專利名稱：用于在可變范圍的顆粒尺寸上產(chǎn)生液滴的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域?yàn)橛糜谔貏e是在合成核燃料材料的小球體(或球體)的應(yīng)用中產(chǎn)生液滴的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
這種類型的方法/設(shè)備可通常包括在用于利用溶膠-凝膠技術(shù)(即，利用沉淀反應(yīng)的技術(shù))制造核燃料的更普遍的方法中。這種類型的方法可能限制在生產(chǎn)燃料材料的小球體/球體的方法中潛在的放射性/污染物物質(zhì)的分散，這些受控尺寸和形狀的球體本身隨后被(潛在地)包括在可能利用沉積技術(shù)潛在地制造的燃料元件中(例如，TRIS0/VHTR類型的燃料)，在例如“VHTR周期”的表述中的縮寫(xiě)VHTR代表“超高溫反應(yīng)堆”以及在“TRIS0燃料”的表述中的縮寫(xiě)TRISO代表三向同性，TRISO燃料為特定類型的燃料微粒。TRISO燃料的顆粒具有由在其中央的UOx (有時(shí)為UC或UC0)構(gòu)成的裂變材料的小球體，該中央小球體涂覆有四層三向同性材料。該四層為由碳制成的多孔緩沖層、熱解碳的內(nèi)部致密層(PyC)、用于在高溫下保持裂變產(chǎn)物并且加強(qiáng)TRISO顆粒的結(jié)構(gòu)完整性的陶瓷層SiC、以及外部致密PyC層。還可能并且優(yōu)選使用振動(dòng)壓實(shí)技術(shù)以產(chǎn)生所述球體，在后一種情況下的目標(biāo)顆粒尺寸的范圍更寬并且可能更難以實(shí)現(xiàn)。因此，已經(jīng)開(kāi)發(fā)利用傳統(tǒng)GSP (凝膠負(fù)載沉淀，gel supported precipitation)溶膠-凝膠方法沉淀的在液相中溶解的燃料的液滴，這些液滴具有適合于后續(xù)合成的可用于例如如圖1中所示的用于產(chǎn)生核燃料的更廣泛的方法中(與忍受相對(duì)大的小球體直徑(即，大于300 μ m的直徑)的V /HTR應(yīng)用相比，主要應(yīng)用于振動(dòng)壓實(shí))的固體球體的性能和生產(chǎn)條件(在球形度、液滴尺寸、產(chǎn)生速度等方面)，圖1示出所有以下步驟:-步驟1:準(zhǔn)備包含溶解的燃料的溶液；-步驟2:產(chǎn)生受控尺寸和形狀的液滴；-步驟3:使用凝膠負(fù)載溶膠-凝膠方法；-步驟4:產(chǎn)生固體球體；-步驟5:沉積所述球體，或在步驟5a中:利用振動(dòng)壓實(shí)以填充燃料包殼；以及-步驟6:產(chǎn)生V/HTR燃料元件，或在步驟6a中:產(chǎn)生通過(guò)振動(dòng)壓實(shí)獲得的燃料。在現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)多個(gè)設(shè)備/方法產(chǎn)生液滴。然而，在上述情況的情境中(產(chǎn)生用于制造核燃料的球體)，一定數(shù)量的特定限制/目的意味著必須選擇某些現(xiàn)有技術(shù)。將注意到的是，由于溶膠-凝膠沉淀方法不使用放射性粉末，因此溶膠-凝膠沉淀方法是限制污染物擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)的有效方法。相反，在該技術(shù)中，必須如圖2所示的控制沉淀以隨后用于更廣泛的制造方法的固體球體的堵塞的風(fēng)險(xiǎn)以及尺寸和形狀，圖2示意性地示出了當(dāng)液滴撞擊給定的液面S時(shí)(通常沉淀溶液)液滴Gtju經(jīng)歷的變形，或更準(zhǔn)確地說(shuō)，分別平行和垂直于所述撞擊表面的兩個(gè)方向中的直徑比Dmax/Dmin隨時(shí)間的變化，并且示出了球形度的變化Λ。因此,液滴本身必須具有:-受控的尺寸和形狀(通常在可從幾十到幾百微米的范圍并且具有小于1.1的球形度比(Dmax/Dmin)的范圍內(nèi))；以及-液滴產(chǎn)生速率必須理想地為低(當(dāng)液滴撞擊包含能夠在溶膠-凝膠方法的情境下沉淀的元件的液體時(shí)，以限制液滴的變形(通過(guò)上述球形度比表征))。一般而言，以下為現(xiàn)有技術(shù)中可識(shí)別的用于產(chǎn)生液滴的主要技術(shù):-利用氣體噴射流的霧化:該技術(shù)相當(dāng)普遍并且被用于各種行業(yè)。該技術(shù)使用通過(guò)氣體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(相對(duì)于將粉碎的液體)產(chǎn)生高剪切力而傳遞的動(dòng)能使得液體粉碎，并因此產(chǎn)生后續(xù)所需的粉碎。在專利申請(qǐng)US2010/0078499和EP1888250中特別描述了該技術(shù)的示例。這種類型的技術(shù)的主要缺點(diǎn)在于，它使用對(duì)核工業(yè)不利的氣體噴射流(由于氣體噴射流與污染物接觸，氣體噴射流是需要過(guò)濾的氣態(tài)廢料的來(lái)源)。而且，由于需要液體出料口具有限制的截面以不增加用于霧化液體的氣體的流速，這些類型的液滴產(chǎn)生器經(jīng)常變得阻塞。該限制導(dǎo)致高風(fēng)險(xiǎn)的阻塞，該阻塞對(duì)核工業(yè)非常不利，必須對(duì)用于處理放射性材料的設(shè)備進(jìn)行維修/保養(yǎng)工作(就ALARA原則而言:ALARA原則是電離輻射保護(hù)的基本原則之一。目的在于，減少核服務(wù)供應(yīng)商的人員所遭受的個(gè)人和集體劑量)。-利用振動(dòng)噴射器產(chǎn)生液滴:該技術(shù)被廣泛用于溶膠-凝膠處理中以產(chǎn)生校準(zhǔn)液滴。在這種類型的技術(shù)中，液體噴射流在重力作用下經(jīng)受給定頻率的振動(dòng)流動(dòng)通過(guò)校準(zhǔn)孔，因此使噴射流粉碎成單分散液滴。在具有振動(dòng)孔的設(shè)備(在專利申請(qǐng)W02006/048523中描述的示例)中，噴射流幾乎為圓柱形并且產(chǎn)生的液滴的直徑大約為孔的直徑的兩倍。這極大的限制了該技術(shù)的有效性并且導(dǎo)致僅隨著液滴所需的直徑的減小而增加的高風(fēng)險(xiǎn)的阻塞。還將注意到的是，為了能夠顯著地改變由這種類型的產(chǎn)生器產(chǎn)生的液滴的直徑，必須改變通過(guò)其噴出噴射流的噴嘴的直徑，而且這不是工業(yè)通常所需的自由度并且與上述ALARA原則相矛盾。此外，這種類型的噴射器被限制為針對(duì)高粘度(通常高于50cp)液體產(chǎn)生如圖3和圖4中所示的小液滴(尺寸小于100 μ m)，圖3和圖4分別示出了作為噴射器的直徑Dinj的函數(shù)的直出口噴射器的水頭損失的變化，以及對(duì)于粘性液體(比如，例如，富含聚乙酸乙烯酯(PVA)的水溶液)的噴射，在直出口噴射器變得阻塞之前的時(shí)間變化Tav/Bw，參數(shù)Dmin對(duì)應(yīng)于水頭損失變得過(guò)大之前的最小直徑。-通過(guò)利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)效應(yīng)粉碎液體噴射流產(chǎn)生液滴:這種類型的設(shè)備允許經(jīng)由通過(guò)與液體噴射流接觸(高速)的移動(dòng)擋板(最經(jīng)常在旋轉(zhuǎn)中)引入的機(jī)械剪切力粉碎噴射流。這種類型的設(shè)備(也被稱為表面噴射撞擊霧化器(atomiseuracoupure de jet))伴隨可能不利于工業(yè)生產(chǎn)的大量的材料損失(低產(chǎn)量)，因此產(chǎn)生的液滴也具有接近切割噴射流的元件速度(或入射液體速度)的噴射速度，從而未能實(shí)現(xiàn)上述目的。-利用超聲波產(chǎn)生液滴:在這種類型的技術(shù)中，通過(guò)聲波的源激發(fā)待粉碎液體的自由表面。液柱出現(xiàn)在液體表面，具有非常廣的液滴尺寸分散的非常小的液滴從液體表面的液柱逃逸，此外這種類型的產(chǎn)生器無(wú)法容易地產(chǎn)生具有大于幾十微米的直徑的液滴。而且，由于液滴接近液體源，不容易在不冒著沉淀液體源 本身的風(fēng)險(xiǎn)的情況下執(zhí)行膠凝因此形成的液滴的步驟。此外，通過(guò)液體的自由表面的自然共振頻率約束粉碎。因此可實(shí)現(xiàn)的用于調(diào)節(jié)液滴直徑的自由度幾乎不存在，這從處理的角度來(lái)看是實(shí)質(zhì)性限制。-通過(guò)霧化產(chǎn)生(旋轉(zhuǎn)的可選振動(dòng)設(shè)備):這種類型的設(shè)備是基于離心力的使用以在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的表面上產(chǎn)生液體膜。在該構(gòu)件的外圍(通常圓盤(pán)或輪盤(pán))產(chǎn)生液滴；液滴是否形成和它們的尺寸取決于旋轉(zhuǎn)的參數(shù)(特別是旋轉(zhuǎn)速度)、旋轉(zhuǎn)元件的表面光潔度、以及待霧化的液體的物理化學(xué)性能。本發(fā)明的解決方案提出用于粉碎的液體易于導(dǎo)致堵塞類型的影響；使得粉碎(如在專利申請(qǐng)W02005/102537中所描述)取決于具有必然經(jīng)受由于堵塞相關(guān)的影響引起的變化的幾何形狀的元件(通常稱為齒狀物)的表面光潔度和特征尺寸是不可行的。而且，液滴的噴射速度固有為高(與旋轉(zhuǎn)板的旋轉(zhuǎn)的線性速度同量級(jí))，使得難以通過(guò)沉淀溶液的影響膠凝液滴而獲得球體。此外，旋轉(zhuǎn)霧化器并不十分適合粉碎粘性液體，因?yàn)樗鼈冃枰咝D(zhuǎn)速度的傳播；而且，粉碎的穩(wěn)定性然后導(dǎo)致控制相關(guān)的問(wèn)題。-利用碰撞噴射流產(chǎn)生液滴:特別是在專利申請(qǐng)W02009/047284中描述的這種類型的設(shè)備通過(guò)使碰撞噴射流互相撞擊產(chǎn)生液滴。如果這種類型的產(chǎn)生器不在例如針對(duì)其開(kāi)發(fā)的那些特定的條件(例如火焰或等離子錐體的非常熱的介質(zhì))下使用，則這種類型的產(chǎn)生器導(dǎo)致不利的液體損失。此外，液滴的噴射速度為與液體噴射流的撞擊速度相同量級(jí)，再次未能實(shí)現(xiàn)上述目的/滿足上述約束。因此，現(xiàn)有技術(shù)中已知的所有技術(shù)，沒(méi)有一種用于產(chǎn)生液滴的技術(shù)允許滿足所有以下標(biāo)準(zhǔn):
-通過(guò)粉碎可能地(高度地)粘性液體產(chǎn)生液滴；-產(chǎn)生能夠經(jīng)受沉淀或者導(dǎo)致高風(fēng)險(xiǎn)阻塞的其他影響的液體的液滴；-產(chǎn)生能夠以低液滴速度(可能低至0.lm/s或更低)噴射的液體的液滴；以及-產(chǎn)生具有廣泛且可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布(從幾十微米到幾百微米)的液滴。將注意到的是，這些目的和/或約束功能中的某些是自相矛盾/矛盾的，尤其就以下預(yù)期結(jié)果而言:-在液滴不以高速噴射的情況下粉碎粘性液體。具體而言，高粘性力通常需要使用高動(dòng)能或剪切力，從而引入噴涂/產(chǎn)生高速液滴；以及-在不使用對(duì)阻塞影響敏感的元件的情況下，產(chǎn)生小尺寸的液滴。具體而言，在大多數(shù)液滴產(chǎn)生器中，利用尺寸約為待產(chǎn)生的液滴所需的尺寸的機(jī)械元件獲得液滴。該尺寸在所使用的技術(shù)是基于這種類型的元件時(shí)為實(shí)際噴射器的直徑(則液滴的尺寸大約為出口的直徑的兩倍)，或者為分布元件(齒狀物、針狀物等)的尺寸，從而允許產(chǎn)生不穩(wěn)定性或應(yīng)用剪切力而引入與這些元件的尺寸的體積單位相似的粉碎。

發(fā)明內(nèi)容
這就是本發(fā)明的目的，在這種情況下，本發(fā)明的主題是一種用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的低速液滴的方法，其中不存在形成阻塞的風(fēng)險(xiǎn)，其特征在于，該方法包括以下步驟:-使液體的流以給定的相對(duì)碰撞速度撞擊支撐物；-使所述支撐物在至少一個(gè)振動(dòng)頻率處振動(dòng)；
-將所述支撐物加熱到稱為碰撞溫度的溫度，使得通過(guò)碰撞形成并作出振動(dòng)的液體膜被加熱至稱為主要溫度的溫度，以從所述膜組合形成稱為主要液滴的液滴；以及-通過(guò)傳輸/制動(dòng)/分揀系統(tǒng)將所述液滴傳輸至用于沉淀主要液滴的液體，在稱為傳輸溫度的溫度下執(zhí)行所述傳輸，-所有這些參數(shù)，即相對(duì)碰撞速度、振動(dòng)頻率、主要溫度和傳輸溫度，允許調(diào)節(jié)所述形成的主要液滴的液滴尺寸和所述主要液滴的速度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，該方法進(jìn)一步包括預(yù)粉碎所述液體以產(chǎn)生初級(jí)液滴的步驟，其中初級(jí)液滴以可能通常約0.1至I升每小時(shí)的中等流速撞擊所述支撐物。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，預(yù)粉碎步驟通過(guò)使所述液體振動(dòng)來(lái)執(zhí)行并且可能特別通過(guò)嗔嘴在稱為初步頻率的頻率下執(zhí)打。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，該方法包括使所述支撐物在第一周期期間以第一振動(dòng)幅度振動(dòng)以影響所述初級(jí)液滴的碰撞速度，以及使所述支撐物在第二周期期間以第二幅度振動(dòng)以通過(guò)從初級(jí)液滴獲得的膜調(diào)節(jié)主要液滴的液滴尺寸，這些步驟可能共存。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，噴射流是連續(xù)的以獲得高液滴流速。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，所述支撐物與垂直于流體的所述連續(xù)噴射流的方向的方向成小于約10度的角度(Θ P。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，所述方法進(jìn)一步包括使形成的初級(jí)液滴和/或主要液滴經(jīng)受電場(chǎng)的步驟以減少所述液滴的凝聚并且允許通過(guò)靜電效應(yīng)制動(dòng)/分揀。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型,碰撞溫度處于破碎的液體的沸點(diǎn)和所需的主要液滴的萊頓佛羅斯特(Leidenfrost)溫度之間，傳輸溫度屬于接近所述萊頓佛羅斯特溫度的溫度范圍內(nèi)。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，在稱為傳輸溫度的溫度下執(zhí)行所述主要液滴的傳輸，該傳輸溫度不同于稱為主要溫度的溫度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，液體是在室溫下?lián)碛懈哂诩s10厘泊的粘度的粘性液體并且尤其可能是包含流變調(diào)節(jié)添加劑(例如，聚乙烯醇(PVA))的硝酸鈾酰溶液或錒系元素溶液。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，形成的膜為約幾十到幾百微米厚度。有利地,振動(dòng)頻率為約幾赫茲到幾十千赫茲。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，碰撞速度為約幾厘米/秒到約百米/秒。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，在相對(duì)于所述腔外部的大氣的真空下的腔中執(zhí)行所有步驟。本發(fā)明的另一主題是一種用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括:-用于將液體噴涂到支撐物上以使所述液體撞擊所述支撐物的裝置；-用于調(diào)節(jié)所述液體的碰撞速度的裝置；-用于使所述支撐物在主要頻率下振動(dòng)的裝置和用于將所述支撐物加熱至一定溫度的裝置使得所述液體被加熱至稱為主要溫度的溫度，從而從所述膜中形成稱為主要液滴的液滴；以及-用于將所述主要液滴傳輸至儲(chǔ)料室的裝置，在稱為傳輸溫度的溫度下執(zhí)行所述傳輸。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，該設(shè)備包括受壓液體的容器和用于預(yù)粉碎的噴射器。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，噴涂裝置將連續(xù)流動(dòng)的膜噴涂到將被撞擊的支撐物上并且所述支撐物具有不平整的表面并且可能具有凹形軸對(duì)稱的三維形狀并且特別是半球形。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，用于噴涂液體的裝置包括用于將所述液體預(yù)粉碎成初級(jí)液滴的裝置和用于將所述初級(jí)液滴噴涂到所述支撐物上的裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，用于將液體預(yù)粉碎成初級(jí)液滴的裝置包括直出口噴嘴類型或錐形出口噴嘴類型。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，預(yù)粉碎裝置包括超聲波產(chǎn)生器，該超聲波產(chǎn)生器可能包括在稱為初步頻 率的頻率下產(chǎn)生振動(dòng)的壓電式轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，預(yù)粉碎裝置進(jìn)一步包括防溢流系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，支撐物包括用于收集主要液滴的導(dǎo)向槽。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，用于使支撐物振動(dòng)的裝置包括壓電元件。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，收集裝置包括用于將所述主要液滴傳輸至用于沉淀液滴的溶液的裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，傳輸裝置包括電磁制動(dòng)裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，傳輸裝置包括相對(duì)于所述支撐物傾斜的坡道。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，傳輸裝置進(jìn)一步包括用于分揀所述主要液滴的裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，傳輸/制動(dòng)裝置包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的圓盤(pán)傳送帶插座。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，該設(shè)備包括壓控腔，該壓控腔包括用于噴涂所述液體的裝置、所述支撐物、以及用于使所述支撐物振動(dòng)的裝置、以及用于在所述腔中產(chǎn)生真空的裝置。


通過(guò)閱讀以下非限制描述并借助所附附圖，將更好地理解本發(fā)明并且其他優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)，其中:-圖1示出了可將本發(fā)明融入其中的用于制造核燃料元件的方法的各個(gè)步驟；-圖2示出了在撞擊通過(guò)包含沉淀劑的溶液形成的液體表面時(shí)經(jīng)受凝膠負(fù)載沉淀的液滴的球形度的變化；-圖3示出了作為噴射器的直徑的函數(shù)的直出口噴射器的水頭損失的變化；-圖4示出了對(duì)于粘性液體(例如，富含PVA的水溶液)的噴射，在直出口噴射器變得阻塞之前的時(shí)間變化；-圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的在用于產(chǎn)生液滴的方法中的各個(gè)步驟的框圖；-圖6示出了根據(jù)執(zhí)行預(yù)粉碎步驟的兩種可能方式的本發(fā)明的方法的第一步驟；-圖7示出了作為雷諾(ReynoIds)數(shù)Re和Ohnesorge數(shù)Oh的函數(shù)的液體膜的沉積條件；-圖8示出了作為碰撞后時(shí)間Timp的函數(shù)的系數(shù)β和ξ的典型變化；-圖9a和圖9b示出了沉積在相對(duì)于垂直于液體噴射流的噴涂方向傾斜的平面固體表面上的液滴的參數(shù)的變化的各個(gè)分布；
-圖10不出了包括用于傳輸和分揀所述液滴的系統(tǒng)的用于從液體噴射流產(chǎn)生主要液滴的系統(tǒng)；-圖11示出了作為液滴的碰撞速度的函數(shù)的臨界噴濺壓力、效果的變化，對(duì)應(yīng)于將一體積的液體撞擊在固體表面上弓I起該體積粉碎成多個(gè)子體積；-圖12示出了在半徑R的球形圓頂上流動(dòng)的各種類型的液體(流體的流速為91/h)的液體膜的厚度；-圖13示出了可根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)示例應(yīng)用的一系列振動(dòng)，以優(yōu)化在經(jīng)受加熱的平面壁的表面上的液滴的粉碎；以及-圖14示出根據(jù)本發(fā)明的完整設(shè)備的示例。
具體實(shí)施例方式通過(guò)圖5中的圖形示意性地顯示了本發(fā)明的方法，圖5綜合地示出了方法的所有主要組成步驟，以及所述方法的某些可選擇或替代的步驟:-在本發(fā)明的方法的可選初始步驟Etci中，粉碎液體以獲得一組初級(jí)液滴Gtjul；-根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，可采用被稱為充電操作Etl的步驟補(bǔ)充初始步驟，該充電操作Etl的目的是保持所述初級(jí)液滴彼此隔離；- 一般而言，在第一步驟Et1中，從表現(xiàn)為連續(xù)噴射流的形式的液體Liq，或從初級(jí)液滴Gtjul的每一個(gè)經(jīng)由與支撐物的碰撞產(chǎn)生液體膜；-接著，在步驟Et2中該膜經(jīng)受振動(dòng)和適當(dāng)?shù)臏囟龋苑鬯樗瞿?，從而獲得一組校準(zhǔn)液滴尺寸的主要液滴Gtjup·;-然后，在步驟Et3中，傳輸所述主要液滴，可能有利于執(zhí)行被稱為充電步驟Et3，的步驟，充電步驟Et3，的目的是保持所述主要液滴彼此隔離；以及-最后，執(zhí)行傳輸/分揀/制動(dòng)所述主要液滴的步驟Et4,根據(jù)某些變型，該步驟可能有利地包括特別是利用靜電力引導(dǎo)和分揀所述液滴。將注意到的是，可通過(guò)中央控制操作Em有利地控制所有這些操作。一般地，根據(jù)本發(fā)明的方法，提供被稱為碰撞步驟的第一步驟，該步驟包括將承壓流體噴涂到支撐物(通常為支撐板)上，以形成將被粉碎的膜，從而形成所需的液滴。在本發(fā)明的第一變型中，在實(shí)施中等流速的情境下提供預(yù)粉碎需要從其中形成受控液滴尺寸的液滴的液體的初始步驟。如圖6所示，該液體來(lái)自受壓容器％。液體被發(fā)送至噴射器In。根據(jù)該變型，還提供能夠預(yù)粉碎流體的子系統(tǒng)。如圖6所示，對(duì)應(yīng)于選項(xiàng)I，這種子系統(tǒng)可包括可能是噴嘴類型的具有至少200微米直徑的直出口或錐形出口，以便可使用粘性液體而沒(méi)有高風(fēng)險(xiǎn)的阻塞，并且可選地?fù)碛型ㄟ^(guò)惰性氣體gint的流動(dòng)特別保證的沖水系統(tǒng)，以限制特別由于沉淀效應(yīng)引起的阻塞的風(fēng)險(xiǎn)。石英晶體壓電致動(dòng)器Piez。允許從噴射的液體Liq產(chǎn)生初級(jí)液滴Gtjul的流。替代地，并且對(duì)應(yīng)于選項(xiàng)2，可通過(guò)經(jīng)由進(jìn)給器A1進(jìn)給的由顯示溢流Fd的箭頭所示的溢流系統(tǒng)確保預(yù)粉碎，消除任何噴嘴的出口處的任何阻塞的風(fēng)險(xiǎn)，并且包括連接至壓縮氣瓶B1或甚至出現(xiàn)在將被分散的溶液中的彈性腔Chs，使得出口部分不與富含沉淀產(chǎn)物的蒸汽(例如，氨)的周?chē)諝饨佑|。
垂直于出口的產(chǎn)生的液滴Gwl具有通過(guò)體積流速Q(mào)設(shè)置的直徑Cltl，體積流率Q通過(guò)容器Rl的壓力和壓電晶體的頻率f控制。該直徑Cltl通過(guò)以下表達(dá)式近似地給出第一階:
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: -使液體的流以給定的相對(duì)碰撞速度撞擊支撐物； -使所述支撐物在至少一個(gè)振動(dòng)頻率處振動(dòng)； -將所述支撐物加熱到稱為碰撞溫度的溫度，使得通過(guò)碰撞形成并作出振動(dòng)的液體膜被加熱至稱為主要溫度的溫度，以從所述膜組合形成稱為主要液滴的液滴；以及 -通過(guò)傳輸/制動(dòng)/分揀系統(tǒng)將所述液滴傳輸至用于沉淀所述主要液滴的液體，在稱為傳輸溫度的溫度下執(zhí)行所述傳輸， -所有這些參數(shù)，即相對(duì)碰撞速度、振動(dòng)頻率、主要溫度和傳輸溫度，允許調(diào)節(jié)所述形成的主要液滴的液滴尺寸和所述主要液滴的速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括預(yù)粉碎所述液體以產(chǎn)生初級(jí)液滴的步驟，其中初級(jí)液滴以中等流速撞擊所述支撐物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的方法，其特征在于，通過(guò)使所述液體振動(dòng)執(zhí)行所述預(yù)粉碎步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3中的任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的方法，其特征在于，所述方法包括使所述支撐物在第一周期期間以第一振動(dòng)幅度振動(dòng)以影響所述初級(jí)液滴的碰撞速度，以及使所述支撐物在第二周期期間以第二幅度振動(dòng)以通過(guò)從所述初級(jí)液滴獲得的膜調(diào)節(jié)所述主要液滴的液滴尺寸，這些步驟能夠共存。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的方法，其特征在于，噴射流是連續(xù)的以獲得高液滴流速。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的方法，其特征在于，所述支撐物與垂直于流體的所述連續(xù)噴射流的方向的方向成小于約10度的角度(Θ O。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括使形成的所述初級(jí)液滴和/或所述主要液滴經(jīng)受電場(chǎng)的步驟以減少所述液滴的凝聚并且允許通過(guò)靜電效應(yīng)使所述液滴制動(dòng)/分揀。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的方法，其特征在于，所述碰撞溫度處于破碎的液體的沸點(diǎn)和所需的主要液滴的萊頓弗羅斯特溫度之間，傳輸溫度屬于接近所述萊頓弗羅斯特溫度的溫度范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的方法，其特征在于，在稱為傳輸溫度的溫度下執(zhí)行所述主要液滴的傳輸，該傳輸溫度不同于稱為主要溫度的溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的方法，其特征在于，所述液體是在擁有高于約10厘泊的粘度的粘性液體并且可能尤其是包含例如PVA的流變調(diào)節(jié)添加劑的硝酸鈾酰溶液或錒系元素溶液。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中的一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的方法，其特征在于，形成的膜為約幾百微米厚度，所述振動(dòng)頻率為約幾赫茲到幾十千赫茲。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中的一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的方法，其特征在于，所述碰撞速度為約幾厘米/秒到約百米/秒。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中的一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的方法，其特征在于，在相對(duì)于所述腔外部的大氣的真空下的腔中執(zhí)行所有步驟。
14.一種用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括: -用于將液體噴涂到支撐物上以使所述液體撞擊所述支撐物的裝置； -用于調(diào)節(jié)所述液體的碰撞速度的裝置； -用于使所述支撐物在主要頻率下振動(dòng)的裝置和用于將所述支撐物加熱至一定溫度的裝置(RC)，使得所述液體被加熱至稱為主要溫度的溫度，從而從所述膜中形成稱為主要液滴的液滴；以及 -用于將所述主要液滴傳輸至儲(chǔ)料室的裝置，在稱為傳輸溫度的溫度下執(zhí)行所述傳輸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括受壓液體的容器和噴射器。
16.根據(jù)權(quán)利要求14和15中的任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的設(shè)備，其特征在于，所述噴涂裝置將連續(xù)流動(dòng)的膜噴涂到將被撞擊的支撐物上并且所述支撐物具有不平整的表面并且可能具有凹形軸對(duì)稱的三維形狀并且特別是半球形。
17.根據(jù)權(quán)利要求14和15中的任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的設(shè)備，其特征在于，用于噴涂`流體的裝置包括用于將所述液體預(yù)粉碎成初級(jí)液滴的裝置和用于將所述初級(jí)液滴噴涂到所述支撐物上的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的設(shè)備，其特征在于，用于將所述液體預(yù)粉碎成初級(jí)液滴的裝置包括直出口噴嘴類型或錐形出口噴嘴類型。
19.根據(jù)權(quán)利要求17和18中的任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的設(shè)備，其特征在于，預(yù)粉碎裝置包括超聲波產(chǎn)生器，該超聲波產(chǎn)生器可能包括在稱為初步頻率的頻率下產(chǎn)生振動(dòng)的壓電式轉(zhuǎn)換器。
20.根據(jù)權(quán)利要求17至19中的一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)粉碎裝置進(jìn)一步包括防溢流系統(tǒng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求14至20中的一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的設(shè)備，其特征在于，所述支撐物包括用于收集所述主要液滴的導(dǎo)向槽。
22.根據(jù)權(quán)利要求14至21中的一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的設(shè)備，其特征在于，用于使支撐物振動(dòng)的裝置包括壓電元件。
23.根據(jù)權(quán)利要求14至22中的一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的設(shè)備，其特征在于，收集裝置包括用于將所述液滴傳輸至用于沉淀所述液滴的溶液的>j-U ρ α裝直。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的設(shè)備，其特征在于，傳輸裝置包括電磁制動(dòng)裝置。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的設(shè)備，其特征在于，所述傳輸裝置包括相對(duì)于所述支撐物傾斜的坡道。
26.根據(jù)權(quán)利要求23至25中的一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備進(jìn)一步包括用于分揀所述主要液滴的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的設(shè)備，其特征在于，分揀裝置包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的圓盤(pán)傳送帶插座。
28.根據(jù)權(quán)利要求15至27中的一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)的液滴尺寸分布的液滴的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括: -腔，所述腔包括用于噴涂所述液體的裝置、所述支撐物、以及用于使所述支撐物振動(dòng)的裝置；以及 -用于在所述腔中產(chǎn)生真空·的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在可變范圍的顆粒尺寸上產(chǎn)生液滴的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟使液體的流以給定的相對(duì)碰撞速度碰撞基板在至少一個(gè)振動(dòng)頻率振動(dòng)所述基板；將所述基板加熱到稱為碰撞溫度的溫度，使得通過(guò)碰撞形成并作出振動(dòng)的液體膜被加熱至稱為主要溫度的溫度，以從所述膜中以組合的方式形成稱為主要液滴的液滴；通過(guò)傳輸/制動(dòng)/分揀系統(tǒng)將所述液滴向著用于沉淀主要液滴的液體傳輸，在稱為傳輸溫度的溫度下執(zhí)行所述傳輸，其中相對(duì)碰撞速度、振動(dòng)頻率、主要溫度和傳輸溫度參數(shù)的設(shè)定使得能夠調(diào)節(jié)所述形成的主要液滴的顆粒尺寸和調(diào)節(jié)主要液滴的速度。本發(fā)明還涉及一種允許實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的設(shè)備。
文檔編號(hào)B05B1/36GK103249493SQ201180059420
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者M·布羅捷, D·穆利尼耶 申請(qǐng)人:原子能和能源替代品委員會(huì)