CN107708849A - 气泡产生设备及装置 - Google Patents

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Abstract

一种超微细气泡产生设备在此被公开，其包括一层微细阵列多孔膜及一个用于在液体中产生多个实质均一的超微细气体气泡的装置。所述微细阵列多孔膜包括多个具有小于100μm且实质上均一而具有小于20％的变化量的尺寸的孔洞。由所述超微细气泡产生设备产生的所述超微细气泡可以具有50nm至50000nm且小于20％变化量的实质上均一分布的尺寸。所述超微细气泡产生设备的应用也在此被公开，其包括一种肌肤清洁装置及牙齿清洁装置。所述清洁装置皆包括这样的超微细气泡产生设备。

Description

气泡产生设备及装置
背景技术
空气气泡(air bubbles)或气体气泡(gas bubbles)能以数种方式在液体(例如水)中产生。举例来说，沸水或空化(cavitation)可以产生大量空气气泡。在液体中控制气体气泡的产生或/及消失的技术已被广泛地应用在不同领域中，例如污水处理(借由提供大量的氧气并质传至废水中)、工业清洁(借由在用来清洁污染物的清洗液中产生受控制的声空化现象)、工业混合(借由破坏及均质在液态溶液中的悬浮粒子),及生物医学工程(例如，在冲击波碎石术中破坏肾结石)。
发明内容
本发明涉及一种超微细气泡产生设备或系统，包含一层微细阵列多孔膜及其实际的应用。
利用发泡材料来产生气体气泡是可行的。现有的发泡材料可以具有0.5至8mm的孔洞尺寸，且可以具有14至3100/mm的比表面积。然而，这些发泡材料的孔洞尺寸具有大的变化量，举例来说，大于100％。
在此公开的一些实施例包含高的表面积对体积比的微细阵列多孔材料。所述微细阵列多孔材料可以是微细阵列膜。所述微细阵列膜具有10μm至50000μm的厚度，且较佳地，为100μm至1000μm。所述微细阵列多孔材料可以具有大于100cm2的表面积，例如20cm×20cm。所述孔洞的尺寸可以是，举例来说，小于约100μm，且较佳地，小于约25μm。相较于现有的发泡材料，于本文公开的微细阵列多孔材料中的所述孔洞的尺寸实质上均一而具有小于约20％的变化量，且较佳地，小于约10％。在一些实施例中，所述微细阵列多孔材料可以包括多个晶界区域且所述晶界区域填充有固态物质或膜，以增加所述微细阵列多孔材料的机械强度，其中，所述比表面积高于410/mm、尺寸变化量小于约10％，且所述晶界区域的尺寸为约5μm至15cm。在一些实施例中，所述微细阵列多孔材料可以具有少的晶界区域或不具有晶界区域。
一个用于产生微细气体气泡的设备在此被公开，更详细地说，一个用于在液体中产生实质均一的超微细气体气泡的设备在此被公开。所述设备可以包括一层具有高于约410/mm的比表面积的微细阵列多孔膜，且所述比表面积取决于不同的孔洞尺寸。所述微细阵列多孔膜包括多个孔洞，其中，所述多个孔洞具有小于约100μm的尺寸，且较佳地，小于约25μm。所述多个孔洞的尺寸实质上均一而具有小于约20％的变化量，且较佳地，小于约10％。在一些实施例中，所述设备中的所述微细阵列多孔膜可以是由聚合物、陶瓷、金属或复合材料所制成。举例来说，所述设备中的所述微细阵列多孔膜可以是由SiO2、TiO2、Al2O3或ZnO所制成。
在此公开的所述超微细气泡产生设备也包括一个用于在液体中产生超微细气体气泡的装置。所述用于产生超微细气体气泡的装置是被配置来推动包含在位于所述微细阵列多孔膜的一个第一侧上的所述液体中的气体气泡穿透至所述微细阵列多孔膜的一个第二侧，以在位于所述微细阵列多孔膜的第二侧上的所述液体中产生超微细气体气泡。
在一些实施例中，所述用于产生超微细气体气泡的装置包括一个高压液体注入器。所述高压液体注入器被配置来对所述液体施予压力，以使所述液体从所述微细阵列多孔膜的所述第一侧穿透至所述微细阵列多孔膜的第二侧，而产生超微细气体气泡。在所述微细阵列多孔膜的第一侧的液体可以包含大量的大气体气泡，且所述大气体气泡的尺寸大于50μm。在液体与气体气泡间的体积比例可以是，举例来说，1:1至10000:1，且较佳地，20:1至500:1。
在一些实施例中，所述用于产生超微细气体气泡的装置包括一个超音波震荡器，其中，所述超音波震荡器设置在所述微细阵列多孔膜的第一侧且位于一个指向所述微细阵列多孔膜的位置。所述超音波震荡器被配置在频率高于20KHz下运作，较佳地，所述频率为80KHz至200KHz。所述超音波震荡器被配置在功率低于0.5W/cm2下运作，较佳地，所述功率为0.01W/cm2至0.1W/cm2。
位于所述微细阵列多孔膜的第一侧的所述大气体气泡因水压及/或来自所述超音波的震荡而通过(traverse)所述膜，且在所述微细阵列多孔膜的第二侧产生多个实质上均一的超微细气泡。所述超微细气泡的尺寸是可以借由选择具有预定(desired)孔洞尺寸的所述微细阵列多孔膜来调整。
在一些实施例中，所述液体可以是水。在一些实施例中，所述液体可以是有机溶剂，例如EtOH(乙醇)、ACE(丙酮)、IPA(异丙醇)及甲苯。在一些实施例中，所述液体可以是油。在一些实施例中，所述气体气泡可以是空气气泡，且在其它实施例中，所述气体气泡可以是由例如CO2、N2或非活性气体等气体所制成。
在一些实施例中，所述微细阵列多孔膜可以是经过表面处理的，以改善产生超微细气体气泡的效率，且所述表面处理取决于所述微细阵列多孔膜的组成及所使用的所述液体的种类。在一些需要在高黏度的液体(例如油)中产生超微细气体气泡的实施例中，所述微细阵列多孔膜可以是经过表面处理而变为疏水性或亲油性，以减少所述液体在所述微细阵列多孔膜的表面上因电渗现象产生的静电吸附，而促进气体气泡流过所述微细阵列多孔膜。在一些所述微细阵列多孔膜是由金属(例如铝、钛、镍及铜)、陶瓷(例如TiO2、Al2O3及ZnO)或聚合物(例如聚苯乙烯和硅胶)所制成的实施例中，疏水性基团可以是经由所述微细阵列多孔膜的羟基与还包含所述疏水性基团的界面活性剂的亲水基间的脱水作用(dehydrolysis)而被加入至所述微细阵列多孔膜的表面。在一个例子中，由铜(包含在所述表面上的CuO或Cu2O)所制成的微细阵列多孔膜可以是用全氟辛基三乙氧基硅烷进行表面处理，以使所述多孔膜的表面成为疏水性。在一些使用低黏度的液体(例如水)的实施例中，所述微细阵列多孔膜可以是经过表面处理而变为亲水性，且所述微细阵列多孔膜的表面的电位是被设计(configured)等于所述气体气泡的电位，以促进经由所述液体与所述微细阵列多孔膜间的电渗所调节的所述气体气泡流通。
附图说明
图1说明一个微细气泡产生设备；
图2说明在一些实施例中一个包含一个高压液体注入器的微细气泡产生设备；
图3说明一个包含一个超音波震荡器的微细气泡产生设备；
图4说明一个具有一个超微细气泡产生设备的肌肤清洁装置；及
图5是一个图，说明一个具有一个超微细气泡产生设备的牙齿清洁装置。
具体实施方式
在此公开的实施例提供一个被配置来产生超微细空气气泡的设备或系统，且所述微细空气气泡例如尺寸小于50μm，举例来说，直径小于10μm。超微细空气气泡的尺寸取决于孔洞尺寸，且是被估计在孔洞尺寸的±20％附近。举例来说，具有孔洞尺寸为50μm的设备可以产生多个尺寸约为40至60μm的超微细空气气泡。这些超微细空气气泡可以在水中缓慢地浮动。所述超微细空气气泡中的一些可以溶解至所述水中，以增加所述水中的溶氧量(levels of dissolved oxygen)。所述气泡也会快速地破裂，且当大量的气泡破裂时，大量的热会在所述过程中产生。在一些例子中，所述空气气泡的破裂也会在所述水中产生超音波及/或负离子等。
被所述超微细空气气泡所携带的溶氧及经由所述超微细气泡破裂所产生的热、超音波及/或负离子可以有各种健康好处，因此，所述超微细气泡可以用于化妆品或卫生保健中。举例来说，直径小于10μm的超微细气泡可以容易地渗入肌肤的孔洞内，因此，在一些实施例中，被所公开的设备产生的所述超微细空气气泡可以被用于肌肤清洁产品中，以从肌肤的孔洞中深层清洁脏污、油及化妆品，而避免痤疮症状的形成或缓解所述痤疮症状。在另一例子中，在水中的超微细气泡的破裂可以产生大量的热、超音波及/或负氧离子，而可以具有治疗效果，因此，在一些其它实施例中，被所公开的设备所产生的超微细气泡可以被用于肌肤保健、肌肤清洁、美白、肌肤保湿、改善弹性、缓解运动员的脚、痤疮治疗及湿疹治疗的治疗产品中。
图1说明一个微细气泡产生设备。所述设备100包含一层微细阵列多孔膜101、一个在所述微细阵列多孔膜101的第一侧填充有包含大量气体气泡的液体的第一腔室102、一个设置于所述第一腔室102的一端且用于产生多个超微细气体气泡103的装置，以及一个包含具有超微细气泡的液体的第二腔室104。所述微细阵列多孔膜的放大图显示于105中。所述微细阵列多孔膜可以具有10μm至50000μm的厚度，且较佳地，具有100μm至1000μm的厚度。所述微细阵列多孔膜可以具有大于100cm2的表面积，例如20cm×20cm。所述孔洞的尺寸可以是，举例来说，小于约100μm，且较佳地，小于约25μm。所述孔洞的尺寸实质上均一而具有小于约20％的变化量，较佳地，小于约10％。选择在所述微细阵列多孔膜中的所述孔洞的不同尺寸以调整产生的所述超微细空气气泡的尺寸，例如50nm至50000nm。
图2说明依据一些实施例的一个微细气泡产生设备，且所述微细气泡产生设备包含一个高压液体注入器。在所述设备200中，高压液体注入器203是所述用于产生多个超微细气体气泡的装置，且实质上会推动在所述第一腔室202中的所述包含大量气体气泡的液体通过所述微细阵列多孔膜201，以在所述第二腔室204中产生超微细气体气泡。在一些实施例中，所述液体可以是水，且所述气体气泡可以是空气气泡。在这些实施例中，所述高压水注入器在压力小于100Pa下运作，且较佳地，压力为0.1Pa至10Pa。在高压下的水可以包括大量的大空气气泡，举例来说，尺寸大于50μm。在水及空气气泡间的体积比例可以是1：1至10000：1，且较佳地，约20：1至500：1。在一些实施例中，其它液体，例如有机溶剂及油，可以被使用。有机溶剂例如包括EtOH(乙醇)、ACE(丙酮)、IPA(异丙醇)及甲苯。压力需要依据所使用的液体的种类做调整。过度的高压会使得所述微细阵列多孔膜破裂。
在一些实施例中，一个超音波震荡器是被包括在一个超微细气泡产生设备中。参阅图3，一个超音波震荡器303设置在填充有包含大量气体气泡的液体的一个第一腔室302的一端，且位于一个指向所述微细阵列多孔膜301的位置，并实质上让由所述超音波震荡器303所释放的超音波推动在所述第一腔室302中的气体气泡通过所述微细阵列多孔膜301，以在被容纳在所述第二腔室304中的所述液体中产生超微细气体气泡。[在图3中，所述第二腔室304较佳地如图1及2中所绘制。]所述超音波震荡器可以被配置在频率大于20KHz下运作，较佳地，所述频率为80KHz至200KHz，且所述超音波震荡器被配置在功率小于0.5W/cm2下运作，较佳地，所述功率为0.1W/cm2至0.01W/cm2。
在包含有一个高压液体注入器的实施例及包含有一个超音波震荡器的实施例中，位于所述微细阵列多孔膜的第一侧的大量气体气泡在水压下及/或由于来自超音波的震荡而通过所述微细阵列多孔膜，且在所述微细阵列多孔膜的第二侧产生实质上均一的超微细空气气泡。举例来说，在所述微细阵列多孔膜的第二侧所产生的所述超微细气泡可以具有一个约在±20％内的直径分布。所述气泡的尺寸可以借由选择具有预定(desired)孔洞尺寸的膜来调整。
在一些实施例中，所述微细阵列多孔膜可以经过表面处理而变为亲水性或疏水性，且所述表面处理取决于所使用的液体的性质及种类。在一些使用高黏度的液体的实施例中，所述微细阵列多孔膜可以经表面处理而变为疏水性，以通过减少所述液体在所述微细阵列多孔膜的表面上的静电吸附，而促进气体气泡流过所述微细阵列多孔膜。在一些使用低黏度的液体(例如水)的实施例中，所述微细阵列多孔膜可以是经过表面处理而变为亲水性，且所述微细阵列多孔膜的表面的电位是被设计(configured)等于所述气泡的电位，以促进所述气体气泡借由在所述液体与所述微细阵列多孔膜间的电渗透的流通。
图4说明一个肌肤清洁装置400，且所述肌肤清洁装置400包含一个微细气泡产生单元401。所述微细气泡产生单元401设置在所述肌肤清洁装置400的一个头单元内，且被配置来推动包含大空气气泡的肌肤清洁液向外通过一层微细阵列多孔膜402，以在可控的方式下产生包含超微细空气气泡的肌肤清洁液。一个高压液体注入器或一个超音波震荡器可以被用来达到所述目的。经由这个肌肤保健设备所产生的所述超微细空气气泡可以携带增加的氧气及负离子，且也可以容易地渗入肌肤的孔洞中，以进行深层清洁及美容保健。这个肌肤清洁装置还包含多个毛刷403，且所述毛刷403垂直地设置在所述微细阵列多孔膜402的外表面。在一些实施例中，所述多个毛刷包含多条微细阵列多孔细丝，且所述毛刷的直径小于1μm，而可以进一步提高由所述肌肤清洁装置所产生的超微细气泡所带来的有益效果。
图5是一个图，说明一个牙齿清洁装置500，所述牙齿清洁装置500包含一个超微细空气气泡产生单元502及一个水喷头单元504。所述水喷头单元504被配置来和所述超微细空气气泡产生单元502连接，使得包含多个由超微细空气气泡产生单元502产生的超微细空气气泡的牙齿清洁液体被转移至所述水喷头单元且被所述水喷头单元加速以清洁牙齿(for dental floss)。在一些实施例中，所述水喷头单元504还包含类似于图4中的毛刷的微细阵列多孔材料，当使用喷水器(water jet)来清洁时所述微细阵列多孔材料可以刷牙。
惟以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡是依本发明申请专利范围及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (22)

1.一种设备，用于在液体中产生多个实质上均一的超微细气体气泡，包含：
一层微细阵列多孔膜，及
一个在液体中用于产生多个超微细气体气泡的装置，其中：
所述微细阵列多孔膜包括多个孔洞，其中，所述多个孔洞具有小于约100μm的尺寸，且所述多个孔洞的尺寸实质上均一而具有小于约20％的变化量；
用于产生多个超微细气体气泡的装置是被配置来推动包含在所述微细阵列多孔膜的一个第一侧上的所述液体中的气体气泡穿透至所述微细阵列多孔膜的一个第二侧，以在位于所述微细阵列多孔膜的第二侧上的所述液体中产生超微细气体气泡。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述微细阵列多孔膜具有约10μm至50000μm的厚度。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述微细阵列多孔膜具有约100μm至1000μm的厚度。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述多个孔洞具有小于约25μm的尺寸。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述多个孔洞具有实质上均一而具有小于约10％的变化量的尺寸。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述用于在液体中产生多个超微细气体气泡的装置包括一个高压液体注入器，其中，
所述高压液体注入器设置在所述微细阵列多孔膜的第一侧。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于：所述高压液体注入器被配置在压力小于约100Pa下运作。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：所述高压液体注入器被配置在压力约0.1Pa至10Pa下运作。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于：位于所述微细阵列多孔膜的第一侧的所述液体包括多个气体气泡，所述气体气泡的尺寸大于约50μm且所述气体气泡的体积比例约1：1至10000：1。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：所述气体气泡的体积比例约20：1至500：1。
11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述用于在液体中产生多个超微细气体气泡的装置包括一个超音波震荡器，其中，
所述超音波震荡器设置在所述微细阵列多孔膜的第一侧且位于一个指向所述微细阵列多孔膜的位置。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于：所述超音波震荡器被配置在频率高于约20KHz且功率低于约0.5W/cm2下运作。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于：所述超音波震荡器被配置在频率约80至200KHz且功率约0.1W/cm2至0.01W/cm2下运作。
14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述液体为水、有机溶剂，或油。
15.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述微细阵列多孔膜是由聚合物、陶瓷、金属或复合材料中一者所制成。
16.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述微细阵列多孔膜是经过表面处理而成为亲水性或疏水性(亲油性)。
17.一种肌肤清洁装置，包含一个超微细气泡产生单元，其中：
所述超微细气泡产生单元包括一层微细阵列多孔膜；所述微细阵列多孔膜包括多个孔洞，其中：
所述多个孔洞具有小于约100μm的尺寸；且
所述多个孔洞的尺寸实质上均一而具有小于约20％的变化量。
18.根据权利要求17所述的肌肤清洁装置，其特征在于：还包含多个毛刷，其中，所述多个毛刷包含多条直径小于约1μm的微细阵列多孔细丝。
19.一种牙齿清洁装置，包含：
一个超微细气泡产生单元；及
一个水喷头单元，其中：
所述超微细气泡产生单元包括一层微细阵列多孔膜，所述微细阵列多孔膜包括多个孔洞，其中：
所述多个孔洞具有小于约100μm的尺寸；且
所述多个孔洞的尺寸实质上均一而具有小于约20％的变化量；及
所述水喷头单元连接至所述超微细阵列气泡产生单元，使得包含多个由所述超微细空气气泡产生单元产生的超微细空气气泡的液体被转移至所述水喷头单元且被所述水喷头单元加速。
20.根据权利要求19所述的牙齿清洁装置，其特征在于：所述水喷头单元包含多条具有小于约1μm的直径的微细阵列多孔细丝。
21.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述微细阵列多孔膜是由SiO2、TiO2、Al2O3或ZnO制成，且其中，所述液体为水。
22.根据权利要求16所述的设备，其特征在于：所述微细阵列多孔膜是由铜制成，且所述微细阵列多孔膜是用全氟辛基三乙氧基硅烷进行表面处理。
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