一种低能耗在水中产生纳米气泡的装置与方法与流程

本发明涉及气液界面，具体为一种低能耗在水中产生纳米气泡的装置与方法。

背景技术：

1、纳米气泡是三种气泡中最晚被发现和认知的气泡，直到本世纪初期才被发现和观测到，而对其是否真实存在的争议直到近几年才被大量的实验数据所终止。纳米气泡目前被定义为直径小于1000nm的气泡，通常观测的纳米气泡粒径在50–200nm的范围内(见iso20480-1:2017)，其根据所处位置，可以分为体相纳米气泡，即分散在水溶液中的纳米气泡以及表面纳米气泡，即一部分附着在固体(或其他溶液)表面、一部分与水溶液接触的纳米气泡。纳米气泡具有很多的“神秘而独特”的性质，已经被广泛应用在农业、水处理等领域，但现有纳米气泡的发生方式中，包括气液混合泵和旋转流等，利用强力机械切割或强力水力切割的方式形成纳米气泡，能耗高、效率低。

2、鉴于此，本发明提供了一种低能耗在水中产生纳米气泡的装置与方法，该装置利用液体对流形成强混合区，在“内筒”内部形成局部高气液比区域，相比静态混合器，其气液混合效果受气液比影响小，对过流速度要求不高；管道内的气液分离形成“气囊”结构，有效传递了进水压力，避免了液体通过较长高阻力区造成的阻力损失，该混合器几乎可以在任何工况下替换静态混合器使用，尤其在低气液比和对管路阻力损失要求较高的工艺环节，提高气液混合效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低能耗在水中产生纳米气泡的装置与方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种低能耗在水中产生纳米气泡的装置与方法，其特征在于，其包括进水接口、出水接口，气腔、进气接口以及彼此同轴的外圆筒、中圆筒和微孔圆环柱；

4、其中，外圆筒为两端密封、内径为a的圆筒状结构，外圆筒的一个端面上设有与外圆筒同轴、直径为din的通孔，该通孔称为进水孔，该端面称为外圆筒进水端面，外圆筒进水端面上密封连接有进水接口，进水接口与供水管路密封连接，供水管路内的水能且仅能依次通过进水接口、进水孔进入外圆筒；外圆筒的另一个端面上设有与外圆筒同轴的通孔，该通孔称为出水孔，该端面称为外圆筒出水端面，外圆筒出水端面上密封连接有出水接口，出水接口与排水管路密封连接，外圆筒内的水能且仅能依次通过出水孔、出水接口进入排水管路；

5、其中，中圆筒为一个端面密封、内径为b的圆筒状结构，未密封的端面称为中圆筒进水端面，密封端面称为中圆筒密封端面；中圆筒进水端面与外圆筒进水端面在轴向方面的距离为h；

6、其中，微孔圆环柱为内径din，长度为l的内表面带有平均孔径在1nm-1000m微孔结构的圆环柱，且微孔圆环柱一端面与外圆筒进水端面密封连接；

7、其中，气腔是环绕微孔圆环柱的中空腔体，气腔与进气接口连接，气体能且仅能依次通过进气接口、气腔、微孔圆环柱外表面、微孔圆环柱内表面进入外圆筒。

8、中圆筒内还设有与中圆筒同轴的内圆筒，该内圆筒为内径d1in的圆筒状结构，内圆筒其中一个端面与中圆筒进水端面重合，内圆筒圆柱面上设有若干个直径为0.1mm-10mm的通孔；且中圆筒内径b内圆筒内径d1in的差值在0.1mm-10mm之间；

9、进一步地，微孔圆环柱长度l小于中圆筒进水端面与外圆筒进水端面在轴向方面的距离h，且h-l≥5mm；

10、进一步地，外圆筒内径a与中圆筒内径b满足a≥2b；

11、进一步地，微孔圆环柱内径din与外圆筒进水孔直径din满足1.5din≥din≥din；

12、进一步地，所述气体可以是氮气、氧气、甲烷、二氧化碳、氢气或单原子气体中的一种或多种气体的组合。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：装置利用微孔结构首先将气体切割成尺寸较小的气泡，完成第一次气体的破碎，再巧妙利用彼此垂直的水流推动方向好静压力变化方向，令水中气泡形成局部循环水力切割过程，进一步将气泡破碎成大量的纳米气泡，由于整个过程中，不需要高速水力剪切，且利用微孔结构补充了初级气泡生成过程的表面能增加，而仅有的对流区域又有存在大量气泡，水的粘滞力引起的能量消耗低，令这个纳米气泡发生过程的能耗极低，有利于纳米气泡技术的广泛应用。

技术特征：

1.一种低能耗在水中产生纳米气泡的装置与方法，其特征在于，其包括进水接口、出水接口，气腔、进气接口以及彼此同轴的外圆筒、中圆筒和微孔圆环柱；

2.根据权利要求1所述的低能耗在水中产生纳米气泡的装置与方法，其特征在于，中圆筒内还设有与中圆筒同轴的内圆筒，该内圆筒为内径d1in的圆筒状结构，内圆筒其中一个端面与中圆筒进水端面重合，内圆筒圆柱面上设有若干个直径为0.1mm-10mm的通孔；且中圆筒内径b内圆筒内径d1in的差值在0.1mm-10mm之间。

3.根据权利要求1所述的低能耗在水中产生纳米气泡的装置与方法，其特征在于微孔圆环柱长度l小于中圆筒进水端面与外圆筒进水端面在轴向方面的距离h，且h-l≥5mm。

4.根据权利要求1所述的低能耗在水中产生纳米气泡的装置与方法，其特征在于：外圆筒内径a与中圆筒内径b满足a≥2b。

5.根据权利要求1所述的低能耗在水中产生纳米气泡的装置与方法，其特征在于：微孔圆环柱内径din与外圆筒进水孔直径din满足1.5din≥din≥din。

6.根据权利要求1所述的低能耗在水中产生纳米气泡的装置与方法，其特征在于：所述气体可以是氮气、氧气、甲烷、二氧化碳、氢气或单原子气体中的一种或多种气体的组合。

技术总结本发明涉及气液界面技术领域，具体为一种低能耗在水中产生纳米气泡的装置与方法，装置利用微孔结构首先将气体切割成尺寸较小的气泡，完成第一次气体的破碎，再巧妙利用彼此垂直的水流推动方向好静压力变化方向，令水中气泡形成局部循环水力切割过程，进一步将气泡破碎成大量的纳米气泡，由于整个过程中，不需要高速水力剪切，且利用微孔结构补充了初级气泡生成过程的表面能增加，而仅有的对流区域又有存在大量气泡，水的粘滞力引起的能量消耗低，令这个纳米气泡发生过程的能耗极低，有利于纳米气泡技术的广泛应用。技术研发人员：王培受保护的技术使用者：上海纯元环保科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12