專利名稱：負(fù)壓進(jìn)氣回流滯逸氣液混合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種負(fù)壓進(jìn)氣回流滯逸氣液混合裝置，用于增加氣體的溶解率，該裝置也可用于臭氧的溶解。
背景技術(shù)：
在許多工業(yè)應(yīng)用中，常需要某些氣體溶液，但是大部分氣體在水中的溶解率通常很低，濃度太低則無法達(dá)到所要求的效果，所以如果不經(jīng)過特殊的步驟，則無法在實(shí)際中應(yīng)用，因此業(yè)界對(duì)于高效率的氣液混合裝置一直有很高的需求。高效率的氣液混合裝置具有多方面的用途，如使用在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)或半導(dǎo)體工業(yè)中。具體而言，高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖的水需要較高的氧及二氧化碳濃度；半導(dǎo)體工業(yè)可用含有臭氧的水來清洗晶圓片，但是臭氧濃度需高達(dá)50ppm。這僅是高效率氣液混合裝置所應(yīng)用的兩個(gè)實(shí)例而已。
為了獲得更高的氣體溶解率，一般是將氣體經(jīng)由小孔導(dǎo)入水中以形成氣泡，藉此增加氣體和液體的接觸面積，進(jìn)而提高溶解率。通過物理方法，例如降低溫度和增加壓力，也可增加氣體在水中的溶解率。至于因氣體與液體間或因氣體與液相溶質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)所導(dǎo)致的溶解率的增減，不在本申請(qǐng)相關(guān)范圍內(nèi)。
除了基本的降低溫度和增加壓力的方式，業(yè)界一直在努力研發(fā)以在合理成本范圍內(nèi)增加氣體溶解率。本發(fā)明的目的就是在獲得更高的氣體溶解率的前提下，研發(fā)出成本低且效率高的氣液混合裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種液氣混合裝置，除了充分利用液體在低溫時(shí)具有較高氣體溶解率的物理特性外，還利用負(fù)壓氣體與液體混合所形成的負(fù)壓氣泡具有較小體積及較小浮力的特性，及利用液氣混合流體形成漩渦回流而將小氣泡滯留液體中的特性，從而增加氣體溶解于液體的效率。
其具體措施是將氣體產(chǎn)生器所產(chǎn)生的氣體經(jīng)由調(diào)節(jié)閥而導(dǎo)入一混合器中。該混合器主要具有一氣體擴(kuò)散室及一文氏管或類似文氏管的裝置(如臺(tái)灣第487,677號(hào)公告專利，以下泛稱類文氏管)，其中該類文氏管貫穿該擴(kuò)散室。本發(fā)明的裝置利用一泵作為裝置內(nèi)液體流動(dòng)的動(dòng)力源，當(dāng)流動(dòng)液體通過類文氏管時(shí)，類文氏管產(chǎn)生吸氣作用，將氣體擴(kuò)散室中的氣體吸入，氣體被吸入類文氏管后隨液體被帶走。氣體產(chǎn)生器產(chǎn)生的氣體實(shí)際上導(dǎo)入該氣體擴(kuò)散室內(nèi)。調(diào)節(jié)閥可被調(diào)節(jié)而使類文氏管吸氣流量大于進(jìn)入擴(kuò)散室的氣體流量，于是氣體以負(fù)壓狀態(tài)被吸入類文氏管，并在類文氏管內(nèi)的流體中形成負(fù)壓氣泡。將挾帶有負(fù)壓氣泡的流體由類文氏管導(dǎo)入一具有內(nèi)外槽的筒槽容器的內(nèi)槽中，并使流體在該內(nèi)槽中形成漩渦回流。由于負(fù)壓氣泡受到液體壓力的壓縮而體積變小，浮力也變小，再加上漩渦回流的作用，從而氣泡滯留在流體中的時(shí)間增長(zhǎng)，因此可增加氣體在液體中的溶解率。
由外部供應(yīng)的新鮮液體，從一管路導(dǎo)入本發(fā)明的裝置后，該管路在筒槽容器的外槽中環(huán)繞筒槽容器的內(nèi)槽，最后進(jìn)入內(nèi)槽中，與其中帶有氣泡的流體混合。該筒槽容器的外槽連接一冷卻循環(huán)系統(tǒng)，用于冷卻筒槽容器的內(nèi)槽中的流體，并可冷卻環(huán)繞管路中的新鮮液體。
利用液體冷卻、負(fù)壓氣泡以及漩渦回流的特性，本發(fā)明的液氣混合裝置可有效增加氣體在流體中的溶解率，從而達(dá)到本發(fā)明的預(yù)期目的。
本發(fā)明中用于產(chǎn)生負(fù)壓氣泡的混合器及筒槽容器，由于分別利用類文氏管的效應(yīng)及利用液流進(jìn)入時(shí)所產(chǎn)生的漩渦均是低成本裝置，使得本發(fā)明的液氣混合裝置具有高度的產(chǎn)業(yè)利用性。
本發(fā)明中的氣體產(chǎn)生器若以臭氧產(chǎn)生器取代，則可容易地成為一制造高濃度臭氧水的裝置。
附圖簡(jiǎn)介圖1為本發(fā)明的負(fù)壓進(jìn)氣回流滯逸氣液混合裝置的配置示意圖；圖2為圖1所示裝置中的混合器詳圖；及圖3為圖1所示裝置中的筒槽容器詳圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的負(fù)壓進(jìn)氣回流滯逸氣液混合裝置的較佳實(shí)施例將配合


如下。
如圖1所示，本發(fā)明的氣液混合裝置主要包括一氣體產(chǎn)生器1、一混合器20、一筒槽容器30及一泵5。
氣體產(chǎn)生器1通過氣體管路44并經(jīng)由調(diào)節(jié)閥6而連接至混合器20的氣體入口26。
如圖2所示，該混合器20具有一封閉容器22及一類文氏管24。該封閉容器22呈軸向延伸，其一端設(shè)有氣體入口26，并以調(diào)節(jié)閥6控制進(jìn)氣流量。類文氏管24以相同的軸向貫穿該封閉容器22，其兩端各為一入口及一出口，在該入口與該出口之間形成有一喉部(未示)，在該類文氏管24的管壁上對(duì)應(yīng)于該喉部的位置設(shè)有一氣體吸入口28，該氣體吸入口28的位置優(yōu)選是遠(yuǎn)離封閉容器22上的氣體入口26。
類文氏管24通過一管路42與筒槽容器30連接。如圖3所示，該筒槽容器30包括一內(nèi)槽32、一外槽34及一環(huán)繞管36。內(nèi)槽32具有一槽壁33；外槽34也具有一槽壁35，其包圍內(nèi)槽32，并與該內(nèi)槽槽壁33之間形成一空間。環(huán)繞管36經(jīng)由入口9進(jìn)入外槽34，并以螺旋方式環(huán)繞內(nèi)槽槽壁33，再經(jīng)由出口15而進(jìn)入內(nèi)槽32。筒槽容器30底部設(shè)有一液氣出口管38，其與泵5的進(jìn)口連接。
筒槽容器30的外槽34底部附近設(shè)有一冷卻水入口8，而其頂部附近設(shè)有一冷卻水出口16。
筒槽容器30的頂部中心處設(shè)有一內(nèi)部冷卻器10，該內(nèi)部冷卻器10內(nèi)設(shè)有一冷卻循環(huán)水管13和14。
筒槽容器30的內(nèi)槽槽壁33的頂部附近可設(shè)有溢流口11，以防止液面超過預(yù)期的高度。另可設(shè)有溫度計(jì)12以監(jiān)控內(nèi)槽32的溫度是否維持在一預(yù)定范圍內(nèi)。
操作時(shí)，由于泵5的驅(qū)動(dòng)，水流通過混合器20的類文氏管24時(shí)會(huì)產(chǎn)生吸氣作用，在封閉容器22內(nèi)的氣體經(jīng)由氣體吸入口28進(jìn)入類文氏管24。氣體產(chǎn)生器1所產(chǎn)生的氣體經(jīng)由管路44進(jìn)入封閉容器22內(nèi)，并在封閉容器22內(nèi)擴(kuò)散。該封閉容器22內(nèi)部與類文氏管24外部所形成的空間又稱擴(kuò)散室23。在管路44上可設(shè)一調(diào)節(jié)閥6以限制氣體進(jìn)氣流量，使該進(jìn)氣流量小于類文氏管24的吸氣流量，因此擴(kuò)散室23可維持負(fù)壓狀態(tài)。
封閉容器22上的氣體入口26的位置與類文氏管24上的氣體吸入口28的位置分別位在封閉容器22的兩端，這樣，氣體在擴(kuò)散室23內(nèi)可充分?jǐn)U散后再被吸入類文氏管24，從而有助于維持在類文氏管24的氣體吸入口28處的壓力穩(wěn)定，進(jìn)而使氣泡均勻混合在液體中。
借助混合器20的吸氣作用及調(diào)節(jié)閥6的調(diào)節(jié)，氣體以負(fù)壓的狀態(tài)進(jìn)入類文氏管24內(nèi)的液體中，進(jìn)而形成負(fù)壓(相對(duì)于大氣壓力)氣泡。負(fù)壓氣泡受到液體壓力，體積變小，氣泡浮力因而變小，使氣泡停留于液體的時(shí)間增長(zhǎng)，不會(huì)立刻浮出液面而逃逸，故有助于氣體的溶解。
挾帶氣泡的液體流出混合器20后，便經(jīng)由管路42從筒槽容器30底部進(jìn)入筒槽容器30的內(nèi)槽32。為增加漩渦的效果，管路42可分叉成兩路，并在內(nèi)槽32內(nèi)底部附近以平行、水平及相對(duì)的方向配置，當(dāng)流體分別由該分叉的管路流進(jìn)內(nèi)槽32時(shí)，液流形成扭矩，另外，內(nèi)槽32底部所設(shè)的液氣出口管38使流體垂直流出，促使內(nèi)槽32內(nèi)部的流體形成漩渦回流。漩渦回流使氣泡大致隨著渦流旋轉(zhuǎn)而滯留在液體中，簡(jiǎn)言之，氣泡上浮而逸出液體頂部的情況可顯著減少，從而增長(zhǎng)氣體與液體接觸的時(shí)間，達(dá)到增加氣體溶解率的目的。
筒槽容器30的外槽34由冷卻循環(huán)系統(tǒng)供應(yīng)冷卻水，冷卻水由接近筒槽容器30底部的冷卻水入口8進(jìn)入，再由接近筒槽容器30頂部的冷卻水出口16流出。冷卻水可充滿外槽34用以冷卻內(nèi)槽32內(nèi)的流體及環(huán)繞管36內(nèi)的新鮮液體。
新鮮液體由外部不斷補(bǔ)充，其由新鮮液體入口9進(jìn)入環(huán)繞管36，接著環(huán)繞內(nèi)槽壁33而上，在接近內(nèi)槽32頂部時(shí)由新鮮液體出口15進(jìn)入內(nèi)槽32的內(nèi)部，而與挾帶氣泡的液體混合。新鮮液體在環(huán)繞管36內(nèi)被外槽34內(nèi)的冷卻水冷卻，以便與內(nèi)槽32的液體混合時(shí)能維持較低的溫度，從而增加氣體的溶解率。
在接近內(nèi)槽32頂部附近具有內(nèi)部冷卻器10，其內(nèi)部流動(dòng)著具有輔助冷卻作用的冷卻水。該內(nèi)部冷卻器10可設(shè)計(jì)成圓球狀，且其高度設(shè)置得大約與內(nèi)槽32的中心液面同高，其功能除了可輔助冷卻內(nèi)槽32中的液體以外，還可用于填充渦流在內(nèi)槽32中央所形成的空洞，以減少液面與空氣的接觸，使空氣溶入液體的情況盡量減至最低，以增加目標(biāo)氣體(如臭氧)的溶解率。
當(dāng)要取用已充分溶解的液氣混合流體時(shí)，可將一液氣混合流體出口2設(shè)在泵5與混合器20間的管路上，在該出口2的前面可設(shè)有一液氣混合流體出口閥4及一微氣泡濾器3以分別控制流體的流量及濾除未充分溶解于液體中的氣泡。簡(jiǎn)言之，將外部提供的新鮮液體由新鮮液體入口9注入本發(fā)明的裝置，經(jīng)過以上所述流程，再由液氣混合流體出口2取出時(shí)，就得到所需要的含高濃度氣體的液體。若將氣體產(chǎn)生器1以臭氧生成器取代，則該裝置即成為可制造高濃度臭氧水的裝置。
本發(fā)明的構(gòu)造和特征，經(jīng)過上述詳細(xì)說明及示例后，變得更加具體。應(yīng)當(dāng)理解該實(shí)施例僅作為示例說明本發(fā)明的較佳操作狀態(tài)，而不是用于限制本發(fā)明的范圍，其它任何不脫離本發(fā)明精神而作出的改良或變更，都應(yīng)當(dāng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
主要組件符號(hào)說明1 氣體產(chǎn)生器20混合器2 液氣混合流體出口 22封閉容器3 微氣泡濾器23擴(kuò)散室4 液氣混合流體出口閥24類文氏管5 泵26氣體入口6 調(diào)節(jié)閥28氣體吸入口8 冷卻水入口30筒槽容器9 新鮮液體入口 32內(nèi)槽10 內(nèi)部冷卻器33內(nèi)槽槽壁11 溢流口34外槽12 溫度計(jì)35外槽槽壁13 輔助冷卻水入口36環(huán)繞管14 輔助冷卻水出口38液氣出口管15 新鮮液體入口 40管路16 冷卻水出口42管路17 液體出口 44氣體管路18 液體出口
權(quán)利要求
1.一種負(fù)壓進(jìn)氣回流滯逸氣液混合裝置，包括一混合器，其包括一呈軸向延伸的封閉容器，其具有一氣體入口，并以一調(diào)節(jié)閥控制其進(jìn)氣流量；一類文氏管，它以相同于所述封閉容器的軸向配置在其內(nèi)部，所述類文氏管的兩端各為一液流入口端及一液流出口端，在所述管的管壁上，設(shè)有一氣體吸入口；一筒槽容器，包括一內(nèi)槽，其具有一壁，并包圍一空間；一外槽，其具有一壁，并包圍所述內(nèi)槽，在所述外槽槽壁與所述內(nèi)槽槽壁之間形成一空間；一環(huán)繞管，其具有一入口及一出口，所述環(huán)繞管由外部穿過所述外槽槽壁，并環(huán)繞所述內(nèi)槽槽壁而設(shè)置，最后穿過所述內(nèi)槽槽壁，所述環(huán)繞管的出口設(shè)置在所述內(nèi)槽中；一液氣出口管，其位于所述筒槽容器的底部；一液氣混合管，其一端連接所述類文氏管的出口端，另一端連接所述筒槽容器的底面，并進(jìn)入其內(nèi)部，在進(jìn)入內(nèi)部后，使流出該液體混合管的液氣混合流體在所述筒槽容器內(nèi)部形成一漩渦回流；一泵，其連接所述類文氏管的入口端及所述液氣出口管；以及一液氣混合出口，其設(shè)置在連接所述泵出口與所述混合器入口之間。
2.如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓進(jìn)氣回流滯逸氣液混合裝置，其特征在于所述筒槽容器在接近其底面及頂面處各開設(shè)一入口及出口，供冷卻水流入及流出。
3.如權(quán)利要求2所述的負(fù)壓進(jìn)氣回流滯逸氣液混合裝置，其特征在于還包括一內(nèi)部冷卻器，所述內(nèi)部冷卻器內(nèi)部設(shè)有一冷卻循環(huán)水管，且其位置可調(diào)整在接近所述筒槽容器內(nèi)槽的液面上。
4.如權(quán)利要求3所述的負(fù)壓進(jìn)氣回流滯逸氣液混合裝置，其特征在于所述內(nèi)部冷卻器的形狀為一中空?qǐng)A球。
5.如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓進(jìn)氣回流滯逸氣液混合裝置，其特征在于所述混合器的封閉容器的氣體入口位于接近所述容器的一端，在所述類文氏管的管壁上的氣體吸入口被設(shè)置在遠(yuǎn)離所述封密容器氣體入口的地方。
6.如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓進(jìn)氣回流滯逸氣液混合裝置，其特征在于所述液氣混合管在連接所述類文氏管的出口端后，分叉成兩路，并由所述筒槽容器的底面進(jìn)入其內(nèi)部，在進(jìn)入內(nèi)部后，所述混合管的開口方向呈平行且以相反方向而配置。
7.如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓進(jìn)氣回流滯逸氣液混合裝置，其特征在于所述環(huán)繞管呈螺旋狀。
8.如權(quán)利要求1所述的負(fù)壓進(jìn)氣回流滯逸氣液混合裝置，其特征在于進(jìn)一步包括與所述封閉容器的調(diào)節(jié)閥連接的一氣體產(chǎn)生器。
9.如權(quán)利要求8所述的負(fù)壓進(jìn)氣回流滯逸氣液混合裝置，其特征在于所述氣體產(chǎn)生器為一臭氧產(chǎn)生器。
全文摘要
一種負(fù)壓進(jìn)氣回流滯逸氣液混合裝置，主要包括一混合器及一筒槽容器，其中該混合器基本上是由一同軸類文氏管及一氣體擴(kuò)散室組成，而該筒槽容器由兩個(gè)不同直徑的封閉圓筒組成。操作時(shí)，氣體由該類文氏管型式混合器注入液體中，應(yīng)用一調(diào)節(jié)閥限制氣體的進(jìn)氣流量少于混合器的吸氣流量，借助混合器的吸氣作用，使氣體以負(fù)壓狀態(tài)進(jìn)入液體形成微小氣泡。挾帶微小氣泡的液體流出混合器后，進(jìn)入筒槽容器中并在其內(nèi)部形成漩渦回流，從而使氣泡滯留在液體中的時(shí)間增長(zhǎng)，以達(dá)到增加氣體溶解率的目的。該混合裝置也適用于獲取高濃度臭氧水。
文檔編號(hào)B01F3/04GK1537670SQ0311015
公開日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2003年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月14日
發(fā)明者劉輝堂 申請(qǐng)人:劉輝堂