CN104995137A - 用于化学物添加的饱和极限给料器 - Google Patents

Abstract

一种化学物供给方法和设备，其使用特定化学物的溶解度极限来提供测量的剂量。本发明包括特定容积的容器，固体化学物被放置和容纳在该容器中。化学物溶解直到接近其溶解度极限。当系统需要化学物定量给料时，冲洗容器并且受控剂量的化学物被供给到系统中。本发明可以结合动力学的溶解以便允许来自供给给料器的较大剂量。

Description

用于化学物添加的饱和极限给料器

相关申请的交叉引用

本申请根据美国法典35U.S.C.§119(e)要求2012年11月8日提交的标题为“用于化学物添加的饱和极限给料器”的美国临时申请No.61/723926的优先权，和2013年5月30日提交的标题为“用于化学物添加的饱和极限给料器”的美国临时申请No.61/828824的优先权，该两者通过其全部内容的引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于将固体化学物添加到液体系统的系统。更具体地，本发明涉及一种将固体化学物供入系统中的方法和设备。

背景技术

蒸发冷却设备通过一些循环冷却水的蒸发而消耗热。再循环环路中的水被加热，并且通向大气。这种系统的一个问题是发生生物生长的趋势。这种生物生长能够阻碍传热，加重腐蚀，并且甚至可以隐藏人的病原体。为了控制在冷却设备中的生物生长，液体生物杀灭剂通常会被注入到再循环环路中。

使用液体生物杀灭剂增加了发生环境事故的可能性。当处理和泵送有毒生物杀灭剂时，可能发生溢出和泄漏，导致环境污染。由于消除了浓缩液体溢出的可能性，并且通常固体的处理比处理浓缩液体容易，所以固体生物杀灭剂优于液体。在现有技术中存在使用具有自动供给的固体生物杀灭剂的若干方法。最简单的方法由在具有网孔底部的漂浮装置中放置可溶片剂和放置该漂浮装置进入水槽内组成。专利US3792979和US4241025是这类装置的两个实例。专利US4858449和5928608描述了替代的方法，其中片剂处于罐中，并且喷射对准片剂以便慢慢地溶解化学物。6739351描述了另一种方法，其中化学物处于保持容器中，并且控制液体流动经过化学物。所有这种装置试图通过控制溶解动力学，即，水流过给料器的持续时间和水流速度，控制固体化学物的释放。来自于这种类型设备的释放是可变的，除非设备被非常仔细地控制。发现专利US6418958中存在这种装置的改进，其中包括溶解液体的喷射被收集在水箱中。喷射再循环直到液体达到预置的传导率极限。然后浓缩的液体像其他任何浓缩的液体化学物一样泵送入系统中。

当使用现有技术供给固体化学物时，固体化学物的溶解依赖于溶解过程的动力学。由此，如果通过侵蚀工艺控制供给，其中释放化学物的速率是基于流速和化学物块的减少的表面面积，化学物的流速和表面面积将决定化学物多快释放。其它装置使用不同的技术，例如传导率控制器，以便试图控制这种可变的释放，但是设备复杂易出故障。化学物本身可能结块和桥接，也影响化学物的溶解速率。

通常，这种现有技术适合于连续的或半连续的化学物释放，其中化学物释放持续较长的一时间段。然而，许多生物杀灭剂在短时期高剂量段塞供给时是最有效的。为了实施这种生物杀灭剂底流(现有技术)系统，系统的泄料停止，并且大量的生物杀灭剂供给到系统中。短时期泄料停止以允许生物杀灭剂工作。在允许生物杀灭剂工作之后，泄料重新开始，并且生物杀灭剂从系统慢慢地放出。除了在短时期内生物杀灭剂高剂量更有效之外，在这种段塞供给方案下，使用的生物杀灭剂的总量比连续释放的方案更少。由此使用段塞供给方案能够使较少的生物杀灭剂被使用并且最终被释放进入环境中。因为现有技术的缓慢释放速率，固体生物杀灭剂不容易用于自动的段塞供给。

发明内容

本发明涉及一种用于向液体系统自动或半自动添加固体化学物的饱和极限供给系统。更具体地，本发明是一种将固体化学物段塞供给到循环液体系统中的方法和设备。该方法和设备能够用于将任何合适的化学物添加到任何合适的系统中，但是具体地针对向冷却系统的循环水添加生物杀灭剂描述了本发明。

本发明不使用动力学来控制固体化学物的溶解；反而，本发明依赖于固体化学物在液体中的溶解度。化学物在溶液中的溶解度极限定义为在特定温度下化学物能够溶于该溶液的最大量。溶解度极限通常以能够溶于一升溶液的化学物的百分数(例如，1％)或克数(例如，1％＝10g/升)给出。一旦溶液处于溶解度极限，添加到溶液中的另外的固体化学物不会溶解。根据本发明优选的布置，由塑料网构造的篮位于不透水容器内侧。为简单起见，不透水容器在此可选地指代段塞管、保持管或PVC管，然而，由合适的塑料、金属、玻璃纤维或其它合适的材料制成的任何不透水容器将会是合适的。容器也不需要是管道或管的形状，任何形状容器也是合适的。同样，篮网孔可以指代由一些合适的塑料诸如聚丙烯的制造的篮；然而，任何适当的材料可以用于制造篮。

本发明通过将过量的化学物装载到网孔篮中并且将网孔篮放置到PVC管中而起作用。PVC管填充有特定体积的水，并且化学物和水被允许保持接触一段时间。在这段时间期间，化学物溶解直到其接近其溶解度极限。此时，无额外的化学物溶解进水中。当需要一段塞的化学物时，阀或一系列阀打开，并且水流动通过段塞管，从而用不饱和的水替换化学物饱和水。冲洗通常的仅仅持续几分钟；几乎很少的另外的化学物被少量的过量冲洗水溶解。化学物的剂量相应地通过在段塞管中的水的体积乘以化学物的溶解度来确定。对于本发明，固体化学物的剂量通过化学物的溶解度平衡，而不是如现有技术使用溶解动力学进行控制。打开用于将生物杀灭剂添加到冷却塔的阀的控制机构优选地是计时器控制阀；然而，其它控制化学物释放的方法是已知的，并且也被认为是本发明的一部分。一些激活冲洗的替代手段是：

1)装配或泄料水总计表，其中当已经测量到特定量的水时就定量给料化学物的。

2)程序中的步骤，例如用于洗衣的清洗循环中的步骤，其中化学物在过程的特定阶段定量给料。

3)对系统的测量值的响应。例如，每当ORP值降到低于预置值时，阀能够被激活。

4)指示系统需要化学物添加的任何点可以用作激活阀的信号。

5)手动地激活阀。

本发明的另一个优势是其从添加少量化学物到添加很大量化学物的递增是很容易的。包括在冲洗中的化学物的量只是化学物的溶解度乘以段塞管的体积。如果需要少量的化学物，则本发明可以构造成仅放置较小体积的水与化学物接触。如果需要每次定量给料较大量的化学物，则仅需要改变的是，维持较大体积的水与化学物接触，即，使用较大的段塞管。此外，改变容器的尺寸，化学物定量给料的变化量可以通过用大体积段塞管构造系统，和使用惰性物体替换容器中的水，通过改变输出连接的高度而在容器使用各种液体高度，或通过本领域技术人员已知的其它方法和系统而实现。

附图说明

图1是本发明实施例的剖切示图。

图2是根据本发明实施例的网孔篮的侧透视示意图。

图3是图1示出的实施例的示图，示出了在化学物排放到系统期间的水流动和阀设置的实施例。

图4是图1示出的实施例的示图，示出了用于在管已经将化学物段塞供给到系统之后将保持管排泄的水流和阀的设置的一个实施例。

图5是本发明实施例的侧剖切示图，示出了在篮中的化学物。

图6是本发明实施例的侧剖切示图，示出了使用惰性物质减少保持管中的水的体积。

图7是本发明的另一个实施例的侧剖切示图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个实施例的段塞供给环路10的总体布局。管段1(在此也相当于如段塞管或保持管)构造成接纳可移除的篮3。根据一个实施例，管段是PVC结构，并且篮是钢丝网或塑料网。段塞管1配备有可移除的顶部5，以便能将化学物添加到段塞管和/或对篮3进行移除。段塞管1通过管段7、9连接到循环水系统2。管段7、9可以配备有隔离阀11、13，和一个或多个计时器致动阀15、流量计17、流量调节阀19和排气阀21。段塞管1还可以配备有包括排泄阀25的排泄部分23。

图2示出了篮3的特写，篮3可选地配备有定心环27和可选的漏斗29。篮3还可选地配备有宽的底座31，该底座31包括盘或环，其直径稍小于段塞管1的内径。定心环27构造为当在段塞管1内侧时防止篮倾翻。可选的漏斗29可以是固定的、半固定的、或可移除的，并且构造成允许容易添加化学物。

图3示出了本发明的一个实施例，其中在隔离阀11、13打开，计时器激活阀15打开，流量调节阀19打开，和排气阀21关闭和排泄阀25关闭的情况下，化学物被段塞供给到循环水系统2。根据一个实施例，经过段塞供给环路的水的流动通过激活/打开计时器控制阀15而发生，并且根据来自流量计17的回馈通过调节阀19来预设流量。当计时器控制阀打开时，水移动通过段塞供给环路，替换在段塞管1中的化学饱和水。在合适的时间，通常一到五分钟，并且一定是被认为足以从段塞管完全地冲洗化学饱和水的任何时间，之后，计时器控制阀关闭。

图4示出了本发明的的实施例，根据该实施例，段塞管1可以排泄或部分地排泄，以允许将固体化学物添加到篮3。根据优选实施例，系统可以在化学物加到系统之前不久进行清洗。根据该实施例，隔离阀11、13关闭并且排泄阀25和空气阀21打开，并且段塞管1迅速排泄。在一些或所有的水从段塞管1排泄之后，可移除的顶部5可以移除，并且化学物可以添加到篮3中。

参照图5，在篮/段塞管中使用的化学物的形态可以是任何类型的固体，包括成粒的、粉末或片剂。化学物的形态对于装载是重要的，但是不显著影响本发明的功能。然而，为了让本发明期望地起作用，篮中的固体化学物的量必须等于或超过溶于等于段塞管的内容积减去段塞管中的固体化学物的体积的水的体积的化学物的最大量。

因为本发明依赖于化学物的溶解度极限，并且在各种不同的条件下向循环系统2添加不同量的化学物可以是期望的，并且不同的化学物具有不同的溶解度极限，本发明提供简单的方法调整在单个段塞供给中添加的化学物的量。如图6所示，大量惰性物质33可以添加到段塞管1，在篮3的内侧、下面或周围，以便减少段塞管1中水的体积。依据本发明的该特征，对于具有较高的溶解度极限或较低的剂量的化学物，在段塞管中的液体的体积可以减少，而不必减小段塞管的尺寸。因此，根据优选实施例，段塞管构造成保持一定体积的水，该一定体积的水溶解期望量的在可能添加到该系统的各种化学物当中的具有最低溶解度极限的化学物。当要添加具有更高的溶解度极限的化学物或期望较低剂量的化学物时，惰性物质可以加到段塞管中，以减少管中水的体积，使得可以溶解对于单个的段塞的合适量的化学物。

图7示出了根据本发明的段塞供给系统20的替代实施例，其中，化学物段塞被重力供给到循环水系统2。根据该实施例，当化学物的段塞要被添加到循环水系统2时，致动器阀101打开，并且空气释放/真空断流阀(vacuum breaker valve)103打开，从而允许在段塞管1中的水的体积在重力作用下奔流到循环水系统2中。一旦段塞管已经冲洗到循环水系统中，致动器阀101就关闭，再填充阀105打开以便用新体积的水来再填充段塞管。该系统可以构造成从循环水系统2，从不同的水源(例如水箱，井)或从其组合，接收新体积的水。根据本本发明的实施例，进入到循环水系统中的段塞管中的饱和液体的定量给料，和用不饱和液体再填充段塞管是两个独立的操作。

示例1

DBNPA是不氧化的生物杀灭剂，其通常用于在冷却塔中控制微生物活性。DBNPA在室温水中具有大约1.0％的溶解度极限。DBNPA优选地基于系统的水体积以大约10ppm的剂量进行段塞供给。典型的处理方案包括每周定量给料DBNPA3次(每月13次)。以月为基础，检查化学物供给系统，并且重新装填给料器中的化学物。具有1000加仑体积的水系统需要37.8克剂量的DBNPA，以在10ppm的水平处理。该处理通过饱和有DBNPA(1.0％)的3.8升水的段塞供给而实现。该剂量作为段塞供给在几分钟内实施。

4”直径的管每英寸容纳大约200ml水，由此大约19英寸长的充满水的管段容纳3.8升。实际的装置可能更大，以便包括用于容纳至少13x37.8＝491克DBNPA的另外的体积。2¹/₂"直径的网孔管的长度是13英寸，容纳超过1000克DBNPA，1000克DBNPA足以100％超出每次37.8克的13次段塞供给。

DBNPA接近于本发明的理想溶解度。化学物充分溶解，所以对于通常的剂量，不需要非常大的水体积且因此大的管。然而，以1.0％的溶解度，不是可溶的以至于每个剂量的化学物的溶解显著地增加水的体积，并且随后由此增加剂量。这使得由单个填充的许多剂量被完成。如果DBNPA的密度等于水的密度，则经过一个月周期的具有每个剂量的饱和水的体积的改变可能小于标称的10％。

更可溶的化学物也能够用于本发明；然而剂量的数量将受到限。同样，能够使用较不可溶的化学物，但是给料器的水体积需要增加以得到类似的剂量。

表格1示出了从小规模装置的测试中获得的结果的一致性。该装置包括围绕由400目聚丙烯制造的管的3.0升的塑料容器。600克的DBNPA粉末被添加到网孔管中。在不同的浸泡时间之后，1gpm的水冲洗通过给料器长达2分钟。然后测量DBNPA的总数。

以小时计的浸泡时间	释放的DBNPA的克数
		48.3	37.1
25.0	39.2
		71.7	37.1
23.3	30.5
		24.1	34.4
23.7	30.5
		24.4	33.2
66.8	34.5

表格1：小规模的饱和极限给料器结果

释放的化学物的平均量是34.6克，具有3.1克的标准偏差。取决于特定的给料器的布置和溶解的化学物的密度，在篮升高和包括网孔底部和/或篮的侧面被遮盖(masked)以允许更一致的水/化学物界面的情况下，给料器可以更一致地运行，而与给料器中的化学物的数量无关。

如相关于图1、3、4、5和6所示和描述的本发明具有作为单个冲洗运行发生的化学物的段塞供给和新液体的添加。然而，根据不同的实施例，例如图7示出的，段塞供给可以通过打开阀并允许饱和水通过重力排泄而执行。在排泄之后，可以用不饱和的水再填充段塞管。在这种布置中，自动的空气释放/真空断流阀是有益的。这种布置有下列好处，即没有可能携带少量添加的化学物的过剩的清洗水。本实施例的限制是饱和化学物必须在系统中不加压的点被供给。

本发明也不需要内部篮，因为化学物可以仅放置在段塞管中，只要段塞管的构造和饱和液体的流动能防止固体化学物离开容器即可。具有网孔的篮允许更快地达到平衡以及当通过较大范围的冲洗速度的冲洗时限制被运走的固体化学物的量。

如果必要的话，本发明可以结合动力学的供给步骤以提供增加的剂量。这部分处理如同现有技术的装置具有相同的问题，特别是控制释放的速度。然而，许多的需要的剂量将通过饱和剂量准确地提供，因此动力学的剂量变化的影响是较少的。使得装置成为饱和和动力学的给料器的组合能够仅仅通过允许清洗水以超过要求的清洗饱和化学物系统的特定的流速在受控的持续时间流动而完成。增加的动力学的剂量可以通过调整流速，或者动力学的供给流动的持续时间，或者两者而调整。此外，由于许多剂量是以第一冲洗提供，供给全部剂量需要的时间足够短，以便允许化学物的段塞供给。

通过增加这种动力学的步骤，单个给料器尺寸可以处理较宽范围的系统。特定的给料器具有特定的体积的水，并且由此当水变得饱和时释放特定量的化学物。化学物的量适合于特定尺寸的冷却系统。对于较小的系统，惰性物质可以加到给料器中。惰性物质减少在给料器中的水的体积，并且由此减少化学物的量。对于较大的系统，可以增加动力学释放步骤。通过控制用于这些步骤的持续时间和水速度，能够充分地处理较大的系统。由此较宽范围的化学物定量给料可以由单个的给料器完成。

例如，使用容纳20升水的6"直径的给料器进行测试，并且在没有任何浸泡时间的情况下测量释放速度。以4加仑/分钟速率经过给料器运行30分钟(替换23次给料器的水的体积)释放130克的化学物。这种动力学受控的释放是除可能被释放的化学物具有能够浸泡的给料器之外的。完全基于饱和的释放将产生每升10克的DBNPA溶解或200克的剂量。由此动力学的添加步骤将对于化学物的单个释放增加到330克。200克剂量的DBNPA以10ppm水平处理5280加仑；330克剂量处理8700加仑。凭经验使用的蒸发冷却系统的水的体积相当于10X吨位，具有20升体积的完全饱和极限给料器可以处理直至500吨的系统。以上添加的动力学的释放步骤增加系统的尺寸，该系统可以用单个给料器处理由500吨到超过800吨。

此外，本发明可以用于不同的、兼容的、和高度可溶的化学物的每月单个注射剂量。例如，当正在再填充生物杀灭剂时，通过向本发明增加一些兼容的、高度可溶的生物杀灭剂或生物分散剂，首次释放将含有多段塞供给生物杀灭剂和高度可溶的生物杀灭剂或生物分散剂两者。这种定量给料可以有效防止在生物薄膜拆卸中形成或促进对于最初生物杀灭剂的细菌抗药性。例如，如果多段塞供给化学物是DBNPA，高度可溶的化学物可以是异噻唑啉(isothiazoline)。异噻唑啉作为固体而利用，是高度可溶的，并且与DBNPA兼容。单个剂量所需的精确量的异噻唑啉可以在给料器被再填充时每月添加到给料器一次。异噻唑啉在首次保持周期完全溶解，而且该剂量在系统的首次段塞供给使随DBNPA释放。

Claims (21)

1.一种化学物给料器设备，所述化学物给料器设备连接到循环水系统，所述化学物给料器设备包括：

容器，所述容器具有不透液体外壳，所述容器具有液体入口、液体出口和允许添加固体化学物的开口；所述容器构造成保持特定体积的液体；

所述容器构造成接纳化学物，使得所述化学物与所述液体密切接触足够的时间，以便允许所述化学物中的一部分溶于所述液体中，并且用于使所述液体成为饱和有所述化学物；

控制机构，所述控制机构构造成允许所述不透容器中的饱和液体流动到所述循环水系统中，并且用不饱和液体替换所述饱和液体，

其中，阻止未溶解的固体化学物离开所述不透液体容器。

2.根据要求1所述的设备，其中，所述化学物位于透液容器中，所述透液容器位于所述不透容器内，所述透液容器构造成允许所述化学物与所述液体密切接触。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述透液容器被制造成包括网孔。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述透液容器具有漏斗。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述不渗透液体容器由PVC或其它塑料制造而成。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制机构包括至少一个阀，所述至少一个阀允许不饱和液体进入所述不透容器并且将所述饱和液体冲洗到所述循环水系统中。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制机构包括至少一个阀，所述至少一个阀允许所述不透容器中的所述饱和液体通过重力而重力排泄到所述循环水系统中。

8.根据权利要求6所述的设备，其中，所述控制机构包括计时器。

9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述控制机构被构造成周期性地移除所述饱和液体，且所述控制机构包括在程序中的步骤。

10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述控制机构被构造成自动地致使所述冲洗每周发生至少一次。

11.根据权利要求8所述的设备，其中，所述控制机构被构造成自动地致使所述冲洗每月发生至少一次。

12.根据权利要求1所述的设备，其中，惰性物体被添加到所述不透液体容器中，以便取代液体并由此改变所述容器能够容纳的液体的特定体积。

13.根据权利要求6所述的设备，其中，所述冲洗持续比替换所述饱和水所必需的时间段更长的时间段，从而允许释放另外的化学物。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，除了所述第一化学物之外，添加高度可溶的第二化学物，用于所述第二化学物的单个注射剂量。

15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述第一化学物是DBNPA，并且高度可溶的所述第二化学物是异噻唑啉。

16.一种用于重复地向循环水系统添加化学物的方法，包括：

使固定量的液体与过量的化学物组合；

保持所述液体和所述化学物在容器中密切接触一时间段，使得所述液体变成饱和有所述化学物；

将所述饱和液体从所述容器清洗到所述循环水系统中，从而产生特定段塞剂量的化学物；

用不饱和液体替换所述饱和液体。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述化学物容纳在渗透容器中。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述饱和液体的清洗和用不饱和液体进行的替换两者通过用不饱和液体从所述容器冲洗所述饱和液体来完成。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述饱和液体的清洗和用不饱和液体进行的替换在两个独立的操作中完成。

20.根据权利要求16所述的方法，其中，增加清洗量以允许在每个处理期间溶解和释放另外的化学物。

21.根据权利要求16所述的方法，其中，使用高度可溶的第二化学物，所述第二化学物随着所述第一化学物的第一定量给料基本上被完全释放。