CN113510015A - 一种新型微纳喷头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及静电喷雾的技术领域，公开了一种新型微纳喷头，包括壳体、喷头组件和驱动装置，壳体内设有安装腔，喷头组件包括进液管、旋转筒和喷针，旋转筒固定在安装腔内，进液管与旋转筒的顶端连通，安装腔的底面设有支撑座，旋转筒转动安装在支撑座上，喷针位于壳体的下方，喷针的顶部与旋转筒的底面相连接，驱动装置固定在安装腔内，驱动装置与旋转筒的外侧壁驱动连接，旋转筒可旋转设置，能够有效的防止溶液在喷头中出现沉积，保证溶液的均质。

Description

一种新型微纳喷头

技术领域

本发明涉及静电喷雾的技术领域，特别是一种新型微纳喷头。

背景技术

静电喷雾技术是一种利用高压静电发生装置给喷头充电，使喷雾装置喷出的雾滴具有大量静电荷。在电场力的作用下这种带有电荷的雾滴具有良好的静电性能，并可随着电场的改变形成不同的喷雾形貌。同时静电喷雾产生的雾滴分布均匀而且尺寸微小，具有穿透性好，沉积特性好和覆盖性好等特性。广泛应用于工业，农业，制造业，生物，化学，食品和制药等。同时静电喷雾技术随着微纳米技术的发展，也被应用于微纳米薄膜制备等微纳米材料的制备。是一种已经被成熟应用并有广阔前景的技术。

但在微纳米材料制备方面，传统的静电喷雾装置即只有施加高压电的喷头和接收平台的简单装置已经很难达到要求，在微纳米材料制备中产生一些问题。当静电喷雾中所用的溶液为固液混合态，如玻璃浆料溶液，由于静电喷雾过程耗时较长，溶液流量小，所以在长时间的静电喷雾工作过程中，固液混合态的溶液会在传统的喷头内产生沉积现象，严重会影响材料成型质量及堵塞喷头。

发明内容

为此，需要提供一种新型微纳喷头，解决现有喷头中，溶液容易发生沉积，影响静电喷雾效果的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种新型微纳喷头，包括壳体、喷头组件和驱动装置，所述壳体内设有安装腔，所述喷头组件包括进液管、旋转筒和喷针，所述旋转筒固定在安装腔内，所述进液管与旋转筒的顶端连通，所述安装腔的底面设有支撑座，所述旋转筒转动安装在支撑座上，所述喷针位于壳体的下方，所述喷针的顶部与旋转筒的底面相连接，所述驱动装置固定在安装腔内，所述驱动装置与旋转筒的外侧壁驱动连接。

进一步，所述支撑座上设有第一平面轴承和第一深沟球轴承，所述旋转筒的底面设有下连接管，所述下连接管与喷针相连接，所述第一平面轴承与旋转筒的底面相抵接，所述第一深沟球轴承与下连接管外侧面相抵接。旋转筒通过平面轴承及深沟球轴承固定，限制所述旋转筒的位置。

进一步，所述旋转筒的顶部盖设有上盖板，所述上盖板与旋转筒能够相对转动，所述进液管与上盖板可拆卸连接。方便进液管的清洗和更换。

进一步，所述上盖板的下表面设有第二平面轴承和第二深沟球轴承，所述转搅拌筒的顶端固定有上连接管，所述第二深沟球轴承与上连接管的侧面相抵接，所述第二平面轴承的转搅拌筒的顶面相抵接。限制旋转筒的位置。

进一步，所述旋转筒的侧壁上具有一个中空夹层，所述中空夹层内固定有加热片。加热片能够对旋转筒内的溶液起到加热作用。

进一步，所述驱动装置包括电机座、旋转电机、主动齿轮和从动齿轮，所述电机座固定在安装腔的底面上，所述旋转电机固定在电机座上，所述主动齿轮固定在旋转电机的输出轴上，所述从动齿轮套设在旋转筒的外侧面上，所述主动齿轮和从动齿轮相啮合。驱动旋转筒运动的传动方式为两齿轮啮合，结构简单稳定，有助于喷头的长期稳定运行。

进一步，所述进液管为倒U型软管。方便溶液的运输。

进一步，所述喷针内部为中空锥形通道，喷针的底部设有毛细喷孔。喷针上施加高压电。溶液由外部供液系统泵入进液管，流经旋转筒、喷针。并在旋转筒内被加热片，在喷针内通过电场力拉伸喷射。

进一步，所述旋转筒的内部直径的范围为28mm-60mm，所述驱动装置驱动旋转筒转动的速度为20-40rad/s。

进一步，所述旋转筒的内部直径的范围为36mm，所述驱动装置驱动旋转筒转动的速度为24rad/s。

上述技术方案具有以下有益效果：

本发明中，在溶液正常流通的基础上，设置了旋转筒，旋转筒通过驱动装置的驱动，能够进行旋转，对内部的溶液产生搅拌作用，保证溶液的均质性，解决传统喷头容易沉积堵塞的问题。

附图说明

图1为具体实施方式所述新型微纳喷头整体结构示意图。

图2为具体实施方式所述壳体内部的结构图。

图3为具体实施方式所述喷头组件的剖面结构图。

图4为具体实施方式所述驱动装置的结构图。

图5为旋转筒直径40mm时重力方向速度循环矢量图。

图6为旋转筒直径36mm时重力方向速度循环矢量图。

图7为旋转筒直径28mm时重力方向速度循环矢量图。

图8为流体循环最大速度-旋转筒直径曲线图。

图9为旋转筒旋转速度24rad/s时重力方向速度循环矢量图。

图10为旋转筒旋转速度40rad/s时重力方向速度循环矢量图。

图11为流体循环最大速度-容器旋转速度曲线图。

附图标记说明：

1、壳体；11、安装腔；12、支撑座；121、第一平面轴承；122、第一深沟球轴承；

2、喷头组件；21、进液管；22、旋转筒；221、下连接管；222、上连接管；23、喷针；24、上盖板；241、第二平面轴承；242、第二深沟球轴承；25、加热片；

3、驱动装置；31、电机座；32、旋转电机；33、主动齿轮；34、从动齿轮。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1-11，本实施例提供一种新型微纳喷头，包括壳体1、喷头组件2和驱动装置3，壳体1内设有安装腔11，喷头组件2包括进液管21、旋转筒22和喷针23，旋转筒22固定在安装腔11内，进液管21与旋转筒22的顶端连通，安装腔11的底面设有支撑座12，旋转筒22转动安装在支撑座12上，喷针23位于壳体1的下方，喷针23的顶部与旋转筒22的底面相连接，驱动装置3固定在安装腔11内，驱动装置3与旋转筒22的外侧壁驱动连接。

本实施例中，旋转筒22的顶部盖设有上盖板24，上盖板24与旋转筒22能够相对转动，进液管21与上盖板24可拆卸连接。方便进液管21的清洗和更换，进液管21与上盖板24螺栓连接，安装腔11内设有两根立柱，上盖板24与立柱相固定。

支撑座12上设有第一平面轴承121和第一深沟球轴承122，旋转筒22的底面设有下连接管221，下连接管221与喷针23相连接，第一平面轴承121与旋转筒22的底面相抵接，第一深沟球轴承122与下连接管221外侧面相抵接。旋转筒22通过平面轴承及深沟球轴承固定，限制旋转筒22的位置。

上盖板24的下表面设有第二平面轴承241和第二深沟球轴承242，转搅拌筒的顶端固定有上连接管222，第二深沟球轴承242与上连接管222的侧面相抵接，第二平面轴承241的转搅拌筒的顶面相抵接。

旋转筒22的侧壁上具有一个中空夹层，中空夹层内固定有加热片25。加热片25能够对旋转筒22内的溶液起到加热作用。具体的加热片25为电加热片25，旋转筒22的顶部设有滑环，加热片25通过滑环与外部供电连接，使加热片25可以相对电源输入转动。

驱动装置3包括电机座31、旋转电机32、主动齿轮33和从动齿轮，电机座31固定在安装腔11的底面上，旋转电机32固定在电机座31上，主动齿轮33固定在旋转电机32的输出轴上，从动齿轮套设在旋转筒22的外侧面上，主动齿轮33和从动齿轮相啮合。驱动旋转筒22运动的传动方式为两齿轮啮合，结构简单稳定，有助于喷头的长期稳定运行。

进液管21为倒U型软管。方便溶液的运输，喷针23内部为中空锥形通道，喷针23的底部设有毛细喷孔。喷针23上施加高压电。溶液由外部供液系统泵入进液管21，流经旋转筒22、喷针23。并在旋转筒22内被加热片25，在喷针23内通过电场力拉伸喷射。

本实施例的使用过程：

静电喷雾溶液通过进液管21泵入旋转筒22内，旋转电机32转动，齿轮传动带动入旋转筒22旋转，进而带动其内部溶液旋转产生搅拌效果以保持溶液匀质性。旋转筒22夹层内的加热片25对内部溶液加热，外部高压电施加到喷针23上，在电场力的作用下，溶液形成射流，喷雾沉积到接收板上，形成成品。

结合图5至图8，对旋转筒22直径进行优化。

所述旋转筒22直径不同，对内部溶液的搅拌效果不同。对于本发明微纳喷头，期望更小的旋转筒22直径。减小喷头尺寸及转动惯量。通过仿真软件对旋转后的溶液进行流体力学分析，得到溶液在垂直重力方向的速度循环矢量。如图5所示，在旋转筒22直径40mm，旋转筒22转速30rad/s的基础尺寸进行仿真，溶液在垂直重力方向有明显的速度循环，具有阻止固液混合态溶液中固态颗粒在重力作用下沉积的效果，保持溶液匀质性。

如图8，将旋转筒22直径递减，对不同直径下内部溶液旋转进行流体力学仿真，当旋转筒22直径减小时，速度循环矢量减小，参与重力方向循环的溶液减少，且循环速度与旋转筒22直径成一次曲线，图8中旋转筒22的直径分别为36nm、38nm、40nm、44nm、48nm、52nm、56nm、60nm。如图7，当直径为28mm时，速度循环矢量相对不可见，即参与重力方向循环的溶液很少。如图6，对旋转筒22直径和溶液重力方向循环进行平衡，将旋转筒22的直径优选为36mm。

结合图9至图11，对旋转筒22旋转速度进行优化。

所述旋转筒22转速不同，对内部溶液的搅拌效果不同。对于本发明微纳喷头，期望更小的旋转筒22转速。减小喷头的转动惯量。通过仿真软件对旋转后的溶液进行流体力学分析，得到溶液在垂直重力方向的速度循环矢量。以旋转筒22直径36mm，旋转筒22转速30rad/s的基础尺寸进行仿真。

如图11所示，将旋转筒22旋转速度递减，对不同旋转速度下内部溶液旋转进行流体力学仿真，当旋转筒22转速减小时，速度循环矢量减小，参与重力方向循环的溶液减少，且循环速度与旋转筒22转速成一次曲线，图11中旋转速度分别为20rad/s、22rad/s、24rad/s、26rad/s、28rad/s、30rad/s、32rad/s、34rad/s、36rad/s、38rad/s、40rad/s。如图9所示，对旋转筒22转速和溶液重力方向循环进行平衡，将旋转筒22稳定旋转速度定为24rad/s。如图10最高速度不宜达到40rad/s，此时循环涡心在液体底部。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型微纳喷头，其特征在于，包括壳体、喷头组件和驱动装置，所述壳体内设有安装腔，所述喷头组件包括进液管、旋转筒和喷针，所述旋转筒固定在安装腔内，所述进液管与旋转筒的顶端连通，所述安装腔的底面设有支撑座，所述旋转筒转动安装在支撑座上，所述喷针位于壳体的下方，所述喷针的顶部与旋转筒的底面相连接，所述驱动装置固定在安装腔内，所述驱动装置与旋转筒的外侧壁驱动连接。

2.如权利要求1所述的一种新型微纳喷头，其特征在于，所述支撑座上设有第一平面轴承和第一深沟球轴承，所述旋转筒的底面设有下连接管，所述下连接管与喷针相连接，所述第一平面轴承与旋转筒的底面相抵接，所述第一深沟球轴承与下连接管外侧面相抵接。

3.如权利要求1所述的一种新型微纳喷头，其特征在于，所述旋转筒的顶部盖设有上盖板，所述上盖板与旋转筒能够相对转动，所述进液管与上盖板可拆卸连接。

4.如权利要求3所述的一种新型微纳喷头，其特征在于，所述上盖板的下表面设有第二平面轴承和第二深沟球轴承，所述转搅拌筒的顶端固定有上连接管，所述第二深沟球轴承与上连接管的侧面相抵接，所述第二平面轴承的转搅拌筒的顶面相抵接。

5.如权利要求1所述的一种新型微纳喷头，其特征在于，所述旋转筒的侧壁上具有一个中空夹层，所述中空夹层内固定有加热片。

6.如权利要求1所述的一种新型微纳喷头，其特征在于，所述驱动装置包括电机座、旋转电机、主动齿轮和从动齿轮，所述电机座固定在安装腔的底面上，所述旋转电机固定在电机座上，所述主动齿轮固定在旋转电机的输出轴上，所述从动齿轮套设在旋转筒的外侧面上，所述主动齿轮和从动齿轮相啮合。

7.如权利要求1所述的一种新型微纳喷头，其特征在于，所述进液管为倒U型软管。

8.如权利要求1所述的一种新型微纳喷头，其特征在于，所述喷针内部为中空锥形通道，喷针的底部设有毛细喷孔。

9.如权利要求1所述的一种新型微纳喷头，其特征在于，所述旋转筒的内部直径的范围为28mm-60mm，所述驱动装置驱动旋转筒转动的速度为20-40rad/s。

10.如权利要求9所述的一种新型微纳喷头，其特征在于，所述旋转筒的内部直径的范围为36mm，所述驱动装置驱动旋转筒转动的速度为24rad/s。

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