ES2887038T3 - Dispositivo de generación de microburbujas - Google Patents

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Abstract

Un generador de microburbujas, dotado de una entrada de líquido (101, 301), una entrada de gas (104, 304), una salida de burbujas (103, 303) y una cavidad de mezcla de gas-líquido (102, 302), en el que una superficie de contacto de gas-líquido de la cavidad de mezcla de gas-líquido está dotada de orificios de aire que tienen una estructura de esquina y una punta de la estructura de esquina apunta hacia la dirección de flujo de líquido; y, en el que los orificios de aire están dispuestos sobre una placa de generación de microburbujas (108), el generador de microburbujas está dotado de una estructura de montaje de placa de generación de microburbujas (106), la estructura de montaje comprende una o más cámaras de recolección de gas (109) dispuestas en la cavidad de mezcla de gas-líquido, una cavidad interior de la cámara de recolección de gas está en comunicación con la entrada de gas, una superficie de pared de la cámara de recolección de gas que está en contacto con el líquido y que es paralela a la dirección de flujo de líquido está dotada de al menos una ventana de aire (107), y la placa de generación de microburbujas está encapsulada en la ventana de aire; caracterizado porque una sección transversal de la cámara de recolección de gas tiene forma de U, un canal por el que pasa el líquido está dispuesto entre dos paredes laterales de la cámara de recolección de gas y dos paredes de cavidad laterales de la cavidad de mezcla de gas-líquido, el canal y la dirección de flujo de líquido se encuentran en la misma dirección, y la ventana de aire está montada en una superficie de pared de dos lados de la cámara de recolección de gas.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de generación de microburbujas
Antecedentes
Campo técnico
La presente invención se refiere al campo de las tecnologías de ingeniería química y, específicamente, a un generador de microburbujas.
Técnica relacionada
El tamaño de las burbujas descargadas por un difusor de microburbujas existente es de aproximadamente varios milímetros a decenas de milímetros, una zona de contacto total de las burbujas y el líquido es pequeña, y las burbujas permanecen en el agua durante un breve periodo de tiempo, lo que provoca una baja eficacia de transferencia de masa bifásica de gas-líquido. Un método eficaz para mejorar la transferencia de masa de gaslíquido es generar burbujas más pequeñas. Sin embargo, para generar burbujas de nivel micrométrico, un dispositivo existente presenta problemas tales como un alto consumo de energía y un pequeño volumen de soplado de gas.
El documento WO 2008/144288 A1 describe un método y un sistema para formar emulsiones de agua en aceite. Da a conocer un generador según el preámbulo de la reivindicación 1.
Sumario
Para los problemas de la técnica anterior, el objetivo técnico de la presente invención es proporcionar un generador de microburbujas tal como se especifica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6. Para lograr el objetivo técnico anterior, la solución técnica dada a conocer en la presente invención es:
un generador de microburbujas, dotado de una entrada de líquido, una entrada de gas, una salida de burbujas y una cavidad de mezcla de gas-líquido, en donde una superficie de contacto de gas-líquido de la cavidad de mezcla de gas-líquido está dotada de orificios de aire que tienen una estructura de esquina y una punta de la estructura de esquina del orificio de aire apunta a la dirección de flujo de líquido.
La solución incluye, además:
Los orificios de aire se disponen en una placa de generación de microburbujas, el generador de microburbujas está dotado de una estructura de montaje de placa de generación de microburbujas, la estructura de montaje incluye una cámara de recolección de gas dispuesta en la cavidad de mezcla de gas-líquido, una cavidad interior de la cámara de recolección de gas está en comunicación con la entrada de gas, una superficie de pared de la cámara de recolección de gas que está en contacto con el líquido y que es paralela a la dirección de flujo de líquido está dotada de al menos una ventana de aire, y la placa de generación de microburbujas se encapsula en la ventana de aire.
Además, una sección transversal de la cámara de recolección de gas presenta forma de U, un canal para que el líquido pase a su través se dispone simétricamente entre dos paredes laterales de la cámara de recolección de gas y dos paredes de cavidad lateral de la cavidad de mezcla de gas-líquido, el canal y la dirección de flujo de líquido se encuentran en la misma dirección, y la ventana de aire está montada en una superficie de pared de dos lados de la cámara de recolección de gas.
Una solución adicional que no forma parte de la presente invención es: Una cámara de recolección de gas se dispone en la cavidad de mezcla de gas-líquido, la cámara de recolección de gas forma una cavidad interior anular mediante el uso de una estructura de manguito de capa interior-exterior, la cavidad interior anular está en comunicación con la entrada de gas, el líquido pasa a través de una cavidad de tubo de un tubo de capa interior de la estructura de manguito, y los orificios de aire se proporcionan en una pared de tubo del tubo de capa interior. El tubo de capa interior de la estructura de manguito de capa interior-exterior es coaxial con o se encaja parcialmente en un tubo de capa exterior.
Una solución adicional que no forma parte de la presente invención es: La cavidad de mezcla de gas-líquido está formada por una tubería de líquido y una cavidad de tubo de admisión de aire unida a una parte exterior de la tubería de líquido, la cavidad de tubo de admisión de aire está conectada a la entrada de gas, la superficie de contacto de gas-líquido es una superficie de unión en la que la cavidad de tubo de admisión de aire está conectada a la tubería de líquido y los orificios de aire se disponen en la superficie de unión.
En las soluciones anteriores:
en los dos lados de la superficie de contacto de gas-líquido, la dirección de flujo de gas es perpendicular a la dirección de flujo de líquido.
El borde de boquilla de la salida de burbujas está dotado de una incisión en zigzag, de modo que las burbujas grandes recolectadas por las microburbujas en flujo pueden dispersarse de nuevo, para garantizar un efecto de mezcla de gas-líquido.
Cuando la salida de burbujas se dispone horizontalmente, se usa una boquilla plana que se amplía en una dirección de anchura y se contrae en una dirección de altura. La incisión en zigzag se dispone, preferiblemente, en un borde superior de la boquilla plana.
Cuando la boquilla de la salida de burbujas se encuentra hacia arriba, se dispone un anillo deflector cónico concéntrico y coaxial de múltiples capas en la boquilla, un borde de salida del anillo deflector cónico también está dotado de una incisión en zigzag, se mantiene un hueco desbordante entre los anillos deflectores interior y exterior adyacentes, y un saliente del anillo deflector exterior en una dirección axial bloquea el hueco desbordante.
Cuando la boquilla de la salida de burbujas se encuentra hacia abajo, se usa una boquilla cónica que tiene un diámetro que se contrae a lo largo de la dirección de flujo de líquido para la salida de burbujas.
Efectos beneficiosos:
Cuando se sopla un gas para dar un líquido en el generador de microburbujas de la presente invención, debido a que un líquido en un lado de la superficie de contacto de gas-líquido fluye rápidamente, un gas que pasa a través del orificio de aire se corta para dar microburbujas en la punta de la estructura de esquina del orificio de aire. Dado que un diámetro equivalente de un canal de gas en la punta de la estructura de esquina tiende a ser infinitamente pequeño a lo largo de la dirección de flujo de líquido, las burbujas generadas tienen diámetros extremadamente pequeños y permanecen en fase líquida durante más tiempo, y, obviamente, mejora la eficacia de transferencia de masa de gas-líquido. Después de disponer la estructura en zigzag en la salida de burbujas, las burbujas grandes recopiladas por las microburbujas en flujo pueden dispersarse de nuevo, para garantizar un efecto de mezcla de gas-líquido, y el generador de microburbujas de la presente invención presenta las ventajas de un menor consumo de energía, de un gran volumen de soplado de gas y de un efecto de mezcla de gas-líquido deseable.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama esquemático de una estructura tridimensional de la realización 1;
La figura 2 es un diagrama esquemático de una estructura superior de la realización 1;
la figura 3 es un diagrama esquemático de una estructura frontal de la realización 1;
la figura 4 es un diagrama esquemático de una estructura lateral de la realización 1;
la figura 5 es un diagrama esquemático de una estructura de montaje de placa de generación de microburbujas; la figura 6 es un diagrama esquemático de una estructura frontal de la realización 2 que no forma parte de la presente invención;
la figura 7 es un diagrama esquemático de una estructura lateral de la realización 2;
la figura 8 es un diagrama esquemático de una estructura superior de la realización 2;
la figura 9 es un diagrama esquemático de una estructura tridimensional de la realización 3;
la figura 10 es un diagrama esquemático de una estructura frontal de la realización 3;
la figura 11 es un diagrama esquemático de una estructura frontal de la realización 4;
la figura 12 es un diagrama esquemático de una estructura frontal de la realización 5 que no forma parte de la presente invención;
la figura 13 es un diagrama esquemático de una estructura lateral de la realización 5;
la figura 14 es un diagrama esquemático de una estructura frontal de la realización 6 que no forma parte de la presente invención; y
la figura 15 es un diagrama esquemático de una estructura lateral de la realización 6.
Descripción detallada
Para describir adicionalmente la solución técnica y el objetivo técnico de la presente invención, a continuación, se describe adicionalmente la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos y a realizaciones específicas.
Realización 1:
Tal como se muestra en la figura 1 a la figura 5, un generador de microburbujas está dotado de una entrada de líquido 101, una entrada de gas 104, una salida de burbujas 103, una cavidad de mezcla de gas-líquido 102, una placa de generación de microburbujas 108 y una estructura de montaje de placa de generación de microburbujas 106. La placa de generación de microburbujas 108 está dotada de una matriz formada por una pluralidad de orificios de aire dispuestos de manera uniforme, el orificio de aire presenta una forma que tiene una estructura de esquina, tal como un rectángulo, un triángulo, un rombo o una forma de gota, y una punta de la estructura de esquina apunta hacia la dirección de flujo de líquido. La dirección de admisión de aire de la entrada de gas 104 es perpendicular a la dirección de flujo de líquido.
La estructura de montaje de placa de generación de microburbujas 106 incluye una cámara de recolección de gas 109 dispuesta en la cavidad de mezcla de gas-líquido 102, una sección transversal de una cavidad interior de la cámara de recolección de gas 109 tiene forma de U, una abertura superior de la cámara de recolección de gas 109 está en comunicación con la entrada de gas 104, los extremos frontal y trasero de la cámara de recolección de gas 106 están dotados de una placa deflectora, un canal para que un líquido pase a su través está dispuesto simétricamente entre dos paredes laterales de la cámara de recolección de gas 106 y dos paredes de cavidad lateral de la cavidad de mezcla de gas-líquido, y el canal se encuentra en la misma dirección que la dirección de flujo de líquido. Las dos paredes laterales de la cámara de recolección de gas 109 están dotadas, respectivamente, de dos ventanas de aire 107, y la placa de generación de microburbujas 108 está encapsulada en la ventana de aire 107. Un asiento de montaje de placa rectangular se dispone por encima de una abertura superior de la cavidad de mezcla de gas-líquido 102, la estructura de montaje de placa de generación de microburbujas 106 incluye una placa de cubierta rectangular 105 que cubre la abertura de la cámara de recolección de gas y la abertura de la cavidad de mezcla de gas-líquido. La placa de cubierta 105 se fija en el asiento de montaje de placa rectangular usando un tornillo y una tubería de admisión de aire dotada de la entrada de gas 104 está conectada a la placa de cubierta 105.
Cuando la salida de burbujas 103 se dispone horizontalmente, se usa una boquilla plana que se amplía en una dirección de anchura y se contrae en una dirección de altura. Una incisión en zigzag se dispone en un borde superior de la boquilla plana.
En esta realización, la placa de generación de microburbujas también puede sustituirse por un material de tisaje adecuado que presente orificios de aire.
Realización 2:
Tal como se muestra en la figura 6 a la figura 8, un generador de microburbujas está dotado de una entrada de líquido 201, una entrada de gas 204, una salida de burbujas 203 y una cavidad de mezcla de gas-líquido 202. La dirección de admisión de aire de la entrada de gas 204 es perpendicular a la dirección de flujo de líquido.
En la cavidad de mezcla de gas-líquido se dispone una cámara de recolección de gas 205, la cámara de recolección de gas 205 forma una cavidad interior anular usando una estructura de manguito de capa interior-exterior coaxial, la cavidad interior anular está en comunicación con la entrada de gas 204, el líquido pasa a través de una cavidad de tubo de un tubo de capa interior 206 de la estructura de manguito y una pared de tubo del tubo de capa interior 206 está dotada de una matriz de orificios de aire formados por orificios de aire dispuestos de manera uniforme.
El orificio de aire también presenta una forma que tiene una estructura de esquina, tal como un triángulo, un rombo o una forma de gota, y una punta de la estructura de esquina apunta hacia la dirección de flujo de líquido.
Se usa una misma solución de diseño para la salida de burbujas 203 y la salida de burbujas 103 en la realización 1.
Realización 3:
Tal como se muestra en la figura 9 y la figura 10, un generador de microburbujas comparte la misma estructura principal que en la realización 1 y está dotado de una entrada de líquido 301, una entrada de gas 304, una salida de burbujas 303, una cavidad de mezcla de gas-líquido 302, una placa de generación de microburbujas, una estructura de montaje de placa de generación de microburbujas y otros componentes.
Una diferencia con la realización 1 radica en: Una boquilla de la entrada de líquido 301 se encuentra hacia abajo y una boquilla de la salida de burbujas 303 se encuentra hacia arriba. La salida de burbuja 303 es una boquilla cónica que tiene un diámetro decreciente, un borde de boquilla de la salida de burbujas 303 está dotado de una incisión en zigzag, la boquilla de la salida de burbujas 303 está dotada, además, de un anillo deflector cónico de múltiples capas concéntrico y coaxial con la salida de burbujas 303, un borde de salida del anillo deflector también está dotado de una incisión en zigzag, se mantiene un hueco desbordante entre los anillos deflectores interior y exterior adyacentes, un diámetro del anillo deflector cónico disminuye a lo largo de la dirección de flujo de líquido y un saliente del anillo deflector exterior en una dirección axial bloquea el hueco desbordante.
Realización 4:
Tal como se muestra en la figura 11, la solución de diseño es la misma que la de la realización 3, y una diferencia radica en: Una boquilla de la entrada de líquido se encuentra hacia arriba y una boquilla de la salida de burbujas se encuentra hacia abajo, pero no se dispone ningún anillo deflector cónico.
Realización 5:
En base a la realización 2, la estructura de manguito de capa interior-exterior se cambia a una forma de encaje inferior. Tal como se muestra en la figura 12 y la figura 13, en la parte inferior se encajan un tubo de capa interior 502 y un tubo de capa exterior 501, y la totalidad del tubo de capa interior 502 o la pared de tubo en la parte superior se distribuyen de manera uniforme con orificios de aire.
Realización 6:
Tal como se muestra en la figura 13 y la figura 14, un generador de microburbujas está dotado de una entrada de líquido 604, una entrada de gas 603, una salida de burbujas y una cavidad de mezcla de gas-líquido.
La cavidad de mezcla de gas-líquido está formada por una tubería de líquido 602 y una cavidad de tubo de admisión de aire 601 unidas en una parte exterior de la tubería de líquido 602, la cavidad del tubo de admisión de aire 601 está conectada a la entrada de gas 603, la superficie de contacto de gas-líquido es una superficie de unión sobre la que la cavidad de tubo de admisión de aire 601 está conectada a la tubería de líquido 602, la superficie de unión está dotada de orificios de aire que tienen una estructura de esquina y una punta de la estructura de la esquina apunta hacia la dirección de flujo de líquido.
Un cuerpo de tubo, tal como una estructura de manguito de capa interior-exterior, una tubería de líquido o una cavidad de tubo de entrada de aire en las realizaciones anteriores, es generalmente un tubo circular, o puede ser otra forma de tubo, tal como un tubo cuadrado. Los diámetros de las microburbujas generadas por el generador de microburbujas de la presente invención son de varios micrómetros a decenas de micrómetros, y el generador de microburbujas puede aplicarse ampliamente a campos tales como industrias y protección del medio ambiente. Lo comentado anteriormente visualiza y describe el principio básico, las características principales y las ventajas de la presente invención. Un experto en la técnica debe entender que la presente invención no se ve limitada por las realizaciones anteriores, y las realizaciones y descripciones anteriores en la memoria descriptiva sirven únicamente para describir el principio de la presente invención que se define en las reivindicaciones.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Un generador de microburbujas, dotado de una entrada de líquido (101, 301), una entrada de gas (104, 304), una salida de burbujas (103, 303) y una cavidad de mezcla de gas-líquido (102, 302), en el que una superficie de contacto de gas-líquido de la cavidad de mezcla de gas-líquido está dotada de orificios de aire que tienen una estructura de esquina y una punta de la estructura de esquina apunta hacia la dirección de flujo de líquido; y,
en el que los orificios de aire están dispuestos sobre una placa de generación de microburbujas (108), el generador de microburbujas está dotado de una estructura de montaje de placa de generación de microburbujas (106), la estructura de montaje comprende una o más cámaras de recolección de gas (109) dispuestas en la cavidad de mezcla de gas-líquido, una cavidad interior de la cámara de recolección de gas está en comunicación con la entrada de gas, una superficie de pared de la cámara de recolección de gas que está en contacto con el líquido y que es paralela a la dirección de flujo de líquido está dotada de al menos una ventana de aire (107), y la placa de generación de microburbujas está encapsulada en la ventana de aire; caracterizado porque una sección transversal de la cámara de recolección de gas tiene forma de U, un canal por el que pasa el líquido está dispuesto entre dos paredes laterales de la cámara de recolección de gas y dos paredes de cavidad laterales de la cavidad de mezcla de gas-líquido, el canal y la dirección de flujo de líquido se encuentran en la misma dirección, y la ventana de aire está montada en una superficie de pared de dos lados de la cámara de recolección de gas.
2. Generador de microburbujas según la reivindicación 1, en el que, en dos lados de la superficie de contacto de gas-líquido, la dirección de flujo de gas es perpendicular a la dirección de flujo de líquido.
3. Generador de microburbujas según la reivindicación 1, en el que el borde de boquilla de la salida de burbujas está dotado de una incisión en zigzag.
4. Generador de microburbujas según la reivindicación 3, en el que cuando la salida de burbujas está dispuesta horizontalmente, se usa una boquilla plana que se amplía en una dirección de anchura y se contrae en una dirección de altura.
5. Generador de microburbujas según la reivindicación 3, en el que cuando la boquilla de la salida de burbujas se encuentra hacia arriba, se dispone un anillo deflector cónico concéntrico y coaxial de múltiples capas en la boquilla, un borde de salida del anillo deflector cónico también está dotado de una incisión en zigzag, un hueco desbordante se mantiene entre anillos deflectores interior y exterior adyacentes y un saliente del anillo deflector exterior en una dirección axial bloquea el hueco desbordante.
6. Generador de microburbujas según la reivindicación 3, en el que cuando la boquilla de la salida de burbujas se encuentra hacia abajo, se usa una boquilla cónica que tiene un diámetro que se contrae a lo largo de la dirección de flujo de líquido para la salida de burbujas.
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