用于处理流体的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于处理流体的设备和处理流体的方法。
【背景技术】
[0002]许多研宄人员已经开发出用于各种目的的纳米颗粒。目前,这些纳米颗粒已被用在医疗领域、用于水净化以及用于微流通道中的流体混合,以及其它领域。纳米级颗粒的主要优点在于增大了相同质量颗粒的表面面积。这种表面面积的增大带来期望的效率提高。
[0003]在水净化领域,纳米颗粒起到同样重要的作用。然而,净化后去除该颗粒的问题引出具有磁芯的纳米颗粒的设想。这些磁性纳米颗粒的提出已有时日,并且许多“去除工艺”已被开发和研宄,以提高去除效率。
[0004]但是,系统的净化部分继续利用机械激励法,以通过物理方式相对于待处理流体激励纳米颗粒,从而产生净化的化学性质。这些方法通常涉及一些运动部件,并且与所有运动部件一样,它们最终导致磨损的维护问题。
[0005]本发明的目的在于提供用于处理流体的替代方法和设备。
【发明内容】
[0006]根据本发明,提供用于处理流体的设备,该设备包括:
[0007]用于保持大量待处理流体的腔室,所述流体包含磁性颗粒;和
[0008]磁场发生器,用于在所述腔室内产生非静态磁场,从而在使用时引起所述磁性颗粒在所述腔室内的运动。
[0009]所述腔室优选地包括入口和出口,待处理流体能够通过所述入口被引入,并且处理后的流体能够通过所述出口从所述腔室中去除。
[0010]所述腔室优选地由非磁性材料构造。
[0011]例如,所述腔室可以包括塑料材料。
[0012]所述磁场发生器可以包括围绕所述腔室设置的多个绕组。
[0013]例如,所述腔室可以是圆柱形的,并且所述磁场发生器可以包括两组或更多组绕组,这些绕组围绕所述腔室同心地设置并被布置为在所述腔室内产生旋转磁场。
[0014]优选地,每组绕组中的绕组成对地布置,其中每对绕组中的绕组彼此沿径向相对。
[0015]在优选的示例性实施例中,所述磁场发生器包括三对绕组,其中每对绕组相对下一组绕组围绕所述磁场发生器的中心旋转120°。
[0016]所述腔室可具有关联的由诸如铁或者钢的磁性材料形成的中心核,以引导或成形所述磁场。
[0017]所述磁性材料应被成形为使磁场集中在所述腔室中。
[0018]所述设备可以包括辅助磁场发生器,该辅助磁场发生器被布置为产生与所述磁性颗粒相互作用的磁场,从而将所述磁性颗粒朝向所述腔室的入口端推动,以防止所述颗粒在使用中从所述腔室被排出。
[0019]根据本发明,进一步提供一种处理流体的方法,该方法包括:
[0020]将大量待处理流体与一些具有所需处理特性的磁性颗粒一起引入到处理腔室中;和
[0021 ] 在所述腔室中产生非静态磁场以引起所述磁性颗粒在所述处理腔室内的运动,由此增进所述磁性颗粒与所述待处理流体的相互作用。
[0022]在一个实施例中,所述非静态磁场是旋转磁场,所述旋转磁场引起所述磁性颗粒在所述处理腔室内的旋转运动。其中所述颗粒的运动不同,例如为线性或振荡的实施例也是可能的。
[0023]在优选的示例性实施例中,所述旋转磁场由三对绕组产生,该三对绕组被连接到三相交流电源,以便所述绕组中各自的电流随时间以正弦曲线变化,并且在每对绕组中的电流相对于相邻绕组中的电流时间移位(time-shifted) 120°。
[0024]所述磁性颗粒优选地是纳米颗粒,所述纳米颗粒具有响应于所述非静态磁场的磁性以及为与所述待处理流体相互作用而选择的化学特性。
【附图说明】
[0025]图1是示出根据本发明示例性实施例的用于处理流体的设备的总体布置的平面示意图;
[0026]图2是例示图1中设备的磁场发生器的工作原理的示意图;
[0027]图3是图1中设备的实际实施例的局部剖视立体图;
[0028]图4是图3中设备的平面图;和
[0029]图5是所述设备的处理腔室的替代实施例的部分切去示意图。
【具体实施方式】
[0030]图1是示出根据本发明示例性实施例的用于处理流体的设备的总体布置的平面示意图。
[0031]该设备主要包括两个主要部件:处理腔室10和磁场发生器12。在所例示的实施例中,处理腔室10是大致为圆柱形,并且磁场发生器围绕腔室同心地设置。下面将参照图3和图4更详细地描述该设备样品的构造。
[0032]如从图1可见,磁场发生器包括三对绕组A-A’、B-B’和C_C’。每对绕组中的绕组如所例示的彼此沿径向相对,并且每对绕组相对下一组绕组围绕磁场发生器的中心旋转120°。在样品设备中,这些绕组包括市售三相感应电动机的定子绕组。
[0033]该三对绕组被连接到三相交流干线电源。绕组中各自的电流随时间以正弦曲线变化,并且每对绕组中的电流相对于相邻绕组中的电流时间移位120°。在围绕圆的圆周以120°间隔布置的三对线圈中的这些电流的存在将在该圆内引起磁场,并且该磁场将呈现为旋转的,这即是感应电动机的工作原理。这是因为,各绕组中的交变电流在不同时间达到峰值,以至于虽然绕组本身是静止的,所产生的磁场呈现为在空间中移动。
[0034]图2的示意图例示出上述工作原理。
[0035]现在参见图3和图4,示出了该设备的实际样品。图3是所述设备的立体图,其被部分切去以示出其结构。图4是图3中设备的平面图。
[0036]该设备利用传统的三相感应电动机来提供设备的磁场发生器。因而,磁场发生器12包括该感应电动机的壳体14和在壳体14内支撑在圆柱形框架(cylindrical former) 18上的三对定子绕组16。处理腔室10代替该感应电动机的转子,并具有位于其中心处的圆柱形钢芯20,其用于在磁场横跨感应电动机的转子通常所在的空间时引导该磁场。
[0037]处理腔室包围芯部20,并且包括上端板22和下端板24以及圆周外壁26,从而限定芯部和外壁26之间的环形体
积(annular volume)。上端板和下端板以及外壁由合适的非磁性材料构造。在样品设备中,使用透明塑料材料以便能够观察腔室的内容。
[0038]如果包含具有磁性的颗粒的待处理流体被引入处理腔室10中,则磁场发生器的运转将导致磁性颗粒在处理腔室中的总体旋转运动。例如,该流体可以是待处理的液体,诸如需要净化的水,而且该颗粒优选为具有磁性和用于净化水的适合特性的纳米颗粒。
[0039]在使用四极感应电动机作为永磁发电机的基础的实验中,对定子施加50Hz的交流电源,在处理腔室中产生25Hz的旋转磁场,其中磁场强度大约为0.15T。悬浮在处理腔室内的液体中的磁性颗粒被观察到以围绕处理腔室旋转的方式移动,同时呈现出复杂的局部涡旋运动。
[0040]图5示意性地示出处理腔室的示例性实施例,该处理腔室形成基于上述原理工作的设备的一部分。处理腔室10是大体圆柱形的,具有圆柱形外壁28、与该外壁同轴的内壁30以及相对的端壁32和34。因此,处理腔室限定了在平面图中呈环形的容积。该处理腔室设有接近其一个端壁34的流体入口 36和接近相反的端壁32的流体出口 38。加压流体可经由入口被引入到处理腔室中,并且在腔室范围内以旋涡运动移动,直到其经由出口排出。
[0041]所例示的处理腔室可形成使用具有磁性以及用于净化水的适合特性的纳米颗粒来净化液体(特别是水)的装置的一部分。该处理腔室由如上所述的磁场发生器包围,以在处理腔室内产生旋转磁场。优选地,该旋转磁场以与水在反应腔室中的涡旋旋转相反的方向旋转。这增进了纳米颗粒和待处理的水之间的接触。
[0042]为了防止设备在使用时纳米颗粒从反应腔室中排出,布置以辅助磁场发生器40以产生与纳米颗粒相互作用的磁场,而将纳米颗粒朝向处理腔室的入口端推动。此辅助磁场发生器例如可以是具有适合形状和磁性的永磁体,或者是由直流电激励的适合的电磁体。
[0043]所述设备具有许多优点。与物理搅拌待处理流体的设备相比,所述设备不需要存在磨损和维护问题的运动部件。因为在待处理流体中仅磁性颗粒需要被搅拌,而不是流体本身,所以该设备所需的动力小于其它寻求激励流体的类似设备。另外,激励流体将由于晃动及其它相关流体运动而易于导致流体中的压力增大,这会需要增强的处理腔室,这是所描述的方法避免的一个问题。
[0044]将理解,虽然描述了在圆柱形腔室中产生旋转磁场的磁场发生器,但本发明的其它配置也是可能的。例如,其中赋予磁性颗粒以线性、振荡或者往复运动的配置也是可能的,并且可使用各种不同形状的处理腔室。
【主权项】
1.一种用于处理流体的设备,所述设备包括: 用于保持大量待处理流体的腔室,所述流体包含磁性颗粒;和 磁场发生器,用于在所述腔室内产生非静态磁场,从而在使用时引起所述磁性颗粒在所述腔室内的运动。2.根据权利要求1所述的设备,其中所述腔室包括入口和出口,待处理流体能够通过所述入口被引入,并且处理后的流体能够通过所述出口从所述腔室中去除。3.根据权利要求1所述的设备,其中所述腔室由非磁性材料构造。4.根据权利要求3所述的设备,其中所述腔室包括塑料材料。5.根据权利要求1所述的设备,其中所述磁场发生器包括围绕所述腔室设置的多个绕组。6.根据权利要求5所述的设备,其中所述腔室是圆柱形的,并且所述磁场发生器包括两组或更多组绕组,这些绕组围绕所述腔室同心地设置并被布置为在所述腔室内产生旋转磁场。7.根据权利要求6所述的设备,其中每组绕组中的绕组成对地布置,其中每对绕组中的绕组彼此沿径向相对。8.根据权利要求7所述的设备,其中所述磁场发生器包括三对绕组,其中每对绕组相对下一组绕组围绕所述磁场发生器的中心旋转120°。9.根据权利要求1所述的设备,其中所述腔室具有关联的由磁性材料形成的中心核,以引导或成形所述磁场,从而将所述磁场集中在所述腔室中。10.根据权利要求2所述的设备,包括辅助磁场发生器,该辅助磁场发生器被布置为产生与所述磁性颗粒相互作用的磁场,从而将所述磁性颗粒朝向所述腔室的入口端推动以防止所述颗粒在使用中从所述腔室被排出。11.一种处理流体的方法,所述方法包括: 将大量待处理流体与一些具有所需处理特性的磁性颗粒一起引入处理腔室中;和 在所述腔室中产生非静态磁场以引起所述磁性颗粒在所述处理腔室内的运动,由此增进所述磁性颗粒与所述待处理流体的相互作用。12.根据权利要求11所述的方法,其中所述非静态磁场是旋转磁场,该旋转磁场引起所述磁性颗粒在所述处理腔室内的旋转运动。13.根据权利要求12所述的方法,其中所述旋转磁场由三对绕组产生,该三对绕组被连接到三相交流电源,以便所述绕组中各自的电流随时间以正弦曲线变化,并且在每对绕组中的电流相对于相邻绕组中的电流时间移位120°。14.根据权利要求11所述的方法,其中所述磁性颗粒是纳米颗粒,所述纳米颗粒具有响应于所述非静态磁场的磁性和为与所述待处理流体相互作用而选择的化学特性。
【专利摘要】公开了用于处理流体的方法和设备。所述设备包括由非磁性材料制做的圆柱形腔室,用于保持大量待处理流体。所述流体包含一些磁性颗粒,优选为纳米颗粒,其具有用于处理流体的所需特性。所述设备包括用于在所述腔室内产生非静态磁场的磁场发生器,由此在使用中引起腔室内磁性颗粒的运动。所述腔室具有入口和出口,待处理流体可通过所述入口被引入,并且处理后的流体可通过所述出口从腔室中去除。许多组绕组围绕所述腔室同心地设置,并且被布置成在所述腔室内产生旋转磁场。优选地,所述旋转磁场以与流体在腔室中的涡流旋转相反的方向旋转。这增进了纳米颗粒和待处理流体之间的接触。
【IPC分类】C02F1/00, C02F1/48, C02F1/46
【公开号】CN104903243
【申请号】CN201380068389
【发明人】伊凡·威廉姆·霍夫沙耶尔, 维贾雅·斯里尼瓦苏·瓦拉巴普拉普, 何卫华
【申请人】南非大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年11月14日
【公告号】EP2920117A1, US20150299004, WO2014076651A1