[發(fā)明專利]組合超聲霧化裝置

有效

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• 申請日: 2010-03-11
• 公開（公告）號: CN101773893A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發(fā)明（設計）人: 向東;段廣洪;瞿德剛;牟鵬;何磊明
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B05B17/06
• 分類號: B05B17/06;B05B15/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 胡小永

技術領域

本發(fā)明涉及一種液體介質的霧化裝置，特別是涉及一種用于較大 粘度液體的相控換能器陣列致動的超聲霧化裝置，屬于液體霧化領 域。

背景技術

噴霧是將液體通過噴嘴噴射到氣體介質中，使之分散并破裂成小 顆粒液滴的過程。由于液體相對于空氣或氣體的高速運動，或者由于 機械能的施加和噴射裝置的旋轉或振動，液體會霧化成各種尺寸范圍 的細小顆粒。

自上個世紀80年代末、90年代初以來，超聲霧化作為一項新型 霧化技術逐漸引起人們的關注。當液體流經一個超聲換能致動的霧化 表面時，在霧化表面就會形成一層波狀液體薄膜，隨著振動振幅的增 大，液體表面波的振幅也增大。當液膜表面波的振幅增大到一定值時， 液體表面波的頂部就會變得不穩(wěn)定并破裂，從霧化表面噴射甩出大量 細小的霧狀液滴。由于超聲霧化能在很低的液體傳輸速度下可以獲得 極佳的霧化質量，霧滴尺寸細小均勻，霧化效果容易控制，所以在各 個領域有著普遍的應用。目前，超聲霧化技術已廣泛應用于空氣加濕、 藥劑霧化治療、半導體刻蝕、電子產品鹽霧試驗以及光譜分析等方面。

美國專利US4978067所示超聲噴嘴是目前得到大量應用的一種 壓電致動超聲霧化噴嘴，該噴嘴實際上是一個共振裝置，它由夾在鈦 金屬外殼中的一對壓電圓片組成，霧化表面位于噴嘴出口處。兩個壓 緊的壓電圓片作為電源輸入的一極，金屬外殼作為另一極。當兩極的 極性隨高頻輸入信號往復變化時，壓電圓片就會以與輸入信號相同的 頻率發(fā)生振動，振動產生的超聲壓力波沿噴嘴軸向傳播，引起噴嘴端 部發(fā)生與輸入信號同頻率的振動。設計的噴嘴長度正好等于一個壓力 波的波長，壓力波在噴嘴兩個端面的來回反射造成壓力波的疊加和共 振，形成標準波模式。由于自由端的邊界條件限制，波峰位于噴嘴的 兩個端面處。共振振幅的大小與蓋板的直徑有關，由于噴嘴出口端前 蓋的直徑變小，因而共振的振幅被放大，出口端振幅遠遠大于入口端 振幅，增大的幅度與噴嘴直徑的變化相等。

隨著超聲波的頻率越高，霧化液滴的尺度也越細。低粘度液體在 20KHz下平均霧化尺度為90微米，在90KHz下平均霧化尺度為30 微米。對于粘度越大的液體，粘性阻力越大，表面張力一般也越大， 液體超聲霧化必須在形成良好液體薄膜的基礎上，提供足夠的振幅使 液體在表面波的作用下，破裂成細小的霧狀液滴。然而超聲頻率越高， 相應的壓電晶片的尺寸越小，隨之霧化表面的振幅也相應減小，因此， 能夠霧化的液體粘度也會越小。類似專利US4978067結構、工作頻 率100KHz的噴嘴，對理想的霧化效果，液體黏度值不能超過60厘 泊，固態(tài)物質含量應該低于30％。

發(fā)明內容

(一)要解決的技術問題

采用二級組合霧化方式，將通過一級低頻超聲霧化的較大液滴噴 射到二級高頻超聲噴嘴陣列的霧化表面上，霧化顆粒較大的液滴被進 一步霧化成精細的液滴。

(二)技術方案

為了實現(xiàn)上述目的，采用以下技術方案：

一種組合超聲霧化裝置，該裝置包括：一級低頻超聲霧化噴嘴、 二級高頻超聲霧化噴嘴陣列、用于驅動該一級低頻超聲霧化噴嘴及二 級高頻超聲霧化噴嘴陣列的激勵電源及向所述一級低頻超聲霧化噴 嘴提供液體的液體供給系統(tǒng)，

所述一級低頻超聲霧化噴嘴的軸線和所述二級高頻超聲霧化噴 嘴陣列的前端霧化表面呈一定角度配置，所述二級高頻超聲霧化噴嘴 陣列由若干二級高頻超聲霧化噴嘴構成。

優(yōu)選地，所述一級低頻超聲霧化噴嘴包括：第一前蓋、第一后蓋 和夾在所述第一前蓋和第一后蓋之間的夾心式第一換能器，所述第一 換能器由一對環(huán)形壓電片及一個環(huán)形電極片構成，環(huán)形電極片夾在一 對環(huán)形壓電片之間，構成夾心式。

優(yōu)選地，每個二級高頻超聲霧化噴嘴包括：第二前蓋、第二后蓋 和夾在所述第二前蓋和第二后蓋之間的夾心式第二換能器，

所述第二換能器由一對環(huán)形壓電片及一個環(huán)形電極片構成，環(huán)形 電極片夾在一對環(huán)形壓電片之間，構成夾心式。

優(yōu)選地，二級高頻超聲霧化噴嘴陣列的前端霧化表面由若干二級 高頻超聲霧化噴嘴的前端霧化表面形成，所述角度為45°。

優(yōu)選地，在所述二級高頻超聲霧化噴嘴陣列中，所有二級高頻超 聲霧化噴嘴的所述前端霧化表面在同一個平面上。

優(yōu)選地，所述二級高頻超聲霧化噴嘴的前端霧化表面呈圓形或多 邊形。

(三)有益效果