(57)【要約】要約なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体に電磁波を照射し、強磁場を印加して、磁性体を共鳴させ、熱エネルギーを増幅される技術。
磁性体、感温磁性流体を電磁波によって加熱し、熱エネルギーの効率を上げるには、磁性体、感温磁性流体の組成に対して、照射する電磁波の周波数と印加する磁場に符合する位置に達すると磁性体が共鳴する、磁性体は、共鳴することによって、熱エネルギーが増幅する。磁性体に電磁波を入射すると熱エネルギーが発生し、共鳴することにより、熱エネルギーが増幅し、振動しながらエネルギー効率が大きくなる。
磁性体が共鳴をおこす電磁波の周波数と磁場が符合する位置は、磁性素材の原子の配合及びその比率、照射する電磁波の周波数と強磁場の磁場の強度によって決まる。
磁性体、感温磁性流体は、電磁波を照射し共鳴すると、透磁率（吸収率）が大きくなり、共鳴点が透磁率の最高点となり、磁性体の発熱エネルギーが増幅する。この熱エネルギーを取り出し利用する技術開発。
感温磁性流体に電磁波を照射し、電磁波の周波数と強磁場を印加し符合する位置で、共鳴すると、コロイド粒子の磁気モーメントが励起し、ゼーマン効果が生じ、流体内部の温度が高温と低温の振動を繰り返し振動する。流体のエネルギーは、温度格差から生じる流体エネルギーと温度格差によって生じる磁性格差が、流体内部に広がり、外部から印加される磁場に影響し、感温磁性流体のエネルギーが増幅する。感温磁性流体が共鳴して増幅したエネルギーをタービンの駆動のエネルギーとして、利用する技術開発。
磁性体が共鳴によって生じるエネルギーは、磁場の強度、及び電磁波の周波数の大きさ及び磁性体の透磁率とジャイロ磁気定数、コロイド粒子の磁気モーメント、電磁波の出力が高いほど大きくなる。
磁性体の強磁場共鳴の位置を設定し、磁性体を共鳴させることによって、熱エネルギーを増幅させ利用する技術開発。
【請求項２】
共鳴現象からエネルギーを取り出す技術開発。
磁性体に電磁場のマイクロ波、ミリ波、高周波を照射し、強磁場を印加し、共鳴現象を起こし、高エネルギーを取り出すには、マイクロ波を利用するときは、マイクロ波をマグネトロンから導波管によって誘導し、磁性体にマイクロ波を照射すると発熱する。このときにマイクロ波の周波数と符合する強磁場を印加すると共鳴しながら発熱する。磁性体が共鳴している時は磁性体の発熱のエネルギーは大きく増幅する。
マイクロ波を連続して照射し、磁性体がキュリー温度に達すると、マイクロ波の吸収が止まり、共鳴現象も喪失する。磁性体がキュリー温度に到達するまでに、発熱エネルギーを取り出し、熱エネルギーとして利用すると、連続してキュリー温度の近似点の熱エネルギーが得られる。発熱のエネルギーを取り出すには、発熱した磁性体に直接又は間接的に大気の循環、水蒸気の循環、水の循環、溶媒の循環等によって、熱エネルギーを取り出し利用することができる。
ミリ波、高周波の場合は、ミリ波、高周波コイルを巻きその内部で発生する電磁波のなかに磁性体を設置し、強磁場を印加すると電磁波の周波数と符合する強磁場の強度で共鳴現象が見られる。磁性体が共鳴すると発熱のエネルギーは大きく増幅する。
コイル内部の温度は磁性体のキュリー温度が最高温度になり、磁性体が共鳴する温度もキュリー温度の近似点である。コイル内部に設置した磁性体が共鳴し発生している発熱エネルギーを水蒸気、大気、水、溶媒等を循環させ、取り出すと磁性体の発熱している近似点の熱エネルギーを常圧の環境で取り出すことが出来る。
磁性体が発熱する温度は、キュリー温度が高いほど、高い温度が得られる。磁性体のフェライトにおけるキュリー温度は、６０〜６７０℃の範囲であり、マグネタイトの場合は、キュリー温度を超えて１、２００℃まで昇温し、磁性体ではないが酸化アルミニウムは、１、６００℃まで昇温し、その温度帯が利用できる。
磁性体を強磁場で共鳴させ熱エネルギーを取り出す方法と温度の範囲。
【請求項３】
磁性体の共鳴現象が起きる素材及び、昇温が早い磁性体の組成と共鳴の振幅が大きい素材及び感温磁性流体の利用する磁性体の粒子の大きさの選択。
磁性体、感温磁性流体に電磁波の照射し、強磁場を印加したときに共鳴を起こす最適な磁性体の素材は、マンガン、ニッケル、コバルト、クロム、モリブデン、リチウムの元素が単体又は複合し含有しているフェライトが共鳴する素材の選択である。
共鳴のエネルギーは、磁性体に含まれる元素の磁気モーメントのスピンの値が大きいほど大きなエネルギーになる。
磁性体に電磁波を照射し、早い昇温効果が見られるのは、保磁力の大きい磁性体を選択すると早い温度の上昇が見られる、共鳴の振幅は、透磁率の高い磁性体が大きくなる。
感温磁性流体に利用する磁性体の粒子の大きさは、強磁性コロイド粒子の磁気モーメントを示す粒子の半径は、１ｎｍから１０μｍの範囲がエネルギー効果が高い粒子である。
共鳴現象から熱エネルギーを得るためには、昇温時間が早く、共鳴の振幅が大きいことであり、磁性素材の元素のスピンの値及び磁性体の保磁力及び透磁率が高い素材を選択する。
【請求項４】
磁性体が共鳴し、得られる熱エネルギーを利用し、粉体、粒体、液体又はヘドロ、汚泥、含水率の高い粉体等を乾燥又は焼却及び殺菌を行う方法。
磁性体を数ミリから数センチの球形に加工し、球形の磁性体に電磁波を照射し、その電磁波の周波数に符合する強磁場を印加すると球状の磁性体が共鳴現象を起こしながら発熱する。
球形の磁性体を電磁波と磁場で共鳴させると高温の熱エネルギーが得られ、熱エネルギー温度の調整は、磁性体が持つキュリー温度によって選択する。磁性体のキュリー温度は、一般的なフェライトは６０〜３００℃、リチウムフェライトは６７０℃と組成の配合構造によって違いがあり、加熱に必要な温度をキュリー温度によって選択する。マグネタイトはキュリー温度を超えて１２００℃まで発熱する。ジルコニアは磁性は弱いが１４００℃まで、酸化アルミニウムは、磁性は存在しないが１６００℃まで昇温する。ジルコニアは酸性に強く、酸性の強い素材の熱処理に効果的である。
球形の磁性体が共鳴し発熱するときの熱エネルギーは、磁性体の素材の透磁率、ジャイロ磁気定数、コロイド粒子の磁気モーメントと電磁波の周波数、印加する磁場の強度と電磁波の出力によって決まる。
球形の磁性体をミキサー又は回転釜に入れ、電磁波を磁性体に照射し、強磁場を印加し、磁性体を共鳴させながら、発熱させ、磁性体が発熱するエネルギーと整合する量の粉体、粒体、液体又はヘドロ、汚泥や含水率の高い粉体を入れ、球形の磁性体と共に回転、撹拌すると、同一出力の電磁波による乾燥、焼却、殺菌よりも、短時間に均一な状態で、乾燥又は焼却、殺菌が出来る。
磁性体に電磁波を照射し、強磁場を印加して、共鳴させ発熱すると、昇温時間が早く、熱エネルギーが大きいことが特長である。球状の磁性体を、回転しながら撹拌すると粘性の強い液体や粉体、ヘドロ、汚泥等の素材の場合は、液体内部に球状の磁性体が滑り込み、共鳴しながら回転し撹拌することによって、熱伝導が均一に広がる。その結果、乾燥、焼却、殺菌が効率的に処理できる。
乾燥、焼却、殺菌の後処理は、磁性体は、一定温度に低下すると磁性が復活し、加熱処理加工された物質との分離は、強磁場を印加すると簡単に回収分離ができる。
マグネタイトの１、２００℃の温度を得るのに、電磁波の周波数２．４５ギガヘルツを照射し、マグネタイトの量と出力にも影響されるが、常温から５〜１０分で１、２００℃に昇温する。他の磁性素材においても同様の時間帯で目的の温度が得られる。
ジルコニアは昇温時間は緩やかであるが１、４００℃まで利用できる。
磁性体を利用した焼却でも短時間に目的の温度に達する。焼却処分すると公害問題が残されている物質の多くは、無害になるまでの昇温時間が長いことと、無害化に必要な昇温までに温度格差から生じる、異形の物質が作られ公害問題が発生しているが、例えば、ＰＣＢ、ダイオキシンの焼却又は分解が安全にできる。
【請求項５】
複数の組成を持つ素材を球形の磁性体の共鳴による熱エネルギーを利用し、分離回収する技術。
磁性体に電磁波を照射し、磁性体がキュリー温度になると磁場が喪失し発熱は止まる。キュリー温度になると共鳴現象も止まる。共鳴によるエネルギーは、磁性体のキュリー温度によって制御できる。
球状の磁性体を電磁波の周波数と強磁場の印加によって共鳴させ、熱エネルギーによって、複数の化学物質や重金属が混ざった物質を熱分解するとき、球形の磁性体によって共鳴発熱させながら化学物質や重金属と共に、ミキサー又は回転釜のなかで回転させ、熱分解又は焼却を行う。熱処理に必要な温度を、磁性体のキュリー温度を利用し、低い温度から加熱処理する物質の沸点、融点に合わせ、順次、球状の磁性体をキュリー温度まで発熱させ、物質の組成を液化、気化、炭化などに変えて、取り出し、新たにキュリー温度の高い、球形の磁性体を入れ、発熱させながら共鳴させると物質の目的にあった回収又は焼却が連続して可能である。複数の組成が混ざり合って、公害の原因となっている化学物質、水銀、鉛、カドニウム、等の分離回収が可能である。
【請求項６】
日本の電子レンジを利用した、食品の加熱と解凍及び調理の技術開発。
日本の電子レンジの周波数は２．４５ギガヘルツ、磁性体のマンガンフェライト、ニッケルフェライト、マンガンニッケルフェライトなどに印加する強磁場が約１、０００ガウスが共鳴点となる。磁場共鳴を起こす磁場の幅は、７００〜１、３００ガウスである。この共鳴の時に磁性体の透磁率が高くなり、発熱エネルギーが大きくなる。
磁性体は保磁力が大きく、透磁率が高いほど共鳴による熱効率が大きくなる。
電子レンジの回転板をアルミ製品にしてその内部に永久磁石を設置し、電磁波が永久磁石に入射しないようにして、磁性体と符合する位置の磁場が約１、０００ガウスになるように永久磁石を一つ又は複数設置する。
食品の調理品及び冷凍食品や食品を加熱又は解凍、調理するときに、マンガン、ニッケル、モリブデン、亜鉛、コバルト、クロム等が単体又は複数に入ったフェライト並びに燒結した陶磁器や耐熱ガラス等の容器並びにフェライトの粉末を塗布した耐熱用包装材、アルミ素材の食品用包装材、弁当の容器を電子レンジに入れ、マイクロ波を照射すると磁性体が磁場と励起し、共鳴を起こし、熱エネルギーが増幅し、早い温度上昇を示す。
食品や冷凍食品の加熱又は解凍の時間が短縮できる。食品や冷凍食品に熱伝導が早くするには塗布した磁性塗料の外側にマイクロ波が透過し、保温効果のある紙等の保温性の高い素材を利用すると早い加熱、解凍が得られ、加熱後の保温性も高い。
陶磁器や耐熱ガラスの容器にマンガン、ニッケル、亜鉛、クロム、モリブデン、コバルト等の磁性体、フェライトを単体又は複合して燒結した容器を利用し、電子レンジのなかで強磁場を印加すると共鳴が起こり、早い熱効果を得ることが出来る。
電子レンジのなかで調理や加熱、解凍に必要な温度と磁性体のキュリー温度を合わせ、陶磁器や石英ガラス等の耐熱ガラスに燒結すると調理方法の焼く、煮る、炒める、蒸す、煎る、揚げる等や加熱、解凍が簡便に、熱効率の高い処理が出来る技術開発。
【請求項７】
磁性体の共鳴する磁場の範囲を広げる技術開発。
磁性体及び感温磁性流体を電磁波の周波数と印加する磁場強度から共鳴する範囲は、磁性体の組成の構造で決定しているが、磁場の共鳴する範囲を広げるには、アルゴンガス及び貴金属の銀、金、白金、白金ロジウムなどを利用すると低磁場から共鳴誘導の現象が見られ熱エネルギーを効果的に得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は磁性体、感温磁性粒体に電磁波を照射し、その周波数と符合する強磁場を印加し磁性体を共鳴させることから熱エネルギー効率を高める方法に関する。
【背景技術】
【０００２】磁性体が共鳴する研究は、１９４０年代〜１９５０年代に世界で進められていた。
共鳴と電磁波の周波数と符合する磁場強度の研究も過去にされている。
磁性体及び感温磁性流体に電磁波を照射し、電磁波の周波数と強磁場が符合する共鳴点を選択し、熱エネルギーを効果的に取り出す技術は開発されていない。【０００３】電磁波を照射し発熱のエネルギーを利用する方法は過去に利用されており。電子レンジもその例である。電子レンジを利用し、共鳴現象から発熱エネルギーを取り出す方法は存在していない。
磁性体、感温磁性流体を電磁波によって加熱し、強磁場で共鳴する時の熱エネルギーを科学的解明し、熱エネルギー転換の技術開発はされていない。【０００４】磁性体の共鳴する素材は、２〜３報告がある。しかし、その共鳴素材の特性を利用し熱エネルギーに転換する技術は見られない。【０００５】球状の磁性体による加熱は、遠赤外線効果を利用し、豆、栗、芋などで古くから利用されている。しかし、球形の磁性体のキュリー温度を利用し、一定の温度を電磁波によって維持し、加熱する方法は見られない。
豆腐の後に出る、おからにＬＰガスによって加熱した金属ボールを入れ、乾燥する方法が開発されたが、球形の磁性体を、電磁波と強磁場で共鳴させ、熱エネルギーを大きくして、乾燥、焼却、殺菌等に利用する方法は見られない。
焼酎の搾りかす、梅干しの生産から作られる梅酢の多くは海上投棄されている。食品廃棄物の再資源化の法律は制定されているが、経済的に安価な処理方法と資源化として利用できる技術開発がされていない。【０００６】産業廃棄物を粉砕するときに磁性の強い鉄のボールを使い粉砕し、粉砕後に磁性のある素材と分離回収する方法は利用されている。磁性体を電磁波で加熱し強磁場を印加し加熱共鳴させ、分離回収はされていない。【０００７】ダイオキシン、ＰＣＢの処理にマイクロ波によって直接加熱する方法は、研究されているが、多くの物質と混合し、混ざっているいると電磁波の直接照射は、ダイオキシンやＰＣＢだけを均一に加熱することが難しく、安定した温度が得られない欠点がある。産業廃棄物の多くは、高温を均一に加熱し、無害化されることが求められている。【０００８】食品のなかでも粉体の製品やカレー粉や輸入農産物、雑穀類は品質を劣化させない除菌と殺虫には悩まされている。輸入農産物ほど危険な菌類の付着が多く、虫の混入には、薫蒸処理などが実施されている。加熱水蒸気の除菌が実施されているが、品質を維持し完全な殺菌の方法は確立には至っていない。【０００９】産業廃棄物の分離回収は鉄、ビン類、アルミなどの大ざっぱな回収である。
資源の再利用から微量貴金属や化学物質を分離回収することは、必要であり、今後の課題とされている。家電製品などに利用されている微量貴金属の経済的な回収が望まれている。【００１０】電子レンジの回転体に磁性体を付け安定したマイクロ波加熱を維持するために利用されている製品は見られる。しかし、マイクロ波の周波数と磁場の印加する共鳴点を選び包装用資材に磁性体を塗布し共鳴し加熱されていない。磁気の釜の内部に磁性体を燒結し電子レンジで加熱する方法はあるが、磁器に磁性体を燒結し磁場を与え共鳴させ調理の熱エネルギーの効果を上げる方法はとられていない。【００１１】磁性体及び感温磁性流体の共鳴する磁場の範囲を広げる方法はこれまでに見られない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】次世代のエネルギーの開発は大きな課題である。
磁性素材を電磁波によって加熱する方法は、ＣＯ２の発生がなく、クリーンなエネルギーである。電磁波による加熱で熱効率が高くなる方法の解決が求められていた。従来の電磁波加熱の問題は、磁性体の電磁波吸収率が低く、エネルギー効率が低いとされている。
磁性体に電磁波を照射しその周波数と印加する強磁場と、符合する位置において、磁場共鳴を起こし、電磁波の透磁率（吸収率）が最高点に達する。磁性体に電磁波を照射し共鳴していないときと、共鳴時の透磁率格差は、１００倍から９０００倍になっている。
従来の電磁波による加熱では、出力以上のエネルギーは発生しない。
共鳴によるエネルギーは、電磁波の照射によって磁性体が持つ、コロイド粒子の磁気モーメントが外部からの磁場によって励起し、ゼーマン効果が生じ、磁気モーメントが遷移しエネルギーが増幅する現象であり、入力以上のエネルギーが発生する。電磁波の照射出力よりも大きなエネルギーが強磁場共鳴によって得られる。
従来、電磁波の加熱では、コロイド粒子の磁気モーメントによって、原子のスピンから熱エネルギーを増幅させ、熱エネルギーを取り出す技術が確立していなかった。
共鳴点における電磁波の周波数と磁場の強度、素材が持つ磁性の条件は、次の方程式である。
［方程式１］
2006054785.tif 000002
μｏ；磁気定数、γ；ジャイロ磁気定数、Ｈ；外部からの磁場、ω；マイクロ波の周波数電磁波の周波数ω、ジャイロ磁気定数γ、外部からの磁場Ｈが（１）式の関係を満たし、強磁場共鳴が生じたとき、共鳴におけるエネルギーは、ジャイロ磁気定数、外部から磁場を加えた時の磁性流体の飽和磁化、コロイド粒子の磁気モーメントと電磁波の入射エネルギーによって決定する。
共鳴によるエネルギーの方程式は以下である。
［方程式２］
2006054785.tif 000003
Ｅｋ；磁性体に励起されるエネルギー、ｎｋ；励起されるスピンの数、ωｋ；スピンの周波数、π；円周率、γ；ジャイロ磁気定数、Ｍｓ；飽和磁化、ｇ；ｇ定数、μＢ；ボーア磁気モーメント、Ｔｋ；スピンの緩和時間、ｈｃ；電磁波の臨界点以上の入射エネルギー
磁性体が共鳴していないときのエネルギーから、磁気モーメントによって励起される電子のスピンの数は、一つのコロイド粒子あたりのスピンの数と磁性体のコロイド粒子の数を掛けたものとなり、ゼーマン効果の遷移によって磁性体に励起される総エネルギーは増幅される。【００１３】感温磁性流体における電磁波の周波数と強磁場を印加したとき符合する共鳴では、感温磁性体のコロイド粒子の磁気モーメントが励起し、［方程式２］で示す、ｎｋ励起するスピンの数が多くなり、ゼーマン効果が生じ、感温磁性流体の温度が高温と低温に振動することが解り、感温磁性流体のエネルギーが、温度の上下の変動するエネルギーと温度変化によって生じる磁性の変化が外部から印加する磁場に影響し、加速するエネルギーが生じ、大きなエネルギー転換が存在することを発見した。
共鳴現象によって得られるエネルギーは、次の方程式で説明できる。
［方程式３］
2006054785.tif 000004
Ｅ；ゼーマン効果のエネルギー、Ｓ；磁性流体のスピン、Ｈ；外部から加えられた磁場
感温磁性流体の熱エネルギーの大きさは、［方程式２］に示し、入射エネルギーｈｃに対して磁性体が持つ原子のスピンによって励起されるエネルギーＥｋは増幅される。
感温磁性流体の温度変化に対するエネルギーの方程式から時間当たり温度の変化がエネルギーが大きくなることを示している。
［方程式４］
2006054785.tif 000005
温度変化に伴う磁性格差から生じる流体の方程式からも磁性の変化によるエネルギーが大きくなることを示す。
［方程式５］
2006054785.tif 000006
ρｏ；磁性流体の密度，ｃｐ；磁性流体の定圧比熱，Ｔ；温度，Ｍ；磁性の磁化  Ｈ；磁性流体の磁場，λｏ；磁性流体の熱伝導率ｖ；磁性流体の速度，ｔ；時間
ｐ；圧力，η；磁性流体の粘度，μｏ；真空の透磁率，ρ；磁性流体の密度，ｇ；重力
この方程式から、感温磁性流体を共鳴させることから生じる熱エネルギーをタービンの駆動エネルギーに転換すると大きなエネルギーとして利用することができる。【００１４】電磁波加熱は、加熱する物質に直接マイクロ波を照射し加熱する方法と磁性体に照射し、その輻射熱で加熱する方法がある。磁性体に電磁波を照射し、強磁場を印加し、共鳴させ、その熱エネルギーを取り出すには、共鳴している磁性体の熱エネルギーを外部に取り出し外部から低温の大気、水蒸気、水、溶媒を循環させ、磁性体が持つキュリー温度を超えないようにすると共鳴が継続する。
マイクロ波によって熱エネルギーを得るには、マグネトロンからマイクロ波を導波管より導き一定の大きさの躯体のなかに磁性体の板を並べ、磁性体の板には、レンコン状の大小異なった孔を空け、大気や水蒸気、水、溶媒が循環できる構造にして、磁性体と磁性体の間に、強磁場を持つ永久磁石をアルミ等によってマイクロ波を反射するように被い、強磁場を印加できる位置に置き、マイクロ波を照射する。磁性体にあけられた大小異なった穴の間を大気、水蒸気が循環させ、シロッコファンによって、高温になった大気、水蒸気を吸引し、循環する。水、溶媒の低温は下から注入し、高温は上部から取り出し、循環する構造によって、強磁場共鳴によって得られる、熱エネルギーを取り出す。
マイクロ波２．４５ギガヘルツの場合は印加する永久磁石は約１、０００ガウスが最適磁場強度で７００〜１、３００ガウスの間が共鳴する幅である。
ミリ波、高周波による共鳴のエネルギーを取り出すには、ミリ波、高周波コイルの内部に磁性体の円形にした板を入れ、板にレンコンの穴のように大小異なった穴をあけ、その空間に水蒸気、大気を通過させエネルギーを取り出している。高周波の場合は約２０ギガヘルツ以上になり、印加する磁場は、約３、０００ガウスの強磁場である。共鳴点が３、０００ガウスの時の共鳴する磁場の範囲は約２、０００〜４、０００ガウスである。
磁性体の間にサンドイッチ状態にして永久磁石を設置し、直接電磁波が入射しないようにアルミで被い、磁場を印加し、強磁場共鳴を誘導する。大気、水蒸気を共鳴している磁性体の穴のなかを通過することによって、大気、水蒸気の熱エネルギーは増幅する。
磁場共鳴の振幅温度の基点は、磁性体の熱エネルギーを取り出さないと高くなり、キュリー温度を超えると共鳴が終わり、連続し熱エネルギーを取り出しことによって安定する。【００１５】電磁波を照射し、強磁場共鳴が生じる磁性体の素材は、磁気モーメントのスピンの値が大きいほど励起し、エネルギー効果は高くなる。マンガン、コバルト、モリブデン、亜鉛、ニッケル、リチウム等の単一又は、複合的に配合されているフェライトが主な素材である。マンガンはスピンの値は６と大きく、マンガンフェライトは共鳴のエネルギーは大きい。磁性体に電磁波を照射し、発熱し昇温が早くなる素材は、磁性体が持つ保磁力が大きいほど早く、共鳴するときに振動する振幅は、磁性体の透磁率が高いことによって決定する。保磁力の大きさ、透磁率の高さが熱エネルギー効果になる。この条件は感温磁性流体においても同じである。磁性体を微粉末にし水を添加し液状にした状態でも同じ効果が見られる。磁性粉末に水を添加し液状にした状態や感温磁性流体のエネルギーが電磁波によって増幅している構造は、磁性体のコロイド粒子の磁気モーメントによって励起していることから、粒子の大きさは、分子のなかの原子の単位から磁気モーメントが存在し、半径１ｎｍ〜１０μｍの粒子からエネルギーは得られ、領域の範囲は広い。
粒子同士の摩擦によるエネルギーが存在し、粒子が小さいことは粒子同士の摩擦熱が大きくなる。【００１６】粉体、液体、粘度の強い液体、粒子等に熱エネルギーを短時間に均一に拡散させたり、又は輻射熱を均一に拡散することが困難な素材が多い。
直径数ミリから数センチの球形の磁性体を、電磁波によって発熱させ、強磁場を印加し、共鳴させると、磁性体の球の表面から共鳴しながら、熱エネルギーを均一に拡散する。
粉体、液体、粘度の強い液体、粒子の乾燥と殺菌では均一な熱伝達が望まれているが、一般的に行われている回転釜、ミキサーによる加熱方法は、釜やミキサーの外部から熱を加えており、均一な加熱には時間を必要としている。電磁波加熱による加熱や乾燥は、照射している部分にのみ加熱が行われ、粉体の内部に熱が均一に伝達するのに時間が必要となる。
球形の磁性体に強磁場を与え共鳴させながら加熱と乾燥する方法では、電磁波を加え強磁場を印可しながら回転釜やミキサーを回転させると、球形の磁性体と粉体、液体、粘性の強い液体、粒子が混ざり合って撹拌し、球形の磁性体から出る熱量と直接電磁波が照射される部分があり相乗的効果が見られ、早い乾燥や殺菌ができる。磁性体のキュリー温度と加工処理する素材の目的温度を合わすと部分的な過剰加熱の心配がなく均一な温度が得られる。磁性体のキュリー温度は８０〜３００℃の範囲で目的に合わせて選択する。
粉体の乾燥と殺菌では、耐熱性バチルス菌の殺菌ではキュリー温度、１３０℃の磁性体を選択すると、乾燥しながら耐熱性バチルス菌の殺菌が可能である。
粉体は乾燥すると比重が小さくなり、軽くなった粉体の素材は、上辺に集まり、吸引しやすく、吸引で回収する方法や磁性体をキュリー温度以下に下げて、磁場によって磁性体だけを分離、回収する方法があり簡便に磁性体と処理製品との分離ができる。【００１７】豆腐の製造からでる”おから”や、おからの形状をしている、水分率が高く、粘性が強い素材、焼酎の搾りかす、梅干しの梅酢などの液体の乾燥や殺菌は、内部まで熱が均一に伝達させ、乾燥することが難しく、部分的に塊になり、均一な性質にならず、粉砕が必要となり、内部に熱伝達するのに多くの時間が必要である。球形の磁性体は一定の比重があり、ミキサー及び、回転釜のなかで粘性の強い液体と混合して撹拌すると、液体や塊のなかに入り込み、熱を発散し回転するために塊が粉砕され、均一な熱伝達が見られる。球形の磁性体を電磁波と強磁場によって、共鳴させ、発熱させながらミキサー及び回転釜で処理すると短時間に乾燥処理が可能である。磁性体のキュリー温度は１２０〜３００℃のなかで水分率で選択する。
乾燥させると軽量になり、畜産の餌や健康食品や食品の素材として利用でき、保存性も高く、堆肥として利用も簡単である。【００１８】ヘドロや汚泥は、公害物質のなかでも分解に時間の必要な要素が強い。水分率が高く、その上に、公害の原因となる重金属、化学物質を含んでいる例が多い。水分を蒸発させ、化学物質、重金属を同一工程なかで高温を維持し、均一に短時間で処理できることが望まれている。
磁性体のキュリー温度は、電磁波加熱の時の最高温度である。フェライトの多くは６０〜３００℃のキュリー温度であり、リチウムフェライトは最高が６７０℃である。マグネタイトはキュリー温度を超えて１，２００℃まで、ジルコニアは１、４００℃まで上昇する。球形の磁性体を回転釜やミキサーに入れ電磁波を照射し、強磁場を与え、共鳴させながら、回転させ、水分を蒸発させた後の工程で、高温の処理が必要な球形のマグネタイト又はジルコニアを入れて化学物質を分解、重金属を分離が可能である。ヘドロ及び汚泥を１、２００〜１、４００℃まで温度を上げ回転させると無害な組成に変えて処理ができる。処理後の炭化した素材と磁性体は温度が低下した後、磁場によって分離回収が簡便にできる。酸化アルミニウムは１、６００℃まで昇温し、イットリウム、金、パラジウム等の融点を超えて加熱でき、微量貴金属及び希少金属の熱による分離が可能である。【００１９】日本の電子レンジは、周波数が決められ、２．４５ギガヘルツである。普及率は家庭では９５％とされ、外食、中食のコンビニエンスに広く利用されている。電子レンジの熱効率を上げ早い加熱処理が求められている。
電子レンジの熱エネルギーを効果的に利用するために、電子レンジの底辺で回転させている回転板の素材に永久磁石、７００〜１、３００ガウスの強磁場を印加し、永久磁石には、電磁波が入射しないようにアルミなどで遮断し、回転する素材の上に磁性体を持つ器、食器、食品包装材をおくと強磁場共鳴を起こし、磁性体の電磁波吸収率が上がり、熱エネルギー効果が上がる。
陶磁器の食器や器、土鍋に、マンガン、ニッケル、亜鉛、クロム、コバルト、モリブデンの単体又は複合し配合し燒結したり、磁性体のフェライト粉末を燒結し、利用すると陶磁器の食器や器、土鍋の磁性体と磁場が共鳴し、早い温度上昇が見られる。磁性体の粉末を用器の側面や底辺に燒結していると電子レンジを利用しても底辺からも加熱ができ、加熱調理の用途によって、上からも底辺からも加熱が出来、幅広い調理、加熱、解凍ができる。食品の包装材や冷凍食品の包装材に磁性体の粉末をエポキシ系の塗料として塗布し、電子レンジの中で強磁場共鳴させ加熱すると短時間に、調理や加熱、解凍に利用できる。【００２０】感温磁性流体、磁性粉体に水を添加した液体、磁性体を水などの液体及び水蒸気の環境にに貴金属の銀、金、白金等及びアルゴンガスを入れ、マイクロ波を照射すると共鳴が見られる。
共鳴の現象は、貴金属の場合はプラズモン現象、アルゴンガスはプラズマ現象によって、共鳴が見られる。永久磁石の磁場は温度が高くなると低下し、強磁場の位置が変わりやすく、不安定である。貴金属の銀、金、白金等やアルゴンガスによって共鳴現象が生じ、低磁場においても共鳴誘導がみられ、低磁場の領域から共鳴の振幅が大きく安定し生じる。２．４５ギガヘルツの周波数において、磁場の強度が２００ガウス〜１、７００ガウスの範囲のなかで安定した共鳴を示す。共鳴は電磁波の吸収率を高め熱効率が高いことを明細書［方程式１］［方程式２］において示している。アルゴンガスや貴金属を利用すると共鳴の範囲が広がり、効率的な熱エネルギーが得られる。
【課題を解決するための手段】
【００２１】磁性体、感温磁性流体に電磁波を利用した新たなエネルギー効果を求めた。
感温磁性流体に電磁波の２．４５ギガヘルツのマイクロ波を照射し、強磁場を印加したとき、温度計に上下の振動する挙動があり、磁場の強度を１、０００ガウスに印加すると温度の振幅が最高点に達した。磁場を印加する範囲を６００ガウスから振幅がわずかに始まり、１０００ガウスで最高点に、さらに磁場を強化すると振幅が低下し、１３００ガウスで緩やかな振幅に、１４００ガウスでほぼ温度の振幅が終わった。このときの感温磁性流体の素材は、マンガンフェライトの１０ミクロンの粒子をイソパラフィンの溶媒を利用していた。電磁波の出力は０．２ｋｗでは小さな振幅を起こし、０．４ｋｗに上げると振幅は大きくなった。  出力によって温度の振幅の格差が見られた。
温度の振幅には一定の基点があり、上下の振幅にも一定の高さの範囲があり、温度の挙動には関数的な物理的運動が生じていることが判断できた。
磁性体、感温磁性流体にマイクロ波照射すると、透磁率、保磁力、磁場、キュリー温度によって温度の上昇する時間の差、上昇の範囲、に違いがある。磁性体、または感温磁性流体は、保磁力が高いほど磁気熱量効果は高く、昇温時間は指数曲線を描き早い効果がある。これまではマイクロ波加熱の効果は、透磁率だけを見られていたが、透磁率と温度の上昇の関係は、透磁率に比例し上昇するが、キュリー温度までの時間的な早さは、保磁力の高いとき昇温速度は早いことを実験によって確認していた。２．４５ギガヘルツの周波数の場所では、保磁力が高く、透磁率が高いときは相乗効果によって一層早くなることが実験によって得られた。
共鳴現象の状態では温度が上下に変動し明らかに違いが生じており、磁場が磁性体の昇温に与える影響があることから、共鳴が物理的現象とみて究明した。
電磁波の周波数と磁場の強度が符合する位置によって共鳴することが報告されている。
電磁波の周波数と磁場が符合し共鳴する現象によって、電磁波の透磁率（吸収率）が最高値に達し、透磁率の格差は１００〜９，０００倍になることが報告されており、熱エネルギーの実験から熱エネルギーも共鳴し、そのエネルギーが増幅していることを発見した。共鳴に関するエネルギーは［方程式１］［方程式２］において示す。
共鳴の現象は、磁性体に電磁波の照射し、強磁場を印加すると磁性体のコロイド粒子の磁気モーメントが励起し、ゼーマン効果が生じ、磁気モーメントが遷移し、熱エネルギーが増幅していることを発見した。【００２２】感温磁性流体のエネルギーはこれまで、熱エネルギーとして効果的に利用されていない。［方程式１］［方程式２］において示すように、強磁場共鳴は、電磁波の周波数と磁場の印可による励起からコロイド粒子の磁気モーメントによって、ゼーマン効果によって温度の上下の振幅として表れていることを示している。
その時のエネルギーの方程式は［方程式３］によって示される。
感温磁性流体のエネルギーは流体内部の時間当たりの温度変化によって大きく増加し、熱エネルギーの変化が、時間当たりの磁場の変化によって、加速度的にエネルギーは増加する。その方程式は［方程式４］［方程式５］によって示される。
この方程式から電磁波の入力よりも１００倍から５００倍のエネルギーが得られることを発見した。
感温磁性流体を電磁波の周波数と磁場の印加によって共鳴させて得る、熱エネルギーを直接、流体エネルギーとして、タービンを回転させ、エネルギーとして利用できる。このエネルギーはクリーンエネルギーである。【００２３】磁性体に電磁波を照射し、強磁場を印加し、強磁場共鳴している磁性体から熱エネルギーを取り出すことによって共鳴現象は安定し継続する。電磁波を照射している限り、熱エネルギーを取り出さなければ、共鳴の振幅する基点温度が高くなり、磁性体の温度が昇温しキュリー温度に到達する。共鳴基点温度を安定するには、熱エネルギーを循環しながら取り出す必要がある。
マイクロ波を連続して照射し、効果的に熱エネルギーを取り出す方法には、マイクロ波をマグネトロンから導波管から誘導し、求める熱エネルギーによって磁性体のキュリー温度を設定し、磁性体の板を円形又は楕円形の形状にして、板にはレンコンの穴のように大小の複数の異なった穴をあけ、磁性体の板を３〜４ｃｍの間隔で積層する。積層した間にマイクロ波の周波数に符合する磁場を持つ、永久磁石を設置し、磁性体には直接マイクロ波が入射されないようにアルミ等で遮り、磁性体の上部からマイクロ波を照射し、磁性体が共鳴する構造にする。積層された磁性体の底辺から、大気、水蒸気を外部から取り入れ、レンコン場に空いた穴のなかを大気、水蒸気が循環出来る構造におき、上部からシロッコファンによって吸引し、熱エネルギーを取り出す、この工程を循環させると、磁性体の熱エネルギーが発している温度の近似点の大気の熱エネルギー、常圧の加熱水蒸気が得られ、水を入れると水蒸気が得られ、溶媒を循環させると熱エネルギーが溶媒によって蓄熱出来る。
日本では、マイクロ波の周波数は、２．４５ギガヘルツが多く、磁性体は、マンガンフェライト、マンガンニッケルフェライトなどの場合、印加する永久磁石は１、０００ガウスが最高の共鳴現象が見られ、エネルギー効率も高い。
共鳴する磁場の強度範囲は、７００〜１、３００ガウスである。
磁性体の素材は、薄い０．１ｍｍ以下よりも１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の厚みがある方が熱効率は高い。出力によって、磁性体の枚数とその配列、厚さを選び、出力が大きくなると枚数と厚さによってエネルギー効果も上がる。
ミリ波、高周波の場合はミリ波、高周波コイルによってコイルの内部に電磁波が生じ、コイルは円形に巻かれ、コイルの固定にはステンレスや磁器などで管状に固定されている。磁性体は、その中に管と直角に円形又は楕円形の形状にして、磁性体にはレンコン状の大小異なった穴をあけ、出力合わせ複数の磁性体を並べる。磁性体と磁性体の間隔の間に強磁場を印加すると共鳴が生じる。共鳴している管の外部から大気、水蒸気を取り入れ、磁性体と磁性体のレンコン状に空いた穴の間を大気、水蒸気が通過させると、磁性体の熱エネルギーを吸収し、高温のエネルギーに転換する。継続し循環する構造を維持すると効果的な熱エネルギーが得られる。高周波の周波数２０ギガヘルツの場合は、永久磁石の磁場が３、０００ガウスのときが共鳴点であり、最高の熱エネルギーが得られ、２，０００〜４，０００ガウスが共鳴する範囲である。
マイクロ波、ミリ波、高周波ともに利用する磁性体のキュリー温度によって発熱する温度はコントロールでき、最高はマグネタイトを利用すると１、２００℃まで昇温する。求める温度によって構造の耐熱性素材を考慮する。
永久磁石は温度によって磁場強度が変化する。高温になるほど磁場は弱くなる。処理に必要な温度と永久磁石の磁場の強度、磁性特性から割り出し設置を計画する。【００２４】磁性体のマイクロ波加熱による温度の上昇は、磁性体の保磁力、透磁率、磁束密度、キュリー温度が異なると発熱の昇温傾向に違いがある。実験の結果、全ての磁性体が異なる温度の曲線を描き上昇し、同一上昇曲線を描く磁性体が少ないことを確認した。
次に異なる組成の磁性粉体を２種類以上を混合し、昇温効果をみる実験では、単独の磁性体の温度上昇よりも早い昇温が見られた。
磁性体を保磁力、透磁率、磁束密度、キュリー温度の違いから選び、粒子の大きさを、平均１０μｍに加工し、感温磁性流体及び磁性体に水を添加した素材をつくり、その比率は、磁性体１に対して水を２の割合で重量比とした。
マイクロ波の波長は、２．４５ギガヘルツ、出力は０．１〜０．５ｋｗを調整できるシステムによって実験した。
磁性体は単体でマイクロ波加熱するよりも、複数の磁性体を混ぜると昇温が早くなり、その原因は、磁性体のコロイド粒子の磁気モーメントによって励起し、粒子同士で摩擦することから生じる熱エネルギーと考えられる。
マンガンフェライトを入れると他のフェライトよりも温度の振幅が大きく、マンガンの磁気モーメントのスピンの値が最大で６であり、その影響と考えられる。
感温磁性流体に利用する粒子の大きさは、分子のなかの原子の単位からスピンの数は存在し、粒子の摩擦熱で熱エネルギーが発生することから粒子の半径は１ｎｍ〜１０μｍとなる。【００２５】粉体のカレー粉、スパイス類、健康食品の素材、雑穀類、豆類の乾燥と殺菌及び殺虫の安全で経済的な方法が求められている。これらの食品素材は輸入品目が多く、常に安全な食中毒菌の処理が課題である。
食中毒類の殺菌では温度による殺菌が一番効果的であるが、均一な温度条件を満たし、品質を損なわない処理方法が望まれている。雑穀類、まめ類につく虫、虫の卵も温度によって殺虫できる。
磁性体はキュリー温度によって温度のコントロールが可能であり、キュリー温度に昇温する手前が最大比熱となっている。キュリー温度になると温度の上昇が止まる。
磁性体を球形にすると表面積が大きく、熱の放出が均一であり、共鳴時点の熱エネルギーは最大になる。共鳴させながらキュリー温度の手前の近似温度を維持し取り出すと熱エネルギー効果が高くなる。
磁性体のキュリー温度を選び、熱処理する粉体の形状、粒子の形状に合わせ、磁性体の球の大きさを直径１ｍｍ〜数センチを選択し、粒子の小さな素材には小さな球形を、粗い粒子の素材の場合は、大きな球形を選択し、満遍なく温度分布が行き渡るように選択し、磁性体の球をミキサー、回転釜に入れ、永久磁石で磁場を印加し、電磁波の周波数と符合させ、加熱し、その中に熱処理する素材を入れ撹拌し回転すると、直接電磁波が照射される熱エネルギーと磁性体の球が均一に拡散する熱エネルギーの相乗効果によって短時間に乾燥、殺菌、殺虫ができる。
投入する重量と磁性体の球の比率は形状や粒子の大きさ電磁波の出力によって決定する。磁性体１に対して３〜１０倍の量が処理でき、処理時間は処理品の水分率と乾燥時の必要とする水分率によって決定する。水分率が高いときは、磁性体のキュリー温度を高く、調整すると同じ時間帯で処理できる。磁性体のキュリー温度は８０〜３００℃で選択出来る。粉体は高温になると爆発したり、こげができ、加熱温度と時間を水分率から割り出し、管理する必要がある。
一般的な食中毒を起こす、細菌性食中毒の大腸菌群、サルモネラ、赤痢、コレラ、ブドウ球菌、ポツリヌス、ビブリオ及び酵母は７０〜１００℃で殺菌できる。
虫のコクゾウムシ、マメゾウムシ、ノシメマダラメイガ及び幼虫、卵、ダニ類、も７０〜１００℃で死亡する。
１００℃の環境では、殺菌の時間は１０秒〜２０秒、殺虫は３０〜１００秒である。
耐熱バチルス菌は１３０℃、１０秒間で処理できる。
殺菌と殺虫を兼ねる場合が多く、バチルス菌まで処理するときは、全体温度が１３０℃１０秒から２０秒間維持されると完全な処理が可能である。
磁性体の球を利用し、キュリー温度の設定では８０〜３００℃で選択し共鳴させると熱エネルギーが大きく、高温が長時間維持され、殺菌、殺虫が簡便である。【００２６】おからは、食品再資源化として水分率を下げ、乾燥させると用途は広い。又粘性が強い食品残滓、焼酎の搾りかす、梅干し漬けの梅酢などの多くが産業廃棄物として再資源化を求められている。芋焼酎の搾りかすと梅酢は、海上投棄が環境問題になっている。
乾燥させ、軽量化すると、搬送経費が軽減でき、畜産の餌、健康食品の素材、調味料の素材等の利用が可能である。
但し、この工程では短時間に大量に処理が求められる。これらの素材は、熱効率が悪く、経済性の問題が残り、利用されていない。おからは乾燥後のコストが約２００円／１０ｋｇと安価であり、加工コストに見合う経済単価がクリアーされていない。焼酎の搾りかすも畜産の餌として利用する場合の価格は同等である。
通常の乾燥では乾燥工程の過程で塊ができ、品質も安定しない。
磁性体の球に電磁波を照射し、強磁場を印加して共鳴させ、磁性体の球とおからや粘性の強い食品残滓、液体をミキサーや回転釜に入れ撹拌しながら回転させると、塊のなかに磁性体の球が潜り込み、磁性体の熱が均一に塊のなかに入り、熱膨張を起こし塊を粉砕する。磁性体が共鳴し拡散する熱エネルギーが、回転し、均一な乾燥を短時間に処理する。
磁性体のキュリー温度は処理後に求められる再資源化製品の成分から選定する。
畜産の餌はタンパク質が変成しない。８０℃以下の加工温度が餌として求められる温度である。
但し水分率が高く、蒸発には１００℃以上でなければ蒸発しない。磁性体は１００〜３００℃から選択し、投入時の水分率と乾燥後に求められる水分率から、出力と処理時間を計画する。食品及び餌として求められる水分率は、長期保存に耐える５〜１０％である。
梅酢の内容物の多くは、塩とクエン酸であり、ｐＨは、２．５〜３．５である。塩分とクエン酸は高温に耐えるが酸性が強く、磁性体の品質によっては酸に弱く、ジルコニアの球を利用すると効果的であるが、立ち上がり温度は、他の磁性体ほど早くなく、緩やかであるが、高温になると約１、４００℃まで上がり、キュリー温度によるコントロールが出来ない。温度のコントロールは、出力と投入量によって、事前にデータを取り行う必要がある。
磁性体が高温になる場合はミキサーや回転釜の構造を耐熱性の素材を、耐酸性の素材にはセラミックなどを選択する必要がある。【００２７】河川、土壌、海岸線のヘドロや汚泥の処理を効率的におこなう機器開発が求められている。熱処理ではＬＰガス、化石燃料の利用が多く、公害処理にも関わらず、ＣＯ２が排泄され、処理過程の温度が３００〜５００℃の間で継続するとダイオキシンの発生などが懸念され、処理方法の確立と無害化対策が求められている。
ヘドロや汚泥は水分率が高いことが一気に高い温度に加熱出来ない原因である。
この処理には、大型の回転釜やキルーンによって処理を行う。回転釜やキルーンに強磁場を印加し、外部から導波管によってマイクロ波を導き、回転釜、キルーン内部にマイクロ波を照射出来る構造におく。
処理工程は前工程で、２００〜３００℃の磁性体の球を入れ、電磁波共鳴させて、水分を蒸発させ、軽量化する、この過程では、水分が蒸発するまでは、全体の温度は１００℃前後でダイオキシンの発生は見られない。水分が蒸発し軽量化後に全体を取り出し、磁性体を磁場で分離する。
その後、強磁場を印加し、マグネタイト又はジルコニアの球を入れ、マイクロ波を照射し、強磁場共鳴を起こす。マグネタイトの球は、１２００℃に発熱し、ジルコニアの球は１４００℃の高温に発熱しているなかに、軽量化されたヘドロや汚泥を、マグネタイトやジルコニアの投入重量とヘドロや汚泥の比熱を割り出し投入量を計画し、投入すると一気にダイオキシンが発生しない、７００℃の高温処理を行うと無害化が出来る。
マグネタイトとジルコニアはヘドロや汚泥の主成分の酸性度によって選別し利用する。
微量金属の回収では酸化マグネシウムで１６００℃を利用すると熱分解によって回収ができる。
農業地域の環境汚染物質は、硝酸塩とカドミウムが多い、硝酸塩の沸点は７６５℃、カドミウムの沸点は７６５．５℃、である。土壌では硝酸カドミウム、硫酸カドミウムとして堆積しており、酸性土壌になっている。水田の土壌は水分率が高く、前処理で水分を乾燥させ、マグネタイトは１２００℃、ジルコニアは１４００℃の高温に発熱し共鳴させて、処理を行う。硝酸濃度が強く、酸性の強い土壌では、ジルコニアをカドミウム土壌ではマグネタイトの球を利用し、大型のキルーンのなかに電磁波を照射し、強磁場を印加し、共鳴させながら熱処理すると類似した沸点であり、同時に処理が出来る。
一定の温度処理が終わると、低温にして磁場で磁性体を分離回収できる。【００２８】日本の電子レンジは電磁波の周波数は決められており、２．４５ギガヘルツである。低価格のフェライトはマンガン又はニッケルが複合し燒結されたフェライトである。このフェライトが共鳴する磁場は、７００〜１３００ガウス、共鳴点は約１０００ガウスである。電子レンジには、内部に回転体が設置されており、回転しながら加熱する仕組みが多い。この回転板をアルミ製にして電磁波が吸収できない構造にして、その内部に１０００ガウスの磁場を印可する。食品を加熱する耐熱容器又は耐熱包装材、加熱調理の陶磁器、耐熱ガラスに磁性体を塗布又は燒結し、加工し、電子レンジのなかで共鳴させながら加熱すると、冷凍食の解凍、食品の加熱、食品の調理が短時間にできる。
解凍では調理用の磁性体を燒結している容器のなかに水を入れ、水の温度が沸騰しない温度４０〜５０℃を維持しながら解凍すると短時間に解凍ができ品質の低下が見られない。冷凍の未調理品もそのまま調理用の磁性体が燒結している容器に入れ、加熱すると調理が出来る。電子レンジのなかで磁性体を燒結した陶磁器、耐熱ガラスをいれると、焼く、蒸す、炊く、煎る、炒める、煮る、加熱、解凍全ての調理が可能であり、短時間に調理加工が可能であり、蓋の機能をマイクロ波が透過する素材や遮断する素材の選択によって、用途別に直接マイクロ波を遮断する方法、容器の底や側面と上からの加熱もでき、満遍なく温度が行き渡り、こげる、油が飛ぶ等の問題がなく調理後の手間も大変便利になる。
磁性体を燒結する素材を高温タイプと低温タイプ、中温タイプにキュリー温度によって選別することができ、形状は鍋、釜、スープ皿、チゲ鍋、中華、調理の目的に合わすことで利用範囲が広がる。
食品の耐熱性包装容器に磁性体を塗布し、回転体に設置した磁場の位置と容器の位置が整合し共鳴させると早い加熱や解凍が可能である。【００２９】磁場共鳴の問題点は、電磁波加熱によって永久磁石が雰囲気の高い温度に影響され、磁場の強度が低下し、高温になると共鳴の熱エネルギーが低下することがある。
アルゴンガス、貴金属の銀、金、白金等を利用すると磁場に影響されずに、共鳴誘導が見られ、磁場の強度の幅が広くなる。アルゴンガスはプラズマ振動による共鳴、貴金属はプラズモン振動による共鳴が起きる。感温磁性流体又は磁性粉体に水を添加し、液状にして、アルゴンガスを注入し、マイクロ波２．４５ギガヘルツ、０．４ｋｗを照射すると弱い共鳴が起きる。
感温磁性流体又は磁性粉体に水を添加し、液状にして、銀柱を入れ、マイクロ波、２．４５ギガヘルツ、０．４ｋｗを照射するとアルゴンガスのよりも大きな共鳴が起きる。
共に強磁場共鳴ほどの大きさを示す共鳴ではないが、このときに磁場を加えると共鳴の振幅が大きくなり、共鳴誘導がみられる。共鳴の振幅が大きくなることは、磁性体の透磁率（吸収率）が上がることを示し、熱エネルギーの効率が上がることを示す。磁性体は液体でなくとも、水蒸気が充満している状態でも、プラズマ現象やプラズモン現象は見られ、請求項１、請求項２、請求項４、請求項５のなかにおいて併用し利用できる。
【発明の効果】
【００３０】マイクロ波、２．４５ギガヘルツを導波管より誘導し、導波管の上部に試験管が入る大きさの穴をマイクロ波が透過する方向と対極する側面に２カ所、真ん中に１カ所空け、試験管に磁性体と水を添加し、磁性体、１に対して水、２を重量比で入れ、合計の重量２０ｇとし、側面、真ん中の温度の上昇の格差を見た。出力は０．４ｗとした。
全ての実験における温度の測定は、熱電対温度計、光温度センサー温度計を利用した。
温度の上昇は真ん中よりも側面の温度が早く上昇した。その時の温度上昇による時間差は、１００℃になるまでに、側面が７２秒、真ん中が８３秒、１１秒の格差があった。
０．２ｋｗ、０．４ｋｗの出力差による温度上昇を見た。温度の上昇は出力が大きい程早いことを確認した。１００℃までの格差は０．２ｋｗで２１０秒となった。０．４ｋｗとの差は、１２７秒の開きがあった。
次に導波管の外側の側面に永久磁石を固定し、マイクロ波２．４５ギガヘルツ、０．２ｋｗを照射し、温度の変化を見た。温度の上昇は永久磁石を設置すると設置していない時よりも早くなることを確認した。その温度差は真ん中に設置している時の約２倍の早さで沸騰点に達した。電磁波等マイクロ波は磁場の影響によって磁性体の加熱するスピードが速くなることを示した。
磁性体はブロックの形状、磁性体の粉体、感温磁性流体、及び２種類以上を混合した磁性粉体に分け、磁性体の素材はマンガンフェライト、ニッケル亜鉛フェライト、マンガン亜鉛フェライトを選択し温度の変化を見た。
感温磁性流体と磁性粉体は平均粒子１０μｍを利用した。磁性体、１に対して水、２の重量差によって水を添加した。感温磁性量体はそのままの状態で温度の変化を見た。
【表１】
2006054785.tif 000007
Ｎｉ−ＺｎフェライトとＭｎ−Ｚｎの温度上昇に違いがあり、Ｍｎ−Ｚｎフェライトは非線形な温度上昇を示す。Ｍｎフェライトはスピンの値が大きく、自己磁場の影響と見られる非線形な温度上昇が見られた。
磁性体の保磁力の違いが温度上昇に影響することが示されている。
Ｎｉ−Ｚｎフェライトを２種類を混合し、マイクロ波を照射すると単独で加熱するよりも温度上昇が早くなり、異なる磁性を持つフェライトを混合すると粒子同士の摩擦熱によって温度上昇が早くなる。このことは、磁性体はコロイド粒子の磁気モーメントによって励起し発熱していると考えられる。
次に、導波管の側面に５００ガウス、１、０００ガウス、１、３００ガウスの磁場を加え磁気モーメントの大きい感温磁性流体のＭｎ−Ｚｎに磁場を印加し、マイクロ波を照射した。
【表２】
2006054785.tif 000008
温度の振幅は高温と低温で１００℃の格差が付き、一定の基点を中心に振幅した。
印加する磁場、５００ガウスでは、約１０℃前後の小さい振幅、次が１、０００ガウスは、約３０℃の振幅、１、３００ガウスの振幅が１００℃の振幅を示した。印加する磁場が大きいほど振幅の高低差が大きく、磁場が小さくなると振幅が小さい、その振幅する温度差は１０〜１００℃の差が生じた。２．４５ギガヘルツの共鳴点が１，０００ガウスであり、導波管の外から印加しており、導波管の内部は、磁場の強度の違いと考えられる。
この現象から、磁気定数、ジャイロ磁気定数、電磁波の周波数２．４５ギガサイクルは固定しており、磁場の印加する大きさによって励起し、振幅する温度変化が大きいことを示した。この現象から、強磁場共鳴は、コロイド粒子の磁気モーメントによって励起し、磁性体が持つスピンの数が多くなり、ゼーマン効果が生じ、温度の上下の運動を起こすこを発見した。［方程式１］［方程式２］［方程式３］にその方程式を示す。
感温磁性流体に強磁場を印加し、電磁波と符合する周波数を照射すると磁性体が励起し、ゼーマン効果が生じ、磁性体の温度の変化と磁場の変化による流体エネルギーが大きく増幅することを示し、［方程式４］［方程式５］のエネルギー効果が得られ、このエネルギーを直接タービンの回転するエネルギーとして利用することが出来ることを示した。
磁性体のＭｎ−Ｚｎの１０ｇの固体においても、同様の試験に置いて水３０ｇを入れ、マイクロ波照射の実験では、磁場を印加したときと、印加していないときの温度上昇は２０〜１００℃までに、磁場１、３００ガウスを印加の場合は、６５秒、印可したいない状態では２３０秒が必要であった。
粉体の状態ではゼーマン効果として温度の上下の変動が見られるが、固体では、上昇温度しか見ることが出来なかった。
固体の磁性体は共鳴現象として温度の早い上昇が熱エネルギー効果として見られる。【００３１】［００３０］の［表−１］実験において磁性体はキュリー温度になると温度の上昇は緩やかになる。
磁性体に水を入れ、電磁波を照射すると、水が気化するまでは１００℃以上の温度にはならない。磁性体が持つ、熱エネルギーを水が潜熱として奪い、温度の格差を作る。
電磁波を照射し、磁場を印加すると、試験管内部の対流が激しくなり、沸騰が始まると、一気に気化し水が蒸発する。磁性体の金属は、Ｔを磁性体の温度とすると温度の上昇と共に比熱がＴ３／２に比例し、値が大きくなるのが特長である。また熱容量はＴ５／２に比例して上昇する。そのために蒸気化が始まると一気に水が蒸発し、蒸発後の温度は加速度的に上昇し、キュリー温度に近づく。
磁性体の板に直接マイクロ波を照射し強磁場を印加し、共鳴すると温度の上昇は早い、その格差は［００３０］の実験において実証している。
直系２５ｃｍ長さ４０ｃｍ厚さ１０ｍｍ、円筒形のステンレス製の筒を立て、底辺は密閉し、上辺には、マイクロ波をマグネトロンによって導波管から誘導する開口部を設け、石英ガラスによって遮断し、上部の側面には、シロッコファンを付け排気の誘導管を設けた。磁性体のマンガンフェライト（キュリー温度１８０℃）を内径と同じ大きさの円形の板に加工し、厚さを５ｍｍに、板には５ｍｍ〜１ｃｍの穴を２０カ以上を空け、板と板の間に永久磁石、磁場１１００ガウスを設置し、板と板の間隔を４ｃｍをとり、５枚を入れ、円筒形の底辺に、直径２ｃｍの空気又は水蒸気を挿入するバルブ設けた。円筒形の上部にはマグネトロンから導波管によってマイクロ波、２．４５ギガヘルツを照射出来る位置に石英ガラスの窓を付け、マイクロ波が磁性体に照射でき加熱出来る構造にした。内部の高温の大気や水蒸気を取り出す口は、上辺にアルミ製のシロッコファンを設けた。マグネトロンの出力は０．２〜１ｋｗを調整できる構造にした。
内部には温度計を２カ所設置し温度の経緯を計測した。
マイクロ波照射によって磁場を印加しているときと磁場がないときの取り出し口の温度格差を見ることで、熱エネルギー格差を見た。
【表３】
2006054785.tif 000009
磁性体のキュリー温度１８０℃、入り口温度は２６℃からの上昇温度、内部温度は２枚目と３枚目の中間温度、
シロッコファンを取り付け、安定した吸引が必要ではないかと用意したが大気の膨張によって自動的に回転していた。但しマイクロ波の漏れ防止には必要である。
磁場を印加すると磁性体が共鳴し安定した熱エネルギーを放出していることが解る。
出力を上げることによる格差は、立ち上がりの温度が早くなり、高温の大気の排気量が増加しているが、排気流量の測定器がなく測定出来なかった。
強磁場共鳴させると高温の大気、常圧の加熱水蒸気が簡便に取り出すことができ、電磁波の周波数が大きくなると、印加する磁場との符合する強度の位置が高くなり、熱エネルギーも大きくなる。
ミリ波、高周波の場合は周波数と磁場の強度が高くなる。熱エネルギーは大きくなる。【００３２】磁性体を球形（キュリー温度１６０℃）に加工し、強磁場を加え共鳴させながら、粉体、おからの乾燥効果を見た。実験では家庭用の電子レンジ２．４５ギガヘルツ、０．５ｋｗを使い。電子レンジの上辺に穴を空け、温度計と撹拌装置を設定出来るスペースを作り、レンジのなかにアルミ製のボール、長径１８ｃｍ、底面１２ｃｍ、高さ１５ｃｍの器を入れ、器の側面にアルミで被った永久磁石１１００ガウスを等間隔に３カ所固定し、アルミのボールのなかに直径約１ｃｍ磁性体２５ｇを１０ケ、合計２５０ｇを入れ、その上に粉体の小麦粉、おからを入れ、撹拌し回転しながらの全体の乾燥の時間を見た。
撹拌にはマイクロ波の邪魔にならないように竹製のへらを利用した。
小麦粉、水分率１４％を５００ｇに水５００ｃｃを加え団子状に丸め、重量は１ｋｇとした。磁性体との投入物の重量差は１：４である。
おからは水分率７６％、１ｋｇを入れた。
【表４】
2006054785.tif 000010
磁場共鳴による効果がはっきり見られ、温度の上昇、水分率共に早い効果が見られる。
磁性体を回転し撹拌するなかで強磁場を印加すると早く全体に温度が伝わり、乾燥した粉体状態になっている。強磁場の環境では、３００秒以上経過すると温度は８０度以上になっており、この温度帯は殺菌効果が高く、水分蒸発経緯から、均一な温度上昇から乾燥と同時に殺菌効果が高いことが示される。
乾燥すると磁性体は底辺に乾燥した粉体は上辺に上がり、自然に分離が始まり、回収が簡便に出来ることが示された。
この実験から、焼酎の搾りかす、梅酢の処理なども、同様の効果が得られ、ヘドロ、汚泥、汚染土壌の加熱処理には磁性体を球にして電磁波を照射し、強磁場による共鳴現象は熱エネルギーが大きく効果的な方法であることが示された。
処理の対象によって、磁性体のキュリー温度を調整すると高温の対応ができ、マイクロ波２．４５ギガヘルツ出力０．５ｋｗを、セラミックスの皿の上にマグネタイト、ジルコニアを置き、１０分間照射するとマグネタイトは１、２００℃、ジルコニアは１、４００℃まで上げることができた。
大型のミキサー、回転釜を利用しても同様の効果が得られる。
磁性体を入れずに電子レンジだけでは、表面加熱によって全体が同一温度にはならずに、焦げが始まり、表面だけ炭化するが内部は水分が残り不均一な温度分布を示す。磁性体の球を回転させることで全体が均一な温度になると同時に共鳴の効果が見られる。【００３３】家庭用の電子レンジを利用して熱効率を上げる方法を検討した。
電子レンジのなかで加熱温度を均一にするために、底辺に利用されている回転している板を取り外し、同一回転軸で回転するアルミ製の板の裏に永久磁石（１１００ガウス）を等間隔に３つ取り付け、永久磁石をアルミで被い、磁場が均一に印加し広がる構造にした。その上に、アルミ製の包装用器、耐熱和紙カップ、磁器コップ、石英ガラスコップの表面に磁性体素材を粉体にしエポキシ系塗料に配合し、塗布し、加熱実験を行った。
エポキシ系樹脂には、ニッケルフェライト及びマンガンフェライトを３０〜４０％の比率で配合した素材である。
永久磁石を設置しない場合と、永久磁石を設置したときの温度の上昇格差を比較した。
容器のなかには、水２００ｃｃを入れ、照射時間と温度の上昇を比較した。
【表５】
2006054785.tif 000011
強磁場共鳴は温度の上昇が早くなることを示し、経済効果が高いことを示した。
和紙用の素材は保温性が高く、アルミよりも早い温度の上昇が見られる。磁器のコップ、石英ガラスのコップの温度の上昇が早く、調理として利用できることを示した。
磁器や石英ガラスの耐熱性の素材に磁性体を燒結すると電子レンジの中で短時間に多くの調理方法が可能であることを示した。これからの高齢化社会では１食分の調理は普通のガスの調理では温度管理と量のバランスが悪く、調理が難しいが、土鍋や器の加工によって、磁性体を燒結すると簡便に調理が可能である。
磁性塗料は側面、底辺にも塗布しており、底を少し上げてマイクロ波が底辺からも全体に行き渡る構造に設置した。そのため従来のマイクロ波加熱は表面加熱であるが底からもマイクロ波加熱され均一な加熱が得られ、全体に安定した加熱が出来ることが出来た。
加熱の用途によって表面の加熱と底からの加熱の併用や上辺面からの加熱を避けて、底や側面からの加熱、が可能で、陶磁器や耐熱ガラスに磁性材を燒結又は塗布し乾燥させると、焼く、煮る、炒める、蒸す、煎る等従来では出来なかった調理が電子レンジで簡単に早くできる。【００３４】［００３０］のマイクロ波の実験装置を利用して、試験管にＮｉ−Ｚｎフェライト１０ｇに水２０ｇを入れ、アルゴンガスをチュウブの管から試験管のフェライトと水の混合液の中に入れ、点滴しながらマイクロ波２．４５ギガヘルツ０．２ｋｗを照射した。このときの温度の変化は、ゆっくり上昇しながら上下に温度の振幅が見られた。振幅の高さは１℃前後の低い振幅である。このときに導波管の側面に２００ガウスの磁場を印加すると振幅の高さが３℃と高くなり、５００ガウスの磁場を印加えすると振幅は９℃に高くなった。磁性体の液体ではアルゴンガスを入れないときは、７００ガウスから振幅が始まったがアルゴンガスを入れると低磁場から共鳴誘導され、共鳴する範囲が広がることを示した。
次に貴金属の銀柱を試験管の中に入れ、同じ条件でマイクロ波を照射した。銀柱は３ｇの小さな針の形状である。このときの温度の振幅はアルゴンガスの初期の振幅寄りも大きく、３℃の振幅を示した。導波管の側面に２００ガウスを印加すると１２℃、５００ガウスを印加すると２６℃の温度の振幅が見られた。磁場を印加すると振幅が大きくなり、アルゴンガスによる振幅よりも大きな振幅を示した。
磁性体に銀を入れ低磁場を印加すると、銀も共鳴誘導することが示された。
アルゴンガスや貴金属は小さな磁場から共鳴誘導することを示した。
共鳴の範囲を広げることは磁場が温度の変化によって低下しても広い範囲で熱エネルギーを効果的に利用できることを示した。
磁場共鳴における振幅は１秒間に１０−７〜１０−１０の範囲で振幅しており、温度計の精度は秒単位の温度変化しか計測できない。共鳴時点の温度の振幅に関しては、正確に計測する事は現在の温度計では困難である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】磁性体を電磁波のエネルギーと強磁場によって、共鳴させ熱エネルギーを増幅し利用すると電磁波の出力以上の熱エネルギーが得られる。
感温磁性流体を利用すると、そのままタービンを駆動するエネルギーに転換でき、全く新しいエネルギーの開発に結びつく。このエネルギーはクリーンエネルギーであり、次代のエネルギーである。【００３６】磁性体を共鳴させて得る熱エネルギーは、産業廃棄物の処理や汚泥、ヘドロなど処理が困難な素材を高温の熱エネルギーによって一気に拡散し、必要とする高温にし、公害の少ない処理が出来ることが特長がある。
乾燥、焼却、殺菌、分解等の工程に幅広く利用できる。【００３７】家庭用の電子レンジの利用範囲が広がり、新たな機能性を持つ陶磁器や耐熱ガラスの開発や食品包装材の開発に結びつく。
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月15日(2006.9.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】磁性体に電磁波のマイクロ波、ミリ波、高周波を照射し、強磁場を印加して、磁性体を磁気共鳴させ、熱エネルギーを増幅させる方法。
磁性体、感温磁性流体を電磁波によって加熱し、熱エネルギーの効率を上げるには、磁性体、感温磁性流体の組成に対して、照射する電磁波の周波数と印加する磁場のもとで磁性体、磁性流体の磁気モーメントの回転歳差運動の周波数が同調する位置に達すると磁性体が磁気共鳴し、磁性体の磁場と電磁波の周波数が符合する位置において、電磁波の吸収がピークを示し、磁性体は、磁気共鳴することによって、電磁波の吸収が増幅し、電磁波の入射エネルギーより熱エネルギーが増幅する。磁性体に電磁波を入射すると熱エネルギーが発生し、磁気共鳴することにより、熱エネルギーが増幅し、振動しながらエネルギー効率が大きくなる。
磁性体が磁気共鳴をおこす電磁波の周波数と磁場による磁気モーメントの回転歳差運動の周波数が同調する位置は、磁性素材の原子の配合及びその比率、照射する電磁波の周波数と強磁場の磁場の強度によって決まる。
磁性体、感温磁性流体は、電磁波を照射し磁気共鳴すると、透磁率（吸収率）が大きくなり、共鳴点が透磁率の最高点となり、電磁波の吸収がピークを示し、磁性体の発熱エネルギーが入射エネルギーより増幅する。この熱エネルギーを取り出し利用する技術開発。
感温磁性流体に電磁波を照射し、電磁波の周波数と強磁場を印加し感温磁性流体の磁気モーメントの回転歳差運動の周波数と同調する位置で、磁気共鳴すると、コロイド粒子の磁気モーメントが励起し、ゼーマン効果が生じ、流体内部の温度がスピンの遷移によって高温と低温の振動を繰り返し振動する。流体のエネルギーは、温度格差から生じる流体エネルギーと温度格差によって生じる磁性格差が、流体内部に広がり、外部から印加される磁場に影響し、感温磁性流体のエネルギーが増幅する。感温磁性流体が磁気共鳴して増幅したエネルギーをタービンの駆動のエネルギーとして、利用する技術開発。
磁性体が共鳴によって生じるエネルギーは、磁場の強度、及び電磁波の周波数の大きさ及び磁性体の透磁率とジャイロ磁気定数、コロイド粒子の磁気モーメント、電磁波の出力が高いほど大きくなる。
磁性体の強磁性共鳴の同調の位置を設定し、磁性体を磁気共鳴させることによって、熱エネルギーを増幅させ利用する方法。
【請求項２】磁気共鳴現象からエネルギーを取り出す方法。
磁性体に電磁波のマイクロ波、ミリ波、高周波を照射し、強磁場を印加し、磁気共鳴現象を起こし、高エネルギーを取り出すには、マイクロ波を利用するときは、マイクロ波をマグネトロンから導波管によって誘導し、磁性体にマイクロ波を照射すると発熱する。このときにマイクロ波の周波数と強磁場を印加したときの磁性体の磁気モーメントの回転歳差運動の周波数が同調すると、マイクロ波の周波数と印加した磁場が符合し、磁性体のマイクロ波の吸収がピークに達し、マイクロ波の吸収が増幅し、磁気共鳴しながら発熱する。磁性体が磁気共鳴している時は磁性体の発熱のエネルギーは入射したマイクロ波のエネルギーより大きく増幅する。
マイクロ波を連続して照射し、磁性体がキュリー温度に達すると、マイクロ波の吸収が止まり、共鳴現象も喪失する。磁性体がキュリー温度に到達するまでに、発熱エネルギーを取り出し、熱エネルギーとして利用すると、連続してキュリー温度の近似点の熱エネルギーが得られる。発熱のエネルギーを取り出すには、発熱した磁性体に直接又は間接的に大気の循環、水蒸気の循環、水の循環、溶媒の循環等によって、熱エネルギーを取り出し利用することができる。
ミリ波、高周波の場合は、ミリ波、高周波コイルを巻きその内部で発生する電磁波のなかに磁性体を設置し、強磁場を印加すると電磁波の周波数と磁性体の磁気モーメントの回転歳差運動の周波数が同調する強磁場の強度で、マイクロ波の周波数と磁性体の磁場が符合し、マイクロ波の吸収がピークを示し、磁気共鳴現象が見られる。電磁波の吸収が増幅し、磁性体が磁気共鳴すると発熱のエネルギーはマイクロ波の入射エネルギーより大きく増幅する。
コイル内部の温度は磁性体のキュリー温度が最高温度になり、磁性体が磁気共鳴する温度もキュリー温度の近似点である。コイル内部に設置した磁性体が磁気共鳴し発生している発熱エネルギーを水蒸気、大気、水、溶媒等を循環させ、取り出すと磁性体の発熱している近似点の熱エネルギーを常圧の環境で取り出すことが出来る。
磁性体が発熱する温度は、キュリー温度が高いほど、高い温度が得られる。磁性体のフェライトにおけるキュリー温度は、６０〜６７０℃の範囲であり、マグネタイトの場合は、キュリー温度を超えて１、２００℃まで昇温し、磁性体ではないが酸化アルミニウムは、１、６００℃まで昇温し、その温度帯が利用できる。
磁性体を強磁場で磁気共鳴させ熱エネルギーを取り出す方法と温度の範囲。
【請求項３】磁性体の磁気共鳴現象が起きる素材及び、昇温が早い磁性体の組成と磁気共鳴の振幅が大きい素材及び感温磁性流体の利用する磁性体の粒子の大きさの選択。
磁性体、感温磁性流体に電磁波を照射し、強磁場を印加したときに磁気モーメントの回転歳差運動と同調し共鳴を起こす最適な磁性体の素材は、マンガン、ニッケル、コバルト、クロム、モリブデン、リチウムの元素が単体又は複合し含有しているフェライトが共鳴する素材の選択である。
磁気共鳴のエネルギーは、磁性体に含まれる元素の磁気モーメントのスピンの値が大きいほど大きなエネルギーになる。
磁性体に電磁波を照射し、早い昇温効果が見られるのは、保磁力の大きい磁性体を選択すると早い温度の上昇が見られる、磁気共鳴の振幅は、透磁率の高い磁性体が大きくなる。感温磁性流体に利用する磁性体の粒子の大きさは、強磁性コロイド粒子の磁気モーメントを示す粒子の半径は、１ｎｍから１０μｍの範囲がエネルギー効果が高い粒子である。
共鳴現象から熱エネルギーを得るためには、昇温時間が早く、磁気共鳴の振幅が大きいことであり、磁性素材の元素のスピンの値及び磁性体の保磁力及び透磁率が高い素材を選択する。
【請求項４】磁性体が磁気共鳴し、得られる熱エネルギーを利用し、粉体、粒体、液体又はヘドロ、汚泥、含水率の高い粉体等を乾燥又は焼却及び殺菌を行う方法。
磁性体を数ミリから数センチの球形に加工し、球形の磁性体に電磁波であるマイクロ波、ミリ波を照射し、その電磁波の周波数に磁性体の磁気モーメントの回転歳差運動の周波数が同調する強磁場を印加すると、マイクロ波、ミリ波の周波数と磁性体の磁場が符合する位置で、電磁波の吸収はピークに達し、球状の磁性体が磁気共鳴現象を起こしながら発熱する。
球形の磁性体を電磁波と磁場で磁気共鳴させると高温の熱エネルギーが得られ、熱エネルギー温度の調整は、磁性体が持つキュリー温度によって選択する。磁性体のキュリー温度は、一般的なフェライトは６０〜３００℃、リチウムフェライトは６７０℃と組成の配合構造によって違いがあり、加熱に必要な温度をキュリー温度によって選択する。マグネタイトはキュリー温度を超えて１２００℃まで発熱する。ジルコニアは磁性は弱いが１４００℃まで、酸化アルミニウムは、磁性は存在しないが１６００℃まで昇温する。ジルコニアは酸性に強く、酸性の強い素材の熱処理に効果的である。
球形の磁性体が磁気共鳴し発熱するときの熱エネルギーは、磁性体の素材の透磁率、ジャイロ磁気定数、コロイド粒子の磁気モーメントと電磁波の周波数、印加する磁場の強度と電磁波の出力によって決まる。
球形の磁性体をミキサー又は回転釜に入れ、電磁波を磁性体に照射し、強磁場を印加し、磁性体を磁気共鳴させながら、発熱させ、磁性体が発熱するエネルギーと整合する量の粉体、粒体、液体又はヘドロ、汚泥や含水率の高い粉体を入れ、球形の磁性体と共に回転、撹拌すると、同一出力の電磁波による乾燥、焼却、殺菌よりも、短時間に均一な状態で、乾燥又は焼却、殺菌が出来る。
磁性体に電磁波を照射し、強磁場を印加して、磁気共鳴させ発熱すると、昇温時間が早く、熱エネルギーが大きいことが特長である。球状の磁性体を、回転しながら撹拌すると粘性の強い液体や粉体、ヘドロ、汚泥等の素材の場合は、液体内部に球状の磁性体が滑り込み、共鳴しながら回転し撹拌することによって、熱伝導が均一に広がる。その結果、乾燥、焼却、殺菌が効率的に処理できる。
乾燥、焼却、殺菌の後処理は、磁性体は、一定温度に低下すると磁性が復活し、加熱処理加工された物質との分離は、強磁場を印加すると簡単に回収分離ができる。
マグネタイトの１、２００℃の温度を得るのに、電磁波の周波数２．４５ギガヘルツを照射し、マグネタイトの量と出力にも影響されるが、常温から５〜１０分で１、２００℃に昇温する。他の磁性素材においても同様の時間帯で目的の温度が得られる。
ジルコニアは昇温時間は緩やかであるが１、４００℃まで利用できる。
磁性体を利用した焼却でも短時間に目的の温度に達する。焼却処分すると公害問題が残されている物質の多くは、無害になるまでの昇温時間が長いことと、無害化に必要な昇温までに温度格差から生じる、異形の物質が作られ公害問題が発生しているが、例えば、ＰＣＢ、ダイオキシンの焼却又は分解が安全にできる。
【請求項５】複数の組成を持つ素材を球形の磁性体の磁気共鳴による熱エネルギーを利用し、分離回収する方法。
磁性体に電磁波を照射し、磁性体がキュリー温度になると磁場が喪失し発熱は止まる。キュリー温度になると共鳴現象も止まる。磁気共鳴によるエネルギーは、磁性体のキュリー温度によって制御できる。
球状の磁性体を電磁波の周波数と磁性体の磁気モーメントの回転歳差運動の周波数と同調する強磁場の印加によって磁気共鳴させ、熱エネルギーによって、複数の化学物質や重金属が混ざった物質を熱分解するとき、球形の磁性体によって共鳴発熱させながら化学物質や重金属と共に、ミキサー又は回転釜のなかで回転させ、熱分解又は焼却を行う。熱処理に必要な温度を、磁性体のキュリー温度を利用し、低い温度から加熱処理する物質の沸点、融点に合わせ、順次、球状の磁性体をキュリー温度まで発熱させ、物質の組成を液化、気化、炭化などに変えて、取り出し、新たにキュリー温度の高い、球形の磁性体を入れ、発熱させながら共鳴させると物質の目的にあった回収又は焼却が連続して可能である。複数の組成が混ざり合って、公害の原因となっている化学物質、水銀、鉛、カドニウム、等の分離回収が可能である。
【請求項６】日本の電子レンジを利用した、食品の加熱と解凍及び調理の方法。
日本の電子レンジの周波数は２．４５ギガヘルツ、磁性体のマンガンフェライト、ニッケルフェライト、マンガンニッケルフェライトなどに印加する強磁場が約１、０００ガウスが共鳴点となる。磁性共鳴を起こす磁場の幅は、７００〜１、３００ガウスである。この共鳴の時に磁性体の透磁率が高くなり、吸収のピークが生じ、発熱エネルギーが大きくなる。
磁性体は保磁力が大きく、透磁率が高いほど磁気共鳴による熱効率が大きくなる。
電子レンジの回転板をアルミ製品にしてその内部に永久磁石を設置し、電磁波が永久磁石に入射しないようにして、磁性体と符合する位置の磁場が約１、０００ガウスになるように永久磁石を一つ又は複数設置する。
食品の調理品及び冷凍食品や食品を加熱又は解凍、調理するときに、マンガン、ニッケル、モリブデン、亜鉛、コバルト、クロム等が単体又は複数に入ったフェライト並びに燒結した陶磁器や耐熱ガラス等の容器並びにフェライトの粉末を塗布した耐熱用包装材、アルミ素材の食品用包装材、弁当の容器を電子レンジに入れ、マイクロ波を照射すると磁性体の磁気モーメントが磁場と励起し、磁気共鳴を起こし、熱エネルギーが増幅し、早い温度上昇を示す。
食品や冷凍食品の加熱又は解凍の時間が短縮できる。食品や冷凍食品に熱伝導が早くするには塗布した磁性塗料の外側にマイクロ波が透過し、保温効果のある紙等の保温性の高い素材を利用すると早い加熱、解凍が得られ、加熱後の保温性も高い。
陶磁器や耐熱ガラスの容器にマンガン、ニッケル、亜鉛、クロム、モリブデン、コバルト等の磁性体、フェライトを単体又は複合して燒結した容器を利用し、電子レンジのなかで強磁場を印加すると磁気共鳴が起こり、早い熱効果を得ることが出来る。
電子レンジのなかで調理や加熱、解凍に必要な温度と磁性体のキュリー温度を合わせ、陶磁器や石英ガラス等の耐熱ガラスに燒結すると調理方法の焼く、煮る、炒める、蒸す、煎る、揚げる等や加熱、解凍が簡便に、熱効率の高い処理が出来る方法。
【請求項７】磁性体の磁気共鳴する磁場の範囲を広げる方法。
磁性体及び感温磁性流体を電磁波の周波数と印加する磁場の強度から磁気共鳴する範囲は、磁性体の組成の構造で決定しているが、磁場の共鳴する範囲を広げるには、アルゴンガス及び貴金属の銀、金、白金、白金ロジウムなどを利用すると低磁場から共鳴誘導の現象が見られ熱エネルギーを効果的に得ることができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】磁性体に電磁波を照射し強磁性共鳴から得るエネルギー
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁性体、感温磁性流体に電磁波を照射し、電磁波の周波数と磁性体、感温磁性流体の磁気モーメントの歳差運動から生じる回転の周波数と同調する強磁場を印加し磁性体を磁気共鳴させ、電磁波のエネルギーが磁性体による吸収を増幅させることから磁性体から輻射する熱エネルギーを増幅させ、熱エネルギーの効率を高める方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性体が電磁波によって共鳴する研究は、１９４０年代〜１９５０年代に世界で進められていた。強磁性体が古典的エネルギーの保存則であるネーターの定理を破ることは１９６０年代に自発的対称性の破れとして理論的に説明された。
磁性体の電子のスピンと印加する磁場と温度との関係によって古典的熱力学で説明のつかない温度変化の現象を示すことは断熱消磁の現象ですでに知られている。
電磁波の周波数、磁性体の原子の磁気モーメントの回転歳差運動の周波数に同調する磁気共鳴の研究も過去にされている。磁性体の電子のスピンの温度は古典的熱力学の法則を破るという現象も過去に研究されている。代表的な研究の例は磁気共鳴の原理、Ｃ、Ｐ、スリクター著、益田義賀訳、スプリンガーフェアラーク東京社刊行１９９８年出版に紹介されている。しかしながら磁性体及び感温磁性流体に電磁波を照射し、電磁波の周波数と強磁場による磁性体、磁性流体の原子の磁気モーメントの回転歳差運動の周波数が同調する共鳴点を選択し、熱エネルギーを効果的に取り出す技術は開発されていない。
【０００３】
物質に電磁波を照射し分子間どうしが分子回転による発熱のエネルギーを利用する方法は過去に利用されており。電子レンジもその例である。マイクロ波を利用し、磁気共鳴現象から熱エネルギーを増幅し取り出す方法は存在していない。
磁性体、感温磁性流体を電磁波によって加熱し、強磁場で磁気共鳴する時に発生する熱エネルギーを取り出し、新たなエネルギーとして利用されていない。
【０００４】
固体物理入門、キッテル著、第７版、ウィリー社刊行  １９９６年で磁性体の磁気共鳴する素材はすでに報告されている。しかし、磁性素材から電磁波と磁性体の磁気共鳴が生じる周波数と磁場の同調する共鳴点から熱エネルギーに転換する方法は見られない。
【０００５】
球状の磁性体を加熱し、遠赤外線効果を利用し、豆、栗、芋などを焼く方法は古くから利用されている。しかし、球形の磁性体に電磁波を吸収させキュリー温度を利用し、一定の温度を維持し、加熱する方法は見られない。
豆腐の後に出る、おからにＬＰガスによって加熱した金属ボールを入れ、乾燥する方法が開発されたが、球形の磁性体を、電磁波と強磁場で磁気共鳴させ、熱エネルギーを大きくして、乾燥、焼却、殺菌等に利用する方法は見られない。
焼酎の搾りかす、梅干しの生産から作られる梅酢の多くは海上投棄されている。食品廃棄物の再資源化の法律は制定されているが、経済的に安価な処理方法と資源化として利用できる技術開発がされていない。
【０００６】
産業廃棄物を粉砕するときに磁性の強い鉄のボールを使い粉砕し、粉砕後に磁性のある素材と磁性のない素材を分離回収する方法は利用されている。磁性体を電磁波で加熱し強磁場を印加し磁気共鳴によって加熱させ、分離回収はされていない。
【０００７】
ダイオキシン、ＰＣＢの処理にマイクロ波によって直接加熱する方法は、研究されているが、多くの物質と混合し、混ざっているいると電磁波の直接照射は、ダイオキシンやＰＣＢだけを均一に加熱することが難しく、安定した温度が得られない欠点がある。産業廃棄物の多くは、高温を均一に加熱し、無害化されることが求められている。
【０００８】
食品のなかでも粉体の製品やカレー粉や輸入農産物、雑穀類は品質を劣化させない除菌処理と殺虫には悩まされている。輸入農産物ほど食中毒の原因になる菌類の付着が多く、虫の混入には、薫蒸処理などが実施されている。加熱水蒸気の除菌が実施されているが、品質を維持し完全な殺菌の方法は確立には至っていない。
【０００９】
産業廃棄物の分離回収は鉄、ビン類、アルミなどの大ざっぱな回収である。
資源の再利用から微量貴金属や化学物質を分離回収することが望まれている。家電製品などに利用されている微量貴金属の経済的な回収が望まれている。
【００１０】
電子レンジの回転体に磁性体を付け安定したマイクロ波加熱を維持するために利用されている製品は見られる。しかし、マイクロ波の周波数と磁場による磁性体の磁気モーメントの回転歳差運動の周波数と同調する共鳴点を選び包装用資材に磁性体を塗布し磁気共鳴によって加熱されていない。磁気の釜の内部に磁性体を燒結し電子レンジで加熱する方法はあるが、磁器に磁性体を燒結し磁場を与え磁気共鳴させ調理の熱エネルギーの効果を上げる方法はとられていない。
【００１１】
磁性体及び感温磁性流体の磁気共鳴する磁場の範囲を広げる方法はこれまでに見られない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
次世代のエネルギーの開発は大きな課題である。
磁性素材を電磁波によって加熱する方法は、ＣＯ２の発生がなく、クリーンなエネルギーである。磁性体に電磁波を照射し加熱する方法で熱効率が高くなる方法の解決が求められていた。従来の電磁波加熱の問題は、磁性体の電磁波吸収は磁性共鳴を起こしていない場合増幅されず、エネルギー効率が低いとされている。
磁性体に電磁波を照射しその周波数と磁性体の磁気モーメントの回転歳差運動の周波数と印加する強磁場と符合する位置において同調する場合、磁気共鳴を起こし、電磁波の透磁率（吸収率）が最高点に達する。固体物理入門、キッテル著、第７版、ウィリー社、１９９６年刊行の中のデータでは磁性体に電磁波を照射し磁気共鳴していないときと、共鳴時の透磁率格差は、１００倍から９０００倍になり。電磁波の吸収が増幅しピークを示す。従来の電磁波による加熱では、出力以上のエネルギーは発生しない。
強磁性体が古典的エネルギーの保存則の対称性を示す、ネーターの定理を破るためには次の３つの条件が示されている。
１．エネルギーに臨界点（共鳴点）を持つこと。
２．原子のスピンの配列の対称性が不安定であること
３．原子のスピンの基底状態が縮退していて、無限の回転の自由度を持つこと
磁性流体をマイクロ波で加熱し、磁気共鳴を起こすと共鳴点を持ち、コロイド粒子の磁性共鳴による原子のスピンの回転は量子力学的に縮退しており、また原子のスピンの磁性共鳴による回転運動は対称性が不安定であり、無限の回転の自由度を持つ。このことによって、古典的対称性の保存則は自発的に破れ、磁性流体のマイクロ波による原子スピンの磁性共鳴によって、エネルギーは増幅する。
磁気共鳴によるエネルギーは、電磁波の照射によって磁性体が持つ、コロイド粒子の磁気モーメントが外部からの磁場によって励起し、ゼーマン効果が生じ、磁気モーメントが遷移しエネルギーが増幅する現象であり、入力以上のエネルギーが発生する。電磁波の照射出力よりも大きなエネルギーが強磁性共鳴によって得られる。
従来、電磁波の加熱では、コロイド粒子の磁気モーメントによって、原子のスピンから熱エネルギーを増幅させ、熱エネルギーを取り出す技術が確立していなかった。
共鳴点における電磁波の周波数と磁場の強度、素材が持つ磁性の条件は、次の方程式である。
【方程式１】μｏγＨ＝ω
μｏ；磁気定数、γ；ジャイロ磁気定数、Ｈ；外部からの磁場、ω；マイクロ波の周波数
電磁波の周波数ω、ジャイロ磁気定数γ、外部からの磁場Ｈが（１）式の関係を満たし、強磁性共鳴が生じたときのエネルギーは、ジャイロ磁気定数、外部から磁場を加えた時の磁性流体の飽和磁化、コロイド粒子の磁気モーメントと電磁波の入射エネルギーによって決定する。
磁気共鳴によるエネルギーの方程式は以下である。
【方程式２】Ｅｋ＝ｎｋωｋ＝２πγｎｋＭｇｇμＢＴｋｈｃ
Ｅｋ；磁性体に励起されるエネルギー、ｎｋ；励起されるスピンの数、ωｋ；スピンの周波数、π；円周率、γ；ジャイロ磁気定数、Ｍｇ；飽和磁化、ｇ；ｇ定数、μＢ；ボーア磁気モーメント、Ｔｋ；スピンの緩和時間、ｈｃ；電磁波の臨界点以上の入射エネルギー
磁性体が磁気共鳴していないときのエネルギーから、磁気モーメントによって励起される電子のスピンの数は、一つのコロイド粒子あたりのスピンの数と磁性体のコロイド粒子の数を掛けたものとなり、ゼーマン効果の遷移によって磁性体に励起される総エネルギーは増幅される。
【００１３】
感温磁性流体における電磁波の周波数と強磁場を印加したとき、感温磁性流体のコロイド粒子の磁気モーメントの歳差運動の回転の周波数と同調する磁気共鳴では、感温磁性流体のコロイド粒子の磁気モーメントが励起し、【方程式２】で示す、ｎｋ励起するスピンの数が多くなり、ゼーマン効果が生じ、感温磁性流体の温度が磁性コロイド粒子のスピンの遷移と温度の関係によって高温と低温に振動することが解り、感温磁性流体のエネルギーが、温度の上下の変動するエネルギーと温度変化によって生じる磁性の変化が外部から印加する磁場に影響し、加速するエネルギーが生じ、大きなエネルギー転換が存在することを発見した。
磁性共鳴現象によって得られるエネルギーは、次の方程式で説明できる。
【方程式３】Ｅ＝ｎｋｇμＢＳＨ
Ｅ；ゼーマン効果のエネルギー、Ｓ；磁性流体のスピン、Ｈ；外部から加えられた磁場
感温磁性流体の熱エネルギーの大きさは、【方程式２】に示し、入射エネルギーｈｃに対して磁性体が持つ原子のスピンによって励起されるエネルギーＥｋは増幅される。
感温磁性流体の温度変化に対するエネルギーの方程式から時間当たり温度の変化がエネルギーが大きくなることを示している。
【方程式４】
2006054785.tif 000012
温度変化に伴う磁性格差から生じる流体の方程式からも磁性の変化によるエネルギーが大きくなることを示す。
【方程式５】
2006054785.tif 000013
ρｏ；磁性流体の密度，ｃｐ；磁性流体の定圧比熱，Ｔ；温度，Ｍ；磁性の磁化  Ｈ；磁性流体の磁場，λｏ；磁性流体の熱伝導率ｖ；磁性流体の速度，ｔ；時間
ｐ；圧力，η；磁性流体の粘度，μｏ；真空の透磁率，ρ；磁性流体の密度，ｇ；重力
この方程式から、感温磁性流体を磁気共鳴させることから生じる熱エネルギーをタービンの駆動エネルギーに転換すると大きなエネルギーとして利用することができる。
【００１４】
電磁波加熱は、加熱する物質に直接マイクロ波を照射し加熱する方法と磁性体に照射し、磁性体が波長転換で輻射する熱エネルギーで加熱する方法がある。磁性体に電磁波を照射し、強磁場を印加し、磁気共鳴させ、その熱エネルギーを取り出すには、外部から低温の大気、水蒸気、水、溶媒を循環させ、温度の格差により生じる膨張と気化で磁性体が持つキュリー温度を超えないようにすると磁気共鳴が継続する。
マイクロ波によって熱エネルギーを得るには、マグネトロンからマイクロ波を導波管より導き一定の大きさの躯体のなかに磁性体の板を並べ、磁性体の板を、レンコン状の大小異なった孔を空け、大気や水蒸気、水、溶媒が循環できる構造にして、磁性体と磁性体の間に、強磁場を持つ永久磁石をアルミ等によってマイクロ波を反射するように被い、強磁場を印加できる位置に置き、マイクロ波を照射する。磁性体にあけられた大小異なった穴の間を大気、水蒸気が循環させ、シロッコファンによって、高温になった大気、水蒸気を吸引し、循環する。水、溶媒の低温は下から注入し、高温は上部から取り出し、循環する構造によって、強磁性共鳴によって得られる、熱エネルギーを取り出す。
マイクロ波２．４５ギガヘルツの場合は印加する永久磁石は約１、０００ガウスが最適磁場強度で７００〜１、３００ガウスの間が磁性共鳴する幅である。
ミリ波、高周波による磁性共鳴のエネルギーを取り出すには、ミリ波、高周波コイルの内部に磁性体の円形にした板を入れ、板にレンコンの穴のように大小異なった穴をあけ、その空間に水蒸気、大気を通過させエネルギーを取り出している。高周波の場合は約１０ギガヘルツ以上になり、印加する磁場は、約３、０００ガウスの強磁場である。共鳴点が３、０００ガウスの時の磁性共鳴する磁場の範囲は約２、０００〜４、０００ガウスである。磁性体の間にサンドイッチ状態にして永久磁石を設置し、直接電磁波が入射しないようにアルミで被い、磁場を印加し、強磁性共鳴を誘導する。大気、水蒸気を磁気共鳴している磁性体の穴のなかを通過することによって、大気、水蒸気の熱エネルギーは増幅する。
磁性共鳴の振幅温度の基点は、磁性体の熱エネルギーを取り出さないと高くなり、キュリー温度を超えると共鳴が終わり、連続し熱エネルギーを取り出しことによって安定する。
【００１５】
電磁波を照射し、強磁性共鳴が生じる磁性体の素材は、磁気モーメントのスピンの値が大きいほど励起し、エネルギー効果は高くなる。マンガン、コバルト、モリブデン、亜鉛、ニッケル、リチウム等の単一又は、複合的に配合されているフェライトが主な素材である。マンガンはスピンの値は５／２〜６と大きく、マンガンフェライトは磁気共鳴のエネルギーは大きい。
磁性体に電磁波を照射し、発熱し昇温が早くなる素材は、磁性体が持つ保磁力が大きいほど早く、磁気共鳴するときに振動する振幅は、磁性体の透磁率が高いことによって決定する。
保磁力の大きさ、透磁率の高さが熱エネルギー効果になる。この条件は感温磁性流体においても同じである。磁性体を微粉末にし水を添加し液状にした状態でも同じ効果が見られる。磁性粉末に水を添加し液状にした状態や感温磁性流体のエネルギーが電磁波によって増幅している構造は、磁性体のコロイド粒子の磁気モーメントによって励起していることから、粒子の大きさは、分子のなかの原子の単位から磁気モーメントが存在し、半径１ｎｍ〜１０μｍの粒子からエネルギーは得られ、領域の範囲は広い。
粒子同士の摩擦によるエネルギーが存在し、粒子が小さいことは粒子同士の摩擦熱が大きくなる。
【００１６】
粉体、液体、粘度の強い液体、粒子等に熱エネルギーを短時間に均一に拡散させたり、又は輻射熱を均一に拡散することが困難な素材が多い。
直径数ミリから数センチの球形の磁性体を、電磁波によって発熱させ、強磁場を印加し、磁気共鳴させると、磁性体の球の表面から磁気共鳴しながら、熱エネルギーを均一に拡散する。
粉体、液体、粘度の強い液体、粒子の乾燥と殺菌では均一な熱伝達が望まれているが、一般的に行われている回転釜、ミキサーによる加熱方法は、釜やミキサーの外部から熱を加えており、均一な加熱には時間を必要としている。電磁波加熱による加熱や乾燥は、照射している部分にのみ加熱が行われ、粉体の内部に熱が均一に伝達するのに時間が必要となる。
球形の磁性体に強磁場を与え磁気共鳴させながら加熱と乾燥する方法では、球形の磁性体に電磁波を加え強磁場を印可しながら回転釜やミキサーを回転させると、球形の磁性体と粉体、液体、粘性の強い液体、粒子が混ざり合って撹拌し、球形の磁性体から出る熱量と直接電磁波が照射される部分の発熱による相乗的効果が見られ、早い乾燥や殺菌ができる。磁性体のキュリー温度と加工処理する素材の目的温度を合わすと部分的な過剰加熱の心配がなく均一な温度が得られる。磁性体のキュリー温度は８０〜３００℃の範囲で目的に合わせて選択する。
粉体の乾燥と殺菌では、耐熱性バチルス菌の殺菌ではキュリー温度、１３０℃の磁性体を選択すると、乾燥しながら耐熱性バチルス菌の殺菌が可能である。
粉体は乾燥すると比重が小さくなり、軽くなった粉体の素材は、上辺に集まり、吸引しやすく、吸引で回収する方法や磁性体をキュリー温度以下に下げて、磁場によって磁性体だけを分離、回収が簡便で磁性体と処理製品との分離ができる。
【００１７】
豆腐の製造からでる”おから”や、おからの形状をした、水分率が高く、粘性が強い素材、焼酎の搾りかす、梅干しの梅酢などの液体の乾燥や殺菌は、内部まで熱が均一に伝達させ、乾燥することが難しく、部分的に塊になり、均一な性質にならず、粉砕が必要となり、内部に熱伝達するのに多くの時間が必要である。球形の磁性体は一定の比重があり、ミキサー及び、回転釜のなかで粘性の強い液体と混合して撹拌すると、液体や塊のなかに入り込み、熱を発散し回転するために塊が粉砕され、均一な熱伝達が見られる。球形の磁性体を電磁波と強磁場によって、磁気共鳴させ、発熱させながらミキサー及び回転釜で処理すると短時間に乾燥処理が可能である。磁性体のキュリー温度は１２０〜３００℃のなかで乾燥物質の成分内容からこげが生じない温度で選択する。
乾燥させると軽量になり、畜産の餌や健康食品や食品の素材として利用でき、保存性も高く、堆肥として利用も簡単である。
【００１８】
ヘドロや汚泥は、公害物質のなかでも分解に時間の必要な要素が強い。水分率が高く、その上に、公害の原因となる重金属、化学物質を含んでいる例が多い。水分を蒸発させ、化学物質、重金属を同一工程なかで高温を維持し、均一に短時間で処理できることが望まれている。
磁性体のキュリー温度は、電磁波加熱の時の最高温度である。フェライトの多くは６０〜３００℃のキュリー温度であり、リチウムフェライトは最高が６７０℃である。マグネタイトはキュリー温度を超えて１，２００℃まで、ジルコニアは１、４００℃まで上昇する。球形の磁性体を回転釜やミキサーに入れ電磁波を照射し、強磁場を与え、磁気共鳴させながら、回転させ、水分を蒸発させた後の工程で、高温の処理が必要な球形のマグネタイト又はジルコニアを入れて化学物質を分解、重金属を分離が可能である。ヘドロ及び汚泥を１、２００〜１、４００℃まで温度を上げ回転させると無害な組成に変えて処理ができる。処理後の炭化した素材と磁性体は温度が低下した後、磁場によって分離回収が簡便にできる。酸化アルミニウムは１、６００℃まで昇温し、イットリウム、金、パラジウム等の融点を超えて加熱でき、微量貴金属及び希少金属の熱による分離が可能である。
【００１９】
日本の電子レンジは、周波数が決められ、２．４５ギガヘルツである。普及率は家庭では９５％とされ、外食、中食のコンビニエンスに広く利用されている。電子レンジの熱効率を上げ早い加熱処理が求められている。
電子レンジの熱エネルギーを効果的に利用するために、電子レンジの底辺で回転させている回転板の素材に永久磁石、７００〜１、３００ガウスの強磁場を印加し、永久磁石には、電磁波が入射しないようにアルミなどで遮断し、回転する素材の上に磁性体を持つ器、食器、食品包装材をおくと強磁性共鳴を起こし、磁性体の電磁波吸収率が上がり、熱エネルギー効果が上がる。
陶磁器の食器や器、土鍋に、マンガン、ニッケル、亜鉛、クロム、コバルト、モリブデンの単体又は複合し配合し燒結したり、磁性体のフェライト粉末を燒結し、利用すると陶磁器の食器や器、土鍋の磁性体と磁場が共鳴し、早い温度上昇が見られる。磁性体の粉末を用器の側面や底辺に燒結していると電子レンジを利用しても底辺からも加熱ができ、加熱調理の用途によって、上からも底辺からも加熱が出来、幅広い調理、加熱、解凍ができる。食品の包装材や冷凍食品の包装材に磁性体の粉末をエポキシ系の塗料として塗布し、電子レンジの中で強磁性共鳴させ加熱すると短時間に、調理や加熱、解凍に利用できる。
【００２０】
感温磁性流体、磁性粉体に水を添加した液体、磁性体を水などの液体及び水蒸気の環境にに貴金属の銀、金、白金等及びアルゴンガスを入れ、マイクロ波を照射すると共鳴が見られる。
共鳴の現象は、貴金属の場合はプラズモン現象、アルゴンガスはプラズマ現象によって、共鳴が見られる。永久磁石の磁場は温度が高くなると低下し、強磁場の位置が変わりやすく、不安定である。貴金属の銀、金、白金等やアルゴンガスによって共鳴現象が生じ、低磁場においても共鳴誘導がみられ、低磁場の領域から共鳴の振幅が大きく安定し生じる。２．４５ギガヘルツの周波数において、磁場の強度が２００ガウス〜１、７００ガウスの範囲のなかで安定した共鳴を示す。共鳴は電磁波の吸収率を高め熱効率が高いことを明細書【方程式１】【方程式２】において示している。アルゴンガスや貴金属を利用すると共鳴の範囲が広がり、効率的な熱エネルギーが得られる。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
磁性体、感温磁性流体に電磁波を利用した新たなエネルギー効果を求めた。
感温磁性流体に電磁波の２．４５ギガヘルツのマイクロ波を照射し、強磁場を印加したとき、強磁性共鳴によるスピンの遷移による温度の変化によって温度計に上下の振動する挙動があり、磁場の強度を１、０００ガウスに印加すると温度の振幅が最高点に達した。磁場を印加する範囲を６００ガウスから振幅がわずかに始まり、１０００ガウスで最高点に、さらに磁場を強化すると振幅が低下し、１３００ガウスで緩やかな振幅に、１４００ガウスでほぼ温度の振幅が終わった。このときの感温磁性流体の素材は、マンガンフェライトの１０ミクロンの粒子をイソパラフィンの溶媒を利用していた。電磁波の出力は０．２ｋｗでは小さな振幅を起こし、０．４ｋｗに上げると振幅は大きくなった。  出力によって温度の振幅の格差が見られた。
温度の振幅には一定の基点があり、上下の振幅にも一定の高さの範囲があり、温度の挙動には関数的な物理的運動が生じていることが判断できた。
磁性体、感温磁性流体にマイクロ波照射すると、透磁率、保磁力、磁場、キュリー温度によって温度の上昇する時間の差、上昇の範囲、に違いがある。磁性体、または感温磁性流体は、保磁力が高いほど磁気熱量効果は高く、昇温時間は指数曲線を描き早い効果がある。これまではマイクロ波加熱の効果は、透磁率のみに依存すると考えられていたが、透磁率と温度の上昇の関係は、透磁率に比例し上昇するが、キュリー温度までの時間的な早さは、保磁力の高いとき昇温速度は早いことを実験によって確認していた。２．４５ギガヘルツの周波数の場所では、保磁力が高く、透磁率が高いときは相乗効果によって一層早くなることが実験によって得られた。
磁気共鳴現象の状態では温度が上下に変動し明らかに違いが生じており、磁場が磁性体の昇温に与える影響があることから、共鳴が物理的現象とみて究明した。
電磁波の周波数と磁性体の磁気モーメントの回転歳差運動の周波数と磁場が符合し同調することから磁気共鳴する現象が報告されている。磁気共鳴する現象によって、電磁波の透磁率（吸収率）が最高値に達し、透磁率の格差は１００〜９，０００倍になることが固体物理入門、キッテル著、第７版、ウィリー社、１９９６年刊行に示されており、熱エネルギーの実験から熱エネルギーも磁気共鳴し、そのエネルギーが増幅していることを発見した。
磁気共鳴に関するエネルギーは【方程式１】【方程式２】において示す。
磁気共鳴の現象は、磁性体に電磁波を照射し、強磁場を印加すると磁性体のコロイド粒子の磁気モーメントが励起し、ゼーマン効果が生じ、磁気モーメントが遷移し、熱エネルギーが増幅していることを発見した。
【００２２】
感温磁性流体のエネルギーはこれまで、熱エネルギーとして効果的に利用されていない。【方程式１】【方程式２】において示すように、強磁性共鳴は、電磁波の周波数と磁場の印可による励起からコロイド粒子の磁気モーメントによって、ゼーマン効果によって温度の上下の振幅として表れていることを示している。
その時のエネルギーの方程式は【方程式３】によって示される。
感温磁性流体のエネルギーは流体内部の時間当たりの温度変化によって大きく増加し、熱エネルギーの変化が、時間当たりの磁場の変化によって、加速度的にエネルギーは増加する。その方程式は【方程式４】【方程式５】によって示される。
この方程式から電磁波の入力のエネルギーよりも１００倍から５００倍のエネルギーが得られることを発見した。
感温磁性流体を電磁波の周波数と磁場の印加によって磁気共鳴させて得る、熱エネルギーを直接、流体エネルギーとして、タービンを回転させ、エネルギーとして利用できる。このエネルギーはクリーンエネルギーである。
【００２３】
磁性体にマイクロ波を照射し、強磁場を印加し、強磁性共鳴している磁性体から輻射する熱エネルギーを取り出すことによって磁気共鳴現象は安定し継続する。マイクロ波を照射している限り、熱エネルギーを取り出さなければ、磁気共鳴の振幅する基点温度が高くなり、磁性体の温度が昇温しキュリー温度に到達する。磁気共鳴基点温度を安定するには、熱エネルギーを循環しながら取り出す必要がある。
マイクロ波を連続して照射し、効果的に熱エネルギーを取り出す方法には、マイクロ波をマグネトロンから導波管から誘導し、磁性体のキュリー温度を設定し、磁性体を円形又は楕円形の形状にして、磁性体の板にレンコン状の穴のように大小の複数の異なった穴をあけ、磁性体の板を３〜４ｃｍの間隔で積層する。積層した間にマイクロ波の周波数に符合する磁場を持つ、永久磁石を設置し、磁化を加える構造にし、磁性体には直接マイクロ波が入射されないようにアルミ等で遮り、磁性体の外部からマイクロ波を照射し、磁性体が共鳴する構造にする。積層された磁性体の外部から、大気、水蒸気を外部から取り入れ、レンコン状に空いた穴のなかを大気、水蒸気が循環出来る構造におき、熱エネルギーを取り出す、この工程を循環させると、磁性体の熱エネルギーが発している温度の近似点の大気の熱エネルギー、常圧の加熱水蒸気が得られ、水を入れると水蒸気が得られ、溶媒を循環させると熱エネルギーが溶媒によって蓄熱出来る。
日本では、マイクロ波の周波数は、２．４５ギガヘルツが多く、磁性体は、マンガンフェライト、マンガンニッケルフェライトなどの場合、印加する永久磁石は１、０００ガウスが最高の共鳴現象が見られ、エネルギー効率も高い。
共鳴する磁場の強度範囲は、７００〜１、３００ガウスである。
磁性体の素材は、薄い０．１ｍｍ以下よりも１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の厚みがある方が熱効率は高い。出力によって、磁性体の枚数とその配列、厚さを選び、出力が大きくなると枚数と厚さによってエネルギー効果も上がる。
ミリ波、高周波の場合はミリ波、高周波コイルによってコイルの内部に電磁波が生じ、コイルは円形に巻かれ、コイルの固定にはステンレスや磁器などで管状に固定されている。磁性体は、その中に管と直角に円形又は楕円形の形状にして、磁性体にはレンコン状の大小異なった穴をあけ、出力に合わせ複数の磁性体を並べる。磁性体と磁性体の間隔の間に強磁場を印加すると磁気共鳴が生じる。磁気共鳴している管の外部から大気、水蒸気を取り入れ、磁性体と磁性体のレンコン状に空いた穴の間を大気、水蒸気が通過させると、磁性体の熱エネルギーを吸収し、高温のエネルギーに転換する。継続し循環する構造を維持すると効果的な熱エネルギーが得られる。高周波の周波数１０ギガヘルツの場合は、永久磁石の磁場が３、０００ガウスのときが磁気共鳴点であり、最高の熱エネルギーが得られ、２，０００〜４，０００ガウスが磁気共鳴する範囲である。
マイクロ波、ミリ波、高周波ともに利用する磁性体のキュリー温度によって発熱する温度はコントロールでき、最高の到達温度はマグネタイトを利用すると１、２００℃まで昇温する。求める温度によって構造の耐熱性素材を考慮する。
磁性共鳴を利用した加熱装置の永久磁石は温度によって磁場強度が変化する。高温になるほど磁場は弱くなる。処理に必要な温度と永久磁石の磁場の強度、磁性特性から割り出し設置を計画する。
【００２４】
磁性体のマイクロ波加熱による温度の上昇は、磁性体の保磁力、透磁率、磁束密度、キュリー温度が異なると発熱の昇温傾向に違いがある。実験の結果、全ての磁性体が異なる温度の曲線を描き上昇し、同一上昇曲線を描く磁性体が少ないことを確認した。
次に異なる組成の磁性粉体を２種類以上を混合し、昇温効果をみる実験では、単独の磁性体の温度上昇よりも早い昇温が見られた。
磁性体を保磁力、透磁率、磁束密度、キュリー温度の違いから選び、粒子の大きさを、平均１０μｍに加工し、感温磁性流体及び磁性体に水を添加した素材をつくり、その比率は、磁性体１に対して水を２の割合で重量比とした。
マイクロ波の波長は、２．４５ギガヘルツ、出力は０．１〜０．５ｋｗを調整できるシステムによって実験した。
磁性体は単体でマイクロ波加熱するよりも、複数の磁性体を混ぜると昇温が早くなり、その原因は、磁性体のコロイド粒子の磁気モーメントによって励起し、粒子同士で摩擦することから生じる熱エネルギーと考えられる。
マンガンフェライトを入れると他のフェライトよりも温度の振幅が大きく、マンガンの磁気モーメントのスピンの値が最大で５／２〜６であり、その影響と考えられる。
感温磁性流体に利用する粒子の大きさは、分子のなかの原子の単位からスピンの数は存在し、粒子の摩擦熱で熱エネルギーが発生することから粒子の半径は１ｎｍ〜１０μｍとなる。
【００２５】
粉体のカレー粉、スパイス類、健康食品の素材、雑穀類、豆類の乾燥と殺菌及び殺虫の安全で経済的な方法が求められている。これらの食品素材は輸入品目が多く、常に安全な食中毒菌の処理が課題である。
食中毒類の殺菌では温度による殺菌が一番効果的であるが、均一な温度条件を満たし、品質を損なわない処理方法が望まれている。雑穀類、まめ類につく虫、虫の卵も温度によって殺虫できる。
磁性体はキュリー温度によって温度のコントロールが可能であり、キュリー温度に昇温する手前が最大比熱となっている。キュリー温度になると温度の上昇が止まる。
磁性体を球形にすると表面積が大きく、熱の放出が均一であり、磁気共鳴時点の熱エネルギーは最大になる。磁気共鳴させながらキュリー温度の手前の近似温度を維持し取り出すと熱エネルギー効果が高くなる。
磁性体のキュリー温度を選び、熱処理する粉体の形状、粒子の形状に合わせ、磁性体の球の大きさを直径１ｍｍ〜数センチを選択し、粒子の小さな素材には小さな球形を、粗い粒子の素材の場合は、大きな球形を選択し、満遍なく温度分布が行き渡るように選択し、磁性体の球をミキサー、回転釜に入れ、永久磁石で磁場を印加し、電磁波の周波数と符合させ、加熱し、その中に熱処理する素材を入れ撹拌し回転すると、直接電磁波が照射される熱エネルギーと磁性体の球が均一に拡散する熱エネルギーの相乗効果によって短時間に乾燥、殺菌、殺虫ができる。
投入する重量と磁性体の球の比率は形状や粒子の大きさ電磁波の出力によって決定する。磁性体１に対して３〜１０倍の量が処理でき、処理時間は処理品の水分率と乾燥時の必要とする水分率によって決定する。水分率が高いときは、磁性体のキュリー温度を高く選択し、調整すると同じ時間帯で処理できる。磁性体のキュリー温度は８０〜３００℃で選択出来る。
粉体は高温になると爆発したり、こげができ、加熱温度と時間を水分率から割り出し、管理する必要がある。
一般的な食中毒を起こす、細菌性食中毒の大腸菌群、サルモネラ、赤痢、コレラ、ブドウ球菌、ポツリヌス、ビブリオ及び酵母は７０〜１００℃で殺菌できる。
虫のコクゾウムシ、マメゾウムシ、ノシメマダラメイガ及び幼虫、卵、ダニ類、も７０〜１００℃で死亡する。
１００℃の環境では、殺菌の時間は１０秒〜２０秒、殺虫は３０〜１００秒である。
耐熱バチルス菌は１３０℃、１０秒間で処理できる。
殺菌と殺虫を兼ねる場合が多く、バチルス菌まで処理するときは、全体温度が１３０℃、１０秒から２０秒間維持されると完全な処理が可能である。
磁性体の球を利用し、キュリー温度の設定では８０〜３００℃で選択し磁気共鳴させると熱エネルギーが大きく、高温が長時間維持され、殺菌、殺虫が簡便である。
【００２６】
おからは、食品再資源化として水分率を下げ、乾燥させると用途は広い。又粘性が強い食品残滓、焼酎の搾りかす、梅干し漬けの梅酢などの多くが産業廃棄物として再資源化を求められている。芋焼酎の搾りかすと梅酢は、海上投棄が環境問題になっている。
乾燥させ、軽量化すると、搬送経費が軽減でき、畜産の餌、健康食品の素材、調味料の素材等の利用が可能である。
但し、この工程では短時間に大量に処理が求められる。これらの素材は、熱効率が悪く、経済性の問題が残り、利用されていない。おからは乾燥後のコストが約２００円／１０ｋｇと安価であり、加工コストに見合う経済単価がクリアーされていない。焼酎の搾りかすも畜産の餌として利用する場合の価格は同等である。
通常の乾燥では乾燥工程の過程で塊ができ、品質も安定しない。
磁性体の球に電磁波を照射し、強磁場を印加して磁気共鳴させ、磁性体の球とおからや粘性の強い食品残滓、液体をミキサーや回転釜に入れ撹拌しながら回転させると、塊のなかに磁性体の球が潜り込み、磁性体の熱が均一に塊のなかに入り、熱膨張を起こし塊を粉砕する。磁性体が共鳴し拡散する熱エネルギーが、回転し、均一な乾燥を短時間に処理する。磁性体のキュリー温度は処理後に求められる再資源化製品の成分から選定する。
畜産の餌はタンパク質が変成しない８０℃以下の加工温度が餌として求められる温度である。
但し水分率が高く、蒸発には１００℃以上でなければ蒸発しない。磁性体は１００〜３００℃から選択し、投入時の水分率と乾燥後に求められる水分率から、出力と処理時間を計画する。食品及び餌として求められる水分率は、長期保存に耐える５〜１０％である。
梅酢の内容物の多くは、塩とクエン酸であり、ｐＨは、２．５〜３．５である。塩分とクエン酸は高温に耐えるが酸性が強く、磁性体の品質によっては酸に弱く、ジルコニアの球を利用すると効果的であるが、立ち上がり温度は、他の磁性体ほど早くなく、緩やかであるが、高温になると約１、４００℃まで上がり、キュリー温度によるコントロールが出来ない。温度のコントロールは、出力と投入量によって、事前にデータを取り行う必要がある。
磁性体が高温になる場合はミキサーや回転釜の構造を耐熱性の素材を、耐酸性の素材にはセラミックなどを選択する必要がある。
【００２７】
河川、土壌、海岸線のヘドロや汚泥の処理を効率的におこなう機器開発が求められている。熱処理ではＬＰガス、化石燃料の利用が多く、公害処理にも関わらず、ＣＯ２が排泄され、処理過程の温度が３００〜５００℃の間で継続するとダイオキシンの発生などが懸念され、処理方法の確立と無害化対策が求められている。
ヘドロや汚泥は水分率が高いことが一気に高い温度に加熱出来ない原因である。
この処理には、大型の回転釜やキルーンによって処理を行う。回転釜やキルーンに強磁場を印加し、外部から導波管によってマイクロ波を導き、回転釜、キルーン内部にマイクロ波を照射出来る構造におく。
処理工程は前工程で、２００〜３００℃の磁性体の球を入れ、電磁波共鳴させて、水分を蒸発させ、軽量化する、この過程では、水分が蒸発するまでは、全体の温度は１００℃前後でダイオキシンの発生は見られない。水分が蒸発し軽量化後に全体を取り出し、磁性体を磁場で分離する。
その後、強磁場を印加し、マグネタイト又はジルコニアの球を入れ、マイクロ波を照射し、強磁性共鳴を起こす。マグネタイトの球は、１２００℃に発熱し、ジルコニアの球は１４００℃の高温に発熱しているなかに、軽量化されたヘドロや汚泥を、マグネタイトやジルコニアの投入重量とヘドロや汚泥の比熱を割り出し投入量を計画し、投入すると一気にダイオキシンが発生しない、７００℃の高温処理を行うと無害化が出来る。
マグネタイトとジルコニアはヘドロや汚泥の主成分の酸性度によって選別し利用する。
微量金属の回収では酸化マグネシウムで１６００℃を利用すると熱分解によって回収ができる。
農業地域の環境汚染物質は、硝酸塩とカドミウムが多い、硝酸塩の沸点は７６５℃、カドミウムの沸点は７６５．５℃、である。土壌では硝酸カドミウム、硫酸カドミウムとして堆積しており、酸性土壌になっている。水田の土壌は水分率が高く、前処理で水分を乾燥させ、マグネタイトは１２００℃、ジルコニアは１４００℃の高温に発熱し共鳴させて、処理を行う。硝酸濃度が強く、酸性の強い土壌では、ジルコニアをカドミウム土壌ではマグネタイトの球を利用し、大型のキルーンのなかに電磁波を照射し、強磁場を印加し、磁気共鳴させながら熱処理すると類似した沸点であり、同時に処理が出来る。
一定の温度処理が終わると、低温にして磁場で磁性体を分離回収できる。
【００２８】
日本の電子レンジは電磁波の周波数は決められており、２．４５ギガヘルツである。低価格のフェライトはマンガン又はニッケルが複数配合し燒結されたフェライトである。このフェライトが磁気共鳴する磁場は、７００〜１３００ガウス、共鳴点のピークは約１０００ガウスである。電子レンジには、内部に回転体が設置されており、回転しながら加熱する仕組みが多い。この回転板をアルミ製にして電磁波が吸収できない構造にして、その内部に１０００ガウスの磁場を印可する。食品を加熱する耐熱容器又は耐熱包装材、加熱調理の陶磁器、耐熱ガラスに磁性体を塗布又は燒結し、加工し、電子レンジのなかで磁気共鳴させながら加熱すると、冷凍食の解凍、食品の加熱、食品の調理が短時間にできる。
解凍では調理用の磁性体を燒結している容器のなかに水を入れ、水の温度が沸騰しない温度４０〜５０℃を維持しながら解凍すると短時間に解凍ができ品質の低下が見られない。冷凍の未調理品もそのまま調理用の磁性体が燒結している容器に入れ、加熱すると調理が出来る。電子レンジのなかで磁性体を燒結した陶磁器、耐熱ガラスをいれると、焼く、蒸す、炊く、煎る、炒める、煮る、加熱、解凍全ての調理が可能であり、短時間に調理加工が可能であり、蓋の機能をマイクロ波が透過する素材や遮断する素材の選択によって、用途別に直接マイクロ波を遮断する方法、容器の底や側面と上からの加熱もでき、満遍なく温度が行き渡り、こげる、油が飛ぶ等の問題がなく調理後の手間も大変便利になる。
磁性体を燒結する素材を高温タイプと低温タイプ、中温タイプにキュリー温度によって選別することができ、形状は鍋、釜、スープ皿、チゲ鍋、中華、調理の目的に合わすことで利用範囲が広がる。
食品の耐熱性包装容器に磁性体を塗布し、回転体に設置した磁場の位置と容器の位置が整合し磁気共鳴させると早い加熱や解凍が可能である。
【００２９】
磁性共鳴の問題点は、電磁波加熱によって永久磁石が雰囲気の高い温度に影響され、磁場の強度が低下し、高温になると磁気共鳴の熱エネルギーが低下することがある。
アルゴンガス、貴金属の銀、金、白金等を利用すると磁場に影響されずに、共鳴誘導が見られ、磁場の強度の幅が広くなる。アルゴンガスはプラズマ振動による共鳴、貴金属はプラズモン振動による共鳴が起きる。感温磁性流体又は磁性粉体に水を添加し、液状にして、アルゴンガスを注入し、マイクロ波２．４５ギガヘルツ、０．４ｋｗを照射すると弱い共鳴が起きる。
感温磁性流体又は磁性粉体に水を添加し、液状にして、銀柱を入れ、マイクロ波、２．４５ギガヘルツ、０．４ｋｗを照射するとアルゴンガスのよりも大きな共鳴が起きる。
共に強磁性共鳴ほどの大きさを示す共鳴ではないが、このときに磁場を加えると共鳴の振幅が大きくなり、共鳴誘導がみられる。共鳴の振幅が大きくなることは、磁性体の透磁率（吸収率）が上がることを示し、熱エネルギーの効率が上がることを示す。磁性体は液体でなくとも、水蒸気が充満している状態でも、プラズマ現象やプラズモン現象は見られ、請求項１、請求項２、請求項４、請求項５のなかにおいて併用し利用できる。
【００３０】
【発明の効果】
マイクロ波、２．４５ギガヘルツを導波管より誘導し、導波管の上部に試験管が入る大きさの穴をマイクロ波が透過する方向と対極する側面に２カ所、真ん中に１カ所空け、試験管に磁性体と水を添加し、磁性体、１に対して水、２を重量比で入れ、合計の重量２０ｇとし、側面、真ん中の温度の上昇の格差を見た。出力は０．４ｗとした。
全ての実験における温度の測定は、熱電対温度計、光温度センサー温度計を利用した。
温度の上昇は真ん中よりも側面の温度が早く上昇した。その時の温度上昇による時間差は、１００℃になるまでに、側面が７２秒、真ん中が８３秒、１１秒の格差があった。
０．２ｋｗ、０．４ｋｗの出力差による温度上昇を見た。温度の上昇は出力が大きい程早いことを確認した。１００℃までの格差は０．２ｋｗで２１０秒となった。０．４ｋｗとの差は、１２７秒の開きがあった。
次に導波管の外側の側面に永久磁石を固定し、マイクロ波２．４５ギガヘルツ、０．２ｋｗを照射し、温度の変化を見た。温度の上昇は永久磁石を設置すると設置していない時よりも早くなることを確認した。その温度差は真ん中に設置している時の約２倍の早さで沸騰点に達した。電磁波等マイクロ波は磁場の影響によって磁性体の加熱するスピードが速くなることを示した。
磁性体はブロックの形状、磁性体の粉体、感温磁性流体、及び２種類以上を混合した磁性粉体に分け、磁性体の素材はマンガンフェライト、ニッケル亜鉛フェライト、マンガン亜鉛フェライトを選択し温度の変化を見た。
感温磁性流体と磁性粉体は平均粒子１０μｍを利用した。磁性体、１に対して水、２の重量差によって水を添加した。感温磁性流体はそのままの状態で温度の変化を見た。
【表−１】磁性素材の違いと照射時間及び温度の上昇。
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Ｎｉ−ＺｎフェライトとＭｎ−Ｚｎの温度上昇に違いがあり、Ｍｎ−Ｚｎフェライトは非線形な温度上昇を示す。Ｍｎフェライトはスピンの値が大きく、自己磁場の影響と見られる非線形な温度上昇が見られた。
磁性体の保磁力の違いが温度上昇に影響することが示されている。
Ｎｉ−Ｚｎフェライトを２種類を混合し、マイクロ波を照射すると単独で加熱するよりも温度上昇が早くなり、異なる磁性を持つフェライトを混合すると粒子同士の摩擦熱によって温度上昇が早くなる。このことは、磁性体はコロイド粒子の磁気モーメントによって励起し発熱していると考えられる。
次に、導波管の側面に５００ガウス、１、０００ガウス、１、３００ガウスの磁場を加え磁気モーメントの大きい感温磁性流体のＭｎ−Ｚｎに磁場を印加し、マイクロ波を照射した。
【表−２】導波管の側面から磁場５００〜１、３００ガウスを印可したときの温度変化
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温度の振幅は高温と低温で１００℃の格差が付き、一定の基点を中心に振幅した。
印加する磁場、５００ガウスでは、約１０℃前後の小さい振幅、次が１、０００ガウスは、約３０℃の振幅、１、３００ガウスの振幅が１００℃の振幅を示した。印加する磁場が大きいほど振幅の高低差が大きく、磁場が小さくなると振幅が小さい、その振輻する温度差は１０〜１００℃の差が生じた。２．４５ギガヘルツの共鳴点が１，０００ガウスであり、導波管の外から印加しており、導波管の内部は、磁場の強度の違いと考えられる。
この現象から、磁気定数、ジャイロ磁気定数、電磁波の周波数２．４５ギガサイクルは固定しており、磁場の印加する大きさによって励起し、振幅する温度変化が大きいことを示した。この現象から、強磁性共鳴は、コロイド粒子の磁気モーメントによって励起し、磁性体が持つスピンの数の遷移が多くなり、ゼーマン効果が生じ、温度の上下の運動を起こすことを発見した。【方程式１】【方程式２】【方程式３】にその方程式を示す。
感温磁性流体に強磁場を印加し、電磁波の周波数と磁性流体の磁気モーメントの回転歳差運動の周波数が同調すると磁性体のスピンが励起し、ゼーマン効果が生じ、磁性体の温度の変化と磁場の変化による流体エネルギーが大きく増幅することを示し、【方程式４】【方程式５】のエネルギー効果が得られ、このエネルギーを直接タービンの回転するエネルギーとして利用することが出来ることを示した。
磁性体のＭｎ−Ｚｎの１０ｇの固体においても、同様の試験に置いて水３０ｇを入れ、マイクロ波照射の実験では、磁場を印加したときと、印加していないときの温度上昇は２０〜１００℃までに、磁場１、３００ガウスを印加の場合は、６５秒、印可していない状態では２３０秒が必要であった。
粉体の状態ではゼーマン効果として温度の上下の変動が見られるが、固体では、上昇温度しか見ることが出来なかった。
固体の磁性体は磁気共鳴現象として温度の早い上昇が熱エネルギー効果として見られる。
【００３１】
【００３０】の【表−１】実験において磁性体はキュリー温度になると温度の上昇は緩やかになる。
磁性体に水を入れ、電磁波を照射すると、水が気化するまでは１００℃以上の温度にはならない。磁性体が持つ、熱エネルギーを水が潜熱として奪い、温度の格差を作る。
電磁波を照射し、磁場を印加すると、試験管内部の対流が激しくなり、沸騰が始まると、一気に気化し水が蒸発する。磁性体の金属は、Ｔを磁性体の温度とすると温度の上昇と共に比熱がＴ３／２に比例し、値が大きくなるのが特長である。また熱容量はＴ５／２に比例して上昇する。そのために蒸気化が始まると一気に水が蒸発し、蒸発後の温度は加速度的に上昇し、キュリー温度に近づく。
磁性体の板に直接マイクロ波を照射し強磁場を印加し、磁気共鳴すると温度の上昇は早い、その格差は【００３０】の実験において実証している。
直系２５ｃｍ長さ４０ｃｍ厚さ１０ｍｍ、円筒形のステンレス製の筒を立て、底辺は密閉し、上辺には、マイクロ波をマグネトロンによって導波管から誘導する開口部を設け、石英ガラスによって遮断し、上部の側面には、シロッコファンを付け排気の誘導管を設けた。磁性体のマンガンフェライト（キュリー温度１８０℃）を内径と同じ大きさの円形の板に加工し、厚さを５ｍｍに、板には５ｍｍ〜１ｃｍの穴を２０カ所以上を空け、板と板の間に永久磁石、磁場１１００ガウスを設置し、板と板の間隔を４ｃｍをとり、５枚を入れ、円筒形の底辺に、直径２ｃｍの空気又は水蒸気を挿入するバルブ設けた。円筒形の上部にはマグネトロンから導波管によってマイクロ波、２．４５ギガヘルツを照射出来る位置に石英ガラスの窓を付け、マイクロ波が磁性体に照射でき加熱出来る構造にした。内部の高温の大気や水蒸気を取り出す口は、上辺にアルミ製のシロッコファンを設けた。マグネトロンの出力は０．２〜１ｋｗを調整できる構造にした。
内部には温度計を２カ所設置し温度の経緯を計測した。
マイクロ波照射によって磁場を印加しているときと磁場がないときの取り出し口の温度格差を見ることで、熱エネルギー格差を見た。
【表−３】マイクロ波照射後、内部の温度と出口の温度格差、出力０．５ｋｗ
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磁性体のキュリー温度１８０℃、入り口温度は２６℃からの上昇温度、内部温度は２枚目と３枚目の中間温度、
シロッコファンを取り付け、安定した吸引が必要ではないかと用意したが大気の膨張によって自動的に回転していた。
磁場を印加すると磁性体が磁気共鳴し安定した熱エネルギーを放出していることが解る。出力を上げることによる格差は、立ち上がりの温度が早くなり、高温の大気の排気量が増加しているが、排気流量の測定器がなく測定出来なかった。
強磁性共鳴させると高温の大気、常圧の加熱水蒸気が簡便に取り出すことができ、電磁波の周波数が大きくなると、印加する磁場との符合する強度の位置が高くなり、熱エネルギーも大きくなる。
ミリ波、高周波の場合は周波数と磁場の強度が高くなると熱エネルギーは大きくなる。
【００３２】
磁性体を球形（キュリー温度１６０℃）に加工し、強磁場を加え磁気共鳴させながら、粉体、おからの乾燥効果を見た。実験では家庭用の電子レンジ２．４５ギガヘルツ、０．５ｋｗを使い。電子レンジの上辺に穴を空け、温度計と撹拌装置を設定出来るスペースを作り、レンジのなかにアルミ製のポール、長径１８ｃｍ、底面１２ｃｍ、高さ１５ｃｍの器を入れ、器の側面にアルミで被った永久磁石１１００ガウスを等間隔に３カ所固定し、アルミのボールのなかに直径約１ｃｍ磁性体２５ｇを１０ケ、合計２５０ｇを入れ、その上に粉体の小麦粉、おからを入れ、撹拌し回転しながらの全体の乾燥の時間を見た。
撹拌にはマイクロ波の邪魔にならないように竹製のへらを利用した。
小麦粉、水分率１４％を５００ｇに水５００ｃｃを加え団子状に丸め、重量は１ｋｇとした。磁性体との投入物の重量差は１：４である。
おからは水分率７６％、１ｋｇを入れた。
【表−４】強磁場を設置しないときと設置したときの時間と乾燥内容の比較を行った。
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磁性共鳴による効果がはっきり見られ、温度の上昇、水分率共に早い効果が見られる。
磁性体を回転し撹拌するなかで強磁場を印加すると早く全体に温度が伝わり、乾燥した粉体状態になっている。強磁場の環境では、３００秒以上経過すると温度は８０度以上になっており、この温度帯は殺菌効果が高く、水分蒸発経緯から、均一な温度上昇から乾燥と同時に殺菌効果が高いことが示される。
乾燥すると磁性体は底辺に乾燥した粉体は上辺に上がり、自然に分離が始まり、回収が簡便に出来ることが示された。
この実験から、焼酎の搾りかす、梅酢の処理なども、同様の効果が得られ、ヘドロ、汚泥、汚染土壌の加熱処理には磁性体を球にして電磁波を照射し、強磁場による磁性共鳴現象は熱エネルギーが大きく効果的な方法であることが示された。
処理の対象によって、磁性体のキュリー温度を調整すると高温の対応ができ、マイクロ波２．４５ギガヘルツ出力０．５ｋｗを、セラミックスの皿の上にマグネタイト、ジルコニアを置き、１０分間照射するとマグネタイトは１、２００℃、ジルコニアは１、４００℃まで上げることができた。
大型のミキサー、回転釜を利用しても同様の効果が得られる。
磁性体を入れずに電子レンジだけでは、表面加熱によって全体が同一温度にはならずに、焦げが始まり、表面だけ炭化するが内部は水分が残り不均一な温度分布を示す。磁性体の球を回転させることで全体が均一な温度になると同時に共鳴の効果が見られる。
【００３３】
家庭用の電子レンジを利用して熱効率を上げる方法を検討した。
電子レンジのなかで加熱温度を均一にするために、底辺に利用されている回転している板を取り外し、同一回転軸で回転するアルミ製の板の裏に永久磁石（１１００ガウス）を等間隔に３つ取り付け、永久磁石をアルミで被い、磁場が均一に印加し広がる構造にした。その上に、アルミ製の包装用器、耐熱和紙カップ、磁器コップ、石英ガラスコップの表面に磁性体素材を粉体にしエポキシ系塗料に配合し、塗布し、加熱実験を行った。
エポキシ系樹脂には、ニッケルフェライト及びマンガンフェライトを３０〜４０％の比率で配合した素材である。
永久磁石を設置しない場合と、永久磁石を設置したときの温度の上昇格差を比較した。
容器のなかには、水２００ｃｃを入れ、照射時間と温度の上昇を比較した。
【表−５】容器の素材と温度の上昇格差
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強磁性共鳴は温度の上昇が早くなることを示し、経済効果が高いことを示した。
和紙用の素材は保温性が高く、アルミよりも早い温度の上昇が見られる。磁器のコップ、石英ガラスのコップの温度の上昇が早く、調理として利用できることを示した。
磁器や石英ガラスの耐熱性の素材に磁性体を燒結すると電子レンジの中で短時間に多くの調理方法が可能であることを示した。これからの高齢化社会では１食分の調理は普通のガスの調理では温度管理と量のバランスが悪く、調理が難しいが、土鍋や器の加工によって、磁性体を燒結すると簡便に調理が可能である。
磁性塗料は側面、底辺にも塗布しており、底を少し上げてマイクロ波が底辺からも全体に行き渡る構造に設置した。そのため従来のマイクロ波加熱は表面加熱であるが底からもマイクロ波加熱され均一な加熱が得られ、全体に安定した加熱が出来ることが出来た。
加熱の用途によって表面の加熱と底からの加熱の併用や上辺面からの加熱を避けて、底や側面からの加熱、が可能で、陶磁器や耐熱ガラスに磁性材を燒結又は塗布し乾燥させると、焼く、煮る、炒める、蒸す、煎る等従来では出来なかった調理が電子レンジで簡単に早くできる。
【００３４】
【００３０】のマイクロ波の実験装置を利用して、試験管にＮｉ−Ｚｎフェライト１０ｇに水２０ｇを入れ、アルゴンガスをチュウブの管から試験管のフェライトと水の混合液の中に入れ、点滴しながらマイクロ波２．４５ギガヘルツ０．２ｋｗを照射した。このときの温度の変化は、ゆっくり上昇しながら上下に温度の振幅が見られた。振幅の高さは１℃前後の低い振幅である。このときに導波管の側面に２００ガウスの磁場を印加すると振幅の高さが３℃と高くなり、５００ガウスの磁場を印加えすると振幅は９℃に高くなった。磁性体の液体ではアルゴンガスを入れないときは、７００ガウスから振幅が始まったがアルゴンガスを入れると低磁場から共鳴誘導され、磁性共鳴する範囲が広がることを示した。次に貴金属の銀柱を試験管の中に入れ、同じ条件でマイクロ波を照射した。銀柱は３ｇの小さな針の形状である。このときの温度の振幅はアルゴンガスの初期の振幅寄りも大きく、３℃の振幅を示した。導波管の側面に２００ガウスを印加すると１２℃、５００ガウスを印加すると２６℃の温度の振幅が見られた。磁場を印加すると振幅が大きくなり、アルゴンガスによる振幅よりも大きな振幅を示した。
磁性体に銀を入れ低磁場を印加すると、銀も共鳴誘導することが示された。
アルゴンガスや貴金属は小さな磁場から共鳴誘導することを示した。
共鳴の範囲を広げることは磁場が温度の変化によって低下しても広い範囲で熱エネルギーを効果的に利用できることを示した。
磁性共鳴における振幅は１秒間に１０−７〜１０−１０の範囲で振幅しており、温度計の精度は秒単位の温度変化しか計測できない。磁性共鳴時点の温度の振幅に関しては、正確に計測する事は現在の温度計では困難である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
磁性体を電磁波のエネルギーと強磁場によって、磁性共鳴させ熱エネルギーを増幅し利用すると電磁波の出力以上の熱エネルギーが得られる。
感温磁性流体を利用すると、そのままタービンを駆動するエネルギーに転換でき、全く新しいエネルギーの開発に結びつく。このエネルギーはクリーンエネルギーであり、次代のエネルギーである。
【００３６】
磁性体を磁性共鳴させて得る熱エネルギーは、産業廃棄物の処理や汚泥、ヘドロなど処理が困難な素材を高温の熱エネルギーによって一気に拡散し、必要とする高温にし、公害の少ない処理が出来ることが特長がある。
乾燥、焼却、殺菌、分解等の工程に幅広く利用できる。
【００３７】
家庭用の電子レンジの利用範囲が広がり、新たな機能性を持つ陶磁器や耐熱ガラスの開発や食品包装材の開発に結びつく。