一種氣體收集裝置及排汙方法與流程
2023-05-20 22:07:36
本發明屬於水力學應用技術領域，具體涉及一種氣體收集裝置及排汙方法。
背景技術：
泵主要用來輸送水、油、酸鹼液、乳化液、懸乳液和液態金屬等液體，也可輸送液體及含懸浮固體物的液體。申請號為２０１０１０２７８７４５．６，名稱為《氣液泵》的專利公開了一種氣液泵，該泵由液管和氣管組成，液管設置輸氣孔與氣管相連接，氣管氣體壓力大於大氣壓。該氣液泵的能量來源是有壓氣體，對環境不會造成汙染，且可以節約大量的電能、石油能源等。
為了提供有壓氣體，上述專利還公開了一種供氣裝置，該供氣裝置通過過流液體將進氣處附近的氣體混入到液體中，並將氣體分離成小氣泡，當液體在重力加速度垂直方向的分量不大於零時，氣泡向上運動浮出水面，在氣泡溢出水面處收集溢出氣體。該供氣裝置將液體中所蘊藏的動能、勢能轉換為氣壓差能，這個氣壓差能可以作為動力來驅動其它裝置，比如上述氣液泵。事實上，這些氣體不僅可以用於氣液泵進行泵水，也可以用於其他領域。
但是，上述供氣裝置產生的有壓氣體較少，工作效率較低，極大地限制了供氣裝置的使用範圍。
技術實現要素：
本發明提供一種氣體收集裝置，其能產生較多的有壓氣體，提高裝置的工作效率，擴大裝置的使用範圍。
本發明採用如下技術方案：
一種氣體收集裝置，其包括進水管和出水管，所述進水管包括進水口、入氣口和出水口，所述出水口與能量收集倉連通，所述出水管包括入水口和排水口，所述入水口與所述能量收集倉連通；所述能量收集倉包括排氣口，且所述能量收集倉水平安裝或接近水平安裝，所述入水口位於所述排氣口的下方。
優選的是，所述出水口位於所述入水口的下方。
上述任一方案優選的是，排氣口處設有流量控制裝置。
上述任一方案優選的是，所述排水口位於能量收集倉內液面的上方。
進一步優選的是，所述出水管的管徑大於所述進水管的管徑。
較佳地，所述能量收集倉的截面面積大於所述進水管的截面面積。
優選地，所述進水管是豎直安裝或接近豎直安裝。
進一步優選的是，所述出水管是豎直安裝或接近豎直安裝。
上述任一方案優選的是，還包括進氣管，所述進氣管包括出氣口和進氣口，所述出氣口位於所述進水管內部，所述進氣口位於所述進水管外部，且所述進氣口與大氣相通。
本發明還提供一種上述任一方案所述的氣體收集裝置的排汙方法，其包括以下步驟：
（1）減少排氣口的排氣量；
（2）液體和氣體分別從進水口、進氣口進入進水管，並經出水口進入能量收集倉內，在能量收集倉內，氣體上浮到能量收集倉的上方，液體經入水口進入出水管，且液體從出水管的排水口排出；
（3）持續步驟（2），且隨著能量收集倉內的氣體增多，氣體會壓著能量收集倉內的汙物經入水口進入出水管，並從排水口排出。
本發明的氣體收集裝置的工作過程為：液體從進水口處進入進水管，入氣口處的氣體在液體的帶動下，經入氣口進入進水管；進入進水管中的液體帶動氣體一起沿進水管運動，經出水口進入能量收集倉內；在能量收集倉內，氣體進行上浮，並可以經排氣口排出，液體沿能量收集倉經入水口進入出水管，並經排水口排出氣體收集裝置。在排氣口處排出的氣體為有壓氣體，該有壓氣體的壓強大於大氣壓強（即是指氣體收集裝置所在地的大氣壓強），且該有壓氣體可以進行多方面的應用，如泵水、曝氣等。
為了方便收集或直接利用排氣口處的有壓氣體，通常在排氣口處可以設置氣體導流管。
本發明的氣體收集裝置中，氣體從液體中浮出後，可以從排氣口處排出，在排氣口處可以收集到有壓氣體。由於入水口位於排氣口的下方，上浮後的氣體不便於從入水口處進入出水管，因此可以避免氣體從出水管中排出或減少了從出水管中排出的氣體的量，進而就提高了氣體從排氣口處排出的量，在排氣口處就可收集到較多的有壓氣體，相對於入水口不位於排氣口下方的裝置，該裝置提高了氣體收集裝置的效率；另外該結構簡單，安裝方便，適用範圍較為廣泛，其能夠更合理地利用現有的自然資源，並能夠可持續地收集到環保無汙染的新型氣體能源。
本發明的排汙方法在原有裝置的基礎上沒有增加新的設備，且操作簡便，排汙效率較高；汙物排出後，可以很大地提升氣體收集裝置的效率。
附圖說明
圖1為本發明一優選實施例中氣體收集裝置的剖面圖。
圖2為本發明另一優選實施例中氣體收集裝置的剖面圖。
圖3為本發明一優選實施例中氣體收集裝置的部分剖面圖。
其中：1-進水管，2-出水管，3-進水口，4-入氣口，5-出水口，6-能量收集倉，7-入水口，8-排水口，9-排氣口，10-進氣管，11-出氣口，12-進氣口。
具體實施方式
為了更加清楚地了解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明進行詳細介紹。本發明的實施例具有示例性的作用，本領域技術人員在本發明實施例基礎上做出的無實質形的改進，都應屬於本發明的保護範圍。
圖1-3中，虛線示例性地表示液體，圓環示例性地表示氣體。
如圖1所示的氣體收集裝置，其包括進水管1和出水管2，進水管1包括進水口3、入氣口4和出水口5，出水口5與能量收集倉6連通，出水管2包括入水口7和排水口8，入水口7與所述能量收集倉6連通；能量收集倉6包括排氣口9，且能量收集倉6水平安裝或接近水平安裝，入水口7位於排氣口9的下方。
所述能量收集倉是正方體、長方體、圓柱體或其他合適的中空結構。所述能量收集倉水平安裝，是指能量收集倉中的液體流動穩定時，液體流動方向是水平方向的，其豎直方向的速度為0。之所以說明液體流動穩定時，是因為液體剛進入能量收集倉時或者液體即將流出能量收集倉時，液體可能具有豎直方向的速度。所述能量收集倉接近水平安裝，一般是指工程中的誤差或者安裝環境所需，使得能量收集倉並不能是標準的水平方向安裝；通常，能量收集倉中的液體流動穩定時，液體的流動方向與重力加速度方向的夾角可以為30°-150°，優選60°-120°，更優選80°-100°。這裡的液體速度，是指液體的整體速度，而非某個質點的速度。
所述進水管和出水管，通常是管道結構，根據不同需求，也可以設置成其他中空結構。
所述進水管、能量收集倉和出水管，可以是塑料、陶瓷、不鏽鋼或其他金屬材質。
進水口的設置，可以使液體進入進水管；入氣口的設置，可以使氣體進入進水管。進水口也可以當做入氣口（如圖1所示），當液體從進水口處進入進水管時，進水口附近的氣體也可以進入進水管；進水口和入氣口也可以分開設置。
所述排氣口通常位於能量收集倉的上側，這是為了方便氣體上浮後，從排氣口中排出。
所述入水口位於所述排氣口的下方，是指排氣口的最低處高於入水口的最高處。所述「下方」、「最高處」、「最低處」是相對而言的，即可以是相對於能量收集倉內流動液體的最低液面所在的水平面。
所述能量收集倉水平安裝或接近水平安裝，是為了方便從進水管進入的氣體在能量收集倉內進行上浮。
所述入水口位於所述排氣口的下方，可以避免氣體從入水口處進入出水管，從而在排氣口處可以收集到更多的氣體。
本實施例的氣體收集裝置的工作過程為：液體從進水口處進入進水管，入氣口處的氣體在液體的帶動下，經入氣口進入進水管；進入進水管中的液體帶動氣體一起沿進水管運動，經出水口進入能量收集倉內；在能量收集倉內，氣體進行上浮，並可以經排氣口排出，液體沿能量收集倉經入水口進入出水管，並經排水口排出氣體收集裝置。在排氣口處排出的氣體為有壓氣體，該有壓氣體的壓強大於大氣壓強（即是指氣體收集裝置所在地的大氣壓強）
為了方便收集或直接利用排氣口處的有壓氣體，通常在排氣口處可以設置氣體導流管。
本實施例的氣體收集裝置中，氣體從液體中浮出後，可以從排氣口處排出，在排氣口處可以收集到有壓氣體。由於入水口位於排氣口的下方，上浮後的氣體不便於從入水口處進入出水管，因此可以避免氣體從出水管中排出或減少了從出水管中排出的氣體的量，進而就提高了氣體從排氣口處排出的量，在排氣口處就可收集到較多的有壓氣體，相對於入水口不位於排氣口下方的裝置，該裝置提高了氣體收集裝置的效率。
優選的實施例中，所述出水口位於所述入水口的下方。所述出水口位於所述入水口的下方，是指入水口的最低處高於出水口的最高處。所述「下方」、「最高處」、「最低處」是相對而言的，即可以是相對於能量收集倉內流動液體的最低液面所在的水平面。
所述出水口位於所述入水口的下方，可以方便將能量收集倉內的沙塵或其他汙物排出，並在排沙排汙時避免能量收集倉內的氣體從進水管中排出，進而避免降低排沙排汙的效率。
為了控制有壓氣體的流量，排氣口處可以設置流量控制裝置。所述流量控制裝置可以是流量控制閥或截止閥。排氣口處的流量控制裝置，不僅可以控制氣體的排出量，也可排除能量收集倉內的沙塵或汙物。當能量收集倉內含有較多的沙塵或其他汙物時，可以關閉排氣口，使有壓氣體攜帶沙塵或其他汙物從出水管中排出。
較佳的實施例中，所述排水口位於能量收集倉內液面的上方。所述能量收集倉內液面，是指當能量收集倉內氣體的壓強達到p′時，能量收集倉內的最低液面；所述p′大於大氣壓強；所述排水口位於能量收集倉內液面的上方，可以使能量收集倉內氣體壓強較大。所述排水口的具體高度，可以根據實際所需進行設定，如果需要較高壓強的有壓氣體，就可以將排水口的位置設定較高一些，即實際情況需要多大壓強的有壓氣體（大於大氣壓的氣體），就可設定相應高度的排水口。所述大氣壓強是指能量收集倉所在地的大氣壓強。
優選的實施例中，所述出水管的管徑大於所述進水管的管徑。
所述管徑是指管的內徑。
出水管的設置，不僅是為了引流能量收集裝置中的液體，更是為了保證排氣口中排出的氣體為有壓氣體；出水管的管徑大於進水管的管徑，可以使出水管中液體流動更穩定，進而使排氣口中流出的氣體壓強更穩定。
較佳的實施例中，所述能量收集倉的截面面積大於所述進水管的截面面積。
所述能量收集倉的截面，是指液體流動穩定時，垂直於能量收集倉中的液體流動方向的平面切割能量收集倉所得到的截面；所述進水管的截面，是指垂直於進水管中的液體流動方向的平面切割進水管所得到的的截面。
能量收集倉的截面面積大於所述進水管的截面面積，是為了在液體流入能量收集倉時，減小液體的速度，進而有利於收集到更多的氣體。
為了進一步收集到更多的有壓氣體，如圖2所示的氣體收集裝置，進水管1是豎直安裝或接近豎直安裝。
當進水管是直管結構時，所述進水管是豎直安裝，是指進水管的管軸線是豎直方向的；所述進水管接近豎直安裝，是指進水管的管軸線是接近豎直方向的；所述接近豎直方向是指進水管的管軸線與重力加速度方向的夾角為0-45°，最好是0-15°。當進水管不是直管結構時，所述進水管是豎直安裝，是指與能量收集倉連通的部分進水管是豎直安裝的。進水管進行豎直安裝，是為了使液體在向下流動時，受到重力的作用，而使液體流動速度更大，液體流動速度的提高，更便於帶動氣體一起運動，在能量收集倉的排氣口處，就會收集到更多的有壓氣體。
優選的實施例中，所述出水管是豎直安裝或接近豎直安裝。
當出水管是直管結構時，所述出水管是豎直安裝，是指出水管的管軸線是豎直方向的；所述出水管接近豎直安裝，是指出水管的管軸線是接近豎直方向的；所述接近豎直方向是指出水管的管軸線與重力加速度方向的夾角為0-45°，最好是0-15°。當出水管不是直管結構時，所述出水管是豎直安裝，是指與能量收集倉連通的部分出水管是豎直安裝的。出水管進行豎直安裝，是為了在滿足高度所需的情況下，更節約材料，且更方便安裝。
如圖3所示的氣體收集裝置，還包括進氣管10，進氣管10包括出氣口11和進氣口12，出氣口11位於進水管1內部，進氣口12位於進水管1外部，且進氣口12與大氣相通。
通常，液體從進水口進入進水管時，也會帶入進水口附近的氣體進入進水管，但此時進入的氣體體積較大，需要液體帶動的作用才能將大氣泡體積減小，需消耗一定的液體能量，且進入液體中的氣體量也較少。進氣管的設置，可以減小進入液體中的氣體體積，便於氣體隨液體一起流動，同時，可以增加進入液體中的氣體的量。
優選實施例中，還提供一種如上任一實施例中的氣體收集裝置的排汙方法，其包括以下步驟：
（1）減少排氣口的排氣量；
（2）液體和氣體分別從進水口、進氣口進入進水管，並經出水口進入能量收集倉內，在能量收集倉內，氣體上浮到能量收集倉的上方，液體經入水口進入出水管，且液體從出水管的排水口排出；
（3）持續步驟（2），且隨著能量收集倉內的氣體增多，氣體會壓著能量收集倉內的汙物經入水口進入出水管，並從排水口排出。
能量收集倉內的汙物通常是從進水管內隨著液體一起進入能量收集倉內的，所述汙物通常是河流中的泥沙，其可以通過出水管排出。
步驟（2）中的液體，通常是含汙物較少的液體，這樣更方便排除能量收集倉內的汙物。
該排汙方法，在原有裝置的基礎上沒有增加新的設備，且操作簡便，排汙效率較高；汙物排出後，可以很大地提升氣體收集裝置的效率。
優選的，排氣口的排氣量為0。這樣更便於排汙。
以上所述，僅為本發明的實施例，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。