本发明涉及纳米臭氧气泡制备领域，具体来说是一种水气静态变距螺旋纳米切割磁化装置。
背景技术
臭氧灭菌或抑菌作用，通常是物理的、化学的及生物学等方面的综合结果。臭氧杀灭病毒是通过直接破坏核糖核酸或脱氧核酸完成的。杀灭细菌、霉菌类微生物则是臭氧首先作用与细胞膜，使细胞膜的构成收到损伤，导致新陈代谢障碍并抑制其生长，臭氧继续渗透破坏膜内脂蛋白和脂多糖，改变细胞通透性，导致细胞溶解、死亡。由于臭氧在水中溶解的机理以及臭氧对生物细胞物质交换的影响过程极为复杂，正确认识臭氧在水中的物理、化学过程与臭氧杀菌的生物化学过程是极重要的。
水溶臭氧浓度与保持时间是杀菌的必要条件，为保证水中臭氧的一定浓度就需保证：1、臭氧源的浓度；2、一定的气温；3、水温不能过高；4、投入水中臭氧气的比表面积尽量大，使臭氧与水的接触机会更多。实现条件1必须增加设备成本，不可取，因此在1、2、3一定的条件下，实现臭氧气泡的微纳米化，尽可能增加臭氧与液体的接触表面积，可以极大提高臭氧设备的处理效率，实现节能减排。传统的臭氧气泡发生设备有鼓泡塔或池，水射器(文丘里管)与静态混合器(单用或合用)，气液混合泵。
文丘里射流器混合优点：投资少，混合好，接触时间短，经射流混合器后臭氧在水中的臭氧浓度可为曝气法的数倍。但需加设水泵以保证水的喷射速度，而且工艺参数不易掌握，处理水量不能随意调节，否则将发生气、液两相分离，影响吸收效果，一台气液混合泵即可进行气液吸引、混合、溶解并直接将高度溶解液送至使用点。但该方法得到的臭氧气泡的直径是微米量级的，臭氧溶解度增加有限。
目前，市场上已经出现了这些臭氧气泡发生设备，动力消耗巨大，可靠性差，旋转部件在高温高湿条件下极易损坏，维修困难。此外，设备的结构复杂，制造成本高，实际上正真达到纳米量级的设备几乎没有，如何解决上述问题就显得至关重要了。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种臭氧静态变距螺旋纳米切割磁化装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种臭氧静态变距螺旋纳米切割磁化装置，包括静态变螺距螺旋切割器和磁芯管体：所述静态变螺距螺旋切割器包括多片叠加旋转设置的切割叶片，所述切割叶片安装在的磁芯管体外径圆周上，所述磁芯管体两端安装有连接法兰三和连接法兰四，所述连接法兰四与连接法兰五连接，所述连接法兰三与连接法兰二连接，所述连接法兰五与管道固定连接，所述管道底部安装有连接法兰六，所述连接法兰二与管道的前端连接，且管道的前端上安装有连接法兰一，且管道上方安装有气源，所述气源与臭氧输入管连接，所述臭氧输入管另一端安装在出气阀座中，所述出气阀座上设有加气孔，所述连接法兰一处设有进水口，所述连接法兰六处设有气液出口，所述静态变螺距螺旋切割器前端安装有导水锥，所述静态变螺距螺旋切割器内部安装有磁芯管体，所述磁芯管体外部面固定安装有切割叶片，所述磁芯管体尾部安装有压块，所述压块通过锁紧螺母固定。
优选地，所述静态变螺距螺旋切割器内腔采用了的变螺距设计，由流体入口的大螺距过渡为流体出口的小螺距，螺旋面函数表达式为：
x＝rcosθ
y＝rsinθ
z＝11.97(θ)m
且上式中，x、y、z为螺旋面任意点的坐标值；r螺旋切割片半径；θ为螺旋旋转角度；m为变螺距系数，取值范围0～1；所述静态变螺距螺旋切割器由多片切割叶片按照上述函数变化规律的螺距叠加旋转而形成离散化的阶梯状螺旋曲面。
优选地，所述出气阀座，臭氧输入管通过螺纹连接在一起，所述切割叶片中心孔与磁芯管体外径为间隙配合，通过压块和锁紧螺母固定在磁芯管体外径圆周上。
优选地，所述磁芯管体包括螺纹接头一、螺纹接头二，非导磁性柱形套管、聚磁片和永磁铁；所述非导磁性柱形套管由两端装有螺纹接头一和螺纹接头二与导水锥和压块连接，通过锁紧螺母固定在切割腔内，所述磁芯管体是由非导磁性柱形套管、装在该套管中的多组由永磁铁与聚磁片贴合成一磁芯体。
优选地，所述磁芯体中，每相邻两块永磁铁，其相邻的两磁极极性相同。
优选地，所述非导磁性柱形套管内设置有至少7组由永磁铁与聚磁片贴合成一体的磁芯体，其磁极表面的磁场强度不小于15000高斯。
优选地，所述磁芯管体的非导磁性柱形套管外部安装有切割叶片。
优选地，所述切割叶片的厚度为0.08mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：水携带臭氧在一定的压力和流速下流过螺旋切割器的腔体，实现臭氧和水的微纳米量级的切割细化和混合，消耗能量极少。同时，磁芯管体内的高强度磁场产生较强的磁化、极化、活化效应，使水的大分子团簇向小分子簇团转变，水的密度增大，比重增高，水分子团的体积变小，溶解度高，渗透力强。因此磁化水中的臭氧微气泡进一步变小为纳米量级，水中气体浓度进一步增加；此外，磁化水对污染物体吸附去除能力进一步增强。在两种外力作用下，螺旋切割器将臭氧和水的大分子团物质切割为纳米量级的小分子团物质，可在切割腔内形成快速的质量、动量、热量传递过程，并实现气水充分均匀混合和超饱和溶氧。本发明有效的集成了磁场极化磁化、气液混合和纳米级微气泡量级切割的功能，在原理上创新性地实现了臭氧快速纳米量级的切割细化，通过该装置有效的将强磁场、气水均匀混合部件和纳米化切割部件进行集成，一方面采用中心加气法将臭氧输送进入水流管道，实现气水的充分接触和均匀混合，另一方面利用了流体通道内变距螺旋叶片的相对切割作用和由流体入口的大螺距叶片逐渐过渡为流体出口的小螺距叶片产生的流体内部的剪切力，利用流体自身的压力和流速，实现对加入的气、水流体进行纳米化切割。同时，高强度的磁场才能产生较强的磁化、极化、活化效应，使水的大分子团簇向小分子簇团转变，磁化水的密度增大，比重增高，水分子团的体积变小，溶解度高，渗透力强。因此磁化水中的臭氧浓度可增加70％左右；此外，磁化水与污染物接触时降低了污染物的凝聚度，软化和分解污染物体，使得微气泡更容易把污染物体吸附去除。
附图说明
图1为本发明一种臭氧静态变距螺旋纳米切割磁化装置的静态变距螺旋切割腔示意图；
图2为本发明一种臭氧静态变距螺旋纳米切割磁化装置的磁芯管体结构示意图。
图中：1、连接法兰一；2、气源；3、臭氧输入管；4、连接法兰二；5、连接法兰三；6、静态变螺距螺旋切割器；7、切割叶片；8、磁芯管体；9、压块；10、锁紧螺母；11、连接法兰四；12、连接法兰五；13、管道；14、导水锥；15、加气孔；16、出气阀座；17、进水口；18、连接法兰六；19、气液出口；20、加气腔；21、非导磁性柱形套管；22、聚磁片；23、永磁铁；24、螺纹接头一；25、螺纹接头二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供的一种实施例：一种臭氧静态变距螺旋纳米切割磁化装置，一种臭氧静态变距螺旋纳米切割磁化装置，包括静态变螺距螺旋切割器6和磁芯管体8，所述的静态变螺距螺旋切割器6无旋转动力机构，由几千片厚度为0.08mm的切割叶片7叠加旋转组成，安装在的磁芯管体8外径圆周上，所述磁芯管体8两端安装有连接法兰三5和连接法兰四11，所述连接法兰四11与连接法兰五12连接，所述连接法兰三5与连接法兰二4连接，所述连接法兰五12与管道13固定连接，所述管道13底部安装有连接法兰六18，所述连接法兰二4与前端管道13连接，且前端管道13上安装有连接法兰一1，且前端管道上端安装有气源2，所述气源2与臭氧输入管3连接，所述臭氧输入管3另一端安装在出气阀座16中，所述出气阀座16上设有加气孔15，所述连接法兰一1处设有进水口17，所述连接法兰六18处设有气液出口19，所述静态变螺距螺旋切割器6前端安装有导水锥14，所述静态变螺距螺旋切割器6内部安装有磁芯管体8，所述磁芯管体8外部面固定安装有切割叶片7，所述磁芯管体8尾部安装有压块9，所述压块9通过锁紧螺母10固定，所述静态变螺距螺旋切割器6内腔采用了的变螺距设计，由流体入口的大螺距过渡为流体出口的小螺距，螺旋面函数表达式为：
x＝rcosθ
y＝rsinθ
z＝11.97(θ)m
且上式中，x、y、z为螺旋面任意点的坐标值，r螺旋切割片半径，θ螺旋旋转角度，m为变螺距系数，取值范围0～1，所述静态变螺距螺旋切割器6由几千片切割叶片按照上述函数变化规律的螺距叠加旋转而形成离散化的阶梯状螺旋曲面，所述出气阀座16，臭氧输入管3通过螺纹连接在一起，加气孔15的孔中心线与加气腔20孔中心线的同轴度保证在0.1mm以内，所述导水锥14，其作用是为了使气液混合流均匀,经扩散之后较缓慢、均匀地通过静态变螺距螺旋切割器6，所述切割叶片7中心孔与磁芯管体8外径为间隙配合，通过压块9和锁紧螺母10固定在磁芯管体8外径圆周上；且利用水的自身的压力和流速，气液混合物流过静态变螺距螺旋切割器6切割腔，所述静态变螺距螺旋切割器6切割腔内变螺距螺旋结构，形成气液两相流体内部x、y、z三维速度梯度的存在，因此流体内部在x、y、z三个方向上均受到剪切力，且流体在边界面上与离散化的，厚度仅为0.08mm的切割叶片7累叠而成的阶梯状螺旋切割表面接触，所述静态变螺距螺旋切割器6有效的将磁场磁化、气水均匀混合功能和微纳米化切割功能进行集成，不消耗机械动力，节能效果明显，所述气源2提供压力的气体，采用中心加气法实现大气液比的加气量，所述加气孔15与加气腔20的同心度非常好，小于0.1mm，所述切割叶片7组成切割腔实现水和臭氧的快速混合切割，作为微纳米气泡的初级发生装置，微细气泡的大小达到微纳米量级，且气液混合均匀，所述磁芯管体8由螺纹接头一24、螺纹接头二25、非导磁性柱形套管21、聚磁片22和永磁铁23组成，所述非导磁性柱形套管21由两端装有螺纹接头一24和螺纹接头二25与导水锥14和压块9连接，通过锁紧螺母10固定在切割腔内，所述磁芯管体8是由非导磁性柱形套管21、装在该套管中的多组由永磁铁23与聚磁片22贴合成一体所构成的一个极性周期变化的磁芯体，在该磁芯体中，每相邻两块永磁铁23，其相邻的两磁极极性相同，所述磁芯管体8的非导磁性柱形套管21外部，安装有从其一端至另一端的由厚度仅为0.08mm的切割叶片7按照权利2函数螺旋累叠而成的阶梯状螺旋切割曲面，将非导磁性柱形套管21与静态变螺距螺旋切割器6切割腔内管体间的空腔形成液体流通的旋流通道，所述静态变螺距螺旋切割器6切割腔内中的磁芯管体8，所述磁芯管体8内部非导磁性柱形套管21内至少设置有7组由永磁铁23与聚磁片22贴合成一体的磁芯体，其磁极表面的磁场强度不小于15000高斯。
具体使用方式：本发明工作中，将液体从加气腔进水口17进入加气腔20，臭氧从臭氧输入管3进入加气腔20，经过导水锥14与水混合，进入静态变螺距螺旋切割器6的变螺距螺旋管道切割细化成微纳米量级气泡。同时，水流多次垂直切割安装于切割腔内部的磁芯管体8内的磁场产生磁极性周期变化的磁力线，高强度磁场产生较强的磁化、极化、活化效应，使水的大分子团簇向小分子簇团转变，水分子团的体积变小，溶解度高，渗透力强，因此磁化水中的臭氧微气泡进一步变小为纳米量级，水中臭氧浓度进一步增加；最后磁化后的气液混合物流出切割腔，进入水箱。
实施例1：一种内置磁场静态变距螺旋纳米磁化切割器，由切割腔、加气腔、磁芯管体8组成，磁芯管体8置于切割腔内。气源为纯氧氧气瓶。由n5钕铁硼永磁体8件，n-n、s-s同极相对，挤压入一端密封焊接，壁厚0.4mm、φ22的不锈钢外壳圆筒内，两相对永磁体间夹一块φ20×2mm的纯铁聚磁片，另一端密封焊接后构成n-s-n-s-n-s-n或s-n-s-n-s-n-s七个磁极周期排列的磁芯管体，其表面磁场14000～15000gs；用支架和锁紧螺母，将磁芯管体装进内径φ50mm的切割腔内中固定。切割腔内壁与不锈钢外壳圆筒的环形水流通道内安装切割片，3200片厚度0.08mm的切割叶片累叠而成4个阶梯状螺旋切割通道。进水压力0.3mpa，氧气压力为0.25mpa,氧气流量为3l/min,液体流量5m3/h,水流切割线速度1.11m/s,用此磁化切割器，可产生浓度80mg/l的超饱和高氧水。单纯采用切割器，无磁场强化只能产生浓度50mg/l的超饱和高氧水。
实施例2：一种内置磁场静态变距螺旋纳米磁化切割器，由切割腔、加气腔、磁芯管体8组成，磁芯管体置于切割腔内。气源为氧气源臭氧发生器。磁芯管体内装磁芯体12组；永磁铁为φ18×2mm镀ni的钕铁硼磁片；纯铁聚磁片φ18×3mm；表面磁场14500高斯；用支架和锁紧螺母，将磁芯管体装进内径φ35mm的切割腔内中固定。切割腔内壁与不锈钢外壳圆筒的环形水流通道内安装切割片，3200片厚度0.08mm的切割叶片累叠而成4个阶梯状螺旋切割通道。臭氧发生器型号sb-20，臭氧产量20g/h，制氧机型号为snd-2y,氧气流量为1.2l/min,进水压力0.3mpa，臭氧压力为0.25mpa,液体流量2m3/h,水流切割线速度1.6m/s,用此磁化切割器，可产生浓度10mg/l的臭氧水。单纯采用切割器，无磁场强化只能产生浓度4mg/l的的臭氧水。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。