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1、10申请公布号CN104163511A43申请公布日20141126CN104163511A21申请号201410428726522申请日20140828C02F7/00200601B01F13/10200601B01F3/0420060171申请人上海佛欣流域环境治理有限公司地址201799上海市青浦区华纺路69号3幢3层G区318室72发明人章永泰74专利代理机构上海交达专利事务所31201代理人王毓理王锡麟54发明名称强磁涡旋式超微细气泡发生腔及其曝气装置57摘要一种水处理技术领域的强磁涡旋式超微细气泡发生腔及其曝气装置，包括强磁涡旋式超微细气泡发生腔、文丘理管、控制器以及分别与之电连接。
2、的带有流量调节阀的氧气气源和自吸式水泵，其中文丘理管的输入端分别与氧气气源和自吸式水泵相连，文丘理管的输出端与强磁涡旋式超微细气泡发生腔的入水口相连。本装置结构紧凑、占地面积小、能耗低、氧利用率高、低气蚀、无堵塞等特点，能够产生磁场强度在14500GS以上的N5钕铁硼强磁性材料且输出气泡体积在10M以下。适用于水中增氧领域，可替代传统的溶气罐，适合污水处理、水产养殖等水体充氧曝气或气浮分离法等水处理技术。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图2页10申请公布号CN104163511ACN104163511A1/。
3、1页21一种强磁涡旋式超微细气泡发生腔，其特征在于，包括罐体和依次设置于其内部的强磁涡旋管、强磁螺旋叶片以及若干对强磁磁钢组，其中强磁涡旋管位于罐体的内部前端，强磁螺旋叶片位于罐体的内部后端，强磁磁钢组分别设置于强磁涡旋管内和强磁螺旋叶片的外缘。2根据权利要求1所述的强磁涡旋式超微细气泡发生腔，其特征是，所述的强磁涡旋管的剖面为矩形结构，其整体为涡旋状方管结构，所述强磁磁钢组固定设置于涡旋状方管结构的内壁顶部和底部。3根据权利要求2所述的强磁涡旋式超微细气泡发生腔，其特征是，所述的强磁涡旋管上的强磁磁钢组是由多块N极磁钢组和S极磁钢组组成，该钕铁硼磁钢上设有若干固定孔，通过该固定孔实现与强磁涡。
4、旋管的固定连接；所述的钕铁硼磁钢的外表面设有环氧树脂层。4根据权利要求1所述的强磁涡旋式超微细气泡发生腔，其特征是，所述的强磁螺旋叶片为等半径等螺距的连续螺旋状结构，所述的强磁磁钢组固定设置于叶片的外缘。5根据权利要求1所述的强磁涡旋式超微细气泡发生腔，其特征是，所述的强磁涡旋管的两端分别设有进水口和出水口，在进、出水口上分别设有进水压力传感器和出水压力传感器。6一种曝气装置，其特征在于，包括权利要求15中任一所述的强磁涡旋式超微细气泡发生腔、文丘理管、控制器以及分别与之电连接的带有流量调节阀的氧气气源和自吸式水泵，其中文丘理管的输入端分别与氧气气源和自吸式水泵相连，文丘理管的输出端与强磁涡旋。
5、式超微细气泡发生腔的入水口相连。7根据权利要求6所述的曝气装置，其特征是，所述的强磁涡旋式超微细气泡发生腔的出水口设有与控制器相连的释放头，该强磁涡旋式超微细气泡发生腔的进水压力传感器和出水压力传感器分别与控制器相连；控制器的控制输出线分别与释放头的控制输出线和氧气流量调节阀的控制输出线相连构成闭环式控制回路。8根据权利要求7所述的曝气装置，其特征是，所述的闭环控制通过进、出水压力传感器采集获得的数据计算得到最佳阀门开度，并对氧气流量调节阀和可控释放头的开度进行调节控制；使得强磁涡旋式超微细气泡发生腔的工作压力稳定。9根据权利要求8所述的曝气装置，其特征是，所述的最佳阀门开度通过以下方式获得A。
6、、当进水压力高于负的01公斤时，阀门开度保持在50固定不变；B、当进水压力传感器等于或低于负的01公斤时对出水压力进行采样计算，如果出水压力低于04公斤就减小释放头的阀门开度，C、当进水压力传感器等于或低于负的01公斤且出水压力高于045公斤就增大释放头的阀门开度。10根据权利要求8所述的曝气装置，其特征是，所述的调节控制是指1、当进水压力高于负的01公斤时，氧气流量调节阀关闭；2、当进水压力传感器等于或低于负的01公斤，氧气流量调节阀的开度按与出水压力正比调节。权利要求书CN104163511A1/4页3强磁涡旋式超微细气泡发生腔及其曝气装置技术领域0001本发明涉及的是一种水处理技术领域的。
7、装置，具体是一种磁场强度在14500GS以上的N5钕铁硼强磁性材料且输出气泡体积在10M以下的气泡发生腔及其曝气装置。背景技术0002传统的气泡发生器是在外力作用下，通过叶轮的高速旋转对气体和液体进行强力混合搅拌，将气体破碎成小气泡。传统的气泡发生器产生的气泡过大，同时耗能很大，此外由于气泡过大，在液体中停留时间过短而影响气体的溶解。因此增氧效果差，电能消耗高。0003目前的微气泡发生器多是由激光在气泡发生器的表面开出无数细密的小孔，利用高压泵产生高压空气透过小孔产生微气泡释放到水体中形成溶解氧。此类装置要消耗很大的电能，且停机后水中的细小颗粒物容易堵塞微气孔造成系统瘫痪。高浓度的溶氧水对水泵。
8、等配件气蚀严重，由于水泵泵水的同时还要担任压气的任务，所以泵水量大大低于其正常工作状态下的水量；泵体内气泡的存在也容易引起叶轮的抖动易损坏叶片。0004经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102531265A公开公告日20120704，公开了一种利用带电离子的微气泡磁化水净化湖水的处理系统属环境保护装置的技术领域。结构包括微气泡磁化水制作器7、臭氧发生器10、电离子发生器11、添加剂液箱5、直流电源6；微气泡磁化水制作器7由外壳和圆盘转子29构成，外壳内和圆环状中板21装有圆筒长方型杆18、端面长方型杆28和定子永磁铁17；圆盘转子29装有侧面长方型杆19、拨水杆20和转子永磁铁32。。
9、但是该技术的缺陷在于，把空气中的氧先转化这臭氧这从本质上来说并没有增氧氧原子的数量，同时这种作法有造成环境污染的潜在风险；此外，由于氧气在水中的溶解度在同等温度下是与压强成正比的，该装置并未提及给容器加压的装置，也就是说其对污水的处理过程是在常压下，那么不难算出其对水体溶解氧的提高是很有限的；第三，该技术要用到空气压缩机、臭氧发生器、水泵、电离子发生器等诸多用电设施，能耗高，系统操作与维护难度高，且臭氧发生器与电离子发生器都是高压设备对操作人员有较大安全隐患不易安装在潮湿易发生触电事故的水处理备上；第四，该微气泡技术的流水通路是M型，虽然增加了水和气体的停留时间，但是因为是M型，对气水混合物的。
10、阻力大，导致动力消耗大；最后，由于该技术没有给出自动控制装置，需要人力操作。0005综上所述，现阶段急需一种能够满足工业需要的微细气泡发生装置。发明内容0006本发明针对现有技术存在的气泡大，停留时间短，能耗高，结构复杂，气蚀严重，易堵塞的弊端，提出一种强磁涡旋式超微细气泡发生腔及其曝气装置，本装置结构紧凑、占地面积小、能耗低、氧利用率高、低气蚀、无堵塞等特点，适用于水中增氧领域，可替代传统的溶气罐，适合污水处理、水产养殖等水体充氧曝气或气浮分离法等水处理技术。0007本发明是通过以下技术方案实现的0008本发明涉及一种强磁涡旋式超微细气泡发生腔，罐体和依次设置于其内部的强磁说明书CN1041。
11、63511A2/4页4涡旋管、强磁螺旋叶片以及若干对强磁磁钢组，其中强磁涡旋管位于罐体的内部前端，强磁螺旋叶片位于罐体的内部后端，强磁磁钢组分别设置于强磁涡旋管内和强磁螺旋叶片的外缘。0009所述的强磁涡旋管的剖面为矩形结构，其整体为涡旋状方管结构，所述强磁磁钢组固定设置于涡旋状方管结构的内壁顶部和底部。0010所述的强磁涡旋管上的强磁磁钢组是由多块N极磁钢组和S极磁钢组组成，该钕铁硼磁钢上设有若干固定孔，通过该固定孔实现与强磁涡旋管的固定连接，该钕铁硼磁钢的外表面设有环氧树脂层。0011所述的强磁螺旋叶片为等半径等螺距的连续螺旋状结构，所述的强磁磁钢组固定设置于叶片的外缘。0012所述的强磁。
12、涡旋管的两端分别设有进水口和出水口，在进、出水口上分别设有进水压力传感器和出水压力传感器。0013本发明涉及一种曝气装置，包括上述强磁涡旋式超微细气泡发生腔、文丘理管、控制器以及分别与之电连接的带有流量调节阀的氧气气源和自吸式水泵，其中文丘理管的输入端分别与氧气气源和自吸式水泵相连，文丘理管的输出端与强磁涡旋式超微细气泡发生腔的入水口相连。0014所述的强磁涡旋式超微细气泡发生腔的出水口设有与控制器相连的释放头，该强磁涡旋式超微细气泡发生腔的进水压力传感器和出水压力传感器分别与控制器相连；控制器的控制输出线分别与释放头的控制输出线和氧气流量调节阀的控制输出线相连实现闭环控制。0015所述的闭环。
13、控制通过进、出水压力传感器采集获得的数据计算得到最佳阀门开度，并对氧气流量调节阀和可控释放头的开度进行调节控制；使得强磁涡旋式超微细气泡发生腔的工作压力稳定。0016所述的最佳阀门开度通过以下方式获得A、当进水压力高于负的01公斤时，阀门开度保持在50固定不变不对出水压力进行采样计算；B、当进水压力传感器等于或低于负的01公斤时对出水压力进行采样计算，如果出水压力低于04公斤就减小释放头的阀门开度，C、当进水压力传感器等于或低于负的01公斤且出水压力高于045公斤就增大释放头的阀门开度。0017所述的调节控制是指1、当进水压力高于负的01公斤时，氧气流量调节阀关闭；2、当进水压力传感器等于或低。
14、于负的01公斤，氧气流量调节阀的开度按与出水压力正比调节。技术效果0018与现有技术相比，本发明对氧气的利用率高，能大大提高水体中溶解氧的溶度，净化水体降低COD，同时对水体还有磁化作用，减小水体分子团大小，利于水体中浊物的絮凝和沉淀；本装置仅需一个水泵需要消耗电能，水泵给水提供动力将其推入涡旋强磁磁场，使水流切害磁力线而成为带电粒子；同时利用水泵的进水口能产生一定负压的特性使其吸入氧气或空气，空气与水的混合液在水泵的高速叶轮的作用下，被初步切割成小气泡，随后进入强磁涡旋后与水的带电粒子碰撞并交换电子。随着水泵的加压进入螺旋磁场气体基团与水分子基团破裂变成更小的分子基团，随着压力的升高氧的溶解。
15、度随之提高，小的氧分子说明书CN104163511A3/4页5基团很容易被带电的水分子捕获面由分子态转成离子态即被溶解。从而解决了常压下水中溶解氧因过饱合而无法继续提高的问题；此外，通过闭环式控制，本装置能够实现全自动工作，稳定可靠操作简便。附图说明0019图1为本发明结构示意图；0020图2为本发明强磁涡旋式超微细气泡发生腔示意图；0021图3为图2的AA剖面示意图；0022图4为本发明混合液流经强磁涡旋管时的路径示意图；0023图5为本发明N极强磁磁钢组安装示意图；0024图6为本发明S极强磁磁钢组安装示意图；0025图7为本发明强磁螺旋叶片示意图；0026图中氧气气源1、氧气流量调节阀2。
16、、自吸式水泵3、文丘理管4、强磁涡旋式超微细气泡发生腔5、可控释放头6、出水管7、控制器8、进水压力传感器9、出水压力传感器10、强磁涡旋管11、强磁螺旋叶片12、进水管13、N极磁钢组14、螺旋隔板15、和S极磁钢组16、N极强磁磁钢组17、S极强磁磁钢组18、铆钉19、下档板20、上档板21、半圆型螺旋叶22、轴23、强磁磁钢24、铆钉25。具体实施方式0027下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例10028如图1所示，本装置包括氧气气源1、氧气流量调节阀2、自吸式水泵3。
17、、文丘理管4、强磁涡旋式超微细气泡发生腔5、可控释放头6、出水管7、控制器8、进水压力传感器9和出水压力传感器10，其中氧气气源1通过氧气流量调节阀2与文丘理管4的负压接口连接；文丘理管4的进水口与自吸式水泵3的出水口连接，文丘理管4的出水口与强磁涡旋式超微细气泡发生腔5的进水口连接；强磁涡旋式超微细气泡发生腔5的出水口通过可控的释放头6与出水管7连接，强磁涡旋式超微细气泡发生腔5的进水口和出水口分别设有进水压力传感器9与出水压力传感器10；进水压力传感器9、出水压力传感器10的信号线与控制器8的信号线连接，控制器8控制输出线与氧气流量调节阀2、可控的释放头6连接实现闭环控制。0029如图2所。
18、示，强磁涡旋式超微细气泡发生腔5的进水侧内部依次设有强磁涡旋管11和强磁螺旋叶片12。0030如图3、图5、图6所示，所述的强磁涡旋管11的剖面为矩形结构A，其整体为涡旋状方管结构，包括进水管13、上档板21、下档板20和螺旋隔板15，其中N极磁钢组14由多个钕铁硼材质的N极强磁磁钢组17通过铆钉19均匀铆接在下档板20上；对应的S极强磁磁钢组18通过铆钉19均匀铆接在上档板21上。铆接完成的两块磁钢组上再敷上一层环氧树脂，以使其表面的光滑平整以减少其对水流的阻力；同时环氧树脂也起到一个保护说明书CN104163511A4/4页6层的作用，防止硬质颗粒物撞击损坏磁钢组。0031如图7所示，所述。
19、的强磁螺旋叶片12是由数个半圆型螺旋叶22连续焊接在轴23上而制成连续螺旋状叶片。0032所述的强磁螺旋叶片12的外缘通过铆钉25铆接有数个强磁磁钢24并用环氧树脂粘合为一体，强磁螺旋叶片12起到不断改变水流方向加速离子撞击并有效利用磁钢能量的作用。0033位于强磁螺旋叶片12上的强磁磁钢24的极性方向相同。0034本装置在具体工作时，所述的自吸式水泵3产生的水流在流经文丘理管4时会吸入大量来自氧气气源1的氧气，形成气水混合液，即混合液。混合液流经强磁涡旋管11时的路径如图4所示，当混合液沿进水管13进入强磁涡旋管11后会沿涡旋隔板15与N极磁钢组14与S极磁钢组16形成的涡旋型空腔前进，前进。
20、方向呈顺时针螺涡旋型。由于N极磁钢组14与S极磁钢组16之间相互平行且都是由相互隔开，混合液在流经强磁涡旋管11时，强磁涡旋管11给水流营造了一个不断变化的磁场环境，根据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的磁场会在其周围的空间激发一种电场，这种电场就是涡旋电场。涡旋电场使混合液中的水与氧气分子产生内能，而这种内能又因强磁涡旋管11的涡旋结构而增强；混合液中的水分子基团与氧气分子基团在其内能的作用下来断相互碰撞、并裂解成小的分子基团。0035以下为本装置的具体工作参数工作电压V380水泵功率KW75氧气进气量M3/H12溶气水量M3/H12出口溶解氧PPM399纯氧利用率8530036本装置的主要部。
21、件为集成式结构，外围部件少，控制器为闭环式控制，稳定可靠操作简便。强磁涡旋式超微细气泡发生器的水泵只负责抽水加压后送入文丘理，文丘理的负压侧吸入来自气源的氧气，吸入的气量由氧气流量调节阀自动控制，以达到最佳气水比和最佳压力环境。氧气与水流在文丘理内混合形成气水混合液后进入强磁涡旋式超微细气泡发生腔。压力环境下的气水混合液，在强磁涡旋式超微细气泡发生腔的涡旋管内通过时切割磁力线形成带电粒子流，带电粒子流在涡旋状方管内被加速，各原子间的电子快速交换，水分子与氧分子相互碰撞挤压，氧气和水由分子态变为离子态，由原来的气水混合液变为了氧的水溶液。氧的水溶液在通过带磁场的螺旋状叶片受到阻挡，翻滚前行并在磁场作用下水分子键发生角度和长度的变形水的湿润角逐渐减小，渗透压不断提高。氧在水中的溶解更加均匀充分，离子团的体积大幅减小。氧的水溶液离开强磁涡旋式溶氧管后进入释放头，溶液流在释放头内的挤压孔和挡板的作用下压力逐渐释放转为常压，常压下的水溶液通过输水管进入水体实现了对水体的增氧。说明书CN104163511A1/2页7图1图2说明书附图CN104163511A2/2页8图3图4图5图6图7说明书附图CN104163511A。