СПОСОБ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ГАЗОВОЙ ДИФФУЗИИ Российский патент 2015 года по МПК B01F3/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Описан способ высокоскоростной аэрации для упрощения добавления газа в поток жидкости.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Патент США № 7137620 представляет собой патент предшествующего уровня техники фирмы Seair Inc., в котором описано устройство для аэрации, где пузырьки воздуха вводят в поток движущейся жидкости, и затем поток движущейся жидкости проходит через диффузор, который разделяет жидкость на сталкивающиеся потоки. Хотя получены положительные результаты за счет использования устройства, описанного в патенте, были обнаружены ограничения, из которых наиболее значительное представляет собой скорость потока через диффузор.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно аспекту, предложен способ высокоскоростной газовой диффузии, который включает следующие стадии. Во-первых, расположение, по меньшей мере, одного диффузора в верхней части резервуара. Во-вторых, заполнение верхней части резервуара газом для создания газовой зоны. В-третьих, пропускание жидкости, по меньшей мере, через один диффузор для создания, по меньшей мере, двух потоков жидкости, которые сталкиваются друг с другом в газовой зоне в сдвигающем действии, которое заставляет жидкость взаимодействовать с газом. В-четвертых, сбор и удаление аэрированной жидкости из нижней части резервуара.

Согласно еще одному аспекту, газ можно вводить в верхнюю часть резервуара при положительном давлении.

Согласно еще одному аспекту, возможно существование трех или более потоков жидкости, которые сталкиваются друг с другом в общей точке. Общая точка может представлять собой двух- или трехмерную линию в верхней части.

Согласно еще одному аспекту, предложено устройство для высокоскоростной газовой диффузии, включающее резервуар, содержащий верхнюю часть, нижнюю часть, впуск газа в верхней части и выпуск жидкости в нижней части, и, по меньшей мере, один диффузор, расположенный в верхней части резервуара, по меньшей мере, один диффузор, имеющий, по меньшей мере, два отверстия для потока, выпуски которых направлены в общую точку. Насос впрыскивает жидкость под давлением вверх по восходящей трубе в диффузор. Первое соединение присоединяет насос к источнику жидкости. Второе соединение присоединяет впуск газа к источнику сжатого газа. Третье соединение присоединяет выпуск жидкости к трубопроводу для потока.

Согласно еще одному аспекту, возможно существование трех или более отверстий для потока, выпуски которых направлены в общую точку, и общая точка представляет собой двух- или трехмерную линию в верхней части.

Как будет подробно описано далее в настоящем документе, предложенный выше способ упрощает повышение скорости потока и обеспечивает другие важные преимущества.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие отличительные особенности станут более очевидными из следующего описания, в котором сделаны ссылки на сопровождающие чертежи, причем эти чертежи приведены исключительно в иллюстративных целях и никаким образом не предназначены в качестве ограничительных, где:

Фиг.1 вертикальный вид сбоку устройства для газовой диффузии, сооруженного в соответствии с описанием настоящего способа.

Фиг.2 подробный вертикальный вид сбоку в сечении резервуара устройства для газовой диффузии, проиллюстрированного на фиг.1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Далее способ высокоскоростного введения газа в текучую среду будет описан со ссылкой на фиг.1 и 2.

Структура и соотношение деталей

Сначала со ссылкой на фиг.2 будет представлено устройство для газовой диффузии, разработанное в соответствии с описанием данного способа и обозначенное в целом ссылочной позицией 10.

Устройство для газовой диффузии можно использовать для введения воздуха или кислорода в жидкость, такую как вода, которая подлежит обработке. В таких обстоятельствах данное устройство можно называть устройством для аэрации. Однако следует также понимать, что устройство 10 для газовой диффузии можно также использовать для введения других газов или смесей газов в различные жидкости, в зависимости от предпочтений пользователя и обстоятельств его применения. Соответственно, когда термин «газ» используется в настоящем документе, он предназначен для распространения на разнообразные газы или смеси газов, которые можно использовать, и термин «жидкость» предназначен для распространения на разнообразные жидкости или смеси жидкостей, в которые может быть введен газ.

Устройство 10 для газовой диффузии включает резервуар 12, который содержит верхнюю часть 14, нижнюю часть 16, впуск 18 газа в верхней части 14 и выпуск 20 жидкости в нижней части 16. Диффузор 22 расположен в верхней части 14 резервуара 12. Диффузор 22 представлен с тремя отверстиями 24, 26 и 28 для потока, выпуски которых направлены в общую точку, показанную ссылочной позицией 30. Общая точка 30 может представлять собой не единичную точку, но вместо этого может быть двух- или трехмерной линией, которая проходит через верхнюю часть 14. Диффузор 22, который изображен на чертеже, представляет собой ранее разработанный диффузор, описанный в патенте США № 7137620. Понимая описанный способ, можно определить, что необязательно использовать три отверстия для потока, что полезные результаты можно получить, используя только два отверстия или используя более чем три отверстия. Также следует отметить, что можно использовать отдельный диффузор для каждого потока при том условии, что каждый поток направлен в общую фокальную точку 30. Также следует отметить, что можно также использовать несколько фокальных точек с несколькими диффузорами. Как показано на фиг.1, предусмотрен насос 32. Как показано на фиг.2, насос 32 используют для впрыскивания жидкости под давлением вверх по восходящей трубе 34 в диффузор 22. Как показано на фиг.1, первое соединение в виде соединительного фланца 36 предусмотрено для присоединения насоса 32 к трубопроводу 38, присоединенному к источнику жидкости (не показан), которая, как правило, является необработанной. Трубопровод 38 предпочтительно содержит стопорный клапан 40, который пропускает поток только в одном направлении через насос 32 в восходящую трубу 34. Второе соединение, обычно обозначенное ссылочной позицией 42, предусмотрено для присоединения впуска газа 18 к источнику сжатого газа (не показан). Второе соединение 42 может включать манометр 44 для измерения давления на впуске, стопорный клапан 46 для ограничения потока в одном направлении, т.е. в резервуар 12, и игольчатый клапан 48 для пропускания газа, имеющего переменное давление и скорость потока, в резервуар 12, а также для отделения резервуара 12 от источника сжатого газа. Третье соединение в виде соединительного фланца 50 предназначено для присоединения выпуска жидкости 20 к выходному трубопроводу 52. Предпочтительно устанавливать манометр 54 выше по потоку относительно соединительного фланца 50, чтобы измерять уровни давления в резервуаре 12.

Работа

Первая стадия включает установку устройства 10 для газовой диффузии при подготовке к работе, как описано выше, где диффузор 22 располагается в верхней части 14 резервуара 12. Вторая стадия включает заполнение верхней части 14 резервуара 12 газом для создания газовой зоны, обычно обозначенной ссылочной позицией 56. Это осуществляют, присоединяя источник сжатого газа (не показан) ко второму соединению 42. Для аэрации воды аэрирующий газ представляет собой воздух или кислород. Для обработки других жидкостей можно использовать другие газы или смеси газов. Манометр 44 показывает положительное давление, которое создается на впуске 18 газа источником сжатого газа. Третья стадия включает пропускание жидкости, которая обычно не подлежит обработке, через диффузор 22 для создания трех потоков 24А, 26А и 28А жидкости, проходящих через отверстия 24, 26 и 28 для потока, которые направлены в общую фокальную точку 30. Потоки жидкости 24A, 26A и 28A сталкиваются друг с другом в фокальной точке 30 в газовой зоне 56 в сдвигающем действии, которое заставляет жидкость взаимодействовать с газом. Четвертая стадия включает сбор и удаление обработанной жидкости из нижней части 16 резервуара 12. Это происходит путем слива через выпуск 20 жидкости в выпускной трубопровод 52.

Преимущества

Обнаружено, что описанный способ обладает следующими преимуществами по сравнению с устройством для аэрации, описанным в патенте США № 7137620.

Скорость потока - возможно достижение большей скорости потока путем пропускания жидкости через диффузор. На предшествующем уровне техники при увеличении скорости потока инжектор создавал ограничение потока при введении газа выше по потоку относительно диффузора. Также следует отметить, что возможно и уменьшение скорости потока.

Интервалы давления - данный способ позволяет работать при меньшем давлении, составляющем всего 1 или 2 фунта на кв. дюйм (6,9-13,8 кПа). В предшествующем уровне техники для аэрации через диффузор требовался перепад давлений, составляющий 20 фунтов на кв. дюйм (138 кПа) или более. При давлении ниже 20 фунтов на кв. дюйм (138 кПа) устройство для аэрации предшествующего уровня техники переставало работать вследствие недостаточного всасывания через трубку Вентури (Venturi). Следует отметить, что данный способ может также работать при повышенных давлениях, когда этого требует данное применение.

Непрерывная рециркуляция - за счет повторяющейся рециркуляции жидкости из источника жидкости настоящий способ позволяет обрабатывать жидкость на уровнях, повышающихся с течением времени. На предшествующем уровне техники диффузор служил для дегазации потока жидкости и блокировал введение кислорода на повышенных уровнях.

Повышенная эффективность - работа при повышенных скоростях потока и пониженных давлениях является значительно более эффективной, чем было возможно на предшествующем уровне техники.

Упрощение - тот факт, что в настоящем способе требуется поток, но не такая степень перепада давлений, упрощает устройство и сокращает требования к его обслуживанию.

В настоящем патентном документе слово «включающий» использовано в своем неограничительном смысле и означает включение предметов, перечисленных после данного слова, но не означает исключения предметов, которые не упомянуты особо. Использование неопределенного артикля перед названием предмета не исключает возможности того, что данный элемент присутствует более чем в единственном числе, если не требуется, согласно контексту, чтобы данный элемент был одним и единственным.

Следующую формулу изобретения следует понимать как включающую то, что конкретно проиллюстрировано и описано выше, то, что представляет собой концептуальный эквивалент, и то, что можно очевидно замещать. Специалисты в данной области техники оценят, что можно создавать разнообразные приспособления и модификации желательных вариантов осуществления без выхода за пределы объема формулы изобретения. Проиллюстрированные варианты осуществления представлены исключительно в качестве примеров, и их не следует рассматривать как ограничивающие настоящее изобретение. Следует понимать, что в пределах объема следующей формулы настоящее изобретение можно практически осуществлять другими способами, помимо тех, которые конкретно проиллюстрированы и описаны.

Изобретение относится к высокоскоростной аэрации для упрощения добавления газа в поток жидкости и касается способа высокоскоростной газовой диффузии. Включает стадии: расположение по меньшей мере одного диффузора в верхней части резервуара; заполнение верхней части резервуара газом для создания газовой зоны; пропускание необработанной жидкости по меньшей мере через один диффузор для создания по меньшей мере двух потоков жидкости, которые сталкиваются друг с другом в газовой зоне в сдвигающем действии, которое заставляет жидкость взаимодействовать с газом; сбор и удаление аэрированной жидкости из нижней части резервуара. Изобретение повышает эффективность высокоскоростного процесса аэрации. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ высокоскоростной газовой диффузии, включающий стадии, на которых
располагают, по меньшей мере, один диффузор в верхней части резервуара;
заполняют верхнюю часть резервуара газом для создания газовой зоны;
пропускают необработанную жидкость через, по меньшей мере, один диффузор для создания, по меньшей мере, двух потоков жидкости, которые сталкиваются друг с другом в газовой зоне в сдвигающем действии, которое заставляет жидкость взаимодействовать с газом;
собирают и удаляют упомянутую аэрированную жидкость из нижней части резервуара.

2. Способ по п.1, в котором газ вводят в верхнюю часть резервуара при положительном давлении.

3. Способ по п.1, включающий три или более потоков жидкости, которые сталкиваются друг с другом.

4. Способ по п.3, в котором потоки жидкости сталкиваются друг с другом более чем в одной точке столкновения.