CN108275764B - 可产生富氢超微气泡水的洗浴装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可产生富氢超微气泡水的洗浴装置，属于一般的物理或化学的方法或装置的混合作业技术领域。该装置包括循环泵、电解槽、气液混合单元和补偿水箱，电解槽包括隔离膜以及由隔离膜分隔出的阴、阳电解室，隔离膜两侧设有阴、阳电极，气液混合单元包括封闭承压壳体以及隔膜，封闭承压壳体内由隔膜分隔为进气室与气‑液混合室两个独立腔室，气‑液混合室通过进/出液口与循环泵的进、出水口通过管路依次串行连通并形成循环回路，循环回路上还接有主进水管和主出水管，主进水管和主出水管之间并接连通有一个洗浴容器。该装置可以保持水中的超微气泡的溶解浓度不衰减、水中的超微气泡长期维持有足够的数量不破碎消失。

Description

可产生富氢超微气泡水的洗浴装置

技术领域

本发明涉及一种洗浴装置，属于一般的物理或化学的方法或装置的混合作业技术领域。

背景技术

众所周知，氢气本身就是一种最佳天然抗氧化剂，所以加入氢气的水具有很强的还原功能，可以中和身体血液和细胞里的活性氧（自由基），有效加速新陈代谢，增强抗老化。尤其是经过纳米化的超微氢气泡液可以迅速渗透肌肤毛细孔，除去全身老旧角质，进行深层清洁，并且可以促进身体的血液循环，活化细胞修复效果，延缓肌肤老化功能。经常浸泡富氢超微气泡牛奶浴，能有效减灭皮肤表面的细菌，降低毛囊炎的发生。对于青春痘消除和细菌感染、霉菌感染引起的各种皮肤病，皆有显著改善作用。

但是，现在世面上种种号称超微氢气泡水的制取方法与装置，诸如分散空气法（具体又分为高速旋流法、过流断面渐缩突扩法、微多孔结构法等）、溶气释气法（有加压溶气减压释气法、压力溶气叶轮散气法等）、超声空化法，等等，其共同特征都是通过高压、机械碰撞、剪切、循环等强烈手段来生成气泡，这些制取方法和工艺都很复杂，技术要求高，能耗大，更无法实现小型便携化。

此外，如何维持氢气泡在液体中稳定存在是一个难题。氢气泡本身是不稳定体，在液体中总是要受浮力而上升，最终穿越气液双膜界面而外逃。尽管减小气泡尺寸可以有效延长气泡在液体中存在时间，但是要想保持气泡在液体中长时间不破灭，气泡数量维持足够密度，气体溶解度不衰减，这在静止容器中是做不到的。

综上，如何保持水中的超微气泡的溶解浓度不衰减、水中的超微气泡始终维持有足够的数量不破碎消失（超微气泡在水中的溶解度达到饱和或超饱和并长时间保持），是现实中急需解决的问题。除了现制现用，目前未见有更好办法。

发明内容

本发明解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种保持水中的超微气泡的溶解浓度不衰减、水中的超微气泡长期维持有足够的数量不破碎消失的可产生富氢超微气泡水的洗浴装置。

为了解决上述技术问题，本发明的发明人在上述认识的基础上提出如下技术方案是：一种可产生富氢超微气泡水的洗浴装置，包括循环泵、电解槽、气液混合单元和补偿水箱，所述电解槽包括隔离膜以及由隔离膜分隔出的阴、阳电解室，所述隔离膜两侧设有分别位于阴、阳电解室内的阴、阳电极，所述气液混合单元包括设有进气口和进/出液口的封闭承压壳体以及隔膜，所述封闭承压壳体内由隔膜分隔为进气室与气-液混合室两个独立腔室，所述气-液混合室通过进/出液口与循环泵的进、出水口通过管路依次串行连通并形成循环回路，所述进气室通过进气管道与阴电解室连通，所述阳电解室与补偿水箱之间连通有补偿进水管和补偿出水管并形成有补偿回路，所述循环回路上靠近循环泵的进水口处还接有连通外部的主进水管，所述循环回路上靠近所述气液混合单元的出液口处还外接有连通外部的主出水管，所述主进水管和主出水管之间并接连通有一个洗浴容器；在使用时，所述进气室内的氢气透过所述隔膜与所述气-液混合室内的水混合生成超微氢气泡并在所述循环回路中高速流动。

上述本发明公开的可产生富氢超微气泡水的洗浴装置技术方案的工作机理及有益效果陈述如下。

本发明装置结构特征是，参见图1，源水从主进水管进水送至循环泵入口，当主出水管关闭时，在循环泵驱动下，源水经循环泵出水口→气液混合单元的隔膜纯水侧（气液混合单元的气-液混合室）→循环泵入水口构成一循环回路进行封闭循环流动，整个循环回路的水阻很小，管路压降趋于零，因此循环泵的很小泵压就可以产生很高的循环流速，水流总体表现为层流状态。

在本发明的气液混合单元中，参见图2，阴电解室中电极生成氢气通过进气口进入隔膜（超滤膜、纳滤膜或反渗透膜）纯气侧（气液混合单元的进气室），通过隔膜的活性表面皮层,被隔膜的膜孔切割成与膜孔径相对应的微小气泡,以气体分子形式渗透扩散到隔膜的纯水侧（气液混合单元的气-液混合室）；由于循环回路中的水流流速很高，氢气分子迅速溶解入水流中，与该电解室中的水体混合，在水中生成相当数量的气泡。

在静止液体中，氢气泡与液体之间最重要的力是升力，氢气泡在升力作用下不断上浮逃逸。而氢气泡在流动场中,因气液两相密度、黏度等不同，引起氢气泡与流体之间速度存在一定差异。而气液两相的相对速度差，产生气液两相间的曳力。在静止液体中，氢气泡与液体之间最重要的力是升力，而流动液体中则主要是曳力。曳力的存在，限制了气泡的上浮，气泡随流体同向运动而保持相对稳定。

流速越高，同速、同向运动的气泡间发生相互碰撞的几率就越小。氢气泡进入流水后随水流流向运动时，必定受到水流挤压而变细变长→被持续拉伸→拉断成小气泡→小气泡再进一步缩小…，甚至气泡粒径可以达到100纳米以下。本发明装置正是通过保持封闭循环管路中水体的高流速，来确保生成小气泡。

需要特别指出的是：为要使水中氢气泡大量稳定存在，理想的情况是氢气泡均匀分布悬浮于水中，相互之间不碰撞，同时解决氢气泡无法在静止水中稳定存在的缺陷。本发明装置将氢气泡溶存在一个封闭旋转的循环回路中,形成一个动态水箱。由流体力学常识知道，对于相同管道截面积，流速越高，流量越大，意味着动态容积增大，可以包容更多气泡进入。伴随着电解室中气泡持续进入水中，循环回路中的气体溶解浓度和气泡数量稳步均匀增加，很快达到饱和乃至超饱和。

概括上述本发明的可产生富氢超微气泡水的洗浴装置技术方案的有益效果是：

1）本发明通过设置气液混合单元，氢气经过气液混合单元中的隔膜时，被隔膜微孔切割成一个个气体分子，融入水中，从液体内部进行立体溶气，水中存在大量气泡尤其是超微氢气泡，伴随着氢气泡的破灭气体在水中释放，就可能发生氢气在水中以单分子或多分子态的的超量溶解，成为超饱和氢气水（液），氢气在水中的扩散就可以不受液表面溶解度的限制，可以达到超饱和度的状态，并在进入流水后随水流流向运动时，受到水流挤压，甚至可以被持续拉伸、拉断成达到100纳米以下粒径，同时，通过在循环回路中的高流速，使得循环回路中的气体溶解浓度不衰减，水中超微气泡始终维持有足够的数量。

2）气液混合单元内设置隔膜将氢气与液体分隔开来，防止了两者的相互污染，气液混合单元中的隔膜可以隔离阻挡氢气中可能混杂的杂质，比如污垢、渣滓等，防止污染源水水质。

本发明在上述技术方案基础上的改进是：所述隔膜是复合疏水性的超滤膜、纳滤膜或反渗透膜，所述隔膜的疏水性支撑层侧朝向气-液混合室、致密表层朝向进气室，所述气-液混合室内填充有内压式中空纤维滤膜管束，所述内压式中空纤维滤膜管束的内孔进水面与隔膜表面无间隙压贴。

具体实用效果是：氢气通过进气口进入气液混合单元的进气室，通过隔膜进入式中空纤维滤膜管束内，透过中空纤维滤膜管的微孔，进入气液混合单元的气-液混合室中，而中空纤维管束的內管端面与隔膜支撑面垂直紧贴，对超微气泡起到流向引导作用，同时中空纤维管束与液流方向顺向，对进入水流中的超微气泡群隔离梳理，防止其相互碰撞；另外，对隔膜进行高温隔离保护（如隔膜中的反渗透膜最高允许工作温度不得超过45^OC，但中空纤维管束采用的超滤膜材可耐180^OC高温）。

本发明在上述技术方案基础上的完善之一是：在使用时，所述循环回路内的循环水流量Lx和进气室的进气流量Lq两者保持量化关系为：Lx：Lq≧10，所述循环回路内的循环水流量Lx和出水管的出水流量Lc两者保持量化关系为：Lx：Lc≧5。

具体实用效果是：1）在本***中，气体在外加气压下，以某一气流流速进入进气室，穿过隔膜，以气体分子形式渗透扩散到固液表面，基于膜表面的疏水特性，生成超微气泡，随即受到与气流方向垂直的高速气流剪切作用，卷入到液流中。这里，气体流速与液体流速比例关系，对于形成气泡的性状影响极大，必须保证液体流速远大于气体流速。否则若气体流速过快，超微气泡将堆积并合并为大气泡乃至气弹、气带。在流体***中，测量流量比测量流量简便，由流量=流速×管道截面积，对于相同的管道口径，可转化为对气/液流量的控制。本发明装置中，限定循环水流量Lx与进气流量Lq两者保持之间量化关系为：Lx：Lq≧10，甚至可确保循环回路中的气液混合流中的气泡粒径减小至100纳米尺度以下；2）如果从循环水路（动态水箱）中取水输出的流量过大，就会破坏循环回路中气液两相流型的稳定，故本发明装置限定Lx：Lc≧5。

本发明在上述技术方案基础上的完善之一的改进是：在使用时，所述循环回路中的气液混合溶液的最小流速Umin=ɑ×出水流量÷循环回路的管路截面积S，其中ɑ为设定数值，取 5≥ɑ≥2。

本发明在上述技术方案基础上的完善之二是：所述循环回路上串接有梳状格栅单元，所述梳状格栅单元包括设有用于气水混合溶液穿过并梳理分隔超微气泡的多孔材料。

具体实用效果是：梳状格栅单元可对水中悬浮运动的超微气泡群进行梳理分隔，防止超微气泡间相互聚积，维持泡沫流型，还可在高温时，阻挡气泡上浮。

本发明在上述技术方案基础上的完善之三是：所述循环泵的进水口处设有进水控制单元，所述气液混合单元的出水口处设有出水控制单元，所述进/出水控制单元是开关阀、单向阀或稳压阀。

本发明在上述技术方案基础上的完善之四是：所述循环回路上设有循环控制单元，所述循环控制单元包括循环单向阀、流量控制阀、稳压阀或其组合。

具体实用效果是：通过循环控制单元对气液流循环的流量、流速、压力等运行工况进行调试或调整。

附图说明

下面结合附图对本发明的可产生富氢超微气泡水的洗浴装置作进一步说明。

图1是本发明实施例一的可产生富氢超微气泡水的洗浴装置的连接结构示意图。

图2是本发明的气液混合单元的工作原理图。

图3是本发明的气液两相流的示意图。

图4是内压式中空纤维滤膜管束的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的可产生富氢超微气泡水的洗浴装置，参见图1、图2和图3，包括循环泵、气液混合单元1、电解槽5和补偿水箱6。

电解槽5包括隔离膜51以及由隔离膜分隔出的阴电解室52和阳电解室53，隔离膜51两侧设有分别位于阴、阳电解室内的阴、阳电极。

气液混合单元1包括设有进气口和进/出液口的封闭承压壳体11以及隔膜12，封闭承压壳体11内由隔膜12分隔为进气室13与气-液混合室14两个独立腔室。气-液混合室14通过进/出液口与循环泵的进、出水口通过管路依次串行连通并形成循环回路2。

隔膜12是复合疏水性的超滤膜、纳滤膜或反渗透膜，隔膜12的疏水性支撑层侧朝向气-液混合室14、致密表层朝向进气室13。

进气室13通过进气管道与阴电解室连通，阳电解室53与补偿水箱6之间连通有补偿进水管和补偿出水管并形成有补偿回路。阴、阳电极均密布开孔且与隔离膜零间距紧贴。

循环回路2上靠近循环泵的进水口处还接有连通外部的主进水管3，循环回路2上靠近气液混合单元1的出液口处还外接有连通外部的主出水管4，主进水管3和主出水管4之间并接连通有一个洗浴容器7。洗浴容器7可以是浴缸或浴盆，等等。

在使用时，进气室13内的氢气透过隔膜12与气-液混合室14内的水混合生成超微氢气泡并在循环回路2中高速流动。

本实施例的循环泵的进水口处设有进水控制单元，气液混合单元1的出水口处设有出水控制单元，进/出水控制单元是开关阀、单向阀或稳压阀。

气-液混合室14内填充有内压式中空纤维滤膜管束15。内压式中空纤维滤膜管束15的内孔进水面与隔膜12表面无间隙压贴。

在使用时，循环回路2内的循环水流量Lx和进气室13的进气流量Lq两者保持量化关系为：Lx：Lq≧10，循环回路2内的循环水流量Lx和出水管的出水流量Lc两者保持量化关系为：Lx：Lc≧5；同时时，循环回路2中的气液混合溶液的最小流速Umin=ɑ×出水流量÷循环回路的管路截面积S，其中ɑ为设定数值，取 5≥ɑ≥2。

为了使封闭循环水路担任的动态水箱的容积足够大，同时从气液两相流形态研究可知，为使气泡群能均匀稳定分布于流体中（所对应的气液两相流型为泡状流，或称泡沫流），管路直径应远远大于气泡粒径；反之，若管径太大，水流循环功率损耗将增大。综合平衡后，本发明装置的循环回路2的管路采用具疏水特性，截面内径范围 100mm≧D≧2mm的管道内壁材料，当然也可以有其它尺寸。

实际试验测试中，以氢气和水混合制取的氢水，采用丹麦Unisense高精度氢微电极检测，溶解氢浓度可以稳定维持在3.0ppm以上。气泡密度为1500～3100/ml。

本发明装置在使用时，循环回路2基本工作在≤0.01MPa低压范围。循环泵始终处于轻负荷状态，因此不仅节能，而且工作可靠，故障率极低。同时，本发明装置中各单元部件基本都是市面上技术成熟、易购易元器件，因此本发明装置的性价比极高，适合大批量生产、适用于各种场合推广普及。本发明装置生成的气泡水的气泡溶解度达到饱和或超饱和，气泡可在水体中长时间保持（不少于300s），耐高温，可连续大流量产出的气泡水。

实施例二

本实施例的可产生富氢超微气泡水的洗浴装置是在实施例一基础上的改进，与实施例一的不同之处在于：参见图4，气-液混合室14内填充有内压式中空纤维滤膜管束15。内压式中空纤维滤膜管束15的内孔进水面与隔膜12表面无间隙压贴。

隔膜采用反渗透膜，其支撑层材质具疏水性（例如聚砜PS、聚醚砜PES、聚偏氟乙烯PVDF、聚丙烯晴PAN、聚芳醚酮PEK等），其疏水性支撑层侧朝向气-液混合室，脱盐层朝向进气室，内压式中空纤维滤膜管束的内孔进水面与复合膜的支撑层面无间隙压贴。

实施例三

本实施例的可产生富氢超微气泡水的洗浴装置是在实施例一和实施例二基础上的改进，与实施例二的不同之处在于：

本实施例的循环回路2上串接有梳状格栅单元。梳状格栅单元包括设有用于气水混合溶液穿过并梳理分隔超微气泡的多孔材料。多孔材料填充在一封闭容器中，多孔材料是活性炭颗粒、烧结活性炭或沸石。

实施例四

本实施例的可产生富氢超微气泡水的洗浴装置是在上述实施例基础上的改进，与实施例二的不同之处在于：

本实施例的循环回路2上设有循环控制单元，循环控制单元包括循环单向阀、流量控制阀、稳压阀或其组合。

本发明的可产生富氢超微气泡水的洗浴装置不局限于上述实施例的具体技术方案，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案。凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种可产生富氢超微气泡水的洗浴装置，其特征在于：包括循环泵、电解槽、气液混合单元和补偿水箱，所述电解槽包括隔离膜以及由隔离膜分隔出的阴、阳电解室，所述隔离膜两侧设有分别位于阴、阳电解室内的阴、阳电极，所述气液混合单元包括设有进气口和进/出液口的封闭承压壳体以及隔膜，所述封闭承压壳体内由隔膜分隔为进气室与气-液混合室两个独立腔室，所述气-液混合室通过进/出液口与循环泵的进、出水口通过管路依次串行连通并形成封闭循环管路，所述进气室通过进气管道与阴电解室连通，所述阳电解室与补偿水箱之间连通有补偿进水管和补偿出水管并形成有补偿回路，所述封闭循环管路上靠近循环泵的进水口处还接有连通外部的主进水管，所述封闭循环管路上靠近所述气液混合单元的出液口处还外接有连通外部的主出水管，所述主进水管和主出水管之间并接连通有一个洗浴容器；在使用时，所述进气室内的氢气透过所述隔膜与所述气-液混合室内的水混合生成超微氢气泡并在所述封闭循环管路中高速流动；在使用时，所述封闭循环管路内的循环水流量Lx和进气室的进气流量Lq两者保持量化关系为：Lx：Lq≧10，所述封闭循环管路内的循环水流量Lx和出水管的出水流量Lc两者保持量化关系为：Lx：Lc≧5。

2.根据权利要求1所述可产生富氢超微气泡水的洗浴装置，其特征在于：所述隔膜是复合疏水性的超滤膜、纳滤膜或反渗透膜，所述隔膜的疏水性支撑层侧朝向气-液混合室、致密表层朝向进气室，所述气-液混合室内填充有内压式中空纤维滤膜管束，所述内压式中空纤维滤膜管束的内孔进水面与隔膜表面无间隙压贴。

3.根据权利要求1或2所述可产生富氢超微气泡水的洗浴装置，其特征在于：所述封闭循环管路上串接有梳状格栅单元，所述梳状格栅单元包括设有用于气水混合溶液穿过并梳理分隔超微气泡的多孔材料。

4.根据权利要求1或2所述可产生富氢超微气泡水的洗浴装置，其特征在于：所述循环泵的进水口处设有进水控制单元，所述气液混合单元的出水口处设有出水控制单元，所述进/出水控制单元是开关阀、单向阀或稳压阀。

5.根据权利要求1或2所述可产生富氢超微气泡水的洗浴装置，其特征在于：所述封闭循环管路上设有循环控制单元，所述循环控制单元包括循环单向阀、流量控制阀、稳压阀或其组合。