JP5844259B2 - 水の電磁場処理方法 - Google Patents
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Description
コイルに交流電流を流して発生させた交流磁場を水に印加し、電極に前記交流磁場に同期する交流電圧を印加して発生させた交流電場を、前記交流磁場と前記交流電場の少なくとも一部が直交するよう水に印加する工程を備え、
前記交流電流の交流波が矩形波であり、
交流磁場の立ち上がり時間における交流電圧はハイレベルであり且つ交流磁場の立ち下がり時間における交流電圧はローレベルであることを特徴とする水の電磁場処理方法である。
(電磁場処理)
本実施形態において、図1の概念図に示した第1の電磁場処理装置100を用いて、水に電磁場処理することについて説明する。
第1の電磁場処理装置は、水を通す管101と、水を通す管表面101に正電極102を備え、さらに、少なくとも正電極を覆う第1の絶縁材103と、水を通す管101又は第1の絶縁材103表面に備えられた負電極104と、少なくとも負電極104を覆う第2の絶縁材105と、第2の絶縁材105が巻き付けられた管に巻き付けられたコイル106に接続された回路111と、正電極102及び負電極104とコイル106に接続された回路112と、を少なくとも備えている。
回路111と112は一つの基板上に構成された回路でも、別の基板に構成された回路のどちらでも構わない。また、回路111,112は電源内蔵型、外部電源型のどちらでも構わない。
正電極102と負電極104は、導電材料或いは電極材料として一般的に用いられている材料であればよい。
コイル106は、コイルの材料として一般的に用いられている材料であればよい。
第1、第2の絶縁材は、それぞれ電極を覆う絶縁物であればよい。絶縁材は、絶縁テープ、熱収縮チューブなど絶縁材料として一般的に用いられている物を用いることができる。
外部回路111と電源112は、電極102,104とコイル106に特定の交流波を印加する構成であればよい。外部回路はディスクリート、ICなどによって構成された物を用いることができる。
第2の電磁場処理装置の他にも、同等の回路構成となる形態の電磁場処理装置が本実施の形態の電磁場処理装置に含まれる。
本実施形態において、電極102,104に交流電圧を印加し、コイル106に交流電流を流す。コイル106に電流を流すことによって交流磁場を発生させる。そして、交流電圧と交流磁場は以下に説明する条件を全て満たすものが、水の溶媒特性を安定的に変えることが可能である。
コイルに流す交流電流の交流波は矩形波であること、
交流磁場の立ち上がり時間における交流電圧はハイレベルであり且つ交流磁場の立ち下がり時間における交流電圧はローレベルであることである、又は、交流磁場の立ち上がり時間における交流電圧はローレベルであり且つ交流磁場の立ち下がり時間における交流電圧はハイレベルである。
図4(A)は、交流磁場と交流電圧(交流電場)は同じ周波数で、両波は矩形波で、両波の位相は90°ずれている。
図4(B)は、交流磁場と交流電圧(交流電場)は同じ周波数で、両波は矩形波で、両波の位相は90°ずれ、交流電場のデューティー比が交流磁場の3分の1である。
図4(C)は、交流電圧(交流電場)は交流磁場の3倍の周波数で、両波は矩形波で、両波の位相は90°ずれている。
図4(D)は、交流磁場と交流電圧(交流電場)は同じ周波数で、両波は矩形波で、両波の位相は90°ずれ、交流電圧(交流電場)の最小電圧は0Vである。
図4(E)は、交流磁場と交流電圧(交流電場)は同じ周波数で、両波は矩形波で、両波の位相は90°ずれ、交流磁場(交流電流)の最小値は0Gである。
図4(F)は、交流磁場と交流電圧(交流電場)は同じ周波数で、交流磁場は矩形波で、交流電圧(交流電場)は正弦波で、両波の位相は90°ずれている。
本実施形態の交流電流(交流磁場)と交流電圧の周波数は同じであってもよいし、異なっていてもよい。ただし、交流磁場と交流電流は互いに同期することを要する。交流電流(交流磁場)と交流電圧の周波数が同じである場合は、それぞれの交流波の位相がずれて、上記条件を満たしていればよい。上記条件を満たす交流電流(交流磁場)と交流電圧の周波数の例(異なる周波数)として、交流電流(交流磁場)が交流電圧の周波数の奇数倍で、両周波数のデューディー比が同じものが挙げられる。
特開2008−006433号公報に記載された様に、周波数に対して好ましい磁界密度がある。周波数が4.73kHzの場合は、特開2008−006433号公報に記載された様に188.2mG磁界が発生するように電流を流すことが好ましい。好ましい磁界密度を得るための、電流値はコイルと電流の周波数によって異なる。本実施形態では、特開2008−006433号公報に記載された以外の磁束密度であっても、水の溶媒特性を向上させることができる。
B=4π×10−7×N0×I (Wb/m2) …(式1)
(N0は1mあたりのコイルの巻き数)
電磁場処理において交流波の電流値は、これらの電流値から±5%の誤差範囲内、より好ましくは2%の誤差範囲内、より好ましくは1.5%の誤差範囲内の周波数である。本実施形態の電磁場処理による効果は周波数によっても異なるが、±5%範囲内でその顕著な効果を確認することができる。好ましい周波数の測定方法は本実施形態の電磁場処理において、電流値をずらしながら測定し、実施条件に応じて、適宜決定すればよい。
交流磁場の立ち上がり時間における交流電圧はハイレベルであり、かつ、交流磁場の立ち下がり時間における交流電圧はローレベルである条件を満たすような交流電圧を本実施の形態では用いる。
本実施形態の交流電圧のピーク電圧は50mVより大きいことが好ましい。より好ましくは150mVであり、さらに好ましくは1000mV以上である。この電圧が50mV以下であると、コイルに交流電流を流すのみによる電磁場処理におけるパルス状の誘起電圧と同等の処理となって、水の溶媒特性に与える影響が非常に少なくなる。
水を通す管101、201の径が大きい場合は、交流電圧の電圧を大きくすることで、効率良く電磁場処理ができる。
本実施形態の電磁場処理を行う水は、水道水、ミネラルウォーターなど特に限定されない。水は液体であれば、温度も特に限定されない。
水の溶媒特性の変化は図5の溶媒特性評価装置300を用いて測定した。
この実験装置においては、実験槽310内が間仕切り板311A,Bにより3つの貯留室312,313,314に分けられている。貯留室312と貯留室313は7mmの通水孔319で繋がっている。ここで、被処理水としてはイオン交換樹脂を通したpH値が略7の室温(略20℃)の水道水が用いられ、このイオン交換水が、水を通す管101(201)の途中に設けられたポンプ315により上記貯留室312,313,314の順に循環するようになっている。ここで、ポンプ315の下流側に電磁場処理装置100(200)接続されている。また、貯留室312の底部に、難溶性のリン酸カルシウム又はリン酸マグネシウム316が粉体にして置かれ、貯留室314には採水管317がバルブ318を介して連通している。
なお、本実施の形態では溶媒特性評価装置300を用いて評価したが、電磁場処理による水への影響を測定できる構成であれば、評価装置は特に限定されない。
リン酸カルシウム又はリン酸マグネシウムの溶解度は、図5のバルブ318を開け、採水管317から水を100ml採水し、硝酸銀を用いた滴定によって、その溶解度を測定した。
また、同じく2時間後に、電磁場処理装置100(200)の前後にpH測定器を設置し、電磁場処理装置100(200)の前後でのpHの差を測定した。
以下、実施例により、発明を具体的に説明する。なお、通常の水に対するリン酸カルシウムの溶解度は0.027mmol/lであり、リン酸マグネシウムの溶解度は0.013mmol/lである。
実施例1では図2と同様の形態の電磁場処理装置を用いて図5の溶媒特性評価装置300で実施した。外形17mm、内径15mmの塩ビ管101に、幅24mm、長さ90mm、厚さ0.09mmの導電性銅箔接着テープ102を塩ビ管101の長さ方向に沿って配し、導電性銅箔接着テープ102が少なくとも覆われるように、ビニールテープ103を巻き付けて、導電性銅箔接着テープ102を固定し絶縁する。ビニールテープ103を巻き付けた塩ビ管101のビニールテープ103巻き付けた面に、導電性銅箔接着テープ102が少なくとも覆われるように、長さ100mm、厚さ0.09mmの導電性銅箔接着テープ104を巻き付ける。導電性銅箔接着テープ104を巻き付けた塩ビ管101に太さ4.2mmのVSF線(芯線:より線、3mm)を巻き付けてコイル106とする。VSF線は隙間が空かないように巻き付ける。コイルを巻き付けた後に、ビニールテープによってコイルを固定した。そして、コイルを交流電流回路に、電極を交流電圧回路に接続した。
交流電圧と交流磁場の周波数は同じで、図4の(A)のような位相が90°ずれるパルス発生回路を用いた。コイルに4.5kHzから5.0kHzまで1592.5mA(63.7mA×25)の交流電流を流し、電極に交流電流と同じ周波数の±5Vの交流電圧を印加した。交流磁場の矩形波の立ち上がり及び立ち下がり時間は0.1μsec以下になるように回路を調整した。
水は、20℃の水道水を用い、流速3m/sec、流量24l/minで、電磁場処理装置に通した。
電磁場処理後、リン酸カルシウムの溶解度を測定した。
実施例1の電磁場処理装置を用いて、交流電場を印加しないこと以外は実施例1と同様である。
実施例1で用いた水道水に対して電磁場処理をせずに、水道水に対するリン酸カルシウムの溶解度を測定した。
実施例1,比較例1の結果を図6のグラフに示す。
実施例としては省略したが、他の周波数であっても、交流電場及び交流磁場を印加することによる効果を確認した。
周波数を102kHzに固定し、交流電流を4.7から5.8mAまで変化させ、リン酸カルシウムの溶解度(A)と、リン酸マグネシウムの溶解度(B)と電磁場処理水のpH変化量(C)を測定したこと以外は実施例1と同様である。
図7のグラフから、特定の磁束密度以外であっても、交流電場及び交流磁場を印加することによる水の溶媒特性にかかる効果を確認した。
実施例としては省略したが、他の交流電流値帯であっても、同様のpH変化及び溶媒特性向上の傾向を確認した。
なお、ΔpHはいずれも負の値である(以下の実施例、比較例において同じ)。
電磁場処理により、水のエネルギーが増えることで、どのように溶媒特性が変化するか確認することを目的とする実施例である。
周波数を3.492kHzに固定し、コイルの磁束密度が653.0mG(130.6×5)、又は、3265mG(130.6×25)になるように、交流電流を230mA、又は、1.16A流し、20℃〜50℃の水に電磁場処理し、pHの変化とリン酸カルシウムの溶解度を測定したこと以外は実施例1と同様である。
交流電場を印加しないこと以外は実施例3と同様である。
実施例としては省略したが、他の交流電流値や他の周波数であっても、同様のpH変化及び溶媒特性向上の傾向を確認した。この変化の理由は、実施例の電磁場処理により水のエネルギーが高くなることにより、水分子の衝突回数が増えてH+水素イオンの濃度が増えることや水に塩基性の化合物等が溶解する量が増えること等が考えられる。一方、磁場のみによる処理では、水のエネルギーの増加量が小さいため、pHの変化量が小さかった。
電磁場処理により、水のエネルギーが増えることで、どのように溶媒特性が変化するか確認することを目的とする実施例である。
コイルの交流磁場の周波数は3.492kHz、又は4.725kHzであり、図4の(A)と(B)の矩形波で電磁気処理し、コイルの磁束密度は周波数が3.492kHzの時は653mGで、4.725kHzの時は941mGで、pHの変化とリン酸カルシウムの溶解度を測定したこと以外は実施例1と同様である。
実施例4−1が図4(A)の波形で、実施例4−2が図4(B)の波形である。
図8の(A)から(C)の矩形波、又は図4の(A)の交流電場を印加せず交流磁場(B−1)のみで電磁気処理したこと以外は実施例4と同様である。
比較例3−1が交流磁場のみで、比較例3−2が図8(A)の波形で、比較例3−3が図8(B)の波形で、比較例3−4が図8(C)の波形である。
図8の波形の交流波の組み合わせは、いずれも、交流磁場の立ち上がり時間における交流電圧はハイレベルであり、かつ、交流磁場の立ち下がり時間における交流電圧はローレベルであるという条件を満たさない。
表6の条件で実施したこと以外は実施例1と同様の実施条件で、リン酸カルシウムの溶解度とリン酸マグネシウムの溶解度と電磁場処理水のpH変化量を測定した。
コイルに97Hzから108Hzまで100mAの交流電流を流して、実施例1と同様に水に電磁場処理を行い、リン酸カルシウムの溶解度(A)と電磁場処理水のpH変化量(B)を測定した。
交流電場を印加せず、リン酸カルシウムの溶解度(C)を測定したこと以外は実施例6と同様である。
比較例5の処理では実施例の処理に比べ、溶解度の変化量が小さかった。そして、比較例5において処理した水は、その水の温度を30度以上にすると、処理による効果が消失した。
図9のグラフから、102Hz以外の周波数においても、交流磁場のみを印加する処理よりも、交流電場及び交流磁場を印加する処理の方が、水の溶媒特性にかかる効果が大きいことを確認した。
水温29℃の水道水に、表8の条件で電磁場処理を施した水100mlに対して、2gのアマニ油を加え、1時間40分沸騰させた。沸騰処理後、脱水して油分を回収した。回収した油分をエタノール及びジエチルエーテルの溶媒に溶かし、水酸化カリウム標準溶液で滴定して処理した油の酸価値を測定した。酸価値の測定結果を図10、11に示す。なお、コイルの巻き線太さは2.2mmのVSF線を使用し、その巻き数は1mあたり454回とした。実施例において用いた加熱前のアマニ油の酸価値は0.07であり、加熱処理後の酸価値0.45であった。
水温29℃のイオン交換水に、表9の条件で電磁場処理を施した水に対して、ヘキサデシル硫酸ナトリウムを1.2×10−4mol/lになるように溶解し、1時間後内径が1.2mmの毛細管で毛細管を昇る高さを測定して表面張力を測定した。なお、コイルの巻き線太さは2.2mmのVSF線を使用し、その巻き数は1mあたり454回とした。水は1.2mm内径の毛細管であれば22mm昇り、これは72.5dyn/cmに相当する。水の表面張力を基準に電磁場処理又は磁場処理した水の表面張力を測定した結果を図12、13に示す。なお、電磁気処理していない水に同じ濃度のヘキサデシル硫酸ナトリウムを溶解した時の表面張力は57.5dyn/cmであった(コントロール)。
101…水を通す管、塩ビ管
102…正電極
103…第1の絶縁材
104…負電極
105…第2の絶縁材
106…コイル
111…回路
112…回路
200…電磁場処理装置
201…水を通す管、塩ビ管
202…正電極
203…第1の絶縁材
204…負電極
206…コイル
211…回路
212…回路
310…実験槽
311A,B…間仕切り板
312…貯留室
313…貯留室
314…貯留室
315…ポンプ
316…リン酸カルシウム又はリン酸マグネシウム
317…採水管
318…バルブ
319…通水孔
Claims (3)
- 水の電磁場処理方法において、
コイルに交流電流を流して発生させた交流磁場を水に印加し、電極に前記交流磁場に同期する交流電圧を印加して発生させた交流電場を、前記交流磁場と前記交流電場の少なくとも一部が直交するよう水に印加する工程を備え、
前記交流電流の交流波が矩形波であり、
前記交流磁場の交流波の立ち上がり時間における前記交流電圧はハイレベルであり且つ前記交流磁場の交流波の立ち下がり時間における前記交流電圧はローレベルであることを特徴とする水の電磁場処理方法。 - 前記交流電流の交流波の周波数は74.75Hz、102.5Hz、151.5Hz,205.0Hz,222.5Hz,301.0Hz,345.0Hz,466.0Hz,484Hz,655Hz,954Hz,1.29kHz、3.5kHz、4.73kHz、7.0kHz、9.47kHz、20.0kHz、27.0kHz、37.3kHz、50.4kHz、80.0kHz、108.0kHzの周波数群のいずれか、又は、これらの周波数のうちいずれかの値の周波数の±5%以内であることを特徴とする請求項1の水の電磁場処理方法。
- 前記交流電場の周波数は、前記交流磁場の奇数倍であることを特徴とする請求項1に記載の電磁場処理方法。
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