PL186233B1

PL186233B1 - Urządzenie do aktywacji magnetycznej mediów stałych, ciekłych i gazowych, zwłaszcza pyłu węglowego i innych paliw węglowodorowych

Info

Publication number: PL186233B1
Application number: PL97318868A
Authority: PL
Inventors: Wojciech Nowak; Andrzej Szczypiorowski; Krystian Witaszak; Norio Arai; Anders N.G. Kullendorff; Lennart S. Rörgren; Marek Żelazkiewicz; Andrzej Rzepliński; Witalis M. Zientek
Original assignee: Centrum Badawczoprodukcyjne Sorbentow I Czystych Technologii Wegla Ekocentrum Spz Oo; Ct Badawczo Prod Sorbentow I C; Rzeplinska Anna; Krystian Witaszak
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1997-03-07
Publication date: 2003-12-31
Also published as: EP0964994A1; DE69825730D1; PL318868A1; DE69825730T2; US6143045A; EP0964994B1; WO1998039564A1

Abstract

1. Urzadzenie do aktywacji magnetycznej me diów stalych, cieklych i gazowych, zwlaszcza pylu weglowego i innych paliw weglowodorowych, w któ- rym magnesy stale dowolnego ksztaltu sa polaczone z obudowa, znamienne tym, ze do obudowy (1) wykonanej z materialów para-, dia- i ferromagne- tycznych sa zamocowane magnesy stale (2) o zróz- nicowanych objetosciowych gestosciach energii pola magnetycznego miedzy biegunami „N” i „S”, tak, ze wartosc tej energii po stronie jednego z biegunów stanowi do 190% wartosci gestosci energii pola magnetycznego bieguna przeciwnego znaku, przy czym magnesy te moga tworzyc stosy (3), w których co najmniej polowe zestawu magnesów stanowia magnesy (2) o zróznicowanych objetosciowych ge- stosciach energii pola magnetycznego miedzy bie- gunami „N” i „S”. Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do aktywacji magnetycznej mediów stałych, ciekłych i gazowych, zwłaszcza pyłu węglowego i innych paliw węglowodorowych, stosowane na skalę przemysłową oraz w instalacjach domowych.

Fizyko-chemiczny mechanizm oddziaływania pól magnetycznych na różne media, szczególnie paliwa węglowodorowe, uważany jest za bardzo złożony i nie wyjaśniony w pełni przez współczesne naukę światową. Nie jest znany dotąd sposób aktywacji magnetycznej pyłu węglowego, smoły, paki, mazutu i gazu koksowniczego.

Znane natomiast dotychczas sposoby obróbki magnetycznej mediów ciekłych i gazowych polegają na oddziaływaniu na, przemieszczające się kanałem transportowym, wyżej wymienione media polem magnetycznym wytworzonym przez układy magnesów stałych, w których energia pola magnetycznego bieguna „S” jest równa energii pola magnetycznego bieguna „N”. W zależności od rodzaju medium, dobiera się zestawy magnesów i ich rozmieszczenie tak, aby uzyskać jak najlepsze efekty poprawy właściwości fizycznych, technicznych, użytkowych itp. danego medium i prowadzi się badania porównawcze różnych rozwiązań.

Na podstawie takich badań prowadzonych przez międzynarodowy zespół naukowców, skonstruowano różnego rodzaju urządzenia do aktywacji magnetycznej, zwane aktywatorami magnetycznymi.

Wszystkie znane dotychczas aktywatory magnetyczne zbudowane są z tradycyjnych, produkowanych fabrycznie, magnesów stałych zestawianych w stosy, połączone z obudową wykonaną z materiału ferromagnetycznego. Energia pola magnetycznego bieguna „N” każdego magnesu jest równa energii pola mangetycznego bieguna „S” tego magnesu.

I tak, z polskiego opisu patentowego nr 164 664 znane jest urządzenie do magnetycznej obróbki płynów mające zestawy magnetyczne o wzdłużnie zmiennej biegunowości, złożone z płytkowych magnesów stałych, usytuowanych na zewnątrz, wzdłuż przewodu płynu oraz osiami magnetycznymi prostopadle do osi przewodu. Zestawy magnetyczne ustalone są równolegle wewnątrz płytkowego korpusu wykonanego z niemagnetycznego materiału plastycznie odkształcalnego, a w osi symetrii między zestawami magnetycznymi korpus ma przelotowe rowki, których dno z podstawą korpusu stanowi łącznik o małej grubości. Ponadto urządzenie ma opaskę, która

186 233 obwodowo dociska do przewodu korpus zgięty wzdłuż osi łączników tak, że podstawa przyjmuje kształt wieloboku otwartego opisanego na powierzchni zewnętrznej przewodu.

Inne podobne rozwiązania, znane są. z amerykańskich opisów patentowych nr nr 4.605.498, 4.568.901,4.808.306 i 4.265.754.

Wszystkie te, mniej lub bardziej złożone konstrukcje aktywatorów magnetycznych zawierają magnesy stałe o jednakowych energiach pola magnetycznego bieguna „N” i „S”.

Nieoczekiwanie okazało się, że zastąpienie magnesów dotychczas stosowanych, magnesami wytwarzanymi w oparciu o, nowatorską w skali światowej, technologię typu „knowhow” dało nieporównywalnie lepsze efekty aktywacji magnetycznej mediów i pozwoliło na skonstruowanie nowych aktywatorów magnetycznych dla znacznie szerszej gamy paliw węglowodorowych.

Działanie urządzenia według wynalazku polega na tym, że przemieszczające się w ka-nałach transportujących media stałe, ciekłe lub gazowe poddaje się działaniu pola magnetycznego.

Istota wynalazku polega na tym, że media te poddaje się działaniu asymetrycznego pola magnetycznego, wytworzonego przez magnesy stałe o zróżnicowanych i asymetrycznych objętościowych gęstościach energii, pola magnetycznego między biegunami „N” i „S” magnesów, tak, że wartość tej energii po stronie jednego z biegunów stanowi do 190% wartości gęstości energii pola magnetycznego bieguna przeciwnego znaku. Magnesy te zestawia się w stosy magnetyczne i ustala się najkorzystniejszy stopień asymetrii gęstości energii pola magnetycznego w zależności od rodzaju medium, parametrów przepływu oraz rodzaju materiału, z którego wykonane są kanały transportujące medium.

Urządzenie do realizacji tego sposobu charakteryzuje się tym, że do obudowy wykonanej z materiałów para-, dia- i ferromagnetycznych są zamocowane magnesy stałe o zróżnicowanej objętościowej gęstości energii pola magnetycznego między biegunami „N” i „S” tak, że wartość tej energii po stronie jednego z biegunów stanowi do 190% wartości energii bieguna przeciwnego znaku. Magnesy te mogą tworzyć stosy, w których co najmniej połowę zestawu tych magnesów stanowią magnesy o zróżnicowanej objętościowej gęstości energii pola magnetycznego między biegunami „N” i „S”.

Stosy magnesów tworzą układy przestrzenne o dowolnych konfiguracjach magnesów stałych o zróżnicowanej objętościowej gęstości energii biegunów „N” i „S” z magnesami o jednakowej gęstości energii tych biegunów.

Wszystkie media poddane aktywacji przy użyciu urządzenia według wynalazku charakteryzowały się znacznie lepszymi modyfikacjami swych właściwości. Oprócz rezonansowego wzbudzenia substancji w strefie przepływu, uzyskano poprawę takich zjawisk, jak zawirowania trajektorii naładowanych i diamagnetycznych cząstek, selektywna jonizacja, cyrkulacyjne prądy wirowe, pola elektryczne i magnetyczne, zmiany profilu prędkości i ciśnienia oraz przewodności elektrycznej płynów. W przypadku paliw uzyskano większe rozluźnienie struktury węglowodorów, polaryzację i uporządkowanie molekuł, gdyż dokładne analizy procesów spalania, rozkłady termograficzne płomieni i wnętrz pieców przemysłowych oraz zmniejszenie zużycia paliwa potwierdziły znacznie większą skuteczność obróbki magnetycznej różnych mediów w urządzeniu według wynalazku niż w urządzeniach dotychczasowych.

Dzięki zastosowaniu urządzenia według wynalazku uzyskano po raz pierwszy w świecie nieoczekiwany efekt skutecznej i stabilnej w czasie aktywacji magnetycznej takich paliw, jak pył węglowy, mazut, smoły, paki i gaz koksowniczy oraz zmniejszono ich zużycie o około 15 %, redukując jednocześnie emisję CO, HC, SO2 i NO_X. Ponadto uzyskano znacznie lepsze, niż przy użyciu dotychczasowych metod, efekty aktywacji wody i cieczy poprzez zmianę takich parametrów, jak przewodność elektryczna, lepkość, ekstynkcja światła i zwilżalność powierzchni ciał stałych oraz zmniejszenie ich napięcia powierzchniowego, dzięki czemu można poprawić wiele procesów technologicznych. Ponadto po zastosowaniu urządzenia według wynalazku stwierdzono, że w roztworach soli przyspiesza się tworzenie kryształów wewnątrz roztworu, a nie na ściankach przewodów, intensyfikuje się proces rozpuszczania i koagulacji zawiesin, wzrasta koncentracja rozpuszczonego tlenu i dwutlenku węgla, zwiększa się trwałość wiązań części stałych w osadach oraz adsorpcja na powierzchni rozdziału faz. Zmiany te wywierają

186 233 zasadniczy wpływ na przebieg różnorodnych procesów fizykochemicznych i decydują o poprawie efektywności technologii produkcji i o lepszym wykorzystaniu urządzeń.

W przypadku paliw węglowodorowych obróbka magnetyczna w urządzeniu według wynalazku spowodowała skrócenie czasu nasycenia magnetycznego instalacji i urządzeń o 35%, zwiększenie energii cieplnej wewnątrz płomienia, wzrost energii promieniowania ciepła do otoczenia, zmniejszenie amplitudy i częstotliwości drgań płomieni, redukcję emisji CO, HC, SO₂ i NO_X od 20% do 30% większą niż przy zastosowaniu innych aktywatorów magnetycznych, wyrównanie rozkładu temperatur wewnątrz komory pieca, likwidację pików termicznych, zachowanie stabilnych warunków pracy palników gazowych, olejowych i pyłu węglowego po dłuższym okresie eksploatacji.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w poniższych przykładach wykonania, objaśnionych na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urządzenie do aktywacji magnetycznej pyłu węglowego, fig. 2 - urządzenie do aktywacji wody, stosowane na rurociągach o mniejszej średnicy, fig. 3 - urządzenie do aktywacji wody i paliw stosowane na rurociągach o większej średnicy, a fig. 4 - urządzenie do aktywacji wody, stosowane w przemyśle spożywczym.

Przykład 1

Podczas badań przemysłowych, prowadzonych na obrotowym piecu cementowniczym opalanym pyłem węglowym, zastosowano aktywatory magnetyczne pokazane na fig. 1. Na kanał o średnicy zewnętrznej równej 520 mm, transportujący pył węglowy, zamontowano aktywatory magnetyczne, z których każdy składał się z obudowy 1 wykonanej z materiału ferromagnetycznego w kształcie wielokąta, do której przymocowano stosy magnetyczne 3, zawierające trzy magnesy stałe 2 o asymetrycznej objętościowej gęstości energii pola magnetycznego między biegunami „N” i „S” tych magnesów. Energia bieguna „S” każdego magnesu 2 w stosie była o 78% większa od energii bieguna „N” tego magnesu. Obudowa 1 wraz ze stosami 3 tworzyła pierścień, składający się z trzech segmentów, oddzielonych od siebie przez trzy uchwyty 4, służące do łączenia poszczególnych segmentów pierścienia, rozmieszczone promieniowo co 120°.

Uzyskano poprawę procesu spalania, efektem czego była oszczędność pyłu węglowego w granicach 16%, co dawało również lepszą pracę elektrofiltrów. Dla porównania zastosowanie dotychczasowych urządzeń z.magnesami „symetrycznymi” nie dało żadnej oszczędności pyłu węglowego.

Przykład 2

W badaniach prowadzonych na przemysłowych kotłach wodnych i parowych typu PTWM-100 i DKWK opalanych mazutem, na przewody doprowadzające paliwo, o średnicy 60 mm, zamontowano aktywatory magnetyczne, zawierające stosy - z magnesami stałymi charakteryzującymi się tym, że objętościowa gęstość energii pola magnetycznego bieguna „S” każdego magnesu w stosie była o 60% większa od gęstości energii bieguna „N” tego magnesu. Podczas wielokrotnych, dokładnych badań stwierdzono, że zmienił się skład spalin poprzez spadek zawartości tlenku węgla o 70% do 80%, oraz zaobserwowano samooczyszczanie się wnętrza kotła ze złogów siarkowo-węglowych osadzających się na elementach grzewczych kotła.

Uzyskano znaczną, bo wynoszącą 15%, oszczędność mazutu, która była bardzo stabilna przez cały okres badań.

W tych samych warunkach stosowanie aktywatorów dotychczasowych nie dało pozytywnych wyników w granicach jednoznacznie przekraczających błędy pomiarowe.

Przykład 3

Podczas eksperymentów prowadzonych w ciągu 12 miesięcy na, opalanych gazem koksowniczym, mazutem i smołami piecach martenowskich na przewody transportujące ww. paliwa zamontowano aktywatory zbudowane tak, jak w przykładzie 1.

Objętościowa gęstość energii pola magnetycznego bieguna „S” każdego magnesu w stosie była o 54% większa od energii bieguna „N” tego magnesu.

W wyniku pomiarów okazało się, że uzyskano wyraźną poprawę składu spalin poprzez spadek zawartości CO o 70%, NO_X o 40% oraz spadek zużycia paliw o 22%. Dodatkowo w hutniczych piecach grzewczych stwierdzono korzystne zmniejszenie zgorzeliny oraz zwiększenie trwałości wyłożenia ogniotrwałego pieca.

186 233

Przykład 4

Badania nad zastosowaniem aktywatorów magnetycznych w instalacjach wodnych, zarówno domowych, jak i przemysłowych w celu uzdatniania wody prowadzono w elektrociepłowniach, zakładach przemysłu spożywczego oraz w myjniach samochodowych.

Na rurociąg o średnicy zewnętrznej od 15 do 45 mm zamontowano aktywatory pokazane na fig. 2. Składają się one z dwóch półpierścieni 5, w których osadzone są stosy magnetyczne 3 oraz dwóch podstawek 6 w kształcie prostokątnym, przy czym każdy z dwóch półpierścieni 5 łączy się z jedną podstawką płaską 6 wykonaną z materiału ferromagnetycznego za pomocą paska ściągającego 7. Stosy magnetyczne 3 zawierają magnesy stałe 2, w których objętościowa gęstość energii pola magnetycznego bieguna „S” każdego magnesu była większa o 35% do 40% od energii bieguna „N” tego magnesu.

Uzyskano istotne zmniejszenie oporów hydraulicznych, zmniejszenie zużycia energii elektrycznej i cieplnej od 15% do 30% oraz ochronę i pełne udrożnienie instalacji wodnych i współpracujących z nimi urządzeń.

Przykład 5

W badaniach prowadzonych na instalacjach wodnych, jak w przykładzie 4 na rurociąg o średnicy zewnętrznej 40 - 80 mm zamontowano aktywatory magnetyczne, z których każdy składał się z dwóch pierścieni powstałych w wyniku połączenia na rurociągu dwóch półpierścieni 5 za pomocą paska ściągającego 7. W półpierścieniach 5 są osadzone stosy magnetyczne 3, zawierające magnesy stałe 2, w których objętościowa gęstość energii pola magnetycznego bieguna „S” była o 40% większa od energii bieguna „N” tego magnesu.

Uzyskano zmianę pH z 8,4 na 7,1, spadek przewodnictwa właściwego z 1,0 [mS/m] na 0,3 [mS/m], zmianę lepkości dynamicznej 158 [Pa-s] na 128 [Pa-s] oraz twardości wody z 18 [°n] na 11 [°n]. Ponadto wyroby budowlane wykonane zaczynu gipsowego, zaprawy cementowej i popiołowej, z udziałem wody aktywowanej magnetycznie miały wytrzymałość Rc większą od 30% do 140%.

Przykład 6

Badania nad zastosowaniem aktywatorów magnetycznych, zbudowanych tak jak w przykładzie 4 i 5, zawierających stosy o konfiguracji magnesów stałych o zróżnicowanych objętościowych gęstościach energii pola magnetycznego między biegunami „N” i „S” z magnesami o jednakowej gęstości energii tych biegunów, prowadzono w zakładach przemysłu spożywczego, na myjni do butelek. Stosy 3 zawierały dwa magnesy „asymetryczne” i jeden magnes „symetryczny”, przy czym objętościowa gęstość energii pola magnetycznego bieguna „S” - każdego magnesu „asymetrycznego” była 0 40% większa od energii bieguna „N” tego magnesu. Uzyskano istotne zmniejszenie oporów hydraulicznych, stabilizację pH, poprawę klarowności i przejrzystości wody oraz usunięcie nalotu z odczynów zasadowych, gromadzących się na ściankach butelek.

W większości nowych rozwiązań aktywatorów magnetycznych, opisanych w powyższych przykładach, zastosowano takie konfiguracje magnesów o zróżnicowanych objętościowych gęstościach energii pola magnetycznego bieguna „N” i „S”, w których energia pola magnetycznego bieguna „S” jest większa od energii pola magnetycznego bieguna „N”.

Aktywatory magnetyczne, mające stosy zawierające magnesy z dominującą objętościową gęstością energii pola magnetycznego bieguna „N”, stosowane są do aktywacji powietrza (tlenu z powietrza), dostarczanego do palników gazowych, olejowych, do układów wtryskowych benzyny itp.

W przypadku pojazdów samochodowych aktywatory te są montowane na wlocie powietrza do filtra.

W wyniku stosowania wyżej opisanych urządzeń, uzyskuje się ujemną aktywację magnetyczną tlenu z powietrza, co powoduje łączenie się cząstek węglowodorowych paliwa o ładunku magnetycznym dodatnim z tlenem o ładunku magnetycznym ujemnym.

W wyniku takiego procesu poprawia się znacznie proces spalania paliw węglowodorowych, czego dowodem jest duża redukcja CO i HC w spalinach oraz wzrost dwutlenku węgla CO₂ i temperatury płomienia.

186 233

Fig.4

186 233

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do aktywacji magnetycznej mediów stałych, ciekłych i gazowych, zwłaszcza pyłu węglowego i innych paliw węglowodorowych, w którym magnesy stałe dowolnego kształtu są połączone z obudową znamienne tym, że do obudowy (1) wykonanej z materiałów para-, dia- i ferromagnetycznych są zamocowane magnesy stałe (2) o zróżnicowanych objętościowych gęstościach energii pola magnetycznego między biegunami „N” i „S”, tak, że wartość tej energii po stronie jednego z biegunów stanowi do 190% wartości gęstości energii pola magnetycznego bieguna przeciwnego znaku, przy czym magnesy te mogą tworzyć stosy (3), w których co najmniej połowę zestawu magnesów stanowią magnesy (2) o zróżnicowanych objętościowych gęstościach energii pola magnetycznego między biegunami „N” i „S”.

2. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że stosy (3) magnesów tworzą układy przestrzenne o dowolnych konfiguracjach magnesów stałych (2) o zróżnicowanych objętościowych gęstościach energii między biegunami „N” i „S” z magnesami o jednakowej gęstości energii tych biegunów.