一种多级纳米气泡发生装置及纳米气泡的产生方法与流程

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1.本发明属于纳米气泡生成设备技术领域，可用于实施多种气液流体工艺过程(增氧、混合、消毒、加热等)等相关领域，特指一种多级纳米气泡发生装置及纳米气泡的产生方法。


背景技术：

2.纳米气泡(超细气泡)，是水溶液中的纳米级气态，能够改变水的正常特性。按照国际标准化组织(iso)的定义，当气泡的直径在50微米以下的称作微米气泡，而100纳米以下的称作为纳米气泡，典型的平均直径约为80nm。
3.纳米气泡具有常规气泡所不具备的物理与化学特性。正是这些特性使处理过的纳米气泡具有独特的功能，使其纳米气泡在改善水质方面有着显著的效果。并在工、农业生产、环境治理等领域中得到了广泛的应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种提高工作效率、降低运营成本的多级纳米气泡发生装置及纳米气泡的产生方法。
5.本发明是这样实现的：
6.本发明的其中一个目的是提供一种多级纳米气泡发生装置，包括壳体，在壳体内腔内间隔设置有两块以上的孔板，将壳体内腔分隔成三个以上的腔室，分别是高压腔室、一个以上的中压腔室及低压腔室，所述壳体上设置有气液进口与气液出口，所述气液进口与高压腔室连通，所述气液出口与低压腔室连通，在高压腔室、中压腔室内分别设置有叶轮组件，所述叶轮组件均设置在传动轴上，所述传动轴的一端伸出壳体之外并由驱动源驱动转动，在中压腔室、低压腔室内分别设置有若干喷嘴，若干喷嘴设置在相应的孔板上。
7.在上述的一种多级纳米气泡发生装置中，所述孔板设置有两块，分别为一级孔板、二级孔板，所述壳体内腔由一级孔板、二级孔板分隔成高压腔室、中压腔室及低压腔室，设置在中压腔室内的喷嘴为一级喷嘴、低压腔室内的喷嘴为二级喷嘴，一级喷嘴、二级喷嘴分别设置在一级孔板、二级孔板上，所述叶轮组件设置有两个，分别为位于高压腔室内的一级叶轮组件、位于中压腔室内的二级叶轮组件。
8.在上述的一种多级纳米气泡发生装置中，所述传动轴与壳体之间通过机械密封密封。
9.在上述的一种多级纳米气泡发生装置中，所述一级叶轮组件包括一级叶轮及一级导流罩，所述二级叶轮组件包括二级叶轮及二级导流罩。
10.在上述的一种多级纳米气泡发生装置中，所述壳体、传动轴、叶轮组件同轴设置。
11.在上述的一种多级纳米气泡发生装置中，所述若干喷嘴以传动轴为中心，周向均布在相应的孔板上。
12.本发明的另一个目的是提供一种纳米气泡产生方法，包括如下步骤：
13.步骤1：启动设备后，驱动源驱动传动轴带动一级叶轮、二级叶轮开始高速旋转，来自储液装置的气体、液体通过一级叶轮组件的离心力作用下，经气液进口进入到高压腔室中；
14.步骤2：步骤1中进入到高压腔室中的气体、液体经一级叶轮组件的产生高压动能在高压腔室中形成高压涡流、湍流，气体、液体产生强烈的液冲压力，流速增加，通过一级孔板、一级喷嘴喷射进入中压腔室形成的微小气泡快速增加；
15.步骤3：步骤2中的微小气泡进入到中压腔室后，气、液两相流相应的速度和压力发生了急剧的变化，再经过二级叶轮、二级导流罩继续增压以获得高速喷射流，从而确保气、液两相流的高速运动，使其液体流动中形成更多强烈的微气泡，再经由二级孔板、二级喷嘴分流到低压腔室中去；
16.步骤4：当微气泡进入到低压腔室时压力突然降低，导致其液体流动中形成的微气泡的压缩、膨胀、坍塌，从而形成纳米气泡，经由出液口排出或循环到系统中去。
17.本发明相比现有技术突出的优点是：
18.1、本发明的气体、液体由一级组合单元在高压高压腔室中(一次加压)产生涡流和湍流，混合气、液两相液流，气、液两相液流进入到中压区域，在中压区域经组合单元以增加传导及激发气体、流体纳米气泡(空腔)的形成，使其液体内部释放出强大的能量，更有效地提升液体形成气泡的能力，可一次性产生纳米气泡的效果，提高工作效率、降低运营成本。
19.2、本发明一级叶轮形成高压区域，二级叶轮再次加压形成中压区域(次高压区域)，使其具有连续气、液体混合的效果，进一步提升纳米气泡设备的应用范围和性能。
20.3、本发明应用范围广，可以应用于水产养殖业、农业/植物栽培、水处理领域、污水中有机污染物的分解及供热领域等等。
附图说明：
21.图1是本发明的正视剖面结构示意图；
22.图2是本发明的右视剖面结构示意图。
23.图中：1、壳体；2、传动轴；3、气液进口；4、气液出口；5、高压腔室；6、中压腔室；7、低压腔室；8、一级孔板；9、二级孔板；10、一级喷嘴；11、二级喷嘴；12、一级叶轮；13、二级叶轮；14、一级导流罩；15、二级导流罩。
具体实施方式：
24.下面以具体实施例对本发明作进一步描述：
25.如图1、2所示，本发明提供一种多级纳米气泡发生装置，包括壳体1，在壳体1内腔内间隔设置有两块以上的孔板，将壳体内腔分隔成三个以上的腔室，分别是高压腔室5、一个以上的中压腔室6及低压腔室7，所述壳体1上设置有气液进口3与气液出口4，所述气液进口3与高压腔室5连通，所述气液出口4与低压腔室7连通，在高压腔室5、中压腔室6内分别设置有叶轮组件，所述叶轮组件均设置在传动轴2上，所述传动轴2的一端伸出壳体1之外并由驱动源驱动转动，所述驱动源优选电机。在中压腔室6、低压腔室7内分别设置有喷嘴，喷嘴设置在相应的孔板上。所述传动轴2与壳体1之间通过机械密封密封，可以防止液体泄漏。
26.在本实施例中，所述孔板设置有两块，分别为一级孔板8、二级孔板9，所述壳体内
腔由一级孔板8、二级孔板9分隔成高压腔室5、中压腔室6及低压腔室7，设置在中压腔室6内的喷嘴为一级喷嘴10、低压腔室7内的喷嘴为二级喷嘴11，一级喷嘴10、二级喷嘴11的一端分别设置在一级孔板8、二级孔板9上、另一端悬空设置，所述一级喷嘴10、二级喷嘴11的具体数量根据实际情况设置。在本实施例中，所述一级喷嘴10、二级喷嘴11以传动轴2为中心，周向均布有5个。所述叶轮组件设置有两个，分别为位于高压腔室5内的一级叶轮组件、位于中压腔室6内的二级叶轮组件。其中，所述一级叶轮组件包括一级叶轮12及一级导流罩14，所述二级叶轮组件包括二级叶轮13及二级导流罩15。所述壳体1、传动轴2、叶轮组件同轴设置。所述壳体2包括筒体及位于筒体两端的端盖。
27.在本实施例中，本发明通过两级组合单元(叶轮、导流罩、喷嘴)为纳米气泡的发生创造条件：一级组合单元在高压腔室5中(一次加压)气体、液体产生高速流形成涡流和湍流；通过一级喷嘴10时压力有所降低，气、液混合流在到达中压腔室6中后被继续加压(二次增压)，气、液混合流在压力下溶解形成强烈的微气泡(空腔)，随着经二级喷嘴11到达低压腔室7时，由于压力的急剧下降液体流动过程中形成的微气泡(空腔)瞬间“爆裂”(坍塌)。液体产生的液压冲击力(液体动力空化)，从而使其释放出液体的内部能量。并(累积)微射流形成纳米气泡。
28.本发明的另一个目的是提供一种纳米气泡的产生方法，包括如下步骤：
29.步骤1：启动设备后，驱动源驱动传动轴2带动一级叶轮12、二级叶轮13开始高速旋转，来自储液装置的气体、液体通过一级叶轮组件的离心力作用下，经气液进口3(负压状态)进入到高压腔室5中；
30.步骤2：步骤1中进入到高压腔室5中的气体、液体经一级叶轮组件的产生高压动能在高压腔室5中形成高压涡流、湍流，气体、液体产生强烈的液冲压力，流速增加，通过一级孔板8、一级喷嘴喷10射进入中压腔室6形成的微小气泡快速增加；
31.步骤3：步骤2中的微小气泡进入到中压腔室6后，气、液两相流相应的速度和压力发生了急剧的变化，再经过二级叶轮13、二级导流罩15继续增压以获得高速喷射流，从而确保气、液两相流的高速运动，使其液体流动中形成更多强烈的微气泡(空腔)，再经由二级孔板9、二级喷嘴11分流到低压腔室7中去；
32.步骤4：当微气泡进入到低压腔室7时压力突然降低，导致其液体流动中形成的微气泡的压缩、膨胀、坍塌等类似液体空化过程，从而形成纳米气泡(超细气泡)，经由气液出口4排出或循环到系统中去。
33.本发明采用双级组合单元装置，通过以增加速度和压力的相应急剧变化，达到气体、液体形成纳米气泡的流速和压力差异条件。促进纳米气泡(微空腔)的形成。使其在液体中的动能转化为势压能，随着速度的增加液体涡流形成过程中，溶解在液体中的气体分子被释放、剪切、溶解、混合，在液体中形成纳米气泡(超细气泡)。
34.本发明的应用：
35.本发明应用于水产养殖业：
36.纳米气泡在水中停留时间长，氧气转移效率高(超过90％)，是目前最有效的曝气方法之一。可以改善养殖环境，提高溶解氧，可促进虾类、鱼类、贝壳类的生长，提高水产养殖的产量。
37.本发明应用于农业/植物栽培：
38.用纳米气泡水浇灌，可促进农作物的生长增加产量。
39.本发明应用于水处理领域：
40.用纳米气泡水循环游泳池的水体，可起到杀菌/消毒，以减少氯化物的使用量，有益于人的身体健康。
41.用纳米气泡用于污水中有机污染物的分解，具有杀菌消毒的作用。与氯等其他消毒剂不同，不存在二次污染的问题。
42.本发明应用于供热领域：
43.产生纳米气泡的同时，也是液体热释放的过程，其工作原理可加热液体。可用于住宅、写字楼和厂房的独立供暖系统。
44.上述实施例仅为本发明的较佳实施例之一，并非以此限制本发明的实施范围，故：凡依本发明的形状、结构、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。