устройство комплексной обработки жидкости

Формула изобретения

1. Устройство для обработки жидкости, содержащее цилиндрическую камеру с входным и выходным штуцерами, размещенную соосно в центре камеры магнитную систему, состоящую из нескольких цилиндрических аксиально намагниченных постоянных магнитов, установленных одноименными полюсами друг к другу и разделенных магнитопроводами из магнитомягкого материала в немагнитном корпусе-трубе, отличающееся тем, что в пространстве между магнитной системой и внутренней поверхностью камеры соосно с ними расположен как минимум один цилиндрический пьезокерамический ультразвуковой излучатель, слева и справа от излучателя, а при нескольких излучателях и между ними соосно расположены тонкостенные цилиндрические электроды со средним диаметром, равным среднему диаметру излучателя, отделенные от излучателя и камеры диэлектрическими прокладками и подключенными к «плюсу» источника электрического напряжения, а корпус-труба магнитной системы электрически соединена с цилиндрической камерой, подключенной к «минусу» источника, при этом обрабатываемая жидкость пропускается между внутренней поверхностью камеры и внешней поверхностью пьезокерамического излучателя и электродов и одновременно между внешней поверхностью магнитной системы и внутренними поверхностями излучателя и электродов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность камеры, внешняя и внутренняя поверхности электродов и внешняя поверхность корпуса-трубы покрыты тонким слоем диэлектрического материала, например тефлоном.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камера выполнена из ферромагнитного электропроводящего материала с установленным на ее внешней поверхности герметичным разъемом для подключения излучателя и электродов к источникам питания.

Описание изобретения к патенту

Устройство предназначено для обработки различных видов жидкости путем комплексного воздействия на поток жидкости магнитным, электрическим и акустическим полями. Устройство может использоваться:

- при обработке воды в водонагревательных системах для уменьшения накипеобразований и уменьшения скорости коррозии оборудования;

- при добыче и транспортировке нефти для уменьшения скорости асфальтосмолопарафиновых отложений на внутренних поверхностях оборудования, снижения вязкости и уменьшения скорости коррозии;

- при обработке бензина и дизельного топлива перед подачей их в цилиндры двигателей для уменьшения вредных выбросов и экономии топлива.

Известно устройство для обработки топлива путем воздействия электрическим полем, содержащее камеру, снабженную, по крайней мере, двумя разнополярными электродами, подключенными к источнику питания (RU 2156879 C1, 7 F02M 27/04, 2000 г.). Поверхность электродов, контактирующая с жидкостью, покрыта диэлектрическим материалом, а между электродами размещен еще слой диэлектрического материала.

Известно также устройство для магнитной обработки жидкостей, содержащее диамагнитный корпус с размещенными в нем кольцевыми постоянными магнитами, разделенными шайбами из магнитомягкого материала и обращенными друг к другу одноименными полюсами (SU 1346584 А1, 4 C02F 1/48, 1987 г.).

Известно устройство для ультразвуковой обработки топлива (RU 2075619, F02M 27/08, 1997), содержащее цилиндрический корпус с патрубками для подачи и удаления жидкого топлива с размещенной в одном из них винтовой вставкой для перемешивания топлива, размещенный в корпусе ультразвуковой струйный излучатель, выполненный в виде двух спиралей Архимеда, лопасти которых имеют противоположные направления и расположены друг между другом, и камеру переменного сечения, расположенную за струйным излучателем.

Недостатком этих устройств является низкая эффективность обработки жидкости, т.к. осуществляется воздействие только одним из полей - электрическим, магнитным или ультразвуковым.

Известно устройство по одновременному воздействию на топливо магнитного поля и механических сил (RU 93034875, F02M 27/04, 1996). Устройство содержит рабочую камеру с соосно размещенным в ней валом, на котором с помощью упругих элементов установлено с возможностью вращения и вибрирования кольцо, выполненное в виде четного числа секторов из немагнитного и ферромагнитного материалов, чередующихся между собой. На секторах из ферромагнитного материала жестко закреплены имеющие спиральную форму перфорированные лопатки из ферромагнитного материала, а источники постоянных магнитных полей установлены в боковых стенках рабочей камеры попарно с противоположных их сторон и последовательно размещены по одну и другую стороны относительно нормальной к оси вала плоскости, проходящей через середину кольца. Недостатками этого устройства являются сложность и низкая эффективность, поскольку обработка производится только магнитным полем и вибрационным воздействием незначительной мощности.

Известен ряд устройств, предназначенных для обработки жидкостей одновременно магнитным и электрическим полями (например, RU 2093699 C1, 6 F02M 27/04, 1997 и RU 2278989 С2, F02M 27/04, 2004), содержащие как систему электродов, так и магнитную систему.

Недостатком этих устройств является низкое качество обработки жидкостей, обусловленное тем, что активация производится только действием электрического и магнитного полей.

Прототипом данного изобретения является устройство - гидромагнитная система, производимая компанией "Энирис-СГ " (www.Eniris.ru, 03.2007). Устройство содержит проточную металлическую камеру с впускным и выпускным каналами и расположенную в камере по ее оси магнитную систему, состоящую из нескольких цилиндрических сплошных магнитов, направленных друг к другу одноименными полюсами и разделенных прокладками из магнитомягкого материала, все магниты с прокладками помещены в немагнитный корпус-трубу, а обрабатываемая жидкость пропускается между внутренней поверхностью камеры и внешней поверхностью магнитной системы.

Недостатком устройства является низкая эффективность обработки жидкости, так как она проводится только воздействием магнитного поля.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для обработки жидкости, обеспечивающего повышение эффективности воздействия на обрабатываемую среду. Это достигается тем, что в устройстве для обработки жидкости, содержащем проточную цилиндрическую металлическую камеру с впускным и выпускным каналами и расположенную в камере по ее оси магнитную систему, состоящую из нескольких цилиндрических сплошных постоянных магнитов, направленных друг к другу одноименными полюсами и разделенных прокладками из магнитомягкого материала, причем все магниты и прокладки помещены в немагнитный корпус-трубу, а обрабатываемая жидкость пропускается между внутренней поверхностью камеры и внешней поверхностью магнитной системы, согласно изобретению в пространстве между магнитной системой и внутренней поверхностью камеры соосно с ними расположен, как минимум, один цилиндрический пьезокерамический ультразвуковой излучатель, а справа и слева от него, а при нескольких излучателях и между ними, соосно расположены электроды в виде тонкостенных цилиндров со средним диаметром, равным среднему диаметру пьезокерамического излучателя, причем пьезокерамический излучатель и электроды имеют внешний диаметр меньше внутреннего диаметра камеры, а внутренний диаметр больше внешнего диаметра корпуса-трубы магнитной системы и с помощью перфорированных металлических крышек установлены так, что образуют две полости кольцевого сечения между их внешней поверхностью и внутренней поверхностью камеры и между их внутренней поверхностью и внешней поверхностью магнитной системы. Электроды отделены от излучателей и камеры диэлектрическими прокладками и подключены к «плюсу» источника электрического напряжения, а корпус-труба магнитной системы с помощью металлических перфорированных крышек электричеки соединен с цилиндрической камерой, подключенной к «минусу» источника.

На фиг.1 представлена конструктивная схема устройства для одновременной обработки жидкости магнитным, ультразвуковым и электрическим полями.

На фиг.2 показан поперечный разрез устройства.

Устройство для обработки жидкости содержит камеру 1 из проводящего ферромагнитного материала с входным и выходным штуцерами 2. В данном устройстве направление движения жидкости не имеет значения, поэтому каждый из штуцеров может быть как входным, так и выходным. При изготовлении варианта устройства на трубопровод камера выполняется в виде отрезка трубы с фланцами. Соосно с корпусом размещена магнитная система, состоящая из нескольких цилиндрических магнитов 3 и магнитопроводов из магнитомягкого материала 4, размещенных в немагнитном корпусе-трубе 5, соединенном электрически с камерой 1 металлическими перфорированными дисками 6, а внешняя поверхность корпуса-трубы покрыта тонким слоем диэлектрического материала, например тефлона (на схеме не показан). В пространстве между магнитной системой и камерой 1 соосно с ними расположены цилиндрический пьезокерамический излучатель 7 и электроды 8, отделенные друг от друга диэлектрическими прокладками 9, а от камеры перфорированными диэлектрическими прокладками 10. Цилиндрические поверхности электродов покрыты тонким слоем диэлектрического материала, например тефлоном (на схеме не показан). Таким образом образуются две полости обработки жидкости: одна - между внутренней поверхностью камеры и внешними поверхностями пьезокерамических излучателей и электродов, вторая - между внешней поверхностью магнитной системы и внутренней поверхностью излучателей и электродов. На внешней поверхности камеры расположен герметичный разъем 11 для подключения пьезокерамического излучателя к ультразвуковому генератору и электродов к источнику электрического напряжения (на схеме не показаны).

Устройство работает следующим образом. Жидкость пропускается через полости обработки. Расположенная на оси камеры 1 магнитная система, состоящая из магнитов 3, магнитопроводов 4 и корпуса-трубы 5, создает в полости обработки высокоградиентное магнитное поле. Над серединой магнитов достигает максимального значения аксиальная составляющая магнитного потока, а над серединой магнитопроводов максимального значения достигает радиальная составляющая. На противоположных магнитопроводам местах ферромагнитной камеры наводятся противоположные магнитные полюса, что приводит к повышению напряженности магнитного поля в полостях обработки жидкости. При переходе от магнитопровода к соседнему магнитопроводу меняются направление магнитного потока и знак полюса. Таким образом, в полости обработки создается высокоградиентное постоянное во времени магнитное поле высокой напряженности. При подаче электрического напряжения на электроды в полостях обработки создается и электрическое поле, которое может быть как постоянным, так и переменным в зависимости от типа источника электрического напряжения. Тонкий слой диэлектрического материала на рабочих поверхностях электродов усиливает действие электрического поля за счет снижения потерь энергии на создание электрического поля между электродами.

При подаче на пьезокерамические излучатели переменного напряжения с частотой, совпадающей с резонансной частотой излучателей в жидкости, заполняющей полости обработки, возникают ультразвуковые колебания высокой интенсивности.

Известно, что магнитное поле, действуя на вещество, вызывает прецессию осей электронных орбит атомов и молекул вокруг направления этого поля. Эта прецессия происходит с частотой Лармора, зависящей от массы и заряда частицы и от величины напряженности магнитного поля. Смена направления поля приводит к изменению направления прецессии [1]. Таким образом, магнитное поле приводит к некоторому упорядочению молекул в веществе, а изменение его знака в пространстве или во времени вызывает разрушение имеющихся структур.

Согласно существующим теоретическим представлениям жидкое или газообразное вещество состоит из отдельных кластеров различных геометрических размеров, которые в соответствии с принципом минимума полной энергии можно рассматривать как совокупность электрических и магнитных диполей со средним значением электрического и магнитного моментов в объеме кластера, равным нулю. При действии переменных во времени и пространстве электрического и магнитного полей происходит разрыв объема того или иного кластера, приводящий к образованию мелкодисперсной смеси в обрабатываемой среде и облегчающий, например, доступ кислорода воздуха к частицам топлива, что приводит к более полному сгоранию топлива и уменьшению вредных выбросов.

Известны эффективные процессы деэмульгирования, эмульгирования и диспергации с использованием ультразвуковых колебаний в жидкостях. При высокой интенсивности таких колебаний в жидкости возникает кавитация - образование и схлопывание газовых полостей с высокими локальными температурами и давлениями. При интенсивностях ниже уровня кавитации можно вызвать деэмульгацию, например, водонефтяных эмульсий. При интенсивностях вызывающих кавитацию интенсивно происходят процессы эмульгации и диспергации [2].

Таким образом, находящаяся в конкретный момент времени в полости обработки заявляемого устройства жидкость одновременно подвергается магнитному, электрическому и ультразвуковому воздействиям.

Технический эффект. Заявляемое устройство по сравнению с прототипом и аналогами обеспечивает более эффективную обработку жидкости за счет синергетического магнитного, электрического и ультразвукового воздействия на нее.

Литература

1. Калашников С.Г. Электричество. М.: Наука, 1985 г., 576 с.

2. Л.Бергман. Ультразвук. М.: Ин. лит., 1957 г., 726 с.