(57)【要約】【課題】水が流れる流路内に磁石を配置することなく、ある程度以上の強度の磁場を流路内に発生させることができ、かつ、ある程度以上の強度の磁場を流路内の広範囲にわたって発生させることができる磁場発生装置を提供すること。【解決手段】水の物理処理用磁場発生装置（磁場発生装置１）は、水が流される筒部（パイプ４）と、パイプ４の径方向Ｒ外側にパイプ４と同心に配置され、当該パイプ４の軸方向Ｚと同じ向きの磁場をパイプ４の内側に発生させることにより水を磁気処理するメインコイル５（超電導コイル）と、を備える。【選択図】図１
2011121031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水が流される非磁性体で形成された筒部と、
前記筒部の径方向外側に当該筒部と同心に配置され、当該筒部の軸方向と同じ向きの磁場を当該筒部の内側に発生させることにより水を磁気処理する超電導コイルと、
を備える、水の物理処理用磁場発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水の物理処理用磁場発生装置において、
前記超電導コイルが発生させる磁場と同じ向きの磁場を発生させる第２超電導コイルを備え、
前記第２超電導コイルは、径方向においては前記超電導コイルの径方向外側または径方向内側に当該超電導コイルと同心に配置され、軸方向においては前記超電導コイルの軸方向端部近傍に配置されていることを特徴とする、水の物理処理用磁場発生装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の水の物理処理用磁場発生装置において、
前記超電導コイルを冷却する冷凍機を備えることを特徴とする、水の物理処理用磁場発生装置。
【請求項４】
請求項３に記載の水の物理処理用磁場発生装置において、
前記超電導コイルを収納するシールド容器と、
前記シールド容器内に配置され、前記冷凍機と前記超電導コイルとを熱的に接続する伝熱板と、を備え、
前記筒部と前記シールド容器とは間隔を開けて配置され、かつ、前記筒部と前記伝熱板との間にも間隔が開けられていることを特徴とする、水の物理処理用磁場発生装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の水の物理処理用磁場発生装置において、
磁場が２．０Ｔ以上である前記筒部内に０．５秒以上の時間をかけて水が流されることを特徴とする、水の物理処理用磁場発生装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の水の物理処理用磁場発生装置において、
磁気分離フィルタが前記筒部内に配置されていることを特徴とする、水の物理処理用磁場発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の物理処理用磁場発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
給排水管・循環水管など各種水配管の防食およびスケール対策のための技術として、例えば特許文献１〜５に記載された水の磁気処理技術（物理処理技術）がある。これらの文献には、水の磁気処理のための磁石として永久磁石、電磁石が記載されている。
【０００３】
ここで、防食効果、スケール除去・付着防止効果などを水の磁気処理により得るためには、ある程度以上の磁場強度が必要となる。例えば、特許文献１には、磁束密度０．５Ｔ〜３Ｔの磁場中に水を通過させることが好ましい旨記載されている。特許文献２には、磁束密度０．８Ｔ〜２Ｔの磁場中に水を通過させることが好ましい旨記載されている。
【０００４】
一方、各種配管の管径は流れる流体の圧力損失を考慮して決定されるため、多量の水を配管に流す場合には配管径が大きくなる。そのため、例えば特許文献４に記載されているように配管の外側に永久磁石（または電磁石）を配置する場合、配管の内壁部から中心部にいたるまである程度以上の強度の磁場を発生させようとすると大型な磁石を用いなければならない。配管径によっては、実現が困難な規模の磁石になってしまう。
【０００５】
この対策として、特許文献５では複数の永久磁石を流路内に配置している。これにより、流路の内壁部から中心部にいたるまで磁場を発生させることができるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１４３８９０号公報
【特許文献２】特開２００５−２７０７２８号公報
【特許文献３】特開２００６−２９７３４６号公報
【特許文献４】特開２００５−２７２８９１号公報
【特許文献５】特開２００７−３３０８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献５に記載された方法では、流路内に配置した複数の永久磁石が抵抗となり流量が減少してしまう。すなわち、圧力損失を低く抑える（流量の確保）という観点からは、流路内に磁石を配置することは好ましくない。
【０００８】
また、前記したように、防食効果、スケール除去・付着防止効果などを水の磁気処理により得るためには、ある程度以上の磁場強度が必要となるが、磁場強度だけでなく水が感じた磁場の積分値を大にすることも重要である。すなわち、水が流れる流路のできるだけ広い範囲にある程度以上の強度の磁場を発生させることが重要となる。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、水が流れる流路内に磁石を配置することなく、ある程度以上の強度の磁場を流路内に発生させることができ、かつ、ある程度以上の強度の磁場を流路内の広範囲にわたって発生させることができる磁場発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、水が流される非磁性体で形成された筒部と、前記筒部の径方向外側に当該筒部と同心に配置され、当該筒部の軸方向と同じ向きの磁場を当該筒部の内側に発生させることにより水を磁気処理する超電導コイルと、を備える水の物理処理用磁場発生装置を提供する。
【００１１】
この構成によると、超電導コイルを用いることにより、永久磁石や電磁石を用いる場合に比して、小型の磁場発生装置（物理処理用磁場発生装置）で筒部内の広範囲にわたって強い磁場を発生させることができる。
【００１２】
ここで、例えば、筒部の軸方向に対して直交する向きの磁場を当該筒部の内側に発生させる超電導コイルを用いた場合、軸方向に対して直交する向きに筒部内を磁場が横切るようになり、軸方向（水の流れる方向）における磁場発生空間（磁気処理に有効なある程度以上の強度の磁場発生空間）を確保しにくい。しかしながら、本発明に係る上述した構成の超電導コイルによると、筒部内においてその軸方向（水の流れる方向）に沿って磁場が発生するため、ある程度以上の強度の磁場を広範囲にわたって筒部内の軸方向に発生させることができる。すなわち、本発明によると、筒部の軸方向と同じ向きの磁場を当該筒部の内側に発生させる超電導コイルとすることにより、ある程度以上の強度の磁場を広範囲にわたって筒部（流路）内に発生させることができる。
【００１３】
また本発明において、前記超電導コイルが発生させる磁場と同じ向きの磁場を発生させる第２超電導コイルを備え、前記第２超電導コイルは、径方向においては前記超電導コイルの径方向外側または径方向内側に当該超電導コイルと同心に配置され、軸方向においては前記超電導コイルの軸方向端部近傍に配置されていることが好ましい。
【００１４】
この構成によると、筒部の軸方向に対して直交する筒部断面の径方向の各位置における磁場強度が均一化する。換言すれば、筒部の中心部における磁場強度と筒部の内壁部における磁場強度との差が小さくなる。また、軸方向の磁場強度も均一化する。これらにより、筒部内を流れる水が感じた磁場の積分値をより大にすることができる。
【００１５】
さらに本発明において、前記超電導コイルを冷却する冷凍機を備えることが好ましい。
【００１６】
この構成によると、液体ヘリウムなどの極低温冷媒を用いないで超電導コイルを冷却することができる。これにより、磁場発生装置（物理処理用磁場発生装置）の運転が容易となる。
【００１７】
さらに本発明において、前記超電導コイルを収納するシールド容器と、前記シールド容器内に配置され、前記冷凍機と前記超電導コイルとを熱的に接続する伝熱板と、を備え、前記筒部と前記シールド容器とは間隔を開けて配置され、かつ、前記筒部と前記伝熱板との間にも間隔が開けられていることが好ましい。
【００１８】
この構成によると、筒部から冷却部（シールド容器内）への熱侵入を防止できる。
【００１９】
さらに本発明において、磁場が２．０Ｔ以上である前記筒部内に０．５秒以上の時間をかけて水が流されることが好ましい。
【００２０】
この構成によると、磁気処理水が大きな防食効果を有するようになる。
【００２１】
さらに本発明において、水中に存在する磁性体を含む懸濁粒子を分離する磁気分離フィルタが前記筒部内に配置されていることが好ましい。
【００２２】
この構成によると、磁気処理水中に懸濁した磁性体を含む粒子を効率よく分離することができ、その結果、筒部内壁面への懸濁物付着を防止でき、筒部の閉塞を防止できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、本発明の構成要件、特に、筒部（流路）の軸方向と同じ向きの磁場を当該筒部の内側に発生させる超電導コイルにより、水が流れる流路内に磁石を配置することなく、ある程度以上の強度の磁場を流路内に発生させることができ、かつ、ある程度以上の強度の磁場を流路内の広範囲にわたって発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る水の物理処理用磁場発生装置を示す側面断面図である。
【図２】超電導コイルが発生させる磁場分布の一例を示す図である。
【図３】電磁石が発生させる磁場分布の一例を示す図である。
【図４】錆の平均生成速度とボア中心領域の最低磁場との関係を示すグラフである。
【図５】錆の平均生成速度とボア中心領域の水の通過時間との関係を示すグラフである。
【図６】磁気分離フィルタによるマグネタイト分離効果を示すためのグラフである。
【図７】パイプ（筒部）と超電導コイルとの位置関係を示す模式図である。
【図８】内径が１００ｍｍのパイプの中心部に１０Ｔの磁場を発生させたときのコイル配置および磁場分布を示す図である。
【図９】内径が４３５ｍｍのパイプの中心部に５Ｔの磁場を発生させたときのコイル配置および磁場分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、磁気処理対象とする水は、水道水、海水、工場からの排水（イオンや重金属などを含む廃液）、工場内の循環水、オゾン水などである。
【００２６】
（水の物理処理用磁場発生装置の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る水の物理処理用磁場発生装置１（以下、「磁場発生装置１」と呼ぶ）を示す側面断面図である。
【００２７】
磁場発生装置１は、真空容器２、シールド容器３、パイプ（筒部）４、メインコイル５、シールドコイル６、および冷凍機３１を有している。パイプ４には、水が流される（図中に矢印Ｗで示す）。メインコイル５によって発生する磁場の中にパイプ４が配置されているために、当該パイプ４中を流れる水に対して磁気処理が行なわれる。以下、各部について説明する。
【００２８】
（容器）
真空容器２は、アルミニウム製の箱型容器である。真空容器２の上面には、電力供給用の入力端子２ｔが取り付けられている。真空容器の材料は、アルミニウム合金やステンレスなどの非磁性金属であってもよい。また、真空容器は、円筒形状であってもよい。
【００２９】
シールド容器３もまた、アルミニウム製の箱型容器であり、シールド容器３は、真空容
器２の内部に収容されている。なお、シールド容器３の内部および外部は、真空状態（１０−４Ｐａ以下）に保たれる。シールド容器の材料は、アルミニウム合金や銅であってもよい。
【００３０】
シールド容器３は、冷凍機３１の第１ステージ３１ｆに接触している。すなわち、シールド容器３は、第１ステージ３１ｆに対して熱的に接続されている。そのため、シールド容器３は、冷凍機３１の第１ステージ３１ｆにおいて冷却される。
【００３１】
シールド容器３とパイプ４との間には、空間（真空壁）が設けられており、シールド容器３とパイプ４とは接触していない。これにより、断熱性が高まる（パイプ４内を流れる水の有する熱がメインコイル５に伝わりにくい）。
【００３２】
シールド容器３の内部には、伝熱板５２が水平に配置されている。伝熱板５２は銅製である。また、伝熱板５２には、銅製の伝熱体３３が取り付けられており、伝熱体３３は、冷凍機３１の第２ステージ３１ｓに接続されている。すなわち、伝熱板５２は、伝熱体３３を介して、第２ステージ３１ｓに熱的に接続されている、そのため、伝熱板５２は、冷凍機３１の第２ステージ３１ｓによって冷却される。なお、伝熱板の材質は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金である。
【００３３】
伝熱板５２とシールド容器３との間には、空間（真空壁）が設けられており、伝熱板５２とシールド容器３とは接触していない。すなわち、伝熱板５２とパイプ４との間には、空間（真空壁）が設けられており、伝熱板５２とパイプ４とは接触していない。これにより、断熱性が高まる（パイプ４内を流れる水の有する熱がメインコイル５に伝わりにくい）。
【００３４】
ここで、シールド容器３は、断熱サポート部材（図示せず）を介して、真空容器２の内面に取り付けられている。また、伝熱板５２についても同様に、断熱サポート部材（図示せず）を介して、シールド容器３の内面に取り付けられている。このように、シールド容器３と真空容器２との間は断熱されており、また、シールド容器３と伝熱板５２との間についても断熱されている。断熱サポート部材は、ＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastic；ガラス繊維強化複合材料）から成る。なお、断熱サポート部材の材料は、熱伝導率が小さい他の材料あってもよい。例えば、ＣＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastic）であってもよい。
【００３５】
また、シールド容器３と伝熱板５２とを接続するように、熱スイッチ３４が設けられている。熱スイッチ３４の内部には、伝熱媒体（窒素）が収容されている。なお、伝熱媒体は、アルゴンであってもよく、また、窒素やアルゴンを含む混合ガスであってもよい。
【００３６】
（パイプ）
パイプ４は、水の流路となるアルミニウム製のパイプである。真空容器２およびシールド容器３を貫通するようにパイプ４は設けられている。真空容器２およびシールド容器３の両容器において、上板および底板にはそれぞれ孔が設けられており、この孔を通るようにパイプ４が配置されている。真空容器２の上記孔は、シールド容器３の上記孔よりも小さく、パイプ４は、真空容器２の上記孔部分で真空容器２に対して固定されている。なお、パイプ４を、真空容器２を構成する一部材とみなしてもよい。すなわち、パイプ４は、真空容器２の一部であってもよい。なお、真空容器の内側に当該真空容器との間に空間を設けて当該真空容器とは別にパイプ４を配置してもよい。
【００３７】
パイプ４の一端（本実施形態においては上端）には、水を導入するための導入管（不図示）が接続される。パイプ４の他端（本実施形態においては下端）には、水の出口となる排出管（不図示）が接続される。パイプ４は、断熱構造を有する。なお、パイプの材料は、非磁性体材料であればよく、銅やステンレスであってもよい。また、本実施形態では、パイプ４の両端は、いずれも真空容器２の外面と面一とされているが、面一とされている必要は必ずしもない。パイプ４の両端が、真空容器２の外面から突出する形態であってもよい。
【００３８】
また、パイプ４は、（i）磁場発生装置１の構造部材として真空容器２の真空状態を維持する機能、および（ii）水の流路としての機能、の二つの機能を有する。なお、流路のメンテナンスを容易にするため、パイプ４を二重構造にして、外側のパイプに上記（i）の機能を、内側のパイプに上記（ii）の機能を持たせてもよい。
【００３９】
（コイル）
シールド容器３内に収容されたメインコイル５およびシールドコイル６は、どちらも超電導コイルである。メインコイル５は、パイプ４の径方向Ｒ外側にパイプ４と同心に配置され、パイプ４の軸方向Ｚと同じ向きの磁場をパイプ４の内側に発生させることにより、水の磁気処理に供される超電導コイルである。シールドコイル６は、メインコイル５の径方向Ｒ外側にメインコイル５と同心に配置され、当該シールドコイル６の径方向外側において、メインコイル５の発生させる磁場とは逆方向の磁場を発生させることにより、漏れ磁場の低減に供される超電導コイルである。
【００４０】
メインコイル５は、その軸方向が鉛直方向に一致するように配置されている。シールドコイル６の内径は、メインコイル５の外径よりも大きい。パイプ４の軸方向Ｚ、メインコイル５の軸方向、およびシールドコイル６の軸方向は一致している。なお、径方向Ｒは、軸方向Ｚに対して垂直である。
【００４１】
メインコイル５は、超電導物質の線材からなり、支持体５１の外周に巻かれている。シールドコイル６もまた、超電導物質の線材からなり、支持体６１の外周に巻かれている。支持体６１の内径は、メインコイル５の外径よりも大きく、メインコイル５の外周面と、支持体６１の内周面との間には、空間が形成されている。
【００４２】
支持体５１および支持体６１は、軸方向Ｚに延びる円筒状部材であり、アルミニウム製である。また、支持体５１および支持体６１の上下端には、径方向Ｒに延びるフランジが形成されている。なお、支持体は、ステンレス製であってもよい。支持体５１とパイプ４との間には、空間（真空壁）が設けられており、支持体５１とパイプ４とは接触していない。これにより、断熱性が高まる（パイプ４内を流れる水の有する熱がメインコイル５に伝わりにくい）。その結果、冷凍機３１（ひいては磁場発生装置１）を小型にできる。
【００４３】
また、支持体５１および支持体６１は、伝熱板５２の上面に固定されている。そのため、メインコイル５は、支持体５１を介して、伝熱板５２に対して熱的に接続されており、シールドコイル６は、支持体６１を介して、伝熱板５２に対して熱的に接続されている。
【００４４】
シールドコイル６の径方向外側に生じるメインコイル５の磁場は、当該磁場とは逆向きのシールドコイル６の磁場によって弱められる。磁場発生装置１においては、このようにして、漏れ磁場（シールドコイル６の外側の磁場）が低減される。
【００４５】
酸化物超電導体（酸化物リード）３５は、熱伝導率は低いが、電気抵抗はゼロであり、酸化物超電導体３５により、低温部への熱移動量を抑制しながら、大電流を流すことができる。酸化物超電導体３５は、導線を用いて、入力端子２ｔ、メインコイル５、およびシールドコイル６に対して電気的に接続されている。入力端子２ｔには、図示しない電源が接続されており、酸化物超電導体３５を介して、メインコイル５およびシールドコイル６に電力が供給される。
【００４６】
（冷凍機）
磁場発生装置１においては、伝導冷却方式によって、超電導コイル（メインコイル５およびシールドコイル６）が冷却される。冷凍機３１は、ＧＭ冷凍機（ギフォード・マクマホン冷凍機）であり、冷凍機３１には、図示しない圧縮機が接続されている。冷凍機３１は、モーター、および、シリンダ（第１シリンダ３２ｆ、第２シリンダ３２ｓ）を有している。シリンダ内部には、往復動作をするディスプレーサ（図示せず）が収容されている。また、ディスプレーサの内部には、蓄冷材が収容されている。
【００４７】
第１シリンダ３２ｆの下端には、第１ステージ（第１冷却部）３１ｆが設けられており、第２シリンダ３２ｓの下端には、第２ステージ（第２冷却部）３１ｓが設けられている。冷凍機３１は、二段階での冷却が可能であり、例えば、第１ステージ３１ｆの温度を４０Ｋにし、第２ステージ３１ｓの温度を４Ｋにすることができる。
【００４８】
冷凍機３１の冷却原理について説明する。まず、ガス冷媒（ヘリウムガス）が圧縮機からシリンダ内に供給される。このガス冷媒は、ディスプレーサの往復動作にともなってシリンダ内で膨張することにより低温になる。このようにして、冷凍機３１により冷却作用が得られる。
【００４９】
（磁場発生装置の動作）
次に、磁場発生装置１の動作について説明する。冷凍機３１を起動させると、シールド容器３および伝熱板５２が冷却される。具体的には、シールド容器３が第１ステージ３１ｆによって冷却され、伝熱板５２が第２ステージ３１ｓによって冷却される。その結果、シールド容器３の温度が４０Ｋ程度となり、メインコイル５およびシールドコイル６の温度が４Ｋ程度となる。冷凍機３１によると、液体ヘリウムなどの極低温冷媒を用いないでメインコイル５およびシールドコイル６を冷却することができる。これにより、磁場発生装置１の運転が容易となる。
【００５０】
次に、メインコイル５およびシールドコイル６に電力が供給されると、メインコイル５の内側にはパイプ４の軸方向Ｚと同じ向きの磁場が発生する。メインコイル５の中心部における磁場は、例えば２Ｔ（テスラ）程度となる。一方、シールドコイル６の作用により、シールドコイル６の外側においては、ほぼ０Ｔ（テスラ）となる。そして、パイプ４に水を流すことにより、パイプ４内の磁場空間を水が通過して水は磁気処理される。
【００５１】
（実施例）
図２は、メインコイル５（超電導コイル）が発生させる磁場分布の一例を示す図である。図３は、電磁石が発生させる磁場分布の一例を示す図である。超電導コイルを用いた場合、および電磁石（比較例）を用いた場合の、配管（パイプ４）の中心部に２Ｔの磁場を発生させるための条件（コイル仕様）および発生する磁場分布を、シミュレーションによりそれぞれ求めた。
【００５２】
配管（パイプ４）の直径は、約２００ｍｍ（２００ｍｍよりも少し小さい）とした。多量の水を圧力損失を少なくしてパイプ４に流すには、設備機器（不図示）の設置条件などから要求される配管長さに対し、配管径が規定される。例えば、長さ１００ｍの配管で０．０５ｍ３／ｓ（＝３０００Ｌ／ｍｉｎ）の流量を確保し、かつ圧力損失を０．１気圧（ａｔｍ）とすると、配管径は約２００ｍｍ必要となる。このときの流速は１．５９ｍ／ｓである。
【００５３】
配管の中心部に２Ｔの磁場を発生させるための超電導コイル（メインコイル５）の仕様は下記のようになり、発生する磁場分布は図２のようになった。図２の横軸は径方向長さであり、縦軸は軸方向長さである。図２（グラフ）の目盛りの基点は、超電導コイル（メインコイル５）の中心である（図１参照）（図３についても同様）。
超電導コイルの内径Ｄ１：２００ｍｍ
超電導コイルの外径Ｄ２：２２０ｍｍ
超電導コイルの長さＬ：８０ｍｍ
超電導コイルの線材重量：４．３ｋｇ
【００５４】
一方、配管の中心部に２Ｔの磁場を発生させるための電磁石の仕様は下記のようになり、発生する磁場分布は図３のようになった。なお、コイル（電磁石）の電流密度を１０Ａ／ｍｍ２とした。
コイル（電磁石）の内径Ｄ１：２００ｍｍ
コイル（電磁石）の外径Ｄ２：６１０ｍｍ
コイル（電磁石）の長さＬ：５００ｍｍ
コイル（電磁石）の線材重量：１１４０ｋｇ
【００５５】
図３に磁場分布を示したように、電磁石を用いた場合でも配管内に２Ｔの磁場が発生するが、そのときの電力損失は９４ｋＷとなり、実用規模の装置ではなくなる。なお、室温・空冷で運転できる電磁石の電流密度は一般に２〜４Ａ／ｍｍ２とされており、この場合、さらに大型の電磁石となってしまい、実現可能性は極めて低い。すなわち、理論上は、水の磁気処理に電磁石を用いることは可能であるが、その場合、極めて大型の電磁石とする必要があり、実用規模の装置ではなくなる。
【００５６】
これに対し、超電導コイル（メインコイル５）の場合は、冷却によりコイルの電気抵抗を０とすることができ、コイルに大電流を流すことができる。その結果、配管内に２Ｔの磁場を発生させるという条件でもコイルのサイズ・重量を小さく抑えることができる。すなわち、磁場発生装置の構成部品として、超電導コイルを用いることにより、電磁石を用いる場合に比して、小型の磁場発生装置（物理処理用磁場発生装置）とすることができ、当該小型の磁場発生装置で強い磁場を筒部内（パイプ内）に発生させることができる。当然ながら、永久磁石を用いる場合に比しても、小型の磁場発生装置で強い磁場を筒部内に発生させることができる。
【００５７】
なお、本実施形態では、パイプ４の中心部Ｏにおいて、軸方向Ｚに対して垂直な磁場面内で磁場強度分布を８％以内にしている。このように、パイプ４の中心部Ｏの磁場強度（Ｔ）に対する、中心部Ｏの磁場強度と筒部（パイプ４）内面（Ｒ＝９７ｍｍ、Ｚ＝０ｍｍ）の磁場強度との差の絶対値の比を８％以内にすることが好ましい。磁場強度分布を８％以内にすることで水の磁気処理効果が高まる。
【００５８】
（パイプ内の適切な磁場強度について）
図１に示した磁場発生装置１を用いて、次のような実験を行った。コイル長さ８０ｍｍのメインコイル５（超電導コイル）のボア中心領域（パイプ４の中心部領域）では、図２に示したように、軸方向Ｚ中心位置（Ｚ＝０）では２Ｔの磁場が発生し、Ｚ＝４０ｍｍの位置では１．７Ｔの磁場が発生する（Ｚ＝±４０ｍｍの位置を、以下、「最低磁場位置」と呼ぶ）。このＺ＝±４０ｍｍの最低磁場位置での磁場をパラメータとして変化させ、温度２０℃でＮａＣｌ濃度５０ｍｇ／Ｌの水をパイプ４内に流した。パイプ４中心領域（ボア中心領域）の体積は、π×１００ｍｍ×１００ｍｍ×８０ｍｍ＝２．５１×１０６ｍｍ３（２．５１Ｌ）であり、この領域を２．０秒で通過するように水量を調整した。すなわち、２．５１Ｌ÷２ｓ＝１．２６Ｌ／ｓ＝７５．３Ｌ／ｍｉｎの水量とした。
【００５９】
当然ではあるが、Ｚ＝±４０ｍｍの位置での磁場が１．７Ｔの場合、−４０ｍｍ＜Ｚ＜＋４０ｍｍの範囲の磁場は、１．７Ｔ以上となる。
【００６０】
そして、この水量（流量７２Ｌ／ｍｉｎ）の水が通る配管（パイプ４に連結されている）内であって、磁場発生装置１から約３ｍ離れた場所（０．００１Ｔ以下の場所）に、長さ１３０ｍｍ×幅３５ｍｍ×厚さ１ｍｍのＳＰＣＣ（JIS G3141）板（サンプル）を置き、２０日間保持した。２０日後にサンプルに付着した錆を落とし、磁気処理を行う前に測定した重量から錆落とし後のサンプルの重量を引いて錆の重量を求めた。求めた錆の重量を２０日で除した値である錆の平均生成速度と、Ｚ＝±４０ｍｍの位置での磁場（ボア中心領域の最低磁場）との関係を調べた結果を図４に示す。図４から明らかなように、磁場が０Ｔの場合は、平均生成速度０．０６ｇ／日というように錆の高い生成速度を示すが、磁場が高くなるにつれて生成速度は低下していく。磁場が２．０Ｔの場合には平均生成速度０．００６ｇ／日と、磁場が０Ｔの場合に比して１／１０の錆量に抑制できていることがわかる。
【００６１】
（パイプ内の磁場空間における適切な水通過時間について）
図１に示した磁場発生装置１を用いて、さらに次のような実験を行った。Ｚ＝±４０ｍｍの最低磁場位置での磁場を２．０Ｔに固定し、温度２０℃でＮａＣｌ濃度３０ｍｇ／Ｌの水をパイプ４内に流すときに、その水量をパラメータとして変化させ、パイプ４中心領域（ボア中心領域、２．５１Ｌの領域）を水が通過する時間と、前記した実験と同じように０．００１Ｔ以下の場所（磁場中）に置いたＳＰＣＣ板（サンプル）を２０日間保持したときの錆の平均生成速度との関係を調べた。なお、各条件で２０日間保持している。その実験結果を図５に示す。図５から明らかなように、通過時間が０秒（パイプ４内を通過させない場合に相当）の場合に推測される錆の平均生成速度は０．０８ｇ／日と高い値を示すが、通過時間が長くなるにつれて生成速度は低下していく。通過時間が０．５秒のときには平均生成速度０．００８ｇ／日と、パイプ４内を通過させない場合に比して１／１０の錆量に抑制できていることがわかる。
【００６２】
（磁気分離フィルタの設置について）
マグネタイトＦｅ３Ｏ４は強い磁性を有する酸化鉄である。水中に懸濁したマグネタイトは磁場の強いパイプ４中心（ボア中心）に集まろうとするため、パイプ４の壁面やパイプ４内に別な配管を通した場合もその配管内壁面にマグネタイトが堆積していき、水の円滑な流れを妨げる原因となる。
【００６３】
ここで、図１に示した磁場発生装置１を用いて、さらに次のような実験を行った。Ｚ＝±４０ｍｍの最低磁場位置での磁場を２．０Ｔに固定するとともに、パイプ４中心領域（ボア中心領域、２．５１Ｌの領域）を水が通過する時間を２．０秒とし、温度２０℃でＮａＣｌ濃度５０ｍｇ／Ｌの水を流す場合に、パーマロイ製の磁気分離フィルタを配管内の所定位置に配置し、その所定位置で磁気分離フィルタを２０日間保持して、当該磁気分離フィルタによって分離されたマグネタイトの重量を測定して、マグネタイトの平均分離速度を求めた。その後、磁気分離フィルタの設置場所を変更したとき、磁気分離フィルタ設置位置の磁場とマグネタイトの平均分離速度との関係を調べた結果を図６に示す。図６から明らかなように、磁気分離フィルタの設置位置の磁場が強くなるにつれてマグネタイトの平均分離速度が上昇していき、設置位置の磁場が０．６Ｔ以上で飽和状態となる。この飽和状態の９０％に相当するマグネタイトの平均分離速度が０．３Ｔ以上の磁場で得られている。なお、設置位置の磁場０．３Ｔを境に、マグネタイトの平均分離速度の上昇率が変化している。配管内の０．３Ｔ以上の磁場空間は、パイプ４の長さを調整することによりパイプ４内に発生させることができる（他の大きさの磁場空間についても同様）。
【００６４】
なお、パーマロイとは、鉄・ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）の合金で初透磁率の大きいことを目的に作られた合金のことをいう。また、磁気分離フィルタとは、液体（例えば水）などに分散している粒子（磁性体を含む懸濁粒子）を、磁気の力を用いて分離するフィルタのことをいう。磁気分離フィルタとしては、メッシュ状・スリット状・ワイヤ巻きなど種々の形状のフィルタがある。流路（例えばパイプ４）の断面全面に磁気分離フィルタが配置されることが好ましいが、流路断面の一部のみに磁気分離フィルタを配置してもよい。磁気分離フィルタは、流路（例えばパイプ４）の一部を抜き差しできるスリット部材の形態として配置されると、取替えが容易である。なお、磁性ステンレス製の磁気分離フィルタを用いても、パーマロイ製の磁気分離フィルタと同様の効果が得られる。
【００６５】
（水の流れ方向と磁場の向きとの関係）
図７は、パイプ（筒部）と超電導コイルとの位置関係を示す模式図である。図７（ａ）は、図１に示した本実施形態のパイプ４とメインコイル５（超電導コイル）との位置関係を示す図であり、図７（ｂ）は、パイプ４と比較例に係るメインコイル５ｃ（超電導コイル）との位置関係を示す図である。
【００６６】
図７（ａ）、（ｂ）のパイプ４内のハッチングは、メインコイル５（超電導コイル）がパイプ４内に発生させた磁場（ある程度以上の強度の磁場空間）を示す。
【００６７】
図７（ｂ）にハッチングで示したように、パイプ４の軸方向Ｚに対して直交する向きの磁場をパイプ４の内側に発生させるメインコイル５ｃ（超電導コイル）を用いた場合、軸方向Ｚに対して直交する向きにパイプ４内を磁場が横切るようになり、軸方向Ｚ（水の流れる方向）における磁場発生空間（磁気処理に有効なある程度以上の強度の磁場発生空間）を確保しにくい。
【００６８】
一方、図７（ａ）に示したように、パイプ４の軸方向Ｚと同じ向きの磁場をパイプ４の内側に発生させるメインコイル５（超電導コイル）によると、ある程度以上の強度の磁場をパイプ４（流路）内の広範囲にわたって発生させることができる。
【００６９】
（筒部（流路）断面方向の磁場の均一化）
水の磁気処理効果は、水が感じた磁場の積分値に依存する。したがって、水が流される筒部（流路）内において、その断面方向には磁場ができるだけ均一で、かつ長さ方向には強い磁場空間ができるだけ長いほうが好ましい。強い磁場空間を長さ方向にできるだけ長くするには、前記したように、パイプ４の軸方向Ｚと同じ向きの磁場をパイプ４の内側に発生させるメインコイル５（超電導コイル）とすること、およびこのメインコイル５（超電導コイル）の軸方向Ｚ長さを適宜定めることで達成できる。ここでは、筒部（流路）断面方向の磁場の均一化について説明する。
【００７０】
図８は、内径が１００ｍｍのパイプ４の中心部Ｏに１０Ｔの磁場を発生させたときのコイル配置および磁場分布を示す図である。図８（ａ）はコイル配置図であり、図８（ｂ）はこのときの磁場分布図である。
【００７１】
図８（ｂ）の横軸は径方向長さであり、縦軸は軸方向長さである。図８（ｂ）の目盛りの基点は、超電導コイル（メインコイル５）の中心部Ｏである。また、図８（ｂ）のハッチングにおいて、例えば「０．０〜２．５％」の領域は、磁場強度が１０Ｔ〜１０．２５Ｔであることを示す（図９（ｂ）についても同様）。
【００７２】
図８（ａ）に示したように、メインコイル５（超電導コイル）は、パイプ４の軸方向Ｚと同じ向きの磁場をパイプ４の内側に発生させるように、パイプ４の径方向Ｒ外側に当該パイプ４と同心に配置されている。また、ここでのメインコイル５（超電導コイル）の仕様は下記とした。
超電導コイルの内径Ｄ１：１１５ｍｍ
超電導コイルの外径Ｄ２：２２０ｍｍ
超電導コイルの長さＬ：１５０ｍｍ
超電導コイルの線材重量：３４ｋｇ
【００７３】
このメインコイル５（超電導コイル）によると、図８（ｂ）に示すように、軸方向Ｚに対して垂直な面内では、磁場強度分布を３．１％以内にすることができている（中心部Ｏの磁場強度（１０Ｔ）に対する、中心部Ｏの磁場強度とパイプ４内面（Ｒ＝５０ｍｍ、Ｚ＝０ｍｍ）の磁場強度との差の絶対値の比を３．１％以内にすることができている）。このように、図８（ａ）に示したメインコイル５（超電導コイル）によると、その断面方向の磁場強度分布を均一化できる。その結果、パイプ４内を流れる水が感じた磁場の積分値を大にすることができる。
【００７４】
次に、図９は、内径が４３５ｍｍのパイプ４の中心部Ｏに５Ｔの磁場を発生させたときのコイル配置および磁場分布を示す図である。図９（ａ）はコイル配置図であり、図９（ｂ）はこのときの磁場分布図である。
【００７５】
図９（ａ）に示したように、メインコイル５（超電導コイル）は、パイプ４の軸方向Ｚと同じ向きの磁場をパイプ４の内側に発生させるように、パイプ４の径方向Ｒ外側に当該パイプ４と同心に配置されている。本実施形態では、メインコイル５（超電導コイル）が発生させる磁場と同じ向きの磁場を発生させる一対の補助コイル７，８（第２超電導コイル）がさらに設けられている。補助コイル７，８は、径方向Ｒにおいてはメインコイル５の径方向Ｒ外側に当該メインコイル５と同心に配置され、軸方向Ｚにおいてはメインコイル５の軸方向両端部近傍にそれぞれ配置されている。径方向Ｒにおいて、補助コイル７，８は、メインコイル５とシールドコイル６との間に配置されている。
【００７６】
メインコイル５および補助コイル７，８の仕様は下記とした。
メインコイル５の内径Ｄ１：４５０ｍｍ
メインコイル５の外径Ｄ２：６４０ｍｍ
メインコイル５の長さＬ：４５０ｍｍ
メインコイル５の線材重量：５９６ｋｇ
補助コイル７，８の内径Ｄ１：５４０ｍｍ
補助コイル７，８の外径Ｄ２：５８０ｍｍ
補助コイル７，８の長さＬ：１００ｍｍ
補助コイル７，８の線材重量：２８．７ｋｇ
【００７７】
これらメインコイル５（超電導コイル）および補助コイル７，８（第２超電導コイル）によると、図９（ｂ）に示すように、軸方向Ｚに対して垂直な面内では、磁場強度分布を５．８％以内にすることができている（中心部Ｏの磁場強度（５Ｔ）に対する、中心部Ｏの磁場強度とパイプ４内面付近（Ｒ＝２００ｍｍ、Ｚ＝０ｍｍ）の磁場強度との差の絶対値の比を５．８％以内にすることができている）。このように、図９（ａ）に示したメインコイル５（超電導コイル）および補助コイル７，８（第２超電導コイル）によると、その断面方向の磁場強度分布をさらに均一化できる。すなわち、パイプ４内を流れる水が感じた磁場の積分値をより大にすることができる。
【００７８】
また、図９（ｂ）において、例えばＺ＝５０ｍｍ、Ｒ＝０ｍｍ付近の領域の磁場強度分布は、−２．５％〜０．０％となっているのに対し、図８（ｂ）において、Ｚ＝５０ｍｍ、Ｒ＝０ｍｍ付近の領域の磁場強度分布は、−７．５％〜−５．０％となっている。すなわち、メインコイル５（超電導コイル）だけでなく補助コイル７，８（第２超電導コイル）も配置することで、軸方向Ｚの磁場強度も均一化する。
【００７９】
なお、本実施形態では、メインコイル５の径方向Ｒ外側に補助コイル７，８を配置した例を示したが、メインコイル５の径方向Ｒ内側（パイプ４とメインコイル５との間）に補助コイル７，８を配置してもよい。
【００８０】
また、本実施形態では、メインコイル５の軸方向両端部近傍に補助コイル７，８をそれぞれ配置した例を示したが、メインコイル５の軸方向両端部のうちいずれかの近傍のみに補助コイル７（または８）を配置してもよい。
【００８１】
（配管径および流速について）
本発明においては、筒部（パイプ４）の内径が５０ｍｍ以上であって、当該筒部（パイプ４）に２０Ｌ／ｍｉｎ以上の流速で水が流されることが好ましい。筒部の内径が５０ｍｍ以上であっても、本発明では超電導コイルを用いるので、筒部（パイプ４）の中心部にいたるまで小型の磁場発生装置で強い磁場を発生させることができる。その結果、多量の流水を効率よく磁気処理することができる。
【００８２】
ここで、配管（パイプ４）の圧力損失を１ｋＰａ以下とし、流量（流速）を２０Ｌ／ｍｉｎとすると、配管内径は５０ｍｍとなる。一方、内径が５０ｍｍ未満の配管では、例えば永久磁石を用いても磁場が配管中心部におよぶ。このように、内径が５０ｍｍ未満の配管の場合には、超電導コイルを用いる利点が縮小する。なお、実際的な水の流量（流速）は、５Ｌ／ｍｉｎ〜５００Ｌ／ｍｉｎ程度となる。
【００８３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。
【符号の説明】
【００８４】
１：水の物理処理用磁場発生装置
２：真空容器
３：シールド容器
４：パイプ（筒部）
５：メインコイル（超電導コイル）
６：シールドコイル
３１：冷凍機
Ｒ：径方向
Ｚ：軸方向
【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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