CN105873669A - 含气液体生成设备和含气液体喷射模块 - Google Patents

含气液体生成设备和含气液体喷射模块 Download PDF

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Abstract

【问题】在于提供一种含气液体生成装置和一种含气液体喷射机构，该含气液体生成装置能够生成含有高浓度的精细气泡的含气液体。【解决方案】一种含气液体生成装置，该含气液体生成装置设置有：气体‑液体混合单元(11)，气体‑液体混合单元用于使气体和液体混合并且生成含气液体；第一喷射单元(12)，第一喷射单元用于喷射从该气体‑液体混合单元进给的含气液体；以及第二喷射单元(13)，第二喷射单元用于喷射从第一喷射单元进给的含气液体并且在含气液体中生成气泡。第一喷射单元设置有：外壳部(31)，外壳部用于容置含气液体；圆柱形部(32)，圆柱形部分具有用于将含气液体喷射到外壳部中的通道；以及突出部(37、38)，突出部设置在圆柱形部分的内壁表面上以突出到通道中。

Description

含气液体生成设备和含气液体喷射模块
技术领域
本发明涉及一种含气液体生成设备和一种含气液体喷射模块，并且例如应用于纳米气泡水的生成。
背景技术
最近，含有微气泡的微气泡水和含有比微气泡更精细的纳米气泡的纳米气泡水已在各个技术领域受到人们的注意。对于微气泡和纳米气泡没有清楚的定义。然而，术语“微气泡”总体指的是具有大约1至100μm的颗粒大小(直径)的气泡，同时术语“纳米气泡”总体指的是具有小于1μm的颗粒大小(直径)的气泡(参见日本公开特许公报JP 2011-218308)。
现有技术文献
专利文献：
专利文献1：
日本公开特许公报JP 2011-218308
发明内容
一般地，诸如微气泡和纳米气泡之类的气泡通过使气体和液体混合以生成含气液体并且通过将含气液体喷射而生成。最近研究表明，气泡通过在含气液体中生成气泡核并且随后气泡核彼此结合而生成。气泡核是气体分子的集合体，气泡核通过变成气泡之前的气体分子与液体分子分开并聚集而生成。同样已知的是，可以从含有大量气泡核的含气液体生成诸如纳米气泡之类的大量精细气泡。
当在各种应用中使用含气液体时，气泡优选是精细的，并且含气液体优选地含有大量精细气泡(即，含有高浓度的精细气泡)。这是由于精细气泡在含气液体中持续很长时期。如以上描述的，可以从含有高浓度的气泡核的含气液体生成含有高浓度的精细气泡的含气液体。因此，需要实现一种方法，该方法可以在含气液体中生成大量气泡核并且可以生成含有高浓度的精细气泡的含气液体。
本发明的目的是提供一种含气液体生成设备和一种含气液体喷射模块，该含气液体生成设备可以生成含有高浓度的精细气泡的含气液体。
根据本发明的一个方面的含气液体生成设备包括：气体/液体混合模块，所述气体/液体混合模块构造成使气体和液体混合以生成含气液体；第一喷射模块，所述第一喷射模块构造成喷射从所述气体/液体混合模块供给的所述含气液体；以及第二喷射模块，所述第二喷射模块构造成喷射从所述第一喷射模块供给的所述含气液体以在所述含气液体中生成气泡，其中，第一喷射模块包括：容纳部分，所述容纳部分构造成容纳所述含气液体；圆柱形部分，所述圆柱形部分具有通道，所述通道构造成将所述含气液体喷射到所述容纳部分中；以及突出部分，所述突出部分设置在所述圆柱形部分的内壁表面上以突出到所述通道中。
本发明使得能够提供含气液体生成设备和含气液体喷射模块，该含气液体生成设备可以生成含有高浓度的精细气泡的含气液体。
附图说明
图1是示出了第一实施例的含气液体生成设备的构成的示意图；
图2A至图2C是用于说明第一实施例的气泡核的生成过程的视图；
图3是示出了图1的预处理模块的结构的示意图；
图4是示出了图1的气泡核生成模块的结构的示意图；
图5是示出了图1的气泡核生成模块的外部形状的侧视图；
图6A至图6B是示出了图4中的突起物的结构的截面图；
图7是示出了图4的凹槽形成构件的结构的示意图；
图8是示意性示出了将第一实施例的预处理模块和气泡核生成模块集成的设备的截面图；
图9是示出了图1的激活模块的结构的示意图；
图10A至图10B是用于说明使用图9的压力控制盖的方法的视图；
图11是示出了第一实施例的含气液体生成设备的构成的示意图；
图12是示出了由图1的含气液体生成设备生成的气泡的颗粒直径分布的示例的图表；
图13是示出了第二实施例的气泡核生成模块的结构的截面图；
图14是示出了第三实施例的激活模块的结构的截面图；
图15A至图15B是示出了图14中的喷嘴的结构的截面图；
图16是示出了图14的激活模块的结构的截面图；
图17是示出了第三实施例的含气液体生成设备的构成的示意图；以及
图18是示出了第三实施例的改型的含气液体生成设备的构成的示意图。
具体实施例
以下将通过参照附图描述本发明的实施例。
(第一实施例)
图1是示出了第一实施例的含气液体生成设备的构成的示意图。
图1的含气液体生成设备包括：预处理模块11，预处理模块11是气体/液体混合模块的示例；气泡核生成模块12，气泡核生成模块12是第一喷射模块的示例；激活模块13，激活模块13是第二喷射模块的示例；以及稳定槽14。气泡核生成模块12和激活模块13也是含气液体喷射模块的示例。
预处理模块11通过使气体1与液体2混合而生成含气液体3。气体1的示例包括氧气。标记字符1a指示气体分子(例如，氧气分子)。液体2的示例包括水。标记字符2a指示液体分子(例如，水分子)。
气泡核生成模块12通过喷射从预处理模块11供给的含气液体3在含气液体3中生成大量气泡核3a。气泡核3a是气体分子1a从液体分子2a分开且聚集的集合体。
激活模块13通过喷射从气泡核生成模块12供给的含气液体3在含气液体3中生成大量气泡3b。气泡3b通过气泡核3a结合至彼此生成。
在稳定槽14中，容纳从激活模块13供给的含气液体3。该实施例的含气液体生成设备可以在稳定槽14中供给含有高浓度的颗粒直径均为50至500nm的纳米气泡的纳米气泡水作为含气液体3。之后将描述该纳米气泡水的详细内容。
图2A至图2C是用于说明第一实施例的气泡核3a的生成过程的视图。
图2A示出由预处理模块11生成的含气液体3通过气泡核生成模块12处理的状态。
一般地，在正常温度/正常压力下的条件下溶解到液体2中的气体1的量具有被气体1和液体2的类型确定的上限。为了使超过该上限的量的气体1被溶解到液体2中，气体1需要通过使用泵或类似物被机械地或强迫地溶解到液体2中。如以上获得的含气液体3称为过饱和含气液体。
据证明的是，当在含气液体3中生成气泡核3a时，可以通过使用过饱和含气液体作为含气液体3生成大量的气泡核3a。该实施例中的预处理模块11生成作为含气液体3的过饱和含气液体。之后将描述可以生成过饱和含气液体的预处理模块11的结构。
同样证明，气泡核3a通过向含气液体3施加压力波动或热波动(温度波动)被生成。该实施例的气泡核生成模块12通过向气泡含有液3施加压力波动生成气泡核3a。之后将描述可以向气泡含有液3施加压力波动的气泡核生成模块12的结构。
图2A示出压力波动或热波动施加至为过饱和含气液体的含气液体3的状态。当压力波动施加至含气液体3时，在含气液体3中生成高压部分和低压部分。当热波动施加至含气液体3时，在含气液体3中生成高温部分和低温部分。
在该情况下，气体分子1a在低压部分或高温部分中聚集。图2B示出气体分子1a在这些部分中聚集的状态。
因此，如图2C所示，生成了气体分子1a聚集的集合体的气泡核3a。根据气泡核3a的生成过程的模拟，证明了气泡核3a的颗粒直径是大约0.5至1.0nm。
以下将描述该实施例中的预处理模块11、气泡核生成模块12以及激活模块13的结构。
(1)第一实施例的预处理模块11
图3是示出了图1的预处理模块11的结构的示意图。
该实施例中的预处理模块是齿轮传动泵并且包括外壳21、外壳21的入口22、外壳21的出口23、主动齿轮24，主动齿轮24是第一齿轮的示例；以及从动齿轮25，从动齿轮25是第二齿轮的示例。
主动齿轮24和从动齿轮25彼此啮合并容纳在外壳21中。箭头E1和E2分别指示主动齿轮24和从动齿轮25的旋转方向。
在该实施例中，通过主动齿轮24和从动齿轮25的旋转在入口22生成负压区域R1。气体1和液体2通过负压的作用被吸入并同时流动到外壳21中。
标记符号R2指示外壳21与主动齿轮24之间的区域。区域R2对应于主动齿轮24的齿之间的凹部。标记符号R3指示外壳21与从动齿轮25之间的区域。区域R2对应于从动齿轮25的齿之间的凹部。
流动到外壳21中的气体1和液体2分支为在主动齿轮24侧的分流和在从动齿轮25侧的分流，通过区域R2和区域R3，并且在出口32处再次合并并且作为含气液体3从外壳21排出。当通过区域R2和R3时，气体1和液体2通过主动齿轮24和从动齿轮25的作用被混合、搅拌并被加压。由于区域R2和R3内侧具有高压，因此气体1可以容易地溶解到液体2中。
在该实施例中，驱动齿轮24侧上的分流和从动齿轮25侧上的分流在出口23的碰撞区域R4处彼此碰撞并且合并。该碰撞还用于促进气体1溶解到液体2中。合并的含气液体3从外壳21排出并压送至气泡核生成模块12。
如以上描述的，由于该实施例的预处理模块11是齿轮传动泵，因此，可以机械地并强迫地使气体1溶解到液体2中。因此，根据该实施例，可以生成过饱和的含气液体作为含气液体3。
由于该实施例的预处理模块11是齿轮传动泵并且主动齿轮24和从动齿轮25的齿和凹部交替地出现在出口23处，因此含气液体3可以间歇地压送。因此，在压送含气液体3的流动中生成波状波动，并且在含气液体3中生成高压部分和低压部分。这具有以下的效果：可以在气泡核生成模块12中容易地生成气泡核3a。
由于该实施例中的预处理模块11是齿轮传动泵，因此，如与正常泵比较时，不容易被气体1或液体2的特性和围绕泵的压力所影响，并且预处理模块11具有以下优点：可控性良好、部件的数目小并且可维护性良好。
(2)第一实施例的气泡核生成模块12
图4是示出了图1的气泡核生成模块12的结构的示意图。图5是示出了图1的气泡核生成模块12的外部形状的侧视图。以下将通过参照图4描述气泡核生成模块12的结构。
该实施例的气泡核生成模块12包括：容纳壳体31、圆柱形部分32、入口33、出口34、轴构件35、螺旋通道36、一个或多个突起物37、和凹槽形成构件38。容纳壳体31是容纳部分的示例。突起物37和凹槽形成构件38是突出部分的示例。
容纳壳体31是容纳该含气液体3并且具有下壳体31a和上壳体31b的构件，下壳体31a是第一构件的示例，上壳体31b是第二构件的示例。
下壳体31a安装在圆柱形部分32上以包围圆柱形部分32的外壁表面，并且圆柱形部分32穿透下壳体31a的底部部分。下壳体31a在底部部分附近包括将含气液体3排出的出口34。
上壳体31b在圆柱形部分32的顶端(tip)附近安装在下壳体31a上并且可相对于下壳体31a拆卸。在该实施例中，通过移除上壳体31b，可以维护气泡核生成模块12的内部。圆柱形部分32是具有将含气液体3喷射到容纳壳体31中的通道的构件。该通道被圆柱形部分32的内壁表面包围。标记字符A指示圆柱形部分32的中心轴线。圆柱形部分32具有入口33，入口33在终端部吸收从预处理模块11排出的含气液体3并且将吸收的含气液体3从顶端喷射。
圆柱形部分32在顶端部分具有外倾部分32a。圆柱形部分32的内径作为整体大致一致，但是外倾部分32a的内径设定成使得其随着行进至通道的下游而加宽。外倾部分32a具有以下的优点：可以将含气液体3喷射至广泛的范围。在该实施例中，外倾部分32a的内壁表面相对于中心轴线的倾斜角θ设定成30至60度。
圆柱形部分32在终端部分连接至多个螺旋通道36。螺旋通道36通过围绕轴构件35缠绕而具有螺旋形状。螺旋通道36通过将从预处理模块11供给的含气液体3喷射至圆柱形部分32中在圆柱形部分32中形成含气液体3的回旋流。回旋流具有以下的效果：使得含气液体3容易地碰撞突起物37或凹槽形成构件38及生成气泡核3a。
突起物37或凹槽形成构件38设置在圆柱形部分32的内壁表面上并且突出到被圆柱形部分32的内壁表面包围的通道。具体地，突起物37从圆柱形部分32的内壁表面朝向通道以杆状突出。另一方面，在凹槽形成构件38中，设置了沿着圆柱形部分32的内壁表面线性延伸的凹槽，因此，凹槽形成构件38的凹槽之间的部分突出至通道。
在该实施例中，流经圆柱形部分32的含气液体3碰撞突起物37或凹槽形成构件38，因而，在含气液体3中生成压力波动并且在含气液体3中生成大量的气泡核3a。即，该实施例中的突起物37和凹槽形成构件38具有向含气液体3给予压力波动的功能。
图6A至图6B是示出了图4中的突起物37的结构的截面图。
图6A示出垂直于圆柱形部分32的轴向方向(与中心轴线A平行的方向)的截面以及具体地示出沿着图4的I-I’线截取的截面。该截面是第一截面的示例。图6A示出与轴向方向平行的Z方向和与轴向方向垂直并且彼此垂直的X方向和Y方向。
在图6A的截面中，多个突起物37等间隔地布置。这些突起物37是第一突起物的示例。突起物37中的每一个具有设置在圆柱形部分32的内壁表面上的杆形部段37a和设置在杆形部段37a的顶端处的球形部段37b。这些突起物37的球形部段37b布置在相同的圆上。图6A中的突起物37的数目设定为奇数(或者具体地是5)。
图6B示出垂直于圆柱形部分32的轴向方向的另一截面以及具体地示出沿着图4的J-J’线截取的截面。该截面是与第一截面不同的第二截面的示例。
在图6B的截面中，与图6A的截面类似地，多个突起物37等间隔地布置。这些突起物37是第二突起物的示例。图6B中的突起物37的结构和数目类似于图6A中的突起物37的结构和数目。
然而，图6A中的突起物37和图6B中的突起物37沿圆柱形部分32的轴向方向布置在彼此不会重叠的位置处。具体地，在图6A的截面中，突起物37的一者位于+Y方向上，然而在图6B的截面中，突起物37的一者位于-Y方向上。这种布置具有以下的效果：通过转移不同截面中的突起物37的位置，含气液体3可以容易地碰撞突起物37并且气泡核3a可以容易地生成。
该实施例中的圆柱形部分32具有如图4所示的各具有5个突起物37的四个截面，或者总共具有20个突起物37。图6A中的截面和图6B中的截面在这四个截面中分别是第一截面和第二截面，并且是彼此相邻的截面。在该实施例中，彼此相邻的截面上的突起物37优选地沿圆柱形部分32的轴向方向布置在彼此不重叠的位置处。例如，图6A中的布置可以应用于第一截面和第三截面，同时图6B中的布置可以应用于第二截面和第四截面。
图7是示出了图4的凹槽形成构件38的结构的示意图。图7对应于图4所示的箭头K的部分的放大的截面图。
在凹槽形成构件38中，设置了沿着圆柱形部分32的内壁表面线性延伸的一个或多个凹槽V。凹槽V的形状是例如环形的或螺旋形的。凹槽形成构件38可以由与圆柱形部分32的材料相同的材料形成，或者可以由与圆柱形部分32的材料不同的材料形成。凹槽V可以穿透凹槽形成构件38或者不需要穿透凹槽形成构件38。在该实施例中，从圆柱形部分32的内壁表面到凹槽形成构件38的顶部部分的高度设定成低于从圆柱形部分32的内壁表面到突起物37的顶部部分的高度。
此处，将描述通过凹槽形成构件38的作用生成气泡核3a的机构。在以高速流动的含气液体3碰撞凹槽形成构件38时，液体分子(水分子)2a之间的氢键被切断，因此释放由氢键含有的气体分子(氧气分子)。因此，被释放的气体分子1a聚集而生成气泡核3a。在含气液体3碰撞凹槽形成构件38时生成的碰撞热(摩擦热)有助于气体分子1a的运动以用于气体分子1a与彼此聚集。
接着，再次通过参照图4，继续对气泡核生成模块12的结构的描述。
标记字符S指示上壳体32b的内壁表面。在该实施例中，上外壳32b的在圆柱形部分32的顶端附近的内表面S的形状是凹形弯曲表面。例如，弯曲表面的形状是半球形的。上壳体32b的内壁表面S用作换向壁，从圆柱形部分32喷射的含气液体3碰撞换向壁并被换向。
标记字符G指示在上壳体32b的内壁表面附近集合的过剩气体。在该实施例中，由于内壁表面S的形状是凹形弯曲表面，因此，过剩气体G在内壁表面S的顶部部分附近，即，在中心轴线A附近集合。然而，在内壁表面S的顶部部分附近的区域是从圆柱形部分32喷射的含气液体3撞击最强烈的区域。因此，集合在内壁表面S附近的过剩气体G被吸收在含气液体3的换向流中并再次溶解到含气液体3中。
因此，根据该实施例，由于可以消除过剩气体G在上壳体32b在内壁表面S附近的长时间存留，因此不再需要在气泡核生成模块12上安装用于排出过剩气体G的阀。
根据该实施例，由于不再需要在上壳体32b的内壁表面S附近保留过剩气体G以及不需要使其排出，因此，可以任意地设定气泡核生成模块12的安装角度。例如，气泡核生成模块12可以横向地安装，使得上壳体31b和下壳体31a可以布置在相同的高度处。替代性地，可以导致气泡核生成模块12安装成使得上壳体31b布置在下侧以及下壳体31a布置在上侧。
在圆柱形部分32的顶端部分处设置外倾部分32a还具有过剩气体G可以被换向流更容易地吸收的优点。
在该实施例中，圆柱形部分32的外壁表面与下壳体31a的内壁表面之间的间隙用作从圆柱形部分32喷射的含气液体3的通道。流经该通道的含气液体3含有生成在圆柱形部分32中的高浓度的气泡核3a和类似物。
在该实施例中，圆柱形部分32的外壁表面与下壳体31a的内壁表面之间的距离D设定成使得其随着前进到通道的下游而变窄。这种设定具有以下效果：随着含气液体3流动至下游，高压力施加至含气液体3。这对保持气泡核3a有效地工作。
流经该通道的含气液体3作为高压流从设置在下壳体31a的底部部分附近处的出口34排出并且供给至激活模块13。
图8是示意性地示出了以下设备的截面图，第一实施例的预处理模块11和气泡核生成模块12在该设备中集成。
图8中的设备包括：具有手柄41a和开口部段41b的外壳41、以及容纳在外壳41中的驱动马达42。预处理模块11容纳在外壳41中并且连接至驱动马达42。另一方面，气泡核生成模块12通过外壳41的开口部段41b连接至外壳11中的预处理模块。优选地，气泡核生成模块12可相对于预处理模块11拆卸。
图8的结构具有以下的优点：预处理模块11和气泡核生成模块12可以短距离内布置。因此，可以在从预处理模块11排出的含气液体3中的气体含有量或液体压力降低之前由气泡核生成模块12施行处理以生成大量的气泡核3a。
(3)第一实施例的激活模块13
图9是示出了图1的激活模块13的结构的示意图。
该实施例的激活模块13包括：外壳体51、内壳体52、圆柱体部分53、入口54、喷射端口55、泡沫喷嘴56、前表面压力控制盖57以及后表面压力控制盖58。
外壳体51和内壳体52是用于容纳含气液体3的构件。外壳体51和内壳体52中的每一者具有一个端部部分封闭而另一个端部部分打开的圆柱形形状。内壳体52布置在外壳体51中，使得外壳体51的封闭端部邻接于内壳体52的打开端部。
圆柱形部分53是具有将含气液体3喷射到内壳体52中的通道的构件。圆柱形部分53穿透外壳体51的封闭端部，并且外壳体51中的圆柱形部分53被内壳体52包围。圆柱形部分53具有入口54，入口54用于在其终端部吸收从气泡核生成模块12排出的含气液体3并且将吸收的含气液体3从远端部喷射。标记字符α指示圆柱形部分53的中心轴线。
圆柱形部分53具有位于入口的下游上的喷射端口55和在终端部分处连接至喷射端口55的下游侧的一个或多个泡沫喷嘴56。喷射端口55附近处的内径设定成比圆柱形部分53的内径窄。泡沫喷嘴56的内径设定成比喷射端口55的内径窄。因此，从入口54吸收的含气液体3从喷射端口55被喷射，并且随后从泡沫喷嘴56排出到圆柱形部分53中。在排出时，在含气液体3中生成气泡3b。
从入口54吸收的含气液体3从第一压力室P1流动到第二压力室P2，并且从第二压力室P2进一步流动到第三压力室P3。第一压力室P1是被圆柱形部分53的内壁表面包围的区域。第二压力室P2是圆柱形部分53的外壁表面与内壳体52的内壁表面之间的区域。第三压力室P3是内壳体52的外壁表面与外壳体51的内壁表面之间的区域。
含气液体3的压力在通过第二压力室P2和第三压力室P3的同时缓慢降低。因此，使得在通过第二压力室P2和第三压力室P3的期间，含气液体3中的气泡3b的浓度和颗粒大小稳定。如以上描述，含气液体3中的气泡3b主要生成在第一压力室P1中并且在第二压力室P2和第三压力室P3中提纯。
标记字符β指示内壳体52的在圆柱形部分53的顶端附近处的内壁表面。内壁表面β的形状是凹形弯曲表面。从圆柱形部分53喷射的含气液体3碰撞内壁表面β并且换向。碰撞内壁表面β之前的含气液体3含有微气泡和纳米气泡，但是微气泡在该碰撞中被压碎并变成纳米气泡。
如以上描述的，含气液体3对内壁表面β的碰撞具有降低含气液体3中的微气泡的浓度的作用。已知的是，微气泡的压碎具有灭菌作用以及有机物质的分解作用。因此，这可以应用至该实施例的激活模块13或灭菌和有机物质的分解。
标记字符51a指示设置在外壳体51的封闭端部上的内壁表面上的圆柱形壁。圆柱形壁51a布置在内壳体52与圆柱形部分53之间。
标记字符52a指示设置在内壳体52的打开端部附近处的缺口通道。第二压力室P2和第三压力室P3通过缺口通道52a连接。
标记字符53a指示在外壳体51的封闭端部附近设置在圆柱形部分53中的具有小直径的通孔。通孔53a形成在喷射端口55的顶端与泡沫喷嘴56的顶端之间。
圆柱形壁51a布置在缺口通道52a与通孔53a之间。
前表面压力控制盖57和后表面压力控制盖58以重叠的方式安装在外壳体51的打开端部上。将参照图10A至图10B描述使用这些压力控制盖57和58的方法。
图10A至图10B是用于说明使用图9的压力控制盖57和58的方法的视图。图10A至图10B示出在γ-方向上观看图9的激活模块13状态。
图10A示出在完全关闭时的压力控制盖57和58。前表面压力控制盖57具有径向延伸的多个(此处，或者四个)开口57a。后表面压力控制盖58具有开口58a，开口58a各自具有与前表面压力控制盖57的那些相同的形状和相同的数目。前表面压力控制盖57可相对于后表面压力控制盖58旋转。当压力控制盖57和58完全关闭时，前表面压力控制盖57相对于后表面压力控制盖58旋转，使得开口57a和开口58a彼此不重叠。
图10B示出在完全打开时的压力控制盖57和58。当压力控制盖57和58完全打开时，前表面压力控制盖57相对于后表面压力控制盖58旋转，使得开口57a和开口58a完全彼此重叠。
当压力控制盖57和58部分打开时，前表面压力控制盖57相对于后表面压力控制盖58旋转，使得开口57a和开口58a部分重叠。以此方式，使得激活模块13中的压力是可控制的，因而可以控制含气液体3中的气泡3b的浓度和颗粒大小。
从激活模块13的压力控制盖57和58排出的含气液体3存储在稳定槽14中。
图11是示出了第一实施例的含气液体生成设备的构成的示意图。
该实施例的含气液体生成设备包括通道101、102和103，使得含气液体3如图11所示通过通道101、102和103流动。
通道101将预处理模块11的出口23和气泡核生成模块12的入口33连接。通道102将气泡核生成模块12的出口34和激活模块13的入口54连接。另一方面，由于该实施例中的激活模块13布置在稳定槽14中，因此，未设置将激活模块13和稳定槽14连接的通道。激活模块13从其压力控制盖57和58将含气液体3排出至稳定槽14中。
通道103是将从稳定槽14排出的含气液体3供给至预处理模块11的入口22的通道。通过使用通道103，可以将含气液体3再供给至预处理模块11，并且可以在预处理模块11中混合新气体1和含气液体3。因此，根据该实施例，含气液体3可以依次顺序通过预处理模块11、气泡核生成模块12、激活模块13和稳定槽14重复循环。根据该实施例，可以通过这种循环过程提高含气液体3中的气泡3b的浓度。
(4)第一实施例的含气液体3中的气泡3b
图12是示出了由图1的含气液体生成设备生成的气泡3b的颗粒大小分布的示例的图表。图12示出存储在稳定槽14的含气液体3中的气泡3b的颗粒大小分布。这里，气体1和液体2是氧气和水。
总之，纳米气泡指的是具有小于1μm的颗粒大小的气泡。然而，根据该实施例，如图12所示，发现的是，可以生成具有50至500nm的颗粒大小并且比普通纳米气泡更精细的气泡。根据该实施例，如图12所示，发现的是，可以生成高浓度的颗粒大小为100至200nm的精细纳米气泡。被考虑因素中的一个是在气泡核生成模块12中生成高浓度的气泡核3a。还发现的是，这些纳米气泡具有优选的特征：内压高、ζ电荷的持有量大、热波动很少发生等等。
如以上描述的，该实施例的含气液体生成设备包括：预处理模块11、气泡核生成模块12、和激活模块13，并且气泡核生成模块12包括突出部分(突起物37和凹槽形成构件38)，突出部分从圆柱体部分32的内壁表面突出到通道。
因此，根据本实施例，可以在含气液体3中生成大量的气泡核3a，并且可以生成含有高浓度的精细气泡3b的含气液体3。
(第二实施例)
图13是示出了第二实施例中的气泡核生成模块12的结构的示意图。
除了图4中所示的构成元件以外，图13中的气泡核生成模块12包括超声振荡器39。超声振荡器39在圆柱形部分32的顶端附近安装在上壳体32b上。
超深振荡器39使超声波振动到含气液体中。因此，集合在上壳体32b的内壁表面S附近的过剩气体G使用超声波被辐射，因而促进了过剩气体G溶解到含气液体3中。此外，通过超声波的作用促进了气体1和液体2的分离，因而可以生成更多的气泡核3a。
如以上描述的，根据本实施例，通过在气泡核生成模块12中设置超声振荡器39，还可以进一步提高含气液体生成设备生成气泡核3a和气泡3b的性能。
(第三实施例)
图14是示出了第三实施例的激活模块13的结构的截面图。
图14中的激活模块13包括：容纳壳体61，容纳壳体61是容纳部分的示例；一个或多个喷嘴62、入口63、出口64、过滤器65、和凹槽形成构件66，凹槽形成构件66是突出部分的示例。
容纳壳体61是容纳含气液体3的构件。容纳壳体61包括：圆柱形第一容纳部分61a，其具有第一内径；圆柱形第二容纳部分61c，其位于第一容纳部分61a的下游侧上并且具有比第一内径更小的第二内径；以及渐锥连接部分61b，其将第一容纳部分61a与第二容纳部分61c连接。标记字符σ指示容纳壳体61的中心轴线。
容纳壳体61在第一容纳部分61a具有入口63并且在第二容纳部分61c具有出口64，入口63吸收从气泡核生成模块12排出的含气液体3，出口64将吸收的含气液体3排出至稳定槽14。该实施例的入口63构成为能够直接或可拆卸地附接至气泡核生成模块12的出口34。另一方面，该实施例的出口63构成为使得管67可以可拆卸地附接，管67将含气液体3进给至稳定槽14。管67可以被用于进给液体的另一构件(例如，管道)替换。
喷嘴62是具有将含气液体3喷射到容纳壳体61中的通道的构件。具体地，喷嘴62布置在第一容纳部分61a中并且从入口63吸收的含气液体3喷射到出口64侧。喷嘴62的通道被喷嘴62的内壁表面包围。过滤器(泡沫上浆网)65安装在喷嘴62与入口63之间。
激活模块13的喷嘴62中的每一个是多级式喷嘴并且包括：圆柱形第一级62a，其具有第一内径；圆柱形第二级62c，其位于第一级62a的下游侧上并具有比第一内径更大的第二内径；以及圆柱形第三级62e，其位于第二级62c的下游侧上并具有比第二内径更大的第三内径。即，激活模块13的喷嘴62中的每一个从通道的上游依次包括第一级至第三级62a、62c和62e，并且第一级至第三级62a、62c和62e的第一内径至第三内径设定成使得内径随其前进到通道的下游上的段而变得更大。例如，第一内径、第二内径和第三内径之间的比率设定为7：10：15。
喷嘴62中的每一个还包括：第一外倾部分62b，其具有将第一段62a和第二段62c连接的渐锥形状；第二外倾部分62d，其具有将第二段62c和第三段62e连接的渐锥形状；以及第三外倾部分62f，其设置在第三段62e的下游侧上。
凹槽形成构件66设置在喷嘴62的内壁表面上并且突出到被喷嘴62的内壁表面包围的通道。具体地，在凹槽形成构件66中设置沿着喷嘴62的内壁表面线性延伸的一个或多个凹槽，因此，凹槽形成构件66的凹槽之间的部分突出至通道。例如，凹槽的形状是例如环形的或螺旋形的。凹槽形成构件66可以由与喷嘴62的材料相同的材料形成，或者可以由与喷嘴62的材料不同的材料形成。凹槽可以穿透凹槽形成构件66或者不需要穿透凹槽形成构件66。
该实施例的喷嘴62包括在内壁表面上设置凹槽形成构件66的段，和在内壁表面上未设置凹槽形成构件66的段。具体地，该实施例的凹槽形成构件66仅设置在为最后段的第三段62e上，而没有设置在不是最后段的段的第一段和第二段62a和62c上。因此，前述的凹槽仅设置在第一段至第三段62a、62c和62e中的第三段62e上。
标记字符P4指示容纳壳体61中在喷嘴62与入口63之间的区域。从入口63以高速流动到区域P4中的含气液体3的压力在区域P4中降低。因此，在区域P4的含气液体3中生成空化气泡。尽管前述的气泡3b是由表面张力的作用维持的正常气泡，而空化气泡是中空气泡，该中空气泡由含气液体3的压力的降低生成并且不通过表面张力的作用被维持。
标记字符P5指示容纳壳体61中在喷嘴62与出口64之间的区域。在该实施例中，含气液体3从喷嘴62喷射到区域P5中，因而，在区域P5的含气液体3中生成气泡3b。
这里，将描述第一段至第三段62a、62c和62e的功能。
第一段62a是生成高速和低压的含气液体3流的部分。含气液体3的加速由于第一直径小的事实而实现，并且含气液体3的降压由于含气液体3的压力在区域P5降低而实现。含气液体3的加速和降压的理由在于，根据最近研究结果，认为是，含气液体3速度越增加，压力越降低，最后越可以生成大量的精细气泡3b。
第二段62c是含气液体3中的空化气泡膨胀的部分。当含气液体3通过第二段62c时，含气液体3中的正常微气泡和纳米气泡也膨胀。
第三段62e是空化气泡通过由凹槽形成构件66中的凹槽引起的剪切力压碎以使其为纳米气泡的部分。当含气液体3通过第三段62e时，含气液体3中的正常微气泡也通过剪切力被压碎并变成纳米气泡。
在该实施例中，在是第一段62a与第二段62c之间的边界部分的第一外倾部分62b中并且在是第二段62c与第三段62e之间的边界部分的第二外倾部分62d中，通道的内径迅速地增大。通道的内径的这种迅速增大具有以下作用：使空话气泡的膨胀或压碎和类似物更容易地发生。
激活模块13的喷嘴62中的每一个可以从通道的上游依次包括第一段至第N段，第一段至第N段各自具有第一内径至第N内径(N是2或更大的整数)。即，喷嘴62中的每一个的段的数目可以是除了三以外的任何数目。在该情况下，第一段至第N段的第一内径至第N内径设定成在朝向通道的下游的段的方向上变得更宽。该情况中的喷嘴62中的每一个构造成包括凹槽形成构件66在内壁表面上设置的段，和凹槽形成构件66在内壁表面上未设置的段。例如，该情况下的凹槽形成构件66仅设置在第一段至第N段中的第N段上。
图15A至图15B是示出了图14中的喷嘴62的结构的截面图。
图15A是从沿着图14的M-M’线截取的截面向上观看喷嘴62的截面图并且示出每个喷嘴62的第一段的端部部分的形状。另一方面，图15B是从沿着图14的N-N’线截取的截面向下观看喷嘴62的截面图并且示出每个喷嘴62的第三外倾部分62f的端部部分的形状。
如图15A和15B所示，该实施例的激活模块13包括4个喷嘴62，这些喷嘴62布置成相对于容纳壳体61的中心轴线σ成点对称。激活模块13的喷嘴62的数目可以是除了四以外的任何数字。
图16是示出了图14的激活模块62的结构的截面图。图16示出从与图14的方向相同的方向观察的激活模块13的一个喷嘴62的截面。
标记字符τ指示喷嘴62的中心轴线。字符标记φ1指示第一外倾部分62b的内壁表面相对于中心轴线τ的倾斜角。字符标记φ2指示第二外倾部分62d的内壁表面相对于中心轴线τ的倾斜角。字符标记φ3指示第三外倾部分62f的内壁表面相对于中心轴线τ的倾斜角。该实施例的角φ1、φ2和φ3分别地设定成30度、45度、和22度。
图17是示出了第三实施例的含气液体生成设备的构成的示意图。
在该实施例中，激活模块13的入口63直接附接至气泡核生成模块12的出口34。因此，该实施例的含气液体生成设备不包括将气泡核生成模块12和激活模块13连接的通道。
另一方面，该实施例的激活模块13布置在稳定槽14的外侧。因此，该实施例的含气液体生成设备包括将从激活模块13的出口64排出的含气液体进给至稳定槽14的通道104。前述的管67对应于通道104的示例。
在第一实施例的图11的通道102中，含气液体3在高压力下进给，但是在第三实施例的图17的通道104中，含气液体3在低压力下进给。
图18是示出了第三实施例的改型的含气液体生成设备的构成的示意图。
该变型的含气液体生成设备包括阀201，阀201通过绕过稳定槽14将流经通道104的含气液体3供给至通道103。通过使用该阀201，含气液体3可以依次顺序通过预处理模块11、气泡核生成模块12、和激活模块14重复循环。在该情况下，与含气液体3通过稳定槽14循环的情况相比，使得含气液体3在更短时间内的重复循环是可能的。
该变型的含气液体生成设备还包括阀202，阀202关闭从稳定槽14供给含气液体3到预处理模块11。在使含气液体3通过阀201绕过稳定槽14的情况下，优选地，阀202关闭。
该变型的含气液体生成设备还包括通道105和设置在通道105上的阀203，通道105在不从喷嘴62喷出含气液体3的情况下从激活模块13将激活模块13中的含气液体3抽出。通道105连接至激活模块13的容纳壳体61的区域P4中。激活模块13中的含气液体3通过打开阀203从通道105被抽空。
如以上描述的，该实施例的含气液体生成设备包括：预处理模块11、气泡核生成模块12、和激活模块13，并且气泡核生成模块62包括多段式喷嘴62，所述多段式喷嘴62具有通道和突出部分(凹槽形成构件66)，通道喷射含气液体3，突出部分从圆柱体部分62的内壁表面突出到通道。
因此，根据该实施例，可以通过由激活模块13对含气液体3的加速或降压、以及空化气泡的膨胀、压碎和类似物更容易地生成含有高浓度的精细气泡3b的含气液体3。
以上已通过使用本发明的第一实施例至第三实施例描述了本发明的具体实施例的示例，但是本发明不限于这些实施例。这些实施例可以在不偏离本发明的要旨的范围内通过进行各种改变而实施。本发明的范围包括加入了这些改变的形式。
标记列表：
1：气体，1a：气体分子，
2：液体，2a：液体分子，
3：含气液体，
3a：气泡核，3b:气泡，
11：预处理模块，
12：气泡核生成模块，
13：激活模块，
14：稳定槽，
21：外壳，22：入口，23：出口，
24：主动齿轮，25：从动齿轮，
31：容纳壳体，
32：圆柱形部分，
33：入口，34：出口，
35：轴构件，
36：螺旋通道，
37：突起物，
38：凹槽形成构件，
39：超声振荡器，
41：外壳，41a：手柄，
41b：开口，42：驱动马达，
51：外壳体，52：内壳体，
53：圆柱形部分，
54：入口，55：喷射端口，
56：泡沫喷嘴，
57：前表面压力控制盖，
58：后表面压力控制盖，
61：容纳壳体，
61a：第一容纳部分，
61b：连接部分，
61c：第二容纳部分，
62：喷嘴，62a：第一段，
62b：第一外倾部分，
62c：第二段，
62d：第二外倾部分，
62e：第三段，
62f：第三外倾部分，
63：入口，64：出口，65：过滤器，
66：凹槽形成构件，
67：管，
101、102、103、104、105：通道，
201、202、203：阀

Claims (18)

1.一种含气液体生成设备，包括：
气体/液体混合模块，所述气体/液体混合模块构造成使气体和液体混合以生成含气液体；
第一喷射模块，所述第一喷射模块构造成喷射从所述气体/液体混合模块供给的所述含气液体；以及
第二喷射模块，所述第二喷射模块构造成喷射从所述第一喷射模块供给的所述含气液体以在所述含气液体中生成气泡，
其中，所述第一喷射模块包括：
容纳部分，所述容纳部分构造成容纳所述含气液体；
圆柱形部分，所述圆柱形部分具有通道，所述通道构造成将所述含气液体喷射到所述容纳部分中；以及
突出部分，所述突出部分设置在所述圆柱形部分的内壁表面上以突出到所述通道中。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述突出部分包括一个或多个突起物，所述一个或多个突起物从所述圆柱形部分的内壁表面朝向所述通道以杆状突出。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述突起物包括多个第一突起物，所述多个第一突起物布置在与所述圆柱形部分的轴向方向垂直的第一截面中。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，
所述突起物包括多个第二突起物，所述多个第二突起物布置在与所述圆柱形部分的轴向方向垂直并且与所述第一截面不同的第二截面中；并且
所述第一突起物与所述第二突起物沿所述圆柱形部分的轴向方向布置在彼此不重叠的位置处。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述突出部分包括凹槽形成构件，所述凹槽形成构件具有沿着所述圆柱形部分的内壁表面线性延伸的凹槽。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述圆柱形部分的顶端部分的内径设定成在朝向所述通道的下游的方向上变得更宽。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述容纳部分在所述圆柱形部分的顶端附近处的内壁表面的形状是凹形弯曲表面。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，
所述圆柱形部分的外壁表面与所述容纳部分的内壁表面之间的间隙用作用于从所述圆柱形部分喷射的所述含气液体的通道；并且
所述圆柱形部分的外壁表面与所述容纳部分的内壁表面之间的距离设定成在朝向所述通道的下游的方向上变得更窄。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述容纳部分包括：
第一构件，所述第一构件安装在所述圆柱形部分上以包围所述圆柱形部分的外壁表面；以及
第二构件，所述第二构件在所述圆柱形部分的顶端附近安装在所述第一构件上并且能够可拆卸地附接至所述第一构件。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述圆柱形部分连接至多个螺旋通道，所述多个螺旋通道构造成将所述含气液体喷射到所述圆柱形部分中。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一喷射模块包括超声振荡器，所述超声振荡器在所述圆柱形部分的顶端附近安装在所述容纳部分上。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气体/液体混合模块包括：
第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮彼此啮合；以及
外壳，所述外壳容纳所述第一齿轮和所述第二齿轮，
其中，所述气体/液体混合模块使所述气体和所述液体流动到所述外壳中，在所述外壳与所述第一齿轮和所述第二齿轮之间通过以被混合，并且所述气体/液体混合模块将所述含气液体从所述外壳排出。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二喷射模块包括：
容纳部分，所述容纳部分构造成容纳所述含气液体；
一个或多个喷嘴，每个喷嘴均具有通道，所述通道构造成将所述含气液体喷射到所述容纳部分中；以及
突出部分，所述突出部分设置在每个喷嘴的内壁表面上以突出到所述通道，
其中，
所述喷嘴中的每一个从所述通道的上游依次包括第一段至第N段，其中，N是2或更大的整数，所述第一段至第N段分别具有第一内径至第N内径；并且
所述第一段至第N段的第一内径至第N内径设定成在朝向所述通道的下游段的方向上变得更宽。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述第一段至第N段包括所述突出部分设置在所述内壁表面上的段，以及所述突出部分不设置在所述内壁表面上的段。
15.根据权利要求13所述的设备，其中，设置在所述第二喷射模块中用于所述含气液体的入口能够直接地并可拆卸地附接至设置在所述第一喷射模块中用于所述含气液体的出口。
16.根据权利要求1的设备，其中，所述第一喷射模块喷射从所述气体/液体混合模块供给的所述含气液体以在所述含气液体中生成气泡核。
17.一种喷射含气液体的含气液体喷射模块，包括：
容纳部分，所述容纳部分构造成容纳所述含气液体；
圆柱形部分，所述圆柱形部分具有通道，所述通道构造成将所述含气液体喷射到所述容纳部分中；以及
突出部分，所述突出部分设置在所述圆柱形部分的内壁表面上以突出至所述通道。
18.一种含气液体喷射模块，所述含气液体喷射模块喷射含气液体以在所述含气液体中生成气泡，包括：
容纳部分，所述容纳部分构造成容纳所述含气液体；
一个或多个喷嘴，每个喷嘴均具有通道，所述通道构造成将所述含气液体喷射到所述容纳部分中；以及
突出部分，所述突出部分设置在每个喷嘴的内壁表面上以突出到所述通道，
其中，
所述喷嘴中的每一个从所述通道的上游依次包括第一段至第N段，其中，N是2或更大的整数，所述第一段至第N段分别具有第一内径至第N内径；并且
所述第一段至第N段的第一内径至第N内径设定成在朝向所述通道的下游段的方向上变得更宽。
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