超聲液體處理室和連續流動混合系統的製作方法

2023-12-06 14:33:56 5

專利名稱：超聲液體處理室和連續流動混合系統的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及用於超聲處理液體的系統，更具體地涉及用於超聲 處理流動液體的系統，並且甚至更具體地涉及用於將其中至少一種組份 是液體的兩種或多種組份超聲混合在 一起的 一種連續流動混合系統。
背景技術：
液體溶液的攪拌在用於增強液體例如單組份液體、液體-液體混合、
液體-氣體混合和液體-顆粒材料混合的處理效果方面可以得到;f艮多種
應用。例如，在配製墨水時，顏料和其他粘性材料作為兩種或多種組份 (至少一種是液體)被混合在一起以形成可應用的溶液。其他的例子包括 將各種液體和氣體同時引入腔室內以促進某些反應。這可以包括流入腔 室內的水和引入的氣體例如空氣和/或氧氣和/或僅涉及少量的臭氧。而 且該腔室還可以被用於引發各種化學反應例如過氧化氫的分解、乳液聚 合反應和生成用於乳液聚合裝置的乳液等。
在其他應用中，該系統可以;故用於液流內顆粒物的解聚。這可以包 括毫微級顆粒例如在配製墨水時使用的色素的解聚。以及使用這些毫微 級色素顆粒來同時配製墨水。該系統還可以在紫外(UV)光同時曝光下以 促進液體或液體/氣體或液體/氣體/固體系統在超聲室內的某些反應。 另一種應用可以是在醫療領域內，其中該混合系統在配製由粉末/液體
和用於計量用途的液體形成的藥物的準備過程中使用。
具體地，可以將這樣的攪拌處理用於連續類型的流動處理系統，其
中液體在被處理的同時連續地流過該系統，通常是流過塔或狹長的腔
室。通過攪拌液體，所需的反應(例如混合或其他結果)即可被加速並由
此能夠在連續流動操作中得以完成。
液體的攪拌可以被稱作靜態攪拌，其中攪拌由流過塔的一種或多種
液體組份的特定流動參數(例如流速、壓力等)造成。靜態攪拌還可以通
7過引導液體流過固定的攪拌部件例如螺旋葉輪型結構或設置在流動塔 或腔室內的幹擾並由此擾亂要處理的液體流動的其他結構而發生。動態 攪拌通過在從中流過液體的處理室內使一個或多個攪拌部件(例如葉 輪、風扇葉片等)運動例如使其旋轉、搖動、振動等而進行。
一種特別有用的液體動態攪拌類型是超聲空化即一種在液體內更 加精確攪拌的結果。超聲空化是指由於超聲波對液體的激勵而造成的氣 泡在液體內的形成、生長和向內塌陷。這樣的空化是由液體內預先存在 的弱點例如懸浮顆粒物內的充氣縫隙或來自先前空化事件的瞬時微小 氣泡造成的結果。隨著超聲波通過液體，膨脹循環在液體上施加負壓， 牽引分子彼此遠離。在超聲波能量足夠強烈的地方，當負壓超過液體的 局部抗拉強度時，膨脹循環就會在液體內形成空腔，這會根據液體的類 型和純度而有所變化。
小氣泡由初始的空腔在進一步吸收超聲波能量後擴大而形成。在適 當的條件下，這些氣泡經過劇烈坍塌，產生非常高的壓力和溫度。在某 些領域，例如公知的聲化學領域內，化學反應利用了由空化帶來的這些 高壓和高溫。然而，氣泡自身的生長和劇烈坍塌提供了所需的液體精確 攪拌。在超聲供能的液體和固體表面之間的接觸面處發生的空化是相當 不對稱的並產生高速噴射的液體，進一步攪拌液體。這種類型的空化例 如在促進將兩種或更多種液體溶液組份更加完全地混合在一起時是特 別有用的。
因此，存在對於利用超聲空化的優點來處理流動液體的連續流動的 超聲液體處理室和混合系統的需求。

發明內容
在一方面， 一種用於超聲處理液體的超聲處理室通常包括具有縱向 相對兩端和內部空間的狹長殼體。該殼體通常在其縱向末端被封閉並具 有入口和出口，入口用於接收液體進入殼體的內部空間，在超聲處理液 體之後通過出口將液體從殼體中排出。出口與入口縱向間隔開以使液體 在殼體的內部空間內從入口向出口縱向流動。狹長的超聲波波導裝置在 殼體的內部空間內縱向延伸並用於在預定的超聲波頻率下給殼體內流 動的液體超聲供能。
波導裝置包括狹長的超聲變幅杆，其至少部分地被設置在殼體的入口和出口間並具有設置成和殼體內從入口向出口流動的液體相接觸的 外表面。多個攪拌部件都以彼此間為縱向間隔開的關係在入口和出口間 與變幅杆的外表面相接觸並從變幅杆的外表面向外橫向伸出。攪拌部件 和變幅杆被構造和設置成當變幅杆在預定的頻率下超聲振動時攪拌部 件相對於變幅杆動態移動以及對應於預定頻率和在腔室內處理的液體 而在攪拌部件的超聲空化模式下進行操作。
在另一方面， 一種用於超聲處理液體的超聲處理室通常包括具有縱 向相對兩端、內部空間、入口和出口的狹長殼體，入口用於接收液體進 入殼體的內部空間，在超聲處理液體之後通過出口將液體從殼體中排 出。出口與入口縱向間隔開以使液體在殼體的內部空間內從入口向出口
縱向流動。狹長的超聲波波導裝置在殼體的內部空間內縱向延伸並用於 在預定的超聲波頻率下給殼體內流動的液體超聲供能。
波導裝置包括狹長的超聲變幅杆，其至少部分地被設置在殼體的入 口和出口間並具有設置成和殼體內從入口向出口流動的液體相接觸的
外表面。變幅杆被構造成響應於變幅杆在預定超聲波頻率下的超聲振動 而縱向移動和徑向移動。攪拌部件在入口和出口間與變幅杆的外表面相 接觸並從變幅杆的外表面向外橫向伸出。攪拌部件包括基本上從變幅杆
而在另一方面， 一種用於超聲處理液體的超聲處理室通常包括具有 縱向相對兩端、內部空間、入口和出口的狹長殼體，入口用於接收液體 進入殼體的內部空間，在超聲處理液體之後通過出口將液體從殼體中排 出。出口與入口縱向間隔開以使液體在殼體的內部空間內從入口向出口
縱向流動。狹長的超聲波波導裝置在殼體的內部空間內縱向延伸並用於 在預定的超聲波頻率下給殼體內流動的液體超聲供能。
波導裝置包括狹長的超聲變幅杆，其至少部分地被設置在殼體的入 口和出口間並具有設置成和殼體內從入口向出口流動的液體相接觸的
外表面。多個離散的攪拌部件都以彼此間為縱向間隔開的關係在入口和 出口間與變幅杆的外表面相接觸並從變幅杆的外表面向外橫向伸出。攪 拌部件和變幅杆被構造和設置成當變幅杆在預定的頻率下超聲振動時 攪拌部件相對於變幅杆動態移動。每個攪拌部件都是環形的並繞變幅杆的外緣連續地延伸。
還是在另一方面， 一種用於超聲處理液體的超聲處理室通常包括具有縱向相對兩端、內部空間、入口和出口的狹長殼體，入口用於接收液體進入殼體的內部空間，在超聲處理液體之後通過出口將液體從殼體中排出。出口與入口縱向間隔開以使液體在殼體的內部空間內從入口向出口縱向流動。狹長的超聲波波導裝置在殼體的內部空間內縱向延伸並用於在預定的超聲波頻率下給殼體內流動的液體超聲供能。
波導裝置包括狹長的超聲變幅杆，其具有與出口縱向間隔開的終端以及設置成和殼體內從入口向出口流動的液體相接觸的外表面。多個離散的攪拌部件都以彼此間為縱向間隔開的關係在入口和出口間與變幅杆的外表面相接觸並從變幅杆的外表面向外橫向伸出。攪拌部件之一被縱向設置在與出口成縱向間隔開關係的變幅杆終端處或其附近。
在另一方面， 一種用於超聲處理液體的超聲處理室通常包括具有縱向相對兩端、內部空間、入口和出口的狹長殼體，入口用於接收液體進入殼體的內部空間，在超聲處理液體之後通過出口將液體從殼體中排出。出口與入口縱向間隔開以使液體在殼體的內部空間內從入口向出口
縱向流動。狹長的超聲波波導裝置在殼體的內部空間內縱向延伸並用於在預定的超聲波頻率下給殼體內流動的液體超聲供能。
波導裝置包括狹長的超聲變幅杆，其具有設置成和殼體內從入口向出口流動的液體相接觸的外表面。多個離散的攪拌部件都以彼此間為縱向間隔開的關係在入口和出口間與變幅杆的外表面相接觸並從變幅杆的外表面向外橫向伸出。處理室的擋板裝置包括基本上從殼體向著殼體內部空間內的變幅杆橫向向內伸出的多個離散的擋板部件。擋板部件彼此間基本上是縱向間隔開的關係且與波導裝置的攪拌部件間縱向留有間隙。


圖1是根據用於超聲處理液體的系統的一個實施例以墨水溶液混合系統的形式示出並結合有用於超聲處理液體的超聲處理室的混合系統
的示意圖2是用於超聲處理液體的超聲處理室的側視圖3是圖2中的超聲處理室的縱向(例如豎直)截面10圖3A是圖3的截面圖中的一部分的放大分段視圖；圖3B是形成圖2中超聲處理室的部分殼體的套圈的頂部俯視圖；圖4是圖2中超聲處理室的變幅杆裝置和擋板裝置的分解透視圖；圖5是變幅杆裝置的一個可選實施例的正面透視圖；圖6是類似於圖3A但是示出了擋板裝置的一個可選實施例的分段和放大的縱向截面圖7是擋板裝置的另一個可選實施例的正面透視圖8是其分解視圖；和
圖9是其縱向(例如豎直)截面圖。
相同的附圖標記在所有附圖中表示相應的部件。
具體實施例方式
現具體參照附圖1，在一個實施例中，用於超聲處理液體的系統通常包括通常以21表示的超聲處理室，其用於超聲處理液體。如本文中所用的術語"液體"的意思是指單組份液體、由兩種或多種組份形成其中至少一種組份是液體的溶液例如液體-液體混合物、液體-氣體混合物或其中帶有顆粒物的液體、或者其他的粘性液體。
在圖1中示意性地示出了超聲處理室n並參照處理室在通常以23表示的混合系統內的使用在此進行進一步的介紹，混合系統23用於通過向腔室內的溶液施加超聲波能量以將其中至少一種組份為液體的兩種或多種組份混合在一起而形成液體溶液，並且更具體地涉及這樣的混合系統用於將兩種或多種墨水組份形成液體墨水溶液。但是，應該理解本文中圖示和介紹的超聲處理室21也可以和混合系統一起使用用於形成除了不同於液體墨水溶液的其他液體溶液。還應該理解超聲處理室21也可以被用於不是為了混合的液體超聲處理系統中，但是其中液體的超聲攪拌至少部分地形成了所需的液體處理。
具體地，超聲處理室21適用於在這樣的液體處理系統中使用，其中需要在直線式的例如其中液體連續地流過腔室的連續流動過程中對液體進行超聲攪拌。超聲處理室的其他可預見用途的例子包括但不限於混合溶液、顏料和其他的(例如不同於墨水溶液的)粘性材料；食品加工和處理；給溶液除氣(例如將已溶解的氣體例如氧氣、氮氣、氨氣等從液體溶液中抽出)；以及促進化學反應，例如在聲化學中常見的向化學反應施加刺激以加速反應。不過可以預見到處理室21也可以在這樣的液體處理系統中使用，其中按照批量過程而不是連續流動過程來處理液體並仍舊落在本發明的保護範圍內。
可預見的針對超聲處理室21的混合用途的更多例子包括但不限於混合用於塑料工業的樹脂和固化劑；混合紙漿和化學添加劑例如漂白劑、溼強劑、澱粉、染料、酶、填料、抗粘菌劑、矽酮添加劑等；混合在造紙和紙巾工業中使用的化合物，例如用於塗布的粘土漿、聚合添加劑例如溼強樹脂、澱粉懸浮液、矽酮化合物、洗劑、填料懸浮液等；混合樹脂和著色劑、填料以及其他化合物；混合不混溶相以製備乳狀液，例如食品乳狀液(例如用於防曬產品、潤手乳液、唇膏化合物等)、化妝品、清潔劑(包括油和水的納米乳)、藥物化合物等；以及混合著色劑和其他化合物以形成化妝品例如染髮劑。
超聲處理室21其他的可預見用途包括但不限於給混合物除氣以簡化後續處理並減少無效成形;給回收的造紙纖維脫墨，其中超聲波能量可以幫助除墨(特別是在有酶、清潔劑或其他化學品存在時)；將油、奶酪或其他食材氫化，其中必須將氣體和漿料或液體混合；將牛奶和其他化合物均質化；加入生物反應器和發酵單元內，其中必須在精細的細胞內混入營養素和其他化合物而不能有可能會損傷細胞的劇烈的機械剪切力；處理廢水和/或肥料，其中可能需要將各種添加劑和氣泡與漿料混合；生產石化產品例如潤滑油混合物、汽油混和物、蠟混合物等，以及由石化產品衍生的化合物；加工麵團(例如，混合要加入免費的料劑組合物或加工麵團自身，這可以導致增強麵筋的分解等)。超聲處理室21還可以被用在包含單相或多相的化學反應器內，包括漿料。
在其他的可預見用途中，超聲處理室21可以被用於從用於凹版塗布、meyer杆塗布或需要將其用於從溶液中去除氣泡的任意其他塗布應用的塗布溶液中去除殘存的氣泡。
在圖1所示的實施例中，超聲處理室21通常是狹長的並具有常規入口端25(在圖示實施例的朝向中為下端)和常規出口端27(在圖示實施例的朝向中為上端)。系統23被設置為使液體通常在其入口端25進入處理室21，通常在腔室內縱向流動(例如在圖示實施例的朝向中為向上流動)並通常在腔室的出口端離開腔室。
本文中的術語"上，，和"下，，是用來與各附圖中示出的超聲處理室21的豎直朝向相一致而不是為了說明腔室在使用時的必要朝向。也就是 說，儘管腔室21最適合按照各附圖中示出的使腔室的出口端27在入口 端25之上的豎直朝向，但是應該理解腔室也可以是入口端在出口端之 上的朝向，或者腔室也可以是不同於豎直朝向的朝向並且仍落在本發明 的保護範圍內。
術語軸向和縱向在本文中方向性地表示腔室21的長度方向(例如端 到端，譬如圖示實施例中的豎直方向)。術語橫向、側向和徑向在本文 中表示垂直於軸向(例如縱向)方向的方向。術語內和外也被用於與橫向 於超聲處理室21的軸向方向有關，其中術語內表示向著腔室內部的方 向(例如向著腔室的縱向軸)而術語外表示向著腔室外部的方向(例如遠 離腔室的縱向軸)。
超聲處理室21的入口端25與適配的通常以29表示的輸送系統流 體連通，其用於將一種或多種液體組份引導至並且更適合地引導流過腔 室21。例如，在圖1中所示的液體墨水溶液混合系統23中，輸送系統 29包括多個泵31(例如一個泵用於要被混合在一起的一種墨水組份)， 用於將各自組份從其對應的來源(在圖1中被示意性地示為附圖標記32) 通過合適的管路(在圖1中被示意性地示為附圖標記33)泵送至腔室n 的入口端25。作為示例，在圖1中示出了四組這樣的泵31、組份來源 和對應的管路33用於輸送墨水組份的化合物，包括例如用於形成顏料 墨水溶液的組份，例如但不限於顏料分散液、水、甘油、粘合劑、表面 活性劑和/或殺蟲劑，或者用於形成活性墨水溶液的組份，例如但不限 於燃料或顏料、水、甘油、表面活性劑、殺蟲劑和粘合劑，或者用於形 成其他液體墨水溶液的組份。
應該理解輸送系統29也可以被設置成將少於四種(包括一種)，或 多於四種的組份輸送到處理室21而並不背離本發明的保護範圍。還可 以預見到不同於圖1中所示和本文中介紹的輸送系統也可以被用於將一 種或多種組份輸送至超聲處理室21的入口端25而並不背離本發明的保 護範圍。
圖示實施例中的墨水混合系統2 3還包括通常以3 5表示的後處理系 統，與超聲處理室21的出口端27流體連通，用於在液體溶液離開腔室 後處理液體溶液(例如墨水溶液)。圖示的混合系統23包括一個或多個 壓力表37 (圖1中示出了兩個)，用於監測混合系統內的液體壓力。 一個或多個過濾器單元39a， 39b也可以被沿著超聲處理室21的液體溶液下 遊的流動通道設置以從液體溶液中過濾出顆粒材料，例如汙垢、碎片或 液體溶液內可能存在的其他汙染物(例如從一開始就存在於輸送至腔室 的一種或多種組份內)。例如，在圖示的實施例中第一過濾器單元39a 被構造成過濾出尺寸大於約0. 5微米的顆粒而第一過濾器單元下遊的第 二過濾器單元39b被構造成進一步過濾出尺寸大於約0. 2微米的顆粒。 但是，應該理解也可以僅使用一個，或者使用多於兩個過濾器單元 39a，39b，或者過濾器單元也可以被完全省略，而並不背離本發明的保 護範圍。
還是參照圖1，後處理系統35可以進一步包括用於在處理室21內 進行超聲處理後從液體溶液(例如墨水溶液)中去除氣泡的除氣和去除 氣泡單元41。在一個特別優選的實施例中，除氣和去除氣泡單元41包 括常規的膜接觸器。膜接觸器的結構和操作為本領域普通技術人員所公 知並因此不在本文中進一步進行詳細介紹。適用的膜接觸器的一個例子 是可以從美國北卡羅萊納夏洛特的Membrana獲得的商標名稱為 SuperPhobic的產品。 一個或多個傳感器單元43也可以被設置成監測液 體溶液(例如墨水溶液)的各種性質例如但不限於pH值、傳導率、粘度、 溫度、顏色，表面張力和其他性質。
在接下來的後處理中，由超聲處理室21所處理的液體可以被引導 至具有任意多種應用的儲存容器或操作設備(兩者都用單個附圖標記45 示意性地表示)。例如，圖1中的液體墨水溶液混合系統23可以將墨水 溶液直接送入墨水噴頭內，用於連續地將墨水溶液輸送到襯底上，或直 接泵送到塗布機內，例如槽模塗布機、槽輥塗布機、絲網塗布機、meyer 杆式塗布機、輥式塗布機、噴霧塗布機或用於在用墨水溶液塗布襯底時 使用的其他合適的塗布機。其他應用的例子包括但不限於將已處理液體 輸送至用於霧化的噴嘴，或將已處理液體輸送至注模或活性注模。用於 將已處理液體輸送至塗布器的任意系統(未示出)可以被設置在後處理 系統(例如後處理系統35)的下遊，或者後處理系統可以被省略且系統 (未示出)可以直接和腔室21的出口 65相連通以將已處理的液體輸送至 隨後的塗布器。
現參照圖2，液體處理系統23的超聲處理室21包括限定腔室內部 空間53的殼體51，輸送至腔室的液體通過該內部空間從其入口端25流向其出口端27。殼體51優選地包括狹長的管55，其通常至少部分地 限定腔室21的側壁57。管55可以具有在其中成形的一個或多個入口 (圖 2中示出了一個這樣的入口並以59表示)，通過入口即可將要在腔室n 內處理的一種或多種組份送至其內部空間53。在圖示的實施例中，殼體 51進一步包括被連接至且安裝在管55—端上的入口套圈61以(和入口 59—起)進一步限定腔室21的入口端25。
殼體51還包括連接至側壁57的相對端並基本上將其縱向封閉的封 蓋63，其中還具有至少一個出口 65以大體上限定處理室n的出口端 27。腔室21的側壁57(例如由狹長管55所限定)具有內表面67,其與 套圏61和封蓋63共同限定腔室的內部空間53。在圖示的實施例中，管 55通常為圓柱形以使腔室側壁57的截面基本為環形。但是，可以預見 到腔室側壁57的截面也可以不同於環形，例如是多邊形或另外的合適 形狀，而並不背離本發明的保護範圍。圖示腔室21的腔室側壁57優選 地由透明材料形成，但是應該理解也可以使用任意的適用材料，只要該 材料可以和要在腔室內處理的液體組份、腔室的額定工作壓力以及腔室 內的其他環境條件例如溫度相容即可。
具體參照圖3B，腔室21的入口端25處的入口套圏61通常為環形 並具有至少一個且更優選地具有多個在其中成形的入口 69a，69b,用於 將液體溶液組份接收到腔室21的內部空間53內。至少一個入口 69a基 本上相對於環形套圈61切向朝向以使液體基本上沿其切向流入腔室21 的內部空間53以在液體流入腔室時向其施加渦旋作用。更優選地，在 圖示的實施例中， 一對入口 69a，69b被設置為彼此平行排列並基本上相 對於環形套圈61切向延伸，其中一個口 69a在這裡被指定為外側入口 而另一個口 69b被指定為內側入口。
這樣的雙切向入口 69a，69b裝置對於液體溶液在腔室21內被進一 步進行超聲處理之前就開始將兩種或多種組份混合在一起特別有用。在 該裝置的一種特別優選的用途中，要在腔室21內處理的液體包括兩種 或多種液體，具有最低粘度的液體通過外側入口 69a被引導流入腔室內 而具有最高粘度的液體通過內側入口 69b被引導流入腔室內。通過外側 入口 69a的粘度較低組份的流動具有牽引粘度較高組份流入腔室21的 內部空間53內的趨勢以加速將粘度較高組份引入腔室內的速率。
這種作用，與由沿切向方向將液體組份引入腔室21內導致的渦旋
15作用相結合，有助於在液體溶液進一步流過腔室進行超聲處理之前開始 將這兩種組份混合。如果要向混合物中加入另外的組份，這些組份可以
通過在腔室側壁57內成形的入口 59被引入腔室21的內部空間53內。 在圖示的實施例中，套圈61還具有附加的切向入口組和一對基本豎直 朝向的入口 71。但是，應該理解埠 69a，69b都不需要相對於套圏61 切向朝向以保留在本發明的保護範圍內。還可以預見到套圈61可以被 完全省略以使得所有要被混合在一起的組份都被輸送至在腔室側壁57 內成形的入口 59。
一種超聲波波導裝置，通常以101表示，至少部分地在腔室21的 內部空間53內縱向延伸以給流過腔室內部空間53的液體(或液體溶液 的任意其他組份)超聲供能。具體地，圖示實施例中的超聲波波導裝置 101從腔室21的下端或入口端25縱向延伸向上伸入其內部空間53內並 延伸至波導裝置的終端103，其位於最上方入口 (例如，若存在入口 59 則為入口 59，否則為入口 69a，69b)間。更優選地，波導裝置101被直 接或間接地安裝至腔室殼體51，正如本文中隨後將要介紹的那樣。
超聲波波導裝置101優選地包括狹長的變幅杆裝置，通常以105表 示，其全部被設置在最上方入口和出口間的殼體51的內部空間53內， 用於完全浸沒在腔室21中處理的液體內，並且更優選地它還與腔室側 壁57同軸排列。變幅杆裝置105具有外表面107，和側壁57的內表面 67—起限定腔室21的內部空間53內的流動通道，液體和其他組份在腔 室內沿該通道流過變幅杆裝置(流動通道的這一部分在本文中被泛指為 超聲處理區域)。變幅杆裝置105具有限定變幅杆裝置終端的上端 109(並因此成為波導裝置的終端103)和縱向相對的下端111。圖示實施 例中的波導裝置IOI還包括與其同軸並在其上端連接至變幅杆裝置105 下端111的增能器113。但是應該理解，波導裝置IOI也可以只包括變 幅杆裝置105並仍然落在本發明的保護範圍內。還可以預見到增能器 113可以被完全設置在腔室殼體51的外部，且將變幅杆裝置105安裝在 腔室殼體51上而並不背離本發明的保護範圍。
超聲波波導裝置IOI，並且更具體地是如圖3所示實施例中的增能 器113，優選地在其上端處通過被設置成將波導裝置(它在其運行期間超 聲振動)與超聲處理室殼體在振動上隔離的安裝部件115安裝在腔室殼 體51上，例如安裝在限定腔室側壁57的管55上。也就是說，安裝部橫向的機械振動傳遞至腔室殼體同 時將波導裝置(並且特別是變幅杆裝置105)保持在腔室殼體內部空間53 內的所需橫向位置並允許變幅杆裝置在腔室殼體內的縱向和橫向位移。 在圖示的實施例中，安裝部件115還至少部分地(例如和增能器113 — 起)封閉腔室21的入口端25。
作為一個示例，圖示實施例中的安裝部件115通常包括橫向于波導 裝置101延伸與之成橫向間隔開關係的環形外段117，以及將外段與波 導裝置互連的法蘭部件119。儘管法蘭部件119和安裝部件115的橫向 外段117繞波導裝置101的外緣連續延伸，但是應該理解這些部件中的 一個或多個也可以是繞波導裝置不連續的例如以輪輻的方式而並不背 離本發明的保護範圍。安裝部件115的外段117被專門設置成向下緊靠 由內套圏61形成的肩部安置。
從圖6中可以清楚地看出，套圈61的內截面尺寸(例如內徑)隨著 套圏從腔室側壁57縱向向下延伸而逐漸增大以容納法蘭部件119。在一 個特別優選的實施例中，套圏61的尺寸足以被和法蘭部件119橫向間 隔開以在其間限定大體環形的縫隙123，其中通過套團的入口 69a，69b 輸送至腔室21的液體進入腔室的內部空間53。該環形縫隙123進一步 有助於液體在通過套圈入口 69a，69b進入腔室21內時的渦旋作用。
安裝部件115優選地在橫截面上被成形為使外段117的至少一段外 邊緣並且更優選地使外段的整個橫向部分都被安置在由套圏61形成的 肩部上。合適的緊固系統(未示出)，例如多個螺栓和對應的螺母(未示 出)，將安裝部件115的外段117固定至由套圏61形成的肩部121以由 此將增能器113(並且更廣義地將波導裝置IOI)連接至腔室殼體51。
法蘭部件119可以優選地被構造為相對於安裝部件115的外段117 更薄以便於法蘭部件119響應波導裝置101的超聲振動而撓曲和/或彎 曲。作為示例，在一個實施例中，法蘭部件119的厚度可以處於大約 0. 2mm到大約5mm的範圍內，並且更優選地為大約2. 5mm。圖示安裝部 件115的法蘭部件119優選地具有連接至波導裝置101並基本上由此橫 向向外延伸但是在安裝部件的外段117以內的內部橫向部件125，以及 將內部橫向部件與安裝部件的外段互連的軸向或縱向部件U7並且和內 部橫向部件一起大體上形成法蘭部件119的基本為L形的截面。但是， 可以預見到法蘭部件119也可以改為具有大體U形的截面形狀或者其他
17合適的截面形狀例如H形，I形，倒U形等並仍然落在本發明的保護範 圍內。美國專利No. 6， 676， 003中圖示和介紹了適用的安裝部件結構的 另外一些例子，在此以參見的方式一致地引入其全部公開的內容。
圖示法蘭部件119的縱向部件127優選地由懸臂支撐至橫向外段 117和法蘭部件的橫向內部部件125，而法蘭部件的內部部件被懸臂支 撐至波導裝置101。因此，法蘭部件119能夠相對於安裝部件115的外 段117動態地彎曲和/或撓曲以響應波導裝置101的振動位移並由此將 腔室殼體51和波導裝置的橫向與縱向位移相隔離。
儘管在圖示的實施例中安裝部件115的橫向外段117和法蘭部件 119的橫向內部部件125基本上被設置在相對於彼此縱向間隔開的位 置，但是應該理解它們也可以被設置在基本相同的位置(例如在法蘭部 件大體上是U形截面時)或不同於圖3中所示的其他位置而並不背離本 發明的保護範圍。
在一個特別優選的實施例中，法蘭部件115是單片式結構。更優選 地，法蘭部件115可以如圖3所示與增能器113(並且更廣義地與波導裝 置101)整體成形。但是，應該理解安裝部件115可以被構造為獨立于波 導裝置101而仍然落在本發明的保護範圍內。還應該理解安裝部件115一起。
在一個優選實施例中，安裝部件115被進一步構造為基本剛性的(例 如在負載下防止靜態位移)以保持波導裝置101在腔室21的內部空間53 中的正確定位。例如，在一個實施例中剛性的安裝部件115可以用非彈 性材料構造，更優選地是用金屬材料，而更優選地是用和構造增能器 113(並且更廣義地是波導裝置101)相同的金屬。但是，術語剛性並不是 指安裝部件115不能夠動態地撓曲和/或彎曲以響應波導裝置101的超 聲振動。在其他的實施例中，剛性安裝部件115可以用足以在負載下防 止靜態位移但是能夠用其他方式動態地撓曲和/或彎曲以響應波導裝置 101的超聲振動的彈性材料構造。儘管圖3中所示的安裝部件115是用 金屬構造的，並且更優選地是用和構造增能器113相同的金屬，但是可 以預見到安裝部件也可以用其他合適的基本為剛性的材料構造而並不 背離本發明的保護範圍。
適用的超聲驅動系統131 (在圖1中示意性地示出)包括至少一個激
18勵器(未示出)和設置在腔室21外部並有效連接至增能器113(並且更廣 義地是連接至波導裝置101)的用於給波導裝置供能以機械地超聲振動 的電源(未示出)。適用的超聲驅動系統131的例子包括可以從伊利諾斯 州聖查爾斯的Dukane Ultrasonics獲得的Model 20A3000系統，以及 可以從伊利諾斯州的Herrmann Ultrasonics of Schaumberg獲得的 Model 2000CS系統。
在一個實施例中，驅動系統131能夠在大約15kHz到大約100kHz 的頻率範圍內操作波導裝置IOI，更優選地是在大約15kHz到大約60kHz 的範圍內，而更加優選地是在大約20kHz到大約40kHz的範圍內。這樣
進一步介紹。
特別參照圖3，變幅杆裝置105包括狹長的通常為圓柱形的具有外 表面135的變幅杆133，和連接至變幅杆並至少部分地從變幅杆的外表
面橫向向外伸出的彼此為縱向間隔開關係的兩個或更多(也就是多個) 攪拌部件137。變幅杆133優選地被成形為具有和變幅杆共振波長的大
約一半(通常也被稱作半波長)相等的長度。在一個特定實施例中，變幅 杆133被優選地設置為在上述的超聲波頻率範圍內共振，並且最優選地 在20kHz的頻率下共振。例如，變幅軒133可以被優選地用鈦合金(例 如Ti6A14V)構造並成形為在20kHz下共振。半波長的變幅杆133在這樣 的頻率下工作並由此具有在大約4英寸到大約6英寸的範圍內的長度 (對應半波長)，更優選地是在大約4. 5英寸到大約5. 5英寸的範圍內， 而最優選地是長度大約為5.25英寸(133. 4mm)。但是，應該理解超聲處 理室21也可以包括這樣的變幅杆裝置105，其中變幅杆133被成形為具 有半波長的任意增量而並不背離本發明的保護範圍。
在圖示的實施例中，攪拌部件137包括一組共六個墊團形環，其以 彼此間縱向間隔開的關係連續地繞變幅杆部件133的外緣伸出並從變幅 杆的外表面橫向(例如在圖示的實施例中為徑向)向外。用這種方式，每 一個攪拌部件137相對於變幅杆133的振動位移對於變幅杆的外緣都相 對統一。但是，應該理解攪拌部件137不需要每一個都是繞變幅杆133 的外緣連續的。例如，攪拌部件137可以改為輪輻、葉片、翅片或其他 的從變幅杆133的外表面135橫向向外伸出的離散結構部件。
作為提供給圖3中所示實施例的具有大約5. 25英寸(133. 4mm)長度的變幅杆133的尺寸示例，其中一個環137被優選地設置在變幅杆 133 (並因此在波導裝置101)的終端附近，並且更優選地從變幅杆部件的 終端起縱向間隔開大約0. 063英寸(1.6,)的間距。在其他的實^^中， 最上方的環137可以被設置在變幅杆的終端並仍然落在本發^i保護範 圍內。每一個環137的厚度都大約為0. 125英寸(3. 2mm) f(且都彼此間 縱向間隔開大約0. 875英寸(22. 2mm)的距離。
應該理解攪拌部件137(例如圖示實施例中的環)的數量可以小於或 多於六個而並不背離本發明的保護範圍。還應該理解攪拌部件137之間 的縱向間距可以與圖3中所示和上述說明不同(例如間隔更近或更遠)。 儘管圖3中示出的環137彼此間縱向間距相等，但是可以預見到可選地 在多於兩個攪拌部件時縱向連續的攪拌部件之間的間距不需要相等也 仍然落在本發明的保護範圍內。
具體地，攪拌部件137的位置至少部分地是攪拌部件在變幅杆133 振動時的目標振動位移的函數。例如，在圖示的實施例中，變幅杆133 具有大體位於變幅杆縱向中央(例如在第三和第四環之間)的波節區域。 如本文中所用，變幅杆133的"波節區域"表示變幅杆部件的縱向區域 或區段，在變幅杆的超聲振動和變幅杆的橫向(例如在圖示實施例中為 徑向)位移基本最大化期間沿該區域只產生很小(或沒有)縱向位移。變 幅杆的橫向位移優選地包括變幅杆的橫向膨脹而且還可以包括變幅杆 的橫向移動(例如彎曲)。
在圖示的實施例中，給出了半波長變幅杆133的結構，使得波節區 域由波節平面(也就是橫向於變幅杆部件的平面，當橫向位移基本上最 大化時在此處不發生縱向位移)特別限定。該平面有時也被稱作節點。 因此，被縱向設置為距離波節區域較遠的攪拌部件137(例如圖示實施例 中的環)將會經歷初步的縱向位移而縱向距離波節區域較近的攪拌部件 相對於縱向遠端的攪拌部件則將經歷縱向位移的增加量和縱向位移的 減少量。
應該理解變幅杆133可以被設置為使得波節區域並不是縱向居中地 設置在變幅杆部件上而並不會背離本發明的保護範圍。還應該理解可以 將一個或多個攪拌部件137縱向設置在變幅杆上以在變幅杆裝置105超 聲振動時同時經歷相對於變幅杆的縱向和橫向位移。
還是參照圖3，攪拌部件137被充分構造(例如在材料和/或尺寸譬如厚度和表示攪拌部件從變幅杆133的外表面135橫向向外伸出的距離 的橫向長度方面)以便於動態移動，並且特別是便於攪拌部件的動態撓 曲和/或彎曲以響應變幅杆部件的超聲振動。在一個特別優選的實施例 中，對於給定的波導裝置101在超聲室內運行的超聲波頻率(或者在本 文中稱作波導裝置的預定頻率)和要在腔室21內處理的特定液體，攪拌 部件137和變幅杆133優選地被構造和設置成在預定頻率下以本文中稱 作超聲空化的模式來操作攪拌部件。
如本文中所用，攪拌部件的超聲空化模式表示攪拌部件的振動位移 足以導致要處理的液體在預定的超聲波頻率下空化(也就是有氣泡在液 體內形成、生長和向內塌陷)。例如，當在腔室內流動的液體包括水溶 液，並且更具體地包括水，且操作波導裝置101的所處超聲波頻率(也 就是預定頻率)為大約20kHz時，攪拌部件137中的一個或多個被優選 地構造成提供至少1. 75密耳(也就是0. 00175英寸，或0. 044inm)的振動 位移以建立起攪拌部件的空化模式。應該理解波導裝置101也可以被設 置為不同的結構(例如在材料、尺寸等方面)以實現與要處理的特定液體 相關聯的空化模式。例如，只要待處理的液體的粘度改變，那麼攪拌部 件的空化模式可能也需要加以改變。
在特別優選的實施例中，攪拌部件的空化模式對應於攪拌部件的共 振模式從而使攪拌部件的振動位移相對於變幅杆的位移被放大。但是， 應該理解即使攪拌部件不在其共振模式下操作空化也可以發生，或者甚 至是在振動位移大於變幅杆位移時也可以發生，這並不會背離本發明的 保護範圍。
在一個特別適用的尺寸示例中，至少一個或者更優選地全部的攪拌 部件137的橫向長度與攪拌部件的厚度的比值處於大約2: 1到大約6: 1 的範圍內。作為另一個示例，圖3中所示的從變幅杆133的外表面135 橫向向外伸出的每一個環137都是大約0. 5英寸(12. 7腿)的長度且每一 個環的厚度都是大約0.125英寸(3.2mm)，以使得每一個環的橫向長度 和厚度的比值都為約4: 1。但是，應該理解攪拌部件137的厚度和/或橫 向長度可以不同於圖3中所示的環而並不會背離本發明的保護範圍。而 且，儘管圖示實施例的每一個攪拌部件137(環)都具有相同的橫向長度 和厚度，但是應該理解攪拌部件也可以具有不同的厚度和/或橫向長度。
在圖示的實施例中，攪拌部件137的橫向長度也至少部分地限定流
21動通道的尺寸(或者至少部分地限定其方向)，液體或其他可流動組份沿
該流動通道在腔室21的內部空間53內流過變幅杆裝置105。例如，圖 3中所示的變幅杆133具有大約0. 875英寸(22. 2mm)的半徑且如上所述 每個環137的橫向長度為大約0. 5英寸(12.7mm)。殼體側壁57的內表 面半徑為大約1.75英寸(44. 5mm)以使得每個環和殼體側壁內表面之間 的橫向間距為大約0. 375英寸(9. 5mm)。可以預見到在變幅杆外表面135 和腔室側壁57的內表面67之間的間距和/或攪拌部件137和腔室側壁 內表面之間的間距可以大於或小於上述數值而並不背離本發明的保護 範圍。
通常，變幅杆133可以用具有合適的聲學和機械性質的金屬構造。 用於構造變幅杆133的適用金屬的例子包括但不限於鋁、蒙乃爾合金、 鈦、不鏽鋼以及某些合金鋼。還可以預見到所有或部分變幅杆133可以 被用另一種金屬例如銀、鉑和銅等塗布。在一個特別優選的實施例中， 攪拌部件137用和變幅杆133相同的材料構造，並且更優選地與變幅杆 整體成形。在其他實施例中， 一個或多個攪拌部件137可以改為獨立於 變幅杆133成形並與其連接以形成變幅杆裝置105。
儘管圖3中示出的攪拌部件137(例如環)相對扁平，也就是在截面 上相對為矩形，但是應該理解環可以具有不同於矩形的截面形狀而並不 背離本發明的保護範圍。術語截面在此情況下被用於表示沿相對於變幅 杆外表面135的橫向方向(例如沿圖示實施例中的徑向)截取的截面。另 外，儘管圖3中示出的攪拌部件137(例如環)被構造為僅具有橫向部件， 但是應該預見到一個或多個攪拌部件也可以具有至少一個縱向(例如軸 向)部件(例如在圖3中所示變幅杆的波節區域或其附近)，用於在波導 裝置101的超聲振動期間利用變幅杆的橫向振動位移。
例如，圖5示出了具有從變幅杆233的外表面235橫向向外伸出的 五個攪拌部件237的變幅杆裝置205。儘管每個攪拌部件237都具有橫 向部件，例如類似於圖3中那樣的環的形式，但是最中央的攪拌部件237 還可以具有固定至橫向部件的環形縱向部件241。具體地，最中央的攪 拌部件237通常被縱向設置在波節區域，並且更具體地設置在圖5所示 實施例中的變幅杆233的波節平面處，其中變幅杆233的橫向位移通常 在其超聲供能期間被最大化同時縱向位移通常被最小化。縱向部件241 因此能夠在變幅杆超聲供能期間沿橫向方向響應變幅杆233的橫向位移動態移動(例如撓曲/彎曲)。
可以預見到縱向部件241不需要完全沿縱向也就是平行於變幅杆 233的外表面延伸，只要縱向部件具有某些屬於它的縱向矢量即可。而 且，儘管在圖示的實施例中具有縱向部件241的攪拌部件237通常截面 為T形，但是應該理解這種攪拌部件的其他結構也是適用的，例如L形 截面(其縱向部件既可向上也可向下延伸)、加號形截面或其他適用的截 面。還可以預見到可以在最中央的攪拌部件237內例如在橫向部件和/ 或縱向部件241內成形有一個或多個孔，用於允許液體通過該部件同時 在水平和豎直方向上自由流動。
如圖3詳細示出的那樣，波導裝置101(例如圖示實施例中的變幅杆 133)的終端103在腔室21的出口端27完全與出口 65縱向間隔開以提 供在本文中所謂的緩衝區域(也就是腔室殼體51中縱向高于波導裝置 101的終端103的那部分內部空間53)，用於允許在液體從波導裝置101 的終端103向下流動到腔室的出口端27時更均勻地混合各種組份。例 如，在一個優選的實施例中，緩沖區域具有無效體積(也就是在緩衝區 域內的腔室殼體51的那部分開口空間53的體積)，其中該緩衝區域無 效體積與波導裝置終端上遊的剩餘腔室殼體內部空間的無效體積之比
優選地處於大約0. 01: 1到大約5. 0:1的範圍內，並且更優選地約為1:1。 圖示提供的緩衝區域是特別優選的，其中腔室21被用於將各種組 份混合在一起以在例如圖1所示的墨水溶液混合系統23中形成液體溶 液。也就是說，波導裝置101的終端103和腔室21的出口 65之間的縱 向間距提供了足夠的空間，用於混合液體溶液的攪拌流動以在液體溶液 通過出口離開腔室之前基本混合好。這例如在圖示的實施例中，攪拌部 件137中的一個#1設置在變幅杆133的終端處或其附近時特別有用。在 這樣的裝置會在液體流過變幅杆13 3的終端時帶來有利的液體回流混合 的同時，還希望該攪拌流動能夠在離開腔室之前至少部分完成。但是， 應該理解在腔室21內部空間53內的波導裝置101的終端103也可以在 腔室的出口端27被縱向設置地更加靠近出口 65，或者緩衝區域甚至可 以被整體上完全省略而並不會背離本發明的保護範圍。
變幅杆裝置105的相對端，例如更近端被優選地與套圏61縱向間 隔開以限定本文中所謂的液體進料區域，其中液體在腔室殼體51的內 部空間53內的初始渦旋在變幅杆裝置105的上遊發生。該進料區域在
23處理室21被用於將兩種或多種組份混合在一起時特別有用，因為在要 混合的各種組份進入腔室殼體51時通過進料區域內的渦旋作用促進了 初始混合。不過應該理解變幅杆裝置105的近端可以比圖3中所示更加 靠近套圏61,並且可以基本上在套圈61附近以基本省略進料區域而並
不背離本發明的保護範圍。
還是參照圖3，通常以145表示的擋板裝置被設置在腔室n的內部 空間53內，並且具體地通常橫向緊貼側壁57的內表面67並且與變幅 杆裝置105大體上是橫向相對的關係。在一個優選實施例中，擋板裝置 145包括緊貼殼體側壁57內表面67並至少部分地從側壁的內表面橫向 向內朝著變幅杆裝置105伸出的一個或多個擋板部件147。更優選地， 一個或多個擋板部件147從殼體側壁內表面67橫向向內延伸到與從變 幅杆部件133的外表面135向外伸出的攪拌部件137之間縱向留有間隙 的位置。本文中使用的術語"縱向留有間隙"是用於表示平行於變幅杆 133的縱向軸畫出的縱向直線既經過攪拌部件137也經過擋板部件147。 作為一個示例，在圖示的實施例中擋板裝置145包括與變幅杆裝置105 的六個環137之間縱向留有間隙的五個通常為環形的擋板部件147 (也 就是繞變幅杆133連續地延伸)。
作為更具體的示例，圖3中所示的五個環形擋板部件147與變幅杆 裝置環137的厚度相同(也就是0.125英寸(3. 2mm))並且彼此間的縱向 間間距(例如在連續的擋板部件相對的表面之間)等於環之間的縱向間 距(也就是0.875英寸(22. 2mm))。每個環形擋板部件147都具有(例如 從殼體側壁57的內表面67向內)的大約為0. 5英寸(l2. 7mm)的橫向長 度以使得擋板部件的最內側邊緣橫向向內延伸超過攪拌部件137 (例如 環)的最外側邊緣。但是，應該理解擋板部件147不需要橫向向內延伸 超過變幅杆裝置105的攪拌部件137的最外側邊緣而仍然落在本發明的 保護範圍內。
應該理解擋板部件147因此就伸入液體在腔室21的內部空間53中 流動經過變幅杆裝置105的流動通道內(例如在超聲處理區域內)。這樣， 擋板部件147即可抑制液體沿著腔室側壁57的內表面67流動經過變幅 杆裝置105，並且更優選地擋板部件有助於液體橫向向內流向變速杆裝 置以在變幅杆裝置的攪拌部件上流動並由此有助於液體的超聲功能(也 就是攪拌)。為了限制氣泡作為液體攪拌的結果而沿側壁57的內表面67停滯或 者以其他方式積累並透過每個擋板部件147下側的表面，在每一個擋板 部件的外緣內都成形有一系列凹口 149 (廣義的開口)用於幫助氣體(例 如氣泡)在擋板部件的外緣和腔室側壁的內表面之間流動。例如，在圖 示的實施例中，每個擋板部件147的外緣內都以彼此間的等距關係成形 有四個這樣的凹口。應該理解也可以在擋板部件147內不同於外緣的擋
板部件接觸殼體的其他的位置成形開口，並且仍然落在本發明的保護範 圍內。還應該理解這些凹口 149也可以^t省略。
進一步可以預見到擋板部件147不需要是環形或以其他方式繞變幅 杆133連續地延伸。例如，擋板部件147可以繞變幅杆133不連續地延 伸，例如以輪輻、凸起、分段或從殼體側壁57的內表面67附近橫向向 內延伸的其他離散結構形態的形式。擋板部件147繞變幅杆連續地延伸 中涉及的"連續地"並不排除擋板部件是以端到端對接關係設置的兩塊 或多塊弧形分段，也就是說，只要在這些分段之間並不形成明顯的間隙 即可。
例如，如圖4中詳細示出的那樣，擋板部件147優選地獨立於管55 而成形並被安裝在支撐杆裝置151上(在圖示的實施例中使用了四根這 樣的支撐杆裝置)。支撐杆裝置151被成形為可從腔室的出口端27(並且 更優選地從封蓋63)向下延伸穿過每一個擋板部件的長度。支撐杆裝置 151被固定(例如被螺紋固定)至封蓋63以基本將擋板裝置145在腔室 21的內部空間53內固定就位。
更具體地，圖示實施例中的每個環形擋板部件147都是為了便於繞 變幅杆裝置105組裝擋板裝置的兩片式結構(每片都是半環形)。例如， 一組擋板部件147的片材被安裝在一對支撐杆裝置151上而一組對應的 擋板部件片材被安裝在另 一對支撐杆裝置上以當所有支撐杆裝置在腔 室21的內部空間53內就位時即可形成每一個擋板部件的環形形狀。
在圖示的實施例中，每一個支撐杆裝置151都包括多個離散的杆分 段，例如在擋板部件147的片材之間延伸並與之螺紋連接的杆分段。不 過可以預見到每一個杆裝置151都可以包括單根杆和與這樣的單根杆整 體成形或者獨立於這樣的單根杆整形並與之相連接的擋板部件147。還 應該理解擋板部件147也可以是單片式結構，或者由多於兩片的片材形 成而並不背離本發明的保護範圍。進一步還可以預見到擋板部件147可以被優選地支撐在腔室21的內部空間53內而不是通過圖示實施例中的 支撐杆裝置151支撐並且仍然落在本發明的保護範圍內。在其他優選的 實施例中，例如擋板部件147可以改為與腔室殼體51的管55整體成形， 或者獨立於管成形並固定至殼體側壁57的內表面67。
而且，儘管在圖3和圖4中示出的擋板部件147都是基本扁平的， 例如具有基本上薄的矩形截面，但是可以預見到一個或多個擋板部件也 都可以是不同於基本扁平或矩形的截面形狀以進一步有利於氣泡沿腔 室21的內部空間53流動。術語截面在此情況下被用於表示沿相對於變 幅杆外表面135的橫向方向(例如沿圖示實施例中的徑向)截取的截面。
例如，圖6示出了由彼此間為縱向間隔開關係的多個離散的環形擋 板部件347形成的擋板裝置345的一個可選實施例。每個擋板部件347 都具有相對的表面353， 355並具有不一致的厚度，而且具體地該厚度隨 著擋板部件從腔室側壁57向內延伸而減小。在圖示的實施例中，擋板 部件347基本為矩形截面。更優選地，每個擋板部件347都被構造為使
相對於腔室側壁57部分縱向傾斜地向腔室21的出口端延伸。還可以預 見到下表面353和上表面355都可以相對於腔室側壁57部分縱向傾斜 地向腔室21的出口端延伸而並不背離本發明的保護範圍。
圖7-9示出了用於幫助氣泡沿腔室內表面流動的擋板裝置545的另 一個可選實施例。在該實施例中，有多個離散的擋板分段546，每個都 具有用於接觸腔室側壁的縱向外壁548，以及一對弧形分段形式的被固 定至外壁以在外側部分繞變幅杆(未示出但是類似於圖3實施例中的變 幅杆133)延伸的擋板部件547。在圖9中可以清楚地看到，每個弧形擋 板部件547的縱向位置都隨著分段沿外緣方向延伸而逐漸變化。每個擋 板分段546都被如前所述安裝在合適的支撐杆裝置551上。
在操作時，根據圖1中所示的墨水溶液混合系統23的一個實施例， 要被混合在一起的一種或多種墨水組份(其中至少一種組份是液體)通 過管路33被輸送(例如通過圖示實施例中的泵31)至成形在處理室殼體 51套圈61內的入口 69a，69b。在這些組份通過入口 69a， 69b進入腔室 21的內部空間53時，入口的朝向會引起相對的渦旋作用以在變幅杆裝 置105上遊例如在腔室內表面的液體進料區域內就開始混合這些組份。
才艮據用於處理液體例如墨水溶液的工藝的一個實施例，當液體溶液繼續在腔室21內向上流動時，波導裝置101並且更具體地是變幅杆裝 置105由驅動系統131驅動以在預定的超聲波頻率下振動。響應變幅杆 133的超聲振動，從變幅杆133的外表面135向外伸出的攪拌部件137 即(根據攪拌部件相對於變幅杆波節區域的縱向位置)而相對於變幅杆 動態撓曲/彎曲，或橫向移動。在將例如圖5中所示的變幅杆裝置205 和設置在變幅杆波節區域並具有從變幅杆起縱向間隔開的縱向部件241 的一個攪拌部件237 —起使用時，攪拌部件的縱向部件就相對於變幅杆 縱向地動態撓曲/彎曲。
液體溶液沿變幅杆裝置105和殼體側壁57的內表面67之間的流動 通道連續地縱向流動以使得攪拌部件137的超聲振動促使要混合的各種 組份混合在一起。在特別優選的實施例中，攪拌部件的動態移動造成液 體內的空化以進一步促進攪拌，並且具體地促進液體溶液在圖1的系統 23內的混合。攪拌部件147破壞液體沿殼體側壁57的內表面67的縱向 流動並重複地引導橫向向內的流動以流過振動的攪拌部件137。
在混合的液體溶液朝著緩衝區域縱向向下遊流過波導裝置101的終 端103時，作為攪拌部件137在變幅杆133的終端處或其附近動態移動 的結果還會發生液體溶液的初始回流混合。液體溶液進一步向下遊的流 動例如在緩衝區域內會導致經過攪拌的溶液可以在通過出口 65離開處 理室21之前提供更均勾的組份混合物，用於通過後處理系統35進行的 隨後的後處理。
當本發明或其優選實施例引入部件時，冠詞"一個"、"這個，，以及 "所述"都是為了表示具有一個或多個部件。術語"包括"、"包含"和 "具有，，的意思是包括在內並表示還可以有不同於所列舉部件的另外部 件。
因為可以在上述結構和方法中進行各種改變而不會背離本發明的 保護範圍，所以包含在上述說明書中和在附圖中示出的所有內容都應該 被理解為示意性的而不是限制性的。
2權利要求
1、一種用於超聲處理液體的超聲處理室，所述處理室包括具有縱向相對兩端和內部空間的狹長殼體，所述殼體通常在所述縱向末端被封閉並具有入口和出口，入口用於接收液體進入殼體的內部空間，在超聲處理液體之後通過出口將液體從殼體中排出，出口與入口縱向間隔開以使液體在殼體的內部空間內從入口向出口縱向流動，和狹長的超聲波波導裝置，在殼體的內部空間內縱向延伸並用於在預定的超聲波頻率下給殼體內流動的液體超聲供能，所述波導裝置包括狹長的超聲變幅杆，至少部分地被設置在殼體的入口和出口間並具有設置成和殼體內從入口向出口流動的液體相接觸的外表面；以及多個離散的攪拌部件，以彼此間為縱向間隔開的關係在入口和出口間與變幅杆的外表面相接觸並從變幅杆的外表面向外橫向伸出，攪拌部件和變幅杆被構造和設置成當變幅杆在所述的預定頻率下超聲振動時攪拌部件相對於變幅杆動態移動以及對應於預定頻率和在腔室內處理的液體而在攪拌部件的超聲空化模式下進行操作。
2、 如權利要求1所述的超聲處理室，其中所述預定頻率處在大約 20kHz到大約40kHz的範圍內。
3、 如權利要求1所述的超聲處理室，其中所述變幅杆具有終端， 終端在殼體的內部空間內並與出口大體上縱向間隔開以在殼體的內部 空間內限定其間的緩衝區域。
4、 如權利要求1所述的超聲處理室，進一步包括安裝部件，用於 將波導裝置安裝在殼體上，通常安裝在其所述縱向兩端中的一端，所述 安裝部件被構造成基本上將殼體與波導裝置在振動上隔離。
5、 如權利要求1所述的超聲處理室，進一步包括設置在殼體內部 空間內且至少部分從殼體向著變幅杆橫向向內伸出的擋板裝置以引導 在殼體內縱向流動的液體橫向向內流動來與波導裝置的攪拌部件相接 觸。
6、 如權利要求1所述的超聲處理室，與混合系統相結合，用於形 成液體墨水溶液，所述混合系統包括用於將其中至少一種組份是液體的至少兩種墨水組份輸送至超聲處理室殼體的內部空間的輸送系統，所述超聲處理室用於將所述至少兩種墨水組份混合以形成液體墨水溶液； 以及用於在液體墨水溶液通過處理室的出口從處理室離開後處理墨水 溶液的後處理系統。
7、 如權利要求1所述的超聲處理室，其中所述入口基本上相對於 所述殼體切向朝向以在所述入口處引發對輸送至殼體內部空間內的液 體的渦旋作用。
8、 一種用於超聲處理液體的超聲處理室，所述處理室包括 具有縱向相對兩端、內部空間、入口和出口的狹長殼體，入口用於接收液體進入殼體的內部空間，在超聲處理液體之後通過出口將液體從 殼體中排出，出口與入口縱向間隔開以使液體在殼體的內部空間內從入 口向出口縱向流動，和狹長的超聲波波導裝置，在殼體的內部空間內縱向延伸並用於在預 定的超聲波頻率下給殼體內流動的液體超聲供能，所述波導裝置包括 狹長的超聲變幅杆，至少部分地被設置在殼體的入口和出口間並具有設 置成和殼體內從入口向出口流動的液體相接觸的外表面，所述變幅杆被向移動；以及攪拌部件，在入口和出口間與變幅杆的外表面相接觸並從 變幅杆的外表面向外橫向伸出，所述攪拌部件包括基本上從變幅杆的外幅杆外表面的方向至少部分不同的方向延伸的縱向部件。
9、 如權利要求8所述的超聲處理室，其中所述變幅杆具有波節區 域，在此隨著變幅杆在預定頻率的振動，變幅杆的橫向位移通常被最大 化且變幅杆的縱向位移通常被最小化，攪拌部件被縱向設置在變幅杆的 波節區域或其附近。
10、 如權利要求8所述的超聲處理室，其中所述攪拌部件的縱向部 件基本上平行於變幅杆外表面延伸。
11、 如權利要求8所述的超聲處理室，其中所述攪拌部件的橫向部 件連續地繞變幅杆外表面的外緣延伸。
12、 如權利要求8所述的超聲處理室，其中所述攪拌部件包括第一 攪拌部件，所述波導裝置進一步包括從變幅杆外表面橫向向外伸出的多個附加的攪拌部件，所述多個附加的攪拌部件被彼此間縱向間隔開以及 與第一攪拌部件縱向間隔開。
13、 一種用於超聲處理液體的超聲處理室，所述處理室包括 具有縱向相對兩端、內部空間、入口和出口的狹長殼體，入口用於接收液體進入殼體的內部空間，在超聲處理液體之後通過出口將液體從 殼體中排出，出口與入口縱向間隔開以使液體在殼體的內部空間內從入 口向出口縱向流動，和狹長的超聲波波導裝置，在殼體的內部空間內縱向延伸並用於在預 定的超聲波頻率下給殼體內流動的液體超聲供能，所述波導裝置包括 狹長的超聲變幅杆，至少部分地被設置在殼體的入口和出口間並具有設 置成和殼體內從入口向出口流動的液體相接觸的外表面；以及多個離散 的攪拌部件，以彼此間為縱向間隔開的關係在入口和出口間與變幅杆的 外表面相接觸並從變幅杆的外表面向外橫向伸出，所述攪拌部件和變幅 杆被構造和設置成當變幅杆在所述的預定頻率下超聲振動時攪拌部件 相對於變幅杆動態移動，每個攪拌部件都是環形的並繞變幅杆的外緣連 續地延伸。
14、 如權利要求13所述的超聲處理室，其中所述預定頻率處在大 約20kHz到大約40kHz的範圍內。
15、 如權利要求13所述的超聲處理室，其中所述變幅杆具有終端， 終端在殼體的內部空間內並與出口大體上縱向間隔開以在殼體的內部 空間內限定其間的緩衝區域。
16、 如權利要求13所述的超聲處理室，進一步包括安裝部件，用 於將波導裝置安裝在殼體上，通常安裝在其所述縱向兩端中的一端，所 述安裝部件被構造成基本上將殼體與波導裝置在振動上隔離。
17、 如權利要求13所述的超聲處理室，進一步包括設置在殼體內 部空間內並且至少部分從殼體向著變幅杆橫向向內伸出的擋板裝置以 引導在殼體內縱向流動的液體橫向向內流動來與波導裝置的攪拌部件 相接觸。
18、 如權利要求13所述的超聲處理室，與混合系統相結合，用於 形成液體墨水溶液，所述混合系統包括用於將其中至少一種組份是液 體的至少兩種墨水組份輸送至超聲處理室殼體的內部空間的輸送系統， 所述超聲處理室用於將所述至少兩種墨水組份混合以形成液體墨水溶液；以及用於在液體墨水溶液通過處理室的出口從處理室離開後處理墨 水溶液的後處理系統。
19、 一種用於超聲處理液體的超聲處理室，所述處理室包括 具有縱向相對兩端、內部空間、入口和出口的狹長殼體，入口用於接收液體進入殼體的內部空間，在超聲處理液體之後通過出口將液體從 殼體中排出，出口與入口縱向間隔開以使液體在殼體的內部空間內從入 口向出口縱向流動，和狹長的超聲波波導裝置，在殼體的內部空間內縱向延伸並用於在預 定的超聲波頻率下給殼體內流動的液體超聲供能，所述波導裝置包括 狹長的超聲變幅杆，具有與出口縱向間隔開的終端以及設置成和殼體內 從入口向出口流動的液體相接觸的外表面；以及多個離散的攪拌部件， 以彼此間為縱向間隔開的關係在入口和出口間與變幅杆的外表面相接 觸並從變幅杆的外表面向外橫向伸出，所述攪拌部件之一被縱向設置在 與出口成縱向間隔開關係的變幅杆終端處或其附近。
20、 如權利要求19所述的超聲處理室，其中所述變幅杆的終端與 出口大體上縱向間隔開以在殼體內部空間內限定其間的緩衝區域。
21、 如權利要求19所述的超聲處理室，進一步包括安裝部件，用 於將波導裝置安裝在殼體上，通常安裝在其所述縱向兩端中的一端，所 述安裝部件被構造成基本上將殼體與波導裝置在振動上隔離。
22、 如權利要求19所述的超聲處理室，進一步包括設置在殼體內 部空間內並且至少部分從殼體向著變幅杆橫向向內伸出的擋板裝置以 引導在殼體內縱向流動的液體橫向向內流動來與波導裝置的攪拌部件 相接觸。
23、 如權利要求19所述的超聲處理室，與混合系統相結合，用於 形成液體墨水溶液，所述混合系統包括用於將其中至少一種組份是液 體的至少兩種墨水組份輸送至超聲處理室殼體的內部空間的輸送系統， 所述超聲處理室用於將所述至少兩種墨水組份混合以形成液體墨水溶 液；以及用於在液體墨水溶液通過處理室的出口從處理室離開後處理墨 水溶液的後處理系統。
24、 一種用於超聲處理液體的超聲處理室，所述處理室包括 具有縱向相對兩端、內部空間、入口和出口的狹長殼體，入口用於接收液體進入殼體的內部空間，在超聲處理液體之後通過出口將液體從殼體中排出，出口與入口縱向間隔開以使液體在殼體的內部空間內從入口向出口縱向流動，狹長的超聲波波導裝置，在殼體的內部空間內縱向延伸並用於在預定的超聲波頻率下給殼體內流動的液體超聲供能，所述波導裝置包括狹長的超聲變幅杆，具有設置成和殼體內從入口向出口流動的液體相接觸的外表面；以及多個離散的攪拌部件，以彼此間為縱向間隔開的關係在入口和出口間與變幅杆的外表面相接觸並從變幅杆的外表面向外橫向伸出，和擋板裝置，包括基本上從殼體向著殼體內部空間內的變幅杆橫向向內伸出的多個離散的擋板部件，所述擋板部件彼此間基本上是縱向間隔開的關係且與波導裝置的攪拌部件間縱向留有間隙。
25、 如權利要求24所述的超聲處理室，其中所述每個擋板部件都是環形的。
26、 如權利要求24所述的超聲處理室，其中所述每個擋板部件都是弧形的並且基本上沿殼體的相應部分的外緣延伸，每個擋板部件相對於殼體的縱向位置都隨著擋板部件沿所述殼體的相應部分的外緣延伸而改變。
27、 如權利要求24所述的超聲處理室，其中所述每個攪拌部件都繞所述變幅杆的外緣連續地延伸。
全文摘要
一種超聲液體處理室，具有狹長的殼體，液體通過該殼體從其入口縱向地流向其出口。狹長的超聲波波導裝置在殼體內延伸並用於在預定的超聲波頻率下給殼體內的液體超聲供能。波導裝置的狹長的超聲變幅杆至少部分被設置在入口和出口間，並具有以彼此間為縱向間隔開的關係在入口和出口間與變幅杆的外表面相接觸並從變幅杆的外表面向外橫向伸出的多個離散的攪拌部件。變幅杆和攪拌部件被構造和設置成攪拌部件相對於變幅杆在預定頻率下動態移動以及對應於預定頻率和在腔室內處理的液體而在攪拌部件的超聲空化模式下進行操作。
文檔編號B01J19/10GK101511465SQ200780033331
公開日2009年8月19日 申請日期2007年7月27日 優先權日2006年9月8日
發明者E·C·麥克勞, J·G·阿勒斯, P·S·麥克尼科爾斯, P·W·拉斯馬森, R·A·詹森, S·羅費爾斯, T·D·埃勒特 申請人:金伯利-克拉克環球有限公司