CN101791602A

CN101791602A - 即热超声微喷装置

Info

Publication number: CN101791602A
Application number: CN 201010122828
Authority: CN
Inventors: 牟鹏; 向东; 何磊明; 段广洪; 瞿德刚
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2010-08-04

Abstract

本发明涉及一种即热超声微喷装置，该装置包括：超声微喷嘴、超声激励电源及用于向所述超声微喷嘴提供待雾化液体的进液管，其特征在于，还包括：加热器，设在所述进液管上，用于加热所述待雾化的液体。本发明由于采用了即热加热保温装置，可以减小大粘度液体的粘度，使之满足液体雾化的需求，同时由于高密度喷孔阵列的设计，可得到直径均匀的液滴，增加了液体雾化的适应范围。

Description

即热超声微喷装置

技术领域

本发明涉及一种液体介质的雾化装置，特别是涉及一种将大粘度液体即热加温与超声雾化的装置，属于液体雾化领域。

背景技术

液体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，相比较其它雾化方法，超声雾化的颗粒尺寸较小，均匀性好，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，尤其适合薄膜的制备。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％。

中国专利CN1359733A所示专利给出了一种雾化给药用的压电驱动装置，包括一个一面带微喷孔的弹性腔膜、安装在弹性腔膜的另一面的压电陶瓷片、与弹性腔膜相连并为弹性腔膜提供液体的供液管，由电激励信号驱动弹性腔膜振动，形成压力波将液体从微喷孔处挤出形成雾化液滴给药。该专利雾化颗粒的大小决定于微喷孔直径的大小，要得到粒径微小的雾化液滴，微喷孔直径尺寸也很小，一般在20微米以下，用于粘度较大的液体时由于其粘性阻力与表面张力较大，易造成堵塞，因而难以达到良好的雾化效果，因此该型微喷装置对于可雾化的液体粘度同样有严格的限制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的缺陷，利用大多数液体粘度随温度升高而下降(如纯甘油的粘度在10℃时3900厘泊，50℃时为142厘泊，90℃时为21.3厘泊)，同时表面张力也会变小的原理，本发明基于上述原理即时加热液体降低其粘度与表面张力，从而提供一种能够对大粘度液体进行雾化的即热超声雾化装置。

(技术方案)

为解决上述问题，本发明提供一种即热超声微喷装置，该装置包括：超声微喷嘴、超声激励电源及用于向所述超声微喷嘴提供待雾化液体的进液管，还包括：微波加热器，设在所述进液管上，用于加热所述待雾化的液体。

优选地，所述超声微喷嘴包括：超声变幅杆；超声换能器，设在所述超声变幅杆上，与所述超声激励电源相连；弹性腔膜、阵列喷孔膜，所述弹性腔膜的一侧与所述超声变幅杆的前端相连，另一侧与所述阵列喷孔膜连接而在其内部构成一腔室，所述进液管与该腔室相连。

优选地，所述加热器为微波加热器，该微波加热器与微波源连接。

优选地，在所述进液管上还设有温控系统，用于控制加热器的温度。

(三)有益效果

与现有技术中的超声雾化装置相比，本发明由于采用了即热加热保温装置，可以减小大粘度液体的粘度，使之满足液体雾化的需求，同时由于高密度喷孔阵列的设计，可得到直径均匀的液滴，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即热超声微喷装置的构成示意图；

图2为本发明的实施例的超声微喷嘴的结构示意图；

图3为本发明的阵列喷孔膜的结构示意图。

图中：1、超声微喷嘴；1a、超声变幅杆；1b、超声换能器；1c、结合端；1d、弹性腔膜；1e、阵列喷孔膜；1f、进液口；2、超声激励电源；3、微波加热器；4、微波源；5、电源；6、进液管；7、温控系统。

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。

如图1、2所示，本实施例的即热超声微喷装置包括：该装置包括：超声微喷嘴1、超声激励电源2及用于向所述超声微喷嘴1提供待雾化液体的进液管6。还包括：微波加热器3，设在所述进液管1上，用于加热所述待雾化的液体。

其中，超声微喷嘴1包括：超声变幅杆1a，起振幅放大作用；超声换能器1b，设在所述超声变幅杆1a上，与超声激励电源2相连；弹性腔膜1d及阵列喷孔膜1e，弹性腔膜1d的一侧通过结合端1c与超声变幅杆1a的前端相连，另一侧与阵列喷孔膜1e连接而在其内部构成一腔室，所述进液管6与该腔室相连。

其中，微波加热器3与微波源4及电源5连接。进液管6上还设有温控系统7，用于控制加热器6的温度。

本发明基于液体粘度随着温度上升而减小的机制，首先将待雾化的液体通过微波加热器3加热到预定温度，之后将加热的液体引入到由弹性腔膜1d和阵列喷孔膜1e构成的腔室内，在超声换能器1b的驱动下，超声变幅杆1a与弹性腔膜1d一起作高频振动，从而使液体从阵列喷孔膜1e喷出，形成精细的液滴。

本发明的即热加温装置可选用节能高效、加热均匀快速、工艺先进、易控制的微波加热方式，但对于本发明中的待雾化的大粘度液体而言，其加热方式不限于实施例中的微波加热方式。

本发明的即热超声微喷装置不仅满足现有低粘度液体的均匀雾化要求，同时能够满足较大粘度的液体在较高频率超声的雾化要求，形成精细均匀雾化液滴，增加了液体雾化的适应范围。

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

1.一种即热超声微喷装置，该装置包括：超声微喷嘴、超声激励电源及用于向所述超声微喷嘴提供待雾化液体的进液管，其特征在于，还包括：

加热器，设在所述进液管上，用于加热所述待雾化的液体。

2.如权利要求1所述的即热超声微喷装置，其特征在于，所述超声微喷嘴包括：

超声变幅杆；

超声换能器，设在所述超声变幅杆上，与所述超声激励电源相连；

弹性腔膜、阵列喷孔膜，所述弹性腔膜的一侧与所述超声变幅杆的前端相连，另一侧与所述阵列喷孔膜连接而在其内部构成一腔室，所述进液管与该腔室相连。

3.如权利要求1所述的即热超声微喷装置，其特征在于，所述加热器为微波加热器，该微波加热器与微波源连接。

4.如权利要求1所述的即热超声微喷装置，其特征在于，在所述进液管上还设有温控系统，用于控制加热器的温度。