CN106999958B - 具有均匀喷雾分布的用于高粘度(例如油)喷雾应用的喷雾喷嘴 - Google Patents

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Abstract

喷嘴和喷雾分配器，其用于当喷射高粘度流体(即，油、乳液、清洁液体、剪切稀化液体和凝胶以及粘度为10cP至100cP的类似的牛顿流体和非牛顿流体)时产生均匀的基本扁平扇形喷雾模式，其配置有限定多个唇缘区段150A、150B、150C的出口孔口(134)。杯形喷嘴构件(100)具有围绕中心纵向轴线的圆柱形侧壁(102)，并且具有圆形封闭端壁，该端壁具有通过端壁(112)的至少一个出口孔口。至少一个改进的出口孔口结构形成在端壁的内表面中，并且包括在孔口(134)处限定边缘的具有选定宽度的两个至五个唇缘区段，其中每个边缘区段限定在具有选定的壁会聚角β的分离的和不同的内壁区段160A、160B、160C的远侧边缘处。

Description

具有均匀喷雾分布的用于高粘度(例如油)喷雾应用的喷雾 喷嘴
相关申请的引用：
本申请要求于2014年11月10日提交的、题为“具有均匀喷雾分布的用于高粘度(例如油)应用的喷雾喷嘴(Spray nozzle for high viscosity(e.g.,Oil)applicationswith uniform spray distribution)”的号为62/077,616的在先共同拥有的待审美国临时专利申请的优先权。本申请还涉及题为“用于触发喷雾应用的流体喷嘴(Fluidic Nozzlefor Trigger Spray Applications)”的共同拥有的美国专利7,354,008以及Hester等人于2008年4月8日提出的题为“杯形流体回路、喷嘴组合件和方法(Cup-shaped FluidicCircuit，Nozzle Assembly and Method)”的号为PCT/US12/34293的PCT申请(现WIPO公布号为WO2012/145537)。所有上述申请和专利的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及喷雾喷嘴，其配置成当喷射某些消费品时使用，消费品诸如清洁液、烹饪油或其它油、个人护理产品等。更具体而言，本发明涉及一种喷嘴组合件，其适于与低压、触发喷雾或“仅产品”(意为无推进剂)的施用器或喷嘴一起使用以用于加压的气溶胶(特别是袋上装阀(Bag-On-Valve)和压缩气体包装产品)。
背景技术
通常情况下，用于喷射消费品的触发分配器是用于从容器输送液体的相对低成本的泵装置。分配器被保持在操作者的手中并且具有触发器，所述触发器可通过挤压或拉动手指以从容器泵送液体并且通过在分配器前部处的结合有喷嘴的喷头来操作。
这种手动操作的分配器可具有在工业上已经变得普遍和众所周知的各种特征。例如，现有技术的分配器可包括专用喷头，其具有喷嘴，所述喷嘴在液体从喷嘴分配或流出时产生用于液体的限定喷雾模式。还已知提供具有可调节的喷雾模式的喷嘴，使得通过单个分配器，使用者可选择喷雾模式，该喷雾模式的形式可以是流或液滴的基本上圆形或锥形的喷雾。
如图1A中所示，许多物质目前作为消费品在具有这种用触发器操作的喷头的容器中销售和出售。这种物质的示例包括空气清新剂、窗户清洁溶液、地毯清洁剂、除斑剂、个人护理产品、杂草和害虫控制产品，以及可用于各种喷雾应用的许多其它材料。使用这些喷雾器的消费品通常与带有分配器的瓶一起包装，该分配器通常包括手动致动的泵，该泵将流体输送到喷头喷嘴，使用者将喷头喷嘴瞄准在期望的表面处或期望的方向上。虽然由这种手动泵产生的操作压力通常在30磅/平方英寸(PSI，Pound per Square Inch)至40磅/平方英寸(PSI)的范围内，但是锥形喷雾通常非常松散，并且喷射出大大小小液滴的不规则模式。对于粘度较高的流体而言，这些现有技术的喷头通常包括只可产生流体射流的喷雾喷嘴，或者根本不能工作。
这样的喷头最近已被引入市场，其具有用电池操作的泵，其中只要按压触发器一次就能启动持续的泵送动作，直到释放触发器上的压力。这些喷头通常在5PSI至15PSI范围内的较低压力下工作。它们也遭受与手动泵所述相同的缺陷；此外，由于其较低操作压力，它们通常对可能产生的喷雾模式具有甚至更少的变化或控制。
气溶胶应用也是常见的，并且现在使用袋上装阀(“BOV，Bag-On-Valve”)和压缩气体方法来形成较高的操作压力，例如在50PSI至140PSI的范围内的压力，而不是先前使用的昂贵和较不环保的推进剂。这些包装方法是期望的，因为如上所述，与其它输送方法相比，它们可以产生更高的操作压力。
一些商业产品与配置成以选定喷雾模式产生产品喷雾的分配器一起包装。用于典型商业分配器的喷嘴(例如参见图1B和图1C)通常是具有模制的“盖”的一类喷嘴，其具有通道，当适当的通道与来自喷雾器组合件的供给通道对准时产生选定的喷雾或流模式。这些现有技术喷嘴中的一些(例如，喷嘴30)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合件内剪切以便形成扁平扇形喷雾(与流不同)，扁平扇形喷雾具有分散在大角度上的大小和速度变化的液滴。传统的扁平扇形喷雾喷嘴(例如，如图1C至图1F中所示，喷嘴30)包括会聚的流体通道或供给部，该会聚的流体通道或供给部在远侧终止于槽形出口孔口34，该槽形出口孔口由间隔开的、平行的、相对的第一流体流剪切唇缘或边缘L1和第二流体流剪切唇缘或边缘L2限定。
对于许多消费品流体而言，传统的扁平扇形喷雾喷嘴30产生可接受和基本上平面的扁平扇形喷雾，其中喷雾扇形的平面平行于出口孔口的间隔开的、平行的、相对的第一流体流剪切唇缘L1和第二流体流剪切唇缘L2并处于两者之间，其中扇形宽度部分地是喷嘴供给部宽度FW的函数，并且喷雾扇形的厚度部分地是流体供给通道的会聚角β(Beta，在图1D和图1E中最佳可见)的函数。然而，这些传统的扁平扇形喷雾剪切喷嘴不适用于喷射任何流体。对于需要在较低压力下喷射高粘度液体的那些人而言，已经证明现有技术的喷嘴30是不可接受的。具体而言，对于在低压下的高粘度流体(例如不使用推进剂)而言，传统的扁平扇形喷雾喷嘴的性能是不可接受的。还需要用高粘度液体获得均匀的涂层或喷雾分布。
需要一种喷嘴，其能够提供可接受的均匀的扁平扇形喷雾，其中在触发器喷雾应用中喷射在10厘泊(cP，centiPoise)至100厘泊(cP)范围的液体，其中在触发器喷雾应用中压力高达每平方英寸60磅(PSI)。其也可容易地用于气溶胶，特别是袋上装阀(BOV)或压缩气体，其中压力可达140PSI。现有技术的喷嘴(例如喷嘴30)能够在上述范围内喷射高粘度的液体。然而，用现有技术的喷嘴获得的喷雾分布由于扇形边缘处的过多体积而非常不均匀。当申请人用传统喷嘴30喷射粘性液体(即，具有粘度为10cP至100cP的油或乳液的液体)时，冲击扇形模式中心的喷雾仅包括约10％的流体，而冲击扇形模式相对端部的流体包括约90％的流体。需要喷射粘性液体并应用均匀的涂层/分布，以使得使用者能够获得液体的均匀涂层(喷雾分布)而不会在喷雾扇形的边缘处存在过多的体积。可从这种喷嘴获益的产品喷雾应用的示例包括油、防晒乳液、乳液、清洁液体、剪切稀化液体和凝胶等。
因此，需要对现有技术的传统喷嘴提供成本有效的替代物，其将允许使用者喷射粘性液体并在表面上获得均匀的涂层，而除非流体喷雾分布沿着喷雾扇形的横轴基本是均匀的，否则上述是不可能的。还需要一种喷嘴构造，其使得使用者能够产生并且瞄准液体的均匀涂层(喷雾分布)而不会在喷雾扇形的边缘处存在过多的体积。
发明内容
申请人已经研究了现有技术的扁平扇形喷雾剪切喷嘴(例如，如图1C至图1F中所示)，并且找到了这些喷嘴在喷射高粘度液体时沿喷雾扇形的宽度提供喷雾的这种不均匀分布的原因。如上所述，这些传统的扁平扇形喷雾剪切喷嘴包括会聚的液体通道或供给内腔，其在远侧终止于槽形出口孔口，所述槽形出口孔口具有下述特征(例如间隔开的、平行的、相对的第一流体流剪切唇缘L1和第二流体流剪切唇缘L2)，其使用远侧流动液体的动能来将液体剪切成液滴并将这些液滴以向远侧投射的喷雾模式从出口孔口投射出来，但是当使用高粘度的液体或流体(即，诸如具有粘度为10cP至100cP的油或乳液的液体)时，流体喷雾变得在末端量多(heavy-ended)，在“喷雾扇形”的中心几乎不会看到喷雾。本发明通过提供新颖的喷嘴剪切唇缘构造来解决该问题。
申请人已经进行了大量的研究和开发工作，其目的是提供喷嘴以在较低的压力下、特别是低压下而不使用推进剂的情况下喷射本文所述高粘度液体。这项开发工作还寻求开发一种用于用本文所述高粘度液体喷射均匀涂层或喷雾分布的喷嘴。本发明的喷嘴构造和方法着眼于在10cP至100cP范围内的液体的喷雾应用，以在高达60PSI的压力下在触发器喷雾应用(例如，使用诸如图1A中所示那些的泵送机构)中进行喷射。它也可容易地与气雾剂一起使用(例如，使用诸如图1B中所示那些的机构)，特别是袋上装阀(BOV)或压缩气体，其中压力可高达140PSI。已经证明本发明的喷嘴组合件和方法可靠地产生本文所述粘性液体(例如油、防晒乳液、其它乳液、清洁液体、剪切稀化液体和凝胶等)的喷雾，并提供均匀的涂层/分布而在喷雾扇形边缘处不存在过多的体积。
本发明的喷嘴结构与现有技术的图1C至图1F的扁平扇形喷雾剪切喷嘴的不同之处在于结合有多个新颖的特征。最明显的是多个不同的、不连续的剪切诱导边缘区段或唇缘的锯齿状外观，其限定出具有多个唇缘表面而不是单个连续唇缘边缘(例如，L1或L2)的出口孔口。申请人的新颖的多唇缘构造使得能够显著增强对喷雾体积分布的控制，并且特别好地适用于控制跨过高粘度液体喷雾扇形的液体体积分布。在示例性实施例中，流体动通过具有内腔高度Fh和内腔宽度Fw的矩形供给部进入。供给内腔中的流通过平面的、平行的侧壁和会聚的顶壁和底壁向远侧或向下游引导到出口孔口。在现有技术的喷嘴(例如，喷嘴30)中，出口孔口(例如，出口孔口34)的特征在于在相对的单个连续唇缘(例如，L1、L2)之间限定开孔，每个单个连续唇缘限定在具有一个会聚角β(Beta，在图1D和图1E中最佳可见)的顶壁或底壁区段的远端处。尽管在这些示例性实施例中本发明被描述成与矩形供给内腔一起使用，但是本发明的多唇缘出口孔口也可与圆形或椭圆形横截面的供给内腔一起使用。
在本发明中，出口孔口由多个分离的不连续的唇缘或边缘限定。这些分离的或不连续的唇缘分别形成在具有选定的会聚角β的分离的和不同的内壁区段的远端处，因此出口孔口可具有由分离的第一内壁区段和第三内壁区段限定的外侧唇缘区段或第一唇缘区段和第三唇缘区段，所述分离的第一内壁区段和第三内壁区段具有第一选定的内壁会聚角β1(例如选择成100度至180度，用于内壁区段1和内壁区段3，产生唇缘1和唇缘3)，而第二唇缘区段由具有形成中央唇缘2的第二选定的内壁会聚角β2(例如选择成20度至100度)的第二分离的内壁区段限定。注意，在该示例中，唇缘1和唇缘3的会聚角度相等，但是也可以不同。在这种情况下，三个壁区段将限定三个会聚角(β1、β2和β3)。
在此描述的示例性实施例是用于三个唇缘或唇缘区段的，但是当需要控制分布和喷雾角时，本发明的喷嘴结构和方法可扩展到五个或更多个唇缘。具有五个唇缘区段的喷嘴可包括从20度至180度的范围中选择的五(5)个分离的和不同地选择的内壁会聚角(β1至β5)。
根据本发明，每个唇缘区段限定具有其自身横向范围或宽度的边缘。在现有设计(例如现有技术的喷嘴30)中，每个单个唇缘(例如，L1或L2)具有的宽度等于供给内腔的宽度Fw(如图1C、图1E、图1F中所示)。在本发明中，每个唇缘区段具有其自身的区段边缘长度(其被标记为Fw1、Fw2、Fw3等，如同每个区段被认为包括其自身的供给内腔一样)。由每个唇缘区段限定的横向长度选择为使得对于整个出口孔口而言具有均匀的喷雾分布。总体上，申请人已经发现，对于本文所述高粘度流体(即，油、防晒乳液、乳液、清洁液体、剪切稀化液体和凝胶以及粘度为10cP至100cP的类似流体)而言，可以产生令人惊奇地均匀的喷雾扇形，其具有较窄或较短的外侧唇缘和较宽或较长的中央唇缘，并且其中中央唇缘以比外侧唇缘更小的内壁会聚角β被更远地限定。在一个原型中，中央唇缘(唇缘2)的横向边缘长度选择成Fw的40％至60％，以及外侧唇缘(唇缘1和唇缘3)的横向边缘长度选择成Fw的20％至30％，并且发现该喷嘴构造提供显著更均匀的液体喷雾涂层。该原型是一个示例，其具有限定成具有相等长度的外侧唇缘区段(唇缘1和唇缘3)，但是那些外侧唇缘区段可不相等并且产生优异的喷雾效果。
在操作中，对于上述示例喷嘴而言，唇缘1和唇缘3具有高的会聚角(例如，150度)。这导致交叉点上的较大的喷雾角，然而由于唇缘1和唇缘3与唇缘2相比具有较小的宽度，因此在唇缘1和唇缘3的边缘处存在较小的体积。中央唇缘(唇缘2)具有最大的宽度或边缘长度和最小的会聚角，导致较小的扇形和在喷雾中心中的更多的体积。来自该喷嘴的喷雾可被认为是三个不同喷雾扇形的叠加，并且与现有技术的喷嘴30相比，来自三个唇缘区段的三个喷雾扇形的叠加导致在喷雾扇形上的显著更均匀的体积分布。
更一般地，据信本发明的多唇缘设计现在为扁平扇形喷雾喷嘴提供几种有效的实施例，其特别好地适合于将粘性流体以喷雾扇形模式均匀地喷射。优选实施例包括两个至五个唇缘区段，每个唇缘区段具有选定的边缘长度或宽度以及内壁会聚角β。通过控制唇缘宽度和会聚角，液体流线以不同的角度相交，产生均匀的喷雾分布，因此本发明的喷嘴可在表面上提供均匀得多的涂层。
在本发明的一个实施例中，用于喷雾式分配器的杯形粘性流体扁平扇形喷雾产生喷嘴构件围绕与横向喷雾扇形轴线相交的中心纵向喷雾轴线具有基本上圆柱形的侧壁。杯形粘性流体扁平扇形喷雾产生喷嘴构件的圆柱形侧壁在远侧终止于具有内表面和外表面(或称远侧表面)的基本上圆形的远端壁，所述外表面或远侧表面具有中心出口或出口开孔，该中心出口或出口开孔提供杯的内部和外部之间的流体连通。改进的多唇缘扁平扇形喷雾产生结构限定在远端壁的内表面中，该结构包括至少第一连续区域和第二连续区域，所述至少第一连续区域和第二连续区域由以第一内壁会聚角和第二内壁会聚角(β1、β2，每个选自20度至180度的范围)会聚的流体供给通道壁区段来限定，以限定第一出口孔***缘或第一出口孔***缘区段和第二出口孔***缘或第二出口孔***缘区段。每个出口孔***缘具有选定的唇缘边缘长度或横向宽度以限定端壁中出口孔口的一部分。
通过所有前述实施例，本发明的一个目的是提供一种用于传统扁平扇形喷雾剪切喷嘴组合件的成本有效的替代物，其将对于粘性产品可靠地产生基本均匀的扁平扇形喷雾。
附图说明
通过以下结合附图对其优选实施例的详细描述，将进一步理解本发明的前述及其它目的、特征和优点，其中：
图1A示出根据现有技术的手动触发器式喷雾施用器的喷头；
图1B示出具有传统扁平扇形喷雾剪切喷嘴的现有技术气溶胶喷雾致动器的典型特征；
图1C至图1F示出现有技术的扁平扇形喷雾剪切喷嘴构件的内部几何结构和出口孔口几何结构的典型特征；
图2是带阴影的透视立视图，示出根据本发明的粘性流体扁平扇形喷雾产生喷嘴构件的远端壁和出口孔口，其限定改进的多唇缘扁平扇形喷雾产生结构，该结构包括第一出口孔***缘或唇缘区段、第二出口孔***缘或唇缘区段和第三出口孔***缘或唇缘区段；
图3A是根据本发明的杯形粘性流体扁平扇形喷雾产生喷嘴构件的后部或近侧开放端视图，其围绕与横向喷雾扇形轴线相交的中心纵向喷雾轴线具有基本上圆柱形的侧壁；喷嘴构件的圆柱形侧壁在远侧终止于基本上圆形的远端壁，所述基本上圆形的远端壁具有带有中心出口开孔的内表面，并且远端壁的内表面包括改进的多唇缘扁平扇形喷雾产生结构，其包括三个单独的连续区域，这些连续区域由以选定的内壁会聚角会聚的流体供给通道壁区段来限定，以限定图2中的三个唇缘或唇缘区段；
图3B是侧立视图，示出根据本发明的图3A所示杯形粘性流体扁平扇形喷雾产生喷嘴构件的侧剖面；
图3C是远端立视图，示出根据本发明的图3A所示杯形粘性流体扁平扇形喷雾产生喷嘴构件的远端表面和出口孔口；
图4是示出图2至图3C所示喷嘴构件的特征的几何结构的图，如从像图3B的侧视图所看到的那样，示出根据本发明的外部流体供给通道壁区段的会聚角β1和中心流体供给通道壁区段的会聚角β2关于喷嘴构件的中心喷雾轴线对称配置；
图5是示出图2至图3C所示喷嘴构件的特征的几何结构的细节或放大图，如从像图3C的远端视图所看到的那样，示出根据本发明的在喷嘴构件的中心喷雾轴线和横向扁平扇形轴线的交叉点处的出口孔口的中心布置，并且以隐藏线示出矩形供给通道的会聚壁区段；
图6是图2至图3C所示喷嘴构件的带阴影的透视剖视立视图，示出根据本发明的矩形供给内腔和出口开孔，其包括终止于第一出口孔***缘或唇缘区段的第一会聚壁区段、终止于第二出口孔***缘或唇缘区段的第二会聚壁区段和终止于第三出口孔***缘或唇缘区段的第三会聚壁区段；以及
图7是根据本发明的替代性喷嘴构件的带阴影的透视剖视立视图，示出管状或圆形的分段供给内腔和中心出口开孔(示出沿中心轴线分开)，示出终止于第一出口孔***缘或唇缘区段的第一会聚壁区段和终止于第二出口孔***缘或唇缘区段的第二会聚壁区段。
具体实施方式
现在参照附图，其中相同元件由相同的附图标记标识，图1A示出典型的手动操作的触发器泵10，其固定到要被分配的流体的容器12，其中泵包括触发器14，该触发器由操作者激活以通过喷嘴18分配流体16。这种分配器例如通常用于以限定的喷雾模式或作为流从容器分配流体。可提供可调节的喷雾模式，从而使用者可选择流或各种喷雾液滴中的一种。典型的喷嘴18包括管状导管，其从泵接收流体并引导流体进入到喷头部分内，其中在喷头部分内流体行进通过通道并从孔口或开孔喷出。这种装置被构造成为单件模制的塑料“帽”，其具有与泵出口对准的通道，以在通常在30PSI至40PSI范围内的压力下产生各种流体的所需流或喷雾，如果喷射的流体不比水显著更粘的话。
图1B和图1C示出典型的市售气溶胶分配器28，其配置有构造成为杯形构件30的传统扁平扇形喷雾喷嘴构件。这些标准的杯形喷嘴构件30具有内表面，其与向远侧突出的密封柱36的平面圆形表面上的面密封件抵接并密封，并且布置成使得产品流体35的流流动进入并通过环形内腔以进入流体供给通道或流体输入通道33内，然后向远侧流入到中心会聚区域内。流体产品向远侧或下游流动，并通过出口孔口34离开会聚区域，出口孔口34通常与密封柱36的中心轴线同心。对于粘性液体产品而言，从标准喷嘴组合件射出或由标准喷嘴组合件产生的流体产品喷雾38如上所述以不均匀的液滴模式喷射。申请人对这些与粘度相关的问题进行了分析，申请人已经发现喷雾分配器28的标准喷嘴组合件的部分可用于用粘性产品进行喷雾，但是只有在也使用了新开发的喷嘴构造时如此。
为了克服在图1A至图1F所示的现有技术喷雾器中发现的问题，根据本发明，新颖的喷嘴组合件被配置为与标准喷嘴组合件的喷头和密封柱结构一起使用，但消除了标准杯形喷嘴构件(例如喷嘴构件30)的有缺陷性能。因此，本发明涉及一种图2至图7中所示的新颖的喷嘴构造，其允许显著改善对本文所述高粘度流体(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10cP至100cP的类似的牛顿流体和非牛顿流体)的控制，并且允许构造扁平扇形喷雾产生喷嘴，其将在喷雾扇形的整个宽度上产生基本上均匀的喷雾密度。
首先参照图2，并将其与图1F所示现有技术进行比较，新颖的出口孔口134具有锯齿状外观，其具有多个不同的、不连续的剪切诱导边缘区段或唇缘150A、150B、150C，限定出具有多个唇缘表面而不是单个连续唇缘边缘(例如图1E的唇缘L1或L2)的出口孔口134。申请人的新颖的多唇缘构造使得能够显著增强对喷雾体积分布的控制，并且特别好地适用于控制跨过高粘度液体喷雾扇形的液体体积分布。
接下来参照杯形粘性流体扁平扇形喷雾产生喷嘴构件100的三个视图，所述喷嘴构件100配置成适于与喷雾式分配器(例如，如图1A或1B中所示)一起使用，其中本文所述粘性流体产品流入并通过具有内腔高度Fh和内腔宽度Fw的矩形供给通道110。供给内腔中的流由平面的、平行的侧壁和会聚的顶壁和底壁向远侧或下游引导到出口孔口134。在现有技术的喷嘴(例如，喷嘴30)中，出口孔口(例如，出口孔口34)的特征在于在相对的单个连续唇缘(例如，L1、L2)之间限定的开孔，每个连续唇缘限定在具有一个角或会聚角β(Beta，在图1D和图1E中最佳可见)的顶壁或底壁区段的远端处。尽管在这些示例性实施例中描述了与矩形供给内腔一起使用时的本发明，但是本发明的多唇缘出口孔口134还可与圆形或椭圆形横截面的供给内腔一起使用(如图7中所示，将在下面进一步描述)。
杯形粘性流体扁平扇形喷雾产生喷嘴构件100围绕与横向喷雾扇形轴线220相交的中心纵向喷雾轴线120具有基本上圆柱形的侧壁102。杯形粘性流体扁平扇形喷雾产生喷嘴构件的圆柱形侧壁102具有开放的近端104，该近端限定内部体积106的上游端。喷嘴构件侧壁102在远侧终止于基本上圆形的远端壁112，该远端壁具有内表面114和外表面或远侧表面116，并具有中心出口或出口孔口134，其在杯形喷嘴构件100的内部和外部之间提供流体连通。多于一个的出口孔口可存在于喷嘴组合件中或适于与分配器一起使用，但是为了描述本发明的喷嘴几何结构目的，示例性喷嘴构件100包括至少一个第一剪切喷嘴出口孔口134，其穿过远端壁112，并且该出口孔口与第一中心纵向喷雾轴线120同轴对准，并且在所述喷嘴构件的内部流体通道和远端壁112之外的环境空间之间提供流体连通。如图5中最佳可见，出口孔口134是细长的或基本上矩形的，其中孔口的较大内径尺寸与限定远侧表面出口角α的横向“V形凹槽”对准并且和与中心纵向喷雾轴线120相交的横向喷雾扇形轴线220对准。
改进的多唇缘扁平扇形喷雾产生结构限定在远端壁112的内表面114中，该结构包括以多个内壁会聚角(例如，第一内壁会聚角和第二内壁会聚角(β1、β2，每个选自20度至180度的范围)会聚的多个(至少第一和第二，但在所示实施例中，第一、第二和第三)不同的、相邻的流体供给通道壁区段)，以限定多个出口孔***缘或唇缘区段(例如，150A、150B、150C)。每个出口孔***缘具有选定的唇缘边缘长度或横向宽度，以限定端壁112中的出口孔口134的一部分。
在图3A至图5中所示的配置中，内螺纹(未示出)可选地在喷嘴构件100的入口侧或开放的近端104处包括在侧壁102的内表面中。内螺纹(如果包括的话)配置成与位于喷嘴主体的排出口远端上的外螺纹啮合。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配合式连接。
远端壁112的外表面或远侧表面116具有向远侧突出的突出部118，其具有穿过其切割的横向“V形”槽119，该槽与内部相交，形成细长出口孔口134。横向“V形”槽119限定一对成角度的内表面，其相对于横向喷雾扇形轴线220对称地布置并与横向扇形喷雾轴线220间隔开，并且槽的内表面限定出口角α(alpha)，该出口角在所示示例中为30度。在使用喷嘴构件100的喷雾输送***的分配循环期间，内部供给内腔的过渡部分是限定出口孔口134的内表面特征，当流体被迫通过喷嘴构件100时其导致流体流线在高流速下朝向细长孔口134会聚。出口孔口134的多唇缘几何结构迫使流体流线形成多个或扁平的液体片层，当从喷雾喷嘴构件100的限制部离开或分配时，液体片层平行于横向喷雾扇形轴线220定向。在喷雾喷嘴构件100的外部，流过每个唇缘区段(例如，150A、150B和150C)的流体形成系带，然后形成液滴，而液滴分散或***成沿横向喷雾扇形轴线220对准的扇形雾化喷雾模式(未示出)。
通常情况下，该扇形喷雾模式(未示出)由分散的流体液滴组成，其布置成使得扇形喷雾模式的横截面在形状上将是细长的、椭圆形或长方形的。分散的流体液滴可以被细分分散，诸如雾化喷雾，或甚至更稀疏地分散，代表较大的流体液滴。当该扇形喷雾模式接触到要被用流体涂覆的表面时，产生基本上均匀的流体涂层，其具有基本线性的细长形状。
图3C和图6描绘喷嘴构件100的外表面或远侧表面116上的“V形”槽119。如上所述，“V形”槽119具有角α(alpha)，其代表槽的平均夹角，该夹角沿着与横向喷雾轴线220平行的细长孔口134的主直径测量。如本文所定义的那样，角α必须为在约0°至180°之间的某个值，其中0°表示具有间隔开的平行边的槽，而180°表示在外表面或远侧表面116上的出口孔口处没有槽119。角α优选为从约20°至约90°；更优选从约30°至约50°；以及最优选为约30°。已经发现，与液体入口内腔流体连通的三角形棱柱形或“V形”槽119和会聚内表面114或半球形内表面314工作良好以产生液体片层，其产生期望的扁平扇形喷雾模式。
喷嘴构件100的多唇缘配置能够显著增强对喷雾体积分布的控制，并且特别好地适用于控制跨过高粘度液体喷雾扇形的液体体积分布。在一个示例性实施例中，流体流动通过矩形供给通道或内腔110进入，并且流体向远侧或下游被推动或引导到在供给内腔110的平面的平行侧壁和会聚的顶壁和底壁之间的出口孔口134。在远端壁112处，出口孔口134由多个分离的不连续唇缘或边缘(例如，150A、150B、150C)限定。这些分离的或不连续的唇缘分别形成在具有选定的会聚角β的分离的和不同的内壁区段(160A、160B、160C)的远端处，因此在图2至图6所示的示例中，出口孔口134具有外侧唇缘区段或第一唇缘区段和第三唇缘区段(150A、150C)，其由具有第一选定的内壁会聚角β1(对于内壁区段160A和160C而言例如选择为100度至180度，其在远侧终止于孔口处，产生唇缘150A和150C)的分离的第一内壁区段和第三内壁区段限定，而第二中央唇缘区段150B由分离的第二内壁区段160B限定，其具有第二选定的内壁会聚角β2(例如选择为20度至100度)，其在远侧终止于孔口处以形成中央唇缘150B。注意，在该示例中，外侧唇缘150A和150C的会聚角相等，但也可以不同。在这种情况下，三个壁区段160A、160B、160C将限定三个会聚角(β1、β2和β3)。
在此描述的示例性实施例用于三个唇缘或唇缘区段150A、150B、150C，但是当需要以更高的分辨率控制分布和喷雾角时，本发明的喷嘴结构和方法可扩展到五个或更多个唇缘。具有五个唇缘区段的喷嘴可包括五(5)个分离和不同的选择的内壁会聚角(β1至β5)，这些内壁会聚角分别从20度至180度范围中选择。
根据本发明，每个唇缘区段限定具有其自身横向范围或宽度的边缘。在现有设计(例如现有技术的喷嘴30)中，每个单个唇缘(例如，L1或L2)具有的宽度等于供给内腔的宽度Fw(如图1C、图1E、图1F中所示)。在如图2至图7中所示的本发明中，每个唇缘区段(例如，150A、150B、150C)具有其自身的区段边缘长度(其被标记为Fw1、Fw2、Fw3，(在图5和图6中最佳可见)，如同每个区段被认为包括其自身的供给内腔)。选择由每个唇缘区段(例如，Fw1、Fw2或Fw3)限定的横向长度以使整个出口孔口134具有均匀的喷雾分布。通常而言，申请人已经发现，通过较窄或较短的外侧唇缘(例如，150A和150C)和较宽或较长的中央唇缘(例如，150B)，并且中央唇缘150B被限定为具有以比外侧唇缘更小的内壁会聚角β(如图2中最佳可见)向更远侧定向(即，更靠近向远侧突出的突出部118的外壁表面)的边缘，对于本文所述高粘度流体(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10cP至100cP的类似流体)而言可以产生令人惊奇地均匀的喷雾扇形(未示出)。在一个原型中，中央唇缘(150B)的横向边缘长度选择为总供给部宽度Fw的40％至60％，而外侧唇缘(150A和150C)的横向边缘长度选择为Fw的20％至30％，并且发现这种喷嘴结构提供显著更均匀的液体喷雾涂层。该原型是具有限定有相等长度的外侧唇缘区段(150A和150C)的一个示例，但是这些外侧唇缘区段可以是不相等的并且产生优异的喷雾效果。
在操作中，对于上述示例性喷嘴而言，外侧唇缘150A和150C具有高的会聚角(例如，β1＝150度，参见图4)。这导致交叉点上的较大喷雾角，然而由于外侧唇缘150A和150C与唇缘150B相比具有较小的宽度，因此较小的体积流过唇缘150A和150C的边缘。中央唇缘(150B)优选地具有最大宽度或边缘长度Fw2和最小会聚角β2，产生在喷雾中心的较小扇形和较大体积。来自喷嘴构件100的喷雾可被认为是三个不同喷雾扇形的叠加，并且与现有技术的喷嘴(例如，30)相比，来自三个唇缘区段的三个喷雾扇形的叠加产生在喷雾扇形上的显著更均匀的体积分布。
更一般地，据信本发明的多唇缘设计现在为扁平扇形喷雾喷嘴提供多种有效的实施例，这些实施例特别好地适合于将粘性流体均匀地进行喷射以形成喷雾扇形模式。优选的实施例包括两个至五个唇缘区段(例如，150A、150B、150C)，每个唇缘区段具有选定的边缘长度或宽度(例如，Fw1、Fw2、Fw3)和内壁会聚角β。通过控制唇缘宽度和会聚角，液体流线以不同的角度相交，产生均匀的喷雾分布，因此本发明的喷嘴可在喷射本文所述高粘度流体(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10cP至100cP的类似的牛顿流体和非牛顿流体)时在表面上提供甚至更均匀的涂层。
如图3A和图4至图6中所示，喷雾孔口或出口孔口134由具有对称排列和对准的唇缘区段(例如，150A、150B、150C)的第一锯齿形边缘或不连续边缘和第二锯齿形边缘或不连续边缘限定。在所示的原型中，每个唇缘区段与镜像唇缘区段对称地对准，其中两者均从横向轴线220等距离地间隔开。
如上所述，可设想到替代实施例。例如，图7示出喷嘴构件300的剖开的内部细节，其中供给通道不是矩形的，而是基本上是圆形的。限定在远端壁312中的内表面314是拱顶形的，即类似或成形为基本上半球形的拱顶或呈基本上球形部分的形式。内表面314为半球形，其直径基本上等于流体供给通道入口内腔310的直径，以及出口孔口334由多个唇缘(例如，唇缘350A和350B)限定，以提供上述关于喷嘴构件100的相同优点。
已经描述了用于产生粘性流体的均匀喷雾的新颖的和改进的喷嘴构造和方法的优选实施例，据信鉴于本文所阐述的教导，本领域技术人员将能够得知其它修改、变化和改变。因此应当理解的是，所有这些改变、修改和变化都被认为落在如所附权利要求中所阐述的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种喷雾喷嘴，其配置成当喷射牛顿或非牛顿粘性流体时沿着横向喷雾轴线产生均匀的扁平扇形喷雾，所述喷雾喷嘴包括：
围绕第一中心纵向喷雾轴线(120)限定的剪切喷嘴构件(100)，该剪切喷嘴构件具有包封内部空间(106)的侧壁(102)，所述内部空间限定流体通道(110)并具有与封闭的远端壁(112)相对的近侧开放内腔端部(104)；
所述喷嘴构件包括穿过所述远端壁(112)的剪切喷嘴出口孔口(134)，所述剪切喷嘴出口孔口与所述第一中心纵向喷雾轴线(120)同轴对准，并且在所述喷嘴构件的内部流体通道(110)和超出远端壁的环境空间之间提供流体连通；
所述喷嘴构件的出口孔口(134)是细长的或基本上矩形的，其中孔口的较大的内径尺寸与横向的“V形槽”(119)对准，该横向的“V形槽”限定远侧表面出口角α并和与中心纵向喷雾轴线相交的横向喷雾轴线(220)对准；
所述喷嘴构件的流体通道在远侧终止于所述远端壁(112)的内表面(114)，所述远端壁包括多个会聚壁区段(160A、160B、160C)，所述多个会聚壁区段终止于所述剪切喷嘴出口孔口(134)以限定多个壁边缘或出口孔***缘区段(150A、150B、150C)；
其中每个会聚壁区段限定内部流体通道表面，该内部流体通道表面以选定的会聚角β与剪切喷嘴出口孔口相交；以及
其中每个会聚壁区段限定出口孔***缘区段，该出口孔***缘区段具有选定的唇缘宽度或横向长度。
2.根据权利要求1所述的喷雾喷嘴，其特征在于，所述多个会聚壁区段(160A、160B、160C)包括第一会聚壁区段(160A)和第二会聚壁区段(160B)；
其中所述第一会聚壁区段(160A)终止于所述剪切喷嘴出口孔口(134)以限定第一壁边缘或出口孔***缘区段(150A)，并且限定内部流体通道表面，所述内部流体通道表面以第一选定的会聚角β1与剪切喷嘴出口孔口(134)相交，并且所述第一会聚壁区段限定第一出口孔***缘区段，该第一出口孔***缘区段具有第一选定的唇缘宽度或横向长度F1W；以及
其中所述第二会聚壁区段(160B)终止于所述剪切喷嘴出口孔口(134)以限定第二壁边缘或出口孔***缘区段(150B)，并且限定另一内部流体通道表面，该另一内部流体通道表面以不等于第一选定的会聚角β1的第二选定的会聚角β2与剪切喷嘴出口孔口(134)相交，并且所述第二会聚壁区段限定第二出口孔***缘区段，该第二出口孔***缘区段具有等于或不等于所述第一选定的唇缘宽度F1W的第二选定的唇缘宽度或横向长度F2W。
3.根据权利要求2所述的喷雾喷嘴，其特征在于，所述多个会聚壁区段(160A、160B、160C)分别限定以选定的会聚角β与所述剪切喷嘴出口孔口(134)相交的内部流体通道表面，所述选定的会聚角β被选择为至少20度且不大于180度的角度。
4.根据权利要求3所述的喷雾喷嘴，其特征在于，所述多个会聚壁区段还包括限定在所述第二会聚壁区段(160B)附近的第三会聚壁区段(160C)；
其中所述第三会聚壁区段(160C)终止于所述剪切喷嘴出口孔口(134)以限定第三壁边缘或出口孔***缘区段(150C)，并且限定另一内部流体通道表面，该另一内部流体通道表面以等于或不等于所述第一选定的会聚角β1的第三选定的会聚角β3与剪切喷嘴出口孔口(134)相交，并且其中所述第三会聚壁区段限定第三出口孔***缘区段，该第三出口孔***缘区段具有等于或不等于所述第一选定的唇缘宽度F1W的第三选定的唇缘宽度或横向长度F3W。
5.根据权利要求4所述的喷雾喷嘴，其特征在于，所述第一出口孔***缘区段和第三出口孔***缘区段限定外侧唇缘区段(150A和150C)，并且所述第二出口孔***缘区段(150B)限定在所述第一出口孔***缘区段和第三出口孔***缘区段之间并且相邻地抵接所述第一出口孔***缘区段和第三出口孔***缘区段的中央出口孔***缘区段，并且其中所述第二出口孔***缘区段的宽度被选择为占出口孔口的供给部宽度Fw的10％至70％。
6.根据权利要求4所述的喷雾喷嘴，其特征在于，还包括限定在所述第三会聚壁区段附近的第四会聚壁区段，其中所述第四会聚壁区段终止于所述剪切喷嘴出口孔口，以限定第四壁边缘或出口孔***缘区段，并限定另一内部流体通道表面，该另一内部流体通道表面以等于或不等于所述第一选定的会聚角β1的第四选定的会聚角β4与剪切喷嘴出口孔口相交，并且其中所述第四会聚壁区段的远侧边缘限定第四出口孔***缘区段，该第四出口孔***缘区段具有等于或不等于所述第一选定的唇缘宽度F1W的第四选定的唇缘宽度或横向长度F4W。
7.根据权利要求6所述的喷雾喷嘴，其特征在于，还包括限定在所述第四会聚壁区段附近的第五会聚壁区段，其中所述第五会聚壁区段终止于所述剪切喷嘴出口孔口，以限定第五壁边缘或出口孔***缘区段，并限定另一内部流体通道表面，该另一内部流体通道表面以等于或不等于所述第一选定的会聚角β1的第五选定的会聚角β5与剪切喷嘴出口孔口相交，并且其中所述第五会聚壁区段限定第五出口孔***缘区段，其具有等于或不等于所述第一选定的唇缘宽度F1W的第五选定的唇缘宽度或横向长度F5W。
8.根据权利要求1所述的喷雾喷嘴，其特征在于，所述出口角α被选择为至少10度且不大于90度。
9.根据权利要求1所述的喷雾喷嘴，其特征在于，供给入口内腔具有基本上矩形的横截面，其中内腔面积由平行的侧壁限定，所述平行的侧壁由供给部宽度Fw分隔开，并且在入口的近侧开放端部处具有侧壁高度Fh；以及
其中所述出口孔***缘区段宽度组合起来限定等于供给部宽度Fw的所述出口孔口宽度。
10.根据权利要求1所述的喷雾喷嘴，其特征在于，供给入口内腔具有基本上圆形或椭圆形的横截面和供给部宽度Fw，并且其中所述出口孔***缘区段宽度组合起来限定等于供给部宽度Fw的所述出口孔口宽度。
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