专利名称：用于在流体中引发湍流的装置以及制造这种装置的方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种用于在流体中引发湍流的装置，尤其是涉及具有贯穿其中的管道的此类装置。
背景技术：
通过一个装置来喷洒物料已知有相当长的时间。通常，就颗粒大小和分布来说，所希望或者必需的是以最佳的喷洒型式将流出所述装置的物料分散到周围环境中。许多专利描述了结合有诸如旋流室这样的湍流部件的喷洒装置。
Abplanalp等的美国专利No.2989251公开了一种喷洒帽和一种圆周阀杆。这种阀杆具有一个外表面和一个限定出中心通道的内表面。在外表面上设置有一条沟槽。所述喷洒帽被装配在所述阀杆上，并且所述喷洒帽上的喷洒孔与所述沟槽对准。包含有位于加压液态载体中的固体颗粒活性成分的物料从所述中心通道中流出，穿过所述沟槽，并且最终流出所述对准的喷洒孔流至周围环境中。所述沟槽的形状促进了物料产生漩涡和物料中的固体成分均匀分布。
Green的美国专利No.3942725公开了一种喷洒头和杆。所述喷洒头上的插座包括一个漩涡形成室以及与其连通的切向通道。从所述喷洒头出去的物料在从喷洒头排出之前发生旋动。
Green的美国专利No.4036439公开了一种装配于阀杆上的喷洒头。这种喷洒头具有一个凹腔，一个插件被置于该凹腔之内。参照该美国专利中的附图7，物料通过所述阀杆向上流动，并且随后横穿过一些通道流动，其中所述通道围绕一个中心突起设置，并且还围绕横跨所述流动路径的壁部50和51设置。环绕所述中心突起和壁部50、51流动会导致物料发生旋动。
Evesque的美国专利No.3433419公开了一种具有旋流室的阀按钮。Abplanalp等的美国专利No.3008654公开了一种具有蜿蜒涡流路径的喷洒按钮，并且还公开了用于制造这种喷洒按钮的外凸型和内凹型模制构件。
尽管许多专利公开了多种用于使得流过其中的物料产生机械式分散的湍流部件，但是这些专利中的大多数均公开了一种单独制造的喷洒插件和/或大量的切向通道。
发明内容
按照本发明的一个方面，一种用于在流体中引发湍流的装置包括管道，该管道具有贯穿其中的通道。所述通道在第一通道端部与第二通道端部之间延伸。各个第一和第二偏置肋条部分地延伸入所述通道内。所述通道贯穿该通道的全长从所述第一端部至所述第二端部呈锥形。
根据本发明的另外一个方面，一种用于形成在流体中引发湍流的装置的模芯包括从第一端部至第二端部变窄的锥形区域。所述锥形区域具有一个纵向尺寸和一个横向尺寸。在所述第一和第二端部之间设置有第一和第二凹口。这些凹口沿着所述纵向和横向尺寸被偏置(offset)。
按照本发明的另外一个方面，一种制造用于在流体中引发湍流的装置的方法包括提供模芯的步骤，所述模芯具有从第一端部至第二端部呈锥形的锥形区域。所述锥形区域具有一个纵向尺寸和一个横向尺寸。在所述第一和第二端部之间设置有第一和第二凹口。这些凹口沿着所述纵向和横向尺寸被偏置。从所述模芯模制出通道。所述通道在第一通道端部与第二通道端部之间延伸，并且包括均部分地延伸入该通道内的第一和第二偏置肋条。所述通道贯穿该通道的全长从所述第一端部至所述第二端部呈锥形。
通过考虑下面的详细描述，本发明的其它方面和优点将变得明了。
图1A是一个等角图，示出了一个结合了本发明的容器和顶帽(overcap)；图1B是一个局部等角图，示出了一个适合于装配在阀杆上的喷洒按钮；图2和3均是局部剖视图，示出了设置于图1A和1B中所示顶帽或者喷洒按钮内部的通道部分；图4A和4B是一个按照本发明的模芯的经放大局部正视图，所述模芯用于在致动器中成形一条流体通道；图4C是图4A和4B中所示模芯的平面图；图5A和5B是模芯的经放大局部正视图，示出了所述模芯上的凹口的尺寸；图6A和6B是类似于图4A和4B的视图，进一步示出了模芯的尺寸；图6C是一个类似于图6B的视图，但是示出了一相反侧；图6D是一个类似于图6C的视图，但是示出了模芯上的圆柱区域呈锥形；图7和8是图1A中所示顶帽的前部和后部的正视图；而图9是顶帽大体沿着图8中的线9-9的剖视图。
具体实施例方式
图1-3和7-9示出了一个结合有用于在流体中引发湍流的装置14的致动器12，而图4-6示出了用来形成一条穿过装置14的流体通道的模芯15。参照图2，流体通道17包括一个贯穿其中的第一通道部分20，该第一通道部分20在第一通道端部23与第二通道端部26之间延伸。通道部分20在过渡区域20c处被划分为子部分20a和20b。尽管在图2和3中无法看到，但是各个通道子部分20a和20b均贯穿它们的全长有锥度。优选的是，尽管并非必须如此，各个这种锥度均在子部分20a、20b的长度上基本上一致，即所述锥度是线性的。此外，正如下文中将要更为详细描述的那样，所述锥度导致子部分20a、20b的横剖面尺寸沿着从第一端部23至第二端部26的方向缩小。通道部分20呈锥形在图4A和4B中更为清晰地示出，它们示出了模芯15从端部15a至端部15b变窄。模芯15可以以任何合适的方式呈锥形。但是，在下面的表1中提供了用于模芯15的锥角A、B、C、D和E的非限制示例性近似锥度值。模芯15的一个或者多个表面区域可以不呈锥形。例如，模芯15的表面28a(图4B)可以不呈锥形，而与其相反的表面28b呈锥形。通道部分20从端部23至端部26的变窄增大了流过其中的物料的流速，这将有利于物料的混合。多个偏置肋条29部分地延伸入通道部分20内，由此提供一个用于流过通道部分20的物料的蜿蜒湍流路径。可以设置一个与通道部分20连通的额外通道部分或者混合室30。混合室30可以部分地由倾斜表面31限定，这样可以改善混合室30中的湍流。
对于物料的气溶胶容器36来说，致动器12可以包括一个顶帽33(图1A)。所述物料可以是多种物料中的任意一种，比如空气清新剂、昆虫控制剂、涂料、发胶、清洁剂、抛光剂、芳香剂或者存储在容器中的其它物料。一种典型物料可以包括一种合适的气溶胶配方，其可以包括任何常规或者非常规的乳胶、悬浮物或者活性成分的溶液。所述物料可以或者不可以利用合适的推进剂在压力下保持在容器36的主体37内。合适的推进剂可以包括碳氢化合物推进剂或者其它可压缩推进剂，以及诸如二氧化碳这样的不可压缩推进剂。通过按压顶帽上的按钮33a，由此倾斜或者下压阀杆38(取决于阀杆38的设计)以打开一个设置于容器主体37内部的阀(未示出)，来使物料从阀杆38喷出。可选地，如图1B中所示，致动器12可以包括一个装配在容器36的阀杆38上的喷洒按钮43。在任何情况下，致动器12均可以由任何合适的材料制成，比如塑料。致动器12可以被设计用于不包括阀杆38而包括内凹型接收阀(其未示出但是在本技术领域中公知)的容器。在这种情况下，致动器12将承载一根合适的插管，该插管与所述内凹型接收阀接合来向致动器12供给物料。
再次参照图2和3，子部分20a形成了一个位于第一通道端部23处的插座45，其中该插座45接纳阀杆38。插座45包括一个截头圆锥形锥形表面46，其有利于将阀杆38插入插座45内。通道部分20和30沿着第一方向延伸，并且第二通道部分47从通道部分20沿着第二方向延伸。如图所示，第二通道部分47基本上垂直于第一通道部分20。但是，通道部分47可以与通道部分20共线或者以任意角度从通道部分20延伸。就此而言，所述角度可以根据物料的类型发生变化。对于某些物料(比如清洁剂)来说，可能希望沿着一个基本上横过阀杆38的方向喷洒，而对于其它物料(比如空气清新剂)来说，可能希望沿着一个基本上与阀杆38共线的方向喷洒，以便将物料向上喷洒入空气内。第二通道部分47终止于一个排出孔51，物料最终从该排出孔51分配或者喷洒至周围环境中。
需要注意的是，第二通道部分47可以省去，并且第一通道部分20可以设置有一个合适的排出孔(未示出)。还必须注意的是，取代通道部分20或者除了通道部分20之外，第二通道部分47可以设置有肋条29。取代通道部分20或者除了通道部分20之外，第二通道部分47也可以呈锥形。这样将需要使用一种类似于或者与模芯15相同的模芯来形成通道部分47。但是，对于某些物料类型来说，使得第二通道部分47呈锥形以便使通道部分47朝向排出孔51尺寸增大将是不希望的(取决于所需的喷洒型式)，因为这种锥形有可能过度地降低流速，产生比所需颗粒或液滴大的颗粒或液滴。
通过在第一通道部分20中形成湍流而获得一种最佳的喷洒型式是一个令人惊讶并且不可预料的结果，因为随着物料流过第二通道部分47并且最终流出排出孔51，通道部分20中的湍流是否保持物料处于一种最佳的喷洒型式是不确定的。
图4-6示出了多个形成肋条29的凹口60。模芯15包括一个锥形区域61，其从端部15a至端部15b变窄。图4A示出了锥形区域61具有一个纵向尺寸L和一个横向尺寸T。凹口60位于端部15a、15b之间。凹口60沿着所述纵向尺寸被偏置。凹口60还沿着所述横向尺寸被偏置，并且更为具体地说，凹口60被图示位于模芯15的相反侧面上。因此，肋条29沿着通道部分20的纵向尺寸和横向尺寸被偏置。凹口60在模芯15的相反侧面上交替地交错，从而使得肋条29在通道部分20的相反侧面上交替地交错。凹口60可以具有任何合适的尺寸。例如，如图5A以及后面的表1中所示，凹口60可以具有大约等于0.21毫米的深度尺寸F和大约等于0.51毫米的长度尺寸G。流过通道部分20的物料会以Z字形方式围绕肋条29流动。围绕肋条29流动的物料优选地至少两次从第一通道部分20的一侧行进或者Z字形行进至另外一侧，并且优选地超过两次。任何包含于物料内的活性成分均利用湍流发生混合，来最佳地提供一种基本上均质的混合物，其中液滴或者颗粒具有足够一致的尺寸。最佳地，离开排出孔51的物料的体积基本上均匀，同时具有不同颗粒浓度和/或颗粒尺寸的局部区域最小。鉴于浪费以及将物料分配至周围环境中的低效率分配，或者喷洒体积的过大湿度，所以局部集中区域会是一个缺点。
通道部分20的横截面可以呈圆形或者非圆形。优选的是，通道部分20的横截面基本上呈矩形。因此，模芯15大体上呈矩形形状，带有对置的窄侧壁65(图4)和对置的宽侧壁66(图5)。就此而言，相信通道部分20的矩形形状容许该通道部分20随着模芯15从其中取出而比正方形通道更多地发生挠曲，从而有利于将模芯15从流体通道17中去除。模芯15的锥形轮廓也有利于在模制工艺之后将模芯15从流体通道17中取出。考虑到模芯15会随着将该模芯15从通道部分20中取出而推斥肋条29，所述锥形轮廓尤其有益。如图5A和5B中所示，各个凹口60均限定出一个带有锥形边缘76和尖锐边缘78的凹陷部73。锥形边缘76位于各个凹口60的上端(从图4中可见)，这有利于将模芯15从流体通道17中取出。凹陷部73可包括任何合适的曲率半径R，比如为0.1毫米。各个边缘76、78均具有一个基本上大约等于0的曲率半径。但是，边缘76或者78可以包括一个大于0的曲率半径。尤其参照图5B，凹口60可以以任何合适的距离Z间隔开，优选的是，Z大约为1.52毫米。凹口60可以与模芯15的纵向中心线C以任何合适的距离间隔开，比如在后面的表1中示出的距离或者尺寸AC、AD、AE、AF、AG、AH以及AI。再次参照图5A，锥形边缘76部分地由凹口表面79限定，该凹口表面79与一条穿过边缘76的水平轴线80限定出一个角度I。角度I可以落入任何合适的数值范围之内，但是优选的是大约为60.22度。凹口表面81与一条穿过边缘78的水平轴线82限定出一个角度H。角度H可以大约等于13度。参照图6C，模芯15还包括一个倾斜表面83，该倾斜表面83形成了混合室30的倾斜表面31。倾斜表面83可以相对于一条水平轴线85限定出一个大约为30度的角度X，轴线85在模芯15的尖端86处穿过纵向中心线C。可选择地，角度X可以为28.47度。所述锥形轮廓和凹口60的锥形边缘76容许将模芯15取出，否则可能较难或者无法将模芯15取出，并且由此避免了作为一个额外组装步骤需要将一个独立的湍流构件插入通道部分20、47内。正如本技术领域中所公知的那样，由于第二通道部分47以一个角度从第一通道部分20岔出，所以使用多个模芯并且沿着不同方向取出这些模芯会非常复杂，这就是为什么在现有装置中常常使用湍流插件来替代复杂的模具部件的原因。尽管本发明避免了使用湍流插件，但是人们仍旧可以任选性地在通道部分20、30、47中的一个内设置插件。
参照图6D，模芯15包括一个形成截头圆锥形锥形表面46的锥形区域90和一个横截面呈圆形的圆柱区域93，该圆柱区域93形成了一个横跨在通道17的点98、99之间的圆柱密封区域97(图2、3)。密封区域97呈圆形，从而使得该密封区域97以有效的液密方式密封圆形的阀杆38，同时通道部分20基本上呈矩形，来最佳地有利于将模芯15取出。圆柱区域93可以呈锥形。例如，图6D示出了分别从区域93的径向相反表面102、103共线延伸出的线100、101。如图所示，线100、101相对于纵向中心线C发生倾斜。各条线100、101均可以相对于中心线C限定出一个大约为3度的倾斜角度。
如图3中所示，可以在通道部分20与通道部分47之间设置一个第三通道部分104。第三通道部分104被图示相对于通道部分20、47具有一个较小或者收缩的横截面尺寸。这种收缩性增大了在第三通道部分104中的流速，并且还增大了通道部分20、30内的物料的压力。在对于给定物料来说希望降低流速的情况下，第三通道部分104可以选择性地具有大于通道部分20、47的横截面尺寸。正如将会明白的那样，第三通道部分104的尺寸可以发生变化，以便针对给定物料的需要来增大流速。此外，通道部分20的锥度或者变窄程度可以根据物料类型以及其所需的流速发生变化。
致动器12的主要优点在于，利用模芯15制造通道部分20容许该通道部分20在单个单元操作中形成，而无需其它复杂的模具部件。模芯15在构造上相对简单。
下面的表1包括了用于根据本发明的一个例子的示例尺寸。下面的尺寸并不构成一种限制，而是仅用于示例。(所有尺寸的单位均为毫米，除非以其它方式特别指明。)表1
参照图4A和4B，一条从模芯15的表面123共线延伸出的尺寸线120相对于中心线C限定出一个大约为2.79度的锥角。一条从与表面123相反的表面129共线延伸出的线126相对于中心线C限定出一个大约为2.78度的角度B。一条从表面133共线延伸出的线130限定出一个大约为1.5度的角度D。一条从表面139共线延伸出的线136限定出一个大约为1.14度的角度E。参照图4C，半径R2大约等于1.96毫米，等于尺寸J的一半。在尺寸线170之间限定的尺寸BA(图4C和6A)大约等于2.21毫米。可选择地，尺寸BA可以大约等于2.24毫米。
工业实用性在工作过程中，使用者按压致动器12，该致动器12下压和/或倾斜坐放于插座45内的阀杆38，由此将一个位于容器主体20内的阀(未示出)打开并且容许物料流过阀杆38。物料以一种Z字形方式围绕交替地交错排布的肋条29流过通道部分20、混合室30、任选性的通道部分104(如果存在)、第二通道部分47，并且从排出孔51中流出。随着物料围绕肋条29流动，由于由此提供的湍流作用，物料如前所述那样得以混合。
一种制造装置14的方法包括下述步骤提供模芯15，利用模芯15模制出通道17，以及从通道17中去除模芯15。模芯15的锥形轮廓以及凹口60的圆整边缘76有利于将模芯15从通道部分20中取出。
如前所述，致动器12可以与包括内凹型接收阀结构而非阀杆38的容器一同使用。还有如前所述，取代通道部分20或者除了该通道部分20之外，通道部分47可以设置有一个或者多个通道部分20的特征。需要注意的是，尽管前述实施例结合一种加压物料的气溶胶容器进行了描述，但是致动器12也可以是一种泵，在这种情况下按压致动器12来将空气泵入容器主体20内，由此向容器主体20内的物料加压，并且迫使物料流出容器主体20并且流过致动器12。
鉴于前述内容，对于本领域的技术人员来说，将会明了本发明的多种变型。因此，这些描述仅用于例证在本申请中教导的发明构思，并且用于使得本领域的技术人员能够实现和使用本发明，并且提供实施本发明的最佳方式。保留对于落入所附权利要求的范围之内的所有变型的排它性权利。
权利要求
1.一种用于在流体中引发湍流的装置，包括管道，具有贯穿该管道在第一通道端部与第二通道端部之间延伸的通道；以及第一和第二偏置肋条，各个肋条均部分地延伸到所述通道内；其中，所述通道贯穿该通道的全长从所述第一端部至所述第二端部呈锥形。
2.如权利要求1中所述的装置，被结合到一个用于气溶胶容器的致动器中。
3.如权利要求2中所述的装置，其特征在于，所述致动器包括装配到物料容器上的顶帽。
4.如权利要求2中所述的装置，其特征在于，所述致动器包括装配到物料容器的阀杆上的喷洒按钮。
5.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，所述第一通道端部具有第一横截面尺寸，所述第二通道端部具有与该第一横截面尺寸不同的第二横截面尺寸。
6.如权利要求5中所述的装置，其特征在于，所述第一通道端部是流体入口端，而所述第二通道端部是流体出口端。
7.如权利要求5中所述的装置，其特征在于，所述第一通道端部是流体出口端，而所述第二通道端部是流体入口端。
8.如权利要求5中所述的装置，其特征在于，所述第一横截面尺寸大于所述第二横截面尺寸。
9.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，所述肋条沿着所述通道的一纵向尺寸被偏置。
10.如权利要求9中所述的装置，其特征在于，所述肋条沿着横过所述纵向尺寸的一尺寸被偏置。
11.如权利要求10中所述的装置，其特征在于，物料以Z字形方式围绕所述肋条流过所述通道。
12.如权利要求2中所述的装置，其特征在于，所述致动器包括插座，该插座接纳从容器延伸出的阀杆，并且操作所述阀杆能向所述通道供给物料。
13.如权利要求12中所述的装置，其特征在于，所述插座设置在所述第一通道端部。
14.如权利要求2中所述的装置，其特征在于，所述通道包括沿着一第一方向延伸的第一通道部分，并且该装置还包括从所述第一通道部分沿着一第二方向延伸的第二通道部分。
15.如权利要求14中所述的装置，其特征在于，所述第二方向横过所述第一方向。
16.如权利要求15中所述的装置，其特征在于，所述第二方向基本上垂直于所述第一方向。
17.如权利要求14中所述的装置，其特征在于，所述第二通道部分终止于一排出孔。
18.如权利要求14中所述的装置，还包括在所述第一和第二通道部分之间的第三通道部分。
19.如权利要求18中所述的装置，其特征在于，所述第三通道部分的横截面尺寸窄于所述第一和第二通道部分。
20.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，所述通道的至少一部分在横截面上呈非圆形。
21.如权利要求20中所述的装置，其特征在于，所述通道的所述至少一部分在横截面上基本上呈矩形。
22.一种用于形成在流体中引发湍流的装置的模芯，包括锥形区域，从第一端部至第二端部变窄，其中该锥形区域具有纵向尺寸和横向尺寸；以及第一和第二凹口，位于所述第一端部与第二端部之间，其中所述凹口沿着所述纵向和横向尺寸被偏置。
23.如权利要求22中所述的模芯，其特征在于，所述装置被结合到一个用于气溶胶容器的致动器中。
24.如权利要求22中所述的模芯，其特征在于，所述锥形区域的至少一部分在横截面上呈非圆形。
25.如权利要求24中所述的模芯，其特征在于，所述至少一部分在横截面上基本上呈矩形。
26.如权利要求22中所述的模芯，其特征在于，各个所述凹口均限定出第一和第二边缘以及位于所述第一和第二边缘之间的中心凹陷部，并且所述第一边缘经过圆整。
27.一种制造用于在流体中引发湍流的装置的方法，该方法包括下述步骤提供模芯，该模芯具有从第一端部至第二端部呈锥形的锥形区域以及位于所述第一端部与第二端部之间的第一和第二凹口，其中该锥形区域具有纵向尺寸和横向尺寸，所述凹口沿着所述纵向和横向尺寸被偏置；和从所述模芯模制出通道，其中该通道在第一通道端部与第二通道端部之间延伸，并且包括第一和第二偏置肋条，各个肋条均部分地延伸到所述通道内，其中所述通道贯穿该通道的全长从所述第一端部至所述第二端部呈锥形。
28.如权利要求27中所述的方法，其特征在于，所述锥形区域的至少一部分在横截面上呈非圆形。
29.如权利要求28中所述的方法，其特征在于，所述至少一部分在横截面上基本上呈矩形。
30.如权利要求27中所述的方法，其特征在于，各个所述凹口均限定出第一和第二边缘以及位于所述第一和第二边缘之间的中心凹陷部，并且所述第一边缘经过圆整。
全文摘要
一种用于在流体中引发湍流的装置，包括一条管道，该管道具有贯穿该管道在第一通道端部与第二通道端部之间延伸的通道(20)。第一和第二偏置肋条(29)均部分地延伸到所述通道内。所述通道贯穿该通道的全长从第一端部至第二端部呈锥形。
文档编号B65D83/16GK1867408SQ200480029881
公开日2006年11月22日 申请日期2004年9月10日 优先权日2003年9月12日
发明者J·D·J·C·希加尔达 申请人:约翰逊父子公司