CN117983434A - 静电雾化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静电雾化系统，包括：多个喷头，用于生成带有电荷的雾化液滴；以及辅助电极。所述辅助电极包括内电极、环绕于所述内电极外的外电极以及连接所述内电极和所述外电极的连接电极，所述内电极和所述外电极之间形成有一环形空间，所述多个喷头围绕成的圈位于所述环形空间内。本发明的辅助电极的结构设计，能够使得单位面积下的喷头数量显著增加，在提高流量的同时，能够极大程度地减小整个雾化系统的体积，有助于器具小型化，此外，还能够形成足够强且相对均匀的电场，减少雾化液滴在辅助电极上的吸附。

Description

静电雾化系统

技术领域

本发明涉及雾化领域，更具体地说，涉及一种静电雾化系统。

背景技术

现有的电子雾化装置主要是用发热组件在300℃左右的温度下对溶液进行雾化。采用该雾化方式的溶液在高温下会发生一系列的化学反应，可能导致有害物质的产生，例如醛酮等。此外，现有的电子雾化装置雾化出的气溶胶的粒径在1微米左右，无法对气溶胶的粒径进行大范围调控。

静电雾化技术可以很好地解决上述问题。现有的成熟的静电雾化技术主要应用在质谱、农药喷洒及环境消杀中。在质谱的应用中，虽然雾化后的粒径达标(<2um)，但流量非常小，是电子雾化装置目标流量的十分之一，无法满足对大雾化量的需求。在农药喷洒和环境消杀等的应用中，虽然流量很大，但是雾化粒径太大(几十微米)，过大的气溶胶粒径会导致大部分气溶胶颗粒沉积在口喉，无法入肺。这种情况下，静电雾化技术的应用被局限，只能应用在喉部或口腔治疗领域，无法应用在医疗的其他领域。

现有的一些静电雾化技术通过采用多孔喷头和辅助电极，在保证较大的流量的同时，也可以满足雾化粒径的要求。但是受限于辅助电极的结构设计，导致单位面积下喷头的数量较少，流量大小存在上限。同时，喷头喷出的液滴很容易被电场影响再次吸附到喷头或者辅助电极附近，导致放电的发生，从而影响整个静电雾化系统运行的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种改进的静电雾化系统，能够增加单位面积下的喷头数量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种静电雾化系统，包括：

多个喷头，用于生成带有电荷的雾化液滴；以及

辅助电极；

所述辅助电极包括内电极、环绕于所述内电极外的外电极以及连接所述内电极和所述外电极的连接电极，

所述内电极和所述外电极之间形成有一环形空间，所述多个喷头围绕成的圈位于所述环形空间内。

在一些实施例中，所述内电极和所述外电极均呈环形且同心设置。

在一些实施例中，所述多个喷头围绕成一圈分布。

在一些实施例中，所述多个喷头围绕成的圈与所述环形空间同轴设置。

在一些实施例中，所述多个喷头呈阵列排布，所述阵列排布的形状与所述环形空间的形状相适配。

在一些实施例中，所述多个喷头呈圆周阵列排布，所述内电极和所述外电极均呈圆环形。

在一些实施例中，所述连接电极向背离所述雾化液滴的喷射方向凸出。

在一些实施例中，所述连接电极从相邻两个所述喷头的中间穿过。

在一些实施例中，所述连接电极呈“U”形、“∧”形、“∏”形或“∩”形。

在一些实施例中，每一所述喷头的一端均具有出口，所述出口位于所述环形空间内或穿出所述环形空间一段距离。

在一些实施例中，所述内电极和所述外电极之间的最小间距为3mm。

在一些实施例中，相邻两所述喷头之间的最小距离为1.5mm。

在一些实施例中，所述静电雾化系统还包括中和模块，用于中和所述雾化液滴中所带的电荷。

在一些实施例中，所述静电雾化系统还包括绝缘隔板，所述绝缘隔板设置于所述中和模块和所述多个喷头之间，以隔离所述中和模块和所述多个喷头。

在一些实施例中，所述静电雾化系统还包括与所述多个喷头连通的储液模块。

在一些实施例中，所述静电雾化系统还包括分流通道，所述分流通道呈环状并连通于所述储液模块和所述多个喷头之间。

实施本发明至少具有以下有益效果：本发明的辅助电极的结构设计，能够使得单位面积下的喷头数量显著增加，在提高流量的同时，能够极大程度地减小整个雾化系统的体积，有助于器具小型化，此外，还能够形成足够强且相对均匀的电场，减少雾化液滴在辅助电极上的吸附。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一些实施例中静电雾化模块的剖面结构示意图；

图2是图1中辅助电极的立体结构示意图；

图3是本发明第一替代方案中的辅助电极的结构示意图；

图4是本发明第二替代方案中的辅助电极的结构示意图；

图5是本发明第三替代方案中的辅助电极的结构示意图；

图6是本发明一些实施例中静电雾化系统的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

图1-2示出了本发明一些实施例中的静电雾化模块10，该静电雾化模块10可应用于医疗、美容、电子烟等领域，其包括储液模块16、至少一个喷头11以及辅助电极12。本发明通过采用静电雾化技术对液态介质进行雾化，通过将高压电加载到液态介质使其破碎成颗粒，可实现常温雾化，并且可以调控雾化形成的气溶胶颗粒的粒径。具体地，可通过调节控制参数(例如，电压、极间距、喷头的孔径和数量、流量等参数，以及液态介质的电导率、表面张力等参数)，调控雾化后生成的气溶胶颗粒的粒径(例如，粒径为几微米到几十微米)，从而可拓宽该静电雾化模块10的应用领域。例如，当需要气溶胶颗粒送达咽喉时，可调控气溶胶颗粒的粒径为4.7μm～7μm；当需要气溶胶颗粒送达气管时，可调控气溶胶颗粒的粒径为3.3μm～4.7μm；当需要气溶胶颗粒送达支气管时，可调控气溶胶颗粒的粒径1.1μm～3.3μm。此外，和传统的电子雾化技术(陶瓷和棉芯等)相比，用静电雾化技术雾化相同质量的液态介质，所用的功率是传统技术的50％，大大降低了能耗。

其中，储液模块16用于存储液态介质，并将该液态介质供应给喷头11。喷头11呈管状且一端具有出口110，用于将液态介质雾化生成带有电荷的雾化液滴，该雾化液滴再经由喷头11的出口110以射流的形式喷出。较佳地，喷头11有多个，可以实现在高流量的情况下(例如，比现有技术高十倍的流量)，雾化粘度较大的液态介质。辅助电极12设置于喷头11的前端(出口110所在的一端)且与喷头11间隔设置，辅助电极12与喷头11相配合，以在辅助电极12与喷头11之间形成足够强的电场，此外，辅助电极12的存在还可降低喷头11间电场的相互干扰，保证电场均匀、稳定，确保喷头11能够稳定地喷出带电的雾化液滴。

在一些实施例中，喷头11可采用毛细金属针管，其可接通正高压；辅助电极12可接通地极或负极。在另一些实施例中，喷头11也可接通负高压，辅助电极12可接通地极或正极。辅助电极12的材质为良导体，在一些实施例中，辅助电极12可采用不锈钢、铜合金、铝合金等至少一种金属材料制成。喷头11接入高电压后，辅助电极12与喷头11之间产生高压电场，供应至喷头11的液态介质被高压电场充电而在喷头11的出口端形成朝向辅助电极12的泰勒锥。该泰勒锥在尖端具有高能量(静电斥力)，当该高能量超过液态介质的表面张力时，泰勒锥尖端的液态介质发生破碎而形成细小的带电雾化液滴。可以理解地，电场强度越大，液态介质所带电荷量越多，雾化后生成的雾化液滴的粒径越小。

为了使液态介质容易被静电雾化，液态介质需具有一定的物理特性，例如具有较大的粘度，具有一定的电阻率、介电常数和表面张力等。在一些实施例中，该液态介质的电阻率大于200ohm-m，进一步地，大于250ohm-m；液态介质的介电常数小于65，进一步地，小于45；液态介质的粘度小于100cp，进一步地，小于50cp；液态介质的表面张力可以为15～50dynes/cm，进一步地，为20～35dynes/cm。

在一些实施例中，辅助电极12可包括内电极121、环绕于内电极121外的外电极122以及连接内电极121和外电极122的连接电极123。在本实施例中，内电极121、外电极122均呈圆环形且同轴设置，内电极121、外电极122之间形成有一环形空间120，多个喷头11的出口110均位于环形空间120内，以使经由出口110喷出的射流能够通过环形空间120喷出。在另一些实施例中，喷头11的前端也可穿出环形空间120一段距离，例如1mm～5mm。连接电极123可采用U形管结构并向背离雾化液滴的喷射方向凸出，以远离喷头11的雾化区域。进一步地，连接电极123可从相邻两个喷头11的中间穿过，即，连接电极123与该相邻两个喷头11之间的距离相同，避免其中一个喷头11与连接电极123的距离相对过远，而另一个喷头11与连接电极123的距离相对过近而导致该喷头11喷出的雾化液滴较多地吸附在连接电极123上。该辅助电极12的结构设计一方面能够形成足够强且相对均匀的电场，另一方面能够避免连接电极123与喷头11的出口110过近，减少雾化液滴在连接电极123上的吸附，从而避免放电现象的发生，保证系统长时间的稳定运行。可以理解地，在其他实施例中，内电极121、外电极122不局限于呈圆环形，其也可呈方环形或椭圆环形等其他形状。连接电极123也不局限于呈U形，其可以呈“∧”、“∏”或等其他形状，仅需保证连接电极123远离喷头11的雾化区域，且从相邻两个喷头11之间穿过而与喷头11间隔设置。

进一步地，辅助电极12还可包括第一引出电极124和第二引出电极125，辅助电极12可通过第一引出电极124、第二引出电极125接地或接负极。第一引出电极124和第二引出电极125均可由外电极122向外引出，其中，第一引出电极124可与连接电极123与外电极122相连接的一端连接，第二引出电极125可靠近第一引出电极124设置。

多个喷头11可以围绕成一圈呈阵列排布，该阵列排布形状与环形空间120的形状相同或相似，有利于最大化喷头11的数量。在本实施例中，多个喷头11呈圆周阵列排布，且该多个喷头11围绕成的圈位于环形空间120内并可与环形空间120同轴设置。可以理解地，在其他实施例中，该多个喷头11也可呈方环形阵列或椭圆环形阵列等其他阵列形状排布，相应地，环形空间120可呈方环形或椭圆环形。本发明的静电雾化模块10通过采用同轴共流模式的圆周阵列搭配双圆环结构，单位面积下的喷头数量能显著增加，并且喷头模块的阵列半径可减小，在提高流量的同时，能够极大程度地减小整个雾化模块的体积，有助于器具小型化。

在其他实施例中，多个喷头11也可不围绕成一圈分布，即多个喷头11也可仅在环形空间120内的部分空间内排开。例如，环形空间120呈圆环形，多个喷头11可在环形空间120内呈半圆形排开。再例如，环形空间120呈方环形，多个喷头11可在环形空间120内呈一字排开或者在环形空间120的两条或三条边内排开。

内电极121、外电极122之间的间距(即环形空间120的宽度)大于喷头11的外径，以避免喷头11与内电极121、外电极122接触发生短路。内电极121、外电极122之间的最小间距取决于液态介质本身，一般最小为3mm。内电极121、外电极122之间的间距不易过大，一方面过大的间距会使得喷头11需要接入的正高压更大，另一方面还会增大雾化模块的体积，一般内电极121、外电极122之间的间距不超过20mm。喷头11接入的正高压大小主要取决于内电极121和外电极122的半径以及内电极121和外电极122之间的间距，通常，喷头11接入的正高压大小可以为2kv～6kv。相邻两喷头11之间的最小距离取决于液态介质本身，一般最小为1.5mm。

在一些实施例中，该静电雾化模块10还包括喷头本体13，喷头本体13可呈圆柱状并具有一端面131，该多个喷头11设置于端面131上并与端面131同轴设置。该端面131位于喷头本体13远离储液模块16的一端，其可呈圆环状。喷头本体13内可形成有与储液模块16相连通的分流通道130。该分流通道130呈圆环状，用于将来自储液模块16的液态介质进行分流，将其均匀分配于每个喷头11。

进一步地，该静电雾化模块10还包括中和模块15，中和模块15所接入的高压电与喷头11所接入的高压电的极性相反，用于产生离子风以中和喷头11喷出的雾化液滴中所带的电荷。在一个实施例中，中和后的雾化液滴不带电荷，以利于进入人的肺部，拓宽在医疗领域的应用，否则带电的气溶胶颗粒会大量沉积在口喉，只能用于治疗口喉疾病方面的应用。在另一个实施例中，也可根据应用场景，使得中和后的气溶胶颗粒带电，以达到提高吸附率的效果，该方式多用于医疗或者美容领域。中和模块15产生的离子风的流动方向与喷头11喷出的雾化液滴的流动方向一致，进而可更好地中和喷头11喷出的雾化液滴中所带的电荷，减少雾化液滴在辅助电极12以及喷头11上的吸附，使得系统能够长时间的稳定运行。

中和模块15、多个喷头11以及辅助电极12同轴设置。在本实施例中，中和模块15设置于喷头本体13远离喷头11的一端，中和模块15呈环状环绕于喷头本体13的外围并与喷头本体13同轴且间隔设置。中和模块15可包括环状本体151以及多个离子产生部152。环状本体151可呈圆筒状，该多个离子产生部152可呈锯齿状并设置于环状本体151朝向喷头11的一端，该锯齿尖端用于产生带有电荷的离子。

在本实施例中，中和模块15为负离子发生器，接通负高压。中和模块15所接通的负电压大小大致可以为-6kv～-1kv，具体大小可取决于中和模块15与辅助电极12(或与喷头11的出口110)之间的距离。中和模块15的锯齿尖端距离辅助电极12越近，所需的负电压越低，反之越高。可以理解地，在其他实施例中，中和模块15不限于本发明的这种设计，其他能产生离子风的装置也可以应用在本发明中，例如碳刷。在另一些实施例中，当喷头11接通负高压时，中和模块15也可以为正离子发生装置。

中和模块15和多个喷头11之间还可设有绝缘隔板14，以隔离中和模块15和多个喷头11，避免正负极之间的空气被击穿从而连通正负极，产生安全隐患。在本实施例中，绝缘隔板14呈圆环形板状，其可由端面131的外缘向辅助电极12的方向延伸。

在一些实施例中，该静电雾化模块10还可包括壳体17，壳体17内形成有收容腔170，多个喷头11、辅助电极12、喷头本体13、绝缘隔板14、中和模块15均收容于收容腔170内并可与收容腔170同轴设置。壳体17可包括筒体172以及封盖于筒体172一端的端盖171。筒体172远离端盖171的一端敞开，用于供雾化液滴喷出。端盖171上可设置有至少一个进气孔1710，用于供气体进入收容腔170中。在本实施例中，进气孔1710有多个，该多个进气孔1710可呈圆环形阵列排布。储液模块16沿纵向穿过端盖171，储液模块16的一端伸入到收容腔170中与喷头本体13连接，另一端伸出于壳体17外便于外接外部设备。

图3-5示出了本发明一些替代方案中的辅助电极12。其中，在图3中，连接电极123呈形；在图4中，连接电极123呈“∏”形；在图5中，连接电极123呈“∧”形。

图6示出了本发明一些实施例中的静电雾化系统100，该静电雾化系统100包括上述所述的静电雾化模块10。此外，该静电雾化系统100还可包括第一高压发生模块20、第二高压发生模块30、增压泵40以及电压控制器50。

第一高压发生模块20与喷头11连接，用于向喷头11施加第一高压电，该第一高压电可直接或间接作用于喷头11中的液态介质，使其发生静电雾化。第二高压发生模块30与中和模块15连接，用于向中和模块15施加第二高压电，该第二高压电与第一高压电的极性相反。

增压泵40与储液模块16连接，用于对储液模块16内施加压力，以压迫储液模块16内的液态介质从喷头11喷出。电压控制器50与增压泵40连接，以控制增压泵40的工作。在本实施例中，增压泵40为微型增压泵，有利于静电雾化系统100的结构小型化需求。电压控制器50通过控制增压泵40，控制储液模块16的压缩体积，从而控制储液模块16中液态介质被推出的质量，实现定量雾化。此外，在单次雾化完成后，喷头11中会残留部分液态介质，随着液态介质中的溶剂挥发，溶质可能会堵塞喷头。因此在雾化完成后，可通过电压控制器50控制增压泵40反向运动，以使储液模块16内形成负压，以回吸喷头11中的液态介质。可以理解地，在其他实施例中，也可通过其他动力机构来将储液模块16中的液态介质驱动至喷头11。在另一些实施例中，也可不设置动力机构。

可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。

以上实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (16)

1.一种静电雾化系统，其特征在于，包括：

多个喷头(11)，用于生成带有电荷的雾化液滴；以及

辅助电极(12)；

所述辅助电极(12)包括内电极(121)、环绕于所述内电极(121)外的外电极(122)以及连接所述内电极(121)和所述外电极(122)的连接电极(123)，

所述内电极(121)和所述外电极(122)之间形成有一环形空间(120)，所述多个喷头(11)位于所述环形空间(120)内。

2.根据权利要求1所述的静电雾化系统，其特征在于，所述内电极(121)和所述外电极(122)均呈环形且同心设置。

3.根据权利要求1所述的静电雾化系统，其特征在于，所述多个喷头(11)围绕成一圈分布。

4.根据权利要求3所述的静电雾化系统，其特征在于，所述多个喷头(11)围绕成的圈与所述环形空间(120)同轴设置。

5.根据权利要求3所述的静电雾化系统，其特征在于，所述多个喷头(11)呈阵列排布，所述阵列排布的形状与所述环形空间(120)的形状相适配。

6.根据权利要求3所述的静电雾化系统，其特征在于，所述多个喷头(11)呈圆周阵列排布，所述内电极(121)和所述外电极(122)均呈圆环形。

7.根据权利要求1所述的静电雾化系统，其特征在于，所述连接电极(123)向背离所述雾化液滴的喷射方向凸出。

8.根据权利要求7所述的静电雾化系统，其特征在于，所述连接电极(123)从相邻两个所述喷头(11)的中间穿过。

9.根据权利要求7所述的静电雾化系统，其特征在于，所述连接电极(123)呈“U”形、“∧”形、“∏”形或形。

10.根据权利要求1所述的静电雾化系统，其特征在于，每一所述喷头(11)的一端均具有出口(110)，所述出口(110)位于所述环形空间(120)内或穿出所述环形空间(120)一段距离。

11.根据权利要求1所述的静电雾化系统，其特征在于，所述内电极(121)和所述外电极(122)之间的最小间距为3mm。

12.根据权利要求1所述的静电雾化系统，其特征在于，相邻两所述喷头(11)之间的最小距离为1.5mm。

13.根据权利要求1-12任一项所述的静电雾化系统，其特征在于，所述静电雾化系统还包括中和模块(15)，用于中和所述雾化液滴中所带的电荷。

14.根据权利要求13所述的静电雾化系统，其特征在于，所述静电雾化系统还包括绝缘隔板(14)，所述绝缘隔板(14)设置于所述中和模块(15)和所述多个喷头(11)之间，以隔离所述中和模块(15)和所述多个喷头(11)。

15.根据权利要求1-12任一项所述的静电雾化系统，其特征在于，所述静电雾化系统还包括与所述多个喷头(11)连通的储液模块(16)。

16.根据权利要求15所述的静电雾化系统，其特征在于，所述静电雾化系统还包括分流通道(130)，所述分流通道(130)呈环状并连通于所述储液模块(16)和所述多个喷头(11)之间。