CN1044625A

CN1044625A - 自密封容器

Info

Publication number: CN1044625A
Application number: CN90100446.4A
Authority: CN
Inventors: 詹姆斯·帕特里克·霍金斯; 哈桑·阿雷夫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-01-30
Filing date: 1990-01-23
Publication date: 1990-08-15
Also published as: WO1990008705A1; AU5082190A; US4988016A

Abstract

本发明揭示了一种流体容器，此容器由二片结合在一起的柔性薄片组成，从而形成流体储存室。从储存室引出排出流道，当施加的压力低于预定临界值时，排出流道自动自密封，只要排出流道表现出与某些无量纲参数成正比的宽度和长度特性，这种自密封即可实现，无量纲参数又与几个与流体、容器的材料和预定的容器使用范围有关的特定参数成正比。本发明也包括一种利用所述各无量纲参数之间的数学关系确定流道宽度和长度的方法。

Description

本发明涉及一种自密封容器，尤其涉及一种由在所有四个侧面相互密封在一起，以形成一可容纳流体的贮存室的两块可变形材料的薄板制成的容器。该容器具有一排出流道，该流道从贮存室通向一在容器的诸密封侧面之一附近的终点。在撕或割去密封边缘以暴露出流道的一小孔，并对容器加压挤压其中所装的流体时，流体即能流出。一旦释放掉加在容器上的压力，排出流道即自身自动密封住，以防止流体再流出。

在我们的社会里，各种形状、大小和材料的容器是十分流行的。用于容纳各种流体如饮料、药品、化学品等的包装用具尤其如此。减少容器的开支是制造商的始终一贯的要求，因为它的开支常常超过其内容物的开支，可重复使用的容器的开支往往更高，因为回收或消毒的费用很大。为此，不仅出于开支的原因，而且为了健康和安全原因，制造商们，均有一种需要提供易处置的容器的趋势。

一种制造费用不大的易处理的容器呈袋状，它由两块沿周边成形在一起的柔性材料薄板制成。使用者可以方便地撕或割去袋的一边，以开出一排出流道，再用手加压挤出内容物。这种柔性袋通用于一次用完的流体，例如液体调味品。但是，对于多次用完的流体，如饮料，这类包装袋一般是不受欢迎的，因为其一旦被使用者打开，就难以在排出流道处再封住。因此，一些制造商试图生产有足够刚性或结构的柔性袋，以使它们能直立，防止其中流体溢出或漏出。但是，这种附加的特征又要增加这类包装的开动。另一些制造商试图利用可将出口流道的端部压在一起的各种机械密封件（如鸭嘴阀（duckbill valve））来构成再密封措施，以将流体保持于袋内。同样，这些附加特征也要增加包装的开支，故往往证明是失败的。

有人建议：用一种能自动自行密封的排出流道，可大大减少这种柔性包装的开支。换言之，当施加于容器上的排挤压力释放掉或明显减小时，排出流道会自动自行封住，以阻止流体从包装袋继续流出。如此，可避免包装内容物漏、溢或浪费掉。对于一次用和多次用包装，这种自动自密封显然是一个突出的优点。

以前的、制造一自密封排出流道的企图大多失败了，在实际上被引入商业领域中的包装方面尤其如此。事实上，以前这种柔性包装的制造商们一直试图设计具有一特定通道几何形状的排出流道，以便实现自密封。具体说，通道几何形状十分曲折，它由几个例如S形或发针形转弯的流道组成。还有另一些流道折回向袋形贮存室或以“Z”字形折叠方式折叠在它们自身上。换言之，以前曾考虑的是：自密封实际上完全取决于排出流道前的路径的形状。

不仅这种设计构思基本上失败了，而且对这类包装在实际应用中的存在引起了许多的限制。例如，若用这一以前的方法，排出流道的方位或方向不能按照包装内容物的专门用途而改变。不管包装内容物是将被消耗的饮料还是要加到机器上去的工业化学品，排出流道均沿着同一路径。而且，容器的方位（如倒过来或倾斜方式）也不能改变到有利于其使用。此外，即使能实现一种自密封，在以前容器的设计中也没有改变流量的灵活性。

所以，在已有技术中没有展示出与这种有可变形之侧面的容器有关的流体动力字的全面认识，尤其没有展示出这种自密封结构布置的参数关系。

本发明依靠提供一个和通道的路径无关的排出流道，而满足了在已有技术中对一自动自密封、柔性侧面容器的要求。确切地说，对于一规定的施加压力范围，在达到所需的流体流速之后，通道的自密封能力仅仅取决于通道的宽度和长度尺寸以及这些尺寸和容器材料所特有的某些参数之间的关系、包含在容器中的流体、以及所希望的容器所经受的压力流速状态。

本发明的容器包括一袋状的流体贮存室，当对容器施加压力时，流体就被从排出流道挤出。本发明的排出流道的总的形状（即路径）可以按照容器内流体的预定用途或使用而广为改变，而且，只要流道的宽和长与容器的材料及其中的流体所表现出的某种参数关系成比例，流道仍会自密封。当施加于容器上的压力低于某一预定的临界压力时，就能实现这种自密封。换言之，与已有技术的密封不同，本发明的排出流道的自密封能力，但是仅限于流道的路径，决定其长度的这个范围与流道的路径无关。

为实现排出流道设计中的这一灵活性，本发明取一全面的解决途径，因为，它考虑了所有和自密封有关的相关参数。为了有利于对许多参数作出分析，将这些参数结合为三个“复合参数”，它们是一组参数的简单的比值和相互关系。这些复合参数是无量纲的，即它们的值和组成它们的各个参数的单位无关。用这些无量纲的的复合参数，本发明的容器的设计要点和密封时的性能就以特别清晰和明了的方式显露出来了。而已有技术不是以这全面的认识为基础。本发明也包括一个确定排出流道的宽度和长度的独特方法，用这种方法设计的流道将按照对容器的内容物的所需的用途达到自密封。

在一最佳实施例中，本发明的容器由两块由具有适当强度的材料制成的柔性薄板制成，这两块薄板相互压贴在一起，并沿着其所有四条边机械地密封起来，以形成一流体贮存器。利用适当的方法，如热压密封法等，可实现机械密封。从贮存室引出一排出流道，它终止于离容器外边缘很近的密封边内。割或撕去密封边，使排出流道的端孔暴露于环境空气和压力，然后用人工或机械方法在容器的两侧面施加压力，其内容物就将通过排出流道被挤出。

由于容器是由两片平板形成的（或以一片板对折以形成两层），出口流道在松弛状态基本上也是扁平形的。但是，当对容器加压时，流体被挤压通过流道，使流道扩张成具有一定横截面的近似椭圆形。如此，椭圆的形状和大小与施加于容器的压力成一定比例。当压力加大时，椭圆形横截面将随着愈来愈圆。为了分析与自密封有关的诸参数，排出流道自身是一可变形的边界值，它将随材料和流体的许多其它参数而改变。通过仔细考虑这些参数，当释放或减小所加的压力后，排出流道就能自动地自密封，这样，出口孔与环境空气之间的压差低于一预定值。

在本发明中，根据由流体、制成容器的材料（以及尤其是邻近出口流道的那部分材料的弹性）、所需的内容物流出速度以及所施加的压差等所表现出的参数关系，设计一具有一定宽度和长度的排出流道，就能实现自密封。在设计流道的宽度和长度时，这些参数关系中的许多是要折衷考虑的。例如，若容器材料非常硬而倾向于保持其椭圆形，则难以实现自密封。同样，如果施加很低的压力就能把内容物挤出，那末，实现自密封的压力也同样很低，这样，就可能要发生漏泄现象。而且，如果使用时要求以相当低的压力建立高的流体流速，那么，流道的宽度就得相应增大。

除这些和许多其它折衷考虑外，还要考虑许多参数。在自密封分析中，流体参数是十分重要的。表面张力（σ）湿润角（Wettingangle）（α）和粘度（η）均是重要的流体参数。制成该容器的材料引入了一个重要的参数，即沿排出流道的弹性（k）。该弹性可由材料的使其回复到松弛状态即基本上扁平形状的趋势来表现出来。另外，如上所述的，排出流道的长度（L）和宽度（W）也是重要参数。

由于流道的横截面呈现基本椭圆形，椭圆的偏心率是一关键参数，用该参数，排出流道的特性可被参数化。显然，出口孔与外界环境压力之间的施加压差（△p），以及当压差降低到一定值时流道会实现自密封的临界压差（△p_c）均是基本参数。最后，所需的流速（Q）是一重要参数，在设计容器，尤其是它的排出流道时，必须考虑该参数。

虽然其它参数可能影响自密封，但可相信：在设计有效的自密封流道的宽度和长度时，上述参数是最重要的。以前的各种柔性容器的设计中，都没有充分考虑过这些参数。而且，这些参数组合成无量纲的组合以一种至今未受重视的详细程度显示出参数依赖性。一些物理参数的值是由用途来规定的。其它参数的值可在现有文献的表格中查阅到。其它参数必须在给定的范围内。

在实施本发明的容器中的一个发现是：至少在流道的长度和宽度的范围内，这些特定的参数表现出某些确定的关系、这些关系的本身可以参数化，从而有利于排出的流道的设计。这些关系包括上述诸参数的比值或组合，它们可简化排出流道之长度和宽度的设计。诸参数的组合或“复合参数”将在下面扼要介绍。

“密封参数”包括特定流体参数与流体所流经的可变形边界面（即排出流道）之间的关系。在某种含义上，密封参数还表示在出口流道中流体的毛细管作用，并且在确定差压的“相交（Crossover）”点中是起决定作用的，所谓相交点，是指在该点流道使流体流动中断并自行密封。

第二个复合参数是“压力参数”，它表示临界压力与排出流道周围的材料的弹性（k）之间的关系。所谓临界压力是指低于该压力就产生自密封。该参数通常由容器的设计结构或用途给定，并用来直接确定宽度（W）。第三个复合参数是“流速参数”，它用几个其它参数表示所需的流速。

诸参数的这些组合是无量纲的。它们能容易定量，使用这些组合简化了自密封可变形流道所带来的复杂的流体力学问题中的参数分析。已发现：即使单个参数可能变化，如果某些参数的比值不变，就能实现密封。这样，一个参数的变化就不致强烈影响排出流道的自密封结构设计或能力。这些复合参数的使用使许多折衷处理和密封相关参数的考虑简化了，同时易于确定排出流道的宽和长。

本发明的方法包括根据给定临界压差下的特定数据、包装材料和所需的流速确定槽道流道的宽度和长度的过程。上面讨论过的三个复合参数之间的数字关系可以制成表格，以供方便地参阅。压力参数可由容器的用途确定。另外，用密封参数可计算流道宽，利用流速参数可计算流道长。

尽管利用本发明的原理在排出流道设计上具有极大的灵活性，但已作了某些假定。例如，假定流体是“牛顿流体”，其表现出普通的粘度，并当撤去所加的压力时不保持其形状。另外，流速设定是充分变化的，在排出流道的某一段上是层流的。还设定：流体“湿润”容器材料的内表面，即湿润角（α）小于90°。要考虑但对达到自密封并不重要的是：在使用期间是否有空气进入袋中，因为在出口孔处的总压差是包括全面分析中的诸参数之一，而这种全面分析是由各复合参数所包含。

而且，如上面指出的，正是流道的宽度和长度与自密封能力有关系，而不是流道行进的路径。这样，流道可为直的，或可有弯曲或曲线形的，只要在设计中采用了所需要的长度，终将实现自密封。可采用小的、相当标准的、经验的修正;要考虑流道的弯曲的影响，但这些对于这里所述的力学问题是不重要的。

图1是本发明之容器的平面图，显示出了流体储存器和排出流道;

图2是沿图1中“2-2”线的侧剖面图，显示出了流体储存器的袋形形状;

图3是沿图1中“3-3”线的剖面图，显示出了排出流道的横剖面，以及排出流道的基本上扁平的、层状结构;

图4是与图3一样的排出流道剖面图，显示出当对容器施加压力、流体被通过流道向外挤出时排出流道变成的基本上呈椭圆的形状。

图5是排出流道横截面的示意说明图，显示出围绕流道的容器材料的弹性变形。

图6至8是与图1一样的容器的说明图，显示出从本发明的原理可以变化得出的几个示范性排出流道设计。

参见图1和2，其中示出了体现本发明原理的软壁容器10。容器包括流体储存器12和由向上延伸的部分16和水平延伸的部分18构成的排出流道14。然而，应该强调，这些图仅说明一种容器设计和一种排出流道设计，而且还应该强调，按照本发明实际上还可能有许多种容器和流道设计。

容器10由二片柔性的、可变形的且四周密封地粘合在一起以形成周边密封24的薄板20、22制成。薄板20、22可以是例如低密度聚乙烯、或表面有真空镀铝层的聚酯等各种材料，一种特定的材料是12μm聚对苯二甲酸乙二酯（PETP）/含金属的/70μmPE，但本发明的原理可以适用于多种柔性材料。

容器的周边密封24可以用任何合适的方法，例如加热密封法形成。在另一实施例中，可以用一片材料折叠，折痕处形成一个密封。周边密封24围成一个用于装流体的储存器12，该储存器是袋状的，最好如图2所示。

从图1可以看到，为了包容排出流道14，上密封边26比侧密封边24宽。而且，应该再一次强调，图1所示和排出流道只是用于说明而已，流道可以沿容器的侧面或底部形成，以及容器在使用中可以呈各种方位。排出流道的设计有充分的灵活性，这是本发明的重要优点。

排出流道14的末端28止于容器10的密封边24中，且靠近其外边缘。排出流道10的宽度（W）如图3的横截面所示，在其松弛的状态下，流道14基本上如此，虽然在图3中为了说明它已被略微扩张。流道14的长度由垂直部分16和水平部分18的长度之和形成，如图1所示。

在使用时，使用者只要在近排出流道14的末端28处撕开或割开容器10的密封边24，如图中虚线30所示，就可以形成排流口。然后用人工或机械压力施加于容器，在压力下，流体被压出储存器12，并且通过排出流道14，使流道14扩张成大致为椭圆形截面，如图4所示。当所施加的压力卸除或减小到低于所给定的临界压力（△p_c）时，排出流道14自动地自行密封，以阻止流体进一步流出，根据本发明的原理，这种自密封靠所设计的排出流道14的宽度和长度来达到。尤其是，在图3所示的基本上扁平的状态下，这种密封靠流道14的侧面20、22重新吸贴在一起来达到。由于三个无量纲多参数，即密封参数、压力参数和流速参数之间的相互关系，可以很容易地确定流道的宽度和长度。

密封参数（R）

密封参数（R）的值很大程度上取决于流体的特性和它在排出流道14的性质，由于该参数对密封和流体流动之间的压差曲线上的相交点有影响，它是非常重要的。包含在密封参数中的流体参数是其表面张力（σ），和流体与容器的侧面的最内表面之间的湿润角（α）。往往是表面张力对流道的自密封能力有重要的影响。如上所指出，流体应该“湿润”表面，以使α小于90°。

密封参数的另一要素是容器材料的弹性（k），这不是指薄板本身的一般弹性，而是指在排出流道14附近容器的较宽密封边26的弹性。如图4所示，在包围排出流道14的材料中的密封边26的弹性有使流道回复到其松弛状态的趋势，即如图3所示的状态。该弹性常数（k）可以类比于一机械弹簧及其相应的弹簧常数。该材料的弹性基本上横向作用于流道的整个长度而且沿流道的整个长度作用。这里出现的参数（k）是流道每单位长度上的弹簧常数。

这种弹性类比如图5所示。在加压情况下，如上所述，排出流道14变成基本上椭圆形截面，椭圆有半长轴“a”和半短轴“b”。由于流道14中的流体压力，流道14变成垂直张口的椭圆，这样其宽度的每一侧就缩短一段小距离△x，如图5所示。由此排出流道的新宽度W′等于2a，a、流道缩短量△x和流道的制造宽度（W）之间的纯几何关系是：

W＝2（a+△x）式（1）

材料的弹性力图使流道回复到其原有的宽度（W）。决定这一回复力的弹簧常数或弹性参数（k）通常由在给定范围内对具体材料进行测量来确定。关键的密封参数（R）由如下无量钢组合给出：

R＝ (σSinα)/(kW) 式（2）

R可以由这里所揭示的下面还将更详细讨论的各无量纲复合参数之间的相互关系而决定，如果R为已知，以及如果σ和α是流体特性的函数，还有如果k可以测量，那么就可以确定通道的预期宽度（W）。

虽然这一参数是针对牛顿流体（即流体具有普通的粘度），但对非牛顿流体，它也将提供宽度W粗略一次近似。这一参数关系适应预定流体的很宽的表面张力变化范围，对于水、乙醇、油酸和甘油之类的流体，在20℃时，表面张力的数值范围是30-75克/秒²。也应该注意，少量表面活化剂的加入可以改变表面张力数值，导致密封参数R变化，这样就会影响排出流道的自密封性。换言之，如果表面张力数值显著下降，密封参数的数值也将下降，这将导致在一个较低的临界压力下产生自密封（下面将更详细解释）。

正如上面所指出，湿润角的数值可以从出版物中查得，尽管如此，湿润角可能必须根据流体和容器的储存室的衬里材料测出。虽然湿润角在确定密封参数（R）中只起有限的作用（除非湿润度接近0°），但重要的是流体要湿润包袋的衬里（即α要小于90°）。

压力参数（△p/k）

本发明的适用压差是（人工或机械地）施加于容器用以挤出其内容物的压力与容器周围的环境压力（一般为大气压）二者之间的差值。更具体地说，此压差是环境压力和贮存器12与流道14的入口处的压力之差值。在某些情况下（如容器被放倒了），则所施加的压力可能包括由高于排出流道的液柱所产生的压头。在其他情况下，所施加的压力还可包括诸如由碳酸饮料所产生的内压。无论在那种情况下，本发明的原理都适应这些附加压力，因为压力参数是以压差为基准。在容器盛装碳酸饮料的情况下，在灌装时产生的内压的大部分可通过使气体从出口孔28的初始开口流出而予以均衡。这里先概述普通流体，随后讨论容器的流动和密封性能。

施加的压力一般为已知，因为它是由容器及其内容物的预定用途而定的。譬如，若由人工施加压力，则该压力应不超过人体肌肉所能达到的力量。另一方面，若容器及其内容物用于工业安装，则可以施加远大于人工压力的机械压力。规定压力范围应包括最大及平均压差。

重要的一点是，容器的应用范围将决定临界密封压力（△p_c），它将决定产生自密封的最高压力。换言之，任何超过△p_c的压差将导致液体流动，而任何较低压差将造成自密封。这一关系可表达如下：

△p_c≤△p_ave≤△p_max式（3）

式中△p_c如前所述，p_ave为平均预期应用压差，而△p_max为包袋所经受的最大压力（例如，用使边缘密封24破损的压力来表示）。压差△p为普瓦瑟耶（Peiseuille）定律的参数，该定律表达如下：

Q= (π△p²a⁵b³)/(4ηLa²+b²) 式（4）

此式表达了流速Q与多个参数△p、a、b的关系，这几个参数正比于受压扩张的椭圆形排出流道的横截面积和圆周长。此关系式指出流速可用排出流道宽度（W）来表示，这样就可引入压差、宽度（W）及弹性参数（k）的关系。W可表示为椭圆参数的函数，如下式所示：

W＝2a E 式（5）

式中E为第二种模数m的全椭圆集合，其中m＝1-（b/a）。

因此，用式（4）、（5）、及m₁＝1-m，压差可表示为一无量纲的压力参数，如下式所示：

(△p)/(k) = 2/(π) ((E-1)/m₁E＇)/(E+m₁E＇) 式（6）

式中E′＝dE/dm。这是压差与弹性系数（k）及由m或m₁表述的椭圆截面形状之关系的一般表达式。然而，它不表示产生自密封的临界压差。当促成密封的压力等于或大于如上所示的压差时就发生密封。促成密封的压力由下式给出：

△p= (2W_OSin α)/(πab) 式（7）

令式（6）中的△p等于式（7）中的△p（即促成密封的压力等于排挤压力），则获得R值如下：

R= ((E-1)m₁E’)/(4E²(E+4m₁E)’) 式（8）

其中R已在式（2）中给出。针对密封发生时m的临界值求解式（8），就可获得最终未知参数的值。这一针对的m的值若用于式（6）中求△p/k，则可获得一特定的△p_c/k值，这就是除以k的临界密封压力。

还应注意，为了表达这两个参数，即密封参数及压力参数之间的关系，有

R = \frac{π \sqrt{m_{1}}}{{8 E}^{2}} \frac{△Pc}{k}

式(9)

此式表达的关系式（或式（6），（P）也一样）又用于确定R值，然后，由R可按式（2）得出排出流道的宽度（W）。

如前所述，△p_c/k通常按实际应用而定，因它是几个特定参数之比，使得在此关系式中有相当的设计灵活性。换言之，如果△p_c根据实用说明而改变，仍可借助适当改变或调整k使二者比值适当而实现。

如式（4）所示的Poiseulle定律也可表示为一无量纲的流速，如下式所示：

q= (ηL Q)/(k W⁴) 式（10）

这是第三个无量纲复合参数即流速参数（q）的表达式。尽管此参数不能由设计直接给出，但其可由应用借助有量纲的流速（Q）而大致确定。换言之，在任何具体应用中，所需流速可规定如下：

0≤Qave≤Qmax 式（11）

换言之，在任何具体应用场合，所需的流速或流速范围可以规定。应用实例将具体确定流速的平均或最佳值Qave以及最大流速Qmax。此流速参数也可适应一个很宽的流体粘度范围，如可以从0.01泊的水（水温20℃）至15泊的甘油（温度亦是20℃）。

无量纲的流速参数（q）可用排出流道的横截面几何形状表达如下：

q=- 1/32 ((E-1)m² ₁E＇)/(E⁴(1+m₁)(E+m₁E＇)) 式（12）

此式表示了q与m及m₁的关系，一旦m由一已知临界压差确定，流速和压差之间的关系就由式（6）和（12）以参数给出，参数m给出排出流道横截面形状。于是，这一数值代换建立了控制这一装置之工作的三个无量纲参数组即密封参数R、压力参数△p/k及流速参数q之间的基本数学关系。

然后，假定可由这些关系确定q值，同时假定流体粘度η，还有宽度W、弹性k及所需的流速Q均为已知，然后从式（10）可求得达到所需速率所需的排出流道长度L。

应注意到，式（6）、（8）及（12）表达三个无量纲系数（R、△p/k及q）与排出流道横截面的椭圆近似模数m的关系，更具体地说，是用m、m₁的表达式。因为m仅可在0-1之间，这些等式表示出的关系表明，可为密封压力和流速参数建立一个表格，以便于确定宽度W及排出流道的长度L。下列表给出m之范围。

m R △p/k q

.02 1.887 11.854 0.0253

.04 0.923 5.799 0.0253

.06 0.601 3.781 0.0253

.08 0.441 2.771 0.0253

.10 0.344 2.166 0.0253

.12 0.280 1.762 0.0252

.14 0.234 1.474 0.0252

.16 0.200 1.258 0.0252

.18 0.173 1.090 0.0251

.20 0.151 0.955 0.0251

.22 0.134 0.845 0.0250

.24 0.119 0.754 0.0249

.26 0.107 0.676 0.0248

.28 0.096 0.610 0.0247

.30 0.087 0.552 0.0246

.32 0.079 0.502 0.0245

.34 0.072 0.458 0.0244

.36 0.065 0.418 0.0243

.38 0.060 0.383 0.0241

.40 0.055 0.351 0.0239

.42 0.050 0.323 0.0238

.44 0.046 0.297 0.0236

.46 0.042 0.273 0.0233

.48 0.038 0.251 0.0231

.50 0.035 0.231 0.0228

.52 0.032 0.213 0.0226

.54 0.029 0.196 0.0223

.56 0.027 0.180 0.0219

.58 0.025 0.165 0.0216

.60 0.022 0.152 0.0212

.62 0.020 0.139 0.0208

.64 0.018 0.127 0.0203

.66 0.017 0.116 0.0198

.68 0.015 0.105 0.0193

.70 0.013 0.095 0.0187

.72 0.012 0.086 0.0181

.74 0.010 0.077 0.0174

.76 0.009 0.069 0.0167

.78 0.008 0.061 0.0159

.80 0.0068 0.054 0.0150

.82 0.0057 0.047 0.0141

.84 0.0047 0.040 0.0130

.86 0.0038 0.034 0.0119

.88 0.0030 0.028 0.0107

.90 0.0023 0.022 0.0093

.92 0.0016 0.017 0.0078

.94 0.0010 0.012 0.0062

.96 0.0005 0.007 0.0044

.98 0.0002 0.003 0.0023

表1 从式6、8、12导出的一完整的m值范围。

对此表中任何参数范围要获得更详细的范围是很简单的。但也应注意第三栏目的名称只是△p/k，这是因为，根据所寻求的参数值，△p可能是△p_c或△p_ave。例如，若试图借助R确是流道之宽度W，所需的△p_c值则用作压力参数△p_c/k。当△p_c/k为0.323时，达到自密封的相应密封参数R为0.050。然而，试图借助q确定流道的长度，则所需△p_ave值就是所用之值。当△p_ave/k为0.273时，相应流速参数q为0.0233。从这些R.q值可分别用式（2）和（10）确定排出流道的长度和宽度。

重要的是应注意到本发明的容器设计较不依赖整个排出流道的几何形状，当然，对特定的宽和长参数有所例外。这一分析考虑了带有可变形软管的出口流道的液体动力特性。换言之，自密封作用在下列流动状况下得以保持，即排出流道的横截面积始终作为所施加的压送的函数而变化。

设计方法

表1及上述密封压力和流速参数的各关系提供了一种用以确定能够自动实现自密封的排出流道的长度和宽度的唯一方法。此方法的第一步骤是确定容器及其液体内容物的应用范围。因此，应该掌握在使用温度下液体的粘度η及表面张力等数据。

然而，应该指出，容器使用时的温度变化不应对容器的自密封能力产生明显的影响，因为前述的关系式与温度的关系并不大。而且，所需材料、容器设计、预定的使用对象、使用尺寸、预期分散率等数据均应掌握。为了按照（3）式确定实现自密封的临界压差△p_c以及容器工作的适当压力范围，这些数据是必要的。根据式（11）也可确定所需的流速范围，尤其是平均流速Q_ave。湿润角α应测出，或者根据所选择的容器材料确定之。此外，弹性常数k也应测出，或针对排出流道附近的材料确定之。

然后，从这些数据可以很容易地得到△p/k值。利用表1，对应的R值可在第二栏内查出。利用式（2），现在所有变量均为已知，只是宽度尚需求解方程才能得出，但也是很容易的。这样，这一数值就可给出实现自密封所需的出口流道宽度。

现在来计算出一新的压力参数，这一次用△p_ave而不用△p_c。参见表1，从△p_ave/k得出一对应的q_ave值，此q_ave为最佳容器的无量钢平均流速。q_ave由该表确定。求解式10得出L：

L= (q_aveKW⁴)/(ηQave) 式（13）

因为除长度L外现在这些变量均是已知的，为达到预期平均流速，出口流道的最佳长度可方便地求得，此外，设计L有一定的灵活性同时亦能实现自密封。

从便利上来看，足以实现自密封的排出流道的长和宽可以体现在容器的初步设计中，以及任何容器或流道的取向中。这是一个超出已有技术的可变形容器的重大改进。换句话说，宽度和长度不依赖于排出流道的路径以及其它复杂的流道几何形状。这一点已由图6-8表示得很清楚，而且，图6-8只是绘出了几乎可以无限多的容器设计和排出流道路径中的几个。根据实际应用，可以有许多其它设计。

应该指出，根据图6-8，本发明的容器的自密封能力实际上不依赖于排出流道的长度。这一点从表明密封参数R与宽度W成比例且与长度无关的式（2）可以看得很明显。如上所指出，这一概念及式（2）表达的特定关系表明了优越于已有技术之包袋的明显先进性，因为在已有技术中，为了实现自密封，排出流道必须遵循特定的通常是圆弧形的路径。然而，正如式（13）中的关系所表明，本发明之容器的排出流道的长度不能独立设计，因为长度与宽度的四次方成正比。因此，这二个参数必须共同考虑，否则，流道的长度会不适当地短或长。换而之，若本发明的容器的二个最佳条件得到满足则流道的长度和宽度相互依赖，这两个条件是：（ⅰ）.对于规定的压力范围达到预期的平均流道;（ⅱ）.当所用压力落到特定压力范围之下时排出流道自动密封。再强调一遍。很明显，已有技术没有象这一分析这样同时考虑这两个条件。

应该指出，在进行本发明的容器设计时，已考虑了两种流体流动状态，即在自密封时产生的无流动和流体充分流动时的稳定流动。当然，也存在上述两个理想状态之间的许多中间流动状态，其中有脉动，或者由于施加压力不足够而不能表现出稳定流动特性。很难定量描述在这些中间流动状态时的参数;然而，上述两种理想状态中的关键参数及他们之间的关系在这里已经论述得很明确了。

从表1可注意到，q值在上部范围内变化很小。因此，已经发现，密封参数（R）值一般要保持在约0.050以下，以便在宽度和长度设计中有灵活性。还发现，这些关系使得可以对密封设计有一个全面的理解。比如，如果针对一种给定容器材料、流体粘度η和表面张力σ设计了一种出口流道，则希望此设计这一设计可以基本上适用于第二种流体（如粘度为η′，表面张力为σ′），对于第二种流体，容器的出口流道的宽度可用σ/W＝σ′/W′来近似地估算出。应用此关系式时希望R保持相同，并假定σ和σ′近似相同。那么，开始流动需要施加的压力基本上是相同的，实现自我密封的临界压力也保持大致相等。假定第二个容器只是第一个的按比例放大或缩小，弹性常数（k）仍保持相等。然而，上面所给出的关系表明这种按比例放缩不适用于所有情况，因为第二个容器的流速将随着表面张力比值的三次方而变化，如下式所示：

Q′＝Q（ (η)/(η′) ）（ (σ′)/(σ) ）³式（14）

换句话说，如果σ对σ′（第二个容器内）的比值有较大变化，那么可能由于流速不可行，设计也就行不通了。

总之，可以相信，本发明的可变形容器及其设计方法，与已有技术相比有显著进步。本发明几乎可允许容器的方位和出口流道路经有无限的灵活性，同时可以保持极低的制造成本。

Claims

1、一种用于流体的容器，其特征在于，它包括由所述容器形成的储存器；还包括一个由可变形材料形成的排出流道，当对所述容器施加压力时，所述流体从所述储存器排出，所述排出流道：(i)当所述压力施加到预定等级时允许流体流动，以及(ii)当所述施加压力低于所述预定等级时可阻止流体流动，所述的排出流道的路径实际上是任意的，流道由其长度和宽度所表征，而长度和宽度正比于与所述流体的规定特性、所述可变形材料、所述流体的流速以及施加于所述流体的压力有关的诸参数。

2、如权利要求1所述的容器，其特征在于，所述出口流道的宽度与无量纲密封参数成正比，此密封参数本身是定义为表面张力和流体湿润角对制造排出流道的可变形材料的弹性之比的各参数的一个组合。

3、如权利要求2所述的容器，其特征在于，所述排出流道的长度与无量纲流速参数成正比，此流速参数本身是定义为流体的粘度及其所需流速对所述可变形材料的弹性及流道的宽度之比的各参数的一个组合。

4、如权利要求3所述的容器，其特征在于，所述无量纲流速参数及所述无量纲密封参数与第三参数成正比，此第三参数定义为施加到容器上的压差对制成排出流道的可变形材料的弹性之比。

5、一种用于规定流体的容器，其特征在于，它包括：由规定材料沿所述容器边缘连结到一起的可变形侧壁;一个形成于所述两侧壁之间的流体储存器;以及一个具有规定长度和宽度的流体排出流道，所述排出流道从所述的储存器通到所述容器的所述边缘之一附近的一点，这样，切开或撕开所述那条边缘，容器上就形成一个出口孔;

在规定压力范围内的施加压力时所述储存器内的流体就通过所述排出流道以一定流速范围内的流速从所述容器排出，当所述施加压力低于所述的压力范围时，所述排出流道可自动密封;

所述排出流道能够自行密封，而与流道的路径或路线无关，但所述排出流道的所述长度和宽度要与一些参数成正比，这些参数与所述特定流体、所述特定的侧壁材料以及所述流速及压力的规定范围有关。

6、一种用于流体的容器，其特征在于，它包括一个流体储存室，以及一个当对所述容器施加压力时用于从所述储存室排出所述流体的排出流道，所述排出流道：（ⅰ）当所述施加压力高于预定等级时允许所述流体流动，以及（ⅱ）当所述施加压力低于所述等级时可阻止流体流动，所述排出流道在低压条件下阻止所述流动的能力与排出流道的横截面宽度而不是其长度成正比。

7、一种用于流体的容器，其特征在于，它包括由所述容器形成的流体储存室;一个当对所述容器施加压力时从所述储存室排出所述流体的排出流道，所述排出流道：（ⅰ）当所述的施加压力高于一个预定等级时允许所述流体流动，所述排出流道允许流体以给定流速流动的能力与所述排出流道的横截面宽度及其长度成正比，以及（ⅱ）当所述施加压力低于预定等级时可阻止所述流体流动，所述排出流道阻止所述流动的能力与所述排出流道的横截面宽度而不是其长度成正比。

8、一种确定有可变形壁的流体容器内的排出流道的长度和宽度的方法，所述流体由于受到施加压力而从排出流道流出，当所述施加压力低于一预定等级时排出流道可自动密封，其特征在于，所述的方法由下列步骤组成：

（1）确定所述流体的粘度、表面张力及湿润角;

（2）确定包容排出流道的可变形壁的弹性系数;

（3）确定预期的流体流速;

（4）确定所需的压力范围，在此范围内，流体从容器通过排出流被排出，同时确定临界压力，在临界压力以下不希望发生流体流动;

（5）确定与所述临界压力和弹性系数成正比的一个参数的数值;

（6）确定与排出流道宽度成正比的一个参数的对应数值，进而确定宽度;

（7）确定与所需流体流速成正比的一个参数的数值;

（8）确定与所述排出流道长度成正比的一个对应参数的数值，进而确定所述长度。