CN213725840U - 一种纳米级氧气泡的制备系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种纳米级氧气泡的制备系统。该纳米级氧气泡的制备系统包括气液混合装置包括气液混合装置、一级和二级细化装置；气液混合装置包括供氧装置、净水罐、加气旋流器和旋流加气罐；净水罐经加气旋流器与旋流加气罐相连，供氧装置与旋流加气罐相连；一级细化装置包括旋流减压膨胀细化装置，旋流减压膨胀细化装置经管路与旋流加气罐底端出液口相连；二级细化装置包括纳米气泡水罐和窄缝切割器，窄缝切割器经管路与旋流减压膨胀细化装置相连。该纳米级氧气泡的制备系统结构简易、成本低、稳定性高、高产能，可大规模工业化生产溶氧浓度大于100mg/L的纳米气泡水，纳米气泡粒径更小，可满足医学、医疗、食品、环保技术的发展。

Description

一种纳米级氧气泡的制备系统

技术领域

本实用新型涉及纳米气泡制备技术领域，尤其涉及一种纳米级氧气泡的制备系统。

背景技术

纳米气泡，即具有小于1μm(1000nm)的直径的气泡。纳米气泡具有常规尺寸气泡所不具备的物理与化学特性，如：高内压、高表面能、高界面活性等。气泡纳米化是化学、食品和环保工业中促进物质传递、能量传递、热量传递和增进化学反应速度的关键技术。

根据杨-拉普拉斯法则，纳米级气泡表面张力与气泡直径大小成反比，与气泡内压成正比。表面张力增大，气泡不断收缩，同时内压也随之增大，即所谓出现自我加压现象。一旦收缩的气泡内压与表面张力失去平衡，纳米气泡最后大约在4000个大气压的压力下破裂，气泡破裂后成为活性气体分子(自由氧)，其自由热运动增强，可以随时与水分子的H⁺、OH^-形成稳定的共价键，这样就形成了稳定的超饱纳米气泡水体系(H₂O.(O₂)₉)。

作为在液相中产生纳米气泡的纳米气泡产生方法，研究者提出了各种各样的技术：

中国实用新型专利CN206328202U公开了一种高氧水制备方法：利用气液混合泵负压作用吸入气体，高速旋转的泵叶轮将液体与气体混合搅拌并打碎气泡，制取微纳米气泡高浓度液体。该技术可实现大规模工业生产，但气液比约为1:9(吸气量为8-10％)，微纳米气泡直径大且不均匀、不稳定。

中国实用新型专利CN 102173498B公开了一种旋回切割法制备高氧水的生产方法及装置：是利用一个环状填料以轴心高速旋转进行气体切割，氧气与从填料小孔甩出的水相遇，在水流和氧气流两股流体相互对流强制碰撞传质交换实现微纳米气泡产生。该技术的氧气流量为200-400L/h，水流量为25-35L/h，溶氧率可达20-50mg/L。但该装置要求氧气供应量大，成本高，产能低，不适合大规模工业化生产。

中国专利CN201510424048X、ZL2018204389012公开一种基于气液体微纳米切割细化的高氧水制备系统，利用静态变螺距螺旋切割器几乎在常温常压下实现气体的微纳米量级的切割细化，消耗能量少，可实现大规模工业化。但静态变螺距螺旋切割器只能实现溶氧≤60mg/L，且设备制造成本高，溶氧能力有限。

日本特开2006-289183号公报公开了在含有微米气泡等微细气泡的液相中施加超声振动，从而利用该振动使微米气泡等崩溃，产生纳米气泡。该实用新型是基于溶解于液相中的气体来产生纳米气泡，有难以使产生纳米气泡后的液相中的过饱和度稳定之类的问题。

可见目前还没有一种低成本、稳定性高、高产能，可以满足医学、医疗、食品、环保等有高超饱和气体溶解浓度要求领域的，可以大规模工业化生产纳米气泡水(溶氧浓度大于100mg/L)的成熟技术和生产工艺。因此，研究出一种氧气超饱和溶解浓度高、纳米气泡粒径更小、稳定性更高、低成本、易维护、低能耗、可大规模工业化的纳米气泡水技术和生产工艺，对于医学、医疗、食品、环保技术的发展，都具有十分重要的意义。

实用新型内容

本实用新型提供了一种纳米级氧气泡的制备系统，结构简易、成本低、稳定性高、高产能，可以大规模工业化生产溶氧浓度大于100mg/L的纳米气泡水，纳米气泡粒径更小，可以满足医学、医疗、食品、环保技术的发展，解决了现有技术中存在的问题。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种纳米级氧气泡的制备系统,包括：

气液混合装置，所述气液混合装置包括供氧装置、净水罐、加气旋流器和旋流加气罐；净水罐经加气旋流器与旋流加气罐相连，供氧装置与旋流加气罐相连；

一级细化装置，所述一级细化装置包括旋流减压膨胀细化装置，旋流减压膨胀细化装置经管路与旋流加气罐底端的出液口相连；

二级细化装置，所述二级细化装置包括纳米气泡水罐和设于其内的窄缝切割器，所述窄缝切割器经管路与所述旋流减压膨胀细化装置相连。

进一步地，所述旋流加气罐包括相连通设置的主罐和副罐；加气旋流器设于所述主罐内，净水罐经输水管路与加气旋流器相连，供氧装置经输气管路与副罐相连；旋流减压膨胀细化装置经管路与主罐底端的出液口相连；

加气旋流器的底端出口伸入所述主罐的液面下方设置，与供氧装置相连的输气管路的出口伸入所述副罐的液面下方设置；在旋流加气罐顶端和加气旋流器之间设置一旋流加气管。

进一步地，所述供氧装置包括氧气源和氧气罐，氧气源进入氧气罐后经与氧气罐相连的输气管路减压输送至旋流加气罐的副罐的液面下。

进一步地，所述氧气源为医用级氧气源或者医用制氧机和氧气罐。

进一步地，在净水罐与加气旋流器相连的输水管路上设净水泵、净水泵压力表。

进一步地，旋流加气管用于将旋流加气罐内液面上方的氧气输送进入加气旋流器。从而实现进入加气旋流器内的净水内混合氧气并一同进入旋流加气罐内的液面下。

进一步地，在旋流减压膨胀细化装置与主罐底端的出液口相连的管路上设置气水泵。

进一步地，所述加气旋流器为内部空腔呈漏斗形的管道；在主罐和副罐之间设置上连通气管和下连通水管，上连通气管用于连通主罐和副罐的上部气体空间，下连通水管用于连通主罐和副罐内的液体空间。

进一步地，在所述输气管路上设置控制阀，在所述旋流加气罐上设置旋流加气罐压力表、上液位传感器和下液位传感器，所述控制阀、旋流加气罐压力表、上液位传感器和下液位传感器分别与外部控制器电连接。

进一步地，所述旋流加气罐压力表设于所述主罐上，所述上液位传感器和下液位传感器设于所述副罐内。

进一步地，所述控制阀包括气体减压阀、氧气压力表、气体流量调节阀、针阀、电磁气体开关阀、单向阀。

旋流加气罐排出白色气水混合液，经过气水泵加压后进入旋流减压膨胀细化器侧面的切向进液口。

进一步地，在旋流减压膨胀细化装置的底端设置底流口，所述底流口经导水管路伸入纳米气泡水罐内与所述窄缝切割器相连，在旋流减压膨胀细化装置的顶部外侧连接一进液管，所述进液管经泵体与所述旋流加气罐的出液口相连。

进一步地，在进液管上设置纳米气泡水流量调节阀和纳米气泡水压力表。

进一步地，在纳米气泡水罐上设置安全阀。

进一步地，在导水管路上设置一级纳米气泡水流量调节阀。

进一步地，所述旋流减压膨胀细化装置为气液旋流分离器改装而成，气液旋流分离器的溢流口由闷盖密封。旋流减压膨胀细化装置内的旋流腔圆柱段直径大于导水管路直径1-4倍。如此设置，由于旋流减压膨胀细化装置的旋流腔圆柱段截面面积突然增大，水流速度下降，静压力增加，气泡被压缩，气泡内压增加，部分气泡破裂，气体溶解于水中。随着旋流减压膨胀细化装置的圆锥段沿着水流方向截面面积逐渐减小，水流速度增加，静压力减小，水中未溶解的部分氧气突然膨胀，脱离水分子分子键能的约束，成为自由氧，溶入水中，这样就形成一级纳米气泡高氧水，此为一级气泡细化溶氧。此外，旋流减压膨胀细化装置还起到强化气液混合作用。

进一步地，所述窄缝切割器包括截流板、窄缝切割板总成和用于连接固定截流板和窄缝切割板总成的固定套；在截流板内设置截流通道，截流通道开口呈逐渐减小设置；在窄缝切割板总成的板面上沿水流方向间隔设置若干个间隔腔，在各间隔腔外侧的窄缝切割板总成上设置放射状的窄缝组，所述窄缝组沿水流方向部分重叠设置。

进一步地，所述窄缝切割板总成由若干个窄缝切割单板组成，相邻窄缝切割单板的端部之间密封，在各窄缝切割单板的一侧设置所述间隔腔，相邻窄缝切割单板经所述间隔腔间隔设置；所述窄缝组设于各间隔腔所对应的窄缝切割单板上；在窄缝切割板总成上设置用于固定连接各窄缝切割单板的定位件。

进一步地，所述定位件为定位销。各窄缝切割单板经至少两定位销固定连接。

进一步地，所述窄缝组包括4-10条窄缝，各条窄缝以窄缝切割板总成中心轴线所在的位置为起点延伸形成放射状；窄缝沿水流方向的厚度为2-5mm；窄缝沿窄缝切割板总成板面方向的宽度为0.1-1mm；所述间隔腔沿水流方向的厚度为0.7mm；组成窄缝切割板总成的窄缝切割单板的数量为奇数个，奇数窄缝切割单板的窄缝组沿水流方向投影相同，偶数窄缝切割单板的窄缝组沿水流方向投影相同；奇数窄缝切割单板的窄缝组沿水流方向投影与偶数窄缝切割单板的窄缝组沿水流方向投影错开1.5°-2.0°。

进一步地，所述窄缝组优选包括8条；所述窄缝厚度优选3mm；所述窄缝宽度优选0.5mm。

进一步地，窄缝长度根据处理水量计算，保证水流穿过窄缝时流速在80-100m/S。

进一步地，组成窄缝切割板总成的窄缝切割单板的数量优选5个；奇数窄缝切割单板上窄缝组沿水流方向投影与偶数窄缝切割单板上窄缝组沿水流方向投影错开1.79°。

进一步地，截流板的截流通道为锥孔截流通道；截流板为圆形截流板、窄缝切割板总成为圆形窄缝切割板总成。

进一步地，截流通道与窄缝切割板总成相邻一侧的通道口半径小于窄缝的长度设置。

进一步地，所述间隔腔为圆形凹面槽；所述间隔腔直径比窄缝切割板外径小4-6mm。

进一步地，所述固定套包括定位套、锁紧套、定位块，所述定位套与定位块配合用于定位截流板，所述锁紧套套设于截流板和窄缝切割板总成外侧并与所述定位套锁紧。

进一步地，在定位块与定位套之间还设置第一垫片和密封圈，在截流板与窄缝切割板总成之间还设置第二垫片。

进一步地，所述第一垫片为四氟垫片。

进一步地，窄缝组和间隔腔在窄缝切割板总成上沿水流方向依次设置。

本实用新型采用上述纳米级氧气泡的制备系统进行纳米级氧气泡的制备过程包括：

(1)气液混合：采用旋流加气方式，获得气水混合液；

(2)一级细化：将气水混合液输送至旋流减压膨胀细化装置处理，得一级纳米气泡水；

(3)二级细化：一级纳米气泡水继续经窄缝切割器切割处理，即得纳米级氧气泡。

进一步地，步骤(1)气液混合是将净水和氧气采用旋流混合的方式一同输入至旋流加气罐内，其中，氧气在氧气罐出口压力为0.2-0.7MPa，氧气流量为5-100lpm；步骤(2)气水混合液经气水泵输送至旋流减压膨胀细化装置，经旋流减压膨胀细化装置的旋流腔圆柱段、旋流腔圆锥段并由导水管排入至步骤(3)的窄缝切割器。

进一步地，步骤(1)净水为经粗滤、精滤、离子交换树脂处理、超滤的矿泉水或反渗透处理的纯净水。优选地，净水经脱气工艺。脱气处理的净水使原水中的氧气含量低于1mg/L。优选地，脱气处理工艺采用疏水性中空纤维膜真空脱气工艺。

进一步地，步骤(2)旋流减压膨胀细化装置的内的旋流腔圆柱段直径大于导水管路直径3倍。

进一步地，步骤(3)窄缝切割器的窄缝组剪切通道内液体流速为100m/s。

上述制备系统采用了旋流负压加气法和具有两级复合细化功能的纳米气泡高氧水制备方法。

旋流负压加气法采用前述气液混合装置实现，具体工作原理为：液体组分在加气旋流器旋流场的作用下同时沿轴向向下运动、沿径向向外运动，在到达锥体段沿器壁向下运动，并由底流口排出，进入旋流加气罐，这样就形成了外旋涡流场。外旋涡流场的中心并不是大气压为零的真空环境，而是一条漏斗形的空气管道，里面形成负气压，比外面环境的大气压低很多。这样，具有一定压力的气体(氧气源)可以通过加气旋流器的溢流口加入加气旋流器内部，与进入加气旋流器内的净水一同混合，顺利完成加气过程。旋流加气法能量损耗远小于文丘里加气法。

进一步地，气液混合装置的旋流加气罐目的是实现旋流负压加气和初步气水混合。加气旋流器进水口经过加气旋流器入口水压表、流量计和流量调节阀连接输水管路上的净水泵的出水口；旋流加气罐底部设有出液口，通过开关阀、气水泵、流量调节阀、压力表、旋流减压膨胀细化装置和窄缝切割器连接纳米气泡水罐。旋流加气罐底部还设有排空口。旋流加气罐的副罐主要实现加气功能，其底部安装有传感器和输气管路，通过输气管路上单向阀、电磁气体开关阀、气体流量调节阀、气体流量计、氧气压力表同氧气罐的开关阀与氧气罐和气源连接。旋流加气罐上部是纯氧，下部是气水混合夜。氧气不是直接通过加气旋流器溢流口加入，而是在副罐底部加入，以大气泡形式进入旋流加气罐上部空间，气水混合物在加气旋流器旋流腔内实现初步混合，气水混合物随后由加气旋流器底流口进入旋流加气罐下部空间，旋流加气罐下部空间部分氧气溶入水中，未溶解氧气进入旋流加气罐上部空间。旋流加气罐上部空间由于氧气部分溶入水中不断消耗，旋流加气罐内的水平面不断上升，为了维持旋流加气罐内液面基本平衡或者说为了维持旋流加气罐内压力基本不变，随着氧气的消耗，旋流加气罐内的水平面上升，当上升至副罐内的上液位传感器时，传感器发出信号，打开输气管路上的电磁气体开关阀，氧气进入旋流加气罐，旋流加气罐上部空间气压增加，旋流加气罐内液面下降；当下降至下液位传感器，传感器发出信号，关闭电磁气体开关阀，氧气无法进入旋流加气罐，旋流加气罐上部空间气压降低。如此往复循环，实现旋流加气罐内液面基本平衡，维持旋流加气罐内压力基本不变，最大限度的提高了氧气的利用率。

由气液混合装置混合的气水混合液进入前述旋流减压膨胀细化装置，通过前述旋流减压膨胀细化装置的结构设置，获得的一级纳米气泡高氧水，然后进入窄缝切割器，由于锥孔截流板锥孔截面积逐渐变小，使得水流静压力不断变小，水中未溶解的部分氧气逐渐膨胀，脱离水分子分子键能的约束，成为自由氧，溶入水中。然后水携带气泡进入窄缝切割板的切割区间，由于过水面积变小，水流速度增加，切割力加强。同时，窄缝切割板之间存在大量水流速度梯度和压力梯度，大气泡被进一步剪切，形成大量二级纳米级气泡。此为二级气泡细化溶氧，纳米气泡直径约为500nm，溶氧浓度达80-120mg/L。

设置纳米气泡水罐的目的是起缓冲作用。纳米气泡水罐上部安装有气体压力表，可观察罐中压力变化。罐顶部安装有全启封闭式安全阀，防止罐内压力过载。罐中部安装有溶氧浓度在线检测仪，可以随时监控罐中的溶氧浓度(未画出)。旋流加气罐中的初级气水混合液通过气水泵加压后，进入旋流减压膨胀细化器细化气泡后，形成一级纳米气泡高氧水，然后进入窄缝切割器进一步被气泡切割细化，成为二级纳米气泡高氧水，最后进入纳米气泡水罐。最后，打开纳米气泡水罐底部的排水水路的闸阀，联通纳米气泡水罐与用水终端设备的进水管道，二级纳米气泡高氧水进入用水终端设备。这样就实现直径约为500nm，溶氧浓度100-120mg/L的医用级纳米气泡高氧水的生产。

本实用新型的有益效果：

1、采用两级气体纳米复合细化技术：旋流细化混合器的减压膨胀细化、窄缝切割器的窄缝切割细化，溶氧浓度达到120ppm，纳米气泡直径约500nm。

2、本实用新型的制备医用级纳米气泡高氧水的系统在运行过程中，氧气始终处于封闭空间内，基本没有额外损耗，氧气的利用率高于98％。

3、由于采用了旋流负压加气和两级纳米气泡细化技术：旋流减压膨胀细化混合器的减压膨胀细化和窄缝切割器的窄缝切割细化，纳米气泡高氧水的生产时间比以往所有的纳米气泡/高氧水技术都要短，节能减排，而且结构简单，成本低。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中窄缝切割器的结构示意图；

图3为图2中窄缝切割板总成的结构示意图；

图4为图2中窄缝切割单板的结构示意图；

图5为图2中奇数窄缝切割板结构示意图；

图6为图2中偶数窄缝切割板结构示意图；

图7为图1中加气旋流器的结构示意图；

图8为图1中旋流减压膨胀细化装置的结构示意图。

其中，1定位套、2四氟垫片、3定位块、4O型密封圈、5锥孔截流板、6垫片、7窄缝切割板总成、8锁紧套、9窄缝切割单板一、10窄缝切割单板二、11窄缝切割单板三、12窄缝切割单板五、13窄缝切割单板四、14上定位销、15下定位销、16窄缝切割刃、17窄缝、18压力梯度产生区、19氧气气源、20氧气罐、21气体减压阀、22氧气罐内压力表、23氧气压力表、24气体流量计、25针阀、26净水罐、27液体流量调节阀、28液体流量计、29加气旋流器入口水压表、30旋流加气管、31加气旋流器、32纳米气泡水流量调节阀、33纳米气泡水压力表、34旋流减压膨胀细化装置、34.1旋流腔圆柱段、34.2旋流腔圆锥段、35安全阀、36一级纳米气泡水流量调节阀、37窄缝切割器、38纳米气泡水罐压力表、39纳米气泡水罐、40纳米气泡水释放球阀、41气水泵压力表、42气水泵、43旋流加气罐开关阀、44单向阀、45加气管、46上液位传感器、47下液位传感器、48旋流加气罐、48.1主罐、48.2副罐、49旋流加气罐压力表、50净水泵压力表、51净水泵、52净水罐开关阀、53纳米气泡水罐排空阀、54旋流加气罐排空阀、55纳米气泡水、56气水混合液、57净水、58电磁气体开关阀、59闷盖、60导水管路。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本实用新型进行详细阐述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1-6所示，该纳米级氧气泡的制备系统包括依次设置的氧气气源19、氧气罐20、净水罐26、加气旋流器31、旋流加气罐48、旋流减压膨胀细化装置34、窄缝切割器37和纳米气泡水罐39。旋流加气罐48包括主罐48.1和副罐48.2，在主罐和副罐之间设置上连通气管和下连通水管。加气旋流器31设于旋流加气罐的顶部，加气旋流器底端伸入旋流加气罐内的液面下方设置。在净水罐26与加气旋流器31之间连接输水管路，输水管路的进口与净水罐的出水口相连，输水管路的出口与加气旋流器的进水口相连，在输水管路上设置净水罐开关阀52和净水泵51；在加气旋流器31的进气口与旋流加气罐顶端之间连接旋流加气管30；在氧气罐20与副罐48.2之间连接输气管路。在氧气罐20出气口设置气体减压阀21、氧气罐内压力表22、氧气压力表23，在输气管路上设置气体流量计24、针阀25，电磁气体开关阀58、单向阀44。氧气罐出气口压力可在0.2-0.7MPa之间调节，气体流量计量程为5-100lpm，氧气由氧气罐20的出气口经过输气管路与旋流加气罐48的副罐的底部加气口连接。

加气旋流器31的进水口通过输水管路上设置的加气旋流器入口水压表29、液体流量调节阀27、液体流量计28连接净水泵51的出水口。主罐的底部设置出液口，主罐的出液口与旋流减压膨胀细化装置34之间连接的管路上设置旋流加气罐排空阀54、旋流加气罐开关阀43、气水泵42、气水泵压力表41、纳米气泡水流量调节阀32、纳米气泡水压力表33。主罐上还设置旋流加气罐压力表49。副罐主要实现加气功能，其内底部安装上液位传感器46和下液位传感器47；旋流加气罐48的上部是纯氧，下部是气水混合液，氧气不是直接通过加气旋流器31的溢流口加入，而是在副罐48.2的底部加入，以大气泡形式进入旋流加气罐上部空间，气水混合物在加气旋流器旋流腔内实现初步混合，气水混合物随后由加气旋流器底流口进入旋流加气罐48下部液体空间，旋流加气罐下部空间部分氧气溶入水中，未溶解氧气进入旋流加气罐上部空间。伸入副罐底部的加气管45为输气管路的一部分。

旋流减压膨胀细化装置34为由气液旋流分离器改装给成，内部空间结构不变，即包括气液旋流分离器内部的旋流腔圆柱段34.1和下部旋流腔圆锥段34.2，但将气液旋流分离器的溢流口用闷盖59密封。旋流减压膨胀细化装置34的旋流腔圆锥段底部连接底流口，底流口与导水管路相连，底流口与导水管路60直径相同，旋流减压膨胀细化装置34圆柱段的直径大于导水管路直径3倍。在导水管路上设置一级纳米气泡水流量调节阀36。由主管底端出液口排出的气水混合液进入旋流减压膨胀细化装置34后，由于旋流减压膨胀细化装置34的旋流腔圆柱段截面面积突然增大，气水混合液的水流速度下降，静压力增加，气泡被压缩，气泡内压增加，部分气泡破裂，气体溶解于水中；随着旋流减压膨胀细化装置34的旋流腔圆锥段沿着水流方向截面面积逐渐减小，水流速度增加，静压力减小，水中未溶解的部分氧气突然膨胀，脱离水分子分子键能的约束，成为自由氧，溶入水中，这样就形成一级纳米气泡高氧水，此为一级气泡细化溶氧；旋流减压膨胀细化器还起到强化气液混合作用。

与旋流减压膨胀细化装置34相连的窄缝切割器设于纳米气泡水罐39内。窄缝切割器包括截流板、窄缝切割板总成7和用于连接固定截流板和窄缝切割板总成的固定套；截流板为锥孔截流板5；固定套由定位套1、定位块3和锁紧套8组成，定位套与定位块配合用于定位锥孔截流板5，锁紧套8套设于锥孔截流板和窄缝切割板总成外侧并与定位套1后部内侧锁紧，在定位块3与定位套1之间设置四氟垫片2，在定位块与定位套之间设置O型密封圈4，在锥孔截流板5与窄缝切割板总成7之间设置垫片6。窄缝切割板总成7由5个窄缝切割单板组成，沿水流方向依次标记为窄缝切割单板一9、窄缝切割单板二10、窄缝切割单板三11、窄缝切割单板四13、窄缝切割单板五12。窄缝切割单板均为圆形，各窄缝切割单板上开有以圆心为起点的均布放射状的窄缝17，窄缝厚度3mm，窄缝宽度0.5mm，窄缝条数8条，窄缝位置形成供水流经过的窄缝流体通道，窄缝的边缘在流体通过时起到切割水流的窄缝切割刃16的作用。窄缝长度根据处理水量计算，保证水流穿过窄缝时流速在80-100m/s。5个窄缝切割板沿着水流方向如此配置：窄缝切割板一9、窄缝切割板三11、窄缝切割板五12的窄缝沿着水流方向投影相同，窄缝切割板二10、窄缝切割板四13的窄缝沿着水流方向投影相同；同时，窄缝切割板二10和窄缝切割板四13的窄缝沿着水流方向的投影与窄缝切割板一、窄缝切割板三11、窄缝切割板五12的窄缝沿着水流方向的投影错开1.79°，形成部分重叠。5个窄缝切割板用2个圆柱定位销定位，设于窄缝切割板总成上部的圆柱定位销为上定位销14，设于窄缝切割板总成下部的圆柱定位销为下定位销15。相邻窄缝切割板的间隔距离为0.7mm，间隔用圆形凹面槽实现，圆形凹面槽直径比窄缝切割板外径小4-6mm，圆形凹面槽在水流经过时与相邻窄缝切割单板一侧共同形成压力梯度产生区18。如此实现了相邻窄缝切割单板的端部之间密封、窄缝切割单板一侧面的端部与圆心之间形成间隔腔、间隔腔所对应的窄缝切割单板上设置由放射状窄缝的结构。导水管的出口密封连接固定套的进口侧。

设置纳米气泡水罐可起到缓冲作用。在纳米气泡水罐上部安装有纳米气泡水罐压力表38，可观察罐中压力变化；罐顶部安装有全启封闭式的安全阀35，防止罐内压力过载。罐中部安装有溶氧浓度在线检测仪，可以随时监控罐中的溶氧浓度(图中未示出)。在纳米气泡水罐底端设置排水水路，用于连接纳米气泡水罐和用水终端设备，在排水水路上设置纳米气泡水释放球阀40，在排水管路外部的纳米气泡水罐底端设置的管路上还设置纳米气泡水罐排空阀53。

经旋流减压膨胀细化装置34处理后的一级纳米气泡高氧水进入窄缝切割器37，由于锥孔截流板5锥孔截面积逐渐变小，使得水流静压力不断变小，水中未溶解的部分氧气逐渐膨胀，脱离水分子分子键能的约束，成为自由氧，溶入水中。然后水携带气泡进入窄缝切割板的切割区间，由于过水面积变小，水流速度增加，切割力加强。同时，窄缝切割单板之间存在大量水流速度梯度和压力梯度，大气泡被进一步剪切，形成大量二级纳米级气泡，此为二级气泡细化溶氧，纳米气泡直径约为500nm，溶氧浓度达80-120mg/L。

上述制备系统进行纳米级氧气泡制备的使用方式具体为：

1、制备系统工作前，关闭氧气罐20的气体减压阀21；关闭净水罐26的净水罐开关阀52；关闭旋流加气罐48的加气罐开关阀43；关闭纳米气泡水罐39的纳米气泡水释放球阀40。

2、原水经粗滤、精滤、离子交换树脂处理、超滤(或反渗透处理)和疏水性中空纤维膜真空脱气后，进入净水罐26中(原水中的氧气含量低于1mg/L)。启动净水泵51给旋流加气罐48供净水57，同时打开医用氧气瓶(或者启动医用制氧机)的气体开关阀，将氧气罐20出气口压力调节到0.3-0.6MPa，用气体流量调节针阀25将气体流量调节到5-20lpm，氧气经输气管路在旋流加气罐48的副罐48.2底部加入，以大气泡形式进入旋流加气罐48上部空间，气水混合液在加气旋流器31的旋流腔内实现初步混合，气水混合液随后由加气旋流器31底流口进入旋流加气罐48下部空间，旋流加气罐48下部空间部分氧气溶入水中，未溶解氧气进入旋流加气罐48上部空间。旋流加气罐48上部空间由于氧气部分溶入水中不断消耗，旋流加气罐48内的液面不断上升，为了维持旋流加气罐48内液面基本平衡或者说为了维持旋流加气罐48内压力基本不变，随着氧气的消耗，旋流加气罐48内的液面上升，当上升至上液位传感器47，传感器发出信号，打开电磁气体开关阀58，氧气进入旋流加气罐48，旋流加气罐48上部空间气压增加，旋流加气罐48内液面下降。当下降至下液位传感器46，传感器发出信号，关闭电磁气体开关阀58，氧气无法进入旋流加气罐48，旋流加气罐48上部空间气压降低。如此往复循环，实现旋流加气罐48内液面基本平衡，维持旋流加气罐48内压力基本不变。用液体流量调节阀27调节加气旋流器31的输入水量和压力至最佳值，流量和压力在液体流量计28和旋流器入口水压表29上读出。

3、等到旋流加气罐48内部液面达到理想位置后，打开旋流加气罐排水开关阀43，启动气水泵42，旋流加气罐48中的初级气水混合液56通过气水泵42加压后，进入旋流减压膨胀细化器34细化气泡后，形成一级纳米气泡高氧水，然后进入窄缝切割器37进一步被切割细化气泡，最后进入纳米气泡水罐39，成为二级纳米气泡高氧水55，纳米气泡直径约500nm，溶氧浓度可达100-120mg/L。

4、最后，打开纳米气泡水罐39底部的排水水路的闸阀，联通纳米气泡水罐39与用水终端设备的进水管道，二级纳米气泡高氧水55进入用水终端设备。

上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。

本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种纳米级氧气泡的制备系统，其特征在于，包括：

气液混合装置，所述气液混合装置包括供氧装置、净水罐、加气旋流器和旋流加气罐；净水罐经加气旋流器与旋流加气罐相连，供氧装置与旋流加气罐相连；

一级细化装置，所述一级细化装置包括旋流减压膨胀细化装置，旋流减压膨胀细化装置经管路与旋流加气罐底端的出液口相连；

二级细化装置，所述二级细化装置包括纳米气泡水罐和设于其内的窄缝切割器，所述窄缝切割器经管路与所述旋流减压膨胀细化装置相连。

2.根据权利要求1所述的纳米级氧气泡的制备系统，其特征在于，所述旋流加气罐包括相连通设置的主罐和副罐；加气旋流器设于所述主罐内，净水罐经输水管路与加气旋流器相连，供氧装置经输气管路与副罐相连；旋流减压膨胀细化装置经管路与主罐底端的出液口相连；

加气旋流器的底端出口伸入所述主罐的液面下方设置，与供氧装置相连的输气管路的出口伸入所述副罐的液面下方设置；在旋流加气罐顶端和加气旋流器之间设置一旋流加气管。

3.根据权利要求2所述的纳米级氧气泡的制备系统，其特征在于，所述加气旋流器为内部空腔呈漏斗形的管道；在主罐和副罐之间设置上连通气管和下连通水管，上连通气管用于连通主罐和副罐的上部气体空间，下连通水管用于连通主罐和副罐内的液体空间。

4.根据权利要求2所述的纳米级氧气泡的制备系统，其特征在于，在所述输气管路上设置控制阀，在所述旋流加气罐上设置旋流加气罐压力表、上液位传感器和下液位传感器，所述控制阀、旋流加气罐压力表、上液位传感器和下液位传感器分别与外部控制器电连接。

5.根据权利要求1所述的纳米级氧气泡的制备系统，其特征在于，在旋流减压膨胀细化装置的底端设置底流口，所述底流口经导水管路伸入纳米气泡水罐内与所述窄缝切割器相连，在旋流减压膨胀细化装置的顶部外侧连接一进液管，所述进液管经泵体与所述旋流加气罐的出液口相连。

6.根据权利要求1所述的纳米级氧气泡的制备系统，其特征在于，所述窄缝切割器包括截流板、窄缝切割板总成和用于连接固定截流板和窄缝切割板总成的固定套；在截流板内设置截流通道，截流通道开口呈逐渐减小设置；在窄缝切割板总成的板面上沿水流方向间隔设置若干个间隔腔，在各间隔腔外侧的窄缝切割板总成上设置放射状的窄缝组，所述窄缝组沿水流方向部分重叠设置。

7.根据权利要求6所述的纳米级氧气泡的制备系统，其特征在于，所述窄缝切割板总成由若干个窄缝切割单板组成，相邻窄缝切割单板的端部之间密封，在各窄缝切割单板的一侧设置所述间隔腔，相邻窄缝切割单板经所述间隔腔间隔设置；所述窄缝组设于各间隔腔所对应的窄缝切割单板上；在窄缝切割板总成上设置用于固定连接各窄缝切割单板的定位件。

8.根据权利要求7所述的纳米级氧气泡的制备系统，其特征在于，所述窄缝组包括4-10条窄缝，各条窄缝以窄缝切割板总成中心轴线所在的位置为起点延伸形成放射状；窄缝沿水流方向的厚度为2-5mm；窄缝沿窄缝切割板总成板面方向的宽度为0.1-1mm；所述间隔腔沿水流方向的厚度为0.7mm。

9.根据权利要求7所述的纳米级氧气泡的制备系统，其特征在于，组成窄缝切割板总成的窄缝切割单板的数量为奇数个，奇数窄缝切割单板的窄缝组沿水流方向投影相同，偶数窄缝切割单板的窄缝组沿水流方向投影相同；奇数窄缝切割单板的窄缝组沿水流方向投影与偶数窄缝切割单板的窄缝组沿水流方向投影错开1.5°-2.0°。

10.根据权利要求6所述的纳米级氧气泡的制备系统，其特征在于，所述固定套包括定位套、锁紧套、定位块，所述定位套与定位块配合用于定位截流板，所述锁紧套套设于截流板和窄缝切割板总成外侧并与所述定位套锁紧。

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