TWM574940U - Powder atomizer - Google Patents

Abstract

一種粉末霧化器藉由改變雙流體式霧化器物理結構進而產生氣液壓力、氣液質量、氣液流速、氣液接觸時間等變化，藉此可改善粉末真圓度，可調整粉末粒徑大小，縮小粉末粒徑範圍，解決習知技術之問題，應用於自主化粉末設備與提升粉末量率製程。

Description

粉末霧化器

一種粉末霧化器，特別是指一種改良雙流體式霧化器之粉末霧化器。

全球粉末冶金已是發展成熟的技術，尤其是金屬粉末。至2014年的統計，80%以上皆是應用在工具機產業和汽車產業，主要是鋼鐵粉末為大宗。相較於積層製造是近10年間逐漸成熟的技術，主要是針對較難成型或是加工的複雜零組件。目前新的發展方向為航太及醫療器材，而從中所需的粉末材料就較冶金粉末多元。其中以鎳基合金、鈦合金及鈷基合金為主，這三種材料就佔了整體基層製造的粉末用量98%。

其中鎳基合金是所有超合金中應用最廣、強度也極為出色的材料。具有高溫下維持高強度；抗氧化、耐腐蝕；抗潛變、抗疲勞的機械性質且具優良的塑性及焊接性。可透過添加合金元素的不同達到固溶強化或固溶析出，適應於不同嚴苛環境所需之特性，一般是用在540℃以上的高溫環境。 常見的應用於航太所需的高溫條件下維持機械強度的飛機引擎、燃氣渦輪機、引擎閥門，能源工業抗高溫、腐蝕與氧化的熔爐、隔熱裝置、熱處理製程及石油天然氣產業，石化工業耐酸鹼腐蝕和氯離子侵蝕的海水淡化設備、石化輸送管，及一般工業的電池外殼、設備架及遮罩等。

習知技術包含中華民國專利I302112、I551354、I233840、I233839、I255739、、I272971、I270411、I270412、I278352，也是針對基層製造的粉末而設計的噴嘴，主要透過的方式有外部二次霧化、內部二次霧化、加熱霧化氣體、霧化氣體流道渦旋狀、多重霧化氣體流道、多重液體流道、液體流道出口型式不同、旋轉式噴嘴(離心霧化+氣霧)、超音波震盪式噴嘴、內部混合溶液噴嘴等類型。

積層製造技術逐漸成為已開發國家實現製造業回流的一個辦法，甚至是做出產品區分提升國家競爭力的重要技術，以目前市場基層製造發展腳步逐漸緩下，其中的主要原因之一就是基層製造製程的成本太高，尤其是金屬與新型材料，成本約是傳統冶金粉末的10倍以上，故自主化粉末設備與提升粉末量率製程便成為當前最重要的課題之一。

符合基層製造粉末需求主要為降低成本、真圓度佳、含氧量低及平均粒徑小等特性，選用氣霧法製程符合大量生產；冷卻速率較水霧法慢，讓液珠有時間可內聚成球狀，真圓度更好；製程中採用墮性氣體減少汙染，降低含氧量； 唯獨平均粒徑的控制是目前需要解決的問題。

因此目前業界極需發展一種粉末霧化器，藉此製造可均勻控制平均粒徑之粉末，可應用於自主化粉末設備與提升粉末量率製程。

鑒於上述習知技術之缺點，本創作之主要目的在於提供一種粉末霧化器，整合一液體流道、一氣體腔室，藉此，該粉末霧化器用於製造可均勻控制平均粒徑之粉末，可應用於自主化粉末設備與提升粉末量率製程。

為了達到上述目的，根據本創作所提出之一方案，提供一種粉末霧化器包含：一液體流道，該液體流道係為空心錐狀並具有一斜角設計；一氣體腔室，該氣體腔室係具有一腔壁、一以上入風口及一以上出風口，該腔壁係形成一環狀容置空間，該入風口係用於將氣體輸入該環狀容置空間且該入風口係設置於該腔壁，該出風口設置於該腔壁之下端且該出風口於該腔壁之下端形成一環狀狹縫；其中，該液體流道係設置於該氣體腔室之中央並穿透該環狀容置空間。

本創作之粉末霧化器，其中，該液體流道之斜角設計係為45度角。

本創作之粉末霧化器，其中，該液體流道之直徑係為2mm~6mm。

本創作之粉末霧化器，其中，該環狀容置空間之體積係為75cm³。

本創作之粉末霧化器，其中，該環狀狹縫之寬度係為0.5mm~2mm。

本創作之粉末霧化器，其中，該出風口係具有一出風口上緣及一出風口下緣，該出風口上緣與該環狀容置空間係具有60~90度之夾角，該出風口下緣與該環狀容置空間係具有60~90度之夾角，該出風口下緣及該出風口上緣之夾角不超過20度。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本創作達到預定目的所採取的方式、手段及功效，而有關本創作的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。

100‧‧‧液體流道

110‧‧‧斜角設計

200‧‧‧氣體腔室

210‧‧‧腔壁

211‧‧‧環狀容置空間

220‧‧‧入風口

230‧‧‧出風口

231‧‧‧出風口上緣

232‧‧‧出風口下緣

233‧‧‧出風口下緣與環狀容置空間之夾角

第一圖係為本創作之粉末霧化器示意圖；第二圖係為未經本創作改良前霧化器所噴出的粉末；第三圖係為未經本創作改良前霧化器所噴出的粉末；第四圖係為本實施例之粉末霧化器所噴出的粉末； 第五圖係為本實施例之粉末霧化器所噴出的粉末；第六圖係為未經本創作改良前霧化器所噴出的粉末平均粒徑示意圖；第七圖係為本實施例之粉末霧化器所噴出的粉末平均粒徑示意圖。

以下係藉由特定的具體實例說明本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本創作之優點及功效。

請參閱第一圖，係為本創作之粉末霧化器示意圖，為提升粉末粒徑的良率，本創作提出由傳統氣霧法製程常用的雙流體式霧化器在機構上進行改良，可以降低平均粒徑、集中粒徑分佈、提升粒徑真圓度，達到降低積層製造粉末成本；本創作提出之方案為一種狹縫霧化器，針對墮性氣體環境內之溶液進行霧化製程，其中包含：一液體流道(100)，該液體流道可為空心錐狀並具有一斜角設計(110)；一氣體腔室(200)，該氣體腔室(200)可具有一腔壁(210)、一以上入風口(220)及一以上出風口(230)，該腔壁(210)可形成一環狀容置空間(211)，該入風口(220)可用於將氣體輸入該環狀容置空間(211)且該入風口(220)可設置於該腔壁(210)上，該出風口 (230)可設置於該腔壁(210)之下端且該出風口(220)於該腔壁(210)之下端形成一環狀狹縫；其中，該液體流道(100)可設置於該氣體腔室(200)之中央並穿透該環狀容置空間(211)，該環狀狹縫可讓氣體形成高壓快速的環狀氣流噴出與柱狀液體接觸進行霧化。

其中，該粉末霧化器的液體流道透過改變空心部分的斜角以呈現銳角約45度角的形式(即為該斜角設計)，控制液體流出口的直徑大小約在2mm~6mm，可增加液體壓力及流出液體的速度，進而也增加流出液體的質量，另外限制氣體腔室的氣體流場(簍空體積)約為75cm³，該氣體腔室之環狀狹縫寬度可為0.5mm~2mm，一以上之出風口形成一寬扁樣式的環狀狹縫設置於氣體腔室下方沿邊界，由該入風口通入高壓的惰性氣體，藉由氣體腔室封閉空間的方式改變體積限制或強化氣體壓力，另外在氣體腔室底下，環狀狹縫的氣體出口呈現極窄的狹縫，環狀狹縫之開口寬度約為0.5mm~2mm，如第一圖所示，該出風口下緣與環狀容置空間之夾角(233)可為60~90度之夾角，更佳地，該環狀狹縫之出風口上緣(231)、該環狀狹縫之出風口下緣(232)皆與該環狀容置空間(210)具有60~90度之夾角，但兩者相差不超過20度，藉此，該狹縫與壓力的配合讓氣體度速加快，相同時間內的質量增加，控制角度讓液體與氣體接觸時間縮短，能量傳遞更完整

霧化器之目的在於增加表面積對體積的比值，提 高液體及氣體的混合狀況，幫助質量與能量之間交換，本創作以傳統的雙流體式霧化器(Twin-fluid Atomizer)的概念為基底進行改良，雙流體式霧化器主要是將液體流經相對高速的氣體之中，使的兩物質相互產生剪力或碰撞的能量傳遞現象，達到霧化，其中液體的形狀若式柱狀，較容易產生真圓度較好的顆粒，若液體是片狀，則產生的顆粒較不規則，主要影響粉末粒徑、形貌與分佈主要還是在於霧化氣液的物理特性與之間的相對關係，像是氣體質量與速度、液體表面張力、密度與黏滯係數，其他的影響還有流場的範圍與速度等，因此本創作藉由改變雙流體式霧化器物理結構進而產生氣液壓力、氣液質量、氣液流速、氣液接觸時間等變化，來控制粉末粒徑及分佈，提升真圓度達到基層製造要求的粉末。

請參閱第二至五圖，係為本創作之一實施例實驗結果圖，第二圖與第三圖為尚未經本創作改良前霧化器所噴出的粉末，第四圖與第五圖為本實施例之粉末霧化器所噴出的粉末，第一圖為放大150倍之SEM圖，第二圖為放大1500倍之SEM圖，由第二圖及第三圖明顯看出霧化器未改良前的粉末形狀不規則數量較多顯看出霧化器未改良前的粉末形狀不規則數量較多，粉末與粉末之間的沾黏較明顯，且大小顆粒混雜不均；第四圖為放大150倍之SEM圖，第五圖為放大1500倍之SEM圖，由第四圖及第五圖明顯看出不管是形狀不規則、表面沾黏、顆粒大小等都皆有明顯改善。

請參閱第六至七圖，係為粉末平均粒徑示意圖，第六圖為尚未經本創作改良前霧化器所噴出的粉末，第七圖為本實施例之粉末霧化器所噴出的粉末，從第六圖與第七圖之比較中可以明顯看出粉末粒徑分佈原本是10~50微米變成往20~30微米集中，且整體的粒徑分佈皆偏向顆粒小的部分提升。也就是不僅改變顆粒大小，也讓顆粒分布更集中。

本創作之粉末霧化器藉由改變雙流體式霧化器物理結構進而產生氣液壓力、氣液質量、氣液流速、氣液接觸時間等變化，可同時達成數項優點，包含：改善粉末真圓度；可調整粉末粒徑大小；縮小粉末粒徑範圍，可解決習知技術之問題。

上述之實施例僅為例示性說明本創作之特點及功效，非用以限制本創作之實質技術內容的範圍。任何熟悉此技藝之人士均可在不違背創作之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化，因此，本創作之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

Claims (8)

1. 一種粉末霧化器，係包含：一液體流道，該液體流道係為空心錐狀並具有一斜角設計；一氣體腔室，該氣體腔室係具有一腔壁、一以上入風口及一以上出風口，該腔壁係形成一環狀容置空間，該入風口係用於將氣體輸入該環狀容置空間且該入風口係設置於該腔壁，該出風口設置於該腔壁之下端且該出風口於該腔壁之下端形成一環狀狹縫；其中，該液體流道係設置於該氣體腔室之中央並穿透該環狀容置空間。
2. 如請求項1所述之粉末霧化器，其中，該液體流道之斜角設計係為45度角。
3. 如請求項1所述之粉末霧化器，其中，該液體流道之直徑係為2mm~6mm。
4. 如請求項1所述之粉末霧化器，其中，該環狀容置空間之體積係為75cm³。
5. 如請求項1所述之粉末霧化器，其中，該環狀狹縫之寬度係為0.5mm~2mm。
6. 如請求項1所述之粉末霧化器，其中，該出風口係具有一出風口上緣及一出風口下緣，該出風口上緣與該環狀容置空間係具有60~90度之夾角。
7. 如請求項6所述之粉末霧化器，其中，該出風口下緣與該環 狀容置空間係具有60~90度之夾角。
8. 如請求項6所述之粉末霧化器，其中，該出風口下緣及該出風口上緣之夾角不超過20度。