CN101648117B

CN101648117B - 一种微气泡或液滴发生装置

Info

Publication number: CN101648117B
Application number: CN2009100421616A
Authority: CN
Inventors: 汪双凤; 何奎; 黄间珍; 孙德恩
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2029-08-26
Also published as: CN101648117A

Abstract

本发明公开了一种微气泡或液滴发生装置，其混合T型三通和分配T型三通内分别设有与外界连接的T型通道，主相输送泵和分散相输送泵分别与混合T型三通的两个输入端连接，混合T型三通的输出端与分配T型三通的输入端连接，分配T型三通的两输出端分别与第一微型阀和第二微型阀连接；分配T型三通的一输出端为气泡或液滴发生室，气泡或液滴发生室的直径为3-5mm，长度为10-20mm，混合T型三通3和分配T型三通的T型通道直径为0.5-3mm；分配T型三通直通支管管道长度与T型通道管径之比不超过400。本发明可产生直径100微米以下的气泡或液滴，具有结构简单、制作容易、操作简便、对气泡或液滴控制精确可靠等特点。

Description

一种微气泡或液滴发生装置

技术领域

本发明涉及微气泡或液滴发生装置，特别是涉及一种精确可控的微气泡或液滴发生装置。

技术背景

微气泡或液滴在工业，医学，生活中有广泛的应用。由于微气泡或液滴具有比表面积大的特点，其化学携载作用强，是强化传质的重要手段。例如，工业中大量利用微化学反应器中微气泡的来强化传质，其效率是普通反应器的数千倍。医学中用脂质微气泡携载药品对病灶进行高效治疗。在水产市场，微气泡用来实现增氧功能。微气泡或液滴发生也是微流体芯片的关键技术，而发达国家正在用微流体芯片技术具有革新大规模化学分析和合成、环境和医学化验以及工业产品加工。美国麻省理工学院已经使用微气泡做智能计算。因此随着社会经济的发展和科技的进步，微气泡或应用会越来越广泛。

现有的微气泡或液滴发生装置，大多结构复杂，实现成本高。发生原理也各不相同。而且大部分专利没有实现控制微气泡或液滴的功能。

中国发明专利申请200610105600.x公开了一种微小气泡生成装置，该装置通过泵使加压溶解有气体的流体流入多孔板组件，在通过多孔板时被减压、使溶解的气体析出，形成微小气泡。该装置虽然简单但是没有实现气泡或液体直径可控的功能。

中国发明专利申请200610098404.4公开了一种超微细气泡的管路系统，对依序由管路的一端设有的吸水口、吸水管路、唧筒、压力计、压力流量比例控制阀、压力阀和管路的另一端设有的超微细气泡乳化器而成的，配合管路中的主流体的压力变化，提供直接自然吸入空气的简化供给空气方式的可控制被控制流体(空气)的流量成指定的值的压力流量比例控制阀及超微细气泡乳化器，保持唧筒唧送主流体(水液)的压力最大的状态使能对应于该压力流量比例控制阀的机械动作保持最大开度的状态进行被控制流体(空气)的控制，并可控制被控制流体的流量，使通过单纯的机构可于水中产生超微细气泡。这种装置虽然有一定的调节气泡直径的作用，但结构复杂，限制了其应用范围。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺点，提供精确可控的微气泡或液滴发生装置，实现运行稳定可靠，结构简单，安装方便，节约成本，能够解决多种应用领域内对微小气泡或液滴的需要。

混合器输出的气液两相流经过T型三通时会发生相分配现象，利用该特性可以产生和控制气泡或液滴的大小。两个微型阀起调节气泡或液滴大小作用。利用该装置可产生10微米到100微米范围内的气泡或液滴。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种微气泡或液滴发生装置，包括装有主相输送泵、分散相输送泵、混合T型三通、分配T型三通、第一微型阀和第二微型阀；混合T型三通和分配T型三通内分别设有与外界连接的T型通道，主相输送泵和分散相输送泵分别与混合T型三通的两个输入端连接，混合T型三通的输出端与分配T型三通的输入端连接，分配T型三通的两输出端分别与第一微型阀和第二微型阀连接；分配T型三通的一输出端为气泡或液滴发生室，气泡或液滴发生室的直径为3-5mm，长度为10-20mm，混合T型三通3和分配T型三通的T型通道直径为0.5-3mm；分配T型三通直通支管管道长度与T型通道管径之比不超过400。

所述分配T型三通优选由有机玻璃加工而成。

所述混合T型三通的T型通道截面优选为圆形，直径为1mm。

所述分配T型三通的T型通道截面优选为圆形，直径为0.5mm。

所述导出管优选为直径3mm的有机玻璃管。

相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：

1、本发明提供一种精确可控的微气泡或液滴发生装置，应用T型三通的相分配功能，经过巧妙设置气泡或液滴发生室，将分配得到的分散相变成一定直径气泡或液滴，通过控制两个支管的压力差来调节气泡或液滴的大小，能有效解决某些领域对气泡或液滴的直径可控的问题。

2、本发明提供特制T型三通主要由有机玻璃方块加工先加工出0.5mm的圆形通道，然后在直通支管通道终点加工出直径为3mm通道作为气泡发生室。因而具有结构简单，可视化，不需要支撑装置，安装方便。

3、本发明提供一种精确可控的微气泡或液滴发生装置运行稳定可靠，可节约成本，且能够解决多种应用领域内对微小气泡或液滴的需要问题，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1.图1微气泡或液滴装置系统图。

图2.图2.分配T型通放大图。

图3.混合T型三通截面图。

图4.分配T型三通截面图。

图5.主相为水，分散相为空气的气泡直径分布图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明。需要说明的是，具体实施方式只是进一步说明本发明的技术特征，而不是限定本发明要求保护的范围。

如图1所示，微气泡或液滴发生装置包括装有主相输送泵1、分散相输送泵2、混合T型三通3、分配T型三通4、导出管6、第一微型阀5和第二微型阀7。混合T型三通3和分配T型三通4内分别设有与外界连接的T型通道，主相输送泵1和分散相输送泵2分别与混合T型三通3的两个输入端连接，混合T型三通3的输出端与分配T型三通4的输入端连接，分配T型三通4的两输出端分别与第一微型阀5和第二微型阀7连接。分配T型三通4的一输出端为气泡或液滴发生室，气泡或液滴发生室的直径为3-5mm，长度为10-20mm；混合T型三通3和分配T型三通4的T型通道直径为0.5-3mm；气泡或液滴发生室的直径和长度与混合T型三通3和分配T型三通4直径之比分别在1-10倍和3到40倍，分配T型三通直通支管管道长度与T型通道管径之比不超过400。

如图2、3、4所示，混合T型三通3和分配T型三通4的输入端或者输出端加工有沉头螺孔用以连接管路。混合T型三通3和分配T型三通4都在T型有机玻璃方块上加工，T型方块两臂对称。T型方块两臂对称长度对气泡或液滴直径有影响，该长度与三通管径耦合影响气泡或液滴直径。T型方块两臂长度越长，三通管径越小，气泡或液滴直径越小，当该长度与三通管径之比超过400，无论怎么调节两个微型阀，气泡都较难形成。原因是气体无法通过较长的管道进入气泡发生室。T型通道管径的截面形状可为圆形、方形或其它形状。其中，圆形管道易加工，便于大规模工业生产。加工时，采用T型方块两臂长度20mm，T型通道管径为0.5mm，以获得直径100微米以下范围的气泡，方块的两臂截面为5mm×5mm矩形，达到易于加工成型的目的。混合T型三通直径的选取要与分配T型三通配合。要求混合T型三通3的T型通道直径要接近分配T型三通4的T型通道直径。如图4所示，分配T型三通4的T型通道直径为0.5mm的圆形通道，分配T型三通4的一输出端为直通支管端，在直通支管通道终点通过数控机床加工成直径为3mm，长度为5mm的通道作为气泡或液滴发生室。直通支管端通过导出管与第二微型阀7连接。产生的气泡或液滴通过导出管送出，通过微型阀控制两个支管的压力差来调节气泡或液滴的大小，微型阀分别装在分配T型三通两个支管的下游。导出管为直径3mm的有机玻璃管。导出管6用来将气泡或液滴送入使用装置。

主相和分散相要求为互不相溶的两种流体，但至少有一种流体为液相。经过主相输送泵1和分散相输送泵2输送进混合T型三通3，在这里两相充分混合变成两相流。主相和分散相的同温同压体积流量比在1∶5到1∶15之间发生室才会产生气泡。对于分散相为液体的情况，主相和分散相的同温同压体积流量比为1∶10～1∶40，才能发生微小液滴。然后两相流进入分配T型三通4，分配T型三通4实现相分配。相分配主要受下游两个支管间的压差，这个压差通过调节支管下游的第一微型阀5和第二微型阀7来实现，这是实现调节微气泡或大小的基础。第一微型阀5和第二微型阀7内径为3mm。型号都为雄川阀门生产的SS-723K2。选此阀门主要是该法门与本发明设计的管路能较好衔接，无需其它转接装置。

主相输送泵1为一液体输送泵，控制精度要求达到5％。本发明选用浙江大学医学仪器公司的WZ-50C66T型注射泵，流量控制精度1％-5％。如果分散相为气体，则分散相输送泵2用钢瓶和热气式质量流量控制仪代替。热气式流量计测量的气体流量单位为单位毫升每分钟，其值与压力无关。

实施例

图5是通过空气和水分别作为主相和分散相做实验得到的气泡直径分布图。实施条件：如图1所示的装置，其中，主相输送泵1为浙江大学医学仪器公司的WZ-50C66T型注射泵；分散相输送泵2为40L钢瓶和一个热气式质量流量控制仪(东莞市德欣电子科技有限公司DSN-S)；混合T型三通3内径为1mm；分配T型三通4内径为0.5mm；第一微型阀5和第二微型阀7为雄川阀门生产的SS-723K2；导出管6直径为3mm。主相为常温常压水；分散相为常温常压空气。

首先，将主相和分散相的流量比确定为1∶10。然后固定侧支管阀门(第一微型阀5)开度为50％，调节主支管阀门(第二微型阀7)开度。气泡或液滴发生室得到的气泡在显微镜(莱卡DMI3000)下用高速摄像机(美国FASTEC IMAGING公司)拍摄下来，然后通过莱卡Qwin软件测出每一工况下气泡直径，直径的差异度为10％，求得平均值作为纵坐标。然后用该条件下两阀门开度条件为横坐标作图，结果如图5所示。从图5可以看出，所得气泡直径在30到80微米之间。随着主支管阀门开度增大，气泡直径增大。

本发明所提供能够精确控制气泡或液滴的发生装置，具有高效、节能、环保、结构简单、成本低、安装方便、操作简单等优点。

1、本发明提供能够精确控制气泡或液滴的发生装置，应用T型三通的相分配功能，通过两个微型阀来调节气泡或液滴直径，能够为某些特殊领域，如化学微反应器提供特定要求的气泡。

2、本发明提供的装置关键部分是特制T型三通，但其结构却很简单，而且材料廉价易的。其余的泵和阀门均有相关的标准件可用。

3、经空气和水的实验，表明本精确控制气泡或液滴的发生装置运行稳定，结构简单，安装方便，可节约成本，对气泡或液滴直径控制精确，具有潜在的市场前景。

Claims

1.一种微气泡或液滴发生装置，其特征在于：包括装有主相输送泵、分散相输送泵、混合T型三通、分配T型三通、第一微型阀和第二微型阀；混合T型三通和分配T型三通内分别设有与外界连接的T型通道，主相输送泵和分散相输送泵分别与混合T型三通的两个输入端连接，混合T型三通的输出端与分配T型三通的输入端连接，分配T型三通的两输出端分别与第一微型阀和第二微型阀连接；分配T型三通的一输出端为气泡或液滴发生室，气泡或液滴发生室的直径为3-5mm，长度为10-20mm，混合T型三通(3)和分配T型三通的T型通道直径为0.5-3mm；分配T型三通直通支管管道长度与T型通道管径之比不超过400。

2.根据权利要求1所述的一种微气泡或液滴发生装置，其特征在于：所述分配T型三通由有机玻璃加工而成。

3.根据权利要求1所述的一种微气泡或液滴发生装置，其特征在于：所述混合T型三通的T型通道截面为圆形，直径为1mm。

4.根据权利要求1所述的一种微气泡或液滴发生装置，其特征在于：所述分配T型三通的T型通道截面为圆形，直径为0.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种微气泡或液滴发生装置，其特征在于：所述气泡或液滴发生室通过导出管与第二微型阀连接；所述导出管为直径3mm的有机玻璃管。