利用等离子体放电处理流水系统中的水的方法技术方案

本发明专利技术涉及利用等离子体放电处理流水系统中的水的方法。该方法包括：将至少一部分水从流水系统转向流过反应室，反应室包括：与流水系统流体连通的入口、与流水系统流体连通的出口、主体、至少部分布置在主体内的高压电极以及至少部分布置在主体内的接地电极；通过将电压供应至高压电极来在转向流过反应室的主体中的一部分水中产生等离子体放电，以处理该一部分水；将处理过的该一部分水返回到流水系统；并且其中，高压电极的至少一部分在被供应电压时，与转向主体中的一部分水接触。

Method for treating water in flowing water system by plasma discharge

The invention relates to a method for treating water in a flowing water system by means of plasma discharge. The method includes: turning at least a portion of water from the flow system to the reaction chamber. The reaction chamber includes an entrance to a fluid system, an outlet connected with a fluid system, a main body, a high voltage electrode at least partially arranged in the body, and a ground electrode at least partially arranged in the body; A high pressure electrode is supplied to produce a plasma discharge in a part of the body of the main body of the reaction chamber to process the part of the water, and return the treated part of the water back to the flow system; and at least part of the high voltage electrode contacts a portion of the water in the steering body when the voltage is supplied.

【技术实现步骤摘要】
利用等离子体放电处理流水系统中的水的方法本申请是申请号为2014800246673，申请日为2014年4月28日，专利技术创造名称为“利用高压放电和臭氧来处理水系统的系统和方法”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求2013年5月1日提交的美国临时申请序列号61/818,229的权益。
本专利技术涉及一种用于使用高压放电产生等离子体和使用从高压产生的臭氧副产物来处理流水系统的系统和方法，尤其用于处理冷却塔或其他再循环或闭环系统。
技术介绍
人为(供)水系统是大多数的世界能源生产设施、工业和制造工厂、医院和其他机构的建筑群和建筑中常见的重要组成部分。这些系统每年消耗7000亿加仑左右的水，并且在补给水方面的成本就达18亿美元且污水处理成本单算。所有这些人为水系统需要一些形式的处理，化学或非化学的处理，以控制在重要传热表面上的水垢、生物膜和其他腐蚀副产物的堆积，该重要传热表面对于有效系统运行是必须的。对于涉及热交换的水系统，例如冷却塔和锅炉，有效处理以去除这些污染物和延长系统被重新污染之前的时间量，可以节省相当数量的资金。有效彻底的处理可以通过减少周期性处理的频率或减少日常维护和/或周期性处理所需要的化学品的量，节省劳动和处理化学品的成本。通过清洁热交换表面的操作，这样的处理也可以节省能源费用。热交换表面的污垢每年花费美国工业数千万美元，并且直接关系到每年增加近3千万亿Btu(库德，quad)的能源消耗。为了最大化水的使用和减少浪费，这些系统的许多系统应用一系列化学处理保护系统不受结垢、生物膜形成和腐蚀。在必需排出水并用新鲜水更换它之前，这些化学处理使水再利用和循环多次。增加水可以循环的持续时间显著减少排向污水系统的水量，并且最小化更换放掉的水而需要的补给水。然而，当使用的化学品具有高腐蚀性时，许多化学处理成分和方法会损害被处理的水系统的组件。还有就是环境也倒向了苛刻的化学处理的一边，包括日益关注的有毒消毒副产物的形成，诸如三卤甲烷、卤代乙腈和卤代酚，这些在释放到环境中的排放水中已被鉴定出来。估计由冷却塔处理导致的每年排放的水处理化学品有5360亿磅，这会影响接收排出水的区域和水道中或附近生存的各种物种或接收排出水的污水处理厂的细菌成分。在最小化与一些化学处理相关的环境影响的尝试中，许多水处理公司以及更重要地他们的客户正在寻求使用非化学基水处理技术维持它们的系统性能。近来有约30种目前可商购的用于商业和住宅的水系统中的非化学处理设备或水调节技术。这些系统可以分为三类：(1)间接化学生产者，使用良性或安全的化学添加物，例如空气或盐以产生杀生物剂。这些系统包括臭氧发生器和电化学次氯酸盐发生器以及混合氧化剂发生器。(2)直接化学生产者，由对水的直接相互作用产生活性化学物质。这些设备使用机械处理(诸如水力空化或超声空化)以沿着水中高温高压的局部区域生产羟基自由基。适合该种类的其他设备类型是紫外线系统。(3)电气和磁性设备，包括等离子体的产生，使用感应电场和磁场以诱导离子迁移和运动，离子的迁移和运动能够通过电穿孔或在细胞壁内引起离子回旋共振效果导致细胞死亡。在所有这些技术之中，电气和磁性设备是最常见的；然而，它们是具有最少严谨的科学支持的技术。直接和间接化学方法具有更多科学可信度；然而，这种更好的理解会限制它们的潜在应用，因此它们还不能够占领更大部分的市场份额。高压放电和在水中产生等离子体的应用在现有技术中是公知的。例如，B.R.Locke等人(IndEng.ChemRes2006,45,882-905)出版的文章描述了电极构造和几何结构、脉冲电弧与脉冲电晕以及水中放电放电期间形成的化学物质和在水放电过程中的非热能等离子体。该文章解决了许多与使用该技术的水处理有关的基本问题，但是却未解决与在工业、商业或居住环境中的水处理有关的实际应用，尤其是涉及多个地面点的需求时最小化释放进入水和周围大气的电磁辐射的影响。使用臭氧气体处理水也是已知的。例如，Gupta等人的文章(S.B.Gupta,IEEETransactionsonPlasmaScience,2008,36,40,1612-163)描述了在水中使用由脉冲放电引起的高级氧化过程。Gupta描述的过程使用从次级独立源(而不是由高压发生器)供应至放电反应室的氧气或臭氧气体。他们也报告说，系统输出和性能高度依赖于溶液的电导率。对于其中水的电导率很高的系统(诸如在冷却塔和闭环回路应用中)需要更高的电压放电，这反过来产生电磁辐射的问题。也有几个现有技术专利或公布的专利申请解决了用于各种目的(包括水处理或净化)的等离子体产生，诸如美国专利申请公开号2009/0297409(在大气压或更高压力下流放电等离子体的产生)、美国专利申请公开号2006/0060464(流体中等离子的产生，尤其在水性介质中包含和产生的气泡内形成的)、美国专利号6,558,638(使用高压放电处理液体，同时整合用于在放电区中产生气泡的气体传输设备)以及美国专利申请公开号2010/0219136(脉冲等离子体放电以处理流体(诸如流速为5gpm的水，同时只消耗120-150瓦特的功率)。现有技术教导了水中高压放电能够产生化学活性物质，显示出物理效果并控制水的化学反应。然而，已知现有技术未解决怎样应用使用等离子体放电的这种技术在较长的时间周期内去处理工业、商业或住宅环境中较大体积的流水，而不破坏水系统的其他组件，这些组件包括用于水垢和腐蚀控制、排污和节水措施所需要的控制器和监视器。
技术实现思路
本专利技术涉及一种系统和方法，使用非化学技术来处理流水系统，诸如冷却塔和闭环或再循环水系统。该处理包含：在被处理水中淹没的两电极之间产生高频和高压放电。每次电极之间的放电，具有大量长寿命的氧化化学品(臭氧、过氧化氢)和短寿命的氧化化学品(超氧化物、羟基自由基和氢自由基)产生，与声音冲击波一起，也产生UV辐射。这些效果在现有技术中是众所周知的。然而，并不明显公知的是，利用电磁或电解系统获取由高压放电产生的过剩能量(通常被浪费)。根据本专利技术的一个实施例，系统使用该过剩能量进一步通过允许电流流经将水系统管道连接至地的电线环路以在水中产生磁场，来调节(condition，使水处于正常状态)和处理水。已证明该磁场在水处理中具有有益效果，并避免贯穿整个水系统的大量电磁辐射具有的对电子控制系统上的破坏性影响，所述电子控制系统用于测量电导率、pH、生物活性，也用于控制泵和与直接产生高压发电进入水供应的系统一起使用中常见的其他关键组件。使用高压放电而水中没有多个接地点或高压放电组件周围没有足够屏蔽，严重地限制现有技术的应用。本专利技术的另一实施例包括使用微气泡发生器，将微气泡的微细水流引入高压放电室。为了最大化在高导电水中高压放电的反应面积，产生超过200kV的能力的电源是必需的。这些电源的运行中副产物是产生臭氧气体，这些臭氧气体必须从所述系统去除。我们的专利教导，作为所述高压电源的副产物产生的臭氧气体可作为微气泡的精细分散体引入所述高压室中，以形成氧化反应增强的区域。另外，所述高压室可以装入流体处理系统，所述流体处理系统通过超声处理或水力空化在高压放电区域内产生微气泡。最后我们的专利教导了使用其中可以以特定时间增量施加高压放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用等离子体放电处理流水系统中的水的方法，所述方法包括：将至少一部分水从所述流水系统转向流过反应室，所述反应室包括：与所述流水系统流体连通的入口、与所述流水系统流体连通的出口、主体、至少部分布置在所述主体内的高压电极以及至少部分布置在所述主体内的接地电极；通过将电压供应至所述高压电极来在转向流过所述反应室的主体的所述一部分水中产生所述等离子体放电，以处理所述一部分水；将处理过的所述一部分水返回到所述流水系统；并且其中，所述高压电极的至少一部分在被供应电压时，与转向所述主体中的所述一部分水接触。

【技术特征摘要】
2013.05.01 US 61/818,229;2014.04.24 US 14/260,6051.一种利用等离子体放电处理流水系统中的水的方法，所述方法包括：将至少一部分水从所述流水系统转向流过反应室，所述反应室包括：与所述流水系统流体连通的入口、与所述流水系统流体连通的出口、主体、至少部分布置在所述主体内的高压电极以及至少部分布置在所述主体内的接地电极；通过将电压供应至所述高压电极来在转向流过所述反应室的主体的所述一部分水中产生所述等离子体放电，以处理所述一部分水；将处理过的所述一部分水返回到所述流水系统；并且其中，所述高压电极的至少一部分在被供应电压时，与转向所述主体中的所述一部分水接触。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在包括马克斯梯子的高压发生器中产生向所述高压电极供应的电压。3.根据权利要求1所述的方法，其中，向所述高压电极供应的电压超过200kV。4.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：保护所述流水系统中的一个或多个电子组件免受电磁辐射。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：通过将一个或多个电磁干扰消除器连接至所述流水系统的一个或多个电子组件、将一个或多个接地设备连接至所述流水系统中的一个或多个管道段或储槽或它们的组合来保护所述流水系统中的一个或多个电子组件免受电磁辐射。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述一个或多个接地设备包括缠绕在所述流水系统中的管道周围的电线。7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述一个或多个接地设备包括放置在所述流水系统的储槽中的接地金属片。8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述流水系统是冷却塔或冷却环路系统，并且其中，所述一个或多个电子组件包括电导率仪表。9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：将一种或多种气体供应至被转向至所述主体中或者所述主体的上游的所述一部...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿德里安·J·丹弗，戴维·F·韦拉，马特·C·霍洛韦，
申请(专利权)人：NCH公司，
类型：发明
国别省市：美国,US