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CN112188933B - 用于共注入两种或更多种液体的一体式分配喷嘴及其使用方法 - Google Patents

用于共注入两种或更多种液体的一体式分配喷嘴及其使用方法 Download PDF

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CN112188933B
CN112188933B CN201880093792.8A CN201880093792A CN112188933B CN 112188933 B CN112188933 B CN 112188933B CN 201880093792 A CN201880093792 A CN 201880093792A CN 112188933 B CN112188933 B CN 112188933B
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斯科特·威廉·卡派茜
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B·H·安吉
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Abstract

本发明提供一种用于共注入两种或更多种液体的一体式分配喷嘴(10)以及一种通过使用一体式分配喷嘴(10)用液体组合物填充容器的方法。喷嘴(10)包括第一端部(12)；第二端部(14)；一个或多个侧壁(16)，该一个或多个侧壁(16)在第一端部和第二端部之间；一个或多个第一流动通道(11)，该一个或多个第一流动通道(11)用于使第一流体流动；以及一个或多个第二流动通道(13)，该一个或多个第二流动通道(13)用于使第二流体流动，其中第二流体在粘度、溶解度和/或混溶性方面不同于第一流体，其中第一流动通道(11)中的每个第一流动通道由第一入口(11A)和第一出口(11B)限定，其中第一入口(11A)位于第一端部(12)处，并且其中第一出口(11B)位于第二端部(14)处，其中第二流动通道(13)中的每个第二流动通道由第二入口(13A)和第二出口(13B)限定，其中第二入口(13A)位于侧壁(16)中的至少一个上或附近并且其中第二出口(13B)位于第二端部(14)处，使得第二流动通道(13)延伸穿过喷嘴(10)的侧壁(16)和第二端部(14)中的至少一者，其中第二出口(13B)基本上被第一出口(11B)围绕，并且其中一体式分配喷嘴(10)是不含任何可移动零件并且基本上不含死空间的整体件。

Description

用于共注入两种或更多种液体的一体式分配喷嘴及其使用 方法
技术领域
本发明涉及用于以高填充速度共注入两种或更多种液体以改善此类液体的均匀混合的分配喷嘴，以及使用此类喷嘴的方法。
背景技术
用于将两种或更多种液体(例如，浓缩物和稀释剂)同时分配到容器中的喷嘴结构为人们所熟知。此类喷嘴可被称为共注入喷嘴。
当待分配的液体在粘度、溶解度和/或混溶性方面显著不同时，难以确保此类液体在容器中均匀混合。此外，不可避免的是，当以相对高的填充速度分配到容器中时，液体趋于飞溅，并且液体中的一种或多种可在容器壁上形成难以去除的残余物，这可进一步加剧不均匀混合的问题。又此外，当今可商购获得的大多数共注入喷嘴并不适用于高速液体填充，因为它们包含可在高压下变得松动的各种移动零件(例如，O形环、密封垫圈、螺栓、螺钉等)，并且它们还可能产生可捕集液体的死空间，这可能对清洁造成挑战并且导致不良的卫生处理。
因此，需要可容纳高速液体填充，在混合结果中具有改善的均匀性并且减少容器壁上残余物的形成的共注入喷嘴。
发明内容
本发明通过提供一种用于共注入两种或更多种液体的一体式分配喷嘴来满足上述需要，所述一体式分配喷嘴包括：
(a)第一端部；
(b)相反的第二端部；
(c)一个或多个侧壁，所述一个或多个侧壁在所述第一端部和所述第二端部之间；
(d)一个或多个第一流动通道，所述一个或多个第一流动通道用于使第一流体流动通过所述喷嘴，其中所述第一流动通道中的每个第一流动通道由第一入口和第一出口限定，其中所述第一入口位于所述喷嘴的所述第一端部处，并且其中所述第一出口位于所述喷嘴的所述第二端部处；并且
(e)一个或多个第二流动通道，所述一个或多个第二流动通道用于使第二流体流动通过所述喷嘴，其中所述第二流体在粘度、溶解度和/或混溶性方面不同于所述第一流体，其中所述第二流动通道中的每个第二流动通道由第二入口和第二出口限定，其中所述第二入口位于所述侧壁中的至少一个上或附近并且其中所述第二出口位于所述喷嘴的所述第二端部处，使得所述一个或多个第二流动通道延伸通过所述侧壁中的所述至少一个和所述喷嘴的所述第二端部，
其中所述第二出口基本上被所述第一出口围绕，并且其中所述一体式分配喷嘴是不含任何可移动零件并且基本上不含死空间的整体件。
本发明的另一个方面涉及用液体组合物填充容器的方法，所述方法包括以下步骤：
(A)提供具有开口的容器，其中所述容器的总体积在10ml至10升的范围内；
(B)提供次要液体进料组合物和在粘度、溶解度和/或混溶性方面与所述次要液体进料组合物不同的主要液体进料组合物；
(C)通过使用一体式分配喷嘴用所述次要液体进料组合物和所述主要液体进料组合物同时或几乎同时填充所述容器，所述一体式分配喷嘴包括：
(a)第一端部；
(b)相反的第二端部；
(c)一个或多个侧壁，所述一个或多个侧壁在所述第一端部和所述第二端部之间；
(d)一个或多个第一流动通道，所述一个或多个第一流动通道用于使所述主要液体进料组合物流动通过所述喷嘴，其中所述第一流动通道中的每个第一流动通道由第一入口和第一出口限定，其中所述第一入口位于所述喷嘴的所述第一端部处，并且其中所述第一出口位于所述喷嘴的所述第二端部处；并且
(e)一个或多个第二流动通道，所述一个或多个第二流动通道用于使第二流体流动通过所述喷嘴，其中所述第二流体在粘度、溶解度和/或混溶性方面不同于所述第一流体，其中所述第二流动通道中的每个第二流动通道由第二入口和第二出口限定，其中所述第二入口位于所述侧壁中的至少一个上或附近并且其中所述第二出口位于所述喷嘴的所述第二端部处，使得所述一个或多个第二流动通道延伸通过所述侧壁中的所述至少一个和所述喷嘴的所述第二端部，
其中所述第二出口基本上被所述第一出口围绕，并且其中所述一体式分配喷嘴是不含任何可移动零件并且基本上不含死空间的整体件。
在阅读本发明的以下具体实施方式时，本发明的这些和其它方面将变得更明显。
附图说明
图1A为根据本发明的一个实施方案的一体式共注入喷嘴的透视图。
图1B为图1A的一体式共注入喷嘴的顶视图。
图1C为图1A的一体式共注入喷嘴的底视图。
图1D为图1A的一体式共注入喷嘴的侧视图。
图1E为图1A的一体式共注入喷嘴沿平面I-I的剖视图。
图1F为图1A的一体式共注入喷嘴沿垂直于I-I的平面的剖视图。
图2A为根据本发明的另一个实施方案的一体式共注入喷嘴的透视图。
图2B为图2A的一体式共注入喷嘴的顶视图。
图2C为图2A的一体式共注入喷嘴的底视图。
图2D为图2A的一体式共注入喷嘴沿平面II-II的剖视图。
图2E为图1A的一体式共注入喷嘴沿垂直于II-II的平面的剖视图。
图3A为根据本发明的又另一个实施方案的一体式共注入喷嘴的透视图。
图3B为图3A的一体式共注入喷嘴的顶视图。
图3C为图3A的一体式共注入喷嘴的底视图。
图3D为图3A的一体式共注入喷嘴沿平面III-III的剖视图。
图3E为图1A的一体式共注入喷嘴沿垂直于III-III的平面的剖视图。
具体实施方式
本发明的各种实施方案的特征和有益效果将由以下说明变得显而易见，该说明包括旨在给出本发明的广泛代表的具体实施方案的示例。从该描述和从本发明的实践，各种修改形式对于本领域的技术人员将显而易见。本发明的范围不旨在限于所公开的具体形式，并且本发明涵盖了所有落入如权利要求所限定的本发明的实质和范围内的修改、等同物和另选的替代方案。
如本文所用，当用于权利要求中时，冠词诸如“一种”和“一个”被理解为是指一个或多个受权利要求保护或描述的物质。术语“包含(comprise/comprises/comprising)”、“含有(contain/contains/containing)”、“包括(include/includes/including)”都意味着非限制性的。
如本文所用，术语“基本上不含(substantially free of)”或“基本上不含(substantially free from)”意思是所指示的空间以按一体式分配喷嘴的总体积计0％至约1％，优选地0％至约0.5％，更优选地0％至约0.1％的体积存在。
本发明的一体式共注入喷嘴被制成为整体件，而没有任何移动零件(例如，O形环、密封垫圈、螺栓或螺钉)。这种整体结构使得其特别适用于粘滞液体的高速填充，其通常需要高填充压力。这种一体式共注入喷嘴可由具有足够拉伸强度的任何合适材料(诸如不锈钢、陶瓷、聚合物等)制成。优选地，本发明的共注入喷嘴由不锈钢制成。
本发明的一体式共注入喷嘴可具有在约3mm至约200mm，优选地约10mm至约100mm，更优选地约15mm至约50mm范围内的平均高度。该一体式共注入喷嘴可具有在约5mm至约100mm，优选地约10mm至约50mm，更优选地约15mm至约25mm范围内的平均横截面直径。
此类共注入喷嘴提供两个或更多个流体通道以用于将具有不同粘度、溶解度和/或混溶性的两种或更多种液体同时或基本上同时分配到容器中。例如，液体中的一种可为次要液体进料组合物并且另一种可为主要液体进料组合物(即，构成最终液体混合物的大部分重量的液体)。容器具有两种或更多种液体被分配到其中的开口，而容器的总体积可在约10ml至约10L，优选地约20ml至约5L，更优选地约50ml至约4L的范围内。
为了确保此类液体在容器中充分地混合，这些液体中的至少一种，优选地主要进料液体组合物必须以显著高的速度填充，以便在容器中生成足够强的流入和湍流。优选地，主要进料液体组合物以在约50ml/秒至约10L/秒，优选地约100ml/秒至约5L/秒，更优选地约500ml/秒至约1.5L/秒范围内的平均流速填充。次要进料液体组合物以在约0.1ml/秒至约1000ml/秒，优选地约0.5ml/秒至约800ml/秒，更优选地约1ml/秒至约500ml/秒范围内的平均流速填充。
图1A至图1F示出根据本发明的一个实施方案的一体式共注入喷嘴。具体地，喷嘴10具有第一端部12和相反的第二端部14。优选地，但不是必须的，第一端部12在顶部，而相反的第二端部14在底部。更优选地，第一端部12和第二端部14具有相对平坦表面。一个或多个侧壁16位于第一端部12和第二端部14之间。此类侧壁可为平面的或圆柱形的。
喷嘴10包含用于使第一流体(例如，主要液体进料组合物)从其中流过的多个第一流动通道11。第一流动通道11中的每一个由位于第一端部12处的第一入口11A和位于第二端部14处的第一出口11B限定，如图1E所示。此外，喷嘴10包含用于使第二流体(例如，次要液体进料组合物)从其中流过的第二流动通道13。第二流动通道13由位于侧壁16附近的第二入口13A和位于第二端部14处的第二出口13B限定，使得第二流动通道13延伸穿过侧壁16和第二端部14，也如图1E所示。
第一出口11B和第二出口13B可具有任何合适的形状，例如圆形、半圆形、椭圆形、正方形、矩形、月牙形以及它们的组合。优选地，但不是必须的，第一出口11B和第二出口13B两者是圆形的，如图1C所示。
此外，第二出口13B基本上被多个第一出口11B包围，如图1C所示。在次要液体进料组合物一旦沉积在容器壁上就易于形成难以去除的残余物的情况下，此类布置对于防止次要液体进料组合物沉积在容器壁上特别有效，因为离开第二出口13B的次要进料流将基本上被离开第一出口11B的多个主要进料流包围，该多个主要进料流在次要进料流周围形成“液体覆盖物”并且从而减少次要进料物在容器壁上形成的难以去除的残余物。
多个主要进料流被配置为在次要进料流周围形成分流的“液体覆盖物”。另选地，多个主要进料流可基本上彼此平行，从而在次要进料流周围形成平行的“液体覆盖物”。主要进料流的这种平行布置在本发明中是特别优选的，因为它在容器内部次要进料流周围提供更大的局部湍流并且实现更好、更均匀的混合结果。
又此外，喷嘴10基本上不含任何死空间(即，不会直接位于流动通道中并且因此可截留液体残余物的空间)。因此，当在不同液体进料物之间切换时，它易于清洁并且不太可能引起交叉污染。
优选地，但不是必须的，第一出口11B的总横截面积与第二出口13B的总横截面积的比率可在约5:1至约50:1，优选地约10:1至约40:1，并且更优选地约15:1至约35:1的范围内。此类比率确保显著大的主次流速比率，这进而能够更有效地稀释容器中的次要成分，从而确保容器中不会存在局部高浓度次要成分的‘热点’。
图2A至图2E示出根据本发明的另一个实施方案的一体式共注入喷嘴。具体地，喷嘴20具有第一端部22和相反的第二端部24。第一端部22和第二端部24两者具有相对平坦表面。圆柱形侧壁26位于第一端部22和第二端部24之间。
喷嘴20包含用于使第一流体(例如，主要液体进料组合物)从其中流过的多个第一流动通道21。第一流动通道21中的每一个由位于第一端部22处的第一入口21A和位于第二端部24处的第一出口21B限定，如图2B、图2C和图2E所示。此外，喷嘴20包含用于使第二流体(例如，次要液体进料组合物)从其中流过的第二流动通道23。第二流动通道23由位于圆柱形侧壁26附近的第二入口23A和位于第二端部24处的第二出口23B限定，使得第二流动通道23延伸穿过圆柱形侧壁26和第二端部24，如图2C和图2D所示。
所有第一出口21B具有月牙形形状，而此类月牙形以具有基本上相同半径中心的同心方式布置。相比之下，第二出口23B的形状为圆形。此外，第二出口23B位于第一出口21B的半径中心处并且基本上被多个第一出口21B包围，如图2C所示。在次要液体进料组合物一旦沉积在容器壁上就易于形成难以去除的残余物的情况下，此类布置对于防止次要液体进料组合物沉积在容器壁上特别有效，因为离开第二出口23B的次要进料流将基本上被离开第一出口21B的多个主要进料流包围，该多个主要进料流在次要进料流周围形成“液体覆盖物”并且从而减少次要进料物在容器壁上形成的难以去除的残余物。
喷嘴20也基本上不含任何死空间并且因此易于清洁，并且当改变液体进料物时减少交叉污染的风险。
优选地，但不是必须的，第一出口21B的总横截面积与第二出口23B的总横截面积的比率可在约5:1至约50:1，优选地约10:1至约40:1，并且更优选地约15:1至约35:1的范围内。
图3A至图3D示出根据本发明的又另一个实施方案的一体式共注入喷嘴。具体地，喷嘴30具有第一端部32和相反的第二端部34。第一端部32和第二端部34两者具有相对平坦表面。圆柱形侧壁36位于第一端部32和第二端部34之间。
喷嘴30包含用于使第一流体(例如，主要液体进料组合物)从其中流过的多个第一流动通道31。第一流动通道31中的每一个由位于第一端部32处的第一入口31A和位于第二端部34处的第一出口31B限定，如图3B、图3C和图3E所示。此外，喷嘴30包含用于使第二流体(例如，次要液体进料组合物)从其中流过的第二流动通道33。第二流动通道33由位于圆柱形侧壁36的一侧附近的第二入口33A和位于第二端部34处的第二出口33B限定，使得第二流动通道33延伸穿过圆柱形侧壁36和第二端部34，如图3C和图3D所示。又此外，喷嘴30包括用于使第三流体(例如，另外的次要液体进料组合物)从其中流过的第三流动通道35。第三流动通道35由位于圆柱形壁36的另一侧附近的第三入口35A和位于第二端部34处的第三出口35B限定，使得第三流动通道35延伸穿过圆柱形侧壁36(在与第二流动通道33相反的一侧处)和第二端部34，如图3A、图3C和图3D所示。
所有第一出口31B具有月牙形形状，而此类月牙形以具有基本上相同半径中心的同心方式布置。相比之下，第二出口33B和第三出口35B的形状为圆形。此外，第二出口33B位于第一出口31B的半径中心处，而第三出口35B位于邻近于第一出口31B的半径中心处。这样，第二出口33B和第三出口35B两者基本上被多个第一出口31B包围，如图3C所示。在次要液体进料组合物中的一种或两种一旦沉积在容器壁上就易于形成难以去除的残余物的情况下，这种布置起作用来最小化次要液体进料组合物到容器壁上的沉积，因为离开第二出口33B和第三出口35B的次要进料流将基本上被离开第一出口31B的多个主要进料流包围，该多个主要进料流在次要进料流周围形成“液体覆盖物”并且从而减少次要进料物在容器壁上形成的难以去除的残余物。
喷嘴30也基本上不含任何死空间并且因此易于清洁，并且当改变液体进料物时减少交叉污染的风险。
优选地，但不是必须的，第一出口31B的总横截面积与第二出口33B的总横截面积的比率可在约5:1至约50:1，优选地约10:1至约40:1，并且更优选地约15:1至约35:1的范围内。类似地，第一出口31B的总横截面积与第三出口35B的总横截面积的比率可在约5:1至约50:1，优选地约10:1至约40:1，并且更优选地约15:1至约35:1的范围内。
本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，否则每个此类量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。
除非明确排除或以其它方式限制，本文中引用的每一篇文献，包括任何交叉引用或相关专利或专利申请以及本申请对其要求优先权或其有益效果的任何专利申请或专利，均据此全文以引用方式并入本文。对任何文献的引用不是对其作为与本发明的任何所公开或本文受权利要求书保护的现有技术的认可，或不是对其自身或与任何一个或多个参考文献的组合提出、建议或公开任何此类发明的认可。此外，当本发明中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文献中相同术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义。
虽然已举例说明和描述了本发明的具体实施方案，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的实质和范围的情况下可作出各种其他变化和修改。因此，本文旨在于所附权利要求中涵盖属于本发明范围内的所有此类变化和修改。

Claims (10)

1.一种用于共注入两种或更多种液体的一体式分配喷嘴，所述一体式分配喷嘴包括：
(a)第一端部；
(b)相反的第二端部；
(c)一个或多个侧壁，所述一个或多个侧壁在所述第一端部和所述第二端部之间；
(d)多个第一流动通道，所述多个第一流动通道用于使第一流体流动通过所述喷嘴，其中所述多个第一流动通道中的每个第一流动通道由第一入口和第一出口限定，其中多个所述第一入口位于所述喷嘴的所述第一端部处，其中多个所述第一出口位于所述喷嘴的所述第二端部处，并且其中所述多个第一流动通道被配置为形成基本上彼此平行的多个第一液体流；和
(e)一个或多个第二流动通道，所述一个或多个第二流动通道用于使第二流体流动通过所述喷嘴，其中所述第二流体在粘度、溶解度和/或混溶性方面不同于所述第一流体，其中所述一个或多个第二流动通道中的每个第二流动通道由第二入口和第二出口限定，其中一个或多个所述第二入口位于所述侧壁中的至少一个上并且其中一个或多个所述第二出口位于所述喷嘴的所述第二端部处，使得所述一个或多个第二流动通道延伸通过所述侧壁中的所述至少一个和所述喷嘴的所述第二端部，
其中一个或多个所述第二出口基本上被多个所述第一出口围绕，并且其中所述一体式分配喷嘴是不含任何可移动零件并且基本上不含死空间的整体件，并且
其中多个所述第一出口中的每一个的特征在于月牙形形状，并且一个或多个所述第二出口位于由多个所述第一出口形成的月牙形的半径中心处或附近。
2.根据权利要求1所述的用于共注入两种或更多种液体的一体式分配喷嘴，其中多个所述第一出口的总横截面积与一个或多个所述第二出口的总横截面积的比率在5:1至50:1的范围内。
3.根据权利要求2所述的用于共注入两种或更多种液体的一体式分配喷嘴，其中多个所述第一出口的总横截面积与一个或多个所述第二出口的总横截面积的比率在10:1至40:1的范围内。
4.根据权利要求2所述的用于共注入两种或更多种液体的一体式分配喷嘴，其中多个所述第一出口的总横截面积与一个或多个所述第二出口的总横截面积的比率在15:1至35:1的范围内。
5.根据权利要求1或2所述的用于共注入两种或更多种液体的一体式分配喷嘴，所述一体式分配喷嘴还包括：
(f)一个或多个第三流动通道，所述一个或多个第三流动通道用于使第三流体流动通过所述喷嘴，其中所述第三流体在粘度、溶解度和/或混溶性方面不同于所述第一流体和所述第二流体，其中所述第三流动通道中的每个第三流动通道由第三入口和第三出口限定，其中一个或多个所述第三入口位于所述侧壁中的至少一个上或附近并且与一个或多个所述第二入口间隔开，并且其中一个或多个所述第三出口位于所述喷嘴的所述第二端部处，使得所述一个或多个第三流动通道延伸通过所述侧壁中的所述至少一个和所述喷嘴的所述第二端部，并且其中一个或多个所述第三出口基本上被多个所述第一出口围绕。
6.根据权利要求5所述的用于共注入两种或更多种液体的一体式分配喷嘴，其中多个所述第一出口的总横截面积与一个或多个所述第三出口的总横截面积的比率在5:1至50:1的范围内。
7.根据权利要求6所述的用于共注入两种或更多种液体的一体式分配喷嘴，其中多个所述第一出口的总横截面积与一个或多个所述第三出口的总横截面积的比率在10:1至40:1的范围内。
8.根据权利要求6所述的用于共注入两种或更多种液体的一体式分配喷嘴，其中多个所述第一出口的总横截面积与一个或多个所述第三出口的总横截面积的比率在15:1至35:1的范围内。
9.一种用液体组合物填充容器的方法，所述方法包括以下步骤：
(A)提供具有开口的容器，其中所述容器的总体积在10ml至10升的范围内；
(B)提供次要液体进料组合物和在粘度、溶解度和/或混溶性方面与所述次要液体进料组合物不同的主要液体进料组合物；
(C)通过使用一体式分配喷嘴用所述次要液体进料组合物和所述主要液体进料组合物同时或几乎同时填充所述容器，所述一体式分配喷嘴包括：
(a)第一端部；
(b)相反的第二端部；
(c)一个或多个侧壁，所述一个或多个侧壁在所述第一端部和所述第二端部之间；
(d)多个第一流动通道，所述多个第一流动通道用于使所述主要液体进料组合物流动通过所述喷嘴，其中所述多个第一流动通道中的每个第一流动通道由第一入口和第一出口限定，其中多个所述第一入口位于所述喷嘴的所述第一端部处，其中多个所述第一出口位于所述喷嘴的所述第二端部处，并且其中所述多个第一流动通道被配置为形成基本上彼此平行的多个第一液体流；和
(e)一个或多个第二流动通道，所述一个或多个第二流动通道用于使所述次要液体进料组合物流动通过所述喷嘴，其中所述一个或多个第二流动通道中的每个第二流动通道由第二入口和第二出口限定，其中一个或多个所述第二入口位于所述侧壁中的至少一个上并且其中一个或多个所述第二出口位于所述喷嘴的所述第二端部处，使得所述一个或多个第二流动通道延伸通过所述侧壁中的所述至少一个和所述喷嘴的所述第二端部，
其中一个或多个所述第二出口基本上被多个所述第一出口围绕，并且其中所述一体式分配喷嘴是不含任何可移动零件并且基本上不含死空间的整体件，并且
其中多个所述第一出口中的每一个的特征在于月牙形形状，并且一个或多个所述第二出口位于由多个所述第一出口形成的月牙形的半径中心处或附近。
10.根据权利要求9所述的用液体组合物填充容器的方法，其中所述次要液体进料组合物以在0.1ml/秒至1000ml/秒范围内的平均流速填充，并且/或者其中所述主要液体进料组合物以在50ml/秒至10L/秒范围内的平均流速填充。
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