Спосіб контролю ефективності активації водних систем магнітним полем

Реферат: Винахід належить до проблеми прикладного магнетизму і може бути використаний в технологіях магнітної обробки води в теплоенергетиці - в системі водопідготовки. Спосіб контролю ефективності активації водних систем магнітним полем шляхом реєстрації змін фізичних параметрів водного середовища, який включає дію на досліджуване водне середовище електричного поля, при цьому дію здійснюють високоградієнтним постійним електричним полем, а контроль ступеня активації магнітним полем здійснюють за допомогою вимірювання величини електромагнітного випромінювання, індукованого водним середовищем. Спосіб простий в реалізації, характеризується високою достовірністю, не вимагає значних енергетичних затрат, безпечний при практичній реалізації і належить до екологічно чистих технологій. UA 102616 C2 (12) UA 102616 C2 UA 102616 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до проблеми прикладного магнетизму і може бути використаний в технологіях магнітної обробки води в теплоенергетиці в системі водопідготовки, в будівництві при синтезі бетонних сумішей із специфічними параметрами при побудові естакад високошвидкісних магнітолевітуючих транспортних систем, в акумуляторобудівництві - при обробці електролітів, і у ряді інших галузей. При цьому ключовим моментом при магнітній обробці води і водних систем є оцінка ефективності магнітної обробки вказаних середовищ. Така задача належить до особливо складних теоретико-експериментальних задач: не дивлячись на широкий круг досліджень води і водних систем, питання зміни їх фізико-хімічних властивостей та структури під впливом зовнішніх дій залишаються невирішеними. Не дивлячись на існування великої кількості моделей води, їх об'єднуючою основою є твердження про наявність в її структурі як окремих незалежних молекул (мономолекул), так і з'єднаних різними зв'язками, кінетичних утворень (асоціатів), які динамічно розвиваються, і таке положення, обумовлює наявність безлічі варіабельних станів води і, отже, і прояв різноманітних властивостей (у тому числі і аномальних). І в той же час особливості структурної побудови води і її метастабільність дозволяють їй значущо відгукуватися на зовнішню дію будь-якої природи і, перш за все, магнітного поля - воду можна перевести в активований стан, і ця обставина дозволила запропонувати ряд технічних рішень щодо оцінки ефективності її магнітної обробки. Відомий спосіб індикації ступеня магнітної обробки водних систем, заснований на порівнянні омагніченого і неомагніченого водних розчинів по частотнозалежному компоненту напруги поляризації, створюваної змінним струмом низької частоти (Ремпель С.М. Условия наибольшей эффективности магнитной обработки воды // Промышленно-экономический бюллетень. - № 11. - Свердловск: ЦБТИ, 1962). Проте даний спосіб має обмеження - він застосовується для вузького кола розчинів і концентрацій. Відомий спосіб контролю магнітної сприйнятливості водних розчинів, заснований на вимірюванні величини окислювально-відновного потенціалу оброблюваного магнітним полем водного розчину - по максимальній величині і часу її досягнення судять про магнітну сприйнятливість водного розчину (а.с. СРСР № 899491, опубл. 1982 p.). Спосіб реалізується без відбору проби, проте необхідність використання складної електродної композиції, що вносить неконтрольований внесок у величину окислювальновідновного потенціалу, обмежує вживання методу. Відомий спосіб визначення ефективності магнітної обробки рідких середовищ за допомогою визначення вмісту вуглекислого газу і кисню в досліджуваній рідині до омагнічення і після омагнічення хроматографічними методами (а.с. СРСР № 922084, опубл. 1982 p.). Спосіб характеризується науковим підходом, проте в практичних реалізаціях обробка хроматограм для визначення складових компонентів пов'язана з великими погрішностями, перш за все, унаслідок того, що характер хроматограм варіабельний через вплив на досліджуване середовище різних зовнішніх чинників і, перш за все, протонної складової сонячного випромінювання, у зв'язку з чим достовірність методу невелика. Відомий спосіб контролю ефективності впливу магнітного поля на воду, який включає вимірювання кількості крупних частинок домішки (солей жорсткості) до омагнічення і після нагріву до 80 °C і дії магнітного поля, які приводять до збільшення кількості крупних частинок в пробі, і по відношенню їх числа в досліджуваній і в контрольній пробі судять про ефективність магнітної обробки (а.с. СРСР № 1587015, опубл. 1990 p.). Метод складний в практичних реалізаціях, вимагає складного устаткування, проте достовірність одержаних результатів невелика (важко диференціювати внесок нагріву і магнітного поля на зміну структури води), так що результати вимірювання незіставні з витратами на їх проведення. Відомий спосіб контролю ефективності активації магнітним полем води, яка нагрівається до кипіння, за допомогою реєстрації різниці мас води, що випарувалася, з проб, які знаходяться в рівних умовах - активованих і не активованих магнітним полем, з подальшим визначенням показника активації (пат. РФ № 2120041, опубл. 1998 p.). Метод простий в реалізації, проте, зважаючи на неминучі неконтрольовані втрати в рідині при конденсації, точність методу невелика, і для підвищення точності і достовірності у визначенні показника активації потрібен нагрів значних масивів рідини, що збільшує енерговитрати на кип'ятіння. Більш перспективними, такими, що не вимагають значних енерговитрат, не вносять великі збурення (при кип'ятінні) в досліджуване середовище, є способи оцінки ефективності магнітної обробки, засновані на вимірюванні змін електрофізичних характеристик оброблюваних рідких 1 UA 102616 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 середовищ електричними методами. Такими є технічні рішення по а.с. СРСР № 833557, опубл. 1981 p., а.с. СРСР № 1973875, опубл. 1991 p. Найближчим по технічній суті і по результату, що досягається, до винаходу, що заявляється, технічним рішенням (прототипом), є спосіб контролю ефективності активації водного середовища магнітним полем, який включає реєстрацію змін фізичного стану, саме електропровідності, проби води, підданої впливу змінного електричного струму частотою 5-6 МГц як активуючого чинника, і проби, підданої впливу змінного струму і постійного магнітного поля, за допомогою вимірювання добротності коливальних контурів, складовою частиною яких є вимірювальні ємності з досліджуваними пробами, і подальше обчислення тангенса кута діелектричних втрат (а.с. СРСР № 833557, опубл. 1981 p.). Спосіб вигідно відрізняється від раніше наведених способів тим, що при вимірюваннях досліджуване водне середовище не піддається сильним збуренням, не вимагає значних енергетичних витрат і значних за об'ємом проб досліджуваної рідини. Проте при порівняльній оцінці ефективності магнітної обробки виникає задача обчислення тангенса кута діелектричних втрат, який зв'язаний складною функціональною залежністю із зміряними значеннями добротності коливальних контурів і ємностей вимірювальних конденсаторів, заповнених контрольною і обробленою магнітним полем рідиною, точність вимірювання яких невелика, у зв'язку з чим невелика і достовірність в оцінці ефективності магнітної обробки. В основу способу контролю ефективності активації водних систем магнітним полем, який заявляється, поставлена задача підвищення достовірності в оцінці ефективності магнітної активації. Поставлена задача вирішується тим, що в способі контролю ефективності активації водних систем магнітним полем шляхом реєстрації змін фізичних параметрів водного середовища, що включає дію на досліджуване водне середовище електричного поля, відповідно до винаходу, дію здійснюють високоградієнтним постійним електричним полем, а контроль ступеня активації магнітним полем здійснюють за допомогою вимірювання величини електромагнітного випромінювання, індукованого водним середовищем. Згідно з двоструктурною моделлю води, що є основою різноманітних водних систем, воду розглядають як суміш вільних молекул (мономолекул) і асоціатів, зв'язаних структур, які залежно від числа вхідних в них молекул іменується кластерами або фракталами. Останні утворюються у воді тому, що молекули води мають великий дипольний момент (рівний 1,84 Д), електрично активно взаємодіють, внаслідок чого і утворюються вказані асоціати. Отже у вільному стані вода асоційована рідина, в якій постійно відбуваються взаємні переходи вільні молекули  асоціати, причому інтенсивність вказаних фазових переходів істотно залежна від зовнішніх впливів, перш за все від електричних і магнітних полів, чим, власне, і викликаний сам феномен магнітної обробки. При цьому для контролю ефективності магнітної активації водне середовище необхідно заздалегідь енергізувати (забезпечити енергетичний рівень вище теплового) з тим, щоб підвищити його чутливість до магнітного поля, що дозволяє задати необхідну величину напруженості магнітного поля і більш достовірно оцінити ефективність активації. Оскільки у вільному стані диполі мономолекул, рівно як ідиполі асоціатів, орієнтовані випадковим чином, при цьому дипольні моменти асоціатів різняться по величині і напряму, то енергізацію водного середовища слід здійснювати електричним полем, напрям силових ліній якого у водному середовищі варіюють в широких межах тобто, високоградієнтним електричним полем. Підвищивши таким чином реакційну спроможність, забезпечивши наявність безлічі варіабельних станів водного середовища, вдається підвищити чутливість водного середовища до магнітного поля і з більшою достовірністю визначити ефективність магнітної активації. При додатку до водного середовища електричного поля диполі мономолекул, диполі асоціатів вишикуються уздовж силових ліній електричного поля, відстань між молекулами зменшується, електрична взаємодія між ними посилюється, під дією магнітного поля величина дипольного моменту зростає (згідно [http://jrecplire.ru/jre/novos/1/text.html]) з 1,84 Д до 5,23 Д), і при досягненні оптимального значення величини магнітного поля різко зростає вірогідність розриву водневого зв'язку, руйнування структурних утворень - асоціатів з трансформацією в ансамбль вільних молекул води. Зростає вірогідність розриву і більш слабких зв'язків - зв'язків між окремими структуроутвореннями із звільненням внутрішньої енергії, яка потім може трансформуватися в інші типи, у тому числі і в енергію електромагнітного випромінювання (теоретико-експериментальна модель [Вісник Харківського університету, вип. 2, сер. Радіофізика. 1973. - С. 92-94, Денисов Ю.П. Електромагнітний обмін і енергетичне акумулювання у приграничному шарі киплячої рідини] дійсно встановлює можливість 2 UA 102616 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 електромагнітного випромінювання в інфрачервоному діапазоні з рідини при її сильному нагріві за рахунок ефекту теплової анізотропії). Вірогідність виникнення електромагнітної емісії з енергезованого електричним і магнітним полем водного середовища посилюється за рахунок квадрупольного механізму поверхневої поляризації дипольних рідин [Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. Л.: Наука, 1976.592 с, Адамсон А. Физическая химия поверхности. - М.: Мир, 1979.-568 с], згідно з яким зарядна структура поверхні (в загальному випадку межа розділу фаз (рідина - повітря, рідина - тверде тіло - межа посудини, в якій розміщується рідина)) флуктурує, а наявність у водному середовищі домішок і дія магнітного поля ці флуктуації усилюють, збільшується ступінь делокалізації заряду на ОН-зв'язку (від водню до кисню) в молекулі води, що повинне привести до звільнення енергії у вигляді електромагнітної емісії. В експериментальних дослідженнях вказана поведінка водопровідної води, енергезованої високоградієнтним електричним і магнітним полями, підтверджується. На кресленні наведена структурна схема пристрою для реалізації способу. Пристрій містить посудину 1 з діелектричного радіопрозорого матеріалу, заповнену водою 2, виконані з немагнітного матеріалу площинний електрод 3, подовжній розмір якого рівний висоті посудини, і точковий електрод 4, що розміщені на боковій поверхні посудини на діаметральній лінії перетину посудини, який проходить через середину площинного електрода 3, та підключені до джерела постійного струму; площинні рівної площі електроди 5 і 6 з немагнітного матеріалу, що розміщені на боковій поверхні посудини і підключені до реєстратора 7, при цьому осьова лінія, що зв'язує електроди 5 і 6, ортогональна осьовій лінії, що зв'язує електроди 3 і 4. В практичних реалізаціях електроди 3 і 4 із співвідношенням площ 100:1 і більш упресовані в тіло посудини, а як реєстратор 7 доцільно використовувати високочастотні вимірювальні пристрої з регульованою (перемиканою) смугою частот, переважно мікровольтметри В6-1 (В69), що серійно випускаються, селективні підсилювачі У2-8 або спектроаналізатори серії С4 (С427, С4-28, С4-60). Високоградієнтне просторово-неоднорідне електричне поле у водному середовищі створюється джерелом постійного струму, яке забезпечує струм в межах 1-20 мА, магнітне поле - постійними магнітами у формі паралелепіпеда з матеріалу неодим-залізо-бор, намагніченими уздовж лінії, що з'єднує широкі стінки паралелепіпеда, з індукцією на поверхні 700-900 мТл, встановленими на кронштейнах, що переміщаються, і зверненими один до одного різнойменними магнітними полюсами, що створюють напруженість магнітного поля в зазорі (і у водному середовищі) в межах 20-50 мТл. При величині напруженості магнітного поля у водному середовищі 40-50 мТл реєстратор фіксує слабке по інтенсивності, проте упевнено спостережуване, близьке до шумового електромагнітне випромінювання з центральною частотою (ядром спектру), рівною 16±1 Мгц. При заміні водопровідної води, узятої безпосередньо з водопроводу, на воду, що пройшла побутовий фільтр (який, як ми вважаємо, зменшує певною мірою концентрацію домішок), характер спектра якісно дещо змінився, проте із збереженням значення центральної частоти. Це може свідчити про домінуючий вплив на процеси, що відбуваються у водному середовищі, характер структуризації самої води в порівнянні з впливом домішок. Роль домішок могла бути понижена і унаслідок того, що на полюсах диполів кластерів, що утворилися саме з груп молекул води, що вишикувалися уподовж ліній електричного поля і що утримуються один з одним за допомогою водневих зв'язків, під впливом завжди присутніх в оточуючому середовищі зовнішніх електромагнітних полів техногенного походження концентруються електромагнітні поля дисгармонічного характеру, які при розпаді кластерів під впливом магнітного поля перевипромінюються у водне середовище і фіксуються реєстратором. Значення центральної частоти спектра електромагнітного випромінювання, індукованого водним середовищем під впливом електричного і магнітного полів (близько 16 Мгц), що фіксується, може відображати фундаментальну властивість матерії, яка базується на тому, що в основі коливальних процесів лежать коливальні характеристики зв'язаних протонів, які становлять основу будь-якого матеріального тіла [Хартмут Мюллер Логарифмически фрактальная масштабная инвариантность физических характеристик как универсальный критерий оценки динамических свойств колебательных процессов // www.tetraktiba.spb.ru/download/DissHM.pdf]. Відповідно до вказаної теоретичної моделі у фундаментальному спектрі частот власних коливань ланцюгової системи зв'язаних протонів лежать частоти, характерні для речовинної складової навколишнього світу, і в одній із зон максимальної густини вказаного фундаментального спектра є наявною частота 16 Мгц, яка є субгармонікою резонансної частоти протонів. 3 UA 102616 C2 5 10 15 Верифікацією теоретичної побудови [www.tetraktiba.spb.ru/download/DissHM.pdf], імовірно, є і дані експериментальних досліджень по взаємодії електромагнітного поля з водою [Бессонова А.П., Стась И.Е. Влияние высокочастотного электромагнитного поля на физико-химические свойства воды и ее спектральные характеристики // Ползуновский вестник, № 3.-2008. - С. 305309], згідно з яким максимальні зміни рН води і її електропровідності досягаються на частотах 150, 160 і 170 Мгц, з яких частота 160 Мгц є центральною однієї із зон максимальної густини протонно-резонанасного спектра і також є субгармонікою резонансної частоти протонів. Таким чином, використання електромагнітної емісії з водного середовища як критерію в оцінці ефективності активації магнітним полем води і водних систем при попередній їх енергізації просторово-неоднорідним електричним полем з метою підвищення чутливості до магнітного поля і підвищення достовірності в оцінках ефективності є продуктивним підходом. При цьому розроблений метод може бути корисний і в технологіях власне магнітної обробки водних систем при використанні електричних і магнітних полів, оскільки їх синергетична дія торкається прояву однієї з фундаментальних властивостей ще не до кінця зрозумілого такого складного матеріального об'єкта, якою є вода [Вода - космическое явление / под ред. Ю.А. Рахманина, В.К. Кондратьева. М.: РАЕН, 2002. 427 с], причому вказана обробка може здійснюватися під надійним контролем. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 Спосіб контролю ефективності активації водних систем магнітним полем шляхом реєстрації змін фізичних параметрів водного середовища, який включає дію на досліджуване водне середовище електричного поля, який відрізняється тим, що дію здійснюють високоградієнтним постійним електричним полем, а контроль ступеня активації магнітним полем здійснюють за допомогою вимірювання величини електромагнітного випромінювання, індукованого водним середовищем. 4 UA 102616 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5