CN106215730A - 微米气泡发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微米气泡发生器。所述微米气泡发生器包括：本体，所述本体内具有空腔，所述本体上设有与所述空腔连通的进口，所述空腔的相对的第一端和第二端均敞开，其中所述空腔的横截面积从所述空腔的中部向所述空腔的第一端和第二端减小；和二次破碎件，所述二次破碎件设在所述空腔的第一端和第二端中的至少一个处，所述二次破碎件的一部分设在所述空腔内，所述二次破碎件与所述空腔两端敞开的通孔之间形成一个环形通道。根据本发明实施例的微米气泡发生器能够产生大量微米级气泡，因此，根据本发明实施例的微米气泡发生器具有多相传热传质效率高、能耗低、能提高水中的溶氧量、结构简单等优点。
Description
技术领域
本发明涉及气液两相混合装置或气液固三相混合装置，具体而言，涉及微米气泡发生器。
背景技术
气泡发生技术广泛应用于石油、化工、环保和农业等领域，用于多相混合传热传质和提高水中的溶解氧量。该技术的两个关键指标是气泡数量和气泡直径的大小，这两者决定了液体中气液接触面积的大小，液体中气含率的高低以及气体在液体中的溶解量，最终决定了微米气泡发生器的性能和效率。现有的气泡发生技术主要分为五类：细孔方式、超声波方式、加压减压方式、气液二相流体混合和超高速旋回方式。其中，超高速旋回方式是通过液相或气液两相沿切向进入发生器，在发生器内超高速旋转并切割气体产生气泡。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的一些问题。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有多相传热传质效率高、能耗低、能提高水中的溶氧量的优点的微米气泡发生器。
根据本发明实施例的微米气泡发生器包括：本体，所述本体内具有空腔，所述本体上设有与所述空腔连通的进口，所述空腔的相对的第一端和第二端均敞开，其中所述空腔的横截面积从所述空腔的中部向所述空腔的第一端和第二端减小；和二次破碎件，所述二次破碎件设在所述空腔的第一端和第二端中的至少一个处，所述二次破碎件的一部分设在所述空腔内，所述二次破碎件与所述空腔两端敞开的通孔之间形成一个环形通道。
根据本发明实施例的微米气泡发生器能够产生直径更小的气泡、更多的气泡，因此，根据本发明实施例的微米气泡发生器具有多相传热传质效率高、能耗低、能提高水中的溶氧量、结构简单的优点。
另外，根据本发明实施例的微米气泡发生器还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述二次破碎件为回转体状，优选地，所述二次破碎件的回转母线为直线或圆弧线，更加优选地，所述二次破碎件为圆锥体，所述二次破碎件的小端指向所述空腔的中部。
根据本发明的一个实施例，所述二次破碎件的中心轴线与所述本体的中心轴线重合。
根据本发明的一个实施例，所述二次破碎件的大端设有多个固定筋板，所述固定筋板的另一端与所述空腔的壁面连接。
根据本发明的一个实施例，所述二次破碎件的外周面上设有环形凹槽。
根据本发明的一个实施例，所述凹槽为环形，优选地，所述凹槽的横截面为三角形、矩形或弓形，进一步优选地，所述凹槽为多个，多个所述凹槽沿所述二次破碎件的轴向间隔开地设置，更加优选地，所述凹槽的深度小于等于3毫米，所述凹槽的宽度小于等于3毫米。
根据本发明的一个实施例，所述微米气泡发生器进一步包括进气管，所述进气管设在所述二次破碎件上，所述进气管穿透所述二次破碎件，其中所述进气管的一部分向远离所述空腔的中部的方向伸出所述二次破碎件。
根据本发明的一个实施例，所述进口在所述空腔轴线的中部，其中所述空腔为回转体状，所述空腔的回转母线为：a、一条圆弧线；b、一条与所述空腔的轴线平行的第一直线和两条第二直线组成的曲线，两条所述第二直线对称地设置；c、一条与所述空腔的轴线平行的第一直线和两条圆弧线组成的曲线，两条所述圆弧线对称地设置，优选地，与所述空腔的轴线平行的所述第一直线与两条所述圆弧线在它们的相交处相切。
根据本发明的一个实施例，所述微米气泡发生器进一步包括进液管，所述进液管与所述进口相连，所述进液管的长度方向与所述空腔的周向相切，所述进液管为长条形。
根据本发明的一个实施例，当所述空腔的回转母线包括所述第一直线时，所述进液管的横截面为长方形，所述进液管的横截面的一条长边与所述空腔的回转母线重合；当所述空腔的回转母线为所述圆弧线时，所述进液管的横截面的内沿由同心的第一圆弧线和第二圆弧线以及第三直线和第四直线组成，其中所述第三直线的第一端与所述第一圆弧线的第一端相连且第二端与所述第二圆弧线的第一端相连，所述第四直线的第一端与所述第一圆弧线的第二端相连且第二端与所述第二圆弧线的第二端相连，所述第三直线和所述第四直线中的每一个垂直于所述空腔的回转轴线，所述第一圆弧线的直径大于所述第二圆弧线的直径，所述第一圆弧线与所述空腔的回转母线重合。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的微米气泡发生器的结构示意图；
图2是根据本发明的另一个实施例的微米气泡发生器的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的微米气泡发生器的二次破碎件的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的微米气泡发生器10。如图1-图3所示，根据本发明实施例的微米气泡发生器10包括本体101和二次破碎件102。
本体101内具有空腔1011，本体101上设有与空腔1011连通的进口1015。换言之，空腔1011的壁上设有进口1015。空腔1011的相对的第一端1012和第二端1013均敞开。具体而言，空腔1011的第一端1012和空腔1011的第二端1013在空腔1011的轴向上相对。其中，空腔1011的横截面积从空腔1011的中部1014向空腔1011的第一端1012和第二端1013减小。二次破碎件102设在空腔1011的第一端1012和第二端1013中的至少一个处，二次破碎件102的一部分设在空腔1011内，二次破碎件102与空腔1011的第一端1012和第二端1013敞开的通孔之间形成一个环形通道。也就是说，二次破碎件102可以是一个，该一个二次破碎件102可以设在空腔1011的第一端1012或第二端1013处，二次破碎件102还可以是两个，该两个二次破碎件102可以分别设在空腔1011的第一端1012和第二端1013处。二次破碎件102上设有用于连通空腔1011和外界环境的通孔1022。
现有的微米气泡发生器都是液体通过进口管切向进入微米气泡发生器，在微米气泡发生器内超高速旋转并切割气体产生气泡。现有的微米气泡发生器内的气液比很低，一般不超过3%-5%。而且，气液在现有的微米气泡发生器内旋回的过程中，离轴线越近的地方其转速越快，这就导致在越靠近微米气泡发生器的轴线的区域，进口管内的速度与微米气泡发生器内的速度的差值越大，造成大量的液体冲撞摩擦损失。此外，现有的微米气泡发生器主要是通过气液在其轴线附近的气液界面处切割气体产生气泡，其切割的区域小，产生的气泡数量少，能量利用率低。
下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的微米气泡发生器1的工作过程。
液体从本体101的进口1015进入到本体101的空腔1011内并在空腔1011内高速回旋，进入空腔1011内的液体一方面在空腔1011的径向上从空腔1011的边沿向空腔1011的中心移动，另一方面在空腔1011的轴向上从空腔1011的中部1014向空腔1011的第一端1012和第二端1013移动。换言之，进入空腔1011内的液体的一部分从空腔1011的中部1014向空腔1011的第一端1012移动，进入空腔1011内的液体的另一部分从空腔1011的中部1014向空腔1011的第二端1013移动。
由于液体在空腔1011内高速回旋，导致空腔1011的中心轴线附近的区域产生真空，即空腔1011的邻近其中心轴线的区域具有一定的真空度。外界环境的空气从空腔1011的第一端1012、第二端1013、二次破碎件102的通孔1022被吸入到空腔1011内，并生成一条围绕空腔1011的中心轴线的气柱。该气柱的外沿的液体以超过30000转/分钟的速度高速旋转，挤压并切割该气柱以便形成微米气泡。该微米气泡从空腔1011的出口排出空腔1011。
具体而言，当二次破碎件102为一个且设在空腔1011的第一端1012（第二端1013）处时，外界环境的空气从二次破碎件102的通孔1022和空腔1011的第二端1013（第一端1012）被吸入到空腔1011内。当二次破碎件102为两个且分别设在空腔1011的第一端1012和第二端1013处时，外界环境的空气从两个二次破碎件102的通孔1022被吸入到空腔1011内。
当高速旋转的液体及切割产生的该微米气泡行至位于空腔1011的第一端1012和/或第二端1013处的二次破碎件102时，气液混合物会沿着二次破碎件102的外周面排出空腔1011。此时的该气液混合物仍处于高速回旋状态，在二次破碎件102的作用下，使得邻近二次破碎件102的该汽液混合物剧烈湍动，该汽液混合物一方面高速回旋，另一方面沿着二次破碎件102的外表面上产生湍流，使得气泡二次破裂，生成更多的直径更小的微米气泡。该微米气泡从空腔1011的出口排出空腔1011。
根据本发明实施例的微米气泡发生器10通过在空腔1011的第一端1012和/或第二端1013处设置二次破碎件102，从而可以利用二次破碎件102对空腔1011内的气泡进行二次破裂，以便生成更多的直径更小的微米气泡。换言之，二次破碎件102可以将已经在轴线附近切割破碎的气泡在二次破碎件102的锥面上进一步破碎，产生更多更小的气泡。由此不仅可以大幅度提高多相传热传质效率以便降低能耗，而且可以有效地提高水中的溶氧量。
根据本发明实施例的微米气泡发生器10产生的微米气泡数量较现有的技术能提高30%-50%，气液比为6%~15%，因此，根据本发明实施例的微米气泡发生器10具有多相传热传质效率高、降低能耗、提高水中的溶氧量、结构简单等优点。
如图1-图3所示，根据本发明的一些实施例的微米气泡发生器10包括本体101、二次破碎件102、进气管103和进液管104。
在本发明的一个实施例中，如图1和图2所示，空腔1011相对经过空腔1011的轴向的中心的横截面对称，由此可以使本体101的结构更加合理。有利地，空腔1011为回转体状，即空腔1011为对称的回转腔。
具体而言，空腔1011的回转母线可以是一条圆弧线，如图2所示。空腔1011的回转母线还可以是一条与空腔1011的轴线平行的第一直线和两条第二直线组成的曲线，两条该第二直线对称地设置，如图1所示。此外，空腔1011的回转母线也可以是一条与空腔1011的轴线平行的第一直线和两条圆弧线组成的曲线，两条圆弧线对称地设置。有利地，与空腔1011的轴线平行的该第一直线与两条圆弧线在它们的相交处相切。
空腔1011的横截面积越靠近空腔1011的第一端1012和第二端1013直径越小。有利地，空腔1011的中间段10111的长度为空腔1011的最大直径的1-2倍，当空腔1011的回转母线为三条线（该第一直线和两条该第二直线，或者该第一直线和两条该圆弧线）组成时，两侧母线（两条该第二直线或两条该圆弧线）中的每一个的长度为中间段母线（该第一直线）的长度的0.6-1.5倍，空腔1011的第一端1012和第二端1013的开口的直径为空腔1011的最大直径的0.1-0.5倍。
如图1和图2所示，进口1015在空腔1011轴线的中部，即进口1015在空腔1011的轴向上位于空腔1011的中部1014，空腔1011的横截面积由空腔1011的中部1014向空腔1011的第一端1012和第二端1013减小。具体而言，空腔1011的横截面积由空腔1011的中部1014向空腔1011的第一端1012减小，且空腔1011的横截面积由空腔1011的中部1014向空腔1011的第二端1013减小。由此可以使微米气泡发生器10的结构更加合理。
在本发明的一个具体示例中，如图1和图2所示，进液管104与进口1015相连，进液管104的长度方向与空腔1011的周向相切，以便进液管104内的液体的流动方向与空腔1011的周向相切。换言之，进液管104内的液体通过进口1015切向进入空腔1011。由此可以使液体更加方便地、容易地进入到空腔1011内。
进液管104为长条形。由此能最大限度地使液体进入空腔1011的流速接近于空腔1011内液体旋转的流速，从而将液体冲撞摩擦损失降至最低。
具体而言，如图1所示，当空腔1011的回转母线包括该第一直线时，进液管104的横截面为长方形，进液管104的横截面的一条长边与空腔1011的回转母线重合。如图2所示，当空腔1011的回转母线为圆弧线时，进液管104的横截面的内沿由同心的第一圆弧线和第二圆弧线以及第三直线和第四直线组成。其中，该第三直线的第一端与该第一圆弧线的第一端相连，该第三直线的第二端与该第二圆弧线的第一端相连，该第四直线的第一端与该第一圆弧线的第二端相连，该第四直线的第二端与该第二圆弧线的第二端相连，该第三直线和该第四直线中的每一个垂直于空腔1011的回转轴线，该第一圆弧线的直径大于该第二圆弧线的直径，该第一圆弧线与空腔1011的回转母线重合。
有利地，进液管104的横截面积为空腔1011的最大横截面的面积的0.06-0.12倍，进液管104的横截面的长宽比大于等于2。
如图1-图3所示，在本发明的一些示例中，二次破碎件102为回转体状。有利地，二次破碎件102的回转母线为直线或圆弧线。更加有利地，二次破碎件102为圆锥体，二次破碎件102的小端指向空腔1011的中部1014。具体而言，二次破碎件102的锥顶角为60°-150°。
有利地，二次破碎件102的中心轴线与本体101的中心轴线重合。二次破碎件102的横截面积沿远离空腔1011的中部1014的方向增大。换言之，二次破碎件102具有第一端面和第二端面，该第一端面的面积大于该第二端面的面积。其中，该第一端面与本体101的端面平齐，该第二端面相对该第一端面邻近空腔1011的中部1014。
如图2所示，在本发明的一个示例中，二次破碎件102的外周面上设有凹槽1021，凹槽1021沿二次破碎件102的周向延伸。
当高速旋转的液体及切割产生的该微米气泡行至位于空腔1011的第一端1012和/或第二端1013处的二次破碎件102时，气液混合物会沿着二次破碎件102的外周面排出空腔1011。此时的该气液混合物仍处于高速回旋状态，由于二次破碎件102的外表面设有凹槽1021，使得邻近二次破碎件102的该汽液混合物剧烈湍动，该汽液混合物一方面高速回旋，另一方面沿着二次破碎件102的母线方向产生湍流，使得气泡二次破裂，生成更多的直径更小的微米气泡。该微米气泡从空腔1011的出口排出空腔1011。
有利地，如图2所示，凹槽1021为环形，即凹槽1021在二次破碎件102的外周面的整个周向上延伸。凹槽1021的横截面为三角形、矩形或弓形。凹槽1021的深度小于等于3毫米，凹槽1021的宽度小于等于3毫米。
如图2所示，在本发明的一个具体示例中，凹槽1021为多个，多个凹槽1021沿二次破碎件102的轴向间隔开地设置。由此可以使该汽液混合物沿着二次破碎件102的母线方向产生更加剧烈的湍流，从而可以生成更多的直径更小的微米气泡。
二次破碎件102可以是实心的，即二次破碎件102内不具有空腔。通孔1022可以沿二次破碎件102的轴向贯通二次破碎件102。有利地，进气管103设在二次破碎件102上，进气管103与通孔1022连通，进气管103的一部分向远离本体101的空腔1011的中部1014的方向伸出二次破碎件102。更加有利地，进气管103的一部分容纳在通孔1022内。
二次破碎件102也可以是空心的，即二次破碎件102内具有空腔。二次破碎件102的第一端面和第二端面上均设有通孔1022，且通孔1022与二次破碎件102的空腔连通。其中，进气管103可以穿过二次破碎件102的第一端面上的通孔1022且伸入到二次破碎件102的空腔内。有利地，进气管103的端部与二次破碎件102的第二端面上的通孔1022相连，即进气管103穿透二次破碎件102。
通过设置进气管103，可以使外界环境的空气可以更加容易地被吸入到本体101的空腔1011内。具体而言，进气管103的直径为3毫米-8毫米。
二次破碎件102的大端设有多个固定筋板1023，固定筋板1023的另一端与空腔1011的壁面连接。由此可以更加方便地、稳固地安装二次破碎件102。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种微米气泡发生器，其特征在于，包括：
本体，所述本体内具有空腔，所述本体上设有与所述空腔连通的进口，所述空腔的相对的第一端和第二端均敞开，其中所述空腔的横截面积从所述空腔的中部向所述空腔的第一端和第二端减小；和
二次破碎件，所述二次破碎件设在所述空腔的第一端和第二端中的至少一个处，所述二次破碎件的一部分设在所述空腔内，所述二次破碎件与所述空腔的第一端和第二端敞开的通孔之间形成一个环形通道。
2.根据权利要求1所述的微米气泡发生器，其特征在于，所述二次破碎件为回转体状，优选地，所述二次破碎件的回转母线为直线或圆弧线，更加优选地，所述二次破碎件为圆锥体，所述二次破碎件的小端指向所述空腔的中部。
3.根据权利要求2所述的微米气泡发生器，其特征在于，所述二次破碎件的中心轴线与所述本体的中心轴线重合。
4.根据权利要求2所述的微米气泡发生器，其特征在于，所述二次破碎件的大端设有多个固定筋板，所述固定筋板的另一端与所述空腔的壁面连接。
5.根据权利要求2所述的微米气泡发生器，其特征在于，所述二次破碎件的外周面上设有环形凹槽。
6.根据权利要求5所述的微米气泡发生器，其特征在于，所述凹槽为环形，优选地，所述凹槽的横截面为三角形、矩形或弓形，进一步优选地，所述凹槽为多个，多个所述凹槽沿所述二次破碎件的轴向间隔开地设置，更加优选地，所述凹槽的深度小于等于3毫米，所述凹槽的宽度小于等于3毫米。
7.根据权利要求5所述的微米气泡发生器，其特征在于，进一步包括进气管，所述进气管设在所述二次破碎件上，所述进气管穿透所述二次破碎件，其中所述进气管的一部分向远离所述空腔的中部的方向伸出所述二次破碎件。
8.根据权利要求1所述的微米气泡发生器，其特征在于，所述进口在所述空腔轴线的中部，其中所述空腔为回转体状，所述空腔的回转母线为：a、一条圆弧线；b、一条与所述空腔的轴线平行的第一直线和两条第二直线组成的曲线，两条所述第二直线对称地设置；c、一条与所述空腔的轴线平行的第一直线和两条圆弧线组成的曲线，两条所述圆弧线对称地设置，优选地，与所述空腔的轴线平行的所述第一直线与两条所述圆弧线在它们的相交处相切。
9.根据权利要求8所述的微米气泡发生器，其特征在于，进一步包括进液管，所述进液管与所述进口相连，所述进液管的长度方向与所述空腔的周向相切，所述进液管为长条形。
10.根据权利要求9所述的微米气泡发生器，其特征在于，
当所述空腔的回转母线包括所述第一直线时，所述进液管的横截面为长方形，所述进液管的横截面的一条长边与所述空腔的回转母线重合；
当所述空腔的回转母线为所述圆弧线时，所述进液管的横截面的内沿由同心的第一圆弧线和第二圆弧线以及第三直线和第四直线组成，其中所述第三直线的第一端与所述第一圆弧线的第一端相连且第二端与所述第二圆弧线的第一端相连，所述第四直线的第一端与所述第一圆弧线的第二端相连且第二端与所述第二圆弧线的第二端相连，所述第三直线和所述第四直线中的每一个垂直于所述空腔的回转轴线，所述第一圆弧线的直径大于所述第二圆弧线的直径，所述第一圆弧线与所述空腔的回转母线重合。
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