CN108284007A - 气力式雾化喷头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雾化喷头，尤其涉及气力式雾化喷头；包括喷头主体、以及气刀单元，喷头主体上设置有用于喷出液滴的出液管路，气刀单元包括安装在喷头主体上并与喷头主体之间形成气室的端盖、以及用于将气体喷射向出液管路端部以切割其喷出液滴的气刀组件，端盖上与出液管路相对应的位置设置有用于导向液滴和气体喷出的喷嘴。本发明的气力式雾化喷头，工作压力无需很高、可提供稳定粒径雾滴、系统成本较小。

Description

气力式雾化喷头

技术领域

本发明涉及雾化喷头，尤其涉及气力式雾化喷头。

背景技术

雾化喷头通常包括单流体雾化喷头和双流体雾化喷头两种。以单流体雾化喷头为例，其广泛应用于医药工业、农业、环境保护行业中，其工作原理通常为：液体由泵加压送入喷头，然后从喷头的小孔喷出，使液体雾化成细小的液滴。其雾化特性取决于操作压力和喷头的孔径，一般来说细孔内外的压力差越高喷孔越小，雾化的液滴越细，颗粒的分布越均匀；反之压力差越低喷孔越大，雾化的液滴越大，颗粒的分布越不均匀。因此，为了产生小粒径的雾滴(如第1级细水雾)需要很高的工作压力，一般要大于10MPa，大大增加了系统的成本，而且当出现压力不稳定的情况时，雾滴的粒径也会很容易受到较大的影响，粒径波动范围大，进而浪费喷洒液体，另外，由于喷头孔径需足够小，一般小于1毫米，液体不纯净时也容易发生堵塞。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种工作压力无需很高、可提供稳定粒径雾滴、系统成本较小的气力式雾化喷头。

本发明的气力式雾化喷头，包括喷头主体、以及气刀单元，所述喷头主体上设置有用于喷出液滴的出液管路，所述气刀单元包括安装在喷头主体上并与喷头主体之间形成气室的端盖、以及用于将气体喷射向出液管路端部以切割其喷出液滴的气刀组件，所述端盖上与出液管路相对应的位置设置有用于导向液滴和气体喷出的喷嘴。

应当说明的是，气刀组件的目的在于在气室内产生高压气流并切割出液管路端部喷出的液滴，其实现方式多样，并不局限于在喷头主体上设置导向气流喷出的气体槽，还可包括设置于喷头主体侧面的空气喷嘴，凡是能够实现前述目的的，都应落入本发明的保护范围。

应当说明的是，所述出液管路不限于单流体出液管路或多流体出液管路，其并非本发明的设计要点，且试验证明，不论单流体出液管路或多流体出液管路，采用相同结构的气力式雾化喷头，均能实现相同的技术效果。因而，凡是出液管路能够实现其端部喷出的液滴被气刀组件产生的气流切割的气力式雾化喷头，均应落入本发明的保护范围。为了方便后续说明，本发明以单流体出液管路的气力式雾化喷头为例进一步说明，对于多流体出液管路的气力式雾化喷头，本发明不再赘述。

为了实现简单化设计气刀组件，进一步的，所述气刀组件包括设置于喷头主体上并用于向气室内输入气体的气体槽、用于引导气体流向的气道以及设置于端盖内侧并用于将来自气体槽的气体折射向出液管路端部的斜面。

应当说明的是，本发明的气力式雾化喷头，在使用时，需将气体槽与可提供高压气体的设备相连，例如空气压缩机；将出液管路与待喷洒液体的输出系统相连，例如液箱和水泵。喷出液滴的粒径与以下因素有关：1)出液管路端部出液孔的孔径；2)出液管路内外的压力差，即与水泵的输出压力有关；3)气体对液滴的切割效果，而切割效果受到气压大小、以及气体对液滴的切割角度的影响，即与空气压缩机的输出压力以及气室内部起到气体导向的结构有关。在喷嘴结构固定的情况下，使用时，可通过调节水泵和空气压缩机的输出压力，从而获得不同粒径的雾化液滴。

为了减少高压气流对出液管路的冲击，同时为了提高气体对液滴的切割效果，进一步的，所述气道引导气流的方向与出液管路一致，所述斜面的角度为25-70度。最优的，所述斜面的角度为40-60度。

应当说明的是，气室前端即端盖内侧的斜面，需设置在可将来自气体槽的气体折射向出液管路端部的位置，这样，高压气体喷射后折射形成风刀，在出液管路的端部对雾滴进行切割雾化。试验证明，当斜面角度为25-70°时，本发明的单流体雾化喷头，其雾化液滴的效果已基本超过当前市面上现有的雾化喷头，当斜面角度为40-60度时效果最佳，能够将大部分气流折射至出液管路端部处进行雾化。若斜面角度过大，即气流趋于与液滴喷洒方向平行时，气刀无法对液滴切割雾化，若斜面角度过小，即气流趋于与液滴喷洒方向垂直甚至逆向，导致无法对液滴切割雾化。与此同时，在斜面的作用下，一部分气流延斜面壁形成旋流，至喷嘴出口部分对雾化后的雾滴形成包裹，汇同切割气流向前推送，形成风送效果，使喷雾距离增大。

另外，出液管路的位置应根据斜面角度而定，若斜面角度变小，则出液管路位置后移，从而保证折射气流在出液管路顶端位置进行雾化切割，反之则前移，但以让出液管路尽可能靠近喷嘴为佳，以避免雾化液滴流入气室造成积液干扰气流。

进一步的，所述端盖内侧位于斜面与喷嘴之间还设置有弧面。

应当说明的是，弧面可让旋转气流平滑延内壁滑行形成气体包裹层，保护雾化液体向喷嘴方向推送，并使内腔干燥，避免积液干扰气流或造成电极短路。如无弧面，气体将在气室内形成多层对流，导致液体部分沉积气室内壁，使雾化液滴喷射距离变短。

由于弧面的弧度将影响延内壁气流的流向，当弧度较大时，气流将逆向与喷射的液滴相切割，难以形成气体包裹层，当弧度较小时，气流并不能很好的延内壁运动，而是折射向液体管路端部，进而形成多层对流；因此，具体的，所述弧面的弧度范围为1.047-2.093rad。

应当说明的是，由于出液管路不可避免的在气室内设置为突出结构，部分气体在斜面折射后将射向出液管路的外壁，为了避免气流在斜面和出液管外壁之间来回反弹形成多层对流，进一步的，所述出液管路的端部设置为圆台状。这样，可以使部分反射到出液管路端部外壁的气流减少直接反射回斜面，并引导形成向喷嘴方向的气流，更好的向外推送雾滴，另外也尽可能的减少表面积和体积，增加气室容积，以使更多高压气体参与雾化。为了提高前述效果，具体的，所述出液管路的端部的锥度为1：30—1：4。

为了使喷洒出的液滴具有较好的沉积效果，进一步的，所述喷头主体上还设置有电极，雾化液体通过感应充电的方式带上电荷，喷洒出的液滴在静电场力和高速气流的作用下，定向运动吸附在靶标上。由于该感应带电过程中电极的电压较高，所述端盖和喷头主体为耐高压绝缘工程材料端盖和喷头主体。

为了防止喷洒出的雾化液滴在喷嘴处汇聚成较大粒径的液滴、甚至汇聚成流，进一步的，所述喷嘴的内径由内至外逐渐增大。较为简单的，所述喷嘴的纵截面为扇形。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：现有技术中的雾化喷嘴，难以将液滴雾化至100μm以下，即使可以实现这一标准，其液滴粒径的离散程度也较大，同时还需要大功率的液体加压设备，使用成本较高；本发明的气力式雾化喷头，在气体气流的辅助下，可以有效将液滴切割为更细小的粒径，粒径的离散程度较小，还可有效降低液体加压设备的使用成本，同时，通过调节液体加压设备和气体加压设备的输出压力，可以方便调节喷洒液滴的粒径。另外，气流还具有风送效果，使喷雾距离增大。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的剖视图；

图2是本发明的立体图；

图3是本发明中喷头主体的立体图；

图4是图1中A部的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一

如图1至图4所示，本发明一较佳实施例提供一种气力式雾化喷头，包括喷头主体2、以及气刀单元，喷头主体2上设置有用于喷出液滴的出液管路4，气刀单元包括安装在喷头主体2上并与喷头主体2之间形成气室3的端盖1、以及用于将气体喷射向出液管路4端部以切割其喷出液滴的气刀组件，端盖1上与出液管路4相对应的位置设置有用于导向液滴和气体喷出的喷嘴11；气刀组件包括设置于喷头主体2上并用于向气室内输入气体的气体槽21、用于引导气体流向的气道13以及设置于端盖内侧并用于将来自气体槽的气体折射向出液管路端部的斜面12。

喷头主体上设置有与气体槽相连的气体管路连接头、与出液管路相连的液体管路连接头，为了防止气体或液体中的杂质堵塞出液管路，还可在气体管路连接头、液体管路连接头端部设置过滤装置。

本发明的气力式雾化喷头的安装方式，需将可提供高压气体的设备如空气压缩机连接在气体管路连接头上，将待喷洒液体的输出系统如水泵连接在液体管路连接头上，水泵连接在待喷洒液体箱上。

应当说明的是，喷头的使用场景并不局限，例如，可应用于农业中的农药喷洒，应用于药品生产加工中的药液雾化、或是环境消毒中消毒液喷洒、或是消防设备中的灭火剂喷洒等等。本实施例中，仅以农业中农药的喷洒做进一步说明，其它应用场景不再赘述。

具体而言，可将本发明的气力式雾化喷头，安装在农用机械设备如作业车辆的机械臂上，通过软管将雾化喷头的气体管路连接头与空气压缩机相连，将液体管路连接头通过水泵与药箱相连。在喷嘴结构固定的情况下，可通过调节水泵和空气压缩机的输出压力，从而获得不同粒径的雾化液滴、以及不同的喷洒距离，实现农药的喷洒作业。

气室前端即端盖内侧的斜面12，需设置在可将来自气体槽的气体折射向出液管路端部的位置，这样，高压气体喷射后折射形成风刀，在出液管路的端部对雾滴进行切割雾化。当斜面角度过小时，气体裹挟液滴而出，并不能起到切割液滴的作用，当斜面角度过大时，气体自斜面折射，不仅向空气压缩机反馈较大的阻力，同时最终也将呈裹挟液滴的方式从喷嘴喷洒而出。

对此，本发明提供一种检测雾化喷嘴喷出液滴的粒径分布状况的试验方法。试验采用Winner318B激光粒度分析仪对雾化液滴在横向和纵向粒径进行测量，为保证系统测量精度，将激光粒度分析仪固定在确定位置，喷头固定在支架上，支架可以横向精确移动，以调整喷头相对于激光粒度分析仪测量线的位置，喷头的起始位置位于激光粒度分析仪发射与接收端中间位置的正上方400mm处，以喷头起始位置为坐标原点，建立X-Y平面直角坐标系。由于雾化区域以Y轴对称，研究雾化液滴横向分布只需选择Y轴左侧雾化区域测量即可，在X轴正方向每隔100mm选择4各坐标点为喷头移动点，即可获得雾化区域左侧4各横向测量点。为研究纵向雾化液滴粒径分布，在Y轴上每隔100mm从下至上选择4各坐标点为喷头移动点，即可获得4各纵向测量点。

为了检测不同斜面角度下，气流对喷出液滴的切割效果，本实施例提供一种气力式雾化喷头，其主要参数为：出液管路端部出口的内径为1mm，喷嘴内侧的内径为2mm，出液管路端部与喷嘴的距离d为1mm，出液管路的输出压力为1.2Mpa，高压空气输出压力2.5Mpa。

采用前述试验方法，调整不同斜面角度α，结果如表1所示，若斜面角度α过大，即气流趋于与液滴喷洒方向平行时，气刀无法对液滴切割雾化，若斜面角度过小，即气流趋于与液滴喷洒方向垂直甚至逆向，导致无法对液滴切割雾化。与此同时，在斜面的作用下，一部分气流延斜面壁形成旋流，至喷嘴出口部分对雾化后的雾滴形成包裹，汇同切割气流向前推送，形成风送效果，使喷雾距离增大。

具体而言，当斜面角度为25-70°时，本发明的单流体雾化喷头，其雾化液滴的效果已基本超过当前市面上现有的雾化喷头，当斜面角度为40-60°时效果较佳，能够将大部分气流折射至出液管路端部处进行雾化，当斜面角度为50°时，可以在雾化液滴平均粒径和雾化液滴比例件取得较好的平衡，效果最佳。另外，应当指出的是，以斜面角度为40°为例，即使有32％的液滴未完全雾化，但是经测量发现，其平均粒径仍然小于120μm，这一数据远优于现有的雾化喷头。

表1不同斜面角度对液滴的切割效果

斜面角度α

20°

25°

40°

50°

60°

70°

75°

雾化液滴平均粒径

130μm

95μm

65μm

70μm

72μm

110μm

154μm

未雾化液滴比例

81％

68％

32％

15％

12％

46％

73％

实施例二

为了检测不同出液管路端部与喷嘴的距离d，气流对喷出液滴的切割效果，本实施例提供一种气力式雾化喷头，其主要参数为：出液管路端部出口的内径为1mm，喷嘴内侧的内径为2mm，出液管路的输出压力为1.2Mpa，高压空气输出压力2.5Mpa，斜面角度α为50°。

调整出液管路端部与喷嘴的距离d，结果如表2所示，可见当出液管路端部与喷嘴的距离d变小时，由于气刀与喷出液滴接触不充分，虽然可以增加切割强度使部分液滴粒径变小，但是未雾化液滴的比例也会相应增加。考虑到实际应用场景下，雾化液滴粒径太小时(低于30μm)，液滴喷出后与空气摩擦发生蒸发作用，喷洒效果大幅降低；雾化液滴太大时(高于90μm)，并不能实现节省药液，以提高液滴喷洒的效果，同时，液滴若太大，若使液滴通过感应带电，以提高吸附效果，其实现过程也比较困难，设备要求较高。因而，最优的出液管路端部与喷嘴的距离d为0.75-1.25mm。

表2不同出液管路端部与喷嘴的距离下液滴雾化效果对比

d(mm)

0.25

0.5

0.75

1

1.25

1.5

1.75

雾化液滴平均粒径

18μm

30μm

45μm

70μm

90μm

150μm

220μm

未雾化液滴比例

72％

46％

22％

15％

10％

8％

3％

实施例三

本实施例提供一种与实施例二中相比进一步提高喷洒效果的气力式雾化喷头，端盖1内侧位于斜面12与喷嘴11之间还设置有弧面14。弧面14可让旋转气流平滑延内壁滑行形成气体包裹层，保护雾化液体向喷嘴方向推送，并使内腔干燥，避免积液干扰气流或造成电极短路。如无弧面，气体将在气室内形成多层对流，导致液体部分沉积气室内壁，使雾化液滴喷射距离变短。

为了检测不同弧面对喷出液滴的切割效果以及喷洒的效果，本实施例提供一种气力式雾化喷头，其主要参数为：出液管路端部出口的内径为1mm，喷嘴内侧的内径为2mm，出液管路的输出压力为1.2Mpa，高压空气输出压力2.5Mpa，斜面角度α为50°，出液管路端部与喷嘴的距离d为1mm。

由于弧面的弧度将影响延内壁气流的流向，当弧度较大时，气流将逆向与喷射的液滴相切割，难以形成气体包裹层，当弧度较小时，气流并不能很好的延内壁运动，而是折射向液体管路端部，进而形成多层对流；

具体结果如表3所示，表中弧度为0的为对照组，即实施例二中不设置弧面的雾化喷头；当在斜面与喷嘴之间设置弧面时，随着弧面的增大，雾化液滴的平均粒径以及未雾化液滴比例，并没有受到较为显著的影响，仅当弧度高于2.1后，由于气流逆向与液滴相切割，存在较为显著的差异。

表3弧面不同弧度下液滴雾化效果对比

弧度

0

0.4

0.8

1.047

1.5

2.093

2.2

雾化液滴平均粒径

70μm

68μm

66μm

65μm

61μm

72μm

80μm

未雾化液滴比例

15％

14％

13％

11％

9％

13％

17％

喷射距离增加百分比

-

2％

5％

14％

23％

11％

-3％

实施例四

由于出液管路不可避免的在气室内设置为突出结构，部分气体在斜面折射后将射向出液管路的外壁，为了避免气流在斜面和出液管外壁之间来回反弹形成多层对流，出液管路4的端部41设置为圆台状，最优的，设置为多级圆台状，这样，可以使部分反射到出液管路端部外壁的气流减少直接反射回斜面，并引导形成向喷嘴方向的气流，更好的向外推送雾滴，另外也尽可能的减少表面积和体积，增加气室容积，以使更多高压气体参与雾化。

为了检测出液管路圆台状部分的不同锥度，对喷出液滴的切割效果，本实施例提供一种气力式雾化喷头，其主要参数为：出液管路端部出口的内径为1mm，喷嘴内侧的内径为2mm，出液管路的输出压力为1.2Mpa，高压空气输出压力2.5Mpa，斜面角度α为50°，出液管路端部与喷嘴的距离d为1mm，斜面与喷嘴之间设置有弧度为1.5的弧面。为了检测方便，多级圆台的锥度一致。

结果如表4所示，表中锥度为0的为对照组，即实施例三中出液管路端部不设置圆台的雾化喷头。当在出液管路端部设置圆台时，随着圆台锥度的逐渐增大，雾化液滴的平均粒径逐渐变小，未雾化液滴比例变少，但是当锥度增加到一定数值后，由于出液管路端部外壁将气流反弹趋于与喷出液滴平行，影响气刀对液滴的切割效果，因而导致雾化液滴平均粒径增大，未雾化液滴比例增加。

表4出液管路不同锥度下液滴雾化效果对比

实施例五

为了使喷洒出的农药液滴具有较好的沉积效果，喷头主体上还设置有电极5，雾化的农药液体通过感应充电的方式带上电荷，由于植株本身带有电荷，荷电后的雾化液滴，在静电场力和高速气流的作用下，定向运动吸附在植物叶片的正反面，可以有效降低农药的使用量。电极5可采用环形的电极，并通过连接线51接入高压电路，高压电路的另一端接地，由于该感应带电过程中电极的电压较高，端盖和喷头主体采用耐高压绝缘工程材料，如四氟乙烯、尼龙等，以确保感应充电效果和雾化喷头的安全性。

为了防止喷洒出的雾化液滴在喷嘴11处汇聚成较大粒径的液滴、甚至汇聚成流，喷嘴的内径由内至外逐渐增大。较为简单的，喷嘴11的纵截面为扇形。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种气力式雾化喷头，其特征在于：包括喷头主体、以及气刀单元，所述喷头主体上设置有用于喷出液滴的出液管路，所述气刀单元包括安装在喷头主体上并与喷头主体之间形成气室的端盖、以及用于将气体喷射向出液管路端部以切割其喷出液滴的气刀组件，所述端盖上与出液管路相对应的位置设置有用于导向液滴和气体喷出的喷嘴。

2.根据权利要求1所述的气力式雾化喷头，其特征在于：所述气刀组件包括设置于喷头主体上并用于向气室内输入气体的气体槽、用于引导气体流向的气道以及设置于端盖内侧并用于将来自气体槽的气体折射向出液管路端部的斜面。

3.根据权利要求2所述的气力式雾化喷头，其特征在于：所述气道引导气流的方向与出液管路一致，所述斜面的角度为25-70度。

4.根据权利要求3所述的气力式雾化喷头，其特征在于：所述斜面的角度为40-60度。

5.根据权利要求2所述的气力式雾化喷头，其特征在于：所述端盖内侧位于斜面与喷嘴之间还设置有弧面。

6.根据权利要求5所述的气力式雾化喷头，其特征在于：所述弧面的弧度范围为1.047-2.093rad。

7.根据权利要求2所述的气力式雾化喷头，其特征在于：所述出液管路的端部设置为圆台状。

8.根据权利要求7所述的气力式雾化喷头，其特征在于：所述出液管路的端部的锥度为1：30—1：4。

9.根据权利要求2所述的气力式雾化喷头，其特征在于：所述喷头主体上还设置有电极。

10.根据权利要求1所述的气力式雾化喷头，其特征在于：所述喷嘴的内径由内至外逐渐增大。