ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ФИЛЬТР-ОСАДИТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК B01D35/06 C02F1/48 C02F103/34 

Изобретение относится к аппаратам для магнитно-фильтрационной очистки жидкости и газов, магнитной обработки воды и водных систем и может быть использовано в химической, нефтехимической промышленности, теплоэнергетике, сельском хозяйстве, строительстве, коммунальном хозяйстве и других отраслях.

Электромагнитные фильтры-осадители известны давно, основная принципиальная конструкция соленоидального типа которых получила наибольшее распространение (Сандуляк А. В. Магнитно-фильтрационная очистка жидкостей и газов. - М.: Химия, 1988. С. 103-115).

К ним относится, например, электромагнитный фильтр-осадитель (а.с. 1091942 СССР, опубл. Б.И. 18, 1984), содержащий герметичный корпус цилиндрической формы, охватываемый намагничивающей соленоидальной катушкой.

К недостаткам этого устройства относятся:
- сниженная величина напряженности магнитного поля по оси соленоида по отношению к напряженности у стенок корпуса, что снижает эффективность омагничивания;
- повышенная материалоемкость фильтра - осадителя в связи с развитой системой намагничивающих катушек и разомкнутостью магнитной цепи;
- увеличенные потери магнитного поля в окружающую среду из-за значительных магнитных потоков рассеяния вне объема омагничивания;
- значительные потери электрической энергии в катушке;
- достаточно напряженный термический режим катушки, требующий специальных средств охлаждения.

Известен электромагнитный фильтр-осадитель, обладающий улучшенными энергетическими показателями, например а.с. 1151264, СССР, опубл. БИ 15, 1985, содержащий малогабаритные катушки со стальными сердечниками за пределами рабочей зоны магнитного осаждения, что позволяет до минимума сократить участки магнитной цепи вне рабочих зон.

К недостаткам этого устройства относятся:
- сниженная величина напряженности магнитного поля по оси соленоида по отношению к напряженности у полюсов сердечника, что снижает эффективность омагничивания;
- неравномерность намагничивания объема рабочего канала, особенно при приближении к полюсам сердечника и удалении от них к периферии, что вызывает возникновение локальных центров концентрации магнитного потока;
- повышенная материалоемкость фильтра-осадителя в связи с использованием стальных сердечников.

Известен электромагнитный фильтр-осадитель с повышенной напряженностью магнитного поля по оси устройства (Хабаров О.С. Безреагентная интенсификация очистки сточных вод. - М.: Металлургия, 1982. С. 66), содержащий концентратор магнитного поля в виде трубы из ферромагнитного материала, установленный вдоль оси намагничивающей системы катушек.

К недостаткам этого устройства относятся повышенный расход цветного металла на изготовление электромагнитных систем, сниженная эффективность устройства из-за повышенного расхода электроэнергии на нагрев катушек, необходимость создания дорогостоящих охлаждающих систем.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является принятый за прототип электромагнитный фильтр-осадитель (а.с. 385622, СССР, опубл. в БИ 26, 1973), содержащий камеру в виде конуса из немагнитного материала, входного и выходного патрубков, сливного отверстия для вывода сгущенного ферромагнитного концентрата. Электромагнитная система из катушек, охватывающих конус, при подключении к источнику постоянного тока создает неоднородное магнитное поле внутри камеры, обеспечивая в зависимости от характеристики сгущаемого материала необходимую величину магнитного поля. Также фильтр-осадитель может быть снабжен ферромагнитными осадительными элементами различных размеров и формы, например в виде решетки, сетки, шаров или стружки, установленных в камере.

К недостаткам прототипа относятся:
- повышенная материалоемкость в связи с повышенной массой катушек, изготовленных, как правило, из цветного металла;
- повышенный расход электроэнергии из-за потерь тепла в катушках и значительного рассеяния магнитного поля вне камеры, что снижает эффективность использования электроэнергии;
- минимальное значение напряженности магнитного поля по оси системы омагничивания, что снижает эффективность использования активного объема фильтра-осадителя;
- наличие локальных экстремумов магнитного поля в камере, что приводит к созданию локальных зон концентрации ферромагнитного концентрата в объеме камеры;
- в связи с низким коэффициентом мощности системы практически невозможно использование переменного тока, что сужает область применения фильтра-осадителя.

Задачей изобретения является создание электромагнитного фильтра-осадителя с пониженной материалоемкостью, повышенной эффективностью использования электроэнергии и активного объема фильтра-осадителя, максимальным значением величины магнитной напряженности на оси системы омагничивания, отсутствием локальных экстремумов магнитного поля и локальных зон концентрации ферромагнитного концентрата в объеме камеры, возможностью использования постоянного и переменного токов, расширяющего область применения фильтра-осадителя.

Это достигается тем, что фильтр-осадитель содержит камеру, образованную конусом из немагнитного электропроводящего материала с входным и выходным патрубками у основания конуса, сливным отверстием в вершине конуса для вывода сгущенного ферромагнитного концентрата, снабженную стержнем из электропроводящего материала, электрически соединенным с конусом в вершине, крышкой и перегородками из диэлектрического материала, расположенными вдоль стержня, разделяющими камеру и образующими отверстие для обрабатываемого материала.

На фиг.1 представлено вертикальное сечение А-А; на фиг.2 - вертикальное сечение Б-Б предлагаемого фильтра-осадителя в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Фильтр-осадитель содержит камеру 1 для магнитной обработки жидкости или газа, имеющую стержень 2 и образованную конусом 3 из электропроводящего материала. Стержень 2 электрически соединен с конусом 3 в вершине конуса. Камера 1 у основания конуса имеет крышку 4 из диэлектрического материала с перегородками 5, образующими отверстие 6, входной 7 и выходной 8 патрубки для подачи и отвода обрабатываемых жидкости или газа. К стержню 2 и конусу 3 подсоединены электрические провода 9 с клеммами 10. В вершине конуса имеется сливное отверстие 11. Фильтр-осадитель может быть снабжен ферромагнитными осадительными элементами 12 различных размеров и формы, например в виде решетки, сетки, шаров или стружки, размещенных в камере 1.

Фильтр-осадитель функционирует следующим образом. После заполнения камеры 1 обрабатываемой жидкостью (газом) фильтр-осадитель подключается с помощью соединительных проводов 9 и клемм 10 к сети постоянного или переменного тока. В стержне 2 и конусе 3 устройства создается электрический ток, вызывающий в пространстве камеры 1 неоднородное круговое магнитное поле. Интенсивность магнитного поля увеличивается как в направлении к стержню 2 по радиусу, так и по высоте конуса 3 и имеет максимальное значение в вершине конуса. Благодаря перегородкам 5, обеспечивающим движение жидкости (газа) через отверстие 6 камеры в зоне с максимальной магнитной напряженностью, в процессе движения жидкости (газа) от входного патрубка 7 к выходному 8 жидкость (газ) подвергается воздействию магнитного поля. При этом ферромагнитные частицы под воздействием неоднородного магнитного поля сгущаются, коагулируют и под действием силы магнитного притяжения и силы гравитации скапливаются в зоне вершины конуса 3. Очистка камеры 1 от сгущенного ферромагнитного концентрата производится через сливное отверстие 11 при отключенном электрическом токе. Для усиления эффекта омагничивания фильтр-осадитель может быть снабжен ферромагнитными осадительными элементами 12 различных размеров и формы, например в виде решетки, сетки, шаров или стружки.

Технический эффект предлагаемого электромагнитного фильтра-осадителя по сравнению с прототипом состоит в следующем:
- снижена материалоемкость фильтра-осадителя в связи с отсутствием электромагнитной системы катушек;
- снижен расход и повышена эффективность использования электроэнергии, так как тепловыделение в стержне и конусе при протекании тока утилизировано для интенсификации магнитной обработки;
- создано максимальное значение напряженности магнитного поля по оси системы омагничивания благодаря наличию электропроводящего стержня, что повышает эффективность использования активного объема фильтра-осадителя;
- исключено наличие центров локализации экстремумов магнитного поля в камере и локальных зон концентрации ферромагнитного концентрата в объеме камеры в связи с плавным изменением магнитного поля в направлении к оси камеры и к вершине конуса;
- обеспечена возможность использования постоянного и переменного токов для омагничивания обрабатываемого материала, расширяющего область применения фильтра-осадителя.

Изобретение относится к аппаратам для магнитофильтрационной очистки жидкости и газов, магнитной обработки воды и водных систем и может быть использовано в химической, нефтехимической промышленности, теплоэнергетике, сельском хозяйстве, строительстве, коммунальном хозяйстве и других отраслях. Устройство содержит камеру для магнитной обработки жидкости или газа, образованную конусом из электропроводящего материала. В вершине конуса установлен электропроводный стержень. Камера в верхней части имеет крышку из диэлектрического материала с перегородками для направления потока жидкости или газа через отверстие в зону с максимальной напряженностью магнитного поля. Устройство имеет пониженную материалоемкость; сконцентрированное магнитное поле в вершине конуса; направленную неоднородность магнитного поля от периферии к оси и вершине конуса без появления центров локализации экстремумов магнитного поля; утилизацию тепловыделения в стержне и конусе. 2 ил.

Электромагнитный фильтр-осадитель, содержащий камеру, образованную конусом из немагнитного электропроводящего материала с входным и выходным патрубками у основания конуса, сливным отверстием в вершине конуса для вывода сгущенного ферромагнитного концентрата, отличающийся тем, что камера снабжена стержнем из электропроводящего материала, электрически соединенным с конусом в вершине, крышкой и перегородками из диэлектрического материала, расположенными вдоль стержня, разделяющими камеру и образующими отверстие для обрабатываемого материала.