CN101773893A - 组合超声雾化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种组合超声雾化装置，该装置包括：一级低频超声雾化喷嘴、二级高频超声雾化喷嘴阵列、用于驱动该低频超声雾化喷嘴及二级超声波雾化喷嘴阵列的激励电源及向所述一级低频超声雾化喷嘴提供液体的液体供给系统，所述一级低频超声雾化喷嘴的轴线和所述二级高频超声雾化喷嘴阵列的前端雾化表面呈一定角度配置。本发明由于采用了上述二级组合雾化方案，在二级高频超声雾化喷嘴阵列的雾化表面形成良好液膜的基础上，提供足够的振幅使液体在表面波的作用下，破裂成细小的雾状液滴，增加了液体雾化的适应范围。

Description

组合超声雾化装置
技术领域
本发明涉及一种液体介质的雾化装置，特别是涉及一种用于较大粘度液体的相控换能器阵列致动的超声雾化装置，属于液体雾化领域。
背景技术
喷雾是将液体通过喷嘴喷射到气体介质中，使之分散并破裂成小颗粒液滴的过程。由于液体相对于空气或气体的高速运动，或者由于机械能的施加和喷射装置的旋转或振动，液体会雾化成各种尺寸范围的细小颗粒。
自上个世纪80年代末、90年代初以来，超声雾化作为一项新型雾化技术逐渐引起人们的关注。当液体流经一个超声换能致动的雾化表面时，在雾化表面就会形成一层波状液体薄膜，随着振动振幅的增大，液体表面波的振幅也增大。当液膜表面波的振幅增大到一定值时，液体表面波的顶部就会变得不稳定并破裂，从雾化表面喷射甩出大量细小的雾状液滴。由于超声雾化能在很低的液体传输速度下可以获得极佳的雾化质量，雾滴尺寸细小均匀，雾化效果容易控制，所以在各个领域有着普遍的应用。目前，超声雾化技术已广泛应用于空气加湿、药剂雾化治疗、半导体刻蚀、电子产品盐雾试验以及光谱分析等方面。
美国专利US4978067所示超声喷嘴是目前得到大量应用的一种压电致动超声雾化喷嘴，该喷嘴实际上是一个共振装置，它由夹在钛金属外壳中的一对压电圆片组成，雾化表面位于喷嘴出口处。两个压紧的压电圆片作为电源输入的一极，金属外壳作为另一极。当两极的极性随高频输入信号往复变化时，压电圆片就会以与输入信号相同的频率发生振动，振动产生的超声压力波沿喷嘴轴向传播，引起喷嘴端部发生与输入信号同频率的振动。设计的喷嘴长度正好等于一个压力波的波长，压力波在喷嘴两个端面的来回反射造成压力波的叠加和共振，形成标准波模式。由于自由端的边界条件限制，波峰位于喷嘴的两个端面处。共振振幅的大小与盖板的直径有关，由于喷嘴出口端前盖的直径变小，因而共振的振幅被放大，出口端振幅远远大于入口端振幅，增大的幅度与喷嘴直径的变化相等。
随着超声波的频率越高，雾化液滴的尺度也越细。低粘度液体在20KHz下平均雾化尺度为90微米，在90KHz下平均雾化尺度为30微米。对于粘度越大的液体，粘性阻力越大，表面张力一般也越大，液体超声雾化必须在形成良好液体薄膜的基础上，提供足够的振幅使液体在表面波的作用下，破裂成细小的雾状液滴。然而超声频率越高，相应的压电晶片的尺寸越小，随之雾化表面的振幅也相应减小，因此，能够雾化的液体粘度也会越小。类似专利US4978067结构、工作频率100Hz的喷嘴，对理想的雾化效果，液体黏度值不能超过60厘泊，固态物质含量应该低于30％。
发明内容
(一)要解决的技术问题
采用二级组合雾化方式，将通过一级低频超声雾化的较大液滴喷射到二级高频超声喷嘴阵列的雾化表面上，雾化颗粒较大的液滴被进一步雾化成精细的液滴。
(二)技术方案
为了实现上述目的，采用以下技术方案：
一种组合超声雾化装置，该装置包括：一级低频超声雾化喷嘴、二级高频超声雾化喷嘴阵列、用于驱动该低频超声雾化喷嘴及二级超声波雾化喷嘴阵列的激励电源及向所述一级低频超声雾化喷嘴提供液体的液体供给系统，
所述一级低频超声雾化喷嘴的轴线和所述二级高频超声雾化喷嘴阵列的前端雾化表面呈一定角度配置。
优选地，所述一级低频超声雾化喷嘴包括：第一前盖、第一后盖和夹在所述第一前盖和第一后盖之间的夹心式第一换能器，所述第一换能器由一对环形压电片及一个环形电极片构成，环形电极片夹在一对环形压电片之间，构成夹心式。
优选地，所述二级高频超声雾化喷嘴阵列由若干二级高频超声雾化喷嘴构成，每个二级高频超声雾化喷嘴包括：第二前盖、第二后盖和夹在所述第二前盖和第二后盖之间的夹心式第二换能器，
所述第二换能器由一对环形压电片及一个环形电极片构成，环形电极片夹在一对环形压电片之间，构成夹心式。
优选地，二级高频超声雾化喷嘴阵列的前端雾化表面为二级高频超声雾化喷嘴的前端雾化表面，所述角度为45°。
优选地，在所述二级高频超声雾化阵列中，所有二级高频超声雾化喷嘴的所述前端雾化表面在同一个平面上。
优选地，所述前端雾化表面成圆形或多边形。
(三)有益效果
与现有技术中的超声雾化装置相比，针对超声喷嘴对于较大粘度液体不易雾化的特点，本发明由于采用了上述二级组合雾化方案，在二级高频超声雾化喷嘴阵列的雾化表面形成良好液膜的基础上，提供足够的振幅使液体在表面波的作用下，破裂成细小的雾状液滴，增加了液体雾化的适应范围。
附图说明
图1为本发明的实施例的组合超声雾化装置的结构示意图；
图2为本发明的实施例的一级低频超声雾化喷嘴的结构示意图；
图3为本发明的实施例的六方形雾化表面的二级高频超声雾化喷嘴阵列的结构示意图；
图4为本发明的实施例的四方形雾化表面的二级高频超声雾化喷嘴阵列的结构示意图；
图5为本发明的另一实施例的组合超声雾化装置的结构示意图；
图6为本发明的另一实施例的六方形雾化表面的二级高频超声雾化喷嘴阵列的结构示意图；
图7为本发明的另一实施例的四方形雾化表面的二级高频超声雾化喷嘴阵列的结构示意图。
图中：1、一级低频超声雾化喷嘴；2、二级高频超声雾化喷嘴阵列；3、激励电源；11、第一前盖；12、第一后盖；13、第一换能器；13a、电极片；13b、压电片；14、中央通道；21、第二前盖；22、第二后盖；23、第二换能器；24、前端雾化表面。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1至3所示，本实施例的组合超声雾化装置，包括：一级低频超声雾化喷嘴1、二级高频超声雾化喷嘴阵列2、用于驱动该低频超声雾化喷嘴1及二级超声波雾化喷嘴阵列2的激励电源3及向所述一级低频超声雾化喷嘴提供液体的液体供给系统(未图示)，
其中，一级低频超声雾化喷嘴是常见的压电式超声喷嘴结构，包括：第一前盖11、第一后盖12和夹在第一前盖11和第一后盖12之间的夹心式第一换能器13，第一换能器13由一对环形压电片13b及一个环形电极片13a构成，环形电极片13a夹在一对环形压电片13b之间，构成夹心式。其中，电极片13a与激励电源3连接。
贯穿第一前盖11和第一后盖12设有中央通道14，中央通道14与上述液体供给系统相连，用于使液体供给系统提供的待雾化的液体通过。
二级高频超声雾化喷嘴阵列由若干二级高频超声雾化喷嘴构成。每个二级高频超声雾化喷嘴，除没有设置中央通道之外，其结构基本上与一级低频超声雾化喷嘴相同，具体包括：第二前盖21、第二后盖22和夹在第二前盖21和第二后盖22之间的夹心式第二换能器23，第二换能器23由一对环形压电片及一个环形电极片构成，环形电极片夹在一对环形压电片之间，构成夹心式。其中，电极片与激励电源3连接。
二级高频超声雾化喷嘴的前端雾化表面24与一级低频超声雾化喷嘴1的轴线呈一定角度配置，本实施例中为45°，但还可以为其他角度。
并且，优选的是，在二级高频超声雾化阵列2中，所有二级高频超声雾化喷嘴的前端雾化表面24在同一个平面上。
并且二级高频超声雾化喷嘴的前端雾化表面24可以为圆形，或如图3及图4所示呈多边形。
以下，说明本发明的工作原理。
通过设在一级低频雾化喷嘴1上的由环形压电片13b及环形电极片13a构成的第一换能器13对一级低频雾化喷嘴1进行驱动，使第一前盖11的起变幅杆作用的前端部分发生振动，从液体供给系统提供的待雾化的液体经过一级低频雾化喷嘴1的中央通道14在第一前盖11前端的雾化表面被雾化。之后，被一级低频雾化喷嘴1雾化的液滴在二级高频超声雾化阵列2的的前端雾化表面24上被进一步雾化成精细的液滴。
实施例2
在实施例1中，二级高频超声雾化喷嘴的前端雾化表面24与其第二前盖21的径向呈45°，并且二级高频超声雾化喷嘴的轴线与一级低频超声雾化喷嘴1的轴线呈90°，这样二级高频超声雾化喷嘴的前端雾化表面24与一级低频超声雾化喷嘴1的轴线呈45°，但是二级高频超声雾化喷嘴与一级低频超声雾化喷嘴1还可如图5构成，具体为，二级高频超声雾化喷嘴的变幅的前端雾化表面24与其第二前盖21的径向呈90°，并且，二级高频超声雾化喷嘴的轴线与一级低频超声雾化喷嘴1的轴线呈90°，这样同样能够使二级高频超声雾化喷嘴的的前端雾化表面24与一级低频超声雾化喷嘴1的轴线呈45°。
此时，二级高频超声雾化喷嘴的的前端表面24也可构成圆形或如图6、7所示的多边形。
以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到一些等同、替代或变型的方案，均应落入本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种组合超声雾化装置，其特征在于，该装置包括：一级低频超声雾化喷嘴、二级高频超声雾化喷嘴阵列、用于驱动该低频超声雾化喷嘴及二级超声波雾化喷嘴阵列的激励电源及向所述一级低频超声雾化喷嘴提供液体的液体供给系统，
所述一级低频超声雾化喷嘴的轴线和所述二级高频超声雾化喷嘴阵列的前端雾化表面呈一定角度配置。
2.如权利要求1所述的组合超声雾化装置，其特征在于，
所述一级低频超声雾化喷嘴包括：第一前盖、第一后盖和夹在所述第一前盖和第一后盖之间的夹心式第一换能器，所述第一换能器由一对环形压电片及一个环形电极片构成，环形电极片夹在一对环形压电片之间，构成夹心式。
3.如权利要求1所述的组合超声雾化装置，其特征在于，所述二级高频超声雾化喷嘴阵列由若干二级高频超声雾化喷嘴构成，每个二级高频超声雾化喷嘴包括：第二前盖、第二后盖和夹在所述第二前盖和第二后盖之间的夹心式第二换能器，
所述第二换能器由一对环形压电片及一个环形电极片构成，环形电极片夹在一对环形压电片之间，构成夹心式。
4.如权利要求3所述的组合超声雾化装置，其特征在于，
二级高频超声雾化喷嘴阵列的前端雾化表面为二级高频超声雾化喷嘴的前端雾化表面，
所述角度为45°。
5.如权利要求4所述的组合超声雾化装置，其特征在于，在所述二级高频超声雾化阵列中，所有二级高频超声雾化喷嘴的所述前端雾化表面在同一个平面上。
6.如权利要求5所述的组合超声雾化装置，其特征在于，所述前端雾化表面成圆形或多边形。
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