TW201904654A - 一種微細及超微細氣泡產生模組以及微細及超微細氣泡產生模組應用裝置 - Google Patents

Abstract

本發明主要提供一種微細及超微細氣泡產生模組，係由上氣液混合腔體部、模組腔體及下微細氣泡產生腔體部所組成，上氣液混合腔體部為錐形體，直徑上大下小，上方配置出口溢流孔；下微細氣泡產生腔體部亦為錐形體，直徑上小下大，下方配置進口溢流孔；上氣液混合腔體部與下微細氣泡產生腔體部配置於模組腔體內，模組腔體具有進口、出口，及洩壓口；上氣液混合腔體部功能主要為使氣液混合，下微細氣泡產生腔體部主要功能為產生微細及極微細氣泡；模組腔體功能為導引自出口溢流孔流出的液體至進口溢流孔及增加氣液互混作用時間。

Description

一種微細及超微細氣泡產生模組以及微細及超微細氣泡產生模組應用裝置

本發明涉及一種微細及超微細氣泡產生模組以及微細及超微細氣泡產生模組應用裝置，特別是一種將氣泡產生機制整合排列因而可產生高濃度及高穩定度的細氣泡(數微米至數百微米)及極微細氣泡(數十奈米數百奈米)，可以讓氣泡於水中更加細緻的微細及超微細氣泡產生模組以及微細及超微細氣泡產生模組應用裝置。

氣泡產生的機制大致有以下幾種：攪拌法、加壓溶解法、渦流、空腔效應以及文氏管。攪拌法可以人工或機械動力將水與氣體快速攪動而產生大量氣泡。大自然的實例為鮭魚及鱒魚迴游的河流曲道彎折同時河道中石頭及阻礙物極多，這些石頭在水流動時自然形成固定式攪拌器將水與空氣混合造成高含氧量的河流，適合鮭魚及鱒魚等需高水中含氧量而存活的魚類，養魚池中的水車亦是相同的功能。加壓溶解法則為在高壓下水中氣體溶解度增加，一旦壓力下降氣體則釋出產生大量氣泡。大自然中常見到的白色浪花即是海浪互撞或撞擊岩石或船體，增壓及減壓下產生大量白色泡沬，瀑布下水從高處流下撞擊水池中的水而產生大量白色泡沬。渦流法利用角速度產生漩渦及空腔效應， 因此可氣液混合的液體產生大量氣泡。渦流之產生可用類似螺槳類的葉片或類似螺絲的螺紋，日常觀察到的現象如：船舶螺旋槳推進器產生的渦流及導致空腔效應，大量氣泡產生，造成葉片損耗。文氏管則為液體從較大管徑流過較小管徑通道時流速增大，因而造成內壓力下降，氣泡也可從氣液混合的液體中釋出。

如美國專利US7997563，本專利的微米氣泡產生裝置使用葉片式渦流產生機制，此一渦流葉片裝置與渦流破壞機制的文氏管裝置在同軸上，在葉片裝置的中心有一氣體導入孔，氣液混合經由葉片產生渦流。

如美國專利US7874546B2，本專利的奈米氣泡產生裝置使用螺旋狀通道的渦流產生機制，渦流破壞機制則裝置在氣液混合槽的出口。

如美國公開發明案US2011/0168210A1，本發明的微米氣泡產生裝置使用多孔性材料的微米通道，該多孔性材料的孔徑大約在10到1000奈米左右，高壓氧氣經這些微米通道注入液體中而產生細微氣泡。

如美國專利US8939436B2，本專利的微米氣泡產生裝置主要為一氣液混合室，液體以環狀繞流方式導入混合室，此一繞壁而流的環狀液體造成氣液混合室中心部位的負壓力，由此效應將氣體引入並和液體混合產生細微氣泡。

如日本專利3762206及台灣專利TWI162312，這些專利的微米氣泡產生裝置使用螺旋狀通道的渦流產生機制，渦流破壞機制則為裝置在氣液混合室的壁上的桿狀物，此一渦流產生裝置與渦流破壞機制都裝置在同一氣液混合室內，氣液在氣液混合室前方以負壓力方式引入氣體於液體中。 本發明利用簡單的異向雙錐體結構，加上徑向液流口設計整合攪拌法、加壓溶解法、渦流、空腔效應以及文氏管等機制組合排列成一化繁為簡，仿大自然、高效率的微細(fine bubble)及超微細氣泡(ultrafine bubble)產生模組。

為解決上述問題，本發明提供一種微細及超微細氣泡產生模組，係由上氣液混合腔體部，模組腔體及下微細氣泡產生腔體部所組成，其包含：上氣液混合腔體部為錐形體，直徑上大下小，上方配置多個出口溢流孔。下微細氣泡產生腔體部亦為錐形體，直徑上小下大，下方配置多個進口溢流孔。上氣液混合腔體部與下微細氣泡產生腔體部配置於模組腔體內，此模組腔體有進口、出口及洩壓口。上氣液混合腔體部功能主要為使氣液混合，下微細氣泡產生腔體部主要功能為產生微細及極微細氣泡。模組腔體功能為導引自出口溢流孔流出的液體至進口溢流孔及增加氣液互混作用時間。

本發明利用簡單的異向雙錐體結構，加上徑向液流口設計整合攪拌法、加壓溶解法、渦流、空腔效應以及文氏管等機制組合排列成一化繁為簡，仿大自然、高效率的微細(fine bubble)及超微細氣泡(ultrafine bubble)產生模組。

由於本發明係揭露一種雙錐體微細及超微細氣泡產生模組與氣液混合應用裝置，透過化繁為簡的創新設計使其能完成攪拌法、加壓溶解法、渦流、空腔效應以及文氏管等機制產生穩定高濃度的微細(fine bubble)及超微細氣泡(ultrafine bubble)。以下文中所對照之圖式，係表達與本發明特徵有關之示意，並未亦不需要依據實際情形完整繪製，合先敘明。

請參考第1圖，為本發明所提出之一種微細及超微細氣泡產生流程示意圖。液體透過減壓將氣體混入液體中，氣體亦可透過加壓送入液體中。氣液初步混合後透過一輸送裝置注入一氣液混合腔內。在此氣液混合腔内透過加壓溶解及循環攪拌混合使大量氣體充分混入液體中。此氣液混合體溢流至細微及超細微氣泡產生腔體，在此腔體中透過渦流及空腔效應產生大量細微及極細微氣泡。

請參考第2圖為本發明所提出之一種微細及超微細氣泡產生模組的剖面示意圖，係由模組腔體20、進口10、上氣液混合腔體部30、出口溢流孔31、下微細氣泡產生腔體部40、進口溢流孔41、出口60及洩壓口50所組成。上氣液混合腔體部30則是設置於第一容置空間20內，上氣液混合腔體部30具有多個出口溢流孔31。氣液混合體由進口10進入上氣液混合腔體部30內，部份氣體會釋出在模組腔體20及上氣液混合腔體部30上部形成一氣室(未圖示)。此一氣室之壓力逐步增加至大於3Bar，壓力過高時部份氣體會由洩壓口50釋放。洩壓口50的高度必須與出口溢孔31等水平或較高。上氣液混合腔體部30的構造為一直徑上大下小的錐形體，其由大變小可為線性或非線性。氣液混合體進入此一腔體由於上大下小的構造可產生加壓溶解機制使大量氣體先溶入水中。當此一高氣體濃度的氣液混合體迴流至出口溢流孔31時，壓力因直徑變大以及氣室而下降，部份氣泡在氣液混合體中產生。此一氣液混合體在模組腔體20中持續作氣液攪拌混合作用，然後經由進口溢流孔41以徑向切角流入下微細氣泡產生腔體部40，下微細氣泡產生腔體部40的構造為一直徑上小下大的錐形體，其由小變大可為線性或非線性。氣液混合體進入此一腔體由於上小下大的構造，以徑向切角流入的氣液混合體角速度由下而上將逐步加快，造成渦流及空腔效應。最後從出口60流出。

請參考第2圖，此一模組腔體20包含進口10、出口60及洩壓口50。此一模組腔體20如經由3D製作，則可為一完整腔體。製作時可包含完整上氣液混合腔體部30及下微細氣泡產生腔體部40。此一模組腔體20亦可由如第3A圖所示為上腔體21及下腔體22兩部份組合而成。上、下兩腔體可由公母螺紋接合並加上O-ring以防漏。上、下兩腔體之接合方式亦可透過超音波或熱熔接接合。請參考第3b圖之a，為上氣液混合腔體部30，此一腔體具有多個出口溢流孔31，數量並不多加以限制。請參考第3b圖之b，腔體內部造型可為線型、抛物線型或其他梯田型，但直徑必須上大下小逐步變化。底部造型則可為平底或拋物線型。請參考第3c圖a，為下微細氣泡產生腔體部40，此一腔體具有多個進口溢流孔41，數量並不特別加以限制。第3c圖之b顯示腔體內部造型可為線型、抛物線型或其他梯田型，但直徑必須上小下大逐步變化。頂部造型則可為平底或拋物線型。此腔體頂部及側壁可為光滑面，內壁亦可加上固定式攪拌結構43。第3c圖之c顯示其進口溢流孔41可作成垂直於側壁的開口，亦可作成近似與側壁形成切線的開口，如此可造成進入的液體沿圓週運行形成渦流。其角速度由於上下直徑差異由下而上逐步加速。其圓周切線與開口之角度α遠小於90度。切線開口方向可調整使液體形成順時鐘或反時鐘之渦流。

請參考第2圖為本發明所提出的微細及超微細氣泡產生模組1的組合剖面示意圖，其中，於模組腔體20的上氣液混合腔體部30之上緣對應於模組腔體20之內壁接觸的部分，具有相對應之構形，據此，使上氣液混合腔體部30設置於模組腔體20空間內時使上氣液混合腔體部30呈現一密閉狀態，據此，使上氣液混合腔體部30内的水或液體，會從出口溢流孔31流出，進而落入於模組腔體20，接著，再從進口溢流孔41流入下微細氣泡產生腔體部40內。

本發明所提出的微細及超微細氣泡產生模組中，上氣液混合腔體部30的内容積可以視流量而加以調整。較佳的方式是，上氣液混合腔體部30的内容積大於下微細氣泡產生腔體部40的內容積。上氣液混合腔體部30主要功能為使氣體及液體充份互混並透過加壓溶解而形成一高氣體濃度的氣液混合液體。部份氣體在上氣液混合腔體部30內釋出在腔體上方形成一氣室(未圖示)，由進口10輸入的氣液混合液體將直接通過氣室撞擊到液面，進一步形成一瀑布加壓溶解效應。下微細氣泡產生腔體部40的主要功能為形成渦流及空腔效應產生微細氣泡，因此內容積較上氣液混合腔體部30為小，以增加流體速度。而在另一實施例中，模組腔體20的實質内容積於容置了上氣液混合腔體部30及下微細氣泡產生腔體部40之後，其所剩餘的空間大於上氣液混合腔體部30的內容積。此外，出口溢流孔31與進口溢流孔41的開孔數與大小，可以視流量的大小而有所調整。

請繼續參考第2圖為本發明所提出的微細及超微細氣泡產生模組1的組合剖面示意圖，其中，位於模組腔體部20內的微細氣泡產生腔體部40與模組腔體部20之內壁接觸的部分，具有相對應之構形，據此，使微細氣泡產生腔體部40設置於模組腔體部20空間內時使微細氣泡產生腔體部40呈現一密閉狀態，據此，使微細氣泡產生腔體部40内的氣液混合液體，會從出水口60流出。

請參考第2圖為本發明所提出的微細及超微細氣泡產生模組1的組合剖面示意圖，其中，位於模組腔體20內的洩壓口50位置宜高於出口溢流孔31，以利高壓氣體釋出及減少液體釋出。而下微細氣泡產生腔體部40的進口溢流孔41必須低於出口60的高度。下微細氣泡產生腔體部40的下側內壁與出口60的外壁狹窄間距有利渦流的形成，本間距可依流量及壓力作彈性調整。

請參考第4圖，為本發明所提出之另一種微細及超微細氣泡產生模組應用裝置2，包含有一液體槽100、一氣體槽200、一混合槽300、一馬達400以及一微細及超微細氣泡產生模組1。其中，混合槽300分別與液體槽100、氣體槽200相連通，液體槽100係用以輸入水或液體至混合槽300中，氣體槽200係用以輸入特定氣體至混合槽300中使氣體與液體混合成含有氣泡的水或液體，再藉由馬達400將混合槽300中含有氣泡的水或液體輸入至微細及超微細氣泡產生模組1中，其中，在此所描述的微細及超微細氣泡產生模組1包含前述之任一項特徵，在此則不再贅述。

其中，混合槽300包含一文氏管(未圖示)，分別連結液體槽100與氣體槽200，用以使液體槽100輸入之水或液體在文氏管內減壓，以利吸入氣體槽200輸入之特定氣體，形成初步的混合，產生一含有氣泡的水或液體，後續，再通過微細及超微細氣泡產生模組1，並藉由前所述的加壓溶解、攪拌、文氏管、渦流、以及空腔效應的整合產生大量微細及極微細的氣泡於於水或液體中。文氏管的狭窄處管徑與氣體入口交會處亦可使用多孔性陶瓷、碳材、塑膠、玻璃或金屬材料使進入氣體的氣泡更細小。

要特別說明的是，藉由本發明所提的微細及超微細氣泡產生模組應用裝置，可適用於水、酒、果汁、咖啡、茶等飲料，氣體若是使用氮氣或氫氣，則透過本發明的氣液混合應用裝置，可以使果汁更保鮮，延後其氧化的時間，若使用於咖啡，則可防止咖啡的氧化，酸味可以有效獲得去除，極細微氣泡亦可增加味蕾的接觸面積使口感跟風味都達到最佳效果。如果氣體是空氣或氧氣，則可加速紅酒的氧化促進口感。

此外，也要特別說明的是，在此所述的氣體槽200，其主要目的在於提供諸如二氧化碳、氧氣、氮氣或氫氣等氣體，當然，其型態除了用鋼瓶以外，還可以使用電解法、或化學作用生成的方式產生特定的氣體。

另一方面，還可以包含一節流閥500，與微細及超微細氣泡產生模組1之出口60相連接，較佳的方式是，此節流閥500的管徑小於出口60，據此，可以調節壓力的大小。

以上所述僅為本發明較佳實施例而已，並非用以限定本發明申請專利權利；同時以上的描述對於熟知本技術領域之專門人士應可明瞭與實施，因此其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含於下述之申請專利範圍。

1‧‧‧微細及超微細氣泡產生模組

10‧‧‧進口

100‧‧‧液體槽

2‧‧‧微細及超微細氣泡產生模組應用裝置

20‧‧‧模組腔體

200‧‧‧氣體槽

21‧‧‧上腔體

22‧‧‧下腔體

30‧‧‧上氣液混合腔體部

300‧‧‧混合槽

31‧‧‧出口溢流孔

40‧‧‧下微細氣泡產生腔體部

400‧‧‧馬達

41‧‧‧進口溢流孔

43‧‧‧攪拌結構

50‧‧‧洩壓口

500‧‧‧節流閥

60‧‧‧出口

第1圖為本發明所提出之一種微細及超微細氣泡產生之流程示意圖。

第2圖為本發明所提出之一種微細及超微細氣泡產生模組的剖面示意圖。

第3a ~3c圖為本發明所提出之一種微細及超微細氣泡產生模組分項元件的剖面示意圖。

第4圖為本發明所提出之另一種微細及超微細氣泡產生模組應用裝置之示意圖。

Claims (10)

1. 一種微細及超微細氣泡產生模組，係由一上氣液混合腔體部、一模組腔體及一下微細氣泡產生腔體部所組成，其包含： 該上氣液混合腔體部為一錐形體，直徑上大下小，上方配置多個出口溢流孔；一下微細氣泡產生腔體部亦為一錐形體，直徑上小下大，下方配置多個進口溢流孔；該上氣液混合腔體部與該下微細氣泡產生腔體部配置於該模組腔體內，該模組腔體具有一進口、一出口，及一洩壓口；該上氣液混合腔體部功能主要為使氣液混合，該下微細氣泡產生腔體部主要功能為產生微細及極微細氣泡；該模組腔體功能為導引自該出口溢流孔流出的液體至該進口溢流孔及增加氣液互混作用時間。
2. 根據請求項1所述的微細及超微細氣泡產生模組，其中該上氣液混合腔體部內緣側壁為一上大下小的錐型體，其形狀可為線性或曲線，其内緣底部形狀可為平底或曲線，其中該出口溢流孔位置不得高於該模組腔體內的該洩壓口。
3. 根據請求項1所述的微細及超微細氣泡產生模組，其中，該上氣液混合腔體部位於該模組腔體之該液體進口正下方。
4. 根據請求項1所述的微細及超微細氣泡產生模組，其中，下微細氣泡產生腔體部內緣側壁為一上小下大的錐型體，其形狀可為線性或曲線，其内緣頂部形狀可為平頂或曲線，其內緣側壁及頂部可為光滑面，亦可分別或全部增置一攪拌結構，其中該進口溢流孔位置不得高於該模組腔體內的該液體出口。
5. 根據請求項1所述的微細及超微細氣泡產生模組，其中，該下微細氣泡產生腔體部之進口溢流孔可與側壁垂直或形成一同方向沿軸切線，於同方向沿軸切線的進水口結構，流入氣液混合體將以順時鐘或反時鐘沿壁形成渦流。
6. 根據請求項1所述的微細及超微細氣泡產生模組，其中，該模組腔體的內部容積扣除該上氣液混合腔體部加上該下微細氣泡產生腔體部外部總容積後大於該上氣液混合腔體部加上該下微細氣泡產生腔體部的内部總容積。
7. 根據請求項1所述的微細及超微細氣泡產生模組，其中，該上氣液混合腔體部內容積大於該下微細氣泡產生腔體部的內容積。
8. 一種微細及超微細氣泡產生模組應用裝置，包含有一液體槽、一氣體槽、一混合槽、一馬達以及一微細及超微細氣泡產生模組，其中，該混合槽分別與該液體槽、該氣體槽相連通，用以輸入液體及氣體於該混合槽中混合，再藉由該馬達將該混合槽中混合後的氣液體輸入一氣液混合腔體，其中，該氣液混合腔體包含具有如請求項1至7中任一項所述之特徵。
9. 根據請求項8所述的微細及超微細氣泡產生模組應用裝置，其中，該混合槽係透過一文氏管連結該液體槽與該氣體槽。
10. 根據請求項8所述的微細及超微細氣泡產生模組應用裝置，其中，更包含一節流閥，與該氣液混合腔體之一出水溢流孔相連接。