CN101422778A - 利用超声辐射力对超细微粒精确分级方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用超声辐射力对超细微粒精确分级方法及装置。在微粒分级通道的一端设有导入混有颗粒气体的进气口，微粒分级通道的另一端设有出气口，微粒分级通道的正下方设有两个以上的微粒收集通道，微粒分级通道的正上方设有超声换能器阵列。将悬浮有微粒的气体介质导入分级通道中，沿垂直通道方向附加一定强度的超声辐射力场，不同粒径的颗粒所受辐射力大小各异，利用不同粒径的微粒在微通道中下降速度差对颗粒进行精确分级，同时利用超声的高频振动，防止微粒粘附于装置内壁上，本发明分级精度高，适用性强，结构简单，成本低廉，具有较宽的应用范围。尤其适用于平均粒径范围是0.1微米～1000微米各种材质微粒的分级。
Description
技术领域
本发明涉及一种微粒分级方法及装置，尤其是涉及一种利用超声辐射力对超细微粒精确分级方法及装置。
背景技术
目前，对于物料的分级和分离，一般采用气流离心力筛选的方法、筛网筛选法以及在气体或液体介质中的重力沉降法等。离心力筛选装置一般包含旋转部分和固定部分，依靠离心力对微粒进行分离，由于旋转部分摩擦易产生污染物，而且由于离心力的作用，微细颗粒易粘附于分离装置的内壁，普通方法难以去除，因此，此种分级方式不适合于一些领域的应用。筛网筛选法，虽然分级的精度较高，但是微细筛网网孔的制作难度较大，目前采用的是激光技术，同时超细网孔的制作成本较高，不适合普及应用。重力沉降法，微粒在流体中的粘滞阻力、表面性质以及微细的质量给分级带来极大的影响，随着粒径的减小，1微米的微粒在空气或水中的沉降末速已接近布朗运动的速度，与此同时，有些微细颗粒在液体中会溶解，导致液体沉降法存在局限性，所以直接利用重力场的沉降速度差进行分级精度较低，且适用范围有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用超声辐射力对超细微粒精确分级方法及装置，利用超声辐射力对物体的作用，将不同粒径的微细颗粒沉降到不同的微粒收集通道中，实现微细颗粒的精确分级，并且利用了超声的高频振动，防止微粒粘附于微粒收集通道的内壁上，实现清洁收集。
本发明采用的技术方案是：
一、一种利用超声辐射力对超细微粒精确分级方法：
把需要分离的微粒均匀的分布于气体当中，将混有颗粒的气体平稳的导入微粒分级通道中，微粒分级通道中沿垂直通道方向附加超声辐射力场，在超声辐射力的作用下，沿垂直通道方向上产生超声辐射力场，使微粒沉降产生速度差，不同粒径的颗粒下降速度各异，掉入不同的微粒收集通道中，实现分级功能。
二、利用超声辐射力对超细微粒精确分级装置：
在微粒分级通道的一端设有导入混有颗粒气体的进气口，微粒分级通道的另一端设有出气口，微粒分级通道的正下方设有两个以上的微粒收集通道，微粒分级通道的正上方设有超声换能器阵列。
所述微粒分级通道的进气口处为向微粒分级通道内逐步缩小的漏斗型进气口。
所述微粒收集通道的个数及分布根据所要求的分级数量来确定。
本发明具有的有益效果是：
利用超声辐射力对物体的作用，将不同粒径的微细颗粒沉降到不同的微粒收集通道中，实现微细颗粒的精确分级，并且利用了超声的高频振动，防止微粒粘附于微粒收集通道的内壁上，实现清洁收集，并同时提供一种结构简单，成本较低，操作简便，易于实现自动化的微粒分级装置。本发明尤其适用于平均粒径范围是0.1微米～1000微米各种材质微粒的分级。
附图说明
附图是本发明的结构原理示意图。
图中：1、微粒分级通道，2、进气口，3.4.5、微粒收集通道，6、超声换能器阵列，7.8.9、卸料阀，10、出气口。
具体实施方式
以下结合附图对微粒分级的原理及流程进行描述。
如附图所示，所述微粒分级装置包括，微粒分级通道1、微粒分级通道的前端设有混有颗粒的气体导入的进气口2，本实例中假设将微粒按粒径大小分为三个等级，因此有三个微粒收集通道3、4和5，将三个微粒收集通道分别安装在微粒分级通道1的正下方，在微粒分级通道1的正上方加载一个超声换能器阵列6，用于产生稳定的超声辐射力场。为了使悬浮于气体的微细颗粒能受到超声辐射力有效地作用，因此进入微粒分级通道的气体层不宜过厚，微粒分级通道的入口处做成漏斗型，使薄层气流平稳的导入微粒分级通道1。微粒收集通道3、4和5在水平方向上位于不同的位置，粒径大的微粒所受到的辐射力越大，下降速度越快，最先沉降到微粒收集通道中，因此，最靠近进气口2的微粒收集通道3所收集到的微粒粒径最大，微粒收集通道4所收集的微粒粒径中等，微粒收集通道5所收集到的微粒粒径最小。每个微粒收集通道的底部分别设有出料口的卸料阀7、8和9，当微粒收集通道内的微粒积蓄到一定程度时，打开卸料阀排出，卸料阀为手动或者电控卸料阀，超声换能器阵列可以通过购买超声换能器探头构成换能器阵列，若要节省成本可以购买压电晶片构成超声换能器阵列，超声激发电路可参考网络资源或相关论文，如岑雪青等在《机械制造与自动化》2005年第34卷第4期上发表的论文《超声换能器阵列的多路激发电路设计》。
实施例说明：
本例在微粒分级通道1前端设有漏斗状进气口2，混有不同粒径微细颗粒的气体通过鼓风机，鼓风机转速按照颗粒种类来确定，确保颗粒能够浮于空气中，从进气口2平稳的导入微粒分级通道1，为了保证分级的精度，气体中所携带的颗粒不宜过多，微颗粒体积含量范围一般控制在0.1％～5％。微粒分级通道1正上方设有一个8阵元超声换能器阵6，八片压电阵元等间距粘贴在微粒分级通道1上表面，利用压电阵元形成稳定的超声辐射力场，辐射力场的大小可以通过控制压电阵元电压来进行控制，按照颗粒的种类及气流的速度加以调整，确保颗粒能够精确的沉降到微粒分级通道1正下方的三个微粒收集通道3、4和5当中。每个微粒收集通道底部对应设有卸料阀7、8和9，采用电控电磁阀进行控制，当微粒收集通道内的微粒积蓄到一定程度时，打开卸料阀排出，由于静电等因素的影响，微细颗粒极易粘附在收集通道表面，在本发明中，由于在微粒分级通道上表面安装了由八片压电阵元构成的超声换能器6，同时产生的超声振动，可防止微粒粘附现象的发生。最后气体从出气口10排出，从新收集进行循环利用。
Claims (4)
1、一种利用超声辐射力对超细微粒精确分级方法，其特征在于：把需要分离的微粒均匀的分布于气体当中，将混有颗粒的气体平稳的导入微粒分级通道中，微粒分级通道中沿垂直通道方向附加超声辐射力场，在超声辐射力的作用下，沿垂直通道方向上产生超声辐射力场，使微粒沉降产生速度差，不同粒径的颗粒下降速度各异，掉入不同的微粒收集通道中，实现分级功能。
2、一种实施权利要求1所述的利用超声辐射力对超细微粒精确分级方法的装置，其特征在于：在微粒分级通道的一端设有导入混有颗粒气体的进气口，微粒分级通道的另一端设有出气口，微粒分级通道的正下方设有两个以上的微粒收集通道，微粒分级通道的正上方设有超声换能器阵列。
3、根据权利要求2所述的利用超声辐射力对超细微粒精确分级方法的装置，其特征在于：所述微粒分级通道的进气口处为向微粒分级通道内逐步缩小的漏斗型进气口。
4、根据权利要求2所述的利用超声辐射力对超细微粒精确分级方法的装置，其特征在于：所述微粒收集通道的个数及分布根据所要求的分级数量来确定。
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