超声空化强化装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种超声空化强化装置，所述装置包括：换能器将电能转换为超声波，超声波通过换能器辐射面进入到液体中，在液体中形成声场；气核源向所述液体中提供气核，所述气核源产生的气核与液体中原有的气核在所述声场的作用下在所述液体中形成空泡，所述空泡聚集形成空化云。本实用新型提供了一种超声空化强化装置，通过在换能器辐射面附近的超声场中安置一个气核源，使得该气核源不断产生大量气核，这些气核在声场的作用下形成空泡，并生成空化云，以此来增强空化效应。
【专利说明】超声空化强化装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及超声空化领域，尤其涉及一种超声空化强化装置。
【背景技术】
[0002] 超声波的空化效应是指当超声波在流体中传播时，在周期性的声场压力作用下， 流体中出现大量微小的空泡随着声压不断进行周期性的膨胀和溃灭运动的现象。液体声空 化的过程是集中声场能量并迅速释放并最终高速溃灭的动力学过程。空泡膨胀-溃灭的过 程时间极短(在数纳秒至微秒之间)，气泡内的气体受压后急剧升温，在其周期性振荡特别 是溃灭过程中，会产生瞬时高温、高压，并使气泡内核液体界面的介质裂解。超声空化的这 一特性为一些化学反应提供了独一无二的环境，使一些在常温常压下难以发生的化学反应 得以发生，超声空化的这种声化学效应在能源、化工、医药等领域具有许多潜在应用。但是 目前声化学反应器的效率普遍较低，经济性差，而且由于换能器辐射面空蚀产生的碎屑可 能污染被处理液体，由此限制了声化学的大规模工业应用。 实用新型内容
[0003] 本实用新型的目的是针对上述问题，提供了一种通过提供气核源的方式增加空泡 个数、提高空泡密度、增强空化效果以及避免辐射面空蚀的超声空化强化装置。
[0004] 为实现上述目的，本实用新型提供了一种超声空化强化装置，所述装置包括换能 器和气核源，其中：
[0005] 所述换能器将电能转换为超声波，所述超声波通过换能器辐射面进入到液体中， 并在所述液体中形成声场；
[0006] 所述气核源向所述液体中提供气核，所述气核与液体中的气核在所述声场的作用 下在所述液体中形成空泡，所述空泡聚集形成空化云。
[0007] 优选地，所述换能器的平均辐射声强为2-6W/CH12。
[0008] 优选地，所述换能器的工作频率为lOkHz-lOOkHz。
[0009] 优选地，所述换能器的辐射面为光滑辐射面。
[0010] 优选地，所述气核源与所述辐射面间距为〇. 5-4cm。
[0011] 优选地，所述装置还包括换能器保护罩，罩合在所述装置外面，用于保护所述换能 器及防止高频高压电流的泄漏。
[0012] 优选地，所述装置还包括防空载装置，用于当所述装置中所述液体少于预设液体 量时断开电源。
[0013] 本实用新型带来的有益效果是：本实用新型提供了一种超声空化强化装置，通过 在换能器辐射面附近的超声场中安置一个气核源，使得该气核源不断产生大量气核，这些 气核在声场的作用下形成空泡，并生成空化云，以此来增强空化效应。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本实用新型一实施例中的超声空化强化装置的原理示意图；
[0015] 图2为本实用新型一实施例中超声空化强化装置主视图；
[0016] 图3为本实用新型一实施例图2中超声空化强化装置的剖面图；
[0017]图4为本实用新型一实施例中气核源提供气核产生空泡的图示；
[0018]图5为本实用新型一实施例中超声空化强化装置的声化实验数据示意图。
【具体实施方式】
[0019] 下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
[0020] 图1为本实用新型一实施例中的超声空化强化装置的原理示意图。
[0021] 如图1所示，在本实施例中，超声空化装置包括换能器101、换能器辐射面102和气 核源103,其中：
[0022] 换能器101用于将电能转换为超声波。具体的，本实施例中优选换能器101的平均 辐射声强为2-6W/cm2,工作频率为lOkHz-lOOkHz。其中，本实施例中优选换能器101的辐 射面光滑，没有明显的瑕疵，并且在换能器101的辐射面上不粘附其他类型的空化云（如： Smoker,CBS等)。
[0023] 换能器辐射面102用于将换能器101产生的超声波传递给液体，使液体处于超声 波产生的声场当中。实施例中，换能器辐射面102是换能器与液体接触的那个表面，为换能 器的前盖板，将超声振动传递给流体。
[0024] 气核源103用于为超声强化装置提供大量气核。具体的，实施例中气核源103应 包含尽可能多的微小罅隙，并尽可能的减少对声场的干扰。本实施例中优选气核源103为 丝网。其中，丝网与换能器辐射面的距离约为〇.5-4cm。本实施例中优选丝网作为气核源， 丝网中有很多的小罅隙，能够为超声空化强化装置提供大量的气核，气核在换能器101产 生的超声波，即在声场作用下形成空泡，大量的空泡聚集进一步形成空化云104。在本实施 例中，换能器101将电能转换为超声波通过换能器辐射面102作用于液体，当气核源为丝网 时，本实用新型提供的超声空化强化装置所产生的空化云形状为锥形。本实用新型所提供 的实施例中的气核源103的作用就在于提供气核以增加空泡个数、提高空泡密度，进而增 强空化效果，避免辐射面空蚀的超声强化。
[0025] 实施例中还可以进一步的包括换能保护罩，其罩合在所述装置外面，用于保护所 述换能器及防止高频高压电流的泄露。
[0026] 图2是本实用新型一实施例中超声空化强化装置主视图。
[0027] 如图2所示，在本实施例中，本实用新型提供的超声空化强化装置有5个面，其中 每个面上有5个换能器101。其中，5个面所形成的容器为反应器201，反应器201的面为 反应器壳体202。换能器101通过反应器201的壳体进入反应器101的内部，其中法兰203 作用于换能器101和反应器壳体202之间，用于换能器101与反应器壳体202间紧密连接。 液体从超声空化强化装置下端的入口 204进入反应器201中，在反应器201上的换能器101 的作用下产生超声波，气核源103为液体提供了大量的气核，在声场的作用下增强了空化 效应。液体从超声空化强化装置下端的出口 205流出。本实施例中，液体优选为水溶液。
[0028] 图3为本实用新型一实施例图2中对应超声空化强化装置的剖面图。
[0029] 由如图3所示可以看出换能器101与反应器201的空间连接关系，以及气核源与 103与换能器101的空间连接关系。气核源101固定在换能器辐射面103前端的套筒303 内。换能器101与反应器壳体302通过法兰301进行密封连接。
[0030] 图4为本实用新型一实施例中气核源提供气核产生空泡的图示。
[0031] 如图4所示，本实用新型实施例中气核源优选丝网，由于丝网中有很多的微小罅 隙，当丝网处于液体当中时能够提供大量的气核，在换能器产生的超声波声场当中气核会 形成空泡，大量的空泡聚集进而形成空化云，从而增强了空化效应。从而解决了目前声化学 反应器的效率普遍较低，经济性差，而且由于换能器辐射面空蚀产生的碎屑可能污染被处 理液体，由此限制了声化学的大规模工业应用的问题。
[0032] 图5为本实用新型一实施例中超声空化强化装置的声化实验数据示意图。
[0033] 如图5所示，横坐标表示时间Time，单位分钟（min)，纵坐标表示碘3离子的浓度， 单位微摩尔每升（μM)。
[0034] 当空泡溃灭时空泡内部产生极高的温度和压力，空泡内部的高温高压使空泡内部 的水蒸气和氧气热解成0Η，〇,Η202，这些离子溶解在水中使碘化钾发生氧化生成碘3离子。 因此可以利用碘化钾ΚΙ作为指示剂量化空化的声化学行为，通过测量液体中13-的浓度可 以得到声空强化装置的技术效果。
[0035] 通过以下反应：
[0036] 31__ι~20Η-Ι3__ι~20Η_
[0037] 从图5可以看出，采用本实用新型提供的超声空化强化装置后，在相同的情况下， 13-的浓度明显增加，表明超声空化强化的效果明显增强。
[0038] 专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的 单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬 件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。 这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。 专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现 不应认为超出本实用新型的范围。
[0039] 结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的 软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM)、内存、只读存储器 (ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或【技术领域】 内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0040] 以上所述的【具体实施方式】，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的【具体实施方式】而已，并不用于 限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替 换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种超声空化强化装置，其特征在于，所述装置包括换能器和气核源，其中： 所述换能器将电能转换为超声波，所述超声波通过换能器辐射面进入到液体中，并在 所述液体中形成声场； 所述气核源向所述液体中提供气核，所述气核与液体中的气核在所述声场的作用下在 所述液体中形成空泡，所述空泡聚集形成空化云。
2. 如权利要求1所述的超声空化强化装置，其特征在于，所述换能器的平均辐射声强 为 2-6W/cm2。
3. 如权利要求1所述的超声空化强化装置，其特征在于，所述换能器的工作频率为 10kHz-100kHz〇
4. 如权利要求1所述的超声空化强化装置，其特征在于，所述换能器的辐射面为光滑 辐射面。
5. 如权利要求1所述的超声空化强化装置，其特征在于，所述气核源与所述辐射面间 距为 〇· 5-4cm。
6. 如权利要求1所述的超声空化强化装置，其特征在于，所述装置还包括换能器保护 罩，罩合在所述装置外面，用于保护所述换能器及防止高频高压电流的泄漏。
7. 如权利要求1所述的超声空化强化装置，其特征在于，所述装置还包括防空载装置， 用于当所述装置中所述液体少于预设液体量时断开电源。
【文档编号】B08B3/12GK203862615SQ201420125642
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】白立新, 邓京军, 李超, 徐德龙 申请人:中国科学院声学研究所