КАТАЛИЗАТОР ТОПЛИВНЫЙ "ЭКОТОН" Российский патент 2005 года по МПК F02M27/04 F02B51/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам подготовки топлива для его сжигания, и может быть использовано в двигателях внутреннего и внешнего сгорания, отопительных, нагревательных топливных устройствах, и т.п.

Известны устройства для магнитной обработки топлива, описанные в авторских свидетельствах СССР №737639, бюллетень №20 от 30.05.1980 г. [1], и №1388573, бюллетень №14 от 15.04.1988 г. [2].

К недостаткам этих технических решений следует отнести краткосрочность и недостаточную эффективность воздействия магнитного поля на обрабатываемый поток топлива, объясняющуюся разнополярной ориентацией магнитных элементов, а также дополнительным сопротивлением прохождению потока топлива из-за установки усеченных конусов с диамагнитными втулками, которые усложняют устройство, повышают трудоемкость и материалоемкость при их реализации.

Известно техническое решение по патенту США №5664546 от 09.09.1997 [3], предполагающее наличие цилиндрического диамагнитного корпуса и двух-трех магнитных поясов с магнитами, расположенными биполярно между собою и монополярно по направлению движения топлива.

К недостаткам этого технического решения следует отнести то, что такое расположение магнитов только частично решает вопрос подготовки топлива, проводя его поляризацию. Причем поляризация проводится биполярным влиянием, при котором продолжительность нахождения в таком состоянии обеспечивает лишь кратковременное воздействие (3-4 Нс). Для воздействия на поляризованное топливо с целью частичного развязывания углеводородных соединений и удержания молекул в таком состоянии на время, необходимое для технологического процесса, американский патент не предлагает никаких решений. Как следствие - невысокий КПД обработки топлива.

В качестве прототипа предлагаемого устройства "ЭКОТОН" выбрано решение, описанное в патенте Украины №53884А от 15.01.2002 г. [4], которое предполагает наличие цилиндрического диамагнитного корпуса и двух-трех магнитных поясов с магнитами, расположенными биполярно по отношению один к другому и монополярно по направлению движения топлива, при этом магнитные элементы установлены в корпусе с однополярной ориентацией магнитов, расположенных в перпендикулярных плоскостях, и с биполярной ориентацией в продольном направлении, причем с фиксированным расстоянием L от поясов соседних магнитов, а диамагнитный корпус выполняет одновременно функцию топливопровода, имеющего переменное сечение.

К недостаткам этого технического решения следует отнести то, что описанная конструкция не учитывает свойства используемых магнитных материалов с различной магнитной проницаемостью, а значит, в данном устройстве отсутствует возможность адаптации к изменению скорости движения и величине магнетона (орбитального магнитного момента электрона), что не позволяет добиться увеличения полноты сгорания топлива. Учитывая, что орбитальный магнитный момент электрона при различных направлениях и деформационных показателях является разным и зависит от площади орбиты, кругового тока и вектора нормали к плоскости орбиты, в известном техническом решении эффект достигается только при фиксированной скорости и объеме цилиндров, т.е. мощности двигателя или другого энергетического устройства. Кроме того, расположение магнитных элементов в форме поясов препятствует образованию резонансного эффекта, а переменное сечение топливопровода увеличивает сопротивление топливному потоку, не деформируя его, как это требуется для применения законов Вилари и Джоуля.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в увеличении межремонтного срока эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, повышении эффективной мощности двигателя, улучшении экологических показателей выхлопа, расширении сферы использования на разных энергетических устройствах (легковые и грузовые автомобили, тракторы, самолеты, и др.) и повышении КПД работы устройства.

Технический результат достигается за счет того, что в известное устройство-прототип [4], содержащее цилиндрический диамагнитный корпус, топливопровод, два или три магнитных пояса с магнитами, расположенными биполярно между собой и монополярно по направлению движения топлива, внесены новые элементы, а именно: топливопровод имеет участки с переменным сечением, характеризуемым расстояниями L и Н, и чередующиеся с ними участки с постоянным сечением, а магнитные элементы расположены попарно, причем биполярно между собой и монополярно по направлению движения топлива, при этом магнитные элементы установлены в топливопроводе магнитов с монополярной ориентацией пар магнитов, расположенных в перпендикулярной плоскости к потоку, а магнитные элементы с биполярной ориентацией расположены продольно.

В заявляемом устройстве создаются необходимые условия для получения эффекта развязывания углеводородных "цепочек" топлива и удержания их в таком состоянии в течение периода времени, необходимого для сжигания топлива. Для этого предусматривается условие определения оптимальной магнитной индукции, а именно первое и самое главное - не попасть в точку Виллари (т.е. в ту точку, где намагниченность не зависит от деформации), при этом, используя так называемый эффект Джоуля, определяется момент, когда при увеличении деформации магнетона магнитная проницаемость увеличивается, для этого топливопровод в месте воздействия магнитной индукции имеет переменное сечение, обеспечивающее турбулентное движение магнетона. Как и в любых магнитострикционных эффектах, если происходит изменение размеров в поляризованном веществе, то возникает изменение намагниченности. Поэтому для усиления магнитной напряженности используется эффект Гиллмана (при монополярной ориентации магнетонов величина магнетона увеличивается). Для этого наиболее целесообразным является расположение магнитных элементов парами, поскольку кольцевое расположение как с использованием магнитопроводов, так любое другое, вызывает значительное рассеяние магнитного потока и не позволяет получить резонансного эффекта. "Цепочки" углеводных молекул топлива (в частности бензина, дизельного топлива, печного топлива и т.д.) препятствуют полному его сгоранию и ведут к получению обуглившихся, не целиком сгоревших образований. Благодаря прохождению потока топлива в магнитном поле с необходимой магнитной напряженностью происходит поляризация топлива, а благодаря взаимодействию между соседними парами магнитов, удовлетворяющих требованию возникновения резонансного магнитострикционного эффекта, происходит “развязывание” углеводородных соединений. Как правило, это требование удовлетворяется при определенном фиксированном расстоянии L между парными группами магнитных элементов при соблюдении расстояния Н между самыми магнитами в паре. Расстояние L и размеры магнитов определяются соответственно закону полного тока, а расстояние Н определяется орбитальным магнитным моментом электрона в зависимости от магнитной проницаемости и намагниченности.

Получение необходимой для конкретного топливопровода и топливного потока магнитной напряженности зависит от материала магнита и рассеяния магнитного потока. Благодаря вышеописанной ориентации магнитных элементов при прохождении потока магнитопроводного вещества, каким является в данном случае топливо, возникают резонансные магнитострикционные эффекты. От их воздействия разрушаются "цепочки" углеводородных связей молекул топлива, улучшая условия окислительного процесса при горении и одновременно увеличивая его энергетическую составляющую.

Благодаря однополярной ориентации магнитных элементов топливо поляризуется монополярным зарядом, а благодаря их фиксированному расположению относительно магнитов, расположенных в перпендикулярных плоскостях, и биполярному расположению по отношению к соседним магнитам создается магнитострикционный эффект в резонансном режиме, который существенным образом улучшает обработку топливного потока и создает эффект отталкивания поляризованных одноименно магнетонов, который сохраняется в течение определенного времени, причем время удержания магнетонов в таком состоянии регулируется числом поляризационных магнитных пар.

Таким образом, в предложенном устройстве подготовка топлива завершается к началу горения, время протекания окислительных процессов определяется, в основном, скоростью протекание химических реакций горения топлива. В свою очередь, скорость протекания химических реакций горения зависит от состояния углеводородных соединений. Увеличение же скорости протекания химических реакций горения повышает качество сгорания, полезную мощность при использовании топлива и, в конечном счете, повышает КПД устройства. Также от улучшения качества сгорания топлива уменьшается нагарообразование на деталях кривошипно-поршневой группы и топливных устройствах (форсунках), что и предотвращает преждевременный износ перечисленных деталей двигателя и увеличивает его межремонтный срок службы.

Предложенное устройство для подготовки топлива перед его сжиганием именно в такой конструкции обеспечивает частичное разрушение углеводородных соединений топлива с повышением КПД его использования и удерживает их в таком состоянии на период времени, необходимый для процесса сжигания.

Для иллюстрации существа предложенного устройства на Фиг.1 приведено продольное сечение устройства, а на Фиг.2 - поперечный разрез. Стрелками на Фиг.1 указано направление движения топлива.

Предложенное устройство для подготовки топлива - катализатор топливный "ЭКОТОН" - состоит из диамагнитного корпуса 1, двух или более пар магнитных элементов 2, топливопровода 3 переменного сечения из диамагнитного материала, где Н - расстояние между монополярными полюсами магнитных элементов, L - расстояние между парами магнитов.

Устройство работает следующим образом.

Описанная конструкция расположена в непосредственной близости от рабочего органа силовой установки (форсунки, распылителя и т.п.). Топливо, проходя в топливопроводе 3 переменного сечения, подвергается воздействию магнитного поля, образованного парными магнитными элементами 2, вследствие чего обеспечивается выполнение условия эффекта Джоуля (при увеличении деформации магнетона магнитная проницаемость увеличивается). При этом проявляется магнитострикционный эффект изменения намагниченности при изменении размеров в объеме поляризации. Именно на этом отрезке и усиливается магнитная напряженность в соответствии с условием проявления эффекта Гиллмана (при монополярной ориентации магнетонов величина магнетонов возрастает). Топливо, прошедшее такую обработку, имеет улучшенные характеристики по полноте сгорания, поступая в рабочий орган.

Для подтверждения промышленной применимости были изготовлены экспериментальные образцы заявляемого устройства. При их сравнительных испытаниях получены положительные результаты как по экологическим так и по экономическим показателям.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности устройствам подготовки топлива для его сжигания, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, отопительных, нагревательных топливных устройствах. Изобретение позволяет улучшить экологические показатели выхлопа, увеличить межремонтный срок двигателей внутреннего сгорания, увеличить эффективную мощность двигателей, расширить сферы использования на разных энергетических устройствах. Катализатор топливный содержит цилиндрический диамагнитный корпус, топливопровод, два или более магнитных пояса с магнитами, расположенными биполярно между собой и монополярно по отношению к направлению движения топлива. Топливопровод имеет участки с переменным сечением, определяемым размерами L и Н, и участки, имеющие постоянное сечение, чередующиеся с участками переменного сечения. Магнитные элементы расположены попарно и ориентированы биполярно один к другому и монополярно по направлению движения топлива. Магнитные элементы установлены в топливопроводе с монополярной ориентацией пар магнитов, расположенных в перпендикулярной плоскости, и биполярной ориентацией магнитов, расположенных продольно. 2 ил.

Катализатор топливный, содержащий цилиндрический диамагнитный корпус, топливопровод, два или более магнитных пояса с магнитами, расположенными биполярно между собой и монополярно по отношению к направлению движения топлива, отличающийся тем, что топливопровод имеет участки с переменным сечением, определяемым размерами L и Н, и участки, имеющие постоянное сечение, чередующиеся с участками переменного сечения, магнитные элементы расположены попарно и ориентированы биполярно один к другому и монополярно по направлению движения топлива, при этом магнитные элементы установлены в топливопроводе с монополярной ориентацией пар магнитов, расположенных в перпендикулярной плоскости, и биполярной ориентацией магнитов, расположенных продольно.