JP5337107B2 - 水系の被処理流体の電磁波処理装置と方法 - Google Patents
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Description
しかし、被処理流体の電磁波処理が時間の経過と共に周波数が変わる変調電磁波でないと電磁波処理効果が無いの否かについては十分研究をしていなかった。
請求項1記載の発明は、水系の被処理流体照射用のコイル部と、該コイル部に4kHz〜10kHzの周波数帯域内で、互いに周波数の異なる複数の単一周波数を持つ交流電流を流す電磁波発生器を備えたことを特徴とする水系の被処理流体の電磁波処理装置である。
まず、被処理流体用の配管の内壁、被処理流体貯留槽の内壁等にスケールが付着するメカニズムを説明する。なお、先に述べたように、被処理流体は一般的に水系であるので、以下これを被処理水ということがある。
図31に示すように被処理水に接する配管の内壁、貯槽内壁等の表面はマイナスに帯電している。被処理水中で、飽和条件下にあるスケール成分が析出して生成するスケール結晶体の表面は、通常プラスに帯電する。この互いに異符号(プラスとマイナス)の電位間の電気的引力によって前記内壁等の表面にスケール成分が付着する。
前述のように、被処理水と接する配管内壁又は貯留槽内壁等の表面はマイナスに帯電しているが、電磁波により処理された被処理水中で形成されるスケール結晶体の表面は、図30に示すように中性又はマイナスに帯電する。この同符号電位間の電気的斥力によって、反発力を生じて、前記内壁表面などへのスケール付着を防止する。また、このとき、スケール結晶体同士も反発力によって分散し、スケール成長性を抑制し、小粒子化した結晶が多くできやすい。
すなわち、カチオン系薬剤がマイナスに帯電する被処理水配管内壁をプラスに帯電させると共に、スケール結晶体表面のプラス荷電力を高め、プラス(配管内壁)対プラス(スケール結晶体)の反発力によって配管内壁面にスケールが付着するのを防止する。また、スケール結晶間の反発力によってスケール結晶体の成長性も抑制する。すなわち、上記カチオン系薬剤からなる防食剤の腐食防止作用は本発明の電磁波処理作用でスケール結晶体をマイナスに帯電させて、マイナス帯電の配管内壁と反発させることで防食させることとは正反対の帯電作用に基づくものである。
このように被処理流体中の粒子のゼータ電位がマイナス側になるようにすることが、スケール形成防止効果に寄与するものと推定される。
これは、図6に示す酸化チタンのコロイド粒子を含む水を用いて測定した水にプラスのゼータ電位を与える周波数(1kHz以下又は25kHzを超える周波数)により本発明で規定する電磁波処理をする場合には前記スケール除去効果がなかったこととも整合性がある。
また同時に(a)単一周波数を持つ交流電流又は(c)時間的に周波数が変化する交流電流に基づく電磁波を印加させた場合も同様の効果があることを参考例として説明している。
本実施例は被処理流体(被処理水ということがある)に電磁波処理を行う。
なお、図3〜図4に示す交流電流の周波数のピーク値の電磁波強度は最大約6×10-2ミリガウスである。
また図1と図2に示す電磁波発生器は共に発振する周波数に応じてゼータ電位が(+)にも、(−)にもなり得る。
なお、電磁波強度とは空間における電磁波の強さを意味し、単位は[V/m]又は[A/m]である。測定方法は使用目的により使い分けるが、本実施例では[A/m]を用いる(Vは電圧、Aは電流、mは長さ)。また電磁波の強さは電磁波処理する被処理水の量に応じて適宜選択する。コイル部2に流す電流に比例し、図示しない電磁波強度センサーを置いた所での磁界の大きさをこの場合の電磁波の強さ又は強度としている。
また、前記電磁波強度はコイル部2に流す電流値に比例してその大きさが変化する。
P=K×i2×t
P:被処理食用油又は工業用油への電磁波照射エネルギー[W]
i:コイル部2に流れる電流[A]
t:照射時間[秒]
K:定数[H/m3]
図6に示すように電磁波処理を好ましくは約4kHz〜10kHz付近の周波数帯域で行った場合の被処理水のゼータ電位の変化量が大きく変化し、電磁波処理を行わない場合(未処理時)又は他の周波数帯域に電磁波強度のピーク値を示す被処理水のゼータ電位の変化量に比べて大きく低下してゼータ電位がマイナスの値を示している。
(1)ゼータ電位測定装置:大塚電子(株)製の電気泳動光散乱光度計ELS−800
(2)試料、溶質:酸化チタンのコロイド粒子(粒径100〜200μm)
溶媒:10mモルのKCl水溶液
調整液:pH5.5
温度:25℃
(3)電磁波発生器
図1又は図2に示す電磁波発生器を用いてコイル電流を1.0アンペアで、例えば図6に示す電磁波強度のピーク値と被処理水のゼータ電位の変化量の関係を示す電磁波等を発生させる。
コイルに流す電流の主要周波数は、0.5,20,40,60,80,・・・及び120kHzで行った。また、電磁波発生器10などによる電磁波処理をしない場合にも、ビーカー24内の粒子を含む試料を低部に設けた流出管25からゼータ電位測定装置26内に送り出してゼータ電位を測定した。
また、図1と図2に示す電磁波発生器で発生させる連続的に周波数の波形は方形波又はのこぎり波に限らず、サイン波、パルス波などの他の波形であってもよい。
図8には被処理水配管1の外側にコイル2を設置する例を示す。コイル部2は被処理水が流れる配管1の外側へ設置され、該コイル2部へ電磁波発生器3から電磁波を流すとコイル部2より発生する電磁波が配管1を透過して被処理水に照射される。配管1の材質によっては電磁波の透過量が異なり、鋼鉄管<ステンレス管<塩化ビニル管の順に電磁波透過量は多くなる。透過率の悪い材質に対してはコイル電流値を増加させて被処理水に必要な電磁波量を確保する。
なお、電磁波の処理効果判定は従来より用いている図11に示す机上試験(ラボテスト)による顕微鏡判定を行うことができる。
図10(a)は外部照射方式コイル部2を被処理水配管1の外側に位置するコイル部2から電磁波を照射するものであり、図10(b)は水槽4内の水面より上側に設置するコイル部2から被処理水に電磁波を照射する様子を示す。
以上図8〜図10に示すコイル部2からの電磁波処理方法のうち、最も少ない電磁波強度で処理が可能な方法は図9に示す投げ込み式である。透過させる物質の影響を受けず、直接、水に照射させることが可能である。
特に、被処理水の性質として壁面に対して腐食性を有する場合には壁面を構成する、例えば鋼材の腐食防止を行う必要がある。このような腐食性を有する被処理水を扱う設備に電磁波処理が有効である。また、被処理水とマイナス帯電性薬剤との併用により電磁波処理の相乗効果を生む。
ただし、一般的な水処理剤はプラス帯電性のものが多く、このようなプラス帯電性の水処理剤が混入した場合はゼータ電位がマイナスになる電磁波処理が阻害されるので、予めプラス帯電性の水処理剤を除いた上で被処理水を処理することが必要である。
水道水の流れる配管1に油を使用した調理物を食した後の食器を入れた食器洗浄機5を接続し、該食器洗浄機5に所定量の前記洗剤を添加して、該食器洗浄機5中で食器を洗浄して排出される排水をフィルタ6でろ過した後、貯留タンク4の第1室4aに送り、該第1室4aから仕切板7aの底部に設けた開口部から貯留タンク4の第2室4bに送り、該第2室4bで浮上する油を除き、エマルジョン層は仕切板7bの頂部から第3室4cに送り、該第3室4cで分離した油を除き、第3室4cと第4室4dの仕切板7cの底部に設けた開口部から第4室4dに送りほとんど油を含まないエマルジョン層を貯留タンク4の外部に排出する。
また、食器に付着した油分は動植物油脂、脂肪酸、脂肪酸エステル、リン脂質などの油分であり、食器洗浄後の排水中の油分の濃度を表す指標としてノルマルヘキサン値が用いられている。
上記食器洗浄機に投入する洗剤の量と食器洗浄後の排水のノルマルヘキサン値とは比例関係にある。
このことから、(a)〜(c)タイプの電磁波処理により食器の洗浄効果高く、食器洗浄排水の処理でエマルジョン生成量を抑制し、しかも洗剤使用量を節減でき、環境保全だけでなくコスト的に有利であることが分かった。
本出願人の特許である特許第4116002号公報に記載の変調電磁波処理が対象とする被処理水に有効に作用するか否かを机上試験(ラボテスト)で行う方法を紹介した。
前記ラボテストは、電磁波を発生する交流電流を流すコイルを巻いたテスト流路中に結晶化可能な物質を含む被処理水を流した後、該被処理水の水滴試料をガラス板上で乾燥させる際に水滴界面付近へ結晶が集合性を有する場合を「スケール性有り」と判定し、前記界面への結晶集合性を失って小粒子化する場合を「スケール性消失」と判定するものである。
なお、洗車にはコストを考慮して上水道水でなく地下水が使用される。しかし地下水は上水道水に比較して硬水成分であるカルシウム、マグシウム、鉄、シリカ成分などのスケール成分が多く含まれ、前記スケール成分が多いほど洗車性能が低下するため洗剤の使用量が増える。また洗車性能が低下した状態では洗車後のワックスの付着量も低下して、ワックス使用量を増加させることになる。洗剤とワックスは床や洗車機廻りに付着し、藻やカビの発生や汚れの原因となるので、それらの使用量を増さないことが要請されている。またスケールやワックスが床や洗車機廻りに付着しやすいことも問題であると言われている。
カチオンコート剤はショ糖脂肪酸エステル5wt%、脂肪酸アルカノールアミド20〜25wt%、ポリオキシエチレンアルキルエーテル10〜15wt%、残り水からなる洗浄剤である。
カチオンワックスは天然ロウベース3〜5wt%と適量のロウ希釈剤であるプロピルアルコールと残り水からなる洗浄剤である。
また、表2中で「カチオン反発が見られる」又は「アニオン・カチオンによる凝集」なる記載は推定にすぎない。
図14(a)にはアニオンシャンプーを400倍に前記地下水で希釈した(以下「400倍」などと簡単に記す)電磁波未処理水で洗車をした後の排水の机上試験で得られた液滴の乾燥後の界面部の顕微鏡写真を示す。電磁波で処理をしていない(未処理)水を用いて洗車した後の排水液滴の乾燥後の界面部には微結晶集合している(「スケール性あり」という)ことが分かる。
すなわち、アニオンシャンプーと前記本発明の電磁波処理でマイナス帯電した洗浄用地下水の相乗効果で地下水中のカルシウム、マグシウム、鉄、シリカ成分などのスケール成分が本来マイナス帯電しているガラス面への付着性を阻害しているものと考えられる。しかも従来洗車用として慣行とされていた400倍のアニオンシャンプー希釈水を800倍の希釈水としても十分洗浄効果を発揮し、スケール付着性が小さくなることが分かる。
シャンプー含有洗浄水で洗浄した車体はワックス含有水を用いてワックス掛けが行われる。一般に、地下水中の前記スケール成分が多いほど洗車性能が低下するため洗剤の使用量が増え、また、洗車性能が低下した状態では洗車後のワックスの付着量も低下して、ワックス使用量を増加させることになる。洗剤とワックスは床や洗車機廻りに付着し、藻やカビの発生や汚れの原因となるので、それらの使用量を増さないことが要請されている。またスケールやワックスが床や洗車機廻りに付着しやすいことも問題であると言われている。
また、洗車機の床面上に付着するワックスの量も現状より減らすことができ、床面の清掃が容易となる利点もある。
この机上試験と同じ結果が実際の洗車機で得られた。
いずれの場合も配管内壁に付着していたスケール成分は剥離している様子がよく分かる。
[参考例4]
図1及び図2の電磁波発生器を用いて、4kHz〜10kHzの周波数で出力10W、600mA(6.0×10-2ミリガウス)で図3の(a)タイプで示す帯域の周波数を照射させた電磁波処理水をコンクリート混合機に供給する水として、3ヶ月間使用した場合のコンクリート混合攪拌機の様子を示す写真を図26に示す。
コンクリート混合機に供給する水として本発明の電磁波処理水を用いると、コンクリート混合機内部にコンクリートの付着物が付き難いことが分かる。
[実施例3]
図1及び図2の電磁波発生器を用いて、4kHz〜10kHzの周波数で出力10W、600mA(6.0×10-2ミリガウス)で図4の(b)タイプで示す帯域の周波数を照射させた水を電磁波処理水とし、この電磁波処理水をセメントを流すU字溝で3ヶ月間使用した場合のセメントを流すU字溝の内壁部の様子を示す写真を図27に示す。
図27(a)には電磁波処理前の様子を示し、図27(b)には電磁波処理3ヶ月後の様子を示す写真である。
[参考例5]
図1及び図2の電磁波発生器を用いて、4kHz〜10kHzの周波数で出力10W、600mA(6.0×10-2ミリガウス)で図5の(c)タイプで示す帯域の周波数を持つ交流電流をセメント圧送管に設けたコイル部に流し、該セメント圧送管内を流れる電磁波処理水を3ヶ月間用いた場合の配管内壁の様子を示す写真を図28に示す。
図28(a)には電磁波処理前の様子を示し、図28(b)には電磁波処理水を用いて3ヶ月後の様子を示す写真である。
[参考例6]
図1及び図2の電磁波発生器を用いて、4kHz〜10kHzの周波数で出力10W、600mA(6.0×10-2ミリガウス)で図5の(c)タイプで示す帯域の周波数を持つ交流電流をセメント洗浄用水配管に設けたコイル部に流し、セメント洗浄用水配管内を流れる電磁波処理水を用いて3ヶ月間洗浄した場合の前記配管内壁の様子を示す写真を図29に示す。
このように本発明の電磁波処理により図4の(b)タイプで示す帯域の周波数に限らず、図3の(a)タイプと図5の(c)タイプで示す帯域の周波数を発生する電磁波発生器を用いて各種の装置の浄化処理が行えることが判明した。
2 コイル部
3 電磁波発生器
4 貯留タンク(流体槽、水槽)
5 食器洗浄機
6 フィルタ
7a,7b 仕切板
Claims (6)
- 水系の被処理流体照射用のコイル部と、該コイル部に4kHz〜10kHzの周波数帯域内で、互いに周波数の異なる複数の単一周波数を持つ交流電流を流す電磁波発生器を備えたことを特徴とする水系の被処理流体の電磁波処理装置。
- コイル部は、(i)水系の被処理流体が流れる流体流路の表面に巻き付けたコイル、(ii)水系の被処理流体を貯めた貯留槽に浸漬したコイル設置部材表面に巻き付けたコイル又は(iii)水系の被処理流体が流れる流体流路の近傍に配置したコイル設置部材表面に巻き付けたコイルの内の少なくとも一つのコイルを備えている請求項1記載の水系の被処理流体の電磁波処理装置。
- 4kHz〜10kHzの周波数帯域内で、互いに周波数の異なる複数の単一周波数を持つ交流電流に基づく電磁波により水系の被処理流体を処理をすることを特徴とする水系の被処理流体の電磁波処理方法。
- (i)水系の被処理流体が流れる流体流路の表面に巻き付けたコイル、(ii)水系の被処理流体を貯めた貯留槽に浸漬したコイル設置部材表面に巻き付けたコイル又は(iii)水系の被処理流体が流れる流体流路の近傍に配置したコイル設置部材表面に巻き付けたコイルの内の少なくとも一つのコイルに交流電流を流す請求項3記載の水系の被処理流体の電磁波処理方法。
- アニオン系薬剤を含有又は添加した水系の被処理流体又はカチオン薬剤を除いた水系の被処理流体に電磁波処理をする請求項4記載の水系の被処理流体の電磁波処理方法。
- 4kHz〜10kHzの周波数帯域内で、互いに周波数の異なる複数の単一周波数を持つ交流電流を流すコイルを巻いたテスト流路中に前記水系の被処理流体を流した後、該流体を乾燥させ、乾燥後にできる結晶体粒径が小粒子化すること及び流体乾燥物の界面付近への結晶体の集合性を失うことを確認して、前記水系の被処理流体の電磁波処理の効果の程度を判定する水系の被処理流体の机上試験を行い、該机上試験法による判定結果が良いと、そのまま前記電磁波処理を実行し、前記机上試験法による判定結果が良くない場合には、前記水系の被処理流体中にカチオン系薬剤が含まれていると、これを除いた後に該流体に対して前記電磁波処理をし、又はカチオン薬剤が含まれない状態で前記水系の被処理流体にアニオン系薬剤を添加した後に該流体に対して前記電磁波処理を実行する請求項4記載の水系の被処理流体の電磁波処理方法。
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