Способ обработки жидких сред короткими электромагнитными импульсами низкой частоты

Изобретение относится к обработке жидкостей электромагнитными импульсами и может быть использовано в теплоэнергетике, коммунальном хозяйстве, медицине, быту и на транспорте. Способ обработки жидких сред осуществляют электромагнитными импульсами в диапазоне частот от 5 до 50 Гц и длительностью импульса в диапазоне от 1 до 8 мс. Используют электромагнитную систему, наложенную на трубопровод из немагнитных материалов. Электромагнитная система содержит генератор импульсов и соединенный с ним электромагнитный индуктор. Электромагнитный индуктор выполняют в виде незамкнутого магнитопровода с расположенной на нем намагничивающей обмоткой так, чтобы ось трубопровода находилась между полюсами электромагнитного индуктора. Изобретение позволяет обеспечить экономичный и эффективный способ электромагнитной обработки, приводящий к изменению физических свойств жидких сред. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области обработки жидкостей, в частности углеводородных топлив, воды и водных сред, спиртовых растворов, винных материалов, протекающих по системам транспортировки жидких сред, далее трубопроводам (водопроводам, топливопроводам), магнитными полями, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, теплоэнергетике, коммунальном хозяйстве, медицине, быту, на транспорте и других отраслях, где требуется качественное изменение физических свойств жидких сред.

Сущность магнитной обработки воды и водных сред, особенно насыщенных солями жесткости кальциево-карбонатного класса, состоит в том, что при пересечении водой или водными средами магнитных силовых линий катионы солей жесткости выделяются в массе воды или водных сред, а не на поверхностях, также в процессе магнитной обработки в жидкости выделяются микропузырьки газа с высокой адсорбционной активностью по отношению к минеральным отложениям, которые придают жидкости моющие свойства, что приводит к уменьшению накипи на поверхностях нагрева, а также способствует удалению ранее образовавшихся отложений. После обработки магнитным полем у воды появляются признаки «умягченной», при этом изменения химического состава не происходит.

Магнитная обработка углеводородных топлив приводит к уменьшению размера капель топлива в горючей смеси, что способствует более полному их сгоранию и, как следствие, их экономии. У ДВС улучшаются режимы работы, повышается тяговитость, уменьшается отложение нагара в камере сгорания, вследствие чего увеличивается ресурс двигателя.

Магнитная обработка спиртовых растворов и винных материалов позволяет выделить из них, а затем удалить вредные примеси, улучшает вкусовые качества, увеличивает крепость напитков.

Известен способ и устройство для обработки углеводородного топлива (патент РФ №2426766), содержащий воздействие множества ударных волн на топливо с различными номинальными частотами посредством движения магнитно-восприимчивого тела в контакте с углеводородным топливом при скоростях и интенсивностях, обеспечивающих повышение эффективности сгорания топлива, при этом относительное движение тела вызывается воздействием пульсирующего магнитного поля на тело. Отличиями данного способа являются более высокие частота и напряжение обработки, наличие магнитовосприимчивого тела, находящегося в камере обработки применяемого устройства. Недостатками данного способа являются сложный алгоритм работы с применением микроконтроллера, сложность изготовления, необходимость врезки устройства в топливопровод.

Известно устройство для проведения обработки содержащих этиловый спирт напитков (патент РФ №2422503). Устройство состоит из замкнутого генерирующего магнитный поток контура, емкости для напитков и трех электрических обмоток-катушек, соединенных с внешним источником питания электрическим током. Замкнутый генерирующий магнитный поток контур изготовлен из состыкованных между собой магнитопроводящих элементов, образующих прямоугольник. В одном из элементов выполнен сквозной паз, в котором с зазором установлена емкость для напитка. Внутри других элементов размещены три обмотки-катушки, каждая из которых соединена с отдельной фазой внешнего источника питания, подающего переменный ток. Отличиями данного устройства являются составной магнитопровод с несколькими катушками, использование переменного тока.

Недостатки: повышенное энергопотребление и обработка жидкостей только в статическом состоянии.

Наиболее близким является устройство для электромагнитной обработки жидкости (патент RU 18068 U1, 20.05.2001 г. ). Данное устройство включает подключенный к генератору электромагнитных импульсов индуктор, коаксиально охватывающий трубопровод, на который попарно смонтировано с зазорами относительно друг друга четное количество индукторов, каждый из которых выполнен в виде обмотанного вокруг трубопровода электрически изолированного провода, один конец которого подключен к генератору электромагнитных импульсов, а второй конец электрически изолирован.

Отличие заявленного способа заключается в том, что электромагнитную систему, имеющую электромагнитный индуктор в виде незамкнутого магнитопровода с расположенной на нем намагничивающей обмоткой, накладывают на трубопровод таким образом, чтобы ось трубопровода находилась между полюсами электромагнитного индуктора, а генератор используют с частотой в пределах 5-50 Гц, длительностью импульса в пределах 1-8 мс.

Технической задачей изобретения является разработка недорогого, экономичного и эффективного способа магнитной обработки, приводящего к качественному изменению физических свойств жидких сред.

Для осуществления предлагаемого способа обработки жидких сред используется в соответствии с Фиг. 1 и 2 электромагнитная система, которая наложена имеющимся в корпусе 1 поперечным пазом и закреплена на трубопровод 2, выполненный из немагнитного материала. Электромагнитная система содержит генератор 3 и электромагнитный индуктор 4. Генератор выполнен с возможностью генерировать прямоугольные однополярные импульсы в диапазоне от 5 до 50 Гц и длительностью импульса в диапазоне от 1 до 8 мс. В данных диапазонах наблюдается заявленный эффект обработки жидких сред. Электромагнитный индуктор представляет собой магнитопровод С- или П-образной формы, торцы которого являются полюсами электромагнитного индуктора с расположенной на нем намагничивающей обмоткой 5, выводы которой присоединены к генератору 3. Магнитопровод электромагнитного индуктора выполнен из магнитомягких материалов, как вариант, из отожженного отрезка стальной трубы, как показано на Фиг. 1, в котором вырезан паз исходя из размера трубопровода или, как показано на Фиг. 2, согнутый из отожженной конструкционной стали. Отжиг уменьшает остаточную намагниченность магнитопровода. Обмотка намагничивания выполнена изолированным проводом рядной намоткой. Сечение магнитопровода и диаметр обмоточного провода выбирают исходя из мощности, достаточной для обработки жидких сред, протекающих с определенной скоростью по трубопроводу определенного диаметра по принципу - больше скорость и диаметр - больше сечение. Эффективность обработки воды в требуемых условиях определяют с использованием гидроксида натрия, который разводят в образцах необработанной и обработанной воды, помещенных в прозрачные емкости, из расчета 5-10 г на литр, в зависимости от количества солей жесткости. Через несколько минут в обработанном образце выпадают белые хлопья, а необработанный образец остается почти прозрачным. Также для проверки эффективности обработки различных жидких сред, как вариант, используют экспресс-анализ физической активации жидкостей, описанный в патенте РФ №2096759.

Во время работы электромагнитной системы в магнитопроводе возникает импульсный магнитный поток, в зазоре между полюсами электромагнитного индуктора, между которыми находится трубопровод, возникает импульсное магнитное поле, которое воздействует на транспортируемые по трубопроводу жидкие среды. Для использования на трубопроводах больших диаметров или с высокой скоростью потока жидких сред электромагнитная система содержит по меньшей мере один или несколько дополнительных электромагнитных индукторов, установленных в отдельных корпусах, аналогичных корпусу электромагнитной системы, которые параллельно с основным электромагнитным индуктором соединены с генератором и закреплены на трубопроводе на расстояниях исключающих пересечение магнитных полей между индукторами, в одной плоскости или со смещением по окружности трубопровода. Как вариант, электромагнитную систему устанавливают на один из трубопроводов, а дополнительный электромагнитный индуктор на другой трубопровод отопительной системы и системы горячего водоснабжения, подключенных на вход отопительного котла. Как вариант, на полюса электромагнитного индуктора устанавливают постоянные магниты 6, изготовленные из Nd-Fe-B сплава, которые усиливают импульсное магнитное поле в между полюсами.

Прототипы электромагнитной системы были установлены у трех потребителей водопроводной артезианской воды на входе водопровода и на трубопроводы системы отопления и горячего водоснабжения. За относительно короткий промежуток времени (около 1 месяца) у потребителей очистились от отложений солей жесткости теплообменники устройств отопления и горячего водоснабжения, что показал контрольный демонтаж, а также выходы водопроводных кранов и запорных устройств сантехники. Примерно на треть уменьшилось потребление моющих средств, отпала необходимость в применении химических средств смягчения воды. Также прототипы электромагнитной системы были установлены на топливопроводы автомобилей Мерседес «Спринтер» с дизельным двигателем и Хонда-CRV с бензиновым двигателем. У автомобиля Мерседес «Спринтер» прототип был закреплен на топливопроводе подачи топлива к двигателю. В результате, через некоторое время, двигатель стал работать мягче, повысилась тяговитость, стал чище выхлоп, измерения на экономичность не проводились. У автомобиля Хонда CRV эффект обработки проявился только при установке прототипа на топливопровод отвода топлива от двигателя (обратку), сделан вывод, что при установке на топливопровод подачи топлива к инжекторному двигателю на эффект обработки влияет работа электрического насоса, установленного в баке, а также электромагнитов форсунок. В результате контрольных заездов в равных условиях штатный компьютер автомобиля Хонда CRV показал, что при применении прототипа на 10% уменьшился расход топлива, индикация компьютера предлагала производить переключение на высшие передачи при более низких скоростях, что говорит о достаточной мощности, стал чище выхлоп.

Вариант электрической принципиальной схемы электромагнитной системы показан на Фиг. 3. Задающий генератор выполнен на элементах 01.1, D1.2, частота генератора зависит от номиналов R2, С2. Импульсы с выхода задающего генератора поступают на каскад ограничения длительности C3, R3, D1.3, длительность импульсов зависит от номиналов C3, R3. С выхода D1.3 импульсы с заданной частотой и длительностью поступают на каскад согласования мощности, выполненный на элементах D1.4, D1.5, D1.6. С выхода каскада согласования мощности импульсы поступают на ключевой элемент, выполненный на транзисторе VT1. Задающий генератор, каскад ограничения длительности, каскад согласования мощности и ключевой элемент входят в состав генератора 3 электромагнитной системы. К ключевому элементу генератора 3 подключено начало обмотки электромагнитного индуктора, конец обмотки подключен к положительной шине питания, имеет значение направление намотки. Пунктирными линиями обозначены возможные подключения дополнительных электромагнитных индукторов. Параллельно с электромагнитным индуктором подключена цепочка индикации работы электромагнитной системы, состоящая из светодиодного индикатора VD1 и гасящего напряжение резистора R4. Конденсатор С4 является накопителем энергии между импульсами. Цепочка С1, R1 является сглаживающим фильтром питания D1. Намагничивающая обмотка намотана на магнитопроводе, выполненном из отрезка отожженной стальной трубы диаметром 42 мм с толщиной стенки 3,2 мм, длиной 30 мм с вырезанным пазом шириной 27 мм, учитывая стенки корпуса электромагнитной системы, проводом типа ПЭВ-2 диаметром 0,315 мм со смещением к одному из полюсов с электроизоляцией места намотки с целью недопущения электропробоя обмотки на магнитопровод и состоит из 100 витков, уложенных в 2 ряда. Как вариант, на полюса электромагнитного индуктора установлены постоянные магниты 6, выполненные из Nd-Fe-B сплава длиной 30 мм, шириной 5 мм, толщиной 2 мм каждый. В этом варианте паз в магнитопроводе вырезан с учетом толщины постоянных магнитов.

Электропитание электромагнитная система получает от внешнего источника постоянного напряжения 12 В, как вариант, используется напряжение от 12 В до 36 В при условии стабилизации напряжения питания D1. В случае применения на транспорте электропитание электромагнитная система получает от бортовой сети. Приведенное описание электромагнитной системы взято из находящейся на одновременном рассмотрении заявки на полезную модель №2015116868/20(026194), озаглавленной «ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КОНДИЦИОНЕР ЖИДКИХ СРЕД», поданной 30.04.2015., и является вариантом реализации заявленного способа, что подразумевает более широкое использование технических средств без отклонения от сути данного изобретения.

Описание чертежей

Фиг. 1 - электромагнитная система с С-образным магнитопроводом, разрез.

Фиг. 2 - электромагнитная система с П-образным магнитопроводом, разрез.

Фиг. 3 - электрическая принципиальная схема электромагнитной системы, где:

D1 - CD4049;

VT1 - IRF540N;

VD1 - LED-184PGC;

R1 - 200 R;

R2 - 200К;

R3 - 12К;

R4 - 120R;

C1 - 10×16V;

С2 - 470n;

С3 - 100n;

С4 - 470×16V;

L1 - обмотка электромагнитного индуктора. Пунктиром обозначена возможность подключения дополнительных электромагнитных индукторов.

Фиг. 4 - магнитопровод электромагнитного индуктора с намагничивающей обмоткой, где:

7 - начало обмотки;

8 - конец обмотки;

→ - направление намотки.

1. Способ обработки жидких сред электромагнитными импульсами в диапазоне частот от 5 до 50 Гц и длительностью импульса в диапазоне от 1 до 8 мс, в котором используют электромагнитную систему, наложенную на трубопровод из немагнитных материалов, содержащую генератор импульсов и соединенный с ним электромагнитный индуктор в виде незамкнутого магнитопровода с расположенной на нем намагничивающей обмоткой таким образом, чтобы ось трубопровода находилась между полюсами электромагнитного индуктора.

2. Способ по п. 1, в котором используют электромагнитную систему, в корпусе которой имеется поперечный паз полукруглой формы, повторяющий форму трубопровода, на противоположных сторонах которого находятся полюса электромагнитного индуктора.

3. Способ по п. 1, в котором генератор электромагнитной системы выполняют с возможностью генерировать прямоугольные однополярные импульсы.

4. Способ по п. 1, в котором выполняют магнитопровод электромагнитного индуктора электромагнитной системы С-образной формы.

5. Способ по п. 1, в котором выполняют магнитопровод электромагнитного индуктора электромагнитной системы П-образной формы.

6. Способ по п. 1, в котором выполняют магнитопровод электромагнитного индуктора электромагнитной системы из магнитомягких материалов.

7. Способ по п. 1, в котором используют электромагнитную систему с дополнительными электромагнитными индукторами, которые параллельно соединяют с генератором и закрепляют на трубопроводе на расстояниях между ними, исключающих пересечение магнитных полей между электромагнитными индукторами, в одной плоскости или со смещением по окружности трубопровода.

8. Способ по п. 1, в котором используют постоянные магниты, выполненные из Nd-Fe-B сплава, которые устанавливают на полюса электромагнитного индуктора электромагнитной системы.