酸素富化装置

【課題】空気中の含有成分の大部分を占める窒素と酸素の物理的性質の差異、中でも磁気的性質及び質量の差と流体的性質を有効に利用して酸素富化空気を製造することを課題とする。
【解決手段】磁極に対して、常磁性体の酸素分子は反対極に磁化して磁極に吸引され反磁性体である窒素分子は同極に磁化して磁極から排斥される性質があることと、単一の棒磁石からの距離と異種磁極を対向して磁路ギャップを形成したときの磁極からの距離が同じであれば、磁路ギャップにおける磁束密度の方がはるかに大きい性質を利用して、直進流路に置かれた磁路ギャップの直後に酸素富化空気流入口と窒素富化空気流入口を配設して酸素富化空気はブロワ―等で吸気し、窒素富化空気は排風機で排出する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界を利用した酸素富化空気を作る酸素富化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
標準大気圧における空気中に含まれる酸素ガスの重量百分率濃度は、約21パーセントであってヘンリーの法則に従った酸素ガスの分圧に比例して水中に溶解することは広く知られており、有機性廃水の活性汚泥法その他の好気性生物処理法における曝気処理には大量の空気を必要とするので、従来多大な曝気用動力費を必要としていた。さらに、高濃度有機性廃水を活性汚泥法その他の好気性生物処理法により処理する上で、酸素の溶解度及び溶解速度に限界があるために処理可能な有機質濃度にもおのずと限界があった。高濃度有機性廃水を好気性生物酸化処理を可能とすると共に多大な電力消費を低減する方法として超深層曝気方式が考案されたが、空気中には約7９%の窒素を含むため活性汚泥等の浮遊粒子に窒素ガス微粒子が付着することによる生物処理液輸送及び固液分離操作への障害の原因となっていた。そこで、液体酸素による酸素ガスを曝気に使用することが行われていたが、空気から液体酸素を製造するためには空気を約２００気圧程度での数段回の圧縮と放熱を繰り返し行うことが必要であると共に製造工場立地から消費地への輸送を必要としており、多大の動力費と輸送費を必要としている。又、燃焼装置及び内燃機関の技術分野においては、空気中の含有酸素濃度が２１％よりも上昇すれば、送風機の大きさもより小型化すると共に動力費も低減すると共に二酸化炭素排出量も低減出来る。又、液体酸素及び液体窒素製造においても同様である。そこで、燃焼用空気供給手段で超電動コイルにより酸素と窒素の磁化率の違いを利用して酸素富化空気が作られることを開示している（例えば、特許文献１参照。）。又、ローターを内蔵したケーシングの内部空間に磁界を発生する磁界発生手段を設けていることが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。又、燃焼機器の空気取り入れ部に電磁コイルを設けた酸素富化装置を接続していることが開示されている (例えば、特許文献３参照。)。又、リング状磁石の同軸中心位置に導磁材を配設して酸素富化空気を作る方法が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。又、酸素富化膜で形成した箱状体又は袋状体に電磁石を収納して酸素富化空気を作る方法が開示されている(例えば、特許文献５参照。)。そして又、有機性廃水を好気性生物酸化処理する技術分野において、」電磁石又は永久磁石を用いて、酸素及び窒素分子の物理的特性を利用した装置が出願されている（例えば、特許文献６）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２２８５６３
【特許文献２】特開平９−１９４２０１
【特許文献３】特開２０００−０５４９２２
【特許文献４】特開２００１−３４８２０８
【特許文献５】特開２００３−１１２９０８
【特許文献６】特開２００５−１１８７３１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
標準大気圧における空気中に含まれる酸素ガスの重量百分率濃度は約21パーセントであるが、好気性生物処理における曝気操作又は各種燃焼における給気操作において空気中の酸素ガスの含有割合を大きくすることが出来れば、前記曝気操作においては消費電力費の低減、酸素溶解度の向上および処理効率の向上と、前記給気操作においては消費電力費の低減、燃焼効率の向上が期待できる。そこで、空気中の含有成分の大部分を占める窒素と酸素の物理的性質の差異、中でも磁気的性質及び質量の差と流体的性質を有効に利用することが課題である。
【０００５】
又、酸素富化装置の空気流路の大部分を酸素富化操作に有効に利用することも課題である。
【０００６】
又、磁力によって空気中の酸素と窒素を効率良く分離することも課題である。
【０００７】
そして又、酸素富化装置製造作業を容易にすると共に製造費を低減することも課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、以下に記載されるような技術構成とする。本発明に係る第一の態様は、ブロワ−等の曝気用空気供給装置又はボイラ等の燃焼装置に連通接続して設けられている磁界式の酸素富化装置である。当該酸素富化装置は空気流路部の先端部が空気取入口であって途中に酸素富化空気と窒素富化空気を分配する酸素富化空気分流部及び窒素富化空気分流部を空気流下流側に有する空気分流ダクト部を途中に配設していて、前記酸素富化空気分流部に続いて終端部を酸素富化空気送出口とした酸素富化空気流路部を配設すると共に前記窒素富化空気分流部に続いて終端部を窒素富化空気送出口とした窒素富化空気流路部を配設した非磁性体の空気供給ダクトを有しており、少なくとも空気取入口から空気分流ダクト部までは真直ぐな空気流路を形成しており、又、前記空気分流ダクト部の上流側直前には磁界発生手段の異種磁極を対向して磁路ギャップを形成すると共に空気流路を形成しており、そして又、前記酸素富化空気送出口にはブロワ−又は送風機を連通接続すると共に前記窒素富化空気送出口には排風機を連通接続して構成した酸素富化装置である。
【０００９】
そして、対向する異種磁極の組合せ数としては一組でも良く、空気流路の大きさと磁極の大きさにより二組、三組-----のいずれの組数も選択出来る。
【００１０】
又、磁界発生手段としては永久磁石、電磁石又は超電導コイル電磁石の何れでも選択は要求される性能により選択すべきものである。
【００１１】
又、空気分岐ダクト部における酸素富化空気分流部及び窒素富化空気分流部の数量の選択は性能及び経済性において、前記窒素富化空気分流部の数量は一つが好ましく前記酸素富化空気分流部の組合せ数は一つ又は二つが選択出来る。但し、上記各数量を超えることを排除しない。
【００１２】
又、本発明に係る第二の態様は、前記空気分流ダクト部の上流側直前に配設する異種磁極を対向して形成した磁路ギャップの二組以上を所要の間隔で直列配置することにより、相隣り合う磁極対の同種磁極によりスリットを形成する。
【００１３】
又、本発明に係る第三の態様は、上記相隣り合う磁極対の同種磁極により形成されたスリットの代替として格子状又はメッシュ状磁極とすることも出来る。
【００１４】
そして本発明に関わる第四の態様は、複数の永久磁石で磁極対の同種磁極の群を形成する手段として、所要の形状をした同一導磁体に前記永久磁石を吸引固着して構成することが出来る。
（作用）
【００１５】
上記第一の課題解決手段による作用は次のようである。即ち、酸素富化装置において、常磁性体の酸素分子は磁界発生手段の磁極と対向した側が磁極と反対の磁極に磁化して前記磁界発生手段の磁極方向に吸引力を受けると共に反磁性体である窒素分子は前記磁界発生手段の磁極と対向した側が磁極と同じ磁極に磁化して前記磁界発生手段の磁極の反対方向に反発力を受ける。そして、磁極の直近に来た酸素分子は強力に吸引され酸素富化空気分流部へ移行すると共に窒素分子は逆に強力に反発されて窒素富化空気分流部へ移行する。尚、一つの酸素富化装置においては磁界発生手段の磁極対の磁極種を配設する方向の選択は、同一方向にすることが好ましいが、同一方向とする限りにおいて、磁極対の磁極種を配設する方向の選択は任意である。但し、一つの酸素富化装置においては磁界発生手段の磁極対の磁極種を配設する方向の選択は、異方向とすることも不可能ではない。
【００１６】
磁界発生手段としては、永久磁石、電磁石又は超伝導型電磁石の何れでも使用出来、経済性と維持管理以外に何ら選択の支障になることはない。
【００１７】
磁界発生手段の磁極と対象空気流とは直接に接触することが、磁極との距離が小さくなるために磁力の作用は大きい。
【００１８】
又、折角分離した酸素と窒素の再混合を阻止するためには、流れは乱流よりも層流の方がこのましいので、酸素分子が酸素富化空気分流部に到達するまで又窒素分子が窒素富化空気分流部に到達するまで真直ぐな流路にすることが好ましい。
【００１９】
又、真直ぐな空気流路において、磁極面磁束密度が同じでも、棒磁石からの垂直距離と同じ距離におけるN極とS極を対向させたときの磁束密度ははるかに大きくなるので、空気分流ダクト部に開口した酸素富化空気流入口の空気流上流側直前に異種磁極を対向して磁路ギャップを形成すると酸素分子を酸素富化空気分流部へ強力に吸引導入すると共に窒素分子を窒素富化空気分流部へ強力に吸引導入する。
【００２０】
又、上記第二の課題解決手段による作用は次のようである。即ち、前記空気分流ダクト部の上流側直前に配設する異種磁極を対向して形成した磁路ギャップの二組以上を所要の間隔で直列配置することにより、相隣り合う磁極対の同種磁極により形成されたスリットを通って酸素分子は容易に酸素富化空気分流部へ移行すると共に窒素分子は窒素富化空気分流部へ容易に移行する流路を確保出来る。
【００２１】
又、上記第三の課題解決手段による作用は次のようである。即ち、前記酸素分子は酸素富化空気分流部へ移行すると共に窒素分子は窒素富化空気分流部へ移行する流路を確保する方策としては上記相隣り合う磁極対の同種磁極により形成されたスリットの代替として格子状又はメッシュ状磁極とすることにより酸素分子は酸素富化空気分流部へ容易に移行すると共に窒素分子は窒素富化空気分流部へ容易に移行する流路を確保出来る。
【００２２】
又、第四の課題解決手段による作用は、複数の永久磁石で磁極対の同種磁極の群を形成する手段として、所要の形状をした同一導磁体に吸引固着して構成することにより、製作が容易な複数の棒状永久磁石で容易に位置決めして構成作業が進められる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を発揮する。
【００２４】
少なくとも空気取入口から空気分流ダクト部までは真直ぐな空気流路を形成し、又、前記空気分流ダクト部の上流側直前には異種磁極を対向して磁路ギャップを形成すると共に空気流路を形成することにより酸素分子と窒素分子の質量の差による慣性力効果に加え前記磁路ギャップによる強力な磁力により酸素富化空気分岐部へ酸素分子を強力に且つ効率良く吸引導入する酸素富化装置を提供出来る効果を発揮する。
【００２５】
又、異種磁極を対向して形成した磁路ギャップの二組以上を所要の間隔で直列配置することにより、相隣り合う磁極対の同種磁極によりスリットを形成することにより酸素分子を酸素富化空気分流ダクト部へ吸引導入する確率がさらに高まると共に窒素分子を窒素富化空気分流ダクト部へ吸引導入する確率がさらに高まる効果を発揮する。
【００２６】
又、上記相隣り合う磁極対の同種磁極により形成されたスリットの代替として格子状又はメッシュ状磁極とすることにより酸素分子が酸素富化空気分流部へ容易に移行する流路が確保される共に窒素分子が窒素富化空気分流部へ容易に移行する流路が確保されるので、層流を維持し易くなり、酸素分子を酸素富化空気分流ダクト部へ吸引導入する確率がさらに高まると共に窒素分子を窒素富化空気分流ダクト部へ吸引導入する確率がさらに高まる効果を発揮する。そして、構造が単純化され製作が容易になる効果も発揮する。
【００２７】
又、複数の永久磁石で磁極対の同種磁極の群を形成する手段として、所要の形状をした同一導磁体に吸引固着して構成することにより、製作が容易な複数の棒状永久磁石で容易に位置決めして組立て作業が進められるので製作費を低く押えられる効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図１６に基づいて説明する。
【００２９】
第一の実施例を示す図１、図２、図３及び図４において、酸素富化装置１の構成を説明する。２は酸素富化空気を吸引するブロワー、３は窒素富化空気を排出する排風機で、非磁性体のダクトは空気流部ダクト４、空気分流部ダクト５、窒素富化空気流部ダクト６、酸素富化空気流部ダクト７で構成され、前記空気流部ダクト４には空気取入口８を有して大気に開放され、前記窒素富化空気流部ダクト６には窒素富化空気排出口９を有して排風機３に連通接続され、前記酸素富化空気流部ダクト７には酸素富化空気排出口１０を有してブロワー２に連通接続し、前記空気分流部ダクト５の空気流上流側には前記空気流部ダクト４を又空気流下流側には前記窒素富化空気流部ダクト６を連通接続しており、又前記酸素富化空気流部ダクト７の前記酸素富化空気排出口１０の空気流上流側他端である酸素富化空気流入口１１を前記空気分流部ダクト５に開口している共に前記空気分流部ダクト５と前記酸素富化空気流部ダクト７で形成する窒素富化空気流入口１２を前記空気分流部ダクト５に開口している。そして、前記酸素富化空気流入口１１の空気流上流側直前に２個の棒状永久磁石１３の異種磁極を対向して磁路ギャップ１４を形成している。又、前記２個の棒状永久磁石１３は該棒状永久磁石１３の磁極面を前記酸素富化空気流部ダクト７の内面位置と同位置にすると共に前記空気分流部ダクト５を貫通して該空気分流部ダクト５に支持固着されている。ここで前記棒状永久磁石１３が前記空気分流部ダクト５を貫通する部分には該空気分流部ダクト５の内外の空気漏れを遮断するシールをしている。
【００３０】
以下、上記構成の動作を説明する。排風機３から排出される窒素富化空気量とブロワー２から排出される酸素富化空気量を合計した量が空気取入口８から吸引された空気は空気分流部ダクトに達すると、酸素富化空気流入口１１正面の酸素分子と２個の棒状永久磁石１３の異種磁極を対向して形成した磁路ギャップ１４による強力な磁力により吸引された酸素分子は酸素富化空気流入口１１に流入すると共に窒素富化空気流入口１２正面の窒素分子と２個の棒状永久磁石１３の異種磁極を対向して形成した磁路ギャップ１４による強力な磁力により排斥された窒素分子は窒素富化空気流入口１２に流入する。そして、酸素富化空気は前記ブロワー２で送出され窒素富化空気は排風機３排出されている。
【００３１】
図５においては、図３における２個の棒状永久磁石１３の代替として１個の馬蹄形永久磁石１５を配設したものである。
【００３２】
図６においては、図３における２個の棒状永久磁石１３の代替として１個の馬蹄形電磁石１６を配設したものである。
【００３３】
図７及び図８においては、図１及び図３における２個の棒状永久磁石１３の代替として２個の板状永久磁石１７を配設したもので、支持具１８で酸素富化空気部ダクト７に固着している。
【００３４】
第二の実施例を示す図９においては、図３における２個の棒状永久磁石１３の代替として６個の棒状永久磁石１９を片側に３個ずつ所要の間隔で配設することによりスリット２０を形成したものである。
【００３５】
図１０においては、図９における６個の棒状永久磁石１９の代替として６個の板状永久磁石２１を片側に３個ずつ所要の間隔で配設することによりスリット２２を形成したものである。
【００３６】
図１１、図１２、図１３及び図１４において、図１、図２、図３及び図４における外側配設の窒素富化空気ダクト６を内側配設とし、又内側配設の酸素富化空気ダクト７を外側配設とすると共に酸素富化空気流入口１１から新たに配設するマニホールドチャンバ２３まで２列とし、該マニホールドチャンバ２３からブロワーまでは１列としている。そして、２列の前記酸素富化空気流入口１１の空気流上流側直前に１列当たり６個の板状永久磁石２１を片側に３個づつスリット２２を形成すると共に異種磁極を対向して磁路ギャップ１４を形成している。又、１列当たり６個の前記板状永久磁石２１は該板状永久磁石２１の磁極面を前記酸素富化空気流部ダクト７の内面位置と同位置にすると共に６個の内３個は前記空気分流部ダクト５を貫通して該空気分流部ダクト５に支持固着され他の３個は支持具１８で支持固着されている。ここで前記板状永久磁石２１が前記空気分流部ダクト５を貫通する部分には該空気分流部ダクト５の内外の空気漏れを遮断するシールをしている。
非磁性体のダクトは空気流部ダクト４、空気分流部ダクト２４、窒素富化空気流部ダクト２５、酸素富化空気流部ダクト２６で構成され、前記空気流部ダクト４には空気取入口８を有して大気に開放され、前記窒素富化空気流部ダクト２５には窒素富化空気排出口９を有して排風機３に連通接続され、前記酸素富化空気流部ダクト２６Bには酸素富化空気排出口１０を有してブロワー２に連通接続し、前記空気分流部ダクト２４の空気流上流側には前記空気流部ダクト４を又空気流下流側には前記酸素富化空気流部ダクト２６Aを連通接続しており、又前記窒素富化空気流部ダクト２５の前記窒素富化空気排出口９の空気流上流側他端である窒素富化空気流入口２７を前記空気分流部ダクト２４に開口している共に前記空気分流部ダクト２４と前記窒素富化空気流部ダクト２５で形成する２箇所の酸素富化空気流入口２８を前記空気分流部ダクト５に開口している。そして、２箇所にある前記酸素富化空気流入口２８の空気流上流側直前に１箇所に付各６個の板状永久磁石２１の異種磁極を対向して磁路ギャップ１４を形成している。又、前記６個の板状永久磁石２１は該板状永久磁石２１の磁極面を前記酸素富化空気流部ダクト２６及び又前記窒素富化空気流部ダクト２５の内面位置と同位置にすると共に前記空気分流部ダクト２４を貫通して該空気分流部ダクト２４に支持固着されている。ここで前記板状永久磁石２１が前記空気分流部ダクト２４を貫通する部分には該空気分流部ダクト２４の内外の空気漏れを遮断するシールをしている。
【００３７】
以下、上記構成の動作を説明する。排風機３から排出される窒素富化空気量とブロワー２から排出される酸素富化空気量を合計した量が空気取入口８から吸引された空気は空気分流部ダクト５に達すると、２箇所の酸素富化空気流入口２８正面の酸素分子と酸素富化空気流入口２８の１箇所あたり６個の板状永久磁石２１の異種磁極を対向して形成した磁路ギャップ１４による強力な磁力により吸引された酸素分子は酸素富化空気流入口２８に流入すると共に窒素富化空気流入口２７正面の窒素分子と酸素富化空気流入口２８の１箇所あたり６個の板状永久磁石２１の異種磁極を対向して形成した磁路ギャップ１４による強力な磁力により排斥された窒素分子は窒素富化空気流入口２７に流入する。そして、酸素富化空気は前記ブロワー２で送出され窒素富化空気は排風機３で排出されている。
【００３８】
図１５、図１６及び図１７においては、図１０における６個の板状永久磁石２１の代替として２個の格子板状永久磁石２９A、２９Bを配設したものである。
【００３９】
第四の実施例を示す図１８及び図１９においては、２枚の格子板状導磁体３０A,３０Bにそれぞれ７枚の板状永久磁石３１を吸引固着している。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第一の実施例を示す酸素富化装置の縦断面図である。
【図２】図１のA−A線に沿う断面図である。
【図３】図１のB−B線に沿う断面図である。
【図４】図１のC−C線に沿う断面図である。
【図５】図３の棒状永久磁石１３の代替として馬蹄形永久磁石とした断面図である。
【図６】図３の棒状永久磁石１３の代替として馬蹄形電磁石とした断面図である。
【図７】図１の棒状永久磁石１３の代替として板状永久磁石１７とした酸素富化装置の縦断面図である。
【図８】図３の棒状永久磁石１３の代替として板状永久磁石１７とした酸素富化装置の縦断面図である。
【図９】第二の実施例を示す図３の２個の棒状永久磁石１３の代替として６個の棒状永久磁石１９とした酸素富化装置の縦断面図である。
【図１０】図９の６個の棒状永久磁石１３の代替として６個の板状永久磁石２１とした酸素富化装置の縦断面図である。
【図１１】酸素富化空気流入口２８を２箇所にした酸素富化装置の縦断面図である。
【図１２】図１１のD−D線に沿う断面図である。
【図１３】図１1のE−E線に沿う断面図である。
【図１４】図１１のF−F線に沿う断面図である。
【図１５】図１０における６個の板状永久磁石２１の代替として２個の格子板状永久磁石２９を配設した横断面図である。
【図１６】図１５のG―G線に沿う断面図である。
【図１７】図１５のH―H線に沿う断面図である。
【図１８】第三の実施例を示す正面図である。
【図１９】図１８のI―I線に方向矢視図である
【符号の説明】
【００４１】
１酸素富化装置
２ブロワ―
３排風機
４空気流部ダクト
５、２４空気分流部ダクト
６、２５窒素富化空気流部ダクト
７、２６A、２６B 酸素富化空気流部ダクト
８空気取入口
９窒素富化空気排出口
１０酸素富化空気送出口
１１、２８酸素富化空気流入口
１２、２７窒素富化空気流入口
１３、１９棒状永久磁石
１４磁路ギャップ
１５馬蹄形永久磁石
１６馬蹄形電磁石
１７、２１、３１板状永久磁石
１８支持具
２０、２２スリット
２３マニホールドチャンバ
２９A、２９B 格子板状永久磁石
３０A、３０B 格子板状導磁体格子板状導磁体

【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気取入口に連続一体状とした空気流通路部と、該空気流通路部の終端に空気分流ダクト部により分岐して連通接続した該空気分流ダクト部に後置した酸素富化空気流路及び窒素富化空気流路とで構成すると共に少なくとも前記空気取入口から空気分流ダクト部までを真直ぐとした非磁性体の本体ダクトと前記分流手段の空気流上流側に異種磁極を対向して磁路ギャップを形成すると共に空気流路を形成し、前記酸素富化空気流路の酸素富化空気送出口にブロワ又は送風機等の空気供給手段を後置して連通接続すると共に前記窒素富化空気流路の窒素富化空気送出口に排風手段を後置して連通接続することを特徴とする酸素富化装置。
【請求項２】
空気分流ダクト部の上流側直前に配設する異種磁極を対向して形成した磁路ギャップの二組以上を所要の間隔で直列配置することにより、相隣り合う磁極対の同種磁極によりスリットを形成したことを特徴とする請求項１記載の酸素富化装置。
【請求項３】
分流手段の空気流上流側に格子状又はメッシュ状の異種磁極を対向して磁路ギャップを形成すると共に空気流路を形成することを特徴とする請求項１記載の酸素富化装置。
【請求項４】
スリット状又は格子状の所要の形状をした同一導磁体に複数の永久磁石を吸引固着して磁極対の同種磁極群を形成したことを
複数の永久磁石で磁極対の同種磁極の群を形成する手段として、所要の形状をした同一導磁体に吸引固着して構成する特徴とする請求項１記載の酸素富化装置。

【図１】