用于生成为了表面清洁和清扫的脉冲和振荡空气流的方法和射流装置的制造方法
【专利说明】用于生成为了表面清洁和清扫的脉冲和振荡空气流的方法和射流装置
发明背景
优先权要求和相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求在2013年4月3日提交的且名称为“用于吹叶机、吹风机、振动呼吸和喷漆应用的射流装置以及方法(Fluidic apparatus&method for leaf blower, hairdrier，oscillatory breathing and paint spraying applicat1ns)，，的共有拥有的美国临时申请号为61/807，958的申请的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。本申请还涉及在2011年5月13日提交的且名称为“流体流驱动脉冲生成射流振荡器(FluidStream Powered Pulse Generating Fluidic Oscillator) ”的共有拥有的美国非临时申请号13/107，848的申请，以及公告于1987年2月24日且名称为“空气清扫除霜器(Air SweepDefroster) ”的共有拥有的美国专利4，644，854，其全部公开内容通过引入并入本文。
发明领域
[0002]本发明通常涉及用于生成脉冲和振荡空气流的方法，用于在草坪清扫或者其它草坪护理应用中使用，用于吹叶子、用于表面干燥、清洁或者清扫和用于在该处可以有利地使用这种空气流的其它应用，以及用于为了产生或者引导这种空气流的装置。
现有技术讨论
[0003]可以控制气动栗和电动栗以生成加压液体或者气体的周期性脉冲。用于这样做的现有技术的系统通常需要控制回路，该控制回路周期性地对栗供电或者其控制转换阀以生成所需的加压脉冲序列。制造和维护复杂的现有技术系统是昂贵的。
[0004]加压空气流在不计其数的应用中使用；两个非常有限的且有特色的实施例包括:压缩空气罐，其能够用于从表面清洁灰尘，以及风扇，其用于为草坪器材(诸如吹叶机)提供集中且加压的空气流。在吹叶机的实施例中，众所周知的是，在使用常规器材(诸如手持式耙或者电动机驱动的清扫器)中，障碍物(诸如停在停车位的汽车)使得必须留下部分未清洁的区域，而如果用吹叶机清洁相同区，那么就有可能吹走在停放的汽车下面的垃圾，从而提高效率，节省时间并且改善效果。美国专利7，185，393示出了吹叶机的一种配置，该吹叶机通常包括至少一种风扇组合件以生成大体上连续的速度恒定的加压空气流，以及包括管状导管或者喷嘴，其集中流，因此该流可以由操作者操纵或者瞄准以便朝向废弃物的待清洁表面引导空气流。用户经常在清扫运动中横向移动吹叶机以从待清洁表面移动废弃物，但是在该横向清扫运动中移动吹叶机的导管或者喷嘴导致操作者疲劳。同样地，在压缩空气容器(例如，如被包装在Dust Off?产品中)的实施例中，用户必须移动整个压缩空气源以产生清扫运动来达到所需的效果。
[0005]为了消除对移动整个空气流源的需要以便得到用于在清洁表面中使用的加压空气清扫运动，已经开发了用于各式各样的用途的清扫喷射式射流振荡器。用于在汽车挡风玻璃上的除霜和除雾操作的这种振荡器的使用，例如公开在Kakei等人的美国专利号为3，832，939和3，745，906的专利、Stouffer的美国专利号为4，250，799的专利(及其分案)，以及Stouffer等人的美国专利号为4，644, 854的专利中。在Kakei等人的专利中，公开了用于除霜目的的清扫喷射式振荡器的几种形式，其中一种形式包括射流振荡器，在其中一对交叉的反馈管接收从振荡器喉咙部分下游的出口流出的部分空气，并且将空气返回至一对控制端口。在Stouffer的'799专利中，利用了振簧振荡器，其显著减少所需的空间量，但在该设备中，振簧的加重端穿过喷射流或者气流的运动在汽车的封闭范围内造成乘客可察觉的嗖嗖声。
[0006]在Stouffer等人的美国专利号为4644，854的专利中，通过使射流振荡器相对短，减少了由汽车中用于除霜系统的射流振荡器所占据的体积空间。该振荡器是这样的类型，其具有强力喷嘴、一对紧靠强力喷嘴并且在其下游的控制端口以及将控制端口相互连接的连续惯性环路。流量矫正器优选正好用在振荡器到汽车导管系统的歧管装置处，从而减小管道系统到强力喷嘴的长度，并且从而确保进入强力喷嘴的气流更均匀和对称的速度轮廓。流体惯性是加速在通路中的流体质量所需压力的测量，从而与通过管子或通道的流相关联，并且是其长度和横截面面积的函数。由于所用的射流振荡器对惯性环路的横截面面积比对其长度更敏感，即流体流对横截面的骤然变化敏感，尤其是在连续惯性环路的横截面面积中的突然减小，所以该发明的重要特征是避免在连续惯性环路中流体流的方向或者横截面面积的骤然变化。
[0007]在强力喷嘴中出于空气流转换目的已经建议使用电磁铁来调节控制端口阀用于在车辆中使用，但是这招致不必要的复杂性，并且需要长度至少5W的流体逻辑元件以获得足够的清扫角度，其中W是强力喷嘴的宽度。基于将射流元件的一对控制端口相互连接的连续通道或者环路的射流振荡器是本领域已知的，例如在Van Nostrand的科学百科全书(Scientific Encyclopedia)(第六版)第1235页所公开的。此外，Izumi等人的美国专利号为4，416，192,4, 407, 186和4，393，898的专利公开了具有电磁控制的射流技术在汽车中空气的定向控制中使用。
[0008]专利6，767，331公开了一种按摩装置，因此是本发明唯一感兴趣的【背景技术】，该专利示出了连接至包含射流开关的结构的可充气囊袋，射流开关用于生成随时间变化的囊袋充气流体流，其中压力从在射流回路中的囊袋“恢复”，射流回路具有输出端口，输出端口向大气敞开以及向通风口敞开。'331专利没有描述将流体的连续脉冲供应输送至输出端的方式，但是尽管如此，其全部通过引用并入本文。
[0009]尽管上述的现有技术示出了在相对小的系统中振荡流体流的产生是已知的，但是为了克服现有技术的问题，需要一种经济的、便宜的和可靠的系统和方法，用于生成加压气体的振荡或者脉冲流，其适用于大型且耐用器材，诸如草坪器材和清洗器材。
【发明内容】
[0010]根据本发明的装置和方法，以其在所示实施方式中为例，描述了新颖的射流设备，该设备实现了在所选应用中改进的性能，包括用于与具有诸如可以在利用风扇或者鼓风机的产品中找到的压缩空气源的器材一起使用的实施方式。根据本发明的优选形式，这样的器材可以包括诸如吹叶机等的器械或者工具。
[0011]简单地说，根据本发明的脉冲可变流体流或者流动，在配置成用于在表面清洁、清扫、草坪护理应用等中使用的设备中，通过射流装置由加压空气流产生。收缩喷嘴组合件限定了具有平滑正弦轮廓的锥形内腔，其配置成在强力喷嘴处生成具有最小压降的高速流。在强力喷嘴的下游，第一和第二控制端口与高速流流体连通并且经由选定的横截面面积和长度的惯性环路彼此流体连通。在控制端口的下游的涡流区与惯性环路配合以引起下游空气流的周期性变化，并且在强力喷嘴和涡流区的宽度以及惯性环路的长度和直径之间的差异共同起作用以确定周期性变化的频率。变化的空气流被引导通过出口腔室，使出口腔室成形以产生振荡流或者脉冲流。以其最简单的形式，惯性环路可以是与控制端口链接的软管。
[0012]更具体地，根据本发明的优选形式的气态流体振荡或者脉冲生成射流装置由附件或者喷嘴组合件组成，附件或者喷嘴组合件是具有入口段、强力喷嘴段和出口段的三段式射流结构，所有段都具有彼此流体连通并且与中心轴线对齐的腔。该附件可连接至加压流体源，并且根据附件的组件的相对尺寸来提供进行振荡或者脉冲的可变流体排出流或者出口流。
[0013]喷嘴组合件或者附件的入口段具有用于在压力下接收流体的大的近侧入口孔，以及具有在空气流方向的下游向内逐渐减小直到喉部的内部正弦腔，该腔在远端终止于限定在强力喷嘴段内的较小强力喷嘴孔中，同时该孔具有选定的强力喷嘴宽度。强力喷嘴段具有从强力喷嘴孔向下游延伸的发散内腔区域，并且在远端终止于由宽度大于强力喷嘴孔宽度的涡流区限定的第二较大腔区域中，涡流区的宽度限定出口段的开始。强力喷嘴段还具有处于强力喷嘴段的相对的两侧上并且位于强力喷嘴孔的下游的第一和第二控制端口 CP1和CP2。第一和第二控制端口 CP1和CP2均与强力喷嘴腔流体连通，并且在强力喷嘴腔内在中心轴线的相对的两侧彼此对准。控制端口 CP1和CP2通过已知为惯性环路的管状腔或者导管彼此链接。
[0014]出口段具有可配置成从