CN106237955B - 一种应用于声化学生产的超声波装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超声波技术，旨在提供一种应用于声化学生产的超声波装置。该装置包括驱动电源、换能器和变幅杆，还包括至少一个工具头；该工具头呈中空的管状，其一端通过变幅杆与换能器相连；该超声波装置还设有物料进口与物料出口，分别连通至工具头的内部空腔的两端。本发明直接将中空的工具头作为反应器，无需另外配置反应釜，即可进行超声波声化学实验或生产。如在工具头两端接上变幅杆可实现双头发振，大大增加了化学反应部位超声波的强度。工具头可以根据实际实验需要，改变内部形状或实现多节组装，极大地增强了反应装置的灵活性。使工具头内部直接与反应液体接触，相较于常规的反应釜中设置超声设备，有效振幅极大提高。
Description
技术领域
本发明涉及超声波技术，特别涉及应用于声化学生产的超声波装置。
背景技术
超声波技术作为一种物理手段和工具，能够在化学反应的介质中产生一系列接近于极端的条件，这种能量不仅能够激发或促进许多化学反应、加快化学反应速度，甚至还可以改变某些化学反应的方向，产生预料之外的效果，这就是声化学。
传统的超声波声化学反应设备需要配套的反应釜，将超声波设备插入反应釜内，反应釜内放入物料，开启超声波，让超声波接触物料，从而实现超声波促进效果。
但是，现有技术中的反应设备均需使用反应釜，导致设备占地面积大。另外，由于超声波效应仅能局限在一定传导范围内，如反应釜的容量过大将导致存在反应效果不一致的情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种应用于声化学生产的超声波装置。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种应用于声化学生产的超声波装置，包括驱动电源、换能器和变幅杆，还包括至少一个工具头；该工具头呈中空的管状，其一端通过变幅杆与换能器相连；该超声波装置还设有物料进口与物料出口，分别连通至工具头的内部空腔的两端。
本发明中，所述换能器和变幅杆有两组，各换能器均通过各自对应的变幅杆与工具头的一个端部相接。
本发明中，所述工具头的数量是两个或两个以上，且相互串联连接；串联后的工具头通过位于最外侧的端部与变幅杆相连。
本发明中，所述物料进口或物料出口的设置位置是下述的任意一种：
(1)换能器和变幅杆只有一组：
A、变幅杆部分中空且与工具头的空腔连通；物料进口与物料出口之中的一个设在变幅杆上且与变幅杆的中空内腔相连，另一个设在工具头上的振动节点处；或，
B、物料进口和物料出口均设在工具头上的振动节点处；或，
(2)换能器和变幅杆有两组：
C、两个变幅杆均为部分中空且与工具头的空腔连通，物料进口与物料出口分别设于两个变幅杆上且与变幅杆的中空内腔相连；或，
D、其中一个变幅杆部分中空且与工具头的空腔连通，物料进口与物料出口之中的一个设于该变幅杆上且与变幅杆的中空内腔相连；物料进口与物料出口之中的另一个则设在工具头上的振动节点处；或，
E、物料进口和物料出口均设在工具头上的振动节点处。
本发明中，所述工具头的外部形状为圆柱形或多边形柱；其内部空腔的轴向截面的侧边形状呈斜线形、阶梯形或圆弧型。
本发明中，所述换能器、变幅杆和工具头通过螺栓实现固定连接，驱动电源通过导线接至换能器。
本发明中，所述驱动电源为数控电源，其中设有采样电路和通信模块；通信模块通过有线或无线的方式与上位的工控机相连。
本发明中，所述变幅杆的端部设有法兰(用于安装时固定超声波装置)。
本发明的装置在使用时，利用螺栓将换能器、变幅杆和工具头固定连接，工具头可根据实际需要串联多个。根据工艺设计需要，将物料进口和物料出口通过管路连接至物料储罐或物料泵，以此构成反应的装置系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明直接将中空的工具头作为反应器，无需另外配置反应釜，即可进行超声波声化学实验或生产。
2、如在工具头两端接上变幅杆可实现双头发振，大大增加了化学反应部位超声波的强度。
3、工具头可以根据实际实验需要，改变内部形状或实现多节组装，极大地增强了反应装置的灵活性。
4、使工具头内部直接与反应液体接触，相较于常规的反应釜中设置超声设备，有效振幅极大提高。
本发明中所述驱动电源中设有采样电路，并通过通信模块以有线或无线的方式连接至上位的工控机。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
图中：1换能器，2变幅杆，3工具头，4法兰，5外壳，6物料进口，7物料出口，8数控电源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：
本发明所述应用于声化学生产的超声波装置，包括驱动电源(即数控电源8)、换能器1和变幅杆2，还包括至少一个工具头3；该工具头3呈中空的管状，其端部通过变幅杆2与换能器1相连；该超声波装置还设有物料进口6与物料出口7，分别连通至工具头3的内部空腔的两端。工具头3的外部形状可以为圆柱形或多边形柱(例如正方柱形)；其内部空腔的轴向截面的侧边形状可以呈斜线形、阶梯形或圆弧型。换能器1、变幅杆2和工具头3通过螺栓实现固定连接，驱动电源(数控电源8)通过导线接至换能器，换能器1的外部设外壳5。数控电源8中设有采样电路和通信模块；通信模块通过有线或无线的方式与上位的工控机相连。
作为一种变形，换能器1和变幅杆2有两组，各换能器1均通过各自对应的变幅杆2与工具头3的一个端部相接。
作为进一步的变形，工具头3的数量可以是两个或两个以上，且相互串联连接；串联后的工具头3最外侧的端部与变幅杆2相连。
上述两种变形可以进行组合。
鉴于上述结构关系或组合关系，物料进口6或物料出口7的设置位置可以是下述的任意一种：
(1)换能器1和变幅杆2只有一组：
A、变幅杆2部分中空且与工具头3的空腔连通；物料进口与物料出口之中的一个设在变幅杆2上且与变幅杆2的中空内腔相连，另一个设在工具头3上的振动节点处；或，
B、物料进口和物料出口均设在工具头3上的振动节点处；或，
(2)换能器1和变幅杆2有两组：
C、两个变幅杆2均为部分中空且与工具头3的空腔连通，物料进口与物料出口分别设于两个变幅杆2上且与变幅杆2的中空内腔相连；或，
D、其中一个变幅杆2部分中空且与工具头3的空腔连通，物料进口与物料出口之中的一个设于该变幅杆2上且与变幅杆2的中空内腔相连；物料进口与物料出口之中的另一个则设在工具头3上的振动节点处；或，
E、物料进口和物料出口均设在工具头3上的振动节点处。
具体实施例：
如图1所示，该超声波装置包括两组驱动电源8、换能器1和变幅杆2，换能器1和变幅杆2通过螺栓实现固定连接，驱动电源8通过导线接至换能器1。有一个呈中空管状的工具头3，内部空腔的轴向截面为两个端部对接的凸台形状，其两端设法兰4。两个换能器1的端部与两个法兰4外侧表面相接。法兰4上设通孔，物料进口6和物料出口7设于法兰4的侧面，并由法兰4上的通孔接至工具头3内部空腔的两端。
本发明所述装置还可以有很多种变形方式，例如：
工具头3可以是两个或两个以上，且相互串联连接，以此提高处理能力。
根据工具头3法兰类型和与变幅杆2的连接方式不同，物料进口6与物料出口7的设置位置可以有很多种变化：如果工具头3的法兰4为不开孔的盲法兰(法兰盲板)，物料进口6或物料出口7可以设于工具头3的主体上，位于其外壁的两个端部；如果在换能器2端部设法兰且与工具头3的法兰4通过螺栓固定连接，则物料进口6或物料出口7可以设于换能器2上，并与工具头3内部空腔相连通。
本发明的应用实例：
应用例1：
将本发明所述装置用于某聚四氟材料的清洗过程，控制反应温度为60度，反应时间30分钟，反应原料为某聚四氟材料。反应过程中装置的功率控制为2000W。
对比例1：
将利用容积为10L的反应釜用于某聚四氟材料的清洗过程，控制反应温度为60度，反应时间30分钟，反应原料为某聚四氟材料。反应过程中使用常规的超声波装置，其工具头为九节鞭形状，长度450mm，反应过程中装置的功率控制为2000W。
反应完成后，分别分析两种清洗方式的清洗效果。经实验分析比对，应用例比对比例效果提高了30％。
应用例2：
将本发明所述装置用于石墨烯材料的制取过程，控制反应温度为室温，反应时间10分钟，反应原料为石墨烯浆料。反应过程中装置的功率控制为2000W。
对比例2：
将利用容积为5L的反应釜用于石墨烯材料的制取过程，控制反应温度为室温，反应时间10分钟，反应原料为石墨烯浆料。反应过程中使用常规的超声波装置，其工具头为五节鞭形状，长度400mm，反应过程中装置的功率控制为2000W。
反应完成后，分别分析两种制取方式的分散破碎效果。经实验分析比对，应用例分散破碎颗粒度平均为10um，对比例分散破碎颗粒度平均为12um。
从上述两个对比实例可以看出，本发明可以大大提高反应收率，对化工生产起到积极的促进作用。
以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构或等效流程变换，如采用单个换能器驱动等均包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (7)
1.一种应用于声化学生产的超声波装置，包括驱动电源、换能器和变幅杆，其特征在于，还包括至少一个工具头；该工具头呈中空的管状，其一端通过变幅杆与换能器相连；该超声波装置还设有物料进口与物料出口，分别连通至工具头的内部空腔的两端；所述换能器、变幅杆和工具头通过螺栓实现固定连接，驱动电源通过导线接至换能器。
2.根据权利要求1所述的超声波装置，其特征在于，所述换能器和变幅杆有两组，各换能器均通过各自对应的变幅杆与工具头的一个端部相接。
3.根据权利要求1或2所述的超声波装置，其特征在于，所述工具头的数量是两个或两个以上，且相互串联连接；串联后的工具头通过位于最外侧的端部与变幅杆相连。
4.根据权利要求1或2所述的超声波装置，其特征在于，所述物料进口或物料出口的设置位置是下述的任意一种：
(1)换能器和变幅杆只有一组：
A、变幅杆部分中空且与工具头的空腔连通；物料进口与物料出口之中的一个设在变幅杆上且与变幅杆的中空内腔相连，另一个设在工具头上的振动节点处；或，
B、物料进口和物料出口均设在工具头上的振动节点处；或，
(2)换能器和变幅杆有两组：
C、两个变幅杆均为部分中空且与工具头的空腔连通，物料进口与物料出口分别设于两个变幅杆上且与变幅杆的中空内腔相连；或，
D、其中一个变幅杆部分中空且与工具头的空腔连通，物料进口与物料出口之中的一个设于该变幅杆上且与变幅杆的中空内腔相连；物料进口与物料出口之中的另一个则设在工具头上的振动节点处；或，
E、物料进口和物料出口均设在工具头上的振动节点处。
5.根据权利要求1或2所述的超声波装置，其特征在于，所述工具头的外部形状为圆柱形或多边形柱；其内部空腔的轴向截面的侧边形状呈斜线形、阶梯形或圆弧型。
6.根据权利要求1或2所述的超声波装置，其特征在于，所述驱动电源为数控电源，其中设有采样电路和通信模块；通信模块通过有线或无线的方式与上位的工控机相连。
7.根据权利要求1或2所述的超声波装置，其特征在于，所述变幅杆的端部设有法兰。
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