CN1121897C - 混合气体和液体的装置和方法 - Google Patents

Abstract

用于把气体混合和引入大量液体中的改进了的装置和方法。该装置支承着许多处在上述液体表面下方的辐条状的排气构件(484)。这些构件具有朝上的多孔排气表面(485)，压缩气体通过该表面向上释放到液体中。通常这些构件具有无孔的下部。为了抵消由旋转的构件造成的“提升泵”效应的向上的力量，这些构件要倾斜，其前边缘低于其后边缘。构件的倾斜与旋转的速度互相平衡，结果，液体相对于排气表面的合成冲角就等于零或稍大于零，从而有效地把冒出来的气体打碎成尺寸很小的气泡。

Description

混合气体和液体的装置和方法

本发明涉及把气体和已溶解的各种气体导入大量液体中，混合该大量液体，以及把添加剂导入这样的液体中的装置和方法。

本发明是对各种现有的下列各种技术的改进：1)把一种添加剂导入大量液体中，和/或2)把添加剂导入这一池液体中，并且同时3)从整体上混合这种大量液体。

利用充气和混合来处理水和其他液体已经有一百多年了。在此期间，曾经用过的方法包括以下各种：

1. 压缩机扩散器利用压缩机迫使气体进入液体表面以下，并通过一个扩散器。当气泡上升到液体表面时，气体就从气泡转移到液体中了。混合是在气泡上升到液体表面的时候通过液体对气泡的阻力完成的。扩散器的种类有大气泡的扩散器和细小气泡的扩散器。大气泡扩散器更加可靠些，但与细小气泡扩散器相比，工作的能效不高。细小气泡扩散器首先是能效更高，但是它常常堵塞，结果可靠性下降。尤其是，细小气泡扩散器在较低的气体流速下故障增多，受到工作能力减小的限制。

有一种使用形状为大的扁平的水平盘形件的旋转气体扩散器的压缩机/扩散器。气体是从布置在圆盘四周围的多孔板中排出来的。这种装置所产生的气流中，许多气泡跟在原先的气泡所经过的路径后面，因而限制了气体溶入液体体积内的效率。这种情形还将妨碍液体有效地流入反应塔内，从而限制了它的混合效率。

授予别林斯基的美国专利No.3,630,498中公开了一种高速旋转的小的混合和充气构件，这种构件中有一对沿径向水平延伸的叶片或箔片。工作时，在箔片的后面形成的气蚀区中产生了局部的真空。从叶片上排出的气泡进入该气蚀区内，由于气泡周围的压力降低而膨胀。膨胀的结果，气泡由于液压的力量而破碎成更小的气泡。然后，破碎后的气泡浮出压力降低的气蚀区，由于受到周围环境的压力而进一步减小尺寸。别林斯基专利的关键是要形成气蚀区。为了在实际的装置中形成气蚀区，箔片必须很短(例如24英寸)，并且要以很高的速度旋转(例如450RPM)。这种装置最适用于较小的面积。如果箔片做得相当长，所耗费的能量和高速旋转所造成的荷载很快就会使这种装置无法使用。

2. 表面充气机  使用电动机来驱动靠近表面的推进器或叶片。这种充气机或者把水扬到空气中，或者吸入空气并将其喷射到刚好在表面以下。表面充气机的空气转移效率与细小气泡扩散充气装置相比一般都很低。换言之，它每溶解一磅氧气要消耗更多的能量(马力—小时)。此外，表面充气机所进行的混合一般限于靠近表面的液体。同样，混合所消耗的能量则集中在推进器的附近。高剪切应力集中在局部区域内会破坏为液体的恰当的净化所必须的脆弱的絮凝物的结构。更进一步，这种机器的轴的伸出长度受到限制，并且轴的轴承的寿命短。

3. 水轮机/喷洒器  使用压缩机迫使气体分布到液体表面以下。这种装置也使用一种正好处在扩散器(喷洒器)上方的浸入水中的推进器来打碎气泡并进行初步的混合。水轮机—喷洒器的缺点和表面充气机的缺点相似，额外还有一个缺点，即它需要一个诸如压缩机之类的压缩空气源。

4. 喷气充气机利用文杜里原理，使用一个液体泵和一个喷射器把气体加入液体中，此装置公开在U.S.No.4,101,286中。喷气充气机可用于把附加的气体、液体或固体的化学物质混合在大量液体中。这种装置可靠，有很好的能调节的工作能力，是一种很好的混合器；然而，充气的效率很低。

5. 叶片扩散器  1921年公开的授予英格拉姆的早期专利No.1,383,881中描述了一种具有旋转叶片的漂浮装置，它把气泡喷射到大量液体中。然而，这种叶片的设计受到这种要求的限制，即，它既要作为推进器驱动叶片旋转，又要将气泡排出去。叶片是倾斜的，因此，前边缘的仰角要在45°左右。结果，排出来的气体形成了长长的然后又变成很大的气泡，这种气泡使气体溶入液体内的效率很低。此外，对该专利的审查和我们的研究表明，叶片将朝着相反的方向旋转，而不是朝着英格拉姆专利中所指示的方向旋转。这是由于液体的向上流动造成的，这种流动则是由释放出来的气体的向上朝着液体表面的运动的液体提升泵效应所造成的。这种垂直的水流流过倾斜的叶片将使叶片向与专利中所指出的相反的方向旋转。

总体概述

实施本发明的装置和方法具有把气体充入或者扩散到大量液体中，并且与这些液体混合的优异的性能。这种方法的效率高，而且能耗小，解决和克服了现有技术中的各种问题和局限。扩散器总成的概述

在所列举的装置中，一个气体扩散器总成悬挂在液体表面以下，进行转动。上述总成包括许多长形的沿径向延伸的，隔开距离的扩散构件或叶片。上述叶片具有整体朝向上方的排气表面，表面上有许多孔，当叶片旋转时，压缩气体从这些孔中排出来。在排出气体时，上述构件的旋转在扩散器表面上方的液体中产生了相对的流动。这种流动打碎排出来的气流，直接把气体形成气泡，这些气泡的大小要比叶片在静止状态下所产生的气泡小得多。对于一定体积的气体来说，这种尺寸较小的气泡暴露在液体中的表面积更大，能溶入更多的气体。

上述构件是相当长的，例如，直径为8英尺或者更大，因此能覆盖很大的面积。构件旋转的速度相当慢，以便节约能量，但是，对于打碎这些气泡，和使气泡均匀地分布在构件所覆盖的面积上已经足够快了。

所列举的装置具有良好的充气性能，能够充分与液体混合。具体的说，是由于以下的因素：

1)由于气泡是在由隔开距离的径向延伸的构件组成的移动的气塔中形成的，所以气体在一个很大的面积上分布得很均匀，在这个面积上产生的气体的点源荷载很小，而且混合能量的点源荷载也很小。

2)气泡没有被迫跟在原先释放出来的气泡的运动路径后面。在跟着原先释放的气泡的气泡运动路径上运动的液体，一般所含的溶解气体都比较多，从而使得物质转移的扩散梯度要比不跟在原先气泡的运动路径上的气泡小。使气体溶解在液体中的驱动力，是液体中已溶解气体浓度与液体中该气体的饱和浓度之间的差。借助于使上述充满气体的液体和扩散器部件的运动，所列举的装置使得每一个后来释放出来的气泡都在一条新的路径上运动，暴露在新的液体环境中。这种在新路径上的液体接近围绕着该装置的周围液体中已溶解气体的浓度。因此，驱使气体大量转移的动力大于其他使用静止的扩散器结构的充气装置。

3)由于扩散器的构件或叶片的辐条状的布置，所以四周围的液体能够进入这些叶片之间的“反应塔”(在扩散器上方的水)。这种液体进入反应塔的能力提高了反应塔中的水的翻腾，这样就增加了物质转移扩散的速度(见上面的2)，并且促进了混合。

这三个因素作用的结果是气体大量溶入液体内，因为和上面陈述过的其他技术相比，气泡始终暴露在充气不足的液体中，并且还因为有更好的初步混合。冲角—叶片的倾斜

为了使液体的流动对于旋转构件的剪切效果最大，需要使构件排气表面相对于液体流动的合成的冲角基本上是零，或者稍微大于零。换言之，这种流动总体上应该与这种表面平行，或者相切。

为了达到零冲角，所列举的扩散器总成在设计时考虑了向上排出气体的效果。就是说，这种气体的排出使得液体在一个圆柱体或者反应塔中，也就是由旋转的叶片所形成的向上延伸部分中，向上流动。更具体的说，这种气体的排出在叶片的上方产生了一个液体区域，这个区域，由于存在着气泡，其密度要比叶片下方四周围的液体小。这种密度较小的液体从下方四周围密度较大的液体垂直向上移动。这种密度较小的液体垂直向上的流动称为提升泵效应。替换上升的密度较小的液体的四周围的液体便进入旋转叶片之间的反应塔。四周围的液体向上流动影响了旋转叶片与四周围液体之间的冲角。

为了达到所要求的零冲角，考虑到这种提升泵效应，构件要在旋转的方向倾斜，即，前边缘要降低。

图2-5说明了旋转叶片的排气表面485的平面与液体的合成矢量614之间的关系。合成矢量614是下列两个矢量之和：(1)由于构件旋转的向前的运动所产生的水平矢量613，(2)由于液体柱向上运动所产生的垂直矢量616。当排气表面485的角度基本上与合成矢量614的角度重合时，就做到了所要求的冲角大致为零。

从这个关系可以看出，对于已经给定的倾斜度或者构件表面的冲角，所要求的零冲角可以在垂直的液体流动的提升泵效应与选定的可变化的构件旋转速度的比例的范围内保持。图1-5、2-5a和2-5b中的矢量分析表明了由叶片旋转速度确定的水平面上的矢量613，由上升液体的垂直速度确定的矢量616，叶片上的排气表面485的冲角，以及由合成矢量614所代表的矢量613和616之间的关系。倾斜的旋转扩散器表面485受到液体冲击的角度就是上述冲角，并且以合成矢量614与表面485之间的角度来表示。

图2-5一般地表示了形成气泡和能量利用的最佳状态。旋转速度与垂直上升的液体速度相加，产生了一个合成矢量614，这个合成矢量与水平面所成的角度稍稍大于表面485的倾斜角。处在矢量614与表面485之间的冲角稍微大了一些。

图2-5a表示了另一种情况，此时，由于粘度的变化，扩散器浸入水中，排水区域的几何形状等等，而使液体的垂直速度降低，使得垂直矢量变短，使合成矢量发生了变化，结果，冲角大于所要求的值。这种情况将导致使扩散器旋转所需要的扭矩增大，能量的过度消耗，以及叶片和驱动机构中的应力增大。要校正这种状态，应该降低旋转速度，以缩短水平矢量613，直到合成矢量614a等于零或者稍大于零。

图2-5b表示了相反的情况，此时，由于粘度的变化，扩散器浸入水中的深度增大等等，结果垂直矢量616变得较大，使得合成矢量发生了变化，于是冲角小于所要求的值。这种情况将导致扩散器旋转所需要的扭矩减小，而气泡增大。要校正这种状态，应该增大旋转速度，以加长水平矢量613，直到合成矢量614b等于零或者稍大于零。静压水头差—使气泡的排出分布在叶片的整个宽度上

以上所说明的扩散器总成的结构还涉及排气构件倾斜的效果。以上所描述的排气构件的倾斜造成了构件的前边缘与后边缘之间浸入水中深度的差别，因而也就是静压水头的差。这种静压水头的差将使得从后边缘流出来的气体多于从前边缘流出来的气体。因此，可以理解，所产生的气泡尺寸就要大一些。本发明的排气构件的结构将防止这种不均匀的气流。

为此，本发明的构件都设计了一条中央下部气体供应通道，该通道延伸在构件的全长上，并且与中空的中心轴连接并相通。这种通道提供了许多上方的分配气体的压力通风道，该通风道在整个构件的长度上延伸，并且布置成并排地横过构件的宽度。上述上方压力通风道的数量，根据叶片的实际尺寸和叶片的倾斜角可在2-10条之间变化。已经发现，通风道少于两条将使整个叶片上的气流不均匀，而通风道多于10条时，由于多孔的扩散器表面区域被各分隔壁和多孔的扩散器表面的下面所封闭，会造成从该表面区域流出来的气体流量减少。这种上方的压力通风道布置在形成构件排气表面的多孔壁的下方，保持了逐渐变化的压力。在列举的装置中，有三条上方通风道。在前边缘上的上方压力通风道保持最高的压力，上方的中央通风道保持稍低的压力，而在后边缘上的上方通风道则保持最低的压力。把中央的下方通风道与前边缘上的通风道隔开，并且把中央与后边缘上的上方通风道隔开，就能够实现这一点。下方的中央通风道与上方通风道之间的气流只能通过这些出口流动，即，让下方的中央通风道与上方的通风道之间通过隔离壁相通的出口。下方的中央通风道与上方的通风道之间的隔离壁上出口的数量和尺寸，设计成使得每一对相邻的上方通风道之间的压力差一般都等于这一对通风道所承受的静压水头差。这种静压水头差是由各条通风道的浸入水中的深度差造成的，而这种深度差是由叶片的倾斜造成的。

从供应通道流入的气体通过内壁上的出口流入上方通风道。在所列举的装置中，这些内壁和出口是这样布置的，使得流入上方通风道的气流一般都沿着多孔壁下面的切向，以便减小不需要的背压。在整个水柱的宽度上排出气体

为了气体在整个液体上分布得更加均匀，上述排气总成是这样设计的，即，在构件径向外部排出的气体要比在构件径向内部排出的气体多。在列举的装置中，这个不等式是借助于在各构件的外部设置比构件内部更宽的排气表面来实现的。通常，各构件具有梯形或三角形的扩散器表面。此外，也可以把从下方中央通风道到上方通风道的出口，设计成沿径向与从上方通风道的多孔壁的表面区域的中央到端头的差别相适应。排出添加剂

为了把附加的气、液体或者类似的物质(一种“添加剂”)排入上述大量液体中，每一块叶片或构件都可以有一个或多个单独的密封附加腔室或者下方通风道，这些腔室沿着构件的径向延伸，并且可以有其自己的排气零件，用于把添加剂排入大量的液体内。装在附加腔室内的添加剂可以通过扩散器构件外壁上的出口直接释放到大量液体中，或者，也可以通过上述多孔壁释放到液体中。在后一种情况下，一条或者多条上方通风道不设置用于排出主要气体的通向下方通风道的出口，而为这条上方通风道设置了通向装有上述混合物的下方附加通风道的出口。一当上述添加剂释放到上方通风道内，它便通过上述多孔壁导入液体中。支承和工作构件

在本发明中列举了若干种不同的用于把排气总成支承，旋转和提升与降低到大量液体中去的结构的实施例。

一般说来，所有的实施例都在水池的大量水的表面上方有许多浮筒支承着一个框架。在框架上可以安装一台压缩机。该框架还支承着一根向下延伸到水体表面下方的空心的垂直主轴。扩散器总成装在这根轴的下端。这根轴有一条与压缩机或者其他的压缩空气源连通的内部通道。在不同的实施例中，这根轴或者是能倾斜的，或者能够垂直移动，以便提升或下降扩散器总成。在这两种情况下，都能把扩散器的构件提升出大量的液体上方，以便启动，清理，修理和切断电源等等。当能沿垂直方向提升或降下轴时，就能够有选择地改变扩散器的浸入水中的高度，提供控制气体溶入液体内的速率的途径。

在列举的装置中，一台简单的机械装置，例如齿轮箱、由电动机驱动的链条或者皮带，或者电动机—齿轮箱组件提供了使扩散器构件旋转的大扭矩。控制系统

一般都要求能够有选择地调节气体溶入大量液体内的速率。

所描述的装置能借助于改变扩散器总成浸入的深度使这种速率变化。更具体的说，释放气体时的深度决定了气体溶入液体中的效率，也决定了该装置的背压。深度越深，溶入的效率和速率就越高，反之亦然。改变浸入的深度可以根据各种检测到的参数，例如水中溶解的氧气(DO)，所需的生物氧，PH等等的水平，用手动或自动进行。

也可以根据其他与所要求的充气程度或者与大量液体的混合程度有关的输入信号来改变上述深度。有许多因素既与大量液体本身有关，也与液体以外的，影响所要求的充气和混合程度的事物有关。例如，有可能要根据需要这种液体的量的多或少的时间，或者能量比率的高低，来调整充气或混合的深度。这种时间的长短可能是白天或晚上，一星期或一个月，或者与季节有关，例如是冬天还是夏天。

也可能要根据工厂或设施的总的或整体的同期的动力使用率来调整上述浸入深度，上述情况要由适当的动力传感器813来决定。换言之，可能存在着使总的动力使用率保持在预定限度的因素。因此，当其他设备需要的动力多时，充气混合装置的使用率就应该降低一些，反之亦然。

同样，也可以预先制订一张程序表，规定输入和深度的变化，以便根据输入或规范的各种变化达到所要求的充气和混合的程度。需要时，这种程序表可以改变或者从新制订。应该指出，上述输入信号可以包括与大量液体本身有关的监控信号。从外部资料源来的当时的数据，或者更普通的例如小时之类的信息，此时能量就比较便宜，或者在正常情况下需求更高一些。很明显，存在着两种可替换的选择：反映当时实际的数据(精确度更高)和根据统计学、历史资料等等采用预定的输入信号(可省掉购买和操作设备运行的费用)。

可以把内部的输入信号和外部的输入信号结合起来。例如，当能量的费用比较高时，一般可以为设备编制停止运转或转变为低水平运行的时刻表，但，此时设备就不再能保持足够高的运行水平，来使得溶解气体的量维持在高于临界值的水平。在必须遵守维持临界值的规定时，可以将设备设定为让一个动力供应装置来直接控制该设备所消耗的动力，例如由一个输入计算机的信号来控制。

在另一个实施例中，压缩机的输出可以有选择地根据这些参数的变化而改变，以改变气体的溶入速率。

上述控制系统还可以让旋转的速度变化(手动或自动)，以维持所需要的冲角。其实施的一种方式是采用一台从一个传感器的反馈来控制的变速驱动装置，上述传感器能测量为使构件旋转所需要的功率。堵塞/清理

由于下列原因，本发明的装置很少发生堵塞的问题：

1)流过叶片的液流阻止了在扩散器的表面上形成细菌菌落和它们的副产品。

2)在普通的装置中，溶解气体的生产率和能量消耗的控制是由改变流入扩散器的气体流速来实现的。在溶解气体的生产率低的期间降低流速常常导致堵塞。在本发明的一个实施例中，是借助于维持恒定的气体流速来减少装置的堵塞的。溶解气体的生产率不是依靠改变气体的流速，而是依靠改变扩散器浸入的深度。

3)叶片上平坦的面可以在叶片高出液体表面时用装在框架上的喷嘴喷出来的一股冲击水流或者其他的液流进行冲洗。叶片可以转动，而且高度可以改变，所以叶片上所有的表面都能够用一股或多股固定的液流来清洗。

4)由于叶片可以在任何设备不工作的时期收缩到液面以上，进一步减少了堵塞。安全阀—深度的自调节

本发明的扩散器总成还包括一个自调节的自动减压阀或安全阀装置，它能自动调节扩散器浸入的深度。这种装置通常包括一个刚性的或半刚性的空心的向下延伸部分。这个延伸部分与扩散器总成连通，其下端或者是敞开的，或者在下端设有一个单向阀。只要当排气构件内部和外部之间的压力差超过了上述延伸部分的长度(以液体的英寸计)再加上打开单向阀所需要的压力，上述延伸部分就能让气体释放出去。上述单向阀防止了周围的液体自由流入扩散器总成的内部，而这会造成扩散器的堵塞。

下面，参照附图详细说明本发明的实施例。附图中：

图1-1是实施本发明的一个优选形式的混合和充气装置的示意侧视图；

图1-2是图1-1中的装置进一步放大了的示意侧视图，其排气总成出在收缩的位置上；

图1-2A是图1-2中画圈的部分的放大的示意图(旋转90度)；

图1-2B是图1-2中另一画圈的部分的放大的示意图(也旋转90度)；

图1-2C是沿图1-3中的C-C线的放大了的示意侧断面图；

图1-2D是沿图1-2中的D-D线的放大了的示意顶视断面图；

图1-2E是图1-2D中画圈部分的放大了的示意图；

图1-3图1-1中的装置的示意顶视图；

图1-3a是上述装置的示意顶视图，说明它刚性地支承在池子的边上；

图1-3b是图1-3a中的装置的示意侧视图；

图2-1是图1-1中所示的轴下部的示意侧视图，其下部与该装置的排气装置的叶片连接；

图2-1a是沿图2-1中的A-A线的示意侧断面图；

图2-2是上述排气装置的一块叶片的示意顶视图(有些部分移开了)；

图2-3是一块叶片在靠近叶片径向向内端部处的示意断面图；

图2-4是图2-3中的叶片靠近其径向外端的示意断面图；

图2-3a是一块叶片的另一个实施例靠近其径向内端的示意横断面图；

图2-4a是一块叶片的另一个实施例靠近其径向外端的示意横断面图；

图2-5是说明叶片的排气表面相对于它通过它所浸入的液体的运动时的冲角的示意图；

图2-5a是说明叶片的排气表面相对于它通过它所浸入的液体的运动时的过大的冲角的示意图；

图2-5b是说明叶片的排气表面相对于它通过它所浸入的液体的运动时的过小的冲角的示意图；

图2-6是一个扩散器叶片把多孔材料去掉后的示意图，说明通向上方通风道的有差别的出口；

图2-7是一种可替换的扩散器材料上孔的分布的示意平面图；

图2-7a是图2-7中画圈部分的放大的示意图；

图2-7b是图2-7中另一个画圈部分的放大的示意图；

图2-8是表示主轴与供应气体的管子之间的密封旋转接头的放大的示意侧视图；

图2-9是说明该装置的监视器和控制机构的工作过程的框图；

图3-1是实施本发明的另一个优选形式的混合和充气装置的示意侧视图；

图3-2是图3-1中的装置上部放大的示意侧视图；

图3-3是图3-1中的装置的示意平面图；

图3-4是图3-1中的装置的示意侧视图，其中心轴和扩散器总成处在向上倾斜的位置；

图4-1是本发明的混合和充气装置另一个实施例的一部分的示意侧视图，其中的压缩空气是由外部气源供应的；

图4-2是图4-1中的装置与另一个类似的装置组合后的示意顶视图，两者都与一个共同的压缩机联结。

图1-1到2-9说明本发明的一个最佳实施例420。在该实施例中，扩散器总成490可以有选择地借助于改变支承轴480的有效垂直高度进行调整。

图3-1到3-4表示本发明的一个第二最佳实施例320。在该实施例中，扩散器总成490可以有选择地借助于使支承轴380倾斜从其浸入位置移出来。实施例320的其他方面与实施例420十分相似。

图4-1说明与实施例420十分相似的可替换的实施例520，但其中的拥挤和它的驱动电动机用一个与远方的压缩空气源连接的连接装置所代替。

图1-1到2-9说明本发明的一个最佳实施例420。概括的说，装置420包括若干支承着一个构架或框架124的浮筒或漂浮构件122。框架124又支承一个整体的中央外壳140。一台空气压缩机或风机172安装在一个浮筒122上(图1-2)。压缩机172由电动机173驱动，而电动机也支承在上述浮筒122上。上述这些浮筒122设计成浮在一个池子或者湖的大量的水或者其他液体的表面“S”上。压缩机172与一根柔性的气管177连接并相通，该气管又与一根刚性的向下延伸的空心中央长轴480的上端连接并相通。轴480穿过并安装在上述中央外壳140上，能够转动。轴480由一台安装在外壳140上的电动机196驱动旋转。

中心轴480在其下端装了一个共同旋转的扩散器或排气总成490，该扩散器总成由若干沿径向延伸的空心的扩散器或排气构件或叶片484所组成。轴480为气流从压缩机172流向构件484的内部提供了通道。

构件484有朝上的带小孔的扩散器表面485，在上述构件旋转时，气体便从该表面上释放出来，对大量的液体进行混合和充气。为了覆盖面更宽广些，构件484比较长，以较慢的，能量效率较高的速率旋转。

构件484的结构使它能形成一个向上的气流，该气流的喷射总体上均匀地覆盖了该构件旋转时所越过的全部面积，这一点下面还要充分描述。

构件484都有朝前的前边缘，此前边缘呈向下的角度或向下倾斜，以补偿上面说明过的上升气体的液体提升泵效应。旋转的速度可以变化以便获得所要求的零冲角的合成角度(或者稍大一些)。这样就能最大限度地提高构件旋转时液流的打碎效果。本实施例的排气总成490包括能让制造厂商或者使用者针对各种不同的情况预设一个构件484的固定的迎角或倾斜角度的调整装置。对于一个现有的池子，一当迎角设定之后，可以用改变转速来达到所需要的冲角。

此外，构件484还可以后掠1-4°，以形成更稳定的旋转结构。

最需要的是使用者能够有选择地改变扩散器总成490沉入液体内的深度而不停止设备的工作，以便控制吸收气体的速率。为此目的，上述中心轴480的垂直高度应该能够调整，同时这根轴继续转动并传递扭矩。

上述中心轴480也可以包括从一个添加剂容器或者送进机构606接过来的挠性管607。

装置420包括一个自动补偿扩散器总成490的深度变化的减压装置481。具体的说，轴480的一根附加的管状延伸部分487向构件484深度的下方延伸一预定的固定距离，提供一个出口481a。如果构件484中的压力差超过预定的值，则继续增加的压力差将由于通过出口481a释放气体而被阻止。这样就能防止构件因为过大的压力差而损坏，而与叶片484的深度无关。

构件484的堵塞是靠在构件旋转时液体的冲洗作用来排除的。周期性地提升叶片484使它与安装在框架下部的刷子198相接触(如图1-2所示)，并继续转动刷子和/或用一股加压的液流冲刷叶片，能进一步消除堵塞。

请特别参阅图1-1到图1-3，从这些图中可以看出，有三个整体上为长圆筒形的浮筒122。图中的支承框架124可以用钢或者其他坚固的刚性材料制成。框架124包括整体呈矩形的中央外壳140，三个长形的垂直框架部分128从该中央外壳沿径向向外延伸。在这种漂浮装置中，框架部分128从侧面看都具有截头三角形的共同外形。这三个向外延伸的框架部分128互相之间的间隔相等，大约为120°。其中的两个框架部分128a是单片的，其外端各由一个浮筒122a支承着。这两个浮筒122a要比第三个浮筒122b小得多。较大的第三浮筒122b连接并支承着第三框架部分128b的外端。图1-3表示得最清楚，第三框架部分128b由两个并排的互相平行的，并且用适当的横向构件连接起来的长形框架部分127所组成。空气压缩机172和它的驱动电动机173就支承在这个较大的浮筒122b上。浮筒122b在压缩机和电动机的周围形成了一层消音和防护密封层。在浮筒122b上装有吸气过滤器壳体174，向压缩机172输送空气。然后，压缩机172把经过压缩的气体输送到起消音器作用的浮筒122b的密封的内部(图1-2)。一个出口176从浮筒122b通到挠性气体管道177的下端，而管道177又与中心轴480的上端相通。

更具体的说，一个用钢材之类制成的垂直的刚性支架构件178安装在框架部分128b上。这个支架构件178支承着从出口176向上伸出大约20英尺的挠性或铰接管道177。然后，该挠性管道177从该处开始向上呈弧形延伸，又向下弯曲，通到装置的中心。管道177在那里用一个气密旋转密封件179连接在空心中心轴480的上端。这个密封件179能让轴480相对于管道177旋转。

更具体的说，如图2-8所示，轴480的上端支承在轴承密封壳体704上。特别是，一个安装在壳体704内的推力轴承660支承着一个圆环661，该圆环刚性地安装在这根轴的上端，使得这根轴和圆环在由轴承密封壳体垂直支承的同时，能一起相对于轴承壳体旋转。在轴480顶端的外围设置了一个环形旋转密封件662，它能让轴承密封壳体704与轴480在防止压缩空气从轴的内部逸出的同时，在两者之间作相对运动。在轴承密封壳体内部的同轴线的位置上可以根据选择设置一个旋转接头(图中未示出)，用于输送添加剂，这一点下面将进行描述。

如上所述，一般说来，空心的中心驱动轴480可由使用者有选择地在轴继续旋转的同时，使它在图1-1所示的下方浸入位置与在图1-2中所示的提升出液面位置之间垂直地移动。

在图1-2c中表示得最清楚，为了便于这种移动，上述中心轴480穿过一个整体上为圆筒形的刚性金属套筒482，该套筒在垂直方向固定不动，但能够旋转。套筒482以能够转动的方式由外壳140的上壁和下壁中的一对推力轴承所夹持。轴480上的花键489与套筒482上的花键孔配合，结果，轴必须与套筒一起旋转，但却能相对于套筒垂直移动。

在图1-2c，1-2e中看得最清楚，驱动轴480的转动是借助于一个安装在连接着一条驱动链或皮带192的套筒482上的大链轮190来实现的。驱动链192与一个小链轮194连接，而小链轮由一台也是安装在中央外壳140内部的电动机196驱动。使用者能够有选择地开动或停止这台电动机196，并且调整它的速度，以控制套筒482、轴480和叶片484的旋转速度。

在图1-2、1-2a和1-2b中看得最清楚，轴480的垂直运动是用一台在轴480与一个垂直刚性的钢制中央支承塔182之间的链驱动装置180来完成的，支承塔182安装在中央外壳140上。更具体的说，上述轴承密封壳体704固定在一根链条184上，这根链条垂直延伸，绕成一圈。这圈链条184的上端绕在一个链轮185上，该链轮安装在支承塔182的顶部，能够转动。这圈链条184的下端绕在一个链轮186上，该链轮由安装在支承塔182上的一台提升电动机189通过一个齿轮箱188来驱动。使用者有选择地开动电动机189向顺时针或反时针方向转动，就能提升或降下轴480。

轴480的这种垂直移动能让扩散器总成490有选择地定位在液体的不同深度中，或者象图1-2那样，把它提升到液体表面S以上，以便进行启动，修理，检查，调整叶片的角度，或者为池子排水等等。

下面将要更全面地讨论，在压缩机启动的时候，叶片必须提升到它的排气表面高出液体表面之上(或者略低于液体表面)。否则叶片上所受到的压力就太大了。

当如图1-2所示，把叶片484提升起来时，叶片的上方排气表面485就会与安装在框架部分128b的下面的刷子198接触。在该提升位置上使叶片484旋转，就可以让刷子198清理各叶片的表面485。

如图1-3所示，以上所描述的漂浮装置420可以用适当的缆绳或者链子125系在框架124和/或浮筒122，以及池子的侧面和/或底部之间，使它在横向定位并且不能转动。

或者，也可以把框架124刚性地支承在池子的壁上，如图1-3a和1-3b所示。

请特别参阅图1-3，图中表示了各构件484的特殊的布置。在图中的装置420中，有12根以等距离隔开的径向延伸的构件484。

图2-1、2-1a和2-2表示叶片或者构件484安装在主轴480的下端的状态。一个整体为圆筒形的轮毂230借助于连接法兰板232、234和螺栓236固定在轴480的下端。轮毂230有外壁238，它整体上为垂直的圆筒，通过弧形的环形底壁和顶壁构件240、242固定在轮毂法兰板234上，底壁和顶壁构件结合起来形成轮毂230中的腔室244。腔室244通过法兰板232、234中的大开口232a、234a与轴480的内部连通。腔室244也通过接管250与扩散器构件连通，通过减压机构481中的开口481a通向液体。

许多整体上水平延伸的套筒或接管250以其内端固定在轮毂的外壁238上，并且沿着径向向外延伸。接管250隔开距离布置在轮毂周围，每一个接管支承着一个构件484。所述的接管250是空心的，整体呈圆形，并且与轮毂230的内部腔室244连通。

如图2-1和2-1a所示，每一个构件484都有一个中空的，横断面整体呈矩形的安装管260，用于把构件安装在一根接管250上。每一根安装管260沿其径向的内端套装在一根接管250上。每一根安装管260在其径向内端都有一个横向的安装法兰262，这个法兰可以用螺栓264和螺母226锁定在靠近协同工作的接管250的轮毂壁238上。在安装法兰262与轮毂壁238之间装有一个围绕着接管250的O形密封圈610。因此，安装管260和装在它上面的构件484就锁定在轴480的固定的位置上。每一根安装管260的径向的外端用适当的装置固定在它的构件的径向内端200上。

法兰262可以有选择地绕着它的轴线相对于轮毂的侧壁238转动，以便将与它协同工作的叶片484转动到所要求的倾斜角度，然后锁定在该位置上。这种可选择的定位是依靠在每一个法兰262上设置许多用于螺栓264的安装孔262a来达到的(图2-1a)。这样，就能让叶片的倾斜角度由制造厂商有选择地固定下来，或者针对各种不同的情况(例如旋转速度，排出的空气的体积和速率，液体的粘度)采用不同的角度。

图2-2是这种构件在扩散部件卸下后的一个顶视图。从顶上看，每一个构件484整体上都呈梯形，它从较窄的径向内端200向较宽的径向外端202倾斜。上面已经提到过，这种梯形结构有助于为旋转的构件在其整个反应塔的轨迹上提供更加均匀的气体供应，使得在径向外部所排出的气体要多于在径向内部所排出的气体。每一个构件484都有一条前边缘204和一条后边缘206。

图2-3是构件484在靠近径向内端200的轴480附近的横断面图。构件484在此处的横断面在整体上是椭圆形的，而且是对称的。它的上排气表面485整体上是平坦的，由一块用诸如烧结的塑料、多孔的橡胶类材料等多孔材料制成的平坦的上壁或板210所形成。它的弧形的，几乎呈半圆形的下表面212由坚实的下壁214所形成。壁214可以用比较坚固耐用，不透水，但重量很轻的材料，例如玻璃纤维或者各种塑料复合物制成。构件484的内部构件可以用与壁214同样或类似的的材料制成。

图2-4是构件484在其径向外端或构件的顶部202附近的横断面图。此处的横断面要比图2-3中所示的横断面宽而薄。它仍具有由多孔板210形成的平坦的上表面485和弧形的下壁214。但是，下壁214和下表面212所具有的半径要比径向内端处的长。厚的径向内部区段能提供所需要的强度，而较薄的径向外部区段则降低了阻力。

构件484的外部横断面总体上逐渐从靠近轴的宽度较窄的圆形(图2-3)过渡到顶端的更平坦，更薄并且更宽的形状(图2-4)。

一道不透过液体的中间壁220延伸在构件的长度上，并且与外壁214组合起来，形成内腔室或下部压力通风道。

中间壁220的结构中可以形成一条或多条支撑件或者加强构件，这种构件在整个长度上从径向的内端延伸到径向的外端，以加强叶片。

具体的说，中间壁220和外壁214形成了一条下部中央压力通风道和一对下部侧面压力通风道，中央通风道形成了空气或气体的沿径向在构件484的中央延伸的供应管道216，而一对侧面通风道或腔室602、603则分别沿着构件的前边缘和后边缘延伸。

上述下部中央压力通风道216与中心轴480的内部相通，这一点下面还要详细描述。

多孔板210安装在中央内壁220上的朝上的台阶221上，并将其密封，以形成两条以上的长形的上部气体分配压力通风道218a、218b、218c，这三条通风道沿径向在构件的全长上延伸，并且布置成在总体上互相平行，从前边缘到后边缘横跨整个构件的宽度。在图2-3和2-4所示的实施例中，这三条上部气体压力通风道218a、218b和218c接纳从下部中央气体压力通风道216通过中间壁220上的适当的出口280供应来的气体。然后，气体又从这三条上部气体压力通风道218a、218b、218c通过多孔板210流入大量液体中。正如上面已经指出的和下面将要更详细描述的，这三条上部气体压力通风道的作用是使气体在整个构件的宽度上平均地排出去。

图2-6是扩散器构件484的视图，它上面的扩散器构件210卸下来了，图中表示了下部中央压力通风道216和上部压力通风道218a、218b、218c之间的出口280。这种出口开得能让在气体流入前方的上部气体压力通风道218a时没有阻力，流入上部的中央压力通风道218b时有一些阻力，而流入后方的压力通风道218c时有较大的阻力。从而使得从每一条经受不同的静压水头的上部压力通风道流出来的气体流速都相等。图2-6中示出了固定在多孔的扩散器构件210下面的支承凸台612，用于减小在上部压力通风道的壁220的各支承部分之间的未被支承的跨度，以维持整体平坦的扩散器表面。

如图2-3和2-4所示，上述排气构件484中的侧面下部压力通风道或腔室602和603，各自由通过轴480向上延伸的添加剂管道607与一个旋转密封件(图中未示出)连通，然后，再通过一根不旋转的管道与适当的供料装置或者与添加剂的供应容器606连通(图1-2)。添加剂可以从压力通风道602、603通过许多沿着前边缘和后边缘204、206排列的排气喷嘴609喷散出来。前边缘和后边缘上的排气喷嘴609的数量和尺寸从扩散器的轮毂到叶片的顶端逐渐增多和/或增大。这就使得由整个叶片所形成的圆形面积上的添加剂的物流能够更加均匀地分配，并且减小了在靠近旋转中心处释放的添加剂更多，而且气泡的尺寸更大的倾向。

如图2-3a和2-4a所示，添加剂也可以代替主要的气体从一个或多个上部压力通风道218中扩散出来。例如，可以不让上部压力通风道218a与下部中央压力通风道216相通，而让它通过出口611和添加剂供应管道607相通。从添加剂供应系统来的液体或气体将进入压力通风道218a，然后通过多孔板210逸出压力通风道的上方。这种扩散添加剂的喷射装置和用喷嘴609喷射添加剂，在添加剂的分布方式和物理性质方面，例如添加剂材料的气泡尺寸方面是不同的。这种扩散添加剂的喷射装置具有这样的优点，即，在它逸出多孔板210时把添加剂分散了，在添加剂和主要气体两者出现在液体中之前，添加剂是和主要气体分开的，并且液体中的主要气体和扩散的添加剂材料更加接近了。

如图2-3a和2-4a所示，在本实施例中只在后边缘206上设置的喷嘴609由于排出添加剂而产生了一个反作用力。这个反作用力形成了使扩散器总成旋转的旋转力，或者帮助该扩散器总成旋转。此外，在后边缘206上比在前边缘204(图中未示出)上喷射更多和/或更大量的气体，也能提供一个净反作用力。

上面已经指出过，上述构件或叶片是倾斜的，其前边缘204低于其后边缘206，以便于实现在零度或者稍微有一些正角度的冲角下进行工作。上面也已经指出过，这种倾斜的目的是要造成一个静压水头的差，即，前边缘上的静压水头较高，而后边缘上的静压水头较低。由于气体都倾向于从静压水头较低的地方逸出，所以逐渐地有更多的气体将从后边缘流出来。这样，将会产生不希望的较大的气泡。在所描述的扩散器总成490中，由于使得气体的压力从后边缘向前边缘逐渐提高，所以弥补了这一点。更具体的说，处在较大压力下的气体供入上部的前压力通风道218a中，压力较低的气体则供入上部的中央压力通风道218b中，而压力最低的气体就供入上部的后压力通风道218c中。这样就导致在倾斜的叶片的整个宽度上气流分布得更加均匀。

下面将更详细的描述，构件484的内部构造一般使得气体从下部的中央压力通风道216水平地流入通常与板216下面平行的上部的压力通风道218a、218b、218c。

上面也曾指出，一般希望在逐渐接近扩散器叶片484顶端时释放出更多的气体。在本实施例的扩散器构件484中，当从构件的中央逐渐接近其外侧的顶端时，多孔板210的宽度逐渐展宽。多孔板210上全部孔的尺寸和分布都是均匀的。换言之，通常每单位表面积上的孔的数量是均匀的。因此，表面积越大，孔就越多。这样，随着板210向着构件的顶端逐渐展宽，孔的数量和排出气体的量也将向着构件的顶端逐渐增加。

如图2-7所示，在构件484的一个可替换的实施例中，可以使用一块可替换的多孔板介质，例如一块橡胶板或者带有许多可选择的冲孔的薄膜。这些孔可以做成不同的尺寸，和/或每单位表面积不同的数量，以控制气体在构件484不同位置上的释放量。因此，扩散器叶片上宽度方向孔的分布可以变化，以补偿由于扩散器叶片倾斜角度所引起的静压水头的差别。具体的说，靠近下部前边缘204的区域上，每单位面积上的孔的数量或者尺寸可以多一些或大一些。而靠近叶片的上部后边缘206的每单位表面积上的孔的尺寸和数量就可以小一些或少一些。以上各种措施的目的是使倾斜的扩散器叶片整个宽度上的气流均匀化。

同样，如图2-7所示，每单位面积上的孔的尺寸和/或数量沿径向向着叶片的顶端也是逐渐增加的，以便在旋转叶片所扫过的面积上，或者说反应塔的底面上的气流更加均匀。图2-7a表示，在靠近叶片的径向外端202处，每单位面积上孔的数量很多。而图2-7b表示，在靠近叶片的径向内端200处，每单位面积上孔的数量较少。

在多孔板210上的这许多孔701能让构件484的上部压力通风道内部的气体向外流入液体中。当构件484旋转时，从小孔中冒出来的气体被扩散器构件和附近液体的相对运动所破碎。由运动着的多孔板喷射出来的气泡的尺寸要比构件静止时从小孔中喷射出来的气泡的尺寸小得多。这是非常希望的，因为上面已经说过，同样的排气量，较小的气泡所提供的为气体扩散到液体中去的表面积，要比尺寸较大的气泡所提供的大。结果，对于给定的排气量，有更多的气体溶解在液体中。

如上所述，本实施例的构件484将其前边缘204倾斜成低于后边缘206。申请人曾经建造并试验了一个装置480的样机，发现，倾斜角度在5°到35°左右时，这种装置具有很高的工作效率。如上所述，使构件倾斜之所以能够达到很高的气体破碎效率，是因为合成的冲角为零，或者稍大于零。

叶片的倾斜角度可以由制造厂商或者使用者根据不同的情况和条件进行选择后固定下来(例如所要求的大致旋转速度，池子的几何尺寸，液体的粘度，气体的流速等等)，以便达到合成的冲角为零或稍大于零。

如果需要达到冲角为零或稍大于零，必然也需要在各种不同的和变化的条件下(例如各种不同的液体粘度，空气的流速和液体的特性)，不必调整叶片的倾斜角度就能达到冲角为零或稍大于零。这可以用改变叶片的旋转速度来达到。使用者可以借助于观察扭矩的利用率，适当调整扩散器装置的旋转速度，来达到所要求的扭矩，以确定和保持这种优化的旋转速度。

更具体的说，当如图2-5a中的矢量图所示的那样，冲角显著大于零时，为使叶片旋转所需要的动力便增大。这种动力的增大，如果不加以控制，就可能使叶片和驱动机构中的应力过大，并且还浪费能量。

如附图所示，而且上面也已经说明，排气构件通常都是很薄的，有一个平坦的朝上的排气表面。因此，一根从前边缘拉到后边缘的弦应该处在与排气表面平行的平面上。当一个构件倾斜，它的前边缘低于后边缘时，弦和构件的排气表面都将处在倾斜状态。

图2-9用框图表示了装置420的监视和控制装置800。这种装置800能够自动地调整转速，以保持所要求的冲角。一个监视器和控制电脑(或编好程序的微型芯片)802接受从监视施加在旋转的叶片484上的扭矩的扭矩传感器804传来的数据。对于给定的旋转速度和倾斜角度，上述扭矩与由“提升泵”效应施加在叶片上的向上的力有直接关系，或者成一定的比例。当扭矩超过预定的上限值或设定点时，电脑802就向变速驱动装置806送去一个信号，使驱动轴旋转的电动机196降低速度。当扭矩下降到低于预定的下限值或设定点时，电脑便送出提高电动机196的速度的信号。

这样，就能以这种方式自动地使冲角保持在设定点零与稍大于零的范围内。

装置420也可以包括一块控制操作盘(图中未示出)，用于控制上述监视器和控制装置800。装置800还能够控制压缩机的电动机173(开或关)和提升电动机189。

上面已经指出过，各种数据可以用监视器或传感器808来收集，传感器808把结果提供给监视器和控制电脑802。电脑802又控制提升电动机189，改变排气装置490的浸入深度，以提供由输入的数据所指示的，气体溶入液体内的速率。

举一个例子，上述装置可以安装在盛有包含生物量的液体的池子里。在处理的过程中，液体中的微生物把这些生物量作为食物消耗掉了，从而从液体中去掉了这些生物量。由于微生物消耗这些生物量的结果，液体中溶解的氧气的浓度降低了。这种溶解的氧气浓度的降低由一个溶解氧气传感器808检测到。

这个溶解氧气传感器808把信号送给监视器和电脑802。这个信号可以是0-10伏的，或者4-20毫安的信号，它指示了池子中溶解氧气的水平。然后，监视器和控制电脑802将从传感器808输送过来的溶解氧气的水平与要求的预定值进行比较。万一池子中溶解氧气的浓度下降到低于所要求的值，监视器和控制电脑802将自动使提升电动机189增加排气装置490沉入池子的深度。沉入深度增加的结果是溶解氧气的生成率增加了。相反，如果溶解氧气的浓度超过了所要求的值，则监视器和控制电脑将自动地使提升电动机减少沉入的深度。

上面已经详细解释过，输入的信号可能牵涉到与液体本身有关的受监控的参数，从外部信号源来的当时的数据，以及更加一般的信息，例如电力价格降低的时间，或者需求比历来的更高了，或者任何其他综合信息。

上述扩散器总成490在没有气体的情况下运转，其目的只是进行搅拌混合和/或释放添加剂。在进行这种运转时，就没有提升泵效应。此时，旋转的速度必须降低，以防止叶片或驱动机构的应力过大。

在一台这种实施例的样机中，使用了14个排气构件。每一个构件的长度大约是10英尺，顶端的宽度大约是16英寸，基部的宽度大约是6英寸。构件在基部处的高度大约是2英寸，而在顶端处的高度大约是1.25英寸。上面已经指出过，倾斜角度大约在5°到35°之间。构件旋转的速度约为3.5-15rpm。所供应气体的压力约为1-15psi。构件的表面速度当转速为3.5rpm时可从顶端的220英尺/分钟左右变化到靠近基部的44英尺/分钟左右。当构件的转速为15rpm时，其表面速度从顶端的950英尺/分钟左右变化到靠近基部的188英尺/分钟左右。多孔壁上小孔的尺寸在30微米左右。构件在液体中所保持的深度范围为零到20英尺之间。构件的内部与外部之间保持的压力差大约是0.5-1.5psi。

本实施例中的装置420包括自调整的卸压装置481。一般来说，该装置包括一根半刚性的管段或主轴480的延长部分487，它延伸到扩散器构件484下面一个预定的距离，在该延长部分487的下端有一个出口481a。在延长部分487上要安装一个单向阀487a，以防止液体从池子中向上流入叶片内部。卸压装置481设计成要有一个预定的压力差才能打开。从出口481a释放气体所需要的压力等于以下两项的和：(1)从扩散器表面485到出口481a的液柱的压力(以英寸计)；(2)打开单向阀487a所需要的压力。

当装置420运转时，在构件内的压缩空气与构件外部的水中的压力之间有一个压力差。在正常的情况下气体的压力较大，能让气体通过小孔排入液体内。在本样机中，上述压力差大约是0.5-1.5psi。

更具体的说，上述延长部分487延伸到扩散器构件484以下的深度大约是25英寸。在该装置中，如果构件中的压缩空气与液体上方的静压水头的压力差小于以下两项的和：(1)管状延长部分487的长度；(2)打开单向阀487a所需要的压力差，那么压缩空气就不能迫使水从下端的出口481a流出去。例如，如果构件中的压缩空气与外部的水的压力之间的压力差是12英寸，那么，压缩空气只能迫使自己在管状延长部分487中再比构件的深度向下12英寸，而不能流出出口481a。如果构件中的压力差超过或者将要超过预定的值，则气体就能迫使自己向下通过下端的出口481a，于是气体就能从该出口排出去，卸掉超过的压力。这样，就能避免构件因压力超过预定的值而损坏。

这种装置能够为扩散器构件484浸入水中的深度进行自动补偿，无论何时，只要构件484中的压力差(以液柱的英寸计)超过下列两项的和：(1)管状延长部分487的长度(英寸)；(2)为打开单向阀487a所需要的压力，就能够卸掉气体的压力，而与构件沉入液体中的深度无关。这种自动的深度补偿在每一次叶片处在不同的深度时不需要去调整安全阀或卸压阀。这种卸压装置安装在扩散器总成上，并且和它一起垂直移动。因此，这种卸压装置和扩散器总成受到同样的相对静压水头的压力。这种卸压装置只要为所要求的最大压力差调整一次就可以了(设定管状延长部分487的长度和打开阀487a的力量)。

当压缩机在启动程序中起动，而叶片484由于某种原因里面有水时，这些水就会使压力以高于正常情况的速率增大。因此，必须使装置中的压力低于可能使叶片损坏的临界值。上述卸压装置481由于能让水从出口481和阀487a逸出，所以它有助于防止这种损坏。

此外，还有一个连续不断地把平均压力通知电脑802的压力传感器811。一当卸压装置失效，不能使平均压力保持在低于临界值时，电脑802就会关掉压缩机172。在这一方面，还要防止电脑在不需要关闭压缩机时把它关掉，例如，当压力有一个瞬时高峰，但存在的时间不长，不足以使叶片损坏，那么压力的读数要综合一段时间的数，即要进行平均。

但是，仍然可能存在着在起动时超过破坏压力的问题。如果不调整，压缩机继续运转，就会在0.5秒钟左右达到全速。因为事情发生得如此的快，以致卸压装置还不能满足把全部液体都清除出去的要求，而且控制装置也不可能对迅速增大的压力反应得足够的快。

为了解决这个起动问题，在上述装置中加入了一个“软起动”装置809，以便把压缩机达到全速的时间从0.5秒左右延长到60秒左右。

压缩机的这种软起动大大地降低了单位时间内压力的增加(dP/dT)，使得卸压装置有足够的时间把水清除掉，而控制装置也有更多的时间来反应压力的增大。

图4-1表示本发明的一个可替换的实施例，它除了以下三点之外基本上和上述装置420相同：a)它缺少一台压缩机；b)它缺少一台驱动压缩机的电动机；c)它在挠性气管177与从远方压缩空气源通过来的管道500之间有一连接器。

图4-2表示包括两台这种装置520a、520b的系统，这两台装置都与单独一台远方的气源，例如一台恒压或者恒容积的压缩机522连接，并从它那里接受压缩空气。图4-2中有一条共同的供气管道524，还有连接到每一台装置520a、520b上的单独的供气管道500a、500b。需要的时候附加的单独的装置520(图中未示出)也可以与压缩机522和管道524连接，并由它们供气。控制装置(图中未示出)可以与该装置520a、520b的提升电动机589连接，它能够协调装置520a、520b中的排气装置总成590a、590b浸入水中的相对深度，从而有选择地决定哪一个排气装置总成的排气量更多一些或更少一些。

借助于减少一个排气总成590a相对于另一个排气总成590b的扩散器浸入水中的相对深度(因而也就是减少相对的静压水头)，将使流向浸入深度较浅的排气总成590a的压缩空气量增加，而流向浸入深度较深的排气总成590b的压缩空气量减少。

与共同的气源522连接的全部装置的总动力消耗和溶解气体的总量可以用集体增加或减少这些装置浸入水中的深度来改变。全部装置的这种增加或减少，可以看成与一台压缩机和一台装置深度的增加和减少一样，而与连接在一个共同气源上的多台装置的浸入深度相对的增加和减少不同。

这可以看作是一种经过改进的气体流量比例控制机构(阀门)，它能够自动地并且有选择地增加或减少从一个共同气源接受气体的多台装置相对的气体流量。

之所以要控制与一个共同气源连接的多台装置的相对气体流量的理由有以下几条：

1)安装在一套设备(即一个或多个池子)中的多个传感器可能检测到设备中有一部分与另一部分相比需要增加气体。监视器和控制电脑在接收到这些传感器送来的信号之后，了解到这种需要，便通过减少这一部分的装置的相对浸入深度，使得这一部分装置与连接在共同气源上的另一部分装置相比，增加了气体流量。

2)某些处理过程需要通入气流的混合期与只混合不通入气流的混合期这两种时期互相交替。借助于改变与一个共同气源连接的多台装置的相对浸入深度，流入个别装置的气流就能够减少或取消，从而形成只有混合和带有释放气体的混合两种区域。

3)增大气体的流速可能改善混合的方式和能量的分配，然而，溶解气体的要求或者现有的压缩机/管线设备可能不容许同时向全部设备增加气体的流速。借助于交替地形成高气体流速的区域，就能够在不超过总气体溶解量的要求和不超过压缩机和管线的输送能力的同时，实现混合方式的改善和改进能量的分配。

图3-1到3-4本发明的第二种可替换的优选实施例320。这种装置320包括一对支承着框架324的长形漂浮构件322。通常，漂浮构件322设置成互相平行，并且隔开距离。框架324又支承着一个中央外壳340。压缩机或者风机372安装在外壳340中。压缩机372用一台也是支承在外壳340上的电动机332驱动。漂浮构件322设计成能骑在一个池子之类的容器中的大量水或其他液体的表面“S”上。压缩机372与一根向下延伸的长的空心主中心轴380连通。

轴380安装成能够转动，并由一台也是安装在外壳340上的电动机驱动旋转。更具体的说，电动机370通过一台减速装置371和一个皮带驱动装置373驱动固定在主中心轴380上端的驱动轮375。

旋转的主轴380在其下端装有基本上与上面描述过的排气总成490相同的扩散器或排气总成。

上述外壳340是用枢轴安装在框架324上的。外壳340在整体上是矩形的箱子。一根水平轴350从外壳延伸出来，它的靠近外壳两侧的两端，用框架上整体呈三角形的支撑354支承，而框架则是支承在隔开距离的一个浮筒322上。

轴350固定在支撑354上不能转动。外壳340则支承在轴350上，但是能绕着轴350转动。装在外壳中的一个大链轮356固定在这根轴350上。

一根驱动链358绕在上述大链轮356和一个小的驱动链轮360上。小链轮360由一台斜置电动机364通过一个齿轮箱362来驱动。电动机364和齿轮箱362都安装在外壳340内。

当电动机364使链轮360转动时，便驱动链条358，使得整个外壳340绕着链轮356转动。这样，就使得轴380和扩散器总成490如图3-4所示的那样上升到液面以上，就能够起动压缩机，或者清理，修理排气构件484，或者改变倾斜的角度。等等。

在不脱离本发明在权利要求书中所确定的构思和范围的前提下，能对所描述的结构作各种改进和变换。

Claims (66)

1.一种用于向大量液体内混合和溶入气体的装置，它包括：

a)一个框架；

b)一根有纵轴线的主轴，该主轴安装在框架上，其轴线整体上与大量液体垂直，并延伸到大量液体的内部；

c)安装在上述主轴的位于大量液体的表面以下的位置上的排气装置，该排气装置包括许多长形的，隔开距离的沿径向延伸的，能绕着上述轴的垂直轴线旋转的排气构件；以及

d)装在框架上的驱动装置，该驱动装置与上述排气装置连接，以便使排气装置旋转，

上述排气构件各有一个整体平坦的朝向上方的排气表面，该排气表面有一条前边缘和一条后边缘，各排气构件有封闭的下部，各排气构件有一条与压力气源连通的内部通道，各排气表面有许多与排气构件中的内部通道连通的小孔，上述排气表面是倾斜的，其前边缘低于其后边缘，其倾斜的角度与排气构件在特定的大量液体中的旋转速度综合在一起，使得液体相对于排气表面的合成的冲角通常为零或稍大于零，上述排气装置的旋转使得流过上述表面的液体把从这许多从小孔中冒出来的气体破碎成气泡，这些气泡要比排气装置停止不动时所形成的气泡小得多。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述排气装置在它旋转时，至少扫过大约8英尺的区域。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包括用于有选择地把排气表面的倾斜角度固定在不同的预定角度下的装置。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包括提升和降下上述排气构件的装置。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，上述提升和降下装置通常是垂直地提升和降下上述排气构件，并且该装置还包括控制上述驱动装置，改变排气构件旋转速度的装置，以便在排气构件的不同浸入深度下保持合成的冲角为零或稍大于零。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述排气构件设计成在各排气表面的沿径向靠外的部分所排出的气体，以渐进的方式，比该表面上沿径向靠里的部分要多得多。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述驱动装置是这样工作的，它要保持排气构件的转速足够的慢，以避免气蚀和能量的过度消耗，而又要足够的快，以便有效地破坏从小孔中排出来的气流，直接把上述气流制造成气泡。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包括把上述框架支承在上述液体表面上的漂浮装置。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包括支承摇架装置，用于支承上述主轴和排气装置，使它向上倾斜并从液体中出来。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述排气表面在它静止不动时，所占据的面积不超过旋转的排气构件所占据的圆盘面积的85％左右。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，由上述静止的排气表面所占据的面积的百分比为50％。

12.如权利要求4所述的装置，其特征在于，上述提升和降下装置能把排气装置提升到排气表面处在或高于液体表面的位置上，以便于起动或其他目的。

13.一种用于向大量液体内混合和溶入气体的装置，它包括：

a)一个框架；

b)一根有纵轴线的主轴，该主轴安装在框架上，其轴线整体上与大量液体垂直，并延伸到大量液体的内部；

c)安装在上述主轴的位于大量液体的表面以下的位置上的排气装置，该排气装置包括许多长形的，隔开距离的沿径向延伸的，能绕着上述轴的垂直轴线旋转的排气构件；以及

d)装在框架上的驱动装置，该驱动装置与上述排气装置连接，以便使排气装置旋转，

上述排气构件各有一个朝向上方的排气表面，该排气表面有一条前边缘和一条后边缘，各排气构件有一条与压力气源连通的内部通道，各排气表面有许多与排气构件中的内部通道连通的小孔，上述排气表面是倾斜的，其前边缘低于其后边缘，其倾斜的角度与排气构件在特定的大量液体中的旋转速度综合在一起，使得液体相对于排气表面的合成的冲角通常为零或稍大于零，上述排气装置的旋转使得流过上述表面的液体把从这许多从小孔中冒出来的气体破碎成气泡，这些气泡要比排气装置停止不动时所形成的气泡小得多，压力较高的气体在靠近倾斜的排气表面的前边缘处排出来，而不是从靠近其后边缘处排出来，从而使得在各排气表面的整个宽度上的排气均匀化。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，各排气构件有若干条分开的沿径向延伸的长形压力通风道，并且压力较高的气体通常都渐进地供入协同工作的排气表面中从前边缘逐渐向后边缘行进的相应的压力通风道中。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，各排气构件有一个与压力气源连通的腔室，并且该腔室通常沿构件的长度延伸，该构件的许多条压力通风道与构件的上述腔室连接并相通，在各构件的腔室与协同工作的压力通风道之间有气体出口，上述出口的尺寸和布置设计成能让从协同工作的排气表面的较低的前边缘到较高的后边缘顺序的压力通风道中的压力逐渐增高。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，在一个构件的腔室与该构件较高后边缘的上部压力通风道之间的压力差通常要等于该构件的排气表面的前边缘与后边缘之间的静压水头的差。

17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，在构件的较低的前边缘上，在上述各构件的腔室与该构件的压力通风道之间的出口是成比例的，使得在在这种腔室与前边缘的压力通风道之间基本上没有压力降。

18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，各构件有三条或者更多的上述压力通风道。

19.如权利要求16所述的装置，其特征在于，上述各构件的出口是这样设计的，即，在该构件的排气表面的整个宽度上气体的流量是相等的。

20.一种用于向大量液体内混合和溶入气体的装置，它包括：

a)一个框架；

b)一根有纵轴线的主轴，该主轴安装在框架上，其轴线整体上与大量液体垂直，并延伸到大量液体的内部；

c)安装在上述主轴的位于大量液体的表面以下的位置上的排气装置，该排气装置包括许多长形的，隔开距离的沿径向延伸的，能绕着上述轴的垂直轴线旋转的排气构件；以及

d)装在框架上的驱动装置，该驱动装置与上述排气装置连接，以便使排气装置旋转，

上述各排气构件在整体上是扁平的，有一条前边缘和一条后边缘，还有一根从前边缘延伸到后边缘的弦，这些排气构件各有一个朝向上方的平坦的排气表面，该排气表面通常与该构件的弦平行，各排气构件有一条与压力气源连通的内部通道，各排气表面有许多与排气构件中的内部通道连通的小孔，上述排气构件安装成其弦是倾斜的，其前边缘低于其后边缘，其倾斜的角度与排气构件在特定的大量液体中的旋转速度综合在一起，使得液体相对于排气表面的合成的冲角通常为零或稍大于零，上述排气装置的旋转使得流过上述表面的液体把从这许多从小孔中冒出来的气体破碎成气泡，这些气泡要比排气装置停止不动时所形成的气泡小得多。

21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，它还包括一个扭矩传感装置和一个速度控制装置，用于有选择地根据上述扭矩传感装置所检测到的扭矩的变化改变旋转速度，上述扭矩的改变是由旋转的排气构件所经受到的，上述速度的变化通常足以使液体相对于上述排气表面的合成冲角保持为零或者稍大于零。

22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，它还包括连续不断地监视着这种扭矩的变化的监视装置，以及根据这种变化控制上述速度的控制装置。

23.一种用于向大量液体内混合和溶入气体的方法，它包括下列步骤：

1)设置许多沿径向延伸的隔开距离的长形的能旋转的排气构件，这些构件在整体上水平地布置在大量液体之下，这些构件各有一个整体朝上的排气表面，上面有许多小孔，这些构件还各有一条与压力气源和该构件的带小孔的排气表面连通的内部通道，上述排气表面是倾斜的，其前边缘显著低于其后边缘；以及

2)通常同时进行下列步骤：

a)将压力气体引入上述内部通道，并把这些气体通过相应的排气表面上的小孔排出去；以及

b)使上述构件绕着整体上垂直的轴线以通常为连续的预定速度旋转，使得I)排出的气体被附近的液体所打碎，从而直接产生一股气泡状的气流，这种气泡要比排气装置停止不动时所形成的气泡小得多，以及II)液体的流动相对于排气表面的合成的冲角通常为零或稍大于零。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，上述旋转速度大约在2rpm到25rpm之间。

25.一种具有经过改进的控制装置，用于向大量液体内混合和溶入气泡的装置，它包括：

a)一个框架；

b)一根有纵轴线的主轴，该主轴安装在框架上，其轴线整体上与大量液体垂直，并延伸到大量液体的内部；

c)安装在上述主轴上位于大量液体的表面以下的位置上的排气装置，该排气装置能够绕着上述主轴的垂直轴线旋转；

d)装在框架上的驱动装置，用于使排气装置旋转，

上述排气构件有一条与恒压气源连通的内部通道，上述排气装置有一个排气表面，该排气表面有许多与上述排气装置中的通道连通的小孔，上述排气装置的旋转使得流过上述表面的液体把从这许多从小孔中冒出来的气体打碎，形成小的气泡，这些气泡要比排气装置停止不动时所形成的气泡小得多；

e)用于有选择地根据与所要求的在大量液体中充气和混合的程度以及能量的消耗有关的输入信号，提升和降下上述排气装置的浸入装置，改变排气装置浸入的深度，当排气装置旋转时，改变排气表面上方的大量液体所承受的压力，从而有选择地改变气体溶入大量液体中的速率和能量消耗。

26.如权利要求25所述的装置，其特征在于，它还包括速度控制装置，用于根据液体相对于排气表面的垂直流速的变化来调整构件的速度变化，以便在整体上使排气表面的冲角保持为零或稍大于零。

27.如权利要求25所述的装置，其特征在于，它还包括一台压缩机，用于提供流量恒定而且压力与构件浸入液体的深度成正比的气源。

28.如权利要求25所述的装置，其特征在于，它还包括固定在框架上，在排气装置上方的，面朝下的刷洗装置，上述排气装置能由控制装置提升起来，在排气装置转动的时候，使它的排气表面与刷洗装置接触，以刷洗该排气表面。

29.如权利要求27所述的装置，其特征在于，它还包括安装在框架上，在排气装置上方，朝向下方的能够操作的清理喷嘴，当排气装置被提升起来并且继续转动的时候，把清理液体的高压射流喷射到排气表面上，从而把堆积的垃圾从该表面上清除掉。

30.如权利要求25所述的装置，其特征在于，它还包括一用于监视并提供与大量液体有关的所需要的参量的输入信号的监视装置，上述控制装置在接收到从该监视装置发来的信号后，便使浸入装置自动地提升或降下排气装置，以使上述参数在液体各种不同的条件下整体上保持在预定的设定点上。

31.如权利要求25所述的装置，其特征在于，它还包括一个或多个用于监控该装置形成其一部分的整个设施的动力消耗的动力传感器。

32.一种具有经过改进的控制装置，用于向大量液体内混合和溶入气泡的装置，它包括：

a)一个框架；

b)一根有纵轴线的主轴，该主轴安装在框架上，其轴线整体上与大量液体垂直，并延伸到大量液体的内部；

c)安装在上述主轴上位于大量液体的表面以下的位置上的排气装置，该排气装置能够绕着上述主轴的垂直轴线旋转；

d)装在框架上的驱动装置，用于使排气装置旋转，

上述排气构件有一条与恒压气源连通的内部通道，上述排气装置有一个排气表面，该排气表面有许多与上述排气装置中的通道连通的小孔，上述排气装置的旋转使得流过上述表面的液体把从这许多从小孔中冒出来的气体打碎，形成小的气泡，这些气泡要比排气装置停止不动时所形成的气泡小得多；

e)安排程序的装置，用于提供与大量液体所要求的充气和混合程度和能量消耗有关的输入信号，这种信号与大量液体的具体状态无关；以及

f)浸入控制装置，用于有选择地根据从安排程序的装置送来的输入信号提升和降下上述排气装置，改变排气装置浸入的深度，当排气装置旋转时，改变排气表面上方的大量液体所承受的压力，从而有选择地改变气体溶入大量液体中的速率和能量消耗。

33.一种用于向大量液体内混合和溶入气体的方法，它包括下列步骤：

1)设置许多沿径向延伸的隔开距离的长形的能旋转的排气构件，这些构件在整体上水平地布置在大量液体之下，这些构件各有一个整体朝上的排气表面，上面有许多小孔，这些构件还各有一条与压力气源和该构件的带小孔的排气表面连通的内部通道，上述构件是倾斜的，其前边缘显著低于其后边缘；以及

2)通常同时进行下列步骤：

a)将压力气体引入上述内部通道，并把这些气体通过相应的排气表面上的小孔排出去；以及

b)使上述构件绕着整体上垂直的轴线旋转，使得排出的气体被附近的液体所打碎，从而直接产生一股气泡状的气流，这种气泡要比排气装置停止不动时所形成的气泡小得多；

3)提供与大量液体所要求的充气和混合程度和能量消耗有关的输入信号；以及

4)有选择地以与上述输入信号预定的关系改变构件浸入液体的深度，在这些构件旋转的同时改变排气表面上方的液体所承受的压力，从而改变把气体引入液体中的速率和能量消耗。

34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，上述输入信号是与大量液体的状态有关的信号。

35.如权利要求33所述的方法，其特征在于，上述输入信号是与大量液体的状态无关的信号。

36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，上述输入信号包括该装置形成它的一部分的设施的全部动力消耗的数据。

37.如权利要求35所述的方法，其特征在于，上述输入信号包括向该装置提供动力者的全部动力消耗的数据。

38.如权利要求35所述的方法，其特征在于，上述输入信号包括从动力提供者发来的指示要求该装置消耗能量的水平的信号中所获得的数据。

39.一种用于向大量液体内混合和溶入气泡和添加剂的装置，它包括：

a)一个框架；

b)一根有纵轴线的主轴，该主轴安装在框架上，其轴线整体上与大量液体垂直，并延伸到大量液体的内部，沿着这根主轴有一条接受压缩空气的第一管道，和一条接受一种添加剂的第二管道；

c)安装在上述主轴上位于大量液体的表面以下的位置上的排气装置，该排气装置能够绕着上述主轴的垂直轴线旋转；

d)装在框架上并且与上述排气装置连接的驱动装置，用于使排气装置旋转，

上述排气装置有一条与上述主轴内的第一管道连通的第一内部气体通道，上述排气装置有一个整体上朝向上方的排气表面，该排气表面有许多与上述排气装置中的第一内部气体通道连通的小孔，上述排气装置的旋转使得流过上述表面的液体把从这许多从小孔中冒出来的气体打碎，形成小的气泡，这些气泡要比排气装置停止不动时所形成的气泡小得多

上述排气装置还有一条与上述主轴中的第二管道连通的添加剂用的第二内部通道，上述排气装置还有许多与上述添加剂通道连通的添加剂出口，用于在排气装置旋转时把添加剂释放到液体中去。

40.如权利要求39所述的装置，其特征在于，上述排气装置的形式是许多沿径向延伸的长形排气构件，各排气构件都有一条前边缘和一条后边缘，并且在每一个构件上有两条添加剂通道，一条沿着前边缘，一条沿着后边缘。

41.如权利要求39所述的装置，其特征在于，在上述框架上有一个与上述添加剂管道连通的添加剂源。

42.如权利要求39所述的装置，其特征在于，上述把添加剂释放到液体中去的出口的形式是喷嘴，从排气构件沿径向的内端到沿径向的外端，这种喷嘴逐渐加大和/或数量逐渐增多。

43.如权利要求39所述的装置，其特征在于，上述排气构件各有一条后边缘，并且上述出口以喷嘴的形式沿着该后边缘布置，以便当添加剂从上述喷嘴排出时，形成使构件旋转的反作用力。

44.如权利要求39所述的装置，其特征在于，上述排气构件各有一个面朝上的带有很多小孔的混合排气表面，至少一条直接处在上述混合排气表面下方的混合压力通风道，上述压力通风道独立于压缩气体的气流，并且与上述添加剂通道相通，以便让添加剂从添加剂通道通入混合压力通风道，然后通过有很多小孔的排气表面排出去。

45.如权利要求44所述的装置，其特征在于，上述混合排气表面靠近上述气体的排气表面。

46.一种用于将气体和一种添加剂混合和引入大量液体中的方法，它包括下列步骤：

a)设置许多整体上呈水平的，在上述大量液体表面下方的长形排气构件，这些构件各有一条与气源连接的第一内部通道，和一条与添加剂源连接的第二内部通道，上述构件还各有一个整体呈水平的平坦的排气表面，该排气表面上有许多与协同工作的第一气体通道连通的小孔，该构件还各有许多与协同工作的添加剂通道连通的，并且位置靠近上述协同工作的构件的排气表面的添加剂出口；

b)通常同时进行下列步骤：

1)在压力下将气体引入上述第一内部通道；

2)在压力下将添加剂引入上述第二内部通道；以及

c)使长形排气构件绕着一根整体垂直的轴线旋转，结果，呈细小气泡形状的气体从小孔排出，而添加剂则从上述出口排出，并且混合到上述大量液体中。

47.一种用于把气泡混合和溶入大量液体的装置中的排气总成，上述装置包括：一个框架，该框架有一根主轴，该主轴有一根整体垂直的轴线，并延伸到大量液体的内部；以及安装在框架上的驱动装置，该驱动装置与上述主轴连接，并驱动主轴旋转；

上述排气总成安装在上述主轴的位于大量液体的表面以下的位置上，该排气装置包括许多长形的，隔开距离的沿径向延伸的，能绕着上述轴的垂直轴线旋转的排气构件；上述各排气构件各有一个整体平坦的朝向上方的排气表面，该排气表面有一条前边缘和一条后边缘，各排气构件有封闭的下部，各排气构件有一条与压力气源连通的内部通道，各排气表面有许多与排气构件中的内部通道连通的小孔；

上述排气表面是倾斜的，其前边缘低于其后边缘，其倾斜的角度与排气构件在特定的大量液体中的旋转速度综合在一起，使得液体相对于排气构件的合成的冲角通常为零或稍大于零；

上述排气总成的旋转使得流过上述表面的液体把从这许多从小孔中冒出来的气体破碎成气泡，这些气泡要比排气装置停止不动时所形成的气泡小得多。

48.如权利要求47所述的排气总成，其特征在于，它还有用于有选择地改变上述排气表面的倾斜角度的装置。

49.如权利要求47所述的排气总成，其特征在于，在上述各排气表面的径向外部排出气体，通常以渐进的方式，比该排气表面的径向内部所排出的气体多。

50.如权利要求49所述的排气总成，其特征在于，上述排气表面的每单位面积具有均匀的小孔数量，并且，在上述各排气表面的径向外部的面积，通常以渐进的方式，比该排气表面的径向内部的面积大。

51.一种用于把气泡混合和溶入大量液体的装置中的排气总成，上述装置包括：一个框架，该框架有一根主轴，该主轴有一根整体垂直的轴线，并延伸到大量液体的内部；以及安装在框架上的驱动装置，该驱动装置与上述主轴连接，并驱动主轴旋转；

上述排气总成安装在上述主轴的位于大量液体的表面以下的位置上，该排气装置包括许多长形的，隔开距离的沿径向延伸的，能绕着上述轴的垂直轴线旋转的排气构件；上述各排气构件各有一个朝向上方的排气表面，该排气表面有一条前边缘和一条后边缘，各排气构件有一条与压力气源连通的内部通道，各排气表面有许多与排气构件中的内部通道连通的小孔；

上述排气表面是倾斜的，其前边缘低于其后边缘；

上述排气总成的旋转使得流过上述表面的液体把从这许多从小孔中冒出来的气体破碎成气泡，这些气泡要比排气装置停止不动时所形成的气泡小得多；

上述排气装置的结构设计成气体从靠近下部前边缘排出的压力，要比从靠近上部后边缘排出的压力大得多。

52.如权利要求51所述的排气总成，其特征在于，各排气构件有许多分开的沿径向延伸的长形压力通风道，并且当从上述协同工作的排气表面的前边缘向后边缘行进时，一般向相应的压力通风道中提供逐渐增多的气体。

53.如权利要求52所述的排气总成，其特征在于，各排气构件有一个与压力气源连通的主腔室，该主腔室通常在整个构件长度上延伸，上述构件的许多压力通风道与改构件的上述腔室连接并相通，在各构件的腔室与相应的压力通风道之间有许多排气口，上述排气口的尺寸和数量设计成能让气体的压力从该排气表面的较低的前边缘到较高的后边缘的顺序的压力通风道中逐渐增大。

54.如权利要求53所述的排气总成，其特征在于，在一个构件的上述腔室与靠近该构件的后边缘的压力通风道之间的压力差的总和，通常等于在该构件的排气表面的前边缘与后边缘之间的静压水头的差。

55.如权利要求53所述的排气总成，其特征在于，各构件的上述腔室与该构件的在较低的前边缘处的压力通风道之间的排气口，使得该腔室与该前边缘压力通风道之间基本上没有压力降。

56.如权利要求52所述的排气总成，其特征在于，各构件有三条或更多的压力通风道。

57.如权利要求51所述的排气总成，其特征在于，从各排气表面流出来的气体流量通常在该排气表面的整个宽度上都相等。

58.一种用于把气泡混合和溶入大量液体的装置中的排气总成，上述装置包括：一个框架，该框架有一根主轴，该主轴有一根整体垂直的轴线，并延伸到大量液体的内部；以及安装在框架上的驱动装置，该驱动装置与上述主轴连接，并驱动主轴旋转；

上述排气总成安装在上述主轴的位于大量液体的表面以下的位置上，该排气装置包括许多长形的，隔开距离的沿径向延伸的，能绕着上述轴的垂直轴线旋转的排气构件；各排气构件通常是扁平的，有一条前边缘和一条后边缘，以及一条从前边缘到后边缘的弦；上述各排气构件各有一个整体平坦的朝向上方的排气表面，该排气表面通常与该构件的弦平行，各排气构件有一条与压力气源连通的内部通道，各排气表面有许多与排气构件中的内部通道连通的小孔；

上述排气构件安装成使它们的弦是倾斜的，其前边缘低于其后边缘，其倾斜的角度与排气构件在特定的大量液体中的旋转速度综合在一起，使得液体相对于排气表面的合成的冲角通常为零或稍大于零；

上述排气总成的旋转使得流过上述表面的液体把从这许多从小孔中冒出来的气体破碎成气泡，这些气泡要比排气装置停止不动时所形成的气泡小得多。

59.一种用于把气体混合和引入许多隔开的液体区域中的，具有改进了的控制装置的系统，该系统包括：

1)  一个处在恒定压力下的气源；

2)  许多与上述气源连接并且相通的单独的装置，上述装置各自设置在上述一个液体区域中，上述各装置包括：

a)  一个框架；

b)  一根有纵轴线的主轴，该主轴安装在框架上，其轴线整体上与协同工作的液体区域垂直，并延伸到其内部；

c)  安装在上述主轴上位于协同工作的液体区域的表面以下的位置上的排气装置，该排气装置能够绕着上述主轴的垂直轴线旋转；

d)  装在框架上用于使排气装置旋转的驱动装置，

上述排气装置有一条与上述气源连通的内部通道，上述排气装置有一个排气表面，该排气表面有许多与上述排气装置中的通道连通的小孔，上述排气装置的旋转使得流过上述表面的液体把从这许多从小孔中冒出来的气体打碎，形成小的气泡，这些气泡要比排气装置停止不动时所形成的气泡小得多；以及

3)  在工作上与上述各装置联系在一起的浸入控制装置，用于根据与对该液体的充气和混合所要求的程度和能量消耗有关的输入信号，改变该装置的排气装置的浸入深度，以便当该排气装置旋转时使得在该排气表面上方的液体所受到的压力改变，从而使得该排气装置相对于其他的排气装置来说，有选择地改变该排气装置在协同工作的液体区域内引入气体的速率和能量消耗。

60.如权利要求59所述的系统，其特征在于，它还包括在由上述一个装置所占据的各液体区域中检测关于预定参量的数据的检测装置，并提供这种数据，以改变各个不同的排气装置的浸入深度，在上述各个液体区域内使上述参量维持在预定值以内。

61.如权利要求60所述的系统，其特征在于，上述数据提供给浸入控制装置，然后该控制装置又自动地改变选定的排气装置的浸入深度，以使上述各液体区域中的上述参量保持在预定值之内。

62.如权利要求59所述的系统，其特征在于，上述气源是一台恒定容积的压缩机。

63.一种把气体混合和引入包括许多隔开的液体区域的液体系统中的方法，它包括下列步骤：

1)把许多排气总成各自设置在上述液体区域中的一个区域的表面以下；

2)从各排气总成中把气体排入上述协同工作的液体区域内；

3)为每一个液体区域提供与该区域中的液体所要求的充气和混合程度以及能量消耗有关的输入信号；以及

4)以与上述输入信号预定关系，有选择地改变一个或多个总成在其协同工作的液体区域中的浸入深度，以改变该区域的液体施加在该总成上的压力，从而改变在该液体区域中气体溶入该液体区域的速率和能量消耗，以达到整个液体系统所要求的结果。

64.如权利要求63所述的方法，其特征在于，上述输入信号与该液体区域的状态有关。

65.如权利要求63所述的方法，其特征在于，上述输入信号与该液体区域的状态无关。

66.一种用于向大量液体内混合和溶入气泡的装置，它包括：

a)一个框架；

b)一根有纵轴线的主轴，该主轴安装在框架上，其轴线整体上与大量液体垂直，并延伸到大量液体的内部；

c)安装在上述主轴上位于大量液体的表面以下的位置上的排气装置，该排气装置包括许多沿径向延伸的，隔开距离的长形排气构件，它能够绕着上述主轴的垂直轴线旋转；

d)与上述排气装置连接，用于向上述排气装置提供压力气体的提供气体的装置；

e)装在框架上并且与上述排气装置连接用于使排气装置旋转的驱动装置，

上述排气构件有一条与上述提供气体的装置连通的内部通道，上述各排气构件有一个排气表面，该排气表面有许多与上述排气构件的内部通道连通的小孔；

f)与上述排气构件协同工作的安全装置，以便对在上述排气构件的内部通道中压力增大到超过预定值时作出反应，上述安全装置包括一个卸压阀，一个检测上述通道中的压力的监视器，以及把一段时间里检测到的压力进行平均，并在超过预定值时送出一个信号，以实施该装置所要求的动作；

g)一个与上述提供气体的装置协同工作的软起动装置，用于大大地增加为该提供气体的装置在起动时达到全部工作能力所需要的时间，以便降低由提供气体的装置所造成的，单位时间内压力的增加，既使得卸压阀有更多的时间把水排掉，也使得上述电路有更多的时间对从起动开始的压力的增加作出反应。

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