CZ308532B6 - Zařízení pro čištění kapalin a způsob čištění kapalin s využitím tohoto zařízení - Google Patents

Zařízení pro čištění kapalin a způsob čištění kapalin s využitím tohoto zařízení Download PDF

Info

Publication number
CZ308532B6
CZ308532B6 CZ2019-772A CZ2019772A CZ308532B6 CZ 308532 B6 CZ308532 B6 CZ 308532B6 CZ 2019772 A CZ2019772 A CZ 2019772A CZ 308532 B6 CZ308532 B6 CZ 308532B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
electrode
cavitation
liquid
excited
chamber
Prior art date
Application number
CZ2019-772A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2019772A3 (cs
Inventor
Pavel Rudolf
František POCHYLÝ
Pavel SĹĄahel
Jozef Ráheľ
Jan ÄŚech
Blahoslav MARŠÁLEK
Original Assignee
Vysoké Učení Technické V Brně
Masarykova Univerzita
Botanický ústav AV ČR, v.v.i.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vysoké Učení Technické V Brně, Masarykova Univerzita, Botanický ústav AV ČR, v.v.i. filed Critical Vysoké Učení Technické V Brně
Priority to CZ2019-772A priority Critical patent/CZ308532B6/cs
Publication of CZ2019772A3 publication Critical patent/CZ2019772A3/cs
Publication of CZ308532B6 publication Critical patent/CZ308532B6/cs
Priority to EP20898503.6A priority patent/EP4073002A4/en
Priority to CA3164469A priority patent/CA3164469C/en
Priority to IL293579A priority patent/IL293579B2/en
Priority to US17/784,336 priority patent/US20230061133A1/en
Priority to PCT/CZ2020/000054 priority patent/WO2021115498A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/48Generating plasma using an arc
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/34Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations
    • C02F1/36Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations ultrasonic vibrations
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/4608Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods using electrical discharges
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/48Treatment of water, waste water, or sewage with magnetic or electric fields
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/46Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00Specific treatment goals
    • C02F2303/04Disinfection
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/02Specific form of oxidant
    • C02F2305/023Reactive oxygen species, singlet oxygen, OH radical
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H2245/00Applications of plasma devices
    • H05H2245/30Medical applications
    • H05H2245/36Sterilisation of objects, liquids, volumes or surfaces
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)
  • Food Preservation Except Freezing, Refrigeration, And Drying (AREA)

Abstract

Zařízení pro čištění kapalin pomocí generování elektricky buzeného výboje nízkoteplotního plazmatu v kapalném prostředí, v němž je při proudění kapaliny možno dosáhnout vzniku kavitace nebo superkavitace, sestávající ze vzájemně sériově propojených regulátoru (1) tlaku a kavitační trubice (2), která je tvořena vzájemně na sebe navazujícími nátokovou komorou (21), konfuzorem (22), pracovní komorou (23), difuzorem (24) a výtokovou komorou (25), spočívá v tom, že jednak je v nátokové komoře (21) v její podélné ose ve směru proudění kapaliny ustavena buzená elektroda (3), která svým volným koncem zasahuje do pracovní komory (23) a ke které je elektricky vodivě připojen vysokonapěťový zdroj (4), přičemž buzená elektroda (3) je elektricky odizolována od tělesa kavitační trubice (2), a jednak je ve výtokové komoře (25) ustavena zemnicí elektroda (5), která je v elektrickém kontaktu s kapalinou. Dále je řešením způsob čištění kapalin pomocí tohoto zařízení.

Description

Zařízení pro čištění kapalin a způsob čištění kapalin s využitím tohoto zařízení
Oblast techniky
Vynález spadá do oblasti úpravy vody, zejména za účelem likvidace mikroorganismů, a týká se konstrukce zařízení pro čištění kapalin a způsobu čištění kapalin s využitím tohoto zařízení.
Dosavadní stav techniky
Problematika likvidace mikroorganismů využitím kavitace se speciálně tvarovanou tryskou a vstupním tělesem zvyšujícím účinek kavitace je řešena ve spise CZ 303197 B6, ve kterém se ovšem neuvažuje vliv nízkoteplotního plazmatu. V zařízení zde popsaném vzniká kavitace vlivem poklesu tlaku za zúženým průřezem s následným vznikem super kavitace provázené nepříliš rozsáhlou oblastí vodní páry.
Vyššího účinku se při likvidaci mikroorganismů dosahuje využitím plazmových technologií. Princip spočívá v tom, že do oblasti super kavitace jsou vloženy elektrody pod vysokým napětím. U všech dosud známých provedení jsou elektrody umístěny tak, že elektromagnetické pole má směr kolmo ke směru proudící kapaliny.
Je známá celá řada plazmových technologií používaných pro plazmovou úpravu tekutin, případně práškových materiálů dispergovaných v kapalině. Jedná se vesměs o výboje pracující za atmosférického tlaku. Výboje můžeme rozdělit do dvou skupin kde plazma buď je v přímém kontaktu s kapalinou nebo není. Jako příklad výbojů s přímým kontaktem kapaliny s plazmatem lze uvést například tryskové výboje hořící vůči hladině kapaliny nad nebo pod její hladinou popsané ve spise CZ 307098 B6, různé povrchové výboje na hladině kapaliny uvedené v dokumentech BRUGGEMAN, P.J., KUSHNER, M.J., LOCKE, B.R., et al., Plasma-liquid interactions: a review and roadmap, Plasma Sources Science and Technology, IOP Publishing, 2016, 25(5), 053002 a LUKEŠ, P., DOLEŽALOVÁ, E., SISROVÁ, I. a ČLUPEK, M., Aqueousphase chemistry and bactericidal effects from an air discharge plasma in contact with water: evidence for the formation of peroxynitrite through a pseudo-second-order post-discharge reaction of H2O2 and HN02, Plasma Sources Science and Technology, IOP Publishing, 2014, 13(1), 015019, případně diafragmové výboje, jimž se věnuje publikace STARA, Z., KRČMA, F., NEJEZCHLEB, M. a SKALNÝ, J.D., Organic dye decomposition by DC diaphragm discharge in water: Effect of solution properties on dye removal, Desalination, 2009, 239(1-3), 283-294, dále výboje v bublinách generovaných prouděním plynu popsané v dokumentu PAWLAT, J., HENSEL, K. a IHARA, S., Generation of oxidants and removal of indigo blue by pulsed power in bubbling and foaming systems, Czechoslovak Journal of Physics, 2006, 56(Supplement 2), B1174-B1178, nebo ohřevem elektrickým proudem buzené výboje popsané v článku LOCKE, B.R., LUKEŠ, P. a BRISSET, J.-L., Elementary Chemical and Physical Phenomena in Electrical Discharge Plasma in Gas-Liquid Environments and in Liquids, Plasma Chemistry and Catalysis in Gases and Liquids, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co., 2012, 185-241. Do druhé skupiny, tedy skupiny výbojů bez přímého kontaktu s kapalinou, můžeme řadit výboje nad hladinou kapaliny, případně výboje v multifázových systémech kapalin, kde kapalina je dispergovaná do fáze aerosolu nebo páry a výboj hoří v tomto aerosolu, jak je uvedeno kupříkladu ve stati MACHALA, Z., TARABOVÁ, B., SERSENOVÁ, D., JANDA, M. a HENSEL, K., Chemical and antibacterial effects of plasma activated water: correlation with gaseous and aqueous reactive oxygen and nitrogen species, plasma sources and air flow conditions, Journal of Physics D: Applied Physics, 2018, 52(3), 034002. Jednou z nevýhod je pak například nemožnost upravovat kapaliny, které neodolávají vyšším teplotám.
Použití výše uvedených buzených výbojů je do značné míry omezeno i relativně malou interakční plochou plazmatu vůči objemu plazmatem upravované kapaliny. Kromě toho, některé z výbojů,
- 1 CZ 308532 B6 zejména tryskové výboje, potřebují ke svému provozu drahé plyny, jako například argon nebo helium, což jev praxi možné jen u technologií, kde je potřeba upravovat malé množství kapalin s vysokou přidanou hodnotou plazmové úpravy, tedy tyto typy výbojů nejsou použitelné u aplikací, u nichž jsou hlavním kritériem nízké náklady.
Problémem zapalování výboje v kapalinách je nutnost mimořádně vysoké intenzity elektrického pole, více než 1 MV/cm, pro vybuzení lavinové ionizace vedoucí k elektrickému průrazu. V praxi se proto využívá trik s vytvořením plynných mikrobublin ve výbojovém prostoru, čímž kritická hodnota elektrického pole průrazu klesne pod 10 kV/cm. Při použití ohmického ohřevu může množství energie využité pouze na odpaření kapaliny a vznik bubliny tvořit až 95% celkového příkonu. Možným řešením tohoto nedostatku je umělé vhánění plynů ve formě mikrobublin do kapaliny, a to buď přímo skrz vysokonapěťovou elektrodu, nebo do oblasti výbojového prostoru. Komplikací pro zapalování výboje tímto způsobem je často vysoká elektrická vodivost kapaliny, jež umožní dosáhnout průrazné intenzity elektrického pole pouze v objemu několika málo bublin. Následně je výsledné plazma vysoce nehomogenní, fílamentámí a prostorově ohraničené. Toto je řešeno buzením plazmatu ve formě VN pulzního napájení, kde energie v pulzuje enormní a je tak možné v bublinách výboj vytvořit. Pulzní napájení však s sebou nese značné náklady spojené s vysokou pořizovací cenou napájecích vysokonapěťových pulzních zdrojů a dále značné náklady zvláště při přizpůsobení technologie pro větší objemy.
Vznik plazmatu v kapalinách doprovází také sonoluminiscenci, která vzniká při implozi bublin par v kapalinách, kde jsou tyto bubliny generovány vysokofrekvenčními akustickými vlnami bez externí aplikace elektrického pole, což vede k produkci bublin plazmatu o velikosti řádově 1 pm a dobou života pohybující se kolem 100 ps.
Analogický typ bublin je možné vytvářet i rychlým prouděním kapaliny skrze vhodně tvarované zúžení, kdy vzniká takzvaná hydrodynamická kavitace. V článcích IHARA, S., HIROHATA, T., KOMINATO, Y., YAMABE, C., IKE, Η., HAKIAI, K., HIRABAYASHI, K. a TAMAGAWA, M., Water Treatment Using Discharge Generated in Cavitation Field with Micro Bubble Cloud, Electrical Engineering in Japan, Wiley Periodicals, 2014, 186(4), 1-10 a IHARA, S., SAKAI, T., YOSHIDA, Y. a NISHIYAMA, H., Fundamental characteristics of discharge plasma generated in a water cavitation field, Journal of Electrostatics, Elsevier, 2018, 93, 110-117 je popsáno uspořádaní, kdy dvojice VN elektrod umístěná vně tvarového zúžení, jejichž elektromagnetické pole je kolmé ke směru proudění kapaliny v trubici, v takto vytvořeném kavitačním mraku zapálila intenzivní, avšak prostorově ohraničené plazma, čímž dochází pouze k nedokonalé plazmové úpravě kapaliny. Zařízení popsané ve spisu US 2009/0071910 je vždy založeno na dvou elektrodách (buzené a zemnicí) přítomných v oblasti kavitace, navíc neumožňuje přívod plynů nebo tuhého prášku do oblasti plazmového výboje. V publikaci OKA, Y., OHNISHI, K., ASAMI, K., et al, Dispersion of carbon nanotubes into water without dispersant using cavitation bubble plasma, Vacuum, Elsevier, 2017, 136, 209-213[9] je uvedeno řešení, kdy k vytvoření kavitačního mraku byl využit rotující válec s otáčkami 7200 ot/min. I zde však byly obě budicí elektrody umístěné přímo v kavitačním mraku, a výsledné plazma bylo také silně nehomogenní.
Extrémním příkladem vytváření bublin v kapalinách je pak tvorba pěny, což je termodynamicky nestabilní koloidní struktura s vysokou koncentrací dispergovaného plynu. Jedná se tedy o dvoufázový systém, kde je voda přítomná ve formě tenké membrány oddělené plynovými bublinami. Pěna může být vytvářena šleháním, vpouštěním plynu, třepáním nebo vakuováním. Vše ale závisí na vlastnostech kapaliny, teplotě, tlaku, přítomnosti různých surfaktantů a podobně. V takovémto pěnovém prostředí je možné pak jednoduše zapálit výboj a úprava kapaliny je velmi efektivní až lOx lepší než ve výše uvedených výbojích. Nevýhodou je pak nutnost dodávání velkého množství plynu, energetická náročnost výroby pěny, zvláště když vlastnosti kapaliny brání zpěňování, a dále ne příliš velká vhodnost pro použití ve větších objemech.
Úkolem vynálezu je odstranit výše popsané nedostatky známých řešení a vytvořit takový způsob plazmové úpravy kapalin a zařízení pro generování nízkoteplotního plazmatu v kapalinách, které
- 2 CZ 308532 B6 by byly univerzálně vhodné pro průmyslovou plazmovou úpravu různých typů kapalin s širokým spektrem vlastností a vodivostí včetně kapalin s dispergovanými prášky, které by nepotřebovaly pro správnou funkci velké objemové množství pracovního plynu, byly by energeticky, prostorově a investičně nenáročné, vytvářely plazma v celém průřezu vháněné kapaliny a umožňovaly by snadné dimenzování a upscalling pro různé průtoky.
Podstata vynálezu
Stanoveného cíle je dosaženo vynálezem, kterým je zařízení pro čištění kapalin pomocí generování elektricky buzeného výboje nízkoteplotního plazmatu v kapalném prostředí, v němž je při proudění kapaliny možno dosáhnout vzniku kavitace nebo superkavitace, sestávající ze vzájemně sériově propojených regulátoru tlaku a kavitační trubice, která je tvořena vzájemně na sebe navazujícími nátokovou komorou, konfúzorem, pracovní komorou, difúzorem a výtokovou komorou, kde jednak jev nátokové komoře v její podélné ose ve směru proudění kapaliny ustavena buzená elektroda, která svým volným koncem zasahuj e do pracovní komory a ke které j e elektricky vodivě připojen vysokonapěťový zdroj, přičemž buzená elektroda je elektricky odizolována od tělesa kavitační trubice, a jednak je ve výtokové komoře ustavena zemnicí elektroda, která je v elektrickém kontaktu s kapalinou.
Ve výhodném provedení je buzená elektroda upevněna na elektrodovém nosníku, který je ustaven uvnitř nátokové komory kolmo k podélné ose kavitační trubice, od níž je elektricky odizolován, přičemž buzená elektroda je s elektrodovým nosníkem elektricky propojena a k elektrodovému nosníku je připojen vysokonapěťový zdroj.
V dalším výhodném provedení jsou elektrodový nosník a buzená elektroda provedeny jako duté s vytvořenou společnou průchozí vnitřní dutinou, která je otevřena na jedné straně vně kavitační trubice a na druhé straně na volném konci buzené elektrody zasahujícím do pracovní komory.
Dále je výhodné, když je zemnicí elektroda provedena jako část pláště výtokové komory.
V dalším výhodném provedení je zemnicí elektroda provedenajako kmitající ultrazvukově buzený hrot připojený k ultrazvukovému generátoru.
Konečně je výhodné, když buď je za výtokovou komorou zařazen ejektor tvořený přívodní komorou navazující na výtokovou komoru kavitační trubice a úžinou, kde z přívodní komory je odvedeno odsávací potrubí, které j e zaústěno do úžiny, nebo j e za výtokovou komorou ke kavitační trubici připojeno čerpadlo.
Také je podstatou vynálezu způsob čištění kapalin pomocí zařízení, jehož podstatou je, že nízkoteplotní plazma je generováno do místa vzniku kavitace či superkavitace nebo do těsné blízkosti jejího vzniku proti proudu kapaliny, a to ve směru jejího proudění, pomocí buzené elektrody situované souhlasně se směrem proudění kapaliny, přičemž velikost frekvence vysokonapěťového výboje se pohybuje v rozmezí hodnot 0 až 20 MHz.
Ve výhodném provedení je plazma ultrazvukově stimulováno.
V dalším výhodném provedení je do místa vzniku kavitace nebo superkavitace přiváděn plyn nebo tuhá látka ve formě prášku.
Dále je výhodné, když je prášková tuhá látka fotoreaktivní.
V dalším výhodném provedení je kapalina za místem zániku kavitace odsávána.
- 3 CZ 308532 B6
Předkládaným vynálezem se dosahuje vyššího účinku v tom, že v případě použití plné budicí elektrody je výboj elektricky buzen ve zředěných parách kapaliny bez přístupu vzduchu, což je výhodné pro hořlavé kapaliny a disperse. Dále plazma v superkavitaci hoří od budicí elektrody k objemu kapaliny a pro různé vodivosti kapaliny není nutné optimalizovat vzdálenost elektrod. Vodivost kapaliny má vliv jen na délku zóny s vybuzeným plazmatem, a to při zachování konstantního výkonu, není tedy potřebné optimalizovat vzdálenost elektrod pro dané médium s různými parametry. V případě použití duté buzené elektrody lze do proudící kapaliny přisávat pracovní plyn, reakční kapalinu nebo částice v práškové formě, které jsou poté rozdispergovány do pracovní kapaliny a následně modifikovány vytvořeným plazmatem v superkavitaci. V případě použití i duté zemnicí elektrody lze takto upravovat i pevné nevodivé materiály ve formě vláken nebo tyčí.
Objasnění výkresů
Konkrétní příklady provedení vynálezu jsou schematicky znázorněny na přiložených výkresech kde:
obr. 1 je schematický nákres zařízení v režimu kavitace, obr. 2 je schematický nákres zařízení v režimu superkavitace, obr. 3 je schematický nákres zařízení s alternativním provedením zemnicí elektrody, obr. 4 je schematický nákres zařízení s přidaným ejektorem a obr. 5 je schematický nákres zařízení s ultrazvukovým generátorem připojeným k zemnicí elektrodě.
Výkresy znázorňující představovaný vynález a následně popsané příklady konkrétních provedení v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, ale jen objasňují podstatu vynálezu.
Příklady uskutečnění vynálezu
Zařízení k provádění způsobu čištění kapalin sestává v základním provedení znázorněném na obr. 1 ze vzájemně sériově propojených regulátoru tlaku 1 a kavitační trubice 2, která je tvořena sériově na sebe navazujícími válcovou nátokovou komorou 21, konfúzorem 22, válcovou pracovní komorou 23, difuzorem 24 a válcovou výtokovou komorou 25. V nátokové komoře 21 je kolmo k podélné ose kavitační trubice 2 usazen elektrodový nosník 31. ke kterému je upevněna podlouhlá buzená elektroda 3 situovaná v podélné ose nátokové komory 21 a zasahující svým volným koncem do pracovní komory 23, přičemž buzená elektroda 3 je elektricky vodivě propojena s elektrodovým nosníkem 31. avšak oba prvky 3 a 31 jsou od tělesa kavitační trubice 2 elektricky odizolovány. K elektrodovému nosníku 31 je připojen vysokonapěťový zdroj 4, kterým je přes elektrodový nosník 31 buzená elektroda 3 napájena. Ve výtokové komoře 25 je ustavena zemnicí elektroda 5, jejímž prostřednictvím je uzemněna i kapalina proudící kavitační trubicí 2. Kruhový tvar příčného řezu kavitační trubicí 2 není jediným možným řešením, příčný řez kavitační trubicí 2 může mít libovolný tvar.
Alternativně jsou elektrodový nosník 31 a buzená elektroda 3 provedeny jako duté s vytvořenou společnou neoznačenou průchozí vnitřní dutinou, která je otevřena na jedné straně vně kavitační trubice 2 a na druhé straně na volném konci buzené elektrody 3 zasahujícím do pracovní komory 23, jak je znázorněno na obr. 3 až 5.
- 4 CZ 308532 B6
Další alternativou je provedení zemnicí elektrody 5 jako části pláště válcové výtokové komory 25, jak je znázorněno na obr. 3.
Další alternativou znázorněnou na obr. 4 je zařazení ejektoru 6 za výtokovou komoru 25. Ejektor 6 je tvořen přívodní komorou 61, která navazuje na výtokovou komoru 25, a úžinou 62. Z přívodní komory 61 je bočně vyvedeno odsávací potrubí 63 vyústěné do úžiny 62. Ejektor 6 může být alternativně nahrazen neznázoměným čerpadlem.
Alternativně je zemnicí elektroda 5 provedena jako kmitající ultrazvukově buzený hrot připojený k ultrazvukovému generátoru 8, jak je znázorněno na obr. 5.
Při provádění způsobu čištění kapalin podle obr. 1 j e regulátorem tlaku 1 udržována taková hodnota tlaku kapaliny proudící nátokovou komorou 21 do kavitační trubice 2, aby došlo v místě zúžení ke vzniku kavitace nebo superkavitace. Kapalina je z nátokové komory 21 vedena do konfuzoru 22, kde dochází k podstatnému zvýšení její rychlosti a současně k poklesu tlaku, a to pod tlak nasycených par. V tomto okamžiku se v konfuzoru 22 začínají objevovat první bublinky, které postupují vysokou rychlostí pracovní komorou 23 ve které začíná vznikat kavitace. V difúzoru 24 dojde v důsledku odtržení mezní vrstvy k dalšímu snížení tlaku a k podstatnému rozšíření kavitační zóny, která vyplní prakticky celý prostor difuzoru 24 a postupuje až do výtokové komory 25, kde dochází ke vzniku kavitačního mraku 71. Případně dojde až ke vzniku superkavitace 72. kdy kapalina proudí pouze středem výtokové komory 25 a kolem ní je prostor zcela vyplněn superkavitujícím médiem, jak je znázorněno na obr. 2. Vysokonapěťovým zdrojem 4, jehož frekvence se pohybuj e v rozmezí 0 až 20 MHz, j e napáj ena buzená elektroda 3, j ej ímž potenciálem vůči zemnicí elektrodě 5 je vytvářeno elektromagnetické pole, jehož směr je rovnoběžný se směrem proudění kapaliny. Tímto elektromagnetickým polem pak jsou buzeny výboje plazmatu, které hoří v celé oblasti kavitace 71 nebo superkavitace 72.
V alternativním provedení, kdy jsou elektrodový nosník 31 s elektrodou 3 provedeny jako duté, může být dutinou v nich vytvořenou přiváděn do prostoru vzniku kavitace 71 nebo superkavitace 72 plyn nebo pevné částice.
Průmyslová využitelnost
Vynález je využitelný pro generování nízkoteplotního plazmatu v kapalinách sloužícího pro plazmové úpravy kapalin nebo suspenzí kapalin obsahujících biologické a chemické kontaminanty nebo kapaliny obsahujících dispergované prášky tak i k úpravě nevodivých materiálů ve tvaru tyčí a nití v kapalinách bez přístupu vzduchu v hygienickém, chemickém průmyslu, ve stavebnictví, v průmyslu, v potravinářském průmyslu a podobně. Vynález je využitelný k dekontaminaci vod, a to jak odpadních vod, tak pro sterilizaci pitné a užitkové vody a dále pak pro úpravu kapalin na bázi uhlovodíků jako jsou například oleje, barvy a podobně.

Claims (13)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Zařízení pro čištění kapalin pomocí generování elektricky buzeného výboje nízkoteplotního plazmatu v kapalném prostředí, v němž je při proudění kapaliny možno dosáhnout vzniku kavitace nebo superkavitace, sestávající ze vzájemně sériově propojených regulátoru (1) tlaku a kavitační trubice (2), která je tvořena vzájemně na sebe navazujícími nátokovou komorou (21), konfúzorem (22), pracovní komorou (23), difuzorem (24) a výtokovou komorou (25), vyznačující se tím, že jednak je v nátokové komoře (21) v její podélné ose ve směru proudění kapaliny ustavena buzená elektroda (3), která svým volným koncem zasahuje do pracovní komory (23) a ke které je elektricky vodivě připojen vysokonapěťový zdroj (4), přičemž buzená elektroda (3) je elektricky odizolována od tělesa kavitační trubice (2), a jednak je ve výtokové komoře (25) ustavena zemnicí elektroda (5), která je v elektrickém kontaktu s kapalinou.
  2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že buzená elektroda (3) je upevněna na elektrodovém nosníku (31), který je ustaven uvnitř nátokové komory (21) kolmo k podélné ose kavitační trubice (2) od níž je elektricky odizolován, přičemž buzená elektroda (3) je s elektrodovým nosníkem (31) elektricky propojena a k elektrodovému nosníku (31) je připojen vysokonapěťový zdroj (4).
  3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že elektrodový nosník (31) a buzená elektroda (3) jsou provedeny jako duté s vytvořenou společnou průchozí vnitřní dutinou, která je otevřena na jedné straně vně kavitační trubice (2) a na druhé straně na volném konci buzené elektrody (3) zasahujícím do pracovní komory (23).
  4. 4. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že zemnicí elektroda (5) je provedena jako část pláště výtokové komory (25).
  5. 5. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že zemnicí elektroda (5) je provedena jako kmitající ultrazvukově buzený hrot připojený k ultrazvukovému generátoru (8).
  6. 6. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že za výtokovou komorou (25) je zařazen ejektor (6) tvořený přívodní komorou (61) navazující na výtokovou komoru (25) a úžinou (62), kde z přívodní komory (61) je odvedeno odsávací potrubí (63), které je zaústěno do úžiny (62).
  7. 7. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že za výtokovou komorou (25) je ke kavitační trubici (2) připojeno čerpadlo.
  8. 8. Způsob čištění kapalin pomocí zařízení podle nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že nízkoteplotní plazma je generováno do místa vzniku kavitace či superkavitace nebo do těsné blízkosti jejího vzniku proti proudu kapaliny, a to ve směru jejího proudění, pomocí buzené elektrody situované souhlasně se směrem proudění kapaliny, přičemž velikost frekvence vysokonapěťového výboje se pohybuje v rozmezí hodnot 0 až 20 MHz.
  9. 9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že plazma je ultrazvukově stimulováno.
  10. 10. Způsob podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že do místa vzniku kavitace nebo superkavitace je přiváděn plyn.
  11. 11. Způsob podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že do místa vzniku kavitace nebo superkavitace je přiváděna tuhá látka v práškové formě.
  12. 12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že tuhá látka v práškové formě je fotoreaktivní.
    -6CZ 308532 B6
  13. 13. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 8 až 12, vyznačující setím, že z oblasti za místem zániku kavitace je kapalina odsávána.
CZ2019-772A 2019-12-13 2019-12-13 Zařízení pro čištění kapalin a způsob čištění kapalin s využitím tohoto zařízení CZ308532B6 (cs)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-772A CZ308532B6 (cs) 2019-12-13 2019-12-13 Zařízení pro čištění kapalin a způsob čištění kapalin s využitím tohoto zařízení
EP20898503.6A EP4073002A4 (en) 2019-12-13 2020-12-07 DEVICE FOR TREATING LIQUIDS AND METHOD FOR TREATING LIQUIDS USING THIS DEVICE
CA3164469A CA3164469C (en) 2019-12-13 2020-12-07 Device for treatment of liquids and the method of treatment of liquids with use of this device
IL293579A IL293579B2 (en) 2019-12-13 2020-12-07 Device for handling liquids and method for handling liquids using this device
US17/784,336 US20230061133A1 (en) 2019-12-13 2020-12-07 Device for treatment of liquids and the method of treatment of liquids with use of this device
PCT/CZ2020/000054 WO2021115498A1 (en) 2019-12-13 2020-12-07 Device for treatment of liquids and the method of treatment of liquids with use of this device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-772A CZ308532B6 (cs) 2019-12-13 2019-12-13 Zařízení pro čištění kapalin a způsob čištění kapalin s využitím tohoto zařízení

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2019772A3 CZ2019772A3 (cs) 2020-10-29
CZ308532B6 true CZ308532B6 (cs) 2020-10-29

Family

ID=73015426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2019-772A CZ308532B6 (cs) 2019-12-13 2019-12-13 Zařízení pro čištění kapalin a způsob čištění kapalin s využitím tohoto zařízení

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230061133A1 (cs)
EP (1) EP4073002A4 (cs)
CA (1) CA3164469C (cs)
CZ (1) CZ308532B6 (cs)
IL (1) IL293579B2 (cs)
WO (1) WO2021115498A1 (cs)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021115498A1 (en) * 2019-12-13 2021-06-17 Vysoké Učení Technické V Brně Device for treatment of liquids and the method of treatment of liquids with use of this device
US11939243B1 (en) 2023-06-08 2024-03-26 Plasmius, Inc Device, system, and method for flow-through-plasma-hydrodynamic-reactor-based water treatment

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ309372B6 (cs) * 2021-08-30 2022-10-12 Ústav fyziky a plazmatu AV ČR v.v.i. Způsob výroby peroxidu vodíku v plazmatu in situ a zařízení k provádění tohoto způsobu
CN118371214A (zh) * 2024-06-21 2024-07-23 烟台伊莱文医药科技有限公司 一种等离子体液化装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090071910A1 (en) * 2006-05-31 2009-03-19 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Liquid treatment apparatus and liquid treatment method
JP2011041914A (ja) * 2009-08-21 2011-03-03 Yaskawa Electric Corp 水処理装置
JP2014079743A (ja) * 2012-09-26 2014-05-08 Shibaura Mechatronics Corp 液体処理装置及び液体処理方法
CN105461006A (zh) * 2015-12-16 2016-04-06 李芳� 气蚀等离子体水处理装置及方法
JP2016081676A (ja) * 2014-10-15 2016-05-16 株式会社栗田製作所 流体中プラズマ発生方法及び流体中プラズマ発生装置
EP3579666A1 (en) * 2017-02-03 2019-12-11 Nihon Spindle Manufacturing Co., Ltd. In-liquid plasma device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030146310A1 (en) * 2001-08-17 2003-08-07 Jackson David P. Method, process and apparatus for high pressure plasma catalytic treatment of dense fluids
JP5295485B2 (ja) * 2006-02-01 2013-09-18 株式会社栗田製作所 液中プラズマ型被処理液浄化方法及び液中プラズマ型被処理液浄化装置
CN107673445B (zh) * 2017-09-29 2020-09-25 昆明理工大学 一种文式喉管放电等离子体处理废水的方法
CZ308532B6 (cs) * 2019-12-13 2020-10-29 Vysoké Učení Technické V Brně Zařízení pro čištění kapalin a způsob čištění kapalin s využitím tohoto zařízení

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090071910A1 (en) * 2006-05-31 2009-03-19 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Liquid treatment apparatus and liquid treatment method
JP2011041914A (ja) * 2009-08-21 2011-03-03 Yaskawa Electric Corp 水処理装置
JP2014079743A (ja) * 2012-09-26 2014-05-08 Shibaura Mechatronics Corp 液体処理装置及び液体処理方法
JP2016081676A (ja) * 2014-10-15 2016-05-16 株式会社栗田製作所 流体中プラズマ発生方法及び流体中プラズマ発生装置
CN105461006A (zh) * 2015-12-16 2016-04-06 李芳� 气蚀等离子体水处理装置及方法
EP3579666A1 (en) * 2017-02-03 2019-12-11 Nihon Spindle Manufacturing Co., Ltd. In-liquid plasma device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021115498A1 (en) * 2019-12-13 2021-06-17 Vysoké Učení Technické V Brně Device for treatment of liquids and the method of treatment of liquids with use of this device
US11939243B1 (en) 2023-06-08 2024-03-26 Plasmius, Inc Device, system, and method for flow-through-plasma-hydrodynamic-reactor-based water treatment

Also Published As

Publication number Publication date
US20230061133A1 (en) 2023-03-02
CA3164469A1 (en) 2021-06-17
WO2021115498A1 (en) 2021-06-17
EP4073002A4 (en) 2024-01-10
IL293579A (en) 2022-08-01
CZ2019772A3 (cs) 2020-10-29
IL293579B1 (en) 2023-05-01
EP4073002A1 (en) 2022-10-19
CA3164469C (en) 2024-06-04
IL293579B2 (en) 2023-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ308532B6 (cs) Zařízení pro čištění kapalin a způsob čištění kapalin s využitím tohoto zařízení
US6117401A (en) Physico-chemical conversion reactor system with a fluid-flow-field constrictor
JP5099612B2 (ja) 液体処理装置
JP6243122B2 (ja) 液体にプラズマ粒子を当てるための方法及び装置、並びに水を殺菌するための使用
US8906242B2 (en) Transportable reactor tank
US20150307371A1 (en) Electric arc for aqueous fluid treatment
EP2567599B1 (fr) Procede et dispositif pour la generation d'un jet de plasma non- isothermique
JP5866694B2 (ja) ラジカル発生装置及びそれを用いた浄化方法
EP3894360B1 (en) Water treatment apparatus and method for treatment of water
WO2015077062A1 (en) Method and apparatus for transforming a liquid stream into plasma and eliminating pathogens therein
US8968577B2 (en) Process for treating fluids
Ahmed et al. Effect of water conductivity on the generation of OH• radicals in high frequency underwater capillary discharge
US9169146B2 (en) Waste treatment process for coal gasification fly ash
WO2014089310A1 (en) Waste treatment process for coal gasification fly ash
US11059729B2 (en) Liquid treatment device
EP3981743A1 (en) Method and device for disinfection of liquid
RU2393028C1 (ru) Устройство для соноплазменной стимуляции физико-химических и технологических процессов в жидкой среде
WO2016182548A1 (en) Electric arc for aqueous fluid treatment
Podlinski et al. Bubble flow measurements in pulsed streamer discharge in water using particle image velocimetry
JP2021107040A (ja) 殺菌水の製造装置、殺菌水の製造方法及び殺菌済物体の製造方法
CZ2014135A3 (cs) Elektrodový systém generátoru ozonu pro zvýšení koncentrace ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic produkovaných korónovým výbojem
CZ19123U1 (cs) Reaktor s elektrickým výbojem