CN107073489A - 喷嘴的流体芯片 - Google Patents

Abstract

一种流体芯片，其限定用于喷射系统的振荡器装置，当利用标准流体泵压时，其在低温条件下提供流体混合物的扇形喷射图案。所述流体芯片配置可在低至约‑10摄氏度的温度下提供基本稳定的出口扇形角度。

Description

喷嘴的流体芯片

相关申请案的交叉引用

本非临时性申请案主张递交日为2014年10月15日、未决的美国临时申请案62/064,068的权益和优先权。该早期申请案和本文所引用的所有其他参考文件的内容在此通过引用的方式整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及用于汽车的挡风玻璃清洗器系统，但不限于该技术领域。此类系统以扇形图案将液流输送到挡风玻璃，从而与刮片的刮擦动作相结合地协助清洗。

背景技术

已知各种形式的液体扇形喷射生成系统。仅作为示例，美国专利4,645,126(通过引用的方式并入本文)公开了一种示例性系统。在该流体振荡系统中，诸如水和防冻剂的混合物等流体从动力喷嘴跨过互动腔传递，再通过出口喉部以撞击挡风玻璃。流动开始时，流体混合物的动力流基本上直接越过互动腔。随着流动的进行并且互动腔被填满，动力流的任一侧上均可形成涡流。当一个涡流占主导地位时，动力流逆着相对的壁转向，并且开始振荡以产生扇形喷射。

在寒冷天气条件下，向喷嘴输送的流体的表面张力和粘度会增加。这些条件下，流体可能会在特性上过于稠密，从而难以在喷射系统的控制通道中产生速度。因此，在寒冷天气条件下，流体可能取最小阻力的路径并且直接移动通过互动腔。这种情况下，不会产生预期的扇形喷射。

对于粘度在寒冷天气条件下会增加的问题的一种解决方法是增加泵压以促进振荡。即，流体以更高压力输送到喷射装置。然而，增加泵压的能力必然有限，并且可能无法顺利地形成全扇形角度。此外，寒冷的天气条件下，对于相同能量输入，表面张力和粘度增加的流体特性必然会降低流体的输送压力。因此，需要一种喷射装置，在低温条件下可实现所期望的扇形喷射特性而无需明显增加装置的泵压。

发明内容

本公开提供比现有技术更多的优点和选择方案，通过：提供一种流体芯片，该流体芯片限定用于喷射系统的振荡器装置，当利用标准流体泵压时，该流体芯片在低温条件下可提供流体混合物的扇形喷射图案。

在一个示例性方面，本公开提供了一种适于产生流体混合物的扇形喷射图案的流体芯片。所述流体芯片包括收窄的喉部流体入口，其限定了进入四通交叉流动控制区的动力喷嘴开口。互动腔直接设置于四通交叉流动控制区的下游，从而使流体混合物可从所述四通交叉流动控制区进入所述互动腔。一对回流控制通道设置在相对于所述互动腔间隔开的平面内。所述回流控制通道限定了所述互动腔的下游部分和所述四通交叉流动控制区域之间的流体连通联系。在流体芯片工作时，所述回流控制通道彼此轮换，进而将来自所述互动腔的流体混合物的一些部分以循环方式输送到所述四通交叉流动控制区的相对两侧。在流体芯片工作时，一股流体混合物在所述互动腔的相对两侧之间循环地切换，进而产生扇形喷射图案。

在一个示例性实施例中，本公开提供了一种流体芯片，其具有动力喷嘴，所述动力喷嘴可通往由就在互动腔上游的四通交叉结构限定的流动控制区。一对回流控制通道设置在相对于所述互动腔隔开的平面内。所述回流控制通道限定了所述互动腔的下游部分和所述动力喷嘴之间的流体连通联系。所述回流控制通道在所述互动腔内提供低压返回路径以及增加的湍流，以即使在低温条件下也保持流动能量并且促进振荡。在操作过程中，所述回流控制通道向所述流动控制区提供高容量的回流。在所述流动控制区，来自主要控制通道的回流涡流将引导这股流体到达相对侧。当到达该侧时，另一控制通道激活并变为主导的，进而再次切换这股流体。由此这股流体在相对两侧之间来回循环，以提供扇形图案。由所述高容量轮换控制通道提供的低压返回路径增加了速度，从而便于低温下操作。还可增大通往流体芯片的输送软管内径，以促进芯片段的填充。

根据另一示例性特征，四通交叉结构内的流动入口可大体上窄于四通交叉结构的相对的出口。入口相对于出口较窄，这增加了流体的相对进入速度，并且促进了对应于交叉结构的任一侧上的涡流(由于这些涡流轮换地起主导作用)而使股流从一侧转向到另一侧的能力。

通过阅读以下详细说明书、权利要求和附图，本领域技术人员可清楚了解本公开的其它特性和优点。

附图说明

本说明书中所包含的并且构成本说明书一部分的附图说明了根据本公开的示例性构造和程序，并且结合上文对本公开的总体描述和下文的详细描述来说明本公开的原理，其中：

图1是示出附连在流体输送管线上、根据本公开的流体芯片的示例性实施例的立体示意图；

图2是根据本公开的示例性流体芯片中的互动腔和相关收窄入口的剖切立体示意图；

图3是根据本公开、适用于与示例性流体芯片中的图2中的互动腔流体连通的回流控制通道的剖切立体示意图；

图4是示出图1-3的流体芯片和具有回流控制通道(以虚线示出)的相关流体流动模式的示意图；

图5是示出流体扇形图案(以虚线示出)的图1的示例性流体芯片的立体图；以及

图6是根据本公开的流体芯片的另一实施例的视图(类似于图4)。

在详细说明本发明的示例性实施例之前，应了解到本发明在其应用或结构方面无论如何不限于下文所阐述或附图中所示出的部件的细节和布置。相反，本发明还可具有其他实施例并且可通过各种方式实践或实施。此外，还应了解到本文中使用的措辞和术语仅用于说明的目的，并不应视为具有限制性意义。本文中使用的术语，例如“包含”和“包括”及其变体，意味着包括其后列出的项目及其等同物以及附加项目及其等同物。

具体实施方式

现参见各附图，其中只要有可能，各图中相似的元件通过相同的附图标记来表示。现一并参照图1、图4和图5，它们示出根据本公开的示例性流体芯片10。所述示例性流体芯片10优选为大体中空的，并且可通过本领域技术人员公知的实践、由合适的聚合材料形成。在实践中，所述示例性流体芯片10可操作地连接到上游泵系统(未示出)，用于将流体混合物12(如图4中箭头所指)经输送管线14输送到芯片中，进而最终排放到所需要的挡风玻璃或其它结构上。如图所示，排放采用扇形喷射15的形式，以便覆盖相对较宽的表面积。仅作为示例，所述流体混合物12可以是水和乙二醇或丙二醇的混合物，但如有需要也可使用其它流体。

如图所示，所述示例性流体芯片10包括具有收缩的喉部几何形状的流体入口16，其限定了伸入四通交叉流动控制区17并朝向流动控制区17下游的互动腔20的合流/分流动力喷嘴。就此而言，如图4最清晰示出，通过流体入口16的流体混合物12以较高的速度导入四通交叉流动控制区17中，再进入互动腔20。所述流动控制区的流体入口16优选地沿着与所述互动腔20和出口喉部22的共同对称轴线对齐。如图4最清晰示出，所述出口喉部22被取向成排出流体混合物以形成扇形喷射15。

在所示的示例性结构中，流体芯片10包括一对回流控制通道28，其所在平面与所述互动腔20限定的平面间隔开。每个回流控制通道28限定了邻近出口喉部的互动腔20的下游部分与直接位于流体入口16下游的四通交叉流动控制区17之间的流体连通联系。因此，流体混合物12不通过出口喉部22离开的那一部分可通过回流控制通道28再循环到四通交叉流动控制区17。

如结合图1-3和图5最清楚示出，所述互动腔20和所述回流控制通道28可通过在一对板状结构(饰板)中形成所需几何形状的凹陷部来形成，再通过以对准关系将所述板状结构一个覆盖在另一个之上以形成所期望的三维腔体。根据一个示例性实施例(仅作为举例说明而非对其进行限制)，图3的所述板结构可结合在图2中的板结构的顶部，并且，再设置覆盖物以形成如图5所示的密封腔体图案。就此而言，应了解到所述回流控制通道28和所述互动腔20之间的流动连通通过所对准的连通开口30的图案来提供。

如图所示，每个回流控制通道28具有大体上直边形结构，其设有围绕所述连通开口的圆形远端和近端。所示的示例性结构中，所述回流控制通道28各自在设于出口喉部22任一侧上的球根形远端收集区24与互动腔相交。如图所示，在本示例性实施例中，所述球根形远端收集区24可具有弯曲的远端面，其延伸到出口喉部22开口下方的远端位置。所述回流控制通道28各自以成角度的关系从所述球根形收集区24延伸出去，从而与侧向近端突出部26相交，所述侧向近端突出部26从四通交叉流动控制区17向外延伸。在所示的示例性结构中，所述侧向近端突出部26共同地形成哑铃形状，但如有需要也可采用其他几何形状。

在操作过程中，所述回流控制通道28适于接收来自互动腔20的下游部分的多余流体混合物，再将流体混合物在直接位于直径缩小的流体入口16下游的四通交叉结构处输送回到流动控制区。如上所述，所述回流控制通道28提供低压返回路径，以即使在低温条件下也保持流动能量并且促进振荡。

可设想，本公开所构想的流体芯片10可由任何合适的聚合材料形成。仅作为示例且不具有限制性，材料可包括本领域技术人员所公知的尼龙、聚酯、缩醛树脂等。根据一个示例性实践方式(仅作为举例说明而非对其进行限制)，如图2和图3所示的所述饰板可通过注塑模制等技术由合适的聚合材料形成。然后可通过例如热粘合、粘合剂粘合等技术将所述饰板结合在一起，以形成如图1和图5所示和所述的内部结构。当然，也可将构成流体芯片10的各部件形成为分离的部件，然后再结合在一起。

在操作过程中，每次只有一个回流控制通道28起作用。该特征如图4所示，通过在一个控制通道28中使用实心方向箭头并且在另一个控制通道28上使用虚线方向箭头来说明。在使用时，涡流将形成于四通交叉流动控制区17的交替侧上，并且从主要控制通道传递的回流将朝向互动腔20的相对侧引导股流。因此，当左侧控制通道28作用时，股流将被向右引导；当右侧控制通道28作用时，股流将向左被引导。当股流到达相对侧时，另一控制通道变为主导的，进而再次切换股流。因此，股流被迫在相对两侧之间来回循环，以提供期望的扇形喷射15。由所述高容量轮换的回流控制通道28提供的低压返回路径增加了速度，从而便于低温下操作。

图6示出根据本公开的另一流体芯片110，其中与上述元件对应的元件通过在100的基础上加上相同附图标记数值来表示。如图所示，在该实施例中，在四通交叉结构处进入流动控制区的流体入口116相比流动控制区的流体出口118，其横截面明显减小。所述流体入口116相比流动控制区任一侧上的回流控制通道128的回流入口，其横截面也减小。人们已发现，对于给定的流量，相比所述流体出口118，横截面明显减小的所述流体入口116促使流速增加，从而即使在低温下也可实现湍流条件并促使涡流形成。该增加的流速和湍流条件明显有助于实现如下能力：使低温股流轮换地从一侧转向到另一侧，如之前描述的。

在图6实施例的操作过程中，每次仅有一个回流控制通道128起作用。该特征通过在一个控制通道128中使用实心方向箭头并且在另一个控制通道128上使用虚线方向箭头来说明。因此，使用时，涡流将形成于四通交叉流动控制区的交替侧上，并且从主要控制通道输送的回流将朝向互动腔120的相对侧引导股流。因此，当左侧控制通道128作用时，股流将向右被引导；当右侧控制通道128作用时，股流将向左被引导。因此，股流被迫在相对两侧之间来回循环，以提供期望的扇形喷射。由于可对于给定的流量增加流速以及相应地促进湍流条件和涡流形成，如图6所示的实施例尤其利于在极低温度下使用。

根据本公开的一个示例性方面，人们已发现所述的流体芯片结构可在低至约-10摄氏度的温度下提供基本上稳定的出口扇形角度。此外，还可在低至约-20摄氏度的温度下提供明显的扇形角度。

当然，上述内容的变化和修改落在在本公开的范围内。在描述本发明的背景中(特别是在所附权利要求的背景中)使用的术语“一”、“一个”、“所述”以及类似的指示对象应被解释为包括单数和复数，除非本文中另有说明或明显与背景相矛盾。除非另有说明，否则术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”将被解释为开放性术语(即是指“包括但不限于”)。除非本文中另有说明，否则本文中对数值范围的列举仅旨在作为速记方法，为了单独指示该范围内每个单独值，并且每个单独值应纳入本说明书中，如同在本文中单独列举那样。本文所述的所有方法可以任何合适的顺序实施，除非本文另有说明或明显与背景相矛盾。本文中任一以及所有示例或示例性语言(例如“诸如”)的使用仅旨在更好地阐述本发明，而非对本发明的范围构成限制，除非另有声明。本说明书没有任何语句应当被解释为将任何未要求保护的要素指示为对本发明的实施是必不可少的。

本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的用于实施本发明的最佳模式。阅读上述说明之后，本领域的普通技术人员应清楚了解那些优选实施例的变型。本发明人期待本领域技术人员可适当地运用此类变型，且期望可采用本文具体描述以外的方式来实施本发明。因此，本发明包括在可适用的法律允许下所附权利要求中所述的主题事项的所有修改以及等同物。此外，除非本文中另有说明或明显与背景相矛盾，否则本发明涵盖上述要素在其所有可能变型中的任何组合。

Claims (20)

1.一种适于产生流体混合物的扇形喷射图案的流体芯片，所述流体芯片包括：

收窄的喉部流体入口，其限定了进入四通交叉流动控制区的动力喷嘴开口；

互动腔，其直接设置在所述四通交叉流动控制区的下游，从而使流体混合物可从所述四通交叉流动控制区进入所述互动腔；以及

一对回流控制通道，设置在相对于所述互动腔而间隔开的平面内，其中所述回流控制通道限定了所述互动腔的下游部分与所述四通交叉流动控制区之间的流体连通联系，并且在流体芯片工作时，所述回流控制通道彼此轮换从而以循环方式将来自所述互动腔的流体混合物部分输送到所述四通交叉流动控制区的相对两侧，并且在流体芯片工作时，一股流体混合物在所述互动腔的相对两侧之间循环地切换，从而产生扇形喷射图案。

2.根据权利要求1所述的流体芯片，其中所述收窄的喉部流体入口沿着所述互动腔的共同对称轴线对齐。

3.根据权利要求2所述的流体芯片，其中所述收窄的喉部流体入口沿着出口喉部的共同对称轴线对齐。

4.根据权利要求3所述的流体芯片，其中每个回流控制通道具有大体上直边形结构，其具有圆形远端和近端。

5.根据权利要求4所述的流体芯片，其中所述回流控制通道在设置于所述出口喉部任一侧的球根形远端收集区与所述互动腔相交。

6.根据权利要求5所述的流体芯片，其中所述球根形远端收集区各自具有弯曲的远端面，其延伸到所述出口喉部的开口下方的远端位置。

7.根据权利要求5所述的流体芯片，其中所述回流控制通道各自以成角度的关系从所述球根形收集区延伸出去，从而与从所述四通交叉流动控制区向外延伸的侧向近端突出部相交。

8.根据权利要求7所述的流体芯片，其中所述侧向近端突出部共同地形成哑铃形状。

9.根据权利要求1所述的流体芯片，其中所述流体芯片由聚合物形成。

10.根据权利要求9所述的流体芯片，其中所述聚合物包括尼龙、聚酯和缩醛树脂。

11.根据权利要求1所述的流体芯片，其中所述收窄的喉部流体入口的横截面比在所述四通交叉流动控制区和所述互动腔之间对准的流体通道的横截面更小。

12.一种适于产生流体混合物的扇形喷射图案的流体芯片，所述流体芯片包括：

收窄的喉部流体入口，其限定了进入四通交叉流动控制区的动力喷嘴开口；

互动腔，其直接设置在所述四通交叉流动控制区的下游，从而使流体混合物从所述四通交叉流动控制区进入所述互动腔，其中所述收窄的喉部流体入口沿着与所述互动腔和出口喉部的共同对称轴线对齐；以及

一对回流控制通道，设置在相对于所述互动腔而间隔开的平面内，其中所述回流控制通道限定了所述互动腔的下游部分与所述四通交叉流动控制区之间的流体连通联系，在流体芯片工作时，所述回流控制通道彼此轮换从而以循环方式将来自所述互动腔的流体混合物部分输送到所述四通交叉流动控制区的相对两侧，并且在流体芯片工作时，一股流体混合物在所述互动腔的相对两侧之间循环地切换，从而产生扇形喷射图案。

13.根据权利要求12所述的流体芯片，其中每个回流控制通道具有大体上直边形结构，具有圆形远端和近端。

14.根据权利要求13所述的流体芯片，其中所述回流控制通道在设置于所述出口喉部任一侧的球根形远端收集区与所述互动腔相交。

15.根据权利要求14所述的流体芯片，其中所述球根形远端收集区各自均具有弯曲的远端面，其延伸到出口喉部开口下方的远端位置。

16.根据权利要求15所述的流体芯片，其中所述回流控制通道各自以成角度的关系从所述球根形收集区延伸出去，从而与从四通交叉流动控制区向外延伸的侧向近端突出部相交。

17.根据权利要求16所述的流体芯片，其中所述侧向近端突出部共同地形成哑铃形状。

18.根据权利要求17所述的流体芯片，其中所述流体芯片由聚合物形成。

19.根据权利要求18所述的流体芯片，其中所述收窄的喉部流体入口的横截面比在所述四通交叉流动控制区和所述互动腔之间对准的流体通道的横截面更小。

20.一种适于产生流体混合物的扇形喷射图案的流体芯片，所述流体芯片包括：

收窄的喉部流体入口，其限定了进入四通交叉流动控制区的动力喷嘴开口；

互动腔，其直接设置于所述四通交叉流动控制区的下游，从而使所述流体混合物可从所述四通交叉流动控制区进入所述互动腔，其中所述收窄的喉部流体入口沿着所述互动腔和出口喉部的共同对称轴线对齐；以及

一对回流控制通道，设置在相对于所述互动腔间隔开的平面内，其中所述回流控制通道限定了所述互动腔的下游部分和所述四通交叉流动控制区域之间的流体连通联系，在流体芯片工作时，所述回流控制通道彼此轮换，进而以循环方式将来自所述互动腔的流体混合物部分输送到所述四通交叉流动控制区的相对两侧，并且在流体芯片工作时，一股流体混合物在所述互动腔的相对两侧之间循环切换从而产生扇形喷射图案，其中所述收窄的喉部流体入口的横截面比在所述四通交叉流动控制区和所述互动腔之间对准的流体通道的横截面更小，并且每个回流控制通道具有大体上直边形结构，其具有圆形的远端和近端。