CN117482340B - 一种超声雾化器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声雾化器，包括壳体和设置在壳体内的雾化机构；所述雾化机构包括中部上凸的弧面基板以及依次贴附在弧面基板上表面的多个弧面圆环状的超声波震荡板；各超声波震荡板的震荡频率区间不同；位于外圈的超声波震荡板套设在位于内圈的超声波震荡板外；相邻的超声波震荡板之间通过弹性密封胶条隔离并密封；所述弧面基板下方设置有集液碗；所述集液碗中心凹陷有集液槽；一抽液机构将集液槽中的药液抽到弧面基板中心上方洒下，使药液沿超声波震荡板上表面向下流动，流动过程中通过各超声波震荡板震荡雾化，未被雾化的药液从位于最***的超声波震荡板边缘落入集液碗再次汇集至集液槽中。

Description

一种超声雾化器

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体为一种超声雾化器。

背景技术

医用超声波雾化器在临床应用中已经获得了广泛的认可，它使用超声波技术将药液或生理盐水转化为细小的雾滴，从而能够被患者吸入。

但超声波雾化器通常工作在固定的频率，这会导致某些特定大小的颗粒更容易被雾化。这意味着雾滴大小的分布不够均匀，导致药物传递效率受到影响。 具体为：

1. 颗粒大小与频率的关系

物理影响：不同大小的液滴需要不同频率的超声波来最有效地进行雾化。理论上，特定频率的超声波更倾向于雾化某一特定大小范围的液滴，这就是为什么固定频率的超声波雾化器对某些特定大小的颗粒雾化更加高效。

不均匀雾滴分布：由于使用固定频率，某些液滴容易被雾化，而其他液滴则不然，造成了雾滴大小分布的不均匀。

2. 雾滴分布的重要性

药物吸收：吸入的雾滴大小直接影响药物在呼吸道中的沉积位置和吸收效率。不同大小的雾滴将在呼吸道的不同部位沉积，从而影响药物传递到目标区域的能力。

剂量控制：如果雾滴分布不均，可能导致药物剂量的不准确，由于部分药物未能到达目标区域，治疗效果会受到影响。

3. 药物传递效率问题

不均匀分布：药物在气溶胶中分布不均，部分区域药物浓度过高，而部分区域过低，不能达到最佳的治疗效果。

呼吸道阻碍：较大的雾滴无法进入较远的呼吸道区域，对特定疾病（例如深部的肺部疾病）的治疗效果有限。

4. 固定频率的局限性

匹配问题：特定药物需要特定大小的颗粒来达到最佳的治疗效果，固定频率的超声波雾化器无法提供这一灵活性。

适用范围：限制了设备处理不同类型和粘度的液体药物的能力。

发明内容

本发明的目的在于：一种超声雾化器 ，该雾化器通过巧妙地设计超声波雾化器的结构和工作原理，实现了药物雾化粒径的多层次控制，药物的高效利用，以及药物传递的高效和精准，拓宽了超声波雾化技术在医学领域的应用范围，提高了药物吸入治疗的安全性和效果，有望为临床提供更多的可能和便利。

本发明采用的技术方案如下：

一种超声雾化器，包括壳体和设置在壳体内的雾化机构；所述雾化机构包括中部上凸的弧面基板以及依次贴附在弧面基板上表面的多个弧面圆环状的超声波震荡板；各超声波震荡板的震荡频率区间不同；位于外圈的超声波震荡板套设在位于内圈的超声波震荡板外；相邻的超声波震荡板之间通过弹性密封胶条隔离并密封；所述弧面基板下方设置有集液碗；所述集液碗中心凹陷有集液槽；一抽液机构将集液槽中的药液抽到弧面基板中心上方洒下，使药液沿超声波震荡板上表面向下流动，流动过程中通过各超声波震荡板震荡雾化，未被雾化的药液从位于最***的超声波震荡板边缘落入集液碗再次汇集至集液槽中；所述集液碗外圈边缘上端面开设有出风细缝；一压气装置通过出风细缝形成向上吹出的风圈。

其中，一传输药液的弹性软管一端向下连通至集液槽底部，另一端从弧面基板中心位置穿过向上伸出至超声波震荡板上方；所述弹性软管中部经一蠕动泵挤压蠕动，使位于集液槽内的药液向上流动并从弹性软管另一端喷出。

其中，所述弹性软管另一端上方设置有一分散盖；所述分散盖为伞状一向外分散喷出的药液。

其中，所述弧面基板、超声波震荡板以及集液碗上对应开设有多个通风孔；所述通风孔上套设有第一通风管和第二通风管；所述第一通风管向上略凸出超声波震荡板的上表面；所述第二通风管向上略凸出集液碗的内表面。

其中，所述弧面基板和超声波震荡板上对应开设有多个通风孔；所述通风孔上套设有第一通风管；所述第一通风管向上略凸出超声波震荡板的上表面；所述位于最外圈的超声波震荡板边缘设置有一环形围挡；所述环形围挡上开设有多个排液口；所述集液碗上对应排液口的位置设置有接液道；所述接液道汇聚至集液槽；所述集液碗除接液道和集液槽外的其余位置镂空设置。

其中，所述出风细缝通过螺旋流道连通一环形匀气腔；所述压气装置向环形匀气腔内压气。

其中，所述超声波震荡板的材质为压电陶瓷，通过振荡器驱动震荡。

其中，所述弧面基板为超声波传导板；所述弧面基板中心竖直连接有一超声波传导棒；所述超声波传导棒下端密封穿出集液槽并与一电磁震荡器连接；所述超声波震荡板为多层叠加结构，以使不同的超声波震荡板的震荡频率不同。

其中，所述超声波传导棒与集液槽之间通过弹性橡胶层密封分隔；位于集液槽内，绕超声波传导棒间距设置有一隔液筒以分隔药液和超声波传导棒。

其中，所述超声波震荡板采用三氧化二铝和聚氨酯交替叠加；厚度计算公式为：Thickness= =/>

其中：

c 是材料中的声速，

f0是工作频率。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1. 优化药物雾化过程

多频率震荡：由于采用了不同震荡频率区间的多个弧面圆环状超声波震荡板，本方案能够根据药液的不同物理特性，如粘度和表面张力，自适应地在多个频率下进行雾化，有利于形成不同大小的药物颗粒。

自适应雾化：药液在流动过程中将会被多个频率不同的超声波震荡板连续雾化，确保了药液得到充分且多层次的雾化，优化了雾滴的大小分布。

2. 提高药物利用效率

循环利用：设计中药液可以在未被雾化的情况下通过最外层的震荡板边缘流入集液碗，并再次汇集至集液槽中进行循环使用，减少了药物的浪费。

持续稳定供药：通过抽液机构和集液槽的设计，保证了药液可以均匀、持续地洒在震荡板上，确保了治疗过程中药物供应的稳定性。

3. 增强药物传递效率

定向传输：通过压气装置的设计，通过出风细缝形成的向上的风圈能够利用空气放大效应帮助雾化后的药物更加精准和高效地传输到患者的呼吸***中。

减少药物沉积：多频率的雾化以及压气装置的辅助可以减少药物在输送管道内的沉积，进一步提升药物利用效率。

4. 维护和卫生

弹性密封胶条：在相邻的超声波震荡板之间设置弹性密封胶条，既防止药液的泄漏，又减小了震荡板间的干扰，同时也方便后期的维护和清洁工作。

防污设计：药液的上升和雾化过程较为封闭，有效防止了外部污染物的进入，保障了药物传递过程的卫生安全。

5. 可控性和安全性

可控的药物颗粒：多频率的震荡板可以按需产生特定大小的药物颗粒，能够满足不同病症、不同患者的个性化需求。

安全的物理过程：本方案不依赖化学过程，通过物理方法雾化药物，保证了药物的纯净性和安全性。

6. 多功能性

适应多种药物：通过多频率震荡和自循环***，可以适应多种物理特性不同的药物，增强了超声波雾化器的通用性和适应性。

兼容性强：可根据不同药物和治疗需求进行频率、雾化程度和输送风圈的调节，具备较强的用药兼容性。

7. 提升药液传输效率和均匀性

弹性软管与蠕动泵的结合不仅确保了药液的连续输送，而且也降低了***内部的压力波动，保证了喷出药液的稳定性和均匀性；同时将药液与蠕动泵进行隔绝，既避免蠕动泵污染药液，同时还可以使蠕动泵可以一直重复使用，并独立设置，无需更换，减少使用成本。

分散盖的设计确保了药液能均匀洒在各个震荡板上，优化了雾化效果和药物分布均匀度。

8. 增强通风设计，有效利用空气放大效应

多个通风孔的设置可以使风圈包围范围内的空气上下可以流通，从而利用空气粘滞作用使风圈带动其包围范围内的空气同步向上引射，从而产生空气放大效应，使雾化范围内的空气带动雾化药液向上喷射，方便患者吸入，并防止大颗粒药物的快速沉降，减少雾化药液在被患者吸入前重新凝结的情况，提高药液的利用率，减少药液的浪费。

9. 优化液体的回流与收集

通过环形围挡、排液口和接液道的设置，不仅最大限度地收集未被雾化的药液，而且减少了药液在设备内部的随意扩散，保持设备内部的整洁。

集液碗的镂空设计有效减轻了设备的重量，同时保证了设备内部的上下通风，避免阻碍空气放大效应的实现。

10. 提升气流的均匀性

螺旋流道和环形匀气腔的设计使得出风更加平稳且均匀，高效均匀的形成风圈，有助于空气引射和放大效应的视线，同时形成风膜，隔绝药物，变雾化药液向外扩散造成的浪费。

11. 增强超声波的适应性

超声波传导板和超声波传导棒的设计有助于全面、均匀地传输超声波至每一层震荡板，实现各个震荡板的高效震荡。

电磁震荡器的连接保障了超声波传导棒稳定可靠的震荡源，减少了频率的不稳定性。

12. 提高材料与设备的耐用性

超声波震荡板采用三氧化二铬和聚氨酯的交替叠加，考虑了震荡板的硬度和弹性，从而能够简单的利用厚度的设置来实现不同区域输出可计算且可控的超声波频率范围。

13. 保障药液与设备部件的独立性

弹性橡胶层和隔液筒的设计充分考虑到药液与超声波传导棒的独立性，防止了药液对传导棒的侵蚀；也放置了超声波对集液槽位置的药液的干扰。

综上所述，本方案通过巧妙地设计超声波雾化器的结构和工作原理，实现了药物雾化粒径的多层次控制，药物的高效利用，以及药物传递的高效和精准，拓宽了超声波雾化技术在医学领域的应用范围，提高了药物吸入治疗的安全性和效果，有望为临床提供更多的可能和便利。

附图说明

图1为本发明实施例一中药液循环的结构示意图；

图2为本发明实施例一的超声雾化器的竖直剖视结构示意图；

图3为本发明实施例二中药液循环的结构示意图；

图4为本发明实施例二的超声雾化器的竖直剖视结构示意图；

图5为本发明采用实施例四的通风结构时的竖直剖视示意图；

图6为本发明采用实施例三的通风结构的超声波震荡板的俯视示意图；

图7为本发明采用实施例四的通风结构的集液碗的俯视示意图。

图中标记：1、弧面基板；2、超声波震荡板；21、第一通风管；22、环形围挡；23、排液口；3、集液碗；31、集液槽；32、出风细缝；33、第二通风管；34、接液道；35、环形匀气腔；36、隔液筒；4、弹性软管；5、蠕动泵；6、分散盖；7、超声波传导棒；8、电磁振荡器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

参见图1和2，一种超声雾化器，包括壳体和设置在壳体内的雾化机构；雾化机构包括中部上凸的弧面基板1以及依次贴附在弧面基板1上表面的多个弧面圆环状的超声波震荡板2；各超声波震荡板2的震荡频率区间不同；位于外圈的超声波震荡板2套设在位于内圈的超声波震荡板2外；相邻的超声波震荡板2之间通过弹性密封胶条隔离并密封；弧面基板1下方设置有集液碗3；集液碗3中心凹陷有集液槽31；一抽液机构将集液槽31中的药液抽到弧面基板1中心上方洒下，使药液沿超声波震荡板2上表面向下流动，流动过程中通过各超声波震荡板2震荡雾化，未被雾化的药液从位于最***的超声波震荡板2边缘落入集液碗3再次汇集至集液槽31中；集液碗3外圈边缘上端面开设有出风细缝32；一压气装置通过出风细缝32形成向上吹出的风圈。

进一步的，一传输药液的弹性软管4一端向下连通至集液槽31底部，另一端从弧面基板1中心位置穿过向上伸出至超声波震荡板2上方；弹性软管4中部经一蠕动泵5挤压蠕动，使位于集液槽31内的药液向上流动并从弹性软管4另一端喷出。

进一步的，出风细缝32通过螺旋流道连通一环形匀气腔35；压气装置向环形匀气腔35内压气。

进一步的，超声波震荡板2的材质为压电陶瓷，通过振荡器驱动震荡。

进一步的，弹性软管4另一端上方设置有一分散盖6；分散盖6为伞状一向外分散喷出的药液。

该实施例的工作原理为：

1. 药液传输阶段

将药液倒入集液碗中，药液自动汇入集液槽内，弹性软管与蠕动泵协同工作，确保从集液槽中的药液经由弹性软管持续稳定地向上输送。

药液通过弹性软管的另一端喷出，并在分散盖的作用下均匀洒在位于上方的超声波震荡板上。

2.超声波震荡阶段

振荡器分别驱动各超声波震荡板的震荡频率和能量大小，使各超声波震荡板在不同的频率区间分别产生超声波震荡，使流经的药液雾化，由于各震荡板的震荡频率区间不同，确保不同大小的颗粒都能得到有效的雾化。

不同的震荡频率对应于雾化效率的差异，从而确保产生的药物雾滴分布在不同的大小范围内，弥补了单一震荡频率可能导致的雾滴大小分布不均的问题。

雾化的药物随即在超声波的携带下向上升起，进入输送的下一阶段。

3. 药物雾滴传输阶段

雾化的药物颗粒通过设备内部的通风孔和通风管，在一定程度上得到稳定的流动路径，并在空气流的携带下稳定地向上输送。

压气装置通过螺旋流道和环形匀气腔产生一个稳定且均匀的向上气流（风圈），有助于药物雾滴的稳定输送，减少药物的沉降。

4. 未雾化药液的回收和再利用阶段

未被雾化的药液继续沿着最***的震荡板流动至边缘，通过排液口、接液道等设计收集至集液槽中。

集液碗中的药液会再次通过***的输送回到集液槽中，实现药液的循环使用。

5. 雾滴的细分和输出阶段

经过上述各个阶段，得到的药物雾滴分布在多个大小范围内，有利于根据具体的用药需求进行选择和利用。

通过设备上的出风细缝，药物雾滴得以稳定、均匀地输出，达到目标区域进行药物的输送和治疗。

总结：本方案的超声波雾化器采用了多频率超声波震荡与药液循环再利用的设计，优化了药物雾滴的大小分布和利用效率，减少了药液的浪费，并在多个环节通过通风设计保证了药物雾滴的稳定输出，提高了药物的传递效率和安全性。

实施例二：

参见图3和4，实施例二与实施例一的不同之处在于：

弧面基板1为超声波传导板；弧面基板1中心竖直连接有一超声波传导棒7；超声波传导棒7下端密封穿出集液槽31并与一电磁震荡器8连接；超声波震荡板2为多层叠加结构，以使不同的超声波震荡板2的震荡频率不同。

进一步的，超声波传导棒7与集液槽31之间通过弹性橡胶层密封分隔；位于集液槽31内，绕超声波传导棒7间距设置有一隔液筒36以分隔药液和超声波传导棒7。

进一步的，超声波震荡板2采用三氧化二铝和聚氨酯交替叠加；厚度计算公式为：

Thickness= =/>

其中：

c 是材料中的声速，

f0是工作频率。

比如：

材料选择：

材料A：铝氧化物（Alumina, Al2O3）

优点：高硬度、化学稳定、高热导率、低超声衰减。

超声速度：大约10000 m/s。

材料B：聚氨酯（Polyurethane）

优点：弹性好、生物相容性好、吸声特性强。

超声速度：大约1500 m/s。

设计目标：

假定目标频率为f0=1.7MHz，这是一种在超声雾化中常用的频率。

计算层厚：

要计算每层的厚度，我们使用以下厚度公式：

Thickness= =/>

对于材料A：

Thickness==/>≈1.47mm；

对于材料B：

Thickness==/>≈0.22mm；

构建多层结构：

通过交替堆叠材料A和材料B的薄层来构建多层结构。例如：

层1：材料A，厚度1.47 mm

层2：材料B，厚度0.22 mm

层3：材料A，厚度1.47 mm

层4：材料B，厚度0.22 mm

依此类推。

实施例二中的超声雾化器的工作原理与实施例一的不同之处在于：

超声波传导板及中心的超声波传导棒通过与电磁震荡器的连接，接收并向上传输超声波。

激发的超声波通过弧面基板传递给每个弧面圆环状的超声波震荡板，每个震荡板由于其材质、结构和设计参数的不同，会在不同的频率范围内震荡。

实施例三：

参见图2、4和6，实施例三在实施例一或二的基础上，增加了下述结构：

出风细缝32通过螺旋流道连通一环形匀气腔35；压气装置向环形匀气腔35内压气。

弧面基板1、超声波震荡板2以及集液碗3上对应开设有多个通风孔；通风孔上套设有第一通风管21和第二通风管33；第一通风管21向上略凸出超声波震荡板2的上表面；第二通风管33向上略凸出集液碗3的内表面。

实施例四：

参见图5和7，实施例四与实施例三的不同之处在于：

弧面基板1和超声波震荡板2上对应开设有多个通风孔；通风孔上套设有第一通风管21；第一通风管21向上略凸出超声波震荡板2的上表面；位于最外圈的超声波震荡板2边缘设置有一环形围挡22；环形围挡22上开设有多个排液口23；集液碗3上对应排液口23的位置设置有接液道34；接液道34汇聚至集液槽31；集液碗3除接液道34和集液槽31外的其余位置镂空设置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种超声雾化器，包括壳体和设置在壳体内的雾化机构；其特征在于：所述雾化机构包括中部上凸的弧面基板（1）以及依次贴附在弧面基板（1）上表面的多个弧面圆环状的超声波震荡板（2）；各超声波震荡板（2）的震荡频率区间不同；位于外圈的超声波震荡板（2）套设在位于内圈的超声波震荡板（2）外；相邻的超声波震荡板（2）之间通过弹性密封胶条隔离并密封；所述弧面基板（1）下方设置有集液碗（3）；所述集液碗（3）中心凹陷有集液槽（31）；一抽液机构将集液槽（31）中的药液抽到弧面基板（1）中心上方洒下，使药液沿超声波震荡板（2）上表面向下流动，流动过程中通过各超声波震荡板（2）震荡雾化，未被雾化的药液从位于最***的超声波震荡板（2）边缘落入集液碗（3）再次汇集至集液槽（31）中；所述集液碗（3）外圈边缘上端面开设有出风细缝（32）；一压气装置通过出风细缝（32）形成向上吹出的风圈；一传输药液的弹性软管（4）一端向下连通至集液槽（31）底部，另一端从弧面基板（1）中心位置穿过向上伸出至超声波震荡板（2）上方；所述弹性软管（4）中部经一蠕动泵（5）挤压蠕动，使位于集液槽（31）内的药液向上流动并从弹性软管（4）另一端喷出；所述弹性软管（4）另一端上方设置有一分散盖（6）；所述分散盖（6）为伞状一向外分散喷出的药液；所述弧面基板（1）为超声波传导板；所述弧面基板（1）中心竖直连接有一超声波传导棒（7）；所述超声波传导棒（7）下端密封穿出集液槽（31）并与一电磁震荡器（8）连接；所述超声波震荡板（2）为多层叠加结构，以使不同的超声波震荡板（2）的震荡频率不同；所述超声波传导棒（7）与集液槽（31）之间通过弹性橡胶层密封分隔；位于集液槽（31）内，绕超声波传导棒（7）间距设置有一隔液筒（36）以分隔药液和超声波传导棒（7）所述超声波震荡板（2）采用三氧化二铝和聚氨酯交替叠加；三氧化二铝和聚氨酯的厚度计算公式为：Thickness =，其中：c是材料中的声速，f0是工作频率。

2.如权利要求1所述的一种超声雾化器，其特征在于：所述弧面基板（1）、超声波震荡板（2）以及集液碗（3）上对应开设有多个通风孔；所述通风孔上套设有第一通风管（21）和第二通风管（33）；所述第一通风管（21）向上略凸出超声波震荡板（2）的上表面；所述第二通风管（33）向上略凸出集液碗（3）的内表面。

3.如权利要求1所述的一种超声雾化器，其特征在于：所述弧面基板（1）和超声波震荡板（2）上对应开设有多个通风孔；所述通风孔上套设有第一通风管（21）；所述第一通风管（21）向上略凸出超声波震荡板（2）的上表面；所述位于最外圈的超声波震荡板（2）边缘设置有一环形围挡（22）；所述环形围挡（22）上开设有多个排液口（23）；所述集液碗（3）上对应排液口（23）的位置设置有接液道（34）；所述接液道（34）汇聚至集液槽（31）；所述集液碗（3）除接液道（34）和集液槽（31）外的其余位置镂空设置。

4.如权利要求1所述的一种超声雾化器，其特征在于：所述出风细缝（32）通过螺旋流道连通一环形匀气腔（35）；所述压气装置向环形匀气腔（35）内压气。

5.如权利要求1所述的一种超声雾化器，其特征在于：所述超声波震荡板（2）的材质为压电陶瓷，通过振荡器驱动震荡。