CN116251686A - 纺锤分流型喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纺锤分流型喷嘴，主要包括一管体及一分隔件，管体包括有一内管壁、一输入口及一喷出口，内管壁、输入口及喷出口之间形成一容置空间。分隔件包括有一中环区，并从中环区往两侧分别形成一第一凸形体及一第二凸形体而邻近喷出口的内管壁将以一喷出端增厚角度往喷出口中心点方向延伸。分隔件设置于容置空间内，并致使第一凸形体与输入端内管壁之间形成一渐缩空间，第二凸形体与喷出端内管壁之间形成一渐阔空间，而分隔件中环区与内管壁之间则形成一环区部通道，可连接渐缩空间及渐阔空间。一输入流体从输入口输入渐缩空间后，再依序通过截面积最小的环区部通道而流向渐阔空间，并以一超音速的喷出流体从喷出口射出，借此以获得射出面积较集中的超音速流体。

Description

纺锤分流型喷嘴

技术领域

本发明关于一种纺锤分流型喷嘴，可适用于高精密喷射头、医药投递载具、美容装置或喷射引擎中，可获得射出面积较集中的超音速流体。

背景技术

德瓦拉喷嘴(De Lavel Nozzle)也可称为一渐缩渐阔喷嘴，主要是可将所输入流体的热能转换为动能，并成为一具有超音速的喷出流体。如图１所示，德瓦拉喷嘴10是一种中间收缩而两端呈现沙漏状的管体12，其两端分别为一输入口11及一喷出口13，而中间则为截面积最小的喉部17。输入口11至喉部17与内管壁15之间为一截面积逐渐缩减的渐缩空间115，而喉部17至喷出口13与内管壁15之间则为一截面积逐渐扩张的渐阔空间135。高于环境压力的输入流体F1在通过渐缩空间115时，输入流体F1的热能将逐渐转化为动能，且在通过喉部17时，流体速度可达到音速(马赫数=1.0)。输入流体F1从喉部17往渐阔空间135流动时，其动能会继续提升，并在从喷出口13喷出时，喷出流体F2速度已超过音速(马赫数>1.0)。

德拉瓦喷嘴10被广泛应用于蒸气涡轮机、火箭发动机、超音速喷气发动机、喷射引擎及/或生医投递装置中。但是，德拉瓦喷嘴10是一种发散型的喷出口13，喷出流体F2或其投递物质从喷出口13以超音速喷出时，将持续往外发散，而不会集中到欲投放区域，且也会形成扰人的音爆声量。

发明内容

为此，本发明的目的是提出一种纺锤分流型喷嘴，可改善现有渐缩渐阔喷嘴会发散喷出的缺点，不仅可达到喷射流体较集中的效果，也可降低喷出口的音爆声量。

本发明为达上述目的，在于提供一种纺锤分流型喷嘴，包括：一管体，包括一内管壁、一输入口及一喷出口，并于该内管壁、该输入口及该喷出口的间形成一容置空间，该内管壁邻近于中间位置可定义为一中段区，而该中段区的两侧分别定义为一输入端内管壁及一喷出端内管壁，该喷出端内管壁从该中段区起将以一喷出端增厚角度而往该喷出口的中心点方向伸长；及一分隔件，位于该管体的该容置空间内，该分隔件邻近中间位置定义为一中环区，该中环区的两侧分别有一第一凸形体及一第二凸形体，该第一凸形体面对该管体的该输入口，该第一凸形体与该输入端内管壁之间将形成一渐缩空间，该渐缩空间的截面积是由该输入口往该喷出口的方向逐渐缩小，而该第二凸形体则面对该管体的该喷出口，该第二凸形体与该喷出端内管壁之间则形成一渐阔空间，该渐阔空间的截面积是由该输入口往该喷出口的方向逐渐增加，该中环区与该内管壁之间形成有一环区部通道，该渐缩空间通过该环区部通道而连接该渐阔空间。

本发明为达上述目的，在于提供一种纺锤分流型喷嘴，包括：一管体，包括一内管壁、一输入口及一喷出口，并于该内管壁、该输入口及该喷出口之间形成一容置空间，该内管壁邻近中间位置定义为一中段区，而该中段区的两侧分别定义为一输入端内管壁及一喷出端内管壁；一分隔件，位于该管体的该容置空间内，该分隔件邻近中间位置定义为一中环区，该中环区的两侧分别有一第一凸形体及一第二凸形体，其中该第一凸形体面对该输入口，该第一凸形体与该输入端内管壁之间将形成一渐缩空间，该渐缩空间的截面积是由该输入口往该喷出口的方向逐渐缩小，而该第二凸形体面对该喷出口，该第二凸形体与该喷出端内管壁之间则形成一渐阔空间，该渐阔空间的截面积是由该输入口往该喷出口的方向逐渐增加，该中环区与该内管壁之间形成有一环区部通道，该渐缩空间通过该环区部通道而连接该渐阔空间；及一连接件，位于该渐缩空间，分别连接该输入端内管壁及该第一凸形体。

本发明一实施例中，包括有至少一连接件，用以连接该分隔件及该内管壁。

本发明一实施例中，其中该第二凸形体是以一第二斜降角度从中环区起往该喷出口的中心点方向伸长，该第二斜降角度将大于该喷出端增厚角度。

本发明一实施例中，其中该环区部通道的截面积将小于该渐缩空间的截面积及该渐阔空间的截面积。

本发明一实施例中，其中该连接件分别连接该内管壁的该中段区及该分隔件的该中环区。

本发明一实施例中，其中该连接件位于该渐缩空间，分别连接该输入端内管壁及该第一凸形体。

本发明一实施例中，包括有一固定环以环绕设置在该分隔件的外侧，该固定环用以卡固在该内管壁，而该固定环内设有至少一该环区部通道。

本发明一实施例中，其中该分隔件邻近该中环区凿设有至少一该环区部通道，该环区部通道穿透该分隔件，而该中环区可用以接触并固定在该内管壁上，并致使该环区部通道可连接该渐缩空间及该渐阔空间。

本发明一实施例中，其中该喷出端增厚角度为0度至10度。

本发明一实施例中，其中该输入端内管壁从该中段区起将以一输入端渐薄角度而远离该输入口的中心点方向伸长。

本发明一实施例中，其中该喷出端内管壁从该中段区起将以一喷出端渐薄角度而远离该喷出口的中心点方向伸长。

为此，本发明具有至少以下优点：

1.通过喷出端内管壁的喷出端增厚角度，可达到喷出流体较集中的效果，可适用于需要精准投递物件或集中喷射点的装置。

2. 通过喷出端内管壁的喷出端增厚角度，不仅可降低输出流体的启动压力，也可降低喷出口因为喷出流体所形成的音爆声量。

3.连接件设置于渐缩空间内，可降低输入流体在加速作用时的干扰，可提高喷出流体的喷出速度。

4.提供另一种渐缩渐阔喷嘴的组合构造，可降低喷嘴的制造困难度。

附图说明

图１为现有德瓦拉喷嘴的构造剖面示意图；

图２为本发明纺锤分流型喷嘴一较佳实施例的剖面示意图一；

图３为本发明如图２所示实施例的输入口端的侧视图；

图４为本发明纺锤分流型喷嘴一实施例的剖面示意图二；

图５为本发明纺锤分流型喷嘴一实施例的剖面示意图三；

图６为本发明如图５所示实施例的输入口端的侧视图；

图７为本发明纺锤分流型喷嘴一实施例的剖面示意图四；

图８为本发明纺锤分流型喷嘴一实施例的剖面示意图五。

附图标记说明：

10：喷嘴

11：输入口

115：渐缩空间

12：管体

13：喷出口

135：渐阔空间

15：内管壁

17：喉部

20：喷嘴

30：管体

31：输入口

33：喷出口

35：内管壁

351：输入端内管壁

353：喷出端内管壁

355：中段区

37：容置空间

371：渐缩空间

373：渐阔空间

375：环区部通道

40：分隔件

41：第一凸形体

43：第二凸形体

45：中环区

50：连接件

60：固定环

675：环区部通道

775：环区部通道

80：进料孔

θ1：第一斜降角度

θ2：第二斜降角度

θ3：输入端渐薄角度

θ4：喷出端增厚角度

θ5：喷出端渐薄角度

F1：输入流体

F2：喷出流体。

具体实施方式

首先，请参阅图２及图３，分别为本发明纺锤分流型喷嘴一较佳实施例的剖面示意图及输入口端的侧视图。如图所示，纺锤分流型喷嘴20主要包括有一管体30及一分隔件40。其中管体30包括有一内管壁35、一输入口31及一喷出口33，而内管壁35、输入口31与喷出口33之间则形成为一容置空间37。内管壁35邻近中央位置可定义为一中段区355，中段区355与输入口31之间的内管壁35定义为一输入端内管壁351，而中段区355与喷出口33之间的内管壁35则定义为一喷出端内管壁353。喷出端内管壁353从中段区355起将以一喷出端增厚角度θ4而往喷出口33的中心点方向伸长。

分隔件40位于容置空间37内，邻近分隔件40的中央位置可定义为一中环区45，中环区45的两侧端分别设有一第一凸形体41及一第二凸形体43。分隔件40可近似于一纺锤形体、一椭圆形体、一橄榄形体、一锥形体或一圆锥体的物件。第一凸形体41是面对管体30的输入口31，并从中环区45起以一第一斜降角度θ1往输入口31的中心点方向伸长，该第一凸形体41与输入端内管壁351之间将形成一渐缩空间371，渐缩空间371的截面积是由输入口31朝喷出口33的方向逐渐缩小。而该第二凸形体43则是面对管体30的喷出口33，并从中环区45起以一第二斜降角度θ2往喷出口33的中心点方向伸长，第二凸形体43与喷出端内管壁353之间则形成一渐阔空间373，渐阔空间373的截面积是由输入口31朝喷出口33的方向逐渐扩大。

分隔件40的中环区45与内管壁35之间将形成有一环区部通道375，环区部通道375将连通渐缩空间371及渐阔空间373。大于环境压力的一输入流体F1从输入口31进入渐缩空间371后，将被第一凸形体41进行分流，其热能将被转换为动能，且在通过截面积最小的环区部通道375时，输入流体F1的流速将到达音速等级(=1马赫)。通过环区部通道375后将流向渐阔空间373，在第二凸形体43及喷出端内管壁353的导引作用下，将可继续提速，最后将以一超音速等级(>1马赫)的喷出流体F2从喷出口33射出。如此获得射出面积较集中的超音速喷出流体F2。

分隔件40固定于容置空间37可具有多种方式，如本图所示实施例，在管体30的中段区355及分隔件40的中环区45之间设有至少一连接件50，环区部通道375则位于连接件50旁。

分隔件40的第二斜降角度θ2将大于喷出端内管壁353的喷出端增厚角度θ4，以确保渐阔空间373的截面积是由输入口31朝喷出口33的方向逐渐扩大。而喷出端增厚角度θ4可介于0度至10度之间。

请参阅图４，为本发明另一实施例的剖面示意图。如图所示，喷出端增厚角度θ4为0度，换言之，喷出端内管壁353的截面积从输入口31往喷出口33方向都相同，如此渐阔空间373的截面积还是可由输入口31朝喷出口33的方向逐渐扩大。

在本发明另一实施例中，输入端内管壁351具有一输入端渐薄角度θ3，从内管壁35的中段区355起将以一输入端渐薄角度θ3而远离输入口31的中心点方向伸长。渐缩空间371的截面积还是可由输入口31朝喷出口33的方向逐渐缩小。

在本发明一比较实验中，如果喷出端增厚角度θ4设定为0度，且输入流体F1的启动压力为80psi(磅力每平方英寸；pound-force per square inch)时，在喷出端33的喷出流体F2的流体速度测量值为超音速等级的2.42马赫，而作用面积为50.27mm。反之，如果喷出端增厚角度θ4设定为0.63度，而输入流体F1的启动压力同样设定为80psi时，在喷出端33的喷出流体F2的流体速度测量值为超音速等级的2.06马赫，而作用面积即可集中到为28.27mm。由此实验可知，本发明所公开构造在输入流体F1的启动压力在超过环境压力下都可获得超音速等级的喷出流体F2，且喷出端增厚角度θ4只要小于第二斜降角度θ2就可达到集中喷射点(喷出作用面积)的效果，因此可适用于需要精准投递物件或集中喷射点的喷嘴装置。

在本发明又一比较实施中，如果喷出端增厚角度θ4设定为0度，其输入流体F1的启动压力必须超过70psi，如此喷出流体F2才可以达到超音速等级(2.41马赫)。反之，如果喷出端增厚角度θ4设定为0.63度，其输入流体F1的启动压力只要超过50psi时，其喷出流体F2就可以达到超音速等级(2.02马赫)。同样在θ4设定为0.63度时，如果输入流体F1的启动压力增加为70psi时，则在喷出端33的喷出流体F2即为超音速等级的2.05马赫。因此，喷出端内管壁353的喷出端增厚角度θ4只要超过0度，其输入流体F1的启动压力就可相较于θ4只有0度时为低。

又，喷出端增厚角度θ4设定为0.63度时，其喷出口33的音爆声量相较于θ4设定为0度时至少可降低约10分贝(db)。当然，相较于现有发散型喷出口的渐缩较阔喷嘴，具有喷出端增厚角度θ4的本发明所公开构造可降低的音爆声量更大。

请参阅图５及图６，分别为本发明纺锤分流型喷嘴又一实施例的剖面示意图及输入口端的侧视图。如图所示，固定环60为一环状构造或一空心柱体，并环绕设置在分隔件40的外侧。固定环60的外径略小于或等于容置空间37邻近于中段区355的内径，并可将分隔件40卡合在管体30的内管壁35。具体而言，分隔件40可连接固定环60的内表面，而后将分隔件40及固定环60放入管体30的容置空间37内，使得固定环60的外表面卡固在管体30的内管壁35。固定环60凿设有至少一环区部通道675，渐缩空间371内的输入流体F1可通过环区部通道675而流向渐阔空间373，而输入流体F1的热能将转换为动能，以致使其喷出流体F2具有超音速等级。

请参阅图７，为本发明纺锤分流型喷嘴再一实施例的剖面示意图。如图所示，分隔件40及固定环60为一体成型的构造。换言之，固定环60是分隔件40的一部份，分隔件40的中环区45可直接接触并固定于管体30的内管壁35。分隔件40邻近中环区45位置凿设有至少一环区部通道775，渐缩空间371内的输入流体F1可通过环区部通道775而流向渐阔空间373。

在本发明一实施例中，管体30上设置有一进料孔80，进料孔80可穿透管体30及内管壁35而连接容置空间37，并用以将一溶液或一金属微粒的投递物引入到容置空间37内。当输入流体F1由输入口31输入而通过渐缩空间371、环区部通道775及/或渐阔空间373时，将会带动或推动容置空间37内的投递物往渐阔空间373方向移动，并由喷出口33射出而离开喷嘴20，并射入一目标物，例如皮肤组织或细胞组织。因此，本发明纺锤分流型喷嘴20可适用于一医药投递装置，特别适用于医疗或美容美体领域。通过本发明纺锤分流型喷嘴20的使用，可产生高速气体将药品或保养品瞬间雾化，使其均匀涂布并渗入使用者的皮肤，相较于传统的涂抹方式可达到更好的渗透率及吸收率。

投递物可为一皮下填充物、一组织促生剂、一肉毒杆菌毒素、一生物性物质、一药物、一保养品、一高分子微粒、或一维晶瓷。例如但不限为一DNA、RNA、蛋白质、化妆组合物、矿物、病毒颗粒、肉毒杆菌、尿酸、激化胶、胶原蛋白、维生素、纤维素、果酸、基因转殖物、疫苗、精华液、珍珠、贵重金属、血小板、止痛基因及/或还原色素。

在本发明一实施例中，进料孔80可连接设置在渐缩空间371、环区部通道775/环区部通道675/环区部通道375或渐阔空间373。其中，进料孔80连接设置在环区部通道775或渐阔空间373的效果更好，主要是因为输入流体F1在通过这些区段时会具有较高的流速，有利于通过高速的流体带动DNA溶液或具有DNA的金属微粒往前喷出。

最后，请参阅图８，为本发明纺锤分流型喷嘴一实施例的剖面示意图。如图所示，由于输入流体F1主要是在环区部通道375/环区部通道675/环区部通道775及渐阔空间373进行加速作用，为了避免连接件50影响到输入流体F1的加速效果，因此连接件50可设置在渐缩空间371内，直接连接输入端内管壁351及第一凸形体41。

在本发明一实施例中，管体30的喷出端内管壁353也可从该中段区355起将以一喷出端渐薄角度θ5而远离该喷出口33的中心点方向伸长，经实验证明，同样可达到渐阔空间373及取得具有超音速等级的喷出流体F2。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。

Claims (12)

1.一种纺锤分流型喷嘴，其特征在于，包括：

一管体，包括一内管壁、一输入口及一喷出口，并于该内管壁、该输入口及该喷出口之间形成一容置空间，该内管壁邻近于中间位置可定义为一中段区，而该中段区的两侧分别定义为一输入端内管壁及一喷出端内管壁，该喷出端内管壁从该中段区起将以一喷出端增厚角度而往该喷出口的中心点方向伸长；及

一分隔件，位于该管体的该容置空间内，该分隔件邻近中间位置定义为一中环区，该中环区的两侧分别有一第一凸形体及一第二凸形体，该第一凸形体面对该管体的该输入口，该第一凸形体与该输入端内管壁之间形成一渐缩空间，该渐缩空间的截面积是由该输入口往该喷出口的方向逐渐缩小，而该第二凸形体则面对该管体的该喷出口，该第二凸形体与该喷出端内管壁之间则形成一渐阔空间，该渐阔空间的截面积是由该输入口往该喷出口的方向逐渐增加，该中环区与该内管壁之间形成有一环区部通道，该渐缩空间通过该环区部通道而连接该渐阔空间。

2.如权利要求1所述的纺锤分流型喷嘴，其特征在于，包括有至少一连接件，用以连接该分隔件及该内管壁。

3.如权利要求1所述的纺锤分流型喷嘴，其特征在于，该第二凸形体是以一第二斜降角度从中环区起往该喷出口的中心点方向伸长，该第二斜降角度将大于该喷出端增厚角度。

4.如权利要求2所述的纺锤分流型喷嘴，其特征在于，该环区部通道的截面积将小于该渐缩空间的截面积及该渐阔空间的截面积。

5.如权利要求2所述的纺锤分流型喷嘴，其特征在于，该连接件分别连接该内管壁的该中段区及该分隔件的该中环区。

6.如权利要求2所述的纺锤分流型喷嘴，其特征在于，该连接件位于该渐缩空间，分别连接该输入端内管壁及该第一凸形体。

7.如权利要求1所述的纺锤分流型喷嘴，其特征在于，包括有一固定环以环绕设置在该分隔件的外侧，该固定环用以卡固在该内管壁，而该固定环内设有至少一该环区部通道。

8.如权利要求1所述的纺锤分流型喷嘴，其特征在于，该分隔件邻近该中环区凿设有至少一该环区部通道，该环区部通道穿透该分隔件，而该中环区可用以接触并固定在该内管壁上，并致使该环区部通道可连接该渐缩空间及该渐阔空间。

9.如权利要求1所述的纺锤分流型喷嘴，其特征在于，该喷出端增厚角度为0度至10度。

10.如权利要求1所述的纺锤分流型喷嘴，其特征在于，该输入端内管壁从该中段区起将以一输入端渐薄角度而远离该输入口的中心点方向伸长。

11.如权利要求1所述的纺锤分流型喷嘴，其特征在于，该喷出端内管壁从该中段区起将以一喷出端渐薄角度而远离该喷出口之中心点方向伸长。

12.一种纺锤分流型喷嘴，其特征在于，包括：

一管体，包括一内管壁、一输入口及一喷出口，并于该内管壁、该输入口及该喷出口之间形成一容置空间，该内管壁邻近中间位置定义为一中段区，而该中段区的两侧分别定义为一输入端内管壁及一喷出端内管壁；

一分隔件，位于该管体的该容置空间内，该分隔件邻近中间位置定义为一中环区，该中环区的两侧分别有一第一凸形体及一第二凸形体，其中该第一凸形体面对该输入口，该第一凸形体与该输入端内管壁之间将形成一渐缩空间，该渐缩空间的截面积是由该输入口往该喷出口的方向逐渐缩小，而该第二凸形体面对该喷出口，该第二凸形体与该喷出端内管壁之间则形成一渐阔空间，该渐阔空间的截面积是由该输入口往该喷出口的方向逐渐增加，该中环区与该内管壁之间形成有一环区部通道，该渐缩空间通过该环区部通道而连接该渐阔空间；及

一连接件，位于该渐缩空间，分别连接该输入端内管壁及该第一凸形体。

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