一种具有供氧自循环系统的鱼缸

1.本发明涉及鱼缸增氧技术领域，具体涉及一种具有供氧自循环系统的鱼缸。


背景技术：

2.目前市面上所使用的鱼缸供氧装置一般叫做氧气泵，也叫增氧泵、空气泵、打氧泵等，主要通过分散空气法产生微气泡，在静态导流涡轮和滤网组合机构中通过高速剪切、搅拌等方式将空气反复剪切破碎，混合于水中以产生微气泡，从而使空气中的氧气与水体充分接触，使氧气融入水中，从而增加水体的溶氧量，以保证耗氧类生物的生长需求。
3.但是，通过分散空气法产生微气泡进行水体增氧的供氧装置具有结构复杂和噪音大的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种具有供氧自循环系统的鱼缸，该鱼缸的增氧泵采用摩擦空化和摩擦迸流原理，通过相对转动且非接触的转子和定子即可产生大量气泡，无需叶片和滤网进行空气切割，具有结构简单、能耗低、摩擦损失小、振动小、噪声低的优点；同时，由于该鱼缸的增氧泵在极低功耗下即可稳定产生大量气泡，通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，并由蓄电池储能，使得该供氧自循环系统可实现昼夜24小时绿色供氧自循环。
5.本发明采用以下具体技术方案：
6.一种具有供氧自循环系统的鱼缸，该鱼缸包括缸体和安装于所述缸体的供氧自循环系统；
7.所述供氧自循环系统包括增氧泵、驱动电机、太阳能电池板、蓄电池以及支架；所述太阳能电池板、所述蓄电池以及所述驱动电机依次电连接；
8.所述增氧泵包括壳体、定子、转子以及进气管；所述定子安装于所述壳体内，顶面和底面均与所述壳体固定连接，并在所述壳体与所述定子之间形成外腔体；
9.所述转子同轴地安装于所述定子内，所述转子与所述定子之间具有径向间隙，并在所述转子与所述定子之间形成内腔体；
10.所述壳体的顶部设置有用于安装所述转子的顶部法兰和与所述内腔体连通的第一通孔，底部设置有用于安装所述转子的底部法兰和与所述内腔体连通的第二通孔，中部设置有与所述外腔体连通的第三通孔；
11.所述定子设置有沿其内周面分布的多个平面以及与每个所述平面一一对应的阶梯孔；每个所述平面均偏心地开设有沿所述定子的轴向延伸的缝隙，所述缝隙形成所述阶梯孔在所述定子的内侧的开口，在所述缝隙的一侧形成扩张区、且在另一侧形成收缩区；所述阶梯孔连通所述内腔体和所述外腔体；
12.所述进气管的底端与所述第三通孔连通，顶端伸出于所述缸体；
13.所述驱动电机安装于所述壳体的顶部，并且输出轴与所述转子固定连接；
14.所述进气管、所述第三通孔、所述外腔体、所述阶梯孔、所述内腔体以及所述第一通孔依次连通形成第一流动通道，所述进气管、所述第三通孔、所述外腔体、所述阶梯孔、所述内腔体以及所述第二通孔依次连通形成第二流动通道；
15.所述支架的底部固定安装于所述壳体的顶部；
16.所述驱动电机固定安装于所述支架，并且所述驱动电机的输出轴与所述转子之间固定连接；
17.所述太阳能电池板通过支杆固定安装于所述支架。
18.更进一步地，所述转子为顶部直径大、底部直径小的圆台形结构；
19.所述定子的内周面具有与所述转子的外周面相同的斜度，所述平面倾斜设置。
20.更进一步地，在相邻的两个所述平面之间均设置有凹槽。
21.更进一步地，所述转子包括转轴和间隙调节杆；
22.所述转轴固定安装于所述转子的中心，顶端通过轴承安装于所述顶部法兰，底端与所述间隙调节杆的顶端转动配合；
23.所述间隙调节杆的底端能够沿轴向调节地安装于所述底部法兰，通过所述间隙调节杆在轴向的位移调节所述转子的轴向位置，用于实现所述定子与所述转子之间的间隙调节。
24.更进一步地，所述转轴在朝向所述间隙调节杆的底端面设置有安装孔；
25.所述间隙调节杆的顶端通过轴承安装于所述安装孔内。
26.更进一步地，所述平面的数量为3～10个；
27.至少两个所述平面沿所述定子的周向均匀分布。
28.更进一步地，所述输出轴与所述转子之间通过联轴器连接。
29.更进一步地，所述壳体包括沿所述转子的轴向依次设置的顶盖、圆形筒体以及底盖；
30.所述圆形筒体的顶端与所述顶盖之间密封配合、且底端与所述底盖之间密封配合；
31.所述定子的顶面与所述顶盖的底面固定连接，底面与所述底盖的顶面固定连接；
32.所述外腔体由所述顶盖、所述圆形筒体、所述底盖以及所述定子围绕形成；
33.所述第一通孔贯穿所述顶盖设置，并且所述顶盖设置有用于安装所述顶部法兰的第一中心通孔；
34.所述第二通孔贯穿所述底盖设置，并且所述底盖设置有用于安装所述底部法兰的第二中心通孔；
35.所述第三通孔贯穿所述圆形筒体的壁厚设置；
36.所述支架与所述顶盖固定连接。
37.更进一步地，所述顶盖的外周侧设置有上限位凸缘，并在朝向所述圆形筒体的一侧设置有上插接部；
38.所述底盖的外周侧设置有下限位凸缘，并在朝向所述圆形筒体的一侧设置有下插接部；
39.所述圆形筒体夹设于所述上限位凸缘与所述下限位凸缘之间，并且所述上插接部和所述下插接部均与所述圆形筒体插接配合；
40.所述上插接部和所述下插接部的外周侧均设置有密封槽；
41.所述密封槽内安装有密封圈。
42.有益效果：
43.1、本发明的鱼缸的增氧泵采用摩擦空化和摩擦迸流原理，通过摩擦空化区域的“负压”或真空度将空气或氧气等气体通过进气管吸入壳体并产生微纳米气泡，再通过摩擦迸流产生的高压将含有微纳米气泡的水体排出壳体，与现有供氧装置所采用的工作原理不同，不需要叶片、滤网等切割空气部件，并且壳体内的定子和转子之间始终保持非接触状态，通过设置于定子的阶梯孔以及形成于缝隙两侧的扩张区和收缩区产生大量气泡，实现水体增氧，具有结构简单、能耗低、摩擦损失小、振动小、噪声低的优点，同时可靠性高、使用寿命长；
44.2、本发明的鱼缸还具有可调节的特点，即，可通过调节转子的轴向位置实现定子和转子之间的径向间隙的调节，从而实现气泡大小和产生速度的调节，同时还可以通过调节缝隙的数量实现气泡产生速率的变化。
45.3、本发明的鱼缸，由于增氧泵的定子和转子之间始终处于非接触状态，使得增氧泵在极低的能耗下即可稳定产生大量气泡，同时配合太阳能电池板和蓄电池可实现独立长期稳定运转。
46.4、由于本发明的鱼缸的增氧泵结构简单、对尺寸大小没有限制，在加工工艺条件允许的情况下，可将供氧自循环系统制作成微型供氧装置。
47.5、本发明的鱼缸的增氧泵的供氧效果不受水压影响。
附图说明
48.图1为本发明的具有供氧自循环系统的鱼缸的结构示意图；
49.图2为图1中鱼缸的供氧自循环系统的结构示意图；
50.图3为图2中供氧自循环系统的增氧泵的整体结构示意图；
51.图4为图3中增氧泵的爆炸结构示意图；
52.图5为图3中增氧泵的全剖结构示意图；
53.图6为图3中增氧泵的俯视半剖结构示意图；
54.图7为图6中部分结构放大图；
55.图8为图4中增氧泵的定子的结构示意图；
56.图9为增氧泵的另一种定子的结构示意图；
57.图10为图4中增氧泵的转子的结构示意图；
58.图11为本发明中扩张区和收缩区的原理示意图。
59.其中，1
‑
顶盖，2
‑
圆形筒体，3
‑
底盖，4
‑
定子，5
‑
转子，6
‑
外腔体，7
‑
内腔体，8
‑
顶部法兰，9
‑
第一通孔，10
‑
底部法兰，11
‑
第二通孔，12
‑
第三通孔，13
‑
平面，14
‑
收缩区，15
‑
扩张区，16
‑
阶梯孔，17
‑
转轴，18
‑
间隙调节杆，19
‑
轴承，20
‑
环形槽，21
‑
上限位凸缘，22
‑
上插接部，23
‑
下限位凸缘，24
‑
下插接部，25
‑
密封槽，26
‑
缝隙，27
‑
凹槽，28
‑
进气管，100
‑
缸体，110
‑
增氧泵，120
‑
驱动电机，130
‑
太阳能电池板，140
‑
支架，141
‑
连接杆
具体实施方式
60.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
61.实施例一
62.如图1和图2结构所示，本发明实施例提供了一种具有供氧自循环系统的鱼缸，该鱼缸包括缸体100和安装于缸体100的供氧自循环系统；供氧自循环系统包括增氧泵110、驱动电机120、太阳能电池板130、蓄电池(图中未示出)以及支架140；太阳能电池板130、蓄电池以及驱动电机120依次电连接；太阳能电池板130将太阳能转换为电能，并将电能输入蓄电池进行储存或供给驱动电机120；驱动电机120与蓄电池电连接，并从蓄电池中获取电能，从而实现转动；在工作过程中，太阳能电池板130位于缸体100的外侧顶部；蓄电池可以固定安装于支架140，并位于缸体100的水面外侧，或经过防水处理以后也可以位于水面之下；增氧泵110和驱动电机120安装于缸体100内；支架140用于支承整个供氧自循环系统，支架140可以直接支承在缸体100的底部，也可以通过任意安装方式固定在缸体100的侧壁或顶部；
63.如图3、图4、图5以及图6结构所示，增氧泵110包括壳体、定子4、转子5以及进气管28；壳体可以包括从上到下依次连接的顶盖1、圆形筒体2以及底盖3，圆形筒体2的顶端与顶盖1之间密封配合、且底端与底盖3之间密封配合；定子4安装于壳体内，顶面和底面均与壳体固定连接，并在壳体与定子4之间形成外腔体6；转子5同轴地安装于定子4内，转子5与定子4之间具有径向间隙，并在转子5与定子4之间形成内腔体7；转子5可以包括固定安装于中心的转轴17，转轴17可以通过外力进行驱动以带动转子5沿逆时针方向转动；
64.壳体的顶部设置有用于安装转子5的顶部法兰8和与内腔体7连通的第一通孔9，底部设置有用于安装转子5的底部法兰10和与内腔体7连通的第二通孔11，中部设置有与外腔体6连通的第三通孔12；第一通孔9和第二通孔11可以用作出水孔或出气孔，相对应地，第三通孔12则用作进水孔或进气孔，并且还可以在壳体上设置与第三通孔12相连通的进气管28，进气管28的底端与第三通孔12连通，顶端伸出于缸体100，通过进气管28与缸体100外侧的空气连通，将缸体100外侧的空气引入壳体内；第一通孔9、第二通孔11以及第三通孔12的数量均可以为一个或多个；
65.定子4设置有沿其内周面分布的多个平面13以及与每个平面13一一对应的阶梯孔16；每个平面13均偏心地开设有沿定子4的轴向延伸的缝隙26，缝隙26形成阶梯孔16在定子4的内侧的开口；转子5与每个平面13在平面13的中心线o两侧形成收缩区14和扩张区15，缝隙26位于扩张区15内；阶梯孔16连通内腔体7和外腔体6；如图6、图7、图8结构所示，定子4为空心结构，内周面可以由依次首尾相接的5个平面13构成，5个平面13沿定子4的内周面均匀分布，在每个平面13上均开设有一条缝隙26，缝隙26为阶梯孔16的一部分，缝隙26沿定子4的轴向延伸；如图7结构所示，缝隙26偏离平面13的中心线o设置，缝隙26的工作区位于由第一虚线l和第二虚线k所界定的范围内，从而在图7中的中心线o与第一虚线l之间区域形成扩张区15，并在图7中的中心线o与第二虚线k之间的区域形成收缩区14；如图9结构所示，在定子4的内周面交替设置有平面13和凹槽27，即，在定子4的内周面设置有5个平面13和5个凹槽27，凹槽27可以为弧形槽，在相邻的两个平面13之间设有一个凹槽27，在每个平面13上开设有一条沿定子4的轴向延伸的缝隙26，凹槽27处的径向深度大于平面13处的径向深度；平面13的数量可以为3～10个，如：3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个；至少两个平面13沿定子4的周向均匀分布，即，在定子4的内周面设置有多个平面13时，多个平面13均匀分布
于定子4的内周面，如图6和图7结构所示；
66.进气管28、第三通孔12、外腔体6、阶梯孔16、内腔体7以及第一通孔9依次连通形成第一流动通道，进气管28、第三通孔12、外腔体6、阶梯孔16、内腔体7以及第二通孔11依次连通形成第二流动通道；
67.支架140的底部固定安装于壳体的顶部，并且支架140的底部与壳体的顶部之间可以通过连接杆141进行固定连接，通过连接杆141可以在支架140的底部与壳体的顶部之间形成安装空间，便于驱动电机120的输出轴与转子5之间的连接；驱动电机120固定安装于支架140，并且输出轴与转子5之间可以通过联轴器进行固定连接；太阳能电池板130可以通过支杆固定安装于支架140，支杆将太阳能电池板130的高度提高，从而使太阳能电池板130露出水面，位于缸体100的最高点，便于吸收光线。
68.上述鱼缸的工作原理为：将增氧泵110、驱动电机120、太阳能电池板130、蓄电池以及支架140组装好，并将增氧泵110放置于缸体100内，浸入水中，转子5可以通过联轴器连接驱动电机120的输出轴，驱动电机120带动转子5绕其轴心线转动，启动驱动电机120使其逆时针旋转，如图7结构所示，转子5在驱动电机120的带动下逆时针转动，与第三通孔12连通的外腔体6通过具有缝隙26的阶梯孔16与内腔体7相连通，其中，缝隙26处于内腔体7的扩张区15(扩张段)中，由于内腔体7的扩张区15中的摩擦空化现象导致扩张区15内压力骤降形成低压区域或真空，低压区域或真空迫使空气或氧气从外腔体6通过具有阶梯孔16流入，实现吸气功能；同时在内腔体7的扩张区15中发生摩擦空化现象，即，扩张区15域内压力低于溶于水中气体的饱和蒸汽压，使气体从水中析出，形成微纳米气泡；含有微纳米气泡的气液两相液体在内腔体7的收缩区14中，由于摩擦迸流现象产生高压，高压挤压气液两相液体通过第一通孔9和/或第二通孔11流出，实现向水体增氧的同时完成液体运输。
69.微纳米气泡是气泡发生时产生的直径小于等于50μm的微小气泡，也可以根据其直径范围叫微纳气泡、微米气泡或纳米气泡。微纳米气泡水的特性是含高浓度氧的水，微纳米气泡水是水与氧融合形成的富含高浓度氧的水，气泡在水中具有高效的增氧作用。
70.上述鱼缸集吸气、产生气泡、输水以及太阳能发电功能于一体，采用摩擦空化和摩擦迸流原理，通过摩擦空化区域的“负压”或真空度将空气或氧气等气体吸入壳体并产生微纳米气泡，再通过摩擦迸流产生的高压将含有微纳米气泡的水体排出壳体，与现有技术中供氧装置所采用的工作原理不同，不需要叶片、滤网等切割空气部件，并且由于定子4与转子5之间具有径向间隙，壳体内的定子4和转子5之间始终保持非接触状态，通过设置于定子4的阶梯孔16以及形成于中心线o两侧的扩张区15和收缩区14产生大量气泡，实现水体增氧，具有结构简单、能耗低、摩擦损失小、振动小、噪声低的优点，同时可靠性高、使用寿命长；在工作过程中，还可以通过调节转子5的转速以及调节阶梯孔16和缝隙26的数量改变气泡的大小以及产生的速度；由于定子4与转子5之间具有径向间隙，定子4和转子5之间始终处于非接触状态，使得在运行过程中耗电量少，能够在极低的能耗下即可产生大量气泡，通过将太阳能转化为电能的太阳能电池板130和储存电能的蓄电池还可以实现独立长期稳定运转；上述鱼缸的增氧泵110通过在壳体内设置同轴且能够相对转动地定子4和转子5，使得增氧泵110具有结构简单、制作容易、对尺寸大小没有限制的特点，在加工工艺条件允许的情况下，还可将增氧泵110制作成微型供氧装置，同时，供氧效果不受水压影响。
71.一种具体的实施方式中，如图5和图10结构所示，转子5为顶部直径大、底部直径小
的圆台形结构；定子4的内周面具有与转子5的外周面相同的斜度，平面13倾斜设置。转子5可以包括分体的转轴17和间隙调节杆18；转轴17固定安装于转子5的中心，顶端通过轴承19安装于顶部法兰8，底端与间隙调节杆18的顶端转动配合；间隙调节杆18的底端能够沿轴向调节地安装于底部法兰10，通过间隙调节杆18在轴向的位移调节转子5的轴向位置，用于实现定子4与转子5之间的间隙调节。间隙调节杆18可以与底部法兰10之间通过螺纹连接，通过螺纹配合既可以实现间隙调节杆18与底部法兰10之间的装配，又可以通过螺纹配合实现间隙调节杆18在轴向上的位置调整。
72.由于转子5为圆台形结构，定子4的内周面具有与转子5的外周面相同的斜度，通过调节转子5的轴向位置可以实现定子4与转子5之间的最小径向间隙的调节，从而实现转子5与缝隙26之间的间隙变化，进而实现流量调节和气泡的发生速度；同时，由于转子5包括转动配合的转轴17和间隙调节杆18，并且间隙调节杆18能够沿轴向调节地安装于底部法兰10，通过间隙调节杆18的轴向调节能够控制转子5的轴向位置，从而能够在增氧泵110的外侧实现转子5与定子4之间的最小径向间隙的调节。因此，采用上述鱼缸，既可以通过转子5的转速来调节增氧泵110的气泡产生速度以及增氧效果，还可以通过转子5与定子4之间的相对位置关系调节鱼缸的气泡产生速度以及增氧效果，使得鱼缸的调节方式多样化。因此，上述鱼缸还具有可调节和调节方便的特点。
73.为了实现间隙调节杆18与转轴17的转动连接，如图5结构所示，转轴17在朝向间隙调节杆18的底端面设置有安装孔(图中未示出)；间隙调节杆18的顶端通过轴承(图中未示出)安装于安装孔内。通过安装于间隙调节杆18与转轴17之间的轴承，能够实现转轴17与间隙调节杆18之间的相对转动，同时还能通过间隙调节杆18实现转子5在轴向高度上的位置调节。
74.如图8和图9结构所示，定子4的外周面设置有用于连通各个阶梯孔16的环形槽20，通过设置于定子4外周面的环形槽20能够将贯穿定子4设置的各个阶梯孔16进行连通。
75.在上述各种实施例的基础上，如图5结构所示，壳体包括沿转子5的轴向依次设置的顶盖1、圆形筒体2以及底盖3；圆形筒体2的顶端与顶盖1之间密封配合、且底端与底盖3之间密封配合；定子4的顶面与顶盖1的底面固定连接，底面与底盖3的顶面固定连接；外腔体6由顶盖1、圆形筒体2、底盖3以及定子4围绕形成；第一通孔9贯穿顶盖1设置，并且顶盖1设置有用于安装顶部法兰8的第一中心通孔(图中未示出)；第二通孔11贯穿底盖3设置，并且底盖3设置有用于安装底部法兰10的第二中心通孔(图中未示出)；第三通孔12贯穿圆形筒体2的壁厚设置，支架140的底部与顶盖1固定连接。
76.同时为了实现壳体的装配和密封，如图5结构所示，顶盖1的外周侧设置有上限位凸缘21，并在朝向圆形筒体2的一侧设置有上插接部22；底盖3的外周侧设置有下限位凸缘23，并在朝向圆形筒体2的一侧设置有下插接部24；圆形筒体2夹设于上限位凸缘21与下限位凸缘23之间，并且上插接部22和下插接部24均与圆形筒体2插接配合；上插接部22和下插接部24的外周侧均设置有密封槽25；密封槽25内安装有密封圈，通过密封圈可以将圆形筒体2与顶盖1和底盖3之间的间隙进行密封。
77.圆形筒体2与顶盖1和底盖3之间的装配通过定子4与顶盖1和底盖3之间的固定连接实现，定子4与顶盖1和底盖3之间可以通过螺钉或螺栓进行固定连接，从而将圆形筒体2夹设于顶盖1和底盖3之间。
78.在本发明的实施例中，在转子5外表面与定子4内表面之间形成有内腔体7，并在内腔体7内形成有收缩区14和扩张区15；为了方便对收缩区14和扩张区15进行说明，以图11为例进行说明，在图11中用逆时针方向的箭头指示了转子5的转动方向，沿转子5的转动方向，当内腔体7的体积逐渐减小时，在转子5与定子4之间形成收缩状腔体，此段内腔体称之为收缩区14；当内腔体17的体积逐渐增大时，在转子5和定子4之间形成扩张状腔体，此段内腔体称之为扩张区15。
79.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。