包括在空间和时间上分离的三个阶段：处理阶段、混合阶段和使用阶段的对流体进行磁 ...的制作方法
【专利说明】包括在空间和时间上分离的Ξ个阶段：处理阶段、混合阶 段和使用阶段的对流体进行磁/静电/电磁处理的方法和 装直
[0001] 相关专利申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年4月8日向美国专利商标局提交的美国临时专利申请第 61/809650号的优先权，其全部内容通过引用纳入本文。
技术领域
[0003] 本发明大体上设及流体的磁/静电/电磁处理领域，具体设及包括Ξ个独立且在 时间和空间上都分离的阶段的对流体进行磁/静电/电磁处理的方法和装置。在第一阶段 (处理阶段）中，向处于具有受控时间和/或流速的循环过程中的工作流体施加基于永磁体 装置、或静电装置、或电磁装置的场，W获得经过直接电离的流体，其可W在用于第二阶段 前被储存起来。在第二阶段（混合阶段）中，将经过直接电离的流体用作对正常的未电离 流体进行间接电离的催离素或电离剂，该间接电离是通过按照经过直接电离的流体和正常 的未电离流体之间预定的混合比和混合方法对经过直接电离的流体和正常的未电离流体 进行混合来进行的。在第Ξ阶段（使用阶段）中，所得到的经过混合或间接电离的流体被 直接用于合适的应用中或被储存在胆槽中供W后使用。根据本发明的实施方式，所提出的 方法中的Ξ个阶段（处理、混合、和使用）在空间和时间上彼此完全分离。运意味着本发明 在其阶段之间实现了两种类型的分离：
[0004]a.空间上分离。第一阶段中所使用的处理过程无需像所有的现有技术中的那样与 第二阶段中所使用的混合过程位于同一位置。
[0005] b.时间上分离。自第一阶段生产经过直接电离的流体和自第二阶段生产混合流体 无需像所有的现有技术中那样同时同步进行生产。
【背景技术】
[0006]磁流体动力学（magnetohy化odynamics，Μ皿，magnetofluiddynamics或 hy化omagnetics)是一口对磁场效应下的导电流体的动力学进行研究的科学学科。Μ皿由 "ma即eto"意即磁场、"hy化0"意即流体和"dynamics"意即移动或运动衍生而来。Hannes Alfv6n于1942年开创了Μ皿领域，他为此获得了 1970年的诺贝尔物理学奖。
[0007] MHD的原理在于磁场能够感应出移动的导电流体中的电流，从而在流体上产生机 械力，并且改变磁场自身。描述Μ皿的方程式是由熟悉的流体动力学纳维叶一斯托克斯方 程（化vier-Stokesequations)与电磁学麦克斯韦方程（Maxwell'sequations)组合得到 的。研究指出磁流体动力效应可用于流体的磁处理。
[0008] 流体的磁处理已在文献中广泛描述。大量专利和研究论文描述了对流体进行磁处 理的方法或应用。例如，关于磁处理已公开了超过1500项的专利W及超过2500篇的研究 论文（根据ISIwebofscience)。
[0009] 另一方面，流体的静电处理在研究学会上的受关注程度却要低得多。例如，根据 ISI web of science,设及流体的静电处理的论文和专利不到50篇。运主要是因为流体的 静电处理中流体直接暴露于电流中所带来的风险和成本。
[0010] 流体的磁或静电处理的应用主要设及用于不同目的的水处理和燃料处理。所有W 往的流体的磁或静电处理的应用都集中在1)将具有不同通量密度和可变几何形状的磁/ 静电/电磁场直接施加于流动流体上，其中流体的整体或全部应当直接流过磁场或静电场 W接受处理。该直接处理实际上是限制磁处理推广的潜在障碍，因为运导致仅在安装磁处 理装置的初始阶段具有有效处理，而在之后的阶段通常为无效处理；或集中在2)将具有不 同通量密度和可变几何形状的磁/静电/电磁场直接施加于流体的一部分上，对其余部分 的流体不做处理而将其与经过处理的流体立即瞬时混合。该立即瞬时的混合工序可在Ξ个 场所中的一个发生：1)处理单元内、2)外部槽内、或3)使用旁路管道或采用Ξ通阀的管接 头内。
[0011] 在此方面，专利JP62007789A描述了一种通过使燃料流过采用流道腔的永磁体 装置来磁化燃料W提高燃油效率的处理装置。该装置的燃料出口供向燃料消耗部。专利 W097/01702A1提出了一种提高燃油效率的燃料调整装置，其中用于燃烧的燃料被迫沿着迷 宫式路径流过磁场W获得该燃料的层流。该装置的燃料出口与喷射器或化油器相连。专利 W092/16460设及一种水处理方法，该水处理方法通过使水W实际上尽可能高的速度连续地 进行流过磁装置和受影响的表面的循环W减少流水中的腐蚀和水垢。上述Ξ项专利采用单 独的二维构造的永磁体装置，且在处理全部流体的过程中没有任何对经过处理的流体和未 经处理的流体进行混合的步骤。
[0012] 专利EP0200710A2和US4734202介绍了一种用于水处理的双重处理方法，该方法 对水进行磁处理和微动力处理，其中，水向上流动且具有经过调整（通过控制旁路管道来 进行）的流速从而使微动力活性金属片在前后移动时大致保持在悬浮液中。运两篇专利采 用二维构造的永磁体，其中管接头内进行的立即混合过程只是为了控制处理的流速，而不 是为了进行有意的混合。另外，其没有进行穿过处理单元的循环过程，而只是使液体一次性 穿过处理单元。
[0013] US4320003A中对未经处理的流体和经过处理的流体进行了有意的立即混合，其提 出了一种通过使水在穿过磁力调节器的两条平行管道中流动来对水进行磁处理W降低和 预防水流经的管道和容器结垢的装置，籍此流体的一部分流过处理腔并接受磁场的处理， 而流体的其余部分流过旁路腔而未受到磁场的处理。该装置用于大部分水连续地进行流过 调节器的循环因而只有一小部分水需要处理的水系中。该专利采用二维构造的永磁体且混 合的目的在于保持运行条件如流速和压力而不影响大部分水连续循环的水系中的磁处理。 该立即混合过程在处理单元内进行W排除外部旁路管道的使用。
[0014] US5534156中提供了一种对水进行磁处理的方法，其通过去除一定体积的含有微 生物的水、对其施加磁场W及然后利用累使经过处理的水立即流回水系中来杀灭水系和蓄 水池中的微生物。该发明提出了两种处理方法，包括批处理和注入处理，其中经过处理的水 相对于未经处理的水的比例越高，处理的效果就越好。该专利采用二维构造的永磁体且混 合的目的在于使经过处理的水相对于未经处理的水的比例最大W提高处理的效果从而杀 灭水中的微生物。立即混合过程是利用具有累的循环系统在外部槽内进行的。
[0015] EP1970109A1设及一种对包含水相和液态控的多相流体进行高频电磁场处理（微 波福射）的方法。该方法用于通过使多相流体流过IMHz~lOGHz范围内的高频微波福射 来将包含分散于液态控中的水相的多相流体按其组分分离，高频微波福射中该多相流体的 水相被快速而选择性地加热，其暴露时间低于5秒且水相中的功率密度为至少10 5W/m3。经 过福射的多相流体随后流到分离器，多相流体在该处按其组分分离。根据该发明的实施方 式，由微波福射所得到的两相之间的溫差为至少20°C，其中水相的溫度为至少50°C。立即 混合过程是利用具有累的循环系统在外部槽内进行的。根据该发明，要处理的一部分流体 W-个或多个附加的处理周期再循环，且经过处理的部分会利用批处理或注入处理与未经 处理的部分立即混合。
[0016] 利用使用累的外部槽内的立即混合过程的最近期的专利是专利W02011/086522A1 和US2012/0305383A1。上述发明利用基于超声处理和高频电磁场处理的双重处理方法，其 目的在于增加从经过处理的原油和石油产品的残渣中生产的更有价值的轻质控的产率。介 绍了一种对原油和石油产品进行处理的方法，该方法基于两个阶段的处理工艺，在第一阶 段中对要处理的流体进行超声振荡，在第二阶段中再将其置于高频电磁场中，其中的高频 电磁场包括由超声阶段产生的部分（component)和由外部电源产生的另一个部分，该外部 电源WIGHz~15GHz范围内的一个或多个频率并W不超过1W的功率运作。根据该发明的 实施方式，超声振荡的强度低于IMW/m2,同时其声振动的频率可在20化~200KHZ。超声处 理可W利用超声振动W单一频率或W-个范围内的多个频率进行。根据该发明，要处理的 一部分流体W-个或多个附加的处理周期再循环，且经过处理的部分会与未经处理的部分 立即混合。立即混合过程是利用具有累的循环系统在外部槽内进行的。
[0017] 关于静电水处理，US4545887披露了一种用于提高去垢性能的置于水系的胆槽 中的静电电极，而US5591317提出了一种用于水处理的静电场发生器，其可W用于管内 (in-line)或槽内（in-tank)的应用W提高颗粒分散和减少结垢。US4902390披露了一种 用于降低水系中细菌数的静电槽内和/或管内水处理系统，而US4012310中提供了一种 具有确保系统正确运行的控制电路的静电水处理系统。在US4073712中，提供了一种通 过静电场对流体进行处理W防止加热应用如蒸汽锅炉或冷却应用如水冷器结垢的装置。 US5217607中掲示了一种利用静电处理和紫外线福射将水循环系统中的无机和有机污染物 降到最低的净水系统。静电燃料处理在研究人员中受到的关注则少得多。例如，US4173206 描述了一种用于燃烧系统的静电燃料喷射器。还应注意到所有设及静电流体处理的现有技 术在将工作流体用于合适的应用前都不包括任何对经过处理的流体和未经处理的流体进 行混合的过程。
[0018] 本发明旨在克服本领域中的运些和其他不足。
【发明内容】
[0019] 所有上述的包括对经过处理的流体（利用由永磁体装置产生的磁场或电磁场）和 未经处理的流体进行混合的过程的专利的共通特征在于，混合过程是在经过处理的流体生 产之后立即瞬时进行的。运意味着经过处理的流体的生产与混合过程在时间和空间上相关 联，经过处理的流体的生产必须与混合在同时同地进行（现场处理和混合）。运种经过处理 的流体的生产和混合过程在空间和时间上的相关联所带来的主要限制在于，用于生产经过 处理的流体的处理设备必须与混合工艺位于同一位置。
[0020] 除此W外，上述使用混合过程的专利还受到结垢过程的困扰，一些所引述的方法 无法放大规模W用于例如炼油厂的处理，或者一些方法无法缩小规模W适用于单位时间 (天或月等）的流量很少的小规模用户的消耗。而且，现场处理单元的安装需要对现有系统 或装置做出一些改动W生成立即混合的流体。运除了可能要关停目标装置W外还至少需要 对管道系统做出少许改动。
[0021] 通过W上讨论，本申请人认识到强烈需要一种改进的处理方法，该方法能够克服 W往的使用混合过程的方法和发明中的一些或所有不足。本发明的一个目的在于提供一种 包括Ξ个独立且在时间和空间上都分离的阶段的对流体进行磁/静电/电磁处理的方法和 装置。在第一阶段（处理阶段）中，向处于具有受控时间和/或流速的循环过程中的工作 流体施加基于永磁体装置、或静电装置、或电磁装置的场，W获得可W在用于第二阶段前被 储存起来的经过直接电离的流体。在第二阶段（混合阶段）中，将经过直接电离的流体用 作对正常的未电离流体进行间接电离的催离素或电离剂，该间接电离是通过按照经过直接 电离的流体和正常的未电离流体之间预定的混合比和混合方法对经过直接电离的流体和 正常的未电离流体进行混合来进行的。在第Ξ阶段（使用阶段）中，所得到的经过混合或 间接电离的流体被直接用于合适的应用中或被储存在胆槽中供W后使用。根据本发明的实 施方式，所提出的方法中的Ξ个阶段（处理、混合、和使用）在空间和时间上彼此完全分离。 运意味着本发明在其阶段之间实现了两种类型的分离。
[0022] a.空间上分离。第一阶段中所使用的处理过程无需像所有的现有技术中的那样与 第二阶段中所使