用于产生均匀小液滴喷雾的具有高效率机械打散的改进的旋流喷嘴组件

摘要

一种喷洒分配器构造为产生具有改进的旋转或角速度ω和较小的喷洒液滴尺寸的旋流输出喷洒型式（152）。杯形喷嘴构件（60）具有围绕中心纵向轴线（64）的柱形侧壁（62），并且具有圆形封闭端壁（68），至少一个出口孔（74）通过端壁。至少一个加强旋流引发雾产生结构形成在端壁的内表面（70）中，并且包括终止于围绕出口孔（74）的相互作用腔室（84）的一对对置的向内渐细的偏置强力喷嘴通道（80、82）。强力喷嘴通道产生相对的偏置流，其旨在非常高效地产生流体漩涡，随着具有快速角速度的小液滴（152）的旋流喷洒，流体漩涡从出口孔向远侧射出。

权利要求

1.一种喷洒喷嘴，其构造为产生具有改进的旋转或角速度ω的旋流喷洒，得到较小且更均匀的喷洒的液滴尺寸，所述喷洒喷嘴包括：杯形喷嘴主体(60)，其具有围绕第一中心纵向喷洒轴线(64)的侧壁(62)和封闭的端壁(68)；

通过所述端壁的至少第一出口孔(74)，所述第一出口孔与所述第一中心纵向喷洒轴线同轴对准；

所述端壁的内表面(70)中的第一加强旋流引发雾产生结构，所述第一加强旋流引发雾产生结构包括第一向内渐细强力喷嘴腔体(80，86)，所述第一向内渐细强力喷嘴腔体(80，

86)将流体流引入提供与所述第一出口孔流体连通的第一高效率机械打散相互作用区域(44，84，226，228)并且终止于所述第一高效率机械打散相互作用区域，所述第一强力喷嘴腔体包括第一平滑弯曲的腔体侧壁(92)，该第一平滑弯曲的腔体侧壁(92)沿着基本横向于所述第一中心纵向喷洒轴线的第一强力喷嘴流体流动轴线(102)引导流体流；

所述第一加强旋流引发雾产生结构还包括第二向内渐细强力喷嘴腔体(82，88)，所述第二向内渐细强力喷嘴腔体(82，88)将流体流引入所述高效率机械打散相互作用区域并且终止于所述高效率机械打散相互作用区域，所述第二强力喷嘴腔体包括第二平滑弯曲的腔体侧壁(92)，该第二平滑弯曲的腔体侧壁(92)沿着与所述第一强力喷嘴的流体流动轴线相对且偏置的第二强力喷嘴流体流动轴线(104)引导流体流；

其中所述第一强力喷嘴腔体和第二强力喷嘴腔体以及所述第一相互作用区域从强力喷嘴出口(98，100)并经第一强力喷嘴腔体和第二强力喷嘴腔体与所述第一相互作用区域的相交部分(110A，110B)具有基本恒定深度Pd；

其中所述第一出口孔限定在所述端壁的内表面(70)中，具有近侧会聚入口区段(142)和在所述近侧会聚入口区段下游的圆化中心通道区段(144)，该近侧会聚入口区段(142)包括逐渐减小的内径的连续肩部，该圆化中心通道区段(144)限定通过所述端壁的所述第一出口孔的最小内径；

所述第一强力喷嘴腔体和第二强力喷嘴腔体限定横向于所述第一中心纵向喷洒轴线且相对于所述第一中心纵向喷洒轴线偏置的相对的第一相对流动轴线和第二流动轴线，由此被引入所述第一加强旋流引发雾产生结构的处于压强下的流体沿着所述第一强力喷嘴腔体和第二强力喷嘴腔体流入所述相互作用区域以产生旋流流体漩涡(130)，所述旋流流体漩涡(130)将流体打散为选定液滴尺寸的液滴并且使所述流体液滴加速至选定角速度，其中随着流体产品液滴(150，152)的旋流喷洒保持所述选定液滴尺寸且具有所述选定角速度，所述流体液滴从所述出口孔向远侧射出；

每个强力喷嘴腔体从扩大的入口区域(244，246，258，260)朝向第一相互作用区域平滑地向内渐细，以使流体流沿着选定的强力喷嘴腔体流动轴线加速。

2.根据权利要求1所述的喷洒喷嘴，其特征在于，所述第一强力喷嘴腔体和第二强力喷嘴腔体和所述第一相互作用区域具有选定的深度Pd，并且所述强力喷嘴腔室每个在其与所述第一相互作用区域的相交部分处具有最小宽度Pw。

3.根据权利要求2所述的喷洒喷嘴，其特征在于，所述第一强力喷嘴腔体和第二强力喷嘴腔体和所述第一相互作用区域从所述强力喷嘴入口并经所述第一强力喷嘴腔室和第二强力喷嘴腔室与所述第一相互作用区域的相交部分具有基本恒定深度Pd；所述深度为至少

0.20mm。

4.根据权利要求2所述的喷洒喷嘴，其特征在于，所述至少第一加强旋流引发雾产生结构的所述第一强力喷嘴腔体和第二强力喷嘴腔体和所述相互作用区域由基本垂直于所述端壁的连续壁限定。

5.根据权利要求1所述的喷洒喷嘴，其特征在于，所述第一相互作用区域为大致圆形并且与通过所述端壁的所述第一出口孔同轴。

6.根据权利要求1所述的喷洒喷嘴，其特征在于，所述喷嘴结合通向与所述喷嘴侧壁同轴的单个出口孔的单个加强旋流引发雾产生结构，并且所述第一强力喷嘴腔体和第二强力喷嘴腔体在出口孔的相对侧上从喷嘴侧壁向内延伸至围绕出口孔的相互作用区域。

7.根据权利要求6所述的喷洒喷嘴，其特征在于，所述喷嘴结合第一出口孔和第二出口孔(230，232)，每个出口孔位于喷嘴的中心轴线的一侧，并且第一加强旋流引发雾产生结构和第二加强旋流引发雾产生结构(222，224)每个结合在相应的出口孔的相对侧上从喷嘴侧壁向内延伸至围绕出口孔的相互作用区域的第一强力喷嘴腔体和第二强力喷嘴腔体，以产生每个相互作用区域中的流体漩涡和两个旋流喷洒输出。

8.根据权利要求7所述的喷洒喷嘴，其特征在于，所述第一加强旋流引发雾产生结构和第二加强旋流引发雾产生结构每个具有偏置的强力喷嘴腔室，所述偏置的强力喷嘴腔室相对设置以产生在相反方向上旋流的喷洒输出。

9.根据权利要求6所述的喷洒喷嘴，其特征在于，所述喷嘴结合喷嘴的所述端壁中的多个出口孔，并且还包括：用于每个所述出口孔的加强旋流引发雾产生结构；

每个加强旋流引发雾产生结构结合一对强力喷嘴腔体，该对强力喷嘴腔体在其相应的出口孔的相对侧上延伸并且以偏置角与其相应的相互作用区域的相对侧相交，以产生所述相互作用区域中的流体漩涡和来自相应的出口孔的两个旋流喷洒输出。

10.根据权利要求9所述的喷洒喷嘴，其特征在于，所述第一强力喷嘴腔体和第二强力喷嘴腔体和所述第一相互作用区域构造有选定深度Pd，并且所述第一强力喷嘴腔体和第二强力喷嘴腔体每个具有在其与所述第一相互作用区域的相交部分处的最小宽度Pw；

相互作用区域为大致圆形，其直径在强力喷嘴出口宽度Pw的1.5至4倍范围内，由此处于压强下的所述流体从强力喷嘴腔体流动并以比进入喷嘴的流体高的切向速度Uθ进入相互作用区域，产生包括具有半径r和较高的角速度ω＝Uθ/r的大部分为流体液滴的流体雾漩涡。

11.根据权利要求1所述喷洒喷嘴，其特征在于，所述第一强力喷嘴腔体和第二强力喷嘴腔体和所述第一相互作用区域构造有选定深度Pd，并且所述第一强力喷嘴腔体和第二强力喷嘴腔体每个具有在其与所述第一相互作用区域的相交部分处的最小宽度Pw；

相互作用区域为大致圆形，其相互作用区域直径IRd在强力喷嘴出口宽度Pw的1.5倍至

4倍范围内，由此处于压强下的所述流体从强力喷嘴腔体流动并以比进入喷嘴的流体高的切向速度Uθ进入相互作用区域，产生包括具有半径r和较高的角速度ω＝Uθ/r的大部分为流体液滴的流体雾漩涡。

12.根据权利要求1所述的喷洒喷嘴，其特征在于，所述第一强力喷嘴腔体和第二强力喷嘴腔体和所述第一相互作用区域构造有选定深度Pd，并且所述第一强力喷嘴腔体和第二强力喷嘴腔体每个具有在其与所述第一相互作用区域的相交部分处的最小宽度Pw；

相互作用区域为大致圆形，其相互作用区域直径IRd用于限定偏置比Pw/IRd，并且所述偏置比在0.30至0.50的范围内；

由此处于压强下的所述流体从第一强力喷嘴腔体和第二强力喷嘴腔体流动并以比进入喷嘴的流体高的切向速度Uθ进入相互作用区域，产生包括具有半径r和较高的角速度ω＝Uθ/r的大部分为流体液滴的流体雾漩涡。

13.根据权利要求12所述的喷洒喷嘴，其特征在于，所述偏置比为0.37。

14.一种用于产生凝集减少且具有一致的小液滴尺寸的旋流喷洒的方法，包括以下步骤：

(a)提供沿着第一中心纵向喷洒轴线(64)指向的第一出口孔(74)，所述第一出口孔限定穿过喷嘴主体构件(60)的端壁(68)的腔体；

(b)形成加强旋流引发雾产生结构，其具有围绕与所述第一出口孔流体连通的相互作用区域(44)的第一相互作用腔室(84)；

(c)形成一对强力喷嘴通道(80，82，86，88)，其与第一相互作用腔室相交且相对于其相应的第一出口孔偏置，其中所述一对强力喷嘴通道和所述第一相互作用腔室具有平滑弯曲的腔体侧壁(92)以及从强力喷嘴出口(98，100)并且经所述一对强力喷嘴通道与所述第一相互作用区域的相交部分(110A，110B)具有基本恒定深度Pd，其中每个强力喷嘴腔体从扩大的入口区域(244，246，258，260)朝向第一相互作用区域平滑地向内渐细，以使流体流沿着选定的强力喷嘴腔体流动轴线加速；

(d)将加压流体引入所述强力喷嘴通道以将所述流体引导至所述第一相互作用腔室；

(e)使所述强力喷嘴通道成形为加速所述流体；以及

(f)在所述第一相互作用腔室中产生第一流体漩涡(130)，其经所述第一出口孔离开所述喷嘴以产生第一旋流输出喷洒。

15.根据权利要求14所述的方法，还提供所述端壁中的第二出口孔(230，232)，并形成用于所述第二出口孔的第二加强旋流引发雾产生结构(222，224)以产生第二旋流输出喷洒。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括提供沿着与所述第一喷洒轴线平行的第二喷洒轴线指向的所述第二出口孔，以产生围绕平行的喷洒轴线向远侧扩散的多旋流输出喷洒。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，两个相邻的加强旋流引发雾产生结构的强力喷嘴通道相对于其相应的出口孔轴线在相反取向上偏置，以产生在相反方向上旋流的相邻输出喷洒。

说明书

用于产生均匀小液滴喷雾的具有高效率机械打散的改进的旋

流喷嘴组件

[0001] 相关申请的引用

[0002] 本申请要求于2014年7月9日提交的题为“Swirl Nozzle Assemblies with High Efficiency Mechanical Break up for Generating Mist Sprays of Uniform Small Droplets(用于产生均匀小液滴喷雾的具有高效率机械打散的改进的旋流喷嘴组件)”(改进的偏置的雾旋流杯和多喷嘴杯)的在先由相同申请人所有的共同未决美国临时专利申请62/022,290号的优先权，并且还要求于2014年3月24日提交的题为“Swirl Nozzle Assembly with High Efficiency Mechanical Break up for Generating Mist Sprays of Uniform Small Droplets(用于产生均匀小液滴喷雾的具有高效率机械打散的改进的旋流喷嘴组件)”(雾旋流杯)的在先共同未决美国临时专利申请61/969,442号的优先权。本申请还涉及海斯特(Hester)等人的于2008年4月8日授权的题为“Fluidic Nozzle for Trigger Spray Applications(用于触发器喷洒施用的流体喷嘴)”的由相同申请人所有的美国专利7,354,008和题为“Cup-shaped Fluidic Circuit,Nozzle Assembly and Method(杯形流体回路、喷嘴组件和方法)”的PCT申请PCT/US12/34293号(现在WIPO公开号为WO 
2012/145537)。前述共四个申请和专利的全部公开内容通过引用结合在此。

技术领域

[0003] 本发明整体涉及构造为在喷洒诸如空气清新剂、清洗液、个人护理用品等日用消费品时使用的喷嘴。更具体地，本发明涉及与低压触发器喷洒或“仅产品”(意思是无推进剂)施用器一起使用的流体喷嘴组件或用于加压气雾剂(尤其是袋上装阀和压缩气体包装产品)的喷嘴。

背景技术

[0004] 通常，用于喷洒日用消费品的触发器分配器是用于从容器输送液体的相对低成本泵装置。分配器由操作者手持且具有触发器，该触发器可通过用手指挤压或牵拉进行操作以从容器并经过喷头泵送液体，该喷头在分配器的前方结合喷嘴。

[0005] 这种手动操作的分配器可以具有在产业中变得很普通且公知的各种特征。例如，现有技术的分配器可以结合具有喷嘴的专用喷头，该喷嘴在液体从喷嘴分配或流出时产生限定的液体喷洒型式。还已知的是提供具有可调节喷洒型式的喷嘴使得使用者利用单个分配器就可以选择液滴流或大致圆形或锥形液滴喷洒形式的喷洒型式。

[0006] 当前，如图1A至图1C中所示，许多物质都在具有这种用触发器操作的喷头的容器中作为日用消费品进行销售和营销。这些物质的例子包括空气清新剂、窗户清洗液、地毯清洁剂、除斑剂、个人护理用品、杂草和害虫控制产品，以及在多种多样的喷洒应用中使用的许多其它材料。使用这些喷洒器的日用消费品典型地用瓶包装，瓶上装有分配器，分配器典型地包括手动致动的泵，该泵将流体输送至喷头喷嘴，使用者将该喷头喷嘴对准所需表面或所需方向。尽管这种手动泵产生的操作压强通常在30psi至40psi的范围内，锥形喷洒典型地非常松散，并且喷洒出不规则型式的大液滴和小液滴。

[0007] 喷头最近已被引入市场，其具有用电池操作的泵，其中一旦要开始泵送动作，只需要按压触发器，该泵送动作就持续直到释放在触发器上的按压。这些喷头典型地在5psi至15psi的范围内的较低压强下操作。它们也具有与上述手动泵相同的缺陷；加之，它们通常具有由于其较低操作压强而产生的甚至更少种类的喷洒型式或喷洒型式的控制。

[0008] 气雾剂应用也是普通的并且现在使用袋上装阀(“BOV，Bag-On-Valve”)和压缩气体方法来产生例如50psi至140psi的范围内的较高的操作压强，而非之前使用的成本高且环境不友好的推进剂。这些包装方法是期望的，因为相比于上述其它输送方法，它们能够产生较高的操作压强。

[0009] 用于典型商业分配器的喷嘴典型地是整体模制的“盖”类型，具有通道，当适当的通道与从喷洒器组件出来的供给通道对齐时，所述通道产生喷洒或流型式。这些现有技术的喷嘴习惯上被称作为“旋流杯”喷嘴，因为它们产生的喷洒通常在喷嘴组件内“旋流”以形成具有分散在大角度范围内的尺寸和速度不同的液滴的喷洒(与流形成对照)。传统的旋流喷嘴由与相互作用区域相切或相对于相互作用区域的壁成角度定位的两个或更多个输入通道构成(参照例如图2A和2B)。相互作用区域可以是具有规定长度、宽度和深度尺寸的正方形，或者是具有规定直径和深度尺寸的圆形。标准旋流喷嘴几何结构需要面密封并且设置为使得流动以旋流或切向速度离开输入通道并进入相互作用区域，形成漩涡。漩涡随后在下游循环并经过典型地与喷嘴组件的中心轴线同心的出口离开相互作用区域。

[0010] 图1A至图2B的现有技术喷嘴组件所存在的问题包括：(a)对产生的喷洒型式的控制相对缺乏，(b)在这种喷洒中不断产生相当可观数量的在通常远侧方向随机定向的大直径和小直径的液滴，和(c)得到的喷洒型式趋于形成急降大的高速液滴的喷洒区域，导致喷洒的液体飞溅或收集在池中，产生沿着喷洒表面往下流的不期望的中断部分。如果使用者力图仅喷洒液体产品的细雾，那么大滴喷洒是特别不期望的。包括“喷雾”的液滴优选具有80微米(80μm)或更小的直径，但应当大于10μm以避免吸入危险；但是，现有技术的旋流杯无法可靠地形成具有例如60μm至80μm的期望尺寸范围的液滴的喷雾。

[0011] 如在上述Hester等人的由相同申请人所有的美国专利7,354,008号中描述的，用于上述分配器的喷头喷嘴可以结合流体装置，该流体装置能够在没有任何运动部件的情况下产生具有期望的液滴尺寸和分布的宽范围种类中的任何喷洒型式。这种装置包括具有产生期望的流动现象的液体流动通道的流体回路，并且这种回路在众多专利中被描述。Hester专利描述了用于低压触发器喷洒装置的流体回路。

[0012] 旋流喷嘴用在众多应用中。主要功能是产生具有优选的液滴尺寸分布的雾化喷洒。对于许多应用，优选的是喷洒的液滴体积中位数直径(VMD，Volumetric Median Diameter或DV50)和分布域尽可能小。使产生优选雾化水平所需的操作压强最小化也是期望的。因此，需要一种针对传统旋流杯的具成本效益的替代，其将可靠地产生选定的小尺寸液滴，以避免在相对高压应用中由传统旋流杯形成的大液滴的飞溅和其它缺点，相对高压应用诸如能够产生30psi至40psi范围内的压强的手动操作泵或产生例如50psi至140psi范围内的较高操作压强的“BOV”和压缩气体装置。

发明内容

[0013] 申请人研究了现有技术的旋流杯喷嘴(例如图2A和2B中所示)并且现在已找到它们提供这种散乱喷洒的原因。如上所述，这些传统的旋流喷嘴由具有规定宽度和深度尺寸、切向于相互作用区域定位，或相对于相互作用区域的壁成角度的一个或多个输入通道或强力喷嘴(power nozzle)构成。相互作用区域为具有期望长度、宽度和深度尺寸的正方形，或为具有期望直径和深度尺寸的圆形。喷嘴的几何结构需要面密封，在该处其抵接喷头使得出口流体被供应至杯入口。传统的旋流杯被设计为使得流体流离开强力喷嘴并以切向速度Uθ进入相互作用区域，形成具有半径“r”和角速度ω＝Uθ/r的流体漩涡。流体漩涡随后在下游循环并且经过与喷嘴的中心轴线同心的出口开口离开相互作用区域。这种传统的旋流杯构造导致旋流腔室中产生的液滴沿着出口的管状腔体向远侧加速并凝集或再结合成具有过度向远侧射出的线性速度的不规则大尺寸液滴，导致不良的雾化性能。

[0014] 在确认导致现有技术的旋流杯喷嘴的这种不良的雾化性能的问题之后，申请人在这里开发了一种新的喷嘴组件，其在避免这些问题的同时使得以非常高的角速度流出的小液滴的形成和保留最大化。

[0015] 本发明的高效率机械打散(“HE-MBU，High Efficiency Mechanical Break Up”)喷嘴组件包括与现有技术的传统旋流喷嘴几何结构相比明显不同的两个独特特征。这些新开发的特征降低内部剪切损失并且改进和维持生成的喷洒雾化。改进的喷洒雾化的特征在于针对给定输入压强增大角速度“ω”，导致较小液滴的产生和维持。除了ω之外，很多其它因素影响喷洒输出的雾化或VMD，诸如凝集。凝集是小液滴在喷嘴出口下游碰撞并再结合并且通过再结合形成比在喷嘴出口处产生的液滴大的液滴的现象。因此，随着距喷嘴出口的测量位置的距离增大，VMD增大。这种现象在应用需要细雾(例如，许多头发护理产品中使用)时是不希望的。

[0016] 因此，本发明的第一实施方式包括对现有技术的传统旋流喷嘴的两种基本改进，即：(1)具有显著增大的旋转或角速度ω的旋流喷洒，得到较小的液滴尺寸，和(2)凝集减少的向远侧射出的旋流喷洒，进一步减小并维持较小的液滴尺寸。

[0017] 简略地，在本发明的优选形式中，用于喷洒分配器的喷嘴构造为产生具有改进的旋转或角速度ω的旋流输出喷洒型式，得到较小的喷洒的液滴尺寸。杯形喷嘴主体具有围绕中心纵向轴线的柱形侧壁并具有圆形的封闭端壁，至少一个出口孔通过所述端壁。至少一个加强旋流引发雾产生结构形成在端壁的内表面中，其中流体回路包括终止于围绕出口孔的相互作用区域的一对对置向内渐细的偏置强力喷嘴腔室。强力喷嘴腔室相对于出口孔的横向轴线在相反的方向上偏置，由此被引入流体腔室的处于压强下的流体沿着强力喷嘴腔室加速到相互作用区域中以产生作为旋流喷洒离开出口孔的旋流流体漩涡。每个强力喷嘴腔室由连续平滑的曲壁限定，并且具有由壁的高度限定的选定深度Pd，其中每个强力喷嘴的侧壁在入口处从扩大区域大致向内渐细，朝向相互作用区域变窄以加速流体流动。强力喷嘴腔室每个在其与相互作用区域的相交部分处具有最小出口宽度Pw，并且在选定实施方式中在相交部分处具有等于或小于1的深宽比。

[0018] 更特别地，在本发明的一种实施方式中，用于喷洒式分配器的杯形喷嘴具有围绕中心轴线的大致柱形侧壁和具有内表面和外表面或远侧表面的大致圆形远端壁，所述远端壁具有中心出口或出口孔以在杯的内部和外部之间提供流体连通。加强旋流引发雾产生结构限定在远侧壁的内表面中，该加强旋流引发雾产生结构包括相对但偏置的第一强力喷嘴和第二强力喷嘴，每个强力喷嘴提供与在端壁中且围绕出口孔的中心相互作用或旋流漩涡产生腔室的流体连通并且终止于其中。每个强力喷嘴腔室限定终止于强力喷嘴出口区域或开口的具有选定深度但宽度变窄的渐细通道或腔体，强力喷嘴出口区域或开口在其与相互作用腔室的相交部分处具有选定的强力喷嘴宽度(Pw)。

[0019] 强力喷嘴中的第一个具有限定在靠近柱形侧壁的远侧壁或端壁的内表面中的入口，使得加压入口流体进入杯的内部且沿着侧壁向远侧流动以进入第一强力喷嘴入口。流体沿着第一强力喷嘴的渐细的腔体进入并加速至喷嘴出口，在该处流体进入相互作用腔室的一侧。强力喷嘴中的第二个类似于第一个，并且也在其入口处接收沿着杯的内部且沿着其侧壁向远侧流动的加压流体。入口流体沿着第二强力喷嘴的渐细的腔体进入并加速至喷嘴出口，在该处其进入相互作用腔室的相对侧。

[0020] 相互作用或旋流区域限定在相对但偏置的强力喷嘴出口之间的相互作用腔室中，并且包括具有与喷嘴中心轴线对准且与中心出口孔或孔口同轴对准的柱形侧壁的大致圆形截面，该中心出口孔或孔口提供相互作用腔室和杯的外部之间的流体连通，使得流体产品喷洒沿着所述中心轴线向远侧或向外指向。

[0021] 输入通道或强力喷嘴为细长的，从喷嘴侧壁的区域沿着相应的轴线朝向相互作用区域延伸，并且具有变化的宽度Pw，渐细至相互作用区域处的窄的出口区域并且具有选定深度Pd。强力喷嘴的轴线在圆形相互作用腔室的相对侧上大致对置，并且从中心出口孔在相同的角度方向上偏置以将加压流体相对于中心轴线和相互作用区域的壁以另外选定的入流角度喷入相互作用区域。相互作用区域优选为圆形，其直径在强力喷嘴出口宽度Pw的1.5倍至4倍范围内。相互作用腔室优选具有与每个强力喷嘴相同的深度，优选具有面密封且优选被设置为使得流体从强力喷嘴流动并以比进入喷嘴的流体高的切向速度Uθ切向地进入相互作用区域，由此产生具有半径r和较高的角速度ω＝Uθ/r的漩涡。随后快速旋转或旋流的漩涡经过出口孔从相互作用区域流出，出口孔在一种实施方式中与喷嘴杯的中心轴线对准。这种构造使旋流腔室中产生的机械打散和快速旋流流体液滴加速为作为非常小的液滴从出口孔喷洒或流出的高旋流，所述非常小的液滴旋流并因此不太可能凝集或再结合为较大液滴。

[0022] 在开发为提供对申请人的HE-MBU喷嘴原型的进一步改进的雾化效率的替代实施方式中，还发现通过改变强力喷嘴偏置比“OR(Offset Ratio)”，角速度ω发生显著变化且有时以令人惊讶的方式变化。偏置比“OR”被定义为Pw/IRd，其中出口宽度(“Pw”)优选为旋流腔室或相互作用区域的直径(“IRd”)的大约三分之一。如上所述，发现减小HE-MBU腔室深度能减小流速并改进本发明的高效率机械打散(“HE-MBU”)的较新原型的雾化。巧合地，随着强力喷嘴深宽比减小，回路的深度减小。早期原型显示出在雾化方面取得一些进步，这被认为归因于简单地减小回路深度，而非强力喷嘴深宽比。在利用强力喷嘴偏置比进行试验之后认识到更显著的附加进步。因此，现在相信优化偏置比是用于提高机械打散喷嘴对流体进行雾化的效率的最佳途径。

[0023] 根据本发明的优选方法，高效率机械打散(“HE-MBU”)喷嘴组件包括具有相对但偏置的第一强力喷嘴通道和第二强力喷嘴通道的加强旋流引发雾产生结构，强力喷嘴通道每个具有优选为旋流腔室或相互作用区域的直径(“IRd”)的大约三分之一的出口宽度(“Pw”)。偏置比“OR”被定义为Pw/IRd。申请人通过原型的试验和测试确定偏置比OR的最优值为0.37(具有0.30至0.50范围内的测试值)。在加强旋流引发雾产生结构中，已发现最优攻角与相互作用区域的圆周壁的相邻区段基本上相切，并且已发现最优深度为尽可能小的深度(由边界层效应限定，当深度过小时，抵消特征的体积减小带来的益处)。例如，在开发并评估具体的商业空气护理液产品喷嘴的尺度下，申请人已选定深度0.20mm。在该实施方式中，旋流腔室深度与强力喷嘴的深度相同以使体积最小化。还可以设想替代实施方式。在早期原型实施方式中，所有强力喷嘴通道和旋流腔室深度被选定为相同，意味着强力喷嘴和旋流腔室构造为具有单个选定深度(例如0.20mm)的流体通道。替代实施方式可以包括变化的深度，在加强旋流引发雾产生结构中提供通道的渐细或会聚的底板。代替使强力喷嘴腔室和相互作用区域或旋流腔室具有恒定深度，强力喷嘴的深度以选定的锥角渐细(在流动方向上变得较浅)，以提供另一旋流引发雾产生结构，相信该另一旋流引发雾产生结构可能进一步改进雾化效率。本发明的喷嘴还能够在单个喷洒器中具有多于一个加强旋流引发雾产生结构，意味着多于一个(例如，两个或更多个)出口孔能够构造为产生同时向远侧射出的喷洒，每个喷洒根据预期喷洒应用以选定的角度取向旋流(例如，相同或相反的取向)。

[0024] 通过所有前述实施方式，本发明的一个目的是为传统旋流杯分配器组件提供一种成本有效的替代，其将可靠地产生选定小尺寸的旋流液滴喷洒，优选液滴直径为60μm至80μm或更小，但大于10μm，其中旋流喷洒以使液滴再结合的可能性很小的方式产生，从而减少传统旋流杯那样的大的再结合液滴形成，而大的再结合液滴会产生不希望的喷洒效果，诸如飞溅。

附图说明

[0025] 通过以下结合附图对本发明优选实施方式的详细描述将进一步理解本发明的前述和附加目的、特征和优点，其中：

[0026] 图1A示出根据现有技术的手动触发器喷洒施用器的喷头；

[0027] 图1B和1C分别示出图1A的装置的前部以及前部的截面；

[0028] 图2A和2B示出具有传统旋流杯喷嘴的现有技术的气雾剂喷洒致动器的典型特征；

[0029] 图3是示出申请人对现有技术旋流喷嘴相互作用区域中流体流动型式的分析的视图；

[0030] 图4是示出本发明的高效率机械打散(“HE-MBU”)喷嘴的第一实施方式的仰视平面图；

[0031] 图5是沿着图4的HE-MBU喷嘴实施方式的线5-5截取、大致沿着纵向轴线截取、且示出沿着平分HE-MBU喷嘴的平面的截面的剖视图；

[0032] 图6是图4和图5的喷嘴的俯视立体图；

[0033] 图7是图4和图5的喷嘴的内部的立体剖视图；

[0034] 图8A是图7中示出的强力喷嘴和相互作用腔室的放大局部视图；

[0035] 图8B是根据本发明的图4至图8A的HE-MBU喷嘴的出口孔的一部分的放大细节图；

[0036] 图9是根据本发明的喷嘴组件的剖视图，其中图4至图8B的HE-MBU喷嘴杯的出口孔与密封柱接合；

[0037] 图10是根据本发明的高效率机械打散(“HE-MBU”)喷嘴的第二实施方式的俯视平面图，示出具有相同旋转取向的多个喷嘴出口；

[0038] 图11是本发明的高效率机械打散(“HE-MBU”)的第三实施方式的俯视平面图，示出构造有第一喷嘴出口和第二喷嘴出口的喷嘴组件，第一喷嘴出口和第二喷嘴出口产生具有相反旋转取向的第一喷洒和第二喷洒；

[0039] 图12是示出大致沿着纵向轴线截取的类似于图11所示的另一HE-MBU喷嘴实施方式的剖视图，其中示出沿着图11的平面11-11的截面、平分HE-MBU喷嘴以示出图11的实施方式的出口孔可以构造有发散喉部以使喷洒远离彼此；以及

[0040] 图13A-13B和图14A-14B以图示和表格的形式示出产生本发明的HE-MBU喷嘴的用于均匀颗粒直径的测量的喷洒液滴产生性能。

具体实施方式

[0041] 现在参照附图，其中相同的元件由相同的数字标示，图1A、1B和1C示出紧固至待分配流体的容器12的典型的手动操作的触发器泵10，其中泵结合触发器14，通过操作者致动触发器14来经过喷嘴18分配流体16。这种分配器通常例如用于以限定的喷洒型式或作为流从容器分配流体。可以提供可调节的喷洒型式，从而使用者可以选择流或各种喷洒的流体液滴中的一种。图1B中示出典型的喷嘴18的截面，其由管状导管20构成，该管状导管20接收来自泵的流体并且将流体引导至喷头部分24中，在该处流体流经通道26并且从孔口或孔28喷出。图1C的剖视图中示出通道的细节。这种装置构造为整体模制的塑料“盖”，具有与泵出口对齐的通道，从而以大致30psi至40psi范围内的压强产生各种流体的期望的流或喷洒。但是，已经发现由这种装置产生的型式难以控制并趋于产生通常夹带在空气中的至少一些非常小的细滴，且如果吸入会产生危险。另外，这种装置可能在被喷洒的表面上产生厚层覆盖区域，这趋于导致不期望的液体池或流。

[0042] 图2A和2B示出与典型的商业分配器28一起使用的传统的旋流杯喷嘴30。这些现有技术的喷嘴习惯上被称作为“旋流杯”喷嘴，因为它们产生的喷洒通常在喷嘴组件内“旋流”以形成具有分散在大角度范围内的大小和速度不同的液滴的喷洒(与流形成对照)。传统的旋流喷嘴由与相互作用区域相切或相对于相互作用区域的壁成角度(图2B)定位的两个或更多个输入通道(32A、32B、32C、32D)构成。相互作用区域可以是具有规定长度、宽度和深度尺寸的正方形，或者是具有规定直径和深度尺寸的圆形。标准的杯形旋流喷嘴构件30具有内表面(图2B中可见)，该内表面与向远侧突出的密封柱36的平坦圆形表面上的面密封抵接并密封，并且被设置为使得产品流体35流入并经过环形腔体进入输入通道32A至32D并随后以旋流或切向速度流入中心相互作用区域，形成漩涡。流体产品漩涡随后在下游循环并且经过出口孔34离开相互作用区域，该出口孔34典型地与密封柱36的中心轴线同心。从标准旋流杯喷嘴组件流出或由标准旋流杯喷嘴组件产生的流体产品喷洒38喷洒出不规则的液滴尺寸并飞溅，因为该喷嘴组件固有地导致上述液滴凝集和液滴尺寸不均匀问题。申请人分析了这些问题并发现标准喷嘴组件的部件能够与不同的流体旋流引发结构一起使用以得到好得多的喷洒产生性能。

[0043] 为了克服在图1A至图2B的现有技术喷洒器中发现的问题，根据本发明，旋流喷嘴组件构造为产生细滴的旋流喷洒，其中喷洒的流体产品液滴被高效率机械打散(即，60μm至80μm或更小，但大于10μm的液滴直径)，并且随后使该旋流喷洒沿着远侧对准的轴线以选定的方向射出以提供具有小且均匀液滴的喷雾。这需要对现有技术或传统的旋流杯(例如图
2B的30)所产生的确切问题有更深的理解。如图3中的40处图示地表明，现有技术的喷洒器中使用的旋流喷嘴典型地由一个或多个输入通道(例如，32A至32D)构成，所述一个或多个输入通道定位为将泵送的流体如箭头42所示切向地供应至相互作用区域44；替代地，入口通道可以相对于相互作用区域的壁成角度。相互作用区域44可以是具有期望的长度、宽度和深度尺寸的正方形，或者是具有期望的直径和深度尺寸的圆形。在图示中，区域44是具有半径“r”的圆形。典型地，喷嘴的几何结构需要面密封，在该处其抵接喷头中的密封柱(例如密封柱36)，使得来自喷头强力喷嘴的出口流体被供应至杯入口并以切向速度Uθ进入相互作用区域44，产生由箭头46指示的流体漩涡，具有最大半径“r”和角速度ω＝Uθ/r。流体漩涡46在下游循环并且经过出口孔离开相互作用区域，该出口孔具有与喷嘴的中心轴线50同心的管状腔体48。这种构造导致在旋流腔室的相互作用区域中产生的液滴沿着出口孔的管状腔体向远侧加速并且凝集或再结合成具有过度向远侧射出的线性速度的不规则大尺寸液滴，导致飞溅和不良的雾化性能。

[0044] 本发明的流体喷嘴组件结合标准喷嘴组件的喷头和密封柱结构，但摒弃标准旋流杯(例如30)的有缺陷的性能。因此，本发明涉及图4至图9中图示的一种新的高效率机械打散(“HE-MBU”)喷嘴组件，其在避免这些问题的同时使得以非常高的角速度向远侧喷洒或流出的小液滴的形成和保留最大化。本发明的第一实施方式在现有技术的传统旋流喷嘴的喷洒产生性能上提供两点主要的改进，即：(1)具有增大的旋转或角速度ω的旋流喷洒，得到较小的液滴尺寸，以及(2)凝集减少的旋流喷洒，进一步减小并维持流体产品喷洒中较小的液滴尺寸。

[0045] 在图4中图示的本发明的第一形式中，由模制的塑料或其它适当材料形成的杯形高效率机械打散(“HE-MBU”)喷嘴构件60具有由围绕中心轴线64的柱形侧壁62构成的主体，和总体上以66指示的封闭的上端(图5和图6中可见)。封闭端由具有内表面70和外表面或远侧表面72的大致圆形远端壁68形成。端壁中的中心出口通道或出口孔或孔口74提供杯的内部76与杯的外部之间的流体连通，杯的内部76接收来自分配器喷头的处于压力下的流体，而流体从杯的外部指向远侧喷洒。远侧壁68中在其内表面70处限定加强旋流引发雾产生结构，其由第一流体速度增大文丘里强力喷嘴或通道80和第二流体速度增大文丘里强力喷嘴或通道82构成，每个文丘里强力喷嘴或通道自侧壁62大致向内径向延伸至大致圆形的中心相互作用腔室84。相互作用腔室形成在壁68的底部或内部横向表面中，并且限定围绕且与出口孔74同心的腔体。

[0046] 如图4的仰视平面图和图7的内部立体剖视图中图示的，在图7中侧壁62的一部分已被去除，形成在顶壁68中的强力喷嘴80和82分别由对应的渐细通道或腔体86和88限定，具有形成在壁68中的连续的大致平坦底板90和基本垂直的连续侧壁92，侧壁92具有选定的恒定高度Pd，该高度限定其在壁68中的深度。类似地，相互作用腔室84的大致圆形区域由腔体底板90和侧壁92的连续部分形成并且也具有深度Pd。优选地，用于强力喷嘴80和82和相互作用腔室84的侧壁92大致圆化地平滑弯曲并随后从喷嘴壁62的内表面附近的扩大端区域94和96大致向内径向地朝向腔室84以产生具有宽度Pw的缩窄流动路径。强力喷嘴腔室80和82朝向对应的窄的强力喷嘴出口区域98和100向内渐细，腔室分别沿着对应的轴线102和104延伸。强力喷嘴出口区域终止于相互作用或旋流腔室84并平滑地并入相互作用或旋流腔室84。

[0047] 每个强力喷嘴出口区域在其与相互作用腔室的相交部分处具有相对窄的选定的强力喷嘴出口宽度Pw，强力喷嘴80和82的大致径向轴线从喷嘴60的中心轴线64以相同的方向偏置。这种偏置导致强力喷嘴中流动的流体以期望的角度、优选基本切向地进入相互作用腔室84，以在相互作用腔室中产生旋流漩涡，其随后经过端壁68从喷嘴出口74流出。在图4、7和8A的图示中，将看出强力喷嘴每个指向轴线64的左侧以产生围绕出口74的顺时针旋流或流体漩涡。如106和108处图示，在该实施方式中，每个强力喷嘴的左侧壁(沿流动方向观察)基本切向地与相互作用腔室侧壁结合以在来自喷嘴的流体流中产生期望的旋流；但是，将理解空气进入相互作用腔室84的角度可以为一些其它选定角度。与区域106和108相对，侧壁92在如110和112图示的强力喷嘴80和82与相互作用腔室的接合处突然弯曲，以形成肩部，该肩部导致相互作用腔室中的流体流继续其旋流运动以在出口74处离开，而不是继续经过出口区域并沿入口流动方向的反向进入相对的强力喷嘴。平滑弯曲的侧壁92和变窄的腔体使流动流体的速度加速，这使得随着旋流流体通入并经过相互作用腔室时流体机械打散成液滴得以加强，并且在经过出口74流出的同时发展增强的围绕中心轴线64的旋转，由此产生具有期望的一致液滴尺寸的喷洒的流体产品152的细雾(参照图9)。

[0048] 根据本发明的优选方法，每个高效率机械打散(“HE-MBU”)喷嘴构件(例如60)包括限定在表面(例如70)中的加强旋流引发雾产生结构，其具有相对但偏置的第一强力喷嘴通道和第二强力喷嘴通道(例如，86、88)，每个强力喷嘴通道具有优选大约为旋流腔室或相互作用区域的直径“IRd”的三分之一(或半径IRΦ的两倍，如图4和8A中最佳地示出)的出口宽度(“PW”)。申请人已发现这些尺寸之间的临界关系能够被限定为偏置比率“OR”出口宽度(“PW”)除以旋流腔室或相互作用区域的直径(“IRd”)，使得该偏置比率“OR”等于PW/IRd。经申请人的试验和原型测试，偏置比率OR的最优值为0.37(测试值的范围为0.30至0.50)。已发现从强力喷嘴通道流动的流体喷射的最优攻角与相互作用区域(例如，106、108)的圆周壁的相邻区段基本上相切，并且已发现最优深度(Pd和IR深度)为尽可能小的深度(由选定的流体产品的边界层效应限定，当深度过小时，不利的边界层效应抵消特征的体积减小带来的益处)。例如，在开发并评估具体的商业空气护理液产品喷嘴的尺度下，申请人已选定深度(Pd和IR深度)0.20mm。在图4至图8B图示的实施方式中，旋流腔室深度(IR深度)与强力喷嘴的深度(Pd)相同以使体积最小化。

[0049] 还可以设想替代实施方式。在图4至图8B的实施方式中，强力喷嘴通道和旋流腔室深度相同(如图5中最佳地示出)，意味着强力喷嘴和旋流腔室均构造为具有单个选定深度(例如0.20mm)的流体通道。替代实施方式可以包括变化的深度，在加强旋流引发雾产生结构中提供通道的渐细或会聚的底板。代替使强力喷嘴腔室和相互作用区域或旋流腔室具有恒定深度，强力喷嘴的深度以选定的锥角从较深渐细为较浅(强力喷嘴通道在强力喷嘴入口处较深且在流动方向上变得较浅)，以提供相信可能进一步改进雾化效率的另一旋流引发雾产生结构。

[0050] 凸缘104围绕杯形喷嘴60的底部边缘，其以已知方式提供与分配器喷头的连接界面，如通过接合在喷头出口的内表面上的相应肩部(如图9中最佳地示出)。

[0051] 在操作中，由箭头120指示的加压入口流体或流体产品从适当的分配器喷头流入喷嘴60的内部76，朝向并进入形成且限定在远侧壁68的内表面中的强力喷嘴86和88的腔体。加压入口流体沿着由柱形侧壁62的内表面112限定的环形通道并围绕向远侧突出的密封柱136向远侧流动以进入强力喷嘴86、88。在到达远端壁68的不透流体屏障时，流体120被迫进入并经过强力喷嘴腔体86和88的扩大入口区域，并且朝向出口孔74的中心轴线64横向且向内加速。相对的横向强力喷嘴流动轴线102和104相对于出口74的远侧轴线64偏置且指向为彼此稍远离或彼此偏置，并且文丘里形腔体的内锥使流体加速沿着其朝向强力喷嘴出口98和100的相交部分流动，在该处如图4、7和8A中图示，相反方向流动沿着强力喷嘴出口流动轴线102、104指向相互作用腔室84。流动轴线102、104的偏置导致冲入的流体进入相互作用腔室84的相对侧以在流动流体中引入旋流运动，在从出口孔或孔口74流出的流体中形成由箭头130指示的漩涡，使得流体喷洒沿着中心轴线64指向喷嘴60外。

[0052] 在操作中，旋流或相互作用区域(例如84)完全填充有连续、回转的液体团，除了在沿着出口孔轴线64的正中心处，在该处离心加速导致通向大气的负压区域。该区域被称为气核。气核区域(如图3的中心)与出口孔轴向对准。相互作用区域中形成的流体漩涡具有大的角速度，并且随着流动离开喷嘴的出口孔，液体流随后进行雾化或打散成具有规定半径r或液滴尺寸分布的喷洒的旋流流体液滴。

[0053] 因此，该第一实施方式的装置由具有选定宽度和深度的一个或多个输入通道或强力喷嘴构成，构造为将加压流体切向地喷入相互作用区域，或将加压流体相对于相互作用区域的壁以另一选定的入流角度喷入相互作用区域。相互作用区域优选为具有直径(IRd)的圆形，直径(IRd)在强力喷嘴出口宽度PW的1.5倍至4倍范围内，并且在优选实施方式中，具有出口宽度(“PW”)，其优选大约等于旋流腔室或相互作用区域的直径(IRd)的三分之一至0.37倍之间。相互作用腔室优选具有与每个强力喷嘴相同的深度，并且被设置为使得流体从强力喷嘴流动并以比流体进入喷嘴高的切向速度Uθ进入相互作用区域，形成或产生具有半径r和较高角速度ω＝Uθ/r的漩涡。快速旋转或旋流的漩涡随后经过与喷嘴杯构件60的中心轴线64对准的出口孔74从相互作用区域流出。这种构造导致旋流腔室中产生的旋流流体液滴加速为作为非常小的液滴从出口流出的高旋流，所述非常小的液滴当在流体产品喷洒152中向远侧喷洒时被阻止凝集或再结合为较大液滴。

[0054] 申请人的包括试验数据的初步开发工作起初以为证明临界设计参数是强力喷嘴孔深宽比(AR，Aspect Ratio)(定义为强力喷嘴深度除以强力喷嘴宽度(AR＝Pd/Pw))。角速度ω的增加起初归因于离开强力喷嘴的流体流的速度廓线(velocity profile)。典型的现有技术旋流喷嘴显示范围从1.0至3.0的AR，而本发明的改进的旋流杯(“HE-MBU”)装置的早期且有前景的原型具有AR≤1.0。之后发现深宽比(或截面深度比宽度)没有最初认为的那么关键，并且本发明的喷嘴的显著改进的性能替代地通过优化如上所述的偏置比“OR”(PW/IRd)而得以优化。

[0055] 形成并维持细滴喷洒的另一关键部分是旋流或相互作用区域的出口孔的几何结构。本发明的喷嘴60的出口孔口或孔74结合出口或排放口几何结构(如图8B的放大图所示)，其被优化地构造在远端壁68中以使流体剪切力损失最小化并使喷洒锥角最大化(例如用于流体产品喷洒152)。几何结构的特征可以在于具有大致圆形截面且限定在三个轴向对准的特征部中的非圆柱形出口通道140，所述特征部在图中标记为：

[0056] (1)近侧会聚入口区段142，其具有内径(自喷嘴构件的内壁)逐渐减小的连续圆化或辐射状肩部表面；

[0057] (2)圆化中心通道区段144，其在会聚入口区段142的远侧或下游并且限定基本没有柱形“棱面”的最小出口直径区段146(或恒定内径的柱形内表面)；和

[0058] (3)远侧发散出口区段148，其在最小出口直径区段146的下游具有内径逐渐增大的连续圆化肩部或向外展开的喇叭状内表面。

[0059] 进入喷嘴构件60并流经强力喷嘴80和82到相互作用腔室84中的流体120产生旋流型式或漩涡，其如流动箭头150所指示流入入口区段142、经过最小直径区段146并离开出口区段148到大气。特征部(1)和(2)降低剪切损失并保持向远侧旋流射出的液滴的最大角速度ω。特征部(3)允许形成最小出口直径下游的喷洒锥的最大扩展并且使向远侧射出的喷洒中的液滴的再结合最小化。喷洒的液滴也被称为颗粒，用于流体产品喷洒液滴尺寸确定目的。对于许多产品喷洒器应用，体积中位数直径(“VMD”或“DV50”)和液滴尺寸分布域尽可能小是优选的(意味着小而均匀的雾状液滴是期望的)。特征部(3)的向外展开或发散形状通过使针对给定喷洒的旋转或角速度ω的喷洒锥角最大化来防止由于凝集造成的VMD损失。

[0060] 降低的剪切损失和较大的旋转或角速度ω结合减少的凝集导致呈现改进的雾化的喷洒输出。对于典型的压强，喷洒液滴分布的VMD减小(即，具有60μm或更小的液滴直径)，并且在任意给定压强下比现有技术的旋流杯产生更小且更均匀的液滴。图4至图9中所示的本发明的喷嘴60能够在比普通或现有技术的旋流杯(例如，如在图1A至图2B的现有技术喷嘴中使用的)低的操作压强下产生期望的VMD或DV50。

[0061] 上述喷嘴结构的许多设计迭代允许申请人评估最有效的设计参数，其能够被用于优化角速度ω。如上所述，在发现上述限定的“偏置比”(强力喷嘴的宽度与相互作用区域的直径之比)之后，加强了对观察到的旋转或角速度ω的增加的理解。如上所述，已经测试了具有范围从0.30至0.50的偏置比的原型，并且观察到随着该偏置比接近被发现的最优值0.37，喷洒的流体雾化效率提高。通过在设计根据本发明的喷嘴构造中用偏置比替代上述强力喷嘴深宽比，能够在仅二维中分析旋流喷嘴几何结构。以按比例放大树脂玻璃(Plexiglas)原型和高速摄影机执行的粒子追踪速度测量帮助申请人可视化出口喷洒的旋流流体的速度廓线(未示出)。偏置比限定强力喷嘴相对于相互作用区域的位置和尺寸，并已发现是控制流体的速度廓线和使雾化效率最大化的主导变量。经过强力喷嘴的最优速度廓线保持初始动能并且允许进入相互作用区域的流体的加速度最大，产生旋转或角速度ω的最大值。

[0062] 包括强力喷嘴和相互作用腔室(图4中的80、82和84)的喷嘴的流体回路的深度“Pd”也影响喷嘴的雾化效率。随着深度减小，相互作用区域的体积减小。已观察到随着深度增大，需要更多的动能来相对于较浅的旋流腔室产生等值的ω。因此，随着深度增大，雾化效率降低。这就是本发明的优选实施方式显示相互作用腔室的深度d等于Pd，即强力喷嘴的深度(参照图4)，作为最小深度的原因。试验数据表明在上述边界层效应开始导致雾化效率损失之前回路深度能够减小至最低0.20mm。

[0063] 第二设计迭代包括关于图8B描述的出口孔轮廓的设计。这种改进具体涉及注射模制成本和可行性。图4至图8B的实施方式中所示的初始开发工作基于以下设计结论，即，垂直于流动150轴线的圆形截面146面积应当最小，该圆形截面146在上游边缘具有引入半径或圆化肩部142且在出口孔74的下游边缘具有圆化肩部148。在本发明的另一实施方式中，已发现仅利用出口孔的上游边缘上的引入半径142实现等效的雾化性能。通过移除下游半径148并留下尖锐边缘(参照例如图12中所示的290)，注射模制工具(未示出)的两个半部的“脱模(shut off)”改变位置，并且明显变得更健壮。

[0064] 工具在A和B侧对准以及工具磨损和所需维护方面更健壮。在之前的构造中，工具的两个半部之间的任何误对准将导致在出口孔的最小截面面积位置(例如146)处的阶梯。这可能改变临界面积，或者甚至更糟，由于壁摩擦而增大流动150中的剪切损失。出口孔轮廓(例如图8B中可见)的任何瑕疵都可能抵消任何雾化的增加。而且，脱模位置处的模制工具(未示出)的B侧孔销的直径以数量级增大，并且经受比用于在先工具的原始0.300mm销显著更少的磨损和维护。虽然已观察到具有下游半径的出口孔比没有下游半径的出口孔产生更高的雾化效率，但显著的性能提高要求非常大的锥角＜100°并且对于消费者喷洒应用是不实际的。

[0065] 图9示出具有安装在向远侧突出的密封柱136(类似于图2A中所示的标准密封柱36)上且与其同轴密封接合的改进的高效率机械打散(“HE-MBU”)旋流杯喷嘴60的喷嘴组件。当在使用中时，流体产品120流入喷嘴组件并进入围绕向远侧突出的密封柱136限定的环形腔体，向远侧流动并进入喷嘴构件60的流体速度增大文丘里强力喷嘴或通道80和82。

[0066] 设计参数的第三迭代在图10至图12的实施方式中示出，其被开发用于要求比上述原始喷嘴60的30mLPM至40mLPM@40psi大的流速的应用。由于液滴尺寸和流速之间明显的相关性，获得较大的流体流动尤其具挑战性。随着流速增大，液滴尺寸增大。本发明的高流量实施方式的独特价值在于在不损害雾化性能的情况下能够获得原始喷嘴60的流速的接近两倍。如图10和图11至图12所示，这种新颖的改进能通过按比例稍缩小旋流喷嘴几何结构并随后将两个分离的加强旋流引发雾产生结构包装为一个杯形插入件来实现。优选的“高流量”实施方式被设计为利用具有直径≥2.50mm的密封柱(例如136)起作用，并且图示的高流量实施方式显示平均流速≥70mLPM@40psi且平均DV50＝60μm@140psi。

[0067] 在图10中的160处示出本发明的高效率机械打散(“HE-MBU”)喷嘴的第二实施方式，图10为杯形喷嘴的仰视平面图，杯形喷嘴具有一对出口孔或孔口162和164并且结合取向为产生相同旋转的第一HEMBU回路166和第二HEMBU回路168。如第一实施方式中所示，HE-MBU喷嘴组件160构造为杯形实体，该杯形实体具有围绕终止于远端壁68的向远侧突出的中心轴线64限定的柱形侧壁62，远端壁68具有内表面70和外表面或远侧表面72(图10中未示出)。在图示的实施方式中，远端壁68具有第一出口通道或出口孔162和第二出口通道或出口孔164，每个出口通道或出口孔在杯的内部和外部之间提供流体连通。

[0068] 在杯构件的内部，强力喷嘴回路162和第二强力喷嘴回路168限定在远侧壁68的大致圆形内表面70中，强力喷嘴回路162结合强力喷嘴腔室170和172，强力喷嘴腔室170和172提供流体连通至并且终止于相互作用或旋流漩涡产生腔室174，而第二强力喷嘴回路168结合强力喷嘴腔室176和178，强力喷嘴腔室176和178提供流体连通至并且终止于相互作用或旋流漩涡产生腔室180。强力喷嘴166和168均类似于关于图4至图9描述的喷嘴回路，每个强力喷嘴腔室限定终止于强力喷嘴出口或开口的具有选定的恒定深度Pd和变窄的宽度Pw的渐细通道，强力喷嘴出口或开口在其与其相应的相互作用腔室的相交部分处具有选定的强力喷嘴宽度(Pw)。

[0069] 侧向间隔开的第一加强旋流引发雾产生结构166和第二加强旋流引发雾产生结构168等距地设置在喷嘴构件的中心轴线64的相对侧上并且大致彼此平行，并且形成在端壁
68的内表面70中以使其用于加强旋流引发雾产生结构166的入口端190、192和用于加强旋流引发雾产生结构168的入口端194、196形成在靠近柱形侧壁62的远侧壁68的内表面70中。
加压入口流体向远侧流入杯的内部并且沿着侧壁62进入入口端，并且沿着每个强力喷嘴向内流动以进入对应的相互作用腔室。如上所述，强力喷嘴结合连续的竖向侧壁200和202，竖向侧壁200和202限定渐细的流体速度增大文丘里强力喷嘴或腔体，这导致流体沿着强力喷嘴流动路径加速。

[0070] 如图10所示，每个相互作用或旋流区域174和180限定在其对应的强力喷嘴之间，作为大致圆形构造的腔室，具有柱形侧壁(由侧壁200和202的连续部分形成)。相互作用区域等距地在远端壁68的向远侧突出的中心轴线64的相对侧上且平行于远端壁68的向远侧突出的中心轴线64，并且与其对应的出口通道或出口162和164同轴对准。注意到，强力喷嘴的轴线相对于其相互作用区域偏置，以在两个区域中在流体中产生顺时针旋流运动，如箭头204和206指示。这种结构在每个相互作用腔室和杯的外部之间提供流体连通，使得喷洒沿着与杯的中心轴线64间隔开但与其平行的两个平行轴线在类似的漩涡中被引向喷嘴160外。

[0071] 从左侧出口162流出的喷洒具有由强力喷嘴190和192的几何结构限定的顺时针旋转取向204和旋转速度。从右侧出口164流出的喷洒也具有由强力喷嘴194和196的几何结构限定的顺时针旋转取向206和旋转速度。因此，高效率机械打散(“HE-MBU”)喷嘴构件160构造为产生沿着间隔开的第一喷洒轴线和第二喷洒轴线指向的第一流体产品喷洒和第二流体产品喷洒，每个喷洒具有旋转取向和旋转速度，由此产生组合的喷洒型式。在图10所示的实施方式中，高效率机械打散(“HE-MBU”)喷嘴构件160产生具有基本相同旋转取向和基本相同旋转速度的向远侧射出的流体产品液滴的侧向间隔开的同时喷洒。

[0072] 图11和图12示出本发明的第三实施方式，其中相反旋转的HE-MBU喷嘴构件220也构造为如上述实施方式所示的杯形实体，其中类似的特征部以类似的编号标示。在该实施方式中，柱形侧壁62围绕向远侧突出的中心轴线64并且终止于具有圆形内表面70和外表面或远侧表面72的远端壁68。在所示实施方式中，远端壁68具有第一出口通道或出口孔230和第二出口通道或出口孔232，每个出口通道或出口孔在杯的内部和外部之间提供流体连通。

[0073] 结合围绕其对应的孔230和232的对应的相互作用区域226和228的第一HE-MBU加强旋流引发雾产生结构222和第二HE-MBU加强旋流引发雾产生结构224形成在喷嘴220的内表面70中。第一或左侧加强旋流引发雾产生结构222结合一对强力喷嘴通道240和242，该对强力喷嘴通道240和242在侧壁62处从扩大区域244和246向内延伸并且向内渐细以与第一或左侧相互作用区域226的直径方向对置侧结合。这些通道的轴线248和250相对于相应的相互作用区域226偏置，以在区域226中产生旋流流体流动；在图11的图示实施方式中，每个强力喷嘴流偏置到出口孔230的右侧以产生逆时针流动252。这与第二加强旋流引发雾产生结构224形成对比，第二加强旋流引发雾产生结构224结合一对强力喷嘴通道254和256，该对强力喷嘴通道254和256在侧壁62处从扩大区域258和260向内延伸并且向内渐细以与第二相互作用区域228的直径方向对置侧结合。这些通道的偏置轴线262和264相对于其相应的相互作用区域228偏置以在区域228中产生旋流流体流动；在图示的例子中，每个偏置均向出口孔232的左侧以产生顺时针流动266。相对于相应的出口孔230和232的相对偏置产生从两个出口孔的相反旋转流动。

[0074] 因此，从左侧出口222流出的喷洒具有由强力喷嘴240和242的几何结构限定的逆时针旋转取向252和旋转速度。从右侧出口232流出的喷洒具有由强力喷嘴264和266的几何结构限定的相反的顺时针旋转取向266和旋转速度。因此，高效率机械打散(“HE-MBU”)喷嘴构件220构造为产生沿着间隔开的第一发散喷洒轴线和第二发散喷洒轴线指向的第一流体产品喷洒和第二流体产品喷洒，每个喷洒具有选定的旋转取向和旋转速度，由此产生结合的喷洒型式。在图11和12所示的实施方式中，高效率机械打散(“HE-MBU”)喷嘴构件220产生具有相反旋转取向和基本相同旋转速度的向远侧射出的流体产品液滴的侧向间隔开的发散同时喷洒。申请人观察到对于某些流体产品喷洒应用，从具有这种旋转取向相反的输出喷洒的多出口喷洒装置(与诸如图10的结构中的具有相同旋转取向的多出口喷洒装置相比较)可观察到稍好的喷洒产生性能。这可能归因于以下事实，即，在图11和12的第三且优选的构造中，两种产生的流体喷洒或锥形邻近喷嘴轴线64以面向相同方向(未示出，但对于图11的实施方式“向上”)的切向速度分量彼此相交，而在图10所示的实施方式中，第一喷洒或锥形和第二喷洒或锥形在轴线64的区域中在其相交部分的最接近点处的切向速度彼此相反。据信这种反向流动在喷洒锥形相交处导致更多能量损失，并且导致下游液滴凝集。

[0075] 在图11和12的实施方式中，每个强力喷嘴限定如之前关于现有技术实施方式描述的具有选定的恒定深度但宽度变窄的渐细通道，每个通道终止于在对应的相互作用腔室226和228处具有选定的强力喷嘴宽度(Pw)的强力喷嘴出口或开口。如之前所述的，每个强力喷嘴腔室具有入口区域244、246和258、260，入口区域244、246和258、260限定在靠近柱形侧壁62的远侧壁68的内表面70中。如图12所示，侧壁62的内表面280从接收来自诸如图1中所示的分配器的流体的喷嘴入口282向内渐细至端壁68的内表面70。沿着杯的内表面且沿着侧壁282向远侧流动的加压流体进入每个强力喷嘴通道的入口，并且沿着通道的渐细的腔体向内加速以进入相互作用腔室226和228。

[0076] 对于图10、图11和图12的多喷洒实施方式，每个相互作用或旋流区域限定在其相对但偏置的强力喷嘴之间，作为具有平行于杯构件的向远侧突出的中心轴线64的柱形侧壁的大致圆形截面的腔室，并且每个相互作用或旋流区域与其对应的出口通道或出口孔同轴对准以在该相互作用腔室与杯的外部之间提供流体连通，使得流体产品喷洒沿着与杯的中心轴线64间隔开但与其平行的轴线引导(未示出喷洒)。如图11的实施方式所示，加强旋流引发雾产生结构222和224被图示为在喷嘴的杯部分的宽度上略散开，使得扩大通道端246和260在侧壁62处在278处结合。可以对旋流引发雾产生结构的定位稍作修改，只要它们不妨碍流体通道的基本功能。

[0077] 图12示出喷嘴构件220的实施方式，喷嘴构件220具有从图11那样修改为非平行或发散的出口孔230和232，如由从喷嘴轴线64发散的孔轴线280和282所示。发散出口孔提供喷洒定向特征部，其设计为减小两个喷洒锥形相交(未示出)的区域，以及阻止下游液滴凝集。在测试图12的HE-MBU喷嘴构件220时，发现喷洒相交区域成功减小，未观察到雾化性能的显著改进。这归因于与增加的喉部长度相关的摩擦损失。

[0078] 发散喷洒HE-MBU喷嘴构件220结合如上所述的相互作用或旋流区域226和228，相互作用或旋流区域226和228限定在其对应的强力喷嘴之间，作为具有柱形侧壁的大致圆形截面的腔室，柱形侧壁沿着远端壁68中的同一向远侧突出的中心轴线64对准，且与对应的出口通道或出口孔对准并围绕对应的出口通道或出口孔，以在该相互作用腔室与杯的外部之间提供流体连通，使得向远侧射出的同时流体产品喷洒(未示出)沿着与杯的中心轴线间隔开但不平行于杯的中心轴线的成角度的喷洒轴线引导。

[0079] 图12的实施方式结合上述出口孔轮廓的设计，其具体涉及较低的注射模制成本和改进的可行性。如所述，图4至图9的实施方式基于以下结论，即，垂直于离开喷嘴的流动轴线的圆形截面(图8A中146)面积应当最小，如图8A所示，该圆形截面在上游边缘具有引入半径或圆化肩部142且在出口孔74的下游边缘具有圆化出口肩部148。如图12所示，出口孔230和232中的每个仅在该孔的上游(内)边缘上结合引入半径142。通过移除下游半径148以产生尖锐的下游孔边缘290(没有柱形或平坦侧壁区段)，注射模制工具(未示出)的两个半部的脱模改变位置，并且明显变得更健壮。通过围绕每个出口孔形成诸如292所示的浅的凹陷部能够产生该尖锐的边缘。

[0080] 在较高流量下改进的雾化的原理能够延伸至多旋流几何结构。在图10至图12的示例性实施方式中，存在两个旋流腔室，但是取决于包装空间和产品喷洒需求，如果需要的话，用于同时产生多个喷洒的该方法能够易于延伸至多达较大数量的(例如10个)旋流腔室。

[0081] 已经针对产生的颗粒的直径均一性对本发明的喷嘴组件的性能进行测量，图13A至图14B中示出了这种测量的结果。利用HE-MBU喷嘴220产生的喷洒的测量显示处产生和维持了雾滴旋转速度非常高且再结合非常少的喷雾，甚至当自喷嘴出口孔(例如230、232)9英寸处测量时亦如此。图13A至图14B的曲线图和表格示出结合本发明的改进的旋流杯构件的喷嘴组件得到的性能提高。本发明的出口几何结构腔体(例如图8A中的74或图12中的230和232)保留相互作用腔室中形成的小液滴的旋转能量并且还保持小液滴尺寸。为了展示HE-MBU喷嘴的值，进行试验来表征其液滴尺寸分布的特征。选定的喷嘴构造为具有相反旋转取向的两个旋流回路(例如图11所示的220)。利用压缩气体空气清新剂的现货包装罐以
140psi的平均初始压强对10件复制的原型进行CNC加工和测试。利用马尔文MalvernTM SpraytecTM系统记录这些测量值，该系统使用激光衍射的工业标准方法来评估颗粒尺寸分布。自激光轴9英寸(9”)处对喷洒喷嘴220进行所有测试，其中向远侧射出的喷洒水平取向。
图13和图14的曲线图示出这些Spraytec测量的输出。图13是所有10个样品的累积颗粒尺寸分布叠加图。Y轴为喷洒的百分比，且X轴为对数尺度上的颗粒尺寸直径。该曲线图表明所测量的大部分颗粒呈现范围从5μm至200μm的直径。通过确定所绘制曲线的相交部的X位置以及水平渐近线可以推断体积中位数直径(Dv50)@50％。这种估计在图底部的数据表格中被确认。在该表格中，总结了各个原型性能，并且以大约60μm的Dv50平均值居中。

[0082] 图14A和图14B以不同格式示出与图13A和图13B相同的数据。代替喷洒百分比的累积表示，申请人估计百分比频率。换句话说，特定颗粒直径X测量为时间的Y(测量的N/N总颗粒)％。绘制的测量数据图示Dv50(最频繁测量的颗粒尺寸)代表记录的所有颗粒尺寸的大约10％。该分布中包含的颗粒尺寸的范围被称为“跨度”。为了改进喷嘴性能的一致性，减小跨度是期望的。分布的跨度(在该例子中为195μm)越小，频率分布曲线图中的峰越尖。

[0083] 本发明的喷嘴能够构造为与产品包装一起使用，产品包装利用袋上装阀(BOV)和压缩气体方法以产生较高操作压强(50psi至140psi)而非高成本且环境不友好型推进剂，用于分配包括气雾剂的多种产品。使用上述喷嘴构造的产品包装容易构造用于较高操作压强，并且能够可靠地产生包括具有期望的小直径(例如，60μm至80μm或更小，但大于10μm)的几乎全部产品液滴的“喷雾”。

[0084] 已描述了用于产生并射出小雾滴的新且改进的喷嘴构造和方法的优选实施方式，相信本领域技术人员鉴于这里提及的教导会想到其它修改、变型和改变。因此将理解，所有这些变型、修改和改变都落入本发明的范围内。