高輸出量的臭氧處理設備的製作方法
2024-03-27 09:58:05
專利名稱：高輸出量的臭氧處理設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用來利用臭氧進行水處理、特別是為了飲用水和製冰而進行水處理的設備及方法。
背景技術：
人們已熟知多年，可以通過用臭氧處理可以對水進行淨化，以去除有害的有機體。但在嘗試將臭氧溶解在水中以淨化其的過程中存在問題，且目前仍未能從水中排出大部分的未反應臭氧，從而浪費了臭氧並可能會危及人們的健康。
為了這個目的，已使用了四種類型的氣—液接觸器，它們包括其中以氣態形式散布液體的噴霧塔、填料床、泡罩板或篩塔以及最後還包括用於將氣泡散布在液體中的單元。
許多設備設計為用於工業目的，但不太適合要求相對較為小型的裝置的、用來連續地製成淨化水的用途，如與店內製冰機或家用淨水器相關的用途。
在諸如Pawloski的美國專利第3,562,349號之類的先前文獻中，建議使用環管反應器來處理相關的液體和氣體。在該文獻中，一泵使液體繞一封閉的環管循環，該環管帶有若干入口和包括在單元頂部處的一氣體出口的若干出口。
Leitzke的美國專利第4,252,654號專門涉及用臭氧進行水處理。其中，繞環管循環的水被分成若干單獨的路徑來進行處理。只繞環管通過一次，而僅將總水流的一部分用臭氧來處理。採用一填料柱，且一部分的水從頂部噴出。
在Kirk的美國專利第3,945,918號中示出了通過繞一環管循環臭氧來用臭氧對水進行處理的另一種設備。其中存在著用於將水與臭氧攪拌混合的紊流區域，並形成有穿過水的臭氧逆流。
本發明人的較早的美國專利第5,174,905號中揭示了一種與現有技術相比明顯改進的臭氧處理器。但該臭氧處理器受到穿過其的最大水流的限制。已經發現，水流的限制是由於許多因素而產生的。這些因素中的一個是所採用的用來將水從第一管道轉向第二管道的節流器。另一因素是如果水流增加過快，從第二管道流出的水就與包含於其中的過多的臭氧一起從設備排出。
因此，本發明的一個目的是提供一種改進的臭氧處理設備，與現有技術相近尺寸的裝置相比，它所能穿過臭氧處理器運送的水流量明顯增大。
本發明的另一目的是提供一種改進的臭氧處理設備，它能對從其排出的過多臭氧的釋放加以更好的控制。
本發明還有一個目的是提供一種改進的臭氧處理設備，它與現有技術的設備相比，能使水流更層流化。
發明內容
鑑於這些目的，本發明的一方面內容提供一種利用臭氧處理水的設備，它包括一第一管道和用於將臭氧進給入第一管道的通道。該設備設有一第二管道，該第二管道具有一頂部、一連接至第一管道的入口以及一出口。該設備設有一第三管道，該第三管道具有一頂部和一在鄰近第二管道的出口處向下延伸豎向部分。第三管道具有一底部，該底部帶有一在第二管道的出口下方的出口。該設備設有一通道，它在第二管道的出口上方將第三管道連接至第一管道。通道的尺寸構造成，與流過第二管道的水流相比，使較少的水流穿過第三管道，並提供用來使從第二管道的出口排出的臭氧上升穿過第三管道的豎向部分以增加臭氧在水中的溶解的裝置。該設備設有一泵，它具有足夠的功率來迫使產生離開第二管道的出口的一水和未溶解臭氧的水流，並使所述水流在未溶解的臭氧向上循環之前達到一位置，所述位置在從第二管道出口到第三管道出口的距離的至少一半處、但小於從第二管道出口到第三管道出口的距離。
該設備可能包括一節流器，用來將來自第一管道的水轉向到第二管道中，第一管道包括連接至第二管道的一彎管，第一管道的彎管具有一彎曲形的內部，該內部有一內側半徑，所述節流器有一彎曲形的內部，且該彎曲形內部與第一管道的彎管的內部對齊，並與第一管道的彎管的內側在鄰近內側半徑處形成一光滑的曲面。
較佳地是，該設置形成一環管，且該環管帶有一從靠近第二管道的出口處延伸到泵的管道。
在靠近環管的頂部處可有一出口。
在本發明的一較佳形式中，第二管道在第三管道的內側。
本發明的另一方面內容提供一種利用臭氧處理水的設備包括一第一管道，該第一管道帶有用於將臭氧進給入第一管道的通道。該設備設有一第二管道，該第二管道具有一連接至第一管道的入口和一出口。該設備設有一第三管道，該第三管道具有在第一和第二管道上方的一頂部。該第三管道具有一鄰近該頂部的水平部分和一從頂部向下延伸的豎向部分。
一通道將第三管道連接至第一管道。通道的尺寸構造成，與流過第二管道的水流相比，使較少的水流穿過第三管道，並提供用來使從第二管道的出口排出的臭氧上升穿過第三管道的豎向部分以增加臭氧在水中的溶解的裝置。設有穿過管道泵送水的裝置。在第三管道頂部處的一臭氧安全閥在其附近的臭氧累積的作用下打開。
例如，臭氧安全閥可包括一浮子機構，該浮子機構設有一浮子，當浮子下落時臭氧安全閥被打開。
與現有技術相比，本發明具有顯著的優點。通過將第二管道的出口定位在第三管道的出口上方相當一段的距離處，泵送率明顯地提高。這能產生與現有技術相比明顯提高的臭氧處理能力。如果在較早的一般類型的設備中提高泵送率，則會導致未溶解的臭氧被引導穿過第三管道並回到泵中，引起空泡現象，並從而引起泵的功能混亂。與現有相比地向上移動第二管道的出口，使水流和未溶解的臭氧有足夠的空間來向下移動，使臭氧能在到達第三管道的出口之前開始向上冒泡。
採用漂浮致動的臭氧安全閥防止了所不希望的設備頂部處的未溶解臭氧累積，這種未溶解臭氧的累積在一些現有技術的裝置中是可能發生的。過多臭氧自動地被放出，且在放出後被活性碳或類似可用的物質銷毀。
上述的節流器較佳地是具有一彎曲形的內部，且該彎曲形內部與第一管道的彎管的內部對齊，並與第一管道的彎管的內側在鄰近內側半徑處形成一光滑的曲面。這樣的結構可形成穿過節流器的更加層流化的水流，從而明顯地提高泵送能力。泵送能力的提高就會使臭氧處理能力明顯增強。
附圖簡述
圖1是根據本發明的利用臭氧來進行水處理的一裝置的簡化示意側視圖，圖中局部分剖開。
圖2是帶有其第一、第二及第三管道的鄰接部分的該設備的節流器的放大局部剖視圖；以及圖3是該設備的側視圖。
具體實施例方式
參見圖1，它示出了一用於利用臭氧處理水的設備10。該設備是一連續環管12的形式，且由相互連接的多根不同的管道組成。可採用的合適材料是抗臭氧金屬或塑料。在本較佳實施例中，環管12具有一第一豎向側部14、一第二豎向側部16、一水平底部18以及一水平頂部20。或者，頂部和/或頂部也可以是傾斜的。在環管的底部處設有一循環泵22，它在凸緣28和30處由管道23連接到一第一管道26的彎管24上。在本例中，管道23使泵22的一部分。在本例中使用一Grundfos UP-15-42SF泵，但也可以替換成其它抗臭氧侵蝕的泵。第一管道26從凸緣30延伸到位於側部14頂端的一節流器32。其在彎管24上方的底部部分包括一文丘裡管，該文丘裡管由一段與上方的管道部分相比直徑相對較小的管子形成。
在文丘裡管上設置了一臭氧入口注射器46，以將臭氧進給到環管12內的水中。在本特定的例子中，使用了一3/4″Mazzei584注射器，但根據諸如流動速率之類的因素，也可替換為其它類型的注射器。一擴大的接頭38將文丘裡管連接到管子40，如上所述，該管子40的直徑大於文丘裡管。在擴大的接頭38的上方，一小孔板42延伸橫過管子40的內部。板42具有穿通其的多個開孔44。
一彎管46連接至管子40的頂部，並將環管的側部14與環管的頂部20連接。節流器32位於彎管的上端內，並在內側是漏鬥形。節流器與彎管的內部緊密相配，以將其連接至直徑較小的第二管道48。但在節流器32中設有一通道50，如圖2所示，它與第三管道52的內部連通。在本例中，鄰近通道50處設有一類相似的孔形通道(未圖示)。管道52圍繞管道48延伸，並與其間隔開。
節流器32對接在彎管46的內肩部47上。減速器具有一呈彎曲形的內表面33，該表面33與彎管的內側彎曲形表面49在其內徑處對齊。如可看到的，在表面49與表面33之間具有光滑連續的曲率。與現有技術相比，這可產生從彎管46到管道48更層流化的流體流，並明顯地增加穿過設備的最大流量。
從節流器的小端53向內延伸一管座51。管道48靠著肩部55貼合地配合在管座內。可以看見，節流器的表面33與管道48的內側表面57.1對齊，也同樣導致平滑的層流。
管道52在彎管內側的表面59和減速器的表面63之間配合在環狀空間61內。管道52對接靠在減速器的肩部65上。
第二管道48橫過環管的頂部20延伸到彎管54，該彎管54連接到管道的一豎向部分56。第二管道在豎向部分56的底部處有一開口端58，該開口端58形成第二管道的一出口。
第三管道52有一圍繞第二管道的彎管54延伸的彎管60，該彎管60連接至一第三管道的豎向部分62，如圖1中所示。部分62在第二管道的出口58的下方延伸，並連接至形成第三管道下部的一節流器64。
第二管道的出口58位於減速器64的出口67的具有相當一段距離的上方。在本例中，出口58位於彎管60的底端68的上方。在不同的實施例中，出口58的準確位置會有變化。但該位置一般在彎管54的出口端71與彎管60的底端69之間變化。
環管12有一內側13和一外側15。在本實施例中，彎管54的出口端71是相對於第三管道的彎管朝向環管的內側13偏心地放置的。如可看到的，彎管64和60都具有與環管的內側相鄰的內側部55和67。這使彎管54的外側部57與彎管60的外側部75之間形成一較寬的通道73，以供如氣泡77所示的氣體通過。因此，這些氣泡的通過不會受到第二管道48的阻擋。
泵22具有足夠大的輸出功率，以迫使從出口58排出的水向下穿過第三管道的豎向部分62，如箭頭75所示。包含未溶解的氣泡的水流在圍繞豎向部分62的內部循環之前接近但不到達出口67。因此，包含未溶解氣體的水不穿過環管再循環回去，故不會導致泵的空泡現象。而是當水在如箭頭75.1所示那樣向下流過第三管道的豎向部分62時，氣體從氣/水混合物中分離出來，以使由氣泡77所代表的未溶解氣體能豎向上升。包含未溶解氣體的水流從出口58被向下推進到一位置150。該位置的準確位置隨著不同的實施例並根據流動速率等是變化的。但它應儘可能地靠近節流器64的出口67，使未溶解的氣體不會被直接推出出口。一般來說，位置150將在從第二管道的出口58到形成第三管道一部分的節流器64的出口67的距離的至少一半處。但該位置必須小於從第二管道出口到減速器上的第三管道出口的距離。
在第三管道52中、環管頂部20處設有一開口66。開口66與一廢氣控制裝置68連通，該廢氣控制裝置用作離開設備的氣體的一出口。在本例中，開口66設有內螺紋。螺紋塞91配合在該開口中。一彎管93連接至該塞子。該彎管接著又連接至裝配有一管口97的一管道95。在本例中，該管口為0.024″。由螺線管101所控制的一閥99沿著管道95設置。電磁閥由一浮子103控制。該浮子裝配有磁體107，並可在一軸109上豎向滑動。當磁體鄰近一笛簧開關111時，該笛簧開關被致動。當第三管道的開口66附近的區域中充滿氣體時，浮子下落，觸動笛簧開關，並打開常關的電磁閥99，以釋放所累積的氣體。一旦過多的臭氧被釋放，浮子上升，閥再次關閉。
節流器64連接至在其頂部的T形接頭70的第一入口71。在T形接頭底部處設有一第二入口72，它連接至用於未處理過的水的一管道74。在本實施例中，管道74設有一壓力控制調節器76和一入口螺線管78。在T形接頭70的側部上設有一出口84，它與用於處理好的水的一出口管道86連接。出口82有一凸緣92，該凸緣連接至泵22上的一凸緣94，從而封閉環管。
在圖3中示出了另外一些部件。圖中示出了包含活性碳的一臭氧銷毀器150，它連接至圖1所示的管口97。可以使用其它材料來替代活性碳。該圖還示出了一臭氧發生器152，它通過管道154連接到臭氧注射器36。該管道延伸穿過一電磁閥156，所述電磁閥156防止水在所述單元關閉時回流到臭氧發生器中。
所有使用的材料必須是能抗臭氧侵蝕或降解的。P.V.C(聚氯乙烯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)塑料或316不鏽鋼是可以滿足要求，而鋁、黃酮、不鏽鋼、尼龍、氯丁二烯橡膠、PTFE(聚四氟乙烯)以及蒙乃爾銅-鎳合金則不行。
操作及方法在操作中，要處理的水通常從一給水裝置進入設備的管道74，如箭頭92所示。未處理的水穿過管道74，並被T形接頭70轉向泵22。泵使水圍繞環管22循環，首先如箭頭95所示將其泵送到文丘裡管34。在文丘裡管中，通過臭氧注射器36向水中添加臭氧，如箭頭96所示。在文丘裡管上方，迫使水和臭氧穿過板42中的開口44，這些開口用來將臭氧打碎成更小的氣泡，並使臭氧溶解在水中。
在過了彎管46之後，環管分叉成由第二管道48和第三管道52所形成的兩個分支。節流器32將來自彎管46的大部分水流和臭氧轉向入較小的管道48。該水流，如箭頭100所示，繼續向下流到第三管道的豎向部分62中。
節流器32中的通道50使水流在第三管道與第二管道的空隙中穿過第三管道52，如圖2中的箭頭104中所示。該水流僅由穿過通道50的水量所產生，因而，與管道48中的水相比，是以較小的線速度流向第二管道的出口58的。
當水從第二管道的出口58流出時，通常其中仍包含未溶解的氣態臭氧。人們希望在水中進一步溶解臭氧，以進一步淨化水，並避免產生為了安全方面的原因而需要在排出之前進行處理的臭氧水。當從出口58排出臭氧時，動量將含有未溶解氣泡的水流帶至位置150。由於氣體比水輕，所以在到達位置150後，氣體會在包含在第三管道52的豎向部分62中的液柱中上升，如氣泡77所示。在第三管道中的這樣的臭氧相對於水流的逆流進一步由在第三管道中指向上方的箭頭108示出。該氣體包括帶有分子狀態的氧氣以及臭氧的空氣，並向上運動。未溶解的氣體最終到達環管的頂部，它們在頂部運動穿過開口66，以如上所述地在浮子103下落時從設備排出。在氣體從第二管道的出口58向上運動到開口66的過程中，更多的臭氧溶解在水中。
在第三管道中、圍繞第二管道的水向下運動，如箭頭112所示，與來自第二管道的水匯合，並進入T形接頭70，如箭頭100所示。然後，大部分的水或者所有的水通過環管再循環回去。但一較小部分的水，如箭頭120所示，可能會根據需要被轉向到出口管道86中。這是由一具有一管口的閥(未圖示)控制的，它限制了排出系統的處理水的量，以保證僅供應處理好的水。因此可見，大部分的水通過管道87繞環管再循環，以進一步進行處理，以淨化所需量的水。在本例中，管道87是泵22的組成部分。當要求如箭頭120所示的作為淨化水的連續工作制式時，僅有一部分水從管道86管道86取出。當環管充滿至其容量後，進入環管的未處理水92的量就與通過86離開的處理好的水的量相同。
熟悉本技術領域的人們應會理解，以上所提供的許多細節僅是以示例的方式給出的，並可對它們進行修改而不超出本發明的保護範圍，本發明的保護範圍是由以下的權利要求書來確定的。
權利要求
1.一種利用臭氧處理水的設備，它包括一第一管道；用於將臭氧進給入第一管道的一通道；一第二管道，具有一連接至第一管道的入口以及一出口；一第三管道，具有一頂部、一鄰近該頂部的水平部分、及一從頂部向下延伸的豎向部分，一彎管具有連接至水平部分的一頂端和連接至豎向部分的一底端，所述第三管道具有在該彎管下方帶有一出口的一底部，第二管道的出口在第三管道的頂部和彎管的底端之間；將第三管道連接至第一管道一通道，該通道的尺寸構造成，與流過第二管道的水流相比，使較少的水流穿過第三管道，並提供用來使從第二管道的出口排出的臭氧上升穿過第三管道的豎向部分以增加臭氧在水中的溶解的裝置；以及一泵，它具有足夠的功率來迫使產生離開第二管道的出口的一水和未溶解臭氧的水流，並使所述水流在未溶解的臭氧向上循環之前達到一位置，所述位置在從第二管道出口到第三管道出口的距離的至少一半處、但小於從第二管道出口到第三管道出口的距離。
2.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，第二管道包括一鄰近其頂部的水平部分和具有一指向下方的出口端的一彎管，第二管道的出口鄰近第二管道的該彎管的出口端。
3.如權利要求2所述的設備，其特徵在於，包括將第三管道連接至泵的一第四管道和將泵連接至第一管道的一第五管道，籍此，諸管道形成一具有內側和外側的環管。
4.如權利要求3所述的設備，其特徵在於，第二管道的彎管的出口端最終是相對第三管道的彎管向環管的內側偏置的。
5.如權利要求4所述的設備，其特徵在於，兩彎管具有鄰近環管內側的內側部。
6.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，包括一節流器，用來將來自第一管道的水轉向到第二管道中，第一管道包括連接至第二管道的一彎管，第一管道的彎管具有一彎曲形的內部，該內部有一內側半徑，所述節流器有一彎曲形的內部，且該彎曲形內部與第一管道的彎管的內部對齊，並與第一管道的彎管的內側在鄰近內側半徑處形成一光滑的曲面。
7.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，包括用於釋放第三管道頂部附近的氣體的機構，該機構包括由在第三管道內的一浮子控制的一閥和探測浮子由於氣體的累積而下落的一傳感器，該傳感器可運作地連接至閥以在浮子下落時打開閥。
8.一種利用臭氧處理水的設備，它包括一第一管道；用於將臭氧進給入第一管道的一通道；一第二管道，具有一連接至第一管道的入口和一出口；一第三管道，具有在第一和第二管道上方的一頂部、一鄰近該頂部的水平部分以及一從頂部向下延伸的豎向部分和在豎向部分中的一出口。將第三管道連接至第一管道的一通道，該通道的尺寸構造成，與流過第二管道的水流相比，使較少的水流穿過第三管道，並提供用來使從第二管道的出口排出的臭氧上升穿過第三管道的豎向部分以增加臭氧在水中的溶解的裝置；穿過諸管道泵送水的裝置；以及在第三管道頂部處的一臭氧安全閥，它在其附近的臭氧累積的作用下打開。
9.如權利要求8所述的設備，其特徵在於，臭氧安全閥包括一浮子機構，該浮子機構設有一浮子，當浮子下落時臭氧安全閥被打開。
10.如權利要求9所述的設備，其特徵在於，一臭氧銷毀裝置連接至氣體安全閥。
11.如權利要求10所述的設備，其特徵在於，臭氧銷毀裝置包括活性碳。
全文摘要
一種利用臭氧處理水的設備，它包括一第一管道和用於將臭氧進給入第一管道的通道。該設備設有一第二管道，該第二管道具有一頂部、一連接至第一管道的入口以及一出口。該設備設有一第三管道，該第三管道具有一頂部和一在鄰近第二管道的出口處向下延伸豎向部分。第三管道具有一底部，該底部帶有一在第二管道的出口下方的出口。第二管道的出口不超過從第三管道頂部到第三管道出口的距離的三分之一。該設備設有一通道，它在第二管道的出口上方將第三管道連接至第一管道。通道的尺寸構造成，與流過第二管道的水流相比，使較少的水流穿過第三管道，並提供用來使從第二管道的出口排出的氣體上升穿過第三管道的豎向部分以增加氣體在水中的溶解的裝置。該設備設有一泵，它以足夠的泵送力來泵送來自第二管道的出口的水，而使從其流出的一水和未溶解臭氧的水流達到一位置，所述位置在從第二管道出口到第三管道出口的距離的至少一半處。
文檔編號B01F1/00GK1541189SQ02807869
公開日2004年10月27日 申請日期2002年2月1日 優先權日2001年2月2日
發明者D·肖, D 肖 申請人:北方研究技術股份有限公司