CN103170263B - 纳米气泡发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米气泡发生装置，该纳米气泡发生装置包括气液混合泵（1）和气穴发生器（2），所述气液混合泵（1）包括第一入口（15）、第二入口（16）和出口（17），所述第一入口（15）用于流入液体，所述第二入口（16）用于流入气体，所述出口（17）连通于所述气穴发生器（2），使得从所述气液混合泵（1）流出的气液混合体流经所述气穴发生器（2）后形成直径为纳米级的气泡。因此，本发明的纳米气泡发生装置可以在污水处理、水产养殖、河川治理、污染修复等多种应用中取得更佳的效果。

Description

纳米气泡发生装置

技术领域

本发明涉及水域清洁领域，具体地，涉及一种纳米气泡发生装置。

背景技术

水中的溶解气体经减压后将释放出微小的气泡称为气穴作用。当微小气泡的直径小于数十微米以下且密度达到极高时，将形成雾化现象。

可以理解，上述微小气泡可以长时间保持在水中，因而能够提高水溶氧，并且由于微小气泡的存在，可以使水中细小的有机悬浮物质（例如水体中的腐蚀枯叶、藻类等）浮于水面，通过去除这些悬浮物质可以促进水体的净化和活化。

尤其是，当气泡直径小于50微米时，其气泡界面上将呈负电性，并且因气泡界面上的水分子结构改变而附着一些具氧化能力的自由基，这些自由基能与水中的有机磷和胺氮等发生作用使其变成无害物质，因而能够为用于水产养殖的水体进行消毒与杀菌。此外，极小的气泡还能够穿梭于砂粒间隙，进而达到深层氧化或还原作用，因而可以用于废土污染处理中。

由于以上所述的各种功能，微小气泡可以被广泛地应用在污水处理、水产养殖、河川治理、污染修复等多种应用中。但是，现有的气泡产生器所能产生的气泡不论大小还是密度均受到限制，不能达到雾化程度，也就是说在上述应用中没能充分发挥微小气泡的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米气泡发生装置，该纳米气泡发生装置能够产生纳米级的气泡，以适用于多种用途。

为了实现上述目的，本发明提供一种纳米气泡发生装置，该纳米气泡发生装置包括气液混合泵和气穴发生器，所述气液混合泵包括第一入口、第二入口和出口，所述第一入口用于流入液体，所述第二入口用于流入气体，所述出口连通于所述气穴发生器，使得从所述气液混合泵流出的气液混合体流经所述气穴发生器后形成直径为纳米级的气泡。

优选地，所述纳米气泡发生装置包括连通于所述出口的出水管，所述气穴发生器固定在所述出水管的内部。

优选地，所述气穴发生器呈盘状，并且所述气穴发生器上设置有用于所述气液混合体流经的孔隙，该孔隙沿所述气穴发生器的径向方向延伸。

优选地，所述孔隙的宽度与所述气液混合泵的扬程成反比，所述孔隙的长度与所述气液混合泵的扬程成正比。

优选地，所述气穴发生器设置有多个所述孔隙，并且该多个所述孔隙相对于所述气穴发生器的端面中心呈放射状布置。

优选地，所述气穴发生器的厚度与从所述气液混合泵流出的气液混合体的压力成正比。

优选地，所述气液混合泵包括壳体、芯轴、动叶轮和静叶轮，所述芯轴可转动地安装在所述壳体内并穿过所述动叶轮和所述静叶轮，所述动叶轮固定于所述芯轴，所述静叶轮固定在所述壳体上，并且所述静叶轮位于相邻两个所述动叶轮之间。

优选地，所述动叶轮包括第一动叶片和第二动叶片，所述第一动叶片上上形成有多个第一突起连接部，所述第二动叶片固定在所述多个第一突起连接部上，以与所述第一动叶片间隔设置，并且所述第一动叶片和所述第二动叶片上分别设置有第一通孔。

优选地，所述静叶轮包括第一静叶片和第二静叶片，所述第一静叶片上形成有多个第二突起连接部，所述第二静叶片固定在所述第二突起连接部上，以与所述第一静叶片间隔设置，并且所述第一静叶片和第二静止叶片上分别设置有第二通孔。

优选地，所述纳米气泡发生装置包括水泵，该水泵通过控制阀与所述气液混合泵的第一入口连通，以向所述气液混合泵提供高压液体，并且所述纳米气泡发生装置包括气体供应器，该气体供应器通过进气调节阀与所述气液混合泵的第二入口连通，以向所述气液混合泵提供气体。

本发明通过气液混合泵产生其中溶解有大量气体的高速水流，并且使这些高速水流在气穴发生器的作用下释放出细小的气穴泡，当气穴泡溃缩时其所含的气体会缩小成超微细的气泡，同时气穴泡因溃缩所释放出的高能量会从水流中激发出更多的超微细的气泡，从而形成纳米级的气泡，最终产生雾化效果。因此，本发明的纳米气泡发生装置可以在污水处理、水产养殖、河川治理、污染修复等多种应用中取得更佳的效果。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的纳米气泡发生装置的结构示意图；

图2A和图2B分别是本发明中气穴发生器的立体示意图和主视示意图；

图3A和图3B分别是本发明中气穴发生器安装位置的主视示意图和侧视示意图；

图4是本发明中气液混合泵的结构示意图；

图5是本发明中气液混合泵的芯轴与动叶轮和静叶轮的位置关系示意图；

图6A是气液混合泵中动叶轮的第一动叶片的结构示意图，图6B是气液混合泵中动叶轮的第二动叶片的结构示意图；

图7A是气液混合泵中静叶轮的第一静叶片的结构示意图，图7B是气液混合泵中静叶轮的第二静叶片的结构示意图。

附图标记说明

1气液混合泵             2气穴发生器                  3水泵

4控制阀                 5气体供应器                  6进气调节阀

7压力表                 8流量指示器                  9出水管

10法兰                  11壳体                       12芯轴

13动叶轮                14静叶轮                     15第一入口

16第二入口              17出口                       21孔隙

131第一动叶片           132第二动叶片                133第一通孔

141第一静叶片           142第二静叶片                143第二通孔

131a第一连接突起部      141a第二连接突起部

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指附图中的上、下、左、右，“内、外”是指相对于部件轮廓的内、外。

参照图1至图5，本发明涉及一种纳米气泡发生装置，该纳米气泡发生装置主要包括气液混合泵1和气穴发生器2。其中，气液混合泵1用于混合气体和液体，气穴发生器2用于产生纳米级的气泡。如图4所示，气液混合泵1包括第一入口15、第二入口16和出口17，其中第一入口15用于流入液体，第二入口16用于流入气体，出口17连通于气穴发生器2，使得从气液混合泵1流出的气液混合体流经气穴发生器2后形成直径为纳米级的气泡。

由上述结构可以看出，纳米级的气泡的发生原理为：首先利用气液混合泵1产生其中溶解有大量气体的高压水流，然后这些高压水流流经气穴发生器2后将从水流中释放出细小的气穴泡，当气穴泡溃缩时其所含的气体会缩小成超微细的气泡，同时气穴泡因溃缩所释放出的高能量会从水流中激发出更多的超微细的气泡，从而形成纳米级的气泡，最终产生雾化效果。因此，本发明的纳米气泡发生装置可以在污水处理、水产养殖、河川治理、污染修复等多种应用中取得更佳的效果。

进一步地，气穴发生器2与气液混合泵1的出口17之间可以具有多种连通结构，例如，气穴发生器2可以固定在出口17处与其直接连通。在一种实施方式中，纳米气泡发生装置包括与出口17连通的出水管9，同时气穴发生器2固定在出水管9的内部，从而形成连通结构。其中气穴发生器2的固定主要是通过法兰10固定，但不限于通过法兰固定。如图3A和图3B所示，在出水管9上固定有两个法兰10，并且气穴发生器2通过设置在两个法兰10之间而固定。

参见图1，在具体实施方式中，纳米气泡发生装置可以包括水泵3，该水泵3通过控制阀4与气液混合泵1的第一入口15连通，通过水泵3的工作，可以向气液混合泵1提供高压液体。同时，纳米气泡发生装置还可以包括气体供应器5，该气体供应器5通过进气调节阀6与气液混合泵1的第二入口16连通，以向气液混合泵1提供气体。其中，通过调节控制控制阀4和进气调节阀6可以分别调节所供给的液体和气体的流量。关于控制阀4和进气调节阀6，可以是现有技术中的各类实现流量控制的阀门，并且这些阀门结构和工作原理都是本领域技术人员所公知，因而不在此次一一例举并描述。此外，还可以在液体的通入管路上设置压力表7，并且在气体的通入管路上设置流量指示器8。根据观察压力表7和流量指示器8所得的示数，可以分别控制阀4和进气调节阀6，以对流入气液混合泵1的液体和气体的通入量进行调节。

在上述纳米气泡发生装置中，气液混合泵1可以是现有技术中已知的多种结构的离心式气液混合泵，本发明对此不进行限定。而能够产生超微细的气泡的气穴发生器2可以包括多种结构。例如，图2A和图2B显示了气穴发生器2的一种实施方式。在该实施方式中，气穴发生器2呈盘状，并且气穴发生器2上设置有用于气液混合体流经的孔隙21，该孔隙21沿气穴发生器2的径向方向延伸。可以理解，在气穴发生器2上形成有孔隙21的结构下，当经气液混合泵1产生的高压流体在出水管9中通过孔隙21时，由于出水管9内的总能量不变，而孔隙21的截面远小于出水管9的横截面，因此将产生高流速的流体，并且使孔隙21的内部压力低于水流的蒸汽压力，此时，水流蒸发成微小的气穴泡，该气穴泡随后向内溃缩而缩小为超微细的气泡并释放出高能量，而这些高能量又进一步可以激发出更多的超微细的气泡，从而形成纳米级的气泡。可以理解，本发明的气穴发生器不限于上述实施方式的结构，凡是设置有孔隙的其他变型结构同样适用于本发明中。

参见图2A和图2B，所述气穴发生器2的孔隙21的宽度和长度可以根据实际的工作需要而具体选择，更确切地说可以根据所需纳米级气泡的直径范围进行选择确定。例如，为获得直径在200～250nm范围内的气泡，可以将孔隙21的宽度设定为0.2mm，若需要获得直径在98～140nm范围内的气泡，可以将孔隙21的宽度设定为0.1mm。

此外，由前述纳米级气泡的形成过程可以看出，气穴发生器2将承受来自气液混合泵1的高压水流，气穴发生器2应当具有足够的强度。为此，气穴发生器2的厚度应当与从气液混合泵1流出的气液混合体的压力成正比，即气液混合体的压力越大，气穴发生器2将越厚。

而且，孔隙21的宽度主要影响纳米级气泡的直径大小，而孔隙21的长度主要影响经过气穴发生器2的流量。优选地，气穴发生器2中孔隙21的宽度与气液混合泵1的扬程成反比，并且孔隙21的长度与气液混合泵1的扬程成正比。即，当气液混合泵1的扬程增加时，需要相应地减小孔隙21的宽度以及增大孔隙21的长度，以能够产生更多的纳米级气泡而获得较佳的雾化效果。另外，气液混合泵1的扬程的具体含义是本领域技术人员所公知的，在此不进行赘述。

进一步地，气穴发生器2设置有多个孔隙21，并且这些孔隙21相对于气穴发生器2的端面中心呈放射状布置，使得经过气穴发生器2流出的气液混合体可以均匀流出，减少气穴发生器2因受力不均而造成变形、凹陷等缺陷。

在以上描述的气穴发生器2的基础上，为了更好地获得纳米级气泡，本发明在一种实施方式中还可以对气液混合泵1进行改进，用以提供混合更加充分的气液混合体。

参见图4、图5A、图5B以及图6A和图6B，气液混合泵1包括壳体11、芯轴12、动叶轮13和静叶轮14。具体地，芯轴12可转动地安装在壳体11内并穿过动叶轮13和静叶轮14，同时，动叶轮13固定于芯轴12，静叶轮14固定在壳体11上，并且静叶轮14位于相邻两个动叶轮13之间。通过气液混合泵1的结构可以看出，当芯轴12转动时，动叶轮13随之转动，而静叶轮14因与壳体11固定而处于静止。

当气液混合泵1进行气液混合工作时，分别从第一入口15和第二入口16流入的液体和气体首先在壳体11内进行初步混合。在芯轴12的带动下，的动叶轮13转动，以对气液混合体进行搅动，从而促进气体溶于液体中。其中静叶轮14用于将离心后的气液混合体重新聚集，并沿芯轴12的轴向传递气液混合体，使其被另一个动叶轮13继续搅动。

优选地，在实施方式中，动叶轮13可以包括第一动叶片131和第二动叶片132，在第一动叶片131上形成有第一突起连接部131a，第二动叶片132通过固定在第一突起连接部131a上而与第一动叶片131间隔设置，并形成动叶轮13。由于在第一动叶片131和第二动叶片132之间形成空隙，因而可以增加推动气液混合体的动力，以更加有利地促使气体溶解于液体中。所述第一突起连接部131a可以为多个类似扇叶的弧形连接片，但不限于此形状。此外，第一动叶片131和第二动叶片132上分别设置有第一通孔133，以使气液混合体能够从第一动叶片131（或第二动叶片132）的第一通孔133流入动叶轮13的空隙中，并通过第二动叶片132（或第一动叶片131）的第一通孔133流出动叶轮13。

类似地，静叶轮14也可以包括第一静叶片141和第二静叶片142，第一静叶片141上形成第二突起连接部141a，第二静叶片142通过固定在第二突起连接部141a而与第一静叶片141间隔设置，并形成静叶轮14。并且，第一静叶片141和第二静叶片142上分别设置有第二通孔143，以有效地促进气体溶解于液体中。

需要说明的是，尽管附图中仅显示了两个动叶轮13和一个静叶轮14，但是，动叶轮13和静叶轮14的数目不限于此，只要在壳体11内设置多个动叶轮13和多个静叶轮14时，将静叶轮14设置在相邻两个动叶轮13之间即可。在具体应用中，向所述气液混合泵1提供的动力越大，动叶轮13和静叶轮14的数目越多。另外，上述第一通孔133和第二通孔134的布置位置和数目也可以根据实际应用而进行选取，而不限于附图中所示的布置位置和数目。在本发明中，静叶轮14可以设置较多的第二通孔134，以更好地起到聚集气液混合体的作用。

此外，还可以理解的是，当将本发明的纳米气泡发生装置应用到不同情况下，用于产生气泡的气体可以为空气、氧气、二氧化碳或臭氧等多种类型的气体。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种纳米气泡发生装置，其特征在于，所述纳米气泡发生装置包括气液混合泵(1)和气穴发生器(2)，所述气液混合泵(1)包括第一入口(15)、第二入口(16)和出口(17)，所述第一入口(15)用于流入液体，所述第二入口(16)用于流入气体，所述出口(17)连通于所述气穴发生器(2)，使得从所述气液混合泵(1)流出的气液混合体流经所述气穴发生器(2)后形成直径为纳米级的气泡，所述气穴发生器(2)呈盘状，并且所述气穴发生器(2)上设置有用于所述气液混合体流经的孔隙(21)，所述孔隙(21)沿所述气穴发生器(2)的径向方向延伸。

2.根据权利要求1所述的纳米气泡发生装置，其特征在于，所述纳米气泡发生装置包括连通于所述出口(17)的出水管(9)，所述气穴发生器(2)固定在所述出水管(9)的内部。

3.根据权利要求1所述的纳米气泡发生装置，其特征在于，所述孔隙(21)的宽度与所述气液混合泵(1)的扬程成反比，所述孔隙(21)的长度与所述气液混合泵(1)的扬程成正比。

4.根据权利要求1所述的纳米气泡发生装置，其特征在于，所述气穴发生器(2)设置有多个所述孔隙(21)，并且该多个所述孔隙(21)相对于所述气穴发生器(2)的端面中心呈放射状布置。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的纳米气泡发生装置，其特征在于，所述气穴发生器(2)的厚度与从所述气液混合泵(1)流出的气液混合体的压力成正比。

6.根据权利要求1或2所述的纳米气泡发生装置，其特征在于，所述气液混合泵(1)包括壳体(11)、芯轴(12)、动叶轮(13)和静叶轮(14)，所述芯轴(12)可转动地安装在所述壳体(11)内并穿过所述动叶轮(13)和所述静叶轮(14)，所述动叶轮(13)固定于所述芯轴(12)，所述静叶轮(14)固定在所述壳体(11)上，并且所述静叶轮(14)位于相邻两个所述动叶轮(13)之间。

7.根据权利要求6所述的纳米气泡发生装置，其特征在于，所述动叶轮(13)包括第一动叶片(131)和第二动叶片(132)，所述第一动叶片上(131)上形成有多个第一突起连接部(131a)，所述第二动叶片(132)固定在所述多个第一突起连接部(131a)上，以与所述第一动叶片(131)间隔设置，并且所述第一动叶片(131)和所述第二动叶片(132)上分别设置有第一通孔(133)。

8.根据权利要求6所述纳米气泡发生装置，其特征在于，所述静叶轮(14)包括第一静叶片(141)和第二静叶片(142)，所述第一静叶片(141)上形成有多个第二突起连接部(141a)，所述第二静叶片(142)固定在所述第二突起连接部(141a)上，以与所述第一静叶片(141)间隔设置，并且所述第一静叶片(141)和所述第二静叶片(142)上分别设置有第二通孔(143)。

9.根据权利要求1所述的纳米气泡发生装置，其特征在于，所述纳米气泡发生装置包括水泵(3)，该水泵(3)通过控制阀(4)与所述气液混合泵(1)的第一入口(15)连通，以向所述气液混合泵(1)提供高压液体，并且所述纳米气泡发生装置包括气体供应器(5)，该气体供应器(5)通过进气调节阀(6)与所述气液混合泵(1)的第二入口(16)连通，以向所述气液混合泵(1)提供气体。