УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО РАСПЫЛЕНИЯ ЖИДКИХ СРЕД Российский патент 2000 года по МПК B05B17/06 

Изобретение относится к ультразвуковой технологии в гетерофазных средах и может найти применение в быту, в научных исследованиях, в химической, нефтехимической, фармацевтической промышленности для распыления жидкостей.

Задача распыления жидких сред решается, как правило, путем поиска оптимальной формы емкости распылителя и наложения дополнительных воздействий, например [1], [2], [3]. Эти устройства сложны в изготовлении и недостаточно эффективны.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, реализующее способ по а. с. N 460072 [4]. Устройство представляет собой генератор с перестраиваемой частотой колебаний, подключенный к испарителю, содержащему пьезоэлемент. Для повышения эффективности распыления частоту колебаний генератора последовательно изменяют.

Недостатком устройства является:
- наличие дополнительных элементов для регулирования частоты колебаний генератора;
- отсутствие обратной связи с процессом распыления жидкости.

Задача, решаемая изобретением, заключается в создании эффективного и простого по конструкции устройства для ультразвукового распыления жидких сред.

Поставленная задача решена путем использования в качестве базового колебательного контура, находящегося в цепи положительной обратной связи генератора и задающего частоту его колебаний, пьезоэлемента испарителя жидкости, находящегося в акустическом контакте с распыляемой жидкостью.

Известно [5], что процессы в гетерофазных системах (например, распыляемая жидкость / поверхность испарителя) сопровождаются возникновением поверхностных макроструктур, которым соответствуют характерные акустические резонансные частоты. Процессы, связанные с возникающими при распылении (желаемой) компоненты жидкости макроструктурами, меняют акустические характеристики поверхности пьезоэлемента. Таким образом, для данного устройства, систему: распыляемая жидкость / пьезоэлемент - можно рассматривать как связанные электрические колебательные контура с меняющейся общей резонансной характеристикой, зависящей от процесса.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве для ультразвукового распыления жидких сред, содержащем генератор электрических колебаний состоящий из усилительного элемента и базового колебательного контура, связанных цепью положительной обратной связи, и испаритель жидкости с пьезоэлементом, находящимся в акустическом контакте с испаряемой жидкостью; в качестве базового колебательного контура генератора используют пьезоэлемент испарителя жидкости, при этом распыляемую жидкость рассматривают как акустический колебательный контур с характеристиками, зависящими от протекающих в ней процессов, а электрические колебания генератора задаются совместной резонансной характеристикой двух связанных электрических контуров: собственно пьезоэлемента испарителя и эквивалентным электрическим контуром, соответствующим пьезопреобразованному акустическому колебательному контуру, характеризующему распыляемую жидкость.

В данном техническом решении базовый колебательный контур - пьезоэлемент испарительной системы, и распыляемая жидкость (реакционная среда, рассматриваемая как акустический колебательный контур) образуют связанные колебательные контура, один из которых (пьезоэлемент испарительной системы) имеет постоянные акустические характеристики, а второй (распыляемая жидкость) имеет акустические характеристики, зависящие от протекающего в ней процесса. При такой конструкции, управление генератором происходит петлей положительной обратной связи, усиливающей сигналы, характеризующие воздействие желаемых процессов (а именно, преимущественного распыления желаемой компоненты жидкости) в распыляемой жидкости на общую характеристику связанных колебательных контуров. Такая настройка общей резонансной характеристики устройства позволяет работать на характерных частотах процесса распыления желаемой компоненты раствора.

Описанное устройство просто в исполнении, поскольку отпадает необходимость управления частотой, и эффективно, поскольку генератор автоматически настраивается на оптимальный режим колебаний для резонансного ускорения процесса распыления желаемой компоненты жидкости.

Устройство поясняет фиг.1, где 1 - усилительный элемент генератора, 2 - пьезоэлемент испарительной системы в петле положительной обратной связи 3, используемый в качестве базового колебательного контура, задающего частоту колебаний генератора, 4 - распыляемая жидкость, находящаяся в акустическом контакте с пьезоэлементом.

На фиг. 2 приведен общий вид устройства для ультрозвукового распыления жидких сред.

Устройство работает следующим образом. При включении питания в генераторе, состоящем из элементов 1 и 2, связанных обратной положительной связью 3, возникают электрические колебания. Электрические колебания преобразуются в пьезоэлементе 2 в стоячую акустическую волну, которая воздействует на среду (жидкость) 4. В жидкости 4 под влиянием акустического воздействия пьезоэлемента 2 возникает процесс распыления жидкости, сопровождаемый возникновением поверхностных макроструктур, которым соответствуют характерные акустические резонансные частоты. Процессы, связанные с возникающими при распылении (желаемой) компоненты жидкости макроструктурами, меняют акустические характеристики поверхности пьезоэлемента на характерных резонансных частотах. Управление генератором происходит петлей положительной обратной связи 3, усиливающей сигналы, характеризующие воздействие желаемых процессов в распыляемой жидкости 4 на общую характеристику связанных колебательных контуров.

Например, устройство, реализованное на указанных принципах, использовано авторами для распыления эфирных масел лекарственных растений. Ультрадисперсные аэрозоли масел, получаемые таким способом, обладают высоким санирующим (бактерицидным) эффектом [6], [7]. Использование прибора (условное название прибора TOP-01, общий вид устройства показан на фото 2), разработанного и изготовленного ТОО Ракурс, Новосибирск, позволило существенно расширить область медицинского применения эфирных масел лекарственных растений. Работа прибора на частотах мегагерцового диапазона при плотностях ультразвуковой активной мощности порядка 1 Вт/см² позволяет получить аэрозоли с диаметром капель менее 0,5 мкм. Экспериментально показана высокая эффективность санирующего действия прибора [6], [7]. Применение мелкодисперсных аэрозолей, получаемых как из очищенных эфирных масел, так и непосредственно из живых тканей лекарственных растений методом резонансной высокочастотной ультразвуковой возгонки существенно расширяет спектр лечебных воздействий лекарственных растений, позволяя приводить неспециализированные помещения в соответствие с требованиями ГОСТа для стационарных операционных.

Использованная литература
1. А.С. N 929240, Б.И. N 19, 1982 г., кл. B 05, гр. B 17/06.

2. А.С. N 929242, Б.И. N 19, 1982 г., кл. B 05, гр. B 17/06.

3. А.С. N 978934, Б.И. N 45, 1982 г., кл. B 05, гр. B 17/06.

4. А.С. N 460072. Б.И. N 6. 1975 г., кл. B 05, гр. B 17/06.

5. Chemical Physics Letters. Volume 191, number 5, 1992: "Observation of surface acoustic phonon resonances: application to the CO+O₂ oscillatory reaction on Pt{100}". V.N.Brezhnev, A.I.Boronin, V.P.Ostanin, V.S.Tupikov and A.N.Belyaev.

6. 26th INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ESSENTIAL OILS. Hamburg / Germany, September 10 - 13th, 1995. USE OF ESSENTIAL OILS FOR SANATION OF INTRAHOSPITAL INFECTIONS AND PATIENT WITH CHRONIC NONSPECIFIC LUNG DISEASES - CARRIER OF MUSHROOMS SP. CANDIDA. N.V.Kazarinova, L.M.Muzychenko, K.G.Tkachenko, A. M.Snurgaya, V.N.Brejnev and O.M.Usov
7. "Медицинские технологии". N 1-2, 1995 г. Медицинское Информационное Агенство, Санкт-Петербург. Использование эфирных масел для профилактики внутрибольничных инфекций и лечения кандидозов; Казаринова Н.В., Музыченко Л.М. , Ткаченко К.Г., Шургуя А.М., Брежнев В.Н., Усов О.М.

Изобретение относится к ультразвуковой технологии в гетерофазных средах и может быть применено для распыления жидкостей. Задача, решаемая изобретением, заключается в создании эффективного и простого по конструкции устройства для ультразвукового распыления жидких сред. Поставленная задача решена путем использования в качестве базового колебательного контура, находящегося в цепи положительной обратной связи генератора и задающего частоту его колебаний, пьезоэлемента испарителя жидкости, находящегося в акустическом контакте с распыляемой жидкостью. 2 ил.

Устройство для ультразвукового распыления жидких сред, содержащее генератор электрических колебаний, состоящий из усилительного элемента и базового колебательного контура, связанных цепью положительной обратной связи, и испаритель жидкости с пьезоэлементом, находящимся в акустическом контакте с испаряемой жидкостью, отличающееся тем, что в качестве базового колебательного контура генератора используется пьезоэлемент испарителя жидкости, образующий с распыляемой жидкостью связанные колебательные контуры, совместная резонансная характеристика которых задает режим колебаний генератора.