CN101952018A - 用于改善气-液输送的装置 - Google Patents

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Abstract

装置是具有形成圆锥内腔的外壳的锥台分散式装置，在其大端密封而在另一端削锥至排放孔。流体入口在密封端附近与内腔相切。在内腔中央具有中空、削锥的螺旋切圆锥形，其附连于密封端，该附连点轴向地对齐于排放孔以允许所含液体的连续涡流运动并充当气体入口以开始形成气体紊流。随着内腔中的液体接近排放孔，由于内腔中的面积因削锥而减小，液体被加速。液体和气体之间比重的变化导致液体上的涡流离心力和气体的向心内部涡流。其结果是在排放点处，液体大量地载有微小的气泡。

Description

用于改善气-液输送的装置
关联申请的交叉引用
本申请要求2008年2月21日提交的No.61/030,275的美国临时申请的优先权，其内容援引包含于此。
发明领域
本发明涉及用于改善气-液输送的装置。本发明特别合需的应用是将臭氧输送入消费用水或地面水池以进行杀菌。
发明背景
减少化学水处理以保护和恢复环境的普遍要求如今处于科学分析的最前沿。对饮用水持续增长的需求在许多发达国家正迅速达到临界水平。因此需要一种将气体输送入液体的改良装置。
发明概述
根据本发明的一个方面，这里提供一种使气体扩散入液体的装置，该装置包括：中空锥台形状的外壳，所述外壳具有从界定液体出口的小直径液体出口端延伸至大直径端的中轴线；输送用液体入口，所述输送用液体入口形成在所述外壳内以将液体送入所述中空外壳；螺旋切圆锥部件(“也称麟角”)，所述螺旋切圆锥部件定位和固定在外壳的中空中央内，其轴线对齐于中空锥台形状的轴线，以使输送入所述外壳的液体从入口流至出口时围绕部件的外侧形成涡流运动，所述外壳具有气体入口，用以在气体从入口移动至出口时将气体输送至外壳内的液体。
根据本发明的又一方面，装置是具有形成圆锥内腔的外壳的锥台分散式的装置，其大端密封并在另一端削锥至排放孔。存在液体入口，该入口较佳地相切于密封端附近的内腔。在内腔的中央具有一种中空的、削锥的螺旋切圆锥形状，该螺旋切圆锥形状较佳地附连于密封端，该附连点轴向地对齐于排放孔以允许所含液体的连续涡流运动并充当气体入口以开始形成气体紊流。装置的液体入口接受来自泵压源的液体，所述泵压源造成液体在内腔中旋转。由于从泵流入，液体被渐进地压向排放端。随着内腔中的液体接近排放孔，由于内腔中的面积因削锥而减小，液体被加速。液体和气体之间比重的变化导致液体上的涡流离心力和气体的向心内部涡流。两者间的涡流速度差异造成液体和气体之间的碰撞和剪切。最终效果是在排放点，液体大量地载有微小的气泡。
在本文描述的发明中，其一个目的是减少在市政工程或公共水道中使用和放置的氯和其它化学试剂的用量。
根据本发明的一个方面，该装置不仅将环境友好的臭氧用作除菌气体，还以确保与液体充分接触而产生细小气泡的方式将其注入。
装置在锥台内腔中央处包括附连于锥台大直径端的螺旋切或螺旋圆锥特征，用来使气体注入和液体质量的涡流运动增至最大。
该装置能产生足够小的气泡从而使其浮力趋势被其上的水柱的重量所超载，这导致浸入液体的时间延长。这提供液体和气体之间优于业内已知装置的接触时间。
附图简述
现在参照附图对本发明的示例性实施例进行说明，在附图中：
图1是本发明的实施例的俯视图；
图2是图1的实施例的仰视图；
图3是图1的实施例的截面图；
图4是图1的实施例的侧视和仰视立体图；
图5a-5c分别为示例性麟角的立体图、侧视图和俯视图；
图6a-6d分别为本发明一个替代实施例的立体图、侧视图、仰视图和另一侧视图；以及
图7是示例性麟角的另一立体图。
发明示例性实施例的详述
在附图所示装置(1)的实施例中，装置由塑料制成，该装置类似于具有液体入口(10)和排放口(12)、气体入口(14)和内部特征、螺旋切圆锥部件(也称为麟角)(16)的圆锥体，该装置促成最大压力和速度梯度以确保气体灌注的峰值效率。也可使用其它合适的材料进行构造。
该装置制造成在正常操作下能浸没到其所排出的液体内。
装置主要形状是锥台，其最小端充当界定出口端口的排放端。由通过锥台两平行端的中心引出的直线界定转轴。图4示出锥台大直径、小直径的较佳比值以及理想注入气体的入口、出口尺寸比值。要理解这些比值在本文中认为是可变的。
排放孔可与入口管的尺寸相等或可以是另一尺寸。示例性实施例包括比入口直径小25％的排放孔。
入口管可以是任何尺寸，但示例性实施例是锥台的大端底部(17)直径(18)的35％。在不同的入口和出口条件下单元会继续发挥作用，但效率将打折扣。
在图示的示例性实施例中，入口管3°以内地相切于锥台表面(31)的内弯区部。入口管平行于锥台的大直径端。在示例性实施例中，入口管进入位于锥台大端附近的装置。
尽管入口管必需允许液体进入主内腔，但入口管较佳地不应当伸入主内腔。内腔中除麟角以外的任意物体都可能干扰均匀液体流动并可能降低单元的性能。
装置的主内腔起到在其入口处接受诸如水之类的加压液体并形成绕转轴的旋转液体的作用，所述旋转液体以与通过排放孔排放的相同速率恒定地得以补充。
装置的大直径端具有相对于大直径端始于零高度并与液体入口成一直线的斜面。该斜面顺应并填满锥台的内表面和麟角外表面之间的空间。斜面继续环绕直到终止于斜面开始的同一点(内腔的一转)。在示例性实施例中，斜面的总高度为装置高度的1/40。根据结构，可采用其它斜面锥体以实现更少或更多的效果。斜面发挥增加液体的加速度和涡旋运动的作用。
装置的主内腔呈锥形以随着装置接受到新液体而将旋转液体恒定量地压向排放口。锥台的锥形由于具有占据相同液体体积的较小空间因而增加了旋转液体的速度。
在主内腔中具有螺旋切圆锥部件(“麟角”(16))，其底部(17)直接固定于装置大直径端，与转轴同轴。麟角帮助加速液体旋转并限制内腔紊流，紊流会减小内腔中央的低压涡流。
麟角具有从大直径底部向顶尖部轴向延伸以使气体直接注入内腔中的最低压区的中空中央(20)。麟角的中央具有贯穿钻凿的开口(22)，通过该开口(22)允许气体进入涡流质量的中央。
气体从锥台的大直径端中以密封方式连接于麟角大直径端的一个小孔、管或其它结构特征(14)进入麟角。气体从麟角的顶尖部或小直径端(22)离开麟角。
供气源或者连接自加压气源要么连接自大气压下的压力源。如果气体连接于加压气源，可能需要对供气进行调整以确保装置的最优运作。如果气体处于大气压下，装置必需有充足的液体源以在装置轴向中央形成低压涡流，从而将气体抽至单元工作在的任何深度。典型地，当在20磅/平方英寸下送入液体时，装置将产生5磅/平方英寸的真空。对于每1磅/平方英寸，单元将通过2.31英尺的液体抽取气体。本发明的装置采用液体的涡流质量而在所述涡流液体的中央产生低压区以抽入气体，将气体碎裂成众多非常细的气泡，因此所述气泡增大的表面积具有最大的势能的能力以使气泡所包含的气体扩散入它们浸没到的周围液体中。
应当理解，本领域内技术人员在细阅说明书和附图后能很清楚地理解许多改变、修正、变化以及其它用途和应用。因此，不脱离本发明的精神和范围的任何和全部这些改变、修正、变化以及其它用途和应用被认为由本发明所涵盖。

Claims (10)

1.一种使气体扩散入液体的装置，包括：中空锥台形状的外壳，所述外壳具有从界定液体出口的小直径液体出口端延伸至大直径端的中轴线；液体入口，所述液体入口形成在所述外壳内以将液体送入所述中空外壳；螺旋切圆锥部件，所述螺旋切圆锥部件的内弯曲部定位和固定在所述外壳的中空中央内，其轴线对齐于所述中空锥台形状的轴线，以使输送入所述外壳的液体在从入口流至出口时围绕所述部件的外侧形成涡流运动，所述外壳具有气体入口，用以在气体从入口移动至出口时将气体输送至所述外壳内的液体。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外壳在其大直径端密封并且所述液体入口位于所述大直径端附近。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述液体入口不延伸入所述外壳并相切于所述螺旋切圆锥部件的内弯曲表面。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述入口3°以内地相切于所述螺旋切圆锥部件的内弯曲表面。
5.如权利要求1-4中任何一项所述的装置，其特征在于，所述螺旋切圆锥部件附连于所述大直径密封端，其附连点轴向对齐于液体出口以使所含液体在流过内弯曲表面时产生连续的涡流运动。
6.如权利要求1-5中任何一项所述的装置，其特征在于，所述入口从泵压源接受液体，所述泵压源造成内腔中的液体旋转。
7.如权利要求1-6中任何一项所述的装置，其特征在于，所述排放孔口尺寸上等于入口的尺寸。
8.如权利要求1-6中任何一项所述的装置，其特征在于，所述排放孔比所述入口小25％。
9.如权利要求1-6中任何一项所述的装置，其特征在于，所述入口是所述中空锥台形外壳的大端直径的35％。
10.如权利要求2-9中任何一项所述的装置，其特征在于，所述锥台形外壳的大直径端在其中界定有相对于大直径端始于零高度并与液体入口成一直线的倾斜的斜面，并且所述斜面顺应并填满所述外壳的内表面和所述螺旋切锥形部件的内弯曲部之间的空间。
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