TWI642475B - 緻密氣泡產生器系統以及在一流體中產生緻密氣泡之方法 - Google Patents

Abstract

一緻密氣泡產生器系統以及在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中，緻密氣泡產生器系統係包含一流體輸入；一流體輸出；至少一氣體輸入；及複數個緻密氣體產生器；其中複數個緻密氣泡產生器係配置於流體輸入與流體輸出之間。

Description

緻密氣泡產生器系統以及在一流體中產生緻密氣泡之方法

本發明係有關一微米奈米氣泡產生系統，一產生緻密氣泡之方法，一清洗裝置，一淋浴頭，一清潔半導體之方法，將一緻密氣泡導引至一目標目的地之方法，一用於導引一緻密氣泡之標定裝置，一用於改良船舶效率之方法，及一船舶。

背景

在本說明書中，“緻密氣泡”用語係指奈米氣泡、微米氣泡以及微米與奈米氣泡的混合物，皆為可能在液體容積內發生之氣體的氣泡。更明顯來說，緻密氣泡係包括從1nm至約999μm之間的範圍之氣泡，但常認為具有直到約50μm的直徑。“超緻密”氣泡係為小於約3μm的氣泡。奈米氣泡係為具有小於1μm但大於1nm直徑之氣泡。微米氣泡係為具有1及999μm之間直徑之氣泡，但常認為具有從約1μm至約50μm直徑。微米奈米氣泡(MNB)就像緻密氣泡係為具有1nm至999μm之間直徑之氣泡。

本發明不限於具有一特定尺寸的緻密氣泡之生 成及控制，且亦可用來生成及控制甚至比奈米氣泡更小的氣泡，可能包括飛米氣泡或介米氣泡。

在下列討論中，這些不同用語可略為互換使用，特別是MNBs及緻密氣泡。

當一緻密氣泡在一環室液體中崩潰時，慣性力連同質量守恆係導致了變成超音速的氣泡壁速度，而造成氣泡內部的迅速加熱。單一氣泡的崩潰係猛烈到使得光以單氣泡聲致發光(SBSL)作發射。利用發射頻譜所測量的溫度指示出：一空化氣泡雲中的溫度係為約25000 Kelvin(例如請見布蘭納(M.P.Brenner)等人，單氣泡聲致發光，現代物理評論(Review of Modern Physics)，74，425(2002)，及希根菲特(S.Hilgenfeldt)等人，聲致發光中之光發射的簡單說明，自然(Nature)，398，402(1999))。

液體中若出現成千個緻密氣泡，這些氣泡崩潰時所生成的能量係大到使其值得收回且置於良好應用(例如請見悠希庫柏(F.Y.Ushikubo)等人，水中奈米氣泡的穩定性及存在之證據，膠體及表面A：物理化學工程形態(Colloids and Surfaces A：Physicochem.Eng.Aspects)361，31(2010))。來自崩潰微米奈米氣泡的釋放能量可轉變鄰近的水形成具有強氧化力的根。含有空氣或氧氣的緻密氣泡可為無化學物且環境友善的清潔及消毒媒體。微米奈米氣泡的浮力係隨著氣泡尺寸減小而減小。較小的氣泡因此在液體內具有較長壽命。電荷密度隨著氣泡尺寸減小而增大，且這些負電荷防止奈米氣泡形成叢集。

微米奈米氣泡直徑D計算如下： 其中σ為表面張力，ε為媒體的電容率(permittivity)，δ₁為周遭液體的一分子(逼近一球體)之半徑，e為電荷的基本單位，且kδ₁為下列如是k值之吸附離子之間(亦即相鄰的維格納-賽茨(Wigner-Seitz)胞元的中心之間)的容許距離：

由於微米奈米氣泡處於持續布朗運動中之事實，其粒子尺寸分佈(PSD)可利用動態光散射(DLS)技術作測量。較晚近的奈米粒子追蹤分析(NTA)亦已經變成一用於測量微米奈米氣泡PSD暨其濃度之普遍方法。

隨時間經過，一微米氣泡或一奈米氣泡的直徑將由於表面張力而收縮，其用來盡量減小其表面的面積。這係藉由氣泡內所含氣體擴散至周遭液體中而發生。

氣泡的性質

一微米奈米氣泡溶液係為其中微米氣泡及奈米氣泡共同存在者(微米奈米氣泡用語亦將使用在討論涉及與微米氣泡及奈米氣泡相干之處)。

微米奈米氣泡具有五種主要的有用性質。其係為：

●一負的電表面電荷密度

●長壽一其係為物理穩定且持續一長時間

●很低(幾乎中性)的浮力

●多能性(multipotency)-其可構成任何氣體

●崩潰時的聲致發光

負電荷

現今認為：負表面電荷密度的性質係由於離子而產生，得自於溶解在周遭媒體中的無機鹽，其吸附至氣體-液體介面上且相對於表面張力的崩潰效應呈穩定化。若氣泡被放置在一均勻電場中，可直接顯示出其電荷密度ρ與其直徑D_b相關：D_b α ρ^-1/3，且因此在較小直徑為較大。這清楚顯示於下圖，其中較小的氣泡在x方向經歷較大的平移位移。

利用此方式操控氣泡的能力例如在奈米氣泡對於藥物輸送系統的應用中係為有利，其中與奈米氣泡相關的IV藥物可被引導至其目標區位。

長壽及低浮力

此長壽性質係得自於微米奈米氣泡表面帶負電且因此相對於表面張力的崩潰效應呈穩定化之事實。其低浮力係意指其並未快速浮到周遭媒體的表面。事實上，微米奈米氣泡升高經過溶液的速度已經與其半徑平方成正比相關，俾使一100nm氣泡預計花費至少兩週升高1cm，而一10氣泡則將僅花費2至3分鐘即升高同樣遠。這意指其可儲存於溶液中長時間期間而不劣化。在2010年，大阪大學研究係導致生成高濃度的奈米氣泡持續兩週。由於其未快速上升至表面且逃逸到大氣而是長時間期間停留在溶液中藉由擴散至周遭的水而持續供應氧，這使其能夠比起習見方法更有效率地氧化水。圖1顯示這兩種方法如何作比較。

多能性

藉由改變不限於空氣/氧的氣體選擇而可能有更廣範圍的應用。例如，臭氧由於其很強的氧化效應而在消毒應用中被製成很有效(藉由微米奈米氣泡滲透很小空間及其聲致發光的能力而被進一步增強)，二氧化碳微米奈米氣泡可增高植物生長速率或可有效用來滅火，且氫奈米氣泡預計具有一抗腫瘤效應。為了清潔諸如Si及GaAs等晶圓，諸如氮、氫、氬、氦等惰性氣體可用來防止晶圓材料的氧化。

聲致發光

雖然微米奈米氣泡為穩定，其可在碰撞時崩潰。當如此時，其展現一種稱為聲致發光的顯著現象-光輻射及衝擊波發射。輻射頻譜強烈地依據氣泡內所含氣體的類型而定，但在大部分實例中，位於崩潰點之氣泡中心的推論溫度係為10⁴K的級數。將此高溫度與強力衝擊波及所含氣體的潛在氧化性質作組合係使得微米奈米氣泡成為一清潔/消毒用途之很有效的方法。

先前技藝可能提到：CN-A-201010558037，EP-B1-2139968，US-A1-20120270177，EP-A1-2421983，US-A1-20110241230，US-B2-8201811，US-A1-20070095937，US-A1-20070286795，US-B2-7874546，US-A1-20070108640，US-A1-20120086137，US-A1-20120128749，US-B2-7997563，US-A1-20060054205，US-A1-20080189847，US-A1-20110168210，US-A1-20090001017，EP-A1-2116589，US-A1-2013/0034829，及US- A1-2007/0095937。

1. 邦金(N.F.Bunkin)，尤陳科(S.O.Yurchenko)，蘇葉佐夫(N.V.Suyazov)及希奇林(A.V.Shkirin)，液體媒體中的溶解氧之奈米氣泡叢集的結構，J.Biol.Phys.38(2012)121-152。

2. 邦金(N.F.Bunkin)，寧漢(B.W.Ninham)，伊聶提夫(P.S.Ignatiev)，科洛夫(V.A.Kozlov)，希奇林(A.V.Shkirin)及思大洛斯基(A.V.Starosvetskij)，液體媒體中的溶解氧之奈米氣泡叢集的結構，J.Biophotonics 4(2011)150-164。

3. 茹肯斯坦(E.Ruckenstein)，氣泡及油滴在水中的奈米散佈，膠體表面A：Physicochem.Eng.Aspects，423(2013)112-114

4.大垣(K.Ohgaki)，康恩(N.Q.Khanh)，約登(Y.Joden)，辻(A.Tsuji)及中川(T.Nakagawa)，奈米氣泡溶液的物理化學途徑，化工科學(Chem.Eng.Sci.)65(2010)1296-1300

5.淺田(R.Asada)，蔭山(K.Kageyama)，田中(H.Tanaka)，松井(H.Matsui)，木村(M.Kimura)，齊藤(Y.Saitoh)及三輪(N.Miwa)，藉由共同存在的鉑膠體及組合的熱療與細胞凋亡狀細胞死亡以增強奈米氣泡氫溶解水的抗腫瘤效應，腫瘤學報告(Oncology Reports)24：1463 1470，(2010)

6.布蘭納(M.P.Brenner)，希根菲特(S.Hilgenfeldt)及洛司(D.Lohse)，單氣泡聲致發光現代物理評論74(2002)。

其他有關奈米氣泡的公開文件係包括：

1. http：//www.gizmag.com/nanobubbles-cancer-rice- university/25879/

2. http：//discovermagazine.com/2013/jan-feb/28-injectable-nano-bubbles-prevent-suffocaton#.UXhPOIKhUxo

3. http：//www.azonano.com/article.aspx？ArticleID=3151

4. http：//www.rsc.org/chemistryworld/2013/02/nanobubbles-stability-solved-supersaturation

5. http：//www.lsbu.ac.uk/water/electrolysis.html#intro

6. http：//www.lsbu.ac.uk/water/electrolysis.html#intro

已知的奈米氣泡產生器已經由下列產生且揭露於：

1. Asupu

2. COA科技有限公司http：//www.alibaba.com/showroom/nano-bubbles-generator.html

3. http：//www.hondakiko.jp/english/microbubble/

本發明具有不同目標，包括：

i)提供一系統，其生成比起先前技藝系統具有更大密度及通量的微米奈米氣泡。本發明亦能夠生成具有很窄氣泡尺寸分佈之微米氣泡或奈米氣泡。藉由一包含複數個微米奈米產生器的微米奈米產生器系統達成此目標。其係以串列、併列、或串列與併列的一組合作連接。

ii)緻密氣泡產生器的序列可以一相容方式作配置以提供各產生器的最大利益。緻密氣泡產生系統較佳包含產生器的至少三者。一脈動式機構亦可實行成在彼此分離的一時間序列中產生緻密氣泡。

iii)在多種不同應用中使用緻密氣泡。

依據本發明之第一形態，提供一緻密氣泡產生系統，其包含：一流體輸入；一流體輸出；及複數個緻密氣泡產生器；其中複數個緻密氣泡產生器係配置於流體輸入與流體輸出之間。

依據本發明之第二形態，提供一在一流體中產生緻密氣泡之方法，其包含下列步驟：提供一流體輸入；提供至少一氣體輸入；提供一流體輸出；提供複數個緻密氣泡產生器於流體輸入與流體輸出之間；及使流體通過複數個緻密氣泡產生器。

這些形態係提供生成具有微米氣泡及奈米氣泡的經控制分佈之緻密氣泡之能力。

根據本發明的第三形態，提供一清洗裝置，其包含：一用於配送水之清洗龍頭，及一緻密氣泡產生器，以供在一水流束內產生緻密氣泡，水流束在使用中饋送至清洗龍頭。

根據本發明的第四形態，提供一淋浴頭，其包含一緻密氣泡產生器。

根據本發明的第五形態，提供一清潔半導體之方法，包含使用一脈動式緻密氣泡多重葉片配置以供以一脈動式方式配送緻密氣泡水。

根據本發明的第六形態，提供一將一緻密氣泡在一液體容積內導引至一目標目的地之方法，其包含下列步驟：將一正電位施加至目標目的地，以將緻密氣泡靜電性 吸引朝向目標目的地。

根據本發明的第七形態，提供一在一液體容積內導引一緻密氣泡至之標定裝置，其包含：一正電極探針，其具有一正電極；用於施加一正靜電電荷至正電極之部件；及用於將一緻密氣泡輸送至液體容積之輸送部件。

根據本發明第八形態，提供一將一緻密氣泡在一液體容積內導引至一目標目的地之方法，其包含下列步驟：將一磁位勢施加至目標目的地，以將緻密氣泡吸引朝向目標目的地。

根據本發明的第九形態，提供一改良一船舶的效率之方法，包含下列步驟：提供一緻密氣泡產生裝置，及將該裝置設置於一船舶的一船殼處，俾使裝置所產生的緻密氣泡注射至近鄰於船舶的水中。

根據本發明的第十形態，提供一包含一緻密氣泡產生裝置之船舶，緻密氣泡產生裝置係設置成在使用中將緻密氣泡注射至近鄰於船舶的水中。

申請專利範圍中提供其他的形態。

1,11,12,13,34,35,36,37,134‧‧‧奈米氣泡產生器

2,5,9,16,21,32,38,81‧‧‧流體輸入

3,10,17,22,33‧‧‧流體輸出

4‧‧‧回饋步驟

7‧‧‧第一奈米氣泡產生器

8‧‧‧第二奈米氣泡產生器

14‧‧‧奈米氣泡產生器之間的連接

15‧‧‧連接腔室

18,19,20‧‧‧氣泡產生模組

23,24,25,26,27,28,29,30,31‧‧‧奈米氣泡產生模組

39‧‧‧流體出口

40‧‧‧泵

42,43,44‧‧‧標示區位

61,62‧‧‧噴嘴

63,64‧‧‧流體入口閥孔

73,74,75‧‧‧微米氣泡產生器系統

76,77,78‧‧‧奈米氣泡產生器系統

83‧‧‧圓柱形渦旋流模組

84‧‧‧靜態混合器模組

85‧‧‧文氏加上柯恩達閥模組

86‧‧‧空腔腔室模組

87‧‧‧球形渦旋流模組

88‧‧‧文氏型奈米氣泡產生器模組

89‧‧‧氣體饋送

91‧‧‧直立杆

92‧‧‧流體出口桿

93‧‧‧臂

94‧‧‧DC馬達

95,139,144‧‧‧電源供應器

96‧‧‧空氣運送裝置動葉輪

97‧‧‧水動態混合泵頭

98‧‧‧導管

99‧‧‧加壓空氣腔室

101‧‧‧動作感測器/螺旋渦旋組件

102‧‧‧細微孔隙/緻密氣泡裝置腔室

103‧‧‧水及空氣出口葉片

105,303,503,603,703‧‧‧呼吸管

109‧‧‧螺紋

110‧‧‧渦旋型

111,123‧‧‧文氏型

112‧‧‧噴蓬

114‧‧‧出口

115‧‧‧文氏型第一緻密氣泡產生器

116‧‧‧水通路

117‧‧‧淋浴頭噴蓬

118‧‧‧外殼體

119‧‧‧空氣入口孔

120‧‧‧徑向相對的硬管

121‧‧‧柯恩達閥

122‧‧‧串列渦旋型

124‧‧‧緻密氣泡產生器

125‧‧‧孔

126‧‧‧開關板

127‧‧‧心軸

131‧‧‧硬管

132‧‧‧硬管內部表面

133‧‧‧奈米氣泡輸送裝置

135‧‧‧直流電(dc)電源供應器

136‧‧‧正電極探針140的電極

137,147‧‧‧絕緣覆套

138‧‧‧負電極探針141的電極

145‧‧‧負電極

140,142‧‧‧正電極探針

141,143‧‧‧負電極探針

146‧‧‧正電極

148‧‧‧探針單元

150‧‧‧船舶

151‧‧‧緻密氣泡產生裝置

160‧‧‧文氏管

161‧‧‧渦旋混合頭

162‧‧‧靜態混合器

163‧‧‧後續的空腔溢流腔室

164‧‧‧氣體入口

165‧‧‧溢流孔

166‧‧‧頂外緣

167‧‧‧氣泡水流方向/箭頭

168‧‧‧拘限器孔

169‧‧‧外腔室

201‧‧‧圓柱形內部腔室

300‧‧‧壓力溶解區

301‧‧‧最窄段

302,602,707‧‧‧斥水性薄膜

303‧‧‧氣體饋送系統

304‧‧‧柯恩達流分割器組件

309‧‧‧文氏體部

401‧‧‧橢圓形渦旋腔室

501‧‧‧混合銷

502‧‧‧斥水性多孔球形頭

601‧‧‧螺旋脊

702‧‧‧柯恩達(Coanda)球形渦旋組件

704‧‧‧柯恩達葉片

804‧‧‧混合分區

901‧‧‧空的空間

902‧‧‧壁

a,b,c‧‧‧閥

Z1‧‧‧第一時間分區

Z2‧‧‧第二時間分區

詳細描述

現在將參照附圖描述本發明，其中：圖1顯示使用奈米氣泡之氧合(oxygenation)的有效性；圖2示意性顯示一先前技藝奈米氣泡產生系統；圖3示意性顯示一先前技藝奈米氣泡產生系統；圖4a-c示意性顯示根據本發明之緻密氣泡產生系統， 其中緻密氣泡產生器作串列式連接；圖5a及5b示意性顯示根據本發明之緻密氣泡產生系統，其中緻密氣泡產生器作併列式連接；圖6示意性顯示根據本發明之一緻密氣泡產生系統，其中緻密氣泡產生器以串列與併列式的一組合作連接；圖7a及7b示意性顯示根據本發明之一緻密氣泡產生系統，其中緻密氣泡產生器以串列與併列式的一組合作連接；圖8a至v示意性顯示可使用於本發明中之不同的緻密氣泡產生器；圖9示意性顯示一用於緻密氣泡產生器系統之氣體輸入的不同置放；圖10及11示意性顯示一緻密氣泡產生系統，以提供脈動緻密氣泡；圖12顯示緻密氣泡數相對於時間的一圖形，其中緻密氣泡係產生於不同的時間分區中；圖13及14示意性顯示一緻密氣泡產生系統，其具有配置於垂直上流及水平流的一組合中之產生器；圖15顯示圖13及14所示系統中之典型緻密氣泡密度及尺寸分佈的圖形；圖16a至c示意性顯示根據本發明的一實施例之裝置，以供產生緻密氣泡水，其中僅可取得一低壓力水入口；圖17a至d示意性顯示根據本發明的一實施例之一經組 合的手清洗器-乾燥器；圖18示意性顯示根據本發明的一實施例之一淋浴頭的橫剖視圖；圖19示意性顯示圖18的淋浴頭之端視圖；圖20a至c示意性顯示根據本發明的一替代性實施例之一淋浴頭的橫剖視圖；圖21示意性顯示根據本發明的一實施例之一硬管的處理；圖22示意性顯示根據本發明的另一實施例之一標定裝置；圖23示意性顯示根據本發明的又另一實施例之一標定裝置；圖24示意性顯示根據本發明的再另一實施例之一標定裝置；及圖25示意性顯示根據本發明的一實施例之一具有細微氣泡潤滑系統的船舶之剖視圖。

i)緻密氣泡產生系統

本發明的此形態係有關一緻密氣泡產生系統及一產生緻密氣泡之方法。係描述不同之用於在一流體中產生緻密氣泡之系統，特別是使用串列式、併列式、或串列與併列式的一組合被連接之緻密氣泡產生器者。

一用於高密度緻密氣泡之複合緻密氣泡產生器

習見情形中，緻密氣泡係利用單一氣泡產生裝備 或至多兩個氣泡產生裝置形成於流體中。裝備可為該技藝已知的數類型微米緻密氣泡產生器的一者(見下表1)，例如一採用文氏(Venturi)原理產生氣泡(文氏型)之產生器，一採用流體的一渦旋動作生成氣泡(渦旋型)之產生器，一採用空腔原理生成氣泡(空腔型)之產生器，一採用壓力溶解原理(加壓溶解型)之產生器，等。表1列出各型緻密氣泡產生器的主要優劣點。

如表格所示，任何單一緻密氣泡產生器類型在其產生高濃度(密度)的緻密氣泡、良好均勻尺寸分佈及長壽命之能力上係受到限制。

作為先前技藝奈米氣泡產生器的範例，可能提到US 7,874,546、US 7,997,563、US 2013/0034829A1、US 2007/0095937A1及EP2116589，其各揭露使用單一或至少兩個奈米氣泡產生器之奈米氣泡產生裝備。

為了增加密度，來自一產生器的輸出可被饋送回到產生器的輸入中。產生器隨後在一已經含有一數量的奈米氣泡之液體中產生氣泡，且因此奈米氣泡的整體密度係 增加。此先前技藝程序示意性顯示於圖2。一奈米氣泡產生器1具有一流體輸入2及一流體輸出3。一回饋步驟4可重覆一數量的次數。

然而，每當輸出饋送回到輸入，奈米氣泡的密度增高即減小，其可終將導致仍相對為低的輸出液體中之奈米氣泡的最大密度。此外，利用此技術在流體輸出點所達成之奈米氣泡通量(亦即每秒通過一固定點之奈米氣泡數)對於許多應用而言可能不足。

不論使用何者類型的產生器，該產生器所可能生成之奈米氣泡的最大密度將具有極限。時常，可能具有包含奈米氣泡的流體之應用，其中欲產生比起個別產生器的此最大值而言具有高度均勻尺寸分佈及高通量之更大密度的奈米氣泡。

圖3示意性顯示另一種採用兩個奈米氣泡產生器之先前技藝程序。一第一奈米氣泡產生器7具有一流體輸入5。第一奈米氣泡產生器可屬於第一類型，例如渦旋型。第一奈米氣泡產生器7的輸出係饋送至一第二奈米氣泡產生器8的輸入中。這些產生器典型利用一“插刃(bayonet)”配件以一分離的O環作連接。第二奈米氣泡產生器8可屬於異於第一類型之第二類型，例如文氏(Venturi)型。US專利No.7,997,563 B2揭露一用於產生微米氣泡之裝備，其包含一渦旋流產生葉輪噴嘴及一漩渦裂解文氏(Venturi)管。US專利No.2013/0034829A1揭露一使用文氏(Venturi)型管及一具有<1μm尺寸的孔的多孔氣體配送器之裝備，藉以使已經為 氣泡形式的氣體離開進入液體中。孔上方之氣泡的表面張力係為高，然而，時常，氣泡在其已經達到遠大於供其生成的孔的尺寸為止之前並未被釋放，而大幅降低散佈器的效力。遵照楊格-拉普拉斯(Young-Laplace)關係△P=2σ/r，其中σ是氣泡的表面張力，且r是氣泡的半徑，當一大氣泡形成時，氣流由於較小平衡壓力而傾向於充填大氣泡而以全部其他較小氣泡作為代價。US專利No.2007/0095937揭露一裝備，其採用類似於US專利No.2013/0034829A1所描述的一文氏(Venturi)管連同一壓力溶解方法以生成較多微米氣泡之一組合。

這些先前技藝方法未能產生具有高濃度(密度)、良好的均勻尺寸分佈及長壽命的一組合之緻密氣泡。

因此可看出用於產生緻密氣泡的既有系統之現有問題包括：

a)對於單一循環氣泡產生系統，緻密氣泡計數的濃度通常為低。

b)緻密氣泡產生的任何單一方法亦產生具有低氣泡計數之很低容積的液體流。

c)無法產生具有低壓力水入口及高氣體入口之高濃度緻密氣泡。

在一範例中，US-B2-7874546及EP-A1-2116589具有很複雜的系統，且其在緻密氣泡的濃度上提供極少改良，且尺寸分佈仍很廣泛。其不適合於使用大量氣體入口。

本發明的一目的係在於解決部分上述與先前技 藝奈米氣泡產生器相關之缺點。

本發明提出一系統，其使用串列式緻密氣泡產生器以增加緻密氣泡的濃度，使用併列式緻密氣泡系統以增加整體液體流，且整合串列式及併列式系統以增加緻密氣泡的濃度及總液體流兩者。

此複合系統將緻密氣泡計數從每立分公分數百個增加至每立方公分數十萬個。流率可從每分鐘小於一加侖增加至數十加侖。

可藉由具有數個串列式連接、但擁有一低壓力連接分區之緻密氣泡產生器達成此作用，以確保來自各產生器的出口可達到其最適值效益。如是的串列式連接將導致一遠為較高的緻密氣泡濃度及很均勻的氣泡尺寸分佈。

數個緻密氣泡產生器可併列式連接，且如是的平行連接將導致一含有緻密氣泡之遠為較高的水流。

上述併列式與串列式組態的組合係達成高水流及具有均勻分佈之較高濃度的緻密氣泡兩者。

將對於環境-水處理、清潔、半導體產業等具有一長期效應。

本發明的第一實施例係示意性顯示於圖4a。在此實施例中身為一奈米氣泡產生系統之緻密氣泡產生系統係包含一流體輸入9(例如一水龍頭)及一流體輸出10，具有三個奈米氣泡產生器11、12、13配置於流體輸入8與流體輸出10之間。各奈米氣泡產生器具有一各別的輸入及輸出。

在此實施例中，三個奈米氣泡產生器11、12、13 係串列式連接。這意指第一氣泡產生器11的輸出連接至第二奈米氣泡產生器12的輸入。此外，第二氣泡產生器12的輸出連接至第三奈米氣泡產生器13的輸入。如同可從圖4a的實施例看出，可瞭解“串列式”用語係類比於呈串列的一電路之連接組件。產生器利用一干涉配合作連接，所以不同於先前技藝，不需要分離的O環。

奈米氣泡產生器之間的連接14、15可包括腔室，其可被維持於一預定壓力，高抑或低，以容許後續奈米氣泡產生器以其最大效率運作。例如，若奈米氣泡產生器13具有一文氏型奈米氣泡產生器，先前的連接腔室15將被維持在約0.2MPa的一壓力，以容許文氏型奈米氣泡產生器以其最大值效率運作。

三個奈米氣泡產生器11、12、13可各包含一不同型的奈米氣泡產生器以形成一複合奈米氣泡產生系統，例如奈米氣泡產生器11可為一渦旋型奈米氣泡產生器(例如諸如參照下列圖8c所描述者)，奈米氣泡產生器12可為一混合器型奈米氣泡產生器(例如諸如參照下列圖8j所描述者)，且奈米氣泡產生器13可為一文氏型奈米氣泡產生器(例如諸如參照下列圖8m所描述者)，且此配置顯示於圖4b。在一替代性配置中，可出現有同型產生器的不只一者，例如奈米氣泡產生器11可包含一渦旋型奈米氣泡產生器模組且奈米氣泡產生器12及13可包含混合器型奈米氣泡產生器模組，且此配置顯示於圖4c。替代性地，全部三個奈米氣泡產生器11、12、13可包含同型奈米氣泡產生器模組。奈米氣泡產生 器類型的選擇將依據所意圖應用及所需要條件而定，以使奈米氣泡產生效率達到最大。

串列式連接奈米氣泡產生器11、12、13係容許奈米氣泡密度(亦即每公分流體的奈米氣泡數)相較於先前技藝系統而言大幅增加。實驗上來說，包含一文氏型奈米氣泡產生器、一混合器型奈米氣泡產生器、及一渦旋型奈米氣泡產生器的複合系統係已經顯示出產生水中每立方公分約100,000個奈米氣泡的奈米氣泡密度。

本發明的第二實施例示意性顯示於圖5a及5b。所顯示的奈米氣泡產生系統包含一流體輸入16及一流體輸出17，其中三個氣泡產生模組18、19、20配置於流體輸入16與流體輸出17之間。各奈米氣泡產生器具有一各別的輸入及輸出。

在此實施例中，三個氣泡產生模組18、19、20係併列式連接。這意指流體輸入16係分割且饋送至三個奈米氣泡產生器18、19、20的各者之輸入中。此外(如圖5b所示)，三個奈米氣泡產生器18、19、20的各者之輸出可受操縱且經由分別位居從產生器18引至輸出17、從產生器18引至產生器19、從產生器19引至輸出17及從產生器19引至產生器20的輸出線中之閥a、b、c饋送至流體輸出17。如同可從圖5a及5b所示的實施例看出，可瞭解“併列”用語係類比於呈併列的一電路之連接組件。

如同第一實施例中，三個奈米氣泡產生器18、19、20可各包含一不同型的奈米產生器，例如奈米產生器18可 為一文氏型奈米氣泡產生器，奈米氣泡產生器19可為一渦旋型奈米氣泡產生器，且奈米氣泡產生器20可為一空腔型奈米氣泡產生器。這已知為一複合奈米氣泡產生器系統。替代性地，全部至少有二個、且可能全部的奈米氣泡產生器18、19、20可包含同型奈米氣泡產生器，例如全為文氏型。

併列式連接奈米氣泡產生器係容許奈米氣泡通量(亦即每秒通過位於輸出的一固定點之奈米氣泡數)相較於先前技藝系統大幅增加。

雖然圖4a-c及5a-b的實施例顯示根據本發明所連接之三個奈米氣泡產生器，應注意這僅為範例。

本發明的第三實施例示意性顯示於圖6。所顯示的奈米氣泡產生系統包含一流體輸入21及一流體輸出22，其中九個奈米氣泡產生模組23、24、25、26、27、28、29、30、31配置於流體輸入21與流體輸出22之間。各奈米氣泡產生器具有一各別的輸入及輸出。

在此實施例中，奈米氣泡產生器以串列與併列式的一組合作連接。這意指流體輸入21係分割且饋送至三個奈米氣泡產生器次系統的各者之輸入中，類似於圖4a所示的實施例，其各包含串列式連接的三個奈米氣泡產生器。此外，三個奈米氣泡產生器次系統各者的輸出係組合並饋送至流體輸出22。

如同在第一實施例中，各奈米氣泡產生器次系統的三個奈米氣泡產生器可各包含一不同型的奈米氣泡產生 器，例如，在頂奈米氣泡產生器次系統中，奈米氣泡產生器23可為一文氏型奈米氣泡產生器，奈米氣泡產生器24可為一渦旋型奈米氣泡產生器，且奈米氣泡產生器25可為一混合器型奈米氣泡產生器。替代性地，奈米氣泡產生器次系統23、24、25中的至少兩個或可能全部三個奈米氣泡產生器可包含相同型奈米氣泡產生器，例如全為文氏型。同理適用於圖6所示的中間奈米氣泡產生器此系統26、27、28及底奈米氣泡產生器次系統29、30、31。

本發明的另一實施例係示意性顯示於圖7a及7b，圖7b顯示高度示意性圖7a的較細部圖。此實施例顯示奈米氣泡產生器可如何以串列與併列式的一組合作連接之另一範例。所顯示的奈米氣泡產生系統包含一流體輸入32及一流體輸出33，其中四個奈米氣泡產生器34、35、36、37配置於流體輸入32與流體輸出33之間。各奈米氣泡產生器具有一各別的輸入及輸出。

在此實施例中，奈米氣泡產生器以串列與併列式的一組合作連接。前兩個奈米氣泡產生器34及35併列式連接。可看出，流體輸入32係分割且饋送至各奈米氣泡產生器34、35的各別輸入中。各奈米氣泡產生器34、35的輸出係重新組合。接下來兩個奈米氣泡產生器36、37係以串列連接。奈米氣泡產生器36的輸出係饋送至奈米氣泡產生器37的輸入中。

圖7b顯示在此實例中，兩個併列式產生器34及35皆為位居一共同產生器模組內之文氏型(例如諸如參照下 圖8n所描述者)，第二產生器36屬於靜態混合器型例如諸如參照下圖8j所描述者，而第三產生器37屬於文氏型例如諸如參照下圖8q所描述者。

以串列及併列式的一組合連接奈米氣泡產生器係容許奈米氣泡濃度及奈米氣泡通量作調整以配合所意圖的應用。

圖8a-v顯示各種不同型的微米奈米氣泡產生器，部分具有單型的產生器且部分具有不同型產生器之組合。

圖8a顯示一渦旋型產生器模組，其具有一位居模組的內部腔室內近似中央處之螺旋渦旋組件101。一盤捲於組件101周圍的螺紋109係強迫穿流的液體氣體混合物以一螺旋漩渦流動。氣體被導入經過引往組件內部及一斥水性薄膜之位於模組壁中的一呼吸管105，形成組件的外部表面之部份，穿設有用以將奈米氣泡釋放至流中之細微孔隙102。

圖8b顯示一渦旋型產生器模組，其具有一圓柱形渦旋組件而無氣體饋送系統。形成於模組內部腔室的內表面上之螺旋脊601係包括一與其平行之漩渦流。

圖8c顯示一渦旋型產生器模組，其具有一擁有一氣體饋送系統之圓柱形渦旋組件。形成於模組的內部腔室的內表面上之螺旋脊601係包括一與其平行之漩渦流。一穿設有細微孔隙、襯墊於腔室之斥水性薄膜602係構成一氣體饋送系統。漩渦流係使薄膜上方的壓力場達到最小，因此使氣體饋送最大化。氣體亦可經過呼吸管603經過模組壁被導入。

圖8b顯示一渦旋型產生器模組，其具有一位居模組的內部腔室內之柯恩達(Coanda)球形渦旋組件702，而無氣體饋送系統。位居組件上之柯恩達葉片704具有適當的曲率半徑以供在其表面上方的流內引發柯恩達效應。所產生的漩渦係生成空腔的很高發生率以供產生進一步微米氣泡及奈米氣泡。

圖8e顯示一渦旋型產生器模組，其具有一位居模組的內部腔室內之柯恩達球形渦旋組件702，擁有一氣體饋送系統。柯恩達葉片704具有適當的曲率半徑以供在其表面上方的流內引發柯恩達效應。所產生的漩渦係生成空腔的很高發生率以供產生進一步微米氣泡及奈米氣泡。一穿設有細微孔隙之斥水性薄膜707，位居組件702上，係構成一氣體饋送系統。由於柯恩達效應所導致的漩渦流係使薄膜上方的壓力場達到最小，因此使氣體饋送最大化。氣體亦可經過穿過模組壁的呼吸管703被導入。

圖8f及8g分別顯示一具有一球形渦旋輸入組件的渦旋型或“旋風”產生器之示意橫剖視及平面圖。流被切線地注射至圓柱形內部腔室201，因此造成其以一螺旋漩渦移動。此處，為求清楚省略了氣體入口及流體輸出。較佳地，流體出口被定形成例如藉由將一有齒周緣提供至出口硬管的內部壁而提供一靜態混合表面。

圖8h顯示一渦旋型產生器模組，其具有一橢圓形渦旋腔室401。腔室的橢球橫剖面係強迫流以一具有窄化直徑的螺旋漩渦作移動。此流圖案在腔室內表面上具有一壓 力最小值，而造成氣泡擴大。流出口的曲率半徑係引發其上方之流中的柯恩達效應，並因此引發空腔的高發生率以供產生所驅排流體中的進一步微米氣泡及奈米氣泡。

圖8顯示與連接流出口的軸線呈法向之圖8h的橢圓形渦旋腔室之橫剖面圖。其突顯出流輸入如何與渦旋腔室401呈切線。

圖8j顯示一靜態混合器型產生器模組。在此實例中為九個之複數個徑向往內突起的混合銷501、其突入模組的內部腔室中，係生成一將微米氣泡裂解成奈米氣泡之紊流。氣體係經由位居混合銷501內之呼吸管503作饋送並輸送至銷的斥水性、多孔球形頭502，其將氣體以奈米氣泡輸送至周遭流體內。

圖8k顯示經過圖8j所示的平面x、y及z之混合腔室的三個軸向橫剖視圖。混合銷501以120°的規律角度間隔沿腔室作分佈。各個接續的銷三元組相對於前者旋轉達60°角。

圖8l顯示類似於圖8j-k所示者的一靜態混合器型產生器模組，其中混合銷501不具有呼吸管。

圖8m顯示一不具有氣體饋送系統之文氏型產生器模組。模組的內部腔室沿著其流軸線形成有一可變式硬管直徑。位於壓力溶解區300之一窄化硬管直徑係強迫氣體溶解至液體中。流在最窄段301內加速，其則容許經溶解的氣體分子由於對應的壓力下降而聚結並形成微米氣泡。

圖8n顯示一具有一氣體饋送系統之文氏型產生 器模組。模組的內部腔室沿著其流軸線形成有一可變式硬管直徑。位於壓力溶解區300之一窄化硬管直徑係強迫氣體溶解至液體中。流在最窄段301內加速，其則容許經溶解的氣體分子由於對應的壓力下降而聚結並形成微米氣泡。額外氣體經由一通過腔室壁的呼吸管303被饋送至一穿設有細微孔隙之斥水性薄膜302，在其最窄直徑處形成腔室的內部壁之部份，以供將氣體以奈米氣泡饋送至其中的流。

圖8o顯示一具有一串列式位居模組內部腔室內的一文氏組件及柯恩達流分割器組件304兩者之產生器模組，而不具有任何氣體饋送系統。模組的內部腔室係沿著其流軸線形成有一可變式硬管直徑，且文氏組件就像圖8m般運作。柯恩達流分割器組件304具有適當的曲率半徑以供在其上方的流中引發柯恩達效應，且因此引發空腔的高發生率以供在所驅排流體中產生進一步微米氣泡及奈米氣泡。

圖8p顯示一具有串列式的一文氏組件及柯恩達流分割器組件304兩者之產生器模組，其中一具有呼吸管303的氣體饋送系統在後者上引至模組外部。文氏組件就像圖8m般運作。柯恩達流分割器組件304具有適當的曲率半徑以供在其上方的流中引發柯恩達效應，且因此引發空腔的高發生率以供在所驅排流體中產生進一步微米氣泡及奈米氣泡。尚且，柯恩達效應使得部份地覆蓋住分割器304之一穿設有細微孔隙的斥水性薄膜302上方之壓力場達到最小，因此使自其所釋放的奈米氣泡通量最大化。

圖8q顯示一具有一氣體饋送系統之文氏型產生 器模組。壓力溶解效應就像圖8m所描述。然而，此實施例的一額外特徵構造係為文氏體部309上的曲率(亦即模組的經定形內部壁，其係為適當以引發其上方的流中之柯恩達效應)。這使得覆蓋住體部309的一下部分之一穿設有細微孔隙的斥水性薄膜302上方之壓力場達到最小，因此使自其所釋放的奈米氣泡通量最大化。

圖8r顯示一空腔型產生器模組。流動的微米氣泡進入模組的內部腔室，其在此處為一空的空間901，且由於壓力上升而空化。這所產生的衝擊波係在周遭流體中生成振盪的剪力，其形成進一步的微米氣泡。此空腔可經過機械侵蝕對於組件的固體部份造成損害，所以其中沒有東西的空腔管係容許此程序發生，而對於任何突出組件具有最小損害。

圖8s顯示一具有一推拔狀出口之空腔型產生器模組，其中模組的內部腔室之內部直徑係在流方向上減小。推拔狀出口係增大空腔腔室內的壓力，因此需使微米氣泡及奈米氣泡變得更小。

圖8t顯示一具有與腔室主要軸線呈垂直導引的流出口之空腔型產生器模組。流體內的微米氣泡係碰撞於一位於與入口呈相對的腔室901端之壁902，而造成其空化並產生進一步的微米氣泡。

圖8u顯示一具有與一再循環混合器組件呈併列的一文氏組件之產生器模組，在後者機構上具有氣體饋送。文氏機構及混合機構概括分別類似於圖8m及8j所描述者， 其中文氏組件包含被置於流中的擋板，俾使入流進入具有降低直徑的中央區、抑或擋板與模組壁之間(混合分區804)，其中設有混合器組件的銷。由於擋板在其下端遭遇到模組壁，因此關閉混合分區，混合分區804內的流體被強迫再循環返回朝向流入口，因此增加微米氣泡在混合分區內的留置時間，而容許其有更多在經由出口被驅排之前變成奈米氣泡。

圖8v顯示一具有併列式配置的文氏及混合器組件之產生器模組，在混合銷上具有氣體饋送。壓力溶解係以與圖8m所描述者相同的方式發生。形成於最窄段301內之微米氣泡係藉由其中的混合銷被迅速裂解成奈米氣泡。尚且，奈米氣泡如圖8j般藉由氣體饋送系統303釋放。

將注意到：所有的上述產生器模組可藉由螺接(如圖示，各模組在各端具有一螺紋)、或確實藉由能夠依需要斷開及重新連接的其他硬管連接技術而被簡單地連接在一起。

本發明的另一實施例示意性顯示於圖9，其顯示出在上述系統任一者中在系統內的任何階段可如何發生氣體饋送。若在流體輸入38之後使用一泵40，氣體饋送可發生於泵之前如42處所示，或泵之後如43處所示。氣體饋送亦可發生於微米氣泡及/或奈米氣泡產生器41之後，如44處所示，流體出口39之前。氣體可在標示區位42、43、44的一者或多重區位中被輸入，其中有多少個區位可供輸入氣體並無上限。

本發明的另一實施例顯示於圖10。此處，微米奈米氣泡產生器系統配備有一機械旋轉器，其具有用於驅動一閥構件之相對的噴嘴61及62，經過旋轉器的水流係生成閥構件的順時針方向旋轉。閥構件設置成相鄰於一形成有流體入口閥孔63及64之表面。閥構件的旋轉將開啟及關閉流體入口閥孔63及64，生成一適合於特定應用的脈動式微米奈米氣泡流體。

一脈動式微米奈米氣泡流體亦可利用一螺線管閥產生以開啟及關閉流體供應物。這顯示於圖11。若微米奈米氣泡產生器系統73、74及75設計成產生微米氣泡，且76、77、78用於奈米氣泡，則可產生時間分隔的微米氣泡及奈米氣泡。圖12顯示微米/奈米氣泡數vs.時間的圖形，其中在一第一時間分區Z1中產生一數量的奈米氣泡，且在一第二時間分區Z2中產生一數量的微米氣泡。

本發明的另一實施例示意性顯示於圖13。奈米氣泡產生系統中的流體係配置以從流體輸入81往上流動、經過圓柱形渦旋流模組83、靜態混合器模組84、及文氏加上柯恩達閥模組85。具有微米奈米氣泡的流體隨後進入空腔腔室模組86，接下來是一具有一球形渦旋流模組87及文氏型奈米氣泡產生器模組88之水平奈米氣泡產生器系統。氣體饋送如89所示般發生。

圖14顯示一用於如是組態之系統。上述組件模組的任一者可在一往上方向作串列式連接。在此實例中，組件被包封在一較大的固持貯槽/貯器內，俾使任何微米氣泡 將具有一較長的引發時間以演化成奈米氣泡。具有額外渦旋及文氏加上柯恩達閥模組之另一水平奈米氣泡產生器系統係將進一步增加奈米氣泡密度。圖15顯示如是一系統之典型奈米氣泡密度及尺寸分佈。奈米氣泡尺寸在50至300nm範圍內很均勻，且利用Nanosight NS500系統計算密度身為2.5x10⁸/ml。

本發明的另一實施例係為其中微米奈米氣泡產生器系統部份或完全地沉浸至流體內。系統的動力可為電力、壓縮空氣、自來水、重力、風力、液壓或任何其他能量源。在一較佳實施例中，設計成被壓縮空氣供應動力，其轉動一轉子葉片，進而轉動一與氣體隔室分離之螺旋槳葉片以將水泵送至裝備中。壓縮空氣可經由一通道逃逸至一斥水性薄膜，其在該處隨後以微米/奈米氣泡形式被導入液體中。在此實例中，產生充足壓力以供藉由壓縮空氣生成奈米氣泡，但本發明一般可由任何充足壓力源供應動力，其可為重力或特定的泵，或甚至家用的水壓力。

應注意到：

-氣體輸入可選用性在泵之前或泵之後被連接。有利地，氣體可在泵之前與之後皆被導入。氣體輸入可包含微米級數或奈米級數尺寸之單一或多重的孔。一額外氣體輸入可設置為接近流體輸出以增加總氣體輸入。

-具有微米級數或奈米級數孔之氣體輸入係可選用性包含至少一斥水性材料或斥水性塗覆物。一適當斥水性材料的一範例係為一氟矽氧薄膜。

-氣體輸入可被選用性放置於接近流體的表面，具有強烈的柯恩達效應，俾使緻密氣泡在被掃離之前沒有時間生長。

-微米氣泡及奈米氣泡可經由一微米氣泡產生系統及一奈米氣泡產生系統的一併列式配置同時地產生。微米氣泡及奈米氣泡可在同時間從兩不同出口離開。亦可採用一時計閥以一擇時時序產生微米氣泡及奈米氣泡。微米氣泡及奈米氣泡可在不同時間分區中出現於流體中。

-緻密氣泡可利用一機械或電子流體脈動控制器以一脈動方式產生，以操縱緻密氣泡產生器系統的輸入流體或流體輸出。

-方便地，分離的產生器模組可例如藉由簡單的螺接以一可重覆且可逆的方式被配合在一起。

-被供應以形成氣泡之液體係可為水，IPA，燃料，或其他液體。

-被供應以形成氣泡之氣體係可為臭氧，氧，氫，空氣，二氧化碳，氮，或其他氣體。

-操作壓力：具有約0.08MPa的最小值，具有約0.2MPa至約0.5MPa的一較佳範圍。

本發明的此形態藉此提供一加成製造方法，其中各組件/模組可以併列或串列或其一組合被添加至微米及奈米氣泡產生系統中，以操縱含有緻密氣泡的液體之總氣泡密度、氣泡尺寸分佈及總通量。

經過一低壓力水入口產生緻密氣泡水

在一特定實施例中，可在僅可取得一低壓力水之 處使用如是一產生技術產生緻密氣泡水。

現今，緻密氣泡產生系統需要一額外的水泵以供有效的系統操作。根據本發明，提供一整合了空腔、文氏效應渦旋方法及一混合器方法之特定複合途徑，其增強緻密氣泡產生效率，且其容許以一遠比先前可能者更低的入口水壓力產生高濃度緻密氣泡。

圖16a-c示意性顯示的如是一設計的一範例係具有內建在水流系統內之接續的文氏、渦旋流、靜態混合器及空腔腔室，且為求方便，氣泡水流方向係標示以箭頭例如167，其中圖16a示意性顯示裝置的剖視圖，圖16b從俯視圖示意性顯示空腔腔室，且圖16c示意性顯示空腔腔室的剖視圖。氣體及液體在一文氏管160中混合，其包括一氣體入口164，然後經混合的氣體液體流經一渦旋混合頭161及靜態混合器162以生成緻密氣泡。後續的空腔溢流腔室163、包括頂外緣166上的溢流孔165，係容許緻密氣泡轉換成“超緻密”氣泡，其隨後從溢流孔釋放。超緻密氣泡隨後被釋放經過外腔室169底部中的拘限器孔168。入口龍頭水壓力可低達0.08MPa，不需要導入額外的氣體，且一環室空氣入口已足夠。緻密氣泡的計數可最多達100,000,000每立方公分。

特定應用

根據本發明，可想見如是氣泡的不同應用，且詳述其中的部分。這些應用係包括：-用於改良船舶潤滑之方法/程序；-用於緻密氣泡以供除垢之方法； -使用緻密氣泡以供半導體清潔之方法；-用於衛生手部清洗/乾燥之方法/程序；-用於降低藻類之方法/程序；-用於標定緻密氣泡之方法/裝備；及-用於生成緻密氣泡水之方法/程序。

清洗應用

富含緻密氣泡水係應用於清洗或清潔多種不同物體，包括身體皮膚、除垢/清潔硬管及清潔半導體晶圓。

一使用緻密氣泡作清洗之方法

現今一般之洗浴方法係將肥皂/清潔劑施加至身體表面並刮拭藉以殺死微生物，清理孔隙及剝去死皮。然而，此處所用的如是化學物係相對昂貴且可能在特定案例中造成皮膚刺激。

一克服此問題的方式係藉由將緻密氣泡施加至皮膚表面。由於緻密氣泡的聲致發光性質及此自然程序天生之氧化根的後續產生，可能發生清洗而不需使用化學物且具有最少量的機械刮拭。

手清洗器/乾燥器

此形態係有關使用緻密氣泡之一龍頭及/或手清洗器及/或經組合的手清洗器-乾燥器。

現今來說，戴森(Dyson)是手部用的空氣乾燥器及衛生處理設備之領導者。其最近已經推出氣刀龍頭(Airblade Tap)，一種經組合的水龍頭及手乾燥器。其他經組合的裝置亦為人熟知。

根據本發明，提議使用緻密氣泡水來改良手清洗。在一特佳實施例中，緻密氣泡水源可與一乾燥器作組合，例如位於一被例如連接至一戴森(Dyson)氣刀龍頭型裝置的奈米氣泡手衛生處理器中或成為其一部份。

一緻密氣泡DC馬達可被整合至對幹線水供應物的連接中，且可隨後使用緻密氣泡水在利用“無細菌”手乾燥器或其他類似產品予以乾燥之前將手部殺菌。

圖17a-d示意性顯示一實施例，其中圖17a示意性顯示剖視圖，圖17b示意性顯示經過流體出口桿之剖視圖，圖17c示意性顯示側視圖且圖17d顯示立體圖。如圖17d最清楚顯示，清洗器-乾燥器90形成為一概呈“T”形的清洗龍頭，其具有一直立杆91及一藉由一臂93而水平地分隔於杆91之水平延伸的流體出口桿92。杆91含有一DC馬達94，由一電源供應器95供應動力。DC馬達94由一具有一磁性或其他型接合裝置(這本質上是一已知裝置)之時計及微開關控制裝置所控制，並可操作以可旋轉地驅動位居杆頂部的各別腔室中之一空氣運送裝置動葉輪96及一水動態混合泵頭97兩者，其一起形成一空氣-水混合泵頭，腔室係經過一行經該杆之導管98接收空氣及及水。此配置提供有效率的氣體-水混合。桿92係容置緻密氣泡產生裝置一一具有內建的渦旋頭、靜態混合器、文氏件之固體管。更詳細說，其係容置一加壓空氣腔室99及一緻密氣泡裝置腔室102，具有位居桿92的基底之拘限面積細水及空氣出口葉片103。圖17b顯示出口被拘限以形成細葉片以容許緻密氣泡水外出。空氣腔室 99亦為一固體管件，其具有一受拘限葉片邊緣作為空氣出口。

一動作感測器101設置於桿92上以偵測朝向及遠離裝置之手部運動，並將一啟動/解除信號傳送到馬達。因此所產生的緻密氣泡隨後可經過葉片被釋放。

時計可操作以藉由首先接合(水)泵頭、然後將泵頭切換至一空氣葉片以供產生經過葉片的高流及高壓力水，而在一預定清洗時間之後將操作從水供應切換至一空氣供應。此空氣係用來乾燥使用者的手。

選用性地，至少一紫外光LED 100可裝設於緻密氣泡產生裝置內部以消毒所施配的水，並可經由一施配器在上游添加氧化鈦以在空氣及水上提供一額外消毒效應。此配置亦將容許使用者更易看見塵土。出現在水中的緻密氣泡係用來散射入射光，因此改良照明。緻密氣泡水亦具有一漂白效應，其有助於清潔水以防止雜垢或灰垢累積。這亦降低了清潔水供應硬管之成本。

可經由一螺線管閥、壓力感測器及壓力閥建置、簡單時計啟閉閥、或機械振盪裝置(下文參照淋浴頭應用進一步描述)以一脈動式模式產生緻密氣泡。可藉由脈動式模式緻密氣泡經過受處理表面上的脈衝引發式高與低壓力衝擊來達成額外清潔力。此作用藉由表面的加壓攻擊使得受污染表面的移除速率達到最大，然後壓力驟降的作用像是真空吸力以移除污染物。這類似於潮汐波對於海岸線岸邊的衝擊。

為了額外的清潔效率，緻密氣泡可包含不只50%的微米氣泡(亦即從1至50微米的直徑)而有較小百分比的奈米氣泡。

可看出不需要其他的水出口。水可以一連續或脈動式模式釋放。緻密氣泡具有一消毒效應，且亦當其崩潰時生成一增強清潔之超音波。

一用於高密度緻密氣泡之淋浴頭緻密氣泡產生器

如同已可看出，既有用於產生緻密氣泡的系統之現今問題係包括：i)微米及奈米氣泡計數的濃度對於一單循環氣泡產生系統而言通常為低；ii)任何單一之微米及奈米氣泡產生的方法亦產生具有低氣泡計數之很低容積的液體流；及iii)無法產生具有低壓力水入口之高濃度微米奈米氣泡。

例如，US20070108640A1整合式微米氣泡產生及毛髮清洗裝備、及US20080189847A1用於微米奈米氣泡澡盆水之產生器係具有很複雜的系統。其提供微米及奈米氣泡的濃度之很少改良，且尺寸分佈仍很寬廣。

圖18及19分別顯示根據本發明的一實施例之一淋浴頭的示意橫剖視圖及端視圖。

如同可從這些圖看出，淋浴頭包含兩個被串列式定位之緻密氣泡產生器，即水流方向的一渦旋型110及文氏型111。一空氣入口設置於文氏型產生器處，且額外的空氣入口亦可設置於上游。位於淋浴頭的“噴蓬(rose)”112處之 文氏產生器的下游，元件113設置成從噴蓬的內部側突入水流中。這些突起的元件係用來破壞任何由產生程序所生成的漩渦並使流混合。

圖19顯示噴蓬112之一可能的水出口組態，具有複數個個別出口114。三角形係顯示成展現具有來自淋浴之一淨為零的漩渦流輸出，各三角形提供一零的淨漩渦流輸出。

此型淋浴頭係相當簡單，並可依需要簡單地被配合以取代一習見淋浴頭。

圖20顯示一能夠提供一脈動式水流之較複雜的淋浴頭。更特別來說，圖20a示意性顯示淋浴頭在正常使用中位於一實質水平平面中之橫剖視圖，而圖20b及20c分別示意性顯示淋浴頭位於正交平面中的橫剖視圖，呈偏移90度旋轉。

此處，水流束的路徑係分叉，俾使一單水入口沿著一通路引領至兩個出口。一文氏型第一緻密氣泡產生器115設置於水通路116的非分叉部分中，其與淋浴頭噴蓬117的平面呈正交地配置且位於一外殼體118內。文氏型產生器設有一空氣入口孔119。在此部分的下端，通路分叉成兩個徑向相對的硬管120，其對於淋浴頭噴蓬117的平面呈水平地配置。一柯恩達閥121在分叉點處設置於通路116中。在各硬管120的遠端係為一直角彎折，其中設有一串列渦旋型122+文氏型123緻密氣泡產生器124，而形成一複合模組化產生系統。從此產生器離開之水因此係至少初始地與噴 蓬周緣呈切線地移行。彎折受導引俾使水在相同旋轉方向從各硬管離開。通路係攜載一心軸127，其可旋轉地攜載一脈動的開關板126，開關板126實質地平行於淋浴頭噴蓬平面。從硬管離開之水的切線作用係用來旋轉脈動的開關板。開關板及噴蓬皆設有呈現近似相同半徑的複數個孔125。隨著開關板旋轉，各別的孔週期性移動成為及脫離對準。水僅當孔在一預定旋轉角度被對準時方能夠離開淋浴頭。因此，水流呈週期性脈動。此配置可操作以在一脈動式流中以約109/ml濃度傳送含有約數十nm至數十μm的直徑之緻密氣泡的水。

一替代性實施例(未圖示)可採用一螺線管閥以使緻密氣泡水流作脈動。另一實施例(未圖示)可使用一電程式化蓄壓器以使緻密氣泡水流作脈動。

半導體晶圓的清洗

可使用一類似之緻密氣泡輸送的脈動式方法以供清潔半導體。該裝置類似於圖17的手清洗器及乾燥器，差異在於可使用一陣列的如是個別裝置以供晶圓清潔，包括相對配置的裝置以清洗一被裝載其間之晶圓的兩側，且緻密氣泡流體以比起手清洗器更為水平的一角度被射出。一脈動式緻密氣泡多重葉片配置(未圖示)係為一用於半導體晶圓清潔之最適裝置。為了具有從緻密氣泡產生之高的超音波，在緻密氣泡液體中需要較高濃度的微米氣泡。緻密氣泡受到控制以由較高濃度的微米氣泡及較低濃度的奈米氣泡組成。

標定的微米奈米氣泡施加

此形態係有關一導引一緻密氣泡至一液體容積內的一目標目的地之方法，及一用於在一液體容積內導引一緻密氣泡之標定裝置。如是的標定技術可使用於不同的應用，包括藥物輸送、表面清潔等。

氣泡的使用

用於處理以供殺細菌或用以標定經感染區域之現今一般方法係無區別地處理健康及患病區域。一種克服此問題的方式係藉由將藥物、輻射、消毒劑或其他藥劑輸送至一特定標定的部位。

可藉由將緻密氣泡輸送至受影響區域以有效地處理例如位於一特定區域中的MRSA或ECOLI。這係透過藉由緻密氣泡爆炸、或藉由輸送緻密氣泡所圍繞的一藥物所產生之超氧化根。下文更詳細地考慮此可能性。

此外，緻密氣泡可對於環境具有一長期效應，而影響水處理、清潔、半導體產業等。

尤其是在很硬水的區域中之污染物形成係可能造成硬管及其他水接觸表面的阻塞。富含緻密氣泡的水可被沖洗經過硬管，且最終奈米氣泡崩潰會產生一超音波，而破開表面污染物。

然而，雖然緻密氣泡在產業與醫學上顯示出很大潛力，仍有一問題在於難以任何控制程度將緻密氣泡導引至所需要的區域。

本發明之一目的係克服此問題。藉由認知到一緻 密氣泡的表面概括帶靜電且利用此電荷來導引緻密氣泡而達成此目的。

藉由說明，緻密氣泡的電荷通常為負，其中對於上述系統所產生的從100至500nm尺寸範圍之緻密氣泡而言，電荷密度達到大於100,000離子。本發明的方法利用一庫侖定律，並可利用一經正性偏壓的電極將緻密氣泡引導至目標區域。

在上文提到的藥物輸送之實例中，藥物或藥劑可由於靜電荷而被緻密氣泡所圍繞及侷限，且具有其周遭緻密氣泡之受侷限的藥物係可利用一正電極以與個別緻密氣泡相同的方式被導引至目標區域。

本發明的一實施例示意性顯示於圖21。此處，一至少部份地留置用以引導一水流的一液體容積、在此實例中為一硬管131(例如一金屬硬管)之容器係將以含有奈米氣泡的水作處理，以例如從一目標目的地亦即硬管的內部壁表面132移除汙染物沉積物。一奈米氣泡輸送裝置133設置於水流中的上游。輸送裝置133包含一通路，在此實例中為一金屬管或針頭，其係藉由剛性或撓性硬管件或管件被流體式連接至一分離的奈米氣泡產生器134之一輸出。一直流電(dc)電源供應器135、例如一電池、電池芯或其他dc裝置係被電性連接至硬管131(較佳電性連接至硬管內部表面132)及輸送裝置133，以維持其間的一電位差，其中硬管131被維持在一正電位，且輸送裝置133被維持在一負電位。在使用中，奈米氣泡係由產生器134產生並經由輸送裝置133 運送至硬管的水。輸送裝置的負靜電荷係幫助從裝置驅排類似的帶負電奈米氣泡。經驅排的奈米氣泡被靜電性吸引朝向硬管壁表面132，並可藉此處理該表面。

在一水硬管的實例中，尤其是在具有很硬水的區域中，接觸雜垢/沉積物形成係造成硬管產生阻塞。藉由硬管表面被正性偏壓而使奈米氣泡水被沖洗經過硬管，奈米氣泡會崩潰，因此產生一超音波以能夠裂解表面雜垢/沉積物。

替代性地，亦可使用磁鐵作為操縱緻密氣泡之方法。

雖然圖21中顯示一硬管，任何容器皆可以此方式作處理，例如一工業用金屬容器，其中容器受到正性偏壓。

但在圖21中，待處理的容器本身作為一正電極，可能另行具有一用以依需要導引緻密氣泡之專用的標定裝置。

圖22示意性顯示根據本發明的一實施例之用於在一液體容積內導引奈米氣泡之如是一標定裝置。該裝置包含一dc電源供應器139，其例如藉由撓性絕緣導線被電性連接至可相對移動的電極探針140及141。更特別來說，供應器139將一正性偏壓提供至正電極探針140的一電極136，將一負性偏壓提供至負電極探針141的電極138，其形成一奈米氣泡輸送流體通路。正電極136部份地覆蓋有一絕緣覆套137，俾只有電極136的一遠端在使用中曝露於周遭的液體。由於僅有電極136的曝露端將作為一目標目的地，這提 供奈米氣泡的較精確導引。負電極探針141藉由剛性或撓性硬管件或管件被流體性連接至一奈米氣泡產生器134的輸出。負電極138形成為一針頭或管，含有奈米氣泡的液體可予以流過以供輸送至液體容積。藉由此實施例，對於探針的定位具有大的彈性。若需要，可提供鎖定部件(未圖示)以將探針扣持在液體容積內的所欲區位中，或呈現一固定的位置關係。在使用中，電源供應器139可方便地位居液體容積外，且探針沉浸其內。

圖23示意性顯示根據另一實施例之一標定裝置。此裝置類似於圖22者，但此處，正電極探針142及負電極探針143一起形成為一單探針單元，俾使其被永久性固定於其相對位置中，其中正電極136被固持於輸送通路負電極138外部。探針單元再度例如藉由撓性絕緣導線與其連接而可相對移動至電源供應器139。此實施例係能夠相較於先前而言具有一簡化的結構，其中僅有一可依需要位居液體容積內之單探針單元。此處，再度可提供鎖定部件(未圖示)以將探針單元扣持在液體容積內的所欲區位中。

圖24示意性顯示根據另一實施例的一標定裝置。此裝置類似於圖23者，但此處，正電極146延伸經過輸送通路負電極145的內部。電極146的遠端延伸經過負電極145，且未被絕緣覆套147所覆蓋，其包圍負電極145內之電極146的其餘部分。在此實施例中，電源供應器144被容置於探針單元148內，其亦藉由剛性或撓性硬管件或管件被流體性連接至一奈米氣泡產生器134的輸出。此實施例提供一密實且 經高度聚焦的標定裝置。

熟悉該技藝者將得知本發明的範圍內之其他可能性及替代方式。例如，dc電源供應器係可位居具有正抑或負電極探針之單一單元中、或一組合的探針單元內、或分開地設置。

藥物輸送/直接處理

如上述，一正電位探針可被插入經標定部位以引導緻密氣泡以處理該特定區域。這係經過緻密氣泡爆炸所產生之超氧化根，或藉由經過其表面電荷被緻密氣泡所圍繞之經設計藥物。藥物或藥劑可被緻密氣泡所圍繞並以與緻密氣泡相同的方式作導引。

可使用經正性偏壓的電極將緻密氣泡及被緻密氣泡所侷限的藥物引導至經標定區域。

利用此方式，可藉由將正電極插入經標定部位中以有效地處理例如特定區域中的MRSA或ECOLI。

如同上文(例如圖22至24)所提供，處理工具可設計成兩個電極，一者具有正性偏壓且一者具有負性偏壓，經正性偏壓的電極係為一固體電極，但經負性偏壓的電極則為一針頭或小管件，其中供緻密氣泡運送經過。利用此裝置，由於經正性偏壓的電極附接至經處理區域，緻密氣泡或緻密氣泡所攜載的藥物可被引導至經標定區域。

可利用超音波、IR雷射引發的熱性崩潰、採用電解質或電流注入緻密氣泡液體中等之電荷中性化方法，來達成藥物輸送及/或氣泡的經控制崩潰。

在其表面上具有負電荷的緻密氣泡係將其自身附接至有機化合物或活器官、並可利用具有正電荷或簡單緻密管的電極被引導朝向經標定處理部位。緻密氣泡的經控制崩潰係可對於經標定區域具有顯著損害：若緻密氣泡不具有表面附接的化合物，可利用諸如臭氧、O₂、H₂或其他反應性氣體等氣泡內部所攜載的簡單氣體生成大量的OH根以供消毒用，從緻密氣泡崩潰所產生的極高熱量會損害或殺死經處理區域中的病原體或癌細胞；在具有附接至其表面的一特定化合物之緻密氣泡的實例中，則緻密氣泡的崩潰亦將化合物釋放至經標定區域以供處理。

用於改良船舶潤滑的方法/裝備

現在認知到：可藉由在船舶與供其倚坐的水之間生成一相對低的摩擦介面，降低水中的阻力(drag)，利用一流束之富含緻密氣泡的水來改良船舶的效能。

圖25示意性顯示如是一系統的一實施例。一緻密氣泡產生裝置151座落在船舶150的船殼，使其可在船舶前部將緻密氣泡注射至水中。產生裝置可例如包含如前述的一複合模組化裝置，或替代性包含一馬達驅動式動態混合緻密氣泡產生系統，如該技藝概括所知。該裝置可被建造於船殼中，或分開附接於他處。緻密氣泡在其移行期間於船舶底下產生流。

緻密氣泡亦作為一用於船舶之自我清潔機構，以防止額外的垢屑累積在船殼上。

本發明不限於上文揭露的特定實施例，且熟悉該 技藝者將得知其他可能性。

Claims (41)

1. 一種緻密氣泡產生器系統，其包含：一流體輸入；一流體輸出；至少一氣體輸入；複數個緻密氣泡產生器；其中該等複數個緻密氣泡產生器係配置於該流體輸入與該流體輸出之間；其中該流體輸出係以一在不同時間分區中產生微米氣泡及奈米氣泡之方式受到控制。
2. 如請求項1之緻密氣泡產生器系統，其中該等複數個緻密氣泡產生器係包含下列緻密氣泡產生器中的至少三者：渦旋型，靜態混合器型，加壓溶解型，空腔型及文氏(Venturi)型。
3. 如請求項1之緻密氣泡產生器系統，其中該等複數個緻密氣泡產生器係串列式連接。
4. 如請求項1之緻密氣泡產生器系統，其中該等複數個緻密氣泡產生器係併列式連接。
5. 如請求項1之緻密氣泡產生器系統，其中該等複數個緻密氣泡產生器中的至少兩者係串列式連接，且該等複數個緻密氣泡產生器中的至少兩者係併列式連接。
6. 如請求項1-5中任一項之緻密氣泡產生器系統，其中該等複數個緻密氣泡產生器中的至少一者係為一文氏型 緻密氣泡產生器。
7. 如請求項6之緻密氣泡產生器系統，其中該等複數個緻密氣泡產生器中的至少一者係為一渦旋型緻密氣泡產生器。
8. 如請求項7之緻密氣泡產生器系統，其中該等複數個緻密氣泡產生器中的至少一者係為一空腔型緻密氣泡產生器。
9. 如請求項8之緻密氣泡產生器系統，其中該等複數個緻密氣泡產生器中的至少一者係為一加壓溶解型緻密氣泡產生器。
10. 如請求項9之緻密氣泡產生器系統，其中該等複數個緻密氣泡產生器中的至少一者係為一靜態混合器型緻密氣泡產生器。
11. 如請求項10之緻密氣泡產生器系統，其中該靜態混合器型緻密氣泡產生器係包含下列各者中的至少一者：一球形渦旋混合器，一圓柱形渦旋混合器，及一靜態混合器。
12. 如請求項11之緻密氣泡產生器系統，其中一泵係被連接於該流體輸入與該等複數個緻密氣泡產生器之間。
13. 如請求項12之緻密氣泡產生器系統，其中一氣體輸入被放置於該泵之前。
14. 如請求項13之緻密氣泡產生器系統，其中一氣體輸入被放置於該泵之後。
15. 如請求項6之緻密氣泡產生器系統，其中至少一氣體輸入係包含微米孔隙或奈米孔隙。
16. 如請求項6之緻密氣泡產生器系統，其中該流體輸入係往上、往下、以一水平方式、或全部三者的一組合來流動。
17. 如請求項6之緻密氣泡產生器系統，其中一額外的氣體輸入係被放置為接近該流體輸出，以供增強的氣體注射容積。
18. 如請求項6之緻密氣泡產生器系統，其中該流體輸出係被一機械或電子部件控制，而以一脈動式方式流動。
19. 如請求項6之緻密氣泡產生器系統，其中該緻密氣泡產生器系統係沉浸在一流體中。
20. 一種在一流體中產生緻密氣泡之方法，其包含下列步驟：提供一流體輸入；提供至少一氣體輸入；提供一流體輸出；提供複數個緻密氣泡產生器於該流體輸入與該流體輸出之間；及使流體通過該等複數個緻密氣泡產生器；其中該流體輸出係以一在不同時間分區中產生微米氣泡及奈米氣泡之方式受到控制。
21. 如請求項20之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中該等複數個緻密氣泡產生器係包含下列緻密氣泡產生器中的至少三者：渦旋型，靜態混合器型，加壓溶解型，空腔型及文氏型。
22. 如請求項20之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中該 等複數個緻密氣泡產生器係串列式連接。
23. 如請求項20之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中該等複數個緻密氣泡產生器係併列式連接。
24. 如請求項20之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中該等複數個緻密氣泡產生器中的至少兩者係串列式連接，且該等複數個緻密氣泡產生器中的至少兩者係併列式連接。
25. 如請求項20至24中任一項之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中該等複數個緻密氣泡產生器中的至少一者係為一文氏型緻密氣泡產生器。
26. 如請求項25之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中該等複數個緻密氣泡產生器中的至少一者係為一渦旋型緻密氣泡產生器。
27. 如請求項25之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中該等複數個緻密氣泡產生器中的至少一者係為一空腔型緻密氣泡產生器。
28. 如請求項25之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中該等複數個緻密氣泡產生器中的至少一者係為一加壓溶解型緻密氣泡產生器。
29. 如請求項25之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中該等複數個緻密氣泡產生器中的至少一者係為一靜態混合器型緻密氣泡產生器。
30. 如請求項29之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中該靜態混合器型緻密氣泡產生器係包含下列各者中的至 少一者：一球形渦旋混合器，一圓柱形渦旋混合器，及一靜態混合器。
31. 如請求項30之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中一泵係被連接於該流體輸入與該等複數個緻密氣泡產生器之間。
32. 如請求項31之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中一氣體輸入被放置於該泵之前。
33. 如請求項32之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中一氣體輸入被放置於該泵之後。
34. 如請求項33之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中至少一氣體輸入係包含微米孔隙或奈米孔隙。
35. 如請求項25之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中該流體輸入係往上、往下、以一水平方式、或全部三者的一組合來流動。
36. 如請求項25之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中一額外的氣體輸入係被放置為接近該流體輸出，以供增強的氣體注射容積。
37. 如請求項25之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中該流體輸出係被機械或電子部件控制，而以一脈動式方式流動。
38. 如請求項25之在一流體中產生緻密氣泡之方法，其中該等緻密氣泡產生器系統係沉浸在一流體中。
39. 如請求項25之緻密氣泡產生器系統，其包含呈串列式連接之文氏及空腔型緻密氣泡產生器。
40. 如請求項39之緻密氣泡產生器系統，其中該等文氏及空腔型產生器包含水溢流孔。
41. 如請求項40之緻密氣泡產生器系統，其包含接續的文氏、渦旋流、靜態混合器及空腔型產生器。