專利名稱：用于將氣體混入流動(dòng)液體的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將氣體混入流動(dòng)液體的管線內(nèi)裝置。在這種裝置的各種應(yīng)用 中，其提供一種能夠有效地使氧溶解于水中以及產(chǎn)生水懸浮液中的空氣泡的裝置。
背景技術(shù)：
隨著公眾越來越廣泛地認(rèn)識(shí)到富氧水的好處，對(duì)把富氧空氣完全地混入水中的總 需求正在不斷擴(kuò)大。由于這種混合物包括許許多多在水中的只有用顯微鏡才能觀察到的氣 泡，所以其典型的好處之一是它能夠把真正富氧的氣體輸送到通常浸沒在水下的地方。下列專利文件中描述了各種用于把氣體混入液體的傳統(tǒng)方法· 1973年的US-3775314“用于把氣體混入水的方法和裝置(Method and apparatus for mixing gas with water)”· 1981年的US-4271099 “用于把氣體完全混入液體的裝置(Apparatus For Thorough Mixture of a Liquid with a Gas)”· 1989年的US-4838434 “空氣噴射的水力旋流裝置和用于從微粒懸浮液分離 出微粒的方法(Air Sparged Hydrocyclone Apparatus and Methods for Separating Particles From a Particulate Suspension)，，· US-5049320 “氣體溶解系統(tǒng)和方法(Gas Dissolving System and Method) ”·υ5-6103128“用于把氣體混合于液體的方法和裝置(Method and Apparatus for Mixing Gas with Liquid)”現(xiàn)在需要有比上述已有技術(shù)的裝置有所改進(jìn)的用于將氣體混入流動(dòng)液體的方法 和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于將氣體完全地混入液體的管線內(nèi)裝置。這 種裝置包括兩個(gè)部件。第一個(gè)部件是中空截頭錐形殼體，該殼體具有從限定流體出口開口 的小直徑流體出口端延伸至大直徑端的中心軸線；定位成鄰近大直徑端的液體進(jìn)口端口形 成在所述殼體上，該液體進(jìn)口允許加壓液體輸入所述中空殼體；以及螺旋地切割的圓錐形 構(gòu)件定位并固定在所述殼體的中空中央，其軸線與中空截頭錐形殼體的軸線對(duì)準(zhǔn)，使得被 輸送進(jìn)入殼體的流體在從進(jìn)口端口流向流出開口時(shí)繞圓錐形構(gòu)件的外側(cè)作渦流運(yùn)動(dòng)，所述 殼體具有氣體進(jìn)口，該氣體進(jìn)口用于在液體從進(jìn)口向流體流出開口運(yùn)動(dòng)過程中將氣體在鄰 近流體流出開口的位置輸入中空截頭錐形殼體內(nèi)的流體。注入了氣體的流體流過截頭錐 形殼體并通過在小直徑端的所述流體出口而進(jìn)入第二部件的內(nèi)部空間，第二部件是容納外 殼。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，這個(gè)容納外殼完全包容著第一部件，而在另一示例性實(shí)施例 中，容納外殼僅收集從第一部件的出口開口流出的流體。從中空截頭錐體出口流進(jìn)容納外 殼的流體聚積在容納外殼里并通過形成在容納外殼上的排出端口流出。這種裝置在以下意 義上是管線內(nèi)裝置在進(jìn)入的加壓流體的驅(qū)動(dòng)下，加壓流體從液體進(jìn)口進(jìn)入并在流過中空截頭錐體，在該處被注入氣體，而后穿過其出口流出而進(jìn)入容納腔室，然后再從容納腔室出 口流出。按照本發(fā)明的另一方面，第一部件是擴(kuò)散型的截頭錐，其具有形成截頭錐形腔室 的殼體，腔室的大端被密封，而在另一端漸縮成排出口。鄰近于密封端設(shè)有相切于腔室的流 體進(jìn)口。在該腔室的中央設(shè)有螺旋地切割的中空錐形構(gòu)件(“獨(dú)角獸角錐”)，其錐底固定 于密封端，而“錐形獨(dú)角獸角錐”的錐尖對(duì)準(zhǔn)排出口孔，這有助于使所包含的流體作連續(xù)的 渦流運(yùn)動(dòng)，并用作氣體進(jìn)口端口以開始形成氣體渦流。這個(gè)第一部件的流體進(jìn)口接納來自 泵送源的加壓流體而使流體在腔室內(nèi)旋轉(zhuǎn)。由于泵連續(xù)不斷地輸送來流，流體被逐漸推向 第一部件的排出開口，并且由于腔室的橫斷面的逐漸減小，流體越接近排出口越被加速。液 體和氣體之間的密度差使密度較大的渦流液體被推向外圓周，而密度較小的氣體形成處在 頂峰的小氣旋。氣液兩相之間的速度差引起液體和氣體之間的剪切。最終的結(jié)果是，在第 一部件的排出口處形成完全混合的懸浮液，其中充滿大量小氣泡。本發(fā)明的裝置優(yōu)于其它氣體溶解裝置的諸多優(yōu)點(diǎn)之一是能夠產(chǎn)生極端細(xì)微的氣 泡，這可使液體充氣和其它類型的氣體溶解的許多優(yōu)點(diǎn)最大化。本發(fā)明的裝置提供一種可將諸如氧的氣體有效地溶解于諸如水的液體之中并在 水懸浮液中形成空氣泡的措施。本發(fā)明的裝置特別適用于水中栽培產(chǎn)業(yè)，因?yàn)閷⒀踺斔偷街参锏母繉?duì)植物的茁 壯生長和生長速率是至關(guān)重要的。對(duì)于魚類和需要氧來生存和繁衍的植物之類的水棲生 物，富氧水也是很重要的。用這種裝置向養(yǎng)魚池或水族箱供給注入了氧的水可提高一定容 積的水族箱里耗氧生命體的養(yǎng)殖密度。這種裝置的另一種應(yīng)用是用于洗衣房和紡織品清 洗，清洗可獲益于富氧水和細(xì)小的空氣泡。氧有助于肥皂更好地清洗，而氣泡可使肥皂產(chǎn)生 更多的泡沫而更深地滲進(jìn)織物纖維，甚至可漂洗得更干凈，這允許洗衣機(jī)降低肥皂和水需 要量。


下面參照附圖舉例說明本發(fā)明的各示例實(shí)施例，各附圖中圖1是示出裝置的一個(gè)示例性實(shí)施例的垂向剖視圖，該實(shí)施例有一個(gè)容納外殼， 其包容著中空截頭圓錐形部件；圖2是圖1的示例性實(shí)施例的流動(dòng)通道的水平剖視圖；圖3是本發(fā)明的裝置的一個(gè)替換實(shí)施例的立體圖，該實(shí)施例具有收集室；以及圖4是圖3的實(shí)施例的垂向剖視圖，圖示出這種裝置的這一實(shí)施例的基本形狀和 流動(dòng)通道。
具體實(shí)施例方式在所示的本發(fā)明的各實(shí)施例中，這種裝置(8)是用塑料制成，其形狀像圓筒體， 它有限定的流體進(jìn)口(10)、中空截頭圓錐體的排出開口(12)、容納外殼排出開口、氣體進(jìn) 口(14)、限定內(nèi)部截頭圓錐形腔室的截頭錐體(20)、以及在截頭錐形腔室內(nèi)的獨(dú)角獸角錐 (16)，該獨(dú)角獸角錐有助于使壓力和速度梯度達(dá)到最大而能確保氣體注入效率為最高。也 可用其它適當(dāng)?shù)牟牧蟻碇圃臁?br> 這種裝置的各實(shí)施例制造成，在正常的使用中，連接在管線上，通過進(jìn)口(10)供 入加壓液體并通過排出口(11)將流體排出至通向管路、管線或柔性軟管的固定連接處。這種裝置的第一部件是截頭錐體(20)，它的最小端0 具有排出開口(12)，該 排出開口(12)定位成通向容納外殼04)。旋轉(zhuǎn)軸線由穿過截頭錐體兩個(gè)平行端中心的線 (線A-A)所定義。圖示的這一實(shí)施例表示出對(duì)于理想的氣體注入為優(yōu)選的截頭錐體大端直 徑、小端直徑、進(jìn)口和出口尺寸之比。截頭錐體的排出口在尺寸上可以與進(jìn)口管子(10)相等或者可以是其它的尺寸。 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，截頭錐體的排出口(1 的直徑比進(jìn)口管子(10)的直徑小25%。進(jìn)口管子(10)可以是任何尺寸的，但在一個(gè)示例性實(shí)施例中，是截頭錐體的大端 直徑06)的35%。本發(fā)明的裝置在不同的進(jìn)口和出口尺寸之比下仍能發(fā)揮功能，但如果進(jìn) 出口尺寸之比變動(dòng)太大，裝置的效率將有所變化甚至可能受損。容納外殼上限定的排出口和排出管(11)可以是任何尺寸的，但在示例性實(shí)施例 中，為了便于安裝，典型地，讓其與進(jìn)口管子(10)尺寸相等。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)口管子(10)以相切于或近乎相切于截頭錐體的內(nèi) 部曲率進(jìn)入中空截頭圓錐體00)的內(nèi)部腔室。進(jìn)口管子(10)定位成在或鄰近于截頭錐體 的大直徑端06)處。如果進(jìn)口管子不是相切于截頭錐體的內(nèi)部曲率或不是鄰近其大直徑 端，這種裝置仍能發(fā)揮功能，但其效率將會(huì)降低。在所示的各實(shí)施例中，進(jìn)口管子(10)可使流體進(jìn)入截頭錐體的腔室，但進(jìn)口管子 不得伸進(jìn)截頭錐體，而是它應(yīng)該在截頭錐體進(jìn)口 處終止于截頭錐體的壁，因?yàn)榻仡^錐 形腔室里除獨(dú)角獸角錐結(jié)構(gòu)之外的任何物體都將破壞所希望的均勻流動(dòng)而降低這種裝置 的性能。這種裝置的示例性截頭錐體00)所起的作用是使從液體源通過進(jìn)口管子在截頭 錐體進(jìn)口處接收加壓液體(通常是水)并形成流體繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)體，并且補(bǔ)給流 量恒等于排出流量。本發(fā)明的截頭錐體00)的大直徑端具有表面(23)，該表面一邊繞大直徑端的圓 周延伸一邊升高。它的相對(duì)于與截頭錐體的液體進(jìn)口平齊的大直徑端具有零升程。這一斜 坡遵循并填充截頭錐形腔室的內(nèi)表面與獨(dú)角獸角錐結(jié)構(gòu)的外表面之間的空間。該斜坡連續(xù) 地圍繞該單元的整個(gè)圓周，直至終止于它起始的那一點(diǎn)(延伸腔室的一圈)。該斜坡的總升 程通常約為截頭錐體的高度的10%。根據(jù)結(jié)構(gòu)配置，可以采用其它的斜坡陡度來減小或增 大其效果。這種斜坡的作用是增大加速度和增強(qiáng)流體的渦流運(yùn)動(dòng)，從而提高效率。這種裝置的截頭錐體00)的錐度可將旋轉(zhuǎn)的流體連續(xù)不斷地推向排出端(12)， 同時(shí)讓新的液體輸入該裝置。從進(jìn)口位置向排出位置截頭錐的橫斷面的連續(xù)減小可使流體 的旋轉(zhuǎn)速度增高并保持連續(xù)流動(dòng)。在所示的各示例性實(shí)施例中，在截頭錐體的主腔室內(nèi)部，有與旋轉(zhuǎn)軸線(線A-A) 同軸的有螺旋形凹槽的圓錐體02)(本文中也稱其為“獨(dú)角獸角錐”)，它的錐底直接固定 于中空截頭錐體的大直徑端。作為有螺旋形溝槽的錐體的獨(dú)角獸角錐的形狀和形式可通過 降低過度的紊流和邊界壁和流體之間的摩擦而有助于加速液體的旋轉(zhuǎn)，從而提高效率。獨(dú)角獸角錐具有氣體進(jìn)口小孔(14)，該小孔從截頭錐體的大直徑端軸向地延伸穿 過獨(dú)角獸角錐而在截頭錐體的頂部附近通向截頭錐形腔室，用于將氣體直接注入截頭圓錐形腔室內(nèi)鄰近于該截頭錐形出口的最低壓力區(qū)域。氣體可通過這個(gè)從截頭錐體的大直徑端延伸穿過獨(dú)角獸角錐的氣體進(jìn)口進(jìn)入截 頭錐形腔室，而截頭錐體的大直徑端是以密封的方式連接于獨(dú)角獸角錐的大直徑端。氣體 可從獨(dú)角獸角錐的頂端或稱小直徑端流出獨(dú)角獸角錐。供給到獨(dú)角獸角錐的氣體可以是來自加壓的氣源或處于大氣壓力下的氣源。如果 氣體連接到加壓氣源，則可能需要對(duì)供氣進(jìn)行調(diào)節(jié)以確保這種裝置的最佳工作。如果是以 大氣壓力供氣，則這種裝置必須有足夠的流體供給，以使這種裝置的軸向中心的渦流處形 成所需要的真空度，從而克服單元的排出處的壓力。典型地，在以20磅每平方英寸的壓力 供給流體時(shí)，這種裝置將產(chǎn)生5磅每平方英寸的相對(duì)真空度。下面描述本發(fā)明的容納外殼的兩個(gè)實(shí)施例。圖1表示出第一實(shí)施例。容納外殼04)完全地包容著截頭錐體。通向截頭錐形腔 室的流體進(jìn)口(10)穿過外殼04)的壁并且不允許任何進(jìn)口液體不首先穿過混合截頭錐體 而直接進(jìn)入外殼。氣體/液體混合物從出口端流出截頭錐之后進(jìn)入容納外殼的腔室。外殼 只有一個(gè)出口(11)，所有混合了的流體從這個(gè)出口排出。這個(gè)排出口可設(shè)置在外殼上的任 何地方，但根據(jù)這種裝置的安裝，其應(yīng)該設(shè)置得盡可能高，以防止上升的氣泡聚集成氣窩。圖3和4表示出第二實(shí)施例。容納外殼04A)是球形的(或其它類似形狀的)，坐 落在截頭錐體上，并可有效地收集從截頭錐流出的所有混合了的流體。它應(yīng)該是曲面形狀 的，諸如圖中所示，并應(yīng)有可使紊流為最小的足夠大直徑，以降低摩擦和提高效率。隨著它 遠(yuǎn)離截頭錐體，其橫截面面積朝向排出區(qū)域G4)逐漸減小，在這一示例性實(shí)施例中，排出 區(qū)域與進(jìn)口尺寸相同，并且外側(cè)有標(biāo)準(zhǔn)的螺紋(或凸緣)，以便能連接到標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)管道或管 路。即使排出口直徑不同于進(jìn)口直徑，本發(fā)明的裝置仍能進(jìn)行氣體和液體的混合，但可能不 會(huì)同樣地有效，并且可能需要對(duì)整個(gè)混合系統(tǒng)做更多的修改。應(yīng)能理解，對(duì)熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人來說，在閱讀本說明書和附圖之后，本發(fā)明顯然 可以有各種改變、變型、變化和其它用途和應(yīng)用。所以，不偏離本發(fā)明的精神和范圍的任何 和所有這類改變、變型、變化和其它用途和應(yīng)用都將被認(rèn)為是由本發(fā)明所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種用于將氣體混入液體的裝置，包括中空截頭錐形殼體，所述殼體具有從限定 流體出口開口的小直徑流體出口端延伸至大直徑端的中心軸線；鄰近所述大直徑端定位 的液體入口端口形成在所述殼體上，所述液體入口端口允許加壓液體輸送進(jìn)入所述中空殼 體；以及螺旋地切割的圓錐形構(gòu)件定位并固定在所述殼體的中空中央內(nèi)，所述圓錐形構(gòu)件 的軸線與所述中空截頭錐形殼體的軸線對(duì)準(zhǔn)，使得輸送進(jìn)入所述殼體的流體在從進(jìn)口端口 流向出口開口時(shí)繞所述圓錐形構(gòu)件的外側(cè)作渦流運(yùn)動(dòng)，所述殼體具有氣體進(jìn)口，所述氣體 進(jìn)口用于在流體從進(jìn)口向流體出口開口運(yùn)動(dòng)時(shí)將氣體在鄰近所述流體出口開口的的位置 輸入所述截頭錐形殼體內(nèi)的所述流體。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，注入了氣體的流體通過所述小直徑端處的 所述流體出口流過所述截頭錐形殼體并進(jìn)入第二部件的內(nèi)部空間，所述第二部件是容納殼 體，所述容納外殼完全地包容著所述截頭錐形殼體。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，注入了氣體的流體通過所述小直徑端處的 所述流體出口流過所述截頭錐形殼體并進(jìn)入第二部件的內(nèi)部空間，所述第二部件是容納殼 體，所述容納外殼僅收集從所述截頭錐形殼體出口開口流出的流體并使流體通過形成在所 述容納外殼上的排出口流出。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述裝置在以下意義上是管 線內(nèi)裝置在進(jìn)來的加壓流體的驅(qū)動(dòng)下，加壓流體進(jìn)入所述流體進(jìn)口并流過所述中空截頭 錐形殼體，在所述中空截頭錐形殼體處所述加壓流體被注入氣體，而后穿過所述中空截頭 錐形殼體的出口，進(jìn)入所述容納腔室，然后再從所述容納腔室出口流出。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述截頭錐形殼體形成圓錐形腔室，所述腔 室在一大端密封，而在另一端漸縮成排出口，并且所述殼體上鄰近于所述密封端限定有相 切于所述圓錐形腔室的流體進(jìn)口，以及所述圓錐形腔室的中央內(nèi)設(shè)置有中空、錐形螺旋切 割的錐形，所述錐形固定于所述密封端，所述錐形的錐尖與所述排出開口軸向?qū)R，以促使 所包含的流體作連續(xù)的渦流運(yùn)動(dòng)，并用作氣體進(jìn)口端口以開始形成氣體渦流。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述截頭錐形殼體的所述流體進(jìn)口接納來 自泵送源的加壓流體而使液體在所述腔室內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述中空截頭錐形殼體排出 開口的直徑尺寸在等于所述進(jìn)口端口直徑到比所述進(jìn)口端口直徑小25%范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述進(jìn)口端口的直徑約為所 述截頭錐形殼體的大端直徑的35%。
9.如權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述進(jìn)口端口相切于或近乎 相切于所述截頭錐形殼體的內(nèi)部曲率進(jìn)入所述截頭錐形殼體的內(nèi)部腔室，并且所述進(jìn)口端 口在所述大直徑端處或鄰近于所述大直徑端定位。
10.如權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述進(jìn)口端口允許流體進(jìn) 入所述截頭錐體的腔室，進(jìn)口管在截頭錐體的進(jìn)口處終止于所述截頭錐體的壁。
全文摘要
一種用于將氣體混入液體的裝置，包括中空截頭錐形殼體，該殼體具有從限定流體出口開口的小直徑流體出口端延伸至大直徑端的中心軸線；鄰近于大直徑端定位的液體進(jìn)口端口形成在所述殼體上，該液體進(jìn)口端口允許加壓流體輸入所述中空殼體；以及螺旋地切割的圓錐形構(gòu)件定位并固定在所述殼體的中空中央，其軸線與所述中空截頭錐形殼體的軸線對(duì)準(zhǔn)，使得被輸送進(jìn)入殼體的流體在從進(jìn)口端口流向出口開口時(shí)繞圓錐形構(gòu)件的外側(cè)作渦流運(yùn)動(dòng)。殼體有氣體進(jìn)口，該氣體進(jìn)口用于在流體從進(jìn)口向流體流出開口運(yùn)動(dòng)時(shí)將氣體在鄰近流體出口開口的位置輸入截頭錐形殼體內(nèi)的流體。
文檔編號(hào)B01F3/04GK102056654SQ200980122235
公開日2011年5月11日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月8日
發(fā)明者D·伯恩斯, J·約, R·羅內(nèi)托 申請人:藍(lán)星環(huán)境股份有限公司