Код документа: RU2196637C2
Область техники
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способу получения пены и
устройству для его осуществления.
Предшествующий уровень техники
Наиболее распространенным способом получения лечебной пены является способ пропускания газа через пористые
пластины в пенообразующий лекарственный раствор. Однако в большинстве случаев не удается получить мелкую однородную пену, поскольку в пористом материале всегда имеются поры различных размеров, их
внутренняя ориентация и расположение на поверхности не упорядочены. Это приводит к разности скоростей газа в порах, часть газовых потоков входят в пенообразователь под углом, газовые потоки из близко
расположенных пор объединяются и образуют общий пузырек. В итоге пенная масса имеет неоднородную структуру - разброс диаметров пузырьков может колебаться от десятков микрон до нескольких миллиметров.
Такие пены не обладают достаточной устойчивостью и быстро разрушаются.
Известно большое количество изобретений, относящихся к способам и устройствам изготовления пены, например (SU, А 865295; RU, А, 2051666), содержащие сосуд для пенообразующей жидкости, распылитель с перфорированной диафрагмой, соединенный с источником подачи сжатого воздуха.
Известно также изобретение, защищающее устройство для изготовления пены (SU, А, 364304), в котором содержится сосуд для пенообразующей жидкости, перегородка в виде пористой пластины, источник газа. В данном устройстве реализуется способ, включающий разделение газового потока с помощью перегородки на элементарные составляющие и приведение их во взаимодействие с пенообразующим составом с одновременным формированием газовых пузырьковых образований.
Все известные изобретения и другие источники сведений об аналогичных устройствах и способах изготовления пены содержат подобные узлы, детали и технологические операции, которые отличаются друг от друга формами, компоновкой устройства, составом пенообразователя и значениями технических характеристик. Однако ни одно из них не обеспечивает получение однородной мелкодисперсной пены.
Раскрытие изобретения
В основу настоящего изобретения положена задача создания способа и устройства для получения
однородной пены, состоящей из одинаковых по размеру газовых пузырьков за счет дробления газового потока на отдельные порции, которые в свою очередь разделяют на одинаковые по объему элементарные
составляющие, которые и образуют газовые пузырьки, и интенсификации процесса отделения их от перегородки для образования пены.
Поставленная задача в заявляемом способе решается с помощью разделения направляемого в зону пенообразования газового потока посредством проницаемой перегородки на элементарные составляющие, которые приводят во взаимодействие с пенообразующим составом для образования газовых пузырьков с последующим их отделением от поверхности перегородки и формирования пены, для чего согласно изобретению перед разделением газовый поток дробят на отдельные порции за счет импульсной подачи газа, при которой регулируют его расход и давление, а порции газа разделяют на однородные, одинаковые по размерам поперечного сечения элементарные составляющие, равномерно распределенные по поверхности проницаемой перегородки, и отделяют образованные газовые пузырьки от поверхности перегородки в периоды между импульсами подачи газа, при этом создают дополнительную силу отрыва, направленную вдоль поверхности проницаемой перегородки.
Целесообразно, чтобы частота импульсов подачи газа составляла от 20 до 100 импульсов в секунду с продолжительностью импульса от 0,001 до 0,01 сек.
Согласно изобретению расход газа регулируют в пределах от 0,1 до 5,0 л/мин, а давление - от 0,09 до 15,5 атм.
Предпочтительно, чтобы дополнительную силу для отрыва пузырьков создавали путем возвратно-поступательных движений проницаемой перегородки.
Поставленная задача решается также и тем, что устройство для получения пены, содержащее емкость, полость которой разделена установленной в ней перфорированной перегородкой на две камеры, одна из которых сообщена с источником пенообразующего состава, а другая сообщена посредством трубопровода с источником газа, согласно изобретению снабжено блоком управления и связанными с ним механизмом дозирования газового потока, установленным в трубопроводе, соединяющим источник газа с емкостью, и механизмом возвратно-поступательных циклических движений перегородки, отверстия которой выполнены в виде капилляров одинакового размера в их поперечном сечении, равномерно распределенных по поверхности перегородки.
Предпочтительно, чтобы перегородка была выполнена в виде проницаемой мембраны, а механизм дозирования газового потока выполнен в виде клапана.
Предпочтительно, чтобы количество отверстий на поверхности перегородки составляло от 8 до 250 на 1 мм2, а их диаметр в пределах 0,02-0,16 мм.
Следует учесть, что при выборе конкретного значения количества отверстий и их размеров в перегородке в устройстве предусмотрена взаимозаменяемость перегородок с различными их значениями.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и прилагаемым чертежом, на котором изображен общий вид устройства для
получения пены.
Лучший вариант осуществления изобретения
Устройство для получения пены содержит емкость 1 (см. чертеж) в виде стакана, подвижное днище 2 которого герметично
соединено со стенками емкости 1 посредством эластичной муфты 3. На днище 2 закреплена перфорированная перегородка 4, представляющая собой, например, проницаемую перегородку с отверстиями 5 в виде
капилляров, имеющих одинаковый размер в поперечном сечении и равномерно распределенных по поверхности перегородки 4. Перегородка 4 разделяет полость емкости 1 на две камеры 6 и 7, одна из которых
сообщена с помощью трубопровода 8 с источником 9 пенообразующего состава 10. Камера 7 посредством трубопровода 11 сообщена с источником 12 газа. В трубопроводе 11 установлен механизм 13 дозирования
газового потока, например, в виде клапана, соединенного с блоком 14 управления. Днище 2 связано с механизмом 15 возвратно-поступательных дискретных перемещений в направляющих 16. Механизм 15 также
связан с блоком 14 управления.
Предлагаемый способ получения пены осуществляют следующим образом. Постоянный газовый поток, поступающий от источника 12 в трубопровод 11, дробиться с помощью механизма 13 на отдельные порции. Частота подачи отдельных порций газа составляет от 20 до 100 импульсов в секунду, а продолжительность импульса - от 0,001 до 0,01 сек. Порции газа направляют на перегородку 4, которая разделяет их на однородные элементарные составляющие одинакового в поперечном сечении размера благодаря наличию в перегородке 4 капиллярных отверстий 5 одного и того же диаметра, величина которого составляет от 0,02 до 0/16 мм. Отверстия 5 равномерно распределены по поверхности перегородки 4 с плотностью от 8 до 250 отверстий на 1 мм2. Расход газа регулируют в пределах от 0,1 до 5,0 л/мин, а давление газа - от 0,09 до 15,5 атм. Сформированные однородные, одинаковые по размерам элементарные составляющие газового потока в соответствующие отрезки времени, задаваемые блоком 14 управления, проходят через перегородку 4 и поступают в зону пенообразования. Газ контактирует с пенообразующим составом 10 в течение импульса подачи газа, в результате чего над поверхностью перегородки 4, расположенной в камере 6, то есть в зоне пенообразования, образуются соответственно количеству капиллярных отверстий 5 газовые вздутия, представляющие собой еще открытые со стороны капиллярных отверстий 5 незавершенные пузырьки. Размер пузырьков и соответственно дисперсность пены регулируется изменением расхода газа и временем формирования пузырька. Для полного отделения газовых пузырьков с целью формирования пены подачу газа прекращают, а перегородку 4 с помощью механизма 15 приводят в возвратно-поступательное движение в направлении, перпендикулярном направлению движения газового потока. Это движение перегородки 4 способствует отделению пузырьков от ее поверхности за счет дополнительной силы отрыва, возникающей вследствие того, что пузырьки находятся в плотной среде и остаются на месте, в то время как поверхность перегородки 4 смещается относительно пузырьков и разрывает слабую связь нижней части пузырьков с отверстиями капилляров 5. В результате движения перегородки 4 и воздействия верхней ее кромки на нижние незакрытые части пузырьковых образований происходит их закрытие и отделение пузырьков с последующим формированием пены, после чего движение перегородки 4 прекращают. Таким образом заканчивается цикл массового образования пены, который вновь повторяется с частотой от 20 до 100 циклов в секунду. Подача газа и перемещения перегородки 4 взаимосвязаны во времени с помощью блока управления 14, по сигналам которого работают механизм 13 дозирования газового потока и механизм 15 перемещения перегородки 4. Причем при подаче порции газа механизмом дозирования 13 механизм перемещения 15 находится в покое. После завершения подачи порции газа механизм дозирования 13 останавливается, а механизм 15 начинает работу, перемещая перегородку 4. Аналогичным образом циклы работы устройства получения пены повторяются.
При определенных параметрах газового потока - расходе и давлении, значения которых находятся в пределах заявленных величин, устройство работает в следующей последовательности. Из источника 9 подают в неподвижный стакан 1 пенообразующий состав 10, после чего включают блок 14 управления, задающий режим работы механизму 13 дозирования газового потока, механизму 15 перемещения перегородки 4 в таком порядке, чтобы во время прохождения порции газа через днище 2 и через капиллярные отверстия 5 перегородки 4 в пенообразующий состав 10, при котором на поверхности перегородки 4 формируются пузырьковые образования, перегородка 4 остается неподвижной. А в промежутке между вышеописанной операцией и подачей следующей порции газового потока, когда движение его остановлено, блок 14 управления включает механизм 15, который перемещает перегородку 4, создавая тем самым дополнительные силы отрыва пузырьков от поверхности.
В качестве блока 14 управления в 1 примере выполнения эксперимента использовалось электронное устройство, а исполнительные механизмы выполнены в виде электромагнитов.
В качестве блока 14 управления может быть использован также распределительный вал с плоскими профильными кулачками, а исполнительные механизмы 13 и 15 связаны с толкателями кулачков.
Так в качестве блока 14 управления во 2 примере выполнения эксперимента использовалось механическое устройство в виде распределительного вала с двумя кулачками, сообщающими движение перегородке 4 и толкателю пневматического клапана, установленного в подающей магистрали трубопровода 11 для создания дозированного порционного газового потока. Профили кулачков обеспечивали движение перегородки 4 и режимы прерывания газового потока.
Как показали проведенные исследования, указанный технический результат подтверждается, в частности, примерами практической реализации изобретения, при описании которых нецелесообразно повторять в каждом примере общую для них информацию, отраженную в формуле и описании изобретения. Целесообразно привести при описании примеров практического выполнения только количественную информацию, отличающую один пример от другого.
Для сопоставления возможностей достижения указанного технического результата в каждом из примеров оказалось целесообразным использовать обобщенный параметр ξ, характеризующий получение равномерной, более устойчивой к распаду монодисперсной пены, и отклонения этих параметров в процессе экспериментального осуществления при сравнении заявляемого технического решения с прототипом. При этом совокупность только минимальных и только максимальных значений пределов заявляемых технических и технологических параметров, содержащихся в формуле изобретения, не могут быть достигнуты в одном устройстве, так как каждый из параметров является многоаспектным и зависимым от значений других параметров. Так, например, в одном объекте не могут быть использованы значения таких максимальных пределов, как диаметр капилляра 0,16 мм и их плотность 250 шт на 1 мм2.
Примеры проведенных исследований, результаты которых получены на основании статистической обработки экспериментальных данных, приведены в таблице 1.
В оптимальном примере 1 практической реализации заявляемого объекта было достигнуто наиболее высокое значение параметра ξ1 = 20. В приведенных вариантах осуществления заявляемого объекта положительный результат достигался по сравнению с известными устройствами за счет выбора совокупности технологических параметров способа, отраженных в таблице 1, и совершенствования конструктивных решений устройства (пример 1), обеспечившие кроме получения монодисперсной пены с минимальным размером пузырьков также и значительных показателей по производительности ее изготовления.
В примере 3 практической реализации объекта, взятого за прототип, из-за отсутствия порционной подачи газа, дробления его на одинаковые элементарные составляющие, формирующие одноразмерные пузырьки, и отсутствия ускорения их отрыва от поверхности перегородки 4 разброс диаметров пузырьков составляет 2-3 раза от среднего значения, показатель дисперсности имеет низкое значение - 0,4 и соответственно параметр прототипа ξ3 = 1.
В произвольном примере 2 при использовании значений существенных признаков изобретения из средних значений внутри заявляемых пределов было получено промежуточное значение технического результата ξ2 = 17.
Промышленная
применимость
Настоящее изобретение может быть использовано в медицине и пищевой промышленности.
Пульсирующий газовый поток разделяют на однородные, одинаковые по размерам элементарные составляющие с помощью перегородки, отделяющей газовый поток и пенообразующий состав. Для отделения образованных газовых пузырьков от поверхности перегородки создают дополнительную силу отрыва, направленную перпендикулярно направлению движения газового потока. Создание силы отрыва обеспечивается перемещением перегородки, которое осуществляют в периоды между импульсами подачи газа. Работу механизма дозирования газового потока и механизма возвратно-поступательных циклических перемещений синхронизируют посредством блока управления. Технический результат состоит в получении однородной мелкодисперсной пены. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.