CN215196365U - 微细气泡发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种微细气泡发生装置，该微细气泡发生装置包括设置于液面以下的容气腔室和向容气腔室内输送气体的输气管道，容气腔室的外围环设有可供容气腔室内的气体穿过的微孔材料层，输气管道的一端位于液面以上并接入气体源，输气管道的另一端伸入至容气腔室内，以通过气压使容气腔室内的气体穿过微孔材料层并在微孔材料层的外表面形成微细气泡；微孔材料层运动和/或位于微孔材料层外侧的液体运动，以对微细气泡进行切割，使微细气泡进入液体内。本实用新型解决了产生微细气泡过程中能耗高、难度大，微细气泡发生效果不佳的技术问题。

Description

微细气泡发生装置

技术领域

本实用新型涉及气液两相界面交互技术领域，尤其涉及一种微细气泡发生装置。

背景技术

微细气泡是气体与液体的分界面上存在一种特殊的气体状态，微细气泡是气泡发生时产生直径在一百微米以下的微细气泡，微细气泡具有自升压溶解、提高气液交界面积、带负表面电荷以及降低液体的摩擦力、阻力等特性，被广泛应用于农业、环保、化工、能源、船舶提速等众多领域，微细气泡的其它特性和应用也在不断被发现中。

现阶段，微细气泡有多种发生方法，如超声波法、加压释压溶气法、文丘里射流法以及旋转切割法等，但由于超声波法产生的气泡量有限，而加压释压溶气法所需要的设备结构复杂、实施难度大等原因，目前普遍采用的微气泡发生方法为文丘里射流法和旋转切割法。其中，旋转切割法的原理实质与加压释压法的原理相同，均是通过高速旋转的液体加压溶气，在出口处释压以产生微细气泡，旋转切割法与加压释压法相比降低了实现难度，省去了复杂的加压设备，而旋转切割法与文丘里射流法相比水流是旋转向前流动的，水气融合过程更长，在出口处形成的气泡粒径更为细腻。但文丘里射流法和旋转切割法的前端均需要使用大型水泵或者溶气泵(要求扬程达到20m至40m，水压为0.2MPa至0.5MPa)，该两种方法在低速、低压情况下无法产生微细气泡；受水泵自身的限制，水气比目前无法超过10：1(即：产生1体积的微细气泡，需要10体积的高速水流)；另外，产生微细气泡的文丘里管和旋转切割器都有通过收缩管径，使水流获得加速，最后从出口处进行高速射流，因此文丘里管和旋转切割器产生微细气泡都需要巨大的能耗，而且水在挤压过程中旋转摩擦生热也是高能耗的一个重要因素。采用文丘里射流法和旋转切割法时，则需要大型车辆(如：叉车或者吊车等)才能对大型水泵或者溶气泵进行运输，施工难度大，上述多种问题均很大程度制约了微细气泡的在实际生产中的推广运用。

针对相关技术中产生微细气泡过程中能耗高、难度大，微细气泡发生效果不佳的问题，目前尚未给出有效的解决方案。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种微细气泡发生装置，以克服现有技术的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种微细气泡发生装置，通过对气体施压使其通过透过微孔材料并在微孔材料与液体之间的交界面上形成微细气泡，再通过微孔材料与液体之间的相对运动，在气泡自身变大以及和相邻各微细气泡发生融合快速变大之前对微细气泡进行切割，使其剥离微孔材料表面以微气泡(直径小于100μm)形式进入至液体中，从而达到产生微细气泡的目的，该过程由于无需液体高速运动以及高压下挤压摩擦生热，大大降低生产能耗、节约成本，而且设备结构简单、便于操作，具有极大的经济效益，适于推广使用。

本实用新型可采用下列技术方案来实现的：

本实用新型提供了一种微细气泡发生装置，所述微细气泡发生装置包括设置于液面以下的容气腔室和向所述容气腔室内输送气体的输气管道，所述容气腔室的外围环设有可供所述容气腔室内的气体穿过的微孔材料层，所述输气管道的一端位于所述液面以上并接入气体源，所述输气管道的另一端伸入至所述容气腔室内，以通过气压使所述容气腔室内的气体穿过所述微孔材料层并在所述微孔材料层的外表面形成微细气泡；

所述微孔材料层运动和/或位于所述微孔材料层外侧的液体运动，以对所述微细气泡进行切割，使所述微细气泡进入液体内。

本实用新型的一较佳实施方式中，所述输气管道上沿气体的流向顺序设置有气泵、一级过滤器和二级过滤器，所述二级过滤器上滤芯的孔径小于所述一级过滤器上滤芯的孔径和所述微孔材料层的孔径。

本实用新型的一较佳实施方式中，所述输气管道上设置有流量计和压力表，所述流量计上设置有可控制气体流量的调节旋钮。

本实用新型的一较佳实施方式中，所述微孔材料层由下至上的厚度逐渐增大。

本实用新型的一较佳实施方式中，所述微细气泡发生装置还包括带动所述容气腔室周向旋转的外转子电机，所述外转子电机设置于所述容气腔室内，所述外转子电机的外转子与所述微孔材料层的下部内壁密封固定连接。

本实用新型的一较佳实施方式中，所述微细气泡发生装置还包括第一固定底座，所述微孔材料层为竖向设置的、顶部封口、底部开口的筒状结构，所述微孔材料层的顶部设置有微孔材料制成且与所述微孔材料层一体成型的密封盖，所述密封盖呈向上凸起的空心半球形结构，所述外转子电机的底部与所述第一固定底座的顶部密封固定连接。

本实用新型的一较佳实施方式中，所述输气管道包括第一输气主管，所述第一输气主管的一端位于所述液面以上，所述第一输气主管的另一端依次穿过所述第一固定底座和所述外转子电机伸入至所述容气腔室内并在所述第一输气主管的内部密封有第一封堵块，所述第一输气主管穿过所述外转子电机的中心孔并与所述外转子电机密封固定连接，位于所述容气腔室内的所述第一输气主管上连接有多根第一输气支管，各所述第一输气支管沿所述第一输气主管的周向均匀分布；

所述第一输气支管包括水平管段和竖直管段，所述水平管段的一端连接于所述第一输气主管上，所述水平管段的另一端沿水平方向延伸至靠近所述微孔材料层位置并与所述竖直管段的顶端连接，所述竖直管段的底端沿竖向向下延伸。

本实用新型的一较佳实施方式中，所述微细气泡发生装置还包括带动所述容气腔室周向旋转的内转子电机，所述输气管道包括第二输气主管和空心轴，所述空心轴为所述内转子电机的输出轴，且在所述空心轴的内部密封有第二封堵块，所述空心轴穿过所述容气腔室且所述空心轴与所述第二输气主管的一端通过直管非接触连通，所述第二输气主管的另一端位于所述液面以上，位于所述容气腔室内的所述第二输气主管上连接有多根第二输气支管，各所述第二输气支管沿所述第二输气主管的周向均匀分布；

所述第二输气支管包括水平管段和竖直管段，所述水平管段的一端连接于所述第二输气主管上，所述水平管段的另一端沿水平方向延伸至靠近所述微孔材料层位置并与所述竖直管段的顶端连接，所述竖直管段的底端沿竖向向下延伸。

本实用新型的一较佳实施方式中，所述微细气泡发生装置还包括第一上盖和第一下盖，所述微孔材料层为竖向设置、两端开口的筒状结构，所述第一上盖和所述第一下盖分别密封设置于所述微孔材料层的顶部开口和底部开口处，所述空心轴由下至上依次穿过所述第一下盖、所述容气腔室和所述第一上盖，且所述空心轴分别通过法兰联轴器与所述第一下盖和所述第一上盖密封固定连接。

本实用新型的一较佳实施方式中，所述微细气泡发生装置还包括轴承座固定盘和第二固定底座，所述轴承座固定盘位于所述第二固定底座的上方，所述轴承座固定盘与所述第二固定底座之间通过多根连接柱连接，所述容气腔室和所述内转子电机均设置于所述轴承座固定盘与所述第二固定底座之间，所述内转子电机位于所述容气腔室的下方，且所述内转子电机固定于所述第二固定底座上，所述空心轴穿过所述轴承座固定盘伸出；

位于所述轴承座固定盘上方的所述空心轴由上至下依次套设有轴承和密封圈，所述轴承和所述密封圈均设置于轴承座内。

本实用新型的一较佳实施方式中，所述微细气泡发生装置还包括微气泡发生箱和带动所述微孔材料层外侧的液体沿所述容气腔室的周向旋转流动的无刷电机，所述微气泡发生箱为竖向设置的顶部开口、底部封口的筒状结构，所述无刷电机位于所述容气腔室的下方，所述无刷电机的输出轴竖向向上设置，所述无刷电机的输出轴上设置有叶轮，所述叶轮为密封的圆柱状的空心腔体，所述无刷电机的输出轴穿过所述叶轮，并通过联轴器将所述叶轮固定于电机输出轴上，所述叶轮的外壁上设置有对液体提供向上推力的多个螺旋叶片，所述叶轮靠近所述容气腔室的底部，且所述容气腔室和所述叶轮均设置于所述微气泡发生箱的内部，所述微孔材料层与所述微气泡发生箱的内壁之形成有切割水通道；

所述微气泡发生箱的底部和顶部分别开设有第一进液口和多个第一出液口，所述微气泡发生箱的底部设置有液体循环箱，所述液体循环箱上开设有多个第二进液口和第二出液口，各所述第二出液口与对应的所述第一进液口相连通，且所述第一进液口与外部液体相连通，各所述第一出液口分别通过液体循环管道与对应的所述第二进液口相连通，各所述第二进液口沿所述液体循环箱内壁的切向延伸，以在液体循环箱内形成与所述叶轮旋转方向相同的旋转水流。

本实用新型的一较佳实施方式中，所述液体循环管道上设置有流量调节阀。

本实用新型的一较佳实施方式中，所述切割水通道的横截面积小于所述第一进液口的横截面积。

本实用新型的一较佳实施方式中，所述输气管道包括第三输气主管，所述第三输气主管的一端位于所述液面以上，所述第三输气主管的另一端伸入至所述容气腔室内并在所述第三输气主管的内部密封有第三封堵块，位于所述容气腔室内的所述第三输气主管上连接有多根第三输气支管，各所述第三输气支管沿所述第三输气主管的周向均匀分布；

所述第三输气支管包括水平管段和竖直管段，所述水平管段的一端连接于所述第三输气主管上，所述水平管段的另一端沿水平方向延伸至靠近所述微孔材料层位置并与所述竖直管段的顶端连接，所述竖直管段的底端沿竖向向下延伸。

本实用新型的一较佳实施方式中，所述微细气泡发生装置还包括第二上盖和第二下盖，所述微孔材料层为竖向设置、两端开口的筒状结构，所述第二上盖和所述第二下盖分别密封设置于所述微孔材料层的顶部开口和底部开口处，所述第三输气支管由上至下穿过所述第二上盖并伸入所述容气腔室内。

本实用新型的一较佳实施方式中，所述微细气泡发生装置还包括第三固定底座，所述第三固定底座位于所述微气泡发生箱的下方，所述无刷电机固定于所述第三固定底座的顶部。

由上所述，本实用新型中微细气泡发生装置的特点及优点是：在一定压力的作用下使气体穿过微孔材料，并在微孔材料与液体之间的交界面上形成微细气泡，微细气泡在自身变大以及和相邻各微细气泡相互融合快速形成大气泡之前，通过微孔材料与液体之间的相对运动，对吸附于微孔材料上的微细气泡进行冲击，从而对微细气泡进行切割，使其脱离微孔材料而进入液体内，达到产生微细气泡的目的，该过程无需高速水流，同时避免了高压下旋转摩擦生热耗能的问题，能够有效降低生产能耗、节约生产成本，而且能够快速产生大量、粒径均匀的微细气泡，具有极大的经济效益，适于推广使用。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型微细气泡发生装置的结构示意图之一。

图2：为图1中液面以下部分的结构示意图。

图3：为本实用新型微细气泡发生装置的结构示意图之二。

图4：为图3中液面以下部分的结构示意图。

图5：为本实用新型微细气泡发生装置的结构示意图之三。

图6：为图5中液面以下部分的结构示意图。

图7：为本实用新型微细气泡发生装置的方法流程图。

本实用新型中的附图标号为：

1、容气腔室； 2、微孔材料层；

3、输气管道； 301、第一输气主管；

302、第一输气支管； 303、第二输气主管；

304、第二输气支管； 305、气管快装接头；

306、空心轴； 307、第二封堵块；

308、直管； 309、第三输气主管；

310、第三输气支管； 311、第三封堵块；

4、剪切头； 5、气泵；

6、一级过滤器； 7、二级过滤器；

8、流量计； 9、调节旋钮；

10、压力表； 11、密封盖；

12、第一固定底座； 13、外转子电机；

14、第一封堵块； 15、内转子电机；

16、第一上盖； 17、第一下盖；

18、法兰联轴器； 19、第二固定底座；

20、轴承座固定盘； 21、连接柱；

22、轴承座； 23、密封圈；

24、轴承； 25、液体循环管道；

26、第二上盖； 27、第二下盖；

28、无刷电机； 29、第三固定底座；

30、微气泡发生箱； 3001、第一进液口；

3002、第一出液口； 31、叶轮；

32、流量调节阀； 33、液体循环箱；

3301、第二进液口； 3302、第二出液口；

34、切割水通道。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

实施方式一

如图1至图6所示，本实用新型提供了一种微细气泡发生装置，该微细气泡发生装置包括容气腔室1和输气管道3，输气管道3用于向容气腔室1内输送气体以在容气腔室1内形成一定的气压，容气腔室1的外围沿容气腔室1的周向环设有可供容气腔室1内的气体穿过的微孔材料层2，将容气腔室1设置于液面以下，输气管道3的一端位于液面以上并接入气体源，输气管道3的另一端伸入至容气腔室1内，以通过气压使容气腔室1内的气体穿过微孔材料层2的空隙并在微孔材料层2的外表面形成微细气泡；驱动微孔材料层2周向转动和/或驱动位于微孔材料层2外侧的液体沿微孔材料层2的周向流动，通过液体与微孔材料层2的相对运动对微孔材料层2外表面上的微细气泡进行切割，使微细气泡进入液体内。当然，微孔材料层2并不局限于周向转动，液体也不局限于沿微孔材料层2的周向流动，可采用多种运动形式(如：左右摆动等)，能够满足液体对微孔材料层2的外表面上的微细气泡进行快速切割即可。

进一步的，如图1、图3、图5所示，输气管道3上沿气体的流向顺序设置有气泵5、一级过滤器6和二级过滤器7，气泵5、一级过滤器6和二级过滤器7均位于液面以上，二级过滤器7上滤芯的孔径小于一级过滤器6上滤芯的孔径和微孔材料层2的孔径。通过一级过滤器6和二级过滤器7对气体中的灰尘进行滤除，其中一级过滤器6用于滤除气体中的大粒径灰尘，二级过滤器7用于滤除气体中的小粒径灰尘，确保长期工作状态下微孔材料层2不会被灰尘堵塞，延长装置的使用寿命。另外，一级过滤器6和二级过滤器7上的滤芯均为便于更换的易耗品，可定期进行更换。容气腔室1内的气体可通过容气腔室1转动所产生的离心力穿过微孔材料层2，并在容气腔室1内形成负压，以便气体源的气体进入容气腔室1内进行补充；但是，微孔材料层2上的孔隙越小，其气阻越大，在气体旋转产生的离心力不足以穿过微孔材料层2的情况下，可通过气泵5将气体泵入容气腔室1内，以增大容气腔室1内的气压，进而增加容气腔室1内气体的穿透力，确保气体顺利穿过微孔材料层2。另外，也可以通过提高容气腔室1的转速加大离心力来使气体更容易穿透，但该种方法与增加气泵5相比需要更大的能耗。

进一步的，如图1、图3、图5所示，位于气泵5上游的输气管道3上设置有流量计8，位于二级过滤器7下游的输气管道3上设置有压力表10，流量计8上设置有可控制气体流量的调节旋钮9。通过流量计8可对气体的流量进行实时监测，并根据实际情况调节流量计8上的调节旋钮9，从而对气体单位时间内的流量进行控制，来调整微细气泡的粒径。其中，流量计8可为但不限于玻璃转子流量计。

进一步的，微孔材料层2由下至上的厚度逐渐增大，以平衡容气腔室1内上下水压差带来的出气不均匀的问题，从而保证气泡粒径的一致性，微孔材料层2各位置上的厚度可根据实际采用的微孔材料的气阻性能不同进行调整。在实际使用过程中，微孔材料层2的厚度保证其有足够强度支撑容气腔室1进行运动即可，微孔材料层2越薄气阻越小，微孔材料层2的气体穿透性越好；容气腔室1的尺寸规格没有限制，容气腔室1体积越大，微孔材料层2的表面积越大，通气量越大，但相应在旋转过程中所受到的摩擦阻力也会越大。

在本实用新型的一可选实施例中，如图1、图2所示，微细气泡发生装置还包括带动容气腔室1周向旋转的外转子电机13，外转子电机13设置于容气腔室1内，外转子电机13的转子与微孔材料层2的下部内壁密封之间通过密封胶进行密封固定连接，通过外转子电机13的转子即可带动即可带动微孔材料层2进行旋转运动。在本实施例中，通过外转子电机13和微孔材料层2组合形成能够在液体以下做旋转运动的剪切头4。本实施例可理解为微孔材料的运动带动了穿进微孔材料内的气体运动，以旋转切割液体产生微细气泡，与现有旋转切割法让液体高速旋转相比能耗差距巨大，让气体和让液体达到同样运动速度理论能耗是两个数量级以上的差别。其中，外转子电机13为外转子水下工作无刷电机。

进一步的，如图1、图2所示，微细气泡发生装置还包括第一固定底座12，微孔材料层2为竖向设置的、顶部封口、底部开口的圆筒状结构，微孔材料层2的顶部设置有微孔材料制成且与微孔材料层2一体成型的密封盖11，密封盖11呈向上凸起的空心半球形结构，外转子电机13的底部与第一固定底座12的顶部密封固定连接，第一固定底座12对微孔材料层2起到支撑作用，保证装置处于稳定的工作状态。

具体的，如图1、图2所示，输气管道3包括第一输气主管301，第一输气主管301的一端位于液面以上，第一输气主管301的另一端依次穿过第一固定底座12和外转子电机13伸入至容气腔室1内并在第一输气主管301的内部密封有第一封堵块14，第一输气主管301穿过外转子电机13的中心孔并与外转子电机13通过密封胶密封连，位于容气腔室1内的第一输气主管301上连接有四根第一输气支管302，各第一输气支管302沿第一输气主管301的周向均匀分布；第一输气支管302包括水平管段和竖直管段，水平管段的一端连接于第一输气主管301上，水平管段的另一端沿水平方向延伸至靠近微孔材料层2位置并与竖直管段的顶端连接，竖直管段的底端沿竖向向下延伸。通过第一输气主管301与各第一输气支管302将气体源的气体输送至容气腔室1内，并能够尽可能的让气体均匀地分布于微孔材料层2的内壁上。

在本实用新型的另一可选实施例中，如图3、图4所示，微细气泡发生装置还包括内转子电机15，内转子电机15用于带动容气腔室1周向旋转，输气管道3包括第二输气主管303和空心轴306，空心轴306为内转子电机15的输出轴，且在空心轴306的内部密封有第二封堵块307，空心轴306穿过容气腔室1且与第二输气主管303的一端连接，第二输气主管303的另一端位于液面以上，位于容气腔室1内的第二输气主管303上连接有四根第二输气支管304，各第二输气支管304沿第二输气主管303的周向均匀分布；第二输气支管304包括水平管段和竖直管段，水平管段的一端连接于第二输气主管303上，水平管段的另一端沿水平方向延伸至靠近微孔材料层2位置并与竖直管段的顶端连接，竖直管段的底端沿竖向向下延伸，通过第二输气主管303与各第二输气支管304将气体源的气体输送至容气腔室1内，并能够尽可能的让气体均匀地分布于微孔材料层2的内壁上。空心轴306即为内转子电机15的输出轴，也用于对气体进行输送。其中，内转子电机15为内转子水下工作无刷电机。

进一步的，如图3、图4所示，微细气泡发生装置还包括第一上盖16和第一下盖17，微孔材料层2为竖向设置、两端开口的圆筒状结构，第一上盖16密封设置于微孔材料层2的顶部开口，第一下盖17密封设置于微孔材料层2的底部开口处，空心轴306由下至上依次穿过第一下盖17、容气腔室1和第一上盖16，且空心轴306分别通过法兰联轴器18与第一下盖17和第一上盖16密封固定连接。其中，第一上盖16与微孔材料层2之间以及第一下盖17与微孔材料层2之间可通过密封胶等连接方式进行密封固定。在本实施例中，通过内转子电机15、微孔材料层2、第一上盖16和第一下盖17组合形成能够在液体以下做旋转运动的剪切头4。

进一步的，如图3、图4所示，空心轴306与第二输气主管303之间连接有直管308，且直管308与第二输气主管303之间通过气管快装接头305连接，以使空心轴与第二输气主管非接触连通。

进一步的，如图3、图4所示，微细气泡发生装置还包括轴承座固定盘20和第二固定底座19，轴承座固定盘20位于第二固定底座19的上方，轴承座固定盘20与第二固定底座19之间通过多根连接柱21连接，容气腔室1和内转子电机15均设置于轴承座固定盘20与第二固定底座19之间，内转子电机15位于容气腔室1的下方，且内转子电机15固定于第二固定底座19上，空心轴306穿过轴承座固定盘20伸出；位于轴承座固定盘20上方的空心轴306由上至下依次套设有轴承24和密封圈23，轴承24和密封圈23均设置于轴承座22内，直管308的底部通过密封胶粘接于轴承24的顶部。通过上述结构可提高装置整体的稳定性，防止内转子电机15运行时在外力的作用下发生抖动。

在本实用新型的另一可选实施例中，如图5、图6所示，微细气泡发生装置还包括微气泡发生箱30和无刷电机28，无刷电机28用于带动微孔材料层2外侧的液体沿容气腔室1的周向旋转流动，微气泡发生箱30为竖向设置的顶部开口、底部封口的圆筒状结构，无刷电机28位于容气腔室1的下方，无刷电机28的输出轴竖向向上设置，无刷电机28的输出轴上设置有叶轮31，叶轮31的外壁上设置有对液体提供向上推力的多个螺旋叶片，叶轮31靠近容气腔室1的底部，且容气腔室1和叶轮31均设置于微气泡发生箱30的内部，微孔材料层2与微气泡发生箱30的内壁之形成有切割水通道34；微气泡发生箱30的底部沿微气泡发生箱30的周向开设有环形的第一进液口3001，微气泡发生箱30的顶部开设有多个第一出液口3002，微气泡发生箱30的底部设置有液体循环箱33，液体循环箱33为沿水平方向设置的环状结构，液体循环箱33上开设有多个第二进液口3301和第二出液口3302，第二出液口3302为沿液体循环箱33的周向开设的环形开口，第二出液口3302与第一进液口3001相连通，且第一进液口3001还与外部液体相连通，各第一出液口3002分别通过液体循环管道25与对应的第二进液口3301相连通，各第二进液口3302沿液体循环箱33内壁的切向延伸，以在液体循环箱33内形成与叶轮31旋转方向相同的旋转水流。在工作过程中，叶轮31旋转并在微气泡发生箱30内形成负压，液体通过环状的第一进液口3001吸入至微气泡发生箱30内并向上流动，液体向上流动的同时在微孔材料层2的外侧沿其周向旋转流动，从而对微孔材料层2的外表面上的微细气泡进行切割，之后一部分液体通过微气泡发生箱30的顶部开口直接流出，另一部分液体通过微气泡发生箱30上的各液体循环管道25流至对应的液体循环箱33内，再依次通过液体循环箱33上的各第二出液口3302和与其连通的微气泡发生箱30上的第一进液口3001循环回流至微气泡发生箱30内循环使用，循环回流的水流具有一定的动能，能够降低叶轮31的能耗。其中，无刷电机28为内转子水下工作无刷电机。

进一步的，叶轮31为顶部封口、底部封口的圆柱状空心腔体，无刷电机28的输出轴穿过叶轮31中心，叶轮31通过联轴器固定在无刷电机28的输出轴上，螺旋叶片设置于叶轮31的外壁上。在使用过程中，控制叶轮31对液体向上流动的推力小于叶轮31对液体在周向上旋转的推力，因此需要调节螺旋叶片具有尽可能小的倾斜角度，从而让水流在流过微孔材料层2的过程中旋转尽可能多的圈数，以对消耗能量运动起来的液体进行充分利用。另外，通过增加容气腔室1的高度，也可达到上述目的，在工作过程中根据实际情况进行调整即可。

进一步的，如图5所示，液体循环管道25上设置有流量调节阀32，通过流量调节阀32可对通过液体循环管道25的液体流量进行调节。

进一步的，切割水通道34的横截面积要略小于第一进液口3001的横截面积，从而保证容气腔室1外侧的水流能够贴紧微孔材料层2的外表面对微细气泡进行切割(切割水通道34的横截面积要略小于第一进液口3001的横截面积即可，否则会导致出气受阻，需要增加气泵5的出气压强)；远离微孔材料层2的外表面一侧的水流实质上为无效水流(无法对微孔材料层2的外表面上的微细气泡进行切割)，因此，切割水通道34的横截面积越小效果越好，通过切割水通道34的水流才能紧贴微孔材料层2的外表面，从而提高对微孔材料层2上微细气泡的切割效率。

具体的，如图5、图6所示，输气管道3包括第三输气主管309，第三输气主管309的一端位于液面以上，第三输气主管309的另一端伸入至容气腔室1内并在第三输气主管309的内部密封有第三封堵块311，位于容气腔室1内的第三输气主管309上连接有四根第三输气支管310，各第三输气支管310沿第三输气主管309的周向均匀分布；第三输气支管310包括水平管段和竖直管段，水平管段的一端连接于第三输气主管309上，水平管段的另一端沿水平方向延伸至靠近微孔材料层2位置并与竖直管段的顶端连接，竖直管段的底端沿竖向向下延伸。通过第三输气主管309与各第三输气支管310将气体源的气体输送至容气腔室1内，并能够尽可能的让气体均匀地分布于微孔材料层2的内壁上。

进一步的，如图5、图6所示，微细气泡发生装置还包括第二上盖26和第二下盖27，微孔材料层2为竖向设置、两端开口的圆筒状结构，第二上盖26密封设置于微孔材料层2的顶部开口处，第二下盖27密封设置于微孔材料层2的底部开口处，第三输气支管310由上至下穿过第二上盖26并伸入容气腔室1内。其中，第二上盖26与微孔材料层2之间以及第二下盖27与微孔材料层2之间可通过密封胶等连接方式进行密封固定。在本实施例中，通过微孔材料层2、第二上盖26和第二下盖27组合形成在液体以下、且液体能够沿其周向旋转流动的剪切头4。

进一步的，如图5所示，微细气泡发生装置还包括第三固定底座29，第三固定底座29位于微气泡发生箱30的下方，无刷电机28固定于第三固定底座29的顶部。通过第三固定底座29提高无刷电机28的稳定性，防止无刷电机28运行时在外力的作用下发生抖动。

本实用新型产生的微细气泡的粒径可根据实际需要进行调节。本实用新型有四个因素可决定微细气泡的粒径：第一是微孔材料层2的孔径和透气性，不同材质参数的孔径和透气性不同，同一材质根据实际的使用环境其参数也有一定波动；第二是对微细气泡切割时的转速，转速越高，切割出的微细气泡的粒径越小，但也受材质透气性影响，如果微孔材料层2的孔径大、壁薄、透气性好，因为转速加大，气体旋转的离心力也增大，出气量的增大反而导致粒径更大；第三是容气腔室1内的气压，其可通过气泵5进行调控，气压越大出气量越大，微细气泡的粒径越大，反之越小；第四是流量计8上的调节旋钮9，通过改变系统的气阻，调节出气量，进而调节到微细气泡的粒径。

以下通过具体数据对本实用新型的能耗进行说明：

第一种设备选择：电机(外转子电机13或者内转子电机15)的功率为600W；微孔材料层2的孔径为1μm，微孔材料层2的外径为80mm，微孔材料层2在竖向上的高度分别选取66mm、134mm和200mm；一级过滤器6的过滤精度(即：滤芯的孔径)为10μm；二级过滤器7的过滤精度为0.1μm；气泵5采用微型气泵，气泵5的额定功率为12W，额定气流量为15L，每升功耗15/12＝0.8W。在实际使用过程中，当无刷电机28的转速为每分钟770转时，容气腔室1内压强为0.5个大气，明显可见弥散水中的微细气泡。

表1

由表1的数据可进行推算：

产品化后，微孔材料层2的外径增加到240mm，高度增加到1000mm，需计算此种情况下的每升能耗。由于微孔材料层2的高度为200mm时，能耗为12W；高度为66mm时，能耗7.5W，微孔材料层2的表面积增加两倍后，能耗增加4.5W，可计算得出基础能耗为5.25W，而高度为66mm的微孔材料层2在转动过程中的摩擦阻力所带来的能耗是2.25W；当微孔材料层2的外径增加到240mm，高度增加到1000mm时，即微孔材料层2的表面积增加45倍后，此时摩擦阻力能耗为2.25×45＝101.3W，再加上5.25W的基础能耗，则总能耗为106.5W，气流量假设同倍数增长为1.2×45＝54，气体每升的能耗为106.5/54＝1.97，再加上气泵能耗0.8W，输送每升流量气体所需的总能耗为2.77W。

第二种设备选择：电机(无刷电机28)的功率为1500W；微孔材料层2的孔径为1μm，微孔材料层2的外径为80mm，微孔材料层2在竖向上的高度选取200mm；叶轮31的高度为30mm、直径为70mm，螺旋叶片的数量为4个，且螺旋叶片的宽度为5mm，螺旋叶片的倾斜度(即：螺旋叶片的水平方向的夹角)为10°，第一进液口3001的宽度为2mm，切割水通道34的宽度为1.5mm。当电机转速为每分钟1000转时，电机的电压为30V，电机的电流为10A，容气腔室1内的气压为0.5个大气压，气流量为3.9L/M，输送每升气体电机所需的能耗为30×10/3.9＝76.9W，输送每升气体气泵5所需的能耗为0.8W，输送每升流量气体所需的总能耗为77.7W。

现有技术的旋转切割法，每升流量进气的能耗为275W(现有厂家公开数据)，当选择第一种设备(即：驱动微孔材料层2进行转动)时，装置的总能耗降低68.07倍(275/4.04＝68.07)，产品化后推算装置的总能耗降低99.28倍(275/2.77＝99.28)；当选择第二种设备(即：驱动微孔材料层2外侧的液体沿微孔材料层2的周向流动)时，装置的总能耗降低3.54倍(275/77.7＝3.54)。

本实用新型的微细气泡发生装置的特点及优点是：

一、该微细气泡发生装置通过向容气腔室1内通入气体，在容气腔室1内形成一定压力，在气压的作用下使容气腔室1内的气体穿过微孔材料层2并在微孔材料层2的外表面与液体之间的交界面上形成微细气泡，通过驱动微孔材料层2与液体之间发生相对运动，从而通过液体对吸附于微孔材料层2上的微细气泡进行冲击，使微细气泡脱离微孔材料层2而进入液体内，达到产生微细气泡的目的。本实用新型在工作过程中的能耗主体不是让气体运动的能耗，而是克服容气腔室1在液体中做旋转运动所受到摩擦阻力的能耗，不过本实用新型要求容气腔室1转动或者液体沿容气腔室1旋转流动的速度大于气体从微孔材料层2穿过的速度即可，而气体流动的速度通常是每秒厘米级，同时优选表面摩擦系数较小的微孔材料作为微孔材料层2，带动液体流速完全可控制在每秒一米级以下，因此工作过程中所需的转速较低，而且本实用新型中产生微细气泡所需的条件没有水气比的限制，该过程无需高速水流，避免了摩擦生热耗能的问题，因此，能够有效降低生产能耗、节约生产成本，而且能够快速产生大量、粒径均匀的微细气泡，具有极大的经济效益。

二、该微细气泡发生装置的重量和体积与现有微气泡发生装置相比均大幅度减低，本实用新型所采用的动力设备是电机，1KW的电机机身重量在0.5公斤以下，而本装置大部分规格功率要求在1KW以下，微孔材料也是轻质材料，而本实用新型的重量主要在于是固定底座等配套设备，因此，整体装置的重量可控制在10公斤以内，整个装置的体积可做到直径30cm、高度120cm以内，实际使用过程中人工即可进行安装。

三、该微细气泡发生装置根据实际需要调整体积，进而调控微细气泡的产生量，可将整个装置微型化，动力设备采用低功率的微型电机，其它部分也都可以相应缩小，从而极大扩展微细气泡的应用领域，比如可以进入到家用民用领域，人们可以现做现喝高氧水、高氢水保障身体健康，另外，还可用于制作臭氧水，用于蔬菜、水果、肉类保鲜，去除农药残留等。

四、该微细气泡发生装置结构简单、便于操控原材料均为工业成品，适于大规模生产；另外，本实用新型低能耗、低功率，装置所需约30瓦的功率就可以产生微细气泡，可采用太阳能板进行供电，能在田间地头、江河湖泊进行微细气泡的生产，微细气泡已经被证实对农作物增产、河道污水治理有显著作用，把阳光、空气和水充分利用起来，这效果对于现有的旋转切割法来说是无法实现的。

五、该微细气泡发生装置产生的微细气泡的粒径分布一致性高。现有微细气泡发生装置所产生的微细气泡的粒径分布从纳米级到微米级(1纳米至200微米)均会存在，而实用新型中微细气泡粒径的一致性取决于微孔材料孔径分布的一致性，现在微孔材料具有良好的品质，由此产生的微细气泡的粒径范围具有良好的一致性。

实施方式二

如图7所示，本实用新型提供了一种微细气泡发生装置的发生方法，该微细气泡发生方法包括如下步骤：

步骤S1：气体穿过微孔材料，并在微孔材料与液体之间的交界面上形成微细气泡；

具体的，步骤S1包括：

步骤S101：在容气腔室1的外围沿容气腔室1的周向环设微孔材料层2，并将容气腔室1投放于液面以下；

步骤S102：输气管道3的一端位于液面以上并接入气体源，输气管道3的另一端与容气腔室1相连通，通过输气管道3向容气腔室1内充入气体，以在容气腔室1内形成一定气压；

步骤S103：在容气腔室1内气压的作用下，容气腔室1内的气体穿过微孔材料层2并在微孔材料层2的外表面形成微细气泡。

步骤S2：通过微孔材料与液体的相对运动，对吸附于微孔材料上的微细气泡进行冲击，以使微细气泡在变大到100μm之前能够与微孔材料相脱离进入至液体内。

具体的，驱动微孔材料层2沿自身周向转动和/或驱动位于微孔材料层2外侧的液体沿微孔材料层2的周向流动，从而通过微孔材料层2与液体之间的相对运动对微细气泡进行切割，使微细气泡摆脱微孔材料层2的吸附力而进入液体内，从而产生大量的微细气泡。

进一步的，步骤S2中，液体对微细气泡的剪切力大于微孔材料毛细管效应对微细气泡的吸附力，才能够使气泡被冲击脱离微孔材料以微细气泡的形式进入液体内。

进一步的，微细气泡由形成至被切割与微孔材料相脱离的时间小于自身变大以及和相邻各微细气泡相融合后快速变大形成大气泡(以直径100μm为界)所需的时间。如果没有外力(即：液体对微细气泡的剪切力)的干扰，再小孔径的微孔材料的表面所产生的气泡都会在微孔材料的毛细管吸附力的作用下逐步变大并和相邻的气泡融合形成更大气泡，直到气泡的浮力能克服毛细管吸附力后才会脱离微孔材料的表面以大气泡(直径为200μm以上)的形式进入到液体内。因此，需要在微孔材料与液体之间的交界面上形成微细气泡后快速对其进行切割，确保在气泡的直径在增大到100μm之前使其进入液体内。

本实用新型的微细气泡发生装置所采用的发生方法的特点及优点是：

该微细气泡发生方法在一定压力的作用下使气体穿过微孔材料，并在微孔材料与液体之间的交界面上形成微细气泡，在自身变大以及和相邻各微细气泡相互融合形成更大的气泡之前，通过微孔材料与液体之间的相对运动(可通过微孔材料的运动带动微细气泡运动，相当于微孔材料构成一个可带动气体运动的切割头，使微细气泡与液体之间产生相对运动达到对微细气泡进行切割的效果；当然，也可反过来通过液体的运动去冲击微孔材料上的微细气泡)，对吸附于微孔材料上的微细气泡进行冲击，从而对微细气泡进行切割，使其脱离微孔材料而进入液体内，达到产生微细气泡的目的。其中，由于带动微孔材料的运动从而带动微孔材料里面的气体运动的方式与带动液体的运动方式相比，带动气体运动所消耗的能量要远远小于带动外围的液体运动所消耗的能量，因此，通过微孔材料的运动对微细气泡进行切割的方式能够极大的降低能耗，为最佳的实施方式，但是上述两种对微细气泡进行冲击的方法与现有旋转切割法相比，整个实施过程中均无需高速水流，从而避免了高压旋转摩擦生热耗能的问题，能够有效降低生产能耗、节约生产成本，而且本实用新型能够快速产生大量、粒径均匀的微细气泡，具有极大的经济效益，适于推广使用。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (16)

1.一种微细气泡发生装置，其特征在于，所述微细气泡发生装置包括设置于液面以下的容气腔室和向所述容气腔室内输送气体的输气管道，所述容气腔室的外围环设有可供所述容气腔室内的气体穿过的微孔材料层，所述输气管道的一端位于所述液面以上并接入气体源，所述输气管道的另一端伸入至所述容气腔室内，以通过气压使所述容气腔室内的气体穿过所述微孔材料层并在所述微孔材料层的外表面形成微细气泡；

所述微孔材料层运动和/或位于所述微孔材料层外侧的液体运动，以对所述微细气泡进行切割，使所述微细气泡进入液体内。

2.如权利要求1所述的微细气泡发生装置，其特征在于，所述输气管道上沿气体的流向顺序设置有气泵、一级过滤器和二级过滤器，所述二级过滤器上滤芯的孔径小于所述一级过滤器上滤芯的孔径和所述微孔材料层的孔径。

3.如权利要求1或2所述的微细气泡发生装置，其特征在于，所述输气管道上设置有流量计和压力表，所述流量计上设置有可控制气体流量的调节旋钮。

4.如权利要求3所述的微细气泡发生装置，其特征在于，所述微孔材料层由下至上的壁厚逐渐增大。

5.如权利要求3所述的微细气泡发生装置，其特征在于，所述微细气泡发生装置还包括带动所述容气腔室周向旋转的外转子电机，所述外转子电机设置于所述容气腔室内，所述外转子电机的外转子与所述微孔材料层的下部内壁密封固定连接。

6.如权利要求5所述的微细气泡发生装置，其特征在于，所述微细气泡发生装置还包括第一固定底座，所述微孔材料层为竖向设置的、顶部封口、底部开口的筒状结构，所述微孔材料层的顶部设置有微孔材料制成且与所述微孔材料层一体成型的密封盖，所述密封盖呈向上凸起的空心半球形结构，所述外转子电机的底部与所述第一固定底座的顶部密封固定连接。

7.如权利要求6所述的微细气泡发生装置，其特征在于，所述输气管道包括第一输气主管，所述第一输气主管的一端位于所述液面以上，所述第一输气主管的另一端依次穿过所述第一固定底座和所述外转子电机伸入至所述容气腔室内并在所述第一输气主管的内部密封有第一封堵块，所述第一输气主管穿过所述外转子电机的中心孔并与所述外转子电机密封固定连接，位于所述容气腔室内的所述第一输气主管上连接有多根第一输气支管，各所述第一输气支管沿所述第一输气主管的周向均匀分布；

所述第一输气支管包括水平管段和竖直管段，所述水平管段的一端连接于所述第一输气主管上，所述水平管段的另一端沿水平方向延伸至靠近所述微孔材料层位置并与所述竖直管段的顶端连接，所述竖直管段的底端沿竖向向下延伸。

8.如权利要求1所述的微细气泡发生装置，其特征在于，所述微细气泡发生装置还包括带动所述容气腔室周向旋转的内转子电机，所述输气管道包括第二输气主管和空心轴，所述空心轴为所述内转子电机的输出轴，且在所述空心轴的内部密封有第二封堵块，所述空心轴穿过所述容气腔室且所述空心轴与所述第二输气主管的一端通过直管非接触连通，所述第二输气主管的另一端位于所述液面以上，位于所述容气腔室内的所述第二输气主管上连接有多根第二输气支管，各所述第二输气支管沿所述第二输气主管的周向均匀分布；

所述第二输气支管包括水平管段和竖直管段，所述水平管段的一端连接于所述第二输气主管上，所述水平管段的另一端沿水平方向延伸至靠近所述微孔材料层位置并与所述竖直管段的顶端连接，所述竖直管段的底端沿竖向向下延伸。

9.如权利要求8所述的微细气泡发生装置，其特征在于，所述微细气泡发生装置还包括第一上盖和第一下盖，所述微孔材料层为竖向设置、两端开口的筒状结构，所述第一上盖和所述第一下盖分别密封设置于所述微孔材料层的顶部开口和底部开口处，所述空心轴由下至上依次穿过所述第一下盖、所述容气腔室和所述第一上盖，且所述空心轴分别通过法兰联轴器与所述第一下盖和所述第一上盖密封固定连接。

10.如权利要求9所述的微细气泡发生装置，其特征在于，所述微细气泡发生装置还包括轴承座固定盘和第二固定底座，所述轴承座固定盘位于所述第二固定底座的上方，所述轴承座固定盘与所述第二固定底座之间通过多根连接柱连接，所述容气腔室和所述内转子电机均设置于所述轴承座固定盘与所述第二固定底座之间，所述内转子电机位于所述容气腔室的下方，且所述内转子电机固定于所述第二固定底座上，所述空心轴穿过所述轴承座固定盘伸出；

位于所述轴承座固定盘上方的所述空心轴由上至下依次套设有轴承和密封圈，所述轴承和所述密封圈均设置于轴承座内。

11.如权利要求1所述的微细气泡发生装置，其特征在于，所述微细气泡发生装置还包括微气泡发生箱和带动所述微孔材料层外侧的液体沿所述容气腔室的周向旋转流动的无刷电机，所述微气泡发生箱为竖向设置的顶部开口、底部封口的筒状结构，所述无刷电机位于所述容气腔室的下方，所述无刷电机的输出轴竖向向上设置，所述无刷电机的输出轴上设置有叶轮，所述叶轮为密封的圆柱状的空心腔体，所述无刷电机的输出轴穿过所述叶轮，并通过联轴器将所述叶轮固定于电机输出轴上，所述叶轮的外壁上设置有对液体提供向上推力的多个螺旋叶片，所述叶轮靠近所述容气腔室的底部，且所述容气腔室和所述叶轮均设置于所述微气泡发生箱的内部，所述微孔材料层与所述微气泡发生箱的内壁之形成有切割水通道；

所述微气泡发生箱的底部和顶部分别开设有第一进液口和多个第一出液口，所述微气泡发生箱的底部设置有液体循环箱，所述液体循环箱上开设有多个第二进液口和第二出液口，各所述第二出液口与对应的所述第一进液口相连通，且所述第一进液口与外部液体相连通，各所述第一出液口分别通过液体循环管道与对应的所述第二进液口相连通，各所述第二进液口沿所述液体循环箱内壁的切向延伸，以在液体循环箱内形成与所述叶轮旋转方向相同的旋转水流。

12.如权利要求11所述的微细气泡发生装置，其特征在于，所述液体循环管道上设置有流量调节阀。

13.如权利要求11所述的微细气泡发生装置，其特征在于，所述切割水通道的横截面积小于所述第一进液口的横截面积。

14.如权利要求11所述的微细气泡发生装置，其特征在于，所述输气管道包括第三输气主管，所述第三输气主管的一端位于所述液面以上，所述第三输气主管的另一端伸入至所述容气腔室内并在所述第三输气主管的内部密封有第三封堵块，位于所述容气腔室内的所述第三输气主管上连接有多根第三输气支管，各所述第三输气支管沿所述第三输气主管的周向均匀分布；

所述第三输气支管包括水平管段和竖直管段，所述水平管段的一端连接于所述第三输气主管上，所述水平管段的另一端沿水平方向延伸至靠近所述微孔材料层位置并与所述竖直管段的顶端连接，所述竖直管段的底端沿竖向向下延伸。

15.如权利要求14所述的微细气泡发生装置，其特征在于，所述微细气泡发生装置还包括第二上盖和第二下盖，所述微孔材料层为竖向设置、两端开口的筒状结构，所述第二上盖和所述第二下盖分别密封设置于所述微孔材料层的顶部开口和底部开口处，所述第三输气支管由上至下穿过所述第二上盖并伸入所述容气腔室内。

16.如权利要求11所述的微细气泡发生装置，其特征在于，所述微细气泡发生装置还包括第三固定底座，所述第三固定底座位于所述微气泡发生箱的下方，所述无刷电机固定于所述第三固定底座的顶部。

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