JP2013059749A - Magnetic body separation apparatus - Google Patents

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Naoki Tajima
直樹 田嶋
Hiroko Abe
紘子 阿部
Hideki Nakamura
秀樹 中村
Hideji Seki
秀司 関
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic body separation apparatus which can separate a magnetic body, such as oxygen, from a fluid, such as ozone-containing gas, with high efficiency and high tolerance with regard to ozone or the like, and can be operated for extended period.SOLUTION: There is provided the magnetic body separation apparatus 1, wherein a fluid containing a magnetic body is circulated in a flow passage 41 made of air-permeable material having a magnetic field gradient to separate the magnetic body outside the flow passage 41 so as to concentrate molecules having smaller magnetic susceptibility compared with the magnetic body, and a plurality of projection parts 45 projected from an inner wall surface of the flow passage 41 to a cross-sectional direction to reduce a passage cross-sectional area are provided in predetermined spaces along with the flow passage 41.

Description

本発明の実施形態は、磁性体分離装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a magnetic separator.

酸素を原料に製造されるオゾンは反応活性が非常に高い酸化剤として古くから知られており、その酸化力を活用して洗浄、水質浄化、殺菌、消臭、漂白などへの産業分野への応用が既に広く進んでいる。   Ozone produced from oxygen has been known for a long time as an oxidant with extremely high reaction activity. Utilizing its oxidizing power, it can be applied to industrial fields such as washing, water purification, sterilization, deodorization, and bleaching. Applications are already widespread.

オゾン水は自己分解性を有しており、従来の洗浄剤とは異なり、被処理体の表面に残留せず、また利用されなかった余剰オゾンは自然分解することから、最終的に、酸素分子として安定化させることができる。このため、環境負荷が極めて低く、環境に優しい活性種として、今後も多方面での活用が期待されている。   Ozone water has self-degradability, and unlike conventional cleaning agents, it does not remain on the surface of the object to be treated, and excess ozone that has not been used is naturally decomposed. Can be stabilized as. For this reason, it is expected to be used in many fields as an active species that has an extremely low environmental impact and is friendly to the environment.

オゾンの利用分野は、オゾン水等に含まれるオゾン濃度によって異なり、代表的な用途として、例えば0.5〜10mg/lのオゾン濃度では殺菌、漂白、脱臭、5〜20 mg/lのオゾン濃度では有機物除去、金属除去、化学酸化膜形成、60mg/l超のオゾン濃度ではレジスト剥離などが挙げられる。   The application field of ozone varies depending on the ozone concentration contained in ozone water, etc., and typical applications include, for example, sterilization, bleaching, deodorization at an ozone concentration of 0.5 to 10 mg / l, and organic matter at an ozone concentration of 5 to 20 mg / l. Removal, metal removal, chemical oxide film formation, resist stripping, etc. at ozone concentrations above 60 mg / l.

オゾン水のオゾン濃度は、条件設定により広範囲に制御可能であるが、中でもオゾン濃度約20ppmのオゾン水は、微粒子、有機物、金属の除去に効果を示し、機能水のなかで最も普及しているものである。
また、100ppm以上の高濃度オゾン水は、プロセス工程のレジスト剥離に利用でき、従来の溶剤による方法に代わり、環境にやさしい技術として注目されている。
The ozone concentration of ozone water can be controlled over a wide range by setting conditions. Among them, ozone water with an ozone concentration of about 20 ppm shows the effect of removing fine particles, organic substances and metals, and is the most popular among functional water. Is.
In addition, high-concentration ozone water of 100 ppm or more can be used for resist stripping in process steps, and has attracted attention as an environmentally friendly technology instead of the conventional solvent method.

工業用オゾンの製造には、放電現象を利用したオゾナイザーを用いる手法が多用されており、一般に、空気や酸素ガスが原料ガスとして用いられている。
このような手法では、窒素、酸素およびオゾンの混合ガス、または酸素およびオゾンの混合ガスが得られるが、平衡の観点から、これら混合ガス中のオゾン濃度には限度がある。
In the production of industrial ozone, a technique using an ozonizer utilizing a discharge phenomenon is frequently used, and generally air or oxygen gas is used as a raw material gas.
In such a method, a mixed gas of nitrogen, oxygen and ozone, or a mixed gas of oxygen and ozone is obtained, but from the viewpoint of equilibrium, the ozone concentration in these mixed gases is limited.

上記のような手法を用いた場合、空気を原料ガスとして得られる混合ガスのオゾン濃度は、通常、理論値の2〜3%程度であり、酸素ガスを原料ガスとして得られる混合ガスのオゾン濃度は、理論値の5%程度である。
しかしながら、より高濃度のオゾン含有ガスを用いることで、オゾンの作用をより有効に活用することが期待されている。
When the above method is used, the ozone concentration of the mixed gas obtained using air as a raw material gas is usually about 2-3% of the theoretical value, and the ozone concentration of the mixed gas obtained using oxygen gas as a raw material gas Is about 5% of the theoretical value.
However, it is expected to use the action of ozone more effectively by using a higher concentration of ozone-containing gas.

例えば、シリコン半導体の酸化膜形成処理に、高オゾン濃度の混合ガスを用いることで、従来より500℃近く低温で、高品質な酸化膜を形成できる可能性がある。また、金属表面の不働態化(パッシベーション)処理に適用することで、電解研磨による場合より、腐食性ガスに対しより高い耐性を有するものを得られる可能性もある。さらに、高オゾン濃度の混合ガスを用いることで、装置システム全体の小型化に貢献でき、オゾンを用いた既存の産業分野に対して多大な効果が期待できる。   For example, there is a possibility that a high-quality oxide film can be formed at a temperature lower by about 500 ° C. than before by using a gas mixture having a high ozone concentration for the oxide film formation process of a silicon semiconductor. Moreover, by applying to the passivation treatment of the metal surface, there is a possibility that a material having higher resistance to the corrosive gas than the case of electrolytic polishing may be obtained. Furthermore, by using a mixed gas having a high ozone concentration, it is possible to contribute to miniaturization of the entire apparatus system, and a great effect can be expected for an existing industrial field using ozone.

しかしながら、現状では、高濃度のオゾン含有ガスを生成する簡便な手法が得られておらず、オゾン濃度が高々10%程度の酸素/オゾン混合ガスを用いた処理が主流となっている。このため、高オゾン濃度の混合ガスを、簡便に得られる手法が求められている。   However, at present, a simple method for generating a high-concentration ozone-containing gas has not been obtained, and treatment using an oxygen / ozone mixed gas having an ozone concentration of about 10% at most is the mainstream. For this reason, there is a need for a technique that can easily obtain a mixed gas having a high ozone concentration.

混合ガス中のオゾン濃度を高める手法として、空気等の混合ガス中の酸素の割合を増加させる技術が開示されている。この方法は、偶数個の磁石を極が径方向に向くように配置して中心から周方向に磁場勾配を形成させた中に混合ガスを通過させて外周部分に酸素を集めようとするものである。
しかしながら、この方法では、磁場勾配により引き寄せられる酸素分子が他の気体分子の一部を引きずって移動するため、混合ガス中の酸素分子を必ずしも効率的に濃縮することができず、期待されるような分離濃縮作用が得られない。
As a technique for increasing the ozone concentration in the mixed gas, a technique for increasing the proportion of oxygen in the mixed gas such as air is disclosed. In this method, an even number of magnets are arranged so that the poles are directed in the radial direction, and a magnetic field gradient is formed in the circumferential direction from the center to allow the mixed gas to pass therethrough and collect oxygen in the outer peripheral portion. is there.
However, in this method, oxygen molecules attracted by the magnetic field gradient move by dragging some of the other gas molecules, so that the oxygen molecules in the mixed gas cannot always be efficiently concentrated and expected. Separation and concentration effect cannot be obtained.

また、酸素分離膜を用いて酸素/オゾン混合ガスから酸素を分離しオゾン濃度を高める方法も提案されている。   In addition, a method for increasing the ozone concentration by separating oxygen from an oxygen / ozone mixed gas using an oxygen separation membrane has been proposed.

具体的には、酸素分離膜の片側にオゾン含有ガス(オゾン、酸素、窒素)を接触させ、反対側をこれより低圧にするとともに、流路内に磁場勾配を形成することで、オゾン含有ガスからオゾン/窒素よりも酸素を選択的に透過させ、オゾン濃度を高めている。しかしながら、この方法でも、混合ガス中の酸素分子を必ずしも効率的に濃縮することができず、十分な分離作用が得られない。   Specifically, ozone-containing gas (ozone, oxygen, nitrogen) is brought into contact with one side of the oxygen separation membrane, the other side is made lower in pressure, and a magnetic field gradient is formed in the flow path. Therefore, the ozone concentration is increased by selectively permeating oxygen rather than ozone / nitrogen. However, even with this method, oxygen molecules in the mixed gas cannot always be efficiently concentrated, and a sufficient separation effect cannot be obtained.

また、酸素分離用膜の素材としては、その溶解度係数と拡散係数が酸素に対してできる限り大きく、かつ窒素に対してはできる限り小さいものが用いられ、たとえばポリジメチルシロキサン−ポリカーボネートブロック共重合体、ポリ(4−メチルペンテン−1)、ポリフェニレンオキサイド(PPO)、ポリ[1−(トリメチルシリル)−1−プロピン](PMSP)などが挙げられる。   As the material for the oxygen separation membrane, a material having a solubility coefficient and a diffusion coefficient as large as possible with respect to oxygen and as small as possible with respect to nitrogen is used. For example, a polydimethylsiloxane-polycarbonate block copolymer is used. , Poly (4-methylpentene-1), polyphenylene oxide (PPO), poly [1- (trimethylsilyl) -1-propyne] (PMSP), and the like.

しかしながら、一般に、分離膜表面の有機物質はオゾン暴露で劣化しやすいため、長期の運転は困難である。   However, in general, organic substances on the surface of the separation membrane are easily deteriorated by exposure to ozone, and thus long-term operation is difficult.

また、従来より、空気中の窒素や酸素をゼオライトに吸着させ、酸素や窒素を分離してオゾンを得る、吸着分離法と呼ばれる方式が用いられており、例えば、磁気力を併用しつつ、ゼオライトにより混合ガス中の酸素を除去しかつ窒素を吸着することで、オゾン濃度を相対的に高める方法が提案されている。
具体的には、磁場勾配によって移動する酸素分子をゼオライトにより選択的に捕獲することで、原料ガスに戻る酸素ガスの割合を低減し、残存ガス中のオゾン濃度を高めている。
Further, conventionally, a method called adsorption separation method has been used, in which nitrogen or oxygen in the air is adsorbed on zeolite and oxygen and nitrogen are separated to obtain ozone. For example, while using magnetic force together, zeolite A method has been proposed in which the ozone concentration is relatively increased by removing oxygen from the mixed gas and adsorbing nitrogen.
Specifically, oxygen molecules that move due to the magnetic field gradient are selectively captured by zeolite, thereby reducing the proportion of oxygen gas that returns to the source gas and increasing the ozone concentration in the residual gas.

従来より、天然に産出するゼオライト(沸石)が特異な吸着性を有することが知られている。
しかしながら、天然ゼオライトは、均一な品質を有するものを大量に得るのが困難であること、およびゲル状の粘土物質が混在すること等の不具合を有しており、工業的な使用は困難であることから、これら天然ゼオライトの欠点を補い、かつ分子ふるい効果を発揮するようにした合成ゼオライトが用いられている。中でも、1950年代に開発した合成ゼオライトが多用されている。
Conventionally, it is known that naturally produced zeolite (zeolite) has a unique adsorption property.
However, natural zeolite has problems such as being difficult to obtain a large amount of materials having uniform quality and mixing with a gel-like clay material, and is difficult to use industrially. For this reason, synthetic zeolite is used which compensates for the disadvantages of these natural zeolites and exhibits a molecular sieving effect. Among them, synthetic zeolite developed in the 1950s is widely used.

合成ゼオライトは、四面体構造を有しており、4個の酸素アニオンに囲まれたSiやAlカチオンが、酸素アニオンを介して共有結合する結果、均一な細孔によって空洞が連結した蜂の巣状の構造を有している。
分子吸着用のスペースは、これら空洞内に取り込まれた結晶水(HO)が加熱処理時に脱離して形成されており、結晶構造内のHカチオンをカリウム、カルシウム等の他のイオンで置換することで、各空洞を結ぶ細孔の大きさが調整されている。
Synthetic zeolite has a tetrahedral structure, and Si and Al cations surrounded by four oxygen anions are covalently bonded via oxygen anions, resulting in a honeycomb-like structure in which cavities are connected by uniform pores. It has a structure.
The space for molecular adsorption is formed by desorption of crystal water (H 2 O) taken into these cavities during heat treatment, and the H cations in the crystal structure are replaced with other ions such as potassium and calcium. By doing so, the size of the pores connecting the cavities is adjusted.

空洞内の吸着分子は、細孔径により分子運動が規制されるとともに、吸着分子の双極子モーメントと結晶構造内の金属カチオンの極性との作用による、空洞内への捕捉力が得られている。
このため、合成ゼオライトに対する分子の吸着性は、その分子径とともに、双極子モーメントの大きさに左右されており、これにより、優れた選択性とともに、強い吸着特性が得られている。
The molecular motion of the adsorbed molecules in the cavity is regulated by the pore diameter, and the trapping force in the cavity is obtained by the action of the dipole moment of the adsorbed molecule and the polarity of the metal cation in the crystal structure.
For this reason, the adsorptivity of the molecule to the synthetic zeolite depends on the magnitude of the dipole moment as well as the molecular diameter, thereby obtaining a strong adsorption characteristic with excellent selectivity.

このように、合成ゼオライトを用いることで、上記のような優れた分離性能を得られるが、オゾン、酸素および窒素に対する選択性を追求すると、コストが高くなり、また、使用後のゼオライトは最終的に廃棄する必要があるため、環境面で問題がある。
また、ゼオライトは、吸着能力が限度に達すると機能しなくなり、たとえばゼオライトの一種であるモレキュラーシーブスは、25〜250時間程度の運転には使用可能であるものの、耐性が低いため、長期の運転を伴う工業的な使用への適用は困難である。
Thus, by using synthetic zeolite, excellent separation performance as described above can be obtained. However, pursuing selectivity for ozone, oxygen and nitrogen increases the cost, and the zeolite after use is finally used. There is an environmental problem because it is necessary to dispose of it.
In addition, zeolite does not function when the adsorption capacity reaches the limit.For example, molecular sieves, which are a kind of zeolite, can be used for operation for about 25 to 250 hours, but have low resistance, so long-term operation is not possible. It is difficult to apply for industrial use.

さらに、繊毛を用いて酸素分子を捕獲する方法も記載されているが、このような繊毛は劣化が進行しやすく、例えば、繊毛が有機系物質からなる場合には、オゾン暴露による劣化の進行が顕著であり、長時間の使用に耐えることは困難である。   Furthermore, although a method for capturing oxygen molecules using cilia is also described, such cilia are prone to deterioration. For example, when cilia is made of an organic substance, the deterioration due to exposure to ozone proceeds. It is remarkable and it is difficult to withstand long-term use.

一方、このように、酸素分子を吸着または捕獲して、残余ガス中のオゾン濃度を向上させるようにする手法では、所定期間使用した後、酸素等の吸着分子を放出させて再生し、再度使用可能なものもある。
しかしながらこの場合には、例えば、磁場勾配を消滅させた状態で、余剰の生成ガスを流通させて吸着分子を放出させる等の機構が必要となり、装置全体が大型化かつ複雑化するおそれがある。
On the other hand, in this way, in the method of adsorbing or capturing oxygen molecules to improve the ozone concentration in the residual gas, after using for a predetermined period, the adsorbed molecules such as oxygen are released and regenerated and used again Some are possible.
However, in this case, for example, a mechanism such as circulating excess product gas and releasing adsorbed molecules in a state in which the magnetic field gradient is extinguished is required, and the entire apparatus may be increased in size and complexity.

特開平5−309224号公報JP-A-5-309224 特開2003−206107号公報JP 2003-206107 A

このように、これまでの磁性体分離装置は、十分な磁性体分離効率を得られるものではなく、またオゾン等に対する耐性に劣り、必ずしも長期間の運転に耐え得るものではなかった。   As described above, conventional magnetic substance separation devices cannot obtain sufficient magnetic substance separation efficiency, are inferior in resistance to ozone and the like, and cannot always withstand long-term operation.

本発明が解決しようとする課題は、オゾン含有ガス等の流体中から酸素等の磁性体を高い効率で分離することができ、かつオゾン等に対する耐性が高く、長期間の運転が可能な磁性体分離装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is a magnetic material that can separate a magnetic material such as oxygen from a fluid such as an ozone-containing gas with high efficiency, has high resistance to ozone, and can be operated for a long time. It is to provide a separation device.

実施形態の磁性体分離装置は、磁性体を含む流体を磁場勾配を有する通気性素材からなる流路に流通させ、前記磁性体を流路外に分離して該磁性体より小さい磁化率を有する分子を濃縮する磁性体分離装置であって、前記流路の内壁面から断面方向に突出して流路断面積を減少させる複数の突出部を、前記流路にそって所定の間隔で設けた。   The magnetic body separation device according to the embodiment causes a fluid containing a magnetic body to flow through a flow path made of a breathable material having a magnetic field gradient, and separates the magnetic body from the flow path to have a magnetic susceptibility smaller than the magnetic body. In the magnetic substance separating apparatus for concentrating molecules, a plurality of projecting portions that project from the inner wall surface of the channel in the cross-sectional direction to reduce the channel cross-sectional area are provided at predetermined intervals along the channel.

本発明に係る磁性体分離装置によれば、オゾン含有ガス等の流体中から酸素等の磁性体を高い効率で分離することができる。   According to the magnetic substance separation apparatus according to the present invention, a magnetic substance such as oxygen can be separated from a fluid such as an ozone-containing gas with high efficiency.

第1の実施形態に係る磁性体分離装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the magnetic body separator which concerns on 1st Embodiment. 実施形態に係る磁性体分離装置のガス流路管42周辺を拡大して示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which expands and shows the gas flow path pipe 42 periphery of the magnetic body separator which concerns on embodiment. (a)から(e)は各々別の実施形態に係る磁性体分離装置のガス流路管42周辺を拡大して示す縦断面図である。(A) to (e) is an enlarged longitudinal sectional view showing the periphery of a gas flow path pipe 42 of a magnetic body separating apparatus according to another embodiment. 第2の実施形態に係る磁性体分離装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the magnetic body separator which concerns on 2nd Embodiment.

図1は、第1の実施形態に係る磁性体分離装置の概略構成を示す図である。
なお、以下に示す実施形態では、酸素/オゾンの混合ガスからなる流体から、磁性体として酸素ガスを分離する構成のものを示したものである。
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a magnetic substance separation device according to the first embodiment.
In the embodiment described below, an oxygen gas as a magnetic material is separated from a fluid composed of a mixed gas of oxygen / ozone.

酸素ガスの磁化率xは、標準状態で1.5×10−7cgs単位と他の気体と比べて高い値を有しているのに対し、同一条件下でのオゾンガスの磁化率は、酸素ガスの1000分の1程度である。本実施形態は、これら酸素およびオゾンの混合ガスに所定の磁場勾配を与えたときに各々が受ける磁気力の差によって、酸素ガスを所定方向に吸引して分離することで、混合ガス中の酸素濃度を低減し、高オゾン濃度の混合ガスを得るようにしたものである。なお、本発明の磁性体分離装置の分離対象としての磁性体は、必ずしも酸素に限定されず、流体に含まれる他の気体分子より大きい磁化率を有するものであれば、後述する種々の磁性体を分離対象とすることが可能である。 The susceptibility x of oxygen gas is 1.5 × 10 −7 cgs units in the standard state, which is higher than that of other gases, whereas the susceptibility of ozone gas under the same conditions is oxygen It is about 1/1000 of the gas. In this embodiment, the oxygen gas in the mixed gas is separated by attracting and separating the oxygen gas in a predetermined direction due to the difference in magnetic force that each receives when a predetermined magnetic field gradient is applied to the mixed gas of oxygen and ozone. The concentration is reduced to obtain a mixed gas having a high ozone concentration. In addition, the magnetic body as a separation target of the magnetic body separation apparatus of the present invention is not necessarily limited to oxygen, and various magnetic bodies to be described later may be used as long as they have a magnetic susceptibility higher than other gas molecules contained in the fluid. Can be separated.

第1の実施形態に係る磁性体分離装置1は、図1に示すように、酸素ガスを貯留、供給する酸素ボンベ2と、酸素ボンベ2から供給された酸素ガスを含む混合ガスに高電圧を印加してオゾンを生成するオゾナイザー3と、オゾナイザー3で生成したオゾンガスと酸素ガスとの混合ガスから、磁場勾配により酸素ガスを濃縮して分離し、酸素濃度の低減された酸素減損ガスを得る分離部4とが、流路にそって順次配置されている。
オゾナイザー3は、平行電極間に起こさせた無声放電中に酸素ガスや空気を通して酸素分子をオゾン化するものであり、酸素ボンベ2およびオゾナイザー3間、ならびにオゾナイザー3および分離部4間は、それぞれ配管5、6で接続されている。分離部4の後段にはガス排出管7が接続されている。
As shown in FIG. 1, the magnetic separation apparatus 1 according to the first embodiment applies a high voltage to an oxygen cylinder 2 that stores and supplies oxygen gas and a mixed gas containing oxygen gas supplied from the oxygen cylinder 2. Ozonizer 3 that generates ozone upon application, and separation from the mixed gas of ozone gas and oxygen gas generated by ozonizer 3 by concentrating and separating oxygen gas by a magnetic field gradient to obtain oxygen-depleted gas with reduced oxygen concentration The parts 4 are sequentially arranged along the flow path.
The ozonizer 3 is used to ozonize oxygen molecules through an oxygen gas or air during a silent discharge generated between parallel electrodes. Between the oxygen cylinder 2 and the ozonizer 3, and between the ozonizer 3 and the separation unit 4, piping is provided. 5 and 6 are connected. A gas discharge pipe 7 is connected to the subsequent stage of the separation unit 4.

分離部4は、内部にガス流路41を有するガス流路管42を有しており、ガス流路管42の上方および下方には、ガス流路管42の長手方向と平行な方向に延在するように、磁石43、44が配設されている。
磁石43、44は、ガス流路管42と平行な水平方向に延びる板状をなし、そのNS極は、ガス流路41方向を向く状態で配置されている。
The separation unit 4 includes a gas flow channel pipe 42 having a gas flow channel 41 therein, and extends above and below the gas flow channel pipe 42 in a direction parallel to the longitudinal direction of the gas flow channel pipe 42. The magnets 43 and 44 are disposed so as to exist.
The magnets 43 and 44 have a plate shape extending in the horizontal direction parallel to the gas flow channel pipe 42, and the NS pole thereof is arranged in a state facing the direction of the gas flow channel 41.

なお、磁石43、44の磁極(N極、S極)の方向は特に限定されず、同極同士が対向するように配設してもよく、多極同士が対向するように配設してもよい。   In addition, the direction of the magnetic poles (N pole, S pole) of the magnets 43 and 44 is not particularly limited, and the magnets 43 and 44 may be arranged so that the same poles face each other, or arranged so that multiple poles face each other. Also good.

各磁石43、44としては、T(テスラ)オーダーの磁束密度を得られるものであればよく、電磁石、超電導電磁石、永久磁石のいずれも用いることができる。
本実施形態の磁性体分離装置では、吸着材等の再生工程を要しないため、永久磁石を用いることも可能であり、例えば、ネオジム磁石(ネオジム・鉄・ボロン磁石)、サマリウム磁石(サマリウム・コバルト磁石)、アルニコ磁石(アルミニウム・ニッケル・コバルト磁石)、フェライト磁石(酸化鉄磁石)等が好適である。
The magnets 43 and 44 may be any magnet that can obtain a magnetic flux density on the order of T (tesla), and any of an electromagnet, a superconducting electromagnet, and a permanent magnet can be used.
In the magnetic separation apparatus of the present embodiment, since a regeneration process of the adsorbent or the like is not required, a permanent magnet can be used. For example, a neodymium magnet (neodymium / iron / boron magnet), a samarium magnet (samarium / cobalt) Magnets), alnico magnets (aluminum / nickel / cobalt magnets), ferrite magnets (iron oxide magnets) and the like are suitable.

図2は、分離部4のガス流路管42周辺を拡大して示す縦断面図である。
ガス流路管42は、非磁性の通気性多孔質体で形成されており、ガス流路管42の内壁面から断面方向に突出して流路断面積を減少させる隔壁45が、ガス流路41にそって所定の間隔で設けられている。
FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view showing the periphery of the gas flow path pipe 42 of the separation unit 4.
The gas channel tube 42 is formed of a non-magnetic air-permeable porous body, and a partition wall 45 that protrudes from the inner wall surface of the gas channel tube 42 in the cross-sectional direction to reduce the channel cross-sectional area is provided in the gas channel 41. Accordingly, they are provided at predetermined intervals.

隔壁45は、ガス流路管42の図中上側の内壁面から突出する側板451と、図中下側の内壁面から突出する側板452とで構成されており、互いの側端部が対向するように設けられている。
側板451、452は、内壁面から断面方向に直立する円弧上の障壁として形成されており、図2で示すように、側板451の側端部が、流体の出口側に向けてガス流路管42上側内壁面に近接する傾斜面として形成されるとともに、側板452の側端部が、流体の出口側に向けてガス流路管42の下側内壁面に近接する傾斜面として形成されることが好ましい。
The partition wall 45 is composed of a side plate 451 protruding from the inner wall surface on the upper side of the gas flow channel pipe 42 and a side plate 452 protruding from the inner wall surface on the lower side in the drawing. It is provided as follows.
The side plates 451 and 452 are formed as a barrier on an arc that stands upright in the cross-sectional direction from the inner wall surface, and as shown in FIG. 2, the side end portion of the side plate 451 faces the outlet side of the fluid as a gas channel tube. 42 is formed as an inclined surface close to the upper inner wall surface, and a side end portion of the side plate 452 is formed as an inclined surface close to the lower inner wall surface of the gas flow channel pipe 42 toward the fluid outlet side. Is preferred.

隔壁45を構成する側板451、452は、オゾンガスや酸素ガスに対する耐性を有するものであれば、その材質は特に限定することなく用いることができる。   The side plates 451 and 452 constituting the partition wall 45 can be used without any particular limitation as long as they have resistance to ozone gas and oxygen gas.

ガス流路41は、側板451と側板452とが対向する空間で形成された領域Qと、領域Qと隣接する膨張室としての領域Pとにより形成されている。   The gas flow path 41 is formed by a region Q formed in a space where the side plate 451 and the side plate 452 face each other, and a region P as an expansion chamber adjacent to the region Q.

なお、本明細書において、流路断面積とは、流体の進行方向に対して垂直方向の断面の面積をいう。   In the present specification, the channel cross-sectional area refers to the area of a cross section perpendicular to the fluid traveling direction.

非磁性の通気性多孔質体としては、非磁性の無機繊維または非磁性の金属繊維を主成分とするものを好適に用いることができる。   As the non-magnetic breathable porous material, those mainly composed of non-magnetic inorganic fibers or non-magnetic metal fibers can be preferably used.

非磁性の金属繊維を主成分とする多孔質体としては、例えば、ステンレス、チタン等の金属材料を繊維状に加工して金属繊維とし、該金属繊維を圧縮固定して不織布とした金属繊維不織布、該金属繊維不織布を焼結し、必要に応じて圧延してなる金属繊維不織布焼結体、または金属繊維を織布とした金属繊維織布を好適に用いることができる。   As a porous body mainly composed of non-magnetic metal fibers, for example, a metal fiber nonwoven fabric obtained by processing a metal material such as stainless steel or titanium into a fiber shape to form a metal fiber, and compressing and fixing the metal fiber to form a nonwoven fabric A metal fiber nonwoven fabric sintered body obtained by sintering the metal fiber nonwoven fabric and rolling it as necessary, or a metal fiber woven fabric using metal fibers as a woven fabric can be suitably used.

非磁性の無機繊維を主成分とする多孔質体としては、シリカ、アルミナ等のセラミックス、カーボン、ガラス等の無機材料を繊維状に加工して無機繊維とし、該無機繊維を圧縮固定して不織布とした無機繊維不織布、または該無機繊維を織布とした無機繊維織布等が挙げられる。   As a porous body mainly composed of non-magnetic inorganic fibers, ceramics such as silica and alumina, carbon, glass and other inorganic materials are processed into fibers to form inorganic fibers, and the inorganic fibers are compressed and fixed to a nonwoven fabric. Inorganic fiber nonwoven fabrics, or inorganic fiber woven fabrics using the inorganic fibers as woven fabrics.

また、非磁性の多孔質体としては、複数種の金属繊維の混合物または複数種の無機繊維の混合物を主成分としたものであってもよく、金属繊維と無機繊維との混合物を主成分としたものであってもよい。   The non-magnetic porous material may be a mixture of a plurality of types of metal fibers or a mixture of a plurality of types of inorganic fibers as a main component, and a mixture of metal fibers and inorganic fibers as a main component. It may be what you did.

このように、ガス流路管42の一部または全体を、上述した金属繊維または無機繊維からなる多孔質体で構成した場合、細孔径は概ね10〜90nmであり、必ずしも分子選択性は有しないが、モレキュラーシーブ等のゼオライトや有機物質からなる膜状体等でガス流路管42を形成した場合と比較して、オゾン等のガスに対する耐性が高められ、長期間の運転に使用した場合でも、ガス流路管42の劣化の進行が抑制された分離部4とすることができる。   As described above, when a part or the whole of the gas passage tube 42 is formed of the porous body made of the above-described metal fiber or inorganic fiber, the pore diameter is approximately 10 to 90 nm and does not necessarily have molecular selectivity. However, compared to the case where the gas flow passage tube 42 is formed of a membrane such as a molecular sieve such as zeolite or an organic substance, resistance to gases such as ozone is enhanced, and even when used for a long-term operation. In addition, the separation portion 4 in which the progress of the deterioration of the gas flow channel pipe 42 is suppressed can be obtained.

なお、図2において、突出部としての隔壁45は、上述したように、ガス流路管42の図中上側内壁面および図中下側内壁面から断面方向に突出させた側板451、452により構成したものであってもよく、ガス流路管42の内壁面に内接させて設けた円環状の板により形成したものであってもよい。   In FIG. 2, the partition wall 45 as the protruding portion is constituted by the side plates 451 and 452 protruding in the cross-sectional direction from the upper inner wall surface in the drawing and the lower inner wall surface in the drawing as described above. It may be formed by an annular plate provided in contact with the inner wall surface of the gas flow path pipe 42.

隔壁45は、図2で示すように、一定の高さを有する側板451、452により形成してもよいが、例えば、側板451の高さh1もしくは側板452の高さh2のいずれか一方または双方を、流体の進行方向にそって順次低減し、隔壁45で形成される領域Qの流路断面積を順次増大させるか、または側板451の高さh1もしくは側板452の高さh2のいずれか一方または双方を、流体の進行方向にそって順次増大し、側壁45で形成される領域Qの流路断面積を順次低減するようにしてもよい。   As shown in FIG. 2, the partition wall 45 may be formed by side plates 451 and 452 having a certain height. For example, either or both of the height h1 of the side plate 451 and the height h2 of the side plate 452 are used. Are sequentially reduced along the fluid traveling direction to sequentially increase the flow path cross-sectional area of the region Q formed by the partition wall 45, or either the height h1 of the side plate 451 or the height h2 of the side plate 452 Alternatively, both may be sequentially increased along the fluid traveling direction, and the flow path cross-sectional area of the region Q formed by the side wall 45 may be sequentially decreased.

また、図2では、隔壁45をガス流路41にそって一定間隔で設ける構成としたが、隔壁45は、必ずしも一定間隔で設けなくてもよく、例えば、流体の進行方向にそって、隔壁45間の間隔が順次低減または増大するように設けてもよく、隔壁45間の間隔を不定間隔で設けるようにしてもよい。   In FIG. 2, the partition walls 45 are provided at regular intervals along the gas flow path 41. However, the partition walls 45 are not necessarily provided at regular intervals. For example, the partition walls 45 are arranged along the fluid traveling direction. The interval between the 45 may be provided so as to decrease or increase sequentially, and the interval between the partition walls 45 may be provided at an indefinite interval.

次に、この磁性体分離装置1の動作を説明する。
まず、図1において、酸素ボンベ2から配管5に供給された酸素ガスは、オゾナイザー3に導入され、平行電極間に発生させた無声放電により酸素分子がオゾン化される。オゾナイザー3で得られた酸素/オゾン混合ガスは、配管6により、分離部4のガス流路41に供給される。
Next, the operation of the magnetic material separating apparatus 1 will be described.
First, in FIG. 1, oxygen gas supplied from the oxygen cylinder 2 to the pipe 5 is introduced into the ozonizer 3, and oxygen molecules are ozonized by silent discharge generated between the parallel electrodes. The oxygen / ozone mixed gas obtained by the ozonizer 3 is supplied to the gas flow path 41 of the separation unit 4 through the pipe 6.

オゾナイザー3から排出される酸素/オゾン混合ガス中のオゾン濃度は、特に限定されないが、通常、最大400g/Nm程度である。 The ozone concentration in the oxygen / ozone mixed gas discharged from the ozonizer 3 is not particularly limited, but is usually about 400 g / Nm 3 at maximum.

ガス流路41内では、ガス流路管42上方および下方に設置された磁石43、44により、磁極付近に最も強い磁場が発生し、遠くなるにつれて磁場が弱くなる。
すなわち、ガス流路41の中心点近傍では磁場が最も弱く、ガス流路管42内壁面近傍では最も磁場が強くなっており、ガス流路41中心点からガス流路管42内壁面に向けて磁場が強まるように、磁場勾配が形成されている。
In the gas flow path 41, the strongest magnetic field is generated near the magnetic pole by the magnets 43 and 44 installed above and below the gas flow path pipe 42, and the magnetic field becomes weaker as the distance increases.
That is, the magnetic field is the weakest in the vicinity of the center point of the gas flow path 41, and the magnetic field is the strongest in the vicinity of the inner wall surface of the gas flow path tube 42, from the center point of the gas flow path 41 toward the inner wall surface of the gas flow path tube 42. A magnetic field gradient is formed so that the magnetic field is strengthened.

このようにして形成した磁場勾配により、ガス流路41に供給された酸素/オゾン混合ガス中の酸素ガスが、ガス流路管42の内壁面側に吸引される。   Oxygen gas in the oxygen / ozone mixed gas supplied to the gas flow path 41 is attracted to the inner wall surface side of the gas flow path pipe 42 by the magnetic field gradient thus formed.

すなわち、単位体積の磁気力xのガスに作用する磁気力Fは、F=xHdH/dxで求められる。
たとえば、6Tの超電導電磁石を使用して6×10gaussの磁場強度Hを発生させ、1×10gauss/cmの磁場勾配dH/dxを与えた場合、体積磁化率1.5×10−7を有する単位体積当たりの酸素ガスは、90dyne、すなわち9μNの磁気力を受けることになる。これに対し、オゾンは酸素の約1000分の1程度の体積磁化率しか持たないため、同じ磁場内に存在するオゾンには9×10−3μNの磁気力しか作用しない。したがって、酸素/オゾン混合ガスのガス流路41に強い磁場勾配を生成させることで、酸素分子が磁場の強い方に吸引される。
That is, the magnetic force F acting on the unit volume of the magnetic force x gas is obtained by F = xHdH / dx.
For example, when a magnetic field strength H of 6 × 10 4 gauss is generated using a 6T superconducting electromagnet and a magnetic field gradient dH / dx of 1 × 10 4 gauss / cm is given, the volume magnetic susceptibility 1.5 × 10 The oxygen gas per unit volume having 7 will receive a magnetic force of 90 dyne, ie 9 μN. On the other hand, since ozone has only a volume magnetic susceptibility about 1/1000 of oxygen, only 9 × 10 −3 μN of magnetic force acts on ozone present in the same magnetic field. Therefore, by generating a strong magnetic field gradient in the gas flow path 41 of the oxygen / ozone mixed gas, oxygen molecules are attracted to the stronger magnetic field.

ガス流路41内に形成される磁場勾配は、特に限定されないが、通常30T/m程度である。   The magnetic field gradient formed in the gas flow path 41 is not particularly limited, but is usually about 30 T / m.

ガス流路41に供給された酸素/オゾン混合ガスは、まず、図2で示すように、領域Q1と隣接する領域Pを、隔壁45側に向けて移動する。この過程で、酸素/オゾン混合ガス中の酸素ガスが、ガス流路41内に形成された磁場勾配により、ガス流路管42の内壁面近傍に高い割合で集められ、内壁面近傍に酸素濃縮ガスが形成される。 As shown in FIG. 2, the oxygen / ozone mixed gas supplied to the gas channel 41 first moves in the region P 0 adjacent to the region Q 1 toward the partition wall 45. In this process, oxygen gas in the oxygen / ozone mixed gas is collected at a high rate in the vicinity of the inner wall surface of the gas channel tube 42 due to the magnetic field gradient formed in the gas channel 41, and is concentrated in the vicinity of the inner wall surface. Gas is formed.

領域Pを通過した混合ガスは、側板451、452により形成された、領域Pよりも流路断面積が小さい領域Qに流入する。領域Qに流入した混合ガスは、その流入口において流速が一旦急激に上昇した後、流路断面積の増大に伴い、徐々に減速しながら、領域Pに向けて移動する。 Mixed gas passing through the region P 0 is formed by the side plates 451 and 452, the flow path cross-sectional area than the area P 0 flows into the small area Q 1. Mixed gas flowing into the region Q 1 is, after the flow rate has once rapidly increased in its inlet, with the increase in flow path cross-sectional area, while gradually decelerated, it moves toward the region P 1.

領域Qを通過した混合ガスは、流路断面積の大きい領域Pに高速で流入し、ガス流路管42内壁面との間に生じた負圧により全体的に内壁面側に吸引される。膨張室としての領域Pでは、流路断面積の増大に伴い混合ガスの流速が急激に低下し、領域P内を混合ガスが滞留する。この間に、ガス流路41内に形成された磁場勾配により、混合ガス中の酸素ガスが、ガス流路管42内壁面側にさらに移動し、ガス流路管42内壁面近傍の酸素濃縮ガスの酸素濃度が高められる。 Mixed gas passing through the region Q 1 is flows at high speed large area P 1 of the flow channel cross-sectional area, it is attracted to the inner wall surface entirely by the negative pressure generated between the gas flow pipe 42 in the wall The In the region P 1 as the expansion chamber, increasing the accompanying decrease the flow rate of the mixed gas rapidly the flow path cross-sectional area, the area P 1 mixed gas stagnates. During this time, due to the magnetic field gradient formed in the gas flow channel 41, the oxygen gas in the mixed gas further moves to the inner wall surface side of the gas flow channel tube 42, and the oxygen-enriched gas near the inner wall surface of the gas flow channel tube 42 The oxygen concentration is increased.

ガス流路管42の内壁面近傍に集められた酸素濃縮ガスは、ガス流路管42を構成する多孔質体を介して、ガス流路41外部に排出される。   The oxygen-enriched gas collected in the vicinity of the inner wall surface of the gas flow channel pipe 42 is discharged to the outside of the gas flow channel 41 through the porous body constituting the gas flow channel pipe 42.

なお、本実施形態では、図2に示す構成のガス流路41を備えた分離部4を用いた場合を例に説明したが、磁性体分離装置1は、必ずしもこのような構成に限定されず、例えば、図3(a)で示すように、ガス流路管42内壁面の図中下側面から突出させた側板542のみで隔壁45を形成した、直通型のガス流路41を備えた構成としてもよい。
さらに、図3(a)で示す形態のガス流路41において、各側板452上方のガス流路管42内壁面に、逃げ溝を設けた構成としてもよい。
In the present embodiment, the case where the separation unit 4 including the gas flow path 41 having the configuration shown in FIG. 2 is used has been described as an example. However, the magnetic body separation device 1 is not necessarily limited to such a configuration. For example, as shown in FIG. 3A, a configuration including a direct-type gas channel 41 in which a partition wall 45 is formed only by a side plate 542 protruding from the lower side surface of the inner wall surface of the gas channel tube 42 in the figure. It is good.
Furthermore, in the gas flow path 41 of the form shown in FIG. 3A, a clearance groove may be provided on the inner wall surface of the gas flow path pipe 42 above each side plate 452.

ガス流路41は、流路断面積をステップ状に変化させた形態とすることで、酸素/オゾン混合ガス中の酸素ガスをより効率的に濃縮できるため好ましい。
このような形態としては、例えば図3(b)および図3(c)で示すように、ガス流路管42図中上側の内壁面から突出する側板451と、下側の内壁面から突出する側板452とを、その側端部が互いに対向しないように交互に設けた、食い違い型のガス流路41としてもよい。
The gas flow path 41 is preferable because the cross-sectional area of the flow path is changed stepwise so that the oxygen gas in the oxygen / ozone mixed gas can be more efficiently concentrated.
As such a configuration, for example, as shown in FIGS. 3B and 3C, the side plate 451 protrudes from the upper inner wall surface in the gas flow path pipe 42 and the lower inner wall surface protrudes. The side plate 452 may be a staggered gas flow path 41 provided alternately so that the side end portions do not face each other.

図3(b)および図3(c)のガス流路41は、上面側の側板451側端部とガス流路管42内壁面とで形成された領域Q1、および下面側の側板452側端部とガス流路管42内壁面とで形成された領域Q2と、領域Q1または領域Q2と隣接する領域Pとで構成されており、それぞれ異なる流路断面積を有する領域Q1、領域P、領域Q2を順次移動することで、流路断面積がステップ状に変化するように形成されている。   3 (b) and FIG. 3 (c), the gas channel 41 includes a region Q1 formed by the side plate 451 side end on the upper surface side and the inner wall surface of the gas channel tube 42, and the side plate 452 side end on the lower surface side. Region Q2 formed by the gas flow channel pipe 42 and the inner wall surface of the gas flow channel pipe 42, and the region Q1, the region P, and the region having different flow channel cross-sectional areas. The channel cross-sectional area is formed to change stepwise by sequentially moving Q2.

また、ガス流路41は、図3(d)で示すように、ガス流路41を階段状に形成し、その段差部において、ガス流路管42の図中下側内壁面から突出する側板452により隔壁45を形成した、階段型のガス流路41としてもよい。   Further, as shown in FIG. 3 (d), the gas flow path 41 is formed in a stepped shape, and the side plate protruding from the lower inner wall surface of the gas flow path pipe 42 in the stepped portion thereof. A staircase type gas flow channel 41 in which a partition wall 45 is formed by 452 may be used.

図3(d)のガス流路41は、下面側の側板452側端部とガス流路管42内壁面とで形成された領域Qと、領域Qと隣接する領域Pとで構成されている。
図3(d)に示すガス流路41は、領域P内で異なる高さL1、L2を有するように形成されており、この領域Pと領域Qとを順次移動することで、流路断面積がステップ状に変化するように形成されている。
The gas flow path 41 in FIG. 3D is configured by a region Q formed by the side plate 452 side end portion on the lower surface side and the inner wall surface of the gas flow channel pipe 42 and a region P adjacent to the region Q. .
The gas flow path 41 shown in FIG. 3D is formed to have different heights L1 and L2 in the area P, and the flow path cross-sectional area is moved by sequentially moving the area P and the area Q. Is formed so as to change in a step shape.

このように、ガス流路41の流路断面積をステップ状に変化させた構成とすることで、領域Q通過後の領域Pにおいて、混合ガスの流速低下の度合いをより大きく得ることができ、混合ガスからの酸素濃縮を効率的に行うことができる。   Thus, by setting it as the structure which changed the flow-path cross-sectional area of the gas flow path 41 in step shape, in the area | region P after the area | region Q passage, the degree of the flow velocity fall of mixed gas can be obtained more largely, It is possible to efficiently concentrate oxygen from the mixed gas.

またさらに、ガス流路41は、図3(e)で示すように、直線状に形成された上部流路46と、上部流路46の底面に配設したハニカム材47とで形成した、ハニカム型のガス流路41としてもよい。図3(e)のガス流路41は、ハニカム材47の隔壁471で区切られた孔部472および上部流路46とで形成された領域Pと、ハニカム材47の隔壁471側端部とガス流路管42内壁面とが対向する空間で形成された領域Qとで構成されている。   Further, as shown in FIG. 3 (e), the gas flow path 41 is a honeycomb formed by a linearly formed upper flow path 46 and a honeycomb material 47 disposed on the bottom surface of the upper flow path 46. A gas flow path 41 of a mold may be used. The gas flow path 41 in FIG. 3 (e) includes a region P formed by the hole 472 and the upper flow path 46 separated by the partition walls 471 of the honeycomb material 47, the partition 471 side end of the honeycomb material 47, and the gas. It is comprised with the area | region Q formed in the space where the flow-path pipe 42 inner wall surface opposes.

上記のように、酸素濃縮ガスが、図2で示すガス流路管42の多孔質体を介してガス流路41外部に分離された混合ガスは、領域P内を滞留しながら隔壁45側に向けて移動する。
領域Pを通過した混合ガスは、領域Qに流入し、さらに上述したのと同様の過程を領域P、P、・・・P、領域Q、Q、・・・Qと繰り返し、ガス流路41に残存した酸素減損ガスは、オゾン濃度が高められた状態で、ガス排出管7により、系外に排出、回収される。
As described above, the oxygen enriched gas is mixed gas separated in the gas flow path 41 outside through the porous body of the gas flow pipe 42 shown in FIG. 2, the partition wall 45 side while staying within the region P 1 Move towards
Mixed gas passing through the region P 1 is the region Q 2 flows into the further region P 2 a similar process to that described above, P 3, ··· P n, region Q 3, Q 4, ··· Q Repeated n , the oxygen-depleted gas remaining in the gas flow path 41 is discharged out of the system and collected by the gas discharge pipe 7 in a state where the ozone concentration is increased.

このように、分離部4のガス流路41を、流路断面積の低減された領域Qを備えたものとすることで、領域Qと隣接する領域Pにおいて、滞留する混合ガスから、酸素ガスを効率的に濃縮させることができ、優れた分離効率を得ることができる。   As described above, by providing the gas flow path 41 of the separation unit 4 with the region Q having a reduced flow path cross-sectional area, the oxygen gas from the mixed gas staying in the region P adjacent to the region Q can be obtained. Can be efficiently concentrated, and excellent separation efficiency can be obtained.

また、上記のように、ガス流路管42内壁面に集められた酸素濃縮ガスを、領域P〜Pの各領域において逐次ガス流路41外部に放出することにより、酸素濃縮ガスの酸素濃度の上昇に伴う酸素分離速度の低下を抑制することができる。 Further, as described above, the oxygen-enriched gas collected on the inner wall surface of the gas flow channel pipe 42 is sequentially released to the outside of the gas flow channel 41 in each of the regions P 1 to P n , whereby oxygen in the oxygen-enriched gas. A decrease in oxygen separation rate accompanying an increase in concentration can be suppressed.

なお、本実施形態では、ガス流路管42全体を多孔質体で構成することとしたが、少なくとも、ガス流路41における膨張室としての領域Pを構成するガス流路管42の一部が多孔質体で構成されていればよく、例えば、ガス流路管42のうち、流体進行方向下流側の領域Pを構成する部分のみを多孔質体で構成したものであってもよい。   In the present embodiment, the entire gas passage tube 42 is made of a porous body. However, at least a part of the gas passage tube 42 constituting the region P as an expansion chamber in the gas passage 41 is formed. What is necessary is just to be comprised with the porous body, for example, what comprised only the part which comprises the area | region P downstream of the fluid advancing direction among the gas flow path pipes 42 with the porous body may be sufficient.

またさらに、分離部4は、ガス流路管42および隔壁46全体を、多孔質体で形成したものであってもよく、例えば塊状の多孔質体の内部を、図2で示す形状のガス流路41が形成されるようにくり抜き成型して、ガス流路管42および隔壁45を形成したものであってもよい。   Furthermore, the separation part 4 may be formed by forming the gas channel pipe 42 and the partition wall 46 entirely with a porous body. For example, the gas flow having the shape shown in FIG. The gas channel pipe 42 and the partition wall 45 may be formed by punching and forming so that the channel 41 is formed.

図4は、第2の実施形態に係る磁性体分離装置の概略構成を示す図である。なお、図1に示す構成要素と同一あるいは類似の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて説明する。   FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of a magnetic substance separation device according to the second embodiment. The same or similar components as those shown in FIG. 1 will be described using the same reference numerals.

第2の実施形態に係る磁性体分離装置10は、第1の実施形態に係る分離部4に対し、ガス流路管41から排出された酸素濃縮ガスを系外に排出する分離機構11が設けられている。分離機構11は、ガス流路管41と磁石44との間の領域に一方の端部が配設された配管12の他端に接続されており、分離機構11の下流側には、分離後の酸素濃縮ガスを回収する回収タンク13が設けられている。   The magnetic separation apparatus 10 according to the second embodiment is provided with a separation mechanism 11 that discharges the oxygen-enriched gas discharged from the gas flow pipe 41 to the outside of the separation unit 4 according to the first embodiment. It has been. The separation mechanism 11 is connected to the other end of the pipe 12 having one end disposed in the region between the gas flow path pipe 41 and the magnet 44. A recovery tank 13 for recovering the oxygen-enriched gas is provided.

分離部4の後段には、ガス排出管7に流出した酸素減損ガスの温度を測定する温度モニター14、および酸素減損ガス中のオゾン濃度を測定するオゾン濃度測定装置15が、ガス排出管7の流路にそって順次接続されており、オゾナイザー3と分離部4との間には、温度モニター14で測定された測定値に基づいて、分離部4に供給する混合ガスの温度を調整する温度調整機構16が設けられている。   In the subsequent stage of the separation unit 4, a temperature monitor 14 for measuring the temperature of the oxygen-depleted gas flowing out to the gas exhaust pipe 7 and an ozone concentration measuring device 15 for measuring the ozone concentration in the oxygen-depleted gas are provided in the gas exhaust pipe 7. A temperature that is sequentially connected along the flow path, and that adjusts the temperature of the mixed gas supplied to the separation unit 4 between the ozonizer 3 and the separation unit 4 based on the measurement value measured by the temperature monitor 14. An adjustment mechanism 16 is provided.

オゾン濃度測定装置15の後段と、酸素ボンベ2およびオゾナイザー3との間には、ファン17を備えた還流配管18が設けられており、ガス排出管7に流出した混合ガスを、オゾナイザー3前段に還流可能に構成されている。   A reflux pipe 18 equipped with a fan 17 is provided between the rear stage of the ozone concentration measuring device 15 and the oxygen cylinder 2 and the ozonizer 3, and the mixed gas flowing out to the gas discharge pipe 7 is sent to the front stage of the ozonizer 3. It is configured to be able to reflux.

次に、図4で示す磁性体分離装置10の動作について説明する。
なお、図1に示す高濃度オゾン製造装置1を用いた動作と同一あるいは類似の工程については、説明を簡略化する。
Next, the operation of the magnetic body separating apparatus 10 shown in FIG. 4 will be described.
In addition, description is simplified about the same or similar process as the operation | movement using the high concentration ozone manufacturing apparatus 1 shown in FIG.

まず、図4において、酸素ボンベ2から配管5に供給された酸素ガスは、オゾナイザー3に導入されてオゾン化され、得られたオゾンガスと酸素ガスとの混合ガスが、配管6に供給される。配管6に供給された混合ガスは、温度調整機構16による温度調整され、磁化率が調整された後、分離部4のガス流路41に供給される。   First, in FIG. 4, the oxygen gas supplied from the oxygen cylinder 2 to the pipe 5 is introduced into the ozonizer 3 to be ozonized, and the obtained mixed gas of ozone gas and oxygen gas is supplied to the pipe 6. The mixed gas supplied to the pipe 6 is temperature-adjusted by the temperature adjusting mechanism 16 and the magnetic susceptibility is adjusted, and then supplied to the gas flow path 41 of the separation unit 4.

ガス流路41内に導入された酸素/オゾン混合ガスは、第1の実施形態に係る磁性体分離装置1の分離部4で説明したのと同様の機構により、ガス流路管42の内壁面近傍に集められた酸素濃縮ガスが、ガス流路管42の多孔質体を介して、順次ガス流路41外部に排出される。   The oxygen / ozone mixed gas introduced into the gas flow path 41 is supplied to the inner wall surface of the gas flow path pipe 42 by the same mechanism as described in the separation unit 4 of the magnetic substance separation device 1 according to the first embodiment. The oxygen-enriched gas collected in the vicinity is sequentially discharged out of the gas flow path 41 through the porous body of the gas flow path pipe 42.

ガス流路41から排出された酸素濃縮ガスは、分離部4に設けられた分離機構11により分離部4内から分離され、回収タンク13内に回収される。
このようにすることで、ガス流路41から排出された酸素濃縮ガスを効率的に分離部4の外部に分離し、分離部4内の酸素濃度を低い状態に保持することができる。このため、ガス流路41外部への酸素濃縮ガスの移動速度が高められ、オゾン濃度の高められた酸素減損ガスを効率的に得ることができる。
The oxygen-enriched gas discharged from the gas flow path 41 is separated from the separation unit 4 by the separation mechanism 11 provided in the separation unit 4 and collected in the collection tank 13.
By doing in this way, the oxygen concentration gas discharged | emitted from the gas flow path 41 can be isolate | separated to the exterior of the separation part 4 efficiently, and the oxygen concentration in the separation part 4 can be kept at a low state. For this reason, the moving speed of the oxygen-enriched gas to the outside of the gas channel 41 is increased, and an oxygen-depleted gas with an increased ozone concentration can be obtained efficiently.

一方、ガス流路41からガス排出管7に導入された酸素減損ガスは、温度モニター14による温度測定、およびオゾン濃度測定装置15によるオゾン濃度測定が行われる。そして、オゾン濃度測定装置15の測定結果に基づき、ファン17の動作により酸素減損ガスの一部が還流配管18によりオゾナイザー3の前段に還流される。   On the other hand, the oxygen-depleted gas introduced from the gas flow path 41 into the gas discharge pipe 7 is subjected to temperature measurement by the temperature monitor 14 and ozone concentration measurement by the ozone concentration measurement device 15. Then, based on the measurement result of the ozone concentration measuring device 15, part of the oxygen-depleted gas is returned to the front stage of the ozonizer 3 through the return pipe 18 by the operation of the fan 17.

オゾナイザー3の前段に還流された酸素減損ガスは、配管5によりオゾナイザー3に供給され、再度無声放電によるオゾン化処理が施される。
オゾナイザー3から配管6に供給された酸素/オゾン混合ガスは、温度モニター14で得られた測定結果に基づき、温度調整機構16により温度調整され、磁化率が調整された後、分離部4に供給される。
The oxygen-depleted gas recirculated to the front stage of the ozonizer 3 is supplied to the ozonizer 3 through the pipe 5, and is again subjected to ozonization by silent discharge.
The oxygen / ozone mixed gas supplied from the ozonizer 3 to the pipe 6 is temperature-adjusted by the temperature adjusting mechanism 16 based on the measurement result obtained by the temperature monitor 14 and supplied to the separation unit 4 after adjusting the magnetic susceptibility. Is done.

分離部4に供給する混合ガスの温度は、特に限定されないが、適切な磁化率を得る観点から、室温程度に調整することがよい。   The temperature of the mixed gas supplied to the separation unit 4 is not particularly limited, but is preferably adjusted to about room temperature from the viewpoint of obtaining an appropriate magnetic susceptibility.

このようにして分離部4に供給された混合ガスは、上述した実施形態と同様に、ガス流路41内の磁場勾配によりガス流路管42内壁面近傍に集められた酸素濃縮ガスが、ガス流路管42の多孔質体を介して排出されるとともに、ガス流路41内に残存した酸素減損ガスが、ガス排出管7に供給される。   The mixed gas supplied to the separation unit 4 in this way is the same as in the above-described embodiment, because the oxygen-enriched gas collected in the vicinity of the inner wall surface of the gas channel pipe 42 due to the magnetic field gradient in the gas channel 41 is gas While being discharged through the porous body of the flow channel 42, oxygen-depleted gas remaining in the gas flow channel 41 is supplied to the gas discharge tube 7.

このように、オゾン濃度測定装置15の測定結果に基づいて、得られた酸素減損ガスを再度オゾナイザー3前段に還流させることで、原料ガスのオゾン濃度を制御することができ、所望のオゾン濃度を有する酸素減損ガスを得ることができる。
さらに、温度調整機構16により、分離部4に供給する混合ガスの温度を調整し、混合ガス中の酸素の磁化率を適宜調整することで、酸素濃縮ガスの酸素濃度を制御することができる。このため、オゾン濃度測定装置15の測定結果とともに、温度調整機構16の測定結果に基づいて、得られた酸素減損ガスを再度オゾナイザー前段に還流し、分離部4に供給することで、得られる酸素減損ガスのオゾン濃度をより高精度に制御することができる。
Thus, based on the measurement result of the ozone concentration measuring device 15, the obtained oxygen-depleted gas is recirculated to the previous stage of the ozonizer 3, whereby the ozone concentration of the raw material gas can be controlled, and the desired ozone concentration can be set. The oxygen depleted gas can be obtained.
Further, the oxygen concentration of the oxygen-enriched gas can be controlled by adjusting the temperature of the mixed gas supplied to the separation unit 4 by the temperature adjusting mechanism 16 and appropriately adjusting the susceptibility of oxygen in the mixed gas. For this reason, based on the measurement result of the ozone concentration measuring device 15 and the measurement result of the temperature adjustment mechanism 16, the obtained oxygen-depleted gas is recirculated to the preceding stage of the ozonizer and supplied to the separation unit 4 to obtain the obtained oxygen The ozone concentration of the depleted gas can be controlled with higher accuracy.

上述した実施形態に係る磁性体分離装置では、処理対象とする流体を酸素/オゾン混合ガスとし、分離対象としての磁性体を酸素とした場合を例に示したが、本発明の磁性体分離装置は、異なる磁化率を有するもの同士の混合体であれば、適宜適用することが可能である。   In the magnetic substance separation apparatus according to the above-described embodiment, the case where the fluid to be processed is an oxygen / ozone mixed gas and the magnetic substance to be separated is oxygen is shown as an example. Can be appropriately applied as long as it is a mixture of materials having different magnetic susceptibility.

分離対象としての磁性体は、常磁性体であることが工業的な観点から望ましい。常磁性体としては、酸素、窒素化合物、ナトリウム、アルミニウム、白金が挙げられる。
なお、磁性体としては、上述した常磁性体に限定されず、例えば、方位量子数が充填していない、所謂不対電子を有するものであれば、分離対象とすることが可能である。
It is desirable from an industrial point of view that the magnetic material as the separation target is a paramagnetic material. Paramagnetic substances include oxygen, nitrogen compounds, sodium, aluminum, and platinum.
The magnetic material is not limited to the paramagnetic material described above. For example, any magnetic material that does not have an orientation quantum number and has a so-called unpaired electron can be separated.

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明したが、上記の実施例は、本発明の一例として挙げたものであり、本発明を限定するものではない。
また、上記の各実施形態の説明では、磁性体分離装置において、本発明の説明に直接必要とされない部分等についての記載を省略したが、これらについて必要とされる各要素を適宜選択して用いることができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described referring a specific example, said Example is mentioned as an example of this invention and does not limit this invention.
Further, in the description of each of the above embodiments, in the magnetic substance separating apparatus, description of parts and the like that are not directly required for the description of the present invention is omitted, but each element required for these is appropriately selected and used. be able to.

その他、本発明の要素を具備し、本発明の趣旨に反しない範囲で当業者が適宜設計変更しうる全ての磁性体分離装置は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。   In addition, all the magnetic substance separation devices that include the elements of the present invention and can be appropriately modified by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention are included in the scope of the present invention. The scope of the present invention is defined by the appended claims and equivalents thereof.

1,10…磁性体分離装置、2…酸素ボンベ、3…オゾナイザー、4…分離部、41…ガス流路、42…ガス流路管、43,44…磁石、45…隔壁、451,452…側板、5,6,12…配管、7…ガス排出管、11…分離機構、13…回収タンク、14…温度モニター、15…オゾン濃度測定装置、16…温度調整機構、17…ファン、18…還流配管、P,Q…領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,10 ... Magnetic substance separation apparatus, 2 ... Oxygen cylinder, 3 ... Ozonizer, 4 ... Separation part, 41 ... Gas flow path, 42 ... Gas flow path pipe, 43, 44 ... Magnet, 45 ... Septum, 451, 452 ... Side plates 5, 6, 12 ... piping, 7 ... gas discharge pipe, 11 ... separation mechanism, 13 ... collection tank, 14 ... temperature monitor, 15 ... ozone concentration measuring device, 16 ... temperature adjustment mechanism, 17 ... fan, 18 ... Reflux piping, P, Q ... area

Claims (7)

磁性体を含む流体を磁場勾配を有する通気性素材からなる流路に流通させ、前記磁性体を流路外に分離して該磁性体より小さい磁化率を有する分子を濃縮する磁性体分離装置であって、
前記流路の内壁面から断面方向に突出して流路断面積を減少させる複数の突出部を、前記流路にそって所定の間隔で設けたことを特徴とする磁性体分離装置。
A magnetic material separation device that circulates a fluid containing a magnetic material through a flow path made of a breathable material having a magnetic field gradient, separates the magnetic material outside the flow channel, and concentrates molecules having a magnetic susceptibility smaller than the magnetic material. There,
A magnetic material separating apparatus comprising: a plurality of protrusions protruding from an inner wall surface of the flow path in a cross-sectional direction to reduce a flow path cross-sectional area at predetermined intervals along the flow path.
前記流路が、無機繊維または金属繊維を圧縮固定した通気性の多孔質体で構成されており、前記流路の内壁面近傍の気体分子を、前記多孔質体を介して前記流路外に排出する請求項1記載の磁性体分離装置。   The flow path is composed of a breathable porous body in which inorganic fibers or metal fibers are compressed and fixed, and gas molecules near the inner wall surface of the flow path are moved out of the flow path through the porous body. The magnetic substance separation device according to claim 1, wherein the magnetic substance separation device is discharged. 前記突出部が断面方向に直立する円弧上の障壁である請求項1または2記載の磁性体分離装置。   The magnetic body separating apparatus according to claim 1, wherein the protrusion is a barrier on an arc that stands upright in a cross-sectional direction. 前記流体の流路断面積がステップ状に変化する請求項1乃至3のいずれか1項記載の磁性体分離装置。   The magnetic body separation device according to any one of claims 1 to 3, wherein a cross-sectional area of the flow path of the fluid changes stepwise. 前記磁性体分離装置が、前記磁性体を分離した後の流体の温度を測定する温度測定手段と、該流体に含まれる気体分子の濃度を測定する濃度測定手段とを有しており、
前記温度測定手段および濃度測定手段の測定結果に応じて、前記磁性体を分離後の流体の一部または全部を、前記磁場勾配を有する流路の前段に戻すフィードバック制御機構を有する請求項1乃至4のいずれか1項記載の磁性体分離装置。
The magnetic material separation device has temperature measuring means for measuring the temperature of the fluid after separating the magnetic material, and concentration measuring means for measuring the concentration of gas molecules contained in the fluid,
2. A feedback control mechanism for returning a part or all of the fluid after separating the magnetic material to the previous stage of the flow path having the magnetic field gradient according to the measurement results of the temperature measuring means and the concentration measuring means. 5. The magnetic material separating apparatus according to any one of 4 above.
前記流体からの分離対象が、常磁性体である請求項1乃至5のいずれか1項記載の磁性体分離装置。   The magnetic material separating apparatus according to claim 1, wherein the separation target from the fluid is a paramagnetic material. 前記流体からの分離対象が、不対電子を有する物質である請求項1乃至6のいずれか1項記載の磁性体分離装置。   The magnetic substance separation device according to claim 1, wherein the separation target from the fluid is a substance having unpaired electrons.
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