壓電放電水淨化的製作方法

2023-06-08 21:17:21 2

壓電放電水淨化的製作方法
【專利摘要】本文公開的流體淨化提供了高電壓淨化的優點而無觸電風險。在示例淨化器中，如被汙染水等被汙染流體被充氣並經過容納有高多孔性壓電材料和超聲換能器的空腔。換能器發出使壓電材料放電高壓電場的超聲波能量，產生殺死有機體並氧化有機汙染物的強氧化劑。由於超聲致動器在較低電壓(例如，20V～110V)運行並能夠與流體電隔離，因此示例淨化是安全、環境友好的，並可從小型應用擴展至大型應用。
【專利說明】壓電放電水淨化
【背景技術】
[0001]在充氣水中放電會產生0H、H.、0.、03、H2O2，它們屬於最強的氧化劑。這些物種可消滅細菌並氧化水中的許多有害有機汙染物。對於利用放電來淨化水已有很多關注，因為其比利用常規氧化劑和消毒劑的淨化更加環境友好並更加有效。但是，在水中放電所需的使用高電壓具有觸電危險。也難以對於大量的水實現均勻的放電。對於利用放電淨化來消毒水的安全有效的方法存在需求。

【發明內容】

[0002]示例性流體淨化器包括界定空腔以保持被汙染流體(如被汙染水)的容器。該空腔也容納壓電材料和超聲換能器，所述超聲換能器對壓電材料施加超聲波能量，以使壓電材料發出放電(例如,5kV以上)。放電通過例如在流體中產生可消除有機汙染物的氧化性物種而淨化空腔中的被汙染流體。充氣器可以對進入的流體充氣，以為氧化反應提供額外的氧氣。
[0003]在一些實施方式中，空腔以超聲波能量的頻率共振，並具有反射至少一部分超聲波能量的一個或多個內表面。界定空腔的容器可以至少部分地由不鏽鋼、銅、鎳和/或反射超聲波能量並耐腐蝕的任何其他材料形成。示例性淨化器可以還具有將流體接收至空腔中的入口和將經淨化的流體從空腔中排出的出口。可選的設置為橫跨入口和/或出口的過濾器過濾接收至空腔中和從空腔排出的流體。
[0004]在示例性淨化器中，壓電材料包括多孔壓電顆粒，其各自可以具有約Imm~10mm、約Imm~5mm或約Imm~2.5mm 的直徑。示例性多孔壓電顆粒可以具有約0.1 μπι~約1mm、約I μ m~約Imm或約10 μ m~約Imm的孔徑,和高達至少約70%、約80%、約85%或約90%的孔隙率，所述孔隙率為空氣(或氣體)佔據的(乾燥)多孔壓電材料的比例。示例性壓電材料可以包括無鉛材料，如含鉀、鈉和/或鉍的鈦酸鹽。
[0005]對壓電材料施加超聲波能量的超聲換能器可以是矩形或盤形形狀，並且可以沿空腔的內表面設置。示例性超聲換能器可以在20V~IlOV的電壓運行，並發出約20kHz~約1MHz、約25kHz~500kHz或約30kHz~250kHz的至少一種頻率分量。在一些淨化器中，超聲換能器可以由波形發生器驅動，波形發生器可以調節至空腔的共振頻率。超聲換能器發出的超聲波能量可以空化該空腔中的流體，以對壓電顆粒提供額外的機械能。
[0006]在流體淨化的一些實施方式中，傳感器測量流動流體的淨化(汙染)水平。如果傳感器指示流體未被充分淨化，則連接於傳感器的控制器開啟使水轉向至管道中的閥門，使流體循環通過空腔，以實現所期望的淨化水平。
[0007]另一些示例性實施方式包括將內腔和/或空腔轉換為流體淨化器的套件。示例性套件包括用於設置在內腔或空腔中的壓電材料和超聲換能器，所述超聲換能器用於對壓電材料施加超聲波能量，以使壓電材料發出放電(例如，至少約5kV)，所述放電淨化空腔中的流體(例如，通過產生氧化流體中的有機汙染物的氧化性物種)。在示例性套件中，可以為盤形或矩形形狀的換能器在約20V~IlOV的電壓運行。[0008]壓電材料可以包括無鉛多孔壓電顆粒，其各自可以具有約0.1mm~10mm、約Imm~5mm或約Imm~2.5mm或約1.5cm的直徑。最優的是，顆粒的極化應超過水的介電強度，並且具有小於超聲波波長的尺度。小顆粒可能不具有很大的極化，而較大的顆粒可能過大以致於不能放電。示例性多孔壓電顆粒可以具有約0.Ιμπι~1mm、約I μ m~約Imm或約IOym~約Imm的孔徑，和高達至少約70%、約80%、約85%或約90%的孔隙率，所述孔隙率為空氣(或氣體)佔據的(乾燥)多孔壓電材料的比例。
[0009]示例性套件也可以包括波形發生器以驅動超聲換能器，所述超聲換能器可以沿空腔或內腔的內表面設置。波形發生器可以被調節以找到空腔或內腔的共振頻率並以該頻率發射能量，所述頻率可能為約20kHz~約1MHz、約25kHz~約500kHz或約30kHz~約250kHz ο
[0010]一些套件也可以包括一個或多個過濾器或篩網，以過濾接收至空腔或內腔中和/或從空腔或內腔中排出的流體。套件也可以包括可選的充氣器，以對空腔中的流體充氣。
[0011]以上
【發明內容】
只是示例性的，並不意圖以任何方式進行限制。除上述示例性性方面、實施方式和特徵之外，其他方面、實施方式和特徵通過參照以下附圖和以下詳細描述也將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本技術的流體淨化器的示例性實施方式的框圖。
[0013]圖2是高多孔性鋯鈦酸鉛(PZT)材料在15 X放大率下的照片。
[0014]圖3是本技術的流體淨化器的示例性實施方式的框圖。
[0015]圖4是說明如何安裝本技術的示`例性流體淨化套件的流程圖。
[0016]圖5是本技術的可攜式流體淨化器的示例性實施方式的框圖。
【具體實施方式】
[0017]示例性實施方式包括用於淨化被汙染水、水溶液和其他流體或液體的淨化器。在示例性實施方式中，被汙染流體被充氣並通過容納有至少一個高多孔性壓電材料和至少一個超聲致動器的容器。來自該致動器的超聲波能量在顆粒內誘發強電場，引起多個高電壓放電(例如，大於約5kV)。充氣流體中的放電產生可破壞或殺死有機體並氧化有機汙染物的強氧化劑。由於超聲致動器在較低電壓(例如，約20V~約110V)運行並可以與流體電隔離，因此本技術的技術是安全、環境友好的，並可從小型應用擴展至大型應用。
[0018]示例性壓電淨化池的運行涉及以適當頻率啟動池中的超聲換能器，並使被汙染水或流體流過該池。進入池中的流體可以進行過濾以使其不含可能堵塞該池的粗顆粒，並可選地進行充氣以使流體中存在溶解氧。啟動的超聲換能器在池內產生壓縮波，所述壓縮波在壓電顆粒之間和之中引起大電場和高壓放電。在水和溶解氧存在下的放電產生化學試劑，例如OH『、H『、0『、03和/或H202。這些化學試劑是淨化水和氧化有機汙染物的氧化性物種。不受縛於任何具體理論，據認為化學試劑(自由基)參與了與被汙染流體中的有機化合物的一級動力學反應。在有機化合物失活之後，它們可以繼續被化學試劑(自由基)氧化。化學試劑(自由基)也可以自結合。結果，化學試劑可以具有例如秒級的非常短的壽命O[0019]示例性壓電流體淨化器特別適於淨化水溶液，如無清潔飲用水源(城市用水源)的地方的水(甚至鹽水)。它們也可以用於淨化來自井、湖、溪、存儲容器等中的水。示例性壓電流體淨化器也可以用於偏遠區域，只要有用於超聲換能器的電源(例如，電池、太陽能電池或發電機)即可。本文所公開的壓電水淨化池取決於所期望的應用規模可以從小尺寸擴展至非常大的尺寸。[0020]本文所公開的流體淨化器和淨化的優點包括高電壓水淨化的所有益處，而無觸電的危險。技術的流體淨化器以較低能耗水平提供了與僅超聲空化的淨化相比顯著更高的淨化。各池內受激壓電材料的放電也提供了對於池自身的持續清潔作用，從而降低了汙染的累積。
[0021]另外，可以將超聲誘導的淨化放電與通過超聲換能器誘導的空化結合，從而進一步淨化示例性淨化池中的被汙染流體(例如，被汙染的水)。
[0022]通過本技術的方法進行的流體淨化提供了使用如氯或碘化合物等化學氧化劑的淨化的環境友好的替代物。結果，本技術的示例性淨化技術可以用於淨化水，而不引入化學品味道。
[0023]圖1顯示的是示例性壓電流體淨化池100，其包括由不鏽鋼、銅、鎳和/或反射超聲波且耐受腐蝕和超聲力所致劣化的其他材料製造的容器110。空腔112容有以約20kHz~約IMHz的頻率發出壓縮或橫向連續波的超聲換能器130。其他適合的運行範圍包括25kHz~500kHz,25kHz~250kHz和30kHz~100kHz。頻率的具體實例包括約25kHz、約50kHz、約75kHz、約 IOOkHz、約 125kHz、約 150kHz、約 175kHz、約 200kHz、約 225kHz、約 250kHz 和這些值中任意兩者之間的範圍。可以使換能器130的頻率匹配空腔尺寸，使得換能器130距離空腔112底部的高度在一定容差(例如，流體中波長的十分之一)內為被淨化流體中超聲波波長的一半的倍數。換言之，當充有水或其他流體時，空腔112以由換能器130發射的超聲波能量的頻率共振。例如，如果超聲頻率為100kHz，則空腔高度為約0.75cm(其為對應於IOOkHz的水中的半波長)的整數倍，容差為±0.15cm以內。
[0024]空腔112還容納有至少一種壓電材料(在此情形中為多孔壓電顆粒120)，其響應於由換能器130發射的超聲波能量(作為另外一種選擇，壓電材料可以是無孔的)。顆粒120在空腔112內是不受限制的(即，達到其尺寸和空腔壁所允許的程度)。在空腔112的遠端的篩網140防止顆粒120被經淨化的流體20衝出空腔。進入的流體10所施加的壓力防止顆粒120經由在容器110的近端的入口 144離開空腔112。淨化器100可以包括可選的位於入口 144的篩網(未示出)，以捕捉流向入口 144的顆粒120。
[0025]運行中，如被汙染水等被汙染流體10經由入口 144流入空腔112。換能器130發射對多孔壓電顆粒120施加機械應變的超聲波能量，多孔壓電顆粒120通過發射在流體10中產生如氧化性物種等化學試劑的放電(例如約5kV以上)來響應該應變。放電非常迅速，例如，可以是0.1秒以下的靜電放電，並且其持續時間部分取決於電荷分離的量和擊穿通道的電導率。流體10的電介質擊穿限制了放電的幅度，其可以超過3MV/m。未偶合於顆粒120的任何超聲波將被顆粒120散射和/或被空腔112的內壁反射。取決於幾何形狀，散射/反射的超聲波可以相干地疊加，以產生進一步激勵壓電顆粒120的一種或多種共振腔模式，直至超聲波能量在空腔112中完全散失和/或被多孔壓電顆粒120吸收。這種進一步的激勵使得顆粒120發出更多的放電，更多的放電又產生更大量的化學試劑。[0026]化學試劑可以是或者包含氧化被汙染流體10中的有機汙染物的氧化性物種。示例性氧化性物種包括但不限於OH『、H『、、O3和H202。該氧化反應將被汙染流體10轉化為經淨化的流體20，經淨化的流體20經由空腔112遠端的出口 142流出空腔112。反應速率可以非常快，例如，對於OH『為1O7M-1S-~1O9M-1s-1淨化氧化反應之後殘餘的任何氧化性物種將在數分鐘之內消亡。反應產物為氧化副產物，與前體相比危害較小。但是，這些副產物可以保持溶解在水中。一些副產物將以類似於水的UV-臭氧處理的方式作為二氧化碳離開。篩網140可以是細不鏽鋼網，其在經淨化的流體20流向出口 142時捕獲經淨化的流體20中的小顆粒。排出的經淨化的流體20適於其他用途，例如，在經淨化的流體20是飲用水的情況中用於飲用和洗浴。
[0027]淨化可以是完全的或部分的。被汙染流體10中一種或多種有機汙染物的濃度可以高於經淨化的流體20中一種或多種有機汙染物的濃度。濃度的百分比降低可以一般是任何百分比降低。具體實例包括約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約90%、約95%、約96%、約97%、約98%、約99%和這些值中任意兩者之間的範圍。在理想情況中，百分比降低為100%(即，經淨化的流體不含可檢測水平的有機汙染物)。
[0028]由換能器130發射的超聲波能量還可以空化流體10，向壓電顆粒傳遞更多能量。換言之，超聲波能量可以使蒸氣囊在流體10內非常低壓的區域中形成並迅速瓦解。另外，超聲誘導的空化可以例如通過破壞或殺死被汙染流體中的微生物而進一步淨化被汙染流體。
[0029]圖2是適於淨化某些流體的鋯鈦酸鉛(PZT)壓電材料的照片。圖2中顯示的孔隙的直徑在約0.1微米至超過20微米的範圍內。圖2中所示的PZT通過模壓細粒徑粉末與糖類(粘合劑和發泡劑)並燒結模壓的材料而形成。燒結之後，將該陶瓷材料破碎(例如，輕度研磨)至粒徑為1mm~10mm、Imm~5mm或Imm~2.5mm,以提供適於圖1中的淨化器100中的水淨化的多孔壓電顆粒。粒徑的具體實例包括約1mm、約2mm、約3mm、約4mm、約5mm、約6mm、約7mm、約8mm、約9mm、約IOmm和這些值中任意兩者之間的範圍。破碎的材料允許顆粒自由移動、流體易於流動以及與超聲換能器發射的超聲波能量更好的偶合。燒結產生孔隙率(其為燒結後空氣(或氣體)佔據的陶瓷材料的比例)高達約70%、80%、85%或90%並且可控孔徑為0.1 μ m~1mm、I μ m~Imm或10 μ m~Imm的陶瓷材料。壓電材料的孔隙率越高，則可用於淨化的表面積越大。
[0030]雖然PZT具有可用壓電材料的最高壓電係數，但是鉛毒性制約了其對於飲用水應用的可用性。近來，無鉛壓電材料(例如，含有鉀、鈉和鉍的鈦酸鹽)已經市售。示例性無鉛材料包括(Na，Bi) TiO3-BaTiO3的組合物和使用(K，Bi) TiO3的三元體系，以及(K，Na)NbO3族。這些無鉛材料具有接近PZT的壓電性但無毒，這使它們適於淨化水和其他流體。
[0031 ] 圖3顯示的是另一流體淨化器300，其包括將經由入口 344進入淨化器300中的被汙染流體10再循環的再循環管路(管道)354。橫跨入口 344設置的過濾器246篩除被汙染流體10中的大顆粒，使其不能進入由管310部分界定的空腔(內腔)312。被汙染流體10流過設置在空腔312內的多孔壓電材320。運行中，被來自可編程波形發生器332(例如，Tektronix AFG3000系列函數發生器)和放大器334 (例如E&I1020L放大器)的放大信號驅動的超聲換能器330發射超聲波，如對於圖1所述，所述超聲波激勵多孔壓電材料320的放電。[0032]流體壓力迫使被汙染流體10通過活化的壓電材料320抵達設置在空腔312遠端的傳感器350 (例如，InPro7005-VP傳感器)。傳感器350測量流體10中的汙染(例如，病原體)水平，並將汙染水平的指標傳輸至控制器352。如果指標顯示汙染水平超出預定汙染值，則控制器352開啟三通閥356以再引導流體10通過再循環管路354 (如圖所示)。控制器352也可以開啟可選的泵356使流體經由單向兩通閥358循環回空腔中，單向兩通閥358由控制器358開啟。作為另外一種選擇，三通閥(未示出)可以用於代替兩通閥358或者附加於兩通閥358，以控制流體10循環通過入口 344和空腔312。再循環的流體10在其流過超聲波激勵的多孔壓電材料320時得到進一步淨化。
[0033]流體10經由再循環管路354繼續流過空腔312，直至傳感器350指示汙染水平已經下降至低於預定汙染值。控制器352通過開啟閥門356和358 (以及通過關閉泵356)以使經淨化的流體20通過出口 342離開淨化器300，來響應可接受的汙染水平的指標。篩網340從被排出流體20中過濾大顆粒，如壓電材料320的顆粒。可以指定不同尺寸的篩網，只要篩孔尺寸小於粒徑即可。由於顆粒材料通常具有一定粒徑分布，因此應使固定量的水運行通過該系統以衝出小顆粒，例如，池體積的約10倍的衝洗水。
[0034]在一些情況中，調整由換能器330發射的超聲波波形的振幅、頻率和時序(相位)可提高淨化器從被汙染的流體10中消除汙染物的效率和/或速度。如本領域技術人員所理解的，可以通過對驅動換能器330的可編程波形發生器332適當地(再)編程而操縱超聲波波形。例如，可編程波形發生器332可以被編程為發射:在空腔312內共振的單一頻率(例如，IOOkHz)(或者稱為音調)的連續波(cw)信號；在空腔312內共振的音調(例如，25kHz和IOOkHz)的組合；脈衝信號，如開和關的共振音調；升高和/或降低頻率(例如，25kHz~IOOkHz)的信號，或者稱為啁啾信號；或者上述信號類型的任意組合。波形發生器332也可以用於改變由超聲換能器330發射的超聲波波形的振幅。最優的超聲波波形可以實驗確定，並可能取決於流體10中的壓電顆粒320的密度、超聲波能量和流體流速。
[0035]圖4是說明改造城市 用水管的一部分或其他流體承載內腔來進行如以上給出的實例所述的壓電淨化的流程圖。必要時，管道部分的內部襯有銅、鎳、不鏽鋼或反射超聲波能量並且不腐蝕的其他材料(402)。接下來，在管道部分的遠端安裝網篩或其他過濾器(404)。將多孔壓電材料裝入網篩近側的管道部分中(406)。沿著管道部分的長度與(可選的)內襯相對安裝超聲換能器(408)。在一些情況中，換能器置於由管道部分界定的內腔內；在另一些情況中，換能器沿管道部分的外部設置。可以橫跨管道部分的近端安裝另一(可選的)篩網或過濾器以從進入管道部分的水(或其他流體)中除去碎屑。最優驅動波形例如通過測量管道部分的共振頻率和/或通過測量離開管道部分的水中的病原體水平而實驗確定。
[0036]圖5顯示的是適於露營、救災、臨時事件(例如，音樂會)等的可攜式淨化器的示例性實施方式500。要使用淨化器500，用可疑或被汙染流體(如苦鹹水)填充由容器510形成的空腔512。橫跨空腔512的頂部設置的篩網540可防止如砂石或土塊等大顆粒進入空腔512。使用蓋子542將空腔封閉，然後啟動連接於沿空腔512的一條邊布置的超聲換能器530的波形發生器532。可由電池或可攜式發電機供電的波形發生器532發出的射頻能量驅動換能器530發射在空腔512內共振的超聲波能量。共振的超聲波能量對於空腔512內的多孔壓電材料520施加機械應 變並對流體進行空化(充氣)。多孔壓電材料520通過發出至少約5kV的放電來響應該機械應變。放電可以在流體中產生氧化流體中的有機汙染物的氧化性物種，包括但不限於0H、H『、O『、O3和H202。一旦淨化完成，則關閉波形發生器532，取下蓋子542，並將經淨化的液體通過篩網540倒出容器510，篩網540將多孔介電材料520保持在空腔512中。
[0037]實施例1:城市用水的壓電淨化
[0038]對於約有500，000人口的城市，大型水庫儲存數十億加侖水。地方供水和排水機構每日通過64英寸管道從水庫向城市輸送約4500萬加侖水。管道分成較小的管，每個管連接到城市中的供水幹管。該較小的管各自包括內部襯有超聲換能器並填充有多孔壓電材料的部分。位於管部任一端的篩網將多孔壓電材料保持在管部中。由以管部內共振的頻率連續施加的110VAC信號所驅動的換能器激勵多孔壓電材料的高壓放電，其淨化流過管部的水。管將經淨化的水通過供水幹管或更小的管傳送至城市中的家庭和商業場所。
[0039]實施例2:用於救災的壓電水淨化
[0040]如地震、颶風、龍捲風或海嘯等自然災害會摧毀大部分城市基礎設施，包括水處理廠。汙水和其他汙染物會汙染當地飲用水供給。為防止疾病通過被汙染飲用水傳播，救援人員可在卡車和/或提供至災區的運輸容器中配備便攜自足式的壓電水淨化器。示例性的卡車包括:填充有多孔壓電材料的空腔；內襯於空腔中的超聲換能器；將水引入空腔並迫使水通過空腔的泵；和對泵和超聲換能器供電的如發電機或電池等電源。為運行該淨化器，救災人員將泵通過水管連接於水源，然後啟動泵以用被汙染水填充空腔。換能器發射在空腔中共振的超聲波。如上所述，壓電材料通過發出淨化空腔中的水的高壓放電來響應超聲激勵。經淨化的水通過安裝在卡車側部上的龍頭或裝置排出並收集以供分發給受災者。[0041 ] 實施例3:苯汙染的水的淨化
[0042]在另一實例中，示例性淨化器用於處理來自苯汙染的有毒廢物場所的地下水。清潔人員在有毒廢物場所內鋪設無孔材料，以防止地下水滲入飲用水源。在清潔人員完成廢物場所與周圍的隔離後，將地下水引入蓄水池。然後清潔人員將地下水從蓄水池泵入可攜式壓電淨化器。在被汙染地下水流過壓電材料時，淨化器中的超聲換能器激勵淨化器中的壓電材料發出高壓放電。高壓放電產生氧化地下水中的苯的化學試劑，將經淨化的地下水排出至有毒廢物場所外部。利用高效液相色譜或任何其他適當的分析技術在淨化前後進行的地下水分析顯示苯濃度降低至少80%。
[0043]實施例4:多級淨化裝置
[0044]另一些示例性壓電淨化器包括分為級聯空腔的管，所述級聯空腔可以相同或不同，例如具有不同直徑和/或長度。各空腔包括至少一個超聲換能器和至少一種壓電材料。在一些淨化器中，各空腔容納相同的壓電材料；在另一些淨化器中，各空腔容納不同的壓電材料，例如更多孔的材料、包括更細顆粒的材料和/或由不同物質構成的材料。同樣地，各空腔可以包括相同的換能器，或者超聲換能器的形狀、數目和/或排列可以在空腔之間有所不同。換能器可以以相同的波形或者不同的驅動波形驅動，所述波形例如為重複頻率作為系列中空腔的位置的函數而增加的脈衝波形，或者頻率作為系列中空腔的位置的函數而改變的cw波形。網篩將連續的空腔分開；各篩孔可以比系列中的前一篩孔更細。流過管的水(或其他流體)在管中的各空腔中進行高電壓淨化，使得水在由一個空腔流至下一空腔時變得更純。空腔的數量和/或運行可以基於所期望的水的純度確定。在一些情況中，管可以包括在相鄰空腔之間的閥和/或分支，以排出一些液體和/或將其他液體導引至下一空腔中以進一步淨化。
[0045]本文中使用了流程圖。流程圖的使用並不意味著對於所進行的操作的順序進行限制。本文所描述的主題有時說明的是包含於不同的其他組成部分中的或與其連接的不同組成部分。應當理解，這些所描繪的體系結構只是示例性的，並且實際上可達到相同功能的許多其他體系結構也是可以實施的。在概念意義上，任何可達到相同功能的組成部分的設置都有效「關聯」以使達到所期望的功能。因此，可組合達到特定功能的任何兩個本文中的組成部分均可以被視作彼此「關聯」以使達到所期望的功能，而與體系結構或中間組成部分無關。類似地，如此關聯的任何兩個組成部分也可以被視為彼此「可工作地連接」或者「可工作地偶聯」以達到所期望的功能，並且能夠如此關聯的任何兩個組成部分也可以被視為彼此「可工作地偶聯」從而達到所期望的功能。可工作地偶聯的具體實例包括但不限於可物理匹配的和/或物理交互中的組成部分，和/或可無線交互的和/或無線交互中的組成部分，和/或邏輯交互中的和/或可邏輯交互的組成部分。
[0046]關於本文中基本上任何複數和/或單數術語的使用，在適合上下文和/或應用的情況下，本領域技術人員可以將複數轉化為單數和/或將單數轉化為複數。為清楚起見，本文中可能明確闡述各種單數/複數轉換。
[0047]本領域技術人員將會理解，一般而言，本文中、特別是所附權利要求(例如，所附權利要求的主體部分)中所使用的術語通常意在作為「開放式」術語(例如，術語「including (包括)」應理解為「包括但不限於」，術語「具有」應理解為「至少具有」，術語「includes (包括)」應理解為「包括但不限於」等)。本領域技術人員將進一步理解，如果意圖是特定數量的引入的權利要求敘述，則這樣的意圖將在權利要求中進行明確地陳述，在沒有這樣的敘述的情況下，則沒有這樣的意圖。例如，為幫助理解，以下所附的權利要求可能包含對引入性短語「至少一個」和「一個或多個」的使用，以引入權利要求敘述。
[0048]然而，這種短語的使用不應解釋為隱含由不定冠詞「a」或「an」引入的權利要求敘述將包含這種引入的權利要求敘述的任何特定權利要求限制為包含僅僅一個這種敘述的發明，即使當同一權利要求包括引入性短語「一個或多個」或「至少一個」和如「a」或「an」等不定冠詞時亦如此(例如，「a」或「an」通常應解釋為「至少一個」或「一個或多個」的意思)；這同樣適用於引入權利要求敘述的不定冠詞的使用。另外，即使明確地陳述了特定數量的引入的權利要求敘述，本領域技術人員也將認識到這種敘述通常應解釋為指至少為所陳述的數量(例如，沒有其他修飾語的「兩個敘述」這種單純的敘述通常是指至少兩個敘述或者兩個以上敘述)。
[0049]此外，在其中採用類似於「A、B和C等中的至少一個」的慣用說法的那些情形中，通常這類修辭意指本領域技術人員會理解該慣用說法(例如，具有「A、B和C中至少一個的系統」會包括但不限於只具有A的系統、只具有B的系統、只具有C的系統、同時具有A和B的系統、同時具有A和C的系統、同時具有B和C的系統和/或同時具有A、B和C的系統等)。在其中採用類似於「A、B或C等中的至少一個」的慣用說法的那些情形中，通常這類修辭意指本領域技術人員會理解該慣用說法(例如，「具有A、B或C中的至少一個的系統」包括但不限於只具有A的系統、只具有B的系統、只具有C的系統、同時具有A和B的系統、同時具有A和C的系統、同時具有B和C的系統和/或同時具有A、B和C的系統等)。[0050]本領域技術人員還應理解，實際上，帶出兩個以上可選擇的術語的任何轉折連詞和/或短語，無論是在說明書、權利要求書還是附圖中，都應被理解為設想了包括這些術語之一、這些術語中的任一個或者全部這些術語的可能。例如，短語「A或B」將被理解為包括「A」或「B」或者「A和B」的可能。
[0051]示例性實施方式的上述描述出於說明和描述的目的而提供。不應認為是窮盡或者對於所公開的精確形式進行限制，根據以上教導可以進行修改和改變，或者可以從所公開的實施方式的實踐中獲得修改和改變。本發明`的範圍應由所附權利要求及其等同物限定。
【權利要求】
1.一種流體淨化器，所述流體淨化器包括: 容器，該容器界定了至少一個空腔以保持流體； 設置在所述空腔內的至少一種壓電材料；和 至少一個超聲換能器，所述超聲換能器用於對所述壓電材料施加超聲波能量，以使所述壓電材料發出淨化所述流體的放電。
2.如權利要求1所述的流體淨化器，其中，所述至少一個空腔以所述超聲波能量的頻率共振。
3.如權利要求1所述的流體淨化器，其中，所述至少一個空腔的內表面反射至少一部分的所述超聲波能量。
4.如權利要求1所述的流體淨化器，其中，所述容器至少部分地由不鏽鋼、銅和鎳中的至少一種形成。
5.如權利要求1所述的流體淨化器，所述流體淨化器還包括用於將流體接收至所述至少一個空腔中的入口和用於將經淨化的流體從所述空腔中排出的出口。
6.如權利要求1所述的流體淨化器，所述流體淨化器還包括用於過濾接收至所述空腔中的流體的過濾器。
7.如權利要求1所述的流體淨化器，所述流體淨化器還包括用於過濾從所述至少一個空腔中排出的流體的過濾器。
8.如權利要求1所述的流體淨化器，所述流體淨化器還包括用於測量所述流體的淨化水平的儀表。
9.如權利要求8所述的流體淨化器，所述流體淨化器還包括使流體循環通過所述至少一個空腔從而實現所期望的淨化水平的管道。
10.如權利要求9所述的流體淨化器，所述流體淨化器還包括閥門，該閥門構造為用於使通過所述至少一個空腔的流體循環停止。
11.如權利要求1所述的流體淨化器，其中，所述至少一種壓電材料包括多孔壓電顆粒。
12.如權利要求1所述的流體淨化器，其中，所述多孔壓電顆粒各自具有約1mm~約10mm的直徑。
13.如權利要求12所述的流體淨化器，其中，所述多孔壓電顆粒具有約0.1 μm~約1mm的孔徑。
14.如權利要求12所述的流體淨化器，其中，所述多孔壓電顆粒具有高達至少約80%的孔隙率。
15.如權利要求1所述的流體淨化器，其中，所述至少一種壓電材料不含鉛。
16.如權利要求1所述的流體淨化器，其中，所述超聲波能量包括約20kHz~約1MHz的至少一種頻率分量。
17.如權利要求1所述的流體淨化器，其中，所述至少一個超聲換能器在約20V~約110V的電壓運行。
18.如權利要求1所述的流體淨化器，其中，所述至少一個超聲換能器沿所述空腔的內表面設置。
19.如權利要求1所述的流體淨化器，其中，所述至少一個超聲換能器是矩形或盤形形狀。
20.如權利要求1所述的流體淨化器，所述流體淨化器還包括用於驅動所述至少一個超聲換能器的波形發生器。
21.如權利要求20所述的流體淨化器，其中，所述波形發生器被構造為能夠被調節至所述空腔的共振頻率。
22.如權利要求1所述的流體淨化器，其中，所述放電為至少約5kV的電壓。
23.如權利要求1所述的流體淨化器，其中，所述放電產生氧化所述流體中的有機汙染物的氧化性物種。
24.如權利要求1所述的流體淨化器，所述流體淨化器還包括構造為對所述空腔中的所述流體充氣的充氣器。
25.一種淨化流體的方法，所述方法包括: 提供設置在至少一個空腔內的至少一種壓電材料和流體； 對所述壓電材料施加超聲波能量，以使所述壓電材料發出淨化所述流體的放電。
26.如權利要求25所 述的方法，其中，所述超聲波能量在所述空腔內共振。
27.如權利要求25所述的方法，其中，所述超聲波能量包括約20kHz~約IMHz的至少一種頻率分量。
28.如權利要求25所述的方法，其中，所述放電為至少約5kV的電壓。
29.如權利要求25所述的方法，其中，所述放電產生氧化所述流體中的有機汙染物的氧化性物種。
30.如權利要求25所述的方法，所述方法還包括利用至少一個超聲換能器產生所述超聲波能量。
31.如權利要求30所述的方法，所述方法還包括在約20V~約IlOV的電壓運行所述至少一個超聲換能器。
32.如權利要求25所述的方法，所述方法還包括將所述至少一個超聲波能量的頻率調節至在所述空腔內共振。
33.如權利要求25所述的方法，其中，所述至少一種壓電材料包括多孔壓電顆粒。
34.如權利要求33所述的方法，其中，所述多孔壓電顆粒各自具有約Imm~約IOmm的直徑。
35.如權利要求33所述的方法，其中，所述多孔壓電顆粒具有約0.1 μπι~約Imm的孔徑。
36.如權利要求33所述的方法，其中，所述多孔壓電顆粒具有高達至少約80%的孔隙率。
37.如權利要求25所述的方法，其中，所述至少一種壓電材料不含鉛。
38.如權利要求25所述的方法，所述方法還包括使用所述流體填充所述至少一個空腔。
39.如權利要求38所述的方法，所述方法還包括在填充所述至少一個空腔之前過濾所述流體。
40.如權利要求25所述的方法，所述方法還包括從所述至少一個空腔中排出所述流體。
41.如權利要求40所述的方法，所述方法還包括過濾從所述至少一個空腔中排出的流體。
42.如權利要求25所述的方法，所述方法還包括測量所述流體的淨化水平。
43.如權利要求42所述的方法，所述方法還包括使所述流體循環通過所述至少一個空腔，直至所述流體達到所期望的淨化水平。
44.如權利要求25所述的方法，所述方法還包括對所述空腔中的所述流體充氣。
45.一種將空腔轉化為流體淨化器的套件，所述套件包括: 用於設置在所述空腔內的至少一種壓電材料；和 至少一個超聲換能器，所述超聲換能器用於對所述壓電材料施加超聲波能量，以使所述壓電材料發出淨化所述空腔中的所述流體的放電。
46.如權利要求45所述的套件，其中，所述至少一種壓電材料包括多孔壓電顆粒。
47.如權利要求45所述的套件,其中,所述多孔壓電顆粒各自具有約Imm~約IOmm的直徑。
48.如權利要求47所述的套件，其中，所述多孔壓電顆粒具有約0.1 μ m~約Imm的孔徑。
49.如權利要求47所述的套件，其中，所述多孔壓電顆粒具有高達至少約80%的孔隙率。
50.如權利要求45所述的套件，其中，所述至少一種壓電材料不含鉛。
51.如權利要求45所述的套件，其中，所述超聲波能量包括約20kHz~約IMHz的至少一種頻率分量。
52.如權利要求45所述的套件，其中，所述至少一個超聲換能器在約20V~約IlOV的電壓運行。
53.如權利要求45所述的套件，其中，所述至少一個超聲換能器沿所述空腔的內表面設置。
54.如權利要求45所述的套件，其中，所述至少一個超聲換能器是矩形或盤形形狀。
55.如權利要求45所述的套件，其中，所述放電為至少約5kV的電壓。
56.如權利要求45所述的套件，其中，所述放電產生氧化所述流體中的有機汙染物的氧化性物種。
57.如權利要求45所述的套件，所述套件還包括用於驅動所述超聲換能器的波形發生器。
58.如權利要求57所述的套件，其中，所述波形發生器被構造為能夠被調節至所述空腔的共振頻率。
59.如權利要求45所述的套件，所述套件還包括用於過濾接收至所述空腔中和/或從所述空腔中排出的流體的過濾器。
60.如權利要求45所述的套件，所述套件還包括對所述至少一個空腔中的所述流體充氣的充氣器。
【文檔編號】C02F1/46GK103502159SQ201180070479
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2011年5月31日 優先權日:2011年5月31日
【發明者】T·A·亞格爾, E·克魯格裡克 申請人:英派爾科技開發有限公司