一种流体净化设备，其具有容器本体，该容器本体具有在其内间隔开的多个三维开放式结构的(3DOS)基材，其中流过该容器本体的被污染流体将接触该3DOS基材。围绕该容器本体设置的喷嘴，其构造成注入有/没有空气的被污染流体以引发水力空化。基材可以是多孔的和可渗透的，从而使被污染流体能够穿其而过流动，其中穿过孔的流体流动通道扩展了暴露于湍流和空化引发流动条件的被污染流体的体积。此外，3DOS基材可以涂覆有一种或多种类型的催化剂。这样，被污染流体长时间暴露于水力空化形成条件下、以及在多孔表面上发生的化学反应，使得更多数量的有毒物质和不希望有机化合物被破坏和/或改变，从而增强净化能力。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】流体净化设备相关申请的交叉引用本申请要求于2017年11月16日提交的美国临时申请号62/587,043和于2018年3月12日提交的美国临时申请号62/641,677的权益，所述美国临时申请通过援引并入。
本专利技术总体上涉及流体净化，并且更具体地，涉及三维开放式结构化材料用于增强现有流体净化方法的用途。
技术介绍
液体(特别是比如水的液体)容易受到有毒物质和其他不希望的有机化合物的污染。因此，在各种行业中使用若干方法来对这种被污染流体进行净化和处理。这些方法包括超声处理、水力空化和/或使用化学反应(特别是在催化剂的辅助下)。但是，由于物理和/或空间约束，这些现有方法中的若干方法通常在它们的有效性方面受到限制。例如，依赖于流体流动湍流的增加和空化或气体空洞/气泡的发生的水力空化通常限于对发生空化的特定局部区域进行净化。因此，为了产生有效的净化，需要将很大一部分流体流动暴露于空化。另一示例是使用催化剂来引起化学反应，该化学反应破坏或改性这些不希望的化学物质以使它们安全。通常，使用仅可以有效地靶向一部分不希望的化合物的单一或均匀类型的催化剂。因此，应当理解，仍然需求有效地对液体进行净化，包括增强现有的净化方法以改善对有毒物质和其他不希望的有机化合物的破坏。本专利技术解决了这种需求和其他需求。
技术实现思路
简而言之，总的来说，本专利技术提供了一种流体净化设备，其包含一个或多个三维开放式结构的(3DOS)基材，以促进破坏被污染流体中所含的有毒物质和不希望的有机化合物。该设备可以包括本体，该本体被配置为通过一个或多个配置为引发湍流流动的喷嘴引入被污染流体，其中，被污染流体在流过本体之前接触一个或多个3DOS基材，然后通过出口排出。3DOS基材可以是多孔的和可渗透的，其中孔隙率使得能够扩展暴露于流动湍流的流体流量，进一步引发空化，从而促进有毒物质和不希望的有机化学物质的降解和/或改变。3DOS基材还配置为在其外表面和内表面上引起化学反应。这样，3DOS基材提供了一种增强对被污染流体中所含有毒物质和不希望的有机化合物的破坏的方法。在示例性实施例的详细方面中，围绕本体设置有一个或多个入口孔，其中可以将相应的喷嘴插入并固定在每个所述入口孔内。每个喷嘴被配置成以引发湍流的方式喷洒被污染流体，同时湍流被引导投射到相应的3DOS基材的内表面和/或外表面上。喷嘴可以具有沿任何方向定向的喷嘴开口，比如平行于或正交于通过3DOS基材的流体流，其中被污染流体通过所述喷嘴开口喷洒。喷嘴也可以具有不同的构造、取向、尺寸，并且还可以在数量和位置上变化，以便改变引导至3DOS基材的喷洒投射并优化对污染流体的净化。更具体地说，在示例性实施例中，3DOS基材可以由金属合金构成，比如FeCrAl，也称为fecralloy(其包括品牌)。金属合金可以被构造为金属泡沫或者被构造为具有与金属泡沫类似的特性，比如高弹性、拉伸强度和耐热性。这些特性也可以根据所使用的任何其他流体净化手段而变化。3DOS基材还可以配置为取决于开孔尺寸范围为几微米至几毫米的规定孔隙率级别、渗透率级别和弯曲度级别，包括末端开放和末端封闭的孔，如常见的金属和陶瓷泡沫、丝网和其他网状材料所见。孔隙率可以在3DOS基材内限定流体流动路径(流动图案)，从而能够扩展经历湍流流动条件的流体的体积，并且因而增加暴露于流体内的水力空化，从而进一步破坏不希望的和有毒的化学物质。3DOS基材还在其外表面和/或内表面上提供了可以进行化学反应的活性部位，还导致了不希望和有毒化学物质的破坏。3DOS基材也可以配置为多种形状和尺寸，包括圆柱体和/或圆锥端圆柱体，或者成形成接纳来自喷嘴的流体流的片材。在示例性实施例的详细方面，可以将3DOS基材配置为金属泡沫，其表面经过化学改性，以使在所述表面上发生的化学反应得以增强，这将有助于化学破坏流体流中的有毒化学物质。另外，泡沫材料可以由任何非金属材料构成，比如但不限于陶瓷、比如铝或氧化硅，并且可以是开口孔结构的网状碳或石英。而且，由于有毒物质与改性表面的性质之间的化学或物理相互作用，可以对基材的表面改性以特异性地捕获和除去有毒化学物质。在示例性实施例的另一个详细方面，可以在3DOS基材上涂覆催化剂，以增强在其外表面和/或内表面上引起化学反应的能力。此外，3DOS基材可以包含选择性催化剂系统，其中在3DOS基材的不同部分涂覆多种不同类型的催化剂，以促进和加速破坏或改变流体特定污染物的不同化学反应。此外，3DOS基材在基材的入口处涂覆有催化剂，其后是涂覆有能够吸收和/或吸附特定化学物质的材料的表面，将最大化去除不希望的污染物。在示例性实施例的又一个详细方面，流体净化设备可以包括彼此依次联接的多个单独的净化本体，每个净化本体包括：1)被配置为引发水力空化的入口喷嘴，以及2)3DOS基材区段。这样，随着流体依次流过每个净化本体，就增加了暴露于空化形成条件的被污染流体的体积。在示例性实施例的又一个详细方面，3DOS基材可以包括波纹状和/或光滑的金属带，其缠绕有或没有心轴，提供了与先前使用具有金属泡沫特性的金属合金所描述的相似的效果。金属带可以包括以不同角度放置的波纹状金属带(比如V字形波纹)，穿孔波纹状金属带和不同长度的金属带。在示例性实施例的又一个详细方面，3DOS基材可以包括缠绕在圆柱体中或作为填充床放置在容器本体内的丝网，从而提供与先前使用金属泡沫或波纹状金属带所描述的相似的效果。在示例性实施例的又一个详细方面，流体净化设备可以与UV光谱辐射反应室一起使用，其中流体流过反应室，并被来自杀菌UV灯的UV光所瞄准。反应室可以是以石英为壁的，以使UV光能够投射到被污染流体上。此外，3DOS基材可以由石英材料制成，以使UV光持续投射到被污染流体上。3DOS基材可以是有石英珠或颗粒的填充床，也可以是融合在石英支撑柱上的多个石英颗粒的填充床，其中两种方法都可以扩展流体暴露在湍流条件下的体积。在示例性实施例的又一个详细方面，该系统可以被配置成当流体以连续流或脉冲流穿其而过流动时净化该流体。实施例可包括(1)连续流，(2)脉冲流，或(3)连续流和脉冲流二者。出于将本专利技术和现有技术中实现的优点汇总的目的，在此描述了本专利技术的某些优点。当然，应当理解的是，根据本专利技术的任何具体实施例不一定都可以实现全部这些优点。因此，例如，本领域技术人员将认识到可以实施或执行本专利技术，其方式为使得实现或优化如在此所教授的一个优点或一组优点，而不一定实现如在此可能教授或建议的其他优点。所有这些实施例旨在落入在此披露的本专利技术的范围内。参照附图，本专利技术的这些实施例和其他实施例从优选实施例的以下详细说明中对本领域技术人员将变得明显，本专利技术不局限于任何所披露的特定优选实施例。附图说明现在将参照以下附图仅以举例方式来描述本专利技术的实施例，在附图中：图1是根据本专利技术的流体净化设备的侧视剖视透视图，其描绘了被污染流体通过喷嘴进入本体并接触多个3DOS基材。图2是根据本专利技术的流体净化设备的侧视剖视透视图，其描本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种流体净化设备，包括：/n本体，限定了使流体能够穿其而过流动的外壳，该本体具有相反的端部；/n入口孔，联接到被污染流体源并且联接到本体，用于将流体流引入到外壳中，该入口孔构造成在离开入口孔时在该外壳内产生水力空化；/n设置在该外壳内的三维开放式结构的(3DOS)基材，该3DOS基材的开放度范围为每英寸10个孔(ppi)至50ppi，相对密度在2％与20％之间，3DOS结构位于该入口孔附近，以使该3DOS基材扩展进入该3DOS基材的流体流中的水力空化，从而能够破坏被污染流体中所含的有毒物质和不希望的有机化合物；以及/n出口孔，用于从外壳排出流体流，该入口孔和该出口孔构造成引导流体流穿过该外壳。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171116 US 62/587,043;20180312 US 62/641,6771.一种流体净化设备，包括：
本体，限定了使流体能够穿其而过流动的外壳，该本体具有相反的端部；
入口孔，联接到被污染流体源并且联接到本体，用于将流体流引入到外壳中，该入口孔构造成在离开入口孔时在该外壳内产生水力空化；
设置在该外壳内的三维开放式结构的(3DOS)基材，该3DOS基材的开放度范围为每英寸10个孔(ppi)至50ppi，相对密度在2％与20％之间，3DOS结构位于该入口孔附近，以使该3DOS基材扩展进入该3DOS基材的流体流中的水力空化，从而能够破坏被污染流体中所含的有毒物质和不希望的有机化合物；以及
出口孔，用于从外壳排出流体流，该入口孔和该出口孔构造成引导流体流穿过该外壳。
2.如权利要求1所述的流体净化设备，其中，对于在3.5升/分钟至5.0升/分钟之间的水流量，流体流以0.2MPa至0.55MPa范围的压力引入该本体内。
3.如权利要求1所述的流体净化设备，其中，该3DOS基材被配置成使得在其中延伸的水力空化导致在10到500MPa之间的局部压力和在1000到10,000K之间的局部温度。
4.如权利要求1所述的流体净化设备，其中，该入口孔是文丘里喷嘴。
5.如权利要求1所述的流体净化设备，其中，该入口孔联接到该本体的第一相反端并具有定向成与流体流动方向对准的喷嘴开口。
6.如权利要求1所述的流体净化设备，进一步包括第二入口孔，联接到本体并具有定向成与该流体流动方向正交的喷嘴开口。
7.如权利要求6所述的流体净化设备，进一步包括联接到该本体的多个入口孔，每个入口孔具有定向成与该流体流动方向正交的喷嘴开口。
8.如权利要求1所述的流体净化设备，其中，该入口孔联接到空气供应源，以使该流体流能够与空气一起引入到该外壳内，以在离开该入口孔时在该外壳内增强水力空化。
9.如权利要求1所述的流体净化设备，其中，该3DOS基材包括金属合金，该金属合金配置为相对密度在百分之2至百分之15之间的金属泡沫。
10.如权利要求1所述的流体净化设备，其中，该3DOS基材包括波纹...
【专利技术属性】
技术研发人员：杰拉尔德·弗克斯，
申请(专利权)人：庞蒂克技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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