[发明专利]声泳多组分分离技术平台

说明书

背景技术

本申请要求享受下述申请的优先权：2012年3月15日提交的美国临时专利申请序号为No.61/611,159，同样在2012年3月15日提交的美国临时专利申请序号为No.61/611,240，以及，2013年1月21日提交的美国临时专利申请序号为No.61/754,792。这三件申请的内容在此以全文引用方式并入本文。

声泳(Acoustophoresis)是利用高强度声波的颗粒分离。已知声音的高强度驻波能对颗粒施加力。驻波具有压力分布，其表现为随时间“保持”不动。驻波中的压力分布从高压区(波节)到低压区(波腹)存在变化。在共鸣器中产生驻波。共鸣器的常见示例包括许多管乐器，如管风琴、长笛、单簧管、以及圆号。

对于多组分的液流来说，需要高效的分离技术，其能消除浪费，并且降低所需能量，从而促进可持续发展的环境。

发明内容

本发明涉及用于大规模声泳的系统和装置。该装置使用如本文所述的超声波换能器。以产生多驻波的频率，驱动换能器。

在一些实施方式中，披露了一种装置，其包括带有入口和出口的流室，使基底流体与第二流体和颗粒至少之一的混合物穿过入口和出口流过流室。超声换能器嵌置在上述流室的壁中或位于流室壁外，该超声换能器由超声频率的振荡、周期性或脉冲的电压信号驱动，该信号以更高阶振动模式驱动换能器，以在流道中产生驻波。换能器包括陶瓷晶体。将反射器置于流室中换能器的相对侧的壁上。

在另一些实施方式中，披露了一种使基底流体与第二流体和颗粒至少之一的分离方法。本方法包括使基底流体流进具有谐振器和收集袋的流室，并且用振荡、周期性、或脉冲的电压信号驱动换能器，以在谐振器中产生驻波，并且将第二流体和颗粒至少之一收集在收集袋中。

在又一些实施方式中，一种装置包括带有入口和出口的流室，使基底流体与第二流体和颗粒至少之一的混合物穿过入口和出口流过流室。多个超声换能器嵌置在上述流室的壁中、或置于流室壁的外侧。换能器各包括陶瓷晶体，陶瓷晶体由超声频率的振荡、周期性或脉冲的电压信号驱动，该信号以更高阶振动模式驱动换能器，以在流道中产生驻波。将反射器置于流室中位于换能器相对侧的壁上。

下文更具体地描述这些和其它的非限定性特征。

附图说明

下面是附图的简要说明，这些附图用于说明本文所披露实施例，并非用于对本发明加以限定的目的，附图中：

图1示出具有一个换能器的声泳分离器；

图2是图示声泳分离器功能的图；

图3示出了具有多个换能器的声泳分离器；

图4A是在图3的分离器中用作入口的扩散器的细节图；

图4B是可以与图3的分离器一起使用的另外的入口扩散器的细节图；

图5是常规超声换能器的剖视图；

图6是常规换能器的耐磨板的照片；

图7是本发明超声换能器的剖视图，换能器内存在气隙，但不存在背衬层；

图8是仿真以产生图9至图17的声泳分离器的计算机模型；

图9至图17是声泳分离器中作用于颗粒的力的仿真；

图18是适合在声泳分离器中使用的方形换能器和圆形换能器的照片；

图19是以不同频率驱动方形换能器时阻抗幅值与频率关系的曲线图；

图20图示关于图19的七个峰幅值的波节配置；

图21是换能器的九波节配置的照片；

图22是换能器的另一多波节配置的照片；

图23是来自换能器的力的计算机仿真；

图24和图25示出换能器阵列配置；

图26示出适合与图21和图22的换能器一起使用的用于分离浮动材料的声泳分离器；

图27是来自换能器阵列的力的计算机仿真；

图28是示出换能器阵列的波节的照片；

图29是示出换能器阵列的波节的照片；以及

图30是来自换能器阵列的力的计算机仿真。

具体实施方式

通过参考下文优选实施方式以及其中所包括实施例的具体描述，可以更容易地理解本发明。在下文说明以及所附权利要求中，引用了许多用语，这些用语应当定义为具有下列意义。

单数形式的“一”、“一种”和“该”包括复数的所指对象，除非上下文明确指明。

在本说明书中以及权利要求中使用时，用语“包含”可以包括“由...组成”和“基本上由......组成”的实施例。