CN204502827U - 一种用于产生纳米气泡的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于产生纳米气泡的装置，包括管状外壳和同轴安装在该管状外壳内的纵轴，在管状外壳的两端分别设有流体入口和流体出口；该纵轴具有第一端部、本体以及第二端部，所述第一端部和所述第二端部适于与所述本体的两端连接；所述本体包括圆柱体和沿间隔分布在该圆柱体外周面的翼形凸头。当流体流穿过在两个翼形凸头之间的流动通道时，由于流体流的速度随着流体流穿过翼形凸头而增加，因此流体会聚并经历文丘里效应。穿过多个流动通道的重复的会聚和扩散流体流使得产生速度和压力的波动，并加速己知为康达效应的漩涡的形成。这导致产生来自由穿过多个流动通道的流体流所形成的急速回旋的纳米气泡的气穴现象。具有结构简单，成本低，使用方便的特点。

Description

一种用于产生纳米气泡的装置

发明领域

本实用新型涉及一种用于产生纳米气泡的装置，主要用于卫生保健、农业、水产养殖、水处理以及医疗行业对水的活化。

背景技术

近年来，微泡和纳米气泡(nanobubble，毫微气泡)技术由于其在许多行业中的广泛应用已经引起了广泛的关注，例如，卫生保健、农业、水产养殖、水处理以及医疗行业。微泡和纳米气泡通常被认为是设置在流体(诸如水)中的气泡。虽然微泡可在水中保持悬浮一段时间，但已经提出纳米气泡能够在水中保持悬浮相对更长的时间。微泡在直径上的尺寸大约小于100微米(10-6)或0.004英寸，而纳米气泡的尺寸可以小于l微米。在本申请的背景中，微泡、微一纳米气泡或纳米气泡可被称为超小气泡。

由于微泡或纳米气泡的气水界面周围负离子浓度的增加，微泡或纳米气泡能够有效地吸引灰尘、碎片、杂质以及细菌。当这些超小气泡中的气体在水中溶解并破裂时，气泡消失。在破裂过程中，超小气泡释放氧离子自由基并产生热能，这在消除(中和)气泡所吸引的灰尘、碎片、杂质以及细菌中是有效的，并且从而为最终用户或物体表面提供改进的清洁体验。已经在消费者保健领域中使用超小气泡的这些有利的特性，在该消费者保健领域中微泡或纳米泡水疗法由于其对人类健康和皮肤护理的益处而日益地获得广泛的接受。此外，由于超小气泡在水中的尺寸和悬浮，它们能够在接触时被皮肤的毛孔所吸收，并且超小气泡在皮肤中的吸收清洁了毛孔，增加了皮肤内的氧气量，并改善了血液循环。

在农业行业中，为了提高产量和生产力而在植物上使用大量的水和有害化学物质可通过使用微泡或纳米气泡技术来减轻。超小气泡在水中的扩大悬浮率允许增加对作物和植物起作用的氧气量，从而提高产量和生产力。同样，这一特性已有利地用于水产养殖，以便为鱼类和植物提供不断增加的水中氧浓度。

有一些可用于产生超小气泡的常见方法。产生气泡的主要方法是通过用气体和液体混合物中的湍流切割气体而进行加压溶解，在该加压溶解中通过压缩机、超声波或脉冲波将气体强制溶解到液体中。例如，美国专利号8，201，811在水疗洗浴***中使用加压溶解方法来产生微泡。液体通过固定到蓄水池的抽吸配件而由高压泵从蓄水池中抽出。气体通过注射装置使用文丘里原理被抽出。被抽出的气体和液体在正压力下在压力容器中混合。位于压力容器的内腔中的混合喷嘴将使得加压混合的液体和溶解的气体分布到产生微泡的微泡喷射中。水疗洗浴***需要复杂的加压元件和装置以产生微泡，从而导致高维护成本和频繁维护。

发明内容

本实用新型提供了一种用于产生纳米气泡的装置，解决现有技术存在的需要复杂的加压元件和装置，从而导致高维护成本和频繁维护的问题。

本实用新型的技术方案是：一种用于产生纳米气泡的装置，其特征在于，包括管状外壳和同轴安装在该管状外壳内的纵轴，在该管状外壳的两端分别设有流体入口和流体出口；该纵轴具有第一端部、本体以及第二端部，所述第一端部和所述第二端部适于与所述本体的两端连接，所述第一端部和所述第二端部均具有锥形引导件；所述本体包括圆柱体和沿间隔分布在该圆柱体外周面的翼形凸头，该翼形凸头的截面形状为两个弧形相对组成的枣核形，枣核形的两个尖端的连线与该圆柱体的轴线倾斜70-80度角；沿该圆柱体外周的圆周和轴向均匀间隔布置多个该翼形凸头；相邻一周的该翼形凸头之间错开相同的角度。

所述本体由多个盘形构件同轴连接而成，在每一该盘形构件的外周面至少设有一周所述的翼形凸头。

在所述的盘形构件设有轴向的通孔，多个盘形构件的通孔***一连接杆相互连接在一起，并且所述连接杆的两端与所述的第一端部和所述第二端部连接。

相邻的该盘形构件的一端通过相互配合的第一配合部和第二配合部相互插接组装在一起。

所述第一配合部为设在所述盘形构件的一端处的内螺纹盲孔，并且所述第二配合部为设在所述盘形构件的另一端处的轴向突出的螺杆，通过该螺杆旋入该内螺纹盲孔内将相邻的盘形构件相互连接。

所述纵轴的第一端部和第二端部通过干涉配合与所述本体连接。

所述管状外壳包括与所述流体入口相关联的第一连接构件并包括与所述流体出口相关联的第二连接构件，该第一连接构件的与所述流体入口的相对端与该第二连接构件的与所述流体出口的相对端同轴连接。

该第一连接构件的与所述流体入口的相对端与该第二连接构件的与所述流体出口的相对端通过螺纹连接。

所述的管状外壳为各种设施上的管状的流体分配配件。

所述管状外壳的两端在朝向所述流体入口或流体出口的方向上渐缩，并与所述纵轴的所述锥形引导件吻合的形状。

所述管状外壳的所述流体入口和所述流体出口均设有外螺纹。

本实用新型具有结构简单，成本低，使用方便的特点。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的总体结构的轴向剖视示意图；

图2是图1的分解结构示意图；

图3是图1中主体的透视图；

图4是图3的平面图；

图5是流体流过本实用新型所需的循环次数的曲线示意图；

图6是本实用新型的主体的分解结构的透视图；

图7是本实用新型一个盘形构件的侧视图；

图8是本实用新型组装在一起的两个盘形构件的侧视图；

图9是本实用新型一个盘形构件的平面图；

图10是本实用新型处于使用中的装置。

具体实施方式

参见图l-图10，本实用新型一种用于产生纳米气泡的装置实施例，包括管状外壳20和同轴安装在该管状外壳20内的纵轴10，在该管状外壳20的两端分别设有流体入口22和流体出口24。该纵轴具有第一端部12、本体16以及第二端部14，所述第一端部12和所述第二端部14适于与所述本体16的两端连接，所述第一端部12和所述第二端部14均具有锥形引导件。所述本体16包括圆柱体和沿间隔分布在该圆柱体外周面的翼形凸头19，该翼形凸头19的截面形状为两个弧形相对组成翼形(枣核形)，枣核形的两个尖端的连线(翼弦线)13与该圆柱体的轴线A-A的(倾斜)夹角70-80度角；沿该圆柱体外周的圆周和轴向均匀间隔布置多个该翼形凸头19。

图1示出了本实用新型另一实施例的剖视图，在该图中纵轴10包括管状构件20，该管状构件具有用于与流体分配配件或卫生设施配件流体连通的入口22和出口24。纵轴被包围在管状构件20内，以允许流体流过管状构件20的入口和出口。管状构件20具有与纵轴的截面轮廓相对应的截面轮廓。为了便于组装和制造，管状构件20包括两个单独的连接构件，即与管状构件20的入口相关的第一连接构件21以及与管状构件20的出口相关的第二连接构件23。第一连接构件21适于通过各种方式与第二连接构件23连接。例如，如图1所示，第一连接构件21在入口22的相对端处具有位于第一连接构件的外圆周表面上的螺纹端部，该螺纹端部能够接收位于第二连接构件23的内圆周表面上的螺纹端部。明显地，第一连接构件21的螺纹端部可以在第一连接构件21的内圆周表面上，而第二连接构件23的螺纹端部可以在第二连接构件23的外圆周表面上。本领域技术人员将会理解的是，耦接第一连接构件和第二连接构件的各种其他方式是可能的，而不背离本实用新型的范围。在第一连接构件21入口22的近端，第一连接构件21在直径上朝向入口渐缩，以便渐缩端与纵轴的第一端部12互补。第一连接构件21的邻近入口22的渐缩的近端使入口处的流体流朝向本体的翼形凸头19层流并减少能源损失，同样地，在第二连接构件23的出口24的近端处，第二连接构件在直径上朝向出口24渐缩，以便流体流可以较少的能量损失从纵轴的第二端部14朝向出口24层流。图2示出了拆卸状态下的第一连接构件21和第二连接构件23，以展现管状构件20内的纵轴。纵轴的外径包括柱形本体的直径以及向外突出的翼形凸头的长度。纵轴的外径略小于管状构件内圆周的直径，以便纵轴紧密接近管状构件20的内圆周表面。这使管状构件20内的流体流保持与翼形凸头紧密接触。

参见图3，所述的纵轴10包括：具有本体16以及分别设在其两端的第一端部12以及第二端部14，该本体16为柱形，第一端部12和第二端部14包括锥形引导件，锥形引导件的直径远离本体渐缩。该锥形引导件包括但不限于截头锥形。在本实用新型的一个实施例中，该锥形引导件可以是凸起盖。锥形引导件的目的在于使来自流体分配配件的流体流层流至柱形本体16并从该柱形本体层流出，以及在于减少能量损失，其细节将在稍后提供。第一端部12和第二端部14可适于与纵轴的端部连接。第一端部12连接到纵轴的一种方式可以是通过第一端部12或第二端部14上的配合部，该配合部构造成与纵轴的端部配合连接。第一端部12还可以包括用于紧固到纵轴的螺纹端(未示出)的螺纹内圆周表面(未示出)。

如先前所提到的，纵轴10可安装在多种用于流体分配配件(作为管状外壳20)内。可以设想的是，在本实用新型的背景下，流体分配配件包括但不限于水龙头、卫生设施配件等、洗衣水槽浴室、浴缸、淋浴头、矿泉、游泳池、水族馆、管道相关装置、农业相关的管件或水产相关的管件。此外，流体分配配件被限定为能够具有用于穿过其中的流体流的入口和出口的配件。纵轴10可适于与流体分配配件连接以用于流体连通。

参见图4，在该实施例中，本体16包括多个盘形构件17。每个盘形构件17包括从该盘形构件17的外圆周表面径向突出的翼形凸头19。每个盘形构件17具有相对于盘形构件直径的细长且平坦的外形。在本实用新型的另一实施例中，还可使用具有翼形凸头和盘形构件的叶轮。盘形构件的尺寸可根据盘形构件的使用目的而改变。例如，在卫生设施配件或管道配件中，盘形构件的直径可小于2英寸，而如果盘形构件在游泳池中使用或淹没在水下，则盘形构件的直径可以达到或超过6英寸。然而，本领域技术人员将会理解的是，盘形构件的尺寸将不受上述实例的限制，而根据盘形构件所使用的应用可包含一直径范围。翼形凸头19以预定方式布置在盘形构件17的外圆周表面上。在一个实施例中，翼形凸头19设置在盘形构件17或本体16的外圆周表面上，使得突出构件19彼此不重叠。本体16可通过将十八个盘形构件连接在一起而进行组装。本领域技术人员将会理解的是，尽管使用了18个盘形构件，但盘形构件的数量可根据使用和目的而改变。图8示出了盘形构件17或本体16的平面图，在该图中翼形凸头19彼此不重叠，从而在每个突出构件19之间留有微小间隙。八个翼形凸头19位于盘形构件17或本体16的外圆周表面上。可以设想的是，本领域技术人员将会理解翼形凸头的数量不限于八个而是可以改变。图5示出了正弦波，描述了该正弦波相对于柱形本体16或盘形构件17的圆周表面上的流体流的关系。为了实现从纵轴10有效地产生纳米气泡，穿过纵轴的流体流可包括少于两个循环。将进一步详细地解释穿过纵轴和翼形凸头的流体流的原理和操作。

参见图6，该纵轴10具有第一端部12，第二端部14以及形成柱形本体16的多个盘形构件17中的一些。在使用多个盘形构件17以形成柱形本体16方面存在优点。盘形构件17在组装适于其预期目的和目标的纵轴方面允许有灵活性。例如，如果盘形构件在淋浴头中使用，那么可以使盘形构件在淋浴柄中的数量最大化，以便为了用户的最大利益而有效地产生纳米气泡。在另一实例中，如果盘形构件用于在淹没在水中的水产相关的流体分配配件，那么同样可以定制盘形构件的数量，以便产生适于以下目的的纳米气泡，即，在其区域内为活的植物和鱼类提供提高的氧浓度。此外，由于需要一个压模以用于盘形构件的制造，因此盘形构件可容易地制造。由于盘形构件易于连接到每个盘形构件以形成本体，因此也很容易由最终用户来组装。

为了确保盘形构件17以固定方式保持在一起，以确保纳米气泡的有效产生，耦接盘形构件以形成纵轴的各种方式是可能的。例如，第一端部12和第二端部14能够接收连接构件。该连接构件可以是连接杆(未示出)。连接杆可通过每个盘形构件17的轴向的通孔***以将盘形构件保持在一起。通孔位于盘形构件17的中央处。在另一实施例中，每个盘形构件17在盘形构件17的每一端处具有第一配合部和第二配合部，在该处盘形构件接触相邻的盘形构件17。第一配合部和第二配合部彼此互补(配合)，使得任一配合部可接收另一配合部以将盘形构件17的第一配合部与相邻盘形构件的第二配合部连接在一起。互补配合部的一实例可以是螺纹端部，该螺纹端部可被容易地拧入以用于连接。互补配合部的另一实例涉及突出构件和用于接收该突出构件的互补的凹槽。

图7示出了具有其翼形凸头19的盘形构件17的侧视图。如上所述，翼形凸头19规则地设置在盘形构件17的外圆周表面上，使得这些翼形凸头19不彼此重叠。翼形凸头19具有前缘14和后缘15(即两个尖端)。翼形凸头19的翼弦线13从盘形构件17两端的平面线B-B倾斜约15度的角度或者从盘形构件17的轴线A-A倾斜约75度的角度。换句话说，倾斜角度是流体与翼形凸头的冲角。倾斜角相对于盘形构件17的B-B线的范围可以在10到25度之间，或者从盘形构件17的轴线A-A的65到80度之间。翼形凸头19还从盘形构件17的外圆周表面径向地突伸出。翼形凸头19从盘形构件17的表面突伸出的长度与盘形构件17的直径、流体流速以及流体流入口的压力有关。因此，本领域技术人员会理解的是，由于与上述参数的关系，相对于盘形构件17直径的突伸出的长度的许多组合是可能的。

图8示出了连接在一起的两个盘形构件17上的翼形凸头19错开的间距(角度)的确定基准为：上下相邻的两个盘形构件17上对应的(上下两个)翼形凸头19的后缘15(或前缘14)的连线为C，同时该连线C还与同一盘形构件17上的(左右)相邻的翼形凸头19的前缘14(或后缘15)相交；并且该连线C与翼形凸头19的翼弦线13正交。当然，同一盘形构件17上的(左右)相邻的翼形凸头19的前缘14(或后缘15)该连线C之间也有一定间距。

图9示出了盘形构件17及其翼形凸头19的顶视图。在该实施例中，通孔171设置在盘形构件17的中央处，用于允许连接杆***以将多个盘形构件17保持在一起。

图10示出了当连接到流体供给入口301并连接到用于排出由纵轴10产生的纳米气泡的出口401时的纵轴10。流体供给入口301和出口401可以是柔性软管或水固定件的形式，在使用中，纵轴10与其管状构件20一起适于在管状构件20的入口和出口处连接到柔性软管30、40。在流体供给入口处的流体入口压力优选地在0.5巴到6巴之间。当水流过流体供给入口时，水进入管状构件20的入口22。流体流由靠近纵轴入口的锥形引导件12引导，并流体流被供给到本体的翼形凸头19中。当流体流穿过在两个翼形凸头19之间的流动通道时，由于流体流的速度随着流体流穿过翼形凸头19而增加，因此流体会聚并经历文丘里效应。随着流体流离开流动通道，流体流在另一翼形凸头19的路径中遇到来自该翼形凸头的扩散流，该路径分离穿过后续流动通道的流体流。穿过多个流动通道的重复的会聚和扩散流体流使得产生速度和压力的波动，并加速己知为康达(Coanda)效应的漩涡的形成。这导致产生来自由穿过多个流动通道的流体流所形成的急速回旋的纳米气泡的气穴现象(流体内须含溶解气体如氧、臭氧、氢等，比如水中就有7PPM的氧气)。流体流在少于两个的循环中打漩通过流动通道(见图9及上述)，并且该流体流由在管状构件20的出口处的锥形引导件所引导。从管状构件20离开的流体流将包含大量的纳米气泡。

在微电子领域中，晶片清洗工艺是多个处理步骤的一系列繁琐且冗长的过程。晶片清洗工艺的一些步骤需要通过用大量去离子水(DI水)浸泡晶片而从晶片上移除有机污染物。在晶片清洗工艺中使用纳米气泡技术可以提供缩短清洗过程所采取的时间的益处。纳米气泡在水中的缓慢上升速率和扩大的悬浮率将允许吸附到晶片上的微小杂质粒子在纳米气泡填充的水与晶片接触时被吸引到纳米气泡中。纳米气泡将在纳米气泡破裂时使得杂质从晶片上分离，从而消除杂质。因此，在清洗硅晶片中使用纳米气泡填充的水可以通过减少冲洗时间和清洗过程用水量来提高晶片清洗工艺的效率。

显而易见的是，在不背离本申请的精神和范围的情况下，本申请的各种其他修改和改编对于阅读了上述公开后的本领域技术人员来说将是明显的，并且本申请旨在所有的这种修改和改编都在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于产生纳米气泡的装置，其特征在于，包括管状外壳和同轴安装在该管状外壳内的纵轴，在该管状外壳的两端分别设有流体入口和流体出口；该纵轴具有第一端部、本体以及第二端部，所述第一端部和所述第二端部适于与所述本体的两端连接，所述第一端部和所述第二端部均具有锥形引导件；所述本体包括圆柱体和沿间隔分布在该圆柱体外周面的翼形凸头，该翼形凸头的截面形状为两个弧形相对组成的枣核形，枣核形的两个尖端的连线与该圆柱体的轴线倾斜70-80度角；沿该圆柱体外周的圆周和轴向均匀间隔布置多个该翼形凸头；相邻一周的该翼形凸头之间错开相同的间距。

2.根据权利要求l所述的用于产生纳米气泡的装置，其特征在于，所述本体由多个盘形构件同轴连接而成，在每一该盘形构件的外周面至少设有一周所述的翼形凸头。

3.根据权利要求2所述的用于产生纳米气泡的装置，其特征在于，在所述的盘形构件设有轴向的通孔，多个盘形构件的通孔***一连接杆相互连接在一起，并且所述连接杆的两端与所述的第一端部和所述第二端部连接。

4.根据权利要求2所述的用于产生纳米气泡的装置，其特征在于，相邻的该盘形构件的一端通过相互配合的第一配合部和第二配合部相互插接组装在一起。

5.根据权利要求4所述的用于产生纳米气泡的装置，其特征在于，所述第一配合部为设在所述盘形构件的一端处的内螺纹盲孔，并且所述第二配合部为设在所述盘形构件的另一端处的轴向突出的螺杆，通过该螺杆旋入该内螺纹盲孔内将相邻的盘形构件相互连接。

6.根据权利要求1所述的用于产生纳米气泡的装置，其特征在于，所述纵轴的第一端部和第二端部通过干涉配合与所述本体连接。

7.根据权利要求1所述的用于产生纳米气泡的装置，其特征在于，所述管状外壳包括与所述流体入口相关联的第一连接构件并包括与所述流体出口相关联的第二连接构件，该第一连接构件的与所述流体入口的相对端与该第二连接构件的与所述流体出口的相对端同轴连接。

8.根据权利要求7所述的用于产生纳米气泡的装置，其特征在于，该第一连接构件的与所述流体入口的相对端与该第二连接构件的与所述流体出口的相对端通过螺纹连接。

9.根据权利要求1所述的用于产生纳米气泡的装置，其特征在于，所述的管状外壳为各种设施上的管状的流体分配配件。

10.根据权利要求1所述的用于产生纳米气泡的装置，其特征在于，所述管状外壳的两端在朝向所述流体入口或流体出口的方向上渐缩，并与所述纵轴的所述锥形引导件吻合的形状；所述管状外壳的所述流体入口和所述流体出口均设有外螺纹。