CN115007387B - 一种压电雾化器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雾化器技术领域，尤其是涉及一种压电雾化器。压电雾化器包括雾化体、液泵体和超声驱动元件；所述雾化体和液泵体均包括容纳液体的内腔，所述雾化体和液泵体的内腔相对设置，所述超声驱动元件设置在雾化体和液泵体之间以隔开两者的内腔；所述雾化体和液泵体之间通过通道连通，且通道上设置有限定液体仅能由液泵体流向雾化体的单向阀。雾化泵将由雾化系统和泵送系统两部分合二为一，大幅减少机构的复杂性，减小机构产生故障的概率，同时节约空间占用，使整体结构小型化、微型化，用于更多极端场合。

Description

一种压电雾化器

技术领域

本发明涉及雾化器技术领域，尤其是涉及一种压电雾化器。

背景技术

自人类文明出现以来，人们就面临着如何将一个物体从一个位置运输到另一个位置的问题。水作为生命之源，对人类的生存、文明的发展都是不可或缺的，如何运输液体这一显著区别于固体性质的特殊物质，成为贯穿科学发展的线路之一。从最早的水车、水渠，到现在的叶片泵、柱塞泵，人们在宏观上运输大量液体的方式层出不穷；而对于微观上、精准微流量的运输，压电泵无疑是最好的选择。

随着生活水平的提高，雾化器在人们生产生活中应用的场景也越来越多。结束一天的劳累回到家中，打开空气加湿器将房间调到舒适的湿度，再开启室内香氛机使卧室里清香扑鼻，用咖啡机冲一杯醇厚的咖啡，这些生活中看似平常的瞬间中，都离不开雾化器的身影。压电式雾化器作为其中的佼佼者，具有出雾颗粒小、雾滴质量好、出雾量稳定等优点，是未来雾化器的首选方案。

目前压电泵的研究主要集中于有阀压电泵上，阀体的存在可以天然地增大泵体输出的压强，并使输出流量精准可控。压电陶瓷一个周期内的运动是对称的，现有的压电泵只用到了压电陶瓷运动时一侧的容积变化，另一侧则是空置的，理论上只达到了不到50％的效率。如果能将压电陶瓷运动时另一侧的运动、能量也利用起来，将会大幅提高整体装置的机械效率。

现有的雾化器广泛使用了压电陶瓷作为能量原件，但其能量全部用于雾化，需要外接其他动力原件进行液体的输送，否则不能完成连续、稳定的出雾效果，雾化器是由雾化系统和泵送系统两部分组成的。如果能够将上述两种系统合二为一，就可以大幅减少机构的复杂性，减小机构产生故障的概率，同时节约空间占用，使整体结构小型化、微型化，用于更多极端场合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压电雾化器，该雾化器能够解决现有技术中存在因雾化系统和泵送系统由两部分组成导致的占用空间大、结构复杂的问题；

本发明提供一种压电雾化器，其包括雾化体、液泵体和超声驱动元件；

所述雾化体和液泵体均包括容纳液体的内腔，所述雾化体和液泵体的内腔相对设置，所述超声驱动元件设置在雾化体和液泵体之间以隔开两者的内腔；

所述雾化体和液泵体之间通过通道连通，且通道上设置有限定液体仅能由液泵体流向雾化体的单向阀。

优选的，所述雾化体包括上泵体、雾化片和出口单向阀；

所述雾化片设置在上泵体的上方；

所述出口单向阀为通道上的单向阀，出口单向阀设置在通道的出口端。

优选的，所述雾化片具有若干锥形孔，所述锥形孔贯穿雾化片，所述锥形孔的大锥口与上泵体的内腔连通，所述锥形孔的小锥口与外部连通。

优选的，所述超声驱动元件包括压电陶瓷片和密封垫片；

所述压电陶瓷片边缘被夹持在雾化体和液泵体之间，并用于隔开雾化体和液泵体的内腔；

所述密封垫片设置在压电陶瓷片的外圈并被夹持在雾化体和液泵体之间。

优选的，所述通道为设置为开设在雾化体和液泵体上的孔状结构，并且密封垫片上设置有与两者孔状结构相对应的连通口。

优选的，所述液泵体包括下泵体和入口单向阀；

所述下泵体上设置有入水口，且在入水口处设置有入口单向阀。

优选的，所述下泵体的一端具有至少一个入水口，所述入水口的一端与外部入水口相通，另一端与液泵体内腔相通。

优选的，所述雾化体内腔具有连通口，所述液泵体内腔同样具有连通口，两者的连通口均匀通道连通。

有益效果：

通过超声驱动元件将雾化体和液泵体的内腔隔开，并通过通道连通两者的内腔，同时在通道上设置有单向阀，在超声驱动元件周期振动时，雾化体和液泵体的内腔容积发声变化，配合单向阀的作用，液体由液泵体流入雾化体，同时利用超声驱动元件振动使液体产生空化效应，空化出的气泡产生微激波，使雾化体形成雾体。故此，雾化泵将由雾化系统和泵送系统两部分合二为一，大幅减少机构的复杂性，减小机构产生故障的概率，同时节约空间占用，使整体结构小型化、微型化，用于更多极端场合。

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为本发明具体实施方式提供的压电雾化泵装置的初始状态示意图；

图2为本发明具体实施方式提供的压电雾化泵装置的第一冲程示意图；

图3为本发明具体实施方式提供的压电雾化泵装置的第二冲程示意图。

附图标记说明：

1：入水口；2：上泵体；3：雾化片；4：出口单向阀；5：密封垫片；6：压电陶瓷片；7：下泵体；8：入口单向阀。

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。

结合图1至图3所示，本实施例的一种雾化泵装置，雾化体、液泵体和超声驱动元件。

雾化体和液泵体均包括容纳液体的内腔，雾化体和液泵体的内腔相对设置，超声驱动元件设置在雾化体和液泵体之间以隔开两者的内腔。

雾化体和液泵体之间通过通道连通，且通道上设置有限定液体仅能由液泵体流向雾化体的单向阀。

雾化体由雾化片3、上泵体2、出口单向阀4组成。液泵体由下泵体7、入口单向阀8组成，超声驱动由压电陶瓷片6、密封垫片5组成。

下泵体上设置有入水口1，且在入水口1处设置有入口单向阀8。其中入水口1的数量至少为一个，每根入水口1的一端与外界储存液体的机构相连，另一端与液泵体中的下泵体7相连。入水口1可以是硬管也可以是软管，其材料包括且不限于金属、玻璃、橡胶、塑料等，要求其具有良好的密闭性，与下泵体7紧密相连，既不产生液体外泄，也不会使空气等外界物质进入泵体。入水口1与下泵体7连接的方式包括且不限于螺纹连接、胶接、焊接、过盈配合等。

入口单向阀8位于下泵体7的腔体与入水口1之间，作为被动阀，入口单向阀8包括且不限于球阀、悬臂阀、桥型阀、轮形阀、伞形阀、酒窝型阀等。入口单向阀8应满足使液体只能朝向单向流动的功能，使液体只能从入水口1流向下泵体7的腔体，而不能从下泵体7的腔体内倒流回入水口1。入口单向阀8的数量应与入水口1的数量一致或多于入水口1的数量，所有进入下泵体7内腔的液体都需要经过入水口1和入口单向阀8。

下泵体7的内腔中还至少设有一个连通口，其一端与下泵体7内腔相通，另一端向上导通，与密封垫片5的连通口相通。所有流出下泵体7内腔的液体都需要经过连通口离开泵腔。

下泵体7内腔上部置有压电陶瓷片6、密封垫片5，压电陶瓷片6和密封垫片5不仅作为超声驱动元件，还起到密封下泵体7内腔、将液泵腔与雾化腔隔绝的作用。密封垫片5需要将压电陶瓷片紧紧包裹住，防止压电陶瓷片发生横向偏移，并防止液泵腔与雾化腔中的液体外泄。密封垫片5的适当位置应开有连通口，并与下泵体7、上泵体2的连通口对齐连接，使液泵腔中的液体可以畅通无阻地从通过密封垫片5流入雾化腔。必要时可设计更加详细的结构装置。

压电陶瓷片6具有逆压效应，对其施加一定电压后可激发出一阶模态，发生中部隆起、凹陷的往复变形。液泵腔与雾化泵中应有足够的容积使压电陶瓷片发生相应的形变，并且入口单向阀8和出口单向阀4的开关阀运动应与压电陶瓷片的运动互不干涉。为了使压电陶瓷片6的振幅达到最大，应妥善放置其位置，使其周围约束紧密固定，必要时可采取将压电陶瓷片6粘贴于金属薄片之上的方法，或采取其他更为详细的结构装置。

与下泵体7相似，上泵体2同样至少具有连通口。液体从液泵腔流经出口单向阀4到达上泵体2中的雾化腔。出口单向阀4位于上泵体2的腔体与上泵体2的连通口之间，作为被动阀，出口单向阀4包括且不限于球阀、悬臂阀、桥型阀、轮形阀、伞形阀、酒窝型阀等。出口单向阀4应满足使液体只能朝向单向流动的功能，使液体只能从连通口流向上泵体2的腔体，而不能从上泵体2的腔体内倒流回连通口。出口单向阀4的数量应与连通口的数量一致或多于连通口的数量，所有进入上泵体2内腔的液体都需要经过出口单向阀4。

上泵体2的上方具有雾化片3，上泵体2与雾化片3之间应当紧密相连，包括且不限于螺纹连接、胶接、焊接等，防止雾化腔中的液体外泄或外界物质进入雾化腔。雾化片3与上泵体2内腔重合的部分开有锥孔，锥孔的数量有若干个，排列方式可以是矩阵排列、圆周排列或者其他排列方式，锥孔的大小视雾化颗粒尺寸要求的大小而定，锥孔的大口朝向雾化腔，小口朝向外界。压电雾化片6的振动应能够通过上泵体2传导至雾化片3上，使雾化片3产生一定模态的振动，激发出一定形态的振型。

下面结合具体实例解释压电雾化泵的工作原理。

与发动机的工作原理类似，压电泵的一个工作周期内具有两个工作冲程。在正弦电压作用下，压电陶瓷片6产生中部隆起、凹陷循环往复的运动。每当压电陶瓷片6经历一次隆起和一次凹陷，就完成一个完整的工作周期。当压电陶瓷片6向上隆起时，可视为第一个工作冲程。当压电陶瓷片6向下凹陷时，可视为第二个工作冲程。

如图2所示，当压电陶瓷片6在正弦电压作用下产生凹陷，即第一个工作冲程时，液泵腔中的压强增大，雾化腔中的压强降低，在液体压力作用下入口单向阀8紧闭，出口单向阀4打开。由于入口单向阀4关闭，此时入水口1中的液体无法进入下泵体7之内，下泵体7腔体内的液体压力增加，由于液体无法通过入口单向阀进入入水口1中，只能通过下泵体7的连通口向上流经密封垫片5的连通口进入上泵体2的连通口。由于出口单向阀4打开，在雾化腔低压强和液泵腔高压强的双重作用下，液体可以顺畅地从连通口流入上泵体2的腔体中。对于液泵腔而言，这一冲程是吐出腔内液体的过程；对于雾化腔而言，这一冲程是将液体吸入腔内的过程。

如图3所示，当压电陶瓷片6在正弦电压作用下产生隆起，即第二个工作冲程时，液泵腔中的压强减小，雾化腔中的压强增大，在液体压力作用下入口单向阀8打开，出口单向阀4紧闭。由于入口单向阀8打开，在液泵腔中压强减小的作用下，液体由入水口1流经入口单向阀8流入下泵体7的腔内。此时由于出口单向阀4是关闭的，雾化腔中的液体不会倒流回液泵腔内。同时，雾化腔内压强增大，由于腔内液体无法通过出口单向阀4，只能通过雾化片3离开雾化腔。对于液泵腔而言，这一冲程是将外界液体泵入腔内的过程；对于雾化腔而言，这一冲程是将腔内液体雾化出去的过程。

压电雾化片6接入正弦交流电后，在周期性的电压输入下做出周期性的运动，推动雾化泵循环经历图2、图3中的过程。对于雾化泵而言，第二个工作冲程中液泵腔的吸入为下周期中第一冲程液泵腔泵出、雾化腔吸入做准备，而第一冲程液泵腔泵出、雾化腔吸入又为本周期中第二冲程的雾化腔雾化做准备，以此类推循环往复。从被雾化液体的角度来看，其经历的过程为一个单向过程：先在第一周期中第二工作冲程被液泵腔吸入，在第二周期中第一工作冲程被泵入雾化腔，最后在第二周期中第二工作冲程被雾化出雾化腔。

使用时，只需对压电陶瓷片施加一定幅值和频率的交流电，并接入被雾化液体，无需对液体施加预压强，即可实现连续的雾化。由于入口单向阀与出口单向阀均为被动阀，将大幅提高泵体输出的压强，保障出雾的效果稳定，不受外界环境压强影响。

综上所述，本发明在泵腔内，利用压电陶瓷的上下摆动带来的容积周期性涨缩，使液体进入和流出泵腔。同时配合单向阀的作用，使液体在泵腔内单向流动。在雾化腔内，先利用压电陶瓷的上下挠性摆动带来的容积周期性涨缩，使液体进入和流出泵腔，同时利用压电陶瓷的高频振动使液体产生空化效应，空化出的气泡产生微激波，将雾化片锥孔附近的液体炸出锥孔，形成雾体。雾化腔内也有单向阀，防止液体回流至泵腔，迫使所有液体均从雾化片的锥形孔中出雾化腔。压电陶瓷的高频振动传递到雾化片上，使雾化片随之产生一定挠性摆动，在锥形孔超声雾化理论下，该运动对雾化产生促进作用，进一步提高了雾化效率。

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)

1.一种压电雾化器，其特征在于，包括雾化体、液泵体和超声驱动元件；

所述雾化体和液泵体均包括容纳液体的内腔，所述雾化体和液泵体的内腔相对设置，所述超声驱动元件设置在雾化体和液泵体之间以隔开两者的内腔；

所述雾化体和液泵体之间通过通道连通，且通道上设置有限定液体仅能由液泵体流向雾化体的单向阀；

超声驱动元件包括压电陶瓷；

压电雾化器利用压电陶瓷的上下摆动带来的容积周期性涨缩，使液体进入和流出泵腔；

同时配合单向阀的作用，使液体在泵腔内单向流动；

在雾化腔内，先利用压电陶瓷的上下挠性摆动带来的容积周期性涨缩，使液体进入和流出泵腔，同时利用压电陶瓷的高频振动使液体产生空化效应，空化出的气泡产生微激波，将雾化片锥孔附近的液体炸出锥孔，形成雾体；

雾化腔内也有单向阀，防止液体回流至泵腔，迫使所有液体均从雾化片的锥形孔中出雾化腔。

2.根据权利要求1所述的压电雾化器，其特征在于，所述雾化体包括上泵体、雾化片和出口单向阀；

所述雾化片设置在上泵体的上方；

所述出口单向阀为通道上的单向阀，出口单向阀设置在通道的出口端。

3.根据权利要求2所述的压电雾化器，其特征在于，所述雾化片具有若干锥形孔，所述锥形孔贯穿雾化片，所述锥形孔的大锥口与上泵体的内腔连通，所述锥形孔的小锥口与外部连通。

4.根据权利要求1所述的压电雾化器，其特征在于，所述超声驱动元件包括压电陶瓷片和密封垫片；

所述压电陶瓷片边缘被夹持在雾化体和液泵体之间，并用于隔开雾化体和液泵体的内腔；

所述密封垫片设置在压电陶瓷片的外圈并被夹持在雾化体和液泵体之间。

5.根据权利要求4所述的压电雾化器，其特征在于，所述通道为设置为开设在雾化体和液泵体上的孔状结构，并且密封垫片上设置有与两者孔状结构相对应的连通口。

6.根据权利要求1所述的压电雾化器，其特征在于，所述液泵体包括下泵体和入口单向阀；

所述下泵体上设置有入水口，且在入水口处设置有入口单向阀。

7.根据权利要求6所述的压电雾化器，其特征在于，所述下泵体的一端具有至少一个入水口，所述入水口的一端与外部入水口相通，另一端与液泵体内腔相通。

8.根据权利要求1所述的压电雾化器，其特征在于，所述雾化体内腔具有连通口，所述液泵体内腔同样具有连通口，两者的连通口均与通道连通。

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