一种有利于气体充分溶解的装置的制作方法

本发明涉及一种用于气体溶解的装置，具体涉及一种有利于气体充分溶解的装置。

背景技术：

气体的超饱和溶解问题及难溶性气溶解问题，是各研究机构和水处理领域广泛关注的研究课题，特别是近几年随着氢气在保健、医疗领域抗氧化功效研究的不断推进，国内外各种水素水、富氢水、制氢镁棒、便携式电解氢水杯等产品如雨后春笋般涌现。饮用(注射氢水或氢气溶解水)是最方便、快捷、安全的人体给氢方式，氢水的抗氧化功效与水中溶解氢气的浓度呈正相关。

然而，如何在常压、常温下增加氢气在水中的饱和溶解度，或在一定最大饱和溶解度条件下，使氢气在水中快速、充分地达到过饱和溶解状态，却成为很多生产企业难以逾越的技术障碍。目前国内生产的富氢水、日本和韩国生产的水素水(均是含氢量较高的水溶液，名称不同，性质一样)，但氢含量难以突破1.2ppm。由于受设备、气液混合时间等溶解条件限制，镁棒反应、便携式水素水杯等电解装置所产生的氢水中氢含量普遍小于0.8ppm，注射、输液用氢水，由于受溶解药液中盐度的影响，氢含量难于突破1ppm。根据相关科研院所提供的实验结果表明，常温常压下氢气在普通纯水中最大饱和溶解度为1.6ppm。

目前富氢水、水素水的生产中气液溶合技术工艺，主要有以下几种方式：1、采用加压、降温工艺提高水的饱和溶解度，但加压、降温对包装材料要求很高，生产、运输很不方便，成本高昂，并且产品在常温常压下使用时氢气迅速溢出，最终难以达到保健和治疗所需浓度，除早期个别产品采用此法外，该项生产工艺基本淘汰；2、气水雾化溶合生产工艺；3、微纳气泡溶解工艺。以上所有的氢水制造方法各有不同，但氢溶解方式可分为两类。一类如镁棒反应制氢、电解制氢等氢水自然溶解，由于受设备限制，溶解时间短，单位体积氢水接触表面积小，气相、液相对流、扰动强度小，所以该种方式所获氢水远未达到饱和溶解，氢含量一般不超过0.8ppm。二类工业化包装水富氢水生产方式，水、气雾化工艺，特别是微纳气泡溶解工艺极大地提高了单位体积氢水接触面积从而大幅提高了饱和溶解度，但由于受设备、工艺、成本限制，难以大规模生产微纳气泡，同时气相、液相扰动不强，也难以达到饱和溶解或过饱和溶解，所以目前市场中的富氢水、水素水氢含量很难超过1.2ppm。

目前最先进的氢水溶解工艺是利用微纳气泡饱和溶解原理，能够使气体在常温常压条件下在水中达到过饱和溶解状态，但由于受设备、成本及工艺条件的限制，大量、密集、持续产生微纳气泡是一个技术难题，且设备宏大，成本高昂，能耗大。在气体溶解领域、水质处理领域不能广泛使用，特别是富氧、富氢包装水的生产中，局性很大，以往的设备不能低成本地满足大规模生产要求，水中的气体容易析出，难以保证产品品质不变。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是受设备、成本及工艺条件的限制，现有技术中进行工业化大规模富氢水生产的成本高昂，且氢气的溶解度较低，目的在于提供一种有利于气体充分溶解的装置，气体、水体在一定压力作用通过空隙，所形成的微小气泡、水珠在溶解室不断交溶、碰撞、破碎、形变，从而在气相和水相间形成剧烈的对流、湍流和扰动作用，增大了气液接触面积和时间，有利于提高难容气体的饱和溶解度，大大缩短饱和溶解时间，设备体积小，制造简单，成本低廉，能够获得较高氢含量的富氢水产品。

本发明通过下述技术方案实现：

一种有利于气体充分溶解的装置，包括溶解室，所述溶解室分别与进气管和排气管连通，所述进气管与溶解室之间和/或者排气管与溶解室之间设有疏水层；在进气管与溶解室之间设有气石层，且所述气石层与溶解室连接相通。

所述溶解室内用于容纳水体，待溶解气体通入溶解室内，部分气体在溶解室内溶入水体中，未溶解的气体由排气管排出；本发明的疏水层主要起到隔离水体的作用，且使气体能够自由通过疏水层，而水体无法渗透穿过疏水层。可依据溶解室内水体的存积量及进气管和排气管在溶解室上的连接位置设置安装疏水层，为防止在进气管的进气端或排气管的排气端发生水体渗漏，在进气管与溶解室之间和/或者排气管与溶解室之间设有疏水层。此外，尤其在进气管与溶解室之间设置疏水层，气体在通过疏水层时在疏水层的缝隙间流通，气体可被分割为微小细流形状后进入溶解室与水体接触，因此，疏水层还有利于增大气体与水体的接触面积，发挥促进气体溶解的作用；本发明气石层主要用于将进气管进入的气体分割成直径为微米级的微小气泡后再通入溶解室，极大的提高了气体与水体的接触表面积，提高了气体在水体中的溶解度。同时，由于微小气泡在水水体中上升移动速度会相对减缓，进一步延长了微小气泡在水体中的停留时间，从而增大气体在水中的溶解度。当进气管端设有疏水层时，设置顺序依次为进气管、疏水层、气石层和溶解室，当进气管端未设置疏水层时，设置顺序依次为进气管、气石层和溶解室。

优选地，所述疏水层内装填有树脂类涂层疏水硅砂。

本发明疏水层内主要采用现有技术中的无害树脂类涂层疏水硅砂进行填充，气体可自由通过，而水体在40米水压下，可完全被约束在溶解室内，不会使溶解室内水向进气端或排气端渗漏，保障溶解过程顺利进行。

优选地，所述气石层内填充有微细固体颗粒材料。

本发明的气石层填充的微细固体颗粒材料可是微细粒度的硅砂、金刚砂或锗石等无毒、无害、不溶的低成本固体颗粒，由进气管进入的气体被气石层分割成微小气泡，可通过调节固体颗粒大小、形状和填充密度的参数来调节气石层内填充的固体颗粒间的孔隙大小，以实现将进入的气流分割成直径为50微米以下微纳米气泡进入气液溶解室进行溶解，孔隙越小形成的气泡直径也越小。所述微细固体颗粒材料不会与气体以及水体发生反应，不会对气体或水体本身固有的物理或化学性质产生影响，对人体无害。

优选地，所述气石层内微细固体颗粒材料堆积的孔隙直径大小为1μm～100μm。

优选地，还包括加压室和负压室，所述加压室与进气管连接相通，所述负压室与排气管连接相通。

通过在进气端设置加压室，起到缓冲和加压的作用，待溶解气体先进入加压室获得一定压力后，使气体在压力作用下均匀透过疏水层和气石层或均匀透过气石层后进入溶解室；同时，通过在进气端加压进气，在排气端减压排气，有利于促进气体流通，减少气体浪费，又有利于提高溶解效率。

优选地，所述溶解室内充填微细固体颗粒材料。

通过在气液溶解室内充填细微沙粒锗石等微细固体颗粒材料，可改变水分子偶极性，目的是使水体在流动的过程中，水分子团在细微颗粒材料中不断碰撞、剪切、形变与微小气泡爆气等复杂作用下水分子团逐渐粉碎、变小、形成稳定的超小分子团水(磁共振半幅宽70以下)，从而大大提高气体在水体中的饱和溶解度，促进气体在水中进行过饱和溶解，且使已溶气体不易析出，产品保质期大大延长(小分子团可长时间保持不链接)。此外，受到微细固体颗粒材料的阻碍，会使流动的水体及流动的微小气泡产生较强的扰动，有利于提高气体在水体中的溶解度。

优选地，所述溶解室内微细固体颗粒材料的堆积的孔隙直径大小为10μm～100μm。

优选地，还包括循环设备，所述排气管与所述循环设备的输入端连接，所述进气管上旁通设有循环进气管，所述循环设备的输出端与循环进气管连接。

通过设置循环设备，将排气管排出的未溶解的气体导向进气管，再次由进气管进入溶解室内进行溶解，如此往复循环，可有利于实现气体的充分溶解，防止未溶解的气体直接排放造成资源浪费。进气管完成加压补气功能。

优选地，所述溶解室上设有进水口和出水口，所述出水口处设有控制阀。

通过在溶解室上设置进水口和出水口，水体由进水口端导入溶解室内，溶解气体后的水体由出水口排出，可形成流动态水体，促进气体溶解。同时还可在进水口处施加压力，促进水体流动；在出水口设置开关控制阀或流量控制阀以控制水体在溶解室内的停留时间，达到合理控制溶解时间的目的。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种有利于气体充分溶解的装置，利用微纳气泡过饱和溶解原理，有利于提高难容气体的饱和溶解度，大大缩短饱和溶解时间。现有技术中，由于受设备及成本、工艺的限制，大量、密集、持续产生微纳气泡是一个技术难题，且设备宏大，成本高昂，能耗大。在气体溶解领域、水质处理领域不能广泛使用，特别是富氧、富氢包装水的生产中，局性很大，以往的设备不能低成本地满足大规模生产要求，水中的气体容易析出，难以保证产品品质不变，本发明使气体通过疏水层、气石层以及溶解室内的微细固体颗粒材料，能够获得大量的微小气泡，提高气体在水体中的溶解度，且设备体积小，制造简单，成本低廉；

2、本发明一种有利于气体充分溶解的装置，气体或水体在压力的作用通过微细固体颗粒的空隙，所形成的均匀的气泡、水珠不断交溶，不断碰撞、破碎、形变，从而形成剧烈的气相、水相、对流、湍流、扰动等复杂作用后水分子链破裂、分子团变小，大部分形成0.7纳米以下稳定的水分子团水，单位体积气液接触表面积大，气液溶合时间长和路径长，在提高水体本身溶解度的情况下，能够进一步促进氢气在水中溶解达到过饱和溶解状态，大大提高了氢气在水中的溶解量，实验表明，本发明能大大缩短饱和溶解时间氢的溶解度达到3ppm以上，产品在一年内溢出量低于30％；

3、本发明一种有利于气体充分溶解的装置，水体在流动的过程中，水分子团在细微颗粒材料中不断碰撞、剪切、形变与微小气泡爆气等复杂作用下水分子团逐渐粉碎、变小、形成稳定的超小分子团水(磁共振半幅宽70以下)，改变了水分子的偶极性，水分子团能够长期保持稳定状态存在，使溶解的氢气不易析出。经氢气溶解试验，氢含量可最高达3.6ppm以上，包装后保质期可达一年左右，适合大规模工业生产和大型水处理过程；

4、本发明一种有利于气体充分溶解的装置，可用于低成本、无化学物资添加的水处理问题，可用于涉及其他难容气体的溶解工艺；

5、本发明装置因可大规模密集地产生微纳气泡，所有本发明装置型变后，置于舰船底部，利用加压空气大量产生微纳气泡，使船底与分体之间形成一层气泡膜，从而减少舰船行驶阻力，提高航速。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例1对应的正面截面结构示意图；

图2为本发明实施例2对应的正面截面结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：1-溶解室，2-进气管，3-排气管，4-疏水层，5-气石层，6-加压气室，7-负压气室，8-循环进气管，9-进水口，10-出水口，11-壳体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，本发明一种有利于气体充分溶解的装置，包括壳体11，所述壳体11内设有溶解室1，溶解室1的两侧壁上对应设有进水口9和出水口10，出水口10处设有开关控制阀。壳体11内位于溶解室1的上方通过隔板栅12隔开设有疏水层4，壳体11内位于疏水层4的上方设置负压室7，负压室7与排气管3连通；壳体1内位于溶解室1的下方通过隔板栅12隔开依次向下设有气石层5、疏水层4，所述气石层5和疏水层4之间也设有隔板栅12，壳体11内位于疏水层4的下方设有由加压室6，所述加压室6与进气管2连通，溶解的气体为氢气。所述隔板栅12为可允许水和气体通过的微孔板材，对疏水层4和气石层5气固定作用，隔板栅12的微孔孔径小于疏水层4和气石层5内的固体颗粒的粒径。

疏水层4内装填有环氧树脂超疏水涂层硅砂，所述硅砂颗粒间的孔隙大小为纳米级，气石层5内填充有微细粒度金刚砂，金刚砂颗粒间孔隙直径大小为50μm，加压室6内压力为1.5mpa。进水口水体压力130mm汞柱。

实施例2

在实施例1的基础上进一步改进，本发明一种有利于气体充分溶解的装置，疏水层4内装填有采用食品级安全超疏水涂层蜂蜡、棕榈蜡等涂覆的硅砂，所述硅砂颗粒间的孔隙大小为微米级，气石层5内填充有微细粒度金刚砂，金刚砂颗粒间孔隙直径大小为80nm左右，加压室6内压力为3mpa。

实施例3

如图2所示，进一步地在实施例1或2的基础上改进，本发明一种有利于气体充分溶解的装置，在溶解室1内填充有细微锗石，溶解室1内细微锗石颗粒间孔隙直径大小为100μm。

实施例4

进一步地在实施例3的基础上改进，本发明一种有利于气体充分溶解的装置，还包括循环设备，循环设备包括循环气泵及循环管路。排气管3与循环设备的输入端连接，进气管2上旁通设有循环进气管8，循环设备的输出端与循环进气管8连接。溶解室1是由绝缘材料制成。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。