气泡产生装置和方法.pdf

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1、10申请公布号CN102781561A43申请公布日20121114CN102781561ACN102781561A21申请号201180010747X22申请日201103011003466820100302GB1016005920100923GBB01F3/04200601C02F3/20200601C12M1/04200601E21B43/16200601H01M8/1820060171申请人ACAL能源公司地址英国柴郡72发明人罗伯特朗曼布赖恩克拉克森74专利代理机构北京英赛嘉华知识产权代理有限责任公司11204代理人王达佐阴亮54发明名称气泡产生装置和方法57摘要公开了用于产生微气泡。

2、的装置1，其包括衬底3，所述衬底具有穿过其的孔5，每个孔包括气体入口7和气体出口9，其中气体出口的宽度大于气体入口的宽度。还公开了制造所述装置的方法和产生微气泡的方法。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2012082386PCT申请的申请数据PCT/GB2011/0504112011030187PCT申请的公布数据WO2011/107795EN2011090951INTCL权利要求书3页说明书10页附图6页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书10页附图6页1/3页21用于产生微气泡的装置，包括衬底，所述衬底具有穿过其的孔，每个孔包括气体入口和气体出口，其。

3、中所述气体出口的宽度大于所述气体入口的宽度；其中平均气体入口宽度为约2微米至10微米；和/或其中平均气体出口宽度为约5微米至100微米；和/或其中所述入口直径为所述出口直径的1/10至1/5。2如权利要求1所述的装置，其中每个孔的横截面形状为选自圆形、三角形、正方形、长方形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形和十边形的一种。3如权利要求1或2所述的装置，其中所述装置是多孔元件。4如权利要求1至3中任一权利要求所述的装置，其中所述气体出口的宽度比所述气体入口的宽度大一个数量级。5如权利要求1至4中任一权利要求所述的装置，其中所述孔从所述气体入口向所述气体出口有规则地逐渐变细。6如权利要求1至。

4、4中任一权利要求所述的装置，其中所述孔从所述气体入口向所述气体出口不规则地逐渐变细。7如权利要求1至6中任一权利要求所述的装置，其中所述衬底上的孔密度为400个孔/CM2至10000个孔/CM2。8如权利要求1至7中任一权利要求所述的装置，其中所述衬底具有正方形排列，并且所述衬底上的孔密度为1000个孔/CM2至2500个孔/CM2。9如权利要求1至8中任一权利要求所述的装置，其中所述衬底的厚度为约20微米至1000微米。10如权利要求1至9中任一权利要求所述的装置，其中所述衬底的厚度为约50微米至100微米。11如权利要求1至10中任一权利要求所述的装置，其中所述气体入口宽度为所述气体出口宽。

5、度的约01至02倍。12如权利要求1至11中任一权利要求所述的装置，其中所述平均气体出口宽度为约20微米至50微米。13如权利要求1至12中任一权利要求所述的装置，其中在所述衬底的整个长度上，所述气体出口和/或气体入口的宽度变化不大于10，优选小于1。14如权利要求1至13中任一权利要求所述的装置，其中所述气体出口宽度约为期望的气泡尺寸宽度的一半，其中优选地，所述期望的气泡尺寸为50微米至100微米。15如权利要求1至14中任一权利要求所述的装置，其中所述衬底具有朝向所述孔的气体出口的活性表面。16如权利要求15所述的装置，其中至少一部分的所述活性表面由亲水材料形成或者涂有亲水材料。17如权利。

6、要求1至16中任一权利要求所述的装置，其中朝向所述孔的气体入口的至少一部分表面由疏水材料形成或涂有疏水材料。18如权利要求1至17中任一权利要求所述的装置，其中至少一部分的所述孔的内部涂有疏水材料。19如权利要求1至18中任一权利要求所述的装置，其中所述衬底是细长元件。权利要求书CN102781561A2/3页320如权利要求15至19中任一权利要求所述的装置，其中所述气体出口包括从所述活性表面突起的边缘。21如权利要求1至20中任一权利要求所述的装置，其包括烧结玻璃或金属粉末、塑料、多孔膜、网以及钻孔或穿孔板中的一种或多种。22如权利要求21所述的装置，其包括不锈钢箔和/或聚酰亚胺膜。23如。

7、权利要求1至17中任一权利要求所述的装置，其中每个孔的横截面形状是圆形的，并且所述气体入口和气体出口的宽度为所述气体入口和气体出口的直径。24如权利要求23所述的装置，其中从所述气体入口朝向所述气体出口的锥形角度相对于每个孔的纵轴为约6至26，优选为10至15。25如权利要求23或24所述的装置，其中每个孔为截头锥形。26制造用于产生微气泡的装置的方法，其包括步骤提供衬底；以及在预定位置对所述衬底穿孔，并且孔具有预定的宽度。27如权利要求26所述的方法，其中对所述衬底穿孔的步骤包括使用激光。28产生微气泡的方法，其包括步骤提供权利要求1至25中任一权利要求所述的装置；向所述孔供应液体；以及通过。

8、所述孔经由每个孔的气体入口供应气体。29如权利要求28所述的方法，其中供给所述液体穿过所述孔，以引导所述液体流。30用于氧化还原燃料电池的阴极电解质再生系统，其包括室；用于接收从所述电池的阴极区进入所述室的还原的氧化还原介体对的第一入口；用于将氧化的氧化还原介体对供给至所述电池的阴极区的第一出口；用于接收氧化剂供给的第二入口；以及用于从所述室排出气体、水蒸气和/或热的第二出口，与所述第一入口流体连通的阴极电解质通道，具有活性表面的权利要求1至25中任一权利要求所述的装置，并且所述阴极电解质通道设置为邻近或朝向所述活性表面引导阴极电解质流。31如权利要求30所述的阴极电解质再生系统，其中所述装置。

9、包括孔，所述孔的平均直径为约5微米至100微米。32如权利要求30或31所述的阴极电解质再生系统，其中所述装置包括孔，所述孔的平均直径为约20微米至50微米。33如权利要求30至32中任一权利要求所述的阴极电解质再生系统，其中至少一部分的所述活性表面由亲水材料形成或涂有亲水材料。34如权利要求30至33中任一权利要求所述的阴极电解质再生系统，其中除了所述活性表面以外，至少一部分的所述装置由疏水材料形成。35权利要求1至25中任一权利要求所述的装置在产生微气泡中的用途。36权利要求1至25中任一权利要求所述的装置在氧化还原燃料电池的阴极电解质再生系统中的用途。37权利要求1至25中任一权利要求所。

10、述的装置在使用小的氧气泡处理污水中的用途。38权利要求1至26中任一权利要求所述的装置在使用小的氧气泡培养和繁殖酵母菌权利要求书CN102781561A3/3页4中的用途。39权利要求1至25中任一权利要求所述的装置在使用小的二氧化碳气泡碳化饮料中的用途。40权利要求1至25中任一权利要求所述的装置在从含油储存物中除去油以致当小气泡通过所述储存物冒泡时油被携带于每一小气泡的气体与液体的界面之间的用途。41用于产生微气泡的装置，其基本如本文所限定，并且参考图3至9且如图3至9所示。42制造用于产生微气泡的装置的方法，其基本如本文所限定，并且参考图3至9且如图3至9所示。43产生微气泡的方法，其基。

11、本如本文所限定，并且参考图3至9且如图3至9所示。44用于氧化还原燃料电池的阴极电解质再生系统，其基本如本文所限定，并且参考图3至9且如图3至9所示。45权利要求1至25中任一权利要求所述的装置在产生微气泡中的用途，其基本上如本文所限定，并且参考图3至9且如图3至9所示。46权利要求1至25中任一权利要求所述的装置在氧化还原燃料电池的阴极电解质再生系统中的用途，其基本上如本文所限定，并且参考图3至9且如图3至9所示。47权利要求1至25中任一权利要求所述的装置在使用小的氧气泡处理污水中的用途，其基本上如本文所限定，并且参考图3至9且如图3至9所示。48权利要求1至25中任一权利要求所述的装置在。

12、使用小的氧气泡培养和繁殖酵母菌中的用途，其基本上如本文所限定，并且参考图3至9且如图3至9所示。49权利要求1至25中任一权利要求所述的装置在使用小的二氧化碳气泡碳化饮料中的用途，其基本上如本文所限定，并且参考图3至9且如图3至9所示。50权利要求1至25中任一权利要求所述的装置在从含油储存物中除去油以致当小气泡通过所述储存物冒泡时油被携带于每一小气泡的气体与液体的界面之间的用途，其基本上如本文所限定，并且参考图3至9且如图3至9所示。权利要求书CN102781561A1/10页5气泡产生装置和方法0001本发明通常涉及用于产生泡的装置，具体而言，涉及用于产生微气泡的装置及其各种用途。本发明还。

13、包括制造所述装置的方法和产生微气泡的方法。0002微气泡的形成已被充分研究并报道了研究领域。最近，人们已关注利用直径为微米水平的微气泡的各种方法，并且已经提出了用于产生微气泡的各种设备。0003用于形成气泡的一些常用技术包括压缩气体以使空气溶解于液体流，然后通过喷嘴释放以通过空化而形成气泡；在液体表面下送递空气流，其中以机械方式或者通过搅动或剪切力使气泡脱离；以及超声波诱发的空化。0004在通过利用叶片和气泡喷射流由剪切力将空气引入水流中而产生空气泡的系统中，经常需要使用较高转数来产生空化。然而，产生了问题，例如通过产生空化而导致的能量消耗增加和叶片侵蚀或振动。此外，这一技术并不适于产生大量微。

14、气泡。0005之所以需要微气泡，是因为它们提供了各种极好的作用，这些作用已经用于许多工业领域，包括植物栽培、水产养殖、废水处理等。降低微气泡的直径来增加它们相对于其体积的表面积是有效的，由此扩大气泡与周围液体之间的接触面积，因此，当气泡尺寸降低时，可以发生更多的质量传递过程。0006在废水处理厂中，已知的是，使污水或污泥充气，作为废水纯化过程的一部分。通常，通过管和/或软管系统，在含有废水和细菌絮状物的曝气槽底部附近引入气体。随着空气以空气泡形式升至表面，空气中的一些氧被转移到废水中，并且被降解细菌RESPIRINGBACTERIA在消化过程中消耗，这有助于污水处理。供应给细菌的氧气越多，消化。

15、过程越有效。因此，需要提供更小的气泡，由此进一步增强消化过程的效率。0007如果为了曝气目的而进行喷雾，则在生物反应器和发酵罐存在相似的需要。具体而言，如果生长和增殖的酵母细菌因呼吸而需要恒定的氧补充，则酵母制造业就存在这种需要。0008然而，在利用常规型微气泡产生系统的曝气系统中，例如，基于注入的扩散系统，甚至当提供微孔隙时，当在压力下通过孔隙注入空气泡时，每个气泡的体积扩大，并且每个气泡的直径由于注入过程中气泡的表面张力而增加至数毫米。这种方法在产生小直径的微气泡中遇到了困难。与这种方法有关的另一问题在于，孔隙的堵塞，这降低了系统的效率。0009小气泡的另一项应用是，在油剩余很少或者油被锁。

16、定在沙地中的某些场所中对难以提升的油储存物OILRESERVES进行提取。使气体通过这种含油储存物OILBEARINGRESERVES的冒泡过程具有提升油的作用，因为气泡在引力下上升并使油与其一起上升。气泡在水中形成，并且被泵入井或者储存物中，并且当气泡通过储存物时，油被携带于每一气泡的气体与水之间的界面上。因此，气泡越小，用于运输油的相对表面积越大。0010因此，期望以比迄今已知方式更方便且有效的方式产生微气泡。0011一般的理解是，为了减小微气泡尺寸，唯一的要求是减小形成气泡的孔隙尺寸。然而，这种理解是考虑不周到的，原因有许多。0012这些原因中的首要一个是，气泡被“固定”于形成它的衬底材。

17、料，并持续膨胀，直到气泡由于某些破坏力而挣脱。这种力量可以是例如随着气泡的发展而施加于气泡的浮力、说明书CN102781561A2/10页6惯性力或剪切力。界面张力控制着通过将气泡固定于表面而保持该气泡所用的力。这样，必须考虑三种相互作用0013液体与固体衬底之间的相互作用，LS，MN/M；0014液体与气体即空气之间的相互作用，LG,MN/M；以及0015固体衬底与气体即空气之间的相互作用，SG,MN/M。0016这些因素的相对贡献控制着气泡生长的属性以及气泡能脱离表面的容易程度。0017除了上述以外，气泡生成的速率独立于孔尺寸，并且可以表示为0018公式10019其中F是气体通过孔的流速，。

18、RB是气泡的半径。这意味着气泡越小，生成的速率越快，并且这可以从图1明显地看出，图1表示气泡通过直径30微米的单个孔的快速生成。0020已经观察到，气泡或多或少同时在穿孔或烧结的材料表面上形成。因为气泡从孔中摆脱进入液体中，因此假定气泡的形状是半径R和高度H的球冠，如在图1中所示。因此，下述公式给出了气泡的体积0021公式20022在平分线之间存在几何关系，其允许将公式2转化为单个变量H，从而0023公式30024鉴于恒定压差PP0P1，气泡的体积生长速率DV/DT等于气体通过孔的流速F。微分恒等式0025公式40026公式4可以用于给出气泡生成的线性速率0027公式50028公式5的数值解给。

19、出了气泡半径的生长速率，如在图2中所示。图2所示的分析与气泡或多或少同时在穿孔或烧结材料的表面上形成的观察结果一致。可以观察到，气泡半径在001秒内从R015M的最初状态非常快速地生长至250M的半径05MM直径。然后是相对稳定的生长速率。因此公式5的解也与观察结果一致。0029根据YOUNGLAPLACE方程，已知的是，当气泡为最小半径RB时，实现气泡内的最大压力P0030公式60031其中是液体/气体界面张力。说明书CN102781561A3/10页70032当气泡为与其所穿过的孔的半径相同的半球时，气泡的半径最小，这因此构成了气泡内的最大压力点；这称为突破压力。0033期望提供在气泡生长。

20、得过大之前从衬底表面除去气泡并使其进入液体的装置和方法。可能期望例如产生直径为100微米或更小、并优选50微米或更小的微气泡。0034根据下述描述，本发明如何解决了与已知技术有关的缺陷，并提供迄今未预料的或对于已知构造有可能性的许多其他优势，这些将变得显而易见。0035本发明人假定，如果空气的流动F能够在到达气泡的突破压力时停止，则孔中的残余压力会使气泡膨胀至小尺寸，随后可以在流动重新开始之前，使之与表面分开。0036会在供给气泡的孔中形成空气的存储器，所述孔的深度为并且半径为RO。根据波义耳定律BOYLESLAW，最初状态和气泡突破即下标“0”能与最终状态即下标“1”有关0037POVOP1。

21、V1公式70038下述公式给出了最初和最终状态的体积0039公式800400041可能的气泡尺寸可以通过组合公式6、7和8而确定，并且简化给出了降低的三次式形式的关系0042公式90043其中是孔的长度/深度即衬底的厚度，RO是形成气泡的孔的半径，而RB是最终的气泡尺寸。0044公式9的解显然依赖于RO和的值。对于RO15M和70M的典型值而言，公式9的解给出RO30M，即两倍于孔尺寸的气泡，但是仍然在期望的范围内。表1给出了达到平衡时气泡会形成的解的范围。这些终值是当大量形成时会提供良好的质量转移的所有尺寸。0045表100460047本发明人考虑了在气泡突破点停止气流的方式。因为在典型的多。

22、孔元件中，存在数以万计的孔，因此，在每个孔中单独停止流动看起来过于复杂。0048考虑了许多可选的途径，包括说明书CN102781561A4/10页80049振荡或脉动气流；0050利用音频执行器SONICFREQUENCYACTUATOR，例如扬声器，以导致压力达到高峰和低谷；0051柔性膜，其随气体流动能打开或关闭孔的后部；以及0052使用量孔板以在生长的膨胀阶段限制流动。0053因此，根据本发明的第一方面，提供了用于产生微气泡的装置，包括衬底，所述衬底具有穿过其的孔，每个孔都包括气体入口和气体出口，其中气体出口的宽度大于气体入口的宽度；0054其中平均气体入口宽度为约210微米；和/或00。

23、55其中平均气体出口宽度为5100微米，和/或0056其中入口直径为出口直径的1/10至1/15。0057发现为了限制流动，使用出口尺寸大于入口尺寸的孔会实现所寻求的特性。随着气泡膨胀超过突破压力，气体供应受限于孔的限制，因此公式1中的流动项F减小，相应地，气泡的生长速率减缓。因此，提供了使气泡尺寸最小化同时保持产生大量微气泡的能力的方式。该装置的复杂性远小于已知装置的复杂性，如将空化用作产生微气泡的主要技术的那些装置。0058就装置而言，每个孔的横截面形状可以为选自下述中的一个圆形、三角形、正方形、长方形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形和十边形。当然，应当认识到，其他几何形状在实现本。

24、发明的功能时也等同有效。圆形横截面在某些实施方案中对于产生微气泡特别有效。0059装置可以是多孔元件，或者可以认为是多孔元件。多孔元件可以用于诸如氧化还原燃料电池的应用中，特别是这类燃料电池的再生系统中。0060气体出口的宽度可以比气体入口的宽度大一个数量级。通常，出口的直径可以小于所需气泡直径的一半。入口直径应当足够小，以便阻塞气流。当入口直径为出口孔直径的1/1001到1/502时，特别能看到这种作用。直径为2微米到10微米的气体入口宽度和直径为20微米到50微米的气体入口宽度特别有效。整个穿孔表面的几何形状的一致性对于装置的有效性能非常关键，因此优选变化不多于10，更特别优选变化小于1。。

25、0061孔可以从气体入口向气体出口有规则地逐渐变细。根据液固界面张力，孔的形状可以防止液体进入孔中。例如，具有开放的圆锥形结构的疏水衬底可以出色地防止液体进入。0062孔可以从气体入口向气体出口不规则地逐渐变细。0063衬底上的孔密度可以为40010000个孔/CM2。孔密度是压力下降与气泡聚结之间的平衡。气泡产生的频率越高，则当孔填装密度高时，它们越可能聚结。当使用正方形排列时，1,0002,500个孔/CM2的孔密度可能特别有利。已将交错排列用于使气泡分离最大化。六边形和其他排列是有效的。当然，应当认识到，其他几何排列在实现本发明的功能时等同有效。0064衬底厚度可以为201,000微米；。

26、随着空气存储器增大，厚度会影响最终的气泡直径。优选的范围可以为50100微米。当然，应当理解到，衬底的其他厚度在本发明的不同应用中可能更合适。说明书CN102781561A5/10页90065气体出口宽度可以为所需气泡尺寸宽度的约一半，其中所需气泡尺寸的范围可以为50100微米。0066衬底可以具有朝向孔的气体出口的活性表面。活性表面可以是与气泡分散于其中的液相接触的表面。具有吸引液相的活性表面、例如在水性液体情况下的亲水表面有利于产生小气泡，因为液体在形成泡的情况下有利地流动并使泡从表面升高，由此增加微气泡产生。0067形成气泡的表面的湿润能为显著的。最后，至少部分的活性表面可以由亲水材料形。

27、成或涂有亲水材料。亲水表面允许液体在气泡生长时“控制”气泡，以便使其升起并由此产生较小的气泡。0068可能地，朝向孔的气体入口的至少一部分表面可以由疏水材料制成或涂有疏水材料。另外或可替换地，至少一部分的孔的内部可以涂有疏水材料。疏水材料不被弄湿，因此当装置未激活时，在气压下阻止液体进入孔或穿过气体侧，并允许在最小突破压力的需求下进行快速启动。0069衬底可以是细长的元件。细长的元件特别适于诸如在氧化还原燃料电池中再生阴极电解液的应用。0070气体出口可以包括从活性表面突起的边缘。该边缘可以在液体流动的层流边界层中使离开的气泡EXITINGBUBBLE提升得更高，并且增加剪切应力以使气泡脱离固。

28、体衬底。当然，衬底可以为易弯曲的，其可以改进其的气泡脱离能力。0071装置可以包括烧结玻璃或金属粉末、塑料、多孔膜、网以及钻孔或穿孔板中的一种或多种。0072在一些实施方案中，优选装置包括不锈钢箔和/或聚酰亚胺膜。这些材料可以容易地形成为薄板/衬底，这种能力/特性适于本发明的既定功能。0073在一些实施方案中，可能地，从气体入口到气体出口的锥形角度相对于每个孔的纵轴为约6至26，并且优选为约10至15。与孔直径组合的这种角度通过限制可用于泡形成的气体存储器而提供对气泡尺寸形成的优异控制。0074特别有利地，每个孔是截头锥形。0075在第二方面，本发明包括制造用于产生微气泡的装置的方法，其包括步。

29、骤0076提供衬底；以及0077以预定宽度的孔，在预定位置对衬底穿孔。0078选择衬底中的孔位置对防止气泡在衬底表面聚结是重要的。在形成操作中，良好设计的分布形式将允许气泡形成并释放入液体而没有其他气泡影响。孔的无规分布可能未必允许该水平的工程控制。0079将衬底穿孔的步骤可以涉及使用激光。激光提供了在孔位置和尺寸方面对衬底进行穿孔的精确方式。这可以通过使用激光加工形成主模板，然后通过电镀或电沉积批量产生喷射元件。0080在第三方面，本发明涉及产生微气泡的方法，其包括步骤0081提供权利要求125中任一项所述或如上文所述的装置；0082向孔供应液体；以及0083通过每个孔的气体入口，通过孔供应。

30、气体。说明书CN102781561A6/10页100084在一些实施方案中，可以优选的是，穿过孔供应液体，以引发液体流动。这可以显著减少所得气泡的尺寸。由液流提供的对形成气泡的粘滞阻力与气体和液体间的浮力相比是显著更大的力。粘滞阻力更迅速地克服了粘性形成界面张力，因此形成更小的气泡。0085尽管本文所述用于产生气泡的装置具有各种应用，但是特别有效的应用是，例如，所述装置在氧化还原燃料电池的阴极电解质再生系统中的应用。0086在间接或氧化还原燃料电池中，氧化剂在某些情况下和/或燃料不在电极直接反应，而是与氧化还原对的还原形式对于燃料是氧化形式反应以使其氧化，并且将该氧化的物质供给至阴极。0087。

31、对氧化氧化还原对的步骤存在许多限制。氧化还原对的氧化应尽可能快速发生，因为通过阴极的阴极电解质的流速降低将降低能量产生速度。如果氧化还原对的氧化没有尽可能完全，即如果氧化还原对的大部分仍然未氧化，则还将降低能量产生的速度。需要在进行氧化步骤时确保消耗的能量较低，否则燃料电池的总能量产生性能将降低，从而对快速并完全氧化存在于阴极电解液中的氧化还原对的设备条件产生挑战。此外，用于氧化氧化还原对的设备应该尽可能紧凑，尤其是当燃料电池旨在用于便携式或汽车应用中时。0088对平衡这些矛盾需求的需要导致电池效能的低效，特别是在汽车应用和热电联产中。0089产生微气泡的装置可以为多孔元件。0090在氧化还原。

32、燃料电池的运行中，流动的阴极电解质可以通过电池的阴极区与阴极流体连通。在电池的运行中，氧化还原介体对在阴极至少部分还原，并且在阴极处的这样的还原之后，通过与氧化剂反应至少部分再生。在再生区实现氧化还原介体对的至少部分再生。具体地，通过多孔元件活性表面的氧化剂和朝向或邻近多孔元件流动的阴极电解质的界面面积是大的。氧化还原介体对的再生在该点开始，并继续作为阴极电解质，与混在其中的氧化剂一起通过再氧化区域。0091在优选的布置中，至少一部分的通道壁可以是敞开的以将阴极电解质通道内部暴露于至少一部分的多孔元件活性表面。0092多孔元件可以由任意多孔材料形成，所述材料允许氧化剂以足够体积通流，从而使至少。

33、部分还原的氧化还原对能够至少部分再生，即氧化。0093因此，根据第四方面，本发明涉及用于氧化还原燃料电池的阴极电解质再生系统，其包括室；用于接收从电池的阴极区进入室的还原的氧化还原介体对的第一入口；用于将氧化的氧化还原介体对供给至电池的阴极区的第一出口；用于接收氧化剂供给的第二入口；以及用于从室排出气体、水蒸气和/或热的第二出口，阴极电解质通道与第一入口流体连通，权利要求125中任一项所述的或本文所定义的装置具有活性表面，且阴极电解质通道设置为引导邻近或朝向活性表面引导阴极电解质流。0094所述装置可以包括孔，所述孔的平均直径为5100微米，优选2050微米。0095“阴极区”是指通过膜电极装。

34、置的阴极侧而限制在一侧上的部分电池。或者，或以及，“阴极区”可以被认为是部分电池，其中在电池运行时流经的至少一部分的阴极电解质与膜电极装置的阴极侧接触。0096同样，“阳极区”是指通过电极装置的阳极侧而限制在一侧上的部分电池。0097为了增加微气泡产生装置多孔元件的性能，其可以特定形成或改进以最大化说明书CN102781561A107/10页11氧化剂通过的表面积。例如，可以控制孔PORE孔HOLE的位置和尺寸以促进小/微气泡的释放。此外，朝向或通过多孔元件的阴极电解质/液体的流在它们有时间生长之前将促进小气泡的释放。气泡的快速除去是有利的，因为其允许新的阴极电解质液体接触多孔元件的活性表面。。

35、0098通常，平均气泡尺寸直径为11000微米。优选，所形成的气泡尺寸更小，例如直径为150微米或更小，1100微米，或最优选直径2550微米。为了实现平均直径落入这些优选范围内的气泡流，应提供直径比目标气泡直径小3至10倍的孔。0099也能够通过使多孔元件的表面亲水来快速除去泡，通过用亲水材料涂覆，或者通过从亲水材料形成多孔元件的活性表面来使多孔元件的表面亲水。在多孔元件的活性表面上的亲水材料的存在将导致形成的泡比从疏水表面形成的泡更容易释放。优选地，这类材料的表面能将大于46达因/CM2，和/或可以包括亲水基团，例如羟基。这类材料的实例为醋酸人造丝。另外或可替换地，能够通过处理金属表面实现。

36、可接受的亲水性。这样处理的金属表面包括退火的奥氏体不锈钢、激光或等离子体涂覆的不锈钢，或者氧化物或氮化物修饰的表面涂层。0100应理解阴极电解质液体进入多孔元件将是不利的，因为这将阻碍氧化剂的通流，这表示该阴极电解质的氧化速率将降低。为了克服该问题，多孔元件可以由疏水性材料形成，其具有在暴露于亲水性阴极电解质通道的表面上的涂层。可形成多孔元件的疏水材料的实例包括聚四氟乙烯、卤化的有机聚合物、硅酮聚合物和烃聚合物，例如聚乙烯和聚丙烯。另外或可替换地，最大孔尺寸能够足够小，以使阴极电解质的表面张力阻止其进入多孔元件，即使当没有氧化剂通过多孔元件时。0101可以使用本领域技术人员已知的任何技术来形成。

37、多孔元件中的孔，尤其是其活性表面。在优选的实施方案中，通过激光加工或电成型产生孔。0102可以以任何方式来布置阴极电解质通道和多孔元件，条件是至少部分再生阴极电解液中的氧化还原对。0103在一个布置中，多孔元件可以为细长元件。在优选的实施方案中，多孔元件基本为圆柱形或管形。可以在本发明的燃料电池中使用一个或多个多孔元件。0104或者，可以提供阴极电解质通道，以作为多孔元件周围缠绕的管，作为与多孔元件共轴的通道，或者作为多孔元件周围的环形物。在这样的布置中，通道壁可以基本沿其全长或沿其部分长度是敞开的以将阴极电解质通道的内部暴露于一部分的多孔元件活性表面。在正压下将氧化剂供给多孔元件的内部，导致。

38、氧化剂通过多孔元件的外部并进入阴极电解质通道。0105在其他布置中，可以在多孔元件内形成阴极电解质通道。阴极电解质通道可以为线形的或可以为螺旋状的。在这些布置中，在多孔元件的内表面上提供多孔元件的活性表面，并且使氧化剂向内通过多孔元件，通过内部、活性表面并进入阴极电解质通道。0106在某些实施方案中，最优选地，阴极电解质通道的内部暴露于其周围的大多数如果不是其周围的全部的多孔元件活性表面，则燃料电池的再生区可优选包括阴极电解质旋转装置以使阴极电解质对活性表面的暴露最大化，由此最大化氧化还原对的氧化。旋转装置可以包括补偿液体入口以使阴极电解质的螺旋流经过通道。另外或可替换地，旋转装置可包括转向元。

39、件以通过例如螺旋状凸起来诱导旋转流经过通道。说明书CN102781561A118/10页120107在其他布置中，再生区通常可包括平面多孔元件，其界定室的一个或多个壁。提供阴极电解质通道的开口端以确保离开阴极电解质通道的阴极电解质流朝向并流经至少一部分的多孔元件活性表面。这可以通过将阴极电解质通道的开口端放置在基本邻近平面多孔元件或离多孔元件少许距离但指向多孔元件的位置来实现。0108阴极电解质通过再生区的流速优选较高。在优选的实施方案中，当阴极电解质与多孔元件活性表面接触或邻近多孔元件活性表面而通过时，阴极电解质的流速为至少约02M/S。在尤其优选的实施方案中，当阴极电解质与多孔元件活性表面。

40、接触或邻近多孔元件活性表面而通过时，阴极电解质的流速为约05M/S至约15M/S。0109空气通过多孔元件装置进入液体的喷射将气泡引入阴极电解质并可以形成泡沫。细小的空气氧化剂泡提供了增加的表面积，其促进氧气转移和液体催化剂/介体系统的所需氧化。0110装置可以有利地用于再生系统，因为对于给定量的反应，需要较小的接触体积，因此能够构成较小且更便携的再生器。0111根据第五方面，本发明提供了权利要求125中任一项所述的装置在产生微气泡中的用途。0112根据第六方面，本发明包括权利要求125中任一项所述的装置在氧化还原燃料电池的阴极电解质再生系统中的用途。0113根据第七方面，本发明涉及权利要求1。

41、25中任一项所述的装置在用小氧气泡处理污水中的用途。0114根据第八方面，本发明考虑了权利要求125中任一项所述的装置在用小氧气泡培养和繁殖酵母菌中的用途。0115根据第九方面，本发明提供了权利要求125中任一项所述的装置在用小二氧化碳气泡碳化饮料中的用途。0116根据第十方面，本发明包括权利要求125中任一项所述的装置在从含油储存物除去油以致当小气泡冒泡时油被携带在每个小气泡的气体与液体的界面之间的用途。0117现在仅以例示方式参考附图，并且如附图所示，更具体地描述本发明的各种实施方案，其中0118图1是当气泡脱离传统形状的孔现有技术时的气泡的示意图；0119图2是在固定供给流量7L/S和孔。

42、尺寸直径为30M的情况下的气泡生长图；0120图3是原理图侧视图形式的本发明实施方案和对通过圆锥孔的气泡形成的描述性公式；0121图4是本发明实施方案中形成的装置的平面图；0122图5是从激光进入气体出口显示的衬底中形成的孔的平面图；0123图6是从激光离开气体入口显示的衬底中形成的孔的平面图；0124图7是静态水中的微气泡形成的照片；0125图8是由液体诱导的微气泡形成的照片；0126图9是使用本发明的在多金属氧酸盐中的气泡形成的照片。0127参照图3，其示出原理图侧视图和对通过圆锥孔的气泡形成的描述性公式。本发明人发现，使用孔来限制由截头锥体形式的孔产生的流动将产生本发明所寻求的性质。说明。

43、书CN102781561A129/10页13当泡膨胀超过突破压力时，空气供给将由孔的约束而限制，因此，通式1中的流动项F降低，并且生长速度减慢。图3给出突破点的图示以及对通过孔的流速和泡生长速度的描述性公式，其中0128F气体流速气泡中体积交换速度DV/DT0129RI气体入口孔半径0130RB泡半径0131RO气体出口孔半径0132PI气体入口压力0133PB气泡内压0134P孔压下降0135PB整个孔的压力下降内压外压0136PP液流压力下降0137LP液流特征尺寸0138R管流半径0139D管流直径0140CD孔流系数0141T时间0142DU/DY液体应变速度速度变化0143AX孔横截。

44、面面积0144气体密度0145界面张力0146粘度剪切应力0147液体粘度0148314159270149为了将本发明体现到实际喷射板装置，将上面设计公式用于计算截头锥体中的孔入口和孔出口的尺寸和所得空气流速。典型值显示在下表2中。0150表201510152证明所述概念的测试样本使用激光穿孔技术由70M316不锈钢箔制成。作为穿孔技术的一部分，在激光进入侧即孔的气体出口侧上形成4M的边缘。气体出口侧周围的边缘是有利的，因为它在液流的层流边界层中使泡提升得更高，并增加了剪切应力以使气泡脱离固体衬底。0153图3例示了产生微气泡的装置的侧视图，其通常表示1，包括具有通过其的至少说明书CN1027。

45、81561A1310/10页14一个孔5的细长衬底3，所述孔5包括气体入口7和气体出口9，其中气体出口9的宽度大于气体入口7的宽度。0154孔5的结构是圆锥形的，并且具有从气体入口7延伸至气体出口9的倾斜壁11。在该实施方案中，倾斜孔的锥形是有规则的。在图3的图示中，壁11以相对于孔5的纵轴15的角度倾斜。0155当气体通过孔5时，气泡13在孔5的气体出口9侧形成。0156参照图4，示出图1的装置1的平面图。装置1包括由316不锈钢形成的衬底3。衬底3包括36个孔5，每个的尺寸为50微米。该图不是成比例的。孔5以66的正方形方式而布置。实施例0157使用安装并密封在丙烯酸块ACRYLICBLO。

46、CK中的激光钻孔不锈钢板的10MM乘10MM部分，在受控的空气供应下检测本发明的实践实施方案。使用SEM检测试样的孔入口和孔出口，参见图5和6。在33M测量气体进入入口孔并在191M测量气体离开出口孔。0158水平安装测试板。将250MBAR的空气压力施加于测试板小孔的供给和为覆盖表面而添加的蒸馏水。观察气泡形成并拍照。气泡在表面积聚并聚结。使用蒸馏水洗涤瓶诱导水流跨越孔；再次观察气泡形成并拍照。用诱导的水流观察到更细小的气泡。0159使用还原的多金属氧酸盐03M溶液重复这些实验。0160从图7和8显示的照片可以看出，使用相对比例，在诱导的水流下的气泡估计具有约50M的直径。在图7中，水泡在表。

47、面破裂并且在水表面上能够看到微小的水滴。在图8中，也能看到1MM的表面气泡。0161从图9显示的照片可以看出，用POM进行的测量显示更大的气泡，直径为约75M至100M。然而，由于POM的不透明属性，仅能观察到表面气泡，并且这些与水实验中的那些一致。说明书CN102781561A141/6页15图1说明书附图CN102781561A152/6页16图2说明书附图CN102781561A163/6页17图3说明书附图CN102781561A174/6页18图4图5说明书附图CN102781561A185/6页19图6图7说明书附图CN102781561A196/6页20图8图9说明书附图CN102781561A20。