[实用新型]超声波聚能破碎装置

说明书

本实用新型涉及微细化加工技术领域，特别涉及超声波聚能破碎装置。该装置包括超声波换能器(1)、耦合液腔体(2)、聚能破碎腔体(3)、隔膜(4)以及隔膜凹槽(7)。该装置利用具有凹球状换能面的超声波换能器产生能量聚焦，并利用圆柱破碎腔进行次级能的导引回收、反射聚集，控制载有颗粒的料液流经各级能量富集区域。本实用新型的超声波聚能破碎装置，其能量汇聚有利于能量密度提高，为破碎提供高量级能量供给。该装置能够提升能量量级和能量利用效率，改善颗粒微细化过程的可控性和产品粒度的一致性。

技术领域

本实用新型涉及微细化加工技术领域，特别涉及超声波聚能破碎装置。

背景技术

超声破碎是利用液体介质中的超声场，对其中的固体颗粒或生物组织等实施破碎的过程。超声波在液体中传播时，会形成较为稳定的正负交替变化的声压场，液体介质的某一区域形成局部的暂态负压区。一方面，正负交替变化的声压场可对该区域内的颗粒交变施压，在施压频率与颗粒共振频率一致时，可引发颗粒进入共振状态从而崩溃；另一方面，对颗粒正负交替施压还可产生疲劳应力导致颗粒破裂；再一方面，在正负交替变化的声压场内，低压时液体可形成空穴(非稳态微气泡)，高压时又可引发空穴溃灭，空穴溃灭所产生的穴壁冲击压力可达百兆帕，这种高能冲击力的单次或累积作用可对其邻域内的物料颗粒产生巨大压缩冲击，使物料颗粒被直接破碎或在疲劳应力作用下被疲劳破碎。

超声破碎对小颗粒硬质物料的进一步破碎有独特的效果，在食品、生物、医药等领域的微细化和超微细化加工中有广泛的应用。小颗粒硬质物料的超声破碎，不仅对能量量级要求高，且要求能量能够产生累积作用。因此，造就密度大、量级级别高的超声波能量场能，是实现高能效破碎的重要前提。

现有的超声波破碎装置的能量输入形式多采用浸入式变幅杆结构；料腔以定体积槽式或柱状容器为主；通常是通过提高输入功率或采用大振幅变幅杆来改变破碎能，且采用批量处理的方式。

目前已有的超声波破碎设备存在以下缺点：

超声能的利用未考虑声源与料液腔体声场的耦合作用，能量利用形式粗放、效率较低；浸入式变幅杆结构的超声辐射形式单一，能量集中于端部附近，呈倒锥形减弱，很难聚集定向利用；能量耗散生热较为严重；空穴溃灭点集中于变幅杆端部附近，分布具有显著的局部区域性，破碎均匀性较差，导致处理后的粒径的分布范围较为宽泛；冲击破碎能未充分实现能量汇聚和靶向定位施加；超声破碎过程中料液流动、能量分布和引导缺乏主动、有效控制。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种超声波聚能破碎装置，该装置能够提升能量量级和能量利用效率，改善颗粒微细化过程的可控性和产品粒度的一致性。

该装置利用具有凹球状换能面的超声波换能器产生能量聚焦，并利用圆柱破碎腔进行次级能的导引回收、反射聚集，控制载有颗粒的料液流经各级能量富集区域。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种超声波聚能破碎装置，包括超声波换能器1、耦合液腔体2、聚能破碎腔体3、隔膜4以及隔膜凹槽7。其中：

超声波换能器1包括凹球换能面；所述凹球换能面的球心为凹球心12；凹球心12位于破碎腔9的入口，且位于超声波聚能破碎装置的轴线上。

耦合液腔体2为中空的圆柱形结构，中空部分为耦合液腔5，所述耦合液腔5为圆台形；所述耦合液腔5圆台周面的延伸顶点为凹球心12；所述耦合液腔5的底端连通固定孔6，顶端连通隔膜凹槽7；所述耦合液腔体2上径向开有贯穿耦合液腔体2并与耦合液腔5连通的耦合液平衡孔13；所述固定孔6内安装超声波换能器1。