Ультразвуковой диспергатор

Полезная модель относится к технике диспергирования жидкостей и может быть использована при приготовлении различных мелкодисперсных жидких сред, например, топливо-воздушных смесей, гомогенных и мелкодисперсных эмульсий и суспензий. Задачей настоящей полезной модели является разработка нового ультразвукового диспергатора с внешней зоной диспергирования компонентов с достижением технического результата - упрощения конструкции устройства и повышения эффективности его работы. Ультразвуковой диспергатор включает корпус устройства 1, выполненный в виде вихревой камеры 2, которая имеет тангенциально расположенный вход 3 активного диспергирующего компонента-газа (АДК-г). Патрубок 4 подачи пассивного диспергируемого компонента-жидкости (ПДК-ж) расположен по оси вихревой камеры и жестко укреплен в основании корпуса 1. Свободный конец 5 патрубка 4 расположен снаружи вихревой камеры. На свободном конце 5 патрубка 4 укреплен акустический ультразвуковой излучатель 6 (АУЗИ). Сверху вихревой камеры 2 расположен отражатель 7 АДК-г, который является крышкой вихревой камеры 2. Наружная поверхность 8 отражателя АДК-г 7 выполнена в виде квадратных в плане эквидистантных проточек пилообразного профиля. В выходном отверстии 9 вихревой камеры 2 расположена направляющая трубка 10 для выхода АДК-г. Вихревая камера 2 имеет кольцеобразное выходное отверстие 11, образованное внутренней поверхностью направляющей трубки 10 АДК-г и наружной цилиндрической поверхностью патрубка 4 подачи ПДК-ж. АУЗИ 6 выполнен в виде насадки с конической 12 и цилиндрической 13 частями и с центральным сквозным отверстием 14. В цилиндрической части 13 АУЗИ 6 выполнен, по меньшей мере, один сквозной канал 15, расположенный по диаметру АУЗИ 6. На конической части 12 АУЗИ 6 расположена кольцевая проточка 16 пилообразного профиля. Сверху центрального сквозного отверстия 14 АУЗИ 6 расположен регулятор расхода ПДК-ж, выполненный в виде винта 17 с коническим окончанием резьбовой части 18. Объемная зона 19 ультразвукового диспергирования компонентов (ОЗ-УЗ-ДК) образована за счет возбуждения устойчивых ультразвуковых колебаний АДК-г между АУЗИ 6 и отражателем 7 АДК-г.

1 н.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к технике диспергирования жидкостей и может быть использована 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, В28С 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 В05В 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 В05В 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 В05В 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 В05В 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 В05В 17/06, опубл. 23.11.1988 г., бюл.43, 1988 г., ДСП).

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

Известен «Ультразвуковой ингалятор» (Авт. св. СССР 1623663, МПК-5 А61М 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, В06В 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, В01D 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 В02С 19/18, В28С 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 В28С 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 В28С 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.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату и выбранным в качестве прототипа является «Ультразвуковое устройство для получения суспензий и эмульсий» (Авт. св. СССР 827139, МПК-3 B01F 11/02, В06В 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.

Недостатком прототипа является 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.

Задачей настоящей полезной модели является разработка нового ультразвукового диспергатора с внешней зоной диспергирования компонентов с достижением технического результата - упрощения конструкции устройства и повышения эффективности его работы.

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), 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 ультразвукового истечения АДК-г между отражателем воздушного потока и АУЗИ, а АУЗИ выполнен в виде насадки с конической и цилиндрической частями и с центральным сквозным отверстием, при этом в цилиндрической части АУЗИ выполнен, по меньшей мере, один сквозной канал, расположенный по диаметру излучателя, 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.

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

- корпус устройства;

- вихревую камеру со входом АДК-г;

- патрубок подачи ПДК-ж;

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

- устройство имеет ОЗ-УЗ-ДК.

Отличительными от прототипа существенными признаками заявляемого устройства являются следующие признаки:

- 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;

- отражатель АДК-г укреплен на верхней части корпуса;

- наружная поверхность отражателя выполнена в виде квадратных в плане эквидистантных проточек пилообразного профиля;

- вихревая камера имеет кольцеобразное выходное отверстие;

- в выходном отверстии вихревой камеры укреплена направляющая трубка АДК-г;

- кольцеобразное выходное отверстие образовано внутренней поверхностью направляющей трубки АДК-г и наружной цилиндрической поверхностью патрубка подачи ПДК-ж.

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

- ОЗ-УЗ-ДК образована за счет ультразвукового истечения АДК-г между отражателем воздушного потока и АУЗИ;

- 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.

Между существенными признаками заявляемой полезной модели и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.

Действительно, достижение указаного технического результата - упрощения конструкции устройства и повышения эффективности его работы - возможно только при осуществлении всех признаков, указанных в формуле полезной модели.

Например, выполнение корпуса в виде вихревой камеры и тангенциальный ввод АДК-г позволяет повысить энергетику процесса создания ОЗ-УЗ-ДК.

ОЗ-УЗ-ДК расположена снаружи вихревой камеры, поэтому ее объем не зависит от размеров вихревой камеры, в результате зона диспергирования компонентов - АДК-г и ПДК-ж - также находится вне вихревой камеры, что исключает функциональную зависимость производительности устройства от размера вихревой камеры, как это наблюдается в прототипе.

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.

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 полезная модель соответствует условию патентоспособности по критерию «новизна».

Кроме того, полезная модель промышленно применима, 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 заявляемой полезной модели подтверждается нижеприведенным описанием ее практической реализации и иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 изображен разрез заявляемого устройтва.

Ультразвуковой диспергатор включает корпус устройства 1, выполненный в виде вихревой камеры 2.

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 корпуса 1.

Свободный конец 5 патрубка 4 расположен снаружи вихревой камеры.

На свободном конце 5 патрубка 4 укреплен акустический ультразвуковой излучатель 6 (далее - АУЗИ).

Сверху вихревой камеры 2 расположен отражатель 7 АДК-г, который является крышкой вихревой камеры 2.

Наружная поверхность 8 отражателя АДК-г 7 выполнена в виде квадратных в плане эквидистантных проточек пилообразного профиля.

В выходном отверстии 9 вихревой камеры 2 расположена направляющая трубка 10 для выхода АДК-г.

Вихревая камера 2 имеет кольцеобразное выходное отверстие 11, образованное внутренней поверхностью направляющей трубки 10 АДК-г и наружной цилиндрической поверхностью патрубка 4 подачи ПДК-ж.

АУЗИ 6 выполнен в виде насадки с конической 12 и цилиндрической 13 частями и с центральным сквозным отверстием 14.

В цилиндрической части 13 АУЗИ 6 выполнен, по меньшей мере, один сквозной канал 15, расположенный по диаметру АУЗИ 6.

На конической части 12 АУЗИ 6 расположена кольцевая проточка 16 пилообразного профиля.

Сверху центрального сквозного отверстия 14 АУЗИ 6 расположен регулятор расхода ПДК-ж, выполненный в виде винта 17 с коническим окончанием резьбовой части 18.

Объемная зона 19 ультразвукового диспергирования компонентов (далее - ОЗ-УЗ-ДК) образована за счет возбуждения устойчивых ультразвуковых колебаний АДК-г между АУЗИ 6 и отражателем 7 АДК-г.

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 переходит с большего диаметра (равного внутреннему диаметру вихревой камеры 2) на значительно меньший диаметр (равный среднему диаметру кольцеобразного выходного отверстия 11), что приводит согласно закона Бернулли к значительному увеличению скорости потока АДК-г и уменьшению давления потока АДК-г в кольцеобразном выходном отверстии 11 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 11 и попадает в ОЗ-УЗ-ДК 18, в которой происходит генерирование ультразвуковых колебаний АДК-г между конической частью 12 АУЗИ и отражателем 7 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 11 приводит к эжекции ПДК-ж из центрального сквозного отверстия 14 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 17, 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 настоящей полезной модели - разработка нового ультразвукового диспергатора с.внешней зоной диспергирования компонентов - выполнена с достижением технического результата - упрощения конструкции устройства и повышения эффективности его работы.

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), отличающийся тем, что 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.

2. Ультразвуковой диспергатор по п.1, отличающийся тем, что ОЗ-УЗ-ДК образована за счет ультразвуковых колебаний АДК-г между отражателем АДК-г и АУЗИ.

3. 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.