Спосіб магнітної обробки рідини і пристрій для його здійснення

1 Спосіб магнітної обробки рідини, що включає подання на вхід першої області простору вхідного потоку рідини, прискорення потоку в зазначеній області простору шляхом зміни площі перерізу потоку, пропускання потоку в зазначеній області простору через область постійного магнітного поля перпендикулярно магнітним силовим ЛІНІЯМ і подання вихідного з першої області простору потоку у вихідний трубопровід, причому відношення меншої швидкості потоку до більшої його швидкості на границях області магнітного поля лежить у діапазоні 1 (1,7-2), який відрізняється тим, що перша область простору являє собою плоске кільце, а вхідний потік рідини подають з центральної або периферичної області цього кільця в радіальному напрямку 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що перед спрямовуванням вихідного з першої області простору потоку у вихідний трубопровід його додатково направляють у радіальному напрямку, протилежному напрямку вхідного потоку, у другу область простору, що не перетинається з першою областю простору, і другий раз пропускають через область магнітного поля в напрямку, перпендикулярному магнітним силовим ЛІНІЯМ 3 Пристрій для магнітної обробки рідини, який включає магнітну систему, що складається з постійних п л ос ко паралельних магнітів і з'єднуючих їх магнітопроводів з магнітом'якого матеріалу, і послідовно розташовані вхідний трубопровід, трубопровід з діамагнітного матеріалу з перерізом, що змінюється, і вихідний трубопровід, причому ПОСТІЙНІ магніти розташовані по обидві сторони трубопроводу з діамагнітного матеріалу з утворенням магнітного зазору, трубопровід з діамагнітного матеріалу з'єднаний із вхідним та/або вихідним трубопроводами, а відношення площ меншого і більшого перерізів трубопроводу з діамагнітного матеріалу на границях магнітного зазору знахо диться в діапазоні 1(1,7-2), який відрізняється тим, що трубопровід з діамагнітного матеріалу утворений двома паралельними один одному і перпендикулярними силовим ЛІНІЯМ магнітного поля концентричними круглими дисками, причому один з дисків - суцільний, а інший має центральний отвір, ПОСТІЙНІ магніти розташовані з ЗОВНІШНІХ сторін трубопроводу з діамагнітного матеріалу за кільцями, концентричними дискам, а один із вхідного і вихідного трубопроводів приєднаний до країв центрального отвору 4 Пристрій за п 3, який відрізняється тим, що додатково містить другий трубопровід з діамагнітного матеріалу, послідовно з'єднаний з першим трубопроводом з діамагнітного матеріалу й утворений одним із зазначених дисків і додатковим третім диском, установленим концентрично і паралельно першим двом дискам і поруч з одним з них на стороні, протилежній другому дискові 5 Пристрій за п 4, який відрізняється тим, що вхідний трубопровід з'єднаний із краями центрального отвору першого диска, третій диск має центральний отвір, з'єднаний з вихідним трубопроводом, пристрій додатково містить зовнішню стінку, герметично з'єднану з ЗОВНІШНІМИ краями дисків з центральними отворами, а діаметр суцільного диска менший діаметрів дисків з центральними отворами 6 Пристрій за п 3, який відрізняється тим, що додатково містить зовнішню стінку, яка герметично з'єднана з ЗОВНІШНІМИ краями зазначених дисків і має отвори для проходу рідини, з'єднані з зазначеним одним із вхідного і вихідного трубопроводів, причому магнітопроводи, що з'єднують ПОСТІЙНІ магніти, які розташовані з різних сторін трубопроводу з діамагнітного матеріалу, проходять ззовні трубопроводу з діамагнітного матеріалу між отворами в ЗОВНІШНІЙ СТІНЦІ 7 Пристрій за будь-яким з пунктів 3-6, який відрізняється тим, що внутрішні поверхні дисків у магнітному зазорі виконані неплоскими з можливістю зміни перерізу трубопроводу з діамагнітного матеріалу 8 Пристрій за будь-яким з пунктів 3-7, який відрізняються тим, що магнітопровід, що з'єднує однойменні полюси магнітів, розташованих в одній площині, має форму плоского кільця, що лежить на ЗОВНІШНІЙ поверхні диска концентрично йому і ю (О ю З 59654 4 а ПОСТІЙНІ магніти встановлені на ла, виконаний у футлярі з діамагнітного матеріалу, зєднане з ним. зануреному безпосередньо в потік рідини між дисЗОВНІШНІЙ поверхні зазначеного кільця ками в області магнітного зазору 9 Пристрій за будь-яким з пунктів 3-7, який відрізняється тим, що додатково містить датчик Хол Винахід стосується способів зміни властивостей рідин і пристроїв для її здійснення, а саме, до способів і пристроїв зміни властивостей рідин шляхом впливу на них магнітного поля (магнітної обробки), і може бути використаний у теплоенергетиці, ХІМІЧНІЙ, харчовій, металургійній і ІНШІЙ галузях промисловості для інтенсифікації технологічних процесів Механізм магнітної обробки рідин полягає в тому, що на електрично заряджену частку, що рухається в електромагнітному полі, діє сила Лоренца, що залежить від величини електричного заряду частки, векторів напруженості електричного і магнітного полів і вектора швидкості руху частки, причому сила, створювана магнітним полем, дорівнює векторному добуткові швидкості частки на індукцію магнітного поля, тобто якщо частка рухається під кутом до вектора магнітного поля, то виникає сила, спрямована перпендикулярно векторам швидкості руху і напруженості магнітного поля Рідина - система, що складається з величезної КІЛЬКОСТІ електрично заряджених часток Кожна з них взаємодіє зі своїми електрично зарядженими сусідами, і при цьому має кінетичну енергію, обумовлену температурою середовища У результаті частка, що несе електричний заряд, коливається навколо положення умовної рівноваги Якщо створити в області рідини магнітне поле, то на кожну частку почне діяти сила Лоренца, що при визначених величині магнітного поля і швидкості руху часток приводить до структурної перебудови часток, яку можна спостерігати по ЗМІНІ макроскопічних параметрів рідини, таких як, наприклад, питома теплота паротворення, питома теплоємність і т д Таким чином, для структурної перебудови рідини необхідна цілком визначена за величиною сила Лоренца, яка залежить від виду рідини і ЗОВНІШНІХ умов і значення якої для кожного конкретного випадку можна оцінити досить точно, вимірюючи, наприклад, макроскопічні параметри рідини Найбільш простим способом створення цієї визначеної за величиною сили Лоренца є створення плоского потоку рідини з заданою швидкістю в однорідному магнітному полі з вектором індукції, який є перпендикулярним вектору швидкості потоку і має задану величину Однак на практиці цей простий випадок реалізувати практично не можливо, оскільки швидкість потоку і склад рідини можуть змінюватися в часі Для одержання ефекту в деякому діапазоні швидкостей і складів рідини застосовують потоки зі швидкістю, що змінюється за рахунок, наприклад, зміни перетину трубопроводу, у якому тече рідина, так щоб завжди найшлося положення, у якому частка рідини мала б необхідну для струк турної перебудови швидкість Один з таких відомих способів магнітної обробки рідини є спосіб, що використаний у корисній моделі за патентом України №1123 від 17 12 2001 р і включає створення потоку з перемінною швидкістю руху за рахунок установлення в круглий трубопровід з немагнітного матеріалу двох кругових конусів з немагнітного матеріалу, що формують конфузорно-дифузорний канал Магнітне поле в проточній частині пристрою створюється постійними магнітами в магнітному зазорі між ними Недоліком такого способу є конструктивна складність його реалізації і неоднорідність магнітного поля в магнітному зазорі, що знижує його ефективність При дослідженні явища структурної перебудови рідини авторами цього винаходу було з'ясовано, що якщо плавно змінювати швидкість руху часток у заданому магнітному полі, і досягти при деякій швидкості часток зміни властивостей рідини, наприклад, зниження теплоємності, то при подвоєній швидкості часток виникає протилежний ефект, тобто збільшення теплоємності Це обмежує діапазон зміни швидкості в трубопроводі Вперше це обмеження було введено в пристрої для магнітної обробки рідини за деклараційним патенті України на винахід №44663 А, опубл 15 02 2002р , бюл №2 Спосіб, реалізований у зазначеному пристрої й обраний тут як прототип, включає подання на вхід області простору, обмеженої трубопроводом з немагнітного матеріалу і вставкою всередині трубопроводу, вхідного потоку рідини, прискорення потоку в зазначеній області простору шляхом зміни площі перетину потоку, пропускання потоку в зазначеній області простору через постійне магнітне поле і подання вихідного потоку у вихідний патрубок, причому в області максимальної магнітної індукції вектори швидкості часток потоку перпендикулярні до напрямку вектора магнітної індукції, відношення швидкостей потоку на виході і вході області магнітного поля лежить у діапазоні 1 (1,7-2), а магнітне поле створюється постійними магнітами і ЗОВНІШНІМИ І внутрішніми полюсними наконечниками Найбільш близьким до пристрою для магнітної обробки рідини, що заявляється, за технічною сутністю також є пристрій за деклараційним патентом №44663 А, опубл 15 02 2002р , бюл №2, що включає корпус із вхідними і вихідними патрубками і з'єднуючим їх провідним каналом для рідини, магнітну систему, створену постійними магнітами і ЗОВНІШНІМИ і внутрішнім полюсними наконечниками, і регулюючий елемент для підтримки швидкості рідини постійною в межах магнітного зазору, утвореного ЗОВНІШНІМИ і внутрішнім полюсними 59654 наконечниками В одному з описаних варіантів пристрою відношення прохідних перетинів трубопроводу в магнітному зазорі, утвореному ЗОВНІШНІМИ І внутрішнім полюсними наконечниками, складає 1,7-2,0, а магнітна система виконана з плоскопаралельних магнітів Недоліками цих способу і пристрою є недостатня однорідність магнітного поля, обумовлена наявністю ЗОВНІШНІХ і внутрішніх полюсних наконечників, нерівномірність швидкості часток потоку на вході в кільцеву область, обумовлена різкою зміною конфігурації потоку, складність його конструктивної реалізації, зв'язана з наявністю усередині трубопроводу магнітопроводів складної конструкції В основу цього винаходу поставлена задача удосконалення відомих способу магнітної обробки рідин і пристрою для його реалізації, для того, щоб підвищити однорідність магнітного поля, вирівняти розподіл швидкостей часток на вході в магнітне поле і спростити конструктивну реалізацію способу і пристрою Поставлена задача щодо способу вирішується тим, що у відомому способі магнітної обробки рідини, що включає подання на вхід першої області простору вхідного потоку рідини, прискорення потоку в зазначеній області простору шляхом зміни площі перетину потоку, пропускання потоку в зазначеній області простору через область постійного магнітного поля перпендикулярно магнітним силовим ЛІНІЯМ і подання вихідного з першої області простору потоку у вихідний трубопровід, причому відношення меншої швидкості потоку до більшої його швидкості на границях області магнітного поля лежить у діапазоні 1 (1,7-2), проведені наступні удосконалення - перша область простору являє собою плоске кільце, - вхідний потік рідини подають з центральної або периферичної області цього кільця в радіальному напрямку Поставлена задача щодо пристрою для магнітної обробки рідини вирішується тим, що в пристрої, що включає магнітну систему, що складається з постійних плоскопаралельних магнітів і з'єднуючих їх магнітопроводів з магнітом'якого матеріалу, і послідовно розташовані вхідний трубопровід, трубопровід з діамагнітного матеріалу з перетином, що змінюється, і вихідний трубопровід, причому ПОСТІЙНІ магніти розташовані по обидві сторони трубопроводу з діамагнітного матеріалу з утворенням магнітного зазору, трубопровід з діамагнітного матеріалу з'єднаний з вхідним та/або вихідним трубопроводами, а відношення площ меншого і більшого перетинів трубопроводу з діамагнітного матеріалу на границях магнітного зазору знаходиться в діапазоні 1 (1,7-2), проведені наступні удосконалення - трубопровід з діамагнітного матеріалу утворений двома паралельними один одному і перпендикулярними силовим ЛІНІЯМ магнітного поля концентричними круглими дисками, - один з дисків - суцільний, а інший має центральний отвір, - ПОСТІЙНІ магніти розташовані з ЗОВНІШНІХ сто рін трубопроводу з діамагнітного матеріалу за кільцями, розташованими концентрично дискам, - один із вхідного і вихідного трубопроводів приєднаний до країв центрального отвору Технічний результат, одержуваний у результаті удосконалень способу магнітної обробки рідини і пристрою для його реалізації, полягає в такому В обмеженій дисками області простору, що представляє собою плоске кільце, у яке з його центральної або периферичної областей у радіальному напрямку подається потік рідини, створюється плоский потік рідини зі швидкістю, що змінюється зворотно пропорційно радіусу, що спрощує розрахунок системи Це дозволяє для створення однорідного магнітного поля повною мірою використовувати можливості плоскопаралельних магнітів Магніти розташовані з зовнішньої сторони кожного з дисків за кільцями, концентричними дискам, між центральним отвором і ЗОВНІШНІМИ краями дисків, так, що в області максимальної напруженості магнітного поля (у магнітному зазорі) його силові лінії спрямовані паралельно осі плоского кільця За рахунок подання потоку в радіальному напрямку, у самому плоскому потоці досить швидко уздовж радіуса встановлюється швидкість потоку, що залежать тільки від радіальної координати Спрощення конструктивної реалізації способу визначається також тим, що магнітопроводи розташовані поза потоком, що, до того ж, означає, що вони не створюють потоку додатковий опір Відзначимо, що в цьому випадку вхідний (вихідний) трубопровід має, наприклад, круглий перетин, а вихідний (вхідний), наприклад, - являє собою сукупність круглих трубопроводів, що може бути перетворена в перетин будь-якої іншої форми Подальше удосконалення способу згідно з цим винаходом, полягає в тому, що перед спрямовуванням вихідного з першої області простору потоку у вихідний трубопровід його додатково направляють у радіальному напрямку, протилежному напрямку вхідного потоку, у другу область простору, що не перетинається з першою областю простору, і другий раз пропускають через область магнітного поля в напрямку, перпендикулярному магнітним силовим ЛІНІЯМ Аналогічне удосконалення пропонується для пристрою, а саме, пристрій додатково містить другий трубопровід з діамагнітного матеріалу, послідовно з'єднаний з першим трубопроводом з діамагнітного матеріалу й утворений одним із зазначених дисків і додатковим третім диском, установленим концентрично і паралельно першим двом дискам і поруч з одним з них на стороні, протилежної другому диску Це дозволяє провести повторну магнітну обробку рідини й у такий спосіб підвищити ефективність способу і пристрою У конкретному варіанті виконання пристрою з двома трубопроводами з діамагнітного матеріалу вхідний трубопровід з'єднаний із краями центрального отвору першого диска, третій диск має центральний отвір, з'єднаний з вихідним трубопроводом, пристрій додатково містить зовнішню стінку, герметично з'єднану з ЗОВНІШНІМИ краями 59654 дисків з центральними отворами, а діаметр суцільного диска менше діаметрів дисків з центральними отворами У цьому варіанті реалізується можливість з'єднати різнойменні полюси протилежних магнітів магнітопроводами, розташованими поза потоком рідини, що в подальшому ступені спрощує конструктивну реалізацію способу і виключає додатковий гідравлічний опір потоку, створюваний магнітопроводами Ще одне удосконалення пристрою з одним трубопроводом з діамагнітного матеріалу пристрою полягає у введенні додаткової зовнішньої стінки, яка герметично з'єднана з ЗОВНІШНІМИ краями зазначених дисків і має отвори для проходу рідини, з'єднані з зазначеним одним із вхідного і вихідного трубопроводів, причому магнітопроводи, що з'єднують ПОСТІЙНІ магніти, розташовані з різних сторін трубопроводу з діамагнітного матеріалу, проходять ззовні трубопроводу з діамагнітного матеріалу між отворами в ЗОВНІШНІЙ СТІНЦІ У цьому випадку також реалізується можливість проходження магнітопроводів, що з'єднують різнойменні полюси протилежних магнітів поза потоком рідини Крім того, такий пристрій, крім рішення основної задачі - магнітної обробки рідини, дозволяє, якщо це необхідно, змінити конфігурацію вихідного трубопроводу, стосовно вхідного Наприклад, якщо вхідний трубопровід круглий, то вихідний може бути одним трубопроводом або сукупністю трубопроводів будь-якого перетину і навпаки Подальше удосконалення пристрою, що заявляється, полягає в тому, що внутрішні поверхні стінок у магнітному зазорі виконані неплоскими з можливістю зміни перетину трубопроводу кінцевої довжини Це дозволяє регулювати відношення швидкостей потоку на вході і виході магнітного зазору для того, щоб, з одного боку, не вийти з діапазону відносної швидкості 1-(1,7-2), а, з іншого боку - домогтися того, щоб необхідна для структурної перебудови швидкість знаходилася в цьому діапазоні Подальше удосконалення кожного з вищенаведених варіантів пристрою ВІДПОВІДНО ДО винаходу полягає в тому, що магнітопровід, що з'єднує однойменні полюси магнітів, розташованих в одній площині, має форму плоского кільця, яке лежить на ЗОВНІШНІЙ поверхні диска концентрично йому і з'єднано з ним, а ПОСТІЙНІ магніти встановлені на ЗОВНІШНІЙ поверхні зазначеного кільця Це дозволяє в ще більшому ступені вирівняти розподіл поля за кільцем магнітного зазору і тим самим підвищити однорідність магнітного поля в магнітному зазорі Останнє удосконалення пристрою згідно з винаходом полягає у введенні датчика Холла, виконаного у футлярі з діамагнітного матеріалу, зануреному безпосередньо в потік рідини між дисками в області магнітного зазору Це дозволяє контролювати магнітну індукцію в магнітному зазорі, що може бути необхідно, наприклад, у зв'язку з и зміною згодом або у випадку розмагнічувальної дії оброблюваної рідини Нижче з посиланням на додані креслення наведені приклади реалізації способуі пристрою 8 згідно з винаходом На фіг 1 представлена схема реалізації базового варіанта способу, що заявляється На фіг 2 представлена схема реалізації варіанта виконання способу, що заявляється, у якому магнітна обробка виробляється ДВІЧІ На фіг 3 представлений осьовий переріз пристрою, що заявляється, для магнітної обробки, у якому реалізується спосіб, що заявляється, у варіанті з подвійною обробкою магнітним полем і вхідним і вихідним трубопроводами, з'єднаними з центральними отворами у дисках Схема варіанта виконання способу, представлена на фіг 1, має осьову симетрію, про що говорить її пунктирна вісь Спосіб включає подання через вхідний трубопровід 1 вхідного потоку рідини з заздалегідь заданими за величиною початковою швидкістю на вхід кільцевої області 2 простору з и центральної частини в радіальному напрямку Кільцева область 2 обмежена суцільним диском 3 і диском 4 з центральним отвором, виконаними з діамагнітного матеріалу Далі потік прискорюють, причому в даному випадку прискорення потоку в зазначеній області 2 має негативний знак, а його величина визначається початковою швидкістю, що у міру руху потоку в кільцевій області 2 зменшується зворотно пропорційно відстані від центра Далі потік пропускають через постійне магнітне поле, в основному зосереджене в магнітному зазорі 5, утвореному плоско паралельними магнітами 6, причому в області магнітного зазору 5 вектори швидкості часток потоку перпендикулярні до напрямків вектора магнітної індукції І, нарешті, вихідний потік подають у другу область простору, що представляє собою вихідний трубопровід 7 При цьому відношення меншої швидкості потоку до більшої його швидкості на границях магнітного зазору повинне лежати в діапазоні 1 (1,7-2) Вхідний І ВИХІДНИЙ ПОТОКИ рідини можуть бути інвертовані, тобто вхідний потік можна подати через трубопровід 7, а вихідний - через трубопровід 1 На фіг 2, представлена також осесиметрична схема удосконаленого варіанта виконання способу, у якому вхідний потік, що надходить по кільцевому вхідному трубопроводу 1, направляють у першу кільцеву область 2, обмежену суцільним диском 3 і диском 4 з центральним отвором, де його прискорюють з позитивним знаком у радіальному напрямку до центральної частини області 2 При цьому потік пропускають через магнітне поле в магнітному зазорі 5 3 центральної частини області 2 через центральний отвір диска 4 потік подають у центральну частину другої кільцевої області 8, обмеженої диском 4 і другим суцільним диском 3, ВІДКІЛЯ його направляють з негативним прискоренням у радіальному напрямку до периферії кільцевої області 8, пропускаючи знову через магнітне поле в магнітному зазорі 5, і далі - у вихідний трубопровід 7 Для забезпечення необхідного співвідношення швидкостей на вході і виході магнітного зазору звернені до потоку поверхні дисків 3 виконані конічними Інвертування вхідного і вихідного потоків у цьому випадку приводить до тієї ж самої схеми 59654 10 лінії в магнітному зазорі 5, утвореному плоско паралельними ЗОВНІШНІМИ магнітами 6, що створюють однорідне постійне магнітне поле На периферії трубопроводу 9 потік рідини повертається в протилежному напрямку до центра пристрою і попадає в другий трубопровід 10 з діамагнітного матеріалу, де він прискорюється і знову перетинає магнітні силові лінії в магнітному зазорі 5 Далі потік обробленої магнітним полем рідини надходить у вихідний трубопровід 7 Якщо заздалегідь вибрати необхідні початкову швидкість потоку, діапазон зміни швидкостей потоку, величину магнітної індукції, положення магнітного зазору, то, завдяки плоскій формі каналів у трубопроводах 9 і 10 з діаметрами, що безупинно ВІДПОВІДНО збільшуються або зменшуються, то для заданого діапазону зміни швидкості потоку завжди знайдеться поверхня усередині магнітного зазору, на якій добуток швидкості потоку на величину магнітної індукції буде дорівнювати абсолютному значенню сили Лоренца, необхідному для одержання заданого ефекту Однорідність магнітного поля в магнітному зазорі, утвореному плоско паралельними постійними магнітами, забезпечується плоскою формою магнітного зазору Абсолютне значення магнітної індукції в магнітному зазорі, що забезпечує величину сили Лоренца, необхідне для зміни властивостей конкретної рідини, підбирається КІЛЬКІСТЮ ПЛОСКИХ магнітів Пристрій працює таким чином Таким чином, переваги запропонованого техПотік оброблюваної рідини по вхідному трубонічного рішення в порівнянні з відомими способом проводу 1 попадає в перший трубопровід 9 з та пристроєм полягає в підвищенні однорідності діамагнітного матеріалу, утворений нижнім магнітного поля, вирівнюванні розподілу швидкосуцільним диском 3 і диском 4 з центральним отстей часток на вході в магнітне поле, і спрощенні вором Протікаючи в каналі між дисками, потік їх конструктивної реалізації рідини, сповільнюючись, перетинає магнітні силові На фіг 3 зображений розріз по осі пристрою згідно з винаходом, що реалізує варіант способу, що заявляється, з подвійним пропусканням потоку рідини через магнітне поле і з вхідним і вихідним трубопроводами в центральній частині пристрою Пристрій також має осьову симетрію і складається з вхідного трубопроводу 1, першого трубопроводу 9 з діамагнітного матеріалу, утвореного першим диском 4 з центральним отвором і внутрішнім суцільним диском 3, другого трубопроводу 10 з діамагнітного матеріалу, утвореного другим диском 4 з центральним отвором і тим самим внутрішнім суцільним диском 3, вихідного трубопроводу 7, плоско паралельних магнітів 6, магнітопроводів 11, що з'єднують однойменні полюси магнітів 6, магнітопроводу 12, що з'єднує різнойменні полюси магнітів 6, зовнішньої стінки 13, що з'єднує перші і другий суцільні диски 3 за їх периферією Діаметр внутрішнього диска 3 менше, ніж діаметр дисків 4 Стінка 13 складається з двох з'єднаних між собою половин, кожна з яких виконана як єдине ціле з дисками 4 Магнітопроводи 11 виконані у вигляді встановлених на дисках 4 кілець, на яких розташовані магніти 6 Магнітопроводи 12 виконані у вигляді кілець 14, з'єднаних циліндром 15, що утворюють спільно корпус пристрою Всередині потоку у футлярі 16 установлений датчик Холла, що дозволяє вимірювати магнітну індукцію в магнітному зазорі з урахуванням магнітних властивостей рідини ФІГ.1 11 Комп'ютерна верстка М Мацело 59654 12 Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна