TWI669150B

TWI669150B - 具有雙混合器之氣體溶解系統

Info

Publication number: TWI669150B
Application number: TW107137862A
Authority: TW
Inventors: 劉輝堂
Original assignee: 劉輝堂
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2019-08-21
Also published as: TW202015789A

Abstract

本發明揭示一種使用雙混合器之氣體溶解系統以產生高氣體濃度之液體。本發明之氣體溶解系統主要包括兩個氣體混合器、一除氣裝置、一壓力閥、一逆止閥、一壓力感測器、及一幫浦。液體流經混合器以引入氣體，因此液體含有溶解之氣體與未溶解之氣體。該液體隨後流入該除氣裝置使未溶解之氣體得以被釋放至外界環境而溶解之氣體仍留在液體中。含有溶解氣體之液體與未經處理液體混合而被稀釋成為所要氣體濃度之液體並作為液體輸出。在不與未經處理液體混合之情況下，液體流經混合器且經多次循環後可獲得含有高濃度氣體之液體。

Description

具有雙混合器之氣體溶解系統

本發明關於使用雙混合器之氣體溶解系統以達到液體之高氣體溶解度。

氣體可溶於水，但溶解度在不同之氣體之間差異甚大。在一大氣壓及標準室溫(攝氏25度)下，NH₃、CO₂、O₃、O₂在水中之溶解度分別為每公升的水可溶解700、1、0.4及0.03公升。在工業應用中，通常使用文氏管(Venturi)作為氣體與液體之混合器，液體通過文氏管時氣體可被液體引入而與液體混合。利用此方法，被引入的氣體只能部分溶解於液體；相當大的另外一部分氣體並不溶於液體。經由文氏管處理之液體之氣體濃度通常遠低於飽和濃度而可能不符某些使用的要求。因此，需要一種能產生含有高濃度氣體之液體之系統。

在上述常使用之氣體中之臭氧在多項工業使用中愈趨重要，例如，廢水處理及飲用水消毒，因為臭氧可殺死致病的細菌、原生物及病毒。

相對於有毒、侵蝕性的化學製程，臭氧主要的優點在於能提供安全、有效、對環境有善的方式。

水消毒所需臭氧之濃度遠低於清洗晶圓所需者，研究證明在現有之清洗方式中，臭氧可提供更為環境友善之選擇且在很多情況下，其效果更佳。

臭氧分子相當不穩定，其具有很短之半衰期。因此，其在一段時間後將衰變成氧氣(O₂)，依下列反應式進行：2O₃ 3O₂

因為半衰期很短，臭氧在產生之後隨即衰變，在水中之半衰期約為30分鐘，表示臭氧在水中之濃度每半小時即減少一半。

因含有高溶解度臭氧之液體並不容易獲得，因此，需要一種為產生含有高濃度臭氧之液體之系統。

根據本發明之系統係使用兩組負壓汲引混合器並配有除氣裝置及壓力閥以達到高氣體溶解度之液體之目的。其中一組混合器係用以汲取氣體以與液體混合；另一組混合器係用以混合來自液體源之液體與含氣液體。藉由控制壓力閥，本發明之系統可提供兩種液體輸出，一種是高氣體濃度之氣溶液體、另一種是普通氣體濃度之氣溶液體，係為被稀釋成所要氣體濃度之氣溶液體。

本發明之系統藉由增加氣體破除器可處理有害而不能直接排放到外界環境之氣體。含有氣體之液體被導入附有該氣體破除器之除氣裝置。該氣體破除器包含氣體破除媒介劑，液體中之未溶解氣體與氣體破除媒介劑反應成為無害氣體而被釋放到外界環境中。

1‧‧‧氣體溶解系統

2‧‧‧未經處理液體之液體源

4‧‧‧壓力閥

6‧‧‧壓力感測器

8‧‧‧逆止閥

10‧‧‧第一混合器之液體入口

11‧‧‧第一混合器之液體入口

12‧‧‧第一混合器之液體出口

13‧‧‧第一混合器之喉部入口

20‧‧‧第二混合器

21‧‧‧第二混合器之液體入口

22‧‧‧第二混合器之液體出口

23‧‧‧第二混合器之喉部入口

32‧‧‧幫浦

33‧‧‧氣體源

34‧‧‧氣溶液體出口

35‧‧‧閥

40‧‧‧除氣裝置

41‧‧‧除氣裝置之入口

42‧‧‧除氣裝置之出口

43‧‧‧除氣裝置之氣體排放口

45‧‧‧管路

50‧‧‧閥

101‧‧‧管路

102‧‧‧管路

103‧‧‧管路

圖1顯示本發明之具有雙混合器之氣體溶解系統之配置。

以下將以圖式配合詳細說明本發明之一實施例。

本發明係關於一種具有雙混合器之氣體溶解系統1，其配置顯示於圖1。該系統包括兩個混合器10，20、一除氣裝置40、一壓力感測器6、壓力閥4、逆止閥8、閥35，50及一幫浦32。

如圖1示，一第一混合器10具有一液體入口11、一液體出口12、及一喉部入口13，其中該液體入口11透過一壓力閥4與一未經處理液體之液體源2連接，而該液體出口12經由一管路101連接至一氣溶液體出口34。該管路101安裝有一壓力感測器6，其電連接(在圖1中以虛線表示)至該壓力閥4。

系統1包括一第二混合器20，其具有一液體入口21、一液體出口22、及一喉部入口23。該液體入口21連接至在第一混合器10之液體出口12與該壓力感測器6之間之該管路101，且該喉部入口23透過一逆止閥8連接一氣體源33。

本發明之系統1包括一除氣裝置40，其具有一入口41、一出口42、及一氣體排放口43。該除氣裝置40之入口41經由管路103連接至第二混合器20之液體出口22，且該出口42經由一安裝有幫浦32之管路45連接至第一混合器10之喉部入口13。

本發明之系統進一步包括一閥50，其在幫浦32與第一混合器10之喉部入口13之間之位置連接至該管路45。

混合器10,20可為文氏管，文氏管在其中段位置具有一狹窄喉部。當主要流體(第一流體)通過文氏管，其在管內之喉部會加速且壓力會下降。在文氏管之壓力下降可被利用以汲引第二流體(在本發明中為氣體)而與主要流體(在本發明中為液體)混合。氣體被汲引入液體時僅有部分溶於液體中，很大部分的氣體並未溶於液體中。

除氣裝置40包含一氣-液分離器，當液體流經該氣-液分離器，未溶於液體中之氣體將與液體分離並被釋放至環境中。當欲處理之氣體為臭氧時，除氣裝置40將進一步包含一氣體破除器。

臭氧對於環境係有害的，當臭氧存在環境中時，其本身即為一種污染物，且可破壞森林、農作物、及人體健康。氣體破除器包含臭氧破除媒介劑可將臭氧分解為氧氣，藉此可避免臭氧直接排放所造成之環境污染。

如圖1示，液體由未經處理液體之液體源2經由壓力閥4導入本發明之氣體溶解系統1。該壓力閥4在接收由壓力感測器6之信號指示壓力小於一預設壓力時會開啟，下面將更詳細敘述。

在未經處理之液體導入系統1之後，該液體流經第一混合器10，接著其一部分沿著管路102而非沿著管路101流動，因為安裝在接近管路101末端之閥35係關閉。沿著管路102流動之液體接著流經第二混合器20。因為文氏管效應形成壓力降低或負壓(即壓力小於大氣壓力)之緣故，來自氣體源33之氣體經由喉部入口23被導入第二混合器20而與流經第二混合器20之液體混合。

流出第二混合器20之液體含有溶解之氣體及未溶解之氣體，接著該液體經由管路103被導入一除氣裝置40。該除氣裝置40包含一氣-液分離器，該氣-液分離器可將未溶解於液體中之氣體由液體分離出並將其釋放於外界環境中。若氣體為臭氧，因為臭氧對環境有害，所以未溶解之臭氧需經處理後才能釋放至外界環境中，此處理係將臭氧通過除氣裝置40中之破除器，使臭氧與破除器中之破除媒介劑反應而分解成氧氣並排放到外界環境中。

除氣裝置40之出口42經由安裝有幫浦32之管路45連接至第一混合器10之喉部入口13。流出該除氣裝置40之液體含有溶解之氣體且被幫浦32壓送並被汲入第一混合器10中。汲入第一混合器10之液體與來自未經處理液體之液體源2之液體混合而被稀釋至所要之濃度，成為氣溶液體而由氣溶液體出口34輸出。

當閥35關閉，管路101，102，103，及45將形成一封閉迴路。因為未有氣溶液體輸出，迴路壓力不變，壓力感測器6所示之壓力值保持不變。因為幫浦32之作用，在此迴路中之液體持續流動而來自氣體源33之氣體亦持續被汲入第二混合器20，液體中之氣體濃度在每一循環之後增高，直到接近飽和濃度。閥50在幫浦32與第一混合器10之間的位置連接至管路45，當開啟閥50時可獲得具有高氣體濃度之液體，而閥50成為具有高氣體濃度之液體之輸出口。

壓力感測器6電連接至壓力閥4。壓力閥4開啟程度係由壓力感測器6感測輸出管路101中液體壓力降所控制。壓力感測器6被配置以依該壓力降之大小送出訊號至壓力閥4。當閥50開啟後，管路101中之壓力下降。管路101壓力下降被壓力感測器6感知，壓力感測器6於是送出一訊號至壓力閥4使壓力閥4開啟。當閥50關閉，管路101內之壓力升高至其正常位準且該壓力閥4被壓力感測器6通知以關閉。

熟悉本發明技術領域可了解上述實施例係作為說明而非限制本發明，再者，針對該實施例可進行各種改變或修改而仍為不脫離本發明之原則及精神，本發明之範圍係界定於申請專利範圍。

Claims

一種具有雙混合器之氣體溶解系統，包括：一第一混合器(10)，具有一液體入口(11)、一液體出口(12)、及一喉部入口(13)，其中該液體入口(11)經由一壓力閥(4)連接至一未經處理液體之液體源(2)，且該液體出口(12)經由安裝有一壓力感測器(6)之一管路(101)電連接至一氣溶液體出口(34)；一第二混合器(20)，具有一液體入口(21)、一液體出口(22)、及一喉部入口(23)，其中該液體入口(21)在第一混合器(10)之液體出口(12)與該壓力感測器(6)之間連接至該管路(101)，且該喉部入口(23)經由一逆止閥(8)連接至一氣體源(33)；一除氣裝置(40)具有一入口(41)、一出口(42)、及一氣體排放口(43)，其中該入口(41)經由一管路(103)連接至第二混合器(20)之液體出口(22)，且該出口(42)經由安裝有一幫浦(32)之一管路(45)連接至該第一混合器(10)之喉部入口(13)；一閥(50)，在該幫浦(32)與第一混合器(10)之喉部入口(13)之間連接至該管路(45)。
如請求項1之氣體溶解系統，其中該壓力閥(4)開啟之程度由壓力感測器(6)感知之管路(101)壓力降來控制，該壓力感測器(6)依該壓力降之大小送出訊號至該壓力閥(4)。
如請求項1之氣體溶解系統，其中該第一混合器(10)及該第二混合器(20)各為一文氏管。
如請求項2之氣體溶解系統，其中該第一混合器(10)及該第二混合器(20)各為一文氏管。
如請求項4之氣體溶解系統，其中該除氣裝置(40)包括一氣-液分離器及一氣體破除器，且該氣體源(33)係一臭氧源。