CN113351041A - 直线旋流式高能超微细气泡生成器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高能超微细气泡生成器技术领域，且公开了直线旋流式高能超微细气泡生成器，包括回转加速体，回转加速体的左侧设置有回转体入口端，回转加速体的右端设置有回转体喷射口，回转体入口端的内部设置有涡旋导向器。通过气液混合液体从回转加速体的回转体入口端进入，经过涡旋导向器的导向作用沿回转加速体内壁做涡旋运动，进入回转加速体后段，随着回转加速体的直径逐渐缩小，液体的涡旋转速和线速度加快，液体瞬间压力升高，液体中的气泡被强制压缩，到回转体喷射口时转速、线速度和瞬间压力达到最大，被加速的气液混合液体随压力被喷射到外部液体中，对外部液体发生电离和溶解作用，从而使液体和气体能够充分溶解。

Description

直线旋流式高能超微细气泡生成器

技术领域

本发明涉及高能超微细气泡生成器技术领域，具体为直线旋流式高能超微细气泡生成器。

背景技术

目前多数使用气液混合技术领域都面临一个技术难题，就是如何提高气体在液体中的溶解度，或者是气体以假溶解方式在液体中长时间停留，以满足气液混合技术使用中的基本要求。

近几年，为了解决这个问题，国际上许多企业陆续推出许多解决提高氧在水中溶解度的手段，包括化学手段和物理手段，单就物理手段而言，目前最好的解决办法是使用气液混合泵，这种气液混合泵可以使水中氧溶解浓度(DO)提高24ppm，动力效率为3.1kg/kw.h，转移效率为30％，气液混合泵已经解决了部分水中溶解氧的问题，但是由于其输入的气液混合液体中可溶于水的氧气和假溶解于水中的微小气泡(直径50微米以下)的比例不超过30％，因此大量的有用气体仍然没有溶解于水，形成的DO值无法完全满足工艺要求，仍然靠延长污水处理时间解决氧供应问题。

可见，亟需直线旋流式高能超微细气泡生成器，用于解决上述背景技术中提到的传统物理方式气液溶解效率不高的问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了直线旋流式高能超微细气泡生成器，具备提高气液溶解率等优点，解决了上述背景技术中提到的传统物理方式气液溶解效率不高的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：直线旋流式高能超微细气泡生成器，包括回转加速体，所述回转加速体的左侧设置有回转体入口端，所述回转加速体的右端设置有回转体喷射口，所述回转体入口端的内部设置有涡旋导向器，所述回转加速体的外表面固定连接有气体输入口。

优选的，所述回转加速体为锥形，所述回转体入口端位于回转加速体大直径一端，所述回转体喷射口位于回转加速体小直径一端。

通过改变回转加速体内部的直径，从而提升液体的压力和线性速度。

优选的，所述涡旋导向器活动连接在回转体入口端的内部，所述涡旋导向器为涡轮叶组成。

通过涡轮叶的作用，气液混合液体进入到回转加速体内部的时候被引导至回转加速体内壁高速转动传输，并通过逐渐变小的空间来使液体压力升高，从而能够高速的喷出，通过电离和溶解作用产生微小气泡，从而使液体和气体能够更加充分的溶解。

优选的，所述气体输入口与回转加速体的内部贯通。

直线旋流式高能超微细气泡生成器的工作步骤，包括以下步骤：

S1、将气液混合液体从回转体入口端进入，经过涡旋导向器的导向作用沿回转加速体内壁做涡旋运动；

S2、气液混合液体进入回转加速体内部后，随着回转加速体的直径逐渐缩小，液体的涡旋转速和线速度加快，液体瞬间压力升高，液体中的气泡被强制压缩，到回转体喷射口时转速、线速度和瞬间压力达到最大，被加速的气液混合液体随压力被喷射到外部液体中，对外部液体发生电离和溶解作用，产生高能微小气泡；

S3、当选择射流水泵而没有选择气液混合泵时，可以把射流泵的出水口直接连接到回转体入口端，进行液体加速，同时把要制造微小气泡的气泡制造气体从气体输入口输入，利用液体的高速流动吸入气体，产生直径小于0.5mm的小气泡，再经过回转加速体后段的加速作用制造高能微小气泡。

与现有技术相比，本发明提供了直线旋流式高能超微细气泡生成器，具备以下有益效果：

1、该直线旋流式高能超微细气泡生成器，通过气液混合液体从回转加速体的回转体入口端进入，经过涡旋导向器的导向作用沿回转加速体内壁做涡旋运动，进入回转加速体后段，随着回转加速体的直径逐渐缩小，液体的涡旋转速和线速度加快，液体瞬间压力升高，液体中的气泡被强制压缩，到回转体喷射口时转速、线速度和瞬间压力达到最大，被加速的气液混合液体随压力被喷射到外部液体中，对外部液体发生电离和溶解作用，产生高能微小气泡，从而使液体和气体能够充分溶解。

2、该直线旋流式高能超微细气泡生成器，通过带动液体高速运动产能生微小气泡，由于气泡的运动是由气泡自身能量引发的，高能氧微小气泡在高速运动中使液体被加热到可以随时发生化学反应的临界状态，其中化学反应将以我们不能想象的、也不能从物理的角度推测的速度发生，同时气泡的能量还可以直接打破各种污染物的化学键连接，直接分解各种污染物大分子或者引导氧分子直接进入化学键连接中氧化污染物，使能量对污染物的作用发生在氧化作用之前，从而达到快速氧化降解污染物的目的。

附图说明

图1为本发明工作原理示意图；

图2为本发明灭菌原理示意图；

图3为本发明微纳米气泡与几种典型的物体运动速度对比表；

图4为本发明除菌原理示意图。

其中：1、气液混合液体；2、涡旋导向器；3、回转体入口端；4、回转加速体；5、回转体喷射口；6、被加速的气液混合液体；7、外部液体；8、气泡制造气体；9、气体输入口。

具体实施方式

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式一

请参阅图1，直线旋流式高能超微细气泡生成器，包括回转加速体4，回转加速体4的左侧设置有回转体入口端3，回转加速体4的右端设置有回转体喷射口5，回转体入口端3的内部设置有涡旋导向器2，回转加速体4的外表面固定连接有气体输入口9。

通过上述技术方案，通过气液混合液体1从回转加速体4的回转体入口端3进入，经过涡旋导向器2的导向作用沿回转加速体4内壁做涡旋运动，进入回转加速体4后段，随着回转加速体4的直径逐渐缩小，液体的涡旋转速和线速度加快，液体瞬间压力升高，液体中的气泡被强制压缩，到回转体喷射口5时转速、线速度和瞬间压力达到最大，被加速的气液混合液体6随压力被喷射到外部液体7中，对外部液体7发生电离和溶解作用，产生高能微小气泡，从而使液体和气体能够充分溶解。

具体的，回转加速体4为锥形，回转体入口端3位于回转加速体4大直径一端，回转体喷射口5位于回转加速体4小直径一端。

通过上述技术方案，将回转加速体4设置成锥形，从而使液体能够逐渐被加压，同时旋涡转动的直径逐渐缩小线性速度被加快。

具体的，涡旋导向器2活动连接在回转体入口端3的内部，涡旋导向器2为涡轮叶组成。

通过上述技术方案，在涡轮叶的作用，气液混合液体1进入到回转加速体4内部的时候被引导至回转加速体4内壁高速转动传输，并通过逐渐变小的空间来使液体压力升高，从而能够高速的喷出，通过电离和溶解作用产生微小气泡，从而使液体和气体能够更加充分的溶解。

具体的，气体输入口9与回转加速体4的内部贯通。

通过上述技术方案，当选择射流水泵而没有选择气液混合泵时，可以把射流泵的出水口直接连接到本装置的回转体入口端3，进行液体加速，同时把要制造微小气泡的气泡制造气体8从气体输入口9输入，利用液体的高速流动吸入气体，产生直径小于0.5mm的小气泡，再经过回转加速体4后段的加速作用制造高能微小气泡，可以取得同样的效果，制作出等同的高能微小气泡。

具体实施方式二

本实施方式为直线旋流式高能超微细气泡生成器的工作步骤。

直线旋流式高能超微细气泡生成器的工作步骤，包括以下步骤：

S1、将气液混合液体1从回转体入口端3进入，经过涡旋导向器2的导向作用沿回转加速体4内壁做涡旋运动；

S2、气液混合液体1进入回转加速体4内部后，随着回转加速体4的直径逐渐缩小，液体的涡旋转速和线速度加快，液体瞬间压力升高，液体中的气泡被强制压缩，到回转体喷射口5时转速、线速度和瞬间压力达到最大，被加速的气液混合液体6随压力被喷射到外部液体7中，对外部液体7发生电离和溶解作用，产生高能微小气泡；

S3、当选择射流水泵而没有选择气液混合泵时，可以把射流泵的出水口直接连接到回转体入口端3，进行液体加速，同时把要制造微小气泡的气泡制造气体8从气体输入口9输入，利用液体的高速流动吸入气体，产生直径小于0.5mm的小气泡，再经过回转加速体4后段的加速作用制造高能微小气泡。

具体实施方式三

本实施方式为动能原理及污水净化的实施方式。

请参阅图2-3，我们设定回转加速体4为对称的两个输出端，相关数据为：

V1为进水口水溶液流速，S1为进水口截面积

V2为出水口水溶液流速，S2为出水口截面积

d1为进水口直径，d2为出水口直径，d1＝4d2

回转腔体进水口和出水口流量相等：

V1S1＝V2S2，S1＝πd12/4，S2＝πd22/4

则出水口水溶液流速L2计算如下：

V2＝V1d12/d22＝V116d22/d22＝16V1

由于输入的是气液混合液体1，液体的运动速度代表了气泡的运动速度，所以进口气泡动能E1＝1/2mL12，出口气泡动能E2＝1/2mL22，当出口速度L2达到进口速度L1的16倍时，粒子出口动能将达到进口动能的128倍，能级产生了跃迁。

一般进水口流速L1的选定范围为20—40米/秒，则出水口流速L2的范围为320—640米/秒。

当氧气泡线速度达到100米/秒以上后，氧气泡就具有了非常高的动能，这种动能足以在有效传输距离发生断裂化学键和共价键的传输距离中打破任何污染物与水分子之间的共价键连接和污染物内部的化学键连接，实现水质净化还原和对污染物的氧化降解，此时氧气泡的有效传输距离为0.5—0.8米；

当气泡线速度达到320米/秒时，气泡拥有的动能将倍增，在水中的有效传输距离将提高到3米以上，进一步提高了气泡对污染物的氧化降解作用率和对污水净化的作用。

具体实施方式四

本实施方式为压力作用气泡产生的实施方式。

在同等流量条件下，液体内部的瞬时压力与液体流体的管道截面积成反比。

设定进水口恒定压力为P1，出水口瞬时压力为P2，

P1S1＝P22S2

P2＝P1S1/S2＝P1d12/d22＝16P1

由于液体内部瞬时压力达到进水口原压力的16倍，使气泡被更紧密压缩，达到原来气泡直径的1/16，即原来的20微米气泡被压缩后，气泡的直径缩减为1.25微米，而原来的0.4mm直径的气泡被压缩到直径25微米。

气泡产生

气液混合泵输出的气液混合液体1中，气泡直径正态分布为：0.4mm以下直径的气泡比例为90％以上，其中最小的气泡直径为0.1微米，0.5mm—1mm直径的气泡比例为5—10％。经过高速涡旋加压后，0.4mm以下的气泡转变为50微米以下气泡，最小的气泡直径达到12.5纳米，0.5—1mm气泡转为62微米以下气泡。

在气体溶解理论中，5微米以下直径的气泡可以视为已经溶解的气体，5微米—200微米气泡在水中表现为一种假性溶解状态，即这部分气泡在水中停留时间很长，5—50微米气泡在水中横向、斜向以及向下运动，直到彻底溶解消失；50微米—100微米气泡在水中以极缓慢的速度上升，平均每上升1m需要3.5—4小时，即上升速度为4—8mm/min，并且在上升过程中，随着气体的溶解作用，气泡直径小于50微米后立即停止上升，这种在水中长时间停留过程，我们称之为假性溶解，假性溶解的气体在水中可以发挥正常的溶解气体作用，参与氧化等化学反应。

具体实施方式五

本实施方式为细菌病毒杀死原理的实施方式。

如图2和4所示，在水体中，由于微纳米气泡受到水的物理水的流动过程产生的压缩和膨胀，旋涡流等作用后，会因瞬间绝热压缩而产生超高压超高温的极限反应场，这个极限反应场能与周围的水作用生成高效的OH等的自由基，而自由基分子是非常不稳定的活性物质，为了从其他的分子夺取电子以求自身的电平衡，会发挥出极强的氧化能力，可以分解难分解的有害化学物质。氧气泡进入水中后，因高能和气泡内部压力比较高导致气泡壁具有比较高的张力，发生碰撞或其他条件导致气泡破裂或溶解时，气泡壁的张力作用将释放巨大的爆炸能量——超声波能量，这种超声波具有很强的杀菌作用，可以产生大量的负离子，同时可以促使氧分子溶解于水，破坏污染物与水的共价键连接，也可以破坏污染物内部的化学键连接，活性氧同时发挥作用，完成氧化降解污染物和水质净化。

纳米微泡沫的杀菌过程包括吸引与杀灭两个过程，这种带电的气泡可以吸附水体中的细菌与病毒，随着气泡的破裂，激发大量的自由基及破裂所产生的超高温高压，把吸附的细菌病毒杀死。这过程在环境保全型的农业生产中具有更实用的意义。

微气泡自身具有较强的表面张力，在水中不断收缩，而形成气液临界表面积更大的超细微气泡，最后收缩到一定程度则消失溶解于水体中，这是它具有强大溶氧性的原因所在。而且在收缩的过程中，随着气泡的缩小，气泡内的气压呈反比例地迅速提高，让泡内气体处于超高压状态，这种超高压状态与超高温效应结合，是微气泡产生超声波性状的重要原因所在。

具体实施方式二至具体实施方式五均基于具体实施方式一中的装置进行实现。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.直线旋流式高能超微细气泡生成器，包括回转加速体(4)，其特征在于：所述回转加速体(4)的左侧设置有回转体入口端(3)，所述回转加速体(4)的右端设置有回转体喷射口(5)，所述回转体入口端(3)的内部设置有涡旋导向器(2)，所述回转加速体(4)的外表面固定连接有气体输入口(9)。

2.根据权利要求1所述的直线旋流式高能超微细气泡生成器，其特征在于：所述回转加速体(4)为锥形，所述回转体入口端(3)位于回转加速体(4)大直径一端，所述回转体喷射口(5)位于回转加速体(4)小直径一端。

3.根据权利要求1所述的直线旋流式高能超微细气泡生成器，其特征在于：所述涡旋导向器(2)活动连接在回转体入口端(3)的内部，所述涡旋导向器(2)为涡轮叶组成。

4.根据权利要求1所述的直线旋流式高能超微细气泡生成器，其特征在于：所述气体输入口(9)与回转加速体(4)的内部贯通。

5.直线旋流式高能超微细气泡生成器的工作步骤，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将气液混合液体(1)从回转体入口端(3)进入，经过涡旋导向器(2)的导向作用沿回转加速体(4)内壁做涡旋运动；

S2、气液混合液体(1)进入回转加速体(4)内部后，随着回转加速体(4)的直径逐渐缩小，液体的涡旋转速和线速度加快，液体瞬间压力升高，液体中的气泡被强制压缩，到回转体喷射口(5)时转速、线速度和瞬间压力达到最大，被加速的气液混合液体(6)随压力被喷射到外部液体(7)中，对外部液体(7)发生电离和溶解作用，产生高能微小气泡；

S3、当选择射流水泵而没有选择气液混合泵时，可以把射流泵的出水口直接连接到回转体入口端(3)，进行液体加速，同时把要制造微小气泡的气泡制造气体(8)从气体输入口(9)输入，利用液体的高速流动吸入气体，产生直径小于0.5mm的小气泡，再经过回转加速体(4)后段的加速作用制造高能微小气泡。

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