УСТРОЙСТВО ГЕНЕРИРОВАНИЯ УЛЬТРАМЕЛКИХ ПУЗЫРЬКОВ
DEVICE FOR GENERATING ULTRA-SMALL BUBBLES

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству генерирования ультрамелких пузырьков, в частности, к устройству генерирования ультрамелких пузырьков, включающему выпускное устройство, выпускающее жидкость, и предназначенному для введения газа в жидкость и создания в жидкости ультрамелких пузырьков.
Уровень техники
[0002] В настоящее время жидкость, содержащую ультрамелкие пузырьки, такие как нанопузырьки, используют в различных областях, например, в сельском хозяйстве и при обработке воды. Кроме этого, в последнее время ведется активная деятельность по совершенствованию устройств, генерирующих в жидкости ультрамелкие пузырьки.
[0003] Обычно, устройство генерирования ультрамелких пузырьков включает выпускное устройство, такое как насос, выпускающий жидкость. Некоторые из устройств генерирования ультрамелких пузырьков основаны на принципе растворения под давлением. Для создания ультрамелких пузырьков в жидкости по принципу растворения под давлением газ необходимо растворить в жидкости. Обычное устройство генерирования ультрамелких пузырьков основано на принудительном введении газа со стороны впуска насоса, являющегося выпускным устройством, и тем самым, внедрении газа в жидкость на стороне впуска насоса.
[0004] Однако, в случае введения газа со стороны впуска насоса возможно возникновение кавитации или неполадок в конструкции уплотнения вала насоса. Чтобы справиться с этими дефектами, недавно предложено устройство введения газа в жидкость на стороне подачи выпускного устройства (см., например, Патентный документ 1).
[0005] А именно, например, устройство генерирования ультрамелких пузырьков (в Патентном документе 1 именуемое «устройство для обработки растений»), описанное в Патентном документе 1, включает насос, обеспечивающий подачу жидкости под давлением, и смесительное сопло, расположенное на нижней по потоку стороне насоса. В смесительном сопле имеется впуск для жидкости, через который поступает подаваемая насосом под давлением жидкость, впуск для газа, через который поступает газ, и выпуск для смешанной текучей среды, через который испускается смешанная текучая среда, содержащая жидкость и газ. Кроме этого, в смесительном сопле имеется участок введения, первый конический участок, суженный участок, газосмесительный участок, второй конический участок и участок выведения, расположенные последовательно от впуска для жидкости к выпуску для смешанной текучей среды. В смесительном сопле имеется траектория потока.
[0006] На первом коническом участке поперечное сечение траектории потока постепенно уменьшается к нижней по потоку стороне. На суженном участке площадь поперечного сечения траектории потока, по существу, постоянна и является наименьшей во всем смесительном сопле. На газосмесительном участке площадь поперечного сечения траектории потока, по существу, постоянна и немного больше, чем на суженном участке. Газосмесительный участок соединен с траекторией потока газа. На втором коническом участке площадь поперечного сечения траектории потока постепенно увеличивается к нижней по потоку стороне.
[0007] В смесительном сопле, имеющем такую конструкцию, жидкость, поступившая в сопло через впуск для жидкости, ускоряется на первом коническом участке и суженном участке, поэтому статическое давление падает, и давление в траектории потока становится ниже атмосферного давления на суженном участке и газосмесительном участке. Следовательно, газ засасывается через впуск для газа, проходит по траектории потока газа и поступает в газосмесительный участок. В результате этого жидкость и газ смешиваются, образуя смешанную текучую среду. Смешанная текучая среда замедляется на втором коническом участке и участке выведения, при этом, статическое давление увеличивается, и, наконец, выходит через выпуск для смешанной текучей среды.
Патентные документы
[0008] Патентный документ 1: JP 2014-171463 А
Технические задачи
[0009] Как описано выше, в соответствии с Патентным документом 1, движение жидкости ускоряют на первом коническом участке и суженном участке, чтобы давление на суженном участке и газосмесительном участке стало меньше атмосферного с целью засасывания газа в газосмесительный участок. Другими словами, в соответствии с Патентным документом 1, давление на суженном участке и газосмесительном участке изменяют до отрицательного давления и, используя отрицательное давление, вводят газ в газосмесительный участок, по которому проходит жидкость, и здесь газ внедряется в жидкость. Однако, в случае введения газа в жидкость при помощи отрицательного давления, для создания отрицательного давления нужна такая сложная конструкция, как описанное выше смесительное сопло, в котором площадь поперечного сечения траектории потока внутри сопла поэтапно изменяется. Кроме того, в тех случаях, когда отрицательное давление возникает с перебоями, или величина отрицательного давление недостаточна, сложно надлежащим образом ввести газ в жидкость, следовательно, можно не получить необходимое количество ультрамелких пузырьков.
[0010] Настоящее изобретение было сделано ввиду описанных выше обстоятельств, и задачей изобретения является обеспечение устройства генерирования ультрамелких пузырьков, гарантирующего надлежащее введение газа в жидкость, выпускаемую выпускным устройством, с целью, тем самым, создания в жидкости ультрамелких пузырьков.
Решение поставленных задач
[0011] Для решения поставленной задачи изобретением обеспечивается устройство генерирования ультрамелких пузырьков, создающее в жидкости ультрамелкие пузырьки, включающее: выпускное устройство, выпускающее жидкость; устройство введения газа, обеспечивающее повышение давления газа и введение газа в жидкость, выпускаемую из выпускного устройства; и генератор ультрамелких пузырьков, создающий ультрамелкие пузырьки в жидкости при прохождении жидкости, в которую введен газ, внутри генератора ультрамелких пузырьков, при этом, между выпускным устройством и генератором ультрамелких пузырьков при помощи устройства введения газа повышают давление газа и вводят газ в жидкость, имеющую повышенное давление и протекающую к генератору ультрамелких пузырьков.
[0012] В устройстве генерирования ультрамелких пузырьков настоящего изобретения, имеющем такую конструкцию, газ вводят в жидкость, находящуюся под давлением, на нижней по потоку стороне относительно выпускного устройства. Благодаря этому можно избежать таких недостатков, как возникновение кавитации при введении газа в жидкость на стороне впуска жидкости выпускного устройства. Кроме этого, поскольку давление вводимого в жидкость газа увеличивают, возможно введение газа против давления жидкости. Таким образом, газ может быть надлежащим образом введен в жидкость без создания отрицательного давления, как описано в Патентном документе 1.
[0013] В устройстве генерирования ультрамелких пузырьков, описанном выше, предпочтительно, давление газа, сжимаемого и вводимого в жидкость устройством введения газа, больше, чем давление жидкости, проходящей место введения газа устройством введения газа.
При такой конструкции газ может быть сжат и введен в жидкость более надежно.
[0014] В устройстве генерирования ультрамелких пузырьков, описанном выше, более предпочтительно, устройство введения газа включает источник газа, то есть, источник сжатого газа, и давление сжатого газа, подаваемого из источника сжатого газа, больше, чем выпускное давление на выходе жидкости из выпускного устройства.
При такой конструкции газ может быть сжат и введен в жидкость еще более надежно.
[0015] В устройстве генерирования ультрамелких пузырьков, описанном выше, более предпочтительно, устройство введения газа включает: трубопровод газа, отходящий от источника сжатого газа; клапан регулирования расхода газа, расположенный на трубопроводе газа с целью регулирования расхода сжатого газа, проходящего по трубопроводу газа, и максимальное допустимое рабочее давление клапана регулирования расхода газа выше, чем выпускное давление.
При такой конструкции возможно регулирование количества газа, подлежащего введению, при помощи клапана регулирования расхода газа. Кроме этого, когда газ сжимают и вводят в жидкость, газ может быть сжат до давления, не превышающего предел сопротивления напору клапана регулирования расхода газа.
[0016] В устройстве генерирования ультрамелких пузырьков, описанном выше, предпочтительно, в выпускном устройстве имеется впускное отверстие, соединенное с траекторией потока, по которой проходит жидкость, подаваемая из источника подачи, выпускное устройство отбирает жидкость через впускное отверстие, при этом, давление жидкости, поступающей во впускное отверстие, положительное, и выпускает отобранную через впускное отверстие жидкость.
При такой конструкции, поскольку выпускное устройство может отбирать жидкость непосредственно из траектории потока, выпускное устройство может непрерывно работать более длительное время.
[0017] В устройстве генерирования ультрамелких пузырьков, описанном выше, более предпочтительно, содержащая ультрамелкие пузырьки жидкость испускается из верхушечной части генератора ультрамелких пузырьков, верхушечная часть генератора ультрамелких пузырьков соединена с траекторией потока на нижней по потоку стороне от впускного отверстия.
При такой конструкции содержащая ультрамелкие пузырьки жидкость, испускаемая из верхушечной части генератора ультрамелких пузырьков, может транспортироваться по траектории потока.
[0018] В устройстве генерирования ультрамелких пузырьков, описанном выше, предпочтительно, между устройством введения газа и генератором ультрамелких пузырьков расположено контрольно-измерительное устройство, предназначенное для наблюдения за условиями потока жидкости, в которую введен газ.
При такой конструкции возможно визуально контролировать условия потока жидкости, в которую введен газ, при помощи контрольно-измерительного устройства.
[0019] В устройстве генерирования ультрамелких пузырьков, описанном выше, предпочтительно, жидкостью, в которой создают ультрамелкие пузырьки, является вода.
При такой конструкции возможно генерирование ультрамелких пузырьков в воде, другими словами, возможна подача содержащей ультрамелкие пузырьки воды.
[0020] Описанное выше устройство генерирования ультрамелких пузырьков может представлять собой устройство, используемое в составе устройства подачи жидкости, включающего траекторию потока, по которой проходит жидкость, подаваемая из источника подачи, с целью обеспечения подачи жидкости, содержащей ультрамелкие пузырьки, при этом, давление жидкости, поступающей в выпускное устройство с верхней по потоку стороны траектории потока относительно выпускного устройства, может быть положительным.
При такой конфигурации, конструкция, в которой газ вводят в жидкость на нижней по потоку стороне относительно выпускного устройства, может быть более выгодной.
Полезные эффекты изобретения
[0021] Благодаря настоящему изобретению, возможно надлежащим образом вводить газ в жидкость, выпускаемую из выпускного устройства, с целью, при этом, генерирования в жидкости ультрамелких пузырьков.
Краткое описание чертежей
[0022] Фиг. 1 - схематичное изображение одного из примеров устройства подачи жидкости, включающего устройство генерирования ультрамелких пузырьков.
Фиг. 2 - схематичное изображение устройства генерирования ультрамелких пузырьков, соответствующего одному из вариантов осуществления изобретения.
Фиг. 3 - схематичный вид сбоку выпускного устройства.
Фиг. 4 - кривая рабочей характеристики выпускного устройства.
Фиг. 5 - вид сбоку в поперечном сечении корпуса устройства введения газа.
Фиг. 6 - изображение внешнего вида смотрового стекла.
Фиг. 7 - вид сбоку в поперечном сечении сопла для генерирования ультрамелких пузырьков.
Фиг. 8 - вид, на котором показан поток жидкости в сопле для генерирования ультрамелких пузырьков.
Фиг. 9 - вид в поперечном сечении, демонстрирующий соединение между верхушечной частью сопла для генерирования ультрамелких пузырьков и траекторией потока.
Фиг. 10 - вид в перспективе траектории потока, соединенной с устройством генерирования ультрамелких пузырьков.
Фиг. 11 - схема первой модификации устройства подачи жидкости.
Фиг. 12 - схема второй модификации устройства подачи жидкости.
Фиг. 13 - схема третьей модификации устройства подачи жидкости.
Описание вариантов осуществления изобретения
[0023] Далее устройство генерирования ультрамелких пузырьков настоящего изобретения описано со ссылкой на предпочтительный вариант его осуществления (далее именуемый вариант осуществления), показанный на прилагаемых чертежах.
Следует отметить, что этот вариант осуществления является одним из конкретных вариантов осуществления, используемым для наглядного описания изобретения, и изобретение никоим образом не ограничивается этим вариантом его осуществления. Другими словами, изобретение может быть модифицировано или усовершенствовано, не выходя за рамки объема или существа изобретения, и само собой разумеется, что изобретение включает все эквиваленты.
[0024] При описании варианта осуществления в качестве примера жидкости взята вода, используемая в сельском хозяйстве или для выращивания растений (включая плодоовощные и домашние растения). Однако, этим изобретение не ограничивается, и устройство генерирования ультрамелких пузырьков, соответствующее изобретению, может быть использовано даже в случае подачи воды для иных целей, нежели сельское хозяйство или выращивание растений, например, подачи воды в промышленных, повседневных целях и для использования в другой экономической деятельности. Кроме того, возможно использование устройства подачи жидкости настоящего изобретения также для подачи иных жидкостей, нежели вода, например, химических растворов, жидких удобрений, масел, спиртов, органических растворителей и дисперсионных растворов, таких как эмульсии.
[0025] В одном из вариантов осуществления вода является водой обычной степени чистоты, используемой в сельском хозяйстве или для выращивания растений; однако, этим изобретение не ограничивается, и может быть использована чистая или ультрачистая вода, водный раствор, содержащий растворенное твердое или газообразное вещество, мутная вода, содержащая смешанный с ней кристаллический материал, минерал, органическое вещество и т.п., или водная смесь, т.е., вода, смешанная с другим жидким веществом (например, жидким лекарственным средством или удобрением).
[0026] Вода, используемая в сельском хозяйстве или для выращивания растений, может быть использована для почвенных культур (включая почвенные культуры с питательной средой или почвенные культуры с удобрительным орошением), гидропонных культур или культур, выращиваемых на питательной среде.
[0027] В настоящем описании термин «устройство» охватывает аппаратуру, которая может рассматриваться как единый блок, компоненты которого находятся в корпусе, а также, без ограничения, аппаратуру, компоненты которой расположены отдельно независимым образом, но рассматриваются как единый блок, поскольку взаимодействуют друг с другом, достигая конкретной цели.
[0028] В настоящем описании термины «верхняя по потоку сторона» и «нижняя по потоку сторона» являются понятиями, используемыми для обозначения положения, определяемого относительно направления потока воды (более конкретно, положения при взгляде со стороны базового положения или элемента), и сторона, находящаяся ближе к источнику подачи воды, является «верхней по потоку стороной», тогда как сторона, находящаяся дальше от источника подачи воды, является «нижней по потоку стороной».
[0029] В настоящем описании выражение «соединен» охватывает соединение посредством узла крепления, сварного шва или иного средства, а также, без ограничения, соединение посредством клапана, шланга, соединительного трубопровода и т.п.
Общая схема устройства генерирования ультрамелких пузырьков
[0030]
Во-первых, со ссылкой на фиг. 1 опишем общую схему устройства генерирования ультрамелких пузырьков, соответствующего варианту осуществления изобретения (далее именуемого устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков). Фиг. 1 представляет собой схему конфигурации устройства S подачи жидкости, включающего устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков.
[0031] Устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков используют в составе устройства S подачи жидкости с целью подачи воды к месту назначения, где ее используют, и, как показано на фиг. 1, оно образует устройство S подачи жидкости вместе с траекторией 20 потока, по которой поступает вода.
Более конкретно, устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков пригодно для генерирования в воде нанопузырьков, которые представляют собой ультрамелкие пузырьки. Содержащую нанопузырьки воду используют для выращивания растений, например, зерновых и разбрызгивают или распыляют на почву на фермах или сельскохозяйственных угодьях, которые являются местом назначения Wd воды.
[0032] Нанопузырьки представляют собой ультрамелкие пузырьки диаметром менее 1 мкм, и состояние, в котором нанопузырьки находятся в воде, может сохраняться длительное время (около нескольких месяцев). Нанопузырьки отличаются от микропузырьков, представляющих собой пузырьки диаметром не менее 1 мкм и не более 1 мм. Известно, что содержащая нанопузырьки вода ускоряет рост растений, орошаемых этой водой.
[0033] Траектория 20 потока описана со ссылкой на фиг. 1. Траектория 20 потока представляет собой траекторию, по которой протекает вода, подаваемая из источника Ws подачи, и образована трубопроводом (стальными трубами или трубами из поливинилхлорида), проложенным до места назначения Wd воды (до фермы или сельскохозяйственного угодья). Часть трубопровода может быть образована центрифугированной железобетонной трубой, проложенной под землей, как показано на фиг. 1. Источник Ws подачи представляет собой колодец с грунтовой (колодезной) водой, запруду, реку, озеро и т.п. с поверхностной водой, а также водоочистную станцию и т.п., где вода представляет собой водопроводную воду. На фиг. 1 и фиг. 11-13, описываемых ниже, показаны случаи, в которых источником Ws подачи является колодец.
[0034] По траектории 20 потока вода протекает при положительном давлении. Более конкретно, воду подают из источника Ws подачи при помощи либо устройства Р вытеснительной подачи, такого как насос, который подает воду под давлением, либо перепада высот (падения) между источником Ws подачи и местом назначения Wd воды. Следовательно, вода проходит по различным участкам траектории 20 потока с положительным давлением. На фиг. 1 и 11-13 показан случай подачи воды из источника Ws подачи при помощи устройства Р вытеснительной подачи.
[0035] В данном варианте осуществления изобретения траектория 20 потока разветвляется на множество траекторий потока в промежуточной точке, а именно, разветвляется на первую траекторию 21 потока и вторую траекторию 22 потока в точке 23 разветвления, показанной на фиг. 1. Первая траектория 21 потока проходит до фермы или сельскохозяйственного угодья, которое является местом назначения Wd воды, и ее конец соединен с дождевальным устройством D, установленным на ферме или сельскохозяйственном угодье.
Способ разбрызгивания воды в месте назначения Wd воды не имеет определенных ограничений. Вода может быть подведена непосредственно к зерновым или растениям, разбрызгана на поверхность почвы или подведена к поверхности почвы по ирригационной трубе или трубе капельной подачи; в качестве альтернативы, может быть проведено капельное орошение, при котором вода просачивается из трубы, погруженной в почву.
[0036] Вторая траектория 22 потока ответвляется в сторону устройства 10 генерирования ультрамелких пузырьков, ее конец соединен с выпускным устройством 30, входящим в устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков. Другими словами, устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков отбирает воду из второй траектории 22 потока и генерирует в отобранной воде нанопузырьки. Затем, содержащая нанопузырьки вода возвращается в первую траекторию 21 потока, смешивается с водой, текущей по первой траектории 21 потока (более конкретно, с водой, в которой нет нанопузырьков) и по первой траектории 21 потока поступает в дождевальное устройство D.
[0037] Как показано на фиг. 1, вторая траектория 22 потока снабжена клапаном 22V регулирования расхода воды, предназначенным для регулирования расхода воды во второй траектории 22 потока. Клапан 22V регулирования расхода воды соответствует клапану регулирования расхода жидкости и представляет собой запорный кран, открываемый и закрываемый вручную. Когда клапан 22V регулирования расхода воды открыт, вода поступает в устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков, а когда клапан 22V регулирования расхода воды закрыт, поступление воды в устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков прекращено. Следовательно, в то время, когда устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков не работает (т.е., когда содержащую нанопузырьки воду не используют), клапан 22V регулирования расхода воды закрыт, так что к месту назначения Wd может быть подана только вода без нанопузырьков.
Хотя в данном варианте осуществления изобретения во второй траектории 22 потока имеется клапан 22V регулирования расхода воды, выполняющий роль клапана регулирования расхода жидкости, вместо или одновременно с клапаном 22V регулирования расхода воды может быть установлен редукционный клапан. Редукционный клапан предназначен для снижения давления воды (жидкости) во второй траектории 22 потока. Благодаря наличию, по меньшей мере, одного из клапанов - клапана 22V регулирования расхода воды и редукционного клапана - можно регулировать выпускное давление выпускного устройства 30, что будет описано далее, и давление воды у впускного отверстия 31 выпускного устройства 30. Так, регулирование осуществляют таким образом, что давление воды (более конкретно, воды, содержащей нанопузырьки) на нижней по потоку стороне устройства 10 генерирования ультрамелких пузырьков приведено в соответствие с давлением в различных точках траектории 20 потока.
[0038] Хотя в данном варианте осуществления изобретения траектория 20 потока разветвляется на две траектории потока (т.е., первую траекторию 21 потока и вторую траекторию 22 потока), количество ответвляющихся траекторий потока не имеет определенных ограничений при условии, что траектория потока разветвляется на множество траекторий потока.
[0039] Как описано выше, устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков, соответствующее изобретению, отбирает воду непосредственно из траектории 20 потока, генерирует в отобранной воде нанопузырьки и подает содержащую нанопузырьки воду к месту назначения Wd по траектории 20 потока. При использовании такой конфигурации возможно подавать воду к месту назначения Wd с использованием существующей траектории потока, доходящей до места назначения Wd, путем соединения существующей траектории потока с устройством 10 генерирования ультрамелких пузырьков.
[0040] Поскольку устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков отбирает воду непосредственно из траектории 20 потока, возможна подача содержащей нанопузырьки воды с относительно большим расходом. Кроме того, в данном варианте осуществления изобретения, хотя устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков имеет относительно компактную конструкцию, в воде может быть создана высокая концентрация нанопузырьков. А именно, например, многие обычные устройства генерирования ультрамелких пузырьков отбирают жидкость из резервуара для хранения, в котором жидкость, прошедшая по траектории потока, по различным причинам хранится. Следовательно, для установки оборудования требуется больше места из-за наличия резервуара для хранения. В данном варианте осуществления изобретения, напротив, устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков отбирает воду непосредственно из траектории потока 20, поэтому резервуар для хранения не нужен, следовательно, может быть сокращено пространство, необходимое для установки оборудования.
Конфигурация устройства генерирования ультрамелких пузырьков
[0041]
Далее со ссылкой на фиг. 2 описана конфигурация устройства 10 генерирования ультрамелких пузырьков. Фиг. 2 представляет собой схематичное изображение конфигурации устройства 10 генерирования ультрамелких пузырьков.
Устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков включает, в порядке от верхней по потоку стороны, выпускное устройство 30, устройство 40 введения газа, смотровое стекло 52, выполняющее роль контрольно-измерительного устройства, и сопло 60 генерирования ультрамелких пузырьков, выполняющее роль генератора ультрамелких пузырьков. Эти устройства по отдельности описаны ниже.
Выпускное устройство 30
[0042]
Выпускное устройство 30 представляет собой устройство, отбирающее воду (жидкость) и выпускающее отобранную воду. Выпускное устройство 30, соответствующее данному варианту осуществления изобретения, является насосом, оно повышает давление отобранной воды и выпускает воду с повышенным давлением с некоторым расходом в рамках определенного диапазона.
[0043] Выпускное устройство 30 отбирает воду из одной из множества траекторий потока, ответвляющихся в точке 23 разветвления. А именно, в выпускном устройстве 30 имеется впускное отверстие 31 и выпускное отверстие 32 для воды, впускное отверстие 31 соединено со второй траекторией 22 потока, ответвляющейся от траектории 20 потока. Более конкретно, как показано на фиг. 3, имеются отдельные фланцы по периметру конца второй траектории 22 потока и по периметру впускного отверстия 31. Вторую траекторию 22 потока и впускное отверстие 31 соединяют друг с другом путем соединения фланцев. Фиг. 3 представляет собой схематичный вид сбоку выпускного устройства 30, на котором показан соединительный узел второй траектории 22 потока и впускного отверстия 31.
[0044] Выпускное устройство 30 предназначено для отбора воды из второй траектории 22 потока при положительном давлении у впускного отверстия 31. При этом, давление воды у впускного отверстия 31 соответствует давлению жидкости, поступающей во впускное отверстие 31 выпускного устройства 30 с верхней по потоку стороны выпускного устройства 30 относительно траектории 20 потока (более точно, второй траектории 22 потока). Давление воды у впускного отверстия 31, хотя и пульсирует, остается, по существу, постоянным, пока функционирует выпускное устройство 30. Например, в надлежащем положении (а именно, на высоте впускного отверстия 31) вблизи впускного отверстия 31 располагают известный манометр или моновакуумметр и измеряют давление воды у впускного отверстия 31 путем считывания величины, которую показывает этот прибор.
[0045] Выпускное отверстие 32 соединено с трубопроводом 50 воды под давлением, по которой воду отводят из выпускного устройства 30. Более конкретно, как показано на фиг. 3, имеются отдельные фланцы по периметру верхнего по потоку конца трубопровода 50 воды под давлением и по периметру выпускного отверстия 32. Трубопровод 50 воды под давлением и выпускное отверстие 32 соединяют друг с другом путем соединения фланцев.
[0046] Что касается конкретного типа выпускного устройства 30, используемого в устройстве 10 генерирования ультрамелких пузырьков, надлежащий тип выбирают в зависимости от необходимого расходы воды и давления, которое нужно для того, чтобы вода прошла с заданным расходом через определенную часть устройства 10 генерирования ультрамелких пузырьков. А именно, устанавливают необходимое количество (расход) воды, выпускаемой из выпускного устройства 30, и получают величину давления воды, необходимого для того, чтобы вода с этим расходом прошла через проходной канал 43 для жидкости, описываемый далее.
[0047] Кроме этого, задают величину выпускного давления (высоту подъема), при котором выпускное устройство 30 выпускает воду, в надлежащем диапазоне так, что удовлетворяется указанная выше требуемая величина (величина давления). Затем, на основании необходимого расхода воды и заданного диапазона выпускного давления выбирают тип устройства, кривая рабочей характеристики которого соответствует выбранным значениям. А именно, если расход выпускаемой воды обозначен Vb, то на основании кривой рабочей характеристики, показанной на фиг. 4, получают выпускное давление Pb, соответствующее расходу Vb выпускаемой воды, и когда это выпускное давление Pb соответствует заданному диапазону, тип устройства с этой кривой рабочей характеристики выбирают в качестве выпускного устройства 30 для устройства 10 генерирования ультрамелких пузырьков. Фиг. 4 представляет собой пример кривой рабочей характеристики выпускного устройства 30, где горизонтальная ось соответствует расходу выпускаемой воды, а вертикальная ось соответствует выпускному давлению (т.е., высоте подъема).
[0048] Примерами типов устройства, выбираемого в соответствии с описанной методикой, являются горизонтальный многоступенчатый центробежный насос производства компании Grundfos и лопастной насос производства компании Tohshin Technical Co., Ltd.
[0049] Что касается типа выпускного устройства 30, предпочтительно выбирать устройство, производящее при функционировании минимум шума, чтобы уменьшить шум, производимый в месте использования устройства 10 генерирования ультрамелких пузырьков.
[0050] В данном варианте осуществления изобретения осуществляется автоматическое управление работой выпускного устройства 30 при помощи блока управления (не показан). Например, блок управления управляет включением и выключением выпускного устройства 30 с использованием таймера или управляет ими в ответ на подачу воды из источника Ws подачи. Однако, этим изобретение не ограничивается, и включение и выключение выпускного устройства 30 может производиться вручную.
[0051] Выпускное устройство 30 может являться самовсасывающим насосом, обладающим возможностью пуска при атмосферном давлении в линии всасывания, или несамовсасывающим насосом, не обладающим возможностью пуска при атмосферном давлении в линии всасывания. Если используют несамовсасывающий насос, обычно перед началом перекачивания воды требуется заполнение насоса водой (т.е., заливка). В данном варианте осуществления изобретения, напротив, поскольку траектория 20 потока (более конкретно, вторая траектория 22 потока) непосредственно соединена со впускным отверстием 31 выпускного устройства 30, когда траекторию 20 потока открывают, вода, текущая по траектории 20 потока, автоматически поступает в выпускное устройство 30. Следовательно, в данном варианте осуществления изобретения, даже когда в качестве выпускного устройства 30 используют несамовсасывающий насос, насос может быть без труда и относительно быстро залит перед пуском.
[0052] Хотя выпускное устройство 30 в данном варианте осуществления изобретения представляет собой насос, этим изобретение не ограничивается, и может быть использовано любое устройство при условии, что оно отбирает и выпускает жидкость, также применимы иные устройства, нежели насосы.
[0053] В данном варианте осуществления изобретения в выпускном устройстве 30 имеется впускное отверстие 31, и вторая траектория 22 потока соединена со впускным отверстием 31. Однако, этим изобретение не ограничивается, и может быть использована конфигурация, в которой впускное отверстие 31 не соединено с траекторией 20 потока, например, конфигурация, в которой впускное отверстие 31 встроено в траекторию 20 потока. В качестве альтернативы, может быть использована конфигурация, в которой траектория потока образует единое целое с выпускным устройством 30 (то есть, конфигурация, в которой выпускное устройство 30 не имеет впускного отверстия 31, и траектория 20 потока неотделима от выпускного устройства 30). В качестве еще одной альтернативы, может быть использована конфигурация, в которой впускное отверстие 31 расположено на некотором расстоянии непосредственно под отверстием (выпуском воды), выполненным в траектории 20 потока (то есть, конфигурация, в которой вода, выливающаяся из выпуска воды, может непосредственно попадать во впускное отверстие 31, хотя впускное отверстие 31 и траектория 20 потока отделена друг от друга).
Устройство 40 введения газа
[0054]
Устройство 40 введения газа представляет собой устройство, обеспечивающее сжатие газа и введение газа в воду, выпускаемую из выпускного устройства 30. Более конкретно, устройство 40 введения газа сжимает газ и вводит газ в воду, находящуюся под давлением и протекающую к устройству 60 генерирования ультрамелких пузырьков, между выпускным устройством 30 и соплом 60 генерирования ультрамелких пузырьков. При этом, повышение давления воды обеспечивается за счет разности расхода воды, выпускаемой из выпускного устройства 30, и расхода воды (более конкретно, воды, содержащей ультрамелкие пузырьки), испускаемой из сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков. Более конкретно, в данном варианте осуществления изобретения, поскольку расход в выпускном устройстве 30 больше, чем расход воды, испускаемой из сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков, давление воды между выпускным устройством 30 и соплом 60 генерирования ультрамелких пузырьков неизбежно увеличивается. Давление воды, перекачиваемой при повышенном давлении, надлежащим образом определяют в соответствии с рабочей характеристикой выпускного устройства 30, расчетными габаритами сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков и другими факторами; и оно не имеет определенных ограничений.
[0055] Как показано на фиг. 2, устройство 40 введения газа включает источник 41 газа под давлением, то есть, источник сжатого газа, и корпус 42 устройства введения газа, через который может проходить вода и газ. Источник 41 газа под давлением представляет собой резервуар высокого давления, заполненный сжатым газом, или компрессор, сжимающий газ и подающий газ при определенном давлении. Примеры газа, подаваемого из источника 41 газа под давлением, включают воздух, кислород, азот, фтор, диоксид углерода и озон.
[0056] Трубопровод 41а газа, образованный рукавом, шлангом или трубой, отходит от источника 41 газа под давлением. Трубопровод 41а газа соединен с проходным каналом 44 для газа корпуса 42 устройства введения газа. В промежуточной точке трубопровода 41а газа установлен регулирующий клапан 41b расхода газа, предназначенный для регулирования расхода газа (далее «расход газа»), подаваемого из источника 41 газа под давлением по трубопроводу 41а газа. Степень открытия регулирующего клапана 41b расхода газа изменяется в соответствии с сигналом открытия/закрытия, поступающим от блока управления (не показан). В данном варианте осуществления изобретения в качестве регулирующего клапана 41b расхода газа используют игольчатый клапан, позволяющий установить небольшой расход газа.
[0057] Корпус 42 устройства введения газа представляет собой цилиндрическое устройство, верхний по потоку конец которого соединен с трубопроводом 50 воды под давлением, отходящим от выпускного отверстия 32 выпускного устройства 30. Трубопровод 51 воды с введенным газом отходит от нижнего по потоку конца корпуса 42 устройства введения газа к соплу 60 генерирования ультрамелких пузырьков. Трубопровод 50 воды под давлением и трубопровод 51 воды с введенным газом, каждый, образованы рукавом, шлангом или трубой.
[0058] Корпус 42 устройства введения газа описан со ссылкой на фиг. 5. Корпус 42 устройства введения газа включает проходной канал 43 для жидкости, по которому проходит вода, выпускаемая из выпускного устройства 30, и проходной канал 44 для газа, по которому проходит сжатый газ из источника 41 газа под давлением. На фиг. 5 представлен вид сбоку в разрезе корпуса 42 устройства введения газа.
[0059] Проходной канал 43 для жидкости имеет трубчатую форму, и вода (более конкретно, вода под давлением, выпускаемая из выпускного устройства 30) проходит внутри проходного канала 43 для жидкости. Как показано на фиг. 5, проходной канал 43 для жидкости включает три участка, расположенных на одной оси, и разделен, в порядке от верхней по потоку стороны, на первый участок 43а с постоянным диаметром, участок 43b с увеличивающимся диаметром и второй участок 43с с постоянным диаметром. Первый участок 43а с постоянным диаметром предназначен для впуска воды в корпус 42 устройства введения газа и, как показано на фиг. 5, соединен с трубопроводом 50 воды под давлением. Внутренний диаметр первого участка 43а с постоянным диаметром меньше, чем внутренний диаметр трубопровода 50 воды под давлением, например, уменьшен, примерно, до четверти этого диаметра. Таким образом, когда вода поступает в первый участок 43а с постоянным диаметром из трубопровода 50 воды под давлением, скорость (линейная скорость) потока воды по первому участку 43а с постоянным диаметром к нижней по потоку стороне увеличивается.
При этом, для протекания воды с расходом 10 л/мин внутренний диаметр первого участка 43а с постоянным диаметром и второго участка 43с с постоянным диаметром составляют, примерно, 6 мм и, примерно, 8 мм, соответственно; если расход изменяют, внутренние диаметры первого участка 43а с постоянным диаметром и второго участка 43с с постоянным диаметром, обеспечивающие расход 10 л/мин, могут быть надлежащим образом изменены в соответствии с изменением расхода.
[0060] Диаметр участка 43b с увеличивающимся диаметром является продолжением нижней по потоку стороны первого участка 43а с постоянным диаметром и постепенно увеличивается к нижней по потоку стороне. Когда вода поступает в участок 43b с увеличивающимся диаметром из первого участка 43а с постоянным диаметром, скорость (линейная скорость) потока воды по участку 43b с увеличивающимся диаметром к нижней по потоку стороне уменьшается. Как показано на фиг. 5, общая длина (длина в осевом направлении) участка 43b с увеличивающимся диаметром намного меньше, чем длина первого участка 43а с постоянным диаметром и длина второго участка 43с с постоянным диаметром.
[0061] Второй участок 43с с постоянным диаметром является продолжением нижнего по потоку конца участка 43b с увеличивающимся диаметром. Как показано на фиг. 5, нижний по потоку конец второго участка 43с с постоянным диаметром соединен с трубопроводом воды с введенным газом. Газ вводится в воду во время ее прохождения по второму участку 43с с постоянным диаметром. Другими словами, вода с введенным в нее газом вытекает из второго участка 43с с постоянным диаметром. Внутренний диаметр второго участка 43с с постоянным диаметром больше, чем первого участка 43а с постоянным диаметром, но меньше, чем внутренний диаметр трубопровода 50 воды под давлением, например, составляет примерно треть внутреннего диаметра трубопровода 50 воды под давлением. Таким образом, вода протекает по второму участку 43с с постоянным диаметром с большей скоростью, чем по трубопроводу 50 воды под давлением. Другими словами, скорость потока воды с введенным в нее газом во втором участке 43с с постоянным диаметром больше, чем скорость потока воды в трубопроводе 50 воды под давлением.
[0062] Проходной канал 44 для газа представляет собой цилиндрический выступ, отходящий от наружного периметра проходного канала 43 для жидкости вовне проходного канала 43 для жидкости в его радиальном направлении. Как показано на фиг. 5, внутреннее пространство проходного канала 44 для газа состоит из трех участков, расположенных последовательно и имеющих разные диаметры, и разделено, в порядке от самой наружной точки в радиальном направлении проходного канала 43 для жидкости, на соединительный участок 44а, сужающийся участок 44b и нагнетательный участок 44с. Как показано на фиг. 5, в соединительный участок 44а входит конец трубопровода 41а газа, таким образом, соединительный участок 44а соединен с трубопроводом 41а газа. Другими словами, газ, поступающий из источника 41 сжатого газа, направляют по трубопроводу 41а газа и вводят в соединительный участок 44а проходного канала 44 для газа.
[0063] Сужающийся участок 44b является продолжением внутренней концевой части соединительного участка 44а в радиальном направлении проходного канала 43 для жидкости, его диаметр уменьшается к центру проходного канала 43 для жидкости в радиальном направлении. Газ поступает в сужающийся участок 44b, проходит через сужающийся участок 44b, его расход уменьшается, так что газ поступает в нагнетательный участок 44с с очень малым расходом.
[0064] Нагнетательный участок 44с является продолжением внутренней концевой части сужающегося участка 44b в радиальном направлении проходного канала 43 для жидкости и проходит до места, где нагнетательный участок 44с соединяется со вторым участком 43с с постоянным диаметром проходного канала 43 для жидкости. Более конкретно, нагнетательный участок 44с соединяется со вторым участком 43с с постоянным диаметром в положении, расположенном в направлении потока сразу после участка 43b с увеличивающимся диаметром. То есть, газ из нагнетательного участка 44с поступает во второй участок 43с с постоянным диаметром проходного канала 43 для жидкости.
[0065] Затем, газ, поступивший во второй участок 43с с постоянным диаметром, смешивается с водой, текущей по второму участку 43с с постоянным диаметром. При этом, поскольку газ подан из источника 41 газа под давлением, во второй участок 43с с постоянным диаметром газ входит в состоянии повышенного давления. Другими словами, устройство 40 введения газа обеспечивает сжатие газа и введение сжатого газа во второй участок 43с с постоянным диаметром.
[0066] Более конкретно, по второму участку 43с с постоянным диаметром протекает вода под давлением. То есть, давление воды во втором участке 43с с постоянным диаметром положительное (другими словами, не становится отрицательным), и давление воды непосредственно после того, как вода поступает во второй участок 43с с постоянным диаметром, немного меньше, чем выпускное давление Pb в момент выпуска воды выпускным устройством 30.
[0067] Давление (далее именуемое «давление введения Pi») в момент, когда устройство 40 введения газа сжимает газ и вводит газ в воду, напротив, установлено большим, чем выпускное давление Pb. Давление введения Pi соответствует давлению сжатого газа, поступившего из источника 41 газа под давлением, а именно, давлению сжатого газа в резервуаре высокого давления или давлению газа на выходе компрессора.
[0068] Как описано выше, в данном варианте осуществления изобретения давление введения Pi больше выпускного давления Pb воды. Таким образом, давление введения Pi больше давления воды, проходящей точку, где при помощи устройства 40 введения газа осуществляется введение газа (т.е., верхний по потоку конец второго участка 43с с постоянным диаметром). Благодаря этому газ может быть введен в воду, находящуюся под давлением, у верхнего по потоку конца второго участка 43с с постоянным диаметром. То есть, устройство 40 введения газа обеспечивает введение газа сжатого так, что его давление превышает давление воды у верхнего по потоку конца второго участка 43с с постоянным диаметром, и, таким образом, вводит газ в воду, проходящую верхний по потоку конец второго участка 43с с постоянным диаметром, преодолевая давление воды.
Давление введения Pi и давление воды, проходящей верхний по потоку конец второго участка 43с с постоянным диаметром, хотя и пульсируют, остаются, по существу, постоянными во время введения газа в воду. Например, в надлежащем положении в нагнетательном участке 44с и втором участке 43с с постоянным диаметром располагают известный манометр или моновакуумметр и измеряют давление путем считывания величины, которую показывает этот прибор.
Давление введения Pi не ограничивается давлением, превышающим выпускное давление Pb воды при условии, что оно больше давления воды, проходящей верхний по потоку конец второго участка 43с с постоянным диаметром, и может быть немного меньше выпускного давления Pb воды.
[0069] По второму участку 43с с постоянным диаметром вода протекает с увеличивающейся скоростью. Газ вводят во второй участок 43с с постоянным диаметром после того, как его расход уменьшают в сужающемся участке 44b. Следовательно, во второй участок 43с с постоянным диаметром поступает только небольшое количество газа, на газ воздействует сдвиговое усилие со стороны воды, протекающей по второму участку 43с с постоянным диаметром с увеличивающейся скоростью, в момент поступления газа во второй участок 43с с постоянным диаметром он разделяется на мелкие частицы. В результате, газ встраивается в воду в форме мелких пузырьков.
[0070] Хотя выше описана конфигурация устройства 40 введения газа, соответствующего данному варианту осуществления, этим вариантом конфигурация устройства 40 введения газа не ограничивается при условии, что устройство пригодно для сжатия газа и введения газа в воду; например, может быть применена конфигурация, в которой участок, соответствующий проходному каналу 44 для газа, расположен внутри проходного канала 43 для жидкости, или конфигурация, в которой проходной канал 43 для жидкости и проходной канал 44 для газа не отделены друг от друга, а напротив, составляют единое целое.
[0071] Кроме этого, как показано на фиг. 2, в промежуточном положении трубопровода 51 воды с введенным газом, т.е., между устройством 40 введения газа и соплом 60 генерирования ультрамелких пузырьков расположено смотровое стекло 52. Смотровое стекло 52 предназначено для наблюдения за состоянием потока жидкости с введенным в нее газом (далее «вода с введенным газом»), а именно, для наблюдения за степенью встраивания газа в воду с введенным в нее газом. Как показано на фиг. 6, вода с введенным газом протекает с внутренней стороны смотрового стекла 52. Фиг. 6 представляет собой изображение внешнего вида смотрового стекла, на нем показано состояние, когда вода с введенным газом протекает с внутренней стороны смотрового стекла 52.
[0072] Поскольку смотровое стекло 52 расположено на нижней по потоку стороне устройства 40 введения газа, степень встраивания газа в воду с введенным газом (проще говоря, размер, количество и другие свойства пузырьков) можно наблюдать визуально, и надлежащим образом дополнительно регулировать расход газа и т.п. посредством степени открытия регулирующего клапана 41b расхода газа на основании результатов визуального наблюдения.
Хотя в данном варианте осуществления обеспечивается наличие смотрового стекла 52, изобретение этим не ограничивается, вместо или одновременно со смотровым стеклом может быть установлен расходомер. Наличие расходомера позволяет визуально наблюдать расход воды на нижней по потоку стороне устройства 40 введения газа в качестве состояния потока воды с введенным газом.
Сопло 60 генерирования ультрамелких пузырьков
[0073]
Сопло 60 генерирования ультрамелких пузырьков представляет собой устройство, через которое может проходить вода с введенным газом, при этом, в воде с введенным газом генерируются нанопузырьки. Сопло генерирования ультрамелких пузырьков, используемое в данном варианте осуществления изобретения, пригодно для самостоятельного генерирования относительно большого количества нанопузырьков на миллилитр воды с введенным газом. В качестве сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков, имеющего такую способность, может быть применено сопло генерирования ультрамелких пузырьков, описанное в JP 6129390.
[0074] Далее конфигурация сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков, соответствующего данному варианту осуществления изобретения, описана со ссылкой на фиг. 7 и 8, на которых представлено сопло генерирования ультрамелких пузырьков, описанное в JP 6129390. Фиг. 7 представляет собой вид сбоку в поперечном сечении сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков. Фиг. 8 представляет собой вид, на котором показан поток воды с введенным газом в сопле 60 для генерирования ультрамелких пузырьков.
[0075] Как показано на фиг. 7, сопло 60 для генерирования ультрамелких пузырьков включает впускное отверстие 61 и выпускное отверстие 62. Впускное отверстие 61 представляет собой отверстие, через которое вода с введенным газом поступает внутрь сопла. Выпускное отверстие 62 представляет собой отверстие, через которое испускается вода, содержащая нанопузырьки (содержащая нанопузырьки вода). Часть, в которой происходит генерирование нанопузырьков, расположена в сопле 60 генерирования ультрамелких пузырьков между впускным отверстием 61 и выпускным отверстием 62. В этой части в осевом направлении сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков (далее именуемом «осевое направление сопла») имеется три канала 64, 65 и 66 для воды. Три канала 64, 65 и 66 для воды представляют собой отверстия, площадь сечения (более конкретно, площадь поперечных сечений, полученных, когда отверстия выполнены так, что осевое направление сопла является нормальной линией) которых отличается друг от друга.
[0076] Далее более подробно описана конструкция сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков. Как показано на фиг. 7, сопло 60 генерирования ультрамелких пузырьков образовано, главным образом, тремя компонентами, а именно, впускной частью 70, выпускной частью 90 и средней частью 80. Впускная часть 70 является концевой частью (верхним по потоку концом) сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков и включает впускное отверстие 61. Нижний по потоку конец выпускной часть 90 образует верхушечную часть сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков и включает выпускное отверстие 62. Средняя часть 80 заключена между впускной частью 70 и выпускной частью 90 в осевом направлении сопла.
[0077] Когда эти три компонента (т.е., впускная часть 70, средняя часть 80 и выпускная часть 90) собраны вместе, три канала 64, 65 и 66 для воды располагаются в сопле 60 генерирования ультрамелких пузырьков в осевом направлении сопла. Как показано на фиг. 7, из трех каналов 64, 65 и 66 для воды первый канал 64 на верхней по потоку стороне расположен в центре сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков в радиальном направлении сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков (далее «радиальное направление сопла»). Второй канал 65 в среднем положении расположен снаружи от центра сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков в радиальном направлении сопла, третий канал 66 на нижней по потоку стороне расположен в центре сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков в радиальном направлении сопла.
[0078] Далее подробно описана конструкция впускной части 70, средней части 80 и выпускной части 90. Сначала описана впускная часть 70. Как показано на фиг. 7, впускная часть 70 включает корпус 72 впускной части и цилиндрический выступ 71, отходящий от торцевой поверхности корпуса 72 впускной части. Корпус 72 впускной части имеет очертания, которые могут быть получены при наложении друг на друга в осевом направлении сопла двух цилиндрических элементов с разным наружным диаметром (далее именуемых «элемент 73 малого диаметра» и «элемент 74 большого диаметра»). Элемент 73 малого диаметра расположен на верхней по потоку стороне, элемент 74 большого диаметра расположен на нижней по потоку стороне.
[0079] В корпусе 72 впускной части выполнены первый канал 64 для воды, конический элемент 75 и сборочный элемент 76. Конический элемент 75 примыкает к первому каналу 64 для воды на нижней по потоку стороне первого канала 64 для воды в осевом направлении сопла; его диаметр увеличивается к нижней по потоку стороне. Сборочный элемент 76 примыкает к коническому элементу 75 на нижней по потоку стороне конического элемента. Сборочный элемент расположен на нижнем по потоку конце внутреннего пространства элемента 74 большого диаметра и сопрягается с верхним по потоку концом средней части, когда сопло 60 генерирования ультрамелких пузырьков находится в собранном состоянии.
[0080] Цилиндрический выступ 71 имеет меньший наружный диаметр, чем элемент 73 малого диаметра корпуса 72 впускной части, и отходит наружу от торцевой поверхности элемента 73 малого диаметра в осевом направлении сопла. Конец цилиндрического выступа 71 на верхней по потоку стороне открыт, это отверстие выполняет роль впускного отверстия 61. Цилиндрический выступ 71 соединен с трубопроводом 51 воды с введенным газом. Вода с введенным газом по трубопроводу 51 воды с введенным газом поступает в цилиндрический выступ 71 через впускное отверстие 61, затем проходит по первому каналу 64 для воды в корпусе 72 впускной части. Как показано на фиг. 7, диаметр (внутренний диаметр цилиндра) первого канала 64 для воды меньше, чем внутренний диаметр цилиндрического выступа 71.
[0081] Далее описана средняя часть 80. Как показано на фиг. 7, средняя часть 80 имеет дискообразную или, по существу, цилиндрическую наружную форму. Конические выступы 81 и 82 отходят в противоположные стороны в радиальном направлении сопла от центра средней части 80 (в противоположные стороны в осевом направлении сопла). Первый конический выступ 81, отходящий от верхней по потоку торцевой поверхности средней части 80, направляет поток воды с введенным газом, прошедший по первому каналу 64 для воды, радиально наружу в радиальном направлении сопла, так что вода поступает ко второму каналу 65 для воды, как показано на фиг. 8.
[0082] Второй конический выступ 82, отходящий от нижней по потоку торцевой поверхности средней части 80, направляет воду с введенным газом, прошедшую по второму каналу 65 для воды, к третьему каналу 66 для воды, как показано на фиг. 8.
[0083] По периметру средняя часть 80 снабжена кольцевым элементом 83, проходящим по всей окружности средней части 80. Кольцевой элемент 83 снабжен множеством сквозных отверстий, проходящих в кольцевом элементе 83 в осевом направлении сопла с определенным шагом по окружности средней части 80. Эти сквозные отверстия образуют второй канал 65 для воды. Диаметр (внутренний диаметр цилиндра) каждого сквозного отверстия, образующего второй канал 65 для воды, меньше, чем диаметр (внутренний диаметр цилиндра) первого канала 64 для воды. Величина, полученная путем суммирования площади поперечного сечения всех сквозных отверстий, меньше, чем площадь поперечного сечения первого канала 64 для воды.
[0084] Как показано на фиг. 7, вход во второй канал 65 для воды расположен на верхней по потоку торцевой поверхности средней части 80, на которой выполнен первый конический выступ 81. Периметр первого конического выступа 81 окружен кольцевым элементом 83.
[0085] Посередине наружной периферийной поверхности кольцевого элемента 83 в осевом направлении сопла выполнен фланцевый элемент 84, отходящий наружу в радиальном направлении сопла. Два участка наружной периферийной поверхности кольцевого элемента 83, между которыми находится фланцевый элемент 84, снабжены, каждый, канавками 85 уплотнения, в канавках 85 уплотнения установлены кольцевые уплотнения 86А и 86В. Кольцевое уплотнение 86А, установленное в одной из канавок 85 уплотнения на верхней по потоку стороне от фланцевого элемента 84, соприкасается с внутренней периферийной поверхностью элемента 74 с большим диаметром (более конкретно, внутренней периферийной поверхностью сборочного элемента 76) корпуса 72 впускной части, как показано на фиг. 7, и, тем самым, обеспечивает уплотнение между контактными поверхностями впускной части 70 и средней части 80. Кольцевое уплотнение 86В, установленное в другой канавке 85 уплотнения на нижней по потоку стороне от фланцевого элемента 84, соприкасается с внутренней периферийной поверхностью корпуса 91 выпускной части (более конкретно, внутренней периферийной поверхностью сборочного элемента 93), как показано на фиг. 7, и, тем самым, обеспечивает уплотнение между контактными поверхностями выпускной части 90 и средней части 80.
[0086] Далее описана выпускная часть 90. Как показано на фиг. 7, выпускная часть 90 включает корпус 91 выпускной части и фланцевый элемент 92. Корпус 91 выпускной части имеет цилиндрическую или, по существу, цилиндрическую наружную форму. Внутреннее пространство корпуса 91 выпускной части снабжено сборочным элементом 93, коническим элементом 94 и третьим каналом 66 для воды. Сборочный элемент 93 расположен на верхнем по потоку конце внутреннего пространства корпуса 91 выпускной части и сопрягается с кольцевым элементом 83 средней части 80. Конический элемент 94 примыкает к сборочному элементу 93 на нижней по потоку стороне сборочного элемента 93 в осевом направлении сопла, его диаметр уменьшается к нижней по потоку стороне.
[0087] Третий канал 66 для воды примыкает к коническому элементу 94 на нижней по потоку стороне конического элемента 94 в осевом направлении сопла. Третий канал 66 для воды проходит до нижней по потоку торцевой поверхности корпуса 91 выпускной части. Другими словами, концевое отверстие третьего канала 66 для воды находится на нижней по потоку торцевой поверхности корпуса 91 выпускной части, и это отверстие выполняет роль выпускного отверстия 62.
[0088] Диаметр (внутренний диаметр цилиндра) третьего канала 66 для воды меньше, чем диаметр (внутренний диаметр цилиндра) первого канала 64 для воды. Площадь поперечного сечения третьего канала 66 для воды меньше, чем величина, полученная путем суммирования величин площади поперечного сечения всех сквозных отверстий, образующих второй канал 65 для воды (далее, для удобства изложения именуемая «площадь поперечного сечения второго канала 65 для воды»). Далее описано соотношение площадей поперечного сечения каналов для воды. Отношение площадей поперечного сечения каналов для воды удовлетворяет следующему соотношению: (площадь поперечного сечения первого канала 64 для воды) : (площадь поперечного сечения второго канала 65 для воды) : (площадь поперечного сечения третьего канала 66 для воды) = 3:2:1 (приблизительно). Когда размеры каналов для воды выбраны так, что удовлетворяется указанное соотношение, возможно эффективное генерирование нанопузырьков соплом 60 генерирования ультрамелких пузырьков.
[0089] Диаметр третьего канала 66 для воды, т.е., внутренний диаметр выпускного отверстия 62, меньше, чем каждая из величин внутреннего диаметра соответствующих участков (а именно, внутренние диаметры первого участка 43а с постоянным диаметром, сужающегося участка 44b и второго участка 43с с постоянным диаметром) проходного канала 43 для жидкости корпуса 42 устройства введения газа. Следовательно, поток воды с введенным газом некоторым образом блокируется у выпускного отверстия 62 сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков. В результате этого давление воды становится положительным (другими словами, не является отрицательным) в соответствующих сечениях проходного канала 43 для жидкости корпуса 42 устройства введения газа, расположенного на верхней по потоку стороне сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков.
[0090] Фланцевый элемент 92 расположен на наружной периферийной поверхности корпуса 91 выпускной части у его верхнего по потоку конца в осевом направлении и отходит наружу в радиальном направлении сопла. Когда впускная часть 70, средняя часть 80 и выпускная часть 90 смонтированы друг с другом, фланцевый элемент 92 устанавливается в держатель 63.
[0091] А именно, держатель 63 представляет собой кольцевой элемент, и элемент 73 с малым диаметром корпуса 72 впускной части входит в держатель 63, как показано на фиг. 7, держатель 63 с установленным в нем элементом 73 с малым диаметром удерживается уступом между элементом 73 с малым диаметром и элементом 74 с большим диаметром. Держатель 63 снабжен множеством болтовых отверстий, расположенных с постоянным шагом по окружности. Следовательно, фланцевый элемент 92 выпускной части 90 также снабжен таким же количеством болтовых отверстий (более конкретно, болтовых отверстий с внутренней резьбой), что и в держателе 63. После того, как впускная часть 70, средняя часть 80 и выпускная часть собраны друг с другом, в болтовые отверстия держателя 63 вставляют болты 67, концы болтов 67 закрепляют на резьбе болтовых отверстий фланцевого элемента 92. Таким образом проводят монтаж сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков.
[0092] Далее описан процесс генерирования нанопузырьков соплом 60 генерирования ультрамелких пузырьков описанной выше конструкции. Вода с введенным газом из трубопровода 51 воды с введенным газом поступает в цилиндрический выступ 71 через впускное отверстие 61, затем проходит по первому каналу 64 для воды, образованному в корпусе 72 впускной части. В это время газ в воде с введенным газом, в соответствии с принципом растворения под давлением, превращается в ультрамелкие пузырьки (нанопузырьки).
[0093] Более конкретно, когда вода с введенным в нее газом поступает в первый канал 64 для воды, газ в воде дополнительно сжимается, поэтому газ растворяется в воде. Затем вода с введенным газом вытекает из первого канала 64 для воды и поступает в конический элемент 75. В это время давление воды уменьшается, таким образом, образуются нанопузырьки.
[0094] Вода с введенным газом, поступившая в конический элемент 75, перемещается к нижней по потоку стороне конического элемента 75. В это время, как показано на фиг. 8, первый конический выступ 81 направляет воду с введенным газом наружу в радиальном направлении сопла, и вода течет ко второму каналу 65 для воды. Периметр первого конического выступа 81 окружен кольцевым элементом 83. Следовательно, вода с введенным газом, движущаяся наружу в радиальном направлении сопла, сталкивается с внутренней стенкой кольцевого элемента 83 и возвращается к верхней по потоку стороне, как показано на фиг. 8. Следовательно, поток воды с введенным газом становится турбулентным. Благодаря тому, что поток воды с введенным газом стал турбулентным, на относительно большие пузырьки газа в воде действует сдвиговое усилие, так что пузырьки разбиваются на более мелкие части.
[0095] Как показано на фиг. 8, вода с введенным газом в форме турбулентного потока возвращается к верхней по потоку стороне над торцевой поверхностью средней части 80, на которой расположен первый конический выступ 81, и поступает во второй канал 65 для воды, расположенный на верхней по потоку торцевой поверхности. Затем вода с введенным газом в турбулентном состоянии вытекает из второго канала 65 для воды и поступает в конический элемент 94 выпускной части 90. В это время находящийся в воде газ (а именно, растворенный в воде газ) превращается в нанопузырьки.
[0096] Более конкретно, газ, который не превратился в нанопузырьки, когда вода с введенным газом проходила первый канал 64 для воды, снова сжимается и растворяется в воде, когда вода с введенным газом проходит второй канал 65 для воды. Затем, когда вода вытекает из второго канала 65 для воды, давление воды с введенным газом снижается, так что образуются нанопузырьки.
[0097] В данном варианте осуществления изобретения диаметр (внутренний диаметр цилиндра) каждого из сквозных отверстий, образующих второй канал 65 для воды, меньше, чем диаметр первого канала 64 для воды, и площадь поперечного сечения второго канала 65 для воды меньше, чем площадь поперечного сечения первого канала 64 для воды. Когда вода с введенным газом проходит по второму каналу 65 для воды с такой небольшой площадью поперечного сечения, образуются более мелкие пузырьки, чем те, которые образовались, когда вода проходила по первому каналу 64 для воды.
[0098] Вода с введенным газом, поступившая в конический элемент 94, содержит в это время определенное количество нанопузырьков. В таком состоянии вода с введенным газом направляется внутрь в радиальном направлении сопла благодаря наличию второго конического выступа 82 и течет к третьему каналу 66 для воды. После этого вода с введенным газом проходит по третьему каналу 66 для воды и испускается из выпускного отверстия 62, расположенного на конце канала 66, наружу из сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков. Когда вода с введенным газом проходит по третьему каналу 66 для воды, присутствующий в воде газ (а именно, растворенный в воде газ) превращается в нанопузырьки, как и в первом канале 64 для воды и втором канале 65 для воды.
[0099] В данном варианте осуществления изобретения площадь поперечного сечения третьего канала 66 для воды меньше, чем площадь поперечного сечения второго канала 65 для воды. Следовательно, в третьем канале 66 для воды протекающая по нему вода с введенным газом надлежащим образом сжимается. В результате этого присутствующий в воде газ (а именно, растворенный в воде газ) надлежащим образом сжимается и растворяется в воде. Затем, когда вода с введенным газом выходит из третьего канала 66 для воды и испускается из выпускного отверстия 62 наружу из сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков, давление воды с введенным газом уменьшается, так что образуются нанопузырьки.
[0100] Благодаря увеличению давления воды с введенным газом в третьем канале 66 для воды обеспечивается надлежащий расход воды. Поэтому, когда вода с введенным газом в форме содержащей нанопузырьки воды испускается из сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков через выпускное отверстие 62, поток испускаемой воды имеет заданную скорость.
[0101] Как описано выше, внутренний диаметр выпускного отверстия 62 меньше каждого из внутренних диаметров соответствующих участков (первого участка 43а с постоянным диаметром, сужающегося участка 44b и второго участка 43с с постоянным диаметром) проходного канала 43 для жидкости корпуса 42 устройства введения газа, расположенного на верхней по потоку стороне сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков. Таким образом, количество испускаемой из выпускного отверстия 62 содержащей нанопузырьки воды определяется в зависимости от внутреннего диаметра выпускного отверстия 62. Следовательно, даже когда внутренний диаметр проходного канала 43 для жидкости в корпусе 42 устройства введения газа уменьшают, в данном конфигурации это лишь незначительно влияет на количество испускаемой содержащей нанопузырьки воды.
Однако, внутренний диаметр 62 выпускного отверстия не ограничивается диаметром, который меньше каждого из внутренних диаметров соответствующих участков (первого участка 43а с постоянным диаметром, сужающегося участка 44b и второго участка 43с с постоянным диаметром) проходного канала 43 для жидкости корпуса 42 устройства введения газа, и может быть больше или равен любому из этих внутренних диаметров.
[0102] Как описано выше, генерирование нанопузырьков в воде с введенным газом происходит в сопле 60 генерирования ультрамелких пузырьков за множество стадий (в данном варианте осуществления, за три стадии); а именно, нанопузырьки генерируются в воде с введенным газом, когда вода проходит по каждому из каналов. Кроме того, в данном варианте осуществления изобретения соответствующие каналы выполнены в разных положениях в радиальном направлении сопла. При такой конфигурации сопло 60 генерирования ультрамелких пузырьков может иметь меньшую длину в осевом направлении сопла по сравнению с вариантом, в котором соответствующие каналы выполнены в одном и том же положении в радиальном направлении сопла, таким образом, сопло 60 генерирования ультрамелких пузырьков может быть более компактным.
[0103] Хотя выше описана конструкция сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков, соответствующая данному варианту осуществления изобретения, изобретение не ограничивается этой конструкцией, и может быть применена любая конструкция при условии, что она обеспечивает генерирование нанопузырьков в воде с введенным газом, когда вода с введенным газом проходит внутри сопла 60, и эта конструкция может отличаться от показанной на фиг. 7.
[0104] Нижний по потоку конец корпуса 91 выпускной части (конец, на котором расположено выпускное отверстие 62), который образует верхушечную часть сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков, соединен с траекторией 20 потока. Более конкретно, наружная периферийная поверхность нижнего по потоку конца корпуса 91 выпускной части снабжена наружной резьбой, как показано на фиг. 9. Фиг. 9 представляет собой вид в поперечном сечении, на котором показана конструкция соединения между верхушечной частью сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков и траекторией 20 потока.
[0105] Как показано на фиг. 2, соединительная часть 24 отходит от промежуточной точки первой траектории 21 потока. Соединительная часть 24 обеспечивает соединение между верхушечной частью сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков и первой траекторией 21 потока и представляет собой ответвление, соединенное со стальной трубой, образующей первую траекторию 21 потока. Конец ответвления, образующего соединительную часть 24, на внутренней поверхности снабжен внутренней резьбой.
[0106] Наружная резьба корпуса 91 выпускной части сопрягается с внутренней резьбой соединительной части 24, как показано на фиг. 9, тем самым, нижний по потоку конец корпуса 91 выпускной части, являющийся верхушечной частью сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков, соединяется с первой траекторией 21 потока посредством соединительной части 24.
[0107] Если положение, где нижний по потоку конец корпуса 91 выпускной части соединен с первой траекторий 21 потока определить как точку 25 соединения, то точка 25 соединения представляет собой точку на первой траектории 21 потока, где конец соединительной части 24 соединен с первой траекторией потока. Как показано на фиг. 1 и 2, эта точка расположена на нижней по потоку стороне от точки 23 разветвления траектории 20 потока, а также на нижней по потоку стороне от впускного отверстия 31 выпускного устройства 30. Другими словами, верхушечная часть сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков соединена с первой траекторией потока 21 на нижней по потоку стороне от выпускного отверстия 31 выпускного устройства, а также на нижней по потоку стороне от точки 23 разветвления.
[0108] Отметим, что способ соединения верхушечной части сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков и траектории 20 потока не ограничивается описанным выше, применимы и другие способы соединения при условии, что верхушечная часть сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков может быть надлежащим образом соединена с траекторией 20 потока. Например, верхушечная часть сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков может быть непосредственно приварена к соединительной части 24 или, в качестве альтернативы, отдельно на верхушечной части сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков и соединительной части 24 может быть предусмотрено наличие фланцев, которые соединяют друг с другом.
Подробности конструкции траектории 20 потока
[0109]
Далее дополнительно описана конструкция траектории 20 потока, описанной выше.
На траектории 20 потока, соответствующей данному варианту осуществления, содержащая нанопузырьки вода, выпущенная из верхушечной части сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков, протекает по соединительной части 24 и объединяется с водой в первой траектории 21 потока (т.е., водой без нанопузырьков) в точке 25 соединения верхушечной части сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков и первой траектории 21 потока. То есть, соответствующие части устройства 10 генерирования ультрамелких пузырьков разработаны так, что содержащая нанопузырьки вода надлежащим образом соединяется с водой в первой траектории 21 потока.
[0110] А именно, давление содержащей нанопузырьки воды, выпущенной из верхушечной части сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков, в точке 25 соединения больше, чем давление воды в траектории 20 потока (более точно, в первой траектории 21 потока) в точке 25 соединения. Если первое давление обозначить Ра, а второе давление обозначить Pbn, то эти две величины удовлетворяют следующему соотношению (1а):
Pbn > Ра (1а)
[0111] Давление Pbn рассчитывают по следующей формуле (1b):
Pbn=Pb - ΔPb (1b),
где выпускное давление на выходе выпускного устройства 30 обозначено как Pb, а потери давления между выпускным отверстием 32 выпускного устройства 30 и точкой 25 соединения обозначены как ΔPb.
Соответственно, Ра, Pb и ΔPb удовлетворяют следующему соотношению (1):
Pb - ΔPb > Ра (1)
[0112] В данном варианте осуществления изобретения выпускное устройство 30, устройство 40 введения газа и сопло 60 генерирования ультрамелких пузырьков разработаны так, чтобы удовлетворялось приведенное выше соотношение (1). Следовательно, содержащая нанопузырьки вода, испускаемая из верхушечной части сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков, плавно соединяется с водой без нанопузырьков в первой траектории 21 потока в точке 25 соединения.
[0113] Выпускное давление Pb, хотя и пульсирует, остается, по существу, постоянным во время непрерывного функционирования выпускного устройства 30 при определенных рабочих условиях; а именно, поскольку выпускное давление Pb определяют на основании расхода Vb выпускаемой воды, когда расход Vb выпускаемой воды измерен, выпускное давление Pb может быть получено на основании результата этого измерения с использованием рабочей характеристики, показанной на фиг. 4. Выпускное давление Pb может быть измерено, например, при установке известного манометра или моновакуумметр на надлежащей высоте (а именно, на высоте выпускного отверстия 32) вблизи выпускного отверстия 32 выпускного устройства путем считывания величины, которую показывает этот прибор.
[0114] Потери давления ΔРb - это потери давления, возникающие при прохождении воды, выпущенной из выпускного устройства 30, через сопло 60 генерирования ультра мелких пузырьков и далее до точки 25 соединения в форме содержащей нанопузырьки воды. Более конкретно, потери давления ΔРb - это потери давления, возникающие при прохождении воды по трубопроводу 50 воды под давлением, при этом, жидкость проходит по проходному каналу 43 для жидкости корпуса 42 устройства введения газа, трубопроводу 51 воды с введенным газом, мимо смотрового стекла 52, по трубопроводу 50 воды под давлением и через сопло 60 генерирования ультрамелких пузырьков с расходом Vb. Потери давления ΔРb могут быть рассчитаны любым известным способом.
[0115] При этом, давление Ра воды в траектории 20 потока у точки 25 соединения, хотя и пульсирует, остается, по существу, постоянным, пока вода с постоянным расходом протекает по первой траектории 21 потока; давление Ра может быть измерено, например, путем установки известного манометра или моновакуумметр на надлежащей высоте (а именно, на высоте точки 25 соединения) вблизи точки 25 соединения на первой траектории 21 потока и считывания величины, которую показывает этот прибор. При измерении давления Ра является предпочтительным проводить измерение давления при закрытом клапане 22V регулирования расхода воды (то есть, в состоянии, когда содержащая нанопузырьки вода не испускается из сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков).
[0116] Давление Ра может быть рассчитано с использованием разности давления Pas непосредственно после источника Ws подачи и потерь давления ΔРа, возникающих при прохождении воды от источника Ws подачи до точки 25 соединения. При этом, Раs означает выпускное давление устройства Р вытеснительной подачи, когда вода подается под давлением устройством Р вытеснительной подачи, таким как насос, из источника Ws подачи, и представляет собой давление воды (гидростатический напор воды), соответствующее разности высот (падению) с источником Ws подачи, когда воду транспортируют посредством разности высот. В том случае, когда воду транспортируют из источника Ws подачи с одновременным использованием устройства Р вытеснительной подачи и разности высот, давление, полученное путем суммирования выпускного давления устройства Р вытеснительной подачи и гидростатического напора воды, соответствующего разности высот, представляет собой давление Pas.
[0117] Потери давления ΔРа могут быть получены путем сложения потерь давления ΔРа1, возникающих, когда вода протекает по траектории 20 потока до точки 23 разветвления с тем же расходом, что и на выходе из источника Ws подачи, и потерь давления ΔРа2, возникающих, когда вода по первой траектории 21 потока протекает от точки 23 разветвления до точки 25 соединения. Потери давления ΔРа1 и ΔРа2 могут быть рассчитаны любым известным способом.
[0118] Далее со ссылкой на фиг. 10 описаны вспомогательные устройства на траектории 20 потока. Фиг. 10 представляет собой вид в перспективе, на котором показана траектория 20 потока, соединенная с устройством 10 генерирования ультрамелких пузырьков.
Соединительная часть 24, обеспечивающая соединение траектории 20 потока и верхушечной части сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков, установлена на траектории 20 потока (более конкретно, на первой траектории 21 потока). Как показано на фиг. 10, в промежуточном положении соединительной части 24 имеется первая дренажная линия 27, предназначенная для отведения воды из соединительной части 24.
[0119] Первая дренажная линия 27, предназначенная для отведения воды, соответствует первой дренажной линии для отведения жидкости и соединяется с соединительной частью путем Т-образного соединения. Первая дренажная линия на дальнем конце снабжена переключающим клапаном 27V первой дренажной линии, обеспечивающим переключение между открытым и закрытым положением первой дренажной линии 27, как показано на фиг. 10. Переключающий клапан 27V первой дренажной линии для воды соответствует переключающему клапану первой дренажной линии для жидкости и представляет собой запорный кран, открываемый и закрываемый вручную.
[0120] Первая дренажная линия 27 для воды и переключающий клапан 27V первой дренажной линии расположены в самой нижней части соединительной части 24, как показано на фиг. 10. А именно, соединительная часть 24 проходит вертикально вниз от положения, находящегося немного ниже по потоку относительно точки, в которой соединительная часть 24 соединена с верхушечной частью сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков, затем изгибается на 90 градусов в самой нижней точке вертикальной части, идет в горизонтальном направлении и снова поднимается вверх. Первая дренажная линия 27 соединена с тем участком соединительной части 24, который отходит горизонтально от самой нижней точки. Первая дренажная линия 27 проходит в горизонтальном направлении, и переключающий клапан 27V первой дренажной линии установлен на ее дальнем конце.
[0121] Точно так же, как показано на фиг. 10, вторая дренажная линия 26 для воды и переключающий клапан 26V второй дренажной линии установлены на второй траектории 22 потока. Вторая дренажная линия для воды соответствует второй дренажной линии для жидкости и предназначена для отведения воды из второй траектории 22 потока. Вторая дренажная линия 26 соединена со второй траекторией 22 потока путем Т-образного соединения. Переключающий клапан 26V второй дренажной линии для воды соответствует переключающему клапану второй дренажной линии для жидкости, предназначен для переключения между открытым и закрытым положением второй дренажной линии 26 и представляет собой запорный кран, открываемый и закрываемый вручную.
[0122] Вторая дренажная линия 26 и переключающий клапан 26V второй дренажной линии расположены в самой нижней точке второй траектории 22 потока, как показано на фиг. 10. А именно, вторая траектория 22 потока отходит вертикально вниз от положения, находящегося немного ниже по потоку относительно точки 23 разветвления траектории 20 потока, затем изгибается на 90 градусов в самой нижней точке вертикального участка, идет в горизонтальном направлении и снова поднимается вверх. Вторая дренажная линия 26 соединена с тем участком второй траектории 22 потока, который отходит в горизонтальном направлении от самой нижней точки. Вторая дренажная линия 26 проходит в горизонтальном направлении, и переключающий клапан 26V второй дренажной линии установлен на ее дальнем конце.
[0123] Как описано выше, в данном варианте осуществления изобретения вторая траектория 22 потока и соединительная часть, каждая, снабжены дренажной линией и переключающим клапаном. При такой конструкции возможно отведение воды из второй траектории 22 потока и соединительной части 24 путем открытия соответствующей дренажной линии, например, если в течении длительного времени не планируется использовать устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков.
[0124] Как показано на фиг. 10, клапан 22V регулирования расхода воды установлен на второй траектории 22 потока на верхней по потоку стороне второй дренажной линии 26 (а именно, второй траектории 22 потока в промежуточном положении на участке, идущем вертикально вниз к самой нижней точке). Кроме того, как показано на фиг. 10, переключающий клапан 24V соединительной части установлен на соединительной части 24 на нижней по потоку стороне первой дренажной линии 27 (а именно, соединительной части 24 в промежуточном положении на участке, поднимающемся вверх от самой нижней точки). Переключающий клапан 24V соединительной части предназначен для переключения между открытым и закрытым положением соединительной части 24 и представляет собой запорный клапан, открываемый и закрываемый вручную.
Пример функционирования устройства 10 генерирования ультрамелких пузырьков
[0125]
Далее описан пример функционирования устройства 10 генерирования ультрамелких пузырьков, имеющего описанную выше конструкцию.
В начале работы устройства 10 генерирования ультрамелких пузырьков, во-первых, активируют выпускное устройство 30. Во время запуска выпускного устройства 30 вода уже подана из источника Ws подачи и протекает по траектории 20. Перед активацией выпускного устройства 30 заранее манипулируют переключающими клапанами.
[0126] А именно, клапан 22V регулирования расхода воды во второй траектории 22 потока переводят из закрытого положения в открытое положение. В это время переключающий клапан 24V соединительной части находится в закрытом положении. Кроме этого, переключающий клапан 27V первой дренажной линии открыт, переключающий клапан 26V второй дренажной линии переводят в закрытое положение. Следовательно, вторая траектория 22 потока открыта, так что вода поступает в выпускное устройство 30 через впускное отверстие 31 с верхней по потоку стороны выпускного устройства 30. То есть, выпускное устройство 30 заливают перед пуском. Кроме этого, выполняют отведение воды по первой тренажной линии 27 так, что воздух, накопившийся в трубопроводе 50 воды под давлением, проходном канале 43 для жидкости корпуса 42 устройства введения газа, трубопроводе 51 воды с введенным газом, у смотрового стекла 52, в сопле 60 генерирования ультрамелких пузырьков и соединительной части 24, выходит вместе с водой и выбрасывается в атмосферу.
[0127] После проведения дренирования и достижения достаточного отведения воздуха, переключающий клапан 24V соединительной части переводят из закрытого положения в открытое положение, переключающий клапан 27V первой дренажной линии закрывают. Затем активируют выпускное устройство 30. Что касается активации выпускного устройства 30, клапан 41b регулирования расхода газа постепенно открывают из закрытого положения. Следовательно, газ, генерируемый источником 41 газа под давлением, поступает в проходной канал 44 для газа корпуса 42 устройства введения газа по трубопроводу 41а газа.
[0128] С другой стороны, выпускное устройство 30 через впускное отверстие 31 отбирает воду из второй траектории 22 потока, повышает давление и выпускает отобранную воду. В это время давление воды, поступающей в выпускное устройство 30 с верхней по потоку стороны выпускного устройства 30 (а именно, давление воды во впускном отверстии 31) во второй траектории 22 потока, положительное.
[0129] Более конкретно, в данном варианте осуществления изобретения воду подают из источника Ws подачи при помощи, по меньшей мере, одного устройства Р вытеснительной подачи и посредством разности высот между источником Ws подачи и местом назначения Wd. Вода с повышенным давлением протекает по траектории 20 потока. В точке 23 разветвления траектория 20 потока разветвляется на первую траекторию 21 потока и вторую траекторию 22 потока, вторая траектория 22 потока соединена со впускным отверстием 31 выпускного устройства 30. Таким образом, вода, протекающая по второй траектории 22 потока, поступает в выпускное устройство 30 при повышенном давлении (другими словами, ее давление положительное).
[0130] Вода, выпускаемая из выпускного устройства 30, протекает по трубопроводу 50 воды под давлением, после чего поступает в проходной канал 43 для жидкости корпуса 42 устройства введения газа. Скорость потока (линейная скорость) воды поэтапно изменяется по мере протекания по проходному каналу 43 для жидкости.
[0131] Более конкретно, когда вода поступает из трубопровода 50 воды под давлением в первый участок 43а с постоянным диаметром, скорость потока воды резко увеличивается. Затем, когда вода переходит из первого участка 43а с постоянным диаметром в сужающийся участок 44b, скорость потока воды постепенно уменьшается. Затем вода переходит из сужающегося участка 44b во второй участок 43с с постоянным диаметром, и при прохождении второго участка 43с с постоянным диаметром скорость потока воды остается, по существу, постоянной. В это время скорость потока намного больше, чем в трубопроводе 50 воды под давлением.
[0132] Непосредственно после поступления воды во второй участок 43с с постоянным диаметром проходного канала 43 для жидкости устройство 40 введения газа обеспечивает сжатие газа и введение газа в воду во втором участке 43с с постоянным диаметром.
[0133] Более конкретно, давление воды во втором участке 43с с постоянным диаметром положительное, величина этого давления немного меньше выпускного давление Pb выпускного устройства 30 (а именно, меньше на величину, равную потерям давления, возникающим, по мере протекания воды, выпущенной выпускным устройством 30 с расходом Vb выпускаемой воды, до второго участка 43с с постоянным диаметром). При этом, газ, поданный из источника 41 газа под давлением по трубопроводу 41а газа, поступает в проходной канал 44 для газа. В это время давление газа в проходном канале для газа (т.е., давление введения Pi) больше, чем выпускное давление Pb. Следовательно, газ поступает во второй участок 43с с постоянным диаметром и вводится в воду во втором участке 43с с постоянным диаметром против давления воды во втором участке 43с с постоянным диаметром.
[0134] Далее описано соотношение между выпускным давлением Pb и давлением введения Pi. Данный вариант осуществления изобретения предусматривает генерирование в воде относительно большого количества нанопузырьков при помощи одного сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков. С точки зрения генерирования в воде большого количества нанопузырьков, чем больше давление воды (более конкретно, воды с введенным газом) во впускном отверстии 61 сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков, тем лучше; следовательно, также желательно выбрать выпускное давление Pb насколько возможно большим.
[0135] Однако, чем больше выпускное давление Pb, тем труднее вводить газ в воду, следовательно, в данном варианте осуществления изобретения давление введения Pi установлено большим, чем выпускное давление Pb, при этом, выпускное давление Pb выбрано насколько возможно большим. Другими словами, в данном варианте осуществления изобретения соотношение выпускного давления Pb и давления введения Pi должным образом отвечает задаче эффективного генерирования нанопузырьков и надежного введения газа в воду.
[0136] В данном варианте осуществления изобретения клапан 41b регулирования расхода газа установлен в промежуточной точке трубопровода 41а газа, и максимальное допустимое рабочее давление Pt клапана 41b регулирования расхода газа, выпускное давление Pb и давление введения Pi удовлетворяют следующему соотношению (2):
Pb < Pi < Pt (2)
Когда удовлетворяется соотношение (2), давление введения Pi может быть выбрано так, чтобы оно не превышало предел сопротивления напору клапана 41b регулирования расхода газа (т.е., максимальное допустимое рабочее давление Pt), более конкретно, давление введения Pi может быть выбрано максимально возможным в диапазоне, не превышающем максимальное допустимое рабочее давление Pt. Если давление введения Pi можно сделать больше, выпускное давление Pb также соответствующим образом увеличивают, таким образом обеспечивается более эффективное генерирование нанопузырьков.
[0137] Максимальное допустимое рабочее давление Pt клапана 41b регулирования расхода газа определено в документе JIS В 0100 и означает «максимальное допустимое рабочее давление стойкой к напору части клапана при определенной температуре».
[0138] В проходном канале 43 для жидкости вода протекает по второму участку 43с с постоянным диаметром с увеличенной скоростью, как описано выше. Газ поступает во второй участок 43с с постоянным диаметром с уменьшенным расходом, и на него воздействуют сдвиговые усилия со стороны воды, протекающей по второму участку 43с с постоянным диаметром, поэтому газ разбивается на мелкие частицы. В результате, газ вводится в воду в форме мелких пузырьков.
[0139] После протекания по второму участку 43с с постоянным диаметром вода, в которую введен газ (т.е., вода с введенным газом), по трубопроводу 51 воды с введенным газом направляется к соплу 60 генерирования ультрамелких пузырьков. В этом время вода с введенным газом проходит через смотровое стекло 52, установленное в промежуточной точке трубопровода 51 воды с введенным газом. При помощи смотрового стекла 52 может быть визуально определена степень введения газа в воду.
[0140] Протекающая по трубопроводу 51 воды с введенным газом к нижней по потоку стороне вода затем поступает в сопло 60 генерирования ультрамелких пузырьков через впускное отверстие 61. Когда вода с введенным газом проходит в сопле 60 генерирования ультрамелких пузырьков через три канала 64, 65 и 66, в воде с введенным газом генерируются нанопузырьки.
[0141] Содержащая нанопузырьки вода испускается из выпускного отверстия 62 в верхушечной части сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков. При этом, количество испускаемой воды, содержащей нанопузырьки, зависит не от какого-либо из внутренних диаметров соответствующих участков (первого участка 43а с постоянным диаметром, сужающегося участка 44b и второго участка 43с с постоянным диаметром) проходного канала 43 для жидкости корпуса 42 устройства введения газа, расположенного на верхней по потоку стороне от сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков, а от проходного диаметра выпускного отверстия 62. В этом отношении, настоящий вариант осуществления изобретения более выгоден, чем обычная конфигурация, в который газ всасывается и вводится в жидкость путем создания в жидкости, проходящей участок корпуса устройства введения газа, отрицательного давления.
[0142] Более конкретно, в обычной конфигурации для создания отрицательного давления в промежуточном положении проходного канала для жидкости внутренний диаметр в этом положении значительно уменьшен. Следовательно, в обычной конфигурации расход воды зависит от внутреннего диаметра (более точно, уменьшенного внутреннего диаметра) проходного канала для жидкости, следовательно, количество содержащей нанопузырьки воды, испускаемой из сопла генерирования ультрамелких пузырьков, также зависит от внутреннего диаметра проходного канала для жидкости.
[0143] В данном варианте осуществления изобретения, напротив, каждый из внутренних диаметров соответствующих участков проходного канала 43 для жидкости больше выпускного отверстия 62 сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков. Таким образом, как описано выше, количество испускаемой содержащей нанопузырьки жидкости зависит не от какого-либо из внутренних диаметров соответствующих участков, а от проходного сечения выпускного отверстия 62. Другими словами, в данном варианте осуществления изобретения внутренний диаметр проходного канала 43 для жидкости в средней части уменьшен, однако, это не влияет на испускаемое количество содержащей нанопузырьки жидкости.
[0144] Содержащая нанопузырьки вода, испускаемая из выпускного отверстия 62, протекает по соединительной части 24 и достигает точки 25 соединения первой траектории 21 потока. В точке 25 соединения содержащая нанопузырьки вода, прошедшая по соединительной части 24, смешивается с водой, протекающей по первой траектории 21 потока (то есть, с водой без нанопузырьков). Полученная смешанная вода поступает на ферму или сельскохозяйственное угодье, то есть, к месту назначения Wd воды и, наконец, разбрызгивается установленным там дождевальным устройством D.
Эффективность данного варианта осуществления изобретения
[0145]
В данном варианте осуществления изобретения устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков включает выпускное устройство 30, устройство 40 введения газа и сопло 60 генерирования ультрамелких пузырьков; устройство 40 введения газа обеспечивает сжатие газа и введение газа в воду, находящуюся под давлением и протекающую к соплу 60 генерирования ультрамелких пузырьков, между выпускным устройством 30 и соплом 60 генерирования ультрамелких пузырьков.
[0146] А именно, давление (т.е., давление введения Pi) во время сжатия и введения газа в жидкость устройством 40 введения газа в воду больше, чем выпускное давление Рb на выходе выпускного устройства 30. Более конкретно, давление сжатого газа, поступающего из источника 41 сжатого газа, больше, чем выпускное давление Рb.
[0147] Таким образом, в данном варианте осуществления изобретения, когда газ вводят в воду перед генерированием нанопузырьков, газ вводят не путем использования отрицательного давления, как в обычных устройствах, а путем сжатия газа до давления, превышающего давление воды. Таким образом, газ может быть введен в воду без использования отрицательного давления. Благодаря этому становится возможным исключить такие недостатки, как возникновение кавитации и неполадки в конструкции уплотнения вала насоса, которые возможны при введении газа в воду на стороне впускного отверстия 31 (стороне впуска) выпускного устройства 30.
[0148] Кроме того, в данном варианте осуществления изобретения возможно исключить недостатки, свойственные случаю создания отрицательного давления для введения газа в воду на нижней по потоку стороне относительно выпускного отверстия 32 выпускного устройства 30, один из которых заключается в том, что вода ненадлежащим образом поступает в линию подачи газа (а именно, линию подачи, соответствующую трубопроводу 41а для газа), так как не достигается нужного отрицательного давления.
[0149] Помимо этого, когда газ вводят в воду, используя отрицательное давление, диаметр трубопровода (а именно, участка, соответствующего проходному каналу 43 для жидкости), по которому проходит вода, уменьшают для увеличения скорости потока воды, после чего диаметр трубопровода увеличивают для уменьшения скорости потока воды, тем самым, создавая отрицательное давление. При этакой конструкции, поскольку диаметр трубопровода значительно уменьшен, нельзя гарантировать достаточный расход воды, проходящей по этому трубопроводу.
[0150] В данном варианте осуществления изобретения, напротив, нет необходимости уменьшать диаметр трубопровода (а именно, внутренний диаметр проходного канала 43 для жидкости) до такой степени, чтобы давление стало отрицательным. Следовательно, в этом варианте осуществления изобретения можно исключить недостаток, заключающийся в недостаточности расхода воды из-за значительного уменьшения диаметра трубопровода.
[0151] Помимо этого, возможность установить давление введения Pi большим, чем выпускное давление Pb, особенно полезна в условиях, когда выпускное устройство 30 отбирает воду непосредственно из траектории 20 потока, и давление воды во впускном отверстии 31 выпускного устройства 30 положительное.
[0152] Более конкретно, поскольку при описанных выше условиях трудно вводить газ в воду на верхней по потоку стороне от впускного отверстия 31 выпускного устройства, естественно, газ вводят в воду на нижней по потоку стороне от впускного отверстия 31 выпускного устройства. При этом, желательно установить выпускное давление Pb настолько большим, насколько это возможно, чтобы генерирование нанопузырьков в воде было эффективным, как описано выше. Однако, чем выше выпускное давление Pb, тем труднее вводить газ в воду.
[0153] Чтобы с этим справиться, в данном варианте осуществления изобретения давление введения Pi установлено большим, чем выпускное давление Pb, благодаря этому выпускное давление Pb может быть увеличено в пределах диапазона, не превышающего давление введения Pi. Таким образом, возможно эффективное генерирование нанопузырьков и надежное введение газа в воду.
Другие варианты осуществления изобретения
[0154]
Выше описан конкретный вариант осуществления устройства генерирования ультрамелких пузырьков настоящего изобретения; однако, этот вариант является лишь примером, также возможны и другие варианты. А именно, хотя в описанном варианте осуществления изобретения содержащую нанопузырьки воду смешивают с водой без нанопузырьков и производят подачу этой смеси, содержащая нанопузырьки вода может быть подана сама по себе без смешивания с водой без нанопузырьков (без разбавления). Этот пример описан со ссылкой на фиг. 11. В траектории потока 120, показанной на этой фигуре, имеется только одна часть траектории, отходящей от источника Ws подачи (далее именуемая «верхняя траектория 121 потока»), верхняя траектория 121 потока соединена с устройством 10 генерирования ультрамелких пузырьков (более конкретно, со впускным отверстием 31 выпускного устройства 30). Имеется только одна часть траектории, идущая к месту назначения Wd (далее именуемая «нижняя траектория 122 потока»), нижняя траектория 122 потока соединена с устройством 10 генерирования ультрамелких пузырьков (более конкретно, с верхушечной частью сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков). Таким образом, траектория 120 потока, показанная на фиг. 11, не разветвляется в промежуточной точке, и вся вода, протекающая по траектории 120 потока, направляется через устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков. Другими словами, в конфигурации, показанной на фиг. 11, устройство 10 генерирования ультрамелких пузырьков установлено последовательно в промежуточном положении единственной траектории 120 потока.
Отметим, что фиг. 11 является схемой, отражающей конфигурацию устройства S подачи жидкости, соответствующего первому варианту модификации.
[0155] В приведенном варианте осуществления изобретения траектория 20 потока разветвляется в промежуточной точке; одно ответвление (а именно, вторая траектория 22 потока) соединено со впускным отверстием 31 выпускного устройства 30 устройства 10 генерирования ультрамелких пузырьков, другая траектория (а именно, первая траектория 21 потока) соединена с верхушечной частью сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков. Однако, этим изобретение не ограничивается, и как показано на фиг. 12, трубопровод для воды, идущий к устройству 10 генерирования ультрамелких пузырьков, может быть отдельным трубопроводом для воды. А именно, траектория 220 потока, показанная на фиг. 12, включает часть, идущую от источника Ws подачи к устройству 10 генерирования ультрамелких пузырьков (т.е., верхнюю траекторию 221 потока), часть, идущую от устройства 10 генерирования ультрамелких пузырьков к месту назначения Wd (т.е., нижнюю траекторию 222 потока), и, помимо этих частей, часть, идущую от источника Ws подачи к месту назначения Wd (далее именуемая «отдельная траектория 223 потока»). Как показано на фиг. 12, верхняя траектория 221 потока соединена с устройством 10 генерирования ультрамелких пузырьков, более конкретно, со всасывающим отверстием 31 выпускного устройства 30. Нижняя траектория 222 потока соединена с верхушечной частью сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков устройства 10 генерирования ультрамелких пузырьков. Нижний по потоку конец нижней траектории 222 потока соединен с отдельной траекторией 223 потока, как показано на фиг. 12. Таким образом, содержащая нанопузырьки вода поступает к месту назначения Wd по отдельной траектории 223 потока.
Отметим, что фиг. 12 является схемой, отражающей конфигурацию устройства S подачи жидкости, соответствующего второму варианту модификации.
[0156] Как показано на фиг. 12, траектория потока, идущая от источника Ws подачи к устройству 10 генерирования ультрамелких пузырьков (т.е., верхняя траектория 221 потока), и траектория потока, идущая от источника Ws подачи к месту назначения Wd (т.е., отдельная траектория 223 потока), начинаются у одного и того же источника Ws подачи. Однако, этим изобретение не ограничивается, эти траектории потока, независимо друг от друга, могут отходить от разных источников Ws подачи.
[0157] Как показано на фиг. 13, верхушечная часть сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков устройства 10 генерирования ультрамелких пузырьков не обязательно должна быть соединена с одним из ответвлений траектории потока (а именно, первой траекторией 21 потока). А именно, траектория 320 потока, показанная на фиг. 13, в промежуточной точке разветвляется на первую траекторию 321 потока и вторую траекторию 322 потока. Первая траектория 321 потока проходит до места назначения Wd, вторая траектория 322 потока соединена со впускным отверстием 31 выпускного устройства 30 устройства 10 генерирования ультрамелких пузырьков. Траектория 320 потока, показанная на фиг. 13, дополнительно включает третью траекторию 323 потока. Третья траектория 323 потока соединена с верхушечной частью сопла 60 генерирования ультрамелких пузырьков устройства 10 генерирования ультрамелких пузырьков и проходит, независимо, до места назначения Wd. Таким образом, как показано на фиг. 13, вода без нанопузырьков поступает к месту назначения Wd по первой траектории 321 потока, а содержащая нанопузырьки вода поступает туда по третьей траектории 323 потока, то есть, по отдельной системе.
Отметим, что фиг. 13 является схемой, отражающей конфигурацию устройства S подачи жидкости, соответствующего третьему варианту модификации.
[0158] Приведенный вариант осуществления изобретения описан в отношении случая, когда нанопузырьки генерируют в воде, используемой в сельском хозяйстве или для выращивания растений, являющегося примером применения изобретения. Однако, этим применение изобретения не ограничивается, изобретение может быть применено в случаях, когда нанопузырьки генерируют в воде для производства химикатов, в воде для производства пищевых продуктов, в воде для производства косметики, в воде, используемой в рыбной промышленности (в частности, в рыбоводстве), в промывной воде, в воде, используемой в медицинских целях, в дренажной воде, используемой при водоподготовке, и в воде других типов.
Перечень ссылочных позиций на чертежах
[0159] 10 - устройство генерирования ультрамелких пузырьков
20 - траектория потока
21 - первая траектория потока
22 - вторая траектория потока
22V - клапан регулирования расхода воды
23 - точка разветвления
24 - соединительная часть
24V - переключающий клапан соединительной части
25 - точка соединения
26 - вторая дренажная линия
26V - переключающий клапан второй дренажной линии
27 - первая дренажная линия
27V - переключающий клапан первой дренажной линии
28 - трубопровод содержащей нанопузырьки воды
30 - выпускное устройство
31 - впускное отверстие
32 - выпускное отверстие
40 - устройство введения газа
41 - источник газа под давлением
41b - клапан регулирования расхода газа
42 - корпус устройства введения газа
43 - проходной канал для жидкости
43а - первый участок с постоянным диаметром
43b - участок с увеличивающимся диаметром
43с - второй участок с постоянным диаметром
44 - проходной канал для газа
44а - соединительный участок
44b - сужающийся участок
44с - нагнетательный участок
50 - трубопровод воды под давлением
51 - трубопровод воды с введенным газом
52 - смотровое стекло
60 - сопло генерирования ультрамелких пузырьков
61 - впускное отверстие
62 - выпускное отверстие
63 - держатель
64, 65, 66 - канал для воды
67 - болт
70 - впускная часть
71 - цилиндрический выступ
72 - корпус впускной части
73 - элемент малого диаметра
74 - элемент большого диаметра
75 - конический элемент
76 - сборочный элемент
80 - средняя часть
81, 82 - конический выступ
83 - кольцевой элемент
84 - фланцевый элемент
85 - канавка уплотнения
86А, 86В - кольцевое уплотнение
90 - выпускная часть
91 - корпус выпускной части
92 - фланцевый элемент
93 - сборочный элемент
94 - конический элемент
120 - траектория потока
121 - верхняя траектория потока
122 - нижняя траектория потока
220 - траектория потока
221 - верхняя траектория потока
222 - нижняя траектория потока
223 - отдельная траектория потока
320 - траектория потока
321 - первая траектория потока
322 - вторая траектория потока
323 - третья траектория потока
D - дождевальное устройство
P - устройство вытеснительной подачи
S - устройство подачи жидкости
Wd - место назначения
Ws - источник подачи