具有锥形喷雾特征的超声雾化喷嘴.pdf

实施例的详细描述

现在参照附图，其中，同样的参考标号指示同样的特征，图1中示出了可以以超声的方式将液体雾化成精细液滴且以锥形喷雾型式向前推动液滴的喷嘴组件100。喷嘴组件100包括喷嘴主体102，喷嘴主体102可具有阶梯形圆柱形形状，且液体入口管104从喷嘴主体102沿向后的方向延伸，液体可由液体入口管104带入喷嘴组件中。为了参照目的，喷嘴主体102的阶梯形圆柱形形状和液体入口管104可沿着居中定位的轴线106延伸，且大体勾划出了该居中定位的轴线106。安装到喷嘴主体102的前部上的可为空气盖110，可以以精细的液滴或微粒的锥形雾化喷雾的形式将液体从空气盖110向前排出。在所示实施例中，空气盖110具有在最前面的平面顶端111处终止的截头圆锥形或棱锥形状，该平面顶端111沿轴向垂直于轴线106。但是在其它实施例中，空气盖110可具有其它形状。还应当注意，诸如“前”和“后”的方向用语仅是为了参照目的，且不以任何方式另外意图限制喷嘴组件。为了将空气盖110安装到喷嘴主体102上，在所示实施例中，环形的带螺纹的保持螺母108旋到喷嘴主体上，以便以保持的方式将空气盖夹持到喷嘴主体上。

为了以超声的方式雾化液体，如图2所显示，喷嘴组件100还包括接收在设置到喷嘴主体102的后部中的中心膛孔114内的超声雾化器112。超声雾化器112包括超声驱动器116，棒状的管状雾化器杆118自超声驱动器116沿向前的方向延伸。在所示实施例中，超声驱动器和雾化器杆两者的形状可为圆柱形，其中超声驱动器比雾化器杆具有大得多的直径。也可大体沿着居中定位的轴线106来布置圆柱形超声驱动器116和管状雾化器杆118。在其轴向前部尖端或端部处，雾化器杆118在雾化表面122中终止。为了将待雾化的液体引导到雾化表面122，管状雾化器杆118形成液体供给通道124，液体供给通道124设置成通过雾化表面，以提供液体出口孔126。液体供给通道124沿着轴线106延伸，且与喷嘴主体102的液体入口管104流体连通。超声雾化器可由适当的材料(诸如钛)构成。

为了产生超声振动来使雾化表面122振动，超声驱动器116可包括多个邻近地堆叠的压电换能器板或盘128。换能器盘128通过自喷嘴主体102的后部延伸的电连通端口130电联接到电子振荡器上。此外，换能器盘128可电联接成使得各个盘具有与紧邻的盘相对的或相反的极性。当电荷联接到压电盘128堆上时，这些盘抵靠彼此而膨胀和收缩，从而导致超声驱动器116振动。高频振动通过雾化器杆118传递到雾化表面122，使得将存在于雾化表面处的任何液体排放成非常精细的液滴或微粒的云。

根据本发明的一方面，喷嘴组件100构造有相互连通的气体通道，其接收和引导加压气体，以将雾化液滴云推动到该喷嘴组件的前面，以冲击待涂覆的表面。气体通道也可布置成使得加压气体使雾化液滴云成形成可使用的锥形喷雾型式。为了控制和调节液滴在锥形型式内的分布，且改变锥形型式的角宽，可反复不定地调节进入气体的压力和/或速度。

参照图2和3，为了接收加压气体，喷嘴主体102包括径向地设置到喷嘴主体的圆柱形侧壁中且可与加压气体源连通的至少一个入口端口132。在各种实施例中，入口端口132可为带螺纹的，或者可包括其它连接特征，以便以不漏的方式牢固地连接到加压气体源上。进入的加压气体可由设置成从入口端口132朝向喷嘴主体的轴向前面的气体通路134以沿轴向向前的方向朝向喷嘴主体102和空气盖110之间的接口重定向。

为了有利于锥形喷雾型式的形成，为被向前引导的加压气体流赋予旋转速度，从而使得该气体流绕着喷嘴组件100的轴线106旋转或旋动。在所示实施例中，为了使气体旋转，喷嘴组件可包括位于喷嘴主体102和空气盖110之间的旋转盘140形式的旋转重定向部件。特别地，喷嘴主体102的轴向前面是凹陷的，以提供圆形腔体或凹部138，当空气盖110安装到喷嘴主体上时，圆形腔体或凹部138可接收和容纳旋转盘140。当这样组装好时，旋转盘140大体垂直于轴线106。

旋转盘140是具有设置成穿过其中的中心孔或孔口142的环形结构。当设置在喷嘴主体102和空气盖110之间时，环形旋转盘140以关于轴线106沿径向偏置的方式延伸，且超声雾化器112的雾化器杆118延伸通过中心孔口142。此外，旋转盘140大小设置成使其外部圆形表面144具有比喷嘴主体102的圆形凹部138的直径更小的直径，而其内部圆形表面146比雾化器杆118具有更大的直径。因此，当放置在圆形凹部138中时，旋转盘140将凹部138分成外环形隔室150和内环形隔室152，外环形隔室150形成于外部圆形表面144与喷嘴主体102之间，内环形隔室152形成于内部圆形表面146与雾化器杆118之间。外环形隔室150和内环形隔室152可关于轴线106对准，其中外隔室包围内隔室，使得两个隔室大体在同一轴向平面中。虽然将内环形隔室和外环形隔室显示为形成于圆形侧壁之间，但是应当理解，在其它实施例中，壁和/或隔室可具有任何其它适当的形状。

参照图2和3，当喷嘴组件组装好时，自入口端口132起的通路134布置成使其与外环形隔室150连通。参照图4，为了以使得对气体赋予旋转或旋动的方式将加压气体从外环形隔室150引导到内环形隔室152，穿过旋转盘140可设置有在外部圆形表面144和内部圆形表面146之间延伸的一个或多个槽道148。可相对于轴线106成角度地布置槽道148，使得它们与内环形隔室152大致相切地相交。换句话说，槽道148可与轴线106垂直，且自轴线106径向地偏置。因此，当以切向角度将进入的加压气体引导到内环形隔室152时，内隔室的环形形状将使进入气体绕着雾化器杆118和轴线106旋转。因此，加压气体流具有赋予其的旋转或旋动。在图4所示的实施例中，旋转盘140包括彼此垂直地布置的四个直的槽道148。在其它实施例中，可采用不同数量和定向的槽道，包括例如弯曲的槽道。

返回来参照图2和3，内环形隔室152继而与设置到空气盖110的后轴向面中的渐缩空隙160连通。空隙160沿轴向向前的方向渐缩，且可设置成通过空气盖110的平面顶端111。渐缩空隙160和平面顶端111的相交处可形成关于轴线106对准的圆形排放孔162。当安装到喷嘴组件100中时，超声雾化器112的雾化器杆118可通过渐缩空隙160和排放孔162接收。为了容纳圆柱形雾化器杆118，排放孔162可比杆具有略微更大的直径。优选地，雾化器杆118的尖端突出通过排放孔162，使得雾化表面122在轴向上略微位于空气盖110的平面顶端111的前面。因为通过更大的圆形排放孔162接收圆柱形雾化器杆118，所以排放孔呈环形形状。

在操作中，待喷雾的液体被供给到通过管状雾化器杆118到达雾化表面122的液体供给通道124中。为了协助迫使液体到达雾化表面122，可用低压泵对液体进行重力供给或加压。来自液体供给通道124的液体离开液体出口孔126，且可通过类似毛细作用或类似芯吸的传递作用聚集在雾化表面122的周围。超声驱动器116可以以电的方式启动，使得压电盘128膨胀和收缩，以产生雾化器杆118和雾化表面122的横向或径向振动。在雾化表面122处经历的振动可为在约60千赫(kHz)的频率处，但是可取决于待雾化的液体、期望的液滴大小或其它因素来调节频率。横向或径向振动搅动液体供给通道124内的液体和聚集在雾化表面122上的液体，从而使得液体从雾化表面震动出小的、精细的液滴，或者从雾化表面分离出小的、精细的液滴。液滴的大小可为大约5-60微米左右，且可优选地在约8-20微米之间的范围内。液滴大体在雾化表面122的附近形成无方向的云或烟流。

为了以锥形喷雾的方式将雾化液滴推动到雾化表面的前面，将加压空气或其它气体引导到入口端口132，且引导到外环形隔室150。取决于应用，气体可为空气或任何其它适当的气体，且可以大约1-3PSI的压力来供应气体。通过成角度的槽道148引导来自外环形隔室150的加压气体，且以大致切向方式将该加压气体引入内环形隔室152中，在此处使气体绕着雾化器杆118旋转。通过空气盖110中的渐缩空隙160将旋动的气体进一步沿轴向向前引导到排放孔162。如可理解的，由于空隙160的渐缩形状，流过该空隙的旋动的加压气体流可被进一步压缩和加速。

通过排放孔162离开的加压气体将夹带存在于雾化表面122附近的液滴云。从而排出的气体朝向待涂覆的表面向前运送液滴。由于排放孔162的环形形状，加压气体-液滴混合物的喷雾型式通常将呈现圆柱形形状或可能是窄锥形状。但是，由于排出的加压气体在旋转或旋动，所以周向动量被赋予所夹带的液滴，从而导致被向前推动的液滴中的至少一些还相对于轴线106沿径向向外运动。因此，液滴趋向于向外张开，且喷嘴组件由此产生可比在没有使气体旋动或旋转的情况下不同地可能产生的型式更宽的锥形喷雾型式。

不意图受限于特定实例，与在没有使推动气体自旋或旋转的情况下可能可行的大约15°的排放角相对，相信前述喷嘴组件可产生具有大约30°的锥形排放角的锥形喷雾型式。更宽的锥形喷雾型式的一个优点是喷嘴组件可在给定的时间内覆盖待涂覆的表面上的更大的面积。

在喷雾喷嘴组件100的一个有利的实施例中，可操纵被输送以提供向前推动的锥形喷雾型式的气体的压力，以调节锥形喷雾型式的形状，以及改变锥形喷雾型式内的液滴分布。例如，提高被传送到入口端口132的气体的压力可提高伴随内环形隔室152中的旋转气体的周向力。当气体通过出口孔162排出且聚集液滴云时，加压气体内的提高的周向力将从轴线106沿径向向外推出更大量的液滴。这可对锥形喷雾型式产生更宽的角，且朝向锥形喷雾型式的外径产生液滴的更大的分布。降低气体的压力相应地产生更窄的锥形喷雾型式，且使更大量的液滴分布得朝向轴线106更加靠近。为了调节气体的压力，喷嘴组件可连接到压力调节器上。

参照图5和6，示出了喷嘴组件200的另一个实施例，其中使用翅片盘240形式的旋转重定向部件来协助产生锥形喷雾型式。如图5所示，翅片盘240可位于喷嘴主体202和空气盖210之间。为了容纳翅片盘240，圆形凹部238可设置到喷嘴主体202的前面中。翅片盘240可为勾划出了中心孔口242的环形结构，且可具有外部圆形周边244和内部圆形周边246。当组装在喷嘴主体202和空气盖210之间时，环形翅片盘240关于轴线206轴向地居中，使得雾化杆218穿过中心孔口242。此外，外部圆形周边244可具有比圆形凹部238的直径更小的直径，而内部圆形周边246则可具有比圆柱形雾化杆218的直径更大的直径。因此，设置到喷嘴主体202中的圆形凹部238被分成在外部圆形周边244与该凹部之间的外环形隔室250和在内部圆形周边246与雾化杆218之间的内环形隔室252。

如图5和6所示，翅片盘240可包括由结构材料制成的多个周向地布置的翅片249。在各个翅片249之间勾划了在外环形隔室250和内环形隔室252之间建立连通的槽道248。此外，翅片249可为大体弓形的，使得它们在翅片盘240的外部圆形周边244和内部圆形周边246之间弯曲。因此，槽道248至少相对于雾化器杆218和轴线206大致沿切向与内环形隔室252相交。在各实施例中，该多个翅片249可以按彼此会聚的方式成形和布置，使得当槽道248在外部圆形周边244和内部圆形周边246之间延伸时，槽道248具有减小的截面积。

在操作中，从入口端口引导到外环形隔室250中的加压气体可通过外部圆形周边244进入翅片盘240的槽道248。然后槽道248将该加压气体引导到内环形隔室252，同时还由于翅片249的弯曲形状而为该气体赋予旋转或自旋。因此，当气体以大致切向的方式进入内环形槽道时，该气体将绕着轴线206和雾化杆218旋转。如将理解的，当气体进入设置到空气盖210中的渐缩空隙260时，且当其从喷嘴组件200中排出时，该气体将继续自旋或旋转，从而协助形成锥形的喷雾型式，如上所述。在其中槽道248成形成具有递减的截面积的那些实施例中，面积的减小将在气体穿过槽道从外环形隔室前进到内环形隔室时使加压气体加速。

如本领域技术人员将理解的，能够执行前述特征和过程的有创造性的喷嘴组件的实施例可在结构上与目前描述的实施例不同。例如，可去除旋转重定向部件，且成角度的槽道、环形隔室和/或翅片可设置在喷嘴组件的喷嘴主体、空气盖或其它构件中。在其它实施例中，可去除环形隔室，且可将加压气体直接排放通过旋转重定向部件，且排入空气盖中。另外，构想了槽道、隔室和通道的其它布置和定向，且它们落在本发明的范围内。

特此通过引用将本文引述的所有参考文献(包括公开、专利申请和专利)结合进来，结合程度等同于仿佛单独地和特别地指明各个参考文献通过引用而被结合且在本文中在其整体上被阐述。

使用用语“一个”、“一种”和“该”以及在描述本发明的上下文(特别是在所附的权利要求书的上下文中)中的类似的所指对象应理解为覆盖单数和复数两者，除非在本文中另有说明或清楚地与上下文相抵触。用语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应理解为无限制的用语(即意思是“包括但不限于”)，除非另有说明。对本文的值的范围的陈述仅意图起单独地引用落在该范围内的各个单独的值的简略方法的作用，除非本文另有说明，且各个单独的值以仿佛其在本文中单独地陈述的方式结合在说明书中。可按任何适当的顺序来执行本文所描述的所有方法，除非本文另有说明或以别的方式清楚地与上下文相抵触。使用任何实例及所有实例或本文提供的示例性语言(例如“诸如”)仅意图更好地阐明本发明，且不对本发明的范围施加限制，除非另外声明。说明书中任何语言都不应被理解为表明任何未要求保护的元件对于实践本发明是必需的。

本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的用于执行本发明的最佳模式。在阅读了前述描述之后，那些优选实施例的变型对本领域普通技术人员可变得显而易见。发明人期望熟练技术人员以恰当的方式采用这样的变型，且发明人意图以与本文所具体描述的不同的方式实践本发明。因此，本发明包括如由可适用的法律容许的、附于本文的权利要求书中陈述的主题的所有修改和等效方案。此外，本发明包括上述元件(采用其所有可能的变型)的任何组合，除非本文另有说明或以别的方式清楚地与上下文相抵触。