超聲空化強(qiáng)化裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種超聲空化強(qiáng)化裝置，所述裝置包括：換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波，超聲波通過換能器輻射面進(jìn)入到液體中，在液體中形成聲場(chǎng)；氣核源向所述液體中提供氣核，所述氣核源產(chǎn)生的氣核與液體中原有的氣核在所述聲場(chǎng)的作用下在所述液體中形成空泡，所述空泡聚集形成空化云。本實(shí)用新型提供了一種超聲空化強(qiáng)化裝置，通過在換能器輻射面附近的超聲場(chǎng)中安置一個(gè)氣核源，使得該氣核源不斷產(chǎn)生大量氣核，這些氣核在聲場(chǎng)的作用下形成空泡，并生成空化云，以此來增強(qiáng)空化效應(yīng)。
【專利說明】超聲空化強(qiáng)化裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及超聲空化領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲空化強(qiáng)化裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 超聲波的空化效應(yīng)是指當(dāng)超聲波在流體中傳播時(shí)，在周期性的聲場(chǎng)壓力作用下， 流體中出現(xiàn)大量微小的空泡隨著聲壓不斷進(jìn)行周期性的膨脹和潰滅運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。液體聲空 化的過程是集中聲場(chǎng)能量并迅速釋放并最終高速潰滅的動(dòng)力學(xué)過程?？张菖蛎?潰滅的過 程時(shí)間極短(在數(shù)納秒至微秒之間)，氣泡內(nèi)的氣體受壓后急劇升溫，在其周期性振蕩特別 是潰滅過程中，會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高溫、高壓，并使氣泡內(nèi)核液體界面的介質(zhì)裂解。超聲空化的這 一特性為一些化學(xué)反應(yīng)提供了獨(dú)一無二的環(huán)境，使一些在常溫常壓下難以發(fā)生的化學(xué)反應(yīng) 得以發(fā)生，超聲空化的這種聲化學(xué)效應(yīng)在能源、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有許多潛在應(yīng)用。但是 目前聲化學(xué)反應(yīng)器的效率普遍較低，經(jīng)濟(jì)性差，而且由于換能器輻射面空蝕產(chǎn)生的碎屑可 能污染被處理液體，由此限制了聲化學(xué)的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述問題，提供了一種通過提供氣核源的方式增加空泡 個(gè)數(shù)、提高空泡密度、增強(qiáng)空化效果以及避免輻射面空蝕的超聲空化強(qiáng)化裝置。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種超聲空化強(qiáng)化裝置，所述裝置包括換能 器和氣核源，其中：
[0005] 所述換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波，所述超聲波通過換能器輻射面進(jìn)入到液體中， 并在所述液體中形成聲場(chǎng)；
[0006] 所述氣核源向所述液體中提供氣核，所述氣核與液體中的氣核在所述聲場(chǎng)的作用 下在所述液體中形成空泡，所述空泡聚集形成空化云。
[0007] 優(yōu)選地，所述換能器的平均輻射聲強(qiáng)為2-6W/CH12。
[0008] 優(yōu)選地，所述換能器的工作頻率為lOkHz-lOOkHz。
[0009] 優(yōu)選地，所述換能器的輻射面為光滑輻射面。
[0010] 優(yōu)選地，所述氣核源與所述輻射面間距為〇. 5-4cm。
[0011] 優(yōu)選地，所述裝置還包括換能器保護(hù)罩，罩合在所述裝置外面，用于保護(hù)所述換能 器及防止高頻高壓電流的泄漏。
[0012] 優(yōu)選地，所述裝置還包括防空載裝置，用于當(dāng)所述裝置中所述液體少于預(yù)設(shè)液體 量時(shí)斷開電源。
[0013] 本實(shí)用新型帶來的有益效果是：本實(shí)用新型提供了一種超聲空化強(qiáng)化裝置，通過 在換能器輻射面附近的超聲場(chǎng)中安置一個(gè)氣核源，使得該氣核源不斷產(chǎn)生大量氣核，這些 氣核在聲場(chǎng)的作用下形成空泡，并生成空化云，以此來增強(qiáng)空化效應(yīng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例中的超聲空化強(qiáng)化裝置的原理示意圖；
[0015] 圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例中超聲空化強(qiáng)化裝置主視圖；
[0016] 圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例圖2中超聲空化強(qiáng)化裝置的剖面圖；
[0017]圖4為本實(shí)用新型一實(shí)施例中氣核源提供氣核產(chǎn)生空泡的圖示；
[0018]圖5為本實(shí)用新型一實(shí)施例中超聲空化強(qiáng)化裝置的聲化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0020] 圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例中的超聲空化強(qiáng)化裝置的原理示意圖。
[0021] 如圖1所示，在本實(shí)施例中，超聲空化裝置包括換能器101、換能器輻射面102和氣 核源103,其中：
[0022] 換能器101用于將電能轉(zhuǎn)換為超聲波。具體的，本實(shí)施例中優(yōu)選換能器101的平均 輻射聲強(qiáng)為2-6W/cm2,工作頻率為lOkHz-lOOkHz。其中，本實(shí)施例中優(yōu)選換能器101的輻 射面光滑，沒有明顯的瑕疵，并且在換能器101的輻射面上不粘附其他類型的空化云（如： Smoker,CBS等)。
[0023] 換能器輻射面102用于將換能器101產(chǎn)生的超聲波傳遞給液體，使液體處于超聲 波產(chǎn)生的聲場(chǎng)當(dāng)中。實(shí)施例中，換能器輻射面102是換能器與液體接觸的那個(gè)表面，為換能 器的前蓋板，將超聲振動(dòng)傳遞給流體。
[0024] 氣核源103用于為超聲強(qiáng)化裝置提供大量氣核。具體的，實(shí)施例中氣核源103應(yīng) 包含盡可能多的微小罅隙，并盡可能的減少對(duì)聲場(chǎng)的干擾。本實(shí)施例中優(yōu)選氣核源103為 絲網(wǎng)。其中，絲網(wǎng)與換能器輻射面的距離約為〇.5-4cm。本實(shí)施例中優(yōu)選絲網(wǎng)作為氣核源， 絲網(wǎng)中有很多的小罅隙，能夠?yàn)槌暱栈瘡?qiáng)化裝置提供大量的氣核，氣核在換能器101產(chǎn) 生的超聲波，即在聲場(chǎng)作用下形成空泡，大量的空泡聚集進(jìn)一步形成空化云104。在本實(shí)施 例中，換能器101將電能轉(zhuǎn)換為超聲波通過換能器輻射面102作用于液體，當(dāng)氣核源為絲網(wǎng) 時(shí)，本實(shí)用新型提供的超聲空化強(qiáng)化裝置所產(chǎn)生的空化云形狀為錐形。本實(shí)用新型所提供 的實(shí)施例中的氣核源103的作用就在于提供氣核以增加空泡個(gè)數(shù)、提高空泡密度，進(jìn)而增 強(qiáng)空化效果，避免輻射面空蝕的超聲強(qiáng)化。
[0025] 實(shí)施例中還可以進(jìn)一步的包括換能保護(hù)罩，其罩合在所述裝置外面，用于保護(hù)所 述換能器及防止高頻高壓電流的泄露。
[0026] 圖2是本實(shí)用新型一實(shí)施例中超聲空化強(qiáng)化裝置主視圖。
[0027] 如圖2所示，在本實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供的超聲空化強(qiáng)化裝置有5個(gè)面，其中 每個(gè)面上有5個(gè)換能器101。其中，5個(gè)面所形成的容器為反應(yīng)器201，反應(yīng)器201的面為 反應(yīng)器殼體202。換能器101通過反應(yīng)器201的殼體進(jìn)入反應(yīng)器101的內(nèi)部，其中法蘭203 作用于換能器101和反應(yīng)器殼體202之間，用于換能器101與反應(yīng)器殼體202間緊密連接。 液體從超聲空化強(qiáng)化裝置下端的入口 204進(jìn)入反應(yīng)器201中，在反應(yīng)器201上的換能器101 的作用下產(chǎn)生超聲波，氣核源103為液體提供了大量的氣核，在聲場(chǎng)的作用下增強(qiáng)了空化 效應(yīng)。液體從超聲空化強(qiáng)化裝置下端的出口 205流出。本實(shí)施例中，液體優(yōu)選為水溶液。
[0028] 圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例圖2中對(duì)應(yīng)超聲空化強(qiáng)化裝置的剖面圖。
[0029] 由如圖3所示可以看出換能器101與反應(yīng)器201的空間連接關(guān)系，以及氣核源與 103與換能器101的空間連接關(guān)系。氣核源101固定在換能器輻射面103前端的套筒303 內(nèi)。換能器101與反應(yīng)器殼體302通過法蘭301進(jìn)行密封連接。
[0030] 圖4為本實(shí)用新型一實(shí)施例中氣核源提供氣核產(chǎn)生空泡的圖示。
[0031] 如圖4所示，本實(shí)用新型實(shí)施例中氣核源優(yōu)選絲網(wǎng)，由于絲網(wǎng)中有很多的微小罅 隙，當(dāng)絲網(wǎng)處于液體當(dāng)中時(shí)能夠提供大量的氣核，在換能器產(chǎn)生的超聲波聲場(chǎng)當(dāng)中氣核會(huì) 形成空泡，大量的空泡聚集進(jìn)而形成空化云，從而增強(qiáng)了空化效應(yīng)。從而解決了目前聲化學(xué) 反應(yīng)器的效率普遍較低，經(jīng)濟(jì)性差，而且由于換能器輻射面空蝕產(chǎn)生的碎屑可能污染被處 理液體，由此限制了聲化學(xué)的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的問題。
[0032] 圖5為本實(shí)用新型一實(shí)施例中超聲空化強(qiáng)化裝置的聲化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)示意圖。
[0033] 如圖5所示，橫坐標(biāo)表示時(shí)間Time，單位分鐘（min)，縱坐標(biāo)表示碘3離子的濃度， 單位微摩爾每升（μM)。
[0034] 當(dāng)空泡潰滅時(shí)空泡內(nèi)部產(chǎn)生極高的溫度和壓力，空泡內(nèi)部的高溫高壓使空泡內(nèi)部 的水蒸氣和氧氣熱解成0Η，〇,Η202，這些離子溶解在水中使碘化鉀發(fā)生氧化生成碘3離子。 因此可以利用碘化鉀ΚΙ作為指示劑量化空化的聲化學(xué)行為，通過測(cè)量液體中13-的濃度可 以得到聲空強(qiáng)化裝置的技術(shù)效果。
[0035] 通過以下反應(yīng)：
[0036] 31__ι~20Η-Ι3__ι~20Η_
[0037] 從圖5可以看出，采用本實(shí)用新型提供的超聲空化強(qiáng)化裝置后，在相同的情況下， 13-的濃度明顯增加，表明超聲空化強(qiáng)化的效果明顯增強(qiáng)。
[0038] 專業(yè)人員應(yīng)該還可以進(jìn)一步意識(shí)到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例的 單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說明硬 件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。 這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。 專業(yè)技術(shù)人員可以對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用來使用不同方法來實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn) 不應(yīng)認(rèn)為超出本實(shí)用新型的范圍。
[0039] 結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以用硬件、處理器執(zhí)行的 軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM)、內(nèi)存、只讀存儲(chǔ)器 (ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動(dòng)磁盤、CD-ROM、或【技術(shù)領(lǐng)域】 內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。
[0040] 以上所述的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn) 一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于 限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替 換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種超聲空化強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述裝置包括換能器和氣核源，其中： 所述換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波，所述超聲波通過換能器輻射面進(jìn)入到液體中，并在 所述液體中形成聲場(chǎng)； 所述氣核源向所述液體中提供氣核，所述氣核與液體中的氣核在所述聲場(chǎng)的作用下在 所述液體中形成空泡，所述空泡聚集形成空化云。
2. 如權(quán)利要求1所述的超聲空化強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述換能器的平均輻射聲強(qiáng) 為 2-6W/cm2。
3. 如權(quán)利要求1所述的超聲空化強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述換能器的工作頻率為 10kHz-100kHz〇
4. 如權(quán)利要求1所述的超聲空化強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述換能器的輻射面為光滑 輻射面。
5. 如權(quán)利要求1所述的超聲空化強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述氣核源與所述輻射面間 距為 〇· 5-4cm。
6. 如權(quán)利要求1所述的超聲空化強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述裝置還包括換能器保護(hù) 罩，罩合在所述裝置外面，用于保護(hù)所述換能器及防止高頻高壓電流的泄漏。
7. 如權(quán)利要求1所述的超聲空化強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述裝置還包括防空載裝置， 用于當(dāng)所述裝置中所述液體少于預(yù)設(shè)液體量時(shí)斷開電源。
【文檔編號(hào)】B08B3/12GK203862615SQ201420125642
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】白立新, 鄧京軍, 李超, 徐德龍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所