(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を循環させるためのシステムであって、
互いに異なる水の循環路を形成する複数の循環用配管と、
これらの循環用配管において前記水をそれぞれ循環させる循環用ポンプと、
各循環路を流れる水を一括して防錆するための磁場を形成する磁場形成装置と、を備え、
前記各循環用配管は、その内部を流れる水に対して前記磁場形成装置が形成する磁場が付与される磁気処理部を有し、これらの磁気処理部が集合して管束を構成するように特定領域内に集中配置され、
前記磁場形成装置は、超電導コイルを含み、この超電導コイルが前記各磁気処理部を流れる水に対して防錆効果を与える磁場を形成するように前記管束の周囲に配置される、水循環システム。
【請求項２】
請求項１記載の水循環システムにおいて、前記各循環用配管のうち前記磁気処理部を構成する部位は、他の部位に比べて局所的に内径及び外径の小さい部分である、水循環システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を循環させるための循環用配管及びこれを流れる水を磁気処理するための磁場形成装置を備えた水循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地域社会の集合住宅や工場等に用いられる水を循環させるシステムとして、その循環路を構成する循環用配管と、この循環用配管内で水を循環させるためのポンプと、を備えたものが一般に知られている。この水循環システムでは、環境に影響を与えることなく前記配管を防錆することが重要な課題である。具体的に、前記配管には、比較的安価な構造材料である鉄などが多用されており、このような鉄製の配管が錆びると、その交換のために多額の費用が発生してしまう。また、錆が配管から剥がれて循環水中に浮遊すると、その浮遊錆が配管の別の内壁に付着して閉塞を促すおそれがある。また、その防錆のために循環水中に例えばリン酸塩や亜鉛塩といった化学薬品を混入させると、環境への影響は避けられない。
【０００３】
従来、このような課題を解決するための手段として、循環する水を磁場に通すことによって防錆効果を与える磁気処理が知られている。この処理は、流水に磁束を印加すると、水物性や水中の溶存酸素濃度が変化し、その結果、鉄錆（Ｆｅ３Ｏ４（マグネタイト））の核生成・成長に影響を与えるという現象を利用するものである。この処理では、前記循環水への磁場の印加がＦｅ３Ｏ４の核生成密度を向上させ、このＦｅ３Ｏ４の微細な結晶から成る皮膜が鉄管の内面に生成することによって酸素の拡散を抑制し、それ以上の鉄錆の生成を抑制する。
【０００４】
このような磁気処理を実現するための装置として、例えば特許文献１には、強磁場を形成することが可能な超電導磁石を利用したものが、開示されている。前記超電導磁石は、超電導材料からなるコイルを備え、このコイルは、前記配管内に磁場を形成するように当該配管の周囲に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２３２４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記のような磁場の付与によって循環水に防錆効果を与えるシステムでは、当該防錆効果が持続する時間が限られているため、広域にわたって水を循環させることが難しい。具体的に、前記超電導磁石により形成された磁場中を流れる水は、当該磁場によって防錆効果を享受するが、この効果は一定時間が経過すると消失するため、当該水の循環経路が長いと当該水が前記超電導磁石による磁場形成領域に再び戻るまで前記防錆効果を維持できない、という不都合が発生する。このような不都合を回避するには、例えば当該循環水路中の複数の位置に前記磁場形成装置を配置すればよいが、当該磁場形成装置は高価な超電導磁石を含むため、これを循環路中の多数の位置に配置することは大幅なコストアップを招いてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、高価な超電導磁石を含む磁場形成装置の大幅な増設を伴うことなく、広域にわたって水を循環させ、かつ、その循環中に防錆効果を維持させることが可能な水循環システムを提供することにある。
【０００８】
本発明が提供する水循環システムは、互いに異なる水の循環路を形成する複数の循環用配管と、これらの循環用配管において前記水をそれぞれ循環させる循環用ポンプと、各循環路を流れる水を一括して防錆するための磁場を形成する磁場形成装置と、を備える。前記各循環用配管は、その内部を流れる水に対して前記磁場形成装置が形成する磁場が付与される磁気処理部を有し、これらの磁気処理部が集合して管束を構成するように特定領域内に集中配置される。前記磁場形成装置は、超電導コイルを含み、この超電導コイルが前記各磁気処理部を流れる水に対して防錆効果を与える磁場を形成するように前記管束の周囲に配置される。
【０００９】
このシステムによれば、互いに異なる循環路を形成する複数の循環用配管にそれぞれ水を流す一方、これらの水を共通の磁場形成装置が形成する磁場に通すことができる。このことは、磁場形成装置の大幅な増設を伴うことなく、水が防錆効果を維持したまま広域にわたって循環することを可能にする。具体的に、前記の複数の循環用配管の分散配置は、単一の循環路のみを有する水循環システムに比べてより広域にわたり水を循環させることを可能にする一方、前記各循環用配管に含まれる磁気処理部が管束を構成するように特定領域に集中配置され、その周囲に磁場形成装置の超電導コイルが配置されることで、前記各循環用配管を流れる水は前記磁気処理部を通る際に共通の磁場形成装置によって一括的に防錆処理される。さらに、単一の循環路を広域にわたって配置する場合に比べ、各循環路の循環長さは小さくて済むことから、当該循環路を流れる水は、前記磁気処理部において前記磁場形成装置により与えられた防錆効果を消失する前に再び当該磁気処理部に戻ることが可能である。
【００１０】
換言すれば、この水循環システムによれば、前記各循環路を流れる水が前記磁気処理部において前記磁場形成装置により与えられた防錆効果を消失する前に再び当該磁気処理部に戻るように、前記循環用ポンプによる水の循環流量を設定することが可能である。
【００１１】
ここで、前記各循環用配管のうち前記磁気処理部を構成する部位は、他の部位に比べて局所的に内径及び外径の小さい部分であることが、好ましい。これら磁気処理部がそれぞれもつ小さな内径は、当該磁気処理部内での水の流速を高め、この高い流速が、前記防錆効果を維持することが可能な時間を長くする。この作用効果については後に詳述する。また、各磁気処理部の外径が小さいことは、これら磁気処理部が形成する管束全体の外径を小さくすることを可能にし、これにより、当該管束の周囲に配置される超電導コイルの小型化を可能にする。つまり、前記磁気処理部での各循環用配管の局所的な小径化は、防錆効果の維持が可能な時間の延長と、超電導コイルの小型化の双方を同時に実現することを可能にする。
【００１２】
また、前記各循環用配管についてそれぞれ設けられる循環用ポンプは、前記磁場形成装置の近傍に集中配置されることが好ましい。この集中配置は、各循環用ポンプの運転管理やメンテナンスの効率を高める。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、高価な超電導磁石を含む磁場形成装置の大幅な増設を伴うことなく、広域にわたって水を循環させ、かつ、その循環中に防錆効果を維持させることが可能な水循環システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る水循環システムを示す図である。
【図２】前記水循環システムにおける管束及びその周囲に配置される磁場形成装置を示す断面正面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】前記磁場形成装置の配置の変形例を示す断面正面図である。
【図５】前記磁気処理システムにおいて水が磁気処理された後の経過時間ｔと当該磁気処理された水の接触角と非処理水の接触角との差Δθとの差を示すグラフである。
【図６】前記接触角と試験用の鋼板の腐食減量の差との関係を示すグラフである。
【図７】磁場形成装置が形成する磁場の磁束密度と当該磁場を通過する水の防錆効果持続時間との関係を示すグラフである。
【図８】磁場形成装置が形成する磁場の磁束密度と当該磁場を通過する水の防錆効果持続時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、この実施形態に係る水循環システムの全体構成を示す。なお、この実施の形態に係るシステムは、互いに離れた３つの工場棟１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに対してそれぞれ個別に水を流通させるような３つの循環路を形成するものであるが、本発明では、循環路の具体的個数及び配設領域を問わない。
【００１７】
この実施の形態に係るシステムは、前記各工場棟１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃをそれぞれ通るような水の循環路を形成する循環用配管１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃと、図２に示すように各循環用配管１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃについてそれぞれ設けられた循環用ポンプ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃと、各循環用配管１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに共通して用いられる磁場形成装置１６と、を備える。
【００１８】
前記各循環用ポンプ１４Ａ〜１４Ｃは、これに対応する循環用配管内の水を循環方向に流すように作動する。この実施の形態では、前記循環用ポンプ１４Ａ〜１４Ｃ及び前記磁場形成装置１６が全て図２に示すような共通のポンプ室１８内に収容されている。本発明では各循環用ポンプ１４Ａ〜１４Ｃの具体的な位置も限定されないが、前記のように各循環用ポンプ１４Ａ〜１４Ｃが前記磁場形成装置１６の近傍に配置されることは、これらのメンテナンス及び運転管理の効率を高める。
【００１９】
前記各循環用配管１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの一部は、図２に示すような磁気処理用配管２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにより構成されている。これら磁気処理用配管２０Ａ〜２０Ｃは、前記ポンプ室１８内において、当該磁気処理用配管２０Ａ〜２０Ｃの上流側に隣接する配管２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ及び下流側に隣接する配管２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃにそれぞれ配管接続バルブ２５を介して接続されている。各配管接続バルブ２５は、可変の開度を有しており、前記の配管接続の機能に加え、当該開度の変更により前記各磁気処理用配管２０Ａ〜２０Ｃを流れる水の流量を調節可能とする流量調節弁としての機能も有する。
【００２０】
前記磁気処理用配管２０Ａは磁気処理部２６ａと上流側中継部２７ａと下流側中継部２８ａとを有する。同様に、前記磁気処理用配管２０Ｂは磁気処理部２６ｂと上流側中継部２７ｂと下流側中継部２８ｂとを有し、前記磁気処理用配管２０Ｃは磁気処理部２６ｃと上流側中継部２７ｃと下流側中継部２８ｃとを有する。前記各磁気処理部２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、その内部を流れる水に対して前記磁場形成装置１６が形成する磁場により磁気処理が施される部位であって、前記ポンプ室１８内で互いに集合して図２及び図３に示すような管束３０を構成するように集中配置される。この実施の形態では、各磁気処理部２６ａ〜２６ｃは他の配管の部位よりも局所的に小さい内径及び外径を有し、それぞれの軸心が互いに平行となるように（図２では全て上下方向を向くように）、かつ、その径方向と平行な方向（図２では水平方向）に互いに近接するように、配置される。前記各上流側中継部２７ａ，２７ｂ，２７ｃは、前記磁気処理部２６ａ，２６ｂ，２６ｃの上流端と前記の上流側配管２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃとを中継する形状を有し、同様に前記各上流側中継部２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、前記磁気処理部２６ａ，２６ｂ，２６ｃの下流端と前記の下流側配管２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃとを中継する形状を有する。
【００２１】
前記磁場形成装置１６は、前記各循環用配管１２Ａ〜１２Ｃを流れる水を一括して防錆するための磁場を形成するものであって、図２に示すような超電導コイル３２を含む。この超電導コイル３２は、前記各磁気処理部２６ａ〜２６ｃを流れる水に対して防錆効果を与える磁場を形成するように、当該磁気処理部２６ａ〜２６ｃが形成する前記管束３０の周囲に配置される。この実施の形態では、前記超電導コイル３２の軸心が前記管束３０における各磁気処理部２６ａ〜２６ｃの軸心と平行になるように、当該超電導コイル３２を構成する超電導線材が前記管束３０の周囲に巻回される。換言すれば、超電導コイル３２が囲むボア（内部空間）３４に前記管束３０が挿通されるように、当該超電導コイル３２と当該管束３０との相対位置が設定される。
【００２２】
本発明に係る磁場形成装置は、当該装置が形成する磁場の向き及び超電導コイルの個数によって限定されない。例えば、変形例として図４に示す磁場形成装置１６′のように、複数の（例えば一対の超電導コイル３６を有し、これらの超電導コイル３６の軸心が前記管束３０における各磁気処理部２６ａ〜２６ｃの軸心に対して直交する姿勢で当該超電導コイル３６が当該管束３０の周囲に配置されるものでもよい。
【００２３】
次に、前記水循環システムの作用について説明する。
【００２４】
前記各循環用ポンプ１４Ａ〜１４Ｃが作動することにより、各循環用配管１２Ａ〜１２Ｃ内の水が前記各工場棟１０Ａ〜１０Ｃを通るように循環する。その一方、磁場形成装置１６を構成する超電導コイル３２が超電導状態で通電されることにより、前記各循環用配管１２Ａ〜１２Ｃのうち互いに集中配置されて管束３０を構成する磁気処理部２６ａ〜２６ｃ内に強磁場が形成され、この強磁場を前記各循環水が流れることにより、当該循環水に防錆効果が与えられる。
【００２５】
この防錆効果は限られた時間しか持続できないが、前記水循環システムでは工場棟１０Ａ〜１０Ｃごとに循環路が分割されており、例えば各工場棟１０Ａ〜１０Ｃを順に水が流れるような長大な循環路を具備する場合に比べて各循環路の長さは小さく抑えられるので、当該各循環路を流れる水は前記各磁気処理部２６ａ〜２６ｃにおいて防錆効果を与えられてから当該防錆効果を失う前に当該磁気処理部２６ａ〜２６ｃに帰還することができる。換言すれば、各循環用配管１２Ａ〜１２Ｃを流れる水が磁気処理部２６ａ〜２６ｃを離れてから防錆効果を維持したまま当該磁気処理部２６ａ〜２６ｃに戻ることが可能となるように前記各循環用ポンプ１４Ａ〜１４Ｃによる循環流量を設定することが可能であり、このことが、広域にわたる水の循環を実現しながらその循環領域全域にわたって良好な防錆効果を維持することを可能にする。
【００２６】
また、前記のように複数の循環用配管１２Ａ〜１２Ｃを具備しながらも、これら循環用配管１２Ａ〜１２Ｃを流れる水の防錆処理（磁気処理）を共通の磁場形成装置１６によって一括して行うことは、システム全体のコストアップを有効に抑止する。ただし、本発明において、前記循環用配管のうちの一つが大きな循環長を有する場合に当該循環用配管についてのみ補助的に別の（例えば小型の）磁場形成装置を付与することは除外されない。
【００２７】
さらに、この実施の形態では、前記各循環用配管１２Ａ〜１２Ｃのうち前記磁気処理部２６ａ〜２６ｃを構成する部位の内径が他の部位に比べて局所的に小さいため、その分だけ当該磁気処理部２６ａ〜２６ｃを流れる水の流速を他の部位よりも高めることができる。このことは、後に実施例の項で詳述するように、前記防錆効果を維持することが可能な時間を長くすることができ、これにより、防錆効果の持続に求められる循環流量を減らし、あるいは、防錆効果を維持できる循環長を大きくすることができる。実際には、流速が大きすぎると配管に高い圧力が作用して水漏れ等を招くおそれがあるため、ｉ）各循環路の長さと流速から計算される水の循環時間よりも前記防錆効果の持続時間が長いという条件と、ｉｉ）水圧が前記水漏れ等を防止できるような許容圧力以下の圧力になるという条件を同時に満たすように、図２に示される各配管接続バルブ２５の開度が調節されるのが、よい。
【００２８】
その一方、前記磁気処理部２６ａ〜２６ｃの外径が小さいことは、これら磁気処理部２６ａ〜２６ｃが形成する管束３０全体の外径を小さくすることを可能にし、これにより、当該管束３０の周囲に配置される超電導コイル３２の小型化を可能にする。
【実施例】
【００２９】
図５は、前記図１〜図３に示す水循環システムにおいて、前記磁場形成装置により磁束密度１０Ｔの磁場を形成してから当該磁場による防錆効果が消失するまでの当該防錆効果の時間変化（横軸はｍｉｎ）を示したグラフである。このグラフでは、水が保有する防錆効果の度合いを示すパラメータとして当該水の接触角θが用いられている。この接触角θは、対象たる水をりん脱酸銅からなる板の上に載せることで形成された水滴について測定されたものであって、グラフの縦軸には、前記の磁束密度１０Ｔの磁場による磁気処理が施された水の接触角と、当該処理が施されていない通常水の接触角との差Δθ（°）が与えられている。
【００３０】
なお、本図は文献「銅と銅合金」第４４巻１号  ｐ１９６−２００  ２００７年  からの引用で、リン脱酸銅上の水の接触角を示した結果であるが、鋼板上でも同様の挙動が得られる。
【００３１】
図６は、前記接触角と前記防錆効果との相関関係について測定した結果を示すグラフである。同図の縦軸は、冷間圧延鋼板（長さ１３０ｍｍ×幅３２ｍｍ×厚さ１．０ｍｍ）からなる試験板を通常水に３０日間接触させたときの当該試験板の腐食による減量（ｇ）と、当該試験板を６Ｔの磁場中で磁気処理した後の水に３０日間接触させたときの当該試験板の腐食による減量（ｇ）との差である。この腐食減量の差は、横軸の接触角が大きいほど低下している。このことから、図５のグラフにおいて、縦軸のΔθが負の値であることは磁気処理による防錆効果が存在していることを示し、さらに、その絶対値が大きいほど当該防錆効果も高いことがわかる。
【００３２】
図７及び図８は、前記磁場形成装置１６が形成する磁場の磁束密度（Ｔ）及びその内側の磁気処理部を流れる水の流速（ｍ／ｓ）と、防錆効果継続時間（ｈ）との関係について測定した結果を示している。具体的に、図７は、水の流速が０ｍ／ｓ及び１ｍ／ｓである場合の前記磁束密度と防錆効果継続時間との関係を示し、図８は、前記磁束密度が２Ｔ及び１０Ｔである場合の水の流速と防錆効果継続時間との関係を示す。ここにおいて「防錆効果継続時間」とは、水への磁場の印加が終了してから（図２では水が超電導コイル３２による磁場形成領域を脱してから）当該水の保有する防錆効果が半減するまでの時間（図５では接触角差Δθが約−８°から約−４°に上昇するまでの時間）を意味する。
【００３３】
図７及び図８に示されるように、防錆効果継続時間は、形成される磁場の磁束密度が大きいほど、また、この磁場を通過する水の流速が高いほど、長くなる。従って、磁場形成装置が形成する磁場の強さが一定である場合、この磁場を通る水の流速を高めるほど防錆効果継続時間を長くして循環可能な経路長を増大させることが可能となる。例えば、１ｍ／ｓの流速が確保された場合には、磁束密度が２Ｔでも防錆効果を１時間以上維持することが可能であり、さらに磁束密度を１０Ｔにすれば防錆効果を６時間以上確保することも可能になる。
【符号の説明】
【００３４】
１２Ａ〜１２Ｃ  循環用配管
１４Ａ〜１４Ｃ  循環用ポンプ
１６，１６′  磁場形成装置
１８    ポンプ室
２０Ａ〜２０Ｃ  磁気処理用配管
２６ａ〜２６ｃ  磁気処理部
３０    管束
３２，３６  超電導コイル
【図１】
0005819752.tif 000002
【図２】
0005819752.tif 000003
【図３】
0005819752.tif 000004
【図４】
0005819752.tif 000005
【図５】
0005819752.tif 000006
【図６】
0005819752.tif 000007
【図７】
0005819752.tif 000008
【図８】
0005819752.tif 000009