專利名稱：：用以涂覆基質(zhì)的超聲噴霧裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用來將流體施用到基質(zhì)上的超聲噴霧裝置。
背景技術(shù)：
：各種各樣的操作尤其是食品加工均涉及到施用流體涂覆材料。通常，用以噴霧型式分配漿液的常規(guī)噴嘴將流體涂覆溶液或漿液施用到食品基質(zhì)上，僅用漿液供給的靜液壓力來形成噴霧。盡管即實用又有效，容易使用的常規(guī)靜液漿液受孔口排放噴嘴限制具有很多缺點。一種缺點涉及到難以采用低流量，尤其是在500mL/min以下。已知常規(guī)靜液增壓噴嘴難以按精確流量保持良好的噴霧型式。食品基質(zhì)的流體添加劑常常需要采用這些低流量，尤其是當施用昂貴的或高度功能性材料時。另一種缺點涉及到難以噴射大粒度漿液，這是因為常規(guī)靜液增壓噴嘴的孔口尺寸的直徑一般低于500|um。已知，噴嘴堵塞是漿液施用的主要缺點之一。另一種缺點涉及到漿液在噴嘴內(nèi)部上的逐步積聚。在這種積聚之后，噴嘴必須進行徹底清潔。取決于各種因素，清潔操作必須每天至少進行一次，并且可能的話頻繁到每個運轉(zhuǎn)班次進行一次。對噴嘴進行清潔因此是運行衛(wèi)生的標準要素，通常耗用多達一個小時來執(zhí)行。因此，漿液積聚會造成直接的維護服務(wù)成本。更重要的是，由于大部分生產(chǎn)線通常是連續(xù)的，漿液積聚可導(dǎo)致整個生產(chǎn)線停產(chǎn)的更昂貴代價。另一個問題在于來自常規(guī)靜液增壓噴嘴的噴霧的動量，其可達到每秒超過五十米的速度。這樣一種噴霧動量如果與食物產(chǎn)品緊密結(jié)合，可對產(chǎn)品的形狀和紋理產(chǎn)生破壞。它也可使產(chǎn)品在生產(chǎn)線上的包裝排列失去方向感。這些局限性限制了噴嘴相對于產(chǎn)品流的可能位置。另一個問題在于由于過度噴涂而損失大量較貴重的成分。已知，常規(guī)噴嘴具有大的液滴尺寸分布，其使得難以在小目標區(qū)域中包含噴霧。大的液5滴尺寸分布意味著可能產(chǎn)生顯著量的特別細小的液滴。這些細小液滴不具有足夠的質(zhì)量并且通常會損失到周圍的環(huán)境中。此外，這些細小液滴由于會被人們吸入而可能具有潛在的健康危險。令人驚訝的是，使用超聲裝置在食品基質(zhì)的流體涂覆方面提供了極大的改善。發(fā)明概述本發(fā)明是一種從表面噴出流體的裝置，所述裝置包括a)以一定頻率運行的電源；b)換能器，其在被施加電源時以第一振幅振動；c)振動噴嘴，所述振動噴嘴包括所述表面并與換能器聲學(xué)耦合以將換能器振動以第二振幅傳遞到所述表面；和d)控制施加到換能器上的電源的控制單元。所迷流體被遞送到噴嘴表面。在此期間，控制單元使施加到換能器上的功率按所述頻率在低功率電平和高功率電平之間循環(huán)變化。同時，當高功率電平(即，第一功率電平)被施加到轉(zhuǎn)換器上而不是當?shù)凸β孰娖?即，第二功率電平)被施加到轉(zhuǎn)換器上時，所述流體從表面噴出。換能器和振動噴嘴可為一個單元。提供給換能器的功率的循環(huán)變化遵從以下函數(shù)，其可為正弦函數(shù)、階躍函數(shù)、以及線性函數(shù)、或它們的組合。在一個可供選擇的實施方案中，當將流體噴在基質(zhì)上時，基質(zhì)可相對于裝置移動；并且提供給換能器的功率從低功率電平到高功率電平的循環(huán)變化與時間事件相關(guān)聯(lián)，所述時間事件與移動的基質(zhì)將處在合適的位置以接納流體的時間有關(guān)。高功率電平持續(xù)預(yù)定的時間長度，在這以后，控制單元將調(diào)節(jié)施加到轉(zhuǎn)換器上的功率回到低功率電平。移動的基質(zhì)可為可食用的。振動噴嘴可與換能器直接地或間接地聲學(xué)耦合。第一振幅可與第二振幅不同。第二振幅可大于10微米。流體可具有與裝置有關(guān)的臨界功率電平要求。高于該臨界功率電平時，流體可從表面噴出，并且低功率電平可低于臨界功率電平，以及高功率電平可高于臨界功率電平。在高功率電平處第二振幅的大小大于在低功率電平處第二振幅的大小約5%。流體可具有約1至約500cps的粘度。流體可具有約0至約70%的固體含量。流體可包括香味劑。電源可以約10至約500kHz的頻率運行。在一個可供選擇的實施方案中，電壓可以約15至約120kHz的頻率運行。在另一源可以約18至約50kHz的頻率運行。從低功率電平至高功率電平的循環(huán)變化可以每分鐘至少60次的速率產(chǎn)生。在另一個可供選擇的實施方案中，所述裝置具有a)以一定頻率運行的電源；b)換能器，其在一皮施加電源時以第一振幅振動；c)振動噴嘴，所述振動噴嘴包括所述表面并與換能器聲學(xué)耦合以將換能器振動以第二振幅傳遞到所述表面；d)阻尼單元；和e)調(diào)節(jié)阻尼單元的激活的控制單元。所迷流體被遞送到表面。控制單元使阻尼單元的激活水平在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間循環(huán)變化。在阻尼單元的激活水平被調(diào)節(jié)到第一狀態(tài)而不是調(diào)節(jié)到第二狀態(tài)時，流體從表面噴出。第一狀態(tài)的激活水平可在振動噴嘴中產(chǎn)生諧振波。第一狀態(tài)的激活水平可與阻尼單元未激活相對應(yīng)。第一狀態(tài)的激活水平可與阻尼單元^皮激活相對應(yīng)。附圖概述雖然本說明書是以特別指出并清楚地要求保護本發(fā)明的權(quán)利要求書作為結(jié)論，據(jù)信根據(jù)下文對附圖的說明，可更好地理解本發(fā)明，其中類似的參考數(shù)字代表類似的元件，并且其中圖1為超聲裝置布置的側(cè)碎見圖2為超聲裝置布置的示意圖；并且圖3為本發(fā)明的裝置和系統(tǒng)的透視圖，其中一部分被移除，并且一部分被示意性地顯示。圖4為噴霧型式的平面圖。圖5為噴嘴的功率輸入隨時間變化的圖示。本文所迷附圖未必按比例繪制。發(fā)明詳迷第I部分將提供術(shù)語，其將幫助讀者最佳地理解本發(fā)明的特征，而不是要以與這些術(shù)語在本說明書中所用的上下文不一致的方式來限制所述術(shù)語。這些定義并非旨在進行限制。第II部分將討論本發(fā)明。I.術(shù)語如本文所用，"振幅"是指噴嘴尖端的振動位移。由峰至峰來測量所述位移。如本文所用，"可食用基質(zhì)"或"基質(zhì)"包括適于食用的能夠?qū)⒘黧w設(shè)置在其上的任何材料。任何合適的可食用基質(zhì)均可用于本文的發(fā)明。適宜的可食用基質(zhì)的實例可包括但不限于小吃片(例如，片狀的炸薯片)、加工好的小吃(例如，諸如未經(jīng)發(fā)酵的玉米片、炸薯片、炸薯脆之類的加工好的小吃)、壓出的小吃、餅干、粉餅、口香糖、糖果、面包、水果、干果、牛肉干、脆餅、意大利面食、熱狗、肉片、乳酪、薄烤餅、華夫餅干、干果片、早餐谷類食物、吐司糕點、水淇淋巻、冰淇淋、明膠、水淇淋三明治、水棒、酸奶、甜品、奶酪蛋糕、餡餅、杯形糕餅、英國松餅、比薩餅、餡餅、肉餡餅和炸魚條。可食用基質(zhì)可以是任何適宜的形式。例如，基質(zhì)可以是即食的最終食品、食用前需要進一步制備的食品(如，小吃片生面團、千意大利面食)或它們的組合。此外，基質(zhì)可以是硬的(如加工的小吃片)或軟的(如明膠、酸奶)。此外，可食用基質(zhì)可包括寵物食品，例如但不限于狗餅干和狗食。在一個優(yōu)選的實施方案中，基質(zhì)為油炸的加工的小吃片。所述流體可通過任何適用的方法設(shè)置在小吃片上。例如，流體可在薄片坯被油炸制成油炸加工的小吃片之前設(shè)置在薄片坯上，或者流體可在薄片油炸后設(shè)置在其上。在一個實施方案中，加工的小吃片是如Lodge在美國專利5,464,643以及Villag訓(xùn)等人在美國專利6，066，353和美國專利5，464，642中所描述的那些。如本文所用，術(shù)語"涂層"是指薄膜。如本文所用，術(shù)語"臨界功率"是指足以將液體從噴嘴中噴出的最小功率電平。如本文所用，術(shù)語"流體"是指均勻的液體、漿液和可流動的糊劑、以及粉末。如本文所用，術(shù)語"壓電效應(yīng)"為晶體和某些陶覺材料響應(yīng)于所施加的機械應(yīng)力而產(chǎn)生電壓的能力。壓電效應(yīng)是可逆的，因為當經(jīng)受外加電壓時，壓電晶體可些許地改變形狀。所述效應(yīng)具有有用的應(yīng)用，例如產(chǎn)生和探測聲音。如本文所用，術(shù)語"壓電換能器"是指用壓電材料制作的致動器和傳感器。如本文所用，術(shù)語"磁致伸縮"是鐵磁材料的一種性質(zhì)，其使它們在經(jīng)受磁場作用時改變它們的形狀。磁致伸縮材料可將》茲能轉(zhuǎn)換成動能或者相反。用磁致伸縮材料制作的致動器和傳感器為磁致伸縮換能器。如本文所用，術(shù)語"磁致伸縮換能器"是指用磁致伸縮材料制作的致動器和傳感器。如本文所用，術(shù)語"配準脈沖"是指調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的功率水平以使從振動噴嘴出來的噴流脈動以與事件在時間上重合。如本文所用，術(shù)語"固體"是指不溶于流體中的顆粒。如本文所用，術(shù)語"粘度調(diào)節(jié)劑"是指能改變流體粘度或增強流體懸浮其它材料能力的材料。如本文所用，術(shù)語"結(jié)構(gòu)劑"是指通過賦予剪切致稀粘度而改變流體粘度或者增強流體懸浮其它材料能力的材料。II.本發(fā)明本發(fā)明的超聲裝置基于給基質(zhì)精確地遞送材料(例如鹽、調(diào)料、風(fēng)味劑、維生素、營養(yǎng)物質(zhì)或其它顆粒)例如薄片而提供多重有益效果，包括在這些基質(zhì)的排列中從一個基質(zhì)到相鄰基質(zhì)精確地控制風(fēng)味劑強度和/或風(fēng)味劑種類的能力。此外，超聲裝置能精確地遞送給定數(shù)量和精確地對準基質(zhì)以使得僅精確面積的基質(zhì)接納添加劑材料。這可有助于施用鹽，例如更精確的施用能夠降低成分標簽中所宣稱的鈉含量。此外，超聲裝置通過避免要不然會損失掉的在基質(zhì)范圍之外施用的昂貴添加劑材料而提供成本降低的額外優(yōu)點，繼而具有以下附加優(yōu)點最小化或消除產(chǎn)生所施用材料的再循環(huán)流這一需要o此外，本發(fā)明的超聲裝置提供多重加工有益效果，例如a.在同一生產(chǎn)線上從一種風(fēng)味劑/強度快速轉(zhuǎn)移到另一種，這會顯著減少加工停產(chǎn)時間；b.能夠使添加劑材料的添加精確地"脈動"，這能夠在加工靈活性和效率方面實現(xiàn)更大的增益，因為現(xiàn)在可在,人中收集再循環(huán)液流的加9工區(qū)域中添加顆粒，而不用擔心將添加劑材^)"添加到該再循環(huán)液流(例如生面團切后無用的生面、來自薄片炸后流出的余油等)；c.脈動地遞送流體或漿液，這將允許串連放置多個噴嘴，從而提供多重有益效果給單個產(chǎn)品流(例如，可使用不同風(fēng)味劑對交替的基質(zhì)或薄片(或者它們的組)進行調(diào)味以避免飽腹感)；d.易于調(diào)節(jié)超聲噴霧量以匹配改變的線速，這將提供可改變流量的靈活性而不會負面影響噴霧性質(zhì)；e.能夠允許施用具有非常大尺寸的固體顆粒的漿液而不必擔心堵塞，因為超聲噴嘴通常具有直徑上比常規(guī)噴霧頭大幾個數(shù)量級的孔口，因為超聲噴霧不是通過經(jīng)過噴霧嘴小孔口的加壓射流的動能所產(chǎn)生的;.f.能夠最小化噴霧在基質(zhì)上沖擊力，因為超聲噴霧不是通過壓力而產(chǎn)生的并且它以柔和的方式噴射；g.能夠?qū)娮於ㄎ辉诓煌恢貌⒕_對準特定的基質(zhì)元件，這將允許產(chǎn)品流具有定制的和/或不連續(xù)的有益效果；以及h.當與精密泵送/計量裝置相配合時，可遞送均勻分布的專門涂層(例如，營養(yǎng)物質(zhì)添加物、醫(yī)藥化合物等)而不用擔心基質(zhì)各部分之間的差異性。參見圖1，基質(zhì)11(圖2中所示)例如小吃片根椐Quan等人在2007年4月30日才是交的題目為"MethodOfUsingAnUltrasonicSprayApparatusToCoataSubstrate"的共同未決的專利申請中所說明的方法采用圖1中示意性所示的超聲裝置10進行調(diào)味。首先，給控制器31、超聲電源12、加熱元件29(任選地給高粘度流體)和計量泵(未示出)供電。如圖1所示，通過加熱控制器28控制功率以向位于絕緣室(未示出)內(nèi)的加熱組件29饋電。加熱組件29可包括電阻加熱器(未示出)，其溫度由加熱控制器28進行控制。加熱組件29可用來將流體19加熱到其臨界溫度以上以有利于將流終19施用到基質(zhì)11(圖2)，例如油炸的谷物風(fēng)味。其次，設(shè)定控制器31以具有a.低脈沖電壓設(shè)定值和高脈沖電壓設(shè)定值；b.脈沖寬度(脈沖在高振幅的持續(xù)時間)；c.延遲時間(在檢測來自光學(xué)傳感器27的信號到發(fā)送高電壓脈沖給超聲電源12之間的時間)；d.加熱元件28所要求的溫度(任選地對于高粘度流體)；和e.計量泵(未示出)所要求的流量。第三，如圖1所示，控制器31啟動泵和超聲噴嘴14。超聲噴嘴14以低振幅38(圖5中所示)振動。低振幅由來自控制器31的低電壓所確定。光學(xué)傳感器27—旦檢測到基質(zhì)(未示出)，它便發(fā)送信號給控制器31?？刂破?1繼而以高電壓、以預(yù)設(shè)延遲時間和預(yù)設(shè)脈沖寬度發(fā)出脈沖。響應(yīng)于來自控制器31的高電壓脈沖，超聲電源12增大供應(yīng)給超聲轉(zhuǎn)換器13的驅(qū)動電壓，超聲轉(zhuǎn)換器13由于其壓電性質(zhì)而將這個高驅(qū)動電壓轉(zhuǎn)換成高振動振幅。這個增大的機械振動振幅通過與超聲噴嘴14的良好聲學(xué)耦合而機械地進行傳遞。接下來，來自控制器單元的高電壓的短脈沖最終轉(zhuǎn)換成處于高振幅39的短周期機械振動(圖5中所示)。高和低振幅的選擇要使得霧化僅發(fā)生在高振幅39處(圖5中所示)。延遲時間的選擇確保使霧化對于每個通過的基質(zhì)(未示出)均被恰當?shù)囟〞r。脈沖寬度的選擇確保使噴霧被該長度的基質(zhì)(未示出)截獲而不會過度噴涂。光學(xué)傳感器27感測基質(zhì)11(未示出)并發(fā)信號給控制器31?？刂破?1被編程用于確定脈沖振幅、脈沖寬度和延遲時間。液體19被送入超聲噴嘴14中，所述液體在此處通過超聲處理而被霧化。在一個實施方案中，當烘烤過的小吃品在有罩蓋的冷卻輸送機中的連續(xù)帶上正在傳送時，可采用多個振動噴嘴14來用霧化的薄霧噴射小吃品。在另一個實施方案中，可通過串連和/或并聯(lián)設(shè)置的一組振動噴嘴14施用流體19。串連的振動噴嘴14提供在機器的方向上添加種種涂層有益效果的能力或者遞送增大的流體19水平的能力。并聯(lián)的振動噴嘴14允許進行多通道的產(chǎn)品涂覆，或者允許可能均勻地涂覆整個基質(zhì)，例如象用涂層涂覆生面團片，以在烹飪時改變生面團片的性質(zhì)、改變紋理、脂肪吸收性或調(diào)節(jié)產(chǎn)品風(fēng)味。在另一個實施方案中，可以連續(xù)模式施行噴霧，其中將控制器中的高電壓和低電壓設(shè)定值設(shè)置為相同的值。參見圖2，用于涂覆基質(zhì)11的超聲裝置10包括電源12、轉(zhuǎn)換器13和振動噴嘴14。下面將詳細說明超聲裝置10的每個組件。i.電源參見圖1，超聲裝置10包括通過電纜給轉(zhuǎn)換器13提供電能的電源12,其中高頻(通常約20kHz至約200kHz)電能例如通過壓電轉(zhuǎn)換器裝置被轉(zhuǎn)換成振動的機械運動。提供給超聲裝置10的功率在本發(fā)明的加工期間可變化。對于超聲霧化而言，功率電平一般在15瓦特之下。功率通過調(diào)節(jié)電源12上的輸出水平而控制。所需的精確功率值取決于幾種因素。這些因素包括噴嘴種類、工作頻率、流體特性(例如，粘度、固體含量)；以及流量。噴嘴種類和工作頻率因為它的特定幾何形狀和其它因素，對于同一種流體，每種噴嘴一般將具有不同的臨界功率電平。例如，設(shè)計有圓錐形霧化表面以按基本流量遞送寬噴霧型式的48kHz噴嘴的臨界功率電平一般在霧化水時將處在約3.5至約4瓦特輸入功率附近。以同一頻率運行但被設(shè)計用于微流操作(非常小的霧化表面)的另一種噴嘴可能要求僅約2瓦特來霧化水。所霧化流體的種類強烈影響最小功率電平。更粘的流體或者固體含量高的流體一般使最小功率要求增大。例如，假如所霧化的流體為固體含量20%的異丙醇基材料，則在上一段落所提到的具有圓錐形霧化表面的48kHz噴嘴可能要求至少8瓦特的輸入功率。流體特性題目為"流體"的第iv部分(參見下面)提供了適用于超聲霧化的較佳候選流體的進一步資料。流量流量也在確定最小功率電平方面起著一定作用。對于給定噴嘴，流量越高，所要求的功率將越高，因為噴嘴在較高的流量下工作更困難。振動噴嘴14可覆蓋寬范圍的流量，從幾微升/min到多達超過約350mL/min。作為我們觀察的結(jié)果，仍能實現(xiàn)妥當霧化的最大流速或者臨界流速接近約30cm/sec。例如，對于具有2.5mm孔口直徑的振動噴嘴14,這轉(zhuǎn)化成約88mL/min的最大流量，假設(shè)連續(xù)噴霧的話。特定噴嘴的流量范圍受以下因素的控制電源、工作頻率、孔口大小、霧化表面積和流體特性。參見圖2,孔口37大小在確定最大和最小兩個流量方面起著主要作用。最大流量與流體流在排到霧化表面上時的速度有關(guān)。霧化過程依賴于鋪展到這個表面上并產(chǎn)生毛細波的流體流。在低的液流速度下，表面力強到足以"吸引"流體，并使它依附到表面上。當液流的速度增大時，達到了臨界速度，其中表面力被液流的動能所克服，使液流變得完全與表面分離。理論上，對于任何孔口37尺寸沒有流量下限，因為這個過程與壓力無關(guān)。然而，實際上，下限確實存在。當流量減少達到一定的點時，速度變得如此之慢以至于流體以不均勻的圓周方式排到霧化表面上，使霧化型式變得畸變。在其中穩(wěn)定的噴霧型式并不重要的一些應(yīng)用場合(例如，一些化學(xué)反應(yīng)室)，這種畸變是容許的。在其中型式的完整性是至關(guān)重要的其它應(yīng)用場合(例如，表面涂覆)，低速液流畸變是不能接受的。實際上，在這樣的情況下，來自給定尺寸的孔口37的液流的最小速度為最大速度的約20%。對于我們的其中最大流速為88mL/min的以上實例，最小流速為約18mL/min?？衫玫撵F化表面積的數(shù)量為影響可從給定噴嘴得到的最大流速的最終因素。就它可支持多少流體并且仍然產(chǎn)生為產(chǎn)生毛細波所需的薄膜而言，給定尺寸的霧化表面顯然具有一定限制。如果"傾倒"到表面上的數(shù)量變得太大，則它會超過表面維持流體薄膜的能力。最后一個因素，即流體特性，已經(jīng)涵蓋在"流體"下的章節(jié)中。流體霧化越困難，給定噴嘴的最大流量就越低。最大可持續(xù)流量不僅取決于噴嘴尖端的表面積，而且也取決于振動噴嘴14的工作頻率。低頻噴嘴可比具有同一霧化表面積的高頻噴嘴支持更大的流量。概括地講，存在著可確定給定噴嘴的最大流量的很多因素。然而，在每一種情況下，這些因素中的僅一種將設(shè)定所述限制。例如，如果我們處理難霧化的材料，則可能最大流量將不取決于孔口37尺寸也不取決于可利用的表面積，而是僅取決于流體的可霧化性。類似地，如果我們具有帶有孔口37的振動噴嘴14且孔口37的容量超過可利用的霧化表面積，則表面積變13成限制因素。對于給定應(yīng)用場合，限制因素之間的這種相互影響在指定振動噴嘴14方面很重要。ii.轉(zhuǎn)換器參見圖1,如上所述，轉(zhuǎn)換器13的輸出可在稱作調(diào)壓器組合件15(未示出)中被放大。然而，選擇設(shè)計振動噴嘴14可產(chǎn)生足夠的振幅增益，消除單獨的調(diào)壓器組合件的需要。一般來講，可采用任何類型的轉(zhuǎn)換器。在一個實施方案中，可采用壓電鋯鈦酸鉛晶體("PZT")轉(zhuǎn)換器。此類轉(zhuǎn)換器的一個實例為建在Newtown,Connecticut,USA(06470)的Sonics&Materials,INC.生產(chǎn)的VibraCellModelCV33?？稍陔娫瓷显O(shè)定轉(zhuǎn)換器13的振動幅度。例如，在滿幅設(shè)定時，20kHz的轉(zhuǎn)換器提供20Mm振動振幅。iii.振動噴嘴現(xiàn)在參見圖1，其顯示了總體上用參考數(shù)字14所指示本噴嘴14的第一實施方案。振動噴嘴14包括第一末端17和第二末端18。振動噴嘴14的第一末端17連接到轉(zhuǎn)換器13上。噴嘴14的第二末端18提供流體19的出口，其中從噴嘴14噴出的流體19被精細地霧化并且實際上以薄霧或微雨形式噴射到基質(zhì)11上。第二末端18包括振動噴嘴尖端32。噴嘴尖端32包括孔口37。孔口37具有圓周42。圓周42可為約0.1cm至約1.Ocm。如其名稱所蘊含的那樣，振動噴嘴利用高頻聲波，即超出人類聽覺范圍的那些聲波。盤片形陶資壓電轉(zhuǎn)換器13將電能轉(zhuǎn)換成機械能。轉(zhuǎn)換器13接收來自電源12的呈高頻信號形式的電輸入并將其轉(zhuǎn)換成同一頻率下的振動。振動噴嘴14被構(gòu)造成使得激勵壓電晶體(未示出)會產(chǎn)生沿著振動噴嘴14長度的橫向駐波。發(fā)自位于振動噴嘴14大徑中的晶體(未示出)的超聲能在駐波橫貫振動噴嘴14的長度時經(jīng)歷階躍和放大。參見圖2，振動噴嘴14被設(shè)計成使得波節(jié)平面位于晶體(未示出)之間。為使超聲能可有效地進行霧化，霧化表面(振動噴嘴尖端32)必須位于波腹處，其為振動幅度最大之處。要實現(xiàn)這一點，振動噴嘴14的長度必須是半波長的倍數(shù)。由于波長取決于工作頻率，振動噴嘴14的尺寸受頻率控制。一般而言，高頻振動噴嘴14較小，產(chǎn)生較小的液滴，并因此具有比以低頻工作的振動噴嘴14更小的最大流量。參見圖1,通過沿著振動噴嘴14的長度延伸的大的不堵塞輸送管33引入到霧化表面上的流體19吸收部分的振動能量，在表面上的流體19中產(chǎn)生波動。為使流體19霧化，必須小心控制霧化表面的振動振幅。在所謂的臨界振幅之下，能量不足以產(chǎn)生霧化的液滴。如果振幅特別高，則流體19完全分開，并噴射出大"塊"的流體19-通常所說的氣穴狀態(tài)。僅在輸入功率的窄頻帶內(nèi)部是產(chǎn)生振動噴嘴14所特有的細小低速薄霧的理想振幅。在涂覆應(yīng)用中，不加壓的低速噴射明顯地減少過度噴涂量，因為液滴趨于停留在基質(zhì)11上而不是彈離基質(zhì)11。這轉(zhuǎn)化為明顯的材料節(jié)約和減少向環(huán)境的排;改。此外，可通過在輔助空氣流中夾帶緩慢移動的射流而對噴霧進行精確地控制和成型?？僧a(chǎn)生從小到約2mm寬至大到約30至60cm寬的噴霧型式。參見圖4，其顯示了不同的可能噴霧型式。取決于噴霧型式的寬度要求和所需的流量，霧化表面可具有很小的直徑或者延長的平直部分36。例如，振動噴嘴14可具有由圓錐形霧化表面而產(chǎn)生的圓錐形噴霧型式34。通常，可獲得約50mm至約80mm的噴流包絡(luò)直徑。另一個實例是微噴形圖案35,其具有范圍為0.38至1.lmm的孔口37尺寸。這種噴霧型式通常推薦用于其中流量很低并需要窄噴霧型式的場合。振動噴嘴14可由鈦制成，因為鈦具有良好的聲學(xué)特性、高拉伸強度和優(yōu)良的耐蝕性。具體地講，在優(yōu)選的實施方案中，振動噴嘴14可呈任何形狀。在一個實施方案中，振動噴嘴是圓柱形的。本發(fā)明的振動噴嘴可由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的能夠?qū)⒔M成成分保持無限時間段的任何材料制成。盡管可采用軟的或不硬的材料；材料剛度足以處于基本豎立位置是優(yōu)選的。此類材料包括但不限于諸如鋁、不銹鋼和鈦之類的金屬、金剛石、以及它們的組合。iv.流體參見圖2,用其中用泵RPM精確地調(diào)節(jié)總流量的正位移式(下文稱"PD")泵供應(yīng)流體19。使用PD泵有利于消除流量對此類因素如流體粘度、流體中調(diào)味成分的含量和進行調(diào)味的產(chǎn)品產(chǎn)量的依賴性。能夠散布到細小液滴中的任何合適粘度的小吃食品調(diào)味流體均可用于本發(fā)明。作為非限制性實例，在110華氏度下粘度為約1厘泊到超過560厘泊的流體19已經(jīng)用于本發(fā)明中。單個振動噴嘴14的流體19所需的流量可根據(jù)流體中調(diào)味成分的濃度、進行調(diào)味的產(chǎn)品產(chǎn)量、最終產(chǎn)品的所需調(diào)味強度等而改變。作為非限制性實例，對于單個振動噴嘴14,最大300mL/min的流量已經(jīng)用于本發(fā)明。流體19的物理性質(zhì)在任何霧化過程的最終成功方面起著核心作用。諸如粘度、固體含量、組分的溶混性和流體的具體流變學(xué)性質(zhì)之類的因素均影響結(jié)果。本發(fā)明可與含有栽體或栽體(例如油、丙二醇和水)和包括調(diào)味劑、糖、香料和口感劑(例如印磷脂、甘油)的功能性化合物的混合物以及流體調(diào)節(jié)劑(例如，麥芽糖糊精、羧甲基纖維素)的流體一起使用以獲得所需的味道和加工性能。流體特性的定義是可自由流動的液體或者粘度范圍約1至約500cps、固體含量少于約45%以及粒度小于約185|um、更優(yōu)選小于約100jLim、最優(yōu)選小于約50ym的漿液或糊劑。v.力口工模式參見圖2,超聲裝置IO通常以連續(xù)模式工作。然而，超聲裝置10也可以脈沖噴霧或者配準噴霧工作。a.脈沖噴霧脈沖超聲霧化可通過按低的重復(fù)頻率(例如每幾秒一個脈沖)操縱超聲功率開啟和關(guān)閉而實現(xiàn)。為了將涂層遞送到一系列快速移動的基質(zhì)中的每個基質(zhì)上而不是基質(zhì)之間的間隙上，噴霧需要是脈沖式的，并且脈沖需要精確地控制開始時間和持續(xù)時間。參見圖2，以恒定流量供應(yīng)流體19。脈沖噴霧通過從約20kHz調(diào)節(jié)電源12的振幅、同時在整個時間上保持超聲功率12而實現(xiàn)。選擇高低振幅以便霧化僅發(fā)生在高振幅期間。由于以恒定流量供應(yīng)流體19，在其中流體19未被霧化的低振幅處，流體通過毛細管力潤濕振動噴嘴14的孔口37，等待16高振幅到達以霧化。確定高振幅的持續(xù)時間(脈沖寬度)，使得在基質(zhì)11(圖1)或薄片的長度上沒有過度噴涂。理論上，持續(xù)時間應(yīng)當小于基質(zhì)11處在振動噴嘴下的時間，或者小于基質(zhì)長度除以基質(zhì)11的速度得到的時間。實際上，因為電-機械響應(yīng)的性質(zhì)和介質(zhì)的粘度，需要較短的脈沖持續(xù)時間。脈沖的定時由光學(xué)傳感器27(圖1中所示)觸發(fā)。實現(xiàn)脈沖噴霧的另一個實施方案是通過例如采用以脈沖運動形式移動流體的泵來使流體形成脈沖。脈沖頻率可用泵RPM進行調(diào)節(jié)。在另一個實施方案中，可將壓縮空氣間歇地噴入流體管中，其周期性地用小體積的空氣嚢分割流體。然后由空氣嚢產(chǎn)生的間斷實現(xiàn)了脈沖噴霧。在另一個實施方案中，可采用機械偏轉(zhuǎn)來周期性地偏轉(zhuǎn)、捕獲、再循環(huán)所述液流以避免材料沉積在不希望的區(qū)域中。b.配準噴霧脈沖超聲噴霧與對控制邏輯的選取相組合可提供能夠供應(yīng)新產(chǎn)品的新的加工靈活性。在一個非限制性的實例中，兩個振動噴嘴14處在同一排上，每個均分配不同的調(diào)料，例如下面是一些可能的產(chǎn)品變型，其中x代表一個薄片以及y代表一個薄片。i.對每個薄片交替調(diào)味，例如，x，y，x,y;ii.對很多薄片交替調(diào)味，例如，x，x,x,y，y，y;iii.具有不同的x對y的頻率，例如，x,y，y，y…，或者x，x,x，y;iv.在相同的薄片上具有相同或不同強度的x和y,例如，xy,Xy，xY;v.在相同的薄片上但在不同的位置具有x和y,例如，x在第一半部中以及y在第二半部中；vi.以上的4壬《可組合；和vii.任何數(shù)目的調(diào)味劑，不限于兩種。在當前未決的、共同轉(zhuǎn)讓的Wen等人在2006年9月22日提交的題目為"FlavorApplicationonEdibleSubstrates"的美國專利申請序列號60/846,575和Wen等人在2006年9月22日提交的題目為"FlavorApplicationonEdibleSubstrates"的美國專利申請序列號60/846,443中描述了基質(zhì)的其它變型。所述組合可進行擴展以包括將一種調(diào)味劑配準到所選的視覺效果，例如顏色、圖像和文字信息。最直接的可能性之一是用數(shù)字印刷技術(shù)集成所配準的脈沖噴射，使所印刷的信息能夠與配準的調(diào)味劑相關(guān)聯(lián)。在當前未決的共同轉(zhuǎn)讓的LuFang等人在2004年7月8日提交的題目為"ImageVarietyonEdibleSubstrates"的美國專利申請序列號10/887,032;LuFangWen等人在2005年8月11日提交的題目為"InkJettingInksforFoodApplication"的美國專利申請序列號11/201，552;Dechert等人在2006年4月25日提交的題目為"InkJetPrintingofSnackswithHighReliabilityandImageQuality"的美國專利申請序列號11/410,676和JeffreyW.Martin在2006年4月5日提交的題目為"ImageRegistrationonEdibleSubstrates"的美國專利申請序列號11/398,294中公開了數(shù)字印刷技術(shù)。vi.霧化過程參見圖1,由于超聲霧化過程不依賴于壓力，每單位時間由振動噴嘴14霧化的流體19的量主要受與振動噴嘴14配合使用的流體遞送系統(tǒng)的控制。振動噴嘴14的流量范圍可低到幾微升/每秒到最多約400mL/min。根據(jù)具體的振動噴嘴14和所用流體遞送系統(tǒng)的種類(齒輪泵、注射器泵、壓力貯存器、蠕動泵、重力自流進料等)，所述技術(shù)能夠提供很多種流量/噴霧可能性。沖艮據(jù)本發(fā)明可采用足以將流體19分解成雨點般落在轉(zhuǎn)筒23(圖3)或輸送機26(圖2)中的基質(zhì)11上的細小液滴的任何合適的流體流量。作為非限制性實例，對于單個振動噴嘴14，根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)采用了約幾微升/每分鐘到多達約400mL/min的流體流量，其中漿液在110華氏度下的粘度為約1厘泊至約566厘泊?？烧{(diào)節(jié)振動噴嘴14的振幅來補償各種粘度的流體19和/或流體流量上的變化。一般來講，隨著流體粘度和/或流體流量增大，需要增大振動噴嘴14的振幅才能將流體分解成細小液滴。一般來講，超聲霧化所產(chǎn)生的液滴具有相對較窄的尺寸分布。中值液滴尺寸在約18至約68微米范圍內(nèi)變化，其取決于具體型號的振動噴嘴14的工作頻率。例如，對于具有約40微米中值液滴直徑的20kHz的振動噴嘴14，99.9%的液滴可落在約5至約200微米直徑范圍內(nèi)。vii.材料盡管對于這些目的，多種材料和設(shè)備是已知的和可以接受的，電源和換能器為得自SonicsandMaterials的VibroCell750。III.任選組件參見圖2，在一個可供選擇的實施方案中，超聲裝置10任選地可包括空氣儀器20。氣體源21提供流到空氣儀器20的壓縮空氣來源?？諝鈨x器20可呈管的形式(未示出)，其可延伸到轉(zhuǎn)筒23(圖3)或轉(zhuǎn)換器13中。空氣儀器20可具有多個出氣口，所述出氣口各具有指向振動噴嘴14的開口的開口，例如如圖2所示。借助于振動運動，從振動噴嘴14噴出的流體19被精細地霧化并且實際上以薄霧或微雨的形式噴射到轉(zhuǎn)筒23(圖3)中的產(chǎn)品上或者輸送機26的基質(zhì)11上?？諝饪蓭椭M一步鋪展來自振動噴嘴的噴霧。在另一個可供選擇的實施方案中，可采用振幅增強器來獲得所要求的振幅?？蓪⒄穹鰪娖鞑迦氲睫D(zhuǎn)換器13和振動噴嘴14之間。在一個非限制性實例中，轉(zhuǎn)換器13可具有20jim的最大振幅。為獲得所要求的180)jni振幅，對于轉(zhuǎn)換器13采用三種不同的設(shè)計來將振幅從約20Mm增加到約180Mm。在另一個非限制性實例中，轉(zhuǎn)換器13起到霧化器和振幅增強器兩種作用，以將振幅從約-20pm增加到約180|Lim。參見圖3,在另一個可供選擇的實施方案中，可采用轉(zhuǎn)筒23來代替輸送機26(圖2中所示)。在小吃食品調(diào)味領(lǐng)域中通常所用類型的中空圓柱形轉(zhuǎn)筒23為常規(guī)形狀。轉(zhuǎn)筒23可在包括敞開的出口端33在內(nèi)的兩個末端處具有中空鼓開口并通過放置成其軸線與水平平面成一角度而繞著其軸線旋轉(zhuǎn)。在出口端33處，可提供小的卸料控制唇42。如本領(lǐng)域所知，將待加作料或調(diào)味的小吃食品送入轉(zhuǎn)筒23的上端，并且隨著轉(zhuǎn)筒23轉(zhuǎn)動，小吃食品滾動并因重力向下移動到下端，在此處它越過唇42脫離轉(zhuǎn)筒。這是本領(lǐng)域所熟知的并常用的。根據(jù)本發(fā)明，流體19可連接到延伸進轉(zhuǎn)筒一預(yù)定距離的管41。管41沿著其長度已經(jīng)設(shè)置了多個連接頭43(除了端部L連接頭之外全是T連接頭)，用于連接多個振動噴嘴14。每個噴嘴管14具有出口孔36。實施例下面是用于舉例說明本發(fā)明的各種實施方案的實施例列表。但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的情況下可作出許多其它的變化和修改。實施例1<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>利用這種設(shè)定值，按脈沖模式霧化液體漿液，并形成包含細小液滴的玉米狀噴霧型式。實施例2<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>采用這種設(shè)定值，液體漿液以脈沖模式進行噴射但是包含在單個的大液滴中。實施例3<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>利用這種設(shè)定值，液體漿液霧化成具有細小液滴的玉米形狀并且處于連續(xù)模式。本文所公開的量綱和值不應(yīng)被理解為嚴格地限于所述的精確值。相反，除非另外指明，每個這樣的量綱旨在表示所引用的數(shù)值和圍繞那個數(shù)值的功能上等同的范圍。例如，公開為"40mm"的量綱旨在表示"約40mm"。在發(fā)明詳述中引用的所有文件都在相關(guān)部分中以引用方式并入本文中。任何文獻的引用都不可解釋為承認其是本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。當本發(fā)明中術(shù)語的任何含義或定義與以引用方式并入的文件中術(shù)語的任何含義或定義矛盾時，應(yīng)當服從在本發(fā)明中賦予該術(shù)語的含義或定義。雖然已經(jīng)舉例說明和描述了本發(fā)明的具體實施方案，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明實質(zhì)和范圍的情況下可以做出多個其他改變和變型。因此，權(quán)利要求書意欲包括在本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這樣的改變和變型。權(quán)利要求1.一種從表面噴射流體的裝置，其特征在于其包括a)電源，所述電源以一定頻率運行；b)換能器，所述換能器在被施加所述功率時以第一振幅振動；c)振動噴嘴，所述振動噴嘴包括所述表面并與所述換能器聲學(xué)耦合以將所述換能器振動以第二振幅傳遞到所述表面；和，d)控制單元，所述控制單元控制施加到所述換能器的所述電源，其中，i.所述流體被遞送到所述表面；ii.所述控制單元使以所述頻率施加到所述換能器的功率在低功率電平和高功率電平之間循環(huán)變化；以及，iii.當所述高功率電平被施加到換能器上而不是當所述低功率電平被施加到換能器上時，所述流體從所述表面噴出。2.如權(quán)利要求l所述的裝置，其中施加到所述換能器的功率的循環(huán)變化遵從選自包括下列的函數(shù)正弦函數(shù)、階躍函數(shù)、以及線性函數(shù)、或它們的組合。3.如前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其中所述流體噴射在基質(zhì)上，其中a)所述基質(zhì)相對于所述裝置移動；和，b)施加到所述換能器的功率從低功率電平到高功率電平的循環(huán)變化與時間事件相關(guān)聯(lián)，所述時間事件與所述移動的基質(zhì)將處在合適位置以接納所述流體的時間有關(guān)。4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述高功率電平持續(xù)預(yù)定的時間長度，在此之后所述控制單元將調(diào)節(jié)施加到所迷換能器上的所述電源回到所述低功率電平。5.如權(quán)利要求3所迷的裝置，其中所述移動基質(zhì)是可食用的。6.如前述任一項權(quán)利要求所迷的裝置，其中所述流體具有與所述裝置相關(guān)的臨界功率電平要求，高于所述臨界功率電平，所述流體可從所述表面噴出，并且其中所述低功率電平低于所述臨界功率電平，并且所述高功率電平高于所述臨界功率電平。7.如前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其中在所述高功率電平處所述第二振幅的大小大于在所述低功率電平處所述第二振幅的大小約5%。8.—種從裝置的表面噴射流體的裝置，其特征在于所述裝置包括a)電源，所迷電源以一定頻率運行；b)換能器，所述換能器在^皮施加所述功率時以第一振幅振動；c)振動噴嘴，所述振動噴嘴包括所述表面并與所述換能器聲學(xué)耦合以將所述換能器振動以第二振幅傳遞到所述表面；和，d)控制單元，所述控制單元控制施加到所述換能器的電源的工作頻率，其中，i.所述流體^皮遞送到所述表面；ii.所述控制單元使施加到所述換能器的電源的工作頻率在第一電平和第二電平之間循環(huán)變化；以及，iii.當施加到所述換能器的功率的工作頻率^f皮調(diào)節(jié)到所述第二電平而不是當所述工作頻率被調(diào)節(jié)到所述第一電平時，所述流體從所述表面噴出。9.一種從裝置的表面噴射流體的裝置，其特征在于所述裝置包括a)電源，所述電源以一定頻率運行；b)換能器，所述換能器在被施加所述功率時以第一振幅振動；c)振動噴嘴，所述振動噴嘴包括所述表面并與所述換能器聲學(xué)耦合以將所迷換能器振動以第二振幅傳遞到所述表面；d)阻尼單元；和，e)控制單元，所述控制單元調(diào)節(jié)所述阻尼單元的激活，其中，i.所述流體纟皮遞送到所述表面；ii.所述控制單元使所述阻尼單元的激活水平在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間循環(huán)變化；并且，當所述阻尼單元的激活水平被調(diào)節(jié)到所述第一狀態(tài)而不是當所述激活水平被調(diào)節(jié)到所述第二狀態(tài)時，所述流體從所述表面噴出。10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述第一狀態(tài)的激活水平在所述振動噴嘴中產(chǎn)生共振波。全文摘要流體從一種裝置的表面噴出，所述裝置包括a)以一定頻率工作的電源；b)換能器，其在被施加功率時以第一振幅振動；c)振動噴嘴，所述振動噴嘴包括所述表面并與轉(zhuǎn)換器聲學(xué)耦合以將轉(zhuǎn)換器振動以第二振幅傳遞到所述表面；和d)控制施加到換能器的電源的控制單元。所述流體被遞送到噴嘴的表面。在此期間，控制單元使按所述頻率施加到轉(zhuǎn)換器的功率在低功率電平和高功率電平之間循環(huán)變化。當高功率電平(即，第一功率電平)被施加到轉(zhuǎn)換器上而不是低功率電平(即，第二功率電平)被施加到轉(zhuǎn)換器上時，所述流體從表面噴出。文檔編號B05B17/06GK101674891SQ200880014234公開日2010年3月17日申請日期2008年4月29日優(yōu)先權(quán)日2007年4月30日發(fā)明者G·J·德歇爾特,L·R·小莫里森,R·E·佩戈利,S·R·格拉斯邁爾,權(quán)克明,溫路芳申請人:寶潔公司