ES2879870T3 - Dispositivo de introducción/retención de gas, procedimiento de introducción/retención de gas y cabezal de liberación de gas - Google Patents

Dispositivo de introducción/retención de gas, procedimiento de introducción/retención de gas y cabezal de liberación de gas Download PDF

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Abstract

Un dispositivo de introducción/retención de gas configurado para introducir un gas en un líquido y retener el gas en el líquido, comprendiendo el dispositivo: un cabezal de descarga de gas (20, 20A) que tiene microporos, y para su inmersión en el líquido; medio de suministro de gas (30) configurado para suministrar el gas al cabezal de descarga de gas (20, 20A); y un oscilador (41), donde los microporos del cabezal de descarga de gas (20, 20A) tienen cada uno un tamaño de poro no mayor de 2,5 μm, caracterizado porque el oscilador (41) está configurado para aplicar continuamente una oscilación con una frecuencia no inferior a 30000 Hz y una amplitud no superior a 1 mm al cabezal de descarga de gas (20, 20A) configurado para descargar el gas en el líquido a fin de satisfacer (la cantidad de gas (μm3/min) descargado de un microporo)/(la frecuencia de oscilación (Hz) del oscilador (41)) < 300.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de introducción/retención de gas, procedimiento de introducción/retención de gas y cabezal de liberación de gas
CAMPO TÉCNICO
[0001] La presente invención se refiere a un dispositivo de introducción/retención de gas y un procedimiento de introducción/retención de gas para introducir un gas en un líquido y retener el gas en el líquido.
ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA
[0002] Como procedimiento para introducir un gas en un líquido y retener el gas en el líquido, se adopta comúnmente un procedimiento de disolución de burbujas, en el que un gas se sopla, en forma de burbujas, en un líquido mediante burbujeo usando un tubo difusor o similar, disolviendo, de este modo, el gas en el líquido. Sin embargo, las burbujas normales descargadas en el líquido se elevan rápidamente y estallan en la superficie del líquido. Por lo tanto, la mayor parte del gas descargado en forma de burbujas en el líquido se difunde a la atmósfera sin disolverse en el líquido, y el gas no puede disolverse eficientemente en el líquido.
[0003] Mientras tanto, las burbujas (denominadas en lo sucesivo microburbujas), cuyo diámetro en la generación se microniza a 50 pm o menos, tienen propiedades tales que las burbujas tienen una baja velocidad de ascenso en un líquido, y se contraen gradualmente mientras hacen que un gas contenido en ellas se disuelva eficientemente y, en algunos casos, desaparezca antes de llegar a la superficie del líquido.
[0004] Por lo tanto, se han propuesto varios procedimientos para generar microburbujas en líquidos. Específicamente, se han propuesto los siguientes procedimientos: un procedimiento para generar microburbujas mediante la utilización de un fenómeno en el que, cuando se disuelve una galactosa similar a pómez en agua o similar, se crean burbujas y las mismas se separan de huecos de cristales; un procedimiento para generar microburbujas mediante la utilización de la propiedad de que la cantidad de gas disuelto aumenta en proporción a una presión (procedimiento de disolución a presión); un procedimiento para generar microburbujas agitando un líquido y un gas (procedimiento de flujo de remolino bifásico gas-líquido); y similares.
[0005] Sin embargo, dado que la solubilidad de un gas en un líquido a una temperatura constante y una presión constante se determina para cada combinación de un gas y un líquido que disuelve el gas, incluso cuando un gas puede disolverse eficientemente en un líquido, el gas no puede disolverse superando la solubilidad del mismo. Por lo tanto, hay limitaciones en los procedimientos de disolución de gas que utilizan microburbujas.
[0006] Mientras tanto, se ha sabido que algunas de las microburbujas generadas en un líquido no simplemente desaparecen, sino que permanecen temporalmente, en sus estados extremadamente micronizados, en el líquido. Estas burbujas tienen diámetros menores que varios cientos de nanómetros y se llaman nanoburbujas (burbujas ultrafinas). Por lo tanto, si se puede generar de forma estable una gran cantidad de nanoburbujas en el líquido, el gas se puede disolver en el líquido, superando la solubilidad del mismo.
[0007] En los últimos años, se ha propuesto un procedimiento, en el que las nanoburbujas se generan haciendo que las microburbujas generadas en un líquido se contraigan y aplasten rápidamente mediante la aplicación de estimulación física a las microburbujas, y las nanoburbujas generadas se estabilizan mediante la adición de iones electrolíticos al líquido con el fin de retener las nanoburbujas.
[0008] El documento WO 2008/013349 A1 describe difusores cerámicos a base de sílice o alúmina y procedimientos para fabricar los difusores y para el tratamiento de aguas residuales a base de flotación de onair utilizando los difusores, donde los tamaños de partículas de sílice o alúmina en los difusores cerámicos aumentan en la dirección hacia el centro.
[0009] El documento US 6 398 195 B1 describe un procedimiento y un aparato para producir burbujas submicrónicas en líquidos y suspensiones, donde el gas se mantiene en el interior de la partición permeable al gas a una presión predeterminada.
[0010] El documento US-A1-2015/0343399 describe un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 1 y un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 4.
[ BIBLIOGRAFÍA DE PATENTES]
[0011]
[BP 1] Publicación japonesa de patente abierta No. 2014-217813
[BP 2] Patente japonesa No. 4144669
[BP 3] Publicación japonesa de patente abierta No. 2013-166143
[BP 4] WO 2008/013349 A1
[BP 5] US 6398 195 B1
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
PROBLEMAS A RESOLVER POR LA INVENCIÓN
[0012] Sin embargo, el procedimiento de generación de nanoburbujas antes mencionado que utiliza el triturado de microburbujas tiene los siguientes inconvenientes. Es decir que, debido a un rápido aumento de temperatura y una onda de choque generada cuando las microburbujas se aplastan, el gas una vez disuelto en el líquido se descarga espontáneamente desde una superficie gas-líquido y, por lo tanto, es difícil aumentar la cantidad del gas disuelto en el líquido. Además, dado que la onda de choque generada cuando las microburbujas se aplastan se amplifican continuamente, las nanoburbujas mismas son aplastadas por la onda de choque amplificada, lo que hace que sea difícil simplemente retener las nanoburbujas generadas.
[0013] Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de introducción/retención de gas y un procedimiento de introducción/retención de gas capaz de aumentar la cantidad de un gas disuelto en un líquido.
SOLUCIÓN A LOS PROBLEMAS
[0014] Para lograr el objeto anterior, la presente invención proporciona un dispositivo de introducción/retención de gas según la reivindicación 1.
[0015] El cabezal de descarga de gas puede tener un cuerpo principal del cabezal en forma de placa, al menos una de ambas superficies de las cuales sirve como una superficie de descarga de gas, y el oscilador puede configurarse para aplicar la oscilación en una dirección en la que un ángulo más pequeño, de ángulos formados con la superficie de descarga de gas del cuerpo principal del cabezal, se encuentra dentro de un intervalo de -15° a 15°.
[0016] El cabezal de descarga de gas puede incluir un cuerpo principal del cabezal en forma de placa formado por un material poroso que tiene microporos, cada uno con un tamaño de poro no mayor a 2,5 [pm]. En el cuerpo principal del cabezal, se puede formar una pluralidad de rutas de suministro de gas que se extienden en diferentes direcciones a lo largo de la superficie del cuerpo principal del cabezal,
[0017] La presente invención proporciona un procedimiento de introducción/retención de gas para introducir un gas en un líquido y retener el gas en el líquido según la reivindicación 4.
[0018] En el procedimiento de introducción/retención de gas, se puede agregar el 0,01% o más en peso de peróxido de hidrógeno al líquido.
CONSECUENCIAS VENTAJOSAS DE LA INVENCIÓN ventajosas de la invención
[0019] Como se describió anteriormente, en el dispositivo de introducción/retención de gas según la invención de la reivindicación 1 y el procedimiento de introducción/retención de gas según la invención de la reivindicación 4, el gas, que se descarga desde los microporos, del cabezal de descarga de gas, cada uno con un tamaño de poro no mayor a 2,5 [pm] para satisfacer (la cantidad de gas [pm3/min] descargado desde un microporo)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador) < 300, se descarga en el líquido mientras se separa en microburbujas debido a la oscilación, se aplica al cabezal de descarga de gas, con una frecuencia no menor a 30000 [Hz] y una amplitud no mayor a 1 [mm], y, a continuación, las microburbujas en el líquido demuestran el movimiento browniano mientras se contraen lentamente y, por lo tanto, se pueden retener como burbujas de nanotamaño en el líquido.
[0020] Tal como se describió anteriormente, en el dispositivo de introducción/retención de gas y el procedimiento de introducción/retención de gas según la presente invención, las nanoburbujas pueden generarse sin triturar microburbujas. Por lo tanto, en contraste con el procedimiento de generación de nanoburbujas convencional que utiliza el aplastamiento de microburbujas, es posible evitar la situación de que el gas una vez disuelto en el líquido se descarga espontáneamente desde la superficie gas-líquido debido a un aumento de temperatura que ocurre cuando las microburbujas se aplastan, y la situación de que las nanoburbujas una vez generadas se aplastan debido a una onda de choque se genera cuando las microburbujas se aplastan, y se amplifica continuamente. Por lo tanto, la cantidad de gas disuelto en el líquido sin duda puede aumentar.
[0021] Según la invención de la reivindicación 2, el cabezal de descarga de gas tiene el cuerpo principal del cabezal en forma de placa, al menos una de ambas superficies de la cual sirve como una superficie de descarga de gas, y el oscilador aplica la oscilación en una dirección en la que un ángulo más pequeño, entre los ángulos formados con la superficie de descarga de gas del cuerpo principal del cabezal, se encuentra dentro de un intervalo de -15° a 15°. Por lo tanto, el gas descargado de la superficie de descarga de gas se puede separar eficientemente en microburbujas.
[0022] Según la invención de la reivindicación 3, el cabezal de descarga de gas tiene el cuerpo principal del cabezal en forma de placa formado por un material poroso que tiene microporos, cada uno con un tamaño de poro no mayor a 2,5 [|jm], y se forma una pluralidad de rutas de suministro de gas que se extienden en diferentes direcciones a lo largo de la superficie del cuerpo principal del cabezal en el cuerpo principal del cabezal. Por lo tanto, el gas suministrado al cuerpo principal del cabezal se descarga sustancialmente de manera uniforme desde las dos superficies del cuerpo principal del cabezal en forma de placa, y además, se puede garantizar una resistencia suficiente del cuerpo principal del cabezal en comparación con el caso donde el cuerpo principal del cabezal en forma de placa tiene una estructura completamente hueca.
[0023] En particular, en el procedimiento de introducción/retención de gas según la invención de la reivindicación 5, en el que se añade el 0,01% o más en peso de peróxido de hidrógeno al líquido, el peróxido de hidrógeno añadido se convierte en radicales OH debido a
las cargas eléctricas de las microburbujas, y abarca las microburbujas, por lo que las burbujas de nanotamaño se estabilizan, y el tiempo de existencia de las burbujas de nanotamaño en el líquido se puede aumentar significativamente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0024]
La FIG. 1 es una vista transversal esquemática que muestra una realización de un dispositivo de introducción/retención de gas según la presente invención.
La FIG. 2 es una vista en planta esquemática que muestra el dispositivo de introducción/retención de gas anterior. La FIG. 3 es un gráfico que muestra los cambios en las cantidades de oxígeno disuelto en ejemplos, y ejemplos comparativos, en los que se introduce oxígeno en agua pura mediante el uso del dispositivo de introducción/retención de gas anterior, y en el ejemplo convencional en el que se introduce oxígeno en agua pura mediante el uso de un dispositivo convencional.
La FIG. 4 es una vista transversal esquemática que muestra otra realización de un dispositivo de introducción/retención de gas. [FIG. 5] La FIG. 5 es una vista en planta esquemática que muestra el dispositivo de introducción/retención de gas anterior.
La FIG. 6 es una vista frontal que muestra una modificación de un cabezal de descarga de gas utilizado en el dispositivo de introducción/retención de gas.
La FIG. 7 es una vista lateral que muestra el cabezal de descarga de gas anterior.
La FIG. 8 es un diagrama para explicar la dirección de oscilación aplicada a un cabezal de descarga de gas que tiene un cuerpo del cabezal en forma de placa.
DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES
[0025] Con referencia a los dibujos, se describe una realización. Las FIG. 1 y 2 muestran una estructura esquemática de un dispositivo de introducción/retención de gas según la presente invención. Como se muestra en las FIG. 1 y 2, el dispositivo de introducción/retención de gas 1 incluye: un tanque de almacenamiento de líquido 10 en el que se almacena un líquido; un cabezal de descarga de gas 20 que se sumerge en el líquido almacenado en el tanque de almacenamiento de líquido 10; un medio de suministro de gas 30 que suministra un gas al cabezal de descarga de gas 20; y un medio de aplicación de oscilación 40 que aplica oscilación al cabezal de descarga de gas 20. El dispositivo de introducción/retención de gas 1 está configurado para descargar el gas del cabezal de descarga de gas 20 en el líquido mientras se aplica continuamente la oscilación al cabezal de descarga de gas 20 sumergido en el líquido.
[0026] Como se muestra en las FIG. 1 y 2, el tanque de almacenamiento de líquido 10 está compuesto por: una parte de cuerpo tubular poligonal 11 formada por una placa de resina sintética; y una parte inferior 12 que está formada por una placa de resina sintética, y cierra una abertura de extremo inferior de la parte del cuerpo 11. El cabezal de descarga de gas 20 se acomoda y se mantiene en el tanque de almacenamiento de líquido 10.
[0027] Tal como se muestra en las FIG. 1 y 2, el cabezal de descarga de gas 20 incluye: un cuerpo principal del cabezal hueco en forma de varilla 21 que tiene un extremo distal cerrado y está formado, por ejemplo, por un material poroso permeable al gas hecho de cerámica o similares; y un accesorio de conexión 22 unido a un extremo proximal del cuerpo principal del cabezal 21, para conectar el medio de suministro de gas 30 al cuerpo principal del cabezal 21. El cuerpo principal del cabezal 21 tiene una gran cantidad de microporos, cada uno con un tamaño de poro no mayor a 2,5 jm , que permiten que la parte hueca del cuerpo principal del cabezal 21 se comunique con el exterior. Por lo tanto, cuando se suministra un gas a la parte hueca del cuerpo principal del cabezal 21, el gas se descarga a través de los microporos hacia el exterior. Cuanto más pequeños son los tamaños de poro de los microporos, es más probable que se generen nanoburbujas. Sin embargo, si los tamaños de poros de los microporos son demasiado pequeños, la resistencia de descarga del gas aumenta. Por lo tanto, los tamaños de poro de los microporos se establecen preferentemente dentro de un intervalo de 0,01 pm a 2,5 pm, y más preferentemente dentro de un intervalo de 0,1 pm a 1,0 pm. El número de microporos, cada uno con un tamaño de poro no mayor a 2,5 pm, no se encuentra particularmente limitado. Cuanto mayor sea la cantidad de microporos, más preferible es porque se puede introducir más gas en el líquido.
[0028] Como se muestra en las FIG. 1 y 2, el medio de suministro de gas 30 incluye: un tubo de suministro de gas 31 conectado al accesorio de conexión 22 del cabezal de descarga de gas 20; una válvula reguladora del flujo 32 unida al tubo 31; y una bomba 33 que suministra el gas al cabezal de descarga de gas 20 a través del tubo 31. La cantidad de gas suministrado se ajusta regulando el grado de apertura de la válvula reguladora del flujo 32 y/o el voltaje de la bomba 33.
[0029] Como se muestra en las FIG. 1 y 2, el medio de aplicación de oscilación 40 incluye un oscilador resistente al agua 41 alojado en el tanque de almacenamiento de líquido 10 y un circuito convertidor de alta frecuencia (no mostrado). Como el oscilador 41, se adopta un oscilador de tipo Langevin, en el que dos elementos piezoeléctricos 41a, 41a se mantienen entre dos bloques metálicos 41b y 41c.
[0030] El oscilador 41 está dispuesto de modo que el bloque metálico 41b en el lado de radiación de oscilación se vuelve hacia arriba mientras que el otro bloque metálico 41c está fijado a la parte inferior 12 del tanque de almacenamiento de líquido 10. El cuerpo principal del cabezal 21 del cabezal de descarga de gas 20 se fija adhesivamente a la superficie emisora de oscilación del bloque metálico 41b.
[0031] La oscilación aplicada al cuerpo principal del cabezal 21 del cabezal de descarga de gas 20 por el oscilador 41 se establece de manera que tenga una frecuencia no inferior a 30000 Hz y una amplitud no superior a 1 mm, y la cantidad de gas suministrada al cabezal de descarga de gas 20 se ajusta de manera que satisfaga (la cantidad de gas [pm3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador) < 300. Cuanto menor sea el valor de (la cantidad de gas [pm3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador), es más probable que se generen nanoburbujas. Por lo tanto, este valor se establece preferentemente para que no sea mayor a 200, y más preferentemente, no mayor a 100.
[0032] Como se describió anteriormente, cuando el gas se descarga desde los microporos, del cabezal de descarga de gas 20, cada uno con un tamaño no mayor a 2,5 pm mientras se aplica, al cabezal de descarga de gas, una oscilación que tiene una frecuencia no menor a 30000 Hz y una amplitud no mayor a 1 mm para satisfacer (la cantidad de gas [pm3/min] descargado desde un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador) < 300, el gas descargado desde los microporos del cabezal de descarga de gas 20 se descarga en el líquido mientras se separa en microburbujas debido a la oscilación aplicada al cabezal de descarga de gas 20, y las microburbujas descargadas en el líquido demuestran el movimiento browniano mientras se contraen lentamente y, por lo tanto, se retienen en el líquido como burbujas de nanotamaño.
[0033] En lo sucesivo, con referencia a las Tablas 1 y 2, se proporciona una descripción de los Ejemplos 1 a 6 y los Ejemplos Comparativos 1 a 4 de la presente invención, en los que se introduce y retiene oxígeno gaseoso en agua pura mediante el uso del dispositivo de introducción/retención de gas antes mencionado 1, y el Ejemplo Convencional en el que se introduce y retiene oxígeno gaseoso en agua pura mediante el uso de un dispositivo convencional. Sin embargo, no hace falta decir que la presente invención no se limita a los ejemplos descritos a continuación.
(Ejemplo 1)
[0034] Como se muestra en la Tabla 1, a una temperatura ambiente de 20 °C, se introdujo agua pura 21 en el tanque de almacenamiento de líquido 10, y una oscilación con una frecuencia de 40000 Hz y una amplitud de 0,5 mm se aplicó continuamente al cabezal de descarga de gas 20 durante dos minutos, mientras se descargaba oxígeno gaseoso en una concentración no inferior al 99,7 % en volumen, a 4000 mm3/min, desde el cabezal de descarga de gas 20 en el que el cuerpo principal del cabezal 21 tiene alrededor de 3 millones de microporos con un tamaño promedio de poro de 1 pm. En esta condición, se satisface (la cantidad de oxígeno gaseoso [pm3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador 41) = 33.
(Ejemplo 2)
[0035] Como se muestra en la Tabla 1, el oxígeno gaseoso se introdujo en agua pura mediante el mismo procedimiento que para el Ejemplo 1, excepto en que se adoptó el cuerpo principal del cabezal 21 que tiene alrededor de 480 mil (número promedio) de microporos, cada uno con un tamaño de poro de 2,5 pm. En esta condición, se satisface (la cantidad de oxígeno gaseoso [|jm3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador 41) = 208.
(Ejemplo 3)
[0036] Como se muestra en la Tabla 1, el oxígeno gaseoso se introdujo en agua pura mediante el mismo procedimiento que para el Ejemplo 1, excepto en que la oscilación que tiene una frecuencia de 30000 Hz y una amplitud de 0,5 mm se aplicó al cabezal de descarga de gas 20. En esta condición, se satisface (la cantidad de oxígeno gaseoso
[ jm 3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador 41) = 44.
(Ejemplo 4)
[0037] Como se muestra en la Tabla 1, el oxígeno gaseoso se introdujo en agua pura mediante el mismo procedimiento que para el Ejemplo 1, excepto en que la oscilación que tiene una frecuencia de 40000 Hz y una amplitud de 1 mm se aplicó al cabezal de descarga de gas 20. En esta condición, se satisface (la cantidad de oxígeno gaseoso
[ jm 3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador 41) = 33.
(Ejemplo 5)
[0038] Como se muestra en la Tabla 1, el oxígeno gaseoso se introdujo en agua pura mediante el mismo procedimiento que para el Ejemplo 1, excepto en que la cantidad del oxígeno gaseoso descargado del cabezal de descarga de gas 20 fue de 36000 mm3/min. En esta condición, se satisface (la cantidad de oxígeno gaseoso [ jm 3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador 41) = 300.
(Ejemplo 6)
[0039] Como se muestra en la Tabla 1, el oxígeno gaseoso se introdujo en agua pura mediante el mismo procedimiento que para el Ejemplo 1, excepto en que se agregó el 0,01% en peso de peróxido de hidrógeno a 2 litros de agua pura introducidos en el tanque de almacenamiento líquido 10. En esta condición, se satisface (la cantidad de oxígeno gaseoso [ jm 3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador 41) = 33.
(Ejemplo comparativo 1)
[0040] Como se muestra en la Tabla 1, el oxígeno gaseoso se introdujo en agua pura mediante el mismo procedimiento que para el Ejemplo 1, excepto en que se adoptó el cuerpo principal del cabezal 21 que tiene alrededor de 300 mil (número promedio) de microporos, cada uno con un tamaño de poro de 3 jm . En esta condición, se satisface
(la cantidad de oxígeno gaseoso [ jm 3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador 41) = 333.
(Ejemplo comparativo 2)
[0041] Como se muestra en la Tabla 1, el oxígeno gaseoso se introdujo en agua pura mediante el mismo procedimiento que para el Ejemplo 1, excepto en que la oscilación que tiene una frecuencia de 25000 Hz y una amplitud de 0,5 mm se aplicó al cabezal de descarga de gas 20. En esta condición, se satisface (la cantidad de oxígeno gaseoso
[ jm 3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador 41) = 53.
(Ejemplo comparativo 3)
[0042] Como se muestra en la Tabla 1, el oxígeno gaseoso se introdujo en agua pura mediante el mismo procedimiento que para el Ejemplo 1, excepto en que la oscilación que tiene una frecuencia de 40000 Hz y una amplitud de 2 mm se aplicó al cabezal de descarga de gas 20. En esta condición, se satisface (la cantidad de oxígeno gaseoso
[ jm 3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador 41) = 33.
(Ejemplo comparativo 4)
[0043] Como se muestra en la Tabla 1, el oxígeno gaseoso se introdujo en agua pura mediante el mismo procedimiento que para el Ejemplo 1, excepto en que la cantidad del oxígeno gaseoso descargado del cabezal de descarga de gas 20 fue de 40000 mm3/min. En esta condición, se satisface (la cantidad de oxígeno gaseoso [ jm 3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador 41) =
Figure imgf000007_0001
(Ejemplo convencional)
[0044] Como dispositivo convencional, se utilizó un generador de micro/nanoburbujas (ZPM-5 fabricado por Sigma-Technology Inc.). En este generador de micro/nanoburbujas, un gas y un líquido se succionan simultáneamente mediante el uso de una fuerza de succión de una bomba y se suministran a un tanque de mezcla de gas-líquido, y el líquido disuelto en gas, en el estado de mezcla de gas-líquido, almacenado en el tanque de mezcla de gas-líquido se inyecta a una presión no menor a la presión atmosférica, desde el exterior de una boquilla que tiene dos o más orificios de paso pequeños a través de los pequeños orificios de paso, para hacer que los chorros del líquido disuelto en gas choquen entre sí en la boquilla, generando, de este modo micro/nanoburbujas.
[0045] Un puerto de succión de líquido y un puerto de descarga del dispositivo convencional se sumergieron en agua pura almacenada en otro recipiente, y la operación preliminar se realizó durante 10 minutos mientras se hacía circular el agua pura a 1 litro/min hasta que se logró la estabilización. Posteriormente, el puerto de succión de líquido y el puerto de descarga se sumergieron en 2 litros de agua pura almacenados en un tanque de almacenamiento de líquido, y el agua pura en el tanque de almacenamiento de líquido se hizo circular durante 2 minutos a 1 litro/min.
[0046] Para cada uno de los Ejemplos 1 a 6 mencionados anteriormente, los Ejemplos Comparativos 1 a 4 y el Ejemplo Convencional, la cantidad de oxígeno disuelto se midió mediante el uso de un medidor de oxígeno disuelto (CGS-5 fabricado por Central Kagaku Corp.) en puntos de tiempo cuando han pasado períodos predeterminados (punto de inicio de operación, punto en el que han pasado 30 segundos, punto en el que han pasado 60 segundos, punto en el que han pasado 90 segundos y punto en el que han pasado 120 segundos) durante el funcionamiento del dispositivo, y los resultados se muestran en la Tabla 2 y el gráfico de la FIG. 3. En el gráfico de la FIG. 3, "cantidad de oxígeno disuelto correspondiente a la solubilidad (volumen [cm3] cuando 1 atm de oxígeno se disuelve en 1 cm3 de agua a 20 °C = 0,031)" es 0,031[l/l]/22,4[l/mol] x 32[g/mol] x 103 = 44,3 [mg/l].
T l 21
Figure imgf000008_0001
[0047] Como se ve en la Tabla 2 y la FIG. 3, en el dispositivo de introducción/retención de gas 1, la cantidad de oxígeno disuelto después de un lapso de 2 minutos, en el que se detiene la operación, es mucho menor que la cantidad de oxígeno disuelto correspondiente a la solubilidad en cada uno de los casos siguientes: Ejemplo comparativo 1, en el que el tamaño de poro de los microporos del cabezal de descarga de gas 20 es de 3 jm (> 2,5 |jm); Ejemplo comparativo 2, en el que la frecuencia de la oscilación aplicada por el oscilador 41 es de 25000 Hz (< 30000 Hz); Ejemplo comparativo 3, en el que la amplitud de la oscilación aplicada por el oscilador 41 es de 2 mm (> 1 mm); y Ejemplo Comparativo 4, en el que se satisface (la cantidad de gas [ jm 3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador 41) = 333 (> 300). Por otro lado, en los Ejemplos 1 a 5, en los que el tamaño de poro de los microporos del cabezal de descarga de gas 20 no es mayor a 2,5 jm , la frecuencia de oscilación aplicada por el oscilador 41 no es menor a 30000 Hz, la amplitud de la oscilación aplicada por el oscilador 41 no es mayor a 1 mm, y (la cantidad de gas [ jm 3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador 41) < 300 se satisface, la cantidad de oxígeno disuelto después de un lapso de 2 minutos, en el que se detiene la operación, es mayor a la cantidad de oxígeno disuelto (44,3 mg/l) correspondiente a la solubilidad y, por lo tanto, el oxígeno puede disolverse en el agua pura, excediendo su solubilidad.
[0048] También en el Ejemplo convencional, la cantidad de oxígeno disuelto después de un lapso de 2 minutos, en el que se detiene la operación, es de 45,2 mg/l, que es un poco mayor a la cantidad de oxígeno disuelto (44,3 mg/l) correspondiente a la solubilidad. Sin embargo, en los Ejemplos 1 a 4, la cantidad de oxígeno disuelto después de un lapso de 2 minutos no es menor a 58 mg/l y, particularmente en el Ejemplo 1, la cantidad de oxígeno disuelto no es menor a 80 mg/l y es mucho mayor a la cantidad de oxígeno disuelto (44,3 mg/l) correspondiente a la solubilidad, lo que revela que el Ejemplo 1 tiene un excelente rendimiento de introducción/retención de oxígeno.
[0049] Al comparar el Ejemplo 1 y el Ejemplo 2, que son diferentes entre sí solo en el tamaño (número) de los microporos del cabezal de descarga de gas 20 entre el tamaño de poro de los microporos del cabezal de descarga de gas 20, la frecuencia de la oscilación aplicada por el oscilador 41 y la amplitud de la oscilación, ya que la cantidad de oxígeno disuelto después de un lapso de 2 minutos es de 20 mg/l o más alta en el Ejemplo 1, en el que el tamaño de poro de los microporos del cabezal de descarga de gas 20 es 1 jm a diferencia del Ejemplo 2, donde el tamaño de poro de los microporos del cabezal de descarga de gas 20 es de 2,5 jm , es deseable que el tamaño de poro de los microporos del cabezal de descarga de gas 20 se establezca para que no sea mayor a 1 jm .
[0050] Al comparar el Ejemplo 1 y el Ejemplo 3, que son diferentes entre sí solo en la frecuencia de la oscilación aplicada por el oscilador 41, entre el tamaño de poro de los microporos del cabezal de descarga de gas 20, la frecuencia de la oscilación aplicada por el oscilador 41 y la amplitud de la oscilación, ya que la cantidad de oxígeno disuelto después de un lapso de 2 minutos es de 20 mg/l o más alta en el Ejemplo 1, donde la frecuencia de la oscilación aplicada por el oscilador 41 es de 40000 Hz, a diferencia del Ejemplo 3 en el que la frecuencia de la oscilación aplicada por el oscilador 41 es de 30000 Hz, es deseable que la frecuencia de la oscilación aplicada por el oscilador 41 no sea inferior a 40000 Hz.
[0051] Al comparar el Ejemplo 1 y el Ejemplo 4, que son diferentes entre sí solo en la amplitud de la oscilación aplicada por el oscilador 41, entre el tamaño de poro de los microporos del cabezal de descarga de gas 20, la frecuencia de la oscilación aplicada por el oscilador 41 y la amplitud de la oscilación, ya que la cantidad de oxígeno disuelto después de un lapso de 2 minutos es de 20 mg/l o más alta en el Ejemplo 1, donde la amplitud de la oscilación aplicada por el oscilador 41 es de 0,5 mm, a diferencia del Ejemplo 4, en el que la amplitud de la oscilación aplicada por el oscilador 41 es de 1 mm, es deseable que la amplitud de la oscilación aplicada por el oscilador 41 no sea mayor a 0,5 mm.
[0052] Al comparar el Ejemplo 1 y el Ejemplo 5, que son diferentes entre sí solo en (la cantidad de gas [|jm3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador 41), entre el tamaño del poro de los microporos del cuerpo principal del cabezal 20, la frecuencia de la oscilación aplicada por el oscilador 41, la amplitud de la oscilación, y (la cantidad del gas [ jm 3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador 41), ya que la cantidad de oxígeno disuelto después de un lapso de 2 minutos es de 30 mg/l o más en el Ejemplo 1, donde (la cantidad del gas [ jm 3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador 41) = 33, a diferencia del Ejemplo 5, en el que (la cantidad del gas [jm 3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador) = 300, es preferible que (la cantidad del gas [ jm 3/min] descargado de un microporo del cuerpo principal del cabezal 21)/(la frecuencia de oscilación [Hz] del oscilador 41) esté configurada de manera tal que no sea mayor a 200, y más preferentemente, no mayor a 100.
[0053] Al comparar el Ejemplo 1 y el Ejemplo 6, que son diferentes entre sí solo en que el peróxido de hidrógeno se adiciona al agua pura en el Ejemplo 6, ya que la tasa de reducción en la cantidad de oxígeno disuelto después de que se detiene el funcionamiento del dispositivo se suprime más en el Ejemplo 6, donde se adiciona el 0,01% en peso de peróxido de hidrógeno al agua pura, a diferencia del Ejemplo 1, en el que el peróxido de hidrógeno no se adiciona al agua pura, es deseable que se agregue el 0,01% o más en peso de peróxido de hidrógeno cuando se necesita retener el estado disuelto del oxígeno durante largas horas.
[0054] En cada uno de los Ejemplos descritos anteriormente, se introduce oxígeno en agua pura. Sin embargo, la presente invención no se limita al mismo. Cualquiera de los diversos gases tales como aire, ozono, hidrógeno, dióxido de carbono y nitrógeno se puede introducir y disolver en cualquiera de los diversos líquidos tales como agua de grifo, agua de mar, agua de manantial caliente, agua contaminada y aceite.
[0055] En las realizaciones descritas anteriormente, el oscilador 41 se acomoda y se mantiene en el tanque de almacenamiento de líquido 10. Sin embargo, la presente invención no se limita al mismo. Por ejemplo, como se muestra en las FIG. 4 y 5, un tanque de almacenamiento de líquido 10A puede estar compuesto por un cuerpo principal del tanque 13, en el que se almacena un líquido, y un pedestal tubular rectangular 15 que soporta el cuerpo principal del tanque 13, y el oscilador 41 puede estar dispuesto en el pedestal 15 debajo del cuerpo principal del tanque 13.
[0056] Específicamente, una parte inferior del cuerpo principal del tanque 13 está formada por una placa metálica 14, y un perno 42 insertado en un orificio de inserción de perno formado a través de la placa metálica 14 se atornilla y se sujeta a una superficie emisora de oscilación del oscilador 41 para fijar el oscilador 41 a la placa metálica 14. Además, el cuerpo principal del cabezal 21 del cabezal de descarga de gas 20 se fija mediante un adhesivo a una porción del cabezal del perno 42 que se proyecta en la superficie superior de la placa metálica 14, mediante la cual se aplica oscilación del oscilador 41 al cuerpo principal del cabezal 21 a través del perno 42 mientras se hace resonar la placa metálica 14 que forma la parte inferior del cuerpo principal del tanque 13.
[0057] En las realizaciones descritas anteriormente, se utiliza el cabezal de descarga de gas 20 que tiene el cuerpo principal del cabezal hueco en forma de barra 21 con el extremo distal cerrado. Sin embargo, la presente invención no se limita al mismo. Por ejemplo, como se muestra en las FIG. 6 y 7, se puede adoptar un cabezal de descarga de gas 20A que tiene un cuerpo principal del cabezal en forma de placa 21A.
[0058] Al adoptar el cuerpo principal del cabezal en forma de placa 21A, como se muestra en las FIG. 6 y 7, se proporciona una cámara 22A a la que se conecta el tubo 31 del medio de suministro de gas 30 para conectarse a una parte de extremo inferior del cuerpo principal del cabezal 21A, y se forma una pluralidad de rutas de suministro de gas verticales 21Aa que se extienden en la dirección vertical a lo largo de la superficie del cuerpo principal del cabezal 21A y se abren a la cámara 22A, y múltiples rutas de suministro de gas horizontales 21Ab que se extienden en la dirección horizontal a lo largo de la superficie del cuerpo principal del cabezal 21A y se comunican con las rutas de suministro de gas verticales 21Aa, en el cuerpo principal del cabezal 21A. De este modo, el gas suministrado al cuerpo principal del cabezal 21A a través de la cámara 22A se descarga sustancialmente de manera uniforme desde las dos superficies del cuerpo principal del cabezal en forma de placa 21A, y, además, se puede garantizar una resistencia suficiente del cuerpo principal del cabezal en forma de placa 21A en comparación con el caso donde el cuerpo principal del cabezal en forma de placa 21A tiene una estructura completamente hueca.
[0059] Al adoptar el cuerpo principal del cabezal en forma de placa 21A como se describió anteriormente, como se muestra en la FIG. 8, el cuerpo principal del cabezal 21A se fija a la superficie emisora de oscilación del oscilador 41 (bloque metálico 41b) de modo que la oscilación se aplica en una dirección en la que un ángulo más pequeño a, entre los ángulos formados con la superficie de descarga de gas f del cuerpo principal del cabezal 21A, está dentro de un intervalo de -15° a 15°, por lo que el gas descargado de la superficie de descarga de gas puede separarse eficientemente en microburbujas. En particular, cuando la oscilación se aplica en una dirección en la que el ángulo formado con la superficie de descarga de gas del cuerpo principal del cabezal 21A es 0°, es decir, una dirección a lo largo de la superficie de descarga de gas del cuerpo principal del cabezal 21A, ya que la oscilación se aplica en una dirección ortogonal a la dirección de descarga de gas, el gas descargado de la superficie de descarga de gas se puede separar en microburbujas de la manera más eficiente.
[0060] En las realizaciones descritas anteriormente, el oscilador de tipo Langevin se adopta como el oscilador 41 del medio de aplicación de oscilación 40. Sin embargo, la presente invención no se limita a la misma, y se pueden adoptar varios tipos de osciladores.
APLICACIÓN INDUSTRIAL
[0061] El dispositivo de introducción/retención de gas según la presente invención puede disolver varios tipos de gases en varios tipos de líquidos a alta concentración y, por lo tanto, puede usarse en diversos campos que incluyen: tratamiento de residuos líquidos industriales; lavado; esterilización; desinfección; retención de la frescura de los productos perecederos; cultivo de los productos de la pesca; etc. seleccionando adecuadamente un líquido y un gas que se introducirán en el líquido.
DESCRIPCIÓN DE LOS CARACTERES DE REFERENCIA
[0062]
1 dispositivo de introducción/retención de gas
10, 10A tanque de almacenamiento de líquido
11 parte de cuerpo
12 parte inferior
13 cuerpo principal del tanque
14 placa de metal
15 pedestal
20, 20A cabezal de descarga de gas
21,21A cuerpo principal del cabezal
21Aa ruta vertical de suministro de gas
21Ab ruta horizontal de suministro de gas
22 accesorio de conexión
22A cámara
30 medio de suministro de gas
31 tubo
32 válvula reguladora de flujo
33 bomba
40 medio de aplicación de oscilación
41 oscilador
41a elemento piezoeléctrico
41b, 41c bloque metálico
42 perno

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de introducción/retención de gas configurado para introducir un gas en un líquido y retener el gas en el líquido, comprendiendo el dispositivo:
un cabezal de descarga de gas (20, 20A) que tiene microporos, y para su inmersión en el líquido; medio de suministro de gas (30) configurado para suministrar el gas al cabezal de descarga de gas (20, 20A); y un oscilador (41), donde
los microporos del cabezal de descarga de gas (20, 20A) tienen cada uno un tamaño de poro no mayor de 2,5 |jm, caracterizado porque el oscilador (41) está configurado para aplicar continuamente una oscilación con una frecuencia no inferior a 30000 Hz y una amplitud no superior a 1 mm al cabezal de descarga de gas (20, 20A) configurado para descargar el gas en el líquido a fin de satisfacer (la cantidad de gas ( jm 3/min) descargado de un microporo)/(la frecuencia de oscilación (Hz) del oscilador (41)) < 300.
2. Dispositivo de introducción/retención de gas según la reivindicación 1, donde
el cabezal de descarga de gas (20, 20A) tiene un cuerpo principal del cabezal en forma de placa (21, 21A), al menos una de ambas superficies de la cual sirve como una superficie de descarga de gas, y
el oscilador (41) está configurado para aplicar la oscilación en una dirección en la que un ángulo más pequeño, de ángulos formados con la superficie de descarga de gas del cuerpo principal del cabezal (21, 21A), está dentro de un intervalo de -15° a 15°.
3. Dispositivo de introducción/retención de gas según la reivindicación 1, donde
el cabezal de descarga de gas (20, 20A) incluye un cuerpo principal del cabezal en forma de placa (21, 21A) formado por un material poroso que tiene microporos, cada uno con un tamaño de poro no mayor a 2,5 jm , donde se forma una pluralidad de rutas de suministro de gas (21Aa, 21Ab) que se extienden en diferentes direcciones a lo largo de la superficie del cuerpo principal del cabezal (21,21A) en el cuerpo principal del cabezal (21, 21A).
4. Un procedimiento de introducción/retención de gas para introducir un gas en un líquido y retener el gas en el líquido, comprendiendo el procedimiento:
aplicar continuamente la oscilación a un cabezal de descarga de gas (20, 20A) que tiene microporos, cada uno con un tamaño de poro no mayor a 2,5 jm , y que se sumerge en el líquido; y
simultáneamente con la aplicación de la oscilación, descargar el gas del cabezal de descarga de gas (20, 20A) en el líquido,
caracterizado porque la oscilación aplicada tiene una frecuencia no inferior a 30000 Hz y una amplitud no superior a 1 mm y el gas se descarga para satisfacer (la cantidad de gas ( jm 3/min) descargado de un microporo)/(la frecuencia de oscilación (Hz) del oscilador (41)) < 300.
5. El procedimiento de introducción/retención de gas conforme a la reivindicación 4, donde se añade el 0,01% o más en peso de peróxido de hidrógeno al líquido.
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