专利名称：用于水的冷却、冷凝、充气和/或混合的设备及其使用方法
用于水的冷却、冷凝、充气和/或混合的设备及其使用方法 发明领域
本发明涉及水的冷却和/或冷凝和/或充气和/或混合的设备。 以前方法的说明
冷却塔的结构很复杂因而很昂贵。其效率比喷水冷却低。4艮难用冷却 塔来冷却废水，因此往往用它们来冷却洁净的水并采用热交换器，这使得 结构更加复杂，而且效率也低。
通常在喷水冷却中使用高喷嘴压力。所用喷嘴数量很大，同时占用大 量表面积，这在城市地区尤为不利。喷流是如此之强，以致大量的水从冷 却池逸出，故需要补充水量。如果冷却池很深，则要有单独的混合器来混 合池中的水。否则水要沉淀，且只有表面的水被冷却下来。
冷凝方面的问题基本和冷却一样。在冷凝中，水被冷凝，和/或当冷 凝点的温度高于水温时空气被干燥。
在小规模处理厂中，问题往往是因采用几个传动器及它们所需的时间 控制而引起的附加成本。例如，典型的批处理厂包括充气机，纯水排出 泵，污水回收泵，控制用的顶端和底部闹钟，以及用于化学物投料的软管 泵。这些都很昂贵，而且增加了设备损坏的风险。
虽然底部充气机的效率比较高，但这种方法的缺点是造价高且需要昂 贵的硬件。事后增加容量很困难。只要充气继续，底部充气就混合池中的 水。关掉充气机后混合即完全停止。需要额外的独立混合器使得投资增 加。在细气泡充气中，薄膜的效率随着它们随时间变硬/磨损而下降。更
换和维修薄膜非常昂贵，而且每3-6年就要进行一次。
在表面充气机中，效率一般不高或是中等。这种设备通常有一些固定 装置，它们会变脏且需要维护。在带浮标的充气机中尤其如此。若充气停 止，带围绕螺旋桨的环形浮标的充气机根本不能用来混合。(当流动方向 反过来时，螺旋桨只吸进空气而不发生混合)。
本发明的目的是提供比以前方法结构更简单且效率更高的冷却机/冷 凝机。
本发明的目的还有提供比以前方法更好的充气机/混合器。 发明简述
本发明涉及水的冷却和/或冷凝和/或充气和/或混合。其主要特征是 有一根轴和一个螺旋桨，后者吸进底部的水并把水引向上方一此螺旋桨被 管围绕着，被螺旋桨吸进的水通过此管向上流动，管的内径比螺旋桨的直 径大得多 一和将水引向侧面的法兰，以及使螺旋桨旋转的电机。
在后面各条权利要求中展示了本发明的 一些优选实施例。
另外，本发明还涉及一种用作充气机的部件的使用(该部件是作为将 要处理的水抽至前面和/或后面的池和/或管的过程的一部分)，以及它用 来清除磷的使用，其中由该部件产生的喷射可以碰击包含清除磷所需的化 学物的固态物体，这些化学物随着喷射碰击该物体而逐渐溶解。
本发明采用松套的吸管，其内径远大于螺旋桨的直径，以使流阻尽可 能小。相应的设备一般具有向下扩张的锥体(至少在管的下端)，以尽可能 降低流阻。这使得流动的摩擦减小，从而降低能耗。通常管的上端(即排 水端)也有向外扩张的锥体。这也会减小摩擦并因而降低能耗。不过结构 比较昂贵。在本发明的设备中，管从头到尾都是松套的，这使得在水/液 体进入管(处在管内)和从管流出两种情况下的流动摩擦都是最小。这种结 构也很简单，因为管的直径全都一致或者只有一个为套筒用的扩口。
松套管的另一些优点是结构无障碍并能防止被卡住。即使较大的物件
也能通过螺旋桨和管的内壁，因此螺旋桨不会"卡住"和堵塞整个设备。 当管在螺旋桨处"紧贴"或者间隙最多只有几毫米至几厘米时，就有"卡 住"的危险，尤其是在废水的情况下。
在管的上端，可以用旋转盘或离心叶片等按能耗尽可能低的方式将水 排至侧面。在"紧贴"的曲线之后突然弯曲会引起能量损失。
在本发明中，松套管的内径典型地为螺旋桨直径的1. 2至2. 0倍。 实验证明，与吸管下端具有向下扩张的锥体(以前的方法一般都是这 样)且螺旋桨处管的内径只比螺旋桨直径大几毫米(以前的方法一般都是这 样)的结构相比，这种结构对效率的影响不大。
但是，采用按本发明中加大尺寸的管的优点是很明显的。与以前方法 中的管相比，这种设备下部的结构大为简化一为使流阻尽量小，传统上在 吸管的下端有一个锥体，同时在螺旋桨上面往往还有一个向上扩张的锥 体一而且这也降低了生产成本，同时减少了装配工作量。该设备的下部现 在在螺旋桨处也是松套的，而且水携带的大物件不会影响泵或卡在吸管和 螺旋桨之间，后者很容易使螺旋桨停止旋转，并因而使整个设备停止运
转。
按照本发明的方案的优点很明显。例如结构简单，成本低。特别是很 方便，用户可以购买吸管并在安装场所安装它。举例来说，用户只需要把 吸管锯成适当长度，然后仅用螺丝刀就可连接吸管。管可从任何管道设备 商店购买，而且它们的形状和直径相差很少(几厘米)。因此，在本地就能 得到这些管，即使它们的直径稍有不同。这在芬兰和在国外都一样。
本发明提供一种有效的方法，通过螺旋桨将水向上抽送，并通过与喷 射交叉的法兰把水引向侧面。法兰将喷射引向侧面，从而把喷射引向很大 的区域。喷射有效地把空气带走，造成很强的离开冷却机/冷凝机的空气 流。在很大的区域内使空气和水有效地混合，将使水冷却或从空气凝结成 水。利用旋转法兰或叶片可以进一步增加设备的效率，将水更有效地引向 侧面(至一个很大的区域)。由于混合，吸管可用在深池中将水冷却到池的 底部。
虽然本发明的设备主要是将水喷至侧面，但它也使水稍微抬高到水面 以上。这种现象可能在小规模处理厂中出现，这时利用该设备同时充气和 抽水，同时还使沉淀磷化学物溶解。
当这种设备用于充气时，由于将水抽至底部而引起的从设备中心向外 的强喷射，以及把喷射引向侧面(这使喷射增加)两方面特别重要。另外， 喷射稳定在一个很宽的区域。大部分充气发生在底部的水中。
当本发明用于冷却时，其目的是获得高效率(尤其是与冷却塔相比较) 且结构简单，同时可以不借助任何额外的混合将深池冷却下来。本发明的 设备也可用来冷却带污物的液体而不弄脏此设备，因而不需要单独的热交 换器。上述事项对于冷凝和去湿也适用。
当本发明用于小规模处理厂时，其目的是同时用作充气机和泵。由于 要控制的设备数量减少，控制小规模处理厂变得非常简单。这些因素使得 此方案既经济又可靠。
本发明用于充气的目的是实现高效率工作从而节省能量。同一设备可 同时用作充气和混合，或者只用于混合。
本发明的优点是在具有良好性能的同时结构4艮简单。
下面将参照附图中的一些典型实施例对本发明作详细讨论，不过本发 明的范围不限于这些细节。
本发明的设备也可工作于除水之外的液体中。因此，在对设备的说明中，"水"这个词表示"水或其它液体"。
图1表示本发明设备的概貌。
图2表示本发明设备在水中，图中还绘出了喷射。 图3a表示本发明设备在水中，图中还绘出了水和空气相遇的状况。 图3b与图3a相同，只是用附加的风扇来添加干燥空气。 图3c与图3a相同，只是用附加的风扇来清除潮湿的空气。 图4a-4b表示本发明的设备，图中显示了该设备的固定装置。 图5表示下部被尺寸加大的管包围的本发明的设备。 图6a-6b表示本发明的设备，其中吸管由易弯曲的防水布管构成。 图7表示本发明的设备用在废水处理厂中。 图8表示带浮标组件的本发明的设备。 图9表示带浮标组件的本发明的另一类设备。 详细i兌明
本发明的一个实施例示于图1。此设备包括电机(l)，连接套筒(2)， 轴/套筒(4)，法兰(3)和螺旋桨(6)。螺旋桨(6)从下面将水提升并将它 平行于轴(4)进一步往上推。法兰(3)有效地把水引向侧面而产生喷射，后 者分散在很大的表面区域上并具有很大的体积(空气和水滴的混合)。在湍 急的喷射中周围空气和水有效地相混合。底部的水还强烈地流离该设备并 在水中形成涡旋。因此，空气和底部的水彼此完全相接触。水滴和空气两 者被有效地引向底部水中。
管的下部^皮加大了尺寸的管包围着，此管(24)的内径远大于螺旋桨(6) 的直径，例如1.2至2. 0倍的螺旋桨直径。按照预期的比例，这实际上意 味着它要大4至IO厘米。
可利用旋转法兰(3)和旋转套筒(4)使侧向喷射增强，这样可以造成无 污染的结构，因为这些零件可以防止污物累积在该设备结构中。法兰(3) 和套筒(4)可以是旋转的或固定的。在一个实施例中，零件3和4是旋转 的，离心力力图将所有污物往外摔。套筒(4)的直径必须足够大，使得毛 发等不会积累在它附近。例如，若套筒的直径是10厘米/rr,即3.2cm以 上，则可防止10厘米长的毛发积累起来。旋转结构可通过离心力增加喷 射向側面(360。)的流向，并使底部的水产生较强烈的流动/涡旋。这些都 使设备的性能值增加。
图1中包含叶片(5),它进一步增强朝侧面的喷射流向。在本发明的 一个简单实施例中，并不需要叶片(5)。叶片(5)(它们旋转时引起离心力) 进一步增强水朝侧面(360。)的流向，并增加底部的水朝侧面的流动。这些 叶片(5)从下面吸进水并将它推到侧面。这将使流动水量稍微增加，并减 小在下面来的水转向侧面的拐弯处的摩擦。与无叶片的实施例相比较，这 种设备的能耗将增加，但同时输出和效率也增加。叶片(5)处在旋转法兰 (3)下面并与之相连接的结构，由于离心力而保持很清洁，但叶片(5)的位 置也可能不同。由于在可能积累污物的结构中没有额外的间隙，叶片的尺 寸、数量和形状也可能改变。
图1的结构也可以是将几个零件2-6组合为单个物件的形式。这在 大批量生产中可节约成本。最理想是将螺旋桨(6)、叶片(5)、连接套筒 (2)、旋转套筒(4)和旋转法兰(3)组合成一个元件，从底部的螺旋桨泵开 始直至顶端的离心泵。这样组合的元件也可能只包含上述2-6中的某些零 件。
图2表示本发明的设备处于水中，该图还绘出了水的流动。螺旋桨(6) 从下面吸进水，在图2中用箭头(7)表示。此后如箭头(9)所示，水被斜向 引到上面。按照图2，叶片(5)和法兰(3)将水引向侧上方，但是靠近水的 表面。箭头(10)表示水在水面下是湍流，同时也有旋转流向。
图3a还绘出了干燥空气(11)和喷射(9)及喷水相遭遇的情形。 在图3b中，利用附加的风扇(13)来添加千燥空气(11)。 在图3c中，采用附加的风扇(13)排走潮湿空气(12)，同时干燥空气 (ll)从側面进来。
当该设备用于冷却/冷凝水/加湿时，冷却系统工作，使得流向侧面 (360。)的强喷射遭遇周围的空气并将它带走。喷射的功率因回收水的体积 大和喷射分散在大面积(表面面积和体积)上而增加。因而从充气机至侧 面(36 0°)产生强大的空气流。这个空气流在喷射内行进并与喷射形成强湍 流。类似地，底部的水强烈运动并与空气相接触。这时水蒸发到空气中将 它加湿。水蒸发所需的蒸发热使水有效地冷却下来。
冷却需要干燥器且干燥器的空气来自周围环境。喷射连续从设备上方 和喷射上方的空气层吸进干燥器的空气。潮湿的空气被排到充气机的側 面。
在某些情况下，需要确保干燥器空气的连续供应，这时可利用附加风
扇，如图3a和3b所示。此附加的风扇可安置在该设备电机轴的上部，或 者可以有它自己的电机。干燥空气可以从设备上方引进，或者从更远的地 方引入。
当设备用于冷却时，可将它从电机连接到维护桥和/或装上浮标(图8)。
在对用于冷却的设备的测试中，它达到了和冷却塔同样或者更好的结 果。换句话说，所达到的效率很高。与传统冷却塔比较，它还有结构很简 单的优点。这种设备很容易用在天然和人工制造两种水池中当作冷却系统 的一部分。对用户来说，此系统在投资、维护和能耗等方面都比目前市场 上的系统更便宜。
本发明的设备也可有效地用于冷却和同时充气。对于目前使用单独的 冷却塔的纸桨厂和造纸厂及锯木厂更是这样(不冷却的话，废水的温度将 高到无法进行生物学处理)。在以前方法的设备中，冷却后要在废水处理 厂对水充气。但是，在本发明的设备中，冷却和对水充气是利用同一设备 同时进行。这使得投资和能耗大为节省。
当空气露点温度低于水温时，此设备起冷却器的作用。
若露点温度高于水温时，此设备的作用和上面所述一样，但是将空气 凝结成水。此设备可广泛用来降低湿度和干燥潮湿的环境。当设备用作冷 凝器时，水的温度增加。
图4a-4b表示本发明的设备，其中显示了用于连接设备的固定装置 把手。
通常该相应设备的上部和下部彼此相连接，使得该固定装置贯穿设备 内的喷射，或直接处在设备侧面的外部。
在本发明的方案中，该设备被安装成使固定装置(29)在水表面上方沿 对角线朝下远离该设备。
试验表明，当这些固定装置处在该设备侧面之外20厘米时，它们保 持透明(水是均匀的)且水的边缘区域比销钉安装法要小得多。喷射透过固 定装置且污物粘在固定装置上，但时间长了脏的颗粒会掉下来。当固定装 置象以前的方法中那样处在喷嘴环之间时，污物积累在用作固定装置的销 钉周围并粘在上面。另一种变通方法是从水池侧面支撑设备的上、下部， 或者支撑到单独的支撑杆上。
当按照图4a和4b连接固定装置时，与目前的系统相比较有两个重要
的改进。即使在废水中有纸或毛发等污物，该设备也不会被堵塞。另外， 喷射能自由畅通且对流动没有障碍。这降低了设备的能耗并改善了它的输 出。
实验表明，若设备的上、下部是用喷射形成点处的销钉(4个，直径 IO毫米)彼此连接，就象在以前方法的设备中那样，则喷射在360。不是均匀分布，而是产生约90°的边缘区域，就是说有一个扇区根本没有喷射。 如以前的方法中所用的，销4丁对流动形成阻力，因而也减小输出。例如， 充气实验证明，喷射落到底部水的表面积越大，则充气输出越大(多达 50%以上的充气发生在底部水中。若底部水减少或落下的喷射表面积减 小，则输出下降)。
本发明的固定装置可能离得很远或者形成很大的拐弯，以致喷射根本 达不到那儿。
图5表示本发明的普通设备，其中该设备的下部被加大尺寸的管包 围，该管(24)的内径比螺旋桨(6)的直径大约4-10厘米。
图6a-6b表示本发明的设备，其中设备的下部(吸管)已用防水布管 (25)代替。这提供了几个好处吸管(24)变得特别轻而且容易运输和安 装，因为需要时(例如在运输中)可将防水布管(25)折叠，这在图6b中已 画出。举例来说，如果14米深的池或储存槽需要冷却或充气，需要12米 吸管。它的运输很困难，尤其是在湖上。为让防水布保持其形状，需要对 它作一些技术上的补充。在顶部，防水布按照图6b连接到刚性短管上。 因此，在运行中防水布不会因吸水而抬高，在防水布底部安装了卡箍和重 物。如果制作它的材料明显比水重的话，卡箍也可用作重物。若防水布管 (25M艮长，可能需要几个卡箍，以免防水布坍塌。
帆布管可以是防水布缝在管上，或者可以是无缝的聚乙烯套(PE-LE)， 但是做成需要的长度。
图6a中防水布管处在工作位置，图6b中为了运输等目的防水布管被 折在一起。
此外，用作重物的圆形支撑卡箍(26)也可以连接到防水布管上。 按照本发明，该设备或吸管的下部都带固定装置，它们用螺丝或通过 焊接与设备的上部相连接。下部固定装置(29)的连接是通过将它们置于吸 管(24)各折叠处之间的槽内，并收紧缆绳或卡箍以使它们到位而实现的。 几个管道管具有一些折叠处，它们之间有适当的空间以支撑附件。倘若管
内没有折叠处，则用螺丝或通过焊接把固定装置(29)连接到吸管上。为使 结构尽可能坚固，如上所述最后用卡箍或缆绳把固定装置(29)围绕吸管 (24)卡紧。
此设备也可以作泵用。图7所示为小规模处理厂的例子。
通常以前方法的小^L模处理厂采用底部充气和批处理。经过充气和不 充气阶段之后，清洁的水在处理过程中被从处理池向上泵送或被抽至废水 槽，而含疏的污水被从底部抽回至第一个池(即沉淀池)。这样除充气外要 求有两个独立的泵及其控制。这种带时序的控制最终可能非常复杂和昂 贵。用于从废水中清除磷的沉淀化学物的投料，在大多数情况下是将液体 化学物投入处理池内。这也需要对它本身进行控制。
本发明的设备使水围绕它作360°喷射。被喷水和底部水都被有效地 充气。如图1中所示，螺旋桨(6)从下部提升水并将它平行于轴(4)进一步 往上提。法兰(3)把水有效地引向侧面，产生的喷射占据很大的表面积和 体积(空气和水滴的混合)。当以这种方式喷水时，喷射喷至(泵至)水表面 (22)上方。因此可以利用这种现象来抽水。利用这种抽水效应可以让某些 水返回到沉淀井(14),这样可使某些含硫污水从处理池(15)底部回流。同 样的抽水效应(22、 20)可用于从处理中出来的水。在这种情况下，处理池 中的水表面逐渐下降，并获得以下的好处。
随着水面下降，水的充气减少，并最终在螺旋桨不再接触水(17)时停 止。(水已经被充分充气，即使不再有废水进入处理，如果继续充气的话 细菌将断粮)。随着处理池内的水面(17)下降，进来的废水得到緩冲。例 如，若处理池的表面积为2W且充气机已将水抽至10cm低的水位(17)， 则緩冲器的体积为2001。这对于不让未经处理的水完成处理过程是很重 要的。图中已标出水的上限(18)和下限(17)。
因为水从该设备喷出，可以把这个喷射用来溶解磷的沉淀化学物或者 投配液体沉淀化学物。喷射(22)从支架(30)的顶端冲洗液体化学物并将它 有效地混合到废水中，或者投配适当的已溶解化学物(37)量。喷射(22)在 杯状支架底部冲洗水(30),造成水面起伏。当此表面因擦除喷射(22)而降 低时，沉淀的化学物从投料管(33)流入支架(30)内，然后被喷射(22)沖刷 到处理池(16)内。化学池(32)是封闭的。沉淀化学物与磷起反应，同时磷 沉积到池的底部。
如杲没有新的废水进入处理过程，喷射(22)在水面下降后 一会就停
止，而且不再有固态的或已溶解的沉淀化学物徒然地溶解到水中。这样可 以自动避免过多的化学物溶入水中。
本发明的废水处理也可以装备液体化学物投料泵。在小规模处理厂中 池的数量也可以变化。各处理池的位置也可以改变，而且可以是最后的水 池等。
总之可以指出，由于图7的安置，泵的数目可以根据废水的转移和化 学物投料而减少。另外，控制系统很简单。至多也不过需要一个时钟来控 制充气机，以保证充气(设备工作时)和不充气(设备不工作时)处理阶段 的更换。
图8的设备装有固定浮标组件(35),它可以作为一个整体通过固定装 置(29)。
该设备也可以装备多个浮标，使它在水表面高度变化时相对于水维持 在适当的高度。在湖泊、河流和调压水池中需要这种解决办法，这样不管 水位怎么变化都可以使设备保持在适当的高度。建议用3个或更多的浮 标。这些浮标可以用螺丝或通过焊接连接到该设备上。浮标的尺寸和形状 可以改变。
浮标及其支撑结构/固定装置可用来代替各单独的固定装置，这样可 以保持设备的上、下部在适当的位置且彼此处于适当的距离。这种方案减 少了元件的数量并使制造成本下降。此方案也特别适合于较小的设备，因 为即使它们是在工厂组装的，运输仍然很方便。这对于较大的部件也同样 适用，不过运输就比较困难。除上述方案之外，也可以只把浮标连接到吸 管等，并如前所述用单独的固定装置把设备的上、下部彼此连接。
也可以把方案做成这样，使得它本身有一个框架，其内径大于吸管的 外直径。这样可做成模块式结构，从而减少不同设备的数目。换句话说， 该设备是由下段和上段组成的。它们按常规方法彼此连接成完整的设备。 现在已可以把该设备用到这样一些场合，其中该设备通过螺丝相对于水位 (例如从引擎一側的底座)永久固定。在冷却池或市政废水处理厂等水表面 不变或变化很小(几厘米)的场合中都是这种情况。通过将上述浮标固定到 吸管的顶端，可将该设备变成自动浮动模式。由于模块的数量较少，可以 大量节约贮存和后勤等方面的开支。 浮标的尺寸和形状可以改变。
图9表示本发明另一种带浮标组件(35)的设备，该图绘出了此设备相
对于水位的正确高度。
如果该设备相对于水表面太深，向側面的喷射变弱并最终完全停止。
这导致效率下降，最终使冷却/充气停止；只有混合继续。
采用本发明这种设备时，若法兰处在水下10厘米，充气效率减少 20%-30%。如把该设备向上提升，则需要更大的水泵功率(当从水表面上方 开始喷水时)。在螺旋桨处3m/s的流速相当于50厘米高的水柱。若法兰 底部在水面上50厘米，则所需水泵功率加倍。光这一点就使设备的效率 降低50%。另外，喷射不能使底部的水象喷水完全或部分从水下开始时几 乎同样有效地旋转。倘若设备向上提升太高，则效率将非常低。最好的结 果将在法兰接近水表面，且吸管顶端处于水下时达到。
关于本发明还有下面一些一般事项要加以说明 螺旋桨的位置
本发明的螺旋桨(6)处在设备上段下面的水中。螺旋桨不能太高，否 则将抽取空气即出现抽空现象。这将切断水泵动力，(被抽水量急剧减 少)，同时冷却/充气骤然减少，因为喷射只包含极少量水且只能行进很短 的距离。若设备的螺旋桨抽取水下足够深的水，能得到很好的结果。但 是，充气输出将增加约20%，因为螺旋桨位置较高。举例来说充气机装 备772" x7"的螺旋桨(直径19厘米且每转上升17.8厘米)，而电机速 度为900rpm(不打滑的理论流速为2. 67m/s)。当螺旋桨离充气机上卓殳底部 10厘米时，充气机的输出将比当螺旋桨离上段底部15厘米时增加20%。 另一方面，当把螺旋桨移至离上段底部8厘米时，螺旋桨已经在抽取空 气，而且无任何充气输出。基于此，很容易决定应把螺旋桨放在尽可能高 的位置，但是，不能抽取空气即抽空。螺旋桨的直径、矢高、毂盘直径和 旋转速度都对螺旋桨将会抽取空气即开始抽空的距离有影响。有鉴于此， 应该对每一个螺旋桨作单独测试。螺旋桨高结果会更好些，因为这种情况 下水从设备中出来时更湍急。这还会影响到水的流动，即喷射更湍急，而 且因此能更有效地冷却/充气。 关于充气的说明
螺旋桨形成螺旋桨泵；螺旋桨从下面吸水并将它提升到螺旋桨上 方。在螺旋桨上面有旋转法兰。由螺旋桨抽取的水被该法兰引向侧面围绕 充气机36(T。充气按几个阶段进行
1. 水从旋转法兰下面上升至侧面的空气中，在法兰边缘后终止
获取空气并形成喷射。
2. 喷射在行进中变窄，使表面积增加。喷射在行进过程中连续 遭遇空气并被充气。
3. 喷射汇入周围的水中，并在受到冲击时被充气。
4. 喷射汇入周围水中，在喷射落到表面上时被充气，将空气和 湍流带到表面上。
5. 充气由于受到底部水中的喷射引起的强烈流动而加强，这种 强烈的流动使底部的水总在变化。这将增加水的氧化。
6. 底部水的流动进一步增加，其中喷射最下面的部分一般从水 下开始，这使得流动进一步增加并提高了充气的有效性。
实验表明，当充气机的上段包含叶片时，充气进一步增加。这是 因为由叶片引起的离心力使流向侧面的水增加。这也使得底部水中的变化 增加。总的将使输出和效率两者都增加。另外，从上面来的吸水减轻了底 部螺旋桨的工作，增加被抽的水量，并将使水的流动在没有什么摩擦(减 少在拐弯处的摩擦)的情况下转向侧面旋转盘的下面。
根椐测量，大约一半的充气发生在被抽的水中，剩下的发生在周围的 水中。这样可以使被抽水达到很高的供氧值，即16呵02/升(例如，在20 'C的水中氧的饱和度为9. 1 mg02/升)。
实施例
下面用几个使用例说明本发明的工作情况。 例1
使用本发明的设备时的流阻 -曾对本发明一个具有772" (190mm)螺旋桨直径的用作充气机的设备 作过测试，充气机具有不同内径的吸管。当吸管的内径为200mm时，充气 才几的输出比具有内径285mm的吸管的充气才几小40%。采用内径为380mm的 吸管时，输出再增加10%。下面的表格很好地说明流阻怎样随管直径的增 力口而减小。
例如，螺旋桨内3m/s的流速相当于4500 Pa的输送压力。使用直径 200mm(螺旋桨直径7V ， ， 190. 5腿)和长度6m的管。管阻力为1.2，入口 阻力为0.5，出口阻力为l.O乘以输送压力。这转换成总压力差为2, 7乘 以输送压力(原来的输送压力-有效压力)。管内径200mm，总流阻为2. 7 x输送压力 管内径240mm,总流阻为1.9x输送压力 管内径300mm，总流阻为1. 2 x输送压力 管内径400mm,总流阻为O. 7x输送压力
当管内径为1. 2倍螺旋桨直径时，流阻已明显减小。这时仍然保持松 套管的其它一些好处。
当管直径为螺旋桨直径的2倍时，流阻已低于有效压力(原来的输送 压力为4500 Pa)。这时仍然保持松套管的其它一些好处。
例2
本发明的设备用作冷却机的使用
对本发明的设备用作冷却机时作过测试。设备的冷却功率为23kW, 能耗为1.1 kW。故冷却效率是所用能量的21倍。环境条件如下空气温 度17.5°C,空气湿度53%,水温18.9'C。被测设备装备有1.1 kW/1500rpm的电机(效率为77%)和71〃， x 7"的螺旋桨(直径190咖,矢 高180mm)。把螺旋桨打滑考虑进去，在离心叶片之前的流速约为3m/s， 输出为60V。此设备装备有4个叶片。水池容积为9m3。虽然此设备比传 统冷却塔简单得多，但其效率还比传统冷却塔高。
例3
充气的例子
曾对本发明的设备用作充气机时的效率作过测试。实验采用具有不同 尺寸的本发明设备。较小的充气机装备5" x4"(直径120mm，矢高 100mra)的螺旋桨和0.18 kW/1500rpm的电才几。所用轴输出为140W，电^/L 效率系数为50%。在以前的只有螺旋桨旋转的充气机中，达到的效率为 0. 7kg02/kWh。
另一方面，本发明的充气机因全部零件(2-6)都是旋转的，其效率为 1.5 kg(V跳。增加很显著(+114%)。考虑到这么小尺寸的充气机中电机 效率和螺旋桨效率都很低，这个性能比是很高的。本发明的充气机装备了 8个叶片。旋转法兰的直径和螺旋桨的直径相同。
较大的充气机装备着77, x7'，(直径190mm,矢高180mm)的螺旋 桨和1 .lkW/1500rpm的电机。所用的轴输出约为1. OkW,电机的效率系
数为77%。
在以前的方法中只有螺旋桨旋转的充气机，所达到的效率为 1. 4kg02/kWh。
另一方面，在本发明的充气机中，全部零件(2-6)都旋转，其效率为 2.0 kg(VkWh。增加很显著(+43%)。考虑到在这么小尺寸的充气机中，螺 旋桨的效率低，这个性能比是很高的。此充气机装备4个叶片。旋转法 兰的直径和螺旋桨的直径相同。充气机旋转速度用频率变换器(电网频率 50Hz)来调节。在40Hz， 2.3 kg02/kWh附近区域达到最高效率，这时效率 约比50Hz下高15%。
曾用不同尺寸的旋转法兰对较大的充气机作过测试。当螺旋桨和旋转 法兰的直径大致相同时，得到的结果最好。法兰的尺寸以2cm的间隔改 变。尤其当法兰直径增至比螺旋桨直径大^f艮多时，结果显著变坏。这时能 耗增加，但输出不增加。
后一种充气机也具有吸管，使得能耗典型地减少10%。效率相应增加 5%。除效率之外，吸管在较深的池或天然水域中的重要任务是让水一路旋 转至池的底部。
所有零件(2-6)都旋转的本发明的充气机也可制成不带叶片(5)。也可 以把充气机做成让旋转法兰(3)的直径远小于螺旋桨的直径。但是这会降 低充气机的效率并将喷射引向不必要的远方，尤其是在较大的充气机中， 此时旋转法兰外边缘上的离心力容易过高。此结构由于有离心力而无污 染，同时具有较小的旋转法兰和在它上方的固定法兰(7)。固定法兰的直 径大约和螺旋桨(6)的直径相同。
上述充气机具有螺旋桨(6)(它将水从底部直线上提)和叶片(5),后者 将水推到侧面。它们用旋转套筒(4)连接。这种结构也可以用螺旋桨叶片 代替，这时在下段的螺旋桨叶片将水上提，且叶片基本是向外弯曲的，因 而形成离心叶片，并在开始起螺旋桨泵、后来起离心泵(8)的作用。换言 之， 一个组合泵开始在底部起螺旋桨泵的作用，最后在顶端起离心泵(8) 的作用。
充气机在充气时将水有效地混合。充气中旋转速度可能下降，最终停 止充气。但是，水还继续旋转和混合。电机旋转方向反过来也可以进行混 合。现在螺旋桨是从上面吸水并将水向下推。但是，这种情况下水表面必 须处在旋转叶片以下(否则这些叶片会把水平行于表面抽离充气机，并妨
碍螺旋桨泵工作)。采用吸管可使混合更有效。
权利要求
1.一种水的冷却和/或冷凝和/或充气和/或混合的设备，其特征在于它包括轴(4)，螺旋桨(6)，从下面吸水并向上输送，此螺旋桨(6)被管(24)围绕着，通过该管由螺旋桨(6)吸取的水朝上流，且管(24)的内径远大于螺旋桨(6)的直径，法兰(3)，将水引向侧面，及电机(1)，使螺旋桨(6)旋转。
2. 如权利要求1的设备，其中法兰(3)和轴(4)都旋转以将水更有效 地引向側面。
3. 如权利要求2的设备，其中旋转的法兰(3)下面和螺旋桨(6)上面 有叶片/螺旋桨(5)以将水更有效地引向侧面。
4. 如权利要求1的设备，其中在电机(1)上方有附加风扇(13)以将 干燥空气送入设备内或将潮湿空气排出设备外。
5. 如权利要求2-4中任一项的设备，其中螺旋桨(6)、叶片(5)和旋 转轴(4)组合成单个螺旋桨，开始作为底部的螺旋桨泵，最终用作顶端的 离心泵。
6. 如权利要求2-5中任一项的设备，其中叶片/螺旋桨(5)与旋转法 兰(3)相连接。
7. 如权利要求1-6中任一项的设备，其中该设备的管(24)的顶端在 工作中处于水下。
8. 如权利要求2-7中任一项的设备，其中旋转法兰(3)的直径约等于 螺旋桨(6)的直径。
9. 如权利要求2-8中任一项的设备，其中螺旋桨(6)离旋转法兰(6) 的距离小于螺旋桨(6)的直径。
10. 如权利要求l-ll中任一项的设备，其中该设备侧面的外侧包含 固定装置(29),当它们连接至该设备时，这些固定装置在水表面之上倾斜 地离开该设备进一步向下行进。
11. 如权利要求10的设备，其中固定装置(29)用卡箍连接至吸管 (24)。
12. 如权利要求10或11的设备，其中浮标组件(35)与该设备连接， 该组件相对固定装置(29)作为一个整体被通过。
13. 如权利要求12的装置，其中固定装置(29)从电机伸至侧面并从 吸管(24)伸至侧面和浮标(35),还形成承栽结构的一部分。
14，如权利要求1-13中任一项的设备，其中吸管从外面安装至喷射 出发点一个距离。
15. 如权利要求1-14中任一项的设备，其中法兰(3)是个小圆盘，其 上有一个较大的固定盘。
16. 如权利要求1-15中任一项的设备，其中吸管(24)在顶端是刚性 的，下接防水布管(25)，其底部带圓形支撑卡箍/重物。
17. 如权利要求1-16中任一项的设备作为过程的一部分作为充气机 使用，把经过处理的水向上抽和/或抽至下一容器和/或管。
18. 如权利要求1-16中任一项的设备的同时使用，用来清除磷，其 中由该设备产生的喷射可以击中 一个包含清除磷所需的化学物的固态化学 物块，当喷射击中时化学物逐渐溶解。
全文摘要
本发明涉及水的冷却和/或冷凝和/或充气和/或混合的设备。它包括轴(4)；螺旋桨(6)，它从下面吸水并向上输送，此螺旋桨(6)被管(24)围绕着，由螺旋桨(6)吸取的水通过此管朝上流，且管(24)的直径远大于螺旋桨(6)的直径；法兰(3)，它将水引向侧面；及电机(1)，它使螺旋桨(6)旋转。
文档编号F25BGK101340971SQ200680047985
公开日2009年1月7日 申请日期2006年10月18日 优先权日2005年10月19日
发明者R·休塔-科伊维斯托 申请人:沃特里克斯公司