微气泡空气提升装置的制作方法

专利名称：微气泡空气提升装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于使液体曝气和循环的设备，特别是池塘中的 水曝气和循环的设备。
背景技术：
将空气气泡导入液体物质、通常是水中的装置有许多。这样的装 置拥有大量的应用，其涵盖的领域例如水产业，包括在控制的环境中 孵育、养殖鱼类(人们通常所知道的渔场)，废水处理及类似的领域。 其它应用在本领域通常也是7>知的。这样的装置包括人们通常所知的 表面曝气装置和空气提升装置。
本领域的表面曝气装置使用桨轮以搅动其表面附近的水。这引起 了周围空气的气泡进入水中，其中一部分^^皮水吸收。桨进一步驱橫j皮 曝气的水离开该装置并将另外的水汲取到该装置待曝气。表面曝气装 置效率低，根据被曝气水的体积需要输入大量的能量。它们还具有几 个可需要经常维修的移动部件。
人们知道空气提升装置已经很多年，并且基本上是在表面以下的 预定深度通过将空气气泡供给入水中来进行操作。该空气的一部分被 吸收入水，使得水的密度变小并升向水面。水的上升导致了其循环， 将已曝气的水分散并将其它水带向装置以曝气。水在空气提升装置中 通过使用扩散器(diffUser)而被曝气。许多类型的扩散器已经存在多 年，并且通常包括驱动空气或诸如氮气或氧气的其它气体通过其中的 多孔体。当扩散器被浸入水中时，气体通过装置时的运动导致从孔中 出现气泡并进入水中。 已知的扩散器包括陶瓷圆顶型扩散器和多孔橡胶软管。但是，已 发现圆顶型扩散器难以维修、缺乏耐久性，并且在批量生产时成本昂 贵。
多孔橡胶软管已被用于曝气。但是现货供应的多孔橡胶软管和其 它多孔橡胶曝气产品的主要缺点在于，经过在水中的固化过程后，软 管需要高气压释放系统，因为橡胶微粒在水中发生不合乎要求的膨 胀，因此降低了孔径。降低的孔径引起流动阻力的增加，并且这种在 长流程的管道系统中不均匀的曝气模式由于管子在环境中的寿命问 题而变得颇为难以解决。与利用上述方法生产多孔曝气管子相关的问 题包括不规则形状的管壁，不一致的多孔度，以及无效的微孔尺寸和 壁厚度产生不一致和不可靠的曝气率。
多孔软管可以由热成型聚合材料制成，例如聚氯乙烯(PVC)和 聚乙烯(PE)。这些多孔软管类型通过在熔化状态下将空气气泡分散 到热成型材料内制成，因而形成泡沫样材料，泡沫样材料然后被挤压 成为软管形状，当结构凝固时使得空气留在其中。在这样的结构中， 一些空气气泡将产生从软管结构的内部延伸到其外部的孔，提供气体 扩散进软管外侧水的通路。但是空气气泡在管体的不均匀分布导致孔 的不规则尺寸和分布。例如， 一些空气气泡可以完全被包含在管壁内 或可以只暴露于壁的一侧，这些都不能产生孔。另外，多个气泡可能 连接在一起实际上组成了完全穿过软管的通道，这增加了通路的阻 力。这两种情况可以导致低效率，降低使用该扩散器的空气提升装置 的效率。
通常，在曝气过程中分散入水中的空气气泡尺寸可以通过提供在 其中形成有较大或较小孔径的扩散器而改变。 一些已知的装置倾向于 使用较小的气泡，因为较小的气泡更容易吸收入水。但是，由于上述 原因，用于将微气泡分散入水中的许多已知装置价格昂贵，或操作效 率低。其它已知装置倾向于使用较大的、更粗糙的气泡，因为这种气 泡以更快的速度在水中运动。
因此，在使用提供气体进入液体基质充分吸收的低成本或更可靠
的扩散器时，存在一种对可用于大体积液体曝气的装置效率非常高的需求。

发明内容
根据本发明，发明了 一种用于对具有底表面的液体基质体例如水 的曝气的方法，该方法包括提供适于在液体基质中漂浮的外壳，在外 壳中的预定位置上，以基本平行于液体基质表面，以距离液体基质表 面的预定的第 一距离，以及距离底表面的预定的第二距离安装软管， 软管具有在其中形成有许多个孔，为了在新鲜水中以每小时每马力大
于4磅氧气的标准曝气效率对液体基质进行曝气，以预定的气体供应 率向软管供应气体。预定的气体供应率优选地在软管的每纵英尺约 1/10到IOSCFM之间，更为优选地在软管每纵英尺约0.2到1.0SCFM 之间。
根据本发明方法的一个实施方案，软管包括许多平行排列的软管 段。优选地，许多软管区在软管段平行排列的中心之间以在约1到5 英寸之间的距离被规则地间隔开，优选地在软管段平行排列的中心之 间以约2英寸的距离被MJ'J地间隔开。
根据本发明方法的一个优选实施方案，预定的第一距离在约6英 寸到48英寸之间，优选地在约29英寸到48英寸之间，最优选地至 少约36英寸。
根据本发明方法的另 一个优选实施方案，预定的第二距离至少约 4英寸，优选地至少约18英寸，最优选地至少约24英寸。
在一个实施方案中，在盐水中，标准曝气效率大于每小时每马力 约6磅氧气。
在根据本发明方法的另一个实施方案中，该方法提供在新鲜水中 每小时大于约4磅氧气的标准氧气转移速率对液体基质进行曝气。
在根据本发明方法的另一个实施方案中，以在盐水中每小时大于 约6磅氧气的标准氧气转移速率对液体基质进行曝气。
本发明涉及了 一种在液体基质中使用的装置。该装置包括适于在
基质中漂浮的外壳，以使得该外壳的顶部保持在基质的顶表面之上。 外壳具有底部和开口的侧部。该装置进一步包括固定到外壳底部基本 上与液体基质表面平行的软管。该软管具有在其中形成许多孔的壁。
所述的许多孔具有在约0.001英寸到约0.004英寸之间的平均孔径， 并且在整个软管长度内^L&本均匀地间隔开。该装置进一步包括固定 到软管上的气体供应管子，以及用于向管子供应气体的装置以使气体 通过管子进入软管。
用于向管子供应气体的装置可以包括位于液体基质外侧的鼓风 机。鼓风机可以通过具有第 一末端和第二末端的弹性软管与管子相 连，第一末端固定到鼓风机的出口部分，第二末端固定到管子的进口 部分。
本发明的另 一个实施方案涉及一种在液体基质中使用的装置。所 述装置包括适于在基质中漂浮的外壳，以使得其顶部保持在基质的顶 表面之上。外壳具有底部和开口的侧部。该装置进一步包括固定到外 壳开口的底部附近的管子。该管子形成具有第一侧面和第二侧面的矩 形。许多个软管段，每一个都具有第一末端和第二末端，所述许多软 管段的第 一末端固定到管子的矩形第 一侧面，所述许多软管段的第二 末端固定到管子的矩形第二侧面，以使气体可以在许多软管段的第一 末端和第二末端处从管子流入许多软管段。另外，许多软管段的每一
个都有在其中形成许多个孔的壁，所述许多孔具有约0.001英寸到约 0.004英寸之间的平均孔径，并且在整个软管长度内基本均匀地间隔 开。所述许多软管的每一个都由分布在热塑性粘合材料基质中的热固 性聚合物微粒形成。该装置进一步包括用于向管子供应气体的装置以 使气体通过管子进入所述的许多软管。
本发明的另一个实施方案涉及在液体基质中使用的装置。所述装 置包括适于在液体基质中漂浮的外壳，外壳具有开口的底部，开口的 侧部，并且具有顶末端和底末端的许多个侧壁部分，所述许多个侧壁 部分的每一个包括一对侧壁段和插入空间，以用于在装置中产生浮力 提供漂浮；固定在外壳底部，基本平行于基质表面，并具有在其中形
成有许多孔的壁的软管，所述许多个孔在整个软管长度上被基本均匀
地间隔开；固定到基部的气体供应管子以及用于向气体供应管子供应 气体的装置。优选地，外壳的底部从许多个侧壁部分的底部末端被间 隔成预定的距离，在它们中间提供开口区域。优选地，预定距离从约 6到约24英寸，更优选地为约6英寸。
根据本所述装置的一个实施方案，从顶部末端到许多侧壁的底部
末端的距离为从约18英寸到4英尺，优选是约18英寸。在一个优选 实施方案中，许多孔具有约0.001英寸到约0.004英寸的平均粒径。
在一个优选实施方案中，所述装置包括在软管内放置的并在至少 其整个长度内延伸的软管支撑构件，所述软管支撑构件略微坚硬以防 止软管下陷。
根据本发明装置的另 一个实施方案，所述软管包括许多软管段， 并且优选地，所述许多软管段沿外壳的底部部分基本均匀地分布。在 一优选的实施方案中，从许多软管段的其中之一的中心到与其毗邻的 许多软管段的其中之一之间的距离从约1英寸到约5英寸，优选地为 约2英寸。
根据本发明装置的另 一个实施方案，在液体基质中使用的所述装 置包括适于在液体基质中漂浮的外壳，以使得其顶部保持在基质的顶 表面之上。外壳具有开口的底部，开口的侧部，以及具有顶末端和底 末端的许多个侧壁部分；固定到外壳底部，基本平行于基质表面，并 具有在内部形成有许多个孔内壁的软管，所述许多个孔基本均匀地在 整个软管长度内间隔分布；许多的侧壁部分的至少一个包括开口区域 以使液体基质从其中流过，固定到基部的气体供应管子，以及用于给 管子供应气体的装置。在一个优选实施方案中，所述外壳的底部与许 多个侧壁部分中的至少一个的底部末端被间隔开预定距离，以在其中
提供开口区域。在一优选的实施方案中，所述预定距离从约6英寸到 24英寸，优选地为约6英寸。根据所述装置的一个实施方案，从许多 侧壁的顶部末端到底部末端的距离从约18英寸到约4英尺，优选地 为约18英寸。在一优选的实施方案中，许多孔具有在约0.001英寸到
约0.004英寸之间的平均粒径。


阅读下列本发明非限制性实施方案的详细的附图会更好地理解 本发明。其中
图1是根据本发明 一 实施方案的曝气装置的主视立体图； 图2是根据本发明一实施方案的曝气装置的后视立体图； 图3是根据本发明另 一 实施方案的曝气装置的主视立体图； 图4是根据本发明实施方案的曝气装置的横截面图； 图5a和5b是在其上形成有不透气条的软管段的横截面图； 图6是在其中具有内部支撑构件的软管段的横截面图； 图7是本发明所述装置的另一实施方案的主视立体图；以及 图7a是图7的部分的侧面、局部、正视、放大图。
具体实施例方式
现在参见附图，其中相同的参考数字表示相同的部件，在图1中 示出根据本发明一实施方案中的装置10。所述装置具有包括框架14 的外壳12。框架14可以由任何足够坚固的材料制成以支撑装置10 的剩余部分的重量，并且在水，包括盐水或具有废物或在其中溶解有 化学物质的水存在下不会发生腐蚀或其他降解。优选地，支撑构件由 航海级铝材或其它相似金属制成。优选地通过焊接或其它已知方法， 包括使用螺钉、螺栓、铆钉或类似物对支撑构件进行组装。
构造框架14以提供用于外壳12的所需形状。虽然用于曝气装置 的其它可接受的形状例如圆柱体是可以的，但此处示出的框架14的 结构采用矩形棱柱体的形状。这些设计，以及附图所示出的设计的其 它变型应该被本领域技术人员所理解。在图1和图2所示外壳12的 _没计中，侧壁16在其右侧18、左侧20以及后部22侧面上固定到框 架14。如在此使用的，术语顶部、底部、左侧、右侧、前部和后部仅 仅是为了指示附图中所使用的相关的几何学框架的方便，并不意在限制本发明的范围。在右侧、左侧和后部18、 20和22的侧壁16优选 地由与框架14制造材料具有相似特性的材料制成，进一步优选地由 航海级铝材制成。可以通过常规手段将侧壁16固定到框架14上，包 括螺钉、螺栓、铆钉、粘接或焊接。如果用任何的固定装置，例如螺 钉，将装置10的各种零件连接在一起，这样的固定装置应该由商业 级的不锈钢制成。
外壳12的前部28、顶部26和底部30基本上留有开口。这样可 以使所述装置在操作中从外壳12的底部30吸入水并经过其前部28 的至少一部分将水排出。在下文会更详细地描述该操作。但是可以包 括实心的顶部26,并且在图7示出了使用实心顶部的本发明的 一个实 施方案，并在下文讨论。
参见图1,网格32被固定在装置IO的外壳12内，靠近其底部 30。网格32包括管子34和至少一个与流体相通的透气性软管36。优 选地，软管36以基本垂直于管子34的方向突出。更为优选地，软管 36以基本平行于装置IO使用的液体基质表面的方向延伸，尽管也可 以使用其它排列。管子34优选地由在水，包括盐水或具有废物或在 其中溶解有化学物质的水存在下不会发生腐蚀或其他降解的材料制 成。制造管子34的合适材料的一个例子是PVC，优选地是航海级 PVC。因此优选的是管子34要相对坚硬，特别是与更具弹性的软管 36相比。这样就提供了相对坚硬的气体(空气)供给线，其将不易于 弯曲或扭结。
软管片段36具有透气壁。所述透气壁具有贯穿其壁38的许多微 孔，并具有范围在约0.001英寸到约0.004英寸的平均直径。这种软 管36优选是于1998年9月22日公布的、授权给Mitchell的美国专 利5,811,164 ( "164专利，，)所公开的类型，其公开的内容通过全文引 用结合到本文中。该类型的软管36由在热塑性粘合材料基质中的热 固性聚合物微粒制成，其可以根据"164专利"中所描述的方法制造。 优选地，热固性聚合物凝:粒具有约60到140目，更优选地为约80到 100目的粒度。另外，优选地是软管36的壁38内的微孔具有至少约80%，以及更为优选至少约90%的均勻性。类似软管的其它变型在于 2006年5月8号提交的，共同申请中的名称为"用于扩散器的曝气装 置"美国临时专利申请中被进一步描述，其代理人案巻编号为TEKNI 3.8-0.08,其公开内容通过全文引用结合到本文中。
另外，"164专利，，描述的软管类型可以进一步地净皮调整为在其中 包括不透气的部分。该部分可通常采以沿软管段的长度延伸的纵向条 状物的形式。该条状物可以由诸如聚乙烯的非多孔聚合物制成，在制 作软管36的过程中可以使用共挤压工艺将其贴于软管36。可以用于 制造条状物37的其它材料是聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元 共聚物(ABS)和聚丙烯。可选择地，可以通过使用热烙铁或具有适当 形状和型号的类似物以在非多孔密封条所需位于的部位重新熔化聚 合物来进行软管自身的多孔聚合物重熔以贴覆条状物。另外，在软管 36形成后可以通过涂覆施用胶乳或类似材料。不透气的条状物优选为 在0.01英寸到1英寸之间的宽度，优选地为从约0.125英寸到0.25 英寸的宽度，更为优选地为约0.25英寸的宽度。依据软管的侧面周长， 不透气的条状物可以在从整个周长的约1%到约50%之间变化，但是 优选为从其4%到8%之间变化。当在本发明的装置上使用这种在其上 形成有不透气条状物的软管类型时，可以根据剩余的软管使该条状物 在向下的方向定向(如图5a所示)。此举的优点在于，当装置使用在 其整个周长都透气的软管时，在气泡沿软管体通过时从软管的较低部 冒出的气泡倾向于与从软管的较高部冒出的气泡聚结，这样的聚结产 生粗糙的气泡，这是不利的。因此，在软管段36上包括条状物37可 以产生出更大比例的微气泡。
另夕卜，不透气的条状物37可以以偏移的方式定位，如图5b所示。 在这种排列中，条状物37优选地位于从软管底部向任一方向偏移5 到45度的点，通过此举，软管可以提供液体基质的其它方向的流动。 例如，如图5b所示，条状物37朝向所述装置的后部22。与软管的后 部相比，这导致在软管的前部产生更大量的气泡，这趋向于将液体导 向装置的前部，并趋向于从装置的后部吸取更多的液体。
已经发现，记载于"164专利"的这种类型的软管可以扩散于水 中的空气量与产生较大气泡的散气器的散气量相当，而鼓风机不需要 更大的能量输入。或者说，"164专利"的软管的水头损失量相对较低。 另外"164专利"的散气软管比其它已知的微气泡扩散器具有更低的 水头损失。另外还发现，与大的、或粗糙的气泡相比，每体积空气的 微气泡更容易吸收入水。这种吸收的增加是因为水中每单位体积空气 的较小气泡具有较大的表面积。增加的表面积增加了水中空气的吸收 是因为空气只在气泡的表面被吸收入水。"164专利"的扩散软管较低 的水头损失与高水平的空气(或其它气体)吸收入水结合给软管带来 了高效率，使其特别适合用作本发明装置10中的软管36。但是也可 以使用其它类型的软管。
优选地，网格32包括许多的固定到管子34的软管段36,其优选 地采以矩形框架的形式。在这样的安排中，软管段与管子34在两个 末端相连，这样流过管子34的气体就可以从任一侧进入软管。在图1 所示的具体排列中，管子34构造成固定在外壳12的底部30附近的 矩形，这样就使其构成与外壳12的底部30所成平面平行的平面。优 选地，网格32为约8英尺宽(从右侧18至左侧20测量)和约4英 尺深(从前部28至后部22测量)。但是，可以根据所要曝气的液体 体积改变网格32的尺寸。另外，为了使网格32与外壳12相适应， 可能需要改变优选的尺寸。在该排列中，软管段36与管子34横向交 叉从外壳12的左侧18的附近向外壳12的右侧20附近延伸。也可以 采取其它的排列，包括一种排列，软管段36从外壳12的前部28到 后部22横向延伸，这些都是本领域技术人员能够理解的。网格32也 可以包括用于软管段36的支撑件35以防止在使用装置10时软管段 36运动过度或下陷。优选地，支撑构件35在每一个软管段36的顶部 和底部上延伸。另外，优选的是在软管段36的长度上每24英寸至少 使用一个支撑件35。
优选地使用标准的1/2-英寸的NPT带刺插体使软管段36固定到 管子34。另外，软管段沿管子34的长度以从约1英寸到5英寸的范
围^皮规则地间隔开，优选是从中心到中心为约2英寸。另外，如图6 所示，可在每一软管段36的内部布置内部支撑件39。内部支撑件39 可以由具有足够硬度的任何材料制成以沿软管36长度给其提供支撑。 内部支撑件39优选地具有一定长度以使其延伸进入使软管段36固定 到网格32的配件或其它类似结构中。因此，内部支撑件39优选地被 定制尺寸以适合在软管段36和网格32之间所选择的附件。适合用于 内部支撑件39的材料包括聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共 聚物(ABS)、不锈钢、铝或其它具有足够强度和/或硬度的材料以支撑 软管段36。另外，尽管图6示出的内部支撑件39是圆形的，但是也 可以采以其它形状，包括矩形、正方形或I字形。
如图3所示，在本发明装置10的另一个实施方案中，管子34， 可以延伸超出外壳12前部28的矩形形状而形成。在这样的排列中， 为了给网格32，提供支撑，网格32'被固定的框架14的部分也可以延 伸超出外壳12前部28的剩余部分。
现在再回到图1和图2所示的实施方案中，管子34与气体源40 相连，所述气体源优选地采用泵或鼓风机的形式。更为优选地，气体 源40是再生型风机。另外，由于可引起油进入软管段36并给其带来 损害，气体源40优选是不需用油的类型。在这种排列中使用泵或鼓 风机给网格32提供压缩的环境空气，然后通过软管36扩散入液体基 质中。优选地，气体源40以在网格32中使用的软管每纵英尺上每分 钟1/10到10个标准立方英尺(SCFM)的速率供应给软管段36气体。 更为优选的是，气体源40以在软管每纵英尺上约0.2到l.OSCFM之 间的速率供应给软管段36气体，并且更为优选的是以约0.4到0.5的 速率，以及优选地以在软管每纵英尺上约0.4 SCFM的速率。如图1 和2所示，气体源40固定到外壳12的顶部26,例如借助于支撑支柱 41,并且使用弹性管44在其进口部分42与管子34相连。弹性管44 优选为公知的高压施肥软管(fertilized solution hose),尽管其它类型 的弹性软管也适合。为使由操作气体源40而增加到空气中的热量能 够消散，可以在气体源出口和弹性管44之间固定金属管45部分(图
4 )。优选地，金属管45部分具有约2英寸的直径和1英尺到4英尺 之间的长度。更为优选地，金属管45部分具有约18英寸的长度。金 属管部分可以由镀锌钢或其它类似金属制成。如果用泵或鼓风机用作 气体源40，必需将泵或鼓风机设置在液体基质的外部，但是泵或鼓风 机不是必需固定到外壳12的顶部26。当然，泵或鼓风机可以位于水 外面的任何位置，只要其可以与网格32的进口部分42通过弹性管44 相连。另外，为降低环境空气中的碎屑被吸入软管段36的孔内的可 能性，在与气体源40的连接处可以使用空气过滤器(未示出)。
浮子50固定到外壳14,优选地位于其顶部26附近的至少两侧(例 如，图1所示的左侧18和右侧20 )。为了将装置10保持在液体基质 内的适当水平面上，浮子50 #^殳计位于外壳12上。通常，装置10 的适当水平面是指使网格32位于在其中使用装置10的液体基质表面 之下的约20到55英寸之间。网格32相对于液体基质表面的位置控 制不仅取决于浮子50的位置控制也取决于外壳12的大小。例如，在 图1所示的装置10中，网格32的垂直中心线在顶部26之下以约48 英寸的距离与顶部26相隔，并且浮子50在水中的浮力中心位于外壳 12顶部26之下约1英寸；但是这些尺寸都可以变化。装置IO的尺寸， 包括框架14的深度和浮子50相对于框架14的位置，应该是使网格 32位于液体基质表面之下约6到48英寸，优选地位于液体基质表面 之下约29到48英寸，最优选地位于液体基质表面之下至少约36英 寸。另外，装置IO的外壳12不能靠在池塘或使用其的其它场所的底 表面上。
图1所示的浮子50采以不渗透空气和水的中空的圆柱体形式； 但是，也可以采取各种其它类型的浮子，包括由泡沫或类似物制成的 浮子。浮子也可以包括在其中形成的用可移动塞子54密封的端口 52。 端口 52可以使水或其它流体进入浮子50以调整浮子50的浮力中心， 这可以使装置10的整体位置位于液体基质内以进行操作。例如，通 过加入水，浮子50的浮力中心上升，因此相对于液体基质表面降低 了装置IO。还已得知对于最高性能，最好将装置10定位以使软管36
的网格32位于距离底表面约4英寸的最小距离的位置上，在该位置 上装置10进行工作，例如装置在其中工作的湖、水池或水箱的底部， 距离底表面的最小距离优选为19英寸，距离底表面的最小距离最优 选为24英寸。浮子50的尺寸和位置控制根据液体基质的成分以及装 置IO的尺寸和重量而发生改变。另外，如果需要，浮子50可以固定 到外壳的后部22以才是供额外的浮力。
回到图7,其中示出了本发明装置IO"的另一个优选方案。在该 情况下，以双引号标记的相同的参考数字相应于图l所应用的相同的 参考数字。在该情况下，装置IO"具有包括框架14"的外壳12"。在该 情况下框架14"再一次采以矩形的棱柱体，虽然是再一次，但是曝气 装置也可以采以其它可接受的形状例如圓柱体。在图7所示的外壳 12"的设计中,侧壁16"在框架14"的右侧18"、左侧20"和后侧22" 固定到框架14"。但是，在该情况下，在装置IO"上不包括图1中所 示出的实施方案中使用的浮子50。而是每一侧壁16"以及可能还包括 顶壁16"包括密封的双壁构造，这可以在图7a中看出，包括一对侧壁 16a"和16b"。因此，在该对侧壁和顶壁之间i殳置可以含有气体例如空 气以用于装置漂浮的空间17"。再一次，这些侧壁16a"和16b"优选地 可以由具有与上文所讨论的有关框架14的相似特性的材料制成，例 如优选地由航海级铝材制成。因此每一个侧壁16a"和16b"可以通过 常规的装置固定到框架14"上，包括螺钉、螺栓、铆钉、粘合或焊接。 如果使用任何紧固装置，例如螺钉，将装置IO"的各种零件连接在一 起，这样的紧固装置可以由商业级的不锈钢制成。
如在图1所示的实施方案的情况一样，外壳12"的前部28"和底 部30"基本上留有开口。但是在这种情况下，对于顶端26"也可以包 括和上文所讨论的侧壁16"—样的双壁构造。但是，在一优选的实施 方案中，位于右侧18"、左侧20"和后侧22"的所有侧壁16"中至少有 一个，和优选为所有的侧壁16"包括至少一个开口区域19",然后可 以使一些水流通过一个或优选为全部三个侧壁16"。在图7所示的具 体实施方案中，至少一个，但是优选为全部的侧壁16"不延伸至侧壁 的整个长度或深度，而是在每一侧壁16"的底末端21"和软管36"的网 格32"之间留有开口区域19"。在图7中用距离X表示网格32"和侧 壁16"的底部之间的区域，或者在侧壁16"中的任何其它位置产生的 任何其它的这种开口区域优选为从约6英寸到24英寸，约6英寸的 距离是优选的。该开口区域的存在可以使更多的水通过网格用于曝气 目的，并且进一步增加水的定向流动，下文将全面讨论。
在装置10的操作中，如图4所示，气体源，优选地采以再生型 风机的形式，驱动气体通过管44进入管子34，所述气体优选为环境 空气。然后气体流入软管36,并且系统压力增加直至其足以驱动气体 通过软管36的壁38内的微孔的水平。这就引起了在毗邻于软管36 的液体基质内形成大量的小气泡60。由于气体比液体基质的密度低 (当空气扩散入水时，就是这种情况)，气泡离开软管而升起。由于另 外的空气继续被驱动进入系统，在液体基质中形成另外的气泡并离开 软管36升起。液体基质的表面张力引起一些液体基质与气泡一起升 起，因而引起了液体基质的循环，如图4所示。另外，由于气泡内的 一些气体一皮吸收入液体，#1曝气的液体向液体的顶部上升。当其它的 液体向上上升时，装置顶部附近的水的压力增加，将至少一些水从外 壳12的开口的前部28驱出。
液体垂直地从软管段36离开以及从装置10的前部20流出的运 动在软管段36的下方产生了真空效应，所述真空效应用来从装置10 的下方向上和向软管段36吸取液体。根据液体的特性，本发明的装 置使液体(特别是水)通过其充分循环以从表面下至少10英尺的深 度吸取液体。对于大多数应用其已经非常足够了，特别是对于水产业 和废水处理，因为在这些应用中的水深通常在5到7英尺之间。
当装置的操作持续进行时，通过液体离开软管段36而上升和流 出外壳12的前部28,被曝气的液体被持续驱动而离开装置。由于该 循环产生的真空压力持续从基质底部吸取水，被曝气的水的至少一部 分从液体基质的上表面被向下吸取。在经过充分时间的工作后，全部 液体基质可以被装置10曝气，所述时间取决于基质的体积和装置10
的输出量。例如，根据本发明实施方案的装置10，其中网格32包括 一 48英寸x 48英寸矩形的管43连同软管段36,每个管的直径约1.000 英寸，沿管34的矩形的长度以2英寸间隔隔开(从相邻的软管36的 中心到中心)，这样的装置IO足以使含有水并具有6英尺的平均深度 和1到3英亩的平均总面积的池塘被曝气。
可以使用上文所述的多个装置或者使用较大的装置对较大体积 的水(或其它液体基质)进行曝气。通常，这样较大的装置要具有如 上所述从前部28到后部22距离约48英寸的网格，但是有更大的宽 度，其可以大到约16英尺。该装置的外壳12将根据网格32的尺寸 的改变而改变。
图7所示的装置IO"的操作与上文结合图4所示装置所讨论的操 作非常相似。但是在图7中装置IO"的情形中，在侧壁16"内或之下 的开口区域19"的存在增加了水进入的装置IO"较低部分的循环，因 而更多的水通过网格32"用于曝气目的。这样，又导致图4所示的水 定向流动的增加，其进一步加强了装置对整个池塘或与此相关的其它 水池的曝气能力。另外，使用实心顶壁26"本身可导致被曝气水从装 置10"的前部28"更大的定向流出。
通过以上文所讨论的方式使用本发明的装置，可以以远高于过去 所能够达到的效率和曝气或氧化潜能而获得曝气。特别是现在可以通 过控制上文所讨论的具体参数在新鲜水和盐水二者中以前所未有的 水平来获得这些增加的效率和曝气潜能。根据对这些参数的测量，现 在在新鲜水中可以以每马力每小时(例如鼓风机)大于4磅氧气的水 平获得标准曝气效率("SAEwire"),并且优选地在每马力每小时约4 到8磅氧气之间，以及在盐水中，以每马力每小时大于约6磅氧气的 水平，并且优选地在每马力每小时约6到15磅氧气之间。这些装置 例如与标准装置例如上文所讨论的表面曝气装置相比，具有至少双倍 的效率。同样地，在新鲜水中以标准氧气转移率("SORT")测得的 这些装置的曝气或氧化潜能，可以达到每小时大于4磅氧气的SORT, 优选地在每小时约4到10磅氧气之间，在盐水每小时大于6磅氧气，
优选地在每小时约6到18磅氧气之间。
为了达到这些效率和氧化潜能，当结合上文所讨论的设备使用 时，再次采用上文所讨论的具体参数可得到这些结果。因此，通过使 用鼓风机以在软管的每纵英尺上1/10到IOSCFM之间的速率，优选 地，以软管的每纵英尺上约0.2到l.OSCFM之间的速率，更为优选地， 以软管的每纵英尺上约0.4到0.5SCFM之间的速率，最为优选地，以 软管的每纵英尺上约0.4 SCFM之间的速率向软管段供给气体；通过 放置本发明的装置使软管放置在液体基质表面的下方约6到48英尺 之间，优选地在液体基质表面的下方约29到48英尺之间，最优选地 在液体基质表面的下方约36英尺；通过在本发明的装置中以距离装 置在其上方工作的底部表面约4英寸的最小距离放置软管，优选地距 离底部表面约18英寸的最小距离，最优选地距离底部表面约24英寸 的最小距离，通过在装置的侧壁包括开口区域以增加水通过装置的流 量，以及通过使用软管的平行排列和从每个软管的中心到中心以从约 1英寸到5英寸之间的距离被间隔开，优选地从中心到中心约2英寸， 可以达到更高地改进结果。
使用被认为是ASCE标准的非线性回归方法对以上关于SAE和 SORT数据的值进行计算。
尽管根据具体实施方案已描述了在此本发明，应该理解的是这些 实施方案仅仅是本发明的原理和应用的示例性说明。因此应当理解不 脱离所附权利要求书所定义的本发明的精神和范围，可以针对示例性 说明的实施方案进行大量的修改并且设计其它的布置。
权利要求
1.一种在液体基质中使用的装置，所述装置包括适于在液体基质中漂浮的外壳，其顶部保持在基质的顶表面之上，所述外壳具有开口的底部和开口的侧部；固定到底部，基本平行于基质表面，并具有在其中形成有许多个孔的管壁的软管，所述许多个孔具有在约0.001英寸到约0.004英寸之间的平均直径，并且所述许多个孔在所述软管的整个长度内被基本均匀地间隔开；固定到所述基部的气体供应管子；以及用于向管子供应气体的装置。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述软管由分布在热 塑性粘合材料基质中的热固性聚合物微粒形成。
3. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，软管的壁在其整个厚 度内具有基本均匀的孔隙度。
4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述壁的孔隙度具有 至少约90%的均匀性。
5. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述软管包括沿其长 度在纵向上延伸的不透气部分。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述不透气部分采以 宽度在0.10英寸到1英寸之间的条状物形式。
7. 根据权利要求2所述的装置，所述装置进一步包括在软管内放置 的并在至少其整个长度内延伸的软管支承构件，所述软管支承构件略微 坚硬以防止软管下陷。
8. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述软管包括许多个 软管段。
9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述许多个软管段沿 外壳的底部部分基本均匀地分布。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，从所述许多个软管 段的其中之一的中心到毗邻的所述许多个软管段的其中之一之间的距离 为约2英寸。
11. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述气体供应管子 形成具有第一侧面和第二侧面的矩形，所述许多个软管段中的每一个在 其第 一末端固定在所述矩形的第 一侧面，并在其第二末端固定在所述矩 形的第二侧面，使得气体在许多个软管段的第 一末端和第二末端处都可 以从管子流入软管。
12. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外壳具有深度， 以使管子在液体基质的表面下方被隔开约4英尺的距离。
13. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包 括使外壳适于在液体基质内漂浮的浮筒装置。
14. 一种用于对具有底表面的液体基质体曝气的方法，所述方法包 括提供在所述液体基质内适于漂浮的外壳，在所述外壳中的预定位置 上，以基本平行于所述液体基质表面，以距离所述液体基质表面的预定 的第 一距离以及距离所述底表面的预定的第二距离安装软管，所述软管 具有在其中形成有许多个孔的壁，为了在新鲜水中以每小时每马力大于 约4磅氧气的标准曝气效率对所述液体基质进行曝气，以预定的气体供 应率向软管供应气体。
15. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在新鲜水中以每小 时大于约4磅氧气的标准氧气转移率对所述液体基质曝气。
16. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述预定的气体供 应率在软管的每纵英尺约1/10到IOSCFM之间。
17. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述软管包括以平 行排列分布的许多个软管段。
18. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述许多个软管段 在所述软管段的平行排列的中心之间以在约1到5英寸之间的距离被规 则》也间隔开。
19. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述预定的第一距 离在约6英寸到48英寸之间。
20. 根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述预定的第一距 离在约29英寸到48英寸之间。
21. 根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述预定的第一距 离至少为约36英寸。
22. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述预定的第二距 离至少为约4英寸。
23. 根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述预定的第二距 离至少为约18英寸。
24. 根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述预定的第二距 离至少为约24英寸。
25. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述标准曝气效率 在盐水中为每小时每马力大于约6磅氧气。
26. —种在液体基质中使用的装置，所述装置包括 适于在液体基质中漂浮的外壳，所述外壳具有开口的底部，开口的侧部，以及具有顶末端和底末端的许多个侧壁部分，所述许多个所述侧 壁部分的每一个都包括一对侧壁段和插入空间，以用于在所述装置内产 生浮力提供所述的漂浮；固定到所述外壳的所述底部，基本平行于基质表面，并具有在其中 形成有许多个孔的管壁的软管，所述孔在其整个长度上被基本均匀地间 隔开；固定到所述基部的气体供应管子；以及 用于向所述气体供应管子供应气体的装置。
27. 根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述外壳的所述底 部与所述许多个侧壁部分的所述底部末端^:间隔开预定的距离。
28. 根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述预定的距离为 从约6到24英寸。
29. 根据权利要求29所述的装置，其特征在于，所述预定的距离为 约6英寸。
30. 根据权利要求26所述的装置，其特征在于，从所述许多个侧壁 部分的所述顶部末端到底部末端的距离是从约18英寸到4英尺。
31. 根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述软管包括许多 个软管段。
32. 根据权利要求31所述的装置，其特征在于，所述许多个软管段 沿所述外壳的所述底部基本均匀地分布。
33. 根据权利要求32所述的装置，其特征在于，从所述许多个软管 段其中之一 的中心到毗邻的所述许多个软管段的其中之一之间的距离为 约1到5英寸。
34. 根据权利要求33所述的装置，其特征在于，从所述许多个软管 段其中之一 的中心到毗邻的所述许多个软管段的其中之一之间的距离为 约2英寸。
35. 根据权利要求31所述的装置，其特征在于，所述气体供应管子 形成具有第 一侧面和第二侧面的矩形，所述许多个软管段的每一个在其第 一末端固定到所述矩形的所述第 一侧面上，并且在其第二末端固定到 所述矩形的所述第二侧面上，以使气体可以在所述许多个软管段的第一 末端和第二末端处从所述气体供应管子流入所述软管。
36. —种在液体基质中使用的装置，所述装置包括 适于在液体基质中漂浮的外壳，其顶部保持在基质的表面之上，所述外壳具有开口的底部，开口的侧部，以及具有顶末端和底末端的许多 个侧壁部分；固定到所述外壳的所述底部，基本平行于基质表面，并具有在其上 形成有许多个孔的管壁的软管，所述孔在其整个长度上被基本均匀地间 隔开，所述许多个侧壁部分中的至少一个包括开口区域以使所述液体基 质>^人其中流过；固定到所述基部的气体供应管子；以及用于向所述气体供应管子供应气体的装置。
37. 根据权利要求36所述的装置，其特征在于，所述外壳的所述底 部与所述许多个侧壁部分中的所述至少一个的所述底部末端^t间隔开预 定距离，以在其中提供开口区域。
38. 根据权利要求37所述的装置，其特征在于，所述预定距离从约 6到24英寸。
39. 根据权利要求38所述的装置，其特征在于，所述预定距离为约 6英寸。
40. 根据权利要求37所述的装置，其特征在于，从所述许多个侧壁 的所述顶部末端到所述底部末端的距离从约18英寸到4英尺。
41. 根据权利要求40所述的装置，其特征在于，从所述许多个侧壁 的所述顶部末端到所述底部末端的距离为约18英寸。
42. 根据权利要求36所述的装置，其特征在于，所述软管包括许多 个软管段。
43. 根据权利要求42所述的装置，其特征在于，所述许多个软管段 沿所述外壳的所述底部基本均匀地分布。
44. 根据权利要求43所述的装置，其特征在于，从所述许多个基部 的其中之一 的中心到毗邻的所述许多个基部的其中之一之间的距离从约l英寸到5英寸。
45. 根据权利要求43所述的装置，其特征在于，从所述许多个软管 段的其中之一的中心到毗邻的所述许多个软管段的其中之一之间的距离 为约2英寸。
46. 根据权利要求42所述的装置，其特征在于，所述气体供应管子 形成具有第 一侧面和第二侧面的矩形，所述许多个软管段中的每一个在 其第 一末端固定到所述矩形的第 一侧面，并在其第二末端固定到所述矩 形的第二侧面，使得气体在许多个软管段的第一末端和第二末端处都可 以从管子流入软管。
全文摘要
本发明涉及一种微气泡空气提升装置。所述装置包括适于在液体基质中漂浮的外壳，以使其顶部保持在基质的顶表面之上。所述外壳具有底部和开口的侧部。所述装置进一步包括固定到外壳的底部，基本平行于液体基质表面的软管。所述软管具有在其中形成有多个孔的壁。所述装置进一步包括固定到软管的气体供应管子和用于向管子供应气体的装置，以使气体通过管子并进入软管。
文档编号C02F3/20GK101096285SQ20071011072
公开日2008年1月2日 申请日期2007年6月6日 优先权日2006年6月30日
发明者威廉·S.·米切尔, 特伦斯·罗伊·约翰逊 申请人:德尼培橡胶塑料科技(苏州)有限公司