RU2796956C1 - Device for supplying gas to liquid - Google Patents
Device for supplying gas to liquid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796956C1 RU2796956C1 RU2022134689A RU2022134689A RU2796956C1 RU 2796956 C1 RU2796956 C1 RU 2796956C1 RU 2022134689 A RU2022134689 A RU 2022134689A RU 2022134689 A RU2022134689 A RU 2022134689A RU 2796956 C1 RU2796956 C1 RU 2796956C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air chamber
- electric current
- gas
- liquid
- air
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Заявляемое изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано в устройствах для обогащения газом или газовоздушной смесью различных жидкостей. Возможно использование устройства для подачи воздуха в водную среду для поддержания жизни водных организмов. Благодаря отсутствию механических движущихся частей особенно полезным может быть применение в биологических средах, требующих минимальной вибрации и шума, а также высокой точности дозирования подачи газо-воздушной смеси в жидкость.The claimed invention relates to the field of precision instrumentation and can be used in devices for enrichment with gas or gas-air mixture of various liquids. It is possible to use a device for supplying air to the aquatic environment to support the life of aquatic organisms. Due to the absence of mechanical moving parts, it can be especially useful in biological environments that require minimal vibration and noise, as well as high accuracy in dosing the gas-air mixture into the liquid.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники известно устройство, реализующее способ газирования жидкости, предусматривающий инжекцию (впрыскивание, нагнетание) газа в жидкость при рециркуляции последней и подача газожидкостного потока на зеркало поверхности газируемой жидкости, инжекцию газа осуществляют между двумя однонаправленными и сходящимися потоками жидкости, при скорости последних от 10 до 100 м/с (SU 1250241). Устройство содержит емкость с циркуляционным контуром, смеситель и инжектор с соплом, установленные в верхней части емкости, при этом инжектор снабжен дополнительным, установленным коаксиально основному, соплом, также соединенным с напорным трубопроводом циркуляционного контура.From the prior art, a device is known that implements a method of gassing a liquid, which provides for the injection (injection, injection) of gas into a liquid during the recirculation of the latter and the supply of a gas-liquid flow to the mirror surface of the gassed liquid, gas injection is carried out between two unidirectional and converging liquid flows, at a speed of the latter from 10 up to 100 m/s (SU 1250241). The device contains a container with a circulation circuit, a mixer and an injector with a nozzle installed in the upper part of the container, while the injector is equipped with an additional nozzle installed coaxially to the main one, also connected to the pressure pipeline of the circulation circuit.
Известное устройство характеризуется узкой сферой применения и не обеспечивает возможности высокоточного дозирования подачи газа в жидкость.The known device is characterized by a narrow scope and does not provide the possibility of high-precision dosing of the gas supply to the liquid.
Известно устройство для диспергирования газа в жидкость, содержащее приемную камеру, камеру смешения и диффузор. Устройство снабжено средством для распыла жидкости, выполненным в виде пневматической центробежной форсунки с камерой распыла на выходе, осевым каналом и периферийным каналом для подачи газа, образованным корпусом форсунки и центральным подпружиненным обтекателем, при этом в обтекателе выполнен осевой канал, сообщающийся с приемной камерой (RU 2085272).A device for dispersing a gas into a liquid is known, comprising a receiving chamber, a mixing chamber and a diffuser. The device is provided with means for spraying liquid, made in the form of a pneumatic centrifugal nozzle with a spray chamber at the outlet, an axial channel and a peripheral channel for gas supply, formed by the nozzle body and a central spring-loaded fairing, while the fairing has an axial channel that communicates with the receiving chamber (RU 2085272).
Недостатками данного устройства также является низкая точность дозирования подачи газа в жидкость, и, кроме того, необходимость использования механических, в том числе с вращательным движением, внешних источников переменного неуправляемого давления, что повышает уровень шума при работе устройства и снижает его надёжность.The disadvantages of this device are also the low accuracy of dosing the gas supply to the liquid, and, in addition, the need to use mechanical, including rotational, external sources of variable uncontrolled pressure, which increases the noise level during operation of the device and reduces its reliability.
Известно устройство, реализующее способ введения газов в жидкость. Способ включает эжекцию (процесс смешения двух каких-либо сред (в данном случае - газа и жидкости), в котором одна среда, находясь под давлением, оказывает воздействие на другую и увлекает её) газа из заострённого патрубка, имеющего конфузорно-диффузорное сопло, образование газового потока, имеющего сверхзвуковую начальную скорость струи при эжекции из заостренного патрубка, создание вокруг потока газа оболочки пламени для превращения газового потока в когерентный поток газа, имеющий сверхзвуковую начальную осевую скорость струи, пропускание когерентного потока газа из заостренного патрубка к поверхности объема жидкости, контактирование поверхности объема жидкости с когерентным потоком газа и пропускание газа в объем жидкости (RU 2208749).A device that implements a method for introducing gases into a liquid is known. The method includes ejection (the process of mixing any two media (in this case, gas and liquid), in which one medium, being under pressure, affects the other and entrains it) of gas from a pointed pipe having a confuser-diffuser nozzle, the formation of a gas flow having a supersonic initial jet velocity during ejection from a pointed pipe, creating a flame shell around the gas flow to convert the gas flow into a coherent gas flow having a supersonic initial axial jet velocity, passing a coherent gas flow from a pointed pipe to the surface of the liquid volume, contacting the surface liquid volume with a coherent gas flow and gas transmission into the liquid volume (RU 2208749).
Недостаток этого технического решения состоит в том, что для реализации известного способа необходимо устройство, характеризующееся высокой конструктивной сложностью, многоэлементностью. При этом устройство используется в режиме сверхзвукового течения газа, приводящем к появлению пламени, поэтому возможно накопление тепловой энергии, рассеяние которой устройством не предусмотрено. В результате нагрева конструкции устройства может произойти выход его из строя. Кроме того, для данного устройства характерны следующие недостатки - повышенный шум при работе, невозможность обеспечения точности дозирования подачи газа в жидкость, а также узкая область применения устройства.The disadvantage of this technical solution is that the implementation of the known method requires a device characterized by high structural complexity, multi-element. In this case, the device is used in the mode of supersonic gas flow, leading to the appearance of a flame, therefore, it is possible to accumulate thermal energy, the dissipation of which is not provided by the device. As a result of heating the structure of the device, its failure may occur. In addition, this device is characterized by the following disadvantages - increased noise during operation, the inability to ensure the accuracy of dosing the gas supply to the liquid, as well as the narrow scope of the device.
Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип техническим решением является устройство, описанное в А.С. СССР № 1736584 B01F3/04 B01F5/04 C02F1/24. Способ диспергирования газа в жидкости и устройство для его осуществления / Павлечко В.Н., Щербаков Л.А. Опубликовано 30.05.1992. Данное устройство для подачи газа (и диспергирования газа в жидкости) содержит воздушную камеру, снабженную патрубком подвода газа с дросселем, а также установленные в воздушной камере конфузор, участок смешения в виде щелевого канала прямоугольного сечения высотой 0,5 - 5,0 мм, выполненный с отверстиями на широких сторонах, и диффузор.The closest in technical essence and adopted for the prototype of the technical solution is the device described in A.S. USSR No. 1736584 B01F3/04 B01F5/04 C02F1/24. The method of dispersing gas in a liquid and a device for its implementation / Pavlechko V.N., Shcherbakov L.A. Published 05/30/1992. This device for supplying gas (and dispersing gas in a liquid) contains an air chamber equipped with a gas supply pipe with a throttle, as well as a confuser installed in the air chamber, a mixing section in the form of a rectangular slot channel with a height of 0.5 - 5.0 mm, made with holes on the wide sides, and a diffuser.
Недостатком данного устройства также является невозможность обеспечения точности дозирования подачи газа в жидкость, узкая область применения устройства, повышенные шум и вибрация при его работе, и, кроме того, высокая вероятность возникновения в устройстве кавитации, вследствие чего возможен выход устройства из строя.The disadvantage of this device is also the impossibility of ensuring the accuracy of dosing the gas supply to the liquid, the narrow scope of the device, increased noise and vibration during its operation, and, in addition, a high probability of cavitation in the device, as a result of which the device may fail.
Таким образом, техническая проблема, решаемая посредством заявляемого изобретения, заключается в необходимости преодоления недостатков, присущих аналогам и прототипу, за счет создания простого и надежного устройства подачи газа (воздуха) в жидкость с возможностью использования в различных отраслях промышленности, характеризующегося низким шумовым эффектом при работе.Thus, the technical problem solved by the claimed invention is the need to overcome the disadvantages inherent in analogues and the prototype, by creating a simple and reliable device for supplying gas (air) to a liquid with the possibility of use in various industries, characterized by low noise during operation. .
Краткое раскрытие сущности изобретенияBrief summary of the invention
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, повышении точности дозирования подачи газа в результате однозначной связи объема вытесняемого газа, пропорционального значению интеграла функции давления от времени P(t), параметрам токового импульса.The technical result achieved by using the claimed invention, increasing the accuracy of gas supply dosing as a result of an unambiguous relationship between the volume of displaced gas, proportional to the value of the integral of the function of pressure versus time P(t), to the parameters of the current pulse.
Иные технические преимущества заявляемого решения заключаются также в существенном снижении уровня шума и вибрации при работе вследствие отсутствия механического движения деталей при работе устройства.Other technical advantages of the proposed solution also lie in a significant reduction in the level of noise and vibration during operation due to the absence of mechanical movement of parts during operation of the device.
Заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем воздушную камеру с патрубком подвода газа, воздушная камера снабжена клапаном, выполненным с возможностью открытия и закрытия при изменении давления внутри воздушной камеры, проводником электрического тока, установленным внутри воздушной камеры, генератором серии регулируемых по амплитуде, длительности и частоте следования импульсов электрического тока, установленным вне воздушной камеры и соединённым с проводником электрического тока с возможностью прохождения импульсов электрического тока по этому проводнику.The claimed technical result is achieved by the fact that in a device containing an air chamber with a gas supply pipe, the air chamber is equipped with a valve configured to open and close when the pressure inside the air chamber changes, an electric current conductor installed inside the air chamber, a generator of a series of adjustable amplitude , duration and repetition rate of electric current pulses installed outside the air chamber and connected to an electric current conductor with the possibility of electric current impulses passing through this conductor.
В заявляемом устройстве для подачи газа в жидкость изменение давления газа в воздушной камере осуществляется в результате пропускания импульсов электрического тока в проводнике, размещённом в воздушной камере. Повышение давления газа, обусловленное протеканием электрического тока в проводнике внутри воздушной камеры, вызывает выталкивание объема воздуха, то есть его перемещение (подачу) из воздушной камеры в ёмкость с жидкостью.In the proposed device for supplying gas to a liquid, the change in gas pressure in the air chamber is carried out as a result of the passage of electric current pulses in a conductor located in the air chamber. The increase in gas pressure due to the flow of electric current in the conductor inside the air chamber causes the volume of air to be pushed out, that is, it moves (supply) from the air chamber to the container with liquid.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими изображениями, гдеThe essence of the claimed invention is illustrated by the following images, where
на фиг. 1 представлена схема заявляемого устройства,in fig. 1 shows a diagram of the proposed device,
на фиг.2 представлена типичная экспериментальная зависимость давления воздуха P в рабочей воздушной камере от времени t для проводника из сплава никеля при воздействии импульса тока длительностью Δt = 5,7 с и амплитудой I = 0,5A.figure 2 shows a typical experimental dependence of air pressure P in the working air chamber on time t for a conductor made of nickel alloy when exposed to a current pulse with duration Δ t = 5.7 s and amplitude I = 0.5A.
Позициями на чертежах обозначены:Positions in the drawings indicate:
корпус 1,
патрубок подвода газа 2,
наконечник 3,
проводник электрического тока 4,
источник (генератор) электрического тока (импульсного тока) 5,source (generator) of electric current (pulse current) 5,
клапан 6,
ёмкость 7 с жидкостью 8.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Устройство включает корпус 1, оснащенный патрубком подвода газа 2 с наконечником 3. Внутренний объём корпуса 1 с клапаном 6 и патрубка подвода газа 2 с наконечником 3 образуют воздушную камеру устройства. Клапан 6 установлен в стенке корпуса, может быть выполнен, например, из эластичных материалов. Клапан имеет входное отверстие, которое закрывается или открывается под действием давления внутри воздушной камеры. Иными словами, клапан предназначен для перекрытия или наоборот, осуществления доступа воздуха в воздушную камеру устройства. Наконечник 3 выполнен с возможностью погружения во внешне расположенную емкость 7, например, наполненную водой 8 (фиг.1). В воздушной камере размещен металлический проводник 4 с возможностью соединения с источником электрического тока 5. В качестве таких проводников от источника тока до корпуса могут быть использованы, например, провода меди, а внутри воздушной камеры может быть использован провод из сплава никеля. Эффект быстрого изменения давления при прохождении импульсов тока малой амплитуды в проводнике из сплава никеля значительнее при выборе проводников малого диаметра. В качестве источника электрического тока 5 используют генератор импульсов электрического тока с регулируемой амплитудой и длительностью импульса.The device includes a
Заявляемое устройство работает следующим образом.The claimed device works as follows.
В начале эксперимента в воздушной камере устанавливалось атмосферное давление воздуха. Генератор электрического тока (импульсного тока) 5 вырабатывает серию регулируемых по амплитуде, длительности и частоте следования импульсов электрического тока. При прохождении тока в проводнике электрического тока 4 давление в объёме воздушной камеры быстро возрастает, клапан 6 закрывается, и часть воздуха через патрубок подвода газа 2 и наконечник 3 выталкивается в жидкость 8, находящуюся в сосуде 7 (фиг.1). После выхода воздуха в жидкость в воздушной камере во время действия импульса электрического тока воздух частично разрежен. После окончания импульса тока и выхода части воздуха из воздушной камеры давление в воздушной камере быстро понижается, клапан 6 открывается и происходит всасывание воздуха извне в воздушную камеру, в результате чего объём наружного воздуха, необходимый для выравнивания давления до атмосферного, поступает в воздушную камеру для следующего этапа подачи газа в жидкость. Таким образом, давление воздуха в воздушной камере и наружное (атмосферное) давление выравниваются. При прохождении следующего импульса электрического тока в проводнике процесс повторяется.At the beginning of the experiment, atmospheric air pressure was set in the air chamber. Electric current generator (pulse current) 5 generates a series of electric current pulses adjustable in amplitude, duration and frequency. With the passage of current in the
Объем вытесняемого через патрубок газа пропорционален значению интеграла P(t) за время действия импульса тока и, следовательно, зависит от амплитуды и длительности импульса тока. Требуемая для вытеснения необходимого объёма воздуха амплитуда и/или длительность импульса тока определяется и глубиной фиксации наконечника в жидкости, поскольку необходимо преодолевать давление жидкости зависящее от глубины погружения наконечника. Изменение параметров импульса тока (амплитуда, длительность) позволяет регулировать с достаточной точностью объём газа (воздуха), подаваемого в жидкость (в воду).The volume of gas displaced through the nozzle is proportional to the value of the integral P(t) during the action of the current pulse and, therefore, depends on the amplitude and duration of the current pulse. The amplitude and / or duration of the current pulse required to displace the required volume of air is also determined by the depth of fixation of the tip in the liquid, since it is necessary to overcome the pressure of the liquid, which depends on the depth of tip immersion. Changing the parameters of the current pulse (amplitude, duration) allows you to control with sufficient accuracy the volume of gas (air) supplied to the liquid (water).
В предлагаемом устройстве изменение давления газа (воздуха) в рабочей воздушной камере, перемещающее часть воздуха из воздушной камеры, осуществляется за счёт пропускания импульсов электрического тока в проводнике, размещённом в воздушной камере.In the proposed device, the change in gas (air) pressure in the working air chamber, which moves part of the air from the air chamber, is carried out by passing electric current pulses in the conductor located in the air chamber.
При прохождении импульса электрического тока определенной величины и длительности в проводнике график зависимости изменения давления в воздушной камере устройства от времени имеет три характерных участка (фиг.2). На начальном участке давление газа (воздуха) резко увеличивается, имеется скачок давления. Затем давление значительно медленнее нарастает. При выключении тока (по окончании прохождения электрического импульса) давление резко падает.With the passage of an electric current pulse of a certain magnitude and duration in the conductor, the graph of the pressure change in the air chamber of the device over time has three characteristic sections (figure 2). In the initial section, the pressure of the gas (air) increases sharply, there is a pressure jump. Then the pressure builds up much more slowly. When the current is turned off (at the end of the passage of the electrical impulse), the pressure drops sharply.
Пример конкретного выполненияExample of a specific implementation
В качестве опытной реализации был изготовлен работающий макет заявляемого устройства. Воздушную камеру образовывала запаянная с торцов стеклянная трубка диаметром 8 мм с отводом и клапаном из эластичного материала. Проводник, расположенный внутри стеклянной трубки, выполнен диаметром 100 мкм из никелевого сплава, а вне корпуса трубки выполнен медным. На фиг.2 представлена типичная экспериментальная зависимость давления воздуха P в воздушной камере от времени t для проводника диаметром 100 мкм из сплава никеля при воздействии импульса тока длительностью Δt = 5,7 с и амплитудой I = 0,5A.As an experimental implementation, a working layout of the proposed device was made. The air chamber was formed by a glass tube with a diameter of 8 mm, sealed at the ends, with an outlet and a valve made of an elastic material. The conductor located inside the glass tube is made of a nickel alloy with a diameter of 100 μm, and outside the tube body it is made of copper. Figure 2 shows a typical experimental dependence of air pressure P in the air chamber on time t for a conductor with a diameter of 100 μm from a nickel alloy when exposed to a current pulse with a duration of Δ t = 5.7 s and an amplitude of I = 0.5A.
Устройство может быть применено для обогащения газом, газо-воздушной смесью жидкостей. Возможно применение устройства для подачи воздуха в водную среду для поддержания жизни водных организмов, микроорганизмов. Благодаря отсутствию механических движущихся частей повышается надёжность работы устройства, значительное снижение уровня шума и вибрации при его работе. Особенно полезным применением устройства может быть его использование в биологических жидкостных средах, требующих минимальной вибрации и шума, а также точности дозирования подачи газа в жидкость.The device can be used for enrichment with gas, gas-air mixture of liquids. It is possible to use a device for supplying air to the aquatic environment to maintain the life of aquatic organisms, microorganisms. Due to the absence of mechanical moving parts, the reliability of the device, a significant reduction in the level of noise and vibration during its operation, increases. A particularly useful application of the device may be its use in biological fluid environments that require minimal vibration and noise, as well as accurate dosing of gas to liquid.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2796956C1 true RU2796956C1 (en) | 2023-05-29 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1250241A1 (en) * | 1982-04-27 | 1986-08-15 | Предприятие П/Я Р-6729 | Method and apparatus for gassing liquid |
SU1736584A1 (en) * | 1989-07-03 | 1992-05-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Микробиологических Производств | Device for dispersing gas in liquid |
US5302325A (en) * | 1990-09-25 | 1994-04-12 | Praxair Technology, Inc. | In-line dispersion of gas in liquid |
RU2027503C1 (en) * | 1992-11-25 | 1995-01-27 | Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева | Pulsed-action reactor |
US5569180A (en) * | 1991-02-14 | 1996-10-29 | Wayne State University | Method for delivering a gas-supersaturated fluid to a gas-depleted site and use thereof |
RU2085272C1 (en) * | 1993-05-06 | 1997-07-27 | Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова | Device for dispersion of gas into liquid |
RU2208749C2 (en) * | 1997-03-18 | 2003-07-20 | Праксайр Текнолоджи, Инк. | Method for injection of gas into liquid |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1250241A1 (en) * | 1982-04-27 | 1986-08-15 | Предприятие П/Я Р-6729 | Method and apparatus for gassing liquid |
SU1736584A1 (en) * | 1989-07-03 | 1992-05-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Микробиологических Производств | Device for dispersing gas in liquid |
US5302325A (en) * | 1990-09-25 | 1994-04-12 | Praxair Technology, Inc. | In-line dispersion of gas in liquid |
US5569180A (en) * | 1991-02-14 | 1996-10-29 | Wayne State University | Method for delivering a gas-supersaturated fluid to a gas-depleted site and use thereof |
RU2027503C1 (en) * | 1992-11-25 | 1995-01-27 | Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева | Pulsed-action reactor |
RU2085272C1 (en) * | 1993-05-06 | 1997-07-27 | Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова | Device for dispersion of gas into liquid |
RU2208749C2 (en) * | 1997-03-18 | 2003-07-20 | Праксайр Текнолоджи, Инк. | Method for injection of gas into liquid |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5322222A (en) | Spiral jet fluid mixer | |
US3064619A (en) | Acoustic generator and shock wave radiator | |
GB2514202A (en) | Micro-nanobubble generation systems | |
KR960018313A (en) | Valve drive control method, valve drive control device and fluid supply device | |
RU2796956C1 (en) | Device for supplying gas to liquid | |
JP5431573B2 (en) | Mixer device and gas-liquid supply device | |
CN109736965B (en) | Pulse injection device, liquid fuel supply system and scramjet engine | |
JP3940760B2 (en) | Fine bubble liquid generator and bubble refiner used therefor | |
Mândrea et al. | Theoretical and experimental study of gas bubbles behavior | |
JP6874965B2 (en) | Slag flow generator | |
CN107727360B (en) | Flow pattern generator | |
US11600479B2 (en) | System and method for detecting analytes dissolved in liquids by plasma ionisation mass spectrometry | |
US4177226A (en) | Device for injection of a gas in a liquid | |
RU2656033C1 (en) | Mixer with two-phase working medium | |
SU1493297A1 (en) | Device for producing foam | |
RU2411088C2 (en) | All-purpose aerohydrodynamic nozzle | |
TW202110529A (en) | Micro-fluid structure generating device | |
SU1151329A1 (en) | Liquid-jet radiator | |
SU1556728A1 (en) | Mixer | |
JPS57102256A (en) | Supersonic spray | |
RU2646999C1 (en) | Acoustic nozzle with spraying diffuser | |
WO1999040326A1 (en) | Liquid-gas jet apparatus | |
SU876180A1 (en) | Centrifugal spray atomizer | |
RU2144627C1 (en) | Hydrodynamic cavitation apparatus | |
JP2008286438A (en) | Addition device for volatile solution and gasification method |