диффузор/эмульгатор

Формула изобретения

1. Диффузор, содержащий первый элемент, имеющий поверхность, содержащую поверхностные возмущения, второй элемент, первая сторона которого расположена относительно поверхности первого элемента таким образом, что между ними сформирован канал, по которому проходит первый материал, поступающий из первого впускного отверстия, и в который вводится второй материал, поступающий из второго впускного отверстия через вторую сторону второго элемента, при этом диффузор выполнен таким образом, что по существу обеспечивается непрерывный поток материала из первого впускного отверстия в канал во время его работы, средство для перемещения первого материала по каналу относительно поверхностных возмущений для создания кавитации в первом материале в канале, чтобы диффундировать второй материал в первый материал.

2. Диффузор по п.1, в котором второй элемент также имеет поверхность, содержащую поверхностные возмущения.

3. Диффузор по п.1, в котором поверхностные возмущения имеют углубления.

4. Диффузор по п.3, в котором углубления имеют расточенные или рассверленные отверстия.

5. Диффузор по п.4, в котором углубления имеют пазы.

6. Диффузор по п.1, в котором поверхностные возмущения имеют выступы.

7. Диффузор по п.6, в котором выступы имеют выпуклости.

8. Диффузор по п.7, в котором выступы имеют гребни.

9. Диффузор по п.1, в котором первый элемент или второй элемент, или оба этих элемента имеют один или более проходов, выполненных в них для прохождения второго материала в канал перед смешиванием с первым материалом.

10. Диффузор по п.9, в котором проходы выполнены в первом и втором элементах для прохождения двух разных материалов через канал перед смешиванием друг с другом.

11. Диффузор по п.1, который также содержит насос для закачки первого и второго материалов через канал.

12. Диффузор по п.1, который также содержит насос для нагнетания первого и второго материалов через канал.

13. Диффузор по п.1, в котором первый элемент имеет цилиндрическую форму.

14. Диффузор по п.1, в котором первый элемент имеет форму диска.

15. Диффузор по п.1, в котором первый элемент имеет коническую форму.

16. Диффузор по п.1, в котором первый элемент имеет сферическую форму.

17. Диффузор по п.1, в котором первый элемент имеет полусферическую форму.

18. Диффузор по п.1, в котором перемещение первого материала против поверхностных возмущений формирует ударные волны на одной или более дискретных частотах.

19. Способ диффундирования первого материала во второй материал, согласно которому вводят первый материал из первого впускного отверстия в канал, сформированный между первым элементом и первой стороной второго элемента, при этом обеспечивают по существу непрерывный поток материала из первого впускного отверстия в канал во время процесса диффундирования, вводят второй материал через вторую сторону второго элемента в канал, при этом по меньшей мере один из первого и второго элементов имеет поверхностные возмущения, обращенные к каналу, и перемещают первый материал относительно поверхностных возмущений, чтобы повышать и понижать давление первого и второго материалов для создания кавитации первого материала в канале для диффундирования второго материала в первый материал.

20. Способ по п.19, при котором первый и второй элементы имеют поверхностные возмущения, обращенные к каналу.

21. Способ по п.19, при котором по меньшей мере один элемент из первого и второго элементов имеет поверхность с выполненными в ней углублениями.

22. Способ по п.19, при котором по меньшей мере один элемент из первого и второго элементов имеет поверхность с выполненными в ней расточенными или рассверленными отверстиями.

23. Способ по п.19, при котором по меньшей мере один элемент из первого и второго элементов имеет поверхность, на которой поверхностные возмущения расположены в виде ряда и предназначены для повышения и понижения давления первого материала на известной частоте.

24. Способ по п.19, при котором по меньшей мере один элемент из первого и второго элементов имеет поверхность, на которой поверхностные возмущения расположены в виде множества рядов и предназначены для повышения и понижения давления первого материала на соответствующих дискретных частотах.

25. Способ по п.19, при котором первый материал является жидкостью и второй материал является газом.

26. Диффузор, содержащий первый элемент, имеющий поверхность, содержащую поверхностные возмущения, второй элемент, имеющий первую поверхность, содержащую поверхностные возмущения, расположенные относительно первого элемента таким образом, что формируется канал, по которому первый материал проходит между поверхностями соответствующего элемента, при этом второй элемент содержит проходы, первое впускное средство для введения первого материала в канал, при этом диффузор выполнен таким образом, что по существу обеспечивается непрерывный поток материала из первого впускного отверстия в канал во время его работы, второе впускное средство для введения второго материала во вторую поверхность второго элемента таким образом, что второй материал вводится через проходы в канал для смешивания с первым материалом, и электродвигатель для перемещения первого и второго элементов относительно друг друга для создания кавитации в первом материале, когда первый материал находится в канале, для диффундирования второго материала в первый материал.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Данное изобретение в общем относится к диффузорам и, в частности, к способу и устройству для диффундирования или эмульгирования газа или жидкости в материал.

2. Уровень техники

Во многих производствах необходимо проводить диффундирование или эмульгирование одного материала, газа или жидкости во второй материал. Эмульгирование является разновидностью диффузии, согласно которой мелкие капли одной жидкости взвешиваются во второй жидкости, с которой первая не смешивается, как масло в уксусе. Одним из важных применений процесса диффузии является очистка сточных вод. Многие городские хозяйства аэрируют сточные воды как часть процесса обработки, чтобы стимулировать биологический распад органического вещества. Темп биологического сбраживания органического вещества в значительной степени зависит от количества кислорода в сточных годах, поскольку кислород необходим для обеспечения существования микроорганизмов, потребляющих органическое вещество. При этом кислород способен удалять некоторые соединения, такие как железо, магний и двуокись углерода.

Существуют несколько способов насыщения воды кислородом. Согласно первому способу турбинные аэрационные системы выделяют воздух вблизи вращающихся лопастей крыльчатки, которая перемешивает воздух или кислород с водой. Согласно второму способу воду можно распылять в воздух, чтобы повысить содержание кислорода в ней. Согласно третьему способу система компании AQUATEX инжектирует воздух или кислород в воду и подвергает воду/газ сильному завихрению. Проверки с помощью устройства AQUATEX показали повышение до 200% содержания растворенного кислорода (около 20 частей на миллион) в идеальных условиях. Уровни естественного содержания кислорода в воде приблизительно составляют 10 частей на миллион, максимум, и этот уровень считается уровнем 100% растворенного кислорода. Таким образом, устройство AQUATEX удваивает содержание кислорода в воде. Повышенные уровни насыщения кислородом длятся только минуты и снова возвращаются к уровню 100% растворенного кислорода. Повышенные уровни насыщения кислородом и сохранение повышенных уровней кислорода в течение более длительного времени могут улучшить очистку сточных вод. При этом кпд органического сбраживания повышается, и уменьшается время, необходимое для биологического восстановления, и повышается производительность установок очистки сточных вод.

Соответственно, существует необходимость обеспечить механизм для диффундирования, способный диффундировать значительные уровни одного материала или нескольких материалов в другой материал.

Сущность изобретения

Согласно настоящему изобретению диффузор содержит первый элемент, поверхность которого имеет поверхностные возмущения в виде углублений, и второй элемент, который расположен спасительно первого диффундирующего элемента таким образом, что формирует канал, по которому могут проходить первый материал и второй материал. Первый материал прокачивается относительно поверхностных возмущений и создает кавитацию в первом материале для диффундирования второго материала в первый материал.

Настоящее изобретение обеспечивает значительные преимущества по сравнению с известным уровнем техники. Во-первых, микрокавитации, создаваемые предлагаемым устройством, позволяют диффузии происходить на молекулярном уровне, повышая количество вводимого материала, который будет удерживаться воспринимающим материалом, и увеличивая продолжительность сохранности диффузии. Во-вторых, микрокавитации и ударные волны можно создавать относительно простым механическим устройством. В-третьих, частоты или частоты ударной волны, создаваемой устройством, можно использовать для многих применений, либо разрушать сложные (структуры, либо обеспечивать объединение структур. В-четвертых, кавитации и ударные волны можно создавать единообразно по всему 5 материалу для ровной диффузии.

Краткое описание чертежей

Для пояснения изобретения и его преимуществ ссылка делается на приводимое ниже описание со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на Фиг.1 и 2 изображено частичное поперечное сечение частичной блок-схемы первого варианта осуществления диффузора;

на Фиг.2а, 2b и 2с показан процесс диффузии, внутренний по отношению к диффузору;

на Фиг.3 изображен вид с пространственным разделением деталей, ротора и статора диффузора;

на Фиг.4 изображен статор;

на Фиг.5а изображено поперечное сечение узла ротора-статора второго варианта осуществления изобретения;

на Фиг.5b изображена горизонтальная проекция ротора второго варианта осуществлении изобретения;

на Фиг.6 изображено местное сечение третьего варианта осуществления изобретения;

на Фиг.7а-7b изображены альтернативные варианты для создания эффузии; и

на Фиг.8а и 8b изображен еще один альтернативный вариант осуществления изобретения.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение поясняется со ссылкой на Фиг.1-8, при этом аналогичные ссылочные номера обозначают на разных чертежах аналогичные элементы.

На Фиг.1 и 1а показана частичная блок-схема, частичное сечение первого варианта осуществления устройства 10, выполненного с возможностью диффундирования или эмульгирования едкого или двух газообразных или жидких материалов (далее «вводимые материалы») в другой газообразный или жидкий материал (далее - «воспринимающий материал»). Воспринимающим материалом может быть обычно твердый материал, который нагревают или иным образом обрабатывают до жидкого или газообразного состояния в процессе диффузии/эмульгирования.

Ротор 12 содержит полый цилиндр, обычно закрытый с двух концов. Вал 14 и впускное отверстие 16 соединены с концами ротора 12. Первый вводимый материал может проходить через впускное отверстие 16 внутрь ротора 12. Вал 14 связан с электродвигателем 18, который вращает ротор на заданной скорости. Ротор 12 имеет множество выполненных в нем сквозных отверстий 22, более подробно показано на Фиг.1а. В предпочтительном варианте осуществления каждое отверстие 22 имеет узкий проход 24 и большее проточенное или рассверленное отверстие 26. Боковые стенки 28 проточенных или рассверленных отверстий 26 могут иметь разные формы, включая прямую (согласно фиг.4), под углом (согласно Фиг.1) или искривленную формы.

Статор 30 заключает в себе ротор 12, оставляя канал 32 между ротором и статором, через который может проходить воспринимающий материал. Статор 30 также имеет отверстия 22, выполненные по его окружности. Кожух 34 окружает статор 30, и впускное отверстие 36 пропускает второй вводимый материал в область 35 между статором 30 и кожухом 34. Воспринимающий материал проходит через впускное отверстие 37 в канал 32. Уплотнения 38 расположены между валами 14 и 16 и кожухом 34. Выпускное отверстие 40 пропускает воспринимающий материал из канала 32 в насос 42, откуда он выходит через выпускное отверстие 44 насоса. Насос может приводиться в действие электродвигателем 18 или вспомогательным источником.

В процессе работы диффундирующее устройство принимает воспринимающий материал через впускное отверстие 37. Согласно предпочтительному варианту осуществления насос 42 закачивает воспринимающий материал на всасывающей стороне насоса, чтобы воспринимающий материал мог проходить по каналу при низких значениях давления. Первый и второй вводимые материалы входят в воспринимающий материал через отверстия 22. В своем источнике вводимые материалы могут находиться под избыточным давлением, чтобы предотвращать прохождение воспринимающего материала через отверстия 22.

В варианте осуществления согласно Фиг.1 предусмотрены отдельные впускные отверстия 16 и 36 для диффундирующих материалов. Согласно этому варианту осуществления в воспринимающий материал можно подавать два разных вводимых материала. Либо один и тот же вводимый материал можно подавать в оба впускных отверстия.

Вариант осуществления согласно Фиг.1 в испытаниях продемонстрировал высокие уровни диффундирования вводимого материала(ов) в воспринимающий материал. Испытания с применением кислорода в качестве вводимого материала и воды в качестве воспринимающего материала показали уровни 400% растворенного в воде кислорода, причем повышенные уровни кислорода держались сутками.

Причиной высокого кпд и сохранности диффузии считается результат наличия микрокавитации, которая описана со ссылкой на фиг.2a-c. При прохождении материала по гладкой поверхности устанавливается в значительной степени ламинарное течение с тонким пограничным слоем, который неподвижен или перемещается очень медленно вследствие поверхностного натяжения между движущейся текучей средой и неподвижной поверхностью. Но отверстия 22 прерывают ламинарное течение и могут обусловливать повышение и понижение давления материала. Если давление во время цикла понижения давления достаточно низкое, то в материале будут формироваться пустоты (кавитационные пузырьки). Кавитационные пузырьки создают вращающееся течение 46, подобное смерчу, поскольку находящаяся в определенном месте область низкого давления втягивает воспринимающий материал и вводимый материал, доказано на Фиг.2а. Когда кавитационные пузырьки лопаются, создаются очень высокие давления. При прохождении мимо друг друга двух соосных отверстий происходит сотрясение (ударная волна), генерирующее значительное количество энергии. Энергия, обусловленная кавитацией и сотрясением, смешивает вводимый материал и воспринимающий материал в очень высокой степени, возможно на молекулярном уровне.

Частота действия устройства зависит от частоты вращения ротора 12 и числа отверстий, которые проходят мимо друг друга за один поворот. Было установлено, что действие на ультразвуковой частоте во многих применениях может быть целесообразным. Считается, что действие устройства в области ультразвука обеспечивает максимальную ударную энергию сотрясения, чтобы можно было сместить угол связи молекулы текучей среды, и это позволит транспортировать дополнительные вводимые материалы, которые обычно невозможно сохранять. Частота действия диффузора, по-видимому, влияет на степень диффузии, что приводит к гораздо более длительному сохранению вводимого материала в воспринимающем материале.

В некоторых применениях определенная частота или частоты может потребоваться для разрушения определенных сложных молекул, как в случае обеззараживания воды. В этом случае множественные частоты сотрясения можно использовать для разрушения сложных структур, таких как летучие органические соединения, на более мелкие субструктуры. Озон можно использовать в качестве одного из вводимых материалов для высокоэффективного окисления субструктур.

С помощью устройства 10 можно выполнять и другие относящиеся к ультразвуковой химии действия. В общем, ультразвуковая химия использует ультразвук для обеспечения химических реакций. Обычно ультразвук генерируют пьезоэлектрическим или другим электроакустическим устройством. Трудность, связанная с электроакустическими датчиками, заключается в том, что звуковые волны не обеспечивают единообразные звуковые волны по всему материалу, при этом нужная кавитация сосредоточена вокруг самого устройства. Настоящее изобретение позволяет создавать ультразвуковые волны по всему материалу с помощью простого механического устройства.

На Фиг.3 изображен вид с пространственным разделением деталей, варианта осуществления ротора 12 и статора 30, согласно которому при одной скорости вращения можно получить несколько частот. Согласно Фиг.3 три расположенных по окружности ряда отверстий 50 (отдельно: ряды 50а, 50b и 50с) отверстий 22 расположены по окружности вокруг ротора 12. Каждое кольцо имеет разное число отверстий, расположенных через равный интервал по его окружности. Аналогичным образом статор 30 имеет три расположенных по окружности ряда отверстий 52 (отдельно: ряды 5а, 52b и 52с). Чтобы в любое данное время совпадала только одна пара отверстий между соответствующими рядами, число отверстий 22 в данном ряду 52 на статоре 30 может быть на одно отверстие больше (или меньше) числа отверстий 22 в соответствующем ряду 50 ротора 12. Например, если ряд 50а имеет двадцать отверстий, расположенных с одинаковым интервалом по окружности ротора 12, то ряд 52 может иметь 21 отверстие, расположенное с равным интервалом по окружности статора 30.

При вращении ротора 12 согласно Фиг.3 относительно статора 30 каждый ряд будет создавать сотрясения на разной частоте. При должном подборе разных частот возникнет суммарная и разностная итерференция, создавая широкий спектр частот. Этот спектр частот может стать целесообразным во многих применениях, когда неизвестные примеси в воспринимающей жидкости нужно разрушить и окислить.

На Фиг.4 изображена боковая проекция сечения варианта осуществления статора 30. Для статоров с меньшим диаметром выполнение проточенного или рассверленного отверстия 26 внутри статора 30 может быть затруднено. В варианте осуществления согласно Фиг.4 используется внутренняя втулка 54 и внешняя втулка 56. Проточенные или рассверленные отверстия 26 можно высверлить снаружи внутренней втулки 54. Для каждого проточенного или рассверленного отверстия 26 на внутренней втулке 54 соответствующий соосный проход 24 высверливается на внешней втулке 56. Затем внутренняя втулка вставляется и скрепляется во внешней втулке 56, чтобы сформировать статор 30. Для формирования статора 30 можно также использовать и другие способы, например литье.

На Фиг.5а-b изображены альтернативные варианты осуществления диффузора 10. В соответствующих случаях ссылочные номера Фиг.1 на этих чертежах повторяются.

На Фиг.5а изображена боковая проекция в сечении варианта осуществления, согласно которому ротор 12 и статор 30 имеют форму диска. На Фиг.5b изображена горизонтальная проекция дискового ротора 12. Статор 30 расположен над и под ротором 12. И статор 12, и ротор 30 имеют множество отверстий, тип которых описан со ссылкой на Фиг.1 и которые проходят мимо друг друга, когда ротор 12 приводится в действие электродвигателем. Здесь также для каждого ряда 52 статор 30 может иметь на одно отверстие больше или меньше, чем соответствующий ряд 50 в роторе 12, чтобы предотвращать одновременное сотрясение у двух отверстий в одном ряду. Отверстия 22 могут иметь ту же форму, что и на Фиг.1. Полый вал служит в качестве впускного отверстия 16 внутрь дискового ротора для первого вводимого материала. Аналогично, в область 35 между статором 30 и кожухом 34 входит второй вводимый материал. Когда воспринимающий материал проходит по каналу 32 между ротором 12 и статором 30, он подвергается завихрению в отверстиях 22, тем самым обусловливая диффузию первого и второго материалов с воспринимающим материалом. Воспринимающий материал, воспринявший вводимый материал, проходит к выпускным отверстиям 40.

На Фиг.5b изображена горизонтальная проекция ротора 12. Показано, что множество отверстий образует концентрические ряды отверстий на роторе 12. При необходимости каждый ряд может создавать сотрясения на разных частотах. Согласно предпочтительному варианту осуществления отверстия 22 будут выполнены сверху и снизу ротора 12. Соответствующие отверстия будут выполнены над и под этими отверстиями на статоре 30.

На Фиг.6 изображено местное сечение варианта осуществления изобретения с коническим ротором 12. И статор 30, и ротор 12 имеют множество отверстий, тип которых описан выше со ссылкой на фиг.1 и которые проходят мимо друг друга, когда ротор 12 приводится в движение электродвигателем. Кроме отверстий по окружности ротора 12, отверстия могут быть также выполнены снизу конической формы, с соответствующими отверстиями в нижней части статора 30. Как указано выше, для каждого ряда статор 30 может иметь на одно отверстие больше или меньше, чем ротор 12, чтобы предотвращать одновременное сотрясение у двух отверстий 22 в одном ряду. Полый вал служит в качестве впускного отверстия 16 внутрь дискового ротора для первого вводимого материала. Аналогично, в область 35 между статором 30 и кожухом 34 входит второй вводимый материал. Когда воспринимающий материал проходит между ротором 12 и статором 30, он подвергается завихрению в отверстиях 22, тем самым обусловливая диффузию первого и второго материалов с воспринимающим материалом. Воспринимающий материал, воспринявший вводимый материал, проходит к выпускным отверстиям 40.

В вариантах осуществления согласно фиг.5а-b и 6 ряды отверстий 22 могут быть выполнены с увеличивающимися диаметрами, поэтому такое выполнение может обеспечивать создание множественных частот. Необходимо отметить, что можно использовать любое число форм, включая полусферические и сферические формы для выполнения ротора 12 и статора 30.

Описанный здесь диффузор можно использовать в нескольких применениях. Оптимальный размер отверстия (и для прохода 24, и для расточенного или рассверленного отверстия 26), ширины канала 32, скорости вращения и диаметров ротора/статора может зависеть от определенного применения устройства.

Как указано выше, диффузор 10 можно использовать для аэрации воды. В этом варианте осуществления воздух или кислород используются и как первый, и как второй вводимые материалы. Воздух/кислород диффундируют в сточные воды (или в другую аэрируемую воду) согласно описанию со ссылкой на Фиг.1. Было обнаружено, что диффузор может повышать насыщение кислородом до приблизительно 400% растворенного кислорода, при этом можно ожидать более высокие концентрации при оптимизации параметров в данном применении. В испытаниях, при проведении которых циркулировали около двадцати пяти галлонов городской воды при температурах окружающей среды (с первоначальным показанием 84,4% растворенного кислорода) через устройство в течение пяти минут до повышения содержания растворенного кислорода до 390%, повышенная концентрация уровней кислорода оставалась на значении свыше 300% растворенного кислорода в течение четырех часов и свыше 200% растворенного кислорода в течение более 19 часов. После трех дней содержание растворенного кислорода оставалось свыше 134%. В этих испытаниях использовались частоты 169 кГц. Размеры отверстий составляли 0,030 дюйма для прохода 24 и 0,25 дюйма для расточенного или рассверленного отверстия (расточенные или рассверленные отверстия 26 на роторе имели наклонные бороны). Более низкие температуры могут значительно повысить уровни насыщения кислородом и увеличить сохранность насыщенности.

Также для очистки сточных вод и для биологического восстановления других токсичных материалов кислород можно использовать в качестве одного из вводимых материалов, и озон можно использовать в качестве другого вводимого материала. В этом случае озон будет использоваться для окисления вредных структур в воспринимающем материале, например, летучих органических соединений и опасных микроорганизмов. При этом, как указано выше, ряд частот (определяемых рядами отверстий в роторе 12 и статоре 30) можно использовать для обеспечения разрушающей интерференции, которая разрушает многие смежные структуры на меньшие субструктуры. Либо, если данная обработка предназначается для окисления одного известного вредного вещества, то будет возможно использовать одну частоту, известную как разрушающую данную структуру. И наоборот, ряд частот, дающих конструктивную интерференцию, можно использовать для объединения двух или более соединений в более сложное и структурированное в гораздо большей степени вещество.

Для получения питьевой воды озон можно использовать как первый и второй вводимый материалы для разрушения и окисления загрязнителей.

Хотя действие диффузора 10 описано в связи с таким применением, как очистка городских сточных вед, его также можно использовать и для бытовых применений, для очистки питьевой воды, бассейнов и аквариумов.

Этот диффузор можно также использовать и для других применений, согласно которым диффузия газа или жидкости в другую жидкость изменяет характеристики воспринимающего материала. Примеры этих применений включают гомогенизацию молока или гидрирование масел. Прочими применениями может быть повышение эффективности смешивания топлива и газов/жидкостей для экономии топлива.

На Фиг.7а-b изображены альтернативные варианты осуществления ротора 12 и статора 30. Согласно Фиг.7а, «статор» 30 также вращается, в этом случае частота сотрясений будет зависеть от относительной скорости вращения между ротором 12 и статором 30. Кроме того, либо ротор 12, либо статор 30 не подают вводимый материал через элемент (согласно Фиг.7b вводимый материал подает только ротор), и элемент, который не подает вводимый материал, вместо отверстий 22 имеет полости 58 для создания турбулентности. Полости 58 могут иметь форму, аналогичную расточенным или рассверленным отверстиям 26, без соответствующих проходов 24.

Согласно Фиг.7с, проход 24, по которому вводимый материал проходит через ротор 12 или статор 30, расположен у расточенного или рассверленного отверстия 26, а не в расточенном или рассверленном отверстии 26, как в предыдущих осуществлениях. Необходимо отметить, что основное назначение расточенного или рассверленного отверстия 26 заключается в том, чтобы прерывать ламинарный поток воспринимающего материала по поверхности ротора 12 и статора 30. Повышение давления и разрежение (снижение давления) воспринимающего материала вызывают микрокавитацию, которая обеспечивает высокую степень диффузии, создаваемой устройством. Кавитационные пузырьки растут и сокращаются (или лопаются), подвергаясь напряжениям, обусловленным частотами сотрясений. Направленные внутрь взрывы кавитационных пузырьков генерируют энергию, которая обеспечивает сильную диффузию вводимых материалов в воспринимающий материал при прохождении по каналу 32. Таким образом, когда вводимые материалы и воспринимающий материал будут смешаны до степени, при которой будет возникать кавитация и обусловленные ею ударные волны, то будет иметь место описанная выше диффузия.

На Фиг.7d изображен вариант осуществления, согласно которому первоначальное перемешивание воспринимающего материала и одного или более вводимых материалов выполняется вне канала 32. В этом осуществлении диффузор 60 компании Mazzie (или другое устройство) используется для первоначального перемешивания вводимого материала(ов) и воспринимающего материала. Эта смесь поступает в канал 32 между ротором 12 и статором 30, где она проходит циклы повышения давления/разрежения, в результате чего в смеси возникает кавитация, и подвергается воздействию частоты ударных волн.

Причем генерирование кавитации и ударных волн можно осуществить с помощью конструкций, которые отличаются от расточенных или рассверленных отверстий 26, указанных в предыдущих вариантах осуществления. Согласно вышеизложенному расточенные или рассверленные отверстия 26 являются поверхностными возмущениями, которые препятствуют ламинарному потоку воспринимающего материала по боковым стенкам канала 32. Согласно Фиг.7е, такой выступ, как выпуклость 62, можно использовать в качестве поверхностного возмущения вместо расточенных или рассверленных отверстий 26 или вместе с ними. Можно использовать другие формы помимо округлых. Согласно фиг.7f, пазы (или гребни) 64 можно выполнить в роторе 12 и/или статоре 30, чтобы генерировать кавитацию и ударные волны.

Как указано выше, создание ударных волн на определенной частоте требуется не для всех применений, и не для всех применений оно будет целесообразным. Поэтому ротор 12 или статор 30 может иметь расточенные или рассверленные отверстия 26 (или другие поверхностные возмущения), выполненные с возможностью генерирования белого шума вместо определенной частоты. Применяемые для создания кавитации конструкции не обязательно должны быть единообразными, кавитацию может вызывать достаточно шероховатая поверхность на роторе 12 или статоре 30. При этом, согласно Фиг.7g, создание кавитации поверхностью ротора 12 и поверхностью статора 30, возможно, не будет обязательным, но в большинстве случаев действие устройства 10 будет более эффективным при использовании обеих поверхностей.

На Фиг.7h изображен вариант осуществления, согласно которому обусловливающее кавитацию перемещение обеспечивается воспринимающим материалом (как вариант, с увлекаемым вводимым материалом), а не относительным движением ротора 12 и статора 30. В варианте осуществления согласно Фиг.7h канал 32 выполнен между двумя стенками 66, которые неподвижны относительно друг друга, и одна стенка или обе имеют поверхностные возмущения, обращенные к каналу 32. Воспринимающий материал прокачивается по каналу на высокой скорости с помощью насоса или другого устройства для создания потока высокой скорости. В канал вводится один вводимый материал или несколько, либо по проходам 24, либо путем смешивания воспринимающего материала с вводимыми материалами, внешними по отношению к каналу. Высокая скорость воспринимающего материала относительно стенок 66 обусловливает микрокавитацию и сотрясения, описанные выше.

Например, одна или более стенок 66 может быть мелкоячеистой сеткой, через которую вводимый материал(ы) проходит и смешивается с воспринимающим материалом в канале 32. Поверхностные возмущения в сетке обеспечивают микрокавитацию и сотрясения при прохождении воспринимающего материала через сетку на высокой скорости. Частота сотрясений будет зависеть от величины ячеек сетки и скорости воспринимающего материала. При этом также вводимые материалы будут диффундировать в воспринимающий материал на молекулярном уровне на участках микрокавитации.

На Фиг.8а и 8b изображен еще один вариант осуществления, согласно которому вращающийся элемент 70 расположен в трубопроводе 72 и вращается электродвигателем 73. Воспринимающий материал и вводимый материал(ы) смешиваются в трубопроводе 72 перед вращающимся элементом 70 с помощью диффузора 74 Mazzie или с помощью другого устройства. Вращающийся элемент может иметь, например, форму пропеллера или шнека. На поверхности вращающегося элемента 70 выполнено одно или более поверхностных возмущений 76, в результате чего вращение вращающегося элемента 70 создает микрокавитацию, тем самым обеспечивая высокую степень диффузии между материалами. Форма лопастей пропеллера и схема поверхностных возмущений 76 на нем могут создавать кавитацию или сотрясение с нужной частотой в указанных выше целях. При этом форма вращающегося устройства сможет обеспечивать закачку материалов через трубопровод.

Настоящее изобретение предоставляет значительные преимущества по сравнению с известным уровнем техники. Во-первых, микрокавитации, генерируемые устройством, обеспечивают возможность осуществления диффузии на молекулярном уровне, увеличивая количество вводимого материала, который будет удерживаться воспринимающим материалом, и удлиняя время сохранности диффузии. Во-вторых, микрокавитации и ударные волны можно создавать относительно простым механическим устройством. В-третьих, частоты или частоты создаваемой устройством ударной волны можно использовать во многих применениях, либо для разрушения сложных структур, либо для обеспечения объединения структур. В-четвертых, кавитации и ударные волны можно создавать единообразными по всему материалу для устойчивой диффузии.

Несмотря на то, что подробное описание изобретения направлено на определенные приводимые в качестве примеров варианты осуществления, специалистам в данной области техники будут ясны возможности различных модификаций этих вариантов осуществлений. Настоящее изобретение включает все модификации или варианты осуществлений, входящих в объем формулы изобретения.