CN113522080A - 微纳米气泡发生装置和危害气体净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微纳米气泡发生装置和危害气体净化系统。微纳米气泡发生装置包括：喷射段，其具有第一管体、分别与第一管体的内腔流体连通的进液口和进气口，其中进气口沿液体流动方向位于进液口的下游，且进气口的轴线与进液口的轴线成角度地布置；旋流发生段，其具有第二管体和设在第二管体内的旋流结构，第二管体具有内腔和与第二管体的内腔流体连通的气液喷出口；其中，第一管体的内腔与第二管体的内腔流体连通，喷射段被构造成向旋流发生段喷射气液混合流体。本发明的微纳米气泡发生装置采用喷射段与旋流发生段相结合的形式，可使微纳米气泡直径更小，产生质量更高的微纳米气泡。

Description

微纳米气泡发生装置和危害气体净化系统

技术领域

本发明涉及危害气体处置技术领域，尤其涉及微纳米气泡发生装置和危害气体净化系统。

背景技术

与普通气泡相比，微纳米气泡具有存在时间长、气液传质率高、界面点位高、能自发产生自由基等特点。基于这些特点，微纳米气泡技术被广泛应用于污水处理和河道治理中。现有的微纳米气泡发生装置存在一些问题，例如2003年7月23日公开的中国发明专利申请“微小气泡发生器及具有该发生器的微小气泡发生装置”(公开号CN 1431927A)公开的方案中，微纳米气泡发生装置由于结构限制，产生的气泡质量普遍不高，且产生的气泡太大不能达到生产生活所需要求。

因此，行业内存在对微纳米气泡发生装置进行改进的需求。

发明内容

本发明旨在提供一种至少解能决上述部分技术问题的微纳米气泡发生装置。

本发明还旨在提供一种应用上述改进的微纳米气泡发生装置的危害气体净化系统。

根据本发明的实施例提供了一种微纳米气泡发生装置，包括：喷射段，其具有第一管体、分别与第一管体的内腔流体连通的进液口和进气口，其中进气口沿液体流动方向位于进液口的下游，且进气口的轴线与进液口的轴线成角度地布置；旋流发生段，其具有第二管体和设在第二管体内的旋流结构，第二管体具有内腔和与第二管体的内腔流体连通的气液喷出口；其中，第一管体的内腔与第二管体的内腔流体连通，喷射段被构造成向旋流发生段喷射气液混合流体。

本发明的微纳米气泡发生装置结构简单，便于安装。进液口与进气口的轴线成角度布置，使得经进液口流入的带压液体能够对经进气口流入的气体产生冲击，气体被高速液体所施加的剪切力剪切成气泡，并与液体混合形成气液混合流体。气液混合流体经旋流结构引流，从气液喷出口喷出，有助于形成符合要求的微纳米气泡。本发明中的微纳米气泡涉及微米级气泡和纳米级气泡。

在一些实施例中，喷射段与旋流发生段一体成型地直接连接在一起。由于喷射段直接与旋流发生段相连，可使微纳米气泡直径更小，能进一步增大气液接触面积，并增加气液接触时间，产生质量更高的微纳米气泡。

在一些实施例中，第一管体设有颈缩部，颈缩部限定出进液口。借由颈缩部，液体流经进液口的前后会产生较大压差，在第一管体内产生负压，可以将气体抽吸入第一管体内。微纳米气泡发生装置的这种自吸功能可适用于对有毒气体的吸收处理。

在一些实施例中，颈缩部被构造成带有通孔的环形挡板，通孔形成进液口。环形挡板沿第一管体的径向布置，液体从环形挡板的通孔沿第一管体的轴向流入第一管体的内腔中并对气体进行冲击剪切。

在一些实施例中，进液口的直径大致是第一管体的内径的1/4。

在一些实施例中，喷射段包括垂直连接至第一管体并与进气口流体连通的进气管，进气口形成在第一管体上。气体沿第一管体的径向流入第一管体的内腔，与沿第一管体轴向流入的液体汇合。液体流向和气体流向之间大致垂直的角度使得液体对气体的冲击更加充分，形成的气泡质量和数量更加理想。

在一些实施例中，第二管体的远离喷射段的端部被构造为沿远离喷射段渐缩的锥形管段，锥形管段的最小内径处限定出气液喷出口。在第二管体内发生旋流的气液混合流体由于锥形管段的逐渐缩小式变径结构而进一步受到挤压，被剪切形成更小气泡，有助于形成符合要求的微纳米气泡。

在一些实施例中，旋流结构包括设在第二管体的内壁上并整体呈螺旋状延伸的多个旋流叶片，多个旋流叶片包括在第二管体的轴向上排列的多组旋流叶片，每组旋流叶片包括绕第二管体的周向排布的至少两个旋流叶片。旋流叶片的螺旋形构造使得气液混合流体在旋流叶片的引导下沿第二管体内壁回旋，同时朝气液喷出口移动。边回旋边移动的气液混合流体在到达气液喷出口时达到最大压力和回旋速度后突然扩张迸发进入外界，有助于形成内径极小的微纳米气泡。

根据本发明的实施例还提供了一种危害气体净化系统，包括前述的微纳米气泡发生装置。

在一些实施例中，危害气体净化系统还包括：与微纳米气泡发生装置的进液口流体连通的循环泵；用于容置液体的容器，容器的液体容腔与循环泵流体连通；其中，微纳米气泡发生装置的气液喷出口用于插入容器的液体容腔并位于液面以下。

本发明的微纳米气泡发生装置采用喷射段与旋流发生段相结合的形式，相比传统微纳米气泡发生装置，该装置操作多样化，具有自吸能力，可进行有毒气体的吸收处理。由于喷射段直接与旋流发生段相连接，可使微纳米气泡直径更小，能进一步增大气液接触面积并增加气液接触时间，产生质量更高的微纳米气泡。该微纳米气泡发生装置能完成循环过程，大大提高产生微气泡的效率，可应用于工业化。

本发明的优选特征部分在下文描述，部分可通过阅读本文而明白。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本公开的实施例，其中：

图1是根据本发明实施例的危害气体净化系统的示意图；

图2是根据本发明实施例的微纳米气泡发生装置的示意图；

图3是根据本发明实施例的微纳米气泡发生装置的横截面示意图，其中在微纳米气泡发生装置的进液口上游进行截取；

图4是根据本发明实施例的微纳米气泡发生装置的横截面示意图，其中在微纳米气泡发生装置的旋流结构处进行截取；

图5是根据本发明实施例的微纳米气泡发生装置的旋流结构的局部纵截面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明白，下面结合具体实施方式和附图，对本发明做详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

根据本发明的危害气体净化系统涉及利用微纳米技术处置危害气体。图1示出了危害气体净化系统1的示例。如图所示，危害气体净化系统1包括循环泵2、与循环泵2通过第一管路3流体连通的微纳米气泡发生装置4和用于容置微纳米气泡发生装置4并与循环泵2通过第二管路8流体连通的容器7。

参考图1和图2，微纳米气泡发生装置4包括用于喷射气液混合流体的喷射段5和沿气液混合流体的流动方向在喷射段的下游连接至喷射段5的旋流发生段6。

参考图1至图3，喷射段5的第一管体50具有内腔501，液体被循环泵2经第一管路50泵送至第一管体50并进入内腔501。在所示出的实施例中，液体以一定速度沿第一管体50的大致轴向进入内腔501中。第一管体50的内壁设有颈缩部51，限定出直径小于第一管体50的内径的进液口52。经循环泵2泵送的加压液体到达进液口52处，由于进液口52尺寸较小，液体从进液口52喷入内腔501中。液体流过进液口52的前后流速相差很大，流过进液口52进入内腔501的速度可以增大到流到进液口52之前的速度的几倍，在进液口52的上游侧A与下游侧(即内腔501)之间产生压差，其中下游侧的气压迅速变小形成负压。在一些实施例中，进液口52的直径可以相较于第一管体50的内径成比例的缩小，例如，进液口52的直径是第一管体50的内径的大致1/4。如图3所示，颈缩部51可被构造成沿径向设在第一管体50内壁上的环状挡板，环状挡板的中央通孔形成进液口52。在其他未示出的实施例中，颈缩部51可以是一体形成在第一管体50内壁上的突出部，由突出部围成进液口52。

在所示出的实施例中，用于与液体形成气液混合流体的气体在进液口52的下游以大致垂直于液体流动方向的方向被通入第一管体50的内腔501中。在内腔501中形成负压的情况下，气体被抽吸入内腔501中，并被高速流动的液体冲击且剪切成气泡。在所示出的实施例中，第一管体50的管壁在位于进液口52的下游处形成与内腔501流体连通的多个进气口53，进气管54对应于进气口53的位置连接至第一管体50，第一管体50的内腔501经进气口53与进气管54流体连通。进气管54的轴线垂直于第一管体50的轴线。气体通过进气管54大致沿径向被吸入内腔501中，在内腔501中的高速流动液体的冲击作用下，气体被剪切成微小气泡。如图所示，两个进气管54可以在第一管体50的相对两侧垂直连接至第一管体50，从两侧被吸入内腔501中的气体被高速流动的液体剪切，从而形成大量符合要求的微小气泡，提高效率。

在其他未示出的实施例中，进液口的轴向与进气口的轴向呈非垂直的角度，例如呈60-85度。气体与液体相对成角度的进入第一管体的内腔，高速液体同样可以对气体产生剪切作用以形成微小气泡。

在所示出的实施例中，进气管54通过夹套55安装在第一管体50的外壁上。夹套55可被构造成沿第一管体50的周向延伸的中空套筒并套设在第一管体50上，夹套55的内腔550分别与进气口53和进气管54流体连通。夹套55可以是焊接固定在第一管体50上。进气管54可以是焊接固定在夹套55上。夹套55的轴向宽度大于进气管54的内径，多个进气口53对应于夹套55的轴向宽度形成在第一管体50的管壁上，且进气口53可以超出进气管54的内径来布置，更多的气体可以经进气口53被吸入内腔501中。在其它实施例中，可以外接动力源将压力气体送入第一管体50中。

参考图1、图2、图4和图5，旋流发生段6连接在喷射段5的下游侧，喷射段5内形成的气液混合流体以一定速度流向旋流发生段6。如图所示，旋流发生段6直接连接至喷射段5，旋流发生段6的第二管体60的内腔601与喷射段5的第一管体50的内腔501流体连通。在所示出的实施例中，第一管体50和第二管体60一体成型并直接连接在一起，共同组成一个整体的管件。在其他实施例中，第一管体50与第二管体60可以焊接固定在一起。或者，喷射段5与旋流发生段6可以是分体式结构，两者并不直接连接，在其间可以借助过渡段或连接段进行连接。

气液混合流体进入第二管体60的内腔601并被旋流结构61引导沿第二管体60的内壁回旋，同时朝向气液喷出口603流动。在所示出的实施例中，旋流结构61包括多个旋流叶片610，所述多个旋流叶片610整体呈螺旋状排布并设置在第二管体60的内壁上。多个旋流叶片610可以包括在第二管体60的轴向上排列的多组旋流叶片610，每组旋流叶片610包括2-3个旋流叶片610。如图4和图5所示，每组的多个旋流叶片610围绕第二管体60的周向排布。在第二管体60的轴向投影图中，旋流叶片组中的多个(例如三个)旋流叶片610绕第二管体60的周向首尾顺次相接。如图5所示，每个旋流叶片610可以在第二管体60的内壁上螺旋状延伸。

在其他未示出的实施例中，旋流结构61可以由在第二管体的内壁上螺旋延伸的一整片旋流叶片构成，起到将气液混合流体以旋流方式引导至气液喷出口的作用。

在所示出的实施例中，第二管体60的远离喷射段5的端部形成锥形管段602，该锥形管段602的内径沿远离喷射段5的方向渐缩。锥形管段602的内径最小处限定出气液喷出口603。气液混合流体通过第一管体50并在第一管体50的末端进入第二管体60，之后在第二管体60的内腔601中沿旋流结构61发生旋流。由于第二管体60底部的锥形管段602呈逐渐缩小式变径结构，使得气液混合物进一步受到挤压剪切并形成更小的气泡，然后由底部的气液喷出口603喷射而出。

参考图1，容器7内部具有液体容腔70，用于填充液体9。液体容腔70经第二管路8与循环泵2的进口流体连通。微纳米气泡发生装置4的气液喷出口603埋于液面之下。经气液喷出口603喷出的气液混合流体在剪切力和外部液体9的压力作用下形成微纳米气泡。

下面结合本发明的危害气体净化系统对其工作原理进行详细描述。

运行时，加压液体在循环泵2作用下进入第一管体50，流经进液口52时前后液体流速差很大，内腔501中液体流速增大为进液口52上游侧液体流速的几倍，内腔501中气压迅速变小形成负压，将进气管54中的气体经过进气口53吸入内腔501中。气体沿径向进入第一管体50，被内腔501中高速流动的液体冲击，并被剪切成微小气泡。气液混合流体在负压推动下经过旋流发生段6。在旋流结构61的旋流叶片610作用下，气液混合流体沿第二管体60内壁回旋。气液剧烈混合，同时气液混合流体朝第二管体60底部的气液喷出口603移动。气液比重差对液体作用有离心力，并对气体作用有向心力，使得气泡作用于中心轴处，形成负压轴。气液喷出口603外部的液体9对该气液喷出口603作用有向内的力。微纳米气泡发生装置4内部的气液混合流体边回旋边沿内壁向底部移动，在气液喷出口603附近达到最大压力和最大回旋速度，并挤推外部液体9。在外部液体9和气液混合流体作用下形成微小间隙，集中于负压轴的气体通过该间隙。气液混合流体从气液喷出口603喷出，受到剪切力和空间突然扩张张力等作用后，形成内径极小的微纳米气泡。之后外部液体9在循环泵2的作用下完成循环，这大大提高了微纳米气泡的产生效率。

本发明提供的微纳米气泡发生装置轻便、高效、结构简单、便于安装，可以解决传统微纳米气泡发生装置气泡数量少、质量普遍不高的问题，并解决了微纳米气泡不能连续化生产的问题，大大提高了产生微纳米气泡的效率。

在本文中，针对本发明的多个实施例进行了描述，但为简明起见，各实施例的描述并不是详尽的，各个实施例之间相同相似的特征或部分可能会被省略。在本文中，各实施例的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其变体意在涵盖式，而非穷尽式，从而包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备可包括这些要素，而不排除还可包括没有明确列出的其他要素。

已参考上述实施例具体示出并描述了本发明的示例性系统及方法，其仅为实施本系统及方法的最佳模式的示例。本领域的技术人员可以理解的是可以在实施本系统及/或方法时对这里描述的系统及方法的实施例做各种改变而不脱离界定在所附权利要求中的本发明的精神及范围。所附权利要求意在界定本系统及方法的范围，故落入这些权利要求中及与其等同的系统及方法可被涵盖。对本系统及方法的以上描述应被理解为包括这里描述的全部的新的及非显而易见的元素的结合，而本申请或后续申请中可存在涉及任何新的及非显而易见的元素的结合的权利要求。此外，上述实施例是示例性的，对于在本申请或后续申请中可以要求保护的全部可能特征及元素组合中，没有一个单一特征或元素是必不可少的。

Claims (10)

1.一种微纳米气泡发生装置，其特征在于，包括：

喷射段，其具有第一管体、分别与所述第一管体的内腔流体连通的进液口和进气口，其中所述进气口沿液体流动方向位于所述进液口的下游，且所述进气口的轴线与所述进液口的轴线成角度地布置；

旋流发生段，其具有第二管体和设在所述第二管体内的旋流结构，所述第二管体具有内腔和与所述第二管体的内腔流体连通的气液喷出口；

其中，所述第一管体的内腔与所述第二管体的内腔流体连通，所述喷射段被构造成向所述旋流发生段喷射气液混合流体。

2.根据权利要求1所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述喷射段与所述旋流发生段一体成型地直接连接在一起。

3.根据权利要求1或2所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述第一管体设有颈缩部，所述颈缩部限定出所述进液口。

4.根据权利要求3所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述颈缩部被构造成带有通孔的环形挡板，所述通孔形成所述进液口。

5.根据权利要求1或2所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述进液口的直径大致是所述第一管体的内径的1/4。

6.根据权利要求1或2所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述喷射段包括垂直连接至所述第一管体并与所述进气口流体连通的进气管，所述进气口形成在所述第一管体上。

7.根据权利要求1或2所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述第二管体的远离所述喷射段的端部被构造为沿远离所述喷射段渐缩的锥形管段，所述锥形管段的最小内径处限定出所述气液喷出口。

8.根据权利要求1或2所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述旋流结构包括设在所述第二管体的内壁上并整体呈螺旋状延伸的多个旋流叶片，所述多个旋流叶片包括在所述第二管体的轴向上排列的多组旋流叶片，每组旋流叶片包括绕所述第二管体的周向排布的至少两个旋流叶片。

9.一种危害气体净化系统，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的微纳米气泡发生装置。

10.根据权利要求9所述的危害气体净化系统，其特征在于，还包括：

与所述微纳米气泡发生装置的所述进液口流体连通的循环泵；

用于容置液体的容器，所述容器的液体容腔与所述循环泵流体连通；

其中，所述微纳米气泡发生装置的所述气液喷出口用于插入所述容器的所述液体容腔并位于液面以下。

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