Система безреагентной очистки для жидкой среды с использованием электромагнитного поля

Полезная модель относится к технике очистке теплообменной аппаратуры, в частности пароводяных котлов низкого и среднего давления, водоподогревателей, труб и т.д. от солевых отложений (накипи) на рабочих поверхностях нагрева с использованием электромагнитного поля. Система безреагентной очистки для жидкой среды содержит внешний статор размещенной в его пазах магнитной системой и внутренний статор, патрубки для отвода и подвода обрабатываемой жидкости. Две обмотки статора расположенные относительно друг друга в пазах статора под углом в 90 электрических градусов и конденсатор служат для получения вращающегося электромагнитного поля. Технический результат состоит в повышении эффективности защиты трубных систем различного назначения таких как теплообменные аппараты и др. от отложений различных по физико-химическим свойствам (образование коллоидной суспензии), коррозии (разрыв гидратных оболочек с уменьшенным электродным потенциалом - энергия Гиббса), находящихся в теплоносителе, при сниженных энергозатратах.2 ил.

Полезная модель относится к обработке жидкостей с использованием электромагнитного поля и может использоваться для предотвращения солевых отложений на поверхности теплообменной аппаратуры.

Известно устройство для предупреждения образования накипи (патент РФ на изобретение 2269734, МПК F28G 7/00, 2001 г.). Устройство состоит из генератора импульсов и излучателя электромагнитных волн и механических колебаний, выполненном в виде подключенного к источнику воды цилиндрического трубопровода с диамагнитной вставкой, подключенной к теплообменному аппарату, внутри диамагнитной вставки по ее центру установлен стержень из ферромагнитного материала. В предложенной конструкции мощное импульсное электромагнитное поле более эффективно воздействует на проходящий по трубопроводу поток воды, что в свою очередь позволяет более эффективно предупреждать отложения за счет непосредственного воздействия на солевые отложения, растворенные в водной среде.

К недостаткам устройства следует отнести сложность конструкции, сохранение коррозионной агрессивности воды по отношению к оборудованию, дороговизна (использование ионитов), увеличенный расход энергии.

Известен электромагнитный фильтр-осадитель (патент РФ на изобретение 2206371, МПК В01D 35/06, С02F 1/48, 2001 г.). Фильтр-осадитель содержит камеру для магнитной обработки жидкости, образованную конусом из электропроводящего материала. В вершине корпуса установлен электропроводный стержень. Камера в верхней части имеет крышку из диэлектрического материала с перегородками для направления потока жидкости через отверстие в зону с максимальной напряженностью магнитного поля.

К недостаткам устройства следует отнести сложность конструкции и неэффективность воздействия, а также сохранение коррозионной агрессивности воды по отношению к оборудованию, увеличенный расход энергии.

Известно устройство для предупреждения солевых отложений в теплообменной аппаратуре (патент РФ на изобретение 2292004, МПК F28G 7/14, 2005 г.). Устройство содержит генератор импульсов и излучатель механических колебаний. Излучатель выполнен в виде плоского индуктора с обмоткой, подключенной к генератору импульсов, а внешняя металлическая поверхность теплообменной аппаратуры, соприкасающаяся с индуктором, выполнена из диамагнитного материала.

К недостаткам устройства следует отнести сложность конструкции, неэффективность воздействия, сохранение коррозионной агрессивности воды по отношению к оборудованию, увеличенный расход энергии.

Известно также электромагнитное устройство для обработки жидкости (патент РФ на изобретение 2136606, МПК С02F 1/48, 1998 г.).

Устройство состоит из выходного патрубка, трехфазных обмоток, неподвижного ротора, корпуса, магнитного статора, входного патрубка, герметичной камеры, немагнитной спирали, катодной группы диодов, анодной группы диодов, выключателя. Герметичная камера образована поверхностью ротора с немагнитной спиралью, корпусом и патрубками. Ротор выполнен из магнитного материала, корпус - из пластмассы или немагнитного материала. Фиксируется ротор в статоре с помощью немагнитной спирали. Обмотки расположены в одних и тех же пазах.

Данное техническое решение по своему функциональному назначению и по своей технической сущности является наиболее близким к заявляемому техническому решению и принято за прототип.

К недостаткам устройства следует отнести сложность конструкции, сохранение коррозионной агрессивности воды по отношению к оборудованию, увеличенный расход энергии. Магнитное поле в данной конструкции является постоянным во времени, получаемой с помощью диодов, включенных в обмотки статора.

В основу полезной модели поставлена задача создание такой системы безреагентной очистки для жидкой среды с использованием электромагнитного поля, которая позволит эффективно защитить трубопроводы систем отопления от отложений различных по физико-химическим показателям, коррозии от агрессивных включений, находящихся в теплоносителе, при сниженных энергозатратах.

Поставленная задача достигается тем, что в системе безреагентной очистки для жидкой среды с использованием электромагнитного поля, содержащая внешний статор с размещенной в его пазах обмотками (магнитная система), внутренний статор (для уменьшения магнитного сопротивления магнитному потоку), патрубки для отвода и подвода обрабатываемой жидкости. Две обмотки статора, расположенные относительно друг друга в пазах статора под углом в 90 электрических градусов, и конденсатор служат для получения вращающегося электромагнитного поля.

Новизна заявляемого технического решения обусловлена получением вращающегося электромагнитного поля за счет двух обмоток статора, расположенных относительно друг друга в пазах статора под углом в 90 электрических градусов, и конденсатора.

Известно, что водную среду можно представить как раствор диссоциированного электролита, имеющего ионы, обладающие разницей масс анионов и катионов. Если поместить водную среду в искусственное инерционное поле (к примеру, создать с помощью вращающееся магнитное поле), то ионы будут сепарироваться. Катионы как имеющую большую массу чем анионы, сместятся к периферии трубопровода, а анионы сместятся к центру и создастся, таким образом пространственный концентрированный электрический потенциал. Результирующая центробежная сила, действующая на прижатые к аноду ионы (анионы) разрушит их гидратные оболочки, как наиболее слабые. Легкие ионы менее отзывчивы к гравитации и окружены более прочными оболочками, поэтому не могут отдать тяжелым ионам свои молекулы гидратной воды. В силу этих обстоятельств они сосредоточатся над тяжелыми ионами и в области оси вращения (у катода), образуя электрический потенциал противоположного знака. Свободные электроны в аноде под действием пространственного (объемного) заряда анионов переместятся на катод. Из этого вытекает возможность эффективного воздействия на них с помощью электромагнитных волн и механического воздействия. Практическое использования электромагнитных волн представляет собой двухфазную электромагнитную систему с регулируемым фазовым управлением, устанавливаемый на проточный трубопровод. Во вращаемом электромагнитном поле в среде движущего водного раствора возникают пондемоторные силы приводящие к нарушению электростатической связанности ионов растворенных включений (Са, Mg и др). При достижении необходимой минимальной (пороговой) частоты вращения емкости с электролитом и принятыми конструктивными параметрами устройства, т.е. критической величины электрических потенциалов на электродах, равновесие зарядов нарушится. Электроны выйдут из катода и ионизируют молекулы гидратных оболочек, т.е. передадут заряды катионам. Иначе говоря, как бы произойдет пробой своеобразного электролитического конденсатора и начнется разряд ионов с образованием на катоде свободного водорода, а на аноде кислорода и анодных газов (осадка). Величина электродвижущей силы тока будет зависеть от разности скоростей химических реакций на аноде и катоде. Свободные положительные и отрицательные ионы соединяются в результате взаимного притяжения и в воде образуются арагонитные кристаллы, который не дают образование твердой накипи и переводят растворенные соли в коллоидную суспензию, сохраняющуюся без обратных изменений в течении нескольких сотен часов. Побочным продуктом при образовании арагонитовых кристаллов является углекислый газ, тогда водный раствор приобретает свойства дождевой воды способной растворять существующие твердые карбонатные отложения.

Таким образом, вследствие действия физического принципа обратимости энергии гравитационное поле порождает энергетически адекватное ему электрическое поле, которое преодолеет энергию гидратации и осуществляет электролиз. Этот процесс протекает поглощением раствором через теплообменник теплоты и требует постоянного разбавления его водой до начальной концентрации. Его принципиальная энергетическая схема во многом схожа со схемой традиционного электролиза, но в ней не применяется внешний дорогостоящий электрический ток, а используется механическая энергия вращающегося магнитного поля и энергия электродного потенциала (энергия Гиббса).

Здесь следует отметить весьма существенные особенности инерционного электролиза:

- работа механического инерционного поля, затрачиваемая им на осаждение молекул воды, легких и особенно тяжелых ионов, практически полностью восполняется кинетической энергией всплывающих к оси емкости водорода, кислорода и анодных газов, поскольку их плотность меньше, чем плотность раствора. В результате сумма моментов количества движения начальных и конечных продуктов электролиза становится близкой нулю, т.е. механическая работа в растворе почти не производится. Она в безреагентном фильтре затрачивается в основном только на его приводе против сил трения. Анодный осадок и всплывающие газы вступают во вторичные химические реакции с водой и кислородом, образуя исходный состав раствора:

- интенсивное самоохлаждение раствора обеспечивает условия для поглощения им тепла из окружающей среды или от других источников на компенсацию эндотермического эффекта реакции разложения воды, т.е. работу в режиме высокоэффективного теплового насоса, что влечет за собой снижения потребляемой энергии на осуществления электролиза (в основном на разрыв гидратных оболочек).

При существующем электролизном разложении воды образуются свободные радикалы (здесь стрелки и обозначают валентные электроны с противоположными спинами):

Н-О-НН-О+Н

Такая пара радикалов с высокой вероятностью рекомбинирует обратно до Н₂О. Но реакцию нельзя считать полностью обратимой, поскольку разрыв был вызван поглощением энергии низкой плотности (энергии вращающегося магнитного поля), а при рекомбинации HO, и H освобождается энергия. Если же разрыв молекул воды протекает в магнитном поле и на фоне действия переменных магнитных полей, то за счет эффекта парамагнитного резонанса возможна реверсия спина одного из партнеров. Тогда их рекомбинации уже не происходит, и в системе начинают протекать новые реакции, образуются новые продукты (коллоидная суспензия).

В заявленной системе безреагентной очистки для жидкой среды с использованием электромагнитного поля общими признаками для него и для его прототипа являются:

- внешний статор с размещенными в его пазах обмотками (двух фазная магнитная система);

- внутренний статор для уменьшения магнитного сопротивления магнитному потоку

- патрубки для отвода и подвода обрабатываемой жидкости. Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что первое имеет в отличие от прототипа следующие существенные признаки:

- две обмотки статора, расположенные относительно друг друга в пазах статора под углом в 90 электрических градусов, и конденсатор служат для получения вращающегося электромагнитного поля участвующего в образовании коллоидной суспензии.

Совокупность существенных признаков заявленной полезной модели имеет причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом. Заявляемое техническое решение обладает новизной и промышленно применимо.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 показана система безреагентной очистки для жидкой среды с использованием электромагнитного поля, разрез; на фиг.2 - электрическая схема.

Система содержит обмоток статора 3, состоящие из двух катушечных группы 1 и 2, внутренний статор 4, входной патрубок 5, выходной патрубок 6, диамагнитную, диэлектрическую обечайки 7, электрический конденсатор 8. Кроме того, на чертеже позицией 9 обозначены направляющие потока жидкости (крепление положения внутреннего статора). Назначение направляющей 9 является создание закручивания движущей жидкости в направление силового действия вращающегося магнитного поля (пондеромоторные силы).

Система безреагентной очистки для жидкой среды с использованием электромагнитного поля работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость поступает через входной патрубок 5 и проходит в пространство, ограниченным внешним статором 3 и внутренним 4. При этом жидкость перемещается к выходному патрубку 6 и совершает вращательное движение по спирали вокруг внутреннего статора 4. При наличии напряжения питание на обмотках статора (фиг.2), создается вращающее магнитное поле, перпендикулярное движению жидкости. Вращающееся магнитное поле, в прокачиваемой среде, будет создавать пондермоторные силы, под действием которых осуществляется сепарация ионов. Катионы обладающие большей массой будут группироваться у поверхности внешнего статора, а анионы будут группироваться у поверхности внутреннего статора с образованием электрического потенциала. Энергия электрического потенциала приводит к разрыву гидратных оболочек и образованию арогонитных кристаллов. Наличие этих кристаллов переводит растворенные в прокачиваемой жидкости различные включения (соли Са, Mg и др) в коллоидную суспензию. Суспензия по своим физическим параметрам не обладает свойством отложений на поверхности трубопроводов, не изменяет теплофизические характеристики прокачиваемой жидкости. Время существования этой коллоидной суспензии составляет сотни часов.

Для подбора оптимальной скорости вращения электромагнитного поля, когда происходит эффективное сепарирование, применяется фазовый метод регулирования. Фазовый метод позволяет эффективно осуществить сепарацию (составляющие элепсоидного электромагнитного поля). Потребляемая мощность системы зависит от расхода прокачиваемой жидкости. Систему безреагентной очистки для жидкой среды с использованием электромагнитного поля рекомендуется устанавливать на трубопроводах теплообменных аппаратов. Ориентировочно мощность единичной системы лежит в пределах 200-200 Вт при расходе G=10 м³/час и температуре t=50°C.

Система безреагентной очистки жидкой среды обладает простотой конструкции и малым потреблением энергии, что позволяет применять ее для очистки теплоносителя, применяемого в системах отопления от различных включений, тем самым, осуществляя эффективную защиту трубопроводов систем теплообменных аппаратов систем отопления как открытого, так и закрытого типа.

Система безреагентной очистки для жидкой среды с использованием электромагнитного поля, содержащая внешний статор с размещенной в его пазах магнитной системой и внутренний статор, служащий для уменьшения магнитного сопротивления, патрубки для отвода и подвода обрабатываемой жидкости, отличающаяся тем, что две обмотки статора, расположенные относительно друг друга в пазах статора под углом в 90 электрических градусов, и конденсатор служат для получения вращающегося электромагнитного поля.