TW201817493A - 氣液混合裝置及其系統 - Google Patents

Abstract

一種氣液混合裝置包含一槽體以及多個文氏管。槽體具有一儲液空間以及與儲液空間相通之一進液孔、一進氣孔以及一排出孔。其中進液孔接收一液體，且進氣孔接收一氣體。多個文氏管設置於儲液空間內，每一文氏管包含一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端。其中第一輸入端與進液孔相通，且第二輸入端與進氣孔相通，以使氣體混合於液體，並經由輸出端排出一第一混合液體。其中第一混合液體經由排出孔排出槽體。同時亦揭露一種氣液混合系統。

Description

氣液混合裝置及其系統

本發明是有關一種氣液混合裝置及其系統，特別是一種具有文氏管之氣液混合裝置及其系統。

在許多工業應用中，常需要將某些氣體溶解或分散於液體中。惟大部分氣體在水中之溶解率通常很低，濃度太低則無法達到所要求之效果，故若非經過特殊之步驟，便無法作為實際之應用。因此業界對於高效率之氣液混合裝置一直有很高之需求。高效率之氣液混合裝置具有多方面之用途，舉例而言，高密度水產養殖用水需要較高之氧及二氧化碳濃度，或廢水處理之曝氣程序需要增加含氧量。

為獲得更高之氣體溶解率，一般是利用泵浦將氣體透過小孔輸入液體中以形成氣泡，藉以增加氣體和液體的接觸面積，進而提高溶解率。或藉由降低溫度、增加壓力等方法亦可增加氣體在水中之溶解率。除了上述方式，業界一直在努力研發在合理成本範圍內增加氣體溶解率。

綜上所述，如何有效提高液體中氣體的含量便是目前極需努力的目標。

本發明提供一種氣液混合裝置，其外接於一處理槽外，且利用多個文氏管設置於一槽體內，以使一氣體混合於一液體，並排出一第一混合液體至處理槽。此外，氣液混合裝置可與處理槽、一泵浦以及一連結管組成一氣液混合系統。泵浦輸送處理槽之液體至氣液混合裝置，以形成一循環水路。因此，氣液混合系統在一次循環水路中可完成多次混合過程，以有效提高氣體溶解率。

本發明一實施例之氣液混合裝置包含一槽體以及多個文氏管。槽體具有一儲液空間以及與儲液空間相通之一進液孔、一進氣孔以及一排出孔。其中進液孔接收一液體，且進氣孔接收一氣體。多個文氏管設置於儲液空間內，每一文氏管包含一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端。其中第一輸入端與進液孔相通，且第二輸入端與進氣孔相通，以使氣體混合於液體，並經由輸出端排出一第一混合液體。其中第一混合液體經由排出孔排出槽體。

本發明另一實施例之氣液混合系統包含一處理槽、一氣液混合裝置、一泵浦以及一連結管。處理槽儲存一液體。氣液混合裝置包含一槽體以及多個文氏管。槽體具有一儲液空間以及與儲液空間相通之一進液孔、一進氣孔以及一排出孔。其中進液孔接收一液體，且進氣孔接收一氣體。多個文氏管設置於儲液空間內，每一文氏管包含一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端。其中第一輸入端與進液孔相通，且第二輸入端與進氣孔相通，以使氣體混合於液體，並經由輸出端排出一第一混合液體。其中第一混合液體經由排出孔排出槽體。泵浦與處理槽以及氣液混合裝置之進液孔相接，且泵浦輸送液體至槽體。連結管包含一第一端以及一第二端。第一端與槽體之排出孔相接，且第二端設置於處理槽內。較佳者，氣液混合系統更包含一第一套管，其套設於與連結管相接之一噴嘴外側，且第一套管之內徑大於噴嘴之外徑，以在第一套管之內壁與噴嘴之外壁之間形成一第一吸液通孔，其中第一套管混合自噴嘴之第一混合液體以及自第一吸液通孔之液體，以排出一第二混合液體至處理槽。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

以下將詳述本發明之各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細說明之外，本發明亦可廣泛地施行於其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本發明之範圍內，並以申請專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免對本發明形成不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。

請一併參照圖1及圖2，本發明之一實施例之氣液混合裝置1包含一槽體10及多個文氏管15。槽體10具有一儲液空間11、一進液孔12、一進氣孔13以及一排出孔14，且儲液空間11與進液孔12、進氣孔13以及排出孔14相連通。其中，進液孔12接收來自處理槽2之一液體L，且進氣孔13接收一氣體G。

於一實施例中，氣體G可為空氣、氧氣以及臭氧至少其中之一。可以理解的是，氣體G亦可為加壓氣體，舉例而言，氣體G可以是加壓氧氣、加壓臭氧或經加壓之其他加工氣體，但不以此為限。於一實施例中，液體L為一廢水。於圖1所示之實施例中，進液孔12以及進氣孔13設置於槽體10之頂部，以使液體L及氣體G由上而下輸入至槽體10內，但不限於此，進液孔12以及進氣孔13亦可設置於槽體10之側面。

請一併參照圖1至圖4，多個文氏管15設置於儲液空間11內。每一文氏管15包含一第一輸入端151、一第二輸入端152以及一輸出端153，其中第一輸入端151與進液孔12相通，且第二輸入端152與進氣孔13相通。

請參照圖3，其顯示圖2之氣液混合裝置1沿AA’線段之俯視圖，於一實施例中，氣液混合裝置1更包含一供液管16。供液管16與進液孔12相通，且供液管16接收液體L，其中多個文氏管15之第一輸入端151與供液管16相接。較佳者，氣液混合裝置1更包含多個供氣管17。多個供氣管17與進氣孔13相通，且多個供氣管17接收氣體G，其中每一供氣管17與多個文氏管15之第二輸入端152相接。於一實施例中，多個文氏管15呈放射狀設置於供液管16，使第二輸入端152所排出之第一混合液體流至槽體10內。請參照圖2，於一實施例中，槽體10更包含一儲氣空間18，其設置於進氣孔13與多個供氣管17之間，且儲氣空間18與進氣孔13以及多個供氣管17相通。依據此結構，氣體G經由槽體10之進氣孔13進入儲氣空間18，再經由多個供氣管17輸入文氏管15。

請繼續參照圖1及圖4，每一文氏管15使氣體G與液體L混合，並經由輸出端153排出一第一混合液體。接著，第一混合液體經由排出孔14排出槽體10。請繼續參照圖1及圖2，於一實施例中，多個文氏管15接收來自進液孔12之廢水L，且透過文土里效應吸入來自進氣孔13之氣體G，以使氣體G與液體L混合，並排出一第一混合液體。於一實施例中，第一混合液體之密度小於0.5 kg/dm³ 。

由於本發明之氣液混合裝置是利用多個文氏管設置於一槽體內，藉由文土里效應使多個文氏管內之氣體與液體混合，且第一混合液體中所混合氣體之溶解度到達其飽和程度，因此所產生之第一混合液體實際上為富含氣泡之泡沫狀液體。於一實施例中，多個文氏管15所排出之第一混合液體(泡沫狀液體)將收集於儲液空間11內，且排出孔14設置於槽體10之上半部，以使第一混合液體(泡沫狀液體)經由排出孔14排出槽體10。請繼續參照圖1，於一實施例中，氣液混合裝置1更包含一泵浦3。泵浦3與處理槽2以及氣液混合裝置1之進液孔12相接，且泵浦3輸送液體L至槽體10。因此，第一混合液體經由排出孔14排出槽體10之液體流速是由泵浦3對於液體L所施之液壓加以決定。於一實施例中，泵浦3可為一沈水泵浦，其設置於處理槽2，但不限於此。於一實施例中，泵浦3可為一抽水泵浦，其設置於處理槽2之外部。

請繼續參照圖1，以下說明本發明之一實施例之氣液混合系統。本發明之氣液混合系統包含一氣液混合裝置1、一處理槽2、一泵浦3以及一連結管4。處理槽2儲存一待處理液體L，例如廢水。泵浦3與處理槽2以及氣液混合裝置1之進液孔12相接，且泵浦3輸送液體L至氣液混合裝置1之槽體10。氣液混合裝置1包含一槽體10及多個文氏管15。有關氣液混合裝置1中各組成元件之技術特徵及其相互連結關係，以及相關實施例，已如前述，此不再贅述。

於一實施例中，連結管4包含一第一端41以及一第二端42。第一端41與槽體10之排出孔14相接，且第二端設置於處理槽2內。於一實施例中，連結管4之第一端41高於第二端42，因此進入第一端41之第一混合液體可藉由重力作用，將其位能轉換為動能，使第二輸出端42排出之第一混合液體具有一加速度及壓力差。

於一實施例中，氣液混合裝置1與處理槽2併列設置，可減少泵浦3所需作功，以達節能之功效。可以理解的是，若處理槽2的體積龐大，則氣液混合裝置1之底部即使與處理槽2之底部等高，但處理槽2中液體L之表面將高於氣液混合裝置1之頂部，可藉由泵浦3所施壓力將槽體10內之第一混合液體經由連結管4輸送置處理槽2內。於一實施例中，第一混合液體在槽體10內與在連結管4之第二輸出端42口內間之液壓差介於0.2至0.5巴(bar)。具有通常知識者當可自行修飾變換，但不以此為限。

請一併參照圖1及圖5，於一實施例中，氣液混合系統更包含一第一套管43，其套設於與連結管4相接之一噴嘴44外側，且第一套管43之內徑大於噴嘴44之外徑，以在第一套管43之內壁與噴嘴44之外壁之間形成一第一吸液通孔430。當第一混合液體以較高的流速自噴嘴44流出時即產生文土里效應，使液體L從第一吸液通孔430吸入第一套管43內，並與第一混合液體混合，以排出一第二混合液體至處理槽2。

較佳者，噴嘴44之內徑小於第二端42之內徑，將加速第二混合液體之流速，透過文土里效應以增強第一吸液通孔430對液體L之吸力，促使第一混合液體內之氣體與液體L充分混合。於一實施例中，針對噴嘴44選擇適當形狀之噴嘴孔徑，可決定噴嘴44所排出第一混合液體之流速或壓力。因此，藉由調控泵浦3的流速以及選定適當噴嘴44孔徑之設計，即可控制第一混合液體在槽體10內相對於第二輸出端42口間之液壓差介於0.2至0.5巴(bar)。具有通常知識者當可自行修飾變換，但不以此為限。

於一實施例中，氣液混合系統更包含一第二套管45，其套設於第一套管43外側，且第二套管45之內徑大於第一套管43之外徑，以在第二套管45之內壁與第一套管43之外壁之間形成一第二吸液通孔450。同樣的，當第二混合液體以較高的流速自第一套管43流出時即產生文土里效應，使液體L從第二吸液通孔450吸入第二套管45內，並與第二混合液體混合，以排出一第三混合液體至處理槽2。於一實施例中，多個文氏管15混合氣體G以及液體L以形成密度小於0.5 kg/dm³ 之第一混合液體，再經由第一套管及第二套管之文土里效應作用，混合第一混合液體以及處理槽中之液體，以形成密度大於0.5 kg/dm³ 之一第三混合液體。

需說明的是，泵浦3輸送處理槽2之液體包括第三混合液體至氣液混合裝置1之進液孔12，以形成一循環水路。因此，氣液混合系統在一次循環水路中即完成多次氣液混合過程，再經由泵浦3重複前述氣液混合過程，使氣體G和處理槽2內之液體L充分混合，以有效提高氣體溶解率。

請一併參照圖2及圖6，以下說明本發明之一實施例之氣液混合裝置的清洗水路，以清除多個文氏管15內所累積之雜質或異物。於一實施例中，氣液混合裝置1之槽體10更包含一回洗孔19。回洗孔19透過外部一清洗水路與泵浦3相接，以清洗多個文氏管15。較佳者，回洗孔19設置於槽體10之下半部。可以理解的是，位於工作模式下之氣液混合裝置1是開啟V2閥及V4閥，且關閉V1閥及V3閥，以進行氣液混合過程；而位於清洗模式下之氣液混合裝置1是開啟V1閥及V3閥，且關閉V2閥及V4閥，並關閉進氣孔13，以進行清洗多個文氏管15之回洗過程。舉例而言，處理槽儲存一液體L，而泵浦3使處理槽之液體L，通過回洗孔19輸入至儲液空間11，再進入多個文氏管15之輸出端153，以清洗多個文氏管15內所累積之雜質或異物。接著， 液體L在泵浦3之加壓下，經由第一輸入端151流入供液管16，自進液孔12排出槽體10，最後返回處理槽2。

綜合上述，本發明之氣液混合裝置是利用多個文氏管設置於一槽體內，多個文氏管混合一氣體以及一液體，並排出一第一混合液體至槽體，其中第一混合液體經由一排出孔排出槽體。舉例而言，多個文氏管接收來自處理槽之廢水，且透過文土里效應吸入來自外部之空氣，以使空氣溶解於廢水，並排出一第一混合液體，且第一混合液體之密度小於0.5 kg/dm³ 。此外，氣液混合裝置可與處理槽、一泵浦以及一連結管組成一氣液混合系統。較佳者，氣液混合系統更包含一第一套管以及第二套管，第一套管套設於與連結管相接之一噴嘴外側，且第二套管套設於第一套管之外側，其中第一套管透過文土里效應混合第一混合液體以及液體，以排出一第二混合液體，接著，第二套管透過文土里效應混合第二混合液體以及液體，以排出一第三混合液體至處理槽，而泵浦輸送處理槽之液體至氣液混合裝置之進液孔，以形成一循環水路。因此，氣液混合系統在一次循環水路中即完成多次氣液混合過程，再經由泵浦重複前述氣液混合過程，使外部氣體和處理槽之液體充分混合，以有效提高氣體溶解率。

以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

AA’‧‧‧剖面線

G‧‧‧氣體

L‧‧‧液體

V1、V2、V3、V4‧‧‧閥

1‧‧‧氣液混合裝置

10‧‧‧槽體

11‧‧‧儲液空間

12‧‧‧進液孔

13‧‧‧進氣孔

14‧‧‧排出孔

15‧‧‧文氏管

151‧‧‧第一輸入端

152‧‧‧第二輸入端

153‧‧‧輸出端

16‧‧‧供液管

17‧‧‧供氣管

18‧‧‧儲氣空間

19‧‧‧回洗孔

2‧‧‧處理槽

3‧‧‧泵浦

4‧‧‧連結管

41‧‧‧第一端

42‧‧‧第二端

43‧‧‧第一套管

430‧‧‧第一吸液通孔

44‧‧‧噴嘴

45‧‧‧第二套管

450‧‧‧第二吸液通孔

圖1為一示意圖，顯示本發明一實施例之氣液混合系統。 圖2為一示意圖，顯示本發明一實施例之氣液混合裝置之部分結構。 圖3為一示意圖，顯示本發明一實施例之氣液混合裝置沿AA’線段之俯視圖。 圖4為一示意圖，顯示本發明一實施例之氣液混合裝置之文氏管。 圖5為一示意圖，顯示本發明一實施例之氣液混合系統之套管。 圖6為一示意圖，顯示本發明一實施例之氣液混合系統之清洗水路。

Claims (28)

1. 一種氣液混合裝置，包含： 一槽體，具有一儲液空間以及與該儲液空間相通之一進液孔、一進氣孔以及一排出孔；其中該進液孔接收一液體，且該進氣孔接收一氣體；以及 多個文氏管，設置於該儲液空間內，每一該文氏管包含一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，其中該第一輸入端與該進液孔相通，且該第二輸入端與該進氣孔相通，以使該氣體混合於該液體，並經由該輸出端排出一第一混合液體，其中該第一混合液體經由該排出孔排出該槽體。
2. 如請求項1所述之氣液混合裝置，其中該進液孔以及該進氣孔設置於該槽體之頂部。
3. 如請求項1所述之氣液混合裝置，其中該排出孔設置於該槽體之上半部。
4. 如請求項1所述之氣液混合裝置，更包含一供液管，與該進液孔相通，用以接收該液體，其中該多個文氏管之該第一輸入端與該供液管相接。
5. 如請求項1所述之氣液混合裝置，更包含多個供氣管，與該進氣孔相通，用以接收該氣體，其中每一該供氣管與該多個文氏管之該第二輸入端相接。
6. 如請求項5所述之氣液混合裝置，其中該槽體更包含一儲氣空間，設置於該進氣孔與該多個供氣管之間，且該儲氣空間與該進氣孔以及該多個供氣管相通。
7. 如請求項1所述之氣液混合裝置，其中該第一混合液體之密度小於0.5 kg/dm³ 。
8. 如請求項1所述之氣液混合裝置，其中該槽體更包含一回洗孔，用以連接外部一清洗水路，以清洗該多個文氏管。
9. 如請求項8所述之氣液混合裝置，其中該回洗孔設置於該槽體之下半部。
10. 如請求項1所述之氣液混合裝置，其中該氣體包含空氣、氧氣以及臭氧至少其中之一。
11. 如請求項1所述之氣液混合裝置，其中該液體為一廢水。
12. 一種氣液混合系統，包含： 一處理槽，用以儲存一液體； 一氣液混合裝置，其包含： 一槽體，具有一儲液空間以及與該儲液空間相通之一進液孔、一進氣孔以及一排出孔相通；其中該進液孔接收該液體，且該進氣孔接收一氣體；以及 多個文氏管，設置於該儲液空間內，每一該文氏管包含一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，其中該第一輸入端與該進液孔相通，且該第二輸入端與該進氣孔相通，以使該氣體混合於該液體，並經由該輸出端排出一第一混合液體，其中該第一混合液體經由該排出孔排出該槽體； 一泵浦，與該處理槽以及該氣液混合裝置之該進液孔相接，用以輸送該液體至該槽體；以及 一連結管，其包含： 一第一端，與該槽體之該排出孔相接；以及 一第二端，設置於該處理槽內。
13. 如請求項12所述之氣液混合系統，其中該進液孔以及該進氣孔設置於該槽體之頂部。
14. 如請求項12所述之氣液混合系統，其中該排出孔設置於該槽體之上半部。
15. 如請求項12所述之氣液混合系統，其中該連結管之該第一端高於該第二端。
16. 如請求項12所述之氣液混合系統，其中該氣液混合裝置與該處理槽併列設置。
17. 如請求項12所述之氣液混合系統，其中該氣液混合裝置包含一供液管，與該進液孔相通，用以接收該液體，其中該多個文氏管之該第一輸入端與該供液管相接。
18. 如請求項12所述之氣液混合系統，其中該氣液混合裝置包含多個供氣管，與該進氣孔相通，用以接收該氣體，其中每一該供氣管與該多個文氏管之該第二輸入端相接。
19. 如請求項18所述之氣液混合系統，其中該氣液混合裝置之該槽體更包含一儲氣空間，設置於該進氣孔與該多個供氣管之間，且該儲氣空間與該進氣孔以及該多個供氣管相通。
20. 如請求項12所述之氣液混合系統，更包含一第一套管，其套設於與該連結管相接之一噴嘴外側，且該第一套管之內徑大於該噴嘴之外徑，以在該第一套管之內壁與該噴嘴之外壁之間形成一第一吸液通孔，其中該第一套管混合自該噴嘴之該第一混合液體以及自該第一吸液通孔之該液體，以排出一第二混合液體至該處理槽。
21. 如請求項20所述之氣液混合系統，更包含一第二套管，其套設於該第一套管外側，且該第二套管之內徑大於該第一套管之外徑，以在該第二套管之內壁與該第一套管之外壁之間形成一第二吸液通孔，其中該第二套管混合自該第一套管之該第二混合液體以及自該第二吸液通孔之該液體，以排出一第三混合液體至該處理槽。
22. 如請求項20所述之氣液混合系統，其中該噴嘴之內徑小於該第二端之內徑。
23. 如請求項22所述之氣液混合系統，其中該第三混合液體之密度大於0.5 kg/dm³ 。
24. 如請求項12所述之氣液混合系統，其中該第一混合液體之密度小於0.5 kg/dm³ 。
25. 如請求項12所述之氣液混合系統，其中該氣液混合裝置之該槽體更包含一回洗孔，用以連接外部一清洗水路，以清洗該多個文氏管。
26. 如請求項25所述之氣液混合系統，其中該氣液混合裝置之該回洗孔設置於該槽體之下半部。
27. 如請求項13所述之氣液混合系統，其中該氣體包含空氣、氧氣以及臭氧至少其中之一。
28. 如請求項13所述之氣液混合系統，其中該液體為一廢水。