ультразвуковой диспергатор долгополова

Формула изобретения

1. Ультразвуковой диспергатор, включающий корпус устройства, вихревую камеру со входом активного диспергирующего компонента-газа (далее - АДК-г), патрубок подачи пассивного диспергируемого компонента-жидкости (далее - ПДК-ж), который расположен по оси вихревой камеры, кроме того, устройство имеет объемную зону ультразвукового диспергирования компонентов (далее - ОЗ-УЗ-ДК), которая расположена вне вихревой камеры, при этом корпус устройства выполнен в виде вихревой камеры, причем вход АДК-г в вихревую камеру расположен тангенциально, при этом патрубок подачи ПДК-ж одним концом жестко укреплен в основании корпуса, а его второй конец расположен снаружи вихревой камеры в зоне ОЗ-УЗ-ДК и на нем расположен акустический ультразвуковой излучатель (далее - АУЗИ), кроме того, устройство дополнительно содержит отражатель АДК-г, расположенный в верхней части корпуса, поверхность которого выполнена в виде эквидистантных проточек пилообразного профиля, при этом вихревая камера имеет кольцеобразное выходное отверстие, образованное внутренней поверхностью направляющей трубки АДК-г и наружной цилиндрической поверхностью патрубка подачи ПДК-ж, отличающийся тем, что вихревая камера выполнена в виде усеченного конуса, а основание корпуса выполнено в виде пластины, закрывающей торец вихревой камеры со стороны большего диаметра усеченного конуса, при этом патрубок подачи ПДК-ж в зоне кольцеобразного выходного отверстия вихревой камеры имеет, по меньшей мере, одно дополнительное крепление к стенке направляющей трубки АДК-г и к стенке корпуса.

2. Ультразвуковой диспергатор по п.1, отличающийся тем, что АУЗИ выполнен в виде насадки с конической и цилиндрической частями и с центральным сквозным отверстием, при этом в цилиндрической части насадки выполнен, по меньшей мере, один сквозной канал, расположенный по диаметру АУЗИ, а на конической части насадки расположена кольцевая проточка пилообразного профиля, кроме того, сверху центрального сквозного отверстия АУЗИ расположен регулятор расхода ПДК-ж, выполненный в виде винта с коническим окончанием резьбовой части.

3. Ультразвуковой диспергатор по п.1, отличающийся тем, что патрубок подачи ПДК-ж в зоне кольцеобразного выходного отверстия вихревой камеры имеет четыре дополнительных крепления к стенке направляющей трубки АДК-г и стенке корпуса, причем дополнительные крепления расположены радиально крестообразно и выполнены в виде цилиндрических вставок с проточками, укрепленными в отверстиях корпуса с помощью винтов.

4. Ультразвуковой диспергатор по п.1, отличающийся тем, что тангенциальный ввод АДК-г в вихревую камеру выполнен в районе большего диаметра усеченного конуса, а кольцеобразное выходное отверстие вихревой камеры расположено в районе меньшего диаметра усеченного конуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике диспергирования жидкостей и может быть использовано при приготовлении различных мелкодисперсных жидких сред, например топливо-воздушных смесей, гомогенных и мелкодисперсных эмульсий и суспензий.

Известно «Устройство для диспергирования смесей» (Патент Украины № 37662, МПК-6 B01F 11/00, B28C 5/00, опубл. 15.05.2001 г., бюл. № 4, 2001 г.).

Недостатком известного устройства является его невысокая эксплуатационная надежность ввиду наличия подвижных частей.

Известен «Дисковый диспергатор» (Патент Украины № 33482, МПК-6 B01F 7/26, опубл. 15.02.2001 г., бюл. № 1, 2001 г.).

Недостатком известного устройства является его невысокая эксплуатационная надежность ввиду наличия подвижных частей.

Известно «Устройство для диспергирования смесей» (Патент Украины № 9719, МПК-5 B01F 7/00, 7/28, 11/00, опубл. 30.09.1996 г., бюл. № 3, 1996 г.).

Недостатком известного устройства является его невысокая эксплуатационная надежность ввиду наличия подвижных частей.

Известен «Роторно-пульсационный аппарат» (Патент Украины № 9718, МПК-5 B01F 7/00, 7/28, опубл. 30.09.1996 г., бюл. № 3, 1996 г.).

Недостатком известного устройства является его невысокая эксплуатационная надежность ввиду наличия подвижных частей.

Известен «Распылитель жидкости» (Авт.св. СССР № 1426648, МПК-4 B05B 3/12, 17/00, опубл. 30.09.1988 г., бюл. 36, 1988 г.).

Недостатком известного устройства является наличие пьезокерамики и электрического генератора УЗ-колебаний, что снижает эксплуатационную надежность устройства.

Известен «Вибрационный распылитель» (Авт. св. СССР № 1437101, МПК-4 B05B 17/06, опубл. 15.11.1988 г., бюл. 42, 1988 г.).

Недостатком известного устройства является наличие пьезобиморфа и электрического генератора ВЧ-колебаний, что снижает эксплуатационную надежность устройства.

Известно «Устройство для ультразвукового распыления жидкой среды» (Авт. св. СССР № 1683205, МПК-5 B05B 17/06, опубл. 29.01.1990 г., бюл. 37, 1990 г., ДСП).

Недостатком известного устройства является наличие электрического генератора УЗ-колебаний, что снижает эксплуатационную надежность устройства.

Известно «Ультразвуковое устройство для распыления жидких сред» (Авт. св. СССР № 1674423, МПК-5 B05B 17/06, опубл. 14.07.1989 г., бюл. 32, 1989 г., ДСП).

Недостатком известного устройства является наличие электрического генератора УЗ-колебаний, что снижает эксплуатационную надежность устройства.

Известно «Устройство для распыления жидкости» (Авт. св. СССР № 1438850, МПК-4 B05B 17/06, опубл. 23.11.1988 г., бюл. 43, 1988 г., ДСП).

Недостатком известного устройства является наличие магнитострикционного преобразователя и электрического генератора У3-колебаний, что снижает эксплуатационную надежность устройства.

Известен «Ультразвуковой ингалятор» (Авт. св. СССР № 1623663, МПК-5 A61M 11/00, 15/00, опубл. 30.01.1991 г., бюл. 4, 1991 г.).

Недостатком известного устройства является наличие электрического генератора ВЧ-колебаний, что снижает эксплуатационную надежность устройства.

Известно «Устройство для создания акустических колебаний в проточной среде» (Авт. св. СССР № 1580637, МПК-5 B01F 7/28, B06B 1/18, бюл. 27, 1990 г., ДСП).

Недостатком известного устройства является его невысокая эксплуатационная надежность ввиду наличия подвижных частей.

Известен «Акустический гомогенизатор» (Авт. св. СССР № 1493299, МПК-4 B01F 11/02, B01D 19/00, опубл. 15.07.1989 г., бюл. 26, 1989 г.).

Недостатком известного устройства является наличие пьезоэлектрического преобразователя и электрического генератора УЗ-колебаний, что снижает эксплуатационную надежность устройства.

Известна «Установка для диспергирования суспензий» (Авт. св. СССР № 1507446, МПК-4 B02C 19/18, B28C 5/46, опубл. 15.09.1989 г., бюл. 34, 1989 г.).

Недостатком известного устройства является наличие пьезоэлектрического преобразователя и электрического генератора УЗ-колебаний, что снижает эксплуатационную надежность устройства.

Известен «Диспергатор-смеситель» (Авт. св. СССР № 1676814, МПК-5 B28C 5/46, опубл. 15.09.1991 г., бюл. 34, 1991 г.).

Недостатком известного устройства является наличие пьезокерамических излучателей и электрического генератора УЗ-колебаний, что снижает эксплуатационную надежность устройства.

Известен «Диспергатор» (Авт. св. СССР № 1620309, МПК-5 B28C 5/46, опубл. 15.01.1991 г., бюл. 2, 1991 г.).

Недостатком известного устройства является наличие магнитострикционных излучателей и электрического генератора УЗ-колебаний, что снижает эксплуатационную надежность устройства.

Известно «Ультразвуковое устройство для получения суспензий и эмульсий» (Авт. св. СССР № 827139, МПК-3 B01F 11/02, B06B 1/18, опубл. 07.05.81 г., бюл. 17, 1981 г.), содержащее корпус, патрубок подачи перегретого пара и соосно размещенные в корпусе сопло, вкладыш с винтовой нарезкой и осевым отверстием и вихревую камеру, причем сопло закреплено в осевом отверстии вкладыша, а патрубок подачи перегретого пара установлен коаксиально внутри сопла.

Недостатками известного устройства являются конструктивная сложность устройства и невысокая эффективность работы устройства ввиду того, что зона диспергирования компонентов расположена внутри вихревой камеры, что приводит к функциональной зависимости производительности устройства от размера вихревой камеры.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату и выбранным в качестве прототипа является «Ультразвуковой диспергатор» (Патент Украины № 62102, МПК B01F 11/02 (2006.01), B06B 1/18 (2006.01), бюл. 15, 2011 г.), включающий корпус устройства, вихревую камеру со входом активного диспергирующего компонента-газа (далее - АДК-г), патрубок подачи пассивного диспергируемого компонента-жидкости (далее - ПДК-ж), который расположен по оси вихревой камеры, кроме того, устройство имеет объемную зону ультразвукового диспергирования компонентов (далее - ОЗ-УЗ-ДК), при этом ОЗ-УЗ-ДК расположена вне вихревой камеры, корпус устройства выполнен в виде вихревой камеры, причем вход АДК-г в вихревую камеру расположен тангенциально, при этом патрубок подачи ПДК-ж жестко укреплен в основании корпуса, а его свободный конец расположен снаружи вихревой камеры в зоне ОЗ-УЗ-ДК и на нем расположен акустический ультразвуковой излучатель (далее - АУЗИ), кроме того, устройство дополнительно содержит отражатель АДК-г, укрепленный на верхней части корпуса, наружная поверхность которого выполнена в виде квадратных в плане эквидистантных проточек пилообразного профиля, при этом вихревая камера имеет кольцеобразное выходное отверстие, образованное внутренней поверхностью направляющей трубки АДК-г, укрепленной в выходном отверстии вихревой камеры, и наружной цилиндрической поверхностью патрубка подачи ПДК-ж, кроме того, ОЗ-УЗ-ДК образована за счет ультразвуковых колебаний АДК-г между отражателем АДК-г и АУЗИ, а АУЗИ выполнен в виде насадки с конической и цилиндрической частями и с центральным сквозным отверстием, при этом в цилиндрической части насадки выполнен, по меньшей мере, один сквозной канал, расположенный по диаметру АУЗИ, а на конической части насадки расположена кольцевая проточка пилообразного профиля, кроме того, сверху центрального сквозного отверстия АУЗИ расположен регулятор расхода ПДК-ж, выполненный в виде винта с коническим окончанием резьбовой части.

Недостатком прототипа является неустойчивая работа устройства в широком диапазоне давлений диспергируемых компонентов при регулировании его производительности.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование ультразвукового диспергатора с внешней зоной диспергирования компонентов с достижением технического результата - повышения энергетики процесса создания ОЗ-УЗ-ДК при повышении устойчивости работы устройства

Поставленная задача достигается тем, что в «Ультразвуковом диспергаторе», включающем корпус устройства, вихревую камеру со входом активного диспергирующего компонента-газа (далее - АДК-г), патрубок подачи пассивного диспергируемого компонента-жидкости (далее - ПДК-ж), который расположен по оси вихревой камеры, кроме того, устройство имеет объемную зону ультразвукового диспергирования компонентов (далее - ОЗ-УЗ-ДК), которая расположена вне вихревой камеры, при этом корпус устройства выполнен в виде вихревой камеры, причем вход АДК-г в вихревую камеру расположен тангенциально, при этом патрубок подачи ПДК-ж одним концом жестко укреплен в основании корпуса, а его второй конец расположен снаружи вихревой камеры в зоне ОЗ-УЗ-ДК и на нем расположен акустический ультразвуковой излучатель (далее - АУЗИ), кроме того, устройство дополнительно содержит отражатель АДК-г, расположенный в верхней части корпуса, поверхность которого выполнена в виде эквидистантных проточек пилообразного профиля, при этом вихревая камера имеет кольцеобразное выходное отверстие, образованное внутренней поверхностью направляющей трубки АДК-г и наружной цилиндрической поверхностью патрубка подачи ПДК-ж, вихревая камера выполнена в виде усеченного конуса, а основание корпуса выполнено в виде пластины, закрывающей торец вихревой камеры со стороны большего диаметра усеченного конуса, при этом патрубок подачи ПДК-ж в зоне кольцеобразного выходного отверстия вихревой камеры имеет, по меньшей мере, одно дополнительное крепление к стенке направляющей трубки АДК-г и к стенке корпуса, кроме того, АУЗИ выполнен в виде насадки с конической и цилиндрической частями и с центральным сквозным отверстием, при этом в цилиндрической части насадки выполнен, по меньшей мере, один сквозной канал, расположенный по диаметру АУЗИ, а на конической части насадки расположена кольцевая проточка пилообразного профиля, кроме того, сверху центрального сквозного отверстия АУЗИ расположен регулятор расхода ПДК-ж, выполненный в виде винта с коническим окончанием резьбовой части, а патрубок подачи ПДК-ж в зоне кольцеобразного выходного отверстия вихревой камеры имеет четыре дополнительных креплений к стенке направляющей трубки АДК-г и стенке корпуса, причем дополнительные крепления расположены радиально крестообразно и выполнены в виде цилиндрических вставок с проточками, укрепленными в отверстиях корпуса с помощью винтов, при этом тангенциальный ввод АДК-г в вихревую камеру выполнен в районе большего диаметра усеченного конуса, а кольцеобразное выходное отверстие вихревой камеры расположено в районе меньшего диаметра усеченного конуса.

Существенными признаками заявляемого устройства, совпадающими с прототипом, являются следующие признаки:

- корпус устройства;

- вихревая камера со входом АДК-г;

- патрубок подачи ПДК-ж;

- патрубок подачи ПДК-ж расположен по оси вихревой камеры;

- устройство имеет ОЗ-УЗ-ДК.

- ОЗ-УЗ-ДК расположена вне вихревой камеры;

- корпус устройства выполнен в виде вихревой камеры;

- вход АДК-г в вихревую камеру расположен тангенциально;

- патрубок подачи ПДК-ж жестко укреплен в основании корпуса;

- свободный конец патрубка подачи ПДК-ж расположен снаружи вихревой камеры в зоне ОЗ-УЗ-ДК;

- на свободном конце патрубка подачи ПДК-ж расположен АУЗИ;

- устройство дополнительно содержит отражатель АДК-г;

- АДК-г расположен в верхней части корпуса;

- поверхность АДК-г выполнена в виде эквидистантных проточек пилообразного профиля;

- вихревая камера имеет кольцеобразное выходное отверстие, образованное внутренней поверхностью направляющей трубки АДК-г и наружной цилиндрической поверхностью патрубка подачи ПДК-ж.

Отличительными от прототипа существенными признаками заявляемого устройства являются следующие признаки:

- вихревая камера выполнена в виде усеченного конуса;

- основание корпуса выполнено в виде пластины, закрывающей торец вихревой камеры со стороны большего диаметра усеченного конуса;

- патрубок подачи ПДК-ж в зоне кольцеобразного выходного отверстия вихревой камеры имеет, по меньшей мере, одно дополнительное крепление к стенке направляющей трубки АДК-г и к стенке корпуса.

Частными отличительными от прототипа существенными признаками заявляемого устройства являются следующие признаки:

- АУЗИ выполнен в виде насадки с конической и цилиндрической частями и с центральным сквозным отверстием, при этом в цилиндрической части насадки выполнен, по меньшей мере, один сквозной канал, расположенный по диаметру АУЗИ, а на конической части насадки расположена кольцевая проточка пилообразного профиля, кроме того, сверху центрального сквозного отверстия АУЗИ расположен регулятор расхода ПДК-ж, выполненный в виде винта с коническим окончанием резьбовой части;

- патрубок подачи ПДК-ж в зоне кольцеобразного выходного отверстия вихревой камеры имеет четыре дополнительных креплений к стенке направляющей трубки АДК-г и стенке корпуса, причем дополнительные крепления расположены радиально крестообразно и выполнены в виде цилиндрических вставок с проточками, укрепленными в отверстиях корпуса с помощью винтов;

- тангенциальный ввод АДК-г в вихревую камеру выполнен в районе большего диаметра усеченного конуса, а кольцеобразное выходное отверстие вихревой камеры расположено в районе меньшего диаметра усеченного конуса.

Между существенными признаками заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.

Действительно, достижение указаного технического результата - повышения энергетики процесса - создания ОЗ-УЗ-ДК при повышении устойчивости работы устройства - возможно только при осуществлении всех признаков, указанных в формуле изобретения.

Например, выполнение вихревой камеры в виде усеченного конуса и тангенциальный ввод АДК-г позволяют лучше сконцентрировать вихревой поток газа и значительно повысить энергетику процесса создания ОЗ-УЗ-ДК.

Так как объемная зона ультразвукового диспергирования компонентов - ОЗ-УЗ-ДК - расположена снаружи вихревой камеры, то ее размеры не зависят от габаритов вихревой камеры, что исключает функциональную зависимость производительности устройства от размера вихревой камеры, как это наблюдается в диспергаторах с ОЗ-УЗ-ДК (аналоги), расположенной внутри вихревой камеры.

Кроме того, ОЗ-УЗ-ДК образуется за счет возбуждения устойчивых ультразвуковых колебаний АДК-г между АУЗИ и отражателем АДК-г, причем конструктивно АУЗИ и отражатель АДК-г представляют собой простые и надежные элементы устройства, например, поверхность отражатель АДК-г выполнена в виде эквидистантных проточек пилообразного профиля верхней части корпуса, которые образуют на поверхности отражателя АДК-г упорядоченную «волновую» механическую структуру, эффективно взаимодействующую с частицами жидкости, эжектируемой из АУЗИ в УЗ-область колебаний.

Патрубок подачи ПДК-ж в зоне кольцеобразного выходного отверстия вихревой камеры имеет, по меньшей мере, одно дополнительное крепление к стенке направляющей трубки АДК-г и стенке корпуса устройства, что значительно повышает устойчивость работы устройства в широком диапазоне давлений диспергируемых компонентов при регулировании его производительности.

В одном из возможных вариантов дополнительное крепление патрубка подачи ПДК-ж выполнено в виде четырех цилиндрических вставок с проточками, которые расположены радиально крестообразно и укреплены в отверстиях ПДК-г с помощью винтов.

Кроме того, заявляемое устройство проще прототипа, т.к. фактически содержит одну не очень сложную деталь - корпус с конусообразной полостью и отражателем АДК-г, представляющим собой эквидистантные проточки пилообразного профиля.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, который включает поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, с выявлением источников, содержащих информацию об аналогах заявляемого технического решения, позволяет установить, что заявителем не выявлены аналоги, которые характеризуются всей совокупностью признаков, идентичной всем существенным признакам заявляемого устройства, указанных в формуле полезной модели.

Потому можно утверждать, что изобретение соответствует условию патентоспособности по критерию «новизна».

Данное техническое решение имеет изобретательский уровень, т.к. по совокупности всех существенных признаков, указанных в формуле изобретения, для специалиста они явным образом не следуют из уровня техники.

Кроме того, изобретение промышленно применимо, потому что заявляемое техническое решение позволяет использовать его при разработке и производстве ультазвуковых диспергаторов для приготовления различных мелкодисперсных жидких сред, например, топливо-воздушных смесей, гомогенных и мелкодисперсных эмульсий и суспензий.

Возможность осуществление заявляемого изобретения подтверждается нижеприведенным описанием его практической реализации и иллюстрируется чертежом.

На фиг.1 изображен разрез заявляемого устройства.

Ультразвуковой диспергатор включает корпус устройства 1, в котором выполнена вихревая камера 2 в виде усеченного конуса.

Вихревая камера 2 имеет тангенциально расположенный вход 3 активного диспергирующего компонента-газа (далее - АДК-г).

Патрубок 4 подачи пассивного диспергируемого компонента-жидкости (далее - ПДК-ж) расположен по оси вихревой камеры и жестко укреплен в основании 5 корпуса 1.

Свободный конец 6 патрубка 4 расположен снаружи вихревой камеры 2.

На свободном конце 6 патрубка 4 укреплен акустический ультразвуковой излучатель 7 (далее - АУЗИ).

Сверху корпуса 1 расположен отражатель 8 АДК-г, который выполнен в виде эквидистантных проточек пилообразного профиля 9 верхней части корпуса 1.

Поверхность отражателя 8 АДК-г выполнена в виде упорядоченной «волновой» механической структуры.

В выходном отверстии 10 корпуса 1 расположена направляющая трубка 11 для выхода АДК-г.

Вихревая камера 2 имеет кольцеобразное выходное отверстие 12, образованное внутренней поверхностью направляющей трубки 11 АДК-г и наружной цилиндрической поверхностью патрубка 4 подачи ПДК-ж.

АУЗИ 7 выполнен в виде насадки с конической 13 и цилиндрической 14 частями и с центральным сквозным отверстием 15.

В цилиндрической части 14 АУЗИ 7 выполнен, по меньшей мере, один сквозной канал 16, расположенный по диаметру АУЗИ 7.

На конической части 13 АУЗИ 7 расположена кольцевая проточка 17 пилообразного профиля.

Сверху центрального сквозного отверстия 15 АУЗИ 7 расположен регулятор расхода ПДК-ж, выполненный в виде винта 18 с коническим окончанием резьбовой части 19.

Объемная зона ультразвукового диспергирования компонентов (далее - ОЗ-УЗ-ДК) образована за счет возбуждения устойчивых ультразвуковых колебаний АДК-г между АУЗИ 7 и отражателем 8 АДК-г.

Патрубок 4 в зоне кольцеобразного выходного отверстия 12 имеет, по меньшей мере, одно дополнительное крепление 20 к стенке направляющей трубки 11 АДК-г и к стенке корпуса 1.

Дополнительное крепление 20 может быть выполнено, например, в виде четырех радиальных крестообразных цилиндрических вставок 21 с проточками, укрепленными в отверстиях 22 корпуса 1 с помощью винтов 23.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

АДК-г под избыточным давлением 1,5-2,5 ати подают через тангенциальный вход 4 внутрь вихревой камеры 2.

Поток АДК-г закручивается внутри вихревой камеры 2, при этом поток АДК-г плавно переходит с большего диаметра усеченного конуса (тангенциального входа 3 АДК-г) на его меньший диаметр (кольцеобразное выходное отверстие 12), что приводит, согласно закона Бернулли, к значительному увеличению скорости потока АДК-г и уменьшению давления потока АДК-г в кольцеобразном выходном отверстии 12 не только по сравнению с давлением потока АДК-г на входе в вихревую камеру 2, но и по сравнению с давлением среды снаружи заявляемого устройства.

Далее поток АДК-г выходит из кольцеобразного выходного отверстия 12 и попадает в ОЗ-УЗ-ДК, в которой происходит генерирование ультразвуковых колебаний АДК-г между конической частью 13 АУЗИ и отражателем 8 АДК-г, причем в этой зоне образуется стоячая объемная волна с частотой ультразвуковых колебаний в несколько десятков кГц.

Кроме того, пониженное давление (разрежение) на выходе кольцеобразного выходного отверстия 12 приводит к эжекции ПДК-ж из центрального сквозного отверстия 16 и сквозного канала 15 в зону ОЗ-УЗ-ДК.

ПДК-ж в зоне ОЗ-УЗ-ДК подвергается воздействию мощного ультразвукового объемного поля и диспергируется на мельчайшие частицы - от 5,0 до 20 мкм (в зависимости от требуемых параметров диспергации, материала ПДК-ж, давления АДК-г и других параметров).

С помощью регулятора расхода ПДК-ж, выполненного в виде винта 18, регулируют производительность заявляемого устройства по диспергации ПДК-ж.

Таким образом, заявляемый диспергатор позволяет получить устойчивый факел распыленной мелкодисперсной жидкости.

Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что задача, поставленная в настоящем изобретении - усовершенствование ультразвукового диспергатора с внешней зоной диспергирования компонентов - выполнена с достижением технического результата - повышения энергетики процесса создания ОЗ-УЗ-ДК при повышении устойчивости работы устройства.