擴(kuò)散器、擴(kuò)散方法以及氧化水的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種擴(kuò)散器，該擴(kuò)散器包括：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空穴，來(lái)將所述第二材料擴(kuò)散到所述第一材料中去。
【專(zhuān)利說(shuō)明】擴(kuò)散器、擴(kuò)散方法以及氧化水
[0001]本申請(qǐng)是原始母案名稱為“擴(kuò)散器/乳化器”、國(guó)際申請(qǐng)日為2002年4月17日、國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US02/12168、國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?2829025.9、母案國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?00710186082.3的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]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)】
[0003]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。
[0004]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lOppm，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。
[0005]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。
[0006]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】

[0007]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空穴。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種擴(kuò)散器，所述擴(kuò)散器包括: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空穴，來(lái)將所述第二材料擴(kuò)散到所述第一材料中去。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種將一個(gè)第二材料擴(kuò)散到一個(gè)第一材料中的方法，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)空穴。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種采用上述方法得到的氧化水，所述水包括分子擴(kuò)散的空氣和/或氧氣的水溶液，所述水包括大約400%的溶解氧，其中，增加的氧濃度水平在環(huán)境溫度下被維持在300%溶解氧以上四個(gè)小時(shí)，并且在環(huán)境溫度下被維持在200%溶解氧以上十九個(gè)小時(shí)。
[0011]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)生的微空穴使擴(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，微空穴和沖擊波可以通過(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，空穴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。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]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，
[0013]圖l、la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；
[0014]圖2a、2b、2c為該擴(kuò)散器內(nèi)部的擴(kuò)散過(guò)程；
[0015]圖3為該擴(kuò)散器的轉(zhuǎn)子和定子的分解視圖；
[0016]圖4為該定子的一個(gè)實(shí)施例
[0017]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；
[0018]圖5b為本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)子的頂視圖；
[0019]圖6為本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的剖面圖；
[0020]圖7a到7h為產(chǎn)生擴(kuò)散的多個(gè)可選實(shí)施例；
[0021]圖8a、8b為本發(fā)明的另一個(gè)可選實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0022]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)。
[0023]圖l、la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)。
[0024]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，包括直線形(如圖4所示)、折彎形(如圖1所示)或者曲線形。
[0025]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)。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]高效和持續(xù)的擴(kuò)散的原因被認(rèn)為是由于有微空穴，下面結(jié)合圖2a_2c來(lái)描述微空穴。
[0030]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，在該材料中將形成空渦(空穴泡)?？昭ㄅ菪纬梢环N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)空穴泡爆炸時(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。與空穴和激振有關(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。
[0031]轉(zhuǎn)子12的切線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。
[0032]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 organic compounds),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)。
[0033]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)，期望的空穴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。
[0034]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> [0035]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。
[0036]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。
[0037]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)。
[0038]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。
[0039]圖5b示出了轉(zhuǎn)子12的頂視圖?？梢钥闯?，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。
[0040]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。
[0041]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。[0042]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。
[0043]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?？諝?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。
[0044]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)。
[0045]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。
[0046]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。
[0047]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。
[0048]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。
[0049]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)引起微空穴，微空穴提供了由該裝置引起的高度擴(kuò)散。在減壓的過(guò)程中，在主體材料中形成空渦(空穴泡)?？昭ㄅ蓍L(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)，空穴泡爆炸產(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)，其中空穴和引起的沖擊波正在出現(xiàn)，上面描述的擴(kuò)散將產(chǎn)生。
[0050]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)空穴，并且混合物受到?jīng)_擊波頻率的作用。
[0051]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)空穴和沖擊波的生成。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)生空穴和沖擊波。
[0052]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)形成空穴的結(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空穴。另外，如圖7g所示，并不需要在轉(zhuǎn)子12和定子30的表面上都形成空穴；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。
[0053]圖7h示出了一個(gè)實(shí)施例，其中引起空穴的移動(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, —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空穴和激振。
[0054]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空穴和激振。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,在微空穴處，注入材料將在分子水平上擴(kuò)散到主體材料中。
[0055]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)生上面討論的微空穴，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空穴和激振。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。
[0056]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)生的微空穴使擴(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，微空穴和沖擊波可以通過(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，空穴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。
[0057]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)明包括在所要求的范圍內(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，所述擴(kuò)散器包括: 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空穴，來(lái)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，所述裝置將所述第一材料和第二材料混合。
3.一種將一個(gè)第二材料擴(kuò)散到一個(gè)第一材料中的方法，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)空穴。
4.一種采用權(quán)利要求3所述的方法得到的氧化水，所述水包括分子擴(kuò)散的空氣和/或氧氣的水溶液，所述水包括大約400%的溶解氧，其中，增加的氧濃度水平在環(huán)境溫度下被維持在300%溶解氧以上四個(gè)小時(shí)，并且在環(huán)境溫度下被維持在200%溶解氧以上十九個(gè)小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化水，其中，三天后，溶解氧的濃度在環(huán)境溫度下維持在134%以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化水，其中，分子擴(kuò)散的空氣和/或氧的水溶液包括飲用水。
【文檔編號(hào)】C02F1/78GK103464022SQ201310076022
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2002年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2002年4月17日
【發(fā)明者】諾曼·L·伍坦, 安東尼·B·伍德 申請(qǐng)人:利發(fā)利希奧公司