ФОРСУНОЧНАЯ КОМПОНОВКА
INJECTOR ASSEMBLY

Предпосылки создания изобретения
1. Область изобретения
Настоящее изобретение относится к форсуночной компоновке для распыления потока текучей среды, который подводится под давлением, в мелкие капельки, которые, например, могут быть пригодными для введения медикаментов посредством ингаляции, для подачи ароматов и тому подобного.
2. Описание уровня техники
В качестве примера, US 6,503,362 В1 описывает, например, форсуночную компоновку для применения при распылении и создании из текучей среды распыленного тумана. Форсуночная компоновка содержит два элемента, каждый по существу с плоскими поверхностями, которые соединены между собой. На по существу плоской поверхности первого из элементов образован первый набор каналов, чтобы во взаимодействии по существу с плоской поверхностью второго из элементов образовать большое количество форсуночных выходных проходов, которые выполнены для того, чтобы выпускать большое количество струй текучей среды, которые соударяются друг с другом, чтобы таким образом распылить поток текучей среды. Компоновка работает так, что используются микроструи, которые образуются посредством нагруженного усилием пружины источника высокого давления и обычно двух малых проходов с размерами приблизительно 5 мкм × 5 мкм. Данные проходы образуются в плоской кремниевой пластине, причем используются технологии травления кремния, и накрываются стеклянной пластиной, которая крепится посредством технологий вплавления стекла. Две струи выходят из проходов с очень высокой скоростью и перед соплом соударяются друг с другом. Как результат струя преобразуется в мелкодисперсный распыленный туман с очень точным распределением диаметров, составляющих около 4-6 мкм. Кинетическая энергия преобразуется в поверхностную энергию жидкости. Модифицируя скорость, точку соударения и угол соударения, можно существенно изменить свойства распыленного тумана. Вводя определенные колонковые структуры, можно встроить функциональную возможность фильтрации. Таким образом, глубина общей структуры внутри микроструктурированного субстрата является постоянной. Проходы выполнены так, чтобы они размещают в себе поток текучей среды, который подводится под давлением по меньшей мере 50 бар. Сопло является, однако, дорогим в изготовлении и не может быть изменено простым образом, чтобы соответствовать требованиям в случаях применения, которые отличаются от применения в медицине.
DE 10 2006 058 756 А1 раскрывает форсуночную компоновку с вкладышем, который имеет верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и внешнюю поверхность, которая примыкает к верхней и нижней поверхности, причем внешняя поверхность имеет большое количество канавок с диаметром 1 мкм-2 мм, которые образованы в ней. Вкладыш размещен с геометрическим замыканием или с силовым замыканием в выемке, которая образована в корпусе сопла. Корпус сопла закрывает канавки на внешней поверхности вкладыша.
Далее, US 3,568,933 наглядно поясняет форсуночную компоновку, которая состоит из форсуночной головки, которая имеет каналы на внутренней поверхности отверстия, которое проходит сквозь нее. Форсуночное отверстие может быть закрыто заглушкой, которая имеет передний конический участок, который пригнан к отверстию, так что конический участок прилегает к боковым сторонам канала, чтобы закрыть их и чтобы образовать пару сходящихся, образующих струи проходов.
Разбрызгивающее сопло, которое раскрыто в US 3,669,419, имеет форсуночной элемент в форме усеченного конуса, который имеет каналы, которые закрыты соответствующей областью форсуночного корпуса. Образовано центральное выпускное отверстие, через которое из сопла могут выходить разбрызгиваемые капли масла.
ЕР 1 286 871 В1 относится к разбрызгивающим соплам для систем омывания стекол транспортных средств. Сопло имеет по меньшей мере два отверстия, причем каждое расположено так, что струи текучей среды выходят из каждого отверстия в виде столба текучей среды и направлены на столб текучей среды, который выходит из другого отверстия. Отверстия могут быть смещены относительно друг друга, так что пересекаются только части площади поперечного сечения столбов текучей среды.
ЕР 109 40 531 В1 раскрывает устройство для смешивания и последующего распыления жидкостей, которые подаются в форсуночные каналы вкладыша в форме усеченного конуса.
Разбрызгивающие сопла, прежде всего таковые с малыми диаметрами каналов, составляющими лишь считаные микроны, подвержены закупоркам, которые едва ли могут быть предотвращены, которые, однако, должны устраняться без повреждений сопла. Схожая проблема возникает при жидкостях с относительно высокой вязкостью.
Краткое описание изобретения
Исходя из этого, задачей изобретения является предоставление в распоряжение форсуночной компоновки, в которой могут быть снижены производственные затраты, которую можно легко чистить и просто изменять, например для распыления текучих сред с разной вязкостью или для адаптации к другим необходимым качествам при запланированном применении.
Согласно изобретению в распоряжение предоставляется форсуночная компоновка для распыления потока текучей среды, который подводится под давлением, в мелкие капельки, которая имеет конический элемент с верхней поверхностью, нижней поверхностью, внешней поверхностью, которая примыкает к верхней и нижней поверхности и задает ось, причем внешняя поверхность имеет большое количество образованных в ней канавок, которые простираются между верхней поверхностью и нижней поверхностью, и снабженный выемкой ответный элемент, который выполнен для размещения конического элемента, и который имеет внутреннюю поверхность, так что канавки, по меньшей мере, частично накрыты внутренней поверхностью для образования большого количества каналов, причем каналы задают выходы, чтобы выпускать соответствующую струю текучей среды, которая в находящейся на удалении от верхней поверхности области соударяется по меньшей мере с одной другой струей текучей среды, чтобы таким образом распылять поток текучей среды, и причем конический элемент выполнен с возможностью перемещения вдоль оси для увеличения или уменьшения эффективного поперечного сечения форсуночной компоновки.
«Эффективное поперечное сечение» означает сумму площадей поперечного сечения каналов плюс площадь поперечного сечения зазора между коническим элементом и ответным элементом в плоскости сечения.
Таким образом, теперь используется не плоская геометрия форсуночной компоновки, а трехмерная геометрия, которая предлагает разнообразные возможности выполнения каналов необходимым образом. Например, можно легко добиться изменения глубины канала, могут быть получены также тонко структурированные каналы. Движущее давление приводит конический элемент форсуночной компоновки в выемку ответного элемента, и большая часть приложенных усилий направляется в массивный ответный элемент. С другой стороны, снятие давления дает возможность того, что конический элемент движется вдоль своей оси, так что эффективное поперечное сечение сопла увеличивается за счет зазора между коническим элементом и ответным элементом. Например, посредством пульсирующего изменения движущего давления могут быть без проблем удалены загрязнения.
В предпочтительной форме выполнения по меньшей мере один из каналов имеет поперечное сечение, которое отличается от поперечного сечения по меньшей мере одного другого из каналов. Следовательно, в одном и том же сопле за счет, например, перегораживания на выбор неподходящих каналов посредством какого-либо подходящего устройства можно использовать жидкости с разной вязкостью.
Далее, является предпочтительным, если поперечное сечение по меньшей мере одного из каналов уменьшается в направлении от нижней поверхности к верхней поверхности. Это означает, что в распоряжении имеются более широкие и более глубокие площади впуска, так что падение давления в канале является намного меньшим, чем в плоском сопле из кремния уровня техники. Снижение поперечного сечения может происходить постепенно, или непрерывно, или в одну или несколько ступеней. За счет этого может быть достигнута сравнимая характеристика разбрызгивания при давлениях намного ниже 50 бар.
В одной форме выполнения положение конического элемента внутри выемки ответного элемента может быть устанавливаемым в зависимости от вязкости текучей среды. За счет этого могут разбрызгиваться текучие среды с более широким диапазоном вязкости, которые требуют большего канала, чтобы достичь необходимой для распыления кинетической энергии.
Выходы каналов предпочтительно выполнены так, что имеется больше, чем одна точка соударения струй текучей среды в области, находящейся на удалении от верхней поверхности конического элемента.
Далее, является предпочтительным, если конический элемент на время может быть отведен от ответного элемента. Это дает возможность очистки форсуночной компоновки в случае сильной закупорки. Нажатие на конический элемент снизу открывает каналы, очищающий сдвиг устраняет закупорку. В завершение конический элемент возвращается в рабочее положение.
В одной конфигурации внутри конического элемента предусмотрен центральный проход, который изменяет струйные характеристики облака из частиц в направленный скорее вперед туман.
Для форсуночной компоновки является предпочтительным, чтобы конический элемент и/или ответный элемент изготавливались с использованием технологий формовки пластмасс, например литьем под давлением.
Таким образом, форсуночная компоновка изобретения предлагает возможность гибкого выполнения, которое может соответствовать всем требованиям к текучим средам с широким диапазоном вязкости соответственно необходимому применению.
Описание чертежей
Изобретение лишь в виде примеров описывается в дальнейших подробностях с помощью некоторого количества примеров форм выполнения со ссылкой на прилагающиеся чертежи, причем:
Фиг. 1 схематический вид в перспективе на конический элемент предпочтительной формы выполнения форсуночной компоновки согласно изобретению,
Фиг. 2 схематический вид в перспективе с частичным вырезом на предпочтительную форму выполнения форсуночной компоновки согласно изобретению,
Фиг. 3А схематический вид в поперечном сечении струйной характеристики, которая может быть достигнута посредством форсуночной компоновки изобретения,
Фиг. 3Б аналогичный таковому из фиг. 3А схематический вид в поперечном сечении струйной характеристики модифицированной формы выполнения форсуночной компоновки изобретения,
Фиг. 4А и 4Б схематические виды в поперечном сечении примеров форсуночных компоновок для разъяснения рассмотрения допусков,
Фиг. 5А-5Е виды в поперечном сечении форм каналов, которые применяются в форсуночной компоновке согласно изобретению,
Фиг. 6 вид в поперечном сечении конического элемента с фильтрующими структурами,
Фиг.7 вид в поперечном сечении формы выполнения форсуночной компоновки согласно изобретению, причем конический элемент выполнен с возможностью перемещения относительно ответного элемента, и
Фиг. 8А и 8Б виды в разрезе на форму выполнения форсуночной компоновки согласно изобретению, причем ответный элемент изменен.
Описание предпочтительных форм выполнения
Фиг. 1 - это схематический вид в перспективе на пример конического элемента 10, который применяется в форсуночной компоновке изобретения. Конический элемент 10 имеет верхнюю поверхность 12, нижнюю поверхность 14 и внешнюю поверхность 16, которая примыкает к верхней поверхности 12 и к нижней поверхности 14. Внешняя поверхность 16 имеет четыре канавки 18а, 18b, 18с, 18d, которые удалены друг от друга на угловое расстояние 90° и которые простираются между нижней поверхностью 14 и верхней поверхностью 12. Конечно, если это необходимо, можно предусмотреть две или три канавки или больше, чем четыре канавки. Для конического элемента 10 задана ось X, например ось осевой симметрии. Возможны другие положения и направленности оси X.
Фиг. 2 показывает схематический вид в перспективе с частичным вырезом на форму выполнения форсуночной компоновки 100 согласно изобретению. Форсуночная компоновка 100 имеет снабженный выемкой ответный элемент 20, причем выемка задает внутреннюю поверхность 22, которая выполнена для размещения конического элемента 10, как это показано на фиг. 1. Канавки 18а, 18b, 18с, 18d конического элемента 10 накрыты внутренней поверхностью 22, так что образуется большое количество каналов. В форме выполнения согласно фиг. 2 канавки 18а, 18b, 18с, 18d перекрыты внутренней поверхностью 22 полностью и верхняя поверхность 12 находится в одной плоскости с верхней поверхностью 24 ответного элемента 20. Каналы, которые образованы накрытыми канавками 18а, 18b, 18с, 18d, задают выходы в плоскости верхних поверхностей 12, 24, чтобы выпускать соответствующую струю текучей среды. Конический элемент 10 выполнен с возможностью перемещения внутри ответного элемента 20 вдоль оси X (фиг. 1), чтобы изменять эффективное поперечное сечение форсуночной компоновки 100, если это необходимо.
Фиг. 3А показывает вид в поперечном сечении форсуночной компоновки 100 из фиг. 2. Струи А текучей среды, которые выступают из форсуночной компоновки 100, соударяются между собой, как это было разъяснено со ссылкой на фиг. 2, в области, которая находится на удалении от верхней поверхности 12 конического элемента 10, так что поток текучей среды распыляется и образует распыленное облако С приблизительно кругообразной или слегка овальной формы. Если необходимы другие формы облака, то можно изменить форму выполнения из фиг. 2, как это показано, например, на фиг. 3Б. Конический элемент 10 дополнительно снабжен проходом 19, который простирается по центру внутри конического элемента 10 от нижней поверхности 14 к верхней поверхности 12. Дополнительный поток текучей среды через проход 19 будет переводить облако С в облако С, то есть в направленный более вперед распыленный туман.
Форсуночная компоновка согласно изобретению может быть изготовлена полностью с использованием технологий формовки пластмассы. Должны быть акцептированы допуски, которые вытекают из процесса сборки. Как показано на фиг. 4А в схематическом виде в поперечном сечении, размеры конического элемента 10 являются такими, что верхние поверхности 12, 24 конического элемента 10 и ответного элемента 20 соответственно не находятся в одной плоскости, а напротив верхняя поверхность 12 находится выше верхней поверхности 24. Тем не менее, поток текучей среды транспортируется через выходы каналов почти точно так же, как ранее. Но с другой стороны, если размеры конического элемента 10 являются такими, что, когда он вставлен, он размещается в ответном элементе 20 не полностью, как это показано на фиг. 4Б, то верхняя поверхность 12 конического элемента 10 находится ниже верхней поверхности 24 ответного элемента 20, что приводит к струе текучей среды, которая возможно касается внутренней поверхности 22 ответного элемента 20 и поэтому выводится из форсуночной компоновки не надлежащим образом.
Хотя изобретение требует, чтобы для распыления потока текучей среды сходились между собой по меньшей мере два канала, в коническом элементе 10 может быть предусмотрено больше, чем два канала или две канавки. Некоторые примеры показаны на фиг. 5А-5Е. Фиг. 5А показывает вид в разрезе на конический элемент 10, в котором одна из канавок 18е имеет поперечное сечение, которое отличается от поперечного сечения других канавок. Фиг. 5Б показывает конический элемент 10 с восьмью канавками 18f одинаковой формы, которые, однако, удалены друг от друга на внешней поверхности 16 конического элемента 10 на неравномерные угловые расстояния. Фиг. 5В наглядно поясняет конический элемент 10 с канавками 18g с глубиной, которая меньше, чем глубина других канавок 18h. Фиг. 5Г показывает канавки 18i, 18j, которые находятся в коническом элементе 10 диаметрально напротив друг друга, которые простираются практически до середины конического элемента 10. Являются мыслимыми также двойные или тройные структуры, как это показано на фиг. 5Д и фиг. 5Е. Две аналогичных струи или два аналогичных облака распыленной текучей среды образуются двумя парами параллельных канавок 18k, 18l или же 18m, 18n, которые имеют приблизительно те же самые размеры. Разные струи могут быть образованы за счет того, что пара канавок 18о, 18р изменяется так, что они имеют большую ширину, чем другая пара канавок 18q, 18r. В зависимости от требований могут быть рассмотрены другие изменения.
Предусмотрены варианты применения, в которых может быть необходимым, чтобы текучая среда фильтровалась. Пример формы выполнения соответственно измененного конического элемента 10 показан в виде в поперечном сечении на фиг. 6. Каждая из двух находящихся напротив друг друга канавок 18s, 18t снабжена на внешнем периметре конического элемента 10 фильтрующим элементом 17а, 17b.
Другой путь реализации разных характеристик каналов заключается в блокировке некоторых из каналов в заданном положении. За счет поворота конического элемента 10 или ответного элемента 20 ранее заблокированный канал открывается, а открытый - блокируется. За счет этого может быть изготовлено сопло, которое пригодно для текучих сред с двумя или более разными вязкостями.
Далее, поперечное сечение по меньшей мере одного из каналов форсуночной компоновки, предпочтительно всех каналов форсуночной компоновки, уменьшается от нижней поверхности конического элемента 10 к верхней поверхности, чтобы снизить падение давления. Снижение может происходить непрерывно или ступенями.
Фиг. 7 показывает форму выполнения форсуночной компоновки согласно изобретению, в которой конический элемент 10 выполнен с возможностью перемещения относительно ответного элемента 20 в направлениях, которые показаны двойной стрелкой D. Конический элемент 10 удерживается спиральной пружиной 30. Когда конический элемент 10 посредством нажатия на верхнюю поверхность 12 отжимается вниз, канавки, которые имеются в коническом элементе 10, открываются, так что блокирующие частицы, которые удерживаются в канавках, из-за высокого давления текучей среды, которая течет через зазор 40, могут быть удалены, причем зазор между коническим элементом 10 и ответным элементом 20 имеется временно. Когда усилие с верхней поверхности 12 конического элемента 10 будет снято, возвратное усилие спиральной пружины 30 немедленно закроет зазор 40. Другая возможность предоставления зазора 40 между коническим элементом 10 и ответным элементом 20 может быть создана с помощью винта с нарезкой в коническом элементе 10 вместо спиральной пружины 30, причем винт может вращаться внутри гайки с резьбой.
Фиг. 8А показывает в виде в поперечном сечении форму выполнения форсуночной компоновки согласно изобретению, в которой ответный элемент 20 изменяется, чтобы варьировать глубину каналов и таким образом варьировать поперечное сечение канала между верхней и нижней поверхностью конусного элемента 10. Фиг. 8А наглядно поясняет ситуацию вблизи нижней поверхности конического элемента 10. Выступ 20а, 20b в каждой из канавок 18а, 18b уменьшает поперечное сечение канала до необходимой площади. Фиг. 8В наглядно поясняет ситуацию вблизи верхней поверхности конического элемента 10. Поперечное сечение выступов 20а, 20b увеличено, так что площадь поперечного сечения каналов, которые заданы канавками 18а, 18b, существенно уменьшается. За счет этого данная форма выполнения уменьшает падение давления внутри форсуночной компоновки.
Раскрытые выше в описаниях, в пунктах формулы изобретения и/или в прилагающихся чертежах отличительные признаки могут быть по отдельности и в любой комбинации существенными для выполнения изобретения в его разных формах.