[发明专利]微气泡空气提升装置

说明书

本申请是申请日为2007年6月6日、申请号为200710110725.6、发明名称为“微气泡空气提升装置”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请是于申请日2006年6月30日提交的美国专利申请第11/478,875号的部分延续（continuation-in-part），其公开内容通过引用结合到本文中。

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公知的。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，其中一部分被水吸收。桨进一步驱使被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10SCFM之间，更为优选地在软管每纵英尺约0.2到1.0SCFM之间。