Виктор Шаубергер.
Родился 30 июня 1885 г.
Умер 25 сентября 1958 г.
Кем подан патент не совсем понятно.
Устройство для перемешивания массы жидкости
Настоящее изобретение относится к способам и устройствам для перемешивания массы жидкостей, в частности, с целью получения смеси, раствора, эмульсии, суспензии и т.п. из множества жидкостей или из определенного количества материала и одной или нескольких жидкостей, или с целью введения воздуха в массу жидкости.
В некоторых промышленных и химических процессах часто необходимо смешивать жидкость и другой материал для образования раствора, эмульсии, суспензии или подобного. Такие операции смешивания требуются, например, при приготовлении минеральных напитков, жидких смесей, содержащих небольшое количество определенного вещества, смесей диоксида углерода с жидкостью, а также при очистке водоемов.
В последнем случае было обнаружено, что способность к самоочистке стоячей или относительно медленно текущей воды меньше, чем у более быстро текущей воды, например, текущей со скоростью 20 сантиметров в секунду. Большая способность быстротекущей воды к самоочищению обусловлена тем фактом, что из-за турбулентности, создаваемой в воде, кислород лучше проникает в воду и разлагает органические вещества до того, как они осядут. Относительно быстрый поток приводит к быстрой замене кислорода, потребляемого в процессе разложения. Однако в стоячей или относительно медленно текущей воде, такой как озера или водохранилища, осаждение органических веществ не только приводит к насыщению такими веществами нижних слоев воды, но, вдобавок, вызывает дефицит кислорода в верхних слоях воды по той причине, что кислород, расходуемый при разложении осаждающихся веществ, не восполняется из-за более медленного течения или полного застоя, не вызывающего турбулентности, вызывающей попадание кислорода из атмосферы в воду. В результате органические вещества не поглощаются кислородом, и вода становится нечистой. Можно преодолеть такое загрязнение путем перемешивания воды, чтобы уменьшить осаждение органических веществ и, в частности, увеличить количество кислорода, поглощаемого водой на ее поверхности из прилегающей атмосферы,, так что большее количество кислорода доступно для разложения органических веществ и, таким образом, очистки воды.
Согласно настоящему изобретению предусмотрено устройство для перемешивания воздуха с жидкостью, содержащее сосуд для хранения жидкости, имеющий обращенное вверх отверстие, и вращающийся вал, проходящий вверх в сосуд из его дна и несущий по меньшей мере одну перемешивающую лопатку, при этом конфигурация сосуда такова, что в части, прилегающей к валу, стенки сосуда расходятся вверх непрерывной кривой от расположения вала в виде концевой части яйцевидной формы.
Варианты осуществления устройства согласно настоящему изобретению теперь будут описаны в качестве примера со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором: ---
На рисунке 1 представлено вертикальное поперечное сечение одного варианта устройства;
На рисунке 2 представлено вертикальное поперечное сечение второго варианта устройства;
На рисунке 3 представлено вертикальное поперечное сечение третьего варианта устройства
На рисунке 4 представлено частичное вертикальное поперечное сечение третьего варианта устройства;
Рисунок 5 представляет собой вертикальный поперечный разрез пятого варианта устройства, показывающий сосуд внутри большего объема жидкости.
Обращаясь в первую очередь к рисунку 1, показанный вариант осуществления содержит вертикально расположенный закрытый сосуд 1 яйцевидной формы, содержащий жидкость F для смешивания. Больший конец сосуда 1 расположен вверх, в то время как конфигурация значительной части корпуса сосуда 1, лежащей между его большим и меньшим концами, определяется экспоненциальной функцией, которая представлена в полярных координатах общими уравнениями r = a0 и r = a0 + b, а в частном случае уравнением r = e0 + b, где r - радиус-вектор, a и b обозначают любую константу, а e - основание натурального логарифма. [phi]
На большем конце сосуда 1 на оси симметрии сосуда 1 предусмотрено отверстие 2 для введения материалов M в объем жидкости F. Материалы, подлежащие смешиванию с жидкостью, могут включать воздух или другое вещество в твердой, жидкой или газообразной форме, в зависимости от природы материала, подлежащего смешиванию с жидкостью. F может потребоваться впрыскивание в сосуд под давлением, особенно материала в форме порошка или мелких частиц.
На нижнем конце емкости 1, а также на ее оси симметрии расположен вращающийся вал 3, несущий на своем верхнем конце однолопастный перемешивающий элемент 4 для перемешивания жидкости F и придания ей вихревого или вертикального движения, как показано стрелками на рисунке 1. Таким образом, поток вращающегося тела жидкости в сосуде 1 содержит направленную вверх спираль на внешней периферии вращающегося тела, простирающуюся по существу до поверхности жидкости F. Внутри направленной вверх спирали также имеется вертикально поднимающийся к поверхности поток, который затем поворачивает внутрь, также смешиваясь с нисходящим потоком, возникающим в результате восходящей спирали. Вихревое действие, создаваемое перемешивающим элементом 4 и стенками емкости 1, аналогично вихревым явлениям, возникающим в проточном потоке воды. Вихрь в жидкости F создает область более низкого давления вдоль оси вихря, одновременно обладая всасывающим эффектом, таким образом, вытягивая жидкость вниз в центре и также втягивая воздух из области, прилегающей к поверхности жидкости F. На рисунках 1 и 1а показан путь, по которому движется отдельная частица жидкости p, когда она проходит по восходящей спирали внутри массы жидкости F. Любые материалы, вводимые в сосуд 1 через отверстие 2, втягиваются или всасываются в объем жидкости F под действием вихря, что также обеспечивает эффект перемешивания.
Обращаясь теперь к рисунку 2, устройство содержит сосуд 5 той же общей конфигурации, что и сосуд 1, показанный на рисунке 1, но который находится в перевернутом положении, то есть большим концом вниз. На нижнем конце емкости 5 расположен вращающийся вал 3 с двухлопастным перемешивающим элементом 4’ на верхнем конце. Сосуд 5 содержит жидкость F, уровень которой таков, что между жидкостью F и верхним краем сосуда 5 остается пространство, как показано на рисунке. Впускная труба 6 открывается в резервуары 5 через впускное отверстие 6’ таким образом, что материал вводится тангенциально в объем жидкости F.
В верхнем конце сосуда 5 по оси расположен короткий трубчатый элемент 7, содержащий линзу или фильтр 8. Над фильтром 8 расположен источник 9 излучения, предназначенный для направления излучения, такого как ультрафиолетовые лучи, вниз через фильтр 8 в жидкость F. Направление лучей от источника 9 проходит вдоль оси вихря, создаваемого в объеме жидкости F перемешивающим элементом 4’.
Форма сосуда 5, как показано, аналогична форме сосуда на рисунке 1, при этом конфигурация значительной части между концами сосуда 1 определяется уравнениями, приведенными выше со ссылкой на рисунок 1.
В обоих резервуарах 1 и 5 перемешивающие элементы 4, 4’ соединяются со стенками резервуара для создания вихря в объеме жидкости F. На рисунке 2 материалы, подлежащие смешиванию, вводятся тангенциально в емкость 5 и подхватываются восходящей спиралью у стенки емкости, которая затем переносит их в центр емкости 5 и вниз, так что они тщательно перемешиваются под действием вихря. Лучи от источника 9, которые проходят через фильтр 8, поглощаются вращающимся телом жидкости F и, благодаря эффекту непрерывного перемешивания, облучают жидкость F и любые дополнительные вещества, которые она содержит.
На рисунке 3 показан сосуд 10, аналогичный показанному на рисунке 2, за исключением того, что его верхний конец открыт, что придает ему форму бокала. Резервуар 10 оснащен вращающимся валом 3 с однолопастным перемешивающим элементом 4 ’ на верхнем конце для перемешивания жидкости F. Поскольку верхний конец сосуда 10 открыт, его можно использовать в различных процессах обработки и смешивания жидкостей. Смешиваемые материалы вводятся через отверстие в верхнем торце емкости 10, в то время как емкость 10 может использоваться отдельно или внутри резервуара большего размера для смешивания жидкости.
Если сосуд необходимо разместить внутри резервуара большего размера с жидкостью для смешивания или внутри естественного водоема, в который должен всасываться кислород для разложения любых органических веществ в нем и, таким образом, очистки воды, предпочтительны варианты, показанные на рис. 4 и 5.
На рисунке 4 жидкость F’ содержится в большом резервуаре 25. От основания резервуара вверх отходят опорные элементы 21, которые несут куполообразный сосуд 20, конфигурация которого аналогична нижней части сосудов 5 и 10, показанных на фигурах 2 и 3, образуя, таким образом, открытый сосуд чашеобразного типа. Через нижний конец емкости 20 проходит вращающийся вал 23, несущий на своем верхнем конце однолопастной перемешивающий элемент 24, расположенный в нижней части емкости 20. Под емкостью 20 расположен двигатель 22 для приведения в движение вала 23 и перемешивающий элемент 24. При работе перемешивающий элемент 24 создает завихрение в объеме жидкости, показанном пунктирными линиями на рисунке 4. Контейнер 25 может быть сборным баком, отстойником, резервуаром для воды или аналогичным устройством для удержания жидкости, в котором должно производиться перемешивание.
Другой вариант осуществления смесительного сосуда, расположенного внутри объема жидкости F’, показанный на фиг.5, содержит сосуд 30 чашеобразной конфигурации, который аналогичен нижней части сосуда 1, показанного на фиг.1. На нижнем конце сосуда 30 установлен полый вращающийся вал 33 с однолопастным перемешивающим элементом 34, расположенным на его верхнем конце. Жидкость или любой материал S’, находящийся под резервуаром 30, также может втягиваться в резервуар через полую шахту 33, так что такая жидкость может быть введена вверх в объем жидкости f, находящейся во вращении. Дополнительно следует отметить, что источник 9 облучения, показанный на рисунке 2, может быть использован в любом из вариантов осуществления, показанных на рисунках 4 или 5, для обеспечения лучевой обработки жидкости.
На рисунках 4 и 5 вихревое движение создается в жидкости, подлежащей смешиванию, будь то естественный водоем, такой как вода озера, или большая емкость, содержащая какую-либо другую жидкость, перемешивающими элементами 24, 34, расположенными в нижней части емкостей 20, 30 соответственно. Общий контур жидкого тела f, которому передается вихревое движение, показан пунктирной линией на рисунках 4 и 5. Кроме того, на рисунке 4 схема течения внутри жидкого тела f показана рядом сплошных линий со стрелками направления. Схема течения такая же, как ранее описанная на рисунке 1, внешний слой жидкой массы f движется по восходящей спирали к поверхности жидкости. Аналогично, к внутренней стороне спиралевидно направленного вверх слоя находится струящийся вверх слой, который меняет направление в верхней области вихревого тела жидкости на обратное, перемещаясь по восходящей спирали к поверхности жидкости. Аналогично, внутри спиралевидного слоя, направленного вверх, находится слой, текущий вверх, который меняет направление в верхней области вихревого тела жидкости f, затем проходящий внутрь и вниз под углом S вдоль оси вихря. Эффект всасывания, создаваемый вихрем, создаваемым в объеме жидкости f, имеет тенденцию всасывать любые материалы, которые смешиваются с жидкостью; этот эффект всасывания может быть использован в случае воды для всасывания кислорода в воду для обеспечения биохимической очистки. В обоих вариантах осуществления, показанных на рисунках 4 и 5, поскольку емкость 20, 30 выступает лишь на небольшое расстояние над перемешивающим элементом 24, 34, это не препятствует никакому перемешиванию на границе раздела основного объема жидкости F’ и жидкости f во вращающемся объеме.
В процессе перемешивания, будь то в закрытых емкостях, показанных на рисунках 1 и 2, или в открытых емкостях, показанных на рисунках 3m 4 и 5, требуется относительно небольшое количество энергии для вращения перемешивающих элементов и создания вихря в жидкости. Более того, при использовании открытого сосуда, как показано на рисунках 4 и 5, возможно не только обеспечить циркуляцию жидкости в пределах вихревого тела жидкости f, но и втягивать жидкость F’ во вращающееся тело, так что может быть достигнуто полное перемешивание. Кроме того, при использовании открытых или закрытых емкостей вращающаяся масса жидкости будет демонстрировать явление резонанса при использовании относительно высокоскоростного перемешивающего элемента; в таких условиях интенсивность циркуляции жидкости, создаваемой перемешивающим элементом, может быть увеличена за счет увеличения скорости элементов при относительно небольшом дополнительном потреблении энергии.
Мы заявляем следующее: --- [ Пункты формулы здесь не включены ]
