TWI665009B - 氣液溶解裝置 - Google Patents

Abstract

一種氣液溶解裝置，包括：一密閉槽體、一噴氣管、以及多個膜板，該密閉槽體頂部設有供液接頭，底部設有進氣接頭及輸出接頭；該噴氣管位於該密閉槽體內且連通該進氣接頭，該噴氣管的管壁分佈著多個噴氣孔；多個該膜板呈堆疊狀套置於該噴氣管外圍且被固定，每一個膜板由中心向外具有一內環壁、一混合室及一外環壁，該混合室的開口朝下，該內環壁厚度較該外環壁厚，使堆疊後相鄰兩個該膜板的外環壁之間具有空隙，該內環壁軸向設有至少一軸向流道，徑向不同位置分別設有至少一個徑向流道及至少一個氣體通道；藉此，液體於該密封槽體內由上而下注入並經該徑向流道流出，氣體由下而上經該噴氣孔對準該氣體流道噴出，使得每一個膜板於的該混合室內存在液體與眾多細微氣泡，藉此增加氣液接觸面積及氣泡停留時間，提升氣體溶解量。

Description

氣液溶解裝置

本發明係關於一種氣液溶解裝置的技術領域，尤其指一種於密閉槽體內上下形成多個混合室，增加液體與氣體的總接觸面積，延長氣泡停留時間，提升溶解效率。

目前將氣體溶解於液體的生成裝置中，通常採用擴散器（Diffuser）、或文氏管等輔助進行。如圖1A所示，為採用擴散器之氣體溶解於液體的生成裝置，其包括有一高壓供氣瓶11、一槽體12、及安裝於槽體內的一擴散器13。該槽體12另具有一液體流入管121、一流體流出管122、以及一排氣管123，讓液體能進入槽內，而輸出高濃度的氣體溶解液。該高壓供氣瓶11連接著一輸氣管14至該擴散器13，該擴散器13能讓進入氣體產生許許多多非常細微的氣泡，運用細微氣泡增加氣液接觸面積，在氣泡上升的時間內，提升氣體溶解於液體的效率，獲得高濃度的氣體溶解液。另外當槽體12氣體過多或壓力過大，則可經該排氣管123排出氣體。然而此裝置在運用時有一些缺點： 1． 氣泡停留於液體中的時間過短，造成溶解效率不彰，如欲延長滯留時間就須加長該槽體12的縱向高度，如此會造成槽體積體過大，佔空間。 2． 氣液接觸總面積無法大幅提升，造成溶解效率不彰。

如圖1B，為採用文氏管之氣體溶解於液體的生成裝置，該文氏管21包括有一液體流入管211、一液體流出管212、以及一氣體進入管213。該液體流入管212另連接著一輸液管22及一泵23，使液體能送入該文氏管21內。欲溶於液體之氣體則經該氣體進入管213與液體混合溶解。本裝置的原理是：利用高壓水流經內部管徑縮小之喉管處，產生高流速之噴射流，所造成的負壓將氣體吸入喉管內，與高速噴流之液體混合解溶，流出含溶解氣體之溶液。然而此結構的缺點在於：氣體加入量受制於液體流速，可調整範圍較小，所造成的氣泡較大，接觸面積相對小，混合效率較低。

本發明之主目的係提供一種溶解效率高的氣液溶解裝置，主要是於一密閉槽體內利用多個膜板堆疊後，形成多個供氣液混合的特定空間，藉此增加氣體總表面積、延長氣泡停留時間，在接觸面積加大，時間延長的雙重條件下，讓氣體溶解於液體的效率明顯提升。

為達上述之目的，本發明包括一密閉槽體、一噴氣管及多個膜板。該密閉槽體頂部設有供液接頭，底部設有進氣接頭及輸出接頭；該噴氣管位於該密閉槽體內，頂端封閉且底部連通於該進氣接頭，該噴氣管管壁分佈著多個噴氣孔；多個膜板呈堆疊狀套置該噴氣管外圍並被固定，每一個膜板呈環狀，其結構由中心向外依序具有一內環壁、一混合室及一外環壁，該混合室的開口朝下，該內環壁厚度較該外環壁厚，使堆疊後相鄰兩個該膜板的該外環壁之間具有空隙，該內環壁軸向設有至少一軸向流道，徑向不同位置分別設有至少一個徑向流道及至少一個氣體通道，其中該徑向流道連通該軸向流道及該混合室，該氣體通道對應著該噴氣孔且連通於該混合室。

本發明氣液溶解裝置在運作時，液體是由該密閉槽體頂部的供液接頭注入，經該軸向流道、徑向流道注滿多個混合室及整個密閉槽體，氣體由該密閉槽體底部的該進氣接頭注入，經由該噴氣管之多個噴氣孔噴出，經氣道通道引導使細微氣泡佈滿該混合室內，延長氣泡停留時間，另外多達數10層具有混合室的膜板，大幅增加細微氣泡與液體接觸的總表面積，藉此提升氣液溶解速率及溶解量。

本發明該噴氣管的多個該噴氣孔依所在高度不同依序分為許多組，同一組的多個該噴氣孔在同一高度呈等角度分佈於該噴氣管管壁，該氣體通道為多個呈放射狀分佈於該內環壁，同組的多個噴氣孔對應於該膜板的多個該氣體通道。

再者，該膜板的外徑較該密閉槽體內徑小，中心具有一中心孔，該中心孔是配合該噴氣管型體及尺寸，多個該軸向流道呈等角度相接於該中心孔，當多個該膜板呈堆疊狀套置該噴氣管外圍，上下相鄰的該軸向流道則作為液體流動的通道。該徑向流道及該氣體通道皆為開口皆向下的內凹通道，採交錯等角度間隔分佈於該內環壁，但該徑向流道寛度及深度皆大於該氣體通道，藉此該噴氣孔噴出的細微氣泡經該氣體通道分佈於該混合室，液體經該徑向流道噴出也會產生噴射水流至該混合室，噴射水流除了可進一步將氣泡沖散使之更加細微化，增加接觸面積，也能避免氣泡停止流動而聚集混合室內，影響氣液溶解作業的進行。

以下配合圖式及元件符號對本發明的實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

如圖2、圖3及圖4所示，分別為本發明氣液溶解裝置的立體圖、內部結構示意圖及剖面圖。本發明氣液溶解裝置包括一密閉槽體3、一噴氣管4及多個膜板5，該多個膜板5呈堆疊狀套置該噴氣管4外圍並被固定於該密閉槽體3內。

該密閉槽體3為周圍封閉的長條圓筒容器，內部設有一分隔件31。該分隔件31將該密閉槽體30內分隔出一上層空間32及一下層空間33，前述該噴氣管4及多個膜板5是位於該下層空間33內，此處為主要的液氣混合溶解作業區，也是本發明設計重點，此部分於後段內容再詳細描述。

該分隔件31雖位於該密閉槽體3中間位置，但並不完全阻斷氣體與液體於兩空間通行。該分隔件31於非中心位置設有一導氣管311，該導氣管311位於該上層空間32內但仍與該下層空間33相連通，該導氣管311頂端出氣口312位於該上層空間32的上層區域。該分隔件31於中心區域設有至少一個軸向貫穿的第一液體流道313。該第一液體流道313供液體流向該下層空間33，較正確說法為：該第一液體流道313供液體流至多個膜板5的中心區域，再經相鄰兩膜板5之間的空隙流出而佈滿整個該下層空間33。在本實施中該分隔件31是結合於該噴氣管4的頂端，兩者採螺接方式固定。

該密閉槽體3頂部設有一供液接頭34、一洩壓接頭35，兩接頭是與該上層空間32相連通。該供液接頭34用以連接外部的輸水管，以供給液體由上而下注入該密閉槽體3內。該密閉槽體3內另設有出水管341與該供液接頭34相接，該出水管341的出水口342是接近該第一液體流道313。該洩壓接頭35用以連接一管，供在適當時機排出多餘氣體或液體，以調節該密閉槽體3內的壓力值。該密閉槽體3底部設有一進氣接頭36及一輸出接頭37。該進氣接頭36連通於該密閉槽體3內的該噴氣管4，可連接著一供氣管，以供給氣體由下而上進入該密閉槽體3內。該輸出接頭37用以連接一輸液管，處理後高濃度的氣體溶解液則經此輸出。

首先就本發明簡單的運作方式作一說明：液體是經由連接於該供液接頭34的輸水管，由上而下注入該密閉槽體3內，並維持著預設的壓力值。氣體則由連接於該進氣接頭36的供氣管，由下而上經該噴氣管4噴出，氣液混合溶解作業主要在該下層空間33內的多個該膜板5之間進行，混合溶解後的高濃度氣體溶解液則經連接於該輸出接頭37的輸液管輸出使用。但過程中多餘或未溶解的氣體，利用本身浮力會經該導氣管311流動於該上層空間32的上層區域，以避免聚集於下層空間33內造成氣塞，影響溶解反應的進行。當密閉槽體3內壓力高於預設值時，則經由連接於該洩壓接頭35的管路排出氣體或液體，以達降壓之目的。

本發明氣液混合溶解作業區域主要是於固定在該噴氣管4外圍的多個膜板5之間進行。接著就此部份的結構作一說明。多個該膜板5是呈疊狀套置於該噴氣管4外圍，此固定方式可由許多結構來達成，本發明僅就其中一種作說明，並不因此限制本發明之範圍。如圖5及圖6所示，固定於該噴氣管4的構件依序包括一上層螺帽6、多個膜板5、一固定板7、以及下層螺帽8。

該噴氣管4為一個頂端封閉的中空圓形管件(亦可參考圖4)，管壁分佈著多個噴氣孔41。噴氣孔41的孔徑很小，以便於液體中噴出許多細微的氣泡。多個噴氣孔41依所在高度的不同可分為許多組，同組的多個噴氣孔41是在同一高度且等角度分佈於該噴氣管4管壁，在本實施例中同一高度位置具有4個噴氣孔41且間隔角度為90度。不同高度的多組噴氣孔41組數是與多個該膜板5的數目相同，且所在位置也相互對應。該噴氣管4上下兩端外壁分別具有第一外螺紋42及第二外螺紋43，而於該第二外螺紋43上緣另具有外徑較小的定位區段44。該定位區段44的外壁並非圓形。

該上層螺帽6中心具有內螺紋孔61，用以螺接於該第一外螺紋42。該上層螺帽6中央區域另具有至少一個第二液體流道62。該第二液體流道62呈內凹的開口與該內螺紋孔61相通。多個第二液體流道62呈等角度分佈於該內螺紋孔61。該上層螺帽6鎖固於第一外螺紋42時，軸向會存在著該第二液體流道62的空間供液體流通。

多個膜板5的形狀皆相同，現在僅就單一個膜板5作說明，如圖7所示，該膜板5是配合密閉槽體3內部形狀呈圓環狀，但該膜板5外徑小於該密閉槽體3內徑，中心具有一中心孔51，該中心孔51是配合該噴氣管4型體及尺寸。該膜板5由中心向外依序具有一內環壁52、一混合室53及一外環壁54。該混合室53為開口朝下的內凹空間。該內環壁52厚度較該外環壁54厚，使相鄰兩個膜板5堆疊後，相鄰兩個外環壁54之間具有空隙，該空隙是供多餘氣泡及液體流出。該混合室53呈內凹狀的設計，是為了延長細微氣泡停留於混合室53內的時間，增加氣體溶解於液體的效率。該內環壁52中心區域的軸向另設有至少一軸向流道55，多個該軸向流道55呈等角度相通於該中心孔51。該內環壁52於徑向不同位置分別設有至少一個徑向流道56及至少一個氣體通道57。該混合室53內的頂面牆壁位置皆高於該徑向流道56及該氣體通道57。在本實例中該徑向流道56設有四個且呈等角度分布。該徑向流道56負責連通該軸向流道55與該混合室53。該氣體通道57設有四個且呈對等角度分布，組裝時，該氣體通道57對應著該噴氣孔41且連通於該混合室53。該徑向流道56及氣體通道57皆為開口皆向下的內凹通道，採交錯等角度間隔分佈於該內環壁52。該徑向流道56的寛度及深度皆大於該氣體通道57。另外該內環壁52軸向設有至少一個貫穿的第一定位孔58，本實施例設有2個。

該固定板7位於該多個膜板5的最底層，使位於最底層的膜板5亦具有混合氣液的功能。該固定板7外型是與該膜板5相同呈圓環狀，但中間尺寸具有較該中心孔51小的橢圓錐孔71，該橢圓錐孔71是配合該噴氣管4之該定位區段44外壁。該定位區段44位於該第二外螺紋43上緣。另外該固定板7軸向設有至少一個貫穿的第二定位孔72，在本實施例中設有2個。

本發明另設有兩個定位柱9，該定位柱9可分別貫穿通過多該膜板5之第一定位孔58及該固定板7之第二定位孔72，藉此維持多個該膜板5的相對位置。該下層螺帽8中央具有內螺紋孔81，該內螺紋81用以鎖固於該噴氣管4的第二外螺紋43處。

組裝時，多個膜板5及固定板7呈堆疊狀套置於該噴氣管4外圍，該定位柱9插置於多個該第一定位孔58及第二定位孔72，確保各多個膜板5及固定板7的相對位置，該上層螺帽6及下層螺帽8分別鎖固於該噴氣管4兩端，即完成整體的固定。接著將此結構組裝於該密閉槽體3內，例如該噴氣管4底部進一步與該進氣接頭36相接，該噴氣管4頂端的第一外螺紋42能螺固定於該分隔件31的中心處。

接著就本發明實際的運作方式及原理作說明，為了避免圖面過於複雜及方便說明，中僅出3~4個膜板5堆疊固定於該噴氣管4，但實際上是具有多達數十片的膜板5。如圖8所示為定位柱9所在處的縱向剖面示意圖。圖9為徑向流道56所在處的縱向剖面圖，即為液體流道的示意圖。圖10為氣體通道57所在處的縱向剖面圖，即為氣體流道的示意圖。

如圖8所示，該膜板5呈堆疊狀套置於該噴氣管4的外圍。該定位柱9貫穿各由各膜板5的該第一定位孔58及底層該固定板7之第二定位孔72，確保各多個膜板5處於正確的方位。由於該內環壁52厚度較該外環壁54厚，使相鄰兩個膜板5堆疊後相鄰兩外環壁54之間具有空隙。

如圖9所示，液體流向方式是於密閉槽體3內由上而下，由中心向外注滿整下層空間33。詳細流動方向為：液體於密閉槽體3的上層空間32注滿後，經分隔件31之第一液體流道313、上層螺帽6之該第二液體流道62、該膜板5之軸向流道55、徑向流道56，至注滿整個混合室53，多餘的液體經空隙流出而注滿整個下層空間33的其餘空間。

如圖10所示，氣體是下而上注入密閉槽體3內，其流動方向為：經該噴氣管4內部、壁管的多個噴氣孔41、膜板5之氣體通道57、至該混合室53內。溶解後的氣體解溶液或多餘氣泡是經該空隙排出，氣泡受浮力上升，氣液溶解液則經該輸出接頭37所連接的管路輸出。本發明由於該噴氣孔41的孔徑極小，高壓氣體經該噴氣孔41對準該氣體通道57噴出後，會產生細微氣泡分佈於該混合室53內，增加氣泡與液體的接觸面積，而內凹狀的該混合室53可延長氣泡停留時間，藉此增加氣液溶解速率。另外液體經該徑向流道56噴出也會產生噴射水流至該混合室53，噴射水流除了可進一步將氣泡沖散使之更加細微化，以增加接觸面積，另外能避免氣泡停止流動而聚集混合室53內，影響氣液溶解作業的進行。由於該密閉槽體3內多達數十層的膜板5，相對地增加整體總接觸面積亦達數10倍，整體溶解速率也獲得大幅提升。

綜合以上所述，本發明氣溶解裝置是於密閉槽體3內採以堆疊方式套置至多個膜板5於噴氣管3外圍，形成著上下多達數10個的混合室53，在高壓狀態下，液體由上而下注入，氣體由下而上噴出，於混合室53內細微氣泡與液體大面積持續接觸及延長停留時間，促使氣體加速溶解至液體內，於單元時間內產生大量高濃度的氣體溶解液，符合專利之申請要件。

以上所揭露的僅為本發明的較佳實例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，因此依本發明申請專利範圍所作的等同變化，仍屬於本發明所涵蓋的範圍。

11‧‧‧高壓供氣瓶

12‧‧‧槽體

　　　

121‧‧‧液體流入管

122‧‧‧流體流出管

123‧‧‧排氣管

　　

13‧‧‧擴散器

　　

14‧‧‧輸氣管

　　

21‧‧‧文氏管

　　

211‧‧‧液體流入管

212‧‧‧液體流出管

213‧‧‧氣體進入管

22‧‧‧輸液管

　　

23‧‧‧泵

　　　　

3‧‧‧密閉槽體

　

31‧‧‧分隔件

　　

311‧‧‧導氣管

　　

312‧‧‧出氣口

　　

313‧‧‧第一液體流道

32‧‧‧上層空間

　

33‧‧‧下層空間

　

34‧‧‧供液接頭

　

341‧‧‧出水管

　　

342‧‧‧出水口

　　

35‧‧‧洩壓接頭

　

36‧‧‧進氣接頭

　

37‧‧‧輸出接頭

　

4‧‧‧噴氣管

　　

41‧‧‧噴氣孔

　　

42‧‧‧第一外螺紋

43‧‧‧第二外螺紋

44‧‧‧定位區段

　

5‧‧‧膜板

　　　

51‧‧‧中心孔

　　

52‧‧‧內環壁

　　

53‧‧‧混合室

　　

54‧‧‧外環壁

　　

55‧‧‧軸向流道

　

56‧‧‧徑向流道

　

57‧‧‧氣體通道

　

58‧‧‧第一定位孔

6‧‧‧上層螺帽

　

61‧‧‧內螺紋孔

　

62‧‧‧第二液體流道

7‧‧‧固定板

　　

71‧‧‧橢圓錐孔

　

72‧‧‧第二定位孔

9‧‧‧定位柱

　　

8‧‧‧下層螺帽

　

81‧‧‧內螺紋孔

圖1A為採用擴散器之氣體溶解於液體的生成裝置； 圖1B為採用文氏管之氣體溶解於液體的生成裝置； 圖2為本發明氣液溶解裝置之立體圖； 圖3為本發明氣液溶解裝置內部結構的立體圖； 圖4為本發明氣液溶解裝置之剖面圖； 圖5為本發明噴氣管與多膜板組合後之立體圖； 圖6為本發明噴氣管與多膜板的分解圖； 圖7為本發明膜板仰視角的放大圖； 圖8為本發明局部縱向剖面的放大示意圖(一)，此為定位柱所在處的縱向剖面示意圖； 圖9為本發明局部縱向剖面的放大示意圖(二)，此為徑向流道所在處的縱向剖面示意圖； 圖10為本發明局部縱向剖面的放大示意圖(三)，此為氣體通道所在處的縱向剖面示意圖。

Claims (9)

1. 一種氣液溶解裝置，包括：一密閉槽體，周圍封閉，頂部設有供液接頭，底部設有進氣接頭及輸出接頭；一噴氣管，位於該密閉槽體內，頂端封閉底部連通於該進氣接頭，該噴氣管的管壁分佈著多個噴氣孔；以及多個膜板，呈堆疊狀套置該噴氣管外圍並被固定且不能轉動，每一個該膜板呈環狀由中心向外依序具有一內環壁、一混合室及一外環壁，該混合室的開口朝下，該內環壁厚度較該外環壁厚，使堆疊後相鄰兩個該膜板的該外環壁之間具有空隙，該內環壁軸向設有至少一軸向流道，徑向不同位置分別設有至少一個徑向流道及至少一個氣體通道，其中該徑向流道連通該軸向流道及該混合室，該氣體通道對應著該噴氣孔且連通於該混合室。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氣液溶解裝置，其中多個該噴氣孔依所在高度的不同依序分為許多組，同一組的多個該噴氣孔在同一高度呈等角度分佈於該噴氣管管壁，該氣體通道為多個呈放射狀分佈於該內環壁，同組的多個噴氣孔對應於該膜板的多個該氣體通道。
3. 如申請專利範圍第1項所述之氣液溶解裝置，其中該密閉槽體內另設有一分隔件，將該密閉槽體內分隔出一上層空間及一下層空間，該分隔件結合於該噴氣管頂端，前述多個該膜板皆位於該下層空間，該分隔件中心區域設有貫穿的至少一第一液體流道，該第一液體流道與該軸向流道相連通，該分隔件另設有一導氣管，該導氣管位於該上層空間內且與該下層空間相連通，該密閉槽體頂部另連接著一洩壓接頭。
4. 如申請專利範圍第1項所述之氣液溶解裝置，其中該膜板外徑小於該密閉槽體內徑，該膜板中心具有一中心孔，該中心孔是配合該噴氣管型體及尺寸，多個該軸向流道呈等角度相接於該中心孔，當多個該膜板呈堆疊狀套置該噴氣管外圍，上下相鄰的該軸向流道則作為液體流動的通道。
5. 如申請專利範圍第1項所述之氣液溶解裝置，其中該徑向流道及該氣體通道皆為開口皆向下的內凹通道，呈交錯等角度分佈於該內環壁，但該徑向流道寬度及深度皆大於該氣體通道。
6. 如申請專利範圍第1項所述之氣液溶解裝置，其中該噴氣管由上而下依序結合一上層螺帽、多個該膜板、一固定板、以及一下層螺帽，該噴氣管於上、下末端外壁分別具有第一外螺紋及第二外螺紋，該上層螺帽螺固於該第一外螺紋，該下層螺帽螺固於該第二外螺紋，使多個該膜板及該固定板被固定於該噴氣管外圍。
7. 如申請專利範圍第6項所述之氣液溶解裝置，其中該上層螺帽中央區域另具有至少一個第二液體流道，該第二液體流道並與該軸向流道相連通。
8. 如申請專利範圍第6項所述之氣液溶解裝置，其中該內環壁軸向具有至少一個貫穿的第一定位孔，該固定板也具有至少一個貫穿的第二定位孔，另設有至少一定位柱，該定位柱分別貫穿通過多個該膜板之第一定位孔及該固定板之第二定位孔，維持多個該膜板的相對位置。
9. 如申請專利範圍第6項所述之氣液溶解裝置，其中該固定板外型是與該膜板相同，中間具有一橢圓錐孔，該橢圓錐孔是配合於該噴氣管的定位區段，該定位區段位於該第二外螺紋上緣。