Устройство подготовки топлива

 

Изобретение относится к устройствам, применяемым для сжигания газообразного и многокомпонентного топлива, преимущественно природного газа среднего давления, и может найти применение в энергетических установках различных типов и назначений, например в котельных, двигателях внутреннего сгорания, газотурбинных установках и т.п. Целью предлагаемого технического решения (полезной модели) является увеличение производительности подготовки топлива при высокой эффективности его сгорания. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве подготовки топлива (УПТ), содержащем устройство для омагничивания топлива, устройство генерирования СВЧ энергии с подключенным к его входу устройством управления, и излучающие элементы, выполненные в виде многослойных многовитковых наноструктур, устройство для омагничивания топлива выполнено в виде первого отрезка трубы, на наружной поверхности которой с возможностью создания знакопеременного продольного магнитного поля установлены магниты, кроме того, в УПТ введен коаксиально-волноводный переход, состоящий из короткозамыкателя, выполненного в виде отрезка коаксиальной линии, на наружной поверхности которой выполнена кольцевая короткозамкнутая полуволновая ловушка, а центральная жила закреплена в нем короткозамкнутыми четвертьволновыми шлейфами и второго отрезка трубы с, по крайней мере, одним устройством связи, причем устройство генерирования СВЧ энергии содержит, по крайней мере, один генератор СВЧ, подключенный к устройству связи коаксиально-волноводного перехода, а излучающие элементы размещены в третьем отрезке трубы, при этом устройство для омагничивания топлива, коаксиально-волноводный переход, второй отрезок трубы и третий отрезок трубы с излучающими элементами соединены последовательно и герметично.

Изобретение относится к устройствам, применяемым для сжигания газообразного и многокомпонентного топлива, преимущественно природного газа среднего давления, и может найти применение в энергетических установках различных типов и назначений, например в котельных, двигателях внутреннего сгорания, газотурбинных установках и т.п.

Известно устройство, (см. описание к патенту № WО 09621826A1 PCT/US 96/06128 МПК: F23К 5/08), в котором для улучшения процесса сгорания топлива его перед сжиганием пропускают через камеру, на наружной поверхности которой располагаются магниты, формирующие знакопеременные магнитные поля. При движении топлива в таком устройстве происходит разделение примесей в топливе на положительные и отрицательные ионы, что приводит к повышению эффективности сгорания топлива и соответственно уменьшению выбросов вредных веществ в атмосферу. Однако при использовании этого устройства не обеспечивается максимальная полнота сгорания топлива.

Известен способ подготовки углеводородного топлива для двигателей внутреннего сгорания, согласно которому топливо перед подачей в ДВС подвергается опосредованной обработке СВЧ-полями. Обработка осуществляется в устройстве подготовки топлива, активным элементом которого служит предварительно обработанный СВЧ-полями металл-посредник (см описание к патенту РФ №2244845 опубл. 20.01.05 г. МПК: F02M 27/00). Известные способ и устройство не обеспечивают максимальной полноты сгорания топлива при их использовании.

Известны также способ и устройство (см. описание к патенту US №5.370.525 НКИ: 431/11; 431/2; 431/058, MПK: F23D 11/44), содержащее газовый котел с водогрейными трубами, газовую горелку, устройство подачи окислителя (воздуха) и генератора энергии СВЧ. В этом устройстве с помощью

рупоров на переднюю кромку пламени котла подают энергию радиоволн СВЧ диапазона (сантиметровые волны). Однако недостатком данного устройства является неэффективное использование энергии радиоволн СВЧ диапазона из-за потерь энергии радиоволн на рассеяние ее в объеме котла. Кроме того, энергия радиоволн частично выходит за пределы котла, что ухудшает биологическую обстановку около котла и требует его экранирования.

Наиболее близким из известных является устройство для подготовки топлива (см. описание к заявке №2005110094 от 07.04.2005 г.), содержащее устройство намагничивания, устройство генерирования СВЧ энергии и излучающие элементы, выполненные в виде многослойных многоговитковых наноструктур. Недостатком известного устройства является его низкая производительность, обусловленная малым размером поперечного сечения канала для прохождения топлива и малым уровнем мощности радиоволн СВЧ диапазона. Это устройство предназначено для установки в топливопровод двигателя внутреннего сгорания, расход топлива в котором незначительный. Применение устройства в таком конструктивном исполнении, например, в магистральном топливопроводе или для котельных представляется довольно сложным.

Целью предлагаемого технического решения (полезной модели) является увеличение производительности подготовки топлива при высокой эффективности его сгорания и расширение арсенала известных технических средств аналогичного назначения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве подготовки топлива (УПТ), содержащем устройство для омагничивания топлива, устройство генерирования СВЧ энергии с подключенным к его входу устройством управления, и излучающие элементы, выполненные в виде многослойных многовитковых наноструктур, устройство для омагничивания топлива выполнено в виде первого отрезка трубы, на наружной поверхности которой с возможностью создания знакопеременного продольного магнитного поля установлены магниты, кроме того, в УПТ введен коаксиально-волноводный

переход, состоящий из короткозамыкателя, выполненного в виде отрезка коаксиальной линии, на наружной поверхности которой выполнена кольцевая короткозамкнутая полуволновая ловушка, а центральная жила закреплена в нем короткозамкнутыми четвертьволновыми шлейфами и второго отрезка трубы с, по крайней мере, одним устройством связи, причем устройство генерирования СВЧ энергии содержит, по крайней мере, один генератор СВЧ, подключенный к устройству связи коаксиально-волноводного перехода, а излучающие элементы размещены в третьем отрезке трубы, при этом устройство для омагничивания топлива, коаксиально-волноводный переход, второй отрезок трубы и третий отрезок трубы с излучающими элементами соединены последовательно и герметично.

Кроме того, для защиты операторов от вредного воздействия энергии СВЧ в устройство дополнительно введен второй короткозамыкатель, вход которого соединен с выходом устройства омагничивания, а выход подключен ко входу первого короткозамыкателя, а для повышения производительности УПТ коаксиально-волноводный переход выполнен с двумя устройствами связи, расположенными в плоскости, перпендикулярной его продольной оси и ортогонально друг другу.

В металлических наноструктурах, выполненных в виде многослойных тороидальных многовитковых изолированных обмоток, размещенных на кольцевых элементах из радиопрозрачного материала, кольцевые элементы имеют многополюсное намагничивание.

Излучающие элементы - металлические наноструктуры установлены таким образом, что их магнитные поля ортогональны направлению потока топлива и образуют спирали, обладающие осевой симметрией по отношению к направлению прохождения топлива.

Металлические наноструктуры для уменьшения их влияния на генератор СВЧ образуют пирамиду, вершина которой направлена к выходу коаксиально-волноводного перехода, а диаметр кольцевых элементов выбран из соотношения d=n(е1-1), где =(1/lo)*ln(do /n+1); где lо высота пирамиды; n -

номер излучателя; do - наибольший диаметр излучателя; l - расстояние от вершины пирамиды до "n"-го излучателя.

Расстояние между кольцевыми элементами выбрано /4, где - длина волны генератора СВЧ.

Устройство управления генераторами СВЧ выполнено с возможностью формирования несинхронной последовательности запускающих магнетрон импульсов с частотой следования от 10 до сотен герц.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 представлено конструктивное исполнение предлагаемого устройства с двумя генераторами СВЧ, предназначенного в данном случае для использования магистральном трубопроводе с большим расходом топлива, а также в котельных, работающих на газовом топливе.

Устройство подготовки топлива содержит устройство омагничивания топлива 1, выполненное в виде первого отрезка трубы 2, на наружной поверхности которой с возможностью создания знакопеременного продольного магнитного поля установлены магниты 3. Устройство омагничивания топлива 1 своим входом герметично соединено с топливопроводом, а выходом - со входом короткозамыкателя 4 коаксиально-волноводного перехода 5, состоящего из короткозамыкателя 4 и второго отрезка трубы 6 устройствами связи 7,7А генераторов СВЧ 8,8А. Короткозамыкатель 4 выполнен в виде отрезка коаксиальной линии, на наружной поверхности которой выполнена кольцевая короткозамкнутая полуволновая ловушка 9, а центральная жила 10 закреплена короткозамкнутыми четвертьволновыми шлейфами 11. Выход короткозамыкателя 4 герметично соединен со входом второго отрезка трубы 6 с устройствами связи 7,7А для подключения генераторов СВЧ 8,8А. В качестве устройств связи 7,7А используются выводы энергии СВЧ генераторов 8,8А. Вход короткозамыкателя 4 является входом второго отрезка трубы 6 с

устройствами связи 7,7А, второй конец отрезка трубы 6 - выходом коаксиально-волноводного перехода 5. Выход коаксиально-волноводного перехода 5 герметично соединен со входом третьего отрезка трубы 12, выполняющего функцию волновода, внутри которого размещены излучающие элементы 13. Выход третьего отрезка трубы 12 соединен с газовой магистралью.

Генераторы СВЧ 8,8А выполнены в виде магнетронных генераторов с номинальной частотой 2,45 ГГц. Магнетронные генераторы установлены внутри воздуховода (на чертеже не показаны) с целью обеспечения требуемого теплового режима. Для обеспечения биологической защиты операторов от вредного воздействия СВЧ излучения, в магистраль перед коаксиально-волноводным переходом 5, может быть введен второй короткозамыкатель 4, конструктивно выполненный аналогично первому. Для увеличения уровня СВЧ мощности в волноводе 12 с металлическими многослойными наноструктурами 13 коаксиально-волноводный переход 5 выполнен с двумя элементами связи 7,7А, расположенными в плоскости ортогональной продольной оси волновода, и ортогонально друг другу. Излучающие элементы 13 (металлические многослойные наноструктуры) могут быть выполнены в виде многослойных тороидальных многовитковых изолированных обмоток, размещенных на кольцевых элементах из радиопрозрачного материала. В качестве радиопрозрачного материала использован ферримагнетик - магнитотвердый феррит марки 25БА170, намагниченный до насыщения. Кольцевые элементы имеют многополюсное намагничивание.

Излучающие элементы 13 установлены таким образом, что их магнитные поля ортогональны направлению потока газа и образуют спирали, обладающие осевой симметрией по отношению к направлению движения топлива (газа).

Излучающие элементы 13 в волноводе образуют пирамиду, в которой диаметр кольцевых элементов выбран из соотношения d=n(е1-1), где =(1/lo)*ln(do /n+1); где lо высота (длина) пирамиды, do - наибольший диаметр излучателя; l - расстояние от вершины пирамиды до "n"-го излучателя. При

этом расстояние между кольцевыми элементами выбрано /4, где - длина волны генератора СВЧ в волноводе. В воздуховоде установлены два магнетрона СВЧ с подключенными к их входам устройствами управления 14,14А. Устройства управления 14,14А обеспечивают формирование последовательности несинхронных запускающих магнетроны импульсов с частотой следования от 10 до сотен герц. В конкретном исполнении устройства управления 14,14А могут содержать импульсные модуляторы, выполненные в виде импульсных источников питания, частота преобразования которых изменяется в указанных выше пределах.

Предлагаемое устройство работает следующим образцом. Топливо (газ) по трубопроводу поступает на вход устройства омагничивания 1, в котором при прохождении топлива происходит взаимодействие молекул топлива со знакопеременным магнитным полем. В результате такого взаимодействия происходит разделение топлива на положительные и отрицательные ионы. Топливо «разрыхляется» с тем, чтобы в последующем перемешаться с окислителем (воздухом), что улучшит характеристики его горения. Затем топливо (газ) проходит через короткозамыкатель 4 коаксиально-волноводного перехода 5 и поступает в отрезок трубы 12 (волновод) с металлической многослойной наноструктурой 13, образующей в данном случае пирамиду. Короткозамыкатель 4 формирует согласователь, замыкающий волновод коаксиально-волноводного перехода 5, для передачи энергии СВЧ от элементов связи 7,7А в отрезок трубы 12 (волновод) с металлической многослойной наноструктурой. Элементы связи 7,7А коаксиально-волноводного перехода 5 совместно с магнетронными генераторами СВЧ 8,8А обеспечивают передачу энергии радиочастот СВЧ диапазона в волновод 12 с наноструктурой 13. По мере прохождения топлива (газа) по волноводу с наноструктурами происходит волновое взаимодействие топлива с энергией магнетронных генераторов СВЧ и собственными электрическими и магнитными полями металлических многослойных наноструктур. Частота генераторов СВЧ выбрана равной 2,45 ГГц, что дает возможность воздействовать на примеси в топливе в виде капель

воды с целью превращения их в пар и лучшего перемешивания с окислителем (воздухом). Выбранная частота магнетронных генераторов является резонансной для паров воды и это способствует лучшему их взаимодействию с топливом (газом).

Под воздействием энергии радиочастот СВЧ диапазона (сантиметровые волны), распространяющихся в коаксиально-волноводном переходе 5 и в волноводе 12 с наноструктурой, происходит возбуждение элементов наноструктуры и формирование наноструктурой собственных электрических и магнитных полей. Молекулы топлива, попадая в поле наноструктуры, взаимодействуют с ее полями. Происходит волновой перенос энергии поля наноструктуры молекулам топлива. Молекулы топлива, приобретая дополнительную энергию за счет волнового переноса, приобретают дополнительные свойства, улучшающие их характеристики горения. После прохождения топливом (газом) волновода с наноструктурой, топливо поступает в топливопровод, горелку, где оно смешивается с окислителем (воздухом) и поступает в котел.

Таким образом предлагаемое устройство обеспечивает большую производительность подготовки топлива при высокой эффективности его сгорания, так как в предлагаемом устройстве не происходит рассеяние энергии радиочастотного поля диапазона СВЧ, а наличие короткозамкнутых участков для частот генераторов СВЧ в питающем трубопроводе обеспечивает биологическую защиту обслуживающего персонала.

Предлагаемое устройство может быть установлено в магистральном топливопроводе с большим расходом топлива и может использоваться в котельнях, а также в системах подачи газа потребителям и других энергетических установках с большим расходом топлива.

1. Устройство подготовки топлива, содержащее устройство для омагничивания топлива, устройство генерирования СВЧ энергии с подключенным к его входу устройством управления и излучающие элементы, выполненные в виде многослойных металлических наноструктур, отличающееся тем, что устройство для омагничивания топлива выполнено в виде первого отрезка трубы, на наружной поверхности которой с возможностью создания знакопеременного продольного магнитного поля установлены магниты, а в устройство для подготовки топлива, введен коаксиально-волноводный переход, состоящий из короткозамыкателя, выполненного в виде отрезка коаксиальной линии, на наружной поверхности которой выполнена кольцевая короткозамкнутая полуволновая ловушка, а центральная жила закреплена в нем короткозамкнутыми четвертьволновыми шлейфами и второго отрезка трубы, с по крайней мере, одним устройством связи, причем устройство генерирования СВЧ энергии содержит, по крайней мере, один генератор СВЧ, подключенный к устройству связи коаксиально-волноводного перехода, а излучающие элементы размещены в третьем отрезке трубы, при этом устройство для омагничивания топлива, коаксиально-волноводный переход, второй отрезок трубы и третий отрезок трубы с излучающими элементами соединены последовательно и герметично.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него дополнительно введен второй короткозамыкатель, вход которого соединен с выходом устройства омагничивания, а выход подключен ко входу первого короткозамыкателя.

3. Устройство по п.1 и/или 2, отличающееся тем, что коаксиально-волноводный переход выполнен с двумя устройствами связи, расположенными в одной плоскости, перепендикулярной его продольной оси, и ортогонально друг другу.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в металлических наноструктурах, выполненных в виде многослойных тороидальных многовитковых изолированных обмоток, размещенных на кольцевых элементах из радиопрозрачного материала, кольцевые элементы имеют многополюсное намагничивание.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что излучающие элементы установлены таким образом, что их магнитные поля ортогональны направлению потока топлива и образуют спирали, обладающие осевой симметрией по отношению к направлению прохождения топлива.

6. Устройство по п.5. отличающееся тем, что металлические наноструктуры образуют пирамиду, вершина которой направлена к выходу коаксиально-волноводного перехода, а диаметр кольцевых элементов выбран из соотношения d=n(е1-1), где =(1/1o)·ln(d o/n+1), где lо - высота пирамиды; n - номер излучателя; do - наибольший диаметр излучателя; l - расстояние от вершины пирамиды до n-го излучателя.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что расстояние между кольцевыми элементами выбрано /4, где - длина волны генератора СВЧ.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство управления генераторами СВЧ выполнено с возможностью формирования несинхронной последовательности запускающих магнетрон импульсов с частотой следования от 10 до сотен герц.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для утилизации потенциальной избыточной энергии давления природного газа (ПГ) при установке их в систему трубопроводов между магистралями высокого и низкого давления с выработкой электроэнергии

Полезная модель относится к области информационных технологий, а именно, к сетям передачи пакетов информационных данных, и может быть использована при построении базовых станций сверхвысокоскоростной самоорганизующейся сети миллиметрового Е-диапазона радиоволн

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована преимущественно в декаметровом диапазоне частот длин радиоволн.

Полезная модель относится к системам радиолокационного обнаружения воздушных объектов и в частности - к устройствам обнаружения беспилотных летательных аппаратов с малой радиолокационной заметностью
Наверх