CN1133594C - 用于液体电凝聚的方法和设备 - Google Patents

Abstract

电凝聚处理装置包括位于反应槽内的多个隔开的反应板。电压施加于所选择的反应板上以在电凝聚槽内产生电场。相对引导液体经装置垂直流动的腔，垂直安置板。使电凝聚过程产生的气体上升到液体线的顶部并可排放到外界。从液体流中沉积出的固体被液体流携带到二次分离。任何残留固体可作为沉积物经装置底部的排放口来除去。设有泡沫盖以将板的电连接与湿气隔开。为安全目的，提供泡沫盖以便隔离腔。装置可制备成大工业单元、便携式单元或适用于家庭的单元。装置可在压力受控环境下操作，因此消除了当液体流处于受压时用泵的需要。如需要可通过放置所选择的反应板与电压源电接触来调节反应槽内电场的电压和电流。输入线电压自身可保持恒定，消除了对独立变压器的需要。反应板易于从反应槽移开并可单个或整组更换。

Description

用于液体电凝聚的方法和设备

该申请是1998年2月27日申请的序号60/076298的名为“电凝聚装置”的部分连续申请，并主张该临时申请的权利。

技术领域

本发明涉及一种处理液体的方法和设备，尤其是涉及通过电解处理液体电凝聚而使液体中的杂质去除或分离的方法和设备。

背景技术

本领域公知电解处理液体可使包括金属、固体、病原体、胶体和其它不希望的物体的范围很宽的污染物得以分离。电解处理包含利用电场施加给腔中所含的液体，以便凝聚并去除液体中的杂质。在PCT申请No.WO9640591公开了一个用于电解处理的现有技术的装置和方法的例子。按照该发明，废物液流首先通过电位不同于接地电位的极化装置，之后通过包括电位相互不同的多个细长电极或电凝聚叶片的电凝聚槽。多个孔位于电极上，导致废物液流的湍流，依次提高电凝聚效率。尽管该装置可适用于其目的，一个缺点在于当废物液流通过该装置时，废物液流的弯曲流动路径需要高强度的电极或电凝聚叶片以承受高水压，为防止废物液流的阻塞必须使用高水压。因为这些装置的叶片的尺寸和强度大，在规定的体积可采用有限数量的叶片，这可降低用于电凝聚处理的实际表面面积。此外，由于叶片的表面面积被高压所限定，为在电场中的叶片之间得到所希望的电流，这些凝聚叶片需要较高的输入线电压。较小的板可承受高压，但损失了保持所希望的电流的能力，因为电凝聚装置的有效叶片表面面积直接与保持的电流有关。此外，弯曲路径也导致问题，由于腔中的电解反应所产生的俘获气体会进一步增加对叶片的压力。此外，必须采用大功率泵以克服废物液流在腔中的阻塞的自然趋势。该PCT申请包含的标的物与Herbst等的U.S.专利Nos.5611907及Herbst的U.S.专利Nos.5423962公开的相同，并还包括这些其它专利中未发现的标的物。

在Liggest的U.S.专利No.4293400和Herbst等的U.S.专利No.4872959中公开了电解处理装置的其它例子。这些装置利用金属管或筒形式的电极，但在修理或更换管上需要大量工作。对于许多商业应用，该停工时间量难于接受。

Herbst的U.S.专利No.5043050公开了在凝聚腔中所用的扁平电极，然而，为使用该发明的设备，凝聚腔的边缘必须严密密封。长时间使用之后，密封难于保持。

Okert的U.S.专利No.3925176公开了多个电极板用于液体的电解处理。然而，这些板并未用来整体或个别移开。而且，该参考文献公开的装置无法在所希望的串联电连接的许多场合下被提供动力。

Kemmerer的U.S.专利No.5302273公开了用于液体处理的包括具有多个圆形电极板的管状外壳的离子反应装置。因为该装置的反应槽中所用的弯曲路径，需要高压以便使液体通过装置，该装置容易出现阻塞和产生过量气体。

所有上述参考文献的现有技术的一个缺点是，没有不必使用单独的变压器将输入线电压转变成优化电凝聚处理必需的电压和电流的装置。换句话说，电凝聚槽自身没有将输入线电压转变成电凝聚装置电场内的所希望电压和电流的能力。

利用弯曲流动路径的现有技术的另一缺点是，电极或电凝聚叶片需要精确切割孔洞以便为承受弯曲路径所带来的压力而在叶片之间用接合片螺栓固定。此外，为保持确实所希望的路径，叶片必须激光切割极其精确。与预定路径的偏差可导致由未校准叶片之间桥接的凝聚固体引起的阻塞。这些制备要求极大增加电凝聚装置的制造成本。

包括如上所述的现有技术的另一缺点是，叶片不容易移开以便替换或清洁。特别是利用弯曲路径的那些腔，需要大量螺栓和接合片以便使其校准。因此，为更换叶片必须移开硬件的这些部件。

发明内容

通过本发明的设备和方法可克服上述缺点。此外，本发明的设备和方法实现如下详述的其它优点。

按照本发明的一个方面，提供用于处理液体流的电凝聚处理装置，包括：包括确定反应槽的内表面的外壳，所述外壳具有上端和下端；入口，在所述下端与所述外壳连通使液体流入所述外壳；出口，在所述上端与所述外壳连通使得液体从所述外壳流出；多个反应板，位于所述外壳内并基本上在其中垂直延伸，所述多个反应板相互隔开，在相邻反应板之间产生缝隙，所述液体流向上流过所述多个反应板之间的所述缝隙，所述反应板具有非绝缘表面，直接与所述液体流接触并由于电凝聚随时间的过去而消耗掉；至少两个反应板调整片，与所述多个反应板的所选择一部分形成整体所述反应板调整片在液体线之上延伸以便防止所述反应板调整片浸入液体中；和控制单元，与所述至少两个反应板调整片电连接，为在所述反应槽内产生用于电凝聚处理的电场，所述控制单元给所述调整片提供线电压。

根据本发明的另一方面，提供一种便携式电凝聚处理装置，利用该装置处理静态容量的液体，所述装置包括：确定反应槽的处理外壳；多个反应板，位于所述处理外壳内并在其中垂直延伸；所述多个反应板相互隔开，在相邻反应板之间产生缝隙，所述反应板具有非绝缘表面以直接与所述液体流直接接触并由于电凝聚随时间的过去而消耗；至少两个反应板调整片，与所述多个反应板的选择的一部分形成整体，所述反应板调整片在液体线之上延伸以便防止所述反应调整片浸入液体中；可移动地与所述处理外壳连接顶盖，所述顶盖包括用于相对所述处理外壳密封所述顶盖以便防止泄漏的装置；喷嘴，与所述顶盖连通，使在处理之后可去除所述反应槽内的液体；和电源，为在所述反应槽内产生用于电凝聚处理的电场，与所述至少两个反应板调整片电连接。

按照本发明的另一方面，提供一种通过电凝聚来处理含有杂质的液体的方法，包括如下步骤：设置反应槽；在所述反应槽内布置多个反应板，板垂直位于其中并相互隔开，在相邻反应板之间产生缝隙；将恒定线电压施加给所选择的多个反应板的一部分以在反应槽内产生电场；液体流经反应槽垂直通过反应板之间的缝隙；引导液体流的电凝聚，使得反应板放出离子，从而在规定时间之外消耗掉反应板，导致杂质凝聚；通过浮力将电凝聚所产生的气体排放到反应槽的顶部；和通过改变反应板的选择的一部分与恒定线电压之间的电连接来调节反应板之间的电压和电流。

所有实施例中的电凝聚槽都具有将整流过的输入线电压的功率转换成反应槽内的电场中的电压和电流，以便优化电凝聚处理。因此，这些转换电凝聚槽使得提供给电凝聚槽的相同电源在输入线电压宽广范围上使用。因此，不需要独立的变压器，极大节省了完成电凝聚装置的成本。同时，转换电网电压或输入线电压的能力使得本发明可用于不同标准电网或线电压的许多国家中。

按照本发明的另一方面，腔可在真空下工作。通过在真空下工作，电凝聚过程所产生的气体将更快地从腔中去除。而且，对腔使用真空可降低液体流内的溶解空气的量。根据要处理的液体形式和要去除的污染物，存在掺杂空气阻碍电凝聚过程的情况。此外，在凝聚前后对液体流实施真空使有益气体更有效地溶解在液体流中。例如，如果溶解在液体流中的氧气量需要增加，可使液体流通过真空以去除溶解的空气，然后经文氏管将氧气或臭氧加入到液体流中。至于另一例子，可加入二氧化碳以便降低液体流的PH值，或者以相同方式利用氨气以便提高液体流的PH值。即使可使用真空，设备仍可在大气压下工作。

在真空下操作腔的另一益处是去除高压情况下通常保留在液体流中的挥发气体和化合物。

按照本发明的另一方面，通过放置在反应槽上方的真空罩将真空施加于本发明的设备，或者，整个反应槽可放置在与真空源连通的密封容器或压力容器内。如果使用压力容器，不仅可施加真空，还可将腔保持在受压状态。受压反应槽有利于其中设备与处于压力下的城市用水源并排布置的情况。因此，不需要泵或其它外部压力装置以便使液体流经装置流动。

在本发明的另一方面，通过在电连接叶片之间放置非导电叶片或罩可调节腔内的电流和电压。该非导电叶片或罩可由塑料或PVC制成，可以通过与导电叶片相同方式去除或加入。通过调节与液体流接触的电连接叶片的表面面积，也可改变电场内的电压和电流。这可通过升高或降低液体流中的电连接叶片就简单实现。因此，所曝露的叶片表面面积量直接与电场中及通过液体流的转换的电流有关。

在本发明的另一方面，给反应槽的上游提供水力旋流器或振动型泵可增加液体流的湍流。湍流提高了电解处理的效率。通过将空气注入反应槽入口的液体流上游也可增加湍流。

按照第一优选实施例，本发明的装置可构建在家中使用。另一方面，第一实施例的大小可增加到第二实施例的较大尺寸，以便供需要处理更大量处理液体的工业型使用。在第三优选实施例中，本发明的设备可改变成更小尺寸，以便便携使用。在第四优选实施例中，本发明的设备可包含在压力容器中，压力容器可给其中发生电解处理的环境施压或减压。第三实施例不同于其它实施例之处在于，不经装置发生流动。而是，处理静态量里的液体，然后移出以供消耗。

对于本发明的每个实施例，电凝聚槽并未利用弯曲流动路径。因为腔内的压力小，液体流的弯曲流动路径的消除使得可以使用薄的叶片。较薄叶片的使用使得腔内使用的叶片数量增加。通过增加腔内的叶片数量，增加了与液体流接触的叶片的表面面积，这提高了液体流的电解处理。换句话说，在叶片表面上发生了腔内发生的化学反应；因此，在设定体积内增加叶片数量确保更多电解处理的发生。同时，因为没有弯曲流动路径，电解过程产生的气体不产生可使叶片和腔扭曲的气塞，并提高了泵抽恒定液体流通过腔所需要的压力。从腔的底部到顶部的叶片之间的简单流动路径可使电解过程产生的气体上升为气泡，这是自然浮力的结果，然后自由逸出到环境中或可通过真空源去除。同时，气泡沿液体流动方向移动，这进一步防止了阻塞并降低了使液体通过装置所需要的压力量。

因为增加了腔内叶片的总表面面积，可以最小能量消耗操作电凝聚装置。通常，电凝聚处理取决于与液体流接触的电场中的电流。如果电场内电压保持在大于2V的阈值电压，发生电解反应，其中来自叶片的金属离子加入到液体流中，导致叶片超时消耗。如果电压不能保持在2V水平以上，通常只考虑电场内的电压。每个实施例的腔内的叶片总表面面积充分增加以保持最小2V阈值，并同时保持有效处理所需要的电流。换句话说，本发明的设备可在比现有技术要低的电压下工作，这使得能量消耗降低。根据有效表面面积，电压可保持在给定电流的电场中，在这之间存在直接关系。表面面积的增加使得以较低电压保持特定电流。例如，如果需要1A对液体进行处理，如果本发明的较大表面面积的叶片可以2V保持1A，则所用的功率只为2W。如果表面面积小10倍的现有技术叶片需要20V电压以保持1A，能量消耗将增加到20W。如上所述，本发明的装置的有效表面面积比许多现有技术的叶片要大。通常，现有技术的叶片需要精确制造，因此，成本高。而且，为承受反应槽内的压力，这些现有技术的叶片尺寸必须保持最小。简单通过制备更厚的叶片不能解决克服该尺寸限制，这将降低反应槽内的有效叶片表面面积。使现有技术叶片更大或更宽而不增加厚度需要反应槽的压力减少，这将导致严重阻塞或流动完全中断。因此，该现有技术叶片的尺寸必须保持最小。

本发明的设备能处理许多类型的液体，包括水、油和防冻液而不受限制。

附图说明

结合对应附图，通过如下描述，将对上述以及其它优点有清楚了解。

图1是按照本发明的第一实施例的电凝聚装置的透视图，其侧壁部分剖开；

图2是类似于图1的部分透视图，但进一步说明了反应槽的内部以及可移动的顶盖；

图3是清楚起见，除一板之外所有反应板已移去的图1的顶部平面图；

图4是本发明的设备的方框图，说明按照一般性实施例的主要组件；

图5是本发明的第二实施例的尺寸大大降低的透视图，可用于工业环境的大体积生产；

图6是便携式或移动式单元形式的本发明第三实施例的分解透视图；

图7是作为单个单元的可移开和更换的反应板或叶片的透视图；

图8是放大许多的一对反应板的部分平面图，在反应槽内反应板被固定在对应隔片中；

图9是本发明的第四实施例的部分透视图，利用密封容器或压力容器以便在反应槽内保持所希望的压力或真空；

图10是一般反应槽的部分透视图以及所选择的反应板如何可与整流的输入线电压连接以便在反应槽的电场内产生所希望的电压和电流的例子；和

图11是具有反应板的一般反应槽的部分透视图，为在反应槽的电场内提供不同的电压和电流，反应板以不同结构与输入线电压连接。

具体实施方式

图1说明按照本发明的第一实施例的电凝聚装置10。该特定实施例是可用于处理家庭用水的装置类型的代表。装置10包括由侧壁14所确定的反应槽12。废水收集底部16通过反应槽12的上法兰18和底部16的对应匹配的下法兰20与腔外壳12连接。收集槽或展开腔22位于反应槽12的上方。如图所示，收集槽22比反应槽12要宽和深，但高度要低些。收集槽22由多个侧壁24和底侧36所确定，如图3所示，直接附着于侧壁14。反应板或叶片26位于反应槽12内。如图所示，反应板26在反应槽内垂直延伸而且并排放置，从而每个板的相对面之间的缝隙小。所选择的反应板26具有在侧壁24上方延伸的整体板调整片27。虽然图1表示每个反应板26具有相应的板调整片，应理解只有所选择的反应板需要对应的板调整片27，如下所述。入口管28使液体流在装置底部附近进入装置10。出口管或管线32位于装置10的上方。如图3所示，出口管32固定到形成在底部壁36上的出口开口34。因此，液体通过装置向上经过板26之间的缝隙，穿过侧壁14的上边缘37并进入收集槽22中。然后液体流经出口管32而流出。当发生电解过程，需要去除一些固体或污泥，它们从液体流中沉积并且不会被液体流带离反应槽。因此，底部16包括一个排放口38以便去除这些材料以及提供排放液体的装置，用于清洁或维护反应槽。经入口管28进入装置的液体流可通过多个开口29均匀分布在反应板26之间，开口29沿管28部分布置在反应槽内。

如图2所示，可提供一可选择使用的顶盖42以防止直接通向反应槽。根据反应槽内的电流，顶盖充当安全装置以防止有人无意中与反应板或液体流接触。此外，以Styrofoam扁平件或其它适当材料形式的泡沫盖40可首先放置在具有开口的反应板的上方，以便使板调整片27穿过而突起。为使反应板调整片穿过而突起，顶盖42可具有连续的开口或多个槽46。也可提供抽取泡沫管44以在操作期间使泡沫从装置中抽出。

从图2、3和8中可清楚了解，一组上隔片47和一组下隔片48作为导向件用于正确定位反应板26。为更好观察反应槽的内部，图3示出了除一个板之外的去除所有叶片/板26。从图8可看出，隔片47和48是简单开槽的导向件，可使反应板的末端49固定其中。隔片由非导电材料制成。开槽导向件确保在板之间保持一些缝隙G。如图8所示，板基本上相互平行。

在本发明中，与大多数的现有技术装置相比，由反应槽26受到的液体压力最小。由于装置可与环境相通，电解过程产生的气体不会给液体流产生的液体压力添加压力。该气体形成气泡并在液体中通过浮力而上浮。气泡形成容易去除的泡沫。因此，不用重点考虑叶片强度，更纯的金属可用于叶片，其与合金相比，强度性能不高。此外，因为反应板在低压环境下工作，由于板不会因过度压力而过早破裂，其使用寿命延长。如上所述，由于叶片也可制得较薄，可在给定体积内使用大量板。因此，增加了叶片之间的缝隙数量，并依次增加液体流曝露给电解处理的面积。

为移开反应板26，它们可简单向上提取以及沿隔片47和48从反应槽移开。隔片47和48提供了一简单装置，通过它可固定和更换板而无需过多额外硬件，在其他情况下板更换更困难。

为更好促进电解过程期间所产生的空气泡的去除，反应槽可装备发射声频或射频的装置。该装置(未示出)可简单地固定到侧壁14上并与反应槽的内部相连通。

如图4所示，以方框图形式提供了本发明的一般设备，说明了主要组件，也更好说明了本发明的方法。未处理的液体51可通过泵53泵抽到入口28中，或者如果在具有压力的城市用水的情况下，未处理的液体可直接加到反应槽12中。未处理的液体51也可经前置过滤器52以便去除固体。液体流进入反应槽12并经过电解处理。控制单元54通过电线56将整流线电压提供给反应板。电线56连接到所选择的板调整片27。液体流从出口32排出并可通过展开腔60。可使用循环管线58以便再引入液体流的所需要部分，用于进一步处理。在图1-3的第一实施例的情况下，展开腔60的形式是收集槽22，可去除上升气体所产生的泡沫。在其它实施例中，展开腔60提供用添加剂或其它化学品处理液体流的额外方法，从而调整液体用于最终使用。为在使用处理过的液体流之前分离和过滤污染物或凝聚材料，二次分离装置62可放置在展开腔60的下游。

图5说明本发明的设备的第二优选实施例。该实施例的工作原理与第一实施例相同，简单说明了更适合于工业设置中需要大体积处理液体的情况的另一结构。如图所示，该实施例的电凝聚装置70包括接受经入口73的液体供给的原液或未处理液体的槽72。反应槽74和处理过液体的槽76与未处理液体的槽72并排放置。泵80迫使未处理液体经泵管线82进入反应槽74。泡沫盖84和安全顶盖86位于反应槽74的上方，如图所示。为警告使用者是否移去顶盖，安全开关88可包含在反应槽74的上缘89内。安全开关88可以是与控制单元94接线的任何工业接点或限流开关。如图所示，控制单元94安装在反应槽74上以便容易相通。反应板90位于反应槽74内，类似于第一实施例，经反应槽垂直延伸并以相隔开的关系放置。与第一实施例相比，该实施例的板的数量增加。因此，该实施例需要较高的输入线电压例如440V，这适用于大多数工业配置。第一实施例通常在110V输入线电压下工作，这是居民区最常用的输入线电压。第一实施例所用的隔片(隔片47/48)也可安装在该实施例中以固定板。多个反应板调整片或延伸物92在泡沫盖84上方延伸。电线96从控制单元94延伸并连接到反应板调整片或延伸物92。如同第一实施例，为在反应槽的电场内得到所希望的电流和电压，所选择的反应板90可装备有反应板延伸物92。Wier或溢水口98使液体流流出反应槽74。泡沫盖使反应板延伸物92穿过该处，迫使泡沫和液体流通过溢水口98流出腔。为安全起见，顶盖86覆盖所有电连接。电线96可通过任何公知的装置例如工业电池所用的弹簧夹或连接端子与各自的反应板延伸物连接。泡沫盖84和溢水口98之间的开口面积可使泡沫真空吸除或如所希望那样去除。累积在已处理过的液体槽76内的处理过液体可按需要储存或去除。

在本发明的第三优选实施例中，如图6所示，提供了便携式电凝聚装置100。该便携式装置100可在某些情况下使用，其中包括没有合适的饮用水以及少量水需要用于饮用、烹煮或其它类似目的。该实施例与以外实施例不同之处在于，液体不流经该装置，而是实现静态和预定量的液体处理。该装置100包括装有多个反应板104的反应槽102，多个反应板104经反应槽垂直延伸并相互隔开。所选择的反应板104可包括调整片106。提供隔片/分隔片107以便使反应板保持其隔开的关系。端子108连接到调整片106上以便电连接容易。附属外壳110安装在反应槽上。附属外壳110可包括电压源例如电池112。电线113与电池112和调整片106的端子108相连。也可使用附属外壳110以储存用于将电源与装置100例如从汽车电池相连的额外电缆或引线114。使用沿下缘具有密封装置的顶盖116来覆盖装置100。在处理完液体之后，液体可经喷嘴120抽取。提供过滤器122以过滤任何固体或污染物。如图所示，过滤器122可简单地安装到顶盖116的内表面上。顶盖116可由柔性材料制成，而密封装置118可以是Tupperware型密封，用于防止液体泄漏。

在便携式电凝聚装置100的操作中，移开顶盖，液体简单加到反应槽102中，电压通过电池112或经电缆114相连的另一电源引到反应板104上。根据处理的液体类型以及要去除的标的污染物，在预定时间期间发生电解过程。然后处理过的液体经开口喷嘴120流出。预计该特定实施例每次至少能处理约255克(9盎司)水。优选该实施例包含6个可移开的反应板或叶片。过滤器122可以是16-24微米的过滤器，其也可移开以便清洁。该便携式电凝聚单元有效处理户外流体的水，得到没有病原体的水。在一次实验室测试中，总的大肠杆菌、E.coil和肠球菌均降低到可接受的水平(小于10最可能数目(mpn))，其中该病原体初始分别为12000、120和83mpn。除如上所述的病原体之外，公知电凝聚和过滤也可有效去除金属离子、悬浮固体、杀虫剂、除草剂和胶状颗粒。

如图7所示，当需要移开和更换任一实施例中的叶片/反应板时，可移开装置内所用的单个叶片或整组叶片。如果要移开整组叶片，可使用多个非导电杆与反应板互连。非导电杆126的尺寸适合所用特定反应槽。这些杆不仅起稳定反应槽内的板的作用，而且使反应板相互隔开一预定缝隙G。为说明起见，增大各自反应板26之间的缝隙G，以便更好描述反应板如何经杆126相互固定。使用非导电杆126可以不用隔片47/48。如图7所示，反应板的定向结构使得板调整片27的位置使与电线连接容易。在替换结构中放置调整片有助于防止引线交错或纠缠。

图9表示本发明的设备的再一实施例。在该实施例中，电凝聚装置130通过反应槽外壳132保持在受压或减压的环境中，反应槽外壳132与外界完全密封隔开。反应槽外壳132可以是任何公知类型的能承受压力和真空的压力容器。该特定实施例的优点在于可在液体流处于受压状态下例如城市用水源的那些情况下使用。因此，使用反应槽外壳132可以不用泵或其它一些装置来迫使液体流流经装置130。该特定实施例的工作原理与第一和第二实施例相同，其中液体流流经装置。多个反应板134经反应槽垂直延伸，并处于隔开的关系。所选择数量的反应板调整片或延伸物136向上延伸超出那些没有调整片的反应板134。入口138与反应槽外壳132的底部相通。泡沫圆顶或腔140以密封关系位于反应槽外壳132上方。泡沫抽取管线142与泡沫圆顶140的上端相通。液体流出口144安装在反应槽132上方及泡沫抽取管线142下方的泡沫圆顶140上。当液体流经出口144流出反应槽时，然后为将所希望的气体例如氧气加到液体流中，液体流通过文氏管146。文氏管馈给管线148让所希望的气体进入文氏管146。因此，在管线149的文氏管146的下游侧包含处理过的液体流和从馈给管线148的添加气体的混合物。氧气或其它气体的加入有助于液体流的处理。除特定气体之外，可在进一步处理液体的该点处将化学品或其它试剂加入到液体流中。控制单元150通过电线152将整流过的线电压提供给反应板。电线152与密封连接154相连，密封连接154与其对应的反应板调整片136电耦合。即使只描述了一对反应板片136，应理解通过提供与相应选择的反应板调整片136结合的额外密封连接154，反应槽内的电流和电压可按上述实施例那样改变。这些密封连接154与反应槽外壳132的外面的引线152接触。图9的电凝聚装置的下游有展开腔和三相离心分离机(未示出)或反洗过滤器(未示出)。这种处理适合于家庭、热浴池或任何其中在受压系统中需要液体流处理的应用。污染物可从液体流中去除，清洁液体可按需要流动而不分散。

真空源(未示出)可与泡沫管线142相连，有助于去除泡沫圆顶140内产生的泡沫。电解过程所产生的泡沫将消失，从而在经管线142的抽取期间降低其体积。在电凝聚期间或前后应用该真空也可有助于从液体中去除污染物，或能使更多饱和的有益气体在液体中。例如，反应槽内的液体流可用例如氧气或二氧化碳的特定气体来饱和，这些气体可通过形成在反应槽的另一入口(未示出)来提供，或者气体可直接添加到现有入口。当液体流通过电凝聚槽时，利用真空来产生低压环境将使该气体更完全让液体流饱和。泡沫圆顶140也可充当分馏塔，使各种成分从液体流中分离出来。

在每个实施例中，叶片形状并不是最重要的。即使优选实施例描述了矩形叶片，应理解可对它们进行改型以便适合于所用的反应槽的特定形状和尺寸。相对上端或上部，叶片底端或底部尖细。在该方式中叶片尖细可使叶片容易在反应槽内移开和更换。同时，当本发明的叶片描述为基本上平面形状时，应理解本发明的设备和方法并不需要叶片为任何特定形状。就叶片形状而言，主要考虑是叶片可使液体流初始以向上方式移动通过反应槽，从而可从液体流中去除电解反应所产生的气体。因此，并不意图通过使用板上的孔洞或开口如同许多现有技术装置的情况那样提供经水平或横向流过反应槽。然而，应理解开口或孔洞是本发明的叶片的特征，但不产生水平或横向流动。例如，板可由丝网状材料制成，其中沿叶片长度具有多个开口或孔洞。然而，这些孔洞或开口的目的并不是用于引起水平流动，而是提供可用作叶片的材料类型的柔性。甚至预料在本发明范围内金属材料的堆积或堆叠可位于腔内，使需要的电解反应发生而不引起不希望的水平流动。

在优选实施例中，叶片的间隔可近至1/8″(1英寸＝0.0254米)。叶片越接近在一起，在给定体积内用于发生电凝聚的有效表面面积越大。然而，叶片放置越接近在一起，迫使液体通过叶片之间的缝隙越困难，固体颗粒或沉积物的接桥使得在叶片之间更易发生阻塞。也应实际考虑叶片厚度，叶片越薄，在给定体积内用于发生电凝聚的有效表面面积越大。如果叶片变薄，则柔性提高使得其难于安装。同时，如果处理的液体需要加入来自叶片的金属离子，则较厚的叶片在溶解之前能在长时间期间提供金属离子。当叶片溶解时，类似于具有不规则孔洞的窗格。只要存在用于发生反应的表面，电凝聚过程将连续。至于本发明的每个实施例，叶片的适当厚度为1/8″。叶片可由铝、铁、不锈钢、碳或任何导电材料制成。根据要电凝聚的液体、从液体流中去除的污染物、所希望留在液体流中的材料以及作为沉积物沉淀的材料来选择叶片材料。

非导电带的材料或垫圈放置在叶片之间，以替代绝缘隔片47/48和107。这些替代型隔片可通过非导电螺栓或其它非导电硬件保持在适当位置。叶片之间产生的缝隙或空间并不必须精确平行或均匀。电凝聚过程是灵活的，只要提供了用于与液体流接触的表面面积，则可发生电凝聚过程。然而，实际上希望避免阻塞点或相对窄缝隙，以便防止不希望的固体颗粒桥接。

在第一、第二和第四实施例中，电连接叶片上升通过液体管线而泡沫释放出，并且穿过泡沫盖和顶盖，以便防止泡沫或液体到达板调整片。在第三实施例中，处理期间移开顶盖，但板调整片仍保留在液体管线之上以保持其干燥。必须保持调整片干燥，从而不发生腐蚀。

在每个实施例中，本发明的电凝聚装置也可使部分液体流旁路叶片之间的电场，而不牺牲装置的有效处理液体流的能力。由于与通过电场的液体接触，未通过电场的液体仍携带电子。例如，由于本发明的装置不需要精确切割加工叶片，叶片可从隔片47和48上移开，可通过经叶片端49和隔片之间的小缝隙的传输使小部分的液体旁路电场。因此，当经过反应槽自然发生混合时，仍实现了对整个体积的液体流的有效处理。根据要除去的污染物类型，一些处理装置可以只需要在电场内曝露总液体的一小部分，然后混合处理过的和未处理的液体以便对整个体积的总液体进行适当处理。因此，如图4所示，反应槽下游的展开腔可用于进一步混合处理过的和未处理的液体流部分的目的，处理过的和未处理的液体流部分在流经反应槽期间未混合。

如上简述，在本发明各个优选实施例中应用的电凝聚槽具有转换输入整流线电压或电网电压以便优化电凝聚处理的能力。传统上，现有技术的电凝聚装置使用独立的变压器以获取输入线电压，然后整流并将线电压转换成反应槽可有效操纵的电压或电压组。在本发明中，电力直接从输入线电压或电网获取，经控制单元内的普通二极管或整流器而整流，然后直接传输到电凝聚槽。在反应槽内将输入线电压转换成有用电压所需要类型的变压器极其昂贵，因此，对制备电凝聚装置的整个成本而言增加了主要成本。同时，该变压器极重，使得运输和安装极其困难。当使用传统变压器以便将输入线电压降低到电凝聚装置使用可接受的水平时，处理液体流所需要的电流必须以较低电压从变压器传输到腔。因为电线根据特定电流和通常电压而额定或预定大小，能安全传导低电压和高电流的电线尺寸和成本比用于传送高电压和低电流的电线要大。这是电力公司为何经电网以高电压和低电流从发电点送电，然后在使用点(即家庭或工厂处)附近将电力转换成低电压和高电流的原因。因此，通过以高电压和低电流处传导电力可实现尺寸和成本的优点。

对于每个实施例，在反应槽内输入电力或线电压与叶片之间的电位通常可按照如下来转换：

1.传输到具有与第一和最后叶片(下面所述的Nos.1和219)电连接的腔的电压导致如下的输入线电压转换：腔内的电压为输入线电压除以叶片之间的缝隙数目。引入腔内的电流是来自输入线电压的电流。

2.传输到具有与每个叶片电连接的腔的在正和负引线(下文表2)之间交替的电压导致如下的输入线电压转换：腔内的电压为输入线电压，而电流是来自输入线电压的总电流除以叶片之间的缝隙数目。

3.从输入线电压抽取的电流量可通过调节电连接叶片的表面面积来控制。在表面面积与所抽取的电流之间存在线性关系；例如，如果与液体接触的电连接叶片的表面面积翻倍，则电流翻倍。

4.腔内产生的电流和电压可通过将输入线电压与叶片以如上Nos.1、2和3所述的任何结合来连接而得到控制。如表1所示，这允许在叶片之间控制宽范围的电流和电压。

现就本发明的电凝聚装置如何将输入线电压转换成电场内需要的电流和电压，描述一组实际例子。参考图10和11以及如下表1，反应槽160包括多个反应板或叶片。控制单元162通过正引线164和负引线166提供输入整流线电压。在由1/8″铝带制成的腔内总共存在219片叶片，间隔1/8″。该例子的叶片约6″宽和48″长。假定输入线电压是传统的三相440V的交流，控制单元162内的二极管或整流器可将440V的交流线电压转换成560V的直流(根据整流器的标准形式，其中整流后的直流电压等于交流电压乘以2的平方根并减去10％的整流器的损耗)。引线164和166连接到液体管线之上的各自反应板调整片，从而在干燥位置进行连接。利用欧姆定律，其中电压等于电流乘以电阻，而且假定电阻等于具有电压连接的叶片之间的距离，得到如下表：

                                 表1

                  通过将引线连接到所选择的叶片来转换

例子No.	连接正引线的叶片	连接负引线的叶片	叶片之间的电流	叶片之间的电压	输入线电流
						1	#1	#219	10	2.6(560/218)	10
2	#1&219	#110	20	5.1(560/109)	40
						3	#1&146	#73&219	30	7.7(560/72)	90
4	#1110&219	#55&164	40	10.4(560/54)	160
						5	#1、87&174	#44、131&219	50	13.0(560/43)	250
6	#1、73、145&219	#36、109&182	60	16.0(560/35)	360
						7	#1、62、125&187	#31、93、156&219	70	18.7(560/30)	490
8	#1、55、109、164、219	#27、82、136&191	80	21.5(560/26)	640

图10说明了按照表1的例子3的控制单元与反应槽之间的电连接。如图所示，正引线164连接到分别对应叶片号1和145的叶片168和172。负引线166连接到分别对应叶片号73和219的叶片170和174。对于该连接结构，每个叶片之间的电流是30A。每个叶片之间的电压是7.7V(560V的整流DC电压除以该例中为72的具有施加电力的配对叶片之间的缝隙数目)。换句话说，电力施加于叶片号1、73、145和219，它们有效将腔分裂成标号178、180和182所示的三个主要区域。因此，被3个分开的区域划分的219等于成对电连接叶片之间的72缝隙，而560除以72等于7.7。同时如表1所示，电凝聚槽将从输入线电压源抽取90A。

图11说明了对应表1的例子2的连接，如图所示，正引线164连接到分别对应板号1和219的板168和174。负引线166连接到对应叶片号110的叶片176。因此，每个叶片之间的电流是20A，叶片之间的电压是5.1V(560V除以109)。换句话说，叶片之间的电压是供给的DC电压除以成对电连接叶片之间的缝隙数目。如图11所示，在叶片号1、110和219放置电线可有效将腔分裂成如区域184和186所示的两个主要区域。同时在该例子中，电凝聚槽将从输入线电压源抽取40A。表1表示用于在反应槽内得到不同电压和电流的8个不同类型的连接。很明显，在反应槽内可通过进行其它连接结构产生其它电压和电流。

下面表2说明现有技术装置的结构提供输入线电压源到反应槽的方法。如图所示，电连接必须在腔内由各个叶片组成。然后利用独立的变压器来提供不同的输入线电压到腔内。如图所示，在每个叶片之间产生的2.6V需要腔从输入线电压源抽取高水平的电流。与本发明的设备相比，较大电流抽取需要使用更大导体用于将电力传输到叶片。此外，由于需要大尺寸和数量多的电连接，该现有技术装置更复杂并且制造昂贵。

                           表2

                         现有技术

               通过将引线连接到每个叶片来转换

例子No.	连接正引线的叶片	连接负引线的叶片	叶片之间的电流	叶片之间的电压	输入线电流
						1	奇数编号	偶数编号	10	2.6	2180
2	奇数编号	偶数编号	20	5.1	4360
						3	奇数编号	偶数编号	30	7.7	6540
4	奇数编号	偶数编号	40	10.4	8720
						5	奇数编号	偶数编号	50	13.0	10900
6	奇数编号	偶数编号	60	16.0	13080
						7	奇数编号	偶数编号	70	18.7	15260
8	奇数编号	偶数编号	80	21.5	17440

同时，预料本发明的装置可在危险区内使用。为符合防爆装置的标准，可绝缘控制单元和反应槽之间的电连接。例如，可绝缘叶片上的电连接，包括在电连接叶片上的绝缘涂层正好到反应槽内的液体线下方的水平。

对于本发明的电凝聚装置，供给控制单元的电力由输入线电压来设定，而在电凝聚槽内控制电流抽取。电连接反应槽内的电流可通过如下控制：(1)调节与液体流接触的电连接反应板或叶片的表面面积；(2)调节电连接叶片之间的距离；(3)添加非导电绝缘叶片；和(4)通过加入可加强或削弱液体转移电子的能力的化学品来调节液体的导电率。也可通过在输入线电压和反应槽之间设置开关来控制电流，其循环转换电力“开”和“关”。

进一步讨论上述(1)，可在反应槽内部通过调节电连接叶片的液体接触长度来控制电流抽取。利用表1、例子1，对于特定液体，6″宽和48″长的叶片抽取10A。通过缩短叶片No.1或叶片No.219可降低反应槽的电流抽取。如果叶片No.1的长度降低到36″时，电流抽取将降低到7.5A。如果叶片No.1的长度降低到24″时，电流抽取将降低到5A。因此，在电流抽取与电连接叶片的液体接触长度之间存在线性关系。以相同方式通过在电连接叶片之间放置非导电叶片可控制电流抽取。就该非导电叶片的放置而言，不存在特殊需要；仅放置在所指定的电连接叶片之间。非导电叶片将在反应槽内以相同于去除液体接触电连接叶片的比例来降低多个叶片之间的导电率。例如，如果长度12″的非导电叶片放置在叶片Nos.1和219之间与反应槽内的液体接触，上述例子中的电流抽取将降低到7.5A。如果长24″的非导电叶片放置在叶片Nos.1和219之间，电流抽取将降低到5A，而如果36″的非导电叶片放置在叶片Nos.1和219之间，电流抽取将降低到2.5A。电连接或非导电叶片的长度可在液体中手动或机械地调整。例如，电凝聚槽外壳的内部表面可配置多个垂直可调节法兰，其可在该反应槽内有选择地位于不同水平并与特定电连接叶片对齐。该叶片可固定到这些垂直可调节法兰上，以便有效增加或降低与液体接触的电连接叶片的表面面积。

在第一、第二和第四实施例中，可增加或降通过经腔的液体流以便进一步控制反应槽内的电流。通常，因为来自叶片的金属离子更快速移动，从而降低液体的导电率，通过腔的液体流的增加将导致电流降低。如上所述，控制单元可装有电流计以监测腔内的电流。然后控制单元可通过控制入口上游的阀或变速泵来控制经装置的液体流的流速。

在每个实施例中，规定时间之外的叶片可涂覆非导电涂层或薄片。通过逆转DC到电连接叶片的电力极性可将涂层从叶片上去除。因此，根据时序或基于表示由于薄片引起的低导电率而提高的电流，本发明预计可通过控制单元切换提供给叶片的DC电压极性。

为实现表1的变化电流和电压，只需要9个叶片有板调整片。由于叶片容易移开，具有调整片的叶片或板可在反应槽内移动到所希望的位置。展开经盖中所切割的槽在叶片顶上滑动的泡沫盖使得叶片通过。当移开叶片时，展开泡沫盖以在槽处形成防水密封。

对于第一、第二和第四实施例，即使推荐顶盖用于安全目的，装置无需顶盖可操作，只要在液体线上方发生电线连接，因此消除了与湿电极连接有关的一般腐蚀问题。

按照本发明的方法，通过将液体流曝露给电场可实现对液体流的处理。液体向上流动可使电解反应所产生的气体上升到液体线的表面并逸出到环境中。将凝聚颗粒块传送到二次分离，任何残留的颗粒由于重力而降落到腔的下部或底部，用于随后去除。通过将电线与所选择的板连接可改变电凝聚槽内的电场电流和电压。在进入腔之前，可过滤液体流，或加入适当的化学品以提高腔内的反应。如需要，可利用泵来迫使液体向上通过反应槽。可替换地，如果液体流已处于压力下，在密封容器例如压力容器中发生电解反应，就可无需泵。压力容器的使用也使电解反应能在真空环境下发生，其中真空源作用于腔。在液体流曝露给电场以及发生电解反应之后，可进一步在展开腔中处理液体流，进行二次分离。在进入腔之前，为提高电解反应，可增强液体流的湍流。同时，如需要，为提供进一步处理，提供循环管线以便循环处理过的液体流。

通过上述，本发明的设备和方法的优点将很明显。电凝聚槽具有将输入线或网电压转换成优化电凝聚处理所必需的电压和电流。由于腔的结构简单，液体流无需通过弯曲和曲折路径，因此消除了大部分的液体压力。由于液体流以向上路径通过腔，电解反应产生的气体可形成气泡并上升到液体水平的顶部以便去除容易。此外，与液体流相同方向的气体的气泡运动防止在腔内的气体形成，进一步降低叶片上受到的压力。利用隔片容易地移开设备的叶片，隔片以垂直和并排方式简单地互相对准叶片。如需要，叶片可放置在密封容器例如普通压力容器中，如供给的液体流已处于压力下，这排除了使用泵的需要。本发明的设备结构可以是便携式或移动单元，适用于严格条件下。另一方面，本发明的设备可制成更大尺寸，适用于大量处理液体的工业环境。叶片可单独移开，或整组移开，这增加了该设备的多变性。

参考特定实施例已详述了本发明，但应了解可在本发明的精神和范围内进行各种其它改型。

Claims (28)

1.用于处理液体流的电凝聚处理装置，包括：

包括确定反应槽的内表面的外壳(12、74、132)，所述外壳具有上端和下端；

入口(28、82、138)，在所述下端与所述外壳连通使液体流入所述外壳；

出口(37、98、144)，在所述上端与所述外壳连通使得液体从所述外壳流出；

多个反应板(26、90、134)，位于所述外壳内并基本上在其中垂直延伸，所述多个反应板相互隔开，在相邻反应板之间产生缝隙，所述液体流向上流过所述多个反应板之间的所述缝隙，所述反应板具有非绝缘表面，直接与所述液体流接触并由于电凝聚随时间的过去而消耗掉；

至少两个反应板调整片(27、92、136)，与所述多个反应板的所选择一部分形成整体；和

控制单元(54、94、150)，与所述至少两个反应板调整片电连接，为在所述反应槽内产生用于电凝聚处理的电场，所述控制单元给所述调整片提供线电压。

2.按照权利要求1的装置，还包括：

泡沫盖(40、84)，位于所述多个反应板之上，所述至少两个反应板调整片经所述泡沫盖延伸，用于与所述泡沫盖之上的所述控制单元连接。

3.按照权利要求1的装置，还包括：

顶盖(42、86)，位于所述外壳之上，防止所述控制单元与所述至少两个调整片之间的电连接意外被连接。

4.按照权利要求1的装置，其中：

所述外壳还包括开口上端，而所述处理装置还包括与所述外壳连接的收集槽(22、76)，以储存经所述开口端的液体流。

5.按照权利要求1的装置，还包括：

排放口(38)，在所述下端处附在所述外壳上，使得可去除液体处理期间在反应槽内形成的沉积物或其它颗粒物质。

6.按照权利要求3的装置，还包括：

与所述顶盖连通的泡沫抽取管(44、142)；和

与所述泡沫抽取管连通以去除处理期间所产生的泡沫的真空源。

7.按照权利要求1的装置，还包括；

用于当在所述外壳内固定所述多个反应板时，相互隔开所述多个反应板的装置(47/48、126)。

8.按照权利要求7的装置，其中：

用于隔开的所述装置包括固定到所述外壳的相对内表面上的至少一对隔片(47/48)。

9.按照权利要求7的装置，其中：

用于隔开的所述装置包括与所述多个反应板互连的多个非导电杆(126)。

10.按照权利要求1的电凝聚处理装置，还包括：

溢水口(98)，沿所述反应槽的上端与所述出口连通；

未处理液体槽(72)，与所述入口连通以提供液体流入所述反应槽中；和

处理后液体槽(76)，与所述溢水口连通以接收来自所述反应槽的处理过的液体流。

11.根据权利要求1的电凝聚处理装置，其中所述反应板调整片在液体线之上延伸以便防止所述反应板调整片浸入液体中。

12.便携式电凝聚处理装置，利用该装置处理静态容量的液体，所述装置包括：

确定反应槽(102)的处理外壳；

多个反应板(104)，位于所述处理外壳内并在其中垂直延伸；所述多个反应板相互隔开，在相邻反应板之间产生缝隙，所述反应板具有非绝缘表面以直接与所述液体流直接接触并由于电凝聚随时间的过去而消耗；

至少两个反应板调整片(106)，与所述多个反应板的选择的一部分形成整体，所述反应板调整片在液体线之上延伸以便防止所述反应调整片浸入液体中；

可移动地与所述处理外壳连接顶盖(116)，所述顶盖包括用于相对所述处理外壳密封所述顶盖以便防止泄漏的装置；

喷嘴(120)，与所述顶盖连通，使在处理之后可去除所述反应槽内的液体；和

电源(112)，为在所述反应槽内产生用于电凝聚处理的电场，与所述至少两个反应板调整片电连接。

13.按照权利要求12的装置，还包括：

过滤器(122)，固定到所述顶盖上，用于在进入所述喷嘴之前过滤液体。

14.按照权利要求12的装置，还包括；

附属外壳(110)，固定到所述处理外壳上，用于将所述电源装在其中。

15.通过电凝聚来处理含有杂质的液体的方法，包括如下步骤：

设置反应槽；

在所述反应槽内布置多个反应板，板垂直位于其中并相互隔开，在相邻反应板之间产生缝隙；

将恒定线电压施加给所选择的多个反应板的一部分以在反应槽内产生电场；

液体流经反应槽垂直通过反应板之间的缝隙；

引导液体流的电凝聚，使得反应板放出离子，从而在规定时间之外消耗掉反应板，导致杂质凝聚；

通过浮力将电凝聚所产生的气体排放到反应槽的顶部；和

通过改变反应板的选择的一部分与恒定线电压之间的电连接来调节反应板之间的电压和电流。

16.按照权利要求15的方法，还包括步骤：

将真空施加于反应槽以去除液体电凝聚中所产生的泡沫，或来自液体流中的挥发混合物。

17.按照权利要求15的方法，还包括步骤：

在所述通过步骤之前过滤液体。

18.按照权利要求15的方法，还包括步骤：

在所述通过步骤之后过滤液体。

19.按照权利要求15的方法，还包括步骤：

泵抽液体流通过反应槽。

20.按照权利要求15的方法，还包括步骤：

将反应槽与外界环境压力隔绝以在腔内保持所希望的压力。

21.按照权利要求15的方法，还包括步骤：

为促进电凝聚，将添加剂引入到液体中。

22.按照权利要求15的方法，还包括步骤：

移开用过的反应板并用新的反应板来更换用过的反应板。

23.按照权利要求15的方法，还包括步骤：

通过文氏管将添加剂引入到液体流中。

24.按照权利要求15的方法，还包括步骤：

接收恒定AC线电压；

将AC线电压整流为DC电压；

将载有整流过的DC电压的电线连接到第一组反应板；

在第一组板之间产生电场，电场是第一电压和第一电流；和

将载有整流过的DC电压的电线再连接到第二组反应板以在反应槽内产生电场，其中电场是第二电压和第二电流，不同于所述第一电压和所述第一电流

25.按照权利要求24的方法，还包括步骤：

在反应板之间放置非导电板，以便调节电场的电压和电流。

26.按照权利要求24的方法，还包括步骤：

通过在电凝聚槽内改变与液体接触的反应板的表面面积来调节电场的电压和电流。

27.按照权利要求15的方法，还包括步骤：

将液体流移到下游二次分离腔，让杂质从液体流中沉积，以便收集和分离。

28.按照权利要求15的方法，还包括步骤；

通过逆转电连接反应板的极性来防止杂质粘附到反应板上。

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