Пристрій для обробки рідини

Пристрій для обробки рідини, що містить камеру розпилу, в яку через ущільнення вузловим перетином герметично вмонтований один або декілька ультразвукових п'єзоелектричних перетво C2 2 96525 1 3 випромінювання якого рідина підводиться за допомогою окремого патрубка. Недоліком відомого пристрою є низька якість отриманого аерозолю, що викликано нерівномірністю рідинного шару на поверхні розпилювання, внаслідок подачі патрубком рідини на поверхню розпилювання з одного боку. Крім того, аерозоль, що утворився і відлітає від поверхні розпилення, стикається з патрубком, коагулює і перетворюється в великі краплі. Конструкція трансформатора коливальної швидкості має малу площу поверхні розпилювання, на якій може знаходитися мала кількість рідини і тому пристрій має малу продуктивність. Відомий пристрій забезпечує дрібнодисперсне розпилення рідини в зовнішнє повітряне середовище, що призведе до величезного збільшення поверхні контакту рідини з повітрям і тому, після коагуляції аерозолю знову в рідину, остання буде насичена великою кількістю повітря. Але ця рідина, насичена повітрям, а не лікувальним газом, наприклад киснем, не має лікувальних властивостей. Після ультразвукового кавітаційного розпилювання рідина, як відомо, знезаражується, але при контакті з зараженим повітрям рідина знову стає насиченою шкідливими вірусами та мікроорганізмами. Знезараження рідини при ультразвуковому розпилюванні відбувається за рахунок кавітаційних явищ в тонкому шарі рідини на поверхні розпилення. При цьому спостерігаються наступні механізми: - руйнівна дія кумулятивних струменів, що утворюються при захлопуванні кавітаційних бульбашок, які знаходяться поряд з мікроорганізмом; ударна дія сферичних хвиль тиску, що утворюються при захлопуванні кавітаційних бульбашок, які віддалені від поверхні та сусідніх бульбашок; - термічний вплив на мікроорганізми за рахунок локального підвищення температури при захлопуванні кавітаційних бульбашок; - знищення мікроорганізмів за рахунок перепаду тиску по довжині ультразвукової хвилі; - активізація окислювальних процесів в кавітаційному середовищі. Відомий ультразвуковий пристрій для обробки рідини (пат. Японії № 1-104368, МПК В05 В 17/06, 1988), що містить ультразвуковий перетворювач з трансформатором коливальної швидкості, на вихідному кінці якого сформована поверхня розпилювання, що має форму сферичної виїмки. На поверхню розпилювання подається рідина із окремого патрубка подачі. В даному випадку поверхня розпилювання має велику площу, що збільшує продуктивність пристрою. Проте відомий пристрій також розпилює в зовнішнє повітряне середовище, а не в спеціальне газове середовище, відокремлене якоюсь ємністю або камерою. Велика розпилювальна поверхня у формі сферичної виїмки збільшує вірогідність зриву резонансних коливань ультразвукового розпилювача із-за затримки в виїмці значної кількості рідини, що різко збільшує лінійні резонансні розміри трансформатора коливальної швидкості, змінюючи його резонансну частоту. Сферична поверхня створює сфокусовану форму факела розпилу, 96525 4 що призводить до швидкого злипання (коагуляції) дрібних краплинок аерозолю у великі. При цьому різко погіршується якість аерозолю. Застосована в пристрої система подачі рідини у вигляді окремого патрубка також сприяє шкідливій коагуляції краплинок аерозолю. Найбільш близьким до запропонованого є пристрій для обробки рідини [патент України № 62448А, МПК В05В17/06, F23C11/04, Бюл. № 12, 2003], що містить камеру розпилу, в яку через ущільнення вузловим перетином герметично вмонтований один або декілька ультразвукових п'єзоелектричних перетворювачів, кожен з яких оснащений трансформатором коливальної швидкості, на вихідному торці якого сформована грибовидна частина з поверхнею розпилення, яка має незначну конусність, причому ультразвукові перетворювачі вмонтовані з можливістю розпилення всередину камери та оснащені системою подачі рідини на поверхню розпилення. В відомому пристрої, завдяки формуванню на вихідному кінці трансформатора коливальної швидкості грибовидної частини, утворена значна за площею поверхня розпилювання, яка має незначну конусність, яка сприяє розширенню факела розпилу, що зменшує вірогідність зіткнення та коагуляції краплинок аерозолю. Але і в даному випадку система подачі рідини на поверхню розпилення виконана у вигляді окремого патрубка, який подає рідину на поверхню збоку і не забезпечує рівномірне покриття поверхні розпилення шаром рідини. Наявність самого патрубка на шляху руху краплинок аерозолю призводить до їх коагуляції та погіршення якості аерозолю. В конструкції, що розглядається, розпилення відбувається вже у відокремлений герметичною камерою простір, але цей простір не передбачає подачу якогось технологічного газу окрім повітря і не передбачає відведення з камери обробленої рідини. В камері утворюється пара при падінні крапель аерозолю на нагріті поверхні. З камери відводиться тільки пара. Таким чином, розглянуті конструкції не дозволяють досягти високої продуктивності технологічного процесу, не дозволяють якісно наситити рідину корисним газом та провести необхідне знезараження. В основу винаходу поставлено задачу підвищення ефективності обробки рідини шляхом вдосконалення пристрою для обробки рідини, що містить камеру розпилу, в яку через ущільнення вузловим перетином герметично вмонтований один або декілька ультразвукових п'єзоелектричних перетворювачів, кожен з яких оснащений трансформатором коливальної швидкості, на вихідному торці якого сформована грибовидна частина з поверхнею розпилення, яка має незначну конусність, причому ультразвукові перетворювачі вмонтовані з можливістю розпилення всередину камери та оснащені системою подачі рідини на поверхню розпилення. Для вирішення поставленої задачі в пристрої для обробки рідини, що містить камеру розпилу, в яку через ущільнення вузловим перетином герметично вмонтований один або декілька ультразву 5 кових п'єзоелектричних перетворювачів, кожен з яких оснащений трансформатором коливальної швидкості, на вихідному торці якого сформована грибовидна частина з поверхнею розпилення, яка має незначну конусність, причому ультразвукові перетворювачі вмонтовані з можливістю розпилення всередину камери та оснащені системою подачі рідини на поверхню розпилення, відповідно винаходу камера розпилу оснащена патрубками для подачі газу та відводу рідини через дросель, в центральній частині поверхні розпилення виконаний конусний гострокінцевий елемент, вершина якого спрямована в бік напрямку розпилення, а площа основи значно менша за площу поверхні розпилення, система подачі рідини на поверхню розпилення виконана у вигляді центрального каналу, до якого підводиться рідина і який проходить здовж трансформатор коливальної швидкості і під'єднаний до центральної частини щілинної порожнини, утвореної в грибовидній частині трансформатора коливальної швидкості, яка виконана з двох акустично контактуючих і механічно з'єднаних частин, причому одна з частин має незначну конусність в бік внутрішньої порожнини із збільшенням щілини в бік від центру, а в другій частині, що утворює поверхню розпилення, виконані отвори, які з'єднують щілинну порожнину з поверхнею розпилення. Оснащення камери розпилу патрубками подачі газу та відводу рідини через дросель дозволяє забезпечити розпилення аерозолю рідини, наприклад, води в газове, наприклад, кисневе середовище. Дрібнодисперсне ультразвукове розпилення дозволить значно збільшити площу контакту рідини з киснем, що призведе до якісного ефективного насичення води киснем. Внизу камери дрібнодисперсний аерозоль знову збереться у вигляді води і через відвідний патрубок може бути відведений для розфасовки. Дросель на відвідному патрубку забезпечує підтримку необхідного надлишкового тиску в камері розпилу. Виконання в центральній частині поверхні розпилення конусного гострокінцевого елементу, вершина якого спрямована в бік напрямку розпилення, а площа основи значно менша за площу поверхні розпилення, дозволяє вилучити із факела розпилу центральну частину, де спостерігається найбільша щільність аерозолю і, відповідно, інтенсивна коагуляція, що призводить до появи серед дрібнодисперсних крапель аерозолю крапель великого розміру і зменшення площі контакту рідини з газом. Виконання системи підводу рідини у вигляді центрального каналу, до якого підводиться рідина і який проходить здовж трансформатора коливальної швидкості і під'єднаний до центральної частини щілинної порожнини, утвореної в грибовидній частині трансформатора коливальної швидкості, яка виконана з двох акустично контактуючих і механічно з'єднаних частин, одна з яких має незначну конусність в бік внутрішньої порожнини із збільшенням щілини в бік від центру, а в другій, що утворює поверхню розпилення, виконані отвори, які з'єднують щілинну порожнину з поверхнею розпилення, дозволяє рівномірно змочувати всю по 96525 6 верхню розпилювання тонким шаром рідини, незважаючи на її велику площу. Конусність щілинної порожнини і різна протяжність отворів, що з'єднують щілинну порожнину з поверхнею розпилення, забезпечують рівність опору усіх каналів і, відповідно, однакове постачання рідини на всі ділянки поверхні розпилення. В такому виконанні ніщо не заважає краплинкам аерозолю вільно відлітати від поверхні розпилення з мінімальною вірогідністю коагуляції. Суть винаходу пояснюється рисунками, де на фіг. 1 показана схема пристрою для обробки рідини, на фіг. 2 - збільшений вигляд грибовидної частини трансформатора коливальної швидкості, а на фіг. 3 - вигляд поверхні розпилення з отворами для подачі рідини. Пристрій (Фіг. 1) містить камеру розпилу 1, в яку через ущільнення вузловим перетином герметично вмонтований один або декілька ультразвукових п'єзоелектричних перетворювачів 2, кожен з яких оснащений трансформатором коливальної швидкості 3, наприклад, ступінчастого типу. Ультразвукові перетворювачі підключені до електричного генератора ультразвукових коливань, який на схемі умовно не показаний. Камера розпилу 1 оснащена патрубком 4 для підводу газу та патрубком 5 для відводу рідини. На патрубку 5 встановлений дросель 6. На вихідному кінці трансформатора коливальної швидкості сформована грибовидна частина 7 з поверхнею розпилення, в центральній частині якої виконаний конусний гострокінцевий елемент 8, вершина якого спрямована в бік напрямку розпилення, а площа основи значно менша за площу поверхні розпилення. Ультразвукові перетворювачі 2 змонтовані в камері розпилу 1 з можливістю розпилення рідини всередину камери та оснащені системою подачі рідини на поверхню розпилення, яка виконана у вигляді центрального каналу 9, який проходить здовж трансформатора коливальної швидкості і до якого підводиться рідина від трубопроводу 10. Канал 9 підходить до центральної частини щілинної порожнини 11 (Фіг. 2), утвореної в грибовидній частині трансформатора коливальної швидкості, яка виконана з двох акустично контактуючих і механічно з'єднаних частин 12 і 13. Частина 12 має незначну конусність в бік порожнини 11, що призводить до збільшення щілини в бік від центру, а частина 13 утворює поверхню розпилення 14 і має отвори 15 для подачі рідини від щілинної порожнини 11 на поверхню розпилення. Отвори 15 рівномірно розподілені по поверхні розпилення (Фіг. 3). Пристрій працює наступним чином. До ультразвукових п'єзоелектричних перетворювачів 2 підводиться сигнал від генератора електричних коливань, що призводить до збудження в них поздовжніх резонансних пружних коливань. Оскільки перетворювачі закріплені вузловим перетином, в якому має місце нульова амплітуда коливань, то їх механічне закріплення не впливає на резонансні коливання. Ультразвуковий трансформатор коливальної швидкості 3 за рахунок зменшення площі поверхні випромінювання дозволяє підвищити амплітуду коливань до рівня, достатнього для здійснення процесу ультразвукового 7 кавітаційного розпилення в тонкому шарі. Через канал 9 від трубопроводу 10 підводиться рідина для розпилення. Рідина з каналу 9 потрапляє в щілинну порожнину 11 і через отвори 15 змочує поверхню розпилення 14. Акустичні коливання від трансформатора швидкості 3 передаються на поверхню розпилення 14. Відбувається це завдяки акустичному контакту частин 12 та 13 грибовидної частини 7. Змінна товщина щілинної порожнини 11 та змінна довжина отворів 15 дозволяє забезпечити рівний гідравлічний опір при подачі рідини через отвори на поверхню розпилення. Це забезпечує рівні витрати через всі отвори і рівномірне покриття поверхні розпилення шаром рідини. Наявність гострокінцевого конусного елемента 8 в центральній частині поверхні розпилення виключає із процесу розпилення цю центральну частину. Завдяки цьому в центрі факела розпилу буде зменшена щільність аерозолю, що зменшить вірогідність коагуляції в центральній частині факела роз 96525 8 пилу. В камеру 1 через патрубок 4 подається газ, наприклад, кисень. Дрібнодисперсний аерозоль, отриманий завдяки ультразвуковому розпиленню в тонкому шарі, має дуже велику площу поверхні контакту з газом, що призводить до інтенсивного насичення рідини газом. Аерозоль осідає на дні камери і через патрубок 5 та дросель 6 у вигляді насиченої киснем рідини подається на розфасовку. При цьому оброблена ультразвуковою кавітацією рідина знезаражується. Запропонований пристрій дозволяє отримати новий рівень якості насичення рідини газом. Інші відомі засоби цього зробити не дозволяють. Якісно насичена киснем рідина має важливі лікувальні властивості при захворюваннях серцево-судинної системи. При використанні озону як газу, що подається в камеру розпилення, можна забезпечити дуже якісне знезараження рідин, що містять особливо шкідливі мікроорганізми та віруси. 9 96525 10 11 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 96525 Підписне 12 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601