NL2005474C2 - Hydrofone pomp, houder en werkwijze daarvoor. - Google Patents

Description

HYDROFONE POMP, HOUDER EN WERKWIJZE DAARVOOR

De uitvinding heeft betrekking op een hydrofone pomp. Meer in het bijzonder heeft een dergelijke hydrofone 5 pomp betrekking op het mengen, versnellen van reactieprocessen en/of het behandelen van fluïdum.

Uit de praktijk zijn veel processen bekend waarin een stroom, zoals bijvoorbeeld een vloeistofstroom in een waterzuivering, behandeld dient te worden. Hierbij zijn 10 veelal grote installaties vereist. Een probleem dat hierbij optreedt is dat een dergelijke behandeling over een groot volume uitgevoerd dient te worden. Hierbij is het lastig om locaal de gewenste behandeling uit te voeren. Bijkomend is het eveneens problematisch om hier enige controle over uit 15 te kunnen oefenen.

Een doel van de uitvinding is bovenstaande problemen tegen te gaan en te komen tot een effectieve en efficiënte behandeling, reactieversnelling en/of menging van een fluïdum.

20 Dit doel wordt bereikt met de hydrofone pomp volgens de uitvinding, de hydrofone pomp omvattende: - een behuizing voorzien van een reactorkamer; - een inlaat voor het binnen laten en uitlaten van fluïdum in en uit de reactorkamer; en 25 - een aandrijfbaar aan ten minste één zijde van de reactorkamer voorzien piëzo-element.

Een hydrofone pomp volgens de uitvinding is een apparaat dat in een fluïdum, zoals in een waterige stroom, geplaatst kan worden. Een dergelijke pomp volgens de 30 uitvinding is in het bijzonder geschikt voor het in beweging zetten van het fluïdum en/of het verversen daarvan. Zodra een spanning wordt gezet op het piëzo-element wordt het volume van de reactiekamer gewijzigd resulterend in een 2 instroom of uitstroom door de in een voordelige uitvoeringsvorm gecombineerde inlaat en uitlaat.

Door het voorzien van een pomp met een behuizing omsluitend een reactorkamer is het mogelijk om een deel van 5 het fluïdum uit de directe omgeving van de hydrofone pomp binnen in de reactorkamer te halen via een inlaat zoals bovenstaand beschreven. In deze reactorkamer kan desgewenst een behandeling van het fluïdum worden uitgevoerd.

Een fluïdum geschikt voor de hydrofone pomp 10 volgens de uitvinding betreft bij voorkeur een waterige stroom, bijvoorbeeld een afvalwater of proceswaterstroom.

Ook kan voor een dergelijke stroom worden gedacht aan een te zuiveren stroom voor bijvoorbeeld drinkwater of zwemwater.

Na de eventuele behandeling of menging in de 15 reactorkamer wordt het fluïdum weer naar buiten geleid via de inlaat die op dat moment acteert als uitlaat. Hierbij treedt menging op in het fluïdum buiten de pomp. Ook behoort het tot de mogelijkheden om een separate uitlaat te voorzien. Voorts behoort het eveneens tot de mogelijkheden 20 om meerdere inlaten en/of uitlaten te voorzien per reactorkamer.

Door een aandrijfbaar piëzo-element te voorzien die aan ten minste één zijde van de reactorkamer is aangebracht worden de gewenste bewegingen van het inlaten en 25 uitlaten van het fluïdum in en uit de reactorkamer gerealiseerd. Een dergelijk piëzo-element maakt gebruik van piëzo-elektrische principes doordat een kristal aanwezig is dat door middel van een aangelegde spanning een beweging van het element opwekt.

30 Door het aanzuigen en wegdrukken in afwisseling van het fluïdum zal, zoals eerder beschreven, een menging optreden in de omgeving van de hydrofone pomp alsook in de reactorkamer van deze pomp. Hiermee wordt een mengend effect 3 van het fluïdum verkregen. Een dergelijk mengend effect is met name relevant in een zogeheten propstroom van het fluïdum om toch enige mate van menging hierin te bewerkstelligen. Voorts is het ook mogelijk door de 5 gehanteerde condities, waaronder met name druk in de reactorkamer, bepaalde reacties in het fluïdum te versnellen. Hiermee wordt het fluïdum als geheel behandeld. Overigens wordt in het kader van de onderhavige uitvinding onder behandeling ook het meten en analyseren van het 10 fluïdum verstaan. Door een behandeling in een reactorkamer uit te voeren is deze goed controleerbaar en/of beheersbaar. Hiermee wordt de betrouwbaarheid van het totale proces vergroot. Door gebruik van het piëzo-element behoort het verder tot de mogelijkheden om cavitatie op te wekken in de 15 reactorkamer. Bij voorkeur worden hiervoor zodanige golven geproduceerd dat cavitatie optreedt in het te behandelen fluïdum. De ultrasone geluidsgolven creëren vacuüm-bellen in het fluïdum. Deze bellen imploderen en dit zorgt lokaal voor een zeer hoge druk en temperatuur. Hierdoor kunnen micro-20 organismen worden gedood. Daarnaast is het mogelijk dat sommige organische microverontreinigingen, zoals dioxaan, MBTE, fenylbenzeen, medicijnresten en hormonen, worden ontleed of anderszins onschadelijk gemaakt.

Het piëzo-element wordt bij voorkeur uitgevoerd 25 als een piëzo-disk vormend een zijwand van de reactorkamer in de hydrofone pomp. Een bijkomend voordeel van de hydrofone pomp volgens de onderhavige uitvinding is dat bovengenoemd functie of functies bewerkstelligd worden met behulp van een minimaal aantal onderdelen. Hiermee zijn de 30 gewenste functies kosteneffectief te bewerkstelligen.

De benodigde energie voor het piëzo-element kan op diverse manieren worden toegevoerd. Eén van de mogelijkheden hiervoor is het gebruik van een vaste voedingskabel die 4 wordt voorzien aan de hydrofone pomp volgens de vinding. Hierbij wordt bij voorkeur een spanning aangeleverd voor het piëzo-element. De spanning kan voorts worden gerealiseerd door bijvoorbeeld een capacitieve koppeling met een 5 elektrisch veld alsook door het genereren van een dergelijke gewenste spanning uit de ontvangen radiogolven met behulp van een elektromagnetisch veld.

In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding wordt de behuizing voorzien van 10 inductieve middelen voor het aandrijven van het piëzo-element .

Door het voorzien van inductieve middelen kan een koppeling met een magnetisch veld worden gerealiseerd om op deze wijze een spanning te realiseren voor het piëzo-15 element. Bij voorkeur wordt een spoel voorzien waarmee de gewenste spanning gerealiseerd kan worden. Hiermee wordt bewerkstelligd dat geen bedrading nodig is voor de hydrofone pomp en de omgeving. Dit betekent dat de hydrofone pomp zich vrij kan bewegen in een fluïdum, zoals in een waterige 20 stroom. De plaatsing van de hydrofone pomp in het fluïdum is daarmee uitermate eenvoudig. Dit is ondermeer voordelig voor grootschalige toepassingen waarbij bijvoorbeeld meerdere hydrofone pompen volgens de vinding beweegbaar voorzien kunnen worden in een fluïdum zonder daarbij de 25 bewegingsvrijheid te beperken ten gevolge van bijvoorbeeld een bedrade verbinding. Bijkomend wordt het aantal mogelijke toepassingen van de hydrofone pomp hiermee sterk vergroot. Reeds genoemd als mogelijke toepassing is een waterzuivering waarin een hydrofone pomp gebruikt kan worden om het water 30 te behandelen. Een alternatieve toepassing betreft een medische toepassing waarbij een dergelijke hydrofone pomp in een bloedvat gebracht kan worden. Hierbij behoort het tot de mogelijkheden om met behulp van een membraan of vlies die 5 wordt voorzien bij de inlaat deze op een gewenste positie te openen met het piëzo-element om bijvoorbeeld een specifieke dosering op de gewenste locatie te bewerkstelligen. Alternatieve toepassingen hebben voorts bijvoorbeeld 5 betrekking op zwemwater of aquariumwater waarbij het overigens tot de mogelijkheden behoort om een dergelijke hydrofone pomp vast op bijvoorbeeld de bodem of juist aan de onderzijde van de bodem te voorzien.

Bij voorkeur heeft de hydrofone pomp een behuizing 10 met een volume van ten hoogste 1 cm3, bij voorkeur ten hoogste 0,25 cm3 en met de meeste voorkeur ten hoogste 0,1 cm3. Door het voorzien van een hydrofone pomp met dergelijk relatief kleine afmetingen wordt een soort micro-hydrofone pomp met microreactor gerealiseerd. Hiermee behoort het tot 15 de mogelijkheden om één zo'n dergelijke hydrofone pomp te voorzien in nauwe doorgangen, zoals bloedvaten. Ook behoort het tot de mogelijkheden om een groot aantal hydrofone pompen volgens de uitvinding te voorzien in een groter bassin zoals een bad of leiding, om daar het gewenste effect 20 op het fluïdum te realiseren.

In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding omvat de behuizing een kunststof.

Door het voorzien van een kunststof zoals PVC of teflon ontstaat een lichte en goedkope behuizing. Voorts kan 25 het gewicht van de hydrofone pomp worden afgestemd op het fluïdum om deze daar bijvoorbeeld in te laten zweven. Bijkomend wordt een eventueel nadelig effect van het fluïdum op de behuizing tegengegaan door de juiste materiaalkeuze. Overigens behoort het ook tot de mogelijkheden om 30 bijvoorbeeld staal te gebruiken als behuizing in geval gebruik wordt gemaakt van ultrasoon geluid in combinatie met de hydrofone pomp volgens de uitvinding.

6

In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding zijn de amplitude en/of frequentie van het piëzo-element instelbaar.

Door het voorzien van een instelbare en bij 5 voorkeur regelbare amplitude(n) en/of frequentie(s) voor het piëzo-element is het mogelijk de procescondities in de reactorkamer aan te sturen om bijvoorbeeld cavitatie in deze kamer op te laten treden. Hierbij kan met de condities worden ingespeeld op de specifieke toestand van het fluïdum 10 dat zich in en nabij de pomp bevindt.

In een verdere voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding omvat de pomp verder één of meer LEDs.

Door het voorzien van één of meer LEDs kan het fluïdum worden behandeld. In het bijzonder wordt hierbij 15 gebruik gemaakt van zogeheten UV-LEDs om daarmee het fluïdum met UV te kunnen behandelen. Hierbij wordt onder behandelen in het geval van het gebruik van UV-LEDs met name het desinfecteren van het fluïdum verstaan.

Bij voorkeur omvat de pomp tweede inductieve 20 middelen voor de LED. Door het voorzien van tweede inductieve middelen kan de benodigde voeding voor de LEDs separaat worden voorzien van een piëzo-element. Bij voorkeur wordt deze voeding voorzien als een spoel voorzien rond de uitlaat, in het bijzonder rond een verlengde inlaat/uitlaat, 25 waarbij de LED bij voorkeur worden geplaatst aan de binnenwand van deze inlaat/uitlaat.

Alternatieve behandelingwijzen maken bijvoorbeeld gebruik van een ultrasone geluidsbron die op soortgelijke wijze voorzien kan worden als alternatief of eventueel in 30 combinatie met de UV-LEDs.

In een verdere voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding omvat de pomp één of meer sensormiddelen.

7

Door het voorzien van één of meer sensormiddelen kan een analyse worden gemaakt van het fluïdum waarin de hydrofone pomp is aangebracht. Hierbij kan onder meer worden gedacht aan het meten van de troebelheid, zuurgraad, 5 zuurstof en/of geleidbaarheid van het fluïdum. In een mogelijke uitvoeringsvorm volgens de uitvinding omvatten de sensormiddelen een LED aan één zijde van de reactorkamer en een fotodiode aan de tegenovergelegen zijde van de reactorkamer waarmee een meting van het fluïdum in de 10 reactorkamer mogelijk is. Voorts wordt opgemerkt dat ook het gedrag van het piëzo-element gebruikt kan worden als sensor. Hiermee is het bijvoorbeeld mogelijk om bij een gedefinieerde spanning eigenschappen van het fluïdum te bepalen aan de hand van het gedrag van het piëzo-element.

15 Bij voorkeur omvatten de sensormiddelen voorts een datatransmitter. Door het voorzien van een datatransmitter wordt gerealiseerd dat meetdata doorgestuurd kan worden naar een centrale verwerkingseenheid. Voorts is het bijvoorbeeld mogelijk om de gehanteerde amplitude en/of freguenties aan 20 te passen aan de hand van de metingen. Hiermee ontstaat een regelsysteem dat online inspeelt op de specifieke condities van het fluïdum. De datatransmitter wordt bij voorkeur draadloos uitgevoerd met behulp van een inductief systeem of een zendsysteem. Overigens behoren andere datatransmitters 25 ook tot de mogelijkheden.

In een verdere voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding betreft de inlaat naar de reactorkamer een verlengde inlaat.

Door de inlaat, en daarmee de bij voorkeur 30 gecombineerde uitlaat, te verlengen wordt de stroming ten gevolge van de hydrofone pomp volgens de vinding op gewenste wijze beïnvloed. De uitstroom vindt in hoofdzaak plaats in een richting loodrecht op de uitstroomopening van de pomp.

8

Daarentegen wordt de instroom aangezogen vanaf alle zijden van de opening. Hiermee wordt de menging verder vergroot.

Een verder effect dat wordt bewerkstelligd met deze verlengde inlaat is dat het hierbij mogelijk is om 5 aanvullende componenten te voorzien. Hierbij kan gedacht worden aan de eerder genoemde UV-LEDs, eventueel in combinatie met de daarbij voorziene spoel voor de inductie.

In een verdere voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding omvat de behuizing meer 10 dan één reactorkamer.

Door het voorzien van meer dan één reactorkamer wordt een effectieve pomp gerealiseerd. Hierbij wordt bij voorkeur volstaan met één piëzo-element op het grensvlak tussen de twee reactorkamers. Bij voorkeur wordt hierbij een 15 afzonderlijke inlaat naar de reactorkamers voorzien in tegenovergelegen zijden van de gesegmenteerde pomp.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een houder voorzien van ten minste één hydrofone pomp zoals bovenstaand beschreven.

20 Voor de houder gelden dezelfde voordelen en effecten als beschreven voor de pomp. Een dergelijke houder heeft bijvoorbeeld betrekking op een zwembad, aquarium, buis of leiding voor proceswater, en een bloedvat. In een mogelijke uitvoeringsvorm wordt in de houder meer dan één 25 type hydrofone pomp voorzien. Hierbij kan bijvoorbeeld worden gedacht aan de hydrofone pomp uitsluitend voorzien van een piëzo-element als eerste type en een tweede type uitgevoerd met bijvoorbeeld een UV-LED. Ook combinaties met geluidsbronnen op de hydrofone pomp behoren tot de 30 mogelijkheden. Deze verschillende typen kunnen door elkaar heen in de houder worden gebracht waarbij elk type een eigen effect heeft op het fluïdum. Ook behoort het tot de mogelijkheden om diverse lagen in de houder te voorzien van 9 pompen volgens de onderhavige uitvinding. Hierbij kan elke laag bijvoorbeeld worden voorzien van een afzonderlijke optimale instelling gericht op het gewenste effect, bijvoorbeeld desinfectie van een specifiek micro-organisme.

5 Hierbij kan bijvoorbeeld worden gedacht aan het gebruik van verschillende frequenties en/of amplitude per laag. Ook behoort het tot de mogelijkheden om zowel meerdere typen als meerdere lagen in één houder te voorzien, desgewenst elk type afzonderlijk in een eigen laag. Hiermee kan de werking 10 van de pompelementen volgens de uitvinding worden afgestemd op de specifieke gewenste functies.

De uitvinding heeft voorts tevens betrekking op een werkwijze voor het mengen, behandelen en/of versnellen van procesreacties van een fluïdum omvattende het voorzien 15 en in gebruik aandrijven van één of meer hydrofone pompen zoals bovenstaand beschreven.

Voor de werkwijze gelden dezelfde effecten en voordelen als beschreven voor de pomp en de houder.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de 20 uitvinding worden toegelicht aan de hand van voorkeursuitvoeringsvormen daarvan, waarbij wordt verwezen naar de bij gevoegde tekeningen waarin tonen: - figuur IA een aanzicht van een pomp volgens de uitvinding; 25 - figuur 1B een aanzicht van een houder waarin een aantal pompen volgens figuur IA zijn voorzien; en - figuur 2A en B alternatieve uitvoeringsvormen van de pomp volgens de uitvinding.

Een hydrofone pomp 2 (figuur IA) omvat een 30 kunststof behuizing 4, waarin een reactorruimte 6 is voorzien. Fluïdum kan instromen en uitstromen via opening 8 en kanaal 10 naar reactorruimte 6. Tegenover opening 8 is 10 een piëzo-disk 12 voorzien waarmee de gewenste volumeveranderingen van reactorruimte 6 worden gerealiseerd.

Een houder 13 (figuur 1B) omvat een ruimte 14 waarin zich een vloeistof 16 bevindt. Vloeistof 16 komt 5 binnen in houder 14 via inlaat 18 en verlaat deze weer via uitlaat 20. In ruimte 14 zijn een aantal pompen 2 voorzien voor het interacteren met vloeistof 16.

Door houder 13 te voorzien van een aantal pompen 2 kan een vloeistof worden behandeld. Hiertoe wordt vloeistof 10 aangevoerd naar de omgeving van de pomp ofwel wordt pomp 2 geplaatst in vloeistof 16 voorzien in ruimte 14 van houder 13. Door het activeren van de piëzo-disk 12 vindt een volumeverandering plaats van de reactorkamer 6 in behuizing 4 van pomp 2. Door het veranderende volume van kamer 6 zal 15 vloeistof 16 instromen dan wel uitstromen via opening 8. In de reactorkamer vindt een verdere menging plaats naast de gerealiseerde menging in ruimte 14 van houder 13. Door het realiseren van cavitatie wordt een desinfectie van de vloeistof in reactorkamer 16 gerealiseerd.

20 In een alternatieve uitvoeringsvorm van pomp 22 (figuur 2A) is een spoel 24 geplaatst om behuizing 4.

Hiermee wordt piëzo-disk 12 van een spanning voorzien. In de getoonde uitvoeringsvorm is pomp 22 verder voorzien van een aantal LEDs 26 geplaatst aan de binnenzijde van kanaal 10.

25 Aan de buitenzijde van kanaal 10 is een tweede spoel 28 voorzien om daarmee de LEDs 26 van voeding te kunnen voorzien. Voorts is in de getoonde uitvoeringsvorm aan de binnenzijde van reactorkamer 6 aan een eerste zijde een sensor 30 voorzien die een signaal uitzendt dat in meer of 30 mindere mate wordt ontvangen aan de diode 32 voorzien aan de tegenover gelegen zijde van reactorruimte 6. Op deze wijze kan een meting van bijvoorbeeld de troebelheid worden 11 uitgevoerd. Vervolgens kan de meting met behulp van zendmiddelen 34 naar een verwerkingseenheid worden gestuurd.

Een verdere alternatieve uitvoeringsvorm van pomp 36 (figuur 2B) bestaat uit een gecombineerd element met een 5 eerste deel 38 en een tweede deel 40. Eerste deel 38 beschikt over een eerste reactorkamer 42 terwijl tweede deel 40 beschikt over een tweede reactorkamer 44. In de getoonde uitvoeringsvorm vormt piëzo-disk 12 de grens tussen kamers 42, 44. De aanvoer naar eerste kamer 42 vindt plaats via 10 opening 46 in eerste deel 38. De aan- en afvoer van vloeistof naar tweede kamer 44 gebeurt via tweede opening 48. Experiment

Door het brengen van hydrofone pomp 2 in een houder 13 onder water waarbij deeltjes zijn toegevoegd kan 15 de werking daarvan worden toegelicht. Door het activeren van de piëzo-disk worden de deeltjes duidelijk getransporteerd door de vloeistof. Hiermee wordt in het experiment aangetoond dat een menging optreedt. Voorts wordt hiermee aangetoond dat behandeling van deze deeltjes, bijvoorbeeld 20 de micro-organismen, in de reactorkamer ook tot de mogelijkheden behoort. In de experimenten is gebruik gemaakt van een sinusvormige spanning met een amplitude van 20 Volt. Bij de gehanteerde frequentie van piëzo-element van 340 Hz is de gemeten stroom zo'n 4 mA. Door 90° faseverschil tussen 25 stroom en spanning is de energieconsumptie aanzienlijk minder dan 100 mW, naar schatting zo ongeveer 20 mW. Hiermee is de toepasbaarheid van de pomp aangetoond.

De onderhavige uitvinding is geenszins beperkt tot de bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvormen daarvan. De 30 gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn. In het bijzonder behoren combinaties van genoemde maatregelen nadrukkelijk tot de mogelijkheden.

Claims (14)

1. Hydrofone pomp omvattende: - een behuizing voorzien van een reactorkamer; 5. een inlaat voor het binnen laten en uitlaten van fluïdum in en uit de reactorkamer; en - een aandrijfbaar aan ten minste één zijde van de reactorkamer voorzien piëzo-element.

2. Hydrofone pomp volgens conclusie 1, waarin de behuizing is voorzien van inductieve middelen voor het aandrijven van het piezo-element.

3. Hydrofone pomp volgens conclusie 1 of 2, waarin de 15 behuizing een volume heeft van ten hoogste 1 cm3, bij voorkeur ten hoogste 0,25 cm3, en met de meeste voorkeur ten hoogste 0,1 cm3.

4. Hydrofone pomp volgens conclusies 1, 2 of 3, waarin 20 de behuizing kunststof omvat.

5. Hydrofone pomp volgens één of meer van de conclusies 1-4, waarin de amplitude en/of frequenties van het piezo-element instelbaar zijn. 25

6. Hydrofone pomp volgens één of meer van de conclusies 1-5, verder omvattende één of meer LEDs.

7. Hydrofone pomp volgens conclusie 6, verder 30 omvattende tweede inductieve middelen voor de LED.

8. Hydrofone pomp volgens één of meer van de conclusies 1-7, verder omvattende één of meer sensormiddelen.

9. Hydrofone pomp volgens conclusie 8, waarbij de sensormiddelen een datatransmitter omvatten.

10. Hydrofone pomp volgens één of meer van de conclusies 1-9, waarin de inlaat is verlengd.

11. Hydrofone pomp volgens één of meer van de conclusies 1-10, waarin de behuizing meer dan één 10 reactorkamer omvat.

12. Houder voorzien van ten minste één hydrofone pomp volgens één of meer van de conclusies 1-11.

13. Houder volgens conclusie 12, waarin hydrofone pompen van meer dan één type en/of in meer dan één laag zijn voorzien in de houder.

14. Werkwijze voor het mengen, behandelen en/of 20 versnellen van procesreacties van een fluïdum omvattende het voorzien en in gebruik aandrijven van één of meer hydrofone pompen volgens één of meer van de conclusies 1-11.