[發(fā)明專利]一種主動式壓電固液微混合器

有效

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• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113262691B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳松;劉海東;曹夢琪;羅罕頻
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 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(fā)明屬于微流體混合技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種主動式壓電固液微混合器。由上板、中板、下板、第一壓電振子、第二壓電振子、小球、絕緣膜和漏斗構(gòu)成；上板、中板和下板從上至下依次同心連接；上板和中板之間設(shè)置有第一壓電振子；第一金屬基板的中心處開設(shè)有一通孔；通孔處安裝有漏斗；第一金屬基板在通孔周圍均布設(shè)置有6個排氣孔；下板和中板之間設(shè)置有第二壓電振子；第二壓電振子與下板同心連接；第二金屬基板上表面設(shè)置有絕緣膜；第一壓電振子，中板和絕緣膜之間設(shè)置有混合腔；混合腔內(nèi)放置有多個小球；中板的兩側(cè)分別設(shè)置有進(jìn)口和出口；混合腔靠近出口的一側(cè)設(shè)置有橫梁。特色及優(yōu)勢：混合效率和混合強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)簡單、易于集成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微流體混合技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種主動式壓電固液微混合器。

背景技術(shù)

在微流體領(lǐng)域，微混合器被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物以及新能源領(lǐng)域。目前，微混合器根據(jù)驅(qū)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(fù)雜流道結(jié)構(gòu)，盡可能增大流體接觸面積以提高混合效率，其缺點在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、混合效果及可控性差。主動式微混合器需要外部驅(qū)動元件驅(qū)動進(jìn)行混合，主要包括：微攪拌、壓力擾動、聲波擾動、磁力驅(qū)動、電流體驅(qū)動等，其優(yōu)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(fù)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(jié)構(gòu)簡單、混合過程可控等特點，被廣泛應(yīng)用于微流體混合，如中國發(fā)明專利201310756812.4提出一種壓電驅(qū)動微流體混合器，從結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)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(xiàn)液體的混合。但現(xiàn)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，其仍存混合強(qiáng)度差的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有壓電微混合器存在的不足，本發(fā)明提出一種主動式壓電固液微混合器，采用以下技術(shù)方案：由上板、中板、下板、第一壓電振子、第二壓電振子、小球、絕緣膜和漏斗構(gòu)成；所述上板、中板和下板從上至下依次同心連接；所述上板和中板之間設(shè)置有第一壓電振子；所述第一壓電振子由第一金屬基板和第一壓電陶瓷片同心粘接而成；所述第一金屬基板的中心處開設(shè)有一通孔；所述通孔處安裝有漏斗；所述漏斗內(nèi)填充有固體顆粒；所述第一金屬基板在通孔周圍均布設(shè)置有6個排氣孔，排氣孔的作用在于釋放腔內(nèi)氣體，保證腔內(nèi)外氣壓相等；所述下板和中板之間設(shè)置有第二壓電振子；所述第二壓電振子與下板同心連接；所述第二壓電振子由第二金屬基板和第二壓電陶瓷片同心粘接而成；所述第二金屬基板的上表面設(shè)置有絕緣膜；所述第一壓電振子，中板和絕緣膜之間設(shè)置有混合腔；所述混合腔內(nèi)放置有多個小球；所述中板的兩側(cè)分別設(shè)置有進(jìn)口和出口；所述混合腔靠近出口的一側(cè)設(shè)置有橫梁。通過以上設(shè)置，當(dāng)液體和固體顆粒的混合溶液流出混合腔時，在出口處會遇到橫梁的阻礙而產(chǎn)生復(fù)雜的漩渦群，所產(chǎn)生的漩渦群會促進(jìn)混合。

進(jìn)一步地，液體由外部動力源持續(xù)定量從進(jìn)口輸入，在混合腔與固體顆粒充分混合后由出口處的輸出動力源抽出。

進(jìn)一步地，漏斗內(nèi)的固體顆粒排出體積與施加在第一壓電振子上的驅(qū)動頻率之間存在相應(yīng)關(guān)系：其中，，為固體顆粒的堆積密度，為漏斗管道的內(nèi)徑，為無量綱振動強(qiáng)度，為固體顆粒能夠掉落的最小振動強(qiáng)度，、為無量綱比例系數(shù)，為重力系數(shù)。

進(jìn)一步地，所述第一壓電振子和上板之間的連接方式為膠接。

進(jìn)一步地，所述小球的密度大于液體的密度，在第二壓電振子不工作時，小球因自身重力聚集在絕緣膜的上表面。

進(jìn)一步地，所述絕緣膜可以防止混合腔內(nèi)的液體與第二壓電振子的第二金屬基板接觸，保證第二壓電振子與混合腔絕緣。

進(jìn)一步地，當(dāng)液體和固體顆粒的混合溶液流出混合腔時，在出口處會遇到橫梁的阻礙而產(chǎn)生復(fù)雜的漩渦群，所產(chǎn)生的漩渦群會促進(jìn)混合。