CN1433384A - 流体混合装置 - Google Patents

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Abstract

一种流体混合装置，它包括至少一个混合元件，它们相对于流经该装置的流体方向成特别的取向。该混合元件的这个新颖取向导致提高了流体混合。

Description

流体混合装置
技术领域
本发明在其一个方面中涉及一种流体混合装置。本发明在其另一个方面中涉及一种混合流体的方法。
背景技术
混合装置在本领域是公知的，并且已经用来促进流体扰动-例如提高在流动通道中的各种元件之间的接触。混合的工业用途很广泛，包括热交换器、反应器工程和不反应混合。
已经采用了混合的反应器工程中的一个特定领域是在流体处理装置尤其是流体辐射处理装置的设计中。一种具体的这种流体辐射处理装置包括用于水和污水处理的紫外线(UV)消毒装置。UV消毒装置的性能至少部分取决于提供给所有穿过该装置(或以其它方式受到该装置处理)的流体元件的UV辐射的预定剂量。
由流体元件接收到的UV剂量被定义为UV强度和曝露时间的乘积。由离开该装置的流体元件所接收到的累计UV剂量是在每个位置处接收到的各个剂量的总和。由于UV强度随着离UV源的距离越远而衰减，所以最好从远离UV源的区域将流体元件混合到离UV源更近的强度更高的区域上，从而确保它们接收到足够剂量的UV辐射。这种混合在UV辐射穿过受到处理的流体的穿透性较低时尤其理想，在这种情况中UV强度随着离UV源的距离的衰减增加-这种情况通常在用于污水处理的UV消毒装置中会遇到。
转让给本申请的受让人的US5,846,437[Whitby等人，(Whitby)]披露了在UV系统中进行湍流混合。更具体地说，Whitby披露了使用位于在该系统中的每个灯装置的外表面上的预定位置处的一个或多个环形装置(例如，垫圈)和/或位于每个灯装置上游的环形装置来增强经过这些灯装置的流体的湍流混合。虽然使用如在Whitby中所披露的这种环形装置能够增强这些灯装置之间的湍流，但是流体的湍流容易具有随机或无序(例如无向性)的特性。
在许多系统中，例如其中混合区域相对于从中流过的流体的方向是纵向的那些系统中，最好沿着轴向方向具有活塞流并且沿着径向方向存在有效的混合。在混合区域中出现具有特定或有序流型的流体流是理想的(例如，流体的“质点”在它相对于灯纵向通过时朝着并且远离灯震荡)，这与通常沿着所有方向进行混合相反(即，与由Whitby所披露的随机混合或湍流相反)。纵向涡流是这种流型的一个示例。涡流可以通过将能量输入给流体例如通过采用机动流体推动器来主动地形成。
实现涡流产生的另一种方法是通过使用被动元件，该元件设计成引起所要求的流型的形成(涡流发生器)。
美国专利5,696,380、5,866,910和5,994,705[所有都是以Cooke等人的名义申请的(Cooke)]披露了一种流通式光化学反应器。由Cooke所披露的该反应器包括细长的环形通道，其中设有细长的辐射源。该通道包括固定的流体动力元件，用来在流体穿过该通道时在该流体内产生出相当大的涡流。根据Cooke，每个这种固定流体动力元件优选在流经每个元件的流体流中产生一对“顶端涡流”。“该顶端涡流”据说是绕着与细长环形腔室平行的轴线反方向转动。
转让给本申请的受让人的US6,015,229[Cormack等人(Cormack)]披露了一种流体混合装置。该流体混合装置包括一系列“三角翼”混合元件，它们引起涡流的形成，从而增强流体混合。在Cormack中所述的这种装置的一个具体实施方案是使用“三角翼”混合元件来在一排这种UV源中的UV辐射源之间产生这种涡流混合。这就产生出位势以增加在该排中的相邻UV辐射源之间的距离，这又使得流经包括流体混合装置在内的UV消毒系统的流体流的液压压头损失降低。
尽管由Cooke和Cormack在现有技术中所作出的这些进步，但是仍然还有改进的空间。例如，一直需要这样的流体混合装置，该装置在用于流体处理装置例如UV消毒系统中时能够增强由消毒系统提供给所要处理的流体上的UV辐射剂量当量(这个术语将在下面进行更详细地说明)。
另外，由Cooke和Cormack披露的涡流产生装置利用流动流体的动能来产生混合。这必然导致在明渠系统中的流体压力或流体压头损失。这在UV消毒系统中尤其是在那些用在处理城市废水的系统中非常不理想，因为UV消毒系统通常是多站处理厂的最后一站。同样，进入处理厂的废水通常在它在站之间通过时会受到压头损失，因此，当废水到达UV消毒系统时，没有太多的空间用于液压压头的进一步显著损失。因此，非常理想的是具有这样一种流体混合装置，该装置除了在用于UV消毒系统中时增强如上所述的剂量当量之外，还能够降低由UV消毒系统处理的流体的液压压头损失。
发明概述
本发明的一个目的在于提供一种新颖的流体混合装置，该装置消除或避免了现有技术的上述缺点中的至少一个。
本发明的一个目的在于提供一种新颖的用于混合流体的方法，该方法消除或避免了现有技术的上述缺点中的至少一个。
本发明的一个目的在于提供一种新颖的流体处理系统，该系统包括一种流体混合装置，该装置消除或避免了现有技术的上述缺点中的至少一个。
因此，本发明在其一个方面中提供一种用来混合具有流体流动方向的流体混合装置，该装置包括至少一个混合元件，用来在混合元件下游的表面附近产生至少一个涡流，所述混合元件具有位于其质心处的第一垂线和具有在质心处与第一垂线相交的第二垂线的表面，其中第一垂线、第二垂线和流体流动方向成不共面关系。
本发明在其另一个方面提供一种流体混合装置，该装置包括至少一个用来混合具有流体流动方向的流体流的混合元件，所述至少一个混合元件包括具有第一垂线的表面，该表面：
(i)相对于具有与流体流的方向基本上垂直的第二垂线的第一平面成锐角；并且
(ii)相对于与流体流动方向平行并且与第一平面垂直的第二平面成锐角。
本发明在其还有一个方面中提供一种流体混合装置，它包括至少一个用来混合具有一个流体流动方向的流体流的混合元件，所述至少一个混合元件包括具有垂线的表面，该垂线相对于相互垂直的两个平面中的每一个成锐角，每个平面在与流体流动方向基本上平行的直线上相交。
本发明在其还有一个方面中提供一种流体混合装置，它包括至少一个用来混合具有一个流体流动方向的流体流的混合元件，所述至少一个混合元件包括具有垂线的表面，该垂线相对于第一平面和与该第一平面垂直的第二平面成锐角，第一平面和第二平面在与流体流动方向基本上平行的直线上相交。
本发明在其还有一个方面中提供一种用于混合具有流体流动方向的流体的流体混合装置，该装置包括至少一个用来在位于混合元件下游的表面附近产生至少一个涡流的混合元件，该混合元件以这样一种方式取向，从而绕着其离表面最近的边缘的一次转动使得混合元件在离混合元件最近的位置处变成与表面的切线平行，从而形成与流体流动方向倾斜的转动轴线。
本发明在其还有一个方面中提供一种用于混合具有流体流动方向的流体的方法，该方法包括以下步骤：
(i)将至少一个混合元件设置在流体流中；并且
(ii)将所述至少一个混合元件设置成在混合元件下游的表面附近产生至少一个旋涡，从而该混合元件具有位于其质心的第一垂线，并且该表面具有在质心处与所述第一垂线相交的第二垂线。
其中所述第一垂线、第二垂线和流体流动方向成不共面关系。
本发明在其还有一个方面中提供一种用于混合具有流体流动方向的流体的方法，所述方法包括以下步骤：
(i)将至少一个混合元件设置在流体流中；并且
(ii)将所述至少一个混合元件设置成其表面具有相对于第一平面和与所述第一平面垂直的第二平面成锐角的垂线，所述第一平面和第二平面每个具有基本上与流体流动方向平行的转动轴线。
因此，本发明已经设计出一种具有至少一个混合元件的新颖流体装置，所述混合元件如此取向以实现改善流体的混合。
为了理解本发明流体混合装置的一个实施方案的新颖结构，最好想到一种用于混合具有流体流动方向的流体的流体混合装置，该装置包括至少一个混合元件。该混合元件设计成在位于混合元件下游的混合装置的表面附近产生至少一个旋涡。该混合元件包括一个质心。在整个说明书中，术语“质心”用来表示在混合元件上与其质量中心相对应的位置或点，即混合元件在重力的作用下将稳定或平衡的点-通常也被称作重心。混合元件在流体流中如此取向，从而位于混合元件质心处的第一垂线与从在混合元件的质心处的表面发出的第二垂线相交，从而第一垂线、第二垂线和流体流动方向成不共面关系-参见图2。相反，Cooke和Cormack披露一种在流体流中如此设置的混合元件，从而第一垂线、第二垂线和流体流动方向成共面关系-参见图1。
混合元件的这个新颖取向导致流体混合改善。当该流体混合装置应用在流体处理系统例如UV消毒系统中时，在系统的UV剂量输送的改进方面表明流体混合改善。另外，在本发明流体混合装置的各个优选实施方案中，这种增强的流体混合是通过降低穿过该系统的流体的液压压头损失来实现的。
附图的简要说明
下面将参照以下附图对本发明的实施方案进行说明，其中：
图1显示出指向流体流动方向下游的Cormack型混合元件；
图2显示出本发明流体混合装置的实施方案，其中混合元件指向流体流动方向上游；
图3a显示出在由两个垂直平面所限定的坐标系统中在本发明流体混合装置中的混合元件的设置的示意性立体图；
图3b显示出图3a的顶视图；
图3c显示出图3a的前视图；
图3d显示出图3a的侧视图；
图4显示出指向流体流动方向下游的Cormack型混合元件；
图5-8显示出指向流体流动方向下游的Cormack型混合元件的各个实施方案；
图9显示出指向流体流动上游的Cormack型混合元件；
图10-11显示出本发明流体混合装置的各个实施方案，其中混合元件指向流体流动方向的上游；
图12显示出本发明流体混合装置的另一个实施方案，其中混合元件指向流体流动方向的下游；
图13-16显示出本发明流体混合装置的其它实施方案；
图17显示出应用在UV消毒模块上用来在明渠系统中处理水和废水的图12的流体混合装置的优选实施方案；
图18a，18b和18c显示出应用在UV消毒模块上用来在流体处理系统中处理水和废水的图14的流体混合装置的优选实施方案，所述系统包括封闭的流体照射区域；
图19显示出在图4-8中所示的流体混合装置的相对混合效率和流体能量损失(通过UV剂量当量(mW-s/cm2)和由压头损失(Pa)表示的流体能量损失测量出的混合效率)；
图20显示出在图9-11中所示的流体混合装置的相对混合效率和流体能量损失(通过UV剂量当量(mW-s/cm2)和由压头损失(Pa)表示的流体能量损失测量出的混合效率)。
优选实施方案的详细说明
在整个说明书中，将参照本发明流体混合装置应用在流体处理系统例如流体辐射处理系统(例如UV消毒系统)中。那些本领域普通技术人员将认识到，虽然本发明的优选实施方案是装有本发明流体混合装置的流体辐射处理系统，但是本发明的范围并不限于此。具体地说，可以想到本发明的流体混合装置在流体辐射处理系统的技术领域之外还有许多用途。
如在整个该说明书中所用的一样，要反复参照术语“垂线”。在平面上的点方面，术语“垂线”表示与在该表面上的那个点处的切面垂直的直线。在曲面上的点方面，术语“垂线”表示与在该表面上的那个点处的切面垂直的直线。
参照图3a-3d，将对在本发明流体混合装置的某些实施方案中的混合元件的取向进行说明。应该在上述第一垂线、第二垂线和流体流动方向的不共面关系方面阅读该说明。在下面所述的许多不同的实施方案中对这个取向进行举例说明。
如在图3a-3d中所示一样，通过两个固定平面X，Y形成一个坐标系统。平面X，Y在与穿过流体混合装置的流体流动方向共同的轴线(或直线)处相交。
如所示一样，一对固定的混合元件10，12设置在由平面X，Y形成的坐标系统上。混合元件10，12会聚到顶部区域14，该区域沿着与流体流动方向相反的方向取向(这只是一个优选实施方案，如果要求的话则该顶部的取向可以反过来)。
参照图3b，已经显示出混合元件10的垂线16。进一步参照图3b，显然的是，垂线16与相对于平面Y成锐角B。参照图3c，可以看出垂线16相对于平面X成锐角A。因此，垂线16与每个平面X，Y分别形成锐角。
在随后针对在图5-8和10-16中所示的实施方案的说明中，举例说明了第一垂线、第二垂线和上述流体流动方向的不共面关系的特征。
如那些本领域普通技术人员将要了解的一样，在本发明流体混合装置的范围内可以想到许多实施方案。下面将对这些实施方案中的一些进行说明，但是那些本领域普通技术人员将容易认识到，可以有许多其它实施方案。另外，虽然提供一些在该混合装置中将这些混合元件连接在其它元件上的一些细节(例如参见图17和18)，但是确定的细节将在各种应用之间是不同的并且在本领域普通技术人员的见识范围内-例如参见Cormack。
在本发明流体混合装置的优选实施方案中，采用了一对混合元件。一对混合表面使得每个表面能够单独地设置同时仍然产生出反向旋转涡流对。这意味着，将产生两个旋涡的单个表面切分成一对表面(每个都产生一个旋涡)增加了这些表面的整体取向的灵活性，并且使得能够实现以其它方式难以实现的优化。
使每个表面相对于如上所述的两个表面取向(例如，通过倾斜)使得该表面沿着流体流动方向的投影面积以最小的变化减小到实际表面面积。投影面积的降低是合乎需要的，因为沿着流体流动方向的投影面积与由该表面产生的流体能量损失相关。利用在赋予给流体流的形状上的变化，也可以提高混合性能。
还可以通过增加前缘的长度来改进混合器性能。实现这个目的的一个可能的方法是通过使边缘弯曲。对于给定的该表面投影面积而言，这增加了沿着流体流动方向的边缘长度。可以通过选择适当的曲率来调节在给定位置处可得到的总边缘长度。这意味着，涡流的强度不一定随着径向位置而不变。这在UV消毒系统中尤其是有利的，在该系统处最好将远离UV的流体元件混合到靠近UV源的位置上。同样的原理可以应用在混合表面的表面曲率上。对于给定的投影面积而言，这可以增加实际表面积，并且同样可以选择弯曲程度，以便将混合强度改变成为径向位置的一个函数。可以单独或结合使用这两种曲率以增加产生旋涡的固定混合装置的混合效率。
通过在混合表面对之间产生流体流动通道，从而可以提高消毒性能。提高的程度至少部分取决于开口的尺寸和表面的位置。可以通过从每个表面中除去表面区域或优选通过使每个表面重新设置成保持所有实际的或有效的面积来形成开口通道。如果除去了表面区域，则对于流体流动的开口通道的实际效果可以是降低消毒性能和流体能量损失。用于流体流动的开口通道可以只是通过一对表面来实现。通过使表面分离而产生的后缘也可以弯曲以减小旋涡的形成，这些旋涡可以使由前缘产生的主旋涡不稳定。用于流体流的开口通道和弯曲边缘其额外的优点在于相对能够抵抗在系统中的碎片污染，这例如在用于处理废水的UV消毒系统是一个问题。
用一对表面产生旋涡对由于使得混合效率和流体能量损失的优化所以提高了固定混合装置的整体灵活性。使这些混合表面倾斜以实现第一垂线、第二垂线和如上所述的流体流动方向的不共面关系可以减小整体流体能量损失并且增加混合效率。向混合表面的边缘或表面施加曲率还增加了混合性能，并且在一些情况中减小了整体流体能量损失。通过在表面之间产生用于流体流的通道可以实现混合性能的增加或流体能量损失的减小。将这些元件组合以产生在混合效果和整体流体能量损失两方面都优化的装置是本发明混合装置的优点。
用来使液流图形象化的一个工具是计算流体动力学(CFD)。CFD是使用计算机模拟对液流系统进行分析，并且被广泛用来解决热和质量传递问题。它通常应用在这些不同领域例如空气动力学、化学工艺过程设计和环境工程中。CFD是描述流体特性的纳维司托克斯方程的数字模型。所关心的几何形状由各个节点的“网”细分，在这些节点处通过迭代方法解出流体流动的相互作用。也可以采用适当的湍流模型。使用CFD可以使液流图形象化，从而能够有效深入地了解所关心的流动几何特性内部的状况。可以使用这个信息来计算出由添加各种混合表面所引起的流体特性上的差异，从而与严格试验方法相比减少了设计时间。
CFD是一种用来在相同条件下对混合器进行比较的强大工具，并且不会引入许多试验变量。采用CFD来测试多种混合器以确定设计特征例如投影面积、实际面积、边缘长度、混合表面对之间的间距等的变化在消毒性能和流体能量损失上的影响。可以利用CFD来产生有限数量的中性漂浮的无质量“质点”的质点径迹。为了模拟UV消毒性能，可以采用辐射模型以在整个反应器几何结构上产生UV强度场。后处理算法然后采取“质点”路径并且用场强对它们进行积分以确定由每个流体元件接收的UV量(或“剂量”)。然后采用已知的用于微生物消毒的动态模型对UV剂量的柱状图进行分析以得出该反应器的整体灭活作用。这个整体灭活作用被称作反应器的“剂量当量”，即必须由穿过反应器的每个流体元件接收以便实现所计算出的整体灭活作用的剂量。在Buffle等人的“UV Reactor Conceptualization andPerformance Optimization With Computational Modeling”，WaterEnvironment Federation，March 15-18，2000，New Orleans中对称为CoDiM的这个计算模型进行了更详细地说明。
可以通过利用CoDiM在流动中对它们进行模拟来实现对各个混合装置的消毒性能进行比较。CoDiM程序包自动地确定出给定几何结构的流体能量损失，通常被称为“压降”或“压头损失”。通过选择相同的反应器几何结构、能量输入和流速，从而可以较好地估计混合器的对比性能。由CoDiM用来计算流场的网对于每个混合器设计应该以相同的方式产生出以便比较这些结果以减小计算引入的变化。由于混合器设计特征的变化常常以能量损耗为代价产生性能改进，反之亦然，所以需要同时估计两个因素。通过在同一幅图中画出每个混合器设计的消毒性能(“剂量当量”)和流体能耗(“压头损失”)，在相同条件下进行评估得出这些设计的令人满意的比较。
构建实际的CFD模型以便在一组恒定的条件下比较混合器特征的变化在剂量当量和压头损失上的影响。所使用的CFD程序包是Fluentv5.0(Lebanon，NH)。在CoDiM中设计出一个0.127m×0.127m×1.778m(5″×5″×70″)的矩形反应器。将单个管状UV辐射源套筒安放在反应器中央并且用作混合器的支撑件。UV辐射源的半径为0.023m(0.89″)并且长度为1.575m(62″)。流动方向与UV辐射源平行，并且反应器的入口和出口被描述成与流动方向成一条直线。对于所有混合器都选择0.9m/s的总体流动速度，并且选择水作为流体。然后CoDiM软件计算出流体流场，从而提供用于经过反应器的微生物的在压降和质点径迹方面的输出。
为了评估混合器性能，通过质点径迹采用CoDiM对消毒进行模拟。采用弧长为1.47m(58″)的灯，并且选择其杀菌UVC能量为90W/m的灯输出。UV光的流体穿透性选择在60％。然后CoDiM产生穿过反应器的微生物的剂量柱形图。然后使用该剂量柱形图来产生进入微生物的灭活百分比。然后采用第一级动态模型来确定所需要的UV剂量以实现所要求的灭活程度。为了能够比较每个混合器的剂量当量，采用0.53的用于微生物灭活的第一级动态常数来进行所有研究。由于对于所有试验采用一组相同的条件，所以可以使用该剂量当量来表示相对的混合器效率，并且能够对混合器作出比较。
使用在图4中所示的基本混合器形状作为进行所有比较的基础。然后将各种混合器特征加在该形状上，从而保持相对于UV辐射源的原始角度。在原始形状上的这种构建方法能够对混合器特征在它们单独加入时在剂量当量和压头损失上的影响进行比较。在下面表1中披露了与图4不同的每个混合器的其它特征。
混合表面和流动轴线之间的角度对于在所示图中的所有实施方案而言保持在28°处不变。表1涉及每对的单个混合表面。图4和9被认为是一对邻接在一起的混合表面。
                              表1
  图号   实际面积(m2×10-4)   投影面积(m2×10-4)   前缘长度(m)
    4     7.75     3.75     0.117
    5     7.75     3.75     0.117
    6     7.75     3.75     0.117
    7     15.75     8.25     0.119
    8     9.75     4.50     0.117
    9     7.75     3.75     0.117
    10     15.75     7.00     0.117
    11     19.50     8.25     0.119
图4显示出只相对于流体流动的主方向倾斜的三面混合元件。在这个具体图面中，流体流动的主方向与混合表面的支承件平行。该支承件可以是UV辐射源，例如用在水或废水消毒中，或者它可以是任意其它与流体流动方向平行的部件。描述该表面的取向的另一种方法是第一垂线、第二垂线和上述流体流动方向的不共面关系。
这个特定混合表面从沿着相反方向转动的两个前缘中的每一个产生出一对旋涡。可以将这个混合表面当作一对形成两个直角三角形的表面，它们沿着一个边缘连接。通过使这两个三角形分开，从而在可以用来改进混合性能和流体能量损失的角度和位置方面获得额外的灵活性。
参照图5，显示出一对混合元件。每个混合元件包括一个显示出具有垂线的表面，该表面在图3中所示的坐标系统中相对于两个平面都成锐角。
在图6中所示的这对混合表面在取向上与图5的那些类似，但是已经在表面之间产生用于流体流动的通道。在这种情况中，产生用于流体流动的通道的方法是通过使这对表面的每个表面分离并且保持实际和投影表面面积恒定。这些表面的这种分离可以通过使每个表面重新定位来实现。通过从每个混合表面中除去材料可以产生出用于流体流动的可选通道，从而导致有效表面积和投影面积的降低。
在图7中所示的混合表面对与在图5中的那些类似。在图7中，混合元件具有弯曲的前缘。这些弯曲前缘增加了投影面积和实际表面积，并且增加了总混合边缘长度同时保持相对于两个垂直平面的每一个成锐角，每个平面具有与流体流动方向平行的轴线。
图8显示出一对与图5的那些类似的混合表面。在图8中，混合表面本身是弯曲的并且包括弯曲的前缘和后缘。
在图5-8中所示的实施方案的角度、曲线、开口尺寸等的进一步调节可以设计成对于一组给定的条件可获得最优的混合表面，所述条件例如为支承尺寸、相邻支撑件之间的间距和所要求的消毒性能对压头损失的程度。
参照图19，可以看出，在图5中的混合元件导致消毒性能与图4的混合元件相比得到改善且流体能量损失降低。伴随着流体能量损失降低的消毒性能增加是一个不希望有的结果，因为投影面积、实际面积和边缘长度保持恒定。这是利用第一垂线、第二垂线和上述流体流动方向的不共面关系。
图19显示出在如图6中所示的表面之间的流体流动的开口通道提高了消毒性能，同时与在图4中所示的混合装置的结果相比减少了压头损失。该开口通道进一步的优点在于减低了碎片污染的可能性，这可以显著影响在高污染应用例如在废水消毒中的混合器性能。
图19还显示出图7的实施方案与图4的实施方案相比显著地改善了消毒性能。虽然图7的实施方案提高了液压压头损失，但是该流体混合装置能够用在这样的用途中，其中提高消毒性能比减小液压压头损失更重要，并且与在这里所述的其它实施方案结合。
进一步参照图19，可以推断出，通过如在图8中一样给混合元件提供弯曲表面，从而投影和实际面积增加同时边缘长度保持几乎恒定。这个组合产生了额外的混合，这转变成消毒性能的改进。
图9显示出其形状和取向与在图4中所示的表面类似的混合元件，但是相对于流动方向反向。
选择并组合在图5-8中所示的混合元件的各个特征以获得在图10和11中的混合元件。
如参照图20可以看出的一样，与图9的流体混合装置相比，在图10和11的流体混合装置中可以实现消毒性能的改进。虽然图10和11的实施方案其液压压头损失增加，但是该流体混合装置可以用在这样的用途中，其中提高消毒性能比减小液压压头损失更重要，并且与在这里所述的其它实施方案结合。图10和11的流体混合装置其分配的剂量当量在所测试的任意混合装置中是最大的。在图10中所示的实施方案中，通过从每个混合器中除去实际表面积来在混合表面之间产生流体流动开口通道，从而导致消毒性能和压头损失的降低。
图12-16显示出落入在本发明的范围内的其它流体混合装置。
图12显示出四“鳍形”混合表面的实施方案。每个混合表面是三面的并且通常是弯曲的。对于给定的一对这些混合表面，通过两个混合表面的相对凹形侧面形成大体上为镜头形的开口。
图13显示出四面混合表面对的实施方案。这些表面的面是弯曲的，从而这些表面在沿着纵向方向的每个点处总是与支承表面垂直。在水的UV消毒中，这使对所要处理的水的遮蔽最小，从而提高了整体消毒性能。在该系统中如此选择曲率，从而这些边缘是笔直的，但是它们也可以是弯曲的。在该图中所示的混合器实施方案在鳍对之间具有用于流体流动的开口通道。
在图14中所示的混合器大部分与在图13中所示的混合装置类似，除了除去在用于流体流动的相邻鳍之间的开口。
图15显示出具有弯曲边缘和表面的四面混合表面对的另一个实施方案。
上述原理可以应用在除了在这些优选实施方案中所示的那些之外的其它四面表面的形成中。安装在给定支撑件上的混合表面对的数量是根据相邻支承件的几何结构来选择的。
图16显示出具有弯曲边缘并且在混合表面对之间没有任何间隙的许多对三面混合表面。通过选择上述原理的应用可以对这个混合器实施方案进行额外的优化。
图17显示出安装在UV消毒模块上的混合器的优选实施方案。在以下文献中可以找到在这种模块的结构上的内容：
美国专利4,482,809[Maarschalkerweerd]；
美国专利4,872,980[Maarschalkerweerd]；
美国专利5,006,224[Maarschalkerweerd]；
国际公开号WO 00/51943[Traubenberg等人(Traubenberg)]；以及；
国际公开号WO 00/26144[Pearcey等人(Pearcey)]。
这些混合器元件与在图12中所示的那些类似。流动方向与辐射源平行，优选在图17中从左往右流动。给定的混合器对半剖开以便从每一侧安装在辐射源上。这个安装方法使得混合器能够很容易在制造之后添加在UV消毒模块上。混合表面的位置如此选择，从而它尽可能在辐射源上游靠近UV辐射源表面安装。
图18a、18b和18c显示出安装在另一种UV消毒模块上的混合装置的实施方案。在上述作为参考的Cormack和下面的文献中可以找到这种装置的结构细节：
美国专利5,418,370[Maarschalkerweerd]；
美国专利5,539,210[Maarschalkerweerd]；和
美国Re36,896[Maarschalkerweerd]。
在该实施方案中包含的混合器元件是在图14中所示的那种。由于这些混合元件优选安装在辐射源上游以便在消毒性能上产生所要求的效果，所以根据辐射源支撑件是位于上游或是下游，混合元件可以安装到该模块的不同部件上。图18a显示出一种双模块(即上游和下游模块)流体处理系统并且显示出与流体流动方向相关的混合元件的位置。图18b显示出单模块(即上游模块)流体处理系统。作为可选实施方案，图18c显示出混合元件安装在流体处理系统的外壳上而不是模块上。
虽然已经参照示例性实施方案和实施例对本发明进行描述，但是该说明并不打算作为限制。因此，本领域普通技术人员在参照该说明书的情况下可以了解这些示例性实施方案的各种改进以及本发明的其它实施方案。因此我们考虑附属的权利要求将覆盖任意这种改进或实施方案。
这里所涉及的所有出版物、专利和专利申请其全文在这里被引用作为参考，同样，特别且单独指明的每个出版物、专利和专利申请其全文在这里也被引用作为参考。

Claims (51)

1.一种流体混合装置，用于混合具有流体流动方向的流体，该装置包括至少一个混合元件，用来在混合元件下游的表面附近产生至少一个旋涡，该混合元件包含设在其质心处的第一垂线以及具有第二垂线的表面，所述第二垂线在质心处与第一垂线相交，其中所述第一垂线、第二垂线和流体流动方向成不共面关系。
2.如权利要求1所述的流体混合装置，其中所述表面包括一个前缘。
3.如权利要求1和2中任一项所述的流体混合装置，其中所述表面包括一个后缘。
4.如权利要求1所述的流体混合装置，其中所述表面包括一个前缘和一个后缘。
5.如权利要求4所述的流体混合装置，其中所述前缘和所述后缘基本上平行。
6.如权利要求5和6中任一项所述的流体混合装置，其中所述前缘和所述后缘通过一个翼形顶部边缘相互连接。
7.如权利要求6所述的流体混合装置，其中所述翼形顶部边缘包括一个与流体流动方向基本上平行的边缘。
8.如权利要求4所述的流体混合装置，其中所述前缘和所述后缘是非平行的。
9.如权利要求8所述的流体混合装置，其中所述前缘和所述后缘中的一个与流体流动方向基本上垂直。
10.如权利要求2-8中任一项所述的流体混合装置，其中所述前缘包括一个基本上弯曲的边缘。
11.如权利要求2-8中任一项所述的流体混合装置，其中所述前缘包括一个基本上笔直的边缘。
12.如权利要求2-11中任一项所述的流体混合装置，其中所述后缘包括一个基本上弯曲的边缘。
13.如权利要求2-11中任一项所述的流体混合装置，其中所述后缘包括一个基本上笔直的边缘。
14.如权利要求1-13中任一项所述的流体混合装置，其中所述混合元件包括一个平坦的表面。
15.如权利要求1-13中任一项所述的流体混合装置，其中所述混合元件包括一个弯曲的表面。
16.如权利要求1-15中任一项所述的流体混合装置，其中所述混合元件包括一个顶点部分。
17.如权利要求16所述的流体混合装置，其中所述顶点部分取向成基本上指向相对于流体流动方向的上游。
18.如权利要求16所述的流体混合装置，其中所述顶点部分取向成基本上指向相对于流体流动方向的下游。
19.如权利要求1-16中任一项所述的流体混合装置，包括第一混合元件和第二混合元件。
20.如权利要求19所述的流体混合装置，其中所述第一混合元件和所述第二混合元件基本上关于第一平面或第二平面彼此对称。
21.如权利要求19所述的流体混合装置，其中所述第一混合元件和所述第二混合元件关于第一平面或第二平面基本上不对称。
22.如权利要求19-21中任一项所述的流体混合装置，其中所述第一混合元件包括第一前缘和第一后缘。
23.如权利要求19-22中任一项所述的流体混合装置，其中所述第二混合元件包括第二前缘和第二后缘。
24.如权利要求19-23中任一项所述的流体混合装置，其中所述第一混合元件包括第一前缘和第一后缘，并且所述第二混合元件包括第二前缘和第二后缘。
25.如权利要求22-24中任一项所述的流体混合装置，其中所述第一前缘和第二前缘中的至少一个包括一个基本上笔直的边缘。
26.如权利要求22-25中任一项所述的流体混合装置，其中所述第一前缘和第二前缘两个都包括一个基本上笔直的边缘。
27.如权利要求22-25中任一项所述的流体混合装置，其中所述第一前缘和第二前缘中的至少一个包括一个基本上弯曲的边缘。
28.如权利要求22-24中任一项所述的流体混合装置，其中所述第一前缘和第二前缘两个都包括一个基本上弯曲的边缘。
29.如权利要求22-24中任一项所述的流体混合装置，其中所述第一后缘和第二后缘是一体的，从而所述第一混合元件和第二混合元件相互连接。
30.如权利要求22-24中任一项所述的流体混合装置，其中所述第一后缘和第二后缘成间隔开的关系，从而在所述第一混合元件和所述第二混合元件之间形成有开口。
31.如权利要求22-24中任一项所述的流体混合装置，其中所述第一前缘和第二前缘是一体的，从而所述第一混合元件和第二混合元件相互连接。
32.如权利要求19-31中任一项所述的流体混合装置，其中所述第一混合元件包括一个第一顶点部分。
33.如权利要求19-32中任一项所述的流体混合装置，其中所述第二混合元件包括一个第二顶点部分。
34.如权利要求19-33中任一项所述的流体混合装置，其中所述第一混合元件包括一个第一顶点部分，并且所述第二混合元件包括一个第二顶点部分。
35.如权利要求32-34中任一项所述的流体混合装置，其中所述第一顶点部分基本上相对于流体流动方向下游取向。
36.如权利要求32-34中任一项所述的流体混合装置，其中所述第二顶点部分基本上相对于流体流动方向下游取向。
37.如权利要求32-34中任一项所述的流体混合装置，其中所述第一顶点部分和第二顶点部分基本上相对于流体流动方向下游取向。
38.如权利要求32-34中任一项所述的流体混合装置，其中所述第一顶点部分基本上相对于流体流动方向上游取向。
39.如权利要求32-34中任一项所述的流体混合装置，其中所述第二顶点部分基本上相对于流体流动方向上游取向。
40.如权利要求32-34中任一项所述的流体混合装置，其中所述第一顶点部分和第二顶点部分基本上相对于流体流动方向上游取向。
41.如权利要求1-40中任一项所述的流体混合装置，其中所述至少一个混合元件包括一个平面。
42.如权利要求1-40中任一项所述的流体混合装置，其中所述至少一个混合元件包括一个楔形件。
43.一种流体混合装置，它包括至少一个用来混合具有一个流体流动方向的流体流的混合元件，所述至少一个混合元件包括具有一个第一垂线的表面，该垂线：
(i)相对于第一平面成锐角，所述第一平面具有与所述流体流动方向基本上垂直的第二垂线；并且
(ii)相对于第二平面成锐角，所述第二平面与流体流动方向平行并且与所述第一平面垂直。
44.一种流体混合装置，它包括至少一个用来混合具有一个流体流动方向的流体流的混合元件，所述至少一个混合元件包括具有一个垂线的表面，所述垂线相对于相互垂直的两个平面中的每一个成锐角，每个平面在与流体流动方向基本上平行的直线上相交。
45.一种流体混合装置，它包括至少一个用来混合具有一个流体流动方向的流体流的混合元件，所述至少一个混合元件包括具有一个垂线的表面，所述垂线相对于第一平面和与所述第一平面垂直的第二平面成锐角，所述第一平面和第二平面在与流体流动方向基本上平行的直线上相交。
46.一种用来混合具有一个流体流动方向的流体的流体混合装置，该装置包括至少一个混合元件，用来在该混合元件的下游表面附近产生至少一个旋涡，所述混合元件这样取向，从而绕着其最接近所述表面的边缘的一次转动使得该混合元件变成平行于在离混合元件最近的点处的该表面的切线，从而限定了一条转动轴线，该轴线相对于流体流动方向倾斜。
47.一种辐射源模块，它包括如在权利要求1-46中任一项所述的流体混合装置。
48.一种流体处理系统，它包括如在权利要求1-46中任一项所述的流体混合装置。
49.一种流体辐射处理系统，它包括如在权利要求1-46中任一项所述的流体混合装置。
50.一种混合具有一个流体流动方向的流体的方法，该方法包括以下步骤：
(i)将至少一个混合元件设置在流体流中；并且
(ii)将所述至少一个混合元件设置成在混合元件下游的表面附近产生至少一个旋涡，从而所述混合元件具有位于其质心的第一垂线，并且所述表面具有在所述质心处与所述第一垂线相交的第二垂线，
其中所述第一垂线、所述第二垂线和所述流体流动方向成不共面关系。
51.一种用来混合具有一个流体流动方向的流体的方法，该方法包括以下步骤：
(i)将至少一个混合元件设置在流体流中；并且
(ii)如此设置所述至少一个混合元件，从而其表面具有一个垂线，该垂线相对于第一平面和与所述第一平面垂直的第二平面成锐角，所述第一平面和所述第二平面每个都具有与所述流体流动方向基本上平行的转动轴线。
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