CN203494705U - 用于雾化粘稠液体及悬浮液的超声波喷雾装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于雾化粘稠液体及悬浮液的超声波喷雾装置。其包括后座、换能器、换能器后端、压电振子组、电极焊片、换能器前端、外壳、电气端口、进液端口和进气端口。工作时，液体从进液端口进入，通过换能器中的直通孔流到雾化端面被雾化。该喷雾装置利用超声波变幅杆和声表面波雾化原理，通过超声波变幅杆增大超声波换能器发出的超声波的振幅，使得粘稠度较大的液体或固体颗粒悬浮液可以被雾化，并提高了喷雾装置的效率，对于纯水雾化1W的电功率可以提供1L/h以上的雾化量。该超声波喷雾装置的超声波谐振频率在20kHz至300kHz之间。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种液体喷雾装置，特别是涉及一种用于雾化粘稠度较高或含有微小固体颗粒的悬浮液的超声波喷雾装置，属于超声波雾化领域。
背景技术
液体雾化是通过对液体施加机械能而使之分散撕裂或施加热能使之汽化成细小颗粒的过程。加热方式的雾化装置转换效率普遍偏低，而且其不适合使用在某些雾化液体不能受热的医疗或化工领域。
自20世纪70年代以来，超声波雾化作为一种新型的液体雾化技术被广泛应用于医疗、民用、工业、科研等各个领域。超声波雾化是利用超声波换能器发出的高频振荡将处于换能器表面的液体撕裂成微小的颗粒。该超声波换能器通常由一个压电陶瓷圆片构成，通过加载与压电陶瓷谐振频率相同的电子脉冲来驱动超声波换能器振动。此种超声波雾化装置通常频率较高，为1MHz至3MHz之间，且由于单纯依靠压电晶片的振动其工作效率较低，通常要加载10W以上的电功率才可将纯水雾化，20W的电功率仅能提供300ml/h的纯水雾化量。另外，雾化液体的粘度很受限制，通常不能超过1.2cps，所以此种超声波雾化装置只适合于雾化水、酒精或类似溶液。并且在空载(无液体)的时候，低效率的高频振荡换能器会瞬间升温至200℃以上，致使换能器烧毁，所以该种超声波雾化装置必须完全浸在液体中工作，从而使该雾化装置通常需要一个储水池且只能自下而上地雾化，只有通过施加一定的导流气体才能将液雾吹送到其他方向，这一缺陷也让该种雾化装置在许多实际应用中受到很大限制。
20世纪90年代末、21世纪初，一种利用微孔金属片和压电晶片相结合的超声波雾化技术开始被应用。该技术利用蚀刻或激光在一薄金属片(通常为镍合金、不锈钢或钛合金)中心区域加工出许多很细的微孔，孔径一般在几微米到十几微米，数量在几千到几万不等，然后将环形压电陶瓷片粘接在微孔金属片上，通过环形压电陶瓷片的径向振动带动微孔金属片中心区域的厚度方向振动，液体流经微孔金属片中心区域时被撕裂雾化，雾化的颗粒穿过微孔在金属片的另一侧被喷出。由于该雾化装置使用了压电陶瓷片的径向频率，超声频率一般在100kHz至200kHz之间。该超声波雾化装置由于利用的杠杆原理，使得微孔金属片中心的振幅较单一的压电陶瓷片有了很大提高，且整个雾化装 置的效率也大大提高，一般只需要3V至5V的驱动电压，0.5W-1W的功率就可以将纯水雾化。而且该雾化装置不需要完全浸在水中，其基本实现对任意方向的雾化，且不需要储水装置。由于此种超声波雾化装置具有紧凑小巧和低功率的优点，其被广泛应用于便携式雾化器、加湿器、香薰机等领域。但是，由于微孔金属片的金属疲劳性、微孔容易堵塞等原因，该超声波雾化装置的稳定性和寿命较低，且由于不能加载较大的功率，该雾化装置的雾化量一般较小，不超过100ml/h。并且虽然利用了杠杆原理，但金属片的振幅依然有限，且微孔过小极易堵塞，使得该种雾化器与传统的高频压电陶瓷片雾化器一样，无法雾化粘稠度较高的液体。
由于现有的超声波雾化装置均无法雾化粘稠度较高或含有固体杂质的液体，且雾化量较低，使得超声波雾化通常只能用于空气加湿、香薰美容等领域。对于特殊液体材料的喷涂、化工制造、化学分析等领域，超声波雾化技术一直很难被应用。
发明内容
本实用新型是鉴于这种问题而提出的，其目的是提供一种利用超声波变幅杆和声表面波雾化原理的超声波喷雾装置，通过超声波变幅杆增大超声波换能器发出的超声波的振幅，使得粘稠度较大的液体或固体颗粒悬浮液可以被雾化，并通过施加特定走向的压缩气体将液雾均匀喷出。
本实用新型所述一种用于雾化粘稠液体及悬浮液的超声波喷雾装置，其包括后座、换能器、外壳、电气端口、进液端口和进气端口。其特征在于：所述超声波喷雾装置的换能器连接在后座的前侧，外壳罩在换能器外并与后座前侧连接，后座的后侧分别连接电气端口、进液端口和进气端口。所述外壳的内侧前半部分为圆锥筒状结构，后半部分为圆筒状结构，外壳前端面中心位置有一圆孔出口，换能器前端的雾化端位于该圆孔出口处。所述超声波喷雾装置的超声波谐振频率在20kHz至300kHz之间。
所述换能器包括换能器后端、压电振子组、电极焊片、换能器前端，压电振子组的电极通过电极焊片引出并与电气端口连接；
所述换能器前端中心轴位置有一通孔，孔径在0.2mm至7mm之间；
所述压电振子组由偶数个圆环状压电陶瓷片同轴罗列组成，并以并联方式电连接，压电振子组其中一极与换能器前端和换能器后端电连接。
所述换能器前端在结构上顺序地分为雾化端、前端杆、中端杆和后端杆四部分，雾 化端为圆片形、圆台形或倒圆台形，前端杆为圆柱形或圆台形，中端杆和后端杆为圆柱形。后端杆的直径小于中端杆的直径，中端杆的直径是前端杆最大直径的2倍至5倍，前端杆最大直径是前端杆最小直径的1倍至3倍，雾化端的最大直径大于或等于前端杆的最小直径且小于中端杆的直径。在换能器前端中心轴位置有一直通孔贯穿雾化端、前端杆、中端杆和后端杆，该通孔为液体通道，通孔直径在0.2mm至7mm之间。
所述电极焊片和换能器后端均为圆环状，换能器前端的后端杆穿过压电振子组、电极焊片和换能器后端与后座连接。压电振子组、电极焊片和换能器后端的外径与换能器前端的中端杆直径相同。
与现有技术中的超声波雾化装置相比，本实用新型由于采用了上述技术方案，提高了超声波雾化装置的雾化能力和雾化效率，可以实现对粘稠度100cps以内的液体的雾化，对于纯水雾化1W的电功率可以提供1L/h的雾化量，雾化颗粒在10微米到100微米之间，并且本实用新型所述超声波雾化装置不受体液储存和液位的限制，在没有导流风的情况下也可向任意方向喷雾，在精密喷涂、喷雾干燥、化学分析等领域有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型的超声波喷雾装置的3D实体示意图；
图2为本实用新型的超声波喷雾装置的3D剖面图；
图3为本实用新型的超声波喷雾装置中换能器的3D实体示意图；
图4为本实用新型的超声波喷雾装置中换能器的结构剖面图
具体实施方式：
如图1和图2所示，本实用新型公开了一种用于雾化粘稠液体及悬浮液的超声波喷雾装置，其包括后座3、换能器1和外壳2。所述的换能器1通过一连接杆4固定在后座3上，外壳2罩在换能器1外并与后座3前侧连接，后座3的后侧分别连接有电气端口31、进液端口32和进气端口33。所述外壳2的内侧前半部分为圆锥筒状结构，后半部分为圆筒状结构，外壳2前端面中心位置有一圆孔出口，换能器前端11的雾化端11a位于该圆孔出口处。换能器1中心轴位置贯穿一直通孔11e，孔径为1.2mm。工作时，液体从进液端口32进入，通过换能器1中的直通孔11e流到雾化端11a面被雾化。在进气端口33通入0.05MPa到0.2MPa的压缩气体，压缩气体流过外壳2与换能器1之间的空腔并在雾化端11a与外壳2圆孔出口处喷出，喷出的压缩气体使被雾化的液滴均匀分布。
如图3和图4所示，所述换能器1包括换能器后端12、压电振子组13、电极焊片14和换能器前端11，压电振子组13的电极通过电极焊片14引出。压电振子组13由2个圆环状压电陶瓷片同轴罗列组成，并以并联方式电连接，压电振子组13其中一极与换能器前端11和换能器后端12电连接。换能器前端11在结构上顺序地分为雾化端11a、前端杆11b、中端杆11c和后端杆11d四部分。换能器前端11的后端杆11d穿过压电振子组13、电极焊片14和换能器后端12与连接杆4连接。该实施例中换能器1的超声波谐振频率为100kHz。
Claims (6)
1.一种用于雾化粘稠液体及悬浮液的超声波喷雾装置，其包括后座、换能器、外壳、电气端口、进液端口和进气端口；其特征在于：所述超声波喷雾装置的换能器连接在后座的前侧，外壳罩在换能器外并与后座前侧连接，后座的后侧分别连接电气端口、进液端口和进气端口；
所述外壳的内侧前半部分为圆锥筒状结构，后半部分为圆筒状结构，外壳前端面中心位置有一圆孔出口，换能器前端的雾化端位于该圆孔出口处；
所述超声波喷雾装置的超声波频率在20kHz至300kHz之间；
所述换能器包括换能器后端、压电振子组、电极焊片、换能器前端，压电振子组的电极通过电极焊片引出并与电气端口连接；
所述换能器前端中心轴位置有一通孔，孔径在0.2mm至7mm之间。
2.根据权利要求1所述的超声波喷雾装置，其特征在于：所述换能器前端分为雾化端、前端杆、中端杆和后端杆四部分，雾化端为圆片形、圆台形或倒圆台形，前端杆为圆柱形或圆台形，中端杆和后端杆为圆柱形。
3.根据权利要求2所述的超声波喷雾装置，其特征在于：后端杆的直径小于中端杆的直径，中端杆的直径是前端杆最大直径的2倍至5倍，前端杆最大直径是前端杆最小直径的1倍至3倍，雾化端的最大直径大于或等于前端杆的最小直径且小于中端杆的直径。
4.根据权利要求1所述的超声波喷雾装置，其特征在于：压电振子组由偶数个圆环状压电陶瓷片同轴罗列组成，并以并联方式电连接，压电振子组其中一极与换能器前端和换能器后端电连接。
5.根据权利要求1-4之一所述的超声波喷雾装置，其特征在于：电极焊片和换能器后端均为圆环状，换能器前端的后端杆穿过压电振子组、电极焊片和换能器后端与后座连接。
6.根据权利要求5所述的超声波喷雾装置，压电振子组的外径和换能器后端的外径相同。
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