CN113165001A - 具有集成过滤器的微型喷嘴 - Google Patents

Abstract

一种具有集成过滤器结构的微型喷嘴，用于接收压力在0.1MPa至50MPa之间的流体，包括：至少一个流体入口，具有至少一个孔口的流体出口，定位在所述至少一个流体入口下游的初级过滤器结构，所述初级过滤器结构被布置成提供通过其中的流体的统计过滤。

Description

具有集成过滤器的微型喷嘴

技术领域

本发明涉及一种用于气溶胶系统的喷嘴。特别地，本发明涉及一种具有集成过滤器的微型喷嘴，用于防止喷嘴被雾化的流体中的污染物阻塞。

背景技术

用于雾化流体(通常是液体)的机械系统对于将药物成分输送到肺、鼻子、眼睛、皮肤或口腔是非常有效的。由这种系统产生的气溶胶通常是单分散的，比典型的泵式喷雾器产生的气溶胶更容易控制。因此，输送可以以快速吸收为目标，同时最小化不良影响，例如在液滴输送的开始和结束时不受控的液滴分布。

这种气溶胶依赖于迫使高压液体通过微型结构喷嘴，该喷嘴具有水力直径通常为0.2mm或更小的孔。这些系统中的关键挑战之一是防止微型喷嘴在操作过程中被堵塞或遮挡。术语“微型喷嘴”也可以包括“微型结构喷嘴”。

通常导致喷嘴阻塞的污染物的示例包括制造碎片、部件磨损、制剂沉淀和/或包含颗粒悬浮液的制剂中的团聚物。这些因素中的任何一个都可能是气溶胶系统生命周期中喷嘴堵塞的原因。为了确保可靠和安全的运行，机械气溶胶系统的喷嘴可以配备有过滤器，以防止污染物造成堵塞。

虽然出口喷嘴通常与过滤部件单独制造并组装在一起以形成喷嘴-过滤器组件，但是现代制造方法能够制造具有集成过滤器的喷嘴。然而，这种过滤系统的效率通常很大程度上取决于可用的表面积。因此，设计用于更好过滤的系统可能很大，并且难以提供具有高质量过滤的紧凑喷嘴和过滤器系统。此外，随着系统尺寸减小，例如减小到微观尺度，制造和维护这种过滤器的成本可能会很高。一旦细颗粒过滤器饱和，过滤器就不能再使用，这意味着整个微型喷嘴通常必须用新的过滤器替换。这种过程通常可能成本很高，尤其是在微观系统中。

本发明寻求解决至少一些上述问题。

发明内容

本发明提供了一种具有集成过滤器结构的微型喷嘴，其结合了统计过滤方法和绝对过滤方法的优点；每单位体积的统计过滤器的更大过滤能力使得过滤器的尺寸和由此的制造成本得以降低。

本文描述了一种具有集成过滤器结构的微型喷嘴，用于接收压力在0.1MPa至50MPa之间的流体，包括：至少一个流体入口；包括至少一个孔口的流体出口；初级过滤器结构，其位于所述至少一个流体入口的下游，并被布置成提供通过其中的流体的统计过滤，所述初级过滤器结构包括间隔开一定距离的多个第一元件，该距离大于所述出口的所述至少一个孔口的直径，其中每个第一元件包括多个子元件，所述多个子元件间隔开的距离小于所述第一元件间隔开的距离。

微型喷嘴还可以包括定位在初级过滤器结构的下游的次级过滤器结构。次级过滤器结构可以被布置成在流体到达至少一个流体出口之前，提供从初级过滤器结构接收的流体的绝对过滤。

本文还描述了一种具有集成过滤器结构的微型喷嘴，用于接收压力在0.1MPa至50MPa之间的流体，包括：至少一个流体入口；包括至少一个孔口的流体出口；初级过滤器结构，其位于所述至少一个流体入口的下游，并被布置成提供通过它的流体的统计过滤；以及位于初级过滤器结构的下游的次级过滤器结构，该次级过滤器结构设置成在流体到达至少一个流体出口之前提供从初级过滤器结构接收的流体的绝对过滤。

统计过滤和绝对过滤是过滤装置中常用的两种手段。统计过滤器通常会阻止大多数颗粒通过，但是在装置的使用寿命期间，通过过滤器的单个颗粒可能会堵塞喷嘴并危及装置的运行。绝对过滤器会阻挡所有超过一定尺寸的颗粒。然而，与在表面上捕获污染物相反，统计过滤器具有更高的空间效率，捕获过滤器结构内的整个介质中的颗粒，这又能够实现更紧凑的设计和改善的成本效率。

至少一个流体入口可以包括多通道入口，优选地，其中所述至少一个流体入口对通过它的流体提供初始的粗过滤。

初级过滤器结构可以包括多个第一元件，所述多个第一元件间隔开的距离大于出口的至少一个孔口的直径。第一元件可以设置成阻塞流体的流动，使得初级过滤器结构提供的流动阻力基本上低于出口的至少一个孔口的流动阻力。第一元件可以以交错构造布置，由此限定流体的多个曲折流动路径。初级结构的第一元件之间的间距可以沿下游方向减小。

初级结构可以包括具有以下横截面形状的至少一种的第一元件：马蹄形；半圆形；人字形；圆形；六边形；矩形；正方形；三角形；星形或翼形。

初级结构的第一元件中的一个或多个开口可以布置成使得它们在下游方向上逐渐变薄，例如使得元件在出口侧比在入口侧更小。初级过滤器结构可以包括布置成横向于流体流动的方向延伸的多个第一元件。

次级过滤器结构可以包括多个第二元件，优选地，其中多个第二元件间隔开的距离小于出口的至少一个孔口的水力直径。

次级过滤器结构的第二元件可以限定多个通流通道，优选地，其中在横向于流体流动的方向的方向上的最大通道的水力直径小于由初级过滤器结构限定的流动路径的最窄部分。

次级结构中的第二元件可以间隔开的距离小于出口的所述至少一个孔口的水力直径。

第一和/或第二元件可以包括一行或多行突起。初级和次级过滤器结构可以至少部分地重叠。

初级和/或次级过滤器结构中的第一和/或第二元件可以被布置成在基本上横向于流体流动的方向的方向上延伸喷嘴的整个宽度。

微型喷嘴可以进一步包括基板，其中第一和/或第二元件被布置成从基板突出。微型喷嘴还可以包括盖板，优选地，其中基板和盖板以相对的构造结合在一起。

第一和/或第二元件可以布置成在基板和盖板之间延伸，优选地，其中所述第一和/或第二元件接触盖板，优选地，使得盖板提供与元件的流体不可渗透的接触。

第一元件可以间隔开约0.003mm至约0.2mm之间的距离。由初级和次级过滤器的第一和第二元件限定的通道的最大水力直径可以在约0.005mm至约0.05mm之间，优选地在约0.005mm至约0.02mm之间。初级和/或次级过滤器的第一和/或第二元件的横截面尺寸可在约0.005mm至约0.02mm之间。

通过提供具有过滤器元件的初级过滤器结构，所述过滤器元件间隔开的距离大于污染物颗粒直径，可以提供基本上不限制流体流动的过滤器。换句话说，初级过滤器结构提供了具有低流动阻力的过滤器。次级过滤器结构被布置成提供屏障以捕获在流体已经流过初级过滤器结构之后保留的任何污染物颗粒。两级过滤系统允许喷嘴在喷嘴中提供紧凑的过滤，这基本上不会限制流体流动。

在喷嘴内提供高质量、紧凑过滤的能力在微观系统中尤为重要。喷嘴可以是微小的喷嘴。在这种情况下，喷嘴的出口可以包括一个或多个穿孔，并且这些穿孔的水力直径可以在0.003mm和0.2mm之间。

喷嘴的低流动阻力在高压应用中尤其重要。喷嘴优选设置成接收压力在0.1MPa至50MPa(即1bar至500bar)之间的流体。

根据一个方面，喷嘴和过滤器结构在结合在一起的板中形成。根据另一方面，喷嘴和过滤器结构由从优选平坦的基板突出的元件形成，第二板用作优选平坦的盖板。盖板与从基板突出的所有元件的顶面形成流体不可渗透的接触可能是有利的。

根据另一个方面，形成初级过滤器结构的元件(与这些元件的形状和尺寸无关)可以以规则或不规则的图案布置，而元件之间的空间对于初级结构来说足够大，以具有基本上低于喷嘴的流动阻力的流动阻力。可选地，初级过滤器结构中的元件可以以一定图案布置，使得位于基本垂直于主要流动方向布置的两个元件的下游的元件定位成与它们之间的空间相对。在另一个替代方案中，初级过滤器结构的元件之间的空间在下游方向减小。

次级过滤器结构可以包括一行或多行突起。次级过滤器结构中的突起之间的空间优选足够小，以捕获通过初级过滤器结构逸出的任何颗粒，这些颗粒足够小会堵塞喷嘴。

初级过滤器结构的元件可以具有马蹄形或半圆形。可选地，初级结构的元件可以具有人字形，或者可以由圆形、六边形、矩形、正方形、三角形、星形或翼形元件形成。在元件具有优先方向的布置中，即马蹄形或人字形，元件可以在相同、交替或基本随机的方向上布置。当过滤器元件具有内部电容时，即马蹄形、人字形等。颗粒可以被截留在元件内部，而不是在元件之间的间隙。在过滤元件具有星形的布置中，元件上的有效截留表面积相对于类似面积(圆形、正方形等)的光滑壁形元件的截留表面积增加。这些改进在不增加过滤器的整体尺寸的情况下进一步增加了过滤器容量。

初级滤波器结构中的元件可能是阻塞性的，从某种意义上说，它们不允许液体的通流。或者，初级结构中的元件可以是敞开式的，在某种意义上，液体可以流经它们。将初级结构中的元件布置成具有一个或多个开口是有利的。在另一替代方案中，初级结构的元件中的一个或多个开口可以布置成在突起的下游侧比在上游侧更薄。由于携带颗粒的流线穿过元件，因此具有敞开的过滤器元件会增加将颗粒截留在元件内的可能性。

根据另一方面，过滤器元件可以包括一个或多个子元件。子元件可以是圆形、矩形、正方形、三角形或半圆形。在替代实施例中，基本形状可以是星形、翼形、马蹄形或人字形。复合形状可以具有与其组成的单个元件的形状相同、相似或不同的形状。

根据另一方面，初级过滤器结构中的复合元件在某种意义上可能是阻塞性的，因为它们不允许液体通流。在一种替代方案中，初级结构中的复合元件是敞开的，在某种意义上说，液体可以流过它们。将初级结构中的元件布置成具有一个或多个开口可能是有利的。在替代方案中，初级过滤器结构的元件中的一个或多个开口可以布置成出口侧的尺寸小于入口侧的尺寸。

初级过滤器结构可以覆盖过滤器的整个宽度。次级过滤器结构可以覆盖过滤器的整个宽度。

包括初级结构的一个或多个单独的第一元件可以被布置成使得在从基板横向于流动延伸的方向上，在由元件的横截面限定的形状内适配的最大圆的直径在0.003mm和0.2mm之间。

包括初级结构的一个或多个单独的第一元件可以被布置成使得最小圆的直径在0.003mm和0.2mm之间，其中，在从基板横向于流动延伸的方向上由元件的横截面限定的形状可以被适配在该最小圆内。

包括初级结构的一个或多个单独元件可以限定阻流元件。包括初级结构的一个或多个单独的第一元件可以限定流动可渗透元件。

一个或多个单独的第一元件可以被布置成使得在从基板横向于流动延伸的方向上，在由元件的横截面限定的形状内适配的最大圆的直径在0.003mm和0.2mm之间。

一个或多个单独的元件可以被布置成使得最小圆的直径在0.003mm和0.2mm之间，其中，在从基板横向于流动延伸的方向上由元件的横截面限定的形状可以适配在该最小圆内。

初级结构的可渗透元件中的一个或多个通流通道的水力直径可以在0.003mm和0.1mm之间。

初级结构的一个或多个单独元件可以包括由两个或更多个元件形成的子结构。子结构的两个或更多个元件可以被布置成形成上述形状中的一个。两个或更多个元件之间的间距可以限定流体水力直径为0.003mm至0.2mm的通流通道。

子结构的一个或多个单独的子元件可以布置成使得在从基板横向于流动延伸的方向上，由元件的横截面限定的形状内适配的最大圆的直径在0.003mm和0.2mm之间。

子结构的一个或多个单独的子元件可以被布置成使得最小圆的直径在0.003mm和0.2mm之间，其中，在从基板横向于流动延伸的方向上由元件的横截面限定的形状可以适配在该最小圆内。

二级过滤器结构中的“第二”元件可以在过滤器的整个宽度上并排布置。二级过滤器结构中的元件可以并排布置在一个或多个轮胎中。

在整个公开内容中，使用短语“基本上”作为某些特征或效果的限定词，旨在简单地表示任何偏差都在相关领域的技术人员通常预期的公差范围内。

如本文所用，“喷嘴”优选地意味着包含一个或多个孔口的部件或部件的一部分，用于雾化液体的机械系统推动的液体通过这些孔口离开该装置。

如这里所使用的，“过滤器”优选地意味着包含这样一种结构的部件或部件的一部分，在该结构中，由用于雾化液体的机械系统推动的液体中包含的任何颗粒在到达喷嘴之前被截留。

如本文所用，“微型结构”优选地意味着尺寸范围从0.1μm到亚毫米的结构。

如本文所用，“上游”优选地意味着由包含入口的表面和包含出口的表面限定的从入口到出口的方向。因此，“下游”优选意味着相反的方向。

这里描述的任何装置特征可以作为方法特征来提供，反之亦然。此外，如这里所使用的，装置加上功能特征可以根据它们相应的结构来替代地表达。

此外，应当理解，本发明在此仅通过示例的方式进行描述，并且可以在本发明的范围内对细节进行修改。例如，本文描述的特定方面中的任何特征可以以任何适当的组合应用于另一方面。还应当理解，本文描述的任何方面中描述和定义的各种特征的特定组合可以独立地实施和/或提供和/或使用。

附图说明

现在将参考以下附图，仅以示例的方式详细描述本发明的实施例和方面，其中：

图1示意性示出了处于打开配置的示例性微型喷嘴。

图2示意性地示出了处于打开配置的另一个示例性微型喷嘴。

图3示意性地示出了示例性微型喷嘴的初级过滤器结构中的元件布置。

图4示意性地示出了示例性微型喷嘴的初级过滤器结构中的元件的示例。

图5示意性地示出了示例性微型喷嘴的初级过滤器结构的马蹄形布置的示例。

图6示意性地示出了示例性微型喷嘴的初级过滤器结构的半圆形布置的示例。

图7示意性地示出了示例性微型喷嘴的初级过滤器结构的人字形布置的示例。

图8示意性地示出了示例性微型喷嘴的次级过滤器结构的元件布置的示例。

图9A示意性地示出了示例性微型喷嘴的过滤器结构中的元件的示例性布置。

图9B示意性地示出了通过图9A的示例性布置的示例性流体流动。

图10A示意性地示出了示例性微型喷嘴的过滤器结构中的元件的示例性布置。

图10B示意性地示出了示例性微型喷嘴的过滤器结构中的元件的示例性布置。

图10C示意性地示出了示例性微型喷嘴的过滤器结构中的元件的示例性布置。

具体实施方式

示例性喷嘴1通常在图1中以打开构造示出。在图1中以俯视图示出的喷嘴1包括入口2、出口3和基座表面4。喷嘴还包括初级过滤器结构10和次级过滤器结构20。尽管图1示出了处于打开构造的喷嘴1，但是喷嘴1通过用覆盖表面覆盖所示的部件来完成，该覆盖表面与基座表面4的平面尺寸相匹配以形成不透流体的体积。

入口2布置在喷嘴1的一端处，并且包括开口，以在使用中允许流体进入喷嘴1。在这个示例中，入口2是多通道入口。“多通道”是指入口2包括一个或多个形成通道2a的狭槽。在其他示例中，入口2包括单个穿孔，流体布置成通过该单个穿孔流入喷嘴1。在使用中，多通道入口2被布置成接收来自外部源的流体，并允许流体通过通道2a进入喷嘴1。当流体流入到喷嘴1中时，多通道入口2充当粗过滤器。例如，入口2的狭槽可以阻塞和去除直径与喷嘴1的宽度相当的污染物。

出口3布置在喷嘴1的另一端处。在这个示例中，出口3与入口2相对设置。出口3包括在使用中允许流体离开喷嘴1的开口。在这个示例中，出口3包括单个穿孔3a。在其他示例中，出口3可以包括多个开口，每个开口被布置成允许流体离开喷嘴1。出口3可以包括布置成校准流出的流体流动的倒角或渐缩部。在一些示例中，出口3可以包括阀或阻挡器，其被布置成允许使用者阻塞出口3的一个或多个开口，以便防止流体流出喷嘴1。

入口2和出口3限定了流体通过喷嘴1的流动方向。特别地，流动方向被定义为从入口2到出口3的方向。在这个示例中，连接入口2和出口3的直线限定了喷嘴1的纵向轴线。

在这个示例中，喷嘴包括基本上矩形的基座表面4。尽管在图1中未示出，但是壁在垂直于图的平面的方向上从基座表面4的每个边缘延伸，使得喷嘴1具有由彼此相对的前壁和后壁包围的两个相对的侧壁。在这个示例中，入口2设置在前壁上，而出口3设置在后壁上。在其他示例中，基座4可以采取其他形状。例子包括三角形、菱形、圆形、半圆形。一些壁可能被扭曲以提供特定效果。例如，后壁可以被渐缩至出口3，以改善流体流出喷嘴1。

初级过滤器结构10定位在喷嘴入口2的下游。初级过滤器结构10包括从基座表面4突出的多个“第一”过滤器元件11。在图1的示例中，过滤器元件11的横截面基本上是矩形的。过滤器元件11从基座表面4沿垂直于图的平面的方向延伸，并延伸到与喷嘴1壁的高度基本相同的高度。在使用中，过滤器元件11被布置成在入口2和出口3之间在流体的流动路径中提供阻塞。

初级过滤器结构10被布置成利用被称为统计过滤的原理过滤掉污染物颗粒。在统计过滤中，过滤器截留穿过由过滤器结构中的元件限定的曲折流动通道的液体流所携带的颗粒。由于被过滤的颗粒在过滤器的通道中被捕获的作用，颗粒在过滤器结构中停留的时间越长，捕获颗粒的概率就越高。因此，这种机制将颗粒截留在过滤器的体积中。

在图1所示的示例中，初级过滤器结构10被布置成捕获绕过滤器元件11曲折前进的流动路径中的污染物颗粒。颗粒可能聚集在过滤器元件11之间的空间中，或者聚集在每个过滤器元件11的不同表面上。

虽然在该示例中，过滤器元件11的横截面基本上是矩形的，但是在其他示例中，过滤器元件11被布置成在其体积内捕获污染物颗粒。例如，在图2所示的示例中，过滤器元件11基本上是V形的。我们所说的“V形”当然是指具有大写字母“V”的形状。例如，这种形状采用两个直边的形式，所述两个直边呈锥形以在顶点处结合。过滤器元件11被布置成使得V形的顶点被布置成指向出口3。换句话说，每个过滤器元件11的边在流体流动的方向上呈锥形。在使用中，这种布置允许每个单独的过滤器元件11在其体积内捕获穿过初级过滤器结构10的流体中携带的一种或多种污染物颗粒。

元件11之间的侧向距离被布置成大于污染物颗粒的直径。“侧向”当然是指垂直于纵向方向的方向。这允许初级过滤器结构10具有基本低于喷嘴出口3的流动阻力的流动阻力，同时实现过滤污染物颗粒的功能。

沿着喷嘴1的侧向横截面形成的初级过滤器元件11可以说形成了过滤器元件11的行12。从图1中可以看出，每行12的过滤器元件可以布置成相对于相邻行的过滤器元件11具有交错布置的过滤器元件11，使得行限定曲折流动路径，当流体流过初级过滤器结构10时，流体被迫通过该曲折流动路径。

次级过滤器结构20定位在初级过滤器结构10的下游和喷嘴出口3的上游。次级过滤器结构20包括从基座表面4突出的多个“第二”过滤器元件21。

次级过滤器结构20被布置成利用被称为绝对过滤的过程来过滤掉污染物颗粒。绝对过滤机制基于通过将过滤器元件的最大水力直径设定为小于允许通过过滤器的颗粒的最大尺寸来阻止过滤器的表面上的污染物颗粒。

类似于初级过滤器结构10，沿着喷嘴1的侧向横截面形成的次级过滤器元件21可以说形成了过滤器元件21的行22。

在图1所示的示例中，次级过滤器结构包括单行22的过滤器元件21。

次级过滤器元件21之间的侧向距离被布置成小于污染物颗粒的直径。换句话说，垂直于流动方向的元件21之间的空间足够小，以捕获通过初级过滤器结构10逸出的任何颗粒。

尽管初级过滤器结构10过滤流过其体积的流体以将污染物颗粒捕获在其体积内，但是次级过滤器结构20布置成提供一个或多个屏障，以在次级过滤器元件21的一个或多个表面处捕获污染物颗粒。

虽然在上述示例中，过滤器元件11、21被布置成结构化的行，但是过滤器元件11、21可以以规则或不规则图案的任何变化布置。例如，在图2中，初级过滤器元件11围绕出口3布置成同心环，并且次级过滤器元件21围绕出口3布置成半圆形。

图3示意性地示出了初级过滤器元件11的各种布置。无论各个过滤器元件11的形状和尺寸如何，这些都显示为点。初级过滤器元件11可以以规则图案布置，其中多行过滤器元件11被布置成使得每一行基本上与相邻的行相同或相似(以30c示出)。可选地，规则图案可以包括这样的图案，其中位于侧向方向上相邻的两个元件的下游的过滤器元件定位成与它们之间的间隙相对。在这种模式中，可以说每行相对于与其相邻的行是交错的(以30a示出)。

在可选的初级过滤器图案中，元件之间的侧向间隙可以在下游方向上减小(以30b示出)。存在其他初级过滤器图案，其中元件之间的侧向间隙在下游方向上增加。

过滤器元件的布置也可以是不规则的(以30d示出)。

过滤器元件11的布置可以采用任何图案的形式，或者上述图案的任何组合。上述关于初级过滤器元件11的位置的示例同样可以应用于次级过滤器元件。然而，次级过滤器结构20被布置成使用绝对过滤机构进行操作，这意味着在次级过滤器结构20中通常不需要曲折流动路径。

虽然上面已经描述了具有矩形和V形横截面的初级过滤器元件11的各种示例，但是过滤器元件11可以具有宽范围的形状和尺寸，已经发现这对于在初级过滤器结构10中使用是有效的。在图4中示出了多个示例：圆形40a、矩形40b、正方形40c、三角形40d、半圆形40e、星形40f、翼形40g、马蹄形40h或人字形40i。

可以选择横截面形状以允许过滤器元件在其体积中具有“袋(pocket)”，使得在使用中，过滤器元件11能够在其体积中捕获污染物颗粒。换句话说，流过该结构的污染物颗粒可以被截留在具有内部电容的元件内。这种形状的示例包括半圆形40e、马蹄形40h和人字形40i过滤器元件11。

过滤器元件11的横截面形状也可以选择或布置成增加其表面积，或增加顶点的数量。这种形状的一个示例是星形40f过滤器元件11。

在元件具有优先方向(例如马蹄形或人字形)的示例中，元件可以以相同、交替或随机的方向排列。

上面详述的示例提供了在不增加整体尺寸的情况下进一步增加过滤器容量的改进。通常，初级过滤器结构10可以包括具有任何形状的横截面的过滤器元件11。在一些示例中，初级过滤器结构10包括具有不同横截面形状的过滤器元件11的混合。

虽然已经描述了与初级结构10中的过滤器元件11相关的示例，但是这些形状可以同样应用于次级结构20中的过滤器元件21。

初级结构10中的元件11通常是阻塞性的，这意味着它们不允许流体的通流。在一些示例中，初级结构10的过滤器元件11被布置成提供流体可以流过的子通道。为了实现这种效果，过滤器元件11可以具有穿过其中的穿孔。可选地，过滤器元件11可以由具有相同或不同横截面形状的较小元件构成。例如，马蹄形元件可以由较小的元件组成，每个较小的元件被布置成形成马蹄形的总体轮廓。

在过滤器元件11由较小元件组成的情况下，每个过滤器元件可以说是包括“子元件”的“复合元件”。当然，当每个过滤器元件是包括子元件的复合元件时，上述关于简单均匀过滤器结构的所有布置和可选特征可以等同地应用于这种情况。

图9A示出了具有复合过滤器元件91的过滤器结构90的示例性实施方式。该过滤器结构的复合元件可以用作图1中的初级结构10的元件。可选地，或者结合起来，相同的原理也可以应用于图1中的次级结构20的元件。

图9A所示示例中的过滤器结构90由过滤器元件91形成。每个过滤器元件91包括子元件93，子元件93一起形成过滤器元件91。图9A所示的子元件93是一对突起，每个突起是从过滤器的基座伸出的基本上柱形的突起。当然，子元件可以采用其他形状或形式，并且下面描述了替代形式的多个示例。在图9A中，可以看到复合过滤器元件91以交错的行92排列，类似于图3中描述的示例结构30a。这里的区别在于，每个过滤器元件是包括侧向布置的子元件的复合元件。虽然在其他示例中，子元件之间的间距和相邻复合元件之间的间距可以相等，但是可以看出，在该示例中，每个复合元件91中的子元件93之间的侧向间距不同于连续复合元件91之间的侧向间距。

复合元件91内的各子元件93之间的间距可以选择为小于被过滤器元件90捕获和/或过滤的污染物的颗粒直径，并且行92中相邻复合元件91之间的间距可以选择为大于污染物颗粒直径。选择这种间距方案的效果是过滤器结构90能够在子元件93之间的间隙中捕获和过滤污染物颗粒，并且还能够允许在复合元件91之间的间隙中的相对自由的流动。这意味着过滤器元件90能够有效地捕获和过滤污染物颗粒，而不会显著减少通过过滤器90的总流量。

图9B提供了选定的复合过滤器元件91的特写视图。该图示出了一起形成过滤器元件91的一对过滤器元件突起(子元件)。第一组箭头94示出了复合元件91的子元件93之间的流体流动路径，第二组箭头95示出了相邻复合元件91之间的流体流动路径。可以看出，当污染物颗粒接近复合元件91时，该对突起之间的流动94比该对突起旁边的流动95更快，从而产生局部低压区域。这促使污染物流向这对突起。该对突起能够有效地捕获颗粒，同时即使当子元件之间的间隙由于污染物捕获而被堵塞或部分堵塞时，允许流动95围绕两个突起流动。这允许过滤器结构90有效地操作，而不会显著增加流动阻力，因此在保持流体流动的同时允许改进的过滤。

如已经指出的，图9A的示例包括以交错行92布置的复合元件91。复合元件91的其他布置也是可能的。例如，图10A至图10C示出了复合元件91的多个示例性布置。图10A所示的布置具有交替布置的等间距对的行，以便产生规则的锯齿形路径。图10B所示的布置具有带有预定分布的逐渐减小的行向(row-wise)间距。也就是说，相邻行之间的间距随着每一行而减小。预定的分布可以是例如指数分布，假设污染物直径是正态分布(它是指数分布族的一个成员)。

图10C所示的布置具有带有预定分布的逐渐减小的列向(column-wise)间距。也就是说，相邻复合元件之间的侧向间隔随着每一行而减小。预定分布可能潜在地使过滤器在特定的列向间距(侧向)位置处堵塞，以最小化对流体流动的干扰。

虽然上述复合元件的示例具有子元件，这些子元件被布置成使得污染物颗粒被设置成被截留在复合特征内(即，在每个复合元件的子元件之间)，但是复合元件可以被布置成将颗粒截留在复合元件之间的间隙中。污染物颗粒可能被截留在复合元件之间或每个复合元件内的子元件之间存在的间隙中。过滤器元件的截留特性可以在设计中通过调节各复合元件之间的间隔以及复合元件的子元件之间的间隔来控制。

在一些示例中，复合元件被布置成将颗粒截留在相邻行的元件或子元件之间的间隙中。

为了简单起见，上面的示例已经描述了具有以直线行布置的复合元件。在其他示例中，复合元件可以以任何设计的图案布置，以改善污染物的截留和/或改善通过过滤器的流体流动。这些图案本身可以被重复以形成图案化元素的分组，这些分组本身形成图案。

为了简单起见，上面的示例已经被示出为具有基本上柱形的子元件。也就是说，每个子元件的横截面是圆形的。也可以考虑具有其他形状的子元件。

当然，使用图9和图10的原理构造过滤器结构是可行的，使得包括复合元件的初级结构提供足够的过滤，而不需要次级的、绝对过滤器。这种实施例虽然缺乏绝对过滤的内在保证，但是提供了设计和构造的简单性，并且还可以为某些应用提供足够坚固的过滤。

图5示出了马蹄形复合元件的可能实施方式的示例：马蹄形复合结构50a包括恰好一个马蹄形元件，马蹄形复合元件50b包括一个以上马蹄形元件，马蹄形复合元件包括多个矩形元件50c，马蹄形复合元件包括两个翼形元件50d。包括复合元件的各个元件的尺寸、类型和方向可以相同(如50b所示)，或者在单个复合元件内变化：在一个示例中，复合元件由三角形、正方形和矩形组成(如50e所示)。

图6示出了半圆形复合元件的可能实施方式的示例。该元件可以是基本上阻塞性的60a，以恰好一个开口打开的60b，具有多个相同宽度开口的60c，或者具有多个不同宽度开口的60d。

图7示出了包括矩形元件71的人字形复合元件70的可能实施方式的详细示例。其间具有小间隙的多个矩形元件形成人字形复合元件70的壁72。壁长和顶尖角74影响元件的流动阻力。顶尖宽度72决定了通过复合元件70的颗粒尺寸。

图8示出了次级过滤器结构的不同实施例。无论单个元件的形状如何，次级过滤器结构的元件都显示为平坦直线部段。次级结构可以包括一行(81)或多行(82)，它们以图3中描述的图案布置。在不同的示例(83)中，突起之间的间隙(83a)足够小，以捕获穿过初级过滤器结构的污染物。

本领域技术人员将会理解，以上仅通过示例的方式描述了本发明，并且可以在本发明的范围内对细节进行修改。因此，尽管前述内容针对本发明的示例性实施例，但是考虑到说明书，本发明的其他和进一步的实施例对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且可以在不脱离由以下所附权利要求确定的本发明的基本范围的情况下进行设计。

Claims (27)

1.一种具有集成过滤器结构的微型喷嘴，用于接收压力在0.1MPa至50MPa之间的流体，包括：

至少一个流体入口；

包括至少一个孔口的流体出口；

初级过滤器结构，其定位在所述至少一个流体入口的下游，并被布置成提供通过其中的流体的统计过滤，所述初级过滤器结构包括多个第一元件，所述多个第一元件间隔开的距离大于所述出口的所述至少一个孔口的直径，其中

所述第一元件中的每一个包括多个子元件，所述多个子元件间隔开的距离小于所述第一元件间隔开的距离。

2.根据权利要求1所述的微型喷嘴，还包括次级过滤器结构，所述次级过滤器结构定位在所述初级过滤器结构的下游，并且被布置成在流体到达所述至少一个流体出口之前，对从所述初级过滤器结构接收的流体提供绝对过滤。

3.一种具有集成过滤器结构的微型喷嘴，用于接收压力在0.1MPa至50MPa之间的流体，包括：

至少一个流体入口；

包括至少一个孔口的流体出口；

初级过滤器结构，其定位在所述至少一个流体入口的下游，并被布置成提供通过其的流体的统计过滤；

次级过滤器结构，其定位在所述初级过滤器结构的下游，并被布置成在流体到达所述至少一个流体出口之前对从所述初级过滤器结构接收的流体提供绝对过滤。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的微型喷嘴，其中，所述至少一个流体入口包括多通道入口，优选地，其中所述至少一个流体入口对通过其的流体提供初始的粗过滤。

5.根据权利要求3或4所述的微型喷嘴，其中，所述初级过滤器结构包括多个第一元件，所述多个第一元件间隔开的距离大于所述出口的所述至少一个孔口的直径。

6.根据权利要求5所述的微型喷嘴，其中，所述第一元件中的每一个是包括多个子元件的复合元件。

7.根据权利要求6所述的微型喷嘴，其中，所述子元件间隔开的距离小于所述第一元件间隔开的距离。

8.根据权利要求6和7中任一项所述的微型喷嘴，其中，每个第一元件内的至少一个子元件是相对于所述元件内的子元件中的另一个子元件定位在下游的交错子元件。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的微型喷嘴，其中，所述子元件布置在每个第一元件内，使得在使用中，流过所述初级过滤器结构的流体在各个子元件之间的间距处比在各个第一元件之间的间距处经受更低的压力。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的微型喷嘴，其中，所述第一元件被布置成阻塞流体的流动，使得所述初级过滤器结构提供的流动阻力显著低于所述出口的至少一个孔口的流动阻力。

11.根据权利要求5至10中任一项所述的微型喷嘴，其中，所述第一元件以交错构造布置，从而为流体限定多个曲折流动路径。

12.根据权利要求3至11中任一项所述的微型喷嘴，其中，所述初级结构的元件之间的间距沿所述下游方向减小。

13.根据前述任一权利要求所述的微型喷嘴，其中，所述初级结构包括具有以下横截面形状中的至少一种的第一元件或子元件：马蹄形、半圆形、人字形、圆形、六边形、矩形、正方形、三角形、星形或翼形。

14.根据前述任一权利要求所述的微型喷嘴，其中，所述初级结构的元件中的一个或多个开口被布置成使得它们沿所述下游方向逐渐变薄，例如使得所述元件在出口侧比在入口侧更小。

15.根据前述任一权利要求所述的微型喷嘴，其中，所述初级过滤器结构包括多个第一元件，所述多个第一元件布置成横向于流体流动的方向延伸。

16.根据前述任一权利要求所述的微型喷嘴，其中，所述次级过滤器结构包括多个第二元件，优选地，其中，所述多个第二元件间隔的距离小于所述出口的至少一个孔口的直径。

17.根据权利要求16所述的微型喷嘴，其中，所述次级过滤器结构的第二元件限定多个通流通道，优选地，其中，在横向于流体流动的方向的方向上的最大通道的横截面比由所述初级过滤器结构限定的流动路径的最窄部分更小。

18.根据权利要求16或17中任一项所述的微型喷嘴，其中，次级结构中的第二元件间隔开的距离小于所述出口的所述至少一个孔口的直径。

19.根据权利要求2至16中任一项所述的微型喷嘴，其中，所述第一和/或第二元件包括一行或多行突起。

20.根据前述任一权利要求所述的微型喷嘴，其中，所述初级和次级过滤器结构至少部分地重叠。

21.根据前述任一权利要求所述的微型喷嘴，其中，所述初级和/或次级过滤器结构中的第一和/或第二元件被布置成在基本上横向于流体流动的方向的方向上延伸所述喷嘴的整个宽度。

22.根据前述任一权利要求所述的微型喷嘴，还包括基板，其中，所述第一和/或第二元件被布置成从所述基板突出。

23.根据权利要求22所述的微型喷嘴，还包括盖板，优选地，其中，所述基板和盖板以相对的构造结合在一起。

24.根据权利要求23所述的微型喷嘴，其中，所述第一和/或第二元件被布置成在所述基板和所述盖板之间延伸，优选地，其中，所述第一和/或第二元件接触所述盖板，优选地，使得所述盖板提供与所述元件的流体不可渗透的接触。

25.根据前述任一权利要求所述的微型喷嘴，其中，所述第一元件间隔开约0.003mm和约0.2mm之间的距离。

26.根据前述任一权利要求所述的微型喷嘴，其中，由所述初级过滤器和次级过滤器的第一元件和第二元件限定的通道的最大水力直径在大约0.005mm和大约0.05mm之间，并且优选地在大约0.005mm和大约0.02mm之间。

27.根据前述任一权利要求的微型喷嘴，其中，所述初级过滤器和/或次级过滤器的第一和/或第二元件的横截面尺寸在大约0.005mm和大约0.02mm之间。

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