CN101541689A - 将氧溶解到水中的装置和采用该装置制造过充氧水的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造充氧水的设备，该设备能够生产过充氧水并且将溶解的氧保持长时间，同时可用于敞开式储箱以及封闭式储箱，而且具有简单结构，以便在小型以及大型机器中实施。根据本发明的方面，充氧设备使装在储水器中的水循环，并将来自氧源的氧溶解到循环水流中。泵流体连通地联接到储水器的出口上，并且使装在储水器中的水循环。氧溶解装置具有流体连通地联接到泵上的进口和流体连通地联接到储水器上的出口，并将来自氧源的氧溶解到由泵供给的水中。多个托盘垂直串联地安装在氧溶解装置的壳体中。供水末端流体连通地联接到进口上，并将由泵供给的水提供到多个托盘中的最高托盘内。压力保持装置流体连通地联接到出口上，并将壳体的内部压力保持在预定范围内，同时使充氧水能从出口返回到储水器中。

Description

将氧溶解到水中的装置和采用该装置制造过充氧水的设备
技术领域
本发明涉及一种用于将气体溶解到液体中的设备，更具体地说，涉及一种不使用任何电化学催化剂或添加剂而使氧物理地溶解到水中的设备。
背景技术
有许多应用场合要求快速和高效地将大量的氧溶解到大量的水中。例如，使水充氧(oxygenation)被用在各种工厂，比如化工厂、造纸厂和许多其它类似工厂中的水处理应用中，因为氧加速需氧微生物的活化。就是说，在水中含氧量的富集通过促进污染有机物质的细菌分解而提高水净化的效率。此外，充氧水还用在商业养鱼和植物的溶液栽培中。
同时，人们还知道，充氧水对人体有益。富氧水的消耗增加人体血液中的含氧量，而促进摄食人体的新陈代谢，从而产生各种有益效果。运动员由于肺功能分流能增强身体运动能力且不增加脉搏率。此外，氧对学生也有用，因为血液流中增强的一些氧被传送到大脑能提高思考能力和集中力，并且减小压力。
用于将氧溶解到水中的大多数典型作法是通过比如起泡沫来增加氧与水的界面接触而将富氧气体引入到水中。尽管使溶解氧的水平能接近饱和水平，但这种方法因为溶解效率低而不能用于要求氧过饱和的应用场合。另外，这种方法有缺点，因为溶解氧能容易地从充氧水中蒸发，这使得该方法基本上不能用来制造过充氧水(superoxygenated water)的应用场合。
用于提高水的含氧量的另一种传统技术是将氧和水注入气密容器中并在压力下将内容物保持长久时间，以便使氧溶解到水中。然而，因为实施这样一种方法要求刚性容器、高水头泵和高压氧气罐，所以该方法具有系统庞大和笨重的缺陷，并且充氧水的制造成本又高。因此，这种方法基本上不能应用于敞开式储箱。另外，这种方法因为体积大、重量重、制造成本高并且噪声大而不能用于日常消费品的应用场合，比如瓶装水分配器和水净化器。
因此，需要开发一种充氧设备，该充氧设备能够生产过充氧水，同时可应用于敞开式储箱，而且结构简单、体积小、重量轻且噪声小，以便用于日常消费品的应用场合，比如瓶装水分配器和水净化器。
发明内容
为了解决以上问题，本发明的一个目的是提供一种充氧设备，该充氧设备能够生产过充氧水，并且将溶解的氧保持长时间，同时可应用于敞开式储箱以及封闭式储箱，而且结构简单，以便在小型以及大型机器中实施。
本发明的另一个目的是提供一种采用这样一种充氧设备的水净化器。
本发明的其它目的是提供一种采用这样一种充氧设备的水分配器。
充氧设备的操作原理在理论上可用双膜理论阐明。[Lewis和Whitman，气体吸收的双膜理论.Ind.Eng.Chem.，16，1215(1924)]。根据双膜理论，传质系数可用下式表示：
dm dt = KgA ( Cs - C )
式中，dm/dt表示传质系数，Kg表示气体的扩散系数，A表示界面面积，Cs表示气体在液体中的饱和浓度，和C表示气体在液体中的流动浓度。如在公式中可看到的那样，传质与液相物质和气相物质的界面面积成正比。因此，水的溶解氧水平通过增大氧气泡与水的界面面积能最大化。就是说，与水接触的氧气泡越小，氧将溶解得越快。
根据理论原理，本发明的充氧设备促使氧气泡划分成较小气泡，并在水与氧气泡之间引起摩擦，以增大水和氧气泡的界面面积并且促进快速溶解和使溶解氧在水中过饱和。
根据本发明的一个方面，用于制造充氧水的设备适合于使装在储水器中的水循环并且将来自氧源的氧溶解到循环水流中，该设备包括泵、多个立式溶解单元、紊流溶解管和混合器。泵流体连通地联接到储水器的出口上，并且使装在储水器中的水循环。多个立式溶解单元串联连接并流体连通地联接到泵上，而且每个立式溶解单元具有顶部进口和底部出口。紊流溶解管具有连接到多个立式溶解单元中最后一个中出口上的进口、和流体连通地联接到储水器上的出口，并在水/氧混合物中引起紊流。混合器设置在储水器的出口与立式溶解单元之间的流体通路中，并将来自氧源的氧成气泡分布在水中，以产生氧/水混合物。优选地，用于制造充氧水的设备包括立板和设置在立板侧部上的多对夹，并且多个立式溶解单元由多对夹固定。多个立式溶解单元起到线轴的作用，并且紊流溶解管被绕在立式溶解单元组件上。
充氧设备可应用于水分配器或水净化器将被制造成单体。然而另一种作法是，充氧设备可安装在水分配器或水净化器的外面，以便从水分配器或水净化器接收水，并使充氧水返回到水分配器或水净化器中。
在水分配器的实施例中，上垫用来安装水瓶，冷水箱装冷水，冷却盘管围绕在冷水箱的外表面上缠绕，而冷水龙头连接到冷水箱上。为了将来自氧源的氧溶解到从冷水箱供给的水中，水分配器包括泵、多个立式溶解单元、紊流溶解管和混合器。泵流体连通地联接到冷水箱的出口上，并使装在冷水箱中的水循环。多个立式溶解单元串联连接并流体连通地联接到泵上，而且每个立式溶解单元具有顶部进口和底部出口。紊流溶解管具有连接到多个立式溶解单元中的最后一个的出口上的进口和流体连通地联接到冷水箱上的出口，并在水/氧混合物中引起紊流。混合器设置在冷水箱的出口与立式溶解单元之间的流体通路中，并将来自氧源的氧以气泡分布在水中，以产生氧/水混合物。
在水净化器的实施例中，通过自来水管线供给的水由多个过滤器过滤并储存在储箱中，而且储箱被连接到从水净化器的前面伸出的水龙头上。为了将来自氧源的氧溶解到从储箱供给的水中，水净化器包括泵、多个立式溶解单元、紊流溶解管和混合器。泵流体连通地联接到储箱的出口上，并使装在储箱中的水循环。多个立式溶解单元串联连接并流体连通地联接到泵上，而且每个立式溶解单元具有顶部进口和底部出口。紊流溶解管具有连接到多个立式溶解单元中的最后一个的出口上的进口和流体连通地联接到储箱上的出口，并在水/氧混合物中引起紊流。混合器设置在储箱的出口与立式溶解单元之间的流体通路中，并将来自氧源的氧以气泡分布在水中，以产生氧/水混合物。
根据本发明的另一个方面，用于制造充氧水的设备使装在储水器中的水循环，并且将来自氧源的氧溶解到循环水流中。泵流体连通地联接到储水器的出口上，并使装在储水器中的水循环。氧溶解装置具有流体连通地联接到泵上的进口和流体连通地联接到储水器上的出口，并将来自氧源的氧溶解到由泵供给的水中。氧溶解装置包括在壳体中垂直串联安装的多个托盘。供水末端流体连通地联接到进口上，并将由泵供给的水提供到多个托盘中的最高托盘内。压力保持装置流体连通地联接到出口上，并将壳体的内部压力保持在预定范围内，同时使充氧水能从出口返回到储水器中。
在优选的实施例中，混合器设置在储水器的出口与氧溶解装置之间的流体通路中，并将来自氧源的氧成气泡分布在水中，以产生氧/水混合物。然而另一种作法是，氧溶解装置可以具有进氧口，以使来自氧源的氧通过进氧口被直接注入到氧溶解装置中。
氧溶解装置的出口可以在氧溶解装置的下段中形成。然而，氧溶解装置的出口也可以在氧溶解装置的上段中形成。在这种情况下，在氧溶解装置下段中聚集的水由于氧溶解装置的内部压力而被输送到氧溶解装置的出口。
压力保持装置可以包括电磁阀、针阀或其组合体。
这种充氧设备也可应用于水分配器或水净化器。
在水分配器的实施例中，上垫用来安装水瓶，冷水箱装冷水，冷却盘管围绕在冷水箱的外表面上缠绕，而冷水龙头连接到冷水箱上。为了将来自氧源的氧溶解到从冷水箱供给的水中，水分配器包括泵和氧溶解装置。泵被流体连通地联接到冷水箱的出口上，并使装在冷水箱中的水循环。多个立式溶解单元串联连接并流体连通地联接到泵上，并且每个立式溶解单元具有顶部进口和底部出口。紊流溶解管具有连接到多个立式溶解单元中的最后一个的出口上的进口和流体连通地联接到冷水箱上的出口，并在水/氧混合物中引起紊流。混合器设置在冷水箱的出口与立式溶解单元之间的流体通路中，并将来自氧源的氧以气泡分布在水中，以产生氧/水混合物。
在水净化器的实施例中，通过自来水管线供给的水由多个过滤器过滤并储存在储箱中，而且储箱被连接到从水净化器的前面伸出的水龙头上。为了将来自氧源的氧溶解到从储箱供给的水中，水净化器包括泵和氧溶解装置。泵流体连通地联接到储水器的出口上，并使装在储水器中的水循环。多个立式溶解单元串联连接并流体连通地联接到泵上，而且每个立式溶解单元具有顶部进口和底部出口。紊流溶解管具有连接到多个立式溶解单元中的最后一个的出口上的进口和流体连通地联接到储水器上的出口，并在水/氧混合物中引起紊流。混合器设置在储水器的出口与立式溶解单元之间的流体通路中，并将来自氧源的氧以气泡分布在水中，以产生氧/水混合物。
本发明的充氧设备其结构简单、体积小，因而制造成本低廉，但能高效地生产过充氧水并将溶解的氧保持长时间。此外，操作成本可以最小化，因为设备被控制在达到所需溶解氧水平要求的多个氧溶解循环之后保持待机状态。
附图说明
本发明的上述目的和优点通过参照附图详细地描述其优选实施例将将变得更加清楚，在附图中：
图1表示本发明用于制造充氧水的设备的一个实施例；
图2表示围绕在第一至第四溶解单元上缠绕的紊流溶解管；
图3表示图2中所示第一至第四溶解单元中的流体流；
图4表示本发明用于制造充氧水的设备的另一个实施例；
图5是图4中所示氧溶解装置的分解图；
图6是图4中所示氧溶解装置的剖视图；
图7表示托盘和托盘与内部输送管相互连接的实施例；
图8表示托盘和托盘与内部输送管相互连接的另一个实施例；和
图9表示托盘组件的另一个实施例。
具体实施方式
图1表明本发明用于制造充氧水的设备的一个实施例。图中所示的设备将氧溶解在储箱10内所装的水中，以使充氧水返回到储箱10，并且该设备包括泵20、氧源30、混合器40、第一至第四溶解单元50-80和紊流溶解管90。
泵20具有通过第一连接管12连接到储水器10上的进口和通过第二连接管22连接到混合器40上的出口，以使在储水器10中所装的水能通过混合器40、第一至第四溶解单元50-80和紊流溶解管90循环，从而使氧溶解到水中。
优选地，氧源30是装满压缩氧气的氧气罐。该氧源30装有用于测量氧流量的氧气表26和用于有选择地阻挡供氧的阀34。然而另一种作法是，可以适当地采用氧发生器，例如压力回转吸收(PSA)型、薄膜型或电解型氧发生器用作氧源30。这种氧源也可以位于设备的外部。
混合器40的第一进口通过第二连接管22连接到泵20的出口上，而混合器40的第二进口通过第三连接管36连接到氧源30上，以便由氧源30提供的氧气成气泡分布到水流中。在优选的实施例中，混合器40使用三通接头实施。然而另一种作法是，混合器40可以使用文丘里型注入器或另一种等效装置实施。同时，将单向阀38设置在第三连接管36中，用来防止氧或水回流。
第一至第四溶解单元50-80中的每一个具有圆柱形容器的形状，该圆柱形容器在上表面和下表面上分别具有进口和出口。溶解单元50至80的上部进口和下部出口中的每一个设有用来接受相应连接管的弯管接头。第一溶解单元50的进口通过第四连接管42连接到混合器40的出口上，第二溶解单元60的进口通过第五连接管52连接到第一溶解单元50的出口上，第三溶解单元70的进口通过第六连接管62连接到第二溶解单元60的出口上，而第四溶解单元80的进口通过第七连接管72连接到第三溶解单元70的出口上。按照上述互连的溶解单元50-80将在水/氧混合物中扩散的氧溶解到水中达到过饱和水平。
第四溶解单元80的出口通过紊流溶解管90连接到储箱10上。该紊流溶解管90由尼龙或其它种类的合成树脂制成，并且具有8至40米的长度。紊流溶解管90围绕第一至第四溶解单元50-80上缠绕。所述紊流溶解管90在水/氧混合物中引起紊流，以使大部分残余氧气能溶解到水中，并由此增加水的溶解氧(DO)水平。紊流溶解管90的出口连接到储水器10上，以使充氧水返回到储水器10中。
图2表示围绕第一至第四溶解单元50-80上缠绕的紊流溶解管的示例。八个夹110-142附加在立板100上，以利用螺钉来安装溶解单元，并且溶解单元中的每一个由一对夹固定在立板100的侧部上。例如，第一溶解单元50通过设置到第一和第二夹110和112中被固定，第二溶解单元60通过设置到第三和第四夹中被固定，第三溶解单元70通过设置到第五和第六夹中被固定，而第四溶解单元80通过设置到第七和第八夹中被固定。在这种状态下，紊流溶解管90围绕第一至第四溶解单元50-80的外表面上缠绕。装有溶解单元50-80和紊流溶解管90的立板100被固定在象水分配器或水净化器之类的器具的壳体内。
图1的设备操作方式如下。
装在储箱10中的水被供给到泵20的进口，并在压力下被迫通过第二连接管22供给到混合器40。从氧源30供给的氧被引入到混合器40，以与水混合。由混合器40混合的水和氧的混合物通过第四连接管42供给到第一溶解单元50的进口。
供给到第一溶解单元50的进口的水和氧的混合物在第一溶解单元50中由于重力向下降落，如图3中所示。降落的混合物流与装在第一溶解单元50中的混合物的表面相撞，并因此在第一溶解单元50中所装的混合物中产生多个微小气泡。在紊流水/氧混合物中所含的一些氧气泡由于浮力向上浮起，并且聚集在第一溶解单元50的上段中。在第一溶解单元50上段中的纯氧在压力下形成水的内部充气，并促使水对氧的吸收。
同时，包括未向上浮起的大部分气泡的混合物由于在第一溶解单元50中向下的内部压力而向下流动。浮动气泡与向下混合物流相撞而分裂成更小气泡，并且被向下混合物流强迫引向下方。在混合物流中的一些气泡在到达下部出口之前由于浮力向上浮起，而与向下流相撞从而被该流冲走，该过程随机和重复地发生。在混合物中的气泡通过这种随机和重复迁移被分裂成微小气泡，这迫使更多的氧物理地被溶解到水中，从而逐渐增加在水中的溶解氧水平。如上所述，第一溶解单元50促进大气泡分裂成较小气泡，并且提供氧在混合物中增加停留的时间，在此期间使氧能吸收到混合物中达到最高程度。
含有微小气泡的水/氧混合物由于向下内部压力而离开第一溶解单元50的出口，并且继续通过第五连接管52到第二溶解单元60的进口，该第二溶解单元60使另外的氧能溶解到水中。
在第二溶解单元60中的混合物流动和氧溶解过程与在第一溶解单元50中的那些流动和过程类似。就是说，供给到第二溶解单元60进口的水/氧混合物在第二溶解单元60中由于重力向下降落。降落的混合物流与装在第二溶解单元60中的混合物的表面相撞，并因此在第二溶解单元60中所装的混合物中产生多个微气泡。在紊流水/氧混合物中所含的一些氧气泡由于浮力向上浮起，并且聚集在第二溶解单元60的上段中。在第二溶解单元60上段中的纯氧在压力下形成水的内部充气，并促使水对氧的吸收。
同时，含有未向上浮起的大部分气泡的混合物在第二溶解单元60中由于向下的内部压力而向下流动。浮动气泡与向下混合物流相撞而分裂成更小气泡，并且被向下混合物流强迫引向下方。在混合物流中的一些气泡在到达下出口之前由于浮力向上浮起，而与向下流相撞从而被该流冲走，该过程随机和重复地发生。在混合物中的气泡通过这种随机和重复迁移被分裂成微气泡，这迫使更多的氧物理地被溶解到水中，从而逐渐增加在水中的溶解氧水平。含有微气泡的水/氧混合物由于向下内部压力而离开第二溶解单元60的出口，并且继续进行通过第六连接管62到第三溶解单元70的进口，该第三溶解单元70使另外的氧能溶解到水中。
在第三和第四溶解单元70和80中的混合物流动和氧溶解过程与在第一和第二溶解单元50和60中的那些流动和过程类似。因此，在第一至第四溶解单元50-80中，氧气泡被分裂成微气泡，并且增大了氧气泡与水的界面面积，这促进更多的氧物理地被溶解到水中。
已经通过第四溶解单元80的水和微气泡的混合物被供给到紊流溶解管90，该紊流溶解管90迫使混合物中的残余氧被彻底溶解到水中。具有多次弯曲的紊流溶解管90的几何形状使通过管运动的混合物流中造成紊流。紊流迫使混合物中的大部分残余氧气溶解到水中。因此，在已经通过溶解单元50-80的混合物中的大部分残余氧气泡被溶解到紊流溶解管90内的水中。
从紊流溶解管90的出口流出的充氧水返回到储箱10，以与其中所装的水混合。此后，装在储箱10中的充氧水再次由泵20引入到混合器40，以由混合器40、溶解单元50-80和紊流溶解管90加氧彻底富集。这种再循环过程持续不断，直到达到所需的溶解氧(DO)水平。
本发明的设备可实现具有紧凑的尺寸，并且能容易地应用于水分配器或水净化器。
水分配器通常包括用于安装水瓶的上垫、用于装冷水的冷水箱和围绕在冷水箱外表面上缠绕的冷却盘管。冷水箱连接到从小室前部伸出的冷水龙头上。本发明的充氧设备通过下述方式能应用这样一种水分配器：将第一连接管12和紊流溶解管90连接到冷水箱上并且将除冷水箱之外的所有其它部件都设置在小室的下段内。在水分配器中，充氧设备使冷水循环，以将氧溶解到水中。充氧水分配器的详细描述被省略，因为本领域的技术人员根据以上描述和附图以及关于传统水分配器的文献，比如韩国专利公开No.202612能容易地实施。
另一方面，除水瓶安装结构由用于过滤自来水的过滤器代替之外，水净化器具有与水分配器的构造相类似的构造。本发明的充氧设备通过下述方式能应用于水净化器：将第一连接管12和紊流溶解管90连接到水箱上、并且将除水箱之外的所有其它部件都设置在小室的下段内。充氧水净化器的详细描述被省略，因为本领域的技术人员根据以上描述和附图以及关于传统水分配器的文献，比如韩国实用新型注册No.273318能容易地实施。
图1的设备也能以各种方式修改。例如，尽管描述了将混合器40设置在泵20与第一溶解单元50之间，但另一种作法可将混合器40设置在储箱10的出口与泵20之间。
图4表示本发明用于制造过充氧水的设备的另一个实施例。图4中所示的设备是将装在储箱210内的水中的氧溶解，以使充氧水返回到储箱210中，该设备包括氧源220、混合器230、泵240、氧溶解装置250和调节阀320。
混合器230可使用三通接头实施。然而另一种作法是，混合器230可以使用文丘里型注入器或另一种等效装置实施。优选地，混合器230的第一进口通过第一连接管214连接到储箱210的出口上，而混合器230的第二进口通过第二连接管222连接到氧源220上，以便由氧源220提供的氧气成气泡分布到水流中。在适用于水分配器或水净化器的优选实施例中，氧源220是装满压缩氧气的氧气罐或电解型氧发生器，并且能够以每分钟30毫升的速率提供氧气。氧源220可以装有用于测量氧流量的氧气表和用于调节供氧量的阀。然而另一种作法是，可采用压力回转吸收(PSA)型或薄膜型氧发生器用作氧源220。这样一种氧源220也可以位于设备的外部。
泵240具有通过第三连接管232连接到混合器230的出口上的进口和通过第四连接管242连接到氧溶解装置250上的出口，以使装在储水器210中的水能通过混合器230和氧溶解装置250循环，以便氧气被溶解到水中。优选地，泵240由隔膜泵实施，该隔膜泵促进将来自氧源220的氧气引入到混合器230中。
第一弯管接头252附装到氧溶解装置250的进口上，并且连接到第四连接管242上。氧溶解装置250的出口具有第二弯管接头254，该第二弯管接头254连接到第五连接管256上。该氧溶解装置250将通过第四连接管242引入水中的混合物内具有气泡形状的扩散氧溶解到最高可达过饱和水平。下面将描述氧溶解装置250的详细构造和操作。
调节阀320具有由第五连接管256联接到氧溶解装置250上的进口和由第六连接管322联接到储箱210上的出口。当充氧设备正在运行时，调节阀320保持氧溶解装置250的内部压力，而当该设备不运行时，则阻挡流体连通。调节阀320可以由针阀、电磁阀或其组合体实施。
图5是氧溶解装置250的分解图，并且图6是氧溶解装置250的剖视图。氧溶解装置250包括下部壳体260和从下部壳体260的上部位置向下插入以与下部壳体260组合的盖/托盘组件270。
下部壳体260通常具有杯的形状，并且在其顶部内表面上制有螺纹262，用于与盖/托盘组件270啮合。尽管下部壳体260在图中所示的实施例中具有底部直径比顶部直径小的形状，但另一种作法是，底部直径可以与顶部直径相同。同时，下部壳体260除圆形横截面之外可以具有矩形或其它类型的横截面。
盖/托盘组件270包括盘形盖272、设置在盖272下面的啮合部分274和设置在盖272上的歧管278。啮合部分274的直径小于盖272的直径，该啮合部分274制有与下部壳体260的螺纹262相对应的螺纹276。优选的是，盖272的直径几乎与下部壳体260的顶部外径的直径相同。在歧管278内设有分别延伸到氧溶解装置的进口280和出口284的流体通路282和286。优选地，盖272、啮合部分274和歧管278形成为单体。然而另一种作法是，盖272、啮合部分274和歧管278可以制成两个或更多个可组合部件。
在啮合部分274的底面上，形成有向上延伸到第一流体通路282和容纳供水末端292的第一凹口288。此外，第二凹口290形成在啮合部分274的中心上，该啮合部分274向上延伸到第二流体通路286并且容纳内部输送管294。内部输送管294具有这样的长度，当氧溶解装置250完全组装时其下端位置刚好在下部壳体260的底部上方。沿内部输送管294，多个卧式托盘296-304被垂直地串联安装。托盘296-304中的每一个在其中心具有插孔，以使内部输送管294穿过托盘296-304的插孔。另一方面，供水末端292这样安装，以使末端292的下端位于第一托盘296上方。
在优选实施例中，托盘296-304中的每一个具有碟的形状，该碟具有小的垂直尺寸，以使托盘296-304占据较小空间，同时使在水与在氧溶解装置的上段中聚集的氧气之间的界面面积最大化。然而另一种作法是，托盘296-304中的每一个可以具有杯或碗的形状，该杯或碗具有足够的垂直尺寸，以使由于水滴而在水中引起的气泡尽可能长时间地与水接合。优选的是，每个托盘的底部直径比其顶部直径小，而与平均直径与高度之间的比值无关，致使溢流过托盘的水落到下个托盘的水面上，并且引起与其中所装的氧/水混合物足够的相撞和摩擦。另外，每个托盘的横截面可以比其上部托盘的横截面大，以保证溢流过托盘的水落到下个托盘上。同时，有可能形成穿过第一至第五托盘296-304中的每一个的多个开口，以使在每个托盘中所装的水可以通过开口向下流动，以进一步增大在水与氧气之间的界面面积。另一方面，在可替换的实施例中，第一至第五托盘296-304可以是平的板。
图7表示托盘和托盘与内部输送管相互连接的实施例。在这个实施例中，第五托盘304具有底面304a和从底面304a的周边在向上和向外方向上延伸的侧部304b。用于容纳内部输送管294的插孔被形成穿过底面304a的中心，而向下延伸的套管304c形成在底面304a的下方。在内部输送管294穿过托盘304的插孔插入之后，托盘304可以通过焊接或使用粘合剂固定到内部输送管294的外表面上。第一至第四托盘296-302的形状和安装几乎与第五托盘304的那些形状和安装相同。
图8表示托盘和托盘与内部输送管的相互连接的另一个实施例。在这个实施例中，第五托盘404具有底面404a和从底面404a的周边在向上和向外方向上延伸的侧部404b。用于容纳内部输送管394的插孔被形成穿过底面404a的中心，而向下延伸的套管404c形成在底面404a的下方。在这个实施例中，挡块394a通过从内部输送管394的底端横向突出而形成，并且第五托盘404的套管404c长到足以放在内部输送管394的挡块394a上。类似地，其它托盘中的每一个安装在其下面另一个托盘的底面上。另一方面，有可能通过粘合剂或焊接将每个托盘与内部输送管之间的接点固定。
图5和6中所示的氧溶解装置组装方式如下。
首先，将内部输送管294通过第一至第五托盘296-304的插孔插入，并且适当地固定。随后，将供水末端292和内部输送管294配合到啮合部分274的凹口288和290中，并实施盖/托盘组件270的组装。此后，盖/托盘组件270利用螺纹与下部壳体260啮合。优选地，盖/托盘组件270与下部壳体260之间的接头设有适当的密封件，比如O形圈，以便防止混合物的泄漏。在一个实施例中，氧溶解装置250在完全组装的状态下具有300毫米高度和110毫米外半径的尺寸。在氧溶解装置250被完全组装之后，第一和第二弯管接头252和254分别被附接在氧溶解装置250的进口280和出口284中。
混合器230的第一进口和储箱210的出口由第一连接管214联接，而混合器230的第二进口和氧源由第二连接管222联接。混合器230的出口和泵240的进口由第三连接管232联接，而泵240的出口和氧溶解装置250的进口中的第一弯管接头252由第四连接管242联接。此后，在氧溶解装置250的出口中的第二弯管接头254和调节阀320的进口由第五连接管256联接。
图4中所示的设备操作方式如下。
当泵240通过施加的动力被驱动并且氧气从氧源释放时，氧气成气泡被引入到从储箱210供给的水中。水/氧混合物由泵240驱动而进到氧溶解装置250的进口并穿过供水末端292而落到第一托盘296上。在水/氧混合物降落并与装在第一托盘296中的水/氧混合物相撞而且在相撞期间产生的氧气泡由于浮力升起的同时，一些氧气泡被溶解到水中。同时，氧气泡的相当部分离开混合物而到氧溶解装置250的上部空间中。
当第一种状况是第一托盘296装满水并且水/氧混合物通过供水末端292继续流入时，在第一托盘296中装满的水溢流到第二托盘298中。从第一托盘296落到第二托盘298上的水与在氧溶解装置250的内部空间中装满的氧气接触，在此期间另外的氧被溶解到水中。此外，在水/氧混合物降落并与装在第二托盘298中的水/氧混合物相撞而且在相撞期间产生的氧气泡由于浮力升起的同时，一些氧气泡另外被溶解在水中。
因此，当水/氧混合物通过供水末端292继续流入时，第一至第五托盘296-304依次装满水/氧混合物，并且装满托盘的混合物落到下个托盘上。最后，在第五托盘304装满水/氧混合物之后，溢出第五托盘304的混合物落到并聚积在氧溶解装置250的底部内。
当泵240继续操作时，氧溶解装置250的内部压力增大，并且在氧溶解装置250下段中聚集的水/氧混合物在压力下被迫继续通过内部输送管294和调节阀320而返回到储箱210(例如，在设备初始操作后的1-5分钟以后)。氧溶解装置250中的水位除泵240之外可以由调节阀320调节。根据本发明人的实验，在氧溶解装置250具有上述尺寸的情况下，水位可保持在氧溶解装置250高度的大约三分之一。
同时，当水/氧混合物在操作期间被装满在第一至第五托盘296-304以及氧溶解装置250的下段中时，在氧与水之间的界面面积被增大超过五倍，并因此残余氧气的大部分被溶解到水中，从而溶解氧水平显著增大。此外，在第一至第五托盘296-304中水/氧混合物的相撞和气泡由于浮力的升起进一步提高了溶解氧水平。
在操作期间，调节阀320防止氧溶解装置250的内部压力降到一定水平以下，以适当地保持内部压力。当设备未运行时，调节阀320防止流体离开氧溶解装置250，以保持氧溶解装置250的内部压力。因此，有可能减少在设备被控制再次运行之后的空闲时间。
由于本发明用于制造充氧水的设备拥有较小体积并且具有较小重量，所以能用于水净化器或水分配器。
在应用于水分配器的情况下，第一至第六连接管214-322被连接到水分配器的冷水箱上，并且除冷水箱之外的所有其它零件都可设置在水分配器的下段上。这种水分配器通过使装在冷水箱中的冷水循环能产生充氧水，不管操作状态如何。
在应用于水净化器的情况下，第一至第六连接管214-322被连接到水净化器的储箱上，并且除冷水箱之外的所有其它部件都可设置在水分配器的下段上。
此外，图4-8中所示的设备能以各种方式修改。
例如，氧溶解装置的出口可以设置在装置的底部附近，尽管描述过，氧溶解装置250的出口284设置在盖/托盘组件270中，并且在氧溶解装置250的下段中聚集的充氧水通过内部管294输送。
同时，尽管描述过，混合器230设置在储水器210的出口与泵240之间，但另一种作法是，混合器可以布置在泵240与氧溶解装置250之间。
另一方面，尽管上述说明是按照适用于水分配器或水净化器的小型装置提供的，但本发明用于制造充氧水的设备可应用于大型矿泉水厂。在这种情况下，氧溶解装置250的体积可能超过1立方米(1m3)，使得用很多时间将氧气装满氧溶解装置250。因此，在这种情况下优选的是，在氧溶解装置的上段或中段中形成进氧口，以便通过进氧口直接将氧气注入氧溶解装置中。同时，有可能既设置混合器又设置进氧口，以便在操作的初始阶段期间通过进氧口将氧气注入，并且使气体在氧溶解装置中充分装满之后通过混合器供给氧。
此外，尽管描述过，氧溶解装置250包括下部壳体260和盖/托盘组件270，但氧溶解装置可以使用象不锈钢之类的固体材料来制造成单体。这样的实施例适用于象矿泉水厂之类的大型应用场合。
另一方面，有可能修改托盘的形状，以扩大托盘的边缘，以便增大从托盘落到下个托盘上的水与溶解装置中存在的氧气之间的界面面积。图9示出这样一种托盘组件的示例。在该示例中，在第一托盘300中制有多个缝隙302a，贯穿第一托盘300的底面，并且托盘的侧壁对应地包括向内凹进的凹口304a-304c。此外，在第二托盘310中，也制有多个缝隙312a和312b，贯穿底面312，并且托盘的侧壁对应地包括向内凹进的凹口314a-314c。类似地，第三至第五托盘包括多个缝隙，并且托盘的侧壁包括向内凹进的凹口。因此，溢出托盘到下个托盘的水通过外边缘以及凹口的边缘溢出，因而显著地增大了在落水与氧气之间的界面面积。这时优选的是，使相邻托盘的凹口交错，以便通过凹口的落水落到下个托盘上。
此外，尽管上面已经详细地描述了本发明，但应当理解，上述说明是示例性的而不是限制性的。例如，储水器10还可以设有止回阀，用于释放或恢复由充氧水中过饱和氧的蒸发而引起的过多氧气积累。另外，即使描述过，用于制造充氧水的设备使装在储箱中的水连续地循环，以使氧溶解，但也有可能在储箱中布置溶解氧传感器，以将设备控制成在达到所需的溶解氧水平，例如90ppm或120ppm之后保持待机状态。
因此，本领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下对本发明可进行许多明显修改。因此，我们要求保护在如下权利要求书的精神和范围内的所有修改和变更。
工业适用性
本发明用于制造充氧水的设备使氧能物理地溶解在水中，而不使用任何电化学催化剂或添加剂，并因此在充氧水中不会产生任何衍生化学物品。所以本发明制造的充氧水可安全地用于人体饮用。这种设备可容易地应用于水分配器或水净化器。而且，该设备可制造成大型的，以用来在矿泉水厂中将氧溶解到瓶装水中。
同时，本发明的设备可应用于敞开式储箱以及封闭式储器。因此，设备可将氧溶解到装在敞开式储器里的大量水中，而且可应用于养鱼和植物的溶液栽培、或水处理应用场合。

Claims (39)

1.一种用于制造充氧水的设备，其包括：
储水器，其装有水并具有出口；
泵，其流体连通地联接到所述储水器的出口上，用于使装在所述储水器中的水循环；
多个立式溶解单元，这些立式溶解单元串联连接并流体连通地联接到所述泵上，每个立式溶解单元具有顶部进口和底部出口；
紊流溶解管，其具有连接到所述多个立式溶解单元中的最后一个的出口上的进口和流体连通地联接到所述储水器上的出口，用于在水/氧混合物中引起紊流；和
混合器，其设置在所述储水器的出口与立式溶解单元之间的流体通路中，用于将来自氧源的氧作为气泡分布在水中，以产生氧/水混合物。
2.根据权利要求1所述的设备，其还包括：
立板和设置在所述立板的侧部上的多对夹，
其中，所述多个立式溶解单元由所述多对夹固定。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述紊流溶解管围绕所述多个立式溶解单元的组件的外表面上缠绕。
4.一种水分配器，其包括用于安装水瓶的上垫、用于装冷水的冷水箱、围绕所述冷水箱的外表面缠绕的冷却盘管和连接到所述冷水箱上的冷水龙头，其中，所述水分配器还包括：
氧源，其用于提供氧气；
泵，其流体连通地联接到所述冷水箱的出口上，用于使装在所述冷水箱中的水循环；
多个立式溶解单元，这些立式溶解单元串联连接并流体连通地联接到所述泵上，每个立式溶解单元具有顶部进口和底部出口；
紊流溶解管，其具有连接到所述多个立式溶解单元中的最后一个的出口上的进口和流体连通地联接到所述冷水箱上的出口，用于在水/氧混合物中引起紊流；和
混合器，其设置在所述冷水箱的出口与立式溶解单元之间的流体通路中，用于将来自所述氧源的氧作为气泡分布在水中，以产生氧/水混合物。
5.一种水净化器，其包括用于过滤自来水以将被过滤的水储存在储箱中的多个过滤器和连接到所述储箱上的水龙头，其中，所述水净化器还包括：
氧源，其用于提供氧气；
泵，其流体连通地联接到所述储箱的出口上，用于使装在所述储箱中的水循环；
多个立式溶解单元，这些立式溶解单元串联连接并流体连通地联接到所述泵上，每个立式溶解单元具有顶部进口和底部出口；
紊流溶解管，其具有连接到所述多个立式溶解单元中的最后一个的出口上的进口和流体连通地联接到所述储箱上的出口，用于在水/氧混合物中引起紊流；和
混合器，其设置在所述储箱的出口与立式溶解单元之间的流体通路中，用于将来自所述氧源的氧以作为气泡分布在水中，以产生氧/水混合物。
6.一种用于制造充氧水的设备，其包括：
储水器，其装有水并具有出口；
泵，其流体连通地联接到所述储水器的出口上，用于使装在所述储水器中的水循环；和
氧溶解装置，其具有流体连通地联接到所述泵上的进口和流体连通地联接到所述储水器上的出口，用于将来自氧源的氧溶解到由所述泵供给的水中，
其中，所述氧溶解装置包括：
壳体；
多个托盘，这些托盘竖直串联地安装在所述壳体中；
供水末端，其流体连通地联接到进口上，用于将由所述泵供给的水提供到多个托盘中的最高托盘内；和
压力保持装置，其流体连通地联接到出口上，用于将所述壳体的内部压力保持在预定范围内，同时使充氧水能从出口返回到所述储水器中。
7.根据权利要求6所述的设备，其还包括：
混合器，其设置在所述储水器的出口与所述氧溶解装置之间的流体通路中，用于将来自氧源的氧作为气泡分布在水中，以产生氧/水混合物。
8.根据权利要求6所述的设备，其中，所述氧溶解装置具有进氧口，
其中，来自氧源的氧通过所述进氧口被直接注入到所述氧溶解装置中。
9.根据权利要求6所述的设备，其中，所述氧溶解装置的所述出口形成在所述氧溶解装置的下段中。
10.根据权利要求6所述的设备，其中，所述氧溶解装置的所述出口形成在所述氧溶解装置的上段中。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述氧溶解装置还包括：
内部输送管，其用于将聚集在所述氧溶解装置的下段中的水输送到所述氧溶解装置的所述出口。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述托盘安装在所述内部输送管的外表面上。
13.根据权利要求10所述的设备，其中，所述内部输送管沿所述氧溶解装置的中心线布置。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述多个托盘中的每一个具有在其中心的插孔，
其中，所述内部输送管穿入所述托盘的插孔。
15.根据权利要求6所述的设备，其中，所述多个托盘中的每一个是扁平的。
16.根据权利要求6所述的设备，其中，所述多个托盘中的每一个具有容器的形状，该容器具有预定深度。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述多个托盘中的每一个具有贯穿托盘的多个开口。
18.根据权利要求6所述的设备，其中，所述多个托盘中的每一个具有杯的形状。
19.根据权利要求6所述的设备，其中，所述压力保持装置包括针阀。
20.根据权利要求6所述的设备，其中，所述压力保持装置包括电磁阀。
21.根据权利要求6所述的设备，其中，当设备未运行时，所述压力保持装置阻挡充氧水的流动，以保持所述壳体的内部压力。
22.一种水分配器，其包括用于安装水瓶的上垫、用于装冷水的冷水箱、围绕冷水箱外表面缠绕的冷却盘管和连接到所述冷水箱上的冷水龙头，其中，所述水分配器还包括：
泵，其流体连通地联接到所述冷水箱的出口上，用于使装在所述冷水箱中的水循环；和
氧溶解装置，其具有流体连通地联接到所述泵上的进口和流体连通地联接到所述冷水箱上的出口，用于将来自氧源的氧溶解到由所述泵供给的水中，
其中，所述氧溶解装置包括：
壳体；
多个托盘，这些托盘竖直串联地安装在所述壳体中；
供水末端，其流体连通地联接到进口上，用于将由所述泵供给的水提供到多个托盘中的最高托盘内；和
压力保持装置，其流体连通地联接到出口上，用于将所述壳体的内部压力保持在预定范围内，同时使充氧水能从出口返回到所述冷水箱中。
23.根据权利要求22所述的水分配器，其还包括：
混合器，其设置在所述冷水箱的出口与所述氧溶解装置之间的流体通路中，用于将来自氧源的氧作为气泡分布在水中，以产生氧/水混合物。
24.根据权利要求22所述的水分配器，其中，所述氧溶解装置具有进氧口，
其中，来自氧源的氧通过进氧口被直接注入到所述氧溶解装置中。
25.一种水净化器，其包括用于过滤自来水以将被过滤的水储存在储箱中的多个过滤器和连接到所述储箱上的水龙头，其中，所述水净化器还包括：
泵，其流体连通地联接到所述储箱的出口上，用于使装在所述储箱中的水循环；和
氧溶解装置，其具有流体连通地联接到所述泵上的进口和流体连通地联接到所述储水器上的出口，用于将来自氧源的氧溶解到由所述泵供给的水中，
其中，所述氧溶解装置包括：
壳体；
多个托盘，这些托盘竖直串联地安装在所述壳体中；
供水末端，其流体连通地联接到进口上，用于将由所述泵供给的水提供到多个托盘中的最高托盘内；和
压力保持装置，其流体连通地联接到出口上，用于将所述壳体的内部压力保持在预定范围内，同时使充氧水能从出口返回到所述储箱中。
26.根据权利要求25所述的水净化器，其还包括：
混合器，其设置在所述储箱的出口与所述氧溶解装置之间的流体通路中，用于将来自氧源的氧作为气泡分布在水中，以产生氧/水混合物。
27.根据权利要求25所述的水净化器，其中，所述氧溶解装置具有进氧口，
其中，来自氧源的氧通过进氧口被直接注入到所述氧溶解装置中。
28.一种用于将氧气溶解到水中的设备，其包括：
储水器，其装有水并具有出口；
泵，其流体连通地联接到所述储水器的出口上，用于使装在所述储水器中的水循环；和
氧溶解装置，其具有流体连通地联接到所述泵上的进口和流体连通地联接到所述储水器上的出口，用于将来自氧源的氧溶解到由所述泵供给的水中，
其中，所述氧溶解装置包括：
壳体，其具有进口和出口；
多个托盘，这些托盘竖直串联地安装在所述壳体中；
供水末端，其流体连通地联接到进口上，用于将水提供到多个托盘中的最高托盘内；和
压力保持装置，其流体连通地联接到出口上，用于将所述壳体的内部压力保持在预定范围内，同时使充氧水能通过出口排出。
29.根据权利要求28所述的设备，其中，所述氧溶解装置的所述出口形成在所述氧溶解装置的下段中。
30.根据权利要求28所述的设备，其中，所述氧溶解装置的所述出口形成在所述氧溶解装置的上段中。
31.根据权利要求30所述的设备，其中，所述氧溶解装置还包括：
内部输送管，其用于将在所述氧溶解装置的下段中聚集的水输送到所述氧溶解装置的所述出口。
32.根据权利要求31所述的设备，其中，所述托盘安装在所述内部输送管的外表面上。
33.根据权利要求32所述的设备，其中，所述内部输送管沿所述氧溶解装置的中心线布置。
34.根据权利要求33所述的设备，其中，所述多个托盘中的每一个具有在其中心的插孔，
其中，所述内部输送管穿入所述托盘的插孔。
35.根据权利要求28所述的设备，其中，所述多个托盘中的每一个是扁平的。
36.根据权利要求28所述的设备，其中，所述多个托盘中的每一个具有容器的形状，该容器具有预定的深度。
37.根据权利要求36所述的设备，其中，所述多个托盘中的每一个具有贯穿托盘的多个开口。
38.根据权利要求36所述的设备，其中，所述多个托盘中的每一个包括：
平底板，其具有沿其边缘形成的多个缝隙，每个缝隙从边缘向中心延伸，并且贯穿底板；和
侧壁，其从底板和缝隙的边缘向上延伸。
39.根据权利要求28所述的设备，其中，所述壳体具有用于注入氧的进氧口。
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