用于提供有溶解气体的加压液体流的机器和方法
【专利说明】用于提供有溶解气体的加压液体流的机器和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本发明要求于2013年11月15日提出的第61 /904，755号美国临时专利申请的优先 权利益，该美国临时专利申请全部纳入本文。 发明领域
[0003] 本发明设及提供液体，尤其是气体饱和的含水流体。
[0004] 戦
[0005] 利用富含气体的液体的系统是已知的。例如，Kelly等人的第2,713,026号美国专 利看来公开了用于废水处理的富含气体的流体的使用，并且尤其公开了将空气饱和的流体 引入废水池W悬浮废水中的固体并有助于它们的移除。另一例子是Bernard等人的第4， 192,742号美国专利，其看来教导通过在保持大气压强W上的处理室中处理废水W实现所 述废水的超氧化(super oxygenation)，可W促进废水的生物降解。
[0006] 用于液体富集气体的方法和设备也是已知的。例如，Malick的第3,957,585号美国 专利看来公开了雾化液体可被引入反应区域(reaction zone)W实现所述雾化液体和气体 相的密切接触。一种基于此目的雾化喷头的具体类型在化Pink等人于2012年9月4号提出的 第13/602,793号美国专利中公开，所述内容通过引用全部纳入本文TEppink")。如化pink 中所阐述的，此喷头适于将雾化液体(例如，饮用水或污水）引入在高压下含有氧气的室，其 结果是所述流体变为氧气饱和。然后所述氧气饱和的流体可被引入废水流，其结果是含有 足够高水平氧气的所述废水促进能生物降解废水中废物的需氧微生物的活性。
[0007] Spears等人的第7，008，535号和第7，294，2798号美国专利看来公开了气体超饱和 的流体可被引入废水，W使得所述气体超饱和的液体W基本无泡的方式引入。基于此目的， Spears公开了含有毛细管的一种或多种流体排出喷嘴的使用，经过所述喷嘴所述气体超饱 和的液体可被注入所述废水。Spears等人的第7,294,278号美国专利公开了具有盘状 (plate-1化e)构造的喷嘴中的具有约150至约450微米直径的毛细管，W及具有更常规喷头 类型构造的喷嘴中的约0.005英寸(约125微米)的毛细管直径。毛细管的缺点在于它们可能 易于被固体和所述气体超饱和的流体中可能夹带的反应产物所堵塞。
[000引遮述
[0009] ^个实施方案中，液体-气体饱和机器包括压力容器，其包括在中线上方的，适 于向所述压力容器的内部体积添加气体的气体喷嘴和适于向所述压力容器的所述内部体 积添加液体的液体雾化器;在所述中线下方的，置于所述压力容器的底部上方的流体出口 和置于或相邻于所述压力容器的所述底部的清扫口；和用于确定所述压力容器的所述内部 体积中的流体液位的构件;和流通地(f Iuid 1 y)连接所述流体出口的流路，所述流路包括多 个交替流动特征区，其中所述交替流动特征区是层流区和端流或过渡流区，其中所述交替 流动特征区由至少约500的雷诺数值区分。
[0010] 在另一实施方案中，方法包括提供包括气体和液体的混合物的加压液体流;使所 述流体流经过至少5个包括多个层流区和端流区的交替流动区，其中所述层流区和端流区 由它们各自计算的雷诺数区分，所述雷诺数相差至少500。
[00"]附图的简要说明
[0012] 为了更全面地理解本发明，应参考如下详细描述和附图，其中：
[0013] 图IA和图IB是在含有多个交替流动区的管道中且所述流体在层流段（lamellar sections)之间的方向改变约205°的流路的前视图和侧视图；
[0014] 图2A和图2B是在含有多个交替流动区的管道中且所述流体在层流段之间的方向 改变约90°的流路的前视图和侧视图；
[0015] 图3A和图3B是在含有多个交替流动区的管道中且所述流体在层流段之间的方向 改变约135°的流路的前视图和侧视图；
[0016] 图4A和图4B是在含有多个交替流动区的管道中且所述流体在层流段之间的方向 改变约180°的流路的前视图和侧视图；
[0017] 图5A和图5B是在含有多个交替流动区的管道中且所述流体在层流段之间的方向 改变约240°的流路的前视图和侧视图；
[0018] 图6A和图6B是在含有多个交替流动区的管道中且所述流体在层流段之间的方向 改变约180°和约270°的流路的前视图和侧视图；和
[0019] 图7A和图7B是在含有多个交替流动区的管道中且所述流体在层流段之间的方向 改变约270°的流路的前视图和侧视图；
[0020] 虽然特定的实施方案在所述附图中被示出，应理解该公开内容意在为说明性的， 运些实施方案并不意在限制本文所描述和说明的本发明。
[0021]
[0022] ^种实施方案是液体-气体饱和机器，其包括具有多个交替流动特征区的流路。 优选地，所述机器包括压力容器上游的具有所述交替低特征区的所述流路。所述压力容器 可包括，在中线上方的，适于向所述压力容器的内部体积添加气体的气体喷嘴和适于向所 述压力容器的所述内部体积添加液体的液体雾化器;和，在所述中线下方的，置于所述压力 容器的底部上方的流体出口和置于或相邻于所述压力容器的所述底部的清扫口。所述压力 容器的所述中线由装满该压力容器50%的水的近似弯液面线(meniscus line)确定。优选 地，所述压力容器进一步包括确定所述压力容器的所述内部体积中流体液位的构件。用于 确定所述流体液位的所述构件可包括分度尺、测压元件、或应变仪(例如用于当所述压力容 器中的所述流体的密度是已知的）、视见区或视镜、磁性液位计、电容式变送器、磁致伸缩液 位变送器、超声液位变送器、激光液位变送器、雷达液位变送器、或它们的组合。
[0023] 所述流路流通地连接所述流体出口并且包括多个交替流动特征区。所述交替流动 特征区可选自适于提供层流的区、适于提供过渡流的区、和适于提供端流的区。在一个优选 实施例中，所述交替流动特征区为适于提供层流的区和适于提供端流的区。从所述压力容 器开始确定，不限定哪个区先于其他区，所述流路可包括层流区，然后端流区，然后层流区， 且然后端流区。在一个优选实施例中，从所述压力容器开始，层流区先于任何端流区。
[0024] 所述交替流动特征区可包括至少两个由雷诺数值区分的不同流动区。所述两个不 同流动区之间的雷诺数的差值可为至少约500、1000、1500或2000。
[0025] 在一个实例中，所述流路由管道提供。所述管道可为单一结构（例如，由单独零件 制造)或可由多个不同部件组装而成，其中所述部件接合且不产生接合处特定端流(例如， 所述接合处优选为不是在流动液体中产生端流的物理形状）。所述管道优选用不诱钢制造 (例如，300系列不诱钢;更优选为304不诱钢，或海洋级不诱钢(例如，316或317不诱钢））。在 优选实施例中，所述管道具有近似恒定的内径，或恒定的内径。在优选实施例中，所述管道 可包括约2mm至约25mm、约5mm至约2Omm、或约1 Omm至15mm的内径（ID)。在其他实施例中，所 述管道可包括可变的ID，其中最大和最小的ID在约2mm至约25mm、约5mm至约20mm、或约IOmm 至约15mm的范围中。
[0026] 优选地，所述管道包括流通地连接所述流体出口的进口段，流通地连接所述进口 段的交替的弯曲和直线段系列，和流通地连接所述交替的弯曲和直线段系列的出口段。在 一个实例中，所述弯曲段适于提供端流或过渡流，且所述直线段适于提供层流。在另一个实 例中，所述弯曲段适于提供弯曲段流动雷诺数，所述直线段适于提供直线段流动雷诺数，并 且其中所述弯曲段流动雷诺数比所述直线段流动雷诺数至少大500。
[0027] 在所述流路的一个实施例中，所述管道的进口段和出口段平行。换句话说，在所述 进口段和所述出口段的所述流体为同方向或180°相反;优选地，在所述段中的所述流体为 同方向。
[0028] 在另一实施例中，所述机器包括为由此通过的所述气体液体渗合物提供稳定效应 的处理区。所述处理区包括所述交替的弯曲和直线段系列、所述进口段的部分、和所述出口 段的部分。在一个实例中，所述进口和出口段的部分在所述处理区中重叠。
[0029] 参考所述附图，经过弯曲段附近的邻接层流段的所述流路经受至少60°，优选90°， 更优选180°的方向变化。流体方向的总变化(经过邻接层流段的弯曲段)可超过360°。例如， 层流段可邻接包括360°+方向变化的弯曲段(例如，盘管），其中所述机器可包括与层流区域 (直线