CN111617656B - 一种兼作雾化器的微小气泡发生器及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种兼作雾化器的微小气泡发生器，包括具有贯通腔的本体和设置在本体一端的盖体，盖体上设置分别与贯通腔相通的进气嘴和进液嘴，在贯通腔的腔壁上沿贯通方向设置若干分隔板，分隔板上设置有若干通孔，在远离盖体方向上的分隔板的通孔数量依次增多、直径依次减小。使用本发明的微小气泡发生器能够产生大量微小气泡。

Description

一种兼作雾化器的微小气泡发生器及其使用方法
技术领域
本发明属于气泡发生器领域，具体涉及一种兼作雾化器的微小气泡发生器及其使用方法。
背景技术
微小气泡发生器广泛用于水体增氧、水质净化等领域。根据微纳米气泡产生的不同机制可将现有的微纳米气泡产生方式分为分散空气法、溶气释气法、超声空化法、电解法、化学法等。超声空化法是利用超声波引起的压力变化使液体内部产生空化，从而产生微纳米气泡。化学法则是投加化学药品，利用其化学反应生成微纳米气泡。电解法通过电极电解水的方式产生微纳米气泡。上述三种方法产生的气泡量较少，效率较低，不利于在实际生产中的推广。溶气释气法分为加压溶气减压释气和压力溶气叶轮散气，前者存在产生微气泡过程不连续且微气泡生产效率较低的缺点；后者实际操作复杂，形成气泡较大。分散空气法分为高速旋流，过流断面渐缩突扩和微多孔结构，其原理是通过高速剪切、搅拌等方式把空气反复剪切破碎，混合在水体中，产生大量的微气泡。高速旋流和过流断面渐缩突扩存在气体吸入量难以控制的缺陷。现有的微小气泡发生器在液体流量较大，气体流量较小时，难以形成大量的微小气泡。因此需要一种能够产生大量微小气泡的微小气泡发生器。
发明内容
为了解决上述液体流量较大、气体流量较小时难以形成大量微小气泡的问题，本发明提供一种微小气泡发生器及其使用方法。
本发明所述微小气泡发生器包括具有贯通腔的本体和设置在本体一端的盖体，盖体上设置分别与贯通腔相通的进气嘴和进液嘴，在贯通腔的腔壁上沿贯通方向设置若干分隔板，分隔板上设置有若干通孔，在远离盖体方向上的分隔板的通孔数量依次增多、直径依次减小。采用这样的微小气泡发生器后，可以将加压气体注入液体中，混合经多个分隔板后，将直径较大的气泡逐级分割成大量的直径在微米级的气泡，富含微小气泡的液体从微小气泡发生器喷出。
为了方便组装和维护，所述盖体与本体为可拆卸连接，例如可以采用螺纹连接或插接等。
为了方便使用，所述盖体与本体为一体成形。
为了兼作雾化器，在本体远离盖体的一端设置有用于和喷嘴连接的螺纹。这样，本体和喷嘴螺纹连接后便可以使气泡发生器作为雾化器在空气中实现喷雾。
为了方便注入气体和液体，盖体上的进气嘴为一个，进液嘴至少为一个。在使用时，例如只要将弹性管套在进气嘴、进液嘴上即可注入。
为了形成富含微小气泡的液流，所述贯通腔的长度为50-1000mm，直径为10-1000mm。
为了使富含微小气泡的液流更容易通过分隔板，所述通孔为锥孔，以本体位于盖体的一端为上游，另一端为下游，锥孔在分隔板的上游侧的开口直径小于下游侧的开口直径，且上游侧的开口直径为0.01-100mm，锥孔的锥角为60-160°。
本发明还提供一种微小气泡发生器的使用方法，包括如下步骤：
（1）在微小气泡发生器的进液嘴、进气嘴上分别连接备用的进液管、进气管；
（2）在进液管和进气管中分别注入液体和加压气体；
（3）液体和气体在贯通腔内混合，依次通过各分隔板的通孔后形成富含微小气泡的液流从微小气泡发生器喷出。
为了形成富含气泡的液流，所述加压气体的压力为0.1~1.5MPa，气体流速为0.5~2.5m/s，液体流速为1~5m/s。
为了形成富含气泡的液流，进气嘴注入的气体体积流量与进液嘴注入的液体体积流量之比为1/10-1/10000。
有益效果：本发明采用多级气泡分割技术，即将加压气体注入液体中，混合并依次经过各分隔板后，水流在贯通腔内剧烈碰撞，形成涡流，每经过一个分隔板便将直径较大的气泡分割成大量的直径更小的气泡，最后形成富含大量微纳米级气泡的液体从微小气泡发生器喷出；本发明微小气泡发生器产生的微气泡在液体中停留时间长，适用于水体供氧，在对水体供氧时，与水体之间氧交换时间长，大大提高了水体的溶解氧，从而可以改善水质，并促进水体内生态系统的修复；可以兼作雾化器，气泡发生器的本体与喷嘴连接后，可以在空气中实现喷雾功能；本发明解决了现有的微小气泡发生器气体量不易控制的缺点，结构简单，动力设备少，携气量大，造价低。
附图说明
图1为本发明的微小气泡发生器的纵截面结构示意图；
图2为本发明的微小气泡发生器的立体结构示意图；
图3为本发明微小气泡发生器的分隔板的锥孔结构示意图；
图4为本发明微小气泡发生器分隔板上通孔的分布示意图，a为第一分隔板上通孔分布图，b为第二分隔板上通孔分布图，c为第n分隔板上通孔分布图；
图5为气泡分隔板级数与气泡直径的关系的曲线图；
图6为水中溶解氧值变化的曲线图；
图7为液气流量比对d32的影响的曲线图；
图8为雾化油滴尺寸分布的曲线图；
图中，1、本体；11、第一分隔板；12、第二分隔板；1n、第n分隔板；2、盖体；21、进气嘴；22、进液嘴；3、贯通腔。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不限定于以下所述。
实施例1
本发明的微小气泡发生器包括具有贯通腔3的管状本体1和与管状本体1一端一体成形的设置有一个进气嘴21和两个进液嘴22的盖体2，贯通腔3的长度为500 mm，直径为100mm。在管状本体1的贯通腔3内壁上沿管的长度方向设置6个（级）分隔板，两相邻分隔板的间距为25mm。在各分隔板开设有通孔，通孔的分布如图4所示，图4中示出了第一分隔板11、第二分隔板12和第n分隔板1n的通孔分布，其中本实施例中，第1n分隔板为第六分隔板。所述通孔为锥孔（如图3所示的第一分隔板11的锥孔），以本体1位于盖体2的一端为上游，另一端为下游，锥孔在分隔板的上游侧的开口直径小于下游侧的开口直径，且上游侧的开口直径为0.01-100mm，其中本体最下游的一个分隔板上的锥孔位于上游侧的开口直径为0.01-1mm，锥孔的锥角为120°，越远离盖体2，分隔板上的锥孔数量越多，直径越小。上述进气嘴21口径和进液嘴22的口径相同。在本体1远离盖体2的一端设置有用于和喷嘴连接的螺纹。
实施例2
在实施例1中，管状本体1与盖体2为螺纹连接，除此以外，与实施例1相同。
在实际使用中，作为气泡发生器时，先在微小气泡发生器的进液嘴22、进气嘴21上分别连接备用的进液管、进气管；接着在进液管和进气管中分别注入液体和加压气体，加压气体的压力为0.1~1.5MPa，气体流速为0.5~2.5m/s，液体流速为1~5m/s，进气嘴21注入的气体体积流量与进液嘴22注入的液体体积流量之比为1/10-1/10000；液体和加压气体在贯通腔3内混合，经过各分隔板后形成富含微小气泡的液流从微小气泡发生器喷出。
本发明的气泡发生器的工作原理是采用多级气泡分割技术。以空气和清水为例，分隔板假设为10个（级），分别以0.5m/s和5m/s的速度，从进气嘴21和进液嘴22注入微气泡发生器，依次经过第一分隔板11、第二分隔板12等。水流在管道内剧烈碰撞，形成涡流，当气泡经过第一分隔板11中的一个直径为5mm的小孔时，气泡被分割成若干个小气泡，以此类推，若干个小气泡经过第十分隔板后，被分割成数量更多，直径更小的微纳米级气泡。
气泡大小与分隔板级数存在以下关系：
Figure 806755DEST_PATH_IMAGE001
式中，d—气泡大小；
d0—经过第一分隔板时的气泡直径，mm；
m—分割倍数；
n—级数
假设过第一分隔板时的气泡直径为5mm，分割倍数m=10，则气泡经过分隔板的个数（级数）与气泡大小的关系如图5所示。
由图5可知，当经过第一分隔板时的气泡直径为5mm，分割倍数m=10时，级数越多，被分割的气泡越小。因此微气泡发生器可生产出大量微纳米气泡。
应用例1
将实施例1的微气泡发生器置于深40cm，长200cm，宽150cm的清水池中，在微小气泡发生器的进气嘴21注入流量为3L/min的空气，在进液嘴22注入流量为30L/min的水开始工作。结果可以观察到微小气泡发生器出水口喷出乳白状微小气泡，随着这些气泡的增加，水池中的水逐渐变浑浊，能见度下降，最后水池内的水变成不透光的乳白状。当本发明微小气泡发生器停止工作后，水-微小气泡混合液中的气泡缓慢上浮，混合液逐渐澄清，20分钟后恢复到原来的清水状态。
使用溶解氧分析仪（JPB-607A，上海雷磁）测量水中的溶解氧浓度，发现水中溶解氧与时间存在的关系如图6所示。随着水中微小气泡的增加和存在时间的增加，水中溶解氧随之增加。可见，本发明微小气泡发生器产生的微气泡在水中停留时间长，与水体之间氧交换时间长，大大提高了水体的溶解氧，从而可以改善水质，并促进水体内生态系统的修复。
本发明的气泡发生器还可以兼作雾化器，在作为雾化器时，除了进行上述的连接外，还需要将气泡发生器的本体1远离盖体2的一端和喷嘴进行螺纹连接，当然也可以将本体1远离盖体2的一端直接和喷嘴焊接兼作雾化器，并且进行如下设定：加压气体的压力为0.1~1.5MPa，气体流速为0.2~2.5m/s，液体流速为0.1~2m/s，进液嘴22注入的液体体积流量与进气嘴21注入的气体体积流量之比为1/2-1/1000。这样设置后便可以在空气中进行喷雾。在作为雾化器时，雾化器上的进液嘴22超过一个时，可以从各进液嘴22通入不同的液体，进液嘴22的数量根据需要进行设定。
作为雾化器时的雾化性能测定
一、液气流量比变化对雾化平均粒径d32的影响
使用实施例1的气泡发生器，将0.1~1.5MPa的加压气体以流速为0.3~2.0m/s注入进气嘴21，将水以流速为0.1m/s注入进液嘴22，混合后液体经湍流腔（贯通腔3）从与气泡发生器连接的喷嘴喷出。改变气体流速来改变其液气流量比。使用激光粒度分析仪（SALD2100，日本岛津公司）测量喷出的雾化液滴的直径，重复测10次，最后取其平均值。
雾化平均粒径d32与液气流量比的关系如下：d32=48p-0.05(1+RAF -1)0.5
式中，p—湍流腔压力，Pa
RAF—液气流量比，无量纲
在不同压力下，液气流量比变化对雾化平均粒径d32的影响如图7所示。由图7可知，在不同加压气体的情况下，随着液气流量比的增加其雾化粒径逐渐减小，雾化效果越好。
二、雾化油滴的尺寸分布
使用实施例1的气泡发生器，在进气嘴21中注入空气，空气流速为2m/s，在两个进液嘴22中注入油，油流速为0.4m/s。油气混合相经过贯通腔3被分割成无数个小油滴，经过与气泡发生器连接的喷嘴后形成大量的雾化液滴。利用激光喷雾颗粒分析仪测量雾化后的油滴直径，雾化油滴尺寸分布情况如图8所示。由图8可知，雾化后的油滴以100~150μm的粒径大小为主，占整体的64%。本发明进行油滴雾化可以获得大量高度分散的雾化油滴。
本发明中未提及的技术均参照现有技术。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (8)

1.一种微小气泡发生器，其特征在于，包括具有贯通腔(3)的本体(1)和设置在本体(1)一端的盖体(2)，盖体(2)上设置分别与贯通腔(3)相通的进气嘴(21)和进液嘴(22)，在贯通腔(3)的腔壁上沿贯通方向设置若干分隔板，分隔板上设置有若干通孔，在远离盖体(2)方向上的分隔板的通孔数量依次增多、直径依次减小，进气嘴(21)用于连接供给加压气体的进气管；所述贯通腔(3)的长度为50-1000mm，直径为10-1000mm；所述通孔为锥孔，以本体(1)位于盖体(2)的一端为上游，另一端为下游，锥孔在分隔板的上游侧的开口直径小于下游侧的开口直径，且上游侧的开口直径为0.01-100mm，锥孔的锥角为60-160°。
2.根据权利要求1所述的微小气泡发生器，其特征在于，所述盖体(2)与本体(1)为可拆卸连接。
3.根据权利要求1所述的微小气泡发生器，其特征在于，所述盖体(2)与本体(1)为一体成形。
4.根据权利要求1所述的微小气泡发生器，其特征在于，在本体(1)远离盖体(2)的一端设置有用于和喷嘴连接的螺纹。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的微小气泡发生器，其特征在于，盖体(2)上的进气嘴(21)为一个，进液嘴(22)至少为一个。
6.权利要求1-5中任一项所述的微小气泡发生器的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在微小气泡发生器的进液嘴(22)、进气嘴(21)上分别连接备用的进液管、进气管；
(2)在进液管和进气管中分别注入液体和加压气体；
(3)液体和气体在贯通腔(3)内混合，依次通过各分隔板的通孔后形成富含微小气泡的液流从微小气泡发生器喷出。
7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，所述加压气体的压力为0.1～1.5MPa，气体流速为0.5～2.5m/s，液体流速为1～5m/s。
8.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，进气嘴(21)注入的气体体积流量与进液嘴(22)注入的液体体积流量之比为1/10-1/10000。
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