CN107261875A - 一种微细及超微细气泡产生模块及其应用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微细及超微细气泡产生模块及其应用装置，是由上气液混合腔体部、模块腔体以及下微细气泡产生腔体部组成；上气液混合腔体部为锥形体，直径上大下小，上方配置出口溢流孔；下微细气泡产生腔体部亦为锥形体，直径上小下大，下方配置进口溢流孔；上气液混合腔体部与下微细气泡产生腔体部配置于模块腔体内，模块腔体具有进口、出口以及泄压口；上气液混合腔体部主要功能为使气液混合，下微细气泡产生腔体部主要功能为产生微细及极微细气泡，模块腔体功能为引导自出口溢流孔流出的液体至进口溢流孔以及增加气液互混作用时间。

Description

一种微细及超微细气泡产生模块及其应用装置
技术领域
本发明涉及一种气泡产生技术领域，特别是一种微细及超微细气泡产生模块及其应用装置，尤其一种将气泡产生机制整合排列因而可产生高浓度及高稳定度的细气泡(数微米至数百微米)及极微细气泡(数十奈米数百奈米)，可以让气泡在水中更加细小的微细及超微细气泡产生模块及其微细及超微细气泡产生模块应用装置。
背景技术
气泡产生的机制大致有以下几种：搅拌法、加压溶解法、涡流、空腔效应以及文氏管。搅拌法可以人工或机械动力将水与气体快速搅动而产生大量气泡。大自然的实例为鲑鱼及鳟鱼回游的河流曲道弯折同时河道中石头及阻碍物极多，这些石头在水流动时自然形成固定式搅拌器将水与空气混合造成高含氧量的河流，适合鲑鱼及鳟鱼等需高水中含氧量而存活的鱼类，养鱼池中的水车亦是相同的功能。加压溶解法则为在高压下水中气体溶解度增加，一旦压力下降气体则释出产生大量气泡。大自然中常见到的白色浪花即是海浪互撞或撞击岩石或船体，增压及减压下产生大量白色泡沬，瀑布下水从高处流下撞击水池中的水而产生大量白色泡沬。涡流法利用角速度产生漩涡及空腔效应，因此可气液混合的液体产生大量气泡。涡流的产生可用类似螺桨类的叶片或类似螺丝的螺纹，日常观察到的现象如：船舶螺旋桨推进器产生的涡流及导致空腔效应，大量气泡产生，造成叶片损耗。文氏管则为液体从较大管径流过较小管径通道时流速增大，因而造成内压力下降，气泡也可从气液混合的液体中释出。
如美国专利US7997563，本专利的微米气泡产生装置使用叶片式涡流产生机制，此一涡流叶片装置与涡流破坏机制的文氏管装置在同轴上，在叶片装置的中心有一气体导入孔，气液混合经由叶片产生涡流。
如美国专利US7874546B2，本专利的奈米气泡产生装置使用螺旋状信道的涡流产生机制，涡流破坏机制则装置在气液混合槽的出口。
如美国公开发明案US2011/0168210A1，本发明的微米气泡产生装置使用多孔性材料的微米通道，该多孔性材料的孔径大约在10到1000奈米左右，高压氧气经这些微米通道注入液体中而产生细微气泡。
如美国专利US8939436B2，本专利的微米气泡产生装置主要为一气液混合室，液体以环状绕流方式导入混合室，此一绕壁而流的环状液体造成气液混合室中心部位的负压力，由此效应将气体引入并和液体混合产生细微气泡。
如日本专利3762206及台湾专利TWI162312，这些专利的微米气泡产生装置使用螺旋状信道的涡流产生机制，涡流破坏机制则为装置在气液混合室的壁上的杆状物，此一涡流产生装置与涡流破坏机制都装置在同一气液混合室内，气液在气液混合室前方以负压力方式引入气体到液体中。
本发明利用简单的异向双锥体结构，加上径向液流口设计整合搅拌法、加压溶解法、涡流、空腔效应以及文氏管等机制组合排列成一化繁为简，仿大自然、高效率的微细(fine bubble)及超微细气泡(ultrafine bubble)产生模块。
发明内容
为了解决上述问题，提供一种微细及超微细气泡产生模块，由上气液混合腔体部，模块腔体及下微细气泡产生腔体部所组成，其包含：上气液混合腔体部为锥形体，直径上大下小，上方配置多个出口溢流孔。下微细气泡产生腔体部亦为锥形体，直径上小下大，下方配置多个进口溢流孔。上气液混合腔体部与下微细气泡产生腔体部配置于模块腔体内，此模块腔体有进口、出口及泄压口。上气液混合腔体部功能主要为使气液混合，下微细气泡产生腔体部主要功能为产生微细及极微细气泡。模块腔体功能为导引自出口溢流孔流出的液体至进口溢流孔及增加气液互混作用时间。
本发明利用简单的异向双锥体结构，加上径向液流口设计整合搅拌法、加压溶解法、涡流、空腔效应以及文氏管等机制组合排列成一化繁为简，仿大自然、高效率的微细(fine bubble)及超微细气泡(ultrafine bubble)产生模块。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术作附图说明：
图1为本发明气泡产生模块的流程示意图；
图2为本发明气泡产生模块的剖面示意图；
图3a～3j为本发明气泡产生模块分项组件的剖面示意图；
图4为本发明气泡产生模块应用装置的示意图。
具体实施方式
本发明主要揭露一种双锥体微细及超微细气泡产生模块与气液混合应用装置，通过化繁为简的创新设计使其能完成搅拌法、加压溶解法、涡流、空腔效应以及文氏管等机制产生稳定高浓度的微细(fine bubble)及超微细气泡(ultrafine bubble)。同时，以下文中所对照的附图，主要表达与本发明特征有关的结构示意，并未亦不需要依据实际尺寸完整绘制，在先说明。
如图1所示，为本发明所提出的一种微细及超微细气泡产生流程示意图。液体通过减压将气体混入液体中，气体亦可通过加压送入液体中。气液初步混合后通过一输送装置注入一气液混合腔内。在此气液混合腔内通过加压溶解及循环搅拌混合使大量气体充分混入液体中。此气液混合体溢流至细微及超细微气泡产生腔体，在此腔体中通过涡流及空腔效应产生大量细微及超细微气泡。
如图2所示，为本发明所提出的一种微细及超微细气泡产生模块的剖面示意图，由模块腔体20、进口10、上气液混合腔体部30、出口溢流孔31、下微细气泡产生腔体部40、进口溢流孔41、出口60及泄压口50所组成。上气液混合腔体部30则是设置于第一容置空间20内，上气液混合腔体部30具有多个出口溢流孔31。气液混合体由进口10进入上气液混合腔体部30内，部分气体会释出在模块腔体20及上气液混合腔体部30上部形成一气室(未图示)。此一气室的压力逐步增加至大于3Bar，压力过高时部分气体会由泄压口50释放。泄压口50的高度必须与出口溢孔31等水平或较高。上气液混合腔体部30的构造为一直径上大下小的锥形体，其由大变小可为线性或非线性。气液混合体进入此一腔体由于上大下小的构造可产生加压溶解机制使大量气体先溶入水中。当此一高气体浓度的气液混合体回流至出口溢流孔31时，压力因直径变大以及气室而下降，部分气泡在气液混合体中产生。此一气液混合体在模块腔体20中持续作气液搅拌混合作用，然后经由进口溢流孔41以径向切角流入下微细气泡产生腔体部40，下微细气泡产生腔体部40的构造为一直径上小下大的锥形体，其由小变大可为线性或非线性。气液混合体进入此一腔体由于上小下大的构造，以径向切角流入的气液混合体角速度由下而上将逐步加快，造成涡流及空腔效应。最后从出口60流出。
如图2所示，此一模块腔体20包含进口10、出口60及泄压口50。此一模块腔体20如经由3D制作，则可为一完整腔体。制作时可包含完整上气液混合腔体部30及下微细气泡产生腔体部40。此一模块腔体20亦可由如图3a所示的上腔体21及下腔体22两部分组合而成。上、下两腔体可由公母螺纹连接并加上O-ring以防漏。上、下两腔体的连接方式亦可通过超声波或热熔接接合。如图3b所示，为上气液混合腔体部30，此一腔体具有多个出口溢流孔31，数量并不多加以限制。如图3b所示，腔体内部造型可为线型、或如图3c所示为抛物线型、或如图3d所示为梯田型，但直径必须上大下小逐步变化。底部造型则可为平底或拋物线型。如图3f所示，为下微细气泡产生腔体部40，此一腔体具有多个进口溢流孔41，数量并不特别加以限制。图3e至3g所示，显示腔体内部造型可为线型、抛物线型或梯田型，但直径必须上小下大逐步变化。顶部造型则可为平底或拋物线型。此腔体顶部及侧壁可为光滑面，内壁亦可加上固定式搅拌结构43。如图3h至3j所示，显示其进口溢流孔41可作成垂直于侧壁的开口，亦可作成近似与侧壁形成切线的开口，如此可造成进入的液体沿圆周运行形成涡流。其角速度由于上下直径差异由下而上逐步加速。其圆周切线与开口的角度α远小于90度。切线开口方向可调整使液体形成顺时针或逆时针的涡流。
如图2所示，为本发明所提出的微细及超微细气泡产生模块1的组合剖面示意图，其中，于模块腔体20的上气液混合腔体部30的上缘对应于模块腔体20的内壁接触的部分，具有相对应的构形，据此，使上气液混合腔体部30设置在模块腔体20空间内时使上气液混合腔体部30呈现一密闭状态，据此，使上气液混合腔体部30内的水或液体，会从出口溢流孔31流出，进而落入到模块腔体20，接着，再从进口溢流孔41流入下微细气泡产生腔体部40内。
本发明所提出的微细及超微细气泡产生模块中，上气液混合腔体部30的内容积可以视流量而加以调整。较佳的方式是，上气液混合腔体部30的内容积大于下微细气泡产生腔体部40的内容积。上气液混合腔体部30主要功能为使气体及液体充份互混并通过加压溶解而形成一高气体浓度的气液混合液体。部份气体在上气液混合腔体部30内释出在腔体上方形成一气室(未图示)，由进口10输入的气液混合液体将直接通过气室撞击到液面，进一步形成一瀑布加压溶解效应。下微细气泡产生腔体部40的主要功能为形成涡流及空腔效应产生微细气泡，因此内容积较上气液混合腔体部30为小，以增加流体速度。而在另一实施例中，模块腔体20的实质内容积于容置了上气液混合腔体部30及下微细气泡产生腔体部40之后，其所剩余的空间大于上气液混合腔体部30的内容积。此外，出口溢流孔31与进口溢流孔41的开孔数与大小，可以视流量的大小而有所调整。
如图2所示，为本发明所提出的微细及超微细气泡产生模块1的组合剖面示意图，其中，位于模块腔体部20内的微细气泡产生腔体部40与模块腔体部20的内壁接触的部分，具有相对应之构形，据此，使微细气泡产生腔体部40设置于模块腔体部20空间内时使微细气泡产生腔体部40呈现一密闭状态，据此，使微细气泡产生腔体部40内的气液混合液体，会从出水口60流出。
如图2所示，为本发明所提出的微细及超微细气泡产生模块1的组合剖面示意图，其中，位于模块腔体20内的泄压口50位置宜高于出口溢流孔31，以利于高压气体释出及减少液体释出。而下微细气泡产生腔体部40的进口溢流孔41必须低于出口60的高度。下微细气泡产生腔体部40的下侧内壁与出口60的外壁狭窄间距有利于涡流的形成，本间距可依流量及压力作弹性调整。
如图4所示，为本发明所提出的另一种微细及超微细气泡产生模块应用装置2，包含有一液体槽100、一气体槽200、一混合槽300、一马达400以及一微细及超微细气泡产生模块1。其中，混合槽300分别与液体槽100、气体槽200相连通，液体槽100用以输入水或液体至混合槽300中，气体槽200是用以输入特定气体至混合槽300中使气体与液体混合成含有气泡的水或液体，再由马达400将混合槽300中含有气泡的水或液体输入至微细及超微细气泡产生模块1中，其中，在此所描述的微细及超微细气泡产生模块1包含前述的任一项特征，在此则不再赘述。
其中，混合槽300包含一文氏管(未图示)，分别连接液体槽100与气体槽200，用以使液体槽100输入的水或液体在文氏管内减压，以利于吸入气体槽200输入的特定气体，形成初步的混合，产生一含有气泡的水或液体，后续，再通过微细及超微细气泡产生模块1，并由前所述的加压溶解、搅拌、文氏管、涡流、以及空腔效应的整合产生大量微细及超微细的气泡于水或液体中。文氏管的狭窄处管径与气体入口交会处亦可使用多孔性陶瓷、碳材、塑料、玻璃或金属材料使进入气体的气泡更细小。
要特别说明的是，由本发明所提及的微细及超微细气泡产生模块应用装置，可适用于水、酒、果汁、咖啡、茶等饮料，气体若是使用氮气或氢气，则通过本发明的气液混合应用装置，可以使果汁更保鲜，延后其氧化的时间，若使用于咖啡，则可防止咖啡的氧化，酸味可以有效获得去除，超细微气泡亦可增加味蕾的接触面积使口感跟风味都达到最佳效果。如果气体是空气或氧气，则可加速红酒的氧化促进口感。
此外，也要特别说明的是，在此所述的气体槽200，其主要目的在于提供诸如二氧化碳、氧气、氮气或氢气等气体，当然，其形态除了用钢瓶以外，还可以使用电解法、或化学作用生成的方式产生特定的气体。
另一方面，还可以包含一节流阀500，与微细及超微细气泡产生模块1的出口60相连接，较佳的方式是，此节流阀500的管径小于出口60，据此，可以调节压力的大小。
以上所述仅为本发明较佳的实施方式，并非用以限定本发明的权利要求；同时以上的描述，对于相关技术领域专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求中。

Claims (10)

1.一种微细及超微细气泡产生模块，其特征在于：由一上气液混合腔体部、一模块腔体及一下微细气泡产生腔体部所组成；所述的上气液混合腔体部为一锥形体，直径上大下小，上方配置多个出口溢流孔；一下微细气泡产生腔体部亦为一锥形体，直径上小下大，下方配置多个进口溢流孔；所述的上气液混合腔体部与所述的下微细气泡产生腔体部配置在所述的模块腔体内，所述的模块腔体具有一进口、一出口，及一泄压口；所述的上气液混合腔体部功能主要为使气液混合，所述的下微细气泡产生腔体部主要功能为产生微细及极微细气泡；所述的模块腔体功能为引导自所述的出口溢流孔流出的液体至所述的进口溢流孔及增加气液互混作用时间。
2.根据权利要求1所述的一种微细及超微细气泡产生模块，其特征在于：所述的上气液混合腔体部内缘侧壁为一上大下小的锥形体，其形状可为线性或曲线，其内缘底部形状可为平底或曲线，所述的出口溢流孔位置不得高于所述模块腔体内的所述泄压口。
3.根据权利要求1所述的一种微细及超微细气泡产生模块，其特征在于：所述的上气液混合腔体部位在所述的模块腔体的所述液体进口正下方。
4.根据权利要求1所述的一种微细及超微细气泡产生模块，其特征在于：所述的下微细气泡产生腔体部内缘侧壁为一上小下大的锥形体，其形状可为线性或曲线，其内缘顶部形状可为平顶或曲线，其内缘侧壁及顶部可为光滑面，其中所述的进口溢流孔位置不得高于所述模块腔体内所述的液体出口。
5.根据权利要求1所述的一种微细及超微细气泡产生模块，其特征在于：所述的下微细气泡产生腔体部的进口溢流孔可形成一同方向沿轴切线，于同方向沿轴切线的进水口结构，流入气液混合体将沿壁形成迴旋狀涡流。
6.根据权利要求1所述的一种微细及超微细气泡产生模块，其特征在于：所述的模块腔体的内部容积扣除所述上气液混合腔体部加上所述下微细气泡产生腔体部外部总容积后大于所述上气液混合腔体部加上所述下微细气泡产生腔体部的内部总容积。
7.根据权利要求1所述的一种微细及超微细气泡产生模块，其特征在于：所述的上气液混合腔体部的内容积大于所述下微细气泡产生腔体部的内容积。
8.一种微细及超微细气泡产生模块应用装置，包含有一液体槽、一气体槽、一混合槽、一马达以及一微细及超微细气泡产生模块，其特征在于：所述混合槽分别与所述液体槽、所述气体槽相连通，用以输入液体及气体于所述混合槽中混合，再由所述的马达将所述混合槽中混合后的气液体输入一气液混合腔体，所述的气液混合腔体包含具有如权利要求1至7中任一项所述的微细及超微细气泡产生模块。
9.根据权利要求8所述的一种微细及超微细气泡产生模块应用装置，其特征在于：所述的混合槽是通过一文氏管连接所述的液体槽与所述的气体槽。
10.根据权利要求8所述的一种微细及超微细气泡产生模块应用装置，其特征在于：包含一节流阀，与所述的气液混合腔体的一出水溢流孔相连接。
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