CN111298670A - 一种微纳米气泡发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微纳米气泡发生器，所述微纳米气泡发生器包括：进液管、旋流槽、渐缩管、进气管、壳体、喉管、扩散管、混合管、破碎器、释放头，所述渐缩管、喉管、扩散管依次连接，形成类文丘里管状的过水通道结构，所述三者连接处之间的间隙为所述的多级进气口。所述壳体两端的内壁分别与渐缩管和扩散管的外壁连接形成储气室，所述储气室通过多级进气口连通喉部流道。所述混合管内设有破碎器，外侧连接四个释放头。根据本发明实施例的微纳米气泡发生器，能够快速实现大气泡的破碎，所形成的气泡具有尺寸小、分散均匀的特点，并且可以更换不同规格的释放头实现气泡直径的调节。

Description

一种微纳米气泡发生器

技术领域

本发明属于气液两相混合装置，具体涉及一种微纳米气泡发生器。

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，因此在气浮净水、水体增氧、臭氧水消毒和微气泡减阻等领域中，相比于宏观气泡具有更高的效率，应用前景也更为广阔。气泡发生器是气泡制造技术中的主要设备，它的性能好坏直接影响生成的气泡尺寸、数量和均匀度，目前制造微气泡的方法有很多，如物理切割法、加压溶气释气法、水温差法、电场法等。加压溶气效率非常低、制造成本高；水温差法、电场法则都是操作过程复杂、能耗较高，在实际应用中难以推广。基于物理切割法的微纳米气泡发生器，主要是通过高速旋流、水力剪切等方式把空气剪切破碎，其能切割形成微细气泡且效率较高，但也存在气泡均匀化程度不高，充气量需求较大时难以满足的问题。

尽管物理法剪切破碎微气泡技术具有诸多优点，但由于传统微气泡发生器存在结构复杂加工困难、充气量低、气泡大小均匀度不高等缺点，微气泡技术应用效率与效果有待进一步提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种改进的微纳米气泡发生器，使其具备更强大的剪切破碎能力，解决气泡均匀化程度不高的问题，同时又不会过度限制进气量，能够满足进气量大时气泡均匀度高的目的。

本发明采用以下技术方案来实现：

一种微纳米气泡发生器，其特征在于，包括：进液管、旋流槽、渐缩管、进气管、壳体、喉管、扩散管、混合管、破碎器、释放头；所述进液管内设有改变液体流向的旋流槽，所述渐缩管、喉管、扩散管依次连接，形成类文丘里管状的过水通道结构，上述三者的对接处形成多级进气口；所述壳体包覆渐缩管、喉管及扩散管，且壳体内表面与渐缩管、喉管及扩散管外表面之间形成储气室，所述壳体上还设有进气管，所述进气管连通储气室，所述储气室通过多级进气口连通喉部流道；所述扩散管连通混合管，所述混合管内设有与文丘里管状过水通道同轴心的破碎器，所述混合管外侧还圆周阵列有四个释放头。

所述破碎器呈圆锥形轮廓，其外锥面上依次设置多道台阶面，每一道台阶面上设置有环形凹槽，优选地，凹槽的横截面为三角形、矩形或弓形，凹槽的深度小于等于3毫米，凹槽的宽度小于等于2毫米。

根据本发明实施例的微纳米气泡发生器具有充气量大、气泡直径小、气泡尺寸均匀度高等优点。

所述渐缩管、喉管、扩散管内部组成贯穿前后的类文丘里管状的流道，所述流道由渐缩流道、喉部流道和渐扩流道三部分组成，所述渐缩流道由位于渐缩管内的渐缩锥段流道组成，所述喉部流道由喉管内流道、渐缩管和扩散管内直管段流道三部分构成，所述渐扩流道由位于扩散管内的渐扩锥段流道组成，位于喉部流道内壁的多级进气口可以产生抽吸作用，不需要另设置进气系统。

所述渐缩管与喉管连接处的间隔为第一级进气口，所述第一级进气口为均匀分布的8个圆柱形通道，所述圆柱形通道的直径小于等于1mm，较小内径的孔道使得进入的气体为细长圆柱体，喉部流道的高速流体可以将气柱有效切割为小气泡形态。所述渐缩管与喉管连接处的内部流道还形成有环状沟槽，所述第一级进气口对应环状沟槽上方位置处设置。

所述环状沟槽深度为1～2mm、长度为15～20mm，当水高速流过喉部流道时，在沟槽中产生湍流，大气泡会被高速流体剪切细化为小气泡，并与高速流体混合。

所述第二级进气口形成在喉管与扩散管之间的连接处具有的至少一处间隔，由内侧的环缝形通道、中间的环状气道和外侧的圆柱形气道组成；所述中间的环状气道为形成在喉管和扩散管接合处的横截面为长宽4～6mm的矩形环状气道，所述环状气道外周面设置有与储气室相通的多个圆柱形气道，圆柱形气道的内径为2～3mm，圆柱形气道连通储气室与环状气道，使得从储气室吸入的气体高速流入环状气道，增加气液混合物的湍流作用，所述环状气道内部一侧面上设有多个螺旋导流块，使得进入的气体充分发展为高速回旋状态。所述内侧的环缝形通道为与喉部流道相连通的环缝进气口，环缝宽度小于等于0.5mm。环缝进气口将环状气道中涡流空气引入到喉部流道中，狭窄的环缝可以使空气以细小气泡的形式与高速水流混合，涡流空气与加压水流的协同作用使气泡进一步细化，并与高速水流一起向下流入混合腔。

所述释放头内设有微孔扩散板，可以对气液混合物中的气泡剪切细化，同时可以通过更换不同规格的释放头实现气泡直径的调节。

在本发明的实施例中，所述渐缩管的锥角为20～25°的收缩流道，所述扩散管的锥角为10～15°的扩展流道。

在本发明的实施例中，所述扩散管外壁和所述混合管内壁设置螺纹，两者通过螺纹旋接，可以便于安装或更换混合管末端的破碎器。

所述混合管内壁和所述释放头外壁焊接连接，优选地，两者通过螺纹旋接，可以通过更换不同规格的释放头实现气泡直径的调节。

本发明的优点在于：

1、多级进气口设置在喉部流道内壁，利用文丘里管结构的抽吸作用，不需要另设置进气系统；

2、液体入口的旋流槽和气体入口的螺旋导流块相结合，使得液体高速螺旋流动，增大气液混合的湍流强度，将空气剪切破碎为气泡状态；

3、第一级进气口采用圆柱形气道与环状沟槽的结构组合，流体切割气柱后进一步在沟槽中产生湍流，将存在的大气泡剪切细化为小气泡，有利于气泡微小化；

4、第二级进气口采用环状气道、圆柱形气道和环缝进气口结合的结构，且在环状气道内设置螺旋导流块，增加进气量，涡流空气与加压水流的协同作用使气泡进一步细化；

5、不同结构的第一级进气口和第二级进气口相结合，共同作用增大了进气量，最大可实现20％的气液比，同时又使结构复杂度相对较低，螺纹旋接组装方便，制造难度小。

附图说明

图1是本发明微纳米气泡发生器的结构侧剖视图；

图2是本发明微纳米气泡发生器的分解视图；

图3是本发明微纳米气泡发生器的旋流槽结构示意图；

图4是本发明微纳米气泡发生器的多级进气口结构示意图；

图5是本发明微纳米气泡发生器的破碎器结构示意图；

图6是本发明微纳米气泡发生器的释放头结构示意图；

图中：10、进液管；11、旋流槽；12、渐缩管；13、喉管；14、扩散管；15、进气管；16、壳体，17、混合管，18、释放头，19、破碎器；20、液体入口；21、渐缩流道；22、喉部流道；23、气体入口；24、储气室；25、第一级进气口；251、圆柱形进气口；252、环状沟槽；26、第二级进气口；261、圆柱形气道；262、环状气道；263、环缝形通道；264、螺旋导流块；27、微孔扩散板；28、渐扩流道；29、混合腔。

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”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为简化描述，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。

如图1、图2所示，图1是本发明微纳米气泡发生器的结构侧剖视图，图2是本发明微纳米气泡发生器的分解视图；一种微纳米气泡发生器，其特征在于，包括：进液管10、旋流槽11、渐缩管12、进气管15、壳体16、喉管13、扩散管14、混合管17、破碎器19、释放头18；所述进液管10内设有改变液体流向的旋流槽11，所述渐缩管12、喉管13、扩散管14依次连接，形成类文丘里管状的过水通道结构，上述三者的对接处形成多级进气口；所述壳体16包覆渐缩管12、喉管13及扩散管14，且壳体16内表面与渐缩管12、喉管13及扩散管14外表面之间形成储气室24，所述壳体16上还设有进气管15，所述进气管15连通储气室24，所述储气室24通过多级进气口连通喉部流道22；所述扩散管14连通混合管17，所述混合管17内部具有混合腔29，所述混合腔29内设有与文丘里管状过水通道同轴心的破碎器19，所述混合管17外侧还圆周阵列有四个释放头18。

图3是本发明微纳米气泡发生器的旋流槽结构示意图，如图所示，本发明的旋流槽结构为在短圆柱体上圆周阵列开设多个螺旋通道，本实施例中螺旋通道数量选择为四个，其表现在短圆柱体端面上的横截面选择为弧形凹槽形状。

图4是本发明微纳米气泡发生器的多级进气口结构示意图，结合图1及图2，下面对本发明的多级进气口结构描述如下，所述渐缩管12、喉管13、扩散管14内部组成贯穿前后的类文丘里管状的流道，所述流道由渐缩流道21、喉部流道22和渐扩流道28三部分组成，所述渐缩流道21由位于渐缩管12内的渐缩锥段流道组成，所述喉部流道22由喉管内流道、渐缩管和扩散管内直管段流道三部分构成，所述渐扩流道28由位于扩散管14内的渐扩锥段流道组成。

所述渐缩管12与喉管13连接处的间隔即为第一级进气口25，所述第一级进气口25为均匀分布的八个圆柱形进气口251，所述圆柱形进气口251的直径小于等于1mm，较小内径的孔道使得进入的气体为细长圆柱体，喉部流道的高速流体可以将气柱有效切割为小气泡形态。所述渐缩管12与喉管13连接处的内部流道还形成有环状沟槽252，所述第一级进气口25对应环状沟槽252上方位置处设置。所述环状沟槽252深度为1～2mm、长度为15～20mm，当水高速流过喉部流道时，在环状沟槽中产生湍流，大气泡会被高速流体剪切细化为小气泡，并与高速流体混合。

所述第二级进气口26形成在喉管13与扩散管14之间的连接处具有的至少一处间隔，由内侧的环缝形通道263、中间的环状气道262和外侧的圆柱形气道261组成；所述中间的环状气道262为形成在喉管13和扩散管14接合处的横截面为长宽4～6mm的矩形环状气道262，所述环状气道262外周面设置有与储气室24相通的多个圆柱形气道261，圆柱形气道261的内径为2～3mm，圆柱形气道261连通储气室24与环状气道262，使得从储气室24吸入的气体高速流入环状气道262，增加气液混合物的湍流作用，所述环状气道内部一侧面上设有多个螺旋导流块264，使得进入的气体充分发展为高速回旋状态。所述内侧的环缝形通道263为与喉部流道相连通的环缝进气口，环缝宽度小于等于0.5mm。环缝进气口将环状气道中涡流空气引入到喉部流道中，狭窄的环缝可以使空气以细小气泡的形式与高速水流混合，涡流空气与加压水流的协同作用使气泡进一步细化，并与高速水流一起向下流入混合腔。

图5是本发明微纳米气泡发生器的破碎器结构示意图，所述破碎器19呈圆锥形轮廓，其外锥面上依次设置多道台阶面，每一道台阶面上设置有环形凹槽，优选地，凹槽的横截面为三角形、矩形或弓形，凹槽的深度小于等于3毫米，凹槽的宽度小于等于2毫米。

图6是本发明微纳米气泡发生器的释放头结构示意图，释放头18内设有微孔扩散板27，可以对气液混合物中的气泡剪切细化，同时可以通过更换不同规格的释放头实现气泡直径的调节。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种微纳米气泡发生器，其特征在于，包括：进液管(10)、旋流槽(11)、渐缩管(12)、进气管(15)、壳体(16)、喉管(13)、扩散管(14)、混合管(17)、破碎器(19)、释放头(18)；所述进液管(10)内设有改变液体流向的旋流槽(11)，所述进液管(10)连通渐缩管(12)，所述渐缩管(12)、喉管(13)、扩散管(14)依次连接，形成文丘里管状的过水通道结构，上述三者的对接处形成多级进气口；所述壳体(16)包覆渐缩管(12)、喉管(13)及扩散管(14)，且壳体(16)内表面与渐缩管(12)、喉管(13)及扩散管(14)外表面之间形成储气室(24)，所述进气管(15)设置于壳体(16)上，所述进气管(15)连通储气室(24)，所述储气室(24)通过多级进气口连通喉部流道(22)；所述扩散管(14)连通混合管(17)，所述混合管(17)内部设有与文丘里管状过水通道同轴心的破碎器(19)，所述混合管(17)外侧还圆周阵列有四个释放头(18)。

2.根据权利要求1所述的微纳米气泡发生器，其特征还在于，所述渐缩管(12)、喉管(13)、扩散管(14)内部组成贯穿前后的文丘里管状的流道，所述文丘里管状流道由渐缩流道(21)、喉部流道(22)和渐扩流道(28)三部分组成，所述渐缩流道(21)由位于渐缩管(12)内的渐缩锥段流道组成，所述喉部流道(22)由喉管内流道、渐缩管和扩散管内直管段流道三部分构成，所述渐扩流道(28)由位于扩散管(14)内的渐扩锥段流道组成。

3.根据权利要求1或2所述的微纳米气泡发生器，其特征还在于，所述多级进气口包括第一级进气口和第二级进气口，所述渐缩管(12)与喉管(13)连接处的间隔设置第一级进气口(25)，所述第二级进气口(26)形成在喉管(13)与扩散管(14)之间的连接处具有的至少一处间隔。

4.根据权利要求3所述的微纳米气泡发生器，其特征还在于，所述第一级进气口(25)为均匀分布的八个圆柱形进气口(251)，所述渐缩管(12)与喉管(13)连接处的内部流道还形成有环状沟槽(252)，所述第一级进气口(25)对应环状沟槽(252)上方位置处设置。

5.根据权利要求4所述的微纳米气泡发生器，其特征还在于，所述圆柱形进气口(251)的直径小于等于1mm。

6.根据权利要求3所述的微纳米气泡发生器，其特征还在于，所述第二级进气口(26)由内侧的环缝形通道(263)、中间的环状气道(262)和外侧的圆柱形气道(261)组成；所述中间的环状气道(262)为形成在喉管(13)和扩散管(14)接合处的环状气道(262)，所述环状气道(262)外周面设置有与储气室(24)相通的多个圆柱形气道(261)，所述内侧的环缝形通道(263)为将环状气道(262)与喉部流道相连通的环缝进气口，所述环状气道内部一侧面上设有多个螺旋导流块(264)。

7.根据权利要求6所述的微纳米气泡发生器，其特征还在于，所述环状气道(262)横截面为长宽4～6mm的矩形，所述圆柱形气道(261)的内径为2～3mm，所述环缝形通道(263)的环缝宽度小于等于0.5mm。

8.根据权利要求1或2所述的微纳米气泡发生器，其特征还在于，所述破碎器呈圆锥形轮廓，其外锥面上依次设置多道台阶面，每一道台阶面上设置有环形凹槽，凹槽的深度小于等于3毫米，凹槽的宽度小于等于2毫米。

9.根据权利要求2所述的微纳米气泡发生器，其特征还在于，所述渐缩管的收缩流道锥角为20～25°，所述扩散管的扩展流道锥角为10～15°。

10.根据权利要求1或2所述的微纳米气泡发生器，其特征还在于，所述释放头(18)内设有微孔扩散板(27)。

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