ГЕНЕРАТОР МИКРОПУЗЫРЬКОВ И УСТРОЙСТВО ГЕНЕРИРОВАНИЯ МИКРОПУЗЫРЬКОВ
MICROBUBBLE GENERATOR AND DEVICE FOR MICROBUBBLE GENERATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к генератору микропузырьков и устройству генерирования микропузырьков.
Уровень техники
В последние годы газожидкостные текучие смеси, содержащие микропузырьки, стали использовать в различных отраслях промышленности, например, для растворения бедной кислородом водной массы в закрытом водном пространстве, как средство активации микроорганизмов при дренажной обработке, при выращивании растений на гидропонике и т.п. и для удаления загрязняющих веществ с поверхности субстратов; во всех этих случаях важна возможность введения в воду различных газов путем придания таким газам формы пузырьков.
Например, в нерассмотренной патентной заявке Японии № 2003-182158 применен дополнительный завихряющий участок, предназначенный для трансформации жидкости, вводимой через отверстие для подачи жидкости в газожидкостную вихревую камеру, вихревой поток образуется на той поверхности стенки, где расположено отверстие для подачи газа, при этом эта поверхность перпендикулярна той поверхности стенки, в которой расположено отверстие для подачи жидкости. Во время образования вихревого потока жидкость у поверхности стенки, в которой расположено отверстие для подачи газа, поворачивает обратно, а газ, втягиваемый под действием отрицательного давления, создаваемого вихревым потоком, движется к выпускному отверстию в поверхности противоположной стенки.
В нерассмотренной патентной заявке Японии № 2008-272719 применено множество кольцевых канавок, расположенных так, что текучая газожидкостная смесь, вводимая в газожидкостную вихревую камеру, не расширяется в осевом направлении, и вихревой поток текучей газожидкостной среды образуется на той поверхности стенки, где нет отверстия для подачи текучей газожидкостной смеси, при этом эта поверхность стенки перпендикулярна поверхности, в которой расположено отверстие для подачи текучей газожидкостной смеси. Текучая газожидкостная смесь у этой поверхности стенки поворачивает обратно, движется к противоположной поверхности стенки, в которой имеется выпускное отверстие, при этом скорость завихрения увеличивается, и выходит через выпускное отверстие.
Документы известного уровня техники
Патентные документы
Патентный документ 1: Нерассмотренная патентная заявка Японии № 2003-182158
Патентный документ 2: Нерассмотренная патентная заявка Японии № 2008-272719
Сущность изобретения
Задачи, решаемые настоящим изобретением
В любом из описанных выше устройств вихревого типа генерирования микропузырьков обеспечивается уменьшение размера пузырьков, однако не обеспечивается эффективного образования пузырьков с размером нанометрического диапазона.
Настоящее изобретение является результатом рассмотрения известного уровня техники, его задачей является обеспечение генератора микропузырьков и т.д., пригодного для эффективного формирования пузырьков с размером нанометрического диапазона.
Средство решения поставленных задач
В соответствии с настоящим изобретением для решения поставленной задачи применены конфигурации, описанные в формуле изобретения. Далее это изобретение будет описано подробно.
В первом аспекте настоящим изобретением обеспечивается генератор микропузырьков, в котором имеется:
вихревая камера;
отверстие для подачи текучей среды, соединенное с вихревой камерой, при этом отверстие для подачи текучей среды предназначено для подачи текучей среды вдоль линии, касательной к внутренней поверхности вихревой камеры; и
выпускная труба, предназначенная для направления текучей среды в направлении, по существу, перпендикулярном направлению, в котором текучая среда введена, где
выпускная труба проходит сквозь поверхность стенки вихревой камеры и выступает во внутреннее пространство вихревой камеры.
В соответствии с данной конфигурацией, изолируя траекторию вводимой текучей среды, можно уменьшить потери кинетической энергии вихревого потока текучей среды. Таким образом, может быть получен такой генератор микропузырьков, в котором размер формируемых микропузырьков может быть уменьшен.
Вторым аспектом настоящего изобретения является генератор микропузырьков по п.1, в котором
центральная ось выпускной трубы в вихревой камере располагается в направлении, по существу, перпендикулярном направлению, в котором вводится текучая среда.
В соответствии с этой конфигурацией, изолируя траекторию вводимой текучей среды, можно уменьшить потери кинетической энергии вихревого потока текучей среды. Таким образом, может быть получен такой генератор микропузырьков, в котором размер формируемых микропузырьков может быть уменьшен.
Третьим аспектом настоящего изобретения является генератор микропузырьков по п.1, в котором имеется:
вихревая камера;
отверстие для подачи текучей среды, соединенное с вихревой камерой, при этом отверстие для подачи текучей среды предназначено для подачи текучей среды вдоль линии, касательной к внутренней поверхности вихревой камеры; и
выпускная труба, предназначенная для направления текучей среды в направлении, по существу, перпендикулярном направлению, в котором текучая среда введена, где
текучая среда, вводимая через отверстие для подачи текучей среды, циркулирует по окружности вокруг выпускной трубы, затем протекает от одного конца выпускной трубы к другому концу и выпускается.
В соответствии с этой конфигурацией, изолируя траекторию вводимой текучей среды, можно уменьшить потери кинетической энергии вихревого потока текучей среды. Таким образом, может быть получен такой генератор микропузырьков, в котором размер формируемых микропузырьков может быть уменьшен.
Четвертым аспектом настоящего изобретения является генератор микропузырьков по п.3, в котором:
один конец выпускной трубы расположен рядом с поверхностью стенки вихревой камеры, обращенной к той поверхности стенки, сквозь которую проходит выпускная труба.
В соответствии с этой конфигурацией, изолируя траекторию вводимой текучей среды, можно уменьшить потери кинетической энергии вихревого потока текучей среды. Таким образом, может быть получен такой генератор микропузырьков, в котором размер формируемых микропузырьков может быть уменьшен.
В пятом аспекте настоящим изобретением обеспечивается устройство генерирования микропузырьков, в котором имеется:
генератор микропузырьков по п.4; и
резервуар для хранения текучей среды, вмещающий в себя генератор микропузырьков и хранящий текучую среду с микропузырьками.
Шестым аспектом настоящего изобретения является генератор микропузырьков, в котором имеется:
вихревая камера, обладающая пространством, в котором текучая среда способна завихряться;
отверстие для подачи текучей среды, предназначенное для подачи текучей среды вдоль линии, касательной к внутренней поверхности вихревой камеры; и
выпускная труба, где
в вихревой камере имеется первая поверхность стенки, по существу, перпендикулярная той поверхности вихревой камеры, в которой расположено отверстие для подачи текучей среды, и вторая поверхность стенки, обращенная к первой поверхности стенки, и
выпускная труба проходит сквозь вторую поверхность стенки и выступает во внутреннее пространство вихревой камеры.
В соответствии с данной конфигурацией, изолируя траекторию вводимой текучей среды, можно уменьшить потери кинетической энергии вихревого потока текучей среды. Таким образом, может быть получен такой генератор микропузырьков, в котором размер формируемых микропузырьков может быть уменьшен.
Седьмым аспектом настоящего изобретения является генератор микропузырьков, в котором имеется:
вихревая камера, обладающая пространством, в котором текучая среда способна завихряться;
отверстие для подачи текучей среды, предназначенное для подачи текучей среды вдоль линии, касательной к внутренней поверхности вихревой камеры; и
выпускная труба, где
в вихревой камере имеется первая поверхность стенки, перпендикулярная той поверхности вихревой камеры, в которой расположено отверстие для подачи текучей среды, и вторая поверхность стенки, обращенная к первой поверхности стенки, и
выпускная труба расположена, по существу, на центральной оси вихревой камеры, проходит сквозь вторую поверхность стенки и достигает места рядом с первой поверхностью стенки.
В соответствии с данной конфигурацией, изолируя траекторию вводимой текучей среды, можно уменьшить потери кинетической энергии вихревого потока текучей среды. Таким образом, может быть получен такой генератор микропузырьков, в котором размер формируемых микропузырьков может быть уменьшен.
В восьмом аспекте настоящим изобретением обеспечивается устройство генерирования микропузырьков, включающее:
генератор микропузырьков, в котором имеется вихревая камера, отверстие для подачи текучей среды, соединенное с вихревой камерой, при этом отверстие для подачи текучей среды предназначено для подачи текучей среды вдоль линии, касательной к внутренней поверхности вихревой камеры, и выпускную трубу, предназначенную для направления текучей среды в направлении, по существу, перпендикулярном направлению, в котором текучая среда введена, где выпускная труба проходит сквозь поверхность стенки вихревой камеры и выступает во внутреннее пространство вихревой камеры; и
резервуар для хранения текучей среды, вмещающий в себя генератор микропузырьков и хранящий текучую среду с микропузырьками, где
текучая среда с микропузырьками выходит из резервуара для хранения текучей среды вертикально вверх.
В девятом аспекте настоящим изобретением обеспечивается устройство генерирования микропузырьков, включающее:
генератор микропузырьков, в котором имеется вихревая камера, отверстие для подачи текучей среды, соединенное с вихревой камерой, при этом отверстие для подачи текучей среды предназначено для подачи газожидкостной смешанной текучей среды вдоль линии, касательной к внутренней поверхности вихревой камеры, и выпускную трубу, предназначенную для направления газожидкостной смешанной текучей среды в направлении, по существу, перпендикулярном направлению, в котором газожидкостная смешанная текучая среда введена, где выпускная труба проходит сквозь поверхность стенки вихревой камеры и выступает во внутреннее пространство вихревой камеры, и газожидкостная смешанная текучая среда, введенная через отверстие для подачи текучей среды, циркулирует по окружности вокруг выпускной трубы, затем протекает от одного конца выпускной трубы к другому концу; и
резервуар для хранения текучей среды, вмещающий в себя генератор микропузырьков и хранящий текучую среду с микропузырьками, где
текучая среда с микропузырьками выходит из резервуара для хранения текучей среды вертикально вверх.
В десятом аспекте настоящим изобретением обеспечивается устройство генерирования микропузырьков, включающее:
генератор микропузырьков, в котором имеется вихревая камера, отверстие для подачи текучей среды, соединенное с вихревой камерой, при этом отверстие для подачи текучей среды предназначено для подачи текучей среды вдоль линии, касательной к внутренней поверхности вихревой камеры, и выпускную трубу, предназначенную для направления текучей среды в направлении, по существу, перпендикулярном направлению, в котором текучая среда введена, где выпускная труба проходит сквозь поверхность стенки вихревой камеры и выступает во внутреннее пространство вихревой камеры, газожидкостная смешанная текучая среда, введенная через отверстие для подачи текучей среды, циркулирует по окружности вокруг выпускной трубы, затем протекает от одного конца выпускной трубы к другому концу, газожидкостная смешанная текучая среда поворачивает в обратном направлении у поверхности стенки и втекает с открытого одного конца впускной трубы, указанная поверхность стенки представляет собой поверхность стенки вихревой камеры, обращенную к указанной поверхности стенки, сквозь которую проходит выпускная труба; и
резервуар для хранения текучей среды, вмещающий в себя генератор микропузырьков и хранящий текучую среду с микропузырьками, где
текучая среда с микропузырьками выходит из резервуара для хранения текучей среды вертикально вверх.
В одиннадцатом аспекте настоящим изобретением обеспечивается устройство генерирования микропузырьков, включающее:
генератор микропузырьков, в котором имеется цилиндрическая газожидкостная вихревая камера с пространством, в котором газожидкостная смешанная текучая среда способна завихряться, цилиндр для подачи газожидкостной смешанной текучей среды, в котором имеется отверстие для подачи газожидкостной смешанной текучей среды вдоль линии, касательной к внутренней поверхности газожидкостной вихревой камеры, первая поверхность стенки, перпендикулярная поверхности, в которой расположено отверстие для подачи газожидкостной смешанной текучей среды, вторая поверхность стенки, обращенная к первой поверхности стенки, при этом вторая поверхность стенки расположена рядом с отверстием для подачи газожидкостной смешанной текучей среды, и выпускное отверстие для газожидкостной смешанной текучей среды, расположенное на центральной оси цилиндрической газожидкостной вихревой камеры, при этом выпускное отверстие для газожидкостной смешанной текучей среды проходит сквозь вторую поверхность стенки и достигает места вблизи первой поверхности стенки;
насос для подачи текучей среды в генератор микропузырьков;
всасывающий трубопровод, соединенный со всасывающим отверстием насоса;
отводной трубопровод, соединенный с выпускным отверстием насоса и соединенный с отверстием для подачи газожидкостной смешанной текучей среды;
цилиндрический корпус, образующий резервуар для хранения газожидкостной смешанной текучей среды, вмещающий в себя генератор микропузырьков и хранящий текучую среду с микропузырьками, выходящей из генератора микропузырьков;
полусферическая третья поверхность стенки, образующая верхнюю часть резервуара для хранения газожидкостной смешанной текучей среды;
выпускное отверстие резервуара для хранения, расположенное в верхней части центральной оси резервуара для хранения газожидкостной смешанной текучей среды, при этом выпускное отверстие резервуара для хранения проходит сквозь третью поверхность стенки;
полусферическая четвертая поверхность стенки, образующая нижнюю часть резервуара для хранения газожидкостной смешанной текучей среды;
дренажное отверстие, расположенное в нижней части центральной оси резервуара для хранения газожидкостной смешанной текучей среды, при этом дренажное отверстие проходит сквозь четвертую поверхность стенки;
отводной трубопровод резервуара для хранения, соединенный с выпускным отверстием резервуара для хранения; и
дренажный трубопровод, соединенный с дренажным отверстием.
В двенадцатом аспекте настоящим изобретением обеспечивается устройство генерирования микропузырьков, включающее:
генератор микропузырьков, в котором имеется цилиндрическая газожидкостная вихревая камера с пространством, в котором газожидкостная смешанная текучая среда способна завихряться, цилиндр для подачи газожидкостной смешанной текучей среды, в котором имеется отверстие для подачи газожидкостной смешанной текучей среды вдоль линии, касательной к внутренней поверхности газожидкостной вихревой камеры, первая поверхность стенки, перпендикулярная поверхности, в которой расположено отверстие для подачи газожидкостной смешанной текучей среды, вторая поверхность стенки, обращенная к первой поверхности стенки, при этом вторая поверхность стенки расположена рядом с отверстием для подачи газожидкостной смешанной текучей среды, и трубчатое выпускное отверстие для газожидкостной смешанной текучей среды, расположенное на центральной оси цилиндрической газожидкостной вихревой камеры, при этом выпускное отверстие для газожидкостной смешанной текучей среды проходит сквозь вторую поверхность стенки и достигает места вблизи первой поверхности стенки;
насос для подачи текучей среды в генератор микропузырьков;
всасывающий трубопровод, соединенный со всасывающим отверстием насоса;
отводной трубопровод, соединенный с выпускным отверстием насоса и соединенный с отверстием для подачи газожидкостной смешанной текучей среды;
отверстие для сброса газожидкостной смешанной текучей среды, расположенное на оси отрицательного давления, создаваемого вихревым потоком текучей среды с микропузырьками, выходящей из генератора микропузырьков;
цилиндрический корпус, образующий резервуар для хранения газожидкостной смешанной текучей среды, вмещающий в себя генератор микропузырьков и хранящий текучую среду с микропузырьками, сбрасываемой через отверстие для сброса газожидкостной смешанной текучей среды;
полусферическая третья поверхность стенки, образующая верхнюю часть резервуара для хранения газожидкостной смешанной текучей среды;
выпускное отверстие резервуара для хранения, расположенное в верхней части центральной оси резервуара для хранения газожидкостной смешанной текучей среды, при этом выпускное отверстие резервуара для хранения проходит сквозь третью поверхность стенки;
полусферическая четвертая поверхность стенки, образующая нижнюю часть резервуара для хранения газожидкостной смешанной текучей среды;
дренажное отверстие, расположенное в нижней части центральной оси резервуара для хранения газожидкостной смешанной текучей среды, при этом дренажное отверстие проходит сквозь четвертую поверхность стенки;
отводной трубопровод резервуара для хранения, соединенный с выпускным отверстием резервуара для хранения; и
дренажный трубопровод, соединенный с дренажным отверстием, где
газожидкостная смешанная текучая среда, подаваемая через отверстие для подачи газожидкостной смешанной текучей среды, циркулирует по окружности вокруг выпускного отверстия для газожидкостной смешанной текучей среды, затем поворачивает обратно у первой поверхности стенки, втекает с открытого одного конца выпускного отверстия для газожидкостной смешанной текучей среды и протекает от указанного одного конца выпускного отверстия для газожидкостной смешанной текучей среды к другому концу.
Следует отметить, что одним из примеров других аспектов изобретения может служить устройство генерирования микропузырьков, включающее:
генератор микропузырьков, в котором имеется цилиндрическая газожидкостная вихревая камера с пространством, в котором газожидкостная смешанная текучая среда способна завихряться, цилиндрический корпус, в котором имеется газожидкостная вихревая камера, цилиндр для подачи газожидкостной смешанной текучей среды, в котором имеется отверстие для подачи газожидкостной смешанной текучей среды вдоль линии, касательной к внутренней поверхности газожидкостной вихревой камеры, первая поверхность стенки, перпендикулярная поверхности, в которой расположено отверстие для подачи газожидкостной смешанной текучей среды, вторая поверхность стенки, обращенная к первой поверхности стенки, при этом вторая поверхность стенки расположена рядом с отверстием для подачи газожидкостной смешанной текучей среды, и выпускное отверстие для газожидкостной смешанной текучей среды, расположенное на центральной оси цилиндрической газожидкостной вихревой камеры, при этом выпускное отверстие для газожидкостной смешанной текучей среды проходит сквозь вторую поверхность стенки и достигает места вблизи первой поверхности стенки;
насос для подачи текучей среды в генератор микропузырьков;
всасывающий трубопровод, соединенный со всасывающим отверстием насоса;
отводной трубопровод, соединенный с выпускным отверстием насоса и соединенный с отверстием для подачи газожидкостной смешанной текучей среды;
отверстие для сброса газожидкостной смешанной текучей среды, расположенное на оси отрицательного давления, создаваемого вихревым потоком текучей среды с микропузырьками, выходящей из генератора микропузырьков;
цилиндрический корпус, образующий резервуар для хранения газожидкостной смешанной текучей среды, вмещающий в себя генератор микропузырьков и хранящий текучую среду с микропузырьками, сбрасываемой через отверстие для сброса газожидкостной смешанной текучей среды;
полусферическая третья поверхность стенки, образующая верхнюю часть резервуара для хранения газожидкостной смешанной текучей среды;
выпускное отверстие резервуара для хранения, расположенное в верхней части центральной оси резервуара для хранения газожидкостной смешанной текучей среды, при этом выпускное отверстие резервуара для хранения проходит сквозь третью поверхность стенки;
полусферическая четвертая поверхность стенки, образующая нижнюю часть резервуара для хранения газожидкостной смешанной текучей среды;
дренажное отверстие, расположенное в нижней части центральной оси резервуара для хранения газожидкостной смешанной текучей среды, при этом дренажное отверстие проходит сквозь четвертую поверхность стенки;
отводной трубопровод резервуара для хранения, соединенный с выпускным отверстием резервуара для хранения; и
дренажный трубопровод, соединенный с дренажным отверстием.
Значение изобретения
Благодаря настоящему изобретению может быть создано устройство генерирования микропузырьков, позволяющее уменьшить размер формируемых в нем микропузырьков.
Далее другие задачи, отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения поясняются в подробном описании, основанном на одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, описываемом ниже, и прилагаемых чертежах.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой иллюстративный вид, показывающий конфигурацию генератора микропузырьков;
Фиг.2 представляет собой иллюстративный вид, показывающий указанную конфигурацию генератора микропузырьков;
Фиг.3 представляет собой иллюстративный вид, показывающий указанную конфигурацию генератора микропузырьков;
Фиг.4 представляет собой иллюстративный вид, показывающий конфигурацию устройства генерирования микропузырьков вихревого типа;
Фиг.5 представляет собой график распределения частиц по размерам для микропузырьков, формируемых в данном устройстве генерирования микропузырьков.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Общие сведения
В любом обычно применяемом устройстве генерирования микропузырьков вихревого типа размер пузырьков уменьшается, однако при этом на их формирование затрачивается значительное количество энергии и не обеспечивается эффективного образования пузырьков с размером нанометрического диапазона. Таким образом, имеется задача обеспечить более энергоэкономичный генератор микропузырьков, способный эффективным образом формировать пузырьки с размером нанометрического диапазона, и устройство генерирования микропузырьков, снабженное этим генератором микропузырьков.
Например, генератор 1 микропузырьков данного варианта осуществления изобретения включает выпускной цилиндр 9 для газожидкостной смешанной текучей среды, снабженный выпускным отверстием 8 для газожидкостной смешанной текучей среды, проходящий сквозь вторую поверхность 7 стенки, расположенный на центральной оси цилиндрической газожидкостной вихревой камеры 3 и достигающий места вблизи первой поверхности 6 стенки. Таким образом, газожидкостная смешанная текучая среда, подаваемая через отверстие 4 для подачи текучей среды так, что она движется вдоль внутренней поверхности цилиндрического корпуса 2 между выпускным цилиндром 9 для газожидкостной смешанной текучей среды и цилиндрическим корпусом 2, поворачивает обратно у первой поверхности 6 стенки, при этом образуя периферийный вихревой поток 11, затем газожидкостная смешанная текучая среда 10 перемещается по внутреннему пространству выпускного цилиндра 9 для газожидкостной смешанной текучей среды, снабженного выпускным отверстием 8 для газожидкостной смешанной текучей среды, при этом образуя внутренний вихревой поток 12, и выходит из цилиндрической газожидкостной вихревой камеры 3. Тем самым можно предотвратить существование друг рядом с другом потоков с разнонаправленными векторами, поэтому можно избежать уменьшения скорости обоих потоков: и периферийного вихревого потока 11, и внутреннего вихревого потока 12, следовательно, можно создать дополнительно трансформированные потоки: периферийный вихревой поток 11 и внутренний вихревой поток 12. Следовательно, что касается газожидкостной смешанной текучей среды 10, вводимой через отверстие 4 для подачи текучей среды, завихряющее усилие может быть приложено к газожидкостной смешанной текучей среде 10 в газожидкостной вихревой камере 3 более эффективно при меньшем давлении, чем в обычно применяемых устройствах генерирования микропузырьков вихревого типа. Таким образом, в газе, содержащемся в газожидкостной смешанной текучей среде 10, создается большее сдвиговое усилие, поэтому снижение размера пузырьков облегчается.
Следует отметить, что текучие среды включают текучие среды, в которых газ смешан с жидкостью, текучие среды, в которых газ вплавлен в жидкость, и т.п. Примером жидкости может служить вода, растворитель, бензин и т.п. Примером газа может быть азот, кислород, диоксид углерода, озон, этилен, водород и т.п. В настоящем документе рассматривается, главным образом, случай, когда в генератор микропузырьков вводят текучую среду, представляющую собой газожидкостную смесь.
Далее со ссылкой на чертежи подробно описан вариант осуществления настоящего изобретения.
Генератор микропузырьков
На фиг.1 показана конфигурация генератора микропузырьков настоящего варианта осуществления изобретения. А представляет собой вид генератора в вертикальном разрезе, В представляет собой сечение по линии А-А´ на этой фигуре.
Как видно на данной фигуре, генератор 1 микропузырьков состоит из цилиндрического корпуса 2, цилиндрической газожидкостной вихревой камеры 3 с пространством, в котором газожидкостная смешанная текучая среда 10 способна завихряться, отверстия 4 для подачи текучей среды, через которое газожидкостную смесь 10 вводят вдоль линии, касательной к внутренней поверхности газожидкостной вихревой камеры 3, цилиндра 5 для подачи газожидкостной смешанной текучей среды, снабженного отверстием 4 для подачи текучей среды, первой поверхности 6 стенки, перпендикулярной той поверхности газожидкостной вихревой камеры 3, в которой расположено отверстие 4 для подачи текучей среды, второй поверхности стенки, расположенной около отверстия 4 для подачи текучей среды, выпускного отверстия 8 для газожидкостной смешанной текучей среды, расположенного на центральной оси цилиндрической газожидкостной вихревой камеры 3, при этом выпускное отверстие для газожидкостной смешанной текучей среды проходит сквозь вторую поверхность 7 стенки и достигает места вблизи первой поверхности 6 стенки, а выпускной цилиндр 9 для газожидкостной смешанной текучей среды снабжен выпускным отверстием 8 для газожидкостной смешанной текучей среды.
Как показано на данной фигуре, выпускной цилиндр 9 для газожидкостной смешанной текучей среды расположен на центральной оси цилиндрической газожидкостной вихревой камеры 3, внутри газожидкостной вихревой камеры 3 в цилиндрическом корпусе 2, он проходит сквозь вторую поверхность 7 стенки и достигает места вблизи первой поверхности 6 стенки. Эти два цилиндра образуют двухцилиндровую структуру генератора 1 микропузырьков. Выпускное отверстие 8 для газожидкостной смешанной текучей среды, имеющееся в выпускном цилиндре 9 для газожидкостной смешанной текучей среды, расположено рядом с первой поверхностью 6 стенки.
Газожидкостная смешанная текучая среда 10, вводимая через отверстие 4 для подачи текучей среды генератора 1 микропузырьков, имеющего описанную выше конфигурацию, перемещается между выпускным цилиндром 9 для газожидкостной смешанной текучей среды, расположенным на центральной оси цилиндрической газожидкостной вихревой камеры 3, и цилиндрическим корпусом 2, двигаясь вдоль внутренней поверхности цилиндрического корпуса. Таким образом, в цилиндрической газожидкостной вихревой камере 3 может быть создан трансформированный периферийный вихревой поток 11.
Периферийный вихревой поток 11 перемещается к первой поверхности 6 стенки цилиндрической газожидкостной вихревой камеры 3 и, достигнув первой поверхности 6 стенки, поворачивает обратно, скорость завихрения внутри выпускного цилиндра 9 для газожидкостной смешанной текучей среды, обладающего меньшим диаметром, чем у цилиндрического корпуса 2, увеличивается, и образуется внутренний вихревой поток 12. Этот внутренний вихревой поток 12 представляет собой высокоскоростной вихревой поток, и в его центральной области под действием центробежной силы формируется полое пространство с отрицательным давлением.
Как описано выше, генератор 1 микропузырьков включает в себя выпускной цилиндр 9 для газожидкостной смешанной текучей среды, снабженный выпускным отверстием 8 для газожидкостной смешанной текучей среды, проходящий сквозь вторую поверхность 7 стенки по центру цилиндрической газожидкостной вихревой камеры 3 и достигающий места у первой поверхности 6 стенки. Таким образом, газожидкостная смешанная текучая среда 10, вводимая через отверстие 4 для подачи текучей среды, перемещается вдоль внутренней поверхности цилиндрического корпуса 2 между выпускным цилиндром 9 для газожидкостной смешанной текучей среды и цилиндрическим корпусом 2 и у первой поверхности 6 стенки поворачивает обратно, создавая периферийный вихревой поток 11, затем газожидкостная смешанная текучая среда 10 перемещается по внутреннему пространству выпускного цилиндра 9 для газожидкостной смешанной текучей среды, снабженного выпускным отверстием 8 для газожидкостной смешанной текучей среды, создавая внутренний вихревой поток 12, и выходит наружу из цилиндрической газожидкостной вихревой камеры 3. Тем самым, можно предотвратить существование друг рядом с другом потоков с разнонаправленными векторами, поэтому можно избежать уменьшения скорости обоих потоков: и периферийного вихревого потока 11, и внутреннего вихревого потока 12, следовательно, можно создать дополнительно трансформированные потоки: периферийный вихревой поток 11 и внутренний вихревой поток 12. Таким образом, что касается газожидкостной смешанной текучей среды 10, вводимой через отверстие 4 для подачи текучей среды, завихряющее усилие может быть приложено к газожидкостной смешанной текучей среде 10 в газожидкостной вихревой камере 3 более эффективно, при меньшем давлении, чем в обычно применяемых устройствах генерирования микропузырьков вихревого типа. Таким образом, в газе, содержащемся в газожидкостной смешанной текучей среде 10, создается большее сдвиговое усилие, поэтому снижение размера пузырьков облегчается.
Устройство генерирования микропузырьков
Фиг.4 представляет собой наглядное изображение, поясняющее конфигурацию устройства 21 генерирования микропузырьков, снабженного генератором 1 микропузырьков, показанным на фиг.1.
На этой фигуре устройство 21 генерирования микропузырьков, снабженное генератором 1 микропузырьков, обеспечивает подачу текучей среды 27 с микропузырьками из генератора 1 микропузырьков, в нем имеется насос 22 для подачи газожидкостной смешанной текучей среды 10 в генератор 1 микропузырьков, всасывающий трубопровод 24, соединенный со всасывающим отверстием 23 насоса 22, отводной трубопровод 26, соединенный с выпускным отверстием 25 этого насоса и соединенный с отверстием 4 для подачи газожидкостной смешанной текучей среды генератора 1 микропузырьков, и выпускное отверстие 8 для газожидкостной смешанной текучей среды генератора 1 микропузырьков.
Газожидкостной эжектор 31 снабжен отводным трубопроводом 33, соединенным со входным отверстием 32 для газожидкостной смешанной текучей среды, и отверстием 36 для сброса газожидкостной смешанной текучей среды, расположенным на оси отрицательного давления 35, образуемой вихревым потоком 34 текучей среды 27 с микропузырьками, выходящей из генератора 1 микропузырьков, и пригоден для эффективного рассеивания текучей среды 27 с микропузырьками, поступающей из генератора 1 микропузырьков, в резервуаре для хранения газожидкостной смешанной текучей среды.
Благодаря наличию цилиндрического корпуса 43, в котором имеется резервуар 42 для хранения газожидкостной смешанной текучей среды, вмещающий в себя устройство 21 генерирования микропузырьков и хранящий текучую среду 27 с микропузырьками, сбрасываемой через отверстие 36 для сброса газожидкостной смешанной текучей среды, полусферическая третья поверхность стенки 44, расположенная в верхней части резервуара 42 для хранения газожидкостной смешанной текучей среды, выпускное отверстие 45 резервуара для хранения, расположенное в верхней части центральной оси резервуара 42 для хранения газожидкостной смешанной текучей среды, при этом выпускное отверстие 45 резервуара для хранения проходит сквозь третью поверхность стенки 44, полусферическая четвертая поверхность стенки 46, расположенная в нижней части резервуара для хранения газожидкостной смешанной текучей среды 42, дренажное отверстие 47, расположенное в нижней части центральной оси резервуара 42 для хранения газожидкостной смешанной текучей среды, при этом дренажное отверстие 47 проходит сквозь четвертую поверхность стенки, из выпускного отверстия 45 резервуара для хранения может быть получена текучая среда 27 с микропузырьками. Следует отметить, что может быть предусмотрено наличие отводного трубопровода резервуара для хранения, соединенного с выпускным отверстием 45 резервуара для хранения, дренажного трубопровода, соединенного с дренажным отверстием 47.
В обычных устройствах генерирования микропузырьков вихревого типа для получения микропузырьков необходимо непосредственно погружать генератор в воду. Однако в устройстве 21 генерирования микропузырьков настоящего варианта осуществления изобретения, благодаря наличию резервуара 42 для хранения газожидкостной смешанной текучей среды с микропузырьками, текучая среда 27 с микропузырьками может быть получена без погружения дренажного отверстия 47 выпускной трубы 46 резервуара для хранения.
Всасывающая труба может представлять собой определенную выступающую часть всасывающего трубопровода, соединенного со всасывающим отверстием насоса, либо отверстие для подачи газа может быть предусмотрено в корпусе насоса. В качестве альтернативы, может быть предусмотрено наличие трубопровода для подачи газа, соединенного с отверстием для подачи газа и соединенного с газовыпускным отверстием насоса для подачи газа; или трубопровода для подачи газа, соединенного с газовыпускным отверстием насоса для подачи газа газового контейнера.
Распределение по размерам формируемых микропузырьков
На фиг.5 представлен график распределения частиц по размерам для микропузырьков, формируемых в данном устройстве генерирования микропузырьков.
Как показано на этой фигуре, было отмечено наличие микропузырьков с размером частиц в диапазоне от 10 нм или более до 300 нм или менее, их количество составило 100 миллионов или более. Было получено множество микропузырьков с размером частиц в диапазоне от 50 нм или более до 150 нм или менее, кроме того, в диапазоне от 50 нм или более до 110 нм или менее, кроме того, с размером частиц в диапазоне около 100 нм. Эти данные указывают на то, что пузырьки с размером частиц порядка нанометра могут быть эффективным образом получены способом описанного выше варианта осуществления изобретения.
Материал
В качестве материала для изготовления описанных выше элементов генератора микропузырьков могут быть использованы металлические материалы и различные пластиковые материалы и т.д. Например, при производстве могут быть использованы сплавы железа, хрома и никеля, нержавеющая сталь, SUS304, SUS316. Кроме того, при производстве также могут быть использованы полимерные материалы, такие как Тефлон (зарегистрированная торговая марка) и поликарбонат. Кроме того, в генераторе микропузырьков может быть применено тефлоновое покрытие, покрытие для защиты поверхности, электростатическое покрытие, гальваническое покрытие и т.п.
Варианты использования
Рассматривается множество вариантов использования описанного способа. Например, возможно использование этого способа в следующих областях.
Применение в пищевой промышленности и сельском хозяйстве включает инактивацию норовирусов микропузырьками, инактивацию вирусов внутри устриц, стерилизацию и очистку растворов гидропонных культур с использованием микропузырьков озона, стерилизацию питательных растворов и корней микропузырьками озона, сельскохозяйственное использование нанопузырьков. Применение в медицине включает клиническое использование микропузырькового контрастного вещества для ультразвуковых исследований и т.д., приспособление ультразвукового исследования с контрастным веществом для диагностирования заболеваний печени, микропузырьковое ультразвуковое контрастное вещество, клиническую диагностику, ангиогенное лечебное средство с использованием разрыва микропузырьков, ультразвуковое манипулирование микропузырьками, воздействие давлением звукового излучения на микропузырьки в ультразвуке, улавливание микропузырьков ультразвуком, ультразвуковое улавливание дрожжевых грибков с использованием микропузырьков, передачу генов с использованием ультразвука и микропузырьков, усиление кавитации с использованием ультразвука и микропузырьков (контрастное вещество), передачу генов путем использования и ультразвуковой стимуляции, и микропузырьков, применение на экспериментальных моделях на животных, лечение кожных болезней и очистку кожи домашних питомцев микропузырьками. Применение в области экологии включает гибридные экологические технологии, в которых использован микропузырьковый способ, введение микропузырьков возбужденного кислорода в жидкую фазу, очистку микропузырьками загрязненной нефтью почвы, очистку загрязненного участка способом пузырьковой ловушки, очистку воды, разложение микропузырьками присутствующих в воде органических веществ и опасных веществ, разложение химических веществ, таких как органические вещества, разложение опасных веществ озоном, растворение микропузырьками бедной кислородом водной массы, создание микропузырьков в каналах, применение микропузырьков в искусственных соленых озерах, применение микропузырьков на морских путях, повышение качества воды и увеличение концентрации растворенного кислорода в озерах, болотах и реках, технологию разделения водонефтяных эмульсий, обработку сточных вод красилен при помощи биологических фильтров с использованием углеродного волокна и микропузырьков, технологию очистки с использованием микропузырьков, экологически безвредную технологию очистки микропузырьками, удаление пятен нефти при помощи микропузырьков, моечно-сушильные устройства, в которых происходит экономия воды за счет введения озона в форме микропузырьков, использования для кораблей, технологию снижения сопротивления судов при помощи микропузырьков, создание подводного метода прогнозирования шума для кораблей посредством динамики цилиндрического магнитного домена. Разработка устройств включает создание маломощного устройства генерирования микропузырьков, пневматического насоса типа Bubble Jet (пузырьково-струйного) (Bubble Jet - зарегистрированная торговая марка), сочетание с формированием микропузырьков через дроссельное отверстие, устройств для уборки жилых помещений с использованием микропузырьков. Кроме того, имеется возможность того, что эта технология может быть применена для улучшения состояния окружающей среды в полузамкнутом водном пространстве с использованием микропузырьков, для образования газовых гидратов с использованием микропузырьков, в технологии обработки воды с использованием разрыва микропузырьков, для изготовления камабоко (японский переработанный морепродукт) без консервантов нанопузырьками кислорода и т.п.
Заключение
В генераторе микропузырьков вихревого типа настоящего варианта осуществления изобретения имеется цилиндрический корпус, цилиндрическая газожидкостная вихревая камера с пространством, в котором газожидкостная текучая смесь может завихряться, отверстие для подачи газожидкостной смешанной текучей среды, предназначенное для подачи газожидкостной смешанной текучей среды вдоль линии, касательной к внутренней поверхности газожидкостной вихревой камеры, цилиндр для подачи газожидкостной смешанной текучей среды с отверстием для подачи газожидкостной смешанной текучей среды, первая поверхность стенки, перпендикулярная поверхности газожидкостной вихревой камеры, в которой расположено отверстие для подачи текучей среды, вторая поверхность стенки, обращенная к первой поверхности стенки, при этом вторая поверхность стенки расположена рядом с отверстием для подачи текучей среды, и выпускное отверстие для газожидкостной смешанной текучей среды, расположенное на центральной оси цилиндрической газожидкостной вихревой камеры, при этом выпускное отверстие для газожидкостной смешанной текучей среды проходит сквозь вторую поверхность стенки и достигает места вблизи первой поверхности стенки, выпускной цилиндр для газожидкостной смешанной текучей среды, снабженный выпускным отверстием для газожидкостной смешанной текучей среды.
В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, благодаря наличию выпускного цилиндра для газожидкостной смешанной текучей среды, снабженного выпускным отверстием для газожидкостной смешанной текучей среды, проходящего сквозь вторую поверхность стенки на центральной оси цилиндрической газожидкостной вихревой камеры и достигающего места вблизи первой поверхности стенки, газожидкостная смешанная текучая среда подается через отверстие для подачи текучей среды так, что она движется вдоль внутренней поверхности цилиндрического корпуса между выпускным цилиндром для газожидкостной смешанной текучей среды и цилиндрическим корпусом к первой поверхности стенки, образуя при этом вихревой поток. Тем самым, можно создать трансформированный вихревой поток без создания на внутренней поверхности цилиндрической газожидкостной вихревой камеры структуры для изменения потока.
Благодаря наличию выпускного цилиндра для газожидкостной смешанной текучей среды, снабженного выпускным отверстием для газожидкостной смешанной текучей среды, проходящего сквозь вторую поверхность стенки на центральной оси цилиндрической газожидкостной вихревой камеры и достигающего места вблизи первой поверхности стенки, газожидкостная смешанная текучая среда подается через отверстие для подачи текучей среды так, что она движется вдоль внутренней поверхности цилиндрического корпуса между выпускным цилиндром для газожидкостной смешанной текучей среды и цилиндрическим корпусом, поворачивает обратно у первой поверхности стенки, образуя при этом вихревой поток, затем перемещается по внутреннему пространству выпускного цилиндра для газожидкостной смешанной текучей среды, снабженного выпускным отверстием, образуя вихревой поток, и выходит из цилиндрической газожидкостной вихревой камеры. Тем самым можно предотвратить существование друг рядом с другом потоков с разнонаправленными векторами, поэтому можно избежать уменьшения расхода газожидкостной смешанной текучей среды, подаваемой через отверстие для подачи текучей среды и движущейся к первой поверхности стенки.
Благодаря наличию выпускного цилиндра для газожидкостной смешанной текучей среды, снабженного выпускным отверстием для газожидкостной смешанной текучей среды, проходящего сквозь вторую поверхность стенки на центральной оси цилиндрической газожидкостной вихревой камеры и достигающего места вблизи первой поверхности стенки, газожидкостная смешанная текучая среда подается через отверстие для подачи текучей среды так, что она движется вдоль внутренней поверхности цилиндрического корпуса между выпускным цилиндром для газожидкостной смешанной текучей среды и цилиндрическим корпусом, поворачивает обратно у первой поверхности стенки, образуя при этом вихревой поток, затем перемещается по внутреннему пространству выпускного цилиндра для газожидкостной смешанной текучей среды, снабженного выпускным отверстием для газожидкостной смешанной текучей среды, образуя вихревой поток, и выходит из цилиндрической газожидкостной вихревой камеры. Тем самым можно предотвратить существование друг рядом с другом потоков с разнонаправленными векторами, поэтому можно избежать уменьшения расхода газожидкостной смешанной текучей среды во внутреннем пространстве выпускного цилиндра для газожидкостной смешанной текучей среды, снабженного выпускным отверстием для газожидкостной смешанной текучей среды, при образовании вихревого потока.
Как указано выше, в традиционных устройствах предусматривается наличие механизма трансформации, предназначенного для создания вихревого потока, вихревой поток образуется у поверхности стенки, перпендикулярной той поверхности, в которой расположено отверстие для подачи жидкости и т.п., при этом эта поверхность стенки находится вдали от отверстия для подачи. Жидкость и т.п. соударяется с этой поверхностью стенки, затем поворачивает обратно, перемещается к той части поверхности стенки, в которой расположено выпускное отверстие, и вытекает через выпускное отверстие, образуя при этом обратный вихревой поток внутри вихревого потока, движущегося к поверхности стенки от отверстия для подачи. Таким образом, поскольку потоки с разнонаправленными векторами находится рядом друг с другом, расход обоих вихревых потоков уменьшается.
Расход вихревого потока текучей среды уменьшается вследствие указанной выше потери, поэтому имеется необходимость в подведении большого количества энергии для повышения давления текучей среды при помощи насоса и подачи текучей среды в газожидкостную вихревую камеру с целью образования вихревого потока.
Однако в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения благодаря наличию выпускного цилиндра для газожидкостной смешанной текучей среды, снабженного выпускным отверстием для газожидкостной смешанной текучей среды, проходящего сквозь вторую поверхность стенки на центральной оси цилиндрической газожидкостной вихревой камеры и достигающего места вблизи первой поверхности стенки, газожидкостная смешанная текучая среда подается через отверстие для подачи текучей среды так, что она движется вдоль внутренней поверхности цилиндрического корпуса между выпускным цилиндром для газожидкостной смешанной текучей среды и цилиндрическим корпусом, поворачивает обратно у первой поверхности стенки, образуя при этом вихревой поток, затем перемещается по внутреннему пространству выпускного цилиндра для газожидкостной смешанной текучей среды, снабженного выпускным отверстием для газожидкостной смешанной текучей среды, образуя вихревой поток, и выходит из цилиндрической газожидкостной вихревой камеры в форме текучей среды с микропузырьками. Тем самым можно предотвратить существование друг рядом с другом потоков с разнонаправленными векторами, поэтому можно избежать уменьшения расхода обоих вихревых потоков, следовательно, легче снизить размер пузырьков, используя небольшое количество энергии.
В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, изолируя траекторию вводимой текучей среды, можно уменьшить потери кинетической энергии вихревого потока текучей среды. Таким образом, может быть получен такой генератор микропузырьков, в котором размер формируемых микропузырьков может быть уменьшен.
Благодаря наличию резервуара для хранения текучей среды с микропузырьками, микропузырьки могут быть получены, например, не только в водяном резервуаре.
Пояснение и т.д.
Настоящее изобретение выше описано со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Однако очевидно, что специалисты в данной области могут скорректировать или заменить его вариантом осуществления изобретения, не выходящим за рамки существа настоящего изобретения. То есть настоящее изобретение описано в форме пояснения на примере, и пояснительное содержание настоящего описания не следует рассматривать в ограничительном смысле. Для определения существа настоящего изобретения следует принять во внимание описанные в начале пункты, соответствующие пунктам формулы изобретения.
Хотя ясно, что в поясняющем настоящее изобретение варианте его осуществления решается поставленная задача, также понятно, что специалисты в данной области могут внести множество модификаций и реализовать другие варианты осуществления изобретения. Элементы или компоненты варианта осуществления изобретения, содержащиеся в пунктах формулы изобретения, описании, чертежах и пояснении, могут быть внедрены вместе с одним другим элементом или компонентом или в сочетании. Подразумевается, что в объем формулы изобретения входят такие модификации и другие варианты осуществления изобретения. Они включаются в техническую идею и технический объем настоящего изобретения.
Применимость в промышленности
Описанный выше способ обладает преимуществами в отношении создания в текучей среде микропузырьков размером нанометрического диапазона. Например, текучая среда с микропузырьками, подаваемая устройством генерирования микропузырьков, снабженным генератором микропузырьков настоящего изобретения, расширяет возможности эффективного использования микропузырьков во множестве областей, таких как подача кислорода в водную окружающую среду, оказание медицинской помощи, обеспечение жизни и быта, очистка, химическая промышленность, обработка сточных вод, биологическая активность, рыбоводство и сельское хозяйство.
Пояснение номеров позиций
1 - генератор микропузырьков
2 - корпус
3 - газожидкостная вихревая камера
4 - отверстие для подачи текучей среды
5 - цилиндр для подачи газожидкостной смешанной текучей среды
6 - первая поверхность стенки
7 - вторая поверхность стенки
8 - выпускное отверстие для газожидкостной смешанной текучей среды
9 - выпускной цилиндр для газожидкостной смешанной текучей среды
10 - газожидкостная смешанная текучая среда
11 - периферийный вихревой поток
12 - внутренний вихревой поток
13 - полое пространство с отрицательным давлением
21 - устройство генерирования микропузырьков
22 - насос
23 - всасывающее отверстие
24 - всасывающий трубопровод
25 - выпускное отверстие
26 - отводной трубопровод
27 - текучая среда с микропузырьками
31 - газожидкостной эжектор
32 - входное отверстие для газожидкостной смешанной текучей среды
33 - отводной трубопровод
34 - вихревой поток
35 - ось отрицательного давления
36 - отверстие для сброса газожидкостной смешанной текучей среды
42 - резервуар для хранения газожидкостной смешанной текучей среды
43 - корпус
44 - третья поверхность стенки
45 - выпускное отверстие резервуара для хранения
46 - четвертая поверхность стенки
47 - дренажное отверстие