Устройство для обработки аэрозоля

 

Использование: в технике обработки аэрозольных составов с помощью электромагнитных сигналов, может применяться в двигателях, краскораспылителях, ингаляторах, позволяет обеспечить измельчение капель аэрозоля, что повышает эффективность его использования. Сущность изобретения: устройство содержит трубки, в каждой из которых по ее длине изолированно одна от другой по постоянному току установлены обкладки конденсатора, подключенные к выходам соответствующего генератора электромагнитных колебаний. Результат достигается благодаря последовательному соединению трубок в один трубопровод и выбору значений частоты колебаний или частоты амплитудной модуляции колебаний генераторов в пределах полосы частот, определяемой размерами капель аэрозоля. При этом средняя частота спектра тех или иных частот увеличивается по мере удаления конденсатора от начала трубопровода. 4 ил.

Изобретение относится к технике обработки аэрозольных составов с помощью электромагнитных сигналов и может применяться в двигателях, краскораспылителях, ингаляторах и т.д.

Известно устройство для активации топлива, в котором частицы топлива облучаются импульсами электромагнитного излучения с частотами ядерного магнитного резонанса хотя бы одного из компонентов топлива. Недостатком этого устройства является ограниченная область применения [1] Наиболее близким к заявляемому является устройство для обработки топлива, содержащее трубки для пропускания топлива, в каждой из которых по ее длине изолированно друг от друга по постоянному току установлены обкладки конденсатора, к которым подключены выходы соответствующего генератора электромагнитных колебаний [2] В этом устройстве топливо (топливно-воздушная смесь) проходит по всем трубкам параллельно и возбуждается в каждой из них одинаково. В этом заключается ограниченность данного устройства, т.к. возбуждение капель топлива происходит на сравнительно малой длине трубки и лишь за счет их нагрева (в вариантах данного устройства топливо возбуждается с помощью ультразвука или инфракрасного излучения).

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности обработки аэрозолей (капельно-воздушных смесей) любого вида за счет измельчения входящих в их состав капель жидкости.

Для достижения этого результата в устройстве для обработки аэрозолей, содержащем трубки для пропускания аэрозоля, в каждой из которых по ее длине изолированно друг от друга по постоянному току установлены обкладки конденсатора, к которым подключены выходы соответствующего генератора электромагнитных колебаний, все трубки соединены последовательно в один трубопровод, а частоты колебаний или частоты амплитудной модуляции колебаний генераторов выбраны в пределах полосы частот, определяемой линейными размерами капель проходящего по трубопроводу аэрозоля, причем средняя частота спектра колебаний или спектра амплитудной модуляции колебаний генераторов увеличивается по мере удаления соответствующих конденсаторов от начала трубопровода.

Устройства с такой совокупностью существенных признаков неизвестны из уровня техники, что позволяет считать предложенное устройство соответствующим критерию "новизна". Также неизвестны устройства, содержащие совокупность отличительных существенных признаков, что позволяет считать это предложение соответствующим критерию "изобретательский уровень".

Все указанные существенные признаки необходимы для достижения вышеуказанного технического результата измельчения капель аэрозоля, что само по себе необходимо в различных областях применения заявленного устройства.

Так, например, для повышения мощности двигателей внутреннего сгорания, а также для уменьшения содержания вредных веществ в выхлопе этого двигателя необходимо обеспечить более полное сгорание топлива. Для этого размер капель в топливно-воздушной смеси, поступающей в двигатель, должен быть как можно меньше.

Для более равномерного нанесения краски при окрашивании поверхностей также необходимо иметь капли краски как можно меньшего размера. Поэтому в краскопульте после распыления краски перед ее вылетом из краскопульта целесообразно уменьшить размеры капелек краски.

В одном из медицинских приложений, а именно при ингаляции, необходимо уменьшить размер капель в ингаляционной смеси для лучшего их проникновения через стенки слизистой оболочки, на которой оседают более крупные капли.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано в схематическом виде устройство для обработки аэрозолей и приведена качественная зависимость размера капель аэрозоля по мере их прохождения через трубу. Фиг. 2 иллюстрирует изменение формы капель под действием электромагнитной волны. На фиг. 3 показано изменение формы капель в различных фазах действующей электромагнитной волны. Фиг. 4 поясняет физический механизм приведения капли в пульсацию с помощью амплитудной модуляции СВЧ колебания.

Устройство содержит трубопровод 1, который можно условно разделить на соединенные последовательно трубки. В каждой трубке изолированно друг от друга по постоянному току установлены обкладки 2 и 3 конденсатора, подключенные к выходам соответствующего генератора 4 электромагнитных колебаний. Фактически эти обкладки 2 и 3 являются частями колебательной системы соответствующего генератора, т.е. частицы аэрозоля при своем движении по трубопроводу 1 проходят через цепочку объемных резонаторов, где на них воздействуют электромагнитные колебания специально подобранной частоты или со специально подобранной модуляцией. При воздействии таких колебаний размер капель уменьшается за счет испарения вещества с поверхности капли при ее пульсации под действием электромагнитных колебаний. При этом прохождение объемов аэрозоля по трубопроводу 1 может быть как непрерывным, так и дискретным, с задержкой в тех областях, где аэрозоль подвергается воздействию электромагнитных колебаний.

При воздействии электромагнитной волны вектор ее электрической напряженности вызывает поляризацию зарядов в капле (являющейся диэлектриком), в результате чего между зарядами смещения возникает обобщенная сила Кулона (фиг. 2). Эта сила сжимает каплю до тех пор, пока внутренние силы упругости не уравновесят обобщенную силу Кулона. При изменении величины вектора будет меняться и величина сжатия капли, что позволит привести ее в механический резонанс.

Как видно из фиг. 3, показывающей изменение формы капли в различных фазах действующей электромагнитной волны, если частота этой волны будет равна половине собственной механической резонансной частоты капли, деформация капли будет наибольшей, а следовательно, и процесс испарения вещества капли с ее поверхности будет идти активнее всего. Важно отметить, что одинаковая степень сжатия капли будет при прямо противоположных направлениях вектора и при их одинаковых величинах. Следует также отметить, что при описанном воздействии электромагнитной волны для получения наибольшего эффекта ее параметры должны зависеть только от параметров капли и характеристик вещества, из которого эта капля состоит (т.е. от собственной резонансной частоты) и не зависит от параметров трубки в месте формирования электромагнитного колебания, т.е. в районе обкладок конденсатора.

Степень сжатия капли тем больше, чем больше величина , следовательно, для интенсификации процесса испарения необходимо увеличивать напряжение, прикладываемое к обкладкам 2, 3 конденсатора. Величина прикладываемого напряжения ограничивается напряжением пробоя между обкладками 2 и 3 конденсатора и может достигать единиц и даже десятков киловольт. Техническая реализация генераторов такого большого напряжения вызывает серьезные трудности, поэтому требуемое напряжение можно получить, если запитывать обкладки 2 и 3 конденсатора сверхчастотным (СВЧ) сигналом, длина волны которого должна быть в два раза больше расстояния между обкладками конденсатора. В этом случае пространство между обкладками 2 и 3 будет представлять собой объемный резонатор, в котором возникнут резонансные СВЧ колебания с амплитудой, намного превышающей амплитуду запитывающего колебания. Частота такого СВЧ колебания будет намного больше собственной механической резонансной частоты капли аэрозоля. Поэтому для приведения капли в механический резонанс запитывающее СВЧ колебание модулируется по амплитуде с частотой, равной резонансной частоте капли (фиг. 4).

По мере прохождения аэрозоля вдоль трубопровода 1 и воздействия на капли электромагнитных колебаний размер капель уменьшается, следовательно, в каждом последующем конденсаторе параметры запитывающего напряжения должны изменяться в сторону увеличения либо несущей частоты (если она лежит в требуемом диапазоне частот, т.е. близка к резонансной частоте капли), либо частоты амплитудной модуляции СВЧ колебания.

Поскольку размеры аэрозольных капель лежат в определенном диапазоне, необходимо подавать на обкладки 2 и 3 конденсатора сумму гармонических колебаний, диапазон частот которых жестко связан с диапазоном размеров капель, либо амплитудного модуля СВЧ колебаний осуществлять суммой гармонических колебаний, диапазон частот которых также жестко связан с диапазоном размеров капель (т.е. требуется не одно колебание, а спектр колебаний).

Механические резонансные частоты капли, используемые при выборе частоты электромагнитного колебания, подаваемого на обкладке 2 и 3 конденсатора, или частоты амплитудной модуляции СВЧ колебания, выражаются по формуле , где n 2, 3. порядковые номера моды собственных резонансных колебаний, T_пн сила поверхностного натяжения на границе капли и газа, a радиус сферы капли, ρ₁ плотность газа, ρ₂ плотность вещества капли. Размерности входящих в это выражение величин следующие: частота f_n в Гц, радиус a в см, плотность ρ в Г/см³ , сила T_пн в дин/см. Мода колебаний с номером n 2 называется дипольной и приводит к деформациям, показанным на фиг. 2 4. С ростом n амплитуды деформаций уменьшаются, поэтому при выборе частот облучающих аэрозоль электромагнитных колебаний необходимо ориентироваться на дипольную моду. При этом частота колебания, запитывающего обкладки 2 и 3 конденсатора в отсутствие амплитудной модуляции, должна быть равна f_n/2, а частота амплитудной модуляции СВЧ колебания должна быть равна f_n.

Таким образом, в устройстве обеспечивается измельчение капель аэрозоля, что повышает эффективность его применения в самых различных областях.

Формула изобретения

Устройство для обработки аэрозоля, содержащее трубки для пропускания аэрозоля, в каждой из которых по ее длине изолированно одна от другой по постоянному току установлены обкладки конденсатора, к которым подключены выходы соответствующего генератора электромагнитных колебаний, отличающееся тем, что трубки соединены последовательно между собой в один трубопровод, частоты колебаний или частоты амплитудной модуляции колебаний генераторов выбраны в пределах полосы частот, определяемой линейными размерами капель проходящего по трубопроводу аэрозоля, а средние частоты спектра колебаний или спектра амплитудной модуляции колебаний каждого генератора увеличиваются по мере удаления соответствующего конденсатора от начала трубопровода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4