TWI458559B - 氣液混合式噴嘴裝置 - Google Patents

Description

氣液混合式噴嘴裝置

本發明是有關於一種噴嘴裝置，且特別是有關於一種具有減少液體進入氣液混合凹陷部之流量之節流元件的氣液混合式噴嘴裝置。

在一般的噴嘴裝置中，其主要功能係用來將其中之流體加速，使得流體能以較快之速度離開噴嘴，而噴嘴中所採用之流體可為氣體或液體。

此外，在一般噴嘴裝置中，通常包含有一個座體，用以固定噴嘴，並於其內部中提供流體所需之流道，使得流體供應源所提供之流體可經由座體中之流道而到達噴嘴。

然而，當噴嘴裝置所採用之流體為液體時，由於液體中包含有一定量的雜質，故經過長時間的使用之後，容易產生積垢進而堵塞的情況。其中，上述之積垢通常係沉積於噴嘴之出口。故為了解決堵塞情況，需將噴嘴拆下進行清洗。而由於噴嘴之內部空間狹小，故提升了噴嘴清洗作業的難度。

因此，本發明之目的係在提供一種氣液混合式噴嘴裝置，其具有可減少液體進入氣液混合凹陷部之流量的節流元件，故可降低液體中之雜質進入氣液混合凹陷部的機率，進而降低液體中之雜質堵塞噴嘴之狀況。

根據本發明之一實施例，提供一種氣液混合式噴嘴裝置。此氣液混合式噴嘴裝置包含座體、封閉元件、節流元件及噴嘴。上述座體包含第一、第二及第三側面，且座體更包含凹設於第一側面之氣體通道與液體通道、凹設於第二側面之容置液體凹陷部及凹設於第三側面之氣液混合凹陷部。上述氣體通道與液體通道係分別用以傳輸氣體與液體，容置液體凹陷部則具有互相連通之第一部分與第二部分，其中第二部分鄰設於上述之第二側面，而上述液體通道係由第一側面貫穿至此容置液體凹陷部，且此容置液體凹陷部主要係用以容置上述液體。此外，上述氣體通道與容置液體凹陷部分別由第一側面及第二側面貫穿至氣液混合凹陷部，而其中容置液體凹陷部係以上述第一部分與氣液混合凹陷部連通。上述封閉元件係設置於容置液體凹陷部之第二部分中的開口部，至於節流元件則接合於此封閉元件並突伸至上述容置液體凹陷部之第一部分中，藉此縮減第一部分的橫截面積。再者，上述噴嘴係接合於氣液混合凹陷部的開口部，使得氣液混合凹陷部中之液體與氣體能夠進入噴嘴的內部空間。

本發明優點在於，利用節流元件降低液體中之雜質進入氣液混合凹陷部的機率，進而導致液體中之雜質所產生之積垢主要係附著於節流元件上。因此，當遇到堵塞之情況時，僅須將節流元件拆下進行清洗即可，相較於清洗噴嘴，由於節流元件之結構相對較為簡單，故可縮減氣液混合式噴嘴裝置清潔保養之程序，進而節省大量的時間成本。

請參照第1A，其係繪示根據本發明之一實施例之氣液混合式噴嘴裝置的剖面示意圖。氣液混合式噴嘴裝置100包含座體102、封閉元件104、節流元件106及噴嘴108。在本實施例中，座體102包含第一側面102a、第二側面102b及第三側面102c，其中座體102係實質為一規則之立方體，具體來說，座體102之每一側面均為平面，且其相鄰的任二側面均互相垂直。然而，在其他之實施例中，座體可具有其他之幾何結構，而不以本實施例為限，例如座體可包含有弧形曲面。另外，為了提供適當之強度以固定噴嘴108，座體102可選用金屬之材質。而為了避免銹蝕，座體102更可選用如不銹鋼之材質。

在第1A圖所示之座體102中，其更包含氣體通道200、液體通道300、容置液體凹陷部400及氣液混合凹陷部500。上述氣體通道200與液體通道300係凹設於座體102的第一側面102a，其中氣體通道200與液體通道300係分別用以傳輸氣體與液體。在特定之實施例中，氣體通道200與液體通道300可分別利用一個或多個管線而接合至氣體供應源與液體供應源，以利將氣體與液體傳輸至噴嘴108。此外，氣體通道200與液體通道300可利用任何習知之方式來製造，例如以鑽頭於座體102的第一側面102a進行鑽孔來製造氣體通道200與液體通道300。

而容置液體凹陷部400係凹設於座體102的第二側面102b，其中容置液體凹陷部400具有如第1A圖所示互相連通之第一部分402與第二部分404。其中，上述之第二部分404係鄰設於第二側面102b，而第一部分402則相對較為遠離第二側面102b。另外，上述液體通道300由座體102之第一側面102a貫穿至此容置液體凹陷部400。更具體的說，液體通道300係由第一側面102a貫穿至容置液體凹陷部400的第二部分404。然而，在其他實施例中，液體通道300亦可由第一側面102a貫穿至容置液體凹陷部400的第一部分402。在第1A圖所示之實施例中，容置液體凹陷部400主要係用以容置由液體通道300所提供之液體。在特定之實施例中，容置液體凹陷部400可利用上述如鑽孔等任何習知之方式來加以製造。

至於上述氣液混合凹陷部500，其係凹設於座體102的第三側面102c。而上述之氣體通道200與容置液體凹陷部400分別由座體102之第一側面102a以及第二側面102b貫穿至此氣液混合凹陷部500，且其中容置液體凹陷部400係以第一部分402與此氣液混合凹陷部500連通。在第1A圖所示之實施例中，來自於氣體通道200之氣體以及來自於液體通道300之液體於此氣液混合凹陷部500中進行充分之混合之後，再進入噴嘴108中。

而上述之封閉元件104，其係設置於上述容置液體凹陷部400之第二部分404中的開口部404a。其中，封閉元件104的設置，主要係為了能夠方便清洗堆積於節流元件106上之積垢。在特定之實施例中，封閉元件104可藉由螺接或卡固的方式，而設置於容置液體凹陷部400之第二部分404中的開口部404a。惟上述封閉元件104的設置方式(螺接或卡固)已為此技術領域具有通常知識者所熟知，故並未於此做進一步之說明。

在第1A圖所示之實施例中，節流元件106係接合於封閉元件104上，且其中節流元件106更突伸至容置液體凹陷部400之第一部分402中，藉以縮減此第一部分402的橫截面積。此外，請一併參照第1A及1B圖，其中第1B圖係繪示沿著第1A圖中割線1B-1B剖切之剖面示意圖。在此實施例中，節流元件106為一柱狀體，而此柱狀體與容置液體凹陷部400之第一部分402之壁面形成如第1B圖所示之流道，且容置於容置液體凹陷部400中的液體則經由此流道進入氣液混合凹陷部500。在本實施例中，節流元件106係以焊接方式而接合於封閉元件104。然而，在特定之實施例中，上述之節流元件106可藉由螺接方式或卡固方式而接合於封閉元件104。

至於第1A圖所示之實施例中的噴嘴108，其係接合於氣液混合凹陷部500的開口部500a，亦即接合於座體102的第三側面102c，藉此使得氣液混合凹陷部500中的液體與氣體能夠進入至噴嘴108的內部空間108a。

此外，在第1A圖所示之實施例中，容置液體凹陷部400之第一部分402更包含傾斜面402a，其中此傾斜面402a使得第一部分402之孔徑沿著遠離第二部分404之方向(如箭號A所示)漸縮。再者，氣體通道200更具有第三部分202與第四部分204，其中第四部分204鄰設於上述座體102之第一側面102a，而氣體通道200則以第三部分202與氣液混合凹陷部500連通。上述氣體通道200之第三部分202更包含傾斜面202a，此傾斜面202a使得第三部分202之孔徑沿著遠離第四部分204之方向(如箭號B所示)漸縮。其中，上述傾斜面402a與傾斜面202a之設置的主要目的在於將流經容置液體凹陷部400中之第一部分402的液體以及流經氣體通道200之第三部分202的氣體加速，藉此使得進入氣液混合凹陷部500中的液體與氣體能更快速地進行混合。

請參照第2A及2B圖，其係分別繪示根據本發明之另一實施例之氣液混合式噴嘴裝置的剖面示意圖，以及沿著第2A圖中割線2B-2B剖切之剖面示意圖。在第2A及2B圖之實施例中，氣液混合式噴嘴裝置100a中各結構之變化以及各結構之間的相對關係，均類似於第1A及1B圖所示之氣液混合式噴嘴裝置100中各結構之變化以及各結構之間的相對關係，故不再於此加以贅述，以下僅就差異部分加以說明。

在氣液混合式噴嘴裝置100a中，係以節流元件110來取代氣液混合式噴嘴裝置100中實質為一柱狀體之節流元件106。此節流元件110為節流管，其中此節流管具有端部110a、第一通道110b及第二通道110c。上述第一通道110b係凹設於端部110a，而第二通道110c則凹設於此節流管的側面，且此第一通道110b與第二通道110c如第2A圖所示形成一流道。此外，上述節流管之側面與容置液體凹陷部400之第一部分402之壁面接觸，故形成如第2B圖所示之剖面結構，藉此使得來自於容置液體凹陷部400中之液體由第一通道110b進入氣液混合凹陷部500中。更具體來說，容置於容置液體凹陷部400中的液體係先經由第二通道110c而進入第一通道110b，接著經由第一通道110b進入氣液混合凹陷部500，亦即容置液體凹陷部400中的液體係經由第一通道110b與第二通道110c所形成之流道進入氣液混合凹陷部500。

此外，將多個上述之氣液混合式噴嘴裝置100或氣液混合式噴嘴裝置100a做垂直排列，並將此些氣液混合式噴嘴裝置100或氣液混合式噴嘴裝置100a並聯至同一氣體供應源以及同一液體供應源，可有效抑制靜液壓差所引發之液體流量分配不均現象，其中之原理說明如下。

考慮液體通過一小孔徑流道(如第1A及2A圖中所示之第一部分402與氣液混合凹陷部500接合之小孔徑流道)之情形，液體通過此小孔徑流道前後的能量守恆，以數學式表示如下：

其中U 為內能，為壓力能，為動能，gz為位能，而M為系統(即小孔徑流道)作功，Q為熱量輸入，且Constant為常數。

將上述系統簡化，不考慮其中之位能、系統作功、熱量輸入以及摩擦力造成之內能損失，則以上之(1)式可簡化如下：

令ΔP =P ₀ -P _i ，並假設流體進入上述小孔徑流道前之流道截面積遠大於小孔徑流道的截面積，亦即可假設0，故以上(2)式可簡化如下：

此外，=Q/A ，其中Q 為液體流量，而A 為小孔徑流道的截面積。因此，以上(3)式可調整如下：

根據以上(4)式可知，當小孔徑流道的截面積越小時，系統需要越大的壓力差ΔP 以維持相同的流量。另外，當小孔徑流道的截面積越小時，壓力差ΔP 變動所引發之流量變化也越小。

根據以上所述之原理，當如以上所述，將多個氣液混合式噴嘴裝置100或氣液混合式噴嘴裝置100a做垂直排列時，可藉由其中之節流元件106或節流元件110來縮小第一部分402的橫截面積，來降低多個氣液混合式噴嘴裝置100或氣液混合式噴嘴裝置100a間靜液壓差造成之流量變異。因此，可將多個氣液混合式噴嘴裝置100或氣液混合式噴嘴裝置100a所組成之系統整體流量分布變異控制在可接受的範圍。

以下則以實際之實施例與比較例進行比較，藉此更具體地說明上述原理應用後所產生的效果。

比較例

首先，將十二支氣液混合式噴嘴裝置垂直排列，並加以編號，而此十二支氣液混合式噴嘴裝置之高度配置以及其所對應的靜液壓差係如以下表一所示，其中高度及靜液壓差均以編號12之氣液混合式噴嘴裝置為基準。

在此比較例中，氣液混合式噴嘴之結構係類似於第1A及1B圖所示結構，其中之差異在於其不包含節流元件106，而其中第1A圖所示之第一部分402與氣液混合凹陷部500接合之小孔徑流道的孔徑為6.6 mm。

將此十二支氣液混合式噴嘴並聯至同一氣體供應源以及同一液體供應源，接著對此十二支氣液混合式噴嘴施以六種不同之液體總流量，其中液體總流量分別為25公升/分鐘(l/min)、37 l/min、50 l/min、75 l/min、100 l/min及125 l/min。將施以不同液體總流量時，每個氣液混合式噴嘴裝置對應之水流量記錄如第3圖。

根據第3圖可知，越靠近上方之氣液混合式噴嘴裝置之水流量越小。此外，當總流量越低時，多個氣液混合式噴嘴裝置彼此之間相對差異也越大。再者，當總流量下降至為25 l/min及37 l/min時，分別有四支及二支氣液混合式噴嘴裝置無法噴出液體。

實施例一

在實施例一中，所採用之相關實驗條件與上述比較例均相同，其中之差異在於，實施例一之氣液混合式噴嘴裝置採用如第1A及1B圖所示之結構，亦即包含有節流元件106。此外，節流元件106為一柱狀體，此柱狀體之直徑為5 mm。

將實驗結果記錄於第4圖中。根據第4圖可知，多個氣液混合式噴嘴裝置之水流量分布均勻性，明顯優於上述未加裝節流元件106之比較例。然而，當總流量下降至25 l/min時，仍有二支氣液混合式噴嘴裝置無法噴出液體。

實施例二

在實施例二中，所採用之相關實驗條件與上述比較例均相同，其中之差異在於，實施例二之氣液混合式噴嘴裝置採用如第2A及2B圖所示之結構，亦即包含有節流元件110，此節流元件110係一節流管，而此節流管之第一通道110b之孔徑為4 mm。

將實驗結果記錄於第5圖中。根據第4及5圖可知，其中多個氣液混合式噴嘴裝置之水流量分布均勻性類似於上述實施例一之水流量分布均勻性。

實施例三

在實施例三中，所採用之相關實驗條件與上述比較例均相同，其中之差異在於，實施例三之氣液混合式噴嘴裝置採用如第2A及2B圖所示之結構，亦即包含有節流元件110，此節流元件110係一節流管，而此節流管之第一通道110b之孔徑為3 mm。

將實驗結果記錄於第6圖中。根據第4、5及6圖可知，相較於第4及5圖所示之多個氣液混合式噴嘴裝置之水流量分布均勻性，實施例三之水流量分布均勻性獲得更進一步的提升。即使當總流量下降至25 l/min時，位在上方編號1及2之氣液混合式噴嘴裝置仍可噴出液體。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．氣液混合式噴嘴裝置

100a．．．氣液混合式噴嘴裝置

102．．．座體

102a．．．第一側面

102b．．．第二側面

102c．．．第三側面

104．．．封閉元件

106．．．節流元件

108．．．噴嘴

108a．．．內部空間

110．．．節流元件

110a．．．端部

110b．．．第一通道

110c．．．第二通道

200．．．氣體通道

202．．．第三部分

202a．．．傾斜面

204．．．第四部分

300．．．液體通道

400．．．容置液體凹陷部

402．．．第一部分

402a．．．傾斜面

404．．．第二部分

404a．．．開口部

500．．．氣液混合凹陷部

500a．．．開口部

1B-1B．．．割線

2B-2B．．．割線

A．．．箭號

B．．．箭號

為了能夠對本發明之觀點有較佳之理解，請參照上述之詳細說明並配合相應之圖式。要強調的是，根據工業之標準常規，附圖中之各種特徵並未依比例繪示。事實上，為清楚說明上述實施例，可任意地放大或縮小各種特徵之尺寸。相關圖式內容說明如下。

第1A及1B圖係分別繪示根據本發明之一實施例之氣液混合式噴嘴裝置的剖面示意圖，及沿著第1A圖中割線1B-1B剖切之剖面示意圖。

第2A及2B圖係分別繪示根據本發明之另一實施例之氣液混合式噴嘴裝置的剖面示意圖，及沿著第2A圖中割線2B-2B剖切之剖面示意圖。

第3圖係繪示根據本發明之一比較例之多個氣液混合式噴嘴裝置對應於不同之液體總流量之水流量分布均勻性的曲線圖。

第4至6圖係分別繪示根據本發明之多個實施例之多個氣液混合式噴嘴裝置對應於不同之液體總流量之水流量分布均勻性的曲線圖。

100．．．氣液混合式噴嘴裝置

102．．．座體

102a．．．第一側面

102b．．．第二側面

102c．．．第三側面

104．．．封閉元件

106．．．節流元件

108．．．噴嘴

108a．．．內部空間

200．．．氣體通道

202．．．第三部分

202a．．．傾斜面

204．．．第四部分

300．．．液體通道

400．．．容置液體凹陷部

402．．．第一部分

402a．．．傾斜面

404．．．第二部分

404a．．．開口部

500．．．氣液混合凹陷部

500a．．．開口部

1B-1B．．．割線

A．．．箭號

B．．．箭號

Claims (7)

1. 一種氣液混合式噴嘴裝置，包含：一座體，包含一第一側面、一第二側面及一第三側面，其中該座體更包含：一氣體通道，凹設於該第一側面，用以傳輸一氣體；一液體通道，凹設於該第一側面，用以傳輸一液體；一容置液體凹陷部，凹設於該第二側面，其中該容置液體凹陷部具有互相連通之一第一部分與一第二部分，該第二部分鄰設於該第二側面，該液體通道由該第一側面貫穿至該容置液體凹陷部，而該容置液體凹陷部係用以容置該液體；以及一氣液混合凹陷部，凹設於該第三側面，其中該氣體通道與該容置液體凹陷部分別由該第一側面及該第二側面貫穿至該氣液混合凹陷部，該容置液體凹陷部係以該第一部分與該氣液混合凹陷部連通；一封閉元件，設置於該容置液體凹陷部之該第二部分中的開口部；一節流元件，接合於該封閉元件，其中該節流元件突伸至該容置液體凹陷部之該第一部分中以縮減該第一部分的橫截面積；以及一噴嘴，接合於該氣液混合凹陷部之開口部，使得該氣液混合凹陷部中之該液體與該氣體能夠進入該噴嘴之內部空間。
2. 如請求項1所述之氣液混合式噴嘴裝置，其中該節流元件係一柱狀體，該柱狀體與該容置液體凹陷部之該第一部分之壁面形成一流道，且容置於該容置液體凹陷部中的該液體係經由該流道進入該氣液混合凹陷部。
3. 如請求項1所述之氣液混合式噴嘴裝置，其中該節流元件係一節流管，該節流管具有一端部、一第一通道及一第二通道，該第一通道係凹設於該端部，該第二通道凹設於該節流管之側面，該第一通道與該第二通道形成一流道，且該節流管之側面與該容置液體凹陷部之該第一部分之壁面接觸；其中容置於該容置液體凹陷部中的該液體係經由該流道進入該氣液混合凹陷部。
4. 如請求項1所述之氣液混合式噴嘴裝置，其中該節流元件係以選自於由焊接方式、螺接方式及卡固方式所組成之一群組之方式而接合於該封閉元件。
5. 如請求項1所述之氣液混合式噴嘴裝置，其中該封閉元件係以選自於由螺接方式及卡固方式所組成之一群組的方式而設置於該容置液體凹陷部之該第二部分中的開口部。
6. 如請求項1所述之氣液混合式噴嘴裝置，其中該容置液體凹陷部之該第一部分更包含一傾斜面，該傾斜面使得該第一部分之孔徑沿著遠離該第二部分之方向漸縮。
7. 如請求項1所述之氣液混合式噴嘴裝置，其中該氣體通道更具有一第三部分與一第四部分，該第四部分鄰設於該第一側面，該氣體通道係以該第三部分與該氣液混合凹陷部連通；其中該第三部分更包含一傾斜面，該傾斜面使得該第三部分之孔徑沿著遠離該第四部分之方向漸縮。