JP7309305B1

JP7309305B1 - 気体処理装置

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Publication number: JP7309305B1
Application number: JP2022193584A
Authority: JP
Inventors: 修一横山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-12-02
Filing date: 2022-12-02
Publication date: 2023-07-18
Anticipated expiration: 2042-12-02
Also published as: JP2024080413A

Abstract

【課題】従来よりも改善された磁気処理空間を形成することができる磁気処理装置を提供すること。【解決手段】磁気処理装置１０は、処理流体である空気を流す管路部１１と、管路部１１内の処理空間１１Ａに磁場を与えるため環状に配列されたハルバッハ配列磁石１２ｍを有する磁気発生部１２とを備える。磁気発生部１２は、管路部１１の長手方向に多段に接続される複数の磁気ユニット１２１からなる。磁気ユニット１２１には、個々の磁石１２ｍを嵌装させるためのセル１２４が形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、流体を磁気処理する磁気処理装置に関し、特に、廃棄物焼却炉の給気設備に用いられ、燃焼のための空気を磁気処理する気体磁気処理装置に関する。

液体、ガス等を強磁場にさらした磁気処理流体の工業利用については、これまで、化学、工学及び生物学等、広範な分野で研究がなされ、その一部が実用化されている。例えば磁気処理した水は、配水管内のスケール（水垢）や腐食を防止する効果があるといわれている。また、磁気処理された燃料油は炭化水素群が磁化されており、煤塵の低減、燃焼効率の向上などの効果が確認されている。磁気処理した石油による排出ガス改善についての研究成果が、例えば非特許文献１に報告されている。

また、磁気処理した空気を廃棄物の燃焼に用いた焼却炉が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。空気に含まれる酸素は磁性を有しており、強磁場を通過した空気は分子レベルで分極（磁化）される。磁気処理をした空気を燃焼に用いることで、例えば空燃比の制御、ダイオキシン等の有害物質の発生を抑えた燻焼（無炎燃焼）、効率的な低酸素燃焼制御等が可能となる。

例えば特許文献１、２に開示される従来の磁気発生手段は、いずれも対向する２つの磁石の間の処理空間に磁場を生じさせる構成である。

特開２００８－２００９３号公報特開２００８－２０２８４５号公報

藤幹夫他、ＮＯｘ低減に対する水および添加剤注入による影響、電力中央研究所研究報告２７７０２５、１９７８年

本発明は、従来よりも改善された磁気処理空間を形成することができる磁気処理装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するため、本発明は、流体が流れる処理空間を有する管路部と、前記処理空間に磁場を与える磁気発生部とを備えた磁気処理装置であって、前記磁気発生部が、環状にハルバッハ配列された複数の磁石を備えてなる、磁気処理装置である。

磁気処理装置は、前記磁気発生部が、前記管路部の長手方向において多段に接続される複数の磁気ユニットを備えてなることが好ましい。

また、磁気処理装置は、前記磁気ユニットが、個々の前記磁石を嵌装させるためのセルを有していることが好ましい。

また、磁気処理装置は、互いに隣接する２つの磁気ユニットが、同一の寸法及び同一の磁石配列を有し、かつ前記管路部の長手方向において各半径方向中心を一致させて配置されており、更に当該２つの各磁気ユニットが、前記半径方向中心周りにおいて位相が異なって配置されていることが好ましい。

また、磁気処理装置は、前記処理空間を長手方向に貫き、かつ、当該処理空間の半径方向中心を含む位置に、前記流体の流れを妨げる芯体が配置されていることが好ましい。

また、磁気処理装置は、前記磁気発生部がデュアル型であること、すなわち、前記管路部の外周部側に配置される外側磁気発生部と、前記管路部の半径方向中心側に配置される内側磁気発生部とを備えていることが好ましい。

本発明の磁気処理装置によれば、従来よりも改善された磁気処理空間を形成することができる。

第１の実施形態による磁気処理装置を示す斜視図である。磁気発生部の模式横断面図であって、８個のハルバッハ配列磁石による４極の磁気パターンを例示する図である。磁気発生部の模式横断面図であって、１２個のハルバッハ配列磁石による６極の磁気パターンを例示する図である。磁気発生部の模式横断面図であって、１６個のハルバッハ配列磁石による８極の磁気パターンを例示する図である。磁気発生部の模式横断面図であって、８個のハルバッハ配列磁石による２極の磁気パターンを例示する図である。複数の磁気ユニットにより構成される磁気発生部の分解斜視図である。磁気ユニットの横断面図である。図７Ｂに示した磁気ユニットに隣接する磁気ユニットの横断面図である。第２の実施形態による磁気処理装置を示すである。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態による、流体の磁気処理装置を説明する。本発明に係る磁気処理装置は、気体又は液体である磁気処理流体を強磁場にさらすことで、分子レベルで磁気分極化するものである。磁気処理する流体は気体又は液体いずれでもよいが、ここでは、一例として、廃棄物焼却炉の給気設備に用いられる気体磁気処理装置を説明する。燃焼に必要な空気を磁気処理することで、例えば難燃性の破棄物であっても、燃焼効率の向上や低酸素燃焼などを行うことができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による磁気処理装置１０を示す斜視図である。磁気処理装置１０は、磁気処理される燃焼空気（以下、単に「空気」ともいう。）が流れる磁気処理空間（以下、単に「処理空間」ともいう。）１１Ａを有する管路部１１と、処理空間１１Ａに磁場を与える磁気発生部１２とを備えている。なお、図１では、管路部１１と磁気発生部１２とが個別の部材で形成された例が示されているが、磁気発生部１２に管路部が形成された構成、すなわち、磁気発生部１２の内部が穿たれて処理空間１１Ａが形成された形態であってもよい。後述する第２の実施形態以降の説明においても同様である。

磁気発生部１２は、管路部１１の周囲を環状にハルバッハ配列された複数の永久磁石（以下、これらを「ハルバッハ配列磁石」ともいう。）１２ｍ、１２ｍ、・・・を備えている。

ここで、ハルバッハ配列とは、複数の磁石を、その配列方向において所定の角度で順次回転させて配置することで、特定の方向のみ磁場強度を最大化する磁石配列又は磁気回路をいう。

図２～６は、磁気発生部１２が生じさせる磁気パターンの例を示している。なお、これらの図面中、磁力線が破線で表されている。

例えば、図２には、８個の磁石が９０°ずつ回転する４極の磁気パターンが示され、図３には、１２個の磁石が９０°ずつ回転する６極の磁気パターンが例示され、図４には、１６個の磁石が９０°ずつ回転する８極の磁気パターンが例示されている。また、磁気発生部１２の磁気パターンは２極であってもよい。例えば図５には８個の磁石による２極の磁気パターンが例示されている。いずれの磁気パターンによっても、管路部１１の外周部側から処理空間１１Ａ内に向けて磁場の強度を集中させることができる。特に、磁気パターンが２極の場合には、処理空間１１Ａ内全体にわたり一方向の強力な磁場を生じさせることができる。

本発明に係るハルバッハ配列は、磁石の配列方向に対し処理空間側に磁場を集中させ、処理空間とは反対側には殆んど磁束漏れがない非対称の磁気パターンを生じさせる。それにより、磁気パターンが最適化された磁気処理空間を形成することができる。

なお、添付の図において、磁石に付された矢印の向きはＳ極からＮ極への磁極の方向を示す。また、ハルバッハ配列の「極」の数を、管路部の半径方向と磁極の方向とが一致している永久磁石の個数として定義することができる。

図２～４に示されるように、極の数が４以上の場合には、管路部１１の内周部付近に磁力線が密の強磁場を得ることができるが、管路部１１の半径方向中心に向かって磁力線が次第に疎になる磁場勾配が生じる。すなわち、４極以上の磁石配列では、管路部１１中心付近の磁場の弱い場所を流れる空気が十分に磁気処理されないおそれがある。そのため、本実施形態の磁気処理装置１０では、例えば図１に示されるように、管路部１１（磁気処理空間１１Ａ）の中心を含む位置に芯体１３を配置することが好ましい。芯体１３は、管路部１１の長手方向に沿って磁気処理空間１１Ａを貫いている。芯体１３があることにより、空気は、磁場が強い管路部１１の内周部付近を流れることとなる。したがって、管路部１１（磁気処理空間１１Ａ）の中心付近の磁場が弱い磁気パターンであっても、芯体１３の存在によって中心付近の空気の流れが妨げられ、他方、空気を管路部１１の内周部付近の強磁場にさらすことができる。

本実施形態による磁気発生部１２は、図６に例示するように、管路部１１の長手方向において多段に連続して接続される複数の磁気ユニット１２１、１２１、・・・を備えて構成される。個々の磁気ユニット１２１は、ステンレス等の非磁性金属又は硬質の強化プラスチック等からなるフレーム部材１２２で形成される。フレーム部材１２２には、管路部１１を挿通させるための孔部１２３が形成されている。なお、処理空気を流す処理空間１１Ａがフレーム部材１２２の孔部１２３によって形成されてもよい。言い換えると、孔部１２３自体が上述の管路部を形成するものであってもよい。

また、磁気ユニット１２１のフレーム部材１２２には、孔部１２３と並行し、かつ、孔部１２３を取り巻くように、個々の磁石１２ｍを嵌装させるための空洞であるセル１２４、１２４、・・・が穿孔形成されている。セル１２４は、磁石１２ｍの外形寸法に適合した内形寸法を有している。なお、セル１２４は、フレーム部材１２２を貫通する無底の空洞であってもよく、フレーム部材１２２を貫通しない有底の空洞であってもよい。また、図面では弧形のセル１２４が例示されているが、実使用される磁石１２ｍの形状に合わせて、例えば方形、箱型などの適宜の形状を選択することができる。

永久磁石１２ｍは、好適には例えばネオジム磁石（Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ）、サマコバ磁石（Ｓｍ－Ｃｏ）、フェライト磁石等である。ただし、高保持力で強磁場を生じさせる磁石であればこれらに限定されない。

上述したようにハルバッハ配列では、互いに隣接する磁石の磁極の向きが例えば９０°異なっている。そのような磁極配列の構造上、特に強い磁力を有する永久磁石を配列する場合には、互いの磁力の相互作用（反発力と吸着力）が甚大となり、そのため磁石列の製造を自動化することは容易ではなかった。この点、本実施形態では、予め形成された個々のセル１２４、１２４、・・・に、所与の磁極方向配列順に従って磁石１２ｍを嵌装することで、上述の磁力の相互作用を低減し、容易に磁気ユニット１２１を製作することができるという効果がある。

本実施形態による磁気発生部１２は、管路部１１の長手方向に沿って複数の磁気ユニット１２１が、それぞれの半径方向中心を一致させて多段に接続されて製造される。磁気発生部１２を構成する全ての磁気ユニット１２１、１２１、・・・が、同一の寸法及び同一のハルバッハ磁石配列を有している。このような構成若しくは製造法により、磁気処理空間ラインを、例えば焼却炉の要求仕様に合わせて容易に拡張又は縮小することができる。

更に、本実施形態による磁気発生部１２は、管路部１１の長手方向に従って、複数の磁気ユニット１２１、１２１、・・・が、順次それぞれの位相（半径方向中心周りの回転位置）を変えて配置されてもよい。すなわち、例えば図７Ａ、７Ｂに例示されるように、互いに隣接するある２つの磁気ユニット１２１ａ、１２１ｂにおいて、一方の磁気ユニット１２１ａによる磁極の向きと、他方の磁気ユニット１２１ｂによる磁極の向きとが異なることが好ましい。これにより、処理空間１１Ａ内の磁場勾配の変動を、位相が異なる２つの磁気ユニット１２１ａ、１２１ｂによって互いに補完することができる。したがって、処理空間１１Ａ内を空気が層流状態で移動する場合でも、ほぼむらなく均一に磁気処理することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による磁気処理装置２０を説明する。なお、以下の第２の実施形態の説明において、上述の第１の実施形態の構成と共通し又は対応する要素については同一の符号を付し、その詳細は第１の実施形態における説明が参照される。

図８は、第２の実施形態による磁気処理装置２０を模式的に示す横断面図である。磁気処理装置２０は、内部に燃焼空気が流れる処理空間１１Ａを有する管路部１１と、処理空間１１Ａに磁場を与える磁気発生部２２とを備えている。

第２の実施形態の磁気発生部２２は、いわゆるデュアル－ハルバッハ配列型である。すなわち、磁気発生部２２は、管路部１１の外周部側に配置される外側磁気発生部２３と、管路部１１の半径方向中心側に配置される内側磁気発生部２４とを備えて構成される。

図８に例示されるように、外側磁気発生部２３は、管路部１１の周方向に沿って環状にハルバッハ配列された複数の永久磁石２３ｍ、２３ｍ、・・・を備えている。外側磁気発生部２３の磁石２３ｍ、２３ｍ、・・・は、それらの半径方向の内側に磁場が集中し、反対の外側には磁場が生じない非対称な磁気パターンを形成する。

また、内側磁気発生部２４は、外側磁気発生部２３よりも小径であり、芯体１３の周方向に沿って環状にハルバッハ配列された複数の永久磁石２４ｍ、２４ｍ、・・・を備えている。内側磁気発生部２４の磁石２４ｍ、２４ｍ、・・・は、それらの半径方向の外側に磁場が集中し、反対の内側には磁場が生じない非対称な磁気パターンを形成する。

このようなハルバッハ配列磁石により、装置外部に磁束漏れを殆ど生じさせることなく、外側磁気発生部２３と内側磁気発生部２４との間で画成された狭い磁気処理空間１１Ａに強力な磁場を生じさせることができる。

なお、図８には、外側磁気発生部２３の磁極の向きと、内側磁気発生部２４の磁極の向きとが一致した例が示されている。ただし、双方の磁極の向きは異なっていてもよい。特に各磁極の向きが互い違いに異なっている場合には、処理空間１１Ａ内の磁場勾配の変動を減らし、強磁場の空間を広くすることができる。

図示は省略するが、外側磁気発生部２３は、管路部１１の長手方向において多段に接続される複数の外側磁気ユニット２３１で構成されている。また、内側磁気発生部２４は、管路部１１の長手方向において多段に接続される複数の内側磁気ユニット２４１で構成されている。外側磁気ユニット２３１及び内側磁気ユニット２４１は、個々の磁石２３ｍ、２３ｍ、・・・、２４ｍ、２４ｍ、・・・を嵌装させるための空洞であるセルをそれぞれ有している。外側磁気ユニット２３１及び内側磁気ユニット２４１は、空気を通すメッシュ部材等を介して一体に接続された構成であってもよい。

以上説明した実施形態の磁気処理装置によれば、外部に磁束漏れを殆ど生じさせることなく、磁気処理空間１１Ａに強力で略均一な磁場を生じさせることができる。これにより、従来よりも最適化された磁気パターンの磁気処理空間を形成することができる。

１０磁気処理装置（第１の実施形態）
１１管路部
１１Ａ磁気処理空間
１２磁気発生部
１２ｍ永久磁石
１３芯体
２０磁気処理装置（第２の実施形態）
２２磁気発生部
２３外側磁気発生部
２３ｍ永久磁石
２４内側磁気発生部
２４ｍ永久磁石
３０磁気処理装置（第３の実施形態）
３２磁気発生部
３３外側磁気発生部
３４内側磁気発生部
１２１磁気ユニット
１２２フレーム部材
１２３孔部
１２４セル
２３１外側磁気ユニット
２４１外側磁気ユニット

Claims

気体が流れる処理空間を有する管路部と、前記処理空間に磁場を与える磁気発生部とを備えた気体処理装置であって、
前記磁気発生部が、前記管路部の周囲において円環状にハルバッハ配列された複数の磁石を備えてなり、
前記ハルバッハ配列が、前記複数の磁石を、それらの配列方向において一定の角度で磁極を順次回転させて配置することで、前記管路内の処理空間の一方向にのみ磁場強度を最大化する磁気回路配列を構成するものである、気体処理装置。
焼却炉の給気設備に用いられ、前記気体が前記焼却炉における燃焼のための空気である、請求項１に記載の気体処理装置。
前記磁気発生部が、前記管路部の長手方向において多段に接続される複数の磁気ユニットを備え、前記各磁気ユニットが、前記ハルバッハ配列される個々の前記磁石をそれぞれ嵌装させるための空洞を備えた非磁性材料のセルを有している、請求項１に記載の気体処理装置。
互いに隣接する２つの磁気ユニットが、同一の寸法及び同一の磁石配列を有し、かつ前記管路部の長手方向において各半径方向中心を一致させて配置されており、更に当該２つの各磁気ユニットが、前記半径方向中心周りにおいて位相が異なって配置されている、請求項３に記載の気体処理装置。
前記処理空間を長手方向に貫き、かつ、当該処理空間の半径方向中心を含む位置に、前記気体の流れを妨げる芯体が配置されている、請求項１に記載の気体処理装置。
前記磁気発生部がデュアル型であること、すなわち、前記管路部の外周部側に配置される前記ハルバッハ配列を備えた外側磁気発生部と、前記管路部の半径方向中心側に配置される前記ハルバッハ配列を備えた内側磁気発生部とを備えている、請求項１に記載の気体処理装置。