JP5688451B2 - 音響的に駆動されるナノ粒子コンセントレータ - Google Patents
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Description
式中、Rは粒子半径、ρpは粒子密度、Φは音響コントラスト、kは波長数、εは時間平均した音波のエネルギー密度、u(x)は音響速度場、p(x)は圧力場、cpは粒子の音速、cfは流体の音速、ρfは流体の密度である。
式中、crは反射器内の音の速度、cgは気体中の音の速度、fは音波の周波数、trは反射器の厚さ、tgは流体キャビティの距離である。
式中、υは4分の1波長周波数、vは流体キャビティ内の媒体における音速、λは4分の1波長に関連付けられた波長である。
対照的に、(約6,000m/sの音速を有する)鋼材などの材料を使用すると、反射器の厚さは約20倍増加し、反射器がおよそ数メートルの厚さになる。
(Fac)=4πεkR3Φ(β,ρ)sin(2ky)
したがって、第1の粒子および第2の粒子を、流体キャビティ730の一部分の異なる部分の収集器へと向かわせることができる。しかし、いくつかの選択された周波数は、特定の流体キャビティの特定の寸法および材料により、十分に共振することができない。周波数は1Hz〜約5000Hzの範囲とすることができるが、どのような周波数を使用することもできる。周波数選択器ソフトウェア723はまた、周波数が生成される音響力を選択することもできる。
Claims (23)
- 共振器として構成された流体キャビティの少なくとも一部分に音響的に関連付けられるように構成された音響振動子であって、前記流体キャビティの少なくとも一部分に音波を形成するように構成された音響振動子と、
前記流体キャビティに配置され、第1の粒子の第1の密度又は第2の粒子の第2の密度を測定するように構成された少なくとも一つのセンサと、
前記少なくとも一つのセンサと通信可能に接続され、前記少なくとも一つのセンサによって測定された前記第1の密度又は前記第2の密度に従って、前記流体キャビティの第1の位置で前記第1の粒子の濃度を増加させるように第1の周波数を選択し、又は前記流体キャビティの第2の位置で前記第2の粒子の濃度を増加させるように第2の周波数を選択するように構成された制御装置と、
を備える装置。 - 前記流体キャビティに関連付けられ、前記第1の粒子又は前記第2の粒子を収集するように構成された収集デバイスをさらに含む、請求項1に記載の装置。
- 前記収集デバイスが前記音波の波腹または波節の位置にある、請求項2に記載の装置。
- 前記流体キャビティが流れる気体を含むように構成され、前記第1の粒子又は前記第2の粒子が前記気体中に浮遊している、請求項1又は請求項2に記載の装置。
- 前記第1の粒子又は前記第2の粒子がナノ粒子を含む、請求項1乃至請求項4のうち何れか1項に記載の装置。
- 前記流体キャビティの少なくとも一部分が、前記流体キャビティの少なくとも一部分の一方の側面にインピーダンスマッチング材料を含む、請求項1乃至請求項5のうち何れか1項に記載の装置。
- 前記インピーダンスマッチング材料が金属である、請求項6に記載の装置。
- 前記流体キャビティの少なくとも一部分が、前記流体キャビティの少なくとも一部分の他方の側面に反射材料を含む、請求項6に記載の装置。
- 前記反射材料がコルク、ゴムおよび発泡体の少なくとも1つを含む、請求項8に記載の装置。
- 前記流体キャビティの少なくとも一部分が4分の1波長共振器であり、前記インピーダンスマッチング材料および前記反射材料が前記4分の1波長共振器の対向する端部に置かれている、請求項8に記載の装置。
- 前記流体キャビティの少なくとも一部分が2分の1波長共振器であり、前記インピーダンスマッチング材料および前記反射材料が前記2分の1波長共振器の対向する端部に置かれており、収集デバイスが前記流体キャビティの少なくとも一部分の中間に置かれている、請求項8に記載の装置。
- 前記少なくとも一つのセンサは、前記流体キャビティの少なくとも一部分の吸気口または排気口に配置されている、請求項1乃至請求項11のうち何れか1項に記載の装置。
- 共振器として構成された流体キャビティの少なくとも一部分に音波を形成することを含み、前記音波は、第1の周波数及び第2の周波数を含み、
前記第1の周波数は、前記流体キャビティの第1の位置で第1の粒子の濃度を増加させるように選択され、又は前記第2の周波数は、前記流体キャビティの第2の位置で第2の粒子の濃度を増加させるように選択される、方法。 - 前記流体キャビティ内の位置に前記第1の粒子又は前記第2の粒子を収集することをさらに含む、請求項13に記載の方法。
- 前記流体キャビティ内の位置が前記音波の波腹または波節の位置にある、請求項14に記載の方法。
- 前記流体キャビティが流れる気体を含むように構成され、前記第1の粒子又は前記第2の粒子が前記気体中に浮遊している、請求項13乃至請求項15のうち何れか1項に記載の方法。
- 前記第1の粒子又は前記第2の粒子がナノ粒子を含む、請求項13乃至請求項16のうち何れか1項に記載の方法。
- 前記流体キャビティの少なくとも一部分がインピーダンスマッチング材料を含む、請求項13乃至請求項17のうち何れか1項に記載の方法。
- 前記流体キャビティの少なくとも一部分が反射材料を含む、請求項13乃至請求項18のうち何れか1項に記載の方法。
- 前記流体キャビティの少なくとも一部分が4分の1波長共振器であり、前記インピーダンスマッチング材料および前記反射材料が前記4分の1波長共振器の対向する端部に置かれている、請求項19に記載の方法。
- 前記音波が1Hz〜5000Hzの範囲の周波数を有する、請求項13乃至請求項20のうち何れか1項に記載の方法。
- 前記音波を形成することが、前記第1の粒子又は前記第2の粒子の閾値濃度を感知した後に起きる、請求項13乃至請求項21のうち何れか1項に記載の方法。
- 前記第1の粒子の第1の密度は、前記第2の粒子の第2の密度より大きい、請求項13乃至請求項22のうち何れか1項に記載の方法。
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