CN110382119B - 用于流体产品的喷头和这种喷头的使用 - Google Patents

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Abstract

一种流体喷头，包括：主体(1)，形成壳体(14)，芯(16)在壳体(14)中延伸芯(16)；喷嘴(2)，围绕芯(16)接合在壳体(14)中，并且形成喷雾孔(O)，喷雾孔(O)具有腔室出口直径D3和腔室出口截面S3；芯(16)和喷嘴(2)在它们之间从上游到下游限定以下项：多个旋流通道(T)，具有通道长度L1；以及旋流室(C)，具有腔室入口直径D2和腔室入口截面S2，分配孔(O)形成用于旋流室(C)的出口；喷头的特征在于L1≥D2的110％，优选地，L1等于D2的约150％。

Description

用于流体产品的喷头和这种喷头的使用
技术领域
本发明涉及一种流体喷头，其包括形成壳体的主体，芯在该壳体中延伸。喷头还包括：喷嘴，该喷嘴围绕芯接合在壳体中，以便在它们之间形成多个旋流通道；以及旋流室，旋流通道通向旋流室。喷嘴还包括形成旋流室出口的分配孔。这种喷头设计在化妆品、香水和药学领域中是完全常规的。喷头通常安装在泵或阀的阀杆的自由端上。通常，喷头形成按钮，用户可通过手指轴向按压按钮，该手指通常是食指。
背景技术
在现有技术中，存在具有各种特性旋流通道的各种流体喷头，以实现各种目的，诸如易于安装、易于模制、特定类型的喷雾、长喷雾或短喷雾等，其中，各种特性具体与旋流通道、旋流室和分配孔的配置、取向、形成和比例有关。本发明的目的是制造旋流通道、旋流室和喷雾孔，该旋流通道、旋流室和喷雾孔用于针对特定类型的流体获得高质量的喷雾，该特定类型的流体即为剪切稀化流体。然而，本发明的喷头也可与其他类型的流体一起使用，同时仍然获得可接受或甚至良好质量的喷雾。
对于流体，“剪切稀化”意味着当其流速增加时“变得更流体”。更确切地说，这意味着当剪切速率增加时其动态粘度降低。使用的另一术语是“假塑性”。剪切稀化不应与触变性混淆，触变性是指在剪切应力作用下粘度降低。
流体的行为是剪切稀化范围内的剪切稀化或“假塑性”(有时使用的旧术语)，其位于第一牛顿稳定平台(Newtonian plateau)之后。流体的粘度随着速度梯度的增加而减小(剪切稀化)。物质的结构通过剪切定向/变形(例如：聚合物链沿应变方向对齐)。在高剪切速率下(对应于第二牛顿稳定平台)，物质被破坏。需要更多的力才能破坏不流动的结构。含有与原子尺度相比较大的物品的大多数样品都是剪切稀化的。大部分(约90％)物质是剪切稀化的：聚合物、轻度填充(稀释)乳液、悬浮液、洗发水等。
化妆品市场的需求需要使用越来越粘稠的配方以保证其稳定性。该粘度达到用传统手动泵吸入的关键极限。黄原胶或凝胶已被确定为解决该问题的新型基础。该液体是优异的稳定剂，具有低粘度，并具有切稀化特性。
为了获得喷雾，必需优化喷嘴的流动截面面积，以使流体的速度尽可能快，从而可在喷嘴出口处产生细小的液滴。
发明内容
因而，本发明的目的是优化旋流通道、旋流室和/或分配孔的特性，以便在三维空间中和液滴大小方面获得均匀和平衡的喷雾。关于喷雾的形状，喷雾的最小角度应大于30°。在20厘米(cm)的距离处，液滴应分散到足以避免流动或呈线条状。
为达到此目的，本发明提出一种流体喷头，该流体喷头包括：
·主体，形成连接套筒，连接套筒适于接收诸如泵或阀的分配器构件的阀杆，连接套筒经由供应管道连接至壳体，芯在壳体中延伸，芯限定芯侧壁和芯前壁；
·喷嘴，围绕芯接合在壳体中，喷嘴形成喷雾孔，流体以喷雾的形式通过喷雾孔离开喷头，喷雾孔具有腔室出口直径D3和腔室出口截面面积S3；
·芯和喷嘴在它们之间从上游到下游限定以下项：
·多个连接通道，与供应管道流体连通；
·多个旋流通道，分别连接至连接通道，每个旋流通道均具有通道长度L1、具有通道入口截面面积S0的通道入口、以及具有通道出口截面面积S1的通道出口通道出口截面面积S1；以及
·旋流室，旋流通道通向旋流室，旋流室限定纵向旋转轴线X，并且具有轴向长度L2、腔室入口直径D2和腔室入口截面面积S2，在腔室入口截面面积S2处，旋流通道通向外部，分配孔形成旋流室的出口；
喷头的特征在于L1≥D2的110％，优选地L1等于D2的约150％。
具体地，应该观察到的是，旋流通道的长度应该与旋流室的直径相关，以便获得高质量的喷雾。
另外，本发明存在另一有利特性，即，S2的30％≤S3≤S2的55％，优选地，S3等于S2的约42％，使得D2的54％≤D3≤D2的74％，优选地，D3等于D2的约65％。
与适于喷射醇溶液的传统喷嘴相比，分配孔的出口截面面积S3相当大。这可通过黄原胶凝胶具有弹性来解释：当黄原胶凝胶受到压力时，它吸收能量，并在释放时“膨胀”。这是在通过传统喷嘴的直径＝0.3毫米(mm)的分配孔时发生的情况。在这种“膨胀”期间，正在形成的液滴连接在一起以形成射流。
具体地：0.2平方毫米(mm2)≤S3≤0.38mm2，并且优选地，S3等于约0.33mm2，使得0.5mm≤D3≤0.7mm，并且优选地，D3等于约0.65mm。另外：0.5mm2≤S2≤1.13mm2，优选地，S2等于约0.785mm2，使得0.8mm≤D2≤1.2mm，并且优选地，D2等于约1mm。
根据本发明的另一有利特性，分配孔可以是圆柱形的，并且具有小于D3的约30％的轴向长度L3。因而，分配孔可由环形边缘形成，使得L3为零。
根据本发明的另一有利特性：L2≥D2的80％，优选地，L2等于约0.88mm。
在有利的实施方式中，旋流室包括截头圆锥形部分，该截头圆锥形部分具有等于D2的最大直径，并且具有轴向长度L23，轴向长度L23在D2的30％至60％的范围内，并且优选地约为D2的一半。优选地，旋流室还包括圆柱形部分，旋流通道通向该圆柱形部分，该圆柱形部分具有等于D2的约40％的轴向长度L22。因而，从上游到下游，旋流室首先限定直径为D2的圆柱形部分，然后限定截头圆锥形部分，在截头圆锥形部分处，直径从D2变为D3。
在不超出本发明范围的情况下，还可制造不包括截头圆锥形部分的旋流室。然后，旋流室仅由圆柱形部分构成，该圆柱形部分经由肩部连接至分配孔。
关于旋流通道，S1≤S0的50％，优选地，S1＝S0的33％。有利地，S1等于约0.07mm2，以及S0等于约0.21mm2。这意味着通道具有三角形至更大或更小程度的整体配置，具有大入口和小出口。
当将旋流通道的出口与旋流室进行比较时，获得以下关系：S1≤S2的10％。
在本发明的另一有利方面，通道入口形成圆形壁。这使得流过连接通道的流体能够通过沿着圆形壁滑动而偏转到旋流通道中，以便减少干扰，并尽可能地保持层流的流动。对于对大的水头损失和干扰敏感的剪切稀化流体，圆形壁具有非常特别的优势。利用圆形壁，流体可以穿透到旋流通道中，而基本上没有任何干扰并且没有由于方向变化而导致的压头损失。然后，由于截面面积S1小于截面面积S0，旋流通道中的流体加速。
在本发明的另一有利方面，芯侧壁是圆柱形的，并且芯前壁是平面的。因而，芯不具有任何特定的取向，以及喷嘴可围绕芯接合而不确定其取向。因而，使得更容易安装。
因而，本发明限定一种喷头，该喷头具有的配置非常特别，并且在剪切稀化流体中具有有利的用途，剪切稀化流体例如含有约1％或更低含量的黄原胶。
本发明的精神在于，流过喷嘴的流体受到尽可能小的压头变化的影响，以避免吸收过多的能量而导致过多的膨胀，过多的膨胀干扰液滴的形成，而使它们倾向于连接在一起，从而形成射流。这尤其适用于剪切稀化流体，但也适用于其他类型的流体。分配孔和旋流室的截面面积(或直径)的比率和/或旋流通道的长度相对于旋流室的直径的比率构成可以被认为对形成良好质量喷雾有直接影响的特性。当然，喷嘴的其他特性也可进一步改善喷雾质量。
附图说明
下面参照附图来更详细地描述本发明，附图示出了作为非限制性示例的本发明的两个实施方式。
在附图中：
图1是构成本发明第一实施方式的分配头的竖直剖视图；
图2是图1的一部分的较大比例视图；
图3是图1和图2中喷嘴的更大比例视图；
图4是示出了图3喷嘴的内部的立体后视图；
图5示出了喷嘴内的流体流动通道；
图6a和图6b是从两个不同的视角观察的图5中的流体流动通道的透视图；以及
图7是用于本发明第二实施方式的类似于图3中的视图的视图。
具体实施方式
首先参照图1和图2来描述构成本发明第一实施方式的流体喷头的总体结构。在图1中，可以看到，分配头包括形成连接套筒11的头部主体1，在连接套筒11中，接合有可为泵或阀的分配器单元P的阀杆P1的自由端。优选地，分配器单元P是标准泵，其在约3巴至6巴的压力范围内通过其阀杆P1输送流体。在连接套筒11上方，主体1形成轴向空间12，轴向空间12基本上与阀杆P1一致地延伸。然后，主体1形成供应管道13，供应管道13水平延伸，即垂直于连接套筒11延伸供应管道。供应管道13通向环形壳体14中，在壳体中延伸有芯16，芯16限定芯侧壁16a和芯前壁16b。壳体14在侧部通向主体1。这种设计对于化妆品、香水和药学领域的头部主体是完全常规的。
分配头还包括喷嘴2，喷嘴2围绕芯16压入配合在壳体14中。喷嘴2具有杯子的总体形状，其具有分配壁21，喷雾孔O通向分配壁21。分配壁21与芯前壁16b邻接接触。喷嘴2还包括围绕芯16接合的侧紧固壁22。因而，在壳体14中存在环形空间15，其位于供应通道13的出口与侧紧固壁22的自由端边缘之间。侧紧固壁22还可形成一个或更多个倒钩23，以用于将喷嘴紧固在壳体14中。
在分配孔O的上游，分配壁21形成旋流室C，旋流室C由多个旋流通道T供应，旋流通道T本身由多个连接通道P供应，所有连接通道P均在芯16与喷嘴2之间形成。连接通道P由环形空间15供应。这种设计对于香水、化妆品和药学领域的喷嘴而言完全是常规的。
喷头还包括包覆套箍3，包覆套箍呈盖子形式，芯1接合在该盖子中。包覆套箍3包括侧裙部31，侧裙部31通过面向喷嘴2的分配壁21的窗口32穿孔。包覆套箍3的顶壁30形成用户手指的支承表面。同样，这种设计对于香水、化妆品和药学领域的包覆套箍而言完全是常规的。
下面参照图3和图4来详细描述喷嘴2的小特征。分配孔O具有限定腔室出口截面面积S3的腔室出口直径D3以及沿图3中的X轴测量的轴向长度或深度L3。
旋流室C沿着纵向旋转轴线X在分配孔O上居中。旋流室C具有限定最大腔室入口截面面积S2的最大腔室入口直径D2。腔室的出口由分配孔O形成，使得最小腔室出口直径等于D3。更详细地，可以看出的是，旋流室C包括直径为D2的圆柱形部分C2以及布置在圆柱形部分C2与分配孔O之间的截头圆锥形部分C3，使得圆柱形部分C3的最大直径等于D2，且其最小直径等于D3。圆柱形部分C2的轴向长度或深度是L22，以及截头圆锥形部分C3的轴向长度或深度是L23。因而，可以说L2＝L22+L23。
另外，在图4中，可看出喷嘴2包括具有总体为三角形配置的三个旋流通道T。这三个旋流通道T均匀地布置在旋流室C周围。每个旋流通道T均包括限定通道入口截面面积S0的通道入口T0和限定通道出口截面面积S1的通道出口T1。每个旋流通道T还均限定长度L1，如图4所示。每个旋流通道T均包括以与旋流室C基本相切的方式延伸的两个壁T2和T3。结果，两个壁T2和T3不是平行的，相反，它们朝向旋流室会聚，在那里两个壁T2和T3在它们之间形成截面面积S1的通道出口T1。因此，S0大于S1。旋流通道T的另外两个壁(未标记)是相同的、平行的，并且分别由芯16的前壁16b和分配壁21形成。
还应该观察到的是，侧紧固壁22的内侧形成布置在三个通道入口T0之间的三个加强件24。三个加强件24的功能是与芯16的侧壁16a接触。在加强件24之间，喷嘴2与芯16协作，以形成三个连接通道P。连接通道P与通道入口T0流体流动连通。为此，可以观察到通道入口T0包括圆形壁Ta，使得穿过连接通道P的流体沿着圆形壁Ta以渐进的方式偏转到相应的旋流通道T中。因而，圆形壁Ta形成将每个连接通道P连接至相应旋流通道T的平缓斜坡。它们使得可从轴向取向(连接通道P的取向)平滑地通过并到达径向取向(旋流通道的取向)。
在图5、图6a和图6b中可更清楚地看到截面面积S0、S1、S2和S3，图中示出了流体流动通道，即，流体在芯16与喷嘴2之间占据的体积。换言之，流体流动通道对应于旋流通道、旋流室和分配孔O的容积。
截面面积S2和S3垂直于轴线X延伸，并且以平行的方式布置在旋流室C的每个轴向端部处。通道的出口截面面积S1以基本上与旋流室C相切的方式平行于轴线X延伸。最后，入口截面面积S0平行于截面面积S2和S3延伸，但是相对于旋流室C偏心。甚至可以说，考虑到截面面积S0与截面面积S2在芯16的前壁16b处进行限定，截面面积S0与截面面积S2在相同的平面中延伸。还可以说，截面面积S0和S1在相对于彼此垂直布置的相应平面中延伸。
各种长度、截面面积和直径定义如下：
·S0：旋流通道T的入口T0的截面面积；
·S1：旋流通道T的出口T1的截面面积；
·S2：旋流室C的入口截面面积；
·S3：分配孔O的与旋流室C的出口截面面积相对应的截面面积；
·D2：旋流室C的入口直径；
·D3：分配孔O的与旋流室C的出口直径相对应的直径；
·L1：旋流通道T的长度；
·L2：旋流室C的长度；
·L22：旋流室C的圆柱形部分C2的长度；
·L23：旋流室C的截头圆锥形部分C3的长度；以及
·L3：分配孔O的长度。
术语“截面面积”应理解为最大截面面积，术语“直径”应理解为最大直径，以及术语“长度”应理解为最大长度。术语“约”在表示百分比时表示±5％，在表示大小时表示±10％。
在本发明中，各种长度、截面面积和直径满足以下关系R1至R8：
R1：S2的30％≤S3≤S2的55％，优选地，S3等于S2的约42％，其直径相当于：D2的54％≤D3≤D2的74％，优选地，D3等于D2的约65％；
R2：L1≥D2的110％，优选地，L1等于D2的约150％；
R3：S1≤S0的50％，优选地，S1＝S0的33％；
R4：L2≥D2的80％；
R5：D2的30％≤L23≤D2的60％，优选地，L23约等于D2的一半；
R6：D2的30％≤L22≤D2的50％，优选地，L22等于D2的约40％；
R7：L3<D3的30％；以及
R8：S1≤S2的10％。
为了获得高质量的喷雾，事实证明，单独或组合考虑的关系R1和R2通常是最重要的，但不忽略也会对喷雾质量产生影响的其他关系。在一些情况下，R1的影响比R2更大，并且在其他情况下，相反的情况适用，并且在某些配置中，R1和R2具有同等影响。
在大多数情况下，关系R3证明是第三最有影响力的关系。因而，组合关系R1+R3或R2+R3也可以被认为对喷雾质量特别有影响。
在某些配置中，这同样适用于R4，使得组合关系R1+R4或R2+R4因此也可以被认为对喷雾质量特别有影响。
关系R5和R6对应于优选实施方式，其在喷雾质量方面给出最佳结果。然而，可制造没有任何截头圆锥形部分的旋流室C'，如图7所示。然后，旋流室C'经由肩部C4连接至分配孔。
关系R7意味着L3可为零，使得分配孔O可由环形边缘形成。
在某些配置中，不能排除关系R1至R9中的一个或另一个证明是最有影响力或最重要的，使得可以针对单独采取的九个关系中的每一个寻求保护。
特别适用于喷射含有约0.5％黄原胶或凝胶的流体的喷嘴具有以下尺寸(公差为10％)：
·S0＝0.21mm2；
·S1＝0.07mm2；
·S2＝0.785mm2，即，D2＝1mm；
·S3＝0.33mm2，即，D3＝0.65mm；
·L1＝1.46mm；
·L2＝0.88mm；
·L22＝0.38mm；
·L23＝0.5mm；以及
·L3＝0.025mm。
这些值还考虑了香水和化妆品中的常规头部的壳体14和芯16的标准尺寸，壳体的直径通常为4.5mm，芯的直径通常为2.8mm。
测试了若干版本的喷嘴以确定S0、S1、S2、S3、L1、L2、L22、L23和L3的值的范围，以使得可获得可接受质量的喷雾。结果如下：
·0.15mm2≤S0≤0.28mm2；
·0.05mm2≤S1≤0.1mm2；
·0.5mm2≤S2≤1.13mm2，使得0.8mm≤D2≤1.2mm；
·0.2mm2≤S3≤0.38mm2，使得0.5mm≤D3≤0.7mm；
·1.4mm≤L1≤1.8mm；
·0.7mm≤L2≤1.1mm；
·0.3mm≤L22≤0.5mm；
·0.3mm≤L23≤0.6mm；以及
·0mm≤L3≤0.3mm。
更具体地，关于D2和D3，测试以下D2/D3比率：1/0.4-1/0.5-1/0.6-1/0.65、1/0.7。在D2/D3＝1/0.65的情况下获得最佳喷雾。发现比率1/0.4不够充足，发现比率1/0.5、1/0.6和1/0.7令人满意。
在D2＝1mm的情况下，还测试了在0.4mm至1mm范围内的若干长度L2：当L2<0.8mm时，喷雾退化。最佳值为0.88mm。
明显的是，在任何情况、环境或配置下以及无论什么类型的流体，都不可能以总体和通用的方式确定特性S0、S1、S2(D2)、S3(D3)、L1、L2、L22、L23和L3中的哪些和/或关系R1至R8中的哪些相对于其他是必不可少的。然而，对于含有例如含量小于1％、优选小于0.5％的黄原胶的剪切稀化流体，经常发现S2/S3和/或L1/S2的影响是决定性的。

Claims (23)

1.一种流体喷头，包括：
主体(1)，形成连接套筒(11)，所述连接套筒(11)适于接收分配器构件的阀杆、泵或阀，所述连接套筒(11)经由供应管道(13)连接至壳体(14)，芯(16)在所述壳体(14)中延伸，所述芯(16)限定芯侧壁(16a)和芯前壁(16b)；
喷嘴(2；2’)，围绕所述芯(16)接合在所述壳体(14)中，所述喷嘴(2；2’)形成喷雾孔(O)，流体以喷雾的形式通过所述喷雾孔(O)离开所述喷头，所述喷雾孔(O)具有腔室出口直径D3和腔室出口截面面积S3；
所述芯(16)和所述喷嘴(2；2’)在它们之间从上游到下游限定以下项：
多个连接通道(P)，与所述供应管道(13)流体连通；
多个旋流通道(T)，分别连接至所述连接通道(P)，每个旋流通道(T)均包括通道长度L1、具有通道入口截面面积S0的通道入口(T0)、以及具有通道出口截面面积S1的通道出口(T1)；以及
旋流室(C)，所述旋流通道(T)通向所述旋流室(C)中，所述旋流室(C)限定纵向旋转轴线X，并且具有轴向长度L2、腔室入口直径D2和腔室入口截面面积S2，在所述腔室入口截面面积S2处，所述旋流通道(T)通向外部，所述喷雾孔(O)形成用于所述旋流室(C)的出口；
所述喷头的特征在于L1≥D2的110％，
其中，所述通道入口(T0)形成圆形壁(Ta)，使得穿过所述连接通道(P)的流体沿着所述圆形壁(Ta)以渐进方式偏转进入相应旋流通道(T)中。
2.根据权利要求1所述的喷头，其中，L1等于D2的150％。
3.根据权利要求1所述的喷头，其中，S2的30％≤S3≤S2的55％，使得D2的54％≤D3≤D2的74％。
4.根据权利要求3所述的喷头，其中，S3等于S2的42％。
5.根据权利要求3所述的喷头，其中，D3等于D2的65％。
6.根据权利要求1或3所述的喷头，其中，0.5mm2≤S2≤1.13mm2，使得0.8mm≤D2≤1.2mm。
7.根据权利要求6所述的喷头，其中，S2等于0.785mm2。
8.根据权利要求6所述的喷头，其中，D2等于1mm。
9.根据权利要求1所述的喷头，其中，0.2mm2≤S3≤0.38mm2，使得0.5mm≤D3≤0.7mm。
10.根据权利要求9所述的喷头，其中，S3等于0.33mm2。
11.根据权利要求9所述的喷头，其中，D3等于0.65mm。
12.根据权利要求1所述的喷头，其中，所述喷雾孔(O)是圆柱形，并且具有小于D3的30％的轴向长度L3。
13.根据权利要求1所述的喷头，其中，L2≥D2的80％。
14.根据权利要求13所述的喷头，其中，L2等于0.88mm。
15.根据权利要求1所述的喷头，其中，所述旋流室(C)包括截头圆锥形部分(C3)，所述截头圆锥形部分(C3)具有等于D2的最大直径，并且具有轴向长度L23，所述轴向长度L23在D2的30％至60％的范围内。
16.根据权利要求15所述的喷头，其中，所述轴向长度L23为D2的一半。
17.根据权利要求15所述的喷头，其中，所述旋流室(C)还包括圆柱形部分(C2)，所述旋流通道(T)通向所述圆柱形部分(C2)，所述圆柱形部分(C2)具有等于D2的40％的轴向长度L22。
18.根据权利要求1所述的喷头，其中，S1≤S0的50％。
19.根据权利要求18所述的喷头，其中，S1＝S0的33％。
20.根据权利要求1所述的喷头，其中，S1等于0.07mm2，以及S0等于0.21mm2。
21.根据权利要求1所述的喷头，其中，S1≤S2的10％。
22.根据权利要求1所述的喷头，其中，所述芯侧壁(16a)是圆柱形的，以及所述芯前壁(16b)是平面的。
23.根据权利要求1所述的喷头的用途，以喷射包含黄原胶的剪切稀化流体。
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