CN102300630B - 具有气体注入装置和/或导流板的降流式混合器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了具有气体注入装置和/或导流板的降流式混合器来改善槽、池或罐中的混合和/或通气性能，本发明的降流式混合器尤其是作为水或废水处理的一部分。

Description

具有气体注入装置和/或导流板的降流式混合器
技术领域
本发明涉及混合器。更具体地说，本发明涉及配有气体注入装置和／或导流板来在各种用途中改善混合性能的混合器，包括但不限于水和废水处理应用。 
背景技术
存在多种可用的用于水和废水处理应用的混合器。尤其适用于本发明的是浮动竖直轴降流式混合器。在美国专利No.4,723,848、4,442,771和2,991,983(均通过引用并入本文)示出和描述了典型的装置。通常，这些混合器包括将混合器支撑在待混合的液体主体上的环形浮体。在液体表面上方的浮体的顶部安装有驱动电动机。推进器或驱动轴连接至驱动电动机并从该驱动电动机向下延伸至浮体的下方而进入流体内。推进器或叶轮附接至驱动轴。引流管通常安装在浮体的下侧且从包围推进器的浮体向下延伸。引流管在其位于浮体的底部附近的上端还设置有入口且设置有形成排出口的下端。在使用时，推进器的操作使得流体在泵吸动作中被吸入入口中。然后流体被迫通过引流管排出端而使大部分液体物混合。 
其他类型的混合器也是已知的，包括将氧气或其他气体注入到液体主体中的混合器。这种装置在美国专利No.6,145,815、6,135,430和EP0252903中示出和描述。这种作为混合处理的一部分来注入气体的已知装置包括罩和比典型降流式混合器更复杂和昂贵的其他机械设备。 
需要改善典型降流式混合器的性能以及将气体注入能力并入这种混合器中。本发明的目的是要解决这种需要。事实上，本发明以其各种组合带来了意想不到的结果。 
发明内容
本发明保留了已知的降流式混合器和其他类型混合器的优点并且还提供新的特征、优点和结果。 
因此，本发明的目的在于提供一种利用导流板改善混合性能的降流式混合器。 
本发明的另一目的在于在降流式混合器上合并气体注入装置来改善混合性能。 
本发明的另一目的在于提供一种具有气体注入装置和导流板的降流式混合器以提高混合性能。 
本发明的另一目的在于提供可以容易按照期望打开或关闭的气体注入装置。 
本发明的另一目的在于一种气体注入降流式混合器，其中，注入气体不降低混合器的泵吸效率并且提高了混合性能。 
相应地，本发明提供一种具有引流管和气体源的气体注入降流式混合器，引流管具有下排出端。还提供与引流管的下排出端连接的气体注入装置。气体注入装置包括具有注入口的注入器体；气体分配歧管，其连接至所述注入器体以向所述注入口分配所述气体；以及至少一个气体入口，其向所述气体分配歧管供应所述气体。还可以将导流板附接至注入器体的下端以防止气泡使混合器入口短流。此外，在注入器体的内部，在一个或多个注入口上方可以设置导流片或优选的V形导流片以在注入口周围产生低压或负压。还可以在注入器体的内部设置流动干扰器来增加剪力。 
本发明还提供具有引流管和导流板的降流式混合器，引流管具有限定出排出端的下端，导流板附接至所述排出端且从所述排出端水平延伸，以防止气泡干扰泵吸或混合效率并引入合适的混合流动。 
本发明还提供了一种浮体液体混合器，其具有：引流管，所述引流管具有浸入待混合液体中的下端；以及气体注入装置，所述气体注入装置具有附接到引流管下端的排出端。气体注入装置包括注入器体以及气体分配歧管，所述注入器体具有内部和外部，注入器体中的注入口用于分配气体，所述气体分配歧管与注入器体附接以向注入口 分配气体。在注入器体的内部，在一个或多个注入口上方设置有导流片。此外，导流板可以附接至气体注入装置的排出端。还可以在注入器体的内部设置流动干扰器。 
发明人对术语的定义 
在本发明的权利要求书中使用的术语意图使其广义上与法律要求一致。在可能存在可替换意义的情况下，采用其广义含义。在权利要求书中使用的所有词语都是以英语语言和语法的常规和惯常用法使用的。 
附图说明
在阅读以下描述和附图之后将容易理解本发明的已阐述和未阐述的目的、特征和优点(常指单个，但并不排除多个)，其中在各个附图中相同的附图标号表示类似的元件，其中： 
图1是现有技术中已知的典型竖直轴降流式混合器的侧面图； 
图2是包括本发明气体注入装置的优选实施例的典型降流式混合器的侧面图，图中剖切了优选的气体注入装置的一部分以显示细节； 
图3是本发明气体注入装置的优选实施例的透视图； 
图4是图2所示实施例的详细剖视图，示出了本发明的优选的气体分配歧管和优选的V形导流片； 
图5是本发明的优选的气体注入装置和流动导流件或导流板的优选实施例的透视图，剖切一部分以显示优选的V形导流片的细节；以及 
图6是结合在例如图1所示的典型降流式混合器上的本发明所示的导流板的优选实施例的透视图。 
具体实施方式
下文陈述的是对目前认为是本发明要求保护的优选实施例或最佳代表性实例的说明。可设想出这些和优选实施例的当前和未来的变型和改进。对功能、目的、结构或结果做出非实质性改变的任何变型 或改进均由本发明的权利要求书所涵盖。 
本发明具体适用于包括单向和多向混合装置的竖直轴降流式混合器。由本领域的技术人员将理解到，本发明可以用于不同类型的混合器，包括使用和不使用浮体的混合器。为了便于讨论，优选地描述与直接驱动混合器／搅合器一起使用时的本发明， 可从美国伊利诺州洛克福德市的Aqua-Aerobic Systems，Inc.购得。此外，优选的用做气体注入装置的供气系统是由美国宾夕法尼亚州艾伦镇的Chemicals，Inc.生产和出售的Vacuum Swing Absorption(VSA)单元。还应该理解到，可以将其他供气系统用于本发明。 
在图1中，典型的降流式混合器整体示出为10。混合器10包括将混合器10支撑在待混合的液体11的表面上的环形浮体12。以公知的方式将驱动电动机14设置和安装在浮体12上。在驱动电动机14上连接有驱动轴(未示出)。驱动轴(未示出)从驱动电动机14向下延伸并结束于推进器(未示出)。本领域的普通技术人员(参见美国专利No.4,422,771全文)将理解到，在浮体12的下侧设置有引流管或螺旋管20，并且引流管20可以延伸通过浮体12。引流管20的上端16设置有入口22。引流管20的下端24包围推进器并结束于排出端26。还可以设置下附接凸缘28。在操作期间，由于推进器的操作，待混合的液体进入入口22中并且从排出端26排出以在液体罐或槽(未示出)中实现混合。在优选的实施例中，利用附接凸缘28将本发明的装置附接至引流管20的排出端26。 
参考图2至图6可以最佳地看出本发明的优选和示例性实施例。图2示出了没有结合本发明优选导流板50的气体注入装置30的优选实施例。图5示出了与优选导流板50一起使用的优选气体注入装置30。图6示出了不带有优选气体注入装置30的优选导流板50。此外，图3和图4示出了气体注入装置30的优选实施例的细节。本领域的技术人员将理解到本发明可以与其他类型的混合器和／或通气装置等一起使用，并且可以用于池、槽或罐。 
在图2至图5中示出了优选的气体注入装置30。优选地，气体 注入装置30包括具有内部39和外部41以及上端32和下端33的注入器体31。本领域的技术人员将理解到气体注入装置30的注入器体31的形状不一定为圆筒形的。然而，优选地，注入器体31的形状与混合器10的引流管20适当地配合和／或互补。注入器体31的上端32设置有凸缘34。凸缘34设计成在引流管20的排出端26与互补的下端附接凸缘28配合，并且可以通过焊接、螺栓或其他公知的装置(附接装置未示出)连接至下端附接凸缘28。气体注入装置30的注入器体31的长度会随使用的具体混合器和特定用途而改变。 
注入器体31设置有围绕其周部间隔分布的一系列注入口35。在优选的实施例中，注入口35布置在从注入器体31的顶部32向下一半与三分之二之间。已经发现，如果注入口35过于靠近推进器或叶轮，则注入出的气泡将升至推进器并且会干扰合适的泵吸性能和效率。在沿着注入器体31长度的优选部位，泵吸的液体流足以带走气泡。事实上，本领域的技术人员发现将气体注入装置添加至泵／混合器是违反常理的，因为气泡可能会造成泵吸或混合动力的潜在损失。注入口35设计被定为允许氧气或其它气体通入液体流中。本领域的普通技术人员理解到，注入口35的直径将根据诸如优选的VSA单元等氧气或其他气体输送系统来改变。在优选的实施例中，注入口35的最大直径是八分之一英寸，这会有助于防止回流到气体注入装置30中。注入器体31可以是锥形的或者根据期望的流动特性而改变。然而，优选的是，注入器体31不是锥形的。 
覆盖注入口35且与注入口35流体连通的是安装至注入器体31的外部41上的气体分配歧管36。在优选的实施例中，气体分配歧管36是以焊接或以其他方式固定至注入器体31的外部41上的大致U形通道并且覆盖注入口35。在优选的实施例中，气体分配歧管36是两件式的而基本上环绕注入器体31周围的注入口35的整个周部。因此，设置端盖37而使气体分配歧管36气密。本领域的普通技术人员将理解到，气体分配歧管36可以具有足以以均匀的方式分配通过注入口35注入的气体的各种形状。在优选的实施例中，为每半个歧管36设置进气口38。进气口38与气体分配歧管36的内部流体连通。 然后进气口38连接至气体管道40(图2和图5)，气体管道40连接至诸如优选的VSA单元等气体源(未示出)。 
此外，在优选的实施例中，一系列V形导流片42设置在注入器体31的内部39的各个注入口35上方。在优选的实施例中，导流片42以结构角度制造并且用例如焊接之类的公知方式固定至注入器体31的内部39而悬在注入口35上方。如图4所示，导流片42与注入器体31的内部39的优选角度A是60度。 
导流片42的一个目的是增加注入口35附近的湍流来帮助形成合适的气泡。另一目的是在注入口35处或附近产生低压或负压。已经发现，最大区域低压处于导流片42的顶点或顶部45(参见图4)。因此，在优选的实施例中，导流片42位于注入口35上方从而顶部或顶点45与注入口35大致对准。期望产生这些低压区，防止因浸没和／或流体运动造成注入口35的堵塞或流体回流到注入口35中。例如，在一定设置下，期望根据处理或工序步骤来打开和关闭气体注入。导流片42的存在防止堵塞或回流。 
此外，导流片42帮助引入气流从而输送系统不必克服在启动时产生的进入压强，而更高效地进行操作。因此，本发明消除了对复杂昂贵的阀门系统等的需求。最后，还可以在注入器体31的内部39的下端33处设置一系列流动干扰器44。可选的流动干扰器44有助于增加剪力并使气泡破裂以进行更佳的混合。 
参考图5和图6，可以看出本发明另一优选新颖方面。具体地说，图5示出了与气体注入装置30的下端33连接的优选导流板50。应该理解到，可以将导流板50焊接、螺栓紧固或其他方式固定到引流管20上。在图5中示出了使用凸缘52的实例。图6示出了与典型的降流式混合器10的引流管20的端部附接的导流板50的优选实施例。在该实施例中，可以用螺栓、焊接或其他公知的方式将导流板50螺栓紧固或焊接至典型的降流式混合器10。当期望限制气泡升回支流22而影响泵吸操作时，导流板50是有用的。当发生该“短流”现象时，气泡涌入推进器中并降低泵吸能力。导流板50的使用也提供了意想不到的效果。例如，使用导流板50造成槽、罐或池中的混合方 式不同且得到改善，发现这会使气体转移效率提高约5％。此外，导流板50允许气体／液体混合物更深地进入罐或槽中，并且增加环形混合方式。优选地，导流板50足够大来防止产生“短流”，但不能大到会对混合流体的滚动或环形运动造成不利影响。 
以上描述不是用来限定定义了本发明的下述权利要求所使用的文字的含义和范围。相反，设想到将来会对本发明做出非实质性改变的结构、功能或结果的将来变型，并且所有所述的这种非实质改变位于权利要求书的涵盖范围内。因此，虽然示出并描述了本发明的优选实施例，但应该理解到可以在不脱离要求保护的发明的范围的情况下做出改变和变型。此外，虽然术语“要求保护的发明”或“本发明”在本文中有时采用单数形式，但应该理解到，根据说明书和权利要求书，存在多个发明。 
在所附权利要求书中限定了本发明的各种特征。 

Claims (13)

1.一种用于包含有液体的槽或罐中的气体注入降流式混合器，其具有带有液体进口的上端以及下排出端的引流管，且包括：
推进器或叶轮，其设置于所述引流管内并且位于所述液体进口以及所述排出端之间；
气体源；
气体注入装置，其附接至所述引流管的所述下排出端，所述气体注入装置包括：具有内部和外部以及注入口的注入器体；气体分配歧管，其连接至所述注入器体的外部以向所述注入口分配所述气体；以及至少一个气体入口，其向所述歧管供应所述气体；以及
至少一片导流片，其连接至所述注入器体的内部且设置于所述至少一个注入口上方，其中，至少一片导流片与注入器体内部之间的角度为60度。
2.根据权利要求1所述的气体注入降流式混合器，其中，所述注入器体具有下端，且所述注入器体的所述下端附接有导流板。
3.根据权利要求1所述的气体注入降流式混合器，其中，至少一条气体管道与所述至少一个气体入口流体流通。
4.根据权利要求1所述的气体注入降流式混合器，其中，所述注入口围绕所述注入器体的周部间隔分布。
5.根据权利要求1所述的气体注入降流式混合器，其中，所述至少一片导流片呈V形。
6.根据权利要求2所述的气体注入降流式混合器，其中，在所述注入器体的内部，沿着所述注入器体的下端设置有流动干扰器。
7.一种具有引流管的降流式混合器，所述引流管具有直径以及用作排出端的下端且包括：
导流板，其连接至所述下端，其中，所述导流板从所述排出端水平延伸，以防止产生短流，从而改善混合性能。
8.根据权利要求7所述的降流式混合器，其中，所述导流板是圆形的。
9.一种具有引流管的降流式混合器，所述引流管具有直径以及形成排出端的浸入待混合流体中的下端，所述流体混合器包括：
气体注入装置，其具有附接到所述引流管的所述下端的排出端，所述气体注入装置包括具有内部和外部的注入器体以及气体分配歧管，所述内部包括所述注入器体中的注入口，所述气体分配歧管用于向所述注入口分配所述气体；
导流片，其在所述注入器体上位于所述注入器体的内部上的各个所述注入口上方；以及
导流板，其附接至所述气体注入装置的所述排出端附近，所述导流板从所述引流管的排出端沿径向向外延伸。
10.根据权利要求9所述的降流式混合器，其中，在所述引流管的内部设置有流动干扰器。
11.根据权利要求9所述的降流式混合器，其中，所述导流片连接至所述注入器体的内部且设置于每一个注入口上方，其中，注入器体的内部与每一片所述导流片之间的角度为60度。
12.根据权利要求9所述的降流式混合器，其中，所述气体分配歧管是具有U形通道的环形圈且具有气体入口，所述气体入口从气体源向所述气体分配歧管提供气体。
13.一种气体注入降流式混合器，其具有带有液体进口的上端以及位于所述上端下方形成排出端的无阻挡下端的引流管，且包括：
推进器或叶轮，其设置于所述引流管内并且位于所述液体进口以及所述排出端之间；
气体源；
气体注入装置，其附接至位于所述推进器或叶轮下方的所述引流管的所述无阻挡下排出端，所述气体注入装置包括：具有无阻挡下端的注入器体、位于所述推进器或叶轮下方的注入口；气体分配歧管，其连接至所述注入器体以向所述注入口分配所述气体；以及至少一个气体入口，其向所述歧管供应来自于气体源的所述气体；以及
导流板，其连接至所述注入器体的无阻挡下端且设置于所述推进器或叶轮下方，以防止产生短流。
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