УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2002 года по МПК C02F1/48 C02F103/02 

Изобретение относится к области электромагнетизма, а именно к электромагнитным устройствам, используемым для активации магнитным полем различных жидких и газообразных сред.

Известно устройство для электромагнитной обработки жидких сред (патент США 2652925, кл. 210-222, 22.09.58), содержащее цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, размещенный снаружи корпус и установленный внутри корпуса цилиндрический сердечник. Недостатком этого устройства является то, что линии напряженности магнитного поля внутри устройства совпадают с направлением потока жидкости, поэтому магнитное поле не оказывает влияния на движение заряженных частиц и ионов в потоке жидкости и тем самым снижает эффективность активации жидкости магнитным полем.

Наиболее близким по техническому решению является устройство по авт.св. 344879, кл. В 01 D 35/06, 1972. Известное устройство включает корпус, электромагнит с сердечником из ферромагнитного материала, трубчатый змеевик, надетый на катушку электромагнита, которая может быть подключена к источнику постоянного или переменного электрического тока. Известное устройство обладает рядом недостатков, заключающихся в том, что при расположении змеевика, по которому пропускается жидкость, надетого на катушку, магнитное поле с внешней стороны рассредоточивается в окружающем пространстве и не концентрируется в пределах змеевика.

Техническим решением предлагаемого устройства является повышение эффективности активации жидкости за счет концентрирования энергии магнитного поля в пределах трубопровода, по которому течет жидкость, и дополнительного влияния градиента напряженности магнитного поля вдоль потока жидкости в трубопроводе.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для магнитной обработки жидкости, содержащем корпус, электромагнит, трубчатый змеевик, корпус выполнен в виде усеченного конуса из немагнитного материала и с соленоидом, намотанным на его поверхность, при этом трубчатый змеевик выполнен из немагнитного материала и расположен внутри корпуса в виде конусной спирали.

Новизна технического решения обусловлена перемещением трубки, по которой течет жидкость, с внешней стороны соленоида, где рассредоточено магнитное поле, вовнутрь соленоида, где магнитное поле концентрируется, причем напряженность магнитного поля увеличивается от центра соленоида к периферии, где расположена трубка в виде конусной спирали, по которой протекает омагничивающаяся жидкость. Особенностью конструкции является также конусность соленоида под оптимальным углом 60^o и заключенного внутрь него трубчатого конусного змеевика. Конусная конструкция соленоида позволяет создать градиет напряженности магнитного поля внутри соленоида вдоль его длины, что оказывает дополнительное влияние на эффект активации (омагничивания) жидкости, протекающей по трубчатому змеевику под углом 90^o к силовым линиям магнитного поля.

Таким образом, при питании соленоида постоянным или переменным электрическим током создается магнитное поле с градиентом напряженности внутри соленоида вдоль его длины, что при одновременном пересечении силовыми линиями магнитного поля потока жидкости в трубчатом змеевике под углом 90^o повышает эффективность активации жидкости в магнитном поле.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо. Устройство для магнитной обработки жидкости испытано в лаборатории и в промышленных условиях.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 дан общий вид устройства, на фиг. 2 - с графиками, характеризующими изменения напряженности магнитного поля внутри соленоида вдоль его радиуса (кривая 3) и по длине (кривая 4 - около проводника, кривая 5 - в центре соленоида), а на фиг. 3 представлен сектор в 90^o окружности одного из витков соленоида.

Устройство для магнитной обработки содержит корпус 1, выполненный в виде усеченного конуса из немагнитного материала. На поверхность корпуса 1 намотан соленоид 2. Трубчатый змеевик 3 выполнен из немагнитного материала и расположен внутри корпуса 1 в виде конусной спирали. Соленоид 2 подключен к источнику питания 4.

Устройство работает следующим образом. При включении источника питания 4 по соленоиду проходит ток, создающий электромагнитное поле, воздействующее на жидкость, которую пропускают через трубчатый змеевик 3.

В научной литературе принято, что магнитное поле внутри цилиндрического соленоида однородно, т.е. величина его индукции и напряженности постоянны по всему внутреннему объему. Однако есть основание считать, что в направлении от центра соленоида к круговому проводнику величина индукции и напряженности магнитного поля возрастают. Для доказательства этого проведен расчет напряженности магнитного поля в точках, отстоящих на разном расстоянии от проводника. Для этого в первом приближении рассмотрен сектор в 90^o окружности, на котором выделены элементарные участки Δl=0,1R, от каждого из которых по принципу суперпозиции в интересующей точке пространства создается вклад в общую величину напряженности поля (фиг. 3). Здесь R - радиус витка проводника соленоида.

Величина индукции магнитного поля от элемента Δl проводника, по которому течет ток силой J, в точке пространства на некотором расстоянии r в соответствии с законом Био-Савара-Лапласса определяется выражением

где α- угол между радиусом вектором г и элементом тока.

Так как B = μ₀μH, то напряженность поля
Для доказательства изменения напряженности магнитного поля по радиусу соленоида достаточно провести расчет в точках от проводника при r₁=0,1R и в центре соленоида.

На участке дуги сектора в 90^o

Таким образом, на этой дуге при Δl=r будет выделяться 15 элементарных участков Δl=r, причем один участок Δ1₁ в центре, к которому радиус вектор r₁ направлен перпендикулярно, т.е. угол α₁ между направлениями радиуса-вектора и тока равен 90^o, следовательно sinα = 1
Если принять, что ток направлен против часовой стрелки, то углы α₂, α₃, α₄...α₇ между радиусами-векторами r₂, r₃, r₄... r₈ и элементами контура Δ1₂, Δ1₃, Δ1₄...Δ1₈ будут меньше 90^o, а углы между радиусами-векторами r₉, r₁₀. .. r₁₅ и элементами контура Δ1₉, Δ1₁₀...Δ1₁₅ будут более 90^o, но меньше 180^o.

В этом случае в точке А по правилу суперпозиции суммируются напряженности магнитного поля от ΔH₁ до ΔH₁₅:
























Таким образом, результирующая величина напряженности магнитного поля на расстоянии r= 0,1R от проводника в т. А от всех элементов сегмента в 90^o будет равна

Если учесть все четыре сегмента окружности, то от всех элементов Δl слева и справа от т. А магнитные поля будут компенсировать друг друга за исключением элемента Δl, который расположен на продолжении радиуса-вектора r₁ с обратной стороны радиуса окружности R, причем величина

и общая величина напряженности магнитного поля в т. А при r₁=0,1R составит

В центре соленоида Таким образом, на расстоянии r=0,1R от проводника внутри соленоида напряженность поля в 1,6 раза выше, чем в центре, поэтому от центра соленоида к его периферии должно отмечаться постепенное увеличение напряженности магнитного поля (фиг. 2). Вдоль длины конусного соленоида также должно быть изменение напряженности магнитного поля, т. к. в центре соленоида величина напряженности магнитного поля обратно пропорциональна радиусу витка проводника
Чем меньше диаметр витка соленоида, тем выше напряженность магнитного поля (фиг. 2).

Таким образом, расчеты подтверждают изменение напряженности магнитного поля конусного соленоида как по радиусу, так и вдоль длины, и следовательно, применение конусного соленоида со спиральной укладкой трубки внутри него является более эффективным для повышения степени активации жидкости магнитным полем.

Изобретение относится к магнитной обработке жидкостей и может использоваться для интенсификации различных технологических процессов, например активации оросительной воды, предотвращения накипи на поверхности нагрева теплообменных аппаратов, очистки и осветления технической воды. Устройство состоит из цилиндрического конусного корпуса, изготовленного из немагнитопроводящего материала, на него намотан соленоид. Внутри корпуса в виде конусной спирали размещен трубчатый конусный змеевик из немагнитного материала для пропускания жидкости. Соленоид и заключенный в него трубчатый змеевик имеют конусную форму под углом 60^o. Технический результат состоит в повышении эффективности активации жидкостей. 3 ил.

Устройство для магнитной обработки жидкости, содержащее корпус, электромагнит, трубчатый змеевик, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде усеченного конуса из немагнитного материала и с соленоидом, намотанным на его поверхность, при этом трубчатый змеевик выполнен из немагнитного материала и расположен внутри корпуса в виде конусной спирали.