專(zhuān)利名稱(chēng)：增濕器的超音波霧化噴嘴結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種增濕器的超音波霧化噴嘴結(jié)構(gòu)。
「霧化」的主要目的是將定量體積的液體，經(jīng)過(guò)一種霧化裝置將之碎化成許多小液滴，用來(lái)增加液滴表面積對(duì)體積的比值(Surface to Volume Ratio)，以增加質(zhì)量與熱量之間的交換率。而霧化器的使用目前已廣泛使用在工業(yè)燃燒爐、汽柴油車(chē)及渦輪引擎的噴油設(shè)備和許多工業(yè)制程如碳煙制造、涂漆、噴霧乾燥、粉末冶金等，甚至農(nóng)業(yè)上應(yīng)用于噴灑殺蟲(chóng)劑以及環(huán)保的廢氣控制及除塵裝置等用途。霧化的方式有許多種，但主要的關(guān)鍵乃是被霧化的介質(zhì)與周遭環(huán)境間需要有一較高的相對(duì)速度(Relative Velocity)而達(dá)到使介質(zhì)破裂霧化的效果。
為了滿(mǎn)足各種不同霧化效果的需求，進(jìn)而衍生出許多不同設(shè)計(jì)理念的霧化器，為便于了解可參考附


圖16-A、
圖16-B、
圖16-C，其包括1、壓力式霧化噴嘴(Pressure Atomizer)；2、雙流體型霧化噴嘴(Twin-fluid Atomizer)；3、旋轉(zhuǎn)式霧化噴嘴(Rotary Atomizer)；除此之外，尚有其它運(yùn)用不同原理的霧化器，如利用靜電使液體帶電霧化的霧化器，及利用聲波或超音波震蕩使液體霧化的霧化器。
前述壓力式霧化、雙流式霧化、旋轉(zhuǎn)式霧化、靜電式霧化，需要射流或高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械或靜電裝置的配合，才能得到良好的霧化效果，而且噴口材料要高度耐摩擦，因此增加了投資費(fèi)用；而超音波霧化器并沒(méi)有這一方面的缺點(diǎn)，為此本實(shí)用新型所針對(duì)的是聲波式霧化器的研發(fā)，以獲得良好霧化效果。
按聲波式霧化器是以超音波速氣流產(chǎn)生頻率在0.016～20kHz，以此震動(dòng)的能量來(lái)對(duì)液體產(chǎn)生霧化作用，因此聲波式霧化器一定是一種氣體輔助式霧化器，只不過(guò)聲波式霧化器與傳統(tǒng)氣助式(Air-Assist)霧化器的工作原理不同，聲波式霧化器所使用的能量是一種聲音的震動(dòng)能量，而傳統(tǒng)氣助式霧化器的霧化能量來(lái)自氣體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。故聲波式霧化器的霧化品質(zhì)及均勻性均優(yōu)于傳統(tǒng)氣助式霧化器。
當(dāng)然聲波式霧化器不是以聲音直接去產(chǎn)生液滴，而是以聲音的震動(dòng)能量來(lái)激發(fā)液膜不穩(wěn)定，進(jìn)而產(chǎn)生霧化的作用；聲波式霧化器通常需要一個(gè)產(chǎn)生聲音的共振腔，此共振腔是傳統(tǒng)霧化器所沒(méi)有，而典型的聲音共振腔的例子如附
圖17所示哈特慢聲音產(chǎn)生器(Hartmann generator)，當(dāng)高速氣流從噴口噴出，沖擊到前方的共振腔，會(huì)產(chǎn)生聲頻震動(dòng)，其頻率隨共振腔直徑d、共振腔深度h及噴口與共振腔的距離L有關(guān)。
近來(lái)已有學(xué)者針對(duì)哈特慢聲音產(chǎn)生器做研究，例如臺(tái)灣《化工技術(shù)》第八卷第九期登載的[煙氣脫硫超聲波霧化器研究～張永照]，其研究中發(fā)現(xiàn)從噴嘴中噴射出來(lái)的氣流速度超過(guò)聲速后，氣壓分布就產(chǎn)生一定的周期性；如果在距噴嘴不同的距離上測(cè)量氣流的氣壓，就會(huì)發(fā)現(xiàn)氣壓分布的周期性結(jié)構(gòu)具有一定的空間間隔，這些高壓的間隔是氣流的不定點(diǎn)，在這不定點(diǎn)上放置空腔共振器，就會(huì)使空氣振動(dòng)形成氣浪，在共振器口前產(chǎn)生超聲波。超聲波對(duì)液滴有破碎作用，超聲波在液體中傳播時(shí)，能激起強(qiáng)烈聲波振動(dòng)，產(chǎn)生空化作用，使整個(gè)介質(zhì)發(fā)生爆破并化為液滴，這些液滴再受聲波振動(dòng)作用，就能使液滴更細(xì)地霧化，而且這種霧化效果比傳統(tǒng)式霧化為佳。
氣體在共振腔交互作用下會(huì)產(chǎn)生聲頻外，聲波式霧化器中流出的液體還須有薄膜化(Prefilming)的機(jī)構(gòu)，因?yàn)楸∧そ?jīng)聲波的激發(fā)才能產(chǎn)生不穩(wěn)定的震動(dòng)波，及霧化成微小的液滴。
本實(shí)用新型的目的是提供一種增濕器的超音波霧化噴嘴結(jié)構(gòu)，其采用流體沖擊式，并將氣體的震動(dòng)頻率提高至超聲波范圍，以達(dá)到高度霧化的目的。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案這種增濕器的聲波霧化噴嘴結(jié)構(gòu)，其系由噴管、噴頭、共振器所組成，其中，噴管具有軸向孔槽，而噴頭是裝置在噴管的軸向孔槽內(nèi)，噴頭內(nèi)具有軸向氣流孔道及數(shù)道徑向液流孔道，又共振器是固定在噴管上且設(shè)在噴頭之前，共振器系近似「D」字形的圓徑金屬桿，其中一端是固定在噴管前端的固定桿，而另端為水平共振桿且位在噴頭的噴口前又與噴口保持同心度，而共振桿的后延伸出一連桿，此連桿并與固定在噴管前端的固定桿一體連接；前述共振桿與噴口之間保持一適當(dāng)共振高度，且共振桿端面直徑大于噴頭的噴口直徑。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1為本實(shí)用新型聲波霧化噴嘴的立體分解圖。
圖2為
圖1的聲波霧化噴嘴立體組合圖。
圖3為
圖1的3～3斷面圖。
圖4為圖2的4～4斷面圖。
圖5為本實(shí)用新型聲波霧化噴嘴使用另種共振桿的剖視圖。
圖6為本實(shí)用新型聲波霧化噴嘴使用的噴頭全剖視圖。
圖7為本實(shí)用新型聲波霧化噴嘴使用的噴頭全剖視圖。
圖8為本實(shí)用新型聲波霧化噴嘴使用的噴頭全剖視圖。
圖9為圖6的9～9斷面圖。
圖10為本實(shí)用新型另種聲波霧化噴嘴的全剖視圖。
圖11為本實(shí)用新型聲波霧化噴嘴的共振器增設(shè)錐柱的全剖視圖。
圖12為本實(shí)用新型聲波霧化噴嘴的噴霧平均粒徑隨共振器高度的變化表。
圖13為本實(shí)用新型聲波霧化噴嘴在有錐柱狀態(tài)下的噴霧平均粒徑隨共振器高度的變化表。
圖14為本實(shí)用新型另種立體錐柱圖。
圖15為本實(shí)用新型聲波霧化噴嘴使用第十四圖錐柱狀態(tài)下的噴霧平均粒徑隨共振器高度的變化表。
圖16-A為現(xiàn)有技術(shù)幾種壓力式形態(tài)噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖
圖16-B為現(xiàn)有技術(shù)幾種雙流體式形態(tài)噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖
圖16-C為現(xiàn)有技術(shù)幾種旋轉(zhuǎn)式形態(tài)噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖如
圖1、圖2所示，本實(shí)用新型聲波霧化噴嘴10系由一噴管20、噴頭30、共振器40所組成，其中，噴管20內(nèi)具方一階梯形的軸向孔槽21，在噴管20的側(cè)邊具有一與孔槽21垂直穿通的徑向螺孔22，而另側(cè)則具有一供嫘栓81(如圖3)螺入又固定在支架80上的徑向螺孔23。其次，在噴管20的前端外壁設(shè)有一徑向凹孔24，而在前端的端壁設(shè)有一與凹孔24穿通的軸向螺孔25，其中，凹孔24可供一D形桿狀共振器40的直腳41穿入，然后通過(guò)小螺栓82螺入螺孔25內(nèi)壓迫直腳41而使共振器40固定在噴管20上。
圖4所示為圖2的4-4剖視圖圖中揭示噴管20的軸向孔槽21后端螺孔211可螺接連接器60，再通過(guò)連接器60再與氣流導(dǎo)管61連接，其氣壓源則來(lái)自于空氣壓縮機(jī)。噴頭30是由軸向孔槽21的前端穿入，再以后端螺管31與孔槽21后端螺孔211螺合，且保持同心度而不偏心；又噴管20的徑向螺孔22可螺接連接蓋70，再通過(guò)連接器70來(lái)與液流導(dǎo)管71連接。
前述噴嘴30在無(wú)共振器40時(shí)，其霧化后的平均粒徑較高，粒子數(shù)的分布偏向大粒子，噴霧錐角在θ1范圍內(nèi)(如圖4所示)，這對(duì)于工業(yè)用增濕并無(wú)法達(dá)到最佳使用效果。然而在噴嘴30前設(shè)置一共振器40后，高壓氣流噴出后至共振器40的共振桿42產(chǎn)生的超音波速氣流，其震動(dòng)頻率可在O.016、20kHz，以此震動(dòng)的能量來(lái)對(duì)液體產(chǎn)生霧化作用(參附件一)所產(chǎn)生的平均粒徑SND較低，粒子數(shù)的分布偏向r卜粒子，噴霧錐角白2大于白1，所以霧化晶質(zhì)較優(yōu)，散布范圍較廣。
上述共振器40的構(gòu)造包括一位在噴頭30的噴口37前且位在同一中心軸線(xiàn)的水平共振桿42、一固定在噴管20前端的固定桿(圖中為一直腳41)、一連接直腳41及共振桿42的連桿43所組成，圖式中所揭示的連桿43是呈半圓弧形又上端呈水平延伸，整體而言，近似一」D」字形。其次，連桿43位在上方比位在下才為優(yōu)，因?yàn)檫B桿43若位在下方時(shí)容易凝結(jié)水珠，為了避免此缺點(diǎn)，只要將連桿43位在上方就能克服此缺點(diǎn)。其次共振器40系一桿徑為D的金屬桿，其共振桿42端面直徑D須大于噴口37的直徑，因液體在噴出后會(huì)形成膨脹作用，若直徑D太小，就無(wú)法涵蓋整個(gè)液柱，形成有效的霧化效應(yīng)。再者，共振桿42端面至噴口37的間的高度H會(huì)改變流場(chǎng)的空氣動(dòng)力特性，基本上共振器高度H增加，則氣體的噴出效率亦跟著提高，故有比較高的氣體流量，霧化的品質(zhì)亦隨之提升；因此只要適當(dāng)控制共振器的高度H，就能讓共振器產(chǎn)生良好霧化效應(yīng)，因此即使在較低的壓力下，其霧化特性并不會(huì)比高壓的操作條件差，這是因?yàn)闅庖簤毫Σ钕嗤?，氣液質(zhì)量比接近，霧化晶質(zhì)亦相近。
為了適當(dāng)調(diào)整共振器高度H，可將共振器稍加改良，例如圖5所示的共振桿40后端已無(wú)前述直腳，取而代之的是一水平腳41’，該水平腳41’是由延伸的連桿43后端加以彎折成L形，而水平腳41’由噴管20端壁的軸向凹孔24’穿入后，再通過(guò)徑向螺孔25’內(nèi)的螺栓82迫緊，由于水平腳41’可在凹孔24’內(nèi)具有伸縮作用，所以可適當(dāng)調(diào)整共振器高度H，以達(dá)最佳的霧化效應(yīng)。
前述的噴頭30具有三種類(lèi)型，如圖6-圖8所示，三種噴頭皆為流體沖擊式噴嘴，其中，圖6噴頭30內(nèi)的氣流孔道32系由后端直通至前端，并與頸部34的二至四道液流孔道33(如圖9)呈垂直交匯，又氣流孔道32的孔徑大于液流孔道33。圖7揭示出氣流孔道32可分為前后二階段不同孔徑的孔道，但后氣流孔道321妁孔徑大于前氣流孔道322，前、后氣流孔道與液流孔道33能交匯于一點(diǎn)而圖8所示的前、后氣流孔道321、322中，是以小徑的前氣流孔道322與液流孔道33交匯；通過(guò)前述三種噴頭可通過(guò)高壓空氣進(jìn)入氣流孔道32后混合液流孔道33的水液，而形成流體沖擊式薄膜。再者，為了使噴管20與噴頭30間不產(chǎn)生瘁漏，噴頭的頸部34前后二端部35、36的垂直壁面可配合O形止漏環(huán)84，而與噴管20的垂壁面緊迫接觸產(chǎn)生止漏作用。
又液體與氣體流量率可由噴頭30內(nèi)的液流孔道33尺寸及氣流孔道32(或322)分別加以控制，例如二個(gè)氣流孔道32直徑相同的噴頭，其液流孔道33為不同直徑時(shí)，二噴頭的氣體流量率卻沒(méi)有太大的差異，這是因?yàn)橐后w的體積只占?xì)怏w的千分之一，故噴頭混合腔內(nèi)體積大致上為氣體所占據(jù)，故液體流量的增加對(duì)氣體流量并沒(méi)有多大的影響。
圖10所示為本實(shí)用新型另種聲波霧化噴嘴結(jié)構(gòu)，圖中揭示出噴頭30與噴管20的結(jié)合關(guān)系，其與前述圖4不同處在于該噴頭30是由噴管20的軸向孔槽21末端穿入于內(nèi)然后以后端螺環(huán)38與螺孔26螺合固定，顯見(jiàn)噴管20與噴頭30的配合方式具有二種。
如
圖11所示，圖中揭示出共振器40的共振桿42盡端增設(shè)一錐柱44，錐柱與噴口37位在同一中心線(xiàn)，其端面直徑仍為D，且大于噴口直徑；以錐柱實(shí)施后的噴霧流場(chǎng)亦為擴(kuò)張型噴霧，但噴霧敉徑比前述園桿共振桿42的實(shí)施更為微小，霧化錐角θ3大于θ2，而且共振器的高度H比前述的操作高度有更大的操作彈性，故可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)操作，且均可得到相當(dāng)理想的霧化效果。也因此為了調(diào)整共振器的高度H，可將共振桿42的端部改為螺桿421，而錐柱44后端增設(shè)螺孔441以利螺桿421螺入，另通過(guò)螺帽45的螺合而將錐柱44固定在螺桿421端部。
圖12所示為本實(shí)用新型聲波霧化噴嘴的噴霧平均粒徑(SMD)隨共振器高度的變化表，實(shí)驗(yàn)中的噴頭30噴口37孔徑為2.0MM，流體流道33的孔徑1.0MM×2，圖表中揭示水壓Pw=5Kg/cm2，氣壓Pw=6Kg/cm2的情況下，其氣液質(zhì)量比ma/mw=3.93，則其SMD隨共振器高度的變化從H=2.0MM時(shí)SMD=10.57/μm，增加至H=3.0MM時(shí)SMD14.36μm。顯然此型噴嘴霧化特性對(duì)于共振器高度H非常敏感，控制共振高度在2.0mm時(shí)，可以得到最佳霧化效果，但共振器高度若偏離此操作點(diǎn)太多，則霧化特性變差，因?yàn)榇藭r(shí)缺乏良好的霧化機(jī)構(gòu)。
圖13所示為本實(shí)用新型聲波霧化噴嘴的噴霧平均粒徑隨共振器高度的變化表，實(shí)驗(yàn)中的噴頭30構(gòu)造同前述，但共振器40已裝置錐柱44，當(dāng)水壓Pw=5Kg/cm2，氣壓Pw=6Kg/cm2的情況下，其氣液質(zhì)量比為3.93則其SMD隨共振器高度的變化從H=3.0MM時(shí)SMD=10.58μm，增加至H=7.0MM時(shí)SMD=12.64μm，顯示其霧化品質(zhì)相當(dāng)良好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，此時(shí)的噴霧流場(chǎng)為擴(kuò)張型噴霧，有利于加濕的應(yīng)用。值得注意的是此型共振器的操作高度比原來(lái)共振器的操作高度顯然有更大的操作彈性，可以在相當(dāng)大的范圍內(nèi)操作均得到相當(dāng)理想的霧化效果，這是因?yàn)楸拘凸舱衿骷友b了霧化機(jī)構(gòu)(即錐柱44)。
圖14所示為另種立體錐柱圖，其中錐柱44表面具有一淺凹溝442，而依
圖15的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示霧化品質(zhì)亦相當(dāng)良好，但因?yàn)楣舱衿鞫嗣鏋椴粚?duì)稱(chēng)形狀，故使其噴霧的分布亦為不對(duì)稱(chēng)的型態(tài)，此型共振器可以運(yùn)用于長(zhǎng)方形管道的工程，由于此型共振器的操作高度有更大的操作彈性，所以可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)操作均得到相當(dāng)理想的霧化效果。同理，亦可在錐柱44的端面成型出十字或米字等多道淺凹溝442，進(jìn)而提供給不同用途及工程使用。
由上述可知，噴嘴在加裝共振器后，能以氣體在共振器中的共振對(duì)液體產(chǎn)生霧化作用，但對(duì)共振器的高度H相當(dāng)敏感因此只要控制適當(dāng)?shù)墓舱衿鞲叨菻，讓共振器產(chǎn)生霧化效應(yīng)，即使在較低的壓力下，亦可得到良好霧化效果；而又在共振器增設(shè)錐柱后，可在相當(dāng)大的操作高度范圍內(nèi)得到理想的霧化效果。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)本實(shí)用新型的霧化，只要控制適當(dāng)?shù)墓舱窀叨?，即能在較低的壓力下，獲得到良好的霧化結(jié)果。而又能使噴霧敉子平均粒徑降低外，亦可得到極佳的霧化空氣量。
權(quán)利要求1.一種增濕器的聲波霧化噴嘴結(jié)構(gòu)，其系由噴管、噴頭、共振器所組成，其中，噴管具有軸向孔槽，而噴頭是裝置在噴管的軸向孔槽內(nèi)，噴頭內(nèi)具有軸向氣流孔道及數(shù)道徑向液流孔道，又共振器是固定在噴管上且設(shè)在噴頭之前，其特征在于共振器系近似「D 」字形的圓徑金屬桿，其中一端是固定在噴管前端的固定桿，而另端為水平共振桿且位在噴頭的噴口前又與噴口保持同心度，而共振桿的后延伸出一連桿，此連桿并與固定在噴管前端的固定桿一體連接；前述共振桿與噴口之間保持一適當(dāng)共振高度，且共振桿端面直徑大于噴頭的噴口直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增濕器的超音波霧化噴嘴結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的共振桿的固定桿為一直桿，并可穿入噴管前端的徑向凹孔內(nèi)，而噴管前端垂壁面具有一軸向螺孔并與徑向穿孔互通，在軸向螺孔內(nèi)可螺入一螺栓而將共振桿固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增濕器的超音波霧化噴嘴結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的共振桿的固定桿為一水平桿，且由連桿末端彎折成L形，水平桿可穿入噴管前端垂壁面的軸向凹孔內(nèi)而噴管前端外壁具有一徑向螺孔并與軸向穿孔互通，在徑向螺孔內(nèi)可螺入一螺栓而將共振桿固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的增濕器的超音波霧化噴嘴結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的共振桿盡端可固定一錐柱，錐柱的端面直徑大于噴頭的噴口直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的增濕器的超音波霧化噴嘴結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的共振桿盡端可設(shè)成螺桿，而錐柱設(shè)有一螺孔以與螺桿螺合，又螺桿上可增設(shè)一螺帽以將錐柱固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增濕器的超音波霧化噴嘴結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的噴頭可由噴管的軸向孔槽的前端螺入而固定的，且兩者間保持同心度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增濕器的超音波霧化噴嘴結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的噴頭可由噴管的軸向孔槽的后端螺入而固定之，且兩者間保持同心度。
專(zhuān)利摘要一種增濕器的聲波霧化噴嘴結(jié)構(gòu),由噴管、噴頭、共振器所組成,其中,噴頭可由噴管前端或后端置入并固定,而共振器設(shè)噴頭前并與其保持適當(dāng)共振高度;當(dāng)液氣流進(jìn)入噴頭后,高壓氣流從噴口噴出沖擊前方共振器而產(chǎn)生聲頻震動(dòng),再利用聲音震動(dòng)能量來(lái)激發(fā)液膜不穩(wěn)定而產(chǎn)生良好霧化作用;前述共振器可增設(shè)一錐柱,其端面可設(shè)一道或多道淺凹溝,另,錐柱可螺設(shè)在共振桿上并以螺帽固定,通過(guò)錐柱的前后調(diào)整可改變共振高度進(jìn)而達(dá)到最佳霧化效應(yīng)。
文檔編號(hào)B05B17/04GK2460224SQ0120096
公開(kāi)日2001年11月21日 申請(qǐng)日期2001年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月11日
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