混合气体和液体的装置和方法制造方法及图纸

用于把气体混合和引入大量液体中的改进了的装置和方法。该装置支承着许多处在上述液体表面下方的辐条状的排气构件（４８４）。这些构件具有朝上的多孔排气表面（４８５），压缩气体通过该表面向上释放到液体中。通常这些构件具有无孔的下部。为了抵消由旋转的构件造成的“提升泵”效应的向上的力量，这些构件要倾斜，其前边缘低于其后边缘。构件的倾斜与旋转的速度互相平衡，结果，液体相对于排气表面的合成冲角就等于零或稍大于零，从而有效地把冒出来的气体打碎成尺寸很小的气泡。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及把气体和已溶解的各种气体导入大量液体中，混合该大量液体，以及把添加剂导入这样的液体中的装置和方法。本专利技术是对各种现有的下列各种技术的改进1)把一种添加剂导入大量液体中，和/或2)把添加剂导入这一池液体中，并且同时3)从整体上混合这种大量液体。利用充气和混合来处理水和其他液体已经有一百多年了。在此期间，曾经用过的方法包括以下各种1．压缩机扩散器利用压缩机迫使气体进入液体表面以下，并通过一个扩散器。当气泡上升到液体表面时，气体就从气泡转移到液体中了。混合是在气泡上升到液体表面的时候通过液体对气泡的阻力完成的。扩散器的种类有大气泡的扩散器和细小气泡的扩散器。大气泡扩散器更加可靠些，但与细小气泡扩散器相比，工作的能效不高。细小气泡扩散器首先是能效更高，但是它常常堵塞，结果可靠性下降。尤其是，细小气泡扩散器在较低的气体流速下故障增多，受到工作能力减小的限制。有一种使用形状为大的扁平的水平盘形件的旋转气体扩散器的压缩机/扩散器。气体是从布置在圆盘四周围的多孔板中排出来的。这种装置所产生的气流中，许多气泡跟在原先的气泡所经过的路径后面，因而限制了气体溶入液体体积内的效率。这种情形还将妨碍液体有效地流入反应塔内，从而限制了它的混合效率。授予别林斯基的美国专利No.3,630,498中公开了一种高速旋转的小的混合和充气构件，这种构件中有一对沿径向水平延伸的叶片或箔片。工作时，在箔片的后面形成的气蚀区中产生了局部的真空。从叶片上排出的气泡进入该气蚀区内，由于气泡周围的压力降低而膨胀。膨胀的结果，气泡由于液压的力量而破碎成更小的气泡。然后，破碎后的气泡浮出压力降低的气蚀区，由于受到周围环境的压力而进一步减小尺寸。别林斯基专利的关键是要形成气蚀区。为了在实际的装置中形成气蚀区，箔片必须很短(例如24英寸)，并且要以很高的速度旋转(例如450RPM)。这种装置最适用于较小的面积。如果箔片做得相当长，所耗费的能量和高速旋转所造成的荷载很快就会使这种装置无法使用。2．表面充气机使用电动机来驱动靠近表面的推进器或叶片。这种充气机或者把水扬到空气中，或者吸入空气并将其喷射到刚好在表面以下。表面充气机的空气转移效率与细小气泡扩散充气装置相比一般都很低。换言之，它每溶解一磅氧气要消耗更多的能量(马力-小时)。此外，表面充气机所进行的混合一般限于靠近表面的液体。同样，混合所消耗的能量则集中在推进器的附近。高剪切应力集中在局部区域内会破坏为液体的恰当的净化所必须的脆弱的絮凝物的结构。更进一步，这种机器的轴的伸出长度受到限制，并且轴的轴承的寿命短。3．水轮机/喷洒器使用压缩机迫使气体分布到液体表面以下。这种装置也使用一种正好处在扩散器(喷洒器)上方的浸入水中的推进器来打碎气泡并进行初步的混合。水轮机-喷洒器的缺点和表面充气机的缺点相似，额外还有一个缺点，即它需要一个诸如压缩机之类的压缩空气源。4．喷气充气机利用文杜里原理，使用一个液体泵和一个喷射器把气体加入液体中，此装置公开在U.S.No.4,101,286中。喷气充气机可用于把附加的气体、液体或固体的化学物质混合在大量液体中。这种装置可靠，有很好的能调节的工作能力，是一种很好的混合器；然而，充气的效率很低。5．叶片扩散器1921年公开的授予英格拉姆的早期专利No.1,383,881中描述了一种具有旋转叶片的漂浮装置，它把气泡喷射到大量液体中。然而，这种叶片的设计受到这种要求的限制，即，它既要作为推进器驱动叶片旋转，又要将气泡排出去。叶片是倾斜的，因此，前边缘的仰角要在45°左右。结果，排出来的气体形成了长长的然后又变成很大的气泡，这种气泡使气体溶入液体内的效率很低。此外，对该专利的审查和我们的研究表明，叶片将朝着相反的方向旋转，而不是朝着英格拉姆专利中所指示的方向旋转。这是由于液体的向上流动造成的，这种流动则是由释放出来的气体的向上朝着液体表面的运动的液体提升泵效应所造成的。这种垂直的水流流过倾斜的叶片将使叶片向与专利中所指出的相反的方向旋转。总体概述实施本专利技术的装置和方法具有把气体充入或者扩散到大量液体中，并且与这些液体混合的优异的性能。这种方法的效率高，而且能耗小，解决和克服了现有技术中的各种问题和局限。扩散器总成的概述在所列举的装置中，一个气体扩散器总成悬挂在液体表面以下，进行转动。上述总成包括许多长形的沿径向延伸的，隔开距离的扩散构件或叶片。上述叶片具有整体朝向上方的排气表面，表面上有许多孔，当叶片旋转时，压缩气体从这些孔中排出来。在排出气体时，上述构件的旋转在扩散器表面上方的液体中产生了相对的流动。这种流动打碎排出来的气流，直接把气体形成气泡，这些气泡的大小要比叶片在静止状态下所产生的气泡小得多。对于一定体积的气体来说，这种尺寸较小的气泡暴露在液体中的表面积更大，能溶入更多的气体。上述构件是相当长的，例如，直径为8英尺或者更大，因此能覆盖很大的面积。构件旋转的速度相当慢，以便节约能量，但是，对于打碎这些气泡，和使气泡均匀地分布在构件所覆盖的面积上已经足够快了。所列举的装置具有良好的充气性能，能够充分与液体混合。具体的说，是由于以下的因素1)由于气泡是在由隔开距离的径向延伸的构件组成的移动的气塔中形成的，所以气体在一个很大的面积上分布得很均匀，在这个面积上产生的气体的点源荷载很小，而且混合能量的点源荷载也很小。2)气泡没有被迫跟在原先释放出来的气泡的运动路径后面。在跟着原先释放的气泡的气泡运动路径上运动的液体，一般所含的溶解气体都比较多，从而使得物质转移的扩散梯度要比不跟在原先气泡的运动路径上的气泡小。使气体溶解在液体中的驱动力，是液体中已溶解气体浓度与液体中该气体的饱和浓度之间的差。借助于使上述充满气体的液体和扩散器部件的运动，所列举的装置使得每一个后来释放出来的气泡都在一条新的路径上运动，暴露在新的液体环境中。这种在新路径上的液体接近围绕着该装置的周围液体中已溶解气体的浓度。因此，驱使气体大量转移的动力大于其他使用静止的扩散器结构的充气装置。3)由于扩散器的构件或叶片的辐条状的布置，所以四周围的液体能够进入这些叶片之间的“反应塔”(在扩散器上方的水)。这种液体进入反应塔的能力提高了反应塔中的水的翻腾，这样就增加了物质转移扩散的速度(见上面的2)，并且促进了混合。这三个因素作用的结果是气体大量溶入液体内，因为和上面陈述过的其他技术相比，气泡始终暴露在充气不足的液体中，并且还因为有更好的初步混合。冲角-叶片的倾斜为了使液体的流动对于旋转构件的剪切效果最大，需要使构件排气表面相对于液体流动的合成的冲角基本上是零，或者稍微大于零。换言之，这种流动总体上应该与这种表面平行，或者相切。为了达到零冲角，所列举的扩散器总成在设计时考虑了向上排出气体的效果。就是说，这种气体的排出使得液体在一个圆柱体或者反应塔中，也就是由旋转的叶片所形成的向上延伸部分中，向上流动。更具体的说，这种气体的排出在叶片的上方产生了一个液体区域，这个区域，由于存在着气泡，其密度要比叶片下方四周围的液体小。这种密度较小的液体从下方四周围密度较大的液体垂直向上移动。这种密度较小的液体垂直向上的流动称为提升泵效应。替换上升的密度较小的液体的四周围的液体便进入旋转叶片之间的反应塔。四周围的液体向上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于向大量液体内混合和溶入气体的装置，它包括：ａ）一个框架；ｂ）一根有纵轴线的主轴，该主轴安装在框架上，其轴线整体上与大量液体垂直，并延伸到大量液体的内部；ｃ）安装在上述主轴的位于大量液体的表面以下的位置上的排气装置，该排气 装置包括许多长形的，隔开距离的沿径向延伸的，能绕着上述轴的垂直轴线旋转的排气构件；以及ｄ）装在框架上的驱动装置，该驱动装置与上述排气装置连接，以便使排气装置旋转，上述排气构件各有一个整体平坦的朝向上方的排气表面，该排气表面有一条前边 缘和一条后边缘，各排气构件有封闭的下部，各排气构件有一条与压力气源连通的内部通道，各排气表面有许多与排气构件中的内部通道连通的小孔，上述排气表面是倾斜的，其前边缘低于其后边缘，其倾斜的角度与排气构件在特定的大量液体中的旋转速度综合在一起，使得液体相对于排气构件的合成的冲角通常为零或稍大于零，上述排气装置的旋转使得流过上述表面的液体把从这许多从小孔中冒出来的气体破碎成气泡，这些气泡要比排气装置停止不动时所形成的气泡小得多。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：韦恩A贝利，
申请(专利权)人：比奥米克瑟公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]