涡轮发电机的混凝设备制作方法

J·E·舒马赫三世(已故), L·E·伍德, W·R·洛斯图特

2012年7月18日

2010年7月1日

2009年7月2日

阿维维德水技术有限公司

A61B18/02GK102596077SQ201080031649

混凝 发电机 涡轮 设备

1.一种用于从水中去除污染物的设备，包括下述元件的组合 盛水的容器；至少一个平面电极，其能够被绕轴线转动；主轴，其具有与所述至少一个可转动电极中每一个的轴线共线的轴线，所述至少一个可转动电极被附接至所述主轴；至少一个平面固定电极，在其上具有第一开口，用于允许所述主轴从中穿过，所述至少一个平面固定电极被设置于所述至少一个可转动电极附近并且平行于所述至少一个可转动电极的平面，并且用于在它们之间形成容积，所述至少一个可转动电极和所述至少一个固定电极被置于所述水中；电流源，其与所述至少一个固定电极和所述至少一个可转动电极电接触，用于有效地致使所述水中的污染物电凝；以及用于使所述主轴以所选角速度围绕其轴线转动的装置，以便致使所述被污染的水通过所述容积2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述可转动电极包括具有转动轴线的圆形电极3.根据权利要求1所述的设备，还包括用于从被处理的水中分离电凝的污染物的装置4.根据权利要求3所述的设备，其中，用于分离电凝的污染物的装置包括至少一个澄清器罐，用于允许所述水中的电凝的污染物沉淀5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个可转动电极和所述至少一个固定电极被浸在所述水中6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述容器包括入水口；出水口 ；用于将所述被污染的水引入到所述入水口中的装置，以便所述被污染的水在所述容器的所述入水口和所述出水口上方形成水面7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述被污染的水在所述容器中具有所选择的停留时间8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个固定电极具有用于允许水从中经过的至少一个第二开口9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述至少一个第二开口是与所述第一开口连续的10.根据权利要求1所述的设备，还包括设置于所述罐中的平面不导电挡板，包含所述挡板的平面还包含所述轴线11.根据权利要求1所述的设备，其中，具有所选尺寸的不能溶解于水的研磨颗粒被添加到所述罐中，用于减少所述至少一个可转动电极和所述至少一个固定电极上的沉积12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述不溶解的研磨材料被从沙，玻璃珠，磨砂玻璃，石榴石以及它们的混合物中选择13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述直流源包括恒定电流源14.根据权利要求1所述的设备，其中，在所述被污染的水中添加盐，以降低所述直流源产生直流电所需的电压15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个可转动电极包括化学活性金属16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述化学活性金属被从铝，铁，钙和镁中选择17.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个固定电极包括化学惰性导电材料18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述化学惰性导电材料被从不锈钢，钛，钼及石墨中选择19.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个可转动电极包括化学惰性导电材料20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述化学惰性导电材料被从不锈钢，钛，钼及石墨中选择21.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个固定电极包括化学活性金属22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述化学活性金属被从铝，铁，钙和镁中选择23.根据权利要求1所述的设备，还包括过滤器，用于在将所述包含污染物的水引入到所述容器内之前预过滤所述包含污染物的水24.根据权利要求1所述的设备，其中，用于使所述主轴围绕其轴线转动的装置包括电机25.根据权利要求M所述的设备，其中，所述电机通过从电池、线路电压和太阳能电池中选择的电源供电26.根据权利要求1所述的设备，其中，所述主轴具有空心的纵向内部、与所述空心内部连通的开放端，以及至少一个径向孔，其连接所述空心内部与所述主轴外面；并且，所述至少一个固定电极在其外围附近具有至少一个缺口，以当所述主轴围绕其轴线转动时所述水进入所述主轴的开放端，通过所述至少一个孔离开，并且经过所述至少一个固定电极上的缺口27.一种从水中去除污染物的方法，包括下述步骤提供至少一个平面电极，其能够通过与其轴线共线的主轴绕其轴线转动，以及至少一个平面固定电极，其被设置于所述至少一个可转动电极附近并且平行于所述至少一个可转动电极的平面，并且在它们之间形成容积，所述主轴穿过所述至少一个固定电极上的第一开口 ；使所述至少一个可转动电极和所述至少一个平面电极与被污染的水接触； 以所选角速度转动主轴，以致使被污染的水经过所述容积；以及在所述至少一个固定电极和所述至少一个可转动电极之间施加直流电，用于有效地致使水中的污染物电凝28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述至少一个可转动电极包括圆形电极29.根据权利要求27所述的方法，还包括从水中分离电凝的污染物的步骤30.根据权利要求四所述的方法，其中，所述分离电凝的污染物的步骤包括允许电凝的污染物沉淀31.根据权利要求27所述的方法，还包括使水以所选速度在所述可转动电极和所述固定电极附近流动的步骤32.根据权利要求27所述的方法，其中，所述至少一个固定电极具有用于允许水从中经过的至少一个第二开口33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述至少一个第二开口是与所述第一开口连续的34.根据权利要求27所述的方法，还包括在水中添加具有所选尺寸的不能溶解于水的研磨颗粒的步骤，以减少所述至少一个圆形电极和至少一个固定电极上的沉积35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述不能溶解的研磨颗粒被从沙，玻璃珠，磨砂玻璃，石榴石及它们的混合物中选择36.根据权利要求27所述的方法，其中，所述施加直流电的步骤包括施加恒定的电流37.根据权利要求27所述的方法，还包括在被污染的水中添加盐的步骤，以降低在所述施加直流电的步骤中所需的电压38.根据权利要求27所述的方法，其中，所述至少一个可转动电极包括化学活性金属39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述化学活性金属被从铝，铁，钙和镁中选择40.根据权利要求27所述的方法，其中，所述至少一个固定电极包括化学惰性导电材料41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述化学惰性导电材料被从不锈钢，钛，钼及石墨中选择42.根据权利要求27所述的方法，其中，所述至少一个固定电极包括化学惰性导电材料43.根据权利要求42所述的方法，其中，所述化学惰性导电材料被从不锈钢，钛，钼及石墨中选择44.根据权利要求27所述的方法，其中，所述至少一个可转动电极包括化学惰性导电材料45.根据权利要求44所述的方法，其中，所述化学惰性导电材料被从不锈钢，钛，钼及石墨中选择46.根据权利要求27所述的方法，还包括在使所述至少一个可转动电极和所述至少一个平面电极与被污染的水接触的步骤之前过滤包含污染物的水的步骤47.根据权利要求27所述的方法，其中，所述主轴具有空心的纵向内部、与所述空心内部连通的开放端，以及至少一个径向孔，其连接所述空心内部与所述主轴外面；并且，所述至少一个固定电极在其外围附近具有至少一个缺口，以当所述主轴围绕其轴线转动时所述水进入所述主轴的开放端，通过所述至少一个孔离开，并且经过所述至少一个固定电极上的缺口

本发明大致涉及水净化，并更具体地涉及使用电凝法的水净化

简要地，本发明包括通过电凝法从水中移除污染物种类的设备和方法水通过至少一个扁平刚性盘和至少一个扁平、刚性固定板再循环，所述刚性盘具有适当的直径并且被键连接到电机驱动轴上，从而当轴转动时盘可以转动，所述至少一个扁平、刚性固定板被与所述盘间隔开并与其平行，它们一起用作流体泵流体被使得通过轴附近的固定板内的至少一个开口进入，当盘转动时，液体的附着力和粘性将流体朝向盘/板组件的外围引导， 从而，当流体离开转动盘的外围时将能量传递出去然后，流体再循环返回到靠近轴的开口，在这里它再次进入固定板和转动盘之间的空间，从而其被转动盘再次加速返回到外围 另外的扁平刚性盘被键连接到电机驱动轴上，以当轴转动时它们一起转动，并且，另外的固定板可以被添加，它们被以交替的方式设置，作为一个示例，例如以板/盘/板的排列设置 本设备可以被置于反应罐或反应器中，并且水进出反应器的流速和盘的转速确定水通过泵的重复次数电流被使得在每对转动和固定电极之间流动，从而在流动于它们之间的水中产生污染物的电凝泵吸作用连续不断地使水重新暴露于电凝过程中，这使对于给定容积的被处理水能够配置较小的反应器从而，当水被泵吸经过时，被引入到水中的不溶解的研磨材料从电极上移除水垢通过过滤或通过允许被处理的水放置一定选择的时段，被电凝的材料可以从被处理的水中分离出来现在详细参考本发明的实施例，其示例在附图中示意了在图中，相似结构使用相同的参考标记表示参考图1A，显示了本电凝设备10的实施例的分解视图的示意图具有内部容积13的容器12有入口 14和出口 16，分别用于引入被污染的水到容器12内和允许被处理的水离开容器12平面的、间隔的、圆形的导电电极18a-18d彼此平行设置并由导电轴或主轴20连接，能够绕纵向轴线22转动，固定平面的、间隔的、导电电极Ma，24b、24c，24d, ^a，26b及^c，^d彼此平行设置，并且被显示为成对设置，适于接纳圆形电极18a_18d应当指出，尽管图中显示的电极18为圆形，但是，具有转动轴线的其它形状可以被考虑电极 18可以使用活性金属进行构造，作为示例，例如，铝、铁、钙及镁，而电极对和沈可以由惰性导电材料构造，例如，不锈钢、钛、钼及石墨，作为示例可替代地，固定电极可以使用活性金属进行构造，而转动电极可以使用惰性导电材料进行制造从示例2可以观察到，由不同活性金属制造的电极可以使用于同一轴上作为示例，分别显示在固定电极Ma和24b与^a 和26b上的开口 28和30允许主轴20无需与其接触而穿过其中很明显，电极对Mc、Md、 26c及^d具有相似的开口(图IA未显示)以允许主轴20穿过其中分别位于板Ma，Mb 和26a, 26b中的另外的开口 32a, 32b和36a, 36b,以及分别位于板24c, 24d和26c, 26d中的另外的开口 34a, 34b和38a，38b，分别与开口 28a，28b，30a，30b相连，这些开口未显示在图 IA中，并且允许水更加自由地流进圆形电极18a-18d和固定电极Ma_26d之间所形成的空间作为示例，固定电极M和26可以具有弯曲的或成角度的基部40和42，以更好地适应容器12的底部44的内部形状(图IA未显示)在这个具体例子中，这个特征，与挡板46 的使用一起，减少了经过容器12的流体入口 14和出口 16之间而不经过圆形电极和固定电极之间所形成的容积的水量，所述挡板46适合安装在容器12内的凹槽48a和48b内并具有缺口 50，以使挡板能够更近地安装在固定电极M和沈的周围作为示例，盖子52防止材料由于起泡而离开容器12导电连接器M和56允许来自直流源58的电压分别施加到固定电极M和沈上 导电驱动轴部件60和62当被连接到主轴20上时能使圆形电极18转动组装的驱动轴部件，与刷子外壳64，刷子66或另一导电滑环机构和端盖68协作，允许电极之间的电流经过容积13中的水电流源58可以是恒定的电流源或对于促进凝固有效的其它电流波形端盖68可以被接地，或以其它方式提供至源58的电流返回由电源72供电的电机70使用附接于带74上的第一带轮76驱动带74，它们的组合驱动附接于驱动轴部件60上的第二带轮78，继而通过主轴20转动电极18附带的刷子和轴密封件提供驱动轴的平滑转动并且防止水从容器12泄漏电源72可以包括电池、太阳能电池，以及适当的线路电压(line voltage) 0盖80保护用户不受带74伤害预期其它设备可以被用于转动轴部件60，例如步进电机用于直接转动轴60，作为示例图IB示出了图IA所示的电凝设备的实施例的俯视图另外示出了水泵82，用于使水以所选择的速度流经容积13，因此产生使水处于电凝环境中所选择的停留时间(停留时间)，以及转动的圆形电极18a分别与固定电极2 和24b之间的容积84和86，作为示例，转动电极通过其迫使水被处理图IC示意出图IA所示的设备的组装透视图，对于电机70，对于容器12的弯曲的下内部88，以及对于盖板68的电连接90示出了稍稍不同的结构在使用过程中，电凝设备10被将要处理的水充填，以使电极与水接触一般地， 电极被浸入水中，但不需要完全浸入对于保持电极没有水垢和其它涂层来说有效的不溶解的研磨材料可以被引入到容器12内，如果将要处理的原始水样品包含的悬浮在其中的研磨材料(abrasive material)不够研磨材料可以从沙、玻璃珠、磨砂玻璃，或石榴石 (garnet)及它们的混合物中选择，虽然任何研磨材料可能是有效的主轴的转速被选择成使研磨材料被有效地循环用于电极的去钝化，并且使得设备循环所选量的水预期100 和1000RPM之间的转速是有效的经过具有上述部件的设备的水的典型流速在约1加仑/ 分钟和约5加仑/分钟之间，取决于液体的污染水平研磨材料的量和颗粒大小被选择成使被泵吸的水的流速保持有效量的颗粒悬浮并且在板之间循环通过允许这些材料沉淀 (settle)，作为示例，或者通过使用过滤过程，研磨材料可以被从输出流中去除随后，所收集的材料可以被返回到容器12内用于重复使用，如图4中的参考标记117所示意的已经发现，电凝的效率与水的传导率有关在电凝过程中，对于恒定的电流密度， 所施加的电压可以从6V变化到高至70V已经注意到添加少量的精制食盐加快电凝过程的速度并且降低功率要求还已经注意到通过金属的电离而引起的电极消耗是电流密度的直接函数(direct function)因为水的传导率不容易控制并且可能随着时间变化，所以已经配置恒定电流发生器，其改变跨过电极的电压以将电流保持为恒定值对于本发明的电凝过程，预期具有约2英寸和约120英寸之间的直径，厚度在约 1/32英寸和约1英寸之间以及间距在约1/8英寸和约0. 5英寸之间的电极是有效的设备的尺寸、板的数目以及所需的电流由每分钟将被处理的水的体积确定预期本发明的设备的实施例对于每分钟处理的水体积在几夸脱和数千加仑之间是有效的图2A是电凝设备的另一个实施例的透视图，示意出水垂直于其电极结构分别通过管14和16进入和离开本设备，电极结构被示意为两个固定电极2 和Mb，以及转动电极18a电极2 和24b分别被示意为具有两个部分，当盖52在位时这两个部分被连接在一起，但可以被制造为单一的电极为了简化图2A，用于表面9 和92b的水密封垫圈以及用于在转动轴20与容器12以及顶部52之间提供水密封的轴密封件9 和94b没有被示出，也没有至电极的电连接固定电极2 和24b上的孔28a和^b的尺寸被设置成允许水很容易流进固定电极和转动电极18a之间以及电极与容器12和盖52的内表面之间的区域内，这是当轴20转动电极18a时的泵吸作用的结果，而图2B是盖52内部的示意图，示出了固定电极，并且示意出由于电极的泵吸作用产生的经过和环绕电极的预期的水流方向 96图2C是图2A所示的电凝设备的实施例的俯视图，再次示意了由于转动电极的泵吸作用产生的通过和环绕电极的期望的水流图3A为电凝设备10的侧视图，其中轴20被竖直定向并且具有中空部分98，以及当电极18a-18b被置于转动运动中时用于允许水96进入轴的开放端100以及用于允许水离开轴的出口孔l(^a-102e图是图3A所示的设备的透视图，进一步示意了用于允许水 96流经电极的固定电极Ma中的外围槽104，以及转动轴线的竖直定向图4是本电凝设备的示意图，作为示例，本电凝设备适于处理来自可用源112例如湖、井、矿井或船舶舱底(ship bilge)的水来自源的水可以使用过滤器114过滤，并且使用泵82被引入到电凝器10内，泵82由于控制水的流速并且因此控制在电凝器内的停留时间水可以被使用粗糙的前置过滤器116进行进一步过滤离开电凝器10的研磨剂与被处理的水一起可以通过分离器117去除，并且返回到凝结器10内离开凝结器10的被处理的水可以被引导通过分批阀(batch valve) 118，至一个或多个澄清器罐120，122，在这里，电凝的污染物被通过重力从水中分离并且被引导分别通过阀1 和1 至沉物处理位置128被净化的水可以使用阀130引导出罐120和122，并且可以使用后置过滤器132进行进一步过滤，并存储到罐134内泵136可以被用于将水从罐134通过臭氧发生器138， 如果需要额外的净化，并且使用阀140进行分配然而，图4示意出通过批处理分离被电凝的污染物，使用连续沉积过程或连续过滤过程是同等有效的已经概括描述了本发明，下面的示例提供另外的细节实施例1200ml煤尘和3. 7L水的混合物被添加到1加仑的容器内，该容器具有如图3A和 3B中所示意的相同的配置，除了使用一个铝转动电极和两个铝固定电极之外在固定和转动电极之间施加12V的电压5分钟，转动电极具有3"的直径，1/16英寸的厚度，与固定电极间隔开1/4英寸，并且转速600rpm固定电极厚度为1/16英寸约5A的电流在电极之间流动不在水中添加研磨剂或盐凝固后，被处理的水被允许放置5分钟并且利用商业上可得到的浊度计观察到浊度从高变低实施例2具有大于200ppb的以As3+存在的砷的代用(surrogate)水样品以约20L/h的速度流到1. 25加仑的电凝室内，所述电凝室类似于在图3A和;3B中示意出的，具有3英寸直径的铁和铝电极被间隔开0. 250英寸，在同一主轴上以约900rpm转动，并且被铝固定电极等距隔开运动场用沙(playground sand)被用作研磨剂，转动和固定电极之间的电压约 12V并且它们之间的电流约5A处理后，离开容器的水被允许放置30分钟，并且不进行额外的过滤即轻轻倒出发现砷的浓度低于所使用的检测设备的可检测极限，估计小于lOppb 絮凝物分析(Analysis ofthe floe)显示砷的浓度大于300ppb本发明人相信作为狗+++ 的铁与砷发生了反应并且铝对于去除铁和反应的砷是有效的 本发明的前述描述已经被呈现为用于示意和描述目的，并且不意于是详尽的，并且不意于将本发明限制于所公开的精确形式，很显然地，根据上述的公开，许多修改和变异也是可能的实施例被选择并且描述用于最好地解释本发明的原理，并且因此其实际应用使得本领域内的技术人员能够以适合于所设想的特殊用途的各种实施方式和各种修改最佳地利用本发明本发明的范围通过下面附属的权利要求所限定