CN103212510B - 一种雾滴可控的低频超声雾化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种雾滴可控的低频超声雾化装置，包括竖直设置、且换能器辐射面向上的超声换能器，竖直设置在所述超声换能器上方、变幅杆耦合面与超声换能器的换能器辐射面刚性连接、且变幅杆辐射端面向上的变幅杆，可拆卸式固定设置在所述变幅杆的变幅杆辐射端面的微孔雾化头，以及与所述超声换能器电连接的超声发生器；在所述变幅杆的变幅杆辐射端面，设有液体进料通道。本发明所述雾滴可控的低频超声雾化装置，可以克服现有技术中雾化量和雾滴直径范围可调性差、以及工作温度不可靠等缺陷，以实现雾化量量和雾滴直径范围可调性好、工作温度可靠和成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及工农业用雾化设备技术领域，具体地，涉及一种雾滴可控的低频超声雾化装置，可应用于：空气加湿、雾化除尘、颗粒制备、气雾栽培、涂料雾化、雾化冷却、雾化助燃、雾化治疗等。
背景技术
超声雾化技术，作为物理雾化的一种手段，已经比较广泛地应用于工农业生产以及人们的日常生活，如超声加湿器等。超声雾化技术的原理，是直接利用高频振荡器产生的超声波将液体雾化。
雾滴大小的计算公式为：
⑴
在公式⑴中，D为液滴直径，T为液体表面张力系数，ρ为液体密度，f为声波频率。由公式⑴可以看出，对于确定的液体，能够调节雾滴直径的只有f一个参数，雾滴越小，要求频率就越高。
以现有的超声加湿器为例，一般都是采用厚度振动模式，根据上述公式⑴推算雾滴大小。这样，若要产生1微米的雾滴，则需要换能器压电片的厚度约为0.3毫米。显然，从加工工艺及换能器本身的强度、以及所能承受的声功率角度而言，都存在较大的困难。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在雾化量和雾滴直径范围可调性差、以及工作温度不可靠等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种雾滴可控的低频超声雾化装置，以实现雾化量量和雾滴直径范围可调性好、工作温度可靠和成本低的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种雾滴可控的低频超声雾化装置，包括竖直设置、且换能器辐射面向上的超声换能器，竖直设置在所述超声换能器上方、变幅杆耦合面与超声换能器的换能器辐射面刚性连接、且变幅杆辐射端面向上的变幅杆，可拆卸式固定设置在所述变幅杆的变幅杆辐射端面的微孔雾化头，以及与所述超声换能器电连接的超声发生器；在所述变幅杆的变幅杆辐射端面，设有液体进料通道的出口。
进一步地，在所述微孔雾化头靠近变幅杆的一侧固定设置有微孔雾化板网，所述微孔雾化板网位于微孔雾化头的几何中心，所述微孔雾化板网与变幅杆的变幅杆辐射端面紧密接触。
进一步地，在所述微孔雾化板网与变幅杆之间，通过依次配合设置的固定螺栓、固定螺母和变幅杆法兰盘连接。
进一步地，所述超声发生器与超声换能器之间，通过电缆线连接。
进一步地，所述超声换能器的换能器辐射面，通过连接螺栓与变幅杆的变幅杆耦合面刚性相连。
进一步地，所述液体进料通道的出口位于变幅杆的变幅杆辐射端面的几何中心；所述液体进料通道，包括L形液体进料通道。
进一步地，所述变幅杆，呈包括阶梯型或圆锥形或悬线型的物理聚能形状；变幅杆的变幅杆耦合面的面积，远远大于变幅杆辐射端面的面积。
进一步地，所述变幅杆的长度，为半波长的整数倍。
进一步地，所述超声换能器，包括郎之万压电换能器，或者采用镍、铁氧体材料制磁致伸缩换能器，或者稀土材料制超磁致伸缩换能器。
进一步地，所述超声换能器，具有半波长结构。
本发明各实施例的雾滴可控的低频超声雾化装置，由于包括竖直设置、且换能器辐射面向上的超声换能器，竖直设置在超声换能器上方、变幅杆耦合面与超声换能器的换能器辐射面刚性连接、且变幅杆辐射端面向上的变幅杆，可拆卸式固定设置在变幅杆的变幅杆辐射端面的微孔雾化头，以及与超声换能器电连接的超声发生器；在变幅杆的变幅杆辐射端面，设有液体进料通道；可以利用超声换能器，将超声振动能量，通过变幅杆传递至变幅杆辐射端面，将雾化头微孔结构板网与变幅杆辐射端面紧密接触，产生共振，使流经辐射端面及微孔结构板网之间的液体，产生超声雾化及二次雾化，从而产生细微雾滴；通过更换微孔雾化头，可以获得不同大小颗粒的雾滴；通过控制超声功率的大小和液体的流量的大小，可以对雾化量进行调节；从而可以克服现有技术中有的液体不易雾化、雾化量和雾滴直径范围可调性差、以及工作温度不可靠的缺陷，以实现可雾化液体品种多、雾化量和雾滴直径范围可调性好、工作温度可靠和成本低的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明雾滴可控的低频超声雾化装置的结构示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
1-超声发生器；2-超声换能器；3-连接螺栓；4-变幅杆；5-变幅杆辐射端面；6-微孔雾化头；7-微孔结构板网；8-变幅杆法兰盘；9-紧固螺栓；10-紧固螺母；11-液体进料通道；12-换能器辐射面；13-变幅杆耦合面；14-电缆线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
由公式⑴知，一旦液体确定，则液体的表面张力系数和密度一定，如果需要制备更细（即直径更小）的雾滴，则必须提高超声波的频率，但受限于压电陶瓷、稀土或其它磁致伸缩材料的物理尺寸，无法无限制地提高声波的频率。所以，对确定的液体，其雾化颗粒的大小必有一极限区域；同时，由于物理尺寸的限制，单个超声装置的功率受限，也就限制了雾化量的大小；再者，不同张力系数和密度的液体，也直接影响声波对液体的雾化程度。
由公式⑴所知，液体的表面张力系数T，是影响雾滴大小及雾化程度的关键因素。为解决这个问题，本发明提出了雾滴可控的低频超声雾化装置，即利用大功率低频超声来制备细微雾滴。而对于公式⑴而言，频率越低，雾滴直径D就越大。解决这一矛盾的技术是：一方面，利用低频加大超声波在变幅杆端面的振幅，极大地破坏液体表面张力引起的阻力，使液体更容易雾化；另一方面，利用微孔结构，限制大颗粒液体雾滴的产生，并且产生二次雾化。
具体的做法是，利用超声换能器，将超声振动能量，通过变幅杆传递至变幅杆辐射端面，将雾化头微孔结构板网与变幅杆辐射端面紧密接触，产生共振，使流经辐射端面及微孔结构板网之间的液体，产生超声雾化及二次雾化，从而产生细微雾滴；并且，通过更换微孔雾化头，可以获得不同大小颗粒的雾滴；通过控制超声功率的大小和液体的流量大小，可以对雾化量进行调节。总之，充分利用低频大振幅的优势，可轻易实现对不同表面张力系数液体进行不同程度的雾化处理。超声换能器一般采用半波长结构，变幅杆可采用半波长的整数倍，变幅杆的设计频率应保持与所连接超声换能器及超声发生器的频率一致。
具体地，根据本发明实施例，如图1所示，提供了一种雾滴可控的低频超声雾化装置，可以调节雾化量大小、以及雾滴直径范围，工作温度可靠，且造价低廉。
参见图1，本实施例的雾滴可控的低频超声雾化装置，包括超声发生器1、超声换能器2、变幅杆4及微孔雾化头6，固定在微孔雾化头6上的微孔雾化板网7与变幅杆辐射端面5紧密接触，微孔雾化头6通过固定螺栓9、固定螺母10与变幅杆法兰盘8固定连接，液体进料通道11的出口位于变幅杆辐射端面5的几何中心，变幅杆4的长度一般为半波长的整数倍，超声发生器1与超声换能器2通过电缆线14相连接。
在上述实施例中，微孔雾化头6上采用的微孔结构板网7，是由微孔金属板或金属网组成。超声换能器2的换能器辐射面12，通过连接螺栓3与变幅杆4的变幅杆耦合面13刚性相连。超声换能器2，可以采用郎之万压电换能器，也可以采用镍、铁氧体材料制磁致伸缩换能器和稀土材料制超磁致伸缩换能器。变幅杆4一般设计成阶梯型、圆锥形或悬线型等多种物理聚能形状，表现为变幅杆耦合面13的面积一般远远大于变幅杆辐射端面5的面积，从而达到聚能并且放大振幅的功能。
上述实施例的雾滴可控的低频超声雾化装置，利用低频超声雾化原理及微孔雾化原理相结合，能够对雾滴大小及雾量大小实时调控。参见图1，超声发生器1提供超声换能器2所需振动能量，超声换能器2一般为半波长结构，可以采用压电型的郎之万换能器，也可以采用镍、铁氧体等材料制作的磁致伸缩换能器，或者采用稀土材料制作的超磁致伸缩换能器。超声换能器2的振动能量，通过换能器辐射面13传递至变幅杆4的变幅杆耦合面13。换能器辐射面12与变幅杆耦合面13通过连接螺栓3进行刚性连接。超声发生器1与超声换能器2通过电缆线14相连接。变幅杆4一般设计成阶梯型、圆锥形或悬线型等多种物理聚能形状，表现为变幅杆耦合面13的面积一般远远大于变幅杆辐射端面5的面积，从而达到聚能并且放大振幅的功能。带有微孔结构板网7的微孔雾化头6，通过紧固螺栓9、紧固螺母10与变幅杆法兰盘8相连接，微孔结构板网7固定在微孔雾化头6的几何中心。微孔结构板网7与变幅杆辐射端面5紧密接触。液体通过进料通道11进入，送至变幅杆辐射端面5与微孔结构板网7之间。液体进料通道11一般位于变幅杆4的几何中心，液体进料通道11的开口位于靠近变幅杆法兰盘8的上侧部，液体进料通道11的出口位于变幅杆辐射端面5的中心。由液体进料通道11送入的液体，在变幅杆辐射端面5和微孔结构板网7之间产生雾化及二次雾化，从而产生所需雾滴。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种雾滴可控的低频超声雾化装置，其特征在于，包括竖直设置、且换能器辐射面向上的超声换能器，竖直设置在所述超声换能器上方、变幅杆耦合面与超声换能器的换能器辐射面刚性连接、且变幅杆辐射端面向上的变幅杆，可拆卸式固定设置在所述变幅杆的变幅杆辐射端面的微孔雾化头，以及与所述超声换能器电连接的超声发生器；在所述变幅杆的变幅杆辐射端面，设有液体进料通道；
在所述微孔雾化头靠近变幅杆的一侧固定设置有微孔雾化板网，所述微孔雾化板网位于微孔雾化头的几何中心，所述微孔雾化板网与变幅杆的变幅杆辐射端面紧密接触，在所述微孔雾化板网与变幅杆之间，通过依次配合设置的固定螺栓、固定螺母和变幅杆法兰盘连接；该雾滴可控的低频超声雾化装置，利用超声换能器，将超声振动能量，通过变幅杆传递至变幅杆辐射端面，将微孔雾化板网与变幅杆辐射端面紧密接触，产生共振，使流经辐射端面及微孔雾化板网之间的液体，产生超声雾化及二次雾化，从而产生细微雾滴；并且，通过更换微孔雾化头，获得不同大小颗粒的雾滴；通过控制超声功率的大小和液体的流量大小，对雾化量进行调节；所述变幅杆的长度，为半波长的整数倍；所述超声换能器，具有半波长结构；变幅杆的频率与所连接超声换能器及超声发生器的频率保持一致。
2.根据权利要求1所述的雾滴可控的低频超声雾化装置，其特征在于，所述超声发生器与超声换能器之间，通过电缆线连接。
3.根据权利要求1所述的雾滴可控的低频超声雾化装置，其特征在于，所述超声换能器的换能器辐射面，通过连接螺栓与变幅杆的变幅杆耦合面刚性相连。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的雾滴可控的低频超声雾化装置，其特征在于，所述液体进料通道的出口位于变幅杆的变幅杆辐射端面的几何中心；所述液体进料通道为L形液体进料通道。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的雾滴可控的低频超声雾化装置，其特征在于，所述变幅杆呈阶梯型、圆锥形或悬线型的物理聚能形状；变幅杆的变幅杆耦合面的面积，远远大于变幅杆辐射端面的面积。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的雾滴可控的低频超声雾化装置，其特征在于，所述超声换能器，为郎之万压电换能器，或者采用镍、铁氧体材料制磁致伸缩换能器，或者稀土材料制超磁致伸缩换能器。
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