專利名稱：增強紫外線系統(tǒng)中的紊流混合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用紫外線光滅菌的系統(tǒng)，更具體地說涉及經(jīng)過該系統(tǒng)的細菌受到的紫外線輻射劑量。
眾所周知，紫外光可用于消毒水，包括消毒廢水。紫外光可以抑制水或廢水中的所有致病微生物的繁殖。最近有人提出用光殺滅電廠使用過的湖、河水中的ZEBRA病毒和相關(guān)的貝類。
用紫外光燈滅微生物或貝類的關(guān)鍵在于有機質(zhì)要吸收足夠的紫外光劑量，從而不能生存。有機物吸收的劑量由下式確定劑量＝強度×時間其中時間為給定有機物暴露在紫外光下的秒數(shù)，強度以W/cm2量度，從而劑量以W·sec/cm2量度。對于給定的紫外燈功率輸出，強度隨距燈的徑向距離增加而削弱。
用紫外光燈滅廢水消毒系統(tǒng)中的有機物的一個例子說明于美國專利5,019,256(簡稱256專利)，該專利發(fā)表于1991年5月28日，并授予與本發(fā)明受讓人有關(guān)的受讓人。該系統(tǒng)有一個其上安裝一或多個標準燈架的框架。每個燈架有一個一或多個燈單元的陣列。每個燈單元由一個石英套管包圍的紫外燈組成。每個燈僅在一端有連接電源用的接觸裝置，石英套管在一端封閉。
燈單元組裝得使石英套管的封閉端在燈的沒有電源連接接觸的一端。每一個燈架有兩個相對而立的支架。支架之一有兩或多個安裝在其上的擺動套管。每個擺動套管各與一個燈單元相聯(lián)。石英套管封閉端的一部分居擺動套管之中。
在256專利所述的紫外線系統(tǒng)中，在圖7C中點2處的強度最小。如果在通過燈陣列時，有機體呆在中線附近，那么與以不規(guī)則的紊流路徑通過燈陣列的有機體所接受的紫外線劑量相比較，它所經(jīng)受的紫外線劑量要減少。紊流的路線使這些有機質(zhì)靠近石英套管，也就是靠近燈。
因此希望增加已經(jīng)存在于系統(tǒng)中在有機物經(jīng)過燈陣列時的紊流混合。由于石英套管的成本與其長度相關(guān)，還希望以減少其長度的方式增加紊流混合。進一步還希望，保證在有機物經(jīng)過系統(tǒng)時，在整個紫外線系統(tǒng)燈陣列中都有紊流混合。
一種增加浸入液體的紫外線系統(tǒng)中的紊流混合的方法，該系統(tǒng)至少有一個燈單元。此方法包括在燈單元的外表面預(yù)定位置安裝一個環(huán)形處裝置的步驟。
一種浸入液體中的紫外線系統(tǒng)。該系統(tǒng)至少有一個燈單元。該系統(tǒng)還有一個位于燈單元的外表面上第一預(yù)定位置處的環(huán)形裝置。
一種浸入液體中的紫外線系統(tǒng)。該系統(tǒng)有一個安裝在上游和下游端支承座之間的紫外燈單元。該系統(tǒng)還有安裝在靠近燈單元的上游端支承座上的環(huán)形裝置。
下面參照


本發(fā)明的實施方案，其中圖1所示為256專利的紫外線系統(tǒng)的透視圖；圖2所示為具有五個燈架的紫外線系統(tǒng)浸入液流槽路的上游端視圖；圖3為圖2所示槽路的側(cè)截面圖；圖4為圖2所示槽路的側(cè)截面圖，其中浸入了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的紫外線系統(tǒng)；
圖5為內(nèi)有根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的紫外線系統(tǒng)的槽路的上游端；圖6a所示為用于檢測本發(fā)明的槽路的側(cè)截面和中性漂浮染料注射入槽路處的橫向位置；圖6b所示為圖6a的槽路的橫截面圖；圖6c所示為三個染料注射點的放大視圖；圖7a所示為用于檢測圖4的實施方案的槽路的側(cè)截面圖及進行測速處的軸向位置；圖7b所示為用于檢測圖5的實施方案的槽路的側(cè)截面圖及進行測速處的軸向位置；而圖7c所示為圖7a和圖7b中每個軸線的進行測速處的兩個橫向位置。
參見圖1，所示為在256專利說明的紫外線系統(tǒng)100的透視圖。系統(tǒng)100有一或多個標準燈架10，每個燈架有一個水平的吊桿11。在上游端掛在吊桿11上的是豎直的金屬桿12，而掛在下游端掛在吊桿11上的豎直的金屬導(dǎo)管15。導(dǎo)管15起電纜的防水通道的作用。
樞軸地安裝在桿12等間隔點上的是金屬套管13，每根金屬套管13中有一個子彈形帽蓋。每根套管均可在水平面內(nèi)擺動。沿面對套管13的方向上安裝在導(dǎo)管15上的是連接器16，它們各容納一個燈座。
延伸于套管13和對應(yīng)的連接器16之間的是燈單元17。每個燈單元的上游端滑動地收容于相關(guān)的套管中，而下游端以領(lǐng)域內(nèi)公知的方式容放于相關(guān)的連接器中。
每個燈單元有一長形管狀紫外燈。每一個燈保護性地收容在對燈的紫外線輻射透明的石英套管中。石英套管的上游端是封閉的。套管的開口的下游端以可密封開口端的方式收容于連接器中。導(dǎo)管15中的電纜經(jīng)過連接器從而在相關(guān)套管的開口端連接著各燈。
現(xiàn)參見圖2，圖中所示為液流槽路的上游端，槽路中浸入了具有五個燈架10的系統(tǒng)100。每個燈架有四個燈單元，燈單元延伸在安裝在桿12上的一個相關(guān)套管13和相關(guān)的下游端連接器(未示)之間。圖3所示為液流槽路20的側(cè)截面圖，其中浸入有圖2所示的系統(tǒng)100。
為了增加系統(tǒng)100中每個燈架10的紊流混合，在每個燈單元的石英套管上套裝有墊片之類的環(huán)形裝置。在一個實施方案中，每個石英套管上套裝有兩個同樣尺寸的墊片。圖4所示為液流槽路20的側(cè)截面，其中浸有系統(tǒng)100，而燈架中每個燈單元的石英套管上安裝有兩個墊片22a和22b。
一個墊片安裝在燈架上游端到下游端距離的三分之一處，另一個墊片安裝在燈架上游端到下游端距離的三分之二處。每個墊片由一個位在墊片緊后方的橡膠環(huán)(未示)保持在位。墊片還可以用領(lǐng)域內(nèi)一般技術(shù)人員所公知的其它方法固定在位，例如，壓靠著但不壓壞石英套管的金屬部件。
現(xiàn)參見圖5，圖中示出液流槽路的上游端視圖，其中浸入有系統(tǒng)100中各個燈架的另一實施例。此實施方案中紊流混合是用桿24和環(huán)26加強的，它們?nèi)〈?56專利中所述的上游端的桿12和金屬套管13。環(huán)26焊在桿24上，環(huán)26固定各燈單元的上游端。
256專利中所述系統(tǒng)用的每個燈架的長度為1.61米，而圖5的系統(tǒng)的每個燈架的長度為1.56米。因此圖5的系統(tǒng)不僅增加了紊流混合，而且減少了石英套管的長度，即降低了石英套管的成本。
系統(tǒng)100中五個燈架中每個燈架的又一個實施例(未示)是，通過把圖4所示實施方案的墊片22a、22b與圖5所示的桿24和環(huán)26結(jié)合起來來增加紊流混合。
圖4和5所示實施方案及其組合，均進行了檢測以確定紊流混合的增強。這些檢測是通過把各實施例浸入寬38.89厘米，深46厘米，長約12米的槽路中進行檢測的。在液流中注入中性漂浮紅染料，從而能進行紊流混合和液流圖象的視象記錄。如領(lǐng)域內(nèi)一般技術(shù)人員所公知，中性漂浮染料是與槽路中的水溫度相同的染料。
紅色染料在選定點注入槽路。圖6a表示槽路的側(cè)面及染料注入處的橫向位置。染料注入點的軸向位置定在各組墊片上游5厘米處。圖6b表示槽路的橫截面和染料注入點，而圖6c表示染料注入點1、2和4的近視圖。
結(jié)合上述紅染料，還在燈架上作了測速。速度測量使用了由Sontek生產(chǎn)的聲學(xué)多普勒測速儀(ADV)。多普勒測速儀用改造的赤道鏡支架固定在位的。由于水溫的變化引起水中聲速的改變，槽路的水溫用水銀溫度計或其它適用的儀器進監(jiān)測。
對于圖4所示的實施方案，速度檢測是在圖7a中標號1-27的27個軸向位置采樣的。27個軸向位置中的24個在燈架內(nèi)。對于圖5所示的實施方案，速度檢測是在圖7b中標號1-12的12個軸向位置采樣的。12個軸向位置有9個在燈架內(nèi)。
在圖7a和圖7b所示的每個軸向位置，速度測量是在圖7c標示1和2的兩個橫向位置得到的。位置1在相鄰的豎直和水平燈的中線間，而位置2在與四個石英套管等距離處，此處紫外線強度最低。
檢測表明，與256專利相比，圖4所示帶有墊片的燈架的上游端的混合盡管要么相同要么略低，在整個系統(tǒng)的其余部分混合有明顯的增加。檢測還表明圖4所示帶有墊片的燈架，與裝備256專利所示燈架的系統(tǒng)相比較，提高了平均紊流強度。檢測還進一步表明，平均紊流強度隨墊片的尺寸加大而提高。檢測進一步表明，圖5所示的燈架，與裝備256專利所示燈架的系統(tǒng)相比較，也提高了平均紊流強度。
上述對裝備圖4所示燈架的系統(tǒng)的檢測結(jié)果是系統(tǒng)中的所有墊片的直徑全都相同的系統(tǒng)的。該系統(tǒng)對墊片采用五個不同直徑之一進行檢測，以說明不同速度的原因。這些墊片直徑是3.18厘米、4.13厘米、4.45厘米、4.76厘米和5.08厘米。
還檢測了另一種裝備圖4所示燈架的系統(tǒng)，每個燈架具有在每個燈單元的石英套上安裝著的，有兩個不同直徑的墊片。一個5.08厘米直徑的墊片位于沿燈架下游方向距鄰近桿12的上游入口三分之一長度處。另一個3.81厘米直徑的墊片位于沿燈架下游方向距上游入口三分之二長度處。該系統(tǒng)也表明，與裝備256專利所示燈架的系統(tǒng)相比較，提高了平均紊流強度。
檢測表明，與裝備256專利所示燈架的系統(tǒng)相比較，采用本發(fā)明實施例燈架的系統(tǒng)滯留時間稍有下降。但是與滯留時間的小小下降相比較，具有根據(jù)本發(fā)明實施的燈架的所有系統(tǒng)中，紊流的增加是相當大的。
盡管與256專利所示系統(tǒng)相聯(lián)系說明了本發(fā)明，而且這里說明的是具有多個燈單元的多個燈架，應(yīng)當注意，在由采用本發(fā)明的環(huán)的單燈單元組成的系統(tǒng)中紊流混合也可增加。還應(yīng)當注意，盡管本發(fā)明用表明在每個燈單元上安裝兩個環(huán)的實施方案，以及在固定燈單元的燈架的上游桿上安裝單環(huán)的其它實施方案加以說明，通過不論位于燈單元的上游還是下游的單環(huán)紊流也可以增加。
應(yīng)當理解，對優(yōu)選實施方案的描述只是用于說明，而不是用于窮盡描述本發(fā)明。在不偏離權(quán)利要求書定義的本發(fā)明精神及其范圍的條件下，一般技術(shù)人員可以對所揭示主題的實施方案進行一定的補充、柵減、及/或修改。
權(quán)利要求
1.一種增加浸入液體的紫外線系統(tǒng)中的紊流混合的方法，所述系統(tǒng)至少有一個燈單元，所述方法包括步驟在所述燈單元的外表面預(yù)定位置處安裝一個環(huán)形裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，進一步包括步驟在所述燈單元的外表面另一預(yù)定位置處安裝另一個環(huán)形裝置。
3.一種浸入液體中的紫外線系統(tǒng)，所述該系統(tǒng)具有至少一個紫外線燈單元；和一個位于所述燈單元的外表面上第一預(yù)定位置處的環(huán)形裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征為，進一步有一個位于所述燈單元的外表面上第二預(yù)定位置處的環(huán)形裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征為，所述環(huán)形裝置有基本上相同的直徑。
6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征為，所述環(huán)形裝置有不相同的直徑。
7.如權(quán)利要求3-6任一項所述的系統(tǒng)，其特征為，進一步具有至少一個燈架，在所述燈架上安裝至少一個所述紫外燈。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征為，所述至少一個燈單元被所述燈架支持在其上游端和下游端。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征為，所述環(huán)形裝置安裝在所述燈架鄰近所述燈單元的上游端。
10.權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征為，所述燈單元的鄰近所述上游支座的尾端收容于安裝在所述燈架上游端上的所述環(huán)形裝置中
11.一種浸入液體中的紫外線系統(tǒng)，具有(a)一個安裝在上游和下游端支座之間的紫外燈單元；和(b)一個安裝在鄰近所述燈單元的所述上游端支座上的環(huán)形裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征為，所述燈單元的鄰近所述上游支座端收容在所述環(huán)形裝置中。
13.如權(quán)利要求11或12所述的系統(tǒng)，其特征為，進一步包括一個位在所述燈單元上離開所述上游端支座的第一預(yù)定位置處的環(huán)形裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征為，進一步有一個位在所述燈單元的外表面上第二預(yù)定位置處的環(huán)形裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征為，所述環(huán)形裝置有基本上相同的直徑。
16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征為，所述環(huán)形裝置有不同的直徑。
全文摘要
通過在系統(tǒng)中每個燈單元的外表面的一或多個預(yù)定的位置安置一或多個墊片之類的環(huán)形裝置加強系統(tǒng)中的紊流混合。墊片可直徑相同也可直徑不同。紊流混合還可以僅通過把每個燈單元的上游端支持在一個環(huán)形裝置中加強,也可以通過結(jié)合如上所述的在每個燈單元的外表面上安置墊片加強。
文檔編號C02F1/32GK1243497SQ98801664
公開日2000年2月2日 申請日期1998年1月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月3日
發(fā)明者G·埃利奧特·惠特比, 馬克·理查德·洛溫, 皮耶路易吉·科齊 申請人:特洛伊人技術(shù)公司