CN100544828C - 包含涡流室的喷嘴装置 - Google Patents

Abstract

一种具有一个涡流室(310)的喷嘴装置，该涡流室(310)具有至少一个流体入口(312、314)。该入口构造为引导流体沿非切向进入室至室表面。其中有两个或多个入口，入口中的一个具有比另一个大的横截面积。还披露的是具有涡流室的喷嘴装置，其中入口配置为反切向，喷嘴装置具有涡流室，该涡流室的表面在室的纵向和侧向上都弯曲。

Description

包含涡流室的喷嘴装置

技术领域

本发明涉及一种喷嘴装置。特别地但不排他地，本发明涉及一种用来产生流体喷剂的喷嘴装置，该流体喷剂在压力下被迫流过喷嘴装置。本发明还涉及结合了这种喷嘴装置的分配器。

背景技术

喷嘴通常被用来提供产生各种流体喷剂的工具。特别是，喷嘴通常结合到致动器内，该致动器与充满受压流体的容器、例如所谓的“气雾剂罐”的出口阀配合，以提供一种工具，通过该工具存储在容器中的流体可以以雾化的喷剂或薄雾的形式分配出来。大量的商品以这种形式提供给消费者，例如包括：止汗药喷剂、除臭喷剂、香水、空气清新剂、防腐剂、油漆、杀虫剂、上光剂、护发产品、药剂、水和润滑剂。另外，泵或触发致动喷嘴装置，亦即流体从非压力容器中的释放是通过操作可手动操作泵或触发器来实现的装置，其中可手动操作泵或触发器形成该装置一个组成部分，以上泵和触发致动喷嘴装置还经常用来产生特定流体产品的雾化喷剂或薄雾。通常使用泵或触发喷嘴设备分配的产品例子包括各种洗剂和杀虫剂，以及各种园艺和家用喷剂。

尽管用于气雾剂罐的喷嘴通常结合在致动器内，该致动器位于从气雾剂阀延伸的杆部末端，也建议直接将喷嘴的多种特征结合在气雾剂阀本身和/或杆部内。因此，应当理解这里所涉及的喷嘴装置试图包含结合在气雾剂出口阀或杆部内的喷嘴装置，以及形成安装在气雾剂罐出口阀的杆部上的单独部件的一部分的喷嘴装置，或者是可手动操作泵或触发器的一部分的喷嘴装置。

喷嘴装置还用在多种工业应用中，这些应用中必须产生流体喷剂。例如，在园艺和冷却应用中的喷雾嘴。喷嘴装置还常常作为发动机等的燃料喷射系统的一部分使用。

当流体在压力下流过喷嘴装置时产生喷剂。为了形成喷剂，喷嘴装置构造成导致穿过喷嘴的流体流通过一个或多个出口孔喷射时，破碎或“雾化”成大量液滴。

喷剂中所需液滴的最佳尺寸主要取决于所涉及的特定产品，和其所希望的用途。例如，用于被患者(例如哮喘患者)吸入的包含药品的药物喷剂通常需要非常小的液滴，该液滴可以深入到肺部。相反，上光喷剂优选地包括较大直径的喷雾液滴以增加气雾剂液滴对被上光表面的冲击，并且特别地，如果喷剂具有毒性，以降低吸入程度。

传统喷嘴装置产生的气雾剂液滴的大小由多个因素支配，包括出口孔的尺寸和迫使流体穿过喷嘴的压力。然而，如果希望产生包含具有窄小液滴尺寸分布的小液滴的喷剂，有可能出现问题，特别是在低压力下。使用低压力来产生喷剂越来越变得令人期望，因为其使得可以使用低压力喷嘴设备，例如可手动操作泵或触发器喷雾器而不是更加昂贵的压力容器，并且在充满受压流体的容器的情况下，其使得含在喷剂中的推进剂的量降低，或者可选择使用通常产生低压力(例如压力气体)的推进剂。目前希望降低气雾剂罐中使用的推进剂水平成为一个热门问题，并且由于某些国家计划的立法可能使这个问题在将来变得更加重要，这些立法建议对可以在手持气雾剂罐中使用的推进剂的量加以限制。推进剂水平的降低导致可用来驱动流体通过喷嘴装置的压力降低，并且使得混合物中含有较少的推进剂辅助破碎液滴。因此，对能够在低压力下产生由合适的小液滴组成的气雾剂喷剂的喷嘴装置存在需要。

已知的与传统喷嘴装置配合的压力气雾剂罐的其它问题是产生的气雾剂液滴的尺寸在气雾剂罐的寿命内趋于增加，特别是在逼近罐的寿命终点，随着推进剂逐渐耗尽罐内压力降低时。这种压力的降低导致所产生的气雾剂液滴尺寸明显增加，因此，所产生的喷剂的质量下降。

如果所涉及的流体具有高的粘性，在低压力下提供高质量喷剂的问题进一步恶化，这是因为流体变得更加难以雾化成足够小的液滴。

已经提出了各种建议来改进喷嘴装置以便克服或者至少减少上面所列出的问题。

例如，在喷嘴装置中结合一个涡流室已经为人所知，在该涡流室中导致流体在通过出口孔离开该室之前旋转。已知的涡流室通常包括一个具有出口孔的圆柱形室，该出口孔位于室的下游或前端壁的中部。在室的一侧设置一个或多个流体入口，这些流体入口引导流体沿切向至圆柱形壁，从而流体在室内旋转。在具有多于一个的入口孔时，所有入口孔在相同的圆周方向上输送流体进入室中。涡流室在从出口孔处产生圆锥形喷剂时特别有用。

术语“下游端”和“上游端”在这里用于相对于涡流室在流体通过室行进的大致方向上指室的端部。因此“下游”端将是通过该端流体离开室的一端，并且该端在出口形成，同时“上游”端是与下游端相对的一端。

在Benoist的US 6367711 B1中描述了一种通常已知的涡流室。在这种装置中，在圆上设置四个轮廓，以便在轮廓的中部限定一个圆柱形室。相邻轮廓之间的空间形成入口，这些入口引导流体沿切向进入中心室，从而在流体上施加了漩涡运动。喷剂孔设置在室的下游端壁的中部。

如该申请人的国际专利申请WO 01/89958中所披露的，同样已经发现在喷嘴装置中结合一个涡流室但在上游与最终出口孔隔开是有益的，该涡流室作为控制最终的气雾剂中的液滴尺寸和液滴尺寸分布的工具。

许多已知涡流室产生中央空心，在该中央空心周围流体、典型为溶液在其离开出口孔时旋转。空心的产生是当溶液在室内旋转时形成涡流的结果，该涡流从喷嘴外侧吸引空心穿过出口孔的中部。形成空心的涡流室产生中空的圆锥形喷剂，并且只可以在邻近喷嘴的最终出口喷剂孔处使用。

尽管已经发现传统涡流室是有效的，还存在提供具有可选择的涡流室结构的喷嘴装置的需要，这些涡流室结构可以用来进一步提高所产生的喷剂的质量，或者产生具有不同于使用传统涡流室产生的那些喷剂所有的特性的喷剂。

发明内容

按照本发明的第一方面，提供一种喷嘴装置，该喷嘴装置包括一个涡流室，该涡流室具有至少一个弯曲表面区域，至少一个位于该室下游端的出口孔，通过该出口孔流体可以离开该室，以及至少一个流体入口，所述至少一个流体入口构造成引导流体沿一路径以非切向进入室，该路径在与和入口相对的该室表面区域接触之前，从入口延伸穿过该室的至少部分，该装置在使用中，导致进入该室的流体在通过至少一个出口孔离开该室之中旋转。

可以有两个或多个入口构造成引导流体沿非切向进入该室至紧邻相应入口的室表面。该两个或多个入口可以构造成引导流体沿在室内不相交的路径进入室。该两个或多个入口可以构造成引导流体沿大致平行的路径进入室。所述两个或多个入口中的至少一个可以具有比所述两个或多个入口中的至少另一个更大的横截面积。

该至少一个非切向入口可以这样构造，即在使用中，流体被引导至弯曲的室表面区域。

该室可以具有圆柱形表面部分并且该至少一个入口可以构造成引导流体至圆柱形表面部分。

可以有两个或多个入口配置在大致垂直于该室的纵轴的公共平面内。

所述两个或多个入口中的两个构造成引导流体从两个相对侧进入室，这样导致从两个入口来的流体流在大致相同的室圆周方向上绕室转动。作为选择，所述两个或多个入口中的两个可以构造成引导流体从相同侧进入室，这样导致从两个入口来的流体流在大体上相反的室圆周方向上绕室转动。

在室的上游端可能具有至少一个另外的入口。

至少室的部分表面可以在室的侧向和纵向上都是弯曲的。至少室的部分表面可以是圆顶形的，通常球形或通常部分球形。

按照本发明的第二方面，提供一种喷嘴装置，该喷嘴装置包括一个涡流室，该涡流室在室的下游端具有至少一个出口孔，流体可以通过该出口孔离开室；以及至少一个流体入口，其中至少室的部分表面可以在室的侧向和纵向上都是弯曲的。

室的表面可以包括至少一个这样的区域，该区域通常为圆顶形的或部分球形的，特别是在室的上游端。

室可以进一步包括一个下游部分，该下游部分具有一个通常圆顶形的或部分球形的表面区域。上游部分的通常圆顶形的或部分球形的表面区域可以具有比下游部分的通常圆顶形的或部分球形的表面区域更大的半径。

上游部分的通常圆顶形的或部分球形的表面区域可以通过室的中间部分与下游部分的通常圆顶形的或部分球形的表面区域分开。

室可以通常为球形。

室可以具有下游部分，该下游部分具有通常为圆锥形的表面区域。

室可以具有多个出口孔，每个出口孔位于单独的通常部分球形或圆顶形的室表面区域中。每个出口孔可以设置在其相应的部分球形或圆顶形表面区域的极轴上。

室可以具有形式为环形截面的表面区域，该表面区域可以位于涡流室的下游部分的该至少一个出口孔的周围。室的通常部分球形或圆顶形的表面区域可以位于环形截面表面区域内。

该至少一个入口可以设置在室的上游端部分。该至少一个入口可以构造成引导流体沿一路径进入室，该路径在室的纵向上延伸。可能有两个或多个入口，每个入口设置在室的上游端区域。

该入口或每个入口可以构造成引导流体沿非切向进入室至紧邻入口的室表面，该配置使得进入室的流体在与室表面接触之前被引导从入口穿过至少室的部分。

室可以具有两个或多个入口，该室如此构造，即导致从所述入口中的至少两个来的流体流在通常相反的圆周方向上在室内旋转。

可以具有四个或多个入口。

按照本发明的第三方面，提供一种喷嘴装置，该喷嘴装置包括一个涡流室，该涡流室在室的下游端具有至少一个出口孔，流体可以通过该出口孔离开该室，以及至少两个流体入口，所述至少两个入口每个构造成引导流体沿切向至紧邻相应入口的室表面，其中至少两个入口这样配置，即在使用中，引导流体流进入室，这样导致流体流在通常相反的室圆周方向上转动。

该至少两个入口可以从相同侧进入室。

该至少两个入口可以设置在垂直于室的纵轴的公共平面内。

所述入口中的一个可以具有比入口中的至少另一个更大的横截面积。

可以有两个以上的入口，在这种情况下，至少两个入口这样配置，即在使用中，引导流体流进入室，这样导致流体流在通常相反的室圆周方向上转动。

多个入口可以设置在垂直于室的纵轴的许多不同的平面上，以便沿室的长度方向隔开。在每个不同的平面上可以有至少两个入口，入口这样配置，即在使用中，引导流体流进入室，这样导致流体流在通常相反的室圆周方向上转动。

按照本发明的第四方面，提供一种喷嘴装置，该喷嘴装置包括一个涡流室，该涡流室在室的下游端具有至少一个出口孔，通过该出口孔流体可以离开该室，以及至少两个流体入口，其中，至少一个流体入口具有比流体入口的至少另一个更大的横截面积。按照本发明的该第四方面的喷嘴可以包括本发明第一、第二和第三方面的任何特征。

在本发明的不同方面，涡流室可以具有配置在该室下游端的中部的单个出口孔。作为选择，涡流室可以具有多个出口孔。涡流室的该出口孔或每个出口孔可以是喷嘴装置的最终喷剂孔。作为选择，该涡流室的该出口孔或每个出口孔可以引导流体离开室，进入喷嘴装置的延续部分，其位于喷嘴装置的一个或多个最终出口孔的上游。

涡流室具有多于一个的入口，所有入口可以配置为从流体源输送相同的溶液进入室。作为选择，至少一个入口可以配置为从第一流体源输送第一溶液进入室，而至少另一个入口配置为从第二流体源输送不同的流体进入室。不同流体可以是气体。

在本发明的不同方面，喷嘴装置可以具有两个或多个相互并联或相互串联的涡流室。可以具有两个串联配置的涡流室，在两个涡流室之间的流动路径上配置膨胀室。

在本发明的不同方面，通过该出口孔或每个出口孔离开喷嘴装置的流体可以形成雾化喷剂，该雾化喷剂具有没有中部空心的完整圆锥形。

按照本发明的第五方面，提供一个分配器，该分配器包括按照本发明前述几方面的任一方面的喷嘴装置。

附图说明

现在将参照附图仅通过例子描述本发明的几个实施例，其中：

图1是通过按照本发明形成部分喷嘴装置的涡流室的示意性横截面视图，该视图通过一个平面，该平面包括室的纵轴Y；

图2是沿图1线X-X的示意性横截面视图；

图3是与图2相似的视图，但是示出了室的另一种实施例，其中两个入口孔从同侧进入室；

图4是与图1相似的视图，但是示出了又一种实施例，其中在室的每一侧上设置多个入口孔；

图5是与图2相似的视图，但是示出了再一种实施例，其中设置两个入口孔引导流体在相反切线方向上进入室；

图6a、6b和6c分别是按照本发明另一种实施例的喷嘴装置部分的示意性的正、侧和俯视图，其中涡流室的细节通过虚线以隐藏的细节示出；

图7a、7b和7c是分别与图6a、6b和6c相似的视图，但是示出了本发明的另一种实施例；

图8a、8b和8c是分别与图6a、6b和6c相似的视图，但是示出了本发明的另一种实施例；

图9a、9b和9c是分别与图6a、6b和6c相似的视图，但是示出了本发明的另一种实施例；

图10a、10b和10c是分别与图6a、6b和6c相似的视图，但是示出了本发明的另一种实施例；

图11a、11b是分别与6b和6c相似的视图，但是示出了本发明的另一种实施例；

图12a、12b和12c是分别与图6a、6b和6c相似的视图，但是示出了本发明的另一种实施例；

图13a、13b和13c是分别与图6a、6b和6c相似的视图，但是示出了本发明的另一种实施例；

图14a、14b和14c是分别与图6a、6b和6c相似的视图，但是示出了本发明的另一种实施例。

具体实施方式

首先参考图1和2，示意性地示出了按照本发明用在喷嘴装置中的室10。与这里所描述的所有实施例一样，该室10可以结合到任何喷嘴装置中，该任何喷嘴装置适于从流体源、特别是以喷剂的形式分配液体。例如，喷嘴装置可以结合到配合在气雾剂罐出口阀中的致动器或其他部件中。作为选择，该室可以结合到出口阀本身中，或者结合到从出口阀突出的杆部中。该室还可以结合到手动泵或触发分配器的喷嘴装置中，该手动泵或触发分配器适于从非压力容器喷溅流体。该室还可以形成工业喷嘴或燃油喷射喷嘴的一部分。

室10形状为圆柱形，具有一个如图2所示的圆形横截面。流体通过两个侧向入口12、14注入室，该两个侧向入口12、14从相对的两侧进入室。出口16位于壁18的中部，该壁18限定了室10的下游端。

与这里所披露的所有实施例一样，出口16可以是喷嘴装置的最终喷剂出口孔，或者它引导流体离开该室进入喷嘴装置中流动通道的另外部分，该流动通道通向一个或几个出口孔或者进入另外的室中。出口孔16无需设置在该室下游端壁的中部，而是可以设置在室内任何合适的地方。在特定的应用中，可以提供多于一个的出口16。

正如可以在图2中最好地看到，侧向入口12、14相对彼此偏移，并配置为引导流体在不与紧邻该入口的室壁相切的方向上进入室内，并且不会导致两流体流在与室的相对壁部分接触之前相交。这将导致流体流被引导朝着弯曲的相对壁部分穿过室。当流体流撞击到相对壁部分上后，某些流体将弹离壁，而某些将由于壁部分的曲率向流体施加漩涡运动而在室内转动。通过如图2所示配置的侧向入口12、14，流体流将趋向于在相同的圆周方向上绕室转动，在所示的配置中将顺时针转动。

该配置与传统的涡流室不同，在传统的涡流室中，入口沿切向将流体引导到室的内壁表面上以便绕室在圆周方向上移动。在不与入口所进入的壁表面相切的方向上引导流体进入涡流室的入口通常可以被称作非切向入口。

申请人发现具有非切向入口的涡流室产生一种喷剂，该喷剂具有更细的液滴，并且具有比相当的传统涡流室更完整、更宽的圆锥形。应当相信在涡流室中使用非切向入口是有利的，原因在于进入室内的流体不会受到与传统涡流中流体相同水平的摩擦力，在传统涡流中，流体被直接引导至邻近入口的室壁上。因此，使用非切向入口降低了流体中的能量损失，使得漩涡即便在低操作压力下也能产生良好的喷剂形式，这是由于在流体中有更多的能量帮助打碎或雾化流体。这也使得喷嘴能够被有效用于别的方式难于雾化的溶液，例如由于其粘性而难以雾化。

通常，观察到入口流离涡流室壁表面越远，喷嘴的喷射特性会越好。然而，这些流不应与出口孔重叠，并且不应相互撞击。

为了在室内向流体施加旋转运动，有利地，引导流体流所至的壁表面是弯曲的。在本实施例中，室10具有圆形横截面，然而这不是必需的，可以使用具有非圆形横截面的室，只要该室具有一个或几个弯曲壁部分，流体流可以靠着该弯曲壁部分被引导。

如图1和2所示，侧向入口12、14具有相同的尺寸，但是在特定应用中发现一侧的入口大于另一侧的入口是有利的。使用不同横截面积的入口产生具有不同速度的流体流，当这些流在室内混合时，认为不同的速度形成附加湍流，这对帮助打碎流体是有益的。其结果是，喷嘴产生具有更小液滴尺寸喷剂形式，特别是在接近喷溅脉冲结束的时候。

使用不同尺寸的入口的想法不限于按照本实施例的涡流室，而是可以使用在这里所披露的所有实施例中，以及具有其他传统切向入口的涡流室中。

尽管图1和2中示出的实施例只具有两个侧向入口12、14，可以设置多于两个的侧向入口。图4示出一个实施例，其中在室的每一侧上纵向间隔排列三个侧向入口12a、12b、12c、14a、14b、14c。每个侧向入口设置为以与如图2所示入口12、14相似的方式引导流体进入室内。在一侧上的侧向入口12a-12c可以比另一侧上的侧向入口14a-14c大。虽然图4示出在每一侧上有三个侧向入口，应当理解可以提供任何适当数目的侧向入口。另外，侧向入口可以在圆周方向上间隔排列，而不是或者除了在纵向上间隔排列，只要流体流在与室的相对弯曲壁部分接触之前不彼此相交。

图3图示了室110的另外一种实施例，其中两个侧向入口112和114配置为从室的相同侧输送流体进入室，这样流体在大体相同的侧面方向上移动穿过室，亦即都从室的相同侧向相对侧移动。与图2示出的实施例一样，侧向入口112、114在不与室的弯曲侧壁相切的方向上引导流体进入室内，这样也不会导致其相应的流体流相交。这使得流体流被引导朝着相对的弯曲壁表面穿过室。在流体流撞击相对壁表面后，某些流体弹回，某些流体在室内转动，以便在流体上施加漩涡运动。

与图2所示的实施例不同，在该实施例中从侧向入口12、14来的流体流在相同的圆周方向上转动，在本实施例中，从侧向入口112、114来的流体流将在相反的圆周方向上转动，从而相互碰撞。当流体流绕室相反转动时，一个流体流将被迫处于另一流体流下方以增加湍流并帮助将流体打碎成液滴。

与前述的实施例一样，侧向入口112、114可以具有不同的尺寸并可以设置多于两个的入口。例如，可以设置沿室纵向间隔开的两个或多个侧向入口，以图4所示的相似方式与入口112、114成一直线。

在图2和3所示的实施例中，侧向入口12、14、112、114构造成引导流体流大致上相互平行地进入室10、110。虽然这被认为是特别有利的配置，但并不是必需的，并且侧向入口可以配置为相互成一角度，只要流体流在与室壁的相对弯曲部分接触之前相交。

图5图示了本发明的另一种实施例。与图2示出的实施例一样，室210具有两个从相对侧引导流体进入室内的侧向入口212、214。在本实施例中，侧向入口212、214配置为引导流体沿切向进入室内，这样流体接触紧邻入口的室壁，并且以与传统涡流相似的方式转动。然而，与传统涡流不同的是，传统涡流中所有入口引导流体在相同的圆周方向上进入室内，在本实施例中，侧向入口212、214引导流体在相反的圆周方向上进入室210，这样从侧向入口212、214来的流体流绕室相反转动并相互碰撞，从而一个流体流被迫处于另一个之下。这将在室内增加湍流，并导致最终喷剂中的更精细的液滴，以及更完整的锥形。侧向入口212、214中的一个可以比入口孔212、214中的另一个大。

配置为引导流体沿切向但在相反的圆周方向上进入室的入口在这里被称作反切向。

与前述实施例一样，室210可以具有多于两个的侧向入口212、214，只要至少两个侧向入口反切向配置，以引导流体在相反的圆周方向上进入室。例如，可以在室的任一侧上设置多个侧向入口。

室210将具有至少一个出口孔，该出口孔可以以与关于图2描述的出口16相似的方式设置在室的下游端的中部。出口可以是喷嘴装置的最终出口或喷剂孔，或者可以引导流体离开室进入喷嘴装置中流动通道的其他部分，该流动通道通向一个或几个出口孔或进入另外的室。

尽管示出的室210具有圆形横截面，这不是必需的。实际上，在本实施例中室壁不必是弯曲的，只要入口可以引导流体沿切向至室壁以便在流体上施加转动或旋转运动。

在前述所有的实施例中，侧向入口12、14、112、114、212、214显示为成对地处于垂直于室的纵轴Y的共同平面上。然而，这不是必需的，侧向入口可以位于垂直于纵轴的不同平面上。

另外，在所描述的所有实施例中，一个或多个附加入口可以从上游端进入室10、110、210。这在图1中图示，图1以虚线示出一个引导流体通过上游端壁22沿纵向进入室10的单独入口20。尽管在图1中只示出了一个附加入口，但可以设置多于一个的附加入口。

所有侧向入口可以构造为输送相同的流体进入室，该流体可以是溶液或气体。作为选择，一个或多个侧向入口可以构造成输送第一流体进入室，剩余的一个或几个侧向入口输送第二流体。第一和第二流体可以包括不同的溶液或一种流体为溶液，其它为气体例如空气。

室10、110和210具有一个或多个附加入口20，已经发现这样做特别有利：即引导气体例如空气通过所述的一个或多个附加入口通常沿纵向进入室，同时通过侧向入口将溶液输送到室内。

在上面描述的实施例中，涡流室10、110、210都具有平直的上游和下游端壁部分。这不是必需的，端部分可以是任何合适的形状。在特殊的例子中，室的一端或两端可以逐渐变小以形成圆锥或截头圆锥形状。因此，室的上游端可以从上游端到沿室的长度一半的位置向外逐渐变小，和/或室的下游端可以从室的长度的一半的位置到下游端向内逐渐变小。然而，一个或两个锥形的方向可以颠倒。另外，室的上游端可以具有逐渐变小的突出部分，该突出部分一半延伸到室内，并且流体绕该突出部分在室内转动。这种配置在图4中以虚线24图示。

前面描述的实施例都包括具有侧表面的圆柱形涡流室，该侧表面绕室的纵向中心线弯曲(从侧向横截面观看时)，但沿室的长度平行于纵向中心线延伸。已经发现制造这样一个涡流室特别有利，即该涡流室中至少表面的一部分在室的纵向上也是弯曲的，以产生一个圆顶形的表面部分。现在将参照图6到14描述具有一个或多个圆顶形表面区域的几个涡流室实施例。

图6a到6c示意性地图示了按照本发明的喷嘴的另一种实施例的部分。喷嘴包括一个主体300和一个涡流室310，涡流室310在图中以虚线示出。涡流室310具有两个通常为半球形的表面区域310a、310b。第一个半球形表面区域310a形成室的上游端，同时另一个半球形部分310b形成室的下游端并且具有比上游端310a小的半径。室还具有一个在较大半球形区域310a的下游端和较小半球形区域310b的上游端之间的环形平直表面区域310c。出口孔316位于下游半球形区域310b的极轴处。

涡流室310在室的上游端具有两个非切向入口312、314。入口312、314配置在不同的平面上，分别位于室的一侧，并且如图6b所示，与室的纵轴Y成大约30度的角度，以沿路径引导流体(在图6b中以箭头Z指示)，该路径朝着室的平直表面部分310c相互分开。在使用中，从入口来的流体流以一个角度撞击平直壁部分310c，流体向后向外偏转到上游半球形区域310a的弯曲表面，在此处发生绕室的转动或旋转。因为入口312、314在室的任一侧上在相反方向上成一角度，从两入口来的流体流在相同的圆周方向上发生绕室310的转动，如图6a中箭头所示。

如上文中提到的，入口312、314沿非切向与上游半球形区域310a的表面对准，这样流体在撞击室的平直表面310c之前穿过室的至少一部分。入口这样构造，即使得流体流在接触室的表面310c之前不相交并且不与出口孔316的中心线相交。

在本实施例中，两个入口具有相同的尺寸，但是在其它实施例中，一个入口可以具有比另一个入口更大的横截面积。

因为室310具有圆顶形或者部分球形表面区域310a、310b，入口312、314配置为通过上游端进入室内并引导流体流在通常纵向方向上进入室内至室的表面，以使流体旋转或成漩涡。这是优于传统圆柱形涡流室的一个优点，在传统圆柱形涡流室中需要侧面通道工具以便该入口可以引导流体从侧向进入室内至弯曲的圆柱形表面上。通过室的上游端进入的入口通常更容易制造，并且与侧通道相比堵塞的可能性更小。另外，由于不需要侧面通道，涡流室310在侧向占据更小的空间，使得它能够配合在更小的空间内。这也使得多个这种涡流室能够并排着紧密靠近地设置，从而由出口孔产生的喷剂可以重叠或汇合。

所有入口可以配置为引导相同的液体或溶液进入室310。作为选择，一个或多个入口可以配置为引导第二液体或者甚至气体例如空气进入室310与溶液混合。在气体被引导处，可以通过室的上游端或通过室的侧面设置一个或几个气体入口。

入口312、314的数量和配置可以按照需要改变。尽管优选为至少两个入口，可以使用来自上游端但被引导从出口孔离开的一个单独入口。

图7到14图示了多种可选择的涡流室装置，该涡流室装置具有至少一个圆顶形或半球形表面区域，并且可以结合在按照本发明的喷嘴装置中。

在图7a到7c中示出的室410与上面描述的图6a到6c中示出的相似，除了入口412、414显示为从单个流体通道上分开以外。一个入口412具有比另一个入口414更大的横截面积。

图8a到8c图示了具有球形表面的室510，其中单个出口孔位于室的下游端的极轴上。在室的上游端设置入口512、514，该入口512、514以与上面描述的室310相似的方式配置。入口引导流体沿非切向进入室，以便与室的下游端的弯曲表面接触，导致其在室内转动或旋转。

在图9a到9c示出的配置中，室610为半球形，其弯曲表面区域位于上游端，极轴与室的纵轴Y成一直线。单个出口孔616位于室的平直的下游端壁的中部。两个非切向入口612、614通过室的上游端进入并引导流体以一个角度至平直的下游端壁，其方式与上面描述的室310相似，这样流体偏转返回进入室内并向外至室的弯曲表面，在此处导致其绕室旋转。

图10a到10c示出了具有涡流室710的喷嘴装置，该涡流室710与上面描述的室310相似，除了该室的下游区域具有朝着出口孔716逐渐变小的圆锥形表面区域710b之外。

在图11a和11b中示出了结合了涡流室810的喷嘴装置，该涡流室810具有多个出口孔816。室810具有包含半球形表面的上游区域810a，并在下游区域具有三个出口孔816。每个出口孔位于相应圆顶形或半球形室区域830的顶点处。该室具有两个以与上面关于图6a到6c描述的室310的入口相似的方式位于室上游端的非切向入口812、814。在本实施例中，在绕主室旋转的同时，流体绕邻近出口孔816的每个圆顶形区域830旋转。

图12a到12c图示了具有涡流室910的喷嘴装置，该涡流室910与上面关于图6a到6c描述的室310相似。然而，在此实施例中，室910具有四个绕室的上游端910a隔开的入口912a、912b、914a、914b。这些入口引导流体沿非切向进入室，从而流体流与环形平直表面区域910c接触并向后向外偏转至弯曲的上游半球形表面910a，在此处导致其绕室转动或旋转。

图13a到13c中示出的喷嘴装置具有一个涡流室1010，该涡流室具有上游半球形表面区域1010a和被连接表面区域1010d分开的下游半球形区域1010b。两个半球形表面区域1010a、1010b具有相同的尺寸，同时连接区域1010d具有较小的半径。在本实施例中连接区域1010d具有一个表面，该表面向内逐渐变小到中部最高点，但是在可选择的实施例中连接区域可以具有圆柱形表面。室1010具有两个与上面关于图6a到6c描述的室310的入口312、314相似的非切向流体入口1012、1014。在下游半球形表面区域1010b的中部设置单个出口孔1016。

应当理解上面的实施例可以以多种方式改变。例如，连接部分1010d的尺寸和形状可以改变。因此连接部分可以具有和两个半球形区域1010a、1010b相同的半径，也可以形式为将两个半球形区域1010a、1010b分开的圆柱形表面区域。作为选择，两个半球形区域1010a、1010b的相对尺寸可以改变。因此下游半球形区域1010b可以制成小于上游半球形部分或相反。

图14a到14c中示出的喷嘴装置中的涡流室1110还是与上面关于图6a到6c描述的涡流室310相似，唯一的不同在于本实施例中的室1110具有围绕较小的上游半球形表面区域1110b的环形截面表面区域1110d。环形截面表面区域朝着室的上游端敞开，入口1112、1114引导流体沿非切向从室的上游端进入室，这样流体流与环形截面表面区域1110d的凹形表面接触并发生绕室转动或旋转。环形截面1110d包括具有通常在横截面上为U形的环形区域并围绕较小的下游半球形区域。

应当理解在图6到14中示出的实施例只是圆顶形表面区域如何结合到喷嘴装置的涡流室中的例子。示出的各种实施例可以以多种方式修改。例如，示出的任何实施例可以设置一个或多个入口，这些入口可以是标准的切向入口、反切向入口或非切向入口。另外，示出的任何涡流室可以具有多于一个的出口孔。

应当理解虽然表面被描述为部分球形、半球形或球形，这并不是必需的，表面优选为球形或部分球形，只要其促使流体绕室旋转或转动。

在试验中，具有在室的纵向和侧向上弯曲的圆顶形表面区域的涡流室，显示出产生改进的喷剂性能，与相当的传统涡流室相比，在相似的操作条件下具有完整的圆锥形和更精细的液滴。

已经发现按照这里所描述的任一实施例的室可以有利地制成为比传统涡流室更大。已知的涡流室通常在直径为1mm到2mm的区域，而已经发现按照本发明的室在尺寸上可以有效地为直径或宽度达到6mm。特别是，根据本发明的室直径/宽度为3mm-5mm，特别为4mm，已被发现可产生有利的结果。该室可以为任何合适的长度，通常可以为0.3mm到10mm内的任意值。所期望的是，在大多数的应用中室具有0.5mm到3mm的长度。具有反切向入口的室可以较短，具有0.5mm到4mm的长度，优选为具有0.5mm到1.5mm的长度。

按照本发明形成喷嘴的一部分的涡流室不依赖于在产生漩涡的液体中部的空心形成。这意味着涡流室无需只邻近喷嘴装置的最终喷剂孔使用，而是可以使用在最终喷剂孔的上游，甚至还可以与至少另一个涡流室串联使用，该另一个涡流室可以是按照本发明其它方面的传统涡流室。在一种有利的配置中，两个涡流室串联配置，在它们之间的流动路径上设置一个膨胀室。

涡流室布置在邻近最终出口或喷剂孔处，按照本发明的喷嘴将产生完整的圆锥形喷剂形式，而不是中空的圆锥形，甚至在宽的喷剂圆锥形角度时亦如此。与具有相当的传统涡流的喷嘴相比，该喷嘴还产生具有更小液滴尺寸和更窄液滴尺寸分布的喷剂。所产生的喷剂具有抛物线形的形式，具有比相当的传统涡流更高的轴向速度分量。其结果是，按照本发明的喷嘴所产生的喷剂具有更长的穿透距离，平均液滴尺寸随到出口孔的距离增加的速度较传统涡流低。

按照本发明的喷嘴装置可以使用在多种应用中，包括喷雾器或手动泵分配器，以及大量工业应用中，包括喷雾嘴和用于发动机的燃油喷射系统等等。按照本发明的喷嘴装置适于使用在0.5bar到250bar或更高的操作压力的情况下，适于具有任何粘度的流体，包括溶液。

在上面描述的优选实施例中，喷嘴装置由聚合物材料通过注射成型技术制成，这特别适合于以低成本进行大量生产。然而，应当理解本发明包括由任何合适的材料使用任何合适的技术制成的喷嘴装置。通常喷嘴包括一个主体，该主体具有相互配合在一起以限定涡流室的两部分。该两部分中的每一个可以具有与另一部分上相应的邻接表面配合的邻接表面。可以在至少一个邻接表面上形成一系列的沟槽和/或凹槽以便当两部分装配在一起时限定涡流室。通常，相应的沟槽和/或凹槽将在两个部分的邻接表面上形成，当两部分装配在一起时在它们之间限定涡流室。

尽管关于被认为是当前最实用和优选的实施例对本发明进行了描述，应当理解本发明不限于所披露的实施例，而是希望包含包括在本发明范围内的各种修改和等同结构。

Claims (46)

1.一种雾化喷嘴装置，其包括涡流室，该涡流室具有至少一个弯曲表面区域，至少一个在该涡流室的下游端的出口孔以及至少两个侧向流体入口，流体可以通过该出口孔离开该涡流室，所述至少两个侧向流体入口中的每一个被构造为引导流体沿一路径非切向地进入涡流室，该路径在接触到与入口相对的涡流室表面区域之前从相应入口延伸穿过涡流室的至少一部分，该装置在使用中，使进入涡流室的流体在通过该至少一个出口孔离开涡流室之前在涡流室内旋转，其特征在于，所述侧向流体入口中的至少一个侧向流体入口具有比所述侧向流体入口中的至少另一个侧向流体入口大的横截面积。

2.如权利要求1中所述的雾化喷嘴装置，其中侧向流体入口中的至少两个侧向流体入口构造为引导流体沿在涡流室内不相交的路径进入涡流室。

3.如权利要求2中所述的雾化喷嘴装置，其中侧向流体入口中的至少两个侧向流体入口构造为引导流体沿大致上平行的路径进入涡流室。

4.如上述权利要求中任一项中所述的雾化喷嘴装置，其中侧向流体入口中的每个流体入口构造为使得在使用中，流体被引导至弯曲的涡流室表面的区域。

5.如权利要求4中所述的雾化喷嘴装置，其中涡流室具有圆柱形表面部分，该侧向流体入口中的每个侧向流体入口构造为引导流体至该圆柱形表面部分。

6.如权利要求1中所述的雾化喷嘴装置，其中至少两个侧向流体入口配置在大致垂直于涡流室纵轴的共同平面上。

7.如权利要求1中所述的雾化喷嘴装置，其中所述侧向流体入口中的两个侧向流体入口构造为引导流体从相对的两侧进入涡流室。

8.如权利要求1中所述的雾化喷嘴装置，其中所述侧向流体入口中的两个侧向流体入口构造为引导流体从相同侧以相反的转动方向进入涡流室。

9.如权利要求1中所述的雾化喷嘴装置，其中在涡流室的上游端有至少一个另外的入口。

10.如权利要求1中所述的雾化喷嘴装置，其中至少部分涡流室表面在涡流室的侧向和纵向上都是弯曲的。

11.如权利要求10中所述的雾化喷嘴装置，其中至少部分涡流室表面为球形或部分球形。

12.一种雾化喷嘴装置，其包括涡流室，该涡流室在涡流室的下游部分具有至少一个出口孔以及至少两个流体入口，流体可以通过该出口孔离开涡流室，其中涡流室具有与下游部分相对的上游部分，其中涡流室的表面在涡流室的侧向和纵向上都是弯曲的，该至少两个流体入口通过该弯曲的上游部分进入涡流室。

13.如权利要求12中所述的雾化喷嘴装置，其中涡流室的上游部分包括部分球形的表面区域，其中部分球形的表面区域的极轴大致上与涡流室的纵轴对准。

14.如权利要求13中所述的雾化喷嘴装置，其中涡流室的下游部分具有部分球形的表面区域。

15.如权利要求14中所述的雾化喷嘴装置，其中涡流室为球形。

16.如权利要求14中所述的雾化喷嘴装置，其中上游部分的部分球形的表面区域具有比下游部分的部分球形的表面区域大的半径。

17.如权利要求14或16中所述的雾化喷嘴装置，其中上游部分的部分球形的表面区域通过涡流室的中间部分与下游部分的部分球形的表面区域分开。

18.如权利要求13中所述的雾化喷嘴装置，其中下游部分具有圆锥形的表面区域。

19.如权利要求12中所述的雾化喷嘴装置，其中涡流室具有多个出口孔，每个出口孔位于涡流室分开的部分球形的表面区域内。

20.如权利要求19中所述的雾化喷嘴装置，其中每个出口孔布置在其相应的部分球形的表面区域的极轴上。

21.如权利要求12中所述的雾化喷嘴装置，其中涡流室还包括形式为环形截面的表面区域。

22.如权利要求21中所述的雾化喷嘴装置，其中环形截面表面区域围绕该至少一个出口孔位于涡流室的下游部分。

23.如权利要求21或22中所述的雾化喷嘴装置，其中涡流室的下游部分进一步包括部分球形的表面区域，该部分球形的表面区域位于环形截面表面区域内。

24.如权利要求12中所述的雾化喷嘴装置，其中各流体入口构造为引导流体沿一路径进入涡流室，该路径沿涡流室的纵向延伸。

25.如权利要求12中所述的雾化喷嘴装置，其中每个流体入口构造为引导流体非切向地进入涡流室至紧邻该流体入口的涡流室表面。

26.如权利要求25中所述的雾化喷嘴装置，其中，该涡流室被构造为使得从所述流体入口中的至少两个流体入口来的流体流沿相反的圆周方向上在涡流室内旋转。

27.如权利要求12中所述的雾化喷嘴装置，其中在上游部分有至少四个流体入口。

28.如权利要求12中所述的雾化喷嘴装置，其中，所述流体入口中的至少一个流体入口具有比所述流体入口中的至少另一个流体入口大的横截面积。

29.一种雾化喷嘴装置，其包括涡流室，该涡流室在该涡流室的下游端具有至少一个出口孔以及至少两个侧向流体入口，流体可以通过该出口孔离开涡流室，每个侧向流体入口被构造为引导流体沿切向至紧邻相应侧向流体入口的涡流室表面，其特征在于，至少两个侧向流体入口的配置使得在使用中它们引导流体流进入涡流室，从而使流体流在相反的涡流室圆周方向上转动，并且所述侧向流体入口中的至少一个侧向流体入口具有比侧向流体入口中的至少另一个侧向流体入口大的横截面积。

30.如权利要求29中所述的雾化喷嘴装置，其中所述至少两个侧向流体入口从相同侧进入涡流室。

31.如权利要求29或30中所述的雾化喷嘴装置，其中所述至少两个侧向流体入口设置在垂直于涡流室纵轴的共同平面上。

32.如权利要求29中所述的雾化喷嘴装置，其中多个侧向流体入口设置在垂直于涡流室的纵轴的多个不同平面上，以便沿涡流室隔开。

33.如权利要求32中所述的雾化喷嘴装置，其中在每个不同平面上的至少两个侧向流体入口的设置使得在使用中，它们引导流体流进入涡流室，从而使流体流在相反的涡流室的圆周方向上转动。

34.如权利要求1、12或29中所述的雾化喷嘴装置，其中涡流室具有配置在涡流室的下游端中部的单个出口孔。

35.如权利要求1、12或29中所述的雾化喷嘴装置，其中涡流室具有多个出口孔。

36.如权利要求1、12或29中所述的雾化喷嘴装置，其中涡流室的每个出口孔为喷嘴装置的最终喷剂孔。

37.如权利要求1、12或29中所述的雾化喷嘴装置，其中涡流室的每个出口孔引导流体离开涡流室进入喷嘴装置的延续部分，该延续部分位于喷嘴装置的一个或多个最终出口孔的上游。

38.如权利要求1、12或29中所述的雾化喷嘴装置，其中，所有流体入口设置为从共同的流体源输送相同类型的溶液进入涡流室。

39.如权利要求1、12或29中所述的雾化喷嘴装置，其中，这些流体入口中的至少一个流体入口设置为从第一流体源输送溶液进入涡流室，至少另一个流体入口设置为从第二流体源输送不同的流体进入涡流室。

40.如权利要求39中所述的雾化喷嘴装置，其中不同的流体是气体。

41.如权利要求1或29中所述的雾化喷嘴装置，其中涡流室的上游部分和下游部分中的至少一个逐渐变小。

42.如权利要求41中所述的雾化喷嘴装置，其中涡流室的上游部分和下游部分中的至少一个逐渐变小，形成一圆锥形或截头圆锥形。

43.如权利要求1、12或29中所述的雾化喷嘴装置，该喷嘴装置包括相互并联配置的至少两个涡流室。

44.如权利要求1、12或29中所述的雾化喷嘴装置，该喷嘴装置包括串联配置的至少两个涡流室。

45.如权利要求44中所述的雾化喷嘴装置，其包括和膨胀室串联的两个涡流室，该膨胀室配置在两个涡流室之间的流动路径中。

46.一种分配器，其包括一个按照上述权利要求中任一项的雾化喷嘴装置。

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