МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКТИВАТОР ТОПЛИВА

Полезная модель относится к устройствам приготовления топлива, конкретнее к активаторам топлива, и может найти широкое применение, например, в тепловых двигателях внутреннего сгорания и в газоперекачивающих станциях.
К аналогам заявленной полезной модели по совокупности признаков относится топливный электрический активатор (Патент РФ на полезную модель №103139, МПК F02M 27/04, опубл. 27.03.2011 г., Автор Дудышев В.Д.). Этот электрический активатор топлива содержит диэлектрический корпус, полые входной и выходной топливные штуцеры, два металлических электрода, источник электрического поля, присоединенный к данным электродам, при этом в качестве этих электродов использованы сами металлические штуцеры, размещенные внутри корпуса активатора с фиксированным зазором между их торцами, причем корпус активатора и упомянутый источник электрического поля смонтированы в общем корпусе.
Он содержит диэлектрический цилиндрический корпус, входной и выходной топливные металлические штуцеры, вставленные в диэлектрический цилиндрический корпус, металлический электрод и блок высокого напряжения, электрически присоединенный по выходу к данному электроду.
При всех достоинствах аналога он обладает низкими качествами активации топлива, потому что предлагаемое расстояние между электродами велико и их расположение, перпендикулярное потоку топлива снижает эффективность обработки ими топлива от источника электрического поля, что приводит к ухудшению расходных и экологических показателей теплоэнергетических установок, включая тепловой двигатель, содержащих данный топливный активатор.
Известен магнитоэлектрический активатор топлива по патенту РФ на полезную модель №140194, МПК F02M 27/04, опубл. 10.05.2014 г., автор Дудышев В. Д., прототип.
Этот магнитоэлектрический активатор топлива содержит диэлектрический цилиндрический корпус, входной и выходной топливные металлические штуцеры, состоящие из внешних и внутренних полых цилиндров, вставленные в корпус, электрод и блок высокого напряжения, электрически присоединенный по выходу к данному электроду, тем, что согласно полезной модели к диэлектрическому цилиндрическому корпусу присоединен тройниковый отвод, причем тройниковый отвод корпуса механически заглушен электродом, который электрически соединен с полым металлическим перфорированным цилиндром, размещенным концентрично и внутри корпуса активатора, причем снаружи тройникового отвода размещен электронный блок высокого напряжения, электрически присоединенный по входу к аккумуляторной батарее, а по выходу к полому металлическому перфорированному цилиндру через электрод в данном тройниковом отводе, причем активатор снабжен также двумя кольцевыми постоянными магнитами с осевой намагниченностью, плотно размещенными на внешних полых цилиндрах металлических топливных штуцеров.
Недостатки - низкая прочность неметаллического корпуса, невозможность работы для активаторов больших габаритов, предназначенных для очень мощных двигателей, особенно, работающим на газообразном топливе и недостаточная эффективность из-за больших расстояний между электродами и постоянными магнитами.
Задачи создания полезной модели повышение надежности активатора при его установке на двигателях большой мощности, имеющих большой расход топлива и высокое давление в топливной системе.
Достигнутый технический результат - повышение прочности корпуса активатора и увеличение напряженности магнитного и электрического полей.
Решение указанных задач достигнуто в магнитоэлектрическом активаторе топлива, содержащем цилиндрический корпус с входной и выходным топливными патрубками и тройниковый отвод корпуса с заглушкой, внешний электрод и внутренний электрод, который выполнен в виде металлического перфорированного цилиндра, размещенного концентрично и внутри корпуса активатора и соединенного с радиальным электродом, размещенным внутри тройникового отвода, электронный блок высокого напряжения, электрически присоединенный по выходу к обеим электродам, и средство создания магнитного поля, отличающийся тем, что функцию внешнего электрода выполняет цилиндрический корпус активатора, который выполнен металлическим, а заглушка тройникового отвода выполнена из диэлектрического материала.
Средство создания магнитного поля может быть выполнено в виде одного или нескольких постоянных магнитов. Может быть выполнено не менее двух постоянных магнитов и они установлены снаружи цилиндрического корпуса. Может быть выполнено не менее двух постоянных магнитов и они установлены внутри цилиндрического корпуса в диэлектрической втулке. Может быть выполнено не менее двух постоянных магнитов и они установлены внутри металлического перфорированного цилиндра. Может быть выполнено не менее двух постоянных магнитов с осевой намагниченностью и они установлены на металлическом перфорированного цилиндре. Может быть выполнен один постоянный магнит с радиальной намагниченностью и он установлен на перфорированном цилиндре. Может быть выполнен один постоянный магнит кольцевой формы с осевой намагниченностью и установлены на металлическом перфорированном цилиндре. Один постоянный магнит кольцевой формы с осевой намагниченностью может быть установлен на тройниковом отводе, а радиальный электрод выполнен из стали. Один постоянный магнит кольцевой формы с осевой намагниченностью может быть установлен на радиальном электроде, который выполнен из стали
Средство создания магнитного поля может быть выполнено в виде, по меньшей мере одного электромагнита. Все электромагниты могут быть установлены снаружи цилиндрического корпуса активатора. Все электромагниты могут быть установлены внутри цилиндрического корпуса активатора. Все электромагниты могут быть выполнены внутри металлического перфорированного цилиндра. Может быть выполнен один электромагнит концентрично тройниковому отводу, а радиальный электрод выполнен из стали. Может быть выполнен один электромагнит концентрично радиальному электроду выполненному из стали.
Внутри цилиндрического корпуса может быть установлен завихритель потока. Завихритель потока может быть установлен на металлическом перфорированном цилиндре. Металлический перфорированный цилиндр может быть выполнен с конусами на торцах, а завихритель потока установлен на конусе со стороны входного патрубка.
Сущность полезной модели поясняется на чертежах фиг. 1…17, где:
- на фиг. 1 приведена электрическая схема активатора топлива,
- на фиг. 2 приведен активатор топлива с двумя диэлектрическими втулками,
- на фиг. 3 приведен активатор с постоянными магнитами внутри металлического перфорированного цилиндра,
- на фиг. 4 приведен вариант устройства с осевым электромагнитом,
- на фиг. 5 приведен вариант устройства с радиальными электромагнитами,
- на фиг. 6 приведен вариант устройства с постоянными магнитами, имеющими осевую намагниченность,
- на фиг. 7 приведен вариант устройства с постоянными магнитами, имеющими радиальную намагниченность,
- на фиг. 8 приведен вариант устройства с радиальными электромагнитами,
- на фиг. 9 приведен вариант устройства с двумя кольцевыми магнитами на металлическом перфорированном цилиндре,
- на фиг. 10 приведен вариант устройства с одним кольцевыми магнитами на металлическом перфорированном цилиндре,
- на фиг. 11 приведен вариант устройства с одним кольцевым магнитом на радиальном электроде,
- на фиг. 12 приведен вариант активатора с постоянным магнитом на тройниковом отводе,
- на фиг. 13 приведен вариант активатора с постоянным магнитом на радиальном электроде,
- на фиг. 14 приведен вариант активатора с постоянными магнитами радиальной намагниченности, установленными на цилиндрическом корпусе снаружи.
-на фиг. 15 приведена более подробно конструкция радиального электрода и тройникового отвода?
- на фиг. 16 показана схема установки центраторов в активаторе,
- на фиг. 17 приведен разрез А-А.
Описание устройства в статике
Магнитноэлектрический активатор топлива (фиг. 1…17) содержит цилиндрический корпус 1, с тройниковым отводом 2, два торцовые стенки 3 и 4 на концах цилиндрического корпуса 1, подводящий патрубок 5 и фланцем 6 и отводящий патрубок 7 с фланцем 8 присоединенные соответственно к торцовым стенкам 3 и 4. Цилиндрический корпус и детали 2…8 выполнены металлическими. На фланцах 6 и 8 установлены генрметизирующие прокладки 9.
В полости 10 цилиндрического корпуса 1 установлен металлический перфорированный цилиндр 11. На торцах перфорированного металлического цилиндра 11 могут быть установлены конусы 12 и 13 (фиг. 1). Металлический перфорированный цилиндр 11 установлен на радиальном электроде 14, который проходит через заглушку 15, выполненную из диэлектрического материала и установленную в тройниковом отводе 2.
Радиальный электрод 14 выполнен металлическим или из меди или из магнитопроводящей стали (если на нем установлен магнит или электромагнит).
Внутри перфорированного металлического цилиндра 11 выполнена полость 16. Перфорация способствует концентрации электрического поля у острых кромок отверстий перфорации.
Вне цилиндрического корпуса 1 или внутри него установлены средства создания магнитного потока, например постоянные магниты 17. Постоянные магниты 17 могут иметь осевую или радиальную намагниченность и направлены противоположными полюсами навстречу друг другу.
Устройство содержит блок высокого напряжения 18, который низковольтными проводами 19 соединены с источником энергии 20. Источник высокого напряжения 18 по выходу соединен первым высоковольтным проводом 21 с цилиндрическим корпусом 1, а вторым высоковольтным проводом 22 - через радиальный электрод 14 соединен с перфорированным металлическим цилиндром 11. Высоковольный провод 21 соединен с заземлением 23.
На фиг. 2 приведен второй вариант устройства. Оно дополнительно диэлектрическую втулку 24 с постоянными магнитами 17 и вторую диэлектрическую втулку 25 установленную без зазора концентрично диэлектрической втулке 24. Это необходимо, чтобы исключить выпадание постоянных магнитов 17 в полость 10.
Возможно применение центраторов 26 с осевыми отверстиями 27.
На фиг. 3 приведен третий вариант. Он содержит вторую группу постоянных магнитов 28 внутри металлического перфорированного цилиндра 11 и закрепленных на нем, например в третьей диэлектрической втулке 29 или прикрытых ею.
Для четкой ориентации металлического перфорированного цилиндра 11 он может быть установлен на центраторах 26, в которых выполнены осевые отверстия 27. Возможно применение центраторов 26 другой конструкции (фиг. 15 и 16).
Возможно применение в качестве средства создания магнитного поля по меньшей мере одного электромагнита 30, установленного или на цилиндрическом корпусе 1 или внутри него или внутри металлического перфорированного цилиндра 11 или на тройниковом отводе 2. На фиг.4 приведен вариант устройства с двумя электромагнитами 32, установленными на цилиндрическом корпусе 1 снаружи и концентрично нему. Электромагниты 30 содержат катушки 31 и обмотки 32 с проводами 33.
Не фиг. 5 приведено устройство с электромагнитами 30, установленными радиально по отношению к цилиндрическому корпусу 1.
Возможно применение кольцевых постоянных магнитов 17 с осевой намагниченностью (фиг. 6). Возможно применение цилиндрических или плоских постоянных магнитов 17 с радиальной намагниченностью (фиг. 7). Постоянный магниты 17 могут быть установлены на металлическом перфорированном цилиндре 17 (фиг. 8). На фиг. 9 приведен вариант устройства с двумя кольцевыми магнитами 17 на металлическом перфорированном цилиндре 11.
На фиг. 10 приведен вариант устройства с одним кольцевым постоянным магнитом 17 на металлическом перфорированном цилиндре 11. Установка группы кольцевых постоянных магнитов 17 на металлическом перфорированном цилиндре 11 уменьшит расстояние между постоянными магнитами 17 и увеличит магнитное поле между ними. Это способствует повышению эффективности работы активатора.
На фиг. 11 приведен вариант активатора с постоянным магнитом на тройниковом отводе 2 на фиг. 12 - на радиальном электроде 14. При этом радиальный электрод 14 должен быть выполнен стальным для усиления магнитного поля и его передачи в полость 10. С открытого внешнего торца радиальный электрод 15 прикрыт шайбой 34 из стали или другого магнитопроводящего материала.(фиг. 11).
На фиг. 12 приведено устройство с постоянным магнитом 17 на тройниковом отводе 2. На фиг. 13 приведен активатор с электромагнитом 30 на радиальном электроде 14.
На фиг. 14 приведен вариант устройства с средством закрутки потока 35.
На фиг. 15 приведена более подробная конструкция радиального электрода 14 и тройникового отвода 2. Внутри тройникового отвода 2 выполнена резьба 36, в которую ввернута заглушка 14 из диэлектрического материала. Заглушка 15 уплотнена уплотнением 37, а радиальный электрод 14, имеющий головку 38 - уплотнением 39. Над уплотнением 39 расположен клеммный наконечник 40, к которому присоединен высоковольтный провод 22. Тройниковый отвод 2 приварен к цилиндрическому корпусу 1 сварочным швом 41. К металлическому перфорированному цилиндру 11 приварена сварочным швом 42 накладка 43. В накладке 43 выполнено резьбовое отверстие 44 и на радиальном электроде 14 соответствующая резьба. К металлическому перфорированному цилиндру 11 сварочными швами 45 приварены конусы 12 и 13.
На фиг. 16 и 17 приведен еще один из вариантов установки центраторов 26.
Не менее чем по 3 центратора 26 установлены по окружности в одном ряду. Всего применено два ряда установки. Центраторы 26 должны быть изготовлены из диэлектрического материала.
Описание работы устройства
Сначала монтируют электросхему подключения электронного блока высокого напряжения 18 через замок зажигания (не показана) к источнику электроэнергии 20 (аккумуляторной батарее или электрогенератору), затем запускают в работу двигатель стартером (не показано) и подают топливо от топливного насоса (не показан) в топливопровод двигателя и через один входной штуцер 5 в полость 10 внутри цилиндрического корпуса 1 активатора.
Только через некоторое время после запуска двигателя (10…20 сек) включают электронный блок высокого напряжения 18 и подают с его выхода через высоковольтный провод 22 и радиальный электрод 14 потенциал на полый металлический перфорированный цилиндр 11, размещенный внутри цилиндрического корпуса 1. Второй электрический потенциал этого блока высокого напряжения 20 высоковольтным проводом 21 заземлен на массу 14 и цилиндрический корпус 1 (фиг. 1). Это необходимо по мерам электробезопасности и чтобы исключить самовоспламенение топлива с остатками воздуха внутри цилиндрического корпуса 1.
По - существу, эффективная электромагнитная обработка исходного топлива происходит внутри цилиндрического электрического конденсатора, обкладками которого являются внутренний металлический перфорированный цилиндр 11 и цилиндрический корпус 1, между которыми находится диэлектрическое топливо. В результате, в рабочей зоне между металлическим перфорированным цилиндром 11 и цилиндрическим корпусом 1 (выполняющим роль вторичной обкладки конденсатора) создается мощное электрическое поле, пронизывающее топливо. Оно порождает в топливе внутри цилиндрического корпуса 1 мощную электроактивацию молекул топлива. Активация топлива, протекающего внутри цилиндрического корпуса 1 происходит одновременно и посредством электрического поля от электронного блока высокого напряжения 20 и посредством и сильного магнитного поля от постоянных магнитов 17, (выполненных из неодима). В итоге возникает эффективная перестройка и дробление исходной неоднородной кластерной структуры топлива, протекающего внутри цилиндрического корпуса 1, его частичный электрохимический катализ, гомогенизация и частичная поляризация и ионизация, т.е. мощная электромагнитная активация топлива.
В случае применения электромагнитов 30 магнитное поле может быть значительно увеличено.
Первостепенной целью активации топлива является повышение калорийности топлива (углеводородного газа), в нашем случае это метан. После прохождения метана через электромагнитный активатор- его состав на выходе активатора изменяется и полученный газ становится более калорийным - у нас должны получится молекулы метана (13250 ккал/кг), углерода и водорода (33800 ккал/кг), помимо всего прочего молекулярная связь оставшихся молекул метана частично будет ослаблена. После электромагнитного активатора устанавливается мощный магнит который позволит дополнительно разорвать молекулярные связи в ослабленных молекулах метана и увеличить содержание в нем углевоводородных радикалов и водорода После прохождения дозатора газа - полученное новое топливо попадает в камеру сгорания, где происходит процесс сгорания. Одновременно, активация входного воздуха - с образованием в нем озона O3 существенно повышает его окислительную способность и значит обеспечивает повышение полноты сгорания метана в камере сгорания При сгорании активированного газообразного топлива смешанного с активированным воздухом в камере возникает более полное сгорание ТВС и возникает повышение давления на лопатки выходной турбины. При более полном сгорании ТВС в отходящих газах образуется угарный газ, диоксид азота (ядовитый газ), пары воды, после чего вода входит в реакцию с диоксидом азота и нейтрализует его, в результате получаем снижение расхода топливного газа и существенное снижение выбросов диоксида азота.
Подобных подходов к активации топливного газа (метану) еще не применяли, в газоперекачивающих станциях - единственное что из метана в промышленных объемах получают водород и кристаллы твердого углерода. В Газпроме же снижение выбросов диоксида азота пытаются снизить лишь низко эмиссионными камерами сгорания (более тщательное смешение воздуха и метана). Магнитоэлектрический активатор будет служить дополнительным источником снижения вредных выбросов в атмосферу.
Таким образом, данный магнитоэлектрический активатор обеспечивает внутри цилиндрического корпуса 1 изменение химического состава исходного топлива - эффективную деполимеризацию, гомогенизацию и улучшение энергетических характеристик, что способствует его более полному сгоранию внутри камеры сгорания теплового двигателя, что и приводит к снижению расхода топлива и токсичности выхлопа теплового двигателя и к приросту его мощности. В случае применения электромагнитов 30 по проводам 33 ток подают на их обмотки возбуждения 32, в результате создается кроме электрического поля создает магнитное поле (фиг. 4 и 5). Шайба 34 служит магнитопроводом и усиливает магнитное поле.
При наличии средства закрутки потока 35 (фиг. 12) поток топлива закручивается и это увеличивает его время пребывания в полости 10 для более длительного воздействия магнитным и электрическими полями.
Центраторы 26 исключают короткое замыкание металлического перфорированного цилиндра 11 на цилиндрический корпус 1.
Применение полезной модели позволит:
1. Обеспечить надежную работу магнитоэлектрического активатора топлива при больших расходах и давления топлива, т.е. для очень мощных двигателей за счет применения металлического корпуса,
2. повысить эффективность активатора за счет:
- применения в качестве одного из электродов (внешнего) - цилиндрического корпуса,
- применения перфорации металлического перфорированного цилиндра.
- относительно большого диаметра металлического перфорированного цилиндра,
- применения большого числа постоянных магнитов, уменьшения расстояния между ними или применения вместо них более мощных электромагнитов.
3. Как результат вышесказанного - это повысит экономичность двигателей, на которых предложенный активатор установлен и уменьшит эмиссию вредных веществ в атмосферу.