CN204365155U - 反气泡发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种反气泡发生器。在反气泡发生器中，包括射流或液滴产生系统，从第一流体经气体相产生离散相的射流或液滴；容器，容纳有连续相的第二流体；液膜产生装置，用于在第二流体上形成液膜；在外力的作用下，射流或液滴经液膜向第二流体运动，并形成反气泡。本实用新型实现了简单方便的产生大量的反气泡，可以满足大规模工业应用的需求。

Description

反气泡发生器

技术领域

本实用新型涉及制泡领域，具体涉及一种反气泡发生器及反气泡制备方法。

背景技术

肥皂泡是存在于气体中由一层薄薄的液膜组成的一个球壳体，泡的内外都是气体。然而许多人不清楚，与之相似的还有反气泡，具有相反的结构。反气泡是存在于流体中，由一层薄薄的气膜组成的一个球壳体，泡的内外都是流体。尽管早在1932年就已经出现有关反气泡的报道，在1974年被正式命名，但反气泡依然是一个我们所知甚少，且有待突破的领域。

反气泡具有许多潜在的应用价值，反气泡泡沫构成的空气网可以过滤空气，反气泡泡沫的气液表面积很大可以用于化工清洗，反气泡内部可以盛装特定液体进行物质输运等等。然而反气泡的实际应用却很少，主要原因之一就是反气泡的产生很困难，产生条件苛刻且产量很小。

目前已知的产生反气泡的方法只有一种，就是利用液滴或者液体射流冲击液面，在液滴或者液体射流与液面之间形成一层气膜，在重力作用下液滴或者液体射流压迫液面进入流体内部，随后气膜闭合，并在表面张力的作用下变成球形，形成反气泡。但是这种产生反气泡的方法对液面洁净度要求很高，反气泡的成活率很低，而且产量很小。因此需要一种产生反气泡的新技术，可以方便的产生大量的反气泡，以便满足大规模工业应用的需求。

发明内容

本实用新型的目的是提供了一种泡沫式反气泡发生器，可以简单方便地 产生大量的反气泡，满足大规模工业应用的需求。

为实现上述目的，本实用新型提供一种反气泡发生器。该反气泡发生器包括：射流或液滴产生系统，从第一流体经气体相产生离散相的射流或液滴；容器，容纳有连续相的第二流体；液膜产生装置，用于在第二流体上形成液膜；在外力的作用下，射流或液滴经液膜向第二流体运动，并形成反气泡。

优选地，射流或液滴产生系统包括第一喷嘴，用于形成在气体相中的流体射流，由此产生液滴。

优选地，射流或液滴产生系统包括滴流嘴，凝结器或振动器，用于产生液滴。

优选地，所述液膜是泡沫层的液膜。进一步优选地，反气泡发生器包括第二喷嘴，在第二流体中形成气泡，进而形成漂浮在气液界面上的泡沫层。射流或液滴产生系统也可以包括定位管，定位管指向所述泡沫层泡与泡的交接区域；其中流体射流穿过定位管，然后经过所述泡沫层泡与泡的交接区域。

优选地，液膜产生装置包括液膜框架，液膜框架部分浸没第二流体中，部分在气体相中。

优选地，外力是重力。

优选地，液滴产生系统包括内转子，内转子内容纳离散相的第一流体；液膜产生装置包括外转子，外转子内容纳连续相的第二流体；外力是离心力，外转子在离心力作用下在桶内形成第二流体的圆柱形液面。进一步优选地，液膜产生装置包括气泡发生器，通过气泡发生器产生的气泡漂浮在圆柱形液面上而形成液膜；在离心力作用下，离散相的第一流体从喷嘴流出形成射流呈辐射状射向气泡，借助液膜进入连续相的第二流体内部形成反气泡。外转子和内转子可以转速不同。

优选地，所述外力是磁场力，液滴产生系统在离散相的第一流体中添加磁性颗粒，在外加磁场力的作用下，液滴向连续相的第二流体运动，并形成 磁性反气泡。

本实用新型实现了简单方便的产生大量的反气泡，可以满足大规模工业应用的需求。

附图说明

图1是根据本实用新型第一实施例的泡沫式反气泡发生装置；

图2为反气泡的示意图；

图3是射流入水形成反气泡的机理示意图；

图4为本实用新型第二实施例提供的一种液膜式反气泡发生装置的示意图；

图5为液膜式反气泡发生装置射流入水形成反气泡的机理示意图；

图6为一种液膜框架的示意图；

图7(a)和图7(b)为本实用新型第三实施例提供的一种反气泡发生装置的示意图；

图8为本实用新型第四实施例提供的一种液膜式反气泡发生装置的示意图；

图9(a)-9(h)示意了反气泡形成过程的快照；

图10示意了泡沫层的基本结构；

图11示意了气泡和反气泡分离的一个示例。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细、清楚、完整的说明，附图中，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是根据本实用新型第一实施例的泡沫式反气泡发生装置。该泡沫式反气泡发生装置可以简单地分为射流或液滴产生系统，从第一流体在气体相中产生离散相的射流或液滴；容器，容纳有连续相的第二流体；液膜产生装置，用于在第二流体上方形成液膜；在外力的作用下，射流或液滴经液膜向第二流体运动，并形成反气泡。

如图1所示，射流或液滴产生系统可以包括至少一个喷嘴108，用于形成若干在气体相中的第一流体的射流。该系统可以采用水泵102从进管135泵取第一流体，并且通过管道104向喷流嘴108提供第一流体，并且进一步采用阀门104进行流体速度和/或流体量的调节。该系统还可以包括至少一个喷流嘴128，用于产生在容纳在容器(未图示)内的流体相的第二流体中驱动反气泡移动的助推流，喷流嘴128所喷的流体的流量和/或流速可以通过阀门126调节。第一流体与第二流体可以相同也可以不同。第一流体和/或第二流体可以是无机溶液(例如水、液氨、液态二氧化碳等)，也可以是有机溶液(苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯等)；可以是溶液也可以是乳化液或悬浮液；可以添加各种溶质(如盐等)、染料、荧光物质、催化剂或反应物、颗粒物、磁性物质或可磁化的物质等等。对第一流体和第二流体的描述不限于此。

液膜产生装置可以是至少一个喷流嘴156，用于向流体相的第二流体输送气体相的第一气体，在流体相的第二流体中形成气泡162。气泡162上升，在液面上形成泡沫。进而，形成漂浮在第二气体和第二流体之间的气液界面上的泡沫层148。在气体相的第二气体中可以依靠风力使泡沫均匀分散在气液界面152上。可以采用一个集泡框145，泡沫被约束在集泡框145内，集泡框145可以不设上盖和下底，只有周壁，用于约束泡沫在特定的区域，不至于在整个液面上任意漂浮。液膜产生装置可以包括气源112，通过管道向喷嘴156输送第一气体。所述第一气体与第二气体可以相同，也可以不同。优选地，所述第一气体和第二气体可以是空气，也可以根据惰性、 密度、溶解度等标准选择其他气体(如氩气、氮气、六氟化硫等)。气泡例如可以是肥皂泡。气体系统还可以包括喷嘴116，用于在阀门114的控制下在气体相中依靠风力使泡沫均匀分散在气液界面152。

当然，泡沫层的产生，除气流法外，还可以通过搅动法或溶解气法。在搅动法，通过搅动或振动液面，使液面失稳，卷吸气体进入流体内部，形成气泡，进而形成泡沫；在溶解气法，通过降低气压，使溶解于流体内的气体析出，形成气泡，进而形成泡沫。

在操作中，喷嘴108所形成的射流158向下坠落。射流坠落过程中由于瑞利-帕拉廷(Rayleigh-Platean)不稳定性散落成一串小液滴。散落成小液滴的过程可以发生在与气泡接触之前，也可以发生在进入气泡交界面或交接轴之后，甚至也可以发生在进入第二流体的液面之后。当然，除了由射流散落形成液滴外，也可以采取滴水法、凝结法或振动法产生单个或多个液滴。滴水法中，依靠重力和表面张力使液滴从滴流嘴处断裂脱落而成。在凝结法，水汽在密闭空间空化饱和后在密闭容器顶部凝结成水，使水滴增大，直至脱落形成液滴(脱落原理与滴水法一样)。在振动法，通过振动使液面失稳，形成液滴。

射流或液滴可以落在气泡的交界区域。该交界区域通常是两个气泡的交界面或多个气泡的交界轴附近。液滴未必一定要落在交接线或者交接点上，根据具体液滴下落速度、液滴直径、肥皂泡的大小和气泡液膜的厚度，落点可以偏离交接线或交接点一个或多个液滴直径的距离。需要指出，液滴下落可以依靠重力，也可以是其他惯性力，比如离心力，也可以是电磁力等等；当然方向不限于向下，也可以是其他方向。

如果与气泡的液膜接触之前射流散落成液滴，那么由于表面活性剂的作用，在液滴与气泡的液膜之间形成了一个气体层。随着液滴的下坠和气泡液膜的变形，气泡之间的气泡液膜逐渐包裹住液滴，并在液滴外侧和液膜内侧之间形成了一个气膜。所述由气膜包裹的液滴在气泡交接液膜面上或者多个 气泡的交接轴上继续下坠与液面接触并进入流体内部，随后挣脱液膜的束缚，形成反气泡146。

如果射流在在进入气泡交界面或交接轴之后散落成液滴，此时气泡之间的气泡液膜逐渐包裹住液滴，并在液滴外侧和液膜内侧之间形成了一个气膜。所述由气膜包裹的液滴在气泡交接液膜面上或者多个气泡的交接轴上继续下坠与液面接触并进入流体内部，随后挣脱液膜的束缚，形成反气泡146。

如果射流在进入第二流体的液面之后才散落成液滴，则液滴和第二流体之间形成有气膜，该气膜会随着液滴的形成而完全包裹液滴，形成反气泡146。

在射流外侧可以优选设置定位管122。定位管122所在位置吸附气泡并成为气泡交接区域，使射流下落在气泡交接区域。当吸附在定位管附近的某个气泡破裂，周围的其他气泡将自动迅速填充，保持定位管所在位置是气泡交接区域。当然，也可以不加定位管，依靠射流或者液滴直接穿透肥皂泡，然后入水形成反气泡；或者液滴或者射流被肥皂泡阻挡喷溅散落成液滴，然后进入气泡之间的液膜，进而形成反气泡。

所述反气泡群在喷嘴128产生的助推流的推动下离开反气泡发生区以备他用。

图2为反气泡的示意图。反气泡20的内部流体为第一流体24，第一流体24外包裹有气膜22，气膜22外是处于反气泡外的第二流体26。

图3是射流入水形成反气泡的机理示意图。如图3所示，在射流30外侧设置定位管122，定位管122所在位置吸附气泡并成为气泡交接区域(参见标号36，即肥皂泡的交界面或交界线)，使射流30下落在气泡交接区域36。喷嘴108射出的流体射流首先穿过定位管122，然后经过所述泡沫层的泡与泡的交接区域36，最后经液面38进入流体相形成反气泡群39。

当然，可以如图1所示在喷嘴108的出口前的第一流体与产生反气泡的第二流体之间连接导线154，以减少电位差，增加反气泡的成活率。

图10示意了泡沫层的基本结构。在该结构中，通常三个气泡，气泡1， 气泡2，气泡3相邻。气泡1、2、3和流体分别有交界面110，115，116，气泡1、2、3彼此之间构成交界面112、114、118，三者之间又会有一个共同的交接轴119。液滴穿透气泡之间的交界面后形成反气泡的概率大，尤其是穿透其三个气泡的共同交界轴。

本实用新型实现了简单方便的产生大量的反气泡，可以满足大规模工业应用的需求。

图4为本实用新型第二实施例提供的一种液膜式反气泡发生装置的示意图。该液膜式反气泡发生装置同样分为液滴产生系统，从第一流体经气体相产生离散相的液滴；容器，容纳有连续相的第二流体；液膜产生装置，用于在第二流体上形成液膜；在外力的作用下，射流或液滴经液膜向第二流体运动，并形成反气泡。

如图4所示，所述液滴产生系统可以包括流体箱412和在流体箱412底部或较低位置的滴流嘴414。流体箱412中注入一定量的第一流体。在流体箱412确定的液压下，滴流嘴414以特定的速率形成特定大小的液滴。除了可以由滴流嘴产生的液滴，液滴也可以是射流坠落过程中由于Rayleigh-Platean不稳定性散落成串的液滴，或凝结器或振动器产生的单个或多个液滴。凝结器中，水汽在密闭空化饱和后在密闭容器顶部凝结成水，使水滴增大，直至脱落形成液滴。如果采用振动器，通过振动使液面失稳，形成液滴。

优选地，在流体箱下方设有滴流管，通过调整堰流壁高度，调整液位高度，进而保证滴流管的液压，以此产生一定产出频率一定大小的液滴。液滴产生系统可以包括进流管432，通过液泵402和管道注入箱412，注入流体的速度和总量可以采用阀门404加以控制。如果注入流体箱412的流体较多，可以通过溢流管442排放。

液滴产生系统还可以包括阀门436和至少一个喷嘴406，用于将流体抽送至到第二流体(下文将提及)的容器(未设标号)中产生驱动反气泡 移动的助推流。在第一流体不同于第二流体的情况下，可选择通过喷嘴406将第二流体抽送至第二流体中。

液膜产生装置可以采用液膜框架实现。液膜框架可以部分浸没液相中，一半在气相中，由此产生液膜415。可以采用链条系统(未图示)带动，不断再生液膜415。所述气相可以是空气，也可以根据惰性、密度、溶解度等标准选择其他气体(如氩气、氮气、六氟化硫等)。图6为一种液膜框架的示意图。图中示意框架为方形的单元格构成，当然也可以采取其它形状的单元格，比如圆形的。当然，液膜也可以是以其他方式产生的。

在操作中(参见图5，图5为液膜式反气泡发生装置射流入水形成反气泡的机理示意图)，液滴425在重力或者其他力(比如离心力，磁力等等)的作用下落在液膜上，当然坠落的方向不限于向下，也可以是其他方向。当液滴52与液膜接触时，由于表面活性剂的作用，在液滴与气泡的液膜之间形成了一个气体层(54)。随着液滴的下坠和液膜的变形，液膜逐渐包裹住液滴，并在液滴外侧和液膜内侧之间形成了一个气膜56。随后，气膜闭合，液滴挣脱液膜的束缚，形成包裹了气膜和液膜的双膜液滴，所述液滴与水面接触后外层液膜与液面合并，气膜包裹着液滴沉入液相中形成反气泡58。所述反气泡在所述助推流的推动下离开反气泡发生区以备他用。

回到图4，优选地，可以在滴流管出口前的流体与产生反气泡的流体之间连接导线424，以减少电位差，增加反气泡的成活率。

依靠重力作用可以产生反气泡，在诸如太空空间站等没有重力或者重力较弱的场合，也可以依靠离心力或其它惯性力或电磁场力产生反气泡。

图7(a)和图7(b)为本实用新型第三实施例提供的一种反气泡发生装置的示意图。如图7(a)和图7(b)所示，外转子705作为容器，其内容纳连续相流体702，在离心力作用下在桶内形成圆柱形液面708。气泡发生器(未图示)产生气泡712，气泡漂浮在圆柱形液面上，构成液膜。射流或液滴产生系统包括内转子717和喷嘴704；内转子717内容纳离散相流体716。在 离心力作用下，离散相流体从喷嘴704流出形成射流720呈辐射状射向气泡，借助液膜进入连续相流体702内部形成反气泡706。当外转子705和内转子717转速相同时，射流垂直射入肥皂泡；当转速不同时，射流斜射入气泡，选择合适的角度，以求最好的产泡效果。当然，也可以采取单独的液膜代替泡沫层。

也可以利用磁场力产生反气泡。图8为本实用新型第四实施例提供的一种液膜式反气泡发生装置的示意图。如图8所示，在离散相流体806(界面804)添加磁性颗粒，在外加磁场802的作用下，液滴810经液膜812后(液滴814)向连续相流体826运动，并形成磁性反气泡824。当然也可以利用其他力，或者诸多力的复合产生反气泡。

图9(a)-9(h)示意了反气泡形成过程的快照。

本实用新型实现了简单方便的产生大量的反气泡，可以满足大规模工业应用的需求。

图11示意了气泡和反气泡分离的一个示例。如果发生气泡和反气泡掺混的现象，可以利用浮力差将气泡和反气泡分离。因为反气泡只在气膜内含有气体，气膜很薄，体积很小，所以浮力很小，所以反气泡上浮速度很慢。。在图中，在高速流体124和低速流体122并行助推下，较轻的气泡126和较重的反气泡128分离。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种反气泡发生器，包括：射流或液滴产生系统，从第一流体经气体相产生离散相的射流或液滴；容器，容纳有连续相的第二流体；液膜产生装置，用于在第二流体上形成液膜；在外力的作用下，射流或液滴经液膜向第二流体运动，并形成反气泡。

2.如权利要求1所述的反气泡发生器，其中射流或液滴产生系统包括第一喷嘴，用于形成在气体相中的流体射流，由此产生液滴。

3.如权利要求1所述的反气泡发生器，其中射流或液滴产生系统包括滴流嘴，凝结器或振动器，用于产生液滴。

4.如权利要求1所述的反气泡发生器，其中所述液膜是泡沫层的液膜。

5.如权利要求3所述的反气泡发生器，其中包括第二喷嘴，在第二流体中形成气泡，进而形成漂浮在气液界面上的泡沫层。

6.如权利要求3所述的反气泡发生器，其中射流或液滴产生系统包括定位管，定位管指向泡沫层泡与泡的交接区域；其中流体射流穿过定位管，然后经过泡沫层泡与泡的交接区域。

7.如权利要求1所述的反气泡发生器，其中液膜产生装置包括液膜框架，液膜框架部分浸没第二流体中，部分在气体相中。

8.如权利要求1所述的反气泡发生器，其中液滴产生系统包括内转子，内转子内容纳离散相的第一流体；液膜产生装置包括外转子，外转子内容纳连续相的第二流体；外力是离心力，外转子在离心力作用下在桶内形成第二流体的圆柱形液面。

9.如权利要求8所述的反气泡发生器，其中液膜产生装置包括气泡发生器，通过气泡发生器产生的气泡漂浮在圆柱形液面上而形成液膜；在离心力作用下，离散相的第一流体从喷嘴流出形成射流呈辐射状射向气泡，借助液膜进入连续相的第二流体内部形成反气泡。

10.如权利要求1所述的反气泡发生器，其中所述外力是磁场力，液滴产生 系统在离散相的第一流体中添加磁性颗粒，在外加磁场力的作用下，液滴向连续相的第二流体运动，并形成磁性反气泡。