CN114832447B - 深海浊流两相分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及深海浊流固液两相分离装置，包括浊流分离腔体、设置在所述浊流分离腔体的侧边的浊流入口部、设置于所述浊流分离腔体内的导流分离组件、设置在所述浊流分离腔体的顶部的海水出口部、以及设置在所述浊流分离腔体的底部的沉降漏斗，其中所述浊流入口部用于引导深海浊流按规定路径流入所述浊流分离腔体；所述导流分离组件用于改变自所述浊流入口部引入的深海浊流的流动方向，使得深海浊流中的颗粒物和海水分离；所述海水出口部用于排出由所述导流分离组件分离出的海水；所述沉降漏斗用于排出由所述导流分离组件分离出的颗粒物，所述深海浊流固液两相分离装置可在深海原位实现高效的固液两相分离，具有结构简单、成本低廉、效率高的优点。

Description

深海浊流两相分离装置

技术领域

本发明涉及固液两相分离技术领域，特别是涉及一种深海浊流两相分离装置。

背景技术

海洋在调节全球气候变化中有着非常重要的作用，这清晰地记录在海洋沉降颗粒物质通量和物质组成之中，而进入深海中的碳元素主要以沉降颗粒的形式存在，浮游生物的粪便颗粒或者死亡后的壳体经过物理与化学作用聚合扩大，从而形成一种被称为“海洋雪”的物质，在洋流的带动下，最终沉降到海底；传统的颗粒物质取样方法是通过对大量的海水进行过滤获取。由于深海沉积物的沉降速率非常缓慢，要得到足够能用于实验分析的样品量需要消耗非常大的人力物力。而且，海洋中不同区域的颗粒物质分布是不均匀的，因而无法通过该方法获得某一区域实际的沉降通量。另外，通过这种方式捕获的样品中会存在非自然沉降的物质，会影响最终获得样品的纯度。

发明内容

本发明的一目的是，提供一种深海浊流固液两相分离装置，具有结构简单，成本低廉，效率高、固液两相分离程度高的优点，为深海浊流的固液两相分离提供快速高效的解决方案。

本发明提供了一种深海浊流两相分离装置，包括：

浊流分离腔体；

浊流入口部，所述浊流入口部设置在所述浊流分离腔体的侧边，用于引导深海浊流按规定路径流入所述浊流分离腔体；

导流分离组件，所述导流分离组件设置于所述浊流分离腔体内，用于改变自所述浊流入口部引入的深海浊流的流动方向，使得深海浊流中的颗粒物和海水分离；

海水出口部，所述海水出口部设置在所述浊流分离腔体的顶部，用于排出由所述导流分离组件分离出的海水；以及

沉降漏斗，所述沉降漏斗设置在所述浊流分离腔体的底部，用于排出由所述导流分离组件分离出的颗粒物。

在本发明的一实施例中，所述浊流入口部包括延伸自所述浊流分离腔体的浊流入口通道和设置在所述浊流入口通道远离于所述浊流分离腔体的一端的蜂窝折流板，所述蜂窝折流板用于引导深海浊流改变方向作错流流动，并增加深海浊流的流速和湍动程度。

在本发明的一实施例中，所述蜂窝折流板为弓形折流板或圆盘形折流板。

在本发明的一实施例中，所述浊流入口通道为在所述蜂窝折流板向所述浊流分离腔体的方向上呈直径逐渐减小的趋势且上侧壁倾斜度大于下侧壁倾斜度的管状结构。

在本发明的一实施例中，所述导流分离组件包括均设置在所述浊流分离腔体内的实心导流板和多孔导流板，所述实心导流板和所述多孔导流板自所述浊流分离腔体的顶部向远离于所述浊流入口部的方向在所述浊流分离腔体内延伸，即所述实心导流板和所述多孔导流板以呈倾斜向下的状态设置在所述浊流分离腔体内，所述实心导流板位于所述多孔导流板之下，用于改变自所述浊流入口通道流入的深海浊流方向，使深海浊流倾斜向下流动，从而使得深海浊流中的颗粒物向下运动而与海水分离；所述多孔导流板用于减小深海浊流向上排出的动能，以在所述浊流分离腔体内形成湍流，从而进一步增加颗粒物向下沉降几率，加剧深海浊流的固液两相的分离程度。

在本发明的一实施例中，所述导流分离组件还包括设置在所述沉降漏斗之上的沉降折流板，所述沉降折流板用于引导和改变倾斜向下的深海浊流的流动方向，使得倾斜向下的深海浊流作错流向下流动，增加颗粒物向下沉降动能。

在本发明的一实施例中，所述沉降折流板为弓形折流板或圆盘形折流板。

在本发明的一实施例中，所述浊流分离腔体为圆柱形管状结构。

在本发明的一实施例中，所述海水出口部为弧形管状结构。

在本发明的一实施例中，所述海水出口部、所述浊流分离腔体、所述浊流入口部以及所述沉降漏斗为一体成型件。

本发明的所述深海浊流固液两相分离装置具有结构简单、成本低廉、效率高、固液两相分离程度高、体积小、处理量大、使用方便的优点，具有广泛的应用前景。

本发明的所述深海浊流固液两相分离装置可在深海原位实现高效的固液两相分离，从而为下一步固体颗粒物的收集提供来源，为海洋颗粒物质通量研究提供技术支撑，从而为海洋沉积学、海洋化学、海洋生物学、海洋工程地质学及海洋环境监测等领域的研究奠定基础。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

附图说明

图1为本发明的一优选实施例的所述深海浊流两相分离装置的立体结构示意图。

图2为本发明的上述优选实施例的所述深海浊流两相分离装置的剖视结构示意图。

图3为图2所示的所述深海浊流两相分离装置在另一视角下的剖视结构示意图。

图4为深海浊流在本发明的上述优选实施例的所述深海浊流两相分离装置中的流动轨迹示意图。

附图标号说明：深海浊流固液两相分离装置100；浊流分离腔体10；浊流入口部20；浊流入口通道21；蜂窝折流板22；导流分离组件30；实心导流板31；多孔导流板32；沉降折流板33；海水出口部40；沉降漏斗50。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、形变方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种深海浊流固液两相分离装置，所述深海浊流固液两相分离装置可在深海原位实现高效的固液两相分离，从而为下一步固体颗粒物的收集提供来源，为海洋颗粒物质通量研究提供技术支撑，从而为海洋沉积学、海洋化学、海洋生物学、海洋工程地质学及海洋环境监测等领域的研究奠定基础。

如图1至图4所示，根据本发明的一优选实施例的所述深海浊流固液两相分离装置100的具体结构被阐明。

如图1至图3所示，所述深海浊流固液两相分离装置100包括浊流分离腔体10、设置在所述浊流分离腔体10的侧边的浊流入口部20、设置于所述浊流分离腔体10内的导流分离组件30、设置在所述浊流分离腔体10的顶部的海水出口部40、以及设置在所述浊流分离腔体10的底部的沉降漏斗50，其中所述浊流入口部20用于引导深海浊流按规定路径流入所述浊流分离腔体10；所述导流分离组件30用于改变自所述浊流入口部20引入的深海浊流的流动方向，使得深海浊流中的颗粒物和海水分离；所述海水出口部40用于排出由所述导流分离组件30分离出的海水；所述沉降漏斗50用于排出由所述导流分离组件30分离出的颗粒物。

特别地，如图2和图3所示，所述浊流入口部20包括延伸自所述浊流分离腔体10的浊流入口通道21和设置在所述浊流入口通道21远离于所述浊流分离腔体10的一端的蜂窝折流板22，所述蜂窝折流板22用于引导深海浊流改变方向作错流流动，并增加深海浊流的流速和湍动程度。

可选地，所述蜂窝折流板22为弓形折流板或圆盘形折流板。

特别地，所述浊流入口通道21为在所述蜂窝折流板22向所述浊流分离腔体10的方向上呈直径逐渐减小的趋势且上侧壁倾斜度大于下侧壁倾斜度的管状结构，以使得深海浊流能够沿所述浊流入口通道21倾斜向下流入所述浊流分离腔体10内。

可以理解的是，所述蜂窝折流板22具有引导深海浊流改变方向作错流流动或其他形式的流动的作用。而且，所述蜂窝折流板22不仅可减少死区、增加流体流速，还能够迫使流体按规定路径错流通过管束，使湍动程度大为增加。另外，所述蜂窝折流板22还可起到支撑管束的作用，即起到支撑所述浊流入口部20的作用，以及还能够起到防止大生物进入所述深海浊流固液两相分离装置100而造成堵塞的作用。

进一步地，所述导流分离组件30包括均设置在所述浊流分离腔体10内的实心导流板31和多孔导流板32，所述实心导流板31和所述多孔导流板32自所述浊流分离腔体10的顶部向远离于所述浊流入口部20的方向在所述浊流分离腔体10内延伸，即所述实心导流板31和所述多孔导流板32以呈倾斜向下的状态设置在所述浊流分离腔体10内，所述实心导流板31位于所述多孔导流板32之下，用于改变自所述浊流入口通道21流入的深海浊流方向，使深海浊流倾斜向下流动，从而使得深海浊流中的颗粒物向下运动而与海水分离；所述多孔导流板32用于减小深海浊流向上排出的动能，以在所述浊流分离腔体10内形成湍流，从而进一步增加颗粒物向下沉降几率，加剧深海浊流的固液两相的分离程度。

值得一提的是，所述海水出口部40位于所述多孔导流板32的上方，以便于经所述多孔导流板32导流的海水能够自所述海水出口部40排出。

可以理解的是，在深海浊流被所述实心导流板31改变方向而倾斜向下流动时，由于重量较大的颗粒物惯性较大，因此颗粒物会向下运动沿着所述沉降漏斗50向下沉降，而海水会随湍流向上运动，在所述多孔导流板32的作用下，进一步使得固体颗粒向下沉淀，海水向上流动，最后自所述海水出口部40排出。

进一步地，所述导流分离组件30还包括设置在所述沉降漏斗50之上的沉降折流板33，所述沉降折流板33用于引导和改变倾斜向下的深海浊流的流动方向，使得倾斜向下的深海浊流作错流向下流动，增加颗粒物向下沉降动能。

可以理解的是，为了进一步增加颗粒物向下沉淀的动能，本发明进一步在所述沉降漏斗50之上设置了所述沉降折流板33，所述沉降折流板33能够引导斜向下的深海浊流改变方向作错流向下流动，增加流体流速，进一步增加颗粒物向下沉降动能，减少固体颗粒物被湍流带走向上运动的可能，增加固液两相的分离程度。

应该理解的是，所述沉降折流板33可以设置在所述浊流分离腔体10中，也可以设置在所述沉降漏斗50的顶部，或者设置在所述浊流分离腔体10与所述沉降漏斗50的连接处，需要满足所述沉降折流板33设置在所述实心导流板31和所述多孔导流板32之下，实现进一步增加向下运动的颗粒物的动能的功能即可，本发明对所述沉降折流板33的位置不作限制。

可选地，所述沉降折流板33为弓形折流板或圆盘形折流板。

值得一提的是，所述浊流分离腔体10为圆柱形管状结构，作为所述深海浊流固液两相分离装置100的基体，为深海浊流固液两相分离提供工作空间。所述海水出口部40为弧形管状结构，以便于向上运动的海水的排出。

此外，还值得一提的是，为了便于所述深海浊流两相分离装置的加工和制造，所述海水出口部40、所述浊流分离腔体10、所述浊流入口部20以及所述沉降漏斗50为一体成型件。

本发明所述深海浊流固液两相分离装置100的核心功能为：可实现深海浊流的固液两相分离，固体颗粒在底部收集漏斗中沉降，可被其他收集装置收集，而密度较小的海水则从上端海水出口排出。

具体地，所述深海浊流固液两相分离装置100的工作流程如下：

所述深海浊流固液两相分离装置100的所述浊流入口部20正对深海浊流方向，深海浊流在所述蜂窝折流板22的作用下，按规定路径错流通过所述浊流入口部20被收集；

深海浊流在进入所述浊流分离腔体10内后，被所述实心导流板31改变方向而斜向下流动，其中重量较大的颗粒物由于惯性较大，向下运动，从而与海水分离，沿着所述沉降漏斗50向下沉降，在所述沉降折流板33的引导下，向下流动的深海浊流改变方向且流速增大，作错流向下流动，进一步增加颗粒物向下沉淀动能，减小固体颗粒物被湍流带走向上运动的可能，增加固液两相的分离程度；其中向上运动的内部湍流在所述多孔导流板32的作用下，向上动能被减小，再次形成内部湍流，加剧固液两相的分离程度，其中深海浊流在所述深海浊流固液两相分离装置100中的流动轨迹如图4所示；

在所述实心导流板31、所述多孔导流板32以及所述沉降折流板33的作用下完成固液两相分离后，颗粒物自所述沉降漏斗50排出，海水从所述海水出口部40排出。

总的来讲，本发明提供了一种深海浊流固液两相分离装置100，具有结构简单、成本低廉、效率高、固液两相分离程度高的优点，为深海浊流的固液两相分离提供快速高效的解决方案。而且，所述深海浊流固液两相分离装置100还具有体积小、处理量大、使用方便的特点，具有广泛的应用前景。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.深海浊流两相分离装置，其特征在于，包括：

浊流分离腔体；

浊流入口部，所述浊流入口部设置在所述浊流分离腔体的侧边，用于引导深海浊流按规定路径流入所述浊流分离腔体，所述浊流入口部包括延伸自所述浊流分离腔体的浊流入口通道和设置在所述浊流入口通道远离于所述浊流分离腔体的一端的蜂窝折流板，所述蜂窝折流板用于引导深海浊流改变方向作错流流动，并增加深海浊流的流速和湍动程度，所述浊流入口通道为在所述蜂窝折流板向所述浊流分离腔体的方向上呈直径逐渐减小的趋势且上侧壁倾斜度大于下侧壁倾斜度的管状结构；

导流分离组件，所述导流分离组件包括均设置在所述浊流分离腔体内的实心导流板和多孔导流板，用于改变自所述浊流入口部引入的深海浊流的流动方向，使得深海浊流中的颗粒物和海水分离，所述实心导流板和所述多孔导流板自所述浊流分离腔体的顶部向远离于所述浊流入口部的方向在所述浊流分离腔体内延伸，即所述实心导流板和所述多孔导流板以呈倾斜向下的状态设置在所述浊流分离腔体内，所述实心导流板位于所述多孔导流板之下，用于改变自所述浊流入口通道流入的深海浊流方向，使深海浊流倾斜向下流动，从而使得深海浊流中的颗粒物向下运动而与海水分离；所述多孔导流板用于减小深海浊流向上排出的动能，以在所述浊流分离腔体内形成湍流，从而进一步增加颗粒物向下沉降几率，加剧深海浊流的固液两相的分离程度；

所述导流分离组件还包括设置在沉降漏斗之上的沉降折流板，所述沉降折流板用于引导和改变倾斜向下的深海浊流的流动方向，使得倾斜向下的深海浊流作错流向下流动，增加颗粒物向下沉降动能；

海水出口部，所述海水出口部设置在所述浊流分离腔体的顶部，用于排出由所述导流分离组件分离出的海水；以及

沉降漏斗，所述沉降漏斗设置在所述浊流分离腔体的底部，用于排出由所述导流分离组件分离出的颗粒物。

2.根据权利要求1所述的深海浊流两相分离装置，其特征在于，所述蜂窝折流板为弓形折流板或圆盘形折流板。

3.根据权利要求1所述的深海浊流两相分离装置，其特征在于，所述沉降折流板为弓形折流板或圆盘形折流板。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的深海浊流两相分离装置，其特征在于，所述浊流分离腔体为圆柱形管状结构。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的深海浊流两相分离装置，其特征在于，所述海水出口部为弧形管状结构。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的深海浊流两相分离装置，其特征在于，所述海水出口部、所述浊流分离腔体、所述浊流入口部以及所述沉降漏斗为一体成型件。

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