本高新技术属于微气泡技术领域，涉及一种微气泡发生装置。
背景技术：
微气泡是指气泡半径在100微米以下的微小气泡。相对于普通气泡，微气泡拥有比表面积大，气液传质效率高，存在时间长的一系列独特的特性。在水体增氧，污水处理，气浮净水，气液反应，水产养殖，生态景观等领域有着广阔的应用前景。
现阶段人们常采用加压溶气法与射流曝气法产生微气泡。
加压溶气法主要通过气体压力的改变，在加压罐中将气体溶解，随后将溶解有气体的水释放入低压环境。这种方法广泛用于气浮技术中，但存在以下缺点：需要一个体积非常大的溶气罐，设备占地面积大，成本高。为向溶气罐内通入空气，需要额外使用空压机。溶气-释气为周期性过程，连续操作难度大，需要配置额外的仪表及控制系统。
射流曝气法通过将液体打入射流器内，当液体高速通过射流器喷口的时候会产生负压，从吸气口直接吸入气体并在混合管内进行混合，利用混合管内剧烈的混合切碎气泡。但射流产生的剪切力不足，无法产生微米级气泡，混合管内气泡存在聚并效应，会自动合并为大气泡，为达到高速射流，体系需要非常大的液体循环量，设备无法小型化。
剪切法主要采用叶轮或溶气泵进行气体与液体的混合，cn208660847u公开了一种利用溶气泵产生微气泡的装置。该装置通过溶气泵同时吸入气体与液体，并利用泵叶轮的高速转动切碎气泡，再利用涡流空化装置将气泡排出。但该装置用一台泵同时完成气体吸入以及气泡剪切过程，导致溶气压力受限制，为了吸入气体，溶气泵入口无法带压操作，低压下气体溶解度差，气泡发生量小，由于吸气需要，叶轮中心处为负压，气蚀问题不可避免。
另外，用一套叶轮完成吸气-分散过程导致叶轮系统进水量，吸气量与气泡剪切强度相关联，无法独立调节，气含率受限制，当气含率大于10%时，溶气泵易发生气缚无法吸入液体。叶轮结构需要兼顾两方面进行折中，无法分别进行优化。受限于叶轮结构，此类装置要求非常高的液体循环量（不小于1m3/h），无法应用于小规模实验研究及一般家庭民用。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的上述问题，本高新技术的目的在于提供一种微气泡发生装置。本高新技术提供的微气泡发生装置解决了现有气浮装置液体循环量大，气泡粒径不可控的问题。
为达上述目的，本高新技术采用以下技术方案：实用新型提供一种微气泡发生装置，所述微气泡发生装置包括进料装置、机械剪切器和释放器，所述进料装置包括进料泵，所述进料泵的出口与机械剪切器的入口相连，所述机械剪切器的出口与释放器的入口相连。
本高新技术提供的微气泡发生装置的进料泵与机械剪切器相互配合，物料（气体与液体）吸入由进料装置（进料泵）完成，气液分散由机械剪切器完成，这使得本高新技术提供的微气泡发生装置的进料量和气泡剪切强度相互独立，克服了现有技术中微气泡发生装置的气含率受限制以及液体循环量要求过高的问题。本高新技术提供的微气泡发生装置使得液体循环量可控（液体吸入量可由泵功率调节），气泡粒径也可控（通过机械剪切器调节）。
本高新技术中，释放器用于将机械剪切器处理得到的气液混合物释放到目标液相中（例如水中），所述释放器可淹没于目标液相中。
以下作为本高新技术优选的技术方案，但不作为对本高新技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本高新技术的技术目的和有益效果。
作为本高新技术优选的技术方案，所述进料装置中，进料泵的入口、进气管与进液管通过三通相互连接。
作为本高新技术优选的技术方案，所述进气管上设有气体流量控制阀。气体流量控制阀用于调节气体吸入量。
作为本高新技术优选的技术方案，所述机械剪切器包括腔体，剪切叶轮与驱动电机，所述剪切叶轮位于腔体内部，所述驱动电机用于驱动剪切叶轮转动。
本高新技术中，驱动电机的位置可以根据需要进行设置，例如设置于腔体的外部。
作为本高新技术优选的技术方案，所述腔体为圆柱形，所述机械剪切器的的入口位于腔体的一个底面上，所述机械剪切器的出口位于腔体的侧面上。优选地，机械剪切器的入口位于腔体的一个圆形底面的中心，同时也是腔体正面中心，这样可以使得进料首先进入剪切叶片根部；机械剪切器的出口位于腔体的侧面且出口管路的方向与腔体侧面相切。
作为本高新技术优选的技术方案，所述剪切叶轮为开式叶轮或半开式叶轮，所述剪切叶轮的叶片为圆弧叶片或直叶片。因为本高新技术的方案中，剪切叶轮不再负担吸气功能，因此可采用无自吸能力，但气液分散效果好的开式或半开式叶轮。叶轮优选直叶片。叶轮表面可开孔或直接用金属丝网制作多孔叶片。
作为本高新技术优选的技术方案，所述剪切叶轮的叶片数量为4-16片，例如4片、5片、6片、7片、8片、9片、10片、11片、12片、13片、14片、15片或16片，优选为4-8片。
本高新技术中，机械剪切器带压操作，压力由进料泵提供，操作压力0.2-1.6mpa，优选0.2-0.8mpa。在高压状态下，气体溶解度增大，溶气效果显著提升。剪切器整体正压操作，叶轮附近不存在负压区，有效避免气蚀。
机械剪切叶轮由电机驱动，电机功率可调，以此控制叶轮转数，进而控制气体分散程度。
作为本高新技术优选的技术方案，所述释放器为变径喉管或节流孔板。
作为本高新技术优选的技术方案，所述释放器的两端直径均比中间直径大，所述释放器的端部直径与中间直径的比值为2~8，例如2、3、4、5、6、7或8等。本高新技术中，所述端部直径为所述释放器端部的最大内径，所述中间直径为所述释放器中间部分的最小内径。本高新技术中，经机械剪切器剪切分散后的高压气液混合物经过释放器减压，溶解于液体中的气体被进一步放出，形成微小的气泡，而采用上述端部直径与中间直径的比值，可以更好地形成微小气泡。
作为本高新技术优选的技术方案，所述进料泵为自吸泵。所述自吸泵包括具有高出口压力且具有自吸功能的漩涡泵、螺杆泵、隔膜泵或柱塞泵，优选隔膜泵，通过泵的自吸作用将气体与液体同时吸入。自吸泵功率可调，出口压力为0.2-1.6mpa，液体吸入量可由泵功率调节。
与已有技术方案相比，本高新技术具有以下有益效果：本高新技术将气体吸入及剪切分别使用两套不同的设备来完成，使气体在液体中的溶解在高压下进行，提高了气泡发生装置的气液混合效果，将现有装置的气含率10%，提高至30%，同时避免了气蚀现象的发生。
本高新技术提供的微气泡发生装置中，设备整体进液量，进气量，气泡分散程度，三者可独立调节。装置小型化便利，最小循环量仅为1l/min，最小处理水体量可达200ml，非常适用于实验室小试工艺开发以及一般家用。
本高新技术提供的微气泡发生装置解决了现有气浮装置液体循环量大，气泡粒径不可控的问题。
附图说明
图1为实施例1提供的微气泡发生装置的结构示意图；其中，1-进料泵，101-进气管，102-进液管，103-气体流量控制阀，104-三通，2-机械剪切器，201-腔体，202-剪切叶轮，203-驱动电机，3-释放器。
图2a为实施例1提供的微气泡发生装置的腔体201和剪切叶轮202的示意图。
图2b为图2a的腔体201的a-a剖切示意图，其中含有剪切叶轮202。
图3a为实施例1提供的微气泡发生装置的释放器3的剖视示意图。
图3b为图3a所示的释放器3的俯视示意图。
具体实施方式
为更好地说明本高新技术，便于理解本高新技术的技术方案，下面对本高新技术进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本高新技术的简易例子，并不代表或限制本高新技术的权利保护范围，本高新技术保护范围以权利要求书为准。
以下为本高新技术典型但非限制性实施例。
实施例1：本实施例提供一种微气泡发生装置，所述微气泡发生装置的结构如图1所示，所述微气泡发生装置包括进料装置、机械剪切器2和释放器3。
所述进料装置包括进料泵1，所述进料泵1的出口与机械剪切器2的入口相连，所述机械剪切器2的出口与释放器3的入口相连。进料泵1的入口、进气管101与进液管102通过三通104相互连接。
所述进气管101上设有气体流量控制阀103。
本实施例所述进料泵1为直流隔膜泵（一种自吸泵），通过变压电路可调节直流隔膜泵输出功率，控制液体循环量。当泵启动后，气体与液体在泵的自吸作用下分别由进气管101与进液管102被吸入隔膜泵中。
所述机械剪切器2包括腔体201，剪切叶轮202与驱动电机203，所述剪切叶轮202位于腔体201内部，所述驱动电机203用于驱动剪切叶轮202转动。
本实施例中，腔体201和叶轮202的结构如图2a和图2b所示，腔体201为圆柱形，其入口（即进水口）位于腔体201正面（即圆柱形的一个底面）中心，进料首先进入叶片根部，出口（即出水口）位于体腔201侧面，与腔体201侧面呈切线分布。剪切叶轮202为开式直叶叶轮，叶轮数量为4片，每片叶轮表面开2个孔。
本实施例中，腔体201尺寸为直径30mm，高10mm，剪切叶轮202直径为28mm。驱动电机203为直流电机，剪切叶轮202由驱动电机203驱动，通过电路可调节剪切叶轮202的输出功率。
本实施例中，释放器3的结构如图3a和图3b所示，释放器3为单孔板结构（节流孔板），本实施例中管道内径（即端部直径）为4mm，孔板内径（即中间直径）为2mm，端部直径与中间直径的比值为2。
本实施例提供的微气泡发生装置适用于液体循环量为1l/min的操作条件。
实施例2：本实施例提供一种如实施例1所述微气泡发生装置的使用方法。
本实施例具体操作为：将释放器3浸没于水中，通过气体流量调节阀104调节气体流量，通过变压电路可调节进料泵1输出功率，控制液体循环量，液体原料和气体原料在泵的自吸作用下分别从进液管102和进气管101进入进料泵1中。本实施例中，在进料泵1的作用下，气体与液体被增压至0.6mpa，气体一部分溶解于液体中，另一部分以大气泡或气栓形式混合在液体中，随即被输送进入机械剪切器2中。
通过机械剪切器2的剪切叶轮202的作用，气体与液体在机械剪切器中进一步混合，气体溶解于液体中达到饱和，气泡在叶轮作用下被击碎，形成微小气泡，微小气泡溶于液体中形成混合流体。
混合流体通过释放器3的孔板时压力降低，同时流道变化形成剧烈剪切作用，进一步破碎气泡，同时溶解于液体中的气体随着压力降低被释放出来，最终形成微小气泡释放出来。
上述使用方法中用进料泵1提供气液流动的动力，机械剪切器2仅用于剪切气泡。
申请人声明，以上为本使用新型优选实例，适用于液体循环量为1l/min条件下，本领域技术人员根据实际流量对其进行变换改造，根据所需循环流量改变相关设备尺寸或调整泵，叶轮，释放器等设备的选型，这些变换与改造，均落在本高新技术的保护范围和公开范围之内。
技术特征：
1.一种微气泡发生装置，其特征在于，所述微气泡发生装置包括进料装置、机械剪切器（2）和释放器（3），所述进料装置包括进料泵（1），所述进料泵（1）的出口与机械剪切器（2）的入口相连，所述机械剪切器（2）的出口与释放器（3）的入口相连。
2.根据权利要求1所述的微气泡发生装置，其特征在于，所述进料装置中，进料泵（1）的入口、进气管（101）与进液管（102）通过三通（104）相互连接。
3.根据权利要求2所述的微气泡发生装置，其特征在于，所述进气管（101）上设有气体流量控制阀（103）。
4.根据权利要求1所述的微气泡发生装置，其特征在于，所述机械剪切器（2）包括腔体（201），剪切叶轮（202）与驱动电机（203），所述剪切叶轮（202）位于腔体（201）内部，所述驱动电机（203）用于驱动剪切叶轮（202）转动。
5.根据权利要求4所述的微气泡发生装置，其特征在于，所述腔体（201）为圆柱形，所述机械剪切器（2）的入口位于腔体（201）的一个底面上，所述机械剪切器（2）的出口位于腔体（201）的侧面上。
6.根据权利要求4所述的微气泡发生装置，其特征在于，所述剪切叶轮（202）为开式叶轮或半开式叶轮，所述剪切叶轮（202）的叶片为圆弧叶片或直叶片。
7.根据权利要求4所述的微气泡发生装置，其特征在于，所述剪切叶轮（202）的叶片数量为4-16片。
8.根据权利要求1所述的微气泡发生装置，其特征在于，所述释放器（3）为变径喉管或节流孔板。
9.根据权利要求1所述的微气泡发生装置，其特征在于，所述释放器（3）的两端直径均比中间直径大，所述释放器（3）的端部直径与中间直径的比值为2~8。
10.根据权利要求1所述的微气泡发生装置，其特征在于，所述进料泵（1）为自吸泵。
技术总结
本高新技术提供了一种微气泡发生装置。所述微气泡发生装置包括进料装置、机械剪切器和释放器，所述进料装置包括进料泵，所述进料泵的出口与机械剪切器的入口相连，所述机械剪切器的出口与释放器的入口相连。本高新技术可在较低的进水流量下（>1L/min）实现微气泡气浮。通过调节机械剪切器的叶轮功率可以有效控制气泡粒径，解决了现有气浮装置液体循环量大，气泡粒径不可控的问题。
技术开发人、权利持有人：叶珉昊
