NO330534B1 - Diffusjonsapparat og fremgangsmate for diffundering - Google Patents

Abstract

Et diffusjonsapparat (10) gjør det mulig å diffundere ett eller flere infusjonsmaterialer inn i et vertsmateriale. En rotor (12) og en stator (30) roterer i forhold til hverandre. Infusjonsmaterialene blir trukket gjennom åpninger (22) i rotoren og statoren. Disse åpningene (22) forårsaker også turbulens i vertsmaterialet som strømmer gjennom et område mellom rotoren (12) og statoren (30). Når innrettede åpninger (22) passerer hverandre, opptrer det sjokkbølger som leverer energi for å diffundere infusjonsmaterialene inn i vertsmaterialet i en uhyre høy grad. Åpningsmønstrene i rotoren og statoren kan utføres for å operere ved en enkelt frekvens eller ved flere frekvenser. Operasjonsfrekvensene kan påvirke binding mellom infusjonsmaterialene og vertsmaterialet, og kan også være effektive for å bryte ned komplekse molekylstrukturer.

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

TEKNISK OMRÅDE

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt diffusjonsapparater, og mer spesielt en fremgangsmåte og et apparat for å diffundere eller emulgere en gass eller væske inn i et materiale.

BESKRIVELSE AV BESLEKTET TEKNIKK

I mange anvendelser er det nødvendig å diffundere eller emulgere et materiale, gass eller væske, i et annet materiale. Emulsjon er et delsett av diffusjonsprosessen hvor små dråper av en væske blir suspendert i en annen væske som den første væsken ikke vil blande seg med, slik som olje i eddik. En viktig anvend-else av diffusjonsprosessen er i spillvannsbehandling. Mange kommuner gjennom-lufter sitt avløpsvann som en del av behandlingsprosessen for å stimulere biologisk nedbrytning av organiske stoffer. Den organiske nedbrytningshastigheten av organiske stoffer, er meget avhengig av oksygenmengden i avløpsvannet, siden oksygenet er nødvendig for å opprettholde livet til mikroorganismene som forbru-ker det organiske stoffet. I tillegg er oksygen i stand til å fjerne visse forbindelser, slik som jern, magnesium og karbondioksid.

Det er flere fremgangsmåter for oksygenanrikning av vann. Turbinluftings-systemer frigjør for det første luft nær de roterende bladene til en rørevinge som blander luften eller oksygenet med vann. For det annet kan vann sprutes inn i luften for å øke oksygeninnholdet. For det tredje injiserer et system produsert av AQUATEX luft eller oksygen inn i vannet og utsetter vannet/gassen for en strøm-virvel i stor skala. Tester på AQUATEX-anordningen har vist en forbedring på opp-til 200% oppløst oksygen (omkring 20 ppm (parter pr. million)) under ideelle forhold. Opptredende oksygennivåer i vann er maksimalt omkring 10 ppm som anses å være et nivå med 100% oppløst oksygen. AQUATEX-anordningen dobler derfor oksygeninnholdet i vannet. De økte oksygenanrikningsnivåene varer bare minutter før de vender tilbake til nivåer med 100% oppløst oksygen.

Høyere oksygenanrikingsnivåer og lenger varighet av de økte oksygennivåene kunne tilveiebringe betydelige fordeler ved behandling av avløpsvann. Effektiviteten av den organiske nedbrytningen ville bli øket, og den tid som er nødvendig for biologisk behandling ville avta, noe som vil forbedre kapasiteten til avløpsvann-behandlingsanleggene. Følgelig har det oppstått et behov for en diffusjonsmeka-nisme som er i stand til å diffundere høye nivåer av ett eller flere materialer inn i et annet materiale. WO 01/87471 fremviser en metode for å blande to eller flere ulike fluider.

Det er videre kjent fra US 20010003291 Alet apparat for generering av mikrosfæ-rer eller mikrobobler for å øke sammenblandingen av et fluid med en hoved-strømsvæske. Apparatet har en rørdel med en innsnevring for å oppnå en ventu-rieffekt. På rørdelens innside er det montert utstikkende elementer.

KORT OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringes i følge et aspekt et diffusjonsapparat i henhold til patentkrav 1.

I følge et annet aspekt ved den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for diffusjon i henhold til patentkrav 8.

Andre trekk ved oppfinnelsen fremkommer ved de uselvstendige patentkravene.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer betydelige fordeler i forhold til tek-nikkens stand. For det første muliggjør mikrokavitasjoner generert av anordningen, at diffusjon kan inntreffe ved et molekylnivå, noe som øker mengden med infusjonsmateriale som vil holdes av vertsmaterialet og varigheten av diffusjonen. For det andre kan mikrokavitasjoner og sjokkbølger frembringes ved hjelp av en forholdsvis enkel mekanisk anordning. For det tredje kan frekvensen eller frekvensene til sjokkbølgen som frembringes av anordningen, brukes i mange anvendelser, enten til å bryte ned komplekse strukturer eller til å bidra til å kombinere strukturer. For det fjerde kan kavitasjonene og sjokkbølgene frembringes uniformt gjennom et materiale for konsistent diffusjon.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

For å få en mer fullstendig forståelse av foreliggende oppfinnelse og fordel-ene ved dette, vises det nå til den følgende beskrivelse tatt i forbindelse med de vedføyde tegningene, hvor: fig. 1 og 1a illustrerer et delvis tverrsnitt og et delvis blokkskjema av en før-ste utførelse av et diffusjonsapparat;

fig. 2a, 2b og 2c illustrerer diffusjonsprosesser i diffusjonsapparatet;

fig. 3 illustrerer en utspilt skisse av rotoren og statoren til diffusjonsapparatet;

fig. 4 illustrerer en utførelsesform av statoren;

fig. 5a illustrerer en tverrsnittsskisse av rotor/stator-enheten i en annen ut-førelsesform av oppfinnelsen;

fig. 5b illustrerer et toppriss av rotoren i den andre utførelsesformen av oppfinnelsen;

fig. 6 illustrerer en tredje utførelsesform av oppfinnelsen med bortskårne partier;

fig. 7a-7h illustrerer alternative utførelsesformer for å generere diffusjonen; og

fig. 8a og 8b illustrerer en annen alternativ utførelsesform av oppfinnelsen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Foreliggende oppfinnelse kan best forstås i forbindelse med fig. 1-8 på tegningene, hvor like henvisningstall blir brukt for like elementer på de forskjellige tegningene.

Fig. 1 og 1a illustrerer et delvis blokkskjema, et delvis tverrsnitt gjennom en første utførelsesform av en anordning 10 innrettet for diffundering eller emulgering av en eller to gass- eller væske-materialer (heretter kalt "infusjonsmaterialer") i et annet gass- eller væske-materiale (heretter kalt "vertsmateriale"). Vertsmaterialet kan være et normalt fast materiale som er oppvarmet eller på annen måte behand-let for å være i en flytende eller gassformig tilstand under diffusjons/emulsjons-prosessen.

En rotor 12 omfatter en hul sylinder som vanligvis er lukket ved begge ender. En aksel 14 og et innløp 16 er koplet til endene av rotoren 12. Et første infusjonsmateriale kan passere gjennom innløpet 16 inn i det indre av rotoren 12. Akselen 14 er koplet til en motor 18 som roterer rotoren ved en ønsket hastighet. Rotoren 12 har et antall åpninger 22 utformet gjennom denne, som vist mer detaljert på fig. 1a. I den foretrukne utførelsesformen har åpningene 22 hver en smal utløpsåpning 24 og et større borehull 26. Sideveggene 28 til borehullene 26 kan innta forskjellige former, innbefattende rette (som vist på fig. 4), vinklede (som vist på fig. 1) eller buede.

En stator 30 omslutter rotoren 12 og etterlater en kanal 32 mellom rotoren og statoren gjennom hvilken vertsmaterialet kan strømme. Statoren 30 har også åpninger 22 utformet omkring sin omkrets. Et hus 34 omgir statoren 30 og et inn-løp 36 fører et annet infusjonsmateriale til et område 35 mellom statoren 30 og huset 34. Vertsmaterialet passerer gjennom innløpet 37 inn i kanalen 32. Tetnin-ger 38 er utformet mellom akslene 14 og 16 og huset 34. Et utløp 40 fører vertsmaterialet fra kanalen 32 til en pumpe 42, hvor det føres ut via pumpeutløpet 44. Pumpen kan også være drevet av motoren 18 eller av en ekstra kilde.

Under drift mottar diffusjonsanordningen vertsmaterialet gjennom innløpet 37.1 den foretrukne utførelsesformen trekker pumpen 42 vertsmaterialet på pump-ens sugeside for å få vertsmaterialet til å passere gjennom kanalen ved lave trykk. De første og andre infusjonsmaterialene blir innført til vertsmaterialet gjennom åpningene 22. Infusjonsmaterialene kan være trykksatt ved sin kilde for å hindre vertsmaterialet fra å passere gjennom åpningene 22.

Den utførelsesformen som er vist på fig. 1, har separate innløp 16 og 36 for diffusjonsmaterialene. Dette arrangementet gjør det mulig å innføre to forskjellige infusjonsmaterialer i vertsmaterialet. Alternativt kan et eneste infusjonsmateriale innføres i begge innløpene.

I tester har den utførelsesformen som er vist på fig. 1, vist høye diffusjons-nivåer av infusjonsmaterialet eller -materialene inn i vertsmaterialet. Tester som benytter oksygen som infusjonsmateriale og vann som vertsmateriale, har resultert i nivåer på 400% oppløst oksygen i vannet, hvor de økte oksygennivåene varer i dagevis.

Grunnen til den høye effektiviteten og varigheten av diffusjonen antas å være et resultat av mikrokavitasjon som er beskrevet i forbindelse med fig. 2a-c. Når et materiale strømmer over en glatt overflate, blir det opprettet en nokså lami-nær strømning med et tynt grenselag som er stasjonært eller som beveger seg meget langsomt på grunn av overflatespenningen mellom fluidet i bevegelse og den stasjonære overflaten. Åpningene 22 ødelegger imidlertid den laminære strømningen og kan forårsake kompresjon og dekompresjon av materialet. Hvis trykket under dekompresjonssyklusen er lavt nok, vil tomrom (kavitasjonsbobler) dannes i materialet. Kavitasjonsboblene genererer et roterende strømningsmøns-ter 46, i likhet med en tornado, fordi det lokaliserte området med lavt trykk trekker vertsmaterialet og infusjonsmaterialet, som vist på fig. 2a. Når kavitasjonsboblene imploderer, resulterer det i uhyre høye trykk. Når to innrettede åpninger passerer hverandre, inntreffer en sjokkbølge som genererer betydelig energi. Energien til-knyttet kavitasjon og sjokkbølge blander infusjonsmaterialet og vertsmaterialet i uhyre høy grad, kanskje ved molekylnivå.

Den tangensiale hastigheten til rotoren 12 og antallet åpninger som passerer hverandre pr. rotasjon, bestemmer den frekvens ved hvilken anordningen opererer. Det har vist seg at drift i det ultrasoniske frekvensområdet kan være gunstig i mange anvendelser. Det antas at drift av anordningen i det ultrasoniske frekvensområdet, gir den maksimale sjokkenergien for å forskyve bindingsvinkelen til fluid-molekylet, som gjør det i stand til å transportere ytterligere infusjonsmaterialer som det vanligvis ikke ville kunne beholde. Den frekvens ved hvilken diffusjonsapparatet opererer, synes å påvirke graden av diffusjon, noe som fører til meget lenger varighet av infusjonsmaterialet i vertsmaterialet.

I noen utførelsesformer kan en spesiell frekvens eller spesielle frekvenser være ønsket for å bryte ned visse komplekse molekyler, slik som i tilfelle med vannrensing. I denne anvendelsen kan flere sjokkbølgefrekvenser brukes til å bryte ned komplekse strukturer, slik som VOCer (volatile organic compounds, flyk-tige organiske forbindelser) i mindre delstrukturer. Ozon kan brukes som ett av infusjonsmaterialene for å oksidere delstrukturene ved høy effektivitet.

Andre sonokjemiske anvendelser kan utføres med anordningen 10. Generelt benytter sonokjemi ultralyd til å bidra til kjemiske reaksjoner. Ultralyden blir typisk generert ved å bruke en piezoelektrisk eller annen elektroakustisk anordning. Et problem i forbindelse med elektroakustiske omformere, er at lydbølgene ikke tilveiebringer uniforme lydbølger gjennom hele materialet; i stedet er den øns-kede kavitasjonen lokalisert omkring selve anordningen. Foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å produsere ultralydbølgene gjennom et materiale ved å bruke en enkel mekanisk anordning.

Fig. 3 illustrerer en utspilt skisse av en utførelsesform av rotoren 12 og statoren 30, hvor flere frekvenser kan oppnås ved en enkelt rotasjonshastighet. På fig. 3 er tre sirkulære grupper med åpninger 50 (vist individuelt som grupper 50a, 50b og 50c) av åpningene 22 anordnet omkretsmessig omkring rotoren 12. Hver ring har et forskjellig antall åpninger som er jevnt fordelt omkring omkretsen. På lignende måte vil statoren 30 ha tre sirkulære grupper med åpninger 52 (vist en-keltvis som grupper 52a, 52b og 52c). For å sikre at bare et par med åpninger mel lom tilsvarende grupper vil være sammenfallende til enhver tid, er antallet åpninger 22 i en gitt gruppe 52 på statoren 30 være en mer (eller mindre) enn antallet åpninger 22 i den tilsvarende gruppen 50 for rotoren 12. Hvis gruppe 50a f.eks. hadde 20 åpninger jevnt fordelt omkring omkretsen til rotoren 12, kan gruppen 52 derfor å 21 åpninger jevnt atskilt omkring omkretsen til statoren 30.

Når rotoren 12 på fig. 3 roterer i forhold til statoren 30, vil hver gruppe skape sjokkbølger ved en forskjellig frekvens. Ved å velge forskjellige frekvenser på riktig måte, vil det oppstå et sum- og differanse-interferensmønster som skaper et bredt spektrum med frekvenser. Dette frekvensspekteret kan være gunstig i mange anvendelser hvor ukjente urenheter i en vertsvæske må brytes ned og oksideres. Fig. 4 illustrerer et sideriss i tverrsnitt gjennom en utførelsesform av en stator 30. For statorer med mindre diameter kan det være vanskelig å danne borehullet 26 på innsiden av statoren 30. Utførelsesformen på fig. 4 benytter en indre hylse 54 og en ytre hylse 56. Borehullene 26 kan være boret fra utsiden av den indre hylsen 54. For hvert borehull 26 på den indre hylsen 54 er en tilsvarende innrettet utløpsåpning 24 boret på den ytre hylsen 56. Den indre hylsen 54 blir så plassert i og festet til den ytre hylsen 56 for å danne statoren 30. Andre fremgangsmåter, slik som støping, kan også brukes til å lage statoren 30. Fig. 5a-b og 6 illustrerer alternative utførelsesformer av diffusjonsapparatet 10. Der hvor det passer, er henvisningstall fra fig. 1 gjentatt på disse figurene. Fig. 5a illustrerer et sideriss i tverrsnitt gjennom en utførelsesform hvor rotoren 12 og statoren 30 er skiveformet. Fig. 5b illustrerer et toppriss av den skiveformede rotoren 12. Statoren 30 er utformet over og under rotoren 12. Både statoren 12 og rotoren 30 har et antall åpninger av den type som er beskrevet i forbindelse med fig. 1, som passerer hverandre når rotoren 12 blir drevet av motoren. Som før kan statoren 30, for hver gruppe 52, ha en åpning mer eller mindre enn den tilsvarende gruppen 50 i rotoren 12, for å hindre samtidige sjokkbølger ved to åpninger i en gruppe. Åpningene 22 kan være av den samme form som vist på fig. 1. En hul aksel tjener som innløpet 16 til det indre av den skiveformede rotoren for det første infusjonsmaterialet. Et område 35 mellom statoren 30 og huset 34 mottar likeledes det andre infusjonsmaterialet. Når vertsmaterialet strømmer inn i kanalen 32 mellom rotoren 12 og statoren 30, blir det utsatt for virvelgenereringen ved åpningene 22 og forårsaker dermed en diffusjon av de første og andre materialene med vertsmaterialet. Det infuserte vertsmaterialet passerer til utløpene 40. Fig. 5b illustrerer et toppriss av rotoren 12. Som vist utgjør et antall åpninger konsentriske grupper med åpninger på rotoren 12. Hver gruppe kan om ønsket generere sjokkbølger ved forskjellige frekvenser. I den foretrukne utførelsesformen vil åpningene 22 være utformet på toppen eller bunnen av rotoren 12. Tilsvarende åpninger vil være utformet over og under disse åpningene på statoren 30. Fig. 6 illustrerer en skisse med bortskårne deler av en utførelsesform av oppfinnelsen hvor rotoren 12 har en konisk form. Både statoren 12 og rotoren 30 har et antall åpninger av den type som er beskrevet i forbindelse med fig. 1, som passerer forbi hverandre når rotoren 12 blir drevet av motoren. I tillegg til åpningene omkring omkretsen til rotoren 12, kan det også være åpninger ved bunnen av den koniske formen, med tilsvarende åpninger i den del av statoren 30 som befin-ner seg ved bunnen. Som før, for hver gruppe, kan statoren 30 ha en åpning mer eller mindre enn rotoren 12 for å hindre samtidige sjokkbølger ved to åpninger 22 på den samme gruppen. En hul aksel tjener som innløpet 16 til det indre av den skiveformede rotoren for det første infusjonsmaterialet. Likeledes mottar et område 35 mellom statoren 30 og huset 34 det andre infusjonsmaterialet. Når vertsmaterialet strømmer mellom rotoren 12 og statoren 30, blir det utsatt for virvelgenereringen ved åpningene 22 og forårsaker dermed en diffusjon av de første og andre materialene i vertsmaterialet. Det infuserte vertsmaterialet passerer til ut-løpene 40.

I utførelsesformene på fig. 5a-b og 6, fordi gruppene med åpninger 22 kan være utformet med økende diametre, kan generering av flere frekvenser lettes. Det skal bemerkes at et hvilket som helst antall former kan benyttes, innbefattende hemisfæriske og sfæriske former for å realisere rotoren 12 og statoren 30.

Det diffusjonsapparatet som er beskrevet her, kan brukes i et antall anvendelser. Optimal åpningsdimensjon (for både utløpsåpningen 24 og borehullet 26), bredden av kanalen 32, rotasjonshastigheten og rotor/stator-diametre kan være avhengige av anvendelsesområdet for anordningen.

Som beskrevet ovenfor, kan diffusjonsapparatet 10 brukes til vannlufting. I denne utførelsesformen blir luft eller oksygen brukt som både de første og andre infusjonsmaterialene. Luften/oksygenet blir diffundert inn i avløpsvannet (eller annet vann som trenger lufting) som beskrevet i forbindelse med fig. 1. Det har vist seg at diffusjonsapparatet kan øke oksygenanrikelsen til omkring 400% oppløst oksygen, med større konsentrasjoner forventet når parametrene blir optimalisert for dette anvendelsesområdet. I tester som sirkulerte omkring 95 liter (25 gallon) kommunalt vann ved omgivelsestemperaturer (innledningsvis med en avlesning med 84,4% oppløst oksygen) gjennom anordningen i fem minutter for å oppnå 390% oppløst oksygeninnhold, forble de forhøyede oksygenkonsentrasjonsnivå-ene over 300% oppløst oksygen for en periode på fire timer og over 200% oppløst oksygen i over nitten timer. Etter tre døgn var det oppløste oksygeninnholdet frem-deles over 134%. I disse testene ble det brukt frekvenser på 169 kHz. Størrelsen av åpningene var 0,762 mm (0,030") for utløpsåpningen 24 og 6,35 mm (0,25") for borehullet (med borehullene 26 på rotoren utformet med hellende sider). Lavere temperaturer kan øke oksygenanrikelsesnivåene betydelig og varigheten.

For behandlingen av avløpsvann eller for biobehandling av andre toksiske materialer, kan oksygen brukes som et av infusjonsmaterialene og ozon kan brukes som det andre infusjonsmateriale. I dette tilfelle vil ozon bli brukt til å oksidere farlige strukturer i vertsmaterialet, slik som VOCer og farlige mikroorganismer. Som beskrevet ovenfor, kan videre et sett med frekvenser (som bestemt av gruppene med åpninger i rotoren 12 og statoren 30) brukes til å frembringe et destruktivt interferensmønster som vil bryte ned mange av de komplekse strukturene i mindre delstrukturer. Hvis behandlingen er rettet mot oksidering av en enkelt kjent, farlig forbindelse, vil det alternativt være mulig å bruke en enkelt frekvens som er kjent og bryte ned strukturen på en vellykket måte. Et sett med frekvenser som resulterer i et konstruktivt interferensmønster, kan derimot brukes for å kombinere to eller flere forbindelser til en mer kompleks og meget strukturert forbindelse.

For å produsere drikkevann kan ozon brukes som det første og andre infusjonsmateriale for å bryte ned og oksidere forurensninger.

Selv om virkemåten til diffusjonsapparatet 10 er blitt diskutert i forbindelse med store anvendelser, slik som rensing av kommunalt avløpsvann, kan den også brukes i husholdningsanvendelser, slik som i renseanordninger for drikkevann, svømmebassenger og akvarier.

Diffusjonsapparatet kan også brukes til andre anvendelser hvor diffusjon av en gass eller væske inn i en annen væske, endrer karakteristikkene til vertsmaterialet. Eksempler på slike anvendelser vil innbefatte homogenisering av melk eller hydrogenering av oljer. Andre anvendelser kan innbefatte høyere effektiviteter ved blanding av brennstoff og gasser/væsker som resulterer i bedre brenselsøkonomi.

Fig. 7a-b illustrerer alternative utførelsesformer av rotoren 12 og statoren 30. På fig. 7a roterer også "statoren" 30; i dette tilfelle vil frekvensen til sjokkbølg-ene være avhengige av den relative rotasjonshastigheten mellom rotoren 12 og statoren 30. På fig. 7b fører enten en av rotoren 12 eller statoren 30 ikke et infusjonsmateriale gjennom komponenten (på fig. 7b fører bare rotoren et infusjonsmateriale); idet den komponent som ikke fører et infusjonsmateriale, har sine åpninger 22 av kaviteter 58 for å frembringe turbulensen. Kavitetene 58 kan være formet på tilsvarende måte som borehullene 26 uten de tilhørende utløps-åpningene 24.

På fig. 7c er den åpningen 24 gjennom hvilken infusjonsmaterialet blir ført

gjennom rotoren 12 eller statoren 30, posisjonert ved siden av borehullet 26 istedenfor i borehullet 26, som i tidligere utførelsesformer. Det skal bemerkes at hoved-formålet med borehullet 26 er å avbryte den laminære strømningen av vertsmaterialet langs overflaten av rotoren 12 og statoren 30. Kompresjonen og uttynningen (dekompresjonen) av vertsmaterialet forårsaker mikrokavitasjon som fremskaffer den høye diffusjonsgraden som anordningen produserer. Under dekompresjon blir det produsert tomrom (kavitasjonsbobler) i vertsmaterialet. Kavitasjonsboblene vokser og trekker seg sammen (eller imploderer), underkastet de spenninger som induseres av frekvensene til sjokkbølgene. Implosjoner av kavitasjonsbobler produserer den energien som bidrar til den høye diffusjonsgraden av infusjonsmaterialer i vertsmaterialet når det passerer gjennom kanalen 32. Så lenge infusjonsmaterialene og vertsmaterialet blir blandet ved det punkt hvor kavitasjonen og de re-sulterende sjokkbølgene inntreffer, vil derfor diffusjonen som er beskrevet ovenfor, være et resultat.

Fig. 7d illustrerer en utførelsesform hvor den innledende blandingen av

vertsmaterialet og ett eller flere infusjonsmaterialer blir utført utenfor kanalen 32.1 denne utførelsesformen blir et Mazzie-diffusjonsapparat 60 (eller en annen anordning) brukt til å utføre den innledende blandingen av infusjonsmaterialet eller materialene og vertsmaterialet. Blandingen blir matet inn i kanalen 32 mellom rotoren 12 og statoren 30, hvor den gjennomgår kompresjons/fortynnings-syklusene som diskutert ovenfor, og som forårsaker kavitasjon i blandingen og blir utsatt for frekvensen til sjokkbølgene.

Genereringen av kavitasjons- og sjokk-bølgene kan videre utføres ved å bruke strukturer som er forskjellige fra borehullene 26, som er vist i utførelsesform-ene ovenfor. Som nevnt ovenfor, er borehullene 26 overflateujevnheter som hind-rer den laminære strømningen av vertsmaterialet langs sideveggene til kanalen 32. På fig. 7e kan et fremspring, slik som en hump 62, brukes som en overflate-jevnhet istedenfor eller i forbindelse med borehullene 26. Andre former enn av-rundede former kan også brukes. Som vist på fig. 7f kan riller (eller kanter) 64 være utformet i rotoren 12 og/eller statoren 30 for å generere kaviteringen og sjokkbølgene.

Som nevnt ovenfor er det ikke alle anvendelser som krever eller trekker for-del av generering av sjokkbølger ved en spesiell frekvens. Rotoren 12 eller statoren 30 kan derfor ha borehullene 26 (eller andre overflateujevnheter) anordnet, slik at en hvit støy blir produsert istedenfor en spesiell frekvens. De strukturene som brukes til å skape kavitasjonen, behøver ikke å være jevne; en tilstrekkelig grov overflate utformet på rotoren 12 eller statoren 30 vil forårsake kavitasjonen. Som vist på fig. 7g, behøver det i tillegg ikke være nødvendig at både overflaten til rotoren 12 og overflaten til statoren 30 skaper kavitasjon; i de fleste tilfellene vil imidlertid virkemåten til anordningen 10 bli mer effektiv hvis begge overflatene brukes.

Fig. 7h illustrerer en utførelsesform hvor bevegelsen som forårsaker kavitasjonen, frembringes ved hjelp av vertsmaterialet (fortrinnsvis med innesluttet infusjonsmateriale) istedenfor ved relativ bevegelse av rotoren 12 og statoren 30.1 utførelsesformen på fig. 7h er kanalen 32 utformet mellom to vegger 66 som er statiske i forhold til hverandre, der en eller begge har overflateujevnheter som vender mot kanalen 32. Vertsmaterialet blir drevet gjennom kanalen med høy hastighet ved å bruke en pumpe eller en annen anordning for å skape en strømning med høy hastighet. Ett eller flere infusjonsmaterialer blir matet inn i kanalen, enten gjennom utløpsåpninger 24 eller ved blanding av vertsmaterialet med infusjonsmaterialene, utenfor kanalen. Den høye hastigheten til vertsmaterialet i forhold til veggene 66 forårsaker mikrokavitasjonen og sjokkbølgene som er beskrevet ovenfor.

Som et eksempel, kan en eller flere av veggene 66 være et fint maskenett gjennom hvilket infusjonsmaterialet eller -materialene strømmer for å blande seg med vertsmaterialet i kanalen 32. Overflatejevnhetene i maskenettet vil forårsake mikrokavitasjoner og sjokkbølger når vertsmaterialet strømmer over maskenettet ved høy hastighet. Frekvensen til sjokkbølgene vil være avhengig av oppløsningen til maskenettet og hastigheten til vertsmaterialet. Igjen vil infusjonsmaterialene diffundere inn i vertsmaterialet ved molekylnivået ved mikrokavitasjonsstedene.

Fig. 8a og 8b illustrerer en annen utførelsesform, hvor et roterende organ 70 er anordnet inne i en kanal 72 og blir rotert av en motor 73. Vertsmaterialet og infusjonsmaterialet eller -materialene blir blandet i kanalen 72 oppstrøms fra det roterende organet 70 ved å bruke et Mazzie-diffusjonsapparat 74 eller en annen anordning. Det roterende organet kan f.eks. være propell- eller skrue-formet. På overflaten til det roterende organet 70 er det en eller flere overflateujevnheter 76, slik at rotasjonen av det roterende organet 70 skaper den mikrokavitasjonen som er diskutert ovenfor, for derved å forårsake en høy grad av diffusjon mellom materialene. Formen til propellbladene og mønsteret til overflatejevnhetene 76 kan frembringe kavitasjonen og sjokkbølgen ved en ønsket frekvens for de formål som er beskrevet ovenfor. Formen av den roterende anordning kan videre trekke materialene gjennom kanalen.

Foreliggende oppfinnelse fremskaffer betydelige fordeler i forhold til teknikk-ens stand. For det første gjør mikrokavitasjonene som genereres av anordningen

at diffusjon inntreffer ved molekylnivå, noe som øker mengden med infusjonsmaterialet som vil bli holdt av vertsmaterialet og varigheten av diffusjonen. Mikrokavitasjonene og sjokkbølgene kan for det annet produseres ved hjelp av en forholdsvis enkel mekanisk anordning. Frekvensen eller frekvensene til sjokkbølgene som frembringes av anordningen, kan for det tredje brukes på mange anvendelsesom-råder, enten til å bryte ned komplekse strukturer eller til å bidra til å kombinere strukturer. Kavitasjonene og sjokkbølgene kan for det fjerde produseres uniformt gjennom et materiale for konsistent diffusjon.

Selv om den detaljerte beskrivelsen av oppfinnelsen er blitt rettet mot visse utførelseseksempler, vil forskjellige modifikasjoner av disse utførelsesformene samt alternative utførelsesformer, være antydet for fagkyndige på området. Oppfinnelsen omfatter alle modifikasjoner eller alternative utførelsesformer som faller innenfor rammen av patentkravene.

Claims (8)

1. Diffusjonsapparat (10) omfattende: en rotor (12) og en stator (30), der i det minste en av rotoren (12) og statoren (30) har en overflate som innbefatter overflateujevnheter(22), der statoren (30) er posisjonert relativt i forhold til rotoren (12) for å danne en kanal (32) mellom disse, der det strømmer et første materiale gjennom kanalen i det vesentlige uten påvirkning fra de respektive omgivende overflater med overflatejevnhetene rettet mot kanalen, i det minste en av rotoren (12) og statoren (30) har åpninger (24), et første innløpsmiddel (37) for introduksjon av nevnte første materiale inn til nevnte kanal (32), et andre innløpsmiddel (36) for introduksjon av et andre materiale inn til en andre overflate av nevnte rotor (12) eller stator (30) slik at det andre materialet ved bruk ledes inn gjennom åpningene (24) inn til kanalen (32) for blanding med det første materialet, og en motor (18) for å bevege en av rotoren (12) og statoren (30) relativt til hverandre under drift for å frembringe kavitasjon i det første materialet når det er i kanalen (32) for å diffundere det andre materialet inn i det første materialet.

2. Diffusjonsapparat (10) ifølge krav 1, hvor en eller flere av overflatejevnhetene omfatter fordypninger.

3. Diffusjonsapparat (10) ifølge krav 2, hvor fordypningene omfatter borehull, riller eller fremspring.

4. Diffusjonsapparat (10) ifølge krav 3, hvor fremspringene omfatter humper eller oppragende kanter.

5. Diffusjonsapparat (10) ifølge et av de foregående krav, der både rotoren (12) og statoren (30) har en eller flere åpninger (24).

6. Diffusjonsapparat (10) ifølge et av de foregående krav, inkluderende (a) en pumpe (44) for å trekke de første og andre materialene gjennom kanalen, eller (b) en pumpe for å drive de første og andre materialene gjennom kanalen (32).

7. Diffusjonsapparat ifølge et av de foregående krav, hvor rotoren (12) har en sylindrisk form, en skiveform, en konisk form, en sfærisk form eller en hemisfærisk form.

8. Fremgangsmåte for diffunder omfattende trinnene av: å mate inn det første materialet fra et første innløp (37) inn i en kanal (32) utformet mellom en rotor (12) og en første side av en stator (30), der i det minste en av rotoren (12) og statoren (30) er forsynt med overflateujevnheter (22) rettet mot kanalen (32), i det minste en av rotoren (12) og statoren (30) er forsynt med åpninger (24) å mate inn det andre materialet fra et andre innløp (36) slik at det andre materialet ved bruk mates gjennom åpningene (24) til rotoren (12) eller statoren (30) og inn i kanalen (32) for blanding med det første materialet, og å bevege det første materialet i en strøm i kanalen (32) i det vesentlige uten påvirkning og relativt til overflatejevnhetene (22) for å forårsake at de første og andre materialene blir komprimert og dekomprimert, for dermed å bevirke til kavitasjon av det første materialet i kanalen.