TWI587925B - 多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置 - Google Patents

Description

多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置

本發明是有關於一種噴霧造粒噴嘴裝置，特別是有關於一種多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置。

噴霧造粒技術目前已廣泛應用於製藥、化學、材料、食品以及化妝品工業。其中，以噴霧乾燥法、噴霧冷凍法及液中硬化法應用最為廣泛。噴霧乾燥法基本上是一種固液兩相分離之處理技術，其係將流體狀的原料漿液，利用霧化噴嘴霧化形成許多微小液滴，以增加比表面積。當這些微小液滴於噴霧艙中與乾燥或冷氣流接觸時，其表面將瞬間乾燥而得到粉粒或膠囊。

其中，霧化噴嘴之應用亦相當廣泛，舉凡物質三相中液固相、液氣相之變化機制，都會經歷霧化之過程。故被廣泛的應用於工業燃燒爐、汽柴油車及渦輪引擎之噴油設備以及許多工業製程，例如碳煙製造、塗漆、噴霧乾燥、金屬粉末製造等，甚至農業上應用於噴灑殺蟲劑，以及環保之廢氣控制及除塵裝置等用途。而近年來國內經濟蓬勃發展，動力、能源及製程上之產值大幅提高，利用噴霧燃燒之動力系統占相當高之比率。汽油引擎，柴油引擎，工業用燃燒爐及燃氣輪機引擎，乃至化工製程，機械製作等均須使用霧化噴嘴。 不過，噴嘴之設計適當與否會直接影響到燃燒性能、製程效率、造粒品質及排氣污染量等。

有鑑於上述習知技藝可能具有之問題，本發明之目的就是在提供一種多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置，藉以控制液滴之粒徑、密度及/或形狀，進而可提升噴霧造粒過程中之造粒品質。

為達上述目的，本發明提供一種多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置，至少包含：進料元件，提供製造原料；噴嘴元件，連接進料元件，並利用製造原料而噴出液柱；電場產生元件，設置於噴嘴元件之一側，並產生靜電場；激擾元件，設置於噴嘴元件之鄰近處，激擾元件影響噴嘴元件噴出液柱時之噴出條件；以及控制元件，連接電場產生元件及激擾元件，其中控制元件控制電場產生元件產生靜電場及控制激擾元件影響噴嘴元件，以使得噴嘴元件藉由靜電場及激擾元件而噴出具有特定噴出條件之液柱並使得此液柱形成具有特定粒徑、密度及/或形狀之液滴。

其中，激擾元件係另一電場產生元件，設置於噴嘴元件之一側並產生另一靜電場，控制元件係電場控制元件控制二電場產生元件各別產生靜電場，以使得液柱藉由二靜電場而形成液滴。

其中，電場控制元件可具有第一電場控制單元及第二電場控制單元。其中，第一電場控制單元連接二電場產生元件之一者並控制連接之電場產生元件產生靜電場，而第二電場控制單元連接二電場產生元件之另一者並控制連接之電場產生元件產生另一靜電場。

其中，電場控制元件可更具有脈波控制單元連接第一電場控制單元及第二電場控制單元，並提供脈波給第一電場控制單元及第二電場控制單元，藉以使得第一電場控制單元及第二電場控制單元可利用此脈波而各別控制第一電場產生元件及第二電場產生元件。

其中，脈波控制單元具有相互連接之脈波產生單元及脈波調整單元，且脈波調整單元連接第一電場控制單元及第二電場控制單元，藉以各別提供脈波給第一電場控制單元及第二電場控制單元。

其中，激擾元件可為流體通道提供流體，而控制元件可包含流體控制元件。此流體控制元件連接流體通道，並控制流體通道提供至噴嘴元件之流體以控制噴嘴元件所噴出之液柱之截面直徑。

其中，噴嘴元件可具有噴出液柱之噴出口且流體通道環設於噴出口周圍，而通過流體通道之流體會對噴出口產生壓力而擠壓噴出口所噴出之液柱。

其中，本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置更可包含流體激發元件。此流體激發元件連接流體控制元件，並提供時序脈波給流體控制元件。流體控制元件再利用時序脈波而控制流體通道提供流體至噴嘴元件。

其中，激擾元件亦可係壓電控制元件。此壓電控制元件設置於噴嘴元件之另一側，並控制該噴嘴元件噴出該液柱時之噴出條件。

其中，控制元件更可包含壓電激發元件。此壓電激發元件連接壓電控制元件，並提供壓電脈波給壓電控制元件。壓電控制元件再利用壓電脈波而控制噴嘴元件噴出液柱時之噴出條件。

因此，依本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置，可具有一或多個下述優點：

(1)藉由於噴嘴元件之鄰近處設置電場產生元件及激擾元件，藉以影響噴嘴元件噴出液柱時之噴出條件，並使得液柱形成特定條件之液滴。

(2)藉由控制元件控制電場產生元件及激擾元件，藉以控制靜電場之強度及激擾元件影響噴嘴元件之程度以控制液滴之粒徑、密度及/或形狀。

(3)藉由激擾元件之選擇，藉以進一步控制噴嘴元件噴出液柱時之噴出條件及液柱之截面直徑。

100‧‧‧多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置

110‧‧‧進料元件

111‧‧‧進料針筒

112‧‧‧注射幫浦

120‧‧‧噴嘴元件

121‧‧‧噴出口

122‧‧‧流體通道

130‧‧‧電場產生元件

140‧‧‧電場產生元件

150‧‧‧電場控制元件

151‧‧‧第一電場控制單元

152‧‧‧第二電場控制單元

153‧‧‧脈波控制單元

153a‧‧‧脈波產生單元

153b‧‧‧脈波調整單元

160‧‧‧流體控制元件

161‧‧‧流體激發元件

162‧‧‧流體供應元件

170‧‧‧壓電控制元件

180‧‧‧壓電激發元件

210‧‧‧液柱

220‧‧‧液滴

第1圖係為本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置之結構示意圖。

第2圖係為本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置之局部結構示意圖。

第3圖係為本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置之電場控制元件之方塊圖。

請參閱第1圖至第3圖，第1圖係為本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置之結構示意圖，第2圖係為本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置之局部結構示意圖，第3圖係為本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置之電場控制元件之方塊圖。如第1圖至第3圖所示，本發明之多激擾靜電輔助噴 霧造粒噴嘴裝置100至少包含進料元件110、噴嘴元件120、電場產生元件130、激擾元件及控制元件，其中激擾元件可例如為電場產生元件140、流體通道122、壓電控制元件170或其任意之組合，控制元件可例如包含電場控制元件150、流體控制元件160、壓電激發元件180或其任意之組合。

其中，進料元件110提供產生液滴220所需之製造原料。舉例而言，進料元件110可至少包含進料針筒111及連接進料針筒111之注射幫浦112，其中進料針筒111可填充有製造原料。此製造原料可例如為用以製作醫藥用微球之栓塞劑材料、藥劑材料或其他適合之材料。但本發明並不侷限於此，此製造原料亦可為用以製作微球之化學材料或其他適合之原料。並且，進料針筒111更可推壓、推擠或使得其中之此製造原料向前噴出或流出。此外，注射幫浦112可提供動力給進料針筒111，以使得進料針筒111推壓、推擠或使得其中之製造原料向前噴出或流出。除此之外，注射幫浦112亦可控制進料針筒111之推壓速度或力道，藉以控制製造原料之噴出量或流出量。

除此之外，進料元件110更可具有加熱單元，環設於進料針筒111之四周及/或連接進料元件110及噴嘴元件120之通道之四周(未繪示)，以提供熱能給製造原料。其中，此加熱單元可例如為加熱器、加熱線圈或其他可提供熱能之熱能提供器。並且，進料元件110亦可具有溫度控制單元(未繪示)。此溫度控制單元連接加熱單元，以控制加熱單元之溫度或熱能供應量，進而控制進料元件110中或通道中之製造原料之溫度。

而噴嘴元件120連接進料元件110，並利用進料元件110所提供之製造原料而以一噴出條件噴出液柱210。其中，噴嘴元件120可例如具有一或多個噴出口121，藉以噴出一或多個液柱210。並且，噴出條件可例如為噴嘴元件 120所噴出之液柱210之截面直徑，此截面直徑可例如約為330微米或其他符合使用目的之截面直徑，例如截面直徑可約介於150-250微米之間或約介於300-400微米之間。

激擾元件則設置於噴嘴元件120之鄰近處並影響噴嘴元件120噴出液柱210時之噴出條件，而控制元件則連接激擾元件以控制激擾元件影響噴嘴元件120噴出具有特定噴出條件之液柱210。舉例而言，激擾元件可例如為流體通道122提供流體至噴嘴元件120，控制元件則可包含流體控制元件160，且流體控制元件160連接噴嘴元件120，並控制流體通道122提供流體至噴嘴元件120以控制液柱210之截面直徑。其中，流體可為液體、氣體或氣液混合體。詳言之，本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置100之噴嘴元件120可例如具有噴出液柱210之噴出口121，且流體通道122環設於噴出口121之周圍。例如，流體通道122可於鄰近噴出口121處設置開口，藉以使得通過流體通道122中之流體可於鄰近噴出口121處產生壓力而擠壓液柱210。

亦即，通過流體通道122中之流體可於鄰近噴出口121處，對噴出口121所噴出或剛噴出之液柱210產生壓力，以擠壓液柱210之側面而使得液柱210之截面直徑達到所需之特定值。其中，流體控制元件160係控制流入流體通道122之流體之流速或流量等流體參數，藉以控制流體通道122中之流體於鄰近噴出口121處之流速或流量等流體參數，使得本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置100可利用此些流體參數，而於鄰近噴出口121處產生所需之壓力值，藉以擠壓液柱210程所需之截面直徑。其中，本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置100亦可預先設定流體通道122與噴出口121之相對位置，以預先設定流體通道122中之流體與噴出口121所噴出之液柱210之間之接觸面積、接觸壓力、 接觸時間或其他用以控制之接觸條件，藉以控制液柱210之截面直徑、截面形狀或其他之液柱參數。

其中，本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置100亦可更包含流體激發元件161。此流體激發元件161連接流體控制元件160，並提供時序脈波給流體控制元件160，以使得流體控制元件160可利用此時序脈波而控制流入流體通道122之流體之流速或流量等流體參數。亦即，流體控制元件160可根據接收到之時序脈波，提供具有特定流體參數之流體給噴嘴元件120。

舉例而言，本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置100可設置流體供應元件162以提供流體至流體通道122並藉以提供給噴嘴元件120，而流體控制元件160則係設置於流體供應元件162及流體通道122之間，且流體控制元件160另外連接流體激發元件161。其中，流體激發元件161可例如具有相互連接之時序脈波產生器及功率放大器，藉以產生具有特定波形及特定功率之時序脈波。當流體激發元件161產生時序脈波後，再將此時序脈波傳送至流體控制元件160，藉以使得流體控制元件160可利用此時序脈波，控制從流體供應元件162來之流體經由流體通道122輸送至噴嘴元件120之流速及/或流量。其中，流體激發元件161可預先設定成自動輸出固定或變動之時序脈波，亦或者，可利用外加之操作員控制流體激發元件161所輸出之時序脈波之波形、相位及/或振幅。

舉例而言，當流體激發元件161輸出特定之時序脈波之波形、相位及/或振幅時，流體通道122可提供特定之流體之流速及/或流量至噴嘴裝置120，且使得液柱210之截面直徑可約為330微米或其他符合使用目的之截面直徑，例如可約介於150-250微米之間或約介於300-400微米之間。

除此之外，本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置100之激擾元件亦可例如為壓電控制元件170設置於噴嘴元件120之一側。舉例而言，壓電控制元件170可設置於噴嘴元件120相對於噴出口121之另一側，亦或者，壓電控制元件170可設置於噴嘴元件120之上方。其中，壓電控制元件170控制噴嘴元件120噴出液柱210時之噴出條件，例如噴出力道、噴出速度或噴出量等。此外，本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置100之控制元件可更包含壓電激發元件180，且此壓電激發元件180連接壓電控制元件170並提供壓電脈波給壓電控制元件170，使得壓電控制元件170可利用接收到之壓電脈波而控制噴嘴元件120噴出液柱210時之噴出條件。

舉例而言，壓電激發元件180可例如具有相互連接之壓電脈波產生器及功率放大器，藉以產生具有特定波形及特定功率之壓電脈波。當壓電控制元件170接收到此由壓電激發元件180產生之壓電脈波後，會利用此壓電脈波而提供壓力給噴嘴元件120以控制噴嘴元件120噴出液柱210時之噴出條件。其中，壓電激發元件180亦可預先設定成自動輸出固定或變動之壓電脈波，亦或者，可利用外加之操作員控制壓電激發元件180所輸出之壓電脈波之波形及功率。此外，本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置100可因應不同之需求，同時或各別使用流體控制元件160及壓電控制元件170。

而電場產生元件130設置於噴嘴元件120之一側並連接控制元件，且電場產生元件130產生靜電場。控制元件控制靜電產生元件130產生靜電場且搭配控制激擾元件影響噴嘴元件120，而使得噴嘴元件120藉由靜電產生元件130所產生之靜電場及激擾元件而噴出具有特定噴出條件之液柱210，並使得此液柱210形成特定條件之液滴220。其中，當激擾元件為另一電場產生元件140 時，則電場產生元件140可設置於電場產生元件130之一側，並產生另一靜電場。舉例而言，電場產生元件130可例如設置於噴嘴元件120之噴出口121之下方，電場產生元件140可再例如設置於電場產生元件130之下方，藉以使得當噴嘴元件120噴出液柱210後，液柱210可受到二個靜電場之影響而形成液滴220。此外，噴嘴元件120亦可受到二個靜電場之影響而噴出液柱210。其中，電場產生元件130及電場產生元件140可例如各別為板狀電極或其他可產生靜電場之電極或電極組合，且此板狀電極之中可更具有透孔以使得液柱210(及液滴220)穿過此透孔。其中，二個靜電場可例如具有相同或相異之相位、強度或波形。

因此，本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置100之一特點在於，藉由於噴嘴元件120之鄰近處設置電場產生元件130及激擾元件(例如第二電場產生元件140、流體通道122、壓電控制元件170或其任意之組合)，藉以影響噴嘴元件120噴出液柱210時之噴出條件，並使得液柱210形成特定條件之液滴220。

當激擾元件為電場產生元件140時，控制元件可例如包含電場控制元件150。其中，電場控制元件150連接電場產生元件130及電場產生元件140，並控制電場產生元件130產生一靜電場，及控制電場產生元件140產生另一靜電場，藉以使得液柱210可藉由二個靜電場之作用而形成液滴220。舉例而言，電場控制元件150可例如具有第一電場控制單元151及第二電場控制單元152，其中第一電場控制單元151連接並控制電場產生元件130，而第二電場控制單元152連接並控制電場產生元件140，藉以使得第一電場控制單元151及第二電場控制單元152可依據實際需求，而各別控制電場產生元件130產生一靜電場及控制電場 產生元件140產生另一靜電場。因此，液柱210可受到二個靜電場之影響而形成特定粒徑及形狀之液滴220。

亦即，電場控制元件150可控制二個靜電場各別之相位、強度及/或波形，藉以控制液滴220之形狀、粒徑及/或密度等。舉例而言，第一電場控制單元151可控制電場產生元件130產生吸引液柱210之製造原料之一靜電場，且第二電場控制單元152亦控制電場產生元件140產生吸引液柱210之製造原料之另一靜電場，藉以使得當液柱210通過電場產生元件130而未到達電場產生元件140處時，其相對之兩端會各別受到吸引力而碎化成較破裂之液滴220。但本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置100並不局限於此，電場產生元件130及電場產生元件140亦可產生排斥液柱210之製造原料之二個靜電場，亦或者，二個靜電場之其中一者吸引液柱210之製造原料，另一者則排斥液柱210之製造原料。也就是說，本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置100可藉由電場控制元件150各別控制電場產生元件130及電場產生元件140，藉以控制二個靜電場各別之強度以控制液滴220之形狀、粒徑及/或密度等。

其中，電場控制元件150可例如更具有脈波控制單元153，且此脈波控制單元153各別連接第一電場控制單元151及第二電場控制單元152，並提供脈波給第一電場控制單元151及第二電場控制單元152，藉以使得第一電場控制單元151及第二電場控制單元152利用此脈波而控制電場產生元件130及電場產生元件140。其中，脈波控制單元153可例如提供不同波形、相位及/或振幅之脈波給第一電場控制單元151及第二電場控制單元152。

舉例而言，脈波控制單元153可例如更具有相互連接之脈波產生單元153a及脈波調整單元153b，且脈波調整單元153b連接第一電場控制單元151 及第二電場控制單元152。其中，脈波產生單元153a係產生一或多個具有特定波形之脈波並將此脈波傳送至脈波調整單元153b，而脈波調整單元153b而調整此脈波之振幅及/或相位，藉以產生多個具有特定波形、相位或振幅之脈波，並各別傳送給第一電場控制單元151及第二電場控制單元152相同或不同之脈波，以使得第一電場控制單元151及第二電場控制單元152利用接收到之脈波，而控制電場產生元件130及電場產生元件140各別產生靜電場。其中，脈波控制單元153可預先設定成自動輸出固定或變動之脈波，亦或者，可利用外加之操作員控制脈波控制單元153所輸出之脈波之波形、相位及/或振幅。除此之外，本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置100亦可因應不同之需求，單獨或組合使用電場控制元件150、流體控制元件160及壓電激發元件180而各別控制電場產生元件130、電場產生元件140、流體通道122及壓電控制元件170，藉以形成所需粒徑、形狀及/或密度之液滴220。

舉例而言，當本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置100之激擾元件為電場產生元件140時，則當脈波控制單元153輸出特定之脈波之波形、相位及/或振幅時，可產生特定電場強度或電場分布之二個靜電場，藉以形成特定粒徑、形狀及/或密度之液滴220。除此之外，當電場產生元件130及電場產生元件140為特定尺寸大小及具有特定透孔大小之板狀電極時，本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置100可產生特定粒徑、形狀及/或密度之液滴220。

總言之，本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置100可藉由於噴嘴元件之鄰近處設置電場產生元件130、激擾元件及控制元件，藉以於噴嘴元件120之一側設置靜電場搭配激擾元件而控制液滴220之粒徑、形狀及/或密度。並且，本發明之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置100可藉由更組合使用一 或多個激擾元件(例如電場產生元件140、流體通道122及壓電控制元件170)搭配其對應之控制元件，藉以先行控制液柱210之截面直徑，並再搭配電場產生元件130而使得液滴220更符合所需之粒徑、形狀及/或密度。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

100‧‧‧多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置

110‧‧‧進料元件

111‧‧‧進料針筒

112‧‧‧注射幫浦

120‧‧‧噴嘴元件

130‧‧‧電場產生元件

140‧‧‧電場產生元件

150‧‧‧電場控制元件

160‧‧‧流體控制元件

170‧‧‧壓電控制元件

180‧‧‧壓電激發元件

210‧‧‧液柱

220‧‧‧液滴

Claims (8)

1. 一種多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置，至少包含：一進料元件，提供一製造原料；一噴嘴元件，連接該進料元件，並利用該製造原料而噴出一液柱；一電場產生元件，設置於該噴嘴元件之一側，並產生一靜電場；一激擾元件，設置於該噴嘴元件之一鄰近處，該激擾元件影響該噴嘴元件噴出該液柱時之一噴出條件；以及一控制元件，連接該電場產生元件及該激擾元件，該控制元件控制該電場產生元件產生該靜電場及控制該激擾元件影響該噴嘴元件，以使得該噴嘴元件藉由該靜電場及該激擾元件而噴出具有該噴出條件之該液柱並使得該液柱形成一液滴；其中該激擾元件係一流體通道提供一流體，該控制元件包含一流體控制元件連接該流體通道，該流體控制元件控制該流體通道提供至該噴嘴元件之該流體以控制該液柱之一截面直徑；更包含一流體激發元件連接該流體控制元件，該流體激發元件提供一時序脈波給該流體控制元件，該流體控制元件利用該時序脈波而控制該流體通道提供該流體至該噴嘴元件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多激擾靜電輔助噴霧造粒 噴嘴裝置，其中該激擾元件係另一電場產生元件，設置於該噴嘴元件之該側並產生另一靜電場，該控制元件係一電場控制元件控制該二電場產生元件各別產生該靜電場，以使得該液柱藉由該二靜電場而形成該液滴。
3. 如申請專利範圍第2項所述之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置，其中該電場控制元件具有一第一電場控制單元及一第二電場控制單元，該第一電場控制單元連接該二電場產生元件之一者，並控制連接之該電場產生元件產生該靜電場，該第二電場控制單元連接該二電場產生元件之另一者並控制連接之該電場產生元件產生該另一靜電場。
4. 如申請專利範圍第3項所述之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置，其中該電場控制元件更具有一脈波控制單元連接該第一電場控制單元及該第二電場控制單元，並提供一脈波給該第一電場控制單元及該第二電場控制單元。
5. 如申請專利範圍第4項所述之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置，其中該脈波控制單元具有相互連接之一脈波產生單元及一脈波調整單元，且該脈波調整單元連接該第一電場控制單元及該第二電場控制單元。
6. 如申請專利範圍第1項所述之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置，其中該噴嘴元件具有噴出該液柱之一噴出口，該流體通道環設於該噴出口之周圍，且該流體對該噴出口產生一壓力而擠壓該液柱。
7. 如申請專利範圍第1項所述之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置，其中該激擾元件係一壓電控制元件設置於該噴 嘴元件之另一側，該壓電控制元件控制該噴嘴元件噴出該液柱時之該噴出條件。
8. 如申請專利範圍第7項所述之多激擾靜電輔助噴霧造粒噴嘴裝置，其中該控制元件更包含一壓電激發元件連接該壓電控制元件，該壓電激發元件提供一壓電脈波給該壓電控制元件，該壓電控制元件利用該壓電脈波而控制該噴嘴元件噴出該液柱時之該噴出條件。