УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ
WATER TREATMENT DEVICE

Изобретение предназначено для обработки различных видов жидкости путем одновременного воздействия на поток жидкости магнитным и электрическим 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 магнитной обработки жидкости, производимое компанией «Энирис-СГ» (www.Eniris.ru, 03.2007 г). Устройство содержит проточную цилиндрическую камеру с входным и выходным 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 корпуса-трубы магнитной системы. Недостатком устройства является низкая эффективность обработки жидкости, так как она проводится воздействием только одного магнитного поля.
-6
-3
Известно также устройство обработки топлива, содержащее камеру, снабженную, по крайней мере, двумя разнополярными электродами для воздействия электрическим полем на поток топлива (RU 2156879 C1 7 F02M 27/04 27.09.2000). Разнополярные электроды подключены к источнику питания, а между ними размещены слои диэлектрического материала толщиной от 4*10 до 0.5*10 м. Данное устройство обеспечивает обработку топлива электрическим полем, что приводит к снижению токсичности выхлопных газов двигателя за счет более полного сгорания топлива. Однако данное устройство недостаточно эффективно, так как в нем реализовано воздействие на топливо только одного электрического поля.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для комплексной обработки жидкости, содержащее камеру, снабженную, по крайней мере, двумя разнополярными электродами для воздействия электрическим полем на поток топлива, подключенными к источнику питания, и слой диэлектрического материала, размещенный в камере между электродами (RU 2093699 F02M 27/04, 1997). Камера в известном устройстве образована диэлектрическим корпусом, снаружи которого, установлен отрицательный электрод, а внутри - положительный. Положительный электрод выполнен с заостренными выступами по всей длине. В результате внутри камеры создается неоднородное электрическое поле. Кроме того, устройство снабжено кольцевыми магнитами, охватывающими полость обработки. Магниты установлены друг к другу одноименными полюсами, что обеспечивает создание в камере неоднородного магнитного поля, воздействующего на среду, усиливая эффект обработки.
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и низкая напряженность магнитного поля в зоне потока жидкости из-за большой удаленности магнитов от обрабатываемого потока и неэффективного построения магнитной системы. Так, например, при использовании кольцевых магнитов с аксиальной намагниченностью на оси камеры, где скорость потока максимальна, напряженность поля будет очень низкая и будут иметься области с нулевой напряженностью.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для обработки жидкости, обеспечивающего высокую эффективность воздействия на обрабатываемую среду при одновременном снижении затрат на обработку. Это достигается тем, что в устройстве для обработки жидкости, содержащем камеру с входным и выходным каналами, протяженные цилиндрические электроды расположенные соосно с камерой и кольцевые постоянные магниты, создающие в камере неоднородное магнитное поле, согласно изобретению, камера выполнена из проводящего ферромагнитного материала и электрически соединена с центральным сплошным стержнем из проводящего ферромагнитного материала и подключена к «минусу» источника электрического напряжения, так что камера и центральный стержень образуют отрицательный электрод, а в пространстве между ними расположена магнитная система, состоящая из кольцевых магнитов набранных из отдельных трапецевидных магнитов, так что обеспечивается радиальная намагниченность всего кольца, а несколько таких колец с поочередно изменяющимся направлением намагниченности помещены между двумя концентрически расположенными немагнитными трубами, подключенными к «плюсу» источника электрического напряжения, а обрабатываемая жидкость пропускается одновременно в кольцевых зазорах между внутренней поверхностью камеры и внешней поверхностью магнитной системы и между внутренней поверхностью магнитной системы и центральным стержнем.
На фиг.1 представлена конструктивная схема устройства для одновременной обработки жидкости магнитным и электрическим полями.
На фиг.2 показан поперечный разрез устройства.
Устройство для обработки жидкости содержит камеру 1 из проводящего ферромагнитного материала, например, с фланцами 2 для установки устройства в трубопроводе. В данном устройстве направление движения жидкости не имеет значения, поэтому каждая сторона его может быть как входной, так и выходной. На оси камеры 1 установлен стержень 3 закрепленный в ней шпильками 4, обеспечивающими и электрическое соединение стержня с камерой. В пространстве между внутренней поверхностью камеры 1 и стержнем 3 расположена магнитная система, состоящая из кольцевых магнитов 5 набранных из отдельных трапецевидных магнитов 6, направление намагниченности которых (указано стрелками) обеспечивает общую радиальную намагниченность кольца и меняется на противоположное при переходе от кольца к кольцу. Кольцевые магниты разделены немагнитными прокладками 7. В такой системе над серединой магнитного кольца по ширине наблюдается максимальное значение радиальной составляющей напряженности магнитного поля, а над серединой прокладки 7 - максимальное значение аксиальной составляющей. Возможно использование кольцевых сплошных магнитов с аксиальной намагниченностью, меняющейся на противоположное при переходе от кольца к кольцу. Тогда вместо немагнитных прокладок 7 устанавливаются прокладки из магнитомягкого материала. В этом варианте над серединой магнита будет наблюдаться максимальное значение аксиальной составляющей магнитного поля, а над серединой прокладки - максимальное значение радиальной составляющей. При обоих вариантах магниты и прокладки размещены в немагнитных электропроводящих трубах 8. Торцы труб 8 герметично закрыты крышками 9 из диэлектрического материала с помощью которых и шпилек 4 магнитная система крепится в камере. На внешней поверхности камеры 1 закреплен герметичный штуцер токоввода 10. Камера 1 со стержнем 3 подключена к «минусу» источника электрического напряжения (на схеме не показан), а токоввод 10 обеспечивает подачу напряжения на трубы магнитной системы через соединительное кольцо 11 и подключен к «плюсу» источника напряжения. Внутренняя поверхность камеры 1, внешняя и внутренняя цилиндрические поверхности магнитной системы и стержень 3 покрыты диэлектрическим материалом, например, тефлоном. Таким образом, образуются две полости обработки: одна между внутренней поверхностью камеры и внешней поверхностью магнитной системы, вторая - между внутренней поверхностью магнитной системы и центральным стержнем.
Устройство работает следующим образом. Жидкость пропускается через обе полости обработки. Кольцевые магниты 5 создают в полостях обработки высокоградиентное магнитное поле. В областях с максимальным значением радиальной составляющей магнитного поля на противоположных магнитной системе участках ферромагнитной камеры 1 и центрального стержня 3 наводятся обратные по знаку магнитные полюса, что приводит к повышению напряженности магнитного поля в полостях обработки жидкости. При переходе от кольца к кольцу изменяется направление магнитного потока и знак полюса. Таким образом, в полости обработки создается высокоградиентное постоянное во времени магнитное поле высокой напряженности.
При подаче на электроды электрического напряжения («минус» на камере 1 и центральном стержне 3, а «плюс» на внешней и внутренней трубах 8), в полостях обработки создается и электрическое поле, которое может быть как постоянным, так и переменным, в зависимости от типа источника электрического напряжения и решаемой задачи. Тонкий слой диэлектрического материла на рабочих поверхностях электродов, усиливает действие электрического поля за счет снижения потерь энергии на создание электрического поля в зоне обработки жидкостей.
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 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 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 структуры в обрабатываемой среде [2] и облегчающей, например, доступ кислорода воздуха к частицам топлива, что приводит к более полному сгоранию топлива и уменьшению вредных выбросов.
При одновременном действии магнитного и электрического полей на поток нефти такая мелкодисперсная среда является носителем большого количества зародышей кристаллизации растворенных в нефти асфальтенов, смол, парафинов и солей. В результате этого их кристаллизация происходит в основном в объеме жидкости и они выносятся потоком, а не осаждаются на внутренних поверхностях нефтедобывающего оборудования и трубопроводов.
Технический эффект: заявляемое устройство по сравнению с прототипом и аналогами обеспечивает более эффективную обработку жидкости за счет синергетического магнитного и электрического воздействия на нее. При этом разработанная конструкция проста и требует минимальных затрат на изготовление и эксплуатацию.
Литература
1. Калашников С.Г. Электричество. - М.: Наука, 1985 г. 576 с.
2. Проскуряков В.А., Смирнов О.В. Очистка нефтепродуктов и нефтесодержащих вод электрообработкой. - Л.: Химия 1980 г., 110 с.