CN103861747B - 微量喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微量喷嘴，该微量喷嘴的结构中包含：液体传输管、液体传输管入口、壳体、进气管、集气腔、导向阻气管、导向阻气腔、束流腔。其工作原理如下：当一定流量的气体通过进气管进入集气腔后，由于气体进气管入口的截面积远远大于气体出口的截面积，气体将从束流腔与液体传输管之间的环形间隙中喷射出去。此时，若一定流量的液体在液体传输管管口形成微小液滴，传输管管口周围喷射的气流将裹挟着微小液滴，使液滴克服液体表面与传输管管口表面之间附着力的束缚，从而使液滴到达喷嘴以外的某一接受部位。本发明可广泛应用于化学、化工、医药、食品、农业，环境保护、微米／纳米材料和机械加工等需要喷射微量液体的领域。

Description

微量喷嘴

技术领域

本发明为一种微量喷嘴，特指一种采用一种流体(如空气)裹挟微小液滴到达接受部位的原理，喷射微量液体的微量喷嘴，可以广泛地在化学、化工、医药、食品、农业，环境保护、微米/纳米材料和机械加工等需要喷射微量液体的领域中加以应用。

背景技术

在某一研究或应用领域，我们需要控制微量液体的传输，使液体在传输过程中以一种微小液滴的形式到达所要求的接受部位，这就需要有一种可喷射微量液体的微量喷嘴。国内也有人在这一方面进行过各种尝试，但存在对微量喷嘴的结构和工作原理等方面的认识不足，所制造出来的喷嘴不能方便，可靠的使用。

本发明在发明内容中首先阐述了微量喷嘴结构中各组成部分的定义和作用，其次对微量喷嘴喷射微量液体时气体和液体之间的相互作用进行了明确的阐述，解决了液体在传输过程中形成微小液滴的问题，为喷嘴的设计提供了基本原理的支持。根据上述原理，推导了微量喷嘴各组成部分之间的尺寸的关系式，并采用科学实验方法选择出典型设计方案。按上述方案制造的微量喷嘴可以广泛地在化学、化工、医药、食品、农业，环境保护、微米/纳米材料和机械加工等其他需要喷射微量液体的领域中得以应用。

发明内容

当一定流量的微量液体在液体传输管管口形成微小液滴时，若有一定流量的气流包围在传输管管口的周围，则气流将裹挟着微小液滴，使得小液滴克服液体表面与液体传输管管口之间附着力的束缚，从而脱离液体传输管到达某一接受部位，这是一种可控条件下形成微小液滴的物理过程。液滴的大小取决于气体的流量、液体的流量和液体传输管的直径。

根据这一原理设计的微量喷嘴结构见附图1，其主要组成部分包括壳体、进气管、集气腔、导向阻气管和束流腔。若将该微量喷嘴用于喷射液体，将液体传输管插入导向阻气管，见附图2，此时液体传输管与导向阻气管之间有一定间隙，命名为导向阻气腔，其长度与导向阻气管一致。

微量喷嘴中导向阻气管与壳体紧密连接，并延伸到集气腔中，从而保证液体传输管与束流腔同心，同时具有阻止气体从液体传输管与导向阻气管之间间隙泄漏的作用，故命名为导向阻气管。束流腔位于微量喷嘴前端，是一个有一定长度和直径的圆孔，具有改变和约束气流流动方向的作用，因此命名为束流腔。

如附图3-1、图3-2和图3-3所示，若要获得最佳的喷射效果，需保证液体传输管、导向阻气管和束流腔三个部分的垂直投影为同心圆环。但由于导向阻气腔间隙的存在，使三者可能不完全同心，因而通过导向阻气管约束液体传输管在束流腔中的位置，使液体传输管不会触及束流腔内壁，从而保证喷射气流环绕着液体传输管，则导向阻气管的长度须符合式①，其计算示意图见附图3-1、图3-2和图3-3：

式中L为喷嘴总长，

S为束流腔长度，

N为束流腔直径，

M为导向阻气管内径，

Z为液体传输管外径，

D即为导向阻气管长度，

由于导向阻气腔的存在，进入集气腔的气体有少量可能会从传输管入口处泄露，不同长度的导向阻气管气体泄漏量也不相同。我们采用合适的方法测定了微量喷嘴总长度为50毫米、导向阻气管长度分别为30毫米和40毫米时，泄露的气体量与实际流量之间的关系，见附图4，结果显示导向阻气管越长阻止气体泄漏的效果越好。40毫米长度的导向阻气管，在进气流速为4升/分钟以下时，气体的泄漏量与流量之比小于百分之一，此时对微量液体的喷射影响不大。

由于束流腔是保证气流以直线喷出喷嘴的主要部位，见附图5-1和5-2，因此束流腔的长度也是微量喷嘴喷射效果的影响因素之一，其长度S需符合式②：

式中N为束流腔直径，

Z为液体传输管外径，

α为集气腔锥形面与液体传输管的夹角。

在以上理论基础的指导下，为改善性能，适应不同的使用目的，对附图1的微量喷嘴进行了改进。改进的微量喷嘴结构如下：

1)若需完全防止气体由导向阻气腔泄露，则可在导向阻气管上部加一弹性密封垫片，在密封垫片中心打一圆孔，允许液体传输管通过，该孔的大小可通过压片压力调节，调节的方式可采用固定螺丝(见附图6)，也可采用螺纹拧紧的方式(见附图7)；

2)为简化结构，可将导向阻气管与壳体合并，见附图8；

3)也可将液体传输管、导向阻气管与壳体融为一体，见附图9。

附图说明

附图1微量喷嘴的剖面示意图。

附图2液体传输管插入微量喷嘴导向阻气管的剖面示意图。

附图3-1微量喷嘴各部分尺寸示意图；

附图3-2液体传输管、导向阻气管和束流腔三个部分的投影为同心圆时的剖面图；

附图3-3液体传输管偏离圆心，刚好碰到束流腔壁时的剖面图。

附图4不同气体流量时采用不同长度的导向阻气管的阻气效果(x轴为不同流量的情况下，由导向阻气腔泄露30毫升气体时所需的时间)。

附图5-1为束流腔中气流的可能流向。

附图5-2为束流腔的束流作用示意图。

附图6使用固定螺丝调节弹性密封垫片压力的微量喷嘴的剖面示意图。图

附图7使用拧紧螺纹调节弹性密封垫片压力的微量喷嘴的剖面示意图。图中

附图8导向阻气管与壳体融为一体的剖面示意图。

附图9液体传输管、导向阻气管和壳体融为一体的剖面示意图。

附图中：1-液体传输管；2-壳体；3-进气管；4-集气腔；5-导向阻气管；6-束流腔；7-导向阻气腔；8-液体传输管入口；9-裹挟液滴的气流；10-固定螺纹；11-压片，12-固定螺丝，13-密封垫片。附图5-2中A中箭头表示气流方向。

具体实施方式

实施例1.用于平面色谱点样的微量喷嘴

本发明制造的微量喷嘴主要用于喷射微量液体至要求的接受部位。例如，该微量喷嘴可用于平面色谱分析的点样过程。平面色谱中样品溶液的点样量多在10微升以下，常用的点样方式为点状点样，然而研究表明同样量的样品溶液如果采用非接触条状点样，则可大大提高平面色谱的分离效率。在薄层色谱应用较多的对中药材的鉴别中，国家药典委员会出版的《中药材薄层色谱彩色图集》(2008)建议将样品点为条状。此时，可以采用机电一体化技术结合本发明的微量喷嘴实现条状点样。

以用于平面色谱点样的微量喷嘴为例，按附图1、图2制作，将液体传输管1改为微量点样针即可。选取的微量点样针针管长度为51mm，针管外径0.7mm，可采用的微量喷嘴制作方案如下：喷嘴长度为50mm，导向阻气管5长40mm，内径0.8mm，束流腔6直径1.0mm，束流腔6长度2.0～3.5mm。按上述方案制作的微量喷嘴，在空气流量为2～4L/min时，可用于平面色谱点样。

实施例2.有弹性密封垫片的微量喷嘴。

为了完全防止气体从导向阻气管5与液体传输管1(微量点样针针管)之间的间隙泄漏，在附图1的结构基础之上，增加了一片有弹性的密封垫片13，弹性密封垫片13中心有一个直径0.5～1.0mm的圆孔，弹性的密封垫片13厚度在1.0～10mm之内，用一个有圆孔的压片11压住弹性密封垫片，通过固定螺丝12与微量喷嘴壳体2连接，将液体传输管1(微量点样针针管)插入弹性密封垫片中心的圆孔内，调节螺丝松紧，压缩弹性密封垫片13的厚度，可以使得弹性的密封垫片13紧密包裹住液体传输管(微量点样针针管)外壁，即可完全防止喷嘴进口漏气的现象，结构图见附图6、图7。

实施例3.导向阻气管与壳体融为一体微量喷嘴

在具体实施例1的基本结构中，内径为0.5～1.0mm的导向阻气管5的外壁与壳体中心孔内径紧密结合。通过本发明的实验方法测试得到的结论表明，微量喷嘴总长为50mm时，只要将壳体中心孔制造成内径为0.5～1.0mm，长度大于25mm的圆柱型孔洞，其导向和阻气相关效果与有导向阻气管的微量喷嘴性能一致，改进图见附图8。

实施例4.液体传输管、导向阻气管和壳体融为一体的微量喷嘴

在某些情况下喷射微量液体时，如果不需要将液体传输管拔出喷嘴，可将液体传输管1、导向阻气管5与壳体2融为一体制造，此时喷嘴结构中没有导向阻气管5，但仍有束流腔6存在，其长度、直径需符合式②，才能达到喷射的效果，见附图9。

Claims (5)

1.一种微量喷嘴，其特征在于：该微量喷嘴的结构中包含：液体传输管(1)、液体传输管入口(8)、壳体(2)、进气管(3)、集气腔(4)、导向阻气管(5)、导向阻气腔(7)、束流腔(6)，液体传输管与导向阻气管之间留有间隙，该间隙为导向阻气腔；所述液体传输管、导向阻气管和束流腔三个部分的垂直投影为同心圆环；导向阻气管的长度D需满足式①：

式中L为微量喷嘴总长度，

S为束流腔长度，

N为束流腔直径，

M为导向阻气管内径，

Z为液体传输管外径，

导向阻气管长度满足①式时以保证气体在液体传输管与束流腔之间以闭

环形状流出。

2.如权利要求1所述微量喷嘴，其特征在于：束流腔长度S需满足式②：

式中S为束流腔长度，

N为束流腔直径，

Z为液体传输管外径，

α为集气腔锥形面与液体传输管的夹角，

长度满足②式的束流腔能保证气流以平行于液体传输管的方向流出。

3.如权利要求1或2所述的微量喷嘴，其特征在于：导向阻气管与壳体采用一体式结构。

4.如权利要求3所述的微量喷嘴，其特征在于：在液体传输管入口增加一个弹性密封垫片和压片，通过调节压片压力改变弹性密封垫片中心液体传输管孔的大小。

5.如权利要求1所述的微量喷嘴，其特征在于：液体传输管、导向阻气管和壳体采用一体式结构。