專(zhuān)利名稱(chēng)：擴(kuò)散器/乳化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種擴(kuò)散器，尤其是將一種氣體或液體擴(kuò)散或乳化到一種材料中的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
在許多用途中，需要將一種材料-氣體或液體-擴(kuò)散或乳化到一個(gè)第二材料中。乳化是擴(kuò)散過(guò)程的一個(gè)子過(guò)程，其中一種液體的小液滴懸浮在第二液體之中，第一液體不與第二液體混合，例如油混在醋中。擴(kuò)散過(guò)程的一個(gè)重要用途是在廢水處理方面。許多城市向廢水供氧，將其當(dāng)作處理過(guò)程的一部分，以促使有機(jī)物的生物降解。有機(jī)物的生物分解率主要取決于廢水中氧的數(shù)量，因?yàn)檠鯇?duì)靠維持食用有機(jī)物的微生物的生命是必須的。另外，氧能夠去除一些化合物例如氧化鐵、氧化鎂和二氧化碳。
有幾種向水供氧的方法，第一，用渦輪機(jī)供氧系統(tǒng)將空氣釋放到一個(gè)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)葉片附近，葉輪將空氣或者氧氣與水混合。第二，將水噴到空氣中以增加氧的含量。第三，用AQUATEX提出的一個(gè)系統(tǒng)將空氣或者氧氣注入到水中，并使水/氣體經(jīng)過(guò)一個(gè)大規(guī)模的旋渦。對(duì)AQUATEX裝置的試驗(yàn)已經(jīng)顯示，在理想條件下可增加到200％的溶解氧(大約20ppm(百萬(wàn)分之一))，而在水中氧天然存在的濃度是最多約10ppm，這被認(rèn)為是100％溶解氧的濃度。因此，AQUATEX裝置將水中氧濃度提高了一倍。在回到100％溶解氧的濃度之前，增加的氧濃度僅持續(xù)幾分鐘。
氧的濃度越大，以及增加的氧濃度的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，在廢水處理上就能夠提供顯著的有益效果。重要的是，有機(jī)物分解效率將增加，生物矯正需要的時(shí)間數(shù)將減少，因而改善了廢水處理設(shè)施的能力。
因此，出現(xiàn)了對(duì)一種擴(kuò)散器的需要，它能夠?qū)⒏邼舛鹊囊粋€(gè)或多個(gè)材料擴(kuò)散到另一個(gè)材料中去。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的擴(kuò)散器包括一個(gè)第一部件，具有包含表面干擾的一個(gè)表面；以及一個(gè)第二部件，其位置相對(duì)于第一擴(kuò)散部件形成一個(gè)第一材料和第二材料可以流過(guò)的通道。為了將第二材料擴(kuò)散到第一材料中去，相對(duì)于表面干擾驅(qū)動(dòng)第一材料，使得在第一材料中形成氣泡。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了許多明顯的有益效果。第一，該裝置產(chǎn)生的微氣泡使擴(kuò)散出現(xiàn)在分子水平上，所以增加了將由主體材料保持的注入材料的數(shù)量，并延長(zhǎng)了持續(xù)擴(kuò)散。第二，微氣泡和沖擊波可以通過(guò)比較簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置產(chǎn)生。第三，由該裝置產(chǎn)生的沖擊波的頻率或多個(gè)頻率可以用于許多用途，或者分解復(fù)雜結(jié)構(gòu)或者幫助合成結(jié)構(gòu)。第四，氣泡和沖擊波可以在整個(gè)材料內(nèi)均勻產(chǎn)生以便持續(xù)擴(kuò)散。


為了更完整地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。其中，圖1、1a為一個(gè)擴(kuò)散器的一個(gè)實(shí)施例的局部剖視圖和局部流程圖；圖2a、2b、2c為該擴(kuò)散器內(nèi)部的擴(kuò)散過(guò)程；圖3為該擴(kuò)散器的轉(zhuǎn)子和定子的分解視圖；圖4為該定子的一個(gè)實(shí)施例圖5a為本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)子-定子組件的剖面圖；圖5b為本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)子的頂視圖；圖6為本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的剖面圖；圖7a到7h為產(chǎn)生擴(kuò)散的多個(gè)可選實(shí)施例；圖8a、8b為本發(fā)明的另一個(gè)可選實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖1-8，本發(fā)明可以得到最好的理解，各圖中同樣的部件使用同樣的標(biāo)號(hào)。
圖1、1a示出了第一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)裝置10的一個(gè)局部流程圖和局部剖視圖，它能將一個(gè)或者兩個(gè)氣體或者液體材料(下面稱(chēng)之為“注入材料”)擴(kuò)散或者乳化到另一個(gè)氣體或者液體材料(下面稱(chēng)之為“主體材料”)中。主體材料可以是正常狀態(tài)下的固體材料，它在擴(kuò)散/乳化過(guò)程中被加熱或者處理成一種液體或者氣體的狀態(tài)。
一個(gè)轉(zhuǎn)子12包括一個(gè)一般兩頭封閉的空心圓柱體。軸14和進(jìn)口16連接到轉(zhuǎn)子12的端部。第一注入材料可以通過(guò)進(jìn)口16進(jìn)入到轉(zhuǎn)子12的內(nèi)部。軸14連接到一個(gè)馬達(dá)18上，馬達(dá)以要求的速度轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子12具有多個(gè)制在其上的通孔22，在圖1a中以更大的詳細(xì)視圖示出出了該通孔。在優(yōu)選的實(shí)施例中，每個(gè)通孔22具有一個(gè)窄的小孔24和一個(gè)大一些的開(kāi)孔26。開(kāi)孔26的側(cè)壁28可以采用各種形狀，包括直線(xiàn)形(如圖4所示)、折彎形(如圖1所示)或者曲線(xiàn)形。
定子30包圍轉(zhuǎn)子12，在轉(zhuǎn)子和定子之間留下了一個(gè)通道32，主體材料可以流過(guò)該通道。定子30還包括開(kāi)在其圓周上的許多通孔22。外殼34包圍定子30，進(jìn)口36使第二注入材料通到位于定子30和外殼34之間的一個(gè)區(qū)域35。主體材料通過(guò)進(jìn)口37進(jìn)入到通道32。在軸14、16和外殼34之間形成密封38。出口40將主體材料從通道32通過(guò)泵42，主體材料通過(guò)泵的出口44排出。該泵也可以由馬達(dá)18驅(qū)動(dòng)或者由一個(gè)輔助動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)。
在運(yùn)行時(shí)，擴(kuò)散器通過(guò)進(jìn)口37接受主體材料。在優(yōu)選的實(shí)施例中，泵42吸進(jìn)泵吸入側(cè)的主體材料以使得主體材料通過(guò)處在低壓下的通道。通過(guò)通孔22，第一和第二注入材料被引入到主體材料上。在注入材料的來(lái)源處可以將其加壓以防止主體材料通過(guò)通孔22。
圖1中所示的實(shí)施例中已經(jīng)為擴(kuò)散材料將進(jìn)口分成進(jìn)口16和36。這種布置使得兩種不同的注入材料被引入到主體材料中。也可以選擇將一種注入材料引入到兩個(gè)進(jìn)口中。
在試驗(yàn)中，圖1中所示的實(shí)施例已經(jīng)表明了進(jìn)入主體材料中的注入材料的高水平擴(kuò)散。用氧作為注入材料、用水作為主體材料的試驗(yàn)，已經(jīng)達(dá)到了在水中400％溶解氧的水平，并且增加的氧的水平可持續(xù)數(shù)日。
高效和持續(xù)的擴(kuò)散的原因被認(rèn)為是由于有微氣泡，下面結(jié)合圖2a-2c來(lái)描述微氣泡。
當(dāng)一個(gè)材料流過(guò)一個(gè)光滑表面時(shí)，相當(dāng)于建立了一個(gè)層流，該層流的薄的邊界層是靜止的或者流動(dòng)得很慢，因?yàn)樵诹鲃?dòng)的流體和靜止表面之間有表面張力。然而，通孔22破壞了這個(gè)層流，并使得該材料被壓縮和減壓。如果在減壓過(guò)程中的壓力足夠低，在該材料中將形成氣泡(氣孔泡)。氣孔泡形成一種旋轉(zhuǎn)流動(dòng)方式46，如同一個(gè)龍卷風(fēng)，因?yàn)榫植繀^(qū)域的低壓使主體材料和注入材料被吸入，如圖2a所示。當(dāng)氣孔泡爆炸時(shí)，出現(xiàn)了特別高的壓力。當(dāng)兩個(gè)對(duì)齊的通孔互相相通時(shí)，出現(xiàn)激振(沖擊波)，產(chǎn)生很大的能量。與氣泡和激振有關(guān)的能量使注入材料和主體材料在特別高的程度上混合，也許在分子水平上。
轉(zhuǎn)子12的切線(xiàn)速率和每圈相遇的通孔數(shù)量決定了裝置工作的頻率。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在超聲波頻率下工作在許多用途中具備有益效果。人們相信，該裝置工作在超聲波的頻段下，提供了最大的激振沖擊能，來(lái)改變流體分子的結(jié)合角，這就使得流體能夠輸送增加的、一般情況下不能保持的注入材料。擴(kuò)散器工作的頻率顯然影響了擴(kuò)散的水平，導(dǎo)致了注入材料在主體材料中持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間。
在一些用途中，例如在水凈化的情況下可能希望一個(gè)特定的頻率或者多個(gè)頻率來(lái)分解某種復(fù)雜分子。在這一用途下，可以用多個(gè)激振頻率來(lái)將復(fù)雜結(jié)構(gòu)，例如揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC，volatile organiccompounds)，打破成小的子結(jié)構(gòu)。臭氧可以被用作注入材料的一種，以高效氧化這種子結(jié)構(gòu)。
裝置10可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)其它的聲化學(xué)用途。通常，聲化學(xué)用超聲波來(lái)幫助化學(xué)反應(yīng)。一般用壓電裝置或者其它電聲裝置來(lái)產(chǎn)生超聲波。與電聲轉(zhuǎn)換裝置相關(guān)聯(lián)的一個(gè)問(wèn)題是不能在整個(gè)材料中提供均勻的聲波；或者說(shuō)，期望的氣泡被局限在裝置自身周?chē)?。本發(fā)明采用簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置使得超聲波在整個(gè)材料中產(chǎn)生。
圖3示出了該擴(kuò)散器的轉(zhuǎn)子12和定子30的分解視圖，在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度下可以獲得多個(gè)頻率。在圖3中，在轉(zhuǎn)子12的圓周上，設(shè)置了通孔22的三排圓周方向的通孔50(分別表示成50a、50b和50c)。每一個(gè)環(huán)上具有不同數(shù)量的、均勻間隔在圓周上的通孔。以同樣的方式，定子30將設(shè)有三排圓周方向的通孔52(分別表示成52a、52b和52c)。為了確保在相對(duì)應(yīng)的排上每次只有一對(duì)通孔重合，在定子30上的某排52中通孔22的數(shù)量，可以比轉(zhuǎn)子12上對(duì)應(yīng)的排50中通孔22的數(shù)量多(或者少)一個(gè)。例如，如果一個(gè)排50a具有二十個(gè)均勻間隔在轉(zhuǎn)子12圓周周?chē)耐?0，那么一個(gè)排52可能具有二十一個(gè)均勻間隔在定子30圓周周?chē)耐住?br> 當(dāng)圖3中的轉(zhuǎn)子12相對(duì)定子30轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每一排將形成不同頻率的激振。通過(guò)適當(dāng)選擇不同的頻率，將出現(xiàn)迭加和不同的相干涉方式，形成一個(gè)寬的頻譜。在許多用途中，其中在主體液體中未知的雜質(zhì)需要被分解和氧化，這個(gè)頻譜具有有益效果。
圖4示出了定子30的一個(gè)實(shí)施例的剖面?zhèn)纫晥D。對(duì)于小尺寸的定子，也許在定子30的內(nèi)側(cè)形成開(kāi)孔26有困難。圖4的實(shí)施例中使用了一個(gè)內(nèi)套管54和一個(gè)外套管56?？梢詮膬?nèi)套管54的外側(cè)鏜出開(kāi)孔26。對(duì)內(nèi)套管54的每一個(gè)開(kāi)孔26，在外套管56上鉆出對(duì)應(yīng)的對(duì)齊的小孔24。然后將內(nèi)套管54放置并固定在外套管56中，以形成定子30。也可以用其它方法，例如鑄造，來(lái)制造定子30。
圖5a-b和6示出了本發(fā)明的可選的擴(kuò)散器的實(shí)施例。在這些圖中重復(fù)了圖1中適當(dāng)?shù)男蛱?hào)。
圖5a示出了一個(gè)實(shí)施例的剖面?zhèn)纫晥D，其中轉(zhuǎn)子12和定子30是盤(pán)狀的。圖5b示出了盤(pán)狀轉(zhuǎn)子12的頂視圖。定子被制造在轉(zhuǎn)子12的上方和下方。定子12和轉(zhuǎn)子30具有多個(gè)結(jié)合圖1所描述的那種形式的通孔，當(dāng)轉(zhuǎn)子12受馬達(dá)驅(qū)動(dòng)時(shí)它們相遇。與前面一樣，對(duì)每排52而言，為了防止在一排內(nèi)的兩個(gè)通孔上同時(shí)激振，定子30比轉(zhuǎn)子12上對(duì)應(yīng)的排50中通孔的數(shù)量多或者少一個(gè)。通孔22可以是與圖1中所示的同樣的形狀。一個(gè)空心軸用作將第一注入材料通到盤(pán)狀轉(zhuǎn)子內(nèi)部的進(jìn)口16。同樣，在定子30和外殼34之間的區(qū)域35接受第二注入材料。當(dāng)主體材料流入到位于轉(zhuǎn)子12和定子30之間的通道32中的時(shí)候，它受到通孔22處生成渦流的作用，使得第一和第二材料對(duì)主體材料擴(kuò)散。被注入的主體材料通向出口40。
圖5b示出了轉(zhuǎn)子12的頂視圖。可以看出，多個(gè)通孔構(gòu)成轉(zhuǎn)子12上的同心的通孔排列。如果需要，每一排可以在不同的頻率下產(chǎn)生激振。在優(yōu)選的實(shí)施例中，通孔22將形成在轉(zhuǎn)子12的頂部和底部。在定子30上，在這些通孔的上方和下方將形成對(duì)應(yīng)的通孔。
圖6示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖，其中轉(zhuǎn)子12具有圓錐形。定子12和轉(zhuǎn)子30設(shè)有結(jié)合圖1所描述的那種形式的多個(gè)通孔，當(dāng)轉(zhuǎn)子12由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)時(shí)這些通孔相遇。除了在轉(zhuǎn)子12圓周周?chē)耐淄?，也可以在圓錐形的底部設(shè)有通孔，在一部分定子30的底部，設(shè)置有對(duì)應(yīng)的通孔。與前面一樣，對(duì)每個(gè)排而言，為了防止在一排內(nèi)的兩個(gè)通孔22上同時(shí)激振，定子30比轉(zhuǎn)子12上的通孔多或者少一個(gè)。一個(gè)空心軸用作將第一注入材料通到盤(pán)狀轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)的進(jìn)口16。同樣，在定子30和外殼34之間的區(qū)域35接受第二注入材料。當(dāng)主體材料在轉(zhuǎn)子12和定子30之間流動(dòng)的時(shí)候，它受到通孔22處生成渦流的作用，使得第一和第二材料對(duì)主體材料擴(kuò)散。被注入的主體材料通向出口40。
在圖5a-b和6的實(shí)施例中，因?yàn)橥?2的排列可以形成在逐漸增加的直徑上，所以容易生成多個(gè)頻率。應(yīng)該指出的是，可以采用許多形狀，包括用半球形和球形來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子12和定子30。
這里描述的擴(kuò)散器可以用在許多用途中。最佳的開(kāi)孔尺寸(小孔24和開(kāi)孔26)、通道32的寬度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子/定子直徑取決于該裝置的用途。
如上所述，擴(kuò)散器可以用作向水中加氧。在該實(shí)施例中，空氣或者氧氣用作第一和第二注入材料。空氣/氧氣被擴(kuò)散到結(jié)合圖1所描述的那種廢水(或者其它需要氧化的水)中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，擴(kuò)散器可以使氧增加到約400％的溶解氧，當(dāng)對(duì)該用途下的參數(shù)優(yōu)化時(shí)可以產(chǎn)生更大的濃度。在試驗(yàn)中，將約二十五加侖的環(huán)境溫度下的城市污水(初始溶解氧的讀數(shù)為84.4％)通過(guò)該裝置，五分鐘后獲得390％的溶解氧含量，增加的氧濃度水平被維持在300％溶解氧以上是四個(gè)小時(shí)，200％以上的溶解氧為十九個(gè)小時(shí)。三天后，溶解氧的濃度維持在134％以上。在這些試驗(yàn)中，采用169kHz的頻率。通孔的尺寸，小孔24是0.030英寸，開(kāi)孔為0.25英寸(轉(zhuǎn)子上的開(kāi)孔26具有斜邊)。冷的溫度可以明顯增加氧的水平和持續(xù)性。
仍然是廢水處理，或者是對(duì)其它有毒材料的生物糾正中，氧可以用作一種注入材料，臭氧可以被用作另一個(gè)注入材料。在這種情況下，臭氧將被用來(lái)氧化主體材料中有害的結(jié)構(gòu)，例如VOC和有害的微生物。還有，如上所述，使用一套頻率(由轉(zhuǎn)子12和定子30中通孔的排列來(lái)決定)來(lái)提供一種破壞干擾的方式，將許多復(fù)雜結(jié)構(gòu)分解成小的子結(jié)構(gòu)。如果這種處理方法被用來(lái)氧化一種單一的、已知的有害物質(zhì)，將可能使用一種單一的頻率，而該頻率對(duì)成功分解該結(jié)構(gòu)是已知的。反之，也能使用一套頻率，該頻率導(dǎo)致一種結(jié)構(gòu)干擾方式，來(lái)將兩種或者更多的化合物聚合成一種更復(fù)雜和更大結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。
為了生產(chǎn)飲用水，臭氧被用作第一和第二注入材料來(lái)分解和氧化污染物。
結(jié)合大量的用途，例如城市廢水糾正，已經(jīng)討論了該擴(kuò)散器的運(yùn)行，但是它還可以用于家庭用途，例如飲水凈化機(jī)、游泳池和養(yǎng)魚(yú)池。
該擴(kuò)散器還可以用于其它的用途，其中一個(gè)氣體或者液體在其它液體中的擴(kuò)散改變主體材料的特性。這種用途的例子包括，使牛奶均勻或者使油均勻。其它的用途包括在混合燃料和氣體/液體方面提高效率，實(shí)現(xiàn)更高的燃料經(jīng)濟(jì)性。
圖7a-b示出了轉(zhuǎn)子12和定子30的多個(gè)可選的實(shí)施例。在圖7a中，“定子”30也轉(zhuǎn)動(dòng)；在這種情況下，激振頻率將取決于轉(zhuǎn)子12和定子30之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度。在圖7b中，轉(zhuǎn)子12和定子30中的一個(gè)，不讓注入材料通過(guò)該裝置(在圖7b中，只有轉(zhuǎn)子通過(guò)一個(gè)注入材料)；不讓注入材料通過(guò)的該裝置具有代替通孔22的空腔58，來(lái)產(chǎn)生紊流?？涨?8被作成類(lèi)似于不帶相伴小孔24的開(kāi)孔26。
在圖7c中，注入材料通過(guò)的、轉(zhuǎn)子12或者定子30的小孔24被設(shè)置在開(kāi)孔26附近，而不是象前面的實(shí)施例那樣，設(shè)在開(kāi)孔26中。應(yīng)該指出的是，開(kāi)孔26的主要目的是干擾沿著轉(zhuǎn)子12和定子30表面的、主體材料的層流。主體材料的壓縮和稀薄(減壓)引起微氣泡，微氣泡提供了由該裝置引起的高度擴(kuò)散。在減壓的過(guò)程中，在主體材料中形成氣泡(氣孔泡)。氣孔泡長(zhǎng)大以及在激振頻率施加的壓迫作用下收縮(或者爆炸)。當(dāng)主體材料流過(guò)通道32時(shí)，氣孔泡爆炸產(chǎn)生能量，該能量有助于將注入材料高度擴(kuò)散到主體材料中。因此，只要注入材料和主體材料混合達(dá)到一點(diǎn)，其中氣泡和引起的沖擊波正在出現(xiàn)，上面描述的擴(kuò)散將產(chǎn)生。
圖7d示出了一個(gè)實(shí)施例，其中主體材料與一個(gè)或多個(gè)注入材料之間的初步混合在通道32之外進(jìn)行。在該實(shí)施例中，采用Mazzie擴(kuò)散器60(或者其它裝置)來(lái)實(shí)現(xiàn)注入材料和主體材料的初始混合?；旌衔锉惠斎氲睫D(zhuǎn)子12和定子30之間的通道32中，在這里經(jīng)受上面討論的壓縮/稀薄循環(huán)，導(dǎo)致混合物中出現(xiàn)氣泡，并且混合物受到?jīng)_擊波頻率的作用。
還有，可以用不同于上面實(shí)施例中所示的開(kāi)孔26的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)氣泡和沖擊波的生成。正如上面所指出的，開(kāi)孔26是為了表面干擾，它阻礙主體材料沿著通道32壁面的層流。在圖7e中，一個(gè)突起，例如凸起62可以代替開(kāi)孔26或者與開(kāi)孔26配合起來(lái)形成一個(gè)表面干擾。還可以用圓形之外的形狀。如圖7f所示，可以在轉(zhuǎn)子12和/或定子30中形成溝槽(或者凸起)64，以產(chǎn)生氣泡和沖擊波。
正如上面所指出的，并不是所有的用途都需要生成一個(gè)特定頻率下的沖擊波，或者從中獲得有益效果。因此，轉(zhuǎn)子12和定子30可設(shè)置多個(gè)能夠出現(xiàn)白噪聲而不是某一個(gè)特定頻率的開(kāi)孔26(或者其它表面干擾)。用來(lái)形成氣泡的結(jié)構(gòu)不需要單一化；在轉(zhuǎn)子12和定子30上形成一個(gè)充分粗糙的表面也將引起氣泡。另外，如圖7g所示，并不需要在轉(zhuǎn)子12和定子30的表面上都形成氣泡；然而，在大多數(shù)情況下，如果在兩個(gè)表面上都被使用，裝置10的運(yùn)行將更有效。
圖7h示出了一個(gè)實(shí)施例，其中引起氣泡的移動(dòng)是由主體材料(也可選用被拖入的注入材料)提供的，而不是由轉(zhuǎn)子12和定子30的相對(duì)運(yùn)動(dòng)提供的。在圖7h的實(shí)施例中，在相互靜止的兩個(gè)壁面66之間形成通道32，一個(gè)或者兩個(gè)壁面具有面向通道32的表面干擾。用一個(gè)泵或者其它裝置使主體材料在高速下被驅(qū)動(dòng)通過(guò)該通道，以形成高速流。通過(guò)小孔24或者通過(guò)將主體材料和注入材料在通道外混合，將一個(gè)或多個(gè)注入材料注入到通道中。主體材料的相對(duì)壁面66的高速度引起上述微氣泡和激振。
作為一個(gè)示例，一個(gè)或多個(gè)壁面66可以是一個(gè)細(xì)網(wǎng)孔，注入材料通過(guò)該網(wǎng)孔流入到通道32內(nèi)的主體材料中并與之混合。當(dāng)主體材料高速流過(guò)該網(wǎng)孔時(shí)，網(wǎng)孔中的表面干擾將引起微氣泡和激振。激振頻率將取決于網(wǎng)孔的密集度和主體材料的速度。同樣，在微氣泡處，注入材料將在分子水平上擴(kuò)散到主體材料中。
圖8a、8b示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中轉(zhuǎn)動(dòng)部件70設(shè)置在導(dǎo)管70內(nèi)，并由馬達(dá)73轉(zhuǎn)動(dòng)。采用Mazzie擴(kuò)散器74或者其它裝置，在轉(zhuǎn)動(dòng)部件70的上游導(dǎo)管72中，將主體材料和注入材料混合。在轉(zhuǎn)動(dòng)部件70的表面上，設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)表面干擾，這樣，轉(zhuǎn)動(dòng)部件70的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生上面討論的微氣泡，因而在材料中引起高度擴(kuò)散。為了上述目的，葉輪葉片的形狀和表面干擾76的方式，能夠在希望的頻率下形成微氣泡和激振。另外，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的形狀能夠使材料被吸入通過(guò)導(dǎo)管。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了許多明顯的有益效果。第一，該裝置產(chǎn)生的微氣泡使擴(kuò)散出現(xiàn)在分子水平上，所以增加了將由主體材料保持的注入材料的數(shù)量，并延長(zhǎng)了持續(xù)擴(kuò)散。第二，微氣泡和沖擊波可以通過(guò)比較簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置產(chǎn)生。第三，由該裝置產(chǎn)生的沖擊波的頻率或多個(gè)頻率可以用于許多用途，或者分解復(fù)雜結(jié)構(gòu)或者幫助合成結(jié)構(gòu)。第四，氣泡和沖擊波可以在整個(gè)材料內(nèi)均勻產(chǎn)生以便持續(xù)擴(kuò)散。
盡管本發(fā)明的詳細(xì)描述是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例進(jìn)行的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)這些實(shí)施例和其它可選用的實(shí)施例可以作各種修改。本發(fā)明包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)的任何修改和可替換的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種擴(kuò)散器，它包括一個(gè)第一部件，具有一個(gè)包含表面干擾的表面；一個(gè)第二部件，相對(duì)于所述第一擴(kuò)散部件定位，以形成一個(gè)第一材料和一個(gè)第二材料可以流過(guò)的通道；一個(gè)裝置，使所述第一材料相對(duì)于所述表面干擾通過(guò)所述通道，以在所述第一材料中形成氣泡，將所述第二材料擴(kuò)散到所述第一材料中去。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述第二部件還具有一個(gè)包含表面干擾的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散器，其特征在于，一些所述表面干擾中包括壓槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述壓槽包括開(kāi)孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述壓槽包括溝槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述表面干擾包括突起。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述突起包括局部隆起。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述突起包括山脊?fàn)盥∑稹?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述第一部件和所述第二部件都具有形成在其中的一個(gè)或多個(gè)小孔，來(lái)使所述第二材料進(jìn)入到所述通道中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述小孔形成在所述第一部件和所述第二部件中，來(lái)使兩種不同的材料通向所述通道。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散器，其特征在于，它還包括將所述第一和第二材料吸入通過(guò)所述通道的一個(gè)泵。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散器，其特征在于，它還包括驅(qū)動(dòng)所述第一和第二材料通過(guò)所述通道的一個(gè)泵。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述第一部件具有一個(gè)圓柱形。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述第一部件具有一個(gè)盤(pán)形。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述第一部件具有一個(gè)圓錐形。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述第一部件具有一個(gè)球形。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述第一部件具有一個(gè)半球形。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述第一材料相對(duì)表面干擾的移動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)離散頻率的沖擊波。
19.一種以一個(gè)第二材料擴(kuò)散一個(gè)第一材料的方法，包括以下步驟將所述第一和第二材料輸入到形成在第一和第二部件之間的一個(gè)通道中，至少所述第一和第二部件中的一個(gè)具有一個(gè)面向所述通道的表面干擾；使所述第一材料相對(duì)所述表面干擾進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，來(lái)使所述第一和第二材料受到壓縮和減壓，導(dǎo)致所述第一材料中出現(xiàn)氣泡。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述輸入步驟包括，將所述第一和第二材料輸入到形成在第一和第二部件之間的一個(gè)通道中，其中所述第一和第二部件都具有一個(gè)面向所述通道的表面干擾。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述輸入步驟包括，將所述第一和第二材料輸入到形成在第一和第二部件之間的一個(gè)通道中，至少所述第一和第二部件中的一個(gè)具有一個(gè)其上制有壓槽的表面。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述輸入步驟包括，將所述第一和第二材料輸入到形成在第一和第二部件之間的一個(gè)通道中，至少所述第一和第二部件中的一個(gè)具有一個(gè)其上制有開(kāi)孔的表面。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述輸入步驟包括，將所述第一和第二材料輸入到形成在第一和第二部件之間的一個(gè)通道中，至少所述第一和第二部件中的一個(gè)具有一個(gè)帶所述表面干擾的表面，所述表面干擾被設(shè)置成一排以一個(gè)已知的頻率來(lái)壓縮和減壓所述第一材料。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述輸入步驟包括，將所述第一和第二材料輸入到形成在第一和第二部件之間的一個(gè)通道中，至少所述第一和第二部件中的一個(gè)具有一個(gè)帶所述表面干擾的表面，所述表面干擾被設(shè)置成多排以各自離散的頻率來(lái)壓縮和減壓所述第一材料。
25.一種擴(kuò)散器，它包括一個(gè)導(dǎo)管，一個(gè)第一材料和一個(gè)第二材料可以在其中流過(guò)；一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，具有包括表面干擾的一個(gè)表面，轉(zhuǎn)動(dòng)使所述第一和第二材料接觸；轉(zhuǎn)動(dòng)所述轉(zhuǎn)動(dòng)部件的裝置，使得所述表面干擾在所述第一材料中形成氣泡，來(lái)將所述第二材料擴(kuò)散到所述第一材料中去。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述擴(kuò)散器還包括一個(gè)裝置，在所述第一和第二材料與所述轉(zhuǎn)動(dòng)部件接觸之前，所述裝置將它們混合。
27.一種以一個(gè)第二材料擴(kuò)散一個(gè)第一材料的方法，包括以下步驟將所述第一和第二材料輸入到一個(gè)導(dǎo)管內(nèi)；轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，該轉(zhuǎn)動(dòng)部件具有至少一個(gè)帶有在其上形成的、對(duì)著所述第一和第二材料的表面干擾的表面，來(lái)使所述第一和第二材料受到壓縮和減壓，導(dǎo)致所述第一材料出現(xiàn)氣泡。
28.一種擴(kuò)散器，它包括一個(gè)第一部件，具有一個(gè)包含表面干擾的表面；一個(gè)第二部件，具有一個(gè)第一側(cè)，相對(duì)于所述第一部件的所述表面設(shè)置第一側(cè)，以在它們之間形成一個(gè)通道，從第一進(jìn)口提供的一個(gè)第一材料基本上不間斷地流入并通過(guò)所述通道，從一個(gè)第二進(jìn)口提供到所述第二部件的一個(gè)第二側(cè)的一個(gè)第二材料被引入到該通道中；一個(gè)裝置，用于將所述第一材料相對(duì)于所述表面干擾通過(guò)所述通道，使得在所述通道中的所述第一材料中形成氣泡，以將所述第二材料擴(kuò)散到所述第一材料中去。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述第二部件還具有一個(gè)包含表面干擾的表面。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述表面干擾中的一個(gè)或多個(gè)包括壓槽。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述壓槽包括開(kāi)孔。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述壓槽包括溝槽。
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述表面干擾包括突起。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述突起包括局部隆起。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述突起包括山脊?fàn)盥∑稹?br> 36.根據(jù)權(quán)利要求28所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述第一部件和所述第二部件中的一個(gè)或者兩個(gè)都具有形成在其中的一個(gè)或多個(gè)小孔，來(lái)使所述第二材料，在和所述第一材料混合之前，進(jìn)入到所述通道中。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述小孔形成在所述第一部件和所述第二部件中，來(lái)使兩種不同的材料在相互混合之前，通向所述通道。
38.根據(jù)權(quán)利要求28所述的擴(kuò)散器，其特征在于，它還包括將所述第一和第二材料吸入通過(guò)所述通道的一個(gè)泵。
39.根據(jù)權(quán)利要求28所述的擴(kuò)散器，其特征在于，它還包括驅(qū)動(dòng)所述第一和第二材料通過(guò)所述通道的一個(gè)泵。
40.根據(jù)權(quán)利要求28所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述第一部件具有一個(gè)圓柱形。
41.根據(jù)權(quán)利要求28所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述第一部件具有一個(gè)盤(pán)形。
42.根據(jù)權(quán)利要求28所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述第一部件具有一個(gè)圓錐形。
43.根據(jù)權(quán)利要求28所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述第一部件具有一個(gè)球形。
44.根據(jù)權(quán)利要求28所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述第一部件具有一個(gè)半球形。
45.根據(jù)權(quán)利要求28所述的擴(kuò)散器，其特征在于，所述第一材料相對(duì)表面干擾的移動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)離散頻率的沖擊波。
46.一種擴(kuò)散一個(gè)第一材料和一個(gè)第二材料的方法，包括以下步驟將所述第一材料輸入到形成在一個(gè)第一部件和一個(gè)第二部件的一個(gè)第一側(cè)之間的一個(gè)通道中；將所述第二材料從所述第二部件的一個(gè)第二側(cè)輸入到所述通道中，其中，至少所述第一和第二部件中的一個(gè)包括面向所述通道的表面干擾；使所述第一材料相對(duì)所述表面干擾不間斷地在所述通道中流動(dòng)，使所述第一和第二材料受到壓縮和減壓，導(dǎo)致所述第一材料中出現(xiàn)氣泡。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于，所述第一和第二部件都包括面向所述通道的表面干擾。
48.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于，所述第一和第二部件中至少一個(gè)包括一個(gè)其上制有壓槽的表面。
49.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于，所述第一和第二部件中至少一個(gè)包括一個(gè)其上制有開(kāi)孔的表面。
50.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于，所述第一和第二部件中至少一個(gè)包括一個(gè)帶所述表面干擾的表面，所述表面干擾被設(shè)置成一排以一個(gè)已知的頻率來(lái)壓縮和減壓所述第一材料。
51.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于，所述第一和第二部件中至少一個(gè)包括一個(gè)帶表面干擾的表面，所述表面干擾被設(shè)置成多排以各自離散的頻率來(lái)壓縮和減壓所述第一材料。
52.一種擴(kuò)散器，它包括一個(gè)第一部件，具有一個(gè)包含表面干擾的表面；一個(gè)第二部件，具有一個(gè)包含表面干擾的第一表面，相對(duì)于所述第一部件設(shè)置該表面干擾，以形成一個(gè)通道，一個(gè)第一材料基本上不間斷地在所述各個(gè)部件的表面之間流動(dòng)并通過(guò)所述通道，所述第二部件還包括多個(gè)小孔；一個(gè)第一進(jìn)口裝置，用于將所述第一材料引入到所述通道；一個(gè)第二進(jìn)口裝置，用于將一個(gè)第二材料引入所述第二部件的一個(gè)第二表面，使得所述第二材料通過(guò)所述多個(gè)小孔輸入到所述通道中，來(lái)與所述第一材料混合；一個(gè)馬達(dá)，使所述第一和第二部件相對(duì)移動(dòng)，當(dāng)所述第一材料在該通道中時(shí)，該馬達(dá)使得在所述第一材料中形成氣泡，來(lái)將所述第二材料擴(kuò)散到所述第一材料中去。
53.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于，所述第一材料是一種液體，第二材料是一種氣體。
全文摘要
一種擴(kuò)散器(10)提供了將一個(gè)或多個(gè)注入材料擴(kuò)散到一個(gè)主體材料中去的能力。一個(gè)轉(zhuǎn)子(12)和一個(gè)定子(30)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。注入材料被吸入通過(guò)在轉(zhuǎn)子和定子上的通孔(22)。當(dāng)主體材料流過(guò)位于轉(zhuǎn)子(12)和定子(30)之間的一個(gè)區(qū)域時(shí)，這些通孔(22)還引起在主體材料中的紊流。當(dāng)對(duì)齊的通孔(22)相通時(shí)出現(xiàn)激振，產(chǎn)生的能量使注入材料在主體材料中在特別高的程度上混合。在轉(zhuǎn)子和定子中的通孔型式可以被設(shè)計(jì)成在單一頻率或多個(gè)頻率下工作。工作頻率可能影響注入材料和主體材料之間的結(jié)合，也可能在分解復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)方面具有效果。
文檔編號(hào)B01F7/16GK1627985SQ02829025
公開(kāi)日2005年6月15日 申請(qǐng)日期2002年4月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月24日
發(fā)明者諾曼·L·伍坦, 安東尼·B·伍德 申請(qǐng)人:微擴(kuò)散公司