CN1090527C - 液体喷射装置和液体喷射方法 - Google Patents

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Abstract

一种液体喷射装置和液体喷射方法，液体喷射装置具有以预定倾斜角固定在搅拌轴上的沟槽件，或具有装在搅拌轴上的沟槽件或管形件，使得其倾斜角的大小可调，液体喷射装置的沟槽件或管形件可绕搅拌轴转动，使得液体可从沟槽件或管形件的相应上部开口喷出。该喷出液体分布在桶的内周表面上和/或液面上方的空间内，由此可以冲洗桶的内表面、保持热传导面和促进桶中液体的蒸发。

Description

液体喷射装置和液体喷射方法
技术领域
本发明涉及液体喷射装置和使用这种液体喷射装置的液体喷射方法。本发明具体涉及将一个桶内的液体喷到液面上面的空间或喷向外周壁的液体喷射装置和液体喷射方法。
背景技术
在发酵和培养过程中，发酵液和培养液很容易发泡。由于在作业中进行的搅拌要产生相当量的泡沫，使得操作性常常受到损害。为了抑制这种泡沫和分散临时产生的泡沫，加入抗起泡剂例如硅酮。然而加入这种抗起泡剂不仅显著增加了成本，而且还具有对发酵和培养过程产生有害作用的危险，因为这些抗起泡剂本身对液体来说是外来物质(异物)。另外，抗起泡剂作为杂质与产品混合，因而使产品质量下降。还需要附加的时间来除去产品中的这些物质。另外，它们混合在废液中，妨碍废水的处理。因此加入抗起泡剂是一种不好的应当尽可能避免的方法。
一个问题是，由于微生物或固体原料或产物沉积在搅拌桶的壁的内周表面上而使得该壁变脏(污染)。这常常造成反应产率的降低或搅拌桶周壁的热传导系数的减小。在这种情况，实际上不可能采用冲洗搅拌桶壁的内周面的方法在不停止搅拌桶操作的情况下来除去搅拌桶内周面上的物质。
再一个问题是，当装置例如包套、螺旋管和多管加热装置分别装在搅拌桶四周壁的外周表面上和搅拌桶的内部，用作加热或冷却搅拌桶内部的液体时，常常发生这样的情况，即搅拌桶内的液体由于例如蒸发(汽化)而减少，使得搅拌桶内的液位降低，因而不能充分利用加热或冷却装置的热传导面积。
为增加和恢复减小的热传导面积，应用一种将新鲜液体输送到桶内的装置，使液面升高；还应用一种方法，该方法利用装在桶外边的一个泵将液体输送到桶壁内周面上，从而使留在桶内的液体循环。将新鲜液体输送到桶内的装置的缺点是，这将使桶中液体的成份发生突然改变，因而需要改变操作条件，同时也使产品的质量发生改变。后一种方法的缺点是，它需要用于循环存留液体的泵和管道系统，使得在操作之后，残剩的液体留在桶中以及管道系统中。
因此可以付诸实施的可以解决不能有效利用热传导面积的装置到现在还没有发现。
当需要蒸发搅拌桶中的液体时，已提出一种方法，该方法将加热装置装在液体中和/或将加热装置装在搅拌桶周壁的外边进行加热，以便在搅拌液体或不搅拌液体的同时使液面产生蒸发。这种方法的缺点是，由加热装置给予的在液面上部空间内的热量不能有效利用，而且液体的加热被局限于加热装置的接触面积，因而不能有效利用加热装置的热量，并降低了液体的蒸发速度。
本发明人已克服了常规搅拌法中的一些缺点，例如只采用机械搅拌来克服搅拌桶四周壁内周表面以及加热或冷却装置表面的表面污染问题和热传导面积减小的问题。可以很有效地冲洗搅拌桶四周壁的内周表面和加热或冷却装置的表面，因此可以防止搅拌桶四周壁内周面以及加热或冷却装置表面的热传导面积的减小。另外，对使不同比重和不同悬浮状态的液体进行高效混合的搅动叶片和搅动方法所进行的彻底研究的累积的结果已导致一个个涉及搅动叶片和搅拌方法的发明(EP0619136A)。
EP′136提出了一种搅拌叶片和一种搅拌方法，其中一个或多个液体输送件例如固定在搅拌轴上的管形件绕该轴旋转，且液体输送件的上部开口和下部开口分别位于液体中和液面上方，下部开口可以引起旋转。液体从其下部开口向上穿过液体输送件而被汲出，并向下流出其上部开口。它用于除泡、混合或使壁冷却。
本发明人根据为解决前面问题而进行连续研究的积累的结果发现，在上述专利申请的发明中存在以下问题。即在上述先有申请中，流体输送件最好倾斜地固定。因为倾斜角是固定的并不能改变，所以在搅拌叶片的使用目的和条件改变时，便必须停止搅拌叶片，将其从桶中取出，并改变倾斜角。
另外，采用构成液体输送件的管状件时，该管状件得接触具有强腐蚀性的液体。为了抗腐蚀，表面上通常要涂上或衬以高抗腐蚀的物质例如合成树脂像聚四氟乙烯、或玻璃或陶瓷等。尽管在采用这种涂层或表衬时可以显著改进工艺，但仍有存在针孔的危险。由于有这些针孔，所以很难保证具有涂层或表层的管形件的抗腐蚀性的可靠性。
为了增加管形件抗腐性的可靠性，在使用管形件之前，一般最好检查在管形件的涂层或衬层上(这些层一般简称为衬层)是否存在针孔，不仅在管的外表面上进行检查，而且还要在内表面上进行检查。然而检查在内表面上存在的针孔是极端困难的。另外即使发现针孔，要修理这些针孔也是困难的。
因此最好用沟槽件作液体输送件，因为采用沟槽件时容易检测衬层上存在的针孔，因而也容易修理针孔。
在上述先有专利申请的说明中，在使沟槽件作液体输送件的情况下，公开了使用沟槽件使液体上升和从上部开口排出该液体的原理。然而对安装表面和安装方向却完全没有公开。
在使用方面，从沟槽件上部开口喷出的液体可以将其分配到桶壁内周面上，以便清洗桶壁内周面，或将其传送到热传导表面上，以保持热传导面积和/或冲洗热传导表面，或将其喷到液面上的空间中，以便进行蒸发，在所有这些情况下，不用说，对于从液体输送件的上部开口喷射出的液体最好具有较大的距离和量(以后称为喷射距离和喷射量)。
发明概述
本发明的目的是研究常规液体喷射装置的上述状况，并提供一种改进的液体喷射装置和使用这种液体喷射装置的改进的液体喷射方法。
本发明人选择液体输送件的倾斜角的大小，以增加喷射液体的喷射距离和喷射量。另外，液体输送件是沟槽件，已经认识到，必须根据从沟槽件的上部开口喷出的液体的喷射距离和喷射量来选择沟槽件的安装面和安装方向。已基于这一认识提出本发明。
为了实现上述目的，本发明提供了一种液体喷射装置，包括一搅拌轴以及至少一个沟槽件，该沟槽件通过固定装置而安装在搅拌轴上，该沟槽件起液体输送件的作用，并在其相应的下端和上端部分具有下部和上部开口，上述沟槽件具有大于0°和最高到90°的倾斜角，并且上述沟槽件安装在搅拌轴上而绕搅拌轴的中心转动，并且，当上述沟槽件的下部开口浸没在液面下而上述沟槽件的上部开口则露出于液面时，上述沟槽件的浸没部分的液体进入上述沟槽件，并从上述上部开口喷出，其特征在于，上述沟槽件安装在搅拌轴上而使其绕搅拌轴中心转动时，其凹部面向搅拌轴且其旋转方向在大于0°的偏心角处，偏心角限定于在中心点处与沟槽件相交的沟槽件中心线和穿过中心点及搅拌轴中心的轴线之间，中心线和所述轴线处于包括中心点的旋转平面中。
按照本发明的第一方面，提供一种液体喷射装置，其中至少一个沟槽件被用作液体喷射装置，并具其相应的上、下端部分具有上部开口和下部开口，该沟槽件利用固定装置固定在搅拌轴上，该沟槽件具有大于0°和高到90°的倾斜角度，该沟槽件可以绕搅拌轴线转动，其凹部面向搅拌轴和转动方向，沟槽件的下部开口浸在水面下，而其上部开口则露出于液面，使得液体在沟槽件浸入部分可以进入沟槽件内，并从其上部开口喷出。
按照本发明的第二方面，提供一种液体喷射装置，其中，至少一个沟槽件被用作液体输送装置，并且其相应的下、上端部分具有下部开口和上部开口，该沟槽件通过固定装置装在搅拌轴上，该沟槽件具有大于0°高到90°角的可调的倾斜角，该沟槽件可绕搅拌轴转动，其凹部面向搅拌轴和转动方向，沟槽件的下部开口浸在液面下，而其上部开口露出于液面，使得在沟槽件的浸入部分该液体可以进入沟槽件内，并可以从其上部开口喷射。
按照本发明的第三方面，提供一种喷射液体的方法，该方法包括使本发明的上述相应第一和第二方面的液体喷射装置的液体输送件绕搅拌轴转动，使下部开口浸在液面下，而上部开口露出于液面，使得该液体可以在液体输送装置的浸入部分进入液体输送部分，并从其上部开口喷出。
在本发明第三方面中，从液体输送装置的上部开口喷出的液体例如可用于冲洗容器壁内周表面，用于保持热传导面积和/或冲洗热传导表面，或用于在液面上的空间内蒸发液体。
在本发明中虽然没有任何特殊限制，但术语下部和上部分别定义为靠近液体底部的部分和远离液体底部的部分。
固定装置用于将一个或多个液体输送件装在搅拌轴上。该固定装置可以是一根杆，一个矩形的或方形的棒、一个冲孔的板件(以后称作冲孔板)或一个非冲孔板。对于非冲孔板和冲孔板，最好均固定在搅拌轴上，使得当其在液体中转动时可以尽量减小其流体阻力。当在液体中垂直地使用非冲孔板(垂直于液体输送件的转动平面)时，其宽度最好是窄的。
杆、方棒、成形的钢件、冲孔板和非冲孔板最好均定位在转动平面的半径或直径上。该杆、方棒、成形的钢件、冲孔板和非冲孔板可以是一个或多个。在使用多个时，通常各个部件或者配置在同一转动平面上，或者配置在彼此不同的平面上。
可以将一个或多个液体输送件装在一个固定装置上。装在一个固定装置上的液体输送件的数目可以根据例如液体粘性、液体输送件的类型、液体输送件的厚度、容器本身的直径、搅拌轴和液体传送件之间的角度以及从液体输送件的上部开口喷出的液体(以后称作喷射液体)的用途进行适当选择。在将一个液体输送件固定在一个固定装置的情况下，决定液体输送件的固定位置时也是如此，或者在将若干液体输送件固定在一个固定装置的情况下，在决定相邻液体传送件的间隔和固定位置时也是如此。
用作液体输送件的沟槽件最好用金属例如钢或不锈钢制作，并用一种高抗腐蚀性的物质例如聚四氟乙烯或玻璃、陶瓷等作表面涂层或衬层。而且该液体输送件还可以用抗腐蚀材料例如高抗腐蚀的塑料或金属、玻璃、陶瓷制作。
沟槽件是一种在纵方向具有开口的长部件。沟槽件的中心横截面的形状和上端部开口及下端部开口的各自形状没有任何特别限制。还可以使这些沟槽件形成左/右对称的形状或左/右不对称的形状(以后称作对称形状和不对称形状)。然而在实际上，对称形状是最好的。
作为对称形状的代表例子可以考虑如下：缺少部分圆弧的圆周形(以后称作切开的圆周)、半周形、半椭圆形圆周、半卵形、U形、V形、多边形例如梯形、方形、矩形、改形的五边形(它是通过连接正八边形第一顶点和第五顶点的一根直线将正八边形分成两部分而形成)、改形的六边形(它是通过连接正八边形的第一和第五边相应中点的一根直线将正八边形分成两部分而形成)、以及多边形的顶角被倒圆和/或侧边以较小曲率向外弯曲(以后称作基本多边形)并去掉一个边所形成的形状。
作为非对称形状的代表例子，具有例如这样的形状，该形状中在边缘(以下称作开口边缘)的周边或侧边中的一个边被加长，该边缘对应于上述对称形状开口的两个外周边缘(这些对称形状和非对称形状以下称作开口形状)。
沟槽件可以用等边的V形钢件、工字形(H形)钢件制作或作成C形钢件，其中C形钢件的横截面是为方形或矩形的四边形或圆形。C形钢件是优选的。等边的V形钢件使沟槽件具有直角形的V形开口。工字形钢件使沟槽件具有方形的或矩形的开口，缺少相应的相对侧边。其中横截面形状为四边形的C形钢件使沟槽件具有四边形开口，其中缺少一个侧边的一部分，而横截面为圆形的C形钢件则使沟槽件具有切开的圆周开口。
在对本身是已知的沟槽件进行涂层或加衬时，最好在涂层或加衬之前使开口的边缘倒角或加大成柱形。
沟槽件的相应上部和下部开口的形状和尺寸可以彼此相同或不同。
上部开口的面积最好小于下部开口的面积。沟槽件的上部开口和下部开口的各自开口面积被定义为可沿沟槽件凹部通过液体流的面积。作为沟槽件的上部开口和下部开口的各自的开口面积，在上部开口和下部开口的形状是左右对称的打开的情况下这便是由形状和连接相对开口边缘的直线包围的面积。在上部开口和下部开口的横截面形状为非对称开口形状时，这便是由形状和连接加长部分边缘和另一开口边缘的直线所包围的面积，或由形状和连接不包括加长部分的相对开口边缘的直线所包围的面积。
对沟槽件的侧面的形状(以下称为侧面形状)虽然没有特别的限制，但通常这是一条直线、曲线或S形形状，该曲线以小的曲率弯曲，使其向上或向下凸出，在S形曲线中，直线或上述曲线的上端部和/或下端部进一步沿横方向伸出(延长)。对于曲线优选为抛物线。除此之外，直线也是优选的，因为这简化了沟槽件的制作。另外，弯曲成向下凸出的曲线也是优选的，因为这能增加排出距离和/或排出量。弯曲成向下凸出的抛物线也是特别理想的。
虽然对从前部看去的形状(以下称为前部形状)没有任何特别限制，但通常这是一条直线、沿横方向以小曲率弯曲的曲线(即沿平行于沟槽件转动平面的方向弯曲，以下相同)或S形曲线，在S形曲线中直线或上述曲线的上端部和/或下端部进一步在横方向延伸。然而直线是优选的。
如同上述侧面形状和前部形状一样，对从上面或下面看到的形状(以后称作平面形状)也没有任何特殊限制。这可以是直线、以小曲率向沟槽件的转动方向或相反方向弯曲的曲线或S形形状，在S形中直线或上述曲线的上端部和/或下端部进一步沿横方向延伸。然而其中直线是优选的。
对沟槽件的长度没有特别的限制。多个固定在固定装置上的沟槽件的长度可以彼此相同或彼此不同。
可以充分扭曲沟槽件以获得液体的升高。
沟槽件固定在搅拌轴上，使凹部面向搅拌轴或旋转方向。在这种情况下，可以根据例如沟槽件本身的形状、开口形状、在上部开口和下部开口之间的开口面积比以及喷射液体的用途，适当选择下面定义的偏心角。此偏心角指的是沟槽件的中心线(即对称形状开口的相对边缘连接线的垂直平分线，以下相同)和穿过沟槽件中心点(即沟槽件的上述中心线和沟槽件的交点，以下相同)的沟槽件旋转平面的直径之间的角度。
为了从沟槽件的上部开口喷射液体，形成喷雾、小液滴或细流，在沟槽件的整个上部开口上覆盖钻有许多孔的多孔板或覆盖一个网。这也是优选的。多孔板上的许多孔可以规则地冲出或不规则地冲出。对孔的形状和数目没有特别限制。作为孔形状的代表例子，该孔可以是圆的、椭圆的、方的或矩形的。
在离开沟槽件上部开口一定距离处可以配置偏转板，从而可以突然改变喷射液体的方向。另外，这种沟槽件的上部开口可以由一个板关闭，使得可沿沟槽件的内周表面形成一个间隙。
沟槽件的纵向开口可以用一个可以取下的非渗透的或可渗透的盖覆盖。
另外，沟槽件可以自由地绕其纵向轴转动。在这种情况下，可以根据例如沟槽件的开口的形状和倾斜角的大小、容器中流体的粘度以及沟槽件的转速适当选择偏心角。在沟槽件可以如上所述地绕非纵轴自由转动的情况下，沟槽件可以转动地装在固定装置上。在这种情况下，沟槽件还可以在转到选择的偏心角之后再进行固定。另外，该偏心角还可以根据沟槽件的转速自动地转动。在这种情况下，沟槽件可自由转动地装在搅拌轴上。
在将沟槽件固定到固定装置时，必须这样配置，使得固定装置不会妨碍液体在沟槽件的凹部中的上升。
沟槽件以预定大小的倾斜角固定在固定装置上。另外这样安装沟槽件，使得倾斜角(在沟槽件纵轴线和沟槽件的转动平面之间的角度，下同)的大小可以随意调节。后一种配置是优选的。这里，沟槽件的纵轴线被定义为沟槽件的相应上部和下部开口的中心点的连线。
倾斜角大于0°并高到90°。下部开口比上部开口更靠近搅拌轴，或从搅拌轴到下部开口的距离和到上部开口的距离可以作得彼此相等。然而实际上前者是最好的。在后者的情况下，沟槽件的下部开口最好是封闭的。在这种情况下，在沟槽件浸入部分的液体仍可以在沟槽件内上升。倾斜角的大小可以根据例如液体的类型、流体输送件的转速、要求的喷射液体的排出距离和排出量以及喷出液体的用途进行适当选择。通常理想的是在5～85°之间。
沟槽件的倾斜角的大小可以根据例如沟槽件本身的形状和开口形状、上下部开口之间的开口面积比以及喷射液体的用途进行适当选择。
为了将沟槽件装在搅拌轴上，使得可以调节倾斜角的大小，作为例子，可以铰接沟槽件的下端部分于搅拌轴上，并如此安装其上端部分，使得沟槽件的上部开口可以通过垂直移动架装置或水平移动架装置沿转动平面的半径移动，用于移动沟槽件的上部开口的包含垂直移动架装置的装置以及包含水平移动架装置的装置在下面分别称作垂直系统和水平系统。
另外，沟槽件可以是可弯曲的和/或能够伸缩。为使沟槽件可弯曲，作为例子可以用柔性材料制作沟槽件，或可使沟槽件分成许多部分(段)，并采用连接件连接这些部分(沟槽件的部分以后称作沟槽部分)。为了能伸缩沟槽件，例如可以将许多沟槽部分连接在一起，使得可以彼此相对滑动。
在多个沟槽件固定在固定装置上的情况下，这些沟槽件可以彼此独立配置或可以彼此形成整体。对于后者，例如梯形板的相对倾斜侧边可以沿彼此相反的方向弯曲，从而通过弯曲部分形成沟槽件。在这种情况下，不弯曲的平板部分被作成固定装置，或可以对梯形板提供单独的固定装置。不弯曲的平板部分起搅拌叶片的作用。这种沟槽件的上部开口和下部开口的各自形状是非对称的。另外，由于在构成固定装置的平板部分形成开口，所以可以减少固定装置的流体阻力。这也是希望的。
在安装沟槽件，使其下部开口比其上部开口更靠近搅拌轴时，如下面参照图11所述，沟槽件1的下部开口11可以位于或偏离包含搅拌轴3和上部开口12的平面。在偏离的情况下，可以控制沟槽件1的转动，使得下部开口11在前面或后面，虽然前者是优选的。当倾斜安装许多沟槽件时，它们被如此配置，使得下端部分在搅拌轴的附近彼此交叉。
固定液体输送件的固定装置可以固定在搅拌轴上，或滑动地安装在上面。液体输送件的下部开口浸在液面下，而上部开口则露出于液面。在通过转动搅拌轴，因而转动液体输送件时，在液体输送件浸入部分的液体便会由于离力心的作用而在液体输送件的内部升高，并从上部开口喷出来。与此同时，液面下的液体输送件部分便搅拌液体。
采用本发明的液体喷射装置时，液体输送件被固定在搅拌轴上，或通过固定装置滑动地装在上面。对固定装置没有特别的限制，例如可以采用嵌入、螺接、焊接或粘接等方法。
在固定固定装置时，可以在搅拌轴上安装一个固定装置，或可以在其上沿纵轴线安装许多固定装置。在后一种情况下，液体由浸在液面下的液体输送件搅拌，因此这是优选的。另外在后一种情况下，上一级液体输送件的下部开口和下级液体输送件的上部开口最好作成沿搅拌轴的纵轴线方向彼此重叠。
在安装成滑动的情况下，可以采用例如以下方法，即在搅拌轴的表面上沿其纵轴形成槽或凸部或键条，并在固定装置上形成可以同搅拌轴上的槽或凸部或键条啮合的凸部或槽或键槽。
另外，滑动地安装在搅拌轴上的固定装置可以自动地或手动地运动。例如，可以在固定装置上设置漂浮件，使得该固定装置浮在液面上，从而可以响应桶中液位的上升和下降自动移动固定装置。另外还可以在桶的外边进行遥控操作使其上下运动。还可以使其停止在预定位置。另外，还可以在桶外边用一根连接丝将固定装置吊挂起来，然后可以在桶的外边通过拉紧和放松连接丝，用手使固定装置上下移动。
漂浮件也可以用作固定装置，起双重作用。漂浮件最好具有在搅拌期间可形成最小流体阻力的形状和结构。
采用本发明的液体喷射装置时，液体输送件的浸入部分起着搅拌叶片的作用。但也可以使其它搅拌叶片例如涡轮叶片、螺旋浆、坡度平板叶片、平板叶片盘式涡轮、平板叶片、曲面叶片或Pfaudler式螺旋桨和Brumagin式螺旋桨与液体输送件结合在一起。
另外，固定装置本身可以起搅拌叶片的作用。
对于本发明的液体喷射装置的尺寸没有任何特别限制。例如该尺寸可以随意选择，如作成实验室用的小尺寸装置，用于例如烧瓶(细颈瓶)中，或作成大尺寸的装置，用在例如工厂的生产设备中的大尺寸桶中。
本发明的装在烧瓶内的液体搅拌装置最好是倾斜角可由垂直系统调节的装置。
从液体输送件的上部开口喷出的喷射液体可以作以下各种用途，例如：
(a)用于将液体喷在桶壁内周表面以冲洗内周表面；
(b)在桶内液面降低的状态下，在桶壁的外表面上装有包套的情况下，有于将液体分布在桶壁内的作为热传导表面的内表面上，或在桶的里面装有螺旋管(盘管)或多管系统的情况下，则用于将液体分配在螺旋管的或多管系统的用作热传导表面的表面上，由此保持热传导面积和/或冲洗表面；
(c)用于将液体分布到液面上的空间以蒸发液体；
(d)用于其它用途。
在喷射液体用于在液面上的空间中蒸发液体的情况下，使一个或多个液体输送件以对应于液体输送件转速(转动平面上的外周速度)选择的倾斜角沿转动一面的径向方向安装在一个固定装置上，使得喷出的液体迅速射出。通常该倾斜角在15～85°之间。
另外，为均匀地将喷出液体分布在液面上，最好将许多液体输送件固定在一个固定装置上。
在将喷射液体用于冲洗桶壁的内周表面和/或保持桶壁的用作热传导表面的热传导面积的情况下，需将至少一个液体输送件装在一个固定装置的端部上，使液体输送件的上部开口靠近内壁表面，使其位于喷射流体的喷射距离内。
另外，在将喷射液体用作保持热传导面积和/或冲洗在桶内的加热或冷却装置例如螺旋管或多管系统的热传导表面的情况下，则只需将一个液体输送件装在一个固定装置上，并使液体输送件的上部开口靠近热传导表面，使其位于喷射液体的喷射距离内。
在采用本发明的液体喷射方法时，可以根据例如液体类型、液体输送件的形状和厚度以及喷射液体的用途适当选择液体输送件的转速。
附图说明
下面结合附图说明实施例，由此可以更加明白本发明的其它目的和方面。
图1A示出液体喷射装置的平面图，相应的沟槽件利用固定装置牢固固定在搅拌轴上；图1B是沿图1A的截面IB-IB截取的横截面图；图1A中搅拌轴被表示为横截端面；
图2A是S形沟槽件一个实施例的侧视图；图2B是从倾斜方向(沿图2A中箭头的方向)看去的前视图；图2C是沟槽的透视图；
图3A示出沟槽件另一例子的侧视图；图3B是从倾斜方向(沿图3A中箭头的方向)看去的前视图；
图4A～4L示出沟槽件的对称形状开口部分横截面的例子；
图5A～5K示出沟槽件的非对称形状开口部分横截面的例子；
图6A示出沟槽件的由冲孔板覆盖的上部开口；图6B示出与图6A相同的部分，该部分由具有开口的板覆盖；
图7A示出沟槽件的上部开口，该开口由一个板这样盖住，使得沿上部开口的内周表面形成一个缝隙；图7B示出沟槽件上部开口的另一实施例，该实施例可以产生如图7A所示的相同效果；
图8A是装有偏转板的沟槽件的平面图，该偏转板与上部开口隔开一定距离；图8B示出沿图8所示的VIIIB-VIIIB截取的截面图；
图9是说明偏心角的示意图；
图10是可转动地装在搅拌轴上的沟槽件的透视图；上述沟槽件本身是可转动的；
图11是例示装在搅拌轴上的沟槽件的位置关系的示意图，又是图1右半部(右侧)的透视图；
图12A示出弯曲沟槽件的侧视图；图12B～12D分别示出拉直的沟槽件的侧视图、平面图和端视图；图12E～12G分别示出沟槽部分的透视图、侧视图和端视图；
图13A和13B分别示出可收缩的已伸长的沟槽件的侧视图和平面图；图13C和13D分别示出已收缩的沟槽件的侧视图和平面图；
图14A和14B示出具有两个彼此形成整体的相对沟槽件的液体喷射装置的有关前视图和平面图；图14B中的搅拌轴被示为横截端面；
图15A和15B示出具有偏心连接的沟槽件的液体喷射装置的有关平面图和前视图；图15A中的搅拌轴被示为横截端面；图15C是沿图15B中的截面XVIIC-XVIIC截取的横截面图；
图16A和16B分别是另一个具有偏心连接的沟槽件的液体喷射装置的平面图和前视图(沿图16中箭头B的视图)；图16A中的搅拌轴被示为横截端面；
图17是搅拌桶及装在其中的液体喷射装置的纵向截面图；
图18是搅拌桶及液体喷射装置的纵向截面图，该装置具有许多沿装于桶中的搅拌轴的纵轴线固定的沟槽件；
图19是烧瓶及装在其中的液体喷射装置的纵向截面图；
图20A是液体喷射装置的平面图，该装置具有可滑动装在搅拌轴上起双作用的漂浮固定装置；图20B是沿图20A中的截面XXIIB-XXIIB截取的横截面图，图20C是放大透视图，示出沟槽件的双作用漂浮固定装置的固定部分；
图21A和21B是液体喷射装置的有关平面图和前视图，该装置具有许多固定在单一固定装置上的沟槽件。
具体实施方式
现在更具体通过示于附图中的实施例说明本发明。然而本发明不限于这些实施例。
这些附图是用于例示本发明理论的常用图，未准确示出相对尺寸等。
在图1A和1B中利用固定装置2将沟槽件1牢固固定在搅拌轴3上。
沟槽件1的中央部分、上部开口和下部开口的横截面形状是半圆形，该沟槽件相当于一个已经沿一个面纵向切开的圆筒形状，该面平行于一个包括基准面的平面(沿平行于一个包括基准面的平面的纵轴线方向所作的切开以下称作半切开)，并且上部分基本上沿水平方向延伸。
固定装置2包括板22，该板固定在中心环21上，并以90°的中心角辐射出来，用于固定沟槽件1的固定件23装在板的端部上。搅拌轴3穿过中心环21，固定装置2牢固地固定在搅拌轴3上。板22是长矩形平板，具有倾斜端部。其表面平行于搅拌轴的轴向方向。固定件23为管子，具有等于沟槽件1外径的内径。
使沟槽件1穿过固定装置2的固定件23并固定在上，并使其下部开口11比上部开口12更靠近搅拌轴3。沟槽件的凹部或纵向开口被配置成面向内，对着搅拌轴，并使得固定装置2的固定件23不妨碍凹部中液体的上升。沟槽件1的倾斜角约为60°。
采用该液体喷射装置时，沟槽件1的下部开口11浸没在水面下，而上部开口12则露出于液面。在转动搅拌轴3，因而转动沟槽件1时，液体便受到离心力的作用，因而在沟槽件1的浸入部分的液体便在通向沟槽件1的上部开口12的凹部内上升，然后从上部开口12喷出。与此同时，液体由沟槽件1的位于液面下的部分进行搅拌。
图2A～2C所示的沟槽件1大体为细长的无底的半切开的空心锥。中央部分、下部开口11和上部开口12的横截面形状均为半圆形。另外，侧视形状是一般的细长S形状，而中心部分是直线，而下端部和上端部则分别地大体水平伸向中心和伸向转动平面的周边。
图3A和3B所示的沟槽件1约为细长的无底的半切开的圆筒。中央部分、下部开口11和上部开口12的横截面形状均为半圆形。另外，侧视形状为抛物线形状，该抛物线以较小的曲率向下凸出。
在图4A～4L所示的这些沟槽件中，在开口边缘13和14之间有一个开口界面15。另外，开口的横截面积是沟槽件的外周表面和开口界面15所包围的形状的面积。
在图5A～5K所示的这些非对称形状中，在开口边缘13和加长部分边缘16之间有开口界面17。另外，开口的横截面积是由沟槽件的对称形状的外周表面和其上述开口界面15所包围的面积加上由沟槽件的非对称形状的外周表面和开口界面17包围的面积。如图5A～5K所示的具有非对称形状的沟槽件可以转动，其时开口边缘13在前，而升高的边缘部分16在后。
在图6A中，覆盖半圆形的沟槽件1的上部开口12的冲孔板4其形状为对应于上部开口12的半圆形，其上无序地冲有许多孔41。覆盖图6B所示的沟槽件1的基本矩形上部开口12的冲孔板4在二个位置的棱角被倒圆，该板的形状为对应于上部开口12的具有圆角的基本矩形，该板具有许多在其上规则形成的细长矩形孔42，该细长孔的纵轴线彼此平行。
在图7A中，沟槽件1的上部开口12其形状为半圆形，而板5的形状为半椭圆，该椭圆的纵轴线长度等于沟槽件1的上部开口12的半圆的直径。因此间隙18的形状为新月形。在图7B中，沟槽件1的上部开口12其形状基本为矩形，并在两个位置的棱角被倒圆，而板5的形状为矩形，其长边等于基本矩形的上部开口12的长边，而短边比其短边的长度短。因此间隙18的形状是一个窄的基本矩形，并在两个位置具有倒圆的角。
在图8A和8B中，矩形的偏转板6配置成与沟槽件1的轴向成直角，并划与沟槽件1的上部开口12隔开一定距离。另外，偏转板6装在上述固定件23上，该固定件利用杆61将沟槽件1固定在固定装置2上。
现在参考图9说明偏心角。垂直平分线将开口界线分成两半，该开口界线15是沟槽件1的对称形状开口边缘13和14的连线，该垂直平分线是沟槽件1的中心线P。沟槽件1的中心线P与沟槽件1的交点是沟槽件1的中心点O。沿沟槽件转动方向r(图中示出的顺时针方向)从穿过沟槽件的中心点O的转动平面半径q到中心线P的角度是偏心角θ。
在图10中，在沟槽件1的下部开口11上配置连接其开口边缘111和112的下部支承113。另外，在上部开口12上配置连接其开口边缘121和122的上部支承123。起下部支承杆114和上部支承杆124作用的圆柱杆分别与沟槽件1的纵轴线准直，装在下部支承113和上部支承123的中心上。
下部固定装置221和上部固定装置222径向地固定于搅拌轴3。下部固定装置221和上部固定装置222均是细长的矩形板，下部固定装置221的长度比上部固定装置222的长度短。下部固定装置221和上部固定装置222之间垂直间隔稍大于倾斜沟槽件1的垂直高度(沟槽体长度乘倾斜角的正弦)。在下部固定装置221和上部固定装置222的端部分上分别钻孔2211和2221。
沟槽件1的下部支承杆114和上部支承杆124分别插入到下部固定装置221的孔2211中和上部固定装置222的孔2221中。翼形螺母1125拧在上部支承杆124上，达到与上部固定装置222的上表面接触。
沟槽件1当其绕搅拌轴转动时，取决于搅拌轴的转速而可以自转。或者可以在转动到要求的偏心角以后再固定沟槽件1。
将一螺母拧在上部支承杆124，并将上部固定装置222夹紧在该螺母和翼形螺母之间，和/或将两个螺母拧在下部支承杆114上，并将下部固定装置221固定在这两个螺母之间，这样便可以完成沟槽件1的固定。
在图10的情况下，沟槽件转动，沟槽件的纵向开口在前面，而凸出部分(沟槽件的底部曲面，下面)在后。当沟槽件扭曲时也是这样。
在图11中，r1、r2和r3分别表示在沟槽件1的下部开口11的转动平面中从搅拌轴3的中心到左侧(从搅拌轴看去的左侧，下同)开口边缘111的距离，到右侧的开口边缘112的距离以及到凸出部分115的距离。R1、R2和R3则分别表示在沟槽件1的上部开口12的转动平面中从搅拌轴3的中心到左侧的开口边缘121的距离，到右侧的开口边缘122的距离以及到凸部125的距离。
在采用图11所示的液体喷射装置时，最好满足以下关系：r1＜r3，r2＜r3和R1＜R3，R2＜R3，并且r3＜R3。然而也可以为：r1＜r3，r2＜r3和R1＜R3，R2＜R3，且r3＝R3。现在r1、r2和r3均在一个转动平面内，而R1、R2和R3则均在另一个转动平面内。
在图12～12G中，沟槽件8由三部分(段)组成，即从下端部开始按序为下部沟槽部分81、中央沟槽部分82和上部沟槽部分83。下部沟槽部分81、中央沟槽部分82和上部沟槽部分83其横截面形状基本上彼此相同，为半圆形。然而中央沟槽部分82和上部沟槽部分83具有扩张部分(胀口部分)821、831、该扩张部分如此扩张，使得各自的下端部可以接纳下部沟槽部分81和中央沟槽部分82的相应上端部。另外，下部沟槽部分81和中央沟槽部分82的各自上端部分被形成为从侧面看为扇形体。这些扇形体的中心靠近下部沟槽部分81和中央沟槽部分82的各自纵向开口。凹口销(nock pin)812和822分开拧入扇形体的中心。凹口销的孔823和833分别靠近中央沟槽部分82和上部沟槽部分83的各自下端部分的纵向开口，以便插入在沟槽部分上端部分上的凹口销812、822。在这种沟槽件8上，凹口销812、822和凹口孔823、833构成结合部件。
连接下部沟槽部分81和中央沟槽部分82的方法是，将下部沟槽部分81的上端部插入到在中央沟槽部分82下端部上的扩张部分821中，并将下部沟槽部分81的凹口销812插入到在中央沟槽部分82上的凹口销的孔823中。同样连接中央沟槽部分82和上部沟槽部分83，由此形成单一的沟槽件8。
因此可以随意弯曲或拉直沟槽件8，方法是沿搅拌轴的轴线移动上端部。
在图13A-13D中，沟槽件9由三部分组成，即从下端部开始顺序为下部沟槽部分91、中央沟槽部分92和上部沟槽部分93。下部沟槽部分91、中央沟槽部分92和上部沟槽部分93被作成依次变细，其横截面形状是半圆形，基本上彼此相似。凹口销921和922分别拧入到中央沟槽部分92的靠近纵向开口的下端部外侧上和上端部内侧上。另外，分别在下部沟槽部分91和上部沟槽部分93上(除开相对的端部)形成细长的槽口912和932，该槽口靠近纵向开口并平行于其边缘，位于对应于凹口销921和922的位置。
下部沟槽部分91和中央沟槽部分92被连接起来，方法是，将中央沟槽部分92装在下部沟槽部分91中，并分别使中央沟槽部分92的凹口销921与下部沟槽部分91的槽口912啮合。再用同样方式连接中央沟槽部分92和上部沟槽部分93，从而形成单一的沟槽件9。
因此沿沟槽件9的纵向轴线移动其端部，使得沟槽部分彼此相对滑动，便可以伸长和收缩沟槽件9。
在图14A～14B中，倒着的梯形板10固定在搅拌轴3上，其相对的倾斜边部分在转动平面中彼此沿相反方向弯曲，由此形成两个相对沟槽件101、102。该沟槽件101、102的上部开口和下部开口的相应形状均是非对称的V形，其一个侧面更长一些，而且其顶点被倒圆。另外，梯形板10的未弯曲的平板部分103构成固定装置，该固定装置还附加地起搅拌叶片的作用。在平板部分103上横向形成六个矩形孔1031，以减小流体阻力。
沟槽件101、102旋转，使得非对称V形槽的短边位于前面(图中的顺时针方向)。
在图15A～15C中，两个沟槽件1以倾斜于搅拌轴3的方式固定在该轴上，其下部开口比其上部开口更靠近搅拌轴3，其上部开口利用细长的矩形板固定装置24进行固定，而其下部开口则由梯形板固定装置25固定。两个固定装置24和25均相对于搅拌轴3偏心地被固定。
在沟槽件1中，上部开口和下部开口的相应形状均为具有90°顶角的V形。一个侧面固定于固定装置24、25，而另一侧面的顶端部则被加大。
两个沟槽件1牢固地相对于搅拌轴3偏心地装在固定装置24、25的相对侧面上。
沟槽件1旋转，使该沟槽件1在固定装置24、25的前面(图中为顺时针方向)。
在图14B和15A中，V形沟槽件的顶角可以变为最高达105°。此外，该V形沟槽件可由图4A至图5J中所示的任何形状，例如半圆形所替代。
在图16A～16B中，细长的矩形板固定装置2位于转动平面的半径上并固定于搅拌轴3。固定装置2的长度基本上彼此相同。两个横截面为矩形的C字形件构成沟槽件1。纵向开口面向内，各自的上部分固定在固定装置2的端部，而下部固定于搅拌轴3的外周面上，使得下部开口11比上部开口12更靠近搅拌轴3，由此使沟槽件1倾斜。
沟槽件1的下部分固定在搅拌轴3相对侧的外周面上。因此沟槽件1的下部开口11相对于搅拌轴3是偏心的，并在搅拌轴3的位置上彼此相交。
沟槽件1通常这样转动，使得下部开口11位于前面，而上部开口12位于后面(图中为顺时针)。
在图17中的液体喷射装置类似于图1A的装置，只是采用两个固定装置2(上部和下部)将沟槽件1固定在搅拌轴3上，该喷射装置居中地装在搅拌器桶T中。搅拌轴3的上端部连接于装在搅拌器桶T上部底板上的电动机M上。包套J包围外周壁的外周表面和搅拌器桶T的底部。
沟槽件1的下部开口11浸没在搅拌器桶T内的液位L的下面，而上部开口12则露出于液位L上面的空间。起动装在搅拌器桶T上部底板上的马达M便可以转动搅拌轴，由此使沟槽件1转动，这样便使搅拌器桶T内的液体从沟槽件1的下部开口11经沟槽件1的内部流到上部开口12，并作为喷射液体从上部开口12喷出。喷出的液体分配在搅拌器桶T壁的内周表面上和/或喷入液位L上的空间中。另外，在液面L下的沟槽件1的部分和在液面L下的固定装置2均起着搅拌叶片的作用。
即使由于蒸发该液面L降低，也有足够液体从开口12喷出，因为液体上升通过沟槽件1是由于离心力的作用。这可以用来使热传导面积保持恒定，也使蒸发速度保持恒定，由此缩短蒸发时间。
在图18中，三个液体喷射装置连接于装入搅拌桶T内的搅拌轴，该喷射装置类似于图1A所示的装置，该桶T类似于图17的桶。第一级(从底部开始，下面相同)的沟槽件1的上部开口12位于第二级的沟槽件1的下部开口11的上面。同样，第二级的沟槽件1的上部开口12位于第三级的沟槽件1的下部开口11的上面。
在图18，搅拌桶T内的液位L位于第三级沟槽件1的下部开口11和上部开口12之间。马达M的起动使搅拌轴3转动，由此使沟槽件1转动，这样便使搅拌器桶T内的液体从下部开口11经沟槽件1流出，使其作为喷射液体从上部开口12喷出，喷出的液体分配在搅拌器桶壁的内周面上和/或喷入液面L上方空间中。另外，在液面L下的沟槽件的部分以及在液面L下的沟槽件1和固定装置2均起着搅拌叶片的作用。
在时间过程中随着液位L的降低，在液位降到第三级沟槽件1的下部开口11以下之前，第二级沟槽件1的上部开口12便将露出到液位L的上面。因此在搅拌器桶T内的液体仍继续从上部开口12喷出。这样，在搅拌器桶T内的液体便可以从沟槽件1的上部开口喷出而不会间断，直至液位L达到第一级沟槽件1的下部开口11。
在图19中，具有管形件7的液体喷射装置装在烧瓶F内，利用类似于图12的垂直系统可以调节管形件的倾斜角的大小，只是在该垂直系统中省去了翼形螺栓311并将止动件34固定在搅拌轴3的下部分。
在烧瓶F的外边，使液体喷射装置沿搅拌轴3的表面向上滑动，使得管形件7的倾斜角增加，而且使管形件7的上部分靠近搅拌轴3，因而使管形件彼此靠近。然后将液体喷射装置通过开口插入烧瓶，并放开滑环31，由此该滑环便沿搅拌轴3向下降，直到它碰到止动件34，由此使倾斜角减少至预定大小。可以省去止动件34。在这种情况下，沟槽件1的倾斜角的大小对应于转速和/或连杆72的长度。
在图20A～20C中漂浮部件是小直径的浮子26和大直径的浮子27，二者均为环形，其横截面约为矩形，彼此同心地配置在同一转动平面上。各具有两个沟槽件的两级沟槽件1固定在浮子26、27上，各组沟槽件位于搅拌轴3两侧的同一直径上，成对沟槽件的中心角为90°。一组沟槽件是长的，而另一组沟槽件是短的。另外，沟槽件分别利用固定件19固定在浮予26和27上。浮子26和27利用支承杆29连接于在其中心的中心环28。支承杆29的中心角为直角。
在中心环28的内周面上形成凸出部281。另外在搅拌轴3的外周面上沿其纵轴线形成槽33。搅拌轴3插入到中心环28中，使得中心环28的凸出部281啮合在搅拌轴3的槽33中，由此将浮子26和27可滑动地装在搅拌轴3上。
该液体喷射装置总是漂浮在液面上，因而不管液面的高度如何变化，液体总可以连续地和必然地从沟槽件1的上部开口12喷出。
在图21A～21B中，长度彼此相同的固定装置2位于搅拌轴3两侧的同一直线上。两个沟槽件1固定在一个固定装置上(图的左侧)，而在另一固定装置(图的右侧)上固定三个沟槽件1。这些沟槽件的倾斜角彼此相同。然而从搅拌轴3到各个沟槽件1的距离都不同，因而搅拌轴3转动而使沟槽件转动时，五个沟槽件1的五个圆形轨道的路径是彼此不重叠的。
对于本发明的液体喷射装置，其结构简单，而且只需转动搅拌轴，液体便可以大量喷射，并喷射很大的距离。利用这种喷射的液体可以简化桶壁内周表面的清洗、保持热传导面积、冲洗热传导表面以及液体的蒸发。

Claims (14)

1.一种液体喷射装置，包括一搅拌轴(3)以及至少一个沟槽件(1，8，9，101，102)，该沟槽件通过固定装置(2，221，222，103，24，25)而安装在搅拌轴(3)上，该沟槽件起液体输送件的作用，并在其相应的下端和上端部分具有下部和上部开口，上述沟槽件具有大于0°和最高到90°的倾斜角，并且上述沟槽件安装在搅拌轴上而绕搅拌轴的中心转动，并且，当上述沟槽件的下部开口浸没在液面下而上述沟槽件的上部开口则露出于液面时，上述沟槽件的浸没部分的液体进入上述沟槽件，并从上述上部开口喷出，其特征在于，上述沟槽件安装在搅拌轴(3)上而使其绕搅拌轴中心转动时，其凹部面向搅拌轴且其旋转方向在大于0°的偏心角(θ)处，偏心角(θ)限定于在中心点(O)处与沟槽件相交的沟槽件(1)中心线(P)和穿过中心点(O)及搅拌轴中心的轴线之间，中心线(P)和所述轴线处于包括中心点(O)的旋转平面中。
2.如权利要求1所述的液体喷射装置，其特征在于，该沟槽件具有限定了中心点(O)的对称的横截面形状，或者具有不对称的横截面形状，其包括一对称部分和一不对称部分，该对称部分限定了中心点(O)。
3.如权利要求1和2中任一项所述的液体喷射装置，其特征在于，上述至少一个沟槽件安装在搅拌轴上，使得倾斜角可调。
4.如权利要求1所述的液体喷射装置，其特征在于，上述沟槽件具有涂层或表衬。
5.如权利要求1所述的液体喷射装置，其特征在于，上述沟槽件的上部开口由带孔板或网覆盖。
6.如权利要求1所述的液体喷射装置，其特征在于，上述沟槽件的上部开口由板这样封闭，使得沿上述沟槽件的内周表面形成一个间隙。
7.如权利要求1所述的液体喷射装置，其特征在于，设置偏转板，使其与上述沟槽件的上部开口隔开一定距离。
8.如权利要求1所述的液体喷射装置，其特征在于，上述沟槽件是可弯曲的。
9.如权利要求1所述的液体喷射装置，其特征在于，上述沟槽件可以伸缩。
10.如权利要求1所述的液体喷射装置，其特征在于，上述沟槽件的一个纵向开口可用可取下的盖覆盖。
11.一种喷射液体的方法，包括使如权利要求1所述的液体喷射装置的液体输送件绕搅拌轴转动，以其下部开口浸没在液面下，而上部开口露出于液面，由此使得在液体输送件浸没部分的液体可以进入上述液体输送件内，并从上述液体输送件的上部开口喷出。
12.如权利要求11所述的方法，其中，从上述液体输送件的上部开口喷出液体，从而将其分配在一个容器壁的内周表面上，从而冲洗该容器壁的内周表面。
13.如权利要求11所述的方法，其中，从上述液体输送件的上部开口喷出液体，从而将其分配到热传导表面，从而保持热传导面积和/或冲洗热传导表面。
14.如权利要求11所述的方法，其中，从上述液体输送装置的上部开口喷出液体，从而将其分布到液面上方的空间，从而造成蒸发。
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