ФОРСУНКА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПУЗЫРЬКОВ С КРУГОВЫМ ПОТОКОМ
NOZZLE FOR CREATING BUBBLES WITH A CIRCULAR FLOW

Область техники
[0001]
Настоящее изобретение относится к форсунке для создания пузырьков с круговым потоком, которая создает пузырьки (воздушные пузырьки), включающие мелкие пузырьки (нанопузырьки и микропузырьки).
Уровень техники
[0002]
Автор настоящей заявки уже изобрел форсунку, позволяющую создавать пузырьки, которая описана в патентном документе 1. Эта форсунка представляет собой форсунку для создания пузырьков с круговым потоком, включающую в себя камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, которая посредством потока по кругу обеспечивает перемешивание и смешивание жидкости и газа с образованием смеси текучих сред; отверстие для подачи жидкости, которое образовано в одной концевой части камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком и обеспечивает подачу жидкости под давлением в эту камеру; по меньшей мере одно впускное отверстие для газа, в которое протекает газ; камеру подачи газа, которая образована на стороне другой концевой части камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком и обеспечивает подачу газа, протекающего через по меньшей мере одно впускное отверстие для газа, в камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком к упомянутой одной концевой части этой камеры по всей окружности или части окружности с одновременным циркулированием газа вокруг центральной оси отверстия для подачи жидкости; и отверстие для создания струи, которое образовано в упомянутой другой концевой части камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком таким образом, чтобы его центральная ось совпадала с осью отверстия для подачи жидкости, имеет диаметр больше диаметра отверстия для подачи жидкости и обеспечивает выброс струи из смеси текучих сред из камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком.
Список литературы
[0003]
Патентный документ 1: Опубликованный японский патент № 2009-189984
Сущность изобретения
Технические проблемы
[0004]
Однако, когда для создания пузырьков в форсунке для создания пузырьков, описанной в Патентном документе 1, используется жидкость (загрязненная вода, морская вода и т.д.), содержащая относительно большое количество примесей, например, кальция и микроорганизмов (включая планктон моллюсков, что рассмотрено ниже), между камерой перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком и камерой подачи газа, входящими в состав форсунки, при разбрызгивании (возникновении брызг жидкости), вызванном кавитацией (физическим явлением, при котором из-за разницы давлений в потоке жидкости в течение короткого времени возникают и исчезают пузырьки), могут осаждаться и закрепляться посредством адгезии загрязнения (твердые объекты) и/или осадок (так называемая "накипь"), состоящие из примесей, например, кальция и мертвых микроорганизмов. В этом случае на пути газа, протекающего из камеры подачи газа в камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, могут возникать препятствия, что уменьшает количество протекающего газа. Это может постепенно снижать эффективность создания пузырьков. Кроме того, в форсунках для создания пузырьков, представленных в патентном документе 1, требуется дополнительное повышение эффективности создания пузырьков.
[0005]
Таким образом, задачей настоящего изобретения является предложить форсунку для создания пузырьков с круговым потоком, позволяющую повысить эффективность создания пузырьков по сравнению с обычными форсунками, без снижения эффективности создания пузырьков даже при использовании жидкости, содержащей примеси.
Устранение проблем
[0006]
(1) Форсунка для создания пузырьков с круговым потоком по настоящему изобретению включает в себя: камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, которая посредством потока по кругу обеспечивает перемешивание и смешивание жидкости и газа с образованием смеси текучих сред; отверстие для подачи жидкости, образованное в одной концевой части камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, причем отверстие для подачи жидкости обеспечивает подачу жидкости под давлением в эту камеру; по меньшей мере одно впускное отверстие для газа, в которое протекает газ; камеру подачи газа, образованную на стороне другой концевой части камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, причем камера подачи газа обеспечивает подачу газа, протекающего через по меньшей мере одно впускное отверстие для газа, в камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком к упомянутой одной концевой части этой камеры по всей окружности или части окружности с одновременным циркулированием газа вокруг оси отверстия для подачи жидкости; отверстие для создания струи, образовано в упомянутой другой концевой части камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком таким образом, чтобы его центральная ось совпадала с центральной осью отверстия для подачи жидкости, причем отверстие для создания струи имеет диаметр больше диаметра отверстия для подачи жидкости и обеспечивает выброс струи из смеси текучих сред из камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком; и коническую секцию, диаметр которой постепенно увеличивается от отверстия для создания струи к камере перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, причем в том конце конической секции, который обращен в камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, образован по меньшей мере один вырез.
[0007]
При указанной выше конструкции (см. (1)) жидкость подается в камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через отверстие для подачи жидкости, а газ подается в эту камеру через камеру подачи газа. Соответственно, когда смесь текучих сред, находящаяся внутри камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, выбрасывается в виде струи через отверстие для создания струи, внутри этой камеры возникает поток по кругу (также называемый "круговым потоком") из жидкости, которая содержит газ.
[0008]
Круговой поток представляет собой последовательный поток, который протекает в том же направлении, что и поток жидкости, протекающий от отверстия для подачи жидкости к отверстию для создания струи, затем меняет направление на обратное поблизости от отверстия для создания струи под действием внешнего газа и/или внешней жидкости, протекающих через отверстие для создания струи, и протекает вдоль внутренней стенки камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, и затем снова протекает в том же направлении, что и поток жидкости, подаваемый через отверстие для подачи жидкости. Скоростью создаваемого кругового потока можно в определенной степени управлять, от низкой скорости до высокой скорости, посредством количества и давления подаваемых жидкости и газа. Таким образом, путем регулирования количества и давления подаваемых жидкости и газа также можно создавать высокоскоростной круговой поток, чтобы дополнительно увеличить скорость кругового потока.
[0009]
Когда смесь текучих сред, находящаяся внутри камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, выбрасывается в виде струи через отверстие для создания струи, внутри этой камеры возникает отрицательное давление. В результате через камеру подачи газа из впускного отверстия для газа протекает газ. В дополнение к этому, так как диаметр отверстия для создания струи больше диаметра отверстия для подачи жидкости, в камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через промежуток  между внутренней стенкой отверстия для создания струи и периферией смеси текучих сред в этом отверстии протекают внешний газ и/или внешняя жидкость (внешний газ и/или внешняя жидкость протекают из-за влияния внешних условий).
[0010]
Газ, подаваемый в камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через камеру подачи газа: (а) разделяется турбулентным потоком, возникающим на границе между камерой подачи газа и камерой перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком; (b) перемешивается и рассекается круговым потоком; и (с) дополнительно разделяется турбулентным потоком, возникающим, когда часть газа сталкивается с жидкостью, подаваемой через отверстие для подачи жидкости; и выбрасывается в составе струи через отверстие для создания струи. Кроме того: (d) газ в круговом потоке дополнительно разделяется внешним газом и/или внешней жидкостью, протекающими в камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через отверстие для создания струи. Механизм создания воздушных пузырьков микронного размера на этих этапах (а) -(d) является отличительной особенностью форсунки для создания пузырьков с круговым потоком и является преимуществом, которое не обеспечивается в других форсунках.
[0011]
Кроме того: (е) газ, протекающий через впускное отверстие для газа, подается в камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком к одной концевой части этой камеры по всей окружности или части окружности после его циркулирования вокруг центральной оси отверстия для подачи жидкости в камере подачи газа. Этот этап (е) повышает уровень вакуума внутри камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком. В результате можно дополнительно увеличить количество газа, протекающего через впускное отверстие для газа, для ускорения создания воздушных пузырьков.
[0012]
Таким образом, пузырьки, имеющие средний диаметр менее 100 мкм, в частности, мелкие пузырьки, включающие в себя микропузырьки и нанопузырьки, которые имеют средний диаметр приблизительно 20 мкм, можно создавать с использованием более простой конструкции, чем у обычных изделий. Кроме того, так как конструкция проще, чем у обычных изделий, можно уменьшить размеры по сравнению с обычными изделиями.
[0013]
Кроме того, при указанной выше конструкции (см. (1)) газ можно перемешивать и рассекать с дальнейшим разделением под действием турбулентного потока, создаваемого высокоскоростным круговым потоком из-за выреза в области конца впускного отверстия (конец конической секции, обращенный в камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком). Кроме того, вещество из (а) брызг жидкости, которые могут попадать в камеру подачи газа из камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком при разбрызгивании, вызванном кавитацией, возникающей на границе "газ-жидкость", представляющей собой границу между камерой подачи газа и камерой перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, и/или (b) мелких пузырьков поблизости от границы "газ-жидкость" может высыхать, концентрироваться или скапливаться у этой границы, что приводит к отложению осадка и/или загрязнений, например, из кальция, на стенке камеры подачи газа и закреплению посредством адгезии на этой стенке. Даже в таком случае, так как в качестве свободного пространства остается вырез в области конца впускного отверстия, например, непрерывное кольцо из осадка и/или загрязнений не возникает. Кроме того, вырез в области конца впускного отверстия является достаточно большим. В результате, даже когда брызги жидкости, попадающие в камеру подачи газа в окрестности выреза, образуют осадок и/или загрязнения по меньшей мере те осадок и/или загрязнения, которые отложились сбоку от выреза и закрепились посредством адгезии, могут быть разрушены посредством ударной волны, возникающей при самоликвидации кавитации, и ударной волны, возникающей при ликвидации мелких пузырьков, сталкивающихся с другой материей. Поэтому, так как камера подачи газа не засорена (кальций или тому подобное не отложились, по меньшей мере, в пространстве выреза и сбоку от выреза, и не произошла их адгезия), можно не допустить возникновения препятствий для газа, подаваемого из камеры подачи газа. В результате в форсунке для создания пузырьков с круговым потоком, которая указана выше (см. (1)), эффективность создания пузырьков не снижается даже при использовании жидкости, содержащей примеси. Соответственно, так как газ, протекающий через впускное отверстие для газа, устойчивым образом подается в камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, можно стабилизировать высокоскоростной круговой поток внутри этой камеры.
[0014]
(2) В указанной выше (см. (1)) форсунке для создания пузырьков с круговым потоком, кроме того, в предпочтительном случае создан вырез, продолжающийся от по меньшей мере одного выреза к камере подачи газа.
[0015]
При указанной выше конструкции (см. (2)), так как кальций или тому подобное не осаждается в пространстве выреза и не закрепляется там посредством адгезии, можно надежным образом предотвратить возникновение препятствий для газа, подаваемого из камеры подачи газа. В результате в форсунке для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующей настоящему изобретению, надежным образом предотвращается снижение эффективности создания пузырьков даже при использовании жидкости, содержащей примеси. Соответственно, так как газ, протекающий через впускное отверстие для газа, устойчивым образом подается в камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, можно стабилизировать высокоскоростной круговой поток внутри этой камеры.
[0016]
(3) Согласно другому аспекту, форсунка для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующая настоящему изобретению, включает в себя: камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, которая посредством потока по кругу обеспечивает перемешивание и смешивание жидкости и газа с образованием смеси текучих сред; отверстие для подачи жидкости, образованное в одной концевой части камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, причем отверстие для подачи жидкости обеспечивает подачу жидкости под давлением в эту камеру; по меньшей мере одно впускное отверстие для газа, в которое протекает газ; камеру подачи газа, образованную на стороне другой концевой части камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, причем камера подачи газа обеспечивает подачу газа, протекающего через по меньшей мере одно впускное отверстие для газа, в камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком к упомянутой одной концевой части этой камеры по всей окружности или части окружности с одновременным циркулированием газа вокруг центральной оси отверстия для подачи жидкости; отверстие для создания струи, образованное в упомянутой другой концевой части камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком таким образом, чтобы его центральная ось совпадала с центральной осью отверстия для подачи жидкости, причем отверстие для создания струи имеет диаметр больше диаметра отверстия для подачи жидкости и обеспечивает выброс струи из смеси текучих сред из камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком; и секцию газового резервуара в виде выемки, образованный в камере подачи газа на стороне, обращенной к камере перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, на всей окружности или части окружности камеры подачи газа.
[0017]
При указанной выше конструкции (см. (3)), как и в случае форсунки для создания пузырьков с круговым потоком, которая указана выше (см. (1)), с использованием более простой конструкции, чем у обычных изделий, можно создавать пузырьки, имеющие средний диаметр менее 100 мкм, в частности, мелкие пузырьки, включающие в себя микропузырьки и нанопузырьки, которые имеют средний диаметр приблизительно 20 мкм. Кроме того, так как конструкция проще, чем у обычных изделий, можно уменьшить размеры по сравнению с обычными изделиями.
[0018]
Кроме того, секция газового резервуара позволяет дополнительно увеличить количество газа, протекающего через впускное отверстие для газа, для ускорения создания воздушных пузырьков. Помимо этого, вещество из (а) брызг жидкости, которые могут попадать в камеру подачи газа при разбрызгивании, вызванном кавитацией, возникающей на границе "газ-жидкость", представляющей собой границу между камерой подачи газа и камерой перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, и/или (b) мелких пузырьков поблизости от границы "газ-жидкость" может высыхать, концентрироваться или скапливаться у этой границы, что приводит к отложению осадка и/или загрязнений, например, из кальция, в виде кольца на стенке камеры подачи газа и закреплению посредством адгезии на этой стенке (например, в положении в камере подачи газа, находящемся на расстоянии нескольких миллиметров от камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком). Даже в таком случае, так как секцией газового резервуара обеспечивается достаточное свободное пространство, камера подачи газа не засоряется. В результате в форсунке для создания пузырьков с круговым потоком, которая указана выше (см. (3)), эффективность создания пузырьков не снижается даже при использовании жидкости, содержащей примеси. Соответственно, так как газ, протекающий через впускное отверстие для газа, устойчивым образом подается в камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, можно стабилизировать высокоскоростной круговой поток внутри этой камеры.
[0019]
(4) В форсунке для создания пузырьков с круговым потоком, которая указана выше (см. (3)), на внутренней стенке камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком может быть образована секция перемешивания и смешивания в виде выемки, которая обеспечивает дополнительное перемешивание и смешивание смеси текучих сред внутри этой камеры.
[0020]
При указанной выше конструкции (см. (4)), можно создать дополнительный круговой поток. Это позволяет выполнять дополнительное перемешивание и смешивание смеси текучих сред внутри камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком. Соответственно, можно более эффективным образом создавать мелкие пузырьки.
[0021]
(5) Согласно другому аспекту, форсунка для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующая настоящему изобретению, включает в себя: камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, которая посредством потока по кругу обеспечивает перемешивание и смешивание жидкости и газа с образованием смеси текучих сред; отверстие для подачи жидкости, образованное в одной концевой части камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, причем отверстие для подачи жидкости обеспечивает подачу жидкости под давлением в эту камеру; по меньшей мере одно впускное отверстие для газа, в которое протекает газ; камеру подачи газа, образованную на стороне другой концевой части камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, причем камера подачи газа обеспечивает подачу газа, протекающего через по меньшей мере одно впускное отверстие для газа, в камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком к упомянутой одной концевой части этой камеры по всей окружности или части окружности с одновременным циркулированием газа вокруг центральной оси отверстия для подачи жидкости; отверстие для создания струи, образовано в упомянутой другой концевой части камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком таким образом, чтобы его центральная ось совпадала с центральной осью отверстия для подачи жидкости, причем отверстие для создания струи имеет диаметр больше диаметра отверстия для подачи жидкости и обеспечивает выброс струи из смеси текучих сред из камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком; и секцию перемешивания и смешивания в виде выемки, которая образована на внутренней стенке камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, причем секция перемешивания и смешивания в виде выемки, обеспечивает дополнительное перемешивание и смешивание смеси текучих сред внутри этой камеры.
[0022]
При указанной выше конструкции (см. (5)), как и в случае форсунки для создания пузырьков с круговым потоком, которая указана выше (см. (1)), с использованием более простой конструкции, чем у обычных изделий, можно создавать пузырьки, имеющие средний диаметр менее 100 мкм, в частности, мелкие пузырьки, включающие в себя микропузырьки и нанопузырьки, которые имеют средний диаметр приблизительно 20 мкм. Кроме того, так как конструкция проще, чем у обычных изделий, можно уменьшить размеры по сравнению с обычными изделиями.
Краткое описание чертежей
[0023]
На фиг.1(а) приведен схематичный вид в разрезе, показывающий форсунку для создания пузырьков, соответствующую первому варианту осуществления, на фиг.1(b) приведен вид в разрезе при сечении плоскостью I-I, показанной на фиг.1(а), на фиг.1(с) приведен вид в разрезе при сечении плоскостью II-II, показанной на фиг.1(а), и на фиг.1(d) приведен вид в разрезе при сечении плоскостью III-III, показанной на фиг.1(а).
На фиг.2 приведена схема для описания работы форсунки для создания пузырьков с круговым потоком, которая показана на фиг.1(а) -1(d).
На фиг.3(а) приведен схематичный вид в разрезе, показывающий форсунку для создания пузырьков, соответствующую модификации первого варианта осуществления, на фиг.3(b) приведен вид в разрезе при сечении плоскостью I-I, показанной на фиг.3(а), и на фиг.3(с) приведен вид в разрезе при сечении плоскостью II-II, показанной на фиг.3(а).
На фиг.4(а) приведен схематичный вид в разрезе, показывающий форсунку для создания пузырьков, соответствующей второму варианту осуществления, на фиг.4(b) приведен вид в разрезе при сечении плоскостью I-I, показанной на фиг.4(а), и на фиг.4(с) приведен вид в разрезе при сечении плоскостью II-II, показанной на фиг.4(а).
На фиг.5(а) приведен схематичный вид в разрезе, показывающий форсунки для создания пузырьков, соответствующей Модификации 1 второго варианта осуществления, на фиг.5(b) приведен вид в разрезе при сечении плоскостью I-I, показанной на фиг.5(а), и на фиг.5(с) приведен вид в разрезе при сечении плоскостью II-II, показанной на фиг.5(а).
На фиг.6(а) приведен схематичный вид в разрезе, показывающий форсунки для создания пузырьков, соответствующей Модификации 2 второго варианта осуществления, на фиг.6(b) приведен вид в разрезе при сечении плоскостью I-I, показанной на фиг.6(а), и на фиг.6(с) приведен вид в разрезе при сечении плоскостью II-II, показанной на фиг.6(а).
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
[0024]
Первый вариант осуществления
осуществления
осуществления
Со ссылкой на фиг.1(а) - 1(d) и 2 ниже будет описан первый вариант  настоящего изобретения. На фиг.1(а) приведен схематичный вид в разрезе, показывающий форсунку 10 для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующую первому варианту , на фиг.1(b) приведен вид в разрезе при сечении плоскостью I-I, показанной на фиг.1(а), на фиг.1(с) приведен вид в разрезе при сечении плоскостью II-II, показанной на фиг.1(а), и на фиг.1(d) приведен вид в разрезе при сечении плоскостью III-III, показанной на фиг.1(а). На фиг.2 приведена схема для описания работы форсунки 10 для создания пузырьков с круговым потоком.
[0025]
Конструкция форсунки 10 для создания пузырьков с круговым потоком
Как показано на Фиг.1(а), форсунка 10 для создания пузырьков с круговым потоком включает в себя элемент 1, имеющий дно, в качестве трубчатого первого элемента, имеющего круглое поперечное сечение, и трубчатый элемент 2 в качестве второго элемента, который установлен в элемент 1, имеющий дно, со стороны другого конца этого элемента 1. По существу, цилиндрическое пространство, заключенное внутри элемента 1, имеющего дно, и трубчатого элемента 2, служит камерой 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком.
[0026]
Элемент 1, имеющий дно, имеет в боковой его части впускное отверстие 3 для газа, которое обеспечивает сообщение между пространствами снаружи и внутри форсунки 10 для создания пузырьков с круговым потоком, чтобы сделать возможным протекание в эту форсунку газа. Кроме того, может быть образовано два или более впускных отверстий 3 для газа. Элемент 1, имеющий дно, имеет в центре его дна первое отверстие 5а для подачи жидкости и второе отверстие 5b для подачи жидкости, в которые снаружи подается жидкость, в которой было создано давление (здесь и далее жидкость, к которой даже в небольшой степени приложено давление, может также называться "жидкостью под давлением"). Жидкость под давлением, подаваемая снаружи, подается в камеру 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через первое отверстие 5а для подачи жидкости и второе отверстие 5b для подачи жидкости (в указанном порядке). Центральная ось первого отверстия 5а для подачи жидкости и центральная ось второго отверстия 5b для подачи жидкости пересекаются с центральной осью отверстия 3 для впуска газа.
[0027]
Второе отверстие 5b для подачи жидкости выполнено конической формы, с постепенным увеличением диаметра от первого отверстия 5а для подачи жидкости к камере 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком. Второе отверстие 5b для подачи жидкости позволяет высокоскоростному круговому потоку, имеющему направление, противоположное потоку жидкости под давлением, влиться в этот поток, чтобы создать сильный турбулентный поток внутри камеры 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком.
[0028]
Трубчатый элемент 2 в центре имеет впускное отверстие 7, которое выполнено с возможностью протекания в него жидкости и газа, а также первое отверстие 8а для создания струи и второе отверстие 8b для создания струи, которые выполнены с возможностью создания струи жидкости и газа. Центральные оси впускного отверстия 7, первого отверстия 8а для создания струи и второго отверстия 8b для создания струи совпадают с центральными осями первого отверстия 5а для подачи жидкости и второго отверстия 5b для подачи жидкости.
[0029]
Впускное отверстие 7 выполнено конической формы, с постепенным увеличением диаметра от первого отверстия 8а для создания струи к камере 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком. В области того конца впускного отверстия 7, который обращен в камеру 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, образовано множество вырезов 7а. Впускное отверстие 7 обеспечивает ускорение высокоскоростного кругового потока внутри камеры 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком. На одном конце первое отверстие 8а для создания струи переходит во впускное отверстие 7. На другом конце первое отверстие 8а для создания струи переходит во второе отверстие 8b для создания струи. Второе отверстие 8b для создания струи выполнено конической формы, с постепенным увеличением диаметра первого отверстия 8а для создания струи в сторону, противоположную камере 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком. Второе отверстие 8b для создания струи обеспечивает регулирование количества внешнего газа и/или внешней жидкости, которые протекают в камеру 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком из первого отверстия 8а для создания струи, и стабилизацию потока на внешней стороны первого отверстия 8а для создания струи (выброс струи из смеси текучих сред из первого отверстия 8а для создания струи и впуск внешнего газа и/или внешней жидкости).
[0030]
Трубчатый элемент 2 имеет канавку 4b, которая расположена на внешней периферии, обращена к отверстию 3 для впуска газа и продолжается непрерывно в окружном направлении. Кольцевое пространство между канавкой 4b и внутренней поверхностью стенки элемента 1, имеющего дно, служит камерой 4 подачи газа. Камера 4 подачи газа сообщается с камерой 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через зазор 4а.
[0031]
Как показано на фиг.1(d), впускное отверстие 3 для газа и камера 4 подачи газа сообщаются через зазор 4а. Газ, протекающий во впускное отверстие 3 для газа, проходит через зазор 4а по всей окружности или части окружности, после его циркулирования вокруг центральной оси первого отверстия 5а для подачи жидкости в камере 4 подачи газа, для подачи в камеру 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, в одну ее концевую часть. Соответственно, на внутренней стенке камеры 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком возникают газовая пленка, воздушные пузырьки и/или микропузырьки, и высокоскоростной круговой поток ускоряется.
[0032]
Для элемента 1, имеющего дно, и трубчатого элемента 2 могут быть использованы, например, такие металлы, как SUS304 и SUS316, полимер, дерево, стекло, керамика и керамические материалы. Можно использовать любые твердые материалы. Для каждого из компонентов может быть выбран подходящий материал. Если выбраны полимер, стекло или керамика, можно продлить срок службы форсунки 10 для создания пузырьковпосредством ее сопротивления коррозии.
[0033]
Камера для перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком представляет собой пространство, в котором под действием кругового потока перемешиваются и смешиваются жидкость, подаваемая из второго отверстия 5b для подачи жидкости, и газ, подаваемый из камеры 4 подачи газа. Второе отверстие 5b для подачи жидкости образовано в одной концевой части камеры 6 для перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком. Впускное отверстие 7 образовано в другой концевой части камеры 6 для перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком. Камера 4 подачи газа и впускное отверстие 3 для газа образованы на стороне упомянутой другой концевой части камеры 6 для перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком. На внутренней стенке камеры 6 для перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком образованы неровности (например, так называемая "шероховатая пленка", аналогичная пленке из керамики, полученной путем термического напыления, и/или простые выступы). Неровности необязательно образовывать на всей внутренней стенке, они могут быть образованы только на ее части. Неровности на внутренней стенке обеспечивают ускорение высокоскоростного кругового потока для увеличения уровня вакуума внутри камеры 6 для перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком.
[0034]
Работа форсунки 10 для создания пузырьков с круговым потоком
Далее со ссылкой на фиг.2 будет описана работа форсунки 10 для создания пузырьков с круговым потоком. На фиг.2 показана форсунка 10 для создания пузырьков с круговым потоком, изображенная на фиг.1(а) -1(d), шланг 11, соединенный с элементом 1, имеющим дно, который расположен на одном конце этой форсунки, душевая головка 12, соединенная с трубчатым элементом 2, который расположен на другом конце этой форсунки, трубка 13 подачи газа, которая соединена с впускным отверстием 3 для газа в упомянутом элементе 1, имеющем дно, и дроссельный клапан 14, который регулирует количество внешнего газа, протекающего в трубку 13 подачи газа. Для удобства в разрезе схематично показана только форсунка 10 для создания пузырьков с круговым потоком. Один конец трубки 13 подачи газа обеспечивает забор воздуха снаружи. Внутри трубки 13 подачи газа установлен обратный клапан 13а, обеспечивающий стабильное создание пузырьков.
[0035]
Сначала из шланга 11 в камеру 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через первое отверстие 5а для подачи жидкости и второе отверстие 5b для подачи жидкости подается жидкость под давлением. При этом жидкость под давлением протекает вдоль линии, соединяющей первое отверстие 5а для подачи жидкости, второе отверстие 5b для подачи жидкости, впускное отверстие 7 и первое отверстие 8а для создания струи, которые показаны на фиг.2. Затем большая часть жидкости под давлением выбрасывается в виде струи через первое отверстие 8а для создания струи с одновременным рассеиванием, и часть жидкости создает высокоскоростной круговой поток (по существу, эллиптической формы в камере 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, которая показана на фиг.2) под действием внешнего газа и/или внешней жидкости, протекающих через второе отверстие 8b для создания струи и первое отверстие 8а для создания струи. При этом часть жидкости, находящейся под давлением, дополнительно увеличивает скорость высокоскоростного кругового потока.
[0036]
Так как внутри камеры 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком имеется отрицательное давление, в эту камеру через камеру 4 подачи газа из трубки 13 подачи газа протекает газ.
[0037]
Газ, подаваемый в камеру 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через камеру 4 подачи газа: (а) разделяется турбулентным потоком, возникающим на границе между камерой 4 подачи газа и камерой 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком; (b) перемешивается и рассекается высокоскоростным круговым потоком, ускоренным посредством впускного отверстия 7 и второго отверстия 5b для подачи жидкости; (с) ударяется о неровности на внутренней стенке камеры 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком; (d) дополнительно разделяется турбулентным потоком, возникающим, когда часть газа сталкивается на своем пути с жидкостью под давлением, подаваемой через первое отверстие 5а для подачи жидкости; и (е) сталкивается с внешним газом и/или внешней жидкостью, протекающими в первое отверстие 8а для создания струи, с дополнительным разделением, и выбрасывается в составе струи из смеси текучих сред, содержащей пузырьки и/или мелкие пузырьки, например, микропузырьки, через второе отверстие 8b для создания струи.
[0038]
Кроме того: (f) газ, протекающий через впускное отверстие 3 для газа, подается в камеру 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком к одной концевой части этой камеры по всей окружности или части окружности после его циркулирования вокруг центральной оси первого отверстия 5а для подачи жидкости в камере 4 подачи газа. Это повышает уровень вакуума внутри камеры 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком. В результате можно дополнительно увеличить количество газа, протекающего через впускное отверстие 3 для газа, для ускорения создания воздушных пузырьков.
[0039]
При такой последовательности работы один за другим непрерывно создаются пузырьки и/или мелкие пузырьки, например, микропузырьки.
[0040]
Так как впускное отверстие 7, выполненное конической формы, ускоряет высокоскоростной круговой поток, и второе отверстие 5b для подачи жидкости создает сильный турбулентный поток, можно дополнительно разделять газ внутри камеры 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком.
[0041]
Кроме того, газ в высокоскоростном круговом потоке может перемешиваться и рассекаться с дополнительным разделением под действием вырезов 7а в области конца впускного отверстия 7. Помимо этого, вещество из (а) брызг жидкости, которые могут попадать в зазор 4а при разбрызгивании, вызванном кавитацией, возникающей на границе "газ-жидкость", представляющей собой границу между камерой 4 подачи газа и камерой 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, и/или из (b) мелких пузырьков поблизости от границы "газ-жидкость" может высыхать, концентрироваться или скапливаться у этой границы, что приводит к отложению осадка и/или загрязнений в виде кольца на внешней поверхности трубчатого элемента 2 и/или внутренней поверхности элемента 1, имеющего дно, внутри зазора 4а и закреплению осадка и/или загрязнений посредством адгезии на этих поверхностях. Даже в таком случае, так как в качестве свободных пространств остаются вырезы 7а в области конца впускного отверстия 7, непрерывное кольцо из осадка и/или загрязнений не возникает. Кроме того, каждый из вырезов 7а является достаточно большим. В результате, даже когда брызги жидкости, попадающие в камеру 4 подачи газа, приводят к появлению вокруг каждого выреза 7а осадка и/или загрязнений по меньшей мере те осадок и/или загрязнения, которые отложились по бокам от каждого из вырезов 7а и закрепились посредством адгезии, могут быть разрушены посредством ударной волны, возникающей при самоликвидации кавитации, и ударной волны, возникающей при ликвидации мелких пузырьков, сталкивающихся с другой материей. Поэтому, так как камера 4 подачи газа не засорена (кальций или тому подобное не отложились, по меньшей мере, в пространстве каждого выреза 7а и сбоку от каждого выреза 7а, и не произошла их адгезия), можно не допустить возникновения препятствий для газа, подаваемого из камеры 4 подачи газа. В результате в форсунке 10 для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующей данному варианту осуществления, эффективность создания пузырьков не снижается даже при использовании жидкости, содержащей примеси. Соответственно, так как газ, проходящие через впускное отверстие 3 для впуска газа, устойчивым образом подается в камеру 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, можно стабилизировать высокоскоростной круговой поток внутри этой камеры.
[0042]
Кроме того, второе отверстие 8b для создания струи, выполненное конической формы, регулирует количество внешнего газа и/или внешней жидкости, протекающих в камеру 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через первое отверстие 8а для создания струи, и стабилизирует поток на периферии первого отверстия 8а для создания струи (выброс струи из смеси текучих сред из первого отверстия 8а для создания струи и впуск внешнего газа и/или внешней жидкости).
[0043]
Так как камера 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком представляет собой, по существу, цилиндрическое пространство, можно легко создать высокоскоростной круговой поток и легко обеспечить описанную выше работу. Кроме того, на внутренней стенке камеры 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком образованы неровности. Поэтому удар высокоскоростного кругового потока смеси текучих сред, состоящей из жидкости и газа, о неровности позволяет дополнительно разделить газ внутри камеры 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком и ускорить высокоскоростной круговой поток для повышения уровня вакуума внутри камеры 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком.
[0044]
В форсунке 10 для создания пузырьков с круговым потоком, которая имеет описанную выше конструкцию, при описанной работе можно создавать мелкие пузырьки, например, микропузырьки, каждый из которых имеет диаметр, меньше или равный обычному диаметру (приблизительно 20 мкм).
[0045]
Хотя выше при рассмотрении работы форсунки 10 для создания пузырьков с круговым потоком описан случай, когда в камеру 6 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через первое отверстие 5а для подачи жидкости и второе отверстие 5b для подачи жидкости (в указанном порядке) подается жидкость под давлением, настоящее изобретение этим не ограничивается. Мелкие пузырьки, например, микропузырьки, могут возникать также при подаче загрязненной воды или морской воды, содержащих примеси, или водопроводной воды.
[0046]
Модификация первого варианта осуществления
Далее будет описана форсунка для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующая модификации первого варианта осуществления настоящего изобретения. На фиг.3(а) -3(с) приведены схематичные виды, показывающие в разрезе форсунку 20 для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующей модификации первого варианта.
[0047]
Конструкция форсунки 20 для создания пузырьков с круговым потоком
Как показано на фиг.3(а), форсунка 20 для создания пузырьков с круговым потоком включает элемент 21, имеющий дно, в качестве трубчатого первого элемента, имеющего дно, который имеет круглое поперечное сечение, и трубчатый элемент 22 в качестве второго элемента, который установлен в элемент 21, имеющий дно, со стороны другого конца этого элемента 21. По существу, цилиндрическое пространство, заключенное внутри элемента 21, имеющего дно, и трубчатого элемента 22 служит камерой 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком.
[0048]
Трубчатый элемент 22 имеет канавку 24b, которая расположена на внешней периферии, обращена к впускному отверстию 23 для газа и продолжается непрерывно в окружном направлении. Кольцевое пространство между канавкой 24b и внутренней поверхностью трубчатого элемента 21 служит камерой 44 подачи газа. Камера 24 подачи газа сообщается с камерой 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через зазор 24а.
[0049]
Как показано на фиг.3(а), впускное отверстие 23 для газа и камера 24 подачи газа сообщаются через зазор 24а. Газ, протекающий во впускное отверстие 23 для газа, проходит через зазор 24а по всей окружности или части окружности, после его циркулирования вокруг центральной оси первого отверстия 25а для подачи жидкости в камере 24 подачи газа, для подачи в камеру 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, в одну ее концевую часть. Соответственно, на внутренней стенке камеры 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком возникают газовая пленка, воздушные пузырьки и/или микропузырьки, и высокоскоростной круговой поток ускоряется. Кроме того, количество газа, протекающего через впускное отверстие 23 для газа, можно дополнительно увеличить посредством секции 24с газового резервуара поблизости от камеры 24 подачи газа, чтобы ускорить создание воздушных пузырьков. Помимо этого, вещество из (а) брызг жидкости, которые могут попадать в зазор 24а при разбрызгивании, вызванном кавитацией, возникающей на границе "газ-жидкость", представляющей собой границу между камерой 24 подачи газа и камерой 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, и/или из (b) мелких пузырьков поблизости от границы "газ-жидкость" может высыхать, концентрироваться или скапливаться у этой границы, что приводит к отложению осадка и/или загрязнений, например, из кальция, в виде кольца на внешней поверхности трубчатого элемента 22 и/или внутренней поверхности элемента 21, имеющего дно, внутри зазора 24а и закреплению посредством адгезии осадка и/или загрязнений на этих поверхностях. Даже в таком случае, так как секцией 24с газового резервуара обеспечивается достаточное свободное пространство, зазор 24а (камера 24 подачи газа) не засоряется. В результате в форсунке 20 для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующей данной модификации, эффективность создания пузырьков не снижается даже при использовании жидкости, содержащей примеси. Соответственно, так как газ, протекающий через впускное отверстие 23 для газа, устойчивым образом подается в камеру 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, можно стабилизировать высокоскоростной круговой поток внутри этой камеры.
[0050]
Другие особенности конструкции и работы являются теми же, что и в первом варианте осуществления. Поэтому их описание будет опущено.
[0051]
Общая характеристика данного варианта осуществления
Как описано выше, форсунка 10, 20 для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующая данному варианту, включает в себя камеру 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, которая посредством потока по кругу обеспечивает перемешивание и смешивание жидкости и газа с образованием смеси текучих сред; первое отверстие 5а, 25а для подачи жидкости и второе отверстие 5b, 25b для подачи жидкости, которые образованы в одной концевой части камеры 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, и обеспечивают подачу жидкости под давлением в эту камеру; по меньшей мере одно впускное отверстие 3, 23 для газа, в которое протекает газ; камеру 4, 24 подачи газа, которая образована на стороне другой концевой части камеры 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком и обеспечивает подачу газа, протекающего через впускное отверстие 3, 23 для газа, в камеру 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком к упомянутой одной концевой части этой камеры по всей окружности или части окружности с одновременным циркулированием газа вокруг центральной оси первого отверстия 5а, 25а для подачи жидкости; впускное отверстие 7, 27, которое образовано в упомянутой другой концевой части камеры 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком таким образом, что его центральная ось совпадает с центральной осью первого отверстия 5а, 25а для подачи жидкости, и в области его конца имеется множество вырезов 7а, 27а; а также первое отверстие 8а, 28а для создания струи и второе отверстие 8b, 28b для создания струи, которые обеспечивают выброс струи из смеси текучих сред из камеры 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком.
[0052]
В описанной выше конструкции жидкость подается в камеру 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через первое отверстие 5а, 25а для подачи жидкости и второе отверстие 5b, 25b для подачи жидкости, а газ подается в камеру 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через камеру 4, 24 подачи газа. Соответственно, когда смесь текучих сред, находящаяся внутри камеры 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, выбрасывается в виде струи через второе отверстие 8b, 28b для создания струи, внутри этой камеры возникает поток по кругу (также называемый "круговым потоком") из жидкости, которая содержит газ.
[0053]
Когда смесь текучих сред, находящаяся внутри камеры 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, выбрасывается в виде струи через второе отверстие 8b, 28b для создания струи, внутри этой камеры создается отрицательное давление. В результате из впускного отверстия 3, 23 для газа через камеру 4, 24 подачи газа протекает газ. В дополнение к этому, так как диаметр первого отверстия 8а, 28а для создания струи больше диаметра первого отверстия 5а, 25а для подачи жидкости, в камеру 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через промежуток между внутренней стенкой первого отверстия 8а, 28а для создания струи и периферийной частью смеси текучих сред в этом отверстии в камеру 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком протекают внешний газ и/или внешняя жидкость.
[0054]
Газ, подаваемый в камеру 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через камеру 4, 24 подачи газа: (а) разделяется турбулентным потоком, возникающим на границе между камерой 4, 24 подачи газа и камерой 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком; (b) перемешивается и рассекается высокоскоростным круговым потоком, ускоренным посредством впускного отверстия 7, 27 и второго отверстия 5b, 25b для подачи жидкости; (с) ударяется о неровности на внутренней стенке камеры 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком; (d) дополнительно разделяется турбулентным потоком, возникающим, когда часть газа сталкивается на своем пути с жидкостью под давлением, подаваемой через первое отверстие 5а, 25а для подачи жидкости; и (е) сталкивается с внешним газом и/или внешней жидкостью, протекающими в первое отверстие 8а, 28а для создания струи, с дополнительным разделением, и выбрасывается в составе струи из смеси текучих сред, содержащей пузырьки и/или микропузырьки, через второе отверстие 8b, 28b для создания струи. Механизм создания воздушных пузырьков микронного размера на этих этапах (а) -(е) является отличительной особенностью форсунки 10, 20 для создания пузырьков с круговым потоком и является преимуществом, которое не обеспечивается в других форсунках.
[0055]
Кроме того: (f) газ, протекающий через впускное отверстие 3, 23 для газа, протекает в камеру 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком к одной концевой части этой камеры по всей окружности или части окружности после его циркулирования вокруг центральной оси первого отверстия 5а, 25а для подачи жидкости в камере 4, 24 подачи газа. Этот этап (f) повышает уровень вакуума внутри камеры 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком. В результате можно дополнительно увеличить количество газа, протекающего через впускное отверстие 3, 23 для газа, для ускорения создания воздушных пузырьков.
[0056]
Таким образом, можно создать пузырьки, имеющие средний диаметр менее 100 мкм, в частности, микропузырьки, имеющие средний диаметр, меньше или равный обычному диаметру, а именно, средний диаметр приблизительно 20 мкм. Кроме того, газ в высокоскоростном круговом потоке перемешивается и рассекается с его дальнейшим разделением вырезами 7а, 27а в области конца впускного отверстия 7, 27. Поэтому, по сравнению с обычными форсунками, можно повысить эффективность создания пузырьков и/или микропузырьков на границе "газ-жидкость", которая представляет собой границу между камерой 4, 24 подачи газа и камерой 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком. Кроме того, при разбрызгивании, вызванном кавитацией, возникающей на границе "газ-жидкость", которая представляет собой границу между камерой 4, 24 подачи газа и камерой 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, могут возникать брызги жидкости. Брызги жидкости могут попадать в зазор 4а, 24а, и вещество из брызг может там оседать в результате высыхания. Осажденное вещество из брызг жидкости в зазоре 4а, 24а может закрепляться посредством адгезии на внешней поверхности трубчатого элемента 2, 22 и/или внутренней поверхности элемента 1, 21, имеющего дно, с возникновением осадка и/или загрязнений, например, из кальция, в виде кольца. Однако, так как область, в которой оседают осадок и/или загрязнения, имеет вырезы 7а, 27а, или обеспечено достаточное свободное пространство посредством секции 24с газового резервуара, зазор 4а, 24а не засоряется. В результате в форсунке 10, 20 для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующей данному варианту осуществления, эффективность создания пузырьков не снижается даже при использовании жидкости, содержащей примеси. Кроме того, так как газ, протекающий через впускное отверстие 3, 23 для газа, устойчивым образом подается в камеру 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, можно стабилизировать высокоскоростной круговой поток внутри этой камеры.
[0057]
Кроме того, так как впускное отверстие 7, 27, выполненное конической формы, ускоряет высокоскоростной круговой поток, и второе отверстие 5b, 25b для подачи жидкости создает сильный турбулентный поток, можно дополнительно разделить газ, находящийся внутри камеры 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком.
[0058]
Кроме того, второе отверстие 8b, 28b для создания струи, выполненное конической формы, регулирует количество внешнего газа и/или внешней жидкости, протекающее в камеру 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через первое отверстие 8а, 28а для создания струи, и стабилизирует поток на периферии первого отверстия 8а, 28а для создания струи (выброс струи из смеси текучих сред из первого отверстия 8а, 28а для создания струи и впуска внешнего газа и/или внешней жидкости).
[0059]
Кроме того, на внутренней стенке камеры 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком образованы неровности. В результате удар высокоскоростного кругового потока смеси текучих сред, содержащей жидкость и газ, о неровности позволяет дополнительно разделить газ внутри камеры 6, 26 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком и ускорить высокоскоростной круговой поток для повышения уровня вакуума внутри этой камеры.
[0060]
Второй вариант осуществления
Ниже со ссылкой на фиг.4(а) -4(с) будет описан второй вариант осуществления настоящего изобретения. На фиг.4(а) -4(с) приведены схематичные виды, показывающие в разрезе форсунку 30 для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующую второму варианту осуществления.
[0061]
Конструкция форсунки 30 для создания пузырьков с круговым потоком
Как показано на фиг.4(а), форсунка 30 для создания пузырьков с круговым потоком включает в себя элемент 31, имеющий дно, в качестве трубчатого первого элемента, имеющего дно, который имеет круглое поперечное сечение, и трубчатый элемент 32 в качестве второго элемента, который установлен в элемент 31, имеющий дно, со стороны другого конца этого элемента 31. По существу, цилиндрическое пространство, заключенное внутри элемента 31, имеющего дно, и трубчатого элемента 32, служит камерой 36 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком.
[0062]
Трубчатый элемент 32 имеет в центре впускное отверстие 37, выполненное с возможностью протекания в него жидкости и газа, а также первое отверстие 38а для создания струи и второе отверстие 38b для создания струи, которые выполнены с возможностью создания струи жидкости и газа. Впускное отверстие 37 выполнено конической формы, с постепенным увеличением диаметра от первого отверстия 38а для создания струи к камере 36 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком. В области того конца впускного отверстия 37, который обращен в камеру 36 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, образовано множество вырезов 37а. Подходящим образом образовано множество вырезов 37b, продолжающихся от некоторых из вырезов 37а к камере 34 подачи газа. Впускное отверстие 37 обеспечивает ускорение высокоскоростного кругового потока внутри камеры 36 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком. Вырезы 37а и 37b в области конца впускного отверстия 37 обеспечивают перемешивание и рассечение газа в высокоскоростном круговом потоке для дополнительного его разделения. Кроме того, вещество из брызг жидкости, которые могут попадать в зазор 34а при разбрызгивании, вызванном кавитацией, возникающей на границе "газ-жидкость", представляющей собой границу между камерой 34 подачи газа и камерой 36 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, может высыхать, концентрироваться или скапливаться, что приводит к отложению осадка и/или загрязнений, например, из кальция, в виде кольца на внешней поверхности трубчатого элемента 32 и/или внутренней поверхности элемента 31, имеющего дно, внутри зазора 4а и закреплению осадка и/или загрязнений посредством адгезии на этих поверхностях. Даже в таком случае, так как вырезы 37а и 37b остаются в качестве свободных пространств (кальций или тому подобное не осаждается и не закрепляется посредством адгезии в пространстве каждого из вырезов 37а и 37b), зазор 34а не засоряется. В результате в форсунке 30 для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующей данному варианту, эффективность создания пузырьков не снижается даже при использовании жидкости, содержащей примеси. Соответственно, так как газ, протекающий через впускное отверстие 33 для газа, устойчивым образом подается в камеру 36 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, можно стабилизировать высокоскоростной круговой поток внутри этой камеры.
[0063]
Другие особенности конструкции и работы являются теми же, что и в первом варианте осуществления. Поэтому их описание будет опущено.
[0064]
Модификация 1 второго варианта
Далее будет описана форсунка для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующая Модификации 1 второго варианта осуществления настоящего изобретения. На фиг.5(а) -5(с) приведены схематичные виды, показывающие в разрезе форсунку 40 для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующую Модификации 1 второго варианта осуществления.
[0065]
Конструкция форсунки 40 для создания пузырьков с круговым потоком
Как показано на фиг.5(а), форсунка 40 для создания пузырьков с круговым потоком включает элемент 41, имеющий дно, в качестве трубчатого первого элемента, имеющего дно, который имеет круглое поперечное сечение, и трубчатый элемент 42 в качестве второго элемента, который установлен в элемент 41, имеющий дно, со стороны другого конца этого элемента 41. По существу, цилиндрическое пространство, заключенное внутри элемента 41, имеющего дно, и трубчатого элемента 42 служит камерой 46 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком.
[0066]
Трубчатый элемент 42 имеет канавку 44b, которая расположена на внешней периферии, обращена к впускному отверстию 43 для газа и продолжается непрерывно в окружном направлении. Кольцевое пространство между канавкой 44b и внутренней поверхностью трубчатого элемента 41 служит камерой 44 подачи газа. Камера 44 подачи газа сообщается с камерой 46 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через зазор 44а. Поблизости от камеры 44 подачи газа образована секция 44с газового резервуара.
[0067]
Как показано на фиг.5(а), впускное отверстие 43 для газа и камера 44 подачи газа сообщаются через зазор 44а. Газ, протекающий в отверстие 43 для газа, проходит через зазор 44а по всей окружности или части окружности, после его циркулирования вокруг центральной оси первого отверстия 45а для подачи жидкости в камере 44 подачи газа, для подачи в камеру 46 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, в одну ее концевую часть. Соответственно, на внутренней стенке камеры 46 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, возникают газовая пленка, воздушные пузырьки и/или микропузырьки, и высокоскоростной круговой поток ускоряется. Кроме того, количество газа, протекающего через впускное отверстие 43 для газа, можно дополнительно увеличить посредством секции 44с газового резервуара  поблизости от камеры 44 подачи газа, чтобы ускорить создание воздушных пузырьков. Помимо этого, вещество из брызг жидкости, которые могут попадать в зазор 44а при разбрызгивании, вызванном кавитацией, возникающей на границе "газ-жидкость", представляющей собой границу между камерой 44 подачи газа и камерой 46 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, может высыхать, концентрироваться или скапливаться, что приводит к отложению осадка и/или загрязнений, например, из кальция, в виде кольца на внешней поверхности трубчатого элемента 42 и/или внутренней поверхности элемента 41, имеющего дно, внутри зазора 44а и закреплению осадка и/или загрязнений посредством адгезии на этих поверхностях. Даже в таком случае, так как газовым резервуаром 44с обеспечивается достаточное свободное пространство, зазор 44а не засоряется. В результате в форсунке 40 для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующей данной модификации, эффективность создания пузырьков не снижается даже при использовании жидкости, содержащей примеси. Соответственно, так как газ, поступающий через впускное отверстие 43 для газа, устойчивым образом подается в камеру 46 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, можно стабилизировать высокоскоростной круговой поток внутри этой камеры.
[0068]
Другие особенности конструкции и работы являются теми же, что и в первом варианте осуществления. Поэтому их описание будет опущено.
[0069]
Модификация 2 второго варианта
Далее будет описана форсунка для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующая Модификации 2 второго варианта осуществления настоящего изобретения. На фиг.6(а) -6(с) приведены схематичные разрезы форсунки 50 для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующей Модификации 2 второго варианта осуществления.
[0070]
Конструкция форсунки 50 для создания пузырьков с круговым потоком
Как показано на фиг.6(а), форсунка 50 для создания пузырьков с круговым потоком имеет конструкцию, по существу, аналогичную конструкции форсунки 40 для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующей Модификации1 второго варианта осуществления настоящего изобретения. Форсунка 50 для создания пузырьков с круговым потоком отличается от форсунки 40 для создания пузырьков с круговым потоком тем, что предусмотрена секция 55с перемешивания и смешивания, которая обеспечивает дополнительное перемешивание и смешивание  смеси текучих сред внутри камеры 56 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком.
[0071]
Секция 55с перемешивания и смешивания представляет собой кольцевую выемку, которая образована в средней части второго отверстия 55b для подачи жидкости таким образом, чтобы ее центральная ось, по существу, совпадала с центральной осью этого отверстия. В секции 55с перемешивания и смешивания возникает круговой поток, который меньше кругового потока, возникающего в камере 56 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком. Круговой поток, возникший в секции 55с перемешивания и смешивания, обеспечивает дополнительное перемешивание и смешивание в смеси текучих сред внутри камеры 56 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком для эффективного создания воздушных пузырьков.
[0072]
Другие особенности конструкции и работы являются теми же, что и в первом варианте осуществления и Модификации 1 второго варианта осуществления. Поэтому их описание будет опущено.
[0073]
Общая характеристика данного варианта осуществления
Как описано выше, форсунка 30, 40, 50 для создания пузырьков с круговым потоком, соответствующая данному варианту осуществления, включает в себя камеру 36, 46, 56 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, которая посредством потока по кругу обеспечивает перемешивание и смешивание жидкости и газа с образованием смеси текучих сред; первое отверстие 35а, 45а, 55а для подачи жидкости и второе отверстие 35b, 45b, 55b для подачи жидкости, которые созданы в одной концевой части камеры 36, 46, 56 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, и обеспечивают подачу жидкости под давлением в эту камеру; по меньшей мере одно впускное отверстие 33, 43, 53 для газа, в которое протекает газ; камеру 34, 44, 54 подачи газа, которая образована на стороне другой концевой части камеры 36, 46, 56 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком и обеспечивает подачу газа, протекающего через впускное отверстие 33, 43, 53 для газа, в камеру 36, 46, 56 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком к упомянутой одной концевой части этой камеры по всей окружности или части окружности с одновременным циркулированием газа вокруг центральной оси первого отверстия 35а, 45а, 55а для подачи жидкости; впускное отверстие 37, 47, 57, которое образовано в упомянутой другой концевой части камеры 36, 46, 56 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком таким образом, что его центральная ось совпадает с центральной осью первого отверстия 35а, 45а, 55а для подачи жидкости, и в области его конца имеется множество вырезов 37а, 47а, 57а и 37b, 47b, 57b; а также первое отверстие 38а, 48а, 58а для создания струи и второе отверстие 38b, 48b, 58b для создания струи, которые обеспечивают выброс струи из смеси текучих сред из камеры 36, 46, 56 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком.
[0074]
В описанной выше конструкции жидкость подается в камеру 36, 46, 56 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через первое отверстие 35а, 45а, 55а для подачи жидкости и второе отверстие 35b, 45b, 55b для подачи жидкости, а газ подается в камеру 36, 46, 56 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком через камеру 34, 44, 54 подачи газа. Соответственно, когда смесь текучих сред, находящаяся внутри камеры 36, 46, 56 перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, выбрасывается в виде струи через второе отверстие 38b, 48b, 58b для создания струи, внутри этой камеры возникает поток по кругу (также называемый "круговым потоком") из жидкости, которая содержит газ. Кроме того, может быть получен эффект, аналогичный эффекту в первом варианте осуществления.
[0075]
Модификации для каждого варианта осуществления
Выше варианты осуществления настоящего изобретения были описаны просто в виде конкретных примеров и, таким образом, не ограничивают это изобретение. Поэтому конкретная конструкция может быть подходящим образом модифицирована. Функционирование и эффект в вариантах осуществления настоящего изобретения описаны просто в виде наиболее предпочтительных функционирования и эффекта, возникающих в результате воплощения этого изобретения. Таким образом, функционирование и эффект, получаемые при помощи настоящего изобретения, не ограничиваются функционированием и эффектом, которые описаны для этих вариантов его осуществления.
[0076]
Например, в каждом из вариантов и в каждой из модификаций, форсунка для создания пузырьков с круговым потоком может содержать элемент, поверхность которого покрыта полимером, или может быть изготовлена только из полимера. Соответственно, так как поверхность элемента покрыта полимером, или форсунка для создания пузырьков с круговым потоком как таковая изготовлена из полимера, коррозию можно предотвратить даже в случае неблагоприятных окружающих условий, например, загрязненной воды или морской воды. В результате можно предложить форсунку для создания пузырьков с круговым потоком, имеющую длительный срок службы и низкую стоимость.
[0077]
В каждом из вариантов и в каждой из модификаций форсунка для создания пузырьков с круговым потоком имеет впускное отверстие для газа. Однако форсунка для создания пузырьков с круговым потоком может не иметь впускного отверстия для газа, если газ растворен в жидкости, подаваемой из отверстия для подачи жидкости. В этом случае газ, растворенный в жидкости, превращается в пузырьки в камере перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком.
[0078]
В форсунке для создания пузырьков с круговым потоком в каждом из вариантов осуществления элемент, имеющий дно, который имеет впускное отверстие для газа, может дополнительно иметь отверстие для сообщения с внешней средой, которое открыто на периферийной поверхности камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком и продолжается в направлении, параллельном касательной к этой поверхности, для сообщения с внешней средой. При этой конструкции через отверстие для сообщения с внешней средой в камеру перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком могут протекать внешняя жидкость и/или внешний газ. В результате можно создать вихревой поток, который протекает вдоль периферийной поверхности камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком, в дополнение к круговому потоку, чтобы, таким образом, наклонить направление протекания кругового потока относительно направления подачи жидкости, подаваемой через отверстие для подачи жидкости. В результате можно увеличить длину одного оборота кругового потока, и, таким образом, газ чаще рассекается турбулентным потоком, созданным круговым потоком. Как следствие, можно дополнительно разделять газ внутри камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком.
[0079]
Форма камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком или форма вырезов в области конца впускного отверстия не ограничивается формой, которая описана для каждого из вариантов и каждой из модификаций. Камера перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком может иметь, по существу, квадратную трубчатую форму, форму трехгранной пирамиды, иметь поперечное сечение в виде многоугольника, например, пятиугольника или шестиугольника, или поперечное сечение сложной формы, например, в виде звезды (включая неправильную форму).
[0080]
В каждом из вариантов осуществления и в каждой из модификаций впускное отверстие для газа может быть образовано поблизости от отверстий для создания струи.
[0081]
В каждом из вариантов осуществления и в каждой из модификаций на поверхности трубчатого элемента может быть образована секция газового резервуара. Хотя, в каждом из вариантов осуществления и в каждой из модификаций, секция газового резервуара выполнена в виде выемки (в виде кольца) на всей окружности зазора, настоящее изобретение этим не ограничивается. Выемка может быть образована только на части внешней поверхности трубчатого элемента и/или внутренней поверхности элемента, имеющего дно, внутри зазора, в котором, вероятно, будут осаждаться осадок и/или загрязнения в случае обычной конструкции, чтобы не допустить возникновения препятствий при подаче газа.
[0082]
В каждом из вариантов осуществления и в каждой из модификаций секция, аналогичная секции 55с перемешивания и смешивания, обеспеченной в форсунке 50 для создания пузырьков с круговым потоком в Модификации 2 второго варианта осуществления, может быть обеспечена в любой части камеры перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком. Хотя секция 55с перемешивания и смешивания имеет форму выемки в виде кольца, настоящее изобретение этим не ограничивается. В качестве секции 55с перемешивания и смешивания могут быть образованы одна или более простых выемок (например, углублений) или канавка (выемка), выполненная винтовой формы, пока смесь текучих сред может дополнительно перемешиваться и смешиваться в камере перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком.
[0083]
Форсунка для создания пузырьков/форсунка для создания пузырьков с круговым потоком согласно настоящему изобретению может быть изготовлена большого или небольшого размера. Форсунку для создания пузырьков/форсунку для создания пузырьков с круговым потоком согласно настоящему изобретению можно применять во всех областях, где можно использовать микропузырьки. Если говорить конкретно, большую форсунку для создания пузырьков/форсунку для создания пузырьков с круговым потоком можно применять, например, в промышленности, для обработки сточных вод, например, в канализационной сети, при очистке рек и морской воды, устранении цветения воды, при восстановлении популяции, размножении и разведении рыб и моллюсков, при выращивании риса и борьбе с сорняками на затопляемых рисовых полях. С другой стороны, небольшую форсунку для создания пузырьков/форсунку для создания пузырьков с круговым потоком можно применять, например, при очистке водяных резервуаров и аквариумов для рыб, выращивании гидропонных культур, в микропузырьковых ваннах, стиральных машинах, портативных ультракомпактных генераторах пузырьков и небольших водяных резервуарах, когда не требуется увеличение температуры. Кроме того, также предполагается использование в области медицины. Помимо этого, форсунку для создания пузырьков/форсунку для создания пузырьков с круговым потоком согласно настоящему изобретению также можно использовать при обесцвечивании и стерилизации.
Список ссылочных обозначений
[0084]
1, 21, 31, 41, 51 - Элемент, имеющий дно
2, 22, 32, 42, 52 - Трубчатый элемент
3, 23, 33, 43, 53 – Впускное отверстие для газа
4, 24, 34, 44, 54 - Камера подачи газа
4а, 24а, 34а, 44а, 54а - Зазор
4b, 24b, 34b, 44b, 54b - Канавка
5а, 25а, 35a, 45а, 55a - Первое отверстие для подачи жидкости
5b, 25b, 35b, 45b, 55b - Второе отверстие для подачи жидкости
6, 26, 36, 46, 56 - Камера перемешивания и смешивания газа и жидкости с круговым потоком
7, 27, 37, 47, 57 - Впускное отверстие
7а, 27а, 37а, 47а, 57а, 57b - Вырез
8а, 28а, 38а, 48а, 58а - Первое отверстие для создания струи
8b, 28b, 38b, 48b, 58b - Второе отверстие для создания струи
10, 20, 30, 40, 50 - Форсунка для создания пузырьков с круговым потоком
11 - Шланг
12 - Душевая головка
13 - Трубка подачи газа
13а - Обратный клапан
14 - Дроссельный клапан
24с, 44с, 54с – Секция газового резервуара
55с - Секция перемешивания и смешивания