CN112689615A - 用于流体的磁处理的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是一种用于流体的磁处理的装置(50)，所述装置包括：大致圆柱形的壳体(6)，所述壳体具有底壁(61)、顶壁(62)和侧壁(60)，所述侧壁围绕所述壳体的所述底壁(61)和所述顶壁(62)的圆周延伸；至少一个入口开口(2、3)和至少一个出口开口(4)，所述至少一个入口开口和所述至少一个出口开口形成在所述壳体(6)的壁中；至少一个磁体(8)，所述磁体连接到所述壳体(6)，其中，所述磁体的磁场侵入所述壳体中；其中，一个或多个入口管(30)连接到所述一个或多个入口开口(2、3)，其中，所述入口管至少在所述入口开口的附近至少部分地相切。由于这种构造，要处理的流体的速度向量在所述流体行进穿过所述装置的大部分期间具有显著的切向分量，并且因此所述流体穿过所述磁体的磁场线，所述磁体的磁轴线定向为平行于所述壳体的中心线，以使得在所述场线与所述速度向量之间形成的角度大。
Description
本发明的目的是一种用于液体和气态材料的磁处理的装置，所述装置在流体流经装置时使流体暴露于磁效应。
长期以来，通过流体的磁处理来影响不同流体的特性的领域一直是人们关注的问题。示例包括处理工业用水以减少结垢、处理灌溉水或饮用水以实现有益的生理效果以及处理燃料以积极影响其燃烧特性。已知许多用于流体的磁处理的装置，即，用于通过磁场引导所述流体以实现这些目的的装置。
欧洲公开手册第EP0610142号公开了一种用于通过永磁体来磁处理管道中流动的水的装置，所述永磁体可以从外部安装并固定到管道上。磁轴线基本垂直于管道、平行于管道的直径。所述装置的缺点在于，工作区域非常小，在管道中流动的水仅在很短的持续时间内受到磁体的影响，因此即使在使用强磁体的情况下，磁处理的效果也很小。
匈牙利专利第HU227097号公开了一种用于流体的磁处理的装置，所述装置包括由可磁化材料制成的大致圆柱形的壳体，其中，流体经过形成在壳体中的流动空间，并且环形、盘形和圆锥形的永磁体布置在所述壳体中，使得流体经过在一些磁体的中间形成的通道并且经过围绕一些其他磁体的环形空间。永磁体的磁轴线与壳体的几何轴线基本上重合。圆柱形装置中流体的流动是交替地轴向的和径向的，因此装置中流体的路径长度大于装置的轴向尺寸，但是由于装置的构造，流体仅在一部分所述路径中存在于足够强的磁场中，并且在大部分的路径中流动方向不垂直于磁场线。
现有技术装置的共同特征在于，其中要处理的材料在相对较短的持续时间内以相对较短的路径经过磁场，并且相应地磁处理不充分。提高处理效果的尝试包括通过提高各个磁体的物理尺寸和提高磁体数量来提高磁场的强度以及提高磁场的(由此工作区域的)尺寸。所有这些技术方案成比例地增加处理装置的生产成本，即，通过现有技术的解决方案不可能节约成本地制造足够有效的装置。
本发明的目的是通过提供可以节约成本地制造并且提供在很大程度上有效的磁处理的磁流体处理装置来消除或至少减少现有技术的解决方案的缺陷。
磁场与流入磁场中的材料之间的相互作用显然受到磁场强度和相互作用的持续时间的影响。磁场的强度由使用的磁体的强度和距磁体的距离确定。相互作用的持续时间由带有磁场的空间的体积(从现在起：工作区域)和工作区域处的流速来确定，即由单位时间内经过工作区域的流体体积来确定。相应地，现有技术的解决方案中的每一个旨在通过这些参数中的一个来提高处理功效。
本发明部分地基于这样的认知，即通过将圆柱形流动空间中的待处理流体推到圆形路径上也可以提高磁处理的功效，所述圆形路径应以尽可能大的角度通过尽可能多的磁通线，并因此由流体在足够强的磁场中行进的路径长度可以增加几倍。形成本发明基础的另一认知是，由于这样形成的更长流动路径，对于给定的流速，流体的局部流速可以更高并由此在给定的时间段内通过给定强度的磁场会导致更大程度的磁处理。
相应地，通过提供一种用于流体的磁处理的装置来实现上述目的，所述装置包括：壳体，所述壳体具有底壁、顶壁和侧壁，所述侧壁围绕所述壳体的所述底壁和所述顶壁的圆周延伸，所述壳体具有中心线，所述中心线经过所述底壁的中心和所述顶壁的中心；至少一个入口开口和至少一个出口开口形成在所述壳体的壁中；并且至少一个磁体直接或间接连接到所述壳体的壁，使得所述磁体的磁场侵入所述壳体中；并且至少一个入口管连接到入口开口，其中至少一个入口管中的至少一个在入口开口的附近与壳体的侧壁大致相切。在本说明书中术语“大致相切”的定向是指在垂直于中心线的截面图中，入口管以最小的入射角将流体引导到侧壁的内表面上。在本说明书中术语“顶”和“底”总是理解为在附图的参考系中附图中所示的装置的定向，这些术语并不意味着必须竖直地布置设备的中心线，也不意味着当布置有竖直中心线时装置的必要定向。本装置还可以将其中心线水平地或以任意其他定向使用。术语“底”和“顶”也可以分别理解为上游侧和下游侧。
本装置的优选示例实施例在权利要求2至16中提出。
在下文中，参考附图详细描述本发明，特别是本发明的优选示例性实施例，在附图中：
图1在透视图中示意性地示出根据本发明的装置的示例实施例的操作；
图2示出根据本发明的装置的基本磁体的优选示例实施例的构造；
图3示意性地示出根据本发明的装置的优选示例实施例，其中，壳体由两个连接的构件形成；以及
图4示意性地示出根据本发明的装置的优选示例实施例，其中，壳体包括底构件、连接到底构件的中间构件和与中间构件分离的顶构件。
图1所示的根据本发明的装置50包括圆柱形壳体6，在所述圆柱形壳体内部形成圆柱形流动空间。尽管图1所示的壳体6是圆柱形的，但是本发明不限于这种形状，它可以是具有任何截面的直的或弯曲的中心线的任何其他细长形状，此外，截面的形状和大小也可以沿中心线变化。壳体6优选地由诸如软铁的可磁化材料制成。壳体包括底壁61、顶壁62和围绕底壁和顶壁的圆周延伸的侧壁60。在该实施例中，顶壁62是环形出口磁体9。在图1所示的实施例中，在环形出口磁体9的中央中形成的开口是装置50的出口开口4。然而，出口开口也可以在非磁性顶壁62的中央中或侧壁60中形成。在装置中使用的磁体优选地是永磁体，例如铁氧体磁体或稀土磁体(例如钕磁体)，但是本装置也可以用电磁体实现。磁体的磁轴线优选地平行于壳体的中心线。
在根据图1的实施例中，入口开口2在装置的底部附近、在壳体6的侧壁60中形成。入口管30连接到入口开口，通过入口开口流体在大致相切的方向上进入壳体。入口开口2、3可以任选地在壳体的底壁61和顶壁62中形成；另外，所述入口开口可以沿着中心线在多个位置(即，高度)中在侧壁60中形成。
入口管30可以布置在壳体6的整个外部或者可以侵入壳体6中。在后一种情况中，入口管30在壳体外部的部分不必相切，但是在入口管的侵入部分至少在它们的端部附近相切或者提供有使流体向切线方向偏转的元件。使流体向切线方向偏转的元件也可以形成为与入口管分开的组件。
由于切向供应，因此流体在圆形路径7上移动，同时接近圆柱形空间中的出口开口4，即，流体在至少部分螺旋或盘旋的路径7上运动。这确保了流体在与场线成大角度的方向上穿过大量磁场线，而流体则在由其磁轴线与中心线平行布置的磁体产生的磁场中流过装置。
在壳体6内部，装置50在壳体6的底部附近包括圆锥体1，用于减少流动阻力(即，基本上促进层流并避免气蚀)，并用于提供合适的磁场分布。在根据图1的实施例中，圆锥体1由诸如软铁的可磁化材料制成，并且圆锥体放置在基本磁体5上，所述基本磁体包括环形永磁体21。然而，由可磁化材料制成的圆锥体1和基本磁体5的结合可以用形成为单个磁体的圆锥体1来代替。壳体6优选地在沿着中心线的数个位置(即高度)处包括其他的环形磁体8，所述环形磁体的轴线与中心线局部地重合。在图1所示的实施例中，即，在使用圆柱形壳体6的情况下，环形磁体的平面平行于底壁61和顶壁62，并且磁体的磁轴线与中心线平行。壳体6还包括其他的入口开口3，所述入口开口用于确保流体的圆周运动远离第一入口开口2。
在图1所示的优选实施例中，第一入口开口2和其他的入口开口3布置在相同的线上，即，它们布置在侧壁60中的相同圆周位置处。这根本不是必需的，每个入口开口都可以布置在任意圆周位置处。另外，每个入口开口2、3和连接到入口开口的入口管30优选地定向为使得从中心线方向看进入壳体的流体流在相同的旋转方向上是大致相切的。
基于要处理的流体和要达到的流动条件，上述装置的尺寸选择对于本领域技术人员而言是显而易见的任务，例如，在处理水的情况下，装置的直径优选地是10mm至100mm，更优选地是20mm至80mm，特别地是25mm至50mm，例如50mm。
优选是密封环、特别是橡胶圈的密封元件布置在通过螺纹彼此连接的构件之间，使得要处理的流体不接触螺纹，由此密封元件也保护螺纹免受侵蚀。
图2示出了基本磁体5的优选实施例，其中，基本磁体5包括环形磁体21、焊剂绝缘层22和盘23，所述盘任选地由布置在环形磁体21中央中的软铁制成。然而，基本磁体可以替代地形成为单磁盘。
图3示出根据本发明的装置的另一优选实施例，其中，壳体6由两个连接的构件形成：底构件51和顶构件52。图1和图3中相同的附图标记表示相同的元件。相应地，底构件51包括：底壁61；侧壁60，所述侧壁连接到底壁61并且围绕底壁61的圆周延伸；至少一个入口开口2、3，所述入口开口形成在侧壁60中；至少一个入口开口2，所述入口开口在底壁61附近；圆锥体1，所述圆锥体具有与中心线40局部地重合的对称轴线，即对称轴线与中心线局部地相切；至少一个磁体8；以及出口表面11，在由侧壁60的顶边缘限定的平面中。顶构件52包括：侧壁60；顶壁62；以及出口开口4，所述出口开口形成在顶壁62中；以及任选地一个或多个其他磁体8和一个或多个入口开口2、3。在根据图3的实施例中，构件是圆柱形的并且彼此同轴地在轴向方向上一个接一个地并以密封的方式连接。然而，在此要指出的是，也可以使用非圆柱形构件，所述非圆柱形构件的由构件的底表面和顶表面限定的中心线和所连接的构件的中心线形成连续的曲线(或直线)。底构件51的顶端部和顶构件52的底端部任选地包括用于可释放地连接两个构件的元件，例如螺纹(附图中未示出)。优选地，诸如密封橡胶圈(附图中未示出)的密封元件布置在底构件51与顶构件52之间，以防止壳体内的待处理流体在构件的连接处从壳体中泄露。在另一优选实施例中，构件通过平行于中心线的螺栓和相应的其他螺纹元件相互紧固。密封元件优选地布置为防止待处理流体接触连接器件(例如，螺纹或螺栓)。
在附图所示的实施例中，底构件51的顶壁由环形出口磁体9形成，并且顶构件52的底壁由环形入口磁体10形成，其中，这些环形磁体的中心内的开口分别形成相应构件的出口表面11和入口表面12。在图3所示的实施例中，顶构件52也以环形出口磁体9结束，所述环形出口磁体的开口限定装置50的出口开口4。在更优选的实施例中，出口开口4在包括顶壁62的盖中形成，所述顶壁可以通过螺纹固定到壳体6的顶部或固定到顶构件52的顶部，另外，在顶壁62中形成的出口开口4具有根据使用技术领域的通常标准的构造和尺寸，或者具有这种构造和尺寸的元件(例如管或连接器)例如通过焊接固定到顶壁上。特此指出，不必将环形磁体布置在构件的端部处，构件的端部可以在由侧壁60围绕的整个表面中形成出口表面和入口表面，或者这些表面可以具有由部分封闭的壁限制的截面区域，此外，这些表面可以在两个相邻的构件之间变化。
图4示出了根据本发明的装置的另一优选实施例，其中，壳体6由多于两个的构件形成。在附图中，底构件51连接到中间构件53，在所述中间构件上方示出顶构件52。如根据图4的示例所示，中间构件53包括至少一个侧壁60以及优选地至少一个磁体8和在侧壁60中形成的至少一个入口开口2、3，其中，磁体是环形磁体并且壳体6大致是圆柱形。中间构件53在它的底端部和顶端部分别具有入口表面和出口表面。在图4中只示出了单个中间构件，但也可以使用任意数量的、优选地相同构造的中间构件53，另外，顶构件的构造任选地也与中间构件的构造相同。在图4所示的实施例中，底构件51的出口表面由环形出口磁体8限定，同时中间构件的入口表面由被侧壁60围绕的整个区域限定，并且中间构件的出口表面11由封闭的壁限制(减少)，并且顶构件的整个表面也又封闭的壁限制。在图1、图3和图4中相同的附图标记表示相同的元件。
中间构件53的入口表面和出口表面可以是由侧壁60围绕的整个区域，或者是整个区域的由另一壁或任选地由环形磁体8部分地限定的部分。
在壳体的侧壁中形成的入口开口任选地包括用于提高进入壳体的流体的流速的节流器件，特别是喷嘴。入口开口和连接到入口开口的入口管以及任选地存在的节流元件、喷嘴和/或其他偏转元件布置为将进入壳体的流体流引导入切线方向。
装置50的底壁61(即，底构件51的底壁61)优选地由永久接头固定到侧壁60，特别是通过焊接固定到侧壁60。装置50的顶壁62(例如，顶构件52的顶壁62)优选地通过可释放接头固定到侧壁60，特别是通过螺纹固定到侧壁60。
装置中磁体的表面任选地包括凹部和/或凸部，诸如以用于处理气体为例的用于增加活动表面的凹槽和/或肋。
根据本发明的装置适用于对任何流体(诸如以用作燃料或可燃物的易燃气体或液体为例的液体和气体)进行改进程度的磁处理，或者用于与易燃气体或液体一起使用的氧化剂的处理，或者用作饮用水、灌溉水或工业用水的水的处理。所述装置使用的特别优选的领域是灌溉水的处理，特别是在使用地点附近使用，以使灌溉水直到使用为止保持从处理中获得的特性。
根据本发明的装置任选地包括连接到用于进行内部测量的设备的网络(即，物联网(IoT))的一个或多个传感器，所述设备的网络例如用于监视操作参数，例如压力、温度、流速、流率、磁场强度，或用于检测操作故障。
装置中的永磁体任选地布置有相同的极性。在本装置的另一实施例中，至少两个相邻的永磁体布置有相反的极性，任选地每个磁体布置有与每个相邻磁体的极性相反的极性。
在本说明书中，描述了主要是环形和锥形磁体的使用，但是本发明自然地也可以用形状与之不同的永磁体或电磁体来实现。使用电磁体具有的优点在于，根据期望的处理程度以及任选地基于由传感器提供的数据，可以在短期和长期内主动调节装置的操作。另一选择是使用永磁体和电磁体的结合，这提供了补偿长时间段内发生的永磁体部分退磁的能力。
为了减少阳光照射装置的影响(由于光电效应或温度升高)，本装置优选地提供有防光涂层，所述防光涂层包括光吸收层和/或光反射层和/或UV保护层中的一个或多个。本装置优选地提供有防腐蚀层。在另一实施例中，本装置提供有用于防光和防腐蚀的外壳。
在附图中未示出本领域技术人员公知的例如螺纹、紧固元件和密封元件的固定和密封解决方案，并且使用与上述示例不同的解决方案不会产生超出保护范围的解决方案。
在本说明书中，根据附图仅详细描述了本发明的一些优选实施例。对于本领域技术人员显而易见的是，可以在由权利要求书限定的保护范围内实现装置的许多其他变型。
Claims (16)
1.一种用于流体的磁处理的装置(50)，所述装置包括：
壳体(6)，所述壳体包括底壁(61)、顶壁(62)和侧壁(60)，所述侧壁围绕所述壳体的所述底壁(61)和所述顶壁(62)的圆周延伸，其中，所述壳体(6)具有中心线(40)，所述中心线经过所述底壁(61)的中心和所述顶壁(62)的中心的中心；
至少一个入口开口(2、3)和至少一个出口开口(4)，所述至少一个入口开口和所述至少一个出口开口形成在所述壳体(6)的至少一个壁(60、61、62)中；
至少一个磁体(8、9、10、21)，所述至少一个磁体连接到所述壳体(6)，其中，所述磁体的磁场至少部分地侵入所述壳体(6)中；
一个或多个入口管(30)，所述一个或多个入口管连接到所述一个或多个入口开口(2、3)；
其特征在于，
所述一个或多个入口管(30)中的至少一个在所述入口开口的附近大致与所述壳体(6)的所述侧壁(60)相切。
2.根据权利要求1所述的装置(50)，其特征在于，所述磁体中的至少一个是永磁体。
3.根据权利要求1所述的装置(50)，其特征在于，所述入口开口(2、3)在所述壳体(6)的所述侧壁(60)中形成。
4.根据权利要求3所述的装置(50)，其特征在于，所述入口开口(2)在所述壳体的所述底壁(61)附近、在所述壳体的所述侧壁(60)中形成。
5.根据权利要求4所述的装置(50)，其特征在于，圆锥体(1)布置在所述壳体内部、在所述底壁(61)附近或者与所述壳体(6)的所述底壁(61)接触。
6.根据权利要求5所述的装置(50)，其特征在于，所述圆锥体(1)由永磁体形成，或者所述圆锥体(1)由可磁化材料制成并且放置在包括至少一个磁体(21)的基本磁体(5)上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(50)，其特征在于，所述壳体(6)由可磁化材料制成，优选地由软铁制成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(50)，其特征在于，所述壳体(6)在所述中心线(40)的方向上由至少两个构件(51、52)形成，所述至少两个构件包括底构件(51)和顶构件(52)，其中，
所述底构件(51)包括：底壁(61)；侧壁(60)，所述侧壁固定到所述底壁(61)并且围绕所述底壁(61)的圆周延伸；在所述侧壁(60)中形成的至少一个入口开口(2、3)，其中，所述入口开口(2、3)中的至少一个在所述底壁(61)的附近；圆锥体(1)，所述圆锥体具有与所述中心线(40)重合的对称轴线；至少一个磁体(8)和位于由所述侧壁(60)的顶边缘限定的平面中的至少一个出口表面(11)；
所述顶构件(52)包括侧壁(60)、顶壁(62)以及在所述顶壁中形成的出口开口(4)。
9.根据权利要求8所述的装置(50)，其特征在于，所述顶构件(52)还包括一个或多个磁体(8)以及一个或多个入口开口(2、3)。
10.根据权利要求8所述的装置(50)，其特征在于，至少一个中间构件(53)布置在所述底构件(51)与所述顶构件(52)之间，所述中间构件包括侧壁(60)、在所述侧壁(60)的底部处的入口表面(12)、在所述侧壁(60)的顶部处的出口表面(11)、以及至少一个永磁体(8)。
11.根据权利要求10所述的装置(50)，其特征在于，所述中间构件(53)还包括在所述侧壁(60)中形成的一个或多个入口开口(2、3)。
12.根据权利要求8所述的装置(50)，其特征在于，所述底构件(51)的顶端部和所述顶构件(52)的底端部彼此可释放地连接，并且在连接处密封，使得流体能够只通过所述出口表面和所述入口表面在所述底构件和所述顶构件之间流动。
13.根据权利要求12所述的装置(50)，其特征在于，
所述底构件(51)的所述顶端部被构造为可释放地连接到所述顶构件(52)的所述底端部和/或所述中间构件(53)的底端部；
所述顶构件(52)的所述底端部被构造为可释放地连接到所述底构件(51)的所述顶端部和/或所述中间构件(53)的顶端部；
所述中间构件(53)的所述顶端部被构造为可释放地连接到所述顶构件(52)的所述底端部和/或另一中间构件(53)的底端部；
所述中间构件(53)的所述底端部被构造为可释放地连接到所述底构件(51)的所述顶端部和/或另一中间构件(53)的顶端部。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置(50)，其特征在于，所述壳体(6)大致是圆柱形的。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置(50)，其特征在于，所述永磁体(8、9、10、21)由环形磁体形成。
16.根据前述权利要求中任一项所述的装置(50)，其特征在于，所述磁体(8、9、10、21)中的至少一个的磁轴线与所述壳体的所述中心线平行。
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