CN102294192A - 超声波混合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声波混合装置，包括料筒(1)、泵(2)和超声波发声器(3)，所述泵(2)的入口与所述料筒(1)连接，所述泵(2)的出口与所述超声波发声器(3)的入口连接，所述超声波发声器(3)的出口与所述料筒(1)连接，其中，所述超声波发声器(3)为流体动力超声波发声器。该超声波混合装置采用流体动力超声波发声器产生的超声波来对固-液、液-液物料进行分散混合。由于流体动力超声波发声器是利用流体作为动力源来激发流体动力超声波发声器中的发声件(例如簧片)振动，因此利用要分散混合的流体(固-液、液-液)本身作为动力源，而无需电动超声装置那样配置额外的电器设备，因此能耗较低，适于大规模工业化生产。

Description

超声波混合装置

技术领域

本发明涉及一种混合装置，更具体地，涉及一种利用超声波对固-液、液-液物料进行分散混合的超声波混合装置。

背景技术

工业制造中的物理过程和化学过程很多都要受到物料分散混合均匀程度的影响。常规的固-液、液-液物料混合一般以机械搅拌为主。随着对搅拌机理的深入研究，各种搅拌桨叶和搅拌形式的混合器不断出现，物料混合的效果越来越好。但是机械搅拌有很大的局限性，特别是在纳米级超细团聚物料的分散混合上。例如在锂离子电池行业中，通常使用的双行星搅拌混合器在制备高粘度电池浆料时，尽管连续搅拌长达十几小时(甚至更长)后，在电子显微镜下观察，物料分散混合的微观效果仍难以令人满意。而浆料的均匀程度直接影响了锂离子电池的容量、循环性、内阻和倍率特性等重要指标。因此，在世界范围内都广泛地进行着新型物料混合机理的研究和更高效混合工艺手段的开发，例如超声波混合。

利用超声波的“空化作用”提高物料混合效果，一直受到普遍关注。其基本原理是：当超声波能量足够高时，物料流过超声区域时，就会产生“超声空化”现象，产生强冲击力的微射流。在高能超声的作用下，团聚的物料得到充分的分散，而且“空化作用”使纳米级微粒子之间的“库伦力”减弱，使分散开的超细颗粒不易再团聚。最常见的是电动超声装置，而此类装置受能耗的影响，很难产生出足够强大的声能，只能处理少量物料混合，目前还不能应用于大规模工业化生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的超声波混合装置能耗较高，难以应用于大规模工业化生产。

为解决上述技术问题，本发明提供一种超声波混合装置，该超声波混合装置包括料筒、泵和超声波发声器，所述泵的入口和所述超声波发声器的出口与所述料筒连接，所述泵的出口与所述超声波发声器的入口连接，其中，所述超声波发声器为流体动力超声波发声器。

通过本发明的上述技术方案，采用流动动力超声波发声器产生的超声波来对固-液、液-液物料进行分散混合。由于流体动力超声波发声器是利用流体作为动力源来激发流体动力超声波发声器中的发声件(例如簧片)振动，当流体介质的射流本征频率和簧片的固有振动频率一致时，产生共振并发出超声波。因此，流体动力超声波利用要分散混合的流体(固-液、液-液)本身作为动力源，而无需电动超声装置那样配置额外的电器设备，因此能耗较低，适于大规模工业化生产。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的超声波混合装置的一种实施方式的结构示意图；

图2是根据本发明的超声波混合装置的另一种实施方式的结构示意图；

图3是根据本发明的超声波混合装置的还另一种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，根据本发明的一种实施方式提供的超声波混合装置包括料筒1、泵2和超声波发声器3，所述泵2的入口与所述料筒1连接，所述泵2的出口与所述超声波发声器3的入口连接，所述超声波发声器3的出口与所述料筒1连接，其中，所述超声波发声器3为流体动力超声波发声器。

通过本发明的上述技术方案，采用流动动力超声波发声器产生的超声波来对固-液、液-液物料进行分散混合。由于流体动力超声波发声器是利用流体作为动力源来激发流体动力超声波发声器中的发声件(例如簧片)振动，当流体介质的射流本征频率和簧片的固有振动频率一致时，产生共振并发出超声波。因此，流体动力超声波利用要分散混合的流体(固-液、液-液)本身作为动力源，而无需电动超声装置那样配置额外的电器设备，因此能耗较低，适于大规模工业化生产。

所述流体动力超声波发声器可以采用各种适当的结构，例如可以采用本领域所公知的能够商购得到的流体动力超声波发声器，在此不对该结构进行详细描述。

所述泵2的入口和所述超声波发声器3的出口可以通过各种适当的方式与所述料筒1连接。例如在如图1所示的一种实施方式中，所述泵2的入口和/或所述超声波发声器3的出口通过管道连接在所述料筒1上，并与所述料筒1的内腔11连通。所述管道可以是硬管道，也可以是软管，通过诸如法兰或快速接头等连接在料筒1上。所述泵2的入口和所述超声波发声器3的出口可以连接在所述料筒1的任何适当位置上，如图1所示，所述泵2的入口通过管道连接在料筒1的底部，所述超声波发声器3的出口连接在料筒1的侧壁上，当然，这两个连接位置可以互换，也可以都连接在料筒1的侧壁或底部，还可以连接在料筒1的其它部位，例如顶盖上。或者，例如在如图2所示的另一种实施方式中，所述泵2的入口和/或所述超声波发声器3的出口通过管道伸入所述料筒1的内腔11。即，采用自吸式连接方式使得所述泵2的入口和/或所述超声波发声器3的出口与所述料筒1连接。在图1和图2中所示的两种实施方式的具体连接方式虽然不同，但都是利用泵2的吸力使得料筒1中的物料经过超声波发声器3而回到料筒1，通过该循环而使得物料得到均匀的分散混合。当然，上述两种具体连接方式也可以进行组合，例如所述泵2的入口和所述超声波发声器3的出口中的一者通过管道与所述料筒1物理地连接，而另一者则通过管道伸入料筒1的内腔1。

优选地，所述超声波混合装置还可以包括连接在所述料筒1与所述泵2的入口之间的过滤装置(图中未显示)。从而可以对来自料筒1中的物料进行初步过滤后再进入泵2和后续的超声波发声器3，以免太大的颗粒会堵塞相应管路，造成超声波混合装置发生故障。

优选地，所述超声波混合装置还可以包括连接在所述料筒1与所述泵2的入口之间的液流喷射装置(图中未显示)。从而来自料筒1的物料可以先经过该液流喷射装置进行预分散混合，然后再进入超声波发声器3进行进一步的分散混合，从而实现更好的分散混合效果。所述液流喷射装置可以采用各种适当的结构，例如可以采用本领域所公知的能够商购得到的液流喷射装置，在此不对该结构进行详细描述。

优选地，该超声波混合装置还可以包括设置在所述料筒1上的机械搅拌装置。即采用该机械搅拌装置对料筒1中的物料进行预分散混合，使得物料达到宏观均匀、无明显干粉颗粒存在，并具有一定的流动性。然后再进入后续的超声波发生器3和/或液流喷射装置中进行进一步分散混合，使得物料达到纳米级分散混合效果。从而可以实现更高的混合效率。当然，如图1所示，所述机械搅拌装置可以另外设置，而不是与本发明的超声波混合装置结合。

所述机械搅拌装置可以采用各种具体的结构来实现。例如如图2和图3所示，所述机械搅拌装置可以包括搅拌桨4和/或分散桨5，该搅拌桨4和/或分散桨5安装在所述料筒1的顶盖12上并伸入所述料筒1的内腔11。所述机械搅拌装置可以包括所述搅拌桨4和所述分散桨5中的一者或两者。所述搅拌桨4和所述分散桨5可以分别为一个或多个。所述搅拌桨4和所述分散桨5的桨叶可以采用各种结构，例如爪式、锚式、框式、锯齿圆环式、布鲁马金式、叶轮式、叶片组合式、涡轮式、螺带式、翼流式、推进式和轴流式等。例如在图2所示实施方式中只有搅拌浆4，该搅拌浆4的桨叶为锚式桨叶；在图3所示实施方式中，搅拌浆4为两个，并且搅拌浆4的桨叶为爪式桨叶，分散桨5的桨叶为单轴双锯齿圆环式桨叶。

优选地，所述搅拌桨4和/或分散桨5能够围绕自身的轴线自转，从而提高搅拌效果。在具有多个搅拌桨4和/或分散桨5时，搅拌桨4和/或分散桨5的自转方向可以根据具体需要而设置为相同或不同。例如在如图3所示的实施方式中，两个搅拌浆4的自转反向相反。

更优选地，如图3所示，所述料筒1的顶盖12上设置有能够围绕所述顶盖12的中心轴线转动的公转盘13，所述搅拌桨4和/或分散桨5安装在所述公转盘13上。从而，所述搅拌桨4和/或所述分散桨5在自转的同时还随着所述公转盘13进行公转，从而进一步提高了搅拌效果。

更优选地，如图3所示，所述机械搅拌装置还包括刮板6，所述刮板6安装在所述公转盘13上并伸入所述料筒1的内腔11，并且所述刮板6的边缘能够与所述料筒1的内周壁接触。从而，随着所述公转盘13的转动，所述刮板6的边缘沿着所述料筒1的内周壁移动，在该移动过程中将粘连在料筒1的内周壁上的物料刮下，以防止在料筒1的内周壁上形成粘连层，从而进一步提高了搅拌效果。

优选地，所述料筒1和/或所述泵2具有冷却水套。从而防止因浆料温度过高而影响产品性能指标。

所述泵2可以采用各种适当类型的泵来实现，例如转子泵、齿轮泵、螺杆泵等。

需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，可以通过任何合适的方式进行任意组合，其同样落入本发明所公开的范围之内。另外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。例如，上述实施方式及相关附图中均显示了只有一个超声波发生器3，但是本发明的超声波混合装置显然还可以配备多个超声波发生器，即配备多个循环回路，从而进一步提高物料的分散混合效果，或者/并且扩大超声波混合装置的处理规模。

Claims (10)

1.一种超声波混合装置，该超声波混合装置包括料筒(1)、泵(2)和超声波发声器(3)，所述泵(2)的入口与所述料筒(1)连接，所述泵(2)的出口与所述超声波发声器(3)的入口连接，所述超声波发声器(3)的出口与所述料筒(1)连接，其特征在于，所述超声波发声器(3)为流体动力超声波发声器。

2.根据权利要求1所述的超声波混合装置，其特征在于，所述泵(2)的入口和/或所述超声波发声器(3)的出口通过管道连接在所述料筒(1)上，并与所述料筒(1)的内腔(11)连通。

3.根据权利要求1所述的超声波混合装置，其特征在于，所述泵(2)的入口和/或所述超声波发声器(3)的出口通过管道伸入所述料筒(1)的内腔(11)。

4.根据权利要求1所述的超声波混合装置，其特征在于，该超声波混合装置还包括连接在所述料筒(1)与所述泵(2)的入口之间的过滤装置。

5.根据权利要求1所述的超声波混合装置，其特征在于，该超声波混合装置还包括连接在所述料筒(1)与所述泵(2)的入口之间的液流喷射装置。

6.根据权利要求1所述的超声波混合装置，其特征在于，该超声波混合装置还包括设置在所述料筒(1)上的机械搅拌装置。

7.根据权利要求6所述的超声波混合装置，其特征在于，所述机械搅拌装置包括搅拌桨(4)和/或分散桨(5)，该搅拌桨(4)和/或分散桨(5)安装在所述料筒(1)的顶盖(12)上并伸入所述料筒(1)的内腔(11)。

8.根据权利要求7所述的超声波混合装置，其特征在于，所述搅拌桨(4)和/或所述分散桨(5)能够围绕自身的轴线自转。

9.根据权利要求7或8所述的超声波混合装置，其特征在于，所述料筒(1)的顶盖(12)上设置有能够围绕所述顶盖(12)的中心轴线转动的公转盘(13)，所述搅拌桨(4)和/或所述分散桨(5)安装在所述公转盘(13)上。

10.根据权利要求9所述的超声波混合装置，其特征在于，所述机械搅拌装置还包括刮板(6)，所述刮板(6)安装在所述公转盘(13)上并伸入所述料筒(1)的内腔(11)，并且所述刮板(6)的边缘能够与所述料筒(1)的内周壁接触。

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