JPH10180018A - 磁気分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】流体の流れを停止することなく、磁性粒子の取
り出しを連続的な処理として行う。 【解決手段】マグネット２から流路内に強力な磁場をか
け、その磁場領域内に磁気フィルター６を設け、この磁
気フィルター６で流体中に流れてくる磁性粒子４を捕捉
するものにおいて、磁気フィルター６は複数のフィルタ
ーエレメント６ａから構成され、これらのフィルターエ
レメント６ａを流路と略平行に配置するとともに、これ
らのフィルターエレメントの流体下流側の終端部を流路
中に収束するように配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば原子炉にお
ける冷却材の磁性粒子を除去したり、ガラス研磨装置に
おいて研磨材の磁性粒子である残存物を除去したりする
ため、磁気力を用いて流体中の磁性粒子を捕捉して流体
から分離する磁気分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、磁気分離装置は、流体内に磁気
フィルターを設け、この磁気フィルターフィルターの磁
気力により流体中に流れてくる磁性粒子を捕捉させて流
体中から取り出すようにしている。

【０００３】図８は従来の磁気分装置を示す構成図であ
る。図８に示すように、液体，気体などの流体が流れる
パイプ１の外周側には、流路内に強力な磁場をかけるマ
グネット２が配置される一方、パイプ１の流路中には磁
性線を格子状に形成したフィルターマトリックス３が配
置されている。

【０００４】このように構成された磁気分離装置におい
て、パイプ１内に矢印Ａ方向から磁性粒子４と非磁性粒
子５が流体中に混在して流れてくると、非磁性粒子５は
フィルターマトリックス３を通過して矢印Ｂの方向に流
れるものの、磁性粒子４のみがフィルターマトリックス
３に捕捉される。したがって、流体中から磁性粒子４を
取り出すことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の磁気分離装置では、流路中を流れる磁性粒子４
をフィルターマトリックス３により捕捉して全体の流れ
から取り除くことはできるものの、構成からの制約上、
フィルターマトリックス３に捕捉された磁性粒子４を流
体の流れの中から取り出すには、一度流体の流れを止め
てフィルターマトリックス３をその流れの中から取り出
して、フィルターマトリックス３と共に磁性粒子４を取
り出すか、あるいは流れの中でフィルターマトリックス
３に磁性粒子４を捕捉させたままの状態で、フィルター
マトリックス３に付加している外部からの磁場をなく
し、フィルターマトリックス３の磁性をなくして捕捉し
ている磁性粒子４を解放させるしかなかった。

【０００６】このため、流路中から磁性粒子４を取り出
すには、バッチ処理しか行うことができず、連続的な処
理が不可能であった。その結果、処理効率が低く、処理
時間が長くなるという問題点があった。

【０００７】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、流体の流れを停止することなく、磁性粒子の取
り出しを連続的な処理として行うことが可能な磁気分離
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の請求項１は、流体が流れる流路内にマ
グネットから強力な磁場をかけ、その磁場領域内に磁性
を有する磁気フィルターを設け、この磁気フィルターで
前記流体中に流れてくる磁性粒子を捕捉する磁気分離装
置において、前記磁気フィルターは複数のフィルターエ
レメントから構成され、これらのフィルターエレメント
を流路と略平行に配置するとともに、これらのフィルタ
ーエレメントの流体下流側の終端部を流路中に収束する
ように配置したことを特徴とする。

【０００９】請求項２は、請求項１記載の磁気分離装置
において、それぞれのフィルターエレメントの表面に四
フッ化エチレン樹脂をコーティングしたことを特徴とす
る。

【００１０】請求項３は、請求項１記載の磁気分離装置
において、それぞれのフイルターエレメントの太さを、
流路中の流体上流側では細く、かつ下流部にいくに従っ
て太く形成したことを特徴とする。

【００１１】請求項４は、請求項１記載の磁気分離装置
において、各フィルターエレメントの終端部は、流路内
でマグネットが配置された領域より外れた部分に配置さ
れたことを特徴とする。

【００１２】請求項５は、請求項１記載の磁気分離装置
において、磁場を発生するマグネットの磁場強度を時間
的に任意に変化させることを特徴とする。

【００１３】請求項６は、請求項１記載の磁気分離装置
において、それぞれのフイルターエレメントが配置され
た流路の流体上流側に、前記各フイルターエレメントに
対する流体の流れが旋回流となるように旋回流発生手段
を設けたことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１５】図１は本発明に係る磁気分離装置の一実施
形態の要部を示す構成図である。なお、従来の構成と同
一または対応する部分には図８と同一の符号を用いて説
明する。

【００１６】図１に示すように、パイプ１はステンレス
鋼などの非磁性体から製造され、その流路内に矢印Ａ方
向に磁性粒子４，非磁性粒子５が混在した液体，気体な
どの流体全体の流れがある。このパイプ１の外周側に
は、流路内に強力な磁界を発生させるためのマグネット
２が配置されるとともに、パイプ１の流路内の磁場領域
内に磁気フィルター６を構成する多数のフィルターエレ
メント６ａが配置されている。

【００１７】各フィルターエレメント６ａは、磁性を有
する線材からなり、図１に示すように前側が流路中の流
体の流れに略平行であって流路内に均一に設置されてい
る一方、後側が流体の流れの下流側に向かうに従って流
路中央部に収束して集められるように配置されている。
つまり、これらのフィルターエレメント６ａの流体下流
側の終端部は流路中の一部に収束するように配置されて
いる。そして、各フィルターエレメント６ａが収束する
終端部近傍には、捕捉した磁性粒子４を外部へ引き出す
ための引き出しパイプ７が設けられている。

【００１８】次に、上記実施形態の作用を説明する。

【００１９】流体中の磁性粒子４は、流路中に配置され
たそれぞれのフィルターエレメント６ａに巻き付くよう
に捕捉される。この時、磁性粒子４の各フィルターエレ
メント６ａへの捕捉力を適切に設定しておけば、捕捉さ
れた磁性粒子４は各フィルターエレメント６ａに巻き付
くようにして流路内を流れて各フィルターエレメント６
ａが収束している終端部へ向かって流れていく。

【００２０】この終端部近傍に引き出し用パイプ７が設
けられていることから、この引き出し用パイプ７への流
れに従って磁性粒子４の流れは、矢印Ｃ方向を通って外
部に取り出される。一方、非磁性粒子５は、それぞれの
フィルターエレメント６ａに捕捉されて巻き付くような
ことはないので、流路中でそのまま直進して流れ、取り
出しパイプ７以降の流れとなって、磁性粒子４が含まれ
ない矢印Ｂ方向の流れとなる。

【００２１】なお、本実施形態では、それぞれのフィル
ターエレメント６ａの終端部を流路中央に収束させ、そ
の終端部近傍に外部への引き出し用のパイプ７を配設し
たが、それぞれのフィルターエレメント６ａの終端部
は、流路の端部に集めるようにしてもよく、またフィル
ターエレメント６ａの終端部を流路から外部に引き出す
ようにしてもよい。

【００２２】このように本実施形態の磁気分離装置で
は、流路中に設けた磁気フィルター６の各フィルターエ
レメント６ａに磁性粒子４を固定的に捕捉させるのでは
なく、流路中で各フィルターエレメント６ａに沿った方
向に磁性粒子４を流すようにするとともに、磁性粒子４
をその流れの中の一部に収束させるようにしている。こ
れにより、流路中に存在する磁性粒子４を磁気フィルタ
ー６を構成する複数のフィルターエレメント６ａにより
捕捉することができ、かつ磁性粒子４を流路中の一部に
収束させることができる。

【００２３】したがって、流路中の一部に磁性粒子４を
収束させることができれば、その部分の流れを引き出し
用パイプ７を通じて外部に引き出すことにより、全体の
流れの中から磁性粒子４を外部に取り出すことができ
る。その結果、流路の流れを止めることなく、連続的な
流れの中から磁性粒子４を外部に取り出すことができ
る。

【００２４】なお、本実施形態において、それぞれのフ
ィルターエレメント６ａの表面に四フッ化エチレン樹脂
をコーティングすれば、捕捉した磁性粒子４をフィルタ
ーエレメント６ａ表面に固着させるのを未然に防止する
ことができる。

【００２５】図２（Ａ）は本発明に係る磁気分離装置の
一実施形態の第１変形例におけるフィルターエレメント
を示す説明図である。なお、前記実施形態と同一の部分
には同一の符号を付して説明する。以下の各変形例でも
互いに同一の部分には同一の符号を付して説明する。

【００２６】この変形例のフィルターエレメント８は、
流路中の流体上流側ではフィルターエレメント８を構成
する磁性線の線径が細く、流体下流側にいくに従って磁
性線の線径が太くなるように形成されている。また、フ
ィルターエレメント８は、マグネット２が配置されてい
る領域よりもやや外側まで先端および終端が達するよう
に配置されている。

【００２７】ここで、フィルターエレメント８周辺の磁
性粒子４に働く磁気力Ｆｍ〔Ｎ〕の関係式を下記の式
（１）に示す。

【００２８】

【数１】Ｆｍ＝Ｖ・μ₀ Ｍ^P ・▽Ｈ^e …（１） ここで、Ｖは磁性粒子４の体積〔ｍ³ 〕、Ｍ^P は磁化の
大きさ〔Ａ／ｍ〕、▽Ｈ^e は磁界勾配〔Ａ／ｍ² 〕であ
る。この式（１）から分かるように、磁性粒子４に働く
磁気力は、磁性粒子４の体積，磁性粒子４の磁化の大き
さ、そしてその場の磁界勾配にそれぞれ比例することが
分かる。

【００２９】そして、この磁界勾配は円筒座表系におい
て、磁性線を中心として下記の式（２）のように表され
る。

【００３０】

【数２】 ここで、Ｈ₀ は印加磁場、ａは磁性線の半径、Ｍ_s は磁
性線の飽和磁化、μは磁性線の透磁率である。式（２）
によれば、磁場勾配は磁性線の半径の２乗に比例する項
を持つことが分かる。

【００３１】そこで、−般的な電磁石で発生されるソレ
ノイド磁場の状態を図２（Ｂ）に示す。ソレノイド磁場
の特徴はマグネットのコイルの中央でその発生する磁場
が最大となり、コイルの端で磁場強度Ｈが中央部の１／
２になり、外部にいくに従い急激に磁場強度Ｈが低くな
る。

【００３２】この磁場分布の形状とフィルターエレメン
トの形状から式（１），式（２）の関係を用いて磁場勾
配とそれから発生する磁性粒子に働く磁気力を計算した
結果を図２（Ｃ）に示す。

【００３３】これによれば、流路中の流体上流側では、
磁性粒子４に捕捉力が強く作用し、磁性粒子４を拘束す
るが、その下流側での終端にいくに従って徐々に捕捉力
が低下し、終端部で磁性粒子４が解放されるようになる
ことが分かる。

【００３４】このように第１変形例におけるフィルター
エレメント８によれば、流路中の流体上流側ではフィル
ターエレメント８を構成する磁性線の線径が細く、流体
下流側にいくに従って磁性線の線径が太くなるように形
成されているので、フィルターエレメント８の終端部で
磁性粒子４を解放することができる。

【００３５】また、第１変形例におけるフィルターエレ
メント８によれば、マグネット２が配置されている領域
よりもやや外側まで先端および終端が達するように、す
なわちフィルターエレメント８の終端部が流路内でマグ
ネット２が配置された領域より外れた部分に配置されて
いるので、フィルターエレメント８の終端部での磁性粒
子４の解放をさらに補助することができる。

【００３６】図３は本発明に係る磁気分離装置の一実施
形態の第２変形例を示すタイミングチャートである。こ
の第２変形例では、フィルターエレメント８に発生させ
る磁場勾配の強度を調整するため、マグネット２を電磁
石とし、その電磁石に流す電流をパルス状に設定するこ
とにより、発生する磁界強度をパルス状に変化させる。
これにより、フィルターエレメント８上での磁界勾配を
パルス状に変化させるようしている。

【００３７】すなわち、図３に示すように磁場強度Ｂ
は、ある程度の強度（ベース磁場強度）Ｂｂを保ちなが
ら、パルス的にピーク磁場強度Βａを時間ｔａだけ保つ
ようにする。その後の時間ｔｂはベース磁場強度Ｂｂが
維持される。したがって、磁場強度Ｂは、完全に０にな
ることはないので、磁性粒子４はフィルターエレメント
８から完全に解放されることはない。

【００３８】この時の磁性粒子の動きを図４に模式的に
示している。図４に示すように磁性粒子４は、磁場強度
が高い時間ｔａにはフィルターエレメント８表面上に堅
固に捕捉されて流路中で動かなくなる場合があるが、磁
場強度が落ちている時間ｔｂにはフィルターエレメント
８に緩く捕捉されて流路中で流れに押し流され、磁性粒
子４はフィルターエレメント８表面上で移動することに
なる。

【００３９】これがパルス磁場の印加により継続的に生
じて、磁性粒子４は流路中でフィルターエレメント８の
表面上を流れるように流路の下流側の終端部へ向かつて
行く。これにより、磁性粒子４はフィルターエレメント
８表面に固定されることなく、適切にフィルターエレメ
ント８の終端部に集められていく。

【００４０】このように第２変形例によれば、磁場を発
生するマグネット２の磁場強度を時間的に任意に変化さ
せることにより、流路中での磁性粒子４の捕捉、解放を
繰り返し行わせることができる。

【００４１】ここで、さらに図４中に示すように、流体
の流れを旋回流９としてフィルターエレメント８を周回
させるようにすると、この効果が一段と高めることがで
きる。

【００４２】なお、発生するパルス状の磁場強度は、第
２変形例のように矩形波である必要はなく、図５に示し
たようなサイン波、あるいは図６に示した鋸波のような
ものであってもよく、このようなパルス波形でも同様の
効果を得ることができる。

【００４３】また、上記第２変形例では、磁場強度にベ
ース磁場を持たせて磁場強度が０になることを回避した
例を示したが、流路中での流速が遅い場合や、磁性粒子
４の粒径や磁化率が大きくてフィルターエレメント６ａ
への捕捉力が大きい場合には磁場強度が０になっている
場合があってもよく、また磁界の向きが反転する場合が
あるようなパルス波形であってもよい。

【００４４】図７は本発明に係る磁気分離装置の一実施
形態の第３変形例におけるパイプを示す斜視図である。
この第３変形例では、図４中に示すように流体の流れを
旋回流９とするものであり、この旋回流９はパイプ１内
においてフィルターエレメント８の流体上流側直前に、
旋回流発生手段としてのフィン１０を配置することによ
り、簡単に発生させることができる。

【００４５】このように第３変形例によれば、それぞれ
のフイルターエレメント８が配置された流路の流体上流
側に、各フイルターエレメント８に対する流体の流れが
旋回流となるようにフィン１０を設けたことにより、磁
性粒子４のフィルターエレメント８に対する接触時間、
面積が増加し、流路中でフィルターエレメント８への磁
性粒子４の捕捉効率を高めるとともに、捕捉した磁性粒
子４のパルス磁場の効果による解放後の再捕捉の効率を
向上させることができる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、流体が流れる流路内にマグネットから強力な
磁場をかけ、その磁場領域内に磁性を有する磁気フィル
ターを設け、この磁気フィルターで流体中に流れてくる
磁性粒子を捕捉する磁気分離装置において、磁気フィル
ターは複数のフィルターエレメントから構成され、これ
らのフィルターエレメントを流路と略平行に配置すると
ともに、これらのフィルターエレメントの流体下流側の
終端部を流路中に収束するように配置したことにより、
流体中の磁性粒子を流体中で一部に収束させて集めるこ
とができ、そこから磁性粒子を流体の全体の流れの中か
ら取り出すことができる。このような処理装置であれ
ば、流体の流れを止めることなく、磁性粒子の取り出し
を連続的な処理として行うことができる。

【００４７】請求項２によれば、請求項１記載の磁気分
離装置において、それぞれのフィルターエレメントの表
面に四フッ化エチレン樹脂をコーティングしたことによ
り、捕捉した磁性粒子をフィルターエレメント表面に固
着させるのを未然に防止することができ、信頼性を高め
ることができる。

【００４８】請求項３によれば、請求項１記載の磁気分
離装置において、それぞれのフイルターエレメントの太
さを、流路中の流体上流側では細く、かつ下流部にいく
に従って太く形成したことにより、フィルターエレメン
トの終端部で磁性粒子を解放することができる。

【００４９】請求項４によれば、請求項１記載の磁気分
離装置において、各フィルターエレメントの終端部は、
流路内でマグネットが配置された領域より外れた部分に
配置されたことにより、フィルターエレメントの終端部
での磁性粒子の解放をさらに補助することができる。

【００５０】請求項５によればは、請求項１記載の磁気
分離装置において、磁場を発生するマグネットの磁場強
度を時間的に任意に変化させることにより、流路中での
磁性粒子の捕捉、解放を繰り返し行わせることができ
る。

【００５１】請求項６によれば、請求項１記載の磁気分
離装置において、それぞれのフイルターエレメントが配
置された流路の流体上流側に、各フイルターエレメント
に対する流体の流れが旋回流となるように旋回流発生手
段を設けたことにより、磁性粒子のフィルターエレメン
トに対する接触時間、面積が増加し、流路中でフィルタ
ーエレメントへの磁性粒子の捕捉効率を高めるととも
に、捕捉した磁性粒子のパルス磁場の効果による解放後
の再捕捉の効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気分離装置の一実施形態の要部
を示す構成図。

【図２】（Ａ）は本発明に係る磁気分離装置の一実施形
態の第１変形例におけるフィルターエレメントを示す説
明図、（Ｂ）は−般的な電磁石で発生されるソレノイド
磁場の状態を示す図、（Ｃ）は磁場勾配とそれから発生
する磁性粒子に働く磁気力を計算した結果を示す図。

【図３】本発明に係る磁気分離装置の一実施形態の第２
変形例を示すタイミングチャート。

【図４】第２変形例において磁性粒子の動きを示す模式
図。

【図５】第２変形例の他の磁場強度を示すタイミングチ
ャート。

【図６】第２変形例の別の磁場強度を示すタイミングチ
ャート。

【図７】本発明に係る磁気分離装置の一実施形態の第３
変形例におけるパイプを示す斜視図。

【図８】従来の磁気分装置を示す構成図。

【符号の説明】

１ パイプ ２ マグネット ４ 磁性粒子 ５ 非磁性粒子 ６ 磁気フィルター ６ａ フィルターエレメント ７ 引き出しパイプ ８ フィルターエレメント ９ 旋回流 １０ フィン（旋回流発生手段）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体が流れる流路内にマグネットから強
   力な磁場をかけ、その磁場領域内に磁性を有する磁気フ
   ィルターを設け、この磁気フィルターで前記流体中に流
   れてくる磁性粒子を捕捉する磁気分離装置において、前
   記磁気フィルターは複数のフィルターエレメントから構
   成され、これらのフィルターエレメントを流路と略平行
   に配置するとともに、これらのフィルターエレメントの
   流体下流側の終端部を流路中に収束するように配置した
   ことを特徴とする磁気分離装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の磁気分離装置において、
   それぞれのフィルターエレメントの表面に四フッ化エチ
   レン樹脂をコーティングしたことを特徴とする磁気分離
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の磁気分離装置において、
   それぞれのフイルターエレメントの太さを、流路中の流
   体上流側では細く、かつ下流部にいくに従って太く形成
   したことを特徴とする磁気分離装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の磁気分離装置において、
   各フィルターエレメントの終端部は、流路内でマグネッ
   トが配置された領域より外れた部分に配置されたことを
   特徴とする磁気分離装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の磁気分離装置において、
   磁場を発生するマグネットの磁場強度を時間的に任意に
   変化させることを特徴とする磁気分離装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の磁気分離装置において、
   それぞれのフイルターエレメントが配置された流路の流
   体上流側に、前記各フイルターエレメントに対する流体
   の流れが旋回流となるように旋回流発生手段を設けたこ
   とを特徴とする磁気分離装置。