[发明专利]一种基于电场增强结构的静电雾化喷嘴及其系统

说明书

本发明公开了一种基于电场增强结构的静电雾化喷嘴及其系统，正多边体结构的喷嘴主体，喷嘴主体的一端为喷射端，另一端为注液端；喷射端的端面为附着面，喷射端处相邻喷嘴外壁面之间的棱角是喷嘴尖端；在喷射端的每一个喷嘴外壁面上均沿轴向设有液体明渠，液体明渠的底端延伸至附着面，每个液体明渠的顶端都设有出液口；由注液端向喷嘴主体内部沿轴向设有注液腔；注液腔的底部通过出液口与喷嘴主体外部相连通；所述喷嘴主体连接高压发生器；由于喷嘴尖端电荷密度集中，因此在每个喷嘴尖端产生射流；因此可以增加雾化流量同时可获得单分散性良好、射流区域广的雾化液滴。

技术领域

本发明属于静电雾化领域，特别涉及一种基于电场增强结构的静电雾化喷嘴及其系统。

背景技术

静电雾化技术是一种利用高压电场的静电作用实现液体破碎雾化的方法。具体的原理为带电液体从喷嘴口出流出时，静电剪切应力作用于液体表面，克服液体自身的表面张力和粘滞力，从而促使液体表面不稳定性的增长，使初始液滴变形并破裂出更细小的子液滴。由于静电雾化以较低能耗优势可获得大量粒径细小、单分散性好、可控性强、沉积率高的荷电微液滴，使其在超低量农药喷洒、微纳米薄膜制备、微型燃烧、微喷雾冷却、药物封装、微动力推进及生物质谱等领域显示了巨大应用价值。目前存在的静电雾化喷嘴，大都运行在锥射流模式下，此模式下喷嘴只能发射一股射流，液滴的大小受到供给流量的严格限制，雾化流量无法进一步提高，难以满足静电雾化多领域实际应用的需求。

当前提高静电雾化流量的方法主要有两种：通过阵列集成单毛细管喷嘴或采用静电雾化的多股射流模式实现流量的成倍增加。前者通过将喷嘴按照线性或者阵列式排列，通过叠加喷嘴数量来提高雾化流量的方法，但这要求较高的激光蚀刻方法和加工成本同时运行过程中相邻喷雾之间相互干扰，会影响整体喷雾的沉积均匀性；多股射流模式可以看作是喷嘴出口处多个单锥射流组合雾化以提高雾化流量，此模式可以在较高的荷电电压下获得。但多股射流模式下单股射流会发生剧烈的摆动难以保持稳定，影响雾化液滴的单分散性，同时雾化电压过高容易发生电晕放电，设备长时期的稳定运行得不到保证。因此，上述提高雾化流量方法的局限性使得静电雾化技术难以获得多领域大规模的推广应用。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种基于电场增强结构的静电雾化喷嘴及其系统，该喷嘴利用电场增强结构产生稳定多股射流，在保持宽稳定电压区间的基础上，大大增加雾化流量同时可获得单分散性良好、射流区域广的雾化液滴。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于电场增强结构的静电雾化喷嘴，包括喷嘴主体，喷嘴主体为正多边体结构，喷嘴主体的一端为喷射端，另一端为注液端；喷射端的端面为附着面，喷射端处相邻喷嘴外壁面之间的棱角是喷嘴尖端；在喷射端的每一个喷嘴外壁面上均沿轴向设有液体明渠，液体明渠的底端延伸至附着面，每个液体明渠的顶端都设有出液口；由注液端向喷嘴主体内部沿轴向设有注液腔；注液腔的底部通过出液口与喷嘴主体外部相连通；所述喷嘴主体连接高压发生器。

进一步，液体明渠沿着喷嘴外壁面轴向的中位线设置。

进一步，液体明渠的横截面形状设计为弧形槽或正多边形槽。

进一步，出液口的横截面形状是圆形或者多边形。

进一步，液体明渠的长度L₀为喷嘴主体的长度。

进一步，所述喷嘴主体采用金属材料或者合金材料。

一种应用电场增强结构的静电雾化系统，包括喷嘴主体，喷嘴主体的注液端通过输液管连接微量注射泵，由微量注射泵向喷嘴主体内泵入待雾化液体；喷嘴主体与高压发生器相连，使得喷嘴主体带电，由于喷嘴尖端电荷密度集中，因此在每个喷嘴尖端产生射流。

进一步，高压发生器的输出端通过导线与喷嘴主体连接，高压发生器的接地端通过导线连接地极。