CN101218037A - 静电雾化器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静电雾化器，参照图1，该静电雾化器包括：流体入口(2)和流体通道(3)，其将该流体引导到其中形成孔(100)的壁(6)。流出孔(100)的流体被雾化为液滴，这些液滴分为较大的第一组液滴(12)和较小的第二组液滴(13)。两个充电电极(4，6)通过为流经通道(3)的流体充电。流体液滴分离器(200)具有分离器电极(16)，分离器电极(16)对所述液滴施加电场力，偏转较小液滴(13)以被液滴收集器(15)所收集，同时允许较大液滴(12)不被偏转地继续流出所述雾化器的液滴出口(201)。

Description

静电雾化器

技术领域

本发明涉及一种具有多种用途的静电雾化器，更具体地说，可用于其中虽然需要较大流速，但是非常重要的是液滴具有一致的大小(即，其直径位于所选择直径的范围之内)的烘干、涂覆和混合等领域。

背景技术

已知的最接近现有技术是本申请人的已公开专利申请PCT/GB2004/000458。该已公开专利申请公开了多孔雾化器的应用，其具有跨越在多孔阵列上的主充电电极。随着恒定的液体流动，这种静电雾化器产生尺寸明显不同的两组液滴。由于液滴形成的物理特性，每对较大尺寸液滴均被一个较小液滴分隔。例如，较小尺寸液滴的直径可以在20到80微米之间，而较大尺寸液滴的直径可以在150到350微米之间。由于这种在尺寸上的差异，导致与较大液滴相比，较小液滴具有更小的质量并具有更高的荷质比(specific electrical charge)。因为在许多应用中，希望获得一致大小的液滴，即，液滴在所选择直径的范围之内，所以需要能够对较小液滴与较大液滴进行分离的静电雾化器。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种静电流体雾化器，该静电流体雾化器包括：流体入口；一个或更多个孔，流体以雾化形式流出该孔，该雾化后的流体至少包括尺寸彼此相当的第一组液滴和尺寸彼此相当且小于所述第一组液滴尺寸的第二组液滴；流体通道，其对所述流体入口和所述孔进行连接；至少两个充电电极，其用于向经过所述流体通道的流体施加电荷；其中，所述静电雾化器包括位于所述孔的下游的液滴分离器，所述液滴分离器具有接地的或者被充电的分离器电极，该分离器电极对所述液滴施加电场力，所述电场力使较小的所述第二组液滴被偏转到所述雾化器的液滴收集器，而使较大的所述第一组液滴继续流出所述雾化器的液滴出口。

因为这样的设置允许静电流体雾化器只输出大小位于所选择范围之内的液滴，所以这样的设置是有优势的。

该液滴收集器可以包括吸收壁或多孔渗水壁。该壁可以是圆筒状的，并被设置为当这些液滴离开这些孔时围绕这些液滴。液滴连接器可以被连接到流体返回线路。当该液滴收集器包括围绕从孔中流出的液滴的圆筒壁时，该流体返回线路能够容易地避免与所述孔的路径交叉。

该流体返回线路将所收集的液滴返回到流体入口。这样的设置使该静电雾化器的效率最大化；不存在浪费或只有最小的浪费。

所述孔可以包括多个孔，所述多个孔靠近所述充电电极中跨越所述多个孔的一个充电电极的基本上平坦的平面。这样的设置能提供跨越多个孔上均匀分布的雾化的理想组合，并能提供第二组液滴的有效收集。

这些孔可以呈一定角度，以产生雾化液滴的汇聚流或分散流。在特定应用中，与平行直线孔相比，定向流的产生实现了所述液滴收集器的收集的改进。

优选的是，将这些孔设置于孔壁上，液滴收集器可以设置有在下游方向上从所述孔之间的孔壁凸出的多个部分。这使得在这些孔阵列的中央部分内实现改进的小液滴收集，同时维持从流体喷口的外围部分对于小液滴的优异收集。

液滴分离器的分离器电极与所述充电电极中的一个电连接。

附图说明

以下将参照附图描述本发明的优选实施方式，其中：

图1为根据本发明的静电流体雾化器的第一实施方式的立体图、部分剖视图，其中示意性地示出了该雾化器外部组件；

图2a和2b示出了图1的雾化器(或图3和图4的雾化器)的孔的另选几何形状；

图3示出了根据本发明的静电流体雾化器的第二实施方式的剖视图，其中再次示意性地示出了该雾化器外部组件；以及

图4示出了根据本发明的静电流体雾化器的第三实施方式，其中又一次示意性地示出了该雾化器外部组件。

具体实施方式

图1示出了具有流体入口2的静电雾化器l。流体通道3将流体入口3连接至设置在孔壁6中的多个孔100的阵列。由包括电极4和孔壁5的一对充电电极对流经该通道3的流体进行静电充电。在图中可以看出，连接高压源18以向充电电极4施加第一极性的电荷，并向壁6施加相反极性的电荷。电极4具有基本平坦的端部5，其跨越在多个孔100的阵列上。泵7将流体(其可以是任何类型的可充电流体)抽入到该流体入口。在抽入之前，由过滤器8过滤该流体。

当从孔6流出时，该流体被雾化，最初形成所谓“带状(ligament)”喷射9、10、11，其在此之后不久基本上分为尺寸不同的两组液滴，第一组包括诸如液滴12(相对较大液滴)的液滴，而第二组包括诸如液滴13(相对较小液滴)的液滴。与大液滴相比，小液滴都不可避免地具有较小的质量并具有更高的荷质比。

雾化器1设置有液滴分离器200，其用于使小尺寸液滴(例如12)组与大尺寸液滴(例如13)组相分离，从而只有大尺寸液滴离开该雾化器的流体出口201。分离器200具有围绕液滴离开孔100的圆筒壁16。壁16充当分离器电极，并且适当地被充电或者接地以吸引液滴。在图中，壁16连接到高压源，并充有与壁6相同的极性。较小液滴比较大液滴受到更大程度的吸引。因此，较小液滴被偏转到壁16，而较大液滴基本上不偏转地继续前进，并离开流体出口201。分离器200具有沿壁16径向向内设置的由多孔吸收材料构成的层14。壁16具有围绕多孔层14的下游端延伸的下游部分，壁16沿径向向内延伸以在层14的下游端形成流体通道15。

通过回收泵17将所收集的流体从通道15收回。回收泵17将流体从液滴收集器100抽出，并将流体传递到储罐101。然后，来自罐101的流体被过滤，并被抽回流体入口2。

可以按照所使用流体的特性、所选择的流速和所期望的输出液滴尺寸来调整施加到充电电极4、6和壁16(其充当分离器电极)的电压和孔100的尺寸。

在图1的实施方式中，壁6设置有多个直线平行孔100。在图2a和2b中示出了孔的另选几何形状。图2a示出了提供液滴分散流的孔110的分散阵列。图2b示出了提供液滴汇聚流的孔111的汇聚阵列。对于某些流体而言，优选使用图3a或3b中的孔110和111。

图3示出了静电雾化器19的第二实施方式。该实施方式与图1的实施方式有许多相同组件，并且为相同组件给出了相同的附图标记。该雾化器具有两个充电电极26、27。这两者都连接到高压源18，向电极26施加第一极性的电压，并向由孔壁27形成的电极施加第二反向极性的电压。孔壁27具有标记为20、21、22、23的多个孔。流经孔20、21、22、23的流体被雾化，并形成两组液滴，较小液滴组和较大液滴组。所有液滴都进入液滴分离器24。液滴分离器24具有外壁25，其被充电或接地，以从外部喷嘴28、29吸引并收集较小液滴。图中可以看出，分离器壁25连接到高压源18，并充电而具有与孔壁27相同的极性。液滴分离器24还具有中央收集杆30，其被充电或接地以吸引并从而收集中央流31、32的液滴。图中电极30电连接到充电电极27并充电而具有相同的极性。外壁25和杆30二者都设置有吸收层；存在用于壁25的层34和用于杆30的层35。回收泵33被设置为通过管道36提取由杆27所收集的流体以将该流体传送给储罐101。管道36穿过经由电极26而设置的中央通道。

充电电极26的最低表面例如通过在金刚石涂层(diamond coating)或类似物中设置经雕琢的单元(faceted element)来提供与孔20、21、22、23相对的粗糙化表面，以提高对流体的充电(如本申请人此前专利申请PCT/GB2004/000458所述)。只有与孔20、21、22、23相对的表面需要进行粗糙化/涂覆。

本发明还设想在较大多孔阵列中使用与杆30相同类型的相互间隔的多个杆，以使任何小液滴离开该雾化器的情况出现得最少。这些杆沿孔壁27向下(即下游)延伸、相互间隔，并从壁27的位于壁27中的多个孔之间的部分延伸。

图4示出了静电雾化器39的另一实施方式，该实施方式具有与图1的实施方式相同的组件；相同组件使用相同附图标记。与图1的实施方式一样，本实施方式具有输入流体线路40、充电电极41、孔壁46(其也充当第二充电电极)中的多个孔42、43、44、45的阵列，以及具有充电或接地的外部圆筒状液滴收集器壁48的液滴分离器47。如图所示，收集器壁48连接到高压源18，并充电而具有与孔壁46相同的极性。另外，中央杆50位于液滴分离器47中的喷射通道49之内，而且，杆50被适当地充电以向对小带电液滴进行收集的壁48排斥该小带电液滴。杆50的顶端通过绝缘件51与孔壁46相分离。杆50通过连接器52电连接到充电电极41。电极41的平坦底面只在与多个孔42、43、44、45相对的区域设置有经雕琢的单元。

Claims (17)

1.一种静电雾化器，该静电雾化器包括：

流体入口；

一个或更多个孔，流体以雾化形式流出该孔，该雾化形式的流体至少包括尺寸彼此相当的第一组液滴和尺寸彼此相当且小于所述第一组液滴尺寸的第二组液滴；

流体通道，其对所述流体入口和所述孔进行连接；以及

至少两个充电电极，其用于向经过所述流体通道的流体施加电荷；

其中，所述静电雾化器包括向所述孔下游延伸的液滴分离器，所述液滴分离器具有接地或者被充电的第一分离器电极，该第一分离器电极对所述液滴施加电场力，该电场力使较小的所述第二组液滴被偏转到液滴收集器，同时使较大的所述第一组液滴继续流出所述雾化器的液滴出口。

2.根据权利要求1所述的静电雾化器，其中，所述液滴收集器包括吸收层。

3.根据权利要求1或2所述的静电雾化器，其中，所述第一分离器电极对所述液滴施加吸引电场力，该吸引电场力吸引所述液滴向所述第一分离器电极移动。

4.根据权利要求1到3中任意一项所述的静电雾化器，其中，所述第一分离器电极是圆筒壁，该圆筒壁围绕所述孔设置并向下游延伸。

5.根据权利要求4所述的静电雾化器，该静电雾化器包括第二分离器电极，该第二分离器电极与所述圆筒壁间隔开并平行于所述圆筒壁延伸，所述第二分离器电极接地或者被充电以对所述液滴施加吸引电场力，所述雾化器具有第二液滴收集器，该第二液滴收集器收集被所述第二分离器电极所吸引的所述液滴。

6.根据权利要求5所述的静电雾化器，其中，所述第二液滴收集器经由穿过形成于所述充电电极内的通道的管道连接到流体返回部，所述流体返回部将由所述液滴收集器所收集的流体返回到所述流体入口。

7.根据前述权利要求中任意一项所述的静电雾化器，其中，在孔壁中设置多个孔，并且所述液滴分离器包括相互分离的多个流体收集器，所述多个流体收集器从所述孔壁上位于所述多个孔之间的位置延伸，并从所述孔壁沿着下游方向延伸。

8.根据权利要求8所述的静电雾化器，其中，各个所述流体收集器都与被充电以将所述液滴吸引到所述流体收集器的分离器电极单独相关联。

9.根据权利要求7或8所述的静电雾化器，其中，所述孔壁充当充电电极。

10.根据权利要求3所述的静电雾化器，该静电雾化器包括与所述第一分离器电极分离设置的第二分离器电极，利用与所述第一分离器电极不同极性的电压对所述第二分离器电极进行充电，所述第二分离器电极对所述液滴施加排斥电场力，从而排斥所述液滴离开所述第二电极而流向所述液滴收集器。

11.根据权利要求1到6或10中任意一项所述的静电雾化器，其中，所述孔设置于也充当所述充电电极之一的孔壁中。

12.根据权利要求1到5或10中任意一项所述的静电雾化器，该静电雾化器还包括流体返回部，所述流体返回部用于将由所述液滴收集器所收集的流体返回到所述流体入口。

13.根据前述权利要求中任意一项所述的静电雾化器，其中，所述雾化器包括多个孔，该多个孔靠近跨越所述多个孔的所述充电电极的基本上平坦的平面。

14.根据前述权利要求中任意一项所述的静电雾化器，该静电雾化器包括呈一定角度以产生液滴汇聚流的孔。

15.根据权利要求1到13中任意一项所述的静电雾化器，该静电雾化器包括呈一定角度以产生液滴分散流的孔。

16.根据前述权利要求中任意一项所述的静电雾化器，其中，所述第一分离器电极与所述充电电极中的一个电连接。

17.根据权利要求5、6、7或10中任意一项所述的静电雾化器，其中，所述第二分离器电极与所述充电电极中的一个电连接。

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