用以涂覆基质的超声喷雾装置.pdf

流体从一种装置的表面喷出，所述装置包括：a)以一定频率工作的电源；b)换能器，其在被施加功率时以第一振幅振动；c)振动喷嘴，所述振动喷嘴包括所述表面并与转换器声学耦合以将转换器振动以第二振幅传递到所述表面；和d)控制施加到换能器的电源的控制单元。所述流体被递送到喷嘴的表面。在此期间，控制单元使按所述频率施加到转换器的功率在低功率电平和高功率电平之间循环变化。当高功率电平(即，第一功率电平)被施加到转换器上而不是低功率电平(即，第二功率电平)被施加到转换器上时，所述流体从表面喷出。

1.  一种从表面喷射流体的装置，其特征在于其包括：
a)电源，所述电源以一定频率运行；
b)换能器，所述换能器在被施加所述功率时以第一振幅振动；
c)振动喷嘴，所述振动喷嘴包括所述表面并与所述换能器声学耦合以将所述换能器振动以第二振幅传递到所述表面；和，
d)控制单元，所述控制单元控制施加到所述换能器的所述电源，其中，
i.所述流体被递送到所述表面；
ii.所述控制单元使以所述频率施加到所述换能器的功率在低功率电平和高功率电平之间循环变化；以及，
iii.当所述高功率电平被施加到换能器上而不是当所述低功率电平被施加到换能器上时，所述流体从所述表面喷出。

2.  如权利要求1所述的装置，其中施加到所述换能器的功率的循环变化遵从选自包括下列的函数：正弦函数、阶跃函数、以及线性函数、或它们的组合。

3.  如前述任一项权利要求所述的装置，其中所述流体喷射在基质上，其中
a)所述基质相对于所述装置移动；和，
b)施加到所述换能器的功率从低功率电平到高功率电平的循环变化与时间事件相关联，所述时间事件与所述移动的基质将处在合适位置以接纳所述流体的时间有关。

4.  如权利要求3所述的装置，其中所述高功率电平持续预定的时间长度，在此之后所述控制单元将调节施加到所述换能器上的所述电源回到所述低功率电平。

5.  如权利要求3所述的装置，其中所述移动基质是可食用的。

6.  如前述任一项权利要求所述的装置，其中所述流体具有与所述装置相关的临界功率电平要求，高于所述临界功率电平，所述流体可从所述表面喷出，并且其中所述低功率电平低于所述临界功率电平，并且所述高功率电平高于所述临界功率电平。

7.  如前述任一项权利要求所述的装置，其中在所述高功率电平处所述第二振幅的大小大于在所述低功率电平处所述第二振幅的大小约5％。

8.  一种从装置的表面喷射流体的装置，其特征在于所述装置包括：
a)电源，所述电源以一定频率运行；
b)换能器，所述换能器在被施加所述功率时以第一振幅振动；
c)振动喷嘴，所述振动喷嘴包括所述表面并与所述换能器声学耦合以将所述换能器振动以第二振幅传递到所述表面；和，
d)控制单元，所述控制单元控制施加到所述换能器的电源的工作频率，
其中，
i.所述流体被递送到所述表面；
ii.所述控制单元使施加到所述换能器的电源的工作频率在第一电平和第二电平之间循环变化；以及，
iii.当施加到所述换能器的功率的工作频率被调节到所述第二电平而不是当所述工作频率被调节到所述第一电平时，所述流体从所述表面喷出。

9.  一种从装置的表面喷射流体的装置，其特征在于所述装置包括：
a)电源，所述电源以一定频率运行；
b)换能器，所述换能器在被施加所述功率时以第一振幅振动；
c)振动喷嘴，所述振动喷嘴包括所述表面并与所述换能器声学耦合以将所述换能器振动以第二振幅传递到所述表面；
d)阻尼单元；和，
e)控制单元，所述控制单元调节所述阻尼单元的激活，
其中，
i.所述流体被递送到所述表面；
ii.所述控制单元使所述阻尼单元的激活水平在第一状态和第二状态之间循环变化；并且，
iii.当所述阻尼单元的激活水平被调节到所述第一状态而不是当所述激活水平被调节到所述第二状态时，所述流体从所述表面喷出。

10.  如权利要求9所述的装置，其中所述第一状态的激活水平在所述振动喷嘴中产生共振波。

用以涂覆基质的超声喷雾装置
发明领域
本发明涉及一种用来将流体施用到基质上的超声喷雾装置。
发明背景
各种各样的操作尤其是食品加工均涉及到施用流体涂覆材料。通常，用以喷雾型式分配浆液的常规喷嘴将流体涂覆溶液或浆液施用到食品基质上，仅用浆液供给的静液压力来形成喷雾。尽管即实用又有效，容易使用的常规静液浆液受孔口排放喷嘴限制具有很多缺点。
一种缺点涉及到难以采用低流量，尤其是在500mL/min以下。已知常规静液增压喷嘴难以按精确流量保持良好的喷雾型式。食品基质的流体添加剂常常需要采用这些低流量，尤其是当施用昂贵的或高度功能性材料时。
另一种缺点涉及到难以喷射大粒度浆液，这是因为常规静液增压喷嘴的孔口尺寸的直径一般低于500μm。已知，喷嘴堵塞是浆液施用的主要缺点之一。
另一种缺点涉及到浆液在喷嘴内部上的逐步积聚。在这种积聚之后，喷嘴必须进行彻底清洁。取决于各种因素，清洁操作必须每天至少进行一次，并且可能的话频繁到每个运转班次进行一次。对喷嘴进行清洁因此是运行卫生的标准要素，通常耗用多达一个小时来执行。因此，浆液积聚会造成直接的维护服务成本。更重要的是，由于大部分生产线通常是连续的，浆液积聚可导致整个生产线停产的更昂贵代价。
另一个问题在于来自常规静液增压喷嘴的喷雾的动量，其可达到每秒超过五十米的速度。这样一种喷雾动量如果与食物产品紧密结合，可对产品的形状和纹理产生破坏。它也可使产品在生产线上的包装排列失去方向感。这些局限性限制了喷嘴相对于产品流的可能位置。
另一个问题在于由于过度喷涂而损失大量较贵重的成分。已知，常规喷嘴具有大的液滴尺寸分布，其使得难以在小目标区域中包含喷雾。大的液滴尺寸分布意味着可能产生显著量的特别细小的液滴。这些细小液滴不具有足够的质量并且通常会损失到周围的环境中。此外，这些细小液滴由于会被人们吸入而可能具有潜在的健康危险。
令人惊讶的是，使用超声装置在食品基质的流体涂覆方面提供了极大的改善。
发明概述
本发明是一种从表面喷出流体的装置，所述装置包括a)以一定频率运行的电源；b)换能器，其在被施加电源时以第一振幅振动；c)振动喷嘴，所述振动喷嘴包括所述表面并与换能器声学耦合以将换能器振动以第二振幅传递到所述表面；和d)控制施加到换能器上的电源的控制单元。所述流体被递送到喷嘴表面。在此期间，控制单元使施加到换能器上的功率按所述频率在低功率电平和高功率电平之间循环变化。同时，当高功率电平(即，第一功率电平)被施加到转换器上而不是当低功率电平(即，第二功率电平)被施加到转换器上时，所述流体从表面喷出。
换能器和振动喷嘴可为一个单元。提供给换能器的功率的循环变化遵从以下函数，其可为正弦函数、阶跃函数、以及线性函数、或它们的组合。在一个可供选择的实施方案中，当将流体喷在基质上时，基质可相对于装置移动；并且提供给换能器的功率从低功率电平到高功率电平的循环变化与时间事件相关联，所述时间事件与移动的基质将处在合适的位置以接纳流体的时间有关。高功率电平持续预定的时间长度，在这以后，控制单元将调节施加到转换器上的功率回到低功率电平。移动的基质可为可食用的。振动喷嘴可与换能器直接地或间接地声学耦合。第一振幅可与第二振幅不同。第二振幅可大于10微米。流体可具有与装置有关的临界功率电平要求。高于该临界功率电平时，流体可从表面喷出，并且低功率电平可低于临界功率电平，以及高功率电平可高于临界功率电平。
在高功率电平处第二振幅的大小大于在低功率电平处第二振幅的大小约5％。流体可具有约1至约500cps的粘度。流体可具有约0至约70％的固体含量。流体可包括香味剂。电源可以约10至约500kHz的频率运行。在一个可供选择的实施方案中，电压可以约15至约120kHz的频率运行。在另一个可供选择的实施方案中，电源可以约18至约50kHz的频率运行。从低功率电平至高功率电平的循环变化可以每分钟至少60次的速率产生。
在另一个可供选择的实施方案中，所述装置具有a)以一定频率运行的电源；b)换能器，其在被施加电源时以第一振幅振动；c)振动喷嘴，所述振动喷嘴包括所述表面并与换能器声学耦合以将换能器振动以第二振幅传递到所述表面；d)阻尼单元；和e)调节阻尼单元的激活的控制单元。所述流体被递送到表面。控制单元使阻尼单元的激活水平在第一状态和第二状态之间循环变化。在阻尼单元的激活水平被调节到第一状态而不是调节到第二状态时，流体从表面喷出。第一状态的激活水平可在振动喷嘴中产生谐振波。第一状态的激活水平可与阻尼单元未激活相对应。第一状态的激活水平可与阻尼单元被激活相对应。
附图概述
虽然本说明书是以特别指出并清楚地要求保护本发明的权利要求书作为结论，据信根据下文对附图的说明，可更好地理解本发明，其中类似的参考数字代表类似的元件，并且其中：
图1为超声装置布置的侧视图；
图2为超声装置布置的示意图；并且
图3为本发明的装置和系统的透视图，其中一部分被移除，并且一部分被示意性地显示。
图4为喷雾型式的平面图。
图5为喷嘴的功率输入随时间变化的图示。
本文所述附图未必按比例绘制。
发明详述
第I部分将提供术语，其将帮助读者最佳地理解本发明的特征，而不是要以与这些术语在本说明书中所用的上下文不一致的方式来限制所述术语。这些定义并非旨在进行限制。第II部分将讨论本发明。
I.术语
如本文所用，“振幅”是指喷嘴尖端的振动位移。由峰至峰来测量所述位移。
如本文所用，“可食用基质”或“基质”包括适于食用的能够将流体设置在其上的任何材料。任何合适的可食用基质均可用于本文的发明。适宜的可食用基质的实例可包括但不限于小吃片(例如，片状的炸薯片)、加工好的小吃(例如，诸如未经发酵的玉米片、炸薯片、炸薯脆之类的加工好的小吃)、压出的小吃、饼干、粉饼、口香糖、糖果、面包、水果、干果、牛肉干、脆饼、意大利面食、热狗、肉片、乳酪、薄烤饼、华夫饼干、干果片、早餐谷类食物、吐司糕点、冰淇淋卷、冰淇淋、明胶、冰淇淋三明治、冰棒、酸奶、甜品、奶酪蛋糕、馅饼、杯形糕饼、英国松饼、比萨饼、馅饼、肉馅饼和炸鱼条。
可食用基质可以是任何适宜的形式。例如，基质可以是即食的最终食品、食用前需要进一步制备的食品(如，小吃片生面团、干意大利面食)或它们的组合。此外，基质可以是硬的(如加工的小吃片)或软的(如明胶、酸奶)。
此外，可食用基质可包括宠物食品，例如但不限于狗饼干和狗食。
在一个优选的实施方案中，基质为油炸的加工的小吃片。所述流体可通过任何适用的方法设置在小吃片上。例如，流体可在薄片坯被油炸制成油炸加工的小吃片之前设置在薄片坯上，或者流体可在薄片油炸后设置在其上。
在一个实施方案中，加工的小吃片是如Lodge在美国专利5,464,643以及Villagran等人在美国专利6,066,353和美国专利5,464,642中所描述的那些。
如本文所用，术语“涂层”是指薄膜。
如本文所用，术语“临界功率”是指足以将液体从喷嘴中喷出的最小功率电平。
如本文所用，术语“流体”是指均匀的液体、浆液和可流动的糊剂、以及粉末。
如本文所用，术语“压电效应”为晶体和某些陶瓷材料响应于所施加的机械应力而产生电压的能力。压电效应是可逆的，因为当经受外加电压时，压电晶体可些许地改变形状。所述效应具有有用的应用，例如产生和探测声音。如本文所用，术语“压电换能器”是指用压电材料制作的致动器和传感器。
如本文所用，术语“磁致伸缩”是铁磁材料的一种性质，其使它们在经受磁场作用时改变它们的形状。磁致伸缩材料可将磁能转换成动能或者相反。用磁致伸缩材料制作的致动器和传感器为磁致伸缩换能器。如本文所用，术语“磁致伸缩换能器”是指用磁致伸缩材料制作的致动器和传感器。
如本文所用，术语“配准脉冲”是指调节转换器的功率水平以使从振动喷嘴出来的喷流脉动以与事件在时间上重合。
如本文所用，术语“固体”是指不溶于流体中的颗粒。
如本文所用，术语“粘度调节剂”是指能改变流体粘度或增强流体悬浮其它材料能力的材料。
如本文所用，术语“结构剂”是指通过赋予剪切致稀粘度而改变流体粘度或者增强流体悬浮其它材料能力的材料。
II.本发明
本发明的超声装置基于给基质精确地递送材料(例如盐、调料、风味剂、维生素、营养物质或其它颗粒)例如薄片而提供多重有益效果，包括在这些基质的排列中从一个基质到相邻基质精确地控制风味剂强度和/或风味剂种类的能力。此外，超声装置能精确地递送给定数量和精确地对准基质以使得仅精确面积的基质接纳添加剂材料。这可有助于施用盐，例如更精确的施用能够降低成分标签中所宣称的钠含量。此外，超声装置通过避免要不然会损失掉的在基质范围之外施用的昂贵添加剂材料而提供成本降低的额外优点，继而具有以下附加优点：最小化或消除产生所施用材料的再循环流这一需要。
此外，本发明的超声装置提供多重加工有益效果，例如：
a.在同一生产线上从一种风味剂/强度快速转移到另一种，这会显著减少加工停产时间；
b.能够使添加剂材料的添加精确地“脉动”，这能够在加工灵活性和效率方面实现更大的增益，因为现在可在从中收集再循环液流的加工区域中添加颗粒，而不用担心将添加剂材料添加到该再循环液流(例如生面团切后无用的生面、来自薄片炸后流出的余油等)；
c.脉动地递送流体或浆液，这将允许串连放置多个喷嘴，从而提供多重有益效果给单个产品流(例如，可使用不同风味剂对交替的基质或薄片(或者它们的组)进行调味以避免饱腹感)；
d.易于调节超声喷雾量以匹配改变的线速，这将提供可改变流量的灵活性而不会负面影响喷雾性质；
e.能够允许施用具有非常大尺寸的固体颗粒的浆液而不必担心堵塞，因为超声喷嘴通常具有直径上比常规喷雾头大几个数量级的孔口，因为超声喷雾不是通过经过喷雾嘴小孔口的加压射流的动能所产生的；
f.能够最小化喷雾在基质上冲击力，因为超声喷雾不是通过压力而产生的并且它以柔和的方式喷射；
g.能够将喷嘴定位在不同位置并精确对准特定的基质元件，这将允许产品流具有定制的和/或不连续的有益效果；以及
h.当与精密泵送/计量装置相配合时，可递送均匀分布的专门涂层(例如，营养物质添加物、医药化合物等)而不用担心基质各部分之间的差异性。
参见图1，基质11(图2中所示)例如小吃片根据Quan等人在2007年4月30日提交的题目为“Method Of Using An Ultrasonic SprayApparatus To Coat a Substrate”的共同未决的专利申请中所说明的方法采用图1中示意性所示的超声装置10进行调味。首先，给控制器31、超声电源12、加热元件29(任选地给高粘度流体)和计量泵(未示出)供电。
如图1所示，通过加热控制器28控制功率以向位于绝缘室(未示出)内的加热组件29馈电。加热组件29可包括电阻加热器(未示出)，其温度由加热控制器28进行控制。加热组件29可用来将流体19加热到其临界温度以上以有利于将流体19施用到基质11(图2)，例如油炸的谷物风味。
其次，设定控制器31以具有
a.低脉冲电压设定值和高脉冲电压设定值；
b.脉冲宽度(脉冲在高振幅的持续时间)；
c.延迟时间(在检测来自光学传感器27的信号到发送高电压脉冲给超声电源12之间的时间)；
d.加热元件28所要求的温度(任选地对于高粘度流体)；和
e.计量泵(未示出)所要求的流量。
第三，如图1所示，控制器31启动泵和超声喷嘴14。超声喷嘴14以低振幅38(图5中所示)振动。低振幅由来自控制器31的低电压所确定。光学传感器27一旦检测到基质(未示出)，它便发送信号给控制器31。控制器31继而以高电压、以预设延迟时间和预设脉冲宽度发出脉冲。响应于来自控制器31的高电压脉冲，超声电源12增大供应给超声转换器13的驱动电压，超声转换器13由于其压电性质而将这个高驱动电压转换成高振动振幅。这个增大的机械振动振幅通过与超声喷嘴14的良好声学耦合而机械地进行传递。接下来，来自控制器单元的高电压的短脉冲最终转换成处于高振幅39的短周期机械振动(图5中所示)。高和低振幅的选择要使得雾化仅发生在高振幅39处(图5中所示)。延迟时间的选择确保使雾化对于每个通过的基质(未示出)均被恰当地定时。脉冲宽度的选择确保使喷雾被该长度的基质(未示出)截获而不会过度喷涂。
光学传感器27感测基质11(未示出)并发信号给控制器31。控制器31被编程用于确定脉冲振幅、脉冲宽度和延迟时间。液体19被送入超声喷嘴14中，所述液体在此处通过超声处理而被雾化。
在一个实施方案中，当烘烤过的小吃品在有罩盖的冷却输送机中的连续带上正在传送时，可采用多个振动喷嘴14来用雾化的薄雾喷射小吃品。
在另一个实施方案中，可通过串连和/或并联设置的一组振动喷嘴14施用流体19。串连的振动喷嘴14提供在机器的方向上添加种种涂层有益效果的能力或者递送增大的流体19水平的能力。并联的振动喷嘴14允许进行多通道的产品涂覆，或者允许可能均匀地涂覆整个基质，例如象用涂层涂覆生面团片，以在烹饪时改变生面团片的性质、改变纹理、脂肪吸收性或调节产品风味。
在另一个实施方案中，可以连续模式施行喷雾，其中将控制器中的高电压和低电压设定值设置为相同的值。
参见图2，用于涂覆基质11的超声装置10包括电源12、转换器13和振动喷嘴14。
下面将详细说明超声装置10的每个组件。
i.电源
参见图1，超声装置10包括通过电缆给转换器13提供电能的电源12，其中高频(通常约20kHz至约200kHz)电能例如通过压电转换器装置被转换成振动的机械运动。
提供给超声装置10的功率在本发明的加工期间可变化。
对于超声雾化而言，功率电平一般在15瓦特之下。功率通过调节电源12上的输出水平而控制。
所需的精确功率值取决于几种因素。这些因素包括喷嘴种类、工作频率、流体特性(例如，粘度、固体含量)；以及流量。
喷嘴种类和工作频率
因为它的特定几何形状和其它因素，对于同一种流体，每种喷嘴一般将具有不同的临界功率电平。例如，设计有圆锥形雾化表面以按基本流量递送宽喷雾型式的48kHz喷嘴的临界功率电平一般在雾化水时将处在约3.5至约4瓦特输入功率附近。以同一频率运行但被设计用于微流操作(非常小的雾化表面)的另一种喷嘴可能要求仅约2瓦特来雾化水。
所雾化流体的种类强烈影响最小功率电平。更粘的流体或者固体含量高的流体一般使最小功率要求增大。例如，假如所雾化的流体为固体含量20％的异丙醇基材料，则在上一段落所提到的具有圆锥形雾化表面的48kHz喷嘴可能要求至少8瓦特的输入功率。
流体特性
题目为“流体”的第iv部分(参见下面)提供了适用于超声雾化的较佳候选流体的进一步资料。
流量
流量也在确定最小功率电平方面起着一定作用。对于给定喷嘴，流量越高，所要求的功率将越高，因为喷嘴在较高的流量下工作更困难。振动喷嘴14可覆盖宽范围的流量，从几微升/min到多达超过约350mL/min。作为我们观察的结果，仍能实现妥当雾化的最大流速或者临界流速接近约30cm/sec。例如，对于具有2.5mm孔口直径的振动喷嘴14，这转化成约88mL/min的最大流量，假设连续喷雾的话。特定喷嘴的流量范围受以下因素的控制：电源、工作频率、孔口大小、雾化表面积和流体特性。
参见图2，孔口37大小在确定最大和最小两个流量方面起着主要作用。最大流量与流体流在排到雾化表面上时的速度有关。雾化过程依赖于铺展到这个表面上并产生毛细波的流体流。在低的液流速度下，表面力强到足以“吸引”流体，并使它依附到表面上。当液流的速度增大时，达到了临界速度，其中表面力被液流的动能所克服，使液流变得完全与表面分离。
理论上，对于任何孔口37尺寸没有流量下限，因为这个过程与压力无关。然而，实际上，下限确实存在。当流量减少达到一定的点时，速度变得如此之慢以至于流体以不均匀的圆周方式排到雾化表面上，使雾化型式变得畸变。在其中稳定的喷雾型式并不重要的一些应用场合(例如，一些化学反应室)，这种畸变是容许的。在其中型式的完整性是至关重要的其它应用场合(例如，表面涂覆)，低速液流畸变是不能接受的。实际上，在这样的情况下，来自给定尺寸的孔口37的液流的最小速度为最大速度的约20％。对于我们的其中最大流速为88mL/min的以上实例，最小流速为约18mL/min。
可利用的雾化表面积的数量为影响可从给定喷嘴得到的最大流速的最终因素。就它可支持多少流体并且仍然产生为产生毛细波所需的薄膜而言，给定尺寸的雾化表面显然具有一定限制。如果“倾倒”到表面上的数量变得太大，则它会超过表面维持流体薄膜的能力。
最后一个因素，即流体特性，已经涵盖在“流体”下的章节中。流体雾化越困难，给定喷嘴的最大流量就越低。
最大可持续流量不仅取决于喷嘴尖端的表面积，而且也取决于振动喷嘴14的工作频率。低频喷嘴可比具有同一雾化表面积的高频喷嘴支持更大的流量。
概括地讲，存在着可确定给定喷嘴的最大流量的很多因素。然而，在每一种情况下，这些因素中的仅一种将设定所述限制。例如，如果我们处理难雾化的材料，则可能最大流量将不取决于孔口37尺寸也不取决于可利用的表面积，而是仅取决于流体的可雾化性。类似地，如果我们具有带有孔口37的振动喷嘴14且孔口37的容量超过可利用的雾化表面积，则表面积变成限制因素。对于给定应用场合，限制因素之间的这种相互影响在指定振动喷嘴14方面很重要。
ii.转换器
参见图1，如上所述，转换器13的输出可在称作调压器组合件15(未示出)中被放大。然而，选择设计振动喷嘴14可产生足够的振幅增益，消除单独的调压器组合件的需要。一般来讲，可采用任何类型的转换器。在一个实施方案中，可采用压电锆钛酸铅晶体(“PZT”)转换器。此类转换器的一个实例为建在Newtown，Connecticut，USA(06470)的Sonics &Materials，INC.生产的VibraCell Model CV 33。可在电源上设定转换器13的振动幅度。例如，在满幅设定时，20kHz的转换器提供20μm振动振幅。
iii.振动喷嘴
现在参见图1，其显示了总体上用参考数字14所指示本喷嘴14的第一实施方案。振动喷嘴14包括第一末端17和第二末端18。振动喷嘴14的第一末端17连接到转换器13上。喷嘴14的第二末端18提供流体19的出口，其中从喷嘴14喷出的流体19被精细地雾化并且实际上以薄雾或微雨形式喷射到基质11上。第二末端18包括振动喷嘴尖端32。喷嘴尖端32包括孔口37。孔口37具有圆周42。圆周42可为约0.1cm至约1.0cm。如其名称所蕴含的那样，振动喷嘴利用高频声波，即超出人类听觉范围的那些声波。
盘片形陶瓷压电转换器13将电能转换成机械能。转换器13接收来自电源12的呈高频信号形式的电输入并将其转换成同一频率下的振动。
振动喷嘴14被构造成使得激励压电晶体(未示出)会产生沿着振动喷嘴14长度的横向驻波。发自位于振动喷嘴14大径中的晶体(未示出)的超声能在驻波横贯振动喷嘴14的长度时经历阶跃和放大。
参见图2，振动喷嘴14被设计成使得波节平面位于晶体(未示出)之间。为使超声能可有效地进行雾化，雾化表面(振动喷嘴尖端32)必须位于波腹处，其为振动幅度最大之处。要实现这一点，振动喷嘴14的长度必须是半波长的倍数。由于波长取决于工作频率，振动喷嘴14的尺寸受频率控制。一般而言，高频振动喷嘴14较小，产生较小的液滴，并因此具有比以低频工作的振动喷嘴14更小的最大流量。
参见图1，通过沿着振动喷嘴14的长度延伸的大的不堵塞输送管33引入到雾化表面上的流体19吸收部分的振动能量，在表面上的流体19中产生波动。为使流体19雾化，必须小心控制雾化表面的振动振幅。在所谓的临界振幅之下，能量不足以产生雾化的液滴。如果振幅特别高，则流体19完全分开，并喷射出大“块”的流体19-通常所说的气穴状态。仅在输入功率的窄频带内部是产生振动喷嘴14所特有的细小低速薄雾的理想振幅。
在涂覆应用中，不加压的低速喷射明显地减少过度喷涂量，因为液滴趋于停留在基质11上而不是弹离基质11。这转化为明显的材料节约和减少向环境的排放。此外，可通过在辅助空气流中夹带缓慢移动的射流而对喷雾进行精确地控制和成型。
可产生从小到约2mm宽至大到约30至60cm宽的喷雾型式。参见图4，其显示了不同的可能喷雾型式。取决于喷雾型式的宽度要求和所需的流量，雾化表面可具有很小的直径或者延长的平直部分36。例如，振动喷嘴14可具有由圆锥形雾化表面而产生的圆锥形喷雾型式34。通常，可获得约50mm至约80mm的喷流包络直径。另一个实例是微喷形图案35，其具有范围为0.38至1.1mm的孔口37尺寸。这种喷雾型式通常推荐用于其中流量很低并需要窄喷雾型式的场合。
振动喷嘴14可由钛制成，因为钛具有良好的声学特性、高拉伸强度和优良的耐蚀性。
具体地讲，在优选的实施方案中，振动喷嘴14可呈任何形状。在一个实施方案中，振动喷嘴是圆柱形的。
本发明的振动喷嘴可由本领域的普通技术人员已知的能够将组成成分保持无限时间段的任何材料制成。尽管可采用软的或不硬的材料；材料刚度足以处于基本竖立位置是优选的。此类材料包括但不限于诸如铝、不锈钢和钛之类的金属、金刚石、以及它们的组合。
iv.流体
参见图2，用其中用泵RPM精确地调节总流量的正位移式(下文称“PD”)泵供应流体19。使用PD泵有利于消除流量对此类因素如流体粘度、流体中调味成分的含量和进行调味的产品产量的依赖性。
能够散布到细小液滴中的任何合适粘度的小吃食品调味流体均可用于本发明。作为非限制性实例，在110华氏度下粘度为约1厘泊到超过560厘泊的流体19已经用于本发明中。
单个振动喷嘴14的流体19所需的流量可根据流体中调味成分的浓度、进行调味的产品产量、最终产品的所需调味强度等而改变。作为非限制性实例，对于单个振动喷嘴14，最大300mL/min的流量已经用于本发明。
流体19的物理性质在任何雾化过程的最终成功方面起着核心作用。诸如粘度、固体含量、组分的溶混性和流体的具体流变学性质之类的因素均影响结果。
本发明可与含有载体或载体(例如油、丙二醇和水)和包括调味剂、糖、香料和口感剂(例如卵磷脂、甘油)的功能性化合物的混合物以及流体调节剂(例如，麦芽糖糊精、羧甲基纤维素)的流体一起使用以获得所需的味道和加工性能。流体特性的定义是可自由流动的液体或者粘度范围约1至约500cps、固体含量少于约45％以及粒度小于约185μm、更优选小于约100μm、最优选小于约50μm的浆液或糊剂。
v.加工模式
参见图2，超声装置10通常以连续模式工作。然而，超声装置10也可以脉冲喷雾或者配准喷雾工作。
a.脉冲喷雾
脉冲超声雾化可通过按低的重复频率(例如每几秒一个脉冲)操纵超声功率开启和关闭而实现。为了将涂层递送到一系列快速移动的基质中的每个基质上而不是基质之间的间隙上，喷雾需要是脉冲式的，并且脉冲需要精确地控制开始时间和持续时间。
参见图2，以恒定流量供应流体19。脉冲喷雾通过从约20kHz调节电源12的振幅、同时在整个时间上保持超声功率12而实现。选择高低振幅以便雾化仅发生在高振幅期间。由于以恒定流量供应流体19，在其中流体19未被雾化的低振幅处，流体通过毛细管力润湿振动喷嘴14的孔口37，等待高振幅到达以雾化。确定高振幅的持续时间(脉冲宽度)，使得在基质11(图1)或薄片的长度上没有过度喷涂。理论上，持续时间应当小于基质11处在振动喷嘴下的时间，或者小于基质长度除以基质11的速度得到的时间。实际上，因为电-机械响应的性质和介质的粘度，需要较短的脉冲持续时间。脉冲的定时由光学传感器27(图1中所示)触发。
实现脉冲喷雾的另一个实施方案是通过例如采用以脉冲运动形式移动流体的泵来使流体形成脉冲。脉冲频率可用泵RPM进行调节。
在另一个实施方案中，可将压缩空气间歇地喷入流体管中，其周期性地用小体积的空气囊分割流体。然后由空气囊产生的间断实现了脉冲喷雾。
在另一个实施方案中，可采用机械偏转来周期性地偏转、捕获、再循环所述液流以避免材料沉积在不希望的区域中。
b.配准喷雾
脉冲超声喷雾与对控制逻辑的选取相组合可提供能够供应新产品的新的加工灵活性。在一个非限制性的实例中，两个振动喷嘴14处在同一排上，每个均分配不同的调料，例如下面是一些可能的产品变型，其中x代表一个薄片以及y代表一个薄片。
i.对每个薄片交替调味，例如，x，y，x，y；
ii.对很多薄片交替调味，例如，x，x，x，y，y，y；
iii.具有不同的x对y的频率，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强度的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.以上的任何组合；和
vii.任何数目的调味剂，不限于两种。
在当前未决的、共同转让的Wen等人在2006年9月22日提交的题目为“Flavor Application on Edible Substrates”的美国专利申请序列号60/846,575和Wen等人在2006年9月22日提交的题目为“FlavorApplication on Edible Substrates”的美国专利申请序列号60/846,443中描述了基质的其它变型。
所述组合可进行扩展以包括将一种调味剂配准到所选的视觉效果，例如颜色、图像和文字信息。最直接的可能性之一是用数字印刷技术集成所配准的脉冲喷射，使所印刷的信息能够与配准的调味剂相关联。在当前未决的共同转让的LuFang等人在2004年7月8日提交的题目为“Image Varietyon Edible Substrates”的美国专利申请序列号10/887,032；LuFang Wen等人在2005年8月11日提交的题目为“Ink Jetting Inks for FoodApplication”的美国专利申请序列号11/201,552；Dechert等人在2006年4月25日提交的题目为“Ink Jet Printing of Snacks with HighReliability and Image Quality”的美国专利申请序列号11/410,676和Jeffrey W.Martin在2006年4月5日提交的题目为“ImageRegistration on Edible Substrates”的美国专利申请序列号11/398,294中公开了数字印刷技术。
vi.雾化过程
参见图1，由于超声雾化过程不依赖于压力，每单位时间由振动喷嘴14雾化的流体19的量主要受与振动喷嘴14配合使用的流体递送系统的控制。振动喷嘴14的流量范围可低到几微升/每秒到最多约400mL/min。根据具体的振动喷嘴14和所用流体递送系统的种类(齿轮泵、注射器泵、压力贮存器、蠕动泵、重力自流进料等)，所述技术能够提供很多种流量/喷雾可能性。
根据本发明可采用足以将流体19分解成雨点般落在转筒23(图3)或输送机26(图2)中的基质11上的细小液滴的任何合适的流体流量。作为非限制性实例，对于单个振动喷嘴14，根据本发明已经采用了约几微升/每分钟到多达约400mL/min的流体流量，其中浆液在110华氏度下的粘度为约1厘泊至约566厘泊。可调节振动喷嘴14的振幅来补偿各种粘度的流体19和/或流体流量上的变化。一般来讲，随着流体粘度和/或流体流量增大，需要增大振动喷嘴14的振幅才能将流体分解成细小液滴。
一般来讲，超声雾化所产生的液滴具有相对较窄的尺寸分布。中值液滴尺寸在约18至约68微米范围内变化，其取决于具体型号的振动喷嘴14的工作频率。例如，对于具有约40微米中值液滴直径的20kHz的振动喷嘴14，99.9％的液滴可落在约5至约200微米直径范围内。
vii.材料
尽管对于这些目的，多种材料和设备是已知的和可以接受的，电源和换能器为得自Sonics and Materials的VibroCell 750。
III.任选组件
参见图2，在一个可供选择的实施方案中，超声装置10任选地可包括空气仪器20。气体源21提供流到空气仪器20的压缩空气来源。空气仪器20可呈管的形式(未示出)，其可延伸到转筒23(图3)或转换器13中。空气仪器20可具有多个出气口，所述出气口各具有指向振动喷嘴14的开口的开口，例如如图2所示。借助于振动运动，从振动喷嘴14喷出的流体19被精细地雾化并且实际上以薄雾或微雨的形式喷射到转筒23(图3)中的产品上或者输送机26的基质11上。空气可帮助进一步铺展来自振动喷嘴的喷雾。
在另一个可供选择的实施方案中，可采用振幅增强器来获得所要求的振幅。可将振幅增强器插入到转换器13和振动喷嘴14之间。在一个非限制性实例中，转换器13可具有20μm的最大振幅。为获得所要求的180μm振幅，对于转换器13采用三种不同的设计来将振幅从约20μm增加到约180μm。在另一个非限制性实例中，转换器13起到雾化器和振幅增强器两种作用，以将振幅从约-20μm增加到约180μm。
参见图3，在另一个可供选择的实施方案中，可采用转筒23来代替输送机26(图2中所示)。在小吃食品调味领域中通常所用类型的中空圆柱形转筒23为常规形状。转筒23可在包括敞开的出口端33在内的两个末端处具有中空鼓开口并通过放置成其轴线与水平平面成一角度而绕着其轴线旋转。在出口端33处，可提供小的卸料控制唇42。
如本领域所知，将待加作料或调味的小吃食品送入转筒23的上端，并且随着转筒23转动，小吃食品滚动并因重力向下移动到下端，在此处它越过唇42脱离转筒。这是本领域所熟知的并常用的。
根据本发明，流体19可连接到延伸进转筒一预定距离的管41。管41沿着其长度已经设置了多个连接头43(除了端部L连接头之外全是T连接头)，用于连接多个振动喷嘴14。每个喷嘴管14具有出口孔36。
实施例
下面是用于举例说明本发明的各种实施方案的实施例列表。但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的实质和范围的情况下可作出许多其它的变化和修改。
实施例1

利用这种设定值，按脉冲模式雾化液体浆液，并形成包含细小液滴的玉米状喷雾型式。
实施例2

采用这种设定值，液体浆液以脉冲模式进行喷射但是包含在单个的大液滴中。
实施例3


利用这种设定值，液体浆液雾化成具有细小液滴的玉米形状并且处于连续模式。
本文所公开的量纲和值不应被理解为严格地限于所述的精确值。相反，除非另外指明，每个这样的量纲旨在表示所引用的数值和围绕那个数值的功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。
在发明详述中引用的所有文件都在相关部分中以引用方式并入本文中。任何文献的引用都不可解释为承认其是本发明的现有技术。当本发明中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文件中术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义。
虽然已经举例说明和描述了本发明的具体实施方案，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明实质和范围的情况下可以做出多个其他改变和变型。因此，权利要求书意欲包括在本发明范围内的所有这样的改变和变型。