專利名稱：控制流體中的分子簇的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)對(duì)流動(dòng)的流體施加電場(chǎng)或磁場(chǎng)從而控制流體中的分子簇的設(shè)備和方法。
本發(fā)明者在美國(guó)專利US NO5,387,324中提供了一種裝置，該裝置利用在流體穿過(guò)的管內(nèi)設(shè)置的兩個(gè)具有不同電化電勢(shì)的電極處理流體。在此裝置中，至少部份用導(dǎo)電材料制成的電極之一放置在另一電極的全部導(dǎo)電材料的下游，以便使穿過(guò)管子軸向流動(dòng)的流體順序地與電極接觸，并且流體僅僅在從管中流出之前受到下游側(cè)電極的作用。在上游側(cè)采用一碳精電極，而在下游側(cè)采用一鐵電極，該裝置就可除去流體中的氧化鐵色。
本發(fā)明人還提供了一種方法和設(shè)備，以防止鈣垢和鎂垢的沉淀，在所述設(shè)備中，在流體流過(guò)的電絕緣管件的外圓周表面上設(shè)有用具有不同的電化電勢(shì)的導(dǎo)電材料制成的正、負(fù)電極。正、負(fù)電極均為管狀，并且相互有一定間距或?qū)嶋H直接接觸。在兩電極間的導(dǎo)電聯(lián)接是由通過(guò)流體主體的電容效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，以便使流體離子化。
在對(duì)上述類型的方法和設(shè)備進(jìn)行持續(xù)的研究和開發(fā)的同時(shí)，本發(fā)明者明顯觀察到橫穿流體流動(dòng)方向的磁場(chǎng)或電場(chǎng)可以影響該流體的分子簇的尺寸。也就是說(shuō)，在呈現(xiàn)分子聚集成簇的流體，如水等中，分子簇的形成不是固定不變的。分子簇處于變化、形成、分解、再形成的連續(xù)狀態(tài)，而且分子簇的尺寸也連續(xù)變化，一些分子形成大的分子簇，而另一些形成小分子簇。分子聚集的形成和變化是一種連續(xù)的變動(dòng)。分子聚集和分子簇尺寸的連續(xù)變動(dòng)表明導(dǎo)致分子聚集的原因是分子的鍵很弱。由于鍵的強(qiáng)度不足以維持分子簇的尺寸固定不變，并且，甚至溫度變化或流體本身的流動(dòng)都可以對(duì)分子聚集條件產(chǎn)生明顯的影響，因此，顯而易見(jiàn)，一個(gè)低能級(jí)的磁場(chǎng)或電場(chǎng)就可以控制分子群聚的效果。
本發(fā)明是以上述發(fā)現(xiàn)為依據(jù)的，因此，本發(fā)明的目的是提供一種可以利用電場(chǎng)或磁場(chǎng)來(lái)減小流體中的分子簇尺寸的設(shè)備和方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種設(shè)備，在該設(shè)備中，由至少兩個(gè)電極或磁極形成的很窄的電能場(chǎng)或磁能場(chǎng)橫向于穿過(guò)管子的流體的流動(dòng)方向作用于流體上，平行于流體流動(dòng)方向的能量場(chǎng)的寬度小于1mm，而電極或磁極的總厚度小于10mm。
最好，在用電絕緣材料或非磁性材料制成的管子的外圓周表面上設(shè)置兩個(gè)電極或磁極。
本發(fā)明可以采用各種類型的產(chǎn)生能量場(chǎng)的方法，例如有從外部電源供電的電極，或利用有不同的電化電勢(shì)的電極作為自生電場(chǎng)，或利用電磁裝置或利用常規(guī)的永磁鐵產(chǎn)生一個(gè)很窄的磁隙。
因?yàn)楸景l(fā)明與用于磁帶錄音或放音的磁頭有某些相似之處，故將參照該磁頭解釋本發(fā)明的原理。
眾所周知，在磁帶錄制的電學(xué)領(lǐng)域中，錄音和放音的質(zhì)量及頻率范圍由橫向于磁帶移動(dòng)方向的電磁場(chǎng)的寬度控制，并且較小的磁隙能顯著地?cái)U(kuò)大可錄頻率的范圍；采用這種窄磁場(chǎng)則有可能降低磁帶運(yùn)行的速度而不引起可錄放的頻率范圍的衰減。
可以根據(jù)流體流與移動(dòng)的磁帶等效，以及很窄的橫向能場(chǎng)與磁帶錄放磁頭所要求的很窄的電磁隙相當(dāng)?shù)挠^點(diǎn)來(lái)考慮本發(fā)明。
在處理流體，并且特別是水或含水的任何流體，或任何具有與水類似的由分子群聚而形成的分子簇的流體的情況下，很窄的電極間距和/或電磁隙的作用將與流體中存在的分子簇的尺寸直接相關(guān)。
為了便于解釋本發(fā)明，將以水為例進(jìn)行詳述，但是如前所述，本發(fā)明也涉及除水以外的分子可以聚集形成分子簇的任何流體。
在由本發(fā)明處理一種流體的情況下，電或磁的橫向場(chǎng)是恒定的，并且與磁帶錄音相比，沒(méi)有強(qiáng)度變化。不過(guò)，可以看作移動(dòng)的磁帶的流動(dòng)的流體由于分子簇的形成包含有能量的變化，并且可以看作一被錄制的磁帶。為了消除磁帶上錄制的信號(hào)，可以使磁帶穿過(guò)一個(gè)或者是極化的磁場(chǎng)，或者是低頻，例如50赫茲的磁場(chǎng)，或者一個(gè)同樣地極化或振蕩，例如50赫茲的電場(chǎng)，由此，破壞了磁帶的磁分量的組合和外加的重新排列，并使其呈現(xiàn)自然狀態(tài)。同樣，穿過(guò)橫向電場(chǎng)或磁場(chǎng)的流體容易受到這些場(chǎng)的影響，并且由分子群聚形成的分子簇受到感應(yīng)的電或磁效應(yīng)的干擾，該效應(yīng)則導(dǎo)致分子間的鍵合變得很弱，并由此減小分子簇的尺寸。
以天然水為例，研究已表明雖然預(yù)期分子簇可以形成包括通常所說(shuō)的球形的任何形狀，但是如果認(rèn)為是球形的話，其分子簇可以相當(dāng)大，大至1-2mm，小至微米尺寸。本發(fā)明裝置的共同性和效能在于控制分子簇，并且最好將分子簇的尺寸減至最小。
因此，本發(fā)明的主要特征是利用橫向于流體流動(dòng)方向的很窄的電場(chǎng)或磁場(chǎng)控制該流體的分子簇的大小。在采用電場(chǎng)的情況下，在與流體的流動(dòng)方向橫向相交的地方設(shè)置極間距很窄的很薄的電極；同樣，在利用磁場(chǎng)的情況下，磁極片應(yīng)具有最小的間距以形成與流體的流動(dòng)方向橫交的很窄的磁場(chǎng)。
為使該裝置有效地減小分子簇的尺寸，橫向場(chǎng)的有效寬度應(yīng)小于分子簇的尺寸，例如，大小為1mm(假定是分子簇的最大尺寸)的分子簇要求狹窄的橫向場(chǎng)的平行于流體流動(dòng)方向的寬度小于1mm，但是尺寸小于橫向場(chǎng)的寬度的分子簇則未受影響。因此，為了實(shí)現(xiàn)最大限度的有效控制最多數(shù)量的分子簇，橫向場(chǎng)的寬度應(yīng)減至最小。但是，對(duì)于與流體的分子簇尺寸相關(guān)的一個(gè)裝置的實(shí)際尺寸存在著一定的限制，并且，對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)，這個(gè)實(shí)際的尺寸限制必須被接受。不過(guò)，顯而易見(jiàn)，隨著制造技術(shù)的改進(jìn)，將會(huì)使實(shí)際的電極間距寬度或電-磁/磁隙寬度進(jìn)一步地減小。
實(shí)際上，正如磁帶錄放磁頭一樣，磁極片可以彼此相互的實(shí)際接觸，并且只有這個(gè)連續(xù)的磁極片材料的間斷處允許磁場(chǎng)從磁極片實(shí)際接觸的那一點(diǎn)離開磁極片延伸出去。這種結(jié)構(gòu)也可用于本發(fā)明。形成一個(gè)很窄的橫向場(chǎng)的電極也可以在實(shí)際上直接接觸，并且同樣使一個(gè)電場(chǎng)從電極實(shí)際接觸的那一點(diǎn)延伸出去。但是，在磁極片和電極這兩種情況下，可以在磁極片的兩面之間放置一塊極薄的非磁性材料的墊片，以提供一個(gè)更加明確限定的磁隙；同樣，在采用電極時(shí)，可以在電極之間放置一個(gè)非常薄的絕緣墊片，以提供一個(gè)更加明確限定的橫向電場(chǎng)。不過(guò)，可以理解，在磁極片或電極之間采用某些間隔介質(zhì)確實(shí)提供了一個(gè)較寬的橫向電場(chǎng)或磁場(chǎng)，而這是一個(gè)缺點(diǎn)，但是采用墊片的有利的一面是提供了一個(gè)更強(qiáng)的磁場(chǎng)或電場(chǎng)。在實(shí)際應(yīng)用中，必須采納一個(gè)折衷方案，它允許以最高的效率將分子簇尺寸減至適于特殊用途或要求的合適的尺寸。
鑒于流體可能受到實(shí)際的磁極片或電極的影響極小的事實(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)這些磁極片或電極沿流體流動(dòng)的方向暴露出最小的厚度或?qū)挾葧r(shí)，受磁極片或電極的影響也最小。
曾進(jìn)行過(guò)一系列的試驗(yàn)以力圖確定磁極片或電極的最佳厚度，并已發(fā)現(xiàn)在將磁極件或電極的厚度減至可達(dá)到的最小厚度時(shí)，該裝置的效率提高了。進(jìn)行了在與非磁性管或塑料管的外表面接觸的那部分磁極件或電極的厚度實(shí)驗(yàn)，并采用了小至幾微米的厚度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用幾微米的整體結(jié)構(gòu)的電極可使效率增加，但是對(duì)于磁極片來(lái)說(shuō)，這樣的整體厚度是不實(shí)際的，因此，將磁極片加工成楔形，由此，允許與非磁性管件的外表面接觸的磁極片的邊緣減小到幾微米，對(duì)于電極而言，總的厚度只需幾微米左右就足以提供足夠的機(jī)械剛度。電極裝置或磁極裝置優(yōu)選的最大的總厚度約為10mm。
應(yīng)指出的是，隨著電極的厚度和磁極片的有效面的厚度減小，該裝置的效率則提高。雖然，該裝置也可使用厚的電極或磁極片，但只有在電極厚度或磁極片的有效面厚度僅為幾微米時(shí)，其效率達(dá)到最高值，顯然，上述條件的成立，與絕緣塑料管或非磁性管的管徑無(wú)關(guān)，并且，在將電極固定在中心管的外圓周上的情況下，絕緣塑料管或非磁性管的厚度絲毫不妨礙對(duì)于分子簇的作用。例如，采用具有不同電化電勢(shì)的正、負(fù)電極的自生電極系統(tǒng)，該裝置是用內(nèi)管管徑從1/2”至10”，管壁厚度為2mm至8mm的管子制造。采用這些大內(nèi)徑的管子和上述的管壁厚度的試驗(yàn)表明，在效率上沒(méi)有明顯的降低。
根據(jù)一般的思路，特別是當(dāng)如上所述的采用磁帶錄音裝置來(lái)說(shuō)明本裝置的功能和對(duì)分子簇的作用時(shí)，對(duì)于可采用大直徑鋼管和厚管壁的事實(shí)，可以認(rèn)為似乎是不合邏輯。不過(guò)，就管壁厚度和大管徑而言，可不存在與磁帶的比較。應(yīng)指出的是，電極或磁極片完全圍繞管的外徑或管的內(nèi)徑，并且，其產(chǎn)生的場(chǎng)能效應(yīng)完全不同于只與窄條磁帶接觸的磁帶錄放磁頭。另外，從實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，電場(chǎng)或磁場(chǎng)在作用于塑料管段或非磁性管段的外圓周表面上時(shí)，確實(shí)穿過(guò)了管壁并對(duì)與管的內(nèi)表面接觸的流體產(chǎn)生一個(gè)作用。但是，該作用并不局限于接觸管壁的特定流體，而是通過(guò)聯(lián)鎖反應(yīng)，將此作用傳遞給整個(gè)流體，緊靠管壁的分子簇的尺寸變化使電荷發(fā)生變化，然后，該電荷變化影響相鄰的分子簇。可以理解，緊靠管壁的那些分子簇所受的作用最強(qiáng)，并且，為了實(shí)現(xiàn)均一的狀態(tài)，流體的穿過(guò)上述裝置的再循環(huán)將擴(kuò)大分子簇尺寸控制的分布范圍。
雖然，本發(fā)明人未能明確地理解，但在事實(shí)上電場(chǎng)和磁場(chǎng)確實(shí)延伸過(guò)特殊厚度的塑料和非磁性材料，這一事實(shí)已被許多實(shí)驗(yàn)和裝置所證實(shí)。另外，對(duì)狹窄的能量場(chǎng)的限定顯然毫無(wú)影響。對(duì)這一事實(shí)的一種可能的解釋是制造管子的塑料介質(zhì)和非磁性介質(zhì)都作為一種輸送線路，不會(huì)引起電場(chǎng)或磁場(chǎng)的畸變。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的半剖透視簡(jiǎn)圖，表示將一狹窄的橫向電場(chǎng)作用于一管道流體流動(dòng)系統(tǒng)的裝置和方法；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的改型的半剖透視簡(jiǎn)圖，表示將一狹窄的橫向電場(chǎng)作用于一管道流體流動(dòng)系統(tǒng)的裝置和方法；圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半剖透視簡(jiǎn)圖，表示將一狹窄的橫向磁場(chǎng)作用于一管道流體流動(dòng)系統(tǒng)的裝置和方法；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的改型的半剖透視簡(jiǎn)圖，表示將一狹窄的橫向磁場(chǎng)作用于管道流體流動(dòng)系統(tǒng)的裝置和方法；圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半剖透視簡(jiǎn)圖，表示將一狹窄的橫向磁場(chǎng)作用于管道流體流動(dòng)系統(tǒng)的裝置和方法；圖6是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的半剖透視簡(jiǎn)圖，表示將一狹窄的橫向磁場(chǎng)作用于管道流體流動(dòng)系統(tǒng)的裝置和方法；圖7是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的半剖透視簡(jiǎn)圖，表示將一狹窄的橫向電場(chǎng)作用于管道流體流動(dòng)系統(tǒng)的裝置和方法；圖8是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的更具體地顯示采用自生電場(chǎng)電極的裝置的結(jié)構(gòu)的半剖透視簡(jiǎn)圖；圖9是一個(gè)試驗(yàn)裝置的示意圖，用以說(shuō)明由于分子簇尺寸在流體流動(dòng)中產(chǎn)生的涌浪效應(yīng)；圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)試驗(yàn)的重量計(jì)量裝置的示意圖；和圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)試驗(yàn)的用于體積膨脹計(jì)量的裝置的示意圖。
參照?qǐng)D1所示的本發(fā)明的第一實(shí)施例，將包括一陽(yáng)極1和一陰極2的兩個(gè)電極固定在塑料管3的外周表面上。陽(yáng)極1和陰極2具有不同的電化電勢(shì)，例如一碳精陽(yáng)電極和一鋁陰極。碳精電極和鋁電極分別用極薄的碳片和鋁片制成，并且使它們直接地實(shí)際接觸或在其間設(shè)置一很薄的電絕緣膜片。將電極裝置固定在電絕緣管3，如一段塑料管的外圓周表面上。采用這組電極的裝置的結(jié)構(gòu)詳圖如圖8所示，其中，標(biāo)號(hào)1和2分別表示碳精電極和鋁電極。使電極1和2固定在塑料管3的外表面上。將電極1和2以及塑料管3的組件封閉在一個(gè)外殼4和端板5中。在端板5的內(nèi)圓周面上加工有用以放置一O型圈25的凹槽，O型圈25在塑料管3的端部和端板5之間形成緊密的密封。密封填料26在端板5和外殼4之間形成緊密的密封，以保持電極周圍穩(wěn)定的環(huán)境和干燥狀態(tài)。
在圖2中，除電極6和7是從外部電源8供電之外，采用了與圖1類似的系統(tǒng)。電極6和7可用任何導(dǎo)電的材料制造，最好，兩個(gè)電極的材料應(yīng)相同，采用一段電絕緣管3，以便支承電極裝置6和7。
在圖3中，采用磁系統(tǒng)來(lái)代替圖1和圖2中的電極，其中，標(biāo)號(hào)9是一段非磁性管，圍繞管9的圓周，沿邊設(shè)有磁極片10和11，磁極片10和11是由磁鐵12用磁場(chǎng)作用供能。
在圖4中，采用了同樣的橫向磁組件系統(tǒng)，但是用一電-磁系統(tǒng)增能。電磁鐵13與外部電源14相聯(lián)。
在圖1至圖4所示的裝置中，使窄的橫向能場(chǎng)施加在支承管段的外表面上；而在圖5中，窄的橫向能場(chǎng)件16和17設(shè)在管段14的內(nèi)部。在圖5中，自生電極16和17位于電絕緣管段14的內(nèi)部并與流體直接接觸。
在圖6中，永磁鐵系統(tǒng)位于管段15的內(nèi)部，其中永磁鐵18設(shè)有端蓋19和19a，二者在中心處聯(lián)接，以形成磁極件20和20a。
在圖7所示的結(jié)構(gòu)中，采用兩段分離的管段21和22，在兩個(gè)管段21和22之間設(shè)有橫向窄磁場(chǎng)形成元件23和24。在該實(shí)施例中，可采用各種各樣的系統(tǒng)裝置具有不同電化電勢(shì)的自生電極，外部供電的電極，永磁鐵或電-磁鐵磁極。為了方便起見(jiàn)，僅以具有不同的電化電勢(shì)的自生電極，即圖中所示的電極23和24為例進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D1、2、3和4，顯然，圖中所示的電極和磁極片可以如圖7中所示的那樣插在兩個(gè)管段之間。雖然，本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明僅以一套電極或磁極片為依據(jù)，但應(yīng)指出，可采用任何數(shù)量的電極或磁極片。重要的因素是在電極或磁極間有極小的間隔，并且這種間隔能形成很窄的橫向電場(chǎng)或磁場(chǎng)。
對(duì)于本領(lǐng)域中的任何專業(yè)人員而言，在流動(dòng)的流體中，或者用一個(gè)所謂的永久磁鐵，或者用一個(gè)電一磁裝置產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)的方法是顯而易見(jiàn)的。另外，可以清楚地認(rèn)識(shí)到具有不同的電化電勢(shì)的導(dǎo)電材料在與電解液，如水或其它流體接觸時(shí)，即使電解液只是很弱的電解液，如調(diào)味品、威士忌酒、葡萄酒等，也可以形成一個(gè)伏打電池結(jié)構(gòu)。不過(guò)，在采用外部加載的具有不同的電化電勢(shì)的電極的情況下，如圖1和圖8所示，與流體沒(méi)有接觸，其產(chǎn)生電能的系統(tǒng)略有不同。
為說(shuō)明圖1和圖8所示裝置的功能，要注意圖1和圖8中的電絕緣管(塑料管)3。眾所周知，所有的塑料在表面受到某些摩擦?xí)r就會(huì)產(chǎn)生靜電場(chǎng)效應(yīng)。參考水流過(guò)塑料管的情況，水流過(guò)該塑料管時(shí)的摩擦力在塑料管的外表面上產(chǎn)生一靜電壓電場(chǎng)。這意味著塑料管的外表面被靜電場(chǎng)所包圍。具有不同的電化電勢(shì)的電極，例如碳精電極和鋁電極處在該靜電場(chǎng)內(nèi)，并且該靜電場(chǎng)可被看作是一電解質(zhì)。碳將吸收電子，而鋁則釋放電子，因此在碳精電極附近電子減少；而在鋁電極附近電子增加，這就在碳精電極和鋁電極之間形成了一個(gè)電勢(shì)差，其結(jié)果是，存在一橫跨電極之間的窄隙的電場(chǎng)。其它的具有不同電化電勢(shì)的導(dǎo)電材料的組合，由于釋放電子的效率不同，也將產(chǎn)生電勢(shì)差，其中低電子釋放材料相對(duì)于高電子釋放材料將成為正極，因此，當(dāng)任何的有不同電化電勢(shì)的導(dǎo)電材料受到靜電場(chǎng)的作用時(shí)，都將出現(xiàn)電勢(shì)差。
在呈現(xiàn)分子群聚的流體，如水等中，分子簇的形成不是恒定的，分子簇處于連續(xù)變化的狀態(tài)，形成分子簇、分解、再形成分子簇，并且，分子簇的尺寸也處于連續(xù)變化的狀態(tài)，一些分子形成大分子簇，而另一些則形成小分子簇。分子聚集成團(tuán)和變化是一種連續(xù)的變動(dòng)。分子簇的形成和分子簇尺寸的這種連續(xù)變動(dòng)說(shuō)明分子的結(jié)合很弱，這就是分子聚集的原因。沒(méi)有足夠的結(jié)合強(qiáng)度來(lái)維持一個(gè)恒定的分子簇尺寸，甚至溫度的變化和流體本身的運(yùn)動(dòng)都會(huì)對(duì)分子成團(tuán)的條件產(chǎn)生顯著的影響，因此一個(gè)低能級(jí)的磁場(chǎng)或電場(chǎng)可以怎樣地控制分子群聚的效應(yīng)是顯而易見(jiàn)的。
由于相對(duì)于窄的橫向能場(chǎng)而言是較大的分子簇穿過(guò)窄的能場(chǎng)，電能或磁能會(huì)導(dǎo)致分子間微弱的結(jié)合力產(chǎn)生變化并改變分子簇的尺寸，使之與窄的橫向場(chǎng)的寬度相對(duì)應(yīng)。僅僅穿過(guò)窄的橫向場(chǎng)一次的流體只有部分的分子簇減小了尺寸，但這種處理常常足以滿足特定的要求。但是，穿過(guò)窄的橫向場(chǎng)的流體的反復(fù)循環(huán) 可以很有效地控制分子簇的尺寸。如上所述，分子簇在正常條件下處于恒定的變化狀態(tài)。采用根據(jù)本發(fā)明的裝置確實(shí)可以穩(wěn)定分子簇形成的狀態(tài)。如果是調(diào)味品、威士忌酒、葡萄酒等，分子簇尺寸的減小能使水迅速地與調(diào)味品的基本組分、威士忌酒、葡萄酒等混合，并且，一旦制成混合料，就不再分離；換句話說(shuō)，已使流體處于由混合保持穩(wěn)定的小分子簇狀態(tài)。在受到控制的流體不與第二種流體混合時(shí)，所控制的分子簇尺寸只能在較短的時(shí)間內(nèi)保持這種狀態(tài)；并且，除非另外采用某些方法利用分子簇的控制，否則，在那種流體中的分子群聚作用將逐漸回復(fù)分子簇的形成和使分子簇分解的變動(dòng)。
控制分子簇尺寸的另一效果是流體的離子化并抑制流體中溶解成份的淀析。在含有溶解成份，如鈣鹽溶質(zhì)，鎂鹽溶質(zhì)等的天然水的情況下，減小分子簇尺寸的作用能使流體內(nèi)的電荷發(fā)生變化，實(shí)際上是流體和溶解成份的離子化的變化。在此意義上，本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)可用于水處理，以防止在水容器系統(tǒng)中結(jié)垢(鈣垢和鎂垢等)。
為了證實(shí)采用本發(fā)明的裝置控制分子簇的效果，進(jìn)行了若干個(gè)試驗(yàn)。所用的裝置具有生成窄的橫向能量場(chǎng)的元件，使元件與內(nèi)徑為1/2”(12.7mm)、壁厚為1.5mm的塑料管的外周相固定。所用的系統(tǒng)是用在圖1中示意地示出的具有不同電化電勢(shì)的電極材料制成的并具有如圖8中所示的類似結(jié)構(gòu)，在此情況下，采用實(shí)際上直接接觸(電極間無(wú)間隔件)的碳精電極和鋁電極。組合的電極組件的總厚度為0.25mm。
抑制淀析(防結(jié)垢)的試驗(yàn)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將已經(jīng)過(guò)處理的流體樣品與未經(jīng)處理的流體樣品進(jìn)行比較的基本方法是最可靠的并且也在此試驗(yàn)中采用。兩份樣品的水都取自于同一個(gè)貯槽。一份水樣保持未處理，而使另一份水樣從本發(fā)明的裝置中穿過(guò)一次。將準(zhǔn)確測(cè)量了體積量的每一份樣品(經(jīng)過(guò)處理的和未經(jīng)處理的)放在相同的玻璃量杯中，然后放在加熱裝置上，同時(shí)等量的加熱樣品并允許水蒸發(fā)。兩個(gè)樣品均升溫75℃并保持該溫度以便兩個(gè)樣品蒸發(fā)。每個(gè)樣品的最初體積是100cc，并允許蒸發(fā)至50cc，此時(shí)水中的溶解物(溶質(zhì))出現(xiàn)一些沉淀。通過(guò)添加純水將殘余樣品補(bǔ)充至剛好是相同的體積(50cc)，然后讓樣品靜置幾個(gè)小時(shí)，以便使多余的沉淀再溶解，對(duì)每一樣品進(jìn)行電導(dǎo)率的測(cè)量，結(jié)果顯示，未經(jīng)處理的樣品的電導(dǎo)率明顯低于經(jīng)過(guò)處理的樣品。在未經(jīng)處理的水和由本發(fā)明的裝置進(jìn)行處理的水之間測(cè)到的電導(dǎo)率差為16μS/cm。電導(dǎo)率的大小是水中溶解的鹽成分，如鈣鹽和鎂鹽含量的一個(gè)通用指標(biāo)，隨溶液中鹽量的減少，電導(dǎo)率則降低。在上述試驗(yàn)中，電導(dǎo)率的測(cè)量結(jié)果表明，未經(jīng)處理的水的電導(dǎo)率低于經(jīng)過(guò)處理的水的電導(dǎo)率；由此顯示出，未經(jīng)處理的水中可溶鹽的含量減少，而處理過(guò)的水的電導(dǎo)率高于未經(jīng)處理的水，由此顯示出因沉淀減少水中溶鹽的含量較高，如前所述，這是隨著分子簇的尺寸變小，通過(guò)電荷的變化而產(chǎn)生的。電荷的變化也是離子化的變化。
為證實(shí)窄的橫向電場(chǎng)和磁場(chǎng)的控制作用的功能，用專門設(shè)計(jì)的試驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步的研究。在一種情況下，將未經(jīng)處理的水用真空仔細(xì)地脫氣，然后通過(guò)一臺(tái)0.4μm的過(guò)濾機(jī)過(guò)濾。設(shè)立一個(gè)與一段2mm的毛細(xì)管相聯(lián)的小水槽的試驗(yàn)臺(tái)。用真空吸入水，使之通過(guò)毛細(xì)管進(jìn)入貯槽，以便消除在簡(jiǎn)單地將水注入水槽時(shí)通過(guò)系統(tǒng)和一般的擾動(dòng)使空氣進(jìn)入水中的可能性。當(dāng)水槽幾乎注滿時(shí)，就讓水通過(guò)毛細(xì)管流出?？梢杂^察到，水不是從毛細(xì)管的開口端平穩(wěn)的流出，而是非常不規(guī)律的流動(dòng)，有時(shí)流的快，有時(shí)流的較慢可以很容易地觀察到，從毛細(xì)管流出的水流延伸的變化，似乎是先噴出，然后減慢。
使一些同樣的水穿過(guò)設(shè)有窄的橫向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的裝置，然后如上所述的過(guò)濾和脫氣。采用同樣的步驟填充小貯槽，然后，讓水流經(jīng)毛細(xì)管。這時(shí)，從毛細(xì)管的開口端流出的水完全平穩(wěn)，沒(méi)有任何不規(guī)則的噴射現(xiàn)象。
從這個(gè)試驗(yàn)中可以推斷出水中分子簇的尺寸減小了，因此能平穩(wěn)的流過(guò)毛細(xì)管。為了證實(shí)這一點(diǎn)，用0.5mm內(nèi)徑的毛細(xì)管代替2.0mm內(nèi)徑的毛細(xì)管，再用處理過(guò)的水重復(fù)上述試驗(yàn)。由于內(nèi)徑減小，水的流動(dòng)又變成是不規(guī)律的，就像未經(jīng)處理的水通過(guò)2.0mm內(nèi)徑的毛細(xì)管時(shí)一樣。顯然，未經(jīng)處理的水的分子簇尺寸可變化到超過(guò)2.0mm，而處理過(guò)的水由于受有窄的橫向場(chǎng)結(jié)構(gòu)的裝置的作用而可使分子簇尺寸僅超過(guò)0.5mm。
圖9示出了該試驗(yàn)所用裝置的一個(gè)例子，其中，標(biāo)號(hào)30是毛細(xì)管，31是水槽，32是通往真空泵的排氣管，33是進(jìn)氣管，34是控制排氣和進(jìn)氣的三通閥。字母A、B和C表示從毛細(xì)管孔中流出的流體，其中A和B表示未經(jīng)處理的流體的突然噴出，C表示采用根據(jù)本發(fā)明的圖1和圖8所示裝置處理后的流體的平穩(wěn)流動(dòng)。
該發(fā)現(xiàn)提出兩種可能性1)分子簇中分子數(shù)量減少了；2)分子簇中分子的數(shù)目相同，但更加緊密地結(jié)合，從而使分子簇縮小。
為證實(shí)上述兩種可能性的出現(xiàn)，進(jìn)行了進(jìn)一步的試驗(yàn)。
在此試驗(yàn)中，測(cè)量出恰當(dāng)體積的水的重量，一部分是未經(jīng)處理的水，而另一部分是采用本發(fā)明的裝置處理過(guò)的水。重量的測(cè)量精度達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后面四位。準(zhǔn)備測(cè)量體積專用的長(zhǎng)頸量杯，插入一段內(nèi)徑為1.0mm的毛細(xì)管。將水注入專用的長(zhǎng)頸量杯達(dá)到毛細(xì)管中的恰當(dāng)液位，由此，使重復(fù)注入的水(流體)量有相當(dāng)高的精度。
空的測(cè)量用長(zhǎng)頸量杯的重量為74.7670grms。將自來(lái)水注入量杯至確定的體積，長(zhǎng)頸杯和水的總重為170.0295grms。然后，將量杯完全倒空，并將通過(guò)本發(fā)明裝置(處理過(guò)的)的同樣體積的水再注入毛細(xì)管中到同樣準(zhǔn)確的液位，再測(cè)量其重量。這次顯示的重量為170.2315grms，比前一次增加了0.20grms。在由窄的橫向場(chǎng)裝置處理之后，該重量的增量是重復(fù)的，并由此認(rèn)為該重量的增加是準(zhǔn)確的。該重量增加可證實(shí)水中形成的分子簇仍然有相同數(shù)量的分子，但尺寸更緊湊，于是，當(dāng)水的體積精確相等時(shí)，重量則增加。
圖10所示為本試驗(yàn)中所用裝置的一個(gè)實(shí)例，其中，標(biāo)號(hào)35是毛細(xì)管，36是容器，將流體注入容器，直到毛細(xì)管上的標(biāo)記處，以達(dá)到流體的準(zhǔn)確體積。測(cè)量未經(jīng)處理的流體在上述體積時(shí)的重量，和經(jīng)本發(fā)明裝置處理的等量流體的重量。
進(jìn)行第三次試驗(yàn)，進(jìn)一步證實(shí)分子簇尺寸的減小。這次采用體積膨脹的方法。仔細(xì)測(cè)量?jī)煞轀?zhǔn)確體積的水，一份是未經(jīng)處理的水，另一份是用窄的橫向場(chǎng)裝置處理后的水。將兩份單獨(dú)的水樣分別放入有專門設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的計(jì)量裝置，然后，在水浴中加熱，直至水不再繼續(xù)膨脹。膨脹的體積被收集并稱量。在試驗(yàn)的各個(gè)階段都嚴(yán)格控制，確保精確度。最終的測(cè)量結(jié)果表明，處理過(guò)的水，其體積膨脹有所增加。進(jìn)行重量計(jì)量，以獲得比測(cè)量體積高的精度。順在此試驗(yàn)中，處理過(guò)的水比未經(jīng)處理的水的體積膨脹量要大0.4％。
圖11表示這項(xiàng)試驗(yàn)所用的裝置的一個(gè)實(shí)例，其中，標(biāo)號(hào)37是容器，38是集液杯，39是溢流管，40是圍繞容器37的環(huán)形板，用以支承集液杯38。將未經(jīng)處理的流體和經(jīng)本發(fā)明裝置處理的流體注入容器達(dá)到溢流點(diǎn)，然后將盛有流體的裝置在水浴中加熱。
第三個(gè)試驗(yàn)證實(shí)了第二個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果，而第二個(gè)和第三個(gè)試驗(yàn)又都證實(shí)了第一個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果。
下面是表示采用上述試驗(yàn)裝置所作的一系列試驗(yàn)的結(jié)果的表。
重量試驗(yàn)體積膨脹試驗(yàn)
對(duì)表格的說(shuō)明從表中可以看出，試驗(yàn)采用了不同的水。在采用有高硅石含量的水時(shí)，鈣、鎂的含量相應(yīng)較低，在室溫下進(jìn)行試驗(yàn)，其重量的增加或分子簇尺寸的減小要少于采用含有較高的鈣和鎂的自來(lái)水作試驗(yàn)時(shí)的相應(yīng)值。但是在圖表中顯示出加熱含硅石水的體積膨脹量則大于自來(lái)水的體積膨脹量。對(duì)此很難解釋，但可認(rèn)為熱能導(dǎo)致硅石分子簇的膨脹速率有所不同。眾所周知，水中含有硅石的溶液沒(méi)有任何的電導(dǎo)率，而鈣和鎂在水溶液中都產(chǎn)生強(qiáng)電導(dǎo)率。
雖然，上述試驗(yàn)的結(jié)果足以證明本發(fā)明裝置的功能，但為了證明采用本發(fā)明裝置控制分子簇的效果，又繼續(xù)進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單的試驗(yàn)。
調(diào)味品在制造某些調(diào)味品時(shí)，添加普通的鹽(NaCl)是配料中最基本的部分。但是，這些調(diào)味品在制造后不能立即使用，必須要提供一個(gè)陳化期，以使NaCl充分摻入混合物中并除去很濃的咸味。在日本，特別是日本醬油就是這種情況，但在許多食品加工中，也存在這種情況。利用本發(fā)明的裝置，可使NaCl迅速地與調(diào)味品的主要成分混合。做一個(gè)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)，并例證該效果，將少量的NaCl溶于水，直至水中有明顯的咸味。將鹽水分成兩份，使一份通過(guò)本發(fā)明的裝置，另一份保持未處理。簡(jiǎn)單的品嘗試驗(yàn)表明，處理過(guò)的那份鹽水的咸味已經(jīng)完全消失，而未經(jīng)處理的鹽水仍保留有咸味，該試驗(yàn)極有效地證明分子簇尺寸的快速變化，使混合物的兩種成分混合。
葡萄酒眾所周知，為了使酒的味道更加醇厚，制造葡萄酒的主要部分是提供一個(gè)陳化期。這就意味著必須使制造出來(lái)的生酒(base wine)放置一段時(shí)間，以便陳化。就像調(diào)味品等一樣，可采用試驗(yàn)方法來(lái)顯示在采用本發(fā)明的裝置處理前、后酒中的明顯差別。為了進(jìn)行該試驗(yàn)，采用了一種非常便宜的帶有明顯酸味的葡萄酒。從同一瓶葡萄酒里取出兩份，一份未處理，而另一份通過(guò)本發(fā)明的裝置。比較未經(jīng)處理部分和處理過(guò)的部分的味道的試驗(yàn)表明，在用本發(fā)明的裝置處理后的葡萄酒里酸味明顯減小，酒的味道變得柔和，就像經(jīng)過(guò)陳化的酒一樣。葡萄酒等的釀制又是分子簇尺寸減小的結(jié)果，使生酒的成分混合。正常的方法將提供使分子簇緩慢分解的時(shí)間及各組分極充分的混合。在上述試驗(yàn)中僅僅使酒穿過(guò)本發(fā)明的裝置一次，就已立即顯示出改善了的混合或陳化效果。如采用使葡萄酒穿過(guò)本裝置若干次的反復(fù)循環(huán)步驟，將使其更完全的混合，并使酒味更柔和更醇厚。
威士忌酒就威士忌酒而言，由本發(fā)明裝置進(jìn)行處理的效果不是如此之快，并且需要反復(fù)循環(huán)幾天才能達(dá)到所要求的陳化程度。用一種很便宜的，未經(jīng)陳化的威士忌作試驗(yàn)樣品。將這份樣品放入再循環(huán)系統(tǒng)中包括本發(fā)明裝置的再循環(huán)裝置中。讓再循環(huán)連續(xù)運(yùn)行，并且每天對(duì)酒味進(jìn)行品嘗檢驗(yàn)，威士忌的味道每天都有明顯的變化。在經(jīng)過(guò)了十二天的試驗(yàn)期后，生酒的味道完全變成充分陳化的威士忌的味道。
要指出的是，對(duì)于品嘗葡萄酒或威士忌領(lǐng)域中的任一專業(yè)人員而言，上述變化是相當(dāng)明顯的，特別是如上所述的處理“前和后”的品嘗。生威士忌酒和充分陳化的威士忌酒的味道無(wú)疑將在本領(lǐng)域中的專業(yè)人員頭腦中留下深刻的印象。葡萄酒與之類似，行家能夠通過(guò)品嘗檢測(cè)出陳化葡萄酒和仍然是生的葡萄酒之間的差異。即使那些品酒領(lǐng)域的非專業(yè)人員也能很容易地鑒別出生酒(品質(zhì)差)和經(jīng)本發(fā)明的裝置處理后的酒的柔和味道之間的差異。事實(shí)證明，品嘗試驗(yàn)是由各類人員進(jìn)行的，而且遺憾的是，他們并非威士忌或葡萄酒的行家。不過(guò)，在各種情況下的意見(jiàn)是一致的，即味道更適口、更柔和。對(duì)鹽水試驗(yàn)而言也是相同的，每個(gè)要求品嘗經(jīng)過(guò)處理后的鹽水的人都同意，在處理后的水中咸味不明顯。在鹽水試驗(yàn)中，要求每個(gè)人都向水中添加一點(diǎn)鹽，直至他們能品出淡淡的咸味為止，然后將此與通過(guò)本發(fā)明裝置后的同一鹽水相比較。按此方式，水中的鹽度依品嘗者自己的標(biāo)準(zhǔn)確定，該標(biāo)準(zhǔn)使那位品嘗者很明顯地鑒別出，由于該裝置的作用，確實(shí)引起了味道的改變。
雖然為了例證的目的，參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但在不偏離本發(fā)明的精髓的前提下，可進(jìn)行各種修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種用于控制流體中分子簇的設(shè)備，包括一個(gè)流體從中流過(guò)的管道裝置，以及用于使電能場(chǎng)或磁能場(chǎng)橫向于穿過(guò)上述管道裝置的流體的流動(dòng)方向作用于流體的裝置，上述能場(chǎng)平行于上述流體的流動(dòng)方向的寬度少于1mm；用于施加電能場(chǎng)或磁能場(chǎng)的上述裝置沿平行于上述流體的流動(dòng)方向的總厚度應(yīng)少于10mm。
2.如權(quán)利要求1所述的用于控制流體中分子簇的設(shè)備，其特征在于上述的能量施加裝置包括至少兩個(gè)電極，并且上述的管道裝置是用非導(dǎo)電材料制造。
3.如權(quán)利要求1所述的用于控制流體中分子簇的設(shè)備，其特征在于上述的能量施加裝置包括至少兩個(gè)磁極，并且上述的管道裝置是用非磁性材料制造。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的用于控制流體中分子簇的設(shè)備，其特征在于在上述管道裝置的外圓周表面上設(shè)置上述的能量施加裝置。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的用于控制流體中分子簇的設(shè)備，其特征在于在上述管道裝置的內(nèi)部設(shè)置上述的能量施加裝置。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的用于控制流體中分子簇的設(shè)備，其特征在于上述的管道裝置至少分成兩個(gè)管段，并且，上述的能量施加裝置設(shè)在上述的管段之間，上述的能量施加裝置的內(nèi)圓周表面暴露在上述管道裝置的內(nèi)部。
7.如權(quán)利要求2和4至6中任一項(xiàng)所述的用于控制流體中分子簇的設(shè)備，其特征在于上述的至少兩個(gè)電極具有不同的電化電勢(shì)，以提供一個(gè)自生的電場(chǎng)。
8.如權(quán)利要求2和4至6中任一項(xiàng)所述的用于控制流體中分子簇的設(shè)備，其特征在于上述的至少兩個(gè)電極從一外部電源供電。
9.如權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的用于控制流體中分子簇的設(shè)備，其特征在于上述的至少兩個(gè)磁極由永磁鐵增能。
10.如權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的用于控制流體中分子簇的設(shè)備，其特征在于上述的至少兩個(gè)磁極由電磁鐵裝置增能。
11.如權(quán)利要求4、7和8中任一項(xiàng)所述的用于控制流體中分子簇的設(shè)備，其特征在于上述的能量施加裝置至少是兩個(gè)環(huán)形的薄電極板，它們圍繞著上述管道裝置并由一嵌入其間的電絕緣膜間隔開。
12.如權(quán)利要求4、7和8中任一項(xiàng)所述的用于控制流體中分子簇的設(shè)備，其特征在于上述的能量施加裝置至少是兩個(gè)圍繞著上述管道裝置的環(huán)形的薄電極板，并且，上述的至少兩個(gè)電極板的總厚度應(yīng)小于10mm。
13.如權(quán)利要求4、7和8中任一項(xiàng)所述的用于控制流體中分子簇的設(shè)備，其特征在于上述的能量施加裝置至少是兩個(gè)環(huán)形的薄電極，它們彼此互相直接接觸，并圍繞著上述管道裝置。
14.如權(quán)利要求12或13所述的用于控制流體中分子簇的設(shè)備，其特征在于上述的至少兩個(gè)環(huán)形薄電極板具有不同的電化電勢(shì)，以提供一個(gè)自生的電場(chǎng)。
15.如權(quán)利要求14所述的用于控制流體中分子簇的設(shè)備，其特征在于上述的電極之一是碳，而上述的另一電極是鋁。
16.一種用于控制流體中分子簇的方法，利用至少兩個(gè)電極或至少兩個(gè)磁極產(chǎn)生一個(gè)窄的能場(chǎng)，并且使上述流體橫向流過(guò)上述窄的能場(chǎng)，上述電極或上述磁極以小于1mm的距離相互隔開。
17.如權(quán)利要求16所述的用于控制流體中分子簇的方法，其特征在于上述的電極具有不同的電化電勢(shì)，并且是自身供給能量的。
18.如權(quán)利要求16所述的用于控制流體中分子簇的方法，其特征在于上述電極由一外部電源供電。
19.如權(quán)利要求16所述的用于控制流體中分子簇的方法，其特征在于上述磁極由永磁鐵增能。
20.如權(quán)利要求16所述的用于控制流體中分子簇的方法，其特征在于上述磁極由電磁鐵裝置增能。
21.如權(quán)利要求16至20中任一項(xiàng)所述的用于控制流體中分子簇的方法，其特征在于上述電極由一位于其間的絕緣膜間隔開。
22.如權(quán)利要求16至20中任一項(xiàng)所述的用于控制流體中分子簇的方法，其特征在于上述的電極實(shí)際上彼此間相互的直接接觸。
23.如權(quán)利要求16、19和20中任一項(xiàng)所述的用于控制流體中分子簇的方法，其特征在于上述的磁極由一薄的非磁性介質(zhì)間隔開。
24.如權(quán)利要求16、19和20中任一項(xiàng)所述的用于控制流體中分子簇的方法，其特征在于上述磁極實(shí)際上相互直接接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制流體中的分子簇的設(shè)備,其中橫向于流過(guò)管道裝置的流體的流動(dòng)方向?qū)α黧w施加一電能場(chǎng)或磁能場(chǎng)。能場(chǎng)的平行于流體流動(dòng)方向的寬度小于1mm。該能場(chǎng)可以由兩個(gè)電極或兩個(gè)磁極產(chǎn)生,電極或磁極的總厚度小于10mm。電磁或磁極最好設(shè)在管道裝置的外圓周表面上。
文檔編號(hào)C02F1/48GK1171372SQ96122898
公開日1998年1月28日 申請(qǐng)日期1996年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月7日
發(fā)明者杰克·肯尼斯·伊伯特 申請(qǐng)人:杰克·肯尼斯·伊伯特, 吉田真紀(jì)子