(57)【要約】【課題】本発明の課題は、水が介在する界面の電位状態を、電磁場を印加することで、プラス、又はマイナス、あるいは中性に制御し、スケール付着防止、凝集・沈殿・分散制御、その他環境浄化や界面電気現象が関わる諸分野に広く応用可能な、界面電位の制御方法を提供することである。【解決手段】水が介在する界面の電位状態を、水を含む流体に対して、適切な電磁場周波数、及び磁束密度を選定して印加し、水が介在する界面の電位を、プラス、又はマイナス、あるいは中性に制御することを特徴とする界面電位の制御方法とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水が介在する界面の電位状態を、電磁場周波数、及び磁束密度を選定し、水を含む流体に対して、前記電磁場周波数、及び磁束密度を印加することで、水が介在する界面の電位状態を、プラス、又はマイナス、あるいは中性に制御する、界面電位の制御方法であって、
前記電磁場周波数の範囲は、５００Ｈｚ以上から５００ｋＨｚ以下、
前記磁束密度の範囲は、１０μＴ以上から１０ｍＴ以下とすることを特徴とする界面電位の制御方法。
【請求項２】
水を含む流体に対して、界面活性剤等の電気的極性に影響する薬品を添加し、請求項１に記載した電磁場周波数、及び磁束密度を印加し、水が介在する界面の電位状態を、プラス、又はマイナス、あるいは中性に制御することを特徴とする請求項１記載の界面電位の制御方法。
【請求項３】
前記水が介在する界面の電位状態に関与する物質は、結晶粒子であり、適切な電磁場周波数、及び磁束密度を選定し、水を含む流体に対して印加することで、水と  結晶粒子の界面の電位状態を、プラス、又はマイナスに制御し、配管や熱交換器の表面への付着を防止することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の界面電位の制御方法。
【請求項４】
前記電磁場周波数３ｋＨｚ〜４．５ｋＨｚの条件において、前記水が介在する界面の電位状態を、プラスまたはマイナス、
７ｋＨｚ〜１２ｋＨｚ、及び１５ｋＨｚ〜１９ｋＨｚの条件においてマイナス、
５ｋＨｚ〜６ｋＨｚの条件において、中性、
１４ｋＨｚ±１ｋＨｚ、及び２０ｋＨｚ±１ｋＨｚの条件においてプラス、又はマイナスに、変化させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の界面電位の制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載の電磁場周波数を用い、磁束密度を５０μＴ以上から５．０ｍＴ以下の範囲で、前記界面電位変化が、プラス、又はマイナス、中性となる磁束密度を選定することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項記載の界面電位の制御方法。
【請求項６】
請求項４に記載の電磁場周波数、及び請求項５に記載の磁束密度を選定し、水を含む流体に対して、電磁場を印加することによって、水と結晶粒子の界面の電位状態を、プラス、又はマイナス、あるいは中性に制御し、配管や熱交換器の表面への付着を防止することを特徴とする界面電位の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境浄化や界面電気現象が関わる諸分野に広く応用可能な、界面電位の物理的制御法に関し、凝集・分散や沈殿、結晶成長等に関わる界面電位を、水を含む流体に対して、特定の周波数と磁束密度の電磁場を印加することにより物理的に制御する、界面電位の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水を含む流体へ交流電磁場を印加し、スケール付着を抑制する方法が、既に実用利用されている。発明者等は、特定周波数の交流電磁場によって、配管等へのスケール付着を抑制できることを見出し（以下、「電磁処理」と称す）、これまでにいくつかの特許出願を行ってきた。特許文献１（特許第３６７４６７６号）、特許文献２（特許第４２４０３８６号）、特許文献３（特許第４３０５８５５号）、特許文献４（特許第４９８８６８４号）
本電磁処理法においては、発明者によって、電磁場周波数の重要性が明らかにされ、これまでに４ｋＨｚ及び８ｋＨｚという特徴的周波数が見出された。また、これをフェライト製ヨークに巻き付けたヨーク型コイルを利用することで、高い電磁処理効果が得られることも明らかになった。特許文献４（特許第４９８８６８４号）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６７４６７６号公報
【特許文献２】特許第４２４０３８６号公報
【特許文献３】特許第４３０５８５５号公報
【特許文献４】特許第４９８８６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２，３，４では、電磁処理効果においては、電磁場周波数の他、電磁場強度も重要なファクターであることを示唆している。しかし、これまでは実験装置の制約から、広範囲な電磁場周波数、及び電磁場強度の影響は明らかになっておらず、電磁処理効果の支配因子は不明のままであった。
発明者は、広範囲な電磁場周波数に対応でき、出力電流可変の電磁場発生装置を製作し、電磁処理によるスケール結晶核の界面電位変化の確認を通して、この影響を調査した。
【０００５】
本発明の課題は、水が介在する固液・気液・液液等の界面の電位状態を、水を含む流体に対して、適切な電磁場周波数、及び電磁場強度、具体的には磁束密度を選定し、これを印加することで、プラス、又はマイナス、あるいは中性に制御する界面電位の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に係る界面電位の制御方法は、水が介在する界面の電位状態を、電磁場周波数、及び磁束密度を選定し、水を含む流体に対して、前記電磁場周波数、及び磁束密度を印加することで、水が介在する界面の電位状態を、プラス、又はマイナス、あるいは中性に制御する、界面電位の制御方法であって、前記電磁場周波数の範囲は、５００Ｈｚ以上から５００ｋＨｚ以下、前記磁束密度の範囲は、１０μＴ以上から１０ｍＴ以下とすることを特徴とする界面電位の制御方法である。
【０００７】
本発明の請求項２に係る界面電位の制御方法は、前記水を含む流体に対して、界面活性剤等の電気的極性に影響する薬品を添加し、請求項１に記載する方法で電磁場周波数、及び磁束密度を印加し、水が介在する界面の電位状態を、プラス、又はマイナス、あるいは中性に制御する界面電位の制御方法である。
【０００８】
本発明の請求項３に係る界面電位の制御方法は、前記界面の電位状態に関与する物質は、結晶粒子であり、適切な電磁場周波数、及び磁束密度を選定し、水を含む流体に対して印加することで、水と結晶粒子の界面電位を、プラス、又はマイナス、あるいは中性に制御し、配管や熱交換器の表面へのスケール物質の付着を防止することを特徴とする請求項１又は２記載の界面電位の制御方法である。
【０００９】
本発明の請求項４に係る界面電位の制御方法は、前記電磁場周波数が、３ｋＨｚ  〜４．５ｋＨｚの条件において、前記水が介在する界面の電位状態を、プラスまたはマイナス、７ｋＨｚ〜１２ｋＨｚ、及び１５ｋＨｚ〜１９ｋＨｚの条件において、界面電位がマイナス、５ｋＨｚ〜６ｋＨｚの条件において、界面電位が中性、１４ｋＨｚ±１ｋＨｚ、及び２０ｋＨｚ±１ｋＨｚの条件において、界面電位がプラスまたはマイナスに変化することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の界面電位の制御方法である。
【００１０】
本発明の請求項５に係る界面電位の制御方法は、請求項４に記載の電磁場周波数を用い、前記磁束密度の範囲が、５０μＴ以上から５ｍＴ以下であり、界面電位変化が好適となる強度の磁束密度を選定して、電磁場印加することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の界面電位の制御方法である。
【００１１】
本発明の請求項６に係る界面電位の制御方法は、請求項４に記載の電磁場周波数、及び請求項５に記載の磁束密度範囲から、界面電位変化が好適となる電磁場周波数と磁束密度を選定し、水を含む流体に対して、前記電磁場を印加することによって、結晶粒子の界面電位をプラスまたはマイナス、あるいは中性に制御し、スケール物質の付着を防止することを特徴とする界面電位の制御方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１に係る界面電位の制御方法によれば、水が介在する界面の電位を、適切な電磁場周波数を設定し、適切な電磁場強度、具体的には適切な磁束密度を印加することで、水が介在する界面の電位状態を、プラス、又はマイナス、あるいは中性に制御できる効果がある。
【００１３】
本発明の請求項２に係る界面電位の制御方法によれば、水を含む流体に対して、界面活性剤等の薬品を添加することにより、請求項１と同じく、適切な電磁場周波数を設定し、適切な電磁場強度、具体的には適切な磁束密度を印加して、水が介在する界面の電位状態を、プラス、又はマイナス、あるいは中性に制御できる効果がある。
【００１４】
本発明の請求項３に係る界面電位の制御方法によれば、水と結晶粒子の界面の電位状態をプラス、又はマイナスに制御し、配管や熱交換器の表面との電気的斥力により、スケール物質の配管等の表面への付着を防止できる効果がある。
【００１５】
本発明の請求項４に係る界面電位の制御方法によれば、電磁場周波数が、３ｋＨｚ〜４．５ｋＨｚにおいては、水を含む流体の状態により、水が介在する界面の電位状態を、プラス、又はマイナス、
７ｋＨｚ〜１２ｋＨｚ、及び１５ｋＨｚ〜１９ｋＨｚにおいてはマイナス、
５ｋＨｚ〜６ｋＨｚにおいては中性、
１４ｋＨｚ±１ｋＨｚ、及び２０ｋＨｚ±１ｋＨｚにおいては、水を含む流体の状態によりプラス、又はマイナスに、制御できる効果がある。
【００１６】
本発明の請求項５に係る界面電位の制御方法によれば、請求項４に記載の電磁場周波数に設定しながら、磁束密度を５０μＴ以上から５ｍＴ以下の範囲において、前記界面電位変化が最適となる磁束密度を選定することで、水が介在する界面の電位状態を、プラス、又はマイナス、あるいは中性に制御できる効果がある。また、電磁処理効果における支配因子として、磁束密度依存性が明らかになったことから、電源装置の小型化が達せられる効果がある。
【００１７】
本発明の請求項６に係る界面電位の制御方法によれば、水と結晶粒子の界面の電位状態を、プラス、又はマイナス、あるいは中性に制御し、配管や熱交換器の表面への付着を防止することを特徴とする界面電位の制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例に使用した実験装置の図。
【図２】表１の水質条件にて、実験を行った電磁場周波数、磁束密度における、机上試験による電磁処理効果の定性判定結果。
【図３】定性判定結果の模式化の図。
【図４】ＱＣＭによるスケール付着質量測定結果の図。
【図５】松代温泉地熱水に対する電磁処理効果の図。
【図６】清里温泉地熱水に対する電磁処理効果の図。
【図７】清里温泉地熱水に対する電磁処理効果（磁束密度依存性）の図。
【図８】清里温泉地熱水に対する薬品添加と電磁処理効果の図。
【図９】模擬水に対する電磁処理効果の図。
【図１０】冷却水に対する電磁処理効果の図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の界面電位の制御方法において、直接被処理流体に作用するのは電磁場であり、適切な電磁場の周波数と、磁束密度の選定がキーファクターとなっている。本発明における、電磁場発生の方法について、以下に説明する。
（電磁場発生の方法）
磁場を発生させるためには、永久磁石を用いない限り、コイルに電流を流すことになる。発生する磁場は流す電流に比例し、ビオ・サバールの法則として１９世紀に古典電磁気学の問題として解決されている。
単純な多層ソレノイドコイルを巻いたとき、無限長コイルの場合、コイルの中に発生する磁場Ｈ  ［Ａ／ｍ］は、単位長さ当りの巻き数Ｎ  ［ｍ−１］、電流値Ｉ  ［Ａ］として、
【数１】
2020078776.tif 000003
となる。これに透磁率：μ０  ＝  ４π×１０−７  ［Ｈ／ｍ］を乗じると磁束密度：Ｂ  ［Ｔ］を得る。（実際のコイルは有限長であるから、係数がかかる）よって、強い磁場を得るためには、コイルの巻き数を多くする、及び／又は大きな電流を流すことが必要である。
【００２０】
直流の場合、コイル形状の工夫に加え、導体中に発生するジュール熱や導体内のマックスウェル応力への対応が求められるが、交流の場合は更に別の因子が交差してくる。
電気抵抗：Ｒ  ［Ω］の抵抗、自己インダクタンス：Ｌ  ［Ｈ］のコイル、電気容量：Ｃ［Ｆ］のコンデンサーからなるＲＬＣ直列回路を考える。この回路の交流インピーダンス：Ｚ［Ω］は、角振動数：ω  ［ｒａｄ／ｓ］  ＝２πｆ（ｆ［Ｈｚ］）として、
【数２】
2020078776.tif 000004
である。従って回路全体の抵抗値は、導体の電気抵抗の他、コイルの自己インダクタンス、コンデンサーの電気容量及び交流周波数に依存する。すなわち、自己インダクタンス、及び周波数が増加すればするほど回路の抵抗が増大し、電流は流れにくくなる。
この問題から、電磁場周波数と電磁場強度を一定に制御した実験を行うことは容易なことではなく、電磁処理に係る既出願特許においても、電磁場強度に関して曖昧なままであった。
【００２１】
発明者は、交流回路のＬＣ共振現象を適用することで、交流インピーダンスを打ち消してコイルに一定電流を流すなどの工夫をし、電磁場周波数と電磁場強度、具体的には磁束密度を制御して実験を行った。
ここでＬＣ共振とは、上式中のＬとＣの項が打ち消し合うような角振動数を共振角振動数：ω０といい、
【数３】
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この条件を満たすとき、理論上、回路全体の抵抗は導体の電気抵抗のみとなる。よって、交流にて、コイル中に強い磁場を得たいとき、使用する周波数に対して共振する電気容量を持ったコンデンサーを直列に接続すれば、回路のインピーダンスを下げることができ、より多くの電流を流すことができることになる。
【００２２】
発明者は、ファンクションシンセサイザとバイポーラ電源を用い、様々な周波数に対して、コイルに流れる電流値を一定に制御するために、上記共振周波数に対応する様々な容量のコンデンサー回路を用意し、電磁場周波数と電磁場強度、具体的には磁束密度に対する電磁処理効果の確認を行った。
【００２３】
（電磁処理効果の確認）
電磁処理効果の確認には、特許第４１１６００２号「被処理水の机上試験方法」に示した定性判定、及び特願２０１７−１４８５３２「スケール付着の定量判定方法」に示したＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）定量測定を用いた。
【００２４】
（実験方法）
ファンクションシンセサイザによって各周波数の正弦波信号を発振させ、高速バイポーラ電源により同信号電流を増幅し、空芯コイル、又はヨークコイルといった電磁場発振部に信号電流を流すことで、コイル内に電磁場を発生させる。前述の通り、使用するコイルに対して、電磁場周波数が高くなるに従って回路のインピーダンスが増大し、電流が流れにくくなるので、ＬＣ共振によりインピーダンスを下げるため、目的とする周波数に対して共振するコンデンサー回路を直列に接続し、電磁場発振部に一定の電流を流すよう調整した。
本法により、得られる電磁場は、周波数域：０〜５００ｋＨｚ、最大磁束密度：１０ｍＴ（但し１０ｋＨｚ以下）である。
【００２５】
（実験装置）
図１は、本発明の実施例１に使用した実験装置の図である。
図１に示すように、コイルにガラス製のロートを差し込み、上部から試料を流し、通液させることで電磁処理を行う。電磁処理後、速やかに電磁処理効果の確認を行った。
【実施例】
【００２６】
本発明の界面電位の制御方法、及び界面電位の制御装置の実施例について、以下説明する。
（実施例１）
【００２７】
（実験１）
試料：松代温泉（長野県）地熱水
確認方法：机上試験、ＱＣＭ測定
表１：松代温泉地熱水の水質
【００２８】
【表１】
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【００２９】
（机上試験による定性判定）
図２は、本試料（表１の松代温泉地熱水）を、特許第４１１６００２号「被処理水の机上試験方法」に示した方法によって、試料のスケール性、及びその電磁処理効果確認を行った実験結果の一例である。
横軸に電磁場周波数、縦軸に磁束密度を取り、前記机上試験による顕微鏡写真を並べた。
左下の未処理（Ｂｌａｎｋ）試料では、液滴界面部分より、太い枝状結晶が成長しており、本試料の非常に高いスケール性を示している。
【００３０】
電磁場周波数：４ｋＨｚ、磁束密度：５ｍＴの電磁処理（以下、「４ｋＨｚ−５ｍＴ」のように記す）を行った試料では、液滴界面部分への結晶の集合性が若干高まっている様子が認められる。液滴界面部分はマイナスに帯電していることから、このような場合には、結晶粒子がプラスの界面電位を有していることが判る。従って、本試料に対して４ｋＨｚ−５ｍＴの電磁処理を行うと、結晶粒子の界面電位がプラス側に帯電する傾向があると判断できる。
【００３１】
同じく６ｋＨｚ−５ｍＴの電磁処理を行った試料では、結晶が大きく成長していることから、結晶粒子同士の電気的な反発力が消失していると推測され、結晶粒子の帯電性が中性となっていると判断できる。
【００３２】
電磁場周波数：８ｋＨｚの電磁処理を行った試料では、磁束密度：１ｍＴ程度ではほとんど変化は認められず、磁束密度：３ｍＴ以上の電磁処理を行った場合に、液滴界面部分への結晶の集合性が弱まることが判る。ここに示した例では、磁束密度：５ｍＴの場合に、マイナス帯電性が高く、磁束密度：７ｍＴではマイナス帯電性がむしろ弱まっていることが判る。本実験結果は、電磁処理による界面電位変化においては、最適な磁束密度の範囲が存在することを示している。
【００３３】
１６ｋＨｚ−５ｍＴの電磁処理を行った試料では、液滴界面部分への結晶粒子の集合性が最も弱まっており、最もマイナス帯電性が高いことが判る。
本定性判定結果を模式化し、図３のように示す。符号「＋」「−」の数により、帯電性の強弱を表記し、中性を「Ｎ」、変化なしを「ｎ−ｃ」として表記する。
【００３４】
（ＱＣＭ測定による定量判定）
図４は、本試料について、特願２０１７−１４８５３２「スケール付着の定量判定方法」に示したＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）測定を用いて、ＱＣＭ電極に対するスケール付着質量の経時を測定した実験結果の一例である。図４にて、横軸は経過時間、縦軸はスケール付着質量である。測定開始から時間の経過とともにスケール付着質量が増加する傾向が認められ、概ね３０分から１時間程度で一定値に達することが判る。
また、８ｋＨｚ−５ｍＴ及び１６ｋＨｚ−５ｍＴの電磁処理を行ったものは、未処理（Ｂｌａｎｋ）と比較して、スケール付着量が大幅に減少していることが判る。これは机上試験による定性観察結果と整合しており、結晶粒子の帯電性とスケール付着現象の間に、高い相関性があることを示している。
【００３５】
（実験１の結果）
これを図５にまとめて示す。マス下段の（    ）内の数値は、ＱＣＭ測定による、測定開始から１，８００秒におけるスケール付着質量［μｇ］を示している。
本実験結果から、本試料に対して、電磁処理による結晶粒子の界面電位変化を発現させるには、少なくとも２ｍＴから３ｍＴ以上の磁束密度が必要であり、用いる電磁場周波数によって、結晶粒子の帯電性をプラス、又はマイナス、あるいは中性に制御できることが判る。スケール抑制に最も効果が高いと予想できるのは、結晶粒子をマイナスに帯電させる傾向が最も強い１６ｋＨｚ−５ｍＴの電磁処理であり、逆にスケール付着を最も促進させるのは２０ｋＨｚ−４ｍＴの電磁処理であると判断できる。また、６ｋＨｚ−５ｍＴの電磁処理では、結晶粒子同士の電気的反発力が消失し（中性の状態）、凝集・沈殿が促進させることが可能である。
（実施例２）
【００３６】
（実験２）
試料：清里温泉（山梨県）地熱水
確認方法：机上試験
表２：清里温泉地熱水の水質
【００３７】
【表２】
2020078776.tif 000007
（実験２−１）
【００３８】
本試料に対して、図１に示す方法で、各周波数及び磁束密度を選択して電磁処理を行い、実験１と同様に机上試験による定性判定を行った実験結果を図６に示す。
本実験結果からは４ｋＨｚ−１．０〜１．２ｍＴの電磁処理を行った場合に、結晶粒子のマイナス帯電性がもっとも大きく、また８ｋＨｚ−０．６ｍＴの電磁処理を行った場合に、結晶粒子のプラス帯電性がもっとも大きく、６ｋＨｚ−０．８〜１．０ｍＴの電磁処理を行った場合に、結晶粒子の帯電性を中性に制御できることが判る。また、本試料に対しては、例えば２．０ｍＴの磁束密度を用いると電磁処理による帯電性変化が弱まることが判る。従って、本試料に対して、電磁処理によってその帯電性を制御しようとする場合、前述のような電磁場周波数及び磁束密度を用いることが必要であり、適切な周波数と強度の選択が重要であることが判る。
【００３９】
（実験２−２）
電磁処理による界面電位制御効果において、本質的に制御すべき因子を確認するため、異なるコイルに対して、様々な電流を印加し、電磁処理効果の確認を行った。
試料：清里温泉地熱水（実験２−１と同様）
電磁場発振部：
空芯コイルＡ；Φ２６ｍｍ、巻数２１回（実験１及び２−１と同様）
空芯コイルＢ；Φ２６ｍｍ、巻数５回
ヨークコイル；Ｇａｐ２８ｍｍ、巻数１０回
本実験結果を図７に示す。縦軸は各コイルに印加した電流の実効値であり、マス下段の｛｝内の数値は、コイル中心部における磁束密度値［ｍＴ］を示す。図７より、電磁処理効果は、電磁場発振部や印加する電流値によらず、磁束密度に依存していることが判る。
本実験結果から、電磁処理における制御因子が、電流値やコイル巻数ではなく、電磁場周波数と磁束密度であることが確認された。
【００４０】
（実験２−３）
試料：清里温泉地熱水（実験２−１と同様）＋水処理薬品
次に、薬品添加による影響を確認するために、本試料（清里温泉地熱水）に対してポリアクリル酸系の水処理薬品を１０ｍｇ／Ｌ添加した後、前記と同様に電磁処理効果の確認を行った結果を図８に示す。
本実験における電磁処理効果は、４ｋＨｚ−０．８〜１．０ｍＴでは結晶粒子がプラス帯電性、８ｋＨｚ−０．６〜１．０ｍＴ）ではマイナス帯電性へと、周波数と帯電極性の関係が図６に示した実験２−１の結果と比べてほぼ逆転していることが判る。このことから、電磁処理による界面電位制御においては、適切な電磁場周波数、磁束密度を選択することに加えて、薬品添加にも留意する必要があり、電磁処理と薬品添加を併用することで、電磁処理効果を相乗、又は相殺、又は逆転させることができることが示された。
（実施例３）
【００４１】
（実験３）
試料：模擬水
確認方法：机上試験、ＱＣＭ測定
表３：模擬水の水質
【００４２】
【表３】
2020078776.tif 000008
【００４３】
１０ｍＭのＫＣｌ水溶液１００ｍＬに、ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏ：０．１４７ｇ、ＮａＨＣＯ３：０．１６８ｇを添加した模擬水を調整し、調整直後に前記の通りに電磁処理を行って、机上試験、及びＱＣＭ測定を行った実験結果を図９に示す。本実験では、１μＴという非常に弱い磁束密度の電磁処理でも、結晶粒子の帯電性に変化が生じ得ること、５００Ｈｚから５００ｋＨｚの広い周波数帯域で同じく変化が生じ得ることが確認された。また、結晶粒子の帯電性とスケール付着量の間には、ほぼ整合する関連性が認められた。
（実施例４）
【００４４】
（実験４）
試料：クーリングタワー冷却水
確認方法：机上試験
表４；クーリングタワー冷却水の水質
【００４５】
【表４】
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【００４６】
本試料に対して、前記と同様な実験を行って、電磁処理による結晶粒子の帯電性を判定した実験結果を図１０に示す。本試料に対しては、０．０１ｍＴの弱い磁束密度でも電磁処理効果が発現し、０．５〜１．０ｍＴ程度の磁束密度を用いた場合には、逆に電磁処理効果が発現し難くなる傾向があることが明らかになった。
（実施例５）
【００４７】
図１は、界面電位の制御装置の例である。
ファンクションシンセサイザ２によって各周波数の正弦波信号を発振させ、高速バイポーラ電源３により同信号電流を増幅し、空芯コイル、又はヨークコイルといった電磁場発振部に信号電流を流すことで、コイル１内に電磁場を発生させる。前述の通り、使用するコイルに対して、電磁場周波数が高くなるに従って回路のインピーダンスが増大し、電流が流れにくくなるので、ＬＣ共振によりインピーダンスを下げるため、目的とする周波数に対して共振するコンデンサー回路３を直列に接続し、電磁場発振部に一定の電流を流すよう調整した。本法により、得られる電磁場は、周波数域：０〜５００ｋＨｚ、最大磁束密度：１０ｍＴ（但し１０ｋＨｚ以下）である。
【００４８】
（結論）
電磁場印加によって、液中の結晶粒子の界面電位を制御できることが確認された。変化の傾向と強弱は、印加する電磁場周波数、及び磁束密度に依存する。電磁場周波数の範囲は、実験を行った５００Ｈｚから５００ｋＨｚまでの全ての範囲で変化が発生し得たため、実際には数百Ｈｚ程度から数ＭＨｚ程度まで広範囲に及ぶと推定されるが、より低周波数域の方が、交流インピーダンスが小さくなることから扱い易く、数百Ｈｚから１００ｋＨｚ程度が実用域と考えられる。また、磁束密度の範囲は、実験を行った１μＴから１０ｍＴまでの全ての範囲で変化が発生したが、処理効果が顕著になる磁束密度の範囲が存在し、その値は１０μＴから１０ｍＴまでの範囲内に、より限定すると５０μＴから５ｍＴまでの範囲内見出された。尚、液中のミネラル成分が多いほど、電磁処理効果の発現に対して強い磁束密度を要する傾向が認められた。
【００４９】
電磁処理効果は、ごく短時間の電磁場印加によって発現し、用いる電磁場発振装置の如何や、印加する電流値には依存せず、電磁場周波数と磁束密度に依存する。
本電磁処理法によるスケール抑制効果のメカニズムは、特定周波数の電磁場印加により、水中のスケール結晶粒子の界面電位を変化させることであり、その結果として、配管等の内壁との電気的斥力を生じさせることに起因する。（→  Ｓ．  Ｕｍｅｋｉ，  ｅｔ  ａｌ，  “Ｃｈａｎｇｅ  ｉｎ  Ｚｅｔａ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｂｙ  Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ａｓ  Ｓｃａｌｅ  Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ”，  Ｔｒａｎｓ．  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｊａｐａｎ，  ３２［３］，  ６１１−６１４  （２００７）．，  梅木千真  他，  “交流電磁場処理による炭酸カルシウム粒子のゼータ電位変化と配管スケール防止への応用”，  用水と廃水，  ４２［９］，  ５０−５５  （２００７））
【００５０】
本実験は、スケール防止・抑制を主目的に行っているが、現象の本質はスケール結晶粒子と水の固液界面の帯電性を変化させることにある。これは凝集・沈殿・分散・吸着、洗浄、結晶成長等、界面電気現象が関係する分野へ広く適用できることを意味する。
電磁処理による界面電位変化は、界面部分の水によるもので、従って水が介在する諸界面対しても適用できる。電磁場周波数及び磁束密度と帯電性変化の相関は、水の性質に依存するが、現段階では成分等から類推することはできず、ここで用いたような試験によって個別に判定する必要がある。また、実験２−３に示したように、薬品添加によっては、電磁場周波数及び磁束密度と帯電性の関係が変わる場合もある。これも同様試験によって個別に判定する必要がある。
以上から、上記の電磁場周波数と磁束密度から、水を含む流体と対象物の界面に対して、その目的に応じて適切な組み合わせを選定して、必要に応じては薬品を添加して、短時間の電磁場印加を行うことで、界面電位を制御することができる。
【００５１】
（応用分野）
本電磁処理法は、スケール抑制等の水処理技術の他にも、界面電気現象が関わる諸工業分野、とりわけ凝集・分散・吸着が関わる技術分野に関して、広く応用が可能である。例えば以下のような応用例が挙げられる。
【００５２】
洗浄作用：洗浄とは、対象物に付着した汚れを引き離して、取り除く作用であり、凝集や吸着の逆現象である。洗浄は、最も一般的には水の中で実行され、固液界面の電位状態の影響を強く受ける。この界面の電位の制御には、主に界面活性剤が用いられているが、これを適切な周波数及び磁束密度の電磁場印加によって、界面活性剤を添加せず、又はその添加量を大幅に低減させることが可能となる。また、柔軟剤には、主にカチオン系界面活性剤が用いられているが、これも同様の原理により、適切な電磁場印加によって補うことが可能となる。
【００５３】
化粧品・香粧品：化粧品・香粧品業界の商品が目的とする作用は、洗浄、可溶化、膜透過現象など、界面科学の領域に属する現象である。例えば、スキンケア用のクリームや乳液は、Ｗ／Ｏ、又はＯ／Ｗエマルジョンであり、また、リンスインシャンプーであれば、シリコーン油が乳化状態で配合されている。この分野においては、乳化促進、安定化、顔料分散、起泡（ムース等）、液晶乳化等に対して電磁場印加の恩恵が考えられる。
【００５４】
食品産業：食品の多くは多成分系であり、分散系のものが多く存在している。この分野においては、乳化促進及び安定性維持、乳化剤等の添加を極力減らして分散を保つこと、又はクリーミング現象のコントロール、凝集・合一促進に対する電磁場印加の恩恵が考えられる。また、これらの作用による味覚・風味の向上も考えられる。
【００５５】
紙・バルプ産業：木材からパルプを経て紙を製造する過程では、洗浄に関連した様々な作用が利用されている。パルプを製造する際の漂白工程における木材中の不純物の除去、抄紙後の脱水工程におけるフェルトの洗浄、古紙を再生するための脱インキ等がその主なものである。また、洗浄作用の他に、分散・凝集に関連したサイジングや塗工液の顔料分散等の作用がこの工程に用いられている。この分野においては、脱インキ作用の促進、及び薬品添加量の低減、分離したインキや微粒子の凝集促進、及び薬品使用量の低減、フローテーションの促進、塗工紙製造工程におけるサイジング剤の作用促進、及びサイジング剤添加量の低減等に対して電磁場印加の恩恵が考えられる。
【００５６】
繊維産業：繊維の精錬、染色、表面改質は、天然繊維、合成繊維の別に関わらず、コロイド科学や界面科学の技術が応用されている。これらの工程では、アルカリ剤、界面活性剤、染料、パラフィン、金属セッケン、脂肪酸、シリコーン樹脂、フッ素化合物等の物質と、繊維表面との化学反応、分散と吸着作用が適時活用されている。これらの工程において、電磁場印加の操作を加えることで、反応の促進、薬品添加効果の促進、及び薬品添加量の低減の恩恵が考えられ、更には、素材の色味、風合いの向上も期待できる。
【００５７】
電子・情報産業：電子・情報産業においても、洗浄、分散、潤滑作用等に関わる技術が活用されており、これは前述の通り、適切な電磁場印加によって薬品添加量の低減等の恩恵が考えられる。また、磁性粉等の粉体の分散、潤滑への適用も考えられる。
【００５８】
土木・建築産業：分散や乳化等の界面科学分野の技術が広く利用されている。代表的な事例は、コンクリートに対するセメント粒子の分散作用やアスファルトへの乳化作用であるが、ここでも適切な電磁場印加によって、コンクリートの強度向上、骨材表面へのアスファルト被膜の接着性・剥離抗性・耐久性向上、薬品添加量の低減等の恩恵が考えられる。
【００５９】
ゴム・プラスチック産業：界面活性剤のミセルを重合に利用した乳化重合によって、ゴムやプラスチック等のポリマーが大量生産されている。この製造工程では、界面活性剤によるポリマーの分散安定化作用が重要である。また、プラスチックでは、界面活性剤を用いて表面の帯電を防止したり、水滴による曇りを防止する等の表面改質が行われている。ここでも適切な電磁場印加によって、製造工程における効率の向上、薬品添加効果の促進、及び薬品添加量の低減の恩恵が考えられ、更には、製造物の強度・耐久性の向上も期待できる。
【００６０】
医薬・農薬産業：医薬・農薬は、薬効成分を対象物に投与し、作用点へ速やかに到達してその効果を発揮する。その過程では、ぬれ・分散・吸着・浸透・送達等の因子が絡んでおり、界面活性剤や高分子材料がその薬効に対して大きな役割を果たしている。従って、ここでも適切な電磁場印加によって、乳化・分散作用の促進、吸着・ぬれの作用の促進、薬品添加量の低減等の恩恵が考えられる。
【００６１】
燃料・エネルギー産業：エネルギーの安定確保が世界的に重要な課題となっている中で、埋蔵量の高い石炭や微粉炭の利用、エマルジョン燃料の利用が検討されている。これらの技術分野では、分散剤や安定剤の添加が必要であり、安定的な実用利用の妨げとなっている。ここでも適切な電磁場印加によって、乳化・分散・安定作用の促進、薬品添加量の低減等の恩恵が考えられる。
【００６２】
顔料・塗料産業：顔料は、水、油、有機溶剤等に不溶、あるいは難溶の微粉末で、染料のように分子状態でそれ自体が物体に染着して着色するのではなく、粒子状態で分散媒の助けをかりて物体に固着するか、又は物体中に分散して着色する。顔料・塗料産業においては、塗膜と被塗膜との密着性や、顔料、エマルジョン等の分散・安定性、及び顔料、塗膜の表面改質等、極めて多岐の技術分野に対して、適切な電磁場印加による生産性や製品品質の向上等の恩恵が考えられる。
金属関連産業：金属製品の製造工程における金属表面の洗浄に適用できる。
洗浄作用、潤滑作用、吸着現象（防錆剤）等への応用が考えられる。
その他：分離膜機能の維持、浮遊選鉱、磁性流体等の分散・安定、ワックス、粒子合成、医療、畜産業、養殖業、農業等への応用が考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明によれば、水が介在する界面の電位状態を、適切な電磁場周波数、及び電磁場強度、具体的には磁束密度を選定した電磁場を、水を含む流体に印加することで、水と結晶粒子の界面の電位状態を、プラス、又はマイナス、あるいは中性に制御する界面電位の制御方法を提供することができ、水処理や界面電気現象が関わる産業の発展に寄与する。
【符号の説明】
【００６４】
１    コイル
２    ファンクションシンセサイザー
３    高速バイポーラ電源
４    共振コンデンサ回路
５    試料
６    ロート
７    電磁処理試料
１０  界面電位の制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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