RU2152829C2

RU2152829C2 - Device for ultrasonic spraying of liquid media

Info

Publication number: RU2152829C2
Application number: RU96104502A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Брежнев; Н.В. Казаринова; А.В. Пряничников; А.В. Тиманов
Original assignee: Тоо "Ракурс"
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1996-03-13
Publication date: 2000-07-20

Abstract

FIELD: ultrasonic technology in heterophase media. SUBSTANCE: piezoelement of liquid evaporator being in acoustic contact with sprayed liquid is used as a basic oscillating circuit located in generator positive feedback circuit and setting generator oscillation frequency. EFFECT: enhanced efficiency, simplified construction.

Description

Изобретение относится к ультразвуковой технологии в гетерофазных средах и может найти применение в быту, в научных исследованиях, в химической, нефтехимической, фармацевтической промышленности для распыления жидкостей. The invention relates to ultrasonic technology in heterophase media and can find application in everyday life, in scientific research, in the chemical, petrochemical, pharmaceutical industry for spraying liquids.

Задача распыления жидких сред решается, как правило, путем поиска оптимальной формы емкости распылителя и наложения дополнительных воздействий, например [1], [2], [3]. Эти устройства сложны в изготовлении и недостаточно эффективны. The problem of spraying liquid media is solved, as a rule, by searching for the optimal shape of the atomizer’s capacity and applying additional influences, for example [1], [2], [3]. These devices are difficult to manufacture and not effective enough.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, реализующее способ по а. с. N 460072 [4]. Устройство представляет собой генератор с перестраиваемой частотой колебаний, подключенный к испарителю, содержащему пьезоэлемент. Для повышения эффективности распыления частоту колебаний генератора последовательно изменяют. Closest to the proposed is a device that implements the method according to a. with. N 460072 [4]. The device is a generator with a tunable oscillation frequency, connected to an evaporator containing a piezoelectric element. To increase the spraying efficiency, the oscillation frequency of the generator is successively changed.

Недостатком устройства является:
- наличие дополнительных элементов для регулирования частоты колебаний генератора;
- отсутствие обратной связи с процессом распыления жидкости.The disadvantage of this device is:
- the presence of additional elements for regulating the oscillation frequency of the generator;
- lack of feedback from the process of spraying liquid.

Задача, решаемая изобретением, заключается в создании эффективного и простого по конструкции устройства для ультразвукового распыления жидких сред. The problem solved by the invention is to create an effective and simple in design device for ultrasonic atomization of liquid media.

Поставленная задача решена путем использования в качестве базового колебательного контура, находящегося в цепи положительной обратной связи генератора и задающего частоту его колебаний, пьезоэлемента испарителя жидкости, находящегося в акустическом контакте с распыляемой жидкостью. The problem is solved by using as a basic oscillatory circuit located in the positive feedback circuit of the generator and setting the frequency of its oscillations, a piezoelectric element of the liquid evaporator in acoustic contact with the sprayed liquid.

Известно [5], что процессы в гетерофазных системах (например, распыляемая жидкость / поверхность испарителя) сопровождаются возникновением поверхностных макроструктур, которым соответствуют характерные акустические резонансные частоты. Процессы, связанные с возникающими при распылении (желаемой) компоненты жидкости макроструктурами, меняют акустические характеристики поверхности пьезоэлемента. Таким образом, для данного устройства, систему: распыляемая жидкость / пьезоэлемент - можно рассматривать как связанные электрические колебательные контура с меняющейся общей резонансной характеристикой, зависящей от процесса. It is known [5] that processes in heterophase systems (for example, a sprayed liquid / evaporator surface) are accompanied by the appearance of surface macrostructures, which correspond to characteristic acoustic resonant frequencies. The processes associated with the emergence of the (desired) components of the liquid during the spraying of macrostructures change the acoustic characteristics of the surface of the piezoelectric element. Thus, for this device, the system: sprayed liquid / piezoelectric element - can be considered as coupled electrical oscillatory circuits with a changing overall resonant characteristic, depending on the process.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве для ультразвукового распыления жидких сред, содержащем генератор электрических колебаний состоящий из усилительного элемента и базового колебательного контура, связанных цепью положительной обратной связи, и испаритель жидкости с пьезоэлементом, находящимся в акустическом контакте с испаряемой жидкостью; в качестве базового колебательного контура генератора используют пьезоэлемент испарителя жидкости, при этом распыляемую жидкость рассматривают как акустический колебательный контур с характеристиками, зависящими от протекающих в ней процессов, а электрические колебания генератора задаются совместной резонансной характеристикой двух связанных электрических контуров: собственно пьезоэлемента испарителя и эквивалентным электрическим контуром, соответствующим пьезопреобразованному акустическому колебательному контуру, характеризующему распыляемую жидкость. The essence of the invention lies in the fact that in a device for ultrasonic atomization of liquid media containing an electric oscillation generator consisting of an amplifying element and a basic oscillatory circuit connected by a positive feedback circuit, and a liquid evaporator with a piezoelectric element in acoustic contact with the vaporized liquid; The piezoelectric element of the liquid evaporator is used as the base oscillation circuit of the generator, while the sprayed liquid is considered as an acoustic oscillation circuit with characteristics depending on the processes occurring in it, and the generator’s electrical oscillations are determined by the joint resonant characteristic of the two connected electrical circuits: the evaporator piezoelectric element and the equivalent electric circuit corresponding to the piezoelectric transducer binder liquid to be sprayed.

В данном техническом решении базовый колебательный контур - пьезоэлемент испарительной системы, и распыляемая жидкость (реакционная среда, рассматриваемая как акустический колебательный контур) образуют связанные колебательные контура, один из которых (пьезоэлемент испарительной системы) имеет постоянные акустические характеристики, а второй (распыляемая жидкость) имеет акустические характеристики, зависящие от протекающего в ней процесса. При такой конструкции, управление генератором происходит петлей положительной обратной связи, усиливающей сигналы, характеризующие воздействие желаемых процессов (а именно, преимущественного распыления желаемой компоненты жидкости) в распыляемой жидкости на общую характеристику связанных колебательных контуров. Такая настройка общей резонансной характеристики устройства позволяет работать на характерных частотах процесса распыления желаемой компоненты раствора. In this technical solution, the basic oscillatory circuit is the piezoelectric element of the evaporation system, and the sprayed liquid (reaction medium, considered as an acoustic oscillatory circuit) form coupled oscillatory circuits, one of which (the piezoelectric element of the evaporative system) has constant acoustic characteristics, and the second (sprayed liquid) has acoustic characteristics depending on the process occurring in it. With this design, the generator is controlled by a positive feedback loop amplifying the signals characterizing the effect of the desired processes (namely, the preferred spraying of the desired liquid component) in the sprayed liquid on the overall characteristic of the coupled oscillatory circuits. This setting of the overall resonant characteristic of the device allows you to work at the characteristic frequencies of the spray process of the desired component of the solution.

Описанное устройство просто в исполнении, поскольку отпадает необходимость управления частотой, и эффективно, поскольку генератор автоматически настраивается на оптимальный режим колебаний для резонансного ускорения процесса распыления желаемой компоненты жидкости. The described device is simple in execution, since there is no need to control the frequency, and efficiently, since the generator is automatically tuned to the optimal oscillation mode to resonantly accelerate the spraying process of the desired liquid component.

Устройство поясняет фиг.1, где 1 - усилительный элемент генератора, 2 - пьезоэлемент испарительной системы в петле положительной обратной связи 3, используемый в качестве базового колебательного контура, задающего частоту колебаний генератора, 4 - распыляемая жидкость, находящаяся в акустическом контакте с пьезоэлементом. The device explains FIG. 1, where 1 is the amplifier element of the generator, 2 is the piezoelectric element of the evaporation system in the positive feedback loop 3, used as the basic oscillating circuit that sets the oscillation frequency of the generator, 4 is the atomized liquid in acoustic contact with the piezoelectric element.

На фиг. 2 приведен общий вид устройства для ультрозвукового распыления жидких сред. In FIG. 2 shows a General view of the device for ultrasonic atomization of liquid media.

Устройство работает следующим образом. При включении питания в генераторе, состоящем из элементов 1 и 2, связанных обратной положительной связью 3, возникают электрические колебания. Электрические колебания преобразуются в пьезоэлементе 2 в стоячую акустическую волну, которая воздействует на среду (жидкость) 4. В жидкости 4 под влиянием акустического воздействия пьезоэлемента 2 возникает процесс распыления жидкости, сопровождаемый возникновением поверхностных макроструктур, которым соответствуют характерные акустические резонансные частоты. Процессы, связанные с возникающими при распылении (желаемой) компоненты жидкости макроструктурами, меняют акустические характеристики поверхности пьезоэлемента на характерных резонансных частотах. Управление генератором происходит петлей положительной обратной связи 3, усиливающей сигналы, характеризующие воздействие желаемых процессов в распыляемой жидкости 4 на общую характеристику связанных колебательных контуров. The device operates as follows. When you turn on the power in the generator, consisting of elements 1 and 2, connected by positive feedback 3, there are electrical vibrations. Electric vibrations are transformed in the piezoelectric element 2 into a standing acoustic wave, which acts on the medium (liquid) 4. In liquid 4, under the influence of the acoustic effect of the piezoelectric element 2, a process of atomization of the liquid occurs, accompanied by the appearance of surface macrostructures, which correspond to characteristic acoustic resonant frequencies. The processes associated with the macrostructures that occur during the spraying of the (desired) liquid component change the acoustic characteristics of the surface of the piezoelectric element at characteristic resonant frequencies. The generator is controlled by a positive feedback loop 3, amplifying the signals characterizing the effect of the desired processes in the sprayed liquid 4 on the general characteristic of the coupled oscillatory circuits.

Например, устройство, реализованное на указанных принципах, использовано авторами для распыления эфирных масел лекарственных растений. Ультрадисперсные аэрозоли масел, получаемые таким способом, обладают высоким санирующим (бактерицидным) эффектом [6], [7]. Использование прибора (условное название прибора TOP-01, общий вид устройства показан на фото 2), разработанного и изготовленного ТОО Ракурс, Новосибирск, позволило существенно расширить область медицинского применения эфирных масел лекарственных растений. Работа прибора на частотах мегагерцового диапазона при плотностях ультразвуковой активной мощности порядка 1 Вт/см² позволяет получить аэрозоли с диаметром капель менее 0,5 мкм. Экспериментально показана высокая эффективность санирующего действия прибора [6], [7]. Применение мелкодисперсных аэрозолей, получаемых как из очищенных эфирных масел, так и непосредственно из живых тканей лекарственных растений методом резонансной высокочастотной ультразвуковой возгонки существенно расширяет спектр лечебных воздействий лекарственных растений, позволяя приводить неспециализированные помещения в соответствие с требованиями ГОСТа для стационарных операционных.For example, a device implemented on these principles was used by the authors to spray essential oils of medicinal plants. Ultrafine aerosols of oils obtained in this way have a high sanitizing (bactericidal) effect [6], [7]. The use of the device (the conditional name of the device is TOP-01, the general view of the device is shown in photo 2), developed and manufactured by Rakurs LLP, Novosibirsk, allowed to significantly expand the field of medical use of essential oils of medicinal plants. The operation of the device at frequencies of the megahertz range at densities of ultrasonic active power of the order of 1 W / cm ² allows to obtain aerosols with a droplet diameter of less than 0.5 microns. The high efficiency of the sanitizing action of the device has been experimentally shown [6], [7]. The use of finely dispersed aerosols obtained both from refined essential oils and directly from living tissues of medicinal plants by the method of resonant high-frequency ultrasonic sublimation significantly expands the range of therapeutic effects of medicinal plants, making it possible to bring non-specialized rooms in accordance with the requirements of GOST for stationary operating rooms.

Использованная литература
1. А.С. N 929240, Б.И. N 19, 1982 г., кл. B 05, гр. B 17/06.References
1. A.S. N 929240, B.I. N 19, 1982, class B 05, gr. B 17/06.

2. А.С. N 929242, Б.И. N 19, 1982 г., кл. B 05, гр. B 17/06. 2. A.S. N 929242, B.I. N 19, 1982, class B 05, gr. B 17/06.

3. А.С. N 978934, Б.И. N 45, 1982 г., кл. B 05, гр. B 17/06. 3. A.S. N 978934, B.I. N 45, 1982, cl. B 05, gr. B 17/06.

4. А.С. N 460072. Б.И. N 6. 1975 г., кл. B 05, гр. B 17/06. 4. A.S. N 460072. B.I. N 6. 1975, cl. B 05, gr. B 17/06.

5. Chemical Physics Letters. Volume 191, number 5, 1992: "Observation of surface acoustic phonon resonances: application to the CO+O₂ oscillatory reaction on Pt{100}". V.N.Brezhnev, A.I.Boronin, V.P.Ostanin, V.S.Tupikov and A.N.Belyaev.5. Chemical Physics Letters. Volume 191, number 5, 1992: "Observation of surface acoustic phonon resonances: application to the CO + O ₂ oscillatory reaction on Pt {100}." VN Brezhnev, AIBoronin, VP Ostanin, VSTupikov and ANBelyaev.

6. 26th INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ESSENTIAL OILS. Hamburg / Germany, September 10 - 13th, 1995. USE OF ESSENTIAL OILS FOR SANATION OF INTRAHOSPITAL INFECTIONS AND PATIENT WITH CHRONIC NONSPECIFIC LUNG DISEASES - CARRIER OF MUSHROOMS SP. CANDIDA. N.V.Kazarinova, L.M.Muzychenko, K.G.Tkachenko, A. M.Snurgaya, V.N.Brejnev and O.M.Usov
7. "Медицинские технологии". N 1-2, 1995 г. Медицинское Информационное Агенство, Санкт-Петербург. Использование эфирных масел для профилактики внутрибольничных инфекций и лечения кандидозов; Казаринова Н.В., Музыченко Л.М. , Ткаченко К.Г., Шургуя А.М., Брежнев В.Н., Усов О.М.6. 26th INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ESSENTIAL OILS. Hamburg / Germany, September 10 - 13th, 1995. USE OF ESSENTIAL OILS FOR SANATION OF INTRAHOSPITAL INFECTIONS AND PATIENT WITH CHRONIC NONSPECIFIC LUNG DISEASES - CARRIER OF MUSHROOMS SP. CANDIDA. NVKazarinova, LMMuzychenko, KGTkachenko, AMSnurgaya, VN Brejnev and OMUsov
7. "Medical technology." N 1-2, 1995, Medical Information Agency, St. Petersburg. The use of essential oils for the prevention of nosocomial infections and the treatment of candidiasis; Kazarinova N.V., Muzychenko L.M. , Tkachenko K.G., Shurguya A.M., Brezhnev V.N., Usov O.M.

Claims

A device for ultrasonic atomization of liquid media containing an electric oscillation generator, consisting of an amplifying element and a basic oscillatory circuit connected by a positive feedback circuit, and a liquid evaporator with a piezoelectric element in acoustic contact with the evaporated liquid, characterized in that as the basic oscillatory circuit of the generator, a piezoelectric element of the liquid evaporator is used, forming coupled oscillatory circuits with the atomized liquid, the joint resonant The characteristics of which determine the oscillation mode of the generator.