专利名称：一种分离水中溶解空气的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种从水中分离溶解空气的装置和方法，尤其是涉及一种利用偏心水环产生局部真空实现水中溶解空气分离的装置和方法。
背景技术：
潜艇封闭环境的特点决定了舱室污染的综合性和聚落性，而潜艇舱室空气污染的状况是影响潜艇战斗力的重要因素之一。如果不能稳定可靠地控制潜艇舱室的空气污染，要潜艇去完成所承担的各种战略、战术任务是不可能的。
椐有关媒体报道，潜艇舱室内空气污染物中仅气状污染物就有上千种，我国已检测出368种，这些污染物分别有毒性、爆炸性、可燃性、刺激性和腐蚀性等危害。特别是这些有害气体的累积协同作用会对对艇员的身体健康和武器装备的使用寿命构成严重危害，制约着潜艇战斗力的发挥。目前的氧气再生技术、CO2吸收技术、杀菌等处理方法尽管能有效处理空气的污染，但由于空气本底不能更换，各种污染的累积作用不能中断，如果自带空气强制更换，废气排入水中，由于周围的海水中空气含量饱和不能溶解排除的废气，必然出现航迹，破坏潜艇的隐蔽性。如果采用吸收物质吸收，即使能找到各种废气的吸收物质，这些物质必然要占据大量的艇体容积也是不可能做到的。
众所周知，海水中含有大量的空气，即使在200m的海水深处，海水中仍有2％的空气含量。如果能从水中分离出溶解空气，就可以不定期地更换潜艇上的空气本底，实现艇内本底空气交换，打断舱室内有害气体的累计协同作用，可极大改善潜艇里空气环境质量。分离空气后的水体在溶解空气方面具有不饱和性，因此具有很强的溶解空气的能力，这种溶解不产生过饱和分离，可以解决潜艇空气更换之后废气的溶解排放，这种不饱和溶解排放不会暴露潜艇的航迹。
在化工上实现气液分离传质的方法和设备很多。对潜艇来说，原理上可以采用真空除氧器的方法实现从水中分离空气，但这些设备均体积庞大，而且分离中整体存在真空，需要10米以上的高位放置才能把分离了空气的水从水箱中引出，因此不适合在潜艇上安装使用。公开号为CN1047134A的专利申请提出了一种水环真空除氧泵的方法，其真空的产生仍然依赖真空泵抽取，可以实现水中溶解空气的分离，且排除的水为正压，可以实现水中分离空气的设备的低位放置，但由于还必须单独设置一套真空抽气设备，结构较复杂，空气分离的能耗大，不经济，也不适合在潜艇上安装使用。
发明内容
本发明的目的在于针目前潜艇不能更换艇内空气本底，造成空气严重污染，有害气体的累积协同作用对艇员的身体健康和武器装备的使用寿命构成严重危害的严峻现实，目前又没有合适的设备和方法更换空气本底和溶解艇内废气等问题，提供一种局部产生真空直接从水中分离出溶解空气的一体化的装置和方法。
本发明所说的一种分离水中溶解空气的装置设有泵体、端盖、叶轮，泵体设有出水口，端盖安装在泵体两侧，端盖上设有进水喷嘴和排气孔，叶轮设于泵体内，叶轮轮毂轴从两端盖上穿出，叶轮轮毂轴心与泵体轴心偏心，叶轮叶片设在叶轮轮毂上。
在进水喷嘴可以设置雾化装置。
本发明所说的一种分离水中溶解空气的方法，其步骤为1)设有一个利用叶轮旋转使泵体中的水形成水环的步骤；2)设有一个使叶轮轮毂、设于轮毂上的叶轮叶片、水环和泵体端盖构成密封空间的步骤；3)设有一个从泵体端盖上向步骤2)中的密封空间喷水并与叶轮叶片碰撞的步骤。
本发明利用叶轮叶片的旋转使泵体中的水形成水环，水环相对于叶轮轮毂具有一定的偏心度，这样当叶轮旋转的时候，叶转轮毂、设于轮毂上的叶轮叶片、水环和端盖就构成了一个个密封的空间，由于叶轮轮毂轴线与泵体轴线偏心。每个密封空间在旋转一周的情况下，都经历了一个从小到大，又从大到小的过程。当此密封空间从小到大时，密封空间的压强减小，具有一定的局部真空度，在此位置的端盖上安装进水喷嘴，当水喷入该空间时，由于水中溶解空气的平衡压强减小，根据亨利定理，水中溶解空气得以迅速析出。该进水喷嘴可以设置雾化装置，以增加水珠的比表面积，促使进水溶解空气析出，再加上入水与叶轮叶片碰撞，并使进水沿叶片表面甩进水环，可以保证了约80％的溶解空气析出。当该密封空间进入不断缩小的过程中时，在此位置开设的排气孔使升高压力的析出空气排出泵体以供使用，在此过程中，尽管随着空气平衡分压的提高，会促使一部分析出空气再次溶入水中，但是此过程由于水没有喷雾环境，水的比表面比较小，溶入的速度远远低于密封空间在逐渐增大过程中析出的速度。另外水环从叶轮获得能量，水环外层水压比内层水压大很多，也有利于水中溶解空气不断地从外层向内层析出，防止在密封空间逐渐减少阶段析出空气再次溶入水中，此压力也保证了水环中经过分离空气的水体不断的循环排出泵体。这样随着叶轮的不断旋转，具有正的析出空气量从水中排出以供使用，分离了空气的正压水体可用于溶解废弃空气。
若将本发明应用于潜艇，由于该分离机构体积小，结构简单，能够实现水中溶解空气的分离，可极大地改善艇内空气质量，从而大大增加潜航的时间。尤其对于战略核潜艇，由于可以更长地增加潜航距离和时间，可使它们具有更大战略机动性和隐蔽性，规避日益现代化的潜艇探测，完成战略使命。
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施例方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明设有泵体1、端盖(在图1中未画出)、叶轮2，泵体1上设有出水口3，端盖设于泵体1的两侧，端盖上设有进水喷嘴4和排气孔5，叶轮2设于泵体1内，叶轮轮毂6的轴两端设于端盖上，叶轮轮毂6的轴心与泵体1的轴心偏心，叶轮叶片7设在叶轮轮毂6上。在图1中，标记8为在泵体内形成的水环内表面。
在进水喷嘴4也可以设置雾化装置。
本装置还可以作为热力系统中的除氧设备使用。
权利要求
1.一种分离水中溶解空气的装置，其特征在于设有泵体、端盖、叶轮，泵体设有出水口，端盖安装在泵体两侧，端盖上设有进水喷嘴和排气孔，叶轮设于泵体内，叶轮轮毂轴从两端盖上穿出，叶轮轮毂轴心与泵体轴心偏心，叶轮叶片设在叶轮轮毂上。
2.如权利要求1所述的一种分离水中溶解空气的装置，其特征在于在进水喷嘴设置雾化装置。
3.一种分离水中溶解空气的方法，其特征在于其步骤为1)有一个利用叶轮旋转使泵体中的水形成水环的步骤；2)设有一个使叶轮轮毂、设于轮毂上的叶轮叶片、水环和泵体端盖构成密封空间的步骤；3)设有一个从泵体端盖上向步骤2)中的密封空间喷水并与叶轮叶片碰撞的步骤。
全文摘要
一种从水中分离溶解空气的装置和方法，涉及一种从水中分离溶解空气的装置和方法，尤其是涉及一种利用偏心水环产生局部真空实现水中溶解空气分离的装置和方法。提供一种局部产生真空直接从水中分离出溶解空气的一体化的装置和方法。设有泵体、端盖、叶轮，泵体设有出水口，端盖安装在泵体两侧，端盖上设有进水喷嘴和排气孔，叶轮设于泵体内，叶轮轮毂轴从两端盖上穿出，叶轮轮毂轴心与泵体轴心偏心，叶轮叶片设在叶轮轮毂上。其方法的步骤为利用叶轮旋转使泵体中的水形成水环，使叶轮轮毂、设于轮毂上的叶轮叶片、水环和泵体端盖构成密封空间，从泵体端盖上向密封空间喷水并与叶轮叶片碰撞。
文档编号B01D19/00GK1895718SQ20051008344
公开日2007年1月17日 申请日期2005年7月11日 优先权日2005年7月11日
发明者周军现 申请人:厦门大学