JP2009207958A - Electromagnetic treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、エネルギー効率の改善と最適化を図った液流体の電磁処理装置に関する。 The present invention relates to a liquid-fluid electromagnetic processing apparatus that is improved and optimized in energy efficiency.
従来、流体流路を構成する管体内面へのスケールの付着防止や除去、管体内面の腐食防止を図るため電磁処理装置が知られている。
電磁処理装置は、液体の流路となる配管の外側に作動コイルを巻き付け、この作動コイルに電源部から電流を流す。この電流は電流制御部によって特定周波数帯域で周波数が時間的に変化する特定波形の電磁界誘起電流に変換されて前記作動コイルに供給される。
これにより、コイルは電磁界を誘起させて配管内に磁場と電場とを生じさせ、この磁場と電場の電子エネルギーによって配管内を流れる液体に対して、その分子やイオンを媒体とし電解エネルギーを与えて電磁処理を行い、スケールの結晶体や錆びなどの付着物表面と配管の内面を強く負に帯電しこれらを反発させたり結合を不安定にして離れさせ、またスケールを小さく再結晶化させて配管内面から剥離させると共に、配管内面を還元状態にして腐食を防止している。
この種の電磁処理装置の動作周波数と作動コイルを検証すると、駆動周波数はDC〜50KHzの範囲で、周波数変調等色々有り、また、基本波形は矩形波形状からなっている。
一例を挙げると、水処理用の配管の作動コイルは、直径20mm程度の配管に断面2mm2のビニール電線等を10回〜150回(実用的には10数回)巻いて作動コイルにしている。この作動コイルを駆動するために、駆動回路では数〜150アンペアターンの電力を投入している。
しかし、コイルのインダクタンスは数10μHであり、共振点は100KHz以上でるため、磁気エネルギーへの変換は矩形波のDC成分を除いた微分波形(共振周波数)の数十分の1から数百分の1程度となり、非常に効率が悪く殆どの電力が熱損失となっていた。そのため装置の大型化が避けられず、電力も無駄となり効率が悪いという不具合があった(図9(a)〜(d)参照)。
In the electromagnetic processing device, an operating coil is wound around a pipe serving as a liquid flow path, and a current is supplied to the operating coil from a power supply unit. This current is converted into an electromagnetic field induced current having a specific waveform whose frequency temporally changes in a specific frequency band by the current control unit, and is supplied to the operating coil.
As a result, the coil induces an electromagnetic field to generate a magnetic field and an electric field in the pipe, and gives electrolysis energy to the liquid flowing in the pipe by the magnetic energy of the magnetic field and the electric field using the molecules and ions as a medium. By applying electromagnetic treatment, the surface of deposits such as crystals and rust on the scale and the inner surface of the pipe are strongly negatively charged, repelling them and making the bonds unstable and separating them, and recrystallizing the scales small. While peeling from the inner surface of the pipe, the inner surface of the pipe is reduced to prevent corrosion.
When the operating frequency and the operating coil of this type of electromagnetic processing apparatus are verified, the driving frequency is in the range of DC to 50 KHz, and there are various types of frequency modulation and the basic waveform has a rectangular wave shape.
As an example, the working coil of a water treatment pipe is formed by winding a vinyl wire or the like having a cross section of 2 mm 2 around a pipe having a diameter of about 20
However, since the inductance of the coil is several tens of μH and the resonance point is 100 KHz or more, conversion to magnetic energy is several tens of minutes of the differential waveform (resonance frequency) excluding the DC component of the rectangular wave. It was about 1 and was very inefficient and most of the power was heat loss. For this reason, there is a problem that the apparatus is inevitably increased in size, the power is wasted and the efficiency is low (see FIGS. 9A to 9D).
この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その主たる課題は、作動コイルのインダクタンスに着目し、駆動基本周波数を作動コイルの共振周波数に合わせ、その断続駆動を行うことで効率化を図った電磁処理装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its main problem is to focus on the inductance of the working coil, match the drive fundamental frequency to the resonance frequency of the working coil, and perform the intermittent drive to improve efficiency. It is to provide an electromagnetic processing apparatus.
上記課題を解決するために、請求項1の発明では、
液体の流路を構成する配管の外側に設けた作動コイルと、該作動コイルに電流を供給する電源部と、該電源部の供給する電流の基本周波数を前記作動コイルの共振周波数とし、断続駆動の周期を調整可能として、前記作動コイルに高調波のビート波形を発生させる電流制御部とからなることを特徴とする。
また、請求項2の発明では、
前記電流制御部に形成された共振回路が直列共振回路からなることを特徴とする。
更に、請求項3の発明では、
前記作動コイルが、複数に分割された構成片からなる巻線用の冶具によって配管に形成されており、
前記冶具が、配管の外周より僅かに大径の内周を有する左右一対のサイドプレートと、該サイドプレート間に掛け渡されたクロスメンバとからなって断面略アングル状の巻線収納部が形成されており、前記サイドメンバの内周側に形成された電線の導入孔と、前記サイドメンバの外周寄りに形成されて冶具に巻き付けられて外へ抜け出る電線の他端側を係止する導出溝とを有しており、
前記分割された構成片を配管に添って外嵌して略ドーナツ状に組み合わせ固定して冶具を組立て、
該冶具を配管に添って回転することで前記電線を巻線収納部内に巻き付け、前記冶具を配管に固定して作動コイルを形成してなることを特徴とする。
In order to solve the above problem, the invention of
Actuating coil provided outside the piping constituting the liquid flow path, a power supply unit for supplying current to the working coil, and the fundamental frequency of the current supplied by the power supply unit as the resonance frequency of the working coil, and intermittent driving And a current control unit for generating a beat waveform of harmonics in the operating coil.
In the invention of
The resonant circuit formed in the current control unit is a series resonant circuit.
Furthermore, in the invention of
The operating coil is formed in a pipe by a winding jig composed of a plurality of divided pieces,
The jig comprises a pair of left and right side plates having an inner circumference slightly larger than the outer circumference of the pipe and a cross member spanned between the side plates to form a winding housing portion having a substantially angled cross section. A wire introduction hole formed on the inner peripheral side of the side member, and a lead-out groove for locking the other end side of the electric wire formed near the outer periphery of the side member and wound around a jig and coming out. And
Assemble the jig by fixing the divided component pieces along the pipe and fitting them together in a substantially donut shape,
By rotating the jig along the pipe, the electric wire is wound in a winding housing portion, and the jig is fixed to the pipe to form an operating coil.
この発明は、電源部の供給する電流の駆動基本周波数を作動コイルの共振周波数に合わせて断続駆動を行うことで、DC成分(熱損失)を極力低く抑えて電磁処理装置の効率化を達成することができる。
断続駆動の周期と、作動コイルの共振周波数からなる基本周波数の高周波バースト波形で駆動した作動コイルには、高調波のビート波形が発生する。
上記断続周期と周波数を調整することで、配管内の流体に最適な周期(周波数)でパワーピークを発生させることができるので、エネルギー効率の改善と最適化が図れて極めて有益である。
The present invention achieves the efficiency of the electromagnetic processing apparatus by suppressing the DC component (heat loss) as low as possible by performing intermittent driving by matching the drive fundamental frequency of the current supplied by the power supply unit with the resonance frequency of the working coil. be able to.
A harmonic beat waveform is generated in the working coil driven by the high frequency burst waveform of the fundamental frequency consisting of the period of intermittent driving and the resonance frequency of the working coil.
By adjusting the intermittent period and frequency, a power peak can be generated at an optimal period (frequency) for the fluid in the pipe, which is extremely beneficial in improving and optimizing energy efficiency.
以下に、この発明の電磁処理装置の実施の形態を図面を参照しながら説明する。 Embodiments of an electromagnetic processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に示す電磁処理装置1は、配管2内のパイプ空間を液体流路として液体を流し、前記配管2の外側には電線を巻き付けて作動コイル3を設けている。
この作動コイル3は電流制御部6を介して電源部7に接続されており、該電源部7の供給する電流の基本周波数を前記コイルの共振周波数とし、作動コイル3に高調波のビート波形を発生させる構成からなっている。
配管2に巻き付ける作動コイル3は1つであってもよいが、図1では一定間隔を隔てて複数(図示例では3つ)の作動コイルを直列につなげた構成からなっている。
The
The
The number of the
ここで電流制御部6は、共振回路10を有している。
この共振回路10は、直流共振回路であっても、並列共振回路であってもよい。
共振回路10の共振点は、以下の式で各定数を共振点に合わせることで、能率が最大になる。
Here, the
The
The resonance point of the
例えば、発振回路(OSC):8KHzの時に、L:74μH C:4.5μFとなる。
図3は共振回路として直列共振回路10を用いた場合であって、該回路中のIC1(LM358)はOPAMPで三角波のランプ波形(図4(a)参照)を発生し、VR2でオフセット電位の調整をする。
また、回路中、IC2(MC14046BC)は、VCO高周波発信器であって三角波のランプ波形を変調波として、次段の高周波発生器を断続するためのスイープ波形(図4(b)参照)を発生させる。
For example, when the oscillation circuit (OSC) is 8 KHz, L: 74 μH C: 4.5 μF.
FIG. 3 shows a case where a series
Further, in the circuit, IC2 (MC14046BC) is a VCO high-frequency oscillator that generates a sweep waveform (see FIG. 4B) for intermittently connecting the next-stage high-frequency generator using a triangular ramp waveform as a modulation wave. Let
回路中、Q1は電力スイッチであって、IC3(IR2111)はインバータ駆動制御用ICであって、作動コイルを駆動する搬送波(20KHz〜200KHz)を発生させる(図4(c)参照)。
本実施例では、一例として発信周波数を133KHzに設定した。
CXは直列共振用コンデンサーであり、作動コイル3と直列共振回路を構成している。
これにより、電源部7の供給する電流の基本周波数を前記コイルの共振周波数とし、作動コイル3に高調波のビート波形を発生させることができる。
なお、図4(d)は、作動コイル重畳電圧波形である。
In the circuit, Q1 is a power switch, and IC3 (IR2111) is an inverter drive control IC, which generates a carrier wave (20 KHz to 200 KHz) that drives the operating coil (see FIG. 4C).
In this embodiment, the transmission frequency is set to 133 KHz as an example.
CX is a capacitor for series resonance, and constitutes a series resonance circuit with the working
Thereby, the fundamental frequency of the current supplied from the
In addition, FIG.4 (d) is a working coil superimposed voltage waveform.
次に、図5に示す並列共振回路10は、該回路中のIC1(LM358)がOPAMPで三角波のランプ波形(図4(a)参照)を発生し、VR2でオフセット電位の調整が行われる。
また、前記回路中、IC2(MC14046BC)は、電圧制御型発振器(VCO)であって、三角波のランプ波形を変調波として、次段の高周波発生器の発振周波数を断続するためのスイープ波形を発生させる(図4(b)参照)。
Next, in the parallel
In the circuit, IC2 (MC14046BC) is a voltage controlled oscillator (VCO) that generates a sweep waveform for intermittently oscillating the oscillation frequency of the next-stage high-frequency generator using a triangular ramp waveform as a modulation wave. (See FIG. 4B).
更に、前記回路中、IC3(μPC494C)は、スイッチング電源用のパルス幅変調(PWM)コントロールICであって、作動コイル3を駆動する搬送波(20Khz〜200KHz)を発生する。
本実施例でも発信周波数を133KHzに設定した。
VR3は133KHzの方形波のデューティ比を調整して出力電力を調整する。
Further, in the circuit, IC3 (μPC494C) is a pulse width modulation (PWM) control IC for a switching power supply, and generates a carrier wave (20 Khz to 200 KHz) for driving the
Also in this embodiment, the transmission frequency was set to 133 KHz.
VR3 adjusts the output power by adjusting the duty ratio of a 133 KHz square wave.
また、前記回路中、Q2.Q3、Q4はQ5のパワーMOSのドライブ回路である。
前記Q5は図4(c)で図示する電力駆動波形でドライブする電力SWであり、R1は電流調整のためのブリーダ抵抗である。
C1は、作動コイル3と並列共振回路を構成しており、この作動コイル3の直近に配置してもよい。
なお、図4(d)は、作動コイル重畳電圧波形である。
In the circuit, Q2. Q3 and Q4 are Q5 power MOS drive circuits.
Q5 is power SW driven with the power drive waveform shown in FIG. 4C, and R1 is a bleeder resistor for current adjustment.
C1 constitutes a parallel resonance circuit with the working
In addition, FIG.4 (d) is a working coil superimposed voltage waveform.
また、図中、ピックアップコイル4は、FFT解析のセンサーとして使用する際に、適宜用いるものである。
なお、図6はFFT解析を示すグラフであり、(a)はパワー解析波形、同(b)は高周波ビート波形であり、上記実施例の効果を確認することができた。
In the drawing, the pickup coil 4 is appropriately used when used as a sensor for FFT analysis.
FIG. 6 is a graph showing the FFT analysis, where (a) is a power analysis waveform and (b) is a high-frequency beat waveform, and the effects of the above-described embodiment could be confirmed.
図2は、配管に作動コイルを巻き付けた別の実施例を示す。
配管2に巻き付ける作動コイル3は1つであってもよいが、図1では一定間隔を隔てて複数(図示例では3つ)の作動コイルを直列につなげた構成からなっている。
FIG. 2 shows another embodiment in which an operating coil is wound around a pipe.
The number of the operating coils 3 wound around the
図2では、フェライトコア5を作動コイル3に巻き込む構成からなっている。
配管2に巻き付ける作動コイル3は1つであってもよいが、図1では一定間隔を隔てて複数(図示例では3つ)の作動コイルを直列につなげた構成からなっている。
各作動コイル3には、フェライトコア5を120度の角度間隔で配置し、配管2に固定したうえで0.5mmφ程度の銅線を11回巻き付ける。
In FIG. 2, the
The number of the operating coils 3 wound around the
A
次に、フェライトコア5の幅かそれ以上にスペ−スを開けて、再度同様に配管上に固定した別のフェライトコア5に銅線を巻き付けて作動コイル3を形成する。
上記作動コイル3は、条件や状況に応じて1列から複数列配置する。
これは、フェライトコア5を作動コイル3中に巻き込むと、透磁率が向上して共振し易くなるためである。
Next, a space is opened to the width of the
The
This is because when the
次に、図7および図8に示す作動コイル3は、ボビン状の巻線用の冶具20を用いて配管2に巻き付ける構成からなっている。
この場合、冶具20は、リングの2つ割り構造20A、20Bからなり、非導電性の素材が用いられている。
Next, the
In this case, the
この冶具20は、本実施例の場合、アクリル樹脂からなっており、配管2の外周の半径より僅かに大きい半径の内周21を有する左右一対の略半円形状のサイドプレート22と、該一対のサイドプレート22の内周21側に架け渡されて両者を連結するクロスメンバ23とからなっている。
In this embodiment, the
前記サイドプレート22には、内周21寄りに形成されて作動コイル3成形用の銅線を通す導入孔24と、外周寄りに形成されて冶具に巻き付けられた銅線を外へ抜け出させるためのU字状に形成された導出溝25とを有している。
The side plate 22 has an
前記2分割された冶具構成片20A、20Bは配管2に外嵌して配管2の上下から接近させて、一体的に整合する(図7(a)(b)参照)。
次いで、一対の冶具構成片20A、20Bを接着テープ26を巻くなどして、中央に貫通孔が形成された略ドーナツ状で断面がアングル状の巻線収納部20aを有する冶具20を組み立てる(図7(c)参照)。
The two divided
Next, a pair of jig
このように組み立てられた冶具20の一方のサイドプレート22の導入孔24に銅線を通して斜め上向きに引出して他方のサイドプレート22の導出溝25に導線の先端側を掛け止めておく。
この冶具20を配管2に沿って図8(a)で示すa方向(図中反時計方向)に回転させることで、冶具20内に容易に銅線を引込み、導入孔側から導出溝側に向かうb方向(図8(b)参照)に導線を巻き付けて作動コイル3を成形することができる。
A copper wire is drawn obliquely upward through the
By rotating the
このようにして銅線を巻き付けて作動コイル3とした冶具20をそのまま配管2に接着または固定することで、作動コイル3を極めて簡単に配管2に取り付けることができる(図8(b)参照)
ここで、それぞれの冶具20から延びる導入側および導出側の銅線は、それぞれ一体にまとめられて、導入側が電流制御部6の陽極と接続され、導出側が陰極に接続される。
この発明は上記構成に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で種々設計変更しうること勿論である。
In this way, the working
Here, the copper wires on the introduction side and the lead-out side extending from the
The present invention is not limited to the above-described configuration, and it is needless to say that various design changes can be made without changing the gist thereof.
1 電磁処理装置
2 配管
3 作動コイル
4 ピックアップコイル
5 フェライトコア
6 電流制御部
7 電源部
10 共振回路
20 冶具
20A、20B 冶具構成片
20a 巻線収納部
21 内周
22 サイドプレート
23 クロスメンバ
24 導入孔
25 導出溝
26 接着テープ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記冶具が、配管の外周より僅かに大径の内周を有する左右一対のサイドプレートと、該サイドプレート間に掛け渡されたクロスメンバとからなって断面略アングル状の巻線収納部が形成されており、前記サイドメンバの内周側に形成された電線の導入孔と、前記サイドメンバの外周寄りに形成されて冶具に巻き付けられて外へ抜け出る電線の他端側を係止する導出溝とを有しており、
前記分割された構成片を配管に添って外嵌して略ドーナツ状に組み合わせ固定して冶具を組立て、
該冶具を配管に添って回転することで前記電線を巻線収納部内に巻き付け、前記冶具を配管に固定して作動コイルを形成してなることを特徴とする請求項1に記載の電磁処理装置。 The working coil is formed in the pipe by a winding jig consisting of a plurality of divided pieces,
The jig comprises a pair of left and right side plates having an inner circumference slightly larger than the outer circumference of the pipe and a cross member spanned between the side plates to form a winding housing portion having a substantially angled cross section. A wire introduction hole formed on the inner peripheral side of the side member, and a lead-out groove for locking the other end side of the electric wire formed near the outer periphery of the side member and wound around a jig and coming out. And
Assemble the jig by fixing the divided component pieces along the pipe and fitting them together in a substantially donut shape,
The electromagnetic processing apparatus according to claim 1, wherein the jig is rotated along a pipe so that the electric wire is wound in a winding housing portion, and the jig is fixed to the pipe to form an operating coil. .
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