专利名称：增湿器的超音波雾化喷嘴结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种增湿器的超音波雾化喷嘴结构。
「雾化」的主要目的是将定量体积的液体，经过一种雾化装置将之碎化成许多小液滴，用来增加液滴表面积对体积的比值(Surface to Volume Ratio)，以增加质量与热量之间的交换率。而雾化器的使用目前已广泛使用在工业燃烧炉、汽柴油车及涡轮引擎的喷油设备和许多工业制程如碳烟制造、涂漆、喷雾乾燥、粉末冶金等，甚至农业上应用于喷洒杀虫剂以及环保的废气控制及除尘装置等用途。雾化的方式有许多种，但主要的关键乃是被雾化的介质与周遭环境间需要有一较高的相对速度(Relative Velocity)而达到使介质破裂雾化的效果。
为了满足各种不同雾化效果的需求，进而衍生出许多不同设计理念的雾化器，为便于了解可参考附
图16-A、
图16-B、
图16-C，其包括1、压力式雾化喷嘴(Pressure Atomizer)；2、双流体型雾化喷嘴(Twin-fluid Atomizer)；3、旋转式雾化喷嘴(Rotary Atomizer)；除此之外，尚有其它运用不同原理的雾化器，如利用静电使液体带电雾化的雾化器，及利用声波或超音波震荡使液体雾化的雾化器。
前述压力式雾化、双流式雾化、旋转式雾化、静电式雾化，需要射流或高速旋转机械或静电装置的配合，才能得到良好的雾化效果，而且喷口材料要高度耐摩擦，因此增加了投资费用；而超音波雾化器并没有这一方面的缺点，为此本实用新型所针对的是声波式雾化器的研发，以获得良好雾化效果。
按声波式雾化器是以超音波速气流产生频率在0.016～20kHz，以此震动的能量来对液体产生雾化作用，因此声波式雾化器一定是一种气体辅助式雾化器，只不过声波式雾化器与传统气助式(Air-Assist)雾化器的工作原理不同，声波式雾化器所使用的能量是一种声音的震动能量，而传统气助式雾化器的雾化能量来自气体运动的动能。故声波式雾化器的雾化品质及均匀性均优于传统气助式雾化器。
当然声波式雾化器不是以声音直接去产生液滴，而是以声音的震动能量来激发液膜不稳定，进而产生雾化的作用；声波式雾化器通常需要一个产生声音的共振腔，此共振腔是传统雾化器所没有，而典型的声音共振腔的例子如附
图17所示哈特慢声音产生器(Hartmann generator)，当高速气流从喷口喷出，冲击到前方的共振腔，会产生声频震动，其频率随共振腔直径d、共振腔深度h及喷口与共振腔的距离L有关。
近来已有学者针对哈特慢声音产生器做研究，例如台湾《化工技术》第八卷第九期登载的[烟气脱硫超声波雾化器研究～张永照]，其研究中发现从喷嘴中喷射出来的气流速度超过声速后，气压分布就产生一定的周期性；如果在距喷嘴不同的距离上测量气流的气压，就会发现气压分布的周期性结构具有一定的空间间隔，这些高压的间隔是气流的不定点，在这不定点上放置空腔共振器，就会使空气振动形成气浪，在共振器口前产生超声波。超声波对液滴有破碎作用，超声波在液体中传播时，能激起强烈声波振动，产生空化作用，使整个介质发生爆破并化为液滴，这些液滴再受声波振动作用，就能使液滴更细地雾化，而且这种雾化效果比传统式雾化为佳。
气体在共振腔交互作用下会产生声频外，声波式雾化器中流出的液体还须有薄膜化(Prefilming)的机构，因为薄膜经声波的激发才能产生不稳定的震动波，及雾化成微小的液滴。
本实用新型的目的是提供一种增湿器的超音波雾化喷嘴结构，其采用流体冲击式，并将气体的震动频率提高至超声波范围，以达到高度雾化的目的。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案这种增湿器的声波雾化喷嘴结构，其系由喷管、喷头、共振器所组成，其中，喷管具有轴向孔槽，而喷头是装置在喷管的轴向孔槽内，喷头内具有轴向气流孔道及数道径向液流孔道，又共振器是固定在喷管上且设在喷头之前，共振器系近似「D」字形的圆径金属杆，其中一端是固定在喷管前端的固定杆，而另端为水平共振杆且位在喷头的喷口前又与喷口保持同心度，而共振杆的后延伸出一连杆，此连杆并与固定在喷管前端的固定杆一体连接；前述共振杆与喷口之间保持一适当共振高度，且共振杆端面直径大于喷头的喷口直径。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型声波雾化喷嘴的立体分解图。
图2为
图1的声波雾化喷嘴立体组合图。
图3为
图1的3～3断面图。
图4为图2的4～4断面图。
图5为本实用新型声波雾化喷嘴使用另种共振杆的剖视图。
图6为本实用新型声波雾化喷嘴使用的喷头全剖视图。
图7为本实用新型声波雾化喷嘴使用的喷头全剖视图。
图8为本实用新型声波雾化喷嘴使用的喷头全剖视图。
图9为图6的9～9断面图。
图10为本实用新型另种声波雾化喷嘴的全剖视图。
图11为本实用新型声波雾化喷嘴的共振器增设锥柱的全剖视图。
图12为本实用新型声波雾化喷嘴的喷雾平均粒径随共振器高度的变化表。
图13为本实用新型声波雾化喷嘴在有锥柱状态下的喷雾平均粒径随共振器高度的变化表。
图14为本实用新型另种立体锥柱图。
图15为本实用新型声波雾化喷嘴使用第十四图锥柱状态下的喷雾平均粒径随共振器高度的变化表。
图16-A为现有技术几种压力式形态喷嘴的结构示意图
图16-B为现有技术几种双流体式形态喷嘴的结构示意图
图16-C为现有技术几种旋转式形态喷嘴的结构示意图如
图1、图2所示，本实用新型声波雾化喷嘴10系由一喷管20、喷头30、共振器40所组成，其中，喷管20内具方一阶梯形的轴向孔槽21，在喷管20的侧边具有一与孔槽21垂直穿通的径向螺孔22，而另侧则具有一供嫘栓81(如图3)螺入又固定在支架80上的径向螺孔23。其次，在喷管20的前端外壁设有一径向凹孔24，而在前端的端壁设有一与凹孔24穿通的轴向螺孔25，其中，凹孔24可供一D形杆状共振器40的直脚41穿入，然后通过小螺栓82螺入螺孔25内压迫直脚41而使共振器40固定在喷管20上。
图4所示为图2的4-4剖视图图中揭示喷管20的轴向孔槽21后端螺孔211可螺接连接器60，再通过连接器60再与气流导管61连接，其气压源则来自于空气压缩机。喷头30是由轴向孔槽21的前端穿入，再以后端螺管31与孔槽21后端螺孔211螺合，且保持同心度而不偏心；又喷管20的径向螺孔22可螺接连接盖70，再通过连接器70来与液流导管71连接。
前述喷嘴30在无共振器40时，其雾化后的平均粒径较高，粒子数的分布偏向大粒子，喷雾锥角在θ1范围内(如图4所示)，这对于工业用增湿并无法达到最佳使用效果。然而在喷嘴30前设置一共振器40后，高压气流喷出后至共振器40的共振杆42产生的超音波速气流，其震动频率可在O.016、20kHz，以此震动的能量来对液体产生雾化作用(参附件一)所产生的平均粒径SND较低，粒子数的分布偏向r卜粒子，喷雾锥角白2大于白1，所以雾化晶质较优，散布范围较广。
上述共振器40的构造包括一位在喷头30的喷口37前且位在同一中心轴线的水平共振杆42、一固定在喷管20前端的固定杆(图中为一直脚41)、一连接直脚41及共振杆42的连杆43所组成，图式中所揭示的连杆43是呈半圆弧形又上端呈水平延伸，整体而言，近似一」D」字形。其次，连杆43位在上方比位在下才为优，因为连杆43若位在下方时容易凝结水珠，为了避免此缺点，只要将连杆43位在上方就能克服此缺点。其次共振器40系一杆径为D的金属杆，其共振杆42端面直径D须大于喷口37的直径，因液体在喷出后会形成膨胀作用，若直径D太小，就无法涵盖整个液柱，形成有效的雾化效应。再者，共振杆42端面至喷口37的间的高度H会改变流场的空气动力特性，基本上共振器高度H增加，则气体的喷出效率亦跟着提高，故有比较高的气体流量，雾化的品质亦随之提升；因此只要适当控制共振器的高度H，就能让共振器产生良好雾化效应，因此即使在较低的压力下，其雾化特性并不会比高压的操作条件差，这是因为气液压力差相同，气液质量比接近，雾化晶质亦相近。
为了适当调整共振器高度H，可将共振器稍加改良，例如图5所示的共振杆40后端已无前述直脚，取而代之的是一水平脚41’，该水平脚41’是由延伸的连杆43后端加以弯折成L形，而水平脚41’由喷管20端壁的轴向凹孔24’穿入后，再通过径向螺孔25’内的螺栓82迫紧，由于水平脚41’可在凹孔24’内具有伸缩作用，所以可适当调整共振器高度H，以达最佳的雾化效应。
前述的喷头30具有三种类型，如图6-图8所示，三种喷头皆为流体冲击式喷嘴，其中，图6喷头30内的气流孔道32系由后端直通至前端，并与颈部34的二至四道液流孔道33(如图9)呈垂直交汇，又气流孔道32的孔径大于液流孔道33。图7揭示出气流孔道32可分为前后二阶段不同孔径的孔道，但后气流孔道321妁孔径大于前气流孔道322，前、后气流孔道与液流孔道33能交汇于一点而图8所示的前、后气流孔道321、322中，是以小径的前气流孔道322与液流孔道33交汇；通过前述三种喷头可通过高压空气进入气流孔道32后混合液流孔道33的水液，而形成流体冲击式薄膜。再者，为了使喷管20与喷头30间不产生瘁漏，喷头的颈部34前后二端部35、36的垂直壁面可配合O形止漏环84，而与喷管20的垂壁面紧迫接触产生止漏作用。
又液体与气体流量率可由喷头30内的液流孔道33尺寸及气流孔道32(或322)分别加以控制，例如二个气流孔道32直径相同的喷头，其液流孔道33为不同直径时，二喷头的气体流量率却没有太大的差异，这是因为液体的体积只占气体的千分之一，故喷头混合腔内体积大致上为气体所占据，故液体流量的增加对气体流量并没有多大的影响。
图10所示为本实用新型另种声波雾化喷嘴结构，图中揭示出喷头30与喷管20的结合关系，其与前述图4不同处在于该喷头30是由喷管20的轴向孔槽21末端穿入于内然后以后端螺环38与螺孔26螺合固定，显见喷管20与喷头30的配合方式具有二种。
如
图11所示，图中揭示出共振器40的共振杆42尽端增设一锥柱44，锥柱与喷口37位在同一中心线，其端面直径仍为D，且大于喷口直径；以锥柱实施后的喷雾流场亦为扩张型喷雾，但喷雾敉径比前述园杆共振杆42的实施更为微小，雾化锥角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弹性，故可在相当大的范围内操作，且均可得到相当理想的雾化效果。也因此为了调整共振器的高度H，可将共振杆42的端部改为螺杆421，而锥柱44后端增设螺孔441以利螺杆421螺入，另通过螺帽45的螺合而将锥柱44固定在螺杆421端部。
图12所示为本实用新型声波雾化喷嘴的喷雾平均粒径(SMD)随共振器高度的变化表，实验中的喷头30喷口37孔径为2.0MM，流体流道33的孔径1.0MM×2，图表中揭示水压Pw=5Kg/cm2，气压Pw=6Kg/cm2的情况下，其气液质量比ma/mw=3.93，则其SMD随共振器高度的变化从H=2.0MM时SMD=10.57/μm，增加至H=3.0MM时SMD14.36μm。显然此型喷嘴雾化特性对于共振器高度H非常敏感，控制共振高度在2.0mm时，可以得到最佳雾化效果，但共振器高度若偏离此操作点太多，则雾化特性变差，因为此时缺乏良好的雾化机构。
图13所示为本实用新型声波雾化喷嘴的喷雾平均粒径随共振器高度的变化表，实验中的喷头30构造同前述，但共振器40已装置锥柱44，当水压Pw=5Kg/cm2，气压Pw=6Kg/cm2的情况下，其气液质量比为3.93则其SMD随共振器高度的变化从H=3.0MM时SMD=10.58μm，增加至H=7.0MM时SMD=12.64μm，显示其雾化品质相当良好。实验结果中发现，此时的喷雾流场为扩张型喷雾，有利于加湿的应用。值得注意的是此型共振器的操作高度比原来共振器的操作高度显然有更大的操作弹性，可以在相当大的范围内操作均得到相当理想的雾化效果，这是因为本型共振器加装了雾化机构(即锥柱44)。
图14所示为另种立体锥柱图，其中锥柱44表面具有一浅凹沟442，而依
图15的实验结果显示雾化品质亦相当良好，但因为共振器端面为不对称形状，故使其喷雾的分布亦为不对称的型态，此型共振器可以运用于长方形管道的工程，由于此型共振器的操作高度有更大的操作弹性，所以可在相当大的范围内操作均得到相当理想的雾化效果。同理，亦可在锥柱44的端面成型出十字或米字等多道浅凹沟442，进而提供给不同用途及工程使用。
由上述可知，喷嘴在加装共振器后，能以气体在共振器中的共振对液体产生雾化作用，但对共振器的高度H相当敏感因此只要控制适当的共振器高度H，让共振器产生雾化效应，即使在较低的压力下，亦可得到良好雾化效果；而又在共振器增设锥柱后，可在相当大的操作高度范围内得到理想的雾化效果。
本实用新型的优点在于通过本实用新型的雾化，只要控制适当的共振高度，即能在较低的压力下，获得到良好的雾化结果。而又能使喷雾敉子平均粒径降低外，亦可得到极佳的雾化空气量。
权利要求1.一种增湿器的声波雾化喷嘴结构，其系由喷管、喷头、共振器所组成，其中，喷管具有轴向孔槽，而喷头是装置在喷管的轴向孔槽内，喷头内具有轴向气流孔道及数道径向液流孔道，又共振器是固定在喷管上且设在喷头之前，其特征在于共振器系近似「D 」字形的圆径金属杆，其中一端是固定在喷管前端的固定杆，而另端为水平共振杆且位在喷头的喷口前又与喷口保持同心度，而共振杆的后延伸出一连杆，此连杆并与固定在喷管前端的固定杆一体连接；前述共振杆与喷口之间保持一适当共振高度，且共振杆端面直径大于喷头的喷口直径。
2.根据权利要求1所述的增湿器的超音波雾化喷嘴结构，其特征在于所述的共振杆的固定杆为一直杆，并可穿入喷管前端的径向凹孔内，而喷管前端垂壁面具有一轴向螺孔并与径向穿孔互通，在轴向螺孔内可螺入一螺栓而将共振杆固定。
3.根据权利要求1所述的增湿器的超音波雾化喷嘴结构，其特征在于所述的共振杆的固定杆为一水平杆，且由连杆末端弯折成L形，水平杆可穿入喷管前端垂壁面的轴向凹孔内而喷管前端外壁具有一径向螺孔并与轴向穿孔互通，在径向螺孔内可螺入一螺栓而将共振杆固定。
4.根据权利要求2或3所述的增湿器的超音波雾化喷嘴结构，其特征在于所述的共振杆尽端可固定一锥柱，锥柱的端面直径大于喷头的喷口直径。
5.根据权利要求4所述的增湿器的超音波雾化喷嘴结构，其特征在于所述的共振杆尽端可设成螺杆，而锥柱设有一螺孔以与螺杆螺合，又螺杆上可增设一螺帽以将锥柱固定。
6.根据权利要求1所述的增湿器的超音波雾化喷嘴结构，其特征在于所述的喷头可由喷管的轴向孔槽的前端螺入而固定的，且两者间保持同心度。
7.根据权利要求1所述的增湿器的超音波雾化喷嘴结构，其特征在于所述的喷头可由喷管的轴向孔槽的后端螺入而固定之，且两者间保持同心度。
专利摘要一种增湿器的声波雾化喷嘴结构,由喷管、喷头、共振器所组成,其中,喷头可由喷管前端或后端置入并固定,而共振器设喷头前并与其保持适当共振高度;当液气流进入喷头后,高压气流从喷口喷出冲击前方共振器而产生声频震动,再利用声音震动能量来激发液膜不稳定而产生良好雾化作用;前述共振器可增设一锥柱,其端面可设一道或多道浅凹沟,另,锥柱可螺设在共振杆上并以螺帽固定,通过锥柱的前后调整可改变共振高度进而达到最佳雾化效应。
文档编号B05B17/04GK2460224SQ0120096
公开日2001年11月21日 申请日期2001年1月11日 优先权日2001年1月11日
发明者古晋光 申请人:古晋光