CN1914123A - 气液溶解装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气液溶解装置，用于使包含氧气的气体溶解于从缺氧水域提取的水中，增加溶解于水中的氧气浓度，并且将溶有高浓度氧气的水注回缺氧水域。装置包括一泵3，用于从缺氧水域抽取水，一氧气供给单元4，用于提供包含氧气的气体，一拉长的圆柱体气液溶解腔5，包括至少一个设置在较低位置的通孔5b和一个设置在上部的圆顶状隔离板5a，一喷嘴2，用于向上喷射氧气供给单元4提供的氧气和泵3提供的水，从而使得气体和水撞击气液溶解腔5的隔离板5a内壁，通过喷射出来的气体和水的力量来有利地搅拌气体和水，并且具有一个内部为锥形的顶部，一气液分离腔6，用于通过通孔5b与气液溶解腔5连通，将经过通孔5b从气液溶解腔5中流出的气泡和水分离开来，并且将气泡和水存储下来，一供水口6b，用于将同气泡分离开来的水注回缺氧水域。

Description

气液溶解装置

技术领域

本发明涉及能够连续地产生使某种气体成分以高浓度溶解于液体中的一种气液溶解装置。更具体是，涉及一种将含氧气体溶解于从缺氧水域调取的水中的气液溶解装置，从而增加水中溶解的氧气浓度，并且将经过气液溶解装置处理过的水返回缺氧水域。

背景技术

在湖泊、沼泽、水坝、河流、内海或者类似区域的底部，沉积了大量的有机物，上述有机物由以下方式产生，陆地流入的家庭废水或者农业废水、水生植物的遗体或者利用该有机物作为食物而繁殖的浮游生物。当湖泊、沼泽、水坝、河流、内海或者类似区域的底部溶有氧气时，这些有机物和沉积物将被分解。由于分解作用将消耗氧气，湖泊、沼泽或者类似区域的底部将存在缺氧的水域。

缺氧水域中溶解的氧气浓度低至1毫克/公升到2毫克/公升，水面附近区域中溶解的氧气浓度为10毫克/公升，缺氧水域中溶解的氧气浓度远远低于水面附近区域中溶解的氧气浓度。在特殊情况下，缺氧水域将进入恶性循环。即，由于缺氧水域经常遭受污染，因此，该区域不能发生光合作用，相应地，藻类植物将不能生长。由于没有藻类植物生长，该区域亦不会产生氧气，由此，使得缺氧的情况更加恶化。

当底部缺氧时，将会对湖泊、沼泽或者类似区域的环境产生各种有害影响。例如，如果湖泊、沼泽或者类似区域处于缺氧状态，海底生物经常绝种。如果湖泊、沼泽或者类似区域缺氧，那么将产生负压状态，使得金属从附近的暗礁、岩石和底部软泥中洗提出来，从而产生水污染。

为了消除上述的缺氧状态，常用的方法是向缺氧水域提供氧气，从而提高溶于水中的氧气浓度。在名称为“排氧装置”的第H5-168981号日本专利申请公开文献、名称为“氧气溶解装置”的第H7-185281号日本专利申请公开文献以及名称为“将空气溶解于水中的装置”的第2002-200415号日本专利申请公开文献中，已经揭示了直接向缺氧水域提供泡状氧气或者空气的方法。

在名称为“一种用于水中设置型加压密封罐中水的自动溶解氧气的控制方法”的第2002-177953号日本专利申请公开文献和名称“供应溶有高浓度氧气的水的装置”的第2000-245295号日本专利申请公开文献中，揭示了一种强制地将氧气溶于水中的方法，该方法主要通过以下方式实现，将密封罐中的氧气和水加压和混合，从而产生其中溶解有高浓度氧气的水(下文中将简称为：溶有高浓度氧气的水)，并将溶有高浓度氧气的水提供给缺氧水域。

在名称为“加压式氧气溶解方法”的第H11-207162号日本专利申请公开文献中，揭示的方法如下：在类似密封罐中产生溶有高浓度氧气的水，暂时地将溶有高浓度氧气的水与大气相通，然后再将上述溶有高浓度氧气的水提供给缺氧水域。在名称为“气体溶解装置”的第2002-346351号日本专利申请公开文献中，揭示的方法如下：把将溶解的气体填充进密封密封罐内，并将水注入密封密封罐中，使得气体溶解于水中。

专利文献1：第H5-168981号日本专利申请公开文献；

专利文献2：第H7-185281号日本专利申请公开文献；

专利文献3：第2002-200415号日本专利申请公开文献；

专利文献4：第2002-177953号日本专利申请公开文献；

专利文献5：第2000-245295号日本专利申请公开文献；

专利文献6：第H11-207162号日本专利申请公开文献；

专利文献7：第2002-346351号日本专利申请公开文献。

发明内容

现有的技术有以下缺陷：

如同在第H5-168981号、第H7-185281号以及第2002-200415号三份日本专利申请公开文献中揭示的方法一样，如果将泡状的氧气或者空气直接提供给缺氧水域，则大部分泡状的氧气或者空气将浮在水面。从而不能有效地提高氧气浓度。

由于泡状氧气浮在水面将产生卷有底部物质的水柱，因此，将产生下列问题。如果底部物质被卷起，其将搅动沉积的有机物或者类似物体，从而加速分解活动。相应地，将经常降低氧气浓度和扩大缺氧水域的面积。当底部物质被卷起时，金属成分将从附近的暗礁和岩石中洗提出来，底部的淤泥将扩散，这些现象都将使得水污染进一步恶化。

如同在第2002-177953号以及第2000-245295号两份日本专利申请公开文献中揭示的方法一样，如果将溶有高浓度氧气的高压水提供给缺氧水域，随着压力的减小，氧气将变成泡状。与上述的情况相似的是，伴随底部物质被卷起产生的问题将会出现。如同在第H11-207162号日本专利申请公开文献中揭示的方法一样，当与大气有短暂接触时，密封罐中的溶有高浓度氧气的水将产生气泡，并且与上述气泡混合在一起。同样地，伴随底部物质被卷起产生的问题亦会出现。

进一步地，为了在密封密封罐中产生溶有高浓度氧气的水，需要有用于控制密封罐内压力和水位的设备。这将使得整个装置的体积较大，从而增加设置的成本。

如果要对大容量的水进行处理，比如湖泊或者水坝底部的水，那么，一般都希望对上述大容量的水进行连续的处理。对于这样的连续处理，从泵驱动力和避免产生上述的底部物质被卷起的方面考虑，一般亦希望仅仅取出一部分未含有气泡的液体。

同样也希望连续地供应一定量的溶有高浓度氧气的水，即，为了下列原因，需要稳定的供应水。如果水量发生变化，那么水柱波动将使得底部物质被卷起。

本发明解决了上述问题。本发明的一个目的是提供用于有效地增加缺氧水域的氧气浓度，从而防止底部物质被气泡卷起，并且降低成本的一种气液溶解装置；

本发明的另一目的是提供用于稳定、连续地提供溶有高浓度氧气但不含水泡的水的一种气液溶解装置。

解决问题的方案：

为实现上述发明目的，权利要求1中所述的气液溶解装置将含氧气的气体溶于从缺氧水域提取的水中，提高从缺氧水域提取的水中溶解的氧气浓度，并且将溶有高浓度氧气的水注回缺氧水域，气液溶解装置包括：一进液单元，用于从缺氧水域提取将被处理的水；一供气单元，用于提供包含氧气的气体；一设置在底部的气液溶解腔，具有至少一个设置在其底部的通孔和一个设置在其上部的顶板；一喷嘴，用于将供气单元提供的气体和进液单元提供的水喷射出去，从而使得上述气体和水同顶板的内壁碰撞，气泡和水充满气液溶解腔，并且通过已被喷射的气泡和水强烈地搅动气泡和水；一气液分离腔，设置在气液溶解腔的外部，并且通过通孔与气液溶解腔连通，该气液分离腔用于分离从气液溶解腔的通孔流出的气泡和水，该气液分离腔包括一个设置在气液分离腔上部的孔状出气口和一个设置在气液分离腔下部的接收部，上述孔状出气口将分离出来的气泡排放到外部，上述接收部接收已经与气泡分离的水；一供水单元，用于将从接受部中提取的水注回缺氧水域。

因此，权利要求1中所述的本发明是通过以下方式产生溶有高浓度氧气的水的。由供气单元提供的包含氧气的气体和由进液单元提供的缺氧水在喷嘴处产生气液多相液体。喷嘴将气液多相液体喷射到气液溶解腔中，使得气液多相液体撞击顶板、飞散、翻转以及散落在气液溶解腔内。同时，气液多相液体通过自身的喷射力形成漩涡或者湍流，从而击破气泡。漩涡或者湍流使得包含在气液多相液体中的气体和水相互剧烈接触和搅动，从而使气体(氧气)溶于水中。从喷嘴中喷射出来的气液多相液体连续地撞击在气液溶解腔中散落的气液多相液体，由此，气体与水之间的进一步接触和搅动将使得气体(氧气)进一步的溶于水中。

因此，与强行将气体溶解于水中的气液溶解装置不同是，在从喷嘴喷射出来的气液多相液体的力量的作用下，本发明所述的气液溶解装置扩大了气体与水的接触面积以及增加了气体与水的接触机会，从而加速了气体溶解于水中。

本发明所述的气液溶解装置通过气液溶解腔的内壁隔离水柱，从而避免由于水压的作用使得大体积的气泡大量地流向气液分离腔。因此，需要将气液分离腔中的气泡和水分离，并且连续地将溶有高浓度氧气的水调走。

本发明所述的气液溶解装置产生的溶有高浓度氧气的水不是通过以下方式产生：通过较大地增加现有气液溶解装置中的气压强行将气体溶于水中。因此，即使将溶有高浓度氧气的水注回缺氧水域，亦不会因为压力的减小而有气泡沉积。此外，可以不设置密封的反应容器，比如：高压罐、用于控制反应容器内部压力和水位的设备。因此，可以简化装置结构。气液溶解装置主要部件(气液溶解腔、气液分离腔以及喷嘴)的安装位置使得气压的含义有所不同。如果气液溶解装置的主要部件被安装在陆地上，则气压指空气压力。如果气液溶解装置的主要部件被安装在水中，则气压指水中的压力。尽管需要利用喷射水的加压(例如：喷射一次水就需要约为1帕斯卡的气压)和喷嘴喷射的气体产生水柱，但是，本发明所述的气液溶解装置不要配置加压装置来提供上述高压。

上述的水不仅包括淡水，还包括海水、盐水以及类似的含盐份的水，淡水是指不含盐份的水，比如：河流、湖泊、沼泽以及水坝中的水。进一步地，“带底的”表示的是气液溶解腔是处于完全密封的状态。“包含至少一个设置在底部的通孔和一个设置在上部的顶板的带底气液溶解装置”表示在气液溶解腔中除了通孔和喷嘴之类的导通部之外都是闭合的。不用在气液溶解腔中另行设置顶板，气液溶解腔的上表面(可以形成盖板的气液溶解腔的表面)就可以作为顶板。因此，顶板的内壁指气液溶解腔上部的内表面。接收部可以解释为用于将溶有高浓度气体的液体传送到气液溶解装置外部的部件。

进一步，根据权利要求1的权利要求2所述的气液溶解装置的顶板为圆顶状。因此，根据权利要求2中的发明，通过喷嘴喷射的气液多相液体沿着圆顶流动而不会停滞，从而使得气体与水的接触机会有效的增加，气体与水的接触面积有效的扩大，并且加速气体溶解于水中。此外，顶板被设置成圆顶状将会增加气液溶解腔的耐久性。

进一步，根据权利要求1或者2的权利要求3所述的气液溶解装置的喷嘴顶端是朝着喷射口为锥形的。因此，根据权利要求3中的发明，气液多相液体将被强行导入气液溶解腔中。

进一步，根据权利要求1、2或者3的权利要求4所述的气液溶解装置的气液溶解腔中设置了气液分离腔。因此，根据权利要求4中的发明，溶有高浓度氧气的水直接通过气液溶解腔中的通孔流向气液分离腔。因此，可以利用类似于管子的器件将溶有高浓度氧气的水提供给气液分离腔。由于被设置成一个整体，所以能够较易地安装和移动气液溶解装置。

进一步，根据权利要求1至4中任何一个的权利要求5所述的气液溶解装置的通孔可组合总面积大于喷嘴喷射部分的面积。因此，根据权利要求5所述的发明，可以避免通过增加气液溶解腔中的内压来使喷嘴喷射的气液多相液体。

进一步，根据权利要求1至5中任何一个的权利要求6所述的气液溶解装置，至少抽水单元、气液溶解腔、喷嘴以及气液分离腔被安装在缺氧水域。因此，根据权利要求6的发明，当水压升高时，更多的气体也将溶解于水中。根据所述的安装方法，相对于将设备安装在地面上的情况下，当设备被安装在水中时，将节省注入水和释放水的能量。

进一步，根据权利要求4，权利要求1～3中的任何一个所述的气液溶解装置的气液溶解腔的一个侧表面被设置成圆柱状或者沿中心轴对称的形状，并且在气液溶解腔中被安装在气液分离腔中，在气液溶解腔与气液分离腔之间设置了一个隔离部件，该隔离部件包括一个导通的上部和一个成圆柱状或者沿中心轴对称状的侧表面，并且该隔离部件朝着上部成锥形，气泡和水沿着通孔从气液溶解腔中流向隔离部件，并且相对于气液溶解腔的半径方向成一预定角度的流动，在气液溶解腔的外表面与隔离部件的内表面之间产生一向上流动的循环水柱。

因此，根据权利要求7的本发明，在循环水柱的作用下，比重小的气泡积聚在中心位置，并且上部水柱的速度较快，从而使得气泡与水能够有效地分开。由于被设置成一个整体，能够较易地安装和移动气液溶解装置。例如，当描述“气液溶解装腔的一个侧表面”为“成圆柱状或者沿着中心轴对称”时，气液溶解腔被设置成包含半球状的上部和筒形的侧表面，与中心轴垂直的气液溶解腔的横截面的外形可以是圆形，并且该圆形的直径可以沿着中心轴变化。同样地，当“隔离部件”被描述为具有“圆柱状或者沿着中心轴对称状的一个侧表面”，以及“朝着上部成锥形”时，隔离部件被设置成一个被切去顶端的中空圆锥体，多个中空圆柱体的结合体具有公共的中心轴，但是各自的直径不同，或者连接多个中空圆柱体的部件具有一个公共的中心轴，并且由于利用了中空的圆锥体具有不同的直径。

进一步，根据权利要求7的权利要求8所述的气液溶解装置，其中所述的通孔方向被设置在一预定角度的方向，该预定角度由气液溶解腔的厚度所决定。因此，根据权利要求7中所述的本发明，由于考虑到减少易出故障部件的数量以及长期的连续使用，所述气液溶解装置结构简化。

进一步，根据权利要求9，所述的气液溶解装置包括一供给单元，用于提供混合有液体和气体的气液多相液体，一气液溶解腔，其上部用于接收气液多相液体，并且包括一个设置在底部用于牌坊液体的排放通孔，一喷嘴，用于与气液溶解腔导通，以及将供给单元提供的气液多相液体朝着气液溶解腔的上部喷射，一气液分离腔，被设置在气液溶解腔的外部，通过排放通孔与气液溶解腔连通，并且用于存放排放通孔排放的气液多相液体和将气体与液体分离开来，一排出口，用于将在气液分离腔中分离出的液体排出。由于喷嘴的喷射力和从气液溶解腔的上部流下的液体的搅动作用，溶解于液体中的气体浓度增加。

因此，根据权利要求9所述的本发明，由于所述喷嘴从多个方向喷射的气液多相液体的作用，所述的液体与气体之间的接触面积扩大，接触机会增多，从而加速气体溶解于水中。此外，根据权利要求9所述的本发明，台阶使气液溶解腔和气液分离腔中的气体与液体分离，从而稳定而连续地单独排放液体部分。

当气液溶解装置安装完毕以后，“上部”与“下部”分别代表同气液溶解腔垂直的上侧面与下侧面。“排放通孔”代表使得气液多相液体流到气液溶解腔的外部。事实上，只要能够实现给喷嘴提供气液多相液体的结构都可以作为供给单元。例如，设置供给单元，从而使得液体供给单元和气体供给单元直接与喷嘴连通。当气体积聚在气液分离腔的上部时，权利要求9将不再叙述孔状出气口或者气体收集单元。但是这不意味着排除上述元器件的存在。尽管权利要求9中没有明确地叙述这些元器件，但是当需要的时候亦可以设置这些元器件。

如下所述，根据权利要求9所述的本发明可以采用权利要求1～8中任一项中叙述的器件结构。上部可以设置成圆顶状，喷嘴的顶端可以是锥状的。气液分离腔设置在气液溶解腔的外部，从而使得气液溶解腔与气液分离腔分离，或者将气液溶解腔设置在气液分离腔的内部。

进一步，根据权利要求9的权利要求10所述的气液溶解装置，所述气液溶解腔的上部为圆顶状。因此，根据权利要求10所述的本发明，所述的从喷嘴喷射出来的气液多相液体沿着圆顶不断地流动，从而使得气体和液体之间的接触机会大大增加，气体与液体的接触面积有效扩大，并且进一步加速了气体溶解与水中。此外，由于气液溶解腔的上部被设置成圆顶状，气液溶解腔的耐久力增强。

进一步，根据权利要求9或者10的权利要求11所述的气液溶解装置，所述喷嘴的顶端朝着喷射口为锥状。因此，根据权利要求11所述的本发明，气液多相液体流向气液溶解腔。

进一步，根据权利要求9～11中的任一项的权利要求12所述的气液溶解装置，所述的气液溶解腔被设置在气液分离腔中。因此，根据权利要求12所述的本发明，所述溶有高浓度氧气的气液多相液体直接通过气液溶解腔的排放孔流入气液分离腔。因此，可以利用类似于管子的器件将溶有高浓度氧气的气液多相液体提供给气液分离腔。由于被设置成一个整体，所以能够较易地安装和移动气液溶解装置。

进一步，根据权利要求9～12中任一项的权利要求13所述的气液溶解装置，所述通孔可组合总面积大于喷嘴喷射部分的面积。因此，根据权利要求13所述的本发明，可以避免通过增加气液溶解腔中的内压来使喷嘴喷射气液多相液体。

进一步，根据权利要求9～11中任一项的权利要求14所述的气液溶解装置，所述的气液溶解腔的一个侧表面被设置成圆柱状或者沿中心轴对称的形状，并且将气液溶解腔中安装在气液分离腔中，在气液溶解腔与气液分离腔之间设置了一个隔离部件，该隔离部件包括一个导通的上部和一个成圆柱状或者沿中心轴对称状的侧表面，并且该隔离部件朝着上部渐成锥形，气液多相液体沿着通孔从气液溶解腔中流向隔离部件，并且相对于气液溶解腔的半径方向成一预定角度的流动，在气液溶解腔的外表面与隔离部件的内表面之间产生一向上流动的循环水柱。因此，根据权利要求14所述的本发明，在循环水柱的作用下，比重小的气泡积聚在中心位置，并且上部水柱的速度较快，从而使得气泡与水能够有效地分开。由于被设置成一个整体，能够较易地安装和移动气液溶解装置。

进一步，根据权利要求14的权利要求15所述的气液溶解装置，其中所述的通孔方向被设置在一预定角度的方向，该预定角度由气液溶解腔的厚度决定并相对于气液溶解腔的半径方向产生的。因此，根据权利要求15中所述的本发明，由于考虑到减少易出故障部件的数量以及长期的连续使用，所述气液溶解装置结构简化。

根据本发明(权利要求1～6中的任一项或者权利要求9～13中的任一项)，其中所述的气液溶解腔的通孔(排放孔)较优地不能设置成太大，从而避免大体积气泡或者漩涡流流入气液分离腔，但是气液溶解腔的通孔(排放孔)亦不能被设置为太小，从而避免喷射流通过通孔流入气液分离腔。换句话说，通孔的大小以能够防止气液分离腔中的水柱击破气泡和产生小气泡为宜。进一步较优地是设置多个通孔(排放孔)从而使得每个通孔(排放孔)不会很大。按照以上的设计，大的水柱被拦截在气液溶解腔中，只有稳定而小的水柱能够流入气液分离腔中。因此，气液溶解装置能够有效地将气泡与溶有高浓度氧气的水分开。阻止大体积气泡流入气液分离腔的方法之一就是提供一个较大的气液溶解腔。

另一方面，根据权利要求7、8、14以及15，所述的水柱通过流经通孔产生循环流。因此，通孔(排放口)的直径和通孔(排放口)的数量较优地被设计成能够产生强大水柱的形式。

发明效果

根据本发明(权利要求1)所述的气液溶解装置通过喷嘴多方位喷射的气液多相液体的力量能够扩大气体和水的接触面积，并且能够增加气体和水的接触机会，进而加速气体溶解与水中。因此，气液溶解装置能够有效地提供缺氧水域的氧气浓度。此外，根据本发明(权利要求1)所述的气液溶解装置通过气液溶解腔的壁拦截水柱，将气液溶解腔中的小体积气泡分离出来，并且连续不断地排放溶有高浓度氧气的水。因此，气液溶解装置可以有效地避免气泡卷起底部物质。此外，可以不设置密封的反应容器，比如：高压罐、控制反应容器内压力和水位的设备。因此，气液溶解装置的结构简化，并且可以减少成本。

根据权利要求1的本发明(权利要求2)所述的气液溶解装置，所述的气液多相液体从喷嘴喷射出来沿着圆顶连续的流动，从而有效地增加气体和水的接触机会，有效地扩大气体和水的接触面积，进一步加速气体溶解于水中。因此，气液溶解装置可以有效提高缺氧水域的氧气浓度。

根据权利要求1或者2的本发明(权利要求3)所述的气液溶解装置，其中所述的气液多相液体流入气液溶解腔，因此，可以通过简单的结构有效地使得气体溶解于水中。因此，气液溶解装置能够可以有效地提高缺氧水域的氧气浓度，并且能够降低成本。

根据权利要求1、2或者3中任一项的本发明(权利要求4)所述的气液溶解装置，所述的溶有高浓度氧气的水直接从气液溶解腔的通孔流入气液分离腔中。可以利用类似于管子的器件将溶有高浓度氧气的水提供给气液分离腔，由于结构简化，气液溶解装置的成本较低。

根据权利要求1～4中任一项的本发明(权利要求5)所述的气液溶解装置，其可以防止从喷嘴喷射出来的气液多相液体造成气液溶解腔内的压力升高。因此，气液溶解装置的气液溶解腔的寿命延长，并且能够降低维护和维修费用。

根据权利要求1～5中任一项中的本发明(权利要求6)所述的气液溶解装置，其增加水压，从而使得更多的气体溶解于水中。相对于将设备安装在地面上的情况下，当设备被安装在水中时，将节省注入水和排放水的能量。因此，气液溶解装置成本较低，并且能够有效地增加缺氧水域的氧气浓度。

根据权利要求1、2或者3的本发明(权利要求7)所述的气液溶解装置，其利用循环水柱使得比重小的气泡积聚在中心位置，并且上部水柱的速度较快，从而使得气泡与水能够有效地分开。因此，气液溶解装置能够稳定而连续地产生溶有高浓度氧气而不包含气泡的水。

根据权利要求7的本发明(权利要求8)所述气液溶解装置，考虑到减少易出故障部件的数量以及长期的连续使用，其结构简化。因此，气液溶解装置的维护费用和维修费用减少。

根据本发明(权利要求9)所述的气液溶解装置由于喷嘴多方向喷射的气液多相液体的作用能够扩大气体与水之间的接触面积，增加气体与水的接触机会，进一步加速气体溶解于水中。此外，根据本发明所述的气液溶解装置分阶段地将气液溶解腔与气液分离腔中的气体与水分离，因此，可以连续地将液体排出。因此，气液溶解装置能够连续地提供溶有高浓度氧气的液体，该液体中不包含任何气泡。

根据权利要求9的本发明所述的气液溶解装置使得从喷嘴喷射的气液多相液体连续地沿着圆顶流动。根据本发明的气液溶解装置能够有效地增加气体和水的接触机会，扩大接触面积，进一步加速气体溶解于水中。因此，气液溶解装置能够稳定而连续地提供溶有高浓度氧气的液体，并且该液体中不包含任何气泡。

根据权利要求9或者10中任一项的本发明(权利要求11)所述的气液溶解装置使得气液多相液体流向气液溶解腔。因此，能够利用简单的配置使得气体有效地溶解于水中。因此，气液溶解装置稳定而连续地提供溶有高浓度氧气的液体，该液体中不包含任何气泡。

根据权利要求9、10或者11中任一项的本发明(权利要求12)所述的气液溶解装置使得溶有高浓度气体成分的气液多相液体通过气液溶解腔的排放孔直接流入气液分离腔。可以利用类似于管子的器件将气液多相液体提供给气液分离腔，由于结构简化，气液溶解装置的成本较低。

根据权利要求9～12中任一项的本发明(权利要求13)所述的气液溶解装置，其可以防止从喷嘴喷射出来的气液多相液体造成气液溶解腔内的压力升高。因此，气液溶解装置的气液溶解腔的寿命延长，并且能够降低维护和维修费用。

根据权利要求9、10或者11的本发明(权利要求14)所述的气液溶解装置，其利用循环水柱使得比重小的气泡积聚在中心位置，并且上部水柱的速度较快，从而使得气泡与水能够有效地分开。因此，气液溶解装置能够稳定而连续地产生溶有高浓度氧气而不包含气泡的水。

根据权利要求9的本发明(权利要求15)所述的气液溶解装置，由于考虑到减少易出故障部件的数量以及长期的连续使用，其结构简化。因此，气液溶解装置的维护和维修费用降低。

附图说明

图1为利用本发明的第一实施例所述的气液溶解装置改善缺氧湖泊的示意图；

图2为根据第一实施例所述的气液溶解装置的主要配置部分的剖视图；

图3为根据第一实施例所述的气液溶解装置的主要部分的倾斜示意图；

图4为根据第一实施例所述的气液溶解装置在一个工作时间段内处理溶解于水中的氧气浓度量变化的曲线图；

图5为现有的气液溶解装置的示意图；

图6为安装在地面上的气液溶解装置的示意图；

图7为根据第三实施例所述的气液溶解装置的主要配置部分的剖视图；

图8为根据第三实施例所述的包含通孔的气液溶解腔的剖视图；

图9为根据第四实施例所述的气液溶解装置的喷嘴外部视图。

件号说明

1，21      气液溶解装置

2，22，32  喷嘴

2a         顶部

2b，32b    喷射口

3，23        泵

4，24        氧气供给单元

5，25        气液溶解腔

5a           隔离板

5b，25b      通孔

6，26        气液分离腔

6a，26a      排气孔

6b，26b      供水口

10           固定部

11           气液多相液体

12           抽吸管

13           供水管

25a          天花板

27           隔离部件

27a          上部

30           基座

31           腿部

34           供气管

具体实施方式

第一实施例

以下将参照附图解释本发明的各实施例。

图1为利用本实施例所述的气液溶解装置改善缺氧湖泊的示意图。图2为根据本实施例所述的气液溶解装置的主要配置部分的剖视图。图3为根据本实施例所述的气液溶解装置的主要部分的倾斜示意图。气液溶解装置1包括一泵3，用于抽取湖泊A的缺氧水域B中的水，并且将抽取的水提供给喷嘴2，一氧气供应单元4，用于将包含氧气的气体(以下，使用的空气用“氧气”代替)提供给喷嘴2，一喷嘴2，用于在气液溶解腔将泵3提供的水和氧气供给单元4提供的氧气喷射至隔离板5a，一气液溶解腔5，用于搅拌从喷嘴2喷射的水和气体，从而产生溶有高浓度氧气的水，一气液分离腔6，用于存储在气液溶解腔中产生的溶有高浓度氧气的水和氧气泡，当上述氧气泡和水相互分离时，上述氧气泡不会溶解于上述水。

如图1所示，气液溶解装置1被安装在缺氧水域B。根据本实施例的气液溶解装置1包括一个设置在上部的浮标8和一个设置在下部的基座9。由于设置浮标8和基座9，只要浸在水面之下，就能较易地将气液溶解装置1安装好。

气液溶解腔5是一个较长且底部为圆柱形的部件，其包括圆顶状的隔离板5a以及多个设置在较低侧表面的通孔5b，并且气液溶解腔5除了通孔5b和喷嘴2之外都是密封的。在气液溶解腔5内部，喷嘴2的喷射口2b的正上方是圆顶的中央，从而使得顶部2a的内部直径朝着喷射口2b的方向逐渐变小。泵3和氧气供给单元4都与喷嘴2相连，从而使得由缺氧水和氧气混合而成的气液多相液体总是在一定的水压作用下流动。

气液分离腔6为一个较长的圆柱体部件，其将气液溶解腔5全部罩住，并且利用固定部件10来支撑气液溶解腔5。气液分离腔6包括设置在上部的排气孔6a，从而排放或者再生最终还可以利用的气体。气液分离腔6也包括设置在底部的供水口6b，从而将溶有高浓度氧气的水注回缺氧水域B。尽管气液分离腔6为柱形，但是气液分离腔6的横截面形状不限于上述形状，它可能是多边形、圆形或者椭圆形。按照上述结构设置，气液分离腔6可以是椭圆形，比如，鸡蛋状。

气液溶解装置1的工作过程将在下文中阐述。泵3首先从缺氧水域B抽取水，然后将抽取的水提供给喷嘴2。同时，氧气供给单元4提供氧气给喷嘴2。因此，提供的水和氧气在喷嘴2处形成气液多相液体。受泵压和喷嘴2的锥形顶部的作用，气液多相液体11喷射入气液溶解腔5中。

喷射出来的气液多相液体撞击隔离板5a，并且沿着圆顶流下。同时，气液多相液体11通过自身的喷射力形成漩涡或者湍流。这种复杂的流动使得气液多相液体11中的氧气转换成细小的气泡，从而有效地扩大接触面积，使气泡有效地与水接触，并且能够被搅动。进一步，在气液溶解腔5中向下流动的气液多相液体11撞击从喷嘴2中喷射出来的气液多相液体11，由此使得氧气和水进一步地接触和搅动，有效地使氧气溶解于水中。按照这种方式，气液溶解腔5中将产生溶有高浓度氧气的水。

氧气泡伴随着溶有高浓度氧气的水在气液溶解腔5内向下流动，并且通过通孔5b流入气液分离腔中，上述氧气泡不溶于上述溶有高浓度氧气的水中。由于通孔5b设置在气液溶解腔5的较低侧表面，由此，大体积气泡停留在气液溶解腔5的上部，细小的气泡和溶有高浓度氧气的水流入气液分离腔6中。从另外一个角度看，气液溶解腔5拦截住了汹涌的水柱，并且调整水柱，从而使得喷射流不会流入气液分离腔6，并且产生液体，进而使得细小的气泡不会在气液分离腔6中受到晃动。

溶有高浓度氧气的水和气泡暂时地存储在气液分离腔6中，因此，气泡被分离出来，并朝着上部移动，同时，仅仅溶有高浓度氧气而不含有气泡的水稳定地从供水口6b注回缺氧水域B。为了避免气泡从通孔5b流出与供水口6b提供溶有高浓度氧气的水混合，供水口6b被设置在远离通孔5b并且比通孔5b低的位置。

第一实施例

缺氧水经过气液溶解装置处理，并且溶有高浓度氧气的缺氧水经过检测。图4为根据第一实施例所述的气液溶解装置在一个工作时间段内处理溶解于水中的氧气浓度量变化的曲线图。检测条件如下。喷嘴喷射的水流量为10公升/分钟，提供的氧气的浓度为99.9％(利用氧气缸)，氧气供给量为0.5公升/分钟，气液溶解腔5的内压为0.1兆帕斯卡(约为1个大气压的压力)，水温为27℃。图5揭示了现有的气液溶解装置处理溶有高浓度氧气的水的情况，并与图4的图表中所揭示的情况进行比较。

图5中的现有气液溶解装置能够提供溶有高浓度氧气的水。简言之，现有的气液溶解装置包括一密封罐，用于作为气液溶解反应的反应容器，一泵，用于抽取水，一流量控制阀，其由泵提供向上的水柱，并且调整水的供给量，一氧气供给源，一喷嘴，用于向密封罐喷射水和氧气，一阻板，用于使得喷嘴喷射的气体和液体相互撞击，一用于释放密封罐中的剩余气体的阀，一用于调整密封罐中溶有高浓度氧气的水的排放量的阀。

现有的气液溶解装置首先将氧气填充进密封罐中，调整水位，从而使得水面位于阻板之下，然后向阻板喷射水和氧气，并且使气体溶解于水中。这种类型的现有气液溶解装置需要设置一个控制器(未示出)，该控制器用于控制密封罐中的内压和水位。特别地，由于需要提供水位控制功能，用于排放剩余气体的阀的控制操作变得比较复杂，因此，不可避免地使气液溶解装置体积较大，生产成本较高。

如图4所示，根据本实施例所述的气液溶解装置大约从启动后的4分钟开始进入稳定的操作。气液溶解装置提供溶有高浓度氧气的水，上述水中的氧气浓度为50毫克/公升。相反地，图5所示的现有气液溶解装置大约从启动后的8分钟开始才进入稳定的操作。并且溶解于水中的氧气浓度仅为45毫克/公升。此外，由于现有的气液溶解装置通过控制剩余气体的排放才调整水位，因此氧气浓度不稳定。通过证实，由于现有气液溶解装置要排放剩余气体，则其不会连续地向缺氧区域B提供溶有高浓度氧气的水。

如果溶解于水中的氧气浓度较低，则很有必要向缺氧水域提供大量的溶有高浓度氧气的水。这将经常使得依附在水柱上的底部物质被搅动。为了避免底部物质的搅动，并且有效地提高缺氧水域的氧气浓度，很有必要稳定而没有波动地供应溶有高浓度氧气的水。如图4所示，根据本实施例的气液溶解装置能够比现有的气液溶解装置稳定而

在第一实施例中，气液溶解装置包含溶有高浓度氧气的水，但是本发明并不局限于此。当要将一定量的气体溶解于液体中时，可以使用与上述气液溶解装置配置相同的装置。实现上述目的的气液溶解装置包括供给单元，用于供给由液体和气体混合而成的气液多相液体，气液溶解腔，用于接收上部的气液多相液体，并且包括设置在底部用于排放液体的排放孔，喷嘴，用于与气液溶解腔导通，并且将供给单元提供的气液多相液体向气液溶解腔的上部喷射，气液分离腔，其被设置在气液溶解腔的外部，用于通过排放孔同气液溶解腔连通，存储从排放孔排放的气液多相液体，并且将液体与气体分离，排放孔，用于将从气液分离腔中分离出来的液体排放出去。采用这种配置，由于喷嘴的喷射力和从隔离板流下的液体的搅动作用，溶解于液体中的气体浓度增加。

与第一实施例相同的是，排放口被设置在气液分离腔的较低位置。可以选择的是，如果气液溶解装置被安装在地面上，排放口可以设置在气液分离腔的上部，并且要被设置成适宜液体排放的大小。

第三实施例

将在下面介绍用于处理海水的气液溶解装置。如果根据第一实施例所述气液溶解装置在海水中含有盐份的区域工作，或者在海水中含盐份较高的区域工作，将会产生比较小的气泡，并且会在气液分离腔中出现海水难以与气泡分离的现象。这是由于盐份将产生细小的气泡，即使很小的水柱也会产生浮力。在第三实施例中将会阐述气液溶解装置是如何利用循环水柱将气泡与海水分离开来的。

图7为根据第三实施例所述的气液溶解装置的主要配置部分的剖视图。图8为包含通孔的气液溶解腔的剖视图。气液溶解装置21包括一泵23，用于从缺氧水域抽取海水，并且将抽取的海水提供给喷嘴22，一氧气供给口24，用于将氧气提供给喷嘴22，一密封的气液溶解腔25，其包括设置在较低位置的通孔25b和圆顶状(半球状)的天花板25a，喷嘴22，用于喷射泵23提供的海水和通过氧气供给连续地产生溶有较高浓度氧气的水。在本实施例中，由于不需要将缺氧水域的水抽取到地面上，可以节省能量。

在第一实施例中，气液溶解装置被安装在缺氧水域。然而，按照上述使用方法，气液溶解装置可以安装在地面上。图6为安装在地面上的气液溶解装置的示意图。图6中的符号代表的元器件与图1中的符号代表的元器件类似。在图6中，符号12代表用于将水从缺氧水域B抽取上来的抽吸管，符号13代表通过供水口6b将溶有高浓度氧气的水注回缺氧水域B的供水管。当气液溶解装置被安装在地面上时，例如，成本将会增加。如果气液溶解装置被安装在缺氧水域B时，由于缺氧水域B的底部有大量淤泥，进而很难保证将气液溶解装置固定安装，并且当气液溶解装置被底部淤泥掩埋的时候，很难搬动气液溶解装置。

从溶解的氧气浓度的角度来比较气液溶解装置的水下安装和地面安装。如果安装的位置在较深的水下，气液溶解腔的内压需要增加到使得较多氧气溶解于水中的大小。因此，水下安装较为可选。安装在水中的气液溶解装置的氧气供给单元能够通过氧气发生器和压缩机从地面获取氧气，或者通过安装在水中的气体缸供应氧气。进一步地，不考虑气液溶解装置的安装环境，换言之，不管气液溶解装置被安装在水中还是在地面上，都需要在除了泵之外的器件上设置一个使得水从喷嘴喷射出来的加压单元。通过使用加压单元，气液溶解腔或者气液分离腔中将会产生压强。

本实施例中设置了一个喷嘴，在实际应用中还可以设置多个喷嘴。由此，为了避免气液溶解腔中的内压增高到足以击破气液溶解腔的大小，较低通孔的数量可以作相应的调整，从而使得通孔的总面积大于喷嘴的总横截面积。只要通孔不妨碍将气液分离腔中的气泡与水分离，通孔既可以设置在气液溶解腔的较低侧表面，也可以设置在气液溶解腔的底部。

第二实施例口24提供的氧气，从而使得海水和氧气撞击在气液溶解腔25内部的天花板25a的内壁，一隔离部件27，用于保护气液溶解腔25，并且在隔离部件27与气液溶解腔25的外壁之间产生循环水柱，一气液分离腔26，用于保护隔离部件27，并且包括一个设置在上部用来将气泡排放到外部的排气孔26a和设置在较低位置并提供与气泡分离的海水的供水口26b。

在此假定气液溶解装置21(未示出)被安装在缺氧水域。这样一个安装场所的实例包括一个通过防浪堤或者狭窄的水渠与公开隔离的内海。为了使气液溶解装置21固定，其被安装在基座30上，该基座30通过腿部31固定在海底。

气液溶解装置21包括隔离部件27，该隔离部件27能够将细小的气泡与海水隔离开来。将在下文装置介绍装置的处理过程。隔离部件27的底部是密封的，并且包括一个开口的上部27a和朝着上部27a的方向成锥形的内侧表面。气液溶解腔25包括一个半球状的圆柱体上部和一个其中设置有通孔25b的较低部，从而倾斜地将气泡-海水多相液体击破(见图8)。由于设置了通孔25b，多相液体产生沿着气液溶解腔25的外表面(隔离部件27的内表面)流动的循环水柱。由于通孔25b连续地提供多相液体，多相液体成螺旋形的向上移动。

由于隔离部件27的直径在装置21的上部变小，因此，多相液体的流速加快。然后，比重大的海水聚集在外部，细小的气泡聚集在中央位置，并且在离心力的作用下上升。水柱和气柱在上部27a的位置排放，水柱从供水口26b通过自身的重力被注回到缺氧水域，气柱被排气孔26a收集。因此，即使气泡变成细小的气泡，也有可能产生溶有高浓度氧气的海水，将海水与气泡分离，并且将海水提供给缺氧水域。

如图7和图8所示的实施例，两个通孔25b对称地设置，通孔25b的数目也不局限于两个，可以是三个或者四个。然而，为了保证水柱的稳定性，通孔适宜对称设置。在本实施例中，通孔25b倾斜地设置，从而使得通孔25b能够直接产生循环流，本发明不局限于上述实例。例如，可以利用放射状的通孔产生循环流，在该通孔上可以设置一个顶部弯曲的管子，从而使得无关的多相液体排放出去。

在第三实施例中，整个装置通过腿部31固定在海底，但本发明不局限于此。例如，如第一实施例所述，装置包括设置在上部的浮标和设置在较低位置的基座，从而只要浸入水面就能够安装装置，并且能够使装置在水中的位置固定。

第四实施例

在第四实施例中，下面将介绍在正常吸力的作用下装置的喷嘴喷射气液多相液体。图9为根据第四实施例所述的气液溶解装置的喷嘴顶部示意图。根据本实施例的气液溶解装置，供气管34通过喷嘴32向上与设置有喷射口32b的表面的一个位置连通。喷嘴32朝着喷射口32b成锥形状，从而使得水被迫从喷嘴32喷射出来。同时，产生压力差，并且从供气管34吸取空气，最终从喷嘴32喷射出来的液体为气液多相液体。

按照上述的结构，可以通过位于水面上的供气管34的另一端提供空气，而无须泵提供空气。由于受气压的影响，气液溶解装置的安装深度将受到限制。然而，根据本实施例的气液溶解装置可以用于水罐中传送活鱼或者类似物件。

除了喷嘴之外的在上述实施例中介绍过的元器件都可以应用。

工业应用

如上所述，盐湖、筑有水坝的湖泊或者封闭海域(海水出入量较小的水域)的水质得到改善。

Claims (15)

1、气液溶解装置，用于将包含氧气的气体溶解于从缺氧水域抽取的水中，提高溶解于水中的氧气浓度，并且将溶有高浓度氧气的水注回缺氧水域，装置包括：

一抽水单元，用于从缺氧水域抽取将被处理的水；

一供给单元，用于提供含氧气体；

一带底的气液溶解腔，包括至少一个设置在较低位置的通孔和一个设置在上部的隔离板；

一喷嘴，用于向上喷射供给单元提供的气体和抽水单元提供的水，从而使得气体和水撞击隔离板的内壁，气液溶解腔中充满气泡和水泡，并且通过喷射出来的气体和水的力量来有利地搅拌气泡和水；

一气液分离腔，设置在气液溶解腔的外部，通过通孔与气液溶解腔连通，将气液溶解腔中并经通孔流出的气泡和水隔离开来，将气泡和水存储下来，该气液分离腔包括一个设置在其上部用于将分离出来的气泡排放到外部的排气孔和一个设置在其较低位置用于将水从气泡中提取出来的抽取口；

一供水单元，用于将从抽取口抽取的水注回缺氧水域。

2、根据权利要求1所述的气液溶解装置，其特征在于：

所述隔离板为圆顶状。

3、根据权利要求1或2所述的气液溶解装置，其特征在于：

所述喷嘴的顶部朝着喷射口的方向渐成锥状。

4、根据权利要求1至3任一项所述的气液溶解装置，其特征在于：

所述气液溶解腔设置在所述气液分离腔的内部。

5、根据权利要求1至4任一项所述的气液溶解装置，其特征在于：

所述通孔的总横截面积大于所述喷嘴的喷射口面积。

6、根据权利要求1至5中任一项所述的气液溶解装置，其特征在于：

至少所述抽水单元、所述气液溶解腔、所述喷嘴以及所述气液分离腔设置于缺氧水域中。

7、根据权利要求1至3任一项所述的气液溶解装置，其特征在于：

所述气液溶解腔的一个侧表面被设置成圆柱状或者沿中心轴对称的形状，并且所述气液溶解腔设置在所述气液分离腔内部；

一隔离部件具有一个敞开的上部和一个圆柱状或者沿中心轴对称状的侧表面，该隔离部件朝着上部的方向渐成锥形，并且设置在所述气液溶解腔与所述气液分离腔之间；

气泡和水通过所述通孔从所述气液溶解腔相对于所述气液溶解腔的径向成一预定角度流出所述隔离部件；

一向上流动的循环水柱产生于所述气液溶解腔的外表面与所述隔离部件的内表面之间。

8、根据权利要求7所述的气液溶解装置，其特征在于：

所述通孔的方向被设置在一预定角度的方向，并且该预定角度由所述气液溶解腔的厚度所决定。

9、气液溶解装置，包括：

一供给单元，用于提供由液体和气体混合而成的气液多相液体；

一气液溶解腔，用于接收从上部的气液多相液体流，该气液溶解腔包括一个设置在较低位置用于排放液体的排放孔；

一喷嘴，穿入气液溶解腔，并且朝着气液溶解腔的上部喷射供给单元提供的气液多相液体；

一气液分离腔，设置在气液溶解腔的外部，通过排放孔与气液溶解腔连通，存储排放孔排放的气液多相液体，并且将液体和气体隔离开来；

一抽取口，用于将从气液分离腔中分离出来的液体提取出来；

其特征在于：

一种溶解于液体中的气体成分的浓度增加是由于喷嘴的喷射力和从气液溶解腔的上部流下的液体的搅动作用。

10、根据权利要求9所述的气液溶解装置，其特征在于：

所述气液溶解腔的上部为圆顶状。

11、根据权利要求9或10所述的气液溶解装置，其特征在于：

所述喷嘴的顶部朝着喷射口的方向渐成锥状。

12、根据权利要求9至11任一项所述的气液溶解装置，其特征在于：

所述气液溶解腔设置在所述气液分离腔内部。

13、根据权利要求9至12任一项所述的气液溶解装置，其特征在于：

所述排放孔的总横截面积大于所述喷嘴喷射口的面积。

14、根据权利要求9至11任一项所述的气液溶解装置，其特征在于：

所述气液溶解腔的一个侧表面被设置成圆柱状或者沿中心轴对称的形状，并且所述气液溶解腔设置在所述气液分离腔内部；

一隔离部件包括一个敞开的上部和一个成圆柱状或者沿中心轴对称状的侧表面，该隔离部件朝着上部的方向渐成锥形，并且设置在所述气液溶解腔与所述气液分离腔之间；

所述气液多相液体沿着排放孔从所述气液溶解腔中流向隔离部件，并且相对于所述气液溶解腔的径向成一预定角度流动；

一向上流动的循环水柱产生于所述气液溶解腔的外表面与隔离部件的内表面之间。

15、根据权利要求14所述的气液溶解装置，其特征在于：

所述通孔方向被设置在一预定角度的方向，并且该预定角度相对于所述气液溶解腔的径向设置并由所述气液溶解腔的厚度所决定。

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