СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТЕЙ ПЕРЕМЕННЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ Российский патент 2019 года по МПК C02F1/48 

Область техники.

Настоящее изобретение относится к области обработки жидкостей, предпочтительно, углеводородных топлив, воды и водных растворов, жидкостей живых организмов переменным электромагнитным полем. Изобретение может быть использовано в промышленности, теплоэнергетике, коммунальном хозяйстве, сельском хозяйстве, медицине, быту, на транспорте и других отраслях, где требуется качественное изменение физических свойств жидких сред. Предшествующий уровень техники.

Известно изобретение "СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ЖИДКОСТЕЙ" (RU 2444864). В предлагаемом способе и реализующем его устройстве для нагрева емкости с жидкостью создают резонансный автоколебательный режим электромагнитного поля повышенной частоты f₀=1-100 кГц в индукторной обмотке нагревателя и воздействуют полученным электромагнитным полем на материал нагреваемой емкости и жидкости в области частот максимальных потерь в материале емкости, при этом измеряют температуру нагреваемой жидкости на выходе из емкости, сравнивают с заданной величиной и в соответствии с этим поддерживают температуру нагреваемой жидкости в заданных параметрах. В другом варианте способа и устройства передачу электромагнитной энергии от преобразователя к индукторной обмотке осуществляют при помощи высокочастотного резонансного трансформатора по однопроводной волноводной линии. В этом способе индукционного нагрева жидкостей создают переменное магнитное поле и воздействуют созданным полем на материал нагреваемой емкости с жидкостью, для нагрева емкости с жидкостью создают резонансный автоколебательный режим электромагнитного поля повышенной частоты f₀=1-100 кГц в индукторной обмотке нагревателя и воздействуют полученным электромагнитным полем на материал нагреваемой емкости и жидкости в области частот максимальных потерь в материале емкости. В этом способе и устройстве схожим признаком с заявляемым изобретением является использование переменного электромагнитного поля. Отличием является то, что для получения переменного электромагнитного поля используют резонансный автоколебательный режим электромагнитного поля в индукторной обмотке нагревателя, а для возбуждения резонансного автоколебательного режима используют преобразователь частоты и напряжения имеющий выходное напряжение с частотой резонанса автоколебательного режима. К тому же этот способ и устройство используются только для нагрева жидкостей в стальных изделиях типа резервуаров, емкостей, трубопроводов, радиаторов, посуды через металлические стенки, используя эти изделия как часть индукционной системы. Известно изобретение "СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СГОРАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА" (RU 2562505). В данном способе повышения эффективности сгорания углеводородного топлива изменяют частоту переменного низковольтного (10-600 В) напряжения на электродах и выбирают частоту создаваемого в топливе поперечного к потоку топлива однородного электрического поля, при которой диэлектрические потери в углеводородном топливе максимальны и тангенс угла диэлектрических потерь tg6 также будет максимальным. При этом выбирают частоту переменного электрического поля, обратную времени релаксации возбужденных электрическим полем молекул в топливе, и обрабатывают углеводородное топливо электрическим полем перед его подачей в форсунку. В этом способе схожим признаком с заявляемым изобретением является использование переменного электромагнитного поля. Отличием является то, что в этом способе для воздействия переменным электрическим полем на топливо используют контактирующие с топливом электроды и не приводятся характеристики переменного поля и способ его получения. Известна полезная модель" ИНДУКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИПЕРТЕРМИИ" (RU 170891) Индукционное устройство предназначено для нагрева высокочастотным магнитным полем имплантатов, используемых в тканезамещаемой онкохирургии. Имплантаты обеспечивают локальность температурного воздействия на окружающие ткани. В состав имплантатов включены ферромагнитные частицы, обеспечивающие их нагрев. Индуктор устройства представляет собой кольцо из плоской электропроводной ленты, внутри которого помещается тело пациента. Индуктор включен в последовательный резонансный контур в качестве индуктивности. Частота магнитного поля не превышает 500 кГц, что исключает прямой нагрев биологических тканей. Индуктор обеспечивает создание высокочастотного магнитного поля требуемой геометрии с напряженностью до 8 кА/м. Резонансный контур выполнен с частотой резонанса в диапазоне от 50 до 500 кГц. Используется последовательный резонанс, генератор высокой частоты включается внутрь резонансного контура. В этом устройстве схожим признаком с заявляемым изобретением является использование последовательного резонансного контура, являющегося, по сути, последовательным колебательным контуром. Отличием является то, что для возбуждения последовательного резонансного контура используют генератор высокой частоты с частотой контура, соединенный с контуром через согласующий трансформатор.

Предшествующий уровень техники не выявил близких аналогов заявленного способа.

Раскрытие изобретения.

Технической задачей изобретения является разработка способа обработки жидкостей переменным электромагнитным полем с целью изменения их физических свойств, для улучшения потребительских качеств.

Технический результат изобретения достигается использованием в заявленном способе устройства (А1) (Фиг. 1), состоящего из генератора импульсов (А2) и соединенного с ним колебательного контура (A3), индуктивность (L) которого излучает используемое для обработки жидких сред переменное электромагнитное поле в результате воздействия на колебательный контур (A3) импульсами постоянного тока от генератора импульсов (А2). После воздействия импульса постоянного тока в колебательном контуре возникают затухающие по времени свободные колебания (автоколебания) на собственной частоте (Фиг. 2). В процессе этих колебаний в колебательном контуре протекает переменный ток, а в индуктивности колебательного контура возникает ЭДС самоиндукции. В результате индуктивность колебательного контура излучает затухающее по времени переменное электромагнитное поле. Время затухания зависит от собственной частоты свободных колебаний и сопротивления потерь колебательного контура, складывающегося из собственных сопротивлений входящих в колебательный контур индуктивности и емкости. Частота собственных свободных колебаний колебательного контура зависит от величин входящих в его состав индуктивности и емкости и выражается формулой где:

f - частота собственных свободных колебаний колебательного контура;

π - число π;

L - величина индуктивности колебательного контура в генри (Гн);

С_к- величина емкости колебательного контура в фарадах (Ф). В устройстве используется колебательный контур с собственной частотой свободных колебаний в диапазоне "50 Гц-1 ГГц". В устройстве используется как параллельный колебательный контур (Фиг. 4), состоящий из параллельно соединенных индуктивности (L) и емкости (С) так и последовательный колебательный контур (Фиг. 5), состоящий из последовательно соединенных индуктивности (L) и емкости (С). В обоих колебательных контурах, после воздействия импульса постоянного тока, проходят аналогичные энергетические процессы - происходит затухающий по времени взаимный обмен энергиями между индуктивностью и емкостью. Для получения необходимого для обработки жидкостей переменного электромагнитного поля колебательный контур (A3) подвергается воздействию последовательности импульсов постоянного тока от генератора импульсов (А2). Чем больше частота последовательности импульсов постоянного тока, тем больше интенсивность излучения переменного электромагнитного поля индуктивностью колебательного контура. Частота генератора импульсов устройства используется в диапазоне "0,1 Гц - 1 МГц", длительность импульсов постоянного тока используется в диапазоне "1 нс - 5 мс". Для получения максимальной интенсивности излучения переменного электромагнитного поля индуктивностью колебательного контура частота генератора импульсов выбирается такой, чтобы следующий импульс постоянного тока воздействовал на колебательный контур до окончания в нем свободных, затухающих по времени колебаний (Фиг.3) с собственной частотой от воздействия предшествующего импульса постоянного тока. Длительность импульсов постоянного тока выбирается достаточной для запаса энергии конкретным используемым колебательным контуром для получения в нем свободных, затухающих по времени колебаний на собственной частоте, чем выше собственная частота колебательного контура, тем меньше длительность импульсов. В качестве индуктивности (L) колебательного контура (A3) используется катушка индуктивности, намотанная изолированным проводом или изготовленная на диэлектрике печатным способом. Для необходимости повышения величины индуктивности в катушку индуктивности, намотанную изолированным проводом, вводится сердечник. Переменное электромагнитное поле излучают полюса индуктивности (L). В качестве емкости (С) колебательного контура (A3) используется конденсатор. Устройство питается от внешнего источника питания постоянного тока, например, 12 вольт 1 ампер. Для воздействия заявленным способом непосредственно на жидкости индуктивность (L) колебательного контура (A3) погружается в них. Индуктивность (L), емкость (С) колебательного контура (A3) и генератор импульсов (А2) соединяются электрической цепью. При невозможности погружения в жидкости, индуктивность (L) колебательного контура (A3) одним из полюсов или, в зависимости от формы сердечника (например "П"), полюсами, направленными на трубопровод или емкость с жидкостью, выполненные из диэлектрических материалов, удерживается или закрепляется на них, например, пластиковой стяжкой. Для воздействия заявленным способом на жидкости живых организмов индуктивность (L) колебательного контура (A3) одним из полюсов или полюсами, направленными на установленный диагнозом участок тела, удерживается на нем. Индуктивность (L), емкость (С) колебательного контура (A3) и генератор импульсов (А2) располагаются как в одном корпусе, так и отдельно, соединенные электрической цепью. Для повышения площади обработки жидкостей переменным электромагнитным полем используются несколько параллельно соединенных между собой катушек индуктивности образующих индуктивность (L) колебательного контура (A3).

Техническим результатом при использовании заявленного способа является приобретение жидкостями повышенной текучести. Вывод о повышенной текучести воды, обработанной заявленным способом, был сделан после проведенного эксперимента. Для производства бетона использовались две одинаковые объемные части песчано-цементной смеси, первую затворили необработанной водой, вторую затворили водой обработанной устройством, используемым в заявленном способе. Для получения одинаковой вязкости образцов бетона воды, обработанной заявленным способом, потребовалось на 15% меньше. Зафиксирована повышенная прочность образца бетона, полученного с использованием обработанной заявленным способом воды, относительно другого образца при разрушающем контроле образцов. Потребовалось меньше времени на застывание образца бетона, полученного с использованием обработанной заявленным способом воды. Вывод о повышенной текучести моторного топлива был сделан после испытаний на автомобиле с бензиновым двигателем. Начальные характеристики мощности автомобиля были сняты и зафиксированы на стенде измерения мощности автомобиля (диностенде). Для обработки моторного топлива применялось устройство, используемое в заявленном способе, закрепленное на шланге подачи топлива к двигателю автомобиля. После пробега в одну тысячу километров, были сняты и зафиксированы контрольные характеристики мощности автомобиля на стенде измерения мощности автомобиля (диностенде). При работе двигателя в диапазоне "1500-2500" оборотов в минуту было зафиксировано повышение мощности автомобиля относительно начальных показаний в среднем на 10%. При работе двигателя в диапазоне "2500-5000" оборотов в минуту было зафиксировано повышение мощности автомобиля относительно начальных показаний в среднем на 5%. Был сделан вывод, что после обработки заявленным способом моторное топливо приобрело повышенную текучесть, в результате оно стало лучше распыляться при подготовке топливной смеси и более полно сгорать в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания, увеличивая мощность автомобиля. После получения заключения аккредитованной лаборатории "Роспотребнадзора" о безопасности для человека излучаемого используемым в заявленном способе устройством переменного электромагнитного поля, было предложено пациентам-добровольцам опробовать устройство. После 3 сеансов использования устройства, путем наложения на кожный покров, по 30 минут в день, у пяти пациентов с варикозным расширением вен нижних конечностей было зафиксировано уменьшение отеков и деформаций вен. После 5 сеансов использования устройства пятью пациентами с диагнозом остеохондроз и артроз путем наложения на кожный покров в проекции на воспаленные позвонки и суставы, по 30 минут в день, было зафиксировано уменьшение воспаления и улучшение подвижности подвергшихся воздействию заявленным способом позвонков и суставов. Был сделан вывод, что под воздействием переменного электромагнитного поля, излучаемого устройством, используемым в заявленном способе, из-за улучшения текучести крови улучшается местное кровообращение. Биохимические анализы крови пациентов, взятые после использования устройства, не показали отклонений от установленных норм. Краткое описание чертежей.

Фиг. 1 - схематическое изображение устройства, используемого в заявленном способе, где:

А1 - устройство;

А2 - генератор импульсов;

A3 - колебательный контур;

L - индуктивность колебательного контура A3;

С - емкость колебательного контура A3.

Фиг. 2 - графическое изображение воздействия импульса постоянного тока на колебательный контур и свободных затухающих колебаний в нем, где:

I - ось тока;

t - ось времени.

Фиг. 3 - графическое изображение свободных затухающих колебаний в колебательном контуре после воздействия на него импульсов постоянного тока от генератора импульсов.

Фиг. 4 - электрическая схема устройства, используемого в заявленном способе, с параллельным колебательным контуром, где:

+12в, 1а; -12в, 1а - вход внешнего питания устройства;

С1 - конденсатор, сглаживающий пульсации напряжения и тока в цепи питания устройства;

VD1, R1, VD2, R2, R3, С2, D1, С3, VT1 - элементы генератора импульсов;

L - индуктивность, входящая в параллельный колебательный контур;

С - емкость, входящая в параллельный колебательный контур.

Фиг. 5 - электрическая схема устройства, используемого в заявленном способе с последовательным колебательным контуром, где:

+12в, 1a; -12в, 1a - вход внешнего питания устройства;

С1 - конденсатор, сглаживающий пульсации напряжения и тока в цепи питания устройства;

VD1, R1, VD2, R2, R3, С2, D1, С3, VT1 - элементы генератора импульсов;

L - индуктивность, входящая в последовательный колебательный контур;

С - емкость, входящая в последовательный колебательный контур.

Осуществление изобретения.

Вариант исполнения устройства, используемого в заявленном способе, с параллельным колебательным контуром (Фиг. 4). Устройство питается от внешнего источника питания постоянного тока 12 вольт, 1 ампер. (С1) - 2200 мкф/ 25в, сглаживает пульсации напряжения и тока в цепи питания устройства. Задающий генератор генератора импульсов (А2), (Фиг. 1) собран на основе (D1) - NE555. Элементами (VD2) - КД522, (R2) - 210 кОм, (С2) - 0,1 мкф задана частота генератора импульсов - 75 Гц. Элементами (VD1) - КД522, (R1) - 3 кОм, (С2) - 0,1 мкф задана длительность импульсов - 0,3 мс.(С3) - 0.1 мкф - защита от помех (Dl). (VT1) - IRF3205 - ключевой элемент генератора импульсов (А2), (Фиг. 1), (L) - катушка индуктивности, намотана проводом в эмалевой изоляции диаметром 0,5 мм на стальном сердечнике диаметром 10 мм, длиной 30 мм и содержит 100 витков. (С) - конденсатор 4,7 мкф, 160в. Собственная частота свободных колебаний колебательного контура составляет 5 кГц. Устройство выполнено в одном корпусе. Корпус устройства удерживается или закрепляется, например пластиковой стяжкой, на трубопроводе или емкости с жидкостью, выполненных из немагнитных материалов таким образом, чтобы один из полюсов находящейся в нем индуктивности (L) параллельного колебательного контура (A3), (Фиг. 1) был направлен на трубопровод или емкость.

Изобретение может быть использовано в промышленности, теплоэнергетике, коммунальном хозяйстве, сельском хозяйстве, медицине, быту, на транспорте. Способ обработки жидкостей переменным электромагнитным полем осуществляют посредством устройства (А1), содержащего генератор импульсов (А2) постоянного тока и колебательный контур (A3). Переменное электромагнитное поле получают путем воздействия импульсов постоянного тока, генерируемых генератором импульсов (А2) на колебательный контур (A3), соединенный с ним. В колебательном контуре (A3) создают автоколебания, вызывающие протекание переменного тока. Индуктивность (L) колебательного контура (A3) излучает переменное электромагнитное поле, используемое для обработки жидкостей. Изобретение позволяет повысить текучесть жидкости. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ обработки жидкостей переменным электромагнитным полем, характеризующийся тем, что в нем используют устройство, содержащее генератор импульсов постоянного тока и колебательный контур, при котором переменное электромагнитное поле получают путем воздействия импульсов постоянного тока, генерируемых генератором импульсов на колебательный контур, соединенный с ним, в результате чего в колебательном контуре возникают автоколебания, вызывающие протекание переменного тока в нем, а индуктивность колебательного контура излучает переменное электромагнитное поле, используемое для обработки жидкостей.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в устройстве используют колебательный контур с собственной частотой свободных колебаний в диапазоне 50 Гц - 1ГГц.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в устройстве используют генератор импульсов постоянного тока с частотой в диапазоне 0,1 Гц -1 МГц, длительность импульсов постоянного тока в диапазоне 1 нс - 5 мс.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в устройстве используют параллельный колебательный контур.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в устройстве используют последовательный колебательный контур.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют несколько параллельно соединенных между собой катушек индуктивности, образующих индуктивность колебательного контура устройства.