説明する。なお、磁石３７の形状は、矩形状又は円板状の例で説明するが、同形状で同寸大であれば特に限定されるものではない。

図８に示すように、ディスク基板３３の面（少なくとも片面）には、次の２つの配列条件（Ｉ）、（II）が満たされるように磁石３７が配列される。

（Ｉ）の配列条件は、ディスク基板３３の面を径方向に分割した複数の領域のうちの中心穴４９に近い内側領域８２の磁石配置個数密度又は磁石面積密度をＡとし、内側領域８２よりも外側の外側領域８４の磁石配置個数密度又は磁石面積密度をＢとしたときに、Ａ≦Ｂを満足するように磁石が配列されることである。

（II）の配列条件は、配列された多数の磁石３７の周方向における配列関係が、ディスク基板３３の面を周方向に偶数個の単位領域８８に分割し、分割した単位領域８８を極性の一単位として見たときにＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置された関係になるように、磁石３７が配列されることである。

先ず、上記（Ｉ）の配列条件についての具体例を説明する。

図８において、点線は、ディスク基板３３の面を径方向に２つの領域に分割する第１分割線８０である。この第１分割線８０により、ディスク基板３３の面は、中心穴４９に近い内側領域８２と、内側領域８２よりも外側の外側領域８４とに２分割する。この分割において、外側領域８４の面積が内側領域８２の面積の２倍となるように分割する。そして、内側領域８２には磁石３７を３個配置し、外側領域８４には磁石３７を６個以上配置する（図８は６個配置した場合である）。これにより、（Ｉ）の条件のＡ≦Ｂを満足するように磁石３７が配列される。図８の磁石の配列は、等比数列的に見た場合には等比２の一例であり、等差数列的に見た場合には、等差３の一例である。等比数列又は等差数列を利用した磁石の詳しい配列方法については後記する。

このように、ディスク基板３３の面に上記Ａ≦Ｂを満足するように磁石３７を配列することにより、ディスク基板３３の面の内側領域８２と外側領域８４の磁石配置個数密度又は磁石面積密度を同じか、あるいは外側領域８４の方が内側領域８２よりも大きくすることができる。これにより、磁石３７を配列するディスク基板３３面の外側領域８４と内側領域８２とにおいて磁気分離能力がバラつくという問題を解消することができる。したがって、原水中に含有する磁性フロックＦを磁気ディスク全面に高性能に吸着して除去することができる。

なお、磁気分離能力とは、磁気力、磁石の大きさ（寸法）、面積（表面の面積）等のように単に磁石３７の素材が有する物性に由来する分離能力のみならず、磁気ディスク３６の回転による周速度が外側領域８４と内側領域８２とで違うことによる磁場強度の違い等も含めて、能力に関係する全ての要因を含む形での分離能力を言う。

また、磁石配置個数密度とは、ディスク基板３３面の単位面積当たりに配置される磁石３７の個数密度を言う。また、磁石面積密度とは、ディスク基板３３面の単位面積に対する磁石合計面積の割合で表される。例えば、図８の内側領域８２に３個の磁石３７を配置したが、３つの磁石３７の表面（図８で見えてい磁石の面）の合計面積が磁石合計面積になる。

上記ＡとＢの関係では、Ａ＜Ｂを満足するように磁石が配列されていることが一層好ましい。この理由は、磁気ディスク３６は、回転軸３４の回転にともなって回転するため、磁気ディスク３６のディスク基板３３は、外側領域８４の回転周速度が内側領域８２の回転周速度よりも速くなる。この結果、外側領域８４においては、特に水の流れ方向とディスクの回転方向とが逆の領域において、水とディスク（内磁石）との速度差、即ち磁性フロックＦと磁石との速度差が大きくなり、吸引分離しにくくなる。したがって、外側領域８４と内側領域８２とが発生する磁気力を同じにして磁気分離能力のバラツキをなくすには、Ａ＜Ｂを満足するように磁石３７が配列されていることが好ましいからである。

なお、図８ではディスク基板３３の面を径方向に２つの領域８２、８４に分割した例であるが、２分割以上でもよく、２〜４分割の範囲が一層好ましい。

次に、上記（II）の配列条件についての具体例を説明する。

図８の実線（縦線）は、ディスク基板３３の面を、周方向に偶数個の単位領域８８に分割する第２分割線８６であり、図８ではディスク基板３３の面を周方向にθ角度間隔で分割した場合である。ここで、θ×ｎ＝３６０°、ｎは偶数であることを満足する。これにより、ディスク基板３３の面は周方向においてｎ（偶数）個の単位領域８８に分割される。そして、分割した単位領域８８を極性の一単位として見たときに、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に配置した関係になるように磁石３７を配列する。即ち、図８におけるディスク基板３３の面の最外周部のように、１つの単位領域８８内の周方向に２個の磁石３７が並ぶ場合には、同極性の磁石３７が２個並ぶことになる。２個以上の磁石３７が周方向に並ぶ場合も同様である。

このように、上記（II）の条件を満足して磁石３７を配列することにより、隣接する単位領域８８の周方向における磁石３７の極性が必ず異極性となる。これにより、磁気バランスが良くなるので、ディスク基板３３の各領域によって磁気分離能力の偏りがなくなると共に、磁気ディスク３６の組立てが容易になる。

仮に、ディスク基板３３の面を周方向に奇数個の単位領域８８に分割し、単位領域８８ごとに順番にＳ極とＮ極を形成していった場合、最初と最後の単位領域８８は同極性になる。この結果、同極性部分の磁気バランスが悪くなり、磁気分離能力を低下させる。また、磁気ディスク３６を組立てる際にも、同極性部分において磁石３７同士が反発し合うために、ディスク基板３３への磁石３７の固着性が悪くなり、ディスク基板３３から磁石３７が脱落する等の不具合が生じ易い。

次に、同形状で同寸大の磁石３７を、上記（Ｉ）の条件を満足するように配列するための簡単な方法として、等比数列を利用した方法を説明する。

先ず、ディスク基板３３の面を径方向に複数の領域に分割する際に、外側領域８４の面積が内側領域８２の面積に対して所定の等比数列的（例えば２倍、３倍、４倍等）の関係を有して大きくなるように分割する。そして、外側領域８４に配列されている磁石３７の個数と内側領域８２に配列されている磁石３７の個数との関係についても、複数の領域に分割したときと同じ等比数列的な関係を満足するように配列する。このことを、図９により具体的に説明する。

図９に示すように、２本の第１分割線８０により、ディスク基板３３の面を径方向に３分割する。このときに、中心穴４９に近い最内側領域９２の面積をＳ１とし、最内側領域９２の外側の領域（中間領域９０という）の面積をＳ２とし、最も外側の最外側領域９４の面積をＳ３としたときに、面積比Ｓ１：Ｓ２：Ｓ３が等比２になるように、１：２：４の関係になるように分割する。そして、最内側領域９２に所望の磁石配置個数密度又は磁石面積密度を得るために必要な数の磁石３７を配置する。図９では、所望の磁石配置個数密度又は磁石面積密度を得るために２個の磁石３７を必要とする場合である。次に、中間領域９０には最内側領域９２の２倍（等比２）の４個の磁石３７を配置し、最外側領域９４には中間領域９０の２倍（等比２）の８個の磁石３７を配置する。これにより、上記Ａ＝Ｂの関係を有して磁石３７を配置できる。

また、Ａ＜Ｂの関係を有するように磁石３７を配置したい場合には、例えば図１０のように、面積比Ｓ１：Ｓ２：Ｓ３は等比２のままにした状態で、外側の領域にいくほどに配置する磁石３７の数を等比２よりも大きくなるようにする。図１０のように、最内側領域９２に２個の磁石３７を配置した場合、中間領域９０に４個（等比２）の磁石３７を配置し、最外側領域９４には中間領域９０に対して等比３の１２個の磁石３７を配置する。これにより、Ａ＜Ｂの関係を有して各領域に磁石３７を配列できる。

なお、ディスク基板３３の面を径方向に分割した各領域９０、９２、９４に配置する磁石３７の極性は、ディスク基板３３の周方向においては（II）の条件を満足することが必要であるが、径方向における磁石３７の配列は、異なる極性が交互に配列されるようにしてもよい。例えば、図１１のように、第１分割線８０と第２分割線とで区画される各領域の単位ごとに交互に異なる極性になるようにすることもできる。即ち、最内側領域９２に配置した磁石３７は全てＮ極とし、中間領域９０に配置した磁石３７は全てＳ極とし、最外側領域９４に配置した磁石３７は全てＮ極とする。

このように、ディスク基板３３の面を径方向に分割した各領域の面積と、各領域に配置する磁石の数を、等比数列的にしたがって行うことにより、上記（Ｉ）及び（II）の条件を満足した磁石の配列を簡単に行うことができる。

次に、同形状で同寸大の磁石３７を、上記（Ｉ）の条件を満足するように配列するための簡単な方法として、等差数列を利用した方法を説明する。

図１２に、等差ｄｓで３領域（最外側領域９４、中間域９０、最内側領域９２）に分割する事例について、磁石面積密度を用いる場合について説明する。

以下の説明で使用する記号の意味は次の通りである。

ｄｓ…ディスク面積領域分割を定める等差
Ｓｉ…ディスク領域ｉ（ｉ＝１、２、３）のディスク面積
ここでｉ＝１は最内側領域９２、ｉ＝２は中間域９０、ｉ＝３は最外側領域９４と同義である。

Ｓdisk…ディスクの面積
Ｓmi…ディスク領域ｉ（ｉ＝１、２、３）内の磁石面積の総和
Ｓmo…磁石１個の面積
γi…ディスク領域ｉ（ｉ＝１、２、３）における磁石面積密度
γ…要求される磁石面積密度
Ｎｉ…ディスク領域ｉ（ｉ＝１、２、３）における磁石個数
そして、上記のパラメータについては、次の関係を有するように表示される。

ここで、γiのバラツキはあるが、γに近い値をとるように設計し、上記の近似式４を与える。また、ｉ＝１，２……ｎである。ｎは領域分割数を表し、本例においてはｎ＝３である。加えて、磁気分離能力を担保するために要求される磁石面積密度γについては、各領域９４、９０、９２内の磁石面積密度と一致する条件を用いる。実際の設計製作においては、γiにバラツキが生じるが、これは下記の通り、上記パラメータで調節可能である。したがって、式３と式４の近似により下記の式５に置き換えられる。

よって、磁石の個数密度Ｎｉについて次の式６を得る。

ここで、Ｎｉは整数をとるため、式６を次の式７のように調整する必要がある。

式７において［ ］は、その実数値近辺の整数をとるものとする。この場合、領域１における磁石の個数は、下記の式８で与えられる。

また、面積に関する等差は、要求される磁石面積密度γと、図１２の最内側領域９２の面積Ｓ１との積を磁石面積Ｓmoで割った値に近い整数で与えられることになる。

実際には、式８と下記に示す式９の値ＣとＤとが整数になるように、その中のパラメータＳ1、Ｓmo、及びｄｓを調節する。この際、得られたＮｉ^＊（式７）を、式５のＮｉに代入して、γより大きく且つγに近い数値に上記３つのパラメータ（Ｓ1、Ｓmo、及びｄｓ）を調節することが好適である。

あるいは、式７について添え字ｉについての総和を計算し、即ちディスク全面における磁石面積総和を計算し、ディスク総面積で除した値を、上述のようにγに一致、あるいはそれに近づけるように上記３つのパラメータ（Ｓ1、Ｓmo、及びｄｓ）を調節すればよい。具体的には、式７の総和を求め、下記に示す式１０が成立するように、パラメータＣとＤと、即ち当該３つのパラメータ（Ｓ1、Ｓmo、及びｄｓ）を調節する。

これにより、同形状で同寸大の磁石３７を、等差数列を利用して上記（Ｉ）の条件を満足するように簡単に配列することができる。

尚、ディスク基板に磁石を直接配列するのではなく、上記説明した等比数列又は等差数列を利用して、ディスク基板３３の面に上記（Ｉ）及び（II）の配列条件を満足するように上述したポケット部５６を形成し、このポケット部５６に磁石３７を嵌入させることで、磁石３７の配列が上記（Ｉ）及び（II）の配列条件を満足するようにしてもよい。

この場合、図８のように、矩形状の磁石を使用する場合には、図８に示したように、縦向配置と横向配置とを適宜採用することで、磁石配置個数密度を大きくすることができる。

本発明の磁気分離装置を組み込んだ汚濁水浄化システムのフローを示すブロック図 本発明の磁気分離装置の一部を切り欠いて示す斜視図 本発明の磁気分離装置の側面断面図 磁気ディスクの断面図 ハニカム構造の磁気ディスクを説明する説明図 図５の部分拡大図 ハニカム構造の磁気ディスクを説明する説明図 ディスク基板に配列する磁石の配列を説明する説明図 等比数列を利用してディスク基板に配列する磁石の配列方法の一例を示す概念図 等比数列を利用してディスク基板に配列する磁石の配列方法の別の態様を示す概念図 等比数列を利用してディスク基板に配列する磁石の配列方法の更に別の態様を示す概念図 等差数列を利用してディスク基板の面積を等差２で径方向に３分割する一例を示す概念図 図１２のディスク基板に等差２で磁石を配列する配列方法の一例を示す概念図

符号の説明

１０…汚濁水浄化システム、１２…原水ポンプ、１４…凝集装置、１４Ａ…急速攪拌槽、１４Ｂ…緩速攪拌槽、１６…磁性粉添加装置、１８…無機凝集剤添加装置、２０…磁気分離装置、３２…分離槽、３３…ディスク基板、３４…回転軸、３６…磁気ディスク、３７…磁石、３８…回収手段、３９…モータ、４０…トラフ、４１…側壁、４２…フロック回収槽、４４…給水口、４５…ケース、５５…蓋部材、５６…ポケット部、６０…樋状スクレーパ、６６…ヒレ付きベルトコンベア、６８…プーリ、６９…ヒレ、７０…無端状ベルト、８０…第１分割線、８２…内側領域、８４…外側領域、８６…第２分割線、８８…単位領域、９０…中間領域、９２…最内側領域、９４…最外側領域、Ｆ…磁性フロック

Claims (7)

1. 磁性フロックを含有する原水が流入する分離槽に配設された回転軸に、中心穴を嵌装したディスク基板面に同形状で同寸大の磁石を多数配列した円板状の磁気ディスクを備え、前記磁石の磁性力で前記磁性フロックを前記磁気ディスクに吸着する磁気分離装置であって、
   前記ディスク基板面には、
   該ディスク基板面を径方向に分割した複数の領域のうちの前記中心穴に近い内側領域の磁石配置個数密度又は磁石面積密度をＡとし、前記内側領域よりも外側の外側領域の磁石配置個数密度又は磁石面積密度をＢとしたときに、Ａ≦Ｂを満足するように磁石が配列されていると共に、
   前記配列された多数の磁石の周方向における配置関係は、前記ディスク基板面を周方向に偶数個の単位領域に分割し、分割した単位領域で見たときにＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置された関係にあることを特徴とする磁気分離装置。
2. 前記ＡとＢの関係がＡ＜Ｂを満足するように磁石が配列されていることを特徴とする請求項１の磁気分離装置。
3. 前記外側領域の面積をＳ１とし、前記内側領域の面積をＳ２としたときに、Ｓ１／Ｓ２が所定の等比数列の関係を有して前記外側領域が前記内側領域より大きくなるように分割形成されていると共に、
   前記外側領域の磁石の個数をＮ１とし、前記内側領域の磁石の個数をＮ２としたときに、Ｎ１／Ｎ２が前記所定の等比数列の等比と同じか、又は外側の領域にいくほどに等比を大きくするように前記外側領域と前記内側領域に配置する磁石の個数が設定されていることを特徴とする請求項１又は２の磁気分離装置。
4. 前記外側領域の面積をＳ１とし、前記内側領域の面積をＳ２としたときに、Ｓ１／Ｓ２が所定の等差数列の関係を有して前記外側領域が前記内側領域より大きくなるように分割形成されていると共に、
   前記外側領域の磁石の個数をＮ１とし、前記内側領域の磁石の個数をＮ２としたときに、Ｎ１−Ｎ２が要求される磁石面積充填率γと、前記内側領域の面積Ｓ２の積を磁石面積Ｓmoで割った値に近い整数であって、その値に近く且つ大きな整数値とするか、又は前記外側の領域にいくほどに前記等差数列の等差を大きくするように、前記外側領域と前記内側領域とに配置する磁石の個数が設定されていることを特徴とする請求項１又は２の磁気分離装置。
5. 前記ディスク基板面に請求項１〜４の何れか１を満足するようにポケット部が形成され、該ポケット部に前記磁石が嵌入されていることを特徴とする磁気分離装置。
6. 前記ディスク基板が鉄板で形成され、該鉄板面に請求項１〜４の何れか１を満足するように磁石が接着剤で貼り付けられていることを特徴とする磁気分離装置。
7. 前記磁石の形状が矩形状又は円板状であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１の磁気分離装置。

Images