JP2019512387A - ノズル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル装置を提供する。
【解決手段】ノズル装置は、第一通路、第二通路、および、第一周辺弁クラッパーを有する。第一通路は、第一入口、および、第一出口を有する。第二通路は、第二入口、および、第二出口を有する。第一周辺弁クラッパーが設置されて、第二入口からの、第二通路への流体の流入を制御する。流体が注入されて、第一入口から第一通路に進入して、第一出口の隣の第一負圧領域を形成するとともに、第一周辺弁クラッパーが、第一負圧領域とノズル装置の周囲間の圧力差により開いて、流体を第二通路に流入させる。
【選択図】図１Ａ

Description

本出願は、２０１６年３月２５日に出願された米国仮出願番号６２／３１３５５１号の優先権を主張するものであり、参照によりその全体が本願に組み込まれる。

本発明は、ノズル装置に関するものであって、特に、ポンプ効率を向上させるととともに、ポンプ時間を短縮することができるノズル装置に関するものである。

インフレータブル型の製品は、使用時に、エアポンプやその他のポンプ装置によって膨張させる。しかし、インフレータブル型の製品（たとえば、エアマットレス）のサイズが大きいとき、膨張させるのに時間がかかる。

本発明は、ノズル装置を提供することを目的とする。ポンプ装置がノズル装置により、チャンバ（たとえば、インフレータブル型の製品）に接続されるとき、ノズル装置は、さらに多くの流体（例えば、空気）をチャンバに導入し、ポンプ効率を向上させるととともに、ポンプ時間を短縮することができる。

本発明の一実施形態によるノズル装置は、第一通路、第二通路、および、第一周辺弁クラッパーを有する。第一通路は、第一入口、および、第一出口を有する。第二通路は、第二入口、および、第二出口を有する。第一周辺弁クラッパーが設置されて、第二入口からの、第二通路への流体の流入を制御する。流体が注入されるとき、流体は、第一入口から第一通路に流入して、第一流体を形成し、第一負圧領域は、第一通路の外側、且つ、第一出口の隣に形成され、第一周辺弁クラッパーが、第一負圧領域とノズル装置の周囲の間の圧力差により開き、流体を、さらに、第二通路に流入させて、第二流体を形成する。

別の実施形態において、第一通路は第二通路中に設置される。

さらに別の実施形態において、第一出口は、第一入口より断面積が小さく、第一出口での第一流体の速度を増加させ、第一負圧領域を形成する。

別の実施形態において、第二通路は、さらに、第一負圧領域の隣の混合領域を有し、第一通路から出る第一流体は、混合領域で、第二流体と混合される。

さらに別の実施形態において、ノズル装置は以下の条件を満たす:

式中、Ｓ_ｅは混合領域の断面積、Ｓ_ｃは第一出口の断面積、φ_ｅは混合領域の直径、φ_ｃは第一出口の直径、Ｕ_０は容量噴射係数、τは拡散速度の係数、Δｑは、流体が第一通路に流入するポンプ圧と第一負圧領域の圧力間の差、および、Δｐは、ノズル装置の周囲と第一負圧領域間の圧力差である。

上述の容量噴射係数は、下記数式により計算され、式中、Ｖ_ｍは、第一通路に注入される流体の体積流量率、Ｖ_ｐは、第二通路に進入する流体の体積流量率、および、Ｋは０〜１の係数である。

さらに別の実施形態において、０．５＜τ＜１である。

別の実施形態において、混合領域の長さはｂ、且つ、６φ_ｃ≦ｂ≦１０φ_ｃであり、式中、φ_ｃは、第一通路の第一出口の直径である。

さらに別の実施形態において、第二通路は、さらに、混合領域の隣の拡散領域を有し、拡散領域は、断面積が混合領域より大きく、混合された第一流体と第二流体は、拡散領域で分散する。

別の実施形態において、拡散領域はテーパ型である。

さらに別の実施形態において、拡散領域の長さはｈ、且つ、２（φ_ｍ−φ_ｃ）≦ｈ≦４（φ_ｍ−φ_ｃ）であり、式中、φ_ｍは第一通路の第一入口の直径、φ_ｃは第一通路の第一出口の直径である。

別の実施形態において、第二通路の第二出口の発散角度はｋ、且つ、５°≦ｋ≦１２°である。

さらに別の実施形態において、ノズル装置は、さらに、第三通路、および、第二周辺弁クラッパーを有する。第三通路は、第三入口、および、第三出口を有する。第二周辺弁クラッパーが設置されて、第三入口からの、第三通路への流体の進入を制御して、第三流体を形成する。第二負圧領域は、第二通路の外側、且つ、第二出口の隣に形成され、第二周辺弁クラッパーは、第二負圧領域とノズル装置の周囲間の圧力差により開き、流体を、さらに、第三通路に流入させて、第三流体を形成する。

別の実施形態において、第一通路は第二通路中に設置され、且つ、第二通路は第三通路中に設置される。

さらに別の実施形態において、第三通路は、さらに、第二負圧領域の隣の混合領域を有し、第二通路から出る第一、および、第二流体は、混合領域で、第三流体と混合される。

別の実施形態において、第三通路は、さらに、混合領域の隣の拡散領域を有し、拡散領域の断面積は混合領域より大きく、混合された第一、第二、および、第三流体は拡散領域で分散する。

さらに別の実施形態において、第一出口は収束する出口であり、第二出口、および、第三出口は末広がりの出口である。

別の実施形態において、ノズル装置は、さらに、第四通路、および、第三周辺弁クラッパーを有する。第四通路は、第四入口、および、第四出口を有する。第三周辺弁クラッパーが設置されて、第四入口からの、第四通路への流体の進入を制御して、第四流体を形成する。第三負圧領域は、第三通路の外側、且つ、第三出口の隣に形成され、第三周辺弁クラッパーが、第三負圧領域とノズル装置の周囲間の圧力差により開き、流体をさらに第四通路に流入させて、第四流体を形成する。

さらに別の実施形態において、第一出口、および、第二出口は収束する出口、第三出口、および、第四出口は末広がりの出口である。

本発明の実施例は、図面と後続の詳細を参照すると理解できる。

本発明により、ポンプ効率が向上し、ポンプ時間が短縮する。

後続の詳細な記述と図面を参照することにより、本発明を十分に理解することができる。
本発明の第一実施形態によるノズル装置の分解透視図である。 図１Ａの正面図である。 本発明の第一実施形態によるノズル装置の断面図である。 図２と異なる方式で、インフレータブル型の製品に接続される第一実施形態のノズル装置を示す図である。 本発明の第一実施形態による次元パラメータを有するノズル装置の断面図である。 本発明の第二実施形態によるノズル装置の透視図である。 図５のノズル装置の部分的な内部構造を示す図である。 本発明の第二実施形態によるノズル装置の断面図である。 本発明の第三実施形態によるノズル装置の透視図である。 図８のノズル装置の部分的な内部構造を示す図である。 本発明の第三実施形態による第三通路の外形を破線で示したノズル装置の内部構造を示す図である。

図１Ａ、図１Ｂ、および、図２を参照すると、本発明の第一実施形態によるノズル装置１０は、カバー１１、Ｏ型リング１２、座体１３、少なくとも一つの空気注入弁クラッパー１４、少なくとも一つの第一周辺弁クラッパー１５、第一管状体１６、および、第二管状体１７を有する。第一管状体１６は第二管状体１７中に設置される。第一管状体１６は、第一入口１６１１、および、第一出口１６１２を有する第一通路１６１を定義する。第二管状体１７は、第二入口１７１１、および、第二出口１７１２を有する第二通路１７１を定義する。第一管状体１６、および、第二管状体１７は、座体１３に接続される。座体１３は、それぞれ、第一入口１６１１、および、第二入口１７１１に接続される開口１３１、および、１３２を有する。空気注入弁クラッパー１４、および、第一周辺弁クラッパー１５は、それぞれ、座体１３の開口１３１、および、１３２中に設置されて、第一通路１６１、および、第二通路１７１への外気の進入を制御する。

図２を参照すると、ノズル装置１０の第二出口１７１２は、インフレータブル型の製品３０内部にあり、ノズル装置１０の座体１３は、インフレータブル型の製品３０に接続される。インフレータブル型の製品３０は、ノズル装置１０から、エアポンプ２０（たとえば、電気ポンプ、または、手動ポンプ）によって膨張される。そのようにするため、エアポンプ２０は、ノズル装置１０の座体１３の開口１３１に接続される。外気が送られて、開口１３１中の空気注入弁クラッパー１４を開き、第一通路１６１に進入して、第一流体１６３を形成する。注意すべきことは、第一通路１６１の断面積は徐々に減少し、第一出口１６１２の断面積は、第一入口１６１１より小さいことである。この配置は、第一通路１６１中の第一流体１６３の速度を増加させ、第一出口１６１２の隣の第一負圧領域１７４を形成する。第一流体１６３の速度が徐々に増加するので、第一負圧領域１７４中の圧力が徐々に減少する。第一負圧領域１７４の第一圧力が第一所定値に減少するとき、第一周辺弁クラッパー１５が、外部環境と第一負圧領域１７４間の圧力差により開き、外気を、第二入口１７１１により、第二通路１７１に流入させるとともに、第二流体１７３を形成する。第二通路１７１は、第一負圧領域１７４の隣の混合領域１７５を有し、第一通路１６１から出る第一流体１６３は、混合領域１７５で、第二流体１７３と混合される。第二通路１７１は、さらに、混合領域１７５の隣の拡散領域１７７を有する。この実施形態において、拡散領域１７７は、混合領域１７５から第二出口１７１２に断面積が増加するテーパ型であり、混合された第一流体１６３と第二流体１７３は、インフレータブル型の製品３０に進入する前に、拡散領域１７７中で分散して、過度な空力抵抗とエネルギー損失を防止する。

本発明のこの実施形態は、追加の空気をインフレータブル型の製品３０に導入することができる第二通路１７１を提供する。よって、ノズル装置１０を用いることによる膨張が速く、且つ、さらに効率的である。

図１を参照すると、Ｏ型リング１２が座体１３上に設置される。膨張が終了したとき、カバー１１が座体１３を被覆して、Ｏ型リング１２が、カバー１１と座体１３間で圧縮され、密封状態を生成する。

注意すべきことは、第一実施形態のノズル装置１０は、図２と異なる方式で、インフレータブル型の製品３０に接続されることである。図３に示されるように、たとえば、ノズル装置１０は、インフレータブル型の製品３０’の外側に設置され、ノズル装置１０の第二通路１７１の第二出口１７１２は、インフレータブル型の製品３０’に接続される。

図４を参照すると、この実施形態のノズル装置１０の好ましい尺寸は、以下のようである。

ノズル装置１０は下記数式を満たし、式中、Ｓ_ｅは混合領域１７５の断面積、Ｓ_ｃは第一出口１６１２の断面積、φ_ｅは混合領域１７５の直径、φ_ｃは第一出口１６１２の直径、Ｕ_０は容量噴射係数、τは、拡散速度の係数、Δｑは、外気を第一通路１６１に注入するエアポンプ２０のポンプ圧と第一負圧領域１７４中の圧力間の差、Δｐは、ノズル装置１０の周囲（空気）と第一負圧領域１７４間の圧力差である。

上述の容量噴射係数は下記数式により計算され、式中、Ｖ_ｍは、エアポンプ２０により第一通路１６１に注入された空気の体積流量率、Ｖ_ｐは、第二通路１７１に導かれた空気の体積流量率、Ｋは０〜１の係数である。

上述の拡散速度の係数は、０．５＜τ＜１を満たす。

混合領域１７５の長さはｂ、且つ、６φ_ｃ≦ｂ≦１０φ_ｃであり、式中、φ_ｃは、第一通路１６１の第一出口１６１２の直径である。

拡散領域１７７の長さはｈ、且つ、２（φ_ｍ−φ_ｃ）≦ｈ≦４（φ_ｍ−φ_ｃ）であり、式中、φ_ｍは第一通路１６１の第一入口１６１１の直径、φ_ｃは第一通路１６１の第一出口１６１２の直径である。

第二通路１７１の第二出口１７１２の発散角度はｋ、且つ、５°≦ｋ≦１２°である。

図５、図６、および、図７を参照すると、本発明の第二実施形態によるノズル装置２０は、第一管状体２６、第二管状体２７、および、第三管状体２８を有する。第一管状体２６は、第二管状体２７中に設置され、第二管状体２７は、第三管状体２８中に設置される。さらに、図７を参照すると、第一管状体２６は、第一入口２６１１と第一出口２６１２を有する第一通路２６１を定義する。第二管状体２７は、第二入口２７１１と第二出口２７１２を有する第二通路２７１を定義する。第三管状体２８は、第三入口２８１１と第三出口２８１２を有する第三通路２８１を定義する。第一入口２６１１、第二入口２７１１、および、第三入口２８１１への外気の進入は、それぞれ、空気注入弁クラッパー、第一周辺弁クラッパー、および、第二周辺弁クラッパー（図示しない）により制御される。

操作において、外気は第一入口２６１１から第一通路２６１に送られて、第一流体２６３を形成する。注意すべきことは、第一通路２６１の断面積は徐々に減少して、第一出口２６１２の断面積は、第一入口２６１１より小さいことである。この配置は、第一通路２６１中の第一流体２６３の速度を増加させ、第一出口２６１２の隣の第一負圧領域２７４を形成する。第一負圧領域２７４の第一圧力が第一所定値に減少するとき、第一周辺弁クラッパー（図示しない）が、外部環境と第一負圧領域２７４間の圧力差によって開き、第二入口２７１１により、外気を第二通路２７１に流入させるとともに、第二流体２７３を形成する。第二通路２７１は、第一負圧領域２７４の隣の混合領域２７５を有し、第一通路２６１から出る第一流体２６３は、混合領域２７５で、第二流体２７３と混合される。第二通路２７１は、さらに、混合領域２７５の隣の拡散領域２７７を有する。この実施形態において、拡散領域２７７は、混合領域２７５から第二出口２７１２に断面積が増加するテーパ型であり、混合された第一流体２６３、および、第二流体２７３は、拡散領域２７７中で分散し、且つ、円滑に、第二出口２７１２から出る。同様に、第二負圧領域２８４は、第二通路２７１の外側、且つ、第二出口２７１２の隣に形成される。第二負圧領域２８４の第二圧力が第二所定値に減少するとき、第二周辺弁クラッパー（図示しない）が、外部環境と第二負圧領域２８４間の圧力差によって開き、第三入口２８１１から、外気を第三通路２８１に流入させるとともに、第三流体２８３を形成する。第三通路２８１は、第二負圧領域２８４の隣の混合領域２８５を有し、第二通路２７１から出る第一流体２６３、および、第二流体２７３は、混合領域２８５で、第三流体２８３と混合される。第三通路２８１は、さらに、混合領域２８５の隣の拡散領域２８７を有する。拡散領域２８７は、混合領域２８５から第三出口２８１２に断面積が増加するテーパ型で、混合された第一流体２６３、第二流体２７３、および、第三流体２８３は、拡散領域２８７で分散し、且つ、円滑に、インフレータブル型の製品に入る。

注意すべきことは、第一出口２６１２は、断面積が徐々に減少する収束する出口であり、第二出口２７１２、および、第三出口２８１２は、断面積が徐々に増加する末広がりの出口である。

この実施形態において、第三通路２８１がさらに提供されて、空気をインフレータブル型の製品に導入する。よって、第二実施形態のノズル装置の膨張は、第一実施形態のものより速く、且つ、さらに効率的である。

図８、図９、および、図１０を参照すると、本発明の第三実施形態によるノズル装置３０は、第一通路、第二通路、第三通路、および、第四通路を有する。わかりやすくするため、第三通路の外形は図１０中で破線で示されている。注意すべきことは、第三通路は、チューブ、および、仕切り板により構成されることである。第一、第二、および、第四通路の外形は図１０で示されていないが、これらの通路は、後述を読むことにより理解できる。前述の実施形態と同様、空気注入弁クラッパー、第一周辺弁クラッパー、第二周辺弁クラッパー、および、第三周辺弁クラッパー（図示しない）がそれぞれ提供されて、第一通路、第二通路、第三通路、および、第四通路への外気の進入を制御する。操作において、外気が第一通路に送られて、第一流体３６３を形成する。第一負圧領域３７４は、第一通路の第一出口の隣に形成される。第一負圧領域３７４の第一圧力が第一所定値から減少するとき、第一周辺弁クラッパー（図示しない）が、外部環境と第一負圧領域３７４間の圧力差により開き、外気を第二通路に流入させるとともに、第二流体３７３を形成する。第二負圧領域３８４は、第二通路の第二出口の隣に形成される。第二負圧領域３８４の第二圧力が第二所定値に減少するとき、第二周辺弁クラッパー（図示しない）が、外部環境と第二負圧領域３８４間の圧力差により開き、外気を第三通路に流入させるとともに、第三流体３８３を形成する。第三負圧領域３９４は、第三通路の第三出口の隣に形成される。第三負圧領域３９４の第三圧力が第三所定値に減少するとき、第三周辺弁クラッパー（図示しない）が、外部環境と第三負圧領域３９４間の圧力差により開き、外気を第四通路に流入させる。最終的に、全流体（第一、第二、第三、および、第四流体３６３、３７３、３８３、および、３９３）は、第四通路により、インフレータブル型の製品に進入する。

この実施形態において、第一出口、および、第二出口は、断面積が徐々に減少する収束する出口で、第三出口、および、第四出口は、断面積が徐々に増加する末広がりの出口である。

この実施形態において、第四通路がさらに提供されて、空気をインフレータブル型の製品に導入する。よって、第三実施形態のノズル装置を用いた膨張は、第二実施形態のものより、速く、且つ、さらに効率的である。

理解できることは、本発明のノズル装置は、空気膨張に限定されないことである。本発明のノズル装置により、任意の流体がさらに効率的にチャンバ、または、貯蔵空間に注入される。

１０・・・ノズル装置
１１・・・カバー
１２・・・Ｏ型リング
１３・・・座体
１４・・・空気注入弁クラッパー
１５・・・第一周辺弁クラッパー
１６、２６・・・第一管状体
１７、２７・・・第二管状体
２０・・・エアポンプ
２８・・・第三管状体
３０、３０’・・・インフレータブル型の製品
１３１、１３２・・・開口
１６１、２６１・・・第一通路
１６３、２６３、３６３・・・第一流体
１７１、２７１・・・第二通路
１７３、２７３、３７３・・・第二流体
１７４、２７４、３７４・・・第一負圧領域
１７５、２７５、２８５・・・混合領域
１７７、２７７、２８７・・・拡散領域
２８１・・・第三通路
２８３、３８３・・・第三流体
２８４、３８４・・・第二負圧領域
３９３・・・第四流体
３９４・・・第三負圧領域
１６１１、２６１１・・・第一入口
１６１２、２６１２・・・第一出口
１７１１、２７１１・・・第二入口
１７１２、２７１２・・・第二出口
２８１１・・・第三入口
２８１２・・・第三出口
ｂ・・・長さ
ｈ・・・長さ
ｋ・・・発散角度
Ｋ・・・係数
Ｓ_ｃ・・・第一出口の断面積
Ｓ_ｅ・・・混合領域の断面積
Ｕ_０・・・容量噴射係数
Ｖ_ｍ、Ｖ_ｐ・・・体積流量率
φ_ｃ・・・第一出口の直径
φ_ｅ・・・混合領域の直径
φ_ｍ・・・第一入口の直径
τ・・・拡散速度の係数
Δｐ・・・ノズル装置の周囲と第一負圧領域間の圧力差
Δｑ・・・流体が第一通路に流入するポンプ圧と第一負圧領域の圧力間の差

Claims (18)

1. ノズル装置であって、
   第一入口、および、第一出口を有する第一通路と、
   第二入口、および、第二出口を有する第二通路と、
   前記第二入口からの、前記第二通路への流体の進入を制御する第一周辺弁クラッパーと、を有し、
   前記流体が注入されるとき、前記流体は、前記第一入口から前記第一通路に流入して、第一流体を形成し、第一負圧領域は、前記第一通路の外側、且つ、前記第一出口の隣に形成され、前記第一周辺弁クラッパーは、前記第一負圧領域と前記ノズル装置の周囲間の圧力差により開き、前記流体をさらに、前記第二通路に流入させて、第二流体を形成することを特徴とするノズル装置。
2. 前記第一通路は、前記第二通路中に設置されることを特徴とする請求項１に記載のノズル装置。
3. 前記第一出口の断面積は前記第一入口より小さく、前記第一出口での前記第一流体の速度を増加させるとともに、前記第一負圧領域を形成することを特徴とする請求項１に記載のノズル装置。
4. 前記第二通路は、さらに、前記第一負圧領域の隣の混合領域を有し、前記第一通路から出る前記第一流体は、前記混合領域で、前記第二流体と混合されることを特徴とする請求項１に記載のノズル装置。
5. 前記ノズル装置は、下記数式を満たし、
   式中、Ｓ_ｅは前記混合領域の断面積、Ｓ_ｃは前記第一出口の断面積、φ_ｅは、前記混合領域の直径、φ_ｃは前記第一出口の直径、Ｕ_０は容量噴射係数、τは、拡散速度の係数、Δｑは、前記第一通路に進入する前記流体のポンプ圧と前記第一負圧領域の圧力間の差、Δｐは、前記ノズル装置の前記周囲と前記第一負圧領域間の圧力差であることを特徴とする請求項４に記載のノズル装置。
   
6. 前記式中、０．５＜τ＜１であることを特徴とする請求項５に記載のノズル装置。
7. 前記混合領域の長さはｂ、且つ、６φ_ｃ≦ｂ≦１０φ_ｃであり、式中、φ_ｃは、前記第一通路の前記第一出口の直径であることを特徴とする請求項４に記載のノズル装置。
8. 前記第二通路は、さらに、前記混合領域の隣の拡散領域を有し、前記拡散領域の断面積は、前記混合領域より大きく、前記混合された第一流体、および、第二流体は、前記拡散領域で分散することを特徴とする請求項４に記載のノズル装置。
9. 前記拡散領域はテーパ型であることを特徴とする請求項８に記載のノズル装置。
10. 前記拡散領域の長さはｈ、且つ、２（φ_ｍ−φ_ｃ）≦ｈ≦４（φ_ｍ−φ_ｃ）であり、式中、φ_ｍは、前記第一通路の前記第一入口の直径、φ_ｃは、前記第一通路の前記第一出口の直径であることを特徴とする請求項６に記載のノズル装置。
11. 前記第二通路の前記第二出口の発散角度はｋ、且つ、５°≦ｋ≦１２°であることを特徴とする請求項１に記載のノズル装置。
12. さらに、
    第三入口、および、第三出口を有する第三通路と、
    前記第三入口からの、前記第三通路への前記流体の流入を制御して、第三流体を形成する第二周辺弁クラッパーと、を有し、
    第二負圧領域が、前記第二通路の外側、且つ、前記第二出口の隣に形成され、前記第二周辺弁クラッパーは、前記第二負圧領域と前記ノズル装置の前記周囲間の圧力差により開き、前記流体をさらに、第三通路に流入させて、前記第三流体を形成することを特徴とする請求項１に記載のノズル装置。
13. 前記第一通路は前記第二通路中に設置され、前記第二通路は前記第三通路中に設置されることを特徴とする請求項１２に記載のノズル装置。
14. 前記第三通路は、さらに、前記第二負圧領域の隣の混合領域を有し、前記第二通路から出る前記第一、および、第二流体は、前記混合領域中で、前記第三流体と混合されることを特徴とする請求項１２に記載のノズル装置。
15. 前記第三通路は、さらに、前記混合領域の隣の拡散領域を有し、前記拡散領域の断面積は、前記混合領域より大きく、前記混合された第一、第二、および、第三流体が前記拡散領域で分散することを特徴とする請求項１４に記載のノズル装置。
16. 前記第一出口は収束する出口であり、前記第二出口、および、前記第三出口は末広がりの出口であることを特徴とする請求項１２に記載のノズル装置。
17. さらに、
    第四入口、および、第四出口を有する第四通路と、
    前記第四入口からの、前記第四通路への前記流体の流入を制御して、第四流体を形成する第三周辺弁クラッパーと、を有し、
    第三負圧領域が、前記第三通路の外側、且つ、前記第三出口の隣に形成され、前記第三周辺弁クラッパーが、前記第三負圧領域と前記ノズル装置の前記周囲間の圧力差により開いて、前記流体をさらに、前記第四通路に流入させて、前記第四流体を形成することを特徴とする請求項１２に記載のノズル装置。
18. 前記第一出口、および、前記第二出口は収束する出口、前記第三出口、および、前記第四出口は末広がりの出口であることを特徴とする請求項１７に記載のノズル装置。