專利名稱：利用水力渦旋系統的流體凈化裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及對流體預處理效率的改進，更具體地涉及用于處理污染流體例如但不
限于水的水力渦旋系統。本發明通常還涉及用于預處理海水以進行含鹽水的脫鹽、軟化以 及一般流體凈化的渦旋系統。本發明進一步提供一種用于這種預處理的裝置。
背景技術：
尤其在水處理中存在種類繁多的除污方法。這些方法采用許多形式并且可以在食 品工業、污水處理和脫鹽中使用。 目前的脫鹽系統依賴于包括諸如反滲透的方法和使用化學制品的方法在內的高 成本方法。在反滲透中，使用過濾元件并且必須使用化學制品預處理供水，以解決涂覆在從 海水中分離出淡水的反滲透膜上的污垢和鈣化合物的問題。 渦旋系統也已經用于除去流體中的污染物，尤其用于從載體流體中分離出密度/ 重量較大的物質。 在美國專利7，001，448中公開了一個渦旋系統的例子，該專利教導了一種使用渦 旋探測管的用于從氣流中分離出液體成分的系統。該用于從氣流中分離出夾帶的液體成分 的系統使用至少一個渦旋管，該渦旋管具有液體出口端和與其側壁相切的濕氣入口，并且 設置成濕氣在渦旋管內旋轉以使液體成分在離心力作用下被強制撞擊內壁面。孔板封閉渦 旋管的第一端，并且該孔板中具有同心氣體出口。渦旋探測管在渦旋管內同心地延伸，從而 在它自身和渦旋管內壁之間提供環形區域。氣體偏轉器設置在該環形區域內并且具有使濕 氣轉向下遠離濕氣入口的向下盤旋的表面。在一個實施例中，出口管固定在孔板的中心孔 上，并且構造成使出口氣體轉向下。 在另一個例子中，美國專利6， 576， 029也公開了 一種用于從氣流中分離出夾帶的 液體成分的系統。 在用于流體分離的系統的另一個例子中，美國專利5， 714， 068公開了一種用于大 油田分離器的入口裝置。該裝置具有用于將油/水/氣體混合物通入分離器容器的入口動 量吸收器，該分離器容器具有入口噴嘴和噴嘴軸線，入口噴嘴延伸穿過容器壁進入該分離 器容器內部。盤狀的偏轉器支撐在容器內部，靠近被噴嘴軸線貫穿的偏轉器。多個緊密間 隔的圓筒形柱設置成在容器內限定出分散區的擴大圓周形式，該分散區兩側對稱地形成在 噴嘴軸線周圍。該緊密間隔的圓筒形柱提供大量曲折的路徑，油/水/氣體混合物從分散 區穿過這些路徑流入容器內部。 在美國專利6， 997， 328中公開了另一個機械分離系統，該專利公開了一種用于從 流體中去除粗砂的粗砂去除組件，該組件包括箱，該箱具有通入箱內的流體入口和從箱中 出來的排出口。流動導向組件設置在箱內，靠近流體入口，并且包括基本上為U形的表面， 該表面與流體入口相對以使通過入口進入箱中的流體具有逆流，該逆流的方向與入口流動 方向所成的角度大于90度。該組件的至少一個實施例進一步包括緊靠箱排出口設置的隔 板，以控制排出口附近的流動。該組件的進一步實施例包括設置在箱的槽中的螺旋輸送器，
5并且一隔板緊靠該槽設置以使螺旋輸送器附近的流體流速最小。 在水處理裝置的另一個例子中，美國專利7， 001， 527公開了一種雨水處理裝置和 方法。該專利教導了一種用于分離雨水徑流中的污染物的液體凈化和分離裝置。該裝置利 用由相對主水流方向垂直和傾斜的多個隔板產生的重力分離和彎曲來截留密度比水小和 大的物質。該裝置的特征在于使用豎向堆疊的不同深度的水柱沉淀小顆粒，通過對水柱而 不是流量的處理增加對污染物再活動的抗性。溢流結構在不干涉凈化和分離的情況下使過 多的流體轉向，并且可以一體地設置在裝置容器的內部或外部。 在現有技術中公開了用于順序地將介質分離為不同成分的方法和裝置，例如在 W084/02855 (PCT/FI84/00005)中公開的方法和裝置。W095/25584中公開了一種用于分離 流動介質的容器。該容器用于混合流動介質或從流動介質中提取出重成分，其特征在于存 在用于在流入容器的介質中產生自然渦旋的構件。該專利說明書中公開的發明的特征在于 容器橫截面在容器中產生渦旋的區域內具有至少一次尺寸的陡增。 從上述描述可以看出存在種類繁多的分離系統，這些分離系統包括用于除污和其 它目的的利用渦旋產生流體流和增加分離的系統。
發明內容
本發明提供一種對已知設備、裝置、方法和系統的替代方案，在流體流中利用和產 生渦旋以進行分離和/或凈化處理。 本發明提供通常用于液體凈化和分離的方法和裝置，尤其是提供用于從污染水例
如但不限于海水水流或冷卻塔水流中分離出污染物的裝置。根據本發明的裝置，提供一種
容器，該容器包括設置在水流路徑中以幫助分離流體成分(例如但不限于污染物)的多個
形成物，從而利用形成物例如但不限于擋板在水流中產生渦旋，以使污染物能夠分離出來，
其中所述擋板與水流成角度地設置，例如相對主水流方向垂直和/或傾斜地設置。本發明
與現有技術的區別在于增加了對污染物再活動的抗性和減少了污染物再活動。 另外，本發明通過控制水流速度提供了改進的凈化，并且凈化效率超過了由現有
地下雨水重力處理系統提供的效率。 根據本發明，在引入到串聯設置的一個或多個容器中的流體流中形成渦旋，其中 每個容器都能夠單獨進行除污。通過以預定速度、預定姿態引入容器中的水和所述一個或 多個容器的壁中的至少一個形成物之間的相互作用形成渦旋。引入有渦旋的引入流體在被 引入優選為圓筒形的容器之前顯著地成螺旋形并且充有空氣，從而導致空化作用和分解作 用增強，同時在流體渦旋中產生對細菌和微生物非常不友好的環境。 本發明通過在本發明的方法中處理廢水而允許廢水再利用。本發明在海水或含鹽 水的預處理方面具有應用價值，以顯著地減少傳統脫鹽方法例如反滲透所需的能量，因此 脫鹽成本變得更經濟。本發明還可以用于除去鉆孔水中的硬、重金屬以及除去牲畜用水和 灌溉用水中的顆粒。本發明進一步提供用于除去或顯著減少水網系統和水回用程序的化學 污染的構件。與利用渦旋的已知系統相比，本發明利用渦旋獲得了對病菌、微粒和各種污染 物更有效的消除。 在其最寬泛的形式中本發明包括
用于水流凈化處理的裝置；
6
該裝置包括 容器，其具有限定了內部空間的壁、用于將水流以預定姿態和流量引入容器以在 容器中的流體中誘導主渦旋螺旋的入口 ； 壁的內表面包括與流體流相互作用以誘導至少一個輔助螺旋的至少一個形成 物； 所述主渦旋螺旋和至少一個輔助螺旋配合以促使至少部分污染物與所述水流分 離，使得離開所述容器的水比進入所述容器的水具有更高的純度。 根據一個實施例，存在一系列相同的裝置，每個裝置使來自水流的水經受渦旋凈 化。在另一個實施例中，使引入各個容器的水在進入容器之前誘導渦旋螺旋(第三渦旋)。 這增加了渦旋效果產生的優點。 優選的是，將流體流以誘導主渦旋螺旋的方向和流量引入各個容器的入口，使得 形成物的幾何形狀與水流配合以誘導輔助渦旋螺旋。當該裝置利用重力幫助顆粒沉淀至各 個容器底部中的儲液槽時，它理想地適合于豎向渦旋。該儲液槽通過將入口設置在基部上 方的預定距離處形成。優選的是，流體沿向上且相切的方向被引入。因為流體在容器的基 部或基部附近相切地進入，所以流體的三維螺旋上升流必然上升至容器頂部或頂部附近的 出口。入口越高則儲液槽越深，可以觀察到在相對"平靜"中的運動越少，同時顆粒受重力 作用沉淀至儲液槽底部而被收集。
在另一個寬泛的形式中本發明包括 包括一系列容器的組件，其使得流體通過流體供給管路在所述一系列容器之間連
通，該組件設置成使產生的渦旋組合倍增，這些渦旋通過以下方式產生使流體撞擊在容器
內表面上的形成物上而導致上升的流體流在流體流的方向折返，從而形成局部渦旋。 優選的是，各個形成物具有與流動路線垂直的相似的水平曲面，從而隨著流體沿
著容器內壁朝向出口上升使產生的微小渦旋通過各個在下游的形成物組合。 根據優選實施例，流體的轉向和隨后微小渦旋的產生通過在流體入口上方通過待
應用壓縮空氣的切向輸入而加強，其中所述壓縮空氣沿著與引入流體相同的方向流動。
在根據系統方面的另一個寬泛形式中本發明包括 —種用于凈化污染水的系統，該系統包括具有多個容器的裝置，每個所述容器具 有限定內部空間的頂部、底部和壁、出口以及將水流從水源輸入所述容器的入口 ；以預定流 量將所述水流輸入所述容器的構件；該容器具有在水流中誘導主渦旋螺旋的內部輪廓；該 容器包括與流體流相互作用以誘導至少一個輔助水力螺旋的至少一個形成物；所述主渦旋 螺旋和至少一個輔助水力螺旋配合以促使至少部分污染物與所述水流分離，使得通過所述 出口離開各個所述容器的水比進入所述容器的水具有更高的純度。 由于上述組件的運轉，隨著泵入附加分離級的流體速度的逐級增大，在較低的速 度可以較多地沉淀較大的顆粒，并且在較高的速度可以除去空化的其它物質。可以設置有 渦旋圓筒體串聯設置的三個級或更多個級。 每個容器中設置有儲液槽，該儲液槽的深度是可變的以適應具有不同質量顆粒的 流體沉淀，使得流體可以容易地從容器出口排出。
現在將根據優選但非限制性實施例并參考附圖來更詳細地描述本發明，其中
圖1示出了包括渦旋發生容器的組件的剖切正視圖；
圖2示出了包括一系列渦旋發生裝置的組件的正視圖；
圖3示出了圖1的容器的剖視圖； 圖4示出了進入圖1和2的組件之前在流體中產生第三渦旋的渦旋誘導裝置的透 視圖； 圖5a示出了容器的剖視圖，其中示出了根據一個實施例的力分布示意圖； 圖5b示出了流體三維螺旋流在穿過圖1中所示典型容器時的示意圖； 圖6示出了容器的部分壁形成物的示意圖，其中說明了根據一個實施例作用在形
成物上的力分布。
具體實施例方式
現在將參考單個組件和由 一組容器串聯形成的串聯組件來描述本發明。
圖1示出了包括渦旋發生容器1的組件的剖切正視圖。這是本發明的基礎形式， 應當了解本發明可以構造成凈化引入其中的流體的一連串類似容器(參見圖2)。附加的 容器單獨地或累積地凈化流體。如圖3中所示，容器1具有內部空間31，流體4通過入口 5 引入內部空間31中。流體4在泵6的作用下通過入口 5引入(參見圖2)。流體4可以借 助使流體4旋轉地加速的機械螺旋管(參見圖4)加速進入入口 5。這在進入容器1的情 況下誘導渦旋。當流體流4引入容器中時，流體撞擊在形成物8、9、10上(參見圖3)，形成 物8、9U0的幾何形狀使得在流體4中產生局部渦旋。該局部渦旋與進入渦旋聚積從而形 成多個累積渦旋。此外，在容器中還產生進一步的沿著容器縱向運動的渦旋螺旋ll。因此， 在入口 5和容器1的頂部處或頂部附近的出口 17之間有三個渦旋產生階段。
形成物8、9和10的曲面優選地垂直于流體流排列(如圖3中所示)，從而使撞擊 它的流體對著流體流的方向折返。與流體的漸進離心流一致的是，當前進的渦旋撞擊在相 繼的形成物上時，類似排列的形成物使得渦旋積聚并且倍增。如圖1中所示，局部渦旋被主 渦旋11加強。同樣從圖1中看出，上升的渦旋11限定了基本上為圓錐形的漏斗，該漏斗在 流速增加時更明顯并且其直徑朝著容器1頂部的方向擴大。 圖2示出了包括一連串渦旋發生裝置/容器1、2和3的組件13的正視圖。組件 13包括供料給容器1的供給管5。 容器2和3分別通過出口管15和16供料。各個容器1和2分別包括經過出口 17 和18的出口管6和7。容器3的出口為出口 19。每一個容器1、2和3的工作方式與針對 圖1的容器1描述的相似，在每一個容器中誘導兩個或三個渦旋。 在初級容器1和末級裝置3之間連通的連接管優選為柔性軟管。這避免了使用改 變流動方向并導致流動損失的彎頭。柔性軟管維持對流體流的最小阻力。圖2中描述的布 置是渦旋容器串聯的多級渦旋組件。具有能在引入流體中導致組合渦旋的障礙物的容器可 以與具有平壁的圓筒交替設置，以允許分離出來的顆粒沉淀。容器的入口設置在基部上方 的適當高度處，因為流動方向是向上到達容器頂部的出口，所以由此形成儲液槽。在每個容 器基部的儲液槽中形成的流體體積沒有上升渦旋的湍流，從而允許顆粒35(參見圖1)沉淀
8以通過排水管23、24和25排出，其中排水管23、24和25位于容器基部的端蓋的中心。交 替設置的容器的效果是提供了有效的過濾；沖洗水再生；灰水再生；和脫鹽海水的預處理。
圖2正好示出了具有串聯設置的圓筒裝置1、2和3的三級渦旋系統的一個實施 例，其中管6連接第一級1的出口 17和第二級的入口 15，第二級的出口 18通過管與第三級 的入口7連接。流體在泵6的作用下被泵送通過該串聯系統。流體從泵6通過入口14供 至第一級1。所述三級1、2和3各自的入口 14、15和16設置在底部端蓋20、24和25上方 的適當高度處，以在每一個端蓋中形成接收在重力作用下從流體中沉淀出來的顆粒物質的 儲液槽。 組件13的級1、2和3還分別包括切向出口 17、18和19，該切向出口 17、18和19 設置成相應的切向入口 14、15和16使得流動保持在同一方向。底部端蓋20、21和22具有 出口 23、24和25，出口 23、24和25設置在公共管26的支管中，以便通過控制閥或旋塞27 定期排放沉淀物。 圖3示出了圖1的容器的剖面視圖，其中相應的部件采用相應的附圖標記。圖3 示出了去掉了頂蓋28的容器1。 如圖3中所示，容器1具有內部空間31，流體4通過入口 5引入該內部空間31。流 體4可以借助使流體4旋轉地加速的機械螺旋管(參見圖4)加速進入入口 5。這在進入容 器時誘導渦旋。當流體流4弓I入容器中時，流體撞擊在形成物8、9、 10上，形成物8、9、 10的 幾何形狀使得在流體4中產生局部渦旋。除了沿容器縱向運動的渦旋螺旋11之外，該局部 渦旋還如前面所描述的與進入渦旋聚積從而形成多個累積渦旋。形成物8、9和10的曲面 優選地垂直于流體流排列并且優選地以120度的間隔設置，如圖3中所示。這使得撞擊在 形成物8、9和10上的流體對著流體流的方向折返。形成物的這種布置是一個最佳地誘導 累積渦旋的非限制性實施例，但本領域技術人員了解對形成物的定位和豎向排列方面的變 型，以便使由之前的形成物導致的增大的渦旋與通過入口 33進入的壓縮空氣32混合的之 后的回旋得到增強。與流體的漸進離心流一致的是，當前進的渦旋撞擊在相繼的形成物上 時，類似排列的形成物使得渦旋積聚并且倍增。 壓縮空氣32通過切向入口33進入圓筒形容器1，并且在使累積渦旋加速的同時導 致湍流。當壓縮空氣沿著與流體流相同的方向流動時，空氣壓力將增大通過形成物產生的 聚積渦旋。 圖4示出了選擇性地引入入口 14、 15和16的渦旋誘導裝置12 (三維螺旋插入件) 的透視圖。渦旋誘導裝置12在流體進入圖1和2的組件之前在流體中誘導第三渦旋。如 圖4中所示，渦旋誘導裝置12包括可以被引入部分省略地示出的入口管路5中的三維螺旋 管。該三維螺旋管可以通過牽引線34被引入連接管中。該三維螺旋插入件優選地是模制 的，并且除了流動方向是與該插入件的縱軸線平行之外，該三維螺旋插入件可以具有與容 器內壁上的形成物相同或相似的幾何形狀。 一旦流體進入容器，流體流就以優選地與容器 內壁中形成物的表面垂直的姿態撞擊在形成物上。在形成物上的撞擊誘導貫穿整個多級渦 旋系統的螺旋渦旋。圖4的這段模制三維螺旋插入件12放置在柔性軟管中，它的典型(非 限制性)高度或寬度將是該柔性軟管內徑的1/8或1/6，從而使流動的水/流體螺旋地穿 過該軟管。模制三維螺旋插入件12優選地由諸如尼龍的塑料制成，并且其在邊緣的尺寸與 用于連接各級的管和引導及返回供給管的內徑相比優選地過大。該尼龍三維螺旋插入件由牽引線拉入管中，該牽引線使插入件的直徑減小至足以允許正確地定位，以便插入件12在 就位時擴展至通過與供給管內壁的接合使自身保持就位。當水/流體從一級移至另一級時， 穿過柔性直線管的模制渦旋螺旋12避免了多級系統中的速度損失。插入件憑借其拋物線形 狀使得水/流體旋轉地穿過該管，并且因為當流體在管路中的壓力作用下沿著管縱向運動時 流體中的分子以逐漸減小的直徑向著中心螺旋狀地移動，所以在這種情況下管中心的速度將 增加。連接管的這種特征增大了多級渦旋系統的總效率。因為不使用彎頭意味著流體不會 被驅向直角面而改變方向，而這在多級系統中重復出現，所以這種增大是雙倍的。其次，從多 級渦旋系統的一級流至另一級的流體的渦旋螺旋速度，以及該速度實際上朝著中心增大，意 味著顆粒的動能與隨著流動直徑的減小而增大的速度的平方成比例地增大。隨著速度的增 大，來自動能的壓縮力實際上在管中流體的中心流線處接近無限大。這可以參考例子來說明。 顆粒或分子簇的動能采用直徑為100mm[D]的圓筒體來說明。在等式KE = 1/2MxVxV中質量 恒定，定義為[M]。考慮到在流體中的壓力恒定的情況下因為接近向心中心的渦旋的直徑為 lmm[d]，速度已增大，由于D/d是100比l，所以在lmm[d]中心處的速度是圓筒體壁的圓周處 的100倍。假定圓周處的速度為10m/sec，那么在中心處的速度為100m/sec，當兩者都被平方 時，KE增大的倍數為由100增大至10， 000，接近其無限大的極限值。 這個特征也由于渦旋系統中增加的向心壓力而維持對微生物不友好的環境。圖4 中對螺旋狀渦旋插入件的說明示出了將該三維螺旋插入件插入現有管中的定位和方法。當 螺旋管被拉伸時，彈簧狀結構的半徑減小，并且該彈簧狀模制插入件的外徑比管的內徑大， 當牽引線被移除時彈簧狀結構將保持就位。 圖5a示出了一容器的剖視圖，其中示出了根據一個實施例的力分布示意圖。容器 40包括將水流42提供至容器40的入口 41。水流42以預定流量相切地對準容器40的內 表面43，其中該預定流量由速度和入口 41的橫截面積之間的關系確定。水流42撞擊在形 成物44上，誘導局部渦旋45，該局部渦旋有助于強制減少包括溶解固體和例如但不限于氯 和氯化物的其它污染元素在內的污染物。 圖5b示出了流體螺旋流在穿過圖1中所示典型容器時的示意圖。圖6示出了經 過容器40的部分壁形成物的示意圖，其中示出了根據一個實施例的作用在形成物44上的 力分布。 本發明的組件的一個應用是在冷卻塔中的水網系統中增大導致物質空化作用的 離解作用。因為本發明導致累積渦旋顯著增大，進而產生具有高水平的氧和氫離子以及它 們的離子化合物的無數微小渦旋，所以流體溶液中的病菌被更完全地破壞。本發明的裝置 和方法消除了協會和工業界認同的在水存儲和再使用系統中連續使用化學制品的做法，該 做法實際上會導致淀渣和其它毒性的增加。由于本發明提供的對水網系統的水的一般凈化 不需要添加化學制品，因此克服了在發生周期性傾倒處理后的水中的化學濃縮物時的主要 污染源。因為在此描述的發明中沒有使用化學制品，所以不會形成合成化學淀渣以及否則 將會形成的藻類。因此，逐漸堆積形成為方解石凝結形式的碳酸鈣將通過空化作用減小至 文石的微粒狀態，從而允許被除掉。 本發明采用兩個主要功能來顯著增大渦旋系統的效率。首先，組件布置成誘導由 (固定于圓筒體內壁的)模制形成物或障礙物增強的微小渦旋聚積，其中該模制形成物或 障礙物的形狀使得流體 的螺旋運動的渦旋在渦旋圓筒體的圓周處逆著流體旋轉方向向后旋轉。該突起障礙物的典型形狀與傳統波動相似但不限于此。形成物/障礙物的適合寬 度根據入口管、渦旋圓筒體的直徑確定，并且突出的高度為障礙物寬度的一半時有效。
每一個入口管的直徑和流體流在容器中撞擊的形成物的優選尺寸之間存在關系。 例如，對于22毫米的入口管而言，在基部的形成物寬22毫米，高11毫米，厚20毫米。根據 一個實施例，形成物適合沿著與容器1中的流體渦旋11的前進流相同的三維螺旋方向以螺 旋方式成120度間隔設置。形成物優選具有的如圖3中所示的內曲面幾何形狀與來流的流 動方向相對，以便使流體偏離其總體來流方向。這導致大量真空泡，這些真空泡將聚積、倍 增和組合，從而與所用形成物/障礙物的數量以及加速時的流體速度成比例地增加。
主渦旋11類似于導致渦旋強度增大的螺旋運動的颶風。根據一個實施例，流體形 成的渦旋受到壓縮空氣的輔助，該壓縮空氣在流體入口上方但低于流體首先遭遇的形成物 的高度的適當高度處、通過與流體入口類似的切向入口被泵入渦旋容器中。該壓縮空氣沿 著與引入有渦旋的上升流體相同的流動方向被引入。在典型的操作中，渦旋和壓縮空氣的 組合效果導致上升到所產生的湍流上方的輪廓分明的渦旋錐體。本發明提供了對依靠使用 活動的葉輪來加速渦旋的已知裝置和系統的替代方案。 主渦旋11和次渦旋涉及具有例如容器設計和高度；入口管的流體入口角度和直
徑；入口的流體壓力和速度；壓縮空氣的應用；周向內部形成物的設計和定位這些變量的
設計參數。上述結構的一個應用是應用在水凈化中，該水凈化發生在待處理的水通過切向
入口和出口被泵入上述多級渦旋系統中，并以適當的壓力和速度被泵入具有適合的入口和
出口參數的室中時，其中該室具有定位成產生次渦旋的形成物。水分子的湍流和動量產生
沿相反的徑向作用的相反的向心力和離心力。這樣就形成了一個區域，在該區域中當水被
吸至渦旋中心時水分子將受到與指向容器/罐內壁周邊的牽引力相反的剪切力。 實驗已經顯示上述方法產生的介質對微生物是不友好的并且會使泵和其它需要
管道水網系統的水用于冷卻的設備例如空調系統中的淀渣和結垢分解。 另一個實際應用是在水產業和魚箱中，其中水連續地或間歇地循環通過所公開的 多級渦旋系統。在該應用中可以看到，當來自出口管的合成湍流在箱中的水面下方進入時 魚游入和游出該合成湍流。由于多級渦旋系統提供的水凈化好處，清除了魚的排泄物和藻 類，并且顯著地減少或消除了真菌和微生物在箱中大量繁殖的問題。這個特征不會在只有 壓縮空氣通過管道輸入箱中的普通實施中出現。該方法在脫鹽的預處理階段軟化海水時是 成本有效的。海水被預軟化的優點是顯著地減少了驅動脫鹽設備所需的動力，這又由于減 少了加壓反滲透室所需的由礦物燃料產生的動力而提供了碳信用。 來自根據本發明組裝的渦旋系統的再生水具有用于增強牲畜業、農業和水培業； 水產業；奶牛的產奶量；無化學制品冷卻塔的水網系統；自來水再利用；飲用水；和家庭溫 泉、浴室和淋浴的直接應用。 當在串聯的多級渦旋圓筒體組中形成微小渦旋的組合倍增時，水的軟化和再生將 增強。當螺旋運動的液體被強制撞擊設置成使流體偏轉的形成物8、9和10時，微小渦旋通 過離心力混合在該液體中。 根據一個實施例，在三個渦旋圓筒體串聯的情況下，例如圖2中所示，第一圓筒體 包括沿著圓筒體內壁向上設置在流體的上升三維螺旋運動的線路中的形成物。這就產生了 與另外的渦旋反復地組合的微小渦旋。該過程進一步被通過入口 33進入的壓縮空氣攪動，
11如上所述該壓縮空氣將加速微小渦旋的流動。該串聯級允許水或流體在第一級具有較低速 度的渦旋，以使得較大顆粒在流體以較慢的速度旋轉的情況下沉淀。在后面的級中引入的 速度越高，分離所產生的顆粒就越細小。沒有障礙物和不引入壓縮空氣的在后級允許在具 有更少湍流的流體中形成更多的離解化合物來進行極化。 在流體處理期間，組件利用重力幫助顆粒沉淀至通過適當地設置在圓筒體基部上 方的入口形成的儲液槽。因為流體在容器底端切向地進入，所以流體的三維螺旋狀上升流 必然上升至頂部的出口 。入口越高則儲液槽越深，并且可以觀察到在相對"平靜"中的運動 越少，同時顆粒受重力作用沉淀至儲液槽底部而被收集。 可以使用數據記錄器，它將獲取并保留來自各個參數傳感器的讀數，這些參數包 括pH ;渦旋水的溫度；電解水平；系統中水的速度。pH值和電解值對于指示銹和腐蝕的控 制很重要。該數據記錄器將存儲必要的信息，這些信息可以通過電子郵件傳送給監視器或 移動電話。這將允許匯編預定操作期間的系統性能數據。 下面的表1中給出了海水原始樣本和在根據本發明的容器組件中處理之后的產
物之間的一系列比較結果。 表1
logA.txt
PH300075,EC100985， ECT00985， ECN00985, ECM0098S, ORP00091,
PH傳導率溫度總溶解固體氯ORP
參考讀數-靜態Fivedock水
pH，S/cm,'c，S/cm,mg/L，mv，
16/04/07， 14:39:00，8.254，1600.4，20.11，1777.6，840.5，-1.6，
Fivedock水樣本(海水)
16/04/07， 150100，7.751，618.7,23.48，638.9，309.9，28.5，
16/0衡，150200，8.193，618.7，23.41，528.1，255.0，32.3，
16/04/07, 150300,8.224,406.3,21.57，437.1,210.2，36.4，
16/04/07， 150400，8.237，510.7，20.23,565.6，216.6，38.2，
16/04/07， 150500,8.235,510.7，21.01，442.4，212.9,38.9，
16/04/07， 150600,8.239，510.7，22.81,425.5，204.6，39.9，
16/04/07， 150700，8.240，510.7，20.16，566.5，216.9，40.6,
16/04/07， 150800，8.240，510,7，19.91，569.6，275.6，41.0，
16/04/07， 150900，8.240，楊.3，22.64，427.1，205.3，40.8，
16/04/07, 151000，8.241，510.7，21.92，545.1，263.5，40.8，
16/04/07， 151100，8.242，510.7，20.44，563.1,272.3，40.8，
12
16/04/07， 15:1200，8.242，510.7，21.73，547.4，264.6,40.4，
16/04/07， 15:1300,8.239，510.7，21.46，550.6，266.2，40.2，
16/04/07， 15:1400，8.239，510.7，20.04，568.0，274.7,39.7，
16/04/07， 15:1500，8.238，510.7，21.59，549.1，265.4，39.3，
16/04/07， 15:1600，8.239，510.7，22.32，540.5，261.2，39.1，
16/04/07， 15:1700,8.238，510.7，20.80，558.6，328.7,38.7，
16/04/07， 15:1800，8.240，618.7，20.24，565.5，273.5，37.6，
增加至80 PSi
16/04/07， 15:1900，8.240，618.7，19.87，6卯.8，275.8,38.4，
16/04/07， 15:2000，8.239，618.7,21.62，664.8，322.8,36.7，
16/04/07， 15:2100，8.239，618.7，22.08，658.2，262.5，37.5，
減少至50 PSI
16/04/07， 15:2200,8.240，510.7，21.02，555.9，268.8，36.9，
16/04/07， 15:2300,8.240，510.7，20.78,558,9，270.2，36.4，
16/04/07， 15:2400，8.241,618.7，21.18，671.2，325.9，36.0，
16/04/07， 15:2500,8.240，510.7，19.67，572.7，277.1，35.6，
16/04/07， 15:2600，8.240，510.7，20.22,565.8，273.6，35.4，
16/04/07， 15:2700,8.241,510.7，21.43，667.5，324.1，35.1,
16/04/07, 15:2800,8.241，618.7，20.29，684.4，332.5，34.7，
16/04/07， 15:2900,8.240,618.7，20.68，678.6，329.6，34.5，
16/04/07， 15:3000,8.240，618.7，20.27，684.7，332.6，34.3，
16/04/07， 15:3100,8.241，618.7,21.18，671.2，325.9，34.2，
16/04/07， 15:3200，8.241，618.7，21.57，665.6，323.1,33.8， 上表提供了經過根據本發明的裝置處理之后的海水樣本的處理結果。從結果中 可以進行許多(非窮舉的)觀測評價。與處理的樣本水被引入到處理容器時的壓力無關， 與控制樣本相比pH值在很大程度上保持不變。待處理水首先以60psi的流量壓力引入容 器中。流量壓力首先增至80psi，再降至50psi。與壓力無關的溶液傳導率保持在510.7至 618.7范圍內。但是，與(處理之前測量的)未測試的樣本相比，與水引入處理容器的壓力 無關，處理樣本的傳導率變得小于未測試控制樣本測得的傳導率的一半。樣本和已處理的 水測得的溫度保持在19. 67至23. 48的范圍內，說明已處理和未處理之間的變化很小。與 未處理的控制樣本相比，已處理的樣本中的總溶解固體大約為未處理樣本測得的總溶解固體的30%。已處理的樣本中的氯化物水平大約為預處理樣本的測量水平的30%。該水平 關于引入水的壓力沒有明顯變化。 下面的表2中給出了淡水原始樣本和在根據本發明的容器組件中處理之后的產
物之間的一系列比較結果。 表2
log.txt
數據時間PH300075, EC100985, ECT00985, ECN00985， ECM00985, ORP00091,
PH傳導率溫度總溶解固體氯ORP
參考
05/03/07， 11:36:38，7.614，230.0，25.28，228.7,108.8，237.3，
05/03/07， 11:38:00，7.625,230.4,25.10，230.0，跳4，239,0，
35PSI-沒有空氣
05/03/07， 11:43:05，7.485，232.3，25.25，231.1，110.0，235.3，
05/03/07， 11:44:00，7.518，227.8，25.32，226.4，107.7，212.7，
05/03/07, 11:46:00,7.520，226.0，25.40，224.2，106.7，185.5，
05/03/07， 11:48:00，7.515，225.6，25.19，224.7，106.8，168,3，
05/03/07， 11:50:00，7.505，225.3，25.43，223.4，106.2，157.0，
05/03/07， 11:51:17，7.497，225.3，25.54，222.9，106.0，150.3，
35PSI-注入空氣
05/03/07， 11:52:00，7.499，88.4，25.29，87.7，41.3，149.0，
05/03/07， 11:54:00，7.561，85.1，25.28，84.2，39.5，147.6，
35PSI-去除空氣
05/03/07， 11:56:00，7.555，225.1,25.36，223.5,106.3，149.0，
1405/03/07, 11:58:00，7.465,224.9，25 43，223.0,106.1，142.4，
05/03/07， 12:00:00， 60PSI-沒有空氣7.448，224.9，25.22，224 0，106.5，134.8，
05/03/07，12:01:06，7.440，225.1，25 30,2237,106.4，130.0，
05/03/07, 12:02:00，7.430，225.5,25.47,2234,106.3，124.4，
05/03/07，12:04:00，7.419，225.8，25 43，2239，106.6，117.9，
05/03/07，12:06:00，7.410，225.8，25.48，2237，106.3，114.3，
05/03/07，12:08:00， 60PSI-注入空氣7.403，226.0，2543,224o，106.5，111.6，
05/03/07，12:10:00，7.409，157.5，2560，155o，73.3，108.0，
05/03/07， 12:12:00，7.441，149.5,2558,1473，69.3，111.2，
05/03/07, 12:14:00,7.434，167.7，2563，1563，72.5，111.2，
05/03/07， 12:16:00， 60PSI-去除空氣7.429，152.6，2556,1514，71.8，110.6，
05/03/07, 12:18:00,7.389，221.2，2542,2194，104.3，113.7，
05/03/07, 12:20:00,7.382,221.2,2555,2188,104.0，108.2，
05/03/07，12:22:00, 80PSI-沒有空氣7.380，221.4，2572，2182，103.8，107.0，
05/03/07， 12:24:00,7.376,221.9,25.72,2187，104.0，104.5，
05/03/07，12:26:00，7.376，222.3，25 75，2189，104.0，102.1，
05/03/07，12:28:00，7.376，222.5，26 02,2179，103.7，100.7，
05/03/07， 12:30:00，7,375,222.7，25,97,2183，103.8，■4， 上表提供了經過根據本發明的裝置處理之后的自來水樣本的處理結果。從結果中 可以進行許多(非窮舉的)觀測評價。與處理的樣本水被引入到處理容器的壓力以及引入 的水是否由空氣壓力輔助無關，與控制樣本相比pH值在很大程度上保持不變。待處理水首 先在沒有空氣輔助的情況下以30psi的流量壓力引入容器中。已處理的樣本的傳導率與未 處理樣本相比沒有明顯變化。與壓力無關的溶液傳導率保持在149. 5至225. 3的范圍內。 在35psi且沒有空氣輔助的情況下，已處理的樣本中測得的溫度、總溶解固體或氯化物與 未處理樣本相比沒有明顯變化。在35psi且注有空氣的情況下傳導率明顯地下降，同時已 處理樣品的傳導率(暗示溶液中電解質減少)、總溶解固體、氯化物和OPR這些參數非常明 顯地下降。當在與注水壓力相同的壓力下取消樣本中的空氣注入時，參數值恢復到最初的 沒有空氣的35psi測試中記錄的沒有空氣注入的值。在60psi且沒有注入空氣的情況下，
15值保持與35psi且沒有空氣注入時得到的值相似。在60psi且注入空氣的情況下，已處理 樣本的傳導率(暗示溶液中電解質減少)、總溶解固體、氯化物和ORP這些參數顯著下降。 當在與注水壓力相同的壓力下取消樣本中的空氣注入時，參數值恢復到最初的沒有空氣的 60psi測試中記錄的沒有空氣注入值。在80psi且沒有注入空氣的情況下，已處理的樣本測 得的傳導率(暗示溶液中電解質減少)、總溶解固體、氯化物和ORP這些參數進一步減小。 這表示在待凈化水流的進入壓力增大時凈化得到改善并且可以通過注入空氣進一步減少。
流量壓力首先增至80psi，隨后降至50psi。樣本和已處理的水的測量溫度保持在 19. 67至23. 48的范圍內，說明已處理和未處理之間的變化很小。與未處理控制樣本相比， 已處理的樣本中的總溶解固體大約為未處理樣本測得的總溶解固體的30%。已處理樣本中 的氯化物水平大約為預處理樣本的測量水平的30% 。該水平關于引入水的壓力沒有明顯變 化。 本領域技術人員應認識到可以在不脫離本發明的總體精神和范圍的基礎上對文 中泛泛描述的本發明進行許多改變和修改。
權利要求
一種用于水流凈化處理的裝置；所述裝置包括容器，其具有限定了內部空間的頂部、底部和壁、將水流從水源輸入所述容器的入口以及將所述水流排出的出口；以預定流量將所述水流輸入所述容器的構件；所述容器具有在所述水流中誘導主渦旋螺旋的內部輪廓；所述容器包括與所述流體流相互作用以誘導至少一個輔助水力螺旋的至少一個形成物；所述主渦旋螺旋和所述至少一個輔助水力螺旋配合以促使至少部分污染物與所述水流分離，使得通過所述出口離開所述容器的水比進入所述容器的水具有更高的純度。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其中所述容器的所述入口設置在所述容器的所述壁中。
3. 根據權利要求2所述的裝置，其中所述以預定流量將所述水流輸入所述容器的構件 是與入口輸送管路中的水相互作用的泵。
4. 根據權利要求3所述的裝置，其中所述容器具有彎曲的壁。
5. 根據權利要求4所述的裝置，其中所述入口位于所述容器的底部或底部附近。
6. 根據權利要求5所述的裝置，其中所述入口設置成將水與所述容器的所述壁相切地 輸入所述容器。
7. 根據權利要求6所述的裝置，其中所述入口傾斜成沿著向上的方向輸送所述水。
8. 根據權利要求7所述的裝置，其中所述至少一個形成物位于所述容器的所述壁的內 表面上。
9. 根據權利要求8所述的裝置，其中所述至少一個形成物與所述容器的所述壁形成為一體。
10. 根據權利要求所述的裝置，其中多個形成物圍繞所述容器的所述壁間隔設置。
11. 根據權利要求10所述的裝置，其中所述容器的所述壁是圓筒形的。
12. 根據權利要求11所述的裝置，其中所述形成物圍繞所述容器的內表面周向間隔設置。
13. 根據權利要求12所述的裝置，其中第一形成物設置在所述容器內的第一高度處， 至少一個第二形成物設置在更高的高度處。
14. 根據權利要求13所述的裝置，其中所述形成物位于所述主渦旋螺旋中的水流路徑中。
15. 根據權利要求14所述的裝置，其中所述形成物設置成共同形成三維螺旋。
16. 根據權利要求15所述的裝置，其中所述形成物圍繞所述內表面均勻地間隔設置。
17. 根據權利要求16所述的裝置，其中所述形成物與所述容器的所述壁形成為一體。
18. 根據權利要求17所述的裝置，其中所述形成物在所述主渦旋螺旋的路徑中產生輔 助螺旋。
19. 根據權利要求18所述的裝置，其中所述主渦旋螺旋限定了逐漸向上的三維螺旋。
20. 根據權利要求19所述的裝置，其中第一出口設置在所述容器的頂部或頂部附近。
21. 根據權利要求20所述的裝置，其中所述第一出口與至少一個能夠進行水凈化處理的另外的容器連通。
22. 根據權利要求21所述的裝置，其中所述水流是海水。
23. 根據權利要求22所述的裝置，其中所述水流凈化處理從所述海水中除去污染物。
24. 根據權利要求23所述的裝置，其中所述容器包括儲槽，所述儲槽收集通過重力從 所述水流沉淀至所述儲槽的污染物。
25. 根據權利要求24所述的裝置，其中所述容器進一步包括排出從所述水流中分離出 的污染物的第二出口。
26. 根據權利要求25所述的裝置，其中所述容器的所述入口的直徑在10mm至50mm范 圍內。
27. 根據權利要求26所述的裝置，其中所述圓筒形的容器的直徑在100mm至lm范圍內。
28. 根據權利要求27所述的裝置，其中以所述容器的內表面為基準測得的至少一個所 述形成物的高度大約為所述入口的直徑的一半。
29. 根據權利要求28所述的裝置，其中沿與所述容器的縱軸線平行的方向測得的所述 至少一個形成物的寬度與所述入口的直徑相等或接近。
30. —種用于凈化污染水的系統，包括具有多個容器的裝置，每個所述容器都具有限定 了內部空間的頂部、底部和壁、出口以及將水流從水源輸入所述容器的入口 ；以預定流量將所述水流輸入所述容器的構件；所述容器具有在所述水流中誘導主渦旋 螺旋的內部輪廓；所述容器包括與所述流體流相互作用以誘導至少一個輔助水力螺旋的至少一個形成物；所述主渦旋螺旋和所述至少一個輔助水力螺旋配合以促使至少部分污染物與所述水 流分離，使得通過所述出口離開各個所述容器的水比進入各個所述容器的水具有更高的純度。
31. 根據權利要求30所述的系統，其中每個容器都與至少一個另外的容器連通。
32. 根據權利要求31所述的系統，其中一個容器的出口與相鄰容器的入口流體連通。
33. 根據權利要求32所述的系統，其中每個容器底部的儲槽中的第二出口與將廢物排 出所述系統的排放管路連接。
34. 根據權利要求33所述的系統，其中所述容器串聯地設置在相同的相對高度處。
35. 根據權利要求34所述的系統，其中所述排放管路通過閥進行操作。
36. 根據權利要求35所述的系統，其中每個容器都是圓筒形的。
37. 根據權利要求36所述的系統，其中所述系統用于脫鹽設備的預處理。
38. 根據權利要求37所述的系統，其中所述流體流以在流體中誘導所述主渦旋螺旋的 預定的姿態和流量被引入所述容器中。
39. 根據權利要求38所述的系統，其中所述流體流以在進入各個容器之前誘導第三渦 旋螺旋的形式被引入各個容器中。
40. 根據權利要求39所述的系統，其中所述形成物具有與所述水流配合以誘導輔助渦 旋螺旋的幾何形狀。
41. 根據權利要求40所述的系統，其中渦旋中的顆粒物在重力作用下沉淀至各個容器基部中的儲液槽。
42. 根據權利要求41所述的系統，其中通過將所述入口設置在所述容器基部上方的預 定距離處形成所述儲液槽。
43. 根據權利要求42所述的系統，其中所述水沿著向上和相切的方向被引入各個容器中。·43.根據權利要求43所述的系統，其中所述主渦旋螺旋形成在所述容器的基部或基部 附近，并以三維螺旋狀延伸至所述出口 。[41. 根據權利要求43所述的系統，其中每個形成物都具有定位成與流動線路垂直的曲 面，每個形成物產生所述輔助渦旋螺旋。[42. —種用于凈化水的組件，包括一系列容器，所述組件允許流體通過流體供給管路在 所述一系列容器之間連通，所述組件設置成產生多個配合的渦旋，這些渦旋通過以下方式 產生流體撞擊在所述容器的內表面上的形成物上以誘導上升的流體流在流體流的方向折 返，從而形成局部渦旋；其中離開所述容器的水比進入所述容器的水具有更高的純度。
全文摘要
一種用于凈化水的組件，包括一系列容器，所述組件允許流體通過流體供給管路在所述一系列容器之間連通。所述組件設置成產生多個配合的渦旋，這些渦旋通過以下方式產生流體撞擊在所述容器的內表面上的形成物上以誘導上升的流體流在流體流的方向折返，從而形成局部渦旋。其中離開所述容器的水比進入所述容器的水具有更高的純度。
文檔編號C02F1/38GK101784347SQ200780053579
公開日2010年7月21日 申請日期2007年5月2日 優先權日2006年5月2日
發明者布賴恩·愛德華·戈尼南 申請人:布賴恩·愛德華·戈尼南