TWM483123U - 氣體溶解於液體的生成裝置及流體噴頭 - Google Patents

Description

氣體溶解於液體的生成裝置及流體噴頭

本創作係關於一種使氣體溶解於液體的生成裝置之技術領域，尤其指一種利用多次的噴射擾動作業，使氣泡細微化，增加氣液的接觸面積，提升溶解效率，縮短溶解時間。

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。如第一圖所示，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排出未溶解之氣體。然而此裝置在運用時有一些缺點：1.當氣泡上升液面後，難以回收，造成浪費；2.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 須加長該槽體的縱向高度，如此會造成槽體積體過大，佔空間。

如第二圖，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。

本創作之主要目的係提供一種溶解效率高之氣體溶解於液體的生成裝置，主要是利用多次的氣泡微細化作業，增加氣體總表面積，延長氣泡停留於槽體內的時間，在接觸面積加大，時間延長的雙重條件下，讓溶解效率明顯提升，能於單元時間內能獲得高濃度之氣體溶解液。

本創作之次一目的係提供一種能減少氣體浪費的氣體溶解於液體的生成裝置，此裝置能使氣體有效地溶解於液體，而在過程中未溶解的氣體亦能不斷地循環於槽內流動，加速其溶解性，減少氣體的浪費；而上升至槽內氣室的氣體，亦可再次被吸入液體內形成微細氣泡而再次溶解，達到減少氣體被浪費的目的。

為達上述之目的，本創作包括一密閉槽體、一供氣管、一供液管路、以及一流體噴頭，該密閉槽體具有一液體流入管及一液體流出管，槽內液 面之上形成一氣室；該供氣管連接於該密閉槽體，與該氣室相連通，供給氣體於氣室；該供液管路包括有一輸液管、一泵、以及一供液管，該輸液管能供給液體至該泵，該泵加壓後由該供液管輸出，該供液管是延伸至該密閉槽體內；該流體噴頭安裝於該密閉槽體內，該流體噴頭具有一溶解液通道，並在流體噴頭殼壁的不同位置處具有至少一氣體入口及至少一液泡入口，該氣體入口與液泡入口皆與該溶解液通道相通，溶解液通道入口與該供液管相連接，溶解液通道出口則於槽內液面之下，該氣體入口另連接著一氣管至該氣室，該液泡入口位於槽內液面之下。

本創作之流體噴頭為氣、液二相的文氏管結構，運用時能分次吸入氣體、液體與氣體混合之液泡，該氣體入口比該液泡入口更靠近該溶解液通道入口，當溶解液送入該流體噴頭內，在流速提高後先經該氣體入口吸入大量氣體，與高速噴流之液體混合解溶，最後經溶解液通道出口流出，部份未溶解的氣體受浮力上升，經該液泡入口處，因該溶解液通道內流速快而產生的負壓，附近液體及氣泡皆經該液泡入口被吸入，吸入液體產生剪斷力，剪斷力讓氣泡分裂為更微細的氣體，氣體更易溶解於液體中，此雙重循環作用，能使氣液接觸面積增大，有助於提升溶解效率。而於槽內所產生的上下循環回流，能延長氣泡於液體內的停留時間。因此在接觸面積增加、接觸時間加長的情形下，本創作之溶解效率能獲大幅的提升。

另外本創作該供液管路另具有一吸氣管，該吸氣管一端連接於該輸液管，另一端與該氣室相連通；藉此當該輸液管輸送液體之際，亦能經該吸氣管吸入氣體，使液體內具有大量之氣泡，因該泵一般採用輪葉離心力式加壓運作，在離心力加壓過程中，輪葉能進一步將氣泡擊碎產生更細微的 微泡，再經該供液管送至該流體噴頭，此過程亦能增加氣泡總表面積，有助於氣體溶解於液體內。

本創作能廣泛應用於各種氣體解於液體的作業中，例如二氧化碳+去離子水、臭氧+去離子水、氨氣+去離子水...等。

以下配合圖式及元件符號對本創作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。

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‧‧‧密封槽體

31‧‧‧液體流入管

32‧‧‧液體流出管

33‧‧‧氣室

34‧‧‧支架

35‧‧‧排氣管

36‧‧‧自動閥門

4‧‧‧供氣管

5‧‧‧流體噴頭

51‧‧‧溶解液通道

511‧‧‧第一區段

512‧‧‧第二區段

513‧‧‧第三區段

514‧‧‧第四區段

52‧‧‧氣體入口

53‧‧‧液泡入口

54‧‧‧溶解液通道入口

55‧‧‧溶解液通道出口

56‧‧‧吸氣管

6‧‧‧供液管路

61‧‧‧輸液管

62‧‧‧泵

63‧‧‧供液管

64‧‧‧吸氣管

第一圖為採用擴散器之氣體溶解於液體的生成裝置；第二圖為採用文氏管之氣體溶解於液體的生成裝置；第三圖為本創作架構之示意圖；第四圖為本創作流體噴頭之立體圖；第五圖為本創作流體噴頭之剖面圖；第六圖為本創作運作方式之示意圖。

如第三圖所示，為本創作架構之示意圖。本創作氣體溶解於液體的生成裝置包括：一密封槽體3、一供氣管4、一流體噴頭5、以及一供液管路6。

該密封槽體3為一密封的中空容器，具有一液體流入管31及一液體流出管32。讓液體經該液體流入管31進入槽內，經內部特殊的循環運作，就能由該液體流出管32輸出具有高濃度的氣體溶解液。槽內液面之上形成一 氣室33，該氣室33供欲溶解的氣體注入其中。該供氣管4連接於該密閉槽體3，並與該氣室33相連通，由該供氣管4供給氣體至該氣室33，該氣體即為欲解於液體之氣體。另外該密封槽體3另具有一排氣管35與該氣室33相連通，該排氣管35處另安裝有一自動閥門36，該自動閥門36是在密封槽體3內壓力達設定值時就會自動開啟，排出部份氣體，以維持系統的正常運作。

該流體噴頭5安裝於該密閉槽體3內，槽內設有支架34固定著該流體噴頭5的位置。本創作該流體噴頭5運作過程中能吸入氣體及氣液混合之液泡，經二次攪動混合，使氣泡細微化，增加氣液接觸面積，加速氣體解於液體內。如第四、五圖示，該流體噴頭5具有一溶解液通道51，並在殼壁不同位置處具有至少一氣體入口52及至少一液泡入口53，該氣體入口52與液泡入口53皆與該溶解液通道51相連通。該氣體入口52另連接著一氣管56至該氣室33。該溶解液通道51係貫穿該流體噴頭5，是由多段不同管徑的通道串接而成，依序為第一區段511、第二區段512、第三區段513、以及第四區段514。溶解液通道入口54於該第一區段511的入口，而該氣體入口52則與該第二區段512相連通，該液泡入口53係則與第三區段513相連通，溶解液通道出口55則位於該第四區段514的出口。其中該溶解液通道入口54與第一區段511內的流道剖面積是須大於第二區段512的流道剖面積，溶解液由第一區段511流入第二區段512，因流道剖面積縮小，溶解液的流速增加，因液體高速噴流所產生的負壓，才能讓氣體經由該氣體入口52被吸入。該第三區段513的流道剖面積雖較第二區段512的流道剖面積大，但此處的流速相較於該流體噴頭5外壁的流速更快，利用高流速 之負壓與第三區段513急遽擴大的部份，讓該第三區段513內產生渦流，由該液泡入口53吸入未溶解的氣體(氣泡)及液體，而渦流所產生的剪斷力，能使氣泡進一步被分裂成微細氣泡，增加氣體與液體的接觸面積，提升溶解效率。另外該第三區段513的管徑是依液體流動方向呈漸漸縮小，而該第四區段514依液體流動方向則呈漸漸增加，第三區段513與第四區段514兩者銜接處則形成著管徑較小的喉管，如此能使流速加快，液體經該溶解液通道出口55流出時能產生噴流的效果，加速槽內液體的攪動現象，亦有助於氣體溶解於液體。

該供液管路6是供給加壓液體至該流體噴頭5。該供液管路6包括有一輸液管61、一泵62、以及一供液管63。該泵62連接著該輸液管61及該供液管63，由該輸液管61供給液體，再由該泵62加壓後由該供液管63輸出。在本實施中該輸液管61係連接於該密閉槽體3，並位於槽內液面之下，是直接由槽內供給液體。但並不以此為限，亦能由外部的液體供給裝置經輸液管61供給液體，或由該輸液管61連接於該液體流入管31，由該液體流入管31供給部份液體。該供液管63是延伸至該密閉槽體3內，與該流體噴頭5之溶解液通道入口54相接。在本實施例中，亦可省略固定該流體噴頭5的支架34，直接以管徑粗強度夠的該供液管63與該流體噴頭5連接。

本創作該供液管路6另外包括有一吸氣管64，該吸氣管64一端連接於該輸液管61，另一端連接於該密閉槽體3並與槽內氣室33相連通。此設計亦有助提升溶解效率。當在泵62運作中，該輸液管61輸送液體時能經該吸氣管64吸入氣體，使液體內具有大量之氣泡，因該泵62一般採用葉輪離心力式加壓運作，在離心力加壓過程中，能進一步利用該泵62的輪葉將氣泡 擊碎產生更細微的微泡，再經該供液管63送至該流體噴頭5，此過程亦能增加氣泡與液體接觸的總表面積，亦有助於氣體溶解於液體內。

接著就整體的運作方式作一詳細的解說：如第六圖所示，液體經該液體流入管31送入該封密槽體3內，使液面高度維持在適當位置，欲溶解的氣體經該供氣管4送入氣室內。該供液管路6開始運作，將液體送至該流體噴頭5處，如前段內容所述，該泵62運作時，在吸入液體時亦吸入氣體，泵62加壓過程中也使氣泡分裂為微細氣泡，能讓部份氣體先行溶解於液體內，而未溶解的微細氣泡及液體再經該供液管63輸出至該溶解液通道51內。

當液體進入流體噴頭5之溶解液通道51後，利用該溶解液通道51各處不同管徑的特性而產生壓差，在流速提高後所形成的負壓先經該氣體入口52以該氣管56吸入大量氣體，經氣液混合溶解後，經溶解液通道出口55送出，部份未溶解的氣體經槽內浮力作用而上升，經該液泡入口53處，因該溶解液通道51內的流速高於噴頭外壁的流速而產生負壓，附近液體及氣泡皆經該液泡入口53被吸入，再次於溶解液通道51內產生渦旋擾動，使液體中產生剪斷力，剪斷力讓氣泡分裂為更微細的氣體，氣體變成更易溶解於液體中，此雙重循環作用，讓該氣體接觸面積大增，有助於提升溶解效率。而於槽內所產生的上下循環回流，能延長氣泡於液體內的停留時間。因此在接觸面積增加、接觸時間加長的情形下，本創作之溶解效率能獲大幅的提升。

綜合以上所述，本創作氣體溶解於液體的生成裝置利用封密槽體內的一組流體噴頭，除了能吸入氣體先作一次溶解作業，之後能再第二次吸入 槽內未溶解氣體及液體，讓氣泡分裂為非常細微氣泡，提升氣體溶解於液體的效率，另外利用該供液管路的泵及吸氣管，還具有另一次的氣泡微細化，加速氣體溶解於液體中，如此本創作具有三次的溶解作業，配合於密封槽體內所形成上下循環回流，延長氣泡於槽內的停留時間，增加溶解效率，因此用本創作之設計，能於單位時間內產生大量高濃度的氣體溶解液，並有效使用氣體，符合專利之申請要件。

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

3‧‧‧密封槽體

31‧‧‧液體流入管

32‧‧‧液體流出管

33‧‧‧氣室

34‧‧‧支架

35‧‧‧排氣管

36‧‧‧自動閥門

4‧‧‧供氣管

5‧‧‧流體噴頭

53‧‧‧液泡入口

56‧‧‧吸氣管

6‧‧‧供液管路

61‧‧‧輸液管

62‧‧‧泵

63‧‧‧供液管

64‧‧‧吸氣管

Claims (11)

1. 一種氣體溶解於液體的生成裝置，包括：一密閉槽體，具有一液體流入管及一液體流出管，槽內液面之上形成一氣室；一供氣管，連接於該密閉槽體，並與該氣室相連通，供給欲溶解於液體內的氣體於該氣室；一供液管路，包括有一輸液管、一泵、以及一供液管，該泵連接著該輸液管及該供液管，該輸液管能供給液體至該泵，由該泵加壓後經該供液管輸出，該供液管是延伸至該密閉槽體內；以及一流體噴頭，安裝於該密閉槽體內，該流體噴頭具有一溶解液通道，並在該流體噴頭殼壁不同位置處具有至少一氣體入口及至少一液泡入口，該氣體入口與液泡入口皆與該溶解液通道相連通，溶解液通道入口與該供液管相連接合，溶解液通道出口則於槽內液面之下，該氣體入口另連接著一氣管至該氣室，該液泡入口位於槽內液面之下。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氣體溶解於液體的生成裝置，其中該輸液管連接於該密閉槽體，位置於槽內液面之下。
3. 如申請專利範圍第1項所述之氣體溶解於液體的生成裝置，其中該輸液管連接於該液體流入管或另一液體供給裝置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之氣體溶解於液體的生成裝置，其中該供液管路進一步包括有一吸氣管，該吸氣管一端連接於該輸液管，另一端連接於該密閉槽體，並與槽內氣室相連通。
5. 如申請專利範圍第1項所述的氣體溶解於液體的生成裝置，其中該氣體 入口比該液泡入口更靠近該溶解液通道入口。
6. 如申請專利範圍第1項所述之氣體溶解於液體的生成裝置，其中該氣體入口與該溶解液通道接合處的流道剖面積較該溶解液通道入口處的流道剖面積小。
7. 如申請專利範圍第1項所述之氣體溶解於液體的生成裝置，其中該液泡入口與該溶解液通道接合處的流道剖面積較該氣體入口與該溶解液通道接合處的流道剖面積大。
8. 一種流體噴頭，係運用於氣體溶解於液體的生成裝置，該流體噴頭具有一溶解液通道，並於該流體噴頭殼壁的不同位置處另具有至少一氣體入口及至少一液泡入口，該氣體入口與液泡入口皆與該溶解液通道相連通，在使用時該流體噴頭係安裝於一封閉槽體內，槽內液面之上形成一氣室，溶解液通道入口是連接一供液管，該供液管能供給液體於該流體噴頭內，溶解液通道出口則於槽內液面之下，該氣體入口另連接著一氣管至該氣室，該液泡入口位於槽內液面之下。
9. 如申請專利範圍第8項所述之流體噴頭，其中該氣體入口比該液泡入口更靠近該溶解液通道入口。
10. 如申請專利範圍第8項所述之流體噴頭，其中該氣體入口與該溶解液通道接合處的流道剖面積較該溶解液通道入口處的流道剖面積小。
11. 如申請專利範圍第8項所述之流體噴頭，其中該液泡入口與該溶解液通道接合處的流道剖面積較該氣體入口與該溶解液通道接合處的流道剖面積大。