JP4197656B2 - 磁力選別装置 - Google Patents
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Description
使用後のマグネタイトは、例えば特許文献1のように、沈殿池中から下水とともに取り出され、ドラム型の磁力選別機により磁力選別して回収されている。
図10に示すように、従来の磁力選別機100は、底板の一端部にマグネタイトを含む被処理水の入口101aが形成され、底板の他端部に非磁性物の出口101bが形成された処理槽101と、処理槽101の液面付近における入口101aと出口101bとの間に配置され、下半分が液面下に浸漬される回転ドラム102と、ドラム内周面に沿って回転ドラム102の内部空間に収納され、ドラム外周面上を移送中の吸着物を磁界から離脱させる磁板切欠部103aが水面上に配置された回転ドラム102の軸線方向から視て略C字形状を有する固定磁板103と、磁板切欠部103aと対向する回転ドラム102に先端部が押し付けられ、他端部が処理槽101に外設された排出ダクト104上に配置されたスクレーパ105と、スクレーパ105上の吸着物を回転羽根106aにより排出ダクト104に向かって掻き送るスキンマ106とを備えている。
特許文献2の磁力選別機の具体的な構成は、主に、磁気ローラと、磁気ローラの外周面から所定の距離離れた対極磁石群とを備えている。磁気ローラは、回転軸と、この回転軸の軸線方向に互いに所定の間隔をあけ、しかも各磁化方向が回転軸の軸線方向に向いた複数のリング形状の永久磁石と、隣接する永久磁石と永久磁石との間に介在され、永久磁石の外径と同一または永久磁石の外径より若干大径な強磁性体からなる磁気誘導円板とを有している。また、各永久磁石の磁極は、磁気誘導円板を介して同極性となっている。上記対極磁石群は、磁気ローラによる磁性体の磁力選別が行われる領域内に、各磁気誘導円板に対向させた状態で、かつ磁気ローラの外周面に沿って扇形状に配置されている。
また、前述したように、従来は粒径44〜74μmのマグネタイトが汎用されていた。しかしながら、最近ではマグネタイトの総表面積を大きくし、汚泥物質の吸着効率を高めるため、0.1〜1μmの極めて微細なマグネタイトが利用されてきた。
このように、マグネタイトが極粒子化されると、ほとんどのマグネタイトが回転ドラム102とスクレーパ105との隙間を擦り抜けてしまい、マグネタイトの回収がさらに困難になるおそれがあった。
また、この発明は、弱磁性物を磁力選別することができ、磁極に吸着した強磁性物および強磁界からの離脱が困難な微粒子状の磁性物を、効率良く磁界から離脱させることができる磁力選別装置を提供することを目的としている。
そして、この状態から磁気ローラが回転して、その外周面に吸着した磁性物が飛移位置に達すると、この磁性物が、磁気ローラと飛移ローラとの間の磁気勾配により、飛移ローラの外周面に飛移して、その外周面に吸着される。
すなわち、被選別物から磁性物と非磁性物とが磁力により選別されるのである。
磁気ローラはその軸線回りに回転することで磁性物を移送する。
磁気ローラに組み込まれた磁石は、永久磁石を採用することができる。磁石のN極の面およびS極の面の磁束密度は、例えば7000G(0.7テスラ)以上である。
飛移位置での、磁気ローラと飛移ローラとの間隔は限定されない。磁性物の粒径とその量とにより適宜変更される。例えば2〜3mm程度である。
少なくとも磁気ローラの磁性物の飛移領域において、磁気ローラの磁束密度より、飛移ローラの磁束密度の方が高ければよい。
飛移位置での飛移ローラの磁束密度を高める方法は限定されない。例えば、飛移ローラの外周面に磁力線を集中させるよう先細り部を形成してもよい。
飛移ローラを磁性回転体からなる対向極として構成し、この対向極を周方向にて複数の部分対向極へ分割する場合、その分割数は限定されない。例えば、4つ、5つ、6つなどでもよい。
この場合、隣合う部分対向極同士の隙間には、空間を存在させてもよいし、例えば非磁性物を介在させてもよい。
整列対向極により磁力線を整列させたため、磁気ローラに作用する磁力が高められることとなり、磁性物の吸着力を増すことができる。
また、隣合う各永久磁石間に磁気誘導円板を配設したので、各磁気誘導円板内を通過する磁力線を磁気ローラの外周面まで誘導し、各磁気誘導円板の外周面からその半径方向外側に向かって発生する磁界を強くすることができる。
なお、先細り部の形状は限定されない。その断面形状としては、例えばW字形状、V字形状、U字形状、M字形状などを採用することができる。先細り部の先端は台形状が好ましい。これにより、磁気勾配が大きくなる。微粒子状の磁性物であっても、飛移が容易となる。
このとき、飛移対向極は、隣接するもの同士が離間した複数の部分対向極に分割されている。そのため、飛移対向極は、単独磁極の場合または隣接するもの同士の端面が突き合わされた複数の部分対向極からなる場合に比べて、磁気ローラの磁界から離反したときの各部分対向極の残留磁束密度が小さくなる(弱まる)。その結果、磁極に吸着された強磁性物および強磁界からの離脱が困難な微粒子状の磁性物であっても、磁界から離脱可能となる。
磁気誘導円板の厚みは、磁気誘導円板の外周面の磁束密度が、弱磁性物の吸着ができる範囲内であればよく、永久磁石の磁力を考慮して決定される。例えば1〜20mm、好ましくは10mm以下である。
永久磁石は、複数の円弧状磁石を連結して磁気誘導円板に固着し、永久磁石の外周の半径方向外側には、磁気誘導円板の外径に合わせて設けられた非磁性体からなる環状の保護カバーを装着してもよい。このように、永久磁石は複数の円弧状磁石を連結して形成されるので、取扱いが簡単になるとともに、永久磁石の破損を防止することができる。
磁気誘導円板は、永久磁石の半径方向内側において、磁気誘導円板を貫通する複数の連結ねじにより連結してもよい。これにより、各磁気誘導円板と各永久磁石を、各永久磁石の反発力に抗して堅固に連結することができる。
脱磁器としては、例えばソレノイドコイルなどの交番電磁石を有するものを採用することができる。なお、脱磁された磁性物を受ける脱磁槽を設けてもよい。
磁性物は微粒子状の鉄粉でもよいし、微粒子状のマグネタイトでもよい。
また、各部分対向極の外周面に先細り部が形成されているので、各磁気誘導円板の外周面に比べて、各先細り部の磁束密度が高められている。その結果、飛移位置において、磁性物は、磁気ローラと飛移ローラ(飛移対向極)との間の大きな磁気勾配により、各磁気誘導円板の外周面から各飛移対向極に円滑に飛移することができる。
被選別物12は、沈殿池の下水中に0.1〜1μmの微粒子状のマグネタイトを投入後、空気をバブリングして汚泥物質を無害化する生物化学的処理を施した後の処理液である。そのため、磁性物13は微粒子状のマグネタイト、非磁性物13Aは水となる。
架台20は、平面視してX方向に長い矩形状を有した枠体で、底部の四隅にキャスタ40がそれぞれ設けられている。
架台20のX1側の端部上には、Y1側上枠41とY2側上枠42とにそれぞれ立設された1対の門型枠43の間に、1対の軸受44を介して、軸線がY方向に向いた上記回転軸11が横架されている。磁気ローラ14は、回転軸11の長さ方向の中間部に固定されている。
回転軸11のY1側の端部には、ギヤボックス57を介して第1のモータM1の出力軸が連結されている。第1のモータM1の元部は、後述する元板51のY1側の端部に連結されている。
先板53には、被選別物12の投入ホッパ54が立設されている。投入ホッパ54は、Y方向に長い平面視して矩形状の容器で、投入ホッパ54の下端部には4本のノズル54aが、Y方向に向かって所定ピッチで突設されている。具体的なノズル54aの形成位置は、そのX方向の位置が、磁気ローラ14の軸線を通過する仮想垂線上より若干整列対向極16側の位置であるとともに、そのY方向の位置が、後述する各磁気誘導円板24と対向する位置である。各ノズル54aには開閉弁55が配設されている。
さらに、架台20のX2側の端部上には、Y1側上枠41とY2側上枠42との間に、1対の軸受44を介して、軸線がY方向に向いた回転軸17が横架されている。回転軸17は、上記回転軸11より若干Z2側に配置されている。飛移対向極18は、回転軸17の長さ方向の中間部に固定されている。回転軸17のY1側の端部には、ギヤボックス57を介して第2のモータM2の出力軸が連結されている。第2のモータM2の元部は、Y1側上枠41のY2側の端部に連結されている。磁気ローラ14の外周面と飛移対向極18の外周面との隙間dは、2〜3mmである。整列対向極16、飛移対向極18および脱磁器19の詳細はそれぞれ後述する。
磁気ローラ14は、回転軸12の軸線方向の両端部に円板形状を有する鉄製の補助極21をそれぞれ取り付け、両補助極21の間に複数のリング状の永久磁石構造盤22、23を交互に設けた構造を有している。また、補助極21の対向側の外周面部には、全周にわたって切欠き部21aが形成されている。
また、リング状磁石30は、その外径を磁気誘導円板24の外径より切欠き部27の径方向の幅d1の分だけ小さくしている。すなわち、磁気誘導円板24の外径は、リング状磁石30の外径Dと略等しい。
回転軸11の長さ方向の中間部には、キー溝26が形成されている。各永久磁石構造盤22、23および保護カバー31を取り付けた磁気誘導円板24は、回転軸12のキー溝26および磁気誘導円板24のキー溝に嵌入されるキー(図示せず)によって軸線方向に連結されている。しかも、各磁気誘導円板24は、8本の長尺な連結ねじ28を、対応する固定用孔29間にそれぞれ一連に挿通し、各連結ねじ28の両端部にナット35をしっかりとねじ込むことで連結されている。なお、磁気誘導円板24を固定するナット35のうちの一方は、省略して組み立てることも可能である。また、連結ねじ28の長さを短くし、磁気誘導円板24を1枚ずつ固定してもよい。
このような磁気ローラ14と上記第1のモータM1とにより、磁力を利用し、被選別物12の中から磁性物13を選別する磁力選別手段Aが構成される。
図1および図4に示すように、磁力選別領域aの各磁気誘導円板24との対向位置には、磁気ローラ14の外周面から所定の距離H(例えば、10〜50mm)だけ離反し、4枚の整列対向極16が、磁気ローラ14の軸線に対して円弧状に配置されている。各整列対向極16は鉄製である。各整列対向極16の元部は継鉄58により、Y方向に向かって互いに一定ピッチで連結されている。なお、隣接する各整列対向極16の隙間には、各整列対向極16の外周面の磁界密度を高める永久磁石59を収納してもよい。永久磁石59としては、希土類磁石などを使用することができる。その際、継鉄58は省略され、永久磁石59の磁極は対向する磁気誘導円板24の外周面の磁極と異なる磁極性とする。このように構成することで、磁気誘導円板24の外周面と各整列対向極58とは引き合う。その結果、磁気ローラ14の半径方向に磁気誘導円板24の外周面から発生する磁力線の広がりを抑制することができる。よって、各整列対向極58と磁気ローラ14の間で磁束密度をさらに高めることができる。
図1、図2、図6〜図9に示すように、各飛移対向極18は鉄製である。各飛移対向極18の外周面は、対応する磁気誘導円板24の外周面と対向配置されている。各飛移対向極18は、非磁性体であるステンレス鋼からなる回転軸17の外周面に、回転軸17の軸線方向に向かって一定ピッチで、合計4枚配設されている。
各飛移対向極18は、飛移対向極18を周方向に向かって90度毎に配置された扇形状の部分対向極60に4分割されている。各部分対向極60の外周面には、X方向から視て略W形状の環状溝が形成されている。これにより、各部分対向極60の外周面には、磁束密度を高める2条の先細り部60aが形成される。すなわち、この先細り部分対向極60aの先端は台形状であって、その放射外端部がその内端側よりも幅が狭く形成されているのである。
回転軸17には、非磁性体であるステンレス製の環状スペーサ81が外嵌されている。環状スペーサ81の外周面には、周方向に向かって90度毎に、4本の仕切り枠81aが突設されている。各隣接する仕切り突起81a間に存在する空間には、空間の奥側に継鉄82が配設され、その他の領域に上記部分対向極60がそれぞれ配設されている。各継鉄82は、4枚の飛移対向極18に対して一連に掛け渡された長さ方向に直交する断面が円弧形状を有した鉄板である。
各部分対向極60の略重心位置には、連結ねじ61が挿通される固定用孔60bがそれぞれ形成されている。各部分対向極60は、4本の長尺な連結ねじ61により堅固に連結されている。具体的には、各連結ねじ61を、対応する固定用孔60b間にそれぞれ一連に挿通し、それぞれの連結ねじ61の両端部にナット62をしっかりとねじ込む。
図1、図2および図7に示すように、脱磁器19は、架台20のX2側の部分に収納された平面視して矩形状を有するホッパ型の脱磁槽63を有している。脱磁槽63は、上端の開口部が架台20のY1側上枠41とY2側上枠42との間に横架されている。脱磁槽63の下端部には、ドレン65が連通されている。ドレン65の直下には、架台20の底部に別のダストボックス80が配置される。
脱磁槽63の上部の外周面には、ホルダ枠66を介して、交番磁界を発生させるソレノイドコイル67が周設されている。ソレノイドコイル67には、トランス68、スライダック69が接続されている。
上記飛移対向極18と脱磁器19とにより、磁気ローラ14の外周面に吸着された磁性物13を、磁界から離脱させる磁性物磁界離脱装置70が構成される。
まず、第1のモータM1により磁気ローラ14を図1中で時計回りに所定速度で回転させる。また、第2のモータM2により飛移対向極18を同じく時計回りに所定速度で回転させる。その後、各開閉弁55を開き、投入ホッパ54内の被選別物12を各ノズル54aから磁気ローラ14の外周面に所定の流量で徐々に吐出させる。
吐出後の被選別物12は、磁気ローラ14の外周面を整列対向極16側にゆっくりと流れ落ちる。このとき、被選別物12中の微粒子状の磁性物13は、各磁気誘導円板24の磁力により、磁気ローラ14の外周面に吸着される。しかも、磁力選別領域a内において、対向する磁気誘導円板24の外周面から発生した強力な磁力線により整列対向極16が磁化される。これにより、磁力選別領域aでは各磁気誘導円板24の半径方向に発生した磁力線の広がりが抑制され、各磁気誘導円板24の外周面から発生する磁界が強まる。よって、被選別物12中に含まれる磁性物13を効率良く吸着して選別することができる。
磁気ローラ14の外周面に吸着された磁性物13は、磁気ローラ14が略180度回転することで飛移位置bに達する。このとき、各部分対向極60の外周面にはその放射外端が先細り形状となった先細り部60aが形成されている。そのため、各磁気誘導円板24からの磁力線が1対の先細り部60aに集中し、各部分対向極60の外周面の磁束密度が、磁気誘導円板24の14000Gに対して26000〜27000Gまで高められる。したがって、磁性物13は磁気ローラ14と飛移対向極18との大きな磁気勾配により、回転中の飛移対向極18に円滑かつ確実に飛移する。磁性物13は微粒子状のマグネタイトであるので、各先細り部60aに対して2条ずつ、微粒子の磁性物13が数珠つなぎ状態で飛移する。このとき、磁性物13に付着していた水が分離される。
脱磁槽63内では、磁性物13に対してソレノイドコイル67による交番磁界が作用する。その結果、例えば各飛移対向極18の直下で棒状に集合する微粒子状の磁性物13の場合には、ソレノイドコイル67に通電することで、磁性物13に対して吸引力と反撥力とが繰り返し作用する。よって、この棒状に連なった微粒子状の磁性物13の鎖は、その自重も作用することで断ち切られる。その結果、強磁性を有する大型の磁性物13だけでなく、強磁界からの離脱が困難な微粒子状の磁性物13であっても、効率良くかつ確実に磁界から離脱させることができる。また、このように磁性物13に対して吸引力と反撥力とが繰り返されている際、磁性物13に付着した水がさらに分離される。そして、ソレノイドコイル67への電圧を高めれば(例えば200Vから400V)、その分だけ磁性物13の脱磁がはやまる。
しかも、このように磁性物13は、汚泥物質に含まれた0.1〜1μmの極めて微細なマグネタイトであるので、脱磁槽63内でマグネタイトは数珠状に連なり、この状態で交番磁界の作用を受け、飛移対向極18の磁界から離脱される。離脱後の磁性物13は、脱磁槽63の底部に落下し、最終的にはドレン65を通過して別のダストボックス80に回収される。
磁気ローラ14は、8本の連結ねじ61で固定しているが、使用する永久磁石構造盤22,23の強度によっては6本、4本に減らしてもよいし、9本、10本に増やしてもよい。また、回転軸11を固定軸に変更し、両補助極21、磁気誘導円板24を固定軸に対して回転可能に設けてもよい。
11 中心軸、
12 被選別物、
13 磁性物、
14 磁気ローラ、
17 中心軸、
18 飛移対向極(飛移ローラ)、
19 脱磁器、
24 磁気誘導円板、
30 リング状磁石(永久磁石)、
60 部分対向極、
60a 先細り部、
a 磁力選別領域、
b 飛移位置。
Claims (3)
- 被選別物に含まれる磁性物を磁力選別する磁力選別領域内で、被選別物に含まれる磁性物を外周面に吸着させるとともに、回転軸を中心にして回転することにより、この磁力選別領域から離間した飛移位置に磁性物を移送する磁気ローラと、
この飛移位置の近傍に回転自在に配置され、この飛移位置に達した磁性物を、この磁気ローラとの間の磁気勾配により、この磁気ローラの磁界から離脱させ、その外周面に吸着させるとともに、さらに回転することにより吸着したこの磁性物を離脱位置に移送して離脱させる、磁性体からなる飛移ローラとを備えた磁力選別装置において、
上記磁力選別領域内で、この磁気ローラの外周面との間に略一定の間隔を有して略円弧形状に配置され、この磁気ローラから発生した磁力線についてその一部を平行に整列させる、磁性体からなる整列対向極を有する磁力選別装置。 - 上記磁気ローラは、
回転軸の軸線方向に互いに所定間隔をあけて並んで配置されたリング状の複数の永久磁石と、
隣り合う永久磁石間に介在された円板状磁性体からなる複数の磁気誘導円板とを有し、
上記飛移ローラは、
これらの磁気誘導円板のそれぞれに対向して配置された磁性体からなる複数の飛移対向極を有し、
各飛移対向極は、隣り合うもの同士が離間した状態で、その周方向に分割された複数の部分対向極を有するとともに、
各部分対向極は、その放射外端部が先細り形状にそれぞれ形成されている請求項1に記載の磁力選別装置。 - 上記飛移ローラの近傍には、飛移ローラの外周面に吸着した磁性物に対して交番磁界を作用させ、磁性物を飛移ローラの外周面から離脱させる脱磁器が設けられた請求項1または請求項2に記載の磁力選別装置。
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