Номер патента: 14490

Опубликовано: 30.12.2010

Авторы: Овесен Мортен, Хальберг Курт

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Турбулизатор, содержащий

входную часть (1), образующую по меньшей мере один спиралеобразный конический канал (102а, 102b), который формирует вихрь (5) текучей среды; и

вихревую камеру (4а, 4b), находящуюся в сообщении по текучей среде с входной частью, причем ее продольное внутреннее сечение имеет воронкообразную форму (4а) или овальную форму (4b) и образует на ее конце выходное отверстие (410) для текучей среды.

2. Турбулизатор по п.1, дополнительно содержащий приспособление (105), соединяющее входную часть с вихревой камерой.

3. Турбулизатор по п.1, в котором входная часть включает в себя вихревую симметричную полость (101) с криволинейной формой (108).

4. Турбулизатор по п.1, в котором канал имеет серпообразное поперечное сечение.

5. Турбулизатор по п.1, в котором продольное внутреннее сечение вихревой камеры (4а) воронкообразной формы задано функцией f(x)=k×xy, при этом х берется по длине, у составляет больше или равно -1,1 и меньше или равно -1,0 и k является константой, большей или равной 8500 и меньшей или равной 9000.

6. Турбулизатор по п.1, в котором продольное внутреннее сечение вихревой камеры (4b) овальной формы задано функцией f(x)=k1×x2+k×y2-C, при этом х берется по длине, у берется перпендикулярно к длине и С, k1и k2 являются константами, где С составляет больше или равно 18 и меньше или равно 21, и если х меньше или равен нулю, то k1 будет больше или равно 0,003 и k2 будет больше или равно 0,005, и если х будет больше 0, то k1 будет больше или равно 0,002 и k2 будет больше или равно 0,005.

7. Турбулизатор по п.1, дополнительно содержащий вихревой концентратор (2), соединенный с входной частью.

8. Турбулизатор по п.7, в котором входная часть (1) содержит центральный канал (104).

9. Турбулизатор по п.8, дополнительно содержащий диск (106) с каналами, расположенный между центральным каналом (104) и внутренней частью вихревого концентратора, при этом указанный диск (106) с каналами имеет по меньшей мере один наклонный канал для направления текучей среды от центрального канала (104) во внутреннюю часть вихревого концентратора.

10. Турбулизатор по п.3, в котором текучая среда образует вращающуюся тороидальную структуру в вихревой симметричной полости.

11. Турбулизатор по п.1, в котором внутренняя поверхность вихревой камеры замедляет текучую среду в вихревой камере, тем самым определяя внешнюю поверхность вихря (5) в вихревой камере.

12. Турбулизатор по п.1, в котором выходное отверстие текучей среды имеет контур закрученного спиралеобразного потока.

13. Турбулизатор по п.1, который работает при давлении текучей среды немного выше 0 бар сверх атмосферного давления.

14. Турбулизатор по п.1, в котором частицы в текучей среде собираются в центре вихря (5) текучей среды в вихревой камере, посредством чего частицы отводятся.

15. Турбулизатор по п.1, в котором вихревая камера имеет овальную форму (4b) и текучая среда распыляется из входного отверстия.

16. Турбулизатор по п.1, в котором вихревая камера имеет воронкообразную форму (4а) и текучая среда образует струю на выходном отверстии.

17. Турбулизатор по п.1, дополнительно содержащий внешний резервуар (3), окружающий вихревую камеру по ее боковой поверхности.

18. Турбулизатор по п.1, в котором диаметр вихревой камеры вблизи входной части больше, чем вблизи выходного отверстия.

19. Турбулизатор по п.1, в котором входная часть (1) содержит центральный канал (104).

20. Турбулизатор по п.19, дополнительно содержащий диск (106) с каналами, расположенный между центральным каналом (104) и внутренней частью вихревой камеры, при этом указанный диск (106) с каналами имеет по меньшей мере один наклонный канал для направления текучей среды от центрального канала (104) во внутреннюю часть вихревой камеры.

21. Способ работы турбулизатора, имеющего входную часть (1) и вихревую камеру (4а, 4b), находящуюся в сообщении по текучей среде с входной частью, при этом согласно способу

подают текучую среду во входную часть, при этом входная часть образует по меньшей мере один спиралеобразный конический канал (102а), который формирует вихрь (5) текучей среды;

направляют текучую среду от входной части в вихревую камеру, при этом продольное внутреннее сечение вихревой камеры имеет воронкообразную форму (4а) или овальную форму (4b) и задает на ее конце проходное отверстие (410) для текучей среды;

при этом в вихревой камере текучую среду подвергают по меньшей мере одному из процессов смешивания, разделения или изменения давления с помощью вихря (5).

22. Способ по п.21, при котором текучая среда представляет собой одно из газа, жидкости или смеси газа и жидкости.

23. Способ по п.21, при котором смешивание включает в себя по меньшей мере одно из добавление газа, жидкости или твердого вещества в текучую среду.

24. Способ по п.23, при котором газ представляет собой одно из воздуха, кислорода или озона.

25. Способ по п.23, при котором твердое вещество представляет собой порошок.

26. Способ по п.21, при котором текучая среда представляет собой смесь жидкости и газа и отделение включает в себя дегазирование жидкости.

27. Способ по п.26, при котором дегазирование представляет собой удаление воздуха из жидкости.

28. Способ по п.21, при котором текучая среда представляет собой воду, содержащую частицы, и отделение включает в себя

собирание, по меньшей мере, некоторого количества частиц в центре вихря (5) в вихревой камере и

вывод собранных частиц из вихревой камеры.

29. Способ по п.21, при котором текучая среда включает в себя растворенные вещества и отделение включает в себя выведение по меньшей мере части растворенных веществ из жидкости.

30. Способ по п.29, при котором растворенные вещества представляют собой ионы.

31. Способ по п.21, при котором текучая среда представляет собой воду, содержащую карбонат кальция, и отделение включает в себя уменьшение количества карбоната кальция в воде.

32. Способ по п.21, при котором отделение включает в себя очистку воды.

33. Способ по п.21, при котором текучая среда представляет собой жидкость, давление в центре вихря (5) в вихревой камере снижается и перепады давления между центом вихря (5) и другими частями вихря являются достаточными для истребления микроорганизмов, присутствующих в текучей среде.

Рисунок 1


Текст

Смотреть все

Турбулизатор, предназначенный для приведения среды в регулируемое вихревое движение, с полой входной частью (1) для направления среды в турбулизатор. Входная часть состоит из вихревой симметричной полости (101) с криволинейной формой (108). Более того, вихревая камера(4 а; 4b), внутри которой создается вихревое движение, присоединена к входной части. Входная часть (1) содержит по меньшей мере один спиралеобразный конический канал для направления среды от вихревой симметричной полости в вихревую камеру. Вихревая камера имеет либо воронкообразную форму (4 а), либо овальную форму (4b). 014490 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к турбулизатору, предназначенному для приведения среды в регулируемое вихревое движение. Турбулизатор имеет входную часть для направления среды в турбулизатор, и эта входная часть содержит вихревую симметричную полость с криволинейной формой, и, более того, турбулизатор содержит присоединенную к входной части вихревую камеру, внутри которой создается вихревое движение. Изобретение также относится к способу очистки воды. Предшествующий уровень техники Уже известная технология использования турбулизаторов с целью приведения среды в вихревое движение достигается несколькими различными способами. Наиболее известный заключается в том, что среда вынуждается двигаться внутри вихревой камеры посредством использования направляющих элементов, которые оказывают давление. Проблема этого подхода заключается в том, что как только направляющий элемент подходит к концу, давление также исчезает. Другой известный способ представляет собой тангенциальное вдувание среды в вихревую камеру в виде однородной массы с высоким давлением и сильным потоком. Этот способ формирует вращение среды, которое аналогично вращению твердого тела, и, в конечном счете, приводит к турбулентности. Еще один способ представляет собой использование некоего диска, который вращается с высокой скоростью и таким образом с его помощью проталкивается среда. Это приводит к высокому давлению на периферии, что вызывает быстрый переход структурированной воронки в турбулентность. Таким образом, в определенных случаях возникают трудности, когда является важным поддерживать текучую среду в регулируемом вихревом движении. Что касается, например, гидроциклонов и камер сгорания реактивных двигателей, то в них применяется технология вдувания среды в камеру тангенциально в виде однородной массы, но одна из проблем этого способа заключается в том, что в этом случае,поток прерывается, приводя к турбулентности. В гидроциклоне это служит препятствием для эффекта центрифугирования и вызывает затягивание частиц в принимаемый поток. В реактивных двигателях это вызывает получение смеси топлива и воздуха более низкого качества, что приводит к уменьшению эффективности. Это также приводит к тому, что процессу требуется больше энергии и к большему использованию сырья, чем, если бы являлось возможным регулирование вихревого движения. Использование направляющих элементов для направления потока является недостаточно эффективным, так как эффект направления пропадает, как только направляющий элемент подходит к концу. Другая проблема заключается в том, что когда текучая среда вдувается или вынуждена двигаться в вихревую камеру в однородном и более или менее ламинарном потоке, воронка не образует структуру спирального потока, но в этом случае также начнет вращаться таким же образом, что и твердое тело, с тем, чтобы в конечном счете перейти в турбулентный поток. Пример известного турбулизатора, назначение которого заключается в очистке пригодных для питья жидкостей, описан в DE-U-20 218 674. Другой турбулизатор, называемый турбулизатор Мартина, является доступным для приобретения на рынке под торговой маркой Wirbelwasser (www.wirbelwasser.de). Вода в этом турбулизаторе движется в некоторой степени аналогично твердому телу. Краткое изложение сущности изобретения Целью настоящего изобретения является обеспечение турбулизатора, который в разных видах применения предоставляет лучшее решение группы проблем, упомянутых выше, таким образом, что текучая среда направляется в регулируемое вихревое движение. Эта цель достигается с помощью типа турбулизатора, описанного в начале этого документа, которому заданы характеристики, определенные в п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления заключены в пп.2-11 формулы изобретения. Цель также достигается для конкретной области применения изобретения, используя способ, описанный в п.12 формулы изобретения. Турбулизатор в соответствии с конструкцией изобретения имеет входную часть, которая содержит по меньшей мере один спиралеобразный конический канал для направления среды от вихревой симметричной полости к вихревой камере. Вихревая камера имеет либо воронкообразную форму, либо овальную форму и сконструирована таким образом, что продольное сечение внутренней части вихревой камеры воронкообразной формы задано функцией f(x)=kxy, где последующее варьирование параметров означает определение площади воронкообразного продольного сечения вихревой камеры: 8500k9000, 1,1 у-1,0, при этом функция задана между начальным значением х 0 и х 0+250 единиц длины, и где х 0 изменяется в пределах: 70 х 0170, и овальная форма внутренней части вихревой камеры задается функцией f(x)=k1x2+k2y2-C, где последующее варьирование параметров означает определение площади овального продольного сечения вихревой камеры: 18 С 21, если х 0, то k10,003 и k20,005, и если х 0,то k1 0,002 и k20,005. Внутри конструкции изобретения среда получает побуждение к самообразованию аналогично воронке, которая образуется при сливании ванны, и внутреннее вихревое движение поддерживается посредством эффекта замедления, вызываемого поверхностью внешнего резервуара. Посредством задания побуждения текучей среде, таким образом, долговременная и хорошо сформированная воронка может-1 014490 образоваться, поддерживаться и сохраняться на длительный период времени после получения начального побуждения. Турбулизатор в соответствии с конструкцией изобретения способен образовывать хорошо сформированную воронку при значительно более низком давлении и потоке, чем это могло бы быть достигнуто с помощью уже известной технологии. Он также обеспечивает получение эффективного смешивания жидкостей и газов, что приводит к тому, что различные процессы становятся более экономически эффективными, так как они требуют меньше энергии и меньшего использования сырья. Более того, благодаря тому, каким образом сконструирован турбулизатор, в центре воронки создается пониженное давление, работающее в качестве вакуумного насоса, которое, например, может быть использовано для отделения газов или частиц. Среда предпочтительно должна быть жидкой или газообразной. В соответствии с вариантом осуществления изобретения турбулизатор, кроме того, состоит из вихревого концентратора, который присоединен к входной части, и этот вихревой концентратор располагается таким образом, что по его внешней поверхности он окружается потоком среды, направляемым от спиралеобразного конического канала входной части в вихревую камеру. Эта внешняя поверхность вихревого концентратора предназначена для замедления потока так, что рядом с ним может создаваться пониженное давление. Вихревой концентратор дополнительно увеличивает устойчивость образованной воронки. В соответствии с вариантом осуществления входная часть имеет скошенную кромку для присоединения вихревого концентратора. Это означает простоту присоединения вихревого концентратора. Входная часть вихревого концентратора может включать в себя центральный канал для направления вторичного потока среды от вихревой симметричной полости входной части внутрь вихревого концентратора. В этом случае вихревой концентратор также имеет выходную часть для направления вторичного потока от внутренней части вихревого концентратора к вихревой камере и диск с каналами, расположенный между центральным каналом и внутренней частью вихревого концентратора, и этот диск с каналами имеет по меньшей мере один наклонный канал для направления вторичного потока от центрального канала во внутреннюю часть вихревого концентратора. При использовании этой конструкции воронка может быть образована внутри вихревого концентратора, и, когда эта вторичная воронка выходит из вихревого концентратора, она благодаря более высокому давлению, которое существует внутри вихревого концентратора, по сравнению с тем, которое в вихревой камере, ускорится и выйдет в вихревую камеру с высокой скоростью и вращением. Как следствие основная воронка будет дальше сосредотачиваться в вихревой камере. Внутренняя часть вихревого концентратора предпочтительно содержит вихревую симметричную полость. Благодаря этому образование воронок внутри вихревого концентратора усиливается. В соответствии с вариантом осуществления изобретения сопло по меньшей мере с одним вихревым каналом располагается внутри вихревого концентратора, в противоположном направлении от выходного канала вихревого концентратора. С помощью сопла сосредотачивается воронка, образующаяся внутри вихревого концентратора. Входная часть турбулизатора предпочтительно содержит по меньшей мере одно крыло, выступающее внутри входной части. Благодаря существованию этого дополнения среда, которая направляется в входную часть, получает побуждение, ускоряющее образование воронки. Крыло предпочтительно должно располагаться в верхнем потоке вихревой симметричной полости входной части. Тем самым среда получает начальное побуждение, таким образом, что вихревое движение образуется еще до того, как среда достигнет полости входной части. На одной из своих поверхностей, повернутых к внутренней части вихревой камеры, входная часть может иметь закругленную впадину. Эта впадина составляет часть внутренней формы вихревой камеры и оказывает влияние на дальнейшую устойчивость воронки. Турбулизатор изобретения преимущественно предусмотрен для очистки воды посредством собирания загрязнений в центре воронки. В соответствии со способом очистки воды загрязненная вода направляется в турбулизатор, который сконструирован в соответствии с конструкцией изобретения. Загрязнения эффективно собираются в центре воронки и могут быть выведены, в то время как очищенная вода может проходить, касаясь внешней части загрязнений. Описание чертежейНа чертежах на фиг. 1 и 2 показано продольное сечение всей конструкции с двумя различными формами вихревой камеры и как образуются и структурируются различные воронки, а также как входная часть, вихревой концентратор и внешний резервуар собраны относительно друг друга. На фиг. 3 показано подробное изображение входной части снизу с выходным отверстием для каналов спиралеобразной и конической формы, а также диска с каналами, который вызывает вращение вторичного потока, который центрально проходит через него. На фиг. 4 показано продольное сечение входной части с создающими побуждение крыльями, вихревой симметричной полости с криволинейной формой и каналами для различных вторичных потоков. На фиг. 5 показана входная часть снизу и как различные вторичные потоки тангенциально выходят-2 014490 в вихревую камеру. На фиг. 6 снова показано продольное сечение входной части, но в этот раз как и где образуются различные микроворонки, а также как они образуются внутри вихревой симметричной полости и как они впоследствии переходят в спиралеобразные каналы через входные отверстия этих каналов. На фиг. 7 показано подробное изображение вихревого концентратора, а также как различные воронки формируются и образуются вокруг и внутри вихревого концентратора. Описание предпочтительных вариантов осуществления Более подробные характеристики и преимущества изобретения станут очевидными благодаря нижеследующему подробному описанию. Изобретение заключается в новом типе турбулизатора, показанного на фиг. 1 и 2, назначение которого заключается в приведении текучей среды в регулируемое вихревое движение либо в воронкообразной вихревой камере 4 а, либо в овальной вихревой камере 4b. Среде придается первоначальное вращение, при этом одновременно более тонкая конструкция воронки уже обеспечена в самой [1] входной части. Направляемая некоторым образом, подробно описанным ниже, она приводится во вращение вокруг оси основной воронки 5, при этом она одновременно вращается вокруг оси своего собственного потока в сложном движении. Непрерывное движение в воронке поддерживается посредством эффекта замедления от внешней стенки вихревой камеры 4 (а и b). Можно сказать, что текучая среда подвергается процессу, который начинается с придания ей побуждения к самообразованию. Среда, проходящая через отверстие входной части 1, приводится в первоначальное вращение посредством крыльев 103, которые на своей стороне давления вынуждают среду начать вращение. Благодаря относительно низкому давлению на стороне пониженного давления крыльев,некоторая часть среды затягивается в очень маленькие микроворонки, которые составляют более тонкую конструкцию воронки. Эти микроворонки частично сами объединяются друг с другом в скопления вихревых потоков, которые составляют центральную часть наибольших воронок, которые образуются в каналах 102 (а и b). Когда вращающаяся среда со скоплениями вихревых потоков 109 движется в вихревую симметричную полость 101, то она вынуждена двигаться на периферийную поверхность криволинейной формы 108. Вращающаяся среда выпрямляется у криволинейной внешней поверхности полости 101 и затем закручивается, когда кривая снова устремляется вверх, после чего вращающаяся тороидальная структура со скоплениями вихревых потоков образуется внутри вихревой симметричной полости. Так как среда проталкивается во входную часть 1 с определенной величиной избыточного давления, внешняя часть тороидальной структуры вынуждена двигаться в некотором количестве каналов 102 (а и b), входная часть которых 102 а размещена на поверхности вихревой симметричной полости. Эти каналы 102 (а и b) имеют коническую и спиралеобразную форму и тангенциально входят в вихревую камеру 4 (а и b). Коническая форма каналов 102 (а и b) приводит к тому, что площадь поверхности выходной части каналов 102b меньше, чем ее входная часть 102 а. Вращающаяся среда, которая вынуждена двигаться в каналах,образует более крупные воронки, которые частично образованы поверхностью овальной формы, вогнутой с одной стороны, и частично посредством микроворонок, которые составляют центральную часть этой воронки. Поверхность овальной формой, вогнутая с одной стороны каналов 102 (а и b), поддерживает воронки внутри и способствует их сосредоточению. Так как каналы имеют коническую форму, воронки приводятся во вращение с увеличивающейся скоростью, в связи с тем, что уменьшается величина радиуса. Так как каналы имеют спиралеобразную форму и ось их потока расположена тангенциально,среда проталкивается в вихревую камеру 4 (а и b) в этом направлении 110. Другие вторичные потоки проталкиваются в вихревую камеру 4 (а и b), которая образована внутренней поверхностью внешнего резервуара 3, внешней частью вихревого концентратора 2 и частью нижней поверхности входной части 1, которая не закрыта вихревым концентратором 2. Среда, истекающая из спиралеобразных каналов 102 (а и b) входной части, перемещается тангенциально в направлении 110 и начинает вращаться непосредственно под имеющим изогнутую форму приспособлением 105 входной части в вихревой камере. Среда затем вынуждается двигаться вниз и в этом месте будет вращаться вокруг вихревого концентратора 2. Среда будет подвержена эффекту флотации, когда она вращается вокруг внешней поверхности вихревого концентратора 2. Результатом этого является то, что среда будет притягиваться к поверхности посредством работы поверхности в качестве своего рода замедлителя, который создает пониженное давление непосредственно у поверхности и образует воронку в трехмерном движении вниз по направлению к концу вихревого концентратора. Таким же образом пониженное давление создается рядом с внешней поверхностью вихревой камеры 4 (а и b), но так как воронка с самого начала имеет большее движение вокруг вихревого концентратора 2, это пониженное давление не оказывает такого сильного воздействия на основную воронку 5. Результатом этого является образование воронки вокруг вихревого концентратора и пониженное давление,которое образуется, когда среда колеблется вокруг вихревого концентратора, затягивающего среду с периферии по направлению к поверхности вихревого концентратора. Вторичный поток среды проходит в вихревом концентраторе 2 по прямому каналу 104 и проталкивается в вихревой концентратор через сопло, состоящее из диска 106 с наклонными каналами, которые направляют вторичный поток вверх равными меньшими потоками, которые, в свою очередь, проталки-3 014490 ваются тангенциально внутрь во внутренней части вихревого концентратора 2. Внутренняя часть выполнена с формой, такой же, что и у наружной части и, таким образом, образует вихревую симметричную полость 201. По мере того как потоки среды проталкиваются на стенки, они начинают вращаться и образуется воронка. Когда воронка достигает конца внутренней части вихревого концентратора, она может переместиться в вихревую камеру 4 а или 4b через выходное отверстие 202. Так как давление выше внутри вихревой симметричной полости, чем в вихревой камере, воронка будет ускоряться в вихревом концентраторе и выходить через конец с высокой скоростью и вращением. Воронка, исходящая из конца вихревого концентратора 2, состоит из одной или более вторичных воронок, скручивающихся друг с другом подобно веревкам в канате, когда они встречаются внутри выходного отверстия 202. Вторичные воронки образуются внутри сопла 203 внутри вихревого концентратора. Внутри сопла имеется по меньшей мере один вихревой канал 204, который захватывает и образует вторичные воронки. Сопло имеет коническую форму в месте, где каналы открываются для соседней воронки. Среда в воронке проталкивается в каналы и образует здесь небольшие воронки, которые вынуждаются двигаться по направлению к выходному отверстию посредством давления. Так как различные вторичные воронки встречаются внутри выходного отверстия, они сливаются в единую воронку. Эта часть воронки, благодаря ее более высокой скорости вращения и центральному потоку, будет создавать пониженное давление, которое еще больше будет сосредотачивать основную воронку. Центральная воронка 6, которая исходит из конца вихревого концентратора 2, составляет самую центральную часть в середине основной воронки 5, которая образуется, когда вторичные потоки собираются друг другом вокруг вихревого концентратора 2. Внутренняя часть вихревой камеры 4 (а и b) будет иметь некоторого рода эффект замедления на периферии среды, который снижает скорость периферийного потока. Этот внешний резервуар находится во взаимодействии со средой и имеет поверхность, которая обеспечивает неподвижный слой, образующий основу для этого вышеупомянутого эффекта замедления. Это приводит к формированию видимого спиралеобразного потока и к тому, что поддерживается непрерывное движение воронки. Продольное сечение внутренней части вихревой камеры 4 (а или b) может быть описано как воронкообразное или, в качестве альтернативы, как овальное, которое также составляет подходящую форму для регулирования ускорения воронки. Продольное сечение внутренней части вихревой камеры 401 воронкообразной формы 4 а задано функцией f(x)=kxy, где последующее варьирование параметров означает определение площади воронкообразного продольного сечения вихревой камеры: 8500k9000, -1,1 у-1,0. Функция задана между начальным значением х 0 и х 0+250 единиц длины и х 0 изменяется в пределах: 70 х 0170. В качестве альтернативы овальная форма 402 вихревой камеры 4b, заданная как функция f(x)=k1x2+k2y2-C, является подходящей для управления ускорением воронки в определенных применениях, где последующее варьирование параметров означает определение площади овального продольного сечения вихревой камеры: 18 С 21, если х 0, то k10,003 и [k1] 0,005, и если х 0, то k10,002 и k20,005. Так как радиус будет уменьшаться в направлении от входной части 1 к выходному отверстию 410, в соответствии с заданной функцией вихревой камеры воронкообразной или овальной формы, круговая частота воронки будет увеличиваться в соответствии с заданной формой с тех пор, как сохраняется момент. Эффект замедления от периферийной поверхности вихревой камеры по-прежнему будет проявляться, в результате чего контуры спиралеобразных потоков будут скручиваться друг с другом еще больше. Посредством задания формы в различных вариантах становится возможным регулировать ускорение круговой частоты воронки, таким образом, что поддерживается первоначальное значение окружной скорости. Влияние формы вихревой камеры 4 а или 4b и эффект замедления от периферийной поверхности приведут к тому, что воронка будет увеличивать свою круговую частоту внутрь по направлению к центру воронки, что, в свою очередь, приводит к продольному движению контура потока благодаря вращению в плоскости к контуру потока с продолжительным вращением вдоль центральной оси. Давление внутри вихревой камеры выше, чем снаружи, именно поэтому среда испытывает воздействие давления таким образом, что центральная часть, которая не подвергается воздействию того же самого эффекта замедления, что и внутренняя поверхность, достигает более высокой осевой скорости. Воронка немного преобразуется, переходя от спиралеобразного вращения к вращению с более осевым направлением и с осевым потоком с высокой скоростью. Разница между воронкообразной формой и овальной заключается в том, что с воронкообразной формой достигается более высокая осевая скорость. Это имеет в результате то, что овальная форма является более подходящей для применений сопла, когда, например, среда подлежит распылению с соответствующим рисунком рассеивания. Воронкообразная форма является подходящей для применений, когда требуется высокая начальная скорость текучей среды, например в камерах сгорания реактивных двигателей или для применений в водометах. Посредством задания побуждения текучей среде способом, который описан выше, долговременная и хорошо структурированная воронка может образоваться и поддерживаться, при этом она будет сохра-4 014490 няться и дальше за пределами действия самого источника побуждения. Более того, воронка образуется при значительно более низком давлении и потоке и при одинаковом объеме вихревой камеры по сравнению с уже известной сопоставимой технологией. Одно преимущество применения настоящего изобретения заключается в том, что оно может работать при таких низких давлениях, как немного выше 0 бар, по сравнению с уже известной технологией, например гидроциклоны, которые начинают показывать результаты только при значительно более высоких давлениях. Среда, которая направляется в турбулизатор, может быть газообразной или жидкой, но она также может представлять собой смесь из жидкости и газа. Турбулизатор в соответствии с конструкцией изобретения может применяться в нескольких областях техники. Он особенно хорошо подходит для очистки воды в обоих случаях, когда он применяется для очистки сточных вод и для получения питьевой воды. При использовании турбулизатора частицы могут эффективно выводиться из воды. Частицы скапливаются в центре воронки и могут быть отфильтрованы. Очищенная вода может проходить, касаясь внешней части загрязнений. Эксперименты также показали,что растворенные вещества, например ионы железа, могут выводиться из воды. Так как пониженное давление создается в центре воронки, турбулизатор может быть использован для отделения, например, газов или частиц. Это свойство, например, может быть использовано для поддержания льда на катках. Вода, которая подлежит заливанию на лед, является дегазированной от воздушных пузырей посредством пониженного давления, изменяющего текучесть воды, что означает, что вода может быть использована при более низкой температуре. Несмотря на свою более низкую температуру, вода легко затекает в поры и трещины во льде. Это, в свою очередь, приводит к более быстрому и равномерному замерзанию льда, что означает, что льдогенератор используется в течение более короткого периода времени. Это экономит энергию и уменьшает расходы на техническое обслуживание и ремонт. Этот эффект дегазации также может быть использован при изготовлении снега, используя снежные пушки, а также при изготовлении технического льда. Более того, пониженное давление в центре воронки также может быть использовано для введения газов в текучую среду. Если имеется возможность подачи воздуха в воду и устройство используется в водоеме, происходит сильная аэрация воды, которая полезна для не только рыбы, но также для бактерий,которые разлагают питательные вещества в воде. Таким образом, становится возможным контролировать рост водорослей. Вода из водоема может быть очищена и насыщена кислородом до того, как вода вернется в водоем. Таким образом, может поддерживаться экологический баланс в водоеме. Пониженное давление в центре воронки также может использоваться более общим образом, для смешивания веществ. Например, порошок может добавляться и смешиваться с жидкостью, газ может добавляться и смешиваться с жидкостью или жидкость или газ могут добавляться и смешиваться с газом. В этом контексте одной областью применения является ирригация, где, например, удобрения могут смешиваться с водой до их использования. Как и при изготовлении льда, текучесть воды также может быть изменена таким образом, что вода становится более подходящей для ирригации гидрофобной почвы. Эффект дегазации также может использоваться при изготовлении бетона, так как очищенная вода лучше впитывается в бетон, тем самым придавая изготовляемому бетону повышенный срок службы. Турбулизатор также может применяться для истребления бактерий и других микроорганизмов. Пониженное давление в центре воронки оказывает бактерицидное воздействие, так как бактерии и другие организмы сначала подвергаются давлению, а затем пониженному давлению. Бактерии не в состоянии выдержать этот перепад давлений и, как следствие, погибают. Другое бактерицидное воздействие заключается в использовании пониженного давления в центре воронки для затягивания озона в турбулизатор из источника озона. В этом случае озон очень эффективно распределяется в воде, именно поэтому происходит быстрое истребление бактерий. Истребление микроорганизмов, например, применимо для обработки водного балласта на кораблях. Микроорганизмы обитают и размножаются в водном балласте и существует опасность того, что эти микроорганизмы распространятся, когда корабль сбросит водный балласт в воды, отличные от тех, в которых корабль был заполнен. Следовательно, желательно убивать микроорганизмы до сбрасывания воды. Турбулизатор также может применяться, например, для уменьшения известкового осадка в водопроводных трубах. Вода, которая прошла через турбулизатор, содержит меньшее количество карбоната кальция и большее количество арагонита. Арагонит меньше расположен к образованию известкового осадка, чем карбонат кальция. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Турбулизатор, содержащий входную часть (1), образующую по меньшей мере один спиралеобразный конический канал (102 а,102b), который формирует вихрь (5) текучей среды; и вихревую камеру (4 а, 4b), находящуюся в сообщении по текучей среде с входной частью, причем ее продольное внутреннее сечение имеет воронкообразную форму (4 а) или овальную форму (4b) и образует на ее конце выходное отверстие (410) для текучей среды.-5 014490 2. Турбулизатор по п.1, дополнительно содержащий приспособление (105), соединяющее входную часть с вихревой камерой. 3. Турбулизатор по п.1, в котором входная часть включает в себя вихревую симметричную полость(101) с криволинейной формой (108). 4. Турбулизатор по п.1, в котором канал имеет серпообразное поперечное сечение. 5. Турбулизатор по п.1, в котором продольное внутреннее сечение вихревой камеры (4 а) воронкообразной формы задано функцией f(x)=kxy, при этом х берется по длине, у составляет больше или равно-1,1 и меньше или равно -1,0 и k является константой, большей или равной 8500 и меньшей или равной 9000. 6. Турбулизатор по п.1, в котором продольное внутреннее сечение вихревой камеры (4b) овальной формы задано функцией f(x)=k1x2+k2y2-C, при этом х берется по длине, у берется перпендикулярно к длине и С, k1 и k2 являются константами, где С составляет больше или равно 18 и меньше или равно 21, и если х меньше или равен нулю, то k1 будет больше или равно 0,003 и k2 будет больше или равно 0,005, и если х будет больше 0, то k1 будет больше или равно 0,002 и k2 будет больше или равно 0,005. 7. Турбулизатор по п.1, дополнительно содержащий вихревой концентратор (2), соединенный с входной частью. 8. Турбулизатор по п.7, в котором входная часть (1) содержит центральный канал (104). 9. Турбулизатор по п.8, дополнительно содержащий диск (106) с каналами, расположенный между центральным каналом (104) и внутренней частью вихревого концентратора, при этом указанный диск(106) с каналами имеет по меньшей мере один наклонный канал для направления текучей среды от центрального канала (104) во внутреннюю часть вихревого концентратора. 10. Турбулизатор по п.3, в котором текучая среда образует вращающуюся тороидальную структуру в вихревой симметричной полости. 11. Турбулизатор по п.1, в котором внутренняя поверхность вихревой камеры замедляет текучую среду в вихревой камере, тем самым определяя внешнюю поверхность вихря (5) в вихревой камере. 12. Турбулизатор по п.1, в котором выходное отверстие текучей среды имеет контур закрученного спиралеобразного потока. 13. Турбулизатор по п.1, который работает при давлении текучей среды немного выше 0 бар сверх атмосферного давления. 14. Турбулизатор по п.1, в котором частицы в текучей среде собираются в центре вихря (5) текучей среды в вихревой камере, посредством чего частицы отводятся. 15. Турбулизатор по п.1, в котором вихревая камера имеет овальную форму (4b) и текучая среда распыляется из входного отверстия. 16. Турбулизатор по п.1, в котором вихревая камера имеет воронкообразную форму (4 а) и текучая среда образует струю на выходном отверстии. 17. Турбулизатор по п.1, дополнительно содержащий внешний резервуар (3), окружающий вихревую камеру по ее боковой поверхности. 18. Турбулизатор по п.1, в котором диаметр вихревой камеры вблизи входной части больше, чем вблизи выходного отверстия. 19. Турбулизатор по п.1, в котором входная часть (1) содержит центральный канал (104). 20. Турбулизатор по п.19, дополнительно содержащий диск (106) с каналами, расположенный между центральным каналом (104) и внутренней частью вихревой камеры, при этом указанный диск (106) с каналами имеет по меньшей мере один наклонный канал для направления текучей среды от центрального канала (104) во внутреннюю часть вихревой камеры. 21. Способ работы турбулизатора, имеющего входную часть (1) и вихревую камеру (4 а, 4b), находящуюся в сообщении по текучей среде с входной частью, при этом согласно способу подают текучую среду во входную часть, при этом входная часть образует по меньшей мере один спиралеобразный конический канал (102 а), который формирует вихрь (5) текучей среды; направляют текучую среду от входной части в вихревую камеру, при этом продольное внутреннее сечение вихревой камеры имеет воронкообразную форму (4 а) или овальную форму (4b) и задает на ее конце проходное отверстие (410) для текучей среды; при этом в вихревой камере текучую среду подвергают по меньшей мере одному из процессов смешивания, разделения или изменения давления с помощью вихря (5). 22. Способ по п.21, при котором текучая среда представляет собой одно из газа, жидкости или смеси газа и жидкости. 23. Способ по п.21, при котором смешивание включает в себя по меньшей мере одно из добавление газа, жидкости или твердого вещества в текучую среду. 24. Способ по п.23, при котором газ представляет собой одно из воздуха, кислорода или озона. 25. Способ по п.23, при котором твердое вещество представляет собой порошок. 26. Способ по п.21, при котором текучая среда представляет собой смесь жидкости и газа и отделение включает в себя дегазирование жидкости.-6 014490 27. Способ по п.26, при котором дегазирование представляет собой удаление воздуха из жидкости. 28. Способ по п.21, при котором текучая среда представляет собой воду, содержащую частицы, и отделение включает в себя собирание, по меньшей мере, некоторого количества частиц в центре вихря (5) в вихревой камере и вывод собранных частиц из вихревой камеры. 29. Способ по п.21, при котором текучая среда включает в себя растворенные вещества и отделение включает в себя выведение по меньшей мере части растворенных веществ из жидкости. 30. Способ по п.29, при котором растворенные вещества представляют собой ионы. 31. Способ по п.21, при котором текучая среда представляет собой воду, содержащую карбонат кальция, и отделение включает в себя уменьшение количества карбоната кальция в воде. 32. Способ по п.21, при котором отделение включает в себя очистку воды. 33. Способ по п.21, при котором текучая среда представляет собой жидкость, давление в центре вихря (5) в вихревой камере снижается и перепады давления между центом вихря (5) и другими частями вихря являются достаточными для истребления микроорганизмов, присутствующих в текучей среде.

МПК / Метки

МПК: C02F 1/00, F15D 1/00, B05B 1/34, F15C 1/16, B04C 3/00

Метки: турбулизатор

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/10-14490-turbulizator.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Турбулизатор</a>

Похожие патенты