[發明專利]一種主-被動結合式壓電氣體微混合器

有效

• 申請號: 202110507417.7
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113101846B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 陳松;黃子健;王睿斌;何力鈞
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: B01F33/3031
• 分類號: B01F33/3031
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于微流體混合技術領域，具體涉及一種主?被動結合式壓電氣體微混合器。上板、上中板、下中板和下板從上到下依次相連；上板和上中板之間安裝有上擋板；上板和上擋板之間設置有入口腔；上擋板的下端面同心設置有圓柱壁；上中板和下中板之間設置有壓電振子；壓電振子、圓柱壁和上擋板之間設置有混合內腔和混合外腔；混合內腔放置有多個小球；下中板和下板之間安裝有下擋板；下中板和下擋板之間設置有中間腔；下板和下擋板之間構成出口腔；上板端面分別設置有第一進氣孔和第二進氣孔；上擋板、圓柱壁、金屬基板和下擋板都均布設置有6個通孔；下板的中心處設置有出氣孔。特色及優勢：混合效率和混合強度高，結構簡單、易于集成。

技術領域

本發明屬于微流體混合技術領域，具體涉及一種主-被動結合式壓電氣體微混合器。

背景技術

在微流體領域，微混合器被廣泛應用于化學、生物以及新能源領域。目前，微混合器根據驅動元件的有無可分為被動式微混合器和主動式微混合器。被動式微混合器通常采用復雜流道結構，盡可能增大流體接觸面積以提高混合效率，其缺點在于結構復雜、混合效果及可控性差。主動式微混合器需要外部驅動元件驅動進行混合，主要包括：微攪拌、壓力擾動、聲波擾動、磁力驅動、電流體驅動等，其優點在于混合效果好且混合過程可控，但也會存在加工工藝復雜、加工成本昂貴、不易集成等諸多問題。作為主動式微混合器，壓電微混合器具有結構簡單、混合過程可控等特點，被廣泛應用于微流體混合，如中國發明專利201310756812.4提出一種壓電驅動微流體混合器，從結構上實現了流體的主要混合功能與泵送功能合二為一，微流體的泵送過程同時可以實現液體的混合。但現有壓電微混合器主要采用壓電振子直接擾動液體，由于壓電振子自身振幅小，現有壓電微混合器仍存混合強度差的問題。

發明內容

針對現有壓電微混合器存在的不足，本發明提出一種主-被動結合式壓電氣體微混合器，采用以下技術方案：包括上板、上中板、下中板、下板、壓電振子、上擋板、下擋板以及小球；所述上板、上中板、下中板和下板從上到下依次相連；所述上板和上中板之間安裝有上擋板；所述上板和上擋板之間設置有入口腔；所述上擋板的下端面同心設置有圓柱壁；所述上中板和下中板之間安裝有壓電振子；所述圓柱壁與壓電振子之間設置有一定縫隙，這可以避免壓電振子工作過程中與圓柱壁碰撞；所述壓電振子和上擋板之間設置有混合內腔和混合外腔；所述混合內腔位于圓柱壁內部；所述混合外腔位于圓柱壁外部；所述圓柱壁內部放置有多個小球；所述下中板和下板之間安裝有下擋板；所述下中板和下擋板之間設置有中間腔；所述下板和下擋板之間設置有出口腔；所述上板設置有第一進氣孔和第二進氣孔；所述第一進氣孔和第二進氣孔與入口腔連通；所述上擋板圓形均布設置有多個第一通孔；所述第一通孔連通入口腔和混合內腔；所述圓柱壁的壁面均布設置有多個第二通孔；所述第二通孔連通混合內腔和混合外腔；所述壓電振子均布設置有多個第三通孔；所述第三通孔連通混合外腔和中間腔；所述下擋板圓形均布設置有多個第四通孔；所述第四通孔連通中間腔和出口腔；所述下板的中心設置有出氣孔。

進一步的，所述壓電振子由金屬基板和壓電陶瓷片同心粘接而成。

進一步的，所述小球的密度大于混合氣體的密度，在所述壓電振子不工作時，小球因自身重力聚集在金屬基板上表面。

所述小球的密度略大于混合氣體的密度；所述小球不工作時聚集在壓電振子的上表面；所述壓電振子在驅動電壓的作用下產生變形并驅動小球在混合內腔內產生運動并相互碰撞，從而加強對混合氣體的擾動效果，以此實現高效率的主動混合。

進一步的，。

進一步的，為了避免多個小球的運動對壓電陶瓷片的破壞，在安裝壓電振子時金屬基板未粘接有壓電陶瓷片的一側應朝向混合內腔。

進一步的，為防止小球跑出混合內腔，所述壓電振子在向下振動達到最大變形量時金屬基板的上表面與圓柱壁下表面之間的最大縫隙s小于小球的直徑d；所述第一通孔和第二通孔的孔徑D小于小球的直徑d，這可以避免小球跑出混合內腔。

進一步的，所述第一進氣孔和第二進氣孔通入的兩種氣體由外部動力源持續定量輸入。