一种超声雾化结构及采用该结构的超声雾化设备的制作方法

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种超声雾化结构及采用该结构的超声雾化设备。

背景技术：

在日常生活中的许多场合都需要将液体分散成微小的液滴或者气溶胶来使用，例如消毒、去除异味和空气加湿等。将液体雾化或者汽化往往有利于液体的快速均匀扩散。医学上的雾化器通常会包含一个加热单元或者一个气体压缩泵，前者会因为高温导致药物分解；后者则不仅噪音大，还常常由于气液直接接触而污染药物。

为了满足经呼吸道输送药物的特殊要求，生产商近些年开发了超声波雾化技术，即通过振动粘附在压电陶瓷片上的微孔雾化片。简单来说，基于这种技术，和液体直接接触的微孔雾化片与被激励的压电陶瓷片一起在超声波频率下振动，然后液体被抽到雾化片的表面并形成一层薄膜。这层液膜从雾化片吸收振动能并形成驻波，其振动方向垂直于雾化片的表面。当某一给定频率下的振幅增大时，驻波变得不稳定，最终在某个临界点崩裂。因此微小液滴从液膜的表面被垂直地喷射出来。

目前市面上大部分超声波雾化设备都是直接将超声雾化单元设置在液体中，这样的设计只能用于雾化水基或者低粘度液体，不能用于雾化高粘度液体。因为粘稠的液膜会堵塞雾化片上的微孔，从而阻断了雾化，最终使压电陶瓷片温度上升甚至损坏。因此，需要开发一种能够将高粘度液体通过超声波雾化形成微小液滴的超声波雾化器。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于：提供一种超声波雾化结构，能够有效地将高粘度液体雾化为微小液滴，且不损坏压电陶瓷片。

本发明的又一个目的在于：提供一种超声雾化设备，向外喷射由高黏度液体雾化而成的微小液滴。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，提供一种超声雾化结构，包括受液槽，吸液介质和雾化单元，所述吸液介质设置在受液槽内，所述吸液介质的底面浸没在所述受液槽内的液体中，使用时所述吸液介质将受液槽中的液体吸收并输送到所述吸液介质远离底面的一端，所述雾化单元与所述吸液介质远离底面的一端贴合；所述吸液介质远离底面的一端设有凹槽。

作为一种优选的技术方案，所述雾化单元包括压电陶瓷片和微孔雾化片，所述微孔雾化片设置在所述压电陶瓷片靠近所述吸液介质的一侧，所述微孔雾化片与所述吸液介质远离底面的一端贴合；

所述压电陶瓷片上设有贯穿孔，所述微孔雾化片的中部并对应所述贯穿孔的位置开设有雾化通孔；所述雾化通孔与所述吸液介质的所述凹槽连通。

优选的，所述微孔雾化片的厚度为20微米以上400微米以下，所述雾化通孔的孔径为1微米以上300微米以下。

优选的，所述微孔雾化片的开孔区域面积小于所述压电陶瓷片的所述贯穿孔的面积。

优选的，所述雾化单元包括若干组依次连接的压电陶瓷片和微孔雾化片，若干组所述压电陶瓷片和微孔雾化片依次对液体进行多级雾化处理。

作为一种优选的技术方案，所述微孔雾化片是平板状；

或者，所述微孔雾化片的中部设置有弧形凸起，所述雾化通孔开设在所述弧形凸起位置。

优选的，所述微孔雾化片的中部设置有向远离所述吸液介质一侧凸出的弧形凸起。

作为一种优选的技术方案，所述吸液介质为喷墨打印泡沫。

作为一种优选的技术方案，所述吸液介质分为相互连接的直立部分和弯折部分，所述直立部分的中心线与水平面垂直，所述弯折部分的中心线与水平面的夹角是0度以上90度以下。

作为一种优选的技术方案，还包括超声波震荡电路，所述雾化单元通过导线与所述超声波震荡电路连接。

优选的，所述超声波震荡电路的输出频率为50kHz以上5MHz以下，幅值为50V以上500V以下。

作为一种优选的技术方案，还包括支架和压板，

所述支架中间设有安装通孔，所述吸液介质插装在所述安装通孔内，所述支架的内壁与所述吸液介质的侧壁贴合，所述支架的外壁与所述受液槽固定连接，所述支架的底面与所述受液槽的内壁的底面之间设置有导通间隙；

所述压板设置在所述雾化单元远离所述吸液介质的一侧，所述压板的中部开设有让位通孔，所述压板与所述支架可拆卸连接，所述压板与所述支架夹紧所述雾化单元。

另一方面，提供一种超声雾化设备，包括上述的超声雾化结构，还包括导雾管；所述导雾管为两端开口的喇叭状，所述导雾管的大开口端与所述受液槽的侧壁相连，所述导雾管的大开口端的内侧设置有返流间隙。

作为一种优选的技术方案，所述导雾管的小开口端的中心线与水平面的夹角是0度以上90度以下。

作为一种优选的技术方案，还包括储液槽、储液渠和顶塞，

储液槽设置在储液渠的上方，储液槽的下部的外侧壁与储液渠的上部的内侧壁贴合并滑动连接；储液槽的上部设有进液口，所述进液口设置有可拆卸连接的上盖；储液槽的底部设有通孔，储液槽的底部与储液渠的底面留有间隙，形成储液槽出口，储液槽通过储液槽出口和储液渠连通；

储液渠的上部侧面开有气压平衡口，储液渠的下部通过导渠与受液槽底部相连；储液渠的底部设有顶塞限位块和储液槽限位块，储液槽限位块与储液渠底部之间留有进气缺口，所述进气缺口的最高位置不低于所述储液渠出口的最高位置；

顶塞的上部在储液槽内部，储液槽底部并位于顶塞的下方开设有连通储液渠的排放孔；顶塞的下部在储液槽外部，顶塞的中部穿过储液槽底部的通孔连接顶塞的上部和顶塞的下部，顶塞的下部与储液槽的底部的外壁之间设有用于关闭所述排放孔的弹簧，使用时顶塞限位块挤压顶塞，所述弹簧压缩，所述排放孔打开。

具体地，外界空气通过气压平衡口、进气缺口、储液槽出口和排放孔进入储液槽，使储液槽的内部气压与储液渠的内部气压平衡。当储液槽出口或者进气缺口被液体浸没时，外界空气无法进入储液槽，储液槽中的液体就无法流到储液渠中，此时储液渠内的液位达到最高液位。所以可以通过改变对储液槽出口或者进气缺口的高度设计，进而改变储液渠的最高液位的高低，实现整个超声雾化设备的液位控制。

本发明提供一种超声雾化结构及采用该结构的超声雾化设备，有益效果为：

1)可以将高粘度液体超声雾化成微小液滴，同时避免雾化单元发热过度的问题；

2)通过改变吸液介质的形状，可以改变从雾化单元出来的微小液滴的喷射方向；

3)通过改变吸液介质和导雾管的形状，可以改变从超生雾化设备出来的微小液滴的喷射方向。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为实施例所述的超声雾化设备剖面图；

图2为雾化单元与吸液介质的装配示意图；

图3为雾化单元与吸液介质的局部放大示意图；

图4为吸液介质弯折部分的示意图；

图5为中间设置凸起的微孔雾化片示意图；

图6为超声雾化设备的外观示意图。

图1至图6中：

1、上盖；

2、储液槽；201、储液槽底部；

3、顶塞；

4、排放孔；

5、顶塞限位块；

6、储液渠；

7、气压平衡口；

8、储液槽限位块；

9、弹簧；

10、储液槽出口；

11、导渠；

12、受液槽；

13、小开口端；

14、支架；

15、吸液介质；1501、凹槽；1502、直立部分；1503、弯折部分；

16、压电陶瓷片；

17、导线；1701、第一导线；1702、第二导线；

18、压板；

19、微孔雾化片；1901、雾化通孔；

20、导雾管；

21、返流间隙；

22、开关；

23、螺钉固定孔；24、螺钉通孔；25、螺钉；

26、充电接口；

27、指示灯；

28、进气缺口。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

具体结构说明：

如图1所示，于本实施例中，一种超声雾化设备，其包括上下布置的储液槽2和储液渠6，储液槽2的下部的外侧壁与储液渠6的上部的内侧壁贴合，但是二者间可发生相对转动或者滑动。储液槽2的顶部设有开口，可以从开口加入有待雾化的液体，开口与上盖1螺纹连接，当然也可以设计为卡扣扣接等快接方式。储液槽2的底部在顶塞3上部的下方设有排放孔4，储液槽2通过排放孔4与储液渠6连通，储液渠6的上部侧面设有气压平衡口7，可以用来观察储液槽2和储液渠6内的液面状况，还可以实现储液渠6与外界气压相连通。储液槽底部201与储液渠6的内壁底面留有间隙，形成储液槽出口10，排放孔4通过储液槽出口10与储液渠6连通。储液渠6的底部设有储液槽限位块8和顶塞限位块5；储液槽限位块8与储液渠6底部留有进气缺口28，外界空气通过气压平衡口7、进气缺口28、储液槽出口10和排放孔4进入储液槽2，使储液槽2的内部气压与储液渠6的内部气压平衡。当储液槽出口10或者进气缺口28被液体浸没时，外界空气无法进入储液槽2，储液槽2中的液体就无法流到储液渠6中，此时储液渠6内的液位达到最高液位。所以可以通过改变对储液槽出口10或者进气缺口28的高度设计，进而改变储液渠6的最高液位的高低，实现整个超声雾化设备的液位控制。于本实施例中，进气缺口28的最高位置高于储液槽出口10的最高位置，所以只要储液渠6中的液面高于储液槽出口10的最高位置，则储液槽2中的液体就会停止向储液渠6中流动。当然，进气缺口28的最高位置高度设计也可以与储液槽出口10的最高位置高度平齐，或者低于储液槽出口10的最高位置高度。储液槽限位块8可以限制储液槽2竖直方向上的运动位置，当储液槽2与储液渠6发生相对滑动时，储液槽2往下运动至与储液槽限位块8接触，则不能再往下运动。顶塞3的上部在储液槽2内部，下部在储液渠6中与顶塞限位块5的上表面相贴合，顶塞3的中间部分穿过储液槽底部201的通孔将顶塞3的上部和下部连接起来。顶塞3下部与储液槽底部201之间设有弹簧9，在储液槽2未装入储液渠6的状态下，弹簧9的张力驱使顶塞3的上部与储液槽2的底面贴合，使排放孔4封闭。在储液槽2插入储液渠6的使用状态下，顶塞3的下部被顶塞限位块5顶住无法向下运动，弹簧9被压缩，使顶塞3的上部与储液槽2的底面脱离，从而使排放孔4打开，实现储液槽2和储液渠6的连通。

储液渠6下部设有与受液槽12相连通的导渠11，用以使储液渠6内液位与受液槽12内液位相同。受液槽12的上方连接喇叭状的导雾管20，导雾管20的两端开口，大开口端与受液槽12相连通，雾化后的微小液滴从小开口端13往外喷射出去。受液槽12内设有支架14，支架14中间设有吸液介质15，吸液介质15的下表面与受液槽12内壁的底面贴合，支架14的底部与受液槽12的底部之间留有间隙，可以让受液槽12中的液体流到吸液介质15中。吸液介质15的上表面与雾化单元的下表面贴合。

如图2和图3所示，雾化单元包括微孔雾化片19和设置在微孔雾化片19上面的压电陶瓷片16。压电陶瓷片16的中间开有贯穿孔，在压电陶瓷片16的贯穿孔下面的微孔雾化片19上设置有小的雾化通孔1901。微孔雾化片19的制作材料可以是金属，陶瓷甚至塑料，材料的选择取决于其在高频振动下是否具有足够的强度，于本实施例中，微孔雾化片19的制作材料是金属。雾化通孔1901可由多种方法加工，首选激光或化学或电刻蚀。雾化通孔1901的数量范围可取一个到几千个，微孔雾化片19的厚度为20微米以上400微米以下，雾化通孔1901的孔径为1微米以上300微米以下，于本实施例中，微孔雾化片19的厚度为100微米，雾化通孔1901的数量是20个，雾化通孔1901的孔径为10微米。在微孔雾化片19的雾化通孔1901下方的吸液介质15上设有凹槽1501。凹槽1501可以存储从吸液介质15下部转移上来的液体，为雾化单元提供适量的供液量。雾化单元通过第一导线1701和第二导线1702与外部的超声波震荡电路连接。雾化单元上方设有压板18，压板18与支架14之间通过螺钉25连接，从而使压电陶瓷片16、微孔雾化片19和吸液介质15三者紧密接触。压板18上开设有螺钉通孔24，支架14上开设有螺钉固定孔23，螺钉25贯穿螺钉通孔24并与螺钉固定孔23螺纹旋接，从而实现压板18与支架14的固定。

如图1所示，压板18与导雾管20内壁之间留有返流间隙21，离开雾化单元喷到导雾管20上的较大液滴会在导雾管20上凝聚液化，并沿着导雾管20的管壁流到返流间隙21上，通过返流间隙21流回受液槽12中。

工作流程说明：

在储液槽2未装入储液渠6时，由于弹簧9的弹力作用，顶塞3的上部与储液槽2的底部的内壁贴合，堵住排放孔4，断绝了储液槽2和储液渠6的连通关系。此时，打开上盖1，往储液槽2中添加液体。添加完毕，拧紧上盖1。

将储液槽2装入储液渠6，弹簧9被压缩，使排放孔4露出来，储液槽2内的液体沿着排放孔4流到储液渠6中，同时外界空气通过气压平衡口7进入储液渠6，然后通过进气缺口28、储液槽出口10和排放孔4进入储液槽2，实现储液槽2的内部与储液渠6的气压平衡，使储液槽2中的液体可以持续向储液渠6中流动。当储液渠6中的液面上升至高于储液槽出口10时，外界气体无法通过储液槽出口10进入到储液槽2中，则储液槽2中的液体就停止向储液渠6中的流动。此时整个超声雾化设备的液位就保持不动，当外部的超声振荡电路开始工作时，受液槽12中的液位下降，由于导渠11的连通作用，储液渠6的液位也下降，当储液渠6的液位下降至储液渠出口10的最高处露出液面，空气又可以按前面描述的方式进入储液槽2，进而实现气压平衡，储液槽2中的液体就可以流到储液渠6中，直至储液渠6中的液位再次高于储液渠出口10。如此往复，就实现了储液槽2根据用户用液需求自动向储液渠6补给液体的功能，而且结构简单，全程自动补给，不需要外界给与电能或者其他作用力。

由于导渠11的连通作用，储液渠6和受液槽12的液位会相同。吸液介质15是可以吸收并存储液体的材料，例如喷墨打印泡沫或者多孔纤维材料。吸液介质15的底部吸收受液槽12中的液体，并将吸收到的液体转移到吸液介质15的上部。雾化单元通过吸液介质15的凹槽1501获取液体，在超声波振荡电路作用下，将液体雾化为微小液滴，往导雾管20中喷射。从雾化单元出来的微小液滴，一部分会通过导雾管20的小开口端13往外喷射，另一部分会喷射到导雾管20的内壁上，液化聚集后沿着导雾管20内壁往下滑落，通过压板18和导雾管20之间的返流间隙21流回受液槽12中，再次被吸液介质15所吸收。

本实施例中的微孔雾化片19与吸液介质15相接触，而不是与被雾化液体直接接触。在微孔雾化片19的下表面与达到饱和状态的吸附介质相接触时，微孔雾化片19与吸液介质15相接触的表面会被液体润湿，然后由于毛细管效应，液体会通过微孔雾化片19上的微孔，从下表面渗透到上表面，并在上表面形成一层液体薄膜。经外部超声波震荡电路激发后，微孔雾化片19会以特定频率振动，并将振动能传递给液体薄膜，从而形成驻波。当驻波的振幅达到临界值时，液滴就会从液体薄膜中喷射出来，喷射方向垂直于微孔雾化片19的上表面。在雾化发生后，液体会连续不断地从吸液介质15的底部输送到顶部，最后渗透到微孔雾化片19的上表面。随着液体的消耗，受液槽12和储液渠6中的液位同步下降。吸液介质15也可以充当一个高效的冷却系统，用来耗散雾化单元所产生的热量。

本实施例中，微孔雾化片19的微孔区域下方的吸液介质15中设有凹槽1501，使得所述雾化器能够适用于高粘度液体。当使用传统的超声波雾化器雾化高粘度液体时，微孔雾化片19上的微孔经常被粘稠的液体薄膜堵塞，原因在于液体的补充速度大于其雾化速度。另一方面，此现象也会导致雾化单元产生过热现象。在本实施例中，吸液介质15上的凹槽1501可用来控制输送到微孔雾化片19的上表面的液体的速度，同时还可以保持微孔雾化片19下表面的背压。微孔雾化片19上的微孔可视为毛细管，将液体从微孔雾化片19的下表面输送到上表面。由于凹槽1501位于雾化片的开孔区域的下方，这些毛细管不能直接从吸液介质15抽取液体。因此液体的补充速度和雾化速度相平衡，并且抑制了雾化单元的过热。与此同时，凹槽1501也可以维持微孔雾化片19下表面的背压，保证液滴的喷射在微孔雾化片19的上表面进行。这些特性使得这种雾化器适用于高粘度液体。凹槽1501的底面的形状、大小和凹槽1501的深度可根据不同的应用和液体而改变，从而调整出适用于各种高粘度液体的结构和雾化设备。

于本实施例中，雾化单元是由一组压电陶瓷片16和微孔雾化片19组成的，也可以是由多组级联的压电陶瓷片16和微孔雾化片19组成的。改变组数可以调节雾化单元震动的频率、幅度和振动方式，使本实施例所述的雾化结构和雾化设备可以响应外部超声波震荡电路振动频率范围为50kHz到2MHz的激励作用，具体级联组数和震动频率取决于液体的粘度和液滴的预期尺寸。

本实施例中的吸液介质15可以是图1和图2中的直圆柱，也可以是长方体或者六棱柱，还可以如图4所示，带有直立部分1502和弯折部分1503。因为雾化后液滴喷射方向是垂直于微孔雾化片19的上表面，而微孔雾化片19的下表面是和吸液介质15的上表面贴合的，所以改变吸液介质15的弯折部分1503的弯折角度，就可以改变雾化后喷液的方向。

图1中的导雾管20是收缩管，而不是传统的直圆管。由于上小下大的收缩管式设计，导雾管20可以将雾化后的液滴引导至所需方向并回收大尺寸液滴。那些大尺寸的液滴接触到导雾管20的内壁后将沿着内壁流下来，然后经返流间隙21流回受液槽12。本实施例的导雾管20的可以是直立的，也可以包括垂直部分和弯曲部分，改变弯曲部分的弯曲角度，就可以从垂直到水平任意地改变小开口端13的出口方向，进而改变整个雾化设备的喷液方向。

可以理解，吸液介质15中的凹槽1501的形状不仅限于圆柱型，还可以是其他任何形式的凹陷区域。且凹槽1501的数量可以为两个、三个甚至更多。凹槽1501的尺寸可根据液体的粘度和雾化器的性能作出改变。

微孔雾化片19的形状除了如图1所示的直平片外，还可以是图5中的具有弧形凸起的微孔雾化片19。

下面将简单描述基于本发明实施例提供的超声波雾化设备的操作。

图6是超声波雾化设备的外观示意图。在启动雾化器之前，储液槽2已经通过打开上盖1，被注入了高粘度液体。本实施例中所用液体的粘度约为200厘泊。首先，液体会流入储液渠6，然后通过导渠11流到受液槽12。吸液介质15开始吸收受液槽12中的液体并输送到微孔雾化片19，最终达到一个平衡状态，此时受液槽12和储液渠6的液位相等。当按键开关22接通后，通了电的超声震荡电路通过导线17输出一个超声波激励信号给雾化单元。环形的压电陶瓷片16和微孔雾化片19相应地以此超声频率振动，进而喷射出高粘度液体的液滴。本实施例的震荡频率是120kHz，环形压电陶瓷片16的外径和内径分别为16mm和8mm。指示灯27可以是LED指示灯，可用来指示该雾化器的工作状态和电池电量，充电接口26可以是mini-USB33接口，用来充电。

本文中的“第一”、“第二”仅仅是为了在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。