УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ
LIQUID PROCESSING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к устройству для обработки жидкости, содержащей растворенный газ, в частности, для обработки жидкости, которая прошла через теплообменник, градирню, бассейн, в частности общественный или частный плавательный бассейн, контур охлаждения или кондиционирования воздуха, контур отопления, контур фильтрации, контур деминерализации посредством обратного осмоса, контур горячего водоснабжения или контур распределения питьевой воды. В целом изобретение относится к устройству для обработки водной жидкости, содержащей растворенный газ из контура технологического процесса, с неочищенными сточными водами, например, бытовыми сточными водами или фильтратом, или без них.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В данных приложениях наличие определенных (твердых, жидких или газообразных) веществ или микроорганизмов приводит к нежелательным явлениям заиления и/или образования накипи и/или коррозии и/или засорения. Поэтому жидкость необходимо периодически обрабатывать путем введения добавок, например, путем введения дезинфицирующих средств, флокулянтов, кислот или секвестрантов, или даже периодически выкачивать и менять. Эти обработки являются дорогостоящими и часто вредны для окружающей среды.
Таким образом, существует необходимость в новом техническом решении для обработки, которое может, по меньшей мере частично, решить эти проблемы.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно изобретению, эта задача решается посредством устройства для обработки жидкости, содержащей растворенный газ, причем указанное устройство содержит:
- гидродинамический реактор, выполненный с возможностью генерировать, посредством кавитации, пузырьки указанного газа внутри указанной жидкости,
- газовый сепаратор, выполненный с возможностью извлекать указанные пузырьки из указанной жидкости.
Как будет видно более подробно из нижеследующего описания, данное устройство позволяет просто и эффективно обрабатывать жидкость при более низком расходе добавок, или даже без использования добавок, и/или с ограничением объемного расхода указанной жидкости.
Без привязки к одной теории этот результат объясняется в данном изобретении следующим образом: гидродинамический реактор обеспечивает возможность, посредством внезапного расширения, испарять, посредством кавитации, часть газов, растворенных в жидкости, в то время как газовый сепаратор улавливает образованные таким образом пузырьки газа, прежде чем этот газ снова растворяется в жидкости посредством сжатия ниже по потоку. Давление газа в жидкости (т.е. концентрация растворенного газа), выходящей из устройства, следовательно, ниже, чем в жидкости, входящей в устройство.
Таким образом, устройство позволяет уменьшить давление растворенного газа, и, следовательно, снизить его вредность.
Кавитация является хорошо известным явлением, которое, как правило, опасаются, потому что она существенно изменяет структуру и свойства потоков жидкости. Предполагается, что в изобретении создано устройство, которое преимущественно использует это явление.
2
2
Эта дегазация ниже по потоку от гидродинамического реактора обеспечивает возможность, в частности, удалять CO и/или O, создавая тем самым в указанной жидкости новые условия для физико-химических равновесий, таких как, например, кальций-углеродное равновесие.
Эта дегазация ниже по потоку также обеспечивает возможность удалять нежелательные газы, такие как хлорамины и, в частности трихлорамины, которые очень вредны для здоровья и которые могут появляться при обработке воды плавательного бассейна.
Устройство согласно изобретению может дополнительно содержать один или более из следующих дополнительных признаков:
- газовый сепаратор расположен ниже по потоку от гидродинамического реактора, предпочтительно на расстоянии меньше 2 м, предпочтительно меньше 1 м от гидродинамического реактора;
- газовый сепаратор выполнен таким образом, что в указанном газовом сепараторе жидкость поддерживается под давлением и, в частности, не подвергается воздействию атмосферы, как в бассейне; и/или жидкость не вступает в контакт с внешним газом (т.е. единственный газ, с которым жидкость находится в контакте, является газ пузырьков, извлеченных посредством кавитации) (в частности, жидкость не находится в резервуаре таким образом, что ее свободная поверхность находится в контакте с атмосферой);
- газовый сепаратор представляет собой коалесцентный сепаратор или щеточный фильтр;
- гидродинамический реактор содержит диэлектрический материал, который может входить в контакт с жидкостью;
- гидродинамический реактор содержит первые каналы, ограниченные, по меньшей мере частично или даже полностью, диэлектрическим материалом;
- гидродинамический реактор содержит, предпочтительно ниже по потоку от диэлектрического материала, средства разделения взвешенных частиц, в частности средства осаждения и/или фильтр;
- фильтр выбран из группы, включающей в себя щеточный фильтр, дисковый фильтр, фильтр из гранулированных материалов, ультрафильтрующую мембрану, в частности половолоконную ультрафильтрующую мембрану, нанофильтрационную мембрану, в частности отдельную или ниже по потоку от ультрафильтрующей мембраны, или мембрану обратного осмоса;
- гидродинамический реактор содержит первые каналы, предпочтительно внутренне ограниченные диэлектрическим материалом, которые открываются ниже по потоку в камеру сжатия, при этом прохождение жидкости в первых каналах приводит к ее ускорению и к образованию кавитационных пузырьков, прежде чем жидкость входит в камеру сжатия, причем прохождение жидкости в камеру сжатия приводит к схлопыванию большинства кавитационных пузырьков;
- гидродинамический реактор содержит вторые каналы, предпочтительно ограниченные внутренне электропроводным материалом, предпочтительно цинком, которые открываются выше по потоку в камеру сжатия, при этом прохождение жидкости во вторых каналах приводит к ее ускорению и к образованию кавитационных пузырьков; предпочтительно гидродинамический реактор содержит вторую камеру сжатия, в которую открываются, ниже по потоку, вторые каналы, чтобы, таким образом, обеспечивать схлопывание большинства кавитационных пузырьков, образованных во вторых каналах;
- гидродинамический реактор содержит первый блок, включающий в себя множество указанных первых каналов, камеру сжатия и, предпочтительно, второй блок, включающий в себя множество указанных вторых каналов, причем первые каналы и, при необходимости, вторые каналы открываются в указанную камеру сжатия, так что жидкость, входящая в гидродинамический реактор, последовательно проходит через первые каналы, камеру сжатия и вторые каналы;
- предпочтительно первые каналы ограничены внутренней стенкой, выполненной из диэлектрического материала, предпочтительно из пластика, предпочтительно выполненной из политетрафторэтилена (PTFE);
- предпочтительно вторые каналы ограничены внутренней стенкой, выполненной из электропроводного материала, который может служить в качестве анода для защиты контура, в котором циркулирует жидкость, подлежащая обработке;
- предпочтительно первый и второй блоки вставлены в кожух, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, причем вся жидкость, входящая в кожух, должна пройти через первые каналы, камеру сжатия и вторые каналы перед выходом из кожуха;
- предпочтительно кожух имеет электрический контакт с указанным электропроводным материалом;
больше 50% пузырьков по количеству, образуемых в гидродинамическом реакторе, имеют диаметр от 0,2 мкм до 5 мм, предпочтительно от 0,2 мкм до 2 мм;
- гидродинамический реактор представляет собой гидродинамический реактор, описанный в патенте ЕР-В2-680457;
- жидкость циркулирует в гидродинамическом реакторе, причем эта жидкость предпочтительно содержит, по меньшей мере, одно соединение, содержащее элемент, выбранный из группы, включающей в себя хлор, алюминий, бром, хром и стронций, в частности радиоактивный металл.
Изобретение также относится к системе, содержащей контур или даже образованной контуром, в который вставлен объект воздействия и устройство для обработки жидкости, выходящей из указанного объекта воздействия, причем устройство обработки выполнено согласно изобретению, при этом газовый сепаратор вставлен ниже по потоку от указанного гидродинамического реактора на расстоянии меньше 1 метра от гидродинамического реактора.
Объект воздействия может быть, в частности, выбран из группы, включающей в себя теплообменник, градирню, бассейн, в частности открытый бассейн, в частности общественный или частный плавательный бассейн, контур охлаждения или кондиционирования воздуха, контур отопления, контур фильтрации, контур деминерализации посредством обратного осмоса, контур горячего водоснабжения или контур распределения питьевой воды.
В одном варианте осуществления изобретения жидкость циркулирует в замкнутом контуре в системе.
Предпочтительно жидкость поддерживается под давлением и/или без контакта с атмосферой, за исключением, опционально, в объекте воздействия. Предпочтительно давление больше атмосферного давления в любой точке контура, за исключением, опционально, в объекте воздействия.
Наконец, изобретение относится к способу обработки жидкости, содержащей растворенные газы, причем указанный способ включает в себя прохождение указанной жидкости через устройство согласно изобретению при соответствующих термодинамических условиях, так чтобы гидродинамический реактор генерировал пузырьки.
Определения
Положения "выше по потоку" и "ниже по потоку" определяются по отношению к направлению потока жидкости в ходе ее обработки.
Выражение "содержащий" следует понимать в значении "содержащий по меньшей мере один", если не указано иное.
Выражения "в частности" или "особенно" являются синонимами и не являются ограничивающими.
"Эквивалентный диаметр" поперечного сечения площади А относится к диаметру круглого поперечного сечения идентичной площади А. Для круглого поперечного сечения эквивалентный диаметр, следовательно, равен данному диаметру.
"Секущая плоскость" относится к плоскости, перпендикулярной к направлению основного потока жидкости.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие признаки и преимущества данного изобретения будут более очевидными при чтении нижеследующего подробного описания и при рассмотрении прилагаемых чертежей, предназначенных для иллюстративных и не ограничивающих целей.
На данных чертежах:
- фиг. 1 схематически показывает систему согласно изобретению;
- фиг. 2 показывает в разрезе пример гидродинамического реактора, который может использоваться в устройстве согласно изобретению;
- фиг. 3 показывает пример коалесцентного газового сепаратора;
- фиг. 4 иллюстрирует явления кавитации и схлопывания кавитационных пузырьков.
На различных чертежах идентичные или сходные элементы обозначены теми же номерами позиций.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1 показывает систему 10 согласно изобретению, содержащую замкнутый контур 12, в котором циркулирует жидкость L. Объект воздействия, в данном случае радиатор 16, и устройство 20 обработки согласно изобретению вставлены в контур 12, при этом устройство 20 обработки находится выше по потоку от объекта воздействия.
Устройство 20 обработки содержит канал 22, в который вставлены, от расположения выше по потоку до расположения ниже по потоку (расположения выше по потоку и ниже по потоку определяются направлением потока жидкости в канале 22), гидродинамический реактор 25, газовый сепаратор 30 и фильтр 31. Система 10 также содержит насос 32, вставленный выше по потоку или ниже по потоку от устройства 20 обработки, который обеспечивает возможность циркуляции жидкости L.
Контур 12 может быть разомкнутым, полуразомкнутым или замкнутым, как показано, с подпиточной жидкостью или без нее, с приведением жидкости в контакт с атмосферой или без него.
Система 10 не является ограничивающей и может быть, в частности системой для обычной холодной воды, горячей воды для бытовых нужд, сетевой воды, воды кондиционирования воздуха, охлаждающей воды, питьевой воды, технической воды, воды для полива и/или орошения, воды для пожарного водоснабжения, воды для плавательных бассейнов или воды для ванны и терапевтической ванны. Эта система может находиться в жилом здании или в специализированном здании, например в больнице или в школе.
Гидродинамическая реактор
Любое устройство, которое может производить внезапное падение давления в жидкости с целью создания, посредством кавитации, пузырьков, в частности микропузырьков, может использоваться в качестве гидродинамического реактора 25.
Гидродинамический реактор содержит часть, в которой площадь поперечного сечения потока меньше площади поперечного сечения канала, в который вставлен гидродинамический реактор. Предпочтительно гидродинамический реактор содержит по меньшей мере две такие части.
Простое расширение жидкости путем уменьшения ее площади поперечного сечения потока, однако, не достаточно для создания кавитации, если поток остается ламинарным. Поэтому расширение должно быть неожиданным, чтобы создать большую турбулентность и градиенты давления, которые локально являются очень большими.
Предпочтительно гидродинамический реактор является пассивным, т.е. он не содержит потребителя энергии, в частности двигатель. Более предпочтительно гидродинамический реактор не содержит подвижных деталей.
Гидродинамический реактор может, в частности, содержать зону ускорения, содержащую один или более первых каналов, которые открываются выше по потоку в верхнюю по потоку камеру, при этом жидкость ускоряется между верхней по потоку камерой и первыми каналами.
Предпочтительно отношение S''/∑'' может быть больше 2, больше 5, больше 10, больше 20, больше 50, больше 100 или больше 200 и/или меньше 1000, меньше 500, меньше 400 или меньше 300, где
- S'' обозначает поперечное сечение верхней по потоку камеры, измеренное в секущей плоскости непосредственно выше по потоку от области, в которой первые каналы открываются в верхнюю по потоку камеру;
- ∑'' обозначает сумму секущих поперечных сечений указанных первых каналов, измеренных в секущей плоскости непосредственно ниже по потоку от области, в которой они открываются в верхнюю по потоку камеру.
Первые каналы могут иметь сходящееся продольное поперечное сечение, например форму сопла, с тем, чтобы обеспечивать постепенное ускорение потока.
Первые каналы предпочтительно параллельны друг другу. Они могут или не могут быть прямолинейными. В частности, они могут проходить вдоль направления потока жидкости. Количество первых каналов предпочтительно больше 3, больше 5, больше 10, больше 20, больше 30 и/или меньше 200, меньше 150, меньше 100, меньше 80, меньше 60. Секущее поперечное сечение каналов может быть любой формы, например круглой. В одном варианте осуществления первые каналы имеют по существу постоянное секущее поперечное сечение по всей их длине.
Эквивалентный внутренний диаметр первых каналов предпочтительно больше 2 мм, больше 10 мм или больше 15 мм или больше 20 мм и/или меньше 50 мм, меньше 40 мм, меньше 35 мм. Очень подходит эквивалентный внутренний диаметр около 30 мм.
Длина первых каналов предпочтительно больше 20 мм, больше 30 мм и/или меньше 50 мм, меньше 40 мм.
Подразумевается, что гидродинамический реактор может быть выполнен для того, чтобы вызывать кавитацию, которая генерирует пузырьки различных растворенных газов.
Предпочтительно гидродинамический реактор конфигурирован с возможностью генерировать только микроскопические пузырьки.
В одном варианте осуществления устройство обработки содержит нагреватель, вставленный выше по потоку от первого канала и выполненный с возможностью увеличивать температуру жидкости, входящей в последний с целью улучшения его эффективности.
Однако, нагревание жидкости, как правило, дороже.
В одном предпочтительном варианте осуществления жидкость, выходящая из первых каналов, входит в камеру сжатия. Как будет видно более подробно из нижеследующей части описания, камера сжатия способствует схлопыванию кавитационных пузырьков и созданию предпочтительных реакций.
1
1
1
Предпочтительно длина камеры сжатия, измеренная вдоль направления потока в системе приведенных координатах Эйлера, больше 0,5*L и/или меньше 2*0,5*L, где L является длиной указанных первых каналов по отношению к указанной камере сжатия.
3
3
3
3
3
3
3
Предпочтительно камера сжатия имеет объем больше 0,0001 дм, больше 0,001 дм, больше 0,01 дм, больше 0,1 дм и/или меньше 20 дм, меньше 10 дм, меньше 1 дм.
Отношение S/Σ может быть больше 2, больше 5, больше 10, больше 20, больше 50, больше 100 или больше 200 и/или меньше 1000, меньше 500, меньше 400, или меньше 300, где
- S обозначает поперечное сечение камеры сжатия, измеренное в секущей плоскости непосредственно ниже по потоку от области, в которой первые каналы открываются в камеру сжатия;
- Σ обозначает сумму секущих поперечных сечений указанных первых каналов, которые измерены в секущей плоскости непосредственно выше по потоку от области, в которой они открываются в камеру сжатия.
Большие отношения S/Σ предпочтительно обеспечивают возможность создавать микроструи в устье первых каналов, которые очень эффективны для генерирования кавитации.
Для вычисления отношения S/Σ учитываются все указанные первые каналы.
Если устройство содержит несколько зон ускорения, в которых происходит кавитация, то оно предпочтительно содержит соответствующие камеры сжатия ниже по потоку от каждой из этих зон ускорения. Все камеры сжатия могут иметь по существу одинаковое отношение S/Σ.
Предпочтительно гидродинамический реактор содержит диэлектрический материал, расположенный в контакте с жидкостью, предпочтительно в области, где жидкость циркулирует с высокой скоростью. Предпочтительно первые каналы ограничены внутренней стенкой, изготовленной из этого диэлектрического материала. Первые каналы могут быть изготовлены в блоке, изготовленном из указанного диэлектрического материала.
Диэлектрический материал предпочтительно представляет собой пластик, например политетрафторэтилен (PTFE), нейлон, полипропилен, поливинилхлорид (PVC) или смесь этих материалов. Также могут использоваться другие диэлектрические материалы, например керамика, поскольку они обеспечивают возможность, посредством циркуляции жидкости, генерировать статический электрический заряд посредством электризации трением.
PTFE является предпочтительным диэлектрическим материалом. В частности, этот диэлектрический материал предотвращает прилипание твердых частиц жидкости к поверхности диэлектрического материала.
Гидродинамический реактор предпочтительно содержит часть, изготовленную из электропроводного материала, расположенного на пути жидкости таким образом, чтобы создавать, посредством гальванического эффекта, окислительно-восстановительные явления.
Более предпочтительно электропроводный материал является цинком.
Гидродинамический реактор может, в частности, содержать множество вторых каналов, ограниченных внутренней стенкой, изготовленной из указанного электропроводного материала. Вторые каналы могут быть изготовлены в блоке, изготовленном из указанного электропроводного материала. В одном варианте осуществления камера сжатия расположена, по пути жидкости между первыми каналами и вторым каналами или, наоборот, между вторыми каналами и первыми каналами.
Вторые каналы, как и первые каналы, могут быть источником кавитационных пузырьков. Они могут быть параллельны друг другу. Они могут или не могут быть прямолинейными. В частности, они могут проходить вдоль продольной оси гидродинамического реактора. Количество вторых каналов предпочтительно больше 2, больше 3, больше 5, больше 10, больше 20, больше 30, и/или меньше 100, меньше 80, меньше 60. Поперечное сечение вторых каналов может быть любой формы, например круглой. В одном варианте осуществления вторые каналы имеют по существу постоянное секущее поперечное сечение по всей их длине.
Эквивалентный внутренний диаметр вторых каналов предпочтительно больше 2 мм, больше 4 мм или больше 5 мм и/или меньше 15 мм, меньше 13 мм, меньше 10 мм, меньше 8 мм или меньше 7 мм.
В одном варианте осуществления эквивалентный внутренний диаметр вторых каналов больше или в 1,1, 1,5, 2 или 3 раза больше эквивалентного внутреннего диаметра первых каналов.
Длина вторых каналов предпочтительно больше 20 мм, больше 30 мм и/или меньше 50 мм, меньше 40 мм.
Камера сжатия, предпочтительно, является общей для нескольких первых и/или вторых каналов или общей для всех первых и/или вторых каналов.
Предпочтительно первые каналы не открываются напротив вторых каналов, что предотвращает вход жидкости, выходящей из первого канала и прошедшей через камеру сжатия, во второй канал посредством следования по прямолинейному пути.
Первые каналы, опционально вторые каналы и камера сжатия сгруппированы в гидродинамическом реакторе.
Гидродинамический реактор может содержать кожух, содержащий впускное отверстие и выпускное отверстие для жидкости.
Кожух может содержать корпус, предпочтительно цилиндрический корпус, и одну или более концевых крышек, например ввинченных в корпус. Концевые крышки могут, в частности, ограничивать входное отверстие и выходное отверстие гидродинамического реактора. Длина концевой крышки не ограничена.
Предпочтительно гидродинамический реактор содержит муфты, обеспечивающие возможность соединения входного отверстия и/или выходного отверстия с трубой, например, фланец, снабженный болтовыми отверстиями, которые могут взаимодействовать с соответствующим фланцем указанной трубы, или охватываемые или охватывающие части, которые могут быть привинчены соответственно к внутренней или наружной части указанной трубы. Муфты могут быть прочно прикреплены к дополнительным концевым крышкам.
Кожух и, в частности одна или более концевых крышек могут быть изготовлены из электропроводного материала, в частности, изготовлены из стали.
На его продольных концах первый блок ограничен верхней по потоку поверхностью и нижней по потоку поверхностью, при этом по меньшей мере одна из указанных верхней по потоку и нижней по потоку поверхностей предпочтительно является вогнутой.
Первый блок может быть, в частности, выполнен из указанного диэлектрического материала.
Кожух может содержать первый блок, который образует множество первых каналов, ограниченных в боковом направлении, по меньшей мере частично, стенкой, изготовленной из диэлектрического материала, и отверстие, на стороне выходного отверстия, в камеру сжатия, причем указанные первые каналы расположены таким образом, что жидкость проходит через гидродинамический реактор от входного отверстия к выходному отверстию путем прохождения через, по меньшей мере, один первый канал и камеру сжатия.
Кожух также может содержать второй блок, который образует множество вторых каналов, ограниченных в боковом направлении, по меньшей мере, частично, стенкой, изготовленной из электропроводного материала. Второй блок может быть, в частности, выполнен из указанного электропроводного материала.
На его продольных концах, второй блок ограничен верхней по потоку поверхностью и нижней по потоку поверхностью, причем по меньшей мере одна из указанных верхней по потоку поверхности и нижней по потоку поверхности предпочтительно является вогнутой.
Второй блок может быть расположен выше по потоку или ниже по потоку от первого блока, при условии, что камера сжатия имеется внутри указанного кожуха. Камера сжатия может быть, в частности, расположена между первым и вторым блоками или ниже по потоку от самого нижнего по потоку блока в кожухе. В предпочтительном варианте осуществления первый и второй блоки расположены таким образом, что жидкость проходит последовательно через первые каналы, камеру сжатия, в которую открываются все первые и вторые каналы, и затем вторые каналы.
Отверстия, через которые первые и/или вторые каналы открываются, в частности, в камеру сжатия, предпочтительно являются острыми, чтобы способствовать турбулентному потоку.
Первые и вторые каналы первого и второго блоков могут иметь один или более из дополнительных признаков первых и вторых каналов, описанных выше в общем виде. Диэлектрические и электропроводные материалы также могут быть выбраны из указанных выше материалов.
Предпочтительно гидродинамический реактор содержит средства для позиционирования первого и второго блоков в кожухе. Эти средства могут содержать ограничители продольного и/или углового (относительно продольной оси) позиционирования, предпочтительно средства защиты от ошибок. Предпочтительно нижние по потоку отверстия первых каналов могут быть, таким образом, позиционироваться точно и быстро по отношению к входным отверстиям вторых каналов, которые открываются в ту же самую камеру сжатия.
Как вариант или в дополнение, гидродинамический реактор может включать в себя механические средства для повышения точности электрического контакта и контактного давления между указанным электропроводным материалом вторых каналов и металлическим компонентом кожуха гидродинамического реактора. Предпочтительно электрический контакт между электропроводным материалом, образующим металлические вторые каналы, и металлическим компонентом кожуха гидродинамического реактора обеспечивается зажимом. Предпочтительно второй блок упирается в концевую крышку, навинченную на цилиндрический корпус кожуха. Предпочтительно навинчивание позволяет регулировать контактное давление между вторым блоком и концевой крышкой. Более предпочтительно второй блок имеет избыточную часть, так чтобы в течение навинчивания концевой крышки, край указанного второго блока врезался в концевую крышку.
Предпочтительно указанный электрический контакт является сухим, то есть зона электрического контакта не находится в контакте с жидкостью, циркулирующей в гидродинамическом реакторе. С этой целью могут быть расположены уплотнения для изолирования этой зоны контакта. Например, между кожухом и вторым блоком могут быть расположены первое и второе уплотнительные кольца, например, вблизи верхней по потоку и нижней по потоку поверхностей второго блока.
Второй блок может упруго упираться в концевую крышку.
В одном варианте осуществления второй блок расположен в месте соединения между корпусом кожуха и концевой крышкой, так чтобы перекрывать указанное место соединения.
Количество первых и/или вторых блоков предпочтительно больше 1, больше 2 или больше 3 и/или меньше 10, меньше 7 или меньше 5.
В одном варианте осуществления гидродинамический реактор последовательно содержит, от местоположения выше по потоку до местоположения ниже по потоку, первый блок, камеру сжатия, второй блок, камеру сжатия, первый блок, камеру сжатия, второй блок, камеру сжатия, первый блок и камеру сжатия.
В одном варианте осуществления гидродинамический реактор содержит второй блок на каждом конце кожуха, каждый предпочтительно в контакте с соответствующей концевой крышкой.
В одном варианте осуществления гидродинамический реактор содержит один первый блок и два вторых блока, причем первый блок расположен между указанными двумя вторыми блоками.

Гидродинамический реактор может, например, являться одним из гидродинамических реакторов, описанных в патенте ЕР-В2-680457 или в WO 2011033476, и, в частности, гидродинамическим реактором, продаваемым на рынке под названием IONSCALE BUSTER (ISB) компанией ISB WATERS.
На фиг. 2 схематически показан такой гидродинамический реактор 110.
Гидродинамический реактор 110, с продольной осью X, содержит кожух 111, снабженный входным отверстием 112 и выходным отверстием 114.
Корпус 111 содержит, последовательно от местоположения выше по потоку до местоположения ниже по потоку, первый блок 116, изготовленный из диэлектрического материала, и второй блок 118, изготовленный из электропроводного материала. Предпочтительно корпус 111 изготовлен из электропроводного материала и электрически соединен с расходуемым анодом из проводящего материала, который образует второй блок 118.
Через первый и второй блоки проходят в продольном направлении первые и вторые каналы, имеющие соответственно номера позиций 120 и 122.
1
2
Первые каналы открываются выше по потоку, к входному отверстию 112, в верхнюю по потоку камеру 123, через "верхние по потоку" отверстия 120, и ниже по потоку, в первую цилиндрическую камеру 124 сжатия, через "нижние по потоку" отверстия 120.
1
2
Вторые каналы 122 открываются выше по потоку к первой камере 124 сжатия через "верхние по потоку" отверстия 122 и ниже по потоку к выходному отверстию 114, во вторую камеру 125 сжатия через "нижние по потоку" отверстия 122.
Диаметр верхней по потоку камеры 123 и первой камеры 124 сжатия может составлять 270 мм. Все первые каналы, в количестве 9, могут иметь внутренний диаметр 6,3 мм.
Отношение S/Σ, следовательно, составляет приблизительно 200, где
S
2
- S обозначает поперечное сечение первой камеры 124 сжатия, измеренное в секущей плоскости P непосредственно ниже по потоку от "нижних по потоку" отверстий 120 первых каналов;
Σ
- ∑ обозначает сумму секущих поперечных сечений указанных первых каналов, которые измерены в секущей плоскости P непосредственно выше по потоку от этих "нижних по потоку" отверстий.
2
2
Вторая камера 125 сжатия и нижние по потоку отверстия 122 вторых каналов могут иметь конфигурацию, аналогичную или даже идентичную конфигурации камеры 124 сжатия и нижних по потоку отверстий 120 первых каналов, которые описаны выше.
Кроме того, все вторые каналы, в количестве 3, могут иметь внутренний диаметр 9 мм.
Отношение S'/Σ', где
S'
1
- S' обозначает поперечное сечение первой камеры 124 сжатия, измеренное в секущей плоскости P непосредственно выше по потоку от "верхних по потоку" отверстий 122 вторых каналов;
∑'
- Σ' обозначает сумму секущих поперечных сечений указанных вторых каналов, которые измерены в секущей плоскости P непосредственно ниже по потоку от этих "верхних по потоку" отверстий,
может быть больше 2, больше 5, больше 10, больше 20, больше 50, больше 100, или больше 200 и/или меньше 1000, меньше 500, меньше 400, или меньше 300.
Большое отношение S'/Σ' предпочтительно позволяет создавать значительное обратное давление в устье вторых каналов, очень эффективное для удаления кавитационных пузырьков, генерируемых первыми каналами на входном отверстии камеры сжатия.
Поскольку первая камера 124 сжатия является цилиндрической, S'=S.
Для вычисления отношения S'/Σ' учитываются все указанные вторые каналы.
Если гидродинамический реактор содержит несколько камер сжатия, то все камеры сжатия гидродинамического реактора могут иметь по существу одинаковое отношение S'/Σ'.
1
1
Верхняя по потоку камера 123 и верхние по потоку отверстия 120 первых каналов могут иметь конфигурацию, аналогичную или даже идентичную конфигурации камеры 124 сжатия и верхних по потоку отверстий 122 вторых каналов, которые описаны выше.
Все первые и вторые каналы проходят по существу вдоль оси X.
Газовый сепаратор
Пузырьки, образующиеся в гидродинамическом реакторе, в качестве варианта разделяются при пересечении камеры сжатия и затем улавливаются в газовом сепараторе 30.
Условия генерирования кавитации быстро исчезают после того, как жидкость вошла в камеру сжатия, и пузырьки, таким образом, повторно растворяются в жидкости. Газовый сепаратор, следовательно, расположен ниже по потоку от гидродинамического реактора, предпочтительно на расстоянии меньше 2 метров, меньше 1 метра меньше 0,5 метра, меньше 0,2 метра или даже в контакте с гидродинамическим реактором.
Может использоваться любое устройство, которое позволяет извлекать пузырьки из жидкости:
2
- сепаратор атмосферного газа: сепаратор атмосферного газа обеспечивает возможность приведения в контакт жидкости с воздухом, что обеспечивает в результате, в частности, удаление растворенного СО, даже лучше, когда жидкость мелко разделяется и воздух быстро заменяется;
- термогазовый сепаратор: распыление жидкости во встречном потоке пара при температурах, близких к 105°C, обеспечивает практически полное удаление растворенных газов, содержащихся в жидкости;
- дегазация путем уменьшения давления или создания вакуума: вакуумная дегазация используется при температурах ниже точки кипения при атмосферном давлении. Жидкость уменьшается до мелких капель, которые способствуют дегазации растворенных газов.
В газовом сепараторе жидкость предпочтительно поддерживается под давлением. Предпочтительно в газовом сепараторе жидкость остается подвижной. Предпочтительно в газовом сепараторе жидкость не имеет горизонтальной поверхности контакта с газом, как, например, в бассейне.
В частности, газовый сепаратор может представлять собой коалесцентный сепаратор.
Коалесцентные сепараторы могут быть изготовлены простым и очень компактным образом. Они в частности пригодны для дегазации замкнутых контуров, которые находятся в эксплуатации.
Эти сепараторы комбинируют различные принципы работы:
- замедление скорости потока,
- установка устройств для оптимизации роли направленных вверх (выталкивающих) сил и центробежной сепарации,
- наличие инородных тел, пригодных для стимулирования коалесценции.
В коалесцентном сепараторе накопленные пузырьки газа объединяются вместе в соответствии с известным явлением коалесценции, образуя, таким образом, пузырьки больших размеров, которые, под воздействием выталкивающей силы, поднимаются к поверхности раздела жидкости, где они могут выводиться из указанной жидкости.
В одном варианте осуществления, показанном на фиг. 3, коалесцентный сепаратор 130 содержит резервуар 132, предпочтительно вертикальный, например, цилиндрический, снабженный входным отверстием 134 для жидкости, выходным отверстием 136 для жидкости и выходным отверстием 138 для газа.
Входное отверстие для жидкости открывается предпочтительно по существу по касательной в резервуар. Предпочтительно сепаратор содержит впускные направляющие ребра 140, расположенные для улучшения центрифугирования в поступающей жидкости.
Выходное отверстие для газа, предназначенное для выпуска удаленных газов, предпочтительно расположено в верхней части резервуара.
Выходное отверстие для жидкости предпочтительно расположено в нижней части резервуара и проходит внутри резервуара по внутреннему цилиндру 142, который проходит до высоты, измеренной от дна резервуара, соответствующей примерно 2/3 от высоты резервуара.
Резервуар также может быть снабжен продувным отверстием 144, снабженным запорным клапаном 146, расположенным в нижней части резервуара и предназначенным для облегчения операций слива и продувки резервуара.
Резервуар частично заполнен насадкой 148, предназначенной для содействия явлению коалесценции пузырьков газа. Насадка может быть расположена в объеме, образованном оболочкой резервуара, внутренним цилиндром и верхней 150 и нижней 152 поддерживающими пластинами, которые предпочтительно перфорированы. Предпочтительно верхняя и нижняя поддерживающие пластины расположены, начиная с верхней и нижней части резервуара соответственно, приблизительно на 1/4 от высоты резервуара.
Насадка может содержать, в частности, кольца Рашига, например, продаваемые компанией Pall Corporation (кольца Палля).
Резервуар предпочтительно имеет внутренний диаметр, который достаточно велик, чтобы существенно уменьшать скорость потока обрабатываемой жидкости, предпочтительно таким образом, чтобы обеспечить скорость потока меньше 3 м/с, меньше 2 м/с, или меньше 1 м/с.
Размер элементов насадки адаптирован к внутреннему объему сепаратора и к условиям эксплуатации, определяемым объектом воздействия.
Захваченные таким образом газы могут освобождаться за пределами контура, предпочтительно с помощью автоматического дренажного клапана 154.
Средства для отделения взвешенных частиц
Для отделения взвешенных частиц можно использовать средства осаждения или, в частности, фильтр.
Фильтр 31, расположенный ниже по потоку от гидродинамического реактора, обеспечивает возможность извлекать взвешенные частицы. Принцип фильтрации заключается в том, чтобы образовать физический барьер для потока частиц, имеющих размер больше порога фильтрации. Фильтрация улучшает качество жидкостей, и, таким образом, защищает оборудование и ограничивает риски образования накипи, заиления и коррозии, а также риски биологического быстрого размножения микроорганизмов, таких как водоросли и бактерии.
Фильтр 31 может быть, в частности, расположен между гидродинамическим реактором и газовым сепаратором или ниже по потоку от газового сепаратора, предпочтительно ниже по потоку от газового сепаратора, предпочтительно последовательно, так чтобы обрабатывать весь поток ("в линию"). Часть потока, однако, может быть отводиться к параллельному ("подключенному") контуру обработки.
Фильтр может быть, в частности, выбран из группы, включающей в себя щеточный фильтр, дисковый фильтр, фильтр из гранулированных материалов, ультрафильтрующую мембрану, нанофильтрационную мембрану, в частности, отдельную или ниже по потоку от ультрафильтрующей мембраны, и обратноосмотическую мембрану.
Щеточный фильтр позволяет механически удалять частицы при прохождении жидкости через волокна щетки, установленной в корпусе. Щеточный фильтр в частности подходит для фильтрации частиц с размером больше 100 мкм. Предпочтительно щеточный фильтр используется для жилых и специализированных систем, общих систем холодной воды (GCW), систем горячей воды (DHW), систем отопления и кондиционирования воздуха, а также для небольших контуров охлаждения.
Дисковый фильтр позволяет механически удалять частицы при прохождении жидкости через ряды дисков с канавками, которые, например, изготовлены из полипропилена. Дисковый фильтр в частности подходит для фильтрации частиц с размером от 20 до 200 мкм. Предпочтительно дисковый фильтр используется для систем питьевой воды, воды для полива и/или орошения, воды для противопожарной защиты, технической воды или охлаждающей воды, или для крупных жилых и специализированных сооружений, например, для больниц или школ.
Фильтр из гранулированных материалов позволяет механически удалять частицы при прохождении жидкости через агрегат, расположенный в кожухе под давлением. Загрязняющие частицы удаляются путем удержания и/или адсорбции в зависимости от фильтрующей среды. Фильтр из гранулированных материалов в частности подходит для фильтрации воды в плавательном бассейне и воды для ванн для купания или терапевтических ванн, воды для градирень и контуров, или воды, в которой имеется значительное загрязнение коллоидными частицами.
3
Ультрафильтрующая мембрана позволяет удалять взвешенные частицы, бактерии и вирусы, а также самые большие органические молекулы. Ультрафильтрующая мембрана в частности подходит для фильтрации частиц с размером около 0,01 мкм. Предпочтительно используется полиэфирсульфоновый (PES) семиканальный внутренний/внешний модуль. Ультрафильтрующая мембрана позволяет, в частности, удалять СаСО, присутствующий в начальной форме, который принудительно осаждается в гидродинамическом реакторе и затем стабилизируется в газовом сепараторе. Это предпочтительно обеспечивает уменьшение ТН в жидкости. Ультрафильтрующая мембрана в частности подходит для фильтрации питьевой воды, воды для жилых и специализированных сооружений, GCW, DHW, воды для отопления и/или для кондиционирования воздуха, или для небольших контуров охлаждения, воды для полива и/или орошения, воды для противопожарной защиты, технической воды или охлаждающей воды, воды для первичных контуров ядерных установок, или для других водных жидкостей, загрязненных радиоактивными веществами, или для больших жилых и специализированных учреждений, например, для больниц или школ.
Работа
Работа устройства заключается в следующем.
Жидкость L передается с помощью насоса 14 в контур 12.
Жидкость L, выходящая из объекта 16 воздействия, входит в гидродинамический реактор 110, в котором ее поток модифицируется с целью создания турбулентного потока, который может создавать локально кавитацию.
Более конкретно, подлежащая обработке жидкость входит в гидродинамический реактор 110 через впускное отверстие 112 (стрелка F, показанная на фиг. 2) и верхнюю по потоку камеру 123.
Затем жидкость проходит через первые каналы 120, выполненные в первом блоке 116, изготовленном из диэлектрического материала.

Вход в первые каналы сопровождается внезапным ускорением жидкости и снижением давления, что приводят к появлению кавитации. Рабочие условия (скорость потока, давление) определяются таким образом, чтобы расширение приводило к кавитации. В случае гидродинамического реактора IONSCALE BUSTER скорость жидкости на входном отверстии гидродинамического реактора (в верхнюю по потоку камеру 123) предпочтительно больше 2 м/с и/или меньше 15 /мс, меньше 12 м/с, меньше 10 м/с, меньше 8 м/сек, или меньше 6 м/с, или меньше 4 м/с, а давление на входном отверстии гидродинамического реактора предпочтительно больше 1 бар, и/или меньше 20 бар, меньше 10 бар, или меньше 5 бар.
В книге "CAVITATION AND BUBBLE DYNAMICS" автора Christopher Earls Brennen, опубликованной издательством Оксфордского университета в 1995 году, описаны условия, которые обеспечивают возможность получения гидродинамической кавитации.
Кавитация представляет собой хорошо известное явление, вызванное падением локального давления в жидкости вследствие геометрической модификации потока этой жидкости. Она используется, в частности, для получения свободных или эмульгированных дисперсных систем.
Кавитация приводит в результате к образованию газонаполненных кавитационных пузырьков внутри потока жидкости и/или на пограничном слое стенок гидродинамического реактора, в котором проходит поток, как показано на фиг. 4.
Если давление снижается до значения, ниже которого жидкость достигает точки кипения, то образуется большое количество кавитационных пузырьков.
С помощью закона Генри можно количественно определить физическое явление освобождения газа, содержащегося в жидкости, при этом, согласно данному закону, чем больше увеличивается температура и/или уменьшается давление, тем в большей степени жидкость может освободить растворенные газы. Этот освобождение растворенных газов происходит в виде пузырьков, размер которых может варьироваться от нескольких десятков микрометров до нескольких миллиметров.
Способность гидродинамического реактора к созданию кавитационных пузырьков зависит от многих факторов, основными из которых являются:
- давление газа или газов, растворенных в жидкости;
- природа и физико-химические характеристики газа или газов, присутствующих в жидкости;
- температура жидкости;
- давление жидкости;
- геометрия гидродинамического реактора;
- скорость потока или расход жидкости.
Наличие дефлекторов предпочтительно позволяет генерировать очень внезапные локальные сужения потока, которые являются благоприятными для кавитации. В частности, когда поток жидкости проходит мимо точки сужения, создаваемого дефлектором, поток жидкости входит в зону пониженного давления, что способствует явлению гидродинамической кавитации.
Интенсивность кавитации связана с условиями эксплуатации посредством числа кавитации Cv.
Число кавитации Cv может быть выражено следующим образом:
где:
2
- P - давление ниже по потоку от гидродинамического реактора,
v
- P - давление пара жидкости L при рабочей температуре,
o
- V - средняя скорость жидкости L в гидродинамическом реакторе,
L
- ρ - плотность жидкости.
Число кавитации, при котором начинает проявляться явление кавитации, составляет Cv=1.
Воздействие явления кавитации будет даже больше, когда значение Cv является небольшим.
Оптимизация явлений кавитации в гидродинамическом реакторе основано на стандартном применении теоретических моделей, описывающих потоки жидкостей в соплах и системах Вентури.
Наиболее подходящими теоретическими моделями являются модели, которые относятся к двухфазным потокам. Поток пузырьков через систему Вентури может быть смоделирован с помощью уравнений сохранения массы и количества движения двух имеющихся фаз в сочетании с динамическим уравнением пузырька. Численное решение этой системы обеспечивает возможность исследовать влияние изменения радиуса горлышка Вентури и воздействие начального содержания пара на осевую эволюцию радиуса пузырька, давления в газо-жидкой смеси и скорости потока.
Предпочтительно гидродинамический реактор конфигурирован для генерации пузырьков, количество которых больше 50%, с диаметром от 0,2 мкм до 2 мм.
На практике кавитации возникает из "ядер" или "зародышей". Эти точки начала кавитации образованы из газообразных включений внутри жидкости, а именно из свободных микропузырьков, газообразных частиц, прикрепленных к взвешенным твердым примесям или уловленных в трещинах твердых стенок и т.д. В зависимости от термодинамических условий потока и геометрии указанных первых каналов, эти ядра могут расти более или менее взрывообразно. В частности, при наличии давления растворенного газа, близкого к значению насыщения указанного газа, этот газ может легко освободиться в виде кавитационных пузырьков.
Предпочтительно очень интенсивные локальные термодинамические и механические условия, вызванные кавитацией, также приводят в результате к разрушению некоторых патогенных или непатогенных микроорганизмов, которые могут присутствовать в жидкости.
В первых каналах жидкость трется о диэлектрический материал. Трение жидкости о диэлектрический материал приводит к накоплению электростатических зарядов на поверхности указанного диэлектрического материала, в результате чего образуется локальное электростатическое поле, которое может стимулировать следующие реакции:
- физико-химическое осаждение определенных ионов, таких как определенные окислы металлов, карбонаты, сульфаты или фосфаты;
- коагуляция определенных коллоидных частиц.
Коллоидные частицы, как правило, слишком малы для того, чтобы быть удержанными большинством систем фильтрации и если установлен фильтр, который может их отделять, такой как, например, система ультрафильтрации, то они могут быстро засорить ультрафильтрующие мембраны и привести в результате к чрезмерно сильным падениям давления или уменьшениям скорости потока.
Благодаря наличию электростатического эффекта, образуемого диэлектрическим материалом, и возникающей из него коагуляции коллоидных частиц, размер кластеров коллоидных частиц может достигать достаточного размера, так чтобы они эффективно и экономически выгодно удерживались в фильтре.
Более конкретно, коллоидные частицы часто имеют асимметрию их внутренних электрических зарядов, а именно дзета-потенциал. Вблизи диэлектрического материала наблюдается исчезновение этого электростатического барьера, что предотвращает агрегацию коллоидных частиц. Кроме того, частота столкновений между коллоидными частицами значительно увеличивается за счет турбулентности режима потока жидкости, вызванной кавитацией.
Не ограничиваясь этой теорией, в изобретении считается, что потенциал электростатического заряда, создаваемый на поверхности диэлектрического материала, образуется из части кинетической энергии потока жидкости, которая превращается в тепловую и электрическую энергию.
Потенциал электростатического заряда является функцией интенсивности трения жидкости и области диэлектрического материала, над которым циркулирует жидкость.
Накопление электростатических зарядов вызывает дисбаланс потенциалов между поверхностью диэлектрического материала и циркулирующей жидкостью, а также между поверхностью диэлектрического материала и металлическими поверхностями трубопроводов контура, в котором течет жидкость.
Положительные или отрицательные ионы, присутствующие, таким образом, в жидкости, будут связываться друг с другом на поверхности раздела жидкость - твердое тело посредством различных механизмов, таких как электростатическая сила, химическая адсорбция и диссоциация полярных групп, или посредством реакции между жидкостью и диэлектрическим материалом.
Когда ионы образуются из диссоциации растворенных солей (с образованием, таким образом, положительных и отрицательных зарядов в равных количествах), имеет место явление электрификации только потому, что один из видов ионов сильнее связывается с диэлектрическим материалом. Таким образом, возникает компактный слой, называемый "слоем Гельмгольца" в честь физика, который изучал его в 1879. Гуи, другой физик, показал в 1910 году, что ионы другой полярности группируются в диффузный слой.
Толщина диффузного слоя, или "слоя Гуи", зависит от удельного сопротивления жидкости: она очень мала для жидкости с высокой проводимостью и увеличивается с удельным сопротивлением последней.
Когда жидкость приводится в движение, этот двойной слой разделяется, при этом слой Гельмгольца остается связанным с поверхностью раздела жидкость - твердое тело, а слой Гуи уносится с жидкостью. Накопление зарядов в жидкости регулируется диффузией ионов по направлению к поверхности раздела и удельным сопротивлением ρ жидкости.
Затем двухфазная жидкость выходит в первую камеру 124 сжатия. Входное отверстие в первую камеру 124 сжатия приводит к уменьшению скорости, резкому увеличению давления и к конденсации внутри кавитационных пузырьков, что вызывает схлопывание большинства кавитационных пузырьков с образованием импульсов давления, амплитуда которых может быть очень большой (см фиг. 4).
Эти очень внезапные схлопывания приводят в результате к формированию ударных волн, которые, в свою очередь, генерируют физико-химические или термодинамические и механические явления, такие как разрушение любого материала, находящегося вблизи схлопывающихся пузырьков.
2
Таким образом, в течение разрушения кавитационных пузырьков, достигаются очень высокое давление и очень высокие локальные температуры: температура внутри пузырьков может, таким образом, достигать значений порядка 5000°C, при этом давление может достигать значений порядка 500 кг/см (K.S. Suslick, Science, Vol. 247, 23 March 1990 года, p. 1439-1445).
2
Эти условия температуры и давления активируют внутри пузырька или жидкости вблизи указанного пузырька физико-химические и термодинамические реакции, в частности осаждение карбонатов и высвобождение СО.
3
Как объяснено выше, присутствие диэлектрического материала способствует интенсивности явлений осаждения карбоната кальция (СаСО) и агломерации других коллоидных соединений посредством ослабления барьеров дзета-потенциала. Предпочтительно это осаждение позволяет уменьшить концентрации добавок, а также ограничить частоту замены рабочей жидкости. Это осаждение также ограничивает интенсивность явлений коррозии посредством образования защитной пленки, называемой пленкой Тиллманна, и, таким образом, обеспечивает определенную электро-гальваническую защиту системы.
Кроме того, может быть получен процесс эмульгирования, гомогенизации и дисперсии благодаря кинетической энергии, образуемой схлопыванием кавитационных пузырьков.
Форма "нижних по потоку" отверстий первых каналов 120, открывающихся в первую камеру 124 сжатия, может быть выполнена для максимального увеличения турбулентности и модификаций давления, например, путем расположения на них препятствий или расходящихся секций. Гидродинамические условия в первой камере 124 сжатия также способствуют коагуляции путем обеспечения сильного перемешивания жидкости. Поэтому особенно предпочтительно, чтобы первая камера сжатия находилась ниже по потоку от диэлектрического материала, что инициирует коагуляцию.
Первая камера 124 сжатия отделяет "нижние по потоку" отверстия первых каналов от "верхних по потоку" отверстий вторых каналов.
Жидкость, выходящая из первой камеры 124 сжатия, входит, таким образом, во вторые каналы 122 второго блока 118. Однако предпочтительно вторые каналы не выровнены аксиально с первыми каналами для того, чтобы способствовать турбулентности и последующему осаждению.
Вход жидкости во вторые каналы 122 приводит в результате к резкому ускорению ее скорости. Переходная область между камерой 124 сжатия и вторыми каналами 122 представляет собой, таким образом, область ускорение потока и появления кавитации.
Жидкость также входит в контакт с электропроводным материалом, образующим вторые каналы, предпочтительно изготовленные из цинка.
Эффект "элемента Даниэля", образованный электро-гальванической парой Zn-Fe, приводит к переносу электронов, способных обеспечить защиту от коррозии (катодная защита). Вместо слабых металлов-восстановителей системы на самом деле окисляется цинк, металл, являющийся более сильным восстановителем, чем железо, либо чем медь.
Эффект "батареи" также обеспечивает высвобождение ионов Zn+ внутри жидкости благодаря электролитической реакции, которая спонтанно устанавливается между цинковым анодом и более слабыми металлами-восстановителями системы, например, кожуха гидродинамического реактора в случае, когда он содержит железо. Эти высвободившиеся таким образом в жидкость ионы могут выступать в качестве нуклидов для возникновения и развития гетерогенных реакций первичной нуклеации.
В частности, присутствие этих ионов цинка обеспечивает возможность агломерации ионов кальция и магния, содержащихся в воде вокруг ионов цинка. Полученные таким образом нуклиды обеспечивают возможность модификации локальных условий кристаллизации карбонатов кальция и магния, что приводит к чрезвычайно большому и очень быстрому явлению вторичной нуклеации. Это явление наблюдается в присутствии кристаллов кристаллизуемого вещества (называемых инициаторами) и, по существу, в перемешанной среде. Скорость образования этих вторичных ядер зависит от скорости перемешивания среды, от количества инициаторов и от пересыщения жидкости.
Таким образом, геометрия гидродинамического реактора, в частности, благодаря интенсивному перемешиванию, вызванному внутри жидкости, и камера сжатия, посредством схлопывания кавитационных пузырьков, действуют совместно с диэлектрическим материалом и электропроводным материалом с тем, чтобы содействовать и ускорять физико-химические осаждение и коагуляцию. Этот расчет является в частности полезным для извлечения жидкости из металлов, таких как алюминий, бром, хром или стронций, в частности, из радиоактивных металлов.
На выходном отверстии второго блока 118 жидкость поступает во вторую камеру 125 сжатия, что снова обеспечивает возможность схлопывания большинства кавитационных пузырьков.
Время сохранения остаточных пузырьков зависит от режима потока и от геометрии гидродинамического реактора. В секции трубы, расположенной ниже по потоку от гидродинамического реактора, оно, как правило, меньше 20 секунд, меньше 5 секунд или меньше 2 секунды.
Жидкость L, нагруженная микропузырьками, должна поэтому быстро войти в газовый сепаратор, так чтобы пузырьки могли быть уловлены и высвобождены снаружи контура системы. Газовый сепаратор, таким образом, предпочтительно расположен вблизи гидродинамического реактора.
2
2
3
Факт удаления, таким образом, растворенных газов и, в частности, растворенных кислорода (O) и двуокиси углерода (CO) в результате раннего осаждения карбоната кальция (CaCO) позволяет получить лучшие рабочие условия системы:
- уменьшение проблем шума,
- уменьшение проблем коррозии,
- устранение возможных локализованных зон перегрева,
- устранение возможных механических (насос, клапан, заслонка и т.д.) деструкций.
2
Давление газа в жидкости, выходящей из газового сепаратора, следовательно, меньше чем в жидкости, входящей в гидродинамический реактор (за исключением, возможно, CO, последний, возможно, образуется путем осаждения карбонатов в гидродинамическом реакторе). Вредность растворенных газов, таким образом, уменьшается без необходимости в добавлении добавок.
После выхода из газового сепаратора жидкость проходит через фильтр 31, что обеспечивает возможность удерживать, по меньшей мере частично, частицы, образованные в гидродинамическом реакторе и, предпочтительно, другие конкретные загрязнители, которые могли бы повредить систему. Затем жидкость продолжает проходить к объекту воздействия или насосу 14.
Устройство обработки согласно изобретению может использоваться во всех приложениях, в которых присутствие растворенного газа в жидкости является потенциально вредным. В частности, оно может использоваться в градирне или в плавательном бассейне. В отличие от закрытого нагревательного контура, жидкость (охлаждающая жидкость, вода для плавательного бассейна) испаряется, например, путем выпуска в атмосферу, что требует добавочной жидкости. Некоторые соединения, изначально присутствующие в добавочной жидкости и некоторые добавки для обработки не испаряются. Их концентрация в жидкости, следовательно, имеет тенденцию к увеличению. Когда концентрация добавок достигает критического уровня, жидкость необходимо частично заменить (промывки деконцентрации) или полностью заменить (операции слива). Обычно в градирне воду необходимо заменить, когда концентрация добавок удвоилась или утроилась.
Устройство обработки позволяет ограничить добавление добавок, которые, как правило, вредны для здоровья и окружающей среды, и уменьшить частоту замены жидкости. Испытания показали, например, что благодаря устройству согласно изобретению частота замены может быть уменьшена в четыре раза в случае градирни в 600 кВт. Устройство обработки дополнительно позволяет защитить контур градирни от накипи и коррозии.
3
В плавательном бассейне введение хлорированных продуктов необходимо для достаточной дезинфекции воды для купания. Это введение хлора, в сочетании с содержащими азот загрязнениями, введенными купальщиками, приводит к образованию хлораминов, которые вредны для здоровья. Устройство обработки позволяет ограничить или даже устранить добавление хлорированных продуктов. Для плавательного бассейна на 800 м тесты показали, что устройство согласно изобретению позволяет уменьшить, очень экономично, образование хлораминов до значений ниже рекомендуемых норм.
Объект воздействия также может представлять собой фильтрационный аппарат, например фильтрационный аппарат на основе обратного осмоса, в частности, в установке для деминерализации или придания вкусового качества воде посредством обратного осмоса. Такое устройство, как правило, содержит мембрану, через которую проходит вода для деминерализации. Явления осаждения, выше по потоку от этой мембраны, имеет тенденцию забивать ее и поэтому обычно необходимо добавлять реагенты ингибитора образования отложений или секвестранта.
Использование устройства согласно изобретению предпочтительно позволяет защитить аппарат посредством ограничения или даже исключения данных добавок из секвестрантов, которые часто вредны для здоровья и окружающей среды.
Как описано выше, в изобретении было установлено, что в гидродинамическом реакторе происходят гомогенная нуклеация и раннее осаждение кристаллов солей определенных ионов, присутствующих в жидкости, подлежащей обработке, таких как карбонаты, сульфаты или других подобных соединений, в не прилипающей кристаллографической форме (такой, как углерод-углеродный алюминиевый сплав (АСС) или микрокристаллическая целлюлоза (МСС) в случае карбонатов кальция).
Гидродинамический реактор также может обеспечивать возможность агрегации или агломерации посредством интенсивных механических воздействий, преобладающих в гидродинамическом реакторе, коллоидных частиц, таких как аморфные формы первичной нуклеации карбонатов кальция.
Образованные таким образом частицы предпочтительно могут иметь достаточный размер, чтобы оставаться на наружной поверхности мембраны, и могут быть направлены в потоке концентрата. Они могут быть извлечены из жидкости, например, путем фильтрации.
Гидродинамический реактор, расположенный перед обратноосмотической мембраной обеспечивает, таким образом, возможность ее защиты.
Устройство обработки согласно изобретению также может использоваться для обработки воды из первичных контуров атомных электростанций или вообще водосодержащих жидкостей, загрязненных ионами радиоактивных металлов. Гидродинамический реактор согласно изобретению может действительно обеспечивать возможность осаждать и коагулировать это загрязнение, а затем извлекать его из жидкости.
Как теперь очевидно, изобретение обеспечивает техническое решение, которое обеспечивает возможность обрабатывать жидкость с ограничением использования добавок, например, путем введения кислот или секвестрантов и/или ограничения их замены в системе.
При этом предполагается, что данное изобретение не ограничено описанными и представленными вариантами его осуществления.
В частности, для вышеописанного гидродинамического реактора количество или форма первых каналов могут отличаться от количества или формы вторых каналов, количество первых блоков может быть идентично или отличаться от количества вторых блоков, первые блоки не обязательно расположены поочередно со вторыми блоками вдоль оси гидродинамического реактора, при этом количество и форма камер сжатия могут быть отличными.
Количество гидродинамических реакторов в контуре обработки не ограничено.
Фильтр также может выполнять функцию разделения пузырьков, причем сепаратор и фильтр могут быть даже объединены в одном и том же аппарате.
Первые каналы не обязательно изготовлены из диэлектрического материала, а вторые каналы не обязательно изготовлены из электропроводного материала.
Первые каналы могут быть выше или ниже по потоку от вторых каналов.