CN113856978B - 一种可调控的超声雾化装置 - Google Patents

一种可调控的超声雾化装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可调控的超声雾化装置，包括雾化腔，所述雾化腔底部设置有超声换能装置，所述雾化腔的两侧分别与供液装置和供气装置连通，所述雾化腔、所述超声换能装置、所述供液装置和所述供气装置均固定在底座上，所述底座上表面可拆卸连接有壳体。本发明雾化充分，出雾量均匀，雾化液残留少，可对进液量和进气速率进行调控，实现不同雾化需求，适应多种应用场景并且可应用多种不同雾化介质。

Description

一种可调控的超声雾化装置
技术领域
本发明涉及超声雾化装置技术领域，尤其是涉及一种可调控的超声雾化装置。
背景技术
雾化是将液体分散成微小液滴的过程，广泛应用于、医药卫生、环保节能、生产生活等各个领域。使用范围场景十分广泛，例如喷墨打印机中的喷墨化装置，酒店等场所的香薰机，用于吸入治疗的雾化器。对于各个使用场景，有着不同的工作条件，不同的雾化需求。
压电超声雾化式的雾化量、雾的密度、雾化高度和雾化粒径等雾化参数会随雾化液的粘度、表面张力的影响而改变并且雾化后微小液滴运动方向与扩散方向难以控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可调控的超声雾化装置，可对多个参数进行调节，出雾量均匀，雾化液残留少，雾滴运动方向稳定，适用于多种应用场景，通过改变该雾化装置的变量，可达到所需的雾化效果，通过气流的导向作用可稳定雾滴输出的运动方向和扩散方向。
本发明提供一种可调控的超声雾化装置，包括雾化腔，所述雾化腔底部设置有超声换能装置，所述雾化腔的两侧分别与供液装置和供气装置连通，所述雾化腔、所述超声换能装置、所述供液装置和所述供气装置均固定在底座上，所述底座上表面可拆卸连接有壳体。
进一步地，所述雾化腔顶部的出雾口贯穿所述壳体上表面。
进一步地，所述雾化腔的侧壁上设有进液孔和进气孔，所述雾化腔靠近所述进气孔的内壁上设有与所述进气孔连通的环形气流通道，所述气流通道的上表面设有多个与所述气流通道内部连通的气流出口，所述进液孔设置在所述气流通道上方。
进一步地，所述超声换能装置包括金属基体，所述金属基体与所述底座固定连接，所述金属基体与所述底座之间设置有与所述金属基体同轴设置的圆片形压电陶瓷。
进一步地，所述金属基体和所述压电陶瓷上分别设置有一根输入电线。
进一步地，所述供液装置包括储液瓶，所述储液瓶与所述雾化腔之间设有蠕动泵，所述蠕动泵与所述储液瓶和所述雾化腔分别通过第一软管连接，所述第一软管靠近所述雾化腔的一端固定连接有针管。
进一步地，所述针管贯穿所述进液孔且延伸至所述雾化腔内部。
进一步地，所述蠕动泵通过第一基座与所述底座可拆卸连接。
进一步地，所述供气装置包括气泵，所述气泵通过第二基座与所述底座可拆卸连接。
进一步地，所述气泵与所述雾化腔通过第二软管连接，所述第二软管靠近所述雾化腔的一端贯穿所述进气孔且与所述气流通道连通。
本发明出雾量均匀，雾滴运动方向稳定且通过供气装置调节雾气输出速率，通过供液装置有效调节雾化液的输入速率，实现多种所需的雾化效果，适用于多种应用场景，通过气流的导向作用可稳定雾滴输出的运动方向和扩散方向。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明主视剖视图；
图2是本发明雾化腔的内部结构示意图；
图3是本发明超声换能装置的结构剖视图；
图4是本发明超声换能装置的示意图；
图5是本发明供液装置的结构剖视图；
图6是本发明供液装置的示意图；
图7是本发明供气装置的结构剖视图；
图8是本发明供气装置的示意图；
附图标记说明：
图中：1-雾化腔、101-进液孔、102-进气孔、103-气流通道、104-气流出口、105-出雾口、2-底座、201-凹槽、202-定位槽、3-壳体、4-金属基体、401-凸台、5-圆片形压电陶瓷、6-储液瓶、7-蠕动泵、8-第一软管、801-吸液管、802-供液管、9-针管、10-第一基座、11-第二软管、12-气泵、13-第二基座；
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1-图8所示：
本发明的一种可调控的超声雾化装置，包括雾化腔1、底座2、壳体3、金属基体4、圆片形压电陶瓷5、储液瓶6、蠕动泵7、第一软管8、针管9、第一基座10、第二软管11、气泵12、第二基座13。
其中金属基体4、圆片形压电陶瓷5属于超声换能装置，储液瓶6、蠕动泵7、第一软管8、针管9、第一基座10属于供液装置，第二软管11、气泵12、第二基座13属于供气装置。
如图1所示，底座2的上表面可拆卸连接有壳体3，壳体3和底座2组成的空间内设置有安装在底座2上的雾化腔1、超声换能装置、供液装置和供气装置。
底座2设置有同心的凹槽201与定位槽202，凹槽201用于雾化腔1的定位并用螺纹连接方式固定，定位槽202用于位于雾化腔1底部的金属基体4的定位并且定位槽202下方有一个比金属基体4直径小的孔用于输入电线接入。
如图1和图2所示，雾化腔1内部形状是圆柱与圆台的组合，以轴线中心对称，更好地聚拢气体与雾滴形成环流，稳定雾滴的输出运动方向在雾化腔1的轴线上，形成的环流并不会影响到输出雾化液的输出与滴落。
雾化腔1内设置有与进气孔102连通的气流通道103，进口为雾化腔1的进气孔102，气流出口104为圆形，数量八个，其布置方式是围绕雾化腔1轴线等距等角度布置，气流出口104轴线与雾化腔1轴线的所成角度为30°到70°。
气流出口104的轴线的延长线交于雾化腔1的轴线的一点上并且延长线交点高于针管9末端三毫米以上，这是根据伯努利方程，流体流速增加，压力减少，雾滴向压力小的方向流动即雾滴被气流带动，更好控制雾滴使气流带动雾滴的合方向经过雾化腔1的出雾口105的中心，并且气流不会影响针管9的末端的雾化液滴落。
雾化腔1的进液孔101轴线与雾化腔1的轴线的所成角度为三十度到九十度，进液孔101与超声换能装置的金属基体4上表面的竖直高度为十厘米到三十厘米，雾化腔1的出雾口105为锥形渐缩设计，聚拢雾滴确定雾滴运动方向，其角度为二十度到七十度，出雾口105直径应小于超声换能装置的金属基体4的上表面圆形直径。
如图1、图2、图3和图4所示，超声换能装置负责提供超声波能量，金属基体4为下底面空心的柱形回转体形状，材料为导电的耐高温耐腐蚀的材料，例如不锈钢或黄铜等，金属基体4需要利用精车等工艺保证圆柱度精度。
金属基体4上表面即是与雾化液接触的表面，需要用研磨抛光等工艺保证粗糙度要求，圆片形压电陶瓷5直径等于或小于金属基体4的下表面的圆形凸台401。
圆片形压电陶瓷5上下两面镀银，胶接在金属基体4的下表面的圆形凸台401上，且与圆形凸台401同轴设置，圆片形压电陶瓷5上同样设置有一根输入电线。
圆片形压电陶瓷5振动模式为LE模式(d31效应)：垂直于电场方向，沿长度方向上的伸缩振动。
作为一种优选方案，超声换能装置的两根输入电线分别用锡焊于金属基体4的内圆柱表面上和圆片形压电陶瓷5的下表面，输入电线接入方波交流电信号，其信号周期和电压有效值可调，信号频率应当为圆形压电陶瓷5与金属基体4组合的共振频率，以达到较大的振幅。通过控制输入的电信号，可以调整超声换能器的振幅、频率、工作周期，从而控制雾滴的粒径、雾化量、雾化速度等参数。
如图1、图2、图5和图6所示，供液装置负责供给雾化液到超声换能装置的金属基体4上表面，储液瓶6储存雾化液放置在底座2上，瓶盖需要使用吸水透气材料，例如聚四氟乙烯等粉末材料制成，防止雾化液挥发浪费。
蠕动泵7安装在第一基座10上，使用螺纹连接或胶接，第一基座10安装在底座2上，使用螺纹连接或其他可拆卸连接方式。蠕动泵7的进口连接第一软管8的吸液管801伸入储液瓶6底部吸雾化液，蠕动泵7体积大约是储液瓶6的三分之一，可将雾化液定量逐滴输出。
第一软管8的供液管802一端接到蠕动泵7的出口过盈配合连接，另一端接上针管9，针管9与第一软管8过盈配合插入雾化腔1的进液孔101中，且延伸至雾化腔1的内部。
作为一种优选方案，针管9材料为耐腐蚀的且刚度较高的材料，防止针管9弯曲或折断造成堵塞与定位不精准。
针管9内径较小，使每次泵送的液滴体积较小，插入雾化腔1的进液孔101的深度可调，最佳位置为针管9出口在超声换能装置的金属基体4的中心的正上方，保证雾化液滴落在金属基体4上表面的中心。
作为一种优选方案，蠕动泵7的输入电线接入直流电，使蠕动泵7的转子正转，其电压在许可范围内可调。通过控制蠕动泵7的输入电压，达到不同的蠕动泵7的转子转速，从而控制雾化液的泵送速度及针管9末端雾化液逐滴下落的量。
供液装置的针管9插入到雾化腔1的进液孔101中过盈配合连接，需要保证气密性，可以使用pvc密封胶、聚氨酯密封胶等密封胶涂在孔与针管9与第一软管8的间隙处密封。
如图1、图2、图7和图8所示，供气装置负责泵送气体进入雾化腔1的气流通道103，气流在气流通道103的出口形成环流，稳定雾滴运动方向，带动雾滴经储物口105吹出雾化腔1，气泵12放置在第二基座13上负责泵送空气，可以选用隔膜泵、转子泵等体积较小的气泵。第二软管11一端过盈配合接入气泵12的出口，另一端接入雾化腔11的进气孔102过盈配合连接并用密封胶密封处理。
作为一种优选方案，气泵12的输入电线接入直流电，其电压在许可范围内可调。通过控制气泵12的输入电压，达到在雾化腔1的气流出口104的不同的气体流速，从而控制该雾化装置的释雾量，雾化高度等参数。
供气装置的第一软管8的末端插入雾化腔1的进气孔102中过盈配合连接，需要保证气密性，可以使用pvc密封胶、聚氨酯密封胶等密封胶涂在进气孔102与第二软管11的间隙处密封。
本发明的一种可调控的超声雾化装置，其工作原理为：供液装置的蠕动泵7将雾化液从储液瓶6中经吸液管801泵送至与供液管802连接的针管9的末端出口，雾化液从针管9末端滴落到超声换能装置的金属基体4的上表面的中心，超声换能装置在高频振动下将滴落的雾化液雾化，尽量要提供雾化液的速率略低于超声换能装置的雾化速率，供气装置的气泵12将气体经第二软管11从雾化腔1的进气孔102进入雾化腔1的气流通道103，从气流出口104吹出在雾化腔1中形成环流，加快腔内空气流通速度，气流对雾滴形成导向作用，稳定雾滴输出方向为雾化腔轴线方向，带动雾滴经出雾口105吹出雾化腔1。
综上所述，本发明实施例提供一种可调控的超声雾化装置，其有益效果在于：通过设置雾化腔1及其内部的气流通道103结构，可利用气流在气流出口104输出对雾滴产生的导向作用和雾化腔1的出雾口105的渐缩设计，在雾化腔1中形成环流，使雾滴的运动方向可集中在雾化腔1的轴线上，稳定雾滴输出的运动方向，另外雾化腔1中的环流对雾化液滴的下落互不影响，气流区域与雾化液下落区域互不交集。
并且通过控制蠕动泵7输入电压，可控制雾化液从针管9出口逐滴滴落的供给速度，定量定速供给，更好控制雾化的量，节约雾化液，缓解雾化液残留在雾化腔1的问题。
并且通过控制气泵12的电压，可控制气流从雾化腔1内吹出的速度，带动雾滴从雾化腔1的出雾口105中心吹出，更好控制雾滴吹出的雾化高度，雾化充分，出雾量均匀。
并且通过控制超声换能装置的输入电压、交流信号形式与频率，控制超声换能装置的振动，控制雾化过程的雾化量，雾滴粒径，可长时间工作，可间歇工作，工作寿命长，结构简单，不存在微孔堵塞等问题，雾滴颗粒均匀。
故本发明的一种可调控的超声雾化装置可通过控制上述的控制变量，三个模块的变量分别调节，互不干扰，相互协作配合，对于雾化的效果、雾化量、雾化高度、粒径等，有着多样的控制方法，可达到不同的雾化效果。对于不同的工作条件工作场景，所需的雾化需求不同，通过控制上述控制变量，适应更多的工作条件工作场景，满足更多样雾化需求，还可在工作过程中随时调整，并且雾化充分，出雾量均匀，雾化液残留少，另外通过气流对雾滴的导向作用与雾化腔的渐缩设计稳定雾滴输出的运动方向和扩散方向。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种可调控的超声雾化装置，其特征在于：包括雾化腔，所述雾化腔底部设置有超声换能装置，所述雾化腔的两侧分别与供液装置和供气装置连通，所述雾化腔、所述超声换能装置、所述供液装置和所述供气装置均固定在底座上，所述底座上表面可拆卸连接有壳体，所述雾化腔顶部的出雾口贯穿所述壳体上表面，所述出雾口为锥形渐缩结构，所述供液装置包括储液瓶，所述储液瓶与所述雾化腔之间设有蠕动泵，所述蠕动泵与所述储液瓶和所述雾化腔分别通过第一软管连接，所述第一软管靠近所述雾化腔的一端固定连接有针管，所述针管出口位于所述超声换能装置的中心正上方。
2.根据权利要求1所述的一种可调控的超声雾化装置，其特征在于：所述雾化腔的侧壁上设有进液孔和进气孔，所述雾化腔靠近所述进气孔的内壁上设有与所述进气孔连通的环形气流通道，所述气流通道的上表面设有多个与所述气流通道内部连通的气流出口，所述进液孔设置在所述气流通道上方。
3.根据权利要求1所述的一种可调控的超声雾化装置，其特征在于：所述超声换能装置包括金属基体，所述金属基体与所述底座固定连接，所述金属基体与所述底座之间设置有与所述金属基体同轴设置的圆片形压电陶瓷。
4.根据权利要求3所述的一种可调控的超声雾化装置，其特征在于：所述金属基体和所述压电陶瓷上分别设置有一根输入电线。
5.根据权利要求2所述的一种可调控的超声雾化装置，其特征在于：所述针管贯穿所述进液孔且延伸至所述雾化腔内部。
6.根据权利要求2所述的一种可调控的超声雾化装置，其特征在于：所述蠕动泵通过第一基座与所述底座可拆卸连接。
7.根据权利要求2所述的一种可调控的超声雾化装置，其特征在于：所述供气装置包括气泵，所述气泵通过第二基座与所述底座可拆卸连接。
8.根据权利要求7所述的一种可调控的超声雾化装置，其特征在于：所述气泵与所述雾化腔通过第二软管连接，所述第二软管靠近所述雾化腔的一端贯穿所述进气孔且与所述气流通道连通。
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