CN101873894A - 流体分配喷嘴 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于从容器(12)以所期望的、大体矩形的喷射图案分配液体的喷嘴。所述喷嘴包括具有适于从所述容器(12)接收液体的入口端(52)和出口端(58)的致动器(48)，所述致动器出口端限定出口室(76)。插件(60)被连接到所述致动器出口端并且限定与所述出口室(76)流体连通的插件通道。所述插件(60)包括布置在所述出口室下游的至少第一凸起肩部(90)，和布置在所述第一凸起肩部(90)下游的喷嘴出口。所述凸起肩部(90)可以具有曲率半径并且可以设置为成会聚角的侧壁。可以在一定范围内提供所述曲率半径和聚会角以使用通常的气雾剂罐压力以所期望的流率获得所期望的喷射图案。

Description

流体分配喷嘴
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年9月25日提交的、申请号为60/974,941的美国临时申请的优先权。
技术领域
本发明总体上涉及流体分配装置，并且更具体地，涉及用于产生所期望的喷射覆盖图案的喷嘴组件。
背景技术
喷射喷嘴被用来从多种不同容器分配流体。所述容器可以容纳多种成分中的一种或者它们的组合，并且通常使用永久或临时压力以排出所述容器的内容物。当所述容器是气雾剂罐时，例如，将被分配的一种或多种化学制品或其它活性成分通常被混合在溶剂中并且通常进一步地与推进剂相混合以给所述罐加压。已知的推进剂包括二氧化碳、选定的碳氢化合物气体，或者碳氢化合物气体的混合物例如丙烷/丁烷混合物。为了方便，不管它们的化学性质或意在的功能，将被分配的材料在这里可以仅仅被称作“活性物”。
活性物/推进剂混合物可以在恒定的、但是不必须是连续的压力下被存储在气雾剂罐中。释放阀被安装在所述罐的顶端中并且通常是处于闭合位置的。致动器按钮被连接到所述释放阀使得当在预定方向上，例如向下地或者向侧面地推动所述致动器时它将所述释放阀移动到打开位置。所喷射的活性物可以以乳状状态、单相、多相、和/或部分气相排出。非限定性地，活性物能包括控虫剂(例如，推进剂，杀虫剂，或者生长调节剂)，香水、消毒杀菌剂、清洁剂、蜡或者其它表面处理剂，和/或防臭剂。
在简单装置中，通过作用在按钮上的手指压力能提供作用在阀控制杆上的压力，所述按钮被连接到所述杆并且具有将罐的内容物引导到所述按钮的侧面上的出口的内部通路。响应于所述阀的致动，允许所述罐的内容物经由所述内部通路穿过所述出口，因此产生流出到周围环境中的喷射。
在非气雾剂的应用中，使用临时压力排出容器的内容物。例如，触发泵使用手动力使流体前进通过所述容器中的汲取管(dip tube)，用于最终通过喷射喷嘴排出。
由传统喷嘴所产生的喷射图案不是特别好地适用于许多手持式应用。传统喷嘴通常产生圆锥形的喷射流，其导致不一致的、不均匀的表面覆盖。此外，当处理具有正方形或长方形形状(例如淋浴壁)的平面表面时，用圆锥形喷射流均匀地到达所述壁的全部表面通常是非常困难的。事实上，圆锥形喷射流无法到达角落而不会部分地到达相邻表面，导致超范围喷射。其它喷嘴是已知的，其产生相对平的扇形喷射流。尽管扇形流在不超范围喷射的情况下能更可靠地到达角落，但是在整个喷射图案上不能均匀地分布将被分配的产品并且相对平的图案需要使用者的过多的移动以到达整个被覆盖的表面。
发明内容
根据某些实施方式，提供一种用于从容器分配液体的喷嘴，包括具有出口端和适于从所述容器接收液体的入口端的致动器，所述致动器出口端限定出口室。插件被连接到所述致动器出口端并且限定与所述出口室流体连通的插件通道，所述插件包括布置在所述出口室下游的第一凸起肩部，和布置在所述第一凸起肩部下游的喷嘴出口。
根据其它实施方式，一种用于从容器分配液体的喷嘴，可以包括具有出口端和适于从所述容器接收液体的入口端的致动器，所述致动器出口端包括圆柱形内壁和至少部分地通过所述内壁延伸的中心柱以限定环形出口室。插件具有被连接到所述致动器出口端并且限定与所述出口室流体连通的插件通道的入口端。所述插件进一步限定布置在所述入口通道下游并且包括相对的第一和第二凸起肩部、在所述第一和第二凸起肩部之间延伸的相对的第一和第二平面壁的过渡室，和布置在所述第一和第二凸起肩部下游的喷嘴出口。
根据更进一步的实施方式，提供一种供具有致动器的液体容器使用的喷嘴插件，所述致动器具有出口端和适于从所述容器接收液体的入口端，所述致动器出口端限定出口室。所述喷嘴插件可包括被连接到所述致动器出口端并且限定与所述出口室流体连通的插件通道的入口端。过渡室被布置在入口通道下游并且与所述入口通道流体连通，并且在直径方向上相对的第一和第二凸起肩部被布置在所述过渡室中。在直径方向上相对的第一和第二平面壁在所述第一和第二凸起肩部之间延伸，所述第一和第二平面壁各自被布置为成会聚角。喷嘴出口被布置在所述第一和第二凸起肩部下游。
附图说明
为了更彻底地理解本发明，将参考在附图上更详细地示出的实施方式，其中：
图1是根据本发明构造的，具有喷嘴插件和致动器的气雾剂罐的局部剖视侧视图；
图2是喷嘴插件的放大的透视图；
图3是插件的前视图；
图4是插件的侧视图；
图5是沿着图3的线5-5得到的插件的横截面图；且
图6是沿着图3的线6-6得到的插件和致动器帽的一部分的横截面图。
应当理解，附图不必需是按比例绘制的，并且所披露的实施方式有时是概略地示出的并且是在部分视图中的。在某些例子中，可能已经省略了对于理解本发明来说不是必需的细节或者会使其它细节不清楚的细节。当然，应当理解本发明不被限定到这里所示的特定实施方式。
具体实施方式
这里披露了分配喷嘴，其能产生放大的、大体长方形的或卵形的喷射图案。代表性的喷嘴包括限定出口沟槽和支撑柱的致动器帽。喷嘴插件被连接到所述致动器帽并且与所述出口沟槽流体连通。所述插件可以包括流动引导结构，所述流动引导结构将流体引导为流向出口孔的未被阻碍部分。所述插件进一步包括具有一对相对的凸起肩部的过渡室，所述肩部与所述出口孔的未被阻碍部分相对准。此外，所述过渡室包括一对相对的平面壁，所述平面壁沿着选定角会聚通向喷嘴出口。当材料行进过所述出口孔时，所述流动引导结构朝着所述肩部引导流动以使得材料以具有以相对宽的角度排出的部分的流流出所述喷嘴，因此获得大体上卵形的或长方形的喷射图案。所述会聚的平面壁提供相对窄的排出角，如同所期望的那样。
如同这里所使用的那样，术语“喷射流(spray jet)”指材料在出口孔和目标表面之间的三维形状，同时术语“喷射图案”指当喷嘴保持固定时由材料覆盖的目标表面的二维区域。
图1中示出了气雾剂容器环境中的代表性的实施方式的喷射喷嘴。将会认识到，然而，在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用其它类型的容器和排出装置，例如触发泵。
所示的气雾剂分配器10包括容器12、例如传统的气雾剂金属(举例来说，铝或钢)罐，其限定能在压力下收纳待分配材料的内部室15。所述容器12包括圆柱形壁14，在它的上部边缘处所述圆柱形壁14由圆顶帽16封闭。所述罐壁14的上部边缘经由罐凹边(chime)18被连接到所述圆顶帽16。向上开口的阀杯20位于所述圆顶帽16的中心并且被卷边连接到或者被以其它方式连接到所述圆顶帽以传统方式形成阀杯边沿22。
所述气雾剂分配器10包括以传统方式的卷边连接到所述阀杯20和阀杯边沿22的传统气雾剂阀41(例如参见美国专利US5.068,099的另一这种阀)。所述气雾剂阀41具有阀杆34，所述阀杆34是中空的并且从所述阀杯20轴向向上地延伸。
多种其它传统气雾剂阀在本领域中是众所周知的。通过向下和/或侧向地移动它们的阀杆而致动这些阀。当这样致动时，容纳在所述容器内的加压材料从所述阀杆被输出从而被分配。在非气雾剂的应用中，可以使用其它已知阀。
致动器48被安装成与所述阀杆44成可操作的关系。所述致动器48可以以普通的气雾剂按钮的形式被专门安装在所述阀杆34上，或者它可以是安装在所述凹边18或阀杯边沿22上的顶帽或其它结构的组成部分。将致动器安装到气雾剂罐的这种其它模式在本领域中是众所周知的并且本发明不被限定到任何特定的安装方式。
所述致动器48具有致动器通过通道50，所述通道50从致动器入口端52延伸到致动器出口端58。所述致动器入口端52具有能以液体密封的关系接收所述阀杆54的凹口53。根据本发明，喷嘴插件60被安装在所述致动器出口端58中。所述喷嘴插件60是细长的、大体上管状本体的形式，具有入口端61、出口端63、以及在它们之间连通的管道65，如同在图5和6中最好地示出的那样。能通过传统的注模技术制造所述喷嘴插件60并且优选地由弹性塑料例如聚丙烯或聚乙烯制造所述喷嘴插件60。当致动所述气雾剂阀41时，释放待分配材料以经由致动器通过通道50行进过所述致动器，用以最终通过所述喷嘴插件60排出到大气。
如同在图2-6中最佳地示出的那样，所述喷嘴插件入口端61包括外壁表面70，所述外壁表面70的尺寸被设置成摩擦地接合所述致动器出口端58的内壁表面72。所述内壁表面72是圆柱形的并且围绕中心柱74，以在它们之间限定环形出口室76(图6)。所述插件60进一步包括限定插件通道80的内壁78。当所述插件60被连接到所述致动器48时，所述中心柱74闭塞所述插件通道的中心部分以在所述中心柱74和所述插件内壁78之间限定环形流动路径。可以提供一对凸起82以便于将所述插件60居中地置于所述中心柱74上。如同在图5和6中最佳地示出的那样，凸起82可以被形成为从所述插件内壁78径向向内地凸起的指状物。所述凸起82的尺寸和位置能被设置成使得它们滑动地接合所述中心柱74的直径地相对的部分。然而，应理解，可以提供不同于指状物的其它构造的凸起82并且所述凸起82可以以其它方式接合所述中心柱74。
所述插件60可以进一步包括用于朝着延伸穿过所述插件60的环形流动路径的期望部分引导流体流动的阻碍物(obstruction)。如同在图5和6中最佳地示出的那样，所述阻碍物可以被形成为小突块84，所述小突块84从所述插件内壁78向内地延伸。所述小突块84的尺寸和形状被设置成与所述中心柱74密封地接合，因此防止流体在它们之间流动。结果是，所述小突块84将流体的一些部分朝着所述流动路径的未被阻碍部分转移，如同在图6中由箭头86所示的那样。可以以不同于所示的小突块84的形式提供所述阻碍物，只要它们将流体流动引导到所述插件通道80的所期望的区域。
所述喷嘴插件60可以进一步被构造成以增加的排出角度分配材料，因此产生具有非圆锥形状的喷射流。所述插件60进一步包括过渡室88，所述过渡室88接收从所述环形流动路径流出的流体。所述过渡室88包括在直径方向上相对的肩部90的形式的第一对流形成表面，其将所述流体的一些部分引导为朝向喷嘴出口92流动。各个肩部90可以被构造成具有基本恒定的半径、凸起形状，如图6所示。例如，所述肩部的半径可以是大约0.03到0.15英寸(0.08到0.38厘米)，并且优选为大约0.05英寸(0.13cm)，如同下面更详细地讨论的那样。
所示的实施方式使用两个弯曲壁和两个平面壁以获得非圆锥形的喷射流形状。如同参考图3、5和6最佳所示，所述肩部90被形成为过渡室壁，该过渡室壁通向所述喷嘴出口92的“顶部”和“底部”边缘92t、92b。所述过渡室进一步包括两个侧壁91，所述两个侧壁91是基本上平面的并且朝着彼此会聚，通向所述喷嘴出口92的“左侧”和“右侧”边缘92l，92r。在所述肩部90上行进的流体被引导为以相对于水平基准线94的排放角“α”通过所述喷嘴出口92，该排放角“α”大于以其它方式用通向所述出口的平面壁，例如所述平面会聚壁91获得的排放角。因此，弯曲肩部90和平面壁91的组合产生具有顶部边缘和底部边缘的喷射流，其以比左侧和右侧边缘更大的流出角排出以产生长方形或卵形的喷射图案。尽管前面的描述使用了术语“顶部”、“底部”、“左侧”、“右侧”以指示插件的某些方向或者某些部分，这样做的目的仅仅是为了参考如同在附图中所呈现的示例性的实施方式，并且因此本发明和附属权利要求不意在受到这里所披露的特定方向的限制。
申请人已经发现，排出角α主要受到流体在其上流动的肩部90的弯曲表面的曲率半径的影响。更具体地，申请人已经发现，排出角是与各个肩部90的曲率半径R(图6)成反比的。所述弯曲肩部将角向力(angular force)提供给流体，影响所述排出角。所述角向力可以被表达为压力梯度
Figure GPA00001141266500061
其中：
∂ p / ∂ r = ρ V θ 2 / R ,
其中
ρ是流体的密度，
Vθ是流体速度的切线分量，和
R是流体在其上流动的表面的曲率半径。
因此，当曲率半径增加时，角向力的大小(并且因此排出角α)将增加。能基于这个关系以及与气雾剂罐相关的参数开发曲率半径R的可接受的大小范围。更具体地，如果曲率半径太大的话，那么排出角将小得不合要求并且因此将无法产生所期望的喷射图案。此外，如果曲率半径太小的话，那么在所述罐内需要更大的压力以获得相同的产品排出率。关于该范围的低点的另一实际考虑因素是制造较小几何形状是更加困难和昂贵的。基于试验，申请人已经确定曲率半径优选为大约0.03到0.15英寸(0.08到0.38厘米)以产生所期望的喷射图案结果同时在通常的气雾剂罐压力下维持大约0.5-8.0克/秒的排出率。如同这里所使用的那样，通常的气雾剂罐压力是初始罐压力，在标准室温为大约70°F的情况下，是大约1-100psi，并且优选为大约30-80psi并且更优选为大约40-50psi。
影响所述排出角α的另一主要因素是平面壁91的会聚角(angle ofconvergence)θ。所述平面壁91影响所述排出角α，尽管它们被布置成大体垂直于所述肩部90。如同在图5中最佳所示，所述平面壁91以相对于水平基准线成一角度地会聚，该角度这里被描述为会聚角θ。所述会聚角θ的变化影响所述排出角α和整个所述喷射图案的覆盖均匀性。通过试验，已经确定，如果所述会聚角太大的话，那么将导致不可接受的压力损失。如果会聚角太小的话，那么排出角将太小(也就是，产品将不会充分地呈扇形展开以产生所期望的喷射图案)。基于这些发现，申请人开发了会聚角θ的可接受的范围，其是大约30-60°，其中大约45°的角是优选的。这个角范围足以在通常的气雾剂罐压力下产品排出率为大约0.5到8.0克/秒时维持所期望的喷射图案。
当所述曲率半径R和所述会聚角θ在上面所指出的范围之内时能获得所期望的喷射图案。更具体地，这些特征的这种组合将产生大约30-37°的排出角α，在整个喷射图案上的合适的覆盖一致性。而且，在标准气雾剂压力下使用大约6.0克/秒的产品排出率进行了试验，然而，产品流率可以是在大约0.5-8.0克/秒的范围之内的任何值，同时仍能提供这里所教导的益处。
影响所述排出角α的次级因素是所述肩部90的弯曲表面和所述喷嘴出口92之间的距离。当流体在平面表面上行进时，由所述弯曲表面产生的角向力将被消耗，并且因此所述力也与所述弯曲表面和所述喷嘴出口之间的距离成反比，该距离在这里被指示为“喷嘴距离”并且在图6中由附图标记“ND”示出。因此，当喷嘴距离减小时，角向力的大小(并且因此排出角)将增加。
所述喷嘴出口92优选为被构造成具有细长的、长方形的形状，如同在图3中最佳地示出的那样。在所示的方位中，所述喷嘴出口92具有比高度“H”大的宽度“W”。由于这种配置，所述插件60产生大体上长方形的喷射图案，其竖直尺寸大于水平尺寸大。
在操作时，所述致动器48被致动以打开所述气雾剂阀41，因此从所述加压容器12释放流体材料。流体行进通过所述致动器通过通道50并且进入所述致动器出口端中。所述插件60将流体从所述致动器出口端引导到在所述插件内壁78和所述中心柱74之间限定的环形流动路径中。流过所述环形流动路径的一些流体被所述小突块84被转移朝向所述流动路径的未被阻碍部分。所述流体继续沿着所述环形流动路径向下流动直到它排出到所述过渡室88中。所述流体然后在所述肩部90和所述平面壁91之上流过，这使得所述流体通过所述喷嘴出口92以较宽的竖直排出角α排出。
尽管所示的实施方式讨论了使用小突块和肩部，但是可以通过仅仅使用肩部获得增加的排出角。
尽管已经阐述了这种实施方式，对于阅读上面描述后的本领域技术人员来说，改变和修改将是显而易见的。这些和其它改变被认为是在本发明和附属权利要求的精神和范围中的等同实施例。
工业应用性
本发明提供当将气雾剂喷射流转变成具有相对宽的排出角的喷射图案时使用的喷嘴插件和致动器，以及使用它们的方法。

Claims (20)

1.一种用于从容器分配液体的喷嘴，包括：
具有入口端和出口端的致动器，所述入口端适于从所述容器接收液体，所述致动器出口端限定出口室；和
插件，被连接到所述致动器出口端并且限定与所述出口室流体连通的插件通道，所述插件包括被布置在所述出口室下游的第一凸起肩部，和被布置在所述第一凸起肩部下游的喷嘴出口。
2.如权利要求1所述的喷嘴，其中所述出口室具有环形横截面形状。
3.如权利要求2所述的喷嘴，其中所述致动器出口端包括圆柱形内壁和至少部分地通过所述内壁延伸的圆柱形中心柱，并且其中所述出口室被限定在所述内壁和所述中心柱之间。
4.如权利要求3所述的喷嘴，其中所述插件包括尺寸被设置成适于插入到所述致动器出口室中的入口端。
5.如权利要求4所述的喷嘴，其中所述插件入口端的尺寸被设置成摩擦地接合所述致动器内壁，所述插件入口端进一步包括限定所述插件通道的圆柱形内壁。
6.如权利要求3所述的喷嘴，其中所述插件进一步包括第一阻碍物，所述第一阻碍物的尺寸被设置成密封接合所述中心柱，从而朝向所述插件通道的至少第一未被阻碍部分引导流体，并且其中所述第一凸起肩部与所述插件通道的第一未被阻碍部分大体上相对准。
7.如权利要求1所述的喷嘴，进一步包括被布置在所述出口室下游并且被定位成与所述第一凸起肩部在直径方向上相对的第二凸起肩部。
8.如权利要求7所述的喷嘴，其中所述插件进一步包括被构造成朝向所述插件通道的至少第一和第二未被阻碍部分引导流体的第一和第二阻碍物，并且其中第一和第二凸起肩部分别与所述插件通道的第一和第二未被阻碍部分大体上相对准。
9.如权利要求1所述的喷嘴，其中所述第一凸起肩部具有连续的半径。
10.如权利要求9所述的喷嘴，其中所述半径是大约0.03到0.150英寸。
11.如权利要求1所述的喷嘴，其中所述容器包括具有气雾剂阀的气雾剂容器，并且其中所述致动器入口端被构造成致动所述气雾剂阀。
12.如权利要求1所述的喷嘴，其中所述插件进一步限定被布置在所述插件通道下游并且与所述插件通道流体连通的过渡室，并且其中所述第一凸起肩部被布置在所述过渡室中。
13.一种用于从容器分配液体的喷嘴，包括：
具有入口端和出口端的致动器，所述入口端适于从所述容器接收液体，所述致动器出口端包括圆柱形内壁和中心柱，所述中心柱至少部分地通过所述内壁延伸以限定环形出口室；和
插件，所述插件具有入口端、过渡室和喷嘴出口，所述插件的入口端被连接到所述致动器出口端并且限定与所述出口室流体连通的插件通道，所述过渡室被布置在入口通道下游并且包括相对的第一和第二凸起肩部、在所述第一和第二凸起肩部之间延伸的相对的第一和第二平面壁，且所述喷嘴出口被布置在所述第一和第二凸起肩部下游。
14.如权利要求13所述的喷嘴，其中所述插件进一步包括在直径方向上相对的第一和第二阻碍物，所述第一和第二阻碍物的尺寸被设置成密封地接合所述中心柱，从而朝向所述插件通道的第一和第二未被阻碍部分引导流体，并且其中所述第一和第二凸起肩部分别与所述插件通道的第一和第二未被阻碍部分大体上相对准。
15.如权利要求13所述的喷嘴，其中所述第一和第二凸起肩部各自具有连续的半径。
16.如权利要求16所述的喷嘴，其中所述第一和第二凸起肩部各自的半径是大约0.03到0.150英寸。
17.如权利要求13所述的喷嘴，其中所述过渡室的第一和第二平面壁被布置为成大约30到60°的会聚角。
18.一种供具有致动器的液体容器使用的喷嘴插件，所述致动器具有入口端和出口端，所述入口端适于从所述容器接收液体，所述致动器出口端限定出口室，所述喷嘴插件包括：
被连接到所述致动器出口端并且限定与所述出口室流体连通的插件通道的入口端；
被布置在入口通道下游并且与入口通道流体连通的过渡室；
被布置在所述过渡室中且在直径方向上相对的第一和第二凸起肩部；
在所述第一和第二凸起肩部之间延伸且在直径方向上相对的第一和第二平面壁，所述第一和第二平面壁各自被布置为成会聚角；和
布置在所述第一和第二凸起肩部下游的喷嘴出口。
19.如权利要求18所述的喷嘴，进一步包括在直径方向上相对的第一和第二阻碍物，所述第一和第二阻碍物被构造成朝向所述插件通道的第一和第二未被阻碍部分引导流体，并且其中所述第一和第二凸起肩部分别与所述插件通道的第一和第二未被阻碍部分大体上相对准。
20.如权利要求18所述的喷嘴，其中所述第一和第二凸起肩部具有大约0.03到0.15英寸的连续半径，并且其中所述第一和第二平面壁的各自的会聚角是大约30到60°。
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