超飽和氫氣溶液的制備裝置及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超飽和氣體溶液的制備裝置及其制備方法，該超飽和氣體溶液的制備裝置包括氣體發(fā)生器、氣液混合器和水箱。氣體發(fā)生器產(chǎn)生氣源。氣液混合器與氣體發(fā)生器連接。氣液混合器與水箱之間分別連接有氣液混合器吸水流動支路和氣液混合器排水流動支路。氣液混合器吸水流動支路與氣液混合器排水流動支路形成氣液混合流動回路。本發(fā)明采用將氣體以微納米級別直徑氣泡與水充分混合方式，氣液混合體通過氣液混合流動回路循環(huán)運(yùn)行在預(yù)定時間內(nèi)快速在水箱內(nèi)形成超飽和氣體溶液且超飽和氣體溶液氣體質(zhì)量濃度大大高于常規(guī)方法制備得到的氣體質(zhì)量濃度，無論是制備的氣體質(zhì)量濃度還是制備時間均優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，并且制備效率高。
【專利說明】超飽和氫氣溶液的制備裝置及其制備方法
[0001]相關(guān)申請交叉引用
[0002]本申請要求2015年3月30日提交的題為“一種超飽和氫氣溶液的制備裝置及其制備方法”的申請?zhí)枮镃N201510145006.2中國專利申請的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，該申請的全文通過弓I用的方式納入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]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)】
[0004]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)榫哂袠O高的生物安全性，令世人振奮地、主動地逆轉(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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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，會有微量的金屬離子析出，若用于飲用，則金屬離子會隨水進(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)。
[0008]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】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種超飽和氣體溶液的制備裝置，其能夠制備出高濃度的超飽和氫氣溶液。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種超飽和氣體溶液的制備裝置。該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支路連接，且所述排水流動支路上設(shè)有釋壓器，從而來自所述氣液混合裝置的氣液混合體流過所述釋壓器后排入所述水箱內(nèi)。
[0011]較佳地，所述氣源是氫氣源、氧氣源、氮?dú)庠?、C02或空氣。
[0012]較佳地，所述氣液混合裝置的出口處的氣液混合體的壓力為IKG?10KG。
[0013]較佳地，所述氣液混合裝置的出口處的氣液混合體的氣體質(zhì)量濃度為氫氣^2PPM，氧氣 g 20PPM，氮?dú)?g 50PPM。
[0014]較佳地，水箱的出口連接有超飽和氣液流體取液支路，超飽和氣液流體取液支路包括常溫超飽和氣液流體取液支路和加熱超飽和氣液流體取液支路，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)。
[0015]較佳地，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和常溫水出水口，常溫水出水電磁閥連接在水箱與常溫水出水口之間；加熱超飽和氣液流體取液支路上設(shè)有熱水出水電磁閥、加熱器和熱水出水口，其中水箱、熱水出水電磁閥、加熱器和熱水出水口依次連接。
[0016]—實(shí)施例中，所述氣液混合裝置可包括容積栗、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。
[0017]較佳地，所述容積栗是隔膜栗。
[0018]較佳地，所述容積栗的額定流量為2?10L/min。
[0019]較佳地，所述氣液混合器可以采用具有一進(jìn)氣口(較佳地帶反向逆止閥，以防止液體進(jìn)入氣路)、進(jìn)水口和出水口的任何合適的結(jié)構(gòu)，只要其能夠?qū)崿F(xiàn)氣體和液體的混合，使得氣體以氣泡形式存在于液體中。
[0020]另一實(shí)施例中，所述制備裝置可進(jìn)一步包括氣體發(fā)生器，所述氣體發(fā)生器用于產(chǎn)生所述氣源并通過第一管道與所述氣液混合裝置的進(jìn)氣口連接。
[0021]較佳地，所述氣體發(fā)生器用于產(chǎn)生氫氣、氧氣、氮?dú)饣駽02。
[0022]較佳地，所述氣體發(fā)生器是純水型氫氣發(fā)生器。
[0023]另一實(shí)施例中，所述釋壓器可以是內(nèi)部設(shè)有流道的柱體，所述柱體分為前段、中段和后段，其中前段與釋壓器和葉輪栗之間的管道連接，后段經(jīng)由排水流動支路與水箱的進(jìn)水口連接，以及所述前段中的流道、所述中段中的流道和所述后段中的流道的橫截面面積分別為S1、S2和S3，且SI和S3均大于S2。
[0024]較佳地，所述釋壓器的進(jìn)口端的氣液混合體的壓力為所述釋壓器的出口端的氣液混合體的壓力的2?10倍。
[0025]較佳地，SI比S2大5-15倍，且S3比S2大5-15倍。
[0026]較佳地，中段的長度為I?4mm。
[0027]另一實(shí)施例中，釋壓器可采用針型閥或球閥等來替代。
[0028]另一實(shí)施例中，所述水箱和所述釋壓器之間可通過第五管道連接，所述第五管道上可設(shè)有一段變徑管，從而所述氣液混合體流經(jīng)所述變徑管后進(jìn)入所述水箱，其中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。
[0029]較佳地，相鄰兩段管體的內(nèi)直徑不同。
[0030]較佳地，所述多段管體的內(nèi)直徑大小交替變化。
[0031]較佳地，所述變徑管分成2-40段管體。較佳地，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。
[0032]較佳地，所述變徑管由3-20段管體構(gòu)成。更佳地，所述變徑管由5-12段管體構(gòu)成。
[0033]另一實(shí)施例中，所述制備裝置進(jìn)一步可設(shè)有外接水源支路，所述外接水源支路包括外接水源和第六管道，所述外接水源經(jīng)由所述第六管道與所述吸水流動支路連接，在所述外接水源支路和所述吸水流動支路連接點(diǎn)與所述外接水源之間的所述第六管道上設(shè)有第一電磁閥，且所述吸水流動支路上在所述連接點(diǎn)與所述水箱之間設(shè)有第二電磁閥。
[0034]較佳地，所述外接水源支路上進(jìn)一步設(shè)有過濾器，用于對來自外接水源的水進(jìn)行過濾。
[0035]較佳地，所述外接水源支路上還設(shè)有用于檢測外接水源開合的傳感器。
[0036]較佳地，所述制備裝置進(jìn)一步包括控制系統(tǒng)，且所述水箱內(nèi)設(shè)有液位傳感器，用于檢測所述水箱的液位水平，其中所述控制系統(tǒng)根據(jù)所檢測到的液位水平來選擇性地打開或關(guān)閉所述第一電磁閥或所述第二電磁閥。
[0037]較佳地，所述排水流動支路上設(shè)有壓力傳感器，所述壓力傳感器設(shè)于氣液混合裝置與所述釋壓器之間的管路上并用于檢測該管路中的氣液混合體的壓力。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種超飽和氣體溶液的制備方法，所述制備方法包括以下步驟:
[0039]A、提供如上所述的制備裝置；
[0040]B、接通氣源，將氣體通入所述氣液混合裝置；
[0041 ] C、間隔預(yù)定時間后，啟動所述氣體混合裝置，從而使得水從所述水箱的吸水口吸出后，流進(jìn)所述氣液混合裝置，并使得該水和來自氣源的氣體經(jīng)由所述氣液混合裝置混合后，流經(jīng)所述釋壓器，然后經(jīng)由管道進(jìn)入所述水箱；以及
[0042]D、在步驟C之后所述制備裝置運(yùn)行預(yù)定時間，直到所述水箱中的氣體溶液達(dá)到超飽和。
[0043]較佳地，所述氣源是氫氣源、氧氣源、氮?dú)庠炊趸荚椿蚩諝庠础?br>[0044]—實(shí)施例中，所述氣液混合裝置可包括容積栗、氣液混合器和葉輪栗，以及步驟C包括:Cl、間隔預(yù)定時間后，啟動所述容積栗，所述容積栗通過自吸將水從所述水箱的吸水口吸出后流進(jìn)所述氣液混合器；以及C2、再間隔預(yù)定時間后，啟動所述葉輪栗，使得水和來自氣源的氣體經(jīng)由所述氣液混合器混合后注入所述葉輪栗。
[0045]另一實(shí)施例中，所述水箱和所述釋壓器之間可通過第五管道連接，其中所述第五管道上設(shè)有一段變徑管，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，步驟E進(jìn)一步包括使得從所述釋壓器流出的氣液混合體流經(jīng)所述變徑管后，再進(jìn)入所述水箱。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種超飽和氫氣溶液的制備方法，所述制備方法可包括以下步驟:
[0047]A、提供如上所述的制備裝置，其中所述氣源來自氫氣發(fā)生器；
[0048]B、啟動氫氣發(fā)生器101，產(chǎn)生流量為200ml/min?500ml/min、氣壓為O?4巴、氫氣濃度大于99.9 %的氫氣氣源，氫氣流出所述氫氣發(fā)生器的出口氣壓為O?0.4MP;
[0049]C、間隔2?6秒后啟動所述容積栗，容積栗通過自吸將水從所述水箱的吸水口吸出后流進(jìn)所述氣液混合器；
[0050]D、再間隔2?6秒后啟動所述葉輪栗，使得水和來自所述氫氣發(fā)生器的氫氣由氣液混合器混合后注入所述葉輪栗；
[0051]E、將從所述葉輪栗流出的氣液混合體流經(jīng)所述釋壓器，然后經(jīng)由管道進(jìn)入所述水箱；
[0052]F、在步驟E之后所述制備裝置運(yùn)行預(yù)定時間，直到在所述水箱內(nèi)形成超飽和氫氣溶液。
[0053]較佳地，在步驟F包括檢測所述水箱中的氫氣質(zhì)量濃度，若超過2mg/L，則停止運(yùn)行;若小于2mg/L，則繼續(xù)重復(fù)步驟A-E。
[0054]較佳地，所述氣液混合體在所述制備裝置中運(yùn)行的流速為2?5升/分鐘，且所述釋壓器釋壓前壓力大于0.2MPa。
[0055]—實(shí)施例中，所述水箱和所述釋壓器之間可通過第五管道連接，其中所述第五管道上設(shè)有一段變徑管，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，步驟E進(jìn)一步包括使得從所述釋壓器流出的氣液混合體流經(jīng)所述變徑管后，再進(jìn)入所述水箱。
[0056]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種氣體溶液的制備裝置，該制備裝置包括氣液混合裝置、外接水源支路、排水流動支路和取液支路，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支路連接，且所述排水流動支路上設(shè)有釋壓器并與所述取液支路連接，從而來自所述氣液混合裝置的氣液混合體流過所述釋壓器后流至所述取液支路。
[0057]一實(shí)施例中，所述取液支路和所述釋壓器之間可通過第七管道連接，所述第七管道上設(shè)有一段變徑管，從而所述氣液混合體流經(jīng)所述變徑管后進(jìn)入所述取液支路，其中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。
[0058]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種超飽和氫氣溶液的制備裝置。該制備裝置包括氫氣發(fā)生器、氣液混合器和水箱，所述氣液混合器與所述氫氣發(fā)生器管路連接，所述氣液混合器與所述水箱之間設(shè)有氣液混合器吸水流動支路和氣液混合器排水流動支路，其中所述氣液混合器吸水流動支路將所述水箱中的水吸入所述氣液混合器，所述氣液混合器排水流動支路將所述氣液混合器內(nèi)的氣液混合體排入所述水箱內(nèi)。
[0059]一實(shí)施例中，所述氣液混合器吸水流動支路上設(shè)有容積栗，所述容積栗通過管路分別與所述氣液混合器和所述水箱連接。
[0060]另一實(shí)施例中，所述氣液混合器排水流動支路上可設(shè)有葉輪栗和釋壓器，所述氣液混合器、所述葉輪栗、所述釋壓器和所述水箱依次通過管路相連接。
[0061]另一實(shí)施例中，所述水箱上可設(shè)有水箱吸水口和水箱進(jìn)水口，所述氣液混合器吸水流動支路通過所述水箱吸水口與水箱連接，所述氣液混合器排水流動支路通過所述水箱進(jìn)水口與所述水箱連接。
[0062]另一實(shí)施例中，所述氫氣發(fā)生器與所述氣液混合器之間可連接有防止液體倒灌進(jìn)入所述氫氣發(fā)生器的單向閥。
[0063]另一實(shí)施例中，所述水箱可連接有超飽和氣液流體取液支路，所述超飽和氣液流體取液支路包括常溫超飽和氣液流體取液支路和加熱超飽和氣液流體取液支路，其中所述常溫超飽和氣液流體取液支路與所述加熱超飽和氣液流體取液支路并聯(lián)。
[0064]另一實(shí)施例中，所述常溫超飽和氣液流體取液支路上可設(shè)有常溫水出水電磁閥和常溫水出水口，所述常溫水出水電磁閥連接在所述水箱與所述常溫水出水口之間；以及所述加熱超飽和氣液流體取液支路上可設(shè)有熱水出水電磁閥、加熱器和熱水出水口，其中所述水箱、所述熱水出水電磁閥、所述加熱器以及所述熱水出水口依次連接。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種超飽和氫氣溶液的制備方法，該制備步驟包括:
[0066]A、提供如上所述的制備裝置；
[0067]B、啟動氫氣發(fā)生器，產(chǎn)生流量為200ml/min?500ml/min、氣壓為O?4KG、氫氣濃度為99.99%的氫氣氣源，氫氣流出所述氫氣發(fā)生器的出口氣壓為O?0.4MP ；
[0068]C、間隔二至六秒后啟動容積栗，容積栗通過自吸將水從水箱吸水口吸出后流進(jìn)氣液混合器；
[0069]D、再間隔2-6秒后啟動所述葉輪栗，水由所述氣液混合器注入所述葉輪栗，所述氣液混合器的吸氣口產(chǎn)生O?0.02KG的負(fù)壓，在所述氣液混合器的吸氣口端負(fù)壓產(chǎn)生的吸力和所述氫氣發(fā)生器流出氫氣的正壓作用下，氫氣被吸入所述氣液混合器與水混合，氫氣在水中以氣泡形式存在并與水混合流進(jìn)所述葉輪栗，再經(jīng)所述葉輪栗反復(fù)切削攪拌加壓形成氣液混合體，所述氣液混合體流經(jīng)所述釋壓器，使得所述氣液混合體壓力從高壓狀態(tài)的氣液混合體轉(zhuǎn)化為常壓狀態(tài)，使得溶入水中的氫氣在常壓下以大量微納米氣泡的方式逸出，含有霧狀微納米氣泡的氣液混合體從所述水箱的出水口流入所述水箱；以及
[0070]E、在步驟D之后所述制備裝置運(yùn)行預(yù)定時間，從而在水箱內(nèi)形成超飽和氫氣溶液。
[0071]—實(shí)施例中，所述預(yù)定時間小于2分鐘，且在所述水箱內(nèi)形成的超飽和氫氣溶液的氫氣質(zhì)量濃度大于2.5ppm。
[0072]另一實(shí)施例中，所述氣液混合體在所述制備裝置內(nèi)運(yùn)行的流速為2?5升/分鐘，且所述釋壓器釋壓前壓力大于0.2MPa。
[0073]本發(fā)明的超飽和溶液制備裝置采用將氣體以微納米級別直徑氣泡與水充分混合方式，氣液混合體通過氣液混合流動回路循環(huán)運(yùn)行在預(yù)定時間內(nèi)快速在水箱內(nèi)形成超飽和氣體溶液且超飽和氣體溶液氣體質(zhì)量濃度大大高于常規(guī)方法制備得到的氣體質(zhì)量濃度，無論是制備的氣體質(zhì)量濃度還是制備時間均優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，并且制備效率高。
【附圖說明】
[0074]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的超飽和氫氣溶液的制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0075]圖2A是圖1中的釋壓器的側(cè)視剖視圖。
[0076]圖2B是圖1中的釋壓器的俯視圖。
[0077]圖3是利用圖1所示的制備裝置來制備超飽和氫氣溶液的制備方法的流程圖。
[0078]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的超飽和氫氣溶液的制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[OO79 ]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。
[0080]圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的超飽和氫氣溶液的制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0081]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的超飽和氫氣溶液制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0082]圖8是圖7中的變徑管的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0083]以下將結(jié)合附圖對本發(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/或特性可以在一個或多個實(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/或方法中的一個或多個下實(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)識到。
[0084]術(shù)語解釋
[0085]超飽和氣體溶液:本文中，超飽和氣體溶液是氣體結(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蓟蚩諝獾龋后w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。超飽和是指氣體在液體中的質(zhì)量濃度大于各種氣體在常溫常壓下的質(zhì)量飽和濃度。
[0086]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的超飽和氫氣溶液的制備裝置。如圖1所示，超飽和氫氣溶液的制備裝置100包括氫氣發(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與氫氣發(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103b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體。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。
[0087]容積栗102的進(jìn)水口經(jīng)由吸水流動支路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0.5L/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。
[0088]葉輪栗103經(jīng)由排水流動支路1023和水箱104的進(jìn)水口1012連接。具體地，在排水流動支路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流出的氣液混合體經(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體，該超飽和氣液混合體經(jīng)由管道流入水箱104內(nèi)。具體地，氣液混合體流入葉輪栗103，在葉輪栗103栗腔內(nèi)，氣液混合體一方面隨葉輪做圓周運(yùn)動，一方面在離心力的作用下自葉輪中心向外周拋出，氣液混合體從葉輪獲得了壓力能和速度能，當(dāng)氣液混合體流動至栗頭排液口時，部分速度能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓力能。葉輪栗為單級葉輪漩渦栗，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?1L/min，轉(zhuǎn)速可以是2900?3400轉(zhuǎn)/min。
[0089]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支路的一部分，此時，吸水流動支路可以稱為氣液混合器吸水流動支路，氣液混合器吸水流動支路將水箱104的水吸入容氣液混合器。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支路的一部分，此時，排水流動支路可以稱為氣液混合器排水流動支路，氣液混合器排水流動支路將氣液混合器內(nèi)的氣液混合體(經(jīng)由釋壓器)排入水箱104內(nèi)。
[0090]釋壓器106的工作原理是使得流經(jīng)釋壓器106的氣液混合體壓力迅速降低，高壓狀態(tài)的氣液混合體瞬間轉(zhuǎn)化為常壓狀態(tài)，高壓下溶入水中的氫氣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體。釋壓器106可采用多種結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。
[0091]—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)由排水流動支路與水箱的進(jìn)水口連接。前段中的流道1061 a、中段中的流道1062a和后段中的流道1063a的橫截面面積分別為S1、S2和S3，S1和S3大致相同且遠(yuǎn)大于S2。較佳地，SI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I?4_。
[0092]本文中，氫氣發(fā)生器為純水型氫氣發(fā)生器。應(yīng)理解的是，氫氣發(fā)生器也可由其它氫氣源替代，例如氫氣罐或其它類型的氫氣發(fā)生器。氫氣發(fā)生器101與氣液混合器105之間連接有防止液體倒灌進(jìn)入氫氣發(fā)生器101的單向閥108。
[0093]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，氣液混合器是一個三通，其中一端是進(jìn)氣口，另兩端是進(jìn)水口和出水口。
[0094]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。
[0095]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)。
[0096]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11、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。
[0097]工作時，依次啟動氫氣發(fā)生器101、容積栗102和葉輪栗103，水箱104中的水(或含有氫氣的水)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，氣液混合器105的吸氣口產(chǎn)生O?0.02巴(bar)的負(fù)壓，在氣液混合器105吸氣口端負(fù)壓產(chǎn)生的吸力和氫氣發(fā)生器101流出氫氣的正壓作用下，氫氣被吸入氣液混合器105與水混合，氫氣在水中以大氣泡形式存在，大氣泡直徑為Imm?lcm。大氣泡氫氣與水混合流進(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氫氣濃度氣液混合體。接著，含大量超飽和氫氣的氣液混合體經(jīng)由管道流經(jīng)釋壓器106，氣液混合體壓力迅速降低，高壓狀態(tài)的氣液混合體瞬間轉(zhuǎn)化為常壓狀態(tài)，高壓下溶入水中的氫氣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體。最后，含有霧狀微納米氣泡的氣液混合體從水箱進(jìn)水口 1012流入水箱104。氣液混合器吸水流動支路1022、氣液混合器排水流動支路1023以及氣液混合器105共同形成氣液混合循環(huán)回路，氣液混合體在該循環(huán)回路不斷循環(huán)，最終達(dá)到所要求的氫氣溶液濃度。
[0098]圖3示出采用圖1的超飽和氫氣溶液的制備裝置來制備氫氣溶液的制備方法的流程圖。如圖3所示，超飽和氫氣溶液的制備方法包括以下步驟:
[0099]A、啟動氫氣發(fā)生器101，產(chǎn)生流量為200ml/min?500ml/min、氣壓為O?4巴、氫氣濃度為99.99%的氫氣氣源，氫氣流出氫氣發(fā)生器101的出口氣壓為O?0.4MP;
[0100]B、間隔2?6秒后啟動容積栗102，容積栗102通過自吸將水從水箱吸水口 1011吸出后流進(jìn)氣液混合器105;
[0101]C、再間隔2?6秒后啟動葉輪栗103，使得水(或含有氫氣的水)和來自氫氣發(fā)生器的氫氣由氣液混合器105混合后注入葉輪栗103;
[0102]D、將從葉輪栗流出的氣液混合體流經(jīng)釋壓器106，然后經(jīng)由管道進(jìn)入水箱104;
[0103]E、在步驟D之后運(yùn)行預(yù)定時間，直到在水箱104內(nèi)形成超飽和氫氣溶液;或者檢測水箱104中的氫氣質(zhì)量濃度，若超過2mg/L，則停止運(yùn)行；若小于2mg/L，則繼續(xù)運(yùn)行制備裝置，直到在水箱104內(nèi)形成超飽和氫氣溶液，即氫氣質(zhì)量濃度超過2PPM。
[0104]通過上述制備方法，當(dāng)運(yùn)行約2分鐘后，在水箱104內(nèi)形成超飽和氫氣溶液，超飽和氫氣溶液的氫氣質(zhì)量濃度不低于2ppm。本文中，超飽和氫氣溶液指的是溶液中，氫氣質(zhì)量濃度不小于2ppm，即2mg/L。
[0105]上述制備方法中，氣液混合體在氣液混合流動回路循環(huán)運(yùn)行的流速為2?5升/分鐘，釋壓器106釋壓前壓力不低于0.2MPa。
[0106]需要指出的是，本實(shí)施例的超飽和氫氣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。
[0107]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的超飽和氫氣溶液的制備裝置200。如圖4所示，超飽和氫氣溶液的制備裝置200包括氫氣發(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與氫氣發(fā)生器201管路連接，經(jīng)由管道2023與氫氣發(fā)生器201連接。氣液混合裝置202與水箱204之間設(shè)有吸水流動支路2020和排水流動支路2021，其中吸水流動支路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)的氣液混合體排入水箱204內(nèi)。氫氣發(fā)生器201為純水型氫氣發(fā)生器。
[0108]本實(shí)施例中，氣液混合裝置202主要是實(shí)現(xiàn)氫氣與水的混合，使得氫氣以大氣泡形成存在于水中，且所形成的氫氣和水混合液具有一定壓力。較佳地，氫氣和水混合液的壓力為IKG?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。
[0109]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)由吸水流動支路2020與水箱204連通。進(jìn)氣口 20222經(jīng)由管道2023與氫氣發(fā)生器201連接。在管道2023上設(shè)有單向閥208。出水口 2023經(jīng)由排水流動支路2021與水箱204連通。吸水流動支路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與所述吸水流動支路2020連接。在外接水源支路2024和所述吸水流動支路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。
[0110]吸水流動支路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(或混合有氫氣的水)ο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，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(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)定值且氫氣濃度低于設(shè)定值時，選擇水箱204作為水源。
[0111]排水流動支路2021上設(shè)有壓力傳感器203和釋壓器206，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體的壓力。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)該壓力值來對制備裝置200進(jìn)行控制。當(dāng)排水流動支路壓力超出預(yù)設(shè)值時(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。
[0112]本實(shí)施例中，釋壓器206與圖1所示的實(shí)施例相同，在此不再詳述。
[0113]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，并根據(jù)所接收的信號，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?？刂葡到y(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。
[0114]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。
[0115]較佳地，氫氣發(fā)生器201中或管道2023中設(shè)有氣壓傳感器208，用于檢測氫氣的壓力，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超出預(yù)設(shè)值時(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)。
[0116]工作時，當(dāng)制備裝置200處于手動運(yùn)行時，若氣體含量低于設(shè)定值時，手動開啟第一電磁閥2016進(jìn)行補(bǔ)水。當(dāng)水箱注滿時，手動關(guān)閉第一電磁閥2016，并打開第二電磁閥2017，啟動氣液混合裝置進(jìn)行氣液混合體的制備。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，手動關(guān)閉制備裝置。
[0117]當(dāng)有外接水源時，可啟用制備裝置200的全自動運(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，傳感器則發(fā)出信號，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，關(guān)閉第一電磁閥2016，同時打開第二電磁閥2017并啟動氫氣源201和氣液混合裝置202，開始?xì)渌苽?。同時，顯示器(圖未示)根據(jù)時間顯示氫水濃度，當(dāng)機(jī)器運(yùn)行一定時間，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，開始計(jì)時，并根據(jù)時間顯示水箱內(nèi)水的氫含量，當(dāng)氫含量降低到設(shè)定值時(如設(shè)定1.2)，則開機(jī)再進(jìn)行制備(啟動氣源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。
[0118]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的超飽和氫氣溶液的制備裝置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制備超飽和氫氣溶液的方式是一過式，即從釋壓器306出來后的氫氣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)施例的吸水流動支路2020以及水箱202。替代地，將排水流動支路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。
[0119]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與所述排水流動支路3021連接，且所述排水流動支路3021上設(shè)有釋壓器306并與所述取液支路3022連接，從而來自所述氣液混合裝置302的氣液混合體流過所述釋壓器306后流至所述取液支路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和釋壓器306的排水流動支路3021與圖4所示的排水流動支路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。
[0120]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，氫氣溶液進(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。
[0121]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的超飽和氫氣溶液制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7所示的實(shí)施例為圖1的變型例，其與圖1所示的實(shí)施例的不同之處在于，第五管道1030上設(shè)有一段變徑管1031，變徑管1031流體連通地連接于第五管道1030。如圖8所示，變徑管1031包含多段管體。圖8中示出7段管體，S卩管體10311、10312、10313、10314、10315、10316和10317，其中至少有兩段管體的內(nèi)直徑不同。變徑管1031的管體10311、10313、10315和10317具有第一內(nèi)直徑Dl，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Dl小于第二內(nèi)直徑D2，且具有第一內(nèi)直徑Dl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Dl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DI與第二內(nèi)直徑D2的大小之比為2:3?4:5。
[0122]還如圖3所示，變徑管的管體10311、10313、10315和10317的長度為LI，變徑管的管體10312和10316長度為L2，管體10314長度為1^3兒1丄2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Dl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Dl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Dl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DI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。
[0123]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3-40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。
[0124]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。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，能在水中停留時間更長，以達(dá)到更高的氣體溶存度的結(jié)果。
[0125]實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在其余條件相同的情形下，采用具有變徑管的超飽和氫氣溶液制備裝置所制得的超飽和氫氣溶液的氫氣質(zhì)量濃度比不具有變徑管的超飽和氫氣溶液制備裝置所制得的超飽和氫氣溶液的氫氣質(zhì)量濃度高7%-25%。
[0126]需要指出的是，圖4和圖6所示的實(shí)施例中，在釋壓器與水箱之間的管道上可設(shè)置或不設(shè)置上述的變徑管2019和3019。變徑管2019和3019的結(jié)構(gòu)可以與變徑管1301相同，同樣能夠起到提高超飽和氫氣溶液的氫氣質(zhì)量濃度的效果，在此不再詳述。
[0127]需要進(jìn)一步指出的是，上述用于制備氫氣溶液的制備裝置也可用于制備諸如超飽和氧氣溶液、超飽和氮?dú)馊芤?、超飽和空氣溶液或超飽和二氧化碳溶液等。以下舉例說明如何利用本發(fā)明的制備裝置來制備超飽和氧氣溶液或超飽和氮?dú)馊芤骸?br>[0128]應(yīng)用例1:超飽和氧氣溶液的制備
[0129]本應(yīng)用例采用圖1或圖3、4所示的制備裝置來制備超飽和氧氣溶液。制備步驟如下:1、啟動氧氣發(fā)生器，產(chǎn)生流量為600ml/min，氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，氧氣濃度為40%的氧氣，氧氣源的出口氣壓為O?0.4MP ；
[0130]2、間隔3?6秒后啟動容積栗，容積栗通過自吸將水從水箱吸水口吸出后流進(jìn)氣液混合器;此例中容積栗為齒輪栗；
[0131]3、再間隔3?6秒后啟動葉輪栗，水由氣液混合器注入葉輪栗，氣液混合器5的吸氣口產(chǎn)生O?0.4巴的負(fù)壓，在氣液混合器吸氣口端負(fù)壓產(chǎn)生的吸力和氧氣發(fā)生器流出氧氣的正壓作用下，氧氣被吸入氣液混合器與水混合，氧氣在水中以大氣泡形式存在，大氣泡直徑為Imm?lcm，大氣泡氧氣與水混合流進(jìn)葉輪栗，再經(jīng)葉輪栗反復(fù)切削攪拌加壓形成高壓力高濃度氣液混合體，含大量超飽和氧氣的氣液混合體流經(jīng)截止閥，氣液混合體壓力迅速降低，高壓狀態(tài)的氣液混合體瞬間轉(zhuǎn)化為常壓狀態(tài)，高壓下溶入水中的氧氣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體從水箱出水口流入水箱;此例中葉輪栗為離心栗；
[0132]4、在步驟3之后制備裝置運(yùn)行預(yù)定時間，直到在水箱內(nèi)形成超飽和氧氣溶液。
[0133]—般情況下，在制備超飽和氧氣溶液時，上述制備裝置的運(yùn)行時間不超過兩分鐘，即可在水箱內(nèi)形成超飽和氧氣溶液，超飽和氧氣溶液的氧氣質(zhì)量濃度不低于20ppm(20攝氏度，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓情況下)。
[0134]氣液混合體在制備裝置中循環(huán)運(yùn)行的流速為5升/分鐘，釋壓閥前流體的壓力不低于0.2MPa。
[0135]應(yīng)用例2:超飽和氮?dú)馊芤旱闹苽?br>[0136]本應(yīng)用例采用圖3和4所示的制備裝置來制備超飽和氧氣溶液。制備步驟如下:
[0137]1、啟動氮?dú)獍l(fā)生器，產(chǎn)生流量為300ml/min，氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、氮?dú)鉂舛葹?9 %的氮?dú)猓獨(dú)庠吹某隹跉鈮簽镺?0.4MP ；
[0138]2、間隔3?6秒后啟動集成氣液混合器的葉輪栗；
[0139]3、水由葉輪栗的進(jìn)水口進(jìn)入，在葉輪栗的進(jìn)氣口產(chǎn)生O?0.4巴的負(fù)壓，在進(jìn)氣口端負(fù)壓產(chǎn)生的吸力和氮?dú)獍l(fā)生器I流出氮?dú)獾恼龎鹤饔孟?，氮?dú)獗晃肴~輪栗2b與水混合，經(jīng)反復(fù)切削攪拌加壓形成高壓力高濃度氣液混合體經(jīng)葉輪栗的出水口流出，含大量超飽和氮?dú)獾臍庖夯旌象w流經(jīng)釋壓器，氣液混合體壓力迅速降低，高壓狀態(tài)的氣液混合體瞬間轉(zhuǎn)化為常壓狀態(tài)，高壓下溶入水中的氮?dú)庠诔合乱源罅课⒓{米氣泡的方式逸出，形成霧狀微納米氣泡的氣液混合體從水箱進(jìn)水口流入水箱；
[0140]4、在步驟3之后制備裝置運(yùn)行預(yù)定時間，直到在水箱內(nèi)形成超飽和氮?dú)馊芤骸?br>[0141]—般情況下，在制備超飽和氮?dú)馊芤簳r，上述制備裝置的運(yùn)行時間不超過4分鐘，在水箱內(nèi)形成超飽和氮?dú)馊芤海柡偷獨(dú)馊芤旱牡獨(dú)赓|(zhì)量濃度不低于50ppm(20攝氏度，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓情況下)。作為對比，氮?dú)獬爻合?0°C、壓強(qiáng)為1.01 X 105Pa)的飽和質(zhì)量溶解度是30ppm。
[0142]氣液混合體在制備裝置中循環(huán)運(yùn)行的流速為2升/分鐘，釋壓器釋壓前壓力不低于
0.2MPa，水箱容積為4L。
[0143]通過上述方法制備得到的超飽和氮?dú)馑?jīng)速凍成為氮?dú)獗鶋K后，有很強(qiáng)的保鮮作用，可廣泛應(yīng)用在海鮮類產(chǎn)品的保鮮中。
[0144]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)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改。這些等價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)】
1.一種超飽和氣體溶液的制備裝置(100; 200)，其特征在于，所述制備裝置包括氣液混合裝置(1024; 202)和水箱(104; 204)，所述氣液混合裝置(1024; 202)設(shè)有進(jìn)水口(102a;202a)、排水P (103b ； 202c)以及用于與氣源(101 ； 201)連通的進(jìn)氣P (105B; 202b)，且所述水箱設(shè)有吸水口( 1011; 2011)和進(jìn)水口(1012; 2012)，其中所述氣液混合裝置(1024; 202)的進(jìn)水口(102a; 202a)與所述水箱(104; 204)的吸水口(1011; 2011)之間通過吸水流動支路(1022;2020)連接，所述氣液混合裝置(1024;202)的排水口(103b;202c)與所述水箱(104;204)的進(jìn)水口 1012; 2012)之間通過排水流動支路(1023 ； 2021)連接，且所述排水流動支路(1023 ； 2021)上設(shè)有釋壓器(106 ； 206)，從而來自所述氣液混合裝置(1024 ； 202)的氣液混合體流過所述釋壓器(106; 206)后排入所述水箱(104; 204)內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備裝置，其特征在于，所述氣液混合裝置包括容積栗(102)、氣液混合器(105)和葉輪栗(103)，其中，所述氣液混合裝置(1024； 202)的進(jìn)水口(102a)為所述容積栗(102)的進(jìn)水口( 102a)，所述氣液混合裝置(1024; 202)的排水口( 103b)為所述葉輪栗(103)的排水口(103b)，所述氣液混合裝置(1024;202)的進(jìn)氣口(105b)為所述氣液混合器(105)的進(jìn)氣口(105b)，以及所述容積栗(102)的排水口(102b)與所述氣液混合器(105)的進(jìn)水口(105a)通過第二管道(1025)連接，所述氣液混合器(105)的出水口(105c)經(jīng)由第三管道(1027)與所述葉輪栗(103)的進(jìn)水口(103a)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備裝置，其特征在于，所述制備裝置(100;200)進(jìn)一步包括氣體發(fā)生器(101;201)，所述氣體發(fā)生器(101;201)用于產(chǎn)生所述氣源(101;201)并通過第一管道(1026 ； 2023)與所述氣液混合裝置(1024 ； 202)的進(jìn)氣口連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備裝置，其特征在于，所述釋壓器是內(nèi)部設(shè)有流道的柱體，所述柱體分為前段(1061)、中段(1062)和后段(1063)，其中前段(1061)與釋壓器和葉輪栗之間的管道(1029; 2021)連接，后段(1063)經(jīng)由排水流動支路(1030;2027)與水箱的進(jìn)水口連接，以及所述前段中的流道、所述中段中的流道和所述后段中的流道的橫截面面積分別為S1、S2和S3，且SI和S3均大于S2。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備裝置，其特征在于，所述水箱(104;204)和所述釋壓器(106 ； 206)之間通過第五管道(1030 ； 2027)連接，所述第五管道(1030 ； 2027)上設(shè)有一段變徑管(1031; 2019)，從而所述氣液混合體流經(jīng)所述變徑管(1031; 2019)后進(jìn)入所述水箱(104;204)，其中所述變徑管(1031;2019)包含多段管體，其中至少有兩段管體的內(nèi)直徑不同。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備裝置，其特征在于，所述制備裝置(200)進(jìn)一步設(shè)有外接水源支路(2024)，所述外接水源支路(2024)包括外接水源(2010)和第六管道(2028)，所述外接水源(2010)經(jīng)由所述第六管道(2028)與所述吸水流動支路(2020)連接，在所述外接水源支路(2024)和所述吸水流動支路(2020)連接點(diǎn)(2029)與所述外接水源(2010)之間的所述第六管道(2028)上設(shè)有第一電磁閥(2016)，且所述吸水流動支路(2021)上在所述連接點(diǎn)(2029)與所述水箱(204)之間設(shè)有第二電磁閥(2017)。7.—種超飽和氣體溶液的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟: A、提供根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備裝置； B、接通氣源，將氣體通入所述氣液混合裝置； C、間隔預(yù)定時間后，啟動所述氣體混合裝置，從而使得水從所述水箱的吸水口吸出后，流進(jìn)所述氣液混合裝置，并使得該水和來自氣源的氣體經(jīng)由所述氣液混合裝置混合后，流經(jīng)所述釋壓器，然后經(jīng)由管道進(jìn)入所述水箱；以及 D、在步驟C之后所述制備裝置運(yùn)行預(yù)定時間，直到所述水箱中的氣體溶液達(dá)到超飽和。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述氣源是氫氣源、氧氣源、氮?dú)庠炊趸荚椿蚩諝庠础?.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述氣液混合裝置包括容積栗、氣液混合器和葉輪栗，以及步驟C包括:Cl、間隔預(yù)定時間后，啟動所述容積栗，所述容積栗通過自吸將水從所述水箱的吸水口吸出后流進(jìn)所述氣液混合器；以及C2、再間隔預(yù)定時間后，啟動所述葉輪栗，使得水和來自氣源的氣體經(jīng)由所述氣液混合器混合后注入所述葉輪栗。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述水箱和所述釋壓器之間通過第五管道連接，其中所述第五管道上設(shè)有一段變徑管，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，步驟E進(jìn)一步包括使得從所述釋壓器流出的氣液混合體流經(jīng)所述變徑管后，再進(jìn)入所述水箱。11.一種超飽和氫氣溶液的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟: A、提供根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備裝置，其中所述氣源來自氫氣發(fā)生器； B、啟動氫氣發(fā)生器101，產(chǎn)生流量為200ml/min?500ml/min、氣壓為O?4巴、氫氣濃度大于99.9%的氫氣氣源，氫氣流出所述氫氣發(fā)生器的出口氣壓為O?0.4MP ； C、間隔2?6秒后啟動所述容積栗，容積栗通過自吸將水從所述水箱的吸水口吸出后流進(jìn)所述氣液混合器； D、再間隔2?6秒后啟動所述葉輪栗，使得水和來自所述氫氣發(fā)生器的氫氣由氣液混合器混合后注入所述葉輪栗； E、將從所述葉輪栗流出的氣液混合體流經(jīng)所述釋壓器，然后經(jīng)由管道進(jìn)入所述水箱； F、在步驟E之后所述制備裝置運(yùn)行預(yù)定時間，直到在所述水箱內(nèi)形成超飽和氫氣溶液。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制備方法，其特征在于，所述水箱和所述釋壓器之間通過第五管道連接，其中所述第五管道上設(shè)有一段變徑管，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，步驟E進(jìn)一步包括使得從所述釋壓器流出的氣液混合體流經(jīng)所述變徑管后，再進(jìn)入所述水箱。13.一種氣體溶液的制備裝置(300)，其特征在于，所述制備裝置(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)與所述排水流動支路(3021)連接，且所述排水流動支路(3021)上設(shè)有釋壓器(306)并與所述取液支路(3022)連接，從而來自所述氣液混合裝置(302)的氣液混合體流過所述釋壓器(306)后流至所述取液支路(3022)。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制備裝置，其特征在于，所述取液支路(3022)和所述釋壓器(306)之間通過第七管道(3024)連接，所述第七管道(3024)上設(shè)有一段變徑管(3019)，從而所述氣液混合體流經(jīng)所述變徑管(3019)后進(jìn)入所述取液支路(3022)，其中所述變徑管(3019)包含多段管體，其中至少有兩段管體的內(nèi)直徑不同。15.一種超飽和氫氣溶液的制備裝置，其特征在于:包括氫氣發(fā)生器(101 )、氣液混合器(105)和水箱(104)，所述氣液混合器(105)與所述氫氣發(fā)生器(101)管路連接，所述氣液混合器(105)與所述水箱(104)之間設(shè)有氣液混合器吸水流動支路(1022)和氣液混合器排水流動支路(1023)，其中所述氣液混合器吸水流動支路將所述水箱(104)中的水吸入所述氣液混合器(105)，所述氣液混合器排水流動支路(1023)將所述氣液混合器(105)內(nèi)的氣液混合體排入所述水箱(104)內(nèi)。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的超飽和氫氣溶液的制備裝置，其特征在于:所述氣液混合器吸水流動支路(1022)上設(shè)有容積栗(102)，所述容積栗(102)通過管路分別與所述氣液混合器(105)和所述水箱(104)連接。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的超飽和氫氣溶液的制備裝置，其特征在于:所述氣液混合器排水流動支路(1023)上設(shè)有葉輪栗(103)和釋壓器(106)，所述氣液混合器(105)、所述葉輪栗(103)、所述釋壓器(106)和所述水箱(104)依次通過管路相連接。18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的超飽和氫氣溶液的制備裝置，其特征在于:所述水箱(104)上設(shè)有水箱吸水口( 1011)和水箱進(jìn)水口( 1012)，所述氣液混合器吸水流動支路(1022)通過所述水箱吸水口(1011)與水箱(104)連接，所述氣液混合器排水流動支路(1023)通過所述水箱進(jìn)水口( 1012)與所述水箱(104)連接。19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的超飽和氫氣溶液的制備裝置，其特征在于:所述氫氣發(fā)生器(101)與所述氣液混合器(105)之間連接有防止液體倒灌進(jìn)入所述氫氣發(fā)生器(101)的單向閥(108)。20.根據(jù)權(quán)利要求15-19任一項(xiàng)所述的超飽和氫氣溶液的制備裝置，其特征在于:所述水箱(104)連接有超飽和氣液流體取液支路(1021 )，所述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)和加熱超飽和氣液流體取液支路(10212)，其中所述常溫超飽和氣液流體取液支路(10211)與所述加熱超飽和氣液流體取液支路(10212)并聯(lián)。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的超飽和氫氣溶液的制備裝置，其特征在于:所述常溫超飽和氣液流體取液支路(10212)上設(shè)有常溫水出水電磁閥(109)和常溫水出水口( 1014)，所述常溫水出水電磁閥(109)連接在所述水箱(104)與所述常溫水出水口(1014)之間；以及所述加熱超飽和氣液流體取液支路(10211)上設(shè)有熱水出水電磁閥(1010)、加熱器(107)和熱水出水口( 1013)，其中所述水箱(104)、所述熱水出水電磁閥(11 )、所述加熱器(I 07)以及所述熱水出水口(1013)依次連接。22.一種超飽和氫氣溶液的制備方法，其特征在于，制備步驟包括: A、提供根據(jù)權(quán)利要求15所述的制備裝置； B、啟動氫氣發(fā)生器(101)，產(chǎn)生流量為200ml/min?500ml/min、氣壓為O?4KG、氫氣濃度為99.99%的氫氣氣源，氫氣流出所述氫氣發(fā)生器(101)的出口氣壓為O?0.4MP; C、間隔二至六秒后啟動容積栗(2)，容積栗(2)通過自吸將水從水箱吸水口(11)吸出后流進(jìn)氣液混合器(5); D、再間隔2-6秒后啟動所述葉輪栗(103)，水由所述氣液混合器(105)注入所述葉輪栗(103)，所述氣液混合器(5)的吸氣口產(chǎn)生O?0.02KG的負(fù)壓，在所述氣液混合器(105)的吸氣口端負(fù)壓產(chǎn)生的吸力和所述氫氣發(fā)生器(101)流出氫氣的正壓作用下，氫氣被吸入所述氣液混合器(105)與水混合，氫氣在水中以氣泡形式存在并與水混合流進(jìn)所述葉輪栗(103)，再經(jīng)所述葉輪栗(103)反復(fù)切削攪拌加壓形成氣液混合體，所述氣液混合體流經(jīng)所述釋壓器(106)，使得所述氣液混合體壓力從高壓狀態(tài)的氣液混合體轉(zhuǎn)化為常壓狀態(tài)，使得溶入水中的氫氣在常壓下以大量微納米氣泡的方式逸出，含有霧狀微納米氣泡的氣液混合體從所述水箱(104)的出水口(1012)流入所述水箱(104);以及 E、在步驟D之后所述制備裝置運(yùn)行預(yù)定時間，從而在水箱(4)內(nèi)形成超飽和氫氣溶液。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的超飽和氫氣溶液的制備方法，其特征在于:所述預(yù)定時間小于2分鐘，且在所述水箱(104)內(nèi)形成的超飽和氫氣溶液的氫氣質(zhì)量濃度大于2.5ppm。24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的超飽和氫氣溶液的制備方法，其特征在于:所述氣液混合體在所述制備裝置內(nèi)運(yùn)行的流速為2?5升/分鐘，且所述釋壓器(106)釋壓前壓力大于0.2MPao
【文檔編號】B01F3/04GK106000136SQ201510924605
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年12月11日
【發(fā)明人】穆華侖, 高鵬, 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