СОПЛО, ГЕНЕРИРУЮЩЕЕ НАНОПУЗЫРЬКИ, И ГЕНЕРАТОР НАНОПУЗЫРЬКОВ
NANO-BUBBLE GENERATING NOZZLE AND A NANO-BUBBLE GENERATOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к соплу, генерирующему нанопузырьки и генератору нанопузырьков. Более конкретно, настоящее изобретение относится к соплу, генерирующему нанопузырьки, и генератору нанопузырьков для получения жидкости, содержащей нанопузырьки, которые представляют собой мелкие пузырьки.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Жидкости, содержащие мелкие (также называемые «крошечными») пузырьки, называемые «нанопузырьками», обычно используются в различных областях промышленности. В последние годы изучались способы для генерации различных нанопузырьков. «Нанопузырьки» обычно относятся к пузырькам, имеющим диаметр менее 1 мкм. Структуры сопла изучались как типичные средства для генерации нанопузырьков. На сегодняшний день, предложены различные сопла для генерации нанопузырьков.
[0003] В Патентном Документе 1 предложено сопло для получения жидкости, содержащей мелкие пузырьки, из жидкости под давлением, полученной путем повышения давления и растворения газа. Это сопло содержит коническую часть на стороне впуска, часть горловины на стороне впуска, расширенную часть, коническую часть на стороне выпуска, и часть горловины на стороне выпуска.
[0004] В конической части на стороне впуска путь потока сопла, в который подается находящаяся под давлением жидкость, постепенно уменьшается в площади поверхности от впуска к выпуску. Часть горловины на стороне впуска соединена с участком заднего по ходу конца конической части на стороне впуска. Часть горловины на стороне впуска выпускает струей текучую среду, текущую от конической части на стороне впуска, от порта выпускания струей на стороне впуска. Расширенная часть соединена с портом выпускания струей на стороне впуска. Расширенная часть увеличивает область пути потока. Коническая часть на стороне выпуска соединена с задним по ходу концом расширенной части. В конической части на стороне выпуска, путь потока постепенно уменьшается в площади поверхности от впуска к выпуску. Часть горловины на стороне выпуска соединена с задним по ходу концом конической части на стороне выпуска. Часть горловины на стороне выпуска выпускает струей текучую среду, текущую от конической части на стороне выпуска, от порта выпускания струей выпуска. То есть, это сопло имеет конфигурацию, в которой множество сопел соединены последовательно. В этом сопле, структура, в которой площадь поверхности пути потока постепенно уменьшается, создает давление жидкости, содержащей газ, растворяя газ в жидкости. С другой стороны, структура, в которой площадь поверхности пути потока увеличивается, высвобождает газ, растворенный в жидкости, путем выпускания струей жидкости, содержащей газ. Этим действием генерируются мелкие пузырьки, то есть нанопузырьки.
[0005] Дополнительно, в Патентном Документе 2 предложено создание сопла, производящего пузырьки, с петлевым типом потока. Это сопло содержит газо-жидкостную перемешивающую и смесительную камеру с петлевым типом потока, отверстие для подачи жидкости, отверстие для подачи газа, камеру подачи газа, первое отверстие для выпускания струей и второе отверстие для выпускания струей и, по меньшей мере, одну вырезанную часть, образованную в концевой части на стороне газо-жидкостной перемешивающей и смесительной камеры с петлевым типом потока в конической части.
[0006] Газо-жидкостная перемешивающая и смесительная камера с петлевым типом потока представляет собой область, в которой жидкость и газ перемешиваются и смешиваются посредством петлевого потока для образования смешанной текучей среды. Отверстие для подачи жидкости предусмотрено на одном конце газо-жидкостной перемешивающей и смесительной камеры с петлевым типом потока. Это отверстие для подачи жидкости подает жидкость под давлением к газо-жидкостной перемешивающей и смесительной камере с петлевым типом потока. Отверстие для поступления газа представляет собой область, в которую течет газ. Камера подачи газа предусмотрена на другом конце газо-жидкостной перемешивающей и смесительной камеры с петлевым типом потока. Эта камера подачи газа подает газ в газо-жидкостную перемешивающую и смесительную камеру с петлевым типом потока, в то же время, циркулируя газ, который течет из отверстия для поступления газа, вокруг центральной оси отверстия для подачи жидкости, из всех или части мест в окружном направлении к одному концу, описанной выше газо-жидкостной перемешивающей и смесительной камеры с петлевым типом потока. Первое отверстие для впрыскивания предусмотрено на другом конце газо-жидкостной перемешивающей и смесительной камеры с петлевым типом потока. Положение первого отверстия для выпускания струей совпадает с центральной осью отверстия для подачи жидкости, а диаметр отверстия больше диаметра отверстия, отверстия для подачи жидкости, описанного выше. Это первое отверстие для выпускания струей выпускает струей смешанную текучую среду от газо-жидкостной перемешивающей и смесительной камеры с петлевым типом потока. Затем второе отверстие для выпускания струей предусмотрено с тем, чтобы непрерывно увеличиваться в диаметре от первого отверстия для выпускания струей к газо-жидкостной перемешивающей и смесительной камере с петлевым типом потока. Цель этого сопла, производящего пузырьки, с петлевым типом потока позволяет повысить эффективность производства пузырьков больше, чем обычные технологии, без снижения эффективности производства пузырьков, даже если используется жидкость, содержащая примеси.
Патентные документы
[0007] Патентный документ 1: Выложенная для всеобщего ознакомления патентная заявка Японии № 2014-104441.
Патентный документ 2: Выложенная для всеобщего ознакомления патентная заявка Японии № 2015-202437.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачи, которые должны быть решены изобретением.
[0008] Сопло, генерирующее мелкие пузырьки, предлагаемое в Патентном Документе 1, требует соединения множества частей сопла последовательно. Таким образом, это сопло, генерирующее мелкие пузырьки, увеличивает общую длину, что является очень трудным для уменьшения длины.
[0009] С другой стороны, назначение предложенного в Патентном документе сопла, производящего пузырьки, с петлевым типом потока заключается в предотвращении снижения эффективности производства пузырьков, даже когда используется жидкость, содержащая примеси. В частности, назначением сопла, производящего пузырьки, с петлевым типом потока, является сдерживание уменьшения в количестве подаваемого газа, подаваемого из камеры подачи газа, посредством осаждения или прилипания осадка или накипей, состоящих из примесей. Таким образом, когда нанопузырьки генерируются с использованием жидкости, которая не содержит примесей, неясным является, может ли быть улучшена эффективность генерации нанопузырьков.
Настоящее изобретение было создано для решения вышеописанных проблем, и задачей настоящего изобретения является обеспечение сопла, генерирующего нанопузырьки, и генератора нанопузырьков, имеющего компактную структуру с короткой общей длиной и способного генерировать нанопузырьки.
Средство для решения проблем
[0011] (1) Сопло, генерирующее нанопузырьки, согласно настоящему изобретению для решения вышеописанных проблем содержит часть ввода для ввода смешанной текучей среды из жидкости и газа в его внутреннее пространство, часть выпускания струей для выведения смешанной текучей среды, содержащий нанопузырьки газа, и структурную часть, генерирующую нанопузырьки, для генерирования нанопузырьков из газа, между частью ввода и частью выпускания струей. Структурная часть, генерирующая нанопузырьки, содержит множество путей потока, имеющих различные площади сечения в осевом направлении сопла, генерирующего нанопузырьки.
[0012] В этом изобретении предусмотрено множество путей потока, имеющих различные площади сечения в осевом направлении сопла, генерирующего нанопузырьки. Таким образом, повышение давления и высвобождение пузырьков повторяется согласно принципам способа создания избыточного давления и растворения. В частности, пузырьки находятся под давлением и растворяются в жидкости каждый раз, когда жидкость, содержащая пузырьки, проходит через каждый путь потока. Дополнительно, жидкость, которая проходит через пути потока и затем вытекает из путей потока, высвобождается, тем самым, создавая пузырьки, содержащиеся в жидкости, более мелкими. Повторение этого действия генерирует нанопузырьки. Кроме того, внутри одного сопла, пути потока для создания избыточного давления и растворения пузырьков в жидкости предусмотрены во множестве положений сопла, генерирующего нанопузырьки, в осевом направлении, и поэтому соединение нескольких сопел последовательно не требуется. Поэтому, сопло может быть компактно сконфигурировано.
[0013] В сопле, генерирующем нанопузырьки, согласно настоящему изобретению, пути потока, смежные друг с другом в осевом направлении сопла, генерирующего нанопузырьки, предусмотрены в разных положениях сопла, генерирующего нанопузырьки, в радиальном направлении.
[0014] Согласно настоящему изобретению, каждый путь потока расположен в другом положении в радиальном направлении, как описано выше, и, таким образом, пути потока могут быть соединены друг с другом во внутреннем пространстве сопла, генерирующего нанопузырьки. Пути потока, соединенные внутри сопла, генерирующего нанопузырьки, создают давление пузырьков, содержащихся в жидкости в каждом пути потока, и растворяют пузырьки в жидкости. Дополнительно, после растворения пузырьков, жидкость, в которой растворен газ, допускается к вытеканию из путей потока и выпускается. В настоящем изобретении, эти действия могут быть переданы независимо друг от друга, обеспечивая нанопузырьки, которые должны быть генерированы в каждом пути потока.
[0015] В сопле, генерирующем нанопузырьки, согласно настоящему изобретению, множество путей потока расположены в осевом направлении сопла, генерирующего нанопузырьки в качестве трех путей потока, имеющих различные площади сечения. Три пути потока содержат первый путь потока на стороне впуска, расположенный в центре сопла, генерирующего нанопузырьки, в радиальном направлении, второй путь потока промежуточного положения, расположенный на внешней стороне от центра сопла, генерирующего нанопузырьки, в радиальном направлении, и третий путь потока на стороне выпуска, расположенный в центре сопла, генерирующего нанопузырьки, в радиальном направлении.
[0016] Согласно настоящему изобретению, нанопузырьки могут быть генерированы в каждом пути потока от первого пути потока до третьего пути потока.
[0017] Сопло, генерирующее нанопузырьки, согласно настоящему изобретению дополнительно содержит часть образования турбулентного потока, для превращения потока смешанной текучей среды в турбулентный поток, по меньшей мере, в одном месте между множеством путей потока.
[0018] Согласно настоящему изобретению, часть образования турбулентного потока предусмотрена, как описано выше, и превращает поток жидкости, содержащей пузырьки, в турбулентный поток. Таким образом, усилие сдвига прикладывается к жидкости, содержащей пузырьки. Поэтому пузырьки, содержащиеся в жидкости, протекающей через часть образования турбулентного потока, превращаются в крошечные для генерирования нанопузырьков.
[0019] В сопле, генерирующем нанопузырьки, согласно настоящему изобретению, часть образования турбулентного потока содержит диффузионную часть для радиально диффундирующей смешанной текучей среды, которая вытекает из первого пути потока к внешней стороне сопла, генерирующего нанопузырьки, в радиальном направлении на стороне выпуска выхода из первого пути потока, а второй путь потока содержит впуск, расположенный в положении, которое позволяет смешанной текучей среде, диффундированной диффузионной частью, возвращаться к стороне первого пути потока сопла, генерирующего нанопузырьки, в осевом направлении.
[0020] Согласно настоящему изобретению, часть образования турбулентного потока сконфигурирована, как описано выше, и, таким образом, жидкость, которая вытекает из первого пути потока, диффундирует к внешней стороне в радиальном направлении посредством диффузионной части, описанной выше. Впоследствии, жидкость временно возвращается к стороне первого пути потока, то есть к стороне впуска, а затем течет во второй путь потока. Таким образом, турбулентный поток может быть образован в процессе возврата жидкости к стороне впуска. Соответственно, усилие сдвига прикладывается к жидкости, содержащей пузырьки между первым путем потока и вторым путем потока, тем самым, позволяя создавать крошечные пузырьки.
[0021] (2) Генератор нанопузырьков согласно настоящему изобретению для решения вышеописанных проблем содержит часть циркуляции для того, чтобы позволить жидкости протекать через нее, часть ввода газа для ввода газа в часть циркуляции, насос для выведения смешанной текучей среды газа и жидкости, которая протекает через внутреннее пространство части циркуляции, сопло, генерирующее нанопузырьки, для ввода смешанной текучей среды, выводимой насосом, и получения смешанной текучей среды, содержащей нанопузырьки газа, резервуар-хранилище жидкости для хранения смешанной текучей среды, содержащей нанопузырьки, и обратный путь для возврата смешанной текучей среды, содержащей нанопузырьки, хранящейся в резервуаре-хранилище жидкости, в часть циркуляции. Сопло, генерирующее нанопузырьки, содержит часть ввода для ввода смешанной текучей среды из жидкости и газа в его внутреннее пространство, часть выпускания струей для выведения смешанной текучей среды, содержащей нанопузырьки газа, и структурную часть, генерирующую нанопузырьки, для генерирования нанопузырьков из газа, между частью ввода и частью выпускания струей. Структурная часть, генерирующая нанопузырьки, содержит множество путей потока, имеющих различные площади сечения в осевом направлении сопла, генерирующего нанопузырьки.
[0022] Согласно этому изобретению, генератор нанопузырьков сконфигурирован, как описано выше и, таким образом, контур, через который протекает жидкость, может быть замкнутым петлевым контуром. Вышеописанное сопло, генерирующее нанопузырьки, включенное в этот замкнутый петлевой контур, генерирует жидкость, содержащую нанопузырьки, делая возможным многократно генерировать нанопузырьки и хранить жидкость, содержащую нанопузырьки, в резервуаре-хранилище для жидкости.
[0023] В генераторе нанопузырьков согласно настоящему изобретению, предусмотрены клапан для ответвления пути потока, соединяющего насос и сопло, генерирующее нанопузырьки, и байпасный путь потока для прямого соединения клапана и резервуара-хранилища для жидкости, между насосом и соплом, генерирующим нанопузырьки.
[0024] Согласно настоящему изобретению, байпасный путь потока предусмотрен, как описано выше и, таким образом, смешанная текучая среда допускается к протеканию в байпасный путь потока, тем самым, предотвращая излишнее повышение давления между насосом и соплом, генерирующим нанопузырьки. В результате скорость потока смешанной текучей среды, протекающей через замкнутый петлевой контур, возрастает, что позволяет достаточно эффективно вводить газ в замкнутый петлевой контур. С другой стороны, когда образуются нанопузырьки и соплу, генерирующему нанопузырьки, требуется давление, байпасный путь потока закрывается, что позволяет увеличить давление подачи насоса и выпускать смешанную жидкость в сопло, генерирующее нанопузырьки. Следовательно, возможно генерировать нанопузырьки из пузырьков, содержащихся в смешанной текучей среде.
Результат изобретения
[0025] Согласно настоящему изобретению, возможно, сконфигурировать сопло, генерирующее нанопузырьки, использующее одно сопло, без необходимости соединения множества сопел последовательно, как в предшествующем уровне техники. Таким образом, сопло, генерирующее нанопузырьки, может быть выполнено компактным. Дополнительно, генератор нанопузырьков сконфигурирован с использованием этого сопла, генерирующего нанопузырьки, что позволяет упростить структуру генератора.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0026] Фиг.1 представляет собой вертикальную схему сечения, иллюстрирующую вариант осуществления сопла, генерирующего нанопузырьки, согласно настоящему изобретению.
Фиг.2 представляет собой пояснительную схему для объяснения действия сопла, генерирующего нанопузырьки, иллюстрированного на фиг.1.
Фиг.3 представляет собой схему конфигурации, иллюстрирующую конфигурацию варианта осуществления генератора нанопузырьков согласно настоящему изобретению путем моделирования.
Фиг.4 представляет собой пояснительную схему для объяснения способа крепления сопла, генерирующего нанопузырьки.
Фиг.5 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между диаметром нанопузырьков, генерируемых генератором нанопузырьков без использования байпасного контура, и количеством генерируемых нанопузырьков.
Фиг.6 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между диаметром нанопузырьков, генерируемых генератором нанопузырьков с использованием байпасного контура, и количеством генерируемых нанопузырьков.
Фиг.7 представляет собой схему, иллюстрирующую модифицированный пример сопла, генерирующего нанопузырьки, по настоящему изобретению путем моделирования.
Фиг.8 представляет собой контур, иллюстрирующий модифицированный пример сопла, генерирующего нанопузырьки, по настоящему изобретению путем моделирования.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0027] Варианты осуществления настоящего изобретения описываются ниже со ссылкой к чертежам. Следует отметить, что варианты осуществления, описанные ниже, являются примерами технических идей настоящего изобретения. Технический объем настоящего изобретения не ограничивается описаниями и чертежами ниже и включает в себя изобретения с одинаковыми техническими идеями.
[0028] [Базовая конфигурация]
Сопло 1, генерирующее нанопузырьки, согласно настоящему изобретению, как иллюстрировано на фиг.1, содержит часть 11 ввода для ввода смешанной текучей среды из жидкости и газа в его внутреннее пространство, и часть 35 выпускания струей для выведения смешанной текучей среды, содержащей мелкие пузырьки (нанопузырьки). Дополнительно, между частью ввода и частью 35 выпускания струей предусмотрена структурная часть 5, генерирующая нанопузырьки для генерирования нанопузырьков. Структурная часть 5, генерирующая нанопузырьки, содержит множество путей 15, 28, 36 потока, имеющих различные площади сечения, через которые смешанная текучая среда из жидкости и газа проходит в осевом направлении сопла 1, генерирующего нанопузырьки. Другими словами, множество путей 15, 28, 36 потока разделены и расположены на множестве ступеней в осевом направлении сопла 1, генерирующего нанопузырьки, а площади сечения путей 15, 28, 36 потока отличаются в каждой ступени.
[0029] В этом описании «газ» относится к одному состоянию вещества. В этом состоянии ни форма, ни объем не являются постоянными, вещество свободно течет, а объем легко изменяется посредством увеличения или уменьшения давления. Газ представляет собой состояние вещества перед превращением в пузырьки, описанные ниже. «Пузырьки» относятся к сферическому веществу, содержащемуся в жидкости, и представляют собой вещество, имеющее объем, меньший, чем объем газа, описанного выше. «Нанопузырьки» относятся к мелким (крошечным) пузырькам с чрезвычайно малым диаметром сферы.
[0030] «Нанопузырьки» обычно относятся к пузырькам, имеющим диаметр менее 1 мкм. Нанопузырьки поддерживаются в состоянии, содержащимися в жидкости в течение длительного периода времени (около нескольких месяцев). В этом отношении, нанопузырьками являются пузырьки, имеющие диаметр от 1 мкм до 1 мм включительно, и отличаются от микропузырьков, которые исчезают из жидкости через некоторое время.
[0031] Генератор 100 нанопузырьков согласно настоящему изобретению, как иллюстрировано на фиг.3, содержит часть 120 ввода газа, насос 130, сопло 1, генерирующее нанопузырьки, резервуар-хранилище 150 жидкости, и обратный путь 160. Часть 120 ввода газа представляет собой компонент для ввода газа в часть 170 циркуляции для обеспечения протекания жидкости через нее. Насос 130 выводит текучую среду из газа и жидкости, которая течет из внутреннего пространства части 170 циркуляции. Сопло 1, генерирующее нанопузырьки, вводит смешанную текучую среду, подаваемую насосом 130, и получает смешанную текучую среду, содержащую нанопузырьки. Резервуар-хранилище 150 для жидкости хранит смешанную текучую среду, содержащую нанопузырьки. Затем, обратный путь 160 возвращает смешанную текучую среду, хранящуюся в резервуаре-хранилище 150 для жидкости, в часть 170 циркуляции. Сопло 1, генерирующее нанопузырьки, используемое в генераторе 100 нанопузырьков, является соплом, иллюстрированным на фиг.1, описанным выше.
[0032] Согласно соплу 1, генерирующему нанопузырьки, по настоящему изобретению, возможно, сконфигурировать сопло, генерирующее нанопузырьки, использующее одно сопло, без необходимости соединения множества сопел последовательно, как в предшествующем уровне техники. Таким образом, сопло, генерирующее нанопузырьки, может быть выполнено компактным. Дополнительно, генератор 100 нанопузырьков сконфигурирован с использованием этого сопла, генерирующего нанопузырьки и, таким образом, структура генератора может быть упрощена.
Конкретные конфигурации сопла 1, генерирующего нанопузырьки, и генератора 100 нанопузырьков описаны ниже.
[0034] [Сопло, генерирующее нанопузырьки]
Фиг.1 иллюстрирует пример конфигурации сопла 1, генерирующего нанопузырьки. Сопло 1, генерирующее нанопузырьки, по примеру, иллюстрированному на фиг.1, главным образом, сконфигурировано тремя компонентами. В частности, сопло 1, генерирующее нанопузырьки, сконфигурировано компонентом 10 части ввода, компонентом промежуточной части 20, и компонентом 30 части выпускания струей. Компонент 10 части ввода содержит порт ввода для ввода смешанной текучей среды из жидкости и газа в его внутреннее пространство. Компонент 30 части выбрасывания струей содержит порт выпускания струей для выпускания струей смешанной текучей среды, содержащей нанопузырьки. Компонент промежуточной части 20 находится между этими двумя компонентами 10, 30.
[0035] Сопло 1, генерирующее нанопузырьки, получается путем объединения этих трех компонентов и, таким образом, множество путей 15, 28, 36 потока, имеющих различные площади сечения поперечных сечений, расположены в осевом направлении сопла 1, генерирующего нанопузырьки. Дополнительно, в каждом из путей 15, 28, 36 потока, пути 15, 28, 36 потока, смежные друг с другом в осевом направлении, соответственно, образованы в разных положениях сопла 1, генерирующего нанопузырьки, в радиальном направлении.
[0036] В частности, в сопле 1, генерирующем нанопузырьки, иллюстрированном на фиг.1, пути 15, 28, 36 потока разделены и расположены в трех разных местоположениях сопла 1, генерирующего нанопузырьки, в осевом направлении. Затем, первый путь 15 потока на стороне впуска образован в центре сопла 1, генерирующего нанопузырьки, в радиальном направлении, вторые пути 28 потока промежуточного положения образованы на внешней стороне от центра сопла 1, генерирующего нанопузырьки, в радиальном направлении, и третий путь 36 потока на стороне выпуска образован в центре сопла 1, генерирующего нанопузырьки, в радиальном направлении. Дополнительно, площади сечения поперечных сечений этих путей 15, 28, 36 потока отличаются друг от друга.
[0037] Дополнительно, в сопле 1, генерирующем нанопузырьки, предусмотрена часть 70 образования турбулентного потока для превращения потока смешанной текучей среды из жидкости и газа в турбулентный поток, по меньшей мере, в одном месте между путями 15, 28, 36 потока.
[0038] <Компонент части ввода>
Компонент 10 части ввода представляет собой компонент, который составляет сторону впуска сопла 1, генерирующего нанопузырьки. Компонент 10 части ввода содержит порт ввода для ввода смешанной текучей среды из жидкости и газа в его внутреннее пространство. Компонент 10 части ввода сконфигурирован частью 12 основного корпуса, и частью 11 ввода, выступающей от торцевой поверхности части 12 основного корпуса. Часть 12 основного корпуса имеет внешнюю форму, полученную путем укладки двух столбчатых областей, имеющих разные диаметры в осевом направлении. Область 13 малого диаметра составляет сторону впуска, а область 14 большого диаметра составляет сторону выпуска. Внутри части 12 основного корпуса образованы первый путь 15 потока и область, имеющая коническую внутреннюю поверхность (конический участок 16), составляющие часть части 70 образования турбулентного потока. Дополнительно, прямолинейный участок 17 образован в участке на стороне выпуска от области 14 большого диаметра. Этот прямой участок 17 представляет собой область для установки компонента 20 промежуточной части во внутреннюю сторону области 14 большого диаметра. Диаметр части 11 ввода образован еще меньшим, чем область 13 малого диаметра, а часть 11 ввода выступает из торцевой поверхности области 13 малого диаметра по направлению к внешней стороне.
[0039] (Часть ввода)
Часть 11 ввода представляет собой область для ввода смешанной текучей среды из жидкости и газа, выводимой насосом 130 во внутреннее пространство сопла 1, генерирующего нанопузырьки. Часть 11 ввода имеет цилиндрическую форму и выступает из торцевой поверхности области 13 малого диаметра в осевом направлении сопла 1, генерирующего нанопузырьки. Внутри части 11 ввода образован проход 11a части 11 ввода и вводит смешанную текучую среду во внутреннее пространство. Труба или шланг 140, соединенный с насосом 130, соединен с этой частью 11 ввода.
[0040] (Область малого диаметра)
Первый путь 15 потока образован внутри области 13 малого диаметра. Первый путь 15 потока продолжается в осевом направлении в центре области 13 малого диаметра в радиальном направлении. Внутренний диаметр первого пути 15 потока меньше, чем внутренний диаметр прохода 11а ввода. Внутренний диаметр пути 15 потока, предпочтительно, составляет от 5 до 10 мм включительно. В сопле 1, генерирующем нанопузырьки, по примеру, иллюстрированному на фиг.1, внутренний диаметр первого пути 15 потока образован до 5 мм.
[0041] Первый путь 15 потока имеет функцию превращения газа в небольшие пузырьки (нанопузырьки) и создания жидкости, содержащей нанопузырьки, посредством пропускания смешанной текучей среды из жидкости и газа через его внутреннее пространство. То есть первый путь 15 потока, когда смешанная текучая среда проходит через первый путь 15 для потока, создает давление в газе, содержащемся в смешанной текучей среде, растворяя газ в жидкости и, как только смешанная текучая среда проходит через первый путь потока и выводится из первого пути потока, выпускается смешанная текучая среда. Первый путь 15 потока превращает газ, содержащийся в смешанной текучей среде, в нанопузырьки, которые являются крошечными пузырьками, посредством этого действия.
[0042] (Область большого диаметра)
Область 14 большого диаметра образована с вогнутой частью, углубленной от торцевой поверхности на стороне компонента 20 промежуточной части (стороне выпуска) компонента 10 части ввода к части 11 ввода. Внутренняя поверхность вогнутой части выполнена посредством прямолинейного участка 17 и конического участка 16. Прямолинейный участок 17 образован параллельно осевому направлению и продолжается прямолинейно. Конический участок 16 имеет коническую форму, которая суживается от стороны компонента 20 промежуточной части (стороны выпуска) к стороне первого пути 15 потока (стороне впуска).
[0043] Прямолинейный участок 17 образован в области, занимающей сторону компонента 20 промежуточной части (сторону выпуска) вогнутой части. Этот прямолинейный участок 17 является областью, установленной в компоненте 20 промежуточной части, когда объединены три компонента.
[0044] Конический участок 16 образован во внутренней секции вогнутой части, то есть на стороне первого пути 15 потока (стороне впуска). Конический участок 16, как описано выше, образован в суживающуюся форму от стороны компонента 20 промежуточной части (стороны выпуска) к стороне первого пути 15 потока (стороне впуска). Другими словами, конический участок 16 имеет форму, которая постепенно расширяется к внешней стороне в радиальном направлении от стороны первого пути 15 потока (стороны впуска) к стороне выпуска. Затем, конический участок 16 соединен с первым путем 15 потока в самом внутреннем положении конического участка 16, то есть в участке, наиболее близком к первому пути 15 потока. Таким образом, конический участок 16 сконфигурирован так, чтобы смешанная текучая среда вытекала из первого пути 15 потока, чтобы течь по направлению к центру или внешней стороне в радиальном направлении.
[0045] <Компонент промежуточной части>
Компонент 20 промежуточной части представляет собой компонент, имеющий форму диска или, по существу, форму диска в целом. Компонент 20 промежуточной части находится между компонентом 10 части ввода, описанным выше, и компонентом 30 части выпускания струей, описываемом ниже. Выступающие части 21, 29, имеющие конические формы на обеих поверхностях в направлении толщины, соответственно образованы в центральной части компонента 20 промежуточной части в радиальном направлении. Первая выступающая часть 21, имеющая коническую форму и образованная на стороне компонента 10 части ввода (стороне впуска), составляет часть части 70 образования турбулентного потока. Напротив, вторая выступающая часть 29, имеющая коническую форму и образованная на стороне компонента 30 части выпускания струей (стороне выпуска), имеет функцию направляющего прохода для направления смешанной текучей среды к третьему пути 36 потока.
[0046] С другой стороны, кольцеобразная выступающая часть 22, выступающая в направлении стороны компонента 10 части ввода (стороне впуска), образована в области на внешней стороне в радиальном направлении. Эта кольцеобразная выступающая часть 22 образована по всей окружности компонента 20 промежуточной части, имеющей форму кольца. Второй путь 28 потока образован на кольцеобразной выступающей части 22.
[0047] (Первая выступающая часть)
Первая выступающая часть 21 составляет часть части 70 образования турбулентного потока. Первая выступающая часть 21 образована конической формы, а положение ее оконечной части соответствует центру первого пути 15 потока. Первая выступающая часть 21 заставляет смешанную текучую среду течь от первого пути 15 потока к радиальному потоку от центра к внешней стороне в радиальном направлении. То есть, первая выступающая часть 21 имеет функцию, чтобы заставить смешанную текучую среду, которая вытекает из первого пути 15 потока, течь в направлении, в котором расположены два пути 28 потока.
[0048] (Второй путь потока)
Вторые пути 28 потока образованы в положении кольцеобразной выступающей части 22, как описано выше. Множество вторых путей 28 потока образованы в положении кольцеобразной выступающей части 22 на равном интервале в направлении вдоль окружности.
[0049] Внутренние диаметры вторых путей 28 потока, соответственно, образованы меньшими, чем внутренний диаметр первого пути 15 потока. Дополнительно, вторые пути 28 потока образованы так, что общие площади сечения поперечных сечений множества вторых путей 28 потока меньше площади сечения поперечного сечения первого пути 15 потока. Следует отметить, что внутренние диаметры вторых путей 28 потока установлены согласно количеству вторых путей 28 потока. То есть внутренние диаметры вторых путей 28 потока образованы меньшими, когда образуется большее количество вторых путей 28 потока, и внутренние диаметры вторых путей 28 потока образованы большими, когда образуется меньшее количество вторых путей 28 потока. Например, когда вторые пути 28 потока образованы от четырех до 16 положений в направлении вдоль окружности, внутренние диаметры, предпочтительно, образуются от 1 до 2 мм включительно. В сопле 1, генерирующем нанопузырьки, по примеру, иллюстрированному на фиг.1, вторые пути 28 потока, каждый имеющий внутренний диаметр 1 мм, предусмотрены в 16 местах в направлении вдоль окружности.
[0050] Когда вторые пути 28 потока образуются на кольцеобразной выступающей части 22, как иллюстрировано на фиг.1, впуски вторых путей 28 потока расположены со стороны компонента 10 части ввода (стороне впуска) в торцевой поверхности 23. Таким образом, смешанная текучая среда вытекает из первого пути 15 потока и радиально распространяется первой выступающей частью 21. Затем, смешанная текучая среда сталкивается с внутренней стенкой кольцеобразной выступающей части 22 и временно течет обратно к стороне впуска. В это время смешанная текучая среда становится турбулентным потоком. Затем, смешанная текучая среда, которая становится турбулентным потоком, течет от впусков вторых путей 28 потока, расположенных со стороны компонента 10 части ввода (стороне впуска) в торцевой поверхности 23 во внутреннее пространство вторых путей 28 потока.
[0051] Вторые пути 28 потока имеют функцию превращения газовых пузырьков и пузырьков большого диаметра, содержащихся в смешанной текучей среде, протекающей через их внутреннее пространство, в еще более мелкие пузырьки. То есть, пузырьки большого диаметра, образованные первым путем 15 потока, и газ, не превращенный в пузырьки, дополнительно повышаются в давлении и растворяются в жидкости при прохождении через вторые пути 28 потока. Дополнительно, жидкость, в которой растворен газ, вытекает из вторых путей 28 потока после прохождения через вторые пути 28 потока и высвобождается, изменяя жидкость на пузырьки малого диаметра.
[0052] (Вторая выступающая часть)
Вторая выступающая часть 29 образована в конической форме, которая суживается к компоненту 30 части выпускания струи. Эта вторая выступающая часть 29 имеет функцию циркуляционного пути для направления смешанной текучей среды, которая вытекает из вторых путей 28 потока, в третий путь 36 потока.
[0053] (Внешняя периферийная часть)
Компонент 20 промежуточной части образован с фланцевым участком 27, выступающим в направлении внешней стороны на его внешней периферии, в центре в осевом направлении. Затем, уплотнительная канавка 24 образована по всей окружности внешней периферии, на участках с обеих сторон многослойного фланцевого участка 27. О-образное кольцо 50 установлено в эту уплотнительную канавку 24.
[0054] <Компонент части выпускания струи>
Компонент 30 части выпускания струи представляет собой компонент для выпускания струи смешанной текучей среды, содержащей нанопузырьки из сопла 1, генерирующего нанопузырьки к внешней стороне. Компонент 30 части выпускания струей содержит порт выпускания струей для выпускания струи смешанной текучей среды, содержащей нанопузырьки. Компонент 30 части выпускания струи содержит часть 31 основного корпуса и фланцевую часть 32. Дополнительно, компонент 30 выпускания струей содержит третий путь 36 потока.
[0055] (Часть основного корпуса)
Часть 31 основного корпуса представляет собой область, имеющую столбчатую или, по существу, столбчатую внешнюю форму. Эта часть 31 основного корпуса имеет вогнутую часть, углубленную с одной торцевой стороны в направлении другой торцевой стороны в осевом направлении. Вогнутая часть содержит область (прямолинейный участок 33) для установки компонента 30 выпускания струей в компонент 20 промежуточной части, и область (конический участок 34) для образования циркуляционного пути, через который протекает смешанная текучая среда, содержащая нанопузырьки.
[0056] Конкретно, вогнутая часть сконфигурирована прямолинейным участком 33 и коническим участком 34. Прямолинейный участок 33 продолжается прямолинейно от торцевой части на одной торцевой стороне к другой торцевой стороне. Конический участок 34 имеет форму, которая суживается от положения на самой внутренней стороне прямолинейного участка 33 к другой торцевой стороне. Прямолинейный участок 33 представляет собой область для установки компонента 30 части выпускания струей в компонент 20 промежуточной части, а конический участок 34 представляет собой область для образования пути потока, через который протекает жидкость.
[0057] Дополнительно, третий путь 36 потока, образованный в центральной части в радиальном направлении, предусмотрен в области на стороне выпуска вогнутой части. Третий путь 36 потока сообщается с самым внутренним положением конического участка 34, образуя вогнутую часть, и торцевую поверхность 37 самого компонента 30 части выпускания струей.
[0058] Внутренний диаметр третьего пути 36 потока образован от 3 до 10 мм включительно. Нижняя граница внутреннего диаметра третьего пути 36 потока является особенно важной. Когда внутренний диаметр образуется меньше 3 мм, давление жидкости необоснованно возрастает, возможно, препятствуя генерации нанопузырьков. Таким образом, внутренний диаметр третьего пути 36 потока, предпочтительно, составляет 3 мм или более.
[0059] Здесь описано соотношение площадей сечения первого пути потока, второго пути потока и третьего пути потока. В этом сопле, генерирующем нанопузырьки, площади сечения путей потока образуются с соотношением (площадь сечения первого пути потока):(площадь сечения второго пути потока):(площадь сечения третьего пути потока)=около 3:2:1. С площадью сечения, образованной этим соотношением, возможно, генерировать нанопузырьки очень эффективно.
[0060] (Фланцевая часть)
Фланцевая часть 32 выступает из части 31 основного корпуса к внешней стороне в радиальном направлении на одной торцевой стороне части 12 основного корпуса. Эта фланцевая часть 32 представляет собой область, используемую, когда компонент 10 части ввода, компонент 20 промежуточной части и компонент 30 части выпускания струей, служащие в качестве трех компонентов, объединяются. Конкретно, три компонента объединяются с использованием болтов 60. Во фланцевой части 32 образованы множество отверстий, и три компонента объединяются путем пропускания болтов 60 через эти отверстия.
[0061] (Держатель)
Сопло 1, генерирующее нанопузырьки, в примере, иллюстрированном на фиг.1, дополнительно содержит держатель 40 в дополнение к компоненту 10 части ввода, компоненту 20 промежуточной части, и компоненту 30 части выпускания струей, описанных выше. Этот держатель 40 является элементом, используемым при объединении трех компонентов.
[0062] Держатель 40 имеет кольцевую форму, и отверстия образованы во множестве мест в направлении вдоль окружности. Количество отверстий совпадает с количеством отверстий, образованных во фланцевой части 32 компонента 30 части выбрасывания струей. Болты 60 проходят через эти отверстия.
[0063] <Узел трех компонентов>
Как описано выше, сопло 1, генерирующее нанопузырьки, сконфигурировано компонентом 10 части ввода, компонентом промежуточной части 20, компонентом 30 части выбрасывания струей и держателем 40. Сопло 1, генерирующее нанопузырьки, собирается следующим образом.
[0064] Во-первых, прямолинейный участок 17 компонента 10 части ввода устанавливается в область 25 внешней периферийной поверхности стороны впуска, образованной на внешней окружной поверхности компонента 20 промежуточной части, на стороне впуска фланцевого участка 27. Дополнительно, прямолинейный участок 33 компонента 30 части выбрасывания струей устанавливается в область 26 внешней периферийной поверхности стороны выпуска, образованной на внешней окружной поверхности компонента 20 промежуточной части, на стороне выпуска фланцевого участка.
[0065] Уплотнительная канавка 24 образована на внешней периферийной поверхности компонента 20 промежуточной части, и О-образное кольцо 50 установлено в этой уплотнительной канавке 24. Таким образом, когда прямолинейный участок 17 компонента 10 части ввода и прямолинейный участок 33 компонента 30 части выпускания струей, соответственно, установлены в области 25, 26 внешней окружной поверхности компонента 20 промежуточной части, сопрягаемые поверхности компонента 20 промежуточной части и компонента 10 части ввода, и сопрягаемые поверхности компонента 20 промежуточной части и компонента 30 части выпускания струей уплотняются О-образными кольцами 50. В результате, когда жидкость течет во внутреннее пространство сопла 1, генерирующего нанопузырьки, утечка из соответствующих сопрягаемых поверхностей жидкости из внутреннего пространства предотвращается.
[0066] Затем, держатель 40 устанавливается в область 13 малого диаметра компонента 10 части ввода. Поверхность установленного держателя 40 на стороне выпуска примыкает к торцевой поверхности столбчатой области 13 малого диаметра.
[0067] Затем, болты 60 проходят через отверстия, образованные в держателе 40, и отверстия, образованные во фланцевой части 32 компонента 30 части выпускания струей. Внутренние резьбы образованы в отверстиях, образованных во фланцевой части 32, а концы концов болтов 60 затягиваются в эти внутренние резьбы.
Таким образом, сопло 1, генерирующее нанопузырьки, собирается посредством этапов, описанных выше.
[0069] <Действие сопла, генерирующего нанопузырьки>
Далее, действие сопла 1, генерирующего нанопузырьки, описывается со ссылкой к фиг.2.
[0070] Часть 11 ввода вводит смешанную текучую среду из жидкости и газа во внутреннее пространство сопла 1, генерирующего нанопузырьки. Конкретно, часть 11 ввода позволяет смешанной текучей среде, подаваемой из шланга или трубы, соединенной с ней, проходить через проход 11а ввода части 11 ввода, и вводить смешанную текучую среду в первый путь 15 потока.
[0071] Первый путь 15 потока создает давление в газе, содержащемся в смешанной текучей среде, которая течет во внутреннее пространство, для растворения газа в жидкости, и выпускает смешанную текучую среду, которая вытекает из первого пути 15 потока. Таким образом, в первом пути 15 потока газ, который втекает в его внутреннее пространство, превращается в маленькие пузырьки. Затем, в первом пути 15 потока, смешанная текучая среда, содержащая небольшие пузырьки, вытекает в часть 70 образования турбулентного потока.
[0072] Часть 70 образования турбулентного потока радиально диффундирует смешанную текучую среду, которая течет в ней, от центра к внешней стороне в радиальном направлении, посредством первой выступающей части 21. Конкретно, первая выступающая часть 21, имеющая коническую форму, заставляет смешанную текучую среду, которая течет в нее со стороны оконечной части, протекать вдоль периферийной поверхности и изменять направление потока от центральной стороны к внешней стороне в радиальном направлении. Первая выступающая часть 21 позволяет смешанной текучей среде протекать вдоль периферийной поверхности, чтобы течь дальше к внешней стороне.
[0073] Впуски вторых путей 28 потока, образованных на кольцеобразной выступающей части 22, образованы на стороне компонента 10 части ввода (стороне впуска) в торцевой поверхности 23 компонента 20 промежуточной части. Таким образом, смешанной текучей среде, которая протекает через торцевую поверхность 23 компонента 20 промежуточной части, запрещается непосредственно протекать во второй путь 28 потока. В результате, поверхность внутренней стенки кольцеобразной выступающей части 22 заставляет смешанную текучую среду, которая течет вдоль периферийной поверхности первой выступающей части 21 и периферийной поверхности торцевой поверхности 23 сталкиваться, изменяя направление потока жидкости к стороне первого пути 15 потока. Затем, участок пространства, окруженного коническим участком 16 компонента 10 части ввода и компонентом 20 промежуточной части, нарушает поток смешанной текучей среды и создает турбулентный поток. Это часть 70 образования турбулентного потока превращает поток смешанной текучей среды, содержащей пузырьки, в турбулентный поток и, таким образом, приводит к тому, что сдвиговое усилие действует на газ и пузырьки большого диаметра, содержащиеся в смешанной текучей среде. Поэтому, даже в этой части 70 образования турбулентного потока, генерируются пузырьки малого диаметра.
[0074] Вторые пути 28 потока, образованные на кольцеобразной выступающей части 22, заставляют смешанную текучую среду, которая становится турбулентным потоком в участке пространства, окруженного коническим участком 16 компонента 10 части ввода и компонентом 20 промежуточной части, к протеканию в них. Смешанная текучая среда, которая течет во вторых путях 28 потока, проходит через вторые пути 28 потока и вытекает на сторону компонента 30 части выпускания струей (сторону выпуска). В то время как смешанная текучая среда, содержащая газ и пузырьки большого диаметра, протекает через внутреннее пространство вторых путей 28 потока, вторые пути 28 потока создают давление и растворяют газ и пузырьки большого диаметра в жидкости. Более того, вторые пути 28 потока образованы так, что каждый внутренний диаметр является меньше, чем внутренний диаметр первого пути 15 потока, и общие площади сечения поперечных сечений вторых путей 28 потока являются меньше, чем площадь сечения поперечного сечения первого пути 15 потока. Жидкость, в которой растворен газ, вытекает и выпускается после прохождения через вторые пути 28 потока, имеющие такие небольшие площади сечения, и, таким образом, генерируются пузырьки, имеющие меньшие диаметры, чем в первом пути потока.
[0075] Участок пространства, образованный коническим участком 34 компонента 30 части выпускания струей и компонентом 20 промежуточной части, функционирует как путь потока для направления смешанной текучей среды, которая вытекает из вторых путей 28 потока в третий путь 36 потока. То есть, смешанная текучая среда, которая вытекает из вторых путей 28 потока, протекает вдоль пути потока, образованного периферийной поверхностью второй выступающей части компонента 20 промежуточной части, и внутренней поверхностью конического участка 34 компонента 30 части выпускания струей, и направляется к впуску третьего пути 36 потока, расположенного в центре в радиальном направлении.
[0076] Третий путь 36 потока функционирует как часть 35 выпускания струей, которая позволяет смешанной текучей среде, содержащей газ и пузырьки большого диаметра проходить через нее и выпускает струей смешанную текучую среду во внешнюю область сопла 1, генерирующего нанопузырьки. Этот третий путь 36 потока, аналогичный первому и второму путям 15, 28 потока, создает давление газа и пузырьки большого диаметра, растворяя газ и пузырьки в жидкости. Газ и пузырьки, пройдя через третий путь потока, выпускаются струей из сопла 1, генерирующего нанопузырьки, и высвобождаются. Таким образом, третий путь 36 потока генерирует нанопузырьки, которые являются пузырьками крошечного диаметра. Более того, площадь сечения поперечного сечения этого третьего пути 36 потока меньше, чем общая площадь сечения поперечных секций вторых путей 28 потока. Следовательно, третий путь 36 потока соответствующим образом создает избыточное давление смешанной текучей среды, проходящей через его внутреннее пространство, увеличивая давление проходящей смешанной текучей среды. В результате, газ и пузырьки большого диаметра, содержащиеся в смешанной текучей среде, соответственно, находятся под давлением и растворяются в жидкости. Дополнительно, третий путь 36 потока увеличивает давление смешанной текучей среды и, таким образом, придает умеренную скорость потоку смешанной текучей среды, выпуская струей смешанную текучую среду из сопла 1, генерирующего нанопузырьки, с заданной скоростью потока.
[0077] В этом сопле, генерирующем нанопузырьки, первый путь потока и второй путь потока образованы в разных положениях сопла, генерирующего нанопузырьки, в радиальном направлении. Аналогичным образом, вторые пути потока и третий путь потока расположены в разном положении в радиальном направлении. Таким образом, когда положения, в которых образованы пути потока, смещены в радиальном направлении, пути потока соединяются во внутреннем пространстве сопла, генерирующего нанопузырьки. Следовательно, газ и пузырьки большого диаметра, содержащиеся в жидкости, находятся под давлением в каждом из путей потока и растворяются в жидкости. Дополнительно, жидкость вытекает и освобождается после прохождения через пути потока, надежно образуя нанопузырьки в каждом из путей потока.
[0078] Когда пути потока образованы в разных положениях в радиальном направлении, как в сопле, генерирующем нанопузырьки, настоящего варианта осуществления, размеры в осевом направлении могут быть сокращены по сравнению с тем, когда пути потока образованы в одинаковых положениях в радиальном направлении. В результате, получается преимущество, заключающееся в том, что сопло 1, генерирующее нанопузырьки, может быть компактно образовано. В этом случае, как в сопле, генерирующем нанопузырьки, по настоящему варианту осуществления, внутренние диаметры первого пути потока, расположенного на стороне впуска, и третьего пути потока, расположенного на стороне выпуска, выполнены больше, чем внутренние диаметры вторых путей потока расположенных в промежуточной части. Затем первый путь потока и третий путь потока сконфигурированы одним отверстием, а вторые пути потока сконфигурированы множеством отверстий.
Сопло 1, генерирующее нанопузырьки создает давление текучей среды из жидкости и газа, а затем выпускает струей и освобождает смешанную текучую среду посредством описанного выше действия, тем самым, надежно генерируя нанопузырьки.
[0080] (Генератор нанопузырьков)
Генератор 100 нанопузырьков, как иллюстрировано на фиг.3, содержит замкнутый петлевой контур, в котором циркулирует смешанная текучая среда, содержащая нанопузырьки газа. Замкнутый петлевой контур содержит часть 120 ввода газа, насос 130, сопло 1, генерирующее нанопузырьки, резервуар-хранилище 150 для жидкости и обратный путь 160. Часть 120 ввода газа представляет собой компонент для ввода газа в часть 170 циркуляции, через которую протекает жидкость. Насос 130 выводит смешанную текучую среду из газа и жидкости к последующему соплу 1, генерирующему нанопузырьки. Сопло 1, генерирующее нанопузырьки, вводит смешанную текучую среду, выводимую насосом 130, и генерирует смешанную текучую среду, содержащую нанопузырьки из газа. Резервуар-хранилище 150 для жидкости представляет собой компонент для хранения смешанной текучей среды, содержащей нанопузырьки. Обратный путь 160 возвращает смешанную текучую среду, хранящуюся в резервуаре-хранилище 150 для жидкости, в часть 170 циркуляции, описанную выше.
[0081] Сопло 1, генерирующее нанопузырьки, используемое здесь, является соплом, генерирующим нанопузырьки согласно настоящему изобретению, описанному выше. Конфигурация сопла 1, генерирующего нанопузырьки, уже описана, и поэтому ее описание здесь опущено.
[0082] Дополнительно, генератор 100 нанопузырьков, как иллюстрировано на фиг.3, ответвляется от шланга или трубы 140 и содержит байпасный канал 180 потока, соединенный с резервуаром-хранилищем 150 для жидкости.
[0083] Каждая конфигурация генератора 100 нанопузырьков описывается ниже. Следует отметить, что участок между обратным путем 160 и насосом 130 в замкнутом петлевом контуре упоминается как «часть 170 циркуляции» в описании.
[0084] (Часть ввода газа)
Часть 120 ввода газа представляет собой компонент для ввода газа в часть 170 циркуляции замкнутого петлевого контура. В примере генератора 100 нанопузырьков, иллюстрированного на фиг.3, часть 120 ввода газа предусмотрена в положении части 170 циркуляции между обратным путем 160 и насосом 130.
[0085] Используемая часть 120 ввода газа представляет собой, например, эжектор. Эжектор представляет собой компонент, снабженный основной линией, через которую протекает жидкость, и всасывающим портом, который всасывает газ. Основная линия эжектора снабжена соплом и диффузором. Эжектор смешивает газ в жидкость в основной линии в месте выхода сопла. Затем, эжектор структурирован для подачи смешанной жидкости и газа к стороне выпуска диффузором.
[0086] Следует отметить, что сопло эжектора представляет собой компонент, который уменьшает и увеличивает кинетическую энергию текучей среды, а диффузор является компонентом, который преобразует кинетическую энергию текучей среды в энергию давления.
[0087] Шланг или труба 125 соединена с всасывающим портом. Этот шланг или труба 125 соединен для подачи газа в эжектор. Дополнительно, шланг или труба 125 снабжена переключающим клапаном 126 на его оконечной части. Этот переключающий клапан 126 соединяет и отсоединяет источник подачи газа и шланг или трубу 125. Следует отметить, что используемый источник подачи газа, хотя и не особо иллюстрируемый, является, предпочтительно, баллоном для сжатого газа, например, кислородным баллоном.
[0088] В генераторе 100 нанопузырьков по этому варианту осуществления, когда эжектор используется в качестве части 120 ввода газа, газ может быть эффективно смешан в смешанную текучую среду без изменения давления смешанной текучей среды, протекающей через часть 170 циркуляции, до или после эжектора части 170 циркуляции.
[0089] (Насос)
Насос 130 циркулирует смешанную текучую среду замкнутого петлевого контура в этом замкнутом петлевом контуре. В генераторе 100 нанопузырьков по примеру, иллюстрированному на фиг.3, в качестве насоса используется центробежный насос 130. Этот центробежный насос 130 приводится в действие двигателем 131, служащим источником питания. Следует отметить, что хотя центробежный насос используется в качестве насоса в примере, иллюстрированном на фиг.3, тип используемого насоса 130 особо не ограничен. Один отличительный признак генератора 100 нанопузырьков согласно этому варианту осуществления заключается в том, что тип используемого насоса 130 не ограничен. Однако, предпочтительно, используемый насос 130 является подходящим насосом в соответствии с типом жидкости и типом газа.
[0090] (Сопло, генерирующее нанопузырьки)
В сопле 1, генерируемом нанопузырьки, используется, например, сопло по варианту осуществления, иллюстрированному на фиг.1. То есть, сопло содержит структурную часть 5, генерирующую нанопузырьки, описанную выше во внутреннем пространстве сопла. Эта структурная часть 5, генерирующая нанопузырьки, содержит множество путей 15, 28, 36 потока, имеющих различные площади сечения, через которые проходит смешанная текучая среда. Конкретно, структурная часть 5, генерирующая нанопузырьки, содержит множество путей 15, 28, 36 потока, имеющих различные площади сечения в осевом направлении сопла 1, генерирующего нанопузырьки. Следует отметить, что детали сопла 1, генерирующего нанопузырьки, уже описаны со ссылкой к фиг.1 и фиг.2, и поэтому их описания здесь опущены.
[0091] (Резервуар-хранилище для жидкости)
Резервуар-хранилище 150 для жидкости представляет собой компонент для хранения смешанной текучей среды, содержащей нанопузырьки, генерированные соплом 1, генерирующим нанопузырьки. Используемый резервуар-хранилище 150 для жидкости представляет собой резервуар размера, соответствующего требуемому количеству смешанной текучей среды, содержащей нанопузырьки. Насос 130 и резервуар-хранилище 150 для жидкости, описанные выше, соединены трубой или шлангом 140. В результате, конфигурируется часть замкнутого петлевого контура.
[0092] (Способ крепления сопла, генерирующего нанопузырьки)
Фиг.4 иллюстрирует пример способа крепления сопла 1, генерирующего нанопузырьки. В способе крепления, иллюстрированном на фиг.4, сопло 1, генерирующее нанопузырьки, расположено внутри резервуара-хранилища 150 для жидкости и закреплено на поверхности периферийной стенки резервуара-хранилища 150 для жидкости.
Конкретно, сопло 1, генерирующее нанопузырьки, прикреплено к поверхности периферийной стенки резервуара-хранилища 150 для жидкости следующим образом. Часть 11 ввода проходит через отверстие, образованное на поверхности периферийной стенки резервуара-хранилища 150 для жидкости. В это время, третий путь потока (не иллюстрирован), образованный в компоненте 30 части выпускания струей, направлен во внутреннее пространство резервуара-хранилища 150 для жидкости. Затем, торцевая поверхность держателя 40 и торцевая поверхность области 13 малого диаметра примыкают к внутренней поверхности, поверхности периферийной стенки резервуара-хранилища 150 для жидкости.
[0094] Дополнительно, держатель 45, имеющий кольцевую форму, расположен на внешней стороне поверхности периферийной стенки резервуара-хранилища 150 для жидкости. Часть 11 ввода сопла 1, генерирующего нанопузырьки, вставляется в участок пространства, образованный в центре держателя 45. Затем, один конец держателя 45 в направлении толщины примыкает к внешней поверхности, поверхности периферийной стенки резервуара-хранилища 150 для жидкости. В этом держателе 45 образовано множество отверстий, проходящих через его направление толщины, и держатель 45 сконфигурирован таким образом, что болты проходят через него.
[0095] Болты 60 проходят через отверстия держателя 45, расположенные на внешней стороне поверхности периферийной стенки, отверстия держателя 40, расположенные на внутренней стороне поверхности периферийной стенки, и отверстия фланцевой части 32. Затем гайки 61 затягиваются на концах болтов 60, и поверхность периферийной стенки зажимается держателем 40 и соплом 1, генерирующим нанопузырьки, тем самым фиксируя сопло 1, генерирующее нанопузырьки, на поверхности периферийной стенки резервуара-хранилища 150 для жидкости.
[0096] (Обратный путь)
Обратный путь 160 выполнен трубопроводом. Обратный путь 160 представляет собой часть схемы замкнутого петлевого контура. Конкретно, обратный путь 160 соединяет резервуар-хранилище 150 для жидкости и часть 170 циркуляции. Этот обратный путь 160 возвращает смешанную текучую среду, содержащую нанопузырьки и хранящуюся в резервуаре-хранилище 150 для жидкости в часть 170 циркуляции снова. Дополнительно, обратный путь 160 снова вводит газ эжектором, предусмотренным в части 170 циркуляции.
[0097] Генератор 100 нанопузырьков по этому варианту осуществления циркулирует жидкость, содержащую нанопузырьки, тем самым, увеличивая отношение, занимаемое нанопузырьками, содержащимися в жидкости.
[0098] (Байпасный путь потока)
Байпасный путь 180 потока сообщает средний участок трубы или шланг 140 в продольном направлении и резервуар-хранилище 150 для жидкости. Конкретно, клапан 145 для разветвления потока смешанной текучей среды, протекающей через внутреннее пространство трубы или шланга 140, предусмотрен в среднем участке трубы или шланга 140 в продольном направлении. Этот клапан 145 разветвляет трубу или шланг 140 на основной путь 141 потока и байпасный путь 180 потока.
[0099] Клапан 145 регулирует скорость потока так, что скорость потока жидкости, ответвленной к байпасному пути 180 потока, меньше скорости потока смешанной текучей среды, протекающей по основному пути 141 потока. Байпасный путь 180 потока, ответвленный клапаном 145, непосредственно направляет нанопузырьки, проходящие через замкнутый петлевой контур, из трубы или шланга 140 в резервуар-хранилище 150 для жидкости.
[0100] Этот генератор 100 нанопузырьков циркулирует жидкость, содержащую нанопузырьки в замкнутом петлевом контуре, что заставляет жидкость содержать большое количество нанопузырьков. Дополнительно, генератор 100 нанопузырьков, снабженный байпасным путем 180 потока, удерживает давление в замкнутом петлевом контуре от излишнего повышения. В результате газ не растворяется в жидкости, а нанопузырьки соответственно генерируются.
[0101] В сопле, генерирующем нанопузырьки и генераторе нанопузырьков, описанном выше, примеры используемой жидкости включают воду, жидкость, содержащую жидкость, отличную от воды в воде, и жидкость, отличную от воды. Примеры жидкости, подлежащей содержанию в воде, включают в себя нелетучую жидкость, такую как этиловый спирт. Дополнительно, примеры жидкости, отличной от воды, включают этиловый спирт. С другой стороны, примеры газа включают воздух, азот, озон, кислород и диоксид углерода.
[0102] [Испытание на соответствие техническим условиям]
Нанопузырьки генерировались генератором нанопузырьков, используя сопло 1, генерирующее нанопузырьки согласно настоящему варианту осуществления, а затем количество сгенерированных нанопузырьков было измерено для каждого диаметра нанопузырька.
[0103] Испытание на соответствие техническим условиям выполнялось с использованием генератора в двух вариантах осуществления: генерирования нанопузырьков с использованием генератора 100 нанопузырьков (генератора по первому варианту осуществления) без байпасного пути 180 потока, и генерирования нанопузырьков с использованием генератора 100 нанопузырьков с байпасным путем 180 потока (генератора по второму варианту осуществления). Конкретно, в генераторе 100 нанопузырьков по первому варианту осуществления, нанопузырьки были генерированы с использованием кислорода в качестве газа и воды в качестве жидкости. С другой стороны, в генераторе 100 нанопузырьков по второму варианту осуществления, нанопузырьки были генерированы с использованием озона в качестве газа и воды в качестве жидкости. Сопло 1, генерирующее нанопузырьки, используемое в испытании, является соплом, иллюстрированным на фиг.1. Используемый генератор 100 нанопузырьков представляет собой генератор, иллюстрированный на фиг.3. Нанопузырьки генерировались работающим генератором нанопузырьков в течение определенного периода времени, сначала циркулируя смешанную текучую среду с водой и кислородом, и во вторых циркулируя смешанную текучую среду из воды и озона.
[0104] Нанопузырьки были подтверждены путем измерения количества и размера пузырьков, содержащихся на миллилитр, посредством анализа отслеживания нано частиц с использованием измерительного прибора типа LM 10 фирмы Malvern Instruments Ltd.
[0105] Фиг.5 показывает результаты измерений, когда кислород используется в качестве газа, используя генератор 100 нанопузырьков без использования байпасного пути 180 потока. Фиг.6 показывает результаты измерений, когда озон используется в качестве газа, используя генератор 100 нанопузырьков с использованием байпасного пути 180 потока. На фиг.5 и фиг.6 горизонтальная ось указывает диаметр пузырьков, а вертикальная ось указывает количество нанопузырьков, содержащихся на миллилитр.
[0106] Когда нанопузырьки были сгенерированы с использованием кислорода в качестве газа без использования байпасного пути 180 потока, наибольшее количество нанопузырьков имело диаметр приблизительно 120 нм, как показано на фиг.5. Количество нанопузырьков, генерированных на миллилитр, может быть подтверждено примерно в 300 миллионов. С другой стороны, когда нанопузырьки были сгенерированы с использованием озона в качестве газа с использованием байпасного пути 180 потока, наибольшее количество нанопузырьков имело диаметр приблизительно 100 нм, как показано на фиг.6. Количество нанопузырьков, генерированных на миллилитр, может быть подтверждено примерно в 400 миллионов.
[0107] [Модифицированные примеры]
<Модифицированный Пример 1>
В сопле 1А, генерирующем нанопузырьки, по настоящему варианту осуществления, описанном со ссылкой к фиг.1 и фиг.2, первый путь 15 потока образован в центральном участке сопла в радиальном направлении. Напротив, в сопле 1А, генерирующем нанопузырьки, модифицированного примера 1, иллюстрированном на фиг.7, первый путь 15 потока образован в области на внешней стороне сопла 1А, генерирующего нанопузырьки в радиальном направлении. Общий вид сопла 1А, генерирующего нанопузырьки, модифицированного примера 1 описан со ссылкой к фиг.7. Следует отметить, что в сопле 1А, генерирующем нанопузырьки, модифицированного примера 1, иллюстрированном на фиг.7, описываются компоненты, соответствующие тем, которые содержатся в сопле 1, генерирующем нанопузырьки, иллюстрированном на фиг.1 и фиг.2, с использованием тех же ссылочных символов.
[0108] Сопло 1А, генерирующее нанопузырьки, модифицированного примера 1, аналогичное соплу 1, генерирующему нанопузырьки, согласно настоящему варианту осуществления, описанному со ссылкой к фиг.1 и фиг.2, сконфигурировано посредством объединения компонента 10 части ввода, компонента 20 промежуточной части, и компонента 30 части выпускания струей. Дополнительно, обеспечение части 70 образования турбулентного потока в участке пространства, образованного компонентом 10 части ввода и компонентом 20 промежуточной части, также является одинаковым.
[0109] С другой стороны, предусмотрена часть 18 диффузии жидкости для диффузии введенной смешанной текучей среды от центральной части в радиальном направлении к внешней стороне к компоненту 10 части ввода, немедленно после части 11 ввода. Дополнительно, первый путь 15 потока образован на внешней стороне части 18 диффузии жидкости в радиальном направлении. Кроме того, второй путь 28 потока, образованный в компоненте 20 промежуточной части, образован с внутренней стороны первого пути 15 потока в радиальном направлении.
[0110] Часть 70 образования турбулентного потока сконфигурирована посредством обеспечения выступающей части 80, выступающей к стороне компонента 10 части ввода, на торцевой поверхности на стороне впуска компонента 20 промежуточной части. Выступающая часть 80 образована в положении между первым путем 15 потока и вторыми путями 28 потока в радиальном направлении.
[0111] Эта часть 70 образования турбулентного потока заставляет жидкость вытекать из первого пути 15 потока, чтобы временно столкнуться с торцевой поверхностью компонента 20 промежуточной части. Жидкость, которая вызывает столкновение с торцевой поверхностью, временно возвращается к стороне впуска посредством выступающей части 80, направленной от внешней стороны к внутренней стороне в радиальном направлении. Благодаря этому процессу, поток жидкости становится турбулентным потоком.
[0112] Следует отметить, что в сопле 1А, генерирующем нанопузырьки, иллюстрированном на фиг.7, конфигурация и действие на стороне выпуска вторых путей 28 потока являются такими же, как и в сопле 1, генерирующем нанопузырьки, иллюстрированном на фиг.1 и фиг.2 и, следовательно, описания здесь опущены.
[0113] <Модифицированный Пример 2>
Фиг.8 иллюстрирует контур сопла 1В, генерирующего нанопузырьки по модифицированному примеру 2. Сопло 1B, генерирующее нанопузырьки по модифицированному примеру 2 представляет собой вариант осуществления, в котором часть 70 образования турбулентного потока предусмотрена между вторыми путями 28 потока и третьим путем 36 потока.
[0114] В этом сопле 1 предусмотрена выступающая часть 19, в которой ее оконечная часть выступает в направлении первого пути 15 потока, непосредственно после первого пути 15 потока. Эта выступающая часть 19 диффундирует смешанную текучую среду, которая вытекает из первого пути 15 потока, от центра к внешней стороне в радиальном направлении. Второй путь 28 потока образован в положении на внешней стороне основания выступающей части 19 в радиальном направлении. Таким образом, смешанная текучая среда, диффундируемая выступающей частью 19, непосредственно течет во второй путь 28 потока.
[0115] Третий путь 36 потока образован в центре в радиальном направлении на большей части стороны выпуска сопла 1, генерирующего нанопузырьки. Часть 70 образования турбулентного потока предусмотрена между третьим путем 36 потока и вторыми путями 28 потока, образованными на стороне впуска третьего пути 36 потока.
[0116] Часть 70 образования турбулентного потока сконфигурирована посредством обеспечения выступающей части для временного направления потока смешанной текучей среды, которая вытекает из второго пути 28 потока к стороне впуска. В частности, выступающая часть 38, выступающая со стороны выпуска в направлении стороны впуска, предусмотрена между вторыми путями 28 потока и третьим путем 36 потока в радиальном направлении. Эта выступающая часть 38 временно направляет поток смешанной текучей среды, которая вытекает из вторых путей 28 потока к стороне впуска, пока смешанная текучая среда не течет в третий путь 36 потока. Часть 70 образования турбулентного потока образует турбулентный поток, изменяя направление потока смешанной текучей среды.
[0117] Согласно описанному выше соплу, генерирующему нанопузырьки, можно выполнить сопло, генерирующее нанопузырьки, компактным и с высокой эффективностью генерировать нанопузырьки. Дополнительно, согласно генератору нанопузырьков, который также использует это сопло, генерирующее нанопузырьки, можно получать нанопузырьки с высокой эффективностью. Таким образом, сопло, генерирующее нанопузырьки, и генератор нанопузырьков могут использоваться в различных промышленных областях.
[0118] Например, сопло, генерирующее нанопузырьки, и генератор нанопузырьков могут использоваться в промышленных областях, таких как пищевая область и область напитков, фармацевтическая область, медицинская область, область косметики, область культуры растений, область солнечных элементов, область вторичных батарей, область полупроводниковых устройств, область электронного оборудования, область моечных устройств и область функционального материала. Конкретные примеры в области моечных устройств включают промывку волокон, промывку металлической пресс-формы, промывку машинной части и промывку кремниевой пластины.
Описания ссылочных позиций
[0119]
1 Сопло, генерирующее нанопузырьки
5 Структурная часть, генерирующая нанопузырьки
10 Компонент части ввода
11 Часть ввода
11а Проход ввода
12 Часть основного корпуса
13 Область малого диаметра
14 Область большого диаметра
15 Первый путь потока
16 Конический участок
17 Прямолинейный участок
18, 19 Выступающая часть
20 Компонент промежуточной части
21 Первая выступающая часть
22 Кольцеобразная выступающая часть
23 Торцевая поверхность
24 Уплотнительная канавка
25 Сторона впуска области внешней окружной поверхности
26 Сторона выпуска области внешней окружной поверхности
27 Фланцевый участок
28 Второй путь потока
29 Вторая выступающая часть
30 Компонент части выпускания струей
31 Часть основного корпуса
32 Фланцевая часть
33 Прямолинейный участок
34 Конический участок
35 Часть выпускания струей
36 Третий путь потока
37 Торцевая поверхность
38 Выступающая часть
40, 45 Держатель
50 О-образное кольцо
60 Болт
61 Гайка
70 Часть образования турбулентного потока
80 Выступающая часть
100 Генератор нанопузырьков
120 Часть ввода газа
125 Шланг или труба
126 Переключающий клапан
130 Насос
131 Источник привода (Двигатель)
140 Шланг или труба
141 Основной путь потока
145 Клапан
150 Резервуар-хранилище для жидкости
160 Обратный путь
170 Часть циркуляции
180 Байпасный путь потока.