CN100493725C - 从流体介质中分离弱磁化粒子的高梯度磁性过滤器和方法 - Google Patents

Abstract

用于从循环的流体介质(2)中分离弱磁化粒子的高梯度磁性过滤器，其构成为小型的和少维修的组合部件，并包括：一容纳高梯度磁性过滤器的壳体(1)，其具有用于将流体介质(2)导入包括流入(3)和回流(4)的管道系统中的装置；一构成实际上的高梯度磁性过滤器的磁路(5)，其中至少一个过滤器(8)处于在磁路(5)的各极靴(6)之间构成的过滤器腔室(7)中，待净化的介质(2)流过过滤器；至少一个在磁路(5)中设置的永久磁铁(9)用以在各极靴(6)之间产生磁场，其中磁路(5)的整个部件相对于流体介质(2)是隔开的并从而是密封的；以及在各极靴(6)之间的磁场，其可借助于永久磁铁(9)交替地切断并再接通，借此可以简单而低费用地实现从流体介质中分离粒子的过程和操作。

Description

从流体介质中分离弱磁化粒子的高梯度磁性过滤器和方法

技术领域

本发明涉及一种高梯度磁性过滤器，用以从流体介质中分离弱磁化粒子，其功能由产生场强梯度的物理原理通过将一铁磁结构装入一磁场来导出。本发明还涉及操作该高梯度磁性过滤器的方法。

在这样的过滤器中已实现由永久磁铁产生必需的磁场，以便可以紧凑而低费用地制造组合部件并且可以比电磁铁的过滤器节省能量地操作。

背景技术

DE3312207 A1中描述了一种这样的装置。该装置包括各固定的腔室，其填充有可磁化的铁磁填料。为了输入和排出流体介质设有管接头。各对腔室具有一共同的磁化装置，其磁导体由两个相互对置的部件构成，它们设置在一穿过这些腔室的中央的线的不同侧面。每个这样的部件包括一具有极靴的磁铁，各极靴在腔室方面沿着与穿过各腔室的中央的线成横向地彼此径向相向设置，借此这两个部件连同铁磁的过滤器填料构成一闭合的磁路。

不利的是，该装置占有较大的结构空间并且从流体介质中分离铁磁材料是复杂的过程。

此外，DE19626999公开一种高梯度磁性分离器，其包括由两个磁极构成的磁性装置，两个磁极相互构成一中间空间，其中可以产生均匀的磁场；并且包括一基体框架，其可绕一轴转动并且至少部分地包括环形的、通过隔壁分成各部分的内腔；以及至少各一个流入管道和一个排出管道。该发明的目的是，扩大流体在磁场内的通路。这是这样达到的，即磁性装置沿内腔的宽度至少相当于所述两部分的宽度并且在环形内腔的每一部分的中间空间的区域内与其邻接部分经由各一个开口连通，其中各开口交替地设置于第一位置和与第一位置不对置的第二位置。

在此磁场也由永久磁铁建立，其当然使分离器可以较小而低费用地制造并降低操作费用。

该装置的缺点是，对于必需的逆流冲洗过程，永久磁铁不能断开。设置于旋转架中的过滤器腔室因此在磁场中的过滤过程以后从磁场区域中循环地转出并在无磁场区域中被冲洗。过滤器腔室紧接着再次转入磁场并重新供给待净化的流体，直到过滤器堵塞并且必须在磁场外面进行另一逆流冲洗过程。

这样的旋转分离器要求一种结构形式，其必须设置许多可动的部件并且特别是大量的密封件。这导致磨损和泄漏并从而导致可观的维护修理费用，这例如在公共污水处理厂是不可接受的。

在按照DE-GM29723852.3的另一高梯度磁性分离器中至少消除了密封问题。其中各个过滤器腔室移进又移出磁场。过滤器系统固定不动，而磁铁机械式地来回运动，以便进行过滤过程或逆流冲洗。然而其中也要求许多可动的部件。

最后还有一种新开发的高梯度磁性分离器，如其在WO01/07167A1中所公开的那样，其未考虑要解决的问题，因为为了分离其遵循一种改变的结构和分离原理。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高梯度磁性过滤器，用以从流体介质中分离弱磁化粒子，该高梯度磁性过滤器在将永久磁铁用于产生磁场的情况下构成一紧凑的少维护修理的组合部件，简单地设计粒子的分离过程，并且使永久磁铁对于必需的逆流冲洗过程不起作用。在此还可以减少各种部件或部件数量并排除密封问题。本发明用于操作该高梯度磁性过滤器的方法可以保证其有效的应用。

按照本发明，该目的这样来达到，即，高梯度磁性过滤器包括：

-一容纳高梯度磁性过滤器的壳体，该壳体具有用于将流体介质导入包括流入和回流的管道系统中的装置；

-一构成实际上的高梯度磁性过滤器的磁路，其中至少一个过滤器处于在磁路的各极靴之间构成的过滤器腔室中，待净化的介质流过过滤器；

-至少一个在磁路中设置的永久磁铁，用以在各极靴之间产生磁场，其中该磁路的整个部件相对于流体介质是隔开的并从而是密封的；

以及

-在各极靴之间的磁场，其可借助于永久磁铁的转动或移动交替地切断并再接通。

按本发明的优选实施方式，设有一沿过滤器的全长设置的两面的介质供给装置，以及一封闭的管道系统，该管道系统由磁路环绕。过滤器的长度小于或等于极靴的长度。过滤器用于接通介质的横截面设计成使过滤器受到介质的均匀的穿流并为此相应地构成过滤器腔室。壳体构成为用以容纳磁极系统的部件和容纳管道系统的部件的框架。

一个方案设定，将永久磁铁构成为转子并可在相应成形的磁路部分中转动。其中转子的转角可以这样调整，即，使各极靴之间的磁场强度可以从一最小的至一最大的磁场强度值选择，以便磁场强度可以适应于待分离的粒子的不同的材料。也有可能使转子的角位置按例如90°角度间距或其他角度间距锁止。

本发明的另一方案在于，永久磁铁构成为在相应成形的磁路部分中可直线移动的零件。

按本发明的优选方案，过滤器构成一笼形外壳，其中包含可磁化的材料。所述可磁化的材料为金属丝网、钢丝绒或金属屑。

按本发明的优选方案，过滤器中设有装置，它保证介质垂直于或横向于可磁化的金属丝网、可磁化的钢丝绒或金属屑的整个表面流过以及，金属丝网或钢丝绒以及金属屑的金属线纵轴线不沿磁场的方向延伸。

按本发明的用于操作该高梯度磁性过滤器的方法，基本上按下列步骤进行交替地在管道系统内从流体介质中分离弱磁化粒子：

a)在使磁路中各极靴之间的磁场接通并使磁场通入过滤器的由介质彻底冲洗的过滤器腔室时，经由包括流入和回流的管道系统供给过滤器待分离的介质，其中，由于高的磁场梯度在过滤器上吸附可磁化的粒子，并且可以根据永久磁铁的角位置来不同强度地调整磁场强度；然后

b)切断永久磁铁的磁场，并且在作为逆流方法或也作为顺流方法的冲洗过程中从过滤器中去掉吸附的和分离的粒子；以及

c)重复步骤a)和b)，直到完成从流体介质中分离粒子为止。

按照本发明的优选实施方式，将待净化的和待排除粒子的介质用作为冲洗介质，或者，将分离的介质用作为冲洗介质。此外，本发明的一种优选实施方式，通过采用用于控制流入和回流的介质或冲洗介质的节奏的程序，与待接通和断开的磁场和待调准的磁场强度有效结合，可以有效地使用该方法，其中所述程序也包括以下特征所述的功能，即，在达到过滤器的容量以前将该过滤器断开。在采用多个过滤器时，操纵至少一个过滤器用于吸附粒子和至少另一个过滤器用于冲洗过程。与时间有关和/或与压差有关地控制节奏。

附图说明

以下就各实施例说明本发明。诸附图中：

图1本发明的高梯度磁性过滤器的简化图，其处于由转子10接通的状态；

图2按照图1的高梯度磁性过滤器处于断开的状态；

图3包括作为可直线移动的零件11的永久磁铁9的示意图的本发明方案；

图4包括由各单个永久磁铁12组成的永久磁铁9的转子10的示意图；

图5包括驱动装置13的转子10的示意图；

图6转子10的支承原理图；以及

图7本发明包括两个过滤器8和一个转子10的双重型式的原理图。

具体实施方式

按照图1和2，本发明的高梯度磁性过滤器在其基本的结构中包括一壳体1，其中设有一包括流入3和回流4的管道系统，用以引导流体介质2(箭头)，从其中分离出弱磁化粒子。为此采用未示出的装置，例如属于一般现有技术的阀控制部件，其以交替的循环来控制介质2的相应的流入3和回流4。

在壳体1内具有一磁路(Eisenkreis)5，其中一过滤器8处于在磁路5的各极靴6之间构成的过滤器腔室7中，介质2流过该过滤器。在磁路5中设有一永久磁铁9，其在按照图1的接通状态中在各极靴6之间产生一磁场并从而通过过滤器8。

磁路5的整个部件相对于流体介质2始终是隔开的并从而是密封的，其中包括流入3和回流4的管道系统节省空间地由磁路5环绕。

图1和2中示出包括一构成为转子10的永久磁铁9的本发明方案。转子10组装有按照图4的各单个永久磁铁12。图5示出用于转子10的驱动装置13的示意图，借其切断(图2)和接通(图1)磁场。合乎目的的是，转子10设有一轴14，其滑动并可转动地安装于轴承15中(图6)。

图3中示意地示出包括作为可直线移动的零件11的永久磁铁9的本发明方案，该零件11例如是滑动支承的并且经由未示出的磁场驱动装置被接通和再断开，其中该高梯度磁性过滤器的结构可以类似于图1和2地形成。

按照这样的基本结构型式，有可能根据应用目的和效率实现有利的实施形式并且可以如下构成：

按照从流体介质2中待分离的弱磁化粒子的特征，可以将转子10的转角调整成使得在各极靴6之间的有效的磁场强度可从一最小的至最大的磁场强度值选择。借此可以在相当大程度上与作用到粒子的不同的材料上的磁场强度匹配，并可影响分离效果。尽管如此，合乎目的的是，还可以使转子10也按90°角度间距或其他角度间距转动和锁止。

为了提高本发明的高梯度磁性过滤器的处理能力和效率并降低可比造价，建议按照图7的构成，其中将磁路5设计成设有两个过滤器8，它们由一个永久磁铁9在接通状态下同时施加或断开各一个磁场。图7示出作为转子10的永久磁铁9，其中处理能力和效率也可通过作为永久磁铁9的可直线移动的零件11来提高，只要该零件11配合于一相应设计的或设置的磁路5中并为至少两个过滤器8各提供一磁场即可。

本发明用于操作的方法原理完全可以设想，在本发明的设计方案中设定，按照下列步骤交替地在管道系统内从流体介质2中分离弱磁化粒子：

a)在第一步序中，至少一个过滤器8经由管道系统供给待分离的流体介质2。管道系统可交替地用于流入3和回流4，其中在该第一步序中在接通磁路5中各极靴6之间的磁场时例如按照图1，形成流动的和待净化的介质2的流入3和回流4。此时磁场通过由介质2借助于管道系统彻底冲洗的过滤器8，该过滤器例如由可磁化的金属丝网或可磁化的钢丝绒构成。由于在过滤器8处的高的磁场梯度，可磁化的粒子吸附于金属丝网中。可以按照永久磁铁9的转动(转子10)或移动(可直线移动的零件M)来不同强度地调整磁场强度；

b)然后在下一步序中，断开永久磁铁9(转子10/可直线移动的零件11)的磁场。该或一种介质2利用现在相反定向的流入3和回流4(例如按照图2)在一冲洗过程去除吸附在过滤器8的金属丝网上的和分离的粒子。这样的冲洗可在多个变型中实施，其中例如：

-将待净化的和待排除粒子的介质2用作为冲洗介质，或

-将一分离的介质2用作为冲洗介质，

通过在管道系统中的相应的引导借助于流入3和回流4中的阀控制来实施。

c)在持续的交替循环中重复上述各步序，其中过滤器8可根据其状况或消耗从过滤器腔室7中取出或换掉，以便例如将其替换。

两种变型在结构上可以以逆流方法或以顺流方法来实施。

利用本发明的程序，在交替的循环中与待接通和断开的磁场和待调准的磁场强度的有效结合，对于全部的结构方案和方法方案均可控制流入或回流的介质2或冲洗介质的节奏。

本方法利用优选的特征可以既复合地又可变地适合于不同的应用目的。

本发明的构造原理和方法原理在其工业应用中具有实用性，其特征在于，一方面提供一种小型的少维护修理的组合部件，其包括对维护有利的可更换的部件，而另一方面可以简单而低费用地实现从流体介质中分离粒子的过程和操作，其中最终消除了所述现有技术的缺点并且使在各种有关的工业中的各种各样的应用成为可能。

附图标记清单

1  壳体

2  流体介质

3  流入

4  回流

5  磁路

6  极靴

7  过滤器腔室

8  过滤器

9  永久磁铁

10 转子

11 可直线移动的零件

12 单个永久磁铁

13 驱动装置

14 轴

15 轴承

N  北极

S  南极

Claims (29)

1.用于从循环的流体介质(2)中分离弱磁化粒子的高梯度磁性过滤器，它包括：

一容纳高梯度磁性过滤器的壳体(1)，该壳体具有用于将流体介质(2)导入包括流入(3)和回流(4)的管道系统中的装置；

一构成实际上的高梯度磁性过滤器的磁路，其中至少一个过滤器(8)处于在磁路的各极靴(6)之间构成的过滤器腔室(7)中，待净化的介质(2)流过该过滤器；

至少一个在磁路中设置的永久磁铁(9)，用以在各极靴(6)之间产生磁场，其中磁路的整个部件相对于流体介质(2)是隔开的并从而是密封的；以及

在各极靴(6)之间的磁场，该磁场可借助于永久磁铁(9)的转动或移动交替地切断并再接通。

2.按照权利要求1所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于：

a)一沿过滤器(8)的全长设置的两面的介质(2)供给装置，以及

b)一封闭的管道系统(3、4)，该管道系统由磁路环绕。

3.按照权利要求1或2所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于，过滤器(8)的长度小于或等于极靴(6)的长度。

4.按照权利要求1或2所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于，过滤器(8)用于接通介质(2)的横截面设计成使过滤器受到介质(2)的均匀的穿流并为此相应地构成过滤器腔室(7)。

5.按照权利要求1或2所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于，壳体(1)构成为用以容纳磁极系统(5、6)的部件和用以容纳管道系统(3、4)的部件的框架。

6.按照权利要求1所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于，永久磁铁(9)构成为转子(10)并且可转动地设置于磁路的相应成形的部分中。

7.按照权利要求6所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于，转子(10)的转角调整成使得在各极靴之间的磁场强度可从一最小的至一最大的磁场强度值来选择。

8.按照权利要求6或7所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于，转子(10)的转角可按90°角度间距进行调整。

9.按照权利要求5所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于，永久磁铁(9)构成为在磁路的相应成形的部分中可直线移动的零件(11)。

10.按照权利要求1所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于，磁路这样构造使得设置两个过滤器(8)，这两个过滤器由一个永久磁铁(9)同时接通或切断各一个可加载的磁场。

11.按照权利要求1或10所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于，永久磁铁(9)由多个单个永久磁铁(12)组成。

12.按照权利要求1或10所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于，永久磁铁(9)与一驱动装置(13)相连接。

13.按照权利要求6所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于，转子(10)以其轴(14)支承于轴承(15)中。

14.按照权利要求9所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于，可直线移动的零件(11)是滑动支承的。

15.按照权利要求1所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于，过滤器(8)由可磁化的金属丝网或可磁化的钢丝绒构成。

16.按照权利要求1所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于，过滤器(8)构成一笼形外壳，其中包含可磁化的材料。

17.按照权利要求15所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于，过滤器(8)可从过滤器腔室(7)中取出或换掉。

18.按照权利要求15至17之一项所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于，为了分离的优化，将过滤器(8)的内部配置设计成使流过的介质(2)以变换的流动方向通过过滤器(8)。

19.按照权利要求16所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于：所述可磁化的材料为金属丝网、钢丝绒或金属屑。

20.按照权利要求19所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于：

a)过滤器(8)中设有装置，它保证介质(2)垂直于或横向于可磁化的金属丝网、可磁化的钢丝绒或金属屑的整个表面流过；以及

b)金属丝网或钢丝绒以及金属屑的金属线纵轴线不沿磁场的方向延伸。

21.按照权利要求15至17之一项所述的高梯度磁性过滤器，其特征在于，过滤器(8)由多个单个过滤器(8)组成。

22.用于操作按照权利要求1所述高梯度磁性过滤器的方法，其特征在于，按照下列步骤交替地在管道系统内从流体介质中分离弱磁化粒子：

a)在使磁路中各极靴(6)之间的磁场接通并使磁场通入过滤器(8)的由介质(2)彻底冲洗的过滤器腔室(7)时，经由包括流入(3)和回流(4)的管道系统给至少一个过滤器(8)供给待分离的流体介质(2)，其中，由于高的磁场梯度在过滤器(8)上吸附可磁化的粒子，并且可以根据永久磁铁(9)的转动或移动来不同强度地调整磁场强度；然后

b)切断永久磁铁(9)的磁场，并且在作为具有相反定向的流入(3)和回流(4)的逆流的冲洗过程中从过滤器(8)中去掉吸附的和分离的粒子；以及

c)重复步序a)和b)，直到完成从流体介质(2)中分离粒子为止。

23.按照权利要求22所述的方法，其特征在于，代替步骤b)，冲洗过程以顺流进行，其中该步序由

-流入冲洗介质(2)；

-回流受污染的冲洗介质(2)决定。

24.按照权利要求22或23所述的方法，其特征在于，将待净化的和待排除粒子的介质(2)用作为冲洗介质。

25.按照权利要求22或23所述的方法，其特征在于，将分离的介质(2)用作为冲洗介质。

26.按照权利要求22或23所述的方法，其特征在于，采用用于控制流入和回流的介质(2)或冲洗介质的节奏的程序，与待接通和断开的磁场和待调准的磁场强度有效结合。

27.按照权利要求22或23所述的方法，其特征在于，在达到过滤器(8)的容量以前将该过滤器断开。

28.按照权利要求22或23所述的方法，其特征在于，在采用多个过滤器(8)时，操纵至少一个过滤器用于吸附粒子和至少另一个过滤器用于冲洗过程。

29.按照权利要求26所述的方法，其特征在于，与时间有关和/或与压差有关地控制节奏。

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