CN104661757A - 喷嘴装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将在压力下输入的流体流雾化成细小微粒的喷嘴装置，该喷嘴装置具有：带有上表面(12)、下表面(14)和与上表面和下表面邻接的外表面(16)的锥形元件(10)，其中，外表面具有多个在其内形成的槽(18a、18b、18c、18d)，所述槽(18a、18b、18c、18d)在下表面和上表面之间延伸；和配有凹口的配合元件(20)，该配合元件设计用于容纳锥形元件并且具有内表面，使得槽至少部分地被内表面覆盖，以形成多个通道；其中，通道定义出口，以排出各流体束，该流体束在与锥形元件的上表面间隔的区域内撞击至少一个另外的流体束，以便由此雾化流体流，并且其中，锥形元件可沿轴线运动，以便扩大或缩小喷嘴装置的有效横截面。

Description

喷嘴装置

技术领域

本发明涉及一种用于将在压力下输入的流体流雾化成细小微粒的喷嘴装置，该喷嘴装置例如适用于通过吸入服用药物、提供香氛等。

背景技术

作为例子，US 6,503,362B1例如记载一种在从流体中喷洒和产生喷雾时使用的喷嘴装置。喷嘴装置包括两个元件，每个元件都具有大体平坦的相互连接的面。第一组通道在第一元件的大体平坦的面中形成，以便与第二元件的大体平坦的面共同作用地形成多个喷嘴出口通道，该喷嘴出口通道设计用于排出多个相互撞击的流体束，以便因此喷洒流体流。该装置这样地工作，使得使用通过弹簧加载的高压源和一般两个小的尺寸为大约5μm x5μm的通道产生的微射流。该通道在平的硅板中产生，其中，使用硅蚀刻技术，并且被通过玻璃融合技术固定的玻璃板覆盖。两个射束以非常高的速度离开通道并且在喷嘴前相互撞击。作为结果，射束转换成细小的喷雾，其具有非常精确的直径分布大约4-6μm。动能转换成液体的表面能量。通过改变速度、撞击点和撞击角度，可以明显改变喷雾的特性。通过加入确定的柱结构，可以获得过滤功能。因此，整个结构在微结构化的基底内部的深度是恒定的。通道设计成，使得它容纳以至少50bar的压力输入的流体流。但喷嘴在制造中昂贵并且不可以简单的方式改变，以满足不同于医学使用的应用中的要求。

DE 10 2006 058 756 A1公开一种具有嵌件的喷嘴装置，该嵌件具有上表面、下表面和与上和下表面邻接的外表面，其中，外表面具有直径为1μm-2mm的多个槽，该槽构造在外表面内。嵌件形状配合式连接地或摩擦配合式连接地安设在凹口内，该凹口形成在喷嘴体中。喷嘴体覆盖嵌件的外表面上的槽。

此外，US 3,568,933描述一种由喷嘴头组成的喷嘴装置，该喷嘴头在延伸通过它的孔的内表面中具有通道。喷嘴开口可以被塞子封闭，该崽子具有前部圆锥区段，该前部圆锥区段通入孔内，使得圆锥区段贴靠在通道的侧面，以便封闭它并构成一对形成会聚射束的通道。

US 3,669,419中公开的喷嘴具有带有通道的截锥形喷嘴元件，该通道通过相应的喷嘴体区域封闭。形成中心的出口开口，被喷洒的油微滴可以通过该出口开口离开喷嘴。

EP 1 286 871 B1涉及一种用于汽车挡风玻璃冲洗系统的喷嘴。该喷嘴具有至少两个开口，其中，每个布置成，使得流体束作为流体柱离开每个开口并且对准离开另外开口的流体柱。开口可以相互错位，使得流体柱的仅一部分横截面交叠。

EP 109 40 531 B1公开一种用于混合然后喷洒液体的设备，该液体可以馈送到截锥形嵌件的喷嘴通道内。

喷嘴，尤其是这样直径小的仅几微米的通道易于几乎无法预防的堵塞，但必须消除此堵塞而不会损坏喷嘴。对于具有相对高黏性的液体更容易出现相关问题。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种喷嘴装置，其中，可以降低制造成本，该喷嘴装置容易清洗并且可简单更改，例如用于雾化不同黏性的流体或用于与预期应用中其它的期望特性适配。

按本发明提供一种用于将在压力下输入的流体流雾化成细微小滴的喷嘴装置，该喷嘴装置具有锥形元件，该锥形元件带有上表面、下表面和与上下表面邻接的外表面并且定义轴线，其中，外表面具有多个形成于内部的槽，所述槽在上表面和下表面之间延伸，该喷嘴装置还具有带凹口的配合元件，该配合元件设计用于容纳锥形元件并且具有内表面，因此槽至少部分被内表面覆盖，以形成多个通道，其中，通道定义出口，以便排出相应的流体束，该流体束在与上表面间隔的区域内撞击至少另一个流体束，以便因此雾化流体流，并且其中，锥形元件沿轴线可运动，以便扩大或缩小喷嘴装置的有效横截面。

“有效横截面”意味着在剖面中通道的横截面加上锥形元件和配合元件之间的缝隙的横截面的总和。

因此不再使用喷嘴装置的平的几何形状和尺寸，而是使用提供各种各样的用于以期望方式构成通道的可能性的三维几何形状和尺寸。例如可轻易实现通道深度的改变，也可以获得细微结构化的通道。驱动的压力使喷嘴装置的锥形元件进入配合元件的凹口内，传入的力大部分导入实心配合元件中。另一方面压力的移除能够使锥形元件沿其轴线运动，因此喷嘴的有效横截面通过锥形元件和配合元件之间的缝隙扩大。例如通过驱动压力的脉冲式变化可以很容易去除污物。

在一种优选的实施形式中，至少一个通道的横截面与至少另一个通道的横截面不同。因此，可以通过以下方式在相同喷嘴中使用不同黏性的液体，即，例如通过任何适合的装置选择性地封闭不合适的通道。

进一步优选，至少一个通道的横截面从下表面向上表面缩小。这意味着，存在更宽和更深的入口面，因此通道中的压降远小于在现有技术中硅制扁平喷嘴中的压降。横截面的缩小可以一点一点地或连续地或在一个或多个步骤中发生。因此，可以在远低于50bar的压力下实现对等的喷射特性。

在一种实施形式中，锥形元件在配合元件的凹口内部的位置可以根据流体的黏性调节。因此可以喷射具有更宽黏性范围的流体，这些流体需要更大的通道来达到用于雾化所期望的动能。

优选将通道出口设计成，使得在与锥形元件的上表面间隔的区域内存在多于一个用于流体束的撞击点。

进一步优选，锥形元件可以短暂地从配合元件中移除。这获得了在严重堵塞的情况下清洁喷嘴装置的可能性。向下按压锥形元件将打开通道，清洁的进给或推力将消除堵塞。最后，使锥形元件返回到工作位置。

在一方面，在锥形元件的内部设置中心通道，中心通道将微粒云的射束特性改变为更向前指向的喷雾。

对于喷嘴装置优选的是，通过使用塑料成型技术，例如注塑制造锥形元件和/或配合元件。

因此，本发明的喷嘴装置提供灵活的设计可能性，该设计可能性可以与期望的应用相应地满足对具有较宽黏性范围的流体的所有要求。

附图说明

根据多个示例性实施形式并且参照附图仅示例性地进一步详细描述本发明，其中：

图1示出按本发明的喷嘴装置的优选实施形式的锥形元件的示意性立体视图；

图2示出按本发明的喷嘴装置的优选实施形式的示意性部分切除的立体图；

图3A示出可通过本发明的喷嘴装置实现的射束特性的示意性横截面视图；

图3B示出本发明的喷嘴装置的一种改变的实施形式的射束特性的与图3A相似的示意性横截面视图；

图4A和图4B示出示例性喷嘴装置的示意性横截面视图，以阐述对公差的考虑；

图5A–图5F示出在按本发明的喷嘴装置中使用的通道结构的横截面视图；

图6示出具有过滤结构的锥形元件的横截面视图；

图7示出按本发明的喷嘴装置的一种实施形式的横截面视图，其中，锥形元件可相对配合元件运动，以及

图8A和图8B示出按本发明的喷嘴装置的一种实施形式的剖视图，其中，配合元件可改变。

具体实施方式

图1是锥形元件10的一个实施例的示意性立体视图，该锥形元件10使用在本发明的喷嘴装置中。锥形元件10具有上表面12、下表面14和与上表面12和下表面14邻接的外表面16。所述外表面16具有四个以90°的角度间隔布置并且在下表面14和上表面12之间延伸的槽18a、18b、18c、18d。当然可行的是，在需要时设置两个或三个槽或多于四个槽。为锥形元件10定义轴线X，例如旋转对称的轴线。轴线X的其它位置和取向是可行的。

图2示出按本发明的喷嘴装置100的一种实施形式的部分切除的立体视图。喷嘴装置100具有配设凹口的配合元件20，其中，凹口定义内表面22，该内表面22设计用于容纳如图1所示的锥形元件10。锥形元件10的槽18a、18b、18c、18c被内表面22覆盖，从而形成多个通道。在图2的实施形式中，槽18a、18b、18c、18d完全地被内表面22遮盖，并且上表面12与配合元件20的上表面24齐平地定向。通过被盖住的槽18a、18b、18c、18d形成的通道在上表面12、24内定义出口，以便排出相应的流体束。锥形元件10在配合元件20的内部可沿轴线X(图1)运动，以便在需要时改变喷嘴装置100的有效横截面。

图3A示出图2的喷嘴装置100的横截面视图。从喷嘴装置100喷出的的流体束A，如参照图2所阐述的那样，在与锥形元件10的上表面12间隔的区域内相互撞击，从而使流体流雾化并且形成具有大约呈圆形或略微椭圆形形状的雾状云C。若期望形成其它的云形状，则可以如图3B中所示地改变图2的构造。锥形元件10附加地设有通道19，该通道19在锥形元件10的内部居中地从下表面14延伸至上表面12。通过通道19形成的附加流体流使云C转化为云C`，因此转化为更向前指向的喷雾。

按本发明的喷嘴装置可以完全地通过使用塑料成型技术制造。装配过程中产生的公差必须被接受。如图4A的示意性横截面视图所示，锥形元件10的尺寸设计为，使得锥形元件10和配合元件20的上表面12、24彼此并不齐平，而是上表面12位于上表面24的上方。但几乎完全与之前一样地通过通道出口输送流体束。但另一方面，若锥形元件10的尺寸设计为，使得锥形元件在装入时没有完全地容纳在配合元件20中(如图4B所示)，则锥形元件10的上表面12位于配合元件20的上表面24下方，这将产生可能接触配合元件20的内表面22并且因此没有以适当方式从喷嘴装置中喷出的流体束。

虽然本发明要求至少两个通道相互接触以雾化流体流，但在锥形元件10中可以提供多于两个通道或槽。几个实施例在图5A–图5F中示出。图5A示出锥形元件10的剖视图，其中，槽之一18e具有与其它槽的横截面不同的横截面。图5B示出具有相同形状的八个槽18f的锥形元件10，但这八个槽以不均匀的角度间隔布置在锥形元件10的外表面16上。图5C直观显示具有槽18g的锥形元件10，该槽18g的深度小于其它槽18h的深度。图5D示出在锥形元件10中直径上对置的、实际上朝锥形元件10的中心延伸的槽18i、18j。也可考虑两倍或三倍的结构，如在图5E和图5F中所示。通过两对平行的、具有大致相同尺寸的槽18k、181或18m、18n产生雾化的流体的两个相似的射束或云。通过改变一对槽18o、18p使得它们的宽度大于另一对槽18q、18r的宽带，可以产生不同的射束。根据需求可以考虑其它的改变。

存在可能需要过滤流体的应用。相应改变的锥形元件10的示例性实施形式在图6的横截面视图中示出。两个相互对置的槽18s、18t分别设有处于锥形元件10的外周上的过滤元件17a、17b。

另一种实现不同的通道特性的方式是在预设位置封闭几个通道。通过旋转锥形元件10或配合元件20，打开之前封闭的通道，封闭之前打开的通道。因此，可以制造适合用于具有两个或更多不同黏性的流体的喷嘴。

此外，喷嘴装置的至少一个通道的横截面、优选是喷嘴装置的所有通道的横截面从锥形元件10的下表面向上表面减小，以减小压降。上述减小可以连续地或逐步地进行。

图7示出按本发明的喷嘴装置的一种实施形式，其中，锥形元件10可相对于配合元件20在双向箭头D所示的方向上运动。锥形元件10由螺旋弹簧30保持。若通过按压上表面12向下压锥形元件10，则存在于锥形元件10中的槽被打开，因此由于流过缝隙40的流体更高的压力可以泄放掉保持在槽中的堵塞的微粒，其中，缝隙短暂地存在于锥形元件10和配合元件20之间。在取消锥形元件10的上表面12的力时，螺旋弹簧30的回复力立即使缝隙40关闭。另一种在锥形元件10和配合元件20之间产生缝隙40的可能性可以通过锥形元件10上的螺栓而不是螺旋弹簧30实现，其中，螺栓可以在螺母的内部转动。

图8A示出按本发明的喷嘴装置的一种实施形式的横截面视图，其中，改变了配合元件20，以改变通道深度并且因此改变锥形元件10的上下表面之间的通道的横截面。图8A直观显示锥形元件10的下表面附近的情况。每个槽18a、18b中的凸起20a、20b将通道的横截面减小到期望的面积。图8B直观显示锥形元件10的上表面附近的情况。凸起20a、20b的横截面扩大，因此通过槽18a、18b定义的通道的横截面显著地减小。因此，这种设计方案减小了喷嘴装置内部的压降。

前面在说明书、权利要求书和/或附图中公开的特征单独地并且以任意的组合形式均对于以不同方式实现本发明是很重要的。

Claims (8)

1.一种用于将在压力下输入的流体流雾化成细小微粒的喷嘴装置，该喷嘴装置具有：

-锥形元件，所述锥形元件带有上表面、下表面和与上表面和下表面邻接的外表面，其中，所述外表面具有多个在外表面内形成的槽，所述槽在下表面和上表面之间延伸；和

-设有凹口的配合元件，所述配合元件设计用于容纳锥形元件并且具有内表面，使得所述槽至少部分地被内表面覆盖，以便形成多个通道；

其中，所述通道定义出口，以排出各流体束，所述流体束在与锥形元件的上表面间隔的区域内撞击至少另一个流体束，以便由此雾化流体流，并且

其中，所述锥形元件能够沿轴线运动，以便扩大或缩小喷嘴装置的有效横截面。

2.按权利要求1所述的喷嘴装置，其中，至少一个通道的横截面与至少另一个通道的横截面不同。

3.按权利要求1所述的喷嘴装置，其中，至少一个通道的横截面从所述下表面向所述上表面减小。

4.按权利要求1所述的喷嘴装置，其中，所述锥形元件在所述配合元件的凹口内的位置能够根据流体的黏性进行调节。

5.按权利要求1所述的喷嘴装置，其中，通道出口设计成，使得在与所述锥形元件的上表面间隔的区域内存在多于一个的流体束撞击点。

6.按权利要求1所述的喷嘴装置，其中，所述锥形元件能暂时地与所述配合元件分离。

7.按权利要求1所述的喷嘴装置，其中，在所述锥形元件中设置有中心通道。

8.按权利要求1所述的喷嘴装置，其中，通过使用塑料成型技术制造所述锥形元件和/或配合元件。