ТЕХНОЛОГИЯ СЕПАРАЦИИ С ПОМОЩЬЮ АКУСТОФОРЕЗА, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ МНОГОМЕРНЫЕ СТОЯЧИЕ ВОЛНЫ

1. Устройство, содержащее:
проточную камеру, имеющую по меньшей мере один вход и по меньшей мере один выход;
по меньшей мере один ультразвуковой преобразователь, расположенный на стенке проточной камеры, причем преобразователь включает в себя пьезоэлектрический материал, приводимый в действие сигналом напряжения с возможностью создания многомерной стоячей волны в проточной камере; и
отражатель, расположенный на стенке на противоположной стороне проточной камеры от по меньшей мере одного ультразвукового преобразователя.
2. Устройство по п. 1, в котором многомерная стоячая волна приводит к силе акустического излучения, имеющей аксиальный компонент силы и боковой компонент силы, которые имеют одинаковый порядок величины.
3. Устройство по п. 1, в котором многомерная стоячая волна может захватывать частицы в поле потока, имеющем линейную скорость от 0,1 мм/с до более 1 см/с.
4. Устройство по п. 1, в котором пьезоэлектрический материал может колебаться в форме моды более высокого порядка.
5. Устройство по п. 1, в котором пьезоэлектрический материал может колебаться для создания профиля смещения, имеющего множество максимумов и минимумов.
6. Устройство по п. 1, в котором пьезоэлектрический материал имеет прямоугольную форму.
7. Устройство по п. 1, в котором многомерная стоячая волна представляет собой трехмерную стоячую волну.
8. Устройство по п. 1, в котором отражатель имеет неплоскую поверхность.
9. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее:
вход устройства, который ведет к кольцеобразной камере;
стенку профилированного сопла, расположенную дальше входа устройства;
сборный канал, окруженный кольцеобразной камерой; и
соединительный канал, соединяющий стенку профилированного сопла с входом проточной камеры.
10. Ультразвуковой преобразователь, содержащий:
корпус, имеющий верхний конец, нижний конец и внутренний объем;
кристалл на нижнем конце корпуса, имеющий подвергающуюся воздействию внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, причем кристалл способен колебаться при приведении в действие с помощью сигнала напряжения;
слой подложки, контактирующий с внутренней поверхностью кристалла, причем слой подложки выполнен из по существу акустически прозрачного материала.
11. Преобразователь по п. 10, в котором по существу акустически прозрачный материал представляет собой бальзовое дерево, пробку или поролон.
12. Преобразователь по п. 10, в котором по существу акустически прозрачный материал имеет толщину до 1 дюйма (25,4 мм).
13. Преобразователь по п. 10, в котором по существу акустически прозрачный материал имеет форму решетки.
14. Устройство, содержащее:
проточную камеру, имеющую вход и выход;
по меньшей мере один ультразвуковой преобразователь, расположенный на стенке проточной камеры, причем преобразователь включает в себя кристалл, приводимый в действие сигналом напряжения; и
отражатель, расположенный на стенке на противоположной стороне проточной камеры от по меньшей мере одного ультразвукового преобразователя;
в котором колебание кристалла производит градиенты давления, которые формируют горячие точки, расположенные в минимуме или максимуме потенциала акустического излучения.
15. Способ сепарации второй текучей среды или частицы от основной текучей среды, содержащий этапы, на которых:
пропускают смесь основной текучей среды и второй текучей среды или частицы через устройство, причем устройство содержит:
проточную камеру, имеющую по меньшей мере один вход и по меньшей мере один выход;
по меньшей мере один ультразвуковой преобразователь, расположенный на стенке проточной камеры, причем преобразователь включает в себя пьезоэлектрический материал, приводимый в действие сигналом напряжения с возможностью создания многомерной стоячей волны в проточной камере; и
отражатель, расположенный на стенке на противоположной стороне проточной камеры от по меньшей мере одного ультразвукового преобразователя; и
отправляют сигнал импульсного напряжения для приведения в действие по меньшей мере одного ультразвукового преобразователя для сепарации основной текучей среды от второй текучей среды или частицы.
16. Способ по п. 15, в котором многомерная стоячая волна приводит к силе акустического излучения, имеющей аксиальный компонент силы и боковой компонент силы, которые имеют одинаковый порядок величины.
17. Способ по п. 15, в котором многомерная стоячая волна может захватывать частицы в медленном поле, имеющем линейную скорость от 0,1 мм/с до более 1 см/с.
18. Способ по п. 15, в котором пьезоэлектрический материал может колебаться в форме моды более высокого порядка.
19. Способ по п. 15, в котором пьезоэлектрический материал может колебаться с возможностью создания профиля смещения, имеющего множество максимумов и минимумов.
20. Способ по п. 15, в котором ультразвуковой преобразователь содержит:
корпус, имеющий верхний конец, нижний конец и внутренний объем;
кристалл на нижнем конце корпуса, имеющий подвергающуюся воздействию внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, причем кристалл способен колебаться при приведении в действие с помощью сигнала напряжения;
слой подложки, контактирующий с внутренней поверхностью кристалла, причем слой подложки изготовлен из по существу акустически прозрачного материала.
21. Способ по п. 20, в котором по существу акустически прозрачный материал представляет собой бальзовое дерево, пробку или поролон.
22. Способ по п. 20, в котором по существу акустически прозрачный материал имеет толщину до 1 дюйма (25,4 мм).
23. Способ по п. 20, в котором внешняя поверхность кристалла покрыта материалом поверхности износа с толщиной в половину длины волны или менее, причем материал поверхности износа представляет собой уретановое, эпоксидное или силиконовое покрытие.
24. Способ по п. 15, в котором смесь протекает вертикально вниз, а вторая текучая среда или частица всплывает вверх к сборному каналу.
25. Способ по п. 15, в котором смесь течет вертикально вверх, а вторая текучая среда или частица опускается вниз к сборному каналу.
26. Способ по п. 15, в котором частица представляет собой клетки яичника китайского хомячка (CHO), клетки гибридомы NS0, клетки почки новорожденного хомячка (BHK) или человеческие клетки.
27. Способ по п. 15, в котором более 90% частицы сепарируют от основной текучей среды на основании объема.
28. Способ по п. 15, в котором стоячие волны являются нормальными к вертикальному направлению потока.
29. Способ по п. 15, в котором формируют горячие точки, которые расположены в минимуме или максимуме потенциала акустического излучения.
30. Способ по п. 15, в котором сигнал импульсного напряжения имеет синусоидальную, квадратную, пилообразную или треугольную форму волны.
31. Способ по п. 15, в котором сигнал импульсного напряжения имеет частоту от 500 кГц до 10 МГц.
32. Способ по п. 15, в котором сигнал импульсного напряжения приводят в действие с возможностью запуска и остановки амплитудной или частотной модуляции для исключения акустического течения.
33. Способ по п. 15, в котором смесь основной текучей среды и второй текучей среды или частицы имеет число Рейнольдса 1500 или менее до поступления в проточную камеру.
34. Способ по п. 15, в котором частица имеет размер от около 0,1 мкм до около 300 мкм.
35. Способ по п. 15, в котором смесь основной текучей среды и второй текучей среды или частицы протекает через проточную камеру со скоростью по меньшей мере 0,25 литров/час.
36. Способ по п. 15, в котором смесь протекает из входа устройства через кольцеобразную камеру и за стенкой профилированного сопла до поступления во вход проточной камеры.
37. Способ по п. 36, в котором сепарированная вторая текучая среда или частица агломерируется и поднимается, и в котором втекающую смесь направляют к поднимающейся второй текучей среде или частице посредством стенки профилированного сопла.
38. Способ по п. 15, в котором смесь протекает из входа устройства через кольцеобразную камеру и за стенкой профилированного сопла для формирования крупномасштабных вихрей на входе в сборный канал до поступления во вход проточной камеры, таким образом усиливая сепарацию второй текучей среды или частицы от основной текучей среды.
39. Устройство, содержащее:
проточную камеру, имеющую по меньшей мере один вход и по меньшей мере один выход;
по меньшей мере один ультразвуковой преобразователь, расположенный на стенке проточной камеры, причем преобразователь включает в себя кристалл, приводимый в действие сигналом напряжения с возможностью создания многомерной стоячей волны в проточной камере; и
отражатель, расположенный на стенке на противоположной стороне проточной камеры от по меньшей мере одного ультразвукового преобразователя;
причем по меньшей мере один ультразвуковой преобразователь формирует стоячую волну, которая производит агрегацию, скопление или слипание капель нефти микрометрового размера и смещает
распределение размера частиц по направлению к более крупным каплям.
40. Устройство, содержащее:
проточную камеру, имеющую по меньшей мере один вход и по меньшей мере один выход;
по меньшей мере один ультразвуковой преобразователь, расположенный на стенке проточной камеры, причем преобразователь включает в себя кристалл, приводимый в действие сигналом напряжения с возможностью создания многомерной стоячей волны в проточной камере; и
отражатель, расположенный на стенке на противоположной стороне проточной камеры от по меньшей мере одного ультразвукового преобразователя;
причем плавучесть частиц, которые захватываются в многомерной стоячей волне, может быть спрогнозирована на основании силы акустического излучения.