CN1248975C - 高输出量的臭氧处理设备 - Google Patents

Abstract

一种利用臭氧处理水的设备，它包括一第一管道和用于将臭氧进给入第一管道的通道。该设备设有一第二管道，该第二管道具有一顶部、一连接至第一管道的入口以及一出口。该设备设有一第三管道，该第三管道具有一顶部和一在邻近第二管道的出口处向下延伸竖向部分。第三管道具有一底部，该底部带有一在第二管道的出口下方的出口。第二管道的出口不超过从第三管道顶部到第三管道出口的距离的三分之一。该设备设有一通道，它在第二管道的出口上方将第三管道连接至第一管道。通道的尺寸构造成，与流过第二管道的水流相比，使较少的水流穿过第三管道，并提供用来使从第二管道的出口排出的气体上升穿过第三管道的竖向部分以增加气体在水中的溶解的装置。该设备设有一泵，它以足够的泵送力来泵送来自第二管道的出口的水，而使从其流出的一水和未溶解臭氧的水流达到一位置，所述位置在从第二管道出口到第三管道出口的距离的至少一半处。

Description

高输出量的臭氧处理设备

技术领域

本发明涉及用来利用臭氧进行水处理、特别是为了饮用水和制冰而进行水处理的设备及方法。

背景技术

人们已熟知多年，可以通过用臭氧处理可以对水进行净化，以去除有害的有机体。但在尝试将臭氧溶解在水中以净化其的过程中存在问题，且目前仍未能从水中排出大部分的未反应臭氧，从而浪费了臭氧并可能会危及人们的健康。

为了这个目的，已使用了四种类型的气—液接触器，它们包括其中以气态形式散布液体的喷雾塔、填料床、泡罩板或筛塔以及最后还包括用于将气泡散布在液体中的单元。

许多设备设计为用于工业目的，但不太适合要求相对较为小型的装置的、用来连续地制成净化水的用途，如与店内制冰机或家用净水器相关的用途。

在诸如Pawloski的美国专利第3,562,349号之类的先前文献中，建议使用环管反应器来处理相关的液体和气体。在该文献中，一泵使液体绕一封闭的环管循环，该环管带有若干入口和包括在单元顶部处的一气体出口的若干出口。

Leitzke的美国专利第4,252,654号专门涉及用臭氧进行水处理。其中，绕环管循环的水被分成若干单独的路径来进行处理。只绕环管通过一次，而仅将总水流的一部分用臭氧来处理。采用一填料柱，且一部分的水从顶部喷出。

在Kirk的美国专利第3,945,918号中示出了通过绕一环管循环臭氧来用臭氧对水进行处理的另一种设备。其中存在着用于将水与臭氧搅拌混合的紊流区域，并形成有穿过水的臭氧逆流。

本发明人的较早的美国专利第5,174,905号中揭示了一种与现有技术相比明显改进的臭氧处理器。但该臭氧处理器受到穿过其的最大水流的限制。已经发现，水流的限制是由于许多因素而产生的。这些因素中的一个是所采用的用来将水从第一管道转向第二管道的节流器。另一因素是如果水流增加过快，从第二管道流出的水就与包含于其中的过多的臭氧一起从设备排出。

因此，本发明的一个目的是提供一种改进的臭氧处理设备，与现有技术相近尺寸的装置相比，它所能穿过臭氧处理器运送的水流量明显增大。

本发明的另一目的是提供一种改进的臭氧处理设备，它能对从其排出的过多臭氧的释放加以更好的控制。

本发明还有一个目的是提供一种改进的臭氧处理设备，它与现有技术的设备相比，能使水流更层流化。

发明内容

鉴于这些目的，本发明的一方面内容提供一种利用臭氧处理水的设备，它包括一第一管道和用于将臭氧进给入第一管道的通道。该设备设有一第二管道，该第二管道具有一顶部、一连接至第一管道的入口以及一出口。该设备设有一第三管道，该第三管道具有一顶部和一在邻近第二管道的出口处向下延伸竖向部分。第三管道具有一底部，该底部带有一在第二管道的出口下方的出口。该设备设有一通道，它在第二管道的出口上方将第三管道连接至第一管道。通道的尺寸构造成，与流过第二管道的水流相比，使较少的水流穿过第三管道，并提供用来使从第二管道的出口排出的臭氧上升穿过第三管道的竖向部分以增加臭氧在水中的溶解的装置。该设备设有一泵，它具有足够的功率来迫使产生离开第二管道的出口的一水和未溶解臭氧的水流，并使所述水流在未溶解的臭氧向上循环之前达到一位置，所述位置在从第二管道出口到第三管道出口的距离的至少一半处、但小于从第二管道出口到第三管道出口的距离。

该设备可能包括一节流器，用来将来自第一管道的水转向到第二管道中，第一管道包括连接至第二管道的一弯管，第一管道的弯管具有一弯曲形的内部，该内部有一内侧半径，所述节流器有一弯曲形的内部，且该弯曲形内部与第一管道的弯管的内部对齐，并与第一管道的弯管的内侧在邻近内侧半径处形成一光滑的曲面。

较佳地是，该设置形成一环管，且该环管带有一从靠近第二管道的出口处延伸到泵的管道。

在靠近环管的顶部处可有一出口。

在本发明的一较佳形式中，第二管道在第三管道的内侧。

本发明的另一方面内容提供一种利用臭氧处理水的设备包括一第一管道，该第一管道带有用于将臭氧进给入第一管道的通道。该设备设有一第二管道，该第二管道具有一连接至第一管道的入口和一出口。该设备设有一第三管道，该第三管道具有在第一和第二管道上方的一顶部。该第三管道具有一邻近该顶部的水平部分和一从顶部向下延伸的竖向部分。

一通道将第三管道连接至第一管道。通道的尺寸构造成，与流过第二管道的水流相比，使较少的水流穿过第三管道，并提供用来使从第二管道的出口排出的臭氧上升穿过第三管道的竖向部分以增加臭氧在水中的溶解的装置。设有穿过管道泵送水的装置。在第三管道顶部处的一臭氧安全阀在其附近的臭氧累积的作用下打开。

例如，臭氧安全阀可包括一浮子机构，该浮子机构设有一浮子，当浮子下落时臭氧安全阀被打开。

与现有技术相比，本发明具有显著的优点。通过将第二管道的出口定位在第三管道的出口上方相当一段的距离处，泵送率明显地提高。这能产生与现有技术相比明显提高的臭氧处理能力。如果在较早的一般类型的设备中提高泵送率，则会导致未溶解的臭氧被引导穿过第三管道并回到泵中，引起空泡现象，并从而引起泵的功能混乱。与现有相比地向上移动第二管道的出口，使水流和未溶解的臭氧有足够的空间来向下移动，使臭氧能在到达第三管道的出口之前开始向上冒泡。

采用漂浮致动的臭氧安全阀防止了所不希望的设备顶部处的未溶解臭氧累积，这种未溶解臭氧的累积在一些现有技术的装置中是可能发生的。过多臭氧自动地被放出，且在放出后被活性碳或类似可用的物质销毁。

上述的节流器较佳地是具有一弯曲形的内部，且该弯曲形内部与第一管道的弯管的内部对齐，并与第一管道的弯管的内侧在邻近内侧半径处形成一光滑的曲面。这样的结构可形成穿过节流器的更加层流化的水流，从而明显地提高泵送能力。泵送能力的提高就会使臭氧处理能力明显增强。

附图简述

图1是根据本发明的利用臭氧来进行水处理的一装置的简化示意侧视图，图中局部分剖开。

图2是带有其第一、第二及第三管道的邻接部分的该设备的节流器的放大局部剖视图；以及

图3是该设备的侧视图。

具体实施方式

参见图1，它示出了一用于利用臭氧处理水的设备10。该设备是一连续环管12的形式，且由相互连接的多根不同的管道组成。可采用的合适材料是抗臭氧金属或塑料。在本较佳实施例中，环管12具有一第一竖向侧部14、一第二竖向侧部16、一水平底部18以及一水平顶部20。或者，顶部和/或顶部也可以是倾斜的。在环管的底部处设有一循环泵22，它在凸缘28和30处由管道23连接到一第一管道26的弯管24上。在本例中，管道23使泵22的一部分。在本例中使用一Grundfos UP-15-42SF泵，但也可以替换成其它抗臭氧侵蚀的泵。第一管道26从凸缘30延伸到、并包括位于侧部14顶端的一节流器32。其在弯管24上方的底部部分包括一文丘里管，该文丘里管由一段与上方的管道部分相比直径相对较小的管子形成。

在文丘里管上设置了一臭氧入口注射器46，以将臭氧进给到环管12内的水中。在本特定的例子中，使用了一3/4″Mazzei584注射器，但根据诸如流动速率之类的因素，也可替换为其它类型的注射器。一扩大的接头38将文丘里管连接到管子40，如上所述，该管子40的直径大于文丘里管。在扩大的接头38的上方，一小孔板42延伸横过管子40的内部。板42具有穿通其的多个开孔44。

一弯管46连接至管子40的顶部，并将环管的侧部14与环管的顶部20连接。节流器32位于弯管的上端内，并在内侧是漏斗形。节流器与弯管的内部紧密相配，以将其连接至直径较小的第二管道48。但在节流器32中设有一通道50，如图2所示，它与第三管道52的内部连通。在本例中，邻近通道50处设有一类似的孔形通道(未图示)。管道52围绕管道48延伸，并与其间隔开。它具有一顶部81和一邻近该顶部的水平部分83。

节流器32对接在弯管46的内肩部47上。减速器具有一呈弯曲形的内表面33，该表面33与弯管的内侧弯曲形表面49在其内径处对齐。如可看到的，在表面49与表面33之间具有光滑连续的曲率。与现有技术相比，这可产生从弯管46到管道48更层流化的流体流，并明显地增加穿过设备的最大流量。

从节流器的小端53向内延伸一管座51。管道48靠着肩部55贴合地配合在管座内。可以看见，节流器的表面33与管道48的内侧表面57.1对齐，也同样导致平滑的层流。

管道52在弯管内侧的表面59和减速器的表面63之间配合在环状空间61内。管道52对接靠在减速器的肩部65上。

第二管道48有一入口48.1，并横过环管的顶部20延伸到弯管54，该弯管54连接到管道的一竖向部分56。第二管道在竖向部分56的底部处有一开口端58，该开口端58形成第二管道的一出口。

第三管道52有一围绕第二管道的弯管54延伸的弯管60，该弯管60连接至一第三管道的竖向部分62，如图1中所示。弯管具有一顶端85。部分62在第二管道的出口58的下方延伸，并连接至形成第三管道下部的一节流器64。

第二管道的出口58位于减速器64的出口67的具有相当一段距离的上方。在本例中，出口58位于弯管60的底端68的上方。在不同的实施例中，出口58的准确位置会有变化。但该位置一般在弯管54的出口端71与弯管60的底端69之间变化。

环管12有一内侧13和一外侧15。在本实施例中，弯管54的出口端71是相对于第三管道的弯管朝向环管的内侧13偏心地放置的。如可看到的，弯管64和60都具有与环管的内侧相邻的内侧部55和67.1。这使弯管54的外侧部57与弯管60的外侧部75之间形成一较宽的通道73，以供如气泡77所示的气体通过。因此，这些气泡的通过不会受到第二管道48的阻挡。

泵22具有足够大的输出功率，以迫使从出口58排出的水向下穿过第三管道的竖向部分62，如箭头75所示。包含未溶解的气泡的水流在围绕竖向部分62的内部循环之前接近但不到达出口67。因此，包含未溶解气体的水不穿过环管再循环回去，故不会导致泵的空泡现象。而是当水在如箭头75.1所示那样向下流过第三管道的竖向部分62时，气体从气/水混合物中分离出来，以使由气泡77所代表的未溶解气体能竖向上升。包含未溶解气体的水流从出口58被向下推进到一位置ISO。该位置的准确位置随着不同的实施例并根据流动速率等是变化的。但它应尽可能地靠近节流器64的出口67，使未溶解的气体不会被直接推出出口。一般来说，位置150将在从第二管道的出口58到形成第三管道一部分的节流器64的出口67的距离的至少一半处。但该位置必须小于从第二管道出口到减速器上的第三管道出口的距离。

在第三管道52中、环管顶部20处设有一开口66。开口66与一废气控制装置68连通，该废气控制装置用作离开设备的气体的一出口。在本例中，开口66设有内螺纹。螺纹塞91配合在该开口中。一弯管93连接至该塞子。该弯管接着又连接至装配有一管口97的一管道95。在本例中，该管口为0.024″。由螺线管101所控制的一阀99沿着管道95设置。电磁阀由一浮子103控制。该浮子装配有磁体107，并可在一轴109上竖向滑动。当磁体邻近一笛簧开关111时，该笛簧开关被致动。当第三管道的开口66附近的区域中充满气体时，浮子下落，触动笛簧开关，并打开常关的电磁阀99，以释放所累积的气体。一旦过多的臭氧被释放，浮子上升，阀再次关闭。

节流器64连接至在其顶部的T形接头70的第一入口71.1。在T形接头底部处设有一第二入口72，它连接至用于未处理过的水的一管道74。在本实施例中，管道74设有一压力控制调节器76和一入口螺线管78。在T形接头70的侧部上设有一出口84，它与用于处理好的水的一出口管道86连接。出口82有一凸缘92，该凸缘连接至泵22上的一凸缘94，从而封闭环管。

在图3中示出了另外一些部件。图中示出了包含活性碳的一臭氧销毁器150，它连接至图1所示的管口97。可以使用其它材料来替代活性碳。该图还示出了一臭氧发生器152，它通过管道154连接到臭氧注射器36。该管道延伸穿过一电磁阀156，所述电磁阀156防止水在所述单元关闭时回流到臭氧发生器中。

所有使用的材料必须是能抗臭氧侵蚀或降解的。P.V.C(聚氯乙烯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)塑料或316不锈钢是可以满足要求，而铝、黄酮、不锈钢、尼龙、氯丁二烯橡胶、PTFE(聚四氟乙烯)以及蒙乃尔铜-镍合金则不行。

                       操作及方法

在操作中，要处理的水通常从一给水装置进入设备的管道74，如箭头92所示。未处理的水穿过管道74，并被T形接头70转向泵22。泵使水围绕环管22循环，首先如箭头95所示将其泵送到文丘里管34。在文丘里管中，通过臭氧注射器36向水中添加臭氧，如箭头96所示。在文丘里管上方，迫使水和臭氧穿过板42中的开口44，这些开口用来将臭氧打碎成更小的气泡，并使臭氧溶解在水中。

在过了弯管46之后，环管分叉成由第二管道48和第三管道52所形成的两个分支。节流器32将来自弯管46的大部分水流和臭氧转向入较小的管道48。该水流，如箭头100所示，继续向下流到第三管道的竖向部分62中。

节流器32中的通道50使水流在第三管道与第二管道的空隙中穿过第三管道52，如图2中的箭头104中所示。该水流仅由穿过通道50的水量所产生，因而，与管道48中的水相比，是以较小的线速度流向第二管道的出口58的。

当水从第二管道的出口58流出时，通常其中仍包含未溶解的气态臭氧。人们希望在水中进一步溶解臭氧，以进一步净化水，并避免产生为了安全方面的原因而需要在排出之前进行处理的臭氧水。当从出口58排出臭氧时，动量将含有未溶解气泡的水流带至位置150。由于气体比水轻，所以在到达位置150后，气体会在包含在第三管道52的竖向部分62中的液柱中上升，如气泡77所示。在第三管道中的这样的臭氧相对于水流的逆流进一步由在第三管道中指向上方的箭头108示出。该气体包括带有分子状态的氧气以及臭氧的空气，并向上运动。未溶解的气体最终到达环管的顶部，它们在顶部运动穿过开口66，以如上所述地在浮子103下落时从设备排出。在气体从第二管道的出口58向上运动到开口66的过程中，更多的臭氧溶解在水中。

在第三管道中、围绕第二管道的水向下运动，如箭头112所示，与来自第二管道的水汇合，并进入T形接头70，如箭头100所示。然后，大部分的水或者所有的水通过环管再循环回去。但一较小部分的水，如箭头120所示，可能会根据需要被转向到出口管道86中。这是由一具有一管口的阀(未图示)控制的，它限制了排出系统的处理水的量，以保证仅供应处理好的水。因此可见，大部分的水通过管道87绕环管再循环，以进一步进行处理，以净化所需量的水。在本例中，管道87是泵22的组成部分。当要求如箭头120所示的作为净化水的连续工作制式时，仅有一部分水从管道86管道86取出。当环管充满至其容量后，进入环管的未处理水92的量就与通过86离开的处理好的水的量相同。

熟悉本技术领域的人们应会理解，以上所提供的许多细节仅是以示例的方式给出的，并可对它们进行修改而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围是由以下的权利要求书来确定的。

Claims (7)

1.一种利用臭氧处理水的设备，它包括：

一第一管道(26)；

用于将臭氧进给入第一管道的一通道(36)；

一第二管道(48)，具有一连接至第一管道的入口(48.1)以及一出口(58)；

一第三管道(52)，具有一顶部(81)、一邻近该顶部的水平部分(83)、及一从顶部向下延伸的竖向部分(62)，一弯管(60)具有连接至水平部分的一顶端(85)和连接至竖向部分的一底端(69)，所述第三管道具有在该弯管下方带有一出口(67)的一底部，第二管道的出口(58)在第三管道的顶部(81)和弯管(60)的底端(69)之间；

将第三管道连接至第一管道一通道(50)，该通道的尺寸构造成，与流过第二管道的水流相比，使较少的水流穿过第三管道，并提供用来使从第二管道的出口(58)排出的臭氧上升穿过第三管道的竖向部分(62)以增加臭氧在水中的溶解的装置；以及

一泵(22)，它具有足够的功率来迫使产生离开第二管道的出口的一水和未溶解臭氧的水流，并使所述水流在未溶解的臭氧向上循环之前达到一位置，所述位置在从第二管道出口(58)到第三管道出口(67)的距离的至少一半处、但小于从第二管道出口(58)到第三管道出口(67)的距离。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，第二管道包括一邻近其顶部的水平部分和具有一指向下方的出口端的一弯管，第二管道的出口邻近第二管道的该弯管的出口端。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，包括将第三管道连接至泵的一第四管道和将泵连接至第一管道的一第五管道，籍此，诸管道形成一具有内侧和外侧的环管。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，第二管道的弯管的出口端最终是相对第三管道的弯管向环管的内侧偏置的。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，两弯管具有邻近环管内侧的内侧部。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括一节流器，用来将来自第一管道的水转向到第二管道中，第一管道包括连接至第二管道的一弯管，第一管道的弯管具有一弯曲形的内部，该内部有一内侧半径，所述节流器有一弯曲形的内部，且该弯曲形内部与第一管道的弯管的内部对齐，并与第一管道的弯管的内侧在邻近内侧半径处形成一光滑的曲面。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括用于释放第三管道顶部附近的气体的机构，该机构包括由在第三管道内的一浮子控制的一阀和探测浮子由于气体的累积而下落的一传感器，该传感器可运作地连接至阀以在浮子下落时打开阀。

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