УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОМАГНИЧИВАНИЯ ВОДЫ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/48 C02F103/02 

Изобретение относится к устройствам для электромагнитной обработки жидкости, в частности для подготовки структуры воды для использования в теплоэнергетике, в сельском хозяйстве, в медицине, конкретно для пищевой промышленности в хлебопечении.

Широко известно устройство для обработки жидкостей в магнитном поле, использующееся в пищевой и медицинской промышленности (патент 2050332 РФ, МКИ С 02 F 1/48), состоящее из намагничивающей катушка и системы управления. Обрабатываемая жидкость устанавливается внутри магнитной системы в немагнитной таре (например, стеклянной или пластмассовой бутылке). Электронная система управления намагничиванием обеспечивает малую длительность фронта нарастания магнитного поля. Конструкция устройства позволяет омагничивать мерный объем жидкости, находящейся в таре в состоянии покоя, непосредственно перед использованием.

К недостаткам данного устройства относится то, что объем жидкости, находящейся между полюсами, обычно определяется объемом стандартной тары и значителен, что требует большой затраты энергии, доставки транспортной к потребителю, что не рационально для хлебопекарного производства.

В другом известном устройстве для омагничивания жидкости в потоке (разработанном в 1991 г. , патент СССР 1807011, МКИ С 02 F 1/48) имеется неподвижный "ротор" из магнитострикционного материала, статор, являющийся магнитопроводом с трехфазной обмоткой, сидящий на немагнитной трубе. Между немагнитной трубой и "ротором" образуется камера для протока жидкости, заканчивающаяся у выхода патрубком.

Жидкость поступает через входной патрубок в герметичную камеру. В двух ее рабочих зазорах, по которым идут равные потоки жидкости, создается вращающееся электромагнитное поле, обрабатывающее поток жидкости на всем протяжении трубы. Поле системы трехфазного тока используется также для импульсного изменения объемных размеров ротора, выполненного из магнитострикционного материала, что создает высокую интенсивность перемешивания жидкости в направлении ее движения.

К недостаткам данной конструкции проточного омагничивания жидкости относится необходимость выполнения неподвижного "ротора" из магнитострикционного материала, сложность его крепления в потоке жидкости, наличие многофазной системы тока, что ограничивает диапазон применения и возможность использования в пищевой промышленности.

В известном щелевом аппарате для магнитной обработки воды с целью снижения накипеобразования (патент СССР 1807011, МКИ С 02 F 1/48, 1993 г.) содержится пара полюсных пластин, соединенных между собой магнитопроводом с размещенной на нем катушкой. Пластины имеют U-образные наконечники, снабженные обтекателями из диамагнитного материала и такими же вставками между полярными деталями. Поток обрабатываемой воды распределяется между полюсными пластинами смежных модулей, проходит через их рабочие зазоры, где подвергается обработке, после чего подается в проточный тракт к потребителю. Дополнительное оснащение магнитных наконечников модуля диамагнитными вставками объясняется авторами задачей повышения текучести жидкости.

Достоинства устройства: простота, экономичность, большие объемы обрабатываемой воды, небольшой рабочий зазор, возможность одновременного использования заданного количества модулей.

Недостатком устройства является то, что рабочий зазор не может быть изменен в процессе, не предусмотрена замена полюсных наконечников.

В более совершенной конструкции устройства для электромагнитной обработки жидкости (патент РФ 2069188, МКИ С 02 F 1/48), коаксиально размещены жидкостипровод, сердечник, металлическая диамагнитная труба, намагничивающая катушка и магнитопровод. Кольцевой зазор образован между сердечником и диамагнитным цилиндром с магнитопроводом.

Магнитная система этого устройства может быть отнесена к трансформаторному типу (см. Электронагревательное устройство трансформаторного типа, патент РФ 2101882, Н 05 В 6/10, F 24 Н 1/10, опубл. 10.01.98), где намагничивающая катушка является первичной обмоткой, а металлическая диамагнитная труба - вторичной. Жидкость подвергается обработке на протяжении всего сердечника. В стенке жидкостипровода выполнены отверстия по обе стороны сердечника, а внутри его расположены рассекатель и шток. При омагничивании рассекатель частично перекрывает поток жидкости в жидкостипроводе и делит его на две части. Такая конструкция позволяет обрабатывать только часть жидкости, поступившей из трубопровода, а другая часть жидкости минует зону обработки, идет на охлаждение сердечника.

К недостаткам устройства относятся: рабочий зазор полюса не регулируется, конструкция не предполагает получение воды с качествами, необходимыми для использования в пищевой промышленности.

В другом известном устройстве для магнитной обработки жидкости (авторское свидетельство СССР 1650604, кл. С 02 F 1/48, 1991 г., БИ 19) содержится диамагнитная труба, соединенная с входным патрубком, трубчатый сердечник, соединенный с выходным патрубком, расположенный в диамагнитной трубе с кольцевым зазором, с торцевой заглушкой и радиальными отверстиями, соединяющими его с полостью кольцевого зазора, эластичный кольцевой элемент между трубчатым сердечником и диамагнитной трубой, индуктор из многовитковой намагничивающей катушки с магнитопроводом, размещенными на диамагнитной трубе.

Жидкость, проходя по кольцевому зазору магнитной цепи, обрабатывается магнитным полем и уходит к потребителю через внутреннюю полость трубчатого сердечника. Ввиду высокой температуры нагрева диамагнитной трубы введен эластичный кольцевой элемент, смягчающий влияние ее упругой температурной деформации на узлы устройства.

Устройству присущи следующие недостатки:
- не предусмотрена удобная профилактическая промывка полости омагничивания жидкости;
- рабочий зазор магнитной цепи не регулируется;
- велика потребляемая мощность, из-за металлической диамагнитной трубы, являющейся короткозамкнутым витком на сердечнике;
- затруднена замена узлов и катушки индуктора.

Самой близкой по технической сути к заявляемому является конструкция устройства индукционного нагрева воды, известная по авторскому свидетельству СССР 1019676, кл. Н 05 В 6/10, 1983, БИ 19. Вода в этом устройстве подвергается омагничиванию перед нагревом, непрерывно пересекая силовые линии магнитного поля, с целью снижения возможности засорения накипью поверхностей рабочего зазора магнитной системы.

Устройство, выбранное за прототип, содержит подсоединительные патрубки - подающий и выходной со стороны источника и потребителя соответственно, соединеный с ними диамагнитный трубопровод, установленный внутри его с кольцевым зазором трубчатый сердечник со сквозным каналом вдоль оси, соединенный с патрубками для пропуска воды, индуктор, охватывающий диамагнитный трубопровод многовитковой намагничивающей катушкой, цилиндрический магнитопровод-кожух.

К недостаткам известного устройство, выбранного за прототип относятся:
- рабочий зазор магнитной системы неизменен. Толщина омагничивающегося слоя жидкости не устанавливается регулировкой;
- затруднены сборка, разборка, промывка и замена узлов;
- ограничены возможности выбора ориентации рабочих положений в пространстве;
- предусмотрено единственное направление движения жидкости от входного патрубка к выходному;
- велика потребляемая мощность из-за наличия металлической диамагнитной трубы, являющейся вторичной короткозамкнутой обмоткой;
- диапазон применения ограничен разрушением структуры воды при омагничивавии факторами высокой температуры.

Предлагаемое техническое решение находит путь устранения или уменьшения перечисленных недостатков конструкции устройства, выбранного за прототип, а именно: обеспечить в проточной водоомагничивающей установке возможность омагничивания слоев жидкости различной заданной толщины как при одинаковых, так и при отличающихся друг от друга значениях индукции в рабочих зазорах магнитной цепи, предусмотрев конструктивную возможность сохранения при этом постоянными расстояния между парами полюсов, а значит массы стали сердечника и магнитопровода, задействованной в создании и проведении магнитного потока.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для электромагнитной обработки воды совершенствуется введением регулировки рабочих зазоров магнитной системы и ручного оперирования толщиной слоя омагничиваемой жидкости с сохранением общего потока жидкости.

Иными словами, сущность изобретения заключается в том, чтобы в условиях работающего устройства обеспечивать установку и изменение величины слоя жидкости, идущего на омагничивание без вмешательства в поток жидкости и без изменения расстояния между парами полюсов магнитной системы.

Названное становится выполнимым с приданием торцам магнитопровода, образующим пары магнитных полюсов с концами сердечника, ограниченной подвижности и снабжения сердечника уступами, выполненными на обоих концах с диаметрами, изменяющимися в одном направлении. Кроме того, названное становится выполнимым с приданием обоим концам как сердечника так и магнитопровода новых функций, используемых при ручном оперировании.

Для осуществления предлагаемого технического решения согласно изобретению цилиндрический магнитопровод снабжен торцевыми крышками со сквозными центральными отверстиями, а трубчатый сердечник выполнен длиннее цилиндрического магнитопровода с уступами одного направления на обоих концах, торцевые крышки установлены на концах цилиндрического магнитопровода на резьбе и жестко связаны тягой с возможностью совместного перемещения при вращении, а трубчатый сердечник, охваченный с натягом немагнитным трубопроводом, пропущен свободно через торцевые крышки и окно многовитковой намагничивающей катушки в магнитопровод и установлен так, что оба его конца выходят за наружные поверхности торцевых крышек цилиндрического магнитопровода, а уступы обоих концов образуют с ними равные кольцевые рабочие зазоры магнитной цепи, при этом при любой величине установленного зазора магнитной цепи расстояние L между парами полюсов остается неразменным.

Выполнение жесткой связи торцевых крышек друг с другом делает возможным их совместное перемещение при вращении по магнитопроводу, ограниченное длиной нарезки резьбы, и сохранение в любом положении расстояния между полюсами.

Сохранение при регулировке расстояния между торцевыми крышками при наличии уступов на концах трубчатого сердечника, выполненных в одном направлении, обеспечивает постоянство массы стали сердечника и магнитопровода, связанной созданием и проведением магнитного потока, т.к. при совместном вращении одна крышка закручивается на магнитопровод, уменьшая его длину, а другая скручивается с магнитопровода, увеличивая его длину.

Посколько сердечник превосходит по длине магнитопровод, то в процессе выставления толщины слоя жидкости, идущей на омагничивание совместным перемещением торцевых крышек по магнитопроводу, концы его выходят за пределы магнитопровода, позволяя образовывать магнитные пары полюсов на одинаковых по диаметру уступах и равные кольцевые зазоры.

Сопоставительным анализом по перечисленным отличиям заявляемого устройства для обработки воды переменным электромагнитным полем промышленной частоты с целью улучшения хлебопекарного качества теста от прототипа подтверждается соответствие критерию изобретения "новизна".

Сравнение, проведенное авторами с прототипом и другими решениями в области обработки воды, промышленных или бытовых сточных вод магнитными или электрическими полями, позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняем чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого устройства в разрезе;
на фиг.2 - вид слева;
на фиг.3 - вид справа;
на фиг. 4 изображена торцевая крышка магнитопровода предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство для омагничивания воды содержит подсоединительные патрубки со стороны источника и потребителя (патрубки условно не показаны) и коаксиально расположенные неметаллический диамагнитный трубопровод 1 из литьевого полиамида, намагничивающую многовитковую катушку 2, трубчатый стальной сердечник 3 с уступами 4, 5 и 6 на обоих концах 7 и 8, выходящих за цилиндрический магнитопровод 9 с торцевыми крышками 10, сидящими на резьбе на его концах, связанными между собой жестко тягой 11 с возможностью совместного перемещения при вращении. Трубчатый стальной сердечник 3 охвачен c натягом немагнитным трубопроводом 1 с образованием полостей 12 и 13 для пропуска жидкости. Уступы 5 трубчатого сердечника 3 при наличии тока в намагничивающей катушке 2 образуют в полости 12 и 13 пары магнитных полюсов с поверхностями 14 сквозных отверстий торцевых крышек 10 и кольцевые рабочие зазоры 15 и 16 в магнитной цепи устройства, используемые для омагничивания воды в потоке. Протяженность каждого уступа больше или равна толщине b стенки торцевой крышки 10. Уступы 4, 5 и 6 выполнены с изменяющимися в одном направлении диаметрами и разделены кольцевыми проточками 17. Глубина и ширина кольцевых проточек при регулировке слоя жидкости, идущего на омагничивание изменением рабочего зазора магнитной цепи, обеспечивают рациональный переход от одного уступа к другому с наименьшим перемещением торцевой крышки 10 по цилиндрическому магнитопроводу 9. За уступами 4, 5, 6 в трубчатом сердечнике 3 выполнены сквозные радиальные отверстия 18, соединяющие полости 12 и 13 со сквозным продольным отверстием 19.

На равнозначных входе и выходе сквозного продольного отверстия 19 трубчатого сердечника 3 выполнена резьба, выходящая за сквозные радиальные отверстия 18 для использования в случае необходимости не двух, а одной пары полюсов устройства при омагничивании.

Вода в случае омагничивания одной парой полюсов подается непосредственно на вход сквозного продольного отверстия 19 трубчатого сердечника 3, для чего заглушка 20 снабжена сквозным осевым отверстием (сквозное осевое отверстие заглушки 20 условно не показано). Заглушка 20 со сквозным осевым отверстием в этом случае перекрывает сквозные радиальные отверстия 18 в трубчатом сердечнике 3.

Предлагаемое устройство для омагничивания воды работает следующим образом.

Перед подачей напряжения от источника переменного или постоянного тока вращением перемещают торцевые крышки 10 фиг.1, 2, 3, 4 цилиндрического магнитопровода 9 до достижения ими заданного уступа 5 трубчатого сердечника 3, чем устанавливается величина рабочего кольцевого зазора в магнитной цепи и толщина слоя жидкости, идущего в потоке на омагничивание. Концы немагнитного трубопровода в любом порядке подсоединяют с патрубками со стороны источника и потребителя.

Подают напряжение от источника тока на штепсельный разъем 21 намагничивающей многовитковой катушки 2, в кольцевых рабочих зазорах 15 и 16 образуются пары полюсов. Вода, проходя полость 12, попадает в рабочий кольцевой зазор 15 потоком мерной толщины и омагничивается одной парой полюсов, затем через радиальные отверстия 18 трубчатого сердечника 3 проходит по его сквозному отверстию 19 и через радиальные отверстия 18 на другом конце трубчатого сердечника 3 и полость 13 попадает в другой кольцевой рабочий зазор 16 магнитной системы и омагничивается парой полюсов иней ориентации. Из полости 13 омагниченная двумя парами чередующихся полюсов вода по немагнитному трубопроводу поступает к потребителю (см. на фиг.1 стрелки).

Возможно омагничивание с использованием только одной пары полюсов, для этого заглушка 20 выполняется с осевым сквозным отверстием и закручивается в сквозное продольное отверстие 19 трубчатого сердечника 3 до перекрытия радиальных отверстий 18. Омагничивание на двух парах чередующихся полюсов с использованием заглушки 20 со сквозным центральным отверстием, установленной на резьбе без перекрытия радиальных отверстий 18, допускает проход части воды от источника к потребителю без омагничивания.

Предложенное устройство для омагничивания воды имеет преимущество над прототипом:
- имеет регулируемый рабочий зазор магнитной системы, позволяет устанавливать толщину слоя жидкости в потоке (3 диапазона);
- работает на переменном и постоянном токе;
- ремонтнопригодно, легко разбирается и собирается;
- работоспособно при любой ориентации в пространстве;
- позволяет пропуск жидкости от входного патрубка к выходному и наоборот;
- имеет меньшую потребляемую мощность за счет замены диамагнитной металлической трубы на неметаллическую.

Кроме того:
- позволяет вести омагничивание на двух парах чередующихся полюсов и на одной паре;
- позволяет омагничивать при необходимости часть жидкости, проходящей от входного патрубка к выходному.

Изготовлен по чертежам опытный образец устройства. Результат испытаний в лаборатории кафедры физики положительный.

Изобретение относится к устройствам для омагничивания воды и может использоваться в теплоэнергетике, в сельском хозяйстве, в медицине, пищевой промышленности. Устройство содержит трубопровод, намагничивающую катушку, трубчатый сердечник и цилиндрический магнитопровод, снабженный торцевыми крышками. Сердечник выполнен с уступами на обоих концах. Крышки жестко связаны тягой с возможностью совместного перемещения при вращении. Сердечник установлен так, что уступы образуют кольцевые рабочие зазоры с поверхностями торцевых крышек. При любом кольцевом зазоре расстояние между полюсами сохраняется постоянным. Устройство обеспечивает установление величины обрабатываемого слоя жидкости. Устройство легко разбирается, работоспособно при любой ориентации в пространстве и направлении подачи жидкости. 4 ил.

Устройство для омагничивания воды, содержащее подсоединительные патрубки со стороны источника и потребителя, размещенные коаксиально, немагнитный трубопровод, намагничивающую многовитковую катушку, трубчатый сердечник и цилиндрический магнитопровод, отличающееся тем, что цилиндрический магнитопровод снабжен торцевыми крышками, торцевые крышки выполнены со сквозными центральными отверстиями, установлены по концам цилиндрического магнитопровода на резьбе и жестко связаны друг с другом тягой с возможностью совместного перемещения по нему при вращении, а трубчатый сердечник выполнен превосходящим по длине цилиндрический магнитопровод, с уступами одного направления на обоих концах, встроен охватом в натяг в немагнитный трубопровод, свободно пропущен с ним через сквозные центральные отверстия торцевых крышек и окно намагничивающей многовитковой катушки в магнитопровод и установлен так, что концами выходит за торцевые крышки, а уступами концов образует с ними кольцевые рабочие зазоры магнитной цепи, причем при любом зазоре магнитной цепи, установленном совместным перемещением торцевых крышек цилиндрического магнитопровода, расстояние между парами полюсов остается неизменным.