CN116157196A - 一种用于将气体溶解于液体的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气体溶解装置，其能够以高浓度将气体溶解于液体中并且在循环工作停止的状态下也能够维持溶解气体的浓度。本发明的气体溶解装置包括：溶解槽，其用于分别从循环泵和气体源接收液体和气体，并排出溶解于液体中的气体浓度增加的液体/气体混合物；以及加压溶解单元，其以流体流动的状态连接至所述溶解槽，且具有卷绕的线圈处或多个弯曲处，使得进一步增加所述溶解气体的浓度，从而能够排出高浓度气体溶液。所述溶解槽包括：多个分散用托盘，各分散用托盘具有向外侧下方延伸的倾斜面；以及多个集水用托盘，各集水用托盘具有向内侧下方延伸的倾斜面，并且在集水用托盘的下端形成有通孔，所述多个分散用托盘和所述多个集水用托盘上下交互分布。

Description

一种用于将气体溶解于液体的装置
技术领域
本发明涉及一种用于将气体溶解并溶存于液体的装置，具体地，其不是以电化学催化剂或添加剂作为介导，而是通过物理机制溶解气体使气体溶存于液体中，直至到达过饱和浓度，并且在常压条件下使气体长时间不脱除，以保持溶存的状态。
背景技术
水中溶解氧气后将其应用的领域很多。例如，利用微生物降解处理有机物的生物废水处理厂、鱼类养殖场、无土栽培等地广泛应用溶解氧的装置。
据悉，饮用含有大量溶解氧的氧气水有助于人体健康。也就是说，作为弥补呼吸中不足的氧气的方法，如果摄取溶解氧的浓度超过一定值的过饱和溶解的氧气水，就会增加血液中的氧气浓度，从而能够促进新陈代谢，有益于身体的健康。例如，通过肺功能分流，在不增加心率的情况下，能够提高运动员的运动能力，且能够提高肌肉、耐力以及心肺功能，促进疲劳恢复。通过氧气水，可以增加血液中的氧气，其中部分氧气供应至大脑，因此氧气水能够帮助那些大脑活动较多的学生或研究人员使他们提高思考能力和集中力。另据悉，高浓度氧气水有助于提高因缺氧而导致的脑疾病患者的治疗效果。
本申请的发明人正关注针对新冠病毒感染(COVID-19)的氧气水的应用事宜。据悉，引发COVID-19的新型冠状病毒会诱发感染者的肺部损伤，并导致缺氧症(Wei-HaasM.，"They don't struggle to breathe-but COVID-19is starving them of oxygen"，National Geographic，2020.5.8.网址：https://www.nationalgeographic.com/science/2020/05/they-do-not-struggle-tobreathe-but-coronavirus-starves-them-of-oxygen-cvd/)。对因肺部受伤而无法正常进行肺泡中的气体交换的重症患者或中症患者，如果在使用吸氧机以外额外摄取高浓度氧气水，那么对维持患者的身体功能及治疗上有很大的帮助。
据悉，约80％的COVID-19患者是无症状或轻症患者，在这些轻症患者中，大部分患者可能患有缺氧症(silenthypoxia)，而缺氧症无法通过呼吸察觉(Rizzo，A.，"Silenthypoxia and its role in COVID-19detection"，2020.6.3.，网址:https://www.news-medical.net/news/20200603/Silent-hypoxia-and-its-role-in-COVID-19-detection.aspx)。因此，同样对于轻症患者，如果因疏忽氧气的补充，导致血液中氧饱和度低的情况持续下去，那么不仅会阻碍新陈代谢，还会损伤患者的大脑、心脏、肾脏、肝脏等身体器官。本发明由于不需要吸氧机等昂贵的设备，而且患者的活动不再受限制，因此，对于轻症患者而言，可以把氧气水作为补充氧气的一种有效手段。
如上所述，无论轻重如何，为了维持COVID-19患者的生命以及以大脑为首的身体器官的功能，以及为了治疗疾病，需要制定有效地向体内供应氧气的方案，而氧气水可以是能够解决此类问题的最有效的方案。
已公开的关于将氧气溶解于水中的装置方面的现有技术，可分为以下三种。
第一种是曝气方式，即在水槽底部安装制氧管，以生成微小的气态氧，从而增加氧气与水的接触面积，此技术主要应用于养殖场、无土栽培、生物污水处理场等领域。使用该技术可以做到：填充不足的氧气浓度，使氧气浓度接近饱和，但很难做到：使溶解氧达到过饱和状态，以生成高浓度氧气水。
第二种现有技术是将水填充于密封的压力容器中，然后施加压力，此时从容器的下端喷射微氧气泡，并以加压的状态使其停留一定时间，从而溶解氧气，直到水中的溶解氧浓度达到过饱和状态。不过，由于该技术需要高压容器、高扬程水泵和高压氧箱等，且需要停留一定时间，因此存在使整个装置的大小变大，且难以做到连续生产的问题。另外，为了取水，需用常压来进行减压，而当减压时氧气被迅速脱除，导致溶解氧浓度显著下降。因此，通过该技术很难获得溶解氧浓度达到150ppm以上的超高浓度氧气水，并且很难适用于小型装置上，因此，该技术只能在氧气水饮料厂等地应用。
第三种现有技术是，在流动的流体中注入氧气，以此增加溶解管内的水和氧气的接触，从而能够稳定地提高溶解效率。例如，可以举例在授权专利第10-0638799号中记载的溶解氧装置。在该文献中记载的溶解氧装置，其中的溶解管内部，以多级方式设置平面托盘，这样，水/氧气混合物从各托盘溢出而落至其正下方的托盘，此时与其正下方的托盘中的水/氧气混合物碰撞并进行混合，从而最大化水和氧气的接触，以提高溶解效率。但是，如上所述，该装置以水/氧气混合物之间的相互碰撞或者水/氧气混合物与装置内部的结构之间的碰撞作为前提，因此在这种碰撞的过程中反而促进溶解氧的脱除，因此，以如150ppm以上的超高浓度的过饱和状态溶解氧气存在局限性。此外，该装置的缺点是在停止工作的状态下溶存的氧气逐渐被脱除，因此随着时间的流逝，溶解氧的浓度便下降。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的是提供一种生成高浓度氧气水的装置，该装置能够将氧气以高浓度溶解以生成氧气水，即使在循环工作停止的状态下也能够最大程度抑制溶解氧的脱除，以维持溶解氧的浓度，并且由于大小以及噪音小，可设置在家庭、办公室、医院等室内场所，因此能够随时取水以及饮用高浓度氧气水。
用于解决问题的方法
为了达成上述技术问题的本发明的生成高浓度氧气水的装置，其通过将来自氧源的氧气溶解于水槽内的水中，以生成高浓度氧气水。生成高浓度氧气水的装置包括：循环泵，以流体流动的状态连接到所述水槽的吐出口；溶解槽，其以流体流动的状态连接至所述循环泵以及所述氧源，通过所述循环泵接收所述水槽中的水以及来自所述氧源的氧气，并排出溶解于水中的氧气浓度增加的氧气水；加压溶解单元，其以流体流动的状态连接至所述溶解槽，且具有卷绕的线圈处或多个弯曲处，以进一步增加所述氧气水的溶解氧浓度，从而排出高浓度氧气水；以及取水机水槽，以流体流动的状态连接至所述加压溶解单元和所述水槽，接收并维持来自所述加压溶解单元的所述高浓度氧气水，并提供给使用者。所述溶解槽包括：多个分散用托盘，各分散用托盘具有向外侧下方延伸的倾斜面；以及多个集水用托盘，各集水用托盘具有向内侧下方延伸的倾斜面，并且在集水用托盘的下端形成有通孔。所述多个分散用托盘和所述多个集水用托盘上下交互分布，从而能够最大化水与氧气的接触面积和接触时间，与此同时，能够最小化受重力的影响而下落从而给水和氧气的混合物造成的冲击和由此产生的氧气脱除。
生成高浓度氧气水的装置还可以包括混合器，其连接到所述循环泵，将来自所述氧源的氧气以气泡状分散在流动的水中，以此生成水/氧气混合物，并将水/氧气混合物供应到所述溶解槽。
所述多个分散用托盘中的至少一部分可以形成为犄角状。
所述多个集水用托盘中的至少一部分可以形成为漏斗形状，且在每个下端形成所述通孔。
所述多个集水用托盘的各外侧角可以紧贴于所述溶解槽的内壁。
所述加压溶解单元，可以包括：减径管，其具有第一入口和大于所述第一入口的第一出口；增径管，其具有第二入口和小于所述第二入口的第二出口；以及加压溶解管，其设置在所述减径管的所述第一出口和所述增径管的第一入口之间，且具有卷绕的所述线圈处或多个所述弯曲处，从而在与所述第一入口和所述第二出口相比压力增高的环境下进一步增加所述溶解氧的浓度。
生成高浓度氧气水的装置，还可以包括：稳定用管，其设置在所述取水机水槽和所述水槽之间，在所述循环泵不工作时，利用水的重力抑制所述取水机水槽中的所述高浓度氧气水的氧气脱除。
所述稳定用管还可以包括：第一稳定用管，其具有入口和出口，入口连接至所述取水机水槽，且形成在上端，出口则形成在下侧；以及第二稳定用管，其具有入口和出口，入口连接至所述第一稳定用管，且形成在下侧，出口则形成在上侧。
所述第一稳定用管可以包括：缓冲托盘，其设置在所述第一稳定用管的所述入口的下方，用于防止通过所述第一稳定用管的所述入口流入的高浓度氧气水自由落体至下方，使得高浓度氧气水沿着所述第一稳定用管的内壁向下流。
进一步从一般的观点来说，本发明提供一种气体溶解装置，其不仅仅限定在将氧气溶于水中的氧气水，其可以以高浓度将气体溶解于液体中，并且在循环工作停止的状态下也能够维持溶解气体的浓度。本发明的气体溶解装置包括：溶解槽，其用于分别从循环泵和气体源接收液体和气体，并排出溶解于液体中的气体浓度增加的液体/气体混合物；以及加压溶解单元，其以流体流动的状态连接至所述溶解槽，且具有卷绕的线圈处或多个弯曲处，使得进一步增加所述溶解气体的浓度，从而能够排出高浓度气体溶液。所述溶解槽包括：多个分散用托盘，各分散用托盘具有向外侧下方延伸的倾斜面；以及多个集水用托盘，各集水用托盘具有向内侧下方延伸的倾斜面，并且在集水用托盘的下端形成有通孔，所述多个分散用托盘和所述多个集水用托盘上下交互分布。
发明效果
根据本发明，流入到溶解槽的水/氧气混合物沿着在溶解槽内最大程度地延长长度的倾斜面分散而下，因此最大化水和氧气的接触面积和接触时间，从而使氧气充分溶解于水中，直到氧气水中的溶解氧和填充到溶解槽上部的气态氧达到平衡，从而可以生成溶解氧浓度为180ppm以上的高浓度氧气水。
由于在生成高浓度氧气水的装置的内部最大程度地抑制了氧气水之间的碰撞或氧气水与装置内部的结构之间的碰撞，因此不仅能够最大程度抑制了氧气的脱除，而且几乎不产生碰撞的声音或者其他的噪音。例如，确定溶解槽内部的部件的形状以及其布置，以最大程度地降低水/氧气混合物下落时与积聚在其下方的氧气水之间的碰撞产生的冲击，基于同样的理由，确定第一稳定用管内的部件的形状以及其布置。因此，可以最大程度地防止对冲击敏感的高浓度氧气水在装置内部因冲击而氧气脱除。
另外，在停止工作的状态下，在取水机水槽中不额外施加人为的压力的情况下，对取水机的水槽形成接近于常压的条件，但由于第一稳定用管和第二稳定用管的水起到水帘(water curtain)作用而阻断流体，使得取水机水槽内部的流体的移动受到限制，因此能够最大程度地抑制取水机水槽的氧气水中的溶解氧的脱除。因此，当使用者想取水时，即使不重新启动溶解槽，也可以立即取高浓度氧气水并饮用。
这种生成高浓度氧气水的装置可设置在家庭、办公室、医院等地的室内任何地方。尤其是，本发明的生成高浓度氧气水的装置可以以将医用氧气灌作为氧源的状态设置在医院或其他有关的治疗机构，当推出本申请时，将为席卷全球的COVID-19的感染者提供高浓度氧气水。因此，不管是轻中重患者，生成高浓度氧气水的装置对维持COVID-19患者的生命以及以大脑为主的身体器官的功能，还有治疗疾病上都有很大的帮助。当然，对患有其他呼吸道疾病，甚至患有其他疾病的患者也有帮助。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的生成高浓度氧气水的装置的结构示意图；
图2是图1中示出的溶解槽的剖面图；
图3是图2中示出的分散用托盘和集水用托盘的示意图；
图4是图1中示出的加压溶解单元的结构的详图；
图5是图1中示出的取水机水槽、第一稳定用管、第二稳定用管的结构的详图；
图6是装置在工作时的溶解槽内的水的流动。
最佳实施方式
为了更加明确地了解本发明的技术方案的特征以及其优点，下面将参照附图中示出的特定的实施例进一步详细说明本发明。
在附图中，对相同的构成要素，尽量使用了相同的符号标记。在附图中，部分构成要素或是被放大的，或是被省略的，或是被粗略示出的，因此，理应理解为各构成要素的大小并不是完全地反映其实际的大小。
在下面的说明中，只对有助于理解本发明的实施例的内容进行说明。当与本发明相关的公知结构或功能的说明可能混淆本发明的主旨时，省略其详细说明，以便于理解。
另外，如果涉及到某个构成要素“连接”或“接触”到其他构成要素，则意味着可以通过逻辑的、物理的或流体的方式来连接或接触。也就是说，可以理解为，构成要素可以直接连接或接触到其他构成要素，还可以在它们的中间还会有其他构成要素，另外，还包括将其他构成要素作为介质或经由其他构成要素以间接的方式连接或接触。
在本发明中使用的术语，仅仅是为了说明本发明的特定的实施例，而不是用于限定本发明。关于单数的表述，应理解为，包括复数的含义，除非在前后文脉中有明确的解释。另外，对本说明书中记述的“包括”或“具有”等术语应理解为，其用来指定具有相关的特征、数量、步骤、操作、构成要素、部件或者它们的组合，因此，并不排除一个或一个以上的其他特征或者数量、步骤、操作、构成要素、部件或者它们的组合以外的其他的存在可能性或者增加的可能性。
在下面的说明中，“前方”、“后方”、“上部”、“下部”、“左侧”、“右侧”等术语是基于图纸描述的，并不是用这些术语来限定各构成要素的形状及其位置。此外，“连接管”这一术语是指用这种连接管来连接部件与部件之间的流体流动，并不是用来限定特定的形状或材料。另外，需要注意的是，这里的“～槽”或“～管”是考虑到相对大小而随意赋予的名称，其并不包含在形状和功能上的本质差异，因此属于可更改的名称。
参照图1，根据本发明一实施例的生成高浓度氧气水的装置是一种将氧气溶解于水槽10内的水中，并将溶解的水重新回到水槽10中，且多次重复这样的循环过程，使得溶于水中的氧气达到过饱和状态，其包括：循环泵20、氧源30、混合器40、冷却机50、溶解槽60、加压溶解单元70、取水机水槽90、第一稳定用管100和第二稳定用管110。此外，生成高浓度氧气水的装置还包括印刷电路板(未示出)，其贴装有控制电路，以控制整体工作。
循环泵20包括：流入口，通过第一连接管12连接到水槽10下端的吐出口；流出口，通过第二连接管22连接到混合器40，所述循环泵用于将水槽10中的水引入并将其通过混合器40方向的流出口排出，从而使水槽10中的水经过混合器40、冷却机50、溶解槽60、加压溶解单元70、取水器水槽90、第一稳定用管100和第二稳定用管110循环。
氧源30是通过第三连接管38将气态氧供应至混合器40。可以将填充医疗用气态氧的医疗用氧气罐用作氧源30。在氧气罐30的上端设置有显示氧气流量或残留氧气量的氧气表32和根据需要可完全切断氧气供给的旋钮34。另外，在氧气罐30和第三连接管38的连接处设置有电磁阀36，其用于根据来自印刷电路板的指令来控制向混合器40供应氧气。此外，在第三连接管38的一处可以设置止回阀(未示出)，以防止氧气或水通过第三连接管38从混合器40倒流至氧气罐30。另外，在本发明的另一实施例中，将采用变压吸附方式、膜式或电解式的制氧机，或者其他方式的供氧机用作氧源。这种氧源30可以是单独的装置，可设置在生成高浓度氧气水的装置的外部，且连接至第三连接管38，而不是作为生成高浓度氧气水装置的外壳内被封隔的装置的一个组成部分。
混合器40包括：第一入口，通过第二连接管22连接到循环泵10的吐出口；第二入口，通过第三连接管38连接到氧源30；以及出口，通过第四连接管42连接到冷却机50，混合器将从氧源30供应的氧气以气泡状分散在通过第一连接管12和第二连接管22的水流中。在一个实施例中，混合器40由三通管接头(Tee Fitting)来呈现。但是，在其他实施例中，混合器40可以由喉管喷嘴来呈现。
冷却机50对从混合器40经由第四连接管42供应的水/氧气混合物进行冷却，从而使水/氧气混合物尽可能保持一定温度，以便通过溶解槽60等的工作将氧气溶解于水的过程中能够增加氧气的溶解度。冷却机50通过第五连接管52将冷却的水/氧气混合物供应到溶解槽60。
溶解槽60通过第五连接管52接收水/氧气混合物，并将气态氧溶解于水中，直至达到过饱和状态。溶解槽60大致呈圆筒状，设置为竖直的状态。在溶解槽60的上部面的中央形成有流入口，其与第五连接管52的一端连接，在溶解槽的底部形成有流出口，其与第六连接管66的一端连接，以便连接至加压溶解单元70。在溶解槽60的上部面外侧或一侧面设置有压力传感器62，以检测并显示溶解槽60内压。另外，在溶解槽60的另一侧面设置有水位传感器64，用以检测溶解槽60内部的水位。
图2是具体呈现了溶解槽60的结构。参照图2，在溶解槽60上端的流入口202与下端的流出口204之间，多个分散用托盘210a～210g和集水用托盘220a～220f以上下交互的方式，即交替方式布置。也就是说，在溶解槽60的流入口202的下侧设置有第一分散用托盘210a，在第一分散用托盘210a的下侧设置有第一集水用托盘220a，在第一集水用托盘220a的下侧设置有第二分散用托盘210b，在第二分散用托盘210b的下侧设置有第二集水用托盘220b，在第二集水用托盘220b的下侧设置有第三分散用托盘210c，在第三分散用托盘210c的下侧设置有第三集水用托盘220c，在第三集水用托盘220c的下侧设置有第四分散用托盘210d，在第四分散用托盘210d的下侧设置有第四集水用托盘220d，在第四集水用托盘220d的下侧设置有第五分散用托盘210e，在第五分散用托盘210e的下侧设置有第五集水用托盘220e，在第五集水用托盘220e的下侧设置有第六分散用托盘210f，在第六分散用托盘210f的下侧设置有第六集水用托盘220f，第六集水用托盘220f的下侧设置有第七分散用托盘210g。
第一分散用托盘210a至第七分散用托盘210g可以具有相同的形状。另外，第一集水用托盘220a至第六集水用托盘220f可以具有相同的形状。图2示出了7个分散用托盘210a～210g和6个集水用托盘220a～220f，但是各托盘的数量并不限于此，可以根据生成高浓度氧气水的装置的大小以及其规格，设计时可以改变托盘的数量。此外，图2中示出最下端托盘即溶解槽60流出口204的上方的托盘为分散用托盘210g，但是可以将最下端托盘设置为集水用托盘。另外，位于顶端的托盘也可以设置为集水用托盘，而不是分散用托盘210a。
如图3所示，各分散用托盘210a～210g形成为具有平缓的倾斜面的圆锥形。设置时，分散用托盘210a～210g的外侧角直径略小于溶解槽60的内径，从而在分散用托盘210a～210g的外侧角与溶解槽60的内壁之间形成间隙。因此，流入到分散用托盘210a～210g的水或水/氧气混合物从其上部倾斜面朝向外侧角流动，然后通过该分散用托盘210a～210g的外侧角和溶解槽60内壁之间的间隙向下方流动。在制造溶解槽时，各分散用托盘210a～210g可以以多个点位、支撑部件212～218作为媒介，通过将其焊接在溶解槽60的内壁或使用粘合剂粘附的方式固定各分散用托盘。
此外，各集水用托盘220a～220f形成为具有平缓倾斜面的漏斗形状，即倒圆锥形。各集水用托盘220a～220f的下端角顶部处被切开，从而形成通孔222。集水用托盘220a～220f的外侧角直径与溶解槽60的内径大小相同，此时，需满足能够将集水用托盘220a～220f插入并设置在溶解槽60内。各集水用托盘220a～220f通过将外侧角焊接在溶解槽60内壁或使用粘合剂粘附，以此来固定各集水用托盘。在完成组装的状态下，流入各集水用托盘220a～220f的水/氧气混合物从该集水用托盘220a～220f的倾斜面上方朝向通孔222流动，然后汇聚于通孔222并通过通孔222向下方排出。
为了最大程度减少通过流入口202流入的水/氧气混合物下落到第一分散用托盘210a时产生的冲击，优选地，溶解槽60的流入口202与最上端的第一分散用托盘210a之间的距离尽可能最小。另外，为了使从各分散用托盘210a～210g的外侧角下落的水/氧气混合物所受的冲击尽可能最小，优选地，各分散用托盘210a～210f的外侧角与其正下方的集水用托盘220b～220f的外侧角之间的距离也尽可能最小。同样，为了使从各集水用托盘220a～220f的通孔222下落的水/氧气混合物所受的冲击尽可能最小，优选地，各集水用托盘220a～220f的下端与各分散用托盘210b～210g的上端之间的距离也尽可能最小。
如上所述的溶解槽60内，通过流入口202流入的水/氧气混合物下落至第一分散用托盘210a的顶角部，然后从第一分散用托盘210a的上部倾斜面朝向外侧角流动，之后通过第一分散用托盘210a的外侧角与溶解槽60内壁之间的间隙或沿着溶解槽60内壁下落到第一集水用托盘220a的外侧角处。下落到第一集水用托盘220a上的水/氧气混合物从第一集水用托盘220a的上部倾斜面朝向通孔222流动，然后汇聚于通孔222，并通过通孔222下落到第二分散用托盘210b的顶角部。这个工作是在溶解槽60内的所有分散用托盘和集水用托盘上进行，一直到水/氧气混合物到达溶解槽60的流出口204为止。
在溶解槽60的上部空间填充有气态氧，并通过泵对溶解槽内部施加压力，在这种内部环境下，如上所述，水/氧气混合物尽可能沿着延长长度的倾斜面分散而流下，因此能够最大程度增加水和氧气(即填充于溶解槽上部的氧气和溶解于水中的氧气泡)的接触面积和接触时间。因此，能够使氧气充分溶解于水中，直到溶解于水中的溶解氧的分压和填充于溶解槽上部的气态氧达到平衡，从而可以生成溶解于水中的氧气达到过饱和水平的高浓度氧气水。溶解槽60将氧气泡混合于氧气水中的氧气水/氧气混合物通过第六连接管66排出到加压溶解单元70。
再次参照图1，加压溶解单元70包括：减径管72、加压溶解管74、增径管74。
如图4所示，加压溶解管74是具有较长的长度的中空部件，具有卷绕成线圈状或多次弯曲的外形，由尼龙或其他合成树脂或金属材料制造。加压溶解管74通过第六连接管66从溶解槽60接收氧气水/氧气混合物，并使氧气水/氧气混合物经由时对氧气水/氧气产生湍流，使氧气水/氧气混合物中的残留氧气泡完全溶解于水中，从而增加溶解氧浓度并稳定溶存状态。
加压溶解单元70的加压溶解管74，其管径小于连接到溶解槽60的第六连接管66或连接到取水机水槽80的第七连接管76的管径。减径管72是管连接部件，不仅可以消除第六连接管66和加压溶解管74的管径差，而且能够连接该两个管。此外，增径管76是管连接部件，不仅可以消除加压溶解管74和第七连接管78的管径差，而且能够连接该两个管，可以说与减径管72相同的部件前后倒置使用的。由于加压溶解管74与第六连接管66、第七连接管76的管径差，使得加压溶解管74内压大于第六连接管66和第七连接管76内压。在加压溶解管74中增强的压力会促进残留氧气泡的二次溶解和氧气水的稳定。另外，因减径管72和增径管74而形成的内压差而不需要使用用于调节压力的阀门，因此能够防止使用阀门时可能在阀门内部产生的旋转和冲击以及由此带来的氧气脱除问题。
再参照图1，在连接加压溶解单元70和取水机水槽90的第七连接管78上设置有电磁阀80。所述电磁阀80在循环泵20工作的时候处于打开的状态，使得流体通过第七连接管78流动，而在循环泵20不工作时则处于关闭的状态，从而阻止流体的流动。因此，在装置内部停止流体的循环时，电磁阀80能够防止：因溶解槽60和加压溶解管74内部的压力，即溶解槽60和加压溶解管74内部的流体与取水机水槽90中的高浓度氧气水因相互的压力差而使流体不经意地朝向取水机水槽90方向偏离的问题。
取水机水槽90通过第七连接管76接收在加压溶解单元70完成二次溶解的高浓度氧气水，并根据循环泵20是否继续工作，以此维持高浓度氧气水的储存状态，或将高浓度氧气水回到水槽10中。也就是说，在循环泵20不工作时，取水机水槽90维持储存从加压溶解单元70接收的高浓度氧气水的状态，但在循环泵20工作时，取水机水槽90内的高浓度氧气水经由第一稳定用槽100和第二稳定用槽110回到水槽中，从而进行循环。此外，在取水机水槽90设置有制冷线圈，用以包围取水机水槽的外周面，从而能够将高浓度氧气水的温度保持在5至6℃。另外，在取水机水槽90的外周面上设置有带有旋塞92的取水口94，其暴露在外部。因此，无论循环泵20是否工作，使用者都可以操作旋塞92，通过取水口94取高浓度氧气水并饮用。
第一稳定用槽100和第二稳定用槽110设置在取水机水槽90和水槽10之间。第一稳定用槽100和第二稳定用槽110在循环泵20工作时提供循环渠道，以便将取水机水槽90中的高浓度氧气水回到水槽10中，但在循环泵20不工作时，阻断气态氧从取水机水槽90中的高浓度氧气水中脱除而移动至水槽10方向。因此，能够最尽可能抑制气态氧从取水机水槽90中的高浓度氧气水脱除的现象。
在此，第一稳定用槽100通过第八连接管96连接到取水机水槽90。优选地，如图5所示，第一稳定用槽100的入口可以设置在第一稳定用槽100的上侧，出口可以设置在第一稳定用槽100的底部或侧面下端。从取水机水槽90中的高浓度氧气水少量脱除而产生的气态氧通过第八连接管96移动到第一稳定用槽100，因此，在第一稳定用槽100中，其下部装有液体即高浓度氧气水，而上部则填充有气态氧。
在第一稳定用槽100的内侧上部设置有缓冲托盘102。缓冲托盘102可以形成为杯状或盘子状，也可以形成为图3所示的溶解槽60的分散用托盘210a～210g或集水用托盘220a～220g的形状。无论具有何种形状，缓冲托盘102的外侧角直径均略小于第一稳定用槽100的内径，从而在缓冲托盘102的外侧角与第一稳定用槽100的内壁之间形成间隙。因此，在为了提高氧气水的溶解氧浓度的循环过程中，流入到缓冲托盘102上的高浓度氧气水从缓冲托盘102的外侧角溢出时，在第一稳定用槽100上方填充有气体的空间内，沿着第一稳定用槽100的内壁向下流，而不是立即自由地落下。因此，能够最大程度减少从缓冲托盘102向下方移动的氧气水与积聚在其下方的氧气水碰撞所产生的冲击，并且能够降低由于碰撞引起的噪音以及氧气脱除。
另外，第二稳定用槽110通过第九连接管104连接到第一稳定用槽100，通过第十连接管112连接到水槽10。第二稳定用槽110对第一稳定用槽100施加与之水位高度相对应的水压，从而抑制第一稳定用槽100的氧气水中的氧气脱除，并阻止积聚在第一稳定用槽100的上侧的气态氧往水槽10方向移动。如上所述，在第一稳定用槽100和第二稳定用槽110的作用下，能够最大程度地抑制因取水机水槽90中的高浓度氧气水的氧气脱除而带来的溶解氧浓度的下降。
图1示出的生成高浓度氧气水的装置工作如下。
水槽10中的水通过第一连接管12供应到循环泵20的入口，然后进行加压后，通过第二连接管22供应到混合器40。通过混合器40进行混合的水和氧气混合物经由冷却机50流入到溶解槽60上端的流入口202。
从溶解槽60流入口202受重力而向下落下的水/氧气混合物朝向分散用托盘210a的顶角部分散而下。此时，由于流入口202与第一分散用托盘210a之间的距离较近，并且第一分散用托盘210a的上部面倾斜，因此落下时的冲击并不大。
在水/氧气混合物中，以尚未溶解的状态仅混合于水中的大部分气态氧，在溶解槽60内从水/氧气混合物中脱除，以填充溶解槽60的上方空间。在这种状态下，如图6所示，下落到第一分散用托盘210a上的水/氧气混合物在第一分散用托盘210a的上部倾斜面上以较薄的厚度分散，并朝向外侧角流动。此时，由于水/氧气混合物从第一分散用托盘210a的上部倾斜面以较薄的厚度扩散并朝向侧下方落下，因此与从溶解槽60的流入口202向直下方落下的情况相比，能够显著增加与积聚在溶解槽60上部的气态氧的接触面积，并且接触时间也随着其停留时间的延长而相应地大幅增加。如上所述，由于在加压状态下大幅增加了水和气态氧的接触面积和接触时间，因此能够使大量的氧气溶解于水中。
从第一分散用托盘210a的上部倾斜面朝向侧下方流动的水/氧气混合物通过第一分散用托盘210a的外侧角和溶解槽60内壁之间的间隙空间或沿着溶解槽60的内壁下落至第一集水用托盘220a的外侧角处。此时，由于第一分散用托盘210a的外侧角与第一集水用托盘220a的外侧角之间的距离较近，因此落下时的冲击小到可以忽略不计，落下时的冲击引起的氧气脱除也很小。
落在第一集水用托盘220a上的水/氧气混合物从第一集水用托盘220a的上部倾斜面上以较薄的厚度扩散并朝向通孔222流下。此时，水/氧气混合物从第一集水用托盘220a的上部倾斜面上以较薄的厚度扩散而流下，因此相较于不受限制地向直下方落下的情况，能够显著增加与积聚在溶解槽60上部的气态氧的接触面积，并且接触时间也随着停留时间的延长而相应地大幅增加。在加压状态下，水与气态氧接触面积和接触时间的增加很大程度上有助于增加溶氧量。积聚在通孔222的水/氧气混合物通过通孔222落至第二分散用托盘210b的顶角点处。此时，由于第一集水用托盘220a的通孔222与第二分散用托盘210b的上端的距离较近，因此落下时的冲击小到可以忽略不计，落下时的冲击引起的氧气脱除也微乎其微。
如上所述，水/氧气混合物从倾斜面以较薄的厚度扩散而流下的工作是在所有的分散用托盘210a～210g和集水用托盘220a～220f上都进行。因此，相较于简单地接触水和氧气或者水/氧气混合物就像瀑布一样直接落下的情况，溶解槽60内的溶氧量能够提高几十倍甚至几百倍。其结果是，在溶解槽60内完成一次氧气溶解后，能够达到充分高的浓度。另外，由于位于正上方和正下方的分散用托盘210a～210g和集水用托盘220a～220f之间的距离较近，因此在氧气水或水/氧气混合物落下时氧气水所受的的冲击非常小，受冲击产生微泡并由此带来的氧气脱除也微乎其微。
在溶解槽60中经过一次溶解后的溶解氧浓度根据经由水槽10的氧气水的循环次数或频率、溶解槽60内部的压力以及溶解槽60内部的水位而不尽相同。也就是说，溶解氧浓度随着氧气水的循环次数或频率的增加，还有溶解槽60内压的增加而增加。此外，溶解槽60内部的水位越高，在分散用托盘210a～210g和集水用托盘220a～220f上的水和氧气的接触面积和停留时间越小，因此溶解氧浓度可能会下降。设置在印刷电路板上的控制电路，根据用于检测溶解槽60内压的压力传感器62和用于检测溶解槽60内部水位的水位传感器64来控制循环泵20和电磁阀36，从而能够分别控制循环工作和氧气供应。
从溶解槽60排出的氧气水/氧气混合物供应到加压溶解管74，从而使残留的氧气微泡完全溶解于水中。受变小的管径的影响，使得加压溶解管74形成压力增强的内部环境，且由于具有多个弯曲部或曲线部的几何结构，使氧气水/氧气混合物经由加压溶解管内部时形成湍流。受这种压力和湍流的影响，从溶解槽60供应的水/氧气混合物中含有的大部分残留氧气泡在加压溶解管74被强制溶解在水中，从而保持稳定的溶存状态。
在加压溶解管74完成二次溶解，并具有稳定的溶存状态的高浓度氧气水供应到取水机水槽90并储存。在通过围绕取水机水槽90的外周面的制冷线圈维持高浓度氧气水冷却的状态下，使用者可以操作旋塞92，通过取水口94取高浓度氧气水并饮用。
第一稳定用槽100和第二稳定用槽110设置在取水机水槽90和水槽10之间，在循环泵20工作时提供循环渠道，使得取水机水槽90的高浓度氧气水回到水槽10中，但在循环泵20不工作时，则起到水帘(water curtain)作用，以抑制取水机水槽90的高浓度氧气水中的气态氧脱除而朝向水槽10移动。
可能有少量的气态氧从取水机水槽90中的高浓度氧气水脱除，此时，脱除而产生的气态氧通过第八连接管96移动到第一稳定用槽100，因此，在第一稳定用槽100的下部装有液体即高浓度氧气水，而上部则填充有气态氧。但是，如上所述，填充于第一稳定用槽100的上部空间的气态氧由于受装满第二稳定用槽110的水(即氧气水)的水压的影响，不能将第一稳定用槽100下部的积水挤出致使其流入到第二稳定用槽110。因此，在没有外力即泵的压力作用下，不仅可以防止填充于第一稳定用槽100的上部空间的气态氧移动，而且受第一稳定用槽100内压的影响，能够大幅抑制取水机水槽90以及第一稳定用槽100的溶解氧的氧气脱除。
本发明的生成高浓度氧气水的装置不是每天必须要通过各步骤来将氧气溶解于水中，而是通过定期或不定期的方式反复循环，以此提高溶解氧浓度。例如，可以将装置设置为：在第一次工作时，控制电路将电磁阀36、80打开，循环泵20便开始工作，以循环水槽10里的水，从而将氧气溶解于水中，此时，水槽10的水平均进行约三次循环。经证实，进行一次循环后从取水机水槽90取出的氧气水的溶解氧浓度显示为约100ppm，在分别进行两次和三次后溶解氧浓度分别显示为约150ppm和约180ppm。
此后，在持续使用的过程中，控制电路定期或不定期地(例如，在取高浓度氧气水之后)打开电磁阀36、80，并重新启动循环泵20，以循环氧气水并进行氧气溶解。
根据本发明的生成高浓度氧气水的装置，即使在循环泵20停止工作待机的状态下，能够尽可能抑制氧气从氧气水中脱除。这种抑制氧气脱除可以从两个方面进行观察。
首先，在停止运行状态时的循环泵20的流体阻断作用、电磁阀80的作用，不仅能够起到抑制残留在冷却机50、溶解槽60和加压溶解单元70内部的氧气水中的溶解氧的脱除，而且能够防止这些部件中的氧气水或水/氧气混合物慢慢流出的现象。另外，由于在溶解槽60内部，能够大幅降低氧气水和装置的部件之间，或氧气水和氧气水之间的碰撞，因此由这种碰撞带来的氧气脱除也显著减少。
第二，取水机水槽90中的高浓度氧气水的溶解氧，由于受电磁阀80作用的影响和第一稳定用槽100和第二稳定用槽110作用的影响，氧气脱除得到了抑制。也就是说，在第一稳定用槽100中，水(即氧气水)没有填满，而在第二稳定用槽110中则填满了水，此时，填满第二稳定用槽110的水施加的水压，不仅可以防止取水机水槽90和第一稳定用槽100的流体流向水槽10，而且可以抑制取水机水槽90和第一稳定用槽100的溶解氧的脱除。此外，由于在取水机水槽90或第一稳定用槽100的内部，氧气水和装置部件之间，或氧气水和氧气水之间的碰撞能够大幅得到抑制，因此由这种碰撞带来的氧气脱除也显得微乎其微。特别是，根据本发明，如第一稳定用槽100的缓冲托盘102，其从根本上防止氧气水落下而产生的氧气水与装置部件等之间的碰撞，从而尽可能减少因碰撞带来的氧气脱除。
如前所述，本发明能够抑制氧气脱除，因此其具有能够维持高浓度氧气水的溶解氧浓度，并且能够降低通过循环泵20的循环频率。另外，抑制氧气脱除，这又顺带减少了气泡产生时的噪音以及气泡上浮时的噪音。
以上说明了本发明的优选实施例，但本发明所属的技术人员理应理解本发明在不改变其技术思想或必要特征的情况下，可以以其他的具体方式来实施。
例如，前面以与氧气溶解直接有关的部件为主进行了说明，但可以包括过滤器，以便将过滤的净水供应至水槽10。在对上述实施例进行改变的实施例中，可以在装置内设置矿泉水筒，以便将矿泉水供应到水槽10。
此外，在上面的说明中，对溶解槽60内的集水用托盘220a～220f的外侧角直径描述为其与溶解槽60内径大小一样，但是，集水用托盘220a～220f的外侧角直径并不一定与溶解槽60内径一致，略小也无妨。但是，此时，优选地，分散用托盘210a～210g的外侧角直径小于集水用托盘220a～220f的外侧角直径，这样，沿着分散用托盘210a～210g的倾斜面流动的大部分水都下落到集水用托盘220a～220f的上方。
另外，在上面的说明中，虽然描述了通过循环泵10将水槽10中的水与来自氧源30的氧气经由混合器40以混合状态流入到溶解槽60中，但是在改变的实施例中，也可以不设置混合器40，可以分别将水槽10中的水和来自氧源30的氧气灌入到溶解槽60。
以上描述的这些实施例，在很多方面上只是示例性的，因此理应理解为这些实施例不是用来限定本发明。因此，相较于上面的详细说明，本发明的范围应以后面记载的权利要求书作为依据来加以确定，因此基于权利要求的意义、范围以及等同的概念导出的所有修改以及变形均列入本发明的范围。

Claims (9)

1.一种生成高浓度氧气水的装置，其为通过将来自氧源的氧气溶解于水槽内的水中，以生成高浓度氧气水的装置，包括：
循环泵，以流体流动的状态连接到所述水槽的吐出口；
溶解槽，其以流体流动的状态连接至所述循环泵以及所述氧源，通过所述循环泵接收所述水槽中的水以及来自所述氧源的氧气，并排出溶解于水中的氧气浓度增加的氧气水；
加压溶解单元，其以流体流动的状态连接至所述溶解槽，且具有卷绕的线圈处或多个弯曲处，以进一步增加所述氧气水的溶解氧浓度，从而排出高浓度氧气水；以及
取水机水槽，以流体流动的状态连接至所述加压溶解单元和所述水槽，接收并维持来自所述加压溶解单元的所述高浓度氧气水，并提供给使用者，
其中，所述溶解槽包括：
多个分散用托盘，各分散用托盘具有向外侧下方延伸的倾斜面；以及
多个集水用托盘，各集水用托盘具有向内侧下方延伸的倾斜面，并且在集水用托盘的下端形成有通孔，
所述多个分散用托盘和所述多个集水用托盘上下交互分布，从而能够最大化水与氧气的接触面积和接触时间，与此同时，能够最小化受重力的影响而下落从而给水和氧气的混合物造成的冲击和由此产生的氧气脱除。
2.根据权利要求1所述的生成高浓度氧气水的装置，还包括：
混合器，其连接到所述循环泵，将来自所述氧源的氧气以气泡状分散在流动的水中，以此生成水/氧气混合物，并将水/氧气混合物供应到所述溶解槽。
3.根据权利要求1所述的生成高浓度氧气水的装置，
所述多个分散用托盘中的至少一部分形成为犄角状。
4.根据权利要求3所述的生成高浓度氧气水的装置，
所述多个集水用托盘中的至少一部分形成为漏斗形状，且在下端形成所述通孔。
5.根据权利要求1或4所述的生成高浓度氧气水的装置，
所述多个集水用托盘的各外侧角紧贴于所述溶解槽的内壁。
6.根据权利要求1所述的生成高浓度氧气水的装置，所述加压溶解单元，包括：
减径管，其具有第一入口和大于所述第一入口的第一出口；
增径管，其具有第二入口和小于所述第二入口的第二出口；以及
加压溶解管，其设置在所述减径管的所述第一出口和所述增径管的第一入口之间，且具有卷绕的所述线圈处或多个所述弯曲处，从而在与所述第一入口和所述第二出口相比压力增高的环境下进一步增加所述溶解氧的浓度。
7.根据权利要求1所述的生成高浓度氧气水的装置，还包括：
稳定用管，其设置在所述取水机水槽和所述水槽之间，在所述循环泵不工作时，利用水的重力抑制所述取水机水槽中的所述高浓度氧气水的氧气脱除。
8.根据权利要求7所述的生成高浓度氧气水的装置，所述稳定用管还包括：
第一稳定用管，其具有入口和出口，入口连接至所述取水机水槽，且形成在上端，出口则形成在下侧；以及
第二稳定用管，其具有入口和出口，入口连接至所述第一稳定用管，且形成在下侧，出口则形成在上侧。
9.根据权利要求8所述的生成高浓度氧气水的装置，所述第一稳定用管包括：
缓冲托盘，其设置在所述第一稳定用管的所述入口的下方，用于防止通过所述第一稳定用管的所述入口流入的高浓度氧气水自由落体至下方，使得高浓度氧气水沿着所述第一稳定用管的内壁向下流。
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