Активатор физико-химических процессов в веществе

Активатор физико-химических процессов. Полезная модель относится к обработке веществ, конкретно к устройствам для активации физико-химических процессов в веществах с различным агрегатным состоянием, преимущественно в жидком или газообразном. В активаторе физико-химических процессов обрабатываемого вещества, содержащем один или несколько поляризованных диэлектрических элементов с металлизированным покрытием противоположных его сторон, согласно полезной модели диэлектрический элемент выполнен из монокристалла или поликристалла, обеспечивающих резонансное взаимодействие между диэлектрическим элементом и обрабатываемым веществом. При этом в качестве монокристалла активатор содержит кварц с расстояниями между узлами кристаллической решетки 1,59÷1,62 Џ, а в качестве поликристалла - титанат бария или титанат кальция, или цирконат-титанат свинца с добавками SrCO₂ и Nb₂O₅ с расстояниями между узлами кристаллической решетки 3÷8 Џ, а между доменами - 15÷20 Џ. Диэлектрический элемент выполнен в виде пластины прямоугольной, круглой или фигурной формы с постоянным или переменным сечением по ее длине, ширине и/или толщине. Пластина диэлектрического элемента, выполнена толщиной 0,1÷5 мм, длиной - 10÷330 мм и шириной - 10÷140 мм. Металлизированное покрытие диэлектрического элемента выполнено вжиганием или напылением металла в вакууме с толщиной слоя до 10 мкм.

Полезная модель относится к устройствам для электростатического разделения, конкретно к устройствам для активации физико-химических процессов в веществах с различным агрегатным состоянием, преимущественно в жидком или газообразном.

Известен активатор физико-химических процессов в жидкости (RU №2220913, кл. C 02 F 5/00, 2003), содержащий набор поляризованных диэлектрических элементов (пьезокерамических колец и пластин) с металлизированным покрытием противоположных их сторон и установленных параллельно друг другу.

Недостатком известного устройства является недостаточная активация физико-химических процессов в обрабатываемом веществе.

В основу настоящей полезной модели поставлена задача создания активатора физико-химических процессов в веществе, конструкция которого позволяет повысить эффективность активации обрабатываемого вещества.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в активаторе физико-химических процессов в веществе, содержащем не менее одного поляризованного диэлектрического элемента с металлизированным покрытием противоположных их сторон согласно полезной модели диэлектрический элемент выполнен из монокристалла или поликристалла со спектром частотных резонансов диполей кристаллической решетки и их комбинационных сочетаний, соответствующим частотным спектрам межмолекулярного и межатомного взаимодействия активируемого

вещества а также с уровнем энергии активации, не меньшим уровня энергии связи активируемого вещества.

При этом спектр частотных резонансов различных диэлектрических элементов активатора выполнен общим или разнесенным относительно центральной частоты осцилляции активатора. В качестве монокристалла диэлектрический элемент содержит кварц с расстояниями между узлами кристаллической решетки 1,59÷1,62 Џ. В качестве поликристалла он содержит титанат бария или титанат кальция, или цирконат-титанат свинца с добавками SrСO₂ и Nb₂O₅ с расстояниями между узлами кристаллической решетки 3÷8 Џ , а между доменами - 15÷20 Џ. Диэлектрический элемент выполнен в виде пластины прямоугольной, круглой или фигурной формы с постоянным или переменным сечением по ее длине, ширине и/или толщине. Пластина диэлектрического элемента выполнена толщиной 0,1÷5 мм, длиной - 1÷33 см, шириной - 1÷14 см. Металлизированное покрытие диэлектрического элемента выполнено вжиганием серебра в поверхностный слой диэлектрика или напылением серебра или золота на поверхность диэлектрика в вакууме с толщиной слоя до 10 мкм.

Выполнение диэлектрического элемента в виде поляризованной пластины толщиной 0,1÷5 мм с металлизированным покрытием обеспечивает нулевое значение электрического поля внутри него, что предохраняет его от разряжения за счет внутренней электропроводности.

Выбор в качестве монокристалла кварца с расстояниями между узлами кристаллической решетки 1,59÷1,62 Џ, а также в качестве поликристалла титаната бария или титаната кальция, или цирконат-титаната свинца с добавками SrCO ₂ и Nb₂О₅ с расстояниями между узлами кристаллической решетки 3÷8 Џ, а между доменами - 15÷20 Џ, обеспечивает резонансное взаимодействие происходящих в поляризованном диэлектрике осцилляторных процессов - как безизлучательных - за счет деформационных возмущений в кристаллической решетке, так и сопровождающихся излучением - за счет

пространственных флуктуации элементарных диполей, образующих в совокупности квазистационарное электрическое поле поляризованного диэлектрического элемента, с осцилляторными процессами, происходящими на гидроксильных группах и полярных молекулах содержащихся в активируемых физических веществах в различных агрегатных состояниях. Следствием резонансного взаимодействия является резкая интенсификация физико-химических процессов, в частности горения, а так же перевод растворимых включений в водных средах в состояние, не допускающее солеобразования в виде твердых отложений.

Так, например, в воде начинает происходить цепная реакция между молекулами и свободными радикалами с участием активных форм кислорода с высоким энергетическим выходом, достаточным для генерации электронно-возбужденных состояний. Энергетический выход одного акта дисмутации супероксидов - около 1 эВ, а разложения Н₂О ₂ - 2 эВ, а при полном одноэлектронном восстановлении одной молекулы О₂ освобождается 8 эВ (для сравнения можно указать, что энергия ультрафиолетового фотона с длиной волны =250 нм равна 5 эВ). При максимальной активности реакции энергия освобождается с мега- и гигагерцовой частотой, что затрудняет ее быстрое рассеяние в виде теплоты и она излучательно и безизлучательно переносится на макромолекулы и надмолекулярные ансамбли активируемого вещества и является энергией активации.

В углеводородах происходит упорядочивание и переориентация полярных молекул предельных и ароматических углеводородов, что в значительной степени ускоряет процесс их окисления (горения).

В целом указанные технические отличия и технические результаты позволяют повысить эффективность активации обрабатываемого вещества и, тем самым, достичь поставленной цели изобретения.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 - представлен внешний вид активатора с одним диэлектрическим элементом с постоянным сечением; на фиг.2 - поперечный разрез активатора, на фиг 3 - активатор с расширенным спектром частот активации, включающий несколько диэлектрических элементов с постоянными и переменным сечениями, на фиг 4 - рисунок, поясняющий принцип работы активатора.

Активатор физико-химических процессов содержит не менее одного поляризованного диэлектрического элемента 1 с металлизированным покрытием 2 и 3 противоположных его сторон, установленный в корпусе 4. Диэлектрический элемент 1 выполнен из монокристалла или поликристалла. При этом в качестве монокристалла диэлектрический элемент содержит кварц с расстояниями между узлами кристаллической решетки 1,59÷1,62 Џ. При другом варианте исполнения диэлектрический элемент 1 выполнен из поликристалла - титаната бария или титаната кальция, или цирконат-титаната свинца с добавками SrCO₂ и Nb ₂O₅ с расстояниями между узлами кристаллической решетки 3÷8 Џ, а между доменами - 15÷20 Џ. Диэлектрический элемент 1 выполнен в виде пластины прямоугольной, круглой или фигурной формы с постоянным или переменным сечением по ее длине, ширине и/или толщине. Пластина диэлектрического элемента 1, выполнена толщиной 0,1÷5 мм, длиной -10÷330 мм и шириной - 10÷140 мм. Металлизированные покрытия 2 и 3 диэлектрического элемента 1 выполнены вжиганием (напылением в вакууме) металла с толщиной слоя до 10 мкм. Такое исполнение обеспечивает нулевое значение электрического поля внутри диэлектрического элемента, что предохраняет его от разряжения за счет внутренней электропроводности.

Для расширения спектра активации активатор в его корпусе 4 может быть установлен набор (фиг.3) диэлектрических элементов 1 с различными энергетическими уровнями активации (фиг.4), обеспечивающими расширение спектральных характеристик (АЧХ)

активатора в целом и, как следствие, - расширение круга активируемых веществ с различным компонентным составом. Размеры и формы диэлектрических элементов 1 подобраны экспериментальным путем под конкретное активируемое вещество. Для примера, представленного на фиг.4, центральная частота v₀ активатора выбрана из условия суммарного накрытия спектрами AЧХ₁ и АЧХ ₂ (соответственно для первого и второго диэлектрического элемента) спектра АЧХ₀ активируемого вещества.

Активатор устанавливают над активируемым веществом, например, водой, ориентируя его корпус 4 в горизонтальной плоскости. При этом вода проходит в электростатическом поле активатора. Собственные колебания кристаллической решетки поляризованного диэлектрика 1 (монокристалла или поликристалла), являющиеся источником осцилляторных процессов - как безизлучательных, так и сопровождающихся излучением, обеспечивают их резонансное взаимодействие с осцилляторными процессами, происходящими в активируемом веществе.

При этом происходит излучение со спектром частот

v_i=E _i-E_i-1, i=(1, I),

где i, I - текущий и общее количество энергетических уровней соответственно;

Е_i E_i-1 - энергия диполей на i-м и на i-1 уровне соответственно.

При совпадении указанного выше спектра частот со спектром частот (фиг.4) собственных осцилляции молекул обрабатываемой жидкости с уровнем энергии Е₂>E₀₁ и Е ₁>Е₀₂ происходит разрыв межатомных и межмолекулярных связей в обрабатываемой жидкой среде с образованием ион-радикалов, вступающих в цепные реакции с молекулами воды и гидроксильными группами с образованием активных форм кислорода. При этом нейтрализуется вредное влияние катионов кальция Са ²⁺ и магния Mg²⁺, ответственных за прикипание растворимых солей воды к поверхности нагрева.

Резонансное взаимодействие происходящих в поляризованном диэлектрике 1 осцилляторных процессов - как безизлучательных - за счет деформационных возмущений в кристаллической решетке, так и сопровождающихся излучением - за счет пространственных флуктуации элементарных диполей, образующих в совокупности квазистационарное электрическое поле поляризованного диэлектрического элемента, с осцилляторными процессами, происходящими на гидроксильных группах и полярных молекулах содержащихся в активируемых физических веществах в различных агрегатных состояниях. Следствием резонансного взаимодействия является резкая интенсификация физико-химических процессов, в частности горения, а так же перевод растворимых включений в водных средах в состояние, не допускающее солеобразования в виде твердых отложений.

Так, например, в воде начинает происходить цепная реакция между молекулами и свободными радикалами с участием активных форм кислорода с высоким энергетическим выходом, достаточным для генерации электронно-возбужденных состояний. Энергетический выход (Е) одного акта дисмутации супероксидов - около 1 эВ, а разложения Н₂O₂ - 2 эВ, а при полном одноэлектронном восстановлении одной молекулы О₂ освобождается 8 эВ (для сравнения можно указать, что энергия ультрафиолетового фотона с длиной волны =250 нм равна 5 эВ). При максимальной активности реакции энергия освобождается с мега- и гигагерцовой частотой, что затрудняет ее быстрое рассеяние в виде теплоты и она излучательно и безизлучательно переносится на макромолекулы и надмолекулярные ансамбли активируемого вещества и является энергией активации.

Аналогичным образом производится активация других веществ, например газообразного топлива.

На фиг.5, 6 и 7 представлены результаты активации газа на газовых котлах. Графики удельного расхода газа и удельного расхода

электроэнергии (на собственные нужды) при установке на газовые котлы (г.г. Тверь и Сыктывкар) активатора физико-химических процессов. На фиг 8. приведена фотография, на которой наглядно видно уменьшение накипеобразования за период отопительного сезона при установленном активаторе физикохимических процессов (Пример 1)).

Из графиков, представленных на Фиг.5 видно, что за период испытаний с 20.09.2004 г. по 28.02.2005 г. зафиксировано снижение удельного расхода топлива в среднем на 6,37%, повышение КПД с 90,97% до 96,10% (расшифровка трендов приведена на графике). Из графиков, представленных на Фиг.6 также видно, что за период испытаний с 02.11.2004 г. по 09.02.2005 г. зафиксировано снижение удельного расхода топлива до 6,06%. Повышение КПД при этом составило с 88,14,% до 94,1%. За период испытаний с 02.11.2004 г. по 09.02.2005 г. зафиксировано снижение удельного расхода электроэнергии до 29,5% (Фиг.7).

На фиг.8 представлены результаты активации воды в водогрейных котлах. Из фотографий видно, что применение предложенного активатора повышает эффективность защиты тепловых труб от накипеобразовантий.

Полезная модель разработана на уровне опытного образца. Результаты лабораторных и промышленных испытаний (фиг.5-8) активатора показали следующее:

Срок службы теплогенерирующего и теплообменного оборудования, а также сетевых магистралей увеличивается с единиц до десятков лет за счет предотвращения образования твердых солевых отложений и повышения коррозионной стойкости.

Увеличивается теплотворная способность топлива, а также, полнота его сгорания и, как следствие, уменьшается загрязнение атмосферы и увеличивается КПД теплогенерирующего оборудования и двигателей внутреннего сгорания.

1. Активатор физико-химических процессов в веществе, содержащий не менее одного поляризованного диэлектрического элемента с металлизированным покрытием противоположных их сторон, отличающийся тем, что каждый из диэлектрических элементов выполнен из монокристалла или поликристалла с собственным спектром частотных резонансов диполей и атомов кристаллической решетки, соответствующим частотному спектру осцилляции межмолекулярного и межатомного взаимодействия обрабатываемого вещества, а также с уровнем энергии активации, не меньшим уровня энергии связи активируемого вещества.

2. Активатор по п.1, отличающийся тем, что спектр частотных резонансов различных диэлектрических элементов активатора выполнен общим или разнесенным относительно центральной частоты осцилляции активатора.

3. Активатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве монокристалла он содержит кварц с расстояниями между узлами кристаллической решетки 1,59÷1,62 Å.

3. Активатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве поликристалла он содержит титанат бария или титанат кальция, или цирконат-титанат свинца с добавками SrCO₂ и Nb₂O₅ с расстояниями между узлами кристаллической решетки 3÷8 Å, а между доменами 15÷20 Å.

4. Активатор по п.1, отличающийся тем, что диэлектрический элемент выполнен в виде пластины прямоугольной, круглой или фигурной формы с постоянным или переменным сечением по ее длине, ширине и/или толщине.

5. Активатор по п.4, отличающийся тем, что пластина диэлектрического элемента, выполнена толщиной 0,1÷5 мм, длиной 1÷33 см, шириной 1÷14 см.

6. Активатор по п.1, отличающийся тем, что металлизированное покрытие диэлектрического элемента выполнено вжиганием или напылением металла в вакууме с толщиной слоя до 10 мкм.