CN215463917U - 一种主被动管道式压电微混合器 - Google Patents

Abstract

本发明属于微流体混合技术领域，具体涉及一种主被动管道式压电微混合器。由外向内依次相连有管道、压电振子以及绝缘膜；管道设置有第一混合入口、第二混合入口以及混合出口，管道内部设置有进口管道筛网、出口管道筛网、管道挡板和介质球；第一混合入口、第二混合入口、进口管道筛网、管道挡板之间设置有汇流腔，进口管道筛网、出口管道筛网、管道挡板之间设置有混合腔，出口管道筛网、管道挡板、混合出口之间设置有出口腔；第一混合入口、第二混合入口、汇流腔、混合腔、出口腔、混合出口依次连通；混合腔通过绝缘膜与管道相连实现密封；混合腔内部设置有多个介质球，用于液体的混合。优势与特点：混合效率和混合强度高，结构简单、易于集成。

Description

一种主被动管道式压电微混合器

技术领域

本实用新型属于微流体混合技术领域，具体涉及一种主-被动管道式压电微混合器。

背景技术

在微流体领域，微混合器被广泛应用于化学、生物以及新能源领域。目前，微混合器根据驱动元件的有无可分为被动式微混合器和主动式微混合器。被动式微混合器通常采用复杂流道结构，尽可能增大流体接触面积以提高混合效率，其缺点在于结构复杂、混合效果及可控性差。主动式微混合器需要外部驱动元件驱动进行混合，主要包括：微搅拌、压力扰动、声波扰动、 磁力驱动、电流体驱动等，其优点在于混合效果好且混合过程可控，但也会存在加工工艺复杂、加工成本昂贵、不易集成等诸多问题。作为主动式微混合器，压电微混合器具有结构简单、混合过程可控等特点，被广泛应用于微流体混合，如中国发明专利201310756812.4提出一种压电驱动微流体混合器，从结构上实现了流体的主要混合功能与泵送功能合二为一，微流体的泵送过程同时可以实现液体的混合。但现有压电微混合器主要采用压电振子直接扰动液体，由于压电振子自身振幅小，其仍存混合强度差的问题。

发明内容

针对现有微混合器存在的问题，本实用新型提出一种主-被动管道式压电微混合器，采用以下技术方案：由外向内依次相连有管道、压电振子以及绝缘膜；所述管道设置有第一混合入口、第二混合入口以及混合出口；所述管道内部设置有进口管道筛网、出口管道筛网、管道挡板以及介质球；所述进口管道筛网与靠近第一混合入口与第二混合入口处的管道挡板相连；所述出口管道筛网与靠近混合出口处的管道挡板相连；所述第一混合入口、第二混合入口、进口管道筛网以及管道挡板之间设置有汇流腔；所述进口管道筛网、出口管道筛网以及管道挡板之间设置有混合腔；所述出口管道筛网、管道挡板以及混合出口之间设置有出口腔；所述第一混合入口、第二混合入口与汇流腔连通；所述汇流腔与混合腔通过进口管道筛网连通；所述混合腔与出口腔通过出口管道筛网连通；所述出口腔与混合出口连通；所述混合腔通过绝缘膜与管道相连实现密封；所述混合腔内部设置有多个介质球，用于液体A和液体B之间的混合。

进一步地，所述液体A由第二混合入口定量输入汇流腔；所述液体B由第一混合入口定量输入汇流腔；所述液体A和液体B的混合液体由混合出口输出。

进一步地，所述第一混合入口与第二混合入口之间的中心夹角为α，且30°＜α＜90°。

进一步地，所述液体A和液体B经汇流腔初步汇流混合后通过进口管道筛网进入混合腔，液体A和液体B的混合液体在混合腔充分混合，随后经出口管道筛网进入出口腔进行短暂缓冲，最终由混合出口输出。

进一步地，所述混合腔内设置有三个管道挡板；所述管道挡板呈上下间隔排布，有效增大液体A和液体B的混合液体流过混合腔时的流体阻力与过流长度，增加液体A与液体B两种液体充分混合的时间。

进一步地，所述管道挡板的高度为

，所述管道高度为

，且

；所述两个管道挡板之间的距离l小于或等于压电振子的直径的一半，且大于介质球的直径，这样既可以增加液体A和液体B通过混合腔时的混合时间，又可以充分利用压电振子的弯曲变形供介质球对混合液体进行充分扰流作用。

进一步地，所述混合腔设置有进口管道筛网与出口管道筛网，可以有效避免因介质球流出混合腔而发生的堵塞或混合效率降低的问题。

进一步地，所述压电振子在交流电压的作用下产生上下弯曲变形，由于绝缘膜与压电振子相连，绝缘膜也产生相应变形，这种变形使混合腔内液体A和液体B获得可控的混合效果。

进一步地，所述压电振子由金属基板和压电陶瓷片同心粘接而成；所述金属基板上表面与绝缘膜相连，其实现了压电振子与混合腔之间的绝缘；所述压电振子与管道之间的连接方式为胶接。

进一步地，为了避免介质球的运动对压电陶瓷的破坏，在安装压电振子时，所述金属基板未粘接有压电陶瓷片的一侧朝向混合腔。

进一步地，所述混合腔内设置有多个介质球；所述介质球在压电振子以及绝缘膜的作用下，在液体A和液体B的混合液体中实现上下左右运动，达到对混合腔内液体充分混合扰流的目的。

进一步地，所述绝缘膜与压电振子相连，压电振子的变形会带动绝缘膜产生相应变形；所述介质球在压电振子、绝缘膜的共同作用下产生运动。

进一步地，所述介质球运动过程中，由于介质球的滞后性，介质球、绝缘膜以及管道之间会产生碰撞，同时介质球之间也会产生相互碰撞，这些碰撞进一步增强了介质球对混合腔内液体A和液体B的扰流效果。

进一步地，所述介质球的密度

大于液体A和液体B混合液体密度

，且

；使得介质球在不工作时能聚集在绝缘层上表面，在工作时能依靠介质球自身的重力与压电振子的振动实现对液体A和液体B的扰流运动。

主被动管道式压电微混合器的工作状态可分为第一工作状态和第二工作状态，本实施例的具体工作过程，叙述如下：

第一工作状态：给压电振子施加与压电陶瓷片极化方向相反的电压，压电振子向下弯曲变形。

第二工作状态：给压电振子施加与压电陶瓷片极化方向相同的电压，压电振子向上弯曲变形。

在交变电压信号驱动下，第一、二工作状态反复转变，使得压电振子持续上下振动，带动绝缘膜振动使混合腔内的液体A和液体B获得初步的混合效果；所述压电振子的振动带动介质球运动，由于介质球的滞后性，介质球、绝缘膜以及管道之间会产生碰撞，同时介质球之间也会产生相互碰撞，这些碰撞使得介质球对液体的扰流效果加剧，从而提高液体A和液体B的混合效率，并增强混合强度；同时配合上下间隔排布的管道挡板，增大了混合液体的接触面积，实现管道内的主动与被动混合的结合，有效提高了两种液体的混合效率。

本实用新型的特色及优势在于：1.混合效率和混合强度高：采用压电振子结合小球的方式进行流体混合，在压电振子振动过程中，混合腔中的小球来回运动和碰撞，增强了混合腔内混合液体的扰动效果，提高了微混合器的混合强度； 2.结构简单、易于集成：通过压电驱动，微混合器仅需在混合腔中加入小球，液体混合效果即可得到大大提升，所以其结构简单、易于集成。

附图说明

图1是本实用新型一个较佳实施例的剖视图；

图2是图1中A-A截面的剖视图；

图3是本实用新型一个较佳实施例中的第一工作状态示意剖面图；

图4是本实用新型一个较佳实施例中的第二工作状态示意剖面图；

其中：1-管道；101-第一混合入口；102-第二混合入口；103-进口管道筛网；104-出口管道筛网；105-混合出口；106-管道挡板；2-汇流腔；3-出口腔；4-压电振子；4a-压电陶瓷片；4b-金属基板；5-介质球；6-绝缘膜；7-混合腔。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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，或一体化连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部连通。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实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型-的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

请参阅图1、图2、图3、图4，本实用新型提出一种主-被动管道式压电微混合器，由外向内依次相连有管道1、压电振子4以及绝缘膜6；所述管道1设置有第一混合入口101、第二混合入口102以及混合出口105；所述管道1内部设置有进口管道筛网103、出口管道筛网104、管道挡板106以及介质球5；所述进口管道筛网103与靠近第一混合入口101与第二混合入口102处的管道挡板106相连；所述出口管道筛网104与靠近混合出口105处的管道挡板106相连；所述第一混合入口101、第二混合入口102、进口管道筛网103以及管道挡板106之间设置有汇流腔2；所述进口管道筛网103、出口管道筛网104以及管道挡板106之间设置有混合腔7；所述出口管道筛网104、管道挡板106以及混合出口105之间设置有出口腔3；所述第一混合入口101、第二混合入口102与汇流腔2连通；所述汇流腔2与混合腔7通过进口管道筛网103连通；所述混合腔7与出口腔3通过出口管道筛网104连通；所述出口腔3与混合出口105连通；所述混合腔7通过绝缘膜6与管道1相连实现密封；所述混合腔7内部设置有多个介质球5，用于液体A和液体B之间的混合。

进一步地，所述液体A由第二混合入口102定量输入汇流腔2；所述液体B由第一混合入口101定量输入汇流腔2；所述液体A和液体B的混合液体由混合出口105输出。

进一步地，所述第二混合入口102泵入的液体A和第一混合入口101泵入的液体B均由外部动力源持续定量输入。

进一步地，所述第一混合入口101与第二混合入口102之间的中心夹角为α，且30°＜α＜90°。

进一步地，所述液体A和液体B经汇流腔2初步汇流混合后通过进口管道筛网103进入混合腔7，液体A和液体B的混合液体在混合腔7充分混合，随后经出口管道筛网104进入出口腔3进行短暂缓冲，最终由混合出口105输出。

进一步地，所述混合腔7内设置有三个管道挡板106；所述管道挡板106呈上下间隔排布，有效增大液体A和液体B的混合液体流过混合腔7时的流体阻力与过流长度，增加液体A与液体B两种液体充分混合的时间。

进一步地，所述管道挡板106的高度为

，所述管道高度为

，且

；所述两个管道挡板106之间的距离l小于或等于压电振子4的直径的一半，且大于介质球5的直径，这样既可以增加液体A和液体B通过混合腔7时的混合时间，又可以充分利用压电振子4的弯曲变形供介质球5对混合液体进行充分扰流作用。

进一步地，所述混合腔7设置有进口管道筛网103与出口管道筛网104，可以有效避免因介质球5流出混合腔7而发生的堵塞或混合效率降低的问题。

进一步地，所述压电振子4在交流电压的作用下产生上下弯曲变形，由于绝缘膜6与压电振子4相连，绝缘膜6也产生相应变形，这种变形使混合腔7内液体A和液体B获得可控的混合效果。

进一步地，所述压电振子4由金属基板4b和压电陶瓷片4a同心粘接而成；所述金属基板4b上表面与绝缘膜6相连，其实现了压电振子4与混合腔7之间的绝缘；所述压电振子4与管道1之间的连接方式为胶接。

进一步地，为了避免介质球5的运动对压电陶瓷4a的破坏，在安装压电振子4时，所述金属基板4b未粘接有压电陶瓷片4a的一侧朝向混合腔7。

进一步地，所述混合腔7内设置有多个介质球5；所述介质球5在压电振子4以及绝缘膜6的作用下，在液体A和液体B的混合液体中实现上下左右运动，达到对混合腔7内液体充分混合扰流的目的。

进一步地，所述绝缘膜6与压电振子4相连，压电振子4的变形会带动绝缘膜6产生相应变形；所述介质球5在压电振子4、绝缘膜6的共同作用下产生运动。

进一步地，所述介质球5运动过程中，由于介质球5的滞后性，介质球5、绝缘膜6以及管道1之间会产生碰撞，同时介质球5之间也会产生相互碰撞，这些碰撞进一步增强了介质球5对混合腔7内液体A和液体B的扰流效果。

进一步地，所述介质球5的密度

大于液体A和液体B混合液体的密度

，且

；使得介质球5在不工作时能聚集在绝缘层6上表面，在工作时能依靠介质球5自身的重力与压电振子4的振动实现对液体A和液体B的扰流运动。

主被动管道式压电微混合器的工作状态可分为第一工作状态和第二工作状态，本实施例的具体工作过程，叙述如下：

第一工作状态：给压电振子4施加与压电陶瓷片4a极化方向相反的电压，压电振子4向下弯曲变形。

第二工作状态：给压电振子4施加与压电陶瓷片4a极化方向相同的电压，压电振子4向上弯曲变形。

在交变电压信号驱动下，第一、二工作状态反复转变，使得压电振子4持续上下振动，带动绝缘膜6振动使混合腔7内的液体A和液体B获得初步的混合效果；所述压电振子4的振动带动介质球5运动，由于介质球5的滞后性，介质球5、绝缘膜6以及管道1之间会产生碰撞，同时介质球5之间也会产生相互碰撞，这些碰撞使得介质球5对液体的扰流效果加剧，从而提高液体A和液体B的混合效率，并增强混合强度；同时配合上下间隔排布的管道挡板106，增大了混合液体的接触面积，有效提高了两种液体的混合效率。

以上实施例供理解本实用新型之用，并非用于限制，在不违背本实用新型原理情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型做出多种变化和变形，但这些相应的变化和变形都应属于本实用新型所属的权利要求范围之内。

Claims (1)

1.一种主被动管道式压电微混合器，其特征在于：由外向内依次相连有管道、压电振子以及绝缘膜；所述管道设置有第一混合入口、第二混合入口以及混合出口；所述管道内部设置有进口管道筛网、出口管道筛网、管道挡板以及介质球；所述进口管道筛网与靠近第一混合入口和第二混合入口处的管道挡板相连；所述出口管道筛网与靠近混合出口处的管道挡板相连；所述第一混合入口、第二混合入口、进口管道筛网以及管道挡板之间设置有汇流腔；所述进口管道筛网、出口管道筛网以及管道挡板之间设置有混合腔；所述出口管道筛网、管道挡板以及混合出口之间设置有出口腔；所述第一混合入口、第二混合入口与汇流腔连通；所述汇流腔与混合腔通过进口管道筛网连通；所述混合腔与出口腔通过出口管道筛网连通；所述出口腔与混合出口连通；所述混合腔通过绝缘膜与管道相连实现密封；液体A由第二混合入口定量输入汇流腔；液体B由第一混合入口定量输入汇流腔；所述液体A和液体B的混合液体由混合出口输出，所述液体A和液体B均由外部动力源持续定量输入；所述第一混合入口与第二混合入口之间的中心夹角为α，且30°＜α＜90°；所述混合腔内设置有三个管道挡板；所述管道挡板呈上下间隔排布，所述管道挡板的高度为

，且

；所述两个管道挡板之间的距离l小于或等于压电振子的直径的一半，且大于介质球的直径；所述压电振子由金属基板和压电陶瓷片同心粘接而成；所述金属基板上表面与绝缘膜相连；所述压电振子与管道之间的连接方式为胶接；所述金属基板未粘接有压电陶瓷片的一侧朝向混合腔；所述混合腔内设置有多个介质球，所述介质球的密度

略大于混合液体的密度

；且

。

Images