NO20110308A1

NO20110308A1 - Pulset induksjonssystem for fluider til forbrenningskammer

Info

Publication number: NO20110308A1
Application number: NO20110308A
Authority: NO
Inventors: Anders Thalberg; Steinar Slette
Original assignee: Prosjekt Mec2
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-08-27
Also published as: US20120217190A1; US9289777B2

Abstract

Et apparat for magnetisk forbehandling av en første eller andre strøm av fluid (11,12) i et tilførselsrør (1, 1') til et forbrenningskammer (61) i en forbrenningsmotor (6), - hvor i det minste ett magnetfelt (22) ledes gjennom fluidstrømmen (11,12) som løper gjennom tilførselsrøret (1,1'), - hvor magnetfeltet (22) induseres av i det minste en elektromagnet (2) omfattende en elektrisk spole (21) som får energi fra en spenningskilde (3); - med en elektrisk pulsgenerator (4) forsynt med spenning fra strømkilden (3) og innrettet til å generere elektriske pulser (P) med ønsket frekvens (f) til den elektriske spolen (21).

Description

Pulset induksjonssystem for fluider til forbrenningskammer.

Innledning

Oppfinnelsen gjelder en elektromagnetisk innretning for å forbehandle strømmer av fluider som luft og drivstoff før forbrenning i en forbrenningsmotor som f.eks. en stempelmotor eller en gassturbin slik at virkningsgraden økes samtidig som at uønskede eller helseskadelige miljøutslipp reduseres.

Bakgrunn.

Forsøk med å påvirke og forbedre forbrenningsprosesser ved å utsette forbrenningsprosessen eller tilførselslinjene, for et magnetfelt, har pågått minst siden rundt 1960-tallet. Montering av magneter for å forhindre jernspon fra motorproduksjonen fra å komme inn i flymotorer har vært benyttet under WW2.

Innledende problemstilling.

Man antar at magnetfelt kan forbedre forbrenningsprosesser ved å magnetisk påvirke fluidene som løper inn til for brenningsprosessen, selv om søkeren ikke kjenner noen fullverdig vitenskapelig forklaring på at slik elektromagnetisk forbehandling av fluider skulle virke Det er derfor gjennom praktisk testing og isolerte eksperimenter at søkeren har vært i stand til å videre utvikle praktiske magnetinnretninger innrettet til formålet, se f.eks NO316089, US7,650,877, N0329826.

Generelt.

I systemer for magnetisk forbehandling av drivstoff eller forbrenningsluft brukes i dag permanentmagneter Disse kan også utføres som elektromagneter men det kreves mye elektrisk strøm for å generere et magnetfelt som tilsvarer feltet fra en permanentmagnet. Permanentmagneter basert på Neodym er svært sterke. Dette gjør samlebåndsarbeid vanskelig på grunn av de magnetiske kreftene på alt i nærheten som kan magnetiseres av permanentmagnetene underveis i prosessen. Når slike permanentmagneter monteres på store motorer, hvor magnetene skal skaleres i forhold til fluidstrømmenes størrelse, kommer man raskt opp i magneter av en styrke som kan være farlig å arbeide med fordi man risikerer klemskader.

På enkelte av systemene er det også lite tilrådelig å montere tunge permanentmagneter da vekten på magnetene vil kunne gi langtidskader på luft- og dnvstoffrør og således ville innebære at man måtte forsterke konstruksjonene i uønsket grad.

I dag bruker søkeren flere permanentmagneter montert i rekkefølge på fluidtilførselsrør for å oppnå forbedrede effekter på motorer og forbrenningsanlegg Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse tar mindre plass enn den i den kjente teknikk, og veier også mindre

Foreliggende system fungerer dynamisk, slik at det bedre fungerer ved variasjoner av væskenes og gassenes hastigheter i et gitt motor- eller turbinsystem.

Sterke permanentmagneter, produsert på sjeldne jordartsmetaller, er en begrenset ressurs. Et elektromagnetisk system nyttegjør seg av vanlige elektriske ledere som kobber eller aluminium, og kjerner hovedsakelig av jern, og kan således leveres i store volum uten de samme begrensninger som man risikerer på sjeldne jordartsmetaller

Kort figurbeskrivelse

Fig. 1 er en prinsippskisse av en enkelt elektromagnet brukt i oppfinnelsen og som illustrerer et langsgående snitt av et rør for fluider (f eks luft eller drivstoff eller en blanding derav) med en elektromagnet innrettet til å generere et magnetfelt vinkelrett på fluidstrømmen i røret samt en pulsgenerator innrettet til å danne en strømpuls gjennom elektromagneten Pulsgeneratoren har en spenningskilde og det er også anordnet en veksler for å danne ønsket retning på strømmen og derved magnetfeltet. Fig. 2 illustrerer en utførelse av oppfinnelsen vist i Fig. 1 ved at det er anordnet to eller flere elektromagneter på tilførselsrøret, her tre elektromagneter. Fig. 3 viser to eksempler på pulstog av magnetiske pulser eller de spenningspulser til en elektromagnet som genererer magnetiske pulser Fig. 4 viser langsrettede magnetfelt, vist nederst, ifølge kjent teknikk, og tversrettede induserte magnetfelt ifølge oppfinnelsen vist i øverste halvdel av tegningen Beskrivelse av utførelser av oppfinnelsen

Oppfinnelsen vil nedenfor bli beskrevet i forskjellige utførelser. Oppfinnelsen er illustrert i et apparat for magnetisk forbehandling av en første eller andre strøm av fluid (11, 12) i et tilførselsrør (1, 1') hvor fluidstrømmen skal gå til et forbrenningskammer (61). Den første fluidstrømmen kan være en drivstoffstrøm (11) og den andre fluidstrømmen kan være en luftstrøm (12). I det minste to magnetfelt (22) ledes gjennom fluidstrømmen (11,12) som løper gjennom tilførselsrøret (1,1'), vennligst se Fig. 2.

Hvert magnetfeltet (22) kan ha en vilkårlig retning gjennom fluidstrømmen (11, 12) og gjerne bare løpe gjennom en del av fluidstrømmen enten regnet i fluidstrømmens lengderetning eller tverrsnitt Et eksempel på dette er at magnetfeltet (22) løper hovedsakelig på tvers av et lite parti av et tilførselsrør (1, 1') som leder en fluidstrøm, enten det er luftstrømmen eller drivstoffstrømmen.

I en foretrukket utførelse av oppfinneren dannes magnetfeltene som tverrstilte felt i forhold til aksen til tilførselsrøret (1, V). Dette har flere fordeler.

- Vi antar at væsken eller gassen inneholder ladde partikler, noe man til en viss grad vil oppleve for væsker eller gasser som beveger seg i syntetiske isolerende rør Dersom man lar de ladde partiklene løpe langs røret og har et magnetfelt som løper på tvers av røret, vil hver enkelt partikkel oppleve en kraft som står normalt på rørets akse og normalt på magnetfeltet, etter vektorformelen F=q v x B Jo større vinkelen mellom v og B er, jo større blir F. Dette tilsier at magnetfeltet bør stå på tvers av den generelle strømningen i røret, se

Fig 4 og en foretrukket utførelse med to eller flere elektromagnetiske spoler i Fig. 2. Det må ifølge oppfinnelsen være to eller flere adskilte magnetfelt, og det må også i en foretrukket utførelse være i det minste en gitt avstand mellom kildene for feltene, dvs elektromagnetene

(2)

- Man ønsker ikke bare å utsette væske/gass for ett enkelt magnetfelt, men å gjøre dette med magnetiske feltlinjer som påvirker væske/gass med en feltvektor som står tverrstilt på væske/gass bevegelses retningen, og samtidig repetere behandlingen med et like sterkt og motsatt rettet felt, minst to i rekkefølge, fortrinnsvis tre eller flere. - Forsøk viser at tverrstilte felter gir de beste og raskeste resultatene idet man oppnår en forbedring av luft/drivstoffblandingens forbrennmgsevne når den når frem til forbrenningskammeret. Langsgående felter må påvirke mer enn bare væske/gass ved å danne et magnetfelt i langsgående metallkomponenter som finnes oppstrøms og nedstrøms fra magnetfeltets plassering Aksiale felter blir raskt påvirket av høypermeable metaller Magnetfeltets "likefelt" vil legge seg langs og inne i høypermeable metaller som stål, og etterlate et ganske svakt felt i senter av røret hvor gassen eller fluidet befinner seg, dersom elektromagneten legges parallelt med rørets akse. Et vekselfeltet vil generere uønskede ringstrømmer i metallrørveggen, noe som gir energitap, dersom det er laget av eller omfatter elektrisk ledende materiale som stål eller flettet stålarmering eller kobberrør eller aluminiumsrør, eller jernpartikkelholdig smuss på et ellers isolerende plastrør. - et tverrstilt magnetfelt vil bryte gjennom en metallisk rørvegg og påvirke eller magnetisere et mye mindre område av metallrørveggen enn et langsrettet magnetfelt.

Magnetfeltet (22) induseres på hvert sted av i det minste én elektromagnet (2) omfattende en elektrisk spole (21) som får energi fra en spenningskilde (3). En elektrisk pulsgenerator (4) blir forsynt med spenning fra strømkilden (3) og er innrettet til å generere elektriske pulser (P) med ønsket frekvens (f) til den elektriske spolen (21).

Apparatet ifølge oppfinnelsen har i en utførelse en polaritetsstyringsinnretning (5) for de elektriske pulsene (P) hvor polaritetsstyringsmnretningen er anordnet mellom pulsgeneratoren (4) og den elektriske spolen (21), slik som illustrert i Fig. 2.

Apparatet ifølge oppfinnelsen kan være innrettet slik at polaritetsstyringsinnretningen (5) for de elektriske pulsene (P) er innrettet til å gi en tidsforsinkelse eller faseforskyvnmg av de elektriske pulsene (P) slik at man på den måten kan styre polariteten av pulsene dersom pulsene er deler av et pulstog med varierende polaritet som funksjon av tid

Apparatet ifølge en annen utførelse av oppfinnelsen kan være innrettet slik at en polaritetsstyringsinnretning (5') for de elektriske pulsene (P) er anordnet mellom pulsgeneratoren (4) og strømkilden (3), slik som indikert ved de stiplede linjene for (5') i Fig 1

Apparatet ifølge en utførelse av oppfinnelsen har en reguleringsenhet (41) som regulerer de elektriske pulsene (P) som skal genereres i pulsgeneratoren (4) Reguleringsenheten (41) er innrettet til å sender pådragssignaler (control signals) (42) på grunnlag av sensorsignaler (63) fra i det minste én sensor (62) i forbrenningsmotoren (6). Disse pådragssignalene (42) bestemmer de elektriske pulsenes (P) form, spenning, strømstyrke, frekvens, eller pulsmønster, eller også deres polaritet. Disse sensorsignalene (63) som reguleringsenheten (41) skal agere på grunnlag av kan eksempelvis være en eller flere av følgende parametre

- Motorens omdreiningshastighet,

- Lufttemperatur,

- Luftmengde som løper gjennom tilførselsrøret (1) per tidsenhet,

- Lufthastighet på innsugningsluften i tilførselsrøret; - Drivstoffmengde som løper gjennom drivstofftilførselsrøret (1') per tidsenhet;

- Drivstofftemperatur før innløp til forbrennmgskammeret,

- Drivstoffhastighet i drivstofftilførselsrøret,

Apparatet ifølge en utførelse av oppfinnelsen kan være innrettet slik at pådragssignaler (45) fra reguleringsenheten (41) også styrer polaritetsstynngsenheten (5)

Man kan tenke seg at andre apparater hvor det skal dannes en kontinuerlig flamme, for eksempel pannevarmere (som ikke har noe turtall) eller turbiner, kan andre parametre benyttes som innparametre til reguleringssystemet som skal styre pulsene til elektromagnetene

Fordi hastighetene i drivstoffinntakslinjen og luftinntaksrøret vil være forskjellige, vil det i en utførelse av oppfinnelsen genereres forskjellige pulshastigheter i elektromagnetene som påvirker de to linjene/rørene separat

Antallet elektromagneter (2) er i en utførelse av oppfinnelsen to eller flere slik som vist i Fig. 2. Elektromagnetens spole (21) kan være anordnet utenpå tilførselsrøret (1,1'), inne i røret (1,1'), eller inne i rørveggen av røret (1, 1')

Som nevnt ovenfor kan i det minste ett av magnetfeltene (22) løpe hovedsakelig på tvers i det minste en av fluidstrømmene av luft eller drivstoff (11,12) inne i luftrøret eller drivstoffledningen (1, 1')

Apparatet ifølge oppfinnelsen kan ha de to eller flere elektromagnetene (2) anordnet med innbyrdes avstander langs fluidstrømmens (11,12) strømnmgsretning. Avstanden mellom to elektromagneter kan for eksempel være like stor som hver elektromagnets diameter eller lengde. Det er mulig å montere elektromagnetene slik at de genererer sine magnetfelt på tvers av strømningen i røret, men at en påfølgende magnet danner et magnetfelt som er dreid noe, for eksempel mellom 5 og 30 grader, i forhold til magnetfeltet av inneværende magnet Frekvensen (f) for de elektriske pulsene (P) kan være avpasset i forhold til fluidstrømmens (11,12) hastighet slik at et fluidvolum (u) som utsettes for en elektromagnets (2) puls (P) ved et første tidspunkt t1 vil bevege seg med en hastighet (v) til en neste elektromagnet (2) og påvirkes av en puls (P) fra denne neste elektromagneten. Dette kan gjentas for en eller flere ytterligere elektromagneter. Ifølge en utførelse av oppfinnelsen kan de ovennevnte gjentatte pulsene (P) som et fluidvolum (u) utsettes for langs sin bane, ha forskjellige retninger i forhold til hverandre, for eksempel annenhver polaritet motsatt. På denne måten kan korte pulser gjøres sterkere enn et kontinuerlig indusert magnetfelt, noe som vil spare mye strøm og derved mye energi, og som derved vil kunne redusere drivstoff-forbruket forbrukt til dette formålet.

Det er oppfinnerens erfaring at magnetisk påvirkning av fluidet (11,12) bør skje andre steder i forhold til partier av tilførselsrøret (1,1') enn der hvor det dannes turbulens, bakevjer eller uønskede trykkpulsasjoner i røret Elektromagneten (2) ifølge oppfinnelsen er derfor ifølge en utførelse av oppfinnelsen anordnet andre steder, fortrinnsvis nedstrøms i forhold til eventuelle slike bakevjer (eddies), turbulensdannende områder eller trykkpulsdannelser i fluidstrømmen (11,12) i røret (1,1').

Apparatet ifølge oppfinnelsen kan være for forbehandling av fluider til et forbrenningskammer (61) som kan være åpent i en ene ende, f eks. som en del av en fakkel.

Apparatet ifølge oppfinnelsen kan være for forbehandling av fluider til forbrenningskammeret(61) i en fyrkjele (63).

Apparatet ifølge oppfinnelsen kan være for forbehandling av fluider til forbrenningskammeret(61) i en forbrenningsmotor (6) som for eksempel en gassturbin.

Apparatet ifølge oppfinnelsen kan være for forbehandling av fluider til ett eller flere forbrenningskammer (61) i en forbrenningsmotor (6), som kan være en stempelmotor.

Apparatet ifølge oppfinnelsen kan være for forbehandling av et første fluid (11) som er drivstoff, for eksempel tungolje, lett olje, bensin, diesel, metan, eller alkohol Planteoljer som rapsolje kan også benyttes. Det andre fluidet (12) kan være luft, ren oksygen, nitrogenfri luft, eller annen oksygenholdig gass

Vesentlige fordeler ved oppfinnelsen er som følger er at apparatet ifølge oppfinnelsen tillater i motsetning til bruken av permanentmagneter regulering av styrken på magnetfelt-pulsene som genereres gjennom fluidene (11,12). Det er mulig å variere magnetfeltstyrken og til styrker av magnetfeltet som gir tilnærmet optimal økning i virkningsgrad for forbrenningen Videre er det mulig å styre formen av pulsene (P), og frekvensen av pulsene (P) slik som vist i Fig 3 for å danne former og frekvenser av pulsene (P) avhengig av strømningshastighet, strømningsvolum, turtall, etc, forden prosessen som forsynes med drivstoff.

En annen fordel er at når man genererer elektriske pulser kan man oppnå sterke

magnetfelt i begrensede tidsrom, slik som vist i Fig 3, uten å forbruke mye elektrisk energi i forhold til å ha en elektromagnet som forbruker mye elektrisk energi ved å ha konstant strøm og danne et konstant sterkt magnetfelt Et eksempel på tilsvarende elektriske pulser er coilen

som forsyner tennplugger med høye spenningspulser, men som forbruker svært lite elektrisk energi. Det er imidlertid ikke kjent å anvende slike coilsystemer for å generere magnetiske pulser gjennom drivstoff- eller forbrenningsluftledninger, og dersom et eksisterende coilsystem f.eks. for tilførsel av spenning til tennplugger i en bensinmotor utnyttes til å levere elektriske pulser til et system ifølge oppfinnelsen, har man allerede en frekvensstynng som varierer med motorens turtall

Claims

1. Et apparat for magnetisk forbehandling av en første eller andre strøm av fluid (11,12) i ett eller flere tilførselsrør (1,<V>) for luft- eller drivstoff (12,11) til et forbrenningskammer (61),<*>hvor i det to eller flere magnetfelt (22) ledes gjennom fluidstrømmen (11, 12) som løper gjennom i det minste ett av tilførselsrørene (1,1'),

<*>hvor magnetfeltene (22) induseres av i det minste to eller flere elektromagneter (2) omfattende hver sin elektriske spole (21) som får energi fra en spenningskilde (3);karakterisert vedfølgende trekk.

<*>en elektrisk pulsgenerator (4) forsynt med spenning fra strømkilden (3) og innrettet til å generere elektriske pulser (P) med ønsket frekvens (f) til den elektriske spolen (21), og

<*>hvor i det minste ett av magnetfeltene (22) løper hovedsakelig på tvers av fluidstrømmen (11, 12) inne i røret (1,1').

2 Apparatet ifølge krav 1, hvor en polaritetsstyringsinnretning (5) for de elektriske pulsene (P) er anordnet mellom pulsgeneratoren (4) og den elektriske spolen (21)

3. Apparatet ifølge krav 2, hvor polantetsstyringsinnretningen (5) for de elektriske pulsene (P) er innrettet til å gi en tidsforsinkelse eller faseforskyvning av de elektriske pulsene (P).

4. Apparatet ifølge krav 1, hvor en polaritetsstyringsinnretning (5') for de elektriske pulsene (P) er anordnet mellom pulsgeneratoren (4) og strømkilden (3)

5. Apparatet ifølge krav 1, hvor de elektriske pulsene (P) fra pulsgeneratoren (4) reguleres av en reguleringsenhet (41) som sender pådragssignaler (control signals) (42) på grunnlag av sensorsignaler (63) fra i det minste en sensor (62) i forbrenningsmotoren (6).

6. Apparatet ifølge krav 5, hvor pådragssignalene (42) bestemmer de elektriske pulsenes (P) form, spenning, strømstyrke, frekvens, eller pulsmønster

7. Apparatet ifølge krav 6, hvor pådragssignalene (42) bestemmer de elektriske pulsenes (P) polaritet og dermed retning av magnetfeltet som dannes

8 Apparatet ifølge krav 2 og 5, hvor pådragssignaler (45) fra reguleringsenheten (41) styrer polaritetsstyringsenheten (5)

9. Apparatet ifølge krav 1, hvor antallet elektromagneter (2) er to eller flere.

10 Apparatet ifølge krav 9, hvor elektromagnetens spole (21) er anordnet utenpå røret (1,1').

11 Apparatet ifølge krav 9, hvor elektromagnetens spole (21) er anordnet inne i røret (1,1').

12 Apparatet ifølge krav 9, hvor elektromagnetens spole (21) er anordnet inne i rørveggen av røret (1,1')

13. Apparatet ifølge krav 9, hvor de to eller flere elektromagnetene (2) er anordnet med innbyrdes avstander langs fluidstrømmens (11, 12) strømingsretning.

14 Apparatet ifølge krav 13, hvor frekvensen (f) for de elektriske pulsene (P) er avpasset i forhold til fluidstrømmens (11, 12) hastighet slik at et fluidvolum (u) som utsettes for en elektromagnets (2) puls (P) ved et første tidspunkt t1 vil bevege seg med en hastighet (v) til en neste elektromagnets (2) og påvirkes av dens neste puls (P), osv 15 Apparatet ifølge krav 1, hvor elektromagneten (2) er anordnet nedstrøms i forhold til eventuelle bakevjer (eddies) som dannes i fluidstrømmen (11, 12) i røret (1, V) 16 Apparatet ifølge krav 1, hvor forbrenningskammeret(61) er i en forbrenningsmotor (6) som er en stempelmotor