KR100863891B1

KR100863891B1 - 자화장치

Info

Publication number: KR100863891B1
Application number: KR1020070024239A
Authority: KR
Inventors: 서희동
Original assignee: 서희동
Priority date: 2007-03-13
Filing date: 2007-03-13
Publication date: 2008-10-17
Also published as: KR20080083734A

Abstract

본 발명은 물을 자화처리하는 자화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수돗물이나 지하수와 같은 용수를 자화처리하는 자화장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 비자성강(Non-magnetic steel)의 원형 용기(Vessel) 내에 자성체 충전물(6)을 충전(充塡)하고, 외부에는 링(Ring) 모양의 코일 포머(Coil former: 4)에 코일(Coil: 5)을 감고, 코일(5) 외부에 냉각관(7)을 설치하고, 코일(5)에 전류를 인가(印加)하였을 때 자기장(Magnetic field)을 생성할 수 있는 구조로 된 자화장치(3)이다.

원수 저장조(1)에 유입된 용수를 원수 이송펌프(2)로 자화장치(3) 하부로 공급하여 원수 저장조(1)로 유입수 유량의 1∼4배의 유량을 반송하면서, 정류기(8)로부터 2∼20볼트(Volt)의 직류전기를 인가(印加)하여 용수를 자화처리 한다.

자화장치, 자화, 자성체, 코일, 정류기, 코일 포머(Coil former), 자기장

Description

자화장치{Magnetizer}

제1도는 자화장치도

제2도는 원수의 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭 값의 측정도

제2도는 자화처리수의 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭 값의 측정도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 원수 저장조 2: 원수 이송펌프

3: 자화장치 4: 코일 포머(Coil former)

5: 코일(coil) 6: 자성체 충전물

7: 냉각관 8: 정류기

9: 처리수조 10: 처리수 이송펌프

FI: 유량 지시계(Flow indicator) TI: 온도 지시계(Temprtature indicator)

본 발명은 물을 자화처리하는 자화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비자성강(Non-magnetic steel)의 원형 용기(Vessel) 내에 자성체 충전물을 충전(充塡) 하고, 외부에는 링(Ring) 모양의 코일 포머(Coil former)에 코일(Coil)을 감고, 코일 외부에 냉각관을 설치한 구조로 된 자화장치에 관한 것이다.

유체가 자기력선(Lines of magnetic force)을 가로지르는 방향으로 운동하면 전류가 흘러 새로운 자기장(Magnetic field)이 발생하고, 또 자기장(Magnetic field) 속에 전류가 흐르면 유체에 힘이 작용하여 운동상태를 바꾼다. 이러한 유체운동과 자기장의 상호작용(相互作用)은 자기유체역학(MHD: Magneto-Hydro Dynamics)에 의해 설명된다.

물(유체)이 자계(磁界)를 형성한 N극과 S극으로 대칭된 자석의 자장 사이로 물이 통과하게 되면 유체의 제타(Zeta) 전위에 변화를 주어 로렌츠의 힘(Lorentz Force)이 발생하게 되어, 물의 구성분자들이 갖고 있는 고유의 총전하(總電荷)의 자기작용에 외부자기증폭을 가해 줌으로서 단일구성분자로 재구성, 균일한 분자 배열대에 놓이게 된다. 유체가 물인 경우 물 분자의 클러스터(Cluster) 수치가 작아지면서 분자에너지를 활성화하는 기능수(자화수)로 변하게 되는 것이다. 이것을 학계에서는 분극작용(Polarization)이라 한다.

이렇게 처리된 자화수는 자성 배열대에서는 관석(罐石: Scale) 등에 충격을 주어 결합, 응집력을 약하게 하며, 계속하여 자유전자가 공급되면 표면장력이 감소하여 이미 생성된 스케일(Scale)도 서서히 미세화되어 스케일(Scale) 생성이 억제하게 되면서 침투력, 용해력, 세정력, 정화력 등이 향상된 물로 된다.

자화수를 생성하는 메커니즘(Mechanism)은, 물(유체)을 자석의 N극과 S극 사이의 자장을 수직방향으로 통과토록 하면, 전기여기작용(電氣勵起作用)이 일어나 에너지(Energy)가 발생하여 물 분자 클러스터(Cluster)의 수소결합(水素結合)이 부분적으로 절단되면서 소형의 클러스터로 분할된다.

자기유체역학(MHD: Magneto-Hydro Dynamics)은, 유체의 흐름에 직각으로 자력선(磁力線)을 주면, 쌍방의 직각의 방향으로 전압(E)이 발생하며, 이 전압(E)은 자력선의 힘(자속밀도: B)과 액체의 유속(V)에 비례한다.

E = V X B, (E: 전압 V: 액체 유속 B: 자속밀도) ………………①

그리고 자석과 자석 사이의 자장에서 자속밀도(B)는, 자석과 자석 사이의 거리(d) 2승에 반비례한다.

B = B₀(1/d²) …………………………………………………………②

따라서 자화처리 효율을 향상하기 위해서는 보자력(保磁力)이 큰 자석을 사용하여 자석과 자석 사이의 거리(d)를 가깝게 하고, 유속을 빨리 해야한다.

이 기전력(起電力)에 의해서, 유체(물)로부터 자유전자가 빼앗겨(환원 현상) 분자의 전자결합이 붕괴하여, 유체(물) 분자는 미세화된다. 이 현상에 의해서 물 분자의 연쇄결합이 무너져 클러스터(Cluster)가 작아진다. 이와 같이 자화처리된 물을 "자화수(磁化水)"라 한다.

물 분자는 상호 수소결합(水素結合)에 의해서 집단(Cluster)을 형성하고 있으며, 이와 같은 물(유체)이 자석의 자계(磁界) 내를 직각으로 횡단할 때, 물의 자유전자(自由電子)의 분극(分極)이 일어나, 유도전압(誘導電壓)을 발생하며, 이 유도전압에 의해서 전기 에너지를 흡수하여 수소결합이 끊어져 소집단화(小集團化)되 어 작은 물 분자 집단인 소집단수(小集團水)로 처리된다.

물 분자의 집단수(集團數)를 직접 측정하는 방법은 아직까지 개발되어 있지 않았으나, 핵자기공명(核磁氣共鳴: Nuclear magnetic resonance, NMR) ¹⁷O-NMR 반치폭(半値幅)의 값(㎐)을 측정하여 간접적으로 측정하는 방법이 개발되어 있는데, 물 분자 집단수는 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭(半値幅) 값(㎐)의 약 1/10에 해당하는 것으로 알려져 있다.

자연의 하천수나 수돗물의 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭 값은 130∼150㎐으로, 13∼15개의 물 분자가 집단체(集團體)를 형성하고 있다.

자기장(Magnetic field)을 발생시키는 방법으로는, 영구자석(Permanent magnet)에 의한 방법, 솔레노이드(solenoid)에 의한 방법, 헤름홀쯔코일(Helmholtz coil)에 의한 방법, 캐패시터 뱅크(Capacitor bank)에 의한 방법, 전자석(Electro-magnet)에 의한 방법으로 크게 나눌 수 있다.

종래의 물의 자화처리를 하는 자화장치로는 상기의 영구자석을 유체를 이송하는 배관에 설치한 자화장치가 개발되어 있으나, 영구자석은 높은 자속밀도를 형성할 수 없기 때문에 자화처리 효율이 떨어지는 문제점이 있으면서 처리용량이 큰 경우 배관의 관경이 커지는 경우는 상기 ②의 식에 나타낸 바와 같이, 배관의 관경이 커지면서 자석과 자석 간의 거리(d)가 멀어지면서 자속밀도가 떨어져 자화처리 효율이 저하하는 문제점이 있다.

그래서 상기의 영구자석을 이용한 자화장치의 문제점을 보완하기 위한 기술 로써, 솔레노이드(solenoid)에 의한 방법에 의한 대한민국 실용신안 등록번호 제20-0333933호, 헤름홀쯔코일(Helmholtz coil)에 의한 방법을 이용한 일본 특허공표 제2003-534127호와 전자석(Electro-magnet)의 원리를 이용한 방법으로 일본 특허공개 평(平) 제2002-200491호의 방법이 제시되어 있으나, 단순한 자기장을 발생시킨 자계로 유체를 통과하여 자화처리를 하였을 때는 자화처리 효율이 낮은 문제점이 있다.

본 발명에서는 솔레노이드 형태의 자화기 내부에 자철광과 같은 자성체를 충전하고 솔레노이드 코일에 전류를 인가하면, 솔레노이드 내부의 자성체는 높은 자속밀도를 가지는 전자석의 역할을 하면서 자화효율이 우수한 것을 알게 되어, 이의 원리를 이용한 자화장치를 제공코자 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 물 분자의 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값이 70㎐ 이하로 자화처리를 할 수 자화장치를 제공하는 데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 자화장치 내부에 자성체 충전물을 충전하고, 자화장치 외부에 솔레노이드 코일을 감아 정류기로부터 직류전기를 인가하였을 때 자화장치 내부의 높은 자기장이 형성되도록 하여 자화처리 효율이 높은 자화장치를 제공하는 데 특징이 있는 것이다.

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 자화장치(3)는 비자성강(Non-magnetic steel)의 원형 용기(Vessel) 내에 자성체 충전물(6)을 충전(充塡)하고, 외부에는 링(Ring) 모양의 코일 포머(Coil former: 비자성체로 된 코일지지 틀)에 코일(Coil: 5)을 감고, 코일(5) 외부에 냉각관(7)을 설치하고, 코일(5)에 전류를 인가(印加)하였을 때 자기장(Magnetic field)을 생성할 수 있는 구조로 되어 있다.

자화장치(3) 내부에 충전하는 자성체 충전물(6)은 천연에서 채굴(採掘)되는 자철광(磁鐵鑛)을 1∼20㎜Φ 크기로 파쇄한 자철광 괴(塊)나, 시중에서 판매되는 자성 세라믹스(Ferrite ceramics) 중에서 한 종류나 두 종류를 혼합한 것을 사용한다.

코일 포머(Coil former: 4)는 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), ABS수지(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 플루오르 수지(Fluororesin), 아크릴 수지(Acrylic resin), 에폭시 수지(Epoxy resin), 베이클라이트(Bakelite), 에보나이트(Ebonite), 플라스틱(Plastic), 유리섬유강화플라스틱(Fiber glass reinforced plastic, FRP), 나무, 알루미늄(Aluminium), 오스테나이트(Austenite) 조직을 가지는 스테인리스 스틸(Stainless steel), 티타늄(Titanium), 아연, 황동, 청동, 세라믹스(Ceramics)와 같은 비자성체(非磁性體) 재질 중에서 한 종류를 사용한다.

자화장치(3)의 재질은, 자기누설(Magnetic leakage)을 막기 위하여 비자성체 조직(組織)인 오스테나이트(Austenite) 조직을 가지는 스테인리스 스틸(Stainless steel), 티타늄(Titanium), 알루미늄(Aluminium), 아연, 황동, 청동, 세라믹스(Ceramics), 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), ABS 수지(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 플루오르 수지(Fluororesin), 아크릴 수지(Acrylic resin), 에폭시 수지(Epoxy resin), 베이클라이트(Bakelite), 에보나이트(Ebonite), 플라스틱(Plastic), 유리섬유강화플라스틱(Fiber glass reinforced plastic, FRP) 중에서 한 종류를 사용한다.

정류기(8)로부터 코일(5)에 인가하는 전압과 전류는 처리용량에 따라서 차이가 있지만, 자화장치(3) 내에서 보자력(保磁力)이 5,000∼20,000가우스(Gauss) 범위가 되게 인가하며, 주파수는 30∼350㎐의 범위로 한다.

자화장치(3) 내부의 자장을 통과하는 물 분자 집단은 피코초(Picosecond)에 순간적으로 소집단화되기 때문에 체류시간은 별 의미가 없으며, 자화장치(3)의 높이(길이)는 50∼120㎝로 한다.

그리고 유체가 자화장치(3) 내부의 자계를 통과하는 속도(유속)는 자장의 통과 속도가 빠를수록 처리효율이 향상되지만, 1.5∼4m/sec 범위로 유로의 단면적(斷面積)을 결정한다.

그리고 코일 포머(4)에 설치된 온도지시계(TI: Temperature indicator)의 온도가 50℃ 이하가 유지되도록 냉각관(7)에 냉각수를 공급한다.

용수(用水)의 자화처리는 유입수가 원수 저장조(1)에 유입되면 원수 이송펌프(2)로 자화장치(3) 하부로 공급하여 원수 저장조(1)로 유입수 유량의 1∼4배의 유량을 반송하면서, 정류기(8)로부터 2∼20볼트(Volt)의 직류전기를 인가(印加)하여 용수를 자화처리를 하여 처리수조(9)로 보내었다가, 처리수 이송펌프(10)로 필요로 하는 곳으로 이송한다.

[실시 예1]

티타늄 관의 내경(內徑)이 40㎜Φ, 높이가 600㎜인 자화장치(3)에. 내경이 50㎜Φ, 높이(폭)가 400㎜인 베이클라이트 재질의 코일 포머(4)에, 굵기가 3.5㎜Φ인 코일을 3,600회를 감고, 외부에 냉각관(7)을 설치하고, 자화장치(3) 내부에는 5∼10㎜Φ로 파쇄한 자철광을 충전한 자화장치(3)를 제작하였다.

지하 150m 암반에서, 도 2에서와 같이 핵자기공명 ¹⁷O-NMR의 반치폭의 값이 126.5㎐인 지하수 2.5㎥/시간을 취수하여 비육돈의 음용수로 급여하는 가축의 음용수를, 코일 포머(4)의 코일(5)에 정류기(8)로부터 4볼트(Volt)로 인가하면서, 취수된 지하수를 자화장치(3) 하부로 10㎥/시간으로 공급하여 7.5㎥/시간의 유량을 원수 저장조(1)로 반송하고, 2.5㎥/시간의 유량은 처리수 저장조(8)로 보내었다.

처리수 저장조(8)의 처리수 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값을 측정한 결과는 도 3에서 보는 바와 같이 70㎐로 처리되었다.

그리고 자화장치(3) 외부에 설치된 냉각수코일에 냉각수를 공급하여 코일 포머(4)에 감은 코일의 온도가 40∼50℃ 범위로 유지되게 냉각수를 공급하였다.

비육돈 약 3,000 두를 25∼30㎏에서 105∼110㎏까지 사육하는 축산농가에서 지하 150m 지하의 지하수를 취수하여 가축 음용수로 급여한 경우 사육일수가 평균 107일이 소요되었으나, 상기의 자화처리를 한 음용수를 급여한 경우에는 평균 사육일수가 92일로, 성장일수가 15일 정도 단축되는 결과를 가져왔다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 수돗물이나 지하수와 같은 용수를 자화처리를 하였을 때 자화처리 단독으로도 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값이 70㎐ 이하로 처리를 할 수 있기 때문에 용수를 자화처리를 하여 수질을 개질(改質) 하는 경우에 널리 이용되는 효과가 있을 것으로 기대된다.

Claims

비자성강(Non-magnetic steel)의 원형 용기(Vessel) 내에 자성체 충전물(6)을 충전(充塡)하고, 외부에는 링(Ring) 모양의 코일 포머(Coil former: 4)에 코일(Coil: 5)을 감고, 코일(5) 외부에 냉각관(7)을 설치하고, 코일(5)에 전류를 인가(印加)하였을 때 자기장(Magnetic field)을 생성할 수 있는 구조로 되어 있는 자화장치.