CN106620762A - 超薄射流与等离子体组合式洗消净化方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超薄射流与等离子体组合式洗消净化方法及其装置；所述装置包括液体输送管、气体输送管、双源喷头；双源喷头具有液体导流部件和气体导流部件；液体输送管中输入的洗消液，从液体导流部件的内凹弧面的出液部位呈薄面状液流射出；等离子体从气体导流部件的内凹弧面通道的出气部位呈幕状喷出；呈幕状从内凹弧面通道中喷出的等离子体以及呈薄面状从内凹弧面射出的洗消液能够在位置O处呈内切方式汇流。因此，本发明既能够将等离子体携带的动量传递给洗消液，也可以有效地减少，甚至避免等离子体在洗消液中的“消融”，即绝大多数的等离子体能够保留气体原有性状，对于维持等离子体的抑菌效果具有良好的保障。

Description

超薄射流与等离子体组合式洗消净化方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种洗消净化装置，尤其是一种将超薄射流技术（ultrathin jetstream，UJS）与低温等离子技术（low temperature plasma，LTP）结合的组合式节水高效洗消净化装置。

背景技术

目前常规的三防洗消，一般采用水枪和喷雾器喷射开花射流或雾状水,存在洗消速度慢、洗消不彻底、耗水量大、所需洗消剂多等问题。特别是流水枪和开花水枪, 不仅耗水量大,而且易造成污水漫流, 形成二次污染，导致很多情况下需要对污染现场进行洗消。洗消车对处置这种情况颇为有效，但其储水量有限，污染现场又常常缺乏清洁水源，所以节水和高效的洗消技术和设备便成为这种情势下的关键技术之一，对于完善和恢复战斗力将起到举足轻重的作用。

等离子体（plasma）是气体原子在达到晕电压等特定物理条件下，电子和原子核相互共存，宏观上正负电量相等，所呈现的电中性状态，是物质存在的第四态。依据等离子体的粒子温度可将其分为两大类，即热平衡等离子体(Thermal balance plasma，TBP)和等离子体(Low temperature plasma，LTP)。热平衡等离子体(TBP)不仅电子温度高，重粒子温度也高。非热平衡等离子体的电子温度极高，而离子和原子之类的重粒子温度却可低到与常温相似；由于等离子体的宏观温度取决于重粒子的温度，因此这类等离子体也称为等离子体(LTP)。

目前，LTP已成为一种新的灭菌手段应用于医学仪器消毒、空气消毒净化等方面。其灭菌原理主要有：①在等离子体中大量受激原子、分子、自由基等活性物质，易与细菌体内蛋白质和核酸发生反应，导致细菌死亡；②在等离子体产生过程中，由于辉光放电，可放出大量紫外线，这种高能紫外线光子可起到杀菌作用；③等离子体静电场能分解与击破带负电细菌，并能极化和吸附尘埃。

同时，LTP也是一种新型的废水废气处理技术，起作用的物质也是大量受激原子、分子、自由基等活性物质和紫外线。紫外光作用原理是有毒有害物的分子吸收光子后进入激发态，激发态分子返回基态时吸收的能量使其分子键断裂，生成相应的游离基或离子。这些游离基或离子易与溶解氧或水分子反应生成新的物质而被除去。活性物质的作用原理是和部分有毒有害物分子碰撞结合，同时产生的大量活性自由基和氧化性极强的O3，能与有害气体分子发生化学反应，最后生成无害产物。

可见，应用LTP技术应对生化武器乃至核武器的威胁有其可靠的理论基础。首先，LTP是一种广谱的杀菌技术，对炭疽杆菌等生物武器可直接起杀灭作用。

其次，LTP对各种有机的生物毒剂可起到降解作用。再者，LTP可与无机的有害物发生反应使其降解，可能会使芥子气等化学毒剂降解。最后，LTP对尘埃的极化和吸附作用将有助于核子意外时的空气净化，减少和避免含有放射性核微粒的尘埃在人体及环境中的存留。

迄今为止，LTP技术应用于核生化武器三防保障的研究还未见报道。

另外，本申请的发明人在2015.4.17日申请了申请号为201510186316.9的中国专利，该专利公开了一种产生混合射流的方法及其引流结构，所述产生混合射流的方法，具体包括以下步骤：首先，将气体介质流体和液体介质流体分别以两个不同的初速度射出；随后，使射出的气体介质流体和液体介质流体汇流和混合；之后，让汇流和混合的气体介质流体和液体介质流体作弧形的离心运动；通过离心运动使得液体介质流体和气体介质流体因为比重不同而发生分离，气体介质流体比重较低，在液体介质流体表面移动，气体介质流体将动量传递给液体介质流体；最后，分离后的液体介质流体在气体介质流体驱动下，产生薄面状的混合射流；而上述的“让汇流和混合的气体介质流体和液体介质流体作弧形的离心运动”是通过引流结构中的弧形汇流面来实现的。而正是因为采用了上述的弧形汇流面，当所述的气体介质流体为具有抑菌效果的等离子体、液体介质流体为具有去污效果的洗消液时，等离子体和洗消液在弧形汇流面汇流过程中，会发生混合，大量的等离子体被打散在洗消液中，致使大量等离子体难以保留气体原有性状，极大地影响了等离子体的抑菌效果，即影响了洗消效果。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种超薄射流与等离子体组合式洗消净化装置，其能够使得从洗消液输送管中喷出的洗消液呈薄面状射出，同时，从等离子体输送管中输出的等离子体也能够呈幕状喷出，且薄面状喷出的洗消液和幕状喷出的等离子体能够汇流，汇流后的流体中，大部分的等离子体能够保留气体原有性状，具有良好的抑菌效果。

为实现上述的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：

一种具有双源射流的洗消净化方法，基于超薄射流技术与等离子体技术建立，包括以下步骤：（1）将呈薄面状的洗消液和呈幕状的等离子体分别以两个不同的流速射出；且幕状等离子体的宽度不小于薄面状洗消液；（2）呈薄面状射出的洗消液能够做离心运动，且幕状射出的等离子体能够与做离心运动的呈薄面状射出的洗消液在位置O处以相切的方式汇流，即在汇流位置O处，等离子体的流速方向与洗消液的流速方向一致；（3）在汇流位置O处，薄面状等离子体能够在薄面状洗消液表面移动，以将自身动量传递给处于此位置的薄面状洗消液；而薄面状洗消液与薄面状等离子体比重的不同，致使两者在经过汇流位置O处后，产生气-液分层的薄面状射流。

作为本发明的进一步改进，所述的洗消液能够从液体导流部件的进液部位到液体导流部件的出液部位逐步延展成薄膜状，而最终呈薄面状从液体导流部件的出液部位射出。

作为本发明的进一步改进，液体导流部件为内凹弧形导流部件。

作为本发明的进一步改进，所述等离子体通过气体导流部件的导流后呈幕状射出，且气体导流部件也为内凹弧形导流部件，同时液体导流部件处于气体导流部件内凹弧面的内侧。

作为本发明的进一步改进，所述的液体导流部件为内凹弧面，气体导流部件为内凹弧形通道。

本发明还提供了一种超薄射流与等离子体组合式洗消净化装置，包括液体输送管、气体输送管以及双源喷头；双源喷头具有液体导流部件和气体导流部件，液体输送管的出口与液体导流部件连通，气体输送管的出口与气体导流部件连通；液体输送管、气体输送管分别与双源喷头固定连接；液体导流部件设置于双源喷头表面，呈内凹弧面设置，该内凹弧面的一端具有进液部位，与液体输送管的出口连通，另一端则设置成出液部位；气体导流部件为一内凹弧面通道，设于双源喷头内部；该内凹弧面通道的一端为进气部位，与气体输送管的出口连通，另一端则敞口设置，为内凹弧面通道的出气部位；液体输送管中输入的洗消液，经内凹弧面的导流后，从内凹弧面的进液部位到内凹弧面的出液部位逐步延展成膜状液流，最终从内凹弧面的出液部位呈薄面状液流射出；等离子体经内凹弧面通道的导流后，从内凹弧面通道的出气部位呈幕状喷出；呈幕状从内凹弧面通道中喷出的等离子体以及呈薄面状从内凹弧面射出的洗消液能够在位置O处呈内切方式汇流，此时等离子体的流速方向与洗消液的流速方向一致；从内凹弧面喷射而出的薄面状洗消液，在经过汇流位置O处后，由于前期内凹弧面的导向，使得洗消液能够继续保持离心运动；从内凹弧面通道中喷射而出的薄面状等离子体在汇流位置O处，能够在薄面状洗消液表面移动，以将自身动量传递给处于此位置的薄面状洗消液；薄面状洗消液与薄面状等离子体比重的不同，致使两者在经过汇流位置O处后，产生气-液分层的薄面状射流。

作为本发明的进一步改进，所述双源喷头具有两个端部，分别为管体固定端以及流体喷出端，管体固定端与流体喷出端相对设置；液体输送管、气体输送管并列地安装在双源喷头的管体固定端；内凹弧面的进液部位与双源喷头的管体固定端相邻，而内凹弧面的出液部位设置于双源喷头的流体喷出端；内凹弧面通道的进气部位与双源喷头的管体固定端相邻，而内凹弧面通道的出气部位设置于双源喷头的流体喷出端。

作为本发明的进一步改进，所述的内凹弧面为扇形内凹弧面，而内凹弧面通道也为扇形内凹弧面通道；且扇形内凹弧面、扇形内凹弧面通道两者的扇面均从双源喷头的管体固定端至双源喷头的流体喷出端逐步展开。

作为本发明的进一步改进，所述液体输送管的管径为1-2mm，液体输送管中洗消液的液压是15-20MPa；内凹弧面的曲率半径是4-5cm。

作为本发明的进一步改进，所述内凹弧形通道的曲率半径相对于内凹弧面曲率半径的差异，与液体输送管、气体输送管在双源喷头管体固定端上的安装位置相关。

作为本发明的进一步改进，所述内凹弧面的曲率半径与液体输送管的管径、流经液体输送管的洗消液的液压有关。

根据上述的技术方案，相对于现有技术，本发明具有如下的有益效果：

本发明所述的双源射流方法，既能够将等离子体携带的动量传递给洗消液，以使洗消液保持较高速度进行喷淋；同时由于等离子体仅在汇流位置O处与洗消液呈点接触，因此，可以有效地减少，甚至避免等离子体在洗消液中的“消融”，即绝大多数的等离子体能够保留气体原有性状，对于维持等离子体的抑菌效果具有良好的保障。

附图说明

图1是本发明所述的超薄射流与等离子体组合式洗消净化装置的结构示意图；

图2是本发明所述的超薄射流与等离子体组合式洗消净化装置的正视图；

图中：1-液体输送管；2-气体输送管；3-双源喷头；31-液体导流部件；32-气体导流部件；33-管体固定端；34-流体喷出端；O为洗消液经液体导流部件导流射出后与等离子体经气体导流部件导流射出后呈内切方式汇流的位点；V1为洗消液在汇流位点O处的流速，V2为等离子体在汇流位点O处的流速。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置。表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)。

本发明提供了一种具有双源射流的洗消净化方法，基于超薄射流技术与等离子体技术建立，主要缘由在于通过使用超薄射流技术，以最大限度地缓解水源有限、利用率低、浪费严重、废水回收处理复杂的问题；通过等离子体技术，有效地缓解常规洗消剂一次性消耗量大、可能对环境造成污染、对武器装备造成腐蚀的问题；因此，如何有效地整合超薄射流技术与等离子体技术，正是本发明要解决的技术问题。具体地，本发明所述的具有双源射流的洗消净化方法，包括以下步骤：（1）将呈薄面状的洗消液和呈幕状的等离子体分别以两个不同的流速射出；且幕状等离子体的宽度不小于薄面状洗消液；（2）呈薄面状射出的洗消液能够做离心运动，且幕状射出的等离子体能够与做离心运动的呈薄面状射出的洗消液在位置O处以相切的方式汇流，即在汇流位置O处，等离子体的流速方向与洗消液的流速方向一致；（3）在汇流位置O处，幕状等离子体能够在薄面状洗消液表面移动，以将自身动量传递给处于此位置的薄面状洗消液；而薄面状洗消液与薄面状等离子体比重的不同，致使两者在经过汇流位置O处后，产生气-液分层的薄面状射流。由此可见，本发明所述的双源射流方法，既能够将等离子体携带的动量传递给洗消液，以使洗消液保持较高速度进行喷淋；同时由于等离子体仅在汇流位置O处与洗消液呈点接触，因此，可以有效地减少，甚至避免等离子体在洗消液中的“消融”，即绝大多数的等离子体能够保留气体原有性状，对于维持等离子体的抑菌效果具有良好的保障。

为保证射出的薄面状洗消液呈“超薄”状态，本发明通过配置特定的液体导流部件，使得洗消液能够从液体导流部件的进液部位到液体导流部件的出液部位逐步延展成薄膜状，而最终呈薄面状从液体导流部件的出液部位射出。而为使得射出的薄面状洗消液能够做离心运动，本发明将所述液体导流部件设置为内凹弧形导流部件。而为了让所述的等离子体呈幕状射出，本发明配置气体导流部件，并将气体导流部件也设置为内凹弧形导流部件，同时液体导流部件处于气体导流部件内凹弧面的内侧，由此，在汇流位置O处，幕状等离子体能够在薄面状洗消液表面移动，以将自身动量传递给处于此位置的薄面状洗消液；而薄面状洗消液与薄面状等离子体比重的不同，致使两者在经过汇流位置O处后，产生气-液分层的薄面状射流。

根据上述的方法，本发明设计出了一种超薄射流与等离子体组合式洗消净化装置，如图1、图2所示，包括液体输送管、气体输送管以及双源喷头；双源喷头具有液体导流部件和气体导流部件，液体输送管的出口与液体导流部件连通，气体输送管的出口与气体导流部件连通；液体输送管、气体输送管分别与双源喷头固定连接；液体导流部件设置于双源喷头表面，呈内凹弧面设置，该内凹弧面的一端具有进液部位，与液体输送管的出口连通，另一端则设置成出液部位；气体导流部件为一内凹弧面通道，设于双源喷头内部；该内凹弧面通道的一端为进气部位，与气体输送管的出口连通，另一端则敞口设置，为内凹弧面通道的出气部位；液体输送管中输入的洗消液，经内凹弧面的导流后，从内凹弧面的进液部位到内凹弧面的出液部位逐步延展成膜状液流，最终从内凹弧面的出液部位呈薄面状液流射出；等离子体经内凹弧面通道的导流后，从内凹弧面通道的出气部位呈幕状喷出；呈幕状从内凹弧面通道中喷出的等离子体以及呈薄面状从内凹弧面射出的洗消液能够在位置O处呈内切方式汇流，此时等离子体的流速方向与洗消液的流速方向一致；从内凹弧面喷射而出的薄面状洗消液，在经过汇流位置O处后，由于前期内凹弧面的导向，使得洗消液能够继续保持离心运动；从内凹弧面通道中喷射而出的薄面状等离子体在汇流位置O处，能够在薄面状洗消液表面移动，以将自身动量传递给处于此位置的薄面状洗消液；薄面状洗消液与薄面状等离子体比重的不同，致使两者在经过汇流位置O处后，产生气-液分层的薄面状射流。

所述双源喷头具有两个端部，分别为管体固定端以及流体喷出端，管体固定端与流体喷出端相对设置；液体输送管、气体输送管并列地安装在双源喷头的管体固定端；内凹弧面的进液部位与双源喷头的管体固定端相邻，而内凹弧面的出液部位设置于双源喷头的流体喷出端；内凹弧面通道的进气部位与双源喷头的管体固定端相邻，而内凹弧面通道的出气部位设置于双源喷头的流体喷出端。

所述的内凹弧面为扇形内凹弧面，而内凹弧面通道也为扇形内凹弧面通道；且扇形内凹弧面、扇形内凹弧面通道两者的扇面均从双源喷头的管体固定端至双源喷头的流体喷出端逐步展开。

所述液体输送管的管径为1-2mm，液体输送管中洗消液的液压是15-20MPa；内凹弧面的曲率半径是4-5cm。

所述内凹弧形通道的曲率半径相对于内凹弧面曲率半径的差异，与液体输送管、气体输送管在双源喷头管体固定端上的安装位置相关。

所述内凹弧面的曲率半径与液体输送管的管径、流经液体输送管的洗消液的液压有关。

Claims (11)

1.一种具有双源射流的洗消净化方法，基于超薄射流技术与等离子体技术建立，其特征在于，包括以下步骤：

将呈薄面状的洗消液和呈幕状的等离子体分别以两个不同的流速射出；且幕状等离子体的宽度不小于薄面状洗消液；

呈薄面状射出的洗消液能够做离心运动，且幕状射出的等离子体能够与做离心运动的呈薄面状射出的洗消液在位置O处以相切的方式汇流，即在汇流位置O处，等离子体的流速方向与洗消液的流速方向一致；

在汇流位置O处，薄面状等离子体能够在薄面状洗消液表面移动，以将自身动量传递给处于此位置的薄面状洗消液；而薄面状洗消液与薄面状等离子体比重的不同，致使两者在经过汇流位置O处后，产生气-液分层的薄面状射流。

2.根据权利要求1所述的具有双源射流的洗消净化方法，其特征在于，所述的洗消液能够从液体导流部件的进液部位到液体导流部件的出液部位逐步延展成薄膜状，而最终呈薄面状从液体导流部件的出液部位射出。

3.根据权利要求2所述的具有双源射流的洗消净化方法，其特征在于，液体导流部件为内凹弧形导流部件。

4.根据权利要求3所述的具有双源射流的洗消净化方法，其特征在于，所述等离子体通过气体导流部件的导流后呈幕状射出，且气体导流部件也为内凹弧形导流部件，同时液体导流部件处于气体导流部件内凹弧面的内侧。

5.根据权利要求4所述的具有双源射流的洗消净化方法，其特征在于，所述的液体导流部件为内凹弧面，气体导流部件为内凹弧形通道。

6.一种超薄射流与等离子体组合式洗消净化装置，包括液体输送管、气体输送管以及双源喷头；双源喷头具有液体导流部件和气体导流部件，液体输送管的出口与液体导流部件连通，气体输送管的出口与气体导流部件连通；其特征在于，液体输送管、气体输送管分别与双源喷头固定连接；

液体导流部件设置于双源喷头表面，呈内凹弧面设置，该内凹弧面的一端具有进液部位，与液体输送管的出口连通，另一端则设置成出液部位；

气体导流部件为一内凹弧面通道，设于双源喷头内部；该内凹弧面通道的一端为进气部位，与气体输送管的出口连通，另一端则敞口设置，为内凹弧面通道的出气部位；

液体输送管中输入的洗消液，经内凹弧面的导流后，从内凹弧面的进液部位到内凹弧面的出液部位逐步延展成膜状液流，最终从内凹弧面的出液部位呈薄面状液流射出；

等离子体经内凹弧面通道的导流后，从内凹弧面通道的出气部位呈幕状喷出；

呈幕状从内凹弧面通道中喷出的等离子体以及呈薄面状从内凹弧面射出的洗消液能够在位置O处呈内切方式汇流，此时等离子体的流速方向与洗消液的流速方向一致；

从内凹弧面喷射而出的薄面状洗消液，在经过汇流位置O处后，由于前期内凹弧面的导向，使得洗消液能够继续保持离心运动；从内凹弧面通道中喷射而出的薄面状等离子体在汇流位置O处，能够在薄面状洗消液表面移动，以将自身动量传递给处于此位置的薄面状洗消液；

薄面状洗消液与薄面状等离子体比重的不同，致使两者在经过汇流位置O处后，产生气-液分层的薄面状射流。

7.根据权利要求6所述的超薄射流与等离子体组合式洗消净化装置，其特征在于，所述双源喷头具有两个端部，分别为管体固定端以及流体喷出端，管体固定端与流体喷出端相对设置；液体输送管、气体输送管并列地安装在双源喷头的管体固定端；内凹弧面的进液部位与双源喷头的管体固定端相邻，而内凹弧面的出液部位设置于双源喷头的流体喷出端；内凹弧面通道的进气部位与双源喷头的管体固定端相邻，而内凹弧面通道的出气部位设置于双源喷头的流体喷出端。

8.根据权利要求7所述的超薄射流与等离子体组合式洗消净化装置，其特征在于，所述的内凹弧面为扇形内凹弧面，而内凹弧面通道也为扇形内凹弧面通道；且扇形内凹弧面、扇形内凹弧面通道两者的扇面均从双源喷头的管体固定端至双源喷头的流体喷出端逐步展开。

9.根据权利要求7所述的超薄射流与等离子体组合式洗消净化装置，其特征在于，所述液体输送管的管径为1-2mm，液体输送管中洗消液的液压是15-20MPa；内凹弧面的曲率半径是4-5cm。

10.根据权利要求7所述的超薄射流与等离子体组合式洗消净化装置，其特征在于，所述内凹弧形通道的曲率半径相对于内凹弧面曲率半径的差异，与液体输送管、气体输送管在双源喷头管体固定端上的安装位置相关。

11.根据权利要求7所述的超薄射流与等离子体组合式洗消净化装置，其特征在于，所述内凹弧面的曲率半径与液体输送管的管径、流经液体输送管的洗消液的液压有关。