本发明涉及一种气、液两种物质混合,生成气泡的气泡发生装置。 几乎每个人都玩过吹肥皂泡的游戏,取支短管,在盛有肥皂液的容器中蘸液,使管口形成液膜,从管的另一端用嘴吹气,就出现七彩斑烂的肥皂泡,这支管及容器就是最简单的气泡发生装置,但这种古老而简单的装置除用做玩具外,没有其它实用价值。
事实上,长期以来,人类对气泡发生装置的技术改进作出不懈的努力,逐步在生产中得到应用。1971年第三期《冶金安全》译载有关《水力引射式发泡机》的气泡发生装置,其目的是利用该装置连续地大量产生泡沫,抑制矿井粉尘,其结构是控制阀、水力引射器与电网格做成的泡沫发生网串联,然后再用管道将发泡液箱与水力引射器连通,其发泡原理是,经控制阀调节的气流,在水气引射器中产生负压,吸取发泡液箱的液体并雾化,由于气流的作用,雾状液飞溅到泡沫发生网格上,在网格间隙形成液膜,气流将液膜吹激成泡沫,泡沫用来抑制矿井粉尘。这种装置有效地解决了补充发泡液问题,使其在工业上有了实用性。但该装置是在气流作用下发生泡沫,雾状难以在网格间隙形成液膜,常常会穿网而过,因此,为了有利于液膜形成,发泡液用量要大,网格间隙要小,这不但会过多消耗发泡液,而且生成的气泡粒径也受到限制,事实上,这种装置产生的是许多气泡粘连而成的泡沫体,而不是分散的气泡个体,而且发泡部分与发泡液箱是分开放置的,操作和携带都不太方便,因此,该装置的使用大大地受到了限制。
本发明的目的是向公众提供一种能够连续发生气泡的,发泡装置与装液体的容器为整体,携带与操作方便的,能够应用多种液体原料,并生产上有广泛应用的一种气泡发生装置。
本发明是通过如下技术途径实现的。利用液体容器内,当在外部进气地作用下,液面上压力与容器外面压力不一样,即液面上压力大于容器外面压力(正常大气压),液体便从密封容器空隙处向外跑出液体,液体在气流作用下,在出口处形成小气泡的原理,经过精心计算设计,将装液体的容器做成与带有气阻的气管科学合理的联接(装配)在一起亦可,气阻是指能阻碍气体流动的机构或元件,一般都具有断面狭窄的几何特征,例如锥体状。
本发明是一种结构简单,携带或搬动方便,成本低,用途广,效果好的气泡发生装置。
以下结合附图对本发明的结构作详细说明。
图1为制造儿童玩具的气泡发生装置结构(局部剖开)示意图。
图2为气阻A-A部位截面示意图。
图3为气阻B-B部位截面示意图。
图4为气阻C-C部位截面示意图。
图5为本发明应用于制造气泡燃烧喷嘴的气泡发生装置结构剖视图。
图6为D-D部位截面示意图。
图7为E-E部位截面示意图。
图8为本发明应用于生产玻璃微珠的气泡发生装置结构剖视图。
图9为图8中气阻结构放大示意图。
图10为本发明应用于生产建筑构件的气泡发生装置结构示意图。
图11为F-F截面示意图。
图12为G-G部位截面示意图。
由图1、5、8、10可知,气泡发生装置是由容器2,气阻1、气管3、进气通道4、出液通道5、装液口6、密封盖7组成,容器壁上开装液口6,其口上盖有密封盖7,气阻1一端装有气管3,气阻呈圆锥体喇叭状,靠近气阻两端部位开通道4、5,通道是容器与带气阻的气管并联,形成气液流动通路,进气通道4,出液通道5可以是由空心管,也可以是在气管上钻孔,凿缝或利用与气阻衔接的间隙沟通而成,用于进气的通道4靠近气阻狭窄断面处,用于出液的通道5靠近出口处,通道4远大于通道5,致使空气进入容器的阻力比液体流出容器的阻力小得多,由气阻、气管、通道构成发泡系统,密封安置在容器的下内部,浸没在发泡液中,进气管口一端与气阻一端口露在容器外,靠容器壁加以密封固定,根据需要,容器可做成各种形状,并用造型和色彩装饰,但要强调指出的是,在设计制造发泡系统时,将进入容器的进气通道4的阻力做成阻力很小,流出容器的进气通道5阻力相对的非常大,设置位置分别在由于气阻作用使气管中气流产生压力降的两个断面,它们尽量靠近气阻断面狭窄处和出口处。利用弯曲液面附加压力可有效地克服发泡液泄漏问题,这是因为通道口浸没在发泡液下,漏液是是因两通道口具有高差△h,因此存在重力势能,使得高位通道进气,低位通道漏液,所以本发明将通道出口做得狭窄,使得通道出口所形成的气、液界面曲率半径足够小,使弯曲液面附加压力足够大,足以克服得重力势能,从而防止发泡液的泄漏。
以下再进一步结合不同用途的实施例对本实用新型的结构作详细说明。
由图1给出了制造儿童玩吹泡用的一种气泡发生装置,由图1可以看出,容器2为美观的松鼠形状,拉阀尔喷管式气阻1通过容器壁固定后,再套入气管3上,气管3也靠容器壁固定,拉阀尔喷管式气阻呈喇叭状,出口处装有用至少一根以上(本例中为16根)的内直径为0.4mm的长管,构成通道5,管子可根据不同发泡液调整其长度,见A-A剖面图2所示,根据需要,也可设计成一组产生不同气泡直径的18mm,12mm,6mm的喷管,用表面活性剂2%水溶液发出带有七彩光斑的气泡,出口A-A截面内直径d1为12mm,8mm,4mm,截面B-B直径d2为2mm,1.47mm,0.874mm,C-C截面气阻口直径为8mm,气管直径为3.36mm,气阻口与气管之间空隙形成同心圆斜壁环隙形式通道4,带气阻的管子装在容器下内部,浸在发泡液中,从外表看只有容器和气管、气阻进出口,该装置使用不同的发泡液,可产生不同的气泡,容器壁上开装液口6,其上盖密封盖7,整个装置材料用无霉热塑型硬质塑料或金属做成。具体发泡过程是,接通气源(口吹或吹气机等均可),因气阻和气管构成一条气流路线(直通路),其上并联有一条闭合的支路,并联支路由气阻前分流经通道4进入容器,再经通道5流出容器汇合于气阻后,气流流过气流路线,由于气阻作用,使气流产生压力降,即在A-A断面与B-B断面出现压差△p,压差△p为并联支路提供分流的动力,因此,有一小股气流经通道4进入容器,集在液面上部,使容器内压力升高,迫使发泡液经通道5流向断面A-A,只要有气流通过,就有压差△p产生,只要有压差,就有发泡液输送,没有气流时,容器内压强等于大气压p,当压强为为ps,断面B-B压强为Ps-△P,如前所述,在并联支路上,流入容器的是气体,流出容器的是液体,气液两种物质密度和粘度相差甚大,设计上进气通道4远大于通道5,所以流入容器时阻力相对非常大,近似等于△P,容器内压强近似等Ps,大于容器外压强P迫使容器弹性膨胀变形,这时切断气源,容器内压强降至P,膨胀变形的容器要收缩,容器内集积的气体要膨胀,由于通道口浸没在发泡液下,必将液体经通道排挤出容器,在气阻狭窄断面处形成液膜,完成初膜形成功能,初膜形成是在停止气流瞬间自动完成的,为下次吹气生成气泡做好准备,首次吹气没有初膜,可短暂吹一下,此后就可正常使用。液膜形成后,在气流的继续作用下,由于发泡液的粘性,表面张力等分子间引力,将管口液体拉向液膜袋,补充液膜伸长的需要,根据鲍爱斯(C、V、BOYS)圆柱液膜实验,当圆柱液膜长度是直径的1.5倍时,液膜处于极不稳定的临界状态,稍有干扰,液膜柱就迅速颈缩,粘合,分离出一个气泡,气流继续作用,分离气泡后的液膜袋继续伸长,再颈缩,再分离气泡……,并联支路源源不断补充发泡液的需要,整个容器内发泡液用完后,从装液口加液,就这样亦可连续不断地发生气泡。
图5给出了本实用新型用于制造气泡燃烧喷嘴的气泡发生装置结构示意图,容器2为箱体形,上边开有装液口6,其上有密封盖7,在箱体下发泡液(20#重油加适量表面活性剂羧甲基纤维素及柴油混合做发泡液)内装气咀1及气管3,气阻及气管采用一支直径为0.4×0.2mm用普通碳钢制成的异径钢管,穿透容器,在异径管变径前后分别凿缝钻孔,构成箱体容器与异径管并联通道4、5,通道4为呈120°大小是0.2×0.4×10-6m2的矩形孔,通道5为直径0.08mm的圆孔,见图6、图7所示,气阻1呈节流孔形式。
图8给出了本发明应用于生产玻璃微珠的气泡发生装置,容器2为箱体状,上部有装液口6,其上盖有密封盖7,在其下部液体里穿装在箱体容器壁上的发泡系统,其系统由气阻1、气管3、通道4、5构成,气阻采用渐缩交错排列的直径为0.2mm的一组渐缩喷管(虚线为后一排)构成,同气管连在一起,用铂金制造,通道4开在气管壁上,呈带逆止装置的圆孔,利用气管与容器内壁的间隙形成通道5,隙宽为0.3mm,气阻出口部直径为0.2mm,内细部直径为0.12mm,粗部为0.47mm,见图9所。气阻口径大小根据所需玻璃微珠大小而异,比如生产0.3毫米玻璃微珠,出口直径应为0.2mm,通道5为平行圆盘间隙式通道,该发泡装置采用熔融玻璃为发泡液。
图10给出了本发明应用于生产建筑构件的气泡发生装置,它以炼铁高炉熔融炉渣为原料,生产矿渣泡沫砖,配筋板,梁柱等建筑构件,这种高强度,轻型建筑构件将引起建筑行业的变革。其具体结构是由图10、11、12给出,由图可以看出,气阻1是由铂金材料做成的缩放管,进口内直径d1=2毫米,出口外直径d=1.5毫米,管喉内直径de=0.68毫米,容器2为箱体,其上部有装液口6,并盖有密封盖7,气管3用内直径为2毫米的铂金材料做成,进气通道4为矩形孔0.3×1.5(毫米)2,开在气阻狭窄部位后边靠近导管壁内侧,出液通道5为内直径2毫米的铂金管出口与缩放管气阻1衔接形成的相切环缝形式的通道,最大缝隙0.5毫米,箱体下部有一段导管8,带气阻的气管通过导管壁密封固定,导管使箱体与气阻、气管、通道分离,便于操作。
上述生产建筑构件气泡发生装置适用于1500℃熔融状态的高炉矿渣,其性质为:
粘度n=4泊,密度=2350Kg/m3,表面张力=500达因/厘米,操作使用时,将耐火材料制成的模具予热至400℃-800℃,承接在气泡发生装置下方出口处,趁矿渣气泡末冷凝前装满模具,然后控制温度冷却至室温,拆模,就生产出建筑砌块或保温、隔声材料,若将模具做成板、梁、柱形状,配以钢筋,就生产出各种建筑予制构件。
由上述几例方便看出,本发明结构简单,制造容易,操作简单,可以使用各种发泡液,广泛应用于各方面,并有非常好的效果,制成的玩具发泡装置非常吸引孩子,制成气泡源泉美人化人们的生活,用于产生的气泡形成帷幕,屏蔽有效地隔离声、热和电磁波;用它制造干燥、浓缩、分离设备,强化蒸发效果;用它制造液体燃料气泡燃烧喷咀,提高燃烧效率;用于工业、民用泡沫浴和泡沫洗涤;用于消防灭火;用于对轮胎、救生圈、救生艇等不漏气充气;用于将蛋白质、淀粉、橡胶、塑料、树脂、油漆、玻璃、石膏、水泥、矿渣等原料的混合,溶解或熔融的液体加工成各种色彩的,质地坚硬或柔软的空心球(珠),泡沫体或泡沫面层,从而为食品、包装、建材、装饰工业提供一种隔音、绝热、多孔、轻质的新产品和生产这些产品的方法和装置等等,当然还有其他许多用途,不再一一列举。总之本发明是一种用途广的装置,可做成系列产品。