CN115589777A - 利用摩擦的纳米气泡产生系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用摩擦的纳米气泡产生系统,其特征在于,对气液混合流体中包含的气泡施加摩擦力,以使气泡细小化并生成纳米气泡;所述利用摩擦的纳米气泡产生系统,包含有:主腔体、一个以上的冲击件、复数的摩擦件及驱动装置。所述主腔体,包含对气液混合流体中包含的气泡进行细化的所需内部空间、流入口与流出口,并设有驱动轴;所述一个以上的冲击件,设置于所述驱动轴,其具备复数的突出部,以对流入所述主腔体内的气液混合流体造成冲击的同时,使流体进行旋转而与主腔体内壁摩擦;所述复数的摩擦件,设置于所述驱动轴,以增加对所述气液混合流体的摩擦力;所述驱动装置,包含所述驱动轴,驱动所述冲击件和摩擦件进行旋转;所述摩擦件,以任意间距排列设置于所述驱动轴,所述摩擦件的周面与所述主腔体内壁以任意距离直接面对形成。

Description

利用摩擦的纳米气泡产生系统
【技术领域】
本发明涉及一种利用摩擦的纳米气泡产生系统。通过对气液混合流体中包含的气泡施加摩擦力,以将气泡细化为更为微小的气泡,进一步产生纳米气泡。
【先前技术】
一般情况下,微小的气泡根据其大小,可分为直径为50㎛以下的微气泡和数百㎚以下的纳米气泡。
微气泡为50㎛以下的非常小的气泡,以0.1cm/sec非常慢的速度浮到水面后,在2~3分钟内消失,在水里带有模糊的乳白色。
纳米气泡为微气泡进一步微小化的数百㎚以下的极为微小的气泡,与一般气泡及微气泡相比,在许多方面具有不同的特性。纳米气泡因为透明,所以即使存在于水里,在一般环境下,用肉眼无法识别。
如上所述,微气泡在液体里形成短时间的稳定状态后便消失。反之,纳米气泡则因浓缩的离子厚厚地围绕着周围,可以长期稳定地维持到数十天以上。
这种纳米气泡在消失时产生多种能量,因此应用于渔业、农业领域的各种养殖、无土栽培、医疗领域的精密诊断及物理治疗、生活领域的污废水及污废油的高纯度净化处理、灭菌、消毒、去味、清洗等诸多领域。
例如,对水进行处理时,将空气有效地注入水中,可改善水质、降低处理时间;对废水或废油进行处理时,有效地注入比如臭氧等氧化性强的气体,可分解或去除包含在废水或废油中的各种恶臭物质。
为了气泡的细化,传统技术大多是通过对流动的气液混合流体的剪切,使气泡分裂的原理,具有边界层效应、流体乱流及空化(Cavitation)等的构成,这些技术主要是产生微气泡,而纳米泡沫的产生量极小,达不到实际可使用的程度。
先行技术之一,大韩民国注册专利第10-1969772号(公告日2019. 04. 17,以下称为 "先行技术1")的结构可概括为:在混合部主体的流入口与流出口,设置流道导片引导流体的流向。在壳体内,以马达轴为中心,具有由旋转件和固定件连续层叠构成的多层结构,根据旋转件对固定件的相对旋转,固定件与旋转件分别形成相互对应的齿轮对流体进行反复的冲击,提高对流体的乱流和空化(Cavitation)压力,使气泡产生剪断力,生成微气泡。
采用上述结构的先行技术1所生成的大部分气泡为微气泡,因此,细化品质不佳、存在时间短,流体的流动通过层叠缝隙以之字形强制绕行的结构,导致流动抗力系数大、耗电大、处理流量不足、生产效率不高等问题。
另外,由于腔内要维持高压,且需设置结构复杂的旋转件和固定件,需要耗费大量的电力驱动,增加营运费用负担。
与上述先行技术1不同,日本公开专利公报特开2009-142442号(公开日2009.7.2,以下称为 "先行技术 2")的结构为:在主腔体内的旋转轴上设置剪断部,形成旋转圆盘,由复数的旋转圆盘排列构成。
上述先行技术2的旋转圆盘采用单独旋转,而非相对旋转,因此达到流动自由,提高流体的排出量,具有明显降低耗电量及营运费用的优点。但是,由于是以剪断力为主要功能的旋转圆盘构成,因此具有只生成微气泡且气泡生成效率低的缺点。
如上所述,目前为止的微小气泡生成技术只停留在微气泡生成,而纳米气泡实用性卓越的情况下,却无法在产业领域实际使用。
【发明内容】
【需要解决的课题】
鉴于以上问题,本发明的第一目的为提供一种利用摩擦的纳米气泡产生系统。通过对气液混合流体中包含的气泡增加摩擦力,将气泡细化为更为微小的气泡,从而产生纳米气泡。
本发明的第二目的为提供一种利用摩擦的纳米气泡产生系统,采用先将气液混合流体中包含的气泡细小化为微气泡阶段,再通过摩擦将气泡进一步细小化的原理来产生纳米气泡,提高纳米气泡的产生量。
本发明的第三目的为提供一种利用摩擦的纳米气泡产生系统,在流体的流动过程中,设置更多的有效摩擦面,以显著提高通过摩擦产生的纳米气泡的品质及产生量。
本发明的另外目的为提供一种利用摩擦的纳米气泡产生系统,所产生的纳米气泡在品质和产生量方面均良好,以便需要大容量有效性显著的纳米气泡的产业领域易于应用。
【解决方法】
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种利用摩擦的纳米气泡产生系统,主要包含:主腔体、一个以上的冲击件、复数的摩擦件及驱动装置;
所述主腔体,包含对气液混合流体中包含的气泡进行细小化所需的内部空间、流入口与流出口,并设有驱动轴;
所述一个以上的冲击件,设置于所述驱动轴,所述冲击件具备复数的突出部,以便对流入所述主腔体内的气液混合流体造成冲击的同时,使流体进行旋转而与主腔体内壁摩擦;
所述复数的摩擦件,设置于所述驱动轴,以增加对所述气液混合流体的摩擦力;
所述驱动装置,包含所述驱动轴,驱动所述冲击件和摩擦件进行旋转。
所述摩擦件,以任意间距排列设置于所述驱动轴,所述摩擦件的周面与所述主腔体内壁以任意距离直接面对形成。
在所述复数摩擦件中的任意一个以上,与轴线直交的侧面的最前端的转速设定为8m/sec以上。
在所述一个以上的冲击件与复数的摩擦件中的任意一个以上,设置分配孔或切开型通道中的任意一项以上,以将气液混合流体的流动引导至与轴线直交的侧面。
作为本发明实施例进一步的方案:一种利用摩擦的纳米气泡产生系统主要包含:主腔体、一个以上的冲击件、复数的摩擦件及驱动装置;
所述主腔体,包含对气液混合流体中包含的气泡进行细小化所需的内部空间、流入口与流出口,并设有驱动轴;
所述一个以上的冲击件,设置于所述驱动轴,所述冲击件具备复数的突出部,以便对流入所述主腔体内的气液混合流体造成冲击的同时,使流体进行旋转而与主腔体内壁摩擦;
所述复数的摩擦件,设置于所述驱动轴,以增加对所述气液混合流体的摩擦力;
所述驱动装置,包含所述驱动轴,驱动所述冲击件和摩擦件进行旋转。
所述摩擦件,以任意间距排列设置于所述驱动轴,所述摩擦件的周面与所述主腔体内壁以任意距离直接面对形成;
其特征在于,由一个以上的小径摩擦件和与之相比半径相对较大的一个以上的大径摩擦件,以任意间距排列设置。
所述驱动轴,依次设置于微米细化区间和纳米细化区间;
所述微米细化区间,由一个以上的所述冲击件排列组成,以将流入至主腔体内的气液混合流体中包含的气泡,分解为微气泡阶段;
所述纳米细化区间,根据流动方向设置于所述微米细化区间之后,由一个以上的所述摩擦件排列组成,以将微米细化阶段产生的气泡,进一步极度细化至纳米气泡;
所述纳米细化区间内,可设置一个以上的冲击件,以形成强大的离心力;
所述微米细化区间,包含与上述冲击件相对应并设置于主腔体内壁的环状固定件;
所述固定件,在环状内壁内围形成复数的突出部。
作为本发明实施例进一步的方案:一种利用摩擦的纳米气泡产生系统,包含一个以上的微气泡阶段细化装置和纳米气泡产生装置;
所述一个以上的微气泡阶段细化装置,对气液混合流体施加冲击及剪切力,以将气泡细化为微气泡阶段;
所述纳米气泡产生装置,对已通过所述微气泡阶段细化装置的气液混合流体,施加摩擦力,以将气泡细化为纳米气泡;
所述纳米气泡产生装置,包含第一主腔体、一个以上的摩擦件及第一驱动装置;
所述第一主腔体,包含内壁、流体的流入口及流出口;所述内壁可构成容纳气液混合流体的空间,同时可对流体施加摩擦力;
所述一个以上的摩擦件,设置于所述第一主腔体,可通过驱动轴进行旋转,产生离心力,将流体向所述内壁方向甩出,同时所述一个以上的摩擦件对流体起到摩擦作用;
所述第一驱动装置,包含所述驱动轴,以实现所述摩擦件的旋转。
所述微气泡阶段细化装置,包含第二主腔体、一个以上的冲击件或叶轮及第二驱动装置;
所述第二主腔体,包含对气液混合流体中包含的气泡进行细小化所需的内部空间、流入口、流出口,并设有驱动轴;
所述一个以上的冲击件或叶轮,设置于所述驱动轴,具备复数的突出部,以对流体施加冲击;
所述第二驱动装置,包含所述驱动轴、可对所述冲击件或叶轮进行驱动。
在所述冲击件与摩擦件中的任意一个以上,可设置分配孔或切开型通道中的任意一项以上,以将气液混合流体的流动引导至与轴线的直交面。
所述摩擦件中的任意一个以上,其与轴线直交的侧面的最前端的转速设定为8m/sec以上。
所述摩擦件中的任意一个以上,其与轴线直交的侧面的最前端至主腔体内壁的间距,设定为摩擦件半径的1/2以下,以利用主腔体内壁对气液混合流体施加摩擦力。
所述摩擦件和冲击件中有一个以上,在其与轴线直交的两侧面中的一个以上的侧面,设置一个以上的凹形面。
所述摩擦件和冲击件中的一个以上,在其表面的一部分以上,可以形成细微的凹凸部。
两个以上的所述摩擦件或冲击件,可通过连接部形成一体式多重摩擦件或多重冲击件。
所述摩擦件中的一个以上,可由具有复数叶片的叶轮型摩擦件构成。
所述冲击件中的一个以上,在其圆盘型主体的周面和与轴线直交的两侧面中的某一侧面以上,形成所述突出部。
所述冲击件中有一个以上,可在圆盘型主体与轴线直交的两侧面中,在某一侧面以上形成一个以上的凹形面和复数的分配孔,在主体周边和所述凹形面的内侧或外侧中的任何一个以上的面,均可设置复数的所述突出部。
所述冲击件中的一个以上,其所述突出部,可采用叶片型突出部。
所述纳米气泡产生装置的所述摩擦件,在所述驱动轴以任意间隔排列设置,由一个以上的小径摩擦件,和与之相比半径较大的一个以上的大径摩擦件,以任意间隔混合排列形成。
所述纳米气泡产生装置的驱动轴,可设置一个以上的所述摩擦件及一个以上的所述微气泡阶段细化装置中的所述冲击件。
在所述纳米气泡产生装置的第一主腔体内设置的摩擦件,可设置为一个圆通形状的圆筒状摩擦件;
所述圆筒状摩擦件可在周面形成一个以上的凹陷端或凸起端,以增加摩擦面积,并引导气液混合流体进行螺旋形旋转流动。
所述微气泡阶段细化装置的所述冲击件中的一个以上,至少在其周边形成复数的所述突出部。
在所述第二主腔体内壁的一部分以上,以直接或间接的方式形成复数的突出部。
在所述微气泡阶段细化装置的驱动轴上设置所述叶轮,所述叶轮的流入口与主腔体的流入口以流入管进行连接。
在所述第二主腔体的内壁设置辐射状突出部,形成泵型微气泡阶段细化装置;
所述泵型微气泡阶段细化装置的叶轮和第二主腔体的内壁之间,可设置蜗壳式管道,以吸入气液混合流体,引导至第二主腔体的内壁。
作为本发明实施例进一步的方案,一种利用摩擦的纳米气泡产生系统主要包含:主腔体、一个以上的冲击兼摩擦件及驱动装置;
所述主腔体,包含将气液混合流体中包含的气泡进行细小化所需的内部空间、流入口和流出口,并设置有所述驱动轴;
所述一个以上的冲击兼摩擦件,设置于所述驱动轴,具备复数的突出部和摩擦部;所述突出部对流入所述主腔体的气液混合流体施加冲击,使流体旋转而与所述主腔体的内壁发生摩擦;所述摩擦部可对流体施加摩擦力;
所述驱动装置能够使所述冲击兼摩擦件进行旋转。
所述一个以上的冲击兼摩擦件,以任意间距排列设置于所述驱动轴,其周面与所述主腔体的内壁以任意间距直接面对设置。
在所述冲击兼摩擦件中的一个以上,设置所述分配孔或切开型通道中的一个以上,以将气液混合流体的流动引向与轴线直交的侧面。
另外,所述冲击兼摩擦件在所述驱动轴上,以任意间距复数排列设置,为了将气液混合流体中包含的气泡从微米气泡阶段依次细化到纳米气泡阶段,根据流动方向的排列顺序,所述突出部的突出尺寸可依次相对变小。
所述冲击兼摩擦件中的一个以上,在其主体的周面、与轴线直交的两侧面中的某一侧面以上,设置所述突出部。
所述主腔体的内壁可设置螺旋形槽,以引导气液混合流体。
所述主腔体在流出口部分形成漏斗部,所述流出口延续所述漏斗部形成,并置于主腔体驱动轴的中心线延长线。
所述主腔体可在内壁的一部分以上,形成细微凹凸部。
所述驱动轴上,在接近于主腔体流入口,可增设一个以上的叶轮。
【发明效果】
本发明涉及一种利用摩擦的纳米气泡产生系统,通过对气液混合流体中包含的气泡施加摩擦力,以将气泡细化为更为微小的气泡,进一步产生纳米气泡。
而且,先将气液混合流体中包含的气泡细化至微气泡阶段后,再利用摩擦将气泡细化的原理产生纳米气泡,可显著提高纳米气泡的产生效率。
其次,以摩擦件的转速、摩擦面、摩擦件与主腔体内壁之间的适当的距离等合理化的构成,不仅摩擦件,连面积更大的主腔体内壁,均具有摩擦面的作用;通过摩擦件设置分配孔等方式,其整体表面具有有效摩擦面的作用。因此,气泡的细化品质、溶解氧气量及纳米气泡产生能力相较于现有技术,具有显著的提高,并且可产生大容量的纳米气泡。
再其次,产生的纳米气泡,在品质、产生量方面均良好,可供具有大容量纳米气泡需求的所有产业领域,更有效、便利地使用。
【附图说明】
图1是利用摩擦产生纳米气泡的原理示意图,(a)是流体(气泡)经流动摩擦的细化的示意图;(b)是流体(气泡)通过摩擦件的旋转摩擦细化的示意图。
图2是本发明实施例的结构示意纵断面图。
图3是图2的流体流动时的示意图,(a)是图2的A部分的局部放大图,(b)是图3 (a)中B-B线的断面图。
图4是本发明实施例的结构示意纵断面图。
图5的(a)是本发明实施例的结构示意且部分省略的断面图,(b)是图5 (a)中C-C线的部分省略断面图。
图6是本发明实施例的排列构成简约示意图。
图7的(a)是本发明实施例的纳米气泡产生装置的纵断面图,(b)是(a)中D-D线的断面图,(c)是区别于(b)的另一种形态的断面图。
图8是本发明实施例的纳米气泡产生装置的纵断面图。
图9的(a)是本发明实施例的微气泡阶段细化装置的纵断面图,(b)是(a)中E-E线的部分省略断面图。
图10的(a)是本发明实施例的摩擦件的部分省略平面图,(b)是(a)的纵断面。
图11的(a)是本发明实施例的摩擦件的平面图,(b)是(a)的纵断面图。
图12的(a)、(b)、(c)是本发明实施例的摩擦件的平面图。
图13的(a)、(b)、(c)是本发明实施例的摩擦件的纵断面图。
图14的(a)是本发明实施例的摩擦件的部分省略平面图,(b)是(a)的纵断面图。
图15的(a)是本发明实施例的摩擦件的部分省略平面图,(b)是(a)的纵断面图。
图16的(a)是本发明实施例的多重摩擦件的部分省略平面图,(b)是(a)的纵断面图。
图17是本发明实施例的多重摩擦件的纵断面图。
图18的(a)是本发明实施例的叶轮型摩擦件的部分省略平面图,(b)是(a)的纵断面图,(c)是(b)的另一种实施形态的纵断面图。
图19的(a)是本发明实施例的冲击件的平面图,(b)是(a)的纵断面图,(c)是(a)的另一种实施形态的平面图。
图20的(a)是本发明实施例的冲击件的部分省略平面图,(b)是(a)的纵断面图。
图21的(a)是本发明实施例的冲击件的部分省略平面图,(b)是(a)的纵断面图。
图22是本发明实施例的冲击件的平面图。
图23是本发明实施例的纳米气泡产生装置的纵断面图。
图24是本发明实施例的纳米气泡产生装置的纵断面图。
图25的(a)是本发明实施例的微气泡阶段细化装置的纵断面图,(b)是(a)中F-F线的部分省略断面图。
图26的(a)是本发明实施例的微气泡阶段细化装置的纵断面图,(b)是(a)中
G-G线的部分省略断面图。
图27的(a)是本发明实施例的微气泡阶段细化装置的纵断面图,(b)是(a)中
H-H线的断面图。
图28的(a)是本发明实施例的微气泡阶段细化装置的纵断面图,(b)是(a)中
J-J线的断面图。
图29是本发明实施例的结构示意纵断面图。
图30的(a)是图29的K部分的放大图,(b)是(a)中L-L线的断面图。
图31是本发明实施例的结构示意纵断面图。
图32的(a)是本发明实施例的泵型冲击兼摩擦件的平面图,(b)是(a)的纵断面图。
图33的(a)是本发明实施例的泵型冲击兼摩擦件的平面图,(b)是(a)的纵断面图。
图34是本发明实施例的结构示意图,显示主腔体的纵断面图。
图35是本发明实施例的结构示意纵断面图。
图36是本发明实施例的简要安装图。
【具体实施方式】
接下来对本发明的一种利用摩擦的纳米气泡产生系统的实施例,进行具体的附图说明。
所有物体在受到伴随速度的压力时,都会发生热,当速度和压力达到临界点时,摩擦面会伴随着热出现小碎裂,以减少摩擦力。
这种现象在冰面上也很容易看到,滑冰鞋的冰刀经过的地方会出现发热、冰融化、打滑的现象。
例如,在水和氧气等气体混合的气液混合流体中施加摩擦力时,流体中含有的气泡如图1的(a)所示,会发生拉伸变形,分裂为一个个小气泡,每个小气泡再经过细化,再反复细化至纳米尺寸(以下称为“通过摩擦的气泡细微化原理”)。
本案申请人曾公示过利用这种“通过摩擦的气泡细微化原理”的 “细微气泡生成用流道管材”(大韩民国专利注册第10-2100074号,以下称为“先专利技术”)。
上述先专利技术是在一管状的流道管材,形成周密的摩擦面,摩擦长度达到数米至数十米时,可生成纳米气泡的技术,在静止状态的摩擦面上,气液混合流体以临界压力以上的压力和速度流动,从而产生摩擦生成纳米气泡的技术。
但是,上述先专利技术虽可以生成中小规模的纳米气泡,但如需生成大容量纳米气泡的情况下,不能使用普通泵,而需要使用大容量的压力泵,且相应对增大的管直径,很难形成稠密的摩擦面。
本申请人为了解决上述问题,以先专利技术的逆向思维,着眼于流体处于静止状态,使摩擦面进行高速运动,对流体施加摩擦力的方式。
在生成纳米气泡方面,气液混合流体即使没有细化到微米气泡阶段,只要生成了细微的气泡,那么也如图1的(b)中所示,若强制施加旋转的摩擦力,气液混合流体中含有的气泡会根据旋转的摩擦面,以圆弧形态发生拉伸变形,并将其分解成极度细化的状态。
本发明应用的是上述通过摩擦的气泡细微化原理和纳米气泡生成原理,加上旋转摩擦力的方式。
本发明的第一实施例,一种利用摩擦的纳米气泡产生系统(1A),如图2及图3所示,主要包含主腔体(30)、一个以上的冲击件(20)、复数的摩擦件(10)及驱动装置(40)。
所述主腔体(30),包含对气液混合流体中包含的气泡进行细小化所需的内部空间(S)、流入口(31)与流出口(32),并设有驱动轴(41)。
所述一个以上的冲击件(20),设置于在所述驱动轴(41),所述冲击件具备复数的突出部(21),以便对流入所述主腔体内的气液混合流体造成冲击的同时,使流体旋转,以使流体与主腔体内壁(33)摩擦。
所述复数的摩擦件(10),设置于所述驱动轴(41),以增加对所述气液混合流体的摩擦力。
所述驱动装置(40),包含所述驱动轴(41),驱动所述冲击件(20)和摩擦件(10)进行旋转。
所述复数的摩擦件(10),以任意间距排列设置于所述驱动轴(41);所述摩擦件的周面与所述主腔体(30)内壁(33)以任意距离直接面对形成,当驱动轴旋转时,气液混合流体与摩擦件的周面、与轴线直交的两侧面发生摩擦,同时,与所述主腔体(30)内壁(33)摩擦,使气液混合流体中包含的气泡出现拉伸变形及细碎化现象。所述摩擦件(10)中的任意一个以上,其与轴线直交的侧面的最前端的转速设定为8m/sec以上。
在所述一个以上的冲击件(20)与复数的摩擦件(10)中任意一个以上,设置分配孔(14a)(24a)或切开型通道(14b)中的任意一项以上,以将气液混合流体的流动引导至与轴线直交的侧面。
所述气液混合流体可以采用多种形式。例如:水和空气混合的混合水、水和其他液体与空气混合的混合水、水和空气及氧气(O2)、 臭氧(O3)、 氢气(H2) 等附加气体混合的混合水、工业用油与氧气(O2)、 臭氧(O3)、 氢气(H2) 等附加气体混合的混合油等。
所述气液混合流体可包含:含有在供水过程中产生的气泡的自来水、地下水、河川水、淡水等。
所述冲击件(20),如图5、19所示,当旋转时,在周边以齿轮等形状排列形成的突出部(21),对气液混合流体中包含的气泡施加冲击及剪切力,使气泡细化为微米尺寸;所述摩擦件(10)对已通过冲击件细化为微米尺寸的气泡,再次施加摩擦力,使气泡拉伸变形、细化至更为细微的纳米尺寸。
所述冲击件(20)与摩擦件(10)在旋转时,尤其冲击件(20)在旋转时,通过离心力将流体向主腔体的内壁(33)方向强力甩出,利用内壁(33)对流体施加摩擦力。流体在冲击件(20)和摩擦件(10)组成的旋转体与主腔体内壁(33)之间的空间穿梭,形成螺旋式旋转流动(如图4)。
所述冲击件(20)与摩擦件(10)在旋转时,主腔体内发生离心力,使流动偏向于主腔体内壁(33)方向。尤其是摩擦件(10)与轴线直交的两侧面(12),对流体的摩擦作用,大部分将消失。
所述复数的摩擦件(10)之间,间隔排列形成,当驱动轴旋转时,流体形成螺旋式旋转流动(如图2至图4)。气液混合流体中包含的气泡,如图1的(b)所示,在摩擦件(10)的周面(11)及与轴线直交的两侧面(12),尤其是面积较大的第一主腔体(30A)的内壁(33),发生圆弧形拉伸变形、分解、进一步细化,进而产生纳米气泡。
此时,产生纳米气泡的必要条件为充足的摩擦面、决定流速的摩擦件(10)的转速及摩擦件(10)与第一主腔体内壁(33)之间的适当的距离。
所述分配孔(14a)或切开型通道(14b) 设置于所述摩擦件(10),可防止上述在离心力的作用下流动向主腔体内壁(33)偏向的现象,并使摩擦件(10)与轴线直交的两侧面(12)起到摩擦面的作用(如图2至图4,图10至图12)。
进一步具体说明,所述分配孔(14a)或切开型通道(14b) 设置于所述摩擦件(10),使流体贯通摩擦件(10)的主体,经过每个摩擦件的主体,沿与轴线直交的两侧面(12)形成可流动的通道。因此,与轴线直交的摩擦件的两侧面(12)至接近于驱动轴(41)的部分均对流体起到摩擦的作用,提高摩擦件的有效摩擦面积。
而且,通过设置所述分配孔(14a)或切开型通道(14b),用以增加、加速流体的螺旋形旋转流动,提高影响气泡细化的摩擦力。
因此,所述分配孔(14a)或切开型通道(14b)应设置于接近摩擦件(10)的轴孔(13)的位置为宜,但不限于此(如图10)。
所述切开型通道(14b)设置于以圆盘形状为基本形的摩擦件(如图12的(a)),从周边前端向其内侧方向、向其中心部分形成(如图11/12的(b)),但不限于此,可采用对半径方向形成斜坡等多种多样的形式。
由所述切开型通道(14b)划分的所述摩擦件(10)的各个部分,可采取任意角度的叶片形状(如图12的(c))。此结构的摩擦件对流体起到摩擦作用,根据其设置方向对流速起到加速或控制的作用,而且可控制流体的摩擦倾向于主腔体内壁的现象。
本发明的第二实施例,一种利用摩擦的纳米气泡产生系统(1B),如图2至图5所示,主要包含主腔体(30)、一个以上的冲击件(20)、复数的摩擦件(10)及驱动装置(40)。
所述主腔体(30),包含对气液混合流体中包含的气泡进行细小化所需的内部空间(S)、流入口(31)与流出口(32),并设有驱动轴(41)。
所述一个以上的冲击件(20),设置于所述驱动轴(41),所述冲击件具备复数的突出部(21),以便对流入所述主腔体内的气液混合流体造成冲击的同时,使流体旋转,以使流体与主腔体内壁(33)摩擦。
所述复数的摩擦件(10),设置于所述驱动轴(41),以增加对所述气液混合流体的摩擦力。
所述驱动装置(40),包含所述驱动轴(41),驱动所述冲击件(20)和摩擦件(10)进行旋转。
所述复数的摩擦件(10),以任意间距排列形成,所述摩擦件的周面(11)与所述主腔体内壁(33)以任意间距直接面对形成,当驱动轴旋转时,气液混合流体与摩擦件的周面、与轴线直交的两侧面发生摩擦,同时,与所述主腔体内壁发生摩擦,使气液混合流体中包含的气泡出现拉伸变形及细碎化现象。
一个以上的小径摩擦件(10S)和与之对比半径相对较大的一个以上的大径摩擦件(10L),以任意间距间隔排列。根据流动流向,所述驱动轴先设置小径摩擦件(10S)为宜,但不限于此。所述小径摩擦件(10S)与大径摩擦件(10L)可交替排列形成。
上述第二实施例的一种利用摩擦的纳米气泡产生系统(1B)中,摩擦件(10)的结构及排列为小径摩擦件(10S)与大径摩擦件(10L),以任意间距间隔排列,在有限的主腔体空间内,增加大径摩擦件(10L)之间的间隔,在其间设置小径摩擦件(10S),以形成流体的有效摩擦空间及摩擦面积。
如摩擦件(10)的以同一规格、连续排列形成的话,摩擦件之间的间隔不大时,因离心力的作用下,上述流动流向将倾向于主腔体的内壁(33)。此时,摩擦件(10)与轴线直交的两侧面(12)的大部分作用将消失。但是,当摩擦件因半径的尺寸差,形成参差不齐的排列时,即使摩擦件(10)之间的间隔相对不大,摩擦件(10)主体的整个面也可起到有效摩擦面的作用(如图2至图4)。
另外,如果不设置微气泡细化阶段,直接对气液混合流体施加摩擦力时,将会降低产生器的效率及气泡的细化品质。
因此,如图4至图5所示,在第一实施例的纳米气泡产生系统(1A)和第二实施例的纳米气泡产生系统(1B)的驱动轴(41)上,根据流体的流动方向,依次设置微米细化区间(S1)和纳米细化区间(S2);所述微米细化区间(S1),由一个以上的所述冲击件(20)排列形成,以将流入所述主腔体(30)的气液混合流体中包含的气泡首先细化至微气泡阶段。
所述纳米细化区间(S2),根据流体的流动方向,设置于所述微米细化区间(S1)之后,由一个以上的所述摩擦件(10)排列形成,以将细化至微米尺寸的气泡进一步极度细化至纳米气泡。
在所述纳米细化区间(S2),可设置一个以上的冲击件(20),以形成强力的离心力(如图4)。
如图5所示,在所述微米细化区间(S1),与所述冲击件(20)相对的主腔体内壁上,可设置环形的固定件(60)。所述固定件(60)的环形内围,可形成复数的突出部(61)。
所述微米细化区间(S1)的长度,形成为所述纳米细化区间(S2)的长度的1/3以下的较短区间为宜,但不限于此。
所述冲击件(20)的数量越多,流体螺旋形旋转流动越强,流动抵抗越大,排出量就越小。
根据上述构成,以任意设定的流速,通过主腔体的流入口(31)流入的气液混合流体,首先在由所述冲击件(20)和与之相邻的主腔体内壁(33)组成的微米细化区间(S1),通过冲击件(20)施加冲击及剪断力,细化至微米气泡阶段。接下来,在螺旋形旋转流动中,再由所述摩擦件(10)和与之相邻的主腔体内壁(33)组成的纳米细化区间(S2),通过摩擦,发生拉伸变形,进一步通过阶段性加强,极度细化而有效产生纳米气泡。
另外,所述微米细化区间(S1)和所述纳米细化区间(S2)设置于同一个主腔体,利用同一个驱动装置驱动时,如果规模扩大,将对驱动装置的负荷过大。
根据上述问题,本发明的第三实施例的一种利用摩擦的纳米气泡产生系统(1C),将利用冲击件(20)的微气泡阶段细化装置(20A)(20B)与利用摩擦件(10)的纳米气泡产生装置(10A),分离成具有单独的主腔体和驱动装置的独立装置,分散驱动负荷。气液混合流体先经过微气泡阶段细化装置(20A)(20B)后,再流入至纳米气泡产生装置(10A)(如图6)。
如上所述的本发明的第三实施例的一种利用摩擦的纳米气泡产生系统(1C),如图6至图9所示,包含一个以上的微气泡阶段细化装置(20A)(20B)与纳米气泡产生装置(10A)。
所述微气泡阶段细化装置(20A)(20B),通过对气液混合流体施加冲击及剪断力,将气泡细化至微米阶段;所述纳米气泡产生装置(10A),对经过微气泡阶段细化装置(20A)的气液混合流体,施加摩擦力,使气泡细化至纳米气泡阶段。
所述纳米气泡产生装置(10A),如图7所示,主要包含第一主腔体(30A)、一个以上的摩擦件(10)及第一驱动装置(40A)。
所述第一主腔体(30A),包含可容纳气液混合流体的内部空间(S)、可对流体施加摩擦力的内壁(33)、流体的流入口(31)与流出口(32)。
所述一个以上的摩擦件(10),通过所述第一主腔体(30A)的所述驱动轴(41)进行旋转,产生离心力,将流体向所述内壁甩开,同时,所述一个以上的摩擦件(10)可对流体起到摩擦的作用。
所述第一驱动装置(40A),包含所述驱动轴(41),驱动所述摩擦件(10)进行旋转。
所述微气泡阶段细化装置(20A),如图9所示,主要包含第二主腔体(30B)、一个以上的冲击件(20)或叶轮(20f)及第二驱动装置(40B)。
所述第二主腔体(30B),包含可容纳气液混合流体的内部空间(S)、流入口(31)与流出口(32),并设有驱动轴(41)。
所述一个以上的冲击件(20)或叶轮(20f),设置于所述驱动轴(41),所述冲击件具备复数的突出部(21),以对流体造成冲击。
所述第二驱动装置(40B),包含所述驱动轴(41),驱动所述冲击件(20) 或叶轮(20f)进行旋转。
所述微气泡阶段细化装置(20A)的所述冲击件(20),在旋转时,在周边以齿轮等形状排列形成的所述突出部(21)对气液混合流体中包含的气泡施加冲击及剪切力,使气泡细化为微米尺寸,以对下一步通过摩擦有效生成纳米气泡做准备。
所述第二实施例的纳米气泡产生系统(1B)与第三实施例的纳米气泡产生系统(1C),均可如第一实施例的纳米气泡产生系统(1A),在所述摩擦件(10)与冲击件(20)中任意一项以上的一个以上,设置分配孔(14a)(24a)或切开型通道(14b)中的任意一项以上,以将气液混合流体的流动引导至与轴线直交的侧面。
所述第二实施例的纳米气泡产生系统(1B)与第三实施例的纳米气泡产生系统(1C),均可如第一实施例的纳米气泡产生系统(1A),在所述摩擦件中的任意一个以上,与轴线直交的侧面的最前端的转速设定为8m/sec以上为宜。
所述第一实施例的纳米气泡产生系统(1A)与所述第二实施例的纳米气泡产生系统(1B)及第三实施例的纳米气泡产生系统(1C)中的所述摩擦件(10)中的任意一个以上,与轴线直交的侧面的最前端至主腔体内壁(33)的间距(I),设置为所述摩擦件半径的1/2以下,以利用主腔体内壁(33)对气液混合流体施加摩擦力(如图3、图7)。
所述转速及间距(I),在所述摩擦件(10)中以半径最大的为基准。
另外,所述摩擦件(10)中,最接近于主腔体流出口(32)的摩擦件,在其周边,朝向主腔体流出口的棱角可形成倾斜面(17)(如图2、图4、图8)。
如上述,摩擦件(10)的棱角朝向流出口形成倾斜面(17)的构成,可以延迟流体的分离点,增加摩擦效率。
另外,上述复数的摩擦件(10)中的一个以上,在与轴线直交的一个侧面以上,可形成凹面(123)或凸面(125)中的一个以上,以增加摩擦面积(如图13的(a)、(b)、(c))。
另外,上述复数的摩擦件(10)中的一个以上,可以在圆盘型主体的周面(11)形成环形或螺旋形的凹槽(16)(如图14)。
在所述摩擦件的周面(11)形成的所述凹槽(16),可以增加对流体的摩擦面积。
另外,所述摩擦件(10)和冲击件(20)中有一个以上,为了增加摩擦面积,在其与轴线直交的两侧面(12)中的一个以上的侧面,设置一个以上的凹形面(15)(如图14、图15)。
所述凹形面(15)由与轴线方向直交的一个水平面(151)和轴线方向的两个面组成,位于所述轴线方向的两面中外侧的面,可设置为如凹形面(15)向外展开式的倾斜面(153)形状(如图15)。
采用如上结构的凹形面(15)可以增加摩擦件(10)的摩擦面积。因所述凹形面的外侧面形成倾斜面(153),因此,即使是凹形面(15),流体也能根据离心力形成顺畅的摩擦流动。
另外,所述摩擦件(10)和冲击件(20)中的一个以上,为了扩大摩擦面积,在其表面的一部分以上,可以形成细微的凹凸部(未图示),所述细微的凹凸部的表面可采用粗糙式、喷砂式、刮痕式等多种方式。
另外,两个以上的所述摩擦件(10)或冲击件(20),可通过连接部(18)形成一体式多重摩擦件(10m)或多重冲击件(如图16、图17)。
所述多重摩擦件(10m)可由两层以上的半径尺寸不同的圆盘型主体形成。
所述多重摩擦件(10m)可由排列设置于驱动轴(41)的一套摩擦件(10)连接形成一体式单体(如图17),这种构成可简便地进行处理管理和组装制作。
另外,可由一个以上的所述摩擦件(10)和一个以上的所述冲击件(20)形成一体式结构(未图示)。
另外,所述摩擦件(10)中的一个以上,可由具有复数的叶片(112)的叶轮型摩擦件(10c)形成(如图18)。
所述叶轮型摩擦件(10c)可采取多种形状。包括叶片(112)在其与轴线直交的两侧之间形成的方式(如图18的(a)、(b))在内,或一面为开放式、叶片向一面露出的方式(如图18 (c))等。
所述叶轮型摩擦件(10c)在提高旋转流速的同时,将流动流向引导到中心位置,抑制摩擦偏向于主腔体内壁方向,并扩大摩擦面积。
另外,所述第一实施例的纳米气泡产生系统(1A)、第二实施例的纳米气泡产生系统(1B)及第三实施例的纳米气泡产生系统(1C)的所述冲击件(20)中的一个以上,在其圆盘型主体的周面和与轴线直交的两个侧面(22)中的某一侧面以上,形成所述突出部(21)(如图19、20)。
另外,所述冲击件(20)中有一个以上,在其圆盘型主体与轴线直交的两侧面(22)中,某一侧面以上形成一个以上的凹形面(25)和复数的分配孔,在其主体周面和所述凹形面(25)的内侧或外侧中的任何一个以上的面均可设置复数的所述突出部(21)(如图21)。
所述冲击件(20)中的一个以上,其所述突出部可采用叶片型突出部(21a),此结构可以提高冲击件的功能,同时提高流速(如图22)。
所述纳米气泡产生装置(10A)如同所述第二实施例的纳米气泡产生系统(2B)的所述摩擦件(10),在所述驱动轴(41)以任意间隔排列设置,由一个以上的小径摩擦件(10S)和与之相比半径较大的一个以上的大径摩擦件(10L),以任意间隔混合排列形成。
所述纳米气泡产生装置(10A)的驱动轴(41)可设置一个以上的所述摩擦件(10)及一个以上的所述微气泡阶段细化装置(20A)中的所述冲击件(20)(如图8)。
如上所述,在纳米气泡产生装置(10A)设置周面具有突出部(21)的冲击件(20),尤其设置于流动流向的起点处,会对流体产生冲击力和强大的离心力,强化利用第一个主腔体内壁(33)的摩擦力。
本发明实施例的所述纳米气泡产生装置(10A)的第一主腔体(30A)内设置的摩擦件(10),可设置为一个圆筒形状的圆筒状摩擦件(10d)(如图23)。
所述圆筒状摩擦件(10d)可在周面形成一个以上的凹陷端(19)或凸起端,以增加摩擦面积及引导气液混合流体的螺旋形旋转流动(如图24)。
设置所述圆筒状摩擦件(10d)的所述纳米气泡产生装置(10A),因摩擦件由圆筒状单体构成,结构简单,具有制作简便的优点,适合小型设备,但不限于此。
另外,所述微气泡阶段细化装置(20A)的所述冲击件(20)中的一个以上,至少在其周边形成复数的所述突出部(21);在所述第二主腔体(30B)内壁(33)的一部分以上,以直接或间接的方式形成复数的突出部(37),具有突出部主体(37A)(如图25、图26)。
在所述微气泡阶段细化装置(20A)的主腔体内壁设置突出部(37),可以与冲击件的突出部(21)一起对流体造成更大的冲击力和剪断力。
所述微气泡阶段细化装置的驱动轴(41)上设置所述叶轮(20f),所述叶轮(20f)的流入口与主腔体的流入口以流入管(31a)进行连接,在所述第二主腔体(30B)的内壁(33)设置辐射状突出部(37),形成泵型微气泡阶段细化装置(20B)(如图27、图28)。
所述第二主腔体(30B)内壁的突出部(37)的形状可采用罗纹状,但不限于此。
所述泵型微气泡阶段细化装置(20B),通过叶轮(20f)流入的流体与第二主腔体的内壁(33)及突出部(37)相撞的同时,在第二主腔体内部空间发生了流体之间的冲突,产生空化作用,对流体施加冲击力和剪断力,生成微米气泡。
所述泵型微气泡阶段细化装置(20B)的叶轮(20f)和第二主腔体(30B)的内壁(33)之间,可设置蜗壳式管道(27),以吸入气液混合流体,引导至第二主腔体的内壁(33)(如图28)。
如上所述,在叶轮(20f)和第二主腔体(30B)的内壁(33)之间,通过设置蜗壳式管道(27),将流体聚集在一起,对第二主腔体的内壁(33b)和突出部(37)产生更大的水压冲突,可以强化冲击力和剪断力,产生更强大的空化作用。
所述第三实施例的纳米气泡产生系统(1C),如图6所示,可以采用多种排列方式。
如,根据气液混合流体的流动线,将泵(P)、一个微气泡阶段细化装置(20A)(20B)、一个纳米气泡产生装置(10A)依次排列设置(如图6的(a))。
或者,泵(P)与微气泡阶段细化装置(20A)(20B)组成为套,并列设置,在复数的微气泡阶段细化装置(20A)(20B)之后,连接一个纳米气泡产生装置(10A)。经过复数的微气泡阶段细化装置(20A)(20B)流出的流体聚集,通过一个纳米气泡产生装置(10A)进行处理(如图6的(b))。
再或者,根据气液混合流体的流动线,将泵(P)与复数的微气泡阶段细化装置(20A)(20B)直列串联设置,再连接纳米气泡产生装置(10A)(如图6的(c) 、(d))。
另外,在气液混合流体的流动线上,一次注入大量如氧气等气体时,会发生气体暂时过饱和导致的溢出现象。
本发明实施例中,气体注入可在上述流体流动线的多个部分进行,从而防止过饱和引起的气体溢出,使气液混合流体中含有大量气体,从而增加纳米气泡的生成效率(如图6的(c)))。
另外,上述实施例(如图6的(a)、(b)、(c)、(d))中的水泵(P)可以不设置(如图6的(e))。
如,所述微气泡阶段细化装置为泵型(20B)或者冲击件具有叶片型突出部(21a)的情况下,不设置所述泵(P)也无妨。
如上所述,根据本发明第三施例的纳米气泡产生系统(1C),由微气泡阶段细化装置(20A)(20B)和纳米气泡产生装置(10A)分别具备了另外的主腔体和驱动装置,可独立运行。因此,气泡阶段性地进行细化,有效地生成纳米气泡,即使在大容量的纳米气泡生成系统中,也可分散驱动负荷,通过一般的马达便可毫无负担地运行。
本发明第四实施例的利用摩擦的纳米气泡产生系统(1D),如29图至图33所示,包含主腔体(30)、一个以上的冲击兼摩擦件(10b)及驱动装置(40)。
所述主腔体(30)包含对气液混合流体中包含的气泡进行细小化所需的的内部空间(S)、流入口(31)和流出口(32),并设置所述驱动轴(41)。
所述一个以上的冲击兼摩擦件(10b)设置于所述驱动轴(41),其具备复数的突出部(11b)和摩擦部(12b);所述突出部(11b)对流入所述主腔体(30)的气液混合流体施加冲击,使流体旋转与所述主腔体的内壁摩擦;所述摩擦部(12b)可对流体施加摩擦力。
所述驱动装置(40),包含所述驱动轴(41),能够使所述冲击兼摩擦件(10b)进行旋转。
所述冲击兼摩擦件(10b)以任意间距排列设置于所述驱动轴(41),其周面与所述主腔体的内壁(33)以任意间距(I)直接面对设置(如图29、图30)。
所述冲击兼摩擦件(10b)的摩擦部(12b)作为与轴线直交的侧面,与所述摩擦件相同,在旋转时,对流体形成摩擦(如图32、图33)。
所述冲击兼摩擦件(10b)是同时进行冲击和摩擦,旋转时其突出部(11b)对气液混合流体中包含的气泡施加冲击和剪断力,将气泡细微化至微米气泡阶段,所述摩擦部(12b)对已细化为微米尺寸的气泡,施加强烈的摩擦力,微米气泡再次发生拉伸变形及极度细化至纳米气泡。
所述冲击兼摩擦件(10b),在旋转时,尤其是所述突出部(11b)产生离心力,将流体强力甩出到主腔体内壁(33),利用主腔体内壁(33)对流体进行摩擦,而气液混合流体则在所述冲击兼摩擦件(10b)和主腔体内壁(33)之间穿梭,形成螺旋式旋转的流动(如图29、30)。
在所述冲击兼摩擦件(10b)中的一个以上,设置所述分配孔(14a)或切开型通道(14b)中的一个以上,以将气液混合流体的流动引导至与轴线直交的侧面(如图32、图33 )。
另外,所述冲击兼摩擦件(10b)在所述驱动轴(41)上,以任意间距复数排列设置,为了将气液混合流体中包含的气泡从微米气泡阶段依次细化到纳米气泡阶段,根据流动方向的排列顺序,所述突出部(11b)的突出尺寸(11a)可依次相对变小(如图 29、 图30)。
根据本发明第四实施例的纳米气泡产生体系(1D),在驱动轴上设置所述冲击兼摩擦件(10b),而且可在驱动轴的尾部设置一个以上的所述摩擦件(10)(如图31)。
所述冲击兼摩擦件(10b)中的一个以上,在其主体的周面、与轴线直交的两侧面中某一侧面以上,设置所述突出部(11b)(未图示)。
所述冲击兼摩擦件(10b)的转速也设定在8m/sec以上,与所述主腔体内壁(33)的所述任意间距(I)在所述冲击兼摩擦件(10b)的半径的1/2以下为宜。
所述摩擦件(10)及冲击件(20)的轴孔(13)(23)可以是与所述驱动轴(41)的断面相对应的多角形或键槽等结构,当驱动轴(41)旋转时形成一体旋转(如图2、图10、图21)。
另外,所述第一实施例的纳米气泡产生系统(1A)至第四实施例的纳米气泡产生系统(1D)中的所述主腔体(30)的内壁(33)可设置螺旋形槽(36),以引导气液混合流体(如图34)。
所述第三实施例的纳米气泡产生系统(1C)中,可在第一主腔体(30A)和第二主腔体(30B)均可设置所述螺旋形槽(36)。
所述螺旋形槽(36)采用与主腔体(30)(30A)(30B) 腔身分离的单独配件的形式也无妨。
所述螺旋形槽(36)可在引导流体旋转流动的同时,增加对流体的摩擦面积。
另外,所述主腔体(30)(30A)(30B)在流出口(32)部分形成漏斗部(34),所述流出口(32)延续所述漏斗部(34)形成,并置于主腔体驱动轴的中心延长线上(如图2、图7、图23)。
在所述主腔体中,所述漏斗部(34)与流出口(32)设置于驱动轴(41)的中心延长线上,因此围绕着主腔体内壁(33)旋转的流体的流动顺畅,即使主腔体内部的压力不是高压,也能顺畅地流出。
所述主腔体(30)(30A)(30B)可在内壁(33)的一部分以上,形成细微凹凸部(35)(如图2、图7)。所述细微凹凸部(35)可由刮痕式、喷砂式凹凸等方式形成。 所述细微凹凸部(35)可设置于主腔体的流入区域,如所述微米细化区间(S1),以增加对流体的冲击与摩擦,但不限于此。
另外,所述第一实施例的纳米气泡产生系统(1A)至第四实施例的纳米气泡产生系统(1D)中的所述驱动轴(41)上,接近于主腔体(30)(30A)(30B)的流入口(31),可增设一个以上的叶轮(50)(如图35)。
如上所述,在主腔体(30)内设置叶轮(50),可以自吸式地使气液混合流体流入主腔体。
另外,氧气(O2)、臭氧(O3)、氢(H2)等注入的气体在通过主腔体(30)的处理过程中,不能全部溶解于液体,大概有40%左右以未溶解状态排出,从主腔体排出后,从液体中浮起,在空气中消失,损失较大。
为了防止这种损失,可通过连接管道设置气体采集罐(80),将从气液混合流体中浮起的未溶解气体回收、再投入(如图36)。
以下根据表1、表2,可进一步了解根据本发明第一实施例至第四实施例的一种利用摩擦的纳米气泡产生系统(1A)(1B)(1C)(1D)的作用状态。
【表 1】试验 1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
【表2】试验2
Figure DEST_PATH_IMAGE004
在表 1、表 2中,
I是摩擦件(10)与轴线直交的侧面的最前端至主腔体内壁(33)之间的间距;R是摩擦件(10)的半径,所有试验、实施例分别在如下条件下进行:
1. 试验用品 : 自来水(DO: 8.5ppm)
2. 试验温度 : 24±0.5℃
3. 注入气体及注入方法 : 氧气(O2 100%), 自吸式
4. DO 测定时间 : 从纳米气泡产生系统中流出后20秒
5. 纳米气泡生成与否判断方法:试验实施后采集样品,摇晃5秒,停止3分钟,经过微米气泡消失的时间后,在暗室里透过绿色激光束(波长532 nm),用肉眼确认判断。
与在水中显示乳白色的微米气泡不同,纳米气泡是透明的,所以一般照明状态下无法确认生成与否,将样品采集到透明容器后,在暗室里透过波长较短的绿色激光束进行确认。
此时,水中如有纳米气泡漂浮,激光束就会散射产生光,如果纳米气泡不存在,就不会产生光。
在经过上述试验过程的样品中,投射绿色激光束时,可以看出带状密集的散射光,因此确认为生成了纳米气泡。
如上述表1、2的试验结果所示,大体上,摩擦件的转速越快,被溶解氧气(Dissolved Oxygen,DO)就越多,摩擦件的转速在同一条件下,摩擦件与轴线直交的侧面的最前端至第一主腔体内壁之间的间距(I),与被设定为较宽间距的试验1相比,设定为较窄间距的试验2中,DO的增加程度更为良好。
另外,DO的增加与纳米气泡的生成未必成正比,这可能是因为DO的测定是在流出纳米气泡产生装置后的20秒进行,在流出后2~3分钟后消失的微米气泡暂时性地将DO数值提高了。
如下总结上述实施例的试验结果。
第一、摩擦件的转速至少在8m/sec以上时,微气泡会极度细化,生成纳米气泡;摩擦件的转速降至8m/sec以下的实施例中没有生成有意义的纳米气泡(试验1的实施例5,试验2的实施例5),8m/sec以上时,转速越高,纳米气泡的生成就越急速增加。
包括所述第一实施例的纳米气泡产生系统(1A)在内的多个实施例中,要求摩擦件的转速在8m/sec以上,是根据这种经验法则。
第二、对于摩擦件(10)与轴线直交的侧面的最前端与主腔体内壁(33)之间的间距(I)接近于摩擦件(10)半径(R)的1/2以下(I<1/2R)为宜(如图7的(b)、(c))。
如试验1的实施例:将摩擦件(10)与轴线直交的侧面的最前端与主腔体内壁(33)之间的间距(I)设为摩擦件(10)的1/2 以上(I>1/2R)的较远间隔(如图7的(c))与如试验2的实施例:将所述间距(I)设为摩擦件(10)半径(R)的约12/100的较窄间隔(如图7的(b)),将两项进行对比时,试验1实施例的DO及纳米气泡的生成效率明显低。
这种现象是因为由摩擦件(10)的旋转导致的离心力和流动速度,在到达主腔体内壁(33)之前逐渐减弱,降低利用主腔体内壁的摩擦力。而如试验2的实施例,将所述间距(I)缩小到摩擦件(10)半径(R)的1/2以下时,DO增加并高效地生成纳米气泡。
另外,所述复数的摩擦件(10)间隔排列设置,当驱动轴旋转时,流体发生螺旋形旋转流动(如图4、图7的(a)、图8),气液混合流体中的气泡如图1的(b)所示,在旋转摩擦件(10)的周面(11)及与轴线直交的两侧面(12)、特别是在面积大的主腔体(30)(30A)的内壁(33),拉伸变形为圆弧型,分解为更细小,加强细化至生成纳米气泡。
如上所述,纳米气泡生成的所需条件为充分的摩擦面、引导流速的摩擦件(10)的转速及摩擦件(10)与主腔体内壁(33)之间适当间距的有效形成。
所述摩擦件(10)直接面对的主腔体内壁(33),是指摩擦件(10)和冲击件旋转时因离心力而导致流体摩擦的面,因此不局限于主腔体(30)的内壁,还可以包括设置于主腔体内壁的其他部件的内壁。
也就是说,主腔体内壁(33)除了主腔体(30)本身的内壁外,还可使用因任何目的设置于主腔体内壁的另外部件替代。
以上,参照附图,对本发明的最佳实施例进行了说明。
本说明书及权利要求书中使用的用语或词语的解释,不能仅限于通常或词典中的含义,应解释为符合本发明技术思想的含义及概念。以上所记载的本发明的实施例及附图所图示的构成,仅为本发明的实施例,不能代表本发明的所有技术思想,凡未脱离本发明范围的各种替换或修改,均应当包含在本发明的技术方案内。
【产业利用性】
通过本发明的纳米气泡产生系统,可生成在品质和产量方面均为良好的纳米气泡,因此,特别是在需要大容量纳米气泡的产业领域整体,可以很容易地利用能产生有效、卓越的纳米气泡的本发明的纳米气泡产生系统。
【符号说明】
1A,1B,1C,1D :纳米气泡产生系统
10: 摩擦件 10A: 纳米气泡产生装置
10b: 冲击兼摩擦件 10c: 叶轮型摩擦件 10d: 圆筒状摩擦件
10L: 大径摩擦件 10S: 小径摩擦件
10m: 多重摩擦件 11: 周面 11a: 突出尺寸
11b: 突出部 123: 凹面 125: 凸面
12: 侧面 13: 轴孔
14a: 分配孔 14b: 切开型通道
15: 凹形面 151: 水平面 153: 倾斜面
16: 凹槽 17: 倾斜面 18: 连接部
19: 凹陷端
20: 冲击件 20A: 微气泡阶段细化装置
20B: 泵型微气泡阶段细化装置 20f: 叶轮
21: 突出部 22: 侧面 23: 轴孔 24: 分配孔
25: 凹形面 27: 蜗壳式管道
30: 主腔体 30A:主腔体 30B: 主腔体
31: 流入口 32: 流出口 33: 内壁
34: 漏斗部 35: 细微凹凸部 36: 螺旋形槽
37: 突出部 31a:流入管 37A:突出部主体
40: 驱动装置 40A: 第一驱动装置 40B: 第二驱动装置
41: 驱动轴 50: 叶轮
I:间距 S: 内部空间 S1:微米细化区间 S2:纳米细化区间。

Claims (31)

1.一种利用摩擦的纳米气泡产生系统,其特征在于,包含有:
一主腔体,包含有对气液混合流体中含有的气泡进行细小化所需的一内部空间、一流入口与一流出口,并设有一驱动轴;
一个以上的冲击件,设置于所述驱动轴,所述一个以上的冲击件具有复数的突出部,以对流入所述主腔体内的气液混合流体造成冲击的同时,使流体进行旋转而与所述主腔体内之一内壁摩擦;
复数的摩擦件,设置于所述驱动轴,以增加对所述气液混合流体的摩擦力;以及
一驱动装置,包含所述驱动轴,驱动所述冲击件和摩擦件进行旋转;
所述复数的摩擦件,以任意间距排列设置于所述驱动轴,所述复数的摩擦件的周面与所述主腔体之内壁以任意距离直接面对形成;
所述复数的摩擦件中任意一个以上,其与轴线直交的一侧面的最前端的转速设定为8m/sec以上;
在所述一个以上的冲击件与所述复数的摩擦件中的任意一个以上,设置分配孔或切开型通道中的任意一项以上,以将所述气液混合流体的流动引导至与轴线直交的侧面。
2.一种利用摩擦的纳米气泡产生系统,其特征在于,包含有:
一主腔体,包含对气液混合流体中含有的气泡进行细小化所需的一内部空间、一流入口与一流出口,并设有一驱动轴;
一个以上的冲击件,设置于所述驱动轴,所述一个以上的冲击件具有复数的突出部,以对流入所述主腔体内的气液混合流体造成冲击的同时,使流体进行旋转而与所述主腔体之一内壁摩擦;
复数的摩擦件,设置于所述驱动轴,以增加对所述气液混合流体的摩擦力;以及
一驱动装置,包含所述驱动轴,驱动所述冲击件和摩擦件进行旋转;
所述复数的摩擦件,以任意间距排列设置于所述驱动轴,所述复数的摩擦件的周面与所述主腔体之内壁以任意距离直接面对形成;
所述复数的摩擦件,由一个以上的小径摩擦件和与之相比半径相对较大的一个以上的大径摩擦件,以任意间距排列设置。
3.如权利要求1或2中任何一项所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述驱动轴依次设置于一微米细化区间和一纳米细化区间;
所述微米细化区间,由一个以上的所述冲击件排列组成,以将流入至所述主腔体内的气液混合流体中含有的气泡分解为微气泡阶段;
所述纳米细化区间,根据流动方向设置于所述微米细化区间之后,由一个以上的所述摩擦件排列组成,以将微米细化阶段的气泡,进一步极度细化至纳米气泡。
4.如权利要求3所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述的微米细化区间,可设置一个以上的冲击件,以形成强力的离心力。
5.如权利要求3所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述的微米细化区间,在与所述冲击件相对的所述主腔体内壁上,设置有一环形的固定件;
所述固定件的一环形内围,可形成复数的突出部。
6.一种利用摩擦的纳米气泡产生系统,其特征在于,包含有一个以上的微气泡阶段细化装置与纳米气泡产生装置;
所述一个以上的微气泡阶段细化装置,通过对气液混合流体施加冲击及剪断力,以将气泡细化至微米阶段;
所述纳米气泡产生装置,对经过所述微气泡阶段细化装置的所述气液混合流体,施加摩擦力,以将气泡细化至纳米气泡阶段;
所述纳米气泡产生装置,包含一第一主腔体、一个以上的摩擦件及一第一驱动装置;
所述第一主腔体,包含可容纳所述气液混合流体的一内部空间、可对流体施加摩擦力的一内壁、一流体的流入口与一流体流出口;
所述一个以上的摩擦件,通过设置于所述第一主腔体的一驱动轴进行旋转,产生离心力,将流体向所述内壁甩开,同时,所述一个以上的摩擦件对流体起到摩擦的作用;
所述第一驱动装置,包含所述驱动轴,驱动所述摩擦件进行旋转;
所述微气泡阶段细化装置,包含一第二主腔体、一个以上的冲击件或叶轮及一第二驱动装置;
所述第二主腔体,包含可容纳所述气液混合流体的一内部空间、一流入口与一流出口,并设有一驱动轴;
所述一个以上的冲击件或叶轮,设置于所述驱动轴,所述一个以上的冲击件或叶轮具有复数的突出部,以对流体造成冲击;
所述第二驱动装置,包含所述驱动轴,驱动所述冲击件或叶轮进行旋转。
7.如权利要求2或6所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述摩擦件与冲击件,在其任意一项以上的一个以上,设置分配孔或切开型通道中的任意一项以上,以将所述气液混合流体的流动引导至与轴线直交的一侧面。
8.如权利要求2或6所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述摩擦件中的任意一个以上,其与轴线直交的一侧面的最前端的转速设定为8m/sec以上。
9.如权利要求1、2及6中任何一项所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述摩擦件中的任意一个以上,与轴线直交的一侧面的最前端至所述主腔体内壁的间距,设定为所述摩擦件的半径的1/2以下,以利用所述主腔体内壁对所述气液混合流体施加摩擦力。
10.如权利要求1、2及6中任何一项所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中为了增加摩擦面积,所述摩擦件和冲击件中的一个以上,在与轴线直交的两侧面中的一个以上的侧面,设置一个以上的凹形面。
11.如权利要求1、2及6中任何一项所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述摩擦件和冲击件中的一个以上,在其表面的一部分以上,形成细微的凹凸部。
12.如权利要求1、2及6中任何一项所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中通过一连接部连接两个以上的所述摩擦件或冲击件,形成一体式多重摩擦件或多重冲击件。
13.如权利要求1、2及6中任何一项所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述摩擦件中的一个以上,由具有复数叶片的叶轮型摩擦件构成。
14.如权利要求1、2及6中任何一项所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述冲击件中的一个以上具有圆盘型主体,在其圆盘型主体的一周面和与轴线直交的两个侧面中的某一侧面以上,形成所述突出部。
15.如权利要求1、2及6中任何一项所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述冲击件中的一个以上具有圆盘型主体,在其圆盘型主体与轴线直交的两个侧面中,在某一侧面以上形成一个以上的凹形面和复数的分配孔,在其圆盘型主体周面和所述凹形面的内侧或外侧中的任何一个以上的面,均设置复数的所述突出部。
16.如权利要求1、2及6中任何一项所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述冲击件中的一个以上,其所述突出部是采用叶片型突出部。
17.如权利要求6所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述纳米气泡产生装置的所述摩擦件,在所述驱动轴上以任意间隔排列设置,由一个以上的小径摩擦件和与之相比半径较大的一个以上的大径摩擦件,以任意间隔混合排列形成。
18.如权利要求6所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述纳米气泡产生装置的驱动轴上,设置有一个以上的所述摩擦件及一个以上的所述微气泡阶段细化装置中的所述冲击件。
19.如权利要求6所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述纳米气泡产生装置的第一主腔体内设置的摩擦件,设置为一个圆筒形状的圆筒状摩擦件。
20.如权利要求19所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述圆筒状摩擦件在其周面形成一个以上的凹陷端或凸起端,以增加摩擦面积并引导所述气液混合流体的螺旋形旋转流动。
21.如权利要求6所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述微气泡阶段细化装置的所述冲击件中的一个以上,至少在其周边形成复数的所述突出部;在所述第二主腔体内壁的一部分以上,以直接或间接的方式形成复数的突出部。
22.如权利要求6所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述微气泡阶段细化装置的驱动轴上,设置所述叶轮,所述叶轮的流入口与所述主腔体的流入口以一流入管进行连接,在所述第二主腔体的内壁设置一辐射状突出部,形成泵型微气泡阶段细化装置。
23.如权利要求22所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述泵型微气泡阶段细化装置的叶轮和第二主腔体的内壁之间,可设置一蜗壳式管道,以吸入所述气液混合流体,引导至第二主腔体的内壁。
24.一种利用摩擦的纳米气泡产生系统,其特征在于,包含有:
一主腔体,包含对气液混合流体中含有的气泡进行细化的一内部空间、一流入口和一流出口,并设置有一所述驱动轴;
一个以上的冲击兼摩擦件,设置于所述驱动轴,所述一个以上的冲击兼摩擦件具有复数的突出部和摩擦部;所述突出部对流入所述主腔体的所述气液混合流体施加冲击,使流体旋转与所述主腔体的一内壁摩擦;所述摩擦部对流体施加摩擦力;
一驱动装置,包含所述驱动轴,使所述冲击兼摩擦件进行旋转;
所述冲击兼摩擦件以任意间距排列设置于所述驱动轴,所述冲击兼摩擦件的周面与所述主腔体的内壁,以任意间距直接面对设置。
25.如权利要求24所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中在所述冲击兼摩擦件中的一个以上,设置所述分配孔或切开型通道中的一个以上,以将所述气液混合流体的流动引向与轴线直交的一侧面。
26.如权利要求24所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述冲击兼摩擦件,以任意间距复数排列设置于所述驱动轴上,为了将所述气液混合流体中含有的气泡从微米气泡阶段依次细化到纳米气泡阶段,根据流动方向的排列顺序,所述突出部的突出尺寸可依次相对变小。
27.如权利要求24所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述冲击兼摩擦件中的一个以上,在其周面、与轴线直交的两侧面中某一侧面以上,设置所述突出部。
28.如权利要求1、2、6及24项中任何一项所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述主腔体的内壁,设置有一螺旋形槽,以引导所述气液混合流体。
29.如权利要求1、2、6及24项中任何一项所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述主腔体在流出口部分形成一漏斗部,所述流出口延续所述漏斗部形成,并置于所述主腔体之驱动轴的一中心延长线上。
30.如权利要求1、2、6及24项中任何一项所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述主腔体在内壁的一部分以上,形成细微凹凸部。
31.如权利要求1、2、6及24项中任何一项所述的利用摩擦的纳米气泡产生系统,其中所述驱动轴上,接近所述主腔体之流入口,设置有一个以上的叶轮。
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