ВЫСОКОГРАДИЕНТНЫЙ МАГНИТНЫЙ ФИЛЬТР Советский патент 1998 года по МПК B01D35/06 

Изобретение относится к магнитным фильтрам, используемым для очистки потоков жидкостей и газов от диспергированных в них ферро-, пара-, и диамагнитных частиц и может быть использовано в энергетике для очистки оборотной воды, в пищевой промышленности для удаления примесей из жидких пищевых продуктов.

Известен высокоградиентный магнитный фильтр- сепаратор, состоящий из проточной емкости-канистры с размещенной в ней матрицей из пакетов фильтрующих ферромагнитных сеток и внешней магнитной системы. Данное устройство наиболее близко к заявляемому и служит прототипом.

Недостатком прототипа является то, что из-за значительных полей рассеяния, достижение высокой эффективности фильтрации (обеспечение необходимого градиента поля в матрице) возможно лишь при использовании мощных, громоздких и дорогостоящих, например, сверхпроводящих магнитов. Увеличить градиент поля при разумных размерах магнитной системы в известном устройстве можно за счет уменьшения диаметра проточной емкости, но это приведет к снижению расхода очищаемой среды и, как следствие, к падению эффективности работы фильтра. Кроме этого, принятое в прототипе взаимное расположение слоев в прототипе взаимное расположение слоев матрицы, перпендикулярное (или под некоторым углом) к направлению потока среды, требует для достижения необходимой эффективности очистки использования большого количества таких слоев, что вызывает увеличение габаритов и массы фильтра, а это в свою очередь вновь приводит к возрастанию магнитного потока рассеяния.

Цель изобретения - увеличение эффективности очистки, упрощение конструкции и уменьшение габаритов и массы фильтра.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве, включающем корпус, пористую матрицу в виде ряда слоев из ферромагнитного материала и магнитную систему, магнитная система содержит постоянные магниты на основе редкоземельных металлов (РЭМ) по числу слоев матрицы, установленные в герметичных тонкостенных кассетах из коррозионно-стойкого немагнитного материала непосредственно в корпусе фильтра так, что чередующиеся слои матрицы сформированы в промежутках между акссетами, имеющими боковые зазоры со стенками корпуса, диаметрально противоположные для каждой из соседних кассет, а магниты обращены друг к другу разноименными полюсами.

По сравнению с прототипом, отличительными признаками изобретения являются: наличие новых элементов и их связей - постоянных магнитов на основе РЗМ; герметичных кассет из немагнитного материала, в которых установлены магниты и которые снабжены боковыми зазорами с корпусом фильтра, диаметрально противоположными для каждой из соседних кассет; размещение магнитов разноименными полюсами друг к другу. Таким образом, заявляемое устройство отвечает критерию "новизна".

В науке и технике указанные признаки известны, однако они сообщают данному изобретению новые свойства по сравнению с теми, которые проявляют в известных технических решениях. Так, наличие постоянных магнитов на основе РЗМ, установленных непосредственно в корпусе фильтра разноименными полюсами друг к другу, в зазоре которых расположены слои матрицы, позволяет достаточно просто повысить градиент магнитного поля в матрице и одновременно уменьшить габариты и массу фильтра. Использование кассет, имеющих боковые зазоры со стенками корпуса фильтра, диаметрально противоположные для каждой из соседних кассет, обеспечивает лабиринтное течение потока очищаемой среды, что дает возможность увеличить эффективность использования матрицы за счет возрастания суммарной поверхности ее взаимодействия с потоком. Следовательно, можно утверждать, что изобретение соответствует критерию "существенные отличия".

Наконец, повышение градиента магнитного поля в матрице одновременно с повышением суммарной поверхности ее взаимодействия с очищаемой средой позволяет увеличить эффективность работы фильтра, упростить его конструкцию и уменьшить габариты и вес. Это значит, что изобретение удовлетворяет критерию достижения "положительного эффекта".

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Устройство состоит из корпуса 1, выполненного из коррозионно-стойкого немагнитного материала, верхнего 2 и нижнего 3 фланцев с подводящими и отводящими патрубками и тонкостенных цилиндрических кассет 4 из коррозионно-стойкого немагнитного материала. Внутри кассет расположены постоянные магниты 5 на основе редкоземельных Элементов. Между кассетами установлены дистанционирующие кольца 6, формирующие необходимый зазор между магнитами для размещения матрицы 7 из пористого ферромагнитного материала. Боковые поверхности каждой из кассет имеют плоские срезы на глубину не более 1/4 диаметра кассеты, обеспечивающие необходимые зазоры 8 с корпусом и определяемые требуемым расходом среды и габаритами фильтра. Кассеты установлены так, чтобы для каждой соседней из них указанные зазоры были диаметрально противоположны. Поток подается на вход фильтра, последовательно проходит через слои матрицы, расположенные между кассетами с постоянными магнитами. Размещение боковых зазоров в предлагаемом устройстве создает лабиринтное течение потока очищаемой среды, обеспечивающее максимальную суммарную поверхность взаимодействия среды с матрицей и наиболее эффективное использование энергии магнитного потока. При этом ферро-, пара- и диамагнитные частицы примесей удерживаются матрицей фильтра.

Эффективность работы предлагаемого устройства проверялась на примере очистки водной суспензии, содержащей различные примеси. Была использована магнитная система, состоящая из 10 постоянных магнитов Co₅Sm высотой 10 мм, расположенных в кассетах из нержавеющей стали Х18Н10Т, и матрицы из просечно-вытяжной сетки на основе магнитно-мягкой стали 00Х13 толщиной 10 мм в каждом зазоре. Полученные данные приведены в таблице. Напряженность магнитного поля в зазоре 5,4 кЭ.

Дополнительным положительным эффектом предлагаемого устройства по сравнению с прототипом является возможность быстрой его разработки и замены матрицы для последующей регенерации.

Высокоградиентный магнитный фильтр относится к устройствам для фильтрования и может быть использован в энергетике для очистки теплоносителя, в металлургии и химической промышленности для очистки воды, в пищевой промышленности для удаления примесей из жидких пищевых продуктов и позволяет увеличить эффективность очистки, упростить конструкцию и уменьшить габариты и массу фильтра. Устройство включает в себя корпус с кассетами, содержащими постоянные магниты на основе Co₅Sm. Кассеты расположены внутри корпуса фильтра разноименными полюсами магнитов навстречу друг другу, между кассетами расположена матрица из ферромагнитного материала и обеспечивается лабиринтное движение очищаемой среды внутри фильтра. 2 ил., 1 табл.

Высокоградиентный магнитный фильтр для очистки водных и газовых потоков от примесей, содержащий корпус, матрицу в виде ряда слоев из пористого ферромагнитного материала и магнитную систему, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки, магнитная система выполнена в виде постоянных магнитов, число которых соответствует числу слоев матрицы, причем магниты установлены в корпусе между слоями матрицы с зазорами к стенке корпуса и обращены друг к другу разноименными полюсами.