DE102005061822B4

DE102005061822B4 - Ultraschallgerät

Info

Publication number: DE102005061822B4
Application number: DE200510061822
Authority: DE
Inventors: Wenny Hsi-Chih Kao
Original assignee: MESOPHASE TECHNOLOGIES Inc
Current assignee: WENNY KAO, TW
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2025-12-24
Also published as: DE102005061822A1

Abstract

Ultraschallgerät, mit
einem Ultraschallgenerator (2), welcher einen sich in Längsrichtung erstreckenden Schalltrichter (22) aufweist, der ein Schall übertragendes Medium (223) enthält und der ein freies Ende (225) aufweist,
einer sich quer zur Längsrichtung des Schalltrichters (22) erstreckenden Fluid-Zirkulationsleitung (231) zur Aufnahme eines zu behandelnde Partikel enthaltenden Fluides (10) und
einem Antriebsmechanismus (232), welcher mit der Fluid-Zirkulationsleitung (231) zum Antrieb der Zirkulation des Fluides (10) in der Fluid-Zirkulationsleitung (231) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der Außenseite des freien Endes (225) des Schalltrichters (22) ein einen Hohlraum aufweisender Bereich (226) vorgesehen ist, wobei der Hohlraum einen Innenraum (2261) zum Durchfluss des Fluides (10) bildet und sich die Fluid-Zirkulationsleitung (231) durch den Innenraum (2261) erstreckt.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Ultraschallgerät, insbesondere ein Ultraschallgerät mit einem Schalltrichter und einem einen Hohlraum aufweisenden Bereich, der an einem freien Ende des Schalltrichters vorgesehen ist, zwecks Durchfluss eines darin zu behandelnden Fluides.
Ein bekanntes Ultraschallgerät zum Reduzieren der Partikelgröße von in einem Fluid enthaltenen Festpartikeln, das beispielsweise in der US Druckschrift US 5,035,363 A beschrieben ist, umfasst normalerweise ein Ultraschall erzeugendes Element sowie einen Schalltrichter, der mit dem Ultraschall erzeugenden Element verbunden ist, und in welchem ein Schall übertragendes Medium, z. B. reines Wasser, enthalten ist. Der Schalltrichter verjüngt sich in seinem Querschnitt vom Ultraschall erzeugenden Element aus stetig, und er besitzt einen rohrartigen freien Endbereich, welcher, wie in der US-Druckschrift US 5,035,363 A offenbart ist, direkt in einer Behandlungskammer des Leitungssystems angeordnet und so gestaltet ist, dass er in das Fluid eintaucht und in unmittelbarem Kontakt mit dem zu behandelnden Fluid ist. Der Schalltrichter dient dazu, die Intensität der Ultraschallwellen in einem Maße zu konzentrieren, dass sie geeignet sind, akustische Kavitationen in dem Fluid zu erzeugen, und dadurch ein Zerkleinern von Partikeln in dem Fluid zu bewirken, was seinerseits zu einer Verminderung der Größe der Partikel führt. Allerdings führt diese direkte Anordnung des Schalltrichters in der Flüssigkeit häufig dazu, dass das freie Ende des Schalltrichters mit Flüssigkeit kontaminiert wird.
Ein bekanntes Ultraschallgerät umfasst weiterhin einen Behälter zum Aufnehmen der Fluidsubstanz sowie ein Rührwerk, welches in den Behälter eintaucht, um die Fluidsubstanz während der akustischen Kavitation umzurühren.
Obwohl die Fluidsubstanz in den Behälter durch das Rührwerk gerührt wird, ist die Verminderung der Partikelgröße im Fluid bei Anwendung des bekannten Ultraschallgerätes noch relativ uneffizient. Außerdem ist die Größe der in dieser Weise behandelten Partikel nicht gleichmäßig.
Ferner ist aus der Druckschrift DE 103 22 349 A1 ein Ultraschallgerät bekannt, in dem die Ultraschallquelle direkt an dem eine Verengung aufweisenden, rohrförmigen Abschnitt angeordnet ist, welcher Bestandteil der Fluid-Zirkulationsleitung ist. Dabei erfolgt in nachteiliger Weise bei der Art der Ultraschallgeräte die Einleitung der Ultraschallwellen nur von einer Seite in die Fluid-Zirkulationsleitung, da der Schalltrichter der Ultraschallquelle den verengten rohrförmigen Abschnitt nicht umschließt, sondern lediglich an die Außenoberfläche des rohrförmigen Abschnitts angelegt ist.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ultraschallgerät zu entwickeln, mit welchem mindestens einer der vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden kann.
Erfindungsgemäß wird ein Ultraschallgerät geschaffen, welches umfasst: einen Ultraschallgenerator mit einem sich in Längsrichtung erstreckenden Schalltrichter, welcher ein Schall übertragendes Medium enthält, und welcher ein freies Ende aufweist; eine sich quer zur Längsrichtung des Schalltrichters erstreckende Fluid-Zirkulationsleitung zur Aufnahme eines zu behandelnde Partikel enthaltenden Fluides und einen Antriebsmechanismus, welcher mit der Fluid-Zirkulationsleitung zum Antrieb der Zirkulation des Fluides in der Fluid-Zirkulationsleitung verbunden ist, wobei an der Außenseite des freien Endes des Schalltrichters ein einen Hohlraum aufweisender Bereich vorgesehen ist, wobei der Hohlraum einen Innenraum zum Durchfluss des Fluides bildet und sich die Fluid-Zirkulationsleitung durch den Innenraum erstreckt.
In den Zeichnungen, welche Ausführungsformen der Erfindung darstellen, zeigen:
1 eine schematische Teilschnittansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallgerätes;
2 eine Teilschnittansicht, um einen hohlen Bereich und eine Fluid-Zirkulationsleitung einer ersten bevorzugten Ausführungsform darzustellen; und
3 eine Teilschnittansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ultraschallgerätes.
Bevor die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden bevorzugten Ausführungsformen detaillierter beschrieben wird, soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass gleiche Elemente in der gesamten Beschreibung durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind.
Die 1 und 2 zeigen die erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallgerätes zur Reduzierung der Partikelgröße, z. B. von pulverisierten Perlen, in einem Fluid 10.
Das Ultraschallgerät umfasst: einen Ultraschallgenerator 2, welcher einen Schalltrichter 22 besitzt, der ein Schall übertragendes Medium 223, z. B. reines Wasser enthält, und welcher ein freies Ende 225 aufweist; sowie einen hohlen Bereich 226, der an einer Außenseite des freien Endes 225 des Schalltrichters 22 vorgesehen ist und einen Innenraum 2261 zum Durchfluss des Fluides 10 durch diesen bildet.
In dieser Ausführungsform erstreckt sich der Schalltrichter 22 in einer Längsrichtung, und der hohle Bereich 226 ist mit dem freien Ende 225 des Schalltrichters 22 verbunden und erstreckt sich von diesem in der Längsrichtung. Vorzugsweise weist der Innenraum 2261 in dem hohlen Bereich 226 ein Querprofil auf, welches sich rechtwinklig zu der Längsrichtung erstreckt, die im Wesentlichen dieselbe ist wie die des freien Endes 225 des Schalltrichters 22.
Das Ultraschallgerät umfasst weiterhin eine Fluid-Zirkulationsleitung 231, welche so gestaltet ist, dass sie in sich das Fluid 10 aufnimmt und sich durch den Innenraum 2261 in den hohlen Bereich 226 in Querrichtung relativ zu der Längsrichtung erstreckt, sowie einen Antriebsmechanismus 232, z. B. eine Pumpe, welche mit der Fluid-Zirkulationsleitung 231 verbunden ist, um die Zirkulation des Fluides 10 in der Fluid-Zirkulationsleitung 231 anzutreiben. Die Fluid-Zirkulationsleitung 231 besitzt einen akustisch wirksamen Bereich 234, welcher den kleinsten Querschnitt im Vergleich zur übrigen Fluid-Zirkulationsleitung 231 aufweist, und welcher sich im engen Kontakt mit einer runden inneren Fläche 2260 des hohlen Bereiches 226 befindet, welche den Innenraum 2261 bildet.
Ein Kühlmechanismus 233 ist mit der Fluid-Zirkulationsleitung 231 verbunden, um das Fluid 10 in der Fluid-Zirkulationsleitung 231 zu kühlen.
Der Schalltrichter 22 ist vorzugsweise aus Titan und der hohle Bereich 226 ist vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt.
3 zeigt die zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ultraschallgerätes. Das Ultraschallgerät dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der vorhergehenden Ausführungsform darin, dass sich das freie Ende 225 des Schalltrichters 22 in den Innenraum 2261 im hohlen Bereich 226 erstreckt und mit dem hohlen Bereich 226 zusammenwirkt, um dazwischen eine Fluid-Behandlungskammer 2263 zu bilden. Die Fluid-Behandlungskammer 2263 ist so gestaltet, dass sie das Fluid 10 während der Behandlung des Fluides darin aufnimmt.
In dieser Ausführungsform ist der hohle Bereich 226 mit einem Einlass 2264 und einem Auslass 2266 ausgebildet, welche sich in Fluidverbindung mit der Fluid-Behandlungskammer 2263 befinden. Die Fluid-Zirkulationsleitung 231 ist mit dem Einlass 2264 und dem Auslass 2266 des hohlen Bereiches 226 so verbunden, dass ein Fluid-Zirkulationskanal geschaffen wird. Der Antriebsmechanismus 232 bewirkt die Zirkulation des Fluides 10 im Fluid-Zirkulationskanal.
Bei der Anwendung zirkulieren die Partikel im Fluid 10 zusammen mit dem Fluid 10 in der Fluid-Zirkulationsleitung 231 und werden wiederholt durch die akustische Kavitation behandelt, während sie durch den hohlen Bereich 226 fließen, was dazu führt, dass die Größe der Partikel verringert wird.
Die Größe der Partikel, die in dieser Weise behandelt werden, kann von 3–5 μm auf 0,1–0,5 μm nach etwa 2 bis 3 Stunden Ultraschallbehandlung reduziert werden, was im Vergleich zu den bekannten Ultraschallgeräten, welche die Partikelgröße nach 3 bis 4 Stunden Ultraschallbehandlung nur auf 2–4 μm reduzieren können, effizienter ist. Zusätzlich haben die Partikel, welche in dieser Weise behandelt wurden, eine gleichmäßigere Partikelgröße als jene, die in bekannten Ultraschallgeräten behandelt wurden. Weiterhin kann durch Einfügung der Fluid-Zirkulationsleitung 231 und des Kühlmechanismus 233 die Kühlwirkung des erfindungsgemäßen Ultraschallgerätes verbessert werden.

Claims

Ultraschallgerät, mit einem Ultraschallgenerator (2), welcher einen sich in Längsrichtung erstreckenden Schalltrichter (22) aufweist, der ein Schall übertragendes Medium (223) enthält und der ein freies Ende (225) aufweist, einer sich quer zur Längsrichtung des Schalltrichters (22) erstreckenden Fluid-Zirkulationsleitung (231) zur Aufnahme eines zu behandelnde Partikel enthaltenden Fluides (10) und einem Antriebsmechanismus (232), welcher mit der Fluid-Zirkulationsleitung (231) zum Antrieb der Zirkulation des Fluides (10) in der Fluid-Zirkulationsleitung (231) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite des freien Endes (225) des Schalltrichters (22) ein einen Hohlraum aufweisender Bereich (226) vorgesehen ist, wobei der Hohlraum einen Innenraum (2261) zum Durchfluss des Fluides (10) bildet und sich die Fluid-Zirkulationsleitung (231) durch den Innenraum (2261) erstreckt.
Ultraschallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den Hohlraum aufweisende Bereich (226) mit dem freien Ende (225) des Schalltrichters (22) verbunden ist und sich von diesem aus in Längsrichtung erstreckt, wobei sich der Innenraum (2261) in dem den Hohlraum aufweisenden Bereich (226) rechtwinklig zu der Längsrichtung des Schalltrichters (22) erstreckt.
Ultraschallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schall übertragende Medium (223) Wasser ist.
Ultraschallgerät nach Anspruch 1, welches weiterhin durch einen Kühlmechanismus (233) gekennzeichnet ist, der mit der Fluid-Zirkulationsleitung (231) zur Kühlung des Fluides (10) in der Fluid-Zirkulationsleitung (231) verbunden ist.
Ultraschallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den Hohlraum aufweisende Bereich (226) eine runde Innenfläche (2260) besitzt, welche den Innenraum (2261) bildet, wobei die Fluid-Zirkulationsleitung (231) einen akustisch wirksamen Bereich (234) aufweist, welcher sich im engen Kontakt mit der Innenfläche (2260) des hohlen Bereiches (226) befindet.
Ultraschallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalltrichter (22) aus Titan und der hohle Bereich (226) aus Edelstahl hergestellt sind.