專利名稱：被動(dòng)控制閥門的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及閥門，所述閥門用以控制從加壓容器(諸如， 在液滴生成和傳送系統(tǒng)中使用)中釋放氣體，并且更具體地，本發(fā) 明涉及被動(dòng)操作的控制閥門。
背景技術(shù)：
包含氣體(例如空氣)的加壓容器已知可用于多種應(yīng)用。 一個(gè) 例子是用于加速液滴，諸如在牙齒清潔系統(tǒng)中使用的齒潔劑或者水 滴。在這種應(yīng)用以及涉及液滴加速的類似應(yīng)用中，重要的是，在所 選擇的時(shí)間段內(nèi)，特別是在閥門打開的整個(gè)時(shí)間期間，即從容器充滿到容器變空的期間，來自加壓容器的氣體的質(zhì)流(mass flow)保 持充分恒定。由此，在操作中用以提供恒定質(zhì)流的控制閥門是主動(dòng)而不是被 動(dòng)的。在主動(dòng)閥門中，作為時(shí)間的函數(shù)，借助于控制電路/組件來增 加閥門的出口面積，當(dāng)容器變空時(shí)補(bǔ)償氣體降低的壓強(qiáng)。可能的是， 數(shù)學(xué)地計(jì)算實(shí)現(xiàn)此結(jié)果的函數(shù)。然而，實(shí)現(xiàn)該函數(shù)的控制電路/結(jié)構(gòu) 是復(fù)雜的；這樣的閥門是昂貴的并且通常在使用中并不可靠。由此，當(dāng)容器從滿容量變空時(shí)，理想的是具有簡(jiǎn)單的、優(yōu)選為 被動(dòng)的控制閥門來從加壓容器產(chǎn)生恒定的質(zhì)流速率。發(fā)明內(nèi)容因而，本發(fā)明是一種用于由加壓氣體容器使用的被動(dòng)控制閥門， 包括控制閥門，用于控制來自加壓容器的氣體釋放，然后釋放的 氣體用以加速液滴，其中控制閥門包括具有開口穿過其中的橡膠化 材料，允許氣體以受控方式從加壓容器中逸出，其中橡膠化材料具
有這樣的邵氏(Shore)硬度值、并且其中閥門具有如此的配置相 對(duì)于穿過閥門的開口的大小和在容器中的氣體壓強(qiáng)，當(dāng)氣體從容器 中排出時(shí)，來自容器的氣體的質(zhì)流隨著時(shí)間大致恒定。


圖l是示出加壓容器、控制閥門和液滴生成系統(tǒng)的組合的簡(jiǎn)單 牙黃截面—見圖；以及圖2是示出在此所述控制閥門的更為詳細(xì)的實(shí)施方式的橫截面 視圖。
具體實(shí)施方式
通常，本發(fā)明是被動(dòng)控制閥門14，在操作中，所述被動(dòng)控制閥 門14在選定的使用時(shí)段以保持恒定的質(zhì)流速率從加壓容器中釋放氣 體，諸如從氣體開始釋放的時(shí)間直到氣體完全釋放。閥門具有開口 26，所述開口 26允許氣體釋放。閥門自身如此構(gòu)造和設(shè)置，并且包 括這樣的材料，穿過閥門14的開口的面積是貯液器壓強(qiáng)的反函數(shù)， 即，隨著壓強(qiáng)降低，開口26的橫截面積增加。在各種應(yīng)用中，這樣的閥門是有用的。 一個(gè)這樣的應(yīng)用是液滴 生成系統(tǒng)，其中從控制閥門排出的氣體用以將液滴加速至期望的高 速度。使用液滴的一個(gè)例子是用于清潔牙齒，其中將選定大小的液 體齒潔劑或者獨(dú)立的水滴加速至期望的速度，并將其引導(dǎo)朝向用戶 的牙齒用于對(duì)牙齒進(jìn)行清潔。在2004年1月20日提交的未決申請(qǐng) 序列號(hào)No.60/537，690中示出并且描述了這樣的液滴系統(tǒng)，所述未決 申請(qǐng)由本發(fā)明的受讓人所有，在此通過參考將其內(nèi)容引入。然而， 應(yīng)該理解，可在其他氣體輔助的液滴系統(tǒng)中使用本控制閥門。這可 以包括諸如通過將高速液滴引導(dǎo)穿過角質(zhì)層進(jìn)入表皮來進(jìn)行透皮藥 物傳遞。再進(jìn)一步，應(yīng)該理解，可以在其他應(yīng)用中使用所述控制閥門， 在這些應(yīng)用中，重要的是在容器正在變空的同時(shí)具有來自加壓氣體(諸如，空氣或者其他氣體)源來的恒定的質(zhì)流速率。在圖1中示出了氣體輔助的液滴齒潔劑系統(tǒng)10。所述系統(tǒng)包括 加壓氣體容器10，已經(jīng)將所述氣體容器IO從外部源加壓至期望的壓強(qiáng)，例如50Bar。當(dāng)然，可以使用其他壓強(qiáng)。 一種這樣的容器是由 不銹鋼制造的，具有0.14m的長(zhǎng)度、55cc的內(nèi)部體積、3 cm的外部 直徑和3mm的壁部厚度。由關(guān)閉閥門13控制來自加壓容器的出口 開口 12。關(guān)閉閥門13的下游是被動(dòng)控制閥門14,位于黃銅輸送管 16的前端處，在本實(shí)施方式中所述黃銅輸送管16具有5 mm的直徑 以及25 cm的長(zhǎng)度。在輸送管部分16的出口處示出為液滴發(fā)生器18， 諸如在上文引用的申請(qǐng)中所示出和描述。就這一點(diǎn)，輸送管部分16 變窄至輸送管部分20，所述輸送管部分20具有約0.5 mm的直徑。 在頂部元件21處從輸送管部分20排出液滴，由來自閥門14的空氣 流加速該液滴并將其引導(dǎo)朝向目標(biāo)，諸如用戶的牙齒。在氣體從加壓容器釋放期間，在容器內(nèi)部和大氣壓之間的壓強(qiáng) 差足夠大，從而在出口區(qū)域的最小部分中產(chǎn)生以聲速排出的氣體。 通過下文的公式確定通過上述系統(tǒng)的空氣的質(zhì)流其中，K是常數(shù)，po是容器中的壓強(qiáng)，To是加壓容器中的溫度，^R/Mm=287 J'kg.'.K-1 ( 乂于于空氣)其中Rg是普遍的氣體常數(shù)，Mm是空氣的摩爾質(zhì)量，并且Ac是 閥門的最小部分的面積，其中空氣速度等于聲速。在氣體釋放期間，容器12中的壓強(qiáng)將從其初始值(在上述例子 中是50Bar)降低至大約大氣壓。根據(jù)上述公式，在等溫條件下， 具有恒定值的開放面積Ac的閥門將導(dǎo)致氣體流隨著容器中壓強(qiáng)的 降低而降低。這導(dǎo)致在系統(tǒng)中氣體速度的降低。對(duì)于隔熱條件來說 這種情況也是如此。在圖2中更為詳細(xì)地示出了圖1中的閥門14，并且閥門14是#皮 動(dòng)控制閥門，這導(dǎo)致在氣體從容器釋放的時(shí)間以及容器10中壓強(qiáng)相 應(yīng)降低的期間，產(chǎn)生恒定的質(zhì)流。通常，在外部配置中，閥門14外
體配置是圓錐形，并且在接觸并且密封輸送管部分16的內(nèi)部表面25 (圖1)的閥門基座處具有小的唇緣(lip) 24，所述輸送管部分16 從加壓箱引出。在示出的實(shí)施方式中，對(duì)于加壓至50Bar的容器， 例如，代表性的閥門14長(zhǎng)度為llmm，而穿過該閥門的開口26具 有0.2mm的直徑。閥門14的壁部厚度從接近加壓容器的底部28處 的6.7 mm增加到在唇緣24處的約10.6 mm。在示出的實(shí)施方式中，閥門14由橡膠制成，然而還可以由其他 柔性的彈力材料制成，諸如例如其他彈性材料。對(duì)于50Bar的加壓 容器，橡膠的硬度是50邵氏A。橡膠化閥門的配置和結(jié)構(gòu)導(dǎo)致來自 5 0 B a r的加壓容器的基本恒定的質(zhì)流體積。在"t喿作中，空氣將以基本恒定的速率流過閥門14中的開口 26; 在開口26末端，壓強(qiáng)將下落至接近大氣的值。由于這種壓強(qiáng)差異， 橡膠閥門14最初將以某種程度向內(nèi)形變，導(dǎo)致較小的局部?jī)?nèi)部直徑。 在示出的實(shí)施方式中，開口的直徑開始大約是0.07mm。隨著容器中 壓強(qiáng)的降低，由于氣體的持續(xù)排出，相對(duì)于大氣壓的壓強(qiáng)差異出現(xiàn) 降低。這降低了控制閥門上的壓強(qiáng)，使其逐漸打開至其正常的內(nèi)部 直徑。所描述的針對(duì)加壓容器而示出的閥門中的開口的大小的增加 速率，是容器中剩余壓強(qiáng)的充分精確的反函數(shù)，從而在氣體從容器 排出期間來自容器的氣體的質(zhì)流保持恒定。面積Ae根據(jù)以下公式隨著容器中壓強(qiáng)而變化Acwp。-°。對(duì)于 Ac，其是容器中壓強(qiáng)的充分精確的反函數(shù)，反參數(shù)a的值優(yōu)選地處 于0.9和1.1之間，更優(yōu)選地是處于0.95和1.05之間，并且最優(yōu)選 地是處于0.98和1.02之間。對(duì)于具有不同壓強(qiáng)的不同加壓容器，閥門14可以具有不同的長(zhǎng) 度、形狀和壁部厚度、不同的標(biāo)稱開口直徑，并且可以包括不同的材料，具有不同的硬度值。這些因子都是可調(diào)整的，用以針對(duì)特定 的加壓容器應(yīng)用產(chǎn)生隨著時(shí)間恒定的質(zhì)流。此外，對(duì)于上述特定容器，重點(diǎn)考慮的是調(diào)整控制閥門的各種物理特征來與壓強(qiáng)相對(duì)應(yīng)， 從而提供開口大小相對(duì)于容器中剩余壓強(qiáng)的反函數(shù)。
橡膠化被動(dòng)控制閥門的另 一優(yōu)點(diǎn)在于，其抑制由震動(dòng)產(chǎn)生的聲 音，該振動(dòng)是由壓強(qiáng)值從在容器中的壓強(qiáng)降低至接近大氣條件的壓 強(qiáng)而產(chǎn)生的。因而，已經(jīng)示出并且描述了針對(duì)加壓容器產(chǎn)生恒定質(zhì)流的被動(dòng) 壓強(qiáng)控制閥門。盡管為了示出的目的已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但應(yīng) 該理解，在實(shí)施方式中可以結(jié)合各種變化、修改和替換，這并不脫 離由下文的權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神。
權(quán)利要求
1.一種用于由加壓氣體容器使用的被動(dòng)控制閥門，包括控制閥門，用于控制來自加壓容器的氣體的釋放，然后釋放的氣體用以加速液滴，其中所述控制閥門包括具有開口穿過其中的橡膠化材料，允許氣體以受控方式從所述加壓容器逸出，其中所述橡膠化材料具有這樣的邵氏硬度值、并且其中所述閥門具有如此的配置相對(duì)于穿過所述閥門的所述開口的大小和在所述容器中的氣體的壓強(qiáng)，當(dāng)氣體從所述容器排出時(shí)，來自所述容器的所述氣體的質(zhì)流隨著時(shí)間大致恒定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制閥門，其中所述氣體是空氣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制閥門，其中所述橡膠化材料是橡膠。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制閥門，其中穿過所述閥門的開口 的橫截面積以與所述容器中氣體壓強(qiáng)的變化呈充分反比的方式來隨 時(shí)間變化，從而來自所述容器的氣體流大致恒定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制閥門，其中所述面積變化的所述 反參數(shù)處于0.9和1.1之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制閥門，其中所述反參數(shù)處于0.98 ,口 1.02之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制閥門，其中所述控制閥門通常是 平頭錐的形狀，其中所述開口大致穿過其中心延伸，并且其中所述 橡膠化材料具有50的邵氏硬度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制閥門，其中所述控制閥門和所述 加壓容器是用于清潔牙齒的流體液滴系統(tǒng)的 一 部分。
全文摘要
用于從加壓容器釋放氣體的控制閥門，其具有開口穿過其中的橡膠閥門，橡膠具有這樣的邵氏硬度、并且所述閥門具有如此的配置相對(duì)于開口大小和容器中的氣體壓強(qiáng)，來自容器的氣體質(zhì)流隨著氣體從容器排出而大致恒定。
文檔編號(hào)F16K15/14GK101213393SQ200680023611
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者K·庫(kù)伊克, M·S·尼博爾, P·C·杜伊尼維爾德 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司