JP2014078623A - 超電導磁気分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分離処理物質の多様化に対し、処理空間の形状、重力方向に対する向きを選択可能な超電導磁気分離装置を提供する。
【解決手段】超伝導コイル２をクライオスタット１の上面部に取付けた馬蹄形状の真空容器６に納め、超電導コイル巻芯の内側に円筒状処理空間を設け、該真空容器の両側面と円筒状空間を磁気分離処理空間とした。該真空容器とクライオスタットは転倒と回転により重力の影響を変え、分離物質に適した磁気分離処理法の選択を可能とした。該馬蹄形状真空容器の側面を上下にし、被分離処理体を水平に移動させる方法とクライオスタットを立てた状態で両側面に直角な水平平面上に被分離処理体を移動させ処理液を用いない方法と該真空容器中央での高勾配磁界の円筒空間で分離処理を可能とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、クライオスタット外平面の被分離処理体に高磁場と同時に磁気勾配与え、被分離処理体の物性により物質を分離する超電導磁気分離装置に関する。

電気抵抗をゼロにして大電流を流せる超電導コイルを利用して高磁場を発生させ、クライオスタット上面の作業平面に於いて高磁場と磁気勾配の積による磁気浮上力を発生させ、該クライオスタット上面上に流れる被分離処理体に高磁場と磁気勾配を与えることにより分離する空間を提供している。

特許文献１に記載された技術は、この作業空間はクライオスタット上面のみで重力方向は一方向に限定されており、重力の影響を変える事は出来ないし、超電導コイルを中心部の最大磁束密度部の円筒状処理空間が構成されていない。

特許第４８５２６７８号公報

特許文献１の磁気分離用超伝導磁石装置を図９に示す。超電導コイル１は極低温状態に保つため、クライオスタット１内に納められ、クライオスタット２の天板部１ａの上面全体を処理作業平面４として平面を確保するため面一に形成しており、クライオスタット１の内部は真空のため生じる外圧力と被分離処理体の磁性との間に生じる超電導磁石吸引力に対して変形を防ぐため、中央部にクライオスタット天板支持材５を設けている。この天板支持材５は天板部１ａからの伝導熱侵入量が増え、冷凍機１ｃの容量増加を招くと同時に、この天板支持材５がある為、最大磁束密度領域である超電導コイル中心部円筒状分離作業空間を構成することが出来ない。

この様に従来の磁気分離用超電導磁石装置の室温処理空間は、超電導コイルの巻芯内で成されており処理物質の種類、処理量が制限されていた。一方分離処理物質の多様化に依り処理空間の形状、大きさ、重力方向に対する向き位置関係、及び磁束密度、磁束密度勾配、磁界強度等を自由に選択できるような磁気分離装置が求められている。

本発明は、このような実情を鑑みて提案されたものであり、超伝導磁コイルを筒状クライオスタットの上面部に取付けられた馬蹄形状の真空容器に納め、該馬蹄形状真空容器の両面が処理空間として使え、更に中央部には超電導コイル巻芯より小さな円筒状処理空間を設けた。

馬蹄上真空空間と一体の円筒状クライオスタット１は横に９０°転倒と円周方向に回転出来き、処理面を自由に変えられる機能を有している。磁気分離空間形状と重力に対する向きを自由に選択できる超電導磁気分離装置を提供することを目的とする。

本発明に係る超電導磁気分離装置における被分離処理体は反磁性磁気浮上と磁気アルキメデス浮上原理の活用で、磁気浮上は、高い勾配磁場下において浮上させる反磁性物質に作用する磁気力と被処理物質の密度による重力と、容積による浮力の釣り合いによって分離する手法である。超電導コイルによって発生する磁気浮上力（Ｂ×ｄＢ/ｄｚで表わされ値は約４００Ｔ^２/ｍ）の生じている高磁気場上に被分離処理体を通過させて特定物質(分離したい物質)を分離する。磁気アルキメデス浮上方式は被分離物質を気体又は流体と一緒に高磁気場を通過させ、（被分離処理物質の重力-流体の密度による浮力）と磁気的反力との値で定まる位置に特定物質が捕捉される。
磁気アルキメデスの浮上条件は、
-ρ₁ｇ+（χ₁/μ₀）×Ｂ×ｄＢ/ｄｚ＋ρ₂ｇ-（χ₂/μ₀）×Ｂ×ｄＢ/ｄｚ=０
ここで、ｇは重力加速度、μ₀は真空の透磁率、Ｂは磁束密度の強度、ｚはコイル面に垂直方向座標、ρ₁、χ₁は浮上分離物質の密度と体積磁化率、ρ₂、χ₂は周囲の気体または液体の密度と体積磁化率で表わせ、反磁性磁気浮上は上式左辺の後ろ２項は無視出来る。

前記磁気浮力の発生空間を自由に構成でき、且つコイルと中央部の円筒状空間の水平、垂直、傾斜させ自由に向きを選べることに依り被処理分離体から所定物質を捕捉分離するに適する条件を選択し効果的な磁気分離ができる。

本発明に係る超電導磁気分離装置は、超電導コイルを筒状クライオスタットの上面部に取付けられた馬蹄形状の真空容器に納め、該馬蹄形状真空容器の両側面に磁束線の向きが正反対の磁場を構成する２か所の磁気分離空間と最も高磁場のコイル中央の円筒状磁気分離空間を有し、馬蹄上真空空間と一体の円筒状クライオスタットを回転・傾けることに依り分離処理空間の向きを自由に変えられる機能を備えている。

本発明に係る超電導磁気分離装置は、超電導コイルが発生する高磁束密度と高勾配磁場である分離処理空間をスペース的と位置と向きを自由に選べ、重力に対する影響を変えることが出来、最も適した磁気分離条件を選択できる。

本発明の超電導磁気分離装置を示す側面図である。 本発明の超電導磁気分離装置を示す正面図である 超電導磁気分離装置の転倒、回転を示す正面図である。 超電導磁気分離装置の転倒、回転を示す側面図である。 本発明のアルキメデス法に依る超電導磁気分離装置詳細図である 本発明のアルキメデス法に依るバッチ超電導磁気分離装置詳細図である 本発明の反磁性磁気浮上法による超電導磁気分離装置詳細図である 本発明の高勾配搬送管に依る超電導磁気分離装置詳細図である 従来に磁気分離用超伝導磁石装置を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気分離装置を示す側面図で、図２はその正面図である。
円筒状クライオスタット１の上部に、超電導コイル２が納められた馬蹄形状真空容器６が取り付けられている。馬蹄形真空容器６の中央部には、超電導コイル２の巻芯２ａの内径より小さな円筒７が馬蹄形真空容器と一体に構成されている。超電導コイル円筒７は馬蹄形真空容器６の側板６ａに働く真空による外力や磁気吸引力に対し支持機能を有し変形防止出来るため特許文献１に示す支持部材５は不要となる。

馬蹄形真空容器６と超電導コイル中央の円筒７とコイル間には、馬蹄形真空容器６と円筒７からの輻射熱を遮蔽するため輻射シルールド８が組込まれており、馬蹄形真空容器６、円筒７からの超電導コイルへの熱侵入を防止している。クライオスタット１内にも同様に冷凍機との間に輻射シールド８ａが納められ、冷凍機への熱侵入を防止している。

図２で示すように馬蹄形器収納容器６の側面は長方形断面をしており、その側面は分離作業面として使用される。超電導コイルは冷凍機９で極低温に維持され、高温超電導線より成る電流リード１０に依り直流電流が供給される。

超電導コイル２は支持部材１１と超電導コイル受け台１２とを用い機械的に固定され、冷凍機９と超電導コイル受け台１２は熱収縮を吸収しつつ熱伝導冷却が可能なようにフレキシブル網線１３に依り接続し、コイルを極低温に維持している。

図３は超電導磁気分離装置の転倒／回転構造を示す正面図で、図４はその側面図を示し、超電導磁気分離装置架台１４には転倒部材１５が対向し、円筒状クライオスタット１と一体に取付けられ、ハンドル１５ａで０から９０°まで転倒でき、回転リング１６は円筒状クライオスタット１の胴部に取付けられ、ベアリング１６ａを介し３６０°回転できるようにしている。

図５はクライオスタット１を９０°転倒し、馬蹄形状真空容器６の側面を上下面とした状態で上平面上を水平方向に被分離処理体流路１７を設置し被分離処理体１７aを流し、或いは図６に示すように該馬蹄形状真空容器６の側面を上下面とした両面に被分離処理容器１８を乗せ或いは下面に吊るし、アルキメデス法により特定物質１７ｂを分離させている。

図７は馬蹄形状真空容器６を立てた状態で両側面に直角な水平平面上に分離処理体受け皿１９を設置しに被分離処理粉体１９ａを移動させることにより処理液を用いない分離処理をしている。

図８は馬蹄形状真空容器中央の高勾配磁場が発生する円筒７内の空間に分離処理体管路２０を設け、被分離処理体１７ａを流し特定物質１７ｂを分離させている。分離処理体管路２０はクライオスタット全体の向きを自由に調整することにより重力の影響を変えた磁気分離処理ができる。

以上のように、本発明に係る超電導磁気分離装置は、超電導コイルを筒状クライオスタットの上面部に取付けられた馬蹄形状の真空容器に納め、該馬蹄形状真空容器の両側面に磁束線の向きが正反対の磁場を構成する２か所の磁気分離空間と最も高磁場のコイル中央の円筒状磁気分離空間有し、馬蹄上真空空間と一体の円筒状クライオスタットを回転・傾けることに依り、分離処理空間の向きを自由に変えられる機能を備えている。
本発明に係る超電導磁気分離装置は、超電導コイルに発生する高磁束密度と高勾配磁場を発生している分離処理空間をスペース的且つ、向き位置を自由に調整でき、、重力に対する影響を変えることが出来、最も適した磁気分離条件を選択できる。

なお、上述した実施形態は一例に過ぎず、本発明の主旨に合致すべく、図１、図２のプロポーションに拘ることなく、超電導コイル巻芯径を大きくし、馬蹄形状の厚さを増し円筒を長くしてもよい。

１．クライオスタット
１ａ．クライオスタット天板
２．超電導コイル
４．室温磁気分離処理空間
５．クライオスタット天板支持材
６．馬蹄形真空容器
７．超電導コイル円筒
８．輻射シルールド
９．冷凍機
１０．電流リード
１１．超電導コイル支持部材
１２．超電導コイル受け台
１３．フレキシブル網線
１４．磁気分離装置架台
１５．転倒部材
１６．回転リング
１６ａ．ベアリング
１７．被分離処理体流路
１７ａ．被分離処理体
１７ｂ．特定物質（(分離したい物質)
１８．被分離処理容器
１９．被分離処理体受け皿
１９ａ．被分離処理粉体
２０．被分離処理体管路

Claims (3)

1. 超電導コイルをクライオスタットの上面部の馬蹄形状の真空容器に納め、該馬蹄形状真空容器の中央部に超電導コイル巻芯内径より小さな貫通円筒空間を有し、馬蹄形状真空容器と一体のクライオスタットは横に９０°転倒すると同時に円周方向にも回転可能とした磁気分離用超電導磁石装置を用い、９０°転倒し該馬蹄形状真空容器の側面を上下面とした状態で上下平面上を水平方向に、被分離処理体流路を取付け、或いは被分離処理体封入容器を取付け、アルキメデス法により所定物質を分離させることを特徴とする超電導磁気分離装置。
2. 超電導コイルを納めた馬蹄形状真空容器を立てた状態で両側面に直角な水平平面上に被分離処理体を移動させることにより処理液を用いない分離処理を可能としたことを特徴とする請求項１に記載する超電導磁気分離装置。
3. 超電導コイルを納めた馬蹄形状真空容器中央の高勾配磁場が発生する貫通円筒状空間を分離処理空間とし、クライオスタット全体の向きを自由に調整することにより重力の影響を変えた分離処理を可能としたことを特徴とする請求項１に記載する超電導磁気分離装置。

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