UA144597U - Мобільний ультразвуковий пристрій для обробки рідини - Google Patents

Abstract

Мобільний ультразвуковий пристрій для обробки рідини містить заповнену рідиною ємність з плоскою донною поверхнею з немагнітного матеріалу, в яку занурений поверхнею випромінювання вертикально розташований ультразвуковий резонансний привід поздовжніх переміщень з трансформатором коливальної швидкості, робоча випромінююча поверхня якого виконана плоскою у вигляді дискового вібратора, з можливістю здійснення згинальних коливань, частота збудження яких дорівнює власній частоті оброблюваної рідини, і розташована відносно плоскої донної поверхні ємності з утворенням щілинного зазору, а ззовні ємності розміщений блок магнітної обробки рідини, утворений набором постійних магнітів. Трансформатор коливальної швидкості встановлено в знімній кришці ємності, виконано з немагнітного матеріалу та в ньому з боку поверхні випромінювання здовж осі на довжину в чверть довжини поздовжньої хвилі деформації виконаний отвір малого діаметра, що за допомогою поперечного отвору поблизу вузлової зони трансформатора коливальної швидкості з'єднує щілинний зазор між донною поверхнею ємності з рідиною та дисковим вібратором з атмосферою. При цьому ємність заповнена рідиною до рівня нижче поперечного отвору, а блок магнітної обробки рідини виконаний у вигляді плоских постійних магнітів, притиснутих немагнітною кришкою до донної поверхні ємності з рідиною і встановлених з врахуванням магнітних полюсів таким чином, щоб магнітні лінії в рідини були паралельними донній поверхні, а центральний магніт був розміщений під щілинним зазором.

Description

Корисна модель належить до технологічного використання ультразвукової енергії і може бути використана в різних галузях промисловості та побуті, зокрема в процесах, що відбуваються в рідкому середовищі, наприклад при знезараженні рідин, тобто знищенні шкідливих вірусів та мікроорганізмів, створенні високоякісних стійких емульсій, холодній стерилізації та гомогенізації молока і т. п.

Для інтенсифікації технологічних процесів, пов'язаних з рідиною, використовують різні фізичні поля та фактори впливу, наприклад ультразвукові коливання, які діють на згадані процеси через, так звані, ефекти першого порядку (частота, інтенсивність і т. п.) їі ефекти другого порядку, до яких належить, перш за все, кавітація.

Ефективність зазначеного використання ультразвукових коливань в значній мірі залежить від режимів випромінювання ультразвукової енергії та особливостей побудови технологічного обладнання, що реалізує вказані технології.

Відомий мобільний ультразвуковий пристрій для обробки рідини (патент України Мо 100470,

МПК о СО2Б 11/36, СО2Б 11/30, опубл. 25.12.2012, Бюл. Мо 24), що містить вертикально розташований порожнинний ступінчастий корпус з донною плоскою торцевою поверхнею та вхідним і вихідним патрубками, ультразвуковий випромінювач з торцевою поверхнею випромінювання, закріплений в верхній частині ступінчастого корпусу з утворенням герметичної порожнини для випромінювання ультразвукових хвиль в бік плоскої донної торцевої поверхні, яка розташована паралельно поверхні випромінювання на регламентованій відстані в ступені меншого діаметра.

У пристрої використовується вплив на рідину тільки одного фізичного поля - ультразвукового.

Випромінювання ультразвукових хвиль вздовж корпусу забезпечується розташуванням ультразвукового перетворювача у верхній частині корпусу, де в області кріплення трансформатора швидкості утворено герметичну порожнину. Ця порожнина запобігає змочуванню вузлової точки кріплення трансформатора швидкості. В разі змочування цієї точки ультразвукова енергія може стікати в рідину і не доходити в повному обсязі до вихідного торця трансформатора швидкості, зменшуючи ефективність його коливань.

Досягнення високого рівня інтенсивності ультразвукових коливань, необхідного для

Зо інактивації шкідливих для здоров'я людини мікроорганізмів, в конструкції забезпечується за рахунок ступінчастої конструкції корпусу, яка виконує функцію чверть хвильового трансформатора тиску. Завдяки трансформатору тиску в ступені меншого діаметра коливання тиску збільшуються, що призводить до інтенсивного розвитку кавітації та, відповідно, більш інтенсивної обробки рідини.

Мала площа випромінюючої поверхні, застосованого в пристрої трансформатора коливальної швидкості, не дозволяє ввести в рідину ультразвукову хвилю великої інтенсивності, оскільки при збільшенні підведеної до випромінювача потужності на випромінюючій поверхні утворюється кавітаційний двофазний прошарок, який поглинає та розсіює значну кількість ультразвукової енергії, перешкоджаючи проходженню ультразвукових коливань в рідину. Тому збільшення підведеної потужності призводить лише до нагріву п'єзокераміки випромінювача.

Таким чином, відома конструкція не забезпечує досягнення достатньо високої інтенсивності ультразвукового поля і високого рівня кавітації в об'ємі рідини, що обробляється. Тому вказаний пристрій не забезпечує ефективну обробку рідини з метою її знезараження, гомогенізації та отримання стійких емульсій.

Крім цього, конструкція відомого пристрою складна, засмічується, а її промивка потребує демонтажу.

Також відомий мобільний ультразвуковий пристрій для обробки рідини (патент України Мо 113244, МПК СО2Е 1/30, СО2Е 1/36, опубл. 26.12.2016, Бюл. Мо 24), що містить порожнистий з донною торцевою поверхнею корпус з немагнітного матеріалу, в якому послідовно встановлені, вертикально розташований, ультразвуковий резонансний випромінювач, частота збудження якого дорівнює власній частоті оброблюваної рідини, з зануреною в рідину випромінюючою поверхнею, закріплений в корпусі з утворенням герметичної порожнини, та блок магнітної обробки, утворений набором постійних магнітів, причому рідина в корпус підводиться через штуцер, встановлений в корпусі над випромінюючою поверхнею ультразвукового випромінювача, а штуцер для відведення рідини встановлений в торцевій донній поверхні корпусу, яка паралельна випромінюючій поверхні.

В пристрої вже використовують два фізичних поля - ультразвукове і магнітне, що збільшить енергетичний вплив на рідину і мікроорганізми в ній.

Необхідна висока інтенсивність ультразвуку досягається за рахунок трансформатора тиску, бо який дозволяє в ступені меншого діаметра корпусу отримати збільшену амплітуду коливань звукового тиску. Для забезпечення достатньо високого ККД амплітуда коливань випромінюючого торця трансформатора коливальної швидкості ультразвукового випромінювача незначна, що забезпечує ефективне введення в рідину ультразвукових коливань без утворення на випромінюючому торці кавітаційного прошарку, який поглинає і розсіює ультразвукову енергію. Але застосований ультразвуковий трансформатор тиску не дозволяє суттєво підвищити амплітуду тиску, оскільки для забезпечення поршневих коливань випромінюючого торця трансформатора коливальної швидкості необхідно застосовувати малий діаметр цього випромінюючого торця. Тому досягти суттєвих значень коефіцієнта трансформації трансформатора тиску не вдається.

Магнітна обробка рідини, яку застосовують в пристрої, не є ефективною, оскільки вона діє на короткому проміжку шляху течії рідини і створює тільки малопотужне магнітне поле.

Найбільш близьким аналогом є мобільний ультразвуковий пристрій для обробки рідини (заявка на винахід України Мо а201807516, МПК СО2Е 11/30, СО2Е 1/36, дата подання 05.07.2018), що містить заповнену рідиною ємність з плоскою донною поверхнею з немагнітного матеріалу, в яку занурений поверхнею випромінювання вертикально розташований ультразвуковий резонансний привід поздовжніх переміщень з трансформатором коливальної швидкості, робоча випромінююча поверхня якого виконана плоскою у вигляді дискового вібратора, який здійснює згинальні коливання, частота збудження яких дорівнює власній частоті оброблюваної рідини, і розташована відносно плоскої донної поверхні ємності з утворенням щілинного зазору, а ззовні ємності розміщений блок магнітної обробки рідини, утворений набором постійних магнітів.

В пристрої також використано вплив двох фізичних полів. Тепер рідина пропускається крізь щілинний зазор з високою інтенсивністю ультразвуку і розвиненою кавітацією. Рідина протікає крізь щілинний зазор за короткий проміжок часу, що не дозволяє провести якісну обробку рідини кавітаційним прошарком. Тому, для досягнення бажаного результату обробки рідини її пропускають через пристрій декілька разів. Крім цього, конструкція пристрою легко засмічується при обробці забрудненої рідини, а її промивка дуже ускладнена внаслідок наявності малих щілинних зазорів та загальної складності конструкції.

В основному корисної моделі поставлено задачу підвищення ефективності обробки рідини в

Зо мобільному ультразвуковому пристрої за рахунок усунення виявлених недоліків.

Поставлена задача вирішується в мобільному ультразвуковому пристрої для обробки рідини, що містить заповнену рідиною ємність з плоскою донною поверхнею з немагнітного матеріалу, в яку занурений поверхнею випромінювання вертикально розташований ультразвуковий резонансний привід поздовжніх переміщень з трансформатором коливальної швидкості, робоча випромінююча поверхня якого виконана плоскою у вигляді дискового вібратора, який здійснює згинальні коливання, частота збудження яких дорівнює власній частоті оброблюваної рідини, і розташована відносно плоскої донної поверхні ємності з утворенням щілинного зазору, а ззовні ємності розміщений блок магнітної обробки рідини, утворений набором постійних магнітів, згідно з корисною моделлю, трансформатор коливальної швидкості встановлено в знімній кришці ємності, виконано з немагнітного матеріалу та в ньому з боку поверхні випромінювання здовж осі на довжину в чверть довжини поздовжньої хвилі деформації виконаний отвір малого діаметра, що за допомогою поперечного отвору поблизу вузлової зони трансформатора коливальної швидкості з'єднує щілинний зазор між донною поверхнею ємності з рідиною та дисковим вібратором з атмосферою, причому ємність заповнена рідиною до рівня нижче поперечного отвору, а блок магнітної обробки рідини виконаний у вигляді плоских постійних магнітів, притиснутих немагнітною кришкою до донної поверхні ємності з рідиною і встановлених з врахуванням магнітних полюсів таким чином, щоб магнітні лінії в рідині були паралельними донній поверхні, а центральний магніт був розміщений під щілинним зазором.

Додатково, дисковий вібратор може бути виконаний з боку щілинного зазору з буртиком по краю.

Конструкція пристрою забезпечує його швидке розбирання для промивання. Наявність акустичного насоса в трансформаторі коливальної швидкості забезпечує поступове перекачування крізь щілинний зазор з інтенсивною кавітацією всього об'єму рідини в ємності, що дозволить ефективно обробити всю рідину.

Застосування набору магнітів, що притиснуті до донної поверхні ємності, забезпечує довготривалий вплив магнітного поля на рідину. Це забезпечує структурування рідини після кавітаційної обробки, тобто повертає їй природний стан і надає лікувальні властивості. Магнітне поле додатково відфільтрує рідину від можливих магнітних металевих домішок.

Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де показана схема мобільного 60 ультразвукового пристрою для обробки рідини.

Пристрій складається з ємності 1, виконаної з немагнітного матеріалу. Ємність 1 заповнена рідиною 2, яка підлягає обробці. Ємність 1 має плоску донну поверхню 3. В рідину 2 занурений поверхнею випромінювання вертикально розташований ультразвуковий резонансний привід поздовжніх переміщень 4 з трансформатором коливальної швидкості, робоча випромінююча поверхня якого виконана плоскою у вигляді дискового вібратора 5, який здійснює пружні згинальні коливання 6, частота збудження яких дорівнює власній частоті оброблюваної рідини 2. Електричний генератор ультразвукових коливань, що збуджує ультразвуковий резонансний привід на схемі умовно не показаний. Випромінююча поверхня у вигляді дискового вібратора 5 розташована відносно плоскої донної поверхні З ємності 1 з утворенням щілинного зазору 7.

Трансформатор коливальної швидкості ультразвукового резонансного приводу поздовжніх переміщень 4 встановлено в знімній кришці 8 ємності 1 та виконано з немагнітного матеріалу. В ньому з боку поверхні випромінювання здовж осі на довжину в чверть довжини поздовжньої хвилі деформації виконаний отвір малого діаметра 9, що за допомогою поперечного отвору 10 поблизу вузлової зони трансформатора коливальної швидкості з'єднує щілинний зазор 7 між донною поверхнею З ємності 1 з рідиною та дисковим вібратором 5 з атмосферою. Ємність 1 заповнена рідиною 2 до рівня трохи нижче поперечного отвору 10. Блок магнітної обробки рідини виконаний у вигляді плоских постійних магнітів 11, притиснутих немагнітною кришкою 12 до донної поверхні ємності з рідиною і встановлених з врахуванням магнітних полюсів таким чином, щоб магнітні лінії 13 перетинали об'єм рідини паралельно донній поверхні, а центральний магніт знаходився під щілинним зазором 7. Додатково дисковий вібратор 5 виконаний з боку щілинного зазору 7 з буртиком 14 по краю.

Пристрій працює наступним чином. Електричний генератор ультразвукових коливань збуджує ультразвуковий резонансний привід поздовжніх переміщень. Це призводить до появи згинальних резонансних коливань 6 в дисковому вібраторі 5. Коливання вібратора 5 призводять до появи на його поверхні кавітаційних прошарків, де відбувається інтенсивна кавітаційна обробка рідини. Нижня поверхня вібратора 5 утворює щілинний зазор з плоскою донною поверхнею 3, де буде забезпечена дуже інтенсивна кавітаційна обробка рідини, оскільки ультразвукові хвилі не йдуть далі в рідину від кавітаційного прошарку. Для прокачування всього об'єму рідини через щілинний зазор 7 в конструкції використаний акустичний насос. Рідина

Зо перекачується завдяки перепаду тисків в щілинному зазорі та в поперечному отворі над рідиною. Додатково завдяки буртику 14 та згинальним коливанням 6 рідина підштовхується до входу у отвір 9. Рідина піднімається вгору по отвору 9 і виливається в ємність 1 через отвір 10.

За деякий час весь об'єм рідини в ємності 1 буде кавітаційно оброблений.

Після кавітаційної обробки вода знезаражується, але при цьому руйнується структура води.

Структура води поновлюється через 50...60 хвилин відстоювання. Для того, щоб рідина була придатна для користування одразу після кавітаційної обробки, застосовують вплив на рідину магнітного поля. Силові лінії 13 пронизують об'єм рідини і поновлюють її структуру. Вода активується, що дозволяє їй активніше проникати в клітинні мембрани людини або живих організмів, тобто вода набуває лікувальних властивостей.

Запропонований мобільний кавітаційний пристрій для обробки рідини дозволяє знезаразити та активувати рідину за рахунок ультразвукової кавітації та магнітного впливу. Задіяна в пристрої інтенсивна кавітаційна обробка знешкоджує широке коло шкідливих бактерій, вірусів та мікроорганізмів в рідині, забезпечує високий рівень окислювальних процесів в рідині, що дозволяє наситити її вільними радикалами, тобто активувати рідину. Застосування потужних постійних магнітів, які силовими лініями пронизують збурену та розірвану кавітацією рідину, забезпечує, додатково до ультразвукового поля, максимально ефективний вплив на рідину магнітного поля, що призводить до її заспокоєння, структуризації та додаткового активування.

Емульсія, отримана в такому пристрої, довгий час не розшаровується завдяки інтенсивному кавітаційному перемішуванню на молекулярному рівні.

Claims (2)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Мобільний ультразвуковий пристрій для обробки рідини, що містить заповнену рідиною ємність з плоскою донною поверхнею з немагнітного матеріалу, в яку занурений поверхнею випромінювання вертикально розташований ультразвуковий резонансний привід поздовжніх переміщень з трансформатором коливальної швидкості, робоча випромінююча поверхня якого виконана плоскою у вигляді дискового вібратора, з можливістю здійснення згинальних коливань, частота збудження яких дорівнює власній частоті оброблюваної рідини, і розташована відносно плоскої донної поверхні ємності з утворенням щілинного зазору, а ззовні ємності розміщений 60 блок магнітної обробки рідини, утворений набором постійних магнітів, який відрізняється тим,

що трансформатор коливальної швидкості встановлено в знімній кришці ємності, виконано з немагнітного матеріалу та в ньому з боку поверхні випромінювання здовж осі на довжину в чверть довжини поздовжньої хвилі деформації виконаний отвір малого діаметра, що за допомогою поперечного отвору поблизу вузлової зони трансформатора коливальної швидкості з'єднує щілинний зазор між донною поверхнею ємності з рідиною та дисковим вібратором з атмосферою, причому ємність заповнена рідиною до рівня нижче поперечного отвору, а блок магнітної обробки рідини виконаний у вигляді плоских постійних магнітів, притиснутих немагнітною кришкою до донної поверхні ємності з рідиною і встановлених з врахуванням магнітних полюсів таким чином, щоб магнітні лінії в рідині були паралельними донній поверхні, а центральний магніт був розміщений під щілинним зазором.

2. Мобільний ультразвуковий пристрій для обробки рідини за п. 1, який відрізняється тим, що дисковий вібратор виконаний з боку щілинного зазору з буртиком по краю. ЗК КК НІ НКИ ЖЖ з у х ! ! рани і : | з ше з й 8 | ра: Я яті и шеф 2 7 пд ЕК пні Ї х нн пиши; М сно Моно с-м пе 020 Ї ї х з ще з / ТІ х й мя І Ї у во 1 яння ни о нн І Я нн и ет ПИТТЯ ЦІ ро их ШТ о нн нн аа пе о Мішин тв ПО. Б НИ на КОН Чу І; С Ж ож й й схе кН! Кя СИНИ ох ій НН НН НК АННИ НИ здо їх. 5 ; но оо мезо ловом . 7 ? ї Ж ; А М у Х ;; р М їй ач М и не а ОН Я ї во ни о ни а ша в ОД х реа Й