CN106552522A - 微纳米气泡发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微纳米气泡应用领域，具体提供一种微纳米气泡发生装置。本发明旨在解决现有微纳米气泡发生装置气泡量小、气泡大的问题。为此目的，本发明的微纳米气泡发生装置包括管道和与其连接的腔体，所述管道上设置有进液口和进气口，所述管道的结构设置成使得通过所述进气口进入所述管道的气体和通过所述进液口进入所述管道的液体混合后形成过饱和的混合液，所述管道与所述腔体的连接结构设置成使得所述管道的内壁与所述腔体的内壁相切，并且/或者所述腔体包括直径渐缩部分和设置在所述直径渐缩部分的末端的出口，使得来自所述管道的混合液在流过所述腔体之后能够经由所述出口释放并因此形成微纳米汽泡。

Description

微纳米气泡发生装置
技术领域
本发明涉及微纳米气泡应用领域，具体提供一种微纳米气泡发生装置。
背景技术
微纳米气泡具有气泡尺寸小、比表面积大、吸附效率高、在水中上升速度慢等特点，在水中通入微纳米气泡，可有效分离水中固体杂质、快速提高水体氧浓度、杀灭水中有害病菌、降低固液界面摩擦系数，从而在气浮净水、水体增氧、臭氧水消毒和微纳米气泡减阻等领域应用中比宏观气泡有更高的效率，应用前景也更为广阔，但其中需要解决的一个关键问题是如何大量、高效地产生微纳米气泡。
在现有的微纳米气泡发生技术中，超声空化法和电解法产生微气泡的效率较低、功耗较大，不利于在实际生产中推广使用；化学反应法成本较高且容易对水体造成二次污染，不利于在自然水体中直接使用；微管道法尚处于研究阶段；分散空气法和溶气释气法的微气泡发生效率较高，但是分散空气法要使用大功率高转速电机实现高速剪切搅拌，设备的制造要求较高，加工难度较大；溶气释气法相比分散空气法，对设备要求较低、加工简单、耗能较小、产量大，但该方法的难点在于通过流道设计和系统控制提高容器释气效率，目前成熟的技术掌握在美日韩这些发达国家手中。
相应地，本领域需要一种加工更为简单、成本更低、控制更方便的微纳米气泡发生装置来解决上述问题。
发明内容
为了解决现有微纳米气泡发生装置气泡生成量小、气泡大的问题，本发明提供了一种新的微纳米气泡发生装置。本发明尤其适用于环境保护、水产养殖等领域。具体而言，本发明的装置能够通过减小臭氧的体积，使其在水中可以长时间存在，甚至溶于水，使臭氧在水中达到饱和溶解度，同时利用微纳米气泡自身溶于水时释放的羟基自由基增强臭氧的氧化能力，从而实现水体修复。
为了实现上述目标，本发明的微纳米气泡发生装置包括管道和与所述管道连接的腔体，所述管道上设置有进液口和进气口，所述管道的结构设置成使得通过所述进气口进入所述管道的气体和通过所述进液口进入所述管道的液体混合后形成过饱和的混合液，所述管道与所述腔体的连接结构设置成使得所述管道的壁与所述腔体的壁相切，并且/或者所述腔体包括直径渐缩部分和设置在所述直径渐缩部分的末端的出口，使得来自所述管道的混合液在流过所述腔体之后能够经由所述出口释放并因此形成微纳米汽泡。
在上述微纳米气泡发生装置的优选技术方案中，所述腔体还包括设置在所述直径渐缩部分下部的直径恒定部分，所述管道连接到所述直径恒定部分。
在上述微纳米气泡发生装置的优选技术方案中，所述直径恒定部分的内底部设置有叶轮，所述直径恒定部分的外底部设置有电机，所述电机能够驱动所述叶轮旋转，使进入所述直径恒定部分的混合液旋转速度增加。
在上述微纳米气泡发生装置的优选技术方案中，所述直径渐缩部分的末端的出口设置成微孔的形式，所述微孔的尺寸在0.1mm至1mm的范围内。
在上述微纳米气泡发生装置的优选技术方案中，所述进液口是进水口，并且所述液体是水。
在上述微纳米气泡发生装置的优选技术方案中，所述气体是氧气或臭氧。
在上述微纳米气泡发生装置的优选技术方案中，所述进气口包括沿液体流动的方向设置在所述管道上的第一进气口和第二进气口。
在上述微纳米气泡发生装置的优选技术方案中，所述第一进气口和所述第二进气口中的每个都包括多个分支进气孔，所述多个分支进气孔环绕所述管道均匀地设置在所述管道上。
在上述微纳米气泡发生装置的优选技术方案中，所述直径渐缩部分为锥形，并且所述锥形的外壁为向外弯曲的弧形。
在另一个方面，本发明提供一种采用上述微纳米气泡发生装置来生成微纳米气泡的方法，该方法包括下列步骤：利用气泵将气体经过所述第一进气口和/或所述第二进气口泵入所述管道，同时利用液压泵将液体经过所述进液口泵入所述管道，使所述气体在压力的作用下溶于所述液体，形成混合液，并达到过饱和状态；使所述混合液沿所述腔体的内壁的切线方向进入所述腔体的直径恒定部分并因此在所述腔体内旋转，同时由所述电机带动所述叶轮旋转，使混合液的旋转速度增加；所述混合液在所述腔体内高速旋转并随之流向所述直径渐缩部分；在所述直径渐缩部分内，所述混合液受到挤压，压力逐渐升高，最终通过所述微孔喷出并因此形成微纳米气泡。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的技术方案中，气体和液体分别通过气泵和液泵泵入管道，在压力作用下混合形成过饱和混合液，管道内壁与腔体内壁相切，混合液进入腔体后旋转运动，并且在腔体直径渐缩部分的作用下，压力增加，再经由出口，压力突然释放，形成大量微纳米气泡。本发明克服了现有溶气释气法管道设计和系统控制难、气泡量低、气泡直径偏大的缺点，利用简单的结构，实现了生成大量微纳米气泡的目的，而且气泡直径较小。
附图说明
图1是本发明的微纳米气泡生成装置的主视图。
图2是图1所示微纳米气泡生成装置沿A-A线剖切的腔体剖视图。
图3是本发明的微纳米气泡生成装置的立体图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。例如，说明书中泵入管道的气体可以是空气、氧气、臭氧，也可以是其它需要制成微纳米气泡的气体。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明的微纳米气泡发生装置包括管道10和与管道10连接的腔体20，管道10的一端设置有进气口11、进气口12和进液口13，管道10的另一端与腔体20连接，该连接结构设置成使得管道10的壁与腔体20的壁相切(在图2中最清楚地显示)。腔体20包括直径渐缩部分202和设置在直径渐缩部分202的末端的微孔2021，使得来自管道10的混合液在流过腔体20之后能够经由微孔2021释放并因此形成微纳米汽泡。
继续参阅图1，利用气泵将气体从进气口11和进气口12泵入管道10，同时利用液压泵将液体从进液口13泵入管道10，使其混合均匀。本领域技术人员能够理解的是，泵入管道10的气体可以是空气、氧气、臭氧，以及其它需要生成微纳米气泡的气体。在图1所示的实施方式中，泵入管道10中的液体为水，但是，其显然也可以是其他类型的液体。由于管道内部空间有限，随着气体和液体的不断进入，管道10中压力不断增加，使气体更多地溶于液体中。管道10从进液口13往里直径减小，管道中的压力增加，泵入的气体在压力作用下溶于液体，形成过饱和混合液。优选地，如图1所示，通过进气口11之后，管道直径增大，混合液释压，过饱和气体析出少部分。在接近腔体20处管道10直径减小，混合液压力增大，析出的气体再一次溶于水，此过程有利于降低气泡的直径。并且，随着管道10直径减小，混合液压力增大，并因此加速进入腔体20。关于此点，需要指出的是，尽管图1的管道10具有所示特定结构，但是，本发明显然不应局限于此，只要能够使气体和液体充分混合并形成过饱和溶液，本发明的管道10可以采用任何合适的结构，例如管道10直径从进液口到与腔体20连接处逐渐缩小的结构。
继续参阅图1，腔体20还包括设置在直径渐缩部分202下部的直径恒定部分201。本领域技术人员能够理解的是，腔体20可以仅由直径恒定部分201构成；腔体20也可以仅由直径渐缩部分202构成，只要混合液能够在高速旋转之后经由微孔2021喷出并因此形成微纳米气泡即可。
参阅图2并继续参阅图1，腔体20的底部外侧安装有电机32。电机32和位于腔体20内底部的叶轮30相连，驱动叶轮30旋转，如图2所示。混合液通过管道10沿腔体20的内壁切向方向进入腔体20。
继续参阅图2，混合液进入腔体20，腔体20底部的叶轮30旋转，使混合液旋转速度增加，有利于减小气泡直径。本领域技术人员能够理解的是，由于混合液沿着腔体20的内壁切向方向进入腔体20，如果腔体20底部的电机32故障导致叶轮30无法正常工作，或者腔体20未安装电机32和叶轮30，混合液仍然能够在腔体20内旋转运动。因此，本发明的装置对叶轮的要求不高，整体加工成本低。
继续参阅图2，在工作过程中，叶轮30上安装的叶片31不断切削混合液，使混合液中的气泡体积进一步减小，又有部分气体溶于液体，使混合液的饱和度增大。同时，叶轮30上的叶片31偏角较大，使叶片31对混合液的切削作用减弱，混合液的速度升角增大。
继续参阅图2，由于腔体20采用直径渐缩的结构，混合液在旋转上升的过程中压力不断增加，到达微孔2021附近压力增至最大，增大了腔体20在微孔2021处的内外压力差。相应地，由于微孔2021处的腔体内外压力差，混合液从微孔2021喷出，压力骤降至常压，气体从过饱和的混合液中大量析出，形成微纳米气泡。本领域技术人员能够理解的是，微孔2021的尺寸存在一个最优的范围，从机械加工和产生微纳米气泡的质量和数量的角度出发，本发明中优选微孔2021的直径范围为0.1mm至1mm，最佳尺寸是0.5mm。
如图3所示，管道10上安装的进气口11和进气口12采用法兰盘形状，使得进气均匀。具体来说，进气口11、12每个都包括多个分支进气孔，这些分支进气孔环绕管道10均匀地设置在管道10的外壁上，从而使气体能均匀地进入管道10。此外，沿液体的流动方向安装两个进气口能够增加混合液的气体含量。本领域技术人员可以理解的是，进气口的位置可以在管道10的进液口和管道10第一次直径缩小的最细部位的中间任何位置。本领域技术人员还可以理解的是，进气口的数量可以根据需要减少或增加。
至此，已经结合附图所示的微纳米气泡生成装置描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微纳米气泡发生装置，包括管道和与所述管道连接的腔体，所述管道上设置有进液口和进气口，所述管道的结构设置成使得通过所述进气口进入所述管道的气体和通过所述进液口进入所述管道的液体混合后形成过饱和的混合液，
其特征在于，所述管道与所述腔体的连接结构设置成使得所述管道的壁与所述腔体的壁相切，并且/或者所述腔体包括直径渐缩部分和设置在所述直径渐缩部分的末端的出口，使得来自所述管道的混合液在流过所述腔体之后能够经由所述出口释放并因此形成微纳米汽泡。
2.根据权利要求1所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述腔体还包括设置在所述直径渐缩部分下部的直径恒定部分，所述管道连接到所述直径恒定部分。
3.根据权利要求2所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述直径恒定部分的内底部设置有叶轮，所述直径恒定部分的外底部设置有电机，所述电机能够驱动所述叶轮旋转，使进入所述直径恒定部分的混合液旋转速度增加。
4.根据权利要求3所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述直径渐缩部分的末端的出口设置成微孔的形式，所述微孔的尺寸在0.1mm至1mm的范围内。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述进液口是进水口，并且所述液体是水。
6.根据权利要求5所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述气体是氧气或臭氧。
7.根据权利要求6所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述进气口包括沿液体流动的方向设置在所述管道上的第一进气口和第二进气口。
8.根据权利要求7所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述第一进气口和所述第二进气口中的每个都包括多个分支进气孔，所述多个分支进气孔环绕所述管道均匀地设置在所述管道上。
9.根据权利要求8所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述直径渐缩部分为锥形，并且所述锥形的外壁为向外弯曲的弧形。
10.一种采用权利要求7、8或9所述的装置来生成微纳米气泡的方法，包括下列步骤：
利用气泵将气体经过所述第一进气口和/或所述第二进气口泵入所述管道，同时利用液压泵将液体经过所述进液口泵入所述管道，使所述气体在压力的作用下溶于所述液体，形成混合液，并达到过饱和状态；
使所述混合液沿所述腔体的内壁的切线方向进入所述腔体的直径恒定部分并因此在所述腔体内旋转，同时由所述电机带动所述叶轮旋转，使混合液的旋转速度增加；
所述混合液在所述腔体内高速旋转并随之流向所述直径渐缩部分；
在所述直径渐缩部分内，所述混合液受到挤压，压力逐渐升高，最终通过所述微孔喷出并因此形成微纳米气泡。
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