JPH02265691A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、磁場を利用して水質の改善或いは水の浄化を
行うことを目的とした水処理装置に関する。

（ロ）従来の技術 工業用水や飲料水等の給水系、冷却水等の循環水また使
用後の水を適切な処理をして放水する排水系等、水を利
用する施設の殆どのものは、流路を構成する配管或いは
途上にある水処理機器の腐食、及びスケールの付着とい
う問題を内包している。

それらの問題を予防する手段として防錆剤等の薬品の投
入が古くから行われているが、薬品の投入の場合は、薬
品の費用と水質に応じた投入量の管理が必要な点で労力
を要する。

また、特に上水道等飲用に供する給水系の場合は、安全
衛生上の観点から薬品の投入は好ましくない。

以上の様な前景から、化学薬品を用いずに電場や磁場を
使って物理的に水を処理し、配管や機器の腐食、スケー
ル付着を予防しようとする水処理装置が最近注目されて
きた。

例えば、電気学会研究会資料１’１ＡＧ−８８−１５５
０にそれらの水処理装置が紹介されているが、その中で
も磁場を利用した水処理装置は、既に多数のタイプのも
のが実用化されており、同装置は運転上の費用や労力が
殆どかからないことから注目を集めている。

この磁場を利用した水処理装置は、冷凍空調技術Ｖｏ１
．１．３４　Ｎｏ、４０３．　Ｐ１２０　”Ｐ＋２３（
１９８３）に説明されているように、その効果として、
１）スケールの生成防止と除去、２）水中微生物の抑制
、３）腐食防止を掲げられる。

しかし、実用化されている水処理装置の大部分が強い磁
場が形成されている磁極間の狭い間隙を流体が流れるよ
うになっており、流体中に鉄さび（Ｆｅｉｇ４）等の強
磁性微粒子が浮遊している場合は、磁極に吸着し、目詰
まりを起こしやすいという欠点がある。

そこで、水処理装置の上流に強磁性体微粒子を分離除去
する手段が講じられていることが好ましく、その−例と
して特開昭６３−５３９号に記載のものがある。

この公知例によれば、磁気処理装置の上流に流体中の強
磁性微粒子を吸着分離する為の別の磁石を内包する容器
を設置し、その磁石の磁極面に強磁性微粒子を吸着させ
るようになっている。また、この公知側以外の強磁性微
粒子の分離手段とじては、上流にストレーナや濾過槽等
の機械的な濾過装置を設置することが考えられる。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上述したように１．磁気処理装置に流入する流体中の強
磁性微粒子は、その前段で分離除去することが望ましい
が、流体中に浮遊している強磁性微粒子は非常に微小で
あり、しかも、連続的に供給されることが考えられ、特
に、上流の配管が鉄鋼を主体とする材料で構成されてい
る場合は、その可能性が非常に大きい。

しかし、特開昭６３−５３９号に記載されている公知例
では、磁石の磁極面に強磁性微粒子を直接吸着するよう
にしており、その吸着面積は限られている為、連続的に
供給される微小な強磁性微粒子を常時吸着するに足りる
能力は得られず、しかも−旦吸着した強磁性微粒子は磁
石の磁極面に直接吸着されているため、−船釣な洗浄等
の方法では容易に回収除去できないので長期の使用につ
いては磁石の交換が必要になるという問題がある。

また、ストレーナや濾過槽等では、極微小な粒子は除去
できず、かつ、強磁性微粒子のみならずすべての浮遊微
粒子を分離するので、すぐに目詰まりを起こし頻繁に逆
洗等の操作が必要になるという問題がある。

本発明は、前記の磁気処理装置に悪い影響を及ぼす強磁
性微粒子を効率良く選択的に分離除去することができる
水処理装置を提供することを目的とする。

（ニ）ｉＪ題を解決するための手段 本発明は、流体処理流路に、永久磁石、電磁石、超電導
磁石等により発生形成された磁界内に処理水を導入し、
同処理水中に多数の強磁性細線または磁性体小片からな
るフィルタエレメントとを配設した高勾配磁場により処
理水に浮遊している強磁性微粒子を吸着除去させる磁気
分離装置と、永久磁石、電磁石、超電導磁石等により発
生形成された磁界内を処理水を導入して磁気的処理を行
う磁気処理装置とを設置し、かつ、磁気分離装置を磁気
処理装置の前段に配設したことを特徴とする水処理装置
に係るものである。

（ホ）作用及び効果 上記したように、本発明では、前段にて、磁気分離装置
を用い、強磁性細線または磁性体小片の周囲に形成され
る高勾配磁場により水中に浮遊している磁性体微粒子を
効果的に吸着させ、後段にて、磁気処理装置内に形成し
た磁場内を流体が通過することにより、流体を構成する
水分子または水中に溶けている溶存物質、或いは水中に
浮遊している微粒子やコロイド物質の状態を変化せしむ
ることにより、下流に設置されている配管や機器の腐食
及びスケールの付着を防止することができる。

即ち、磁気処理装置の前段に、高勾配磁場を形成可能な
磁気分離装置を配設したことによって、磁気処理装置へ
流入する強磁性微粒子を効率良く選択的に除去し、長期
にわたり連続的に同磁気処理装置の性能を保持すること
ができる。

（へ）実施例 以下、添付図に示す実施例に基づいて、本発明に係る水
処理装置Ａを具体的に説明する。

第１図に示したように、本実施例は、ビルＢに水処理装
置Ａを設置した例である。

同図において、図示しない水道本管から分岐した第１給
水管１１は、止水栓１２．量水器１３を通して受水タン
ク１４に接続されている。

また、受水タンク１４は、ポンプ１５によって、第２給
水管１６を介してビルＢの屋上に設置した高置タンク１
７に接続されている。

さらに、高置タンク１７は、第３給水管１８によってビ
ルＢの各階の使用個所に接続されている。

かかる給水流路において、本発明の要旨をなす水処理装
置Ａは、第１給水管１１及び第３給水管１８の中途に設
けられている。

そして、同水処理装置Ａは、第１図に示すように、前段
装置を形成する磁気分離装置ＭＳＵと、後段装置を形成
する磁気処理装置１’ｌＴυとから形成されている。

ここに、磁気分離装置ＭＳＬＩは、後述するように、永
久磁石、電磁石、超電導磁石等により発生形成された磁
界内に処理水を導入し、同処理水中に多数の強磁性細線
または磁性体小片からなるフィルタエレメントを配置し
て、内部に磁気分離流路ｐｔを形成しており、同磁気分
離流路Ｐ２内に形成した高勾配磁場により、処理水に浮
遊している強磁性微粒子を吸着除去させることができる
。

一方、磁気処理装置ＭＴＩＩは、後述するように、永久
磁石、電磁石、超電導磁石等により発生形成された磁界
内を処理水を導入して磁気的処理を行うものである。

第２図〜第５図を参照して、水処理装置Ａの構造をさら
に詳細に説明する。

なお、本実施例では、水処理装置Ａを構成する磁気分離
装置ＭＳＵと磁気処理装置？ＩＴＩＩとは、水処理装置
Ａの全体構成のコンパクト化を図るために一体的に形成
されている。

しかし、磁気分離装置ＭＳＵと磁気処理装置ＭＴＵとは
、それぞれ独立した別体として形成することもできるこ
とは勿論である。

第２図及び第３図において、３０け軟鉄等を素材とする
リターンフレームであり、後述する永久磁石３１．３２
とともに、磁気回路を形成することができる。

本実施例において、かかるリターンフレーム３０は、上
下壁３０ａ、３０ｂと、左右側壁３０ｃ、　３０ｄとか
ら構成されている。

また、リターンフに一ム３０は、その上下壁３０ａ３０
ｂの内面に、それぞれ、矩形板状の上下永久磁石３１．
’３２を取付けており、両永久磁石３１．３２間に第３
図に示す磁界発生部Ｍが形成されている。

かかる磁界発生部Ｍ内部には、第４．５図に示すように
それぞれ流体流入口３３と流体流出口３４とを具備する
長尺の矩形箱体からなるひ磁性体セル３５と、同セル３
５内に並列状態に形成し、磁気処理装置ＭＴＵとして機
能する磁気処理槽３６と、磁気分離装置ＭＳＵとして機
能する磁気分離槽３７とから形成される。

そして、磁気処理槽３６内には磁気処理流路Ｐ１が設け
られるるとともに、磁気分離処理槽３７内には、上記磁
気処理流路Ｐ＋と連通連結する磁気分離流路Ｐ、が設け
られている。

なお、本実施例において、磁気分離槽３７は、屈曲流路
を形成するため、複数の区画処理槽３７ａ〜３７ｅより
構成されている。

第４図及び第５図を参照してさらに詳細に説明すると、
長尺箱体形状を有する非磁性体セル３５は、仕切板３８
．３９．４０，４１．４２によって一つの磁気処理槽３
６と、磁気分離処理槽３７を形成する五つの区画処理槽
３７ａ〜３７ｅに仕すられている。

そして、磁気処理装置Ｍ丁Ｕを形成する上記磁気処理槽
３６は、その内部に磁気処理流路ｐ、を形成するととも
に、その前面に流体流出口３４を設けており、一方、磁
気分離装置ＭＳＵを形成する区画処理槽３７ａ〜３７ｅ
は、それぞれ、その内部に磁気分離流路Ｐ２を形成する
とともに、その他端側に位置する区画処理槽３７ｅは、
その前面に流体流入口３３を設けている。

さらに、第４図に示すように、仕切＋ｆｆ３Ｂ、３９，
４０゜４１．４２のうち、仕切板３Ｂ、　４０．４２は
前端を非磁性体セル３５の前面に連結するとともにその
後端と非磁性体セル３５の下面との間に連絡流路４５，
４６．４７を形成している。一方、仕切板３９．４１は
後端を非磁性体セル３５の上面に連結するとともにその
上端と非磁性体セル３５の下面との間に連絡流路４８．
４９を形成している。

かかる構成によって、磁気処理装置ＭＴＵを構成する磁
気処理槽３６と、磁気分離装置ＭＳＵを構成する全区画
処理槽３７ａ〜３７ｅは、連絡通路４５．４８，４６゜
４９．４７を介して直列的にかつ屈曲しながら連通され
ることになり、非磁性体セル３５内に屈曲処理流路を形
成することができる。

また、第５図から明らかなように、磁気処理装置ＭＴＵ
を形成する磁気処理流路Ｐ１は、上下方向の間隔を薄く
して、その断面積を、磁気分離装置ｈｓｕを形成する各
区画処理槽３７ａ〜３７ｅの磁気分離流路Ｐ２の断面積
より小さくしている。

かかる構成によって、磁気処理装置ＭＴＵを形成する磁
気処理流路ｐ、は、磁気処理の高効率を確保するのに必
要な流速を得ることができる。

次に、磁気分離装置ＭＳＵを形成する各区画処理槽３７
ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ、３７ｅの内部構成につい
て説明する。

第４図及び第５図に示すように、フィルタエレメントと
して作用する多数の強磁性細線５ｏが、各区画処理槽３
７ａ、３７ｂ、、３７ｃ、３７ｄ、３７ｅの内で処理流
体の流れの方向と平行に配設されている。

そして、これらの強磁性細線５０は、等間隔を隔てて、
密で、しかも相互に平行に並設されている。

以下、上記した磁気分離装置ＭＳＵにおける高勾配磁場
の形成原理を説明する。

第６図に磁場の方向に直交するように強磁性細線５０を
配置した磁気分離装置ＭＳＵの概念的構成を示す。

即ち、第６図において、強磁性細線５０に対して垂直方
向の磁気分離装置ＭＳＵの断面が表されており、間隔を
開けて配設したＮ極磁石３１とＳ極磁石３２との間で、
流体は紙面に垂直に紙面の表から■（または裏から表）
へ流れていくことになる。

そして、かかる磁気分離装置ｈＳＵによって発生した磁
場において、磁力線４９の流れは、矢印を含む実線で示
すようになる。

即ち、磁力線４９は、Ｎ極磁石３１からＳ極磁石３２へ
向かうが、途中に配置されている強磁性細線５０内を集
積して流れ、強磁性細線５０の近傍は磁界が強磁性細線
５０の近傍のため為、高勾配の磁場が形成される。

従って流体中に浮遊している磁性微粒子５１は破線で示
す矢印に沿って強磁性細線５０に吸着する。

このように、磁気分離装置ＭＳＵでは、強磁性細線５０
に磁性微粒子５１を吸着させることができ、かつ、強磁
性細線５０の吸着能力は、磁化が大きい強磁性の磁性微
粒子５１に対して著しく大きくなる。

従って、Ｎ極磁石３１とＳ極磁石３２間に多数の強磁性
細線５０を配置しておけば、その吸着面積を増大させる
ことができ、多量の強磁性微粒子を効率良く確実に吸着
除去することができる。

さらに、磁気分離装置ＭＳＵの性能は、一般に、実効長
さＬｅを用いて、 Ｌｅ＝（Ｌ／ａ）（Ｖｍ／Ｖｏ）　　Ｈ’　　ＨＨＨＨ
’Ｌ　　Ｈ（１）ここに、Ｌとａはそれぞれ強磁性細線
５０の有効長と半径で、Ｖｏは処理水流速、Ｖｍは次式
（２）で与えられる磁気速度である。

Ｖｍ＝（２／９）（Ｘｐ　　・Ｍｓ−Ｈｏ・ｂ”／　　
＋７　・ａ）　・・１２）上記式（２）で、χρとｂは
磁性微粒子５１の比磁化率と半径、Ｍｓは強磁性細線の
飽和磁束密度、Ｈｏは印加磁界の強さ、ηは磁性微粒子
５１に対する流体の粘性係数である。

つまり、Ｌｅの値が大きいほど高勾配磁気分離としての
性能は向上することになり、磁気分離装置ｌｌ５Ｕの磁
性微粒子５１の吸着除去性能を向上させるには、式（１
）で示される処理水流速Ｖｏを低下させればよく、故に
、磁気分離装置ＭＳＵを構成する各区画処理槽３７ａ、
３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ、３７ｅ内に形成した磁気分離
流路Ｐ２は、その断面積゛を磁気処理流路Ｐ１の断面積
より大きくしているので、処理水の流速を低下すること
ができ、より高い磁気分離性能を提供することが可能と
なる。

次に上記構成を有する水処理装置Ａによる処理水の処理
方法について説明する。

処理水は、まず、流体流入口３３を通して磁気分離装置
ＭＳＵ内、即ち、屈曲処理流路を形成する複数の磁気分
離流路ｐ、内を通過し、その後、磁気処理流路Ｐ、内に
流入し、最後に、流体流出口３４より所望の個所へ送給
されることになる。

このように、本実施例では、水処理装置Ａは、前段にて
、磁気分離装置）’１ｓｔｌを用い、強磁性細線５０の
周囲に形成される高勾配磁場内により水中に浮遊してい
る強磁性微粒子を効果的に吸着させ、後段にて、磁気処
理装置ＭＴＵ内に形成した磁場内を流体が通過すること
により、流体を構成する水分子または水中に溶けている
溶存物質、或いは水中に浮遊している微粒子やコロイド
物質の状態を変化せしむることにより、下流に設置され
ている配管や機器の腐食及びスケールの付着を防止する
ことができる。

即ち、磁気処理装置ＭＴｔｌの前段に、高勾配磁場を形
成可能な磁気分離装置ＭＳυを配設したことによって、
磁気処理装置ＭＴｔｌへ流入する強磁性微粒子を効率良
く選択的に除去し、長期にわたり連続的に同磁気処理装
置ＭＴＵの性能を保持することができる。

また、本実施例では、同一の水処理装置Ａ内に磁気分離
装置ｈｓｕと磁気処理装置−ＴＵとを形成することがで
きるので、水処理装置Ａの構造をコンパクトに保持しな
がら、処理水の磁気処理と磁気分離を行うことができ、
強磁性微粒子を効果的に除去することができる。

さらに、本実施例では、磁気処理流路Ｐ、の断面積と磁
気分離流路Ｐ２の断面積を異ならせている、即ち、磁気
処理流路Ｐ、の断面積を磁気分離流路Ｐ２の断面積より
小さくしている。

従って、流路断面積が狭い磁気処理流路Ｐ１において、
流速を磁気処理を行うのに最も適した速度に設定するこ
とが可能となり、磁気処理の効果の効率を顕著に向上さ
せることが出来る さらに、流路断面積が広い磁気分離流路Ｐ、においでは
、流速を磁気処理流路Ｐ１よりもかなり低下させること
が可能となり、磁気分離の磁性微粒子除去性能を顕著に
向上させることが出来る。

従って、上述した強磁性微粒子の除去効果をさらに向上
することができる。

なお、上記した実施例において、磁場を形成するに際し
ては永久磁石３１．３２を用いたが、これに限定される
ものではなく、電磁石、超電導磁石等により磁場を形成
することもできる。

また、強磁性細線５０は、腐食等を考慮して、強磁性の
ステンレス線を用いるのが好ましいが、何らステンレス
線に限定されるものではなく、強磁性を有するものであ
れば、他の素材からなる線を用いることもできる。

さらに、強磁性細線５０は、綱目状或いは実状に織り込
まれてたもの、グラスウール状に形成したもの、磁性体
の薄板をエツチングまたは打ち抜き等により細線部分が
残るように加工したもの、又は、非磁性体薄板に強磁性
体をプリント加工したものとすることもできる。

また、第１表に、磁気分離装置ＭＳＩＩを形成する磁気
分離流路Ｐ！に用いられる強磁性細線の好ましい特性及
び流路空間占積率を示す。

第１表 しかし、強磁性細線５０は、何ら強磁性体のステンレス
線等の線状体に限定されるものではなく、例えば、フィ
ラメント状、帯状、或いは、強磁性体小片を用いること
もできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る水処理装置をビルに設置した場合
の設置状態説明図、第２図は水処理装置の全体構造を示
す斜視図、第３図は水処理装置の概念的断面側面図、第
４図は同断面平面図、第５図は第４図１−１線による断
面図、第６図は高勾配磁気分離の原理説明図である。 第１図 図中、 Ａ：水処理装置 ＭＳＩＩ　：磁気分離装置 ＭＴＵ　：磁気処理装置 Ｐｌ：磁気処理流路 Ｐ２：磁気分離流路 ３０：　　リターンフレーム ３１：永久磁石 ３２：永久磁石 ５０：強磁性細線 ５１：＠性徴粒子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体処理流路に、永久磁石、電磁石、超電導磁石等
   により発生形成された磁界内に処理水を導入し、同処理
   水中に多数の強磁性細線または磁性体小片からなるフィ
   ルタエレメントとを配設した高勾配磁場により処理水に
   浮遊している磁性体微粒子を吸着除去させる磁気分離装
   置（ＭＳＵ）と、永久磁石、電磁石、超電導磁石等によ
   り発生形成された磁界内を処理水を導入して磁気的処理
   を行う磁気処理装置（ＭＴＵ）とを設置し、かつ、磁気
   分離装置（ＭＳＵ）を磁気処理装置（ＭＴＵ）の前段に
   配設したことを特徴とする水処理装置。 ２、磁気分離装置（ＭＳＵ）のフィルタエレメントを構
   成する磁性線は、網目状或いは簾状に織り込まれている
   ことを特徴とする請求項１記載の水処理装置。 ３、磁気分離装置（ＭＳＵ）のフィルタエレメントを構
   成する磁性線は、グラスウール状に形成されていること
   を特徴とする請求項１記載の水処理装置。 ４、磁気分離装置（ＭＳＵ）のフィルタエレメントを構
   成する磁性線は、磁性体の薄板をエッチングまたは打ち
   抜き等により線部分が残るように加工したもの、又は非
   磁性体薄板に強磁性体をプリント加工したものからなる
   ことを特徴とする請求項１記載の水処理装置。