CN107023528A - 一种有压气体收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水力学应用技术领域，具体涉及一种有压气体收集装置。该有压气体收集装置包括进水管和出水管，所述进水管包括进水口、入气口和出水口，所述出水口与能量收集仓连通，所述能量收集仓包括排气口，且所述能量收集仓水平安装或接近水平安装；所述出水管包括入水口和排水口，所述入水口与所述能量收集仓连通；所述出水管中心线的延长线与所述能量收集仓的交点为A，所述出水管的管径为d，所述入水口与A的距离为h，1.5d≤h。该装置能产生较多的有压气体，提高装置的工作效率，可以进行多方面的应用，如泵水、曝气等。

Description

一种有压气体收集装置

技术领域

本发明属于水力学应用技术领域，具体涉及一种有压气体收集装置。

背景技术

泵主要用来输送水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等液体，也可输送液体及含悬浮固体物的液体。申请号为２０１０１０２７８７４５．６，名称为《气液泵》的专利公开了一种气液泵，该泵由液管和气管组成，液管设置输气孔与气管相连接，气管气体压力大于大气压。该气液泵的能量来源是有压气体，对环境不会造成污染，且可以节约大量的电能、石油能源等。

为了提供有压气体，上述专利还公开了一种供气装置，该供气装置通过过流液体将进气处附近的气体混入到液体中，并将气体分离成小气泡，当液体在重力加速度垂直方向的分量不大于零时，气泡向上运动浮出水面，在气泡溢出水面处收集溢出气体。该供气装置将液体中所蕴藏的动能、势能转换为气压差能，这个气压差能可以作为动力来驱动其它装置，比如上述气液泵。事实上，这些气体不仅可以用于气液泵进行泵水，也可以用于其他领域。

但是，上述供气装置产生的有压气体较少，工作效率较低，极大地限制了供气装置的使用范围。

发明内容

本发明提供一种有压气体收集装置，其能产生较多的有压气体，提高装置的工作效率，扩大装置的使用范围。

本发明采用如下技术方案：

一种有压气体收集装置，其包括进水管和出水管，所述进水管包括进水口、入气口和出水口，所述出水口与能量收集仓连通，所述能量收集仓包括排气口，且所述能量收集仓水平安装或接近水平安装；所述出水管包括入水口和排水口，所述入水口与所述能量收集仓连通；所述出水管中心线的延长线与所述能量收集仓的交点为A，所述出水管的管径为d，所述入水口与A的距离为h，1.5d ≤h。

优选的是，2d ≤h≤20 d。

上述任一方案优选的是，所述排水口位于能量收集仓内液面的上方。

进一步优选的是，所述入水口位于所述排气口的下方。

较佳地，所述出水口位于所述入水口的下方。

优选地，所述出水管的管径大于进水管的管径。

上述任一方案优选的是，所述能量收集仓的截面面积大于所述进水管的截面面积。

上述任一方案优选的是，所述进水管是竖直安装或接近竖直安装。

上述任一方案优选的是，所述出水管是竖直安装或接近竖直安装。

进一步优选的是，还包括进气管，所述进气管包括出气口和进气口，所述出气口位于所述进水管内部，所述进气口位于所述进水管外部，且所述进气口与大气相通。

本发明的有压气体收集装置的工作过程为：液体、气体分别从进水口、入气口处进入进水管，在进水管中，液体带动气体从出水口处流出，并进入能量收集仓内；在能量收集仓内，气体上浮，从排气口处排出，即是可以在排气口处收集到有压气体；能量收集仓内的液体从入水口进入出水管，并从排水口处排出。

为了方便收集或直接利用排气口处的有压气体，通常在排气口处可以设置气体导流管。

本实施例的有压气体收集装置中，气体从液体中浮出后，可以从排气口处排出，在排气口处可以收集到有压气体。由于1.5d≤h，可以降低有压气体产生装置的能量损失，进而可以收集到更多的有压气体，提高装置的使用效率。

附图说明

图1为本发明一优选实施例中有压气体收集装置的剖面图。

图2为本发明另一优选实施例中有压气体收集装置的剖面图。

图3为本发明一优选实施例中有压气体收集装置的部分剖面图。

其中：1-进水管,2-出水管, 3-进水口,4-入气口,5-出水口,6-能量收集仓,7-排气口,8-入水口，9-排水口，10-进气管，11-出气口，12-进气口。

具体实施方式

为了更加清楚地了解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细介绍。本发明的实施例具有示例性的作用，本领域技术人员在本发明实施例基础上做出的无实质形的改进，都应属于本发明的保护范围。

图1-3中，虚线示例性地表示液体，圆环示例性地表示气体。

如图1所示的有压气体收集装置，其包括进水管1和出水管2，所述进水管1包括进水口3、入气口4和出水口5，所述出水口5与能量收集仓6连通，所述能量收集仓6包括排气口，且所述能量收集仓6水平安装或接近水平安装；所述出水管2包括入水口8和排水口9，所述入水口8与所述能量收集仓6连通；所述出水管2中心线的延长线与所述能量收集仓6的交点为A，所述出水管2的管径为d，所述入水口8与A的距离为h，1.5d≤h。

所述能量收集仓是正方体、长方体、圆柱体或其他合适的中空结构。所述能量收集仓水平安装，是指能量收集仓中的液体流动稳定时，液体流动方向是水平方向的，其竖直方向的速度为0。之所以说明液体流动稳定时，是因为液体刚进入能量收集仓时或者液体即将流出能量收集仓时，液体可能具有竖直方向的速度。所述能量收集仓接近水平安装，一般是指工程中的误差或者安装环境所需，使得能量收集仓并不能是标准的水平方向安装；通常，能量收集仓中的液体流动稳定时，液体的流动方向与重力加速度方向的夹角可以为30°-150°，优选60°-120°，更优选80°-100°。这里的液体速度，是指液体的整体速度，而非某个质点的速度。

所述出水管的横截面为圆形、正方形、长方形或其他形状。所述出水管的横截面是指垂直于出水管管轴线的平面切割出水管所得到的截面。当出水管的管径大小恒定时（即是任一垂直于出水管管轴线的平面切割出水管所得到的截面的面积都相等）：若出水管的横截面为圆形，所述出水管的管径d即为横截面的直径；当出水管的横截面不为圆形时，横截面的面积为S，所述出水管的管径d与S的关系为S=π(d/2)²。

当出水管的管径大小不恒定时（即是任一垂直于出水管管轴线的平面切割出水管所得到的截面的面积并非都相等）：出水管的横截面面积为S′，所述出水管的管径d与S′的关系为S′=π(d/2)²；其中，S′为出水管的最大横截面与最小横截面面积的平均值，或者S′是出水管的最小横截面的面积，或者S′是出水管横截面面积的平均值。

当入水口的开口面与出水管的横截面平行时（或者开口面是出水管的横截面），所述入水口与A的距离h，是指入水口的开口面的中心与A的距离；当入水口的开口面与所述出水管的横截面不平行时，入水口的开口面上距离A最远的点为B，垂直于出水管管轴线且经过点B的平面为NN′，则所述入水口与A的距离h，是指A与平面NN′的垂直距离；或者，当入水口的开口面与所述出水管的横截面不平行时，入水口的开口面上距离A最远的点为B，入水口的开口面上距离A最近的点为C，B与C的中点为A′，垂直于出水管管轴线且经过A′的平面为MM′，则所述入水口与A的距离h，是指A与平面MM′的垂直距离。

所述入水口的开口面，是指入水口上任意三点形成的平面。所述管径是指管内径。

本实施例中，出水管的起始端是入水口，截止端是排水口。出水管通常是直管结构，根据不同需求，也可以设置成其他中空结构。

所述出水管中心线的延长线，是指出水管的中心线从入水口处向外的延长线。

所述排气口通常位于能量收集仓的上侧，以便于收集有压气体。

进水口的设置，可以使液体进入进水管；入气口的设置，可以使气体进入进水管。进水口也可以当做入气口（如图1所示），当液体从进水口处进入进水管时，进水口附近的气体也可以进入进水管；进水口和入气口也可以分开设置。

所述能量收集仓水平安装或接近水平安装，是为了方便从进水管进入的气体在能量收集仓内进行上浮。

所述进水管、能量收集仓、出水管，可以是塑料、陶瓷、不锈钢或其他金属材质。

本发明中1.5d≤h，可以减少液体在入水口与能量收集仓的壁面之间发生的涡流现象，从而降低由于涡流现象导致的能量损失，提高单位时间内排气口处收集到的有压气体的量，进而提高有压气体产生装置的效率。

本实施例的有压气体收集装置的工作过程为：液体、气体分别从进水口、入气口处进入进水管，在进水管中，液体带动气体从出水口处流出，并进入能量收集仓内；在能量收集仓内，气体上浮，从排气口处排出，即是可以在排气口处收集到有压气体；能量收集仓内的液体从入水口进入出水管，并从排水口处排出。

为了方便收集或直接利用排气口处的有压气体，通常在排气口处可以设置气体导流管。

本实施例的有压气体收集装置中，气体从液体中浮出后，可以从排气口处排出，在排气口处可以收集到有压气体。由于1.5d≤h，可以降低有压气体产生装置的能量损失，进而可以收集到更多的有压气体，提高装置的使用效率。

优选的实施例中，2d ≤h≤20d。2d≤h可以进一步地降低涡流现象，h的大小可以是2d、3d、4d、5d、8 d、10 d、12 d等。理论上，h越大越能减少涡流现象，但是h越大，意味着能量收集仓的体积越大，消耗的材料越多，也会增大运输成本和人工成本，因此，应综合考虑。

较佳的实施例中，所述排水口位于能量收集仓内液面的上方。

所述能量收集仓内液面，是指当能量收集仓内气体的压强达到P′时，能量收集仓内的最低液面；所述P′大于大气压强；所述排水口位于能量收集仓内液面的上方，可以使能量收集仓内气体压强较大。所述排水口的具体高度，可以根据实际所需进行设定，如果需要较高压强的有压气体，就可以将排水口的位置设定较高一些，即实际情况需要多大压强的有压气体（大于大气压的气体），就可设定相应高度的排水口。所述大气压强是指能量收集仓所在地的大气压强。

如图2所示的有压气体收集装置，入水口8位于排气口7的下方。

所述入水口位于所述排气口的下方，是指排气口的最低处高于入水口的最高处。所述“下方”、“最高处”、“最低处”是相对而言的，即可以是相对于能量收集仓内流动液体的最低液面所在的水平面。

所述入水口位于所述排气口的下方，可以避免气体从入水口处进入出水管，从而在排气口处可以收集到更多的气体。

较佳的实施例中，所述出水口位于所述入水口的下方。

所述出水口位于所述入水口的下方，是指入水口的最低处高于出水口的最高处。所述“下方”、“最高处”、“最低处”是相对而言的，即可以是相对于能量收集仓内流动液体的最低液面所在的水平面。

所述出水口位于所述入水口的下方，可以方便将能量收集仓内的沙尘或其他污物排出，并在排沙排污时避免能量收集仓内的气体从进水管中排出，进而避免降低排沙排污的效率。

为了控制有压气体的流量，排气口处可以设置流量控制装置。所述流量控制装置可以是流量控制阀或截止阀。排气口处的流量控制装置，不仅可以控制气体的排出量，也可排除能量收集仓内的沙尘或污物。当能量收集仓内含有较多的沙尘或其他污物时，可以关闭排气口，使有压气体携带沙尘或其他污物从出水管中排出。

优选的实施例中，所述出水管的管径大于进水管的管径。

出水管的设置，不仅是为了引流能量收集装置中的液体，更是为了保证排气口中排出的气体为有压气体；出水管的管径大于进水管的管径，可以使出水管中液体流动更稳定，进而使排气口中流出的气体压强更稳定。

较佳的实施例中，所述能量收集仓的截面面积大于所述进水管的截面面积。

所述能量收集仓的截面，是指液体流动稳定时，垂直于能量收集仓中的液体流动方向的平面切割能量收集仓所得到的截面；所述进水管的截面，是指垂直于进水管中的液体流动方向的平面切割进水管所得到的的截面。

能量收集仓的截面面积大于所述进水管的截面面积，是为了在液体流入能量收集仓时，减小液体的速度，进而有利于收集到更多的气体。

为了进一步收集到更多的有压气体，所述进水管是竖直安装或接近竖直安装。

当进水管是直管结构时，所述进水管是竖直安装，是指进水管的管轴线是竖直方向的；所述进水管接近竖直安装，是指进水管的管轴线是接近竖直方向的；所述接近竖直方向是指进水管的管轴线与重力加速度方向的夹角为0-45°，最好是0-15°。当进水管不是直管结构时，所述进水管是竖直安装，是指与能量收集仓连通的部分进水管是竖直安装的。进水管进行竖直安装，是为了使液体在向下流动时，受到重力的作用，而使液体流动速度更大，液体流动速度的提高，更便于带动气体一起运动，在能量收集仓的排气口处，就会收集到更多的有压气体。

优选的实施例中，所述出水管是竖直安装或接近竖直安装。

当出水管是直管结构时，所述出水管是竖直安装，是指出水管的管轴线是竖直方向的；所述出水管接近竖直安装，是指出水管的管轴线是接近竖直方向的；所述接近竖直方向是指出水管的管轴线与重力加速度方向的夹角为0-45°，最好是0-15°。当出水管不是直管结构时，所述出水管是竖直安装，是指与能量收集仓连通的部分出水管是竖直安装的。出水管进行竖直安装，是为了在满足高度所需的情况下，更节约材料，且更方便安装。

如图3所示的有压气体收集装置，其还包括进气管10，进气管10包括出气口11和进气口12，出气口11位于进水管1内部，进气口12位于进水管1外部，且进气口12与大气相通。

较佳的实施例中，还包括引水管，所述引水管与所述进水口连通。

本发明的能量收集装通常是利用现有的自然河流，而很多自然环境并不利于整个装置的安装，引水管的设置，可以为整个装置安装在合适环境下提供基础。所述引水管的作用是引出水流，使水流通过进水口进入进水管。

为了较好地利用有压气体，所述排气口与泵水装置连通。该结构可以直接应用于泵水，以节约电、石油等其他能源。

以上所述，仅为本发明的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种有压气体收集装置，其特征在于，包括进水管和出水管，所述进水管包括进水口、入气口和出水口，所述出水口与能量收集仓连通，所述能量收集仓包括排气口，且所述能量收集仓水平安装或接近水平安装；所述出水管包括入水口和排水口，所述入水口与所述能量收集仓连通；所述出水管中心线的延长线与所述能量收集仓的交点为A，所述出水管的管径为d，所述入水口与A的距离为h，1.5d ≤h。

2.根据权利要求1所述的有压气体收集装置，其特征在于，2d ≤h≤20 d。

3.根据权利要求1或2所述的有压气体收集装置，其特征在于，所述排水口位于能量收集仓内液面的上方。

4.根据权利要求1所述的有压气体收集装置，其特征在于，所述入水口位于所述排气口的下方。

5.根据权利要求1或4所述的有压气体收集装置，其特征在于，所述出水口位于所述入水口的下方。

6.根据权利要求1所述的有压气体收集装置，其特征在于，所述出水管的管径大于进水管的管径。

7.根据权利要求1所述的有压气体收集装置，其特征在于，所述能量收集仓的截面面积大于所述进水管的截面面积。

8.根据权利要求1所述的有压气体收集装置，其特征在于，所述进水管是竖直安装或接近竖直安装。

9.根据权利要求1所述的有压气体收集装置，其特征在于，所述出水管是竖直安装或接近竖直安装。

10.根据权利要求1或2所述的有压气体收集装置，其特征在于，还包括进气管，所述进气管包括出气口和进气口，所述出气口位于所述进水管内部，所述进气口位于所述进水管外部，且所述进气口与大气相通。