JP7065472B2 - 磁気泳動装置 - Google Patents

Description

本発明は重金属イオンと磁力を利用して処理対象流体を浄化する磁気泳動装置に関する。

処理対象流体（例えば水）に含まれる又は当該処理対象流体が流通する配管の内壁等に付着する赤錆、スケール、スライム、ぬめり、カビやレジオネラ菌その他の菌類、藻類などを除去し得る装置として、重金属イオン（例えば銅イオンや銀イオン）と磁力を利用した磁気泳動装置（流体浄化装置）がある。

例えば特許文献１には、水（処理対象流体）の入口と出口とを有する筒状ケーシング内に、銅イオン及び銀イオンの少なくとも一方を発生させる金属イオン発生部（殺菌部）と、磁石と磁極片とを交互に積層した積層体を互いに平行に複数配置して、互いに隣り合う前記積層体の磁極片の間で水を通過させる通路を形成し、前記通路を水が通過する際に磁界を作用させて当該水を活性化させる活水処理部とを備えた除菌装置（磁気泳動装置）が開示されている。当該装置では、前記通路を形成する領域の互いに隣接する磁極片の縁の形状に対して磁石の縁の形状を相似形とし、相似形状の磁極片の縁と磁石の縁との距離が、磁場を最も強くしたい箇所で最も狭くなるようにすると共にその他の箇所では一定となるようにしている。

特許第３９１７１４３号公報

しかしながら、特許文献１の磁気泳動装置は、金属イオン発生部（殺菌部）と活水処理部とを独立して設けており、また、活水処理部における磁石と磁極片による積層体の構造が非常に複雑である。そのため、サイズが比較的大型になり易くまた製造コストも高価となり易いため、一般家庭での利用が困難である。例えば、洗濯機本体の給水ホース接続口と給水ホースとの間に特許文献１の磁気泳動装置を挿入することは、一般家庭での洗濯機の設置スペースを考慮すると困難と言わざるを得ない。

本発明の目的は、小型化しても処理対象流体の浄化機能の低下を抑制できる磁気泳動装置（流体浄化装置）を提供することにある。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、磁気泳動装置において、外筒と、前記外筒の内側に収納され、前記外筒の軸方向において隣接する２つの磁石同士が同極になるように配置された複数の磁石と、前記複数の磁石のそれぞれの間に位置し、前記複数の磁石よりも小径の複数のスペーサと、前記複数の磁石と前記複数のスペーサのうち前記外筒の軸方向において隣接する磁石とスペーサの間に位置し、前記複数の磁石よりも大径の銅合金板を複数備えることを特徴とする。

本発明によれば小型化しても処理対象流体の浄化機能の低下を抑制できる。

本発明の第１の実施形態に係る磁気泳動装置の断面図。 図１において外筒１の軸方向に直交するII－II面における断面図。 図１において外筒１の軸方向に直交するIII－III面における断面図。 図１の外筒１内における磁力線の分布図。 本発明の第２の実施形態に係る磁気泳動装置の概略構成図。 本発明の第３の実施形態に係る磁気泳動装置の概略構成図。 本発明の第４の実施形態に係る磁気泳動装置の概略構成図。

以下、本発明の各実施形態について図面を用いて説明する。

＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る磁気泳動装置１００の断面図であり、図２は図１において外筒１の軸方向に直交するII－II面における断面図であり、図３は同III－III面における断面図である。

磁気泳動装置１００は、円筒状のケーシングである外筒１と、外筒１の内側において外筒１の軸方向に沿って配列された複数の円盤状の磁石２と、複数の磁石２の間に配置された複数のスペーサ３と、外筒１の軸方向において隣接する磁石２とスペーサ３の間に配置された複数の円盤状の銅合金板４と、外筒１の内側における外筒１の軸方向の両端に配置された２枚の乱流発生板６とを備えている。

これら複数の磁石２、スペーサ３、銅合金板４及び乱流発生板６の中央部には貫通孔を介してシャフト５が挿入されており、当該シャフト５によりこれらの部材２，３，４，６が軸線上に沿って固定されている。シャフト５としては例えばボルトを利用でき、必要な全ての部材２，３，４，６をシャフト５に挿入した後にナットで締結することで各部材２，３，４，６を同一軸線上に固定できる。なお、外筒1内におけるシャフト５の位置を保持するサポート部材（図示せず）を外筒１の内側または外側に複数設けても良い。

図１中の矢印が示すように、磁気泳動装置１００の内部（外筒１の内側）には図１中の左から右へ向かって処理対象流体（例えば水）が導入されるものとする。すなわち、処理対象流体の流通方向における上流側は図中の左側となり、同下流側は図中の右側となる。

（外筒１）
外筒１はその軸方向の両端が開口している。図１の外筒１は、内側と外側で材質が異なる二重構造になっており、内側に位置する内側外筒１ａと外側に位置する外側外筒１ｂとを備えている。処理対象流体と銅合金との接液面積を増加して銅イオンの発生量を増加する観点から、内側外筒１ａの材質は銅合金とすることが好ましい。ただし、銅合金板４のみで銅イオンの発生量を充分確保できる場合には、内側外筒１ａに銅合金を利用しない場合（すなわち外側外筒１ｂのみの場合）もある。その一方で外筒１の全てを銅合金としても良い。

（磁石２）
複数の磁石２は、例えばフェライト磁石であり、それぞれ貫通孔（図示せず）が中央に設けられた丸型の形状をしており、各貫通孔にはシャフト５が挿入される。各磁石２は、外筒１の軸方向において隣接する２つの磁石２同士が同極になるように配置されている。これにより外筒１内には図４に示すような磁力線が分布する。なお、磁石２の配列は図示ものに限られず、隣接する２つの磁石２同士が異極になるように配置しても良い。

（スペーサ３）
複数のスペーサ３は、外筒１の軸方向に沿って配列された複数の磁石２のそれぞれの間に位置している。各スペーサ３の中央にはシャフト５を通すための貫通孔が設けられている。図２に示すように各スペーサ３の径は各磁石２の径よりも小さい。スペーサ３としては、中央部の貫通孔にネジ溝が切られた六角ナットを利用でき、本実施形態では六角ナット（図２等参照）を用いている。スペーサ３を設けることで、複数の磁石２が発生する磁力線の干渉を低減できるとともに、処理対象流体と銅合金板４との接触面積を増大できる。なお、スペーサ３の材料としては、例えば、水に対する防錆・防蝕効果を有するステンレス鋼を利用できる。

（銅合金板４）
複数の銅合金板４は、それぞれ貫通孔（図示せず）が中央に設けられた丸型の形状をしており、各貫通孔にはシャフト５が挿入される。図２に示すように各銅合金板４の径は各磁石２の径よりも大きい。銅合金板４は図１に示すように各磁石２の軸方向における両端（Ｎ極側端面とＳ極側端面の両方）にそれぞれ設置する必要はない。すなわち各磁石２の軸方向における一方側の端部に設置するだけでも良い。各銅合金板４の径は、外筒１の内側面（内側外筒１ａ）とのスペースで過度の圧力損失が発生しない程度で外筒１内に乱流を発生できる寸法を選択することが好ましい。銅合金板４の材料としては例えば真鍮や青銅を利用できる。なお、スペーサ（六角ナット）３と銅合金板４の間にはワッシャを適宜挿入しても良い。

（乱流発生板６）
乱流発生板６は、外筒１内に設置された全ての磁石２に対して、処理対象流体の流通方向における最上流側に位置するように外筒１の内側に配置されている。乱流発生板６は、図３に示すように、その外周に所定の間隔で設けられた複数の切り欠き部（歯部）６ａを有している。乱流発生板６としては図３に示すように外歯型の歯付き座金を利用できる。図３の乱流発生板６の切り欠き部６ａには捻りが加えられており、当該切り欠き部６ａは処理対象流体の流通方向に対して傾斜している。乱流発生板６により乱流を発生させると、処理対象流体が磁束を通過する頻度と、銅合金と接触する機会を増加できる。乱流発生板６の材料としては、例えば、水に対する防錆・防蝕効果を有するステンレス鋼を利用できる。

なお、乱流発生板６の形状は図３に示したものに限られず、乱流発生板６を処理対象流体が通過する際に、外筒１の横断面と平行な速度ベクトル成分（外筒１の軸方向と平行ではない速度ベクトル）を付与して乱流を発生させる形状のものであれば適宜代替可能である。但し、切り欠き部６ａの形状としては、過度の圧力損失が発生しない程度で外筒１内に乱流を発生できるものを選択することが好ましい。また、図１の例では処理対象流体の最下流側にも乱流発生板６を設けているが、この最下流側の乱流発生板６は省略しても良い。また、乱流発生板６は全ての磁石２よりも上流側に設置する必要は必ずしもなく、例えば、外筒１が形成する流路の途中に設置しても良い。

（作用・効果）
以上のように構成される磁気泳動装置１００では、図１の矢印の方向から処理対象流体（例えば水）が導入される際、乱流発生板６において図３の反時計回りの旋回成分（図３の矢印３１参照）が付与されて乱流（旋回流）となって外筒１の内部に導入される。乱流では、ミクロ的にみると各流体微粒子（例えば水分子）が前後左右に自由に流れ得る状態に近づくため、外筒１内の磁力の効果により電荷を帯びた微粒子が銅合金板４と接触する機会が増加する。

次に処理対象流体は、乱流発生板６と下流側に位置する銅合金板４や、内側外筒１ａを構成する銅合金と接触することで銅イオンを付与され、外筒１の軸方向において隣接する２枚の銅合金板４と当該２枚の銅合金板４によって挟まれた磁石２とが形成する第１環状流路４１（図４参照）に導入される。外筒１内の複数の磁石２は同極が向かい合うようにスペーサ３によって間隔を介して配置されるので、外筒１内の少ない容積であっても図４に示すように外筒１内は多くの磁束線で充満される。特に第１環状流路４１では処理対象流量の流れが磁束線の向きと逆方向または順方向に近づくため、処理対象流体（水）が第１環状流路４を通過する際に電荷を帯びやすくなり、その結果、銅合金１ａ，４に含まれる銅のイオン化が促進される。銅のイオン化が進展すると、銅イオンよりイオン化傾向の小さいカルシウム等のスケールが除去される。さらに磁力を受けた処理対象流体は赤錆の除去や黒錆の形成等の働きを促進させる。

第１環状流路４１を抜けると、処理対象流体は、外筒１の軸方向において隣接する２枚の銅合金板４と当該２枚の銅合金板４によって挟まれたスペーサ３とが形成する第２環状流路４２（銅合金板４と磁石２よりも小径のスペーサ３によって確保される流路であって、直前の第１環状流路よりも流路径が急拡大する流路）に導入される。第２環状流路４２に導入された処理対象流体は当該２枚の銅合金板４から溶出される銅イオンを付与されるとともに、スペーサ３の上流側と下流側に位置する２つの磁石２によって形成される磁界を通過するように流れるため当該磁界から多くの磁力を受ける。当該スペースから流出した処理対象流体は、外筒１の出口までの短距離のうちに第１環状流路４１と第２環状流路４２を繰り返し通過することで、充分な銅イオンの付与と磁力の影響を受ける。

特許文献１には、銅イオンや銀イオン等のイオン化傾向が比較的大きいイオンを含む流体はスライム、ぬめり、カビやレジオネラ菌その他の菌類、藻類などを除去する機能（「抗菌機能」と称する）を有し、磁気を受けた流体は配管の内壁等に付着するスケールや赤錆を除去したりそれらの付着を防止したりする機能（「除錆・防錆機能」と称する）を有することや、さらに磁気を受けた流体では銅イオン等による抗菌機能が相乗的に向上することが開示されている。

しかし、特許文献１の装置では、処理対象流体に金属イオンを付与する金属イオン発生部（殺菌部）と、処理対象流体に磁気を付与する活水処理部とを独立して設けており、また、活水処理部における磁石と磁極片による積層体の構造が非常に複雑である。そのため、サイズが比較的大型になり易くまた製造コストも高価となり易いため、一般家庭での利用が困難であった。

これに対して本実施形態では、上記で説明したように、外筒１の軸方向において同極が向き合うように複数の磁石２を配列し、外筒１の軸方向において隣接する２つの磁石２の間にスペーサ３を配し、さらに外筒１の軸方向において隣接する磁石２とスペーサ３との間に銅合金板４を配置する流路構造とした。このような流路構造を有する磁気泳動装置１００によれば、概ね２種類の環状流路４１，４２を処理対象流体に流通させることで、当該処理対象流体に対して銅イオンの付与と磁力の作用の付加を短時間で行うことができるので、磁気泳動装置１００（外筒１）のサイズをコンパクトにしても当該磁気泳動装置１００を通過した処理対象流体に対して抗菌機能や除錆・防錆機能を付与できる。したがって、本実施形態によれば、小型化しても処理対象流体の浄化機能の低下を抑制できる。

＜第２実施形態＞
図５は本発明の第２の実施形態に係る磁気泳動装置２００の概略構成図である。図５の磁気泳動装置２００は、第１実施形態に係る磁気泳動装置１００を取付型ケーシング１１の内部に収納した取付型の磁気泳動装置である。取付型ケーシング１１の軸方向における両端には導管取付部１２が設けられている。導管取付部１２は、水が流通するホースやチューブ等の柔らかい素材でできた導管（配管）が取り付けられる部分であり、当該導管の抜け止めのために取付型ケーシング１１の本体に向かって径が拡大する拡径部が導管取付部１２には複数設けられている。

例えば、水道蛇口に接続させた給水ホースを上流側の導管取付部１２に取り付け、下流側の導管取付部１２に洗濯機の給水口（給水ホース接続口）に接続させた給水ホースを取り付けて、磁気泳動装置２００を通過させた水で当該洗濯機を利用する。この場合、当該洗濯機を継続的に利用しても、磁気泳動装置２００の抗菌機能及び除錆・防錆機能により当該洗濯機内の配管及び洗濯槽等を清浄に維持できる。

なお、取付型の磁気泳動装置２００の利用は上記の洗濯機に限られず、例えば、噴水、屋外ミストシャワー設備、クーリングタワー、浴場等の温水設備、プール、ボイラ等、水を利用するあらゆる設備の各種配管に磁気泳動装置２００を取り付ければ抗菌、除錆・防錆機能を発揮できる。

また、導管取付部１２は取り付け対象の形状に応じて適宜変更可能である。例えばメーカごとに異なる洗濯機の給水ホース接続口の形状に合わせて適宜形状を変更しても良い。

また、磁気泳動装置２００の前段（通水方向における上流側）にフィルタ機構を設置しても良い。フィルタ機構としては、例えば、フィルタエレメントが収納されたフィルタハウジングを利用できる。フィルタエレメントは導入される水の質や汚れの種類によって適宜選択することが好ましい。

＜第３実施形態＞
図６は本発明の第３の実施形態に係る磁気泳動装置３００の概略構成図である。第２の実施形態では流水を浄化したが、花瓶や貯水タンク等の中の滞留水の浄化も可能である。

図６の磁気泳動装置３００は、第１実施形態に係る磁気泳動装置１００を置き型ケーシング２１の内部に収納した置き型の磁気泳動装置である。置き型ケーシング２１は、軸方向における一方の端部に先端に向かって径が小さくなる先細部２３を有し、軸方向における他方の端部に曲面部２４を有している。置き型ケーシング２１には、水に対する防錆・防蝕効果を有する素材の利用が好適であり、例えば樹脂が利用できる。また、置き型ケーシング２１には複数の孔２２が設けられており、当該複数の孔２２を介して滞留水が置き型ケーシング２１の内部に導入される。

磁気泳動装置３００を滞留水の中に入れると、複数の孔２２を介してケーシング２１内に滞留水が導入され、先述の銅イオンと磁気の影響により滞留水に抗菌、除錆・防錆機能付与される。例えば花瓶に磁気泳動装置３００を入れると切り花が長持ちしたり、水洗トイレのタンク内に磁気泳動装置３００を入れると水垢や黒カビ等の発生を抑制できたりする。

なお、磁気泳動装置１００は、サポート部材で支持することで置き型ケーシング２１内の位置を保持しても良い。また、置き型ケーシング２１の形状は図６に示したものに限られず、貫通孔２２を有するものであれば適宜変更が可能である。

＜第４実施形態＞
図７は本発明の第４の実施形態に係る磁気泳動装置（空気清浄機）４００の概略構成図である。上記の各実施形態における処理対象流体は主に水（液体）であったが、以下に説明するように空気（気体）でも良い。なお、他の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して説明を省略する。

図７の磁気泳動装置４００は、円筒状のケーシング６６と、ケーシング６６内に収納されたファン６１、フィルタ６３、銅合金製メッシュ４Ａ及び磁石２とを備えている。

ファン６１は、空気循環用の電動ファンであり、ケーシング６６内における処理対象流体の流通方向における下流側の所定に位置にサポート部材６２によって保持されている。ファン６１を駆動すると図７中の矢印が示すような空気流がケーシング６６内に形成される。磁気泳動装置４００を車両内で利用する場合には、ファン６１の電圧は車内で使用できる値に設定することが好ましい。

フィルタ６３は、空気の脱臭及び集塵機能を有するフィルタであり、例えば繊維状のフィルタが利用可能である。フィルタ６３は、処理対象流体の流通方向においてファン６１の下流側に設置されている。

銅合金製メッシュ４Ａは、ファン６１によって送給される空気との接触面積を確保するために銅合金をメッシュ状にしたものである。図７の例では空気の流通方向（ケーシング６６の軸方向）に沿って３つのメッシュ４Ａが配されており、隣接する２つのメッシュ４Ａの間には、メッシュ４Ａよりも小計の磁石２が配置されている。３つのメッシュ４及び２つの磁石の中央部にはボルト６４のシャフトを挿入するための貫通孔が設けられており、各貫通孔にボルト６４のシャフトを通した後にナット６５で締結することで３つのメッシュ４及び２つの磁石が固定されている。これらメッシュ４及び磁石２は、処理対象流体の流通方向においてフィルタ６３の下流側に設置されている。

なお、先の実施形態のように２つの磁石の間にスペーサ３を挿入しても良い。さらに、スペーサ３を挿入した場合には、各磁石２の両端にメッシュ４Ａを配置しても良い。

上記のように構成した磁気泳動装置（空気清浄機）４００によれば、フィルタ６３による一般的な空気の脱臭・集塵だけでなく、銅イオン及び磁気による抗菌作用やカビ発生の抑制作用を容易に発揮できる。

なお、本発明は、上記の各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

１…外筒，１ａ…内側外筒（銅合金），１ｂ…外側外筒，２…磁石，３…スペーサ（六角ナット），４…銅合金板，４１…第１環状流路，４Ａ…銅合金製メッシュ，５…シャフト，６…乱流発生板，６ａ…欠き部（歯部），１１…取付型ケーシング，１２…導管取付部，２１…ケーシング，２２…貫通孔，２３…先細部，２４…曲面部，４１…第１環状流路，４２…第２環状流路，６１…ファン，６２…サポート部材，６３…フィルタ，６４…ボルト，６５…ナット，６６…ケーシング

Claims (6)

1. 外筒と、
   前記外筒の内側に収納され、前記外筒の軸方向において隣接する２つの磁石同士が同極になるように配置された複数の磁石と、
   前記複数の磁石のそれぞれの間に位置し、前記複数の磁石よりも小径の複数のスペーサと、
   前記複数の磁石と前記複数のスペーサのうち前記外筒の軸方向において隣接する磁石とスペーサの間に位置し、前記複数の磁石よりも大径の銅合金板を複数備える磁気泳動装置。
2. 外筒と、
   前記外筒の内側に収納され、前記外筒の軸方向において隣接する２つの磁石同士が同極になるように配置された複数の磁石と、
   前記複数の磁石のそれぞれの間に位置し、前記複数の磁石よりも小径の複数のスペーサと、
   前記複数の磁石と前記複数のスペーサのうち前記外筒の軸方向において隣接する磁石とスペーサの間に位置し、前記複数の磁石よりも大径の丸型形状の銅合金板を複数備え、
   前記複数の銅合金板のうち前記外筒の軸方向において隣接する２枚の銅合金板の間に位置しかつ前記複数の磁石のぞれぞれの周囲に形成される第１環状流路と、
   前記複数の銅合金板のうち前記外筒の軸方向において隣接する２枚の銅合金板の間に位置しかつ前記複数のスペーサのそれぞれの周囲に形成され、前記第１環状流路よりも流路径の大きい第２環状流路とを備え、
   前記第１環状流路と前記第２環状流路とは前記外筒の軸方向において繰り返し配置される磁気泳動装置。
3. 請求項１の磁気泳動装置において、
   前記複数の磁石のそれぞれの両端には前記銅合金板がそれぞれ配置されている磁気泳動装置。
4. 請求項１の磁気泳動装置において、
   前記外筒の内側には前記外筒の軸方向における一方側から他方側に向かって流体が導入され、
   前記複数の磁石に対して前記流体の流通方向における上流側に位置するように前記外筒の内側に配置され、外周に複数の切り欠き部が設けられた乱流発生板をさらに備える磁気泳動装置。
5. 請求項１の磁気泳動装置において、
   前記外筒の少なくとも内側が銅合金によって形成されている磁気泳動装置。
6. 請求項１の磁気泳動装置において、
   前記外筒の内側には前記外筒の軸方向における一方側から他方側に向かって流体が導入され、
   前記複数の磁石に対して前記流体の流通方向における上流側に配置されたフィルタと、
   前記フィルタに対して前記流体の流通方向における上流側に配置されたファンとをさらに備える磁気泳動装置。

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