CN111569684B - 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及微气泡制造方法，所述微纳米气泡发生器包括：进液管、进气管、壳体、喉管、扩散管、混合管、回流件、旋流器。其特征在于：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二级进气口。所述壳体两端分别与渐缩管和扩散管的外壁连接形成储气室，所述储气室通过二级进气口连通喉部流道。所述混合管底部设有回流件，回流件外弧面与混合腔内壁面组成气液回流混合结构，所述混合管外侧连接四个内设引流件的旋流器。根据本发明实施例的微纳米气泡发生器，能够快速的破碎吸入的空气和大气泡，所形成的气泡具有尺寸小、分散均匀的特点。

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

在水处理领域，气浮法是应用最广泛、处理效果最好的方法之一。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，气浮法通过产生大量微气泡包裹在待除去的杂质颗粒或油滴周围，形成密度远小于污水的复合体颗粒，借助浮力实现分离过程。由此可见，微气泡的生成技术是气浮工艺的关键。目前微气泡的制造方法较多，如物理切割法、加压溶气释气法、水温差法、电场法等。基于物理切割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，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，能够实现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、进气管、壳体、喉管、扩散管、混合管、旋流器、回流件；所述进液管内设有渐缩型流道，所述进液管、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二级进气口；所述壳体包覆进液管、喉管及扩散管，且壳体内表面与进液管、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，所述储气室通过二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流体通道同轴心的回流件，所述回流件外弧面与混合腔内壁面组成气液回流混合结构，所述混合管外侧还圆周阵列有四个旋流器，所述旋流器内设有两个导向相反的引流件。

所述旋流器通过混合管壁面上的连接管与混合腔相连通，所述旋流器为回转体状，旋流器的横截面积由中部向两端的出料口逐渐缩小，所述旋流器的回转母线为一条与旋流器的轴线相平行的直线和两条圆弧线组成的曲线，且中部的直线与两条圆弧线在相交处相切，所述旋流器内壁设有导向相反的上引流件和下引流件，所述引流件为螺旋弹簧状，两圈间的轴向距离为8～10mm，上下引流件在旋流器内呈上下对称分布，可以平均分配气液混合物进入旋流器上下两端。

根据本发明实施例的微纳米气泡发生器具有气液比高、气泡直径小、气泡尺寸分布均匀度高等优点。

所述进液管、喉管、扩散管内部组成贯穿前后的类文丘里管状的流道，所述类文丘里管状的流道由渐缩流道、喉部流道和渐扩流道三部分组成，所述渐缩流道由位于进液管内的渐缩锥段流道组成，所述喉部流道由喉管内流道、进液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二级进气口可以产生抽吸作用，不需要另设置进气系统。

所述二级进气口包括第一级进气口与第二级进气口且两者结构类似，由内侧的环状沟槽和外侧的偏置圆柱形气道组成，内侧的环状沟槽设置于喉部流道内壁，外侧的偏置圆柱形气道设置在构成所述环状沟槽的喉部流道内壁上且对应环状沟槽位置处设置，将内部喉部流道和外部储气室相连通。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射流的气柱有效切割为小气泡形态，同时偏置的进气结构可以引导气体旋流进入液体，涡流空气配合环状沟槽可以有效避免气体的附壁效应。

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，在沟槽中旋流气柱与高速液体相遇碰撞产生湍流，大气泡会被高速流体剪切细化为小气泡，并与高速流体初步混合。

所述混合管内的混合腔与渐缩流道、喉部流道和渐扩流道同轴线设置，所述混合腔底部设置有回流件，所述混合腔的横截面积沿轴线方向逐渐缩小，所述回流件外弧面与混合腔底部内壁面相切构成圆弧型气液回流混合结构，气液混合物由渐扩流道进入混合腔时，回流件将其分流并回流形成旋涡流场，避免了气液混合物在混合腔底部堆积堵塞现象，实现气液两相流在混合腔内的充分混合。

所述旋流器通过混合管壁面上的连接管与混合腔连通，所述连接管垂直于混合腔轴线及旋流器轴线，且连接管壁面与旋流器的中部相切连通，所述旋流器为回转体状，所述旋流器的回转母线为一条与旋流器的轴线相平行的直线和两条圆弧线组成的曲线，且与所述旋流器的轴线平行的直线与两条圆弧线在相交处相切。所述旋流器的横截面积由中部向两端的出料口逐渐缩小，所述混合腔内的气液混合物由进料口沿旋流器的一条回转母线中部切向进入旋流器，使该气液混合物在旋流器内高速旋流并向两端的出料口蔓延，由于气液密度不同而聚集在轴线附近的气体，被高速旋流液体剪切产生大量的微小气泡。所述旋流器内部设有两件导向不同的引流件，即所述的上引流件和下引流件，引流件为依附于旋流器内壁面的螺旋弹簧状突起结构，两圈间的轴向距离为8～10mm，上下引流件在旋流器内呈上下对称分布，可以平均分配气液混合物进入旋流器上下两端，有效避免重力对气液混合物的影响。同时由于旋流器中部向两端出口横截面积逐渐缩小，气液两相流在旋流过程中相互碰撞的几率增大，最终在出料口相遇并碰撞产生强湍流，气泡群被强湍流剪切细化为超细气泡并形成乳状气液混合物。

在本发明的实施例中，所述二级进气口的旋流进气方向与所述旋流器内的气液旋流方向保持一致，可以保持气液在旋流器内部的旋流速度。

在本发明的实施例中，所述渐缩管的收缩流道锥角为35～40°，所述扩散管的扩展流道锥角为10～15°。

在本发明的实施例中，所述混合腔的最大横截面积设置为5～6倍扩散管出口横截面积；所述旋流器进料口的总横截面积设置为1.3～1.4倍扩散管出口横截面积；所述旋流器出料口总横截面积设置为1.15～1.25倍扩散管出口横截面积。横截面积的变化可以维持气液混合物的流动速度和混合空间。

在本发明的实施例中，所述混合管由上下两部分组成，两者通过螺纹旋接，可以便于安装或更换混合腔末端的回流件。

本发明的优点在于：

1、二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，同时二者共同作用增大了进气量，最大可实现12％的气液比；

2、二级进气口采用偏置圆柱形气道与环状沟槽相组合的结构，流体切割射流气柱后在沟槽中产生湍流，将存在的大气泡剪切细化为小气泡，同时螺旋进气协同环状沟槽可以有效解决气体的附壁效应，避免气泡间的聚并作用；

3、回流件外弧面与混合腔底部内壁面相切构成圆弧型气液回流混合结构，气液混合物由渐扩流道进入混合腔时，回流件将其分流并回流形成旋涡流场，实现气液两相流在混合腔内的充分混合；

4、旋流器内部设有两件导向相反的引流件，上下引流件在旋流器内呈上下对称分布，可以平均分配气液混合物进入旋流器两端的出料口，有效避免重力对气液两相流向的影响。

5、旋流器为中间圆柱两端渐缩的回转体，携带气泡的液体在旋流器内高速旋流并向两端蔓延，最终在出料口相遇并碰撞产生强湍流，气泡群被剪切细化形成乳状气液混合物。

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第一级进气口结构示意图；

图4是本发明微纳米气泡发生器的旋流器结构示意图；

图5是本发明微纳米气泡发生器的旋流器布局示意图；

图6是本发明微纳米气泡发生器的回流件结构示意图；

图7是本发明微纳米气泡发生器的回流件混合效果图；

图中：进液管11、进气管12、喉管13、扩散管14、壳体15、混合管16、旋流器17、进料口171、出料口172、上引流件173、下引流件174、回流件18；渐缩流道21、气体入口22、储气室23、喉部流道24、渐扩流道25、第一级进气口26、偏置圆柱形气道261、环状沟槽262、第二级进气口27、混合腔28。

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。

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。如图1、图2所示，一种微纳米气泡发生器，其特征在于，包括：进液管11、进气管12、喉管13、扩散管14、壳体15、混合管16、旋流器17、回流件18；所述进液管11内设有渐缩型流道，所述进液管11、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二级进气口；所述壳体15包覆进液管11、喉管13及扩散管14，且壳体15内表面与进液管11、喉管13及扩散管14外表面之间形成储气室23，所述进气管12设置于壳体15上与储气室23连通，所述储气室23通过二级进气口连通喉部流道24；所述扩散管14出口连通混合管16，所述混合管16内部设有与文丘里管状过水通道同轴心的回流件18，回流件18可以将气液混合物分流并回流在混合腔28内形成旋涡流场，所述混合管16外侧还圆周阵列有四个旋流器17，旋流器17通过连接管与混合腔28相连，旋流器17内部设有两个导向相反的引流件173和174，两端为两个出料口172。

图3是本发明微纳米气泡发生器的第一级进气口结构示意图。如图所示，所述进液管11与喉管13连接处的间隔即为第一级进气口26，所述喉管13与渐扩管14连接处的间隔即为第二级进气口27，第二级进气口27与第一级进气口26结构类似。第一级进气口26由内侧的环状沟槽262和外侧的偏置圆柱形气道261组成，内侧的环状沟槽262设置于喉部流道24内壁，外侧的偏置圆柱形气道261对应环状沟槽262上方位置处设置，将内部喉部流道24和外部储气室23相连通。所述圆柱形通道261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24的高速流体可以将气柱有效切割为气泡形态，气泡群与液体在环状沟槽262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。同时偏置的进气结构可以引导气体带动液体在喉部流道24内共同螺旋流动，旋流空气配合环状沟槽262可以有效避免气体的附壁效应，避免气泡间的聚并作用。

图4和图5是本发明微纳米气泡发生器中旋流器的布局和结构示意图，结合图1，下面对本发明的多级进气口结构描述如下，旋流器17内的气液旋流方向与二级进气口的旋流进气方向保持一致，可以增加气液在旋流器17内部的旋流速度。旋流器17为回转体，旋流器17的回转母线为一条与轴线相平行的直线和两条圆弧线组成的相切曲线，旋流器17的横截面积由中部向两端逐渐缩小。气液混合物在旋流器17内高速旋流并向两端出料口172蔓延，旋流器17内部设有两个导向相反的引流件，包括上引流件173和下引流件174，引流件为螺旋突起结构，两圈间的轴向距离为8～10mm，上下引流件在旋流器内呈上下对称分布，可以平均分配气液混合物进入旋流器17上下两端，有效避免重力对气液混合物流向的影响。同时由于中部向两端出料口横截面积逐渐缩小，气液两相流在旋流过程中相互碰撞的几率增大，最终在出料口172相遇并碰撞产生强湍流，气泡群被强湍流剪切细化为超细气泡并形成乳状气液混合物。

图6是本发明微纳米气泡发生器的回流件结构示意图，结合图1可知，所述回流件18上部呈圆锥形轮廓，其外锥面为锥角18～20°的渐扩结构，底部为半径12mm的半圆形弧面，所述回流件18底部外弧面分别与渐扩面和混合腔28内壁面相切，构成半径12mm的圆弧回流混合结构。实现气液两相流在混合腔28内的充分混合。

图7是本发明微纳米气泡发生器的回流件混合效果图，图7(a)中未设置回流件18时，气液混合物进入混合腔28后由于惯性流入底部，后续原料进入混合腔28时由于底部原料的存在无法达到底部，而底部原料由于后续原料的持续进入无法离开底部，导致气液混合物在混合腔28底部堆积堵塞，无法实现气液混合。图7(b)中设置回流件时，气液混合物由渐扩流道25进入混合腔28，回流件18将其分流并回流形成旋涡流场，后续混合物持续参与到涡流流场，实现气液两相流在混合腔28内的充分混合。

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 (8)

1.一种微纳米气泡发生器，其特征在于，包括：进液管(11)、进气管(12)、喉管(13)、扩散管(14)、壳体(15)、混合管(16)、旋流器(17)、回流件(18)；所述进液管(11)内设有渐缩型流道(21)，所述进液管(11)、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，进液管(11)、喉管(13)、扩散管(14)三者的对接处形成二级进气口；所述壳体(15)包覆进液管(11)、喉管(13)及扩散管(14)，且壳体(15)内表面与进液管(11)、喉管(13)及扩散管(14)外表面之间形成储气室(23)，所述进气管(12)设置于壳体(15)上且与储气室(23)连通，所述储气室(23)通过二级进气口连通喉部流道(24)；所述扩散管(14)连通混合管(16)，所述混合管(16)内部为混合腔(28)，所述混合腔(28)内设有与文丘里管状过水通道同轴心的回流件(18)，所述混合管(16)外侧还圆周阵列有四个旋流器(17)，旋流器(17)与混合管(16)连通，所述旋流器(17)内设有引导流向的上下引流件，所述旋流器(17)的两端为两个出料口(172)；

所述二级进气口包括第一级进气口(26)和第二级进气口(27)，所述进液管(11)与所述喉管(13)连接处的间隔设置为第一级进气口(26)，所述喉管(13)与所述扩散管(14)之间的连接处的间隔设置为第二级进气口(27)；

所述第一级进气口(26)与所述第二级进气口(27)结构类似，由内侧的环状沟槽(262)和外侧的偏置圆柱形气道(261)组成，内侧的环状沟槽(262)设置于喉部流道内壁，外侧的偏置圆柱形气道(261)设置在构成所述环状沟槽的喉部流道内壁上且对应环状沟槽(262)上方位置处设置，将内部喉部流道(24)和外部储气室(23)相连通。

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，所述进液管(11)、喉管(13)、扩散管(14)内部组成贯穿前后的文丘里管状的过水通道，所述文丘里管状的过水通道由渐缩流道(21)、喉部流道(24)和渐扩流道(25)三部分组成，所述渐缩流道(21)由位于进液管(11)内的渐缩锥段流道(21)组成，所述喉部流道(24)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(25)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所述的微纳米气泡发生器，其特征还在于，所述偏置圆柱形气道(261)的直径小于等于1mm，所述环状沟槽(262)的深度为1～2mm，沿所述文丘里管状的过水通道轴向的长度为10～15mm。

4.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，所述混合腔(28)底部设置有回流件(18)，所述回流件(18)上部呈18～20°锥角的圆锥形渐扩面，底部为半径12mm的半圆形弧面，弧面分别与渐扩面和混合腔(28)底面相切，所述回流件(18)底部半圆形弧面与所述混合腔(28)内壁面组成气液回流混合结构。

5.根据权利要求4所述的微纳米气泡发生器，其特征在于，所述旋流器(17)通过所述混合管(16)壁面上的连接管与混合管(16)相连通，所述连接管与旋流器(17)接口处为旋流器的进料口(171)，所述进料口(171)外壁面与旋流器(17)的中部面相切，所述旋流器(17)的横截面积由中部向两端部的出料口(172)逐渐缩小。

6.根据权利要求4所述的微纳米气泡发生器，其特征在于，所述旋流器(17)为回转体状，所述旋流器(17)的母线为一条与旋流器(17)轴线相平行的直线和两条圆弧线组成的曲线，且中部平行的直线和两端两条圆弧线在相交处相切。

7.根据权利要求4所述的微纳米气泡发生器，其特征在于，所述旋流器(17)内壁面设有导向相反的上引流件(173)和下引流件(174)，上下引流件为依附于旋流器内壁面的螺旋弹簧状突起结构，相邻两圈突起结构间的轴向距离为8～10mm。

8.根据权利要求2所述的微纳米气泡发生器，其特征还在于，所述混合腔(28)的最大横截面积设为5～6倍扩散管出口横截面积；所述旋流器(17)进料口的总横截面积设为1.3～1.4倍扩散管出口横截面积；所述旋流器(17)出料口(172)的总横截面积设为1.15～1.25倍扩散管出口横截面积。

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