CN1537670A - 负压进气回流滞逸气液混合装置 - Google Patents

Abstract

一种负压进气回流滞逸气液混合装置，主要包括一混合器及一筒槽容器，其中该混合器基本上是由一同轴类文氏管及一气体扩散室组成，而该筒槽容器由两个不同直径的封闭圆筒组成。操作时，气体由该类文氏管型式混合器注入液体中，应用一调节阀限制气体的进气流量少于混合器的吸气流量，借助混合器的吸气作用，使气体以负压状态进入液体形成微小气泡。挟带微小气泡的液体流出混合器后，进入筒槽容器中并在其内部形成漩涡回流，从而使气泡滞留在液体中的时间增长，以达到增加气体溶解率的目的。该混合装置也适用于获取高浓度臭氧水。

Description

负压进气回流滞逸气液混合装置

发明领域

本发明涉及一种负压进气回流滞逸气液混合装置，用于增加气体的溶解率，该装置也可用于臭氧的溶解。

技术背景

在许多工业应用中，常需要某些气体溶液，但是大部分气体在水中的溶解率通常很低，浓度太低则无法达到所要求的效果，所以如果不经过特殊的步骤，则无法在实际中应用，因此业界对于高效率的气液混合装置一直有很高的需求。高效率的气液混合装置具有多方面的用途，如使用在水产养殖业或半导体工业中。具体而言，高密度水产养殖的水需要较高的氧及二氧化碳浓度；半导体工业可用含有臭氧的水来清洗晶圆片，但是臭氧浓度需高达50ppm。这仅是高效率气液混合装置所应用的两个实例而已。

为了获得更高的气体溶解率，一般是将气体经由小孔导入水中以形成气泡，藉此增加气体和液体的接触面积，进而提高溶解率。通过物理方法，例如降低温度和增加压力，也可增加气体在水中的溶解率。至于因气体与液体间或因气体与液相溶质间的化学反应所导致的溶解率的增减，不在本申请相关范围内。

除了基本的降低温度和增加压力的方式，业界一直在努力研发以在合理成本范围内增加气体溶解率。本发明的目的就是在获得更高的气体溶解率的前提下，研发出成本低且效率高的气液混合装置。

发明内容

本发明提供了一种液气混合装置，除了充分利用液体在低温时具有较高气体溶解率的物理特性外，还利用负压气体与液体混合所形成的负压气泡具有较小体积及较小浮力的特性，及利用液气混合流体形成漩涡回流而将小气泡滞留液体中的特性，从而增加气体溶解于液体的效率。

其具体措施是将气体产生器所产生的气体经由调节阀而导入一混合器中。该混合器主要具有一气体扩散室及一文氏管或类似文氏管的装置(如台湾第487,677号公告专利，以下泛称类文氏管)，其中该类文氏管贯穿该扩散室。本发明的装置利用一泵作为装置内液体流动的动力源，当流动液体通过类文氏管时，类文氏管产生吸气作用，将气体扩散室中的气体吸入，气体被吸入类文氏管后随液体被带走。气体产生器产生的气体实际上导入该气体扩散室内。调节阀可被调节而使类文氏管吸气流量大于进入扩散室的气体流量，于是气体以负压状态被吸入类文氏管，并在类文氏管内的流体中形成负压气泡。将挟带有负压气泡的流体由类文氏管导入一具有内外槽的筒槽容器的内槽中，并使流体在该内槽中形成漩涡回流。由于负压气泡受到液体压力的压缩而体积变小，浮力也变小，再加上漩涡回流的作用，从而气泡滞留在流体中的时间增长，因此可增加气体在液体中的溶解率。

由外部供应的新鲜液体，从一管路导入本发明的装置后，该管路在筒槽容器的外槽中环绕筒槽容器的内槽，最后进入内槽中，与其中带有气泡的流体混合。该筒槽容器的外槽连接一冷却循环系统，用于冷却筒槽容器的内槽中的流体，并可冷却环绕管路中的新鲜液体。

利用液体冷却、负压气泡以及漩涡回流的特性，本发明的液气混合装置可有效增加气体在流体中的溶解率，从而达到本发明的预期目的。

本发明中用于产生负压气泡的混合器及筒槽容器，由于分别利用类文氏管的效应及利用液流进入时所产生的漩涡均是低成本装置，使得本发明的液气混合装置具有高度的产业利用性。

本发明中的气体产生器若以臭氧产生器取代，则可容易地成为一制造高浓度臭氧水的装置。

附图简介

图1为本发明的负压进气回流滞逸气液混合装置的配置示意图；

图2为图1所示装置中的混合器详图；及

图3为图1所示装置中的筒槽容器详图。

具体实施方式

本发明的负压进气回流滞逸气液混合装置的较佳实施例将配合附图说明如下。

如图1所示，本发明的气液混合装置主要包括一气体产生器1、一混合器20、一筒槽容器30及一泵5。

气体产生器1通过气体管路44并经由调节阀6而连接至混合器20的气体入口26。

如图2所示，该混合器20具有一封闭容器22及一类文氏管24。该封闭容器22呈轴向延伸，其一端设有气体入口26，并以调节阀6控制进气流量。类文氏管24以相同的轴向贯穿该封闭容器22，其两端各为一入口及一出口，在该入口与该出口之间形成有一喉部(未示)，在该类文氏管24的管壁上对应于该喉部的位置设有一气体吸入口28，该气体吸入口28的位置优选是远离封闭容器22上的气体入口26。

类文氏管24通过一管路42与筒槽容器30连接。如图3所示，该筒槽容器30包括一内槽32、一外槽34及一环绕管36。内槽32具有一槽壁33；外槽34也具有一槽壁35，其包围内槽32，并与该内槽槽壁33之间形成一空间。环绕管36经由入口9进入外槽34，并以螺旋方式环绕内槽槽壁33，再经由出口15而进入内槽32。筒槽容器30底部设有一液气出口管38，其与泵5的进口连接。

筒槽容器30的外槽34底部附近设有一冷却水入口8，而其顶部附近设有一冷却水出口16。

筒槽容器30的顶部中心处设有一内部冷却器10，该内部冷却器10内设有一冷却循环水管13和14。

筒槽容器30的内槽槽壁33的顶部附近可设有溢流口11，以防止液面超过预期的高度。另可设有温度计12以监控内槽32的温度是否维持在一预定范围内。

操作时，由于泵5的驱动，水流通过混合器20的类文氏管24时会产生吸气作用，在封闭容器22内的气体经由气体吸入口28进入类文氏管24。气体产生器1所产生的气体经由管路44进入封闭容器22内，并在封闭容器22内扩散。该封闭容器22内部与类文氏管24外部所形成的空间又称扩散室23。在管路44上可设一调节阀6以限制气体进气流量，使该进气流量小于类文氏管24的吸气流量，因此扩散室23可维持负压状态。

封闭容器22上的气体入口26的位置与类文氏管24上的气体吸入口28的位置分别位在封闭容器22的两端，这样，气体在扩散室23内可充分扩散后再被吸入类文氏管24，从而有助于维持在类文氏管24的气体吸入口28处的压力稳定，进而使气泡均匀混合在液体中。

借助混合器20的吸气作用及调节阀6的调节，气体以负压的状态进入类文氏管24内的液体中，进而形成负压(相对于大气压力)气泡。负压气泡受到液体压力，体积变小，气泡浮力因而变小，使气泡停留于液体的时间增长，不会立刻浮出液面而逃逸，故有助于气体的溶解。

挟带气泡的液体流出混合器20后，便经由管路42从筒槽容器30底部进入筒槽容器30的内槽32。为增加漩涡的效果，管路42可分叉成两路，并在内槽32内底部附近以平行、水平及相对的方向配置，当流体分别由该分叉的管路流进内槽32时，液流形成扭矩，另外，内槽32底部所设的液气出口管38使流体垂直流出，促使内槽32内部的流体形成漩涡回流。漩涡回流使气泡大致随着涡流旋转而滞留在液体中，简言之，气泡上浮而逸出液体顶部的情况可显著减少，从而增长气体与液体接触的时间，达到增加气体溶解率的目的。

筒槽容器30的外槽34由冷却循环系统供应冷却水，冷却水由接近筒槽容器30底部的冷却水入口8进入，再由接近筒槽容器30顶部的冷却水出口16流出。冷却水可充满外槽34用以冷却内槽32内的流体及环绕管36内的新鲜液体。

新鲜液体由外部不断补充，其由新鲜液体入口9进入环绕管36，接着环绕内槽壁33而上，在接近内槽32顶部时由新鲜液体出口15进入内槽32的内部，而与挟带气泡的液体混合。新鲜液体在环绕管36内被外槽34内的冷却水冷却，以便与内槽32的液体混合时能维持较低的温度，从而增加气体的溶解率。

在接近内槽32顶部附近具有内部冷却器10，其内部流动着具有辅助冷却作用的冷却水。该内部冷却器10可设计成圆球状，且其高度设置得大约与内槽32的中心液面同高，其功能除了可辅助冷却内槽32中的液体以外，还可用于填充涡流在内槽32中央所形成的空洞，以减少液面与空气的接触，使空气溶入液体的情况尽量减至最低，以增加目标气体(如臭氧)的溶解率。

当要取用已充分溶解的液气混合流体时，可将一液气混合流体出口2设在泵5与混合器20间的管路上，在该出口2的前面可设有一液气混合流体出口阀4及一微气泡滤器3以分别控制流体的流量及滤除未充分溶解于液体中的气泡。简言之，将外部提供的新鲜液体由新鲜液体入口9注入本发明的装置，经过以上所述流程，再由液气混合流体出口2取出时，就得到所需要的含高浓度气体的液体。若将气体产生器1以臭氧生成器取代，则该装置即成为可制造高浓度臭氧水的装置。

本发明的构造和特征，经过上述详细说明及示例后，变得更加具体。应当理解：该实施例仅作为示例说明本发明的较佳操作状态，而不是用于限制本发明的范围，其它任何不脱离本发明精神而作出的改良或变更，都应当在本发明的保护范围之内。

主要组件符号说明：

1       气体产生器                20        混合器

2       液气混合流体出口          22        封闭容器

3       微气泡滤器                23        扩散室

4       液气混合流体出口阀        24        类文氏管

5       泵                        26        气体入口

6       调节阀                    28        气体吸入口

8       冷却水入口                30        筒槽容器

9       新鲜液体入口              32        内槽

10      内部冷却器                33        内槽槽壁

11      溢流口                    34        外槽

12      温度计                    35        外槽槽壁

13      辅助冷却水入口            36        环绕管

14      辅助冷却水出口            38        液气出口管

15      新鲜液体入口              40        管路

16      冷却水出口                42        管路

17      液体出口                  44        气体管路

18      液体出口

Claims (9)

1、一种负压进气回流滞逸气液混合装置，包括：

一混合器，其包括：

一呈轴向延伸的封闭容器，其具有一气体入口，并以一调节阀控制其进气流量；

一类文氏管，它以相同于所述封闭容器的轴向配置在其内部，所述类文氏管的两端各为一液流入口端及一液流出口端，在所述管的管壁上，设有一气体吸入口；

一筒槽容器，包括：

一内槽，其具有一壁，并包围一空间；

一外槽，其具有一壁，并包围所述内槽，在所述外槽槽壁与所述内槽槽壁之间形成一空间；

一环绕管，其具有一入口及一出口，所述环绕管由外部穿过所述外槽槽壁，并环绕所述内槽槽壁而设置，最后穿过所述内槽槽壁，所述环绕管的出口设置在所述内槽中；

一液气出口管，其位于所述筒槽容器的底部；

一液气混合管，其一端连接所述类文氏管的出口端，另一端连接所述筒槽容器的底面，并进入其内部，在进入内部后，使流出该液体混合管的液气混合流体在所述筒槽容器内部形成一漩涡回流；

一泵，其连接所述类文氏管的入口端及所述液气出口管；以及

一液气混合出口，其设置在连接所述泵出口与所述混合器入口之间。

2、如权利要求1所述的负压进气回流滞逸气液混合装置，其特征在于：所述筒槽容器在接近其底面及顶面处各开设一入口及出口，供冷却水流入及流出。

3、如权利要求2所述的负压进气回流滞逸气液混合装置，其特征在于：还包括一内部冷却器，所述内部冷却器内部设有一冷却循环水管，且其位置可调整在接近所述筒槽容器内槽的液面上。

4、如权利要求3所述的负压进气回流滞逸气液混合装置，其特征在于：所述内部冷却器的形状为一中空圆球。

5、如权利要求1所述的负压进气回流滞逸气液混合装置，其特征在于：所述混合器的封闭容器的气体入口位于接近所述容器的一端，在所述类文氏管的管壁上的气体吸入口被设置在远离所述封密容器气体入口的地方。

6、如权利要求1所述的负压进气回流滞逸气液混合装置，其特征在于：所述液气混合管在连接所述类文氏管的出口端后，分叉成两路，并由所述筒槽容器的底面进入其内部，在进入内部后，所述混合管的开口方向呈平行且以相反方向而配置。

7、如权利要求1所述的负压进气回流滞逸气液混合装置，其特征在于：所述环绕管呈螺旋状。

8、如权利要求1所述的负压进气回流滞逸气液混合装置，其特征在于：进一步包括与所述封闭容器的调节阀连接的一气体产生器。

9、如权利要求8所述的负压进气回流滞逸气液混合装置，其特征在于：所述气体产生器为一臭氧产生器。

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