CN108290169B - 流体水龙头喷射面及喷射生成方法 - Google Patents

Abstract

限流复合喷射生成装置包括喷射面构件，该喷射面构件包括至少一个流体回路振荡器限定几何结构，该几何结构包括在喷射面构件的中心区域中的出口孔，该出口孔构造为产生沿着喷射轴线向远侧具有选定的振荡喷射厚度的振荡喷射。喷射面构件还包括围绕喷射面构件的外周部均匀排列的多个非振荡(例如，层流或射流)喷射生成孔，设计为产生沿着喷射轴线向远侧的多个非振荡层流或射流喷射，以提供围绕中心振荡喷射排列的高速流环，从而生成包括具有期望的喷射密度的流出的复合喷射，该流出具有大致等于喷口孔的直径的表观流出厚度。

Description

流体水龙头喷射面及喷射生成方法

发明背景

优先权声明及相关申请参考

本申请要求于2015年8月11日提交的名称为“Fluidic Faucet Spray Face andSpray Generation Method”的共有的共同未决的美国临时专利申请号62/203,579的优先权权益，并且其全部公开由此通过引用并入本文。本申请还涉及以下共有专利申请：(a)2012年4月19日提交的名称为“Cup-shaped Fluidic Circuit，Nozzle Assembly andMethod(WIPO公布WO2012/145537)”的PCT申请No.PCT/US12/34293，以及(b)2014年3月29日提交的名称为“Cup-shaped Nozzle Assembly with Integral Filter and AlignmentFeatures(WIPO公布WO/2014/160992)”的PCT申请No.PCT/US14/32286，其全部公开也由此通过引用并入本文。

技术领域

本发明大体涉及具有通常与厨房和浴室水龙头一起使用的节水型的流量控制或充气器结构的喷嘴组件。

背景技术

节约用水正成为一项越来越迫切的需求，许多地方、州和联邦政府机构颁布了限制用水、特别是限制水龙头和其它卫生设备水流量的规定。水管供应公司(例如，水龙头制造商)、业主和设施经营者被迫设计、安装和使用减少耗水量的产品。许多地方市政当局(如洛杉矶、加利福尼亚州和纽约州，纽约市(NY))对商业和住宅用水的使用进一步制定了更严格的限制。这些当地限制超出了灌溉量和冲洗厕所量，现在已经影响了淋浴喷头和水龙头。因此，流量过高的水龙头正成为法律责任的来源。这是设施操作员和业主所关心的问题，因为居住者或租户可能会决定从水龙头上拆下限流器以获得不受限制的流量。

水龙头限流充气器通常包括在厨房或浴室水龙头的可移除插入件中。充气器将从水龙头或喷头流出的水转化为均匀、低速、无飞溅且气泡软化的水流。典型的水龙头限流器具有充气器壳体，充气器壳体以插入到水龙头出口中的插入盒的形式实施。充气器盒通常具有壳体，该壳体具有包含位于其流入端的分散流的穿孔板和沿流动方向位于其下游的栅格或网格结构的内部。该栅格或网格结构可以是金属滤网或筛网，或者可以是塑料栅格，并且其用作流量调节装置，该流量调节装置将空气混入单独的流或由分散流的穿孔板流出的水射流中。除此之外或作为替代，位于分散流的穿孔板下游的至少一个栅格和/或网格结构也可以用作流量校正器，其功能是均化从水龙头流出的水流。这些现有技术的限流结构提供减小的流速，但缓和低速流出量通常不满足使用。

典型的现有技术的节水充气器插入件(例如，参见Moen的美国专利4000857和图1)不会为使用者提供期望的性能，尤其是在提供明显受限的流量的情况下。图1示出了现有技术中使用的典型的限流水龙头插入组件或充气器插入件，并且这里描述了此图的插入件以提供附加的背景和上下文。具体参照图1，典型的(例如“流量控制”)充气器壳体以10表示，并且包括沿着中心轴线对准的出口或排放口12以及入口端14。在壳体10的上游端处具有螺纹16，用于将充气器附接至典型的水龙头或喷射器的喷口18。密封件19定位在壳体10与喷口18之间。充气器壳体10可以由合适的金属(比如，黄铜)形成，或者可以由合适的塑料制成。壳体10可以具有一体的射流形成隔板20，其具有与壳体10的中心轴线同心的以环形方式布置的多个单个通道22。定位在隔板20的上游侧且至少部分遮蔽通道22的是压力响应流量控制构件24，其可以是由合适的弹性体或类似橡胶材料形成的O形环。环24由从隔板20的上游侧向上延伸的内壁28和外壁26支承。外壁26的内表面向外弯曲，以提供到通道22的通路。相似地，内壁28的外表面向内弯曲，以提供到每个通道22的相对侧的通路。由此，来自水龙头喷口的首先通过锥形滤网38的水流将到达流量控制构件24，然后在内侧和外侧经过它向远端或向下流动，以到达隔板20中的水通道22。滤网38可以具有其嵌入密封件19中的外边缘。隔板20的下游(从入口14流到出口12)是包括一对间隔开的滤网42和44的滤网40。下滤网44定位在从滤网支撑件48向内延伸的突台46上。上滤网42定位在滤网支撑件48的内表面上的圆形间隔件50上。由此，滤网42和44以间隔开的关系保持在滤网支撑件48内。滤网支撑件48进而通过四个向外延伸的突起52定位在壳体10的下端或下游端内，突起卡合在壳体10的内表面56上的配合凹槽54内。突起52可以彼此沿周向间隔开，以限定向上延伸的空气通道58。空气从充气器的底部外的区域沿着通道58向上抽取，然后到达射流形成构件或隔板20的下游侧处且在筛网40上方的空间60。

在操作中，从水龙头喷口流出的水将首先穿过锥形滤网38，然后通过由弯曲部段32和36限定的进口进入到水通道22中。在穿过射流形成通道22之后，水流将与来自通道58的空气混合，然后流过滤网装置40，以提供传统的充气排放或水龙头流出。压力响应流量控制构件24由可变形材料形成。由此，从喷口18施加的流体压力越大，构件24的变形越大，以限制进入到水通道22中。由此，即使施加到充气器的压力可能持续增加，流动通过充气器的水量也受到压力响应流量控制构件的限制。不管施加在充气器上的压力如何，都存在可以从充气器排出的最大水量。就节约用水(我们的重要自然资源之一)和允许水龙头的使用者控制由喷口供应的水的总量而言，这具有特别的优势。操作厨房或浴室水龙头的人首先将水龙头转动至完全“打开”并不罕见。对于一些较老的充气器设计，这种习惯常常会提供比必要的或需要的更多的水，并且有时会溅湿使用者。

过度充气的低流量水龙头可以成功地提供具有非喷溅的均匀流出量的适度流速，但是那些气状的、嘈杂的充气低速流出的使用并不特别令人满意，因为它们不能提供用于洗涤或漂洗的期望和有效的喷射。现有技术的非充气限流器使用起来更不令人满意，因为它们通常提供包括少量窄的水射流的明显减少的流出，并且当使用该器具(例如，洗涤或漂洗时的水龙头)时，该明显减少的流出显然将导致更不令人满意的流出性能。一些限流喷射插入件具有流出生成面，其使用少量层流射流或集中射流来产生足够的喷射力或能量，以从目标表面清洁肥皂、污垢、食物等，但是限流插入件具有更少、更小的射流。对于使用者来说，明显减少的流出呈现从面积明显大于流出的外观尺寸的器具出口流出的少量射流或小水流，因此使用者或租户试图去除那些现有技术的流量限制器。

因此，需要一种克服现有技术问题并在使用时提供可接受的低流速、同时还提供用于洗涤或漂洗的期望且非明显减少的流出(例如，喷射)的限流或节水龙头、喷射器或喷嘴组件及喷射生成方法。

发明内容

相应地，本发明的一个目的是通过提供一种限流或节水喷嘴组件来克服上述困难，该喷嘴组件适用于水龙头或手动喷射器，并且具有构造在喷嘴组件内的一个或多个流体振荡室以生成振荡喷射，振荡喷射在与多种常规(例如，射流或平面片状)喷射组合时同步调节通过喷嘴组件的水量，同时提供用于洗涤和漂洗的期望的喷射。

根据本发明，喷嘴或水龙头组件配置在大致圆柱形壳体中，该壳体具有内部容积，该壳体支撑与提供用于喷射面构件的流体供应通道，该壳体封装两个或更多个流体杯状振荡器，流体杯状振荡器具有适于在传统水龙头充气器插入件的封装空间内工作的相互作用室以用于典型的厨房和盥洗室水龙头流量调节器的。在本申请中描述和示出的喷嘴组件的实施例中，新型结构和方法能够实现可见的“厚”复合喷射，其在低流速下提供更满意的流出与改进的清洁和冲洗。例如，在典型的10-80psi的水管供应压力下并结合流量调节装置(例如，

调节器)，相比于现有技术的更通用的充气、层流或针状射流喷射面，本发明的喷射面中的流体几何结构将以较低的流速(例如，在0.15GPM和0.70GPM之间)提供优异的漂洗和清洁。

本发明的“明显厚的流出”优点可以以处于或高于1.0GPM(其中，1GPM被广泛认为是用于水龙头的“节水”流速)的流速下实现。本发明的喷射插入组件具有生成多个(例如，12至24个)层流或集中射流的流出生成面构件，以产生喷射能量或力，从而从目标表面清洁肥皂、污垢、食物等。有利地，本发明的喷嘴组件有利地将一个或多个流体振荡器与相互作用室和出口孔集成，目的是从喷射面构件的远端表面的中心区域生成一个或多个明显“厚”的向远端射出的振荡喷射，该振荡喷射与常规针状射流或平面片喷射组合，从而生成具有期望的“厚”且明显致密的流出的复合多部分喷射，该复合多部分喷射具有一些具有较高速度的部分，以提供对受限流出的有效使用和空间分布。

因此，本发明的复合喷射包括一个或多个中心振荡喷射，其在水龙头流出的中心中是明显“厚”的，并且该厚振荡喷射被较高速度的集中射流围绕，以生成具有表观流出厚度的复合限流喷射，该表观流出厚度大致等于器具不受限的流出。典型的厨房水龙头的出口孔具有大约3/4英寸或约1.5厘米的内腔直径，这意味着不受限制的厨房水龙头流出大约与成人的拇指一样厚。本发明的喷嘴或插入组件生成的复合流出因此由多个常规、振荡的喷射组成，在使用中，该喷射呈现为同样大约为3/4英寸或约1.5厘米厚(或具有表观截面直径)，这意味着装配有本发明的喷嘴或插入组件的厨房水龙头生成明显致密的复合流出，其呈现为大约与成人的拇指一样厚。

基于所需的期望的(定性)喷射强度，申请人调整选定数量的流体杯状振荡器几何结构(例如，单数或三个流体阵列)将其与其它通用喷射特征(例如，针状射流或层流片)组合。已发现这种组合产生特别令人愉悦的喷射美学效果，同时具有可接受的喷射性能。在结合三个流体振荡器阵列(例如，三个流体杯状几何结构)的实施例中，三个振荡器出口孔目的是从圆形面的中心向远侧喷射，其中面的周缘部包括小的单个的层流薄片喷射生成狭槽形孔的环绕阵列或环。

在替代实施例中，三个流体振荡器(例如，三个流体杯状几何结构)限定了三个振荡器出口孔，目的是从圆形面的中心向远侧喷射，并且面的周缘部包括小的单个的针状射流喷射生成的圆形孔的环绕阵列或环。在两个实施例中，喷射利用流体的水流速的有效使用，而呈现出与外部面上的传统喷射没有太大不同。喷嘴组件或插入壳体还将喷射歧管封装到流量调节器，该流量调节器产生用于流体回路的最终密封表面，并且还调节输入流以不产生喷射的流体动力学偏差。

根据本发明，每个流体振荡器被原位构造或模制到喷嘴组件壳体的近端或内表面圆形面构件中，并且圆形面构件的远端或外表面限定多个层流喷射出口或针状喷射出口以及生成本发明的复合多速度喷射的(优选)多个振荡喷射出口。

在近端或内表面圆形面构件内模制或构造的每个流体振荡器几何结构限定了共形的杯状流体振荡器，其目的是生成向远侧射出的振荡喷射。每个流体振荡器构造有具有横向相对的入口或动力喷嘴通道的相互作用室，该入口或动力喷嘴通道与大致开口的近端(面向喷嘴组件的内部)流体连通，并且那些相对的动力喷嘴生成旨在朝向彼此的相对流动，以在相互作用室内相交并碰撞，并且从相互作用室生成向远侧射出的振荡的选定流体喷射。喷嘴组件可选地构造有规定振荡喷射覆盖图案和分布的选定数量的振荡喷射生成出口孔(例如，一至三个或更多个)，其中出口几何结构被选择为使得来自每个振荡器出口的喷射的目的是生成独特的振荡喷射流，以提供大致平行的液滴轨迹并保持由每个出口的振荡喷射生成的选定的液滴尺寸。

优选地，喷嘴组件的喷射面构件的特征或流体通道限定几何结构直接模制到喷射面构件的近端表面中，然后将喷射面构件的近端表面固连到限定圆柱形构件的至少一个壳体侧壁，该圆柱形构件具有开口的远端，该远端被密封到限定在喷射面构件的周缘部处的向近侧突出的凸缘构件，以限定具有大致开口的近端和壳体内部的不透流体的封闭容积。水龙头插入组件的壳体还包含歧管主体和歧管流体密封表面，歧管主体和歧管流体密封表面与模制到喷射面构件的近端表面中的特征配合，以限定(a)与每个流体振荡器的相互作用区域或室流体连通的流体入口内腔或动力喷嘴入口内腔，以及(b)针状射流喷射生成孔入口内腔或层流喷射生成孔入口内腔。

喷射面构件的近端表面的构造(包括流体振荡器几何结构和传统的喷射内腔)消除了对由接收在单独的壳体腔内的流体回路限定插入件制成的组件的需要。本发明提供了一种多入口、多出口喷射面构件，其可以构造为射出多个期望的喷射图案(例如，均匀液滴的3D或矩形振荡图案)。本发明的多出口喷射面可选地包括用于生成流体喷射振荡的流体动力学机构，其在概念上类似于在描述了平面蘑菇流体回路的操作的共有美国专利7267290和7478764(Gopalan等人)中示出与描述的流体喷射振荡；这两篇专利因此通过引用以其全部内容并入本文。

以上描述的流体几何结构限定了喷射面的近端表面中的流体振荡器结构，其中水龙头的水流被接收在插入组件的近端开口端或入口中，并且流体在壳体的内部围绕歧管主体并沿着壳体的圆柱形侧壁向远侧流动。然后，流体流入到振荡器动力喷嘴内腔中，该振荡器动力喷嘴内腔可以是锥形的或包括阶梯不连续(例如，具有突然较小或阶梯式的内部直径)，以在流体流入到相互作用区域中时增强加压流体的不稳定性。

优选地，动力喷嘴是喷射面构件的杯状流体回路的远端壁的内表面中的文氏管形或锥形通道或凹槽，并且全部终止于在该内表面中限定的共同的近似矩形的或箱形的相互作用区域。相互作用区域构造会影响喷射图案。

杯状流体回路动力喷嘴、相互作用区域和排放出口可以被限定在装配在插入组件内的盘状或薄饼状插入件中，但是优选地直接模制到喷射面构件的内壁区段中。当由塑料模制成一件式、多入口、多出口流体回路限定构件时，喷射面构件与歧管主体和歧管密封表面一起容易且经济地装配到插入组件的壳体中，歧管密封表面通常具有大致平坦且不可渗透流体的远端或外表面。然后，歧管密封表面与喷射面构件的内表面平面密封接合。歧管密封表面外周壁和喷射面构件的外周壁是同轴的并沿径向间隔开，以在其间限定环形流体通道。这些外周壁大体彼此平行，但是环形空间可以是锥形的，以协助产生更大的流体速度，从而产生流体流动不稳定性，由此产生振荡。

作为用于销售或运送到其它地方的多出口流体回路物件，本发明的多喷射生成插入件或喷嘴组件构造为容易且经济地结合到水龙头或喷射头中，用于喷射加压水或流体，以在适度的流速下产生非常令人满意的复合喷射。

考虑具体实施例的以下详细描述，尤其是当结合附图时，本发明的以上和再进一步的目的、特征和优点将变得显而易见，其中各图中的相同附图标记用于指定相同的组件。

附图说明

图1是根据现有技术的典型的流量控制水龙头插入件的立面剖视图。

图2是示出了根据本发明的第一实施例的复合喷射生成限流流体水龙头喷射面构件的内表面的透视图，该喷射面构件在所示实施例中包括三个流体振荡器几何结构的阵列，其示出了在二十四个(24)层流射流生成狭槽形孔的环绕外周阵列内限定的引起振荡的几何结构或特征。

图3是根据本发明的第一实施例的图2的喷射面构件的立面俯视图，其示出了通过复合喷射生成限流流体水龙头喷射面构件限定的内表面特征和内腔，该喷射面构件在所示实施例中包括三个流体振荡器几何结构的阵列，其示出了在二十四(24)个层流射流生成狭槽形孔的环绕外周阵列内限定的引起振荡的几何结构和出口孔。

图4是根据本发明的第二实施例的另一喷射面构件的立面俯视图，其示出了通过第二复合喷射生成限流流体水龙头喷射面构件限定的内表面特征和内腔，该喷射面构件在所示实施例中包括三个流体振荡器几何结构的阵列，其示出了在具有圆形孔的十五(15)个针状射流生成锥形内腔的环绕外周阵列内限定的引起振荡的几何结构和出口孔。

图5是依据本发明的第二实施例的在透视图中示出图4的复合喷射生成限流流体水龙头喷射面构件的内表面之间的关系的视图，该喷射面构件在所示实施例中包括三个流体振荡器几何结构的阵列，其示出了在目的是产生所需复合喷射的十五(15)个针状射流生成锥形内腔的环绕外周阵列内限定的引起振荡的几何结构或特征。

图6是根据本发明的第二实施例的图3、图4和图5的复合喷射生成限流流体水龙头喷射面构件的立面底部或远端视图，该喷射面构件在所示的实施例中包括三个中心流体振荡器出口孔的阵列，其示出了目的是从十五(15)个针状射流生成锥形内腔(其每个对准中心轴线或略微远离中心轴线)的环绕外周阵列内向远侧产生所需的复合喷射的振荡喷射生成流体出口孔。

图7是定向示出了根据本发明的第二实施例的包括图3-6的喷射面构件的喷嘴或插入组件的立面侧视图的视图，其示出了壳体的内部特征和将水或流体供给至复合喷射生成限流流体水龙头喷射面构件的环形流体通道或内腔，该喷射面构件在所示实施例中包括歧管主体和歧管流体密封表面，二者抵靠喷射面构件的内部特征限定表面接合并密封，以限定动力喷嘴内腔和流体振荡器几何结构的相互作用室或区域，其示出了从上游开口入口至在射流产生孔的环绕外周阵列内限定的引起振荡的几何结构和出口孔的流体流动路径。

图8是根据本发明的第二实施例的图7的喷嘴或插入组件的立面侧视图，其示出了壳体的内部特征和流体水龙头喷射面构件的内部特征。

图9是根据本发明的喷嘴或插入组件的立面侧视图，其示出了由流体水龙头喷射面构件的流体振荡器和环绕层流射流或针状射流孔生成的明显“厚”且致密的复合喷射。

具体实施方式

图1示出了现有技术中使用的典型的流量控制水龙头插入组件或充气器插入件，并且该图中的插入组件如上所述以提供附加的背景和上下文。再次参照图1，典型的(例如，“流量控制”)充气器壳体以10表示，并且包括出口或排放口12以及在水龙头的喷口18内沿着中心轴线对准的入口端14。传统的水龙头的水流通常沿着插入件的壳体10的中心轴线从入口14到出口12，因此为了命名的目的，“下游”通常是沿着从入口14到出口12或者从近端(例如，入口侧)位置移动至远端(例如，出口侧)位置的流动方向。在壳体10的上游端处示出的典型螺纹16是通用的，在这样的器具中，因此可以结合类似的螺纹以将本发明的限流插入组件或喷嘴组件附接至典型的水龙头或喷射器的喷口18。

现在参照图2-9，示出了用于水龙头或手动喷射器(未示出，但类似于图1中的通用水龙头喷口18)的限流或节水喷嘴组件100(参见图7-9))，并且限流或节水喷嘴组件具有构造在喷嘴组件100内的一个或多个流体振荡室以生成一个或多个振荡喷射，一个或多个振荡喷射在与常规(例如，射流或平面片状)喷射组合时同步调节通过喷嘴组件的水量，同时为洗涤和漂洗提供期望的复合喷射。

根据本发明，喷嘴或水龙头插入装置或组件100构造在具有围绕中心轴线112对称地限定的内部容积的大致圆柱形的壳体110中，该壳体支撑并提供用于喷射面构件(例如，图2和3所示的120A，或图4-7所示的120B)的流体供应通道，该壳体封装一个、两个或更多个流体杯状振荡器，该流体杯状振荡器具有适于在传统水龙头充气器插入件的封装空间内(即，在与现有技术的充气器壳体10相同的外部体积内)工作的相互作用室以用于典型的厨房和盥洗室水龙头流量调节器。在这里描述并在图2-9中示出的喷嘴组件的实施例中，新型结构和方法使得能够以低流速提供更期望的流出和改善的清洁与漂洗的可见的“厚”复合喷射(如图9中最佳所见)。例如，在10-80psi的典型水管供应压力下且当与流量调节装置(例如，

品牌流量调节器)结合使用时，插入组件100的喷射面中的流体几何结构相比于现有技术的更一般的充气、层流或针状射流喷射面以更低的流速(例如，在0.15GPM和0.70GPM之间)提供优异的冲洗与清洁。为了命名的目的，流量调节器是保持预设流速几乎恒定且大部分独立于主要的管路压力的部件。该示例性实施例表示申请人的原型中的一个，其已经通过可在市场上获得的内置安装的

流量调节器进行测试与评估，其补偿了1bar和8bar之间的压力变化。插入组件100、尤其是壳体110可以形成在合适金属(比如，黄铜)的可加工或可模制部段中，或者可以由合适的塑料制成。

本发明的可见的“厚、致密喷射”优点能够以处于或高于1.0GPM的流速实现。喷射插入组件100具有生成多个(例如，优选12至24个)层流或集中射流以形成喷射能量或力而从目标表面清洁肥皂、污物、食物等的流出生成面构件(例如，120A或120B)。有利地，喷嘴或插入组件100将一个或多个流体振荡器与相互作用室和出口孔集成，目的是从喷射面构件的远端表面150的中心区域沿着中心喷射轴线112生成一个或多个可见的“厚”向远侧射出的振荡喷射300，该振荡喷射与传统的针状射流或平面片状喷射302组合以生成具有期望的“厚”且明显致密的流出的复合多部分喷射或复合喷射310，该复合多部分喷射或复合喷射具有一些具有较高速度的部分，以提供受限流出的有效使用和空间分布。

因此，本发明的复合喷射310包括一个或多个中央振荡喷射300，其非常快速地横向扫掠，但是当使用者看到时，在水龙头流出的中心显现为明显“厚”，并且该厚振动喷射300被较高速度的集中射流302包围，以生成具有表观流出厚度的复合限流喷射310，如果不受限制，该流出厚度基本等于该器具的预期流出。典型的厨房水龙头的出口孔(例如，用于水龙头喷口16)具有大约3/4英寸或大约1.5cm的喷口或内腔直径320，这意味着不受限制的厨房水龙头流出横向厚度与成人的大拇指一样厚。由喷嘴或插入组件100生成的复合流出310因此由多个常规、振荡的喷射(例如，302和300)组成，其在使用中显现为是厚的(或具有表观截面直径)，也就是约3/4英寸或约1.5厘米，这意味着装配有本发明的喷嘴或插入组件的厨房水龙头生成明显致密的复合流出310，该复合流出呈现为与成人的拇指一样厚。

基于复合限流流出310所需的定性的期望的喷射强度，申请人已调整并组合了选定数量的(优选为流体杯状)振荡器几何结构(例如，132、142和152，单数或在内表面130的中心部分围绕中心轴线112聚集的三个流体学阵列)，该振荡器几何结构具有非振荡喷射生成特征，例如针状射流生成内腔160B或层流片生成狭槽160A。已发现这种组合产生特别令人愉悦的喷射美学效果，同时具有可接受的喷射性能。在结合三个流体振荡器(例如，三个流体杯状几何结构132、142、152)的阵列的实施例中，三个振荡器出口孔(例如，138、148和158)目的是沿轴线112从面构件(例如，120A或120B)的远端圆形表面150的中心向远侧喷射，其中远端圆形表面150的周缘部包括小的单个非振荡喷射生成孔的环绕阵列或环(例如，如图2和图3中最佳可见的狭槽160A)。

在图4-6的射流喷射实施例中，三个流体振荡器(例如，三个流体杯状几何结构132、142、152)限定了三个振荡器出口孔(例如，138、148、158)，其目的是从远端圆形表面150的中心向远侧喷射，并且面的周缘部包括小的单个针状射流喷射生成圆形孔160B的环绕阵列或环。在两个实施例中，所生成的复合喷射(例如，310)利用流体的水流速的有效使用，而呈现出与外表面上的传统喷射没有太大不同。喷嘴组件或插入壳体还将喷射歧管构件202封装到流量调节器，该流量调节器产生用于流体回路的最终密封表面，并且还调节输入流以不产生喷射的流体动力学偏差。

根据本发明，每个流体振荡器(例如，三个流体杯状几何结构132、142、152)被原位构造或模制到圆形面构件120的近端或内表面130中，圆形面构件被支撑在喷嘴组件的壳体110中，并且圆形面构件的远端或外表面150限定多个层流喷射出口160A或针状喷射出口160B以及(优选地)多个振荡喷射出口(例如，138、148、158)，其生成本发明的复合多速度喷射310。

在圆形面构件的近端或内表面130内模制或构造的每个流体振荡器几何结构(例如，132、142、152)限定共形的杯状流体振荡器，其目的是生成大致沿着或平行于中心轴线112的向远侧射出的振荡喷射。每个流体振荡器构造有具有横向相对的入口或动力喷嘴通道(例如，136A、136B)的相互作用室(例如，134、144、154)，所述入口或动力喷嘴通道与大致开口的近端(面向喷嘴组件的内部)流体连通，并且那些相对的动力喷嘴产生朝向彼此的相对的流动，以在相互作用室(例如，134)内相交并碰撞，并且从相互作用室通过流体出口孔(例如，138)生成向远侧射出的振荡流体喷射。喷嘴组件可选地构造有选定数量(例如，一至三个或更多)的振荡喷射生成出口孔，该出口孔规定振荡喷射覆盖范围图案和分布(例如，以生成复合喷射310)，其中出口几何结构被选择为使得来自每个振荡器的出口的喷射的目的是生成不同的振荡喷射流，以提供大致平行的液滴轨迹并保持由每个出口的振荡喷射生成的选定的液滴尺寸。

优选地，喷嘴组件的喷射面构件的特征或流体通道限定几何结构(例如，三个流体杯状几何结构132、142、152)直接模制到喷射面构件的近端表面中，该喷射面构件的近端表面固连到限定圆柱形构件110的至少一个壳体侧壁，圆柱形构件具有开口远端，该开口远端被密封到限定在喷射面构件(例如，120A或120B)的周缘部处的向近侧突出的凸缘构件，以限定具有大致开口的近端和壳体内部的不透流体的封闭容积，从而接收来自器具或水龙头喷口(例如，16)的加压水或流体。水龙头插入组件的壳体110还包含歧管主体202和歧管流体密封表面限定构件210，歧管主体和歧管流体密封表面限定构件与模制到喷射面构件(例如，120A或120B)的近端表面130中的特征配合，以限定(a)与每个流体振荡器的相互作用区域或室(例如，134、144、154)流体连通的流体入口内腔或动力喷嘴入口内腔(例如，136A、136B)，以及(b)针状射流喷射生成孔入口内腔120B或层流喷射生成孔入口内腔120A。

喷射面构件的近端或内表面130的构造(包括流体振荡器几何结构和传统的喷射内腔)消除了对由接收在单独的壳体腔内的流体回路限定插入件制成的组件的需要。本发明提供了一种多入口、多出口喷射面构件，其可以构造为射出多个期望的喷射图案(例如，均匀的液滴的3D或矩形振荡图案)。本发明的多出口喷射面(例如，120A或120B)可选地包括用于生成流体喷射振荡的流体动力学机构，其在概念上类似于在描述了平面蘑菇流体回路的操作的共有美国专利7267290和7478764(Gopalan等人)中示出与描述的流体喷射振荡；这两篇专利因此通过引用以其全部内容并入本文。

以上描述的流体几何结构限定了喷射面的近端表面中的流体振荡器结构，其中水龙头的水流被接收在插入组件的近端开口端或入口中，并且流体在壳体的内部围绕歧管主体202并沿着壳体的圆柱形侧壁向远侧流动。然后，流体流入到振荡器动力喷嘴内腔(例如，136A、136B)中，振荡器动力喷嘴内腔可以是锥形的或包括阶梯不连续(例如，具有突然较小或阶梯式的内部直径)，以在流体流入到相互作用区域(例如，134)中时增强加压流体的不稳定性。

可选地，动力喷嘴(例如，136A、136B)是喷射面构件的杯状流体回路的远端壁的内表面130中的文氏管形或锥形通道或凹槽，并且全部终止于在该内表面中限定的共同的、近似矩形的或箱形的相互作用区域(例如，134)。相互作用区域构造影响振荡喷射图案(例如，300)的横向厚度和振荡频率。

杯状流体回路动力喷嘴(例如，136A、136B)相互作用区域和排放出口(例如，138、148、158)可以被限定在装配在插入组件100内的盘状或薄饼状插入件(未示出)中，但是优选地直接模制到喷射面构件的内壁表面130中。当由塑料模制成一件式、多入口、多出口流体回路限定构件时，喷射面构件(例如，120A、120B)与歧管主体202和歧管密封表面限定构件210一起容易且经济地装配到插入组件的壳体110中，歧管密封表面限定构件通常具有大致平坦且不可渗透流体的远端表面或外表面。然后，歧管密封表面限定构件的远端表面与喷射面构件的内表面130平面密封接合。歧管密封表面限定构件的外周壁和喷射面构件的外周壁是同轴的，且间隔开的以在其间限定环形流体通道(如图7最佳看出)。这些外周壁大体彼此平行，但是环形空间可以是锥形的，以协助产生更大的流体速度，从而产生流体流动不稳定性，由此产生振荡。

作为用于销售或装运到其它地方的多出口流体回路物件，多喷射生成插入件或喷嘴组件100构造为容易且经济地结合到水龙头或喷射头(例如，16)中，用于喷射加压水或流体，以在适度的流速下产生非常令人满意的复合喷射310。

本领域技术人员将会理解的是，限流复合喷射生成装置100容易构造为用于附接至具有喷口(其具有喷口孔直径)的水龙头或器具(例如，16)并与其一起使用，并且主要包括具有沿中心轴线或喷射轴线112对准的水入口和出口的壳体110，其中壳体110限定内部腔或体积，所述内部腔或体积在喷射面构件(例如，120A、120B)中向远侧终止在壳体的远端或出口端处，该喷射面构件具有与壳体的入口和水龙头的水供给流体连通的内表面130。喷射面构件的内部和外表面具有由限定喷射面构件的外周边缘的外周部围绕的中心区域。所述喷射面构件还至少包括第一流体回路振荡器限定几何结构，所述第一流体回路振荡器限定几何结构包括在中心区域中的出口孔(例如，138)，所述出口孔构造为产生沿着喷射轴线112向远侧具有选定的振荡喷射厚度的振荡喷射(例如，300)。如上所述，喷射面构件还包括围绕喷射面构件的外周部均匀排列的多个(例如，12至24个)非振荡(例如，层流或射流)喷射生成孔(例如，160A，160B)，设计为产生沿着平行于喷射轴线112或略微偏离喷射轴线112的喷射轴线向远侧的多个非振荡层流或喷射。

在使用时，(例如，从160A或160B的)多个非振荡层流或射流喷射沿着平行于中心喷射轴线112或略微偏离中心喷射轴线112的轴线向远侧射出，以限定沿着喷射轴线排列的多个高速流(例如，302)，该喷射轴线限定具有大致等于或大于喷口孔直径320的直径的喷射环。当从使用者的视角来观察(例如，类似于图9的侧视图)时，振荡喷射300的横向宽度或厚度大致等于喷口孔直径320，使得生成具有期望的喷射密度的复合流出310，其具有大致等于喷口孔的直径320的表观流出厚度或横向宽度(横穿轴线112)，由此提供看起来是致密且全宽度的流。

限流复合喷射生成装置100能够从多个(例如15-24个)非振荡层流或射流喷射生成孔生成非振荡喷射302的环，该非振荡层流或射流喷射生成孔包括向远侧延伸通过所述喷射面构件(例如，120B)的锥形内腔(例如，160B)或水通道的环形阵列，并且那些非振荡射流喷射生成锥形内腔或水通道的目的可以是略微偏离壳体的中心轴线112，或者目的可以是沿着大致平行于中心轴线112的轴线。

限流复合喷射生成装置100可以具有一个或多个流体振荡器(例如，132、142、152)，并且如果具有多于一个的流体振荡器，则那些振荡器彼此独立地振荡。多个流体振荡器之间的这种不同步产生来自每个流体出口孔(例如138、148、158)的快速且随机扫掠的振荡流，其中流体振荡器的振荡喷射中的每个都具有所需的厚度以生成具有厚度的喷射，该喷射从使用者的视角来观察时大致等于喷口孔直径并在射流喷射的环形图案内。

根据本发明的用于生成节水复合喷射的方法，提供具有壳体110的喷嘴或插入组件100，其具有沿着中心轴线或喷射轴线112对准的水入口和出口，其中壳体限定内部不透流体通道，该通道在喷射面构件(例如，120A、120B)中向远侧终止于远端或出口端处，该喷射面构件具有与壳体的入口和内部流体连通的内表面130和具有由限定喷射面构件外周边缘的外周部来围绕的中心区域的外表面150。接下来，喷射面构件构造为至少包括第一流体回路振荡器几何结构(例如，三个流体杯状几何结构132、142、152)，该几何结构包括喷射面构件的中心区域中的出口孔(例如，138、148、158)，并且每个流体的出口孔构造为产生沿着喷射轴线112向远侧具有选定的振荡喷射厚度的振荡喷射(例如，300)。还提供了喷射插入装置，在喷射面构件中，围绕所述喷射面构件的外周部均匀排列多个非振荡(例如，层流或喷射)射流喷射孔(例如，160A或160B)，设计为产生沿着平行于喷射轴线或略微偏离喷射轴线的轴线向远侧的多个非振荡层流或射流喷射(例如，302)，然后启动或采用插入组件以通过迫使或引入加压水通过喷射面构件(120A、120B)而沿着平行于喷射轴线或略微偏离喷射轴线的轴线向远侧生成所需的多个非振荡(例如，层流或射流喷射，302)以生成多个高速度非振荡流(多个高速度非振荡流沿着限定具有大致等于喷口孔直径320的直径的喷射环的喷射轴线射出)，以及通过生成具有振荡喷射横向厚度(横穿喷射轴线)的至少一个中心振荡喷射300，而生成限流复合喷射310，其中当从使用者的视角来观察时，振荡喷射的横向厚度大致等于喷口孔直径，使得生成包括具有期望的喷射密度的表观流出的复合流，表观流出的表观流出厚度大致等于喷口孔的直径的。

已经描述了新型和改进的限流、节水喷嘴或插入组件及方法的优选实施例，相信的是依据本文给出的教导，本领域技术人员将会想到其它修改、变化和改变。因此应该理解的是，所有这些变化、修改和变化都被认为落入权利要求的范围内，该权利要求也包括本发明的描述的部分。

Claims (17)

1.一种限流复合喷射生成装置，其用于包括具有喷口孔直径的喷口的水龙头或器具，该限流复合喷射生成装置包括：

(a)壳体，其具有沿着中心轴线或喷射轴线对准的水入口和出口，所述壳体限定在喷射面构件中向远侧终止于所述出口处的内部，所述喷射面构件具有与所述壳体的入口和内部流体连通的内表面以及具有由限定喷射面构件外周边缘的外周部围绕的中心区域的外表面；

(b)所述喷射面构件至少包括被原位构造或模制在所述喷射面构件的中心区域的内表面中的第一流体回路振荡器限定几何结构，所述几何结构包括出口孔，所述几何结构包括具有横向相对的动力喷嘴通道的相互作用室，并且被构造为产生沿着所述喷射轴线向远侧具有选定的振荡喷射厚度的振荡喷射，其中，所述喷嘴通道与开口的近端流体连通；

(c)所述喷射面构件还包括围绕所述喷射面构件的外周部均匀排列的多个非振荡喷射生成孔，设计为产生沿着平行于所述喷射轴线或略微偏移所述喷射轴线的轴线向远侧的多个非振荡喷射，

其中，沿着平行于喷射轴线或略微偏离所述喷射轴线的轴线向远侧的多个非振荡喷射限定沿着喷射轴线排列的多个高速度流，所述多个高速度流限定喷射环，并且

其中，生成了包括具有期望的喷射密度的表观流出的复合流，所述表观流出的表观流出厚度等于或大于所述喷口孔的直径。

2.根据权利要求1所述的限流复合喷射生成装置，其中，所述喷射面构件的多个非振荡喷射生成孔包括向远侧延伸通过所述喷射面构件的环形布置的锥形内腔或水通道。

3.根据权利要求2所述的限流复合喷射生成装置，其中，所述喷射面构件的向远侧延伸通过所述喷射面构件的多个非振荡喷射生成锥形内腔或水通道设计为略微偏离所述壳体的中心轴线。

4.根据权利要求2所述的限流复合喷射生成装置，其中，所述喷射面构件的向远侧延伸通过所述喷射面构件的多个非振荡喷射生成锥形内腔或水通道包括构造为圆形或环形图案的12-24个射流喷射，所述圆形或环形图案具有等于所述喷口孔直径的直径。

5.根据权利要求1所述的限流复合喷射生成装置，其中，所述喷射面构件包括第二流体回路振荡器限定几何结构，所述第二流体回路振荡器限定几何结构包括在所述喷射面构件的中心区域中的第二流体出口孔，所述第二流体回路振荡器限定几何结构构造为产生沿着所述喷射轴线向远侧具有选定的振荡喷射厚度的第二振荡喷射；

其中，所述第二振荡喷射不与第一流体回路振荡器限定几何结构的喷射同步。

6.根据权利要求5所述的限流复合喷射生成装置，其中，所述喷射面构件包括第三流体回路振荡器限定几何结构，所述第三流体回路振荡器限定几何结构包括在所述喷射面构件的中心区域中的第三流体出口孔，所述第三流体回路振荡器限定几何结构构造为产生沿着所述喷射轴线向远侧具有选定的振荡喷射厚度的第三振荡喷射；

其中，所述第三振荡喷射不与第一流体回路振荡器限定几何结构的喷射或所述第二振荡喷射同步。

7.根据权利要求1所述的限流复合喷射生成装置，其中，所述喷射面构件的多个非振荡喷射生成孔包括向远侧延伸通过所述喷射面构件的环形布置的狭槽形内腔或水通道。

8.根据权利要求7所述的限流复合喷射生成装置，其中，向远侧延伸通过所述喷射面构件的所述喷射面构件的多个非振荡喷射生成狭槽形内腔或水通道设计为沿着平行于所述壳体的中心轴线的喷射轴线喷射。

9.根据权利要求7所述的限流复合喷射生成装置，其中，向远侧延伸通过所述喷射面构件的所述喷射面构件的多个非振荡喷射生成狭槽形内腔或水通道包括构造为圆形或环形图案的12-24个喷射。

10.根据权利要求9所述的限流复合喷射生成装置，其中，所述喷射面构件包括第二流体回路振荡器限定几何结构，所述第二流体回路振荡器限定几何结构包括在所述喷射面构件的中心区域中的第二流体出口孔，所述第二流体回路振荡器限定几何结构构造为产生沿着所述喷射轴线向远侧具有选定的振荡喷射厚度的第二振荡喷射；

其中，所述第二振荡喷射不与第一流体回路振荡器限定几何结构的喷射同步。

11.根据权利要求10所述的限流复合喷射生成装置，其中，所述喷射面构件包括第三流体回路振荡器限定几何结构，所述第三流体回路振荡器限定几何结构包括在所述喷射面构件的中心区域中的第三流体出口孔，所述第三流体回路振荡器限定几何结构构造为产生沿着所述喷射轴线向远侧具有选定的振荡喷射厚度的第三振荡喷射；

其中，所述第三振荡喷射不与第一流体回路振荡器限定几何结构的喷射或所述第二振荡喷射同步。

12.根据权利要求1所述的限流复合喷射生成装置，其中，当所述水龙头或器具的供水压力在10PSI-80PSI的范围内时生成明显“厚”的复合喷射。

13.根据权利要求1所述的限流复合喷射生成装置，其中，所述壳体包括歧管流体密封表面限定构件，所述歧管流体密封表面限定构件与模制到喷射面构件中的特征配合，以限定所述相互作用室。

14.根据权利要求12所述的限流复合喷射生成装置，其中，所述装置以在0.15GPM与0.70GPM之间的较低的流速提供良好的冲洗与清洁。

15.根据权利要求12所述的限流复合喷射生成装置，其中，所述装置构造为生成流速高于1.0GPM的明显致密的复合喷射图案。

16.一种用于生成节水复合喷射的方法，包括：

(a)提供喷嘴或插入组件壳体，其具有沿着中心轴线或喷射轴线对准的水入口和出口，所述壳体限定在喷射面构件中向远侧终止于所述出口处的内部，所述喷射面构件具有与所述壳体的入口和内部流体连通的内表面以及具有由限定喷射面构件外周边缘的外周部围绕的中心区域的外表面；

(b)在所述喷射面构件中至少限定第一流体回路振荡器几何结构，所述几何结构被原位构造或模制在所述喷射面构件的中心区域的内表面中，并包括出口孔，所述几何结构包括具有横向相对的动力喷嘴通道的相互作用室，并且被构造为产生沿着所述喷射轴线向远侧具有选定的振荡喷射厚度的振荡喷射，其中，所述喷嘴通道与开口的近端流体连通；

(c)在所述喷射面构件中限定围绕所述喷射面构件的外周部均匀排列的多个非振荡喷射生成孔，设计为产生沿着平行于所述喷射轴线或略微偏离所述喷射轴线的轴线向远侧的多个非振荡喷射；

(d)迫使水通过所述喷射面构件，以生成沿着与平行于所述喷射轴线或略微偏离所述喷射轴线的轴线向远侧的多个非振荡喷射，从而生成多个高速非振荡流，所述多个高速非振荡流沿着限定喷射环的喷射轴线射出；以及

(e)生成具有横穿所述喷射轴线的振荡喷射横向厚度的振荡喷射，从而生成包括具有期望的喷射密度的表观流出的复合流，所述表观流出的表观流出厚度等于或略大于喷口孔的直径。

17.根据权利要求16所述的用于生成节水复合喷射的方法，其中，所述壳体包括歧管流体密封表面限定构件，所述歧管流体密封表面限定构件与模制到喷射面构件中的特征配合，以限定所述相互作用室。

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