专利名称:含碳酸钙水的处理装置及这类装置组合而成的水软化处理设备的制作方法
本发明涉及含碳酸钙水的处理装置。本装置主要由两根套管及一组永久磁铁组成。内外两根套管同轴安装，使两者之间构成一环形空间。永久磁铁块用垫片隔开，互迭安装，使邻接的磁极极性相同。永久磁铁组置于介电材料制的内套管之中。待处理水沿着螺形径迹流动，穿过由永久磁铁产生的磁场而得到处理。
本发明还涉及由多台上述处理装置按不同方式组合而成的处理设备。
众所周知，目前已问世的类似处理装置种类繁多，均可用于水处理，以避免管道和容器内壁上以及锅炉加热元件上沉积水垢。
欧洲专利申请书119368号介绍过一种类似装置。这种装置有一组永久磁铁，磁铁用软铁片隔开，并覆以绝缘材料罩，再置于一金属套管内。还有一输入室，上有两个切向侧孔，使水从绝缘罩与套管之间的环形空间内流过。
要使这种装置有效地工作，必须满足一个条件，即水必须沿着小螺距螺旋形径迹，绕着永久磁铁流动，以便磁铁对溶液中的离子起作用(洛伦兹力)，並根据离子的电荷性质，将它们汇集到相应的环形区内。
带正电荷的碳酸钙胶体在特定的区域内为负离子所包围，胶体颗粒之间的静电斥力减小，以致能凝聚起来，在流束中形成晶核而不沉积于管道内壁上。
某些已被采用的系统依靠挡板之类的机构形成水的螺旋流动。美国专利3923660号介绍过一种这样的系统多个永久磁铁柱周围的环形空间中安装着一个螺旋形导流机构，使待处理的水沿螺旋形径迹流动。
上述系统的一个缺点是结构复杂，因而组装费用较高。
无螺旋导流机构处理系统的缺点是流量对流体径迹的影响很大。因此，流量大小不同，则流动特性亦不相同。
上述系统的效率与使用状态(即管中水的流量)紧密相关。家用水处理设备的流量变化自然很大，因而这类系统的效率很不稳定。
此外，我们知道，任何一种杂质，若固着在与水接触的铁壁上，就构成一个能使金属腐蚀的阴极区，在不含空气的水中产生二价铁的氢氧化物〔Fe(OH)2〕，而在含空气的水中则产生三价铁的氢氧化物〔Fe(OH)3〕。在某些条件下，Fe(OH)2可转变成Fe3O4，即磁铁，从而形成强度很高的氧化层。
若能防止碳酸钙固着在金属上，即可阻止金属腐蚀，这样就能使管道内表面保持清洁。因此可以说磁性处理器也起到间接防腐蚀作用。
G·普瓦里叶(Poirier)在《阴极保护概论》一书中(1962年巴黎版，第30-33页)介绍了电位PH图，据此可以了解铁在水中的腐蚀区和钝化区。
如想保持管道不生锈，使其处于钝化状态，也就是说使其处于能形成保护性氧化物(Fe2O3)的条件下是很有利的。
本发明旨在克服上述这些缺点，制造一种不受家用设备或工业设备管道中水流量影响的水处理装置，其效率基本保持稳定，並具备各种必要条件使其处于钝化区而不生锈。
如前所述，按本发明制造的装置有两个端头，分别安装在两根管子的两端，各自处于相应的位置。端头上各有一个中心孔，並至少各有一个侧孔，使中心孔与上述环形空间连通。
按照一种优先实施例，输入端头上有两个通向中心孔的侧孔，其走向与中心孔基本成切线关系。输入端头上两个侧孔的轴线在垂直于该装置轴线的平面上的投影构成60°-80°的角。一侧孔轴线与该装置轴线之间的夹角以90°左右为佳，而另一侧孔轴线与装置轴线形成的夹角则以小于90°为佳。这样，将该装置垂直安装后，一个侧孔喷出的水呈水平方向，另一个侧孔喷出的水与水平面成下倾夹角，以形成螺距较小的螺旋形径迹。
为此，应仔细确定侧孔的方向，以便使水在环形空间中的螺旋形径迹与该装置的轴线形成5°-35°的夹角。此角以15°左右为最佳。
垫片的高度最好小于或等于永久磁铁的高度。实际应用中，最低高度以0.1毫米为宜。
垫片直径最好等于或稍大于永久磁铁的直径。内外套管之间的环形空间的侧壁上最好覆以介电材料，以便为其处于钝化状态提供一切必要的条件。
按照一种特定实施例，外套管为介电材料管。
另一种优先实施例是外套管为金属管，其内壁有一层介电材料衬套。
介电材料最好用聚丙烯或聚四氟乙烯。
用上述各种不同结构形式的处理装置所作的试验表明，就达到下游管道钝化状态而言，这些处理装置都有各自最佳的工作范围。特别是我们还发现，内外两套管间的环形空间内水的流速对达到钝化状态来说具有决定性意义。然而，家庭用水设备也同某些工业用水设备一样，水流量，即水的流速是随用户对水的需要量大小而变化的。
为了做到不管流量发生什么变化，下游管道都能始终保持钝化状态，可以制造一种组合装置来实现这一目的至少将两个上述处理装置串联安装或组合成为一体，再配置一个或多个控制阀。控制阀按水流量的大小不同而将水导入这个或那个装置中。
在两个处理装置之间加入控制阀，串联起来，置于同一根外套管内，这是一种较好的实施例。
每个处理装置都有一根内套管和一根外套管。第一个装置的外套管最好采用上面已经提到过的那种外套管，第二个装置的外套管最好同轴安装在此外套管之内，以便共同构成第二个环形截面空间，它与第一个装置的两根套管构成的环形空间基本相同。
安装在两个装置之间的控制阀最好带有一个中心活动件，能在与下一个装置的输入端头相连的固定件内作轴向移动。该阀门还应有一弹性机构。当流经前一个装置的水流量小于预定阈值时，弹性机构把中心活动件推到位置1上。而当水流量大于上述阈值时，弹性机构被压缩而使中心件移动到位置2上。
按照本发明的一种特定实施例，弹性机构采用螺旋形弹簧。
另一种较好的实施例是弹性机构有一个气动装置，该装置由固定件与活动件之间的环形密封室构成。此装置的作用是积存加压气体。
水处理设备可以由多个(特别是三个)装置串联而成，同轴安装在一外套管内。这些装置的设计要求如下使流经装置的实际水流量与流过其外围环形空间的流量之和基本上等于处理能力最大的第一个装置输入端测得的水流量。
按照本发明的一种实施例，这种水处理设备有两个结合在一起的水处理装置和内外套管构成的环形空间。此空间内有两条截面积不同的螺旋形通道和带活动件的输出端头。活动件能关能开，关闭时，最大截面螺旋通道阻塞，打开时，各通道畅通无阻。
另一种实施例是上述螺旋形通道安置在内套管管壁上。
另一种更好的实施例是该设备由两个结合在一起的水处理装置组成，並在内外两套管之间安置了一根中介管。此管与内外套管一起构成两个环形空间。输出端头有活动件，能在关闭和开放两个位置间移动，从而使外层环形空间处于阻塞或通畅状态。
另一种特定的实施例是输出端头最好有圆锥形底座，且活动件由滑阀构成。滑阀端部呈圆锥形，可与底座相配合，滑阀还有一个带侧孔的中心通道。通道周围至少有一个轴向小槽。
参照实施例和下列附图的说明，将能更好地理解本发明及其装置的主要特性图1是按本发明第一种实施例的装置纵剖视图。
图2是本发明装置输入端头细部立视图。
图3是图2中输入端头的仰视图。
图4是图1中装置的输出端头细部立视图。
图5是图4中输出端头的俯视图。
图6是按本发明第二种实施例的装置纵剖面图。
图7是按本发明第一种实施例，用图1、6所示装置组合而成的水处理设备。
图8表示这种水处理设备的最佳组合方式。
图9是安装在设备的两个处理装置中间的控制阀的局部放大图。
图10是图9所示控制阀的一种改型的细节图。
图11是按本发明另一种实施例的设备纵向剖面图。
图11A，11B和11C分别代表图11所示设备的三个横向剖面图。
图12是按本发明另一种实施例的设备纵向剖面图。
图1所示的装置主要包括以下部件内套管10，与内套管10同轴安装的外套管11，输入端头12和输出端头13。内套管10最好采用合成材料质圆柱形管子，里面有一组永久磁铁14，这些磁铁可以是圆柱形的，由垫片15(可用软铁制)隔开，互相迭接起来，用两个环扣16和17固定在管子内壁上。必须指出，内套管10的外壁很光滑，上面没有任何凹凸不平现象，故不会引起失控紊流。
外套管11的直径比内套管10大，前者套在后者的外面，两者之间构成一环形空间18。外套管的内壁同样很光滑，没有任何凹凸不平现象，理由同上。
在此例中，输入端头12和输出端头13的总体形状相同。输入端头有一中心孔19和第一收缩段20，这段外壁上攻有螺纹，以便与端部内壁攻有螺纹的外套管啮合而将其固定。同样，输出端头13也有一个中心孔21和一个截面收缩区22，其上也攻有螺纹，以便旋进外套管11的另一端而将其固定。输入端头12朝装置内部的那一面上有一圆形嵌槽23，用以安装内套管10。同样，输出端头13在相应的位置上也有一个圆形嵌槽24，用以安装内套管10的另一端。两个输入和输出端头拧进外套管后，内套管的位置即由嵌槽23和24固定住。
图2和图3所示的端头有两个侧孔30和31，用以接通中心孔19与环形空间18。这两个侧孔基本沿切线方向通向中心孔19，当装置竖立安装时，它们的轴线在同一水平面上的投影形成一夹角，但两个侧孔高度不同。轴线AA′与装置的轴线ZZ′大致成90°角。而轴线BB′与ZZ′的夹角则小于90°。如上所述，这种结构可使水绕着磁铁柱作小螺距螺旋状流动。
图4和图5示出的输出端头最好有三、四个侧孔32，等距离分布在截面收缩段的周围。这种结构可使流过装置的水快速而有效地排出。
为便于理解图6所示的装置，我们将图6所示装置与图1所示装置各对应元件用相同的编号标出。
此装置主要包括内套管10，外套管11，输入端头12和输出端头13。内外两套管是同轴安装的。内套管10是一段圆柱形管子。一组永久磁铁14用垫片15隔开，迭放在一起，用环扣16和17挂在内套管10的内壁上。
外套管11和直径大于内套管10的直径，前者套在后者外面，使两者之间构成一环形空间18。输入端头12和输出端头13与图1所示的装置相同。
内套管10采用诸如聚丙烯、聚四氟乙烯或其他类似的介电材料制成。外套管11最好由金属(如不锈钢)外套11a和一个衬套11b构成。衬套采用诸如聚丙烯、聚四氟乙烯或其它类似介电材料制成。用不锈钢之类材料制造外管可以对外部磁场的影响起到屏蔽作用，因而能够保护内套管中的永久磁铁14。按照某些实施例，可以考虑全部使用介电材料制造外套管。
各种试验表明，如果采用这类水处理装置，即，处理室由介电材料隔离的磁处理器来处理水，使水中所含的物质(如胶体和离子)在磁场的作用下不与金属接触，就可以使下游管道处于钝化状态。其直接效果是防止管道腐蚀。试验表明，管道内水停止流动后，这一保护作用还能延续多天。
图7表示按本发明实施例的一种特定设备，它由几个含碳酸钙水的处理装置(如3个，图中1、2、3)组成。这些装置与图1、6所示的装置相同。每个装置各有一个控制阀1a、2a和3a，根据输入管道4中的水流量Q0的大小，利用手控或自控方法操纵控制阀。自控方法可采用任何一种原理。因流量是可以测定的，故可在设备上安装一个中央控制机构，根据流量大小来操纵控制阀。
三个装置(1、2、3)的设计要求是在各自确定流量范围内能最有效地工作。例如以最佳工作效果为标准，各装置的流量应取下列值装置1大于30升/分，装置2为15-30升/分，装置3小于15升/分。
控制阀1a、2a和3a各有一个输入通道和两个输出通道。当输入流量Q0大于30升/分时，经处理器1处理的水由控制阀1a直接导向输出管5。反之，当输出流量Q0小于30升/分时，控制阀1a就选择另一输出通道，将经过预处理的水导向处理器2的输入端6。
如果在输入端6测得的流量Q1处在处理装置2的最佳工作条件范围内，即在15-30升/分之间，控制阀2a将水直接导向设备的输出端5。
如果流量Q1小于15升/分，控制阀2a将水导向处理装置3的输入端7，经处理后排放到设备的输出端5。
很显然，这种连续多级处理设备可以继续增多级数，可由较多的处理装置组成，每个处理装置能在各自变化较小的流量范围内最有效地工作。
图8表示另一种三级处理设备，这种结构形式有独特的优点。这种设备有一个外套管100和两个控制阀101a和102a。同轴安装的三个处理器101、102和103都安装在外套管100内。
处理装置101包括一个内套管110和一个外套管111。内套管中有一组用软铁垫片隔开的磁铁114。整个设备的外套管即为外壳100。输入端头112与图1所示的端头12相同。输出端头组装在控制阀101a上，下面将参照图9和图10对其作详细说明。
处理装置102同前述装置一样，有一个内套管120，内含一组由软铁垫片125隔开的永久磁铁124;还有一外套管121，亦即中介套管100′。输入端头122组装在控制阀101a上，输出端头组装在控制阀102a上。
处理装置103同样有一个内套管130，〔内有用软铁垫片135隔开的一组永久磁铁134〕和一个外套管131。输入端头132组装在控制阀102a上，输出端头133组装在整个设备的总输出端头上。输出端头133与图1所示的输出端头相同。
在实际使用中，这个装置的工作方式同图7所示的装置相同。水按箭头A方向由端头112进入，穿过端头上的侧孔112′，沿着箭头E方向以螺旋流的形式流入环形空间118内。如果初始流量足够大，水的流速适合装置101发挥最佳效率，控制阀101a即处于开放位置，使水能按箭头C方向流过外套管100与中介套管100′之间的环形空间128，同时按箭头D方向流过第二个装置102。
如果流量小于装置101发挥最佳效率的阈值，即小于30升/分，这时控制阀101a关闭，阻止经装置101预处理的水流过环形空间128，在这种场合，水被迫按箭头D方向流过装置102。控制阀102a在装置102与103之间也起着类似的作用。
图9表示控制阀101a(或102a)的一种最佳结构形式。此阀主要由下列构件组成固定件140，它通过连接环141与外套管111连在一起;活动件142，安装在固定件140里面，可按双向箭头M方向作轴向移动。弹簧143装在固定件140与活动件142之间。固定件140还包括第二级处理器(即装置102)的输入端头122。此端头122上至少有一个侧孔144，使水按箭头N方向螺旋式地流向相应的环形空间。固定件140还包括处理器101的输出端头，其上侧孔145能使来自环形空间118的水按箭头P方向流动。
在图9所示的结构中，沿着箭头P方向流动的水有足够大的压力，能压缩弹簧143，把活动件142向上推，结果使活动件142的径向开孔146对准固定件上的侧孔147。箭头P所示的流体有一部分可以穿过孔146和147，沿着箭头R方向流向该装置的外套管100与处理器102的外套管，即中介套管121所构成的环形空间，另一部分沿着箭头S方向流到处理器102内。
此例所述装置的初始流量大于上面确定的阈值，即大于30升/分。弹簧压力的大小以流经装置101的处理过的水的压力能打开阀门为宜。当初始流量降低到这一阈值以下时，弹簧143的张力使活动件142下降，使控制阀关闭，堵住侧孔147，阻止水向箭头R方向流动，迫使箭头P所示流体沿箭头S方向流动。
图10为气动型控制阀。固定件140与活动件142之间的压力室150由一根导管供给加压气体，气体的压力用一测量仪器，如气压计152控制。这一可调压力室的作用与图9中的弹簧143相同。气动系统的优点是使用方便，因为调压措施简单，压力值可根据直接读数加以控制。
图11以及沿Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ，Ⅲ-Ⅲ线所截的横剖面图11A、11B、11C所示的设备能对水进行有效处理，被处理水流量范围有两个，供用户选用。处理器200包括内外两个套管210与211，输入端头212和输出端头213。外套管211与内套管210同轴套装。与图1、6所示的装置不同，此处理器的输出端头213不同于输入端头212。一组圆柱形永久磁铁214，用软铁垫片215隔开，迭放在内套管210中。外套管211与内套管210之间的环形空间218内有两个螺旋通道，219为大截面积的通道，220为小截面积的通道。实际应用中，内套管210可以是模铸或车削的管子，上有双线螺纹状隔片。内套管装在外套管211内。两个螺旋通道219和220由一个中介孔221连通。此孔在图11C上的输入端头212中心孔上画很明显。待处理的水沿着箭头F方向流入上述两个通道。
输出端头是一个带有中心孔223的圆柱形构件222，其下部是圆锥形底座224。中心孔内装有活动阀225，平面图如图11A所示。此阀上有一中心通道226，阀下部也呈圆锥形，可与圆锥形底座相配合。活动阀的周围有四个轴向小槽227。一侧孔228将阀的中心孔226与小截面积通道220连通。
当待处理水的流量小于阈值时，活动阀225就留在圆锥形底座224上，把大截面通道219堵住。阈值由阀门制造厂家确定，主要由活动阀225的重量来定。
当待处理水的流量大于这一阈值时，水的压力把活动阀225顶起，水从侧面小槽227流出，经由侧孔229(见图11B)沿着中心孔223的方向流进中心通道226。
不管流量如何变化，水总是绕着磁铁柱作螺旋状流动。内套管采用介电材料制成。外套管的内壁衬有一层介电材料。
图12所示的处理器300同图11所示的装置一样，包括同轴套装的内套管310和外套管311，输入端头312和输出端头313。
一组永久磁铁314由垫片315隔开，迭装在内套管310里面。在内套管310与外套管311之间安装一中介套管316，与这两个套管共同构成两个环形空间317和318，待处理水从中流过。
输入端头312有一个中心孔319和一个或数个侧孔320，使水沿着箭头H方向流入环形空间318，端头312还有一个或数个侧孔321，使水沿着箭头J方向流入环形空间317。
输出端头313与图11所示装置的输出端头213大致相同。流量较小时，它将外层环形空间318的入口堵住，流经环形空间317而得到处理的水，穿过侧孔322沿箭头K方向流进活动阀324的中心通道323。流量较大时，在水压作用下，活动阀324打开，水穿过侧向小槽325沿着箭头L方向流动。
因此，无论流量怎样变化，水都能绕着磁铁柱按螺旋形径迹流动。唯一的活动件是活动阀。它可压在圆锥形底座上，或由不同的水压抬起一定高度。这种装置非常可靠，没有任何易出故障的零件。
本发明的装置不局限于上述结构类型，能工巧匠会作出多种修改和改型。
权利要求
1.一种含碳酸钙水的处理装置，由内外两根套管及一组永久磁铁构成，内外两套管利用端头同轴安装，使两者之间构成一环形空间，磁铁块用垫片隔开，迭接起来，使其邻接的磁极极性相同，置于介电材料制的内套管之中，让待处理水沿着螺旋形径迹流动，穿过由永久磁铁产生的磁场而得到处理，这种装置的特点是两个端头(12)和(13)分别安装在内外两根套管(10)和(11)的两端，同时将它们固定在各自的位置上，这些端头各有中心孔(19)和(21)，並有一个或数个侧孔(30)和/或(31)，(32)，藉以连通中心孔与上述环形空间(18)。
2.根据权利要求
1的装置，其特点是输入端头(12)有两个侧孔(30)和(31)，两孔基本沿切线方向连通中心孔(19);输入端头(12)上两个侧孔(30)和(31)的轴线AA′与BB′在垂直于装置轴线ZZ′的平面上的投影所成之角在60°-80°之间;轴线AA′与ZZ′之间夹角为90°左右，而轴线BB′与ZZ′之间夹角则小于90°。
3.根据权利要求
2的装置，其特点是确定输入端头(12)上的两个侧孔(30、31)的方向时，应使水在上述环形空间(18)内的螺旋形径迹与装置轴线ZZ′之间的夹角在5°-35°之间。
4.根据权利要求
2的装置，其特点是确定输入端头(12)上两个侧孔(30、31)的方向时，应使水在环形空间(18)内的螺旋形径迹与装置轴线ZZ′之间的夹角为15°左右。
5.根据权利要求
1的装置，其特点是垫片(15)的高度至多与每块磁铁的高度相等。
6.根据权利要求
1的装置，其特点是垫片(15)的直径至少与永久磁铁(14)的直径相等。
7.根据权利要求
1的装置，其特点是内套管(10)与外套管(11)之间的环形空间的内壁应衬以介电材料。
8.根据权利要求
7的装置，其特点是外套管(11)由介电材料制成。
9.根据权利要求
7的装置，其特点是外管(11a)为金属管，内衬介电材料衬套(11b)。
10.根据权利要求
7的装置，其特点是介电材料为聚丙烯，或聚四氟乙烯。
11.根据权利要求
1-11中的任何一项的水处理设备，其特点是由多个处理装置组装而成，並至少有一个控制阀(1a、2a、3a;101a、102a)，以便按照水流量的大小，将其导入这个或那个处理装置(1、2、3;101、102、103)中。
12.根据权利要求
11的设备，其特点是两个处理装置(101)和(102)之间加一个控制阀(101a)，接装起来，置于一共同的外套管(100)中。
13.根据权利要求
12的设备由两个处理装置(101)和(102)组成，它们各有一内套管(110)和(120)，一外套管(111)和(121)，本设备的特点是第一个装置的外套管(111)就是整个处理设备的外壳(100);第二个装置(102)的外套管(121)同轴套装在外壳(100)之中，並与之共同构成第二个环形空间(128)，其截面积基本等于第一个装置(101)内外两套管(110)与(111)之间的环形空间(118)的截面积。
14.根据权利要求
11的设备，其特点是控制阀(101a)或(102a)有一中心元件(142)，可在固定件(140)内作轴向移动，固定件与下一个装置(如102)的输入端头连在一起，控制阀还有一个弹性机构，当流经前一装置的水流量小于某一确定阈值时，把中心元件推到位置1上，而当此流量大于这一阈值时，弹性机构被压缩，中心元件(142)移到位置2上。
15.根据权利要求
14的设备，其特点是所述弹性机构是一个螺旋形弹簧。
16.根据权利要求
14的设备，其特点是所述弹性机构是一气动装置，该装置由活动件(142)与固定件(140)之间的环形密封气室构成;该气室用以容纳压缩气体。
17.根据权利要求
12的设备由多个装置串接而成，同轴套装在同一外壳(100)内，其特征在于，每一装置的设计要求是流经该装置及其外围环形空间的水流量基本等于第一个装置入口处的水流量。
18.根据权利要求
11的设备由两个处理装置组合而成，其特点是内套管(210)与外套管(211)之间的环形空间(218)内有两个截面不等的螺旋通道(219、220)，输出端头(213)上有一个活动件(225)，能在关闭和开放两个位置间移动，从而堵塞较大截面积的螺旋通道(219)或使两个通道畅通无阻。
19.根据权利要求
18的设备，其特点是上述螺旋通道(219)和(220)设在内套管210的管壁上。
20.根据权利要求
11的设备包括两个组合的处理装置，其特点是此设备有一根中介套管(316)，安装在内套管(310)与外套管(311)之间，並与之共同构成两个环形空间(317)和(318);输出端头有一个活动件(325)，能在关闭和开放两个位置间移动，从而堵塞或打开外层环形空间(318)。
21.根据权利要求
19或20的设备，其特点是输出端头(213)，(313)有一圆锥形底座;活动件(225、325)是一个滑阀，它有与圆锥形底座相配合的圆锥形端部和开有侧孔的中心通道，中心通道四周至少有一个小槽。
专利摘要
本发明系含碳酸钙水的一种处理装置。此装置主要由内外两个套管及两个端头同轴套装组成，使内外两套管之间构成一环形空间。内套管中装有一组永久磁铁。输入端头和输出端头各有一个中心孔及一个或数个侧孔。输入端头上侧孔的设计要求是无论用水流量如何变化，水在环形空间内都形成螺旋流。采用不同组合方式，可将几个装置组装成适合不同流量的完整处理设备。
文档编号C02FGK86101249SQ86101249
公开日1986年9月10日 申请日期1986年2月6日
发明者希莫尼·简·伊夫斯 申请人:森纳·吉尔伯特导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan