CN103946164A - 气体注入方法及设备 - Google Patents

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Abstract

用于将气体注入到液体中的方法及设备，其中，在浸没在液体中的通流管(20)内的旋转的螺旋叶轮(30)产生了通流管内的液体流。气泡在螺旋叶轮的上方或下方或旁边或所有三个位置中注入到通流管中。液体以比气泡的大致一致的末端上升速度更大的表面速度吸入通流管中，以允许大体积液体中的未溶解的气泡被夹带入吸入通流管中的液体中。气泡以大约10.0微米至大约1.0毫米之间的一致直径注入。小气泡尺寸使气体在液体中的溶解增大，且还允许气体被夹带入吸入通流管中的液体中。气体可为氧、臭氧或二氧化碳。

Description

气体注入方法及设备
技术领域
本发明涉及一种气体注入方法及设备，其中气体通过使用位于通流管(draft tube)内且由马达驱动的螺旋叶轮(helical impeller)来注入到液体中。更具体而言，本发明涉及一种方法及设备，其中气体由位于通流管内的注入器(可为喷射器(sparger)或喷嘴)来在通流管上方或下方或旁边注入螺旋叶轮，以产生一致(uniform)小尺寸的气泡，来增强气体在液体中的溶解以及未溶解的气泡回到通流管的再循环。
背景技术
多种过程涉及气体在液体中溶解。例如，在需氧废水处理系统中，能够去除水中的有机废物的细菌需要氧。所需的氧量可使用机械地搅动的混合器系统来有效地溶解入过程流中。类似地，在诸多饮用水处理系统中，加入了化学制品(例如，凝聚剂和凝结剂)来促进液体中的污染固体的沉淀和去除。借助于机械地搅动的气体溶解系统，加入了二氧化碳来用于在一些凝聚和凝结过程中保持最佳pH状态。
尽管广泛地使用了表面混合和气体溶解系统，但水下的混合系统具有某些优点。一个优点在于此类水下混合系统可出于定向混合或更理想的气体溶解的目的而垂直地、水平地或成角地定向。深度对有效系统压力具有显著影响；并且气体的可溶性已知是显著地受压力影响的。因此，水下混合系统在十米的深度处的水中运行时可有效地使如果混合在表面处发生时可能的大约两倍的气体体积能够溶解。
US6,273,402中公开了一种水下混合设备。该设备适于浸没在可包含废水和淤泥的槽(tank)中。在此装置中，连接到马达上的螺旋叶轮在水下通流管内旋转。通流管和马达连接到压载室上，压载室可填充有压载物，以引起该设备沉没在液体内。压载室具有：头部空间，氧经由该头部空间注入；以及下表面，其提供了朝向至通流管的入口开口的微小倾斜。旋转的叶轮将液体吸入入口开口中，用于与进入的氧混合。所得的气体-液体混合物在膨胀的射流状流中从通流管的另一端排出。未溶解的任何氧气泡在液体内朝向表面上升。这些氧气泡的一部分将由压载室的下表面捕集，且被夹带(entrain)在被吸入入口开口的液体中。未溶解的气泡的另一部分将从液体的表面散逸。
在US6,273,402中描述的混合和气体溶解系统存在若干缺点。一个主要缺点在于叶轮自身提供了吸力来将气体吸入液体中。当被吸入的气体量增加时，将存在由叶轮提供的较少的吸力，且因此能够由此类装置吸收的液体的量将是有限的，直到在液体不再可由叶轮吸入时最后发生已知为溢流的状态。
此外，不存在对通过叶轮的作用来产生的气体气泡的气泡尺寸的控制。尽管存在将影响此类混合装置内的液体内的气体的溶解速率的诸多因素，但对于经历特定运行条件的给定装置，气泡的尺寸将确定对于气体-液体接触可用的界面表面面积，且因此确定能够溶解在液体中的气体的量。另一个主要的关注在于，在此专利中示出的装置仅可在垂直定向中运行，因为在未溶解于液体中而再循环回至通流管的气体的收集中，该设备取决于压载室的下侧，且依靠压载室的水平定向来在任何给定深度处维持稳定性。在一些水处理系统中，可为重要的是不将流从通流管直接地引导入处理池的底部。如果池是浅的且具有土制底部或聚合物衬里，则液体的射流可破坏底部表面或层。然而，即使在池由实心材料(例如，混凝土)制成的情况下，如果离开通流管的液体以高速冲撞底部，则在气泡从高速液体脱离之前，气泡将扩散足够的距离，这将阻止上升的气泡收集在压载室的下侧上。这在大气泡尺寸的情况下恶化，大气泡尺寸将获得足够的末端上升速度来从液体的表面散逸，且避免了与被吸入通流管中的液体一起被再夹带。
已存在并非必须在垂直定向中运行的装置。在此类装置中的一个中，气体经由环状歧管注入通流管的内部和叶轮的下方。此类型的装置具有各自为一英寸的1/8的一系列开口。这产生了大的气泡，其将获得足够高的末端上升速度，以致注入气体的非不显著的部分将从液体的表面散逸。此外，使用的叶轮并非螺旋叶轮，而是叶片叶轮。存在可在此类设备中溶解的气体的量上的限制，因为如可领会的那样，当气体量增加时，将不存在由叶轮吸入并加速的足够的液体。
如将论述的那样，本发明提供了一种方法及设备，其中气体以受控的气泡尺寸来直接地注入到通流管中，这将不仅提高气体可溶解于液体中的程度，且还将提高未溶解的气体将被夹带在由叶轮吸入通流管中的气体流中的程度。
发明内容
本发明提供了一种注入气体的方法，其中螺旋叶轮在位于液体中的通流管内旋转。这通过将液体从位于通流管的一端处的至少一个入口开口吸入通流管中且将液体流从位于通流管的另一端处的通流管的排出开口排出来产生液体流。气体的气泡在位于螺旋叶轮的上方或下方或旁边的至少一个位置中注入到通流管中，使得一部分气泡在通流管内的液体流中溶解，且气泡的其余部分从排出开口排出。从排出开口排出的气泡被运送入液体流内的液体中，其中气泡的其余部分的一部分在液体中溶解，且气泡的其余部分的另一部分被夹带入通过至少一个入口开口被吸入通流管中的液体中。
气泡以大约10.0微米与大约1.0毫米之间的一致直径注入到液体流中，以增大气泡的表面面积，且因此增大液体内的气体的溶解速率，且将浮力赋予气泡的其余部分的另一部分，这将导致其至少大致一致的末端上升速度。将注意到的是，当在本文中和权利要求中使用时，用语"大约"在与气泡尺寸相关联使用时意指正或负百分之十。液体以大于气泡的大致一致的末端上升速度的表面速度被吸入通流管中，以使气泡的其余部分的另一部分能够被夹带入液体中，同时大致防止气体从液体的表面散逸。
气泡可从位于在通流管的径向地间隔的位置处的通流管内部的多个喷射器注入。备选地，气泡可从位于通流管内且具有环状构造的喷射器的内多孔区段注入。在任一此类情况中，气泡的一致直径为大约10.0微米至大约500.0微米之间。另一选择是将供应的气体供应至位于在通流管的径向地间隔开的位置处的通流管内的多个喷嘴，且气泡从多个喷嘴注入。在喷嘴注入的情况中，气泡的一致直径为大约500.0微米至大约1.0毫米之间。注入的气体可为氧、含有混合物的臭氧或二氧化碳。
本发明还提供了一种用于将气体注入到液体中的设备。该设备具有通流管，该通流管适于浸没在液体中且具有位于通流管的一端处的至少一个入口开口和位于通流管的另一端处的排出开口。螺旋叶轮位于通流管内，且马达连接到通流管上。马达的轴从通流管的一端突入通流管中且连接到螺旋叶轮上来使螺旋叶轮旋转，且由此产生液体流。此液体流通过将液体从至少一个入口开口吸入通流管中且将液体流从排出开口排出而产生。提供了机构来用于在位于螺旋叶轮上方或下方或旁边的至少一个位置中将气体的气泡注入到通流管内的液体流中。由于此注入，气泡的一部分在通流管内部的液体流中溶解，且气泡的其余部分从排出开口排出并被运送入液体流内的液体中。气泡的其余部分的一部分在液体中溶解，且气泡的其余部分的另一部分被夹带入通过至少一个入口开口吸入通流管中的液体中。气泡注入器机构构造成注入带有大约10.0微米与大约1.0毫米之间的一致直径的气泡，以增大气泡的表面面积，且因此增大液体内的气体的溶解速率，且将浮力赋予气泡的其余部分的另一部分，这将导致其至少大致一致的末端上升速度。构造叶轮，且马达能够使叶轮以足够的速度旋转，使得吸入通流管中的液体具有比气泡的大致一致的末端上升速度更大的最小表面速度，以使气泡的其余部分的另一部分能够被夹带入吸入通流管中的液体中，同时大致防止气体从液体的表面散逸。
气泡注入器机构可包含具有至少一个注入器开口的至少一个注入器以及用于将气体以预定流动速率供应至至少一个注入器的机构。至少一个注入器开口定尺寸来以预定流动速率产生带有至少大致一致直径的在液体内的气泡。至少一个气体注入器可为位于在通流管的径向地间隔开的位置处的通流管内的多个喷射器，且至少一个注入器开口为由金属、烧结金属或聚合物超细气泡表面层形成的多个注入器开口。至少一个注入器可为具有多个注入器开口的喷射器。此类喷射器可包括位于通流管内且具有用于穿透通流管的侧壁的气体的入口的环状元件。环状元件具有外实心区段和内多孔区段，内多孔区段连接到外实心区段上且由金属、烧结金属或聚合物超细气泡表面层形成，以提供多个注入器开口。在喷射的情况下，多个注入器开口定尺寸来以预定流动速率在液体内产生带有大约10微米至大约500微米之间的范围内的一致直径的气泡。备选地，至少一个气体注入器可为多个喷嘴，这些多个喷嘴位于在通流管的径向地间隔开的位置处的通流管内且提供来自多个喷嘴的多个注入器开口。多个注入器开口中的每一个均定尺寸来以预定流动速率在液体内产生带有大约500.00微米至大约1.0毫米之间的范围内的一致直径的气泡。
在本发明的任一实施例中，马达可构造成与通流管一起浸没在液体内。通流管可具有在通流管的另一端处的引导叶片的十字形布置。
附图说明
尽管说明书以特别地指出了申请人认为是他们的发明的主题的权利要求书来结束，所相信的是本发明在与附图相关联时将得到更好的理解，在这些附图中：
图1为在以片段截面视图示出的以在废水处理池之内的运行状态示出的用于执行根据本发明的方法的设备的前视图；
图2为图1中示出的设备的顶部平面视图；
图3为图1中示出的设备的片段示意性截面视图；
图4为根据本发明的气体注入器的顶部平面视图；
图5为根据本发明的气体注入器的顶部平面视图；以及
图6为根据本发明的气体注入器的顶部平面视图。
具体实施方式
参考图1，图示了根据本发明的设备1。设备1设计成将由箭头"A"标识的气体(例如，氧)注入液体2中，出于图示的目的，液体2示出为容纳在具有侧壁3的槽中。此类槽可为需氧废水处理系统的一部分，其中液体2为含有废水的混合液体，且气体"A"(氧)注入到混合液体中以便其溶解在液体中。然而，本发明不限于此类应用，且前文仅出于图示的目的而提及。
另外参考图2，设备1设计为完全地浸没在液体2内，且因此悬在液体2中。这借助于浮体10的布置以常规方式来实现，浮体10由连接到上翼缘(top flange)14上的构件12连接。朝下延伸的构件16继而连接到上翼缘14和设备1上。然而，这仅为出于图示的目的，且设备1可连接到梁或其他如跨过槽的侧壁3的构件或本领域中的技术人员想到的其他方式。此外，尽管设备1在垂直定向中图示，但有可能的是将设备1定向为与垂直线成角度。
另外参考图3，设备1设有通流管20，该通流管20具有由通流管20的开口端24形成的入口开口22。所理解的是入口开口还可位于通流管的侧壁处，且通流管的对应端封闭。排出开口26位于其相对端28处。螺旋叶轮30位于通流管20内，该螺旋叶轮30由附接到马达34上的轴32驱动。马达34借助于叶片状元件36连接到通流管20上。马达34还连接到朝下延伸的构件16上，以由此将设备1连接到朝下延伸的构件16上。马达34可为能够在浸没于液体中时起作用的类型的电动马达。气体驱动的马达也是可能的。然而，设备1的实施例是可能的，其中运行接近于液体2的表面执行；且在此类情况下，马达34可并非能够在水下运行的类型。螺旋叶轮30优选设计成以便在各次回转中，液体体积经由具有一定体积的通流管20被推进，通流管20的体积接近且位于通流管中的螺旋叶轮30下方的液体的体积。螺旋叶轮的设计使得螺旋叶轮的各次旋转。此外，在螺旋叶轮30与形成通流管20的侧壁之间必须存在一些空隙。此空隙设计成至少小于或等于叶轮直径的30%。
如可在图1中最佳地所见，螺旋叶轮30的旋转通过将液体2如由箭头"B"所指出的那样从入口开口22吸入通流管20来产生液体流。液体流随后如由箭头"C"所指出的那样从排出开口26排出。如图3中所示，优选地，引导叶片29的十字形流动布置可设在出口开口26处作为流调直器，以通过协助除去此类流之内的旋转来促进在箭头"C"的方向上的流动，以及将进一步的剪切力赋予气体-液体混合物。
继续参考图3，三个分离的气体注入器位于通流管20内，气体注入器设计成将气泡注入到穿过通流管20的液体流中。两个气体注入器38位于叶轮30的上方和下方，且气体注入器40位于叶轮30旁边。气体注入器将气泡注入到通流管20内的流中。参考图4，各个注入器38均具有在径向地间隔开的位置处位于通流管20内的多个长形喷射器42，间隔开的位置可为以90度间隔开。如果提供更大数目的喷射器42，那么间隔可为小于90度。各个喷射器42均由金属、烧结金属或聚合物超细气泡表面层形成，以形成多个注入器开口，气泡从多个注入器开口注入到通流管20内的流中。如图所示，喷射器42为圆柱形构造，且气泡将主要地从其弯曲的侧表面发出。喷射器42优选地连接到也位于通流管20内的环状歧管44上。相对的入口46以气体"A"来给送环状歧管，且因此以气体"A"来给送喷射器42。将注意到的是可采用此类入口46中的一个。相对的入口46连接至且穿透形成了通流管20的侧壁。
参考图5，气体注入器40包括环状元件48，该环状元件48具有用于气体的供应的至少一个且如所图示优选地两个相对的入口50。环状元件48具有外实心区段52和连接到该外实心区段52上的内多孔区段54。内多孔区段54由金属、烧结金属或聚合物超细气泡表面层形成，以提供多个注入器开口，气泡从这些多个注入器开口发出。为了提供与螺旋叶轮30的空隙，通流管20分成两个区段56和58，这两个区段56和58由环形构造的朝外延伸的中间区段60连接。气体注入器40安装在朝外延伸的中间区段60内。两个相对的入口50穿透此朝外延伸的区段60。将注意到的是，有可能形成单个区段中的通流管20，其中气体注入器40的内表面与螺旋叶轮30齐平。
再次具体参考图1，相对的歧管61和62提供为分别具有给送导管64和66，给送导管64和66继而连接到气体注入器38的相对的入口46和50上。歧管61借助于连接导管68连接到歧管62上，且歧管62继而连接到供应管70上，气体"A"从压缩气体源经由该供应管70给送。
在设备1的运行期间，产生了用于未溶解的气泡的再循环环路，气泡从排出开口26排出且至此气泡保持未溶解的程度，其在被吸入通流管20的入口开口22中的液体流"B"内被再捕获。在此再循环环路中，一部分气泡溶解在通流管20内部的液体流中，且气泡72的其余部分从排出开口26排出且运送到液体流内的液体2中，其中气泡72的其余部分的一部分溶解在液体2中。气泡74的其余部分的另一部分由于它们的浮力而在液体2内升高，以被夹带到通过入口开口22吸入通流管20中的液体"B"中。为了实现此，注入的气泡必须具有10.0微米至1.0毫米之间的至少大致一致的直径。此范围内的气泡直径服务于两个目的。当然，小的气泡尺寸将提高气泡的表面面积，且因此提高液体2内的气体"A"的溶解速率。此外，给予此类气泡的浮力由于气泡的尺寸将导致可被控制的至少大致低的一致的末端上升速度。上升速度的此控制将允许此类速度与被吸入通流管的入口开口中的液体"B"的表面速度(superficial speed)相匹配。液体"B"的表面速度由通过马达34及其轴32给予叶轮30的叶轮30的旋转速度来控制。取决于注入的气体的量的此夹带可作用来大致上防止气体从液体2的表面散逸。鉴于此，构想了本发明的运行，其中存在气体从液体2的表面的一些散逸。然而，即使在此类运行中，受控制以获得小于液体"B"的表面速度的一致的末端上升速度的小气泡尺寸仍然将允许大部分气体被再捕获，用于再循环回到通流管20中。
为了获得注入气泡的气泡尺寸，气体注入器38的喷射器42和气体注入器40的内表面54设有为期望的气泡尺寸一定的平均孔尺寸，使得注入气泡不可小于孔，气体从这些孔注入到液体2中。在金属、烧结金属或聚合物超细气泡表面层的情况下，平均孔径及因此气泡尺寸可在大约10微米至大约500微米的范围内。在此方面，替代气体注入器38的喷射器42，如图6中所示，可使用具有替代了喷射器42的喷嘴42'的气体注入器38'。各喷嘴42'均为圆柱形构造，且设有终止于开口的轴向圆柱形通路43，气泡从该开口进入液体中。此类通路可在从500微米至1mm直径范围内，以形成大约500微米至大约1mm之间的气泡。除喷嘴42'外，气体注入器38'将与气体注入器38相同。对本领域中的技术人员来说已知的是，气体"A"的压力必须足以克服气体注入器的压力下降。这在具有喷嘴的气体注入器中较少地关注。至气体注入器的气流的重要之处在于，如果气流太高，则气泡将再组合，且因此不会在期望的尺寸范围中。此外，将总是存在在使用烧结金属或聚合物超细气泡表面层的喷射器的孔尺寸中的微小变化。结果，如上文所述的在气泡尺寸中的正或负百分之十的变化在根据本发明的方法的实施中是可接受的。在利用金属、烧结金属或聚合物超细气泡表面层的喷射器的情况中，此类材料的表面面积将对可在液体中溶解的气体的量具有直接影响。
尽管图示了三个气体注入器38和40，但有可能仅在单个位置(例如，螺旋叶轮30上方或下方)中使用此类气体注入器中的一个，气体注入器38或气体注入器40。在气体注入器40的情况中，如图中所图示，单个此类注入器可位于螺旋叶轮30旁边。此外，单个气体注入器38'可位于螺旋叶轮30上方或下方。取决于应用，气体可在任一水平处注入。例如，在高粘性系统中，有益的是使用允许细气泡与靠近螺旋叶轮区域或在螺旋叶轮区域之内的高剪切力区中的液体接触的烧结金属喷射器系统来在高剪切力螺旋叶轮上方注入诸如氧的过程气体。在最大剪切力的点处注入气体允许最佳的气体-液体接触和气泡的分散。将注意到的是，无论是否使用多个气体注入器，都将注意到的是，对于位于螺旋叶轮30上方的注入器，气体的流将为较少的，假如在此类位置中的气流增加，气体将使液体转移且螺旋叶轮将更不有效地推动液体流通过通流管20。
更明确地，在通流管20中的气体-液体接触过程期间溶解的气体"A"量由若干因素确定，这些因素包括：(i)通流管20的长度；(ii)通流管20中的有效压力；(iii)在通流管20中的温度和压力条件下的气体的溶解度；(iv)通流管20中的剪切力和混合条件；(v)气泡的尺寸，这将确定可用于气体-液体接触的界面表面面积；(vi)气体与液体体积的比；以及(vii)可用于通流管20中的气体-液体接触的时间。在通流管20的排出开口26处喷出的未溶解的气泡72的量因此由如以上概述的通流管20中的质量传递过程的有效性来确定。
通流管20中的叶轮30的向下泵送作用设立了以上所述的再循环环路，其具有由通流管20中的自由容积或扫过容积及叶轮30的旋转速度确定的最大体积流。由再循环环路覆盖的范围(即，其水平达到范围)将为若干变量的函数，这些变量包括：(i)入口开口22上的液体高度；(ii)内在液体吸力，其可通过将通流管20内的扫过容积或换言之在各次旋转期间由螺旋叶轮30从通流管抽出的液体的体积乘以螺旋叶轮30的旋转速度来确定；以及(iii)通流管20离含有液体2的池的底部(这在图中为池底部4)的间隙。此间隙可影响二次混合流的出现或发展，二次混合流可有助于或阻止主要循环流。再循环环路的水平范围影响可收回多少未溶解的气体。宽的水平范围使较大量的未溶解气体能够被捕获。
未溶解的气泡74被夹带于在通流管20的排出开口26处喷出的高速射流"C"中。只要液体的粘性阻力超过气泡的朝上的浮力，则气泡将继续在此射流中被朝下运送。当液体射流朝下行进时，液体射流将动量传递至大体积(bulk)液体的靠近层。如由线"D"所示，射流"C"的速度将由于粘性阻力而减小，且因此从出口开口26发出的液体流的射流将趋于随着速度减小而分叉。在一定临界深度处，粘性力与浮力平衡抵消且气泡脱离。总体上，气泡72的末端上升速度超过在该点处的夹带液体射流的大体积速度。在液体循环环路中捕获的任何未溶解的气体将需要克服夹带流的高速度，以打破液体表面。例如，假设了1.0mm的平均气泡直径，斯托克斯定律规定了水中的球形气泡将具有大约0.55米/秒的末端上升速度。相比之下，对于在表格1中详述的系统，被吸入通流管的入口开口22中的液体流"B"的表面液体流动速率度为大约6.4米/秒。在此方面，当在本文中和权利要求中使用时，用语"表面速度"在与液体流"B"的液体流动速率度相关联使用时指的是穿过通流管20的流动速率除以通流管20的截面面积。通流管中的表面液体速度至气泡的末端上升速度的较高的值确保了未溶解的气体被夹带在液体循环流中，且不破坏表面。通过确保保持了通流管中的表面液体速度至末端气泡上升速度的较高的相对值，可在没有收集罩或容纳表面的情况下实现未溶解气体的可靠捕获和回收。
以下表格示出了在废水环境中起作用的设备1的计算示例，在其中通流管20接近液体2的表面。
表格1
叶轮直径 0.30米
通流管的长度 0.71米
通流管的横截面面积 0.0685米2
通流管的容积 0.0487米3
叶轮速度 1800RPM
有效液体流 26.2983米3/分钟
通流管中的表面液体速度 6.40米/秒
通流管中的有效压力 1.0大气压
氧溶解度 45.0毫克/升
通流管中的饱和氧溶解潜力 71.01Kg/小时
Vg/Vl — 在饱和状态下 0.0321
至＞90%SOTE的单元的实际氧供应 110.5Kg/小时
Vg/Vl — 在达到＞90%SOTE的实际供应条件(110.5kg/小时)下 0.05
出于示例的目的，螺旋叶轮设计成使得在各次回转期间，螺旋叶轮推动与通流管内的体积成比例的液体流的体积，该通流管位于靠近螺旋叶轮处和螺旋叶轮下方。该示例中的有效泵送速率为26.3m3/分钟或1578m3/小时。此外，对于此示例，由于通流管接近表面，故由通流管泵送的液体上的大气压力为大约1.0大气压；且在此压力下并假定大约20℃的温度，氧溶解度为大约4.5mgO2/升，或0.045kgO2/m3。给定1578m3/小时的泵送速率，对于通流管中的氧的饱和溶解极限将等于氧溶解度(0.045kgO2/m3)乘以泵送速率(1578m3/小时)，即0.045kgO2/m3x 1578m3/小时，这将等于71.01kgO2/小时。在此示例中，如果所有注入的氧均将在通流管中溶解，则每小时71.01千克的计算值代表了可在液体流中溶解的氧的最大理论值。这将对应于注入气体Vg与有效液体流Vl体积的体积比，等于0.0321。然而，本发明的设备1能够使在更多的氧在从通流管排出的液体流中、在包围液体流的环境液体中和在使保持未溶解回到通流管中的氧的至少一部分再循环中溶解。因此，构思了本发明的理论运行，其中在大于百分之90的标准氧传递效率("SOTE")下，110.5kg/小时的氧被注入。这将对应于0.05的Vg/Vl比。实际上，在下限处，在液体的表面处将以11.05kg/小时失去氧。然而，注入的氧的99.45将不会失去，且超过71.01kg/小时之上的一部分将在液体中溶解，且其另一部分将再循环回通流管，假定被注入到通流管中的小气泡尺寸。小尺寸气泡直接注入到通流管中允许本发明克服系统的气体引入极限，因此，比现有技术中更多的气体能够被注入到液体中。
尽管已参考优选实施例来描述了本发明，但如本领域中的技术人员将想到的那样，可在不脱离所附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围的情况下做出诸多修改、添加和省略。

Claims (12)

1.一种将气体注入到液体中的方法，其包括：
使位于所述液体中的通流管内的螺旋叶轮旋转，以产生液体流，这通过将所述液体从位于所述通流管的一端处的至少一个入口开口吸入所述通流管中且将所述液体流从位于所述通流管的另一端处的所述通流管的排出开口排出而实现；
将所述气体的气泡在位于所述螺旋叶轮上方或下方或旁边的至少一个位置处注入到所述通流管中，使得所述气泡的一部分在所述通流管内部的所述液体流中溶解，且所述气泡的其余部分从所述排出开口排出且被运送入所述液体流内的所述液体中，其中所述气泡的所述其余部分的一部分在所述液体中溶解，且所述气泡的所述其余部分的另一部分被夹带入通过所述至少一个入口开口吸入所述通流管中的所述液体中；
所述气泡以大约10.0微米至大约1.0毫米之间的一致直径注入到所述液体流中，以增大所述气泡的表面面积，且因此增大所述液体内的所述气体的溶解速率，且将浮力赋予所述气泡的所述其余部分的所述另一部分，这将导致其至少大致一致的末端上升速度；以及
所述液体以比所述气泡的所述大致一致的末端上升速度更大的表面速度吸入所述通流管中，以使得所述气泡的所述其余部分的所述另一部分能够被夹带入所述液体中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述气泡从在所述通流管的径向地间隔开的位置处的位于所述通流管内部的多个喷射器注入；以及
所述一致直径为大约10.0微米至大约500.0微米之间。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述气泡从位于所述通流管内且具有环状构造的喷射器的内多孔区段注入；以及
所述一致直径为大约10.0微米至大约500.0微米之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述一致直径为大约500.0微米至大约1.0毫米之间；
所述气体供应至在所述通流管的径向地间隔开的位置处的位于所述通流管内部的多个喷嘴；以及
所述气体的所述气泡从所述多个喷嘴注入。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，其中所述气体为氧、含有混合物的臭氧或二氧化碳。
6.一种用于将气体注入到液体中的设备，其包括：
通流管，其适于浸没在液体中，且具有位于所述通流管的一端处的至少一个入口开口和位于所述通流管的另一端处的排出开口；
位于所述通流管内的螺旋叶轮；
马达，其连接到所述通流管以及从所述通流管的所述一端突入所述通流管中并连接到所述螺旋叶轮的轴上来使所述螺旋叶轮旋转，且由此通过将所述液体从所述至少一个入口开口吸入所述通流管中且将所述液体流从排出开口排出来产生液体流；
机构，其用于在位于所述螺旋叶轮的上方或下方或旁边的至少一个位置中将所述气体的气泡注入到所述通流管内的所述液体流中，使得所述气泡的一部分在所述通流管内的所述液体流中溶解，且所述气泡的其余部分从所述排出开口排出，且被运送入所述液体流内的所述液体中，其中所述气泡的所述其余部分的一部分在所述液体中溶解，且所述气泡的所述其余部分的另一部分被夹带入通过所述至少一个入口开口吸入所述通流管中的所述液体中；以及
所述气泡注入器机构构造来注入带有大约10.0微米至大约1.0毫米之间的至少大致一致直径的所述气泡，以增大所述气泡的表面面积且因此增大所述液体内的所述气体的溶解速率，且将浮力赋予所述气泡的所述其余部分的所述另一部分，这将导致其至少大致一致的末端上升速度；以及
构造所述叶轮，并且所述马达能够使所述叶轮以足够的速度旋转，使得吸入所述通流管中的所述液体具有比所述气泡的所述大致一致的末端上升速度更大的最小表面速度，以使所述气泡的所述其余部分的所述另一部分能够被夹带入吸入所述通流管中的所述液体中。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述气泡注入器机构包括：
具有至少一个注入器开口的至少一个注入器；
用于以预定流动速率来将所述气体供应至所述至少一个注入器的机构；以及
所述至少一个注入器开口定尺寸来以所述预定流动速率产生的带有所述一致直径的在所述液体内的所述气泡。
8.根据权利要求7所述的设备，其中：
所述至少一个气体注入器为在所述通流管的径向地间隔开的位置处的位于所述通流管内部的多个喷射器；
所述至少一个注入器开口为由金属、烧结金属或聚合物超细气泡表面层形成的多个注入器开口；以及
所述多个注入器开口定尺寸来以所述预定流动速率产生带有大约10微米至大约500微米之间的范围内的所述一致直径的所述液体内的所述气泡。
9.根据权利要求7所述的设备，其中：
所述至少一个注入器为具有多个注入器开口的喷射器；
所述喷射器包含位于所述通流管内部且具有用于穿透所述通流管的侧壁的所述气体的入口的环状元件；
所述环状元件具有外实心区段和内多孔区段，所述内多孔区段连接到所述外实心区段上且由金属、烧结金属或聚合物超细气泡表面层形成，以提供所述多个注入器开口；以及
所述多个注入器开口定尺寸来以所述预定流动速率产生带有大约10微米至大约500微米之间的范围内的所述一致直径的在所述液体内的所述气泡。
10.根据权利要求7所述的设备，其中，所述至少一个气体注入器为多个喷嘴，所述多个喷嘴在所述通流管的径向地间隔开的位置处的位于所述通流管内部且从所述多个喷嘴提供了所述多个注入器开口；以及
所述多个注入器开口中的每一个均定尺寸来以所述预定流动速率产生带有大约500.00微米至大约1.0毫米之间的范围内的所述一致直径的所述液体内的所述气泡。
11.根据权利要求6或权利要求7或权利要求8或权利要求9或权利要求10所述的设备，其中，所述马达构造成与所述通流管一起浸没在所述液体内。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述通流管具有在所述通流管的另一端处的引导叶片的十字形布置。
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