[发明专利]一种主-被动结合式压电气体微混合器

说明书

本发明属于微流体混合技术领域，具体涉及一种主‑被动结合式压电气体微混合器。上板、上中板、下中板和下板从上到下依次相连；上板和上中板之间安装有上挡板；上板和上挡板之间设置有入口腔；上挡板的下端面同心设置有圆柱壁；上中板和下中板之间设置有压电振子；压电振子、圆柱壁和上挡板之间设置有混合内腔和混合外腔；混合内腔放置有多个小球；下中板和下板之间安装有下挡板；下中板和下挡板之间设置有中间腔；下板和下挡板之间构成出口腔；上板端面分别设置有第一进气孔和第二进气孔；上挡板、圆柱壁、金属基板和下挡板都均布设置有6个通孔；下板的中心处设置有出气孔。特色及优势：混合效率和混合强度高，结构简单、易于集成。

技术领域

本发明属于微流体混合技术领域，具体涉及一种主-被动结合式压电气体微混合器。

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，现有压电微混合器仍存混合强度差的问题。

发明内容

针对现有压电微混合器存在的不足，本发明提出一种主-被动结合式压电气体微混合器，采用以下技术方案：包括上板、上中板、下中板、下板、压电振子、上挡板、下挡板以及小球；所述上板、上中板、下中板和下板从上到下依次相连；所述上板和上中板之间安装有上挡板；所述上板和上挡板之间设置有入口腔；所述上挡板的下端面同心设置有圆柱壁；所述上中板和下中板之间安装有压电振子；所述圆柱壁与压电振子之间设置有一定缝隙，这可以避免压电振子工作过程中与圆柱壁碰撞；所述压电振子和上挡板之间设置有混合内腔和混合外腔；所述混合内腔位于圆柱壁内部；所述混合外腔位于圆柱壁外部；所述圆柱壁内部放置有多个小球；所述下中板和下板之间安装有下挡板；所述下中板和下挡板之间设置有中间腔；所述下板和下挡板之间设置有出口腔；所述上板设置有第一进气孔和第二进气孔；所述第一进气孔和第二进气孔与入口腔连通；所述上挡板圆形均布设置有多个第一通孔；所述第一通孔连通入口腔和混合内腔；所述圆柱壁的壁面均布设置有多个第二通孔；所述第二通孔连通混合内腔和混合外腔；所述压电振子均布设置有多个第三通孔；所述第三通孔连通混合外腔和中间腔；所述下挡板圆形均布设置有多个第四通孔；所述第四通孔连通中间腔和出口腔；所述下板的中心设置有出气孔。

进一步的，所述压电振子由金属基板和压电陶瓷片同心粘接而成。

进一步的，所述小球的密度大于混合气体的密度，在所述压电振子不工作时，小球因自身重力聚集在金属基板上表面。

所述小球的密度略大于混合气体的密度；所述小球不工作时聚集在压电振子的上表面；所述压电振子在驱动电压的作用下产生变形并驱动小球在混合内腔内产生运动并相互碰撞，从而加强对混合气体的扰动效果，以此实现高效率的主动混合。

进一步的，。

进一步的，为了避免多个小球的运动对压电陶瓷片的破坏，在安装压电振子时金属基板未粘接有压电陶瓷片的一侧应朝向混合内腔。

进一步的，为防止小球跑出混合内腔，所述压电振子在向下振动达到最大变形量时金属基板的上表面与圆柱壁下表面之间的最大缝隙s小于小球的直径d；所述第一通孔和第二通孔的孔径D小于小球的直径d，这可以避免小球跑出混合内腔。

进一步的，所述第一进气孔和第二进气孔通入的两种气体由外部动力源持续定量输入。