用于将气体溶解到液体中的系统和方法技术方案

根据本公开的至少一个方面，一种用于在不进行侧流泵送的情况下将气体溶解到液体中的系统包括界定进液口和出液口的压力容器、安置于所述压力容器的内部腔室内的进气装置、通过气体控制阀与所述进气装置和所述压力容器的所述内部腔室选择性流体连通并被配置成提供气体压力的气体来源、通过进液阀与所述压力容器的所述进液口选择性流体连通的进液管，以及通过出液阀与所述出液口选择性流体连通以从所述压力容器的所述内部腔室排放所述液体的出口管。所述气体压力不仅有助于所述气体溶解于所述液体中，并且当所述液体暴露于所述气体压力时将所述液体从所述压力容器中压出来。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年4月28日提交的美国临时专利申请号61/984,996的权益和优先权，所述临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。背景1.本公开的领域本公开涉及用于在几乎没有外部能量输入的情况下帮助控制一种或多种气体在液体中溶解的经济实用的系统和方法。2.相关技术的背景视应用而定，许多不同的系统和方法可用于将气体溶解于液体中。一些主要应用属于以下领域：市政、商业以及工业用途中的水和废水处理；水产养殖；地下水修复；生态恢复和保护；饮料制造和装瓶以及农业。大部分溶解气体输送方法(即气泡扩散法、文丘里喷射法(Venturiinjection)、U型管法、增氧锥法(Speececone))试图利用亨利定律(Henry'slaw)来实现载流中存在高浓度的溶解气体。这些方法通常需要来自侧流泵送的高流速和/或高压力以实现高速率的气体溶解。较高操作压力导致较高气体浓度；然而，此必须与同实现较高压力相关联的较高操作成本相平衡。虽然在现有技术操作参数之间存在变化，但所有需要侧流泵送的技术均按照相同的物理定律来操作。一般来说，这些技术产生大的气/液界面，并且使其处于高压下持续一段时间，随后增加液体中的溶解气体浓度。所有技术最终均要求气体和液体在所需压力下接触。某些技术向液体和/或气体中提供能量输入(例如，经由泵送)以实现所需容器压力。一些技术在添加额外能量的情况下向液体中提供能量输入，使得可利用文丘里喷射器(venturiinjector)形成真空，从而允许气体进入而不从气体来源输入额外的能量。通过代数运算，可得出关于任何侧流饱和装置的效率(以质量/时间/能量(lb/d/hp)为单位)的方程式。E＝(1/694.444*((P/Kh)*(s/100))*8.34)/(1*((P+L)*2.3097)/3960/(i/100))。如以上所见，这个方程式只考虑以下各项：侧流压力要求(P,psi)、亨利定律常数(Kh,L*psi/mg)、所得到的饱和度百分比(s,％)、系统间水头损失(L,psi)以及泵效率(I,％)。出于此处讨论的目的，氧气将为所选气体。然而，本领域技术人员将容易认识到，本文公开的方法/设备可应用于任何气/液溶解组合。所附的附录1示出依据亨利定律压力对溶解气体浓度的影响。侧流泵送的影响和相关系统水头损失可见于所附的附录2中。基于所列出的假定，可见这些系统在各种压降值下的最大效率，其中最大的可能是约58-lb/d/hp。降低系统压力损失将极大地影响总体效率，尤其在低于约100-psi的压力下。侧流泵送的影响和相关泵效率可见于所附的附录3中。泵并不非常有效，并且在较大固体处置容量下变得效率更低。基于所列出的假定，可见这些系统在各种压降值下的最大效率，其中最大的可能是约41-lb/d/hp，或比理论值低约30％(附录2)。所附的附录4示出各种氧气溶解技术及方法以及本文所公开的系统的实施方案的总能量需求、侧流泵送加上气体生成。正如所见，消除侧流泵送需要使总体功率消耗降低约60％。在大多数情况下，现有技术涉及侧流泵送以及加压气体来源或真空气体来源。虽然较高操作压力导致较高气体浓度，但为了实现这些较高压力，涉及到较高成本。因此，需要一种简化的低成本方法来用于将气体溶解到液体中，优选地同时还维持所述液体的特定的恒定流速。本公开的实施方案可消除对侧流泵送的需求，并极大地降低侧流气体溶解系统的操作成本。概述本公开的实施方案涉及用于在无外部能量输出的情况下帮助控制一种或多种气体在液体(例如水)中溶解的简易又经济的系统和方法。供所公开的系统和方法中使用的气体包括例如空气、氧气、臭氧以及二氧化碳。然而，本领域技术人员将容易了解到任何合适气体的适用性。某些应用包括例如在市政、工业或自然环境中对工艺池、管道和管道系统、河流、溪流、湖泊以及池塘的处理。更具体来说，本公开的实施方案涉及用于将气体溶解到液体中的系统，其尤其包括溶解罐组件，所述溶解罐组件具有压力容器、加压气体来源以及能够使加压气体在升高的压力下溶解到液体中的控制阀。溶解罐还包括至少一个液体控制阀，所述液体控制阀容许将流体传送到容器中并且将流体从容器中传送出去；所述出口流体具有来自压力容器的所需气体浓度。本公开的系统的实施方案进一步包括与所述容器以及供气集管和供气管道连通的气体来源。还提供用于形成大的气/液界面面积的进气装置。通过液体流量控制阀和进口/出口管道排出饱和液体。提供用于排出被汽提和/或未溶解的气体的装置作为控制液相和气相中的多个浓度的手段。在某些实施方案中，一种方法包括重获与进入和离开的水的动力相关的能量。本公开的实施方案包括独立的进口和出口流量控制阀和能量回收装置(例如微型涡轮机)。某些实施方案利用串联的多个容器与相互连接的阀、管道以及配件的组合来提供更一致的输出。本公开的实施方案包括一系列高压和低压歧管和相关阀，使得可对一个容器中的气体顶部空间向另一容器进行排气，从而允许在操作中有较大灵活性并确保所产生的气体有最大利用率。另外，在此类实施方案中，可利用文丘里原理将低压下的过量气体添加到容器排放物中。另一个实施方案采用能量回收装置与多个容器的组合。这个实施方案提供一致的输出并且提高总体系统效率。根据本公开的至少一个方面，用于在不进行侧流泵送的情况下将气体溶解到液体中的系统尤其包括压力容器，所述压力容器界定内部腔室，所述内部腔室被配置成容纳液体并在液体上方提供气体顶部空间。压力容器可界定进液口和出液口。进气装置可被安置于压力容器的内部腔室内且可被配置成允许气体进入压力容器。气体来源可通过气体控制阀与进气装置和压力容器的内部腔室选择性流体连通以将气体供给到压力容器。气体来源被配置成提供气体压力。进液管可通过进液阀与压力容器的进液口选择性流体连通。出口管可通过出液阀与出液口选择性流体连通以从压力容器的内部腔室排放液体。气体压力不仅有助于气体溶解于液体中，并且当液体暴露于气体压力时将液体从压力容器中压出来。进气装置可被配置成将加压气体引入液体中。进气装置的表面积可为压力容器底部的表面积的至少一半或任何其他合适的表面积。所述系统可进一步包括能量回收装置。能量回收装置可为例如微型涡轮机。在某些实施方案中，出口管和进口管可为同一条管，并且进液阀和出液阀可为同一个阀。所述系统可进一步包括串联连接并被配置成供给恒定流量输出的多个压力容器。此外，所述系统可包括与所述多个压力容器中的至少一个连接的能量回收装置。可设想在某些实施方案中，所述系统可进一步包括控制系统。该控制系统可被配置成打开进液阀以允许液体流进内部腔室中，直到第一预定条件出现；在关闭进液阀后打开气体控制阀，以用气体对内部腔室加压，直到第二预定条件出现；并且打开出液阀以使液体从内部腔室流出。控制系统可包括如本领域技术人员所了解的任何合适的电子设备、硬件、软件等。第一预定条件可包括例如时间或内部腔室的填充水平中的至少一个。第二预定条件可包括例如时间、内部腔室压力、气体溶解到液体中的速率或液体的气体含量中的至少一个。所述系统的实施方案可包括文丘里管，所述文丘里管被安置成与出液管流体连通并且被配置成将来自气体顶部空间的气体添加到出口流中。根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将气体溶解到液体中的系统，其包括：压力容器，其界定内部腔室，所述内部腔室被配置成容纳液体并在所述液体上方提供气体顶部空间，所述压力容器还界定进液口和出液口；进气装置，其安置于所述压力容器的所述内部腔室内并被配置成允许气体进入所述压力容器；气体来源，其通过气体控制阀与所述进气装置和所述压力容器的所述内部腔室选择性流体连通，以将加压气体供给到所述压力容器，从而对所述内部腔室加压；进液管，其通过进液阀与所述压力容器的所述进液口选择性流体连通；以及出口管，其通过出液阀与所述出液口选择性流体连通，以从所述压力容器的所述内部腔室排放所述液体，其中由所述加压气体的所述供给产生的气体压力不仅有助于所述气体溶解于所述液体中，并且当所述液体暴露于所述气体压力且所述出液阀打开时将所述液体从所述压力容器中压出来。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.28 US 61/9849961.一种用于将气体溶解到液体中的系统，其包括：压力容器，其界定内部腔室，所述内部腔室被配置成容纳液体并在所述液体上方提供气体顶部空间，所述压力容器还界定进液口和出液口；进气装置，其安置于所述压力容器的所述内部腔室内并被配置成允许气体进入所述压力容器；气体来源，其通过气体控制阀与所述进气装置和所述压力容器的所述内部腔室选择性流体连通，以将加压气体供给到所述压力容器，从而对所述内部腔室加压；进液管，其通过进液阀与所述压力容器的所述进液口选择性流体连通；以及出口管，其通过出液阀与所述出液口选择性流体连通，以从所述压力容器的所述内部腔室排放所述液体，其中由所述加压气体的所述供给产生的气体压力不仅有助于所述气体溶解于所述液体中，并且当所述液体暴露于所述气体压力且所述出液阀打开时将所述液体从所述压力容器中压出来。2.如权利要求1所述的系统，其中所述进气装置被配置成将加压气体引入所述液体中。3.如权利要求2所述的系统，其中所述进气装置的表面积为所述压力容器的底部的表面积的至少一半。4.如权利要求1所述的系统，其进一步包括能量回收装置。5.如权利要求4所述的系统，其中所述能量回收装置为微型涡轮机。6.如权利要求1所述的系统，其中所述出口管和所述进口管为同一条管且所述进液阀和所述出液阀为同一个阀。7.如权利要求1所述的系统，其进一步包括串联连接并被配置成供给恒定流量输出的多个压力容器。8.如权利要求7所述的系统，其进一步包括与所述多个压力容器中的至少一个连接的能量回收装置。9.如权利要求1所述的系统，其进一步包括控制系统，其中所述控制系统被配置成：打开所述进液阀以允许液体流进所述内部腔室中，直到第一预定条件出现；在关闭所述进液阀后打开所述气体控制阀，以用所述气体对所述内部腔室加压，直到第二预定条件出现；以及打开所述出液阀，以使所述液体从所述内部腔室流出。10.如权利要求9所述的系统，其中所述第一预定条件包括时间或所述内部腔室的填充水平中的至少一个。11.如权利要求9所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：CB米利根，DL芬利，JD克里滕登，JM哈特，
申请(专利权)人：碧蓝有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US