扩散器/乳化器制造技术

一种扩散器／乳化器（１０），提供了将一个或多个注入材料扩散到一个主体材料中去的能力。一个转子（１２）和一个定子（３０）相对转动。注入材料被吸入通过在转子和定子上的通孔（２２）。当主体材料流过位于转子（１２）和定子（３０）之间的一个区域时，这些通孔（２２）还引起在主体材料中的紊流。当对齐的通孔（２２）相通时出现激振，产生的能量使注入材料在主体材料中在特别高的程度上混合。在转子和定子中的通孔型式可以被设计成在单一频率或多个频率下工作。工作频率可能影响注入材料和主体材料之间的结合，也可能在分解复杂分子结构方面具有效果。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及一种扩散器，尤其是将一种气体或液体扩散或 乳化到一种材料中的方法和设备。技术背景在许多用途中，需要将一种材料-气体或液体-扩散或乳化到一个 第二材料中。乳化是扩散过程的一个子过程，其中一种液体的小液滴 悬浮在第二液体之中，第一液体不与第二液体混合，例如油混在醋中。 扩散过程的一个重要用途是在废水处理方面。许多城市向废水供氧， 将其当作处理过程的一部分，以促使有机物的生物降解。有机物的生 物分解率主要取决于废水中氧的数量，因为氧对靠维持食用有机物的 微生物的生命是必须的。另外，氧能够去除一些化合物例如氧化铁、 氧化镁和二氧化碳。有几种向水供氧的方法，第一，用涡轮机供氧系统将空气释放到 一个叶轮的转动叶片附近，叶轮将空气或者氧气与水混合。笫二，将 水喷到空气中以增加氧的含量。第三，用AQUATEX提出的一个系统 将空气或者氧气注入到水中，并使7JC/气体经过一个大规模的旋涡。对 AQUATEX装置的试验已经显示，在理想条件下可增加到200%的溶 解氧(大约20ppm(百万分之一))，而在水中氧天然存在的浓度是最多约 10ppm，这被认为是100%溶解氧的浓度。因此，AQUATEX装置将 水中氧浓度提高了一倍。在回到100%溶解氧的浓度之前，增加的氧 浓度仅持续几分钟。氧的浓度越大，以及增加的氧浓度的持续时间越长，在废水处理 上就能够提供显著的有益效果。重要的是，有机物分解效率将增加，生物矫正需要的时间数将减少，因而改善了废水处理设施的能力。因此，出现了对一种扩散器的需要，它能够将高浓度的一个或多 个材料扩散到另 一个材料中去。 专利技术内容本专利技术的扩散器包括 一个第一部件，具有包含表面干扰的一个 表面；以及一个第二部件，其位置相对于第一扩散部件形成一个第一 材料和第二材料可以流过的通道。为了将第二材料扩散到第一材料中 去，相对于表面干扰驱动第一材料，使得在第一材料中形成气泡。与现有技术相比，本专利技术提供了许多明显的有益效果。第一，该 装置产生的微气泡使扩散出现在分子水平上，所以增加了将由主体材 料保持的注入材料的数量，并延长了持续扩散。第二，微气泡和冲击 波可以通过比较筒单的机械装置产生。第三，由该装置产生的沖击波 的频率或多个频率可以用于许多用途，或者分解复杂结构或者帮助合 成结构。第四，气泡和冲击波可以在整个材料内均匀产生以便持续扩 散。附图说明为了更完整地理解本专利技术，下面结合附图对本专利技术的具体实施方 式作进一步详细的描述。其中，图1、la为一个扩散器的一个实施例的局部剖视图和局部流程图； 图2a、 2b、 2c为该扩散器内部的扩散过程； 图3为该扩散器的转子和定子的分解视图； 图4为该定子的一个实施例图5a为本专利技术的第二个实施例的转子-定子组件的剖面图； 图5b为本专利技术的第二个实施例的转子的顶视图； 图6为本专利技术的第三个实施例的剖面图； 图7a到7h为产生扩散的多个可选实施例； 图8a、 8b为本专利技术的另一个可选实施例。具体实施方式结合附图1-8，本专利技术可以得到最好的理解，各图中同样的部件使用同样的标号。图1、la示出了第一个实施例的一个装置10的一个局部流程图和 局部剖视图，它能将一个或者两个气体或者液体材料(下面称之为"注 入材料")扩散或者乳化到另一个气体或者液体材料(下面称之为"主 体材料")中。主体材料可以是正常状态下的固体材料，它在扩散/乳 化过程中被加热或者处理成一种液体或者气体的状态。一个转子12包括一个一般两头封闭的空心圆柱体。轴14和进口 16连接到转子12的端部。第一注入材料可以通过进口 16进入到转子 12的内部。轴14连接到一个马达18上，马达以要求的速度转动转子。 转子12具有多个制在其上的通孔22,在图la中以更大的详细视图示 出出了该通孔。在优选的实施例中，每个通孔22具有一个窄的小孔 24和一个大一些的开孔26。开孔26的侧壁28可以采用各种形状，包 括直线形(如图4所示)、折弯形(如图l所示)或者曲线形。定子30包围转子12,在转子和定子之间留下了一个通道32,主 体材料可以流过该通道。定子30还包括开在其圆周上的许多通孔22。 外壳34包围定子30,进口 36使第二注入材料通到位于定子30和外 壳34之间的一个区域35。主体材料通过进口 37进入到通道32。在轴 14、 16和外壳34之间形成密封38。出口 40将主体材料从通道32通 过泵42，主体材料通过泵的出口 44排出。该泵也可以由马达18驱动 或者由 一个辅助动力源驱动。在运行时，扩散器通过进口 37接受主体材料。在优选的实施例中， 泵42吸进泵吸入侧的主体材料以使得主体材料通过处在低压下的通 道。通过通孔22，第一和第二注入材料被引入到主体材料上。在注入 材料的来源处可以将其加压以防止主体材料通过通孔22。图1中所示的实施例中已经为扩散材料将进口分成进口 16和36。 这种布置使得两种不同的注入材料被引入到主体材料中。也可以选择 将一种注入材料引入到两个进口中。在试验中，图1中所示的实施例已经表明了进入主体材料中的注 入材料的高水平扩散。用氧作为注入材料、用水作为主体材料的试验，已经达到了在水中400%溶解氧的水平，并且增加的氧的水平可持续 数日。高效和持续的扩散的原因被认为是由于有微气泡，下面结合图 2a-2c来描述微气泡。当一个材料流过一个光滑表面时，相当于建立了一个层流，该层 流的薄的边界层是静止的或者流动得很慢，因为在流动的流体和静止 表面之间有表面张力。然而，通孔22破坏了这个层流，并使得该材料 被压缩和减压。如果在减压过程中的压力足够低，在该材料中将形成 气泡(气孔泡)。气孔泡形成一种旋转流动方式46，如同一个龙巻风， 因为局部区域的低压使主体材料和注入材料被吸入，如图2a所示。当 气孔泡爆炸时，出现了特别高的压力。当两个对齐的通孔互相相通时， 出现激振(冲击波)，产生很大的能量。与气泡和激振有关的能量使注 入材料和主体材料在特别高的程度上混合，也许在分子水平上。转子12的切线速率和每圏相遇的通孔数量决定了装置工作的频 率。已经发现，在超声波频率下工作在许多用途中具备有益效果。人 们相信，该装置工作在超声波的频段下，提供了最大的激振冲击能， 来改变流体分子的结合角，这就使得流体能够输送增加的、 一般情况 下不能保持的注入材料。扩散器工作的频率显然影响了扩散的水平， 导致了注入材料在主体材料中持续更长时间。在一些用途中，例如在水净化的情况下可能希望一个特定的频率 或者多个频率来分解某种复杂分子。在这一用途下，可以用多个激振 频率来将复杂结构，例如挥发性有机化合物(VOC， volatile organic compounds),打破成小的子结构。臭氧可以被用作注入材料的一种， 以高效氧化这种子结构。装置IO可以用来实现其它的声化学用途。通常，声化学用超声波 来帮助化学反应。 一般用压电装置或者其它电声装置来产生超声波。 与电声转换装置相关联的一个问题是不能在整个材料中提供均匀的声 波；或者说，期望的气泡被局限在装置自身周围。本专利技术采用简单的 机械装置使得超声波在整个材料中产生。图3示出了该扩散器的转子12和定子30的分解视图，在一个转 动速度下可以获得多个频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以一种第二材料扩散一种第一材料的方法，包括以下步骤：　　　　使一种第一材料从第一进口基本上不间断地流动通过一个通道，该通道形成在第一和第二部件的相应的第一侧之间；　　　　在所述第一材料中生成多个涡流，所述涡流是由所述第一材料在形成于所述第一和第二部件的相应的第一侧中的至少一个上的表面干扰上流动而造成的；　　　　将一种第二材料从在所述第一部件和所述第二部件中的至少一个上的第二进口引入到在所述第一材料中的所述多个涡流中，所述多个涡流使所述第二材料在所述第一材料中扩散；　　　　按照预定的图形分布在所述第一和第二部件的相应的第一侧中的至少一个上形成的所述表面干扰。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：诺曼L伍坦，安东尼B伍德，
申请(专利权)人：利发利希奥公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]