具有流量扩散器的再生介质过滤容器的制作方法

1.本文公开的方面和实施方案大体上涉及水处理系统，并且更具体地，涉及用于水上运动(aquatics)或娱乐设施的水处理系统。


背景技术：

2.水上运动用水或娱乐用水可以被用于游泳。水上运动用水和/或娱乐用水可以与游泳池、温泉浴场、热水浴缸(hot tub)、水上公园、喷泉、水族馆、动物园、动物保护区及类似场所相关联。通常，水上运动用水和/或娱乐用水在使用之前需要被过滤。因此，对用于过滤水上运动用水和/或娱乐用水的过滤系统存在需求。


技术实现要素：

3.根据一个方面，提供了一种水过滤系统。该水过滤系统可以包括再生介质过滤容器(regenerative media filter vessel)、扩散器和至少一个泵，所述再生介质过滤容器包括壳体、入口、出口和设置在再生介质过滤容器内的颗粒介质，所述壳体包括围绕再生介质过滤容器的竖直轴线(vertical axis)居中的凹形下部部分(concave lower portion)，所述扩散器流体地连接到入口并且设置在再生介质过滤容器内，所述至少一个泵被配置成引导水穿过水过滤系统。扩散器可以包括导管和多个孔，所述多个孔被界定在导管的壁的至少下侧中并且被设定尺寸以允许颗粒介质经过。扩散器沿着再生介质过滤容器的高度的位置可以至少由再生介质过滤容器的高度与内径的比和凹形下部部分的曲率半径来确定，使得在操作中，被引导离开扩散器并且进入再生介质过滤容器中的水流具有超过再生介质过滤容器中的颗粒介质的沉降速度的最小流速。
4.根据另一个方面，提供了一种水过滤系统。该水过滤系统可以包括再生介质过滤容器、扩散器和至少一个泵，所述再生介质过滤容器包括壳体、入口、出口和设置在再生介质过滤容器内的颗粒介质，所述壳体包括凹形下部部分，所述扩散器流体地连接到入口并且设置在再生介质过滤容器内，所述至少一个泵被配置成引导水穿过水过滤系统。扩散器可以包括导管和多个孔，所述多个孔被界定在导管的壁的至少下侧中并且被设定尺寸以允许颗粒介质经过。扩散器在再生介质过滤容器中的位置可以至少由凹形下部部分的曲率半径和再生介质过滤容器的高度与内径的比来确定。扩散器的长度、扩散器的位置和再生介质过滤容器的内径可以被选择为使得在操作中，扩散器提供被引导进入再生介质过滤容器中的水流的均匀的流体流量分配(fluid flow distribution)。
5.根据另一个方面，提供了一种水过滤系统。该水过滤系统可以包括再生介质过滤容器、扩散器和至少一个泵，所述再生介质过滤容器包括壳体、入口和出口，所述壳体包括围绕再生介质过滤容器的竖直轴线居中的凹形下部部分，所述扩散器流体地连接到入口并且设置在再生介质过滤容器内，所述至少一个泵被配置成引导水穿过水过滤系统。扩散器可以包括导管和多个孔，所述多个孔被界定在导管的壁的至少下侧中。扩散器沿着再生介质过滤容器的高度的位置至少由再生介质过滤容器的高度与内径的比和凹形下部部分的
曲率半径来确定，使得在操作中，被引导离开扩散器并且进入再生介质过滤容器中的水流具有在下部部分具有最高流速并且随着水接近再生介质过滤容器的顶部而速度降低的流速分布(flow velocity profile)。
6.在一些实施方案中，高度与内径的比是至少0.25:1。在特定实施方案中，高度与内径的比不大于0.55:1。
7.在一些实施方案中，扩散器沿着再生介质过滤容器的高度的位置还由凹形下部部分的曲率半径与内径的比来确定。凹形下部部分的曲率半径与内径的比可以是至少0.5:1，并且可以不大于2:1。
8.在一些实施方案中，多个孔的开口面积(open area)的总和是扩散器的进口面积(entrance area)的至少1.5倍。在一些实施方案中，多个孔的开口面积的总和不大于扩散器的进口面积的5倍。在特定实施方案中，多个孔的开口面积的总和可以是扩散器的进口面积的从2倍至3.5倍。
9.在一些实施方案中，多个孔跨越扩散器的周边的一部分。
10.在某些实施方案中，扩散器被配置成提供进入再生介质过滤容器中的流速相对于从至少一个泵提供给扩散器的水的流速至少50％的降低。
11.在特定实施方案中，随着水接近再生介质过滤容器的顶部，所述流速趋向于零。
12.在特定实施方案中，被引导进入再生介质过滤容器中的水流在再生介质过滤容器的底部附近具有最小流速，所述最小流速超过再生介质过滤容器中的颗粒介质在整个水中的沉降速度。
13.在一些实施方案中，再生介质过滤容器还包括管板(tube sheet)，所述管板包括多个管元件(tube element)。扩散器可以被定位在多个管元件的最下部(lowermost extent)和凹形下部部分之间。
14.在一些实施方案中，多个孔的图案沿着扩散器的长度是不对称的。例如，多个孔的不对称图案可以包括在多个孔的每一个之间的可变间隔。在一些实施方案中，多个孔的不对称图案可以包括多个孔中的每一个的可变宽度。
15.在一些实施方案中，多个孔包括纵向地延伸的孔。在一些实施方案中，多个孔包括横向的孔。在某些实施方案中，在多个孔中的每一个之间的间隔是对称的。在一些实施方案中，在多个孔中的每一个之间的间隔是不对称的。在多个孔的任何实施方案中，多个孔可以包括圆形的孔。
16.在另外的实施方案中，扩散器的多个孔中的至少一个的长度与多个孔中的至少另一个的长度是相同的。例如，扩散器的多个孔中的每一个的长度可以是相同的。在另外的实施方案中，扩散器的多个孔中的至少一个的长度与多个孔中的至少另一个的长度是不同的。在一些情况下，扩散器的多个孔中的每一个的长度可以是不同的。
17.在另外的实施方案中，扩散器的多个孔中的至少一个的宽度与多个孔中的至少另一个的宽度是不同的。例如，扩散器的多个孔中的每一个的宽度可以是不同的。在另外的实施方案中，扩散器的多个孔中的至少一个的宽度与多个孔中的至少另一个的宽度是相同的。例如，扩散器的多个孔中的每一个的宽度可以是相同的。
18.在另外的实施方案中，扩散器包括定位在多个孔上方的一个或更多个内部结构。
19.根据另一个方面，提供了一种再生介质过滤容器。再生介质过滤容器可以包括壳
体和扩散器，壳体具有凹形下部部分，扩散器设置在壳体内，靠近凹形下部部分。扩散器可以包括导管，该导管具有被界定在导管的壁的至少下侧中的多个孔。多个孔可以被设定尺寸以允许颗粒介质从中经过，并且可以沿着导管的长度不对称地间隔开。
20.在一些实施方案中，多个孔中的每一个在尺寸和形状上是相同的。
附图说明
21.附图并不意图是按比例绘制。在附图中，在各个图中图示出的每个相同的部件或近似相同的部件由相同的数字表示。为了清楚的目的，并非每个部件都可以在每个附图中被标记。在附图中：
22.图1图示了根据一种或更多种实施方案的再生介质过滤容器的分解图；
23.图2a-图2b图示了在安装有扩散器的再生介质过滤容器壳体内的不同点处的水的速度的等值线图(contour plot)。图2a图示了具有平坦下部部分的容器。图2b图示了具有凹形下部部分的容器；
24.图3a-图3g图示了根据不同实施方案的扩散器的视图。图3a图示了具有沿着其长度的一部分的孔的扩散器的实施方案。图3b图示了图3a的扩散器的连接法兰(connection flange)。图3c图示了图3a的扩散器的俯视图(top down view)。图3d图示了图3a的扩散器的侧视图(side down view)。图3e图示了图3a的扩散器的倒置视图(upside-down view)。图3f图示了图3a的扩散器的透视图。图3g图示了沿着流动轴线观察的图3a的扩散器；
25.图4a-图4j图示了不同的扩散器设计。图4a图示了具有逐渐变细的纵向地延伸的孔的扩散器。图4b图示了具有短的长椭圆形的纵向地延伸的孔的扩散器。图4c图示了具有不对称地间隔开的圆形的孔的扩散器。图4d图示了具有对称地间隔开的圆形的孔的扩散器。图4e图示了具有不对称地间隔开的横向的孔的扩散器。图4f图示了具有短的长椭圆形的纵向地延伸的孔的扩散器。图4g图示了具有短的长椭圆形的纵向地延伸的孔和内部结构的扩散器。图4h图示了具有对称地间隔开的不同直径的圆形的孔的扩散器。图4i和图4j图示了具有对称地间隔开的横向的孔的扩散器；
26.图5图示了包括图3a-图3g中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线；
27.图6图示了包括图3a-图3g中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线和流体压力等值线；
28.图7a-图7b图示了根据一种实施方案的安装有扩散器的再生介质过滤容器壳体的下部部分的剖视图。图7a图示了垂直穿过扩散器的流动轴线的竖直截面切口(cross-section cut)，并且图7b图示了平行穿过扩散器的流动轴线的竖直截面切口；
29.图8图示了根据一种实施方案的安装有管板和多个管元件的再生介质过滤容器壳体的竖直剖面图(vertical cutaway cross-section)；
30.图9a和图9b图示了为图1、图7a、图7b和图8中所图示的再生介质过滤容器的计算流体动力学(cfd)模型所选择的参数的方面。图9a图示了计算域(computational domain)。图9b图示了不同的截面流体流动平面；
31.图10a-图10d图示了用于模拟扩散器设计的多种再生介质过滤容器部件的示例性几何形状。图10a图示了再生介质过滤容器的透视图。图10b图示了图10a中所图示的再生介
质过滤容器的竖直剖面图。图10c图示了图10a中所图示的再生介质过滤容器的容器基部的透视图。图10d图示了图10b中所图示的管元件；
32.图11图示了包括图4a中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线；
33.图12图示了包括图4a中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线和流体压力等值线；
34.图13图示了包括图4b中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线；
35.图14图示了包括图4b中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线和流体压力等值线；
36.图15图示了包括图4c中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线；
37.图16图示了包括图4c中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线和流体压力等值线；
38.图17图示了包括图4d中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线；
39.图18图示了包括图4d中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线和流体压力等值线；
40.图19图示了包括图4e中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线；
41.图20图示了包括图4e中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线和流体压力等值线；
42.图21图示了包括图4f中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线；
43.图22图示了包括图4f中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线和流体压力等值线；
44.图23图示了包括图4g中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线；
45.图24图示了包括图4g中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线和流体压力等值线；
46.图25图示了包括图4h中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线；
47.图26图示了包括图4h中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线和流体压力等值线；
48.图27图示了包括图4i中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线；
49.图28图示了包括图4i中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线和流体压力等值线；
50.图29图示了包括图4j中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流
速等值线；以及
51.图30图示了包括图4j中所图示的扩散器的再生介质过滤容器在不同平面处的流速等值线和流体压力等值线。
具体实施方式
52.本文公开了在水上运动和娱乐设施中使用的用于水的处理的系统。本文描述的系统可以通过用介质过滤容器处理来提供对水上运动用水和/或娱乐用水的过滤。介质过滤容器通常通过使用其上可以包覆介质的结构例如多孔结构来起到颗粒去除过滤容器的作用。例如，再生介质过滤容器可以包括包含多个多孔管元件的管板以及珍珠岩介质或硅藻土(de)介质。
53.介质过滤容器通常采用特定等级的颗粒介质来处理水。特定等级的介质可以包含在容器或其他容装物(container)中。介质过滤容器可以是压力供给的介质过滤容器(pressure-fed media filter vessel)或高速介质过滤容器(high-rate media filter vessel)。在过滤期间，待处理的水可以例如通过一个或更多个泵供给到介质过滤容器。在介质过滤容器内部，水在与容器内的特定等级的介质接触之前，可以通过水分配头(water distribution head)来分配。通常，该特定等级的介质充当基质(substrate)，并且可以捕捉水中包含的固体污染物。过滤的水从容器中取出，并且可以返回到源，以在水上运动或娱乐设施中进一步使用。
54.根据某些实施方案，介质过滤容器可以是再生介质过滤容器、活性炭过滤容器或胡桃壳过滤容器(walnut shell filter vessel)。介质过滤容器可以包括用于过滤水上运动用水和/或娱乐用水的任何合适的颗粒介质。介质过滤容器可以包括珍珠岩介质或de介质。在一些实施方案中，介质过滤容器可以是例如介质过滤器(由evoqua water technologies llc,pittsburgh,pa经销)。
55.再生介质过滤容器可以包括包覆有介质的结构。例如，再生介质过滤容器可以包括塑料管元件，任选地多孔塑料管。多个管元件可以通过具有可释放地连接到支撑结构的端部而悬挂在再生介质过滤容器的内部，所述支撑结构例如聚合物的片材或其他类似支撑性基质。在这样的实施方案中，多孔管可以被用于防止介质进入再生介质过滤容器的滤液中。一旦被包覆，待处理的水就可以经过包覆层(coating)，并且然后经过多个管元件。包覆层可以包括非常细的过滤介质，使得再生介质过滤容器可以将液体过滤至小颗粒尺寸。在一些实施方案中，再生介质过滤容器可以被配置成过滤液体以去除尺寸小于10μm的颗粒。如本文中关于颗粒尺寸所使用的术语尺寸指的是颗粒的最大尺寸。再生介质过滤容器可以被配置成过滤液体以去除尺寸小于约10μm、小于约5μm、小于约3μm或小于约1μm的颗粒。
56.再生介质过滤容器通常可以是可连接到并且在使用中流体地连接到水上运动用水和/或娱乐用水的源。根据一个方面，提供了一种用于处理水的系统。水可以被指定用于水上运动或娱乐设施。该系统可以包括可连接到水源的再生介质过滤容器。该系统可以包括一个或更多个管道、阀或泵，它们被定位成在系统内分配水并且任选地在处理之后将处理过的水返回到目的地。
57.在一些实施方案中，待处理的水上运动用水和/或娱乐用水可以包括用于人类或兽医应用的水。例如，水上运动用水或娱乐用水可以被用于游泳。水上运动用水和/或娱乐
用水可以与游泳池、温泉浴场、热水浴缸(hot tub)、水上公园、喷泉、水族馆、动物园、动物保护区及类似场所相关联。典型地，再生介质过滤容器可以被定位在水上运动用水和/或娱乐用水的源附近。在一些实施方案中，再生介质过滤容器可以远离水上运动用水和/或娱乐用水的源。
58.虽然本文描述的实施方案通常指的是水上运动用水和娱乐设施用水，但是这样的应用是示例性的。应当理解，所公开的系统可以被用于过滤任何待被颗粒介质过滤容器过滤的流体。例如，本文公开的系统可以被用于过滤饮用水、水产养殖、灌溉、雨水管理、用于油气加工(oil and gas processing)的水以及其他应用。
59.再生介质过滤容器可以具有适合于加工在25加仑每分钟(gpm)和3000加仑每分钟之间的水的尺寸。例如，再生介质过滤容器可以被设定尺寸以处理在约25gpm和约100gpm之间、在约50gpm和约250gpm之间、在约150gpm和约300gpm之间、在约200gpm和约400gpm之间、在约300gpm和约450gpm之间、在约400gpm和约500gpm之间、在约450gpm和约800gpm之间、在约600gpm和约1000gpm之间、在约800gpm和约1500gpm之间、在约1000gpm和约2000gpm之间、在约1500gpm和约2500gpm，或在约2000gpm和约3000gpm之间的水。再生介质过滤容器可以包括以串联或并联布置的多于一个容器。通常，再生介质过滤容器的尺寸和布置可以随着待过滤的水上运动结构或娱乐结构的尺寸而变化。
60.根据一种或更多种实施方案，水过滤系统可以包括再生介质过滤容器。再生介质过滤容器的实例在2019年11月20日提交的题为“regenerative media filter air scouring apparatus and method”的pct/us2019/062373、2019年10月18日提交的题为“regenerative media filter and related methods”的pct/us2019/056850和2018年9月17日提交的题为“sand filter led status light”的wo 2019/055903中公开，所有这些专利申请被转让给evoqua water technologies llc,pittsburgh,pa，出于所有目的，其公开内容通过引用以其整体被并入本文。
61.再生介质过滤容器的实例在图1中以分解图图示。再生介质过滤容器100包括容器壳体102、容器顶部104和容器基部106。容器顶部104包括顶盖108和容器出口114。容纳在容器壳体102内的是包括多个管元件122的管板组件116。使用管板垫圈116a将管板组件116密封到容器顶部104。使用顶盖垫圈108a将顶盖108密封到管板组件116。使用顶盖紧固件108b将顶盖108和管板组件116连接到容器顶部104。容器基部106包括容器入口112，容器入口112包括扩散器124，扩散器124使用入口垫圈112a和入口紧固件112b被密封到容器基部106。容器基部106还包括容器排放口120，其中顶盖108和容器基部106两者分别包括真空口118a、118b。
62.再生介质过滤容器可以由与水生环境相容的任何合适的材料制成，并且可以保持与从泵和其他设备施加的内压一致的内压。例如，再生介质过滤容器可以由聚合物材料制成，例如聚氯乙烯(pvc)、玻璃纤维增强的聚合物(frp)、聚乙烯(pe)或聚丙烯(pp)。其他合适的材料在本领域中是已知的。示例性的材料是pvc，并且它相比于其他材料提供许多优点。pvc是容易获得的相对便宜的材料，其可以承受超过本文所描述的系统的施加的压力的施加的压力。pvc与水生环境中发现的化学品(例如盐、次氯酸盐离子和臭氧)具有优良的化学相容性，并且因此在需要更换之前具有显著长的工作寿命周期。某些厚度的pvc，诸如schedule 40，已经获得监管批准，例如nsf-50，其设定用于住宅和商业的水生环境的最大
操作压力的4x的设计压力额定值。此外，pvc是高度易加工的材料，易于进行溶剂熔接(solvent welding)以形成连续的结构以及进行表面处理以改善uv抗性和耐气候性(weatherability)。
63.再生介质过滤容器可以具有至少0.25:1的高度与内径的比。如本文所使用的，“高度”指的是在扩散器的中心线和再生介质过滤容器的凹形下部部分的曲率半径的最大值之间测量的距离。高度与内径的比可以至少部分地被用于确定再生介质过滤容器内的流量扩散器的位置。在一些实施方案中，再生介质过滤容器可以具有不大于0.55:1的高度与内径的比。例如，再生介质过滤容器的高度与内径的比可以是从0.25:1至0.30:1、从0.275:1至0.35:1、从0.30:1至0.375:1、从0.35:1至0.40:1、从0.375:1至0.425:1、从0.40:1至0.475:1、从0.425:1至0.50:1，或从0.45:1至0.55:1。示例性再生介质过滤容器具有0.46的高度与内径的比。
64.在一些实施方案中，再生介质过滤容器可以具有至少0.5:1的凹形下部部分的曲率半径与内径的比。0.5:1的比描述了完美的半球。随着该比增大，凹形下部部分的凹度减小。如果该比太大，凹形下部部分实际上可能是平坦部分，其可能不允许水流在再生介质过滤容器内具有均匀的流量分配。凹形下部部分的曲率半径与内径的比可以至少部分地被用于确定再生介质过滤容器内的扩散器的位置。在一些实施方案中，再生介质过滤容器可以具有不大于2:1的凹形下部部分的曲率半径与内径的比。例如，再生介质过滤容器可以具有从0.5:1至1:1、从0.75:1至1.25:1、从1:1至1.5:1、从1.25:1至1.75:1，或从1.5:1至2:1的凹形下部部分的曲率半径与内径的比。
65.在一些实施方案中，再生介质过滤容器的入口包括与入口流体地连接并且设置在再生介质过滤容器内的扩散器。扩散器被设计和构造成在再生介质过滤容器内提供均匀的流体流量分配。“均匀的流体流量分配”，其意指，进入再生介质过滤容器的流与进入扩散器的水的流速相比具有降低的流速，大体上是层流的，并且在容器的大部分高度上关于再生介质过滤容器的中心竖直轴线是对称的。
66.进入容器的水的均匀的流体流量分配是过滤的效率和用颗粒介质包覆多个管元件的考虑因素。例如，不均匀地分配的流体流可以降低在多个管元件中的一些或全部上的有效介质包覆层厚度。管元件的未包覆的表面，或具有小于最小介质包覆层厚度的表面，可能促成过滤容器泄露(filter vessel breakthrough)和滤液品质的下降。此外，进入再生介质过滤容器中的湍流可能无意地将颗粒介质沉积到不期望的表面上，这增加颗粒介质的使用和成本。进入容器的水的均匀的流体流量分配可以有助于均匀地包覆多个管元件，并且从而减少再生介质过滤容器的循环时间。
67.在一些实施方案中，扩散器被定位在再生介质过滤容器内，靠近凹形下部部分。扩散器通常包括导管，该导管具有被界定在导管的壁的至少下侧中的多个孔。该多个孔可以被配置，即，被设定尺寸和成形，以允许再生介质过滤容器内的颗粒介质经过。扩散器通常被配置成接收以任何速度或流动特性的水流，并且输出具有降低的速度和更均匀的流量分配的更平滑的流。例如，扩散器可以被配置成接收湍流的水，例如来自泵的高速的水，并且提供进入再生介质过滤容器中的水的流速的降低。在一些实施方案中，扩散器可以被配置成提供进入再生介质过滤容器中的流速相对于从至少一个泵提供给扩散器的水的流速至少50％的降低。例如，扩散器可以被配置成将具有12英尺每秒(fps)的速度的300gpm的流量
降低到3fps-4fps之间。被泵送穿过扩散器并且进入容器中的水的速度降低的实例在图2a和图2b中图示。
68.扩散器的示例性实施方案在图3a-图3g和图4a-图4j中图示。在图示的实例中，扩散器包括导管和定位在导管的至少下部壁中的多个孔。该多个孔可以对于穿过扩散器的流动轴线是横向的，即正交的，如图3a-图3g、图4e、图4i和图4j中所示。可选择地，该多个孔可以是纵向地延伸的孔，即平行于穿过扩散器的流动轴线。具有纵向地延伸的孔的扩散器的示例性实施方案在图4a、图4b、图4f和图4g中图示。在一些实施方案中，该多个孔可以是圆形的孔，例如图4c、图4d和图4h中所图示的实施方案。在包括圆形的孔的实施方案中，圆形的孔可以横向于或纵向于穿过扩散器的流动轴线来布置。可选择地，或者另外，圆形的孔可以独立于穿过扩散器的流动轴线以任何图案定位。在一些实施方案中，多个孔跨越扩散器的周边的一部分。例如，多个孔可以仅位于扩散器的下部部分或下部区域的周边上，例如图3a-图3g和图4a-图4j中所图示的大致圆柱形的扩散器的下部部分。可选择地，多个孔可以跨越扩散器的周边的任何部分，以提供期望的流速降低。孔的数目可以是任何合适的数目，即，孔的数目可以是从1至100，包括1和100。在图3a-图3g和图4a-图4j中所示的为大致圆柱形的扩散器配置中，引入扩散器的水可以向下流动并且离开扩散器。
69.扩散器的总长度，即扩散器的与再生介质过滤容器设置在一起的部分，足以使得被引导出扩散器并且进入再生介质过滤容器中的水可以均匀地接触多个管元件中的每一个。太短的扩散器长度可能不能包括足够数目的孔来实现期望的流速降低和/或可能不能将水引导到多个管元件中的每一个。
70.多个孔可以被设定尺寸，即在长度和宽度上，并且被成形，以提供穿过扩散器的水的流速的降低。例如，图5和图6图示了进入配备有图3a-图3g中所图示的扩散器的再生介质过滤容器中的流的流速等值线和压力等值线，其示出了进入容器中的流速的降低。太大的孔可能不具有足够的水压来引导被引入容器中的水与多个管元件接触，并且太小的孔可能易于随着水在容器内流动而变成被颗粒介质堵塞。孔可以具有至少0.5英寸的最小尺寸(即长度或宽度)，以避免被颗粒介质堵塞。
71.在一些实施方案中，多个孔的开口面积的总和可以是扩散器的进口面积的至少1.5倍。如本文所使用的，扩散器的“进口面积”指的是水被引导到其中的、扩散器的连接法兰中的开口的面积。对于如本文公开的大致圆柱形的扩散器，扩散器的开口面积是扩散器的垂直横截面的面积，πr2。其他扩散器形状在本公开内容的范围内。在一些实施方案中，多个孔的开口面积的总和可以不大于扩散器的进口面积的5倍。例如，再生介质过滤容器可以具有这样的扩散器，该扩散器具有的多个孔的开口面积的总和是扩散器的进口面积的从1.5倍至2.5倍、扩散器的进口面积的从2倍至3倍、扩散器的进口面积的从2.5倍至3.5倍、扩散器的进口面积的从3倍至4倍、扩散器的进口面积的从3.5倍至4.5倍或扩散器的进口面积的从4倍至5倍。示例性扩散器可以具有扩散器的进口面积的2倍和3.5倍之间的多个孔的开口面积的总和。扩散器的多个孔的增大的开口面积可以足以提供进入再生介质过滤容器中的流速的降低，同时保持进入再生介质过滤容器中的足够的水压，用于期望水平的过滤容器性能和/或用颗粒介质包覆多个管元件。
72.在一些实施方案中，沿着扩散器的长度的多个孔的图案可以是不对称的。不对称可以在扩散器的任何方面，例如多个孔中的每一个的可变长度和/或可变宽度和/或多个孔
中的每一个之间的可变间隔。例如，扩散器的多个孔中的每一个可以具有可变宽度。在图4h、图4i和图4j中图示了带有具有不同宽度和/或直径的孔的扩散器的实施方案，其中孔的宽度和/或直径沿着扩散器的长度从进口到加盖端(capped end)减小。可选择地，或者另外，扩散器的多个孔中的每一个可以在孔之间具有可变间隔。在图4e中图示了带有具有不同间隔的孔的扩散器的实施方案，其中孔被描绘为均匀地设定尺寸的矩形横向孔，该矩形横向孔沿着扩散器的长度从进口到加盖端具有增加的间隔。在这种配置中，存在位于扩散器的进口处的数目增加的孔，并且随着流体流沿着扩散器的长度行进并且进入再生介质过滤容器中，进入扩散器中的该流可以更有效地扩散。在一些实施方案中，扩散器可以包含孔形状、孔尺寸和/或孔间隔的任何组合，并且本发明不受限于扩散器中的孔之间的形状、尺寸和/或间隔。
73.在一些实施方案中，多个孔中的每一个可以具有均匀的或相同的尺寸。例如，图3a-图3g和图4e图示了具有示出为矩形开口的孔的扩散器的实施方案，其中每个孔的宽度是均匀的，即在尺寸和形状上相同，并且定位成更靠近扩散器的加盖端。作为另一个实例，图4b、图4f和图4g图示了具有孔的扩散器的实施方案，所述孔示出为均匀地成形的纵向地延伸的长椭圆形孔，其中每个孔在尺寸和形状上是相同的。可选择地，多个孔中的每一个可以具有不均匀的尺寸，即，孔可以是逐渐变细的。图4a中图示了具有逐渐变细的纵向地延伸的孔的扩散器的实施方案。在采用圆形的孔的实施方案中，每个圆形的孔可以具有大体上相同的直径，例如图4c-图4d中所图示的实施方案。可选择地，每个圆形的孔可以具有不同的直径，例如图4h中所图示的实施方案。在一些实施方案中，扩散器的多个孔中的至少一个的长度可以与多个孔中的至少另一个的长度是相同的。可选择地，或者另外，扩散器的多个孔中的至少一个的长度可以与多个孔中的至少另一个的长度是不同的。可选择地，扩散器的多个孔中的每一个的长度可以是不同的。
74.在一些实施方案中，扩散器的多个孔中的至少一个的宽度可以与多个孔中的至少另一个的宽度是相同的。可选择地，或者另外，扩散器的多个孔中的至少一个的宽度可以与多个孔中的至少另一个的宽度是不同的。例如，扩散器的多个孔中的每一个的长度和多个孔中的每一个的宽度可以是相同的，例如图3a-图3g中所图示的孔。在图3a-图3g中，孔被配置为在长度和宽度上是相同的矩形槽，该矩形槽定位成正交于穿过扩散器的流动轴线。
75.在一些实施方案中，扩散器可以包括一个或更多个内部结构，该内部结构被配置成在流体经过多个孔之前降低流体的流速。例如，扩散器可以包括定位在多个孔上方的一个或更多个内部结构，例如挡板，以将流体导向多个孔。图4g中图示了包括内部突出部的扩散器的实例。本领域技术人员可以理解，为了期望的性能水平，例如流速降低、管元件包覆效率或整体过滤性能，可以选择对于多个孔中的每一个的总数、物理尺寸、沿着扩散器的位置，以及扩散器的任何其他内部结构特征。
76.在一些实施方案中，再生介质过滤容器的壳体可以包括围绕容器的竖直轴线居中的凹形下部部分。凹形下部部分可以被配置成促进水和水的任何组成部分(component)例如颗粒介质向上并且穿过容器的流动。凹形下部部分至少部分地防止颗粒介质在其经过扩散器的孔时的堵塞。凹形下部部分还防止颗粒介质积聚在再生介质过滤容器的某些区域中。凹形下部部分还可以有助于在更换颗粒介质之前将液体和用过的颗粒介质排放出再生介质过滤容器。在图1、图7a和图7b中图示了具有凹形下部部分130的再生介质过滤容器的
实例。参照图7a和图7b，插入入口112中的扩散器124可以定位在排放口120上方的凹形下部部分130(容器基部106的一部分)的大致最高曲率点上方。在这种配置中，被泵送穿过扩散器124的水能够遵循凹形下部部分130的曲率，并且以受控且均匀的方式向上流动到再生介质过滤容器的高度，以确保水以及在某些情况下如本文描述的新鲜颗粒介质可以接触再生介质过滤容器内的多个管元件。如图7a和图7b中所示，凹形下部部分的轮廓可以是圆形的，即具有圆弧。在其他实施方案中，凹形下部部分的轮廓还可以是椭圆形的。在具有凹形下部部分的再生介质过滤容器的任何实施方案中，可以将圆角(fillet)添加到凹形下部部分和容器的竖直壁之间的接合部，以在两个区段之间提供平滑过渡。
77.在再生介质过滤容器中，在过滤性能已经削弱(erode)后，可以从多个管中去除颗粒介质，这表明介质颗粒之间的间隙空间被污染物堵塞。水通常被引导穿过多个管元件，或者多个管元件被机械地摇动以有助于介质去除。新鲜介质通常在预过滤过程中被添加回到多个管元件上，在该预过滤过程中，新的颗粒介质被添加到容器，并且水被引入到再生介质过滤容器的入口并穿过扩散器，以使颗粒介质悬浮并允许其在多个管元件的表面上积聚。在一些实施方案中，在多个管元件上的颗粒介质的包覆层可以高达约5mm厚，例如从2mm-5mm厚。在一些实施方案中，预过滤过程的效率和时段可以由扩散器沿着再生介质过滤容器的高度的位置来确定。
78.扩散器在再生介质过滤容器内的位置，即扩散器被定位的高度及其进入再生介质过滤容器中的总长度，可以由许多因素决定，这些因素提供具有期望的性能水平的水流。一般来说，对于本文描述的包括多个管元件的再生介质过滤容器，扩散器应当被定位在多个管元件的最下部和凹形下部部分之间。在多个管元件的最下部和凹形下部部分之间的空间的尺寸可以取决于管元件的长度，在一些实施方案中，所述长度可以是从1英尺至6英尺的长度。例如，扩散器沿着再生介质过滤容器的高度的位置可以至少由再生介质过滤容器的高度与内径的比和凹形下部部分的曲率半径来确定，使得在操作中，被引导离开扩散器并进入再生介质过滤容器中的水流在再生介质过滤容器的底部附近具有最小流速，所述最小流速超过再生介质过滤容器中的颗粒介质在整个水中的沉降速度。可以被用于确定扩散器在再生介质过滤容器内的位置的其他因素包括，但不限于，扩散器的长度、扩散器的直径、凹形下部部分的内径与曲率半径的比、以及多个孔中的每一个的长度、数目和尺寸及它们之间的相对间隔。
79.在一些实施方案中，在扩散器的中心线和再生介质过滤容器的凹形下部部分之间可以存在最小距离。该最小距离可以被设定为至少部分地减少颗粒介质对扩散器的孔的堵塞。例如，如果扩散器被定位成太靠近凹形下部部分，则扩散器可能变得被颗粒介质堵塞和/或凹形下部部分可能变得被颗粒介质填充并且不允许颗粒介质进入再生介质过滤容器中。在另一方面，如果扩散器被定位成距凹形下部部分太远，则颗粒介质可能不能包覆多个管元件中的每一个的全长，和/或包覆过程可能不在对最终用户或操作者实用的时段发生。此外，被定位成距凹形下部部分太远的扩散器可能不允许流体流到达再生介质过滤容器的底部。这可能导致滞留区(stagnant zone)的形成，在管元件包覆过程期间或在过滤操作期间，颗粒介质可能沉降并且积聚到所述滞留区中。因此，扩散器的位置可以通过测量用颗粒介质适当包覆多个管元件所需的时间量来确定。
80.为了使颗粒介质在管元件上积聚足够的包覆层，颗粒介质应当处于悬浮中，使得
颗粒介质可以接触管元件并且允许另外的介质与介质的接触。在这样的实施方式中，为了使颗粒介质保持悬浮，在再生介质过滤容器中从凹形下部部分进入多个管元件中的水流应当具有超过颗粒介质在重力下在水中的沉降速度的向上速度分量。如果不满足这个条件，颗粒介质将沉降到再生介质过滤容器的底部，而不包覆多个管元件。颗粒介质的沉降速度是介质的密度的函数，对于再生介质过滤容器中使用的典型介质，例如珍珠岩，所述介质的密度是约1.1g/cm3。在本公开内容的上下文中，为了使颗粒介质保持悬浮在再生介质过滤容器中，使得颗粒介质可以有效地包覆多个管元件，水流应当足以克服当颗粒介质移动穿过水时作用在颗粒介质上的重力，在本公开内容的上下文中，这可以被认为是颗粒介质的稀悬浮液。这种关系可以通过用于层流的斯托克斯方程(stokes'equation)来说明，该方程描述了颗粒速度、重力加速度和颗粒在其中行进的介质的粘度之间的关系。颗粒穿过水的沉降速度可以通过以下方程来描述：
[0081][0082]
其中：
[0083]
ν＝颗粒的沉降速度(m/s)；
[0084]
ρs＝颗粒的密度(kg/m3)；
[0085]
ρs＝水的密度(kg/m3)；
[0086]
g＝重力加速度(m/s2)；
[0087]
r＝颗粒半径(μm)；以及
[0088]
μ＝水的粘度(kg/(s
·
m))。
[0089]
作为非限制性实例，具有2.3的比重和160μm的颗粒半径(这是在典型测量的珍珠岩颗粒尺寸分布中的90百分位数(90
th percentile))的珍珠岩颗粒介质将在水中具有约0.02m/s的沉降速度。因此，在本公开内容的再生介质过滤容器内的、在向上方向具有大于0.02m/s的速度分量的水流将保持这些颗粒在再生介质过滤容器内处于悬浮。
[0090]
在一些实施方案中，扩散器在再生介质过滤容器中的位置可以至少由凹形下部部分的曲率半径和再生介质过滤容器的高度与内径的比来确定。除了凹形下部部分的曲率半径和再生介质过滤容器的高度与内径的比之外，扩散器的长度、扩散器的位置和再生介质过滤容器的内径还可以被选择为使得在操作中，扩散器提供被引导进入再生介质过滤容器中的水流的均匀的流体流量分配。如本文所记录的，内径与曲率半径的比可以另外至少部分地被用于确定扩散器在再生介质过滤容器内的位置。
[0091]
在一些实施方案中，扩散器沿着再生介质过滤容器的高度的位置可以至少由再生介质过滤容器的高度与内径的比和凹形下部部分的曲率半径来确定，使得在操作中，被引导离开扩散器并且进入再生介质过滤容器中的水流具有在下部部分具有最高流速并且随着水接近再生介质过滤容器的顶部而速度降低的流速分布。再生介质过滤容器内的水的流速在整个容器中可以不是相同的。而是，流速可以是连续的，在最靠近入口的点处具有最大量值(magnitude)，并且沿着再生介质过滤容器的高度而减小，使得在管板所定位的再生介质过滤容器的顶部处，量值基本上是零。这在图2a和图2b中图示，其中进入扩散器的水在再生介质过滤容器的入口处具有高速度，并且扩散到各处。如图2a和图2b中所图示，在出口附
近的紧邻区域(immediate area)中还存在高速度区域，该高速度区域通过管板与再生介质过滤容器的主要内部内的水速度的连续区(continuum)分离。
[0092]
卫生部门通常规定游泳池中水过滤的更新率(turnover rate)。例如，卫生部门可能指示最高更新率。所公开的系统可以被操作成具有至多4小时、5小时、6小时、7小时或8小时的水上运动用水或娱乐用水的更新率。
[0093]
通过介质过滤容器被过滤的水的流量可以对更新率具有影响。根据某些实施方案，系统可以以至少阈值流量的流量操作，以提供期望的更新率。在这样的实施方案中，本文公开的系统可以具有被监测或控制的流量。本文公开的系统可以响应于流量低于阈值流量而以清洁或排放模式操作。阈值流量可以通过以下方程来计算：
[0094][0095]
其中：
[0096]
f＝阈值流量(gpm)；
[0097]
v＝游泳池中水的体积(g)；以及
[0098]
t＝最大更新时间(min)。
[0099]
包括多个具有多孔介质的管元件的再生介质过滤容器，例如过滤器，可以通过将介质和污染物从容器内的多个管元件中排出并且进入悬浮液中来清洁。在介质颗粒重新附接(reattach)到管元件后，清洁工艺通常允许管元件接收多孔介质的新鲜的包覆层。在清洁之后，可以使用包覆或预过滤工艺用介质重新包覆管元件。重新包覆的介质过滤容器可以重新投入使用(place back into service)。
[0100]
本文公开的系统可以采用液压清洁工艺(hydraulic cleaning process)。液压清洁工艺通常采用再循环泵和一个或更多个阀，以在功能上实现水穿过多个管元件的反向再循环。一个或更多个阀可以由用户或服务提供商手动启动，以便以预定顺序打开或关闭，从而进行液压清洁工艺。来自启动顺序的液压效应可以将介质从多个管元件中移除并且将其送至悬浮液中，而不在多个管元件上引起显著的机械应力。具体地，液压工艺可以有效地从多个管元件中去除介质和污染物，而无需物理地升高和降低多个管元件。
[0101]
本文描述的系统可以以清洁模式操作。清洁模式可以包括以与过滤模式的方向相反的方向引导水穿过介质过滤容器。水以第二方向的流动可以导致颗粒介质被悬浮在过滤的水中。清洁模式通常可以包括手动关闭进料阀以阻断水进入再生介质过滤容器中的通道，以及关闭最终用途阀(end use valve)以阻断过滤的水离开再生介质过滤容器的通道。可以打开一个或更多个再循环阀，以允许过滤的水经过再生介质过滤容器的再循环管线(recirculation line)。
[0102]
如本文描述的系统可以以清洁模式操作持续一段时间，该时间段足以将再生介质过滤容器的内部压力降低到与再生介质过滤容器的恢复的操作相关联的操作压力范围内。当如本文描述的系统的内部压力已经恢复到正常操作水平时，系统可以返回到过滤模式。
[0103]
本文描述的系统可以以预过滤模式操作。预过滤模式可以包括在第一方向上引导水穿过再生介质过滤容器。预过滤模式可以被配置成用颗粒介质包覆多个管元件以准备用于过滤模式。预过滤模式通常可以包括以与清洁模式相同的阀配置但是反转水穿过再循环
管线的方向性来操作系统。因此，在预过滤模式期间，进料阀可以关闭以阻断水进入系统中的通道，并且最终用途阀可以关闭以阻断过滤的水离开系统的通道。可以打开一个或更多个再循环阀，以允许过滤的水经过系统的再循环管线。一个或更多个阀可以由用户或服务提供商手动启动，以便以预定顺序打开或关闭，从而进行预过滤模式。
[0104]
本文公开的系统可以以预过滤模式操作持续一段时间，该时间段足以使多个管元件被颗粒介质包覆。该时间段可以在约8-15分钟之间。该时间段可以在约8-10分钟之间、10-12分钟之间或12-15分钟之间。在以预过滤模式包覆管元件之后，本文公开的系统可以返回到以过滤模式进行操作。
[0105]
在某些实施方案中，本文描述的系统可以在开动时以预过滤模式操作。在这样的实施方案中，在以预过滤模式操作之前，系统可以装载有水或进料水。在足以包覆多个管元件的一段时间之后，本文描述的系统可以以过滤模式操作，如先前描述的。
[0106]
再生介质过滤容器可以定期地排放。如先前描述的，在循环使用期间，污染物可能积聚在被吸附到多个管元件上的介质内。可以通过以清洁模式操作来从多孔介质中去除污染物。然而，在清洁模式期间和之后，污染物通常被保留在再生介质过滤容器内，直到介质过滤容器被排放。因此，本文描述的系统可以以排放模式操作。排放模式可以包括打开再生介质过滤容器上的排放阀，并且排放再生介质过滤容器中的水、颗粒介质和污染物。排放模式可以另外包括打开进料阀以冲洗再生介质过滤容器。在图1、图7a和图7b中图示了具有排放口120的再生介质过滤容器。在排放之后，可以更换系统的颗粒介质。在一些实施方案中，本文描述的系统可以响应于以过滤模式的一段时间的操作而以排放模式操作，所述一段时间为距预定阈值小于约4小时、小于约3小时、小于约2小时、小于约1小时或小于约0.5小时。本文描述的系统可以响应于以过滤模式的一段时间的操作而以排放模式操作，所述一段时间为距预定阈值小于约10分钟、小于约5分钟、小于约2分钟、小于约1分钟、小于约30秒、小于约10秒或小于约1秒。预定阈值可以是触发以排放模式操作的阈值。
[0107]
实施例
[0108]
这些和其他实施方案的功能和优点可以从以下实施例中得到更好的理解。这些实施例本质上意图是例证性的，并且不被视为以任何方式限制本发明的范围。
[0109]
实施例1a-容器制造
[0110]
作为本文描述的本发明的说明性实例，再生介质过滤容器由frp设计和构造。在图1和图8中图示了再生介质过滤容器的实施方案，该再生介质过滤容器包括包含多个管元件的管板和连接到入口的扩散器，其中图1中图示了所构造的再生介质过滤容器的总体构造。参照图1，所图示的再生介质过滤容器包括在所有连接器上的标准配件，例如用于排放口120的npt 1.5英寸的内螺纹连接部和用于颗粒介质装载的真空连接部118a、118b。
[0111]
如图1和图8中所图示，所设计和构造的再生介质过滤容器的总体尺寸被选择成使得该单元能够贴合穿过安装位置中的标准门口(standard doorway)，例如，约80”高乘33”宽。参照图8，再生介质过滤容器800包括容器壳体102、容器顶部104和具有凹形下部部分130的容器基部106。容器顶部104包括固定到容器壳体102的顶盖108。容纳在容器壳体102内的是具有多个管元件122的管板组件116。多个管元件122中的每一个都是36”长。顶盖108被密封到管板组件116。容器基部106包括容器入口112，该容器入口112包括扩散器124，其中扩散器124的连接法兰被密封到容器基部106的入口112。容器基部106还包括容器排放口
120，其中顶盖108和容器基部106两者分别包括真空口118a(基部上的真空口未示出)。
[0112]
管板组件包括上管板和下管板两者，上管板和下管板被配置成将多个管元件保持固定在适当位置，其中组件包含367个管元件。下管板由与用于制造再生介质过滤容器的相同材料的3/4”厚的部分制成，并且被设计成将再生介质过滤容器的下部部分中的未过滤的水与进入再生介质过滤容器的上部部分的水分开。包括金属唇部(metal lip)的多个管元件中的每一个的上端使用毡垫圈(felt gasket)来固定到下管板。上管板由与下管板相同的材料的1/2”厚的部分制成，并且被配置成将水从多个管元件引导到出口。使用多个3/8”的316ss耐腐蚀螺栓将管板组件，即上管板和下管板，固定在一起，其中多个管元件安装到下管板中，所述螺栓被拧入压入下管板中的螺旋插入物中。在操作中，未过滤的水被迫使穿过颗粒介质包覆的管元件，每个管元件提供约0.6ft2的过滤面积，总计220.2ft2。
[0113]
实施例1b-容器流动建模
[0114]
作为在本公开内容中描述的本发明的另外的说明性的假想性实施例，在实施例1a中构造的再生介质过滤容器通过计算提出，并且使用cfd对穿过它的水流进行建模。选择再生介质过滤容器的尺寸、扩散器的位置、尺寸和孔数，以提供进入再生介质过滤容器的水的流速的降低。特别地，在本实施例中建模的扩散器具有沿着扩散器的长度均匀的宽度和间隔的孔。使用用于如本文描述的再生介质过滤容器的cfd对进入扩散器中的流进行建模，所述再生介质过滤容器包括多个管元件。进入再生介质过滤容器中的建模的流被设定为约3m/s的入口流速。
[0115]
图9a图示了cfd计算域(由围绕多个管元件的黑色边界框界定)，其中在容器中将从入口、穿过扩散器并通过再生介质过滤容器的顶部处的出口离开的流(flow)进行建模。图9b图示了示例性的水平和竖直的截面流体流动平面，其用于绘制速度等值线和矢量，以观察不同扩散器设计对再生介质过滤容器的不同位置内的流的影响。参照图9b，在竖直平面v1和v2中，特别是在扩散器正下方的竖直平面v1和v2中，检查穿过再生介质过滤容器的流。继续参照图9b，在位于扩散器的多个孔正下方的平面h2、位于扩散器的上壁正上方的平面h4、位于再生介质过滤容器的中部的平面h5以及位于管板下方的平面h6的水平面中检查穿过再生介质过滤容器的流。
[0116]
如本文记录的，图5图示了穿过再生介质过滤容器的下部部分的水平横截面采集的速度等值线图，所述再生介质过滤容器配备有图3a-图3g中所图示的扩散器和安装的多个管元件。如所见的，具有横向于或正交于流动轴线的均匀地成形并间隔开的孔的扩散器将引导到其中的水的速度从约3m/s的值降低至在孔正前方位置处的约1m/s的速度。正交孔的尖角(sharp corner)和窄宽度直接在孔处产生小的高速区域，但是一旦水进入容器，该速度就降低。随着位置远离扩散器，扩散器允许速度持续降低。
[0117]
图6图示了穿过再生介质过滤容器的中心平面的水平横截面采集的速度等值线图，所述再生介质过滤容器配备有图3a-图3g中所图示的扩散器和安装的多个管元件。在该平面处的水的流速从约3m/s的入口速度降低了至少50％，其中在该平面中的大部分水具有小于0.5m/s的流速。等值线图表明，这种设计的扩散器能够降低进入再生介质过滤容器的水的流速，并且能够产生流速连续区，这允许水在整个容器中以平滑流均匀分配。
[0118]
实施例2-不同的扩散器设计
[0119]
这个假想性的实施例说明了扩散器设计的流动特性，该扩散器设计在扩散器的多
个孔之间的取向、尺寸、图案和间隔上变化。每种扩散器设计的流动特性使用实施例1a和实施例1b中描述的容器并且在相同的模拟条件下(即，水处于相同的温度和流动特性)使用cfd进行建模。在图10a-图10d中图示了用于对每种扩散器设计的流动特性建模的各个再生介质过滤容器部件的示例性几何形状。
[0120]
在图4a-图4j中图示了建模的扩散器设计实施方案。图4a图示了具有逐渐变细的纵向地延伸的孔的扩散器。在图4a的扩散器中，孔被设计成跨越扩散器长度的长的单一开口。孔的宽度在连接法兰处最大，并且沿着扩散器的长度减小。图4b图示了具有短的长椭圆形的纵向地延伸的孔的扩散器。图4b的孔比图4a中所图示的孔短，并且沿着扩散器的长度彼此均匀地间隔开。图4c和图4d图示了具有圆形的孔的扩散器实施方案，其中图4c图示了具有不对称地间隔开的圆形的孔的扩散器，并且图4d图示了具有对称地间隔开的圆形的孔的扩散器。在图4c和图4d的每一个中，多个圆形的孔沿着扩散器的长度具有恒定的直径。图4e图示了具有不对称地间隔开的横向的孔的扩散器。图4e中所图示的孔是矩形形状的并且具有均匀的宽度，其中每个孔之间的间隔从连接法兰沿着扩散器的长度而增加。图4f和图4g图示了具有短的长椭圆形的纵向地延伸的孔的扩散器，该孔在形状上类似于图4b的实施方案中图示的纵向地延伸的孔。图4f中所图示的实施方案具有与图4b中所图示的扩散器相同的孔，但是具有较短的总长度。图4g中所图示的实施方案还包括在每组的孔上方的一系列内部三角形突出部，这些突出部被配置成在流体离开扩散器之前降低流体的流速。每个内部突出部的面长度(face length)从扩散器的连接法兰到端部增加。图4h图示了具有对称地间隔开的不同直径的圆形的孔的扩散器。圆形的孔的直径从连接法兰沿着扩散器的长度减小。图4i和图4j图示了具有非均匀宽度的对称地间隔开的横向的孔的扩散器。孔的宽度从连接法兰沿着扩散器的长度减小。图4i和图4j中所图示的扩散器在其直径上不同。图4i的扩散器与图4a-图4h中所图示的扩散器一样地，被设计成具有3.5英寸的内径。图4j中所图示的扩散器具有3.0英寸的内径。
[0121]
穿过图4a-图4j中所图示的每种扩散器设计的流体流动使用以303加仑每分钟、采用25℃(77
°
f)的水温的进入入口中的稳定且不可压缩的水流来建模。对多孔介质进行建模，以表示由团簇(cluster)至管元件对流动产生的流体阻力。对于多孔介质，计算作为损耗系数的粘滞阻力和惯性阻力两者。图11-图30中图示了每种扩散器设计的建模的结果。在图11-图30中，示出了图9b中标记的六个流体平面中的每一个的速度等值线。在以图12开始的偶数编号的图中(即，图12、图14、图16等等)，示出了在平面v1和v2处测量的对于图4a-图4j中所图示的每个扩散器的流体压降。
[0122]
如图11-图30中所见，每种扩散器设计将水的速度从在再生介质过滤容器的入口处的约4m/s降低到在管元件和再生介质过滤容器的出口之间测量的约0.3m/s，并且在多孔介质内部观察到约0.0013m/s的最小流速。每种扩散器设计还产生从再生介质过滤容器的入口到再生介质过滤容器的出口的约3psi的压降。区分扩散器设计的是如在多个孔正下方的平面h2中测量的流动扩散(flow diffusion)效率。对于图4a中图示的、具有最大总长度的、具有逐渐变细的纵向地延伸的孔的扩散器，在图11中示出的h2速度等值线表明，在扩散器的端部处的在再生介质过滤容器的内壁附近的位置处，流体速度接近入口速度(即，4m/s)。对于图4b中图示的、具有平行布置的较短的纵向地延伸的孔的扩散器，在图13中示出的h2速度等值线表明，在再生介质过滤容器的内壁附近的位置处，流体速度接近入口速度。对
于图4c中图示的、具有均匀直径的不对称地间隔开的圆形的孔的扩散器，在图15中示出的h2速度等值线表明，流体速度在刚好超出孔的点处被有效地扩散，在孔之间具有小的高速区域。对于图4d中图示的、具有均匀直径的对称地间隔开的圆形的孔的扩散器，在图17中示出的h2速度等值线表明，除了在扩散器的端部处之外，流体速度在刚好超出孔的点处被有效地扩散。在扩散器的端部处，存在朝向再生介质过滤容器的内壁穿出的两个高速流体流动流。对于图4e中图示的、具有均匀宽度的矩形不对称地间隔开的横向的孔的扩散器，在图19中示出的h2速度等值线表明，流体速度在刚好超出孔的点处被有效地扩散，在孔之间具有最小的高速区域。图4e的扩散器图案提供了沿着再生介质过滤容器的凹形下部部分的曲率的均匀扫动的水流，并且具有模型设计的最大整体性能。对于图4f中图示的、具有平行布置的较短的长椭圆形的纵向地延伸的孔和较短总长度的扩散器，在图21中示出的h2速度等值线表明，在扩散器的任一侧上进入再生介质过滤容器中的约一半处，流体速度接近入口速度。对于图4g中图示的、具有较短的长椭圆形的纵向地延伸的孔的扩散器，所述孔与定位在孔上方的内部结构平行布置，在图23中示出的h2速度等值线表明，在最靠近再生介质过滤容器的内壁的扩散器端部处，流体速度被有效地扩散，但在最靠近连接法兰处没有那样有效地扩散。对于图4h中图示的、具有减小的直径的对称地间隔开的圆形的孔(即圆形的孔的直径沿着扩散器的长度减小)的扩散器，在图25中示出的h2速度等值线表明，流体速度没有在孔处直接显著地减小，而是随着流体进入容器而减小。在图27和图29中分别示出在图4i和图4j中图示的扩散器的h2速度等值线，扩散器具有非均匀宽度的矩形的对称地间隔开的横向的孔，所述非均匀宽度从连接法兰沿着扩散器的长度减小。如本文记录的，图4i中图示的扩散器具有比图4j中图示的扩散器更大的内径。对于这两种扩散器，速度等值线表明，流体速度在刚好超出孔的点处被有效地扩散，在孔之间具有最小的高速区域。这些扩散器之间的直径差异揭示，对于给定的流量，图4j的扩散器的较窄直径有助于扩散器内部的较大计算流速，即分别在图27和图29中图示的平面v1。
[0123]
本文使用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应当被认为是限制性的。如本文中所使用的，术语“多个(plurality)”指的是两个或更多个物品或部件。术语“包括(comprising)”、“包括(including)”、“带有(carrying)”、“具有(having)”、“包含(containing)”和“涉及(involving)”无论在书面描述还是权利要求书及类似物中，是开放式术语，即意指“包括但不限于”。因此，这样的术语的使用意指包括在其后列出的物品和其等效物，以及另外的物品。关于权利要求书，仅过渡词组“由......组成”和“基本上由......组成”分别是封闭的或半封闭的过渡词组。在权利要求书中修饰权利要求要素的序数术语诸如“第一”、“第二”、“第三”及类似术语的使用，本身并不暗示一个权利要求要素相对于另一个权利要求要素的任何优先、在先或顺序或者其中方法的行动被进行的时间顺序，而是仅仅用作标记以区分具有某个名称的一个权利要求要素与具有相同名称(但使用序数术语)的另一个要素以区分权利要求要素。
[0124]
已经由此描述了至少一种实施方案的若干方面，应当理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。在任何实施方案中描述的任何特征可以被包括在任何其他实施方案的任何特征中或者替代任何其他实施方案的任何特征。这样的改变、修改和改进意图是本公开内容的一部分，并且意图在本发明的范围内。因此，前述描述和附图仅仅作为实例。
[0125]
本领域技术人员应当理解，本文描述的参数和配置是示例性的，并且实际的参数和/或配置将取决于其中使用所公开的方法和材料的具体应用。本领域技术人员还应当认识到或能够仅使用常规实验确定所公开的具体实施方案的等效物。