专利名称：用低频高能超声波对液体超声的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用低频高能超声波对液体超声的方法与装置，它由一个 低频高能超声波系统组成，其具有至少一个超声波探头，伸出在一个反应器容 器中，液体经至少一个入口孔和至少一个出口孔流经该容器。
背景技术：
低频高能超声波(NFLUS)是工作频率为15 100kHz，优选地为15 60kHz，比如20kHz，和超声波功率为10W以上，优选地为100~20,000W，比 如8，000W的超声波。为产生超声波，要应用比如压电或磁致系统。已知有线 性的声转换器，以及扁平的或弧形的板式振动器或管式谐振器。低频高能超声 波大量应用在液体处理方面，如食品、化妆品、颜料和纳米材料。低频高能超 声波对被处理液体的作用主要基于在液体中产生的空化现象(cavitation)。通 过使液体超声，可产生空化。空化已知能使超声波探头表面磨损，该表面(传 播振动的超声波探头表面)用于将大振幅振动在液体介质中传播。这种超声波 探头材料比如钛的销蚀材料被释放在发声液体中。该磨损因此导致更换超声波 探头的成本和被超声液体的早污染。为减少或抑止这种材料销蚀和磨损，已经采用了不同的方法。 根据DE 199 38 254.9，在一个用低频高能超声波产生声波的反应器容器 中产生一个压力，该压力完全或不断地抑止在该反应器容器中的空化。由此将 极大地或完全避免磨损和材料销蚀。同样也可极大地或完全避免空化对液体的 影响。根据DE 10 2004 025 836 Al已知有一种方法，用它能够自身借助于超声 波探头和被超声介质之间的一个层来极大地或完全避免空化对传播振动的超 声波探头表面的磨损。但该法也对传播振动的层产生磨损，由此便要求对该层 更换/补充。还有一种方法将低频高能超声波聚焦在一个区域内，该区域远离传播振动的超声波探头表面。这种方法的缺点是用于聚焦超声波的装置增加了体积。由于比如声音波长在20kHz时在水中为60~80mm，而一个透镜的合理尺寸至 少为该波长的10倍，这样一个用来聚焦超声波的透镜的直径就要大于600mm。 此外，空化对声场有干扰。可以将低频高能超声波导入一种耦合液，比如水中，关于这一点请参看 DE 102 43 837.4。该液体将振动传播到一个容器壁，比如玻璃，在其相对的一 侧是要超声的液体。由此造成效率损耗，且因此造成超声强度降低。在振动容 器壁上也造成磨损/销蚀。采用对声波传播表面涂覆和表面硬化处理可减缓或避免磨损。但涂覆是 昂贵的，且其功效受时间的限制。此外，涂覆的材料在液体中也会产生销蚀。发明内容本发明的任务是提供一种方法和与之相关的装置，用它能够将在传播振 动的超声波探头表面的近区域中作用在传播振动的超声波探头表面上的空化 作用，以及由此引起的传播振动的超声波探头表面的磨损量降低50%以上直至 完全抑止掉。本发明的任务是由权利要求第1、 9、 14和22条所述的特征来解决的。 有目的的配置形式是从属权利的内容。根据本发明，在反应器容器内部的传播振动的超声波探头表面的近区域 中产生一个接近或高于压力/幅值特性曲线的压力/幅值组合，用它来极大地或 完全抑止空化，且在反应器容器的其他区域内至少随区域地，和至少随时间地 产生一个低于压力/幅值特性曲线的压力/幅值组合，由此来产生空化。在如水或油，以及乳浊液、悬浊液或弥散液中形成空化，在给定的温度， 比如20。C，和给定的声频率，比如20kHz条件下，则取决于振动幅值A和液 体压力p。对每个给定的振动幅值A，在上述条件下均有一个最高液体压力 pmax(A)，在它之上能够完全抑止空化的产生，因为在p〉pmax(A)时，液体被 压在传播振动的超声波探头表面上，这样便不能出现局部真空气泡。与此相反， 对每个液体压力p均有一个最小振动幅值Amin(p)，在低于它时不可能产生空 化。一种按照本方法工作的装置根据本发明的一个第一变型如下地配置，即将入口孔配置成使液体直接撞击在传播振动的超声波探头表面上，在传播振动 的超声波探头表面的近区域中支配有一个接近或高于压力/幅值特性曲线的压 力，由此来极大地降低或完全抑止空化。根据本发明的一个第二变型，将反应器容器的截面通过至少一种收缩部 如下地减少，使得在传播振动的超声波探头表面上产生一个近区域，其中支配 有一个接近或高于压力/幅值特性曲线的压力，由此来极大地降低或完全抑止 空化。根据本发明的另一个变型，将反应器容器的工作截面积根据到传播振动 的超声波探头表面的距离设计成逐段连续地或逐级地减小。这样一种装置可以单级或多级串联配置，也可用不同的变型组合而成。 同样在可能条件下也可将单个零件多重配置，比如像喷嘴和/或超声波探头和/ 或入口和/或出口。多个超声波探头在这里可平行或相对配置，或一起对准在 一个空化区上。超声波探头也可分散配置或倾斜地布置在空化区上。同样也可 将超声波探头振动解耦地支承，并密封地伸出在反应器容器中。也可考虑使用 非平面的超声波探头，比如凹形或凸形的。另外，出口可侧向配置或放置在超声波探头对面。 一个出口可另外配备 一个节流阀，比如一个针阀或一个球阀。节流阀可以人工或自动调节。而且， 入口压力或流速可以人工或自动调节。这样，喷嘴距离和/或喷嘴孔也就可以 被调节了。在反应器容器中的一个附件也可设计成可调或可控的。这种调节可 根据反应器容器中的压力或空化的形成的效率来进行。喷嘴可用耐空化的材料制成或做相应的涂覆。同样也可对超声波探头或 反应器容器这样做，后者在一定条件下仅仅在其变窄的位置上进行处理。反应器容器的长度可以调整到与谐振波长匹配。供运的泵可以比如是一个齿轮泵或一个离心泵。上述措施也适用于板式振荡器、圆形动圈式振子(rotary immersion vibrator)、板形动圈式振子(plate-type immersion vibrator)，禾口振动盘。根据本发明的措施具有如下的优点，直接在传播振动的超声波探头表面 上没有或只有减少得很小的空化，而在反应器容器的其他过程中，则能对液体 产生有效的空化。对传播振动的超声波探头表面的磨损也因此能得到有效的衰 减或完全抑止。
以下根据多个实施例对本发明做详细介绍。附图中图1为根据反应器容器压力和超声波探头的振幅产生的空化；图2为根据本发明的装置的第一变型；图3为类似于图2的变型；图4为根据本发明的装置的第二变型；图5为类似于图4的变型；图6为根据本发明的装置的另外一个变型；图7为类似于图6的变型。
具体实施方式
图l示出液体压力pmax(A)过程，经过它能够完全抑止空化的产生，因 为在p〉pmax(A)时，液体被压在传播振动的超声波探头表面上，这样便不能 出现局部真空气泡。与此相反，对每个液体压力p均有一个最小振动幅值 Amin(p)，在低于它时不可能产生空化。最大液体压力pmax(A)和最小振动幅 值Amin(p)可对不同液体通过经验来确定。可以比如将传播振动的超声波探头 表面上的空化销蚀或高频超声波反射用作为测量值。后者用于在空化气泡发生 爆破时产生兆赫级的振动。通过根据本发明的对在传播振动的超声波探头表面不同距离D处的振动 幅值A的改变，或通过对在传播振动的超声波探头表面不同距离D处的液体 压力p的改变，或通过结合上述两种改变，可以极大地减小或完全抑止在上述 的近区域中产生空化，而在该近区域之外的声场中则能够产生处理液体的空 化。为此，在近区域中选择液体压力p接近pmax(A)，亦即p〉0.7女pmax(A)， 或高于pmax(A)，或者选择振动幅值A接近Amin(p)，亦即A< 1.3 * Amin(p)， 或低于Amin(p)。在近区域之外的声场中，液体压力低于pmax(A)，或将幅值 升高至高于Amin(p)。近区域包括传播振动的超声波探头表面之前的0 50mm的距离D，优选 地为0 10mm，比如在0 2mm区域中。对在传播振动的超声波探头表面不同距离D处的振动幅值A的改变和对在传播振动的超声波探头表面不同距离D处的液体压力p的改变，以及通过 结合上述两种改变，可以通过比如图2 图7中的装置来实现。 这些装置利用下述原理 在传播振动的超声波探头表面的近区域中增加压力，示出于图2和3中。 在传播振动的超声波探头表面近区域以外的反应器中减小截面积，示出于图4和5中。 在传播振动的超声波探头表面近区域以外通过介质来增加幅值，示出于图6和7中。也可以将上述几种原理组合起来使用。图2 图7中的所有变型总起来是低频高能超声波系统2的一种超声波 探头l，它的传播振动的超声波探头表面3伸出到反应器容器5中。介质的注 入通过一个合适的孔4来进行。在反应器容器5中，通过超声波探头1的工作 来形成一个声场6。在低频高能超声波系统2的视图旁是压力p随传播振动的超声波探头表 面3的距离D的变化过程。图2示出一种装置，用它通过孔4注入介质，孔在这里是环形喷嘴，从 而将传播振动的超声波探头表面3的近区域中的压力p升高至值pl，由此在那 些地方可以极大地降低或完全抑止掉空化。在传播振动的超声波探头表面3 的近区域之外，压力p下降至值p2，由此在声场6中产生空化。该装置用工作频率15 100kHz，优选地为15 30kHz，比如20kHz的低 频高能超声波工作。为此，超声波的声功率为50~20，000W，优选地为100~20,000W，比如 8,000W。在传播振动的超声波探头表面3上使用的振动幅值为0 20(Him，优 选地为10~100pm，比如10pm，来将超声波传播给液体。振动的超声波探头1 相对于反应器容器5用一个压力密封圈，比如O型环，和一个振动解耦的法 兰来密封住。 一个反应器容器5具有0 50L的容量，优选地为1 10L，比如 5L。反应器容器5可以用不同材料制成，优选地为钢、铝和精炼金属，比如不 锈钢。介质可以是从高黏性液体到低黏性液体，优选地为低黏性液体，比如水或油，所述介质通过一个合适的孔4，优选地为喷嘴，比如在反应器壁上部区 域的一个高压喷嘴、导管或专门通道，被导入反应器容器5中，且被导向到传播振动的超声波探头表面3。通过让介质以一个5° 90 °的角度，优选地为 20° 80°，比如45°，以及以一个接近或高于pmax(A)的压力p撞击在传播 振动的超声波探头表面3上，则能够极大地减少或完全抑止掉在传播振动的超 声波探头表面3的近区域中的空化产生。压力p能够比如在lOpm的振幅时为 20bar。所选超声波探头1优选地以对应于的长度伸出到反应器容器5内， 比如60mm。通过在传播振动的超声波探头表面3的近区域之外的反应器容器5中降 低压力，则可使得不达到值pmax(A)，就能够在传播振动的超声波探头表面3 的近区域之外的反应器容器5中产生空化。比如，可让传播振动的超声波探头 表面3的近区域之外的压力降至1.5bar，这样在10pm的振幅时，在水中便能够 产生空化。被超声的介质被排出到反应器容器5的下部，优选地排出到侧壁上 或底部，比如在底部中央上。以压力p2排出介质可以是控制的，也可以是非 控制的，比如是控制的，以便能以压力p来将入流接收到小室中。在近区域之 内或之外的介质值可以经不同的传感器，比如压力传感器来接收、求值和用于 过程优化。这种应用可以用在反应器容器5中的任意数量的超声波探头1，比如用 单个超声波探头1，优选地为1 5个超声波探头1来实现。泵压力可以根据所需压力pmax(A)并通过对泵的选择，比如用一个可控 的齿轮泵来形成。图3示出一种装置，用它通过合适地导入介质，在这里是作为中央喷嘴 7来形成的，可将压力p在传播振动的超声波探头表面3的近区域中提高到值 p3，从而在该区域中极大地减少或完全避免空化。让传播振动的超声波探头表 面3的近区域之外的压力p降至值p4，由此在声场6中产生空化。该装置用工作频率15 100kHz，优选地为15 30kHz，比如20kHz的低 频高能超声波工作。为此，超声波的声功率为50 20,000W，优选地为100~20,000W，比如 8,000W。在传播振动的超声波探头表面3上使用的振动幅值为0 200^im，优 选地为10 100jam，比如20pm，来将超声波传播给液体。振动的超声波探头1相对于反应器容器5用一个压力密封圈，比如O型环，和一个振动解耦的法兰来密封住。 一个反应器容器5具有0 50L的容量，优选地为1 10L，比如 5L。反应器容器5可以用不同材料制成，优选地为钢、铝、精炼金属或陶瓷。介质可以是从高黏性液体到低黏性液体，优选地为低黏性液体，比如油， 通过一个喷嘴，比如一个高压喷嘴、导管或专门通道，通过反应器底部，被导 入到传播振动的超声波探头表面3的近区域。通过让介质以一个自由选择的角 度，比如90°，以及以一个接近或高于pmax(A)的压力p撞击在传播振动的超 声波探头表面3上，则能够在传播振动的超声波探头表面3的近区域中极大地 减少或完全抑止掉空化产生。探头1优选地以一个对应于A/4的长度伸出到反应器容器5内，比如 60mm。通过在传播振动的超声波探头表面3的近区域之外的反应器容器5中降 低压力，则可使得不达到值pmax(A)，就能够在声场6中的反应器容器5中产 生空化。反应器容器5中的压力p比如在近区域之外的反应器容器中可以是 5bar。被超声的介质被排出到反应器容器5的下部，优选地排出到侧壁上或底 部，比如分散在底部上。介质以压力p4排出可以是控制的，也可以是非控制 的，比如是控制的，以便能以压力p来将入流接收到小室中。在近区域之内或 之外的介质值可以经不同的传感器，比如压力传感器来接收、求值和用于过程 优化。这种应用可以用在反应器容器5中的任意数量的超声波探头1，比如用 单个超声波探头1，优选地为1 5个超声波探头1来实现。图4示出装置的另一种变型，用它在流经的液体中，通过在近区域之外 的截面收縮，在声场6中产生压降，这样在该位置上产生空化，而在传播振动 的超声波探头表面3的近区域中可以极大地降低或完全抑止掉空化。该装置用工作频率15 100kHz，优选地为15 30kHz，比如19kHz的低 频高能超声波工作。为此，超声波的声功率为50 20,000W，优选地为100~20，000W，比如 8,000W。在传播振动的超声波探头表面3上使用的振动幅值为0 200imi，优 选地为10 100pm，比如20pm，来将超声波传播给液体。振动的超声波探头1相对于反应器容器5用一个压力密封圈，比如O型环，和一个振动解耦的法兰来密封住。 一个圆柱形反应器容器5具有0~50L的容量，优选地为1 10L， 比如5L。反应器容器5可以用不同材料制成，优选地为钢、铝、精炼金属， 比如钛。在反应器容器5的内部，中央或非中央地配置有一个截面收縮部8， 在液体流过时根据文丘里原理能产生一个局部压降。截面收縮部8的尺寸、形 状和高度在反应器容器5中可以变化。介质可以是从高黏性液体到低黏性液 体，优选地为低黏性液体，比如颜料，通过一个合适的孔4，优选地为一个喷 嘴，比如一个标准喷嘴、导管或专门通道，被导入到传播振动的超声波探头表 面3的近区域中的反应器壁的上部。通过以一个接近或高于pmax(A)的压力p 导入介质，则能够在传播振动的超声波探头表面3的近区域中极大地减少或完 全抑止掉空化产生。探头1优选地以对应于A74的长度伸出到反应器容器内，比如60mm。通过反应器容器5内部的截面收缩部8，介质在到达最小直径之前就已 经积聚在截面收縮部8上。反应器容器5内部的压力p在该点之上太高，以至 于不能形成介质的空化。传播振动的超声波探头表面3的近区域因此有一个极 大地降低的空化或者根本没有空化。在截面收縮部8之下，根据文丘里原理有 一个松弛，亦即通过介质的松弛产生一个压降，由此能够产生空化。压力p 在该区域则低于值pmax(A)。被超声介质被排出在反应器容器5的下部，优选 地在下部中央或在圆柱形反应器容器5的下侧壁上。介质排出可以是控制的， 也可以是非控制的，比如是控制的，以便能以压力p来将入流接收到小室中。 在近区域之内或之外的介质值可以经不同的传感器，比如压力传感器来接收、 求值和用于过程优化。这种应用可以用在反应器容器5中的任意数量的超声波探头1，比如用 单个超声波探头1，优选地为1~5个超声波探头1来实现。只要在传播振动的 超声波探头表面3的近区域之外产生一个由文丘里原理引起的局部压降，也可 以在截面收縮部8的相对于超声波探头1的距离上将流动方向颠倒过来。图5示出一个类似装置，用它在流经的液体中，通过在近区域之外的截 面收縮部8，在声场6中产生一个压降，这样在该位置上产生空化，而在传播 振动的超声波探头表面3的近区域中可以极大地降低或完全抑止掉空化。通过 一个附加的内置节流阀9，能产生一个静反压，能得到超声波探头1的更高机械振动幅值。该装置用工作频率15 100kHz，优选地为15 30kHz，比如17kHz的低频高能超声波工作。为此，超声波的声功率为50~20，000W，优选地为100~20,000W，比如 16,000W。在传播振动的超声波探头表面3上使用的振动幅值为0 200pm，优 选地为10 10(^m，比如15pm，来将超声波传播给液体。振动的超声波探头1 相对于反应器容器5用一个压力密封圈，比如O型环，和一个振动解耦的法 兰来密封住。 一个圆柱形的、其端部为锥形的反应器容器5具有0 50L的容 量，优选地为1 10L，比如3L。反应器容器5可以用不同材料制成，优选地 为钢、铝、精炼金属或玻璃。在反应器容器5的内部，中央或非中央地配置有 一个截面收縮部8，在液体流过时根据文丘里原理能产生一个局部压降。截面 收縮部8的尺寸、形状和高度在反应器容器5中可以变化。介质可以是从高黏 性液体到低黏性液体，优选地为低黏性液体，比如菜籽油，通过一个合适的孔 4，优选地为一个喷嘴，比如一个标准喷嘴、导管或专门通道，被导入到传播 振动的超声波探头表面3的近区域中的反应器壁的上部。通过以一个接近或高 于pmax(A)的压力p导入介质，则能够在传播振动的超声波探头表面3的近区 域中极大地减少或完全抑止掉空化产生。选择的探头l以一个比如对应于X/4 的长度伸出到反应器容器5内，比如60mm。通过反应器容器5内部的截面收縮部8，介质在到达最小直径之前已经 积聚在截面收縮部8上。反应器容器5内部的压力p在该点之上太高，以至于 不能形成介质的空化。传播振动的超声波探头表面3的近区域因此有一个极大 地降低的空化或者根本没有空化。在截面收縮部8之下，根据文丘里原理有一 个松弛，亦即通过介质的松弛产生一个压降，由此能够产生空化。压力p在该 区域则低于值pmax(A)。被超声介质被排出在反应器容器5的下部，优选地在 下部中央或在圆柱形反应器容器5的下侧壁上。介质排出可以是控制的，也可 以是非控制的，比如是控制的，以便能以压力p来将入流接收到小室中。在近 区域之内或之外的介质值可以经不同的传感器，比如压力传感器来接收、求值 和用于过程优化。通过一个附加的内置节流阔9，能产生一个静反压，能得到 超声波探头1的更高机械幅值。这种应用可以用在反应器容器5中的任意数量 的超声波探头1，比如用单个超声波探头1，优选地为1~5个超声波探头1来实现。只要在传播振动的超声波探头表面3的近区域之外产生一个由文丘里原 理引起的一个局部压降，也可以在截面收縮部8的相对于超声波探头1的距离 上将流动方向颠倒过来。图6示出装置的另一变型，其中通过对反应器尺寸做合适的设计，此处设计为锥形的反应器容器5，便能够在传播振动的超声波探头表面3的近区域之外产生介质的一个连续幅值提高，这样在该处可以极大地减小或完全抑止空化，而在传播振动的超声波探头表面3的近区域之外的声场中则能够产生空 化。反应器容器的长度因此优选地为nl(液体)/2(n31)，此处为41(液体)/2。 流向和流速在慢流介质情况下是不重要的。个别情况下可以不采取通流。反应 器5的一种优选形式为比如截面积采取指数形式或阶梯变化形式。该装置用工 作频率15 100kHz，优选地为15 30kHz，比如20kHz的低频高能超声波工 作。为此，超声波的声功率为50 20，000W，优选地为100~20,000W，比如 8,000W。在传播振动的超声波探头表面3上使用的振动幅值为0 200(im，优 选地为10 10(Him，比如20pm，来将超声波传播给液体。振动的超声波探头1 相对于反应器容器5用一个压力密封圈，比如O型环，和一个振动解耦的法 兰来密封住。反应器容器5具有0 50L的容量，优选地为1 10L，比如4L。 反应器容器5可以用不同材料制成，优选地为钢、铝、精炼金属，比如镍基合 金(Hastdoy)。可以在反应器底部方向上以不同角度形成截锥体形状，优选 地以一个锐角，比如15°。介质可以是从高黏性液体到低黏性液体，优选地为 低黏性液体，比如柴油，通过一个合适的孔4，优选地为一个喷嘴，比如一个 标准喷嘴、 一个导管或专门通道，被导入到传播振动的超声波探头表面3的近 区域中的反应器壁的上部。通过以一个空化产生所需的压力以下的介质压力p 来导入介质，则能够在传播振动的超声波探头表面3的近区域中极大地减少或 完全抑止掉空化产生。所选探头1优选地以对应于A74的长度伸出到反应器容 器5内，比如60mm。通过对反应器做结构形式限定的截面更新，则可在传播振动的超声波探 头表面3的近区域之外根据不同面积将振幅值提高到Amin(p)以上，比如提高 10倍。在该区域只能产生空化。该值可以以A/2的步距提升。为此能在反应器 容器5中产生单个或多个空化区域。空化区域的数量、形状和大小受结构形式 所限。被超声介质被排出在反应器容器5的下部，优选地在截锥形的反应器容器5的下部中央。介质排出可以是控制的，也可以是非控制的，比如是控制的， 以便能以压力P来将入流接收到小室中。在近区域之内或之外的介质值可以经 不同的传感器，比如压力传感器来接收、求值和用于过程优化。这种应用可以 用在反应器容器5中的任意数量的超声波探头1，比如用单个超声波探头1， 优选地为1~5个超声波探头1来实现。图7示出一个类似于图6的装置，仅仅是反应器容器5采取不同的结构。 其中在一个圆柱形的反应器容器5中有一个锥体10。该装置用工作频率15 100kHz，优选地为15 30kHz，比如20kHz的低频高能超声波工作。为此， 超声波的声功率为50 20,000W，优选地为100~20，000W，比如8，000W。在传 播振动的超声波探头表面3上使用的振动幅值为0~200|am，优选地为 10 100fim，比如10(im，来将超声波传播给液体。振动的超声波探头1相对于 反应器容器5用一个压力密封圈，比如O型环，和一个振动解耦的法兰来密 封住。反应器容器5具有0 50L的容量，优选地为1 10L，比如5L。反应器 容器5可以用不同材料制成，优选地为钢、铝、精炼金属或聚合物。锥体IO 中心配置在反应器容器5的内部，所述反应器容器5由不同材料制成，优选地 为金属、非金属或陶瓷。锥体10尖角沿传播振动的超声波探头表面3的方向 变化，优选地为5° 30°的一个角度，比如15°。由此能随超声波探头1的距离 D的增加产生一个截面縮小，在对应的配置情况下能在流体介质中产生幅值增 强效果。介质可以是从高黏性液体到低黏性液体，优选地为低黏性液体，比如 乳浊液，通过一个合适的孔4，优选地为一个喷嘴，比如一个标准喷嘴、导管 或专门通道，被导入到传播振动的超声波探头表面3的近区域中的反应器壁的 上部。流动方向和流速在慢流介质时是不重要的。个别情况下可不采取通流。 通过以一个空化产生所需的压力以下的介质压力p来导入介质，则能够在传播 振动的超声波探头表面3的近区域中极大地减少或完全抑止掉空化产生。所选 探头1优选地以对应于的长度伸出到反应器容器内，比如60mm。通过对 反应器做结构形式限定的截面更新，则可在传播振动的超声波探头表面3的近 区域之外根据面积将振幅值提高到Amin(p)以上，比如提高10倍。在该区域 只能产生空化。该值可以以X/2的步距提升。为此能在反应器容器5中产生单 个或多个空化区域。空化区域的数量、形状和大小受结构形式所限。被超声介 质被排出在反应器容器5的下部，优选地在截锥形反应器容器5的底部中央上。介质排出可以是控制的，也可以是非控制的，比如是控制的，以便能以压力p 来将入流接收到小室中。在近区域之内或之外的介质值可以经不同的传感器， 比如压力传感器来接收、求值和用于过程优化。这种应用可以用在反应器容器 5中的任意数量的超声波探头1，比如用单个超声波探头l，优选地为1~5个超 声波探头1来实现。
权利要求
1.一种通过低频高能超声波系统用低频高能超声波来超声液体的方法，该低频高能超声波系统具有至少一个超声波探头，伸出到一个反应器容器中，液体经至少一个入口孔和至少一个出口孔流过该反应器容器，其特征为在反应器容器内部的传播振动的超声波探头表面的近区域中产生一个接近或高于压力/幅值特性曲线的压力/幅值组合，用它来极大地或完全抑止空化，且在反应器容器的其他区域内至少随区域地和至少随时间地产生一个低于压力/幅值特性曲线的压力/幅值组合，由此来产生空化。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征为在传播振动的超声波探头表面 的近区域中的压力通过反应器容器中流动液体升高的压力来产生。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征为在传播振动的超声波探头 表面的近区域中的压力通过减小反应器容器的区域中的工作内截面来保持。
4. 如权利要求1 3之一所述的方法，其特征为在液体流动方向上沿着 到超声波探头表面的距离通过改变反应器容器的截面积来改变液体压力。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征为截面积多重地逐段变小。
6. 如权利要求1 3之一所述的方法，其特征为在传播振动的超声波探 头表面的近区域之外，液体压力随时间不连续地，比如有间隔地加以改变。
7. 如权利要求1 5之一所述的方法，其特征为在液体流动方向上沿着 到超声波探头表面的距离通过改变反应器容器的截面积来改变超声波输入的 振动幅值。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征为反应器容器的截面积连续变小。
9. 一种用低频高能超声波来超声液体的装置，包括一个有至少一个超声 波探头(1)的低频高能超声波系统(2)，该超声波探头(1)伸出到反应器 容器(5)中，液体经至少一个入口孔(4)和至少一个出口孔流过该反应器容器，其特征为入口孔(4)配置成让液体直接撞击在传播振动的超声波探头表面(3)上， 且构造成在传播振动的超声波探头表面(3)的近区域中支配有一个接近或高 于压力/幅值特性曲线的压力(p)，由此来极大地降低或完全抑止空化。
10. 如权利要求9所述的装置，其特征为入口孔(4)用一个环形喷嘴来实现。
11. 如权利要求9所述的装置，其特征为入口孔(4)用一个中央喷嘴(7) 来实现。
12. 如权利要求11所述的装置，其特征为中央喷嘴(7)配置成与超声波探头表面(3)垂直。
13. 如权利要求9所述的装置，其特征为入口孔(4)由一个侧向对着 超声波探头表面(3)的喷嘴实现。
14. 一种用低频高能超声波来超声液体的装置，包括一个有至少一个超声 波探头(1)的低频高能超声波系统(2)，该超声波探头(1)伸出到反应器 容器(5)中，液体经至少一个入口孔(4)和至少一个出口孔流过该反应器容器， 其特征为反应器容器(5)通过至少一个截面收縮部(8)来减小，这样在传播振动 的超声波探头表面(3)上产生一个近区域，在该区域中支配有一个接近或高 于压力/幅值特性曲线的压力(p)，由此来极大地降低或完全抑止空化。
15. 如权利要求14所述的装置，其特征为沿着液体流动方向配置有多 个首尾相接的截面收縮部(8)。
16. 如权利要求15所述的装置，其特征为截面收縮部(8)逐级配置。
17. 如权利要求14所述的装置，其特征为截面收縮部(8)平行配置。
18. 如权利要求14所述的装置，其特征为截面收縮部(8)用一个滤网 实现。
19. 如权利要求14所述的装置，其特征为截面收縮部(8)用一个孔阑 实现。
20. 如权利要求15~19之一所述的装置，其特征为截面收縮部(8)的 距离相互可调。
21. 如权利要求14 20之一所述的装置，其特征为液体流向朝着超声波 探头(1)。
22. —种用低频高能超声波来超声液体的装置，包括一个有至少一个超声 波探头(1)的低频高能超声波系统(2),该超声波探头(1)伸出到反应器 容器(5)中，液体经至少一个入口孔(4)和至少一个出口孔流过该反应器容器， 其特征为反应器容器(5)的工作截面构造成随到超声波探头表面(3)的距离至少 逐段连续减小。
23. 如权利要求22所述的装置，其特征为截面积构造成线性减小。
24. 如权利要求22所述的装置，其特征为截面积构造成指数型减小。
25. 如权利要求22 24之一所述的装置，其特征为截面积减小通过反 应器(5)的形状来实现。
26. 如权利要求22 24之一所述的装置，其特征为截面积减小通过在 反应器(5)中的一个附件(10)来实现。
27. 如权利要求25或26所述的装置，其特征为截面积成锥形减小。
28. 如权利要求25或26所述的装置，其特征为截面积成棱锥形减小。
29. 如权利要求25或26所述的装置，其特征为截面积成逐级减小。
30. 如权利要求26所述的装置，其特征为附件(10)设计成可更换。
31. 如权利要求26所述的装置，其特征为附件(10)相对于超声波探 头表面(3)的距离可调。
32. 如权利要求26 31之一所述的装置，其特征为液体流向朝着超声波 探头(1)。
全文摘要
本发明涉及一种用低频高能超声波对液体超声的方法与装置，它由一个低频高能超声波系统组成，具有至少一个超声波探头，伸出在一个反应器容器中，液体经至少一个入口孔和一个出口孔流经该容器。为避免在超声波探头上产生空化，建议在反应器容器内部一个传播振动的超声波探头表面的近区域中产生一个接近或高于压力/幅值特性曲线的压力/幅值组合，用它来极大地或完全抑止空化，且在反应器容器的其他区域内至少随区域地和至少随时间地产生一个低于压力/幅值特性曲线的压力/幅值组合，由此来产生空化。一个相应的装置具有比如一个入口孔(4)，它配置成使液体直接撞击在传播振动的超声波探头表面(3)，并构造成在传播振动的超声波探头表面(3)的近区域中支配有一个接近或高于压力/幅值特性曲线的压力(p)。
文档编号B01J19/00GK101257967SQ200680032550
公开日2008年9月3日 申请日期2006年11月28日 优先权日2005年11月28日
发明者哈拉尔德·希尔舍, 托马斯·希尔舍, 霍尔格·希尔舍 申请人:希尔舍博士有限责任公司