氢气纳米气泡水多级切割装置及其切割单元的制造方法与流程

1.本发明涉及一种氢气纳米气泡水多级切割装置及其切割单元的制造方法。


背景技术：

2.氢水对人体有很多益处，国内外对氢水进行了大量的研究，中国专利公开了数千个与氢水健康相关的专利，氢水对人类健康的影响，越来越受到重视，研究发现高浓度的氢水，其对人类健康非常有益，但现有技术中，氢水的浓度无法做得很高，氢气溶于水后短时间就会逃逸，实验表明，当水中的氢气气泡达到纳米级时，通过把氢气用一定的压力注入水中，通过射流切割形成200纳米以下的氢气气泡，氢气气泡表面带负电荷，与水中的正电荷结合就能稳定的悬浮在水里，每毫升含10—13亿个氢气气泡，氢浓度达到100ppm以上，能保存期5年以上，但要达到该浓度，通常需要用高昂的设备进行加工，成本非常高。例如中国专利cn201921879196.0，公开了一种纳米气泡氢水压力气混装置，装置包括：氢水混合组件，其能输出氢水；第一容器，其与氢水混合组件连通，第一容器设置有氢水出口；第一电机，其壳体固定在第一容器外；切割组件，至少有一对，其位于第一容器内，切割组件包括：切割动片，其与第一电机的转轴固定；切割定片，其与第一容器的内壁固定，切割定片开设有中心通孔，转轴能穿过该中心通孔；切割定片和切割动片相对应的面各开设有多条通道，从氢水混合组件输出的氢水经切割动片和切割定片之间的多条通道高速切割后形成纳米气泡氢水，最终从氢水出口输出，该专利的切割定片和切割动片的加工和安装的精度要求非常高，实现的成本很高。


技术实现要素：

3.本发明根据以上不足，提供了一种氢气纳米气泡水多级切割装置及其切割单元的制造方法。
4.本发明的技术方案是：一种氢气纳米气泡水多级切割装置，包括：氢水混合器，其输出口能输出有流速的氢水混合液；高压泵，其输入端连通氢水混合器的输出口；切割单元，其设置有多级， 第一级切割单元的第一输入端经管路连通氢水混合器的输出口，第一级切割单元的输出端经管路连通第二级切割单元的第一输入端，第二级切割单元的输出端经管路连通第三级切割单元的第一输入端，以此类推，最后一级切割单元的输出端输出气泡颗粒最小的氢气纳米气泡水且送至存储容器，每一级切割单元的第二输入端经管路连通所述高压泵的输出端，每一级切割单元都能利用第二输入端输入的高压氢水混合液对从第一输入端输入的氢水混合液中的氢气进一步高压射流切割粉碎。
5.作为优选，所述切割单元包括：密封的筒体，其固定有隔离板，该隔离板将筒体分割成第一腔体和第二腔体，第一腔体连通所述的第二输入端，第二腔体连通所述第一输入端，隔离板开设有多只通孔，第二
输入端的氢水混合液仅能经该多只通孔朝向第二腔体喷出高压射流，所述的第一输入端设置在筒体的其中一个端面上，所述的输出端设置在筒体的另一个端面上，第二输入端设置在筒体的圆弧面上或与第一输入端所处的同一端面上作为优选，所述筒体内套装有截面为c形的筒架，所述的隔离板固定在c形的开口端上，开口端的距离小于筒架的直径。
6.作为优选，所述隔离板呈圆弧的形状，该圆弧的半径大于c形的圆弧半径，圆弧的凸面朝向所述的第二输入端。
7.作为优选，所述隔离板上固定有高目数密布孔的过滤片，密布孔孔径小于通孔，密布孔能喷出高压射流。
8.作为优选，所述过滤片由多层组成，靠近第二输入端的过滤片的层数最多，远离第二输入端的过滤片的层数逐渐减少，且由同一块过滤片折叠而成。
9.作为优选，所述筒体和隔离板外用窄长条的过滤片按螺旋方式进行叠绕，靠近第二输入端的过滤片绕的密，远离第二输入端的过滤片逐渐绕的疏。
10.作为优选，所述筒架内壁设置有多只挡片，该多只挡片能对筒体内的氢水加快流速，能使加快的氢水与隔离板喷出的高压射流加速碰撞切割。
11.作为优选，所述多只挡片按螺旋线的轨迹进行排列，能使氢水在流动过程中还同时按顺时针或逆时针旋转，挡片从筒架冲压出一块后弯折成型。
12.作为优选，所述氢水混合器包括：第一容器，其设置有水进口、第一氢气进口和锥形腔体，锥形腔体的尖部设置有第一出口；电机，其壳体固定在第一容器外；搅拌叶片，其位于第一容器内且与电机的转动轴固定，搅拌叶片能搅拌水和氢气；螺旋叶片推进器，其与电机的转动轴固定，螺旋叶片推进器位于锥形腔体内，螺旋叶片推进器能将混合后的水和氢气加压后从第一出口输出；第二容器，呈锥形，该锥形的尖部经管路与第一容器的第一出口连通，第二容器的锥形的钝部作为本氢水混合器的输出口；第二氢气进口，其内端连通第一出口，第二氢气进口的外端连通高压氢气发生器。
13.一种氢气纳米气泡水多级切割装置的切割单元的制造方法，包括如下步骤：s1根据设计的制水量选择合适直径和长度的圆管作为筒体基础圆管，计算圆管内壁周长，加工好筒体的两只端面和第一输入端、输出端、第二输入端；s2 计算筒架和隔离板封闭时外壁的一体圆弧周长，该一体圆弧周长小于圆管内壁周长；s3根据一体圆弧周长的尺寸加工相同周长的内圆管；s4 在内圆管上加工多只通孔；s5 根据筒架和隔离板封闭时的截面形状制作截面相同的内芯模具，该内芯模具设置有尖部延长段；s5 将内芯模具尖部延长段先插入内圆管，后内芯模具完全插入内圆管撑至变形得到筒架和隔离板的一体形状，最后取出内芯模具；s6 加工挡片；
s7 将变形的内圆管插入筒体的基础圆管内，将两个端面与基础圆管的两端焊接固定或螺纹密封固定。
14.与现有技术相比，本发明有如下的优势：本发明通过设置多级切割单元，分多次切割达到氢气纳米气泡水，由于多个切割单元结构基本相同，可以通过改变切割单元的数量得到不同规格的氢气纳米气泡水，使得生产变得容易，大大降低了成本；多级切割单元没有活动件，具有结构简单、使用寿命长的特点，整体拆装方便；本发明具有结构简单、成本低、安装使用方便、切割效率高的有益效果。
附图说明
15.图1为本发明的整体结构示意图。
16.图2为本发明切割单元的内部结构示意图。
17.图3为本发明筒架的整体结构示意图。
18.图4、5为本发明过滤片折叠的结构示意图。
19.图6为本发明窄过滤片按螺旋方式进行叠绕的结构示意图。
20.图7为本发明内芯模具和内圆管结构示意图。
21.图8为本发明内芯模具插入内圆管形成一体结构的加工示意图。
22.图中，氢水混合器1，高压泵2，第一级切割单元3，第二级切割单元4，内芯模具5，最后一级切割单元n，第一出口10，输出口11，第二容器12，第二氢气进口13，锥形腔体14，第一氢气进口15，螺旋叶片推进器16，搅拌叶片17，电机18，水进口19，筒体30，第二腔体31，第一输入端32，输出端33，隔离板34，通孔341，过滤片342，第一腔体35，第二输入端36，筒架37，挡片371，螺旋线372 ，内圆管3437，尖部延长段51。
具体实施方式
23.现结合附图对本发明作进一步的说明：如图1所示，一种氢气纳米气泡水多级切割装置，包括：氢水混合器1，其输出口能输出有流速的氢水混合液；高压泵2，其输入端连通氢水混合器1的输出口11；切割单元，其设置有多级， 第一级切割单元3的第一输入端32经管路连通氢水混合器1的输出口11，第一级切割单元的输出端33经管路连通第二级切割单元4的第一输入端，第二级切割单元4的输出端经管路连通第三级切割单元的第一输入端，以此类推，最后一级切割单元n的输出端输出气泡颗粒最小的氢气纳米气泡水且送至存储容器，每一级切割单元的第二输入端36经管路连通高压泵2的输出端，每一级切割单元都能利用第二输入端36输入的高压氢水混合液对从第一输入端32输入的氢水混合液中的氢气进一步高压射流切割粉碎。
24.本发明通过设置多级切割单元，分多次切割达到氢气纳米气泡水，由于多个切割单元结构基本相同，可以通过改变切割单元的数量得到不同规格的氢气纳米气泡水，使得生产变得容易，大大降低了成本，多级切割单元之间通过管路连通输送还具有进一步混合氢水的功能，使得被切割后的氢气分布均匀。另外，切割单元切割后的氢气气泡表面带负电
荷，相互排斥不容易重新汇聚成大气泡，带负电荷的氢气气泡与水中的正电荷结合就能稳定地悬浮在水里。
25.作为优选，本发明的高压泵2选用13-30mp的高压泵2，输送量约为0.5吨/ 小时，氢水混合器1输送量约1.5-3吨/小时微米级氢气气泡，作为实施例之一，切割单元优选设置三级，第一切割单元切割后能输出接近500nm的氢气气泡，第二级切割单元切割后能输出接近200nm的氢气气泡，第三级切割单元切割后能输出接近150nm的氢气气泡。
26.当切割单元设置成五级或六级时，纳米氢气气泡的氢气颗粒会更加小。
27.作为优选，切割单元包括：密封的筒体30，其固定有隔离板34，该隔离板34将筒体30分割成第一腔体35和第二腔体31，第一腔体35连通第二输入端36，第二腔体31连通第一输入端32，隔离板34开设有多只通孔34，第二输入端36的氢水混合液仅能经该多只通孔34朝向第二腔体31喷出高压射流，第一输入端32设置在筒体30的其中一个端面上，输出端33设置在筒体30的另一个端面上，第二输入端36设置在筒体30的圆弧面上或与第一输入端32所处的同一端面上。
28.需要说明的是，第一腔体35的设置能为第二输入端36输入的氢水混合液提供畅通的通道，减小阻力，为喷出高压射流做好准备，另外，第一腔体35有足够的长度与第二腔体31连接，能对第二腔体31内的氢水混合液充分的切割。
29.还需要说明的是，通孔34可以选择密布的小直径圆孔，比较优的结构为如图3所示的细缝长形孔，多只细缝长形孔平行排列，形成刀片状的水刀，提高切割效率，细缝长形孔靠近第二输入端36的可以排列密一些，远离第二输入端36的可以排列疏一些。
30.作为优选，筒体30内套装有截面为c形的筒架37，隔离板34固定在c形的开口端上，开口端的距离小于筒架37的直径。该技术方案能方便固定隔离板34且方便加工、拆装，可以先将隔离板34与筒架37固定，再插入筒体30内，显然，隔离板34与筒架37可以一体制造，通过一张金属板加工后卷绕而成，或者，直接用圆管通过专用模具加工，降低成本。
31.作为优选，隔离板34呈圆弧的形状，该圆弧的半径大于c形的圆弧半径，圆弧的凸面朝向第二输入端36，该技术方案的优点是能增大第二腔体31的容积，同时能利用拱形使隔离板34增加抗击氢水压力的能力，减小隔离板34的厚度，降低成本和重量。
32.进一步地，所述隔离板34上固定有高目数密布孔的过滤片342，密布孔孔径小于通孔341，密布孔能喷出高压射流。
33.需要说明的是，当通孔34的数量比较多且孔面积很小时，加工难度增加，成本也会显著增加，通过过滤片叠加到通孔34上时，通孔34的孔面积可以适度加大，此时，由密布孔喷出高压射流的氢水，本发明提供了另一种技术方案。
34.由于第一腔体35有一定的长度且第二输入端36只有一个入口，第二输入端36与隔离板34之间的距离不是均等的，会造成压力差，为了能使第二输入端36输出的高压氢水混合液比较均匀地通过隔离板34，所述过滤片342由多层组成，靠近第二输入端36的过滤片342的层数最多，远离第二输入端36的过滤片341的层数逐渐减少，且由同一块过滤片342折叠而成，图4的实施例中，第二输入端36设置在靠近筒体30的左端，左端的隔离板34上固定的过滤片341层数最多；图5的实施例中，第二输入端36设置在靠近筒体30的中部，中部的隔离板34上固定的过滤片341层数最多。过滤片可选用接近1000目的材料，多层叠加获得等效的更高目数的效果，通常切割单元的前级可以叠加层数少一些，后级叠加的层数多一些。
35.作为另一种实施例，如图6所示，所述筒体30和隔离板34外用窄长条的过滤片342按螺旋方式进行叠绕，靠近第二输入端36的过滤片342绕的密，远离第二输入端36的过滤片342逐渐绕的疏，图6的实施例给出了第二输入端36设置在靠近筒体30的左端时的叠绕方法；同样也可以得到第二输入端36设置在靠近筒体30的中部时的叠绕方法，省略了该叠绕方法的视图。
36.为了能对氢水均匀切割，进一步地，如图2、图3所示，筒架37内壁设置有多只挡片371，该多只挡片371能对筒体30内的水流进行搅拌，搅拌后的氢水能达到更好的均匀切割效果。
37.所述筒架37内壁设置有多只挡片371，该多只挡片371能对筒体30内的氢水加快流速，能使加快的氢水与隔离板34喷出的高压射流加速碰撞切割。
38.为了达到更好的切割效果，作文一个实施例，如图3所示，多只挡片371按螺旋线372的轨迹图3中的虚线进行排列，能使氢水在向前流动过程中还同时按顺时针或逆时针旋转，挡片371按螺旋线372的轨迹方向倾斜，挡片371从筒架37冲压出一块后弯折成型，该技术方案成本增加很少，但使用寿命非常长。
39.需要说明的是，氢水在筒体30内向前流动的速度是相对恒定的，当氢水向前流动过程中还同时按顺时针或逆时针旋转时，则氢水水流的速度明显增加，与隔离板34喷出的高压射流的碰撞速度明显增加，最终，切割效果会明显提升。
40.需要注意的是，挡片371从筒架37冲压出一块后弯折成型，会有旁路孔出现，要防止水流从旁路孔流入，可以在筒架37外包裹密封材料如橡皮垫。
41.作为优选，氢水混合器1选用现有技术的结构，能输出微米级的氢水混合液，其包括：第一容器，其设置有水进口19、第一氢气进口15和锥形腔体14，锥形腔体14的尖部设置有第一出口10；电机18，其壳体固定在第一容器外；搅拌叶片17，其位于第一容器内且与电机18的转动轴固定，搅拌叶片17能搅拌水和氢气；螺旋叶片推进器16，其与电机18的转动轴固定，螺旋叶片推进器16位于锥形腔体14内，螺旋叶片推进器16能将混合后的水和氢气加压后从第一出口10输出；第二容器12，呈锥形，该锥形的尖部经管路与第一容器的第一出口10连通，第二容器12的锥形的钝部作为本氢水混合器1的输出口11；第二氢气进口13，其连通第一出口10，第二氢气进口13连通高压氢气发生器。
42.本实施例水进口19、第一氢气进口15和第二氢气进口13选用0.7-15mpa的压力，各单元之间通过约25mm管径连接。
43.一种氢气纳米气泡水多级切割装置的切割单元的制造方法，包括如下步骤：s1根据设计的制水量选择合适直径和长度的圆管作为筒体30基础圆管，计算圆管内壁周长，加工好筒体30的两只端面和第一输入端32、输出端33、第二输入端36；本实施例可选直径40-60mm和长度200-300mm的圆管；s2 计算筒架37和隔离板34封闭时外壁的一体圆弧周长，该一体圆弧周长小于圆管内壁周长；
s3根据一体圆弧周长的尺寸加工相同周长的内圆管3437；s4 在内圆管3437上加工多只通孔341，通孔341可以线切割加工，缝隙比较小时，能形成薄形水刀；s5 根据筒架37和隔离板34封闭时的截面形状制作截面相同的内芯模具5，该内芯模具5设置有尖部延长段51。
44.s5 将内芯模具5尖部延长段51先插入内圆管3437，后内芯模具5完全插入内圆管3437撑至变形得到筒架37和隔离板34的一体形状，可以对内圆管3437加高温，容易变形后成型，最后取出内芯模具5；s6 加工挡片371；s7将变形的内圆管3437插入筒体30的基础圆管内，将两个端面与基础圆管的两端焊接固定或螺纹密封固定，螺纹密封固定时通常设置密封圈，方便拆卸维护。
45.本发明切割单元的筒架37和隔离板34一体制造能明显降低成本、提高产品质量，且与后续工序是否安装过滤片342不冲突。