專利名稱：具有電極特性的超聲處理腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及用于對如水性流出物的液體進行超聲處理和電解的系統(tǒng)，具體用 于對流動液體進行超聲處理和電解；更具體地，涉及包括處理腔的系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于對水性 流出物進行超聲處理和電解以處理水性流出物中的一種或多種組份。
背景技術(shù)：
必須對大量液體進行處理以遵守關(guān)于向環(huán)境排放的政府法律。例如，許多水流通 常包括一種或多種雜質(zhì)，例如，懸浮固體、溶解的有機物質(zhì)、微生物、溶解的礦物質(zhì)等。另一 個例子為織物印染工藝。具體而言，在幾乎所有織物印染工藝中，所用著色劑的一部分都沒 有與基質(zhì)結(jié)合。這些未結(jié)合的染料和反應物通常由水沖洗過程去除，從而產(chǎn)生大量必須以 對環(huán)境而言可接受的方式處理掉的水性流出物。此外，在進行處理前，通常還需要對廢水 (即水性流出物)進行處理，以消滅、去除和/或氧化細菌、孢子和其他微生物。之前用于處理掉水性流出物中的組份的嘗試是使流出物經(jīng)過連續(xù)化學反應器，如 包括具有特定表面功能的吸附性珠子或微粒的活塞流反應器，通過這些反應器，流出物中 的染料和其他廢物組份得到吸附。具體而言，將珠子或微粒封裝在活塞流反應器中的柱狀 物里面，對水性流出物進行泵吸使之流經(jīng)該柱狀物，從而暴露珠子或微粒的表面以吸附流 出物中的組份。這部分組份可以被珠子或微粒的表面或其中的小孔吸附。用如傳統(tǒng)活塞流反應器中的柱狀物來處理水性流出物的一個問題是，待吸附的許 多組份(如染料和反應物)必須通過圍繞珠子或微粒的液力邊界層。該邊界層對于這些組 份而言是阻力源，這會延長吸附過程、增加去除水性流出物中未結(jié)合組份的時間和成本。之前用來降低去除水性流出物中的組份所需的吸附時間的一種嘗試是增加活塞 流反應器中的處理流的流速。這會減小液力邊界層的厚度，由此增加向珠子和微粒表面?zhèn)?送組份的速率。然而，該方案使得對于吸附過程而言在活塞流反應器中的停留時間較短。此 夕卜，反應器上的壓力降會增大，因而需要較大幾何形狀的活塞流反應器和處理設備。其他的嘗試采用基于臭氧的凈化。然而，歷史上，臭氧凈化并未用于高濃度污染 物，這是因為難以將足夠的臭氧加到水里，而且，資金和能量成本也很高。因而，必須用其它 替代方法來處理掉具有高濃度污染物的水性流出物。例如，制造殺蟲劑和除草劑中間產(chǎn)品 的廢水可能包括10，000單位的COD (化學需氧量)，這些廢水被運走并作為危險垃圾深井灌 注，否則的話，硝基酚會對市政處理工廠造成毒害。此外，這些高濃度廢流體泡沫很多。使 用如臭氧的氣體氧化污染物會引起穩(wěn)定的泡沫形成泵和隨之而來的空化問題。基于前述內(nèi)容，本領(lǐng)域需要一種處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)既可以防止形成厚的液力邊界 層，從而可以更快更有效地去除水性流出物中的組份，又可以容易地去除水性流出物中的 甚至高濃度廢棄組份。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一方面，用于處理液體的處理腔總體包括具有縱向相對端和內(nèi)部空間的細長外殼。該外殼總體上在其至少一個縱向端封閉，并具有至少一個輸入端口和至少一個輸出 端口，該輸入端口將液體接納至外殼的內(nèi)部空間，在對液體進行超聲處理后再通過該輸出 端口將液體排出外殼。輸出端口和輸入端口縱向間隔開，使得液體在外殼的內(nèi)部空間內(nèi)沿 縱向從輸入端口流到輸出端口。細長超聲波導組件在外殼的內(nèi)部空間內(nèi)縱向延伸并可工作 在預定的超聲頻率以對外殼內(nèi)流過的液體施加超聲能量。波導組件包括細長超聲變幅桿(ultrasonic horn)，其至少部分放置在外殼的輸 入端口和輸出端口之間并具有定位成和外殼內(nèi)從輸入端口流到輸出端口的液體相接觸的 外表面。多個分立的攪動構(gòu)件以縱向彼此間隔開的關(guān)系與輸入端口和輸出端口之間的變幅 桿外表面接觸并從外表面橫向向外延伸。攪動構(gòu)件和變幅桿構(gòu)造并設置成在變幅桿以預定 頻率超聲震動時攪動構(gòu)件相對于變幅桿動態(tài)運動并工作于與預定頻率和腔內(nèi)被處理液體 相對應的攪動構(gòu)件的超聲空化模式。電流源另外與變幅桿的外表面和外殼的側(cè)壁電接觸， 從而在外殼的內(nèi)部空間內(nèi)產(chǎn)生電極電勢。一個特別優(yōu)選的實施例中，處理腔還包括至少第 一絕緣構(gòu)件和第二絕緣構(gòu)件，使外殼和波導組件電絕緣。根據(jù)另一方面，用于處理液體的處理腔總體上包括細長外殼，該細長外殼具有縱 向相對端、內(nèi)部空間、用于將液體接納至外殼內(nèi)部空間的第一輸入端口和第二輸入端口以 及用于在對液體進行超聲處理后使液體通過其排出外殼的至少一個輸出端口。該輸出端口 和第一輸入端口及第二輸入端口縱向間隔開，使得液體在外殼的內(nèi)部空間內(nèi)沿縱向從輸入 端口流到輸出端口。第一細長超聲波導組件在外殼內(nèi)部空間內(nèi)縱向延伸并可工作在第一預 定超聲頻率，以對外殼內(nèi)流過的液體施加超聲能量。第二細長超聲波導組件在外殼的內(nèi)部 空間內(nèi)縱向延伸并且其取向和第一細長超聲波導組件平行。第二波導組件可工作在第二預 定超聲頻率，以對外殼內(nèi)流過的液體施加超聲能量。第一波導組件包括第一細長超聲變幅桿，其至少部分放置在外殼的第一輸入端口 和輸出端口之間并具有定位成和外殼內(nèi)從輸入端口流到輸出端口的液體相接觸的外表面。 第二波導組件包括第二細長超聲變幅桿，其至少部分放置在外殼的第二輸入端口和輸出端 口之間并具有定位成和外殼內(nèi)從第二輸入端口流到輸出端口的液體相接觸的外表面。獨立 構(gòu)造第一變幅桿和第二變幅桿，使得可以響應于第一變幅桿和第二變幅桿分別在第一預定 超聲頻率和第二預定超聲頻率下的超聲震動產(chǎn)生縱向位移和徑向位移。多個攪動構(gòu)件與第 一輸入端口和輸出端口之間的第一變幅桿的外表面接觸并從所述外表面橫向向外延伸。另 外的多個攪動構(gòu)件與第二輸入端口和輸出端口之間的第二變幅桿的外表面接觸并從所述 外表面橫向向外延伸。第一變幅桿和第二變幅桿的攪動構(gòu)件分別包括總體上從第一變幅桿 和第二變幅桿的外表面橫向向外延伸的橫向部分。此外，從第一變幅桿向外延伸的多個攪 動構(gòu)件中的每一個攪動構(gòu)件彼此縱向間隔開，而且，從第二變幅桿向外延伸的多個攪動構(gòu) 件中的每一個攪動構(gòu)件彼此縱向間隔開。電流源另外與第一變幅桿的外表面和第二變幅桿 的外表面電接觸，從而在外殼的內(nèi)部空間內(nèi)產(chǎn)生電極電勢。一個特別優(yōu)選的實施例中，處理 腔還至少包括第一絕緣構(gòu)件和第二絕緣構(gòu)件，其使外殼和第一波導組件電絕緣；還至少包 括第三絕緣構(gòu)件和第四絕緣構(gòu)件，其使外殼和第二波導組件電絕緣。根據(jù)另一方面，用于處理液體的處理腔總體上包括細長外殼，該細長外殼具有縱向相對端、內(nèi)部空間、用于將液體接納至外殼內(nèi)部空間的至少一個輸入端口以及在對液體 進行超聲處理后通過其將液體排出外殼的至少一個輸出端口。輸出端口和輸入端口橫向間隔開，使得液體在外殼的內(nèi)部空間內(nèi)沿橫向從輸入端口流到輸出端口。第一細長超聲波導 組件在外殼的內(nèi)部空間內(nèi)橫向延伸并可工作在第一預定超聲頻率，以對外殼內(nèi)流過的液體 施加超聲能量。第二細長超聲波導組件在外殼內(nèi)部空間內(nèi)橫向延伸并且其取向與第一細長 超聲波導組件水平。第二波導組件可工作在第二預定超聲頻率，以對外殼內(nèi)流過的液體施 加超聲能量。第一波導組件包括第一細長超聲變幅桿，其至少部分放置在外殼的輸入端口和輸出端口之間并具有定位成和外殼內(nèi)從輸入端口流到輸出端口的液體相接觸的外表面。第二 波導組件包括第二細長超聲變幅桿，其至少部分放置在外殼的輸入端口和輸出端口之間并 具有定位成和外殼內(nèi)從第二輸入端口流到輸出端口的液體相接觸的外表面。獨立構(gòu)造第一 變幅桿和第二變幅桿中的每一個，使得可以響應于第一變幅桿和第二變幅桿分別在第一預 定超聲頻率和第二與超聲頻率下的超聲震動產(chǎn)生橫向位移和軸向位移。多個攪動構(gòu)件與輸 入端口和輸出端口之間的第一變幅桿的外表面接觸并從所述外表面橫向向外延伸。另外的 多個攪動構(gòu)件與輸入端口和輸出端口之間的第二變幅桿的外表面接觸并從所述外表面橫 向向外延伸。第一變幅桿和第二變幅桿的攪動構(gòu)件分別獨立包括總體從第一變幅桿和第二 變幅桿的外表面橫向向外延伸的橫向部分。此外，從第一變幅桿向外延伸的多個攪動構(gòu)件 中的每一個攪動構(gòu)件彼此橫向間隔開，而且，從第二變幅桿向外延伸的多個攪動構(gòu)件中的 每一個攪動構(gòu)件彼此橫向間隔開。電流源另外與第一變幅桿的外表面和第二變幅桿的外表 面電接觸，從而在外殼的內(nèi)部空間內(nèi)產(chǎn)生電極電勢。根據(jù)另一方面，用于處理液體的處理腔總體上包括細長外殼，該細長外殼具有縱 向相對端、內(nèi)部空間、用于將液體接納至外殼內(nèi)部空間的至少一個輸入端口以及在對液體 進行超聲處理后通過其將液體排出外殼的至少一個輸出端口。輸出端口和輸入端口橫向間 隔開，使得液體在外殼的內(nèi)部空間內(nèi)沿橫向從輸入端口流到輸出端口。第一細長超聲波導 組件在外殼的內(nèi)部空間內(nèi)橫向延伸并可工作在第一預定超聲頻率，以對外殼內(nèi)流過的液體 施加超聲能量。第二細長超聲波導組件在外殼的內(nèi)部空間內(nèi)橫向延伸并且其取向與第一細 長超聲波導組件水平。第二波導組件可工作在第二預定超聲頻率，以對外殼內(nèi)流過的液體 施加超聲能量。第一波導組件包括第一細長超聲變幅桿，其至少部分放置在外殼的輸入端口和輸 出端口之間并具有定位成和外殼內(nèi)從輸入端口流到輸出端口的液體相接觸的外表面。第二 波導組件包括第二細長超聲變幅桿，其至少部分放置在外殼的輸入端口和輸出端口之間并 具有定位成和外殼內(nèi)從第二輸入端口流到輸出端口的液體相接觸的外表面。第二變幅桿配 置為中空圓柱形，其中第一變幅桿設置在第二變幅桿的邊之間。獨立構(gòu)造第一變幅桿和第 二變幅桿中的每一個，使得可以響應于第一變幅桿和第二變幅桿分別在第一預定超聲頻率 和第二與超聲頻率下的超聲震動產(chǎn)生橫向位移和軸向位移。多個攪動構(gòu)件與輸入端口和輸 出端口之間的第一變幅桿的外表面接觸并從所述外表面橫向向外延伸。另外的多個攪動構(gòu) 件與輸入端口和輸出端口之間的第二變幅桿的外表面接觸并從所述外表面橫向向外延伸。 第一變幅桿和第二變幅桿的攪動構(gòu)件分別獨立包括總體從第一變幅桿和第二變幅桿的外 表面橫向向外延伸的橫向部分。此外，從第一變幅桿向外延伸的多個攪動構(gòu)件中的每一個 攪動構(gòu)件彼此橫向間隔開，而且，從第二變幅桿向外延伸的多個攪動構(gòu)件中的每一個攪動 構(gòu)件彼此橫向間隔開。電流源另外與第一變幅桿的外表面以及第二變幅桿的第一臂構(gòu)件和第二臂構(gòu)件中的至少一個電接觸，從而在外殼的內(nèi)部空間內(nèi)產(chǎn)生電極電勢。本發(fā)明的其他特征在下文中部分是顯然的還有部分其他特征在下文中進行描述。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例用于對液體進行超聲處理和電解的處理腔的示意 圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明第二實施例用于對液體進行超聲處理和電解的處理腔的示意 圖；圖2B是圖2的處理腔的俯視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第三實施例用于對液體進行超聲處理和電解的處理腔的示意 圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第四實施例用于對液體進行超聲處理和電解的處理腔的示意 圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第五實施例用于對液體進行超聲處理和電解的處理腔的示意 圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第六實施例用于對液體進行超聲處理和電解的處理腔的示意 圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第七實施例用于對液體進行超聲處理和電解的處理腔的示意 圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第八實施例用于對液體進行超聲處理和電解的處理腔的示意 圖。所有圖中相應的參考符號指示相應的部件。
具體實施例方式現(xiàn)在，具體參看圖1，一個實施例中，用于處理液體的系統(tǒng)總的包括總體以121指 示的處理腔，其用于對液體進行超聲處理和電解。應該理解，本發(fā)明的處理腔用于某些應用 時，可以并不對液體進行電解。例如，處理腔用于將各個組份混合在一起時，不需要或不希 望進行電解。然而，處理腔具有電極類的特性，可以改善組份混合和其他化學反應。具體而 言，已發(fā)現(xiàn)許多從化學上難以進行或不能進行的反應，可以輕易簡便地以電化學方式實現(xiàn) (如，產(chǎn)生活性物質(zhì)，例如超氧化離子、羥基、過氧化物、二氧化碳陰離子基、氫原子、金屬氫 化物、商素等)。此外，通過電化學處理過程來處理液體和反應可以提供各種其他益處，包 括需要的能量少很多；過程危險性較?。惶幚碇行枰奈廴拘愿碑a(chǎn)品最少或被消除；和多 步化學反應相比，電化學過程更簡單；起始原料更便宜且更易獲得。這里所用的術(shù)語“液體”意指單組份液體、包括兩種或更多種組份的溶液(其中至 少一種組份是如液體_液體混合物的液體)、液體_氣體混合物、或者是攜帶有顆粒物的液 體、或其他粘性液體。圖1示意性地示出處理腔121，這里，參考使用該處理腔來通過向腔內(nèi)的液體溶液 施加超聲能量除去該溶液中的一種或多種組份來進一步描述該處理腔；處理腔具有電極電 勢，具體用于電解溶液(如，將如水和氨水這樣的化合物分解成較簡單的組份(如，氧、氮、氫等)并用于還原金屬離子以便液體溶液中的金屬(如金、銅、銀等)從溶液中沉淀出來， 然后除去液體溶液中的一種或多種組份)。還應理解，處理腔121可用于不是用來電解溶液 的液體處理系統(tǒng)，而是用于在其中對液體的超聲攪拌至少部分包括所需的液體處理的液體 處理系統(tǒng)。具體而言，處理腔121適用于在一系列如連續(xù)的流動過程(其中流體連續(xù)流過處 理腔)中需要對液體溶液進行超聲攪動(如下文更加詳述的，與對溶液施加電極電勢相結(jié) 合)的液體處理系統(tǒng)。例如，一個具體應用中，如上所述，對廢水進行處理以在被處理掉前 消滅、去除和/或氧化微生物。本發(fā)明的處理腔可以通過將臭氧氣體噴射到腔內(nèi)同時加入 過氧化氫來實現(xiàn)以上處理。此外，如下文所述的超聲變幅桿工作于空化模式，以增強廢水中 的化合物和臭氧氣體以及過氧化氫之間的聲化學作用。由于本發(fā)明的處理腔還作為電極類 型系統(tǒng)充電，該腔還可引入氧化還原反應以除去廢水中的化合物。超聲處理腔的其他可預見用途的例子包括但不限于混合溶液、顏料和其他粘性材料(如墨水溶液)；食物加工和處理；除去溶液中的氣體(例如，如氧氣、氮氣等的氣體)； 以及增強化學反應，例如，如聲化學中常見的，其中對化學反應進行激勵以加速反應。雖然 如此，可以預見，處理腔121可用于按照批量過程而不是連續(xù)流動過程來處理液體的液體 處理系統(tǒng)，這依然在本發(fā)明公開范圍內(nèi)。處理腔121的其他可預見用途的例子包括但不限于混合塑料業(yè)所用的樹脂和固 化劑；混合紙漿和化學添加劑，如漂白劑、濕強劑、淀粉、染料、酶、填料、抗泥(anti-slime) 齊U、硅酮添加劑等；混合造紙和紙巾(tissue)業(yè)中使用的化合物，如用于涂布的粘土漿、聚 合添加劑如濕強樹脂、淀粉懸浮液、硅酮化合物、乳液、填料懸浮液等；混合樹脂和著色劑、 填料及其他化合物；混合不混溶相以制備乳狀液，如食品乳狀液、化妝品(例如用于防曬產(chǎn) 品、護手乳液、唇膏化合物等)、清潔劑(包括油和水的納米乳)、藥物化合物等；以及混合著 色劑和其他化合物以形成化妝品，如染發(fā)劑。處理腔121的其他可預見用途包括但不限于除去混合物中的氣體以簡化后續(xù)處 理并減少孔隙成形；給回收的造紙纖維脫墨，其中超聲能量(結(jié)合電解)可以幫助除墨(特 別是在有酶、清潔劑或其他化學品存在時)；將油、奶酪或其他食材氫化，其中必須將氣體 和漿料或液體混合；將牛奶和其他化合物均質(zhì)化；加入生物反應器和發(fā)酵單元內(nèi)，其中必 須將易損的細胞和滋養(yǎng)物及其他化合物混合而不能存在可能損傷細胞的劇烈機械剪切力； 處理廢水和/或肥料，其中可能需要將各種添加劑和氣泡與漿料混合；生產(chǎn)石化產(chǎn)品(例 如潤滑油混合物、汽油混合物、蠟混合物等)以及由石化產(chǎn)品衍生的化合物；加工面團(例 如，混合要加入面粉中的制劑組合物或加工面團自身，這可導致增強的面筋斷裂等)。處理 腔121還可用于包括漿料、涉及單相或多相的化學反應器內(nèi)。在其他可預見用途中，處理腔121可用于從涂布溶液中去除殘存的氣泡，這些涂 布溶液用于凹版印刷涂布、邁耶(meyer)棒涂布或需要將其用于從溶液中去除氣泡的任意 其他涂布應用。在如圖1所示的特別優(yōu)選的實施例中，處理腔121總體是細長的，具有總的 (general)入口端部(inlet end) 125 (所示實施例的下端)和總的出口端部(outlet end) 127 (所示實施例的上端)。處理腔121設置成使流體(如液體溶液；本文的一些實施 例中也稱之為水性流出物)通常從處理腔121的入口端部125進入處理腔121，通常在腔內(nèi)縱向流過(如，在所示實施例中為向上流)，并通常從腔的出口端部127流出腔外。本文中所用的“上”和“下”兩詞是針對各圖所示的處理腔121的豎直朝向而言， 而不是為了描述使用腔時的必須朝向。即，雖然腔121最適于如各圖所示豎直定向，同時使 腔的出口端部127位于入口端部125之上，但是，應該理解，腔的朝向也可以設定成使得入 口端部位于出口端部之上，或者，可以不是豎直朝向的(參看圖4-6)，這仍落入本發(fā)明范圍內(nèi)。術(shù)語“軸向”和“縱向”在本文中方向性地表示腔121的豎直方向(例如，端到端， 如圖1所示實施例中的豎直方向)。術(shù)語“橫向”、“橫的”和“徑向”在此指垂直于軸向(例 如縱向)的方向。術(shù)語“內(nèi)”和“外”也用于指橫切于處理腔121軸向的方向，其中術(shù)語“內(nèi)” 表示向著腔內(nèi)部的方向，而術(shù)語“外”則表示向著腔外部的方向。處理腔121的入口端部125和總體以129指示的適當輸送系統(tǒng)流體連通，該輸送 系統(tǒng)用于將一種或多種液體溶液導引至腔121，更適于將一種或多種液體溶液導引流過腔 121。雖然圖中未示出，本領(lǐng)域技術(shù)人員應該理解輸送系統(tǒng)129可以包括一個或多個泵，用 于將來自其各自源的各種相應溶液通過適當?shù)墓艿?未示出)抽送到腔121的入口端部 125。應該理解，輸送系統(tǒng)129可配置為將多于一種液體溶液(如混合液體溶液時)輸 送到處理腔121，這不脫離本發(fā)明的范圍。還可以預見，不同于圖1所示和這里所述的輸送 系統(tǒng)可用于將一種或多種溶液輸送到處理腔121的入口端部125，這也不脫離本發(fā)明的范圍。此外，入口端部125可以和總體以171指示的空氣噴射頭流體連通，其被設計成迫 使空氣進入外殼的內(nèi)部。空氣噴射頭171促使液體流橫向向內(nèi)流向變幅桿，從而有助于對 液體施加超聲能量(即攪動)。通常，迫使空氣經(jīng)過多孔介質(zhì)，以產(chǎn)生小的氣泡。希望處理 腔中使用的空氣噴射頭的氣體擴散器的孔隙度為中等到細小，氣體流速為約0. 01升/分鐘 到約100升/分鐘，更適宜地，為約10升/分鐘到約50升/分鐘。此外，空氣噴射頭迫使 空氣進入外殼內(nèi)部的氣壓為約0. 2psi到約IOOpsi，更適宜地，為約IOpsi到約50psi，這取 決于所需的氣體流速和處理系統(tǒng)的背壓。還是參看圖1，處理腔121包括限定處理腔121內(nèi)部空間153的外殼151，輸送到 腔內(nèi)的液體流過該內(nèi)部空間153從處理腔的入口端部125流到出口端部127。適當?shù)?，外?151包括細長管155，其大體上至少部分限定腔121的側(cè)壁157。管155可以具有在其中形 成的一個或多個輸入端口(inlet port)(圖1示出一個這樣的輸入端口，用159表示)，一 種或多種待在腔121內(nèi)處理的溶液通過輸入端口被輸送到腔121的內(nèi)部空間153。本領(lǐng)域 技術(shù)人員應該理解，外殼的入口端部可以包括多于一個的端口。例如，雖然未示出，外殼可 以包括兩個輸入端口，其中，適當?shù)?，第一輸入端口和第二輸入端口彼此平行且間隔開。此 夕卜，如圖2A所示，外殼可以包括兩個入口端部269和279。兩個入口端部269和279還可以 各自包括至少一個輸入端口(總的分別以235和245指示)。此外，一個適當?shù)膶嵤├校鈿み€包括連接并安裝到管的一端的輸入環(huán)(未示 出)，以進一步(和輸入端口一起)限定腔的入口端部。腔的入口端部的輸入環(huán)通常是環(huán)形 的，其中形成有至少一個輸入端口，更適宜地有多個輸入端口，用于將液體溶液接收到腔的 內(nèi)部空間中。至少一個輸入端口的朝向相對于環(huán)形環(huán)總體成切向，這樣，液體總體以切向方向流入腔的內(nèi)部空間，從而在液體進入腔時引起液體的渦旋動作。更適宜地，設置一對彼此 平行對準的輸入端口，其通常相對于環(huán)形環(huán)切向延伸，這里，一個端口被指定為外部輸入端 口，另一個端口被指定為內(nèi)部輸入端口。雙切向輸入端口結(jié)構(gòu)對于在腔內(nèi)對液體溶液進行超聲處理和電解之前對兩種或 多種組份進行初始混合在一起而言是非常有用。在該結(jié)構(gòu)的一個特別適宜的應用中，有待 在腔內(nèi)處理的液體包括兩種或多種液體，粘性最低的液體被引導經(jīng)過外部輸入端口流入腔 內(nèi)，而粘性最高的液體被引導經(jīng)過內(nèi)部輸入端口流入腔內(nèi)。經(jīng)過外部輸入端口的較低粘性 成份的流傾向于將較高粘性的成份拉入腔的內(nèi)部空間，從而加快將較高粘性成份引入腔的 速度。該動作和由液體組份被引導進腔內(nèi)的切向方向所造成的渦旋動作相結(jié)合，有助于 在液體溶液進一步流過腔進行超聲處理和電處理之前對這兩種組份進行初始混合。如果需 將其他組份加入混合物，可以通過在腔側(cè)壁上形成的輸入端口將這些組份輸送到腔的內(nèi)部 空間。輸入環(huán)還可以具有另一組切向輸入端口和一對大體為豎直朝向的輸入端口。然而， 應該理解，不必將任何一個端口相對于輸入環(huán)切向朝向，仍落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。還可以 預見可以徹底省略輸入環(huán)，這樣，所有待混合在一起的組份被輸送至腔側(cè)壁上形成的輸入 端□?，F(xiàn)在參看圖2A，一個實施例中，外殼251可以包括連接到側(cè)壁257的縱向相對端并 基本將縱向相對端封閉的封蓋263，封蓋263上具有至少一個輸出端口 265，其通常用于限 定處理腔221的出口端部227。腔221的側(cè)壁257 (例如，由細長管255限定)具有內(nèi)部表 面267，內(nèi)部表面267和波導組件(或者如下文所述的總體由201和203指示的多個波導組 件)以及封蓋263共同限定腔的內(nèi)部空間253。在所示實施例中，管255通常是圓柱形的， 這樣，腔側(cè)壁257的橫截面大體是環(huán)形的。然而，可以預見，腔側(cè)壁257的橫截面也可以是 除環(huán)形以外的形狀，比如多邊形的或者其他適當形狀，這仍在本發(fā)明范圍內(nèi)。適當?shù)兀?腔221的腔側(cè)壁257由透明材料構(gòu)成，雖然可以理解的是也可以使用任何適當?shù)牟牧希灰?該材料和腔中處理的液體溶液、該腔工作所處的壓力以及腔內(nèi)的其他環(huán)境條件(如溫度) 相兼容?，F(xiàn)在再參看圖1，總體用101指示的波導組件至少部分在腔121的內(nèi)部空間153內(nèi) 縱向延伸，以對腔121的內(nèi)部空間153內(nèi)流動的液體(及液體溶液的任何其他組份)施加 超聲能量。具體而言，所示實施例的波導組件101從腔121的下端或入口端部125縱向向 上延伸至腔的內(nèi)部空間153，然后延伸至設置在輸入端口(例如，所示的輸入端口 159)中間 的波導組件的末端(terminal end) 113。雖然在圖1和2A中示出的波導組件縱向延伸到腔 121的內(nèi)部空間153，但是，如圖4-6具體所示，本領(lǐng)域技術(shù)人員應該理解，波導組件可以自 腔外殼側(cè)壁橫向延伸并水平經(jīng)過腔的內(nèi)部空間。典型地，如下文所述，波導組件101直接或 間接安裝到腔外殼151上。 還參看圖1，波導組件101適當?shù)匕傮w用133指示的細長變幅桿組件，其完全 放置在輸入端口 159和輸出端口 165之間的外殼151的內(nèi)部空間153內(nèi)，以完全浸在腔121 內(nèi)所處理的液體中；更恰當?shù)?，在所示實施例中，變幅桿組件133和腔側(cè)壁157同軸對準。 變幅桿組件133的外表面107與側(cè)壁157的內(nèi)表面167共同限定腔121的內(nèi)部空間153內(nèi) 的流動通道，液體及其他組份沿該流動通道流過腔內(nèi)的變幅桿(本文中，這一部分流動通道廣義地稱為超聲處理區(qū)域)。變幅桿組件133具有限定變幅桿組件末端的上端(因而也 限定波導組件的末端113)和縱向相對的下端111。雖然未示出，特別優(yōu)選的是，波導組件 101還包括和變幅桿組件133的下端111同軸對準且在其上端連接到變幅桿組件133的下 端111的增強器。然而，應該理解，波導組件101可以只包括變幅桿組件133，這依然落入本 發(fā)明范圍內(nèi)?？深A見，增強器可以完全放置在腔外殼151之外部，同時變幅桿組件133安裝 在腔外殼151上，這不脫離本發(fā)明的范圍。適當?shù)?，波導組件101，更具體地是增強器在其上端通過安裝構(gòu)件(未示出)安裝 在腔外殼151上，例如，安裝在限定腔側(cè)壁157的管155上，該安裝構(gòu)件用于震動隔離波導 組件(其在工作時超聲震動)和處理腔外殼。即，安裝構(gòu)件防止波導組件101的縱向和橫 向機械震動傳導到腔外殼151，同時保持波導組件(具體為變幅桿組件133)在腔外殼內(nèi)部 空間153內(nèi)的所需橫向位置，并使得變幅桿組件可在腔外殼內(nèi)進行縱向和橫向位移。安裝 構(gòu)件也至少部分(例如同增強器和/或變幅桿組件的下端一起)封閉腔121的入口端部 125。美國專利No. 6，676，003說明并描述了安裝構(gòu)件結(jié)構(gòu)的適當例子，此專利的全部公開 內(nèi)容通過引用與其一致的內(nèi)容而并入本申請。在一個特別適當?shù)膶嵤├?，安裝構(gòu)件是單件結(jié)構(gòu)。更恰當?shù)?，安裝構(gòu)件可以與增 強器整體形成在一起(更廣義而言與波導組件101整體形成)。然而，應該理解，安裝構(gòu)件 可以構(gòu)造為和波導組件101分立的，這依然落入本發(fā)明的保護范圍。還應理解，可以單獨構(gòu) 造安裝構(gòu)件的一個或多個部件，并將它們適當?shù)剡B接或組裝起來。一個適當實施例中，安裝構(gòu)件還構(gòu)造成總體上是剛性的(如，負載情況下抗靜態(tài) 位移)，以保持波導組件101在腔121內(nèi)部空間153內(nèi)的正確對準。例如，一個實施例中的 剛性安裝構(gòu)件可以包括非彈性材料，更適當?shù)貫榻饘?，更加適當?shù)厥呛驮鰪娖?更廣義而 言即波導組件101)使用相同的材料。然而，術(shù)語“剛性”并不意味著安裝構(gòu)件不能響應于 波導組件101的超聲震動而動態(tài)撓曲和/或彎曲。其他實施例中，剛性安裝構(gòu)件可以由在 負載情況下足夠抗靜態(tài)位移的彈性材料構(gòu)成，然而在別的方面，這種材料能夠響應于波導 組件101的超聲震動而動態(tài)撓曲和/或彎曲。至少包括激勵器(未示出)和電源(未示出)的適當超聲驅(qū)動系統(tǒng)131設置在腔 121之外，并且可操作地連接到(未示出的)增強器(更廣義而言連接到波導組件101)， 以對波導組件供能使之超聲機械震動。適當?shù)某曭?qū)動系統(tǒng)131的實例包括可從伊利諾 伊州St. Charles的DukaneUltrasonics購得的Model 20A3000系統(tǒng)和可從伊利諾伊州 Schaumberg 的 Herrmann Ultrasonics 購得的 Model 2000CS 系統(tǒng)。一個實施例中，驅(qū)動系統(tǒng)131可以在約15kHz到約IOOkHz的頻率范圍內(nèi)運行波導 組件101，更適當?shù)?，在約15kHz到約60kHz的范圍內(nèi)，甚至更適當?shù)兀诩s20kHz到約40kHz 的范圍內(nèi)。這種超聲驅(qū)動系統(tǒng)131對本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的，本文無需進一步描述。具體參看圖1，變幅桿組件133包括細長、通常為圓柱形的變幅桿105，其具有外表面107和兩個或更多(即多個)攪動構(gòu)件137，攪動構(gòu)件137連接到變幅桿并且以彼此縱向 間隔開的關(guān)系至少部分從變幅桿的外表面橫向向外延伸。變幅桿105的大小適當?shù)剡x擇為 長度等于大約變幅桿諧振波長的一半(換句話說通常稱為半波波長)。在一個具體實施例 中，變幅桿105適當?shù)嘏渲脼樵谇笆龀曨l率范圍內(nèi)諧振，最適當?shù)闹C振頻率為20kHz。例 如，適當?shù)?，變幅桿105由鈦合金構(gòu)成(例如Ti6A14V)，大小適于諧振于20kHz。工作于該頻率的半波變幅桿105的長度范圍(對應于半波)由此在約4英寸到約6英寸之間，更適 當?shù)卦诩s4. 5英寸到約5. 5英寸之間，甚至更適當?shù)卦诩s5. 0英寸到約5. 5英寸之間，最適 當?shù)拈L度為約5. 25英寸(133. 4mm)。然而，應該理解，超聲處理腔121可以包括其大小以半 波長增加的變幅桿105，這不脫離本發(fā)明的保護范圍。所示實施例中，攪動構(gòu)件137包括一組六個墊圈形狀的環(huán)，其以縱向彼此間隔開的關(guān)系連續(xù)繞變幅桿105的外緣延伸出，并且從變幅桿的外表面橫向(例如，在所示實施 例中為徑向)向外延伸。這樣，每個攪動構(gòu)件137相對于變幅桿105的震動位移繞變幅桿 的外緣相對均一。但是，應該理解，攪動構(gòu)件137無需每個都連續(xù)圍繞變幅桿105的外緣。 例如，攪動構(gòu)件137的形狀相反可以是輻條、葉片、翅片或從變幅桿105的外表面107橫向 向外延伸的其他不連續(xù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件。例如，如圖7所示，六個攪動構(gòu)件中有兩個是T形的，即 701、703、705和707。具體而言，如下文所詳述的，圍繞波節(jié)區(qū)域的兩個攪動構(gòu)件是T形的。 已發(fā)現(xiàn)T形的構(gòu)件產(chǎn)生較強的徑向(如水平方向)聲波，這進一步增加如本發(fā)明中詳述的 空化效應。舉個大小方面的例子，圖1所示實施例的變幅桿組件133的長度為約5. 25英寸 (133. 4mm)，一個環(huán)137適當?shù)卦O置在鄰近變幅桿105的末端113 (因而也鄰近波導組件101 的末端)處，更適當?shù)?，縱向和變幅桿105的末端間隔開約0. 063英寸(1. 6mm)。其他實施 例中，最上面的環(huán)137可以設置在變幅桿105的末端，這依然落入本發(fā)明的保護范圍。每個 環(huán)137的厚度為約0. 125英寸(3. 2mm)，彼此縱向間隔開(環(huán)的相面對的表面之間)的距離 為約 0. 875 英寸(22. 2mm)。應該理解，攪動構(gòu)件137(例如，所示實施例中的環(huán))的數(shù)目在不脫離本發(fā)明的保 護范圍情況下可以多于或少于六個。還應該理解，攪動構(gòu)件137之間的縱向間隔可以和圖 1所示及上文所述不同(例如，間隔更近或更遠)。此外，雖然圖1所示的環(huán)137彼此縱向 均勻間隔開，但是，還可預見存在多于兩個攪動構(gòu)件時，縱向相鄰的攪動構(gòu)件之間的間隔不 需要是均一的，這依然落入本發(fā)明的保護范圍。此外，如圖4-6所示，波導組件在腔內(nèi)部空 間內(nèi)橫向延伸時，攪動構(gòu)件可以彼此橫向間隔開。具體而言，攪動構(gòu)件137的位置至少部分是變幅桿組件133震動時所需的攪動構(gòu) 件震動位移的函數(shù)。例如，在圖1所示實施例中，變幅桿組件133的波節(jié)區(qū)域通常位于變幅 桿105的縱向中心處(例如，位于第三和第四環(huán)之間)。如此處所用且在圖1具體所示的， 變幅桿105的“波節(jié)區(qū)域”指變幅桿構(gòu)件的一段縱向區(qū)域或縱向部分，沿著這一區(qū)域或部 分，在變幅桿超聲震動期間很少出現(xiàn)(或不出現(xiàn))縱向位移，而變幅桿的橫向(例如，所示 實施例的徑向)位移通常最大。適當?shù)?，變幅桿組件133的橫向位移包括變幅桿的橫向膨 脹，但也可以包括變幅桿的橫向運動(如彎曲)。類似的，圖4-6中，即，變幅桿沿腔外殼的 內(nèi)部空間內(nèi)的橫向延伸的情況中，“波節(jié)區(qū)域”指變幅桿構(gòu)件的一段橫向區(qū)域或部分，沿著 這一區(qū)域或部分，在變幅桿超聲震動期間很少出現(xiàn)(或不出現(xiàn))橫向位移，而變幅桿的軸向 (例如，所示實施例的縱向)位移通常最大。圖1所示實施例中，半波變幅桿105的配置為使得波節(jié)區(qū)域具體由波節(jié)平面(即， 存在一個橫穿變幅桿構(gòu)件的平面，在該平面上不出現(xiàn)縱向位移而橫向位移通常最大)限 定。這個平面有時也稱為“波節(jié)點”。相應地，設置成縱向離變幅桿105的波節(jié)區(qū)域較遠的 攪動構(gòu)件137(例如，圖示實施例中的環(huán))主要進行縱向位移，而相對于縱向遠端的攪動構(gòu)件而言，縱向離該波節(jié)區(qū)域較近的攪動構(gòu)件的橫向位移量增加但縱向位移量減小。應該理解，可將變幅桿105配置為使得波節(jié)區(qū)域不是位于變幅桿構(gòu)件的縱向中 心，這不脫離本發(fā)明的保護范圍。還應理解，一個或多個攪動構(gòu)件137可以縱向位于變幅桿 上，以在變幅桿105超聲震動時既相對變幅桿縱向位移又相對變幅桿橫向位移。 還是參看圖1，攪動構(gòu)件137充分構(gòu)造為(例如，就材料和/或尺寸而言，尺寸如 厚度和橫向長度，橫向長度是攪動構(gòu)件從變幅桿105的外表面107橫向向外延伸的距離) 有助于動態(tài)運動，具體而言，有助于攪動構(gòu)件響應于變幅桿的超聲震動而進行的動態(tài)撓曲/ 彎曲。一個特別適當?shù)膶嵗?，對于在處理腔中波導組件101所要工作的給定超聲頻率(這 里也稱為波導組件的預定頻率)以及有待在腔121內(nèi)處理的特定液體，攪動構(gòu)件137和變 幅桿105適當?shù)貥?gòu)造并設置為使攪動構(gòu)件以預定頻率工作于這里所謂的超聲空化模式。如此處所述，攪動構(gòu)件的超聲空化模式指攪動構(gòu)件的震動位移足以引起被處理的 液體在預定超聲頻率下的空化(即，液體中氣泡的形成、增長和破裂坍塌)。例如，當腔內(nèi) 流動的液體包括水性流出物(具體而言為水)且波導組件101將工作在約20kHz的超聲頻 率(即預定頻率)下，則一個或多個攪動構(gòu)件137可適當?shù)貥?gòu)造成提供至少1. 75mils (即 0.00175英寸，即0.044mm)的震動位移，以建立攪動構(gòu)件的空化模式。應該理解，波導組件 101的配置可以不同(例如，材料、大小等)，以實現(xiàn)和所處理的特定液體相關(guān)的所需空化模 式。例如，在所處理的液體的粘性改變時，需要改變攪動構(gòu)件的空化模式。在一個特別適當?shù)膶嵤├?，攪動?gòu)件的空化模式對應于攪動構(gòu)件的諧振模式， 通過該模式，攪動構(gòu)件的震動位移相對于變幅桿的位移被放大。然而，應該理解，攪動構(gòu)件 不工作于其諧振模式時也可出現(xiàn)空化，甚至攪動構(gòu)件的震動位移大于變幅桿的震動位移時 也可出現(xiàn)空化，這不脫離本發(fā)明保護范圍。一個適當實施例中，至少一個攪動構(gòu)件(更適當?shù)厍闆r下所有攪動構(gòu)件)的橫向 長度和攪動構(gòu)件的厚度之比范圍為約2 1到約6 1。再例如，每個環(huán)從變幅桿105的 外表面107向外橫向延伸出的長度為約0.5英寸(12. 7mm)，每個環(huán)的厚度為約0. 125英寸 (3. 2mm)，因而，每個環(huán)的橫向長度和厚度之比為約4 1。然而，應該理解，攪動構(gòu)件的厚度 和/或橫向長度可以和上文所述環(huán)的厚度和/或長度不同，這不脫離本發(fā)明保護范圍。而 且，雖然每個攪動構(gòu)件137 (環(huán))可以適當?shù)鼐哂邢嗤臋M向長度和厚度，但應該理解，攪動 構(gòu)件也可以具有不同的厚度和/或橫向長度。上述實施例中，攪動構(gòu)件的橫向長度還至少部分限定流動通道的大小(并且至少 部分限定其方向)，腔內(nèi)部空間內(nèi)的液體或其他可流動組份沿該流動通道流過變幅桿。例 如，變幅桿的半徑可以為約0. 875英寸(22. 2mm)，每個環(huán)的橫向長度為如上述的約0.5英寸 (12. 7mm)。外殼側(cè)壁的內(nèi)表面半徑為約1. 75英寸(44. 5mm)，這樣，每個環(huán)和外殼側(cè)壁內(nèi)表 面之間的橫向間隔為約0. 375英寸(9. 5mm)。可以預見，變幅桿外表面和腔側(cè)壁內(nèi)表面之間 的間隔和/或攪動構(gòu)件和腔側(cè)壁內(nèi)表面之間的間隔可以大于或小于上述值，這不脫離本發(fā) 明的保護范圍。通常，變幅桿105可由具有適當聲學和機械特性的金屬構(gòu)成。用于構(gòu)造變幅桿105 的適當金屬的例子包括但不限于鋁、蒙耐合金、鈦、不銹鋼和一些合金鋼。還可預見，變幅 桿105的一部分或其全部可用另一種金屬涂布，如銀、鉬、金、鈀、二氧化鉛和銅，僅舉這幾 個為例。在一個特別適當?shù)膶嵤├?，?gòu)成攪動部件137的材料和變幅桿105相同，更適當?shù)?，攪動?gòu)件和變幅桿整體成形。在其他實施例中，一個或多個攪動構(gòu)件137可以與變幅桿 105分開而形成，并連接到變幅桿上。雖然圖1所示攪動構(gòu)件137 (例如，環(huán))相對扁平，即，橫截面相對為長方形，應該 理解，環(huán)的橫截面可以是長方形以外的形狀，這不脫離本發(fā)明范圍。本例中使用的術(shù)語“橫 截面”用于指沿橫向方向(例如，在所示實施例中為相對于變幅桿外表面107的徑向)所獲 得的截面。此外，雖然圖1所示攪動構(gòu)件137 (如環(huán))構(gòu)造為僅具橫向部件，可以預見，一個 或多個攪動構(gòu)件可以具有至少一個縱向(如軸向)構(gòu)件，以在波導組件101超聲震動期間 利用變幅桿的橫向震動位移(例如，位于或靠近圖1所示變幅桿的波節(jié)區(qū)域)的優(yōu)勢。如圖1清楚示意的，變幅桿105的近端和圖1的輸入端口 125適當?shù)乜v向間隔開， 以限定此處稱為液體進入?yún)^(qū)域的位置，在該進入?yún)^(qū)域中，腔外殼151內(nèi)部空間153內(nèi)液體的 初始渦流出現(xiàn)在變幅桿105的上游。該進入?yún)^(qū)域?qū)τ谔幚砬?21被用于將兩種或多種組 份混合在一起的情況特別有用，其中在待混合的組份進入腔外殼151時在進入?yún)^(qū)域發(fā)生的 渦旋動作有助于初始混合。此外，從液體中除去組份時，可能需要使用另一種成份(例如， 過氧化氫)，在液體和處理腔的超聲變幅桿接觸之前，能夠?qū)⒃摮煞莺捅惶幚淼囊后w預先混 合。具體而言，如過氧化氫的附加成份可用作強氧化劑，以更好地從液體中去除化合物。然 而，應該理解，變幅桿105的近端可以比圖1所示的情況更接近輸入端口 125，而且可以基本 鄰近輸入端口以便通常省去進入?yún)^(qū)域，這不脫離本發(fā)明范圍?，F(xiàn)在參看圖2A，總體用245指示的擋板組件設置在腔221的內(nèi)部空間253內(nèi)，具 體而言，其通常橫向鄰近側(cè)壁257的內(nèi)表面267，和變幅桿205通常為橫向相對關(guān)系。一個 適當實施例中，擋板組件245包括一個或多個擋板構(gòu)件247，其鄰近外殼側(cè)壁257的內(nèi)表面 267設置且至少部分從側(cè)壁內(nèi)表面橫向向內(nèi)延伸朝向變幅桿205。更適當?shù)兀粋€或多個擋 板構(gòu)件247從外殼側(cè)壁內(nèi)表面267橫向向內(nèi)延伸至與攪動構(gòu)件237有縱向間隙的位置，攪 動構(gòu)件237從變幅桿205的外表面207向外延伸。術(shù)語“有縱向間隙”此處指平行于變幅桿 205的縱向軸所畫的縱向線既穿過攪動構(gòu)件237又穿過擋板構(gòu)件247。例如，在所示實施例 中，擋板組件245包括五個通常為環(huán)形(即，圍繞變幅桿205連續(xù)延伸)且和六個攪動構(gòu)件 237有縱向間隙的擋板構(gòu)件247。類似的，圖4-6中，波導組件在外殼內(nèi)橫向延伸時，一個或 多個擋板構(gòu)件從外殼側(cè)壁內(nèi)表面橫向向內(nèi)延伸至和攪動構(gòu)件有橫向間隙的位置，攪動構(gòu)件 從變幅桿的外表面向外延伸舉一更具體的例子，圖2A所示的五個環(huán)形擋板構(gòu)件247和上一個尺寸例子中的攪 動構(gòu)件237的厚度相同(即0. 125英寸(3. 2mm))，其彼此之間的縱向間隔(例如，相鄰擋板 構(gòu)件的相對面之間)等于環(huán)之間的縱向間隔(即0. 875英寸(22. 2mm))。每個環(huán)形擋板構(gòu) 件247的橫向長度(例如，從外殼側(cè)壁257內(nèi)表面267向內(nèi))為約0. 5英寸(12. 7mm)，這 樣，擋板構(gòu)件最內(nèi)側(cè)邊緣橫向向內(nèi)延伸超出攪動構(gòu)件237(如環(huán))最外側(cè)邊緣。然而，應該 理解，擋板構(gòu)件247不必橫向向內(nèi)延伸超出變幅桿205的攪動構(gòu)件237的最外側(cè)邊緣，這依 然落入本發(fā)明的保護范圍。 應該理解，擋板構(gòu)件247由此延伸到液體在腔221的內(nèi)部空間253內(nèi)流經(jīng)變幅桿 205(如，在超聲處理區(qū)域內(nèi))的流動通道。因而，擋板構(gòu)件247防止液體沿腔側(cè)壁257的內(nèi) 表面267流過變幅桿205，更適當?shù)?，擋板?gòu)件有助于液體橫向向內(nèi)流向變幅桿，以流過變 幅桿的攪動構(gòu)件，從而有助于對液體施加超聲能量(即攪動)。
為了防止氣泡淤塞或者沿側(cè)壁257的內(nèi)表面267并在每個擋板構(gòu)件247下側(cè)的面上形成氣泡(如，由攪動液體所致的)，在每個擋板構(gòu)件的外邊緣上形成一系列凹口(廣義 而言為開口)(未示出)，以助于氣體(如氣泡)在擋板構(gòu)件的外邊緣和腔側(cè)壁內(nèi)表面之間 流動。例如，在一個特別優(yōu)選的實施例中，在每個擋板構(gòu)件的外側(cè)邊緣上形成彼此等間距的 四個這樣的凹口。應該理解，在擋板構(gòu)件上形成的開口可以位于除擋板構(gòu)件鄰接外殼處的 外側(cè)邊緣之外的位置，這依然落入本發(fā)明范圍。還應該理解，凹口的數(shù)量可以多于或少于如 上述的四個，甚至可以徹底省略凹口。還可預見的是，擋板構(gòu)件247不必須是環(huán)形的，也不必須圍繞變幅桿205連續(xù)延 伸。例如，擋板構(gòu)件247可以圍繞變幅桿205不連續(xù)延伸，例如為輻條、突起、片(segment) 或其他分立結(jié)構(gòu)形式，并從鄰近外殼側(cè)壁257的內(nèi)表面267的位置橫向向內(nèi)延伸。指擋板 構(gòu)件247繞變幅桿連續(xù)延伸的術(shù)語“連續(xù)”并不排除擋板構(gòu)件為兩個或多個以端對端鄰接 關(guān)系排列的弓形片的情況，也就是說，只要這些片之間沒有明顯縫隙即可。美國申請序列號 No. 11/530，311 (2006年9月8日提交)公開了適當?shù)膿醢鍢?gòu)件結(jié)構(gòu)，在此通過對與其一致 的內(nèi)容的引用而并入本申請范圍內(nèi)。同樣，雖然圖2A所示的每個擋板構(gòu)件247通常都是扁平的，例如，具有通常較薄的 長方形橫截面，但是，可以預見，一個或多個擋板構(gòu)件中的每一個的橫截面可以不是通常扁 平或長方形的，以助于氣泡沿腔221的內(nèi)部空間253流動。術(shù)語“橫截面”這里用來指沿橫 向方向(例如，所示實施例中為相對于變幅桿外表面207的徑向)獲得的截面。再參看圖1，處理腔121還連接到如直流發(fā)電機(用120指示)的導電發(fā)電機，以 在腔外殼151的內(nèi)部空間153內(nèi)產(chǎn)生電勢。已發(fā)現(xiàn)，混合如許多電化學反應中所用的液體 時，電化學反應是不均勻的并且是在電化學反應器的電極電解界面處進行的這一事實會造 成弊端。因而，電化學反應器的性能通常受質(zhì)量傳輸和具體電極面積大小的限制。具體而 言，控制化學反應速度的一個主要因素是反應物碰到一起的速度。在普通的電化學反應期 間，即便對系統(tǒng)有任何攪動的話攪動也很小，因而，有助于反應進行的反應物向各個電極的 擴散速率較低。本發(fā)明通過對處理腔充電可以克服這些弊端。具體而言，采用還作為電極 的超聲變幅桿可以對反應質(zhì)量提供必須的攪動。變幅桿工作于空化模式時，如上述所產(chǎn)生 的微流可以使電極類變幅桿周圍的液力邊界層最小化，更理想的情況下，可以將液力邊界 層消除。此外，微流使化學反應物及反應產(chǎn)物運動，這可極大增強電極上發(fā)生的整個化學反 應。如圖1所示，可以通過電線(用122和124指示)把發(fā)電機120連接到腔121和 處理腔121中的一個或多個部件。具體而言，在所示實施例中，電線122和124分別將直流 發(fā)電機120電連接到變幅桿105的末端(例如，波導組件101的末端113)和腔外殼151的 側(cè)壁157。根據(jù)分別用于形成腔外殼的側(cè)壁和波導組件的變幅桿的材料，所產(chǎn)生的電流產(chǎn) 生電極電勢，以使得腔外殼的側(cè)壁表現(xiàn)出典型的陽極特性，變幅桿表現(xiàn)出陰極特性，反之亦 然。通常，本發(fā)明的發(fā)電機120產(chǎn)生的電極電勢范圍為約0. IV到約15V。更適當?shù)兀?極電勢范圍為約0. 5V到約5. OV ；更適當?shù)兀姌O電勢范圍為約1. OV到約3. 0V。此外，電極 電勢在處理腔內(nèi)產(chǎn)生的典型電流密度范圍為約0. lkA/m2到約2kA/m2 ；更適當?shù)?，電流密?可為約lkA/m2到約1. 5kA/m2。
具體而言，根據(jù)處理腔所需目的需要的量確定并產(chǎn)生電極電勢。例如，需要將處理 腔用于去除或電解液體溶液中的組份時，產(chǎn)生的電極電勢就是電解溶液中的特定組份所需 的值。例如，處理腔設計用于電解廢棄水性流出物中的氨水時，產(chǎn)生的電極電勢就是電解氨 水以產(chǎn)生氮和氫所需的電極電勢，即，電極電勢為約0. 77V。類似的，腔設計用于除去水性氯 化鉀溶液中的氯時，產(chǎn)生的電極電勢為約0. 82V。再舉一例，電解水以產(chǎn)生氫和氧所需的電 極電勢為約2. 06V。本領(lǐng)域技術(shù)人員應該理解，上述例子不是限制性的，這是因為可在各個 范圍內(nèi)控制電極電勢，電極電勢還可用于其他用途，例如，這里描述的混合液體溶液和其他 化學反應，這不脫離本發(fā)明范圍。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應該理解，雖然圖1中的發(fā)電機120連接到側(cè)壁157和變幅桿105的末端119，但是，發(fā)電機可以連接到處理腔21的許多個其他區(qū)域，這不脫離本發(fā)明 范圍。具體而言，如圖2A和3-6所示及下文所詳述的，電線可將發(fā)電機連接到多個波導組 件，每個波導組件都完全放置在單個處理腔的腔外殼的內(nèi)部之中。更具體的，如圖2A和圖 3-6所示，有兩個波導組件，每個波導組件有其自身相應的變幅桿，這里，電線將發(fā)電機連接 到每個變幅桿，從而產(chǎn)生作為類陰極的第一變幅桿和作為類陽極的第二變幅桿。應該理解， 可選地，電極電勢也可以對第一變幅桿充電使其作為陽極并對第二變幅桿充電另其作為陰 極，這不脫離本發(fā)明范圍。再參看圖1，通過將腔外殼151的側(cè)壁157和變幅桿105的外表面107連接到發(fā) 電機120而在腔外殼151的內(nèi)部153內(nèi)產(chǎn)生了電極電勢，因而需要使外殼151和波導組件 101電絕緣以保持類電極效應。因而，所示實施例中，通過至少兩個絕緣構(gòu)件10和12把外 殼側(cè)壁157和波導組件101隔離開(因而也和變幅桿105隔離開)。通常，可用本領(lǐng)域公知的任何絕緣材料制造絕緣構(gòu)件10、12。例如，可用公知的許 多無機或有機絕緣材料中的任一種來生產(chǎn)絕緣構(gòu)件10、12。可用于絕緣構(gòu)件10、12的特別 適當?shù)牟牧习ň哂懈呓^緣強度的固體材料，例如，玻璃、聚脂薄膜、聚酰亞胺(kapton)、陶 瓷、酚醛玻璃/環(huán)氧樹脂層壓板等。上面還提到，一些實施例中，處理腔可包括多于一個波導組件，該波導組件具有至 少兩個用于超聲處理并電解液體溶液的變幅桿組件。參看圖2A，處理腔221包括限定腔221 內(nèi)部空間253的外殼251，從兩個橫向相對的入口端部269和279可將液體輸送通過外殼 251。外殼251包括細長的管255，該管255至少部分限定腔221的側(cè)壁257。管255具有 兩個形成于其中的輸入端口 240和245和至少一個輸出端口 265，這兩個輸入端口彼此橫向 相對，有待在腔221內(nèi)處理的一種或多種液體溶液或組份通過這兩個輸入端口輸送到腔的 內(nèi)部空間253，液體一旦經(jīng)過處理后就通過輸出端口 265排出腔221。兩個波導組件201和203至少部分在腔221的內(nèi)部空間253內(nèi)縱向延伸，以對腔 221的內(nèi)部空間253內(nèi)流動的液體施加超聲能量。每個波導組件201和203分別包括總體 分別由233和235指示的細長變幅桿組件，每個變幅桿組件都完全設置在輸入端口 269、279 和輸出端口 265之間的外殼251的內(nèi)部空間253內(nèi)，以完全浸入腔221內(nèi)所處理的液體中。 如上面圖1的單變幅桿組件結(jié)構(gòu)所述，可以單獨構(gòu)造每個變幅桿組件233和235 (包括變幅 桿205和209，以及多個攪動構(gòu)件237和239還有擋板組件245和249)。還參看圖2A，可將發(fā)電機(未示出)分別電連接到兩個變幅桿組件233和235的 變幅桿205和209的外表面207和211，以在腔221的外殼251的內(nèi)部253內(nèi)產(chǎn)生電極電勢。如圖2A所示，第二變幅桿209的外表面221被充電作為陽極，而第一變幅桿205的外表 面207被充電作為陰極(參看圖2B，其中示出第一變幅桿205的末端作為陰極，第二變幅桿 209的末端作為陽極)。應該理解，可選地，第一變幅桿205也可以作為陽極，同時第二變幅 桿209作為陰極，這不脫離本發(fā)明范圍。此外，和圖1的處理腔一樣，用至少第一絕緣構(gòu)件 210和至少第二絕緣構(gòu)件212隔離外殼251和第一波導組件201，用至少第三絕緣構(gòu)件214 和至少第四絕緣構(gòu)件216隔離外殼251和第二波導組件203。
現(xiàn)在參看圖3，處理腔421和圖2A中的處理腔221相似之處在于處理腔421包括 兩個獨立的波導組件401和403。然而，圖3的波導組件401和403在外殼451的內(nèi)部空 間453內(nèi)還通過網(wǎng)狀襯底(mesh substrate) 450隔離開，網(wǎng)狀襯底450在第一波導組件401 和第二波導組件403之間橫向延伸。具體而言，網(wǎng)狀襯底450從總的由463指示(例如，對 應于圖2A的封蓋263)的外殼上側(cè)縱向端(例如第一縱向端)延伸到總的用473指示的外 殼下側(cè)縱向端(如第二縱向端)。網(wǎng)狀襯底通?？梢愿綦x電解液體中的化合物時產(chǎn)生的氣 體。例如，電解氨水時，陽極形成氮氣，陰極形成氫氣。為了隨后進行再銷售，希望使這兩種 氣體彼此分離。此外，網(wǎng)狀襯底可以被用于使形成的離子橫跨處理腔從陽極移動到陰極，以保持 整個液體的離子中性。例如，電解水形成氫氣和氧氣。在陽極形成氧氣和氫離子(H+)，在陰 極形成氫氣和氫氧離子(0H_)。氫和氫氧離子都可以穿過網(wǎng)狀襯底，以保持處理腔的內(nèi)部中 的離子中性。通常，網(wǎng)狀襯底可由本領(lǐng)域公知的任何適當材料制成。例如，用于網(wǎng)狀襯底的一種 具體材料為不銹鋼。其他例子包括，由聚乙烯、聚丙烯和全氟材料制成的網(wǎng)狀襯底。適當?shù)兀?網(wǎng)狀襯底的孔大小為約15微米到約450微米，更適當?shù)兀瑸榧s20微米到約100微米。網(wǎng)狀 襯底的厚度通常為約0. 001英寸到約0. 05英寸，更具體的，為約0. 005英寸到約0. 04英寸。由于處理腔421被網(wǎng)狀襯底450分成兩個室，所以外殼451適于包括多于一個輸 出端口。具體而言，所示實施例中有兩個輸出端口 427和429。更具體地，第一輸出端口 427 使由第一波導組件401處理后的液體排出腔外殼451的內(nèi)部空間453，第二輸出端口 429 使由第二波導組件403處理后的液體排出腔外殼451的內(nèi)部空間453。本領(lǐng)域技術(shù)人員應 該理解，雖然圖3示出兩個輸出端口，但是處理腔421的外殼451可以包括多于兩個輸出端 口，或者僅包括一個輸出端口，這不脫離本發(fā)明的范圍。現(xiàn)在參看圖4，處理腔521通常是細長的，但是和圖1-3不同，處理腔521配置為使 流體從其入口端部535進入處理腔521，大體上橫向地在腔內(nèi)流動(例如，在所示實施例的 朝向中為向右)，并通常從腔521的出口端部527流出腔521。處理腔521包括限定腔521 的內(nèi)部空間553的外殼551，通過外殼551從至少一個輸入端口 569輸送液體。外殼551包 括細長管555，其至少部分限定腔521的側(cè)壁557。外殼551具有兩個縱向相對端，通過這 兩端將有待在腔521內(nèi)處理的一種或多種液體溶液或組份輸送到腔的內(nèi)部空間553(通過 一個或多個輸入端口)，外殼551還具有至少一個輸出端口 565，液體一旦被處理后就通過 該輸出端口排出腔521。兩個波導組件501和503至少部分在腔521的內(nèi)部空間553內(nèi)橫向延伸，以便對 腔521的內(nèi)部空間553內(nèi)流過的液體施加超聲能量。每個波導組件501和503分別包括總 的分別用533和535指示的細長變幅桿組件，每個變幅桿組件完全設置在輸入端口 569和輸出端口 565之間的外殼551的內(nèi)部空間553中，以完全浸入腔521中處理的液體中。所示實施例中，變幅桿組件533和535的末端573和575分別直接面對面。每個變幅桿組件 533和535可以按上述圖1的單個變幅桿組件的結(jié)構(gòu)獨立構(gòu)造(包括變幅桿505和509，以 及多個攪動構(gòu)件537、539和擋板組件(未示出))。還參看圖4，可以將直流電流發(fā)電機(未示出)分別電連接到兩個變幅桿組件533 和535的變幅桿505和509的外表面507和511，以在腔521的外殼551的內(nèi)部空間553內(nèi) 產(chǎn)生電極電勢。如圖4所示，第二變幅桿509的外表面511被充電作為陽極，而第一變幅桿 505的外表面507被充電作為陰極。應該理解，可選地，第一變幅桿505也可以被充電作為 陽極，而第二變幅桿509可被充電作為陰極，這不脫離本發(fā)明的范圍。此外，和圖1和2A的 處理腔一樣，用至少第一絕緣構(gòu)件510和至少第二絕緣構(gòu)件512隔離外殼551和第一波導 組件501，用至少第三絕緣構(gòu)件514和至少第四絕緣構(gòu)件516隔離外殼551和第二波導組件 503。如圖5所示，一些實施例中，兩個或多個波導組件601和603至少部分在腔621的 內(nèi)部空間653內(nèi)橫向延伸，以對腔621的內(nèi)部空間653內(nèi)流過的液體施加超聲能量，變幅桿 組件633和635的末端673和675分別彼此背對。所示實施例中，用和圖3所示網(wǎng)狀襯底類似的網(wǎng)狀襯底650將外殼651內(nèi)部空間 653內(nèi)的波導組件633和635隔開，網(wǎng)狀襯底650在第一波導組件601和第二波導組件603 之間橫向延伸。具體而言，網(wǎng)狀襯底650從總的由663指示(例如，對應于圖2A的封蓋263) 的外殼上側(cè)縱向端(例如第一縱向端)延伸到總的用678指示的外殼下側(cè)縱向端(如第二 縱向端)。所示實施例中，網(wǎng)狀襯底650為第一波導組件601和第二波導組件603提供結(jié)構(gòu) 支撐，更具體地，網(wǎng)狀襯底650構(gòu)造成用于基本將內(nèi)部空間653內(nèi)的第一波導組件601和第 二波導組件603與腔外殼651震動隔離開。和上述圖1的波導組件一樣，第一波導組件601和第二波導組件603可適當?shù)赜?安裝構(gòu)件(未示出)安裝在網(wǎng)狀襯底650上。上述用于圖1所示實施例的安裝構(gòu)件可用作 本實施例的安裝構(gòu)件。由于處理腔621被網(wǎng)狀襯底650分成兩個室，所以外殼651適于包括多于一個輸 入端口(如所示，外殼包括總的用669指示的第一輸入端口和總的用679指示的第二輸入 端口)以及多于一個的輸出端口(如所示，外殼包括總的用627指示的第一輸出端口和總 的用629指示的第二輸出端口)。更具體地，第一輸入端口 669使一種或多種液體溶液進 入腔外殼651的內(nèi)部空間653，以由第一波導組件601進行超聲處理和電解，然后，第一輸 出端口 627使由第一波導組件601處理后的液體排出腔外殼651的內(nèi)部空間653 ；第二輸 入端口 679使一種或多種液體溶液進入腔外殼651的內(nèi)部空間653，以由第二波導組件603 進行超聲處理和電解，然后，第二輸出端口 629使由第二波導組件603處理后的液體排出腔 外殼651的內(nèi)部空間653。另一如圖6所示的替代實施例中，處理腔721總的是細長的，并配置為使得流體 從其入口端部759進入腔721，且總的在腔內(nèi)橫向流動(例如，在所示實施例的朝向中為向 左)，并總的從腔721的出口端部727排出腔721外。處理腔721包括限定腔721內(nèi)部空 間753的外殼751，通過外殼751從至少一個輸入端口 769輸送液體。外殼751包括細長管 755，其至少部分限定腔721的側(cè)壁757。外殼751具有兩個縱向相對的端，通過這兩端將有待在腔721內(nèi)處理的一種或多種液體溶液或組份輸送到腔的內(nèi)部空間753 ；外殼751還具 有至少一個輸出端口 765，液體一旦被處理后就通過該輸出端口排出腔721。 兩個波導組件701和703至少部分在腔721的內(nèi)部空間753內(nèi)橫向延伸，以對腔 721的內(nèi)部空間753內(nèi)流過的液體施加超聲能量。每個波導組件701和703分別包括總體 用733和735指示的細長變幅桿組件，每個變幅桿組件完全設置在輸入端口 769和輸出端 口 765之間的外殼751的內(nèi)部空間753中，以完全浸入腔721中正被處理的液體中。所示實 施例中，總體用709指示的第二波導組件703的第二變幅桿組件735的第二變幅桿配置為 中空的圓柱形。第一波導組件701的第一變幅桿組件733的第一變幅桿構(gòu)件用715指示， 其沿長度方向設置在中空圓柱形的第二變幅桿709內(nèi)。替代實施例中(未示出)，第二變幅桿可以配置為U形的，可以包括兩個臂構(gòu)件。 第一變幅桿構(gòu)件設置在第二變幅桿的第一臂構(gòu)件和第二臂構(gòu)件之間。第一變幅桿和第二變 幅桿構(gòu)件都包括上述攪動構(gòu)件時，該結(jié)構(gòu)使得攪動構(gòu)件的重疊更好，從而產(chǎn)生增強的空化。上述兩個實施例的任一個中，和上面圖1的單變幅桿組件結(jié)構(gòu)一樣，每個變幅桿 組件733和735還可以單獨分別包括多個攪動構(gòu)件737和739以及擋板構(gòu)件(未示出)?，F(xiàn)在參看圖8，處理腔821包括限定腔821內(nèi)部空間853的外殼851，通過外殼851 從三個橫向排列的入口端部869、879和889輸送液體。外殼851包括細長管，其至少部分 限定腔821的側(cè)壁857。管上形成有三個彼此橫向排列的輸入端口 840、845和850，通過這 三個輸入端口將有待在腔821內(nèi)處理的一種或多種液體溶液或組份輸送到腔的內(nèi)部空間 853 ；管還具有至少一個輸出端口 865，液體一旦被處理后通過該輸出端口排出腔821。兩個波導組件801和803至少部分在腔821的內(nèi)部空間853內(nèi)縱向延伸，以對腔 821的內(nèi)部空間853內(nèi)流過的液體施加超聲能量。每個波導組件801和803分別包括總的 分別用833和835指示的板狀細長變幅桿組件，每個變幅桿組件完全設置在輸入端口 869、 879和889以及輸出端口 865之間的外殼851的內(nèi)部空間853中，以完全浸入腔821中正 被處理的液體中。可根據(jù)上述圖1的單變幅桿組件結(jié)構(gòu)單獨構(gòu)造每個變幅桿組件833和 835 (包括變幅桿805和809以及多個攪動構(gòu)件837和839以及擋板組件(未示出))。該結(jié) 構(gòu)中，有攪動構(gòu)件837和839時，這些攪動構(gòu)件是圍繞板狀變幅桿構(gòu)件的外表面的盤式件。此外，在圖8所示處理腔中，如以上對圖2A的處理腔討論的那樣，可將發(fā)電機(未 示出)電連接到變幅桿805和809的外表面。根據(jù)本發(fā)明處理腔的一個實施例進行工作時，處理腔用于除去水性氨溶液中的氮 離子和氫離子(即氨)。具體而言，通過管道將水性氨溶液輸送到(例如，通過上述的泵) 在處理腔外殼上形成的一個或多個輸入端口。這些組份通過輸入端口進入腔內(nèi)部空間時， 輸入端口的朝向可以引起相對的渦旋動作。此外，空氣噴射頭可以和處理腔流體連通，以迫 使空氣進入腔內(nèi)部空間從而進一步引起渦旋動作。根據(jù)上述處理水性氨溶液的實施例，隨著溶液在腔內(nèi)連續(xù)向上流動，驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū) 動波導組件，具體而言驅(qū)動變幅桿組件以預定超聲頻率震動。響應于變幅桿的超聲激勵，從 變幅桿外表面向外延伸的攪動構(gòu)件相對于變幅桿動態(tài)撓曲/彎曲，或橫向位移(取決于攪 動構(gòu)件相對于變幅桿波節(jié)區(qū)域的縱向位置)。水性氨溶液沿變幅桿組件和外殼側(cè)壁內(nèi)表面之間的流動通道連續(xù)縱向流動，這 樣，攪動構(gòu)件的超聲震動和動態(tài)運動在溶液中引起空化，以進一步有助于攪動。擋板構(gòu)件中斷液體沿外殼側(cè)壁內(nèi)表面的縱向流動，反復將流橫向向內(nèi)引導，以流經(jīng)震動的攪動構(gòu)件。此外，外殼側(cè)壁被充電作為陽極，超聲變幅桿作為陰極。因而，在水性氨溶液被推動流過腔外殼的內(nèi)部空間時，帶有負電荷的變幅桿吸引溶液中的銨離子，同時，帶有正電荷 的外殼內(nèi)側(cè)壁排斥銨離子，進一步分離水性氨溶液中的氨。此外，由于產(chǎn)生了空化，溶解的 氨被空化的微泡中的負壓變成氣相。如上所述，處理腔中可使用空氣噴射頭。隨著用空氣 噴射頭將空氣抽入腔內(nèi)的溶液中，在空化的微泡坍塌之前，氣態(tài)氨被傳送到微泡中。然后， 排出的空氣減小了水溶液中溶解的氨的濃度。替代方法中，水性氨溶液中的氨被電解，以形成氮氣和氫氣。具體而言，在作為陽 極充電的外殼側(cè)壁上形成氮氣，在作為陰極充電的超聲變幅桿外表面上形成氫氣。處理腔還可以可選地和后處理系統(tǒng)結(jié)合，后處理系統(tǒng)和處理腔的出口端部流體連 通，用于處理流出腔后具有較低的氮濃度的水溶液。例如，所示處理腔可以和一個或多個壓 力計結(jié)合，以監(jiān)控腔內(nèi)的液壓。還可以沿水溶液的流動通道在處理腔下游設置一個或多個 過濾單元，以濾除特定物質(zhì)，如泥土、碎片或溶液中可能出現(xiàn)的其他污染物(例如，在輸送 到腔內(nèi)的原始水性氨溶液中最初出現(xiàn)的物質(zhì))。例如，一個實施例中，第一過濾單元可構(gòu)造 用于濾除大小大于約0. 5微米的微粒，第一過濾單元下游的第二過濾單元構(gòu)造用于進一步 濾除大小大于約0. 2微米的微粒。然而，應該理解，可以僅使用一個過濾單元，或者可以使 用多于兩個過濾單元，或者可以徹底省掉過濾單元，這不脫離本發(fā)明的范圍。后處理系統(tǒng)還可以包括除氣和氣泡去除單元，該除氣和氣泡去除單元可用于除去 經(jīng)過處理腔中的超聲處理和電解的液體溶液中的氣泡(例如，氮濃度降低的水溶液)。一個 特別適當?shù)膶嵤├?，除氣和氣泡去除單元包括傳統(tǒng)膜接觸器。膜接觸器的結(jié)構(gòu)和工作是 本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，因而這里不做詳細描述。膜接觸器的一個適當例子是可從美國北 卡羅萊納州的Membrane of Charlotte購得的商標名為SuperPhobic的膜接觸器。還可使 用一個或多個傳感器單元，以監(jiān)控水溶液的各種特性，如，PH值、導電性、粘性、溫度、顏色、 表面張力及其他特性，但不限于此。一個實施例中，如將過氧化氫引入處理腔用作從水溶液中除去化合物的氧化劑 時，可能需要使用和過氧化氫反應的后處理單元除去排出的水流中殘留的過氧化氫。例如， 該后處理單元可以包括分解殘留過氧化氫的鉬或銀表面。類似的，引入臭氧以有助于除去 化合物時，可以使用如分解(destruct)單元的后處理單元來分解從處理腔排出的臭氧。后處理之后，由處理腔處理過的溶液可以被導引到具有任意多種應用的存儲容器 或操作設備。用于把處理過的液體輸送到應用設備(applicator)的任何系統(tǒng)都可設置在 后處理系統(tǒng)下游，或者，可以省掉后處理系統(tǒng)，一個系統(tǒng)可以直接和腔的輸出端口連通以把 處理過的液體輸送到后面的應用設備中。介紹本發(fā)明或其優(yōu)選實施例的部件時，冠詞“一” “一個”、“這個”及“所述”意指有 一個或多個部件?！鞍ā?、“包含”以及“具有”等詞的意思是包括在內(nèi)并表示還可以有不同 于所列舉部件的其他部件。由于可在上述結(jié)構(gòu)和方法中進行各種改變而不脫離本發(fā)明的保護范圍，所以包含 在上述說明書及附圖中的所有內(nèi)容都應該被理解為示意性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
一種用于處理液體的處理腔，所述處理腔包括具有縱向相對端和內(nèi)部空間的細長外殼，所述外殼總體上在至少一個縱向端封閉，并具有至少一個輸入端口和至少一個輸出端口，所述輸入端口將液體接納至所述外殼的內(nèi)部空間中，在對液體進行超聲處理后再通過所述輸出端口將液體排出所述外殼，所述輸出端口和所述輸入端口縱向間隔開，使得液體在所述外殼的內(nèi)部空間內(nèi)沿縱向從所述輸入端口流到所述輸出端口；細長超聲波導組件，其在所述外殼的內(nèi)部空間內(nèi)縱向延伸并可工作在預定的超聲頻率以對所述外殼內(nèi)流過的液體施加超聲能量，所述波導組件包括細長超聲變幅桿，其至少部分放置在所述外殼的輸入端口和輸出端口之間并具有定位成和所述外殼內(nèi)從所述輸入端口流到所述輸出端口的液體相接觸的外表面；以及多個分立的攪動構(gòu)件，其以縱向彼此間隔開的關(guān)系與所述輸入端口和所述輸出端口之間的所述變幅桿的外表面接觸并從所述外表面橫向向外延伸，所述攪動構(gòu)件和變幅桿構(gòu)造并設置成在所述變幅桿以預定頻率超聲震動時所述攪動構(gòu)件相對于所述變幅桿動態(tài)運動并工作于與所述預定頻率和所述腔內(nèi)被處理液體相對應的所述攪動構(gòu)件的超聲空化模式；電流源，其與所述變幅桿的外表面和所述外殼的側(cè)壁電接觸，從而在所述外殼的內(nèi)部空間內(nèi)產(chǎn)生電極電勢；以及至少第一絕緣構(gòu)件和第二絕緣構(gòu)件，使所述外殼和所述波導組件電絕緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理腔，其中所產(chǎn)生的所述電極電勢位于約0.IV到約15V的 范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理腔，其中所述電極電勢對所述變幅桿充電使其作為陰 極，并對所述外殼的側(cè)壁充電使其作為陽極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理腔，其中所述電極電勢對所述變幅桿充電使其作為陽 極，并對所述外殼的側(cè)壁充電使其作為陰極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理腔，其結(jié)合空氣噴射頭以將空氣壓入所述外殼的內(nèi)部空間。
6.一種用于處理液體的處理腔，所述處理腔包括具有縱向相對端和內(nèi)部空間的細長外殼，所述外殼總體在至少一個縱向端封閉，并具 有第一輸入端口、第二輸入端口以及至少一個輸出端口，所述第一、第二輸入端口將液體接 納至所述外殼的內(nèi)部空間中，在對液體進行超聲處理后再通過所述輸出端口將液體排出所 述外殼，所述輸出端口和所述第一輸入端口和第二輸入端口縱向間隔開，使得液體在所述 外殼的內(nèi)部空間內(nèi)沿縱向從所述第一輸入端口和第二輸入端口流到所述輸出端口；第一細長超聲波導組件，其在所述外殼的內(nèi)部空間內(nèi)縱向延伸并可工作在第一預定超 聲頻率以對所述外殼內(nèi)流過的液體施加超聲能量，所述第一波導組件包括第一細長超聲 變幅桿，其至少部分放置在所述外殼的第一輸入端口和輸出端口之間并具有定位成和所述 外殼內(nèi)從所述第一輸入端口流到所述輸出端口的液體相接觸的外表面；以及多個分立的攪 動構(gòu)件，其以縱向彼此間隔開的關(guān)系與所述第一輸入端口和所述輸出端口之間的所述第一 變幅桿的外表面接觸并從所述外表面橫向向外延伸，所述攪動構(gòu)件和所述第一變幅桿構(gòu)造 并設置成在所述第一變幅桿以第一預定頻率超聲震動時所述攪動構(gòu)件相對于所述第一變 幅桿動態(tài)運動并工作于與所述第一預定頻率和所述腔內(nèi)被處理液體相對應的所述攪動構(gòu)件的超聲空化模式；第二細長超聲波導組件，其在所述外殼的內(nèi)部空間內(nèi)縱向延伸并且方向和所述第一細 長超聲波導組件平行，所述第二波導組件可工作在第二預定超聲頻率以對所述外殼內(nèi)流過 的液體施加超聲能量，所述第二波導組件包括第二細長超聲變幅桿，其至少部分放置在所 述外殼的第二輸入端口和輸出端口之間并具有定位成和所述外殼內(nèi)從所述第二輸入端口 流到所述輸出端口的液體相接觸的外表面；多個分立的攪動構(gòu)件，其以縱向彼此間隔開的 關(guān)系與所述第二輸入端口和所述輸出端口之間的所述第二變幅桿的外表面接觸并從所述 外表面橫向向外延伸，所述攪動構(gòu)件和所述第二變幅桿構(gòu)造并設置成在所述第二變幅桿以 第二預定頻率超聲震動時所述攪動構(gòu)件相對于所述第二變幅桿動態(tài)運動并工作于與所述 第二預定頻率和所述腔內(nèi)被處理液體相對應的所述攪動構(gòu)件的超聲空化模式；電流源，其與所述第一變幅桿的外表面以及所述第二變幅桿的外表面電接觸，從而在所述外殼的內(nèi)部空間內(nèi)產(chǎn)生電極電勢；以及至少第一絕緣構(gòu)件和第二絕緣構(gòu)件，其使所述外殼和所述第一波導組件電絕緣，以及 至少第三絕緣構(gòu)件和第四絕緣構(gòu)件，其使所述外殼和所述第二波導組件電絕緣。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理腔，其中所述輸出端口是第一輸出端口，所述處理腔還 包括第二輸出端口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理腔，其中所述外殼包括第一縱向端和第二縱向端，并且， 其中所述處理腔還包括橫向位于所述第一波導組件和所述第二波導組件之間并從所述外 殼的第一縱向端延伸到所述外殼的第二縱向端的網(wǎng)狀襯底。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理腔，其中所產(chǎn)生的所述電極電勢位于約0.IV到約15V的 范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理腔，其中所述電極電勢對所述第一變幅桿充電使其作 為陰極，并對所述第二變幅桿充電使其作為陽極。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理腔，其中所述電極電勢對所述第一變幅桿充電使其作 為陽極，并對所述第二變幅桿充電使其作為陰極。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理腔，其中所述第一變幅桿和攪動構(gòu)件共同限定所述第 一波導組件的第一變幅桿組件，所述第一變幅桿組件完全放置在所述外殼的內(nèi)部空間內(nèi)， 并且，其中所述第二變幅桿和攪動構(gòu)件共同限定所述第二波導組件的第二變幅桿組件，所 述第二變幅桿組件完全放置在所述外殼的內(nèi)部空間內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理腔，其中所述第一波導組件的至少一個所述攪動構(gòu)件 包括T形件，所述第二波導組件的至少一個攪動構(gòu)件包括T形件。
14.一種用于處理液體的處理腔，所述處理腔包括具有縱向相對端和內(nèi)部空間的細長外殼，所述外殼總體上在至少一個縱向端封閉，并 具有至少一個輸入端口和至少一個輸出端口，所述輸入端口將液體接納至所述外殼的內(nèi)部 空間，在對液體進行超聲處理后通過所述輸出端口再將液體排出所述外殼，所述輸出端口 和所述輸入端口橫向間隔開，使得液體在所述外殼的內(nèi)部空間內(nèi)沿橫向從所述輸入端口流 到所述輸出端口；第一細長超聲波導組件，其在所述外殼的內(nèi)部空間內(nèi)橫向延伸并可工作在第一預定超 聲頻率以對所述外殼內(nèi)流過的液體施加超聲能量，所述第一波導組件包括第一細長超聲變幅桿，其至少部分放置在所述外殼的輸入端口和第一橫向端之間并具有定位成和所述外 殼內(nèi)從所述輸入端口流到所述輸出端口的液體相接觸的外表面；多個分立的攪動構(gòu)件，其 以橫向彼此間隔開的關(guān)系與所述輸入端口之間的所述第一變幅桿的外表面接觸并從所述 外表面橫向向外延伸，所述攪動構(gòu)件和第一變幅桿構(gòu)造并設置成在所述第一變幅桿以第一 預定頻率超聲震動時所述攪動構(gòu)件相對于所述第一變幅桿動態(tài)運動并工作于與所述第一 預定頻率和所述腔內(nèi)被處理液體相對應的所述攪動構(gòu)件的超聲空化模式；第二細長超聲波導組件，其在所述外殼的內(nèi)部空間內(nèi)橫向延伸并且其取向與所述第一 細長超聲波導組件水平，所述第二波導組件在工作在第二預定超聲頻率以對所述外殼內(nèi)流 過的液體施加超聲能量，所述第二波導組件包括第二細長超聲變幅桿，其至少部分放置在 所述外殼的輸出端口和第二橫向端之間并具有定位成和所述外殼內(nèi)從所述輸入端口流到 所述輸出端口的液體相接觸的外表面；多個分立的攪動構(gòu)件，其以橫向彼此間隔開的關(guān)系 與所述輸出端口之間的所述第二變幅桿的外表面接觸并從所述外表面橫向向外延伸，所述 攪動構(gòu)件和第二變幅桿構(gòu)造并設置成在所述第二變幅桿以第二預定頻率超聲震動時所述 攪動構(gòu)件相對于所述第二變幅桿動態(tài)運動并工作于與所述第二預定頻率和所述腔內(nèi)被處 理液體相對應的所述攪動構(gòu)件的超聲空化模式；電流源，其與所述第一變幅桿的外表面以及所述第二變幅桿的外表面電接觸，從而在 所述外殼的內(nèi)部空間內(nèi)產(chǎn)生電極電勢。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的處理腔，還包括用于總體在所述外殼的第一橫向邊處將所 述第一波導組件安裝到所述外殼上的第一安裝構(gòu)件，所述第一安裝構(gòu)件構(gòu)造成基本上震動 隔離所述第一波導組件和所述第二波導組件以及所述外殼；以及用于總體在所述外殼的第 二橫向邊處將所述第二波導組件安裝到所述外殼上的第二安裝構(gòu)件，所述第二安裝構(gòu)件構(gòu) 造成基本上震動隔離所述第二波導組件和所述第一波導組件以及所述外殼，其中所述第一 橫向邊和第二橫向邊是相對的邊。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的處理腔，還包括至少第一絕緣構(gòu)件和第二絕緣構(gòu)件，其使 所述外殼和所述第一波導組件電絕緣；以及至少第三絕緣構(gòu)件和第四絕緣構(gòu)件，其使所述 外殼和所述第二波導組件電絕緣。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的處理腔，其中所述輸入端口是第一輸入端口，所述輸出端 口是第一輸出端口，所述處理腔還包括第二輸入端口和第二輸出端口，所述第一波導組件 至少部分設置在所述外殼的第一輸入端口和第一輸出端口之間，所述第二波導組件至少部 分設置在所述外殼的第二輸入端口和第二輸出端口之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的處理腔，還包括網(wǎng)狀襯底，其橫向位于所述第一波導組件 和第二波導組件之間并從所述外殼的第一縱向端延伸到所述外殼的第二縱向端。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的處理腔，其中所產(chǎn)生的所述電極電勢位于約0.IV到約15V 的范圍內(nèi)。
20.一種用于處理液體的處理腔，所述處理腔包括具有縱向相對端和內(nèi)部空間的細長外殼，所述外殼總體上在至少一個縱向端封閉，并 具有至少一個輸入端口和至少一個輸出端口，該輸入端口將液體接納至所述外殼的內(nèi)部空 間，在對液體進行超聲處理后再通過所述輸出端口將液體排出所述外殼，所述輸出端口和 所述輸入端口橫向間隔開，使得液體在所述外殼的內(nèi)部空間內(nèi)沿橫向從所述輸入端口流到所述輸出端口；第一細長超聲波導組件，其在所述外殼的內(nèi)部空間內(nèi)橫向延伸并可工作在第一預定超 聲頻率以對所述外殼內(nèi)流過的液體施加超聲能量，所述第一波導組件包括第一細長超聲 變幅桿，其至少部分放置在所述外殼的輸入端口和輸出端口之間并具有定位成和所述外殼 內(nèi)從所述輸入端口流到所述輸出端口的液體相接觸的外表面；多個分立的攪動構(gòu)件，其以 橫向彼此間隔開的關(guān)系與所述輸入端口和所述輸出端口之間的所述第一變幅桿的外表面 接觸并從所述外表面橫向向外延伸，所述攪動構(gòu)件和第一變幅桿構(gòu)造并設置成在所述第一 變幅桿以第一預定頻率超聲震動時所述多個攪動構(gòu)件相對于所述第一變幅桿動態(tài)運動并 工作于與所述第一預定頻率和所述腔內(nèi)被處理液體相對應的所述攪動構(gòu)件的超聲空化模 式；第二細長超聲波導組件，其在所述外殼的內(nèi)部空間內(nèi)橫向延伸，所述第二波導組件可 工作在第二預定超聲頻率以對所述外殼內(nèi)流過的液體施加超聲能量，所述第二波導組件包 括第二細長超聲變幅桿，其至少部分放置在所述外殼的輸入端口和輸出端口之間并具有 定位成和所述外殼內(nèi)從所述輸入端口流到所述輸出端口的液體相接觸的外表面；所述第二 超聲變幅桿配置為中空圓柱形，其中所述第一波導組件的第一超聲變幅桿沿長度方向設置 在所述第二超聲變幅桿的圓柱內(nèi)；多個分立的攪動構(gòu)件，其以橫向彼此間隔開的關(guān)系與所 述輸入端口和所述輸出端口之間的所述第二變幅桿的外表面接觸并從所述外表面橫向向 外延伸，所述攪動構(gòu)件和第二變幅桿構(gòu)造并設置成在所述第二變幅桿以第二預定頻率超聲 震動時所述攪動構(gòu)件相對于所述第二變幅桿動態(tài)運動并工作于與所述第二預定頻率和所 述腔內(nèi)被處理液體相對應的所述攪動構(gòu)件的超聲空化模式；電流源，其與所述第一變幅桿的外表面以及所述第二變幅桿的外表面電接觸，從而在所述外殼的內(nèi)部空間內(nèi)產(chǎn)生電極電勢。
全文摘要
公開了一種具有細長外殼的液體處理腔，液體通過細長外殼從其輸入端口縱向流到輸出端口。細長超聲波導組件在外殼內(nèi)延伸，其可工作在預定超聲頻率和預定電極電勢，以對外殼內(nèi)的液體施加超聲能量并進行電解。波導組件的細長超聲變幅桿至少部分放置在輸入端口和輸出端口之間，還具有多個分立的攪動構(gòu)件，其以縱向彼此間隔的關(guān)系與輸入端口和輸出端口之間的變幅桿接觸并從變幅桿橫向向外延伸。攪動構(gòu)件和變幅桿構(gòu)造并設置成使攪動構(gòu)件以預定頻率相對于變幅桿動態(tài)運動并工作于與該預定頻率和腔內(nèi)被處理液體相對應的攪動構(gòu)件的超聲空化模式。
文檔編號C02F1/36GK101801856SQ200880106947
公開日2010年8月11日 申請日期2008年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月12日
發(fā)明者E·C·小麥克勞, J·G·阿勒斯, J·G·麥克唐納, P·S·麥克尼科爾斯, P·W·拉斯馬森, R·A·詹森, S·羅夫斯, T·D·埃勒特 申請人:金伯利-克拉克環(huán)球有限公司