CN112337327B - 一种纳米气泡发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纳米气泡产生装置技术领域，尤其是一种纳米气泡发生装置。该种纳米气泡发生装置，柱状主体上依次开设有第一液体通孔、第二液体通孔、第三液体通孔、第四液体通孔和第五液体通孔，第一液体通孔、第三液体通孔和第五液体通孔呈渐缩的锥形结构，第二液体通孔和第四液体通孔呈柱形结构；柱状主体上开设有与第二液体通孔连通的第一进气通道和与第四液体通孔连通的第二进气通道，第二液体通孔的始端设置有气液切割混合机构，第四液体通孔内设置有气液折流溶合机构。本发明先将空气切割后通过水雾冲击形成直径10μm左右的纳米气泡，后进入的气泡受水体冲击的同时与10μm的纳米气泡互相撞击，形成直径在3‑6μm的大量微纳米气泡。

Description

一种纳米气泡发生装置

技术领域

本发明涉及纳米气泡产生装置技术领域，尤其是一种纳米气泡发生装置。

背景技术

微小气泡能够长时间保持在水中，因而能够提高水溶氧，并且由于微小气泡的存在，能够使水中细小的有机悬浮物质(例如水体中的腐蚀枯叶、藻类等)浮于水面，通过去除这些悬浮物质可以促进水体的净化和活化。尤其是，当气泡直径小于50微米时，其气泡界面上将呈负电性，并且因气泡界面上的水分子结构改变而附着一些具氧化能力的自由基，这些自由基能与水中的有机磷和胺氮等发生作用使其变成无害物质，因而能够为用于水产养殖的水体进行消毒与杀菌。此外，极小的气泡还能够穿梭于砂粒间隙，进而达到深层氧化或还原作用，因而可以用于废土污染处理中。由于以上所述的各种功能，微小气泡可以被广泛地应用在污水处理、水产养殖、河川治理、污染修复等多种应用中。

现有的纳米气泡装置还存在诸多不足，例如：(1)结构设计比较复杂，靠水体冲击空气产生气泡，产生的气泡直径一般大于10μm；(2)无法迅速产生大量纳米气泡，气泡在水中分布的密度小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米气泡发生装置，克服前述现有技术的不足，结构设计简单，先将空气切割后通过水雾冲击形成直径10μm左右的纳米气泡，气泡混合在水体中对后进入的空气形成加压冲击，后进入的气泡受水体冲击的同时与10μm的纳米气泡互相撞击，形成直径在3-6μm的大量微纳米气泡，微纳米气泡在水中溶合密度大，稳定性高。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种纳米气泡发生装置，包括柱状主体，柱状主体沿轴线方向依次开设有第一液体通孔、第二液体通孔、第三液体通孔、第四液体通孔和第五液体通孔，所述第一液体通孔呈由柱状主体始端向第二液体通孔渐缩的锥形结构，第二液体通孔呈柱形结构，第三液体通孔呈由第二液体通孔向第四液体通孔渐缩的锥形结构，第四液体通孔呈柱形结构，第五液体通孔呈由第四液体通孔向柱状主体末端减扩的锥形结构；所述柱状主体上开设有第一进气通道和第二进气通道，第一进气通道的内径小于第二进气通道的内径，第二液体通孔与第一进气通道连通，第四液体通孔与第二进气通道连通，第二液体通孔的始端设置有气液切割混合机构，第一进气通道位于气液切割混合机构之后，第四液体通孔内设置有气液折流溶合机构，第二进气通道位于气液折流溶合机构之前；使用时，从第一液体通孔进入的液体在第一液体通孔内逐渐增压后进入第二液体通孔前端的气液切割混合机构，经气液切割混合机构增压后分成若干股水雾喷至第二液体通孔，在文丘里效应的作用下外部空气从第一气体通道进入第二液体通孔，气体被气液切割混合机构切割后与水雾充分混合，在第二液体通孔内形成直径为10μm左右的纳米气泡，纳米气泡溶解在水中并经第三液体通孔增压后喷入第四液体通孔，外部气体从第二进气通道进入第四液体通孔后被混合着10μm气泡的水体冲击，水体和10μm左右的气泡均与第二进气通道内进入的气体进行充分碰撞，迅速产生大量的3-6μm的微纳米气泡，3-6微米的微纳米气泡进入气液折流溶合机构，使得气泡与液体充分溶合保持稳定后送第五液体通孔排出。

进一步的，所述气液切割混合机构包括第一环形卡沿、第二环形卡沿、轴承、液体流通管道、管道外沿、扇叶片和喷嘴，所述第一环形卡沿和第二环形卡沿间隔设置于第二液体通孔的前端，第二环形卡沿的内沿上设置有轴承、液体流通管道通过轴承与第二环形卡沿连接，液体流通管道的始端设置有管道外沿，管道外沿的一个端面与第一环形卡沿相接触，另一个端面与第二环形卡沿相接触，液体流通管道的末端设置有若干个与液体流通管道连通的扇叶片，扇叶片沿液体流通管道的周向呈圆形阵列排布，每一扇叶片的面向第三液体通孔的端面上均设置有与扇叶片内腔连通的倾斜的喷嘴，喷嘴相对于扇叶片的倾斜角度均一致；液体从第一液体通孔进入后增压，然后进入液体流通管道，从液体流通管道末端的扇叶片上倾斜设置的喷嘴喷出，由于喷嘴均倾斜一定角度喷出的水雾产生推力，扇叶片在推力的作用下旋转，液体在喷嘴处受到的压力越大，水雾产生的推力越大，扇叶片及与扇叶片一体成型的液体流通管道旋转越快，旋转起来的扇叶片不仅能够将水雾均匀喷出，而且能够对从第一进气通道进入的空气形成快速切割，被切割后的空气与水雾产生冲击迅速形成大量的10μm左右的气泡。

进一步的，所述管道外沿的与第一环形卡沿接触的端面上设置有若干个半球形凸起，所述第一环形卡沿上开设有一圈与半球形凸起相配合的凹槽；管道外沿的一个端面与第一环形卡沿相接触，另一个端面与第二环形卡沿相接触，形成第一道非固定式的密封，液体流通管道旋转过程中半球形凸起在凹槽内迅速旋转形成第二道非固定式的密封，使得第一液体通孔的液体顺利进入液体流通管道中。

进一步的，所述扇叶片的位置与第一进气通道的位置相对应，以利于扇叶片在水雾推力下形成旋转时能够准确切割第一进气通道进入的空气。

进一步的，所述气液折流溶合机构包括若干上固定板和若干下固定板，上固定板的上沿与第四液体通孔的上端面固定连接，下沿与第四液体通孔的下端面留有空隙，下固定板的下沿与第四液体通孔的下端面固定连接，上沿与第四液体通孔的上端面留有空隙，相邻两块上固定板之间设置有一块下固定板，空气在第四液体通孔中被冲击形成3-6μm的微纳米气泡后进入气液折流溶合机构，混合气泡的液体在气液折流溶合机构中延长流动路径，使得气泡与液体充分混合在一起，增强整体的稳定性。

进一步的，所述第一进气通道包括第一进气腔、第一环形腔和第一出气孔，第一进气腔的始端与柱形主体外部连通，第一进气腔的末端与第一环形腔连通，第一环形腔与第二液体通孔同轴，第一环形腔的内径大于第二液体通孔的直径，第一环形腔和第二液体通孔之间均匀开设有若干第一出气孔，外部空气从第一进气腔进入后均布在第一环形腔内，然后经第一出气孔喷至第二液体通孔内。

进一步的，所述第二进气通道包括第二进气腔、第二环形腔和第二出气孔，第二进气腔的始端与柱形主体外部连通，第二进气腔的末端与第二环形腔连通，第二环形腔与第四液体通孔同轴，第二环形腔的内径大于第四液体通孔的直径，第二环形腔和第四液体通孔之间均匀开设有若干第二出气孔，外部空气从第二进气腔进入后均布在第二环形腔内，然后经第二出气孔喷至第四液体通孔内。

进一步的，述第一进气腔的直径为第二进气腔的直径的0.4-0.6倍，所述第一环形腔和第二环形腔的厚度和宽度均相同，所述第一出气孔和第二出气孔的深度和直径均相同。所述第二液体通孔的直径为第四液体通孔直径的1.5-1.7倍；由于第四液体通孔的直径小于第二液体通孔的直径，在文丘里效应的作用下，与第四液体通孔连通的第二进气通道内进入的空气更多，在上述直径范围内，从第一进气通道进入第二液体通孔内的空气容积仅为从第二进气通道进入第四液体通孔内的空气的三分之一到四份之一，这小部分的空气被切割形成10μm左右的气泡，混合在水体中去冲击大部分的空气，使得气泡撞击效果更好，顺利形成3-6μm的气泡。

进一步的，所述第一液体通孔的最大直径为第五液体通孔最大直径的1.2-1.3倍，所述第一液体通孔的容积为第五液体通孔容积的0.4-0.55倍，该尺寸范围内能够确保在第二液体通孔内形成10μm左右的气泡，在第四液体通孔内形成3-6μm的气泡。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的一种纳米气泡发生装置具有以下优点：(1)结构设计简单，从第一液体通孔进入的液体在第一液体通孔内逐渐增压后进入第二液体通孔前端的气液切割混合机构，经气液切割混合机构增压后分成若干股水雾喷至第二液体通孔，在文丘里效应的作用下外部空气从第一气体通道进入第二液体通孔，气体被气液切割混合机构切割后与水雾充分混合，在第二液体通孔内形成直径为10μm左右的纳米气泡，纳米气泡溶解在水中并经第三液体通孔增压后喷入第四液体通孔，外部气体从第二进气通道进入第四液体通孔后被混合着10μm气泡的水体冲击，水体和10μm左右的气泡均与第二进气通道内进入的气体进行充分碰撞，迅速产生大量的3-6μm的微纳米气泡；(2)空气在第四液体通孔中被冲击形成3-6μm的微纳米气泡后进入气液折流溶合机构，混合气泡的液体在气液折流溶合机构中延长流动路径，使得气泡与液体充分混合在一起，增强整体的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例1的总体结构示意图；

图2为本发明实施例1的A区结构放大示意图；

图3为本发明实施例1的B区结构放大示意图；

图4为本发明实施例1的气液切割混合机构结构示意图；

图5为本发明实施例1的气液切割混合机构拆分后的结构示意图；

图6为本发明实施例2的总体结构示意图；

其中，1第一液体通孔、2第二液体通孔、3第三液体通孔、4第四液体通孔、5第五液体通孔、6柱状主体、7第一进气通道、701第一进气腔、702第一环形腔、703第一出气孔、8第二进气通道、801第二进气腔、802第二环形腔、803第二出气孔、9气液切割混合机构、901第一环形卡沿、902第二环形卡沿、903轴承、904液体流通管道、905管道外沿、906扇叶片、907喷嘴、908半球形凸起、909凹槽、10气液折流溶合机构、1001上固定板、1002下固定板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

如图1-5所示实施例中，一种纳米气泡发生装置，包括柱状主体6，柱状主体6沿轴线方向依次开设有第一液体通孔1、第二液体通孔2、第三液体通孔3、第四液体通孔4和第五液体通孔5，所述第一液体通孔1呈由柱状主体6始端向第二液体通孔2渐缩的锥形结构，第二液体通孔2呈柱形结构，第三液体通孔3呈由第二液体通孔2向第四液体通孔4渐缩的锥形结构，第四液体通孔4呈柱形结构，第五液体通孔5呈由第四液体通孔4向柱状主体6末端减扩的锥形结构；所述柱状主体6上开设有第一进气通道7和第二进气通道8，第一进气通道7的内径小于第二进气通道8的内径，第二液体通孔2与第一进气通道7连通，第四液体通孔4与第二进气通道8连通，第二液体通孔2的始端设置有气液切割混合机构9，第一进气通道7位于气液切割混合机构9之后，第四液体通孔4内设置有气液折流溶合机构10，第二进气通道8位于气液折流溶合机构10之前；使用时，从第一液体通孔1进入的液体在第一液体通孔1内逐渐增压后进入第二液体通孔2前端的气液切割混合机构9，经气液切割混合机构9增压后分成若干股水雾喷至第二液体通孔2，在文丘里效应的作用下外部空气从第一气体通道7进入第二液体通孔2，气体被气液切割混合机构9切割后与水雾充分混合，在第二液体通孔2内形成直径为10μm左右的纳米气泡，纳米气泡溶解在水中并经第三液体通孔2增压后喷入第四液体通孔4，外部气体从第二进气通道8进入第四液体通孔后被混合着10μm气泡的水体冲击，水体和10μm左右的气泡均与第二进气通道8内进入的气体进行充分碰撞，迅速产生大量的3-6μm的微纳米气泡，3-6微米的微纳米气泡进入气液折流溶合机构10，使得气泡与液体充分溶合保持稳定后送第五液体通孔5排出。

本实施例中，所述气液切割混合机构9包括第一环形卡沿901、第二环形卡沿902、轴承903、液体流通管道904、管道外沿905、扇叶片906和喷嘴907，所述第一环形卡沿901和第二环形卡沿902间隔设置于第二液体通孔2的前端，第二环形卡沿902的内沿上设置有轴承903、液体流通管道904通过轴承903与第二环形卡沿901连接，液体流通管道904的始端设置有管道外沿905，管道外沿905的一个端面与第一环形卡沿901相接触，另一个端面与第二环形卡沿902相接触，液体流通管道904的末端设置有若干个与液体流通管道904连通的扇叶片906，扇叶片906沿液体流通管道904的周向呈圆形阵列排布，每一扇叶片906的面向第三液体通孔3的端面上均设置有与扇叶片906内腔连通的倾斜的喷嘴907，喷嘴907相对于扇叶片906的倾斜角度均一致；液体从第一液体通孔1进入后增压，然后进入液体流通管道904，从液体流通管道904末端的扇叶片上倾斜设置的喷嘴907喷出，由于喷嘴907均倾斜一定角度喷出的水雾产生推力，扇叶片906在推力的作用下旋转，液体在喷嘴907处受到的压力越大，水雾产生的推力越大，扇叶片906及与扇叶片906一体成型的液体流通管道904旋转越快，旋转起来的扇叶片906不仅能够将水雾均匀喷出，而且能够对从第一进气通道1进入的空气形成快速切割，被切割后的空气与水雾产生冲击迅速形成大量的10μm左右的气泡。

本实施例中，所述管道外沿905的与第一环形卡沿901接触的端面上设置有若干个半球形凸起908，所述第一环形卡沿901上开设有一圈与半球形凸起908相配合的凹槽909；管道外沿905的一个端面与第一环形卡沿901相接触，另一个端面与第二环形卡沿902相接触，形成第一道非固定式的密封，液体流通管道904旋转过程中半球形凸起908在凹槽909内迅速旋转形成第二道非固定式的密封，使得第一液体通孔1的液体顺利进入液体流通管道904中。

本实施例中，所述扇叶片906的位置与第一进气通道7的位置相对应，以利于扇叶片906在水雾推力下形成旋转时能够准确切割第一进气通道7进入的空气。

本实施例中，所述气液折流溶合机构10包括若干上固定板1001和若干下固定板1002，上固定板1001的上沿与第四液体通孔4的上端面固定连接，下沿与第四液体通孔4的下端面留有空隙，下固定板1002的下沿与第四液体通孔4的下端面固定连接，上沿与第四液体通孔4的上端面留有空隙，相邻两块上固定板1001之间设置有一块下固定板1004，空气在第四液体通孔4中被冲击形成3-6μm的微纳米气泡后进入气液折流溶合机构10，混合气泡的液体在气液折流溶合机构10中延长流动路径，使得气泡与液体充分混合在一起，增强整体的稳定性。

本实施例中，所述第一进气通道7包括第一进气腔701、第一环形腔702和第一出气孔703，第一进气腔701的始端与柱形主体6外部连通，第一进气腔701的末端与第一环形腔702连通，第一环形腔702与第二液体通孔2同轴，第一环形腔702的内径大于第二液体通孔2的直径，第一环形腔702和第二液体通孔2之间均匀开设有若干第一出气孔703，外部空气从第一进气腔701进入后均布在第一环形腔702内，然后经第一出气孔703喷至第二液体通孔2内。

本实施例中，所述第二进气通道8包括第二进气腔801、第二环形腔802和第二出气孔803，第二进气腔801的始端与柱形主体6外部连通，第二进气腔801的末端与第二环形腔802连通，第二环形腔802与第四液体通孔4同轴，第二环形腔802的内径大于第四液体通孔4的直径，第二环形腔802和第四液体通孔4之间均匀开设有若干第二出气孔803，外部空气从第二进气腔801进入后均布在第二环形腔802内，然后经第二出气孔803喷至第四液体通孔4内。

本实施例中，述第一进气腔701的直径为第二进气腔801的直径的0.4-0.6倍，所述第一环形腔702和第二环形腔802的厚度和宽度均相同，所述第一出气孔703和第二出气孔803的深度和直径均相同。所述第二液体通孔2的直径为第四液体通孔4直径的1.5-1.7倍；由于第四液体通孔4的直径小于第二液体通1孔的直径，在文丘里效应的作用下，与第四液体通孔4连通的第二进气通道8内进入的空气更多，在上述直径范围内，从第一进气通道7进入第二液体通孔2内的空气容积仅为从第二进气通道8进入第四液体通孔4内的空气的三分之一到四份之一，这小部分的空气被切割形成10μm左右的气泡，混合在水体中去冲击大部分的空气，使得气泡撞击效果更好，顺利形成3-6μm的气泡。

本实施例中，所述第一液体通孔1的最大直径为第五液体通孔5最大直径的1.2-1.3倍，所述第一液体通孔1的容积为第五液体通孔5容积的0.4-0.55倍，该尺寸范围内能够确保在第二液体通孔2内形成10μm左右的气泡，在第四液体通孔4内形成3-6μm的气泡。

工作原理：本发明的一种纳米气泡发生装置，使用时，液体从第一液体通孔1进入后增压，然后进入液体流通管道904，从液体流通管道904末端的扇叶片上倾斜设置的喷嘴907喷出，由于喷嘴907均倾斜一定角度喷出的水雾产生推力，扇叶片906在推力的作用下旋转，液体在喷嘴907处受到的压力越大，水雾产生的推力越大，扇叶片906及与扇叶片906一体成型的液体流通管道904旋转越快，旋转起来的扇叶片906不仅能够将水雾均匀喷出，而且能够对从第一进气通道1进入的空气形成快速切割，被切割后的空气与水雾产生冲击迅速形成大量的10μm左右的气泡，纳米气泡溶解在水中并经第三液体通孔2增压后喷入第四液体通孔4，外部气体从第二进气通道8进入第四液体通孔后被混合着10μm气泡的水体冲击，水体和10μm左右的气泡均与第二进气通道8内进入的气体进行充分碰撞，迅速产生大量的3-6μm的微纳米气泡，3-6微米的微纳米气泡进入气液折流溶合机构10，使得气泡与液体充分溶合保持稳定后送第五液体通孔5排出。

实施例2

实施例2与实施例1的结构基本相同，其区别在于：如图6所示，所述第一进气腔701和第二进气腔801的顶部连通，连通部通过向第一进气腔701倾斜的总进气腔与外部空气连通。根据文丘里效应，由于第四液体通孔4的直径小于第二液体通孔2的直径，因此外部空气从总进气腔进入后大部分沿第二进气腔701进入第四液体通孔4中，但是由于第一进气腔701的内径小于第二进气腔801的内径，流体在第一进气腔701内的压力大于第二进气腔801的压力，也存在文丘里效应，因此少部分空气进入第二进气腔801，并从第二进气腔801最终进入第二液体通孔2，当控制第一进气腔701的直径为第二进气腔801的直径0.43-0.52倍时，进入第一进气腔701的空气为进入第二进气腔801的空气的四分之一到三分之一，效果最好。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种纳米气泡发生装置，其特征在于：包括柱状主体，柱状主体沿轴线方向依次开设有第一液体通孔、第二液体通孔、第三液体通孔、第四液体通孔和第五液体通孔，所述第一液体通孔呈由柱状主体始端向第二液体通孔渐缩的锥形结构，第二液体通孔呈柱形结构，第三液体通孔呈由第二液体通孔向第四液体通孔渐缩的锥形结构，第四液体通孔呈柱形结构，第五液体通孔呈由第四液体通孔向柱状主体末端减扩的锥形结构；所述柱状主体上开设有第一进气通道和第二进气通道，第二液体通孔与第一进气通道连通，第四液体通孔与第二进气通道连通，第二液体通孔的始端设置有气液切割混合机构，第一进气通道位于气液切割混合机构之后，第四液体通孔内设置有气液折流溶合机构，第二进气通道位于气液折流溶合机构之前；所述气液切割混合机构包括第一环形卡沿、第二环形卡沿、轴承、液体流通管道、管道外沿、扇叶片和喷嘴，所述第一环形卡沿和第二环形卡沿间隔设置于第二液体通孔的前方，第二环形卡沿的内沿上设置有轴承、液体流通管道通过轴承与第二环形卡沿连接，液体流通管道的始端设置有管道外沿，管道外沿的一个端面与第一环形卡沿相接触，另一个端面与第二环形卡沿相接触，液体流通管道的末端设置有若干个与液体流通管道连通的扇叶片，扇叶片沿液体流通管道的周向呈圆形阵列排布，每一扇叶片的面向第三液体通孔的端面上均设置有与扇叶片内腔连通的倾斜的喷嘴，喷嘴相对于扇叶片的倾斜角度均一致。

2.根据权利要求1所述的一种纳米气泡发生装置，其特征在于：所述管道外沿的与第一环形卡沿接触的端面上设置有若干个半球形凸起，所述第一环形卡沿上开设有一圈与半球形凸起相配合的凹槽。

3.根据权利要求1所述的一种纳米气泡发生装置，其特征在于：所述扇叶片的位置与第一进气通道的位置相对应。

4.根据权利要求1所述的一种纳米气泡发生装置，其特征在于：所述气液折流溶合机构包括若干上固定板和若干下固定板，上固定板的上沿与第四液体通孔的上端面固定连接，下沿与第四液体通孔的下端面留有空隙，下固定板的下沿与第四液体通孔的下端面固定连接，上沿与第四液体通孔的上端面留有空隙，相邻两块上固定板之间设置有一块下固定板。

5.根据权利要求1所述的一种纳米气泡发生装置，其特征在于：所述第一进气通道包括第一进气腔、第一环形腔和第一出气孔，第一进气腔的始端与柱形主体外部连通，第一进气腔的末端与第一环形腔连通，第一环形腔与第二液体通孔同轴，第一环形腔的内径大于第二液体通孔的直径，第一环形腔和第二液体通孔之间均匀开设有若干第一出气孔。

6.根据权利要求5所述的一种纳米气泡发生装置，其特征在于：所述第二进气通道包括第二进气腔、第二环形腔和第二出气孔，第二进气腔的始端与柱形主体外部连通，第二进气腔的末端与第二环形腔连通，第二环形腔与第四液体通孔同轴，第二环形腔的内径大于第四液体通孔的直径，第二环形腔和第四液体通孔之间均匀开设有若干第二出气孔。

7.根据权利要求6所述的一种纳米气泡发生装置，其特征在于：所述第一进气腔的直径为第二进气腔的直径的0.4-0.6倍，所述第一环形腔和第二环形腔的厚度和宽度均相同，所述第一出气孔和第二出气孔的深度和直径均相同。

8.根据权利要求7所述的一种纳米气泡发生装置，其特征在于：所述第二液体通孔的直径为第四液体通孔直径的1.5-1.7倍。

9.根据权利要求1所述的一种纳米气泡发生装置，其特征在于：所述第一液体通孔的最大直径为第五液体通孔最大直径的1.2-1.3倍，所述第一液体通孔的容积为第五液体通孔容积的0.4-0.55倍。

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