TWI426951B

TWI426951B - 流體混合裝置

Info

Publication number: TWI426951B
Application number: TW100140514A
Authority: TW
Inventors: Chang Hsien Tai; Shi Wei Lo; Yong Jhou Lin
Original assignee: Univ Nat Pingtung Sci & Tech
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2014-02-21
Also published as: TW201318692A

Description

流體混合裝置

本發明係關於一種流體混合裝置，特別是一種透過震波使二流體界面力降低而提升混合或反應效率之流體混合裝置。

近年來業界多以渦流、撞擊等對流模式或界面擴散等模式發展流體混合裝置，以期望於混合數種不同流體時，達到快速、均勻且以低耗能提升混合效率等功效。然而，習知流體混合裝置仍需配合幫浦、機械動件等機構方能作動，故容易衍生有增加製造成本、機構易磨損等缺點，進而降低不同流體間的混合均勻度及效率。

請參照第1圖所示，如中華民國公告第M260321號專利案，其係揭示一種液體與氣體混合裝置9，其係具有一儲液槽91，該儲液槽91之二端分別設有一流入口911及一流出口912，該流入口911處係設有一氣體細化器92，該氣體細化器92係連接有一幫浦921，且相對於該氣體細化器92之一端設有一超音波控制器93，該超音波控制器93係位於鄰近該流出口912處。藉此，該混合裝置9係能由該幫浦921提供動力將氣體打入儲液槽91，並經由該氣體細化器92將氣體微氣泡化，再透過該超音波控制器93產生高頻超音波而增加液體震盪，進而提高氣、液體互溶之速度，達到快速溶解氣體於液體中之功效。然而，該混合裝置9僅能應用於二者不同相之氣、液體混合，而無法廣泛用於混合任二種以上之同相或異相流體，以致於該混合裝置的使用裕度明顯不彰。

一般而言，利用超音波震盪方式提升混合效果時，僅能侷限於該超音波控制器93所提供的高頻震盪之頻寬能量範圍，而仍須於一定時間內方能使同相或異相流體混合完成，故相對耗費時間且流體混合之效率並不高；甚至，該超音波控制器93所產生之高頻震盪能量，僅能達到激發該氣體分子溶於液體之共振能力，當其應用於同相流體混合時仍存在混合不均勻之缺點，更無法於混合的同時由高頻震盪所富含之能量破壞流體的分子鍵結，使不同流體間產生化學重組而生成新的化合物，故習知混合裝置仍然無法有效改善上述混合不均勻且混合效率不彰等缺點。

有鑑於此，確實有必要發展一種能提升混合均勻度及混合反應效率之流體混合裝置，廣泛應用於同相或異相流體之混合，以解決如上所述之各種問題。

本發明之主要目的乃改善上述缺點，以提供一種流體混合裝置，其係能夠透過高壓流體間相互衝擊而產生震波，並以震波波前具有高溫與高壓之特性形成往復運動，而破壞流體二相間之界面力，以提升流體混合均勻度及混合效率者。

本發明之次一目的係提供一種流體混合裝置，係能夠適用於任二種以上同相或異相之流體反應，以透過高壓流體相互衝擊之震波所具有的高能量破壞分子鍵，提升反應效率而生成新化合物者。

為達到前述發明目的，本發明之流體混合裝置，係包含：一缸體，係具有一容置空間、數個充填口及一排出口，該數個充填口及排出口係連通於該容置空間，且該排出口係用以連通一儲槽；及一分隔體，係設置於該缸體之容置空間，且將該容置空間區分為數個高壓區及至少一低壓區，各該高壓區係分別與各該充填口相互連通，且用以充填高壓流體，該至少一低壓區係位於任二高壓區之間；其中，該分隔體係用以控制各該高壓區相互連通於該至少一低壓區，以利於震波的生成。此外，該低壓區亦可作為反應區，以使高壓流體間在其內部產生相互衝擊之現象。

其中，各該充填口係分別連接一充填管路，各該充填管路係分別連接於一高壓瓶，用以儲存欲混合或反應之高壓流體。且，各該充填口及排出口皆設有一閥體，用以分別控制各該充填口及排出口之開啟或閉合。

另外，本發明流體混合裝置之分隔體係可以選擇由第一隔板及第二隔板同步連動一驅動件所組成。藉此，該第一隔板及第二隔板分別將該容置空間區分為一第一高壓區及一第二高壓區，且該第一高壓區與第二高壓區之間係具有一低壓區。

或者，本發明流體混合裝置之分隔體亦可以選擇由四隔板間隔設置且同步連動一驅動件所組成。藉此，該分隔體係將該容置空間區分為一第一高壓區、一第二高壓區及一第三高壓區，該第一高壓區與第三高壓區之間形成一第一低壓區，且該第二高壓區與第三高壓區之間形成一第二低壓區。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明之流體混合裝置係可用於任二種以上之同相或異相流體混合，以此產生均勻混合物或合成新的化合物，而能依據使用者所需適用於各種領域。

請參照第2圖所示，其為本發明一較佳實施例，該流體混合裝置係包含一缸體1及一分隔體2，該分隔體2係設置於該缸體1內。

該缸體1係具有一容置空間11，該容置空間11係用以供任二種以上之流體於內流通。其中，該容置空間11之形狀及大小設計，係以可供流體於內產生適當震波形狀與強度為主要原則；於本實施例中，該缸體1特別係可以選擇為圓柱體、六面或八面方體等結構，且該容置空間11之長度需適當設計，以便增加流體間相互衝擊之距離，進而產生能量較高之衝擊震波，以提升流體間相互衝擊之功效。

該缸體1另具有數個充填口12及一排出口13，該數個充填口12及排出口13係連通於該容置空間11，且該排出口13係用以連通一儲槽T。其中，本實施例係較佳係選擇設有二充填口12、12’，且該二充填口12、12’特別係開設於該缸體1之對應二端，各該充填口12、12’係用以將高壓流體導入該容置空間11。於本實施例中，各該充填口12、12’還可以選擇分別以一充填管路121、121’連接於一高壓瓶S1、S2，以由該高壓瓶S1、S2儲存欲混合或反應之高壓流體，達到補充及連續作動之功效；另外，本實施例之排出口13較佳係位於該二充填口12、12’之間，且該排出口13亦可以藉由一出口管路131將混合後之流體或新的化合物導入該儲槽T。其中，該排出口13係可以外接有一幫浦(未繪示)，以由該幫浦徹底將完全混合流體或新化合物導入該儲槽T內。此外，本實施例之各該充填口12、12’及排出口13皆可以選擇設置一閥體122、122’、132，用以分別控制各該充填口12、12’及排出口13之啟閉。

該分隔體2係設置於該缸體1之容置空間11，且將該容置空間11區分為數個高壓區H及至少一低壓區L，各該高壓區H係與其一充填口12、12’相互連通，且該至少一低壓區L係位於任二高壓區H之間。於本實施例中，該高壓區H係用以填充高壓流體，使得該高壓區H與低壓區L之間具有顯著之高低壓差。其中，以該分隔體2之設計，係可允許各該高壓區H與各該低壓區L連通，而使欲混合或反應之流體通過而產生震波進而相互衝擊即可，故不侷限於隔板、轉盤或任何具啟閉功能之機構，屬熟悉該項技藝者所能理解，於此容不詳加贅述其細部構造。

請再參照第2圖所示，本實施例之分隔體2係選擇由第一隔板21及第二隔板22同步連動一驅動件23所組成。該第一隔板21及第二隔板22分別將該容置空間11區分為一第一高壓區H1及一第二高壓區H2，且該第一隔板21及第二隔板22之間係具有一低壓區L。其中，該驅動件23係可以如壓缸等任意可驅動之構件，屬熟悉該項技藝者所能理解，故不以此為限。藉此，該驅動件23係用以控制該第一隔板21及第二隔板22之升降，以透過該第一隔板21之升降，啟閉該第一高壓區H1與低壓區L之連通，且同時透過該第二隔板22之升降，啟閉該第二高壓區H2與低壓區L之連通。

當本發明流體混合裝置欲進行流體混合作業時，請先參照第1圖所示，在該分隔體2之第一隔板21及第二隔板22尚未抽離該容置空間11時，係可先由該二充填口12、12’注入高壓流體於該第一高壓區H1及第二高壓區H2，使得該第一高壓區H1與第二高壓區H2之間形成有相對壓力差之低壓區L。本實施例更可以預先開啟該閥體122、122’，並同時關閉該閥體132，以將該二高壓瓶S1、S2內欲混合之流體經由該充填管路121、121’分別導入該第一高壓區H1及第二高壓區H2，以達到高壓流體反覆填充與持續混合之功效。其中，特別選擇於該第一高壓區H1填充高壓氫氣[H₂ ]，而於該第二高壓區H2填充高壓氮氣[N₂ ]，作為本發明闡述之較佳實施例。

請參照第3圖所示，驅動該分隔體2如圖所示箭頭方向抽離，使該第一高壓區H1所填充之高壓氫氣形成震波波前衝擊至該低壓區L1，且同時使該第二高壓區H2所填充之高壓氮氣也形成對應之震波波前衝擊至該低壓區L，這些震波結構會迫使該高壓氫氣及高壓氮氣能於該容置空間11內來回衝撞運動。利用該二高壓流體[H₂ +N₂ ]產生之壓力震波，快速朝該低壓區L運行，當該二高壓流體[H₂ +N₂ ]相互衝擊時，係容易破壞各該流體[H₂ +N₂ ]分子間原有的鍵結結構，而使該二流體[H₂ +N₂ ]能於該容置空間11來回碰撞之過程，加速該二流體[H₂ +N₂ ]間的均勻混合，更於適當反應溫度及壓力下生成新的化合物[NH₃ ]。待反應結束後，係開啟該閥體132，以將均勻混合或新生成之化合物經由該排氣管131導入該儲槽T，依使用者需求應用於各種適當場所及設備。在此，再由該驅動件23驅動該分隔體2復位，而於該第一高壓區H1及第二高壓區H2重新補充欲混合之流體，以再次進行流體混合或反應之作業。

由上述，本發明流體混合裝置之主要特徵在於：藉由該分隔體2將該容置空間11區分為數個高壓區H及至少一低壓區L，以便欲混合或反應之高壓流體填充於任一高壓區H，而於任二高壓區H之間形成有相對顯著壓力差之低壓區L。藉此，係能使欲混合或反應之高壓流體於該分隔體2抽離的瞬間，產生顯著之壓力震波，迫使該流體於該缸體1的有限空間內互相衝擊，以破壞流體分子間原有的鍵結，而於適當溫度及壓力下再鍵結成新的化合物，且同時達到提升流體混合均勻度及混合效率之功效。

請參照第4圖所示，其為本發明另一實施例，相較於上述實施例，本實施例係選擇由該分隔體2將該容置空間11區分為第一高壓區H1、第二高壓區H2及第三高壓區H3，該第一高壓區H1與第三高壓區H3之間形成一第一低壓區L1，且該第二高壓區H2與第三高壓區H3之間形成一第二低壓區L2。其中，該分隔體2係由四隔板21、21’、22、22’間隔設置且同步連動一驅動件23所組成，以由該隔板21’及22’區隔出該第三高壓區H3，且使該第一低壓區L1位於該隔板21及21’之間，該第二低壓區L2位於該隔板22及22’之間。詳言之，該缸體1另於該第三高壓區H3設有一充填口12”，且該充填口12”係以另一充填管路121”連接於一高壓瓶S3，且於該充填管路121”上亦可以設有一閥體122”。其中，該第三高壓區H3之設計係與上述第一高壓區H1及第二高壓區H2相同，係以可供高壓流體填充，且與另一高壓區H形成具有顯著壓力差之低壓區L為主要原則，於此不再加以贅述。

當本實施例流體混合裝置欲進行流體混合作業時，係如上述，於該第一高壓區H1、第二高壓區H2及第三高壓區H3分別填充有欲混合或反應之高壓流體，以使該第一高壓區H1及第三高壓區H3之間形成具相對壓力差之第一低壓區L1，且同時使該第二高壓區H2及第三高壓區H3之間形成具相對壓力差之第二低壓區L2。其中，本實施例特別選擇於該第一高壓區H1及第二高壓區H2填充高壓氫氣[H₂ ]，而於該第三高壓區H3填充高壓氮氣[N₂ ]。

請參照第5圖所示，如上所述，驅動該分隔體2如圖所示箭頭方向抽離，使該第一高壓區H1及第二高壓區H2所填充之高壓氫氣分別衝擊至該第一低壓區L1及第二低壓區L2，且同時使該第三高壓區H3所填充之高壓氮氣朝該第一低壓區L1及第二低壓區L2衝擊，以迫使該高壓氫氣及高壓氮氣能於該容置空間11內來回衝撞而發生預期之作用。

如此，本實施例不僅可以透過上述實施例所言，藉由高壓流體間相互衝擊而產生之壓力震波，破壞流體原分子間的鍵結，而於適當溫度及壓力下重新鍵結成新的化合物，達到提升流體混合均勻度及混合效率之功效。更可以藉由多個高壓區之設計，使本實施例能於各該高壓區填充有二種以上同相或異相之流體，而令任二高壓區之間形成具有顯著壓力差之低壓區，達到有效混合任二種以上流體之功效。

綜上所述，本發明流體混合裝置不僅能夠透過高壓流體所產生的壓力震波，以及高壓流體間的相互衝擊，而達到提升流體混合均勻度及混合效率之功效。更可以適用於任二種以上同相或異相之流體反應，以透過高壓流體相互衝擊而破壞流體原分子間的鍵結，而達到重新鍵結成新化合物之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

[本發明]

1．．．缸體

11．．．容置空間

12、12’、12”．．．充填口

121、121’、121”．．．充填管路

122、122’、122”．．．閥體

13．．．排出口

131．．．出口管路

132．．．閥體

2．．．分隔體

21、21’．．．第一隔板

22、22’．．．第二隔板

23．．．驅動件

H．．．高壓區

L．．．低壓區

H1．．．第一高壓區

H2．．．第二高壓區

L1．．．第一低壓區

L2．．．第二低壓區

S1、S2、S3．．．高壓瓶

T．．．儲槽

[習知]

9．．．混合裝置

91．．．儲液槽

911．．．流入口

912．．．流出口

92．．．氣體細化器

921．．．幫浦

93．．．超音波控制器

第1圖：習知混合裝置之結構示意圖。

第2圖：本發明流體混合裝置之結構示意圖。

第3圖：本發明流體混合裝置之作動示意圖。

第4圖：本發明流體混合裝置之另一結構示意圖。

第5圖：本發明流體混合裝置之另一作動示意圖。

1．．．缸體

11．．．容置空間

12、12’．．．充填口

121、121’．．．充填管路

122、122’．．．閥體