Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для левитации некоторого количества материала

Изобретение относится к устройству для левитации некоторого количества проводящего материала, содержащему катушку для удерживания материала в левитации с использованием изменяющегося электрического тока в катушке.

Известно устройство для левитации некоторого количества проводящего материала (см. патент РФ №2370921 МПК H05B 6/32 опуб. 20.10.2009 бюл. №29), содержащее катушку для удержания материала в левитации с использованием изменяющегося электрического тока в катушке. При этом устройство содержит две катушки, первую и вторую катушку, которые во время использования создают переменное электромагнитное поле, при этом труба из непроводящего материала расположена внутри катушек так, что труба присутствует между катушками и некоторым количеством материала, используемого и удерживаемого в левитации между первой и второй катушкой по мере перемещения вдоль центральной оси катушек внутри трубы из непроводящего материала, причем первая катушка расположена под второй катушкой, имеет меньшее число обмоток и соединены через один источник тока или каждая имеет отдельный источник тока. Недостатком является узкая область использования, обусловленная обязательным наличием электропроводящего материала, подвергаемого левитации. При этом необходима сложная система поддержания температурного режима плавления и испарения проводящего материала при регулировании силы тока, обеспечивающего лишь его нагрев, а в условиях внезапного перегрева, наблюдаемого в практических условиях, отсутствует возможность охлаждения проводящего материала, то есть не осуществляется поддержание устойчивости тепломассообменного процесса.

Известно устройство для левитации некоторого количества материала (см. патент РФ № 2522666 МПК Н 05В 6/32, B60L13/04 , опубл. 20.07.2014, бюл. №20), содержащее катушки для удержания материала в левитации с использованием изменяющегося электрического тока в катушках, при этом устройство содержит две катушки, первую и вторую катушку, которые во время использования создают переменное электромагнитное поле, при этом труба из непроводящего материала расположена внутри катушек так, что труба присутствует между катушками и некоторым количеством материала, используемого и удерживаемого в левитации между первой и второй катушкой по мере перемещения вдоль центральной оси катушек внутри трубы из непроводящего материала, причем первая катушка расположена над второй катушкой, имеет меньшее число обмоток и соединены через один источник тока или каждая имеет отдельный источник тока, труба расположена вертикально с открытым верхним отверстием и закрытым нижним отверстием и заполнена магнитной жидкостью

Недостатком являются дополнительные ограничения по использованию трубы из непроводящего материала, что обусловлено наличием налипания на внутреннюю поверхность, подвергающегося левитации материала. Это приводит не только к ухудшению качества готового продукта, но и к дисбалансу тепломассообменного процесса из-за потери тепловой энергии теплопроводностью от налипающих частиц, подвергающегося левитации материала, через трубу к окружающей среде.

Технической задачей является поддержание нормированных условий тепломассообмена процесса левитации некоторого количества материала путем устранения тепловых потерь по высоте трубы за счет покрытия её внутренней поверхности стеклоподобной пленкой из оксида тантала, полученной ионно-плазменным методом.

Технический результат достигается тем, что устройство для левитации некоторого количества материала, содержащее катушки для удерживания материала в левитации с использованием изменяющегося электрического тока в катушках, при этом устройство содержит две катушки, первую и вторую катушку, которые во время использования создают переменное электромагнитное поле, при этом труба из непроводящего материала расположена внутри катушек так, что труба присутствует между катушками и некоторым количеством материала, используемого и удерживаемого в левитации между первой и второй катушкой по мере перемещения вдоль центральной оси катушек внутри трубы из непроводящего материала, причем первая катушка расположена над второй катушкой, имеет меньшее число обмоток и соединены через один источник тока или каждая имеет отдельный источник тока, кроме того труба расположена вертикально с открытым верхним отверстием и закрытым нижним отверстием и заполнена магнитной жидкостью, при том первая катушка с меньшим числом обмоток расположена у входного отверстия, а левитирующий материал, удерживаемый между электромагнитными полями первой и второй катушек, смещается от открытого входного отверстия к закрытому выходному отверстию трубы под воздействием сил давления магнитной жидкости, при этом, внутренняя поверхность трубы из непроводящего материала выполнена с покрытием стеклоподобной пленкой из оксида тантала, полученной ионно-плазменным методом.

На фиг. 1 изображено устройство для левитации некоторого количества материала, на фиг. 2 - разрез трубы из непроводящего материала с внутренней поверхностью, которая покрыта стеклоподобной пленкой из оксида тантала, полученной ионно-плазменным методом.

Устройство для левитации некоторого количества материала содержит вертикально установленную трубу 1 из непроводящего материала, верхнее 2 открытое отверстие и нижнее 3 закрытое отверстие. При этом труба 1 заполнена магнитной жидкостью 4. Первая катушка 5 имеет меньшее число обмоток, чем вторая катушка 6, и находится у верхнего 2 открытого отверстия, а вторая катушка 6 расположена перед нижним отверстием 3. Материал 7, подвергающийся левитации по мере перемещения по центральной оси 8 катушек 5 и 6, занимает последующие положения а), б), и в) от верхнего 2 открытого отверстия до нижнего 3 закрытого отверстия трубы 1. Внутренняя поверхность 9 трубы 1 из непроводящего материала выполнена с покрытием нанобразной стеклоподобной пленкой 10 из оксида тантала, полученной ионно-плазменным методом.

Устройство для левитации некоторого количества материала работает следующим образом. Мелкодисперсные частицы магнитной жидкости 4 по мере заполнения трубы 1 из непроводящего материала налипают на внутреннюю поверхность 9. В результате образуются локальные очаги дополнительной передачи теплоты теплопроводностью от магнитной жидкости 4 по толщине трубы 1 в окружающую среду (см., например, Цой В.П. Методы расчета отдельных задач тепломассопереноса / М.: Энергия, 1971.-384 с., ил.) Возрастание тепловых потерь нарушает температурный режим левитации и, как следствие, качество готового продукта. При этом, последующая подача электрического тока на обмотки катушки 5 способствует прижатию магнитной жидкости 4 к внутренней поверхности 9 трубы 1 посредством пондеромоторной силы, и тепловые потери через локальные очаги резко возрастают, что приводит к возникновению дисбаланса тепломассообменного процесса.

Покрытие внутренней поверхности 9 трубы 1 из непроводящего материала стеклоподобной пленкой 10 из оксида тантала, полученной ионно-плазменным методом, устраняет как налипание мелкодисперсных частиц, так и последующее образование локальных очагов тепловых потерь (см., например, Литвинова В.А., Саврук Е.Н. Наноразмерные пленки оксида тантала, полученные ионно-плазменным методом // Сборник трудов региональной научно-практической конференции «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике».-Томск: ТСХИ НГАУ.-Вып.12.-2010.-с.294-301). В результате поддерживается нормированный тепломассобменый процесс осуществления левитации некоторого количества материала с получением заданного качества готового продукта. Материал (проводящий или непроводящий) помещается на поверхность магнитной жидкости 4 у верхнего 2 открытого отверстия вертикально установленной трубы 1 с первой 5 и второй 6 катушками. Вначале работы свободная поверхность магнитной жидкости 4 имеет плоскую горизонтальную форму. При подаче электрического тока на обмотки катушки 5 в ней генерируется электромагнитное поле, поверхность магнитной жидкости 4 сначала принимает вогнутую форму, а затем по мере увеличения тока на катушке 5 пондеромоторные силы, прижимая магнитную жидкость 4 к стенке трубы 1 одновременно втягивают ее в область максимального поля, в результате чего образуется магнитожидкостное кольцо в плоскости симметрии магнитного поля. При дальнейшем увеличении тока на обмотках катушки 5 пондеромоторные (магнитные) силы значительно превосходят силу тяжести, благодаря чему магнитожидкостное кольцо над материалом 7 утолщается. Под слоем магнитной жидкости 4 образуется изолированная газовая полость, перекрывающая сечение трубы 1. Далее толщина слоя магнитной жидкости 4 растет за счет перетекания магнитной жидкости 4 снизу, а воздушная полость с материалом 7 под действием сил левитации проталкивается вниз. При этом магнитная жидкость 4 действует как охлаждающий элемент материала 7. При подаче и увеличении электрического тока на обмотки катушки 6 плоскость симметрии магнитного поля смещается вниз, проталкивая воздушную полость с материалом 7 к нижнему отверстию 3.

Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в том, что обеспечивается получение заданного качества готового продукта при длительной эксплуатации устройства для левитации некоторого количества материала путем поддержания нормированного тепломассообменного процесса вследствие устранения дополнительных тепловых потерь в окружающую среду, за счет ликвидации локальных очагов теплопередачи по высоте трубы путем покрытия ее внутренней поверхности нанобразной стеклоподобной пленкой из оксида тантала, полученной ионно-плазменным методом. Кроме того, покрытие внутренней поверхности трубы из непроводящего материала позволяет расширить диапазон применения труб для левитации некоторого количества материала.