TWI290485B - Spraying device - Google Patents

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.1290485 - 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 • 本發明係關於一種液體之霧化技術，尤指一種喷霧裝 .置。 、^ 【先前技術】 隨著科技之日新月異，利用霧化系統進行液體霧化之 技術的應用領域越來越廣泛，從生物醫學的藥物給藥系統 喷霧裝置、提供引擎燃燒所需要的燃油噴射霧化系統、乃 至於藉由液體相變化所達到的散熱冷卻系統等需要充分 霧化之領域，皆使用霧化原理。相關之專利例如'包括^國 專利公告弟4, 465, 234號案、美國專利公告第4, 6〇5, 167 號案、美國專利公告第6，〇 8 9，6 9 8號案、美國專利公告第 6, 235, 177號案、美國專利公告第6, 629, 646號案、台灣 專利公告第407529號案、台灣專利公告第449486號案、 台灣專利公告第503129號案、台灣專利公告第506855 ❿號案、台灣專利公告第562704號案、以及台灣專利證書 號第1222899號案等技術。 如第7圖所示，目前之喷霧裝置多利用壓電致動器 10作為振動器並搭配具複數喷孔201之本體（Nozzle plate) 20，令該本體20直接與待霧化之液體3接觸，藉 由已施加電壓之壓電致動器1〇振盪該液體3經該等噴孔 201而喷射脫離該本體2〇，藉此產生霧化效果。舉例來 說，美國專利公告第6, 629, 646號案即揭露一種利用壓電 致動器之喷霧裝置的基本結構。 5 19120 1290485 但’如第8a至第8c圖所示，習知噴霧裝置之本 2〇的贺孔201多設計為對稱的幾 係以垂直於該本體2。表面之方=狀二置二之液體3 t W肌離，使传贺霧面積會 孔開孔位置及開孔範圍；換言之，霧化效果涵蓋 ，圍f止於該等纽2()1所對應之區域。如此_來，將使 務化乾圍過於狹窄，以致於影響霧化效果。 、 而且’由於霧化範圍太㈣，使得霧化液滴（—Μ) 2 =撞擊累積’不僅增加霧化液滴之尺寸，更令霧化 "不彩。此外，若要變化霧化範圍，必須相對地改變喷 孔刀布耗圍或調整驅動頻率，如此勢必增加系統體積，且 在進行大面積驅動時需更高共振模態，亦較消耗能源。 由於能源有限、且現今各類型產品皆追求輕薄短小之 故，在有限的體積内以最少的能量達到最大 為勢在必行之趨勢。因此’前述技術必須消耗較多能量'： 且因體積較大而不符合輕薄化產品之需求，實無法滿足實 際實施時之需要。 美國專利公告第4,465, 234號案中係揭露一種冀藉 由改變本體之幾何形狀來增加霧化面積之喷霧裝置，該喷 霧裝置係包括具有凹部供容納液體之本體、設於該本體並 與該凹部連通之本體、設於該本體並可週期性地加壓該液 體之電動振動器、注入及保持該液體於該凹部中之注入工 具、施加交流電至該電動振動器之工具、以及結合該注入 工具以進行液體傳送之工具。當該凹部中之液體經加壓而 呈霧狀微滴喷出時，藉由具有圓弧形喷孔之本體可增加霧 6 19120 ,1290485 化範圍。惟 本居高不下 求0 該專利之本體的製程複雜，連帶使得所需 故而不具量產競爭性’以致無法符合市ς需 ， 吳國專利公告第4, 605, 167號案中係提出一種 該噴霧裝置係藉由擴大噴孔之噴射範圍V加 大務化軌圍。然而，利用此種習知技術雖然可加大霧化狄 圍，但噴孔的喷射範圍越大，勢必需要不同之壓電操作= 籲率，如此亦相對增加驅動裝置時所需能量之消耗量，並造 成體積過大的缺點，且仍無法改善霧化液滴堆積之問題^ 美國專利公告第6, 089, 698號案中提出一種形成噴° 孔之方法及襄置，該方法係利用雷射之高能量光束朝本體 表面進行噴孔製作，冀藉此控制液滴之喷出方向。然而， 以雷射加工方式製造喷孔之程序複雜，不利於產業應用； 而且，應用此技術會限制液滴垂直飛行，仍存在霧化範 狹窄、霧化效果不佳之問題。 • 美國專利公告第6,235，177號案中則揭示一種喷霧 裝置之製法，藉由形成上表面與下表面均為漸縮形狀之嘴 孔，使知液滴可沿著該等喷孔之中心軸向快速地噴射出 來。惟，該習知技術係將該喷霧裝置中之喷孔設計成對稱 結構，仍將令喷霧面積受限於喷孔開孔位置及開孔範圍。 如此，亦存在前述專利中之缺失，以致於造成霧化效果不 佳。 由於珂述霧化液體之技術有著造成液體垂直本體脫 離喷射霧化、令霧化面積受限於喷孔區域、集甲喷射造成 19120 7 1290485 顆粒堆積、體積較 化效果不佳、能…：專種種缺失，以致令霧 業利用。^ 原浪費、難以將產品微小化、且不利於產 題，乃 口此如何有效解決前揭先前技 成為目前業界料克服之㈣。 【發明内容】 之目的即在於

鑒於以上所述先前技術之缺點，本發明 長:t、種可擴大霧化面積之喷霧裝置。 目的在於提供一種可獲得較均勻之霧 Ο 目的在於提供一種可使產品微小化之 本發明之另一 化液滴之喷霧裝置 本發明之再一 喷霧裝置。 本發明之又一 之噴霧裝置。 目的在於提供一種不需額外消耗能量 種可簡化製程之喷 本發明之又另一目的在於提供一 參霧裝置。 為達成上揭目的及其它目的，本發明提供—種喷霧裝 置、亥喷霧裝置係應用於霧化液體，且該噴霧裝置至少包 括：本體，設有複數喷孔，各該噴孔具有供該液體進入之 入口端以及供該液體脫離之出口端，且至少一喷孔之入口 端與出Π端係呈非對稱結構，用以控制該液體傾斜預定角 度而脫離；以及致動H，係結合於該本體，用以驅動該液 體霧化。 較佳地，該本體係彳為電碡本體或金屬本體又或非金 19120 8 1290485 屬本體。於一較佳實施例中，該入口端與 稱結構之喷孔（第—噴孔）係呈㈣分布； ㈣中，該嘴孔係可選擇呈環狀分布。當然，於 ^ .二=孔可，陣列分布與環狀分布者，；屬二: y /、有#知識者可依實際實施之需要加 非以陣列分布或環狀分布者為限。 欠而 同時，該入口端係呈火山錐狀，該出口端則係 於-較佳實施例中，該出口端之尖端係朝向本體之内 夕:側於另一較佳實施例中’該出口端之尖端係朝向本體之 心亥：霧裝置之本體復可包括入口端與出口端呈對稱 j之至少-喷孔（第二噴孔），用以供該液體垂直脫離。 例中=!:出口端均呈火山錐狀。於-較佳實施 4孔係主陣列分布；於另—較佳實施例中， =環狀分布。當然’於其他實施例中，該喷 採 列分布與環狀分布者，而非以陣列分布或環狀分布 器係=電可:例如*電致動器’其一電致動 ^交於習知技術，本發明提出一種喷霧裝置，該喷霧 裝置具有平面式本體，將該本體—個以上、* 形狀係設計成可使液體傾斜預定角度脫離該::广

致動件ΓΓ本體之喷孔的幾何形狀設計與分布，在 致動70件的驅動下，達到分散噴射之效果，且可控制液S 19120 9 1290485

霧化後之液滴的飛行方向，使液谪集中或向外擴大喷霧範 圍。如此，便可解決習知技術造成液體垂直本體脫離喷射 霧化、令霧化面積受限於喷孔區域、且集中喷射使顆粒堆 積造成霧化效果不佳等缺失，俾應用於生醫霧化造粒系 統，藉由減少霧化液滴堆積以改善霧化液滴的均勻性；並 可用於微冷卻系統，藉由增加霧化面積，有效的進行均勾 的散熱冷卻機制，且亦可應用於諸如藥物輸送系統、燃油 供應系統或其他需要充分霧化之領域。 同時，應用本發明可在相同面積下擴大霧化範圍以於 有限體積内以最少的能量達到最大的霧化效果。如此，便 可避免習知技術必須相對地改變噴孔分布範圍或調整驅 動頻率來變化霧化範圍，㈣成线體積增加、進行大面 積驅動時需更高共振模態、且較隸能源之問題。而且， ^於本發明之魏製程簡單，故可解決習知技術之製程複 ，使得成本較高而不具量產競爭性之缺失， 霧裝置符合市場需求。 4之贺 由上可知’藉由本發明之㈣裝置所設計之噴 何开> 狀，搭配整體喷孔分右 、 成 較均勻之霧化液滴、使產口料 、獲仔 且可…… 不需額外消耗能量、 題。μ之功效’相對已克服先前技術所存在之問 式，孰"im由特定的具體實㈣明本發明之實施方 技藝之人士可由本說明書所揭示之内 瞭解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他工不同也 19120 10 1290485 ’的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可 基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種 • 修飾與變更。 【實施方式】 以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但並 非以任何觀點限制本發明之範疇。應注意的是，於下列實 施例中僅就嘴霧裝置之基本結構進行說明，該喷霧装置可 鲁視所=用之務化系統，諸如藥物給藥系統喷霧裝置、燃油 喷射務化系統、政熱冷卻系統、或其他需要充分霧化之霧 化系統的架構而增加其他元件，而非以實施例中所述者為 限。 么同時，此處須注意的一點是，該些圖式均為簡化之示 意圖，僅以示意方式說明本發明之基本架構。因此，該些 ^式僅顯不與本發明有關之構成，且所顯示之結構並非依 實際實施時之數目、形狀、及尺寸比例繪製，實際實施時 •之規格尺寸實為一種選擇性之設計，且其元件佈局形態可 能更為複雜，合先敘明。 第一實施例 第1至第4圖係依本發明之喷霧裝置的第一實施例所 繪製之圖式。 ' ^睛芩閱第1圖，係顯示應用本發明之喷霧裝置丨之示 思圖如圖所不之喷霧裝置1係應用於霧化液體3，該喷 “ 1至夕、包括本體11以及致動器13，該待霧化之液 體3貝】由谷裔5之液體儲存室（chamber) 51所保持，且 19120 11 !29〇485 該噴霧裝置1係可設置於該液體儲存室51 —側。應注意 的是，本發明之喷霧裝置可視所應用之霧化系統而改變配 置方式及/或增加其他元件，而非以本實施例中所述者為 限。 如第1圖所示，該本體11係設有複數第一喷孔i丨i。 如弟2a及弟2b圖所示，各該第一喷孔ill具有供該液體 3進入之入口端mi以及供該液體3脫離之出口端 齡1113,且各該第一噴孔之入口端^^與出口端 係呈非對稱結構，用以控制該液體3傾斜預定角度而脫 離。於本實施例中，該第一喷孔U1係呈環狀分布，該入 口端1111係呈火山錐狀，亦即漸縮狀之開口結構，該出 口端1113則係呈彎月狀，且令該彎月狀出口端丨113之尖 端朝向本體11之内侧，如此便可使液滴向外喷出。 制:例來說，该本體11係可為電鑄本體，例如以黃光 製程定義圖案，並以電鑄方式形成，藉此將該本體u、設 丨計成具有彎月狀出口之第一喰 1113設計彎月㈣， 、亦即，於該出口端 月狀薄片，而供該液體3進入之入口端n ::卿持火山錐狀，以追使該液體3脫離該第^ =二，彎月狀指向處飛行。如此，便可藉由將習 構，亦H出出口端為圓形之喷孔增加一凸出之平版結 向；而液體之\?呈彎月狀’藉此影響霧化液滴飛行方 當缺，太/知仍然銳作成火山錐狀，以利液體流動。 為採例如機械/明3體11的製法並非以此為限’亦可 σ衣成之金屬本體或其他製程簡單之適 19120 12 1290485 當方式製成之本體，以藉此簡化製程。同時，由於前述製 法皆屬習知技術，故於此不再多作說明。 該致動器13係結合於該本體11，用以驅動該液體3 霧化。於本實施例中，該致動器13係可為例如具有優良 壓電特性（Piezoelectric properties)之諸如鍅鈦酸鉛 (Lead Zirconate Titanate，PZT)固溶液 (Solid-solution)材料所製成之壓電致動器。提供電源予 該致動器13，即可藉由壓電效應產生振盪動能。由於壓 電致動器之壓電效應為所屬技術領域中具有通常知識者 所月b輕易理解之原理，且亦非本發明之創作特色，故於此 不復贅述。 同時，該壓電致動器係可選擇為例如壓電環、壓電片 或由壓電材料（Piezoelectric Material)所製成之元 件。由於具有機電轉換力的壓電材料可提供質輕、體積 小、反應快等特性，並能在低輸入電壓的驅動下有較高的 位移輸出，因而適用於作為致動器，但應知本發明並非侷 限於此。 當欲霧化該液體3時，該致動器13可使該液體3產 生/、振而務化該液體3，如第3a圖所示；且，如第北圖 所不，此時可迫使該液體3於脫離該第一喷孔ill時傾斜 角度α脫離該第一喷孔】i j，亦即，如第&圖所示，使 :/夜體3朝向曾月狀指向處飛行。如此，便可使液滴向外 噴出\藉此擴大噴霧範圍。應注意的是，本實施例中之角 度""係沿著…及液體圓心作為計算依據，可為例如45 19120 13 1290485 度角，但並非以此限制本發明，所屬技術領域中具有通常 知識者可依實際需要或設計加以改變，以藉此改變液滴向 外噴出之角度。 如第4圖所示，該本體u復可設有入口端（未圖示） ，出口端1133呈對稱結構之第二喷孔113,亦即，於本 $施例中，該入口端係呈火山錐狀，該出口端1133則係 呈圓孔狀。如此，便可使液滴垂直喷出。應注意的是，雖 鲁=本實施例中，該第一喷孔ηι及第二喷孔ιΐ3均呈環狀 刀布，但於其他實施例中，所屬技術領域中具有通常知識 者可有其他之配置方式，而非侷限於本實施例中所述者。 由本實把例之贺霧裝置1可知，由於本發明之喷霧裝 置1係設計平面式本體u，該本體u具有一個以上的第 一喷孔111及第二喷孔113，利用該第一喷孔lu及第二 喷孔113之幾何形狀的設計與分布，在該致動器13之驅 動下了使5亥部分經霧化之液體3傾斜一定角度脫離該第 _ 噴孔111 ’並使該部分經霧化之液體3垂直脫離該第二 噴孔113，達到分散喷射之效果。如此，便可達到擴大霧 化面積之效果，並可獲得較均勻之霧化液滴。同時，本發 明之喷霧裝置1可相同之喷孔分布面積下達到擴大噴霧 範圍之效果，不僅可使產品微小化，更不需額外消耗能 量，而有利於節約能源。 相較於習知技術將本體之喷孔製作成對稱結構，本發 明利用液體脫離喷孔時，其飛行方向係受限於噴孔幾何形 狀之影響’作為控制液體霧化飛行方向的依據，同時設計 14 19120 1290485 _ ‘環狀分布之喷孔，即可控制霰 役釗務化粑圍，使液滴集中或向外 擴大贺務範圍’並藉此增加r 、 符此日加務化靶圍，且進而大幅減少霧 化液滴互相撞擊之情況。田+ * ± 0 兄口此’本發明之喷霧裝置製程簡 早而可有效增加務化範圍 礼固I拿低務化液滴互相撞擊，且不 需名員外增加體積，亦不雲链4 力不而頜外沩耗能量，實已解決先前技 術所存在之問題。 第二實施例 ¥ 5圖為依照本發明之喷霧裝置的第二實施例所繪 衣之圖式。其中，與第一實施例相同或近似之元件係以相 同或近似之元件符號表示，並省略詳細之敘述，以使本案 之說明更清楚易懂。 κϊΐΓ施例與第一實施例最大不同之處在於該喷霧 衣置係可使液體以傾斜之角度脫離喷孔。 如第5圖所示之嘻霖梦番w ^ 1務裝置1係至少包括本體11以及 致動器13，與第一竇妳也丨丁门n w 、例不同的疋，該本體11僅設有複 丨數第一贺孔1 1 1 ;亦即，所古 命山 J p所有之弟一喷孔111的入口端1111 與出口端1113皆呈非對魈έ士接 + 非對％結構。而且，本實施例係令該 弟一賀孔111朝同一方6啦里·各 方向配置，亦即，該第一喷孔111 係呈陣列分布，而非第—實施例中之環狀分布。換言之， t本實施射，可迫使該液體3於麟該第一喷孔⑴ 日守均以傾斜之角度脫離兮楚 、 S度脫離該苐-喷孔11卜其中，該第一喷 孔111之配置係可例如盘笙Q 门 作說明。 為弟3c圖所示者，故於此不再多 由此可知’應用本發明啥 知A炙賀務裝置可控制液體霧化之 19120 15 1290485 飛行方向，藉此可有效控制霧化範圍。 第三實施例 第6圖為依照本發明之噴霧裝置的第三實施例所繪 ‘之圖式。其中，與鈿述貫施例相同或近似之元件係以相 同或近似之元件符號表示，並省略詳細之敘述，以使本案 之說明更清楚易懂。 第二實施例與第一實施例及第二實施例最大不同之 處在於该喷霧裳置係可使液體集中喷出。 如第6圖所示之喷霧裝置丨亦至少包括本體u以及 致動器13,與第一實施例不同的是，該本體u僅設有複 數第一喷孔ill，即，所有之第一喷孔lu的入口端uii 與出口端1113皆呈非對稱結構；而且，與第一及第二實 施例不同的是，該彎月狀出口端1113之尖端係朝向本體 之外侧。如此，便可使液滴向内集中喷出。 當然，所屬技術領域中具有通常知識者可任意修改』 ，變化該第-喷孔U1 A第二喷孔113之配置方式，以控弟 液體霧化之飛行方向，且由於該第一喷子匕⑴及第二嘴名 113之配置變化具彈性，例如同一本體u中各該第一一喷 孔111之出口端1113尖端係分別朝向本體u之外側及内 側，而可變化多種所屬技術領域中具有通常知識者可予以 實施之例子，故於此不再對其他實施例多作說明。 由此可知，應用本發明之嗔霧裝置可任意修改及變化 ，弟-嘴孔⑴及第二喷孔U3之配置方式，以控制液體 務化之飛行方向為集中、分散及/錢斜特定角度，藉此 19120 1290485 可有效控制及/或擴大霧化範圍。 綜合前述，本發明提出一種喷霧裝置，係將其噴孔設 計成具有一種或一種以上不同的形狀之結構，依照喷孔設 計及排列方式可控制液滴飛行方向，故本發明可利用喷孔 結構變化，在相同噴孔分布範圍下任意改變霧化區域，以 符合實際需要。如此，可在不增加喷孔分布區域下，迫使 液體霧化範圍增加，有效達到霧化效果。 • 同時，藉由改變喷孔幾何形狀的設計及搭配整體喷孔 配置分布，除了可達到擴大霧化面積之效果外，更可獲得 較均勻之霧化液滴。此外，本發明係在不增加噴孔分布區 域下增加液體霧化範圍，故可使產品微小化，且亦不需額 ^消耗此里。另外，由於本發明之本體可採用以黃光製程 疋義圖案並以電鑄方式形成，或採例如機械加工製成，故 Γ簡化製程。因此，本發明可藉由有效控制霧化範圍而令 =面積擴大’並避免霧化液滴堆積 1浪費，可製程簡單，相對已解決先前技術所存在之^ 非用二 僅例示性說明本發明之原理及其功效而 :二=。任何所屬技術領域中具有通常知識二 修飾與改:因^本之及範#τ’對上述實施例進行 申凊專利範圍所列。 国應如後述之 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示應用本發明 之示意圖； 料月之弟―貫施例之喷霧裝置 19120 (S) 17 1290485 • 第2a及第2b圖係顯示第一實施例之噴霧裝置的部分 喷孔之示意圖，其中第2b圖係第2a圖之局部放大示意圖； • 第3a至第3c圖係顯示液體脫離喷孔之飛行方向示意 •圖，其中，第3a圖係顯示致動器使液體產生共振而霧化 該液體之示意圖’第3b圖係顯示該液體傾斜一定角度脫 離該喷孔之示意圖，第3c圖則係顯示該喷孔分布之示意 圖； 第4圖係顯示第1圖之噴孔分布之局部示意圖； 第5圖係顯示應用本發明之第二實施例之喷霧裝置 之不意圖， 第6圖係顯示應用本發明之第三實施例之喷霧裝置 之示意圖； 第7圖係顯示習知噴霧裝置之示意圖；以及 第8a至第8c圖係顯示第7圖之液體脫離喷孔之飛行 方向示意圖’其中’第8a圖係顯示致動器使液體產生共 _振而霧化該液體之示意圖，第8b圖係顯示該液體垂直脫 離該噴孔之示意圖’第8c圖則係顯示該喷孔分布之示意 圖 0 【主要元件符號說明】 I 喷霧裝置 II 本體 III 第一喷孔

Uil入口端 llj3出口端 18 19120 1290485 113 第二喷孔 1133 出口端 13 致動器 3 液體 5 容器 51 液體儲存室 10 壓電致動器 20 本體 201 喷孔 a 角度

19 19120

Claims (1)

1. 第94147459號專利申請案 (96年8月1曰）

   1290485 十、申請專利範圍： 1 · 一種喷霧裝置，係應用於霧化液體，該喷霧裝置至少 、 包括： ' 本體，設有複數喷孔，各該噴孔具有供該液體進 ? 入之入口端以及供該液體脫離之出口端，且至少一喷 4 孔之入口端與出口端係呈非對稱結構，用以控制該液 體傾斜預定角度而脫離，其中，該入口端係呈火山錐 狀；以及 致動為’係結合於該本體，用以驅動該液體霧化。 2·如申請專利範圍第1項之噴霧裝置，其中，該本體係 為電鑄本體。 3·如申請專利範圍第1項之噴霧裝置，其中，該本體係 為金屬本體。 4·如申請專利範圍第1項之噴霧裝置，其中，該本體係 為非金屬本體。 春5·如申請專利範圍第丨項之喷霧裝置，其中，該喷孔係 呈陣列分布。 如申明專利範圍第1項之喷霧裝置，其中，該噴孔係 呈環狀分布。 rj 山 •如申請專利範圍第！項之噴霧裝置，其中，該出口端 係呈彎月狀。 如申明專利範圍第7項之喷霧裝置，其中，該出口端 之尖端係朝向本體之内側。 如申請專利範圍第 7項之噴霧裝置，其中，該出口端 20 1912G修正本 第94147459號專利申請案 (96年8月1曰）

   1290485 之尖端係朝向本體之外侧。 10. 如申請專利範圍第1項之喷霧裝置，復包括入口端與 出口端呈對稱結構之喷孔。 11. 如申請專利範圍第1項之喷霧裝置，其中，該出口端 呈火山錐狀。 12. 如申請專利範圍第1項之喷霧裝置，其中，該致動器 係為壓電致動器。 13. 如申請專利範圍第12項之喷霧裝置，其中，該壓電 致動器係為壓電環。

   21 19120修正本