CN104984701B - 一种空化云微泡制备装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空化云微泡制备装置及其方法，包括发生容器、气核源和超声换能器。所述发生容器内设置有液体，所述气核源设置在发生容器的液体中，所述超声换能器的辐射面设置在液体中，并通过液体传递超声波，所述气核源在超声波作用下产生空化云。其中，空化云由多个空泡组成。所述空泡在超声波作用下不断运动且胀缩，空泡运动到节点时合并为更大的空泡。在节点处大空泡在胀缩过程中发生溃灭，向外散逸微泡。本发明通过空化云将气泡打碎形成空泡进而形成微泡，并通过超声场进行筛选，剥离出大尺寸的微泡，产生含有极小尺寸微泡的液体，在医疗、生物、化工、检测、科研等领域具有重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及空泡制备技术领域，尤其涉及一种空化云微泡制备装置及其方法。
背景技术
随着科技的进步，在包括医疗在内的各行各业都需要用到微泡。微泡的制备有许多种方法，其中主要包括有四种微泡制备方法：气泡破裂法、超声法、微流体法、溶解气法。
气泡破裂法：一般是利用流体的剪切力或者压力梯度将气泡打碎成更小的微泡的一种方法；
超声法：是利用超声波作用于气泡或者气体出口产生进而产生微泡的一种方法；
微流体法：是借助微通道产生为泡的一种方法；
溶解气法：是通过液压的变化使原先溶解在水中的气泡以微泡的形式析出的一种方法。
但这些方法多需要复杂精细的流体机构，同时所产生的微泡体积较大，微泡分布不均匀等问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术中微泡制备的问题，提供了一种空化云微泡制备装置及其方法。从而使微泡的制备更加的简便，制备采用的设备更加的简单，所制备的微泡尺寸更加的小且均匀。
为实现上述目的，本发明提供了一种微泡的制备装置，包括发生容器、气核源和超声换能器。所述发生容器内设置有液体，所述气核源设置在发生容器的液体中。所述超声换能器与液面接触，并通过液体传递超声波。所述气核源在超声波作用下产生空化云；其中，空化云包括多个空泡。所述空泡在超声波作用下不断运动且胀缩；空泡运动到节点时合并为更大的空泡，该大空泡在胀缩过程中发生溃灭，向外散逸微泡。
更优的，所述发生容器为环形容器；所述气核源在超声波作用下在环形容器中产生ALF空化云；所述ALF空化云在发生合并后，继续不断向下运动，并在下一个节点继续合并。
更优的，所述气核源为人工植入气核源，所述人工植入气核源为容置有与气体接通的管道。
更优的，所述发生容器的顶部设置有注液口，所述发生容器的底部设置有排液管。
同时，本发明还提供了一种微泡的制备方法，包括如下步骤：
在发生容器内设置液体；
将超声换能器设置在与液面接触的位置；
将发生容器的液体中设置入气核源；
开启超声换能器；其中，气核源在超声换能器作用下产生空化云；
空化云在超声波作用下向下运动并不断胀缩；其中，空化云运动至节点后发生合并；
合并后的空化云由于胀缩发生溃灭，并向外散逸微泡。
更优的，所述发生容器为环形容器；所述开启超声换能器后，气核源在环形容器中形成ALF空化云；所述在ALF空化云中，空泡由于胀缩发生溃灭之前，还包括：合并后的空泡继续向下运动并不断胀缩，当运动至新的节点后继续发生合并。
更优的，所述将发送容器的顶部设置注液口，将发生容器的底部设置排液管。
更优的，所述气核源为人工植入气核源，所述人工植入气核源为容置有与气体接通的管道。
本发明提供了一种空化云微泡制备装置及其方法，通过利用超声空化云节点处的微泡散逸特性，方便的产生大量尺寸极小的微泡，同时利用Bjerkenes力和驻波声场力的筛选作用，剥离出大尺寸微泡。简单方便的产生含有极小尺寸微泡的液体。
附图说明
图1为本发明的具体实施例中一种空化云微泡制备装置结构示意图；
图2为本发明中空化云的运动以及在最下部的节点处溃灭后散逸的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
随着科技的进步，在包括医疗在内的各行各业都需要用到微泡。微泡的制备有许多种方法，但这些方法多需要复杂精细的流体机构，而且产生的微泡尺寸较大。本发明针对这一技术问题，提出了一种空化云微泡制备装置及其方法。通过利用气核源在超声波作用下产生空化云，并在超声的Bjerknes力和驻波声场作用下空泡不断向下运动，在超声的收缩压和舒张压作用下，发生胀缩的特性。在节点处两个不同支路的空泡发生合并，形成大的空泡。并在接下来的节点处不断的发生合并，形成更大的空泡。当达到最底端的节点时形成了最大的空泡，空泡在节点处的超声波的胀缩作用下发生溃灭，形成尺寸极小的微泡。这些微泡由于尺寸太小而不受声场的影响，向周围的流体散逸，而尺寸较大的微泡由于声场力的作用向节点处移动并与其他的空泡合并，而更大的空泡则由于浮力的作用向上运动浮出液面。因此在节点以下的液体中充满尺寸极小的微泡，在泵的作用下将含有微泡的液体从排液口排出。
在本发明的一种具体实施例中，包括一种空化云微泡制备装置和一种空化云微泡制备方法。
在一种空化云微泡制备装置中，图1是本发明的具体实施例中一种空化云微泡制备装置结构示意图。如图1所示的一种空化云微泡制备装置，包括发生容器1、超声换能器2、气核源。其中，发生容器1内设置有液体。液体的种类可以是任意的，可以是有机物或无机物等，一般根据不同的化学反应需要加入不同的液体。将超声换能器2设置在发生容器1上与液面接触的位置，从而通过液体传递超声波。
液体为去除杂质的纯净液体，液体中还包括有气核源，气核源在超声波作用下产生空化云。在本发明的具体实施例中，气核源是通过人工植入到液体中，从而保证了液体的纯净。本实施例的人工植入气核源是在液体中设置容置的管道3，管道3内容置有气体。当然，管道3的另一端也可以直接与大气相连，或者根据实际需要连接不同的气体。可以是单种气体，也可以是混合气体。根据所生产的微泡内含气而定，从而产生含有特定气体的空泡。
打开超声换能器2时，气核源在液体中不断的形成空化云。其中，空化云是由无限多的空泡组成。空泡在超声波的作用下，不断的发生胀缩和向下运动，从而使空泡溃灭，形成微泡。在发生容器1的顶部还设置了注液管4，在发送容器1的底部还设置了排液管5。从而将含有微泡的液体不断运走，将新的液体送入发生容器1中。为了更方便的将含有微泡的液体运走，在排液管5和发生容器1之间，还设置了泵6。
图2为本发明中空化云的运动以及在最下部的节点处溃灭后散逸的结构示意图。如图2所示的空化云运动以及在节点处溃灭后散逸的结构图，由于植入的气核源，以及在发生容器的侧壁可能存在的气核源。在超声波作用下将产生空化云，并在超声波作用下不断的向下运动，空化云的平移运动有超声的Bjerknes力、驻波声场等。空化云在向下运动的过程中，由于超声波的收缩压和舒张压，空泡还会不断的膨胀和缩小。当空化云运动至节点处时，不同支路的空泡会进行合并，从而形成更大的空泡。当空泡的尺寸增大后，由于在收缩压和舒张压的作用下会发生溃灭，从而形成尺寸极小的微泡。由于微泡的尺寸较小，不受生场力的影响，从而散逸到周围的液体中。而尺寸较大的微泡由于受声场力的作用向节点处移动，并与其他的空泡合并，从而在节点处超声波的收缩压和舒张压的作用下会发生溃灭，形成尺寸极小的微泡。尺寸较小的微泡受声场力的作用很弱，向外散逸。尺寸较大的微泡在声场力的作用下向节点处运动并与大空泡再次合并。而尺寸更大的空泡则由于浮力的作用向上运动浮出液面。
在一个具体的实施例中，本发明的具体实施例还包括：一种环形的发生容器。环形的发生容器1包括了圆锥形容器和圆柱形容器。在环形的发生容器1中，打开超声换能器2时，由于植入的气核源以及环形的发生容器1内壁的气核。在环形的发生容器1内形成ALF型空化云。ALF型空化云为具有树枝树杈结构的形状，这些树枝树杈结构的空泡在超声的Bjerknes力、驻波声场等起主要推动作用下，不断的向下平移运动。同时，组成空化云的空泡在超声波的收缩压和舒张压作用下，空泡自身不断的膨缩。当两个不同支路的空泡运动到节点位置时，两个空泡将合并为更大的空泡。合并后的空泡在超声的Bjerknes力、驻波声场作用力下，继续向下平移。在超声波的收缩压和舒张压作用下，空泡自身继续不断的膨缩。直到下一个节点继续发生合并。当空泡运动至ALF型空化云的最下部位置时，由于合并后的空泡较大，同时在超声波的收缩压和舒张压作用下，空泡将发生溃灭。节点处的大空泡不断向外散逸尺寸极小的微泡(微米量级，甚至更小)，这些微泡由于尺寸太小而不受声场力的影响，向周围的流体散逸。而尺寸较大的微泡由于声场力的作用，向节点处移动并与其他的空泡合并。而更大的空泡则由于浮力的作用向上运动浮出液面。因此，在节点以下的液体中充满着尺寸极小的微泡，在泵的作用下将含有微泡的液体从排液口排出。在本发明的实施例中，通过空化云将气泡打碎形成空泡进而形成微泡，并通过超声场进行筛选，剥离出大尺寸的微泡，产生含有极小尺寸的微泡液体，在医疗、生物、化工、检测、科研等领域具有重要的应用价值。
在一种空化云微泡制备方法中，其步骤包括如下：
步骤一，在发生容器内设置液体；
液体的种类可以是任意的，可以是有机物或无机物等，一般根据不同的化学反应需要加入不同的液体。
步骤二，将超声换能器设置在与液面接触的位置；
将超声换能器的辐射面设置在发生容器内，并将辐射面完全浸入液体中，从而通过液体传递超声波。
步骤三，将发生容器的液体中设置入气核源；
液体中还包括有气核源，气核源在超声波作用下产生空化云。在本发明的具体实施例中，气核源是通过人工植入到液体中，从而保证了液体的纯净。本实施例的人工植入气核源是在液体中容置管道，管道的内有一定体积的气体。当然，管道的另一端也可以与大气相连，或者根据实际需要连接不同的气体。可以是单种气体，也可以是混合气体。根据所生产的微泡内含气而定，从而产生含有特定气体的空泡。
步骤四，开启超声换能器；
其中，气核源在超声换能器作用下产生空化云，空化云包括多个空泡。
步骤五，空泡在超声波作用下向下运动并不断胀缩；其中，空泡运动至节点后发生合并；
在超声波作用下将产生空化云，并在超声波作用下不断的向下运动，空化云的平移运动有超声的Bjerknes力、驻波声场等。空化云在向下运动的过程中，由于超声波的收缩压和舒张压，空泡还会不断的膨胀和缩小。当空化云运动至节点处时，不同支路的空泡会进行合并，从而形成更大的空泡。
步骤六，合并后的空泡由于胀缩发生溃灭，并向外散逸微泡；
当空泡的尺寸增大后，在节点处由于收缩压和舒张压的作用下会发生溃灭，从而形成尺寸极小的微泡。由于微泡的尺寸较小，不受声场力的影响，从而散逸到周围的液体中。而尺寸较大的微泡由于受声场力的作用向节点处移动，并与其他的空泡合并，从而继续由于收缩压和舒张压的作用下会发生溃灭，形成尺寸极小的微泡。而尺寸更大的空泡则由于浮力的作用向上运动浮出液面。
在本方法的一种具体实施例中，所述发生容器为环形容器，环形的发生容器包括了圆锥形容器和圆柱形容器。在环形发生容器中，打开超声换能器时，由于植入的气核源以及环形发生容器内壁的气核源。在环形发生容器内形成ALF型空化云。ALF型空化云为具有树枝树杈结构的形状，这些树枝树杈结构在超声的Bjerknes力、驻波声场等主要推动作用下，不断的向下平移运动运动。同时，组成空化云的空泡在超声波的收缩压和舒张压作用下，空泡自身不断的膨缩。当两个不同支路的空泡运动到节点位置时，两个空泡将合并为更大的空泡。合并后的空泡在超声的Bjerknes力、驻波声场作用力下，继续向下平移。在超声波的收缩压和舒张压作用下，空泡自身继续不断的膨缩。直至到下一个节点继续发生合并。当空泡运动至ALF型空化云的最下部位置时，由于合并后的空泡较大，同时在超声波的收缩压和舒张压作用下，空泡将发生溃灭。节点处的大空泡溃灭而不断向外散逸尺寸极小的微泡(微米量级，甚至更小)。这些微泡由于尺寸太小而不受声场的影响，向周围的流体散逸。而尺寸较大的微泡由于声场力的作用向节点处移动并与其他的空泡合并，而更大的空泡则由于浮力的作用向上运动浮出液面。因此在节点以下的液体中充满这尺寸极小的微泡，在泵的作用下将含有微泡的液体从排液口排出。在本发明的实施例中，通过空化云将气泡打碎形成空泡，进而形成微泡。并通过超声场进行筛选，剥离出大尺寸的微泡，产生含有极小尺寸微泡的液体，在医疗、生物、化工、检测、科研等领域具有重要的应用价值。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种空化云微泡制备装置，其特征在于：包括发生容器、气核源和超声换能器；
所述发生容器内设置有液体；
其中，所述发生容器为环形容器；
所述气核源设置在发生容器的液体中；
所述超声换能器与液面接触，并通过液体传递超声波；
所述气核源在超声波作用下产生ALF空化云；
其中，空化云包括多个空泡；
所述空泡在超声波作用下不断运动且胀缩；空泡运动到节点时合并为更大的空泡，该大空泡在胀缩过程中发生溃灭，向外散逸微泡。
2.根据权利要求1所述的一种空化云微泡制备装置，其特征在于：所述环形容器包括圆锥形容器和圆柱形容器。
3.根据权利要求1所述的一种空化云微泡制备装置，其特征在于：所述发生容器的顶部设置有注液口，所述发生容器的底部设置有排液管。
4.根据权利要求1所述的一种空化云微泡制备装置，其特征在于：所述气核源为人工植入气核源，所述人工植入气核源为容置有与气体接通的管道。
5.一种空化云微泡制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
在发生容器内设置液体；
其中，所述发生容器为环形容器；
将超声换能器设置在与液面接触的位置；
将发生容器的液体中设置入气核源；
开启超声换能器；其中，气核源在超声换能器作用下产生ALF空化云，空化云包括多个空泡；
空泡在超声波作用下向下运动并不断胀缩；其中，空泡运动至节点后发生合并；
合并后的空泡由于胀缩发生溃灭，并向外散逸微泡。
6.根据权利要求5所述的一种空化云微泡制备方法，其特征在于：所述环形容器包括圆锥形容器和圆柱形容器。
7.根据权利要求5所述的一种空化云微泡制备方法，其特征在于：所述将发送容器的顶部设置注液口，将发生容器的底部设置排液管。
8.根据权利要求5所述的一种空化云微泡制备方法，其特征在于：所述气核源为人工植入气核源，所述人工植入气核源为容置有与气体接通的管道。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170627 |