CN103785311B - 微纳米气泡发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种微纳米气泡发生装置，包括潜水泵（6），进出水管路（1、5）、进出水管路阀门（21、22），压缩空气管路（4）、气阀（8），气体加压设备和气液混合器（3）；在沿主体水流动方向，气液混合器（3）水流通路的前半部分为圆形的、垂直方向的多通道水流通路（303），后半部分主体为圆形的、垂直方向的单通道水流通路（304）；气液混合器（3）的压缩空气喷管（306）为水平方向的管路，其中前半部分的管路与水流通路不相通，后半部分的管路通过管壁上的微孔结构（307）与水流通路相连接；本发明所产生的微纳米气泡直径均匀，结构简单，不宜堵塞，适合污水处理、水产养殖等悬浮物浓度较高的水体中微纳米气泡的形成。

Description

微纳米气泡发生装置
技术领域
本发明设计一种液体内的气泡发生装置，特别是水产养殖增氧系统中的气泡发生装置。
背景技术
传统气泡直径在1mm-5mm，在水中急速上升，并在到达水面后立即破灭消失，而对于直径在50μm以下的微米级气泡在水中的上升速度慢，比表面积大，因此气液传质的速度远高于传统大尺寸气泡；同时，微米气泡还具有非常优秀的生理作用。近年来，微米气泡不仅广泛应用于气浮、增氧曝气、饮料脱氧等工业领域，也被越来越多的应用于医疗、美容、洗浴等民用领域。
由于微米气泡的各种优势，越来越多的人开始研究微米气泡产生的机理以及微米气泡生成设备。现有的微米气泡发生装置主要有超声波振荡式、机械剪切式和水力剪切式等。其中，由于超声振荡式和机械剪切式需要额外超声波发生装置或复杂的机械构成，因此应用较少，当前微米气泡发生装置大多采用水力剪切式，通过特殊的设计，实现独特的流场，通过流场内的水力剪切作用将流体中的大尺寸气泡破碎为微米气泡。如专利CN 101565230 B，描述了微米气泡发生装置及其旋流器，通过旋转流的水力剪切作用将低压区释放出来的气泡破碎成微米气泡，与其相近的设备还有专利JP 特开2003-126665。
现有的水力剪切式微米气泡发生装置，均依靠旋转流场或文丘里结构形成的低压区的负压引入气体或直接通入压缩空气，再通过高压区将溶气以气泡的形式释放到流体中，最后经旋转流场的水力剪切作用对大尺寸气泡进行破碎。该种设计的主要问题在于气体吸入量很大程度上取决于负压的形成，在流体本身参数变化或流动状态发生变化时，如液体温度和流速的变化时，气体的吸入量难以控制，而流体本身参数的变化也严重影响气泡的释放，难以保证稳定的气泡产生量和气泡尺寸。
发明内容
为了达到稳定的气泡产生量和气泡尺寸的问题，本发明提供一种微纳米气泡发生装置；本发明的技术方案是：其包括潜水泵，进出水管路、进出水管路阀门，压缩空气管路、气阀，气体加压设备和气液混合器；其特征在于，在沿主体水流动方向，气液混合器上设置有进水接口和出水接口，其水流通路的前半部分为圆形的、垂直方向的多通道水流通路，后半部分主体为圆形的、垂直方向的单通道水流通路；气液混合器的压缩空气管路为水平方向的管路，其中前半部分的管路与水流通路不相通，并通过压缩空气连接管路与压缩空气管路相连接，后半部分的管路通过管壁上的微孔结构与水流通路相连接。
其中，压缩空气管路的水平方向的两端都不与水流通路相连接。
其中，气液混合器水流通路的前半部分的多通道水流通路在进水接口的圆柱体内，且均匀分布。
其中，气液混合器水流通路前半部分的多通道水流通路的圆柱面与后半部分的单通道水流通路的圆柱面相内切。
其中，所述的气液混合器水流通路的前半部分的多通道水流通路的直径、后半部分的单通道水流通路的直径及具有微孔结构的管壁的外径三者之间的比例为（0.2~0.3）：1：（0.1~0.3）。
其中，所述的管壁上的微孔结构（307）的微孔孔径在20-200μm、且开孔率在10%-50%之间。
本发明采用以上技术方案的有益效果是：利用局部的湍流将微孔结构排出的气泡破碎为微纳米级别的气泡，所产生的微纳米气泡直径均匀，结构简单，不宜堵塞，非常适合用于污水处理、水产养殖等悬浮物浓度较高的水体中微纳米气泡的形成过程。
附图说明
图1为本发明的微纳米气泡发生装置的外观图。
图2为本发明的微纳米气泡发生装置的轴线剖面图。
图3为本发明的压缩空气管路的结构图。
图4为安装有本装置的水产养殖增氧系统的示意图。
图中，1进水管路、3 气液混合器、4压缩空气管路、5出水管路、6潜水泵、7气泵、8气阀、9水塘、21进水管路阀门、22出水管路阀门、301进水接口、 302出水接口、303多通道水流通路、304单通道水流通路、305压缩空气连接管路、306压缩空气喷管、307微孔结构。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图4所示，此为安装有本装置的水产养殖增氧系统，其包括进水管路1、进出水管路阀门21、22，气液混合器3，压缩空气管路4，出水管路5，潜水泵6、气泵7，气阀8和水塘9；其中，如图1、2、3所示，气液混合器3包括进水接口301，出水接口302，前部3个直径5mm，长20mm的成轴对称分布的多通道水流通路303，后部长30mm的圆形的单通道水流通路304的圆柱面与多通道水流通路303的圆柱面相内切，压缩空气连接管路305，长25mm、直径5mm的压缩空气喷管306，该压缩管路的后部5mm位于单通道水流通路304内，管壁1.5mm，分布有800个直径30μm的微孔结构307。气液混合器3通过进水接口301与进水管路1螺纹连接，通过出水接口302与出水管路5螺纹连接。
使用时，开启进出水管路阀门21、22，潜水泵6、气泵7、气阀8，水流通过进水管路1进入气液混合器3的前部3个直径5mm，长20mm的成轴对称分布的多通道水流通路303，流速增加水压降低，随后高速水流进入单通道水流通路304，由于水流通路突然变大，流速快速下降，水压快速上升，形成湍流区。
空气通过气泵7压缩为0.2MPa的压缩空气通过压缩空气管路4和压缩空气连接管路305进入压缩空气喷管306，再通过微孔结构307形成尺寸在100-200μm的大气泡，所形成的大气泡进入单通道水流通路304后，受到湍流区水力剪切作用形成尺寸在50μm以下的微纳米气泡，在通过出水接口302进入出水管路5，并最终在水塘9内形成喷射状的微纳米气泡。
水塘9中的水通过潜水泵6不断经过整个系统，从而使得水塘9中形成大量的微纳米气泡。利用微纳米气泡极高的氧气传质速率向水塘进行充氧，可以大大提高水塘的放养密度，提高亩产量。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种微纳米气泡发生装置，其包括潜水泵（6），进出水管路（1、5）、进出水管路阀门（21、22），压缩空气管路（4）、气阀（8），气体加压设备和气液混合器（3）；其特征在于：在沿主体水流动方向，气液混合器（3）上设置有进水接口（301）和出水接口（302），其水流通路的前半部分为圆形的、垂直方向的多通道水流通路（303），后半部分主体为圆形的、垂直方向的单通道水流通路（304）；气液混合器（3）的压缩空气喷管（306）为水平方向的管路，其中前半部分的管路与水流通路不相通，并通过压缩空气连接管路（305）与压缩空气管路（4）相连接，后半部分的管路通过管壁上的微孔结构（307）与水流通路相连接。
2.如权利要求1所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于：压缩空气喷管（306）的水平方向的两端都不与水流通路相连接。
3.如权利要求1所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于：气液混合器水流通路的前半部分的多通道水流通路（303）在进水接口（301）的圆柱体内，且均匀分布。
4.如权利要求1所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于：气液混合器水流通路前半部分的多通道水流通路的圆柱面与后半部分的单通道水流通路（304）的圆柱面相内切。
5.如权利要求1所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述的气液混合器（3）水流通路的前半部分的多通道水流通路（303）的直径、后半部分的单通道水流通路（304）的直径及具有微孔结构（307）的管壁的外径三者之间的比例为（0.2~0.3）：1：（0.1~0.3）。
6.如权利要求1所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述的管壁上的微孔结构（307）的微孔孔径在20-200μm、且开孔率在10%-50%之间。
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