ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КОНДИЦИОНЕР ЖИДКИХ СРЕД

Электромагнитный кондиционер жидких сред представляет собой устройство, относящееся к области обработки жидкостей, в частности, углеводородных топлив, воды и водных растворов, спиртовых растворов и вин, протекающих по системам транспортировки жидких сред, далее - трубопроводам (водопроводам, топливопроводам), магнитными полями и касается вариантов устройства для данной обработки. Устройство может быть использовано в пищевой, топливной, химической и нефтехимической промышленности, сельском хозяйстве, коммунальном хозяйстве, теплотехнике, медицине, быту, на транспорте для магнитной обработки воды и водных сред, спиртовых растворов, вин, светлых и темных нефтепродуктов для улучшения их технологических и потребительских качеств.
Из области техники известно устройство для электромагнитной обработки жидкости (Свидетельство на полезную модель №18068), включающее подключенный к генератору электромагнитных импульсов индуктор, коаксиально охватывающий трубопровод, выполненный из диамагнитного материала. На трубопроводе попарно смонтировано, с зазорами относительно друг друга, четное количество индукторов каждый из которых выполнен в виде обмотанного вокруг трубопровода электрически изолированного провода. Один конец провода каждого индуктора подключен к генератору электромагнитных импульсов, причем в каждой паре индукторов витки одного электрически изолированного провода навиты по часовой стрелке, а другого - против часовой стрелки и, при этом на каждый индуктор подается не менее 350 асинхронно чередующихся электромагнитных импульсов, одинаковых для всех индукторов, но сдвинутых относительно друг друга во времени на величину 0,01-0,1 с и имеющих переменную во времени частоту 100-3000 Гц с напряженностью электрического поля 10-30 В/м. К недостаткам данного устройства относится сложная схема генератора с использованием программируемых микропроцессоров, питание от сети 220 В, что опасно в местах с повышенной влажностью, сложный алгоритм работы и необходимость манипуляций, связанных с ручной намоткой индукторов на трубопровод.
Известно устройство для магнитной обработки жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания (патент RU 2269025) Устройство для магнитной обработки жидкого топлива для двигателя внутреннего сгорания содержит электромагнит в виде катушки на топливопроводе из диамагнитного материала и источник питания в виде генератора постоянного тока, на котором установлено устройство. Катушка электромагнита выполнена однорядной из нескольких секций, не менее шести, расположенных на автомобильном топливопроводе на расстоянии друг от друга 8-10 см, и параллельно соединенных между собой и с генератором автомобиля. К недостаткам данного устройства относится подключение катушки электромагнита непосредственно к генератору, что приводит к повышенному энергопотреблению, и возможный нагрев катушки расположенной на топливопроводе.
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. К недостаткам данного устройства относятся массивность, повышенное энергопотребление и обработка жидкостей только в статическом состоянии.
Задачей технического решения является расширение линейки технических средств в этой области, включающее разработку вариантов недорогого, экономичного и эффективного устройства магнитной обработки жидких сред для улучшения их технологических и потребительских качеств.
Электромагнитный кондиционер жидких сред разработан на основании изобретения описанного в параллельно рассматриваемой заявке на изобретение
№2015116859/05(026185) и представляет собой электромагнитную систему, наложенную в соответствии с Фиг. 1 и Фиг. 2 корпусом 1 на трубопровод 2, выполненный из немагнитных материалов, включающую электромагнитный индуктор 3 соединенный с генератором прямоугольных однополярных импульсов 4. Электромагнитный индуктор 3 изготовлен в виде незамкнутого магнитопровода с расположенной на нем намагничивающей обмоткой 5. Сечение магнитопровода и диаметр обмоточного провода электромагнитного индуктора 3 выбирают исходя из мощности достаточной для обработки жидких сред протекающих с определенной скоростью по трубопроводу определенного диаметра. Полюса электромагнитного индуктора 3 находятся в корпусе 1 электромагнитного кондиционера жидких сред таким образом, чтобы ось трубопровода 2 проходила между ними. Корпус 1 электромагнитного кондиционера жидких сред имеет поперечный паз полукруглой формы, повторяющий форму трубопровода 2, на противоположных сторонах которого расположены полюса электромагнитного индуктора 3. Магнитопровод электромагнитного индуктора 3 изготовлен из магнитомягких материалов и может быть выполнен «С»-образной формы для малых диаметров трубопроводов и «П»-образной формы - для больших диаметров трубопроводов с целью сохранения компактности электромагнитной системы. Для использования на трубопроводах больших диаметров или с высокой скоростью потока жидких сред, электромагнитная система содержит дополнительные электромагнитные индукторы параллельно соединенные с генератором прямоугольных однополярных импульсов 4 и закрепленные на трубопроводе 2 на расстояниях, исключающих пересечение магнитных полей, в одной плоскости или со смещением по окружности трубопровода.
Как вариант, электромагнитную систему с дополнительным индуктором устанавливают на трубопроводы отопительной системы и системы горячего водоснабжения, присоединенных к входу отопительного котла. Как вариант, на полюса электромагнитного индуктора 3 устанавливают постоянные магниты 6, выполненные из Nd-Fe-B сплава, которые усиливают импульсное магнитное поле между полюсами. Генератор прямоугольных однополярных импульсов 4 выполнен с возможностью генерировать прямоугольные однополярные импульсы частотой от 5 до 50 Гц длительностью импульса от 1 до 8 мс, в зависимости от вариантов исполнения. 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 электромагнитного индуктора 3 возникает импульсный магнитный поток, в зазоре между полюсами электромагнитного индуктора 3, между которыми находится трубопровод 2, возникает импульсное магнитное поле, которое воздействует на транспортируемые по трубопроводу жидкие среды. Магнитное поле в импульсе достигает значительных величин, в то же время импульсный режим позволяет уменьшить габариты устройства и является наиболее экономичным. 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, улучшилось качество питьевой воды. 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» в результате, после непродолжительной эксплуатации, двигатель стал работать мягче, повысилась тяга, стал чище выхлоп двигателя, измерения на экономичность не проводились. 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 оборотах, что говорит о достаточной мощности, стал чище выхлоп двигателя. Вариант электрической принципиальной схемы электромагнитной системы предназначенной для установки на водопровод с диаметром трубы 20-25 мм показан на Фиг. 3. Задающий генератор выполнен на элементах D1.1, D1.2, частота генератора зависит от номиналов R2, C2. 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 4 электромагнитной системы. К ключевому элементу генератора 4 присоединен один из выводов обмотки электромагнитного индуктора, второй вывод обмотки присоединен к положительной шине питания. Пунктирными линиями на схеме 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 C4 является накопителем энергии между импульсами. Цепочка C1, R1 является сглаживающим фильтром питания D1. Намагничивающая обмотка намотана на магнитопроводе, выполненном из отрезка отожженной стальной трубы Ду-32 длиной 10 мм, с вырезанным пазом шириной 27-30 мм, учитывая стенки корпуса электромагнитной системы, проводом типа ПЭВ-2 диаметром 0,315 мм с изоляцией места намотки, с целью недопущения электропробоя обмотки на магнитопровод, и состоит из 300 витков равномерно уложенных по всему магнитопроводу. Как вариант, на полюса электромагнитного индуктора установлены постоянные магниты 6, выполненные из Nd-Fe-B сплава диаметром 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. Потребление, в зависимости от вариантов исполнения, составляет от нескольких до нескольких десятков Ватт. Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью вариантов и признаков, является изготовление недорогого, экономичного и эффективного устройства магнитной обработки жидких сред.
Приведенные конкретные варианты исполнения устройства не исключают внесения изменений и дополнений, не изменяющих существенных признаков полезной модели. 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:
D1.1-D1.6 - элементы микросхемы D1 - CD4049 (К561ЛН2);
VT1 - IRF540N (IRF3205);
VD1 - светодиод;
R1 - 200 R;
R2 - 150K;
R3 - 12K;
R4 - 120R;
C1 - 10×16V;
C2 - 470n;
C3 - 100n;
C4 - 470×16V;
5 - намагничивающая обмотка электромагнитного индуктора.
1 D1 - вывод №1 микросхемы D1.
8 D1 - вывод №8 микросхемы D1.
DC+12v - вход постоянного напряжения, «плюс» 12 вольт.
- корпус, «минус» 12 вольт.