CN218147069U - 一种移动式电流体喷射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种移动式电流体喷射装置，包括微型变压器、储液器、单侧止流阀、加压电极、喂液泵、充电口、接地电极、电池模组、变速开关、微型电机、微型电路模块、喷头和外壳。本实用新型的喷头上可以设置或不设置针头，通过针头式静电流体喷射射技术或无针头静电流体喷射射技术完成静电纺丝或静电流体喷射涂，电荷趋向于集聚在曲率最大、吸附力最强的位置，并在此位置形成一个或数个泰勒锥，连续稳定地进行纺丝或电流体喷射，高效制备纳米纤维层或乳液涂层。本实用新型采用加压电极对液体进行直接供电，将其尖端放电产生的全部电荷输送给液体，电荷全部用于电纺或电喷，且不易引起电晕放电和空气击穿，避免了电能浪费和安全隐患。

Description

一种移动式电流体喷射装置

技术领域

本实用新型属于电纺、电流体喷射领域，具体是一种移动式电流体喷射装置。

背景技术

纳米纤维具有比表面积大、吸附性强的特点，纳米纤维集合体具有小孔隙和高孔隙率特点，特别适合用于过滤吸附隔阻材料，已经在过滤、防护、油水分离、生物电子传感、医疗卫生、电池隔膜、催化、美容护肤等领域得到广泛研究。

传统静电纺丝设备由纺丝头、喂液装置、高压电源和接收装置这四大部分组成，但所用的高压电源、喂液装置及其步进电机和连接的气压装置存在体积较大、不方便携带或移动等问题，且不能直接用于现场对人体部位进行直接纺丝或喷涂，特别是高压达到几千到几万伏，直接用于对人体部位进行纺丝或喷涂也比较危险。

目前，已研制了不同类型的手持式或便携式静电纺丝仪器，可用于诸如医院手术过程中消炎止血、创伤敷料、静电纺丝教学演示和居家美容护肤等。但是，现有技术都是采用一次性锂离子电池作为电源，一次性电池寿命短，用完需要拆机更换电池，影响手持式或便携式静电纺丝仪器的连续运转使用。有些现有技术中，供液采用步进电机控制喂液，对液体的压力不易平衡，喂液速率难以精确控制，且液体用完需要拆开该仪器才能补充液体，操作比较麻烦；或者由于纺丝头和液体存储器连成一个整体、干脆需要更换纺丝头才能补充或更换液体，造成原材料浪费且不环保。此外，有些现有技术中，电压一般是直接加在针头上，使得电荷不能完全用于纺丝或喷涂，而是有部分电荷集中在针头表面，还有一部分电荷集中在针尖处，这样容易引起电晕放电和空气击穿，会造成电能浪费和安全隐患，特别是纺丝或喷涂过程中难以精准沉积或喷涂，纺丝或喷涂效率较低、所需操作时间较长。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种移动式电流体喷射装置。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种移动式电流体喷射装置，其特征在于，该装置包括微型变压器、储液器、单侧止流阀、加压电极、喂液泵、充电口、接地电极、电池模组、变速开关、微型电机、微型电路模块、喷头和外壳；

所述微型变压器、储液器、喂液泵、电池模组、变速开关、微型电机和微型电路模块均设置于外壳的内部；

电池模组的输入端设置有充电口，通过充电口给电池模组充电；电池模组的输出端通过微型变压器与加压电极电连接，给加压电极供电；微型变压器与接地电极电连接；接地电极设置于外壳的一端，位于外壳外部，工作时使用者握持接地电极处，通过人体实现接地电极接地；电池模组的输出端分别与变速开关、微型电机和微型电路模块电连接，为其供电；微型电路模块的信号输入端与变速开关通讯连接，信号输出端与微型电机通讯连接；微型电机的输出端与喂液泵的泵轴固定连接，微型电机带动喂液泵工作；

储液器的输入通道与外界大气环境连通，输入通道内设置有单侧止流阀；储液器的输出通道与喂液泵的液体输入端连通；喷头固定于外壳的另一端，喷头的内部开设有内置流道；内置流道的一端与喂液泵的液体输出端连通；加压电极置于内置流道内，与液体接触，使得液体带电。

与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：

(1)本实用新型的喷头上可以设置或不设置针头，通过针头式静电流体喷射射技术或无针头静电流体喷射射技术完成静电纺丝(简称电纺)或静电流体喷射涂(简称电流体喷射)，电荷趋向于集聚在曲率最大、吸附力最强的位置(即针尖或喷孔处)，并在此位置形成一个或数个泰勒锥，连续稳定地进行纺丝或电流体喷射，高效制备纳米纤维层或乳液涂层。

(2)喷头上的短针头和直接采用喷头上的喷孔可实现高精准性、高集束性电纺或电流体喷射。使用较长接收距离时，喷头上设置带有屏蔽罩的长针头。屏蔽罩有助于射流集聚，在接收位置能够更加精确定位沉积，提高接收位置的精准性和集束性，提高场强和生产效率，还可提高纳米纤维的细度和分布均匀性，同时兼具保温隔热功能，可有效防止聚合物溶液或乳液的凝固和堵孔现象。

(3)本实用新型采用可反复充电的锂电池，配有充电口，不需拆机更换电池即可直接充电使用，方便快捷，实现了电纺或电流体喷射的连续运转使用。

(4)本实用新型通过单侧止流阀的设置，使得在无需拆开外壳、不拆卸储液器的情况下，即可实现液体及时补充且不会发生溢流。

(5)本实用新型采用微型塑料计量泵进行供液，动力源采用微型电机进行喂液速率控制，喂液速率精确可控、具有多挡喂液速度、对液体的压力平稳、安全稳定，不需要使用步进电机、活塞推进器、注射泵进行喂液，结构紧凑、体积小巧、便携移动性更好，节省电源，进一步延长工作时间。

(6)本实用新型采用加压电极对液体进行直接供电，将其尖端放电产生的全部电荷输送给液体，电荷全部用于电纺或电流体喷射，且不易引起电晕放电和空气击穿，避免了电能浪费和安全隐患。

(7)本实用新型所采用的储液器无需在内层进行金属涂层，不作为导电的电极材料使用，也不会造成电源和电荷的浪费，有利于提高电纺或电流体喷射过程中的电场强度；同时，储液器具有的折叠边结构，可使储液器具有更大的液体容量，延长装置的工作时间。

附图说明

图1为本实用新型的喷头上不设置针头的整体结构示意图；

图2为本实用新型的喷头上设置短针头的整体结构示意图；

图3为本实用新型的喷头上设置长针头的整体结构示意图。

图中，微型变压器5、储液器10、单侧止流阀15、加压电极20、喂液泵25、充电口30、接地电极35、电池模组40、变速开关45、输出通道50、微型电机55、内置流道60、针头65、微型电路模块70、喷头75、屏蔽罩80、外壳85、保温层90、输入通道95、圆形喷射口100。

具体实施方式

下面给出本实用新型的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请权利要求的保护范围。

本实用新型提供了一种移动式电流体喷射装置(简称装置)，其特征在于，该装置包括微型变压器5、储液器10、单侧止流阀15、加压电极20、喂液泵25、充电口30、接地电极35、电池模组40、变速开关45、微型电机55、微型电路模块70、喷头75和外壳85；

所述微型变压器5、储液器10、喂液泵25、电池模组40、变速开关45、微型电机55和微型电路模块70均设置于外壳85的内部；

电池模组40的输入端设置有充电口30，外界电源(本实施例为市电)与充电口30电连接，通过充电口30给电池模组40充电；电池模组40的输出端通过微型变压器5与加压电极20电连接，给加压电极20供电；微型变压器5用于给加压电极20升压(本实施中，可形成小于15000V的负压或大于15000V的正压)，形成电势差；微型变压器5与接地电极35电连接；接地电极35设置于外壳85的一端，位于外壳85外部，工作时使用者握持接地电极35处，通过人体实现接地电极35接地；电池模组40的输出端分别与变速开关45、微型电机55和微型电路模块70电连接，为其供电；微型电路模块70的信号输入端与变速开关45通讯连接，信号输出端与微型电机55通讯连接，通过变速开关45进行不同转速挡位的转换，实现对微型电机55的转速调节；微型电机55的输出端与喂液泵25的泵轴固定连接，微型电机55带动喂液泵25工作；

储液器10的输入通道95与外界大气环境连通，输入通道95内设置有单侧止流阀15，不需要拆开外壳85即可实现液体及时补充且不会发生溢流；储液器10的输出通道50与喂液泵25的液体输入端连通；喷头75固定于外壳85的另一端，喷头75的内部开设有内置流道60；内置流道60的一端与喂液泵25的液体输出端连通；加压电极20置于内置流道60内，与液体接触，使得液体带电。

优选地，该装置还包括针头65；内置流道60的另一端向喷头外部延伸形成圆形喷射口100，或内置流道的另一端中插接有针头65；本装置由内置流道形成的喷射口直接进行电流体喷射，或者通过插接在内置流道60的另一端的喷射口中线上的针头65进行电流体喷射。针头65的内径为0.3～1.2mm、长度为0.5～50mm；内置流道60的直径为0.5～1.5mm，内置流道60的直径和针头65的外径尺寸相匹配。

优选地，所述针头65包括长度为10～50mm的长针头(即普通针头)和长度为0.5～10mm的短针头；当采用长针头进行电纺或电流体喷射时，喷头75的端部安装有屏蔽罩80；屏蔽罩80通过过盈配合插接于喷头75端部的圆环形凹槽中，位于针头65的外侧，与针头65同轴切沿轴向套在针头65周围，并与针头存在一定间隙。

优选地，屏蔽罩80的长度略短于长针头的长度，确保工作过程中长针头的针尖位于屏蔽罩80的外部；屏蔽罩80的内径大于长针头的外径，且壁厚满足装配要求；

优选地，屏蔽罩80为同轴双层复合中空圆柱结构件，其内层为导电金属材料，外层为绝缘涂层，内部填充有保温层90。

优选地，储液器10采用耐特定有机溶剂的绝缘材料材质制成，具体取决于配制溶液采用的溶剂种类和聚合物种类，以储液器10不被液体里的溶剂溶解为准。储液器10为由柔性薄膜制成的容器，具有折叠边结构；充满液体时会膨胀变厚，电纺或电流体喷射结束后里面液体减少或耗尽而回缩变薄。

优选地，喷头75采用绝缘材料制成。外壳85由绝缘材料制成，与人手接触的位置(即手持位置)为接地电极35，使微型变压器5在工作中接地，在喷头75与人手之间形成静电场。所述绝缘材料包括但不限于PTFE、PP、PE、乙烯-丙烯共聚物、PVC、PS、酚醛树脂、PI、PA、PET。

优选地，喂液泵25采用微型塑料计量泵，可根据喂液速率大小调整流速；微型电机55的转速范围60～200rpm。

优选地，电池模组40由多个可充电式小型锂离子电池或锂电池串联组成，且可反复充电或一边充电一边操作，方便长时间连续使用，不需要经常更换电池。

优选地，充电口30的规格采用圆形、MiniUSB、MicroUSB、Lightning或Type-C接口方式。

优选地，该喷枪还包括保温层90；保温层90填充在喷头75和屏蔽罩80内；保温层90由纳米气凝胶或真空填充形成。纳米气凝胶通过现有技术制备得到，可采用无机纳米材料、再生纳米纤维气凝胶或合成聚合物纳米纤维气凝胶。采用纳米气凝胶作为保温材料拥有很多优点：孔径小、孔隙率高、密度轻、成本低，保温隔热性能仅次于真空，且实施简单。

无机纳米材料气凝胶包括SiO₂气凝胶、TiO₂气凝胶、石墨烯气凝胶、氧化石墨烯气凝胶、碳纳米纤维气凝胶和碳纳米管气凝胶；再生纳米纤维气凝胶包括丝素蛋白气凝胶和纳米纤维素气凝胶；合成聚合物纳米纤维气凝胶包括PI、PET、PA6、PA66、PTFE、PBI、PBS等耐高温纳米纤维气凝胶。纳米纤维气凝胶里面的纳米纤维通过现有技术制备得到，例如海岛双组份熔体纺丝、橘瓣双组份熔体纺丝、静电纺、离心纺、溶液喷吹等方法。

优选地，加压电极20呈中空圆柱形，其顶部为平顶或尖顶、外径小于内置流道60的直径，且其顶部位于喷头75内；加压电极20的端部采用锥形尖端，可极大提高电场强度和液体的电荷密度，节省电能。

本实用新型的工作原理是：

工作时(即进行电纺或电喷射时)，使用者握持接地电极35处，通过人体实现接地电极35接地；接通变速开关45，电池模组40给微型电机55供电，微型电机55转动带动喂液泵25工作，并根据需要通过改变变速开关45的挡位来改变变速开关45的电阻值，使得微型电路模块70电路中的电流或电压值发生变化，导致微型电路模块70的输出电压发生变化，达到调整微型电机55的转速的目的，进而实现对喂液泵25的流量(ml/h)和流速的调控；

在喂液泵25的驱动下，储液器10中存储的液体依次经过输出通道50、喂液泵25和内置流道60不断流出喷头75；同时，电池模组40通过微型变压器5给加压电极20供电；加压电极20浸渍在液体当中，通过尖端放电将全部电荷输送给液体，即给液体施加电压，使得液体带电；当喷头75上不设置针头65时，带电液体从内置流道60的另一端(即喷头75顶部的喷孔)直接挤出形成小液滴；喷头75上设置有针头65时，带电液体从内置流道60的另一端流入针头65中，从针头65的针尖部位挤出形成小液滴；

喷头75和接地电极35之间形成静电场，小液滴进一步被电场力牵伸形成泰勒锥；随着电纺或电流体喷射过程中溶剂的挥发、聚合物不断固化，根据所用的液体类型的不同可在纳米纤维接收位置或乳液电喷位置(即人体相关部位)分别获得纳米纤维层或乳液涂层。

工作时，喂液泵25带动液体从储液器10内流出，使得储液器10内液体体积逐渐减小、液体压强逐渐降低，储液器10内产生负压，使得单侧止流阀15被打开，此时即可通过该阀门开口添加液体。此外，在需要的时候，也可通过外加压力直接推开单侧止流阀15，添加液体。

实施例1

如图1所示，喷头75采用PP制作，内置流道60的外径3mm、内径2mm、长度9mm。

加压电极20的直径0.6mm，长度15mm，尖端锥度1:2.5。

喂液泵25材料选取PET，输入电压选择12V，空载转速25rpm\min，减速比1:298。

保温层90采用合成聚合物纳米纤维气凝胶填充。

储液器10采用PP制作，壁厚0.4mm。输入通道95的内径4mm，单侧止流阀15是伞阀。伞阀直径3.5mm，阀杆直径1mm，扣柱高度0.73mm。

微型变压器5选用的是输入直流电压12V，输出直流正高压≥11000V±1000V，长、宽高、分别为60mm、30mm、30mm。

电池模组40输出电压12～18V，采用锂离子电池串联而成，可以反复充电。充电口30采取Micro USB接口。

变速开关45采用KCD1-101X型。外壳85、输出通道50、内置流道60和输入通道95均采用PP(聚丙烯)材质。

外壳85的最大边长、最大宽度、最大厚度分别为197mm、160mm、46mm。

实施例2

如图2所示，喷头75用PTFE制作，针头65(即短针头)与内置流道60通过环形凹槽连接，针头65与喷头的连接端直径2.4mm，接口处长度3mm。针头65的内径0.6mm、外径1mm、长度8mm。内置流道60的外径3mm、内径2mm、长度12mm。

加压电极20直径0.6mm，长度15mm，尖端锥度1:2。

喂液泵25材料选取聚甲醛，输入电压选择12V，空载转速30rpm\min，减速比1:250。

保温层90采用TiO₂气凝胶填充。

储液器10用PTFE制作，壁厚0.4mm。输入通道95的内径4mm，单侧止流阀15是伞阀。伞阀直径3.5mm，阀杆直径1mm，扣柱高度0.73mm。

微型变压器5选用的是输入直流电压12V，输出直流正高压≥11000V±1000V。长、宽、高分别为60mm、30mm、30mm。

电池模组40输出电压12V，采用三个4V锂电池串联而成，单个圆柱形锂离子电池直径10mm、长度66.5mm，可以反复充电，充电口30采取圆形充电口。

变速开关45选择尺寸8.5*30mm的4挡拨动开关。外壳85、输出通道50、内置流道60和输入通道95均采用PTFE。

外壳85的最大边长、最大宽度、最大厚度分别为197mm、160mm、46mm。

实施例3

如图3所示，喷头75采用PA12制作，针头65(即长针头)与内置流道60通过楔形连接，针头65连接处楔角5°，针头65与喷头75的连接端直径2.4mm，接口处长度3mm。针头65的内径0.8mm、外径1mm、长度20mm。内置流道60的外径3mm、内径2mm、长度12mm。

加压电极20的直径0.6mm，长度15mm，尖端锥度1:1.2。

喂液泵25材质采用PTFE，输入电压选择12V，空载转速30rpm\min，减速比1:250。

保温层90采用SiO₂气凝胶填充。

屏蔽罩80的内壁采用铁铝合金，外壁采用氧化铝陶瓷涂层，长度16mm、内径10mm、壁厚0.8mm。

储液器10采用PA12制作，壁厚0.4mm。输入通道95的内径4mm，单侧止流阀15是伞阀。伞阀直径3.5mm，阀杆直径1mm，扣柱高度0.73mm。

微型变压器5选用的是输入直流电压12V，输出直流负高压≤11000V±1000V。

电池模组40输出电压12V，采用三个4V锂离子电池串联而成，单个圆柱形锂离子电池直径10mm、长度66.5mm，可以反复充电。充电口30采取Micro USB口。

变速开关45采用8.5mm*8.5mm纽扣六脚开关。外壳85、输出通道50、内置流道60和输入通道95均采用PA12。

外壳85的最大边长、最大宽度、最大厚度分别为197mm、160mm、46mm。

本领域同行依据本实用新型提供的技术原理对本技术方案进行的任何改善和变换、替换均在本实用新型保护范畴之内。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (8)

1.一种移动式电流体喷射装置，其特征在于，该装置包括微型变压器、储液器、单侧止流阀、加压电极、喂液泵、充电口、接地电极、电池模组、变速开关、微型电机、微型电路模块、喷头和外壳；

所述微型变压器、储液器、喂液泵、电池模组、变速开关、微型电机和微型电路模块均设置于外壳的内部；

电池模组的输入端设置有充电口，通过充电口给电池模组充电；电池模组的输出端通过微型变压器与加压电极电连接，给加压电极供电；微型变压器与接地电极电连接；接地电极设置于外壳的一端，位于外壳外部，工作时使用者握持接地电极处，通过人体实现接地电极接地；电池模组的输出端分别与变速开关、微型电机和微型电路模块电连接，为其供电；微型电路模块的信号输入端与变速开关通讯连接，信号输出端与微型电机通讯连接；微型电机的输出端与喂液泵的泵轴固定连接，微型电机带动喂液泵工作；

储液器的输入通道与外界大气环境连通，输入通道内设置有单侧止流阀；储液器的输出通道与喂液泵的液体输入端连通；喷头固定于外壳的另一端，喷头的内部开设有内置流道；内置流道的一端与喂液泵的液体输出端连通；加压电极置于内置流道内，与液体接触，使得液体带电。

2.根据权利要求1所述的移动式电流体喷射装置，其特征在于，内置流道的另一端向喷头外部延伸形成圆形喷射口，或内置流道的另一端中插接有针头；由内置流道形成的喷射口直接进行电流体喷射，或者通过插接在内置流道的另一端的喷射口中线上的针头进行电流体喷射。

3.根据权利要求2所述的移动式电流体喷射装置，其特征在于，所述针头包括长针头和短针头；当采用长针头进行电流体喷射时，喷头的端部安装有屏蔽罩；屏蔽罩借助过盈配合设置于喷头端部的环形凹槽中，位于针头的外侧，与针头同轴切沿轴向套在针头周围，并与针头存在间隙。

4.根据权利要求3所述的移动式电流体喷射装置，其特征在于，屏蔽罩的长度短于长针头的长度，长针头的针尖位于屏蔽罩的外部；屏蔽罩的内层为导电金属材料，外层为绝缘涂层，内部填充有保温层。

5.根据权利要求1所述的移动式电流体喷射装置，其特征在于，储液器、喷头和外壳采用绝缘材料。

6.根据权利要求1所述的移动式电流体喷射装置，其特征在于，充电口的规格采用圆形、MiniUSB、MicroUSB、Lightning或Type-C接口方式。

7.根据权利要求1所述的移动式电流体喷射装置，其特征在于，喷头内填充有保温层。

8.根据权利要求1所述的移动式电流体喷射装置，其特征在于，加压电极呈中空圆柱形，其顶部为平顶或尖顶、外径小于内置流道的直径，且其顶部位于喷头内。

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