CN218249541U - 一种涡流旋切微纳米气泡发生器及高密度循环水养殖纯氧溶氧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种涡流旋切微纳米气泡发生器及高密度循环水养殖纯氧溶氧装置，包括涡流壳体，其特征在于：涡流壳体的一侧靠端部设置有进水口，在该进水口上设置有进水接口，进水口的内端设置有进水缩口结构，涡流壳体靠近进水口的一侧设置有总进气接口，总进气接口与位于涡流壳体内的锥形气体腔联通，锥形气体腔的尖端朝向涡流壳体的中心，且在其尖端开设有旋流进气口，涡流壳体正对锥形气体腔的尖端的一侧设置有微纳米气泡出口。通过多次的高速度的气液相交相切大大提高液体中的溶解氧。气泡/水的体积比能够达到50％左右，具有良好的应用前景，特别适用于高密度水产养殖的曝气以及水处理的蛋白质分离器以及纯氧溶氧等方面。

Description

一种涡流旋切微纳米气泡发生器及高密度循环水养殖纯氧溶 氧装置

技术领域

本实用新型涉及微纳米气泡发生器领域，特别涉及一种涡流旋切微纳米气泡发生器及高密度循环水养殖纯氧溶氧装置。

背景技术

养殖环境的溶氧含量直接影响鱼虾的代谢强度从而影响其生长，很多养殖户在养殖中出现各种各样的问题，特别是长期低溶氧水平导致饲(饵)料系数增加，增加了斤鱼成本，使效益降低甚至亏本。在高溶氧的水体中，鱼类不但摄食旺盛，而且最关键的是吸收好且消化率高，也就是说，吃得多而排泄(浪费)得少，料肉转化高，必然是生长快，饲料报酬也高，养鱼效益才好。因为鱼的摄食量和料肉吸收转化比率随着溶氧的增高而增加。此外，水体中含有的有机物氧化分解、有益菌的增殖也需要高溶氧环境支持。另外，当水体缺氧时，水体中的某些无机物如硫化氢、亚码酸盐等会导致水生动物中毒。因此，增加水体中的溶氧度，对污水处理及水产养殖行业都是至关重要的。

微纳米气泡体积小，而且最终破裂于水中，气体可以完全溶解于水。因此，微纳米气泡发生器广泛应用于污水处理、水体净化、养殖供氧、种植增产、医疗卫生、大健康产业等领域，特别是高密度养殖中供氧，其能有效提高水中的溶解氧。然而，现有技术的微纳米气泡发生器往往存在以下不足：(1)进水压力要求高，设备能耗高；(2)气液搅拌不够充分，溶解量小，氧气的溶解效率低；(3)有的采用机械切割，运行费用高，设备投资高；(4)采用单纯的文丘里射流混合气泡较大，溶氧效率低，不能稳定存在于液体中，在液体中停留时间较短；(5)装置使用过程中及连接复杂。因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种使用更为方便，更为节能，效率更高的微纳米气泡发生器，以克服现有技术中的所述缺陷。

CN2571736a公开了一种改良的气泡产生器，是基于“文丘里”效应的原理来设计的，主要是包含有轴杆及套筒，轴杆的圆径略小于套筒的内径，并于轴杆两端设以突伸的固定部，中央则设有环绕的弧状凹槽，轴杆套于套筒，连杆连接于其固定部及套筒的开口缘，轴杆与套筒形成适当的间隙，水流由间隙流过时，因轴杆中央凹槽的下陷，形成瞬间的挤压，以产生微细气泡；其气泡/水的混合体积比约为10％-20％，过低的气泡/水的体积比限制了其进一步的应用和推广。

CN109157993B公开了一种微纳气泡产生器及产生方法，虽然大幅提高了气泡产生效率，但是由于其在结构上采用的长锥形空腔作为气液旋转，流线太长，能量损失较大，再加上在第一次入口未设置收口和导流挡板，使得进水口水流与旋转回来的水流垂直相关，白白损失了较多有用能量，所以需要较高的进水压力才能达到效果：

CN201690904U公开了一种水产养殖溶氧器，结构简单，利用自然压力通过“文丘里”物理原理达到水体中溶氧增加，但溶氧效果较差、能耗较高，无法满足高密度循环水养殖要求。

CN202009629U公开了无动力充气式纯氧高效添加装置通过增加纯氧与水体接触的路径和时间，以提高纯氧的添加效率，但纯氧的溶解率仅为70％，难以满足高密度循环水养殖要求。

CN101224926B公开了养殖池循环水高效溶氧器氧气利用率较高，但其结构复杂，局部设计不合理，不便于生产管理和维护，难以规模化推广应用。

ZL201420595947.7公开了一种工厂化海水高密度循环水养殖的高效纯氧混合装置纯氧通过文丘里射流器加入之后未设置高压混合区，直接进入水体，难以充分和水体混合，造成溶氧效率不高，浪费氧气现象；该装置虽然在海水工厂化循环水养殖处理中有一定效果，但是在淡水工厂化循环水养殖中效果较差。

工厂化循环水系统肯定是追求溶氧效率高、能耗低的、设备造价低的纯氧溶氧器。国内研究及应用表明，还未形成一款真正设备造价低、经济、高效、纯氧零浪费且适用于工厂化海、淡水纯氧混合添加设备。

实用新型内容

针对现有技术问题，本实用新型第一目的在于提供一种微纳米气泡发生器，第二目的在于提供一种高密度循环水养殖纯氧溶氧装置。提高高密度循环水养殖溶氧效率。

为实现以上第一目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一一种涡流旋切微纳米气泡发生器，包括涡流壳体，其特征在于：所述涡流壳体的一侧靠端部设置有进水口，在该进水口上设置有进水接口，所述进水口的内端设置有进水缩口结构，所述涡流壳体靠近进水口的另一侧设置有总进气接口，所述总进气接口与位于涡流壳体内的锥形气体腔联通，所述锥形气体腔的尖端朝向涡流壳体的中心，且在其尖端开设有旋流进气口，所述涡流壳体正对锥形气体腔的尖端的一侧设置有微纳米气泡出口。

上述方案中：所述涡流壳体由位于上侧的圆柱段及位于下侧的半椭球段围成，所述半椭球段的长轴沿圆柱段的轴向延伸，所述总进气接口设置在圆柱段的上端面中心，所述进水接口设置在圆柱段的一侧靠近上侧的位置(切线位置处)，所述微纳米气泡出口设置在位于最下端的半椭球段的长轴顶点。

所述涡流壳体由位于上侧的圆柱段及位于下侧的半椭球段围成，所述半椭球段的长轴沿圆柱段的轴向延伸，所述总进气接口设置在圆柱段的上端面中心，所述进水接口设置在圆柱段上侧的切线位置处，所述微纳米气泡出口设置在位于最下端的半椭球段的长轴顶点。

上述方案中：所述进水缩口结构包括导流板，所述进水口的内侧的下方设置有向上延伸的导流板，所述导流板与圆柱段的上侧之间有供水水流出的进水缩口。

上述方案中：所述进水接口直径与微纳米气泡出口的直径比为3:1，所述锥形气体腔的高和底面直径相同，所述锥形气体腔的底面直径与圆柱段直径比例为1:5，有利于形成稳定的气泡。

上述方案中：由树脂、尼龙、ABS、PVC、不锈钢等制成。

进水接口与潜水泵相连，水从进水接口沿着壳体的切线方向射入，经过进水缩口结构加速在主体圆筒内腔形成涡流高速旋转，总进气接口与进气管连接，气体经过锥形气体腔，气液进一步沿空腔内壁收缩加速气液旋切，最后从微纳米气泡出口喷出，喷出的微纳米气泡水再次与壳体周边的水流相切，通过多次的高速度的气液混合相切大大提高液体中的溶解氧。

进水压力主要是通过潜水泵产生，使水流从进水口沿主体圆柱空腔内壁切线方向射入，进入水流的压力范围为0.05-0.15MPa。气体压力低于通入水流的压力0.03MPa左右。

本实用新型的壳体采用圆柱段和半椭球段，采用涡流旋切气液混合，有压液体从进水接口进入，在引流挡板导流作用下进入壳体腔时渐变缩口部，速度变快，高速水流切线射流遇壳体圆筒壁后，产生高速旋转，形成涡流，在中部形成负压区，可以自然吸入气体，也可以接入有压气体，有压气体压力需低于通入水流的压力0.03MPa左右。并与水流反复相交相切相溶，最后通过微纳米气泡出口喷出，纳米气泡以胶体形式溶解于水体，提高水体中溶解氧含量。气液混合水最后从微纳米气泡出口旋转喷出再次与发生器周边的水流相切，通过多次的高速度的气水相切大大提高液体中的溶解氧，并最大程度的让氧气和水混合，将气泡体积缩小，产生大量的微纳米气泡，并稳定、长时间地溶解于水中，以供给水中生物生存和生长用。

本实用新型的微纳米气泡发生器具有以下有益效果：本实用新型通过多次的高速度的气液相交相切大大提高液体中的溶解氧。气泡/水的体积比能够达到50％左右，具有良好的应用前景，特别适用于高密度水产养殖的曝气以及水处理的蛋白质分离器以及纯氧溶氧等方面。

本实用新型的第二目的是这样实现的：一种高密度循环水养殖纯氧溶氧装置，包括养殖池，所述养殖池底部中心设置有排水口，所述排水口上连接排水管，其特征在于：所述养殖池内设置有所述的涡流旋切微纳米气泡发生器，涡流旋切微纳米气泡发生器靠边设置，且没于水中，所述涡流旋切微纳米气泡发生器的进水接口通过潜水泵与引水管相连，所述引水管与养殖池底部中心排水管相连，所述总进气接口与进气管相连，所述进气管与氧气罐相连，所述微纳米气泡出口伸到微纳米气泡引出管内，所述微纳米气泡引出管的下端伸到养殖池的中下部，且其下端端部折弯朝向养殖池壁切线方向。

上述方案中：所述微纳米气泡引出管的上端设置有变径接头，所述圆柱段外径与变径接头的小直径端内径相同，采用胶水直接粘接，所述微纳米气泡引出管的下端设置有弯头,弯头朝向养殖池壁切线方向。

上述方案中：所述弯头位于水位线下0.6m。有利于纯氧高效溶于水中，也无需要太高的压力。

上述方案中：所述养殖池的池底设置有带网格的鱼马桶，所述排水管与鱼马桶相连。方便排鱼粪和水。

本实用新型高密度循环水养殖纯氧溶氧装置具有如下优点：(1)溶氧效率高：利用纯氧作为氧气源，使用涡流旋切微纳米气泡发生器对水进行反复气液旋切得到超饱和的溶氧水，利用涡流旋切微纳米气泡发生器溶解纯氧，溶氧效率大大提高；(2)纯氧利用率高：在纯氧溶氧器完全垂直淹没于养殖水体内安装，溶氧水保留了一定高度的水位，由于气泡上浮的性质，使得纯氧与水混合后形成的气泡有足够的时间返回到纯氧溶氧器的顶部，从而避免纯氧随水流流出后逸出到空气中造成浪费，回到顶部纯氧再次与高速旋转的气水混合物多次反复旋切，最终得以全部溶于水中后再从纯氧溶氧器底部弯头扩散到整个养殖水体中，也即是说，通过对纯氧进气量的初始调节，最后可得到无氧气浪费的饱和溶氧水，纯氧100％溶解于水，再加上纯氧主要以饱和水无气泡的形式存在于水体中，故纯氧的利用率基本可达到100％。而一般的曝气管及射流溶氧，在气源使用纯氧的情况下，氧气的利用率仅不到5％。(3)电耗小：纯氧进入涡流旋切微纳米气泡发生器可利用氧气罐自身液态氧气化后产生的压力，能耗只出现在潜水泵环节。潜水泵采用直流无刷节能潜水泵，对扬程及流量都做了优化处理，潜水泵出口压力仅为0.05-0.15MPa，就能产生很好的效果，同样的溶氧效率下，此纯氧溶氧器最省电。平均溶氧效率可达到4.3KG/KWh，而一般罗茨风机的溶氧效率低到0.5KG/KWh，射流器的溶氧效率低至0.8KG/KWh。(4)自动化程度高：该纯氧溶氧器没有易损部件，除了氧气罐上本身的调压调节阀、止回阀，没有其它的开关阀门，无需要定期清洗设备，可大福度降低人工成本。实现长期自动化不间断运行。更可以与溶氧检测仪一起使用，最大限度地减小纯氧的消耗和电能的浪费。(5)构造简单造价低安全性高：主要部件为涡流旋切微纳米气泡发生器和直流无刷节能潜水泵，除了液氧罐外没有其它压力装置，总造价较低，安全性却极高。(6)设置简单：全淹没式放置于鱼池养殖水体中，也可以放置于生物滤池或污水处理的好氧池中。不占用更多的空间。(7)可防止气泡病发生：本实用新型应用于水产养殖中时，增加水体溶氧的同时，基本没有气泡进入水体，可有效防止鱼类吞食气泡发生气泡病。(8)适用水体范围广：所有材料均采用耐腐蚀的材料如树脂、尼龙、ABS、PVC、不锈钢等制成。可适用于强酸性、强碱性污水及海水等有腐蚀性液体的水处理。

附图说明

图1为本实用新型的涡流旋切微纳米气泡发生器的结构示意图。

图2为图1A向视图。

图3为图1的1-1剖视图。

图4为图2的2-2剖视图。

图5为高密度循环水养殖槽结构示意图。

图6为图5中B处局部放大图。

具体实施方式

下面将结合实施例和附图，对本实用新型做进一步的描述。

实施例1

如图1-6所示，涡流旋切微纳米气泡发生器包括涡流壳体1，涡流壳体由位于上侧的圆柱段101及位于下侧的半椭球段102围成，半椭球段102的长轴沿圆柱段101的轴向延伸，也就是半椭球段102与圆柱段101的其中一个圆形面相连。

涡流壳体1的一侧靠端部设置有进水口，在该进水口上设置有进水接口2，如图1，进水接口2设置在圆柱段101的一侧靠近上端的位置，切线位置处，进水口的内端设置有进水缩口结构，进水缩口结构包括导流板，进水口的内侧的下方设置有向上延伸的导流板8，导流板8与圆柱段的上侧之间有供水水流出的进水缩口7。

涡流壳体1靠近进水口的另一侧设置有总进气接口3，如图2和图4所示，总进气接口设置在圆柱段的上端中心，总进气接口3与位于涡流壳体内的锥形气体腔6联通，锥形气体腔6固定在圆柱段的上端，锥形气体腔6的尖端朝向涡流壳体1的中心(尖端朝下)，且在其尖端开设有旋流进气口5，涡流壳体1正对锥形气体腔的尖端的一侧(下端)设置有微纳米气泡出口4。微纳米气泡出口4设置在位于最下端的半椭球段的长轴顶点。

为了方便连接，进水接口2设置有内螺纹。为了更利于产生稳定的气泡，进水接口直径与微纳米气泡出口的直径比为3:1，锥形气体腔的高和底面直径相同，锥形气体腔的底面直径与圆柱段直径比例为1:5。

涡流旋切微纳米气泡发生器可以采用3D打印机打印或采用模具生产，由树脂、尼龙、ABS、PVC、不锈钢等制成。

抽水从进水接口2沿壳体内壁切线方向射入，进水缩口7设置有引流挡板8，总进气接口3通入气体，水流由进水缩口7射入圆柱段后在主体圆筒内腔形成高速旋流，总进气接口3与设置于筒中的锥形气体腔6相连，锥形气体腔6的锥尖设置漩流进气口5，主体圆筒(圆柱段)又与半个椭球空腔体相接，气液进一步沿空腔内收缩加速相切，最后从微纳米气泡出口4喷出，喷水的微纳米气泡水再次与发生器周边的水流相切，通过多次的高速度的气水相切大大提高液体中的溶解氧。

本实施例采用额定流量2.0m³/h,额定扬程6m功率100W的节能潜水泵，水桶水体2m³，水深0.8m，把节能潜水泵和涡流旋切微纳米气泡发生器连接好后放置于水桶边，使得出水口与水桶壁相切，潜水泵通电后，在气泡发生器的出口持续喷射出微纳米气泡，推动池水旋转，在自吸进气管处设置气体流量计，测得进气量约为900L/h，气泡/水的体积比能够达到45％左右(加大水泵扬程此比值会相应提高)；使用溶氧检测仪事先测得水温30℃，溶氧度为4mg/L，10分钟后测得水桶水体溶氧度为7mg/L，20分钟后测得水桶水体溶氧度为8mg/L，30分钟后测得水桶水体溶氧度为9mg/L，40分钟后测得水桶水体溶氧度为9.1mg/L，此后随着加长时间水桶水体溶氧度基本保持没变，由于30℃时，水的饱和溶解度为7.56mg/L，本实施例20分钟以内能将2m³水体的溶氧度升高到超饱和状态，最高能升高到9.1mg/L，能满足常规情况下的高密度水产养殖需氧量。

实施例2

一种高密度循环水养殖纯氧溶氧装置，包括养殖池10，养殖池10可以为方形养殖槽，也可以为圆形鱼池，养殖池10底部中心设置有排水口，排水口上连接排水管11，优选养殖池的槽底中心设置有带网格的鱼马桶12，排水管11与鱼马桶12的排水口相连。养殖池10内设置有涡流旋切微纳米气泡发生器，涡流旋切微纳米气泡发生器靠边设置，且没入水中，涡流旋切微纳米气泡发生器的进水接口通过潜水泵13与引水管14相连，潜水泵为直流无刷潜水泵，引水管14与排水管11相连，总进气接口3与进气管相连，进气管与氧气罐15相连，微纳米气泡出口4伸到微纳米气泡引出管16内，微纳米气泡引出管16的下端伸到养殖池的中下部，且其下端端部折弯朝向养殖池1的中心。优选：微纳米气泡引出管16的上端设置有变径接头17，圆柱段外径与变径接头17的小直径端内径相同采用胶水密封粘接，变径接头17的大直径端与微纳米气泡引出管16相连，微纳米气泡引出管16的下端设置有弯头9,弯头朝向养殖池壁切线方向，以便更好的推流。优选弯头位于水位线下0.6m。这样既可以防止纯氧以气泡的形式逃逸养殖水体，也促使含氧饱和水更好的扩散。

直流无刷潜水泵进水口与引水管连接，引水管与养鱼池底部排水管连接，养鱼池底部排水管又与养鱼池中心带网格的鱼马桶连接，也就是从养殖槽本体底部取水，通过涡流旋切微纳米气泡发生器后在养殖槽本体边上沿切线方向推出，让含氧的饱和水起到推流吸污的作用的同时，更能有效的扩散到整个池；由于旋流和扩散的作用，在鱼池中底部含氧量较低，又在节能直流无刷潜水泵的吸力作用下被抽回再次充氧。

氧气与养殖水通过涡流旋切微纳米气泡发生器作用，充分地溶解于水中；由于涡流旋切微纳米气泡发生器完全垂直淹没于养殖水体内安装，未溶于水的、直径稍大的气泡就会在微纳米气泡引出管16内竖直上浮，最后爆裂在微纳米气泡引出管16顶部，又被射流旋切微纳米气泡发生器出口处气液混合物多次旋转切割和混合，直到溶氧达到超饱和状态后再从微纳米气泡引出管16的弯头扩散至养殖水体。特别地,供给氧气的液氧瓶调压出气口，使得调压后的氧气压力低于通入水流压力0.03MPa左右，以免影响节能直流无刷潜水泵流量。

本实用新型只需要采用5-15m低扬程的节能水泵就能使纯氧充满整个养殖水体，溶氧接近饱和或超饱和；其引水管与养鱼池中心的底部排出管相连接，使其从中心底部抽回含氧量少的养殖水，通过涡流旋切微纳米气泡发生器加氧后从养殖池常水位线线下约0.6m流出，在抽水推水双重作用下，出水溶氧含量比常规纳米管加风机能提高5-8mg/L，提高原有溶氧含量的50％以上，氧气利用率几乎达到100％；在同等条件下，能耗不到常规纳米管加风机的20％，不到氧气锥溶氧能耗的1/3，且与现目前市场已有的溶氧设备相比，设备成本却非常低。此方案将是工厂化海水、淡水循环水养殖中的一种经济、实用的纯氧混合装置，有非常大的推广价值。

在环境温度27℃时，采用的是20立方水体圆形成品养鱼池，当采用50W节能直流无刷潜水泵，在纯氧进气管入口增设气体流量计，通过调压控制阀门把气体出口压力调到0.03MPa时测得进气量约为150L/h，通过约25分钟运行，可把原溶氧度为5mg/L水体溶氧量增加到9mg/L；当采用100W节能直流无刷潜水泵，在进气管入口增设气体流量计，通过调压控制阀门把气体出口压力调到0.03MPa时测得进气量约为300L/h，通过约13分钟运行，可把原溶氧度为5mg/L水体溶氧量增加到9mg/L；标准状态下，1L氧气重1.4289g，通过估算纯氧溶氧器平均溶氧效率可达到4.3Kg/KWh。

Claims (9)

1.一种涡流旋切微纳米气泡发生器，包括涡流壳体，其特征在于：所述涡流壳体的一侧靠端部设置有进水口，在该进水口上设置有进水接口，所述进水口的内端设置有进水缩口结构，所述涡流壳体靠近进水口的另一侧设置有总进气接口，所述总进气接口与位于涡流壳体内的锥形气体腔联通，所述锥形气体腔的尖端朝向涡流壳体的中心，且在其尖端开设有旋流进气口，所述涡流壳体正对锥形气体腔的尖端的一侧设置有微纳米气泡出口。

2.根据权利要求1所述涡流旋切微纳米气泡发生器，其特征在于：所述涡流壳体由位于上侧的圆柱段及位于下侧的半椭球段围成，所述半椭球段的长轴沿圆柱段的轴向延伸，所述总进气接口设置在圆柱段的上端面中心，所述进水接口设置在圆柱段的一侧靠近上侧的位置，所述微纳米气泡出口设置在位于最下端的半椭球段的长轴顶点。

3.根据权利要求2所述涡流旋切微纳米气泡发生器，其特征在于：所述进水缩口结构包括导流板，所述进水口的内侧的下方设置有向上延伸的导流板，所述导流板与圆柱段的上侧之间有供水水流出的进水缩口。

4.根据权利要求3所述涡流旋切微纳米气泡发生器，其特征在于：所述进水接口直径与微纳米气泡出口的直径比为3:1，所述锥形气体腔的高和锥底面直径相同，所述锥形气体腔的底面直径与圆柱段直径比例为1:5。

5.根据权利要求4所述涡流旋切微纳米气泡发生器，其特征在于：由树脂、尼龙、ABS、PVC、不锈钢等制成。

6.一种高密度循环水养殖纯氧溶氧装置，包括养殖池，养殖池底部中心设置有排水口，所述排水口上连接排水管，其特征在于：所述养殖池内设置有权利要求2-5任一项所述的涡流旋切微纳米气泡发生器，所述涡流旋切微纳米气泡发生器靠边设置，且没于水中，所述涡流旋切微纳米气泡发生器的进水接口通过潜水泵与引水管相连，所述引水管与养殖池底部中心排水管相连，所述总进气接口与进气管相连，所述进气管与氧气罐相连，所述微纳米气泡出口伸到微纳米气泡引出管内，所述微纳米气泡引出管的下端伸到养殖槽本体的中下部，且其下端端部折弯朝向养殖池壁切线方向。

7.根据权利要求6所述高密度循环水养殖纯氧溶氧装置，其特征在于：所述微纳米气泡引出管的上端设置有变径接头，所述圆柱段外径与变径接头的小直径端内径相同，采用胶水直接粘接，所述微纳米气泡引出管的下端设置有弯头。

8.根据权利要求7所述高密度循环水养殖纯氧溶氧装置，其特征在于：所述弯头位于水位线下0.6m。

9.根据权利要求8所述高密度循环水养殖纯氧溶氧装置，其特征在于：所述养殖池的池底设置有带网格的鱼马桶，所述排水管与鱼马桶相连。

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