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 PDFInfo
- 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
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 7
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- COHYTHOBJLSHDF-UHFFFAOYSA-N Indigo Chemical compound N1C2=CC=CC=C2C(=O)C1=C1C(=O)C2=CC=CC=C2N1 COHYTHOBJLSHDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000006194 liquid suspension Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 102100033961 Guanylin Human genes 0.000 description 1
- 101001068469 Homo sapiens Guanylin Proteins 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 description 1
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- CMFNMSMUKZHDEY-UHFFFAOYSA-N peroxynitrous acid Chemical compound OON=O CMFNMSMUKZHDEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 238000005393 sonoluminescence Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/48—Generating plasma using an arc
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/34—Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations
- C02F1/36—Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations ultrasonic vibrations
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/4608—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods using electrical discharges
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/48—Treatment of water, waste water, or sewage with magnetic or electric fields
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2303/00—Specific treatment goals
- C02F2303/04—Disinfection
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/02—Specific form of oxidant
- C02F2305/023—Reactive oxygen species, singlet oxygen, OH radical
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H2245/00—Applications of plasma devices
- H05H2245/30—Medical applications
- H05H2245/36—Sterilisation of objects, liquids, volumes or surfaces
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater 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)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. 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. 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. 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. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že zemnicí elektroda (5) je provedena jako část pláště výtokové komory (25).
- 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. 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. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že za výtokovou komorou (25) je ke kavitační trubici (2) připojeno čerpadlo.
- 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. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že plazma je ultrazvukově stimulováno.
- 10. Způsob podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že do místa vzniku kavitace nebo superkavitace je přiváděn plyn.
- 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. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že tuhá látka v práškové formě je fotoreaktivní.-6CZ 308532 B6
- 13. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 8 až 12, vyznačující setím, že z oblasti za místem zániku kavitace je kapalina odsávána.
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)
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)
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)
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)
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 |
-
2019
- 2019-12-13 CZ CZ2019-772A patent/CZ308532B6/cs unknown
-
2020
- 2020-12-07 WO PCT/CZ2020/000054 patent/WO2021115498A1/en unknown
- 2020-12-07 CA CA3164469A patent/CA3164469C/en active Active
- 2020-12-07 US US17/784,336 patent/US20230061133A1/en active Pending
- 2020-12-07 EP EP20898503.6A patent/EP4073002A4/en active Pending
- 2020-12-07 IL IL293579A patent/IL293579B2/en unknown
Patent Citations (6)
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)
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 |