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KR101054571B1 - 저주파 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 방법 및장치 - Google Patents

저주파 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 방법 및장치 Download PDF

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KR101054571B1
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Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 인입 오리피스와 적어도 하나의 배출 오리피스를 통해 액체가 통과하는 리액터 용기의 내부로 돌출되는 적어도 하나의 소노트로우드를 포함하는 저주파수 고에너지 초음파 시스템으로 구성되는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 소노트로우드에서 캐비테이션을 피하기 위해, 리액터 용기 내부의 진동 변환 소노트로우드 표면의 인접 영역에서 압력-진폭 특성 라인에 대응하거나 또는 그 이상의 압력/진폭 조합이 발생하고, 이 영역에서는 캐비테이션이 발생하지 않거나 또는 상당히 감소되며, 리액터 용기 내부에서의 인접한 영역에서는 적어도 어느 하나의 영역에서 적어도 어느 시간에 압력/진폭 조합이 캐비테이션이 발생하는 압력-진폭 특성 라인 이하로 유지되는 것이 제안된다. 상응하는 장치는, 예를 들어 액체가 진동 변환 소노트로우드 표면(3)에 직접 충돌하도록 배열되고 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역에서 압력/진폭 특성 라인에 대응하거나 또는 그 이상의 압력(p)이 발생하도록 하는 인입 오리피스(4)를 갖는다.

Description

저주파 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 방법 및 장치{Method and Devices for Sonicating Liquids with Low-Frequency High Energy Ultrasound}
본 발명은, 적어도 하나의 인입 오리피스와 적어도 하나의 배출 오리피스를 통해 액체가 통과하는 리액터 용기의 내부로 돌출되는 적어도 하나의 소노트로우드를 포함하는 저주파수 고에너지 초음파 시스템으로 구성되는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
저주파 고에너지 초음파는, 15 내지 100 kHz 바람직하게는 15 내지 60 kHz, 예를 들면 20 kHz의 작동 주파수를 갖고, 10 W 이상, 바람직하게는 100 내지 20,000 W, 예를 들면 8,000 W의 음파 출력을 갖는 초음파에 관련된다. 예를 들면, 피에조일렉트릭(piezoelectric) 또는 마그네토리스트릭티브(magnetorestrictive) 시스템이 초음파를 발생시키는데 사용된다. 선형 음파 트랜스듀서 및 평평하거나 굽은 평면형 진동기 또는 튜브 공진기가 공지되어 있다. 저주파 고에너지 초음파는 예를 들어 식료품, 화장품, 페인트 및 나노 물질과 같은 액체의 처리에 대부분 이용된다. 처리된 액체에 대한 저주파 고에너지 초음파의 효과는 액체에서 발생하는 캐비테이션(cavitaion)을 분명하게 기반으로 한다. 액체를 초음파 처리하는 동안 캐비테이션이 발생한다. 공지된 바와 같이, 이는 고진폭(진동 변환 소노트로우드 표면)의 진동을 액체 매체로 전달하는 소노트로우드(sonotrode)의 표면에 마모 또는 부식이 발생하게 되는 원인이 된다.
예를 들어 티타늄과 같은 소노트로우드 재질 중의 부식된 재질은 초음파 처리된 액체 속으로 이탈된다. 따라서, 부식은 소노트로우드의 교체 비용을 발생시키고 초음파 처리되어야할 액체의 오염을 발생시킨다.
과거에서부터, 재질의 부식을 감소시키고 억제시키는 다양한 방법들이 공지되어 있다.
문헌 DE 199 38 254.9를 참조하면, 리액터 용기(reactor vessel)에서 캐비테이션을 완전하게 또는 광범위하게 억제시키는 압력은 저주파 고에너지 초음파로 리액터 용기를 초음파 처리함에 따라 리액터 용기 내에서 발생된다. 이러한 결과로서, 마모 및 재질 부식은 현저히 또는 완전히 감소되지만, 반면 액체에 발생하는 캐비테이션 효과 또한 상당히 또는 완전히 감소된다.
문헌 DE 2004 025 836 A1을 참조하면, 진동 변환 소노트로우드 표면 자체의 캐비테이션에 기인한 부식이 소노트로우드와 초음파 처리된 매체 사이의 층에 의해 상당히 또는 완전히 감소될 수 있는 방법이 공지되어 있다. 그러나, 부식은 진동 변환 층에 발생되고, 따라서 이러한 층의 콘투어링/교체가 요구된다.
또한, 진동 변환 소노트로우드 표면으로부터 멀리 떨어진 어느 영역 상에 저주파 고에너지 초음파를 포커싱하기 위한 솔루션이 공지되어 있다. 단점은 포커싱하기 위해 이용되는 장치가 광범위하게 공간적으로 확장되는 것이다. 예를 들면, 20 kHz에서 수중 음파의 파장이 예를 들어 60 내지 80 mm이고, 렌즈의 바람직한 크 기는 적어도 파장의 10배가 되어야 하기 때문에, 포커싱을 위한 초음파 렌즈는 600 mm 이상의 직경을 가질 것이다. 게다가 캐비테이션은 음장(音場)과 간섭될 것이다.
예를 들어 DE 102 43 837.4를 참조하면, 예를 들어 물과 같은 커플링 액체에 저주파 고에너지 초음파를 분사할 수 있다. 이러한 커플링 액체는 용기 벽체 예를 들어 유리에 진동을 전달하고, 이에 따라 초음파 처리되는 액체는 상기 용기 벽체의 반대측에 위치한다. 이는 효율의 손실을 가져오고 이에 따라 초음파 처리 강도의 감소를 가져온다. 마모/부식은 용기 벽체 상에서 발생한다.
음파 전달 표면의 표면을 코팅하거나 또는 경화시킴으로써 마모의 지연 또는 감소가 달성된다. 그러나 어떠한 코팅은 고가이고 그 효과는 시간에 의해 제한된다. 게다가 적용된 재질에서 마모된 것은 결국 액체에 남게 된다.
결론적으로 본 발명의 목적은, 인접 영역 내 진동 변환 소노트로우드 표면에서의 거의 완전한 억제를 포함하는 50% 이상까지의 캐비테이션의 상당한 감소를 가능하게 하고, 따라서 이와 연관된 진동 변환 소노트로우드 표면의 부식 감소를 가능하게 하는 방법 및 적합한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라 본 발명의 목적은 청구항 제1, 9, 14 및 22항의 구성에 의해 달성된다. 효과적인 실시예들은 종속항들의 주요한 내용이 된다.
따라서, 압력/진폭 조합은 리액터 용기 내부의 진동 변환 소노트로우드 표면(s)의 인접 영역에서 압력/진폭 특성 라인에 대응하거나 또는 그 이상으로 발생되어, 특성 라인 캐비테이션은 상당히 감소되거나 완전히 제거되며, 리액터 용기의 인접한 영역에서는 적어도 어느 영역에서 적어도 어느 시간 동안 압력/진폭 특성 라인 이하의 압력/진폭 조합이 발생되어 이러한 조합에 따라 캐비테이션이 발생된다.
여기서, 압력/진폭 특성 라인은 도 1에 도시된 리액터 용기에서의 액체의 압력과 소노트로우드의 진폭에 대한 관계로서 알 수 있듯이(이는 실시예의 설명에서 후술한다), 캐비테이션의 발생을 상당히 감소시키거나 완전히 제거하는 범위의 최대 액체 압력{pmax(A)}을 의미한다. 그리고 이러한 특성 라인 이상의 압력(p)과 소노트로우드의 진폭(A)의 조합으로서 그 이상의 압력/진폭 조합을 갖게 함으로써 소노트로우드 표면의 인접 영역에서 캐비테이션을 발생시키지 않도록 할 수 있다.
또한, '대응' 이라는 용어는 압력/진폭 특성라인에 가까워지는 것을 의미하는 것으로, 압력/진폭 조합이 나타내는 압력과 진폭에 가까워지는 것을 의미한다.
기 특정된 온도 예를 들어 20℃, 기 특정된 음파 주파수 예를 들어 20kHz 상태에서, 예를 들면 물 또는 기름과, 에멀젼(emulsion), 서스펜션(suspension) 또는 디스퍼젼(dispersion)과 같은 액체 내에 캐비티의 생성은 진동 진폭 A와 액체 압력 p에 대한 함수이다. 전술한 조건에 대해 각각 진동 진폭 A, 최대 액체 압력 pmax(A)으로 고려하면, 이 이상에서는 p>pmax(A)이므로 캐비테이션이 완전히 억제되고, 액체는 국소 진공 거품 발생이 불가능한 방식으로 진동 변환 소노트로우드 표면에 대해 압력을 받는다. 역으로 각각 액체 압력 p, 최소 진동 진폭 Amin(p)에서 캐비테이션이 불가능하다.
제 1 변형예를 참조하면, 상기 방법에 따라 작동하는 장치는, 액체가 직접 진동 변환 소노트로우드 표면에 충돌하도록 디자인될 수 있고, 진동 변환 소노트로우드 표면의 인접 영역에서는 발생 압력이 압력/진폭 특성 라인에 대응하거나 또는 그 이상이 되어 캐비테이션이 상당히 감소되거나 완전히 방지되는 방식으로 인입 오리피스가 구성되도록 디자인될 수 있다.
제 2 실시예를 참조하면, 인접 영역이 진동 변환 소노트로우드 표면에 생성되는 방식으로 리액터 용기의 단면이 적어도 하나의 협착에 의해 감소되고, 이에 따라 상기 인접 영역에서는 발생 압력이 압력/진폭 특성 라인에 대응하거나 또는 그 이상으로 존재하여 캐비테이션이 상당히 감소되거나 또는 발생되지 않는다.
또 다른 변형예를 참조하면, 소노트로우드 표면으로부터 임의의 거리에서 리액터 용기의 유효 단면은 적어도 구간별로 연속적으로 감소되도록 구성되거나 또는 단계적으로 감소되도록 구성된다.
하나의 장치 또는 심지어 다수개의 장치들이 연속해서 배열될 수 있고 또는 다양한 변형예의 조합으로 구성될 수도 있다. 게다가 선택적으로 개별적인 구성요소, 예를 들면 노즐 및/또는 소노트로우드 및/또는 인입구 및/또는 배출구가 여러번 제공될 수 있다. 이에 따라, 다수개의 소노트로우드가 평행하게 또는 서로 반대편에 배열될 수 있고, 또는 캐비테이션 존(zone)으로 서로 향할 수도 있다. 소노트로우드는 또한 분산되는 방식으로 배열될 수도 있고, 또는 경사각도로 캐비테이션 존으로 향할 수도 있다. 게다가 소노트로우드는 진동분리 방식으로 지지될 수 있으며, 압력 밀봉 방식으로 리액터 용기 내부로 돌출될 수 있다. 평평하지 않은 표면, 예를 들어 오목 또는 볼록한 표면의 소노트로우드가 고려될 수 있다.
배출구 또는 배출구들은 횡방향으로 배열될 수 있고 또는 소노트로우드의 반대편에 배치될 수 있다. 하나의 배출구에는 스로틀, 예를 들어 니들 밸브 또는 볼 밸브가 추가로 제공될 수 있다. 스로틀은 수동 또는 자동으로 제어될 수 있다. 또한, 인입구 압력 또는 유량도 수동 또는 자동으로 제어될 수 있다. 이를 달성하기 위해, 노즐 거리 및/또는 노즐 오리피스가 제어될 수 있을 것이다. 또한, 리액터 용기 내부에 삽입구는 조절 가능하도록 또는 제어 가능하도록 구성될 수 있다. 이러한 제어는 리액터 용기의 내부 압력에 대한 함수로서 또는 캐비티의 생성 또는 효율에 대한 함수로서 발생할 수 있다.
노즐은 캐비테이션 방지 재질로 구성될 수 있고 또는 적절하게 코팅될 수 있다. 이는 또한 소노트로우드 또는 리액터 용기에 적용될 수 있으며, 후자의 경우에는 단지 협착된 부위에서 적용될 수 있다.
리액터 용기의 길이는 공명 길이에 적합하게 변경될 수 있다.
공급 펌프는 기어펌프 또는 원심펌프일 수 있다.
측정기는 또한 평판형 진동기, 로터리 이머젼(rotary immersion) 진동기, 평판형 이머젼(immersion) 진동기 및 물통에 적합하다.
본 발명에 따른 측정기는 진동 변환 소노트로우드 표면에 직접 캐비테이션이 발생되지 않거나 또는 상당히 감소된 캐비테이션이 발생하는 장점이 있으며, 한편 액체에 대한 효과적인 캐비테이션은 리액터 용기 내부에서 계속되는 진행 중에 발생한다. 이러한 방식으로 진동 변환 소노트로우드 표면에서의 마모가 효과적으로 감소되거나 또는 완전히 방지된다.
이하에서, 본 발명은 몇 개의 전형적인 실시예와 첨부된 도면을 참조로 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 리액터 용기에서의 압력과 소노트로우드의 진폭에 대한 함수로서 캐비테이션의 발생을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 제 1 변형예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2와 유사한 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 제 2 형태를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4와 유사한 변형예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 다른 형태의 장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6과 유사한 장치를 나타내는 도면이다.
도 1은 p>pmax(A)에서 국소 진공 기포의 발생이 불가능한 방식으로 액체가 진동 변환 소노트로우드 표면에 대해 압력을 받아 캐비티(cavity)의 생성이 완전히 억제되는 것에 따라 액체 압력 pmax(A)의 추이를 도식화한 도면이다. 따라서 역으로는 캐비테이션이 불가능한 경우의 각 액체 압력 p, 최소 진폭 Amin(p)에 대한 것이다. 최대 액체 압력 pmax(A) 및 최소 진폭 Amin(p)은 다양한 액체에 대해 실험적으로 조사될 수 있다. 예를 들면, 진동 변환 표면에서의 캐비테이션 부식 또는 고주파 초음파 방사가 측정값으로 사용될 수 있다. 후자는 캐비테이션 기포의 내파 중에 메가 헤르쯔(megahertz) 영역의 진동의 발생을 이용한다.
진동 변환 소노트로우드 표면으로부터의 다양한 거리 D에서 진폭 A의 독창적인 변화의 결과로서, 또는 진동 변환 소노트로우드 표면으로부터의 다양한 거리 D에서 액체 압력 p의 변화의 결과로서, 또는 양 변화에 대한 조합의 결과로서, 전술한 인접 영역 내에서 캐비테이션의 발생이 상당히 감소되거나 완전히 억제되고, 반면 액체의 처리를 위한 캐비테이션은 음장 내의 상기 인접 영역 외부에서 가능하다. 그렇게 하기 위해, 인접 영역 내에서 액체 압력 p가 즉, p>0.7*pmax(A) 또는 pmax(A) 이상으로 엄밀하게 선택되거나, 또는 진폭 A가 즉, A<1.3*Amin(p) 또는 Amin(p) 이하로 엄밀하게 선택된다. 음장 내의 인접 영역 외부에서는 액체 압력이 pmax(A) 이하이거나 또는 진폭이 Amin(p) 이상으로 증가한다.
인접 영역은 진동 변환 소노트로우드 표면 전방에 0 내지 50 mm, 바람직하게는 0 내지 10 mm의 거리, 예를 들어 0 내지 2 mm 영역 내의 거리를 포함한다.
진동 변환 소노트로우드 표면으로부터 다양한 거리 D에서 진폭 A의 변화, 진동 변환 소노트로우드 표면으로부터 상이한 거리 D에서 액체 압력 p의 변화 및 양 변화의 조합은 예를 들면 도 2 내지 도 7에 도시된 장치들을 가능케 한다.
이 장치들은 아래의 이론을 이용한다.
- 도 2 및 도 3에 도시된 진동 변환 소노트로우드 표면의 인접 영역에서의 압력 증가
- 도 4 및 도 5에 도시된 진동 변환 소노트로우드 표면의 인접 영역 외부에서 리액터(reactor) 내 단면의 감소
- 도 6 및 도 7에 도시된 진동 변환 소노트로우드 표면의 인접 영역 외부에서 매체를 통한 진폭 증가
이러한 모든 이론들의 조합이 또한 가능하다.
도 2 내지 도 7에 도시된 모든 변형예는 저주파 고에너지 초음파 시스템(2)의 소노트로우드(1)를 공통으로 가지며, 이에 따라 소노트로우드 표면(3)은 리액터 용기(5)에 돌출된다. 매체는 적당한 오리피스(4)를 통해 공급된다. 소노트로우드(1)가 작동하는 동안 음장(6)은 리액터 용기(5) 내에서 발전된다.
저주파 고에너지 초음파 시스템(2)에 추가로 소노트로우드 표면(3)의 거리 D 에 대한 압력 p의 추이가 도시된다.
도 2에는 환형 노즐로 구성된 오리피스(4)를 통한 매체의 공급에 의해 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역에서 압력 p가 p1 값까지 증가하여 그 위치에서 캐비테이션이 상당히 감소되거나 완전히 방지되는 장치가 도시된다. 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역 외부에서는 압력 p는 p2 값까지 떨어지고 캐비테이션은 음장(6)에서 발생한다.
이 장치는 작동 주파수 15 내지 100 kHz, 바람직하게는 15 내지 30 kHz, 예를 들면 20 kHz의 저주파 고에너지 초음파로 작동된다.
이에 따라, 50 내지 20,000 W, 바람직하게는 100 내지 20,000 W, 예를 들면 8,000 W의 음파 출력이 사용된다. 진동 변환 소노트로우드 표면(3)에서, 0 내지 200 μm, 바람직하게는 10 내지 100 μm, 예를 들면 10 μm의 진폭이 액체에 대한 음파의 전달을 위해 사용된다. 진동하는 소노트로우드(1)는 오링(O-ring) 및 진동분리플랜지(vibration-uncoupling flange)와 같은 압력 밀봉 시일(seal)을 통해 리액터 용기(5)에 대해 밀봉된다. 리액터 용기(5)의 용량은 0 내지 50 L, 바람직하게는 1 내지 10 L, 예를 들면 5 L 용량이 사용된다. 리액터 용기(5)는 다양한 재질로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 스틸, 알루미늄 또는 경화 금속(hardened metal), 예를 들면 스테인리스 스틸로 구성될 수 있다.
강한 점성에서 약한 점성까지 가질 수 있는, 바람직하게는 약한 점성을 갖는 예를 들어 물 또는 기름과 같은 매체는, 적절한 오리피스(4)를 통해 바람직하게는 예를 들어 고압 노즐과 같은 노즐, 유도관 또는 특별한 공급장치를 통해 리액터 용 기(5) 내부로 리액터 벽체의 상부 영역에 분사되며 진동 변환 소노트로우드 표면(3)에 대해 편향된다. 매체는 진동 변환 소노트로우드 표면(3)에 대해 5°내지 90°사이의 각도, 바람직하게는 20°내지 80°, 예를 들면 45°로 pmax(A) 근처 또는 그 이상의 압력 p로 충돌하기 때문에, 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역에서 캐비테이션은 상당히 감소하거나 또는 완전히 방지된다. 이 압력 p는 10 μm의 진폭을 갖는 예를 들어 20 bar일 수 있다. 선택된 소노트로우드(1)는 바람직하게는 λ/4, 예를 들어 60 mm에 상응하는 길이로 리액터 용기(5)에 돌출된다.
진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역 외부에서는 리액터 용기(5) 내부의 압력 강하로 인해, pmax(A) 값이 도달하지 않고 따라서 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역의 외부 영역에서 리액터 용기(5) 내에는 캐비테이션이 허용된다. 예를 들면, 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역 외부에서의 압력은 1.5 bar까지 강하될 수 있어서, 물에서의 캐비테이션은 10 μm 진폭에서 가능하다. 초음파 처리된 매체는 리액터 용기(5)의 하부 영역에서, 바람직하게는 측벽 또는 하부 바닥, 예를 들면 하부 바닥의 중심에서 제거된다. 매체의 출구는 압력 p2로 제어되거나 또는 그것은 제어되지 않을 수 있으며, 예를 들어 셀 내부의 압력 p에 영향을 줄 수 있도록 제어될 수 있다. 센서 예를 들면 압력 센서의 사용으로, 인접 영역의 내부 또는 외부에서 매체의 값을 기록하고 분석할 수 있으며, 프로세스 최적화를 위해 상기 값을 이용할 수 있다.
이 형태의 적용예는 리액터 용기(5) 내에 임의의 개수의 소노트로우드(1)가 구비될 수 있으며, 예를 들어 1개의 소노트로우드(1), 바람직하게는 5개까지의 소 노트로우드(1)가 구비될 수 있다.
펌프 압력은 요구되는 압력 pmax(A)의 함수로서 적절한 펌프를 선택함으로써 예를 들면 제어 가능한 기어 펌프에 의해 발생될 수 있다.
도 3에는 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역에서 압력 p를 p3 값까지 상승시키기 위해 여기에서는 중앙 노즐(7)로서 구성된 적절한 매체 공급장치가 사용되어, 이 위치에서 캐비테이션이 상당히 감소되거나 또는 완전히 방지되는 장치가 도시된다. 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역 외부에서 압력 p는 p4 값까지 강하되고 캐비테이션은 음장(6)에서 발생된다.
이 장치는 15 내지 100 kHz, 바람직하게는 15 내지 30 kHz, 예를 들어 20 kHz의 저주파 고에너지 초음파로 작동된다.
이에 따라, 50 내지 20,000 W, 바람직하게는 100 내지 20,000 W, 예를 들면 8,000 W의 음파 출력이 사용된다. 진동 변환 소노트로우드 표면(3)에서, 0 내지 200 μm, 바람직하게는 10 내지 100 μm, 예를 들면 20 μm의 진폭이 액체에 대한 음파의 전달을 위해 사용된다. 진동하는 소노트로우드(1)는 오링 및 진동분리플랜지와 같은 압력 밀봉 시일을 통해 리액터 용기(5)에 대해 밀봉된다. 리액터 용기(5)의 용량은 0 내지 50 L, 바람직하게는 1 내지 10 L, 예를 들면 5 L 용량이 사용된다. 리액터 용기(5)는 다양한 재질로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 스틸, 알루미늄 또는 경화 금속 또는 세라믹으로 구성될 수 있다.
강한 점성에서 약한 점성까지 가질 수 있는, 바람직하게는 약한 점성을 갖는 예를 들어 기름과 같은 매체는, 예를 들면 고압 노즐과 같은 노즐, 유도관 또는 특 별한 공급장치를 통해 리액터 바닥을 관통하여 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역으로 분사된다. 매체는 진동 변환 소노트로우드 표면(3)에 대해 자유로이 선택된 각도, 바람직하게는 90°로, pmax(A) 근처 또는 그 이상의 압력 p로 예를 들면 50 bar로 충돌하기 때문에, 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역에서 캐비테이션은 상당히 감소되거나 또는 완전히 방지된다.
선택된 소노트로우드(1)는 바람직하게는 λ/4, 예를 들어 60 mm에 상응하는 길이로 리액터 용기(5)에 돌출된다.
진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역 외부에서는 리액터 용기(5) 내부의 압력 강하로 인해, pmax(A) 값이 도달하지 않고 따라서 음장(6) 내의 리액터 용기(5) 내부에서 캐비테이션이 허용된다. 예를 들면, 인접 영역 외부에서 리액터 용기(5) 내부의 압력 p는 예를 들면 5 bar일 수 있다.
초음파 처리된 매체는 리액터 용기(5)의 하부 영역에서, 바람직하게는 측벽 또는 하부 바닥, 예를 들면 하부 바닥의 중심으로부터 벗어난 주변에서 제거된다. 매체의 출구는 압력 p4로 제어되거나 또는 그것은 제어되지 않을 수 있으며, 예를 들어 셀 내부의 압력 p에 영향을 줄 수 있도록 제어될 수 있다. 센서 예를 들면 압력 센서의 사용으로, 인접 영역의 내부 또는 외부에서 매체의 값을 기록하고 분석할 수 있으며, 프로세스 최적화를 위해 상기 값을 이용할 수 있다. 이 형태의 적용예는 리액터 용기(5) 내에 임의의 개수의 소노트로우드(1)가 구비될 수 있으며, 예를 들어 1개의 소노트로우드(1), 바람직하게는 5개까지의 소노트로우드(1)가 구비될 수 있다.
도 4에는 장치의 다른 변형예가 도시되는데, 이 장치는 인접 영역 외부에서의 단면적 감소로 인해, 유동 액체의 음장(6)에서 압력 감소가 발생하여, 이 위치에서는 캐비테이션이 발생하고, 반면에 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역에서는 캐비테이션이 상당히 감소하거나 완전히 제거되는 장치이다.
이 장치는 15 내지 100 kHz, 바람직하게는 15 내지 30 kHz, 예를 들면 19 kHz의 저주파 고에너지 초음파로 작동된다.
이에 따라, 50 내지 20,000 W, 바람직하게는 100 내지 20,000 W, 예를 들면 8,000 W의 음파 출력이 사용된다. 진동 변환 소노트로우드 표면(3)에서, 0 내지 200 μm, 바람직하게는 10 내지 100 μm, 예를 들면 20 μm의 진폭이 액체에 대한 음파의 전달을 위해 사용된다. 진동하는 소노트로우드(1)는 오링 및 진동분리플랜지와 같은 압력 밀봉 시일을 통해 리액터 용기(5)에 대해 밀봉된다. 리액터 용기(5)의 용량은 0 내지 50 L, 바람직하게는 1 내지 10 L, 예를 들면 5 L 용량이 사용된다. 리액터 용기(5)는 가장 다양한 재질로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 스틸, 알루미늄 또는 경화 금속, 예를 들어 티타늄으로 구성될 수 있다.
리액터 용기(5) 내부의 중심에서 또는 중심으로부터 벗어난 주변에서, 벤츄리 원리에 따라 유동 액체에 국소 압력 강하가 발생되도록 하는 단면 협착(8)이 제공된다. 단면 협착(8)은 리액터 용기 내부의 치수, 형상 및 높이에 따라 변화할 수 있다. 강한 점성에서 약한 점성까지 가질 수 있는, 바람직하게는 약한 점성을 갖는 예를 들어 페인트와 같은 매체는, 적절한 오리피스(4)를 통해 바람직하게는 예를 들어 표준 노즐과 같은 노즐, 유도관 또는 특별한 공급장치를 통해 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역으로 리액터 벽체의 상부 영역을 통해 분사된다. 매체의 압력 pmax(A)에 대응한 또는 그 이상의 압력 p로 매체를 분사함에 따라 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역에서 캐비테이션이 상당히 감소하거나 완전히 발생하지 않는다.
선택된 소노트로우드(1)는 바람직하게는 λ/4, 예를 들어 60 mm에 상응하는 길이로 리액터 용기(5)에 돌출된다.
리액터 용기 내부의 단면 협착(8)으로 인해, 매체는 상기 단면 협착(8)의 최소 직경 부위에 도달하기 전에 정체될 것이다. 따라서, 이 지점의 상부에서는 리액터 용기(5) 내부 압력 p가 높아서 매체의 캐비테이션이 허용되지 않는다. 따라서 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역에는 캐비테이션이 상당히 감소하거나 완전히 발생하지 않는다. 단면 협착(8)의 하부에서는 벤츄리 원리에 따라 이완이 발생하고, 즉, 매체의 이완으로 인한 압력 감소가 발생하고 따라서 캐비테이션이 허용된다. 이 영역에서 압력 p는 pmax(A) 값 이하이다. 초음파 처리된 매체는 리액터 용기(5)의 하부 영역에서, 바람직하게는 하부 바닥의 중심에서 또는 원통형 리액터 용기(5)의 하부 측벽에서 제거된다. 매체의 출구는 제어되거나 또는 제어되지 않을 수 있으며, 예를 들어 셀 내부의 압력 p에 영향을 줄 수 있도록 제어될 수 있다. 다양한 센서 예를 들면 압력 센서의 사용으로, 인접 영역의 내부 또는 외부에서 매체의 값을 기록하고 분석할 수 있으며, 프로세스 최적화를 위해 상기 값을 이용할 수 있다.
이 형태의 적용예는 리액터 용기(5) 내에 임의의 개수의 소노트로우드(1)가 구비될 수 있으며, 예를 들어 1개의 소노트로우드(1), 바람직하게는 5개까지의 소노트로우드(1)가 구비될 수 있다. 이와 달리 벤츄리 원리에 기인한 국소 압력 강하가 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역 외부에서 발생하는 한, 소노트로우드(1)로부터 단면 협착(8)까지의 특정 거리를 이용함에 따라 흐름의 방향은 또한 역전될 수 있다.
도 5에는 유사한 장치가 도시되는데, 이 장치는 단면 협착(8)으로 인해 유동 액체에서는 음장 내의 인접 영역 외부에서 압력 강하가 발생하고 그 위치에서 캐비테이션이 발생하는 반면, 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역에서는 캐비테이션이 상당히 감소되거나 또는 완전히 방지되는 장치이다. 부가적으로 설치된 스로틀(9)은 소노트로우드(1)의 더 높은 기계적 진폭을 허용하는 정적 역압(static counter pressure)을 발생시킨다.
이 장치는 15 내지 100 kHz, 바람직하게는 15 내지 30 kHz, 예를 들면 17 kHz 작동 주파수의 저주파 고에너지 초음파로 작동된다.
이에 따라, 50 내지 20,000 W, 바람직하게는 100 내지 20,000 W, 예를 들면 16,000 W의 음파 출력이 사용된다. 진동 변환 소노트로우드 표면(3)에서, 0 내지 200 μm, 바람직하게는 10 내지 100 μm, 예를 들면 15 μm의 진폭이 액체에 대한 음파의 전달을 위해 사용된다. 진동하는 소노트로우드(1)는 오링 및 진동분리플랜지와 같은 압력 밀봉 시일을 통해 리액터 용기(5)에 대해 밀봉된다. 리액터 용기(5)는 끝단 쪽을 향해 원뿔형으로 경사지고 용량은 0 내지 50 L, 바람직하게는 1 내지 10 L, 예를 들면 3 L 용량을 갖는 원통형 리액터 용기(5)가 사용된다. 리액터 용기(5)는 가장 다양한 재질로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 스틸, 알루미늄, 경화 금속 또는 유리로 구성될 수 있다. 리액터 용기(5) 내부의 중심에서 또는 중심으로부터 벗어난 주변에서, 벤츄리 원리에 따라 유동 액체에 국소 압력 강하가 발생되도록 하는 단면 협착(8)이 제공된다. 단면 협착(8)은 리액터 용기 내부의 치수, 형상 및 높이에 따라 변화할 수 있다. 강한 점성에서 약한 점성까지 가질 수 있는, 바람직하게는 약한 점성을 갖는 예를 들어 평지씨유(rapeseed oil)와 같은 매체는, 적절한 오리피스(4)를 통해, 바람직하게는 예를 들어 표준 노즐과 같은 노즐, 유도관 또는 특별한 공급장치를 통해 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역으로 리액터 벽체의 상부 영역을 통해 분사된다. 매체의 압력 pmax(A)에 대응한 또는 그 이상의 압력으로 매체를 분사함에 따라 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역에서 캐비테이션이 상당히 감소하거나 완전히 발생하지 않는다. 선택된 소노트로우드(1)는 바람직하게는 λ/4, 예를 들어 60 mm에 상응하는 길이로 리액터 용기(5)에 돌출된다.
리액터 용기 내부의 단면 협착(8)으로 인해, 매체는 상기 단면 협착(8)의 최소 직경 부위에 도달하기 전에 정체될 것이다. 따라서, 이 지점의 상부에서는 리액터 용기(5) 내부 압력 p가 높아서 매체의 캐비테이션이 허용되지 않는다. 따라서 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역에는 캐비테이션이 상당히 감소하거나 완전히 발생하지 않는다. 최소 직경 부위의 하부에서는 벤츄리 원리에 따라 이완이 발생하고, 즉, 매체의 압력 강하가 발생하고 따라서 캐비테이션이 허용된다. 이 영역에서 압력 p는 pmax(A) 값 이하이다. 초음파 처리된 매체는 리액터 용기(5)의 하 부 영역에서, 바람직하게는 하부 바닥의 중심에서 또는 원통형 리액터 용기(5)의 하부 측벽에서 제거된다. 매체의 출구는 제어되거나 또는 제어되지 않을 수 있으며, 예를 들어 셀 내부의 압력 p에 영향을 줄 수 있도록 제어될 수 있다. 다양한 센서 예를 들면 압력 센서의 사용으로, 인접 영역의 내부 또는 외부에서 매체의 값을 기록하고 분석할 수 있으며, 프로세스 최적화를 위해 상기 값을 이용할 수 있다. 추가적으로 설치된 스로틀(9)은 소노트로우드(1)의 더 높은 기계적 진폭을 허용하는 정적 역압을 발생시킨다. 이 형태의 적용예는 리액터 용기(5) 내에 임의의 개수의 소노트로우드(1)가 구비될 수 있으며, 예를 들어 1개의 소노트로우드(1), 바람직하게는 5개까지의 소노트로우드(1)가 구비될 수 있다. 이와 달리 벤츄리 원리에 기인한 국소 압력 강하가 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역 외부에서 발생하는 한, 소노트로우드(1)로부터 단면 협착(8)까지의 특정 거리를 이용함에 따라 흐름의 방향은 또한 역전될 수 있다.
도 6에는 장치의 다른 변형예가 도시되는데, 이 장치는 여기에서는 원뿔형의 경사진 리액터 용기(5)로서 구성되는 것과 같이 리액터를 특정 치수화함으로써, 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역 외부에서 매체 내의 연속적인 진폭의 증가가 가능하여, 이 위치에서는 캐비테이션이 상당히 감소하거나 또는 완전히 방지되는 반면, 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역의 외부에서는 캐비테이션이 발생한다. 이에 따라, 리액터 용기의 길이는 바람직하게는 nλ(액체)/2(n∃1)이고, 여기에서는 4λ(액체)/2이다. 이와 관련하여 유동의 방향 또는 저속 유동 매체의 유량은 중요하지 않다. 개별적인 경우에, 임의의 관통 유동은 생략될 수도 있 다. 리액터(5)의 바람직한 형태는 예를 들어 지수함수 형태 또는 단면적의 단계적 변화이다. 이 장치는 15 내지 100 kHz, 바람직하게는 15 내지 30 kHz, 예를 들면 20 kHz의 저주파 고에너지 초음파로 작동된다. 이에 따라, 50 내지 20,000 W, 바람직하게는 100 내지 20,000 W, 예를 들면 8,000 W의 음파 출력이 사용된다. 진동 변환 소노트로우드 표면(3)에서, 0 내지 200 μm, 바람직하게는 10 내지 100 μm, 예를 들면 20 μm의 진폭이 액체에 대한 음파의 전달을 위해 사용된다. 진동하는 소노트로우드(1)는 오링 및 진동분리플랜지와 같은 압력 밀봉 시일을 통해 리액터 용기(5)에 대해 밀봉된다. 리액터 용기(5)의 용량은 0 내지 50 L, 바람직하게는 1 내지 10 L, 예를 들면 4 L 용량이 사용된다. 리액터 용기(5)는 가장 다양한 재질로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 스틸, 알루미늄, 경화 금속, 예를 들어 하스텔로이(hasteloy)로 구성될 수 있다. 상기 리액터 용기는 끝단부가 절단된 원뿔을 형성하도록 다른 각도로, 바람직하게는 예각 예를 들어 15°로 테이퍼질 수 있다. 강한 점성에서 약한 점성까지 가질 수 있는, 바람직하게는 약한 점성을 갖는 예를 들어 디젤 중유(Diesel oil)와 같은 매체는, 적절한 오리피스(4)를 통해, 바람직하게는 예를 들어 표준 노즐과 같은 노즐, 유도관 또는 특별한 공급장치를 통해 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역으로 리액터 벽체의 상부 영역을 통해 분사된다. 캐비테이션에 요구되는 압력 이하의 매체 압력 p로 매체를 분사함에 따라 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역에서 캐비테이션이 상당히 감소하거나 완전히 발생하지 않는다. 선택된 소노트로우드(1)는 바람직하게는 λ/4, 예를 들어 60 mm에 상응하는 길이로 리액터 용기(5)에 돌출된다.
리액터 단면이 특정 경사로 이루어진 디자인에 의해, 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역 외부에서의 진폭은 Amin(p) 값에 대한 면적의 비율에 따라 예를 들어 10배로 증가한다. 캐비테이션은 이 영역에서 발생한다. 이 값은 각각 λ/2 단계에서 초과된다. 결과적으로, 개별적인 또는 복합적인 캐비테이션 존(zone)은 리액터 용기(5) 내에서 발전될 수 있다. 캐비테이션 존의 개수, 형상 및 크기는 특정하게 디자인된다. 초음파 처리된 매체는 리액터 용기(5)의 하부 영역에서, 바람직하게는 끝단부가 절단된 원뿔 형상을 갖는 리액터 용기(5)의 하부 바닥의 중심에서 제거된다. 매체의 출구는 제어되거나 또는 제어되지 않을 수 있으며, 예를 들어 셀 내부의 압력 p에 영향을 줄 수 있도록 제어될 수 있다. 다양한 센서 예를 들면 압력 센서의 사용으로, 인접 영역의 내부 또는 외부에서 매체의 값을 기록하고 분석할 수 있으며, 프로세스 최적화를 위해 상기 값을 이용할 수 있다. 이 형태의 적용예는 리액터 용기(5) 내에 임의의 개수의 소노트로우드(1)가 구비될 수 있으며, 예를 들어 1개의 소노트로우드(1), 바람직하게는 5개까지의 소노트로우드(1)가 구비될 수 있다.
도 7은 리액터 용기(5)의 디자인이 다른 것을 제외하고 도 6과 관련하여 설명한 장치를 보여준다. 이 경우에 원뿔(10)은 원통형 리액터 용기(5) 내에 제공된다. 이 장치는 이 장치는 15 내지 100 kHz, 바람직하게는 15 내지 30 kHz, 예를 들면 20 kHz의 저주파 고에너지 초음파로 작동된다. 이에 따라, 50 내지 20,000 W, 바람직하게는 100 내지 20,000 W, 예를 들면 8,000 W의 음파 출력이 사용된다. 진동 변환 소노트로우드 표면(3)에서, 0 내지 200 μm, 바람직하게는 10 내지 100 μ m, 예를 들면 10 μm의 진폭이 액체에 대한 음파의 전달을 위해 사용된다. 진동하는 소노트로우드(1)는 오링 및 진동분리플랜지와 같은 압력 밀봉 시일을 통해 리액터 용기(5)에 대해 밀봉된다. 리액터 용기(5)의 용량은 0 내지 50 L, 바람직하게는 1 내지 10 L, 예를 들면 5 L 용량이 사용된다. 리액터 용기(5)는 가장 다양한 재질로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 스틸, 알루미늄, 경화 금속 또는 폴리머(polymer)로 구성될 수 있다. 원뿔(10)은 다양한 재질, 바람직하게는 금속, 비금속 또는 세라믹으로 구성될 수 있는 리액터 용기(5)의 내부에 중앙으로 배치된다. 원뿔(10)은 진동 변환 소노트로우드 표면(3)을 향하는 방향으로 예각으로 바람직하게는 5°내지 30°, 예를 들어 15°로 경사진다. 이러한 결과로서, 소노트로우드(1)로부터의 거리 증가에 따라 단면이 감소되고, 상기 감소는 (상응하는 구성을 고려할 때) 액체 매체 내부에서 진폭의 증가를 발생시킨다. 강한 점성에서 약한 점성까지 가질 수 있는, 바람직하게는 약한 점성을 갖는 예를 들어 에멀젼(emulsion)과 같은 매체는, 적절한 오리피스(4)를 통해, 바람직하게는 예를 들어 표준 노즐과 같은 노즐, 유도관 또는 특별한 공급장치를 통해 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역으로 리액터 벽체의 상부 영역을 통해 분사된다. 이에 따라 유동의 방향 및 유량은 저속 유동 매체에서 중요하지 않다. 개별적인 경우, 임의의 관통 유동이 생략될 수 있다. 캐비테이션에 요구되는 압력 이하의 매체 압력 p로 매체를 분사함에 따라 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역에서 캐비테이션이 상당히 감소하거나 완전히 발생하지 않는다. 선택된 소노트로우드(1)는 바람직하게는 λ/4, 예를 들어 60 mm에 상응하는 길이로 리액터 용기(5)에 돌출된다.
리액터 단면이 특정 경사로 이루어진 디자인에 의해, 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역 외부에서의 진폭은 Amin(p) 값에 대한 면적의 비율에 따라 예를 들어 10배로 증가한다. 캐비테이션은 이 영역에서 발생한다. 이 값은 각각 λ/2 단계에서 초과된다. 결과적으로, 개별적인 또는 복합적인 캐비테이션 존(zone)은 리액터 용기(5) 내에서 발전될 수 있다. 캐비테이션 존의 개수, 형상 및 크기는 특정하게 디자인된다. 초음파 처리된 매체는 리액터 용기(5)의 하부 영역에서, 바람직하게는 끝단부가 절단된 원뿔 형상을 갖는 리액터 용기(5)의 하부 바닥의 중심에서 제거된다. 매체의 출구는 제어되거나 또는 제어되지 않을 수 있으며, 예를 들어 셀 내부의 압력 p에 영향을 줄 수 있도록 제어될 수 있다. 다양한 센서 예를 들면 압력 센서의 사용으로, 인접 영역의 내부 또는 외부에서 매체의 값을 기록하고 분석할 수 있으며, 프로세스 최적화를 위해 상기 값을 이용할 수 있다. 이 형태의 적용예는 리액터 용기(5) 내에 임의의 개수의 소노트로우드(1)가 구비될 수 있으며, 예를 들어 1개의 소노트로우드(1), 바람직하게는 5개까지의 소노트로우드(1)가 구비될 수 있다.
<참조번호 목록>
1 소노트로우드
2 저주파수 고에너지 초음파 시스템
3 소노트로우드 표면
4 오리피스
5 리액터 용기
6 음장
7 중앙 노즐
8 단면 협착
9 스로틀
10 원뿔
P 압력
A 진동 진폭

Claims (32)

  1. 적어도 하나의 인입 오리피스와 적어도 하나의 배출 오리피스를 통해 액체가 통과하는 리액터 용기의 내부로 돌출되는 적어도 하나의 소노트로우드를 포함하는 저주파수 고에너지 초음파 시스템으로 구성되는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 압력-초음파 처리하는 방법에 있어서,
    리액터 용기 내부의 진동 변환 소노트로우드 표면의 인접 영역에서 발생하는 압력(p)이 압력-진폭 특성 라인{최대 액체 압력 pmax(A)}에 대응되거나 또는 그 이상의 압력/진폭 조합이 발생하도록 하여, 이 영역에서는 캐비테이션이 발생하지 않거나 또는 감소되며,
    리액터 용기 내부에서의 인접한 영역에서는 적어도 어느 하나의 영역에서 적어도 어느 시간에 압력/진폭 조합이 캐비테이션이 발생하는 압력-진폭 특성 라인 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    진동 변환 소노트로우드 표면의 인접 영역에서의 압력(p)은 리액터 용기로 유입되는 액체의 증가된 압력에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    진동 변환 소노트로우드 표면의 인접 영역에서의 압력(p)은 리액터 용기의 영역 내에서 유효 단면의 감소에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    액체의 유동 방향으로 소노트로우드 표면으로부터의 거리에 따라 액체 압력이 리액터 용기의 단면 변경에 의해 변화되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    단면은 일정 구간에서 복수배 감소되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    진동 변환 소노트로우드 표면의 인접 영역 외부에서 액체의 압력은 전체 시간에서 불연속적으로 변화하는 예를 들어 시간 간격에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    액체의 유동 방향으로 소노트로우드 표면으로부터의 거리에 따라 초음파 분사의 진동 진폭은 리액터 용기의 단면 변경에 의해 변화되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    리액터 용기의 단면은 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 방법.
  9. 적어도 하나의 인입 오리피스(4)와 적어도 하나의 배출 오리피스를 통해 액체가 통과하는 리액터 용기(5)의 내부로 돌출되는 적어도 하나의 소노트로우드(1)를 포함하는 저주파수 고에너지 초음파 시스템(2)으로 구성되는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치에 있어서,
    인입 오리피스(4)는, 액체가 진동 변환 소노트로우드 표면(3)에 직접 충돌하도록 배열되고, 진동 변환 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역에서 압력(p)이 압력/진폭 특성 라인{최대 액체 압력 pmax(A)}에 대응하거나 또는 그 이상의 압력(p)이 발생하여 캐비테이션이 발생하지 않거나 또는 감소하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    인입 오리피스(4)는 환형 노즐로 제공되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    인입 오리피스(4)는 중앙 노즐(7)로 제공되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    중앙 노즐(7)은 소노트로우드 표면(3)에 대해 직각으로 배열되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    인입 오리피스(4)는 소노트로우드 표면에 대해 측방향으로 향하는 노즐로 제공되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  14. 적어도 하나의 인입 오리피스(4)와 적어도 하나의 배출 오리피스를 통해 액체가 통과하는 리액터 용기(5)의 내부로 돌출되는 적어도 하나의 소노트로우드(1)를 포함하는 저주파수 고에너지 초음파 시스템(2)으로 구성되는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치에 있어서,
    리액터 용기(5)의 단면은, 진동 변환 소노트로우드 표면(3) 상에 인접 영역이 생성되도록 적어도 하나의 협착(8)에 의해 감소되어, 인접 영역에서의 압력(p)은 압력/진폭 특성 라인{최대 액체 압력 pmax(A)}에 대응하거나 또는 그 이상의 압력(p)이 발생하여 캐비테이션이 발생하지 않거나 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    액체의 유동 방향을 따라 복수개의 협착(8)이 연속해서 제공되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    협착(8)은 단턱진 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    협착(8)은 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    협착(8)은 체(sieve)로 제공되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  19. 제 14 항에 있어서,
    협착(8)은 개구가 형성된 다이아프램으로 제공되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  20. 제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 협착(8) 간의 거리는 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  21. 제 14 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    액체 유동의 방향은 소노트로우드(1)로 향하는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  22. 적어도 하나의 인입 오리피스(4)와 적어도 하나의 배출 오리피스를 통해 액체가 통과하는 리액터 용기(5)의 내부로 돌출되는 적어도 하나의 소노트로우드(1)를 포함하는 저주파수 고에너지 초음파 시스템(2)으로 구성되는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치에 있어서,
    상기 소노트로우드(1) 표면의 인접 영역에서 캐비테이션이 발생하지 않거나 또는 감소하도록 상기 리액터 용기(5)의 유효 단면은 소노트로우드 표면(3)으로부터 임의의 거리에서 적어도 일정 구간에서 연속적으로 감소되며,
    상기 소노트로우드 표면(3)의 인접 영역에서 압력(p)이 압력/진폭 특성 라인{최대 액체 압력 pmax(A)}에 대응하거나 또는 그 이상의 압력(p)이 발생하여 캐비테이션이 발생하지 않거나 또는 감소하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    단면은 선형적으로 감소되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  24. 제 22 항에 있어서,
    단면은 지수함수적으로 감소되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  25. 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단면의 감소는 리액터 용기(5)의 형상에 의해 제공될 수 있는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  26. 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단면의 감소는 리액터 용기(5) 내부의 삽입구에 의해 제공될 수 있는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    단면은 원뿔 형태로 감소되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  28. 제 26 항에 있어서,
    단면은 피라미드 형태로 감소되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  29. 제 26 항에 있어서,
    단면은 계단 형태로 감소되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  30. 제 26 항에 있어서,
    삽입구는 교체할 수 있도록 디자인되는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  31. 제 26 항에 있어서,
    삽입구의 거리는 소노트로우드 표면(3)에 대해 조절 가능한 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
  32. 제 27 항에 있어서,
    액체 유동의 방향은 소노트로우드(1)로 향하는 것을 특징으로 하는 저주파수 고에너지 초음파로 액체를 초음파 처리하는 장치.
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