CN112974007B

CN112974007B - 一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置

Info

Publication number: CN112974007B
Application number: CN202110140473.1A
Authority: CN
Inventors: 王宏; 于涵; 朱恂; 陈蓉; 丁玉栋; 程旻; 吴君军; 廖强
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2022-11-25
Anticipated expiration: 2041-02-02
Also published as: CN112974007A

Abstract

本发明公开了一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置，包括从上往下顺序设置的储液箱、平板发射极和抽取电极；其特征在于：所述储液箱内设置有多孔介质材料和电喷雾所需工质；在储液箱的下端板的中心部位开设有出液孔，在平板发射极与出液孔相对应部位开设有若干发射孔，在抽取电极上开设有若干微孔，发射孔与微孔一一对应；在平板发射极的每个发射孔的外周均设置有圆环型槽道；该圆环型槽道位于平板发射极的下端面；在平板发射极和抽取电极之间设置有定位柱；平板发射极用于分配喷雾流量并控制电喷雾工质在发射孔附近形成的泰勒锥形态；抽取电极用于提高发射孔附近的电场强度，并控制微孔的喷雾羽流和沉积形态；可广泛应用在农业、卫生、质谱分析、空间推进等领域。

Description

一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置

技术领域

本发明涉及喷雾发射装置领域，具体涉及一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置。

背景技术

电喷雾技术在农药喷洒、环境消毒、质谱分析、空间推进等领域应用广泛。发射极是决定电喷雾性能的关键部件，其制作材料及集成工艺对电喷雾的稳定性和经济性具有重要影响。

目前，现有电喷雾发射极多采用毛细管的形式，该方法加工精度受限，不易大规模扩展，严重限制了该技术在芯片散热、微流控等领域的应用；采用深硅刻蚀等微加工技术制作电喷雾发射极扩展性好，但是经过刻蚀后的硅基材质极易损坏，使用寿命低下；采用平板微孔作为发射极可以避免上述问题，但在喷射表面张力较低的工质时，泰勒锥会发生不可避免的扩展和聚并，导致喷雾失效甚至表面击穿，造成安全问题；且上述发射器设计大都采用胶水键合，无法进行拆卸和维修。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置。

本发明的技术方案是：一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置，包括从上往下顺序设置的储液箱、平板发射极和抽取电极；其特征在于：所述储液箱内设置有多孔介质材料和电喷雾所需工质；在所述储液箱的下端板的中心部位开设有出液孔，在所述储液箱上设置有进口连接管，在平板发射极与出液孔相对应部位开设有若干发射孔，在抽取电极上开设有若干微孔，所述发射孔与微孔一一对应；在平板发射极的每个发射孔的外周均设置有圆环型槽道；所述圆环型槽道位于平板发射极的下端面；在所述平板发射极和抽取电极之间设置有定位柱，所述定位柱用于对平板发射极和抽取电极进行定位，并控制平板发射极与抽取电极之间的间距；所述平板发射极用于分配喷雾流量并控制电喷雾工质在发射孔附近形成的泰勒锥形态；所述抽取电极用于提高发射孔附近的电场强度，并控制微孔的喷雾羽流和沉积形态。

本发明以微孔作为基本的阵列单元，设置的圆环型槽道用于防止电喷雾工质在发射孔附近形成的泰勒锥底部扩展，提高喷雾稳定性。

根据本发明所述的一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置的优选方案，所述微孔和发射孔均匀排列，相邻发射孔的圆心距大于平板发射极与抽取电极之间的间距。

根据本发明所述的一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置的优选方案，所述储液箱的多孔介质材料的粒径大于平板发射极上的微孔的孔径。

根据本发明所述的一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置的优选方案，所述抽取电极由金属材料制成，所述平板发射极由绝缘材料制成。

1)本发明所述的一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置的有益效果是：本发明中提出的平板电喷雾发射装置，相比微针形式电喷雾发射装置，具有运行稳定、扩展性强、拆装方便、造价低廉，降低了电喷雾技术的使用门槛，使其大规模应用成为可能。

2)本发明平板发射极上采用小孔—微槽的发射口形式，不需要采用非润湿性表面，从源头上避免了泰勒锥的扩散和聚并问题，极大的提升了运行稳定性。

3)本发明中设计的储液箱可平衡各发射孔的流量，使阵列条件下不同喷雾羽流的一致性更强，大幅提升了装置的可扩展性。

4)本发明中设计的定位柱兼顾定位、绝缘、控制间距三种作用，提高了装置对不同工况的适应能力。

本发明可广泛应用在农业、卫生、质谱分析、空间推进等领域。

附图说明

图1是本发明所述的一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置的结构示意图。

图2是本发明所述的一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置的局部剖示图。

图3是本发明所述的一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本发明的技术方案进行进一步详细的说明。但应该指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。

参见图1至图3，一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置，包括从上往下顺序设置的储液箱1、平板发射极3和抽取电极5；所述储液箱1内设置有多孔介质材料11和电喷雾所需工质；在所述储液箱1的下端板的中心部位开设有出液孔12，在所述储液箱1上设置有进口连接管13，在平板发射极3与出液孔相对应部位开设有若干发射孔31，在抽取电极5上开设有若干微孔51，所述发射孔31与微孔51一一对应；在平板发射极3的每个发射孔的外周均设置有圆环型槽道32；所述圆环型槽道32位于平板发射极3的下端面；在所述平板发射极3和抽取电极5之间设置有定位柱4，定位柱材料为绝缘材料，例如PTFE、PEEK、PMMA等；定位柱4的截面形状包括但不限于圆形、三角形、梯形、正方形等。所述定位柱4嵌入平板发射极3和抽取电极5上设置的定位槽内。所述定位柱4用于对平板发射极3和抽取电极5进行定位，通过改变定位柱的高度和形状控制平板发射极3与抽取电极5之间的间距；所述平板发射极3用于分配喷雾流量并控制电喷雾工质在发射孔31附近形成的泰勒锥形态；所述抽取电极5用于提高发射孔31附近的电场强度，并控制微孔51的喷雾羽流和沉积形态。所述储液箱1和抽取电极5分别与高压直流电源V1、V2连接；高压直流电源V1、V2分别为电喷雾所需工质和抽取电极5提供直流高压。

在具体实施例中，储液箱1内添加的多孔介质颗粒采用例如泡沫金属、玻璃珠等，在以平衡工质压降，平衡分配到不同发射孔的工质流量大小；所述储液箱1的出液孔12的外周刻有密封槽，用于放置密封圈2；防止出现工质泄漏。

所述发射孔和微孔均匀排列，相邻发射孔的圆心距小于距离平板发射极3与抽取电极5之间的间距。以避免阵列条件下不同发射孔产生的泰勒锥互相影响。

所述储液箱1的多孔介质材料11的粒径大于平板发射极3上的微孔31的孔径。防止多孔介质材料11流出。

所述抽取电极5由金属材料制成，所述平板发射极3由绝缘材料制成。制作平板发射极3时，对绝缘材料进行定位后，使用钨钢合金钻头在对应部位上开微孔即发射孔，再使用进口高速钢机围绕微孔即发射孔加工圆环型槽道32，所有圆环型槽道32等宽、等深；优选地，绝缘材料采用有机玻璃。制作抽取电极5时，对金属材料进行裁剪、清洗、烘干；对处理后的板材均匀涂覆感光胶，在表面上进行丝网印刷，此举的目的是在板材上印刷出需要的微孔阵列，此步骤可重复两到三次；对涂有感光胶的板材进行紫外光照射，去除未被覆盖的感光胶，板材上显露出需要被刻蚀掉的金属部分；将金属板材放入特定酸溶液中进行刻蚀，得到微孔；对板材进行烘干后去除感光胶，再次清洗后得到抽取电极。

所述电喷雾发射装置由固定螺栓6固定，而非胶水键合，方便拆装，清洗，提高了电喷雾装置的灵活性。

使用时，电喷雾发射装置填充喷雾工质后，放置在超声波清洗机中震荡30分钟，以去除储液箱内气泡。

本发明的工作原理为：工质在注射泵或重力的作用下进入储液箱，流经多孔介质材料后，均匀分配到每个平板发射极上的发射孔中，并在表面张力的作用下以球形液滴的形式保持在发射孔附近。当工质的表面张力较低时，工质液滴可能会沿发射孔向四周扩散，而圆环型槽道可以限制液滴的扩展，保证了电喷雾发射装置的运行稳定。通过高压电源给工质施加较高电势V1，抽取电极施加电势V2，其中V2<V1，工质液滴与抽取电极之间会形成电场，且工质液滴表面电荷会受到与表面张力方向相反的电场力。当电场强度增加到某一临界值，电场力克服表面张力，工质液滴被拉长为锥形，并从尖端喷射出一条液丝。液丝穿过抽取电极的微孔，并在下方发生破碎并产生电喷雾液滴。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置，包括从上往下顺序设置的储液箱（1）、平板发射极（3）和抽取电极（5）；其特征在于：所述储液箱（1）内设置有多孔介质材料（11）和电喷雾所需工质；所述多孔介质材料（11）用以平衡工质压降，平衡分配到不同发射孔的工质流量大小；在所述储液箱（1）的下端板的中心部位开设有出液孔（12），在所述储液箱（1）上设置有进口连接管（13），在平板发射极（3）与出液孔相对应部位开设有若干发射孔（31），在抽取电极（5）上开设有若干微孔（51），所述发射孔（31）与微孔（51）一一对应；在平板发射极（3）的每个发射孔的外周均设置有圆环型槽道（32）；所述圆环型槽道（32）位于平板发射极（3）的下端面，以限制液滴的扩展；在所述平板发射极（3）和抽取电极（5）之间设置有定位柱（4），所述定位柱（4）用于对平板发射极（3）和抽取电极（5）进行定位，并控制平板发射极（3）与抽取电极（5）之间的间距；所述平板发射极（3）用于分配喷雾流量并控制电喷雾工质在发射孔（31）附近形成的泰勒锥形态；所述抽取电极（5）用于提高发射孔（31）附近的电场强度，并控制微孔（51）的喷雾羽流和沉积形态。

2.根据权利要求1所述的一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置，其特征在于：所述微孔和发射孔均匀排列，相邻微孔的圆心距小于距离平板发射极（3）与抽取电极（5）之间的间距。

3.根据权利要求1所述的一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置，其特征在于：所述储液箱（1）的多孔介质材料（11）的粒径大于平板发射极（3）上的发射孔（31）的孔径。

4.根据权利要求1所述的一种带有微槽道的平板电喷雾发射装置，其特征在于：所述抽取电极（5）由金属材料制成，所述平板发射极（3）由绝缘材料制成。