CN101631748A - 用于处理连续流动的流体的超声波方法以及设备 - Google Patents

用于处理连续流动的流体的超声波方法以及设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超声波流体处理设备，其包括容器、通向所述容器的至少一个入口管道、至少一个出口管道以及位于所述容器的侧壁内的至少一个超声波换能器。该换能器发射不平行于穿过该容器的主要流体流的超声波进入流体。被发射进入该容器的超声波可以以多种方式处理该流体、流体内的物质和/或流体内的有机体，比如但不限于，清洁流体内的物体、对流体和/或流体内的物体消毒、分离流体内键合的物质、将流体内的物质分离到分立的薄层中、杀死流体内的有机体或使其去活性、提取流体内的物质、在流体内引起化学反应，和/或将流体内有毒的物质转化到毒性较小的状态。

Description

用于处理连续流动的流体的超声波方法以及设备
技术领域
本发明涉及一种流体处理设备，其可以被用于降解流体内的物质、从流体移除物质、按密度分离流体内的物质、对流体消毒和/或降解流体内的有毒的化学物质。
本发明也可以被用于对物体进行清洁、消毒和/或除臭。
背景技术
将流体置于超声波之下能够实现对流体以及流体内的物体或物质的多种处理。例如，将物体浸入置于超声波之下的流体可以清洁该物体。将固体物质比如但不限于盐粒放置在置于超声波之下的流体内将引起对该固体物质的侵蚀。另外，键合在一起的物质在被放在置于超声波下的流体内时可以被分开。在流体内行进的超声波也可以被用于将流体内的物质分离到带(band)或薄层(lamina)中。
发射超声波进入流体会在流体内引起气穴、小气泡，并且引起流体内的物体和/或物质振动。在超声波经过流体时，气穴自发地在流体内形成。气穴的爆炸在流体内产生微小的高压区域。通过将高压释放到流体中，气穴的爆炸提供处理流体和流体内的物体或物质所需的能量。除产生气穴之外，发射进入流体的超声波还使流体内的物质和/或物体振动。在流体内的物质和/或物体振动时，将流体内的这些物质保持在一起的键(bond)和/或将物质连接到物体的键削弱并且断裂。
发射进入浸有一物体的流体内的超声波能从该物体移除物质，从而清洁该物体。由超声波引起的气穴所释放的能量撞击物体，进而通过使物体振动和/或使物质从该物体移去(dislodging)而使将物质保持到该物体的键断裂。使用发射进入流体内的超声波以清洁流体内的物体的设备公开于美国专利公开2006/0086604AI、美国专利公开2005/0220665AI以及美国专利6,858,181B2中。
通过将能量限制(trap)在气穴中、从气穴的爆炸释放能量和/或引起物质的振动，发射进入流体内的超声波使得将物质保持在一起的键比如但不限于黏性键、机械键、离子键、共价键和/或范德华键断裂，从而将物质分离。穿过该流体的超声波在流体内的物质中引起振动。在物质振动时，将物质保持在一起的键开始拉伸并迅速削弱，如果键不断裂的话。此外，爆炸的气穴内的和/或爆炸的气穴附近的物质被暴露在巨大的压力变化之下，这削弱了键，如果其不断裂的话。最终，将物质保持在一起的键变得削弱和张紧到以至它们断裂，从而释放出物质的小片和/或分子进入流体。如果物质由多种不同的材料(substance)组成，则构成该物质的不同材料被分离并释放进入流体。使用发射进入流体的超声波以分解和/或分离流体内的物质的设备在美国专利公开2003/0183798AI、美国专利公开2003/0051989AI以及美国专利6,228,273B1中有描述。
在流体内的物质被发射进入流体内的超声波分离之后，该物质可以分离到薄层中。将流体内的物质分离到薄层中是在发射进入流体内的超声波的帮助下进行的。通过撞击物质，超声波引起物质在流体中移动并进入特定的薄层。该物质所分离进入的特定的薄层，除了别的以外，取决于物质的密度。较低密度的物质比如，但不限于气体，向流体内的上部薄层移动。气体向上部薄层的移动受与气体分子碰撞的超声波以及流体内的物质的密度低于流体的密度时该物质移出该流体的自然趋势的驱动。较大密度的物质，比如但不限于固体和密度大的流体，下降脱离该流体。与较低密度的物质一样，撞击密度大的物质的超声波在超声波于流体中行进的方向上给该物质施加力。然而，由超声波在密度大的物质上施加的力不足以克服密度大的物质在流体内下沉的自然趋势。所以，从较轻的物质分离的密度大的物质被分离到流体内的下部薄层中。在包括密度较小的物质的薄层以下并且在包括密度大的物质的薄层以上，可以形成包括中等密度的物质的薄层。与密度大的物质和密度较小的物质一样，撞击中等密度的物质的超声波在该物质上施加力。与密度大的物质不同，由发射进入流体内的超声波施加在中等密度的物质上的力全部或部分抵消中等密度物质的下沉的自然趋势。该物质的密度越大，超声波抵消物质下沉的趋势的有效性就越低。所以，除了别的以外，该物质将基于其密度而分离到薄层中。应用发射进入流体内的超声波将流体内的物质基于密度分离到薄层中的设备公开于美国专利6,929,750B2中。
使用发射进入流体的超声波将键断裂也可以被用于杀死流体内的有机体和/或使流体内的有机体去活性，比如，但不限于，细菌、病毒、真菌、藻类和/或酵母菌。将构成有机体的细胞膜的分子分离时，振动和气穴在有机体的细胞膜中产生洞。化学物质可以穿过于细胞膜中产生的洞而进入和/或离开有机体的细胞质，从而引起细胞溶解和/或中毒。除扰乱细胞膜之外，被发射进入流体的超声波也可以使有机体存活所需的分子改变性质或以其他方式将其破环。例如，通过使有机体内的蛋白质振动，被发射进入包含该有机体的流体的超声波可以引起包括该蛋白质的亚单位分离。改变蛋白质性质致使蛋白质在它的生命存续作用中无效，从而实质上从该有机体移除蛋白质。蛋白质的丢失可能会使有机体去活性，和/或在该种蛋白质为存活所需时，最终导致有机体的死亡。使用发射进入流体内的超声波使有机体去活性和/或杀死有机体的设备公开于美国专利公开2003/0234173AI、美国专利7,018,546B2以及美国专利6,444,176B1中。
虽然存在使用发射进入流体中的超声波清洁流体中的物体、对流体和/或流体内的物体消毒、使流体内键合的物质分离、将流体内的物质分离到分立的薄层中，以及杀死和/或使流体内的有机体去活性的设备，但是缺乏一种大规模地提供所有这些处理的设备。
发明内容
本发明涉及一种超声波流体处理设备，其包括容器、通向所述容器的一个入口管道或多个入口管道、一个出口管道或多个出口管道，以及位于所述容器的侧壁内的一个或多个超声波换能器。该容器的侧壁内的换能器发射超声波进入流体，该超声波横向于或不平行于通过容器的主要流体流。发射进入容器的超声波可以按多种方式处理流体、流体内的物质和/或流体内的有机体，比如，但不限于，清洁流体内的物体、对流体和/或流体内的物体消毒、分离流体内的键合物、将流体内的物质分离到分立的薄层中、杀死流体内的有机体、使流体内的有机体去活性、从流体内的有机体提取物质、从流体内的其它物质提取物质、在流体内引起化学反应和/或将流体内的有毒物质转换到毒性较小的状态。
将流体供给进入容器的入口管道的横截面面积应小于容器的横截面面积。当待被处理的流体进入容器时，流体的速度降低，而同时，总的流量速率(每单位时间穿过本发明设备的流体体积)保持恒定。容器内流体的减小的速度增加了流体、流体内的物质和/或流体内的有机体暴露于超声波的时间量，从而增加了由穿过容器的每体积的流体所接收的处理量。对超声波增加的暴露可以帮助增加超声波处理的功效。
在某些情况中，可能需要在将流体、流体内的物质和/或流体内的有机体暴露于超声波下之前，在流体中建立层流(laminar flow)。在流体中建立层流有助于确保在流体内产生稳定的气穴和/或超声波。使用层流产生流体内的稳定的气穴和/或超声波可以增加发射进入流体的超声波对流体、流体内的物质和/或流体内的有机体的处理的功效。要在流体流过本发明设备时在流体中产生层流，就需要允许流体流过足够的距离，以便由于流体进入容器、流体与容器内的物体的碰撞和/或流体与容器壁的碰撞而在流体中产生的任何紊流(turbulence)在流体离开容器之前耗散。为了有助于在到达发射超声波进入流体的第一换能器之前在流体中建立层流，相对于穿过容器的流体流来说，发射超声波进入容器内的流体的第一换能器应被放置为距入口管道的开口所在的容器壁一段距离，这一段距离至少近似等于入口管道的开口的最大高度。相对于穿过该容器的流体流来说，容器的长度应为至少近似等于入口管道的开口的最大高度的两倍。
确定本发明的特定构型是否允许穿过该容器的流体产生层流可以通过观察流过该容器的流体而确定。观察穿过本发明设备的流体流可以通过构造本发明的透明的实体模型(mock up)而实现。包含悬浮在流体内的细微颗粒的流体随后可以流过该透明的实体模型。
将横向于或不平行于通过容器的流体的主要流动、总体流动方向的超声波发射进入流体的换能器可以位于容器的任意侧壁内。侧壁为容器的不垂直于穿过该容器的流体的主要流动的任何壁。
位于容器内的任何给定的换能器可以发射特定频率和/或振幅的超声波，或者可以发射频率和/或振幅变化的超声波进入容器。由换能器发射的超声波的频率应为至少近似18kHZ。优选地，换能器发射频率在近似20kHz到近似200kHz之间或在近似1MHz到近似5MHz之间的超声波进入容器。由换能器发射进入流体的超声波的振幅应为至少近似1微米或更大。穿过容器的每体积的流体应被暴露于发射进入容器的每一频率和/或振幅的超声波达至少1秒钟。优选地，穿过容器的每加仑流体应被暴露于发射进入容器的每一频率和/或振幅的超声波达至少5秒钟。
分立的换能器可以负责发射特定频率和/或振幅或一定频率和/或振幅范围内的超声波进入流过该容器的流体。可选择地，位于该容器的侧壁内的、负责发射特定频率和/或振幅或一定频率和/或振幅范围内的超声波进入流体的换能器，可以布置成带和/或带的阵列。将负责释放特定频率和/或振幅或一定频率和/或振幅范围内的超声波的换能器布置成带和/或带的阵列，有助于在流体流过容器时实现在流体内产生稳定的气穴和/或所需频率和/或振幅的超声波。
换能器可以被同步地激励。可选择地，换能器、带和/或带的阵列可以顺序地被激励，使得相对于通过容器的流体流来说，换能器、带和/或阵列可在前面的换能器、带和/或阵列被去激励时被激励。
换能器可以被各种波型驱动，比如但不限于方波、三角形波、梯形波、正弦波和/或其任何组合。
处理流过容器的流体所需的由换能器释放的超声波能量的强度取决于流体对换能器的深度。对特定的深度所需的强度可以通过在换能器以上放置所需深度的流体而确定。持续增加强度的超声波能量可以随后被从换能器发射出，同时监测该换能器以上的流体的表面。当在流体的表面观测到所需的流体处理时，由换能器释放的超声波能量的强度应被注意到并被记录，因为它对应于对给定深度的流体所需的强度。如果位于容器的侧壁内的换能器使得发射进入流体的超声波以小于180度的角度相交，则上面的程序应使用深度等于从换能器到超声波的交叉点的最大距离的流体实现。如果来自多个换能器的发射进入流体的超声波以180度角相交，则上面的程序应使用深度等于换能器之间距离的一半的流体实现。
发射频率和/或振幅变化的超声波有助于实现对包含多种物质和/或有机体的、穿过容器的流体的处理。当流体流过容器时，层流可以在流体到达发射超声波进入流体的第一换能器之前被建立。发射进入流体的超声波在流体内引起气穴和/或使流体内的任何物质振动。由流体内的气穴和由在流体中存在的任何物质内引起的振动(如果有的话)释放的能量取决于穿过该流体的超声波的频率和/或振幅。流体内的不同物质和/或有机体可以是对不同频率和/或振幅的超声波为敏感的。
将物质暴露于频率合适的超声波将会在物质内引起谐振振动。谐振振动将最大量的张力放置在物质内的键上，从而使得它们更加可能自发地断裂和/或在被暴露于由爆炸的气穴释放的能量时断裂。同样地，不同的有机体的膜和/或分子在暴露于特定频率和/或振幅的超声波时将谐振振动，从而使得有机体的膜更可能破裂和/或有机体的分子更加可能自发地改变性质和/或在暴露于由爆炸的气穴释放的能量时改变性质。
在流体流内的细胞和/或病毒破裂时，细胞和/或病毒内的物质，比如但不限于，蛋白质、核酸和/或糖，被释放进入流体。从流体内的有机体释放的物质随后可以自由地分离到薄层中。在流体层流的区域以内将材料分离到不同的流体薄层中可以最有效率。类似地，由物质的侵蚀和/或物质内的键断裂而释放的分子在分开时可自由地分离到薄层中。流体内的薄层可以使用不同的出口管道收集。例如，使用位置邻近于容器的底部的出口管道收集下部薄层内的密度大的物质可能是理想的。所收集的密度大的物质可以通过容器重复循环，以便将物质暴露于进一步的处理。将物质暴露于容器内的若干次处理可以允许更多的密度较低的物质被从密度较大的物质分开和/或分离进流体内的较高的薄层。位于上部薄层内的密度较低的物质可以使用在容器的顶部附近的出口管道收集。可选择地，分离进流体的上部薄层的挥发性的物质可以被允许通过容器的顶部而从流体逸脱。分离进中间层的中等密度的物质可以使用在容器的中部附近的出口管道收集。由出口管道从容器重新获得的流体和/或薄层可以被排出和/或被保持以做进一步的处理。
可能需要扰乱已建立的流体层流。例如通过产生紊流，比如但不限于通过产生涡流(vortice)、扰流、漩涡和/或其任何组合来扰乱层流，可以允许分离到分立的薄层中的材料被重新混合。然而，薄层内的未受紊流扰乱的物质将保持分开。将来自上部薄层的物质和来自下部薄层的物质组合可以通过在流体内产生涡流实现。在螺旋地向下时，涡流从薄层沿着涡流的长度向下拉物质到下部薄层。在流过本发明设备的流体内产生涡流可以通过在容器的下部侧壁中放置出口而实现。将来自邻近的薄层的物质组合可以通过在两个或多个薄层的边界产生漩涡而实现。由漩涡产生的紊流可以从上部薄层拉动物质进入下部薄层以及从下部薄层拉动物质进入上部薄层。在薄层的上部和下部边界产生漩涡可以允许来自上部薄层和下部薄层的材料被拉进该薄层。漩涡可以通过将障碍物放置进入容器内而产生，容器内的流体不能平滑地环绕流过该障碍物，比如，但不限于，矩形棱柱和/或三角形棱柱。可选择地，来自若干相邻薄层的材料可以通过在容器内产生跨过若干薄层的大扰流而被组合。产生扰流可以通过在容器中关于撞击翼面的流体流成角度地放置一个翼状结构(airfoil like structure)而实现。扰乱层流的紊流也可以通过在容器内注射流体而产生。
将分离到薄层中的物质重新混合也可以使用发射进入流体的超声波而实现。发射横向于或不平行于作用在流体内的物质上的重力的超声波进入流体，可以将物质携带出一薄层而进入该物质已经分离进的薄层中以及进入其它薄层。当不平行于作用在流体内的物质上的重力的超声波穿过该流体时，超声波可以将流体内的物质沿着波的路径引导到波的波腹点(anti-nodal point)。如果横向于或不平行于作用在流体内的物质上的重力的超声波跨越多个薄层，那么一个薄层内的物质可以被携带到围绕波的波腹点的薄层。
发射不平行于作用在流体内的物质上的重力的超声波进入流体可以使用位于容器的侧壁内和/或位于容器的近似垂直于穿过该容器的主要流体流的壁内的换能器而实现。
如果要在本发明设备内进行化学反应，则选择性地混合分离到薄层中的材料可能是理想的。例如，流过本发明设备的流体内的物质可以反应形成所需产物。然而，所需产物的形成可能受到流体内其它物质的存在的妨碍。其它物质可以是分离的反应物、生产所需产物的反应的产物和/或所需的产物本身。其它物质可以与产生所需产物的反应物反应，从而阻止所需产物的产生。可选择地，当与所需产物反应时，其它物质可以将所需的产物转换成不需要的产物。将反应物、所需的产物和/或其它物质分离到分立的薄层中及随后选择性地组合薄层允许妨碍和/或防止形成所需产物的其它物质与产生所需产物的反应物反应和/或与所需产物反应。
类似地，将反应物、所需的产品和/或其它材料分离到分立的薄层中允许优化所需的化学反应。因此，在化学反应在本发明设备内和/或以外发生之后，流体的层流可以被建立在流过本发明设备的流体内。流体内的物质随后可以被允许分离到分立的薄层中。选择性地将容器中的包含反应以生成所需产物和/或反应的物质的薄层重新混合可以随后在容器内通过在流体内产生紊流而被重新混合和/或在本发明设备外被重新混合。在选择性地混合薄层之后和/或在该过程中，在组合的薄层内的物质可以随后被允许在本发明设备内和/或本发明设备外反应。将流体内的物质连续地分离、重新组合和/或反应可以使用本发明的一个单元完成和/或在本发明的若干个串联和/或并联的单元内完成。
在容器内发生的反应可以被在流体流过本发明设备时和/或之前被引入流体的多种媒介(agent)催化，比如但不限于，化学物质、微生物、酶、无线电波、微波、光波和/或其任何组合。例如，在流体从入口管道进入容器之前，化学物质比如，但不限于，氯、溴、臭氧、抗生素、抗真菌剂、抗病毒药和/或其任何组合，可以被引入流体中。所引入的化学物质可以与流体、与流体内的物质和/或流体内的有机体反应，以实现所需的结果。例如，化学物质可以与流体内的物质反应，以便将物质转换到毒性更小的状态。可选择地，化学物质可以与流体内的有机体反应，以便杀死有机体和/或使有机体去活性。流体内的气穴内的能量或由流体内的气穴释放的能量和/或流体内的物质和/或有机体的振动可以增加化学反应的功效和/或速率。
因此，本发明的一个方面可以是清洁浸入流过本发明设备的流体的物体。
本发明的另一个方面可以是对浸入流过本发明设备的流体的物体消毒。
本发明的另一个方面可以是对浸入流过本发明设备的流体的物体除臭。
本发明的另一个方面可以是对流过本发明设备的流体消毒。
本发明的另一个方面可以是使流过本发明设备的流体内的有机体去活性。
本发明的另一个方面可以是杀死流过本发明设备的流体内的有机体。
本发明的另一个方面可以是对流过本发明设备的流体除臭。
本发明的另一个方面可以是分离流过本发明设备的流体内的键合的物质。
本发明的另一个方面可以是将流过本发明设备的流体内的有机体内的物质释放进入流过本发明设备的流体。
本发明的另一个方面可以是将流过本发明设备的流体内的物质分离到薄层中。
本发明的另一个方面可以是将流过本发明设备的流体内的有毒物质转化到毒性较小的状态。
本发明的另一个方面可以是将气体从流过本发明设备的流体移除。
本发明的另一个方面可以是从流过本发明设备的流体内的物质组合提取物质。
本发明的另一个方面可以是从流过本发明设备的流体内的细胞提取物质。
本发明的另一个方面可以是从流过本发明设备的流体中的病毒提取物质。
本发明的这些方面和其它方面将由于下面的书面描述和图片而变得更加明显。
附图说明
本发明将参照优选实施方式的图展示和描述并清楚地理解细节。
图1描绘了本发明的超声波流体处理设备的横截面图。
图2描绘了本发明的超声波流体处理设备的三维视图。
图3描绘了本发明的流体处理设备的容器和入口管道的横截面图。
图4描绘了本发明的流体处理设备的可供选择的构型的横截面图，该构型进一步包括收集容器内流体的不同薄层的多个出口管道。
实现本发明的最佳模式
图1和图2中描绘了本发明的超声波流体处理设备的一种可能的构型，其包括容器101、通向容器101的入口管道102、出口管道103以及处在所述容器的侧壁内的超声波钹式换能器(cymbal transducer)104或多个钹式换能器。发射超声波进入所述容器内的流体的第一钹式换能器104定位成距所述入口管道102一段距离，使得在到达所述第一钹式换能器之前，在流体内建立层流。流体通过入口管道102进入容器101。在流体进入容器101时，流体的速度下降。层流在流体到达发射超声波进入容器101内的流体的第一钹式换能器104之前在流体内建立，其中超声波横向于或不平行于穿过容器101的流体流。
在流体流过容器101时，超声波被从钹式换能器104发射进入流体。容器101的侧壁内的任何给定的钹式换能器104可以发射特定频率和/或振幅的超声波，或可以发射频率和/或振幅变化的超声波进入容器。分立的钹式换能器104可以负责发射特定频率和/或振幅的超声波，或一定频率和/或振幅范围内的超声波进入流过容器101的流体。可选择地，容器101的侧壁内的钹式换能器104可以被布置成带，如图1中通过元件105、016、107、108、109和110所描绘的那样，负责发射特定频率和/或振幅的超声波或一定频率和/或振幅范围内的超声波进入流体。
为了在发射超声波进入容器101内的流体的第一钹式换能器104和/或钹式换能器的带105之前关于穿过容器101的流体流建立层流，第一钹式换能器104和/或钹式换能器的带105应定位为距入口管道102的开口所在的容器101壁至少一段距离d，优选地为2*d，其中d近似于入口管道102的开口的最大高度。相对于穿过容器101的流体流，容器101的长度应为至少等于近似2*d的距离。分离到流过容器101的流体的上部薄层中的挥发性物质可以被允许通过穿过覆盖容器101的多孔材料111而从流体逸脱。在被由钹式换能器104发射的进入容器101的超声波处理之后，流体通过出口管道103离开容器101。在通过出口管道103离开之前，分离到分立的薄层中的物质和/或有机体可以被由换能器112和/或换能器104发出的超声波重新混合，换能器112和/或换能器104所发射的超声波横向于或不平行于作用在容器101内的物质和/或有机体上的重力。
虽然图1中已描绘了钹式换能器，但可以使用其它类型的换能器比如但不限于，朗之万换能器(Langevin transducer)。
图3中描绘的是容器101和入口管道102的不同的可能构型的横截面。如图3a至图3c中所描绘的那样，入口管道102可以具有圆形的开口。可选择地，如图3d中所描绘的那样，入口管道102可以具有椭圆形的开口。入口管道102的开口也可以具有如图3e、3f和3g中分别描绘的三角形、梯形或矩形构型。容器101可以分别被构造为如图1a、1b、1c和1d所描绘的圆柱体、矩形棱柱、三角形棱柱或椭圆形棱柱。只要容器101的横截面面积比入口管道102的横截面面积大，容器101和入口管道102的开口可以具有除图3中描绘的构型以外的其它构型和/或组合。
图4中描绘的是本发明的超声波流体处理设备的一种可选择的构型的横截面图，其进一步包括收集容器101内的流体的不同薄层的多个出口管道401、402和403。如所描绘的那样，出口管道401、402和403可以间隔紧密地在一起，以允许将要被收集的薄层平滑地流进出口管道401、402和403。可选择地，出口管道401、402和/或403可以彼此间隔开，以允许在薄层离开容器101时产生将薄层混合的紊流或控制流体深度。出口管道403收集容器101内的流体的下部薄层。
同样如图4中所示，连接到出口管道403的管道409使由出口管道403收集的流体的下部薄层的至少一部分重复循环到容器101中，以便使下部薄层内的物质在容器101内接受进一步的处理。为了促进穿过容器101的流体产生层流，入口管道102和重复循环管道409内的压力的总和近似与出口管道401、402和403内的压力总和相等。容器101的侧壁内的钹式换能器104的带被布置成阵列404、405、406以及407，负责发射特定频率和/或振幅的超声波或一定频率和/或振幅范围内的超声波进入容器101内的流体。在流体从入口管道102进入容器101之前，化学物质可以通过孔口408被引入流体。
容器101的顶部可以被图4中所描绘的侧壁密封，或被图1中所描绘的多孔材料密封。可选择地，容器101的顶部可以为打开的。打开的顶部允许物体下降进入和/或移动穿过流动穿过容器101的流体，从而允许物体被清洁、消毒、除臭和/或其任何组合。
虽然本文已经展示和描述了特定的实施方式，但本领域技术人员应理解，被认为能达到相同的或类似目的的任何布置可以代替这些特定的实施方式。应理解上面的描述的意图是说明性的而非限制性的。在审阅了本发明内容后，上面的实施方式和其它实施方式的组合对于那些本领域技术人员将是明显的。本发明的范围应参照附属的权利要求连同这些权利要求所保护的等价物的全部范围一起确定。
本文陈述的本发明和现有技术设备的实现方法仅为基于理论的。它们的意图不是限制本发明的实现方法或排除可以在本发明中存在的和/或负责本发明的实现的可能的实现方法。
工业实用性
本发明涉及一种流体处理设备及方法，其可以被用于降解流体内的物质、从流体移除物质、按密度分离流体内的物质、对流体消毒和/或降解流体内的有毒化学物质，并且也可以被用于对物体清洁、消毒和/或除臭。

Claims (47)

1.一种流体处理设备，其包括：
容器，其具有侧壁；
入口管道，其用于提供流体进入所述容器；
出口管道，其用于移除所述流体；
至少一个超声波换能器，其位于所述侧壁内，并以一频率和一振幅发射超声波，以在所述容器内的所述流体中产生气穴；且
所述超声波换能器还被定位成使得所述超声波被发射进入所述容器的层流区域。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述超声波换能器发射一频率范围内的超声波。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述超声波换能器发射一振幅范围内的超声波。
4.如权利要求2所述的设备，其中，所述超声波换能器发射一振幅范围内的超声波。
5.如权利要求1所述的设备，其在所述容器的所述侧壁内具有至少一个换能器带。
6.如权利要求1所述的设备，其在所述容器的所述侧壁内具有至少一个换能器阵列。
7.如权利要求1所述的设备，其中，所述换能器被定位在距所述入口管道一段距离处，所述一段距离至少近似等于所述入口管道的开口的最大尺寸。
8.如权利要求1所述的设备，其中，所述换能器被定位在距所述入口管道一段距离处，所述一段距离至少等于所述入口管道的开口的最大尺寸的近似两倍。
9.如权利要求1所述的设备，其中，在所述流体进入所述容器之前，有化学物质被引入所述流体。
10.如权利要求1所述的设备，其中，在所述流体进入所述容器之前，有催化剂被引入所述流体。
11.如权利要求1所述的设备，其中，所述容器具有可以变化的深度。
12.如权利要求1所述的设备，其中，所述流体被分离到分立的薄层中。
13.如权利要求1所述的设备，其中，密度大的物质薄层被分离并被重复循环。
14.如权利要求1所述的设备，其还具有用于收集气体产物的装置。
15.如权利要求1所述的设备，其还具有用于收集所述流体的一部分的装置，所述一部分包含至少一种产物。
16.如权利要求1所述的设备，其具有振幅为1微米或者更大的所述超声波。
17.如权利要求1所述的设备，其具有暴露于所述超声波至少1秒钟的所述流体。
18.如权利要求1所述的设备，其具有频率在20kHz到200kHz的范围内的所述超声波。
19.如权利要求1所述的设备，其具有频率在1mHz到5mHz的范围内的所述超声波。
20.如权利要求1所述的设备，其具有由一波型驱动的所述超声波换能器，所述波型选自由方波、正弦波、梯形波、三角形波组成的组。
21.如权利要求12所述的设备，其具有将至少两个薄层重新混合的紊流区。
22.如权利要求12所述的设备，其具有用于收集选定的薄层的多个出口管道。
23.一种流体处理设备，其包括：
容器，其具有侧壁；
入口管道，其用于提供流体进入所述容器；
出口管道，其用于移除所述流体；
至少一个超声波换能器，其位于所述侧壁内，并以一频率和振幅发射超声波；且
所述超声波换能器还被定位成使得所述超声波被发射进入所述容器的层流区域。
24.一种处理流体的方法，其包括：
将流体通过入口管道传输进入容器；
在所述容器内建立层流区域；
在所述容器的侧壁内放置至少一个超声波换能器；
在所述层流区域内建立薄层；
以一频率和一振幅从所述超声波换能器发射超声波进入所述层流区域；以及
使所述薄层内的流体形成气穴。
25.如权利要求24所述的方法，其中，从所述超声波换能器发射超声波的所述步骤处于一频率范围内。
26.如权利要求24所述的方法，其中，从所述超声波换能器发射超声波的所述步骤处于一振幅范围内。
27.如权利要求25所述的方法，其中，从所述超声波换能器发射超声波的所述步骤处于一振幅范围内。
28.如权利要求24所述的方法，其中，所述超声波从所述容器的所述侧壁内的至少一个换能器带发射。
29.如权利要求24所述的方法，其中，所述超声波从所述容器的所述侧壁内的至少一个换能器阵列发射。
30.如权利要求24所述的方法，其中，放置超声波换能器的步骤提供距所述入口管道的一段距离，所述一段距离至少近似等于所述入口管道的开口的最大尺寸。
31.如权利要求24所述的方法，其中，放置超声波换能器的步骤提供距所述入口管道的一段距离，所述一段距离至少等于所述入口管道的开口的最大尺寸的近似两倍。
32.如权利要求24所述的方法，其具有附加的步骤：在所述流体进入所述容器之前将化学物质引入所述流体。
33.如权利要求24所述的方法，其具有附加的步骤：在所述流体进入所述容器之前将催化剂引入所述流体。
34.如权利要求24所述的方法，其具有附加的步骤：改变容器的深度。
35.如权利要求24所述的方法，其具有附加的步骤：将所述流体的成分分离到分立的薄层中。
36.如权利要求24所述的方法，其具有附加的步骤：分离以及重复循环密度大的物质薄层。
37.如权利要求24所述的方法，其还具有附加的步骤：收集气体产物。
38.如权利要求24所述的方法，其还具有附加的步骤：收集所述流体的一部分，所述一部分包含至少一种产物。
39.如权利要求24所述的方法，其中，所述超声波的振幅为1微米或更大。
40.如权利要求24所述的方法，其具有步骤：将所述流体暴露于所述超声波大于1秒钟的一段时间。
41.如权利要求24所述的方法，其中，所述超声波的频率在20kHz到200kHz的范围内。
42.如权利要求24所述的方法，其中，所述超声波的频率在1mHz到5mHz的范围内。
43.如权利要求24所述的方法，其具有步骤：通过一波型驱动所述超声波换能器，所述波型选自由方波、正弦波、梯形波、三角形波组成的组。
44.如权利要求24所述的方法，其还具有步骤：将至少两个薄层重新混合。
45.如权利要求24所述的方法，其具有多个出口管道来收集选定的薄层。
46.如权利要求24所述的方法，其进一步包括：传递所述流体通过多个区域，且每个区域具有提供不同振幅的所述超声波换能器。
47.如权利要求24所述的方法，其进一步包括：传递所述流体通过多个区域，且每个区域具有提供不同频率的所述超声波换能器。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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