DE10048628A1 - Methode und Vorrichtungen zum Energiepumpen der bewegenden Moleküle mit Hilfe des Magnetfeldes - Google Patents

Abstract

Methode und Vorrichtungen zur Erreichung des magnetischen katalytischen Effekts hauptsächlich für bewegende Brennstoffe, wo der Vektor der Magnetinduktion (B) und der Vektor der Geschwindigkeit (V) der bewegenden Stoffe senkrecht orientiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetinduktion auf dem Weg (L) der bewegenden Stoffe sprunghaft verändert wird, d. h. der Absolutbetrag der Ableitung DOLLAR F1 strebt bis ins Unendliche. DOLLAR A Das Magnetsystem der Vorrichtungen besteht aus zwei gleichen, mit gleichnamigen Polen zueinander orientierten Magneten, dabei hat die Rohrleitung für die bewegenden Stoffe in der Magnetbearbeitungszone einen ringförmigen oder schlitzförmigen Durchgangsquerschnitt.

Description

Diese Methode und diese Vorrichtungen können z. B. für die Magnetaktivierung der Brennstoffmoleküle in einem Verbrennungsmotor benutzt werden. Die Magnetbearbeitung des Brennstoffs unmittelbar vor dem Entflammen verbessert den Verbrennungsprozeß, vermindert den Brennstoffverbrauch und steigert die Sauberkeit des Auspuffgases.

Die analogen Vorrichtungen sind bekannt.

Ein Prototyp (DE 30 50 645 A1 der Internationalen Anmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 82/01918 in deutscher Übersetzung, deutsches Aktenzeichen P 30 50 645.7, internationales Aktenzeichen PCT/SU 80/00184) enthält ein Magnetsystem, das in einem unmagnetischen Gehäuse angeordnet ist. Das Magnetsystem besteht aus einem ringförmigen Dauermagnet, der entlang der Längsachse magnetisiert ist. Die Vorrichtung zur Magnetbearbeitung des Brennstoffs ist als eine Dichtung angefertigt und wird zwischen dem Vergaser und dem Ansaugkrümmer eines Verbrennungsmotors angeordnet. Die Vorrichtung ist einfach und bequem für die Benutzung, doch sie hat einen Mangel: eine niedrige Effektivität (die Brennstoffeinsparung ist 3-5%).

Zweck der neuen Methode und der neuen Vorrichtungen ist die Verbesserung der Qualität der Magnetbearbeitung.

Diese Zweck wird mit Hilfe einer Veränderung der Strukturen des Magnetfelds und der Vergrößerung der Geschwindigkeit der Moleküle in der Magnetbearbeitungszone erreicht.

Es ist notwendig, jetzt den Physikalischen Prozeß der Magnetbearbeitung des bewegenden Stoffs, z. B. des bewegenden Brennstoffs zu erklären.

Jedes Brennstoffmolekül (Fig. 1) ist ein neutraler Partikel und besteht aus zwei gleichen gegensätzlichen elektrischen Ladungen (+q) und (-q), die voneinander entfernt sind. Der Abstand (l) zwischen den elektrischen Landungen und der Absolutbetrag der Ladung (q) bestimmen das elektrische Moleküldipolmoment (p), das gleich dem Produkt (q) mal (l) ist. Wenn das Molekül sich mit der Geschwindigkeit (V) relativ zu dem Magnetfeld mit der Induktion (B) (Fig. 1a) bewegt, so entstehen zwei gleiche und entgegengerichtete Lorenz- Kräfte, (F), die auf die elektrischen Ladungen (+q) und (-q) einwirken. Diese Kräfte dehnen das Molekül aus und vergrößern den Abstand (l) zwischen den Ladungen (q) und zugleich das elektrischen Moleküldipolmoment (p = q × 1).

Wenn man die Magnetinduktion verkleinert, dann wird das elektrische Moleküldipolmoment zugleich mit dem Magnetfeld auch verkleinert.

Doch wenn die Magnetinduktion (B) sprunghaft verschwindet, so wird das ausgedehnte Molekül von der "Macht" des Magnetfelds befreit und strebt in seinen ursprünglichen Anfangszustand zurück, wobei es federnde, gedämpfte eigenen Schwingungen macht. Die Frequenz dieser eigenen Schwingungen des Moleküls ist sehr hoch (10¹²-10¹⁴ Hz). Solche schwingend-angeregten, d. h. aktivierten Moleküle verbrennen besser und vollkommener als übliche "schlafende" Moleküle. Deshalb steigert die Magnetbearbeitung die Brennstoffeinsparung und die Sauberkeit des Auspuffgases. Diese Erscheinung kann man als "die magnetische Katalyse" bezeichnen.

Wenn man die Magnetinduktion (B) langsam oder nicht genug sprunghaft verändert, dann wird das ausgedehnte Molekül auch langsam zusammen mit dem Magnetfeld sein elektrisches Dipolmoment (p) verändern und praktisch keine eigenen Schwingungsbewegungen machen. Je sprunghafter die Magnetinduktion auf dem Weg des bewegenden Brennstoffs ist, desto höher ist die Qualität der Magnetbearbeitung.

Die Größe der Lorenz-Kräfte (F), die das Molekül ausdehnen, ist proportional der Magnetinduktion (B) und der Geschwindigkeit (V) des bewegenden Brennstoffs (F = q.V × B). Eine der höchsten Magnetinduktionen (B), die mit Hilfe der Dauermagnete erreicht werden kann, ist etwa 1 Tesla. Deshalb, um die Lorenz-Kräfte zu vergrößern, ist es notwendig, die Geschwindigkeit (V) der bewegenden Moleküle relativ zu dem Magnetfeld auch zu vergrößern.

Also gibt es zwei Möglichkeiten, um die Qualität der Magnetbearbeitung zu verbessern:

• 1. die Steigerung der Geschwindigkeit des Brennstoffs in der Magnetbearbeitungszone;
• 2. verschiedene Technologien für die Erzeugung der sprunghaften Magnetfelder auf dem Weg des bewegenden Brennstoffs.

Jetzt kann man sich mit den neuen Vorrichtungen zur Magnetbearbeitung des Brennstoffs beschäftigen.

Einer der prinzipiellen Unterschiede aller neuen Vorrichtungen zum Prototyp ist eine anderes Magnetsystem. Das Magnetsystem der Vorrichtung (Fig. 2) besteht aus zwei gleichen ringförmigen Dauermagneten (1) und (2), deren Innenabmessungen mit den Innenabmessungen der Brennstoffzuleitung gleich sind. Die Magnete sind entlang der Längsachse der Brennstoffzuleitung magnetisiert und mit den gleichnamigen Magnetpolen zueinander orientiert. Zwischen den gleichnamigen Magnetpolen ist eine unmagnetische Dichtung (3) - z. B. Kupfer, Aluminium, Plastik - angebracht.

Das Magnetsystem ist eine Leimverbindung oder eine unmagnetische Schraubverbindung (4) aus zwei Magneten und der unmagnetischen Dichtung.

Um die Dauermagneten, die zueinander mit den gleichnamigen Magnetpolen orientiert sind, entsteht ein wesentlich-inhomogegenes sprunghaftes Magnetfeld, die Magnetfeld-Linienbilder kann man in jedem Lehrbuch für Physik sehen. Solches Magnetfeld wirkt auf die bewegenden Brennstoffmoleküle effektiver als ein gewöhnliches Magnetfeld ein.

Die Effektivität der Magnetbearbeitung ist abhängig von der Dicke der unmagnetischen Dichtung, die versuchsweise festgestellt wird.

Eine andere Vorrichtung (Fig. 3) hat ein analoges Magnetsystem, das innerhalb der Kraftstoff- Luft-Gemisch-Zuleitung angeordnet ist. Die unmagnetische Dichtung (3) hat die Durchgangsöffnungen (5) für den bewegenden Brennstoff und wird als ein Befestigungsbestandteil zur Brennstoffzuleitung benutzt. Der kreisförmige Durchgangsquerschnitt in der Magnetbearbeitungszone ist in einen ringförmigen Durchgangsquerschnitt transformiert. Diese einfache technische Vorrichtung löst zwei Aufgaben. Erstens, die so genannte "tote" Zone in der Mitte der Kraftstoff-Luft-Gemisch- Zuleitung, wo die Magnetinduktion praktisch fehlt, wird liquidiert, und die Brennstoffströme gelangen näher zum Magnetsystem, wo die Magnetinduktion höher ist. Zweitens, die Geschwindigkeit des bewegenden Kraftstoff-Luft-Gemisches steigert sich in der Magnetbearbeitungszone. Ein ähnliches Verfahren wird in jedem Vergaser benutzt, wo die (aller-)höchste Geschwindigkeit der eingesaugten Luft in der örtlichen aerodynamischen Verengung der Luftzuleitung erreicht wird. In diesen Durchgangsquerschnitt des Vergasers wird der Brennstoff eingesaugt.

Die vorstehende Vorrichtung zur Magnetbearbeitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wird zwischen dem Vergaser und dem Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors angeordnet. Und wenn die Durchgangsquerschnitte in der Magnetbearbeitungszone und in der örtlichen aerodynamischen Verengung des Vergasers gleich sind, so werden die Geschwindigkeiten in den Durchgangsquerschnitten auch gleich, d. h. die (aller-)höchsten sein.

Die Steigerung der Geschwindigkeit der Moleküle in der Magnetbearbeitungszone vergrößert die Lorenz-Kräfte, und gleichzeitig macht jede Veränderung des Magnetfelds auf dem Weg der Bewegung des Kraftstoff-Luft-Gemisches noch sprunghafter.

Die unmagnetische Dichtung der vorstehenden Vorrichtung kann eine ringförmige ferromagnetische Lamelle (6) (Fig. 3a) haben, die mit der unmagnetischen Dichtung in einer geometrischen Ebene liegt. Dieses ferromagnetische Fragment der unmagnetischen Dichtung leistet eine fokussierende Wirkung auf das Magnetfeld um die gleichnamigen Magnetpole. Diese fokussierende Wirkung kann man verstärken, wenn die ferromagnetische Lamelle (6) mit Hilfe der Magnetleiter (7) und (8) und auch der ferromagnetischen Polstücke (9) und (10) an zwei voneinander orientierte Endpole des Magnetsystems geschaltet werden.

Die Kraftstoff-Luft-Gemisch-Zuleitung soll zwei Durchgangsöffnungen für die Magnetleiter (7) und (8) haben, die dann hermetisch geschlossen werden.

Die unmagnetische Dichtung (3) und ihr ferromagnetisches Fragment (6) werden mit Hilfe von Schweißung oder eines spezielle Leimes zusammen verbunden.

Eine andere Vorrichtung zur Magnetbearbeitung (Fig. 4) ist hauptsächlich für die Verbrennungsmotoren mit Einspritzdüsen (z. B. Diesel, Strahltriebwerk) bestimmt.

Das Magnetsystem dieser Vorrichtung ist außerhalb der Brennstoffzuleitung angeordnet und besteht aus zwei gleichen Dauermagneten (1) und (2), zwischen denen eine unmagnetische Dichtung (3) angebracht ist.

Die unmagnetische Dichtung hat eine ringförmige ferromagnetische Lamelle (4), deren Innenabmessungen und die Außenabmessungen der gleichnamigen Magnetpole gleich sind. Die ferromagnetische Lamelle liegt in einer geometrischen Ebene mit der unmagnetischen Dichtung (3) und sammelt das inhomogene Magnetfeld um die gleichnamigen Magnetpole.

Innerhalb der Brennstoffzuleitung sind zwei ferromagnetische Lamellen (5) und (6) angeordnet, die auch in einer Ebene liegen und eine schlitzförmige Durchgangsöffnung für den bewegenden Brennstoff formieren. Die Lamelle (5) ist mit Hilfe der Magnetleiter (7) und (8) und auch der ferromagnetischen Polstücke (9) und (10) an zwei voneinander orientierte Endpole des Magnetsystems zugeschaltet. Die andere Lamelle (6) ist mit Hilfe der Magnetleiter (11) an die ringförmige fokussierende ferromagnetische Dichtungslamelle (4) zugeschaltet.

Die aus den ferromagnetischen Lamellen (5) und (6) und auch den unmagnetischen Fragmenten (12) und (13) hergestellte Dichtung wird zwischen den Flanschen der Brennstoffzuleitung unmittelbar vor funktionierenden Einspritzdüsen angeordnet.

Um die (aller-)höchste Geschwindigkeit des Brennstoffs in der Magnetbearbeitungszone zu erreichen, sollen die Flächeninhalte der schlitzförmigen Durchgangsöffnung in der Brennstoffzuleitung und die Summe der mindesten Durchgangsquerschnitte aller gleichzeitig funktionierenden Einspritzdüsen gleich sein.

Die Anordnung des Magnetsystems außerhalb der Brennstoffzuleitung ergibt eine Möglichkeit, die Abmessungen der Dauermagnete zu vergrößern und eine der größten Magnetinduktionen in der schlitzförmigen Öffnung zwischen den ferromagnetischen Lamellen zu erreichen. Außerdem muß man die Öffnungen in der Brennstoffzuleitung für die Magnetleiter (7), (8) und (11) nicht bohren. Man kann auch die Dauermagnete mit einem quadratischen Querschnitt benutzen, bei denen um die gleichnamigen Pole ein mehr inhomogenes Magnetfeld entsteht. Der mit Hilfe der vorstehenden Methode und der Vorrichtungen erreichte magnetische katalytische Effekt kann auch für andere chemische Reaktionen (nicht nur die Verbrennung) benutzt werden, denn der physikalische Prozeß der Magnetbearbeitung ist immer gleich.

Das sprunghafte Magnetfeld (als ein Universalkatalysator) hat einen wichtigen Vorzug: das Maß der magnetischen Einwirkung auf die chemischen Reaktionen kann man ununterbrochen regulieren, wenn der Strom in den Elektromagneten des Magnetsystems verändert wird. Es gibt auch eine Möglichkeit, diese Methode und diese Vorrichtungen für das Energiepumpen eines Mischgaslasers zu benutzen.

Es ist bekannt, daß der energie-aktive Stoff eines solches Lasers (z. B. Mischung CO₂ und N₂) bis 2000°K erwärmt wird. Dann wird eine Überschallströmung formiert, die sich sprunghaft erweitert und schnell abgekühlt wird. Mit Hilfe der Entspannung unter äußerer Arbeitsleitung wird die inverse Besetzung des Molekülenergieniveaus in dem energie-aktiven Stoff des Lasers erreicht. Dieser Prozeß heißt "das Energiepumpen". Der Wirkungsgrad der Umgestaltung der Wärmeenergie in der Strahlungsenergie ist nicht hoch (etwa 1%). Um den Wirkungsgrad des Energiepumpens zu steigern, ist es notwendig, auf dem Weg der Überschallströmung ein sprunghaftes Magnetfeld zu schaffen. Für diesen Zweck kann man die vorstehenden Vorrichtungen benutzen. Die Effektivität des magnetischen Energiepumpens wird sehr hoch sein, denn die bewegenden Moleküle haben Überschallgeschwindigkeit.

Claims (15)

1. Methode zum Energiepumpen der bewegenden Moleküle, in der der Vektor der Magnetinduktion (B) und der Vektor der Geschwindigkeit (V) der bewegenden Moleküle in der Magnetbearbeitungsszone zueinander senkrecht orientiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetinduktion auf dem Weg (L) der Molekülbewegung sprunghaft verändert wird, d. h. der Absolutbetrag der Ableitung
strebt bis ins Unendliche;
die entsprechende mathematische Einschreibung ist:

2. Vorrichtung zum Energiepumpen der bewegenden Moleküle, deren Magnetsystem aus einem ringförmigen, entlang der Längsachse magnetisierten Magnet besteht, dessen Innenabmessungen mit den Innenabmessungen der Rohrleitung gleich sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem aus zwei gleichen ringförmigen, entlang der Längsachse magnetisierten und mit den gleichnamigen Magnetpolen zueinander orientierten Magneten (1) und (2) besteht, zwischen denen eine unmagnetische Dichtung (3) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem innerhalb der Rohrleitung angeordnet ist, die ringförmigen Magnete in diskförmige Magnete transformiert werden und die unmagnetische Dichtung (3) als ein Befestigungsbestandteil des Magnetsystem an einer Brennstoffzuleitung benutzt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige ferromagnetischen Lamelle (6), deren Innenabmessungen mit den Innenabmessungen der Rohrleitung gleich sind, in einer geometrischen Ebene mit der unmagnetischen Dichtung (3) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige ferromagnetische Lamelle (6) mit Hilfe der Magnetleiter (7) und (8) und auch der ferromagnetischen Polstücke (9) und (10) an zwei voneinander orientierten Polen des Magnetsystem zugeschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem außerhalb der Rohrleitung angeordnet ist und die unmagnetische Dichtung (3) ein mit ihr in einer geometrischen Ebene liegendes ringförmiges ferromagnetisches Fragment (4) hat, dessen Innenabmessungen und die Außenabmessungen der zueinander orientierten Magnetpole gleich sind, und innerhalb der Brennstoffzuleitung zwei in einer geometrischen Ebene liegende ferromagnetische Lamellen (5) und (6) angeordnet sind, aus denen eine (5) mit Hilfe zweier Magnetleiter (7) und (8) an zwei voneinander orientierten Polen des Magnetsystems zugeschaltet ist und die andere Lamelle (6) an das ringförmige Fragment (4) der unmagnetischen Dichtung (3) zugeschaltet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (1) und (2) des Magnetsystems einen quadratischen Querschnitt haben.

8. Vorrichtung nach Ansprüchen 2, 3, 4, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangsquerschnitt in der Magnetbearbeitungszone der Brennstoffzuleitung und der Durchgangsquerschnitt in der örtlichen aerodynamischen Verengung des Vergasers gleich sind.

9. Vorrichtung nach Ansprüchen 2, 3, 4, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächeninhalt des Durchgangsquerschnitts in der Magnetbearbeitungszone der Brennstoffzuleitung und die Summe der Flächeninhalte der mindesten Durchgangsquerschnitte aller gleichzeitig funktionierenden Einspritzdüsen gleich sind.

10. Vorrichtung nach Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die örtliche Verengung in der Magnetbearbeitungszone der Stoffzuleitung die aero(hydro-) dynamischen Stromlinienprofile hat.

11. Benutzung der Methode nach Anspruch 1 und der Vorrichtungen nach Ansprüchen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 10 für die Verbesserung der Verbrennung des Brennstoffs.

12. Benutzung der Methode nach Anspruch 1 zum Energiepumpen der bewegenden Moleküle und der Vorrichtungen nach Ansprüchen 2, 3, 4, 5, 6, 7, und 10 für die magnetische Einwirkung auf chemische Reaktionen.

13. Methode und Vorrichtungen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man den Strom in den Elektromagneten des Magnetsystems und die Geschwindigkeit der bewegenden reagierenden Stoffe verändern kann.

14. Methode zum Energiepumpen des Quantengenerators (Quantenverstärkers), in der der energie-aktive Stoff des Quantengenerators eine Bewegung mit der Geschwindigkeit (V) hat, dadurch gekennzeichnet, daß man auf dem Weg (L) dieser Bewegung das Magnetfeld schafft, dessen Vektor der Induktion (B) mit dem Vektor der Geschwindigkeit (V) senkrecht orientiert sind und der Absolutbetrag der Abteilung
bis ins Unendliche strebt.

15. Methode nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als eine Quelle des Magnetfeldes das Magnetfeld um zwei gleiche ringförmige, entlang der Längsachse magnetisierte, mit den gleichnamigen Polen zueinander orientierte Magneten benutzt wird, deren Innenabmessungen mit den Außenabmessungen des energie-aktiven Stoffs des Quantengenerators gleich sind.