TWI434303B - 流體磁化器 - Google Patents

Description

流體磁化器

本發明是有關於一種流體磁化器，且特別是有關於一種可提供同時具有垂直及平行於管內流體流向之磁場方向的流體磁化器。

在工業生產製造上，常需使用到管路來提供設備所需之流體(例如冷卻循環水管路中之流體)。然而，在長久使用之後，管路之管壁容易產生碳酸鈣或碳酸鎂等積垢，導致無法正常提供流體至所需之設備中，進而使得設備之效能降低。

為了避免上述之缺點，目前有一種做法係對管路中之流體進行處理。而在習知技術中，針對管路中之流體之處理方式主要有下列幾種。第一種為添加化學藥劑。然而此種方式只能減緩結垢與腐蝕之現象，且通常所使用之化學藥劑對作業人員有害，並容易造成環境公害。第二種則係以化學藥劑進行酸洗。但此方式容易使得設備加速腐蝕產生破洞，進而降低設備之壽命。第三種為使用管內式之處理水裝置。但在安裝上述裝置時，須將管路切割開，以便將處理水裝置串接在管上。此種方式之缺點為容易造成管路之壓降或洩漏。第四種為逆滲透法，使用上必須對管路中之流體加壓，藉此使得流體能夠通過薄膜。此種方式之缺點為當流體中富含有礦物質或固態粒子時，薄膜極易阻塞，故必須時常更換薄膜。如此除了造成設備使用率降低之外，更必須耗費許多額外的水資源對薄膜進行清洗。

為了解決或避免上述四種習知技術之缺點，目前已改採使用設置於管路外之磁化器來對管路中之流體進行處理。相關之實驗證明，若以磁場將管內之流體磁化，可減少管壁的積垢現象。

然而，在一般常見之設置於管外的磁化器中，其磁力線之分布僅垂直於管內之水流方向，且其磁場強度較弱，例如中華民國專利申請案號第88200406號及第91121817號所揭示之技術。若將此磁化器應用於一般塑膠水管或非導磁材之金屬管，管壁之厚度較不受限制，其中主要之限制僅在於磁化器的迴路設計。然而，若上述磁化器應用於純鐵或低碳鋼(例如SUS304)的金屬管中，則此磁化器僅適用於管壁厚度約在2毫米(mm)以下的金屬管。當管壁越厚時，則能夠穿透水管之管壁而進入水管當中之磁場強度越小，故管內之流體受到磁化的強度越低。

因此，需要一種新式之流體磁化器來克服上述習知技術的缺點。

因此，本發明之目的係在提供一種流體磁化器，利用多極之設計、以及以特定之材料來製造導磁體，藉此提供同時具有垂直及平行於管內流體流向之磁場方向，並提供相較於習知磁化器更強的磁場強度。

根據本發明之一實施例，提供一種用以磁化導磁性金屬管內之流體之流體磁化器。此流體磁化器包含第一導磁體、二第二導磁體、第三導磁體與第四導磁體、二第一磁鐵、以及二第二磁鐵。上述第一導磁體包含第一部分、第二部分、第三部分以及四凸出部分，其中第三部分之二端分別與第一與第二部分接合，藉以形成I字型結構。至於上述四凸出部分，其分別設置在第一部分之二端部與第二部分之二端部。此外，第二導磁體係鄰設於第一導磁體相對之二第一側面，每個第二導磁體與第一導磁體之間形成第一容置空間。而第三導磁體與第四導磁體係分別鄰設於第一導磁體相對之二第二側面，其中第三導磁體與第一導磁體之間形成第二容置空間，且第四導磁體與第一導磁體之間形成第三容置空間。上述二個第一磁鐵分別容設於二個第一容置空間中，且每個第一磁鐵同時與第三部分及二個第二導磁體其中一者接觸。此外，二個第二磁鐵係分別容設於上述第二與第三容置空間中，其中二個第二磁鐵其中一者同時與第一部分及第三導磁體接觸，而另一第二磁鐵者則同時與第二部分及第四導磁體接觸。在上述第一與第二磁鐵中，每個磁鐵均以相同之磁極面對第三部分。再者，接合於第一部分之凸出部朝第三導磁體延伸，而接合於第二部分之凸出部則朝第四導磁體延伸。當導磁性金屬管水平置放於此流體磁化器之上時，導磁性金屬管之外側面係同時與第一導磁體、二個第二導磁體、第三導磁體以及第四導磁體接觸。

根據本發明之另一實施例，在上述之流體磁化器中，每個第一磁鐵以及每個第二磁鐵之磁能積(Magnetic Energy Product)為30至40百萬高斯厄司特(Mega Gauss Oersteds；MGOe)且本質矯頑磁力(Coercivity)為14000至17000厄司特(14kOe至17kOe)，或磁能積為40至50百萬高斯厄司特且本質矯頑磁力為11000至14000厄司特。

根據本發明之又一實施例，在上述之流體磁化器中，每個第一磁鐵以及每個第二磁鐵為釹鐵硼類磁鐵。

根據本發明之又一實施例，在上述之流體磁化器中，第一導磁體、每個第二導磁體、第三導磁體以及第四導磁體之材料可為純鐵、低碳鋼、以原子百分比計計算時為65：35之鐵鈷合金或以原子百分比計計算時為80：17：3之鎳鐵鉬合金。

根據本發明之又一實施例，在上述之流體磁化器中，第一導磁體、每個第二導磁體、第三導磁體以及第四導磁體之材料為純鐵或低碳鋼時，第一導磁體、每個第二導磁體以及每個第三導磁體之表面覆蓋有薄膜，此薄膜之材料為上述之鐵鈷合金或鎳鐵鉬合金。此外，根據本發明之又一實施例，上述薄膜之厚度小於0.1 mm。

根據本發明之再一實施例，在上述之流體磁化器中，其中面對上述第三部分之第一磁鐵與第二磁鐵之磁極均為N極。

本發明之優點為：由於本發明之流體磁化器可提供較強之磁場強度，故本發明之流體磁化器可應用於各種材質水管，例如不導磁之塑膠管及不銹鋼管，或具高導磁性之鐵管與不銹鋼管。再者，本發明之流體磁化器更可應用於管壁厚度較厚(大於2 mm)之高導磁性金屬管，避免金屬管內之流體受到管壁之屏壁效果的影響，而大幅降低其磁化的強度。

此外，本發明之另一優點為：藉由採用本專利發明之流體磁化器，可改善水垢沈積問題，進而可降低管路維護所需之成本。

請參照第1A與1B圖，其中第1A圖係繪示根據本發明之一實施例之流體磁化器的立體示意圖，而第1B圖係繪示第1A圖中流體磁化器的側視示意圖。流體磁化器100主要功能係用來磁化導磁性金屬管102(參見第1B圖)內之流體，其中上述導磁性金屬管102之材料包含具有導磁性的鐵材料，或是具有導磁性的不銹鋼材料。在實際應用上，係將導磁性金屬管102水平置放於流體磁化器100之上，形成如第1B圖所示之架構，使得流體磁化器100產生之磁場(參見第1A圖之箭號)能夠進入導磁性金屬管102之內，進而磁化導磁性金屬管102內之流體。在本實施例中，僅繪示一個流體磁化器100與導磁性金屬管102的相對關係。然而，在特定之實施例中，可將多個流體磁化器100沿著一直線排列，接著將導磁性金屬管102水平置放於這些流體磁化器100之上，藉此磁化導磁性金屬管102內不同部位的流體。

上述流體磁化器100包含第一導磁體104、二個第二導磁體110、第三導磁體111與第四導磁體112、二個第一磁鐵106、以及二個第二磁鐵108。如第1A圖所示，在第一導磁體104中，其更包含沿著第一方向D1延伸之第一部分114與第二部分116、沿著第二方向D2延伸之第三部分118、四個凸出部分120。在第1A與1B圖所示實施例中，第一導磁體104之第三部分118之二端分別與第一部分114與第二部分116接合。當由上向下俯視時，第一部分114、第二部分116與第三部分118則形成實質為I字型之結構。

此外，在第1A與1B圖所示實施例中，第一導磁體104之四個凸出部分120，係以一對一方式分別對應地設置在上述之第一部分114的二端部，以及上述第二部分116的二端部。再者，每個凸出部分120係沿著第二方向D2延伸，且遠離上述第一導磁體104之第三部分118。

如第1A圖所示，二個第二導磁體110係鄰設於第一導磁體104相對之二第一側面104a，每個第二導磁體110與第一導磁體104之間形成第一容置空間122。此外，第三導磁體111與第四導磁體112則分別鄰設於第一導磁體104相對之二第二側面104b，其中第三導磁體111與第一導磁體104之間形成第二容置空間124，且第四導磁體112與第一導磁體104之間形成第三容置空間126。上述之第一容置空間122、第二容置空間124與第三容置空間126之功能，主要係用來容設二個第一磁鐵106與二個第二磁鐵108。

在本實施例中，二個第一磁鐵106係分別容設在上述二個第一容置空間122中，且為了強化傳遞至導磁體中之磁性，故每個第一磁鐵106同時與第一導磁體104之第三部分118及二個第二導磁體110其中一者接觸。另外，二個第二磁鐵108係分別容設在上述之第二容置空間124與第三容置空間126中，其中這些第二磁鐵108其中一者同時與第一導磁體104之第一部分114及第三導磁體111接觸，而二個第二磁鐵108其中另一者則同時與第一導磁體104之第二部分116及第四導磁體112接觸，藉此強化傳遞至導磁體中之磁性。

在第1A與1B圖所示實施例中，上述二個第一磁鐵106與二個第二磁鐵108係以相同之磁極(例如N極)面對第一導磁體104之第三部分118。此設計主要目的在於，可藉此使得流體磁化器100整體產生之磁場係由第一導磁體104射向四周所環繞之二個第二導磁體110、第三導磁體111以及第四導磁體112，或由四周所環繞之導磁體射向第一導磁體104。例如，在本實施例中，二個第一磁鐵106與二個第二磁鐵108係以N極面對第一導磁體104之第三部分118，故可產生如第1A圖中箭號所表示，由第一導磁體104射向四周所環繞之導磁體之磁場。因此，在流體磁化器100中，藉由多極(第一導磁體104為N極，而其他二個第二導磁體110、第三導磁體111與第四導磁體112則分別為S極)之磁場分布，使得整體之磁場分布可提供同時具有垂直及平行於管內流體流向的磁場方向。

此外，針對上述四個凸出部分120，更具體來說，接合於第一部分114之二個凸出部120係朝第三導磁體111延伸，而接合於第二部分116之二個凸出部120則朝第四導磁體112延伸。在特定之實施例中，因應第二磁鐵108的幾何形狀之不同，上述之四個凸出部分120可具有不同之幾何形狀。然而，當四個凸出部分120具有不同之幾何形狀時，每個凸出部分120大致上仍沿著上述第二方向D2延伸。

在本實施例中，由第1A與1B圖所示之結構中可以看出，二個第二導磁體110、第三導磁體111以及第四導磁體112係實質為一柱狀體結構，且二個第二導磁體110幾何形狀一致，第三導磁體111之幾何形狀相同於第四導磁體112之幾何形狀。然而，第二導磁體110、第三導磁體111以及第四導磁體112之幾何形狀並不以本實施例為限，在其他之實施例中，第二導磁體110、第三導磁體111以及第四導磁體112可根據設計需求來調整其幾何形狀。

在第1A與1B圖之實施例中，為了確保流體磁化器100整體能夠對設置於其上之導磁性金屬管102產生一定強度之磁場。因此，上述流體磁化器100中之第一導磁體104、每個第二導磁體110、第三導磁體111以及第四導磁體112之材料，可為純鐵、低碳鋼、以at%計算時為65：35之鐵鈷合金(Fe₆₅ Co₃₅ )或以at%計算時為80：17：3之鎳鐵鉬合金(Ni₈₀ Fe₁₇ Mo₃ )。

在特定之實施例中，基於成本的考量，第一導磁體104、每個第二導磁體110、第三導磁體111以及第四導磁體112之材料可選擇成本較低的純鐵或低碳鋼。而在特定之實施例中，為增強磁場強度，故第一導磁體104、每個第二導磁體110、第三導磁體111以及第四導磁體112之材料可改用飽和磁化量更高之Fe₆₅ Co₃₅ 合金或導磁率更佳之Ni₈₀ Fe₁₇ Mo₃ 合金。

相較於上述之純鐵或低碳鋼，採用Fe₆₅ Co₃₅ 合金或Ni₈₀ Fe₁₇ Mo₃ 合金來做為第一導磁體104、每個第二導磁體110、第三導磁體111以及第四導磁體112之材料，可使得導磁體增加約12%之磁場強度。

此外，若第一導磁體104、每個第二導磁體110、第三導磁體111以及第四導磁體112之材料為上述之純鐵或低碳鋼，為了增強磁場強度，可在第一導磁體104、每個第二導磁體110、第三導磁體111以及第四導磁體112之表面覆蓋一薄膜。其中，上述薄膜之材料可為Fe₆₅ Co₃₅ 合金或Ni₈₀ Fe₁₇ Mo₃ 合金。相較於沒有覆蓋薄膜之導磁體，覆蓋上述之薄膜可使得導磁體增加約5%之磁場強度。再者，上述之薄膜可採用真空濺鍍或電鍍製程來製造。然而，若上述薄膜厚度太厚，則容易有附著性不佳而剝落之缺點。另外，若薄膜厚度太厚更可能造成屏壁效果，使得磁場不容易進入如第1B圖所示之導磁性金屬管102之內部，故在特定之實施例中，上述之薄膜厚度小於0.1 mm。

在實際應用上，當將第1B圖所示之導磁性金屬管102水平置放在流體磁化器100之上時，導磁性金屬管102之外側面係同時與第一導磁體104、二個第二導磁體110、第三導磁體111以及第四導磁體112接觸。更具體來說，在導磁性金屬管102與第一導磁體104之間的相對關係中，導磁性金屬管102主要係以側面與第一導磁體104之第三部分118接觸。此外，如上所述，第二導磁體110、第三導磁體111以及第四導磁體112之幾何形狀並不以本實施例為限，第二導磁體110、第三導磁體111以及第四導磁體112之幾何形狀僅需使得導磁性金屬管102能夠同時接觸第一導磁體104、二個第二導磁體110、第三導磁體111以及第四導磁體112即可。

在特定之實施例中，上述流體磁化器100中所採用之每個第一磁鐵106以及每個第二磁鐵108的磁能積為30至40百萬高斯厄司特，且每個第一磁鐵106以及每個第二磁鐵108的本質矯頑磁力為14000至17000厄司特。在一般市售之磁鐵的分類中，上述之磁鐵規格即為30H至40H。

而在另一實施例中，上述流體磁化器100中所採用之每個第一磁鐵106以及每個第二磁鐵108的磁能積為40至50百萬高斯厄司特，且每個第一磁鐵106以及每個第二磁鐵108的本質矯頑磁力為11000至14000厄司特。在一般市售之磁鐵的分類中，上述之磁鐵規格即為40M至50M。

另外，在特定之實施例中，流體磁化器100之每個第一磁鐵106以及每個第二磁鐵108可為釹鐵硼類(Nd-Fe-B)磁鐵。

在實際之測量中，當採用美國貝爾公司之高斯計(5180 Gauss/Tesla Meter,SYPRIS,F.W.BELL)於上述第一導磁體104、二個第二導磁體110、第三導磁體111以及第四導磁體112之表面進行測量，其中之最強之磁場強度為7800高斯至8200高斯。而針對一般市售之流體磁化器的測量中，其導磁體之表面最強的磁場強度為6500高斯。故本發明之流體磁化器100之磁場強度約高出市售之流體磁化器之磁場強度的20%。

請再參照第1A及1B圖，其中流體磁化器100之每個第二導磁體110具有頂面110a、鄰接於頂面110a之傾斜面110b與側面110c。每個第二導磁體110係以上述側面110c接合在二個第一磁鐵106的其中一者，且上述導磁性金屬管102之外側面係與傾斜面110b接觸。上述傾斜面110b之設計主要在於增加第二導磁體110與導磁性金屬管102的接觸面積，藉此更穩固地將導磁性金屬管102承接於流體磁化器100上。

此外，在本實施例中，每個第二導磁體110之傾斜面110b、第三導磁體111之頂面111a以及第四導磁體112之頂面112a均為彎曲弧面，藉此穩固地將導磁性金屬管102承接於流體磁化器100上。

在特定之實施例中，當第一導磁體104之第一部分114、第二部分116與第三部分118之厚度太小，使得二個第一磁鐵106與二個第二磁鐵108太過靠近時，為了避免上述四個磁鐵彼此之間的相斥力造成難以組裝的狀況，可在四個磁鐵與第一導磁體104之間追加如膠水之黏著劑。惟在其他實施例中，若第一導磁體104之尺寸較大，上述四個磁鐵彼此之間的相斥力小於上述四個磁鐵與第一導磁體104之間的吸引力，則並不需要追加如上所述之黏著劑。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．流體磁化器

102．．．導磁性金屬管

104．．．第一導磁體

104a．．．第一側面

104b．．．第二側面

106．．．第一磁鐵

108．．．第二磁鐵

110．．．第二導磁體

110a．．．頂面

110b．．．傾斜面

110c．．．側面

111．．．第三導磁體

111a．．．頂面

112．．．第四導磁體

112a．．．頂面

114．．．第一部分

116．．．第二部分

118．．．第三部分

120．．．凸出部分

122．．．第一容置空間

124．．．第二容置空間

126．．．第三容置空間

D1．．．第一方向

D2．．．第二方向

為了能夠對本發明之觀點有較佳之理解，請參照上述之詳細說明並配合相應之圖式。要強調的是，根據工業之標準常規，附圖中之各種特徵並未依比例繪示。事實上，為清楚說明上述實施例，可任意地放大或縮小各種特徵之尺寸。相關圖式內容說明如下。

第1A圖係繪示根據本發明之一實施例之流體磁化器的立體示意圖。

第1B圖係繪示沿著第1A圖中之流體磁化器的側視示意圖。

100．．．流體磁化器

104．．．第一導磁體

104a．．．第一側面

104b．．．第二側面

106．．．第一磁鐵

108．．．第二磁鐵

110．．．第二導磁體

110a．．．頂面

110b．．．傾斜面

110c．．．側面

111．．．第三導磁體

111a．．．頂面

112．．．第四導磁體

112a．．．頂面

114．．．第一部分

116．．．第二部分

118．．．第三部分

120．．．凸出部分

122．．．第一容置空間

124．．．第二容置空間

126．．．第三容置空間

D1．．．第一方向

D2．．．第二方向

Claims (10)

1. 一種流體磁化器，用以磁化一導磁性金屬管內之流體，其中該流體磁化器包含：一第一導磁體，包含：一第一部分與一第二部分；一第三部分，其中該第三部分之二端分別與該第一部分及該第二部分接合，藉以形成一I字型結構；以及四凸出部分，分別設置在該第一部分之二端部與該第二部分之二端部；二第二導磁體，鄰設於該第一導磁體相對之二第一側面，每一該些第二導磁體與該第一導磁體之間形成一第一容置空間；一第三導磁體與一第四導磁體，分別鄰設於該第一導磁體相對之二第二側面，該第三導磁體與該第一導磁體之間形成一第二容置空間，而該第四導磁體與該第一導磁體之間形成一第三容置空間；二第一磁鐵，分別容設於該些第一容置空間中，其中每一該些第一磁鐵係同時與該第三部分及該些第二導磁體其中一者接觸；以及二第二磁鐵，分別容設於該第二容置空間與該第三容置空間中，其中該些第二磁鐵一者同時與該第一部分及該第三導磁體接觸，而該些第二磁鐵另一者同時與該第二部分及該第四導磁體接觸，該些第一磁鐵與該些第二磁鐵係以相同之一磁極面對該第三部分；其中接合於該第一部分之該些凸出部朝該第三導磁體延伸，而接合於該第二部分之該些凸出部朝該第四導磁體延伸；其中當該導磁性金屬管水平置放於該流體磁化器之上時，該導磁性金屬管之外側面同時與該第一導磁體、該些第二導磁體、該第三導磁體以及該第四導磁體接觸。
2. 如請求項1所述之流體磁化器，其中每一該些第一磁鐵以及每一該些第二磁鐵之磁能積為30至40百萬高斯厄司特且本質矯頑磁力為14000至17000厄司特。
3. 如請求項1所述之流體磁化器，其中每一該些第一磁鐵以及每一該些第二磁鐵之磁能積為磁能積為40至50百萬高斯厄司特且本質矯頑磁力為11000至14000厄司特。
4. 如請求項1所述之流體磁化器，其中每一該些第一磁鐵以及每一該些第二磁鐵為釹鐵硼類磁鐵。
5. 如請求項1所述之流體磁化器，其中該第一導磁體、每一該些第二導磁體、該第三導磁體以及該第四導磁體之材料係選自於由一純鐵、一低碳鋼、以原子百分比計計算時為65：35之一鐵鈷合金以及以子百分比計計算時為80：17：3之一鎳鐵鉬合金所組成之群組。
6. 如請求項5所述之流體磁化器，其中該第一導磁體、每一該些第二導磁體、該第三導磁體以及該第四導磁體之材料為該純鐵或該低碳鋼時，該第一導磁體、每一該些第二導磁體以及每一該些第三導磁體之表面覆蓋有一薄膜，該薄膜之材料為該鐵鈷合金或該鎳鐵鉬合金。
7. 如請求項6所述之流體磁化器，其中該薄膜之厚度小於0.1毫米。
8. 如請求項1所述之流體磁化器，其中每一該些第二導磁體具有一頂面、鄰接於該頂面之一傾斜面以及一側面，每一該些第二導磁體以該側面接合在該些第一磁鐵其中一者，且該金屬管之外側面係與該傾斜面接觸。
9. 如請求項1所述之流體磁化器，其中面對該第三部分之該些第一磁鐵與該些第二磁鐵之該磁極為N極。
10. 如請求項1所述之流體磁化器，其中該第三導磁體之幾何形狀係相同於該第四導磁體之幾何形狀。