CN203991091U - 一种基于毛细现象的超声雾化装置 - Google Patents

Abstract

一种基于毛细现象的超声雾化装置，包括雾化器本体和雾化器盖，雾化器本体为圆柱状，雾化器盖为圆柱形筒状；雾化器本体内部包括高频振动源和盛水杯，两者之间填充不可压缩的振动传导介质；所述雾化器本体上还装设有电源、雾化器开关以及导流风扇；所述雾化器盛水杯为圆柱形筒状结构，接近底部的侧壁上设有注水孔和注水孔塞，盛水杯内设有毛细孔塞，所述毛细孔塞外直径与盛水杯内壁直径相等且与盛水杯内壁贴合紧密；毛细孔塞上部装设初级微孔筛选网；雾化器盖上装设次级微孔筛选网。本实用新型可用于微重力环境或完全失重环境下产生水雾，以检测烟雾报警器可靠性；还可以用于调节环境区域内温、湿度，改善空气质量等，具有便携、高效，产生的气雾清洁、无污染的优点。

Description

一种基于毛细现象的超声雾化装置

技术领域

本实用新型属于微重力技术领域，具体涉及一种基于毛细现象的超声雾化装置，用于微重力或失重环境下产生检测烟雾报警器的安全模拟烟雾。

背景技术

载人航天器(载人火箭、飞船及空间站等)中满足着火条件(有可燃物、氧气及可能的点火源)，史上发生过多次火灾，所以载人航天器上都装有火灾烟雾探测报警器，因此需要定期对火灾报警器进行检测，以确认报警器是否工作正常。通常检测火灾烟雾报警器功能要利用模拟烟雾进行。而载人航天器中为微重力或近失重环境及微小密闭空间，完全不同于常规环境，要求模拟烟雾具有轻便、安全、有效、洁净、无污染等特性，目前，尚没有满足检测要求的模拟烟雾的方法。研究表明，水雾的粒径与火灾烟雾颗粒近似，对火灾报警器的作用效果与火灾烟雾相似，可用以模拟火灾烟雾。但常规环境下的水雾发生装置在微重力环境下将不能正常工作而失去水雾发生功能。本实用新型提出一种微重力或失重环境下产生精细水雾以模拟火灾烟雾的方法，可作为一种在空间站上检测烟雾报警器有效性的技术方案。另外，在一些特殊的环境，如严格禁止火灾烟雾产生的场所，本实用新型所述装置也可以作为检测其火灾烟雾探测器的一种辅助设备。

超声雾化的基本原理是利用高频振荡将水分子结构打散而产生水雾，无需加热、加压或添加化学试剂，使用方便，产生的气雾清洁、无污染，不会对外界环境造成污染。超声雾化的实现包括两个基本条件：第一、高频振荡能有效传导至液体内部；第二、为便于水雾及时脱离液体，液体需存在部分自由表面。在常重力环境中，一般地，液体上表面为自由表面，在重力及高频振荡的压力共同作用，振荡产生的水雾可以及时脱离液体表面。而在微重力环境，特别是完全失重环境中，由于没有了重力的作用，常规的超声雾化就难以发挥出预期的效果。

实用新型内容

本实用新型技术解决方案；为了克服常规超声雾化器不能适用于失重或微重力环境下的缺点，对现有超声雾化技术进行了改进，提供一种基于毛细现象的超声雾化装置，装置设置的毛细孔塞能保证其适用于失重或微重力环境；小巧、便携，有利于在空间站或微重力实验舱等密闭有限空间内使用；无需外接电源，使用方便；产生的模拟气雾绿色、清洁，雾化效果好，不会对封闭空间内空气造成污染，可作为失重或微重力环境中检测火灾烟雾报警器的有效装置。

本实用新型技术解决方案：基于毛细现象的超声雾化装置，包括雾化器本体和雾化器盖，雾化器本体为圆柱状，雾化器盖为圆柱形筒状。

所述雾化器本体内部包括高频振动源和盛水杯，两者之间填充不可压缩的振动传导介质；所述雾化器本体上还装设有电源、雾化器开关以及导流风扇，导流风扇从外界抽吸空气进入雾化器本体内部，并将携带水雾的气流从水雾出口排出；开启雾化器开关，高频振动源开始振动，同时导流风扇开始运转；关闭雾化器开关，高频振动源停止振动，导流风扇停止运作；

所述雾化器盛水杯为圆柱形筒状结构，接近底部的侧壁上设有注水孔和注水孔塞，盛水杯内设有毛细孔塞，所述毛细孔塞外直径与盛水杯内壁直径相等且与盛水杯内壁贴合紧密；为避免缓冲振动，毛细孔塞为刚性材料制成，如瓷质材料、玉石等。毛细孔塞上部装设一层两级级微孔筛选网，初级微孔筛选网和次级微孔筛选网，初级微孔筛选网孔径能容纳水雾通过并可阻止大粒径水滴通过，次级微孔筛选网能进一步筛选气雾中的液体微粒，以保证气雾出口排出的气雾中不含大颗粒液滴；所述两级微孔筛选网为非亲水刚性材料制成，例如可选用金属、瓷质材料等，表面预先经过超疏水特性处理，如在表面施涂常见的不粘锅中所使用的特氟龙不粘涂层等，能避免液滴充满微孔而影响水雾自由穿过。

在雾化器盖水雾出口处设有水雾出口挡板，在雾化装置不用时可封闭出口，降低雾化器内水分挥发。

微重力环境下液体由于失去了重力的作用，其整个外表面都是自由的。本实用新型所述装置将液体通过毛细孔塞限制于雾化杯内部，液体与毛细孔塞接触的区域会由于毛细现象而填充于毛细管孔内。

地面条件下，毛细管内液柱上升高度h可表示为：

$h=\frac{2\mathrm{\γ}\cos \mathrm{\θ}}{\mathrm{\ρgr}}$

其中γ为表面张力，θ为接触角，ρ为液体密度，g为重力加速度，r为毛细管半径。

微重力或失重条件下，液体的表面张力、液体与毛细管壁的粘附力充当了地面环境下的重力。即使在失重条件下，也能保证液体不轻易脱离雾化杯。在高频振动作用下，毛细管孔内填充液体的自由表面会发生振动，进而导致液滴微粒脱离液体表面变成雾态。另外，微重力或失重状态下，液滴运动较常重力条件下更加自由，产生的水雾更易于扩散，雾化效果优于地面条件。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

(1)本实用新型能够适用于失重或微重力环境，现有超声雾化技术的盛液装置借助待雾化液体自身的重力效果，液体振动源通过直接接触以便传导振动，气雾从液面“上方”产生并向上扩散。在失重或微重力环境中由于重力的消失或大幅衰减，“上方”的概念变得模糊，失去重力作用的雾化装置及待雾化液体将以近似“漂浮”的形态存在，缺失了地面条件下待雾化液体和振动源紧密接触的条件，进而难以发挥出雾化作用。本实用新型采用的毛细孔塞可以作为塞子，起到固定液体并防止其四处漂浮的作用。其内部的毛细管结构与液体直接接触后能在毛细管孔内部形成毛细现象，在毛细管孔内形成液柱，液柱末端即是能够保证液体雾化的自由表面。由于毛细孔塞为刚性的，高频振动可以直接通过毛细孔塞传导至液体自由表面，从而保证雾化效果顺利进行。由于毛细孔塞的存在，即使在失重或微重力条件下，无论雾化器以何种角度放置，都能保证雾化器正常工作。

(2)本实用新型设置了初级和次级微孔筛选网，能够保证气雾出口处液滴粒径低于一定值。一般的，超声雾化技术产生的气雾粒径较小，而较多的气雾液滴互相碰撞可能会聚合成较大粒径的液滴，或者，超声雾化时也能以一定的概率产生较大的液滴。在地面常重力条件下，较大液滴由于重力作用，可以下落至液体表面并与待测液体融合。而在失重或微重力环境中，由于重力的缺失或大幅衰减，即使是较大粒径的液滴也会漂浮在空中或以一定速度向外运动，这极易对空间站或其他封闭空间环境造成污染，也可能对环境内电子设备带来伤害。本实用新型设置了初级和次级微孔筛选网，初级微孔筛选网将首先过滤掉气雾中粒径较大的液滴，初步保证通过初级微孔筛选网的气雾不携带能给周围环境带来危害的大颗粒液滴。之后，气雾通过次级微孔筛选网，次级微孔筛选网允许液滴通过的粒径更小，进一步保证最终到达气雾出口处的气雾中不含大粒径液滴。初级和次级微孔筛选网采用刚性材料制成，并且经过疏水性处理，筛选网的高频振动和非亲水性表面可以保证网孔不被液滴充满而影响水雾的穿过。

(3)本实用新型在雾化器盖水雾出口处设有水雾出口挡板，在雾化装置不用时可封闭出口，降低雾化器内水分挥发。失重或微重力环境一般为密闭空间，对环境内气体成分、温度、湿度要求严格，本实用新型中水雾出口挡板的设置能进一步保证装置在使用或储存时不对环境造成干扰。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意图；

图2为本实用新型顶盖结构示意图；

图3为本实用新型顶盖的内部结构仰视图。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型作进一步详细说明：

参见图1-3所示，本实用新型的基于毛细现象的超声雾化装置由雾化器本体和雾化器盖组成，包括：电源1、盛水杯2、雾化器开关3、导流风扇4、高频振动源5(不低于1.5MHz)、振动传导介质6、注水孔7、注水孔塞8、毛细孔塞9、初级微孔筛选网10、次级微孔筛选网11、水雾出口12、水雾出口挡板13、进气孔14。其中电源1安装于雾化器本体侧壁底部，盛水杯2设置于雾化器主体部分的腔体内，雾化器开关3与电源1相连并装设于电源1上部，导流风扇4和进气孔14位于本体侧壁顶端，与雾化器开关3相连；水雾出口12设于雾化器盖侧壁，开口正对导流风扇4；振动传导介质6充满高频振动源5和盛水杯2之间的空间；注水孔7设置于盛水杯2侧壁上，并为注水孔7配备注水孔塞8；毛细孔塞9固定设置于盛水杯2内部，底部和盛水杯2底部留有一定贮水空间；初级微孔筛选网10固定在雾化器腔体内壁上，次级微孔筛选网11固定于雾化器顶盖内壁上；水雾出口12装设水雾出口挡板13。

雾化装置使用前，打开注水孔塞8，用注射器经注水孔7向盛水杯2内注射待雾化液体，比如水，水的注入体积需根据水雾用量确定，注水最小体积须大于雾化杯2与毛细孔塞9所形成空腔的体积，注水最大体积不得使液体漫过毛细孔塞9。注水时注意使盛水杯2空腔内充满液体，不得残存空气。注水完毕后，关闭注水孔塞8。

使用时打开水雾出口挡板13，开启雾化器开关3，高频振动源5和导流风扇4开始运行，气流经进气孔14进入雾化器内部，振动通过振动传导介质6及盛水杯2底座传导至盛水杯2内的液体内，促使盛水杯2内液体开始振动，由于液体只在毛细孔塞9的毛细管孔隙内部存在自由表面，传导至该自由表面的振动能够将液体表面打碎使其雾化成气雾。气雾从毛细孔塞9的毛细管孔隙末端向外扩散，依次经过初级微孔筛选网10和次级微孔筛选网11运动到雾化器盖的空腔内，在导流风扇4形成的导流气流作用下，从水雾出口12离开雾化装置内部。

初级微孔筛选网10和次级微孔筛选网11的作用为筛除气雾中可能携带的较大粒径的液滴，确保直径在一定范围内的气雾微粒通过，从而保证雾化器出口排出的气雾中不含大颗粒液滴。

综合上述实施例，一种基于毛细现象的超声雾化装置，可在微重力环境或完全失重环境下产生水雾。可以用于调节环境区域内温、湿度，改善空气质量，或模拟火灾烟气用于探测器检测等。

以上公开的仅仅是实用新型的实施例，但并非用来限制其本身，任何熟悉本领域的技术人员，能根据其本质思想进行相关的设计、改进等，在不违背本实用新型精神的情况下，都应该落在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于毛细现象的超声雾化装置，其特征在于包括：雾化器本体和雾化器盖，雾化器本体为圆柱状，雾化器盖为圆柱形筒状；

所述雾化器本体内部包括高频振动源(5)和盛水杯(2)，高频振动源(5)和盛水杯(2)之间填充不可压缩的振动传导介质(6)；所述雾化器本体上还装设有电源(1)、雾化器开关(3)及导流风扇(4)；其中电源(1)安装于雾化器本体侧壁底部，雾化器开关(3)与电源(1)相连并装设于电源(1)上部，导流风扇(4)位于本体侧壁顶端，与雾化器开关(3)相连；水雾出口(12)设置于雾化器盖侧壁，开口正对导流风扇(4)；

所述盛水杯(2)为圆柱形筒状结构，接近盛水杯(2)底部的侧壁上设有注水孔(7)和注水孔塞(8)，盛水杯(2)内设有毛细孔塞(9)，所述毛细孔塞(9)外直径与盛水杯(2)内壁直径相等且与盛水杯(2)内壁贴合紧密；毛细孔塞(9)上部装设两层微孔筛选网，第一层为初级微孔筛选网(10)和第二层为次级微孔筛选网(11)。

2.根据权利要求1所述的基于毛细现象的超声雾化装置，其特征在于：在所述雾化器盖的水雾出口处设有水雾出口挡板。

3.根据权利要求1所述的基于毛细现象的超声雾化装置，其特征在于：所述毛细孔塞为刚性材料制成。

4.根据权利要求1所述的基于毛细现象的超声雾化装置，其特征在于：所述两级微孔筛选网为非亲水刚性材料制成。