CN113365737A - 用于喷射粘性牛顿流体的气雾喷嘴组件和喷嘴杯构件 - Google Patents

用于喷射粘性牛顿流体的气雾喷嘴组件和喷嘴杯构件 Download PDF

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Abstract

提供了一种杯形喷嘴构件(100)加分配包装组件，其用于分配或喷射从便携式容器中抽取的泵送或加压的流体以生成流体的喷雾。杯形喷嘴构件(100)安装在所述分配包装中，并且包括被限定在远侧端壁(116)内的多个互动腔室，其中每个互动腔室限定出在远侧终止于外出孔口(134A)中的流体通道。至少一个向远侧突出的平台肋构件(150A)沿着所述远侧端壁(116)的外表面与所述第一排出孔口(134A)间隔开并相邻，其中所述向远侧突出的平台肋构件(150A)具有选定的向远侧突出的长度，该长度至少与第一向远侧突出的突起的长度一样大。

Description

用于喷射粘性牛顿流体的气雾喷嘴组件和喷嘴杯构件
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年11月2日提交的题为“Aerosol Nozzle Assembly and NozzleCup Member for Spraying Viscous Newtonian Fluids”的美国临时申请No.62/755141的优先权的权益。本申请涉及题为“Spray Nozzle for High Viscosity(e.g.,Oil)SprayApplications with Uniform Spray Distribution”(并且被公开为WIPO公开号WO/2016/077114)的共同拥有美国PCT专利申请PCT/US15/58947。本申请还涉及题为“FluidicNozzle for Trigger Spray Applications”的共同拥有美国专利7,354,008，以及题为“Cup-shaped Fluidic Circuit,Nozzle Assembly and Method”(公开为WIPO公开号WO2012/145537)的PCT申请PCT/US12/34293。所有前述文献的全部公开内容在此通过引用并入本文。
技术领域
本申请总体上涉及喷射喷嘴，其构造成在喷射或分配被包装为消费品(比如润滑流体、食用油或其它油、个人护理产品等)的粘性牛顿流体时使用。
背景技术
通常，用于喷射消费品的触发分配器是用于输送来自容器的液体的较低成本的泵装置。分配器被握持在操作者的手中，并具有触发器，该触发器可通过挤压或拉动手指来操作，以从容器中泵送液体并泵送通过在分配器的前方包含喷嘴的喷射头。
这种手动操作的分配器可以具有多种在工业上已经变得普遍和众所周知的特征。例如，现有技术的分配器可以包括专用的喷射头，其具有喷嘴，当液体从喷嘴分配或流出时，喷嘴为液体生成限定的喷雾模式。同样公知的是，提供具有可调节喷雾模式的喷嘴，使得通过单个分配器，使用者可以选择喷雾模式，其呈射流形式或大致圆形或圆锥形液体滴喷雾形式。
目前很多物质是作为容器中的消费品来销售和交易的，所述容器具有这种触发操作的喷射头，如图1A所示。这些物质的示例包括空气清新剂、窗户清洁剂、地毯清洁剂、去斑剂、个人护理产品、杂草和害虫控制产品，以及许多其它可用于各种喷射应用的材料。使用这些喷射器的消费品通常以携带分配器的瓶体来包装，所述分配器通常包括将流体输送到喷射头喷嘴的手动致动泵，使用者将所述喷射头喷嘴向预期表面或沿预期方向瞄准。对于粘度较大的流体，这些现有技术的喷射头通常包括只能产生流体射流或者根本不能工作的喷射喷嘴。
气雾应用也很普遍，并且现在气雾应用使用阀上袋(“BOV”)和压缩气体方法来发展更高的操作压力(例如，在30-140PSI的范围内)，而不是以前使用的昂贵和环境不友好的推进剂。如上所述，这些包装方法是理想的，因为与其它输送方法相比，它们可以产生更高的操作压力。
其它气体压力驱动的分配系统使用加压空气来作为推进剂，比如美国公开申请2016/0159556(用于分配泡沫)和2018/0148248(用于分配流体)中所描述的AiropackTM品牌的系统。这些流行的、环境友好的产品输送系统被发现是对于许多产品来说广泛接受的，但是在分配某些产品时不容易使用。
一些商业产品通过被构造成以选定的喷雾模式来形成产品喷雾的分配器来包装。用于典型的商用分配器的喷嘴(例如参见图1B和图1C)通常是模制的“帽”型，从而在合适的通道与从喷射器组件出来的供给通道对齐时具有产生选定的喷雾或射流模式的通道。这些现有技术的喷嘴(例如30)中的一些在传统上被称为扁平扇形喷雾剪切喷嘴，因为它们产生的喷雾通常在喷嘴组件内被剪切，以形成扁平扇形喷雾(而不是射流)，其具有在宽角度上分散的不同尺寸和速度的滴。传统的扁平扇形喷雾喷嘴(例如30，如图1C和1D所示)由会聚的流体通道或供给件组成，该流体通道或供给件在远侧终止于狭槽形状的外出孔口34，其由间隔开的、平行的、相对的第一和第二流体流动剪切唇部L1、L2或边缘限定。这些喷嘴适用于某些但不是所有产品流体。
对于许多消费产品流体，传统的扁平扇形喷雾喷嘴30产生可接受的且基本上平面的扁平扇形喷雾，其中喷射扇的平面平行于外出孔口的间隔开的、平行的、相对的第一和第二流体流动剪切唇部(L1、L2)并位于其间，其中扇宽在部分上是喷嘴供给宽度FW的函数，并且喷射扇的厚度在部分上是流体供给通道的会聚角度β(β，在图1D中最佳地示出)的函数。然而，这些传统的扁平扇形喷雾剪切喷嘴并不适用于所有牛顿流体喷射应用。许多产品以其它喷雾模式分配。一些产品分配器受益于由多个直线射流形成的喷雾，并且用粘性牛顿流体产生这种喷雾可能是具有挑战性的，特别是如果分配喷嘴组件以提供耐用产品(其可以以合理的成本以经济合理的数量制造)的方式制造。
在申请人最近对特定类型的粘性流体喷嘴组件的开发工作中，现有技术的喷嘴组件(例如，图1A-1D的)不能提供令人满意的喷雾。高粘度、牛顿流体(如油和润滑剂)极难喷射，尤其是在较低压力(<40psig)时。机械破碎(MBU)喷嘴(比如旋流雾化器、剪切喷嘴和流控件)，除了直线射流之外，不能可靠地产生任何类型的令人满意的分散喷雾，尤其是在对于典型消费产品如橄榄油和个人护理产品所期望的流量时。需要一种耐用的喷嘴组件，其能够可靠地产生牛顿流体产品的多股直线射流的喷雾，并且可以以商业上合理的数量经济地制造。
发明内容
申请人已经研究了现有技术的喷嘴组件(例如，如图1A-1D所示)，并确定了为什么这些现有技术的喷嘴组件不适用于这样的产品分配或喷射应用，其要求分配喷嘴组件以提供耐用产品(其可以以合理的成本以经济合理的数量制造)的方式得到制造。
如以上指出的，高粘度牛顿流体(如油和润滑剂)极难喷射，尤其是在较低压力(<40psig)时。机械破碎(MBU)喷嘴(比如旋流雾化器、剪切喷嘴和流控件)不能产生除直线射流之外的任何类型的喷雾，尤其是在对于典型消费产品(如橄榄油和个人护理产品)所期望的流量时，因此需要进行更合适的喷嘴组件的开发工作。要喷射像橄榄油(40-80cP)这样的牛顿流体，需要添加成分来降低粘度并提高整体喷射能力。示例包括用于LPG气雾应用的液体推进剂(即丁烷、丙烷)和用于非LPG应用的酒精。高包装压力也用于提高喷射能力(70-130psig)。像AiropackTM系统这样的低压力系统在20-40psig运行，这使得喷射这种液体的能力更加困难。作为这些观察的结果，申请人通过制造具有直径在0.005"和0.015"之间的多个出口的原型喷嘴杯构件开始了他们的开发努力，并且在测试这些原型时，发现残余在喷嘴的面部/出口之上或周围的残余流体膜可以防止射流的形成，因为它们不能克服流体膜的分子间力(粘度和表面张力)。对于特定数量的孔洞、可用压力和流体粘度，这种膜残余问题似乎限定了外出孔口孔洞可以有多小的下限。为了解决这种膜残余问题，申请人增加了外出孔口，其限定向远侧突出的突起，使得喷嘴的外出孔口向远侧偏离喷嘴杯构件的远侧表面或“面部”的平面，在这里存在残余流体膜。
在进一步的开发工作中，申请人发现很难可靠地制造具有多个小孔洞的流体杯喷嘴构件，其具有被限定在向远侧突出的突起中的外出孔口。在注射模制工艺中，需要切断的小于0.010"的钢销非常难以制造，并且保持壁厚均匀和突起可接受是非常困难的。
开发工作促使申请人开发了一种喷嘴构造和模制方法，其运行好到令人惊讶，因为发现并解决了两个问题，即：
1.对于每种特定的流体粘度(例如，要求流量小于1g/s的30psig系统)，精确的孔洞直径、孔洞数量、喉部长度、互动区域和突起几何形状都经过仔细调整。
2.最大的创新涉及克服来自喷嘴出口之上或周围的残余流体膜的粘性力。
a.每个出口的流量和速度取决于设计，因为一定动量的流体的射流可以克服残余流体所产生的阻力。
b.突起的几何形状取决于设计，因为它有助于减少喷嘴出口之上或周围的残余流体膜的存在。然而，由于制造和喉部长度的限制，太长的突起可能是不希望的。
包含本申请的改进的替代实施例是可行的，但是所标识尺寸中很多要针对每种流体和可用压力来调节。例如，对于较低的粘度(在一些应用中<50cP或<100cP)，喷嘴杯构件可以具有更多的出口(例如7个或更多)，而对于较高的粘度(>50cP或>100cP)，实际限制现在似乎局限于大约6个出口(对于30psi的入口压力而言)。
对于本申请的用于喷射粘性牛顿流体的气雾喷嘴组件和喷嘴杯构件，所生成的喷雾是多个(例如三个)直线射流的组合。一些因素(其确保向远侧投射的射流中离开喷嘴的流体的动量的大小克服来自出口之上或周围的残余流体膜的任何粘性力)包括：出口长度和直径、出口的数量、突起远侧长度和直径、流体产品粘度和表面张力。在图示的实施例中，喷嘴杯构件的各个喷嘴孔口各自具有选定的互动区域长度、突起长度和喉部长度，它们被设计成提供更好的可制造性(例如在注射模制时)。每种牛顿流体都需要不同配置的尺寸参数，以实现预期的喷射性能。
申请人进行了大量的研究和开发工作，目的是提供一种喷嘴，以在较低压力(例如30PSI)喷射目标牛顿流体或液体。该开发工作还寻求开发一种喷嘴杯构件，其用于在具有保护性向远侧突出的肋或平台特征的喷嘴构造中，以目标液体喷射来自多个射流的预期喷雾模式或喷射分布，这也将确保每个出口的突起保持在其原始构造中，并且在产品包装被排空流体产品之前不会被外力挤压或变形。
在一个实施例中，提供了一种杯形喷嘴构件加分配包装组件，其用于分配或喷射从便携式容器中抽取的泵送或加压的流体以生成流体的喷雾。该组件包括致动器本体，其具有向远侧突出的密封柱，所述密封柱具有终止于远侧或外侧面部处的柱周壁，所述致动器本体包括与管腔连通的流体通路。杯形喷嘴构件安装在所述致动器本体中，具有向近侧延伸到所述致动器本体中沿径向位于所述密封柱外侧的膛孔中的周壁，并且具有远侧端壁，所述远侧端壁包括与所述密封柱相对的内表面以限定流体通道，所述杯形喷嘴构件包括被限定在所述远侧端壁内的多个互动腔室，其中每个互动腔室限定出在远侧终止于外出孔口中的流体通道。所述互动腔室与所述致动器本体的流体通路处于流体连通，其中第一外出孔口具有选定的直径，并且被限定在第一向远侧突出的突起中，所述第一向远侧突出的突起具有选定的突起长度和选定的突起直径。至少一个向远侧突出的平台肋构件沿着所述远侧端壁的外表面与所述第一排出孔口间隔开并相邻，其中所述向远侧突出的平台肋构件具有选定的向远侧突出的长度，该长度至少与第一向远侧突出的突起的长度一样大。所述杯形构件包括：三个外出孔口，每个外出孔口都瞄准自沿径向排列在所述远侧端壁上的向远侧突出的突起；以及三个向远侧突出的保护肋。所述杯形喷嘴构件被构造成对于入口压力大约为30psi的超过50cP的较高粘度流体喷射粘性流体。所述多个外出出口具有在大约0.005"和0.010"之间的喉部直径，被向远侧突出的突起分开，所述向远侧突出的突起使所述外出孔口向远侧偏离所述远侧端壁的外表面的平面，以减少直接位于所述外出出口之上或周围的残余流体膜的存在。所述杯形喷嘴构件包括大致柱形的侧壁，该侧壁环绕与所述密封柱构件对齐的中心纵向喷射轴线，其中所述侧壁在远侧终止于所述远侧端壁，该远侧端壁具有内部表面，该内部表面具有三个向远侧瞄准的外出出口和互动腔室，其中每个外出出口和互动腔室提供所述喷嘴构件的内部和外部之间的流体连通。所述互动区域包括近侧管腔段和沿轴向对齐向远侧变窄的邻接区域，该邻接区域由会聚的流体供给通道壁段限定，该会聚的流体供给通道壁段在远侧终止于所述外出出口，所述外出出口具有喉部长度。所述互动区域被至少部分地限定在所述向远侧突出的突起内，使得所述向远侧突出的突起包括远侧环形表面，该远侧环形表面具有一定的直径，该直径沿径向终止于倒圆肩部侧壁段，以限定突起长度和突起直径。所述近侧管腔段是大体柱形的，并且包括从所述内部表面延伸穿过所述远侧端壁的一部分的长度。所述管腔段在所述远侧端壁内的在所述突起从所述远侧端壁的外表面延伸之前的位置处毗邻所述沿轴向对齐向远侧变窄的邻接区域。所述流体供给通道壁段可以呈对称形状或不对称形状。
在另一实施例中，提供了一种杯形喷嘴构件，其构造成从分配包装组件分配粘性流体，所述杯形喷嘴构件包括柱形侧壁，该柱形侧壁限定内部容积并从近侧开放端部延伸到远侧端壁，所述远侧端壁包括内表面，该内表面包括被限定在远侧端壁内的多个互动腔室，其中每个互动腔室限定了在远侧终止于外出孔口中的流体通道，所述互动腔室与所述内部容积处于流体连通。第一外出孔口具有选定的直径，并且被限定在第一向远侧突出的突起中，所述第一向远侧突出的突起具有选定的突起长度和选定的突起直径，并且至少一个向远侧突出的平台肋构件沿着所述远侧端壁的外表面与所述第一外出孔口间隔开并相邻，其中所述向远侧突出的平台肋构件具有选定的向远侧突出的长度，该长度至少与所述第一向远侧突出的突起的长度一样大。所述多个外出出口具有在大约0.005"和0.010"之间的喉部直径，并且所述突出的突起使所述外出孔口向远侧偏离所述远侧端壁的外表面的平面，以减少直接位于所述外出出口之上或周围的残余流体膜的存在。所述互动区域包括近侧管腔段和沿轴向对齐向远侧变窄的邻接区域，该邻接区域由会聚的流体供给通道壁段限定，该会聚的流体供给通道壁段在远侧终止于所述外出出口，所述外出出口具有喉部长度，其中所述互动区域被至少部分地限定在所述向远侧突出的突起内，使得所述向远侧突出的突起包括远侧环形表面，该远侧环形表面具有一定的直径，该直径沿径向终止于倒圆肩部侧壁段，以限定突起长度和突起直径。所述近侧管腔段是大体柱形的，并且包括从所述内部表面延伸穿过所述远侧端壁的一部分的长度。所述管腔段在所述远侧端壁内的在所述突起从所述远侧端壁的外表面延伸之前的位置处毗邻所述沿轴向对齐向远侧变窄的邻接区域。所述流体供给通道壁段呈对称形状或截头圆锥形状，或者具有不对称形状。所述互动区域的由所述管腔段限定的部分包括一定的长度，该长度大于所述向远侧变窄的邻接区域的长度，其中所述向远侧变窄的邻接区域的长度大于所述喉部长度的长度。
在又另一实施例中，提供了一种杯形喷嘴构件，其构造成从分配包装组件分配粘性流体，所述杯形喷嘴构件包括柱形侧壁，该柱形侧壁限定内部容积并从近侧开放端部延伸到远侧端壁，所述远侧端壁包括内表面，该内表面包括被限定在远侧端壁内的多个互动腔室，其中每个互动腔室限定了在远侧终止于外出孔口中的流体通道，所述互动腔室与所述内部容积处于流体连通。第一外出孔口具有选定的直径，并且被限定在第一向远侧突出的突起中，所述第一向远侧突出的突起具有选定的突起长度和选定的突起直径。至少一个向远侧突出的平台肋构件沿着所述远侧端壁的外表面与所述第一外出孔口间隔开并相邻，其中所述向远侧突出的平台肋构件具有选定的向远侧突出的长度，该长度至少与所述第一向远侧突出的突起的长度一样大。所述互动区域包括近侧管腔段和沿轴向对齐向远侧变窄的邻接区域，该邻接区域由会聚的流体供给通道壁段限定，该会聚的流体供给通道壁段在远侧终止于所述外出出口，所述外出出口具有喉部长度。所述互动区域被至少部分地限定在所述向远侧突出的突起内，使得所述向远侧突出的突起包括远侧环形表面，该远侧环形表面具有一定的直径，该直径沿径向终止于倒圆肩部侧壁段，以限定突起长度和突起直径。所述互动区域的由所述管腔段限定的部分包括一定的长度，该长度大于所述向远侧变窄的邻接区域的长度。所述向远侧变窄的邻接区域的长度大于所述喉部长度的长度。
利用前述示例性实施例，本申请的目的是提供一种用于喷射粘性牛顿流体的有成本效益的气雾喷嘴组件和杯形喷嘴构件，其将对于粘性产品可靠地生成大致均匀的多射流喷雾。
附图说明
通过结合附图参考本申请的当前优选示例性实施例的以下更详细描述，将更完全地理解和领会本申请的这些以及其它目的和优点，附图中：
图1A示出了根据现有技术的手动触发喷雾施用器的喷射头；
图1B示出了现有技术的具有传统的扁平扇形喷雾剪切喷嘴的气雾喷射致动器的典型特征；
图1C是平面图，其示出现有技术的扁平扇形喷雾剪切喷嘴构件的内部几何形状和外出孔口几何形状的典型特征；
图1D是图1C的剖视侧视图，其示出现有技术的扁平扇形喷雾剪切喷嘴构件的内部几何形状和外出孔口几何形状的典型特征；
图2是透视图，示出了根据本申请的生成三射流喷雾的杯形喷嘴构件，其包括与交替的向远侧突出的保护平台或肋段一起径向排列的第一、第二和第三向远侧突出的外出孔口或出口；
图3A是根据本申请的图2的杯形喷嘴构件的剖视图，其中每个外出孔口的互动区域和喉部几何形状限定纵向喷射轴线；
图3B是图3A的一部分的放大剖视图；
图4是根据本申请的杯形喷嘴构件的透视前视图；
图5是根据本申请的杯形喷嘴构件的透视后视图；
图6是根据本申请的杯形喷嘴构件的前视平面图；
图7是根据本申请的杯形喷嘴构件的前视透视图；
图8是根据本申请的杯形喷嘴构件的后视平面图；
图9是根据本申请的杯形喷嘴构件的透视后视图；
图10A是根据本申请的杯形喷嘴构件的侧视图；
图10B是图10A的杯形喷嘴构件的侧视剖视图；
图10C是图10B的一部分的放大剖视图；
图11是根据本申请的杯形喷嘴构件的一个实施例的局部透视图，该杯形喷嘴构件具有单个孔口轴线，其不平行于杯构件的中心轴线，以产生不同的产品喷雾；
图12是图11的杯形喷嘴构件的剖视图；
图13是图11的杯形喷嘴构件的实施例的前视平面图；
图14是根据本公开的附接到喷射组件的杯形喷嘴构件的实施例的剖视的透视图；
图15是根据本公开的杯形喷嘴构件的另一实施例的前视平面图；
图16是图15的杯形喷嘴构件的剖视图；并且
图17是图15的杯形喷嘴构件的局部透视图。
具体实施方式
现在将详细参考本教导的示例性实施例，其示例在附图中示出。应该明白的是，还可以采用其它实施例，并且可以做出结构和功能上的变化，而不背离本教导的相应范围。另外，各个实施例的特征可以被组合或变更，而不背离本教导的范围。如此，以下描述仅通过说明方式给出，并且不应该以任何方式限制可对于所示实施例做出的并且仍然处于本教导的精神和范围内的各种替代方案和修改方案。在本公开中，对特定形状、材料、技术、配置等的任何标识与所给出的特定示例相关，或者仅仅是对这种形状、材料、技术、配置等的一般描述。
现在参考附图，其中相同的元件用相同的标记来标识，图1A示出了固定到待分配流体的容器12的典型的手动操作触发泵10，其中该泵包括由操作者启动的触发器14，以通过喷嘴18分配流体16。这种分配器通常用于例如以所定的喷雾模式或作为射流来从容器中分配流体。可以提供可调节的喷雾模式，使得使用者可以选择射流或者多种喷射流体滴中的一种。典型的喷嘴18由管状导管组成，所述管状导管接收来自泵的流体并将其引导到喷射头部分中，其中流体行进穿过通道并从孔口或孔眼中喷出。这种装置被构造为具有通道的一件式模制塑料“帽”，所述通道与泵出口对齐，以在通常在30到40PSI(如果喷射不比水明显更粘的流体)范围内的压力下生成多种流体的期望射流或喷雾。
图1B和1C示出了典型的商用气雾分配器28，其构造有传统的扁平扇形喷雾喷嘴构件，其被构造为杯形构件30。这些标准的杯形喷嘴构件30具有内部表面，其抵接并密封向远侧突出的密封柱36的平坦圆形表面上的面部密封件，并且被配置成使得产品流体35的流股流动进入并穿过环形管腔，进入流体供给或输入通道中，然后向远侧流动到中央会聚区域中。流体产品向远侧或下游流动，并通过杯形喷嘴构件30的外出孔口离开会聚区域，该杯形喷嘴构件通常与密封柱36的中心轴线同心。对于粘性液体产品，从标准喷嘴组件射出或由其生成的流体产品喷雾38喷出如上所述的不均匀模式的液体滴。申请人分析了这些粘度相关的问题，他们发现喷雾分配器10、28的标准喷嘴组件的部件可以用于喷射粘性产品，但只在还使用新开发的喷嘴构造的情况下。
为了克服在图1A-1D的现有技术喷射器中发现的问题，根据本申请，一种新的喷嘴组件被构造成与标准喷嘴组件的喷射头和密封柱结构一起使用，但是抛弃了标准杯形喷嘴构件(例如30)的有缺陷的性能。因此，本申请涉及一种新的喷嘴构造(如图2-17所示)，包括杯形喷嘴构件100，其允许显著地改善对目标高粘度流体(即，油、防晒乳液、其它乳液、清洁液体、剪切稀化液体和凝胶以及粘度为10-300cP的类牛顿和非牛顿流体)的控制，并且允许构造所选数量(例如三个)的射流喷雾生成喷嘴孔口，其将可靠地生成基本均匀的射流喷雾，甚至在低压力时。
首先参考图2、3和3A，杯形喷嘴构件100具有三个外出孔口134A、134B、134C，每个都瞄准自向远侧突出的突起118A、118B、118C，其与三个向远侧突出的保护肋150A、150B、150C一起沿径向排列在远侧端壁116上，以限定三个外出孔口134的阵列，每个外出孔口被周围的保护肋分开，所有保护肋都从平坦外表面112向远侧突出。
接下来参照杯形三射流喷雾生成喷嘴构件100的视图，该喷嘴构件被构造成与喷雾型分配器(例如，如图1A或1B所示)一起使用，其中粘性流体产品流动进入并穿过供给通道或供给管腔，其被限定在大致柱形侧壁102内的杯构件100的内部容积中，所述侧壁围绕中心纵向喷射轴线120，其与远侧端壁116的外表面112的横向平面相交，杯形喷嘴构件100限定了内部表面，该内部表面抵接并密封向远侧突出的密封柱36的典型平坦圆形表面上的面部密封件，并且配置成使得产品流体(例如35)的流股流动进入并穿过环形管腔，进入流体供给或输入通道33中，然后流动到杯构件100中限定的每个互动区域110的远侧。杯形喷嘴构件的柱形侧壁102具有开放近侧端部104，其限定内部容积106的上游端部。
柱形侧壁102在远侧终止于远侧端壁的内部表面114中，该远侧端壁在形状上可以是大致圆形的。远侧端壁116的外表面112包括(在示出的示例中)三个出口或外出孔眼134A、134B、134C，它们提供杯形喷嘴构件100的内部106和外部之间的流体连通。可以有超过三个的外出孔口处于喷嘴组件中或者与分配器一起使用，但为了描述本申请的喷嘴几何形状的目的，示例性的喷嘴构件100包括通行穿过远侧端壁116的至少三个示出的外出孔口134A、134B、134C，并且每个外出孔口被限定在孔口轴线周围，所述孔口轴线优选地平行于第一中心纵向喷射轴线120并且提供所述喷嘴构件的内部流体通道106与外表面112之外的环境空间之间的流体连通。如图3A中最佳示出的，每个外出孔口(例如134A)是基本柱形的管腔，其具有喉部/出口/孔口内部直径尺寸，与其被限定在内部表面114中的对应互动区域对齐。
三个喷嘴孔口中的每一个都与被限定在远侧端壁116的内部表面114中的专用且轴向对齐的互动区域110对齐，以提供射流喷雾生成结构，其包括不同的、邻接的流体供给通道壁段。
如以上指出的，高粘度牛顿流体(如油和润滑剂)极难喷射，尤其是在较低压力(<40psig)时。机械破碎(MBU)喷嘴(比如旋流雾化器、剪切喷嘴和流控件)不能产生除直线射流之外的任何类型的喷雾，尤其是在对于典型消费产品(如橄榄油和个人护理产品)所期望的流量时，因此需要进行更合适的喷嘴组件的开发工作。要喷射像橄榄油(40-80cP)这样的牛顿流体，需要添加成分来降低粘度并提高整体喷射能力。示例包括用于LPG气雾应用的液体推进剂(即丁烷、丙烷)和用于非LPG应用的酒精。高包装压力也用于提高喷射能力(70-130psig)。像AiropackTM系统这样的低压力系统在20-40psig运行，这使得喷射这种液体的能力更加困难。出于背景技术与命名方式的目的，AiropackTM的美国公开申请20160159556(用于分配泡沫)和20180148248(用于分配流体)通过引用并入本文。作为这些观察的结果，申请人通过制造具有直径在0.005"和0.010"之间的多个出口(例如134A、134B、134C)的原型喷嘴杯构件开始了他们的开发努力。在测试这些原型时，发现残余在喷嘴的面部/出口之上或周围的残余流体膜可以防止射流的形成，因为它们不能克服流体膜的分子间力(粘度和表面张力)。对于特定数量的孔洞、可用压力和流体粘度，这种膜残余问题似乎限定了外出孔口孔洞可以有多小的下限。在杯形喷嘴构件100中，这种膜残余问题通过增加的外出孔口来解决，所述增加的外出孔口限定向远侧突出的突起(例如118A、118B、118C)，其使喷嘴的外出孔口向远侧偏离外表面112的平面，或杯形喷嘴构件100的远侧端壁116的面部，在这里残余流体膜保持存在。
在申请人的制造工艺开发工作中，申请人发现很难可靠地制造出在向远侧突出的突起(例如118A、118B、118C)中限定有多个小外出孔口(例如134A、134B、134C)的杯形喷嘴构件，因为在注射模制工艺中，非常难制造需要切断的小于0.010"的钢销，并且保持壁厚均匀和突起可接受是非常困难的。
开发工作促使申请人开发了一种喷嘴构造和模制方法，其运行好到令人惊讶，因为发现并解决了两个问题，即：
1.对于每种特定的流体粘度(例如，要求流量小于1g/s的30psig系统)，精确的孔洞直径、孔洞数量、喉部长度、互动区域和突起几何形状(例如，如图2-3A所示)都经过仔细调整。
2.克服流体膜残余问题(即，来自喷嘴出口之上或周围的残余流体膜的粘性力)不利地改变从孔口喷射的射出射流的情况，除非孔口(例如134A、134B、134C)向远侧偏移。
a.每个出口(例如134A、134B、134C)的流量和速度是本公开的特征，因为被喷射的每个流体射流具有足够的动量来克服由残余流体产生的阻力。
b.突起(例如118A、118B、118C)的几何形状是本公开的特征，因为其被构造成减少直接在喷嘴出口之上或周围的残余流体膜的存在，但是由于制造和喉部长度的限制，其也不能太长。
包含本申请的改进的替代实施例是可行的，但是所有的所描述尺寸可能都要针对每种流体和可用压力来调节。例如，对于较低的粘度(<50cP)，喷嘴杯构件可以具有更多的出口(例如7个或更多)，而对于较高的粘度(例如>50cP或约100-300cP)，实际限制现在似乎局限于大约6个出口(对于约30psi的入口压力而言)。
对于本申请的用于喷射粘性牛顿流体的气雾喷嘴组件和喷嘴杯构件100，所生成的喷雾是多个(例如三个)直线射流的组合。一些因素(其是用于确保向远侧投射的射流中离开喷嘴的流体的动量能够克服来自出口之上或周围的残余流体膜的任何粘性力的特征)包括：出口长度和直径、出口的数量、突起远侧长度和直径、产品粘度和表面张力。在图示的实施例中，喷嘴杯构件100包括三个单独的喷嘴孔口(例如134A、134B、134C)，其中每一个都具有轴向对齐的互动区域，其具有选定的互动区域长度、突起长度和喉部长度，它们被设计成提供更好的可制造性(例如，在注射模制时)。待分配或喷射的每种牛顿流体产品都需要不同配置的尺寸参数，以实现预期的喷射性能。
此外，向远侧突出的肋150A、B、C可以成形为包括邻近斜坡部分154的平台部分152。平台部分152可以相对于远侧端壁116的外表面112大致平行，至少如图4所示。在一个实施例中，平台部分152比起斜坡部分154可以具有更大的宽度。此外，突出肋150可以包括大致渐缩的轮廓。平台部分152可以定位成邻近或对准杯形喷嘴构件100的外周边缘180，而斜坡部分154可以相对于平台部分152沿径向向内定位。在一个实施例中，每个肋都可以与出口突起对齐，其中第一突出肋150A沿着共用轴线与第一出口突起118C对齐；第二突出肋150B沿着共用轴线与第二出口突起118A对齐；并且第三突出肋150C沿着共用轴线与第三出口突起118B对齐，如图4所示。申请人的研究和开发工作实现了提供喷嘴以在较低压力(例如30PSI)喷射目标牛顿流体或液体的目标，并且喷嘴杯构件100在具有保护性向远侧突出的肋或平台特征(例如150A、150B、150C)的喷嘴构造中，以目标液体可靠地喷射来自多个射流的预期喷雾模式或喷射分布，这也将确保每个出口的突起(例如118A、118B、118C)保持处于其原始构造，并且在产品包装被排空流体产品之前不会被外力挤压或变形。
在本申请的图示实施例中，用于喷雾型分配器的杯形的生成粘性流体三射流喷雾的喷嘴构件100以其大致柱形的侧壁102围绕向远侧对齐的中心纵向喷射轴线120，正如与具有向远侧突出的密封柱构件(例如36)的喷嘴组件一起使用时通常所需那样。杯形喷嘴构件的柱形侧壁在远侧终止于大致圆形的远侧端壁，其具有内部表面114，该内部表面具有选定数量(例如三个)的向远侧瞄准的出口或外出孔眼(例如134A、134B、134C)，每一个都提供杯的外部(或环境空间)与内部104之间的流体连通。
在内部表面114中限定有射流喷雾生成结构，其各自包括至少第一、第二和第三流体通道互动区域110A、110B、110C，其包括近侧柱形管腔段160和沿轴向对齐向远侧变窄的邻接区域162(由以一定内壁会聚角度会聚的截头圆锥会聚流体供给通道壁段164限定)，并且其在远侧终止于其喉部/出口/孔口管腔(具有沿轴向对齐向远侧瞄准的喉部长度)中。突起长度可以大于喉部长度。突起直径大于喉部直径。每个喉部/出口/孔口管腔在其互动区域110与其出口孔口134之间提供流体连通，所述出口孔口从其向远侧突出的突起端壁的远侧表面向环境空间开放。每个向远侧突出的突起(例如118A、118B、118C)具有圆形平坦表面或远侧环形表面，其具有沿径向终止于倒圆肩部侧壁段中的直径，以限定远侧突起肩部直径(如图3B中最佳看出的)。
近侧管腔段160可以是大体上柱形的，并且包括一定的长度，其从内部表面114延伸穿过远侧端壁116的一部分。管腔段160可以在远侧端壁116内的在突起从远侧端壁116的外表面112延伸之前的一点处抵接沿轴向对齐向远侧变窄的邻接区域162。这种构造可以在图3A中观察到。注意，流体供给通道壁段164可以是截头圆锥形的，或者可以具有不对称形状以引导喷雾穿过出口。会聚以内壁会聚角度进行，并且在远侧终止于其喉部/出口/孔口管腔(具有沿轴向对齐向远侧瞄准的喉部长度)中。
喉部134和互动区域110的内部几何形状的构造可以在喷射粘性流体的性能中发挥功能作用。互动区域的由管腔段160限定的部分可以具有一定长度，其大于向远侧变窄的邻接区域162的长度。然而向远侧变窄的邻接区域162的长度可以大于喉部/出口/孔口134的长度。所得构造提供一定几何形状的突起118，其具有一定的喉部长度，其相对于杯形喷嘴100的其余部分具有小长度，并且这种构造很难形成，特别是在通过注射模制大量生产时。然而，本公开可想到其它制造方法，包括增材制造或3D打印。
在图2-17中见到的构造中，内螺纹(未示出)可以可选地被包括在侧壁102的内表面中，位于喷嘴构件100的入口侧或开放近侧端部104处。内螺纹(如果被包括的话)构造成与位于喷嘴本体10、28的排出部的远侧端部上的外螺纹53接合。可以使用将喷嘴构件100连接到分配器的各种其它机械方法。例如，连接喷嘴构件的替代方法可以是卡扣式连接。
在图11-13中示出了一个替代实施例，其中根据本申请，另一个杯形的生成粘性流体喷雾的喷嘴构件实施例200具有单独的孔口轴线，并且互动腔室210不与杯构件的中心轴线平行瞄准或对齐，这因此与杯构件100相比将产生不同的产品喷雾。
喷嘴杯构件200具有三个外出孔口234A、234B、234C，每一个都瞄准自向远侧突出的突起218A、218B、218C，它们与三个向远侧突出的保护肋250A、250B、250C一起沿径向排列在远侧端壁216上，以限定三个外出孔口234的阵列，每个外出孔口由环绕的保护肋分开，所有保护肋都从平坦远侧端壁表面216向远侧突出。
杯形的生成三射流喷雾的喷嘴构件200也构造成与喷雾型分配器(例如，如图1A或1B所示的)一起使用，其中粘性流体产品流动进入并穿过供给通道或供给管腔，其被限定在杯构件200的内部容积中，处于大致柱形侧壁202内，所述大致柱形侧壁环绕中心纵向喷射轴线220，其与远侧端壁212的外表面216的横向平面相交。因此，杯构件200限定了内部表面214，该内部表面抵靠向远侧突出的密封柱36的典型的平坦圆形表面上的面部密封件邻接并密封，并且被配置成使得产品流体35的流动流到环形管腔中，并通过环形管腔流到流体供给通道或输入通道33中，并且然后向远侧流动至杯构件200中限定的互动区域210中的每一个。杯形喷嘴构件的柱形侧壁202具有开放近侧端部204，其限定内部容积206的上游端部。
喷嘴构件侧壁202在远侧终止于基本圆形的远侧端壁内部表面214中，并且外部或远侧端壁表面216具有(在示出的示例中)三个出口或外出孔眼234A、234B、234C，它们提供杯形喷嘴构件200的内部206与外部之间的流体连通。可以有超过三个的外出孔口处于喷嘴组件中或者与分配器一起使用，但为了描述本申请的喷嘴几何形状的目的，示例性的喷嘴构件200包括通行穿过远侧端壁212的至少三个示出的外出孔口234A、234B、234C。
在内部表面214中限定有射流喷雾生成结构，其各自包括至少第一、第二和第三流体通道互动区域210A、210B、210C，其包括近侧柱形管腔段260和沿轴向对齐向远侧变窄的邻接区域262(由以一定内壁会聚角度会聚的不对称截头圆锥形会聚流体供给通道壁段264、266限定)，并且其在远侧终止于其喉部/出口/孔口管腔(具有沿轴向对齐向远侧瞄准的喉部长度)中。突起长度可以大于喉部长度。突起直径大于喉部直径。每个喉部/出口/孔口管腔在其互动区域210与其出口孔口234之间提供流体连通，所述出口孔口从其向远侧突出的突起端壁的远侧表面向环境空间开放。每个向远侧突出的突起(例如218A、218B、218C)具有圆形平坦表面或远侧环形表面，其具有沿径向终止于倒圆肩部侧壁段中的直径，以限定远侧突起肩部直径(如图12中最佳看出的)。
近侧管腔段260可以是大体上柱形的，并且包括一定的长度，其从内部表面214延伸穿过远侧端壁212的一部分。管腔段260可以在远侧端壁212内的在突起从远侧端壁212的外表面216延伸之前的一点处抵接沿轴向对齐向远侧变窄的邻接区域262。这种构造可以在图12中观察到。注意，流体供给通道壁段264、266的不对称性允许从中心轴线220发散的所得喷雾。这里，壁段264的角度大于壁段266的角度，这导致这种发散喷雾。本公开可想到导致会聚喷雾的不对称壁段，其中壁段264的角度小于壁段266的角度(未示出)。
喉部234和互动区域210的内部几何形状的构造可以在喷射粘性流体的性能中发挥功能作用。互动区域的由管腔段260限定的部分可以具有一定长度，其大于向远侧变窄的邻接区域262的长度。然而向远侧变窄的邻接区域2622的长度可以大于喉部/出口/孔口234的长度。所得构造提供一定几何形状的突起218，其具有一定的喉部长度，其相对于杯形喷嘴200的其余部分具有小长度，并且这种构造很难形成，特别是在通过注射模制大量生产时。然而，本公开可想到其它制造方法，包括增材制造或3D打印。
此外，每个外出孔口处的这种内部几何形状的不对称性被限定成围绕不平行于第一中心纵向喷射轴线220的发散孔口轴线，并提供所述喷嘴构件的内部流体通道206与远侧端壁表面216之外的环境空间之间的流体连通。如图11和12中最佳看出的，每个外出孔口(例如234A)是不对称的柱形管腔，具有一定的喉部/出口/孔口内部直径尺寸，其沿轴向偏离它被限定在内部端壁表面214中的对应互动区域或与之成角度。
三个喷嘴孔口中的每一个都由被限定在远侧壁212的内部表面214中的专用且轴向未对齐的互动区域供应，以提供射流喷雾生成结构，其包括不同的、邻接的流体供给通道壁段。
图14是根据本公开的附接到喷射组件10、28的杯形喷嘴构件100、200、300的实施例的剖视的透视图。
图15是根据本公开的杯形喷嘴构件的另一实施例的前视平面图。在该实施例中，喷嘴构件300包括多个外出孔口334，但没有对应的向远侧突出的突起。然而，每个外出孔口334包括以特定配置构造而成的对应互动区域310A或310B。注意，互动区域310A是对称的，与上述互动区域110相当。而互动区域310B被构造成不对称形状并且与互动区域210相当。外出孔口334各自都以特定的构造配置，以由此提供粘性流体的会聚、发散或直线式喷雾的组合。图14包括十三个外出孔口334的模式。另外
图16是图15的杯形喷嘴构件的剖视图。这里，内部突起320被示出为从远侧端壁312的内表面314延伸。内部突起320可以成形为抵靠流体装置10、28的密封柱36，以允许流体围绕密封柱36向远侧且沿径向行进，以到达尤其是位于密封柱36的端表面周围的外出孔口334。内部突起320可以是大致盘形的，但是也可以具有任何其它形状，以允许与内部外出孔口334连通的粘性流体的流动。
图17是图15的杯形喷嘴构件的局部透视图。注意，在该实施例中，没有向远侧突出的肋，然而可想到的是向远侧突出的突起以及向远侧突出的肋都可以被包含到这种喷嘴组件中。
已经描述了用于生成粘性流体的均匀喷雾的新的且改进的喷嘴构造和方法的优选实施例，相信本领域技术人员根据本文给出的教导将会想到其它修改、变化和改变。因此应当理解的是，所有这些变化、修改和改变都被认为落入本申请的范围内。
尽管本教导的实施例已经在附图中示出并且在前述详细描述中描述，但应该明白的是本教导并不仅仅局限于所公开的实施例，而是本文中描述的本教导能够进行许多重新配置、修改和替代，而不背离以下权利要求书的范围。如下的权利要求书旨在包括所有修改和变化，只要它们落入权利要求书或其等同方案的范围内。

Claims (20)

1.一种杯形喷嘴构件加分配包装组件，用于分配或喷射从便携式容器中抽取的泵送或加压的流体以生成流体的喷雾，包括：
(a)致动器本体，其具有向远侧突出的密封柱，所述密封柱具有终止于远侧或外侧面部处的柱周壁，所述致动器本体包括与管腔连通的流体通路；
(b)杯形喷嘴构件，其安装在所述致动器本体中，具有向近侧延伸到所述致动器本体中沿径向位于所述密封柱外侧的膛孔中的周壁，并且具有远侧端壁，所述远侧端壁包括与所述密封柱相对的内表面以限定流体通道，所述杯形喷嘴构件包括被限定在所述远侧端壁内的多个互动腔室，其中每个互动腔室限定出在远侧终止于外出孔口中的流体通道；
(c)所述互动腔室与所述致动器本体的流体通路处于流体连通；
(d)其中第一外出孔口具有选定的直径，并且被限定在第一向远侧突出的突起中，所述第一向远侧突出的突起具有选定的突起长度和选定的突起直径；以及
(e)至少一个向远侧突出的平台肋构件，其沿着所述远侧端壁的外表面与所述第一排出孔口间隔开并相邻，其中所述向远侧突出的平台肋构件具有选定的向远侧突出的长度，该长度至少与所述第一向远侧突出的突起的长度一样大。
2.根据权利要求1所述的杯形喷嘴构件加分配包装组件，其中，所述杯形构件包括三个外出孔口，每个外出孔口都瞄准自沿径向排列在所述远侧端壁上的向远侧突出的突起。
3.根据权利要求2所述的杯形喷嘴构件加分配包装组件，还包括：三个向远侧突出的保护肋。
4.根据权利要求2所述的杯形喷嘴构件加分配包装组件，其中，所述杯形喷嘴构件被构造成对于入口压力大约为30psi的超过50cP的较高粘度流体喷射粘性流体。
5.根据权利要求1所述的杯形喷嘴构件加分配包装组件，其中，所述多个外出出口具有在大约0.005"和0.010"之间的喉部直径，被向远侧突出的突起分开，所述向远侧突出的突起使所述外出孔口向远侧偏离所述远侧端壁的外表面的平面，以减少直接位于所述外出出口之上或周围的残余流体膜的存在。
6.根据权利要求5所述的杯形喷嘴构件加分配包装组件，其中，所述杯形喷嘴构件包括大致柱形的侧壁，该侧壁环绕与所述密封柱构件对齐的中心纵向喷射轴线；
其中所述侧壁在远侧终止于所述远侧端壁，该远侧端壁具有内部表面，该内部表面具有三个向远侧瞄准的外出出口和互动腔室，其中每个外出出口和互动腔室提供所述喷嘴构件的内部和外部之间的流体连通。
7.根据权利要求1所述的杯形喷嘴构件加分配包装组件，其中，所述互动区域包括近侧管腔段和沿轴向对齐向远侧变窄的邻接区域，该邻接区域由会聚的流体供给通道壁段限定，该会聚的流体供给通道壁段在远侧终止于所述外出出口，所述外出出口具有喉部长度；
其中所述互动区域被至少部分地限定在所述向远侧突出的突起内，使得所述向远侧突出的突起包括远侧环形表面，该远侧环形表面具有一定的直径，该直径沿径向终止于倒圆肩部侧壁段，以限定突起长度和突起直径。
8.根据权利要求7所述的杯形喷嘴构件加分配包装组件，其中，所述近侧管腔段是大体柱形的，并且包括从所述内部表面延伸穿过所述远侧端壁的一部分的长度。
9.根据权利要求8所述的杯形喷嘴构件加分配包装组件，其中，所述管腔段在所述远侧端壁内的在所述突起从所述远侧端壁的外表面延伸之前的位置处毗邻所述沿轴向对齐向远侧变窄的邻接区域。
10.根据权利要求9所述的杯形喷嘴构件加分配包装组件，其中，所述流体供给通道壁段呈对称形状或截头圆锥形状。
11.根据权利要求9所述的杯形喷嘴构件加分配包装组件，其中，所述流体供给通道壁段包括不对称形状。
12.一种杯形喷嘴构件，构造成从分配包装组件分配粘性流体，所述杯形喷嘴构件包括：
柱形侧壁，其限定内部容积并从近侧开放端部延伸到远侧端壁，所述远侧端壁包括：
内表面，其包括被限定在所述远侧端壁内的多个互动腔室，其中每个互动腔室限定出在远侧终止于外出孔口中的流体通道，所述互动腔室与所述内部容积处于流体连通；
其中第一外出孔口具有选定的直径，并且被限定在第一向远侧突出的突起中，所述第一向远侧突出的突起具有选定的突起长度和选定的突起直径；以及
至少一个向远侧突出的平台肋构件，其沿着所述远侧端壁的外表面与所述第一外出孔口间隔开并相邻，其中所述向远侧突出的平台肋构件具有选定的向远侧突出的长度，该长度至少与所述第一向远侧突出的突起的长度一样大。
13.根据权利要求12所述的杯形喷嘴构件，其中，所述多个外出出口具有在大约0.005"和0.010"之间的喉部直径，并且所述突出的突起使所述外出孔口向远侧偏离所述远侧端壁的外表面的平面，以减少直接位于所述外出出口之上或周围的残余流体膜的存在。
14.根据权利要求13所述的杯形喷嘴构件，其中，所述互动区域包括近侧管腔段和沿轴向对齐向远侧变窄的邻接区域，该邻接区域由会聚的流体供给通道壁段限定，该会聚的流体供给通道壁段在远侧终止于所述外出出口，所述外出出口具有喉部长度；
其中所述互动区域被至少部分地限定在所述向远侧突出的突起内，使得所述向远侧突出的突起包括远侧环形表面，该远侧环形表面具有一定的直径，该直径沿径向终止于倒圆肩部侧壁段，以限定突起长度和突起直径。
15.根据权利要求14所述的杯形喷嘴构件，其中，所述近侧管腔段是大体柱形的，并且包括从所述内部表面延伸穿过所述远侧端壁的一部分的长度。
16.根据权利要求15所述的杯形喷嘴构件，其中，所述管腔段在所述远侧端壁内的在所述突起从所述远侧端壁的外表面延伸之前的位置处毗邻所述沿轴向对齐向远侧变窄的邻接区域。
17.根据权利要求16所述的杯形喷嘴构件，其中，所述流体供给通道壁段呈对称形状或截头圆锥形状。
18.根据权利要求16所述的杯形喷嘴构件，其中，流体供给通道壁段包括不对称形状。
19.根据权利要求16所述的杯形喷嘴构件，其中，所述互动区域的由所述管腔段限定的部分包括一定的长度，该长度大于所述向远侧变窄的邻接区域的长度；
其中所述向远侧变窄的邻接区域的长度大于所述喉部长度的长度。
20.一种杯形喷嘴构件，构造成从分配包装组件分配粘性流体，所述杯形喷嘴构件包括：
柱形侧壁，其限定内部容积并从近侧开放端部延伸到远侧端壁，所述远侧端壁包括：
内表面，其包括被限定在所述远侧端壁内的多个互动腔室，其中每个互动腔室限定出在远侧终止于外出孔口中的流体通道，所述互动腔室与所述内部容积处于流体连通；
其中第一外出孔口具有选定的直径，并且被限定在第一向远侧突出的突起中，所述第一向远侧突出的突起具有选定的突起长度和选定的突起直径；
至少一个向远侧突出的平台肋构件，其沿着所述远侧端壁的外表面与所述第一外出孔口间隔开并相邻，其中所述向远侧突出的平台肋构件具有选定的向远侧突出的长度，该长度至少与所述第一向远侧突出的突起的长度一样大；
所述向远侧突出的肋成形为包括邻近斜坡部分的平台部分，其中所述平台部分具有比所述斜坡部分更大的宽度，并且包括大体上渐缩的轮廓；
其中所述向远侧突出的平台肋构件沿着共用轴线与第一出口突起对齐。
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