氣體溶液的制備裝置及提高氣體在液體中溶存度的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種氣體溶液的制備裝置及提高氣體在液體中溶存度的方法。該制備裝置包括氣液混合裝置，氣液混合裝置用于將氣體和液體混合而形成氣液混合物。氣液混合裝置設(shè)有用于排出氣液混合物的出水口，出水口與連接管道連接。連接管道上設(shè)有變徑管，變徑管包含多段管體，其中至少有兩段管體的內(nèi)直徑不同，以及來自氣液混合裝置的氣液混合物流經(jīng)變徑管。本發(fā)明的制備裝置制備得到的氣體溶液中氣體容存度比常規(guī)制備裝置所制得的氣體溶液中的氣體容存度明顯提高。
【專利說明】
氣體溶液的制備裝置及提高氣體在液體中溶存度的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及向液體中充入氣體，提高氣體在液體中的含量，至飽和或超飽和狀態(tài) 的技術(shù)和裝置，尤其涉及一種超飽和氣體溶液的制備裝置，具體的說是一種將氣體以微納 米級(jí)別直徑氣泡的方式通過和液體的充分混合，以達(dá)到常溫常壓下氣體在液體中超飽和溶 解狀態(tài)的裝置及超飽和氣體溶液的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氫氣溶液是指氫氣溶解于水后形成的氣液混合物，加入氫氣不改變原水的PH值。 自2007年《自然》雜志刊登日本太田成男等關(guān)于氫氣具有抗氧化、抗炎、抗凋亡生物醫(yī)學(xué)效 應(yīng)報(bào)告。7年來，氫氣水溶液的生物學(xué)效應(yīng)逐漸的被人們所接受和認(rèn)可。氫氣溶液因?yàn)榫?有極高的生物安全性，令世人振奮地、主動(dòng)地逆轉(zhuǎn)病理損傷的效應(yīng)和極為方便的使用方式 (如：飲用/浸泡），業(yè)已成為世界范圍內(nèi)醫(yī)療保健市場最值得關(guān)注的項(xiàng)目之一。其中，超飽 和氫氣溶液因?yàn)橹苽潆y度高且應(yīng)用范圍廣，生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)尤為顯著。
[0003] 通過飲用氫氣水?dāng)z取氫氣是目前應(yīng)用最廣泛的方法，也是氫氣健康產(chǎn)品最安全、 最常見的形式。但氫氣在水中的溶解度非常低，是一種難溶甚至不溶于水的氣體，在常溫常 壓下（常溫為20°C，常壓為101. 3Kpa)，1L水的氫氣飽和溶解量為18. 2ml或1. 6mg，通常我 們用質(zhì)量濃度1. 6PPM來表示，鑒于氫氣很難溶于水的特性，成為了人們通過飲用高含氫量 的水溶液的障礙。
[0004] 飲用氫氣水的制備方式包括電解水、氫氣溶解水、金屬鎂反應(yīng)水等類型。
[0005] 電解水是最早用于人體的氫氣水，以保健為目的的飲用電解水最早起源于日本。 制備電解水的設(shè)備稱為電解槽，經(jīng)過電解后通過半透膜分離出的堿性水會(huì)含有少量的氫 氣，電解水的不足在于由于飲用水直接通過電解槽進(jìn)行電解，水的PH值將發(fā)生改變，且電 解槽的金屬電極直接作用于水，會(huì)有微量的金屬離子析出，若用于飲用，則金屬離子會(huì)隨水 進(jìn)入人體內(nèi)，更重要的一點(diǎn)是，電解水方式得到的氫水溶液效率很低且溶解度低，遠(yuǎn)達(dá)不到 氫氣在水溶液中的飽和狀態(tài)。
[0006] 利用金屬和水在常溫下產(chǎn)生氫氣和氫氧化物的化學(xué)反應(yīng)，也可以制備出氫氣水。 許多金屬例如鐵、鋁、鎂等都可以與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，但多數(shù)金屬存在口感差、反應(yīng)速度慢、 明顯毒性的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠制備出高氣體容存度的氣體溶液的制備裝置及提 高氣體在液體中溶存度的方法。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種氣體溶液的制備裝置，所述制 備裝置包括氣液混合裝置，所述氣液混合裝置用于將氣體和液體混合而形成氣液混合物， 所述氣液混合裝置設(shè)有用于排出所述氣液混合物的出水口，所述出水口與連接管道連接。 所述連接管道上設(shè)有變徑管，所述變徑管包含多段管體，其中至少有兩段管體的內(nèi)直徑不 同，以及來自所述氣液混合裝置的氣液混合物流經(jīng)所述變徑管。
[0009] 一實(shí)施例中，所述氣體溶液是超飽和氣體溶液。
[0010] 一實(shí)施例中，所述氣液混合裝置用于形成含有微納米氣泡的氣液混合物。
[0011] 一實(shí)施例中，所述變徑管串聯(lián)連接于所述連接管道。
[0012] 一實(shí)施例中，所述連接管道由至少兩段管道構(gòu)成，所述變徑管的入口端連接于所 述至少兩段管道中的一段管道的出口，所述變徑管的出口端連接于所述至少兩段管道中的 另一段管道的入口。
[0013] 另一實(shí)施例中，所述變徑管一體地形成于所述連接管道上。
[0014] 一實(shí)施例中，所述多段管體的內(nèi)直徑大小交替變化。
[0015] 一實(shí)施例中，所述變徑管由3-12段所述管體構(gòu)成。
[0016] 一實(shí)施例中，所述變徑管由3-7段所述管體構(gòu)成。
[0017] 一實(shí)施例中，所述變徑管由多段分開的管體依次組裝而成。
[0018] 一實(shí)施例中，所述變徑管連接于所述連接管道，且所述變徑管的與所述連接管道 連接的部分的內(nèi)直徑小于所述連接管道的內(nèi)直徑。
[0019] 一實(shí)施例中，所述變徑管包括具有第一內(nèi)直徑的管體和具有第二內(nèi)直徑的管體， 其中所述具有第一內(nèi)直徑的管體和所述具有第二內(nèi)直徑的管體交替，且所述第一內(nèi)直徑小 于所述第二內(nèi)直徑，以及所述具有第一內(nèi)直徑的管體和所述具有第二內(nèi)直徑的管體之間的 長度之比為1 :2~1 :4。
[0020] -實(shí)施例中，所述具有第一內(nèi)直徑的管體和所述具有第二內(nèi)直徑的管體之間的長 度之比為1 :2. 5~1 :3. 5。
[0021] 另一實(shí)施例中，所述具有第一內(nèi)直徑的管體和所述具有第二內(nèi)直徑的管體之間的 長度之比為1 :3。
[0022] -實(shí)施例中，所述變徑管的長度為30~300mm。更佳地，所述變徑管的長度為 100 ~200mm〇
[0023] -實(shí)施例中，所述連接管道的內(nèi)直徑等于所述第二內(nèi)直徑，且所述連接管道與所 述具有第一內(nèi)直徑的管體連接。
[0024] -實(shí)施例中，所述第一內(nèi)直徑與所述第二內(nèi)直徑的大小之比為1:1. 5~1:3。
[0025] -實(shí)施例中，所述第一內(nèi)直徑與所述第二內(nèi)直徑的大小之比為2:3~4:5。
[0026] 一實(shí)施例中，所述第一內(nèi)直徑為所述連接管道的內(nèi)直徑的1/2~2/3,且所述第二 內(nèi)直徑為所述連接管道的內(nèi)直徑的4/5~6/5。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種氣體溶液的制備裝置，所述制備裝置包括氣 液混合裝置和水箱，所述氣液混合裝置設(shè)有進(jìn)水口、排水口以及用于與氣源連通的進(jìn)氣口， 且所述水箱設(shè)有吸水口和進(jìn)水口，其中所述氣液混合裝置的進(jìn)水口與所述水箱的吸水口之 間通過吸水流動(dòng)支路連接，所述氣液混合裝置的排水口與所述水箱的進(jìn)水口之間通過排水 流動(dòng)支路連接，且所述排水流動(dòng)支路上設(shè)有釋壓器，以及所述水箱和所述釋壓器之間通過 第五管道連接。所述第五管道上設(shè)有變徑管，所述變徑管包含多段管體，其中至少有兩段管 體的內(nèi)直徑不同，從而來自所述氣液混合裝置的氣液混合物流過所述釋壓器，流經(jīng)所述變 徑管后進(jìn)入所述水箱。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種氣體溶液的制備裝置。所述制備裝置包括氣 液混合裝置、外接水源支路、排水流動(dòng)支路和取液支路，所述氣液混合裝置設(shè)有進(jìn)水口、排 水口以及用于與氣源連通的進(jìn)氣口，其中所述氣液混合裝置的進(jìn)水口與所述外接水源支路 連接，所述氣液混合裝置的排水口與所述排水流動(dòng)支路連接，且所述排水流動(dòng)支路上設(shè)有 釋壓器和變徑管并與所述取液支路連接，所述變徑管位于所述釋壓器下游，從而來自所述 氣液混合裝置的氣液混合物依次流過所述釋壓器和所述變徑管后流至所述取液支路。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種氣體溶液的制備裝置。所述制備裝置包括殼 體和中空纖維膜組，其中所述殼體設(shè)有與液體源連通的進(jìn)液口、用于與氣源連通的進(jìn)氣口 以及排液口，所述中空纖維膜組包括多根中空纖維膜管并容納于所述殼體內(nèi)，所述中空纖 維膜組的入口端與所述進(jìn)液口連通從而液體能夠在所述中空纖維膜管的內(nèi)部流動(dòng)，且來自 所述氣源的氣體能夠從所述中空纖維膜管的膜孔流入所述中空纖維膜管的內(nèi)部并與液體 混合，以及所述中空纖維膜組的出口端與所述排液口連通，所述排液支路上設(shè)有變徑管，所 述變徑管包含多段管體，其中至少有兩段管體的內(nèi)直徑不同，從而來自所述排液口的氣液 混合物流經(jīng)所述變徑管。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種提高氣體在液體中溶存度的方法，其特征在 于，所述方法包括以下步驟：
[0031] A、將氣體與液體混合而形成氣液混合物；以及
[0032] B、使所述氣液混合物流過變徑管，其中所述變徑管包含多段管體，且至少有兩段 管體的內(nèi)直徑不同。
[0033] 一實(shí)施例中，所述氣體溶液是超飽和氣體溶液。
[0034] -實(shí)施例中，通過步驟A所形成的氣液混合物中，氣體以納米或微納米氣泡形式 存在于液體中。
[0035] 一實(shí)施例中，步驟A中，通過將氣體和液體分別流過氣液混合裝置并在所述氣液 混合裝置內(nèi)混合而形成所述氣液混合物。
[0036] -實(shí)施例中，所述氣液混合裝置具有攪拌和剪切機(jī)構(gòu)，所述攪拌和剪切機(jī)構(gòu)用于 對(duì)氣體和液體混合物進(jìn)行攪拌和剪切而使得氣體以氣泡形式存在于液體中。
[0037] -實(shí)施例中，所述氣液混合裝置包括容積栗、氣液混合器和葉輪栗，其中，所述氣 液混合裝置的進(jìn)水口為所述容積栗的進(jìn)水口，所述氣液混合裝置的排水口為所述葉輪栗的 排水口，所述氣液混合裝置的進(jìn)氣口為所述氣液混合器的進(jìn)氣口，以及所述容積栗的排水 口與所述氣液混合器的進(jìn)水口通過第二管道連接，所述氣液混合器的出水口經(jīng)由第三管道 與所述葉輪栗的進(jìn)水口連接。
[0038] 一實(shí)施例中，所述氣液混合裝置包括殼體和中空纖維膜組，其中所述殼體設(shè)有與 液體源連通的進(jìn)液口、用于與氣體源連通的進(jìn)氣口以及排液口，所述中空纖維膜組包括多 根中空纖維膜管并容納于所述殼體內(nèi)，所述中空纖維膜組的入口端與所述進(jìn)液口連通從而 液體能夠在所述中空纖維膜管的內(nèi)部流動(dòng)，且來自所述氣體源的氣體能夠從所述中空纖維 膜管的膜孔流入所述中空纖維膜管的內(nèi)部并與液體混合，以及所述中空纖維膜組的出口端 與所述排液口連通。
[0039] -實(shí)施例中，所述多段管體的內(nèi)直徑大小交替變化。
[0040] 本發(fā)明的制備裝置制備得到的氣體溶液中氣體容存度比常規(guī)制備裝置所制得的 氣體溶液中的氣體容存度明顯提高。
【附圖說明】
[0041] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的超飽和氣體溶液的制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042] 圖2A是圖1中的釋壓器的側(cè)視剖視圖。
[0043] 圖2B是圖1中的釋壓器的俯視圖。
[0044] 圖3是圖1中的變徑管的剖視圖。
[0045] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的超飽和氣體溶液的制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046] 圖5A和圖5B不出圖4的氣液混合裝置的兩種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0047] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的超飽和氣體溶液的制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048] 圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的超飽和氣體溶液制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0049] 圖8是圖7的制備裝置中的氣液混合器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中局部剖切以示出內(nèi)部 結(jié)構(gòu)。
[0050] 圖9是圖8中A部分的放大圖。
[0051] 圖10是中空纖維膜管的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中示意性地示出氣液混合。
[0052] 圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的超飽和氣體溶液制備裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0053] 以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，以便更清楚理解本發(fā)明的 目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)理解的是，附圖所示的實(shí)施例并不是對(duì)本發(fā)明范圍的限制，而只是為 了說明本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)精神。本公開的主題的所述特征、結(jié)構(gòu)、優(yōu)點(diǎn)和/或特性可以 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例和/或?qū)嵤┓绞街幸匀魏魏线m的方式組合。下面的描述中，提供多個(gè) 具體細(xì)節(jié)來完全理解本公開的主題的各實(shí)施例。本領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可以在 沒有特定實(shí)施例或?qū)嵤┓绞降木唧w特征、細(xì)節(jié)、部件、材料和/或方法中的一個(gè)或多個(gè)下實(shí) 施本公開的主題。其它情形中，在可能不存在于所有實(shí)施例或?qū)嵤┓绞街械哪承?shí)施例和/ 或?qū)嵤┓绞街凶R(shí)別到其它特征和優(yōu)點(diǎn)。另外，一些情形中，不詳細(xì)示出或描述眾所周知的結(jié) 構(gòu)、材料或運(yùn)行，以避免使本公開的主題的各方面不清楚。從下面的描述和所附的權(quán)利要求 書，本公開的主題的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯，或者可通過實(shí)踐下文闡述的主題來認(rèn)識(shí)到。
[0054] 術(shù)語解釋
[0055] 氣體溶液：本文中，氣體溶液是氣體結(jié)合于液體所形成的混合液。這里，氣體可以 是氫氣、氧氣、氮?dú)舛趸蓟蚩諝獾?，液體包括水和果汁等。氣體結(jié)合于液體的方式通常 是氣體以納米或微納米氣泡形式存在于液體中。超飽和氣體溶液是指氣體溶液中，氣體在 液體中的質(zhì)量濃度大于各種氣體在常溫常壓下的質(zhì)量飽和濃度。
[0056] 化學(xué)反應(yīng)氣泡生成法：通過使用化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生微細(xì)氣泡的方法。 例如，用金屬鈉和水反應(yīng)，獲得大量氣體微氣泡。
[0057] 分散空氣氣泡生成法：主要通過高速剪切、攪拌等方式在水體中把氣體反復(fù)剪切 破碎，從而穩(wěn)定地產(chǎn)生大量的微氣泡。
[0058] 溶氣釋氣氣泡生成法：主要通過加壓使氣體溶解在水里，然后減壓釋氣，氣體重新 從水中釋放出來，產(chǎn)生大量微細(xì)氣泡。
[0059] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的超飽和氣體溶液的制備裝置。如圖1所示， 超飽和氣體溶液的制備裝置100包括氣體發(fā)生器101、容積栗102、葉輪栗103、氣液混合器 105和水箱104,其中氣液混合器105的進(jìn)氣口 105b與氣體發(fā)生器101管路連接，即通過第 一管道1026與氣體發(fā)生器101連接。氣液混合器105的進(jìn)水口 105a與容積栗102的出水 口 102b管路連接，即兩者通過第二管道1025連接。氣液混合器105的排水口 105c與葉輪 栗103的進(jìn)水口 103a通過管路連接，即兩者通過第三管道1027連接。這里，容積栗102、 氣液混合器105和葉輪栗103共同構(gòu)成氣液混合裝置1024,其作用為將來自水源的水與來 自氣源的氣體混合，形成具有一定壓力和濃度的氣液混合物。應(yīng)理解的是，氣液混合裝置 1024可以由能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的已知或待開發(fā)的其它結(jié)構(gòu)來替代，下文將進(jìn)一步說明。例 如，氣液混合裝置可以是超聲空化法、化學(xué)反應(yīng)法制備微納米氣泡的裝置、電解電極法制備 微納米裝置或氣液兩相流法制備微納米氣泡裝置等。
[0060] 容積栗102的進(jìn)水口 102a經(jīng)由吸水流動(dòng)支路1022和水箱104的吸水口 1011連 接，從而能夠?qū)⑺?04中的水吸入容積栗102,進(jìn)而進(jìn)入氣液混合器105。本實(shí)施例中，吸 水流動(dòng)支路1022為管道。容積栗為隔膜栗，隔膜栗的額定流量為5L/min。應(yīng)理解的是，也 可采用具有不同額定流量的隔膜栗，例如，采用額定流量為〇. 5L/min~10L/min的隔膜栗。 或者，也可采用其它類型的容積栗，例如活塞栗、柱塞栗、齒輪栗、滑片栗或螺桿栗等。
[0061] 葉輪栗103經(jīng)由排水流動(dòng)支路1023和水箱104的進(jìn)水口 1012連接。具體地，在 排水流動(dòng)支路1023上設(shè)有釋壓器106。釋壓器106的入口 106a通過第四管道1029與葉輪 栗103的排水口 103b流體連通地連接。釋壓器106的出口 106b經(jīng)由第五管道1030與水 箱104的進(jìn)水口 1012連接。從氣液混合器105流出的氣液混合物經(jīng)葉輪栗103反復(fù)切削 攪拌加壓形成高壓力高氣體濃度氣液流，高壓力高氣體濃度氣液流流經(jīng)釋壓器106形成超 飽和氣液混合物，該超飽和氣液混合物經(jīng)由管道流入水箱104內(nèi)。具體地，氣液混合物流入 葉輪栗103,在葉輪栗103栗腔內(nèi)，氣液混合物一方面隨葉輪做圓周運(yùn)動(dòng)，一方面在離心力 的作用下自葉輪中心向外周拋出，氣液混合物從葉輪獲得了壓力能和速度能，當(dāng)氣液混合 物流動(dòng)至栗頭排液口時(shí)，部分速度能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓力能。葉輪栗為單級(jí)葉輪漩渦栗，漩渦栗額 定流量為5L/min，轉(zhuǎn)速為2900轉(zhuǎn)/min。當(dāng)然，葉輪栗也可為離心栗、軸流栗等，其額定流量 可以是0? 5L/min~10L/min，轉(zhuǎn)速可以是2900~3400轉(zhuǎn)/min。
[0062] 需要指出的是，如果以氣液混合器105為始點(diǎn)，則容積栗可以認(rèn)為是上述的吸水 流動(dòng)支路的一部分，此時(shí)，吸水流動(dòng)支路可以稱為氣液混合器吸水流動(dòng)支路，氣液混合器吸 水流動(dòng)支路將水箱104的水吸入氣液混合器。類似地，如果以氣液混合器105為始點(diǎn)，則葉 輪栗可以認(rèn)為是上述的排水流動(dòng)支路的一部分，此時(shí)，排水流動(dòng)支路可以稱為氣液混合器 排水流動(dòng)支路，氣液混合器排水流動(dòng)支路將氣液混合器內(nèi)的氣液混合物（經(jīng)由釋壓器）排 入水箱104內(nèi)。
[0063] 釋壓器106的工作原理是使得流經(jīng)釋壓器106的氣液混合物壓力迅速降低，高壓 狀態(tài)的氣液混合物瞬間轉(zhuǎn)化為常壓狀態(tài)，高壓下溶入水中的氣體在常壓下以大量微納米氣 泡的方式逸出，形成霧狀微納米氣泡的氣液混合物。釋壓器106可采用多種結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。
[0064] 一實(shí)施例中，如圖2所示，釋壓器106為內(nèi)部設(shè)有流道的柱體。該柱體分為前段 1061、中段1062和后段1063,其中前段與釋壓器和葉輪栗之間的管道連接，后段經(jīng)由排水 流動(dòng)支路與水箱的進(jìn)水口連接。前段中的流道1061a、中段中的流道1062a和后段中的流道 1063a的橫截面面積分別為Sl、S2和S3, S1和S3大致相同且遠(yuǎn)大于S2。較佳地，S1比S2 大5-15倍，且S3比S2大5-15倍。前段中的流道、中段中的流道和后段中的流道的橫截面 形狀為圓形、橢圓形或多邊形等。較佳地，中段的長度L為1~4_。
[0065] 還如圖1所示，第五管道1030上進(jìn)一步設(shè)有變徑管1031，變徑管1031流體連通 地連接于第五管道1030。這里，第五管道1030用于將氣液混合物排入水箱。具體地，將第 五管道1030分成兩段，變徑管1031的入口端連接于其中一段的出口，變徑管1031的出口 端連接于的另一段的入口。這里，變徑管是指直徑變化的管道，包括漸縮管、漸擴(kuò)管、內(nèi)直徑 大小交替的管道或其組合。管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)次的直徑變化，變徑次數(shù)為1-20次，優(yōu)選 2-10次，更佳的為4-6次。
[0066] 如圖3所示，變徑管1031包含7段管體，即管體10311、10312、10313、10314、 10315U0316和10317,其中至少有兩段管體的內(nèi)直徑不同。較佳地，相鄰兩段管體的內(nèi)直 徑不同。較佳地，所述多段管體的內(nèi)直徑大小交替變化，即一段管體兩端的相鄰管體的內(nèi)直 徑都大于該段管體的內(nèi)直徑，或者說一段管體兩端的相鄰管體的內(nèi)直徑都小于該段管體的 內(nèi)直徑。
[0067] 圖3所示實(shí)施例中，變徑管1031的管體10311、10313、10315和10317具有第一內(nèi) 直徑D1，而變徑管1031的管體10312、10314和10316具有第二內(nèi)直徑D2。第一內(nèi)直徑D1 小于第二內(nèi)直徑D2,且具有第一內(nèi)直徑D1的管體和具有第二內(nèi)直徑D2的管體交替。第二 內(nèi)直徑D2大小等于第五管道的內(nèi)直徑。另一實(shí)施例中，第一內(nèi)直徑為第五管道的內(nèi)直徑的 1/2~2/3,且所述第二內(nèi)直徑為第五管道的內(nèi)直徑的4/5~6/5。較佳地，第一內(nèi)直徑D1 與第二內(nèi)直徑D2的大小之比為1:2~1:3。更佳地，第一內(nèi)直徑D1與第二內(nèi)直徑D2的大 小之比為2:3~4:5。
[0068] 還如圖3所示，變徑管的管體10311、10313、10315和10317的長度為L1，變徑管 的管體10312和10316長度為L2,管體10314長度為L3。L1、L2和L3各不相同。然而，應(yīng) 理解的是，各段管體的長度可以根據(jù)需要來設(shè)定。一實(shí)施例中，變徑管包括具有第一內(nèi)直徑 D1的管體和具有第二內(nèi)直徑D2的管體，其中相鄰的具有第一內(nèi)直徑D1的管體和具有第二 內(nèi)直徑D2的管體之間的長度之比為1 :2~1 :4。較佳地，相鄰的具有第一內(nèi)直徑D1的管 體和具有第二內(nèi)直徑D2的管體之間的長度之比為1 :2. 5~1 :3. 5。更佳地，相鄰的具有第 一內(nèi)直徑D1的管體和具有第二內(nèi)直徑D2的管體之間的長度之比為1 :3。一實(shí)施例中，變 徑管的總長度為30~300mm。更佳地，變徑管的總長度為100~200mm。
[0069] 需要指出的是，可根據(jù)需要來設(shè)置變徑管的變徑次數(shù)，即將變徑管分成所需數(shù)量 的管體。例如，變徑管可分成2-40段管體，每兩段具有相同內(nèi)直徑的管體之間具有一段內(nèi) 直徑不同的管體。較佳地，變徑管由2-20段管體構(gòu)成。更佳地，變徑管由3-12段管體構(gòu)成。 最佳地，變徑管由3-7段管體構(gòu)成。
[0070] 本發(fā)明中，變徑管的管路直徑變化可以達(dá)到調(diào)節(jié)氣泡的尺寸分布，增加氣體溶存 度的作用。這是因?yàn)?，粗直徑管體與細(xì)直徑管體間若通過的水量相等，則粗直徑管體中的氣 液混合物的流速和壓力均與細(xì)直徑管體不同，氣液混合物在這段管路內(nèi)反復(fù)擠壓，使液體 中的微納米直徑的氣泡進(jìn)一步分裂，形成直徑更小的氣泡，通過出水口進(jìn)入水箱或者其它 容器后，能在水中停留時(shí)間更長，以達(dá)到更高的氣體溶存度的結(jié)果。
[0071] 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在其余條件相同的情形下，采用具有變徑管的氣體溶液制備裝置 所制得的氣體溶液的氣體質(zhì)量濃度比不具有變徑管的氣體溶液制備裝置所制得的氣體溶 液的氣體質(zhì)量濃度高7% -25%。
[0072] 本文中，氣體發(fā)生器為純水型氣體發(fā)生器。應(yīng)理解的是，氣體發(fā)生器也可由其它氣 體源替代，例如氣罐或其它類型的氣體發(fā)生器。氣體發(fā)生器101與氣液混合器105之間連 接有防止液體倒灌進(jìn)入氣體發(fā)生器101的單向閥108。
[0073] 本文中，氣液混合器105用于混合氣體和液體，其結(jié)構(gòu)可采用本領(lǐng)域已知的任何 合適的結(jié)構(gòu)，只要其能將氣體以氣泡形式混合于液體中。一實(shí)施例中，氣液混合器是一個(gè)三 通，其中一端是進(jìn)氣口，另兩端是進(jìn)水口和出水口。另一實(shí)施例中，氣液混合器為膜組件，其 中膜組件優(yōu)選中空纖維膜。
[0074] 本實(shí)施例中，水箱104的吸水口 1011位于水箱的底部。水箱104的進(jìn)水口 1012 位于水箱的底部，且不與吸水口正對(duì)。
[0075] 水箱104進(jìn)一步設(shè)有出水口 1020,其位于水箱104的底部。水箱104的出水口 1020連接有超飽和氣液流體取液支路1021，超飽和氣液流體取液支路1021包括常溫超飽 和氣液流體取液支路10211以及加熱超飽和氣液流體取液支路10212,其中常溫超飽和氣 液流體取液支路與加熱超飽和氣液流體取液支路并聯(lián)。
[0076] 常溫超飽和氣液流體取液支路上設(shè)有常溫水出水電磁閥109、常溫水出水口 1014,常溫水出水電磁閥109連接在水箱104與常溫水出水口 1014之間。加熱超飽和氣液 流體取液支路上設(shè)有熱水出水電磁閥1010、加熱器107和熱水出水口 1013,其中水箱104、 熱水出水電磁閥1010、加熱器107、熱水出水口 1013通過管道依次連接。這里，常溫指的是 不經(jīng)加熱或冷卻的自然環(huán)境溫度。
[0077] 根據(jù)需要，也可在超飽和氣液流體取液支路上設(shè)置上述的變徑管。
[0078] 工作時(shí)，依次啟動(dòng)氣體發(fā)生器101、容積栗102和葉輪栗103,水箱104中的水（或 含有氣體的水）被吸入容積栗102,然后進(jìn)入氣液混合器105并經(jīng)由氣液混合器105注入 葉輪栗103。同時(shí)，氣液混合器105的吸氣口產(chǎn)生0~0. 02巴（bar)的負(fù)壓，在氣液混合 器105吸氣口端負(fù)壓產(chǎn)生的吸力和氣體發(fā)生器101流出氣體的正壓作用下，氣體被吸入氣 液混合器105與水混合，氣體在水中以大氣泡形式存在，大氣泡直徑為1mm~lcm。大氣泡 氣體與水混合流進(jìn)葉輪栗103,再經(jīng)葉輪栗103反復(fù)切削攪拌加壓形成高壓力高氣體濃度 氣液混合物。接著，含大量超飽和氣體的氣液混合物經(jīng)由管道流經(jīng)釋壓器106,氣液混合物 壓力迅速降低，高壓狀態(tài)的氣液混合物瞬間轉(zhuǎn)化為常壓狀態(tài)，高壓下溶入水中的氣體在常 壓下以大量微納米氣泡的方式逸出，形成霧狀微納米氣泡的氣液混合物。最后，含有霧狀微 納米氣泡的氣液混合物經(jīng)過變徑管1031從水箱進(jìn)水口 1012流入水箱104。氣液混合器吸 水流動(dòng)支路1022、氣液混合器排水流動(dòng)支路1023以及氣液混合器105共同形成氣液混合循 環(huán)回路，氣液混合物在該循環(huán)回路不斷循環(huán)，最終達(dá)到所要求的氣體溶液濃度。
[0079] 需要指出的是，本實(shí)施例的超飽和氣體溶液的制備裝置及其制備方法也可用于制 備諸如氧氣、氮?dú)饣蚨趸嫉入y溶氣體在諸如水等溶液中的"溶解"，形成相應(yīng)的超飽和 溶液。
[0080] 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的超飽和氣體溶液的制備裝置200。如圖4所 示，超飽和氣體溶液的制備裝置200包括氣體發(fā)生器201、氣液混合裝置202和水箱204,其 中氣液混合裝置202的進(jìn)氣口 202b與氣體發(fā)生器201管路連接，經(jīng)由管道2023與氣體發(fā) 生器201連接。氣液混合裝置202與水箱204之間設(shè)有吸水流動(dòng)支路2020和排水流動(dòng)支 路2021，其中吸水流動(dòng)支路2020 -端與水箱204的吸水口 2011連接，另一端與氣液混合裝 置202的進(jìn)水口 202a連接并用于將水箱204中的水吸入氣液混合裝置202。排水流動(dòng)支路 2021的一端與氣液混合裝置202的排水口 202c連接，另一端與水箱204的進(jìn)水口 2012連 接并用于將氣液混合裝置202內(nèi)的氣液混合物排入水箱204內(nèi)。氣體發(fā)生器201為純水型 氣體發(fā)生器。
[0081] 本實(shí)施例中，氣液混合裝置202主要是實(shí)現(xiàn)氣體與水的混合，使得氣體以大氣泡 形成存在于水中，且所形成的氣體和水混合液具有一定壓力。較佳地，氣體和水混合液的壓 力為1KG~10KG。氣液混合裝置202可以采用與圖1所示實(shí)施例的容積栗102、氣液混合 器105和葉輪栗103相同的組合，其連接關(guān)系也相同，如圖5A所示，在此不再詳述。
[0082] 可選地，氣液混合裝置202可僅設(shè)有葉輪栗2022,如圖5B所示，葉輪栗2022集成 有氣液混合結(jié)構(gòu)并設(shè)有進(jìn)水口 20221、進(jìn)氣口 20222和出水口 20223,其中進(jìn)水口 20221經(jīng) 由吸水流動(dòng)支路2020與水箱204連通。進(jìn)氣口 20222經(jīng)由管道2023與氣體發(fā)生器201連 接。在管道2023上設(shè)有單向閥208。出水口 2023經(jīng)由排水流動(dòng)支路2021與水箱204連 通。吸水流動(dòng)支路2021進(jìn)一步連接有外接水源支路2024,外接水源支路2024包括外接水 源2010和第六管道2028,外接水源2010經(jīng)由所述第六管道2028與所述吸水流動(dòng)支路2020 連接。在外接水源支路2024和所述吸水流動(dòng)支路2020連接點(diǎn)2029與所述外接水源2010 之間的第六管道2028上設(shè)有第一電磁閥2016,用于接通或關(guān)閉外接水源。外接水源支路 2024上進(jìn)一步設(shè)有過濾器2015,用于對(duì)來自外接水源的水進(jìn)行過濾。外接水源支路2024 上還設(shè)有用于檢測外接水源開合的傳感器2014,傳感器2014例如是門式傳感器，其與外接 水源2010通過管路連接。
[0083] 吸水流動(dòng)支路2021上在連接點(diǎn)2029與水箱204之間設(shè)有第二電磁閥（循環(huán)電磁 閥）2017,用于接通或關(guān)閉來自水箱204的水（或混合有氣體的水）。制備裝置200的控制 系統(tǒng)（圖未示）可根據(jù)制備裝置工況以及傳感器2014所檢測到的信號(hào)，來控制電磁閥2016 和電磁閥2017打開或關(guān)閉，從而選擇性地以水箱204中的水或外接水源2010的水作為制 備裝置200的水源。例如，當(dāng)水箱204的水低于一定液位時(shí)（可通過安裝于水箱內(nèi)的液位 傳感器2018來檢測），選擇接通外接水源2010。而當(dāng)水箱204的水位高于設(shè)定值且氣體濃 度低于設(shè)定值時(shí)，選擇水箱204作為水源。
[0084] 排水流動(dòng)支路2021上設(shè)有壓力傳感器203、釋壓器206以及變徑管2019,壓力傳 感器203設(shè)于氣液混合裝置202與釋壓器206之間的管路上并用于檢測該管路中的氣液混 合物的壓力。該檢測到的壓力可傳送至制備裝置200的控制系統(tǒng)（圖未示），從而控制系統(tǒng) 可根據(jù)該壓力值來對(duì)制備裝置200進(jìn)行控制。當(dāng)排水流動(dòng)支路壓力超出預(yù)設(shè)值時(shí)（例如設(shè) 定值為4巴），則告警顯示液路故障，并停止制備裝置的運(yùn)行。
[0085] 本實(shí)施例中，釋壓器206和變徑管2019分別與圖1所示的釋壓器106和變徑管 1091實(shí)施例相同，在此不再詳述。
[0086] 本實(shí)施例中，控制系統(tǒng)能夠接收來自門式傳感器2014、壓力傳感器203以及液位 傳感器2018的信號(hào)，并根據(jù)所接收的信號(hào)，發(fā)送指令來選擇打開或關(guān)閉電磁閥2016或電磁 閥2017,以及判定該制備裝置是否有故障等。控制系統(tǒng)可以采用本領(lǐng)域已知的或待開發(fā)的 任何合適的控制裝置來實(shí)現(xiàn)，在此不再詳述。
[0087] 水箱204的出水口 2025連接有常溫或加熱超飽和氣液流體取液支路2026。取液 支路2026上設(shè)有加熱模塊207、電磁閥209和接水口 2013,其中，電磁閥209連接在加熱模 塊207與接水口 2013之間。
[0088] 較佳地，氣體發(fā)生器201中或管道2023中設(shè)有氣壓傳感器208,用于檢測氣體的壓 力，并將檢測到的壓力發(fā)送給制備裝置200的控制系統(tǒng)，當(dāng)氣壓傳感器208檢測到氣路壓力 信號(hào)超出預(yù)設(shè)值時(shí)（例如設(shè)定值為3巴），則告警顯示氣源故障，并發(fā)出蜂鳴循環(huán)。
[0089] 工作時(shí)，當(dāng)制備裝置200處于手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，若氣體含量低于設(shè)定值時(shí)，手動(dòng)開啟第 一電磁閥2016進(jìn)行補(bǔ)水。當(dāng)水箱注滿時(shí)，手動(dòng)關(guān)閉第一電磁閥2016,并打開第二電磁閥 2017,啟動(dòng)氣液混合裝置進(jìn)行氣液混合物的制備。當(dāng)水箱內(nèi)的氣體含量達(dá)到設(shè)定濃度或所 需濃度時(shí)，手動(dòng)關(guān)閉制備裝置。
[0090] 當(dāng)有外接水源時(shí)，可啟用制備裝置200的全自動(dòng)運(yùn)行模式。水箱204內(nèi)設(shè)有液位 傳感器2018,液位傳感器2018檢測水箱內(nèi)水位，若無水或低于某一特定低水位時(shí)，傳感器 則發(fā)出信號(hào)，關(guān)閉第二電磁閥2017,打開第一電磁閥2016以接頭外部水源。接著，運(yùn)行氣液 混合裝置202,從外界水源抽水進(jìn)入水箱204,水箱204水滿后液位傳感器2018發(fā)出信號(hào)， 關(guān)閉第一電磁閥2016,同時(shí)打開第二電磁閥2017并啟動(dòng)氣體源201和氣液混合裝置202， 開始?xì)渌苽?。同時(shí)，顯示器（圖未示）根據(jù)時(shí)間顯示氫水濃度，當(dāng)機(jī)器運(yùn)行一定時(shí)間，例 如2分鐘后，氫水濃度達(dá)到最高值2. 5PPM，關(guān)閉氣源，關(guān)閉氣液混合裝置202。同時(shí)，開始計(jì) 時(shí)，并根據(jù)時(shí)間顯示水箱內(nèi)水的氫含量，當(dāng)氫含量降低到設(shè)定值時(shí)（如設(shè)定1. 2)，則開機(jī)再 進(jìn)行制備（啟動(dòng)氣源201和氣液混合裝置202)，如此循環(huán)往復(fù)，即可實(shí)現(xiàn)不間斷提供氫水。
[0091] 圖6示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的超飽和氣體溶液的制備裝置300的結(jié)構(gòu)示意 圖。本實(shí)施例中，制備裝置300類似于圖4所示的制備裝置200,其與圖4所示的制備裝置 的主要不同之處在于，制備裝置300制備超飽和氣體溶液的方式是一過式，即從釋壓器306 出來后的氣體溶液直接通向取液支路而不再循環(huán)回到氣液混合裝置302。具體地，本實(shí)施例 中的制備裝置300取消了圖4所示實(shí)施例的吸水流動(dòng)支路2020以及水箱202。替代地，將 排水流動(dòng)支路3021直接連接于取液支路3022,而氣液混合裝置302的進(jìn)水口僅連接有外接 水源支路3020。
[0092] 制備裝置300包括氣液混合裝置302、外接水源支路3020、排水流動(dòng)支路3021和 取液支路3022,所述氣液混合裝置302設(shè)有進(jìn)水口 302a、排水口 302c以及用于與氣源連 通的進(jìn)氣口 302b，其中所述氣液混合裝置302的進(jìn)水口 302a與所述外接水源支路3020連 接，所述氣液混合裝置302的排水口 302c與所述排水流動(dòng)支路3021連接，且所述排水流動(dòng) 支路3021上設(shè)有釋壓器306和變徑管3019并與所述取液支路3022連接，從而來自所述氣 液混合裝置302的氣液混合物流過所述釋壓器306后，流經(jīng)變徑管3019流至所述取液支路 3022。這里，包含有電磁閥3016、過濾器3015和傳感器3014的外接水源支路3020和圖4 所示的外接水源支路2024相同，在此不再詳述。進(jìn)一步地，包含有壓力傳感器303、釋壓器 306和變徑管3019的排水流動(dòng)支路3021與圖4所示的排水流動(dòng)支路2021相同，而包含有 加熱模塊307、電磁閥209和接水口 3013的取液支路3022與圖4所示的取液支路2026相 同，在此不再詳述。
[0093] 圖6所示的實(shí)施例中，由于取消了水箱以及相應(yīng)的循環(huán)回路，氣體溶液進(jìn)行經(jīng)過 一次循環(huán)即可完成制備，因此結(jié)構(gòu)更簡單。
[0094] 圖7-10示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的超飽和氣體溶液制備裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖。如圖7-10所示，制備裝置100a包括殼體4a和容納于殼體4a內(nèi)的中空纖維膜組18a， 殼體4a和中空纖維膜組18a共同構(gòu)成中空纖維膜組氣液混合器（如圖8所示）。殼體4a 設(shè)有與液體源連通的進(jìn)液口 42a、排液口 43a、用于與氣體源連通的進(jìn)氣口 44a以及泄壓口 45a，其中排液口用于排放制備所得的超飽和氣體溶液，泄壓口用于排出多余的氣體，下文 將進(jìn)一步詳細(xì)描述。本實(shí)施例中，液體源為水箱la，氣體源為氣體發(fā)生器10a，氣體發(fā)生器 的出氣口 10aa與殼體4a的進(jìn)氣口 44a通過管道連接。應(yīng)理解的是，液體源也可以是市政 生活用水等，其通過管道與殼體的進(jìn)液口連接。液體可以是符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)的水，也可以是 水之外的其它符合飲用標(biāo)準(zhǔn)的低粘度液體，例如碳酸類飲料、茶類飲料、咖啡類飲料或含酒 精類飲料等。氣體源也可以為氣體罐等。
[0095] 中空纖維膜組18a包括多根中空纖維膜管19a，通常為8000-15000根中空纖維膜 管。所有的中空纖維膜管19a的一端固定連接在一起（例如通過粘接）而形成中空纖維膜 組的入口端20a，各中空纖維膜管19a在入口端20a處相互之間無間隙，即緊密連接在一起， 從而水或其它流體在入口端處不能在相鄰的中空纖維管之間流動(dòng)。所有的中空纖維膜管的 另一端也固定連接在一起（例如通過粘接），形成中空纖維膜組18a的出口端23a，各中空 纖維膜管19a在出口端23a處相互之間無間隙，即緊密連接在一起，從而水或其它流體至出 口端處不能在相鄰的中空纖維管之間流動(dòng)。中空纖維膜組的入口端20a與出口端23a之間 的中空纖維膜管部分相互間隔開，即它們之間存在間隙21a，從而氣體可以在各中空纖維膜 管之間的間隙21a中流動(dòng)。
[0096] 中空纖維膜組18a的入口端20a固定連接（例如通過粘合劑22a粘接）于殼體4a 的第一端41a。類似地，中空纖維膜組的出口端23a固定連接（例如通過粘合劑粘接）于殼 體的第二端47a。中空纖維膜組18a的入口端20a與進(jìn)液口 42a連通從而液體能夠在中空 纖維膜管的內(nèi)部流動(dòng)。中空纖維膜組18a的出口端23a與排液口 43a連通，從而能夠?qū)⒅?備成的超飽和氣體溶液排出。制備裝置l〇〇a運(yùn)行時(shí)，來自氣體發(fā)生器10a的氣體從中空纖 維膜管19a的膜孔191a流入中空纖維膜管的內(nèi)部并與液體混合，氣體以納米級(jí)氣泡形式存 在于液體中，從而形成超飽和氣體溶液。
[0097] 具體地，超飽和氣體溶液的制備原理為"微管道氣液兩相流"法，微管道氣液兩相 流法同時(shí)控制氣體跟液體流動(dòng)，通過液體跟氣體之間的剪切力使氣體分散成尺寸較一致的 小氣泡，微管道氣液兩相流法產(chǎn)生的微氣泡主要靠液體與氣體之間的剪切力，其產(chǎn)生的微 氣泡尺寸可等于甚至小于微管道（中空纖維膜膜壁的小孔）。
[0098] 需要說明的是，發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于中空纖維膜管組及中空纖維膜管，不同 的材料、膜表面積、長度、直徑、孔隙率以及膜孔的孔徑，對(duì)最終所制得的超飽和氣體溶液的 氣體濃度有一定的影響。
[0099] -實(shí)施例中，中空纖維膜組的長度為5cm~100cm，優(yōu)選地為100mm~400mm。中 空纖維膜組的直徑為10mm~500mm，優(yōu)選地為35mm~100mm。
[0100] 一實(shí)施例中，中空纖維膜管的壁厚為20-50 ym。
[0101] 一實(shí)施例中，中空纖維膜的內(nèi)徑為40 ym~400 ym，優(yōu)選地為150-250 ym。
[0102] 一實(shí)施例中，中空纖維膜管的膜孔的直徑為lnm~1 ym，優(yōu)選地，中空纖維膜管的 膜孔的直徑為4nm~10nm〇
[0103] 一實(shí)施例中，中空纖維膜管的孔隙率為30% -70%，優(yōu)選地為40% -50%。
[0104] 另外，為了避免中空纖維膜組中數(shù)量巨大（8千~1.5萬根）的纖維膜間粘連，中 空纖維膜管可具有波型結(jié)構(gòu)，或中空纖維膜管間增加橫向編織。
[0105] 中空纖維膜管可具有任何合適的橫截面形狀。較佳地，中空纖維膜管的橫截面為 圓形或橢圓形。
[0106] 中空纖維膜管可由任何適當(dāng)?shù)牟牧现瞥伞］^佳地，中空纖維膜管由親疏水雙性膜 材料制成。這里，親疏水雙性膜材料指的是由聚砜（PS)、聚酰胺（PA)、聚丙烯晴（PAN)、聚甲 基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚醚砜（PES)等疏水性材料為主，摻雜聚乙烯吡咯烷酮（PVP)等親水 性材料后形成的同時(shí)具備親水性和疏水性特征的材料。一實(shí)施例中，所述中空纖維管可透 氣也可透水。另一實(shí)施例中，所述中空纖維管可透氣不可透水。另一實(shí)施例中，所述中空纖 維膜管由疏水性材料制成。一實(shí)施例中，所述中空纖維膜管由有機(jī)高分子聚合物制成。一 實(shí)施例中，所述中空纖維膜由聚砜（PS)、聚酰胺（PA)、聚丙烯晴（PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)或聚醚砜（PES)為主同時(shí)摻雜摻雜聚乙烯吡咯烷酮（PVP)制成。
[0107] 殼體為柱狀體，其可由聚碳酸酯等材料制成。進(jìn)液口 42a連接于（例如通過螺紋 連接于）殼體4a的第一端41a。排液口 43a連接于（例如通過螺紋連接于）殼體4a的第 二端47a。進(jìn)氣口 44a設(shè)置于所述殼體的側(cè)壁46a。具體地，進(jìn)氣口 44a設(shè)置于殼體4a的 側(cè)壁上部，并位于中空纖維管組的入口端20a下方，從而與中空纖維膜管之間的間隙21a流 體連通。泄壓口 45a設(shè)置在殼體的側(cè)壁下部，泄壓口 45a可安裝有泄壓閥等泄壓裝置。當(dāng) 殼體內(nèi)的壓力超過預(yù)定閾值時(shí)，例如〇. 〇5MPa~0. 6MPa之間的某個(gè)值，泄壓裝置動(dòng)作，從而 降低殼體內(nèi)氣體的壓力，保證制備裝置l〇〇a正常運(yùn)行，并使得能夠制備一定濃度的氣體溶 液。
[0108] 進(jìn)氣口 44a處可設(shè)有壓力傳感器?？刂蒲b置（圖未示）可根據(jù)該壓力傳感器檢測 到的壓力來控制氣體發(fā)生器的運(yùn)行。類似地，在氣體發(fā)生器內(nèi)也可設(shè)置壓力傳感器24a。為 了使得氣體更有效地以納米級(jí)氣泡形式存在于液體中，在殼體內(nèi)流動(dòng)的氣體的壓力應(yīng)大于 在中空纖維膜管的內(nèi)部流動(dòng)的液的壓力。一實(shí)施例中，液的壓力為常壓或接近常壓，而進(jìn)氣 口 44a的進(jìn)氣壓力為0? 05MPa~0? 6MPa。
[0109] 進(jìn)液口 42a處設(shè)有流量傳感器（圖未示），或者在水箱與殼體的進(jìn)液口之間的管路 上設(shè)置流量傳感器2a，用于檢測流入中空纖維膜組的液體量。在水箱與進(jìn)液口之間的管路 上還設(shè)有栗或閥門3a，用于接通或關(guān)斷液體源。較佳地，所述閥門為單向閥。
[0110] 水箱la設(shè)有水箱進(jìn)水口 16a和水箱出水口 15a，其中水箱出水口 15a經(jīng)由管路17a 與殼體的進(jìn)液口 42a連通。水箱進(jìn)水口 16a經(jīng)由第一支路11a與液體源連接并經(jīng)由第二支 路12a與殼體的排液口 43a連通，且所述第一支路和所述第二支路上分別設(shè)有單向閥9a和 5a。替代地，水箱進(jìn)水口 16a可直接與液體源連通。
[0111] 圖7所示的實(shí)施例中，制備裝置100a進(jìn)一步設(shè)有第三支路13a和第四支路14a，第 三支路13a的一端與殼體的排液口 43a連通，第三支路的另一端為第一取水口。在第三支 路上在第一取水口之前設(shè)有單向閥6a。在第三支路13a上，在排液口 43a之后在單向閥6a 之前，還設(shè)有變徑管50a，從而氣液混合物在離開排液口 43a之后，流經(jīng)變徑管50a。這里， 變徑管50a可以與圖7所示的實(shí)施例所采用的變徑管相同，在此不再詳述。
[0112] 第四支路14a的一端與殼體的排液口 43a連通，第四支路的另一端為第二取水口。 第四支路上在第二取水口之前設(shè)有加熱裝置7a，用于加熱超飽和氣體溶液。在第四支路上 在第二取水口之前還設(shè)有單向閥8a。圖7所示的實(shí)施例中，第四支路14a的與排液口 43a 連通的一端與第三支路13a連通。應(yīng)理解的是，第四支路14a也可通過單獨(dú)的管線直接與 排液口 43a連接。第四支路上也可設(shè)有變徑管。
[0113] -變型例中，由于從殼體的排液口出來的氣體溶液已經(jīng)是可飲用的超飽和氣體溶 液，因此，殼體的排液口可直接連接取水管或閥門，即不設(shè)置第二支路12a和第四支路14a。
[0114] -變型例中，可僅設(shè)有第二支路12a和第四支路14a其中之一。變徑管可以設(shè)置 在第二支路和第四支路中任一個(gè)上。
[0115] -變型例中，如上所述，可以不設(shè)置水箱，而是將殼體的進(jìn)液口與其它液體源連 接。
[0116] 本實(shí)施例的超飽和氣體溶液制備裝置中，制備超飽和氫水量可調(diào)，例如通過使用 不同比表面積的真空纖維氣液混合器或者多個(gè)小型氣液混合器并聯(lián)的方式，可實(shí)現(xiàn)0~ 100L/H(可更大量）超飽和氫水的即時(shí)制備。
[0117] 本實(shí)施例的超飽和氣體溶液的制備裝置關(guān)鍵在于提供包括多根中空纖維膜管的 中空纖維膜組，然后使得液體在所述中空纖維膜管的內(nèi)部流動(dòng)，同時(shí)使得氣體經(jīng)由所述中 空纖維膜管的膜孔進(jìn)入所述中空纖維膜管的內(nèi)部并與液體混合，由此制得超飽和氣體溶 液。在上述原理方法下，可以采用多種結(jié)構(gòu)形式的制備裝置來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例的目的。
[0118] 圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的超飽和氣體溶液制備裝置500的結(jié)構(gòu)示 意圖。如圖11所示，超飽和氣體溶液制備裝置500包括氣液混合裝置61，氣液混合裝置61 用于形成含有微納米氣泡的氣液混合物，其結(jié)構(gòu)可以采用已知的或待開發(fā)的任何合適的能 夠產(chǎn)生含有微納米氣泡的氣液混合物的結(jié)構(gòu)。
[0119] 氣液混合裝置61的排水口連接排放支路62。排放支路62上設(shè)有沿排放管道66 中的液體流動(dòng)方向依次布置的栗64、變徑管65以及取水口 67。在變徑管65與取水口 67 之間的管道66上還設(shè)有循環(huán)支路63,循環(huán)支路63上設(shè)有閥門68。
[0120] 本實(shí)施例中，變徑管65的結(jié)構(gòu)與圖1所示的實(shí)施例的變徑管相同或相似，在此不 再詳述。
[0121] 需要指出的是，上述各實(shí)施例中，變徑管本身可以是系統(tǒng)管道的一部分或者可一 體地形成于系統(tǒng)管道上。本文中，變徑管可以設(shè)置在排放管道或流過氣液混合物的系統(tǒng)管 道中，這些管道統(tǒng)稱為連接管道。
[0122] 作為示例性說明，以下給出采用圖1所示的制備裝置來制備超飽和氫氣溶液時(shí)， 不采用變徑管和采用不同變徑管結(jié)構(gòu)所得到的氫水溶度的示例。
[0123] 測試環(huán)境如下：
[0124] 氣源濃度：99. 99 %純度的氫氣源
[0125] 系統(tǒng)液路壓力：5KG
[0126] 系統(tǒng)液路流速：3L/min
[0127] 系統(tǒng)排水流動(dòng)支路的第五管道的管內(nèi)直徑：6. 165mm
[0128] 運(yùn)行2分鐘后，系統(tǒng)不加變徑管出水含氫量：2. 4PPM
[0129] 下列各表分別為三種變徑管尺寸下，變徑管內(nèi)不同變徑段數(shù)及不同粗細(xì)徑情況 下，在上述系統(tǒng)基礎(chǔ)上加裝各種變徑管后的實(shí)測氫水濃度。
[0130] 表1 :系統(tǒng)管內(nèi)直徑6. 35mm，變徑管細(xì)內(nèi)直徑D1為4mm，粗內(nèi)直徑D2為6. 35mm
[0132] 表2 :系統(tǒng)管內(nèi)直徑6. 35mm，變徑管細(xì)內(nèi)直徑D1為6. 35mm，粗內(nèi)直徑D2為9. 525mm
[0133]
[0134] 表3 :系統(tǒng)管內(nèi)直徑9. 525mm，變徑管細(xì)內(nèi)直徑D1為6. 35mm，粗內(nèi)直徑D2為12. 7mm

[0137] 從上述表格的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，可得出以下結(jié)論：
[0138] -、變徑管的變徑次數(shù)六次（七段）效率達(dá)到高值，更多的變徑次數(shù)并不能進(jìn)一步 提高氣體在液體中的溶存量；
[0139] 二、變徑管的粗細(xì)徑長度比為3:1時(shí)，調(diào)節(jié)產(chǎn)生納米氣泡的效果較好，氣體溶存在 液體中的增量較大。
[0140] 三、變徑管的粗內(nèi)徑與系統(tǒng)管路的內(nèi)徑相同，細(xì)徑小于系統(tǒng)管路的內(nèi)徑時(shí)，粗細(xì)徑 比3:2時(shí)，調(diào)節(jié)產(chǎn)生納米氣泡的效果較好，氣體溶存在液體中的增量較大。
[0141] 以下給出采用本發(fā)明的技術(shù)方案來制備各種超飽和氣體溶液的示例性制備例。
[0142] 制備例一：制備超飽和氧氣溶液
[0143] 氣源濃度：90%純度的氧氣源。
[0144] 制備裝置：圖1所示的實(shí)施例的制備裝置。
[0145] 系統(tǒng)液路壓力：3KG。
[0146] 系統(tǒng)液路流速：3L/min。
[0147] 系統(tǒng)排水流動(dòng)支路的第五管道的管內(nèi)直徑：6. 165mm。
[0148] 運(yùn)行2分鐘后，系統(tǒng)不加變徑管出水含氧量：36PPM。
[0149] 若增加變徑管后，其余條件不變情況下，出水含氧量44PPM。
[0150] 制備例二：制備超飽和氮?dú)馊芤?br>[0151] 氣源濃度：99. 99%純度的氮?dú)庠础?br>[0152] 制備裝置：圖7所示的實(shí)施例的制備裝置。
[0153] 系統(tǒng)液路壓力：常壓。
[0154] 系統(tǒng)氣路壓力：0? 8KG。
[0155] 系統(tǒng)液路流速：1. 5L/min。
[0156] 系統(tǒng)出水口管內(nèi)直徑：6. 165mm。
[0157] 運(yùn)行2分鐘后，系統(tǒng)不加變徑管出水含氮量：40PPM。
[0158] 若增加變徑管后，其余條件不變情況下，出水含氧量48PPM。
[0159] 制備例三：制備超飽和氫氣溶液
[0160] 氣源：金屬鈉和水化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。
[0161] 制備裝置：圖11所示的實(shí)施例的制備裝置。
[0162] 系統(tǒng)壓力：常壓。
[0163] 系統(tǒng)液路流速：2L/分鐘。
[0164] 系統(tǒng)出水管徑：6. 165mm。
[0165] 運(yùn)行2分鐘后，系統(tǒng)不加變徑管出水含氫量：1. 2PPM。
[0166] 若增加變徑管后，其余條件不變情況下，出水含氫量1. 4PPM。
[0167] 從上述各制備例可看出，在同樣的制備裝置下，增加有變徑管的超飽和氣體溶液 制備裝置所制備得到的氣液混合物中氣體濃度均大于未增加變徑管的制備裝置所制備得 到的氣液混合物中的氣體濃度。
[0168] 以上已詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但應(yīng)理解到，在閱讀了本發(fā)明的上述講 授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改。這些等價(jià)形式同樣落于本 申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種氣體溶液的制備裝置，所述制備裝置包括氣液混合裝置，所述氣液混合裝置用 于將氣體和液體混合而形成氣液混合物，所述氣液混合裝置設(shè)有用于排出所述氣液混合物 的出水口，所述出水口與連接管道連接，其特征在于，所述連接管道上設(shè)有變徑管，所述變 徑管包含多段管體，其中至少有兩段管體的內(nèi)直徑不同，以及來自所述氣液混合裝置的氣 液混合物流經(jīng)所述變徑管。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體溶液的制備裝置，其特征在于，所述多段管體的內(nèi)直徑 大小交替變化。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體溶液的制備裝置，其特征在于，所述變徑管由3-12段所 述管體構(gòu)成。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體溶液的制備裝置，其特征在于，所述變徑管由多段分開 的管體依次組裝而成。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體溶液的制備裝置，其特征在于，所述變徑管連接于所述 連接管道，且所述變徑管的與所述連接管道連接的部分的內(nèi)直徑小于所述連接管道的內(nèi)直 徑。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體溶液的制備裝置，其特征在于，所述變徑管包括具有第 一內(nèi)直徑的管體和具有第二內(nèi)直徑的管體，其中所述具有第一內(nèi)直徑的管體和所述具有第 二內(nèi)直徑的管體交替，且所述第一內(nèi)直徑小于所述第二內(nèi)直徑，以及所述具有第一內(nèi)直徑 的管體和所述具有第二內(nèi)直徑的管體之間的長度之比為1 :2~1 :4。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體溶液的制備裝置，其特征在于，所述連接管道的內(nèi)直徑 等于所述第二內(nèi)直徑，且所述連接管道與所述具有第一內(nèi)直徑的管體連接。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體溶液的制備裝置，其特征在于，所述第一內(nèi)直徑與所述 第二內(nèi)直徑的大小之比為1:1. 5~1:3。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體溶液的制備裝置，其特征在于，所述第一內(nèi)直徑為所 述連接管道的內(nèi)直徑的1/2~2/3,且所述第二內(nèi)直徑為所述連接管道的內(nèi)直徑的4/5~ 6/5 〇10. -種氣體溶液的制備裝置，所述制備裝置包括氣液混合裝置和水箱，所述氣液混合 裝置設(shè)有進(jìn)水口、排水口以及用于與氣源連通的進(jìn)氣口，且所述水箱設(shè)有吸水口和進(jìn)水口， 其中所述氣液混合裝置的進(jìn)水口與所述水箱的吸水口之間通過吸水流動(dòng)支路連接，所述氣 液混合裝置的排水口與所述水箱的進(jìn)水口之間通過排水流動(dòng)支路連接，且所述排水流動(dòng)支 路上設(shè)有釋壓器，以及所述水箱和所述釋壓器之間通過第五管道連接，其特征在于，所述第 五管道上設(shè)有變徑管，所述變徑管包含多段管體，其中至少有兩段管體的內(nèi)直徑不同，從而 來自所述氣液混合裝置的氣液混合物流過所述釋壓器，流經(jīng)所述變徑管后進(jìn)入所述水箱。11. 一種氣體溶液的制備裝置，其特征在于，所述制備裝置包括氣液混合裝置、外接水 源支路、排水流動(dòng)支路和取液支路，所述氣液混合裝置設(shè)有進(jìn)水口、排水口以及用于與氣源 連通的進(jìn)氣口，其中所述氣液混合裝置的進(jìn)水口與所述外接水源支路連接，所述氣液混合 裝置的排水口與所述排水流動(dòng)支路連接，且所述排水流動(dòng)支路上設(shè)有釋壓器和變徑管并與 所述取液支路連接，所述變徑管位于所述釋壓器下游，從而來自所述氣液混合裝置的氣液 混合物依次流過所述釋壓器和所述變徑管后流至所述取液支路。12. -種氣體溶液的制備裝置，其特征在于，所述制備裝置包括殼體和中空纖維膜組， 其中所述殼體設(shè)有與液體源連通的進(jìn)液口、用于與氣源連通的進(jìn)氣口以及排液口，所述中 空纖維膜組包括多根中空纖維膜管并容納于所述殼體內(nèi)，所述中空纖維膜組的入口端與所 述進(jìn)液口連通從而液體能夠在所述中空纖維膜管的內(nèi)部流動(dòng)，且來自所述氣源的氣體能夠 從所述中空纖維膜管的膜孔流入所述中空纖維膜管的內(nèi)部并與液體混合，以及所述中空纖 維膜組的出口端與所述排液口連通，所述排液支路上設(shè)有變徑管，所述變徑管包含多段管 體，其中至少有兩段管體的內(nèi)直徑不同，從而來自所述排液口的氣液混合物流經(jīng)所述變徑 管。13. -種提高氣體在液體中溶存度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟： A、 將氣體與液體混合而形成氣液混合物；以及 B、 使所述氣液混合物流過變徑管，其中所述變徑管包含多段管體，且至少有兩段管體 的內(nèi)直徑不同。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述氣體溶液是超飽和氣體溶液。15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，通過步驟A所形成的氣液混合物中，氣 體以納米或微納米氣泡形式存在于液體中。16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，步驟A中，通過將氣體和液體分別流過 氣液混合裝置并在所述氣液混合裝置內(nèi)混合而形成所述氣液混合物。17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述多段管體的內(nèi)直徑大小交替變化。
【文檔編號(hào)】B01F1/00GK106000137SQ201510924641
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年12月11日
【發(fā)明人】高鵬, 穆華侖, 嚴(yán)明, 徐旻炅, 丁志超
【申請人】上海納諾巴伯納米科技有限公司