CN102360717A - 一种变异的Halbach永磁阵列液体磁化器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变异的Halbach永磁阵列液体磁化器，其结构包括外壳、永磁装置、液体输送管和液体分布器。所述永磁装置由3～9组环型永磁阵列及其夹套构成，每组环型永磁阵列由4n(n＝1，2，3，……)个梯形或方形(也可以是方形加三角形)永磁元件按Halbach阵列排布而成，各磁环间的径向充磁元件相互错开呈螺旋形排列。液体输送管选用非铁薄壁材料，外壁与永磁装置紧贴，内壁与液体分布器形成环形通道。液体分布器系中空柱状结构，其中填充远红外活化球、特制矿化球和纯天然托玛琳，通过渗透孔与水流沟通。本发明聚磁能力强、没有磁化死角，兼具磁化、活化、矿化及弱碱化作用，可广泛应用于水、饮料及其它液体的处理。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种变异的Halbach永磁阵列液体磁化装置。
【背景技术】
现有的液体磁化技术大致可分为两类：一是让液体通过异名磁极相对的腔隙。基于这类技术的液体磁化器通常是两块正负极磁铁相合而成，技术简单、成本低廉，易于制造，但磁作用因双极相向而相互抵消，磁化效果不好。实例如图1所示。二是让液体通过同名磁极合围的管道。基于这类技术的液体磁化器通常是将所有磁块的正极朝向液体输送管道而所有的负极被一根金属导磁环连通，虽然磁化效果较好，但是磁能利用率较低，而且在管道中央存在很大的磁化死角。实例如图2所示。
近几年，有人试图将Halbach永磁阵列应用于液体磁化。CN201704112U专利公开了“一种用于液体磁化的磁环”(图3是其摘要附图)，CN201704111U专利公开的“水磁化器”描述了同样的磁环。事实上，这种“由若干个环状排列的磁块组成，其中磁块的磁通方向是径向和切线方向交替排列，磁通径向排列的磁块的磁通方向内外交替排列，磁通切线排列的磁块的磁通方向左旋右旋交替排列”的磁环就是典型的Halbach永磁阵列。其拓扑结构如图4所示。
Halbach永磁阵列最初由美国的Klous Halbach教授于1979年提出，这种永磁阵列能使一侧的磁场显著加强而另一侧磁场显著削弱，具有强烈的单极化效应和自屏蔽效应，而且容易得到在空间呈正弦分布的磁场。早在20世纪90年代就被成功应用于新一代离子加速器、自由电子激光装置、同步辐射装置等高能物理领域。近十几年，又被应运于永磁无芯电机、磁悬浮列车、磁轴承、永磁血泵等高新技术领域。图5给出了经典文献所介绍的几种环型永磁阵列。其中，(a)为传统的径向阵列，(b)、(c)、(d)均为Halbach永磁阵列。
其实，用作液体磁化的永磁装置不一定要求很高的磁场均匀度和理想的正弦分布，也不一定要使弱侧磁场降到很低程度，将典型的Halbach永磁阵列搬用到磁水器中是很不经济的，原因是扇形磁铁材料利用率低、加工成本高、安装非常困难，这样的液体磁化器不但会加重用户不必要的经济负担，而且会造成稀土资源的浪费。
CN201732647U公开了如图6所示的“一种改进的Halbach阵列永磁体装置”，同一组申请人之前还发明过一种横截面为新月形的类似装置，但这两种阵列的磁场环周只有一对波峰，根本不适宜用作液体磁化。
【发明内容】
(一)要解决的技术问题
针对现有技术存在的不足，本发明主要解决下列问题：一是探索性价比最优的Halbach环型永磁阵列的变异形式，以求用尽可能小的经济投入取得尽可能好的聚磁效果；二是根据永磁元件充磁方向和排布规律探索构建阵列的最优方案；三是克服磁能分布波峰与波谷之间的非均衡性；四是防止液体通过磁环中心的低能区域(或称“磁化死角”)；五是尽量减小磁能穿过液体输送管管壁时因厚度(距离)和材质造成的衰减；六是设法加快液体经过磁路的速度。
(二)所采用的技术方案
1、本人通过理论推导证明：用4n(n＝1，2，3，……)个扇形(也可以是梯形、方形或方形加三角形)永磁元件均能构成Halbach环型阵列，而且在只有径向和切向两种充磁方式(即没有45°或其它角度的斜向充磁元件)时，当n为奇数时径向充磁元件均为异名磁极相对，当n为偶数时径向充磁元件均为同名磁极相对。基此认识，本实用新型优先选用由8、16、24、32个梯形或方形(也可以是方形加三角形)永磁元件构成的具有实用价值的环型阵列，这些变异的Halbach环型阵列既能使内侧磁场得到有效加强，又能避免磁作用因正负极相向而造成的相互抵消，可以用来制造不同管径、不同要求的液体磁化器。相对而言，由梯形元件构成环型阵列(见图7)最接近典型的Halbach阵列，聚磁效果最好，但成本最高；由方形和三角形元件交替构成的环型阵列(见图9)成本最低，但聚磁效果最差；由方形元件构成的环型阵列(见图10)性能和成本介乎于二者之间。即使这样，后两种阵列仍不失为用作液体磁化的优选形式，因为这里只需关注强侧磁场的加强程度而不必计较弱侧磁场的削弱程度。
2、本人通过实践验确定了如下装配程序：先按内外交替的规则将径向充磁元件顺次装配于特制夹具的槽孔之中，并确保其紧贴液体输送管，然后再按顺逆交替的规则装配切向充磁元件，最后用合箍紧固。
3、针对Halbach环型阵列磁场分布的非均衡性，将3～9组环型磁阵之间的径向永磁元件相互错开，沿磁路(即液体流动方向)呈螺旋状分布。同时，为了适度延长磁路，各环型磁阵之间保持3～5cm的间距。
4、为解决和利用管道中央的磁化死角，在液体输送管的中央设置了液体分布器，使其外周与液体输送管内壁形成环形缝隙通道；液体分布器是侧面有无数小孔的中空柱状结构，其中填充远红外活化球、特制矿化球和纯天然托玛琳。
5、为减小磁场穿过液体输送管管壁时因厚度和材质造成的衰减，液体输送管选用非铁薄壁材料。
6、为确保液体快速通过磁路，规定液体分布器外周与液体输送管内壁形成的同心圆的面积略小于外配管径的内横截面积。
7、整机装配方案是：先将磁块及其夹具束缚于液体输送管之外，再将液体输送管两端与外壳密封为一体，之后再将液体分布器的两端固定于液体输送管内壁。整机结构见图8。
(三)能产生的有益效果
本发明与现有技术相比，具有一些显著而可靠的有益效果：第一，能在永磁元件的体积、性能、数量相同的前提下，产生最佳磁化效果；第二，能有效克服永磁元件之强烈吸引和排斥带来的装配麻烦，便于批量生产；第三，能弥补环型也阵列磁能分布在波峰与波谷之间的非均衡性，使流经磁路的液体分子都得到有效磁化；第四，能去除磁环中心的磁化死角，使液体在得到有效磁化的同时，还能得到活化、矿化和弱碱化。
【附图说明】
图1为双极液体磁化器范例。
图2为“单极”液体磁化器范例。
图3为CN201704112U专利所述磁环。
图4为典型的Halbach永磁阵列的拓扑结构。
图5为经典文献所载的环型永磁阵列。
图6为CN201732647U专利所述永磁体装置。
图7为梯形元件构成环型阵列。
图8为本发明所述的液体磁化器的结构示意图。
图8中：1、外壳；1-1、筒体；1-2、端盖；1-3、联结装置；1-4、外接镙纹；2、永磁装置；2-1、永磁阵列；2-2、非金属夹套；2-3、金属合箍；3、液体输送管；4、液体分液体分布器；4-1、渗透孔；4-2、固定支架。
图9为永磁装置的的轴向横截面之一(内含方形和三角形元件交替构成的环型阵列)。
图10为永磁装置的的轴向横截面之二(内含方形元件构成的环型阵列)。
图11为实施例1的安装细节示意。
图12为实施例2的安装细节示意。
【具体实施方式】
接下来参照说明书附图8及图11、图12对本发明作进一步的详细说明。
实施例一：
一种由5×8个永磁元件构成的Halbach阵列液体磁化器，其结构包括外壳(1)、永磁装置(2)、液体输送管(3)和液体分布器(4)。所述外壳(1)由筒体(1-1)和2个带有外接镙纹(1-4)的端盖(1-2)组成，全部由304不锈钢精制而成。永磁装置(2)由5组环型永磁阵列(2-1)、PPR成型夹具(2-2)和不锈钢合箍(2-3)组成，每组环型永磁阵列(2-1)由8个方形永磁元件按Halbach阵列排布而成，各环型永磁阵列(2-1)间的径向充磁元件相互错开呈螺旋形排列。液体输送管(3)选用22×0.8的304不锈钢薄壁无缝管，外壁与嵌套在其上的永磁装置(2)紧密贴切，内壁与液体分布器(4)外周形成环形缝隙通道。液体分布器(4)系由304不锈钢超薄焊接管制成，其中填充远红外活化球、特制矿化球和纯天然托玛琳，通过圆柱侧面的无数渗透孔(4-1)与水流沟通。整机组装程序是：先将永磁元件(2-1)及其夹套(2-2)束缚于液体输送管(3)之外，再将液体输送管(3)两端与外壳(1)的焊接在一起，最后将液体分布器(4)通过支架(4-2)固定于液体输送管(3)的内壁。组装细节参见图11。
实施例二：
一种由9×(8+8)个永磁元件构成的Halbach阵列液体磁化器，其结构包括外壳(1)、永磁装置(2)、液体输送管(3)和液体分布器(4)。所述外壳(1)由筒体(1-1)和2个带有外接镙纹(1-4)的端盖(1-2)组成，全部由304不锈钢精制而成。永磁装置(2)由9组环型永磁阵列(2-1)、PPR成型夹具(2-2)和不锈钢合箍(2-3)组成，每组环型永磁阵列(2-1)由8个方形(径向充磁)和8个等腰三角形(切向充磁)永磁元件按Halbach阵列排布而成，各环型永磁阵列(2-1)间的径向充磁元件相互错开呈螺旋形排列。液体输送管(3)选用46×1的304不锈钢薄壁无缝管，外壁与嵌套在其上的永磁装置(2)紧密贴切，内壁与液体分布器(4)外周形成环形缝隙通道。液体分布器(4)系由304不锈钢超薄焊接管制成，其中填充远红外活化球、特制矿化球和纯天然托玛琳，通过圆柱侧面的无数渗透孔(4-1)与水流沟通。整机组装程序是：先将永磁元件(2-1)及其夹套(2-2)束缚于液体输送管(3)之外，再将液体输送管(3)两端通过乳胶垫及卡槽、镙丝等联结装置(1-3)与外壳(1)的密封在一起，最后将液体分布器(4)通过支架(4-2)固定于液体输送管(3)的内壁。安装细节参见图12。
以上所述实施例，只是本发明优先选用的两种实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种变异的Halbach永磁阵列液体磁化器，①其结构包括外壳(1)、永磁装置(2)、液体输送管(3)和液体分布器(4)。②外壳(1)由筒体(1-1)和2个带有外接镙纹(1-4)的端盖(1-2)组成。③永磁装置(2)由3～9组环型永磁阵列(2-1)、非金属夹套(2-2)和金属合箍(2-3)组成。④所述环型永磁阵列(2-1)由4n(n＝1，2，3，……)个梯形或方形(也可以是方形加三角形)永磁元件按Halbach阵列排布而成，当n为偶数时径向充磁元件都是同名磁极相对；当n为奇数时径向充磁元件都是异名磁极相对。⑤若采用方形和三角形相间排列的方式，则方形元件径向充磁，三角形元件切向充磁。⑥永磁阵列的构建方法可以是先拼装后充磁，也可以是先充磁后拼装，但必须优先保证径向充磁元件与液体输送管紧密贴切。⑦各环型永磁阵列(2-1)间的径向充磁元件相互错开呈螺旋形排列。⑧液体输送管(3)选用非铁薄壁材料，外壁与嵌套在其上的永磁装置(2)紧密贴切，内壁与液体分布器(4)外周形成环形缝隙通道。⑨液体分布器(4)系中空柱状结构，其中填充远红外活化球、特制矿化球和纯天然托玛琳，通过圆柱侧面的无数渗透孔(4-1)与水流沟通。⑩整机组装程序是：先将永磁元件(2-1)及其夹套(2-2)束缚于液体输送管(3)之外，再将液体输送管(3)两端通过联接装置(1-3)与外壳(1)的密封在一起，最后将液体分布器(4)通过支架(4-2)固定于液体输送管(3)的内壁。
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