申请日1990.10.30
公开(公告)日1991.05.01
IPC分类号C02F1/48; C02F1/64
摘要
本发明是一种超导水处理器，用于处理含有铁或强磁性物质的液体、(分离出顺磁性粒子和抗磁性粒子)属于超导磁分离技术领域，其中磁力产生部分是利用超导电性产生超强磁场，当磁场传递到分离部份时，顺(抗)磁性粒子在磁场的作用下，运动轨迹发生变化，产生定向迁移，穿透分离膜而得到分离，在磁力产生部分中采用了液体氦浸泡和循环制冷相结合方式和多层多屏绝热保温层，而分离则在室温下进行，同时本装置中又分别设置了冷铁结构的聚磁基体和温铁结构的聚磁基体相结合的聚磁方式。
権利要求書
1、一种利用超导电性的磁分离装置，“超导水处理器”它是由磁力产生部分和分离部分所组成，在磁力产生部分中：当超导线圈2得到由电源接口8输送的直流电时，即产生超强磁场，并通过聚磁基体4得到整理和加强。超导线圈2及其框架3和聚磁基体4处于液体氦的浸泡中，它与液氦进口1和出口3和聚磁基体4位于液体氦的浸泡中，它与液氦进口1和出口3和聚磁基体4处于液体氦的浸泡中，它与液氦，进口1和出口9和小型循环制冷机联接的循环制冷系统组成了本装置的制冷体系，其特征是所述制冷体系中的两种型式都具有单独保障低温工作的能力。分离部分中聚磁基体16是在室温下聚磁，直接形成对被处理液体的作用力，同时由分离膜15及其骨架组成了分离空间，以及由111和112组成的反冲洗通路便于冲洗分离空间及分离膜，分离部分主体是由玻璃钢制成。
2、一种如权利要求1所述装置中的聚磁基体4和16其特征是所述两个基体安装位置不同，工作温度不同，制作截面不同，材质不同。
3、一种如权利要求1所述装置，其特征是：该装置的外形尺寸和超导磁场的场强以及分离膜15的厚度等各项设计参数，可以根据被处理液体所含杂质的多少，以及所含杂质的物理性质和被净化液体总量的多少而设计制作成系列的水处理器。
4、一种如权利要求1所述装置中的分离膜15、其特征是：该膜可以分离出顺(抗)磁性粒子，在分离部分中造成分离空间，又可以承受一定的流体压力，便于清洗、还原。
5、一种如权利要求1所述装置，其特征是：该装置的两部分是相对独立的，该两部分采用法兰10联接进一步的特征还在于所述两部分工作温度不同，材质不同、制作组装方式不同。
6、一种如权利要求1所述装置的用途及应用方法其特征在于该装置对于被处理液体中的抗磁性粒子和顺磁性粒子同时产生分离作用，进一步的特征还在于分离出上述这两种粒子的液体还具有一般有磁化水的特性，而得到更广泛的应用。
说明书
本发明的目的是利用超导电性，提供一种比现有技术结构简单，不受PH值影响，能够以流动的液体中将铁或强磁性物质分离出来，其特点是该液体一次通过水处理器即可完成分离，使液体得到处理净化，水中含Fe2O3由100ppm降至<1ppm达到规定的标准，从而直接得到应用。
本发明的目的是这样实现的。
水处理器中的磁分离过程实际上是依靠磁场与被分离的磁性固体颗粒内磁偶极之间的作用力进行分离过程，假如磁性物质位于距磁场N磁极(或S极)的磁场中，磁性物质本身按照磁介质磁化理论磁化成磁偶极，这样磁化场N磁极(或S极)对磁偶极的S极(或N极)的交互引力，或者磁化场的N极对磁偶极的N极有一个斥力，磁力作用于铁分子(或离子)上使它发生运动轨迹的变化，产生定向迁移运动，无论是顺磁性粒子还是抗磁性粒子，磁偶极是N极还是S极在通过水处理器时将同时受到引力或斥力，在磁力的作用下，穿透分离膜而被分离出来。
在分离部分中由于流通截面积的突然扩大，而使液体的流动发生变化，流速降低或形成部分湍流，加上磁场的不均匀性，这样磁性粒子中磁偶极的一个极处在稍低的磁场中，因而它受到一个指向高场区的较强磁引力，该引力使粒子从低场区移至高场区，反之斥力将使它由高场区移至低场区。
现结合附图进一步说明实现本发明的最好方案：
在附图中编号1-9是本发明的磁力产生部分，其中1、9为液氦的进口和出口(按箭头方向)进口距底部3-5cm，出口距顶部2-3cm，并和小型循环制冷机联接，同时系统中联接超临界氦发生器，对于超导磁体的低温冷却，一方面运行中磁体线圈处于液氦的浸泡中，另一方面又联接了国产3WG-M型或G-M+J+T的小型循环制冷机，该机最低制冷温度4.2K，功率为1.5W-0.5W维修周期达3600小时，同时附图中的5、6设置了真空夹层和热辐热屏，用1G25Ni20不锈钢制作，真空度控制在1×10-5Torr，绝热保护材料采用铝箔，和填碳玻璃纤维纸，这样低温系统和多层绝热装置能够保障超导体的低温运行需要，电源入口8为直流供电的入口，电源的引线结构采用一端冷却的联接方式，超导磁体线圈2选用NbTi线材绕制，设计中心磁场在1.5-2.5T，4.2K时最大场强不超过3T，线材直径φ=0.5mm，为克服或减小机械退化，避免磁通跳跃，绕制线圈的绕制 张力控制在0.1-0.2MPa，并采用真空浸蜡方式把线匝固定，线圈绕在框架3上，线圈与框架之间衬聚四氟乙烯薄膜作绝缘，层间用氧化铝箔作衬垫，起到改善磁体内的传热条件和绝缘作用，框架3用黄铜制作，并在它的端面和园筒四周打有均匀分布的φ3的孔，同时在端面内侧装有绝缘胶木，聚磁基体4，处在液氦的浸泡中，用铁制作，磁力产生部分的外壳用不锈钢制作，联接法兰10的上边采用不锈钢制作与外壳焊接，下边采用玻璃钢制作与分离部分整体一次加工。
附图中编号11-17为本发明的分离部分，111和112分别为上、下冲洗阀，当分离膜和主体需要反冲洗时，可以利用冲洗阀进行反冲洗，以清洗杂质、保障分离效果，分离部分主体12采用玻璃钢制作，厚度一般为4-8mm，一次模具成型后再整体加工法兰17分离膜15是本装置的核心部分，其作用是抗(顺)磁性粒子在磁场的作用下通过分离膜15，该膜渗透性强即便于粒子通过又便于清洗还原，分离膜固定在支撑架13上，该支撑架采用聚氯乙烯或类似材料制成园形多孔骨架，固定在两侧法兰上，这样拆开法兰即可取出分离膜及其支撑架，便于维修、清理、联接管路14与被净化的液体管路联接，一次通过本发明即可直接应用于工业生产。聚磁基体16在室温下聚磁，安装在分离装置的上方，其作用是接收，整理磁力线，该基体固定在上 法兰的端部。
当被净化(处理)的液体以联接管路14进入处理器后，由于流通截面的变化，流速降低，那么，该液体就必须通过超强磁场，因而液体中所含的抗(顺)磁性子粒子也就必然受到超强磁场的作用，按照磁介质磁化理论，无论是抗磁粒子还是顺磁性粒子都将由底场区移至高场区，或者由高场区移至低场区，这种迁移的动力来自超强磁场，使粒子产生迁移并穿透分离膜，这样本发明的目的即可实现。
本发明涉及超导磁分离技术领域。
该装置利用超导电性获得超强磁场，通过本装置的分离部分由分离膜将水中的抗(顺)磁性粒子分离出来，一次过滤水中的Fe2O3含量由100ppm降至<1ppm，同时被处理过的水具有一般磁化水的性质。
超导水处理器由两部分组成即磁力产生部分和分离部分。
首先，磁力产生部分由超导线圈及其框架，聚磁基体，制冷剂，小型循环制冷机、直流电源供给，绝热保温屏以及外保护壳组成，其核心是必须确保超导磁体线圈处于超导态下运行。在磁力产生部分的中心是聚磁基体，它的外边是超导磁体线圈及其框架，上述三部分处于液体氦的浸泡中、组成了磁力产生部分的核心，同时，制冷剂液氦又在循环制冷机的作用下循环制冷，由此组成了一个比较完善的制冷体系，在外保护壳内设置了多层多屏绝热保温层，并使其处在负压下，同时在负压腔内设置了填碳玻璃纤维，使绝热保温层处于良好的状态，由于磁体处于超导态下，当电流通过时即可获得超强磁场，该磁场在聚磁基体的作用下，得到聚合、加强，而形成高场区。
在分离部分中，其主体形状与法兰三通相近似，上法兰与磁力产生部分联接，两侧对称的水平法兰则与管路联接，优点是便于制造、维修，同时分离部分的主体内又有
室温下的聚磁基体，分离膜及其支撑架，在该主体的上、下各设有一个冲洗阀。
整个分离装置的运行是在室温下完成的，磁力产生装置所产生的超强磁场，穿过多层多屏绝热保温屏，由分离装置中的聚磁基体接收、整理或加强这样该基体的端部及其附近即产生一个磁场，这时当含有Fe的液体通过分离装置时，该磁场必须作用于Fe，在磁场的作用下，致使抗(顺)磁性粒子产生定向迁移，发生运动轨迹的变化，穿透分离膜则富集在分离膜的外层，从而液体中的上述两种粒子的含量大量减少，使液体得到净化处理，在这里，磁场是连续的，液体也是连续流动的，因而分离也是连续的，只有当分离膜外层富集的粒子达到一定浓度，分离效果受到影响时，即可通过反冲洗液来清洗，再生，分离膜，然后继续投入运行，或者拆开联接法兰更换分离膜及其支撑架。
分离膜是分离部分的核心部件，它主要由苯乙烯系强酸性阳离子树脂或类似的阳离子树脂、经加工磨碎到25目-120目，加入粘合剂、滚压在尼龙纤维网上制成，这种膜渗透性强，即便于粒子穿透又便于清洗还原，分离膜是固定在支撑架上的，该支撑架由园形聚氯乙烯或类似材料制成的多孔装置，四周均布φ2-3.5的孔，起到支撑，固定分离膜和承受液体压力的作用。
在许多企业中如纺织、印染、造纸、食品等行业由于使用的水中含有铁杂质，而降低了产品质量。例如锅炉用水，由于水中含有高价铁离子，在锅筒内或给水系统中的金属表面会因高价铁离子的去极化而引起电化学腐蚀，同时降低了软化水交换树脂的交换能力，严重时造成树脂“中毒”造成再生液(盐)水，人工的浪费。
在现有技术中为了将水中的铁杂质分离出来，采取了许多方法来予以解决，其中有氧化法除铁，包括曝汽法，氯氧化法，接触催化剂，铁细菌法以及混凝沉淀法，虽然上述的各种方法在技术上是成熟的，使用效果也能令人满意，但却受到了场地、投资，运行费用，尤其是PH值的影响的制约，一般说来PH值超高二价铁溶解度越小，当PH值>8.0时地下水中二价铁的浓度很低，当PH值>7.0时地下水中的含铁浓度不高，当PH值不低于6.0时，含铁浓度最高不超过10毫克/升，因此必须在PH值适当时上述方法才能获得满意的除铁效果。
超导水处理器主要是从流体中分离或过滤出磁性材料。
由于超导体不必耗用大量的电能即可获得超强磁场，又可以利用它的结构形状的变化，得到各种梯度的磁场，因此国内外的有关部门和专家对超导磁分离技术及其应用进行了广泛的研究开发，如联邦德国DESOS型超导磁鼓分离机，美国斯蒂克力STEKLY研究的磁选机，1977年我国北
京有色金属研究总院，北京大学探索了超导磁分离技术在赤铁矿分离上的应用试验，上述各类装置的试验均获得令人满意的结果，由于超导磁分离技术针对性较强，在同一原理下采取多种结构形式，场强，梯度的设计，特别是分离方式不同，目前在工业化应用时遇到了一些困难，但是这些困难随着各项技术的突破将会得到克服。