CN104619978A - 用于结构化并极化燃料、燃烧混合物或水的设备 - Google Patents

Abstract

该发明涉及发动机构造，涉及用于改进燃料和燃烧混合物的设备。还可以用于水处理。取得的效果是节省燃料并减少大气中有毒气体排放物。用于结构化和极化燃料、燃烧混合物或水的设备，包括有光滑内表面的中空筒形的主体和安装在该主体中的杆，该杆具有凸缘，主体和杆都由导电材料制成而且可连接到电路上。该设备设有一串相互交错的导电盘和绝缘盘，安装在该杆上。在这些盘顶部和主体之间用来流通燃料的工作间隙的尺寸不超过主体工作表面在给定横截面上的平均尺寸的1/10。主体和杆由硬铝合金制成，导电盘由铝制成。导电盘平坦的表面覆盖着电绝缘层，但电绝缘层不覆盖这些盘的顶部。

Description

用于结构化并极化燃料、燃烧混合物或水的设备

技术领域

该发明涉及动力工程领域，尤其涉及用于处理燃料或燃烧混合物(带有空气的燃料)的设备，可以用在内燃机(ICE)的燃料系统。该发明还可以用于处理饮用水和植物灌溉用的水。

背景技术

已知一种处理柴油的方法，由用于减少有毒排放物的设备执行[1997年12月6日提交、2001年1月30日公开、美国专利分类号为123-538的发明专利US6178954的说明书]。该方法意味着利用磁场处理燃料流使带单极电的碳氢化合物分子可以对齐，这就使燃烧室中发生更完全的解交联，因而发生更完全的燃烧。通过这种方法减少了有毒排放物。

这种燃料处理方法的缺点是通过利用磁场燃料中存在的碳氢化合物组分总量中只有小部分可以对齐，不过即使这样的量也足以取得看得见的效果。

已知有很多方法和设计采用永磁体将燃料或燃烧混合物结构化和/或极化(见专利号为RU2391551、RU2368796、RU2268388、RU2396454、RU2364792、RU2324838、RU2307258、RU2300008、RU2256815、RU2251018、RU2200246、RU2200245、RU2408792、RU2266427、RU59740、RU52942的俄罗斯联邦的发明和实用新型专利，申请号为RU2008100406、RU2004112248、RU2008134540、RU2006112414、RU2004124695、RU2004103245、RU2009140192、RU2009106937、RU2008100599、RU2008100406、RU2006111123、RU2005134706、RU97108172、RU971103743俄罗斯联邦的发明和实用新型申请，还有比利时的专利BG64926和美国的专利US5558765)。

这些方法都存在的缺点是低效率、强磁力稀土金属昂贵以及它们的使用寿命短(大约6个月)，很快就消磁。

已知一种用静电场处理尤其是汽车燃料的方法[见1994年11月22日提交、1996年5月29日公开、国际分类号IPC⁶为F02M 27/04(英国专利分类号为F1B)的英国专利的说明书]。为了提高静电场的效果，该方法包括分两个阶段连续处理燃料流。这个钩子(hook)有可能使这种高速燃料流的工程解决方案得以使用。

已知一种为了改进燃料的燃烧特性而间接影响燃料的方法，实现方式为将燃料与被内静电和外磁场处理过的空气混合[见1996年5月29日提交、1997年12月4日公开、国际分类号IPC⁶为F02M 27/04的德国专利DE19681531]。

流体的电磁处理方法提出削弱流体内分子间的相互作用(键)。当两流体混合时—一个处理过一个未处理过—发生混合物的整体分散均匀化。在上述发明中，当处理过的空气与燃料混合时，获得比常规混合分散度高出许多的燃烧混合分散度，明显改进了发动机的性能。然而，这些特性例如燃烧的完全度还是效率不高。

已知一种处理燃料的设备执行的方法，这种燃料主要用于燃气涡轮发动机，该方法包括受到在燃料流的横截面上几个位置同时生成的静电和磁场的影响，分子相互作用力削弱从而破坏燃料的碳氢化合物组分(见1999年5月19日提交、2000年3月27日公开、国际分类号IPC⁷为F02М 27/04、第9号公报的俄罗斯专利RU2147075的说明书)。

尽管使燃烧室中燃料几乎在分子水平上分散的处理效率高，但是这种方法对快速流动的燃料流生产力有限，当被极化的碳氢化合物组分无法及时排成行时，碳氢化合物组分快速失去势能。

已知处理燃料的设备，包括具有流动燃料的通道的中空主体和连接到电源上的两个管状电极，这两个电极一个同心嵌套到另一个之中(1974年公开、专利分类号为F 02M 27/04的美国专利#3805492，原型)。

所述在电场中处理燃料的设备减少了发动机的有毒物。所述设备的缺点是效率低，首先因为它用水流处理燃烧混合物，其次因为电极面积大造成的电场电压低，还有该设备制造和操作起来复杂。

已知燃料处理设备包括具有入口接头和出口接头的中空主体、位于该主体的轴线上的正电极和在出口接头的区域该主体的外表面上与正电极同心设置的负电极。在这里，主体和出口接头由电绝缘材料制成，而远离正电极侧的主体设有电介质插件(1989年公开、专利分类号为F 02M 27/04的苏联发明人证书SU1671934)。

这个发明的缺点在于大量元部件造成其设计复杂，而且电场电压低和不能调节电极间隙造成的性能不足，因为小间隙情况下主体放电的可能性大，但是大间隙情况下电场又不稳定。

已知处理汽车燃料的设备包括具有入口接头和出口接头的中空主体，安装在主体纵轴上的正电极和在入口接头区域该主体的外表面上与正电极同心设置的负电极。在这里，主体和入口接头由电绝缘材料制成。远离正电极侧的主体设有电介质插件，在这里负电极安装在主体上可以轴向移动而且以轮毂的形式实现(1996年公开、专利分类号为F 02M 27/04的俄罗斯联邦专利RU227293)。

上述最后一个设备和前一个设备的缺点在于由电场沿主体纵轴分布均匀造成的设计复杂且性能低，功能差并且降低处理中燃料的极化和活性。

已知有许多通过电磁场或者电荷还有磁体一起的方式影响燃料或空气-燃料混合物的方法和设备，燃料或混合物经过带电电极之间，由于分子水平上的结构化以及进一步的极化而改进可燃性并节省燃料。这些过程基本完成之后实现了发动机中燃料的完全燃烧，提高了功率重量比而且使进入大气的有毒排放物为零(见俄罗斯联邦发明和外观设计专利##RU2396454、RU2335652、RU2330984、RU2300008、RU2296238、RU2278989、RU2310769、RU2270355、RU2269025、RU2221153、RU2215172、RU18742、RU107292、RU100564、RU46310、RU80512、RU77356、RU52942、RU52116、RU44151、RU43922、RU76393、RU69575、RU69574，发明和外观设计专利申请##RU2004124695、RU2010138760、RU2009140192、RU2008101844、RU2008100599、RU2007122073、RU2006100023、RU2010117738、RU93044659、RU92007417、RU92002011、RU92011766、RU97104985、RU97103235、RU97102417、RU96118123、RU96112333、RU95120426、RU95118617，还有中国专利CN202091064和专利申请CN101368531，美国专利申请US2004238514,德国–DE333722和欧洲–EP1209346)。

还已知根据俄罗斯联邦专利申请RU95114110所述的处理流体和/或气体介质的设备。RU95114110被称为原型，因为它与请求保护的发明基本设计特征最接近。该原型包括由电介质材料制成的主体，主体具有入口接头和出口接头，还包括与设置在主体内的延伸正电极连接的高压电源，高压电源在主体的内表面和正电极之间生成处理腔，处理腔与入口接头和出口接头互连，还包括安装在主体外面与处理腔相对的接地的负电极。正电极用爪子实现，爪子沿着电极的整个长度分布并垂直于其轴。

上面列举的方法和设备毫无疑问都在一定程度上使燃料活化，改进了其与空气氧的混合能力并且具有更好的燃烧性能接近100％，是分子水平上的结构化和分子的电偶极子极化的结果。然而，包括原型在内所有这些列出的方法和设备的共同缺点在于用来结构化和极化燃料的能量消耗太大。因此，人们不能发觉明显有燃料节省，因为例如在汽车中，这个能量是从由内燃机充电的电池摄入的，消耗同一燃料。这个缺点由设计的缺陷造成。意识到电极之间有电击穿，从背景技术中获知的该设备中用于处理流动燃料的腔室尺寸大，需要供应更多电力才能使电场渗透它们。因此主要的问题是实际上没有取得燃料的大量节约。

发明内容

请求保护的专利的目的是提供最便宜、最耐用的设备，该设备用在内燃机中时用于节省燃料、提高电力、并且使有毒排放物最小，而在用于改进水质时—在最小电能损耗的情况下取得更高的效率。

在分子水平，燃料呈现丰富的簇，其中分子以特定的方式绑定。在通常燃烧过程中一个簇中只有50-60％的分子能够燃烧，这降低了燃料效率。

已知，在燃烧发动机中燃料节约效果通过燃料在分子水平结构化而获取。这样的作用使发动机功率增加，节省燃料，降低有毒排放物水平，而且延长了机油和发动机部件的使用寿命。

为了使燃料完全燃烧，必须打破这些簇并使这些分子有序。而这可以通过燃料结构化而取得。

燃料中的碳氢化合物具有“像关上的笼子一样”的结构。这就是为什么内部的碳原子难以受到燃烧处理的氧化作用。还有，任何燃料，不管保存在哪里，由于温度湿度的影响而不断地变化。这样的影响使燃料膨胀和收缩。总的来说，碳氢化合物分子开始受到引力作用，因而生成分子组——“分子束”。这样的“束”形成链。不管从集气管流出的空气的量有多少，氧进入生成的链内受限制是燃料不完全燃烧的原因。甚至在过度供氧的情况下都不会发生完全燃烧。原因是氧不能到达链内的原子组。为了完全燃烧这样的链，就要么使氧可以进入它里面要么打破分立的原子上的链。当碳氢化合物燃料燃烧时，首先氢原子(外层电子)氧化，而且只有在氢原子氧化之后碳原子才燃烧。如果内部燃烧处理快速经过，则需要更多时间来氧化所有的氢原子，即只有一部分碳原子氧化。没有被完全燃烧的燃料分子产生排放。氧不断地对氢进行聚合，但是氧越少碳的反应越剧烈——我们应该考虑到氧的化合价(氧化状态)总是负二价。另一方面，碳的化合价(氧化状态)可以是正或负，取决于其外层四个电子的构型，需要八个电子来完成。外层自旋的变化改变了燃料活性。氢分子的更加活跃的自旋状态显著提高了活性，得以吸引附加的氧。燃烧系统的开发人员教导了燃料的附加氧饱和提高了燃烧效率。因此改变分子的自旋状态，增加它的磁力矩，提高碳氢化合物的活力，由此改进燃料燃烧处理的质量。所应用的设备对燃料分子充电，在这里使所生成的燃料分子束分散成分立的分子，显著增加了对负电荷氧原子的吸引而且促进燃料完全燃烧。

该请求保护的发明取得了最佳的燃烧效率，以二氧化碳(CO₂)排放的增加为标志，这可以由排放控制设备(气体分析仪)测量出来。同时为了减少CO、CH和NOx的排放，就要提高燃料的燃烧效率。CO、CH和NOx的排放在安装该设备之后就减少了。这个可以通过用气体分析仪测量有毒排放物来确定。因为CO₂不可能再氧化了，所以当获得最终的CO₂(二氧化碳)时就取得了最大的燃烧效率。

可以通过电处理来改进燃烧流体并且这些处理的物理效果早就是已知的了。国际专利分类中有整个类都是专门用于它们的而且已经有大量的方法和设计，例如在背景技术中列举的那些。关于这一主题的科技文献-参考：Scientific American(科学美国)-98年6月，作者Neil Gershenfeld Ph.D.和Lsaac L.Chuang Ph.D.；

-进一步阅读参考：The hydrogen atom in a uniform magnetic field(均匀磁场中的氢原子)：An example of chaos/resonance(混沌/共振的一个例子).作者Harald Friedrich和Dieter Wintgen,1989年11月，第183卷，第2号，第37-79页的物理报告；

-Science(科学)中的Bulk Spin Resonance(体自旋共振)作者N.A.Gershenfeld和I.L.Chuang，1997年1月17日，第275卷，第350-356页；

-Principles of Magnetic Resonance.Third edition.(电磁共振原理，第三版)，作者Charles P.Slichter，Springer–Verlag出版社，1992年。

对于导电性，已知易燃流体的电阻率高到使所有流体易燃材料无一例外地成为优良的电绝缘体，即不传导电流并因此不可电处理，但可电极化。材料的电极化属性主要取决于材料的电偶极矩而且所有易燃流体都是在磁场中可极化的材料。同样水也是。各种流体的电极化属性取决于它们的分子结构，每一种流体是一种微电偶极子。

该用于结构化和极化的设备包括供电和放电通道、中空筒形的主体、以及通过防漏绝缘衬垫安装在该主体中心直线上的杆，其中主体和杆都由导电材料制成，而且具有用于连接到电路上装置，由于该请求保护的发明存在如下的区别技术特征所以达到了预定目标。

-该设备设有与绝缘盘交错的一连串的导电盘，紧固安装在杆上，此外这些盘的顶部形状与主体内表面的形状相似，但是尺寸更小，还有绝缘盘的形状和尺寸与导电盘相比更小，在任一导电盘的顶部和主体内表面之间形成的用来流通燃料燃烧混合物或水的工作间隙的尺寸，不超过主体的工作表面给定的横截面的平均尺寸的1/10，同时不超过给定的导电盘的顶部和邻接的绝缘盘的顶部之差，这个差是在同一横截面的同一径向测量的，但是任一导电盘的厚度小于与其邻接的绝缘盘的厚度；

-作为阴极的主体连接至负电荷，而具有这串导电盘的杆作为阳极连接至电路的正电荷；

-主体和具有凸缘的杆由硬铝合金制成，导电盘由铝制成，而绝缘盘由电介质材料制成且耐机油和汽油；

-主体内表面和导电盘顶部之间的工作间隙在1-50mm范围内，导电盘的厚度在0.01-3mm的范围内，绝缘盘的厚度在0.05-100mm范围内，但是导电盘顶部和绝缘盘顶部尺寸之差在1-50mm范围内；

-导电盘平坦的表面覆盖着电绝缘层，但电绝缘层不覆盖这些盘的顶部。

在该请求保护的发明的区别特征和取得的结果之间有因果联系。

在该请求保护的设备中有电极系统生成准稳态非均匀电场，提供：

1)电极间隙中的高电场强度而没有损失；

2)电极间电场的强不均匀性，具有从一个电极向另一个电极增长的趋势；

3)每一部分易燃流体都在电极间停留足够时长(从电场作用范围内进入流体的时刻开始，一直到从该设备排出为止)；

4)可以在电气回路中附加安装电压和电流负载调节器(用于消耗大量燃料的发动机)。

除此之外，在该请求保护的设备中：

1.选择阴极(主体的内表面)和阳极(导电盘的顶部)的间隙与它们的尺寸之比，对经过的流体施加影响的电场在最小能耗的情况下有最大的强度；

2.因为有这串导电盘的存在所以影响逐步且反复地发生；

3.经过每个盘之后，在这些空腔中发生“卷曲效果”，出现流体湍流和强制的流体电对流。由于阳极铝盘的直径和阳极绝缘盘直径之差，出现流体卷曲，这导致其被电场结构化和极化制备；

4.能量环从铝盘切口向阴极、结构流体辐射开来，并极化其分子；

5.“针尖效应”发生——经过铝盘锋利的切口表面，流体分子破裂成原子。

对该处理供内燃机使用的燃料的设备进行设计时，所有这些措施提供合理的燃料均等程度，即碳氢化合物的原子-分子体系分支，被结构化和极化的流体变得更有活性，像“活着的”一样，更好地接受氧并完全燃烧，这就是我们所需要的。

请求保护的已知特征和区别特征的总和从申请人已知的信息来源来看是本领域还未知的。还有，区别设计特征与已知设备的特征很不相同，以发明人观点看来从背景技术不容易推出这些区别技术特征。因此根据发明人的观点，该请求保护的设备满足新颖性和创造性标准。

具体实施方式

(实用性)

该设备包括形状为中空筒形管的主体1(阴极)，该中空筒形管由全金属筒制成，具有光滑的内表面2。该筒形管后面部分逐渐变成具有出口接头3的模塑底部。主体1由硬铝合金在高压下然后在有数字程序控制的机器上处理而制成的。主体1可以被实现为圆形横截面，这不是必须的，它可以例如为椭圆或菱形，但是这些实施例是不适合加工的。在该切口面部分，主体1具有附着点和用于放置绝缘衬垫4的位置。主体1还起到电磁屏蔽的作用，用于隔绝和防护其他设备收到电磁干扰。

该设备的阳极被实现为杆5的形式，杆5上安装有交流导电铝盘6，厚度“t”从1.10至3mm(取决于发动机和设备的能力)，杆5上还设有电介质绝缘盘7，厚度“T”从0.05至100mm(取决于发动机和设备的能力)。

铝盘6的平坦表面覆盖着电绝缘层。铝盘6的顶部8的切口具有相等的电路并传导电流。

铝盘6的内部开口直径为0.01-0.05mm，小于阳极杆5的直径。这是将盘6的接触面和杆5紧紧贴近所必需的。

为了便于组装，绝缘盘7的内开口直径大于杆的直径，工作时有空隙。

铝盘6的顶部和主体1的内表面2(阴极)的间隙“a”大小为1至50mm(取决于该设备的能力)。在此，所述间隙不小于主体1的内表面2的大小“D”(棱柱各内部面的直径或间距)的1/10。

铝盘6的顶部8的半径超过绝缘盘7的顶部9的半径，落差“A”等于1-50mm(取决于该设备的能力)。

杆上切割有螺纹供螺丝紧固阳极盘6和绝缘盘7使用。

在杆5上有杆趾，杆趾具有用来流通燃料的端口。杆5、它的杆趾和侧凸缘10由硬铝合金在高压下模塑然后在有数字程序控制的机器上加工而成。在该杆的凸缘部件10上排布有用于供应处理流体的接头11。

杆5通过其凸缘部件10经由衬垫附着到主体1上。

主体1和杆5的凸缘10之间的衬垫4由耐机油和汽油的电介质石棉橡胶板制成，厚度为2至10mm。

用来将主体1固定到凸缘10上的孔设有具有端部平面的电介质插头(由尼龙kaprolon制成)，用来使它们与固定用换头螺钉和螺栓绝缘。

在主体1和杆5的凸缘10上安装有终端12而且终端12连接至电源。

中心插头13用来将杆5恰好组装在主体1的中心。

导电的阳极盘6的数量取决于发动机的燃料消耗而且可以从5片至1000片以及更多片不等。

该设备的运行电压可以从12至500V不等，而电流负载为1至200A不等。

该用于结构化和极化流体(燃料、燃烧混合物或水)的设备以如下方式运行。

流体(或燃烧混合物)受迫(在压力下或受重力作用)经由入口接头11和杆5中的端口进入该设备。然后它流过主体1的内表面2和导电盘6之间的圆形间隙流向出口接头3，并且离开设备以便进一步使用。在这里，主体1和盘6在电压下——主体1在负电荷下，而盘6在正电荷下。在盘6的顶部8和主体1的所述间隙中电场起作用，影响经过的流体或混合物流。流体在所述场中经过反复受到如下作用：

-当经过每个盘6的顶部时该流机械卷曲，变成湍流，促进更好的分子结构化和极化；

-在电场的影响下经过从盘6顶部8指向主体1的电场场线的流变得越来越结构化和极化。因此分子结构变得越来越均匀以便在爆炸和燃烧过程中更好的进一步氧“吸收”(以更好地获取燃料中所包含的氢和碳原子)。在这里，当经过带电盘的顶部时，原子自旋越来越对准在预定的方向上，即被极化。自旋的这种排布是不自然的而且原子试图返回原状态，这就使燃料或混合物(或水)更有活性，从而更好燃烧或有效利用(例如用于灌溉或饮用的水)。

-取得的成果是完全燃烧，减少有毒排放物，提高内燃机的效率，而且节约燃料消耗。水变得更加有益健康。

发明人已经制造并测试了该请求保护的设备的几个标准尺寸的实验样品。

样品1用于耗油汽车的设备。铝制的阳极盘的数量——14片，盘间隙为3.5mm而且主体和这些盘的顶部的间隙——2mm。当电压为12V，电流负载为20A而且流压为3个大气压时，具有这个设备的汽车中燃料消耗减少到17.5％(由自主检测确定)。

样品2用于耗油汽车的设备。铝制的阳极盘的数量——15片，盘间隙为3.5mm而且主体和这些盘的顶部的间隙——2mm。当电压为12V，电流负载为20A而且流压为3个大气压时，具有这个设备的汽车中燃料消耗减少16％(由自主检测确定)。

样品3用于耗油汽车的设备。铝制的阳极盘的数量——16片，盘间隙为3.5mm而且主体和这些盘的顶部的间隙——2mm。当电压为12V，电流负载为20A而且流压为3个大气压时，具有这个设备的汽车中燃料消耗减少14.5％(由自主检测确定)。

样品4用于耗油汽车的设备。铝制的阳极盘的数量——18片，盘间隙为3.5mm而且主体和这些盘的顶部的间隙——2mm。当电压为12V，电流负载为20A而且流压为3个大气压时，具有这个设备的汽车中燃料消耗减少12.5％(由自主检测确定)。

样品5用于耗油汽车的设备。铝制的阳极盘的数量——20片，盘间隙为3.5mm而且主体和这些盘的顶部的间隙——2mm。当电压为12V，电流负载为20A而且流压为3个大气压时，具有这个设备的汽车中燃料消耗减少10.5％(由自主检测确定)。

样品6用于耗油汽车的设备。铝制的阳极盘的数量——24片，盘间隙为3.5mm而且主体和这些盘的顶部的间隙——2mm。当电压为12V，电流负载为20A而且流压为3个大气压时，具有这个设备的汽车中燃料消耗减少8.5％(由自主检测确定)。

样品7用于耗油汽车的设备。铝制的阳极盘的数量——24片，盘间隙为3.5mm而且主体和这些盘的顶部的间隙——2mm。当电压为24V，电流负载为60A而且流压为3个大气压时，具有这个设备的汽车中燃料消耗减少17.5％(由自主检测确定)。

通过上面列举的例子能够得出结论，增加盘的数量有效果，只提高电压和主要是电流负载也有效果。

可以取得的燃料节省的最大值达到25-30％。在此大气中有毒排放物减少了25-45％(取决于发动机类型)而且发动机能力有提升。

该设备是可加工的，容易成批生产而且不贵。该设备的使用寿命几乎是无限长的，只需要很少次的清洗。

Claims (5)

1.用于结构化和极化燃料、燃烧混合物或水的设备，包括供电和放电通道、中空筒形的主体、该中空筒形例如横截面为圆形，或是棱柱、或是棱台，或是玻璃杯形，具有光滑的内表面，以及通过防漏绝缘衬垫等间距地安装在该主体上或安装在该主体中心直线上的杆，该杆具有凸缘，其中主体和杆都由导电材料制成而且可连接到电路上，其特征在于，该设备设有一串相互交错的导电盘和绝缘盘，紧固安装在该杆上，其中这些导电盘顶部的形状与主体内表面的形状相似，但尺寸更小，绝缘盘的形状和尺寸与导电盘相比也更小，在任一导电盘顶部和主体内表面之间形成的用来流通燃料、燃烧混合物或水的工作间隙的尺寸不超过主体工作表面在给定横截面上的平均尺寸的1/10，同时不超过给定的导电盘的顶部和邻接的绝缘盘的顶部之差，这个差是在同一横截面的同一径向上测量的，但是任一导电盘的厚度都小于与其邻接的绝缘盘的厚度。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，作为阴极的主体连接至负电荷，而具有这串导电盘的杆作为阳极连接至电路的正电荷。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，主体和具有凸缘的杆由硬铝合金制成，导电盘由铝制成，而绝缘盘由耐机油和汽油的电介质材料制成。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，主体内表面和导电盘顶部之间的工作间隙在1-50mm范围内，导电盘的厚度在0.01-3mm的范围内，绝缘盘的厚度在0.05-100mm范围内，但是导电盘顶部和绝缘盘顶部尺寸之差在1-50mm范围内。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，导电盘平坦的表面覆盖着电绝缘层，但电绝缘层不覆盖这些盘的顶部。