CN103502159A - 压电放电水净化 - Google Patents

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Abstract

本文公开的流体净化提供了高电压净化的优点而无触电风险。在示例净化器中，如被污染水等被污染流体被充气并经过容纳有高多孔性压电材料和超声换能器的空腔。换能器发出使压电材料放电高压电场的超声波能量，产生杀死有机体并氧化有机污染物的强氧化剂。由于超声致动器在较低电压(例如，20V～110V)运行并能够与流体电隔离，因此示例净化是安全、环境友好的，并可从小型应用扩展至大型应用。

Description

压电放电水净化
背景技术
在充气水中放电会产生OH、H·、O·、O3、H2O2，它们属于最强的氧化剂。这些物种可消灭细菌并氧化水中的许多有害有机污染物。对于利用放电来净化水已有很多关注，因为其比利用常规氧化剂和消毒剂的净化更加环境友好并更加有效。但是，在水中放电所需的使用高电压具有触电危险。也难以对于大量的水实现均匀的放电。对于利用放电净化来消毒水的安全有效的方法存在需求。
发明内容
示例性流体净化器包括界定空腔以保持被污染流体(如被污染水)的容器。该空腔也容纳压电材料和超声换能器，所述超声换能器对压电材料施加超声波能量，以使压电材料发出放电(例如，5kV以上)。放电通过例如在流体中产生可消除有机污染物的氧化性物种而净化空腔中的被污染流体。充气器可以对进入的流体充气，以为氧化反应提供额外的氧气。
在一些实施方式中，空腔以超声波能量的频率共振，并具有反射至少一部分超声波能量的一个或多个内表面。界定空腔的容器可以至少部分地由不锈钢、铜、镍和/或反射超声波能量并耐腐蚀的任何其他材料形成。示例性净化器可以还具有将流体接收至空腔中的入口和将经净化的流体从空腔中排出的出口。可选的设置为横跨入口和/或出口的过滤器过滤接收至空腔中和从空腔排出的流体。
在示例性净化器中，压电材料包括多孔压电颗粒，其各自可以具有约1mm～10mm、约1mm～5mm或约1mm～2.5mm的直径。示例性多孔压电颗粒可以具有约0.1μm～约1mm、约1μm～约1mm或约10μm～约1mm的孔径，和高达至少约70%、约80%、约85%或约90%的孔隙率，所述孔隙率为空气(或气体)占据的(干燥)多孔压电材料的比例。示例性压电材料可以包括无铅材料，如含钾、钠和/或铋的钛酸盐。
对压电材料施加超声波能量的超声换能器可以是矩形或盘形形状，并且可以沿空腔的内表面设置。示例性超声换能器可以在20V～110V的电压运行，并发出约20kHz～约1MHz、约25kHz～500kHz或约30kHz～250kHz的至少一种频率分量。在一些净化器中，超声换能器可以由波形发生器驱动，波形发生器可以调节至空腔的共振频率。超声换能器发出的超声波能量可以空化该空腔中的流体，以对压电颗粒提供额外的机械能。
在流体净化的一些实施方式中，传感器测量流动流体的净化(污染)水平。如果传感器指示流体未被充分净化，则连接于传感器的控制器开启使水转向至管道中的阀门，使流体循环通过空腔，以实现所期望的净化水平。
另一些示例性实施方式包括将内腔和/或空腔转换为流体净化器的套件。示例性套件包括用于设置在内腔或空腔中的压电材料和超声换能器，所述超声换能器用于对压电材料施加超声波能量，以使压电材料发出放电(例如，至少约5kV)，所述放电净化空腔中的流体(例如，通过产生氧化流体中的有机污染物的氧化性物种)。在示例性套件中，可以为盘形或矩形形状的换能器在约20V～110V的电压运行。
压电材料可以包括无铅多孔压电颗粒，其各自可以具有约0.1mm～10mm、约1mm～5mm或约1mm～2.5mm或约1.5cm的直径。最优的是，颗粒的极化应超过水的介电强度，并且具有小于超声波波长的尺度。小颗粒可能不具有很大的极化，而较大的颗粒可能过大以致于不能放电。示例性多孔压电颗粒可以具有约0.1μm～1mm、约1μm～约1mm或约10μm～约1mm的孔径，和高达至少约70%、约80%、约85%或约90%的孔隙率，所述孔隙率为空气(或气体)占据的(干燥)多孔压电材料的比例。
示例性套件也可以包括波形发生器以驱动超声换能器，所述超声换能器可以沿空腔或内腔的内表面设置。波形发生器可以被调节以找到空腔或内腔的共振频率并以该频率发射能量，所述频率可能为约20kHz～约1MHz、约25kHz～约500kHz或约30kHz～约250kHz。
一些套件也可以包括一个或多个过滤器或筛网，以过滤接收至空腔或内腔中和/或从空腔或内腔中排出的流体。套件也可以包括可选的充气器，以对空腔中的流体充气。
以上发明内容只是示例性的，并不意图以任何方式进行限制。除上述示例性性方面、实施方式和特征之外，其他方面、实施方式和特征通过参照以下附图和以下详细描述也将变得显而易见。
附图说明
图1是本技术的流体净化器的示例性实施方式的框图。
图2是高多孔性锆钛酸铅(PZT)材料在15×放大率下的照片。
图3是本技术的流体净化器的示例性实施方式的框图。
图4是说明如何安装本技术的示例性流体净化套件的流程图。
图5是本技术的便携式流体净化器的示例性实施方式的框图。
具体实施方式
示例性实施方式包括用于净化被污染水、水溶液和其他流体或液体的净化器。在示例性实施方式中，被污染流体被充气并通过容纳有至少一个高多孔性压电材料和至少一个超声致动器的容器。来自该致动器的超声波能量在颗粒内诱发强电场，引起多个高电压放电(例如，大于约5kV)。充气流体中的放电产生可破坏或杀死有机体并氧化有机污染物的强氧化剂。由于超声致动器在较低电压(例如，约20V～约110V)运行并可以与流体电隔离，因此本技术的技术是安全、环境友好的，并可从小型应用扩展至大型应用。
示例性压电净化池的运行涉及以适当频率启动池中的超声换能器，并使被污染水或流体流过该池。进入池中的流体可以进行过滤以使其不含可能堵塞该池的粗颗粒，并可选地进行充气以使流体中存在溶解氧。启动的超声换能器在池内产生压缩波，所述压缩波在压电颗粒之间和之中引起大电场和高压放电。在水和溶解氧存在下的放电产生化学试剂，例如OH·、H·、O·、O3和/或H2O2。这些化学试剂是净化水和氧化有机污染物的氧化性物种。不受缚于任何具体理论，据认为化学试剂(自由基)参与了与被污染流体中的有机化合物的一级动力学反应。在有机化合物失活之后，它们可以继续被化学试剂(自由基)氧化。化学试剂(自由基)也可以自结合。结果，化学试剂可以具有例如秒级的非常短的寿命。
示例性压电流体净化器特别适于净化水溶液，如无清洁饮用水源(城市用水源)的地方的水(甚至盐水)。它们也可以用于净化来自井、湖、溪、存储容器等中的水。示例性压电流体净化器也可以用于偏远区域，只要有用于超声换能器的电源(例如，电池、太阳能电池或发电机)即可。本文所公开的压电水净化池取决于所期望的应用规模可以从小尺寸扩展至非常大的尺寸。
本文所公开的流体净化器和净化的优点包括高电压水净化的所有益处，而无触电的危险。技术的流体净化器以较低能耗水平提供了与仅超声空化的净化相比显著更高的净化。各池内受激压电材料的放电也提供了对于池自身的持续清洁作用，从而降低了污染的累积。
另外，可以将超声诱导的净化放电与通过超声换能器诱导的空化结合，从而进一步净化示例性净化池中的被污染流体(例如，被污染的水)。
通过本技术的方法进行的流体净化提供了使用如氯或碘化合物等化学氧化剂的净化的环境友好的替代物。结果，本技术的示例性净化技术可以用于净化水，而不引入化学品味道。
图1显示的是示例性压电流体净化池100，其包括由不锈钢、铜、镍和/或反射超声波且耐受腐蚀和超声力所致劣化的其他材料制造的容器110。空腔112容有以约20kHz～约1MHz的频率发出压缩或横向连续波的超声换能器130。其他适合的运行范围包括25kHz～500kHz、25kHz～250kHz和30kHz～100kHz。频率的具体实例包括约25kHz、约50kHz、约75kHz、约100kHz、约125kHz、约150kHz、约175kHz、约200kHz、约225kHz、约250kHz和这些值中任意两者之间的范围。可以使换能器130的频率匹配空腔尺寸，使得换能器130距离空腔112底部的高度在一定容差(例如，流体中波长的十分之一)内为被净化流体中超声波波长的一半的倍数。换言之，当充有水或其他流体时，空腔112以由换能器130发射的超声波能量的频率共振。例如，如果超声频率为100kHz，则空腔高度为约0.75cm(其为对应于100kHz的水中的半波长)的整数倍，容差为±0.15cm以内。
空腔112还容纳有至少一种压电材料(在此情形中为多孔压电颗粒120)，其响应于由换能器130发射的超声波能量(作为另外一种选择，压电材料可以是无孔的)。颗粒120在空腔112内是不受限制的(即，达到其尺寸和空腔壁所允许的程度)。在空腔112的远端的筛网140防止颗粒120被经净化的流体20冲出空腔。进入的流体10所施加的压力防止颗粒120经由在容器110的近端的入口144离开空腔112。净化器100可以包括可选的位于入口144的筛网(未示出)，以捕捉流向入口144的颗粒120。
运行中，如被污染水等被污染流体10经由入口144流入空腔112。换能器130发射对多孔压电颗粒120施加机械应变的超声波能量，多孔压电颗粒120通过发射在流体10中产生如氧化性物种等化学试剂的放电(例如约5kV以上)来响应该应变。放电非常迅速，例如，可以是0.1秒以下的静电放电，并且其持续时间部分取决于电荷分离的量和击穿通道的电导率。流体10的电介质击穿限制了放电的幅度，其可以超过3MV/m。未偶合于颗粒120的任何超声波将被颗粒120散射和/或被空腔112的内壁反射。取决于几何形状，散射/反射的超声波可以相干地叠加，以产生进一步激励压电颗粒120的一种或多种共振腔模式，直至超声波能量在空腔112中完全散失和/或被多孔压电颗粒120吸收。这种进一步的激励使得颗粒120发出更多的放电，更多的放电又产生更大量的化学试剂。
化学试剂可以是或者包含氧化被污染流体10中的有机污染物的氧化性物种。示例性氧化性物种包括但不限于OH·、H·、O·、O3和H2O2。该氧化反应将被污染流体10转化为经净化的流体20，经净化的流体20经由空腔112远端的出口142流出空腔112。反应速率可以非常快，例如，对于OH·为107M-1s-1～109M-1s-1。净化氧化反应之后残余的任何氧化性物种将在数分钟之内消亡。反应产物为氧化副产物，与前体相比危害较小。但是，这些副产物可以保持溶解在水中。一些副产物将以类似于水的UV-臭氧处理的方式作为二氧化碳离开。筛网140可以是细不锈钢网，其在经净化的流体20流向出口142时捕获经净化的流体20中的小颗粒。排出的经净化的流体20适于其他用途，例如，在经净化的流体20是饮用水的情况中用于饮用和洗浴。
净化可以是完全的或部分的。被污染流体10中一种或多种有机污染物的浓度可以高于经净化的流体20中一种或多种有机污染物的浓度。浓度的百分比降低可以一般是任何百分比降低。具体实例包括约10%、约20%、约30%、约40%、约50%、约60%、约70%、约80%、约90%、约95%、约96%、约97%、约98%、约99%和这些值中任意两者之间的范围。在理想情况中，百分比降低为100%(即，经净化的流体不含可检测水平的有机污染物)。
由换能器130发射的超声波能量还可以空化流体10，向压电颗粒传递更多能量。换言之，超声波能量可以使蒸气囊在流体10内非常低压的区域中形成并迅速瓦解。另外，超声诱导的空化可以例如通过破坏或杀死被污染流体中的微生物而进一步净化被污染流体。
图2是适于净化某些流体的锆钛酸铅(PZT)压电材料的照片。图2中显示的孔隙的直径在约0.1微米至超过20微米的范围内。图2中所示的PZT通过模压细粒径粉末与糖类(粘合剂和发泡剂)并烧结模压的材料而形成。烧结之后，将该陶瓷材料破碎(例如，轻度研磨)至粒径为1mm～10mm、1mm～5mm或1mm～2.5mm，以提供适于图1中的净化器100中的水净化的多孔压电颗粒。粒径的具体实例包括约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm和这些值中任意两者之间的范围。破碎的材料允许颗粒自由移动、流体易于流动以及与超声换能器发射的超声波能量更好的偶合。烧结产生孔隙率(其为烧结后空气(或气体)占据的陶瓷材料的比例)高达约70%、80%、85%或90%并且可控孔径为0.1μm～1mm、1μm～1mm或10μm～1mm的陶瓷材料。压电材料的孔隙率越高，则可用于净化的表面积越大。
虽然PZT具有可用压电材料的最高压电系数，但是铅毒性制约了其对于饮用水应用的可用性。近来，无铅压电材料(例如，含有钾、钠和铋的钛酸盐)已经市售。示例性无铅材料包括(Na,Bi)TiO3-BaTiO3的组合物和使用(K,Bi)TiO3的三元体系，以及(K,Na)NbO3族。这些无铅材料具有接近PZT的压电性但无毒，这使它们适于净化水和其他流体。
图3显示的是另一流体净化器300，其包括将经由入口344进入净化器300中的被污染流体10再循环的再循环管路(管道)354。横跨入口344设置的过滤器246筛除被污染流体10中的大颗粒，使其不能进入由管310部分界定的空腔(内腔)312。被污染流体10流过设置在空腔312内的多孔压电材料320。运行中，被来自可编程波形发生器332(例如，Tektronix AFG3000系列函数发生器)和放大器334(例如E&I1020L放大器)的放大信号驱动的超声换能器330发射超声波，如对于图1所述，所述超声波激励多孔压电材料320的放电。
流体压力迫使被污染流体10通过活化的压电材料320抵达设置在空腔312远端的传感器350(例如，InPro7005-VP传感器)。传感器350测量流体10中的污染(例如，病原体)水平，并将污染水平的指标传输至控制器352。如果指标显示污染水平超出预定污染值，则控制器352开启三通阀356以再引导流体10通过再循环管路354(如图所示)。控制器352也可以开启可选的泵356使流体经由单向两通阀358循环回空腔中，单向两通阀358由控制器358开启。作为另外一种选择，三通阀(未示出)可以用于代替两通阀358或者附加于两通阀358，以控制流体10循环通过入口344和空腔312。再循环的流体10在其流过超声波激励的多孔压电材料320时得到进一步净化。
流体10经由再循环管路354继续流过空腔312，直至传感器350指示污染水平已经下降至低于预定污染值。控制器352通过开启阀门356和358(以及通过关闭泵356)以使经净化的流体20通过出口342离开净化器300，来响应可接受的污染水平的指标。筛网340从被排出流体20中过滤大颗粒，如压电材料320的颗粒。可以指定不同尺寸的筛网，只要筛孔尺寸小于粒径即可。由于颗粒材料通常具有一定粒径分布，因此应使固定量的水运行通过该系统以冲出小颗粒，例如，池体积的约10倍的冲洗水。
在一些情况中，调整由换能器330发射的超声波波形的振幅、频率和时序(相位)可提高净化器从被污染的流体10中消除污染物的效率和/或速度。如本领域技术人员所理解的，可以通过对驱动换能器330的可编程波形发生器332适当地(再)编程而操纵超声波波形。例如，可编程波形发生器332可以被编程为发射：在空腔312内共振的单一频率(例如，100kHz)(或者称为音调)的连续波(cw)信号；在空腔312内共振的音调(例如，25kHz和100kHz)的组合；脉冲信号，如开和关的共振音调；升高和/或降低频率(例如，25kHz～100kHz)的信号，或者称为啁啾信号；或者上述信号类型的任意组合。波形发生器332也可以用于改变由超声换能器330发射的超声波波形的振幅。最优的超声波波形可以实验确定，并可能取决于流体10中的压电颗粒320的密度、超声波能量和流体流速。
图4是说明改造城市用水管的一部分或其他流体承载内腔来进行如以上给出的实例所述的压电净化的流程图。必要时，管道部分的内部衬有铜、镍、不锈钢或反射超声波能量并且不腐蚀的其他材料(402)。接下来，在管道部分的远端安装网筛或其他过滤器(404)。将多孔压电材料装入网筛近侧的管道部分中(406)。沿着管道部分的长度与(可选的)内衬相对安装超声换能器(408)。在一些情况中，换能器置于由管道部分界定的内腔内；在另一些情况中，换能器沿管道部分的外部设置。可以横跨管道部分的近端安装另一(可选的)筛网或过滤器以从进入管道部分的水(或其他流体)中除去碎屑。最优驱动波形例如通过测量管道部分的共振频率和/或通过测量离开管道部分的水中的病原体水平而实验确定。
图5显示的是适于露营、救灾、临时事件(例如，音乐会)等的便携式净化器的示例性实施方式500。要使用净化器500，用可疑或被污染流体(如苦咸水)填充由容器510形成的空腔512。横跨空腔512的顶部设置的筛网540可防止如砂石或土块等大颗粒进入空腔512。使用盖子542将空腔封闭，然后启动连接于沿空腔512的一条边布置的超声换能器530的波形发生器532。可由电池或便携式发电机供电的波形发生器532发出的射频能量驱动换能器530发射在空腔512内共振的超声波能量。共振的超声波能量对于空腔512内的多孔压电材料520施加机械应变并对流体进行空化(充气)。多孔压电材料520通过发出至少约5kV的放电来响应该机械应变。放电可以在流体中产生氧化流体中的有机污染物的氧化性物种，包括但不限于OH、H·、O·、O3和H2O2。一旦净化完成，则关闭波形发生器532，取下盖子542，并将经净化的液体通过筛网540倒出容器510，筛网540将多孔介电材料520保持在空腔512中。
实施例1：城市用水的压电净化
对于约有500,000人口的城市，大型水库储存数十亿加仑水。地方供水和排水机构每日通过64英寸管道从水库向城市输送约4500万加仑水。管道分成较小的管，每个管连接到城市中的供水干管。该较小的管各自包括内部衬有超声换能器并填充有多孔压电材料的部分。位于管部任一端的筛网将多孔压电材料保持在管部中。由以管部内共振的频率连续施加的110VAC信号所驱动的换能器激励多孔压电材料的高压放电，其净化流过管部的水。管将经净化的水通过供水干管或更小的管传送至城市中的家庭和商业场所。
实施例2：用于救灾的压电水净化
如地震、飓风、龙卷风或海啸等自然灾害会摧毁大部分城市基础设施，包括水处理厂。污水和其他污染物会污染当地饮用水供给。为防止疾病通过被污染饮用水传播，救援人员可在卡车和/或提供至灾区的运输容器中配备便携自足式的压电水净化器。示例性的卡车包括：填充有多孔压电材料的空腔；内衬于空腔中的超声换能器；将水引入空腔并迫使水通过空腔的泵；和对泵和超声换能器供电的如发电机或电池等电源。为运行该净化器，救灾人员将泵通过水管连接于水源，然后启动泵以用被污染水填充空腔。换能器发射在空腔中共振的超声波。如上所述，压电材料通过发出净化空腔中的水的高压放电来响应超声激励。经净化的水通过安装在卡车侧部上的龙头或装置排出并收集以供分发给受灾者。
实施例3：苯污染的水的净化
在另一实例中，示例性净化器用于处理来自苯污染的有毒废物场所的地下水。清洁人员在有毒废物场所内铺设无孔材料，以防止地下水渗入饮用水源。在清洁人员完成废物场所与周围的隔离后，将地下水引入蓄水池。然后清洁人员将地下水从蓄水池泵入便携式压电净化器。在被污染地下水流过压电材料时，净化器中的超声换能器激励净化器中的压电材料发出高压放电。高压放电产生氧化地下水中的苯的化学试剂，将经净化的地下水排出至有毒废物场所外部。利用高效液相色谱或任何其他适当的分析技术在净化前后进行的地下水分析显示苯浓度降低至少80%。
实施例4：多级净化装置
另一些示例性压电净化器包括分为级联空腔的管，所述级联空腔可以相同或不同，例如具有不同直径和/或长度。各空腔包括至少一个超声换能器和至少一种压电材料。在一些净化器中，各空腔容纳相同的压电材料；在另一些净化器中，各空腔容纳不同的压电材料，例如更多孔的材料、包括更细颗粒的材料和/或由不同物质构成的材料。同样地，各空腔可以包括相同的换能器，或者超声换能器的形状、数目和/或排列可以在空腔之间有所不同。换能器可以以相同的波形或者不同的驱动波形驱动，所述波形例如为重复频率作为系列中空腔的位置的函数而增加的脉冲波形，或者频率作为系列中空腔的位置的函数而改变的cw波形。网筛将连续的空腔分开；各筛孔可以比系列中的前一筛孔更细。流过管的水(或其他流体)在管中的各空腔中进行高电压净化，使得水在由一个空腔流至下一空腔时变得更纯。空腔的数量和/或运行可以基于所期望的水的纯度确定。在一些情况中，管可以包括在相邻空腔之间的阀和/或分支，以排出一些液体和/或将其他液体导引至下一空腔中以进一步净化。
本文中使用了流程图。流程图的使用并不意味着对于所进行的操作的顺序进行限制。本文所描述的主题有时说明的是包含于不同的其他组成部分中的或与其连接的不同组成部分。应当理解，这些所描绘的体系结构只是示例性的，并且实际上可达到相同功能的许多其他体系结构也是可以实施的。在概念意义上，任何可达到相同功能的组成部分的设置都有效“关联”以使达到所期望的功能。因此，可组合达到特定功能的任何两个本文中的组成部分均可以被视作彼此“关联”以使达到所期望的功能，而与体系结构或中间组成部分无关。类似地，如此关联的任何两个组成部分也可以被视为彼此“可工作地连接”或者“可工作地偶联”以达到所期望的功能，并且能够如此关联的任何两个组成部分也可以被视为彼此“可工作地偶联”从而达到所期望的功能。可工作地偶联的具体实例包括但不限于可物理匹配的和/或物理交互中的组成部分，和/或可无线交互的和/或无线交互中的组成部分，和/或逻辑交互中的和/或可逻辑交互的组成部分。
关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，在适合上下文和/或应用的情况下，本领域技术人员可以将复数转化为单数和/或将单数转化为复数。为清楚起见，本文中可能明确阐述各种单数/复数转换。
本领域技术人员将会理解，一般而言，本文中、特别是所附权利要求(例如，所附权利要求的主体部分)中所使用的术语通常意在作为“开放式”术语(例如，术语“including（包括）”应理解为“包括但不限于”，术语“具有”应理解为“至少具有”，术语“includes（包括）”应理解为“包括但不限于”等)。本领域技术人员将进一步理解，如果意图是特定数量的引入的权利要求叙述，则这样的意图将在权利要求中进行明确地陈述，在没有这样的叙述的情况下，则没有这样的意图。例如，为帮助理解，以下所附的权利要求可能包含对引入性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用，以引入权利要求叙述。
然而，这种短语的使用不应解释为隐含由不定冠词“a”或“an”引入的权利要求叙述将包含这种引入的权利要求叙述的任何特定权利要求限制为包含仅仅一个这种叙述的发明，即使当同一权利要求包括引入性短语“一个或多个”或“至少一个”和如“a”或“an”等不定冠词时亦如此(例如，“a”或“an”通常应解释为“至少一个”或“一个或多个”的意思)；这同样适用于引入权利要求叙述的不定冠词的使用。另外，即使明确地陈述了特定数量的引入的权利要求叙述，本领域技术人员也将认识到这种叙述通常应解释为指至少为所陈述的数量(例如，没有其他修饰语的“两个叙述”这种单纯的叙述通常是指至少两个叙述或者两个以上叙述)。
此外，在其中采用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯用说法的那些情形中，通常这类修辞意指本领域技术人员会理解该惯用说法(例如，具有“A、B和C中至少一个的系统”会包括但不限于只具有A的系统、只具有B的系统、只具有C的系统、同时具有A和B的系统、同时具有A和C的系统、同时具有B和C的系统和/或同时具有A、B和C的系统等)。在其中采用类似于“A、B或C等中的至少一个”的惯用说法的那些情形中，通常这类修辞意指本领域技术人员会理解该惯用说法(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”包括但不限于只具有A的系统、只具有B的系统、只具有C的系统、同时具有A和B的系统、同时具有A和C的系统、同时具有B和C的系统和/或同时具有A、B和C的系统等)。
本领域技术人员还应理解，实际上，带出两个以上可选择的术语的任何转折连词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，都应被理解为设想了包括这些术语之一、这些术语中的任一个或者全部这些术语的可能。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或者“A和B”的可能。
示例性实施方式的上述描述出于说明和描述的目的而提供。不应认为是穷尽或者对于所公开的精确形式进行限制，根据以上教导可以进行修改和改变，或者可以从所公开的实施方式的实践中获得修改和改变。本发明的范围应由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (60)

1.一种流体净化器，所述流体净化器包括：
容器，该容器界定了至少一个空腔以保持流体；
设置在所述空腔内的至少一种压电材料；和
至少一个超声换能器，所述超声换能器用于对所述压电材料施加超声波能量，以使所述压电材料发出净化所述流体的放电。
2.如权利要求1所述的流体净化器，其中，所述至少一个空腔以所述超声波能量的频率共振。
3.如权利要求1所述的流体净化器，其中，所述至少一个空腔的内表面反射至少一部分的所述超声波能量。
4.如权利要求1所述的流体净化器，其中，所述容器至少部分地由不锈钢、铜和镍中的至少一种形成。
5.如权利要求1所述的流体净化器，所述流体净化器还包括用于将流体接收至所述至少一个空腔中的入口和用于将经净化的流体从所述空腔中排出的出口。
6.如权利要求1所述的流体净化器，所述流体净化器还包括用于过滤接收至所述空腔中的流体的过滤器。
7.如权利要求1所述的流体净化器，所述流体净化器还包括用于过滤从所述至少一个空腔中排出的流体的过滤器。
8.如权利要求1所述的流体净化器，所述流体净化器还包括用于测量所述流体的净化水平的仪表。
9.如权利要求8所述的流体净化器，所述流体净化器还包括使流体循环通过所述至少一个空腔从而实现所期望的净化水平的管道。
10.如权利要求9所述的流体净化器，所述流体净化器还包括阀门，该阀门构造为用于使通过所述至少一个空腔的流体循环停止。
11.如权利要求1所述的流体净化器，其中，所述至少一种压电材料包括多孔压电颗粒。
12.如权利要求1所述的流体净化器，其中，所述多孔压电颗粒各自具有约1mm～约10mm的直径。
13.如权利要求12所述的流体净化器，其中，所述多孔压电颗粒具有约0.1μm～约1mm的孔径。
14.如权利要求12所述的流体净化器，其中，所述多孔压电颗粒具有高达至少约80%的孔隙率。
15.如权利要求1所述的流体净化器，其中，所述至少一种压电材料不含铅。
16.如权利要求1所述的流体净化器，其中，所述超声波能量包括约20kHz～约1MHz的至少一种频率分量。
17.如权利要求1所述的流体净化器，其中，所述至少一个超声换能器在约20V～约110V的电压运行。
18.如权利要求1所述的流体净化器，其中，所述至少一个超声换能器沿所述空腔的内表面设置。
19.如权利要求1所述的流体净化器，其中，所述至少一个超声换能器是矩形或盘形形状。
20.如权利要求1所述的流体净化器，所述流体净化器还包括用于驱动所述至少一个超声换能器的波形发生器。
21.如权利要求20所述的流体净化器，其中，所述波形发生器被构造为能够被调节至所述空腔的共振频率。
22.如权利要求1所述的流体净化器，其中，所述放电为至少约5kV的电压。
23.如权利要求1所述的流体净化器，其中，所述放电产生氧化所述流体中的有机污染物的氧化性物种。
24.如权利要求1所述的流体净化器，所述流体净化器还包括构造为对所述空腔中的所述流体充气的充气器。
25.一种净化流体的方法，所述方法包括：
提供设置在至少一个空腔内的至少一种压电材料和流体；
对所述压电材料施加超声波能量，以使所述压电材料发出净化所述流体的放电。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述超声波能量在所述空腔内共振。
27.如权利要求25所述的方法，其中，所述超声波能量包括约20kHz～约1MHz的至少一种频率分量。
28.如权利要求25所述的方法，其中，所述放电为至少约5kV的电压。
29.如权利要求25所述的方法，其中，所述放电产生氧化所述流体中的有机污染物的氧化性物种。
30.如权利要求25所述的方法，所述方法还包括利用至少一个超声换能器产生所述超声波能量。
31.如权利要求30所述的方法，所述方法还包括在约20V～约110V的电压运行所述至少一个超声换能器。
32.如权利要求25所述的方法，所述方法还包括将所述至少一个超声波能量的频率调节至在所述空腔内共振。
33.如权利要求25所述的方法，其中，所述至少一种压电材料包括多孔压电颗粒。
34.如权利要求33所述的方法，其中，所述多孔压电颗粒各自具有约1mm～约10mm的直径。
35.如权利要求33所述的方法，其中，所述多孔压电颗粒具有约0.1μm～约1mm的孔径。
36.如权利要求33所述的方法，其中，所述多孔压电颗粒具有高达至少约80%的孔隙率。
37.如权利要求25所述的方法，其中，所述至少一种压电材料不含铅。
38.如权利要求25所述的方法，所述方法还包括使用所述流体填充所述至少一个空腔。
39.如权利要求38所述的方法，所述方法还包括在填充所述至少一个空腔之前过滤所述流体。
40.如权利要求25所述的方法，所述方法还包括从所述至少一个空腔中排出所述流体。
41.如权利要求40所述的方法，所述方法还包括过滤从所述至少一个空腔中排出的流体。
42.如权利要求25所述的方法，所述方法还包括测量所述流体的净化水平。
43.如权利要求42所述的方法，所述方法还包括使所述流体循环通过所述至少一个空腔，直至所述流体达到所期望的净化水平。
44.如权利要求25所述的方法，所述方法还包括对所述空腔中的所述流体充气。
45.一种将空腔转化为流体净化器的套件，所述套件包括：
用于设置在所述空腔内的至少一种压电材料；和
至少一个超声换能器，所述超声换能器用于对所述压电材料施加超声波能量，以使所述压电材料发出净化所述空腔中的所述流体的放电。
46.如权利要求45所述的套件，其中，所述至少一种压电材料包括多孔压电颗粒。
47.如权利要求45所述的套件，其中，所述多孔压电颗粒各自具有约1mm～约10mm的直径。
48.如权利要求47所述的套件，其中，所述多孔压电颗粒具有约0.1μm～约1mm的孔径。
49.如权利要求47所述的套件，其中，所述多孔压电颗粒具有高达至少约80%的孔隙率。
50.如权利要求45所述的套件，其中，所述至少一种压电材料不含铅。
51.如权利要求45所述的套件，其中，所述超声波能量包括约20kHz～约1MHz的至少一种频率分量。
52.如权利要求45所述的套件，其中，所述至少一个超声换能器在约20V～约110V的电压运行。
53.如权利要求45所述的套件，其中，所述至少一个超声换能器沿所述空腔的内表面设置。
54.如权利要求45所述的套件，其中，所述至少一个超声换能器是矩形或盘形形状。
55.如权利要求45所述的套件，其中，所述放电为至少约5kV的电压。
56.如权利要求45所述的套件，其中，所述放电产生氧化所述流体中的有机污染物的氧化性物种。
57.如权利要求45所述的套件，所述套件还包括用于驱动所述超声换能器的波形发生器。
58.如权利要求57所述的套件，其中，所述波形发生器被构造为能够被调节至所述空腔的共振频率。
59.如权利要求45所述的套件，所述套件还包括用于过滤接收至所述空腔中和/或从所述空腔中排出的流体的过滤器。
60.如权利要求45所述的套件，所述套件还包括对所述至少一个空腔中的所述流体充气的充气器。
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