УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОБОГАЩЕНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ КИСЛОРОДОМ Российский патент 2014 года по МПК A01K63/04 

Область техники и уровень техники

Данная заявка направлена в целом на усовершенствование обогащения текучей среды, такой как, не ограничиваясь этим, воды, кислородом. Все еще имеется широкий интерес к получению текучих сред, содержащих растворенный кислород. Один из эффективных способов получения обогащенной кислородом текучей среды обсуждают в US 6821438, выданном на имя Hadley et al., переуступленном заявителю данной патентной заявки и включенном в текст данного описания посредством ссылки.

В патенте Hadley текучую среду, например воду, подвергают последовательности технологических операций, в ходе которых текучую среду и введенный в нее кислород пропускают через высокоскоростное сопло Вентури в сборе и подвергают действию сильного магнитного поля. Было показано, что с использованием этого способа скорость поглощения кислорода и долговечность растворенного кислорода превосходят эти показатели для других способов обогащения кислородом существующего уровня техники.

При наличии постоянного спроса на текучие среды, содержащие растворенный кислород, включая, но не ограничиваясь этим, напитки, например воду, тем не менее остается постоянная потребность в усовершенствовании способа, с помощью которого кислород можно растворить в текучей среде и удержать в ней. Именно на такие и другие усовершенствования в основном направлены различные воплощения данного изобретения.

Краткое описание изобретения

Различные воплощения данного изобретения в основном направлены на способ и установку для обогащения текучей среды кислородом.

В соответствии с различными воплощениями данного изобретения получают поток сжатой текучей среды. В поток сжатой текучей среды вводят поток кислорода с получением смеси текучая среда/кислород. Эту смесь пропускают через сопло Вентури в сборе в присутствии магнитного поля, которое создает прилегающий магнитный блок. Затем смесь вытекает из сопла Вентури в сборе в емкость для отделения газа от жидкости, в которой жидкий компонент смеси уходит вниз с заданным содержанием растворенного кислорода, а газовый компонент направляют снова на введение в поток сжатой текучей среды.

Эти и другие аспекты различных воплощений данного изобретения станут очевидными при рассмотрении последующего подробного описания и сопровождающих чертежей.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 представлена функциональная блок-схема системы обогащения кислородом, сконструированной и действующей в соответствии с различными воплощениями данного изобретения.

На Фиг.2 показана таблица с примерным перечнем коллоидных минералов, пригодных для использования в системе по Фиг.1.

На Фиг.3 показан диффузор, применяемый в системе Фиг.1.

На Фиг.4 показан смеситель системы Фиг.1.

На Фиг.5А-5 В показаны, соответственно, вид сбоку и вертикальный разрез сопла Вентури в сборе системы Фиг.1.

На Фиг.6 показано два сопла Вентури в сборе, соединенных последовательно.

На Фиг.7 показан вертикальный разрез газожидкостного сепаратора системы Фиг.1.

На Фиг.8 показана функциональная блок-схема другого воплощения данного изобретения, в котором систему обогащения кислородом, подобную системе, приведенной на Фиг.1, используют для обеспечения обогащенной кислородом воды на входе в рыбный садок на промышленных рыбных промыслах.

На Фиг.9 показана функциональная блок-схема еще одного воплощения данного изобретения, в котором систему обогащения кислородом, подобную системе, приведенной на Фиг.1, используют для подачи обогащенного кислородом топлива на входе в горелку в промышленном оборудовании.

На Фиг.10 представлена диаграмма, изображающая уровни концентрации кислорода в обогащенной кислородом воде, полученной в соответствии с различными воплощениями данного изобретения.

Подробное описание изобретения

На Фиг.1 показана функциональная блок-схема системы 100 обогащения кислородом, сконструированной и действующей в соответствии с различными воплощениями данного изобретения. Система по Фиг.1 характеризуется как система бутылочного розлива относительно большого масштаба, которая выпускает значительные партии бутилированной воды. Воду разливают в обычные герметичные пластиковые бутылки или в другие подходящие контейнеры, и разлитая в бутылки вода сохраняет требуемую концентрацию растворенного кислорода.

В то время как предпочтительные в настоящее время воплощения данного изобретения направлены на обогащение воды кислородом, следует понимать, что этот случай не является ограничивающим; например, систему 100 по Фиг.1 можно легко приспособить для обогащения кислородом других типов текучих сред, таких как, не ограничиваясь перечисленным, спортивные напитки, энергетические напитки, газированные прохладительные напитки и т.д. Обрабатываемая текучая среда может быть подготовлена для потребления человеком или для других целей.

Источник 102 воды изначально обеспечен для подачи воды в систему 100. В некоторых воплощениях воду, подаваемую из источника 102, подвергают обработке методом обратного осмоса. Так называемая «ОО вода» может иметь общее содержание растворенных твердых веществ (ОСРТВ) примерно 5-20 частей на млн. (ppm, или миллиграммов на литр, мг/л). На этой стадии можно проводить и другую обработку воды, включая применение ультрафиолетового (УФ) света, фильтрацию и т.д., чтобы снизить уровень содержания микробов или другим образом подготовить воду для переработки.

Альтернативно, воду из источника 102 можно подвергнуть деионизации, с получением так называемой «ДИ воды», в которой по существу отсутствует ОСРТВ. В других воплощениях воду подают из городской системы обработки воды, из природного источника, из реки или из какого-либо другого источника, при проведении предварительной подготовки, при необходимости. В целом желательно установить и контролировать в разумных пределах характеристики исходной воды, чтобы можно было настроить различные параметры системы 100 для конкретной исходной воды.

Воду из источника 102 можно перекачивать насосом 103, или другим образом подавать при соответствующем давлении, например, примерно 344,5 кПа (50 фунтов на кв. дюйм), и направлять в холодильник 104. Холодильник снижает температуру воды до соответствующего уровня. Холодильник 104 может использовать какой-либо сжатый хладоагент или другой механизм охлаждения воды.

В общем, было обнаружено, что более холодная вода может быть более восприимчивой к приему и удерживанию растворенного кислорода. В некоторых воплощениях воду охлаждают до хорошо контролируемого уровня температуры, например, примерно 10-13°С (50-55°F). В ходе процесса охлаждения температуру воды можно понизить на величину порядка 6-14 градусов Цельсия (10-25 градусов Фаренгейта). Воду можно пропускать через серию змеевиков, чтобы увеличить время пребывания и степень удаления тепла из воды в проточном процессе, или воду можно накапливать в резервуаре и отбирать из него ниже по ходу технологического потока, если это необходимо.

Охлажденную воду можно перекачивать посредством жидкостного насоса 105 постоянного давления в емкость 106, где протекает реакция с озоном. Хотя в случае системы 100 показано, что используют насосы 103, 105, предполагают, что можно также подавать жидкость в систему 100 из напорного бака, из бытовой системы водоснабжения и т.д., при соответствующем исходном давлении, чтобы не требовалось дополнительного давления для перемещения текучей среды по системе.

В реакционной емкости 106 в воду вводят некоторое количество озона (О₃) в обеззараживающих целях. В некоторых воплощениях данного изобретения для введения озона из генератора 110 озона можно использовать сопло 108 Вентури или другие средства ввода. Избыточный кислород и озон из реакционной емкости 106 выпускают в линию избыточного кислорода, для возврата оставшегося кислорода в емкость для кислорода, в позиции 188.

В смесь воды и озона, выходящую из емкости 106, вводят коллоидные минералы из источника 112 коллоидных минералов. Как это обсуждено более подробно в вышеупомянутом патенте Haclley, коллоидные минералы обеспечивают характеристики электростатической поверхностной абсорбции ионов, что может улучшить способность воды поглощать и удерживать введенный кислород. Количество и тип коллоидных минералов, добавляемых к воде, зависит от требований конкретного применения.

В некоторых воплощениях данного изобретения коллоидные минералы получены от TRC Nutritional Laboratories, Inc., Tulsa, Оклахома, США под торговой маркой TRC Minerals ®. Соответствующий состав 77LPPM TRC Minerals приведен в таблице на Фиг.2. Этот состав можно поставлять в барабанах емкостью 207,9 л (55 галлонов); он имеет низкое содержание микробиологических составляющих, рН составляет примерно от 2,6 до 3,8, и он окрашен в бледно-желтый/желто-коричневый цвет.

Воду и смесь минералов подают в виде потока жидкости под давлением к блоку 114 введения кислорода. Блок 114 работает таким образом, что вводит поток газообразного кислорода (O₂) в воду с заданной скоростью и концентрацией, чтобы сформировать смесь текучая среда/кислород. Как показано на Фиг.3, можно использовать блок 116 диффузора, посредством которого поступающий кислород (представленный обозначающей поток стрелкой 118) нагнетают под высоким давлением через пористый блок 120, для получения мелкодисперсных пузырьков 122 в окружающей воде 124.

Как показано на Фиг.4, полученную смесь 126 вода/газ направляют через пассивный смеситель 128. Этот смеситель включает центральный трубопровод 130 с расположенными по окружности лопастями 132, которые вызывают контролируемое смешивание и уменьшение размера пузырьков. Это помогает обеспечить распределение газообразного кислорода в смеси.

Далее на Фиг.1 изображены два сопла Вентури в сборе под номерами 134, 136. В некоторых воплощениях сопла 134, 136 Вентури в сборе номинально являются идентичными и установлены параллельно. В других воплощениях можно применять сопла Вентури в сборе с различными конфигурациями, расходами и т.д. Можно обеспечить раздельные клапаны и средства контроля потока, чтобы в данный момент работали или одно, или оба сопла Вентури в сборе, в зависимости от требований по общей производительности системы. В общем, сопла 134, 136 Вентури в сборе могут иметь конструкцию, приведенную в патенте Haclley.

На Фиг.5А и 5В изображено сопло 134 Вентури в сборе более подробно, чтобы был виден центральный канал 138, переходящий от первой зоны 140 с полным поперечным сечением ко второй зоне 142 с ограниченным сечением. В некоторых воплощениях первая зона 140 может быть трубопроводом круглого сечения (например, ПВХ- или металлической трубкой), а вторая зона 142 может быть эллиптическим трубопроводом, как это показано на Фиг.5В. «Эллиптический» означает форму поперечного сечения, при котором ширина больше, чем длина, и это не обязательно требует наличия постоянных криволинейных поверхностей. В некоторых воплощениях параллельные пластины из плексигласа или подобного материала основы, такие как пластины, обозначенные позициями 144, 146 на Фиг.4В, могут быть разделены расширителями 148, 150 с формированием эллиптической второй зоны 142.

Магниты 152, 154 в керамическом блоке должны быть помещены вблизи второй зоны 142, формируя непосредственно прилегающий магнитный блок, чтобы текучая среда проходила через сильное магнитное поле по мере того, как она протекает через сопло 134 Вентури в сборе. Если желательно, можно использовать и другие виды магнитных блоков, например, магниты из редкоземельных металлов, электромагниты. После того, как текучую среду подвергли воздействию магнитного поля, она выходит из второй зоны 142 и входит в третью зону 156. В некоторых воплощениях третья зона 156 имеет такой же диаметр и форму поперечного сечения, как и первая зона 140. Как показано на Фиг.5А, в соответствующие трубопроводы первой 140 и второй 156 зон можно вставить регулирующие поток клинья 158, 160, чтобы уменьшить турбулентность. Ниже по ходу потока можно дополнительно обеспечить решетку 162 для создания ламинарного потока, чтобы вызвать образование ламинарного потока жидкости ниже по ходу потока.

В то время как в каждом из отдельных параллельных путей на Фиг.1 изображено одно сопло 134, 136 Вентури в сборе, в дополнительных воплощениях можно установить последовательно несколько сопел Вентури в сборе, как, например, сопла 134А и 134В Вентури в сборе на Фиг.6. Применение многочисленных сопел Вентури в сборе, как на Фиг.6, увеличивает время пребывания, в течение которого текучая среда проходит через магнитные поля. При желании можно использовать и другие конструкции, включающие сопла Вентури в сборе с различной геометрической конфигурацией, сопла Вентури в сборе с различными интенсивностями и/или конфигурациями магнитных полей и т.д. В то время как в некоторых воплощениях текучая среда, проходящая через сопло Вентури в сборе, сталкивается с магнитным потоком, ориентированным перпендикулярно к направлению ее течения, то можно использовать и другую ориентацию, на основе эмпирического анализа.

Сопла Вентури в сборе действуют как линейный ускоритель потока, ускоряя течение смеси вода/газ до сверхзвуковых скоростей. Скорость звука в двухфазной смеси жидкости и пузырьков кислорода составляет приблизительно 15 метров в секунду (50 футов/с), хотя она может изменяться в зависимости от концентраций жидкости и кислорода в смеси. Для сравнения, скорость звука в воздухе составляет приблизительно 330 метров/с (1100 футов/с), а скорость звука в воде составляет приблизительно 1500 метров/с (5000 футов/с).

Скорость смеси резко снижается на выходе каждого сопла Вентури в сборе, возвращаясь к скоростям ниже скорости звука. Сверхзвуковой поток снижает скорость до величин ниже скорости звука на протяжении тонкой области, которую называют ударной волной. Ударная волна разбивает пузырьки кислорода на пузырьки микроскопического размера, ускоряя смешивание жидкости и газа. Таким образом, заставляя поток проходить через два или более сопел Вентури в сборе, расположенных последовательно, как показано на Фиг.6, можно добиться наложения на поток последовательных сверхзвуковых-дозвуковых импульсов, что дополнительно улучшает удерживание кислорода.

Продолжая рассматривать Фиг.1, после прохождения через сопла 134. 136 Вентури в сборе, текучая среда попадает в емкость 164 для отделения газа от жидкости. Емкость 164 может иметь конфигурацию, показанную в общих чертах на Фиг.7, и включает основную камеру 166, в которую вводят поступающую смесь текучей среды через входное отверстие 167 сбоку от средней разделительной перегородки 168. Перегородка, или экран, 168 разделяет камеру на две половины, 166А и 166В. Входящая текучая среда заполняет первую половину 166А камеры, после чего поступающая текучая среда переливается через перегородку 168 во вторую половину камеры 166В и к выходному отверстию 170.

Это обеспечивает контролируемое газовое пространство 172 над жидкостью, а также аэрирующее действие посредством перелива через

центральную разделительную перегородку, в зависимости от относительных уровней текучей среды на каждой стороне центральной перегородки. Устройство 174 поплавкового клапана перемещается вертикально в зависимости от уровня текучей среды/газа в камере 166. По мере того, как устройство 174 опускается, устанавливается жидкостное соединение со вторым выходным отверстием 176. Таким образом, жидкая часть входящей текучей среды (с по существу растворенным кислородом) выходит из первого отверстия 170, а избыточный, нерастворенный газ выходит через второе отверстие 176 для отделения и повторного введения в процесс обогащения кислородом ниже по ходу технологического потока.

Продолжая рассматривать поток на Фиг.1, жидкость, выходящую из первого отверстия 170, направляют на стадию 178 контроля, которая может включать ряд датчиков и отслеживающих устройств, включая датчик для определения количества растворенного кислорода (РК) в воде. Для контроля расходов можно использовать массовый расходомер. В некоторых воплощениях контроль можно проводить оптически, электрически и т.д. Модули контроля должны быть выполнены с возможностью эксплуатации при давлениях, существующих в находящемся под давлением потоке. На этой стадии можно фиксировать и другие данные по мониторингу, так же как и в других удобных местоположениях по ходу процесса.

Жидкость направляют в систему 180 разлива по бутылкам, которая помещает соответствующие количества обогащенной кислородом воды в бутылки, как это изображено позицией 182. Перед тем, как направить ее на конечное использование, например, в систему 180 разлива по бутылкам, жидкость проходит через выпускной регулирующий клапан. Перед выпускным регулирующим клапаном примерное выпускное давление может составлять примерно 206,7 кПа (30 фунтов/кв. дюйм). Обходной путь 184 позволяет вернуть избыток обогащенной кислородом воды в соответствующее предшествующее положение по технологическому маршруту.

Избыточный газ из отверстия 176 (Фиг.7) течет на Фиг.1 в блок 186 разложения озона, который действует так, чтобы разложить весь озон, содержащийся в упомянутом газе, и собрать оставшийся кислород в емкости для кислорода или в другом резервуаре в блоке 188, который подает поступающий кислород в блок 114 введения кислорода. Блок 188 можно использовать для получения кислорода из сжатого воздуха с качеством, пригодным для медицинского применения, например, с уровнем чистоты примерно 90-93%. Для подачи необходимого кислорода из емкостей или других находящихся под давлением сосудов можно применять кислород в баллонах 190.

Было обнаружено, что система 100 Фиг.1 успешно обеспечивает уровни растворенного кислорода примерно до 70 млн. ч (70 мг/л) или более. Растворенный кислород проявляет по существу повышенные уровни устойчивости; то есть вода способна удерживать значительные уровни растворенного кислорода в течение продолжительных периодов времени, например, свыше нескольких месяцев. Как обсуждали выше, практическая проверка показала уровни растворенного (кислорода) более 40 частей на млн. для разлитой в бутылки воды со сроком хранения более трех месяцев.

Фиг.8 изображает другое воплощение установки по Фиг.1-7, и может включать ряд приведенных там компонентов. На Фиг.8 обогащенная кислородом вода предназначена не для потребления людьми, как напиток, но для потребления рыбой 202 (например, семгой и т.д.) в оборудовании рыбного садка 200 на промышленном рыбном промысле.

Как показано на Фиг.8, свежую воду подают из исходного источника 204, такого же, как и различные источники, перечисленные выше на Фиг.1. Эту свежую поступающую воду направляют в блок 206 обогащения кислородом, который может включать различные стадии, показанные на Фиг.1 (за исключением стадии розлива в бутылки и других соответствующих стадий), для получения потока обогащенной кислородом воды. Такая вода может иметь исходную концентрацию растворенного кислорода примерно 70 мг/л, или какое-либо другое значение. В зависимости от применения, эту концентрацию можно рассматривать как слишком высокую для здоровья рыбы 202. Соответственно, обогащенную кислородом воду из блока 206 можно разбавить до более подходящего уровня, например, примерно 5-14 мг/л, как это показано линией 208 разбавления.

Поскольку вода в емкости может накапливать компоненты отходов, часть воды из емкости можно отводить и подавать на блок 210 очистки сточных вод, который может осуществлять соответствующую обработку воды, включая фильтрацию, осаждение (включая систему септика (локальной обработки сточных вод) и т.д.), антибактериальную обработку, устранение нитратов, удаление СО₂ и т.д. Обработка воды в блоке 210 может представлять собой процесс обработки в потоке, локальную частную систему обработки и т.д. Обработанную воду или какой-либо ее компонент можно после этого ввести в линию 208 разбавления. Таким образом, количество свежей воды, необходимой для поддержания популяции рыбы 202 в емкости 200, можно значительно снизить по сравнению с системами существующего уровня техники.

На Фиг.9 показано другое воплощение системы 220 обогащения кислородом, в которой способ 222 обогащения кислородом, отчасти похожий на способ Фиг.1, используют для добавления компонента растворенного кислорода к горючему (например, углеводородному) топливу из источника 224. Топливо может представлять собой тяжелый нефтепродукт, такой как дизельное топливо, (или) более летучее жидкое топливо, такое как бензин. Некоторые или многие из стадий, осуществляемых на Фиг.1, можно использовать на стадии 222 переработки для инжекции желаемого количества растворенного кислорода в топливо, после чего смесь топлива и кислорода направляют в горелку 226 или на какой-либо другой процесс (например, в двигатель внутреннего сгорания и т.д.).

Пример

Для обогащения кислородом воды из источника построили полномасштабную (максимум 113,4 л/мин (30 галлонов в минуту)) систему, соответствующую системе, изображенной на Фиг.1. Воду из источника подвергали процессу обратного осмоса и фильтровали до 5 микрон (5×10^-6 м), чтобы она имела следующие номинальные характеристики (все величины являются приближенными):

Общее содержание растворенных твердых веществ =10-20 частей на млн.;

рН=6,1;

Исходный уровень растворенного кислорода = 7,2 мг/л, и

Температура = 14°С (57°F).

Холодильник 104 обеспечивал снижение температуры воды из источника до 10°С (50°F). Жидкостной насос 105 постоянного давления обеспечивал подачу воды из источника в систему под давлением 292 кПа (42,4 фунтов /кв. дюйм) с расходом 30 л/мин (7,9 галлонов в минуту).

Трубопровод для сети между насосом 105 и выпуском в систему 180 розлива в бутылки имел номинальный диаметр 3,8 см (1,5 дюйма). Генератор 110 озона подавал озон через сопло 108 Вентури в емкость 106 проведения реакции с озоном, имеющую объем 57 литров (15,1 галлонов) и максимальную пропускную способность 150 л/мин (39,6 галлонов в минуту). После емкости 106 проведения реакции с озоном нагнетающий дозирующий насос 112 для текучей среды обеспечивал введение в поток коллоидных минеральных веществ через диффузор. Используемыми коллоидными минеральными веществами были вещества, поставляемые TRC Nutritional Laboratories, как это обсуждали ранее в связи с Фиг.2.

Расход вводимых коллоидных минеральных веществ регулировали таким образом, чтобы создать общее содержание растворенных твердых веществ от 20 до 50 частей на млн. Затем вода и смесь минеральных веществ проходили к блоку 114 введения кислорода, где кислород из блока 188 или кислород из баллонов 190, или их сочетание, вводили через блок диффузора 116 при давлении, которое было примерно на 64 кПа (9,3 фунтов/кв. дюйм) выше, чем давление воды.

Затем полученная смесь вода/газ протекала через пассивный смеситель 128 (Фиг.3) перед тем, как поступить в сопло 134 Вентури в сборе, в котором вторая зона 142 была сформирована параллельными пластинами 144, 146 из плексигласа, отстоящими друг от друга на расстояние примерно от 1 мм (0,04 дюйма) до 2 мм (0,08 дюйма) и имеющими длину примерно 150 мм и ширину примерно 80 мм (3,1 дюйма). При прохождении через вторую зону 142 поток подвергали воздействию сильного магнитного поля, производимого двумя магнитами 152, 154 в керамическом блоке (100 мм (3,9 дюйма)×50 мм (2,0 дюйма)×25 мм (0,98 дюйма)). Ниже сопла 134 Вентури в сборе по ходу потока смесь жидкость/газ проходила через создающую ламинарный поток решетку 162, состоящую из пучка трубок диаметром примерно 2 мм и длиной обычно от 300 до 400 мм.

После прохождения через создающую ламинарный поток решетку 162 смесь жидкость/газ поступала в 150 литровую (39,6 галлонов) емкость 164 для разделения газа и жидкости, откуда избыточный, нерастворенный газообразный кислород выходил через второе выходное отверстие 176. Ниже емкости 164 для разделения газа и жидкости поток проходил через датчики температуры, давления и расходомер перед тем, как его выпускали через регулирующий поток клапан в устройство для розлива по бутылкам, где заполняли 0,5 литровые бутылки (16,9 унций) при нормальном давлении.

Исходное испытание было проведено для определения «исходной» концентрации кислорода в воде во время розлива в бутылки. Эти «исходные» образцы показали значения уровня растворенного кислорода свыше 60 мг/л, которые лежат за пределами диапазона измерения ручного прибора для определения растворенного кислорода, что указывает на по существу 10-кратное увеличение значения концентрации растворенного кислорода для исходных образцов по сравнению со значением концентрации растворенного кислорода до обогащения кислородом воды из источника.

Два ящика, каждый с 24 бутылками бутилированной, обогащенной кислородом воды, были отобраны в Accurate Laboratories в Stillwater, Оклахома, для долговременного испытания в независимой и сертифицированной лаборатории. Представительная подборка результатов этих еженедельных испытаний представлена на Фиг.10. Половину бутылок хранили по существу при комнатной температуре (например, около 25 градусов Цельсия), а вторую половину бутылок держали в охлажденном состоянии (около 10 градусов Цельсия). Две хранившихся при комнатной температуре бутылки и две охлажденные бутылки воды открывали каждую неделю в течение 12-недельного периода, и содержимое подвергали анализу на содержание растворенного кислорода.

Все образцы показали повышенные уровни концентрации растворенного кислорода. Бутилированная, обогащенная кислородом вода, которую хранили при комнатной температуре в течение 12 недель показала слабую тенденцию снижения концентрации растворенного кислорода во времени, хотя все значения концентрации растворенного кислорода в конце 12-недельного испытательного периода находились на уровне 38 мг/л и выше. С другой стороны, бутилированная, обогащенная кислородом вода, которую хранили в охлажденном состоянии, демонстрировала устойчивые концентрации растворенного кислорода примерно 50-60 мг/л, при небольшом снижении концентрации растворенного кислорода или при отсутствии снижения, при продолжении испытаний.

Хотя можно предположить, что со временем, при хранении дольше 12 недель, происходит некоторое снижение концентраций растворенного кислорода для охлажденной воды, из Фиг.10 следует, что скорость этого снижения может быть относительно низкой. Таким образом, результаты, приведенные на Фиг.9, позволяют предположить, что для воды, которую подвергли обработке по обогащению кислородом в соответствии с приведенным ранее обсуждением, в течение нескольких месяцев могут быть устойчивыми концентрации растворенного кислорода свыше 35 мг/л (и, возможно, значительно выше 45 мг/л, для охлажденной воды). Несмотря на продолжающую существовать в промышленности потребность в обогащенных кислородом жидкостях с длительным сроком хранения, авторы данного изобретения не уверены в возможности существования еще какой-нибудь системы обогащения кислородом, дающей результат, хоть сколько-нибудь близкий к этому уровню эффективности.

Следует понимать, что, принимая во внимание приведенное выше обсуждение, для специалистов могут существовать многочисленные другие воплощения и применения данного изобретения, так что предшествующие воплощения являются просто иллюстрациями различных возможностей, и не являются лимитирующими.

Следует понимать, что даже если в предшествующем описании были представлены многочисленные признаки и преимущества различных воплощений данного изобретения, совместно с подробностями структуры и функций различных воплощений данного изобретения, данное подробное описание является только иллюстративным, и можно осуществить изменения в деталях, особенно в отношении структуры и организации узлов, в рамках основных идей данного изобретения, в полной степени изложенных в широком общем смысле терминов, в которых выражена прилагаемая формула изобретения.

Изобретение относится к способу и устройству для обогащения текучей среды кислородом. Предложены способ и установка (100, 206, 222) для получения обогащенной кислородом текучей среды. В соответствии с различными воплощениями обеспечивают поток сжатой текучей среды (102, 124). В поток сжатой текучей среды вводят поток (114, 122) кислорода с получением смеси (126) текучая среда/кислород. Смесь пропускают через сопло (134, 136) Вентури в сборе в присутствии магнитного поля, создаваемого прилегающим магнитным блоком (152, 154). Затем смесь направляют из сопла Вентури в сборе в емкость (164) для отделения газа от жидкости, в которой жидкий компонент смеси проходит вниз (170) с заданным содержанием растворенного кислорода, а газовый компонент направляют вверх (176) для нагнетания в поток сжатой текучей среды. Использование изобретения позволит получить текучую среду, содержащую растворенный кислород. 2 н.п.ф-лы, 18 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ получения обогащенной кислородом текучей среды, включающий следующие стадии:
обеспечение сжатого потока текучей среды;
введение потока кислорода в указанную текучую среду с получением смеси текучая среда/кислород;
пропускание указанной смеси текучая среда/кислород через сопло Вентури в сборе, в то же время подвергая указанную смесь воздействию магнитного поля от расположенного в непосредственной близости магнитного блока, и
пропускание указанной смеси из указанного сопла Вентури в сборе в емкость для разделения газа и жидкости, в которой жидкий компонент пропускают далее по ходу технологического потока с заданным содержанием растворенного кислорода, а газовый компонент направляют обратно для введения в указанный поток сжатой текучей среды.

2. Способ по п.1, в котором указанная стадия введения дополнительно включает стадию пропускания указанной смеси текучая среда/кислород через пассивный смеситель для обеспечения регулируемого перемешивания и уменьшения размера пузырьков указанной смеси текучая среда/кислород.

3. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию пропускания указанной смеси текучая среда/кислород через два сопла Вентури в сборе, применяемые параллельно, так что первая порция указанной смеси текучая среда/кислород проходит через первое из указанных сопел Вентури в сборе, а вторая порция указанной смеси текучая среда/кислород проходит через второе из указанных сопел Вентури в сборе.

4. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию пропускания указанной смеси текучая среда/кислород через многочисленные сопла Вентури в сборе, расположенные последовательно.

5. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию введения коллоидных минералов в указанный поток указанной текучей среды перед указанной стадией введения указанного потока кислорода в указанную жидкость.

6. Способ по п.1, в котором указанная стадия обеспечения потока дополнительно включает стадию охлаждения указанного потока указанной текучей среды перед стадией введения до заданной температуры примерно от 10 до 13°С.

7. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию извлечения указанного газового компонента и подачи газового компонента в емкость генератора кислорода, из которой подают кислород в ходе указанной стадии инжекции.

8. Способ по п.1, в котором указанная текучая среда включает воду.

9. Способ по п.1, в котором указанную текучую среду с указанным заданным содержанием растворенного кислорода разливают в бутылки для потребления людьми.

10. Способ по п.1, в котором указанную текучую среду с указанным заданным содержанием растворенного кислорода подают в емкость с популяцией рыб.

11. Способ по п.1, в котором указанная текучая среда с указанным заданным содержанием растворенного кислорода включает горючее топливо, подаваемое в горелку.

12. Способ по п.1, в котором указанное заданное содержание растворенного кислорода составляет примерно 70 мг/л.

13. Установка для получения обогащенной кислородом текучей среды, включающая:
источник, обеспечивающий подачу текучей среды в систему с образованием сжатого потока текучей среды;
холодильник, находящийся в соединении по потоку с указанным источником текучей среды, причем указанный холодильник предназначен для снижения температуры указанного потока текучей среды до соответствующего уровня температуры;
емкость, в которой происходит реакция с озоном, находящаяся в соединении по потоку с указанным холодильником; и в указанной емкости, в которой происходит реакция с озоном, в указанный поток текучей среды вводят некоторое количество озона в обеззараживающих целях, что приводит к образованию смеси жидкость/озон;
источник коллоидных минералов, находящийся в соединении по потоку с указанной емкостью, в которой происходит реакция с озоном, при этом указанный источник обеспечивает введение коллоидных минералов в указанную смесь жидкость/озон;
блок введения кислорода, находящийся в соединении по потоку с указанной емкостью, в которой происходит реакция с озоном, и указанный блок введения кислорода обеспечивает введение газообразного кислорода в указанную смесь жидкость/озон, что приводит к образованию смеси жидкость/газ;
сопло Вентури в сборе, находящееся в соединении по потоку с указанным блоком введения кислорода, и указанную смесь жидкость/газ в указанном сопле Вентури в сборе подвергают воздействию магнитного поля с помощью магнитного блока, и
емкость для разделения газа и жидкости, находящаяся в соединении по потоку с указанным линейным ускорителем, в которой жидкий компонент указанной смеси жидкость/газ пропускают ниже по ходу технологического потока с заданным содержанием растворенного кислорода, а газовый компонент указанной смеси жидкость/газ направляют обратно для введения в указанный сжатый поток текучей среды.

14. Установка по п.13, в которой указанную текучую среду подвергают обработке методом обратного осмоса перед тем, как направить ее в холодильник.

15. Установка по п.13, в которой указанная текучая среда включает воду.

16. Установка по п.13, в которой указанную текучую среду с указанным растворенным кислородом разливают в бутылки для потребления людьми.

17. Установка по п.13, дополнительно включающая пассивный смеситель, находящийся в соединении по потоку с указанным блоком введения кислорода, и указанный пассивный смеситель вызывает регулируемое перемешивание и уменьшение размера пузырьков в указанной смеси жидкость/газ.

18. Установка по п.13, в которой указанное сопло Вентури в сборе включает:
плоское сопло Вентури, имеющее внутреннюю площадь сечения меньше, чем соответствующие площади сечения прохода непосредственно выше и ниже указанного плоского сопла Вентури по ходу технологического потока, и
магнит, прилегающий к указанном плоскому соплу Вентури и проходящий по основной оси указанной площади поперечного сечения, который налагает магнитное поле требуемой интенсивности на указанный поток в указанном плоском сопле Вентури, в котором указанный поток ускоряют до высокой скорости при прохождении через указанное сопло Вентури, а затем замедляют по мере того, как указанный поток выходит из указанного сопла Вентури.

19. Установка по п.18, в которой указанный магнит представляет собой магнит в керамическом блоке.

20. Установка по п.13, в которой указанная емкость для разделения газа и жидкости включает:
входное отверстие, через которое указанную смесь жидкость/газ вводят в основную камеру;
перегородку, которая делит указанную основную камеру на две половины, и указанная смесь жидкость/газ заполняет первую половину указанной основной камеры, после чего указанная смесь жидкость/газ переливается через указанную перегородку во вторую половину указанной основной камеры, и указанный жидкий компонент указанной смеси жидкость/газ выходит через выходное отверстие, и
поплавковый клапан в сборе, который активируют в зависимости от уровня смеси жидкость/газ в указанной основной камере таким образом, что по мере того, как указанный поплавковый клапан в сборе погружается, образуется соединение по потоку со вторым выпускным отверстием, и избыток не растворившегося газа выходит из указанного второго выходного отверстия для отделения и повторного введения в установку ниже по ходу технологического потока.