r>[0055] 圖6.該圖示出圖3的納米氣泡發(fā)生器的處理部分的等距視圖。
[0056] 圖7.該圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的納米氣泡發(fā)生器的盤(pán)狀元件的前視圖。
[0057] 圖8.圖3所示的納米氣泡發(fā)生器的縱向橫截面放大視圖，顯示液體溶液經(jīng)過(guò)納米 氣泡發(fā)生器的流動(dòng)。
[005引圖9.產(chǎn)生納米氣泡的本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。
[0059] 圖10.產(chǎn)生納米氣泡的本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。
[0060] 圖11.顯示原始水樣的納米粒子跟蹤分析(NTA)結(jié)果W確定原始水樣中的納米氣 泡的濃度和尺寸。
[0061] 圖12.顯示原始水樣的NTA結(jié)果W確定原始水樣中的納米氣泡的濃度和尺寸。
[0062] 圖13.顯示納米氣泡發(fā)生器處理的水樣的NTA結(jié)果，W確定處理的水樣中的納米氣 泡的濃度和尺寸。
[0063] 圖14.顯示納米氣泡發(fā)生器處理的水樣的NTA結(jié)果，W確定處理的水樣中的納米氣 泡的濃度和尺寸。
[0064] 圖15.該照片示出了在對(duì)照和使用本發(fā)明的納米氣泡發(fā)生器處理的水的條件下來(lái) 自肉雞的儲(chǔ)存的糞便樣品的物理性質(zhì)。
[0065] 圖16.該圖示出了玻璃毛細(xì)管生物膜反應(yīng)器系統(tǒng)。生物膜在連續(xù)流動(dòng)條件下生長(zhǎng)。 玻璃管具有正方形橫截面，能夠用顯微鏡直接觀察在管內(nèi)生長(zhǎng)的生物膜。該裝置由開(kāi)口介 質(zhì)進(jìn)料瓶(4升容量）、斷流裝置、過(guò)濾空氣入口、蠕動(dòng)累、毛細(xì)管和流動(dòng)池支架、接種口和廢 液瓶組成。運(yùn)些組件通過(guò)娃酬橡膠管連接。
[0066] 圖1 7 . W浸沒(méi)在對(duì)照的自來(lái)水和經(jīng)處理的自來(lái)水中的蓋玻片挑戰(zhàn)接種 (challenge)到皮氏培養(yǎng)皿中并解育2小時(shí)的大腸桿菌巧.COli)細(xì)胞的顯微照片。蓋玻片用 MiniQ水洗涂?jī)纱?，用Syto9染色并在2小時(shí)和20小時(shí)后用巧光顯微鏡觀察。
[0067] 圖18.在經(jīng)處理的自來(lái)水和在對(duì)照自來(lái)水中由固有細(xì)菌在流動(dòng)池中形成的細(xì)菌生 物膜(8天）。
[0068] 圖19.使用納米氣泡處理器處理的水去除預(yù)先形成的大腸桿菌生物膜。在流動(dòng)池 中形成的6天的大腸桿菌生物膜用經(jīng)處理的自來(lái)水（圖A)和對(duì)照自來(lái)水（圖B)沖洗30分鐘。 圖C(經(jīng)處理的水)和D(未經(jīng)處理的水)為顯示留在表面上的生物膜的=維圖像。點(diǎn)顯示單個(gè) 細(xì)菌細(xì)胞。圖E(經(jīng)處理的水)和圖F(未經(jīng)處理的水)是加入經(jīng)處理的自來(lái)水化)和未經(jīng)處理 的自來(lái)水(巧的圖16的系統(tǒng)的玻璃毛細(xì)管的照片。
[0069] 發(fā)明描述
[0070] 定義
[0071] 除非另有規(guī)定，本文所使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員通常所理解的相同含義。另外，除非另有說(shuō)明，使用"或"包括"和"，反之亦然，除非在 權(quán)利要求中。非限制性術(shù)語(yǔ)不得解釋為限制，除非明確說(shuō)明或上下文另有明確指示（例如 "包含（containing)"、"包括（including)"、"具有化aving)"和"包括山〇111口1'13；[]1邑)"通常表 示"包括但不限于"）。限制性術(shù)語(yǔ)的實(shí)例包括"由……組成"和"基本上由……組成"。除非另 有明確規(guī)定，權(quán)利要求中包括的單數(shù)形式如"一 (a)"、"一 (an)"和"該(the)"包括復(fù)數(shù)指稱(chēng)。
[0072] 為了幫助理解和實(shí)施本發(fā)明的，提供了 W下說(shuō)明性的、非限制性的實(shí)例。
[0073] a.概述
[0074] 在不改變?cè)匆后w材料的基本組成和不需要使用有毒的催化劑或有害的添加劑情 況下，本發(fā)明的創(chuàng)新系統(tǒng)和方法有效地在液體材料源中產(chǎn)生納米氣泡。該系統(tǒng)和方法可W 在固定的安裝單元或在便攜式單元中實(shí)施。該創(chuàng)新系統(tǒng)還可W改裝在現(xiàn)有的液體溶液分配 系統(tǒng)，如水分配系統(tǒng)中。雖然描述了幾個(gè)具體的實(shí)施方案，但是明顯的是，本發(fā)明并不限于 所說(shuō)明的實(shí)施方案，并且其它實(shí)施方案也可W使用。如其在本文的下文所述的，本發(fā)明的包 含納米氣泡的液體溶液在各種應(yīng)用中都非常有效。本發(fā)明的發(fā)生器、系統(tǒng)和方法不需要外 部空氣或氣體就可W產(chǎn)生氣泡或在源液體溶液中產(chǎn)生更豐富的納米氣泡，并且它們也不需 要納米氣泡或微米氣泡基液溶液。
[00巧]b.納米氣泡發(fā)生器
[0076] 參考圖3-8,本發(fā)明的納米氣泡發(fā)生器100可W包括殼體110,所述殼體110具有用 于接收源液體溶液的流入部分140、用于釋放包含納米氣泡的液體溶液的流出部分150W及 用于處理源液體溶液的在流入部分140和流出部分150之間的處理部分115。
[0077] 參考圖3和4A，殼體110可W基本上呈管狀，入口 140和流出150部分可W在每端包 括螺紋軸套120和130。殼體110和軸套120和130優(yōu)選由基本上惰性的材料，如聚氯乙締 (PVC)制成。
[0078] 參考圖48、伯、5、6和8，納米氣泡發(fā)生器的處理部分115可^包括一系列連續(xù)的空 化區(qū)190和剪切平面168。所述一系列連續(xù)的空化區(qū)190和剪切平面168通過(guò)一般延長(zhǎng)的構(gòu)件 180來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述延長(zhǎng)的構(gòu)件180具有一系列(2個(gè)或更多個(gè))間隔的元件160,所述元件160穿 過(guò)殼體110軸向延伸，并且可插入納米氣泡發(fā)生器的流入和流出部分之間?？蒞使用2至30 個(gè)間隔的元件160。也可W使用多于30個(gè)間隔的元件160。每個(gè)元件160可W呈盤(pán)狀。盤(pán)狀元 件160可W被支撐或安裝在中央桿或軸180上。參考圖8,盤(pán)160可W包括相對(duì)的壁161、162 (也被稱(chēng)為剪切壁）W及外周或側(cè)壁163。一個(gè)剪切壁161可W朝向發(fā)生器的流入部分，并且 相對(duì)的剪切壁162可W朝向發(fā)生器的流出部分。外周壁163可W在剪切壁161和162之間延 伸。盤(pán)狀元件160可W彼此保持間隔關(guān)系。元件160可W被空間170彼此隔開(kāi)。
[0079] 可W如圖5-8所示形成每個(gè)元件160,其具有至少一個(gè)從外周壁163向下延伸的凹 槽或凹口 310。每個(gè)凹槽或凹口 310可W包括邊緣或剪切邊緣167和剪切邊緣167之間的剪切 平面168。剪切平面168可被視為是側(cè)壁163到凹槽310的延續(xù)。邊緣167可W具有扇貝狀的設(shè) 計(jì)，可W是基本上鋒利的。盤(pán)狀元件可W優(yōu)選通過(guò)激光切割制成。如圖5所示，每個(gè)盤(pán)狀元件 160的寬度"a",也就是剪切平面的寬度，可W為約兩個(gè)連續(xù)的盤(pán)狀元件160之間的距離"b" 的一半。
[0080] 如圖5,6,8所示，軸向連續(xù)的盤(pán)160沿桿180排列，其中它們的凹口或凹槽沿圓周相 對(duì)于彼此交錯(cuò)。元件160可W排列在桿180上W使得元件160上的凹口310是交替的。即，如果 一個(gè)盤(pán)狀元件的凹口朝下，則下一個(gè)盤(pán)狀元件的凹口將朝上。
[0081] 盤(pán)狀元件可W由單一的金屬制造，優(yōu)選地，盤(pán)狀元件可W由耐腐蝕的金屬制成。優(yōu) 選地，盤(pán)狀元件可W由不誘鋼300系列，如31化制成，優(yōu)選地，盤(pán)由激光切割。
[0082] 如圖8所示，每個(gè)盤(pán)狀元件160在殼體110內(nèi)可設(shè)置為基本上垂直于液體溶液流，例 如元件160可W基本上阻止通過(guò)殼體110的任何直接流體流，因此流體流通過(guò)每個(gè)盤(pán)中的凹 槽、凹口或孔310。由于交替排列的孔，盤(pán)160之間的流體流是端流的，并且由于每個(gè)盤(pán)160中 的孔310的橫截面積不同，每個(gè)盤(pán)寬度不同，W及盤(pán)160之間的空間170不同，導(dǎo)致流體在其 通過(guò)殼體110時(shí)被加速或減速，W確保在盤(pán)160的表面上方的端流。如圖3和8中的箭頭所示， 納米氣泡發(fā)生器可W是單向的和單定位的(unipositional)。
[0083] 第1987070484號(hào)澳大利亞專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了凈水器10,如1-2所描繪。凈水器10包括 支撐在中央桿18上的鄰近的盤(pán)17。形成的每個(gè)盤(pán)具有一起位于盤(pán)的一個(gè)側(cè)面的=個(gè)孔21。 在該專(zhuān)利中描述的凈水器不是納米氣泡發(fā)生器，因?yàn)榕c本發(fā)明的盤(pán)狀元件上的凹口不同， 第1987070484號(hào)澳大利亞專(zhuān)利申請(qǐng)的S個(gè)孔21不具備產(chǎn)生納米氣泡所必需的剪切平面和 剪切邊緣。此外，如圖1所示，每個(gè)盤(pán)17的寬度基本上小于相鄰盤(pán)之間距離的一半。
[0084] C.包含納米氣泡的溶液的制備系統(tǒng)
[0085] 本發(fā)明的系統(tǒng)可W在多個(gè)不同的實(shí)施方案中構(gòu)建，并且可W用于在液體溶液中產(chǎn) 生納米氣泡。
[0086] 生產(chǎn)包含納米氣泡的液體溶液的創(chuàng)新系統(tǒng)可W包括本發(fā)明的納米氣泡發(fā)生器。在 另一個(gè)實(shí)施方案中，該系統(tǒng)可W包括液體溶液源和包括本發(fā)明的納米氣泡發(fā)生器的處理模 塊。
[0087] 極性和非極性液體，親水性和親脂性溶液可作為本發(fā)明的系統(tǒng)的源液體，并經(jīng)處 理在源液體中產(chǎn)生納米氣泡，W制備具有高濃度納米氣泡的經(jīng)處理的溶液。因此，所述源包 括油、醇、水、溶劑、燃料、表面活性劑、凝膠、碳水化合物等。
[0088] 圖9顯示了用于在液體源材料中產(chǎn)生納米氣泡的系統(tǒng)10的實(shí)施方案。該系統(tǒng)包括 任選的源液體預(yù)處理系統(tǒng)15、本發(fā)明的第一納米氣泡發(fā)生器30,任選的高C電位晶體發(fā)生器 100、任選的預(yù)過(guò)濾系統(tǒng)50、任選的至少一個(gè)過(guò)濾裝置60,和任選的本發(fā)明的第二納米氣泡 發(fā)生器80。預(yù)處理系統(tǒng)15、納米氣泡發(fā)生器30，（電位偏移的晶體發(fā)生器100、預(yù)過(guò)濾系統(tǒng)50， 過(guò)濾裝置60和第二納米氣泡發(fā)生器80相互液體連通，并通過(guò)管道系統(tǒng)的方式連接。所述的 管道系統(tǒng)可W包括，例如管道，軟管，導(dǎo)管，通道等。
[0089] 源液體溶液，如水或自來(lái)水、油、醇等可W由任何合適的來(lái)源(例如龍頭)供給，并 且液體可W被存儲(chǔ)在儲(chǔ)液器20中，或可W從任何來(lái)源連續(xù)或間歇地供給。可W測(cè)試源液體 的組成，如果有必要，可W添加另外的礦物質(zhì)和其他成分W提供用于產(chǎn)生納米氣泡的充足 來(lái)源。源液體在保持在儲(chǔ)液器20之前和之后還可W在預(yù)處理系統(tǒng)15中被處理，W基本上去 除可能干擾處理過(guò)程的多余的污染物，如碎片、含油成分等。
[0090] 源液體可W被連續(xù)地或間歇地加到儲(chǔ)液器20。液體溶液可W W足夠的力和壓力流 動(dòng)通過(guò)納米氣泡發(fā)生器W引發(fā)吸熱反應(yīng)，W產(chǎn)生具有順磁屬性的納米氣泡。累可用于生成 所述的力和壓力。因此，液體溶液可W朝向本發(fā)明的系統(tǒng)的納米氣泡發(fā)生器主動(dòng)累送。液體 也可W使用被動(dòng)系統(tǒng)釋放，如位于羽流中W在水輪機(jī)或螺旋獎(jiǎng)之前處理水的被動(dòng)系統(tǒng)。
[0091] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，經(jīng)處理的源液體下一步通過(guò)至少一個(gè)過(guò)濾裝置60。在一個(gè) 優(yōu)選的實(shí)施方案中，過(guò)濾裝置60減少或基本上消除細(xì)菌、病毒、抱囊等?？蒞使用任何本領(lǐng) 域已知的過(guò)濾裝置。過(guò)濾裝置60可W包括但不限于粒子過(guò)濾器、木炭過(guò)濾器、反滲透過(guò)濾 器，活性炭過(guò)濾器、陶瓷碳過(guò)濾器、蒸饋器過(guò)濾器、離子化過(guò)濾器、離子交換過(guò)濾器、紫外線 過(guò)濾器、反沖洗過(guò)濾器、磁性過(guò)濾器、能量過(guò)濾器、滿流過(guò)濾器、化學(xué)氧化過(guò)濾器、化學(xué)添加 劑過(guò)濾器、Pi水過(guò)濾器、樹(shù)脂過(guò)濾器、盤(pán)式膜過(guò)濾器、微孔濾膜過(guò)濾器、硝酸纖維素膜過(guò)濾 器、網(wǎng)式過(guò)濾器、篩網(wǎng)過(guò)濾器或微孔過(guò)濾器，W及它們的組合。經(jīng)處理和過(guò)濾的液體可W存 儲(chǔ)或分配用于使用和消耗。
[0092] 如圖9所示，在到達(dá)至少一個(gè)過(guò)濾裝置60之前，經(jīng)處理的液體任選地通過(guò)C電位晶 體發(fā)生器100。高C電位晶體發(fā)生器在本領(lǐng)域中是已知的，通常用于防止或減少結(jié)垢。一種已 知的高C電位晶體發(fā)生器100是Zeta Rod?系統(tǒng)。Zeta Rod?系統(tǒng)通過(guò)電子分散液體體系中 的細(xì)菌和礦物質(zhì)膠體提高結(jié)晶的C電位，消除生物污染和結(jié)垢的威脅，并且顯著地減少化學(xué) 添加劑的使用。液體體系中的膠體成為電容器的組件，并接收針對(duì)其天然表面電荷的強(qiáng)升 壓，改變控制粒子相互作用的雙層狀態(tài)。防止形成礦物性水垢是由于Zeta Rod?系統(tǒng)穩(wěn)定膠 體物質(zhì)和懸浮的固體的分散，防止成核W及結(jié)垢附著到濕潤(rùn)的表面。細(xì)菌保持分散在主體 流體中而不是附著于表面，不能吸收營(yíng)養(yǎng)或復(fù)制從而形成粘液和產(chǎn)生臭味。已有的生物膜 過(guò)度水合，失去粘合強(qiáng)度并分散。此外，生物污染、生物腐蝕和結(jié)垢被Ze化Rod?系統(tǒng)阻止。
[0093] 另一種已知的高C電位晶體發(fā)生器100是由化Ka Via Water公司下屬的Sterling Water Systems,LLC生產(chǎn)的Sterling水防垢裝置（Sterling Water Anti-Scale Appliance)。當(dāng)水通過(guò)Sterling水防垢裝置時(shí)，電流釋放到水中，降低水的表面張力，抑制 結(jié)垢及硬水點(diǎn)出現(xiàn)。抑制結(jié)垢的原因在于經(jīng)處理的水的C電位升高，避免礦物顆粒彼此接 觸。
[0094] 如圖9所示，在通過(guò)納米氣泡發(fā)生器30和任選的高C電位晶體發(fā)生器100后，并且在 到達(dá)任選的至少一個(gè)過(guò)濾裝置60之前，經(jīng)處理的液體可W任選地通過(guò)預(yù)過(guò)濾系統(tǒng)50,在其 中礦物質(zhì)，例如鐵、硫、儘等基本上從經(jīng)處理的源液體除去。預(yù)過(guò)濾系統(tǒng)50可W是，例如不誘 鋼篩網(wǎng)過(guò)濾器。經(jīng)處理和預(yù)過(guò)濾的源液體然后通過(guò)任選的至少一個(gè)過(guò)濾裝置60,在其中細(xì) 菌、病毒、抱囊等基本從經(jīng)處理的液體除去。
[00M]在圖9所示的實(shí)施方案中，累25設(shè)置在納米氣泡發(fā)生器30的下游，經(jīng)處理的液體間 歇或連續(xù)地被釋放并分配，用于各種液體系統(tǒng)應(yīng)用?？蛇x地，累可W設(shè)置在納米氣泡發(fā)生器 30的上游。
[0096] 目前具有高濃度的納米氣泡的經(jīng)處理的液體可W被分配和儲(chǔ)存在儲(chǔ)存容器70,如 儲(chǔ)液器中。在該實(shí)施方案中，在分配所述儲(chǔ)存的經(jīng)處理的液體之前，儲(chǔ)存的液體可W通過(guò)第 二納米氣泡發(fā)生器80,用于在經(jīng)處理的源液體中產(chǎn)生另外的納米氣泡。經(jīng)兩次處理的液體 可W隨后被分配用于使用和消耗。應(yīng)理解的是，該系統(tǒng)可W包括多于2個(gè)的納米氣泡發(fā)生 器，由此經(jīng)=次或更多次處理的液體可W隨后被分配用于消耗。
[0097] 圖10說(shuō)明了本發(fā)明系統(tǒng)10的再一個(gè)實(shí)施方案。系統(tǒng)10包括容納源液體的源儲(chǔ)液器 20,任選的源液體預(yù)處理系統(tǒng)15、第一納米氣泡發(fā)生器30,任選的高C電位晶體發(fā)生器100， 任選的預(yù)過(guò)濾系統(tǒng)50、任選的至少一個(gè)過(guò)濾裝置60和任選的第二納米氣泡發(fā)生器80。預(yù)處 理系統(tǒng)15、納米氣泡發(fā)生器30、高C電位晶體發(fā)生器100、預(yù)過(guò)濾系統(tǒng)50、過(guò)濾裝置60、第二納 米氣泡發(fā)生器80彼此液體連通并且通過(guò)循環(huán)管道的方式連接。源儲(chǔ)液器20的實(shí)例可W包括 但不限于蒸汽鍋爐、水加熱器、冷卻塔、飲用水水箱、水池，封閉的養(yǎng)殖池塘、水族箱、工業(yè)供 水水池、花園池塘等。源液體可W儲(chǔ)存或連續(xù)或間歇地加到源儲(chǔ)液器20,并且當(dāng)生成納米氣 泡時(shí)，源液體可W使用如前文所述的被動(dòng)系統(tǒng)朝向生成納米氣泡的納米氣泡發(fā)生器30釋放 或累送。供選擇地，源液體在