CN107486053A - 液体共振微纳米气泡发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体共振微纳米气泡发生装置，本装置的发生机构的缸体内孔为渐缩渐扩孔，上部和下部孔板分别沿圆周方向间隔设有过流孔并且设于缸体内孔的顶端和底端，活塞设于缸体内孔，上部和下部活塞杆垂直设于活塞顶面和底面并且分别穿出上部孔板和下部孔板，上部和下部弹簧分别套入上部和下部活塞杆，缸体的输出端连接储液罐的上部，液体泵的输出端连接缸体的输入端，液体泵的输入端连接储液罐的下部，蓄能器连接液体泵与缸体之间的管道，进气管连接液体泵与储液罐之间的管道，气体压力/流量调节机构设于进气管。本装置克服了传统微纳米气泡发生方式的缺陷，有效提高了装置的流量及生产效率，避免装置失效，确保了装置的可靠运行。

Description

液体共振微纳米气泡发生装置

技术领域

本发明涉及一种液体共振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、在液体中停留时间长等特点。在液体中通入微纳米气泡可以有效分离液体中的固体杂质，快速提高液体中的气体含量，杀死液体中的有害菌，降低固液界面摩擦系数，从而在环保、医疗、保健、生物科技、化工和舰船减阻等领域中应用比宏观气泡有更高效率，应用前景也更为广阔。

在环保领域，相比于传统的注入宏观气泡的气浮方法，微纳米气泡水处理技术在水体中注入微纳米气泡，由于气泡体积的减小，气泡在水体中的滞留时间和表面积增大了数万倍，极大提高了水体中悬浮物的分离效率；而且微纳米气泡的分散性好，对水体溶氧量的提升效果明显，有利于水体中需氧菌的降解活动，这对于改善水质、抑制水体的富营养化尤为重要。在医疗和保健领域，研究表明在水或其他液体中通入氢气、氧气、氦气等气体达到一定浓度后，可以改变水或其他液体的氧化还原特性，被人体饮用吸收后，对大脑、肝脏、心脏、血管具有修复作用。但是在常压下氢气、氧气、氦气等气体通常难溶于水或其他液体，液体中相关气体含量较低，导致医疗或保健效果变差。微纳米气泡具有气泡尺寸小、比表面积大、在液体中停留时间长等特点，通过把氢气、氧气、氦气等气体制成相应微纳米气泡分散在水或其他液体中，可大大提高相应气体浓度，从而提高医疗或保健效果。在生物科技、化工和舰船减阻等领域也可以利用微纳米气泡的特点进行广泛应用，得到相应的效果。

微纳米气泡技术的关键是如何高效的产生微纳米气泡，现有的微纳米气泡发生装置一般由液体泵、气体泵、压力罐、微孔释气装置等附属机构组成，先通过气体泵往液体中注入气体，形成毫米级气泡，然后把含有毫米级气泡的液体输送到液体泵，对液体和毫米级气泡进行初步混合细化，继而通过液体泵输送到压力罐增压，使气泡溶于液体中，最后增压后的液体流过微孔释气装置，在释气过程中形成微纳米气泡。采用该装置生成微纳米气泡由于最后释气使用微孔，但微孔流阻大，对液体的节流效应导致微纳米气泡发生装置的流量小、效率低下。并且在实际应用中，由于液体中一般含有固体颗粒杂质，极易堵塞微孔，导致微纳米气泡发生装置失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种液体共振微纳米气泡发生装置，本装置克服了传统微纳米气泡发生方式的缺陷，有效提高了装置的流量及生产效率，避免装置失效，确保了装置的可靠运行。

为解决上述技术问题，本发明液体共振微纳米气泡发生装置包括储液罐、液体泵、发生机构、进气管、气体压力/流量调节机构和蓄能器，所述发生机构包括缸体、活塞、上部活塞杆、下部活塞杆、上部孔板、下部孔板、上部弹簧和下部弹簧，所述缸体内孔为渐缩渐扩孔并且中部孔径小于两端孔径，所述上部孔板和下部孔板分别沿圆周方向间隔设有过流孔，所述上部孔板和下部孔板分别设于所述缸体内孔的顶端和底端，所述活塞设于所述缸体内孔，所述上部活塞杆和下部活塞杆分别垂直设于所述活塞顶面和底面并且所述上部活塞杆穿出所述上部孔板、所述下部活塞杆穿出所述下部孔板，所述上部弹簧套入所述上部活塞杆并且位于所述活塞与上部孔板之间，所述下部弹簧套入所述下部活塞杆并且位于所述活塞与下部孔板之间，所述缸体的输出端通过管道连接所述储液罐的上部，所述液体泵的输出端通过管道连接所述缸体的输入端，所述液体泵的输入端通过管道连接所述储液罐的下部，所述蓄能器通过管道连接所述液体泵与缸体之间的管道，所述进气管连接所述液体泵与储液罐之间的管道，所述气体压力/流量调节机构设于所述进气管。

进一步，所述缸体的渐缩渐扩孔为弧形连续改变或台阶式突变。

进一步，所述活塞沿圆周方向间隔设有轴向贯穿的通孔，所述通孔的孔径为所述液体泵输出端口径的1/10～1/1000，所述通孔的数量为1～100个。

进一步，所述气体压力/流量调节机构为气体压力/流量调节阀。

进一步，所述液体泵是串联或并联组合的多个离心泵、轴流泵、隔膜泵或漩涡泵。

进一步，所述上部弹簧和下部弹簧是金属弹簧、气压弹簧或液压弹簧。

由于本发明液体共振微纳米气泡发生装置采用了上述技术方案，即本装置的发生机构包括缸体、活塞、上部和下部活塞杆、上部和下部孔板、上部和下部弹簧，缸体内孔为渐缩渐扩孔，上部和下部孔板分别沿圆周方向间隔设有过流孔并且设于缸体内孔的顶端和底端，活塞设于缸体内孔，上部和下部活塞杆垂直设于活塞顶面和底面并且分别穿出上部孔板和下部孔板，上部和下部弹簧分别套入上部和下部活塞杆，缸体的输出端连接储液罐的上部，液体泵的输出端连接缸体的输入端，液体泵的输入端连接储液罐的下部，蓄能器连接液体泵与缸体之间的管道，进气管连接液体泵与储液罐之间的管道，气体压力/流量调节机构设于进气管。本装置克服了传统微纳米气泡发生方式的缺陷，有效提高了装置的流量及生产效率，避免装置失效，确保了装置的可靠运行。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明液体共振微纳米气泡发生装置的结构示意图；

图2为本装置发生机构的活塞运动至缸体上方的示意图；

图3为本装置发生机构的活塞运动至缸体下方的示意图；

图4为由本装置发生的微纳米气泡显微照片示意图。

具体实施方式

实施例如图1所示，本发明液体共振微纳米气泡发生装置包括储液罐1、液体泵2、发生机构3、进气管4、气体压力/流量调节机构5和蓄能器6，所述发生机构3包括缸体31、活塞32、上部活塞杆33、下部活塞杆34、上部孔板35、下部孔板36、上部弹簧37和下部弹簧38，所述缸体31内孔为渐缩渐扩孔39并且中部孔径小于两端孔径，所述上部孔板35和下部孔板36分别沿圆周方向间隔设有过流孔351、361，所述上部孔板35和下部孔板36分别设于所述缸体31内孔的顶端和底端，所述活塞32设于所述缸体31内孔，所述上部活塞杆33和下部活塞杆34分别垂直设于所述活塞32顶面和底面并且所述上部活塞杆33穿出所述上部孔板35、所述下部活塞杆34穿出所述下部孔板36，所述上部弹簧37套入所述上部活塞杆33并且位于所述活塞32与上部孔板35之间，所述下部弹簧38套入所述下部活塞杆34并且位于所述活塞32与下部孔板36之间，所述缸体31的输出端通过管道7连接所述储液罐1的上部，所述液体泵2的输出端通过管道8连接所述缸体31的输入端，所述液体泵2的输入端通过管道9连接所述储液罐1的下部，所述蓄能器6通过管道61连接所述液体泵2与缸体31之间的管道8，所述进气管4连接所述液体泵2与储液罐1之间的管道9，所述气体压力/流量调节机构5设于所述进气管4。

优选的，所述缸体31的渐缩渐扩孔39为弧形连续改变或台阶式突变。

优选的，所述活塞32沿圆周方向间隔设有轴向贯穿的通孔321，所述通孔321的孔径为所述液体泵2输出端口径的1/10～1/1000，所述通孔321的数量为1～100个。

优选的，所述气体压力/流量调节机构5为气体压力/流量调节阀。

优选的，所述液体泵2是串联或并联组合的多个离心泵、轴流泵、隔膜泵或漩涡泵。

优选的，所述上部弹簧37和下部弹簧38是金属弹簧、气压弹簧或液压弹簧。

本装置在液体泵的抽吸作用下通过管道从储液罐中吸取液体，通过进气管经过气体压力/流量调节机构吸取气体，液体和气体经过初步混合，继而在液体泵内增压使气体溶于液体中。溶有气体的液体通过管道进入发生机构， 在发生机构中释放微纳米气泡并随液体经过管道回到储液罐中，通过压力/流量调节机构可以自动或手动调节进气流量和压力，从而调节发生机构内气液混合比，防止气体量过多导致在液体泵内不能与液体充分混合溶解。

下面着重阐述发生机构的工作原理，如图1和图2所示，在初始状态，活塞位于缸体的渐缩渐扩孔喉部（即孔径最小处），活塞与渐缩渐扩孔之间的间隙最小，此时液体泵压力大、流量小，液体经下部孔板的过流孔进入渐缩渐扩孔，活塞在液体压力冲击作用下沿液体流动方向做轴向加速运动，同时压缩上部弹簧、拉伸下部弹簧，随着活塞运动逐渐偏离渐缩渐扩孔喉部，从而与渐缩渐扩孔之间的间隙越来越大，导致活塞受到的液体冲击压力越来越小，达到液体冲击压力与上部弹簧和下部弹簧所形成合力的平衡点，此时活塞的加速度为零，但是由于流体和活塞本身的惯性，活塞不会就此停止，而是继续运动的同时减速，最后到达如图2所示的位置。

如图2所示，活塞位于渐缩渐扩孔的扩口处，并与渐缩渐扩孔之间的间隙最大，此时液体泵压力小、流量大，由于已压缩上部弹簧和已拉伸下部弹簧的回复力作用的合力大于液体作用在活塞上的压力，活塞逆液体流向做轴向运动，并逐渐靠近渐缩渐扩孔喉部，从而与渐缩渐扩孔之间的间隙越来越小，由于液体泵压力上升滞后于活塞的运动，活塞在惯性作用下越过渐缩渐扩孔喉部，并在拉伸上部弹簧和压缩下部弹簧时做减速运动，同时由于滞后效应，液体泵压力逐渐上升，进一步使活塞减速，最后停留在如图3所示位置。

如图3所示，活塞在已压缩下部弹簧、已拉伸上部弹簧回复力和液体压力的合力作用下顺液体流动方向做轴向运动重新一个新的循环。如此活塞往复运动最终会与液体泵和液体压力协同作用使发生机构达到高效的共振状态。通过调节下部弹簧、上部弹簧的刚性以及调节活塞与渐缩渐扩孔喉部的间隙，均可以改变发生机构的共振频率，使其工作在最佳的微纳米气泡释放状态。溶有微纳米气泡的液体经上部孔板的过流孔回到储液罐，同时蓄能器吸收发生机构共振时液体的压力波动，从而避免共振对液体泵的损害，在液体压力高时蓄能器被压缩储存流体能量，在液体压力低时蓄能器膨胀释放之前储存的流体能量，可以平滑流体压力的波动。

发生机构达到共振状态时，活塞在渐缩渐扩孔喉部附近做往复运动，周期性改变活塞与渐缩渐扩孔之间的间隙和液体的压力，从而使溶解在液体中的气体释放出来形成微纳米气泡，同时活塞运动对液体的剪切作用使气泡进一步细化，有助于提高气泡在微米段和纳米段的分布比例。

活塞沿圆周方向间隔设有轴向贯穿的通孔，通孔的孔径为所述液体泵输出端口径的1/10～1/1000，通孔的数量为1～100个。该通孔增加了活塞与液体的接触面积，提高了活塞在液体内做往复共振运动时微纳米气泡释放的效率，同时通孔对液体的剪切也可进一步细化气泡。

另外发生机构的活塞可以通过除流体以外的动力如电机、阀等驱动。

本装置通过活塞往复运动达到共振状态的方式释放微纳米气泡，克服了传统微纳米气泡发生方式使用微孔节流带来的流量小、易堵塞的缺陷。在本装置功率为1千瓦时，含有微纳米气泡的液体流量可达5立方米/小时，相比一般微孔释气的发生装置效率至少提升了60%。如图4所示，基于本装置产生的气泡直径主要分布在两个区间，纳米气泡11尺寸在100～200纳米，微米气泡12尺寸在1～20微米。

Claims (6)

1.一种液体共振微纳米气泡发生装置，包括储液罐和液体泵，其特征在于：还包括发生机构、进气管、气体压力/流量调节机构和蓄能器，所述发生机构包括缸体、活塞、上部活塞杆、下部活塞杆、上部孔板、下部孔板、上部弹簧和下部弹簧，所述缸体内孔为渐缩渐扩孔并且中部孔径小于两端孔径，所述上部孔板和下部孔板分别沿圆周方向间隔设有过流孔，所述上部孔板和下部孔板分别设于所述缸体内孔的顶端和底端，所述活塞设于所述缸体内孔，所述上部活塞杆和下部活塞杆分别垂直设于所述活塞顶面和底面并且所述上部活塞杆穿出所述上部孔板、所述下部活塞杆穿出所述下部孔板，所述上部弹簧套入所述上部活塞杆并且位于所述活塞与上部孔板之间，所述下部弹簧套入所述下部活塞杆并且位于所述活塞与下部孔板之间，所述缸体的输出端通过管道连接所述储液罐的上部，所述液体泵的输出端通过管道连接所述缸体的输入端，所述液体泵的输入端通过管道连接所述储液罐的下部，所述蓄能器通过管道连接所述液体泵与缸体之间的管道，所述进气管连接所述液体泵与储液罐之间的管道，所述气体压力/流量调节机构设于所述进气管。

2.根据权利要求1所述的液体共振微纳米气泡发生装置，其特征在于：所述缸体的渐缩渐扩孔为弧形连续改变或台阶式突变。

3.根据权利要求1所述的液体共振微纳米气泡发生装置，其特征在于：所述活塞沿圆周方向间隔设有轴向贯穿的通孔，所述通孔的孔径为所述液体泵输出端口径的1/10～1/1000，所述通孔的数量为1～100个。

4.根据权利要求1、2或3所述的液体共振微纳米气泡发生装置，其特征在于：所述气体压力/流量调节机构为气体压力/流量调节阀。

5.根据权利要求1、2或3所述的液体共振微纳米气泡发生装置，其特征在于：所述液体泵是串联或并联组合的多个离心泵、轴流泵、隔膜泵或漩涡泵。

6.根据权利要求1、2或3所述的液体共振微纳米气泡发生装置，其特征在于：所述上部弹簧和下部弹簧是金属弹簧、气压弹簧或液压弹簧。