[发明专利]微量喷嘴

说明书

技术领域

本发明为一种微量喷嘴，特指一种采用一种流体(如空气)裹挟微小液滴到达接受部位的原理，喷射微量液体的微量喷嘴，可以广泛地在化学、化工、医药、食品、农业，环境保护、微米／纳米材料和机械加工等需要喷射微量液体的领域中加以应用。

背景技术

在某一研究或应用领域，我们需要控制微量液体的传输，使液体在传输过程中以一种微小液滴的形式到达所要求的接受部位，这就需要有一种可喷射微量液体的微量喷嘴。国内也有人在这一方面进行过各种尝试，但存在对微量喷嘴的结构和工作原理等方面的认识不足，所制造出来的喷嘴不能方便，可靠的使用。

本发明在发明内容中首先阐述了微量喷嘴结构中各组成部分的定义和作用，其次对微量喷嘴喷射微量液体时气体和液体之间的相互作用进行了明确的阐述，解决了液体在传输过程中形成微小液滴的问题，为喷嘴的设计提供了基本原理的支持。根据上述原理，推导了微量喷嘴各组成部分之间的尺寸的关系式，并采用科学实验方法选择出典型设计方案。按上述方案制造的微量喷嘴可以广泛地在化学、化工、医药、食品、农业，环境保护、微米／纳米材料和机械加工等其他需要喷射微量液体的领域中得以应用。

发明内容

当一定流量的微量液体在液体传输管管口形成微小液滴时，若有一定流量的气流包围在传输管管口的周围，则气流将裹挟着微小液滴，使得小液滴克服液体表面与液体传输管管口之间附着力的束缚，从而脱离液体传输管到达某一接受部位，这是一种可控条件下形成微小液滴的物理过程。液滴的大小取决于气体的流量、液体的流量和液体传输管的直径。根据这一原理设计的微量喷嘴结构见附图1，其主要组成部分包括壳体、进气管、集气腔、导向阻气管和束流腔。若将该微量喷嘴用于喷射液体，将液体传输管插入导向阻气管，见附图2，此时液体传输管与导向阻气管之间有一定间隙，命名为导向阻气腔，其长度与导向阻气管一致。

微量喷嘴中导向阻气管与壳体紧密连接，并延伸到集气腔中，从而保证液体传输管与束流腔同心，同时具有阻止气体从液体传输管与导向阻气管之间间隙泄漏的作用，故命名为导向阻气管。束流腔位于微量喷嘴前端，是一个有一定长度和直径的圆孔，具有改变和约束气流流动方向的作用，因此命名为束流腔。

如附图3所示，若要获得最佳的喷射效果，需保证液体传输管、导向阻气管和束流腔三个部分的垂直投影为同心圆环。但由于导向阻气腔间隙的存在，使三者可能不完全同心，因而通过导向阻气管约束液体传输管在束流腔中的位置，使液体传输管不会触及束流腔内壁，从而保证喷射气流环绕着液体传输管，则导向阻气管的长度须符合式①，其计算示意图见附图3：

2L(M-Z)N+M-2Z<D<L-S]]>     ①

式中L为喷嘴总长，

S为束流腔长度，

N为束流腔直径，

M为导向阻气管内径，

Z为液体传输管外径，

D即为导向阻气管长度，

由于导向阻气腔的存在，进入集气腔的气体有少量可能会从传输管入口处泄露，不同长度的导向阻气管气体泄漏量也不相同。我们采用合适的方法测定了微量喷嘴总长度为50毫米、导向阻气管长度分别为30毫米和40毫米时，泄露的气体量与实际流量之间的关系，见附图4，结果显示导向阻气管越长阻止气体泄漏的效果越好。40毫米长度的导向阻气管，在进气流速为4升／分钟以下时，气体的泄漏量与流量之比小于百分之一，此时对微量液体的喷射影响不大。

由于束流腔是保证气流以直线喷出喷嘴的主要部位，见附图5，因此束流腔的长度也是微量喷嘴喷射效果的影响因素之一，其长度S需符合式②：