专利名称：流体处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及流体处理设备，具体地但不限于用于污水处理的流体处理设备。这里使用的术语“污水”是指民用/市政以及工业废水和污泥。
背景技术：
向污水施加超声波能量，这改善了随后污水处理的效果。例如，在欧洲专利0648531的说明书中描述了一种流体处理装置，包括腔室，可以通过该腔室供应待处理的流体；和在该腔室中的具有圆形截面的操作构件，该操作构件包括多个表面，这多个表面包括至少一个内圆周表面，该装置包括使得所述表面以超声波频率振动的装置。在使用中，待处理的流体流过所述腔室以及该圆周表面，从而向该流动的流体提供超声波能量。
现在已经知道一种有利的尤其用于原污水处理的流体处理装置，其包括细长通道，其便利地具有圆形截面，通过该细长通道供应待处理的流体；位于该通道中的多个轴向间隔的操作构件，每个操作构件都具有限定内通道的内表面，流过该装置的流体经过该内通道；和使得操作构件的内表面以超声波频率大体在操作构件的径向上振动的装置。在使用中，流过该细长通道的污水流过该内通道，在该内通道中污水受到来自操作构件的振动内表面的超声波能量的作用。
为了接近该操作构件(例如，为了维护的目的)，可以在细长通道附近设置接近通道。然而，这种接近通道必须足够大以给操作者提供足够大的空间来接近该操作构件。例如，该接近通道可以通常具有直径大约为1米的大体圆形截面。因此，这种接近通道就能够具有相当大的空间。
一种使接近通道所需空间最小化的方法是使操作构件沿着细长通道大致对齐。然而，操作构件的这种对齐可能会妨碍它们为了优化性能而设置得轴向充分靠近。
发明内容
本发明旨在提供一种设备，其能够克服与上面所讨论的现有技术相关的问题。
根据本发明，提供了一种用在细长通道的流体处理设备，该设备包括多个用于向通道内的流体施加超声波能量的超声波能力施加装置，所述装置沿着该细长通道轴向定位，其中轴向相邻的超声波能量施加装置在径向上不平行且在径向上不对置。
因此，在本发明的设备中，轴向相邻的超声波能量施加装置以0°到180°之间的角度相对径向设置移位。这样，所述超声波能量施加装置可以既轴向定位又径向定位，从而提供优化的处理流体的性能，同时减小了接近通道所需的空间。
将根据所涉及的具体情况来选择在轴向相邻的超声波能量施加装置之间相对径向偏置的精确角度，但通常在0°到90°之间，具体为30°到60°之间，例如大致为45°。
本发明的设备包括多个超声波能量施加装置。超声波能量施加装置越多，能够被处理的流体的比例就越大。这样，本发明的设备可以包括2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多的超声波能量施加装置。
优选地，设有至少4个超声波能量施加装置。具体地，在同一个细长通道中可以包含5个或更多的超声波能量施加装置，从而能够在相对紧凑的距离上实现高效的流体处理。
在本发明的优选实施例中，轮替的超声波能量施加装置径向对齐。因此，对于具有5个超声波能量施加装置的设备而言，第一、第三和第五超声波能量施加装置可以径向对齐，而第二和第四超声波能量施加装置也是如此。本发明的一个具体的优选实施例包括5个超声波能量施加装置，其中这些超声波能量施加装置径向对称地设在一条直线的任一侧，所述直线与所述细长通道的纵轴线平行。更优选地，第一、第三和第五超声波能量施加装置大体径向对齐地设置在该直线的一侧，而第二和第四超声波能量施加装置大体径向对齐地且以大致相等的量设置在该直线的另一侧。在该实施例中，第一、第三和第五，以及第二和第四超声波能量施加装置优选以大约45°径向设置。
该超声波能量施加装置可以沿轴向间隔开，从而实现处理流体的最佳效率。实际的轴向间隔当然取决于所涉及的各个超声波能量施加装置，例如其尺寸和功率。相邻的超声波能量施加装置将相互配合以产生在相邻的超声波能量施加装置之间大致等距的最大超声波能量区域，这些超声波能量施加装置以大致相等的功率施加能量。例如，已经知道在直径大致为150mm的细长通道中，相邻的超声波能量施加装置的优选轴向间隔为50mm或更小，具体在30到40mm之间。
每个超声波能量施加装置都可以被单独致动。这样，可以根据情况改变施加到细长通道中流体的超声波能量的大小。一种具体的流体可能比另一种流体需要更少的本发明设备的处理，因此可以不必致动所有的超声波能量施加装置。已经知道，当一个超声波能量施加装置的上游相邻的超声波能量施加装置或每个上游相邻的超声波能量施加装置被停止时，该超声波能量施加装置的功率可能会降低。例如，与轴向相邻的第一下游超声波能量施加装置被致动的情况相比较，如果所述第一装置被停止，则第二下游超声波能量施加装置的功率可能会降低。
每个超声波能量施加装置都优选地包括连接到振动构件上的操作构件，该操作构件连接到超声波能量源。该超声波能量施加装置优选地具有内通道，流过该设备的流体经过该内通道。优选地，内通道的内表面设置成径向振动。
优选地，每个超声波能量施加装置的内通道的纵轴线与细长通道的纵轴线大致重合。该细长通道优选具有例如直径为150mm的圆截面。
已经发现的另一个问题是原污水中含有碎屑，例如破布、纸张、塑料等，这些碎屑可能堆积在超声波能量施加装置之间的低流速区(即，“死”区)，这可能最终导致通过该设备的流体的流速降低，并可能造成堵塞。在优选的流体处理装置中该问题会恶化，其中为了增大施加到流体上的超声波能量，该流体还流过超声波能量施加装置的外表面，特别是流过所述外表面和限定该细长通道的内表面之间的大体环形的通道。
因此，本发明的设备还可以包括用于约束或引导流体朝向细长通道的纵轴线流动的装置。
通过约束或引导流体朝向该细长通道的纵轴线或朝向内通道流动，会使得流体流速增加。在污水的情况下，与其他情况相比，利用该装置，包含在污水中的更大比例的固体将在纵轴线上或紧密靠近纵轴线流过所述装置，或直接通过内通道，并因此流过超声波密度更高的区域。
通过如此约束被处理的流体朝向细长通道的纵轴线流动，已经发现与其它情况相比，通过更多顺序的超声波能量施加装置的流体可获得良好的流动特性。
另外，与其他情况相比，通过增大流体的流速，产生了气穴现象，从而在通道的一些部分中产生了超声波振动，这些部分位于相邻的超声波能量施加装置之间，从而提高了该装置的效率。
沿着该通道的流速增加，还保证大多数碎屑直接流过该通道任何已经流过该轴线或该内通道的碎屑都会在文丘里效应的作用下被拉向纵轴线或内通道。已经知道，以此方式可降低碎屑堆积在相邻操作构件之间的低流速区中的可能性。
另外，通过增大基本上沿着所述纵轴线直接流动通过该装置的碎屑的比例，使得流体在操作构件外表面上流动的降低最小化，所述流动的降低是由于在所述外表面和限定细长通道的壁之间的空间堆积而导致的。
用于约束流体流动的装置或流体引导装置可以独立于细长通道来制造，因此能够安装在已有的细长通道中。
优选地，所述用于约束流体流动的装置或流体引导装置包括漏斗装置，待处理的流体通过该漏斗装置流到所述装置中。该漏斗装置可以由在流体中不会腐蚀的片材(例如，不锈钢或塑料材料)制成。
便利地，该漏斗装置将流体通过的截面面积有效地缩小至少4倍。在优选实施例中，该漏斗装置将流体通过的截面面积有效地缩小至少8倍。因此，如果细长通道具有直径为150mm的圆形截面，则漏斗装置可以将通道的截面面积减小到直径大约为50mm。
如上所述，所述细长通道优选为圆形截面。因此，以这种方式，所述通道不具有碎屑可以堆积的角落。
便利地，该漏斗装置设在超声波能量施加装置上游的细长通道中。这样，在流体到达超声波能量施加装置之前，该流体流动受到约束。
根据本发明，还提供了一种处理流体的方法，该方法包括将根据本发明的流体处理设备放置在细长通道中，并使得流体经过该细长通道。
优选地，该流体是污水污泥。流体所经过的细长通道可以大致水平、垂直或以二者之间的任意合适角度对齐。然而，垂直对齐的细长通道可能比大致水平对齐的细长通道需要更小的用于流体处理的空间。
在优选实施例中，超声波能量施加装置包括用于将操作构件伸入到所述细长通道中的扩展元件，所述设备还包括用于从所述扩展元件冲洗碎屑的冲洗装置。
根据本发明的另一个方面，提供了用在细长通道中的处理设备，该设备包括向通道中的流体施加超声波能量的超声波能量施加装置，所述超声波能量施加装置包括用于使操作构件伸入到所述细长通道中的扩展元件，所述设备还包括用于从所述扩展元件冲洗碎屑的冲洗装置。
优选地，所述冲洗装置包括设在所述扩展元件处或所述扩展元件附近的一个或多个喷嘴。这种一个或多个喷嘴优选地朝向扩展元件喷出液体，例如水。由此，可将碎屑从扩展元件冲掉进入到细长通道中的主流中。
在优选实施例中，该一个或多个喷嘴设置在一腔室的壁中，扩展元件通过该壁伸出。
便利地，所述设备包括多个超声波能量施加装置，这些装置布置成使它们的操作构件沿着公共纵轴线设置，且相邻的扩展元件彼此成角度地偏置。多个这种超声波能量施加装置优选地成“V”形设置。在优选实施例中，在单个腔室中设置有5个这种超声波能量施加装置，该腔室设有5个喷嘴。
所述喷嘴可以结合有控制阀，该控制阀允许扩展元件和腔室被单独或全部同时地冲洗。
还可以响应于超声波能量施加装置的功率下降而自动控制该冲洗操作。通过合适的功率降低测量设备、处理器单元和致动装置，可将冲洗操作控制为响应于特定的超声波能量施加装置的功率降低而对于具体的扩展元件选择地进行。
根据本发明的另一方面，提供了用在细长通道中的流体处理设备，该设备包括向通道中的流体施加超声波能量的装置，所述设备还包括用于从所述设备冲洗碎屑的冲洗装置，所述冲洗装置包括冲洗喷嘴，其用于朝向设在通道中的大体锥形表面的外表面引导冲洗介质。该冲洗流体被引导到该锥形表面的外表面上，并使其在该处环绕进行螺旋流动，由此随后沿着管道以大体螺旋状结构被引导。该冲洗流体增大了在冲洗循环过程中总体向前的流动，从而促使该设备中任何移动的碎屑被推出去。
优选地，所述锥形外表面由设在通道中的漏斗装置的外表面形成，且该漏斗装置可以是上述用于约束流动的同一个漏斗装置。由此，该漏斗装置具有双重功能。
下面，将参考附图详细地描述本发明的示例，其中图1是本发明设备的一个实施例的局部剖侧视图；图2是示于图1中的实施例的剖切端视图；图3是示于图1和图2中的实施例的顶视图；图4是本发明另一个实施例的侧视图；和图5是示于图4中的实施例的剖切端视图。
具体实施例方式
参见附图，示出了本发明设备的实施例，涉及了管10形式的细长通道。该设备包括5个超声波能量施加装置12，每个超声波能量施加装置都包括操作构件14，和与操作构件14连接的超声波装置16。每个超声波装置16都包括传感器24、装在密封夹紧装置26中的增压器以及扩展件28。
每个操作构件14都具有大体环形的截面，其包括外表面18和内表面20。每个超声波装置都经过管10的壁。
在本示例中，在管10上安装有5个操作装置12。然而，可以设置任何所需数量的操作装置。
每个操作构件的内表面20限定了圆形截面的内通道，流过该设备的流体经过该内通道，另外，在操作构件14的外表面18和管10的内表面11之间的环形空间提供了外通道19，流体也流过该外通道19。
5个超声波能量施加装置12设置成轴向对齐的两组，第一组包括第一、第三和第五超声波能量施加装置12，而第二组包括第二和第四超声波能量施加装置12。轴向相邻的超声波能量施加装置12相对于彼此径向移位，图2中示出的角D大约为45°。
在图1中，距离A是相邻操作构件14之间的距离，且在所示实施例中为30-40mm。然而，该距离可以根据实际问题中的具体情况而变化以获得最佳性能。图1中示出的距离B是操作构件14的深度，且在所示实施例中约为40mm。根据操作构件所需的特定超声波特性来选择操作构件14的深度，且一般小于或等于声音在用于制造操作构件的材料(例如，钛)中波长的三分之一。将图2中的距离C选择为使得每个操作构件14都沿着管10的纵轴线位于其中央。在所示实施例中，该距离约为243mm。该距离一般为操作构件14产生的声音波长的一半或多倍。图2中的角D是这样一个角度，即，轴向相邻的超声波能量施加装置以此角度径向设置，且在所示实施例中约为45°。然而如上所述，该角度可以为0°至180°之间。这样，所述超声波能量施加装置可以轴向且径向定位，从而提供处理流体的最优性能，同时还减小了接近通道所需的空间。
在使用中，向每个超声波装置16供电，以从扩展件28向操作构件14施加超声波频率的纵向振动。具体地，操作构件14的内径R1和外径R2之间的关系是∏(R1+R2)＝Kλ，其中K为整数，而λ为超声波装置施加到操作构件14的振动的波长。在该结构中，操作构件的外表面18和内表面20以脉动方式以超声波频率沿径向交替膨胀及收缩，从而向流过管10的流体施加超声波能量。
漏斗装置30安装在管10的上游端，该漏斗装置30是管10端部中的滑动配合件，设置凸缘32以将漏斗装置30定位在管中希望的位置处。该漏斗装置具有截头圆锥形表面34，其通常将管10的有效半径从大体75mm减小至大体25mm，即，大约等于半径R1，从而将通过该装置的流动通道的截面积缩小8至10倍。
以此方式，通过该设备供应的流体被约束为朝向该设备的纵轴线，这增加了流速，并保证了更大比例的固体位于纵轴线上或靠近纵轴线。另外，流速的提高增加了流体流动中的气穴现象，因此在位于相邻操作构件之间的细长通道的截面中会出现有效的超声波振动。另外，与其他情况相比，由于流体以更高的流速通过该设备，因此大多数的碎屑直接流过由操作构件14的内表面20限定的内流动通道。以此方式，减小了碎屑流入相邻操作构件14之间相对的“死”空间，从而减小了这些碎屑阻塞外通道19的可能性。
另外，这些可能从纵轴线流出的碎屑在流过该装置的流体的相对较高速流动的文丘里效应作用下将趋于返回到主流动流中。
这样，已经知道可以使用高密度的超声波装置，在相对较短的距离上向流过所述设备的流体施加大量的超声波能量，从而大大减小了发生阻塞的可能性。
下面的表1显示了当0至4个超声波能量施加装置的不同组合被关闭时，由图中所示的本发明实施例的第一至第五超声波能量施加装置产生的关于频率和超声波能量功率的结果。功率数为所施加的装机功率的百分数，且所列出的频率值单位为千赫。
如上所述且由表1可以看出，已经知道，当一个超声波能量施加装置的上游相邻的超声波能量施加装置或每个上游相邻的超声波能量施加装置停止时，该超声波能量施加装置的功率可能会下降。例如，当第一超声波能量施加装置停止时，第二超声波能量施加装置的功率输出从45％下降到36％。
应该理解，尽管本发明已经具体描述为用于处理原污水，但本发明也可用于处理其它具有相同或类似问题的流体，尤其是可应用于希望以有效方式向流体施加超声波能量的场合。
应该理解，示出的该实施例显示了本发明仅用于示例目的的应用。在实际中，本发明也可用于多种不同的结构，详细的实施例对于本领域技术人员是显而易见的。
超声波能量施加装置可以具有或不具有内通道。漏斗装置可以与该管形成为一体。
该漏斗装置可以形成为设置具有截头圆锥形表面的内通道。
在细长通道中可以设有任意适当数量的超声波装置，例如4、5、6、7、8、9、15、20个。
图4和图5示出了另一个实施例，其中所述设备还包括冲洗装置。如上所述，所述设备包括5个超声波能量施加装置12(图4中只显示了这5个中的两个)。每个超声波能量施加装置都包括操作构件14，和与该操作构件14连接的超声波装置16。扩展件28将该超声波装置连接到操作构件上。
所述设备还包括设在腔室33的入口31中的喷嘴40。这些喷嘴连接到清洁水源(或其他清洁介质)，且在需要时在扩展件28处喷水。
在这一点上，本申请人很清楚，各种各样的碎屑，例如纤维、脂肪和油脂可以流到腔室33中并在图5中由“A”所示区域中的扩展件28周围堆积。结果，不希望地大大降低了功率，从而经过一段时间就必须停止所述设备并人工清除堆积的碎屑。
喷嘴40提供了冲洗能力，从而能将任何堆积的碎屑都冲回到细长通道中的主流中。该喷嘴可结合有控制阀，该控制阀允许扩展件和腔室被分别冲洗或同时冲洗。
还可以响应于超声波能量施加装置的功率降低而自动控制该冲洗操作。在这一点上，当功率降低超过特定阈值时，就向喷嘴供应流体。
利用适当的功率降低测量设备、处理器单元和致动装置，可将冲洗操作控制为响应于特定的超声波能量施加装置的功率降低而可选择地进行。
在超声波能量施加装置上游的管10中设置另一入口35。入口35中设置的相应喷嘴(未示出)将冲洗流引导到漏斗装置30的上部外表面41和管10的内表面之间的空间中。
在该结构中，在入口35处被引导的冲洗流被引导到漏斗装置的外表面上并绕该处螺旋流动，从而随后沿着管10以大体螺旋状结构被引导。
来自入口35的该冲洗流增加了在冲洗周期过程中大体向前的流动，以促使从腔室33移出的任何碎屑被推出所述设备。
来自入口35的流体可以设置成当无论腔室33中的其它喷嘴40是单独使用还是一起使用时都开始流动。
权利要求
1.一种用在细长通道中的流体处理设备，该设备包括多个用于向通道中的流体施加超声波能量的超声波能量施加装置，所述多个装置沿细长通道轴向布置，其中轴向相邻的超声波能量施加装置为径向不平行且径向不对置。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述轴向相邻的超声波能量施加装置以0°至90°之间的角度相对径向设置。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述角度在30°到60°之间。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述角度大约为45°。
5.如上述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备在同一个细长通道中包括5个或更多的超声波能量施加装置。
6.如上述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，轮替的超声波能量施加装置沿径向对齐。
7.如上述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备包括5个超声波能量施加装置，其中这些超声波能量施加装置径向对称地设置在一直线的任一侧，该直线与所述细长通道的纵轴线平行。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第一、第三和第五超声波能量施加装置大体径向对齐地设置在所述直线的一侧，且第二和第四超声波能量施加装置大体径向对齐地且以大致相等的量设置在所述直线的另一侧。
9.如上述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述轴向相邻的超声波能量施加装置轴向间隔30至40mm。
10.如上述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述每个超声波能量施加装置可以单独致动。
11.如上述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述每个超声波能量施加装置优选地包括连接到振动构件上的操作构件，该操作构件连接到超声波能量源。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述超声波能量施加装置具有内通道，流过所述设备的流体经过该内通道。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述内通道的内表面设置为径向振动。
14.如权利要求12或13所述的设备，其特征在于，所述每个超声波能量施加装置的内通道的纵轴线与所述细长通道的纵轴线大致重合。
15.如上述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备还包括用于约束流体朝向所述细长通道的纵轴线流动的装置。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述用于约束流体流动的装置包括漏斗装置。
17.如权利要求15或16所述的设备，其特征在于，所述漏斗装置将流体所流过的截面面积有效地缩小至少4倍。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述漏斗装置将流体所流过的截面面积有效地缩小至少8倍。
19.如权利要求15至18中任一项所述的设备，其特征在于，所述漏斗装置位于一个或多个超声波能量施加装置上游的细长通道中。
20.如上述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述每个超声波能量施加装置都包括振动构件，该振动构件具有内通道。
21.如上述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述超声波能量施加装置包括用于使操作构件伸入所述细长通道中的扩展元件，所述设备还包括用于从所述扩展元件冲洗碎屑的冲洗装置。
22.一种用在细长通道中的流体处理设备，该设备包括用于向通道中的流体施加超声波能量的超声波能量施加装置，所述超声波能量施加装置包括用于使操作构件伸入所述细长通道中的扩展元件，所述设备还包括用于从所述扩展元件冲洗碎屑的冲洗装置。
23.如权利要求22或23所述的设备，其特征在于，所述冲洗装置包括一个或多个设在所述扩展元件处或所述扩展元件附近的喷嘴。
24.如权利要求23所述的设备，其特征在于，所述一个或多个喷嘴容纳在一腔室的壁中，所述扩展元件通过该壁伸出。
25.如权利要求21至24中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括多个超声波能量施加装置，这些装置布置成使它们的操作构件沿着公共的纵轴线设置，且邻近的扩展元件彼此成角度偏置。
26.如权利要求25所述的设备，其特征在于，所述多个超声波能量施加装置成“V”形设置。
27.如权利要求21至26中任一项所述的设备，其特征在于，所述喷嘴结合有控制阀。
28.如权利要求21至27中任一项所述的设备，其特征在于，响应于所述超声波能量施加装置的功率降低而自动控制向喷嘴供应流体。
29.一种用在细长通道中的流体处理设备，该设备包括用于向通道中的流体施加超声波能量的超声波能量施加装置，所述设备还包括用于从所述设备冲洗碎屑的冲洗装置，所述冲洗装置包括冲洗喷嘴，用于朝向设在通道中的大体锥形表面的外表面引导冲洗介质。
30.如权利要求31所述的设备，其特征在于，所述锥形外表面由设在所述通道中的漏斗装置的外表面形成。
31.一种处理流体的方法，该方法包括将前述任一项权利要求所述的流体处理设备放置在细长通道中，并使流体经过该细长通道。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述流体是污水污泥。
33.如权利要求31或32所述的方法，其特征在于，所述细长通道大体垂直对齐。
34.一种大体如前面参照附图所描述的流体处理设备。
35.一种大体如前面所描述的方法。
全文摘要
本发明涉及用在细长通道(10)中的流体处理设备，该设备包括多个装置(12)，用于向通道中的流体施加超声波能量，所述多个装置沿细长通道轴向布置，其中轴向相邻的超声波能量施加装置为径向不平行且径向不对置。
文档编号C02F1/36GK1671627SQ03818018
公开日2005年9月21日 申请日期2003年8月1日 优先权日2002年8月1日
发明者托尼·阿马托 申请人:索尼科有限公司