用于生成為了表面清潔和清掃的脈沖和振蕩空氣流的方法和射流裝置的制造方法
【專利說明】用于生成為了表面清潔和清掃的脈沖和振蕩空氣流的方法和射流裝置
發明背景
優先權要求和相關申請的交叉引用
[0001]本申請要求在2013年4月3日提交的且名稱為“用于吹葉機、吹風機、振動呼吸和噴漆應用的射流裝置以及方法(Fluidic apparatus&method for leaf blower, hairdrier，oscillatory breathing and paint spraying applicat1ns)，，的共有擁有的美國臨時申請號為61/807，958的申請的優先權，其全部公開內容通過引用并入本文。本申請還涉及在2011年5月13日提交的且名稱為“流體流驅動脈沖生成射流振蕩器(FluidStream Powered Pulse Generating Fluidic Oscillator) ”的共有擁有的美國非臨時申請號13/107，848的申請，以及公告于1987年2月24日且名稱為“空氣清掃除霜器(Air SweepDefroster) ”的共有擁有的美國專利4，644，854，其全部公開內容通過引入并入本文。
發明領域
[0002]本發明通常涉及用于生成脈沖和振蕩空氣流的方法，用于在草坪清掃或者其它草坪護理應用中使用，用于吹葉子、用于表面干燥、清潔或者清掃和用于在該處可以有利地使用這種空氣流的其它應用，以及用于為了產生或者引導這種空氣流的裝置。
現有技術討論
[0003]可以控制氣動栗和電動栗以生成加壓液體或者氣體的周期性脈沖。用于這樣做的現有技術的系統通常需要控制回路，該控制回路周期性地對栗供電或者其控制轉換閥以生成所需的加壓脈沖序列。制造和維護復雜的現有技術系統是昂貴的。
[0004]加壓空氣流在不計其數的應用中使用；兩個非常有限的且有特色的實施例包括:壓縮空氣罐，其能夠用于從表面清潔灰塵，以及風扇，其用于為草坪器材(諸如吹葉機)提供集中且加壓的空氣流。在吹葉機的實施例中，眾所周知的是，在使用常規器材(諸如手持式耙或者電動機驅動的清掃器)中，障礙物(諸如停在停車位的汽車)使得必須留下部分未清潔的區域，而如果用吹葉機清潔相同區，那么就有可能吹走在停放的汽車下面的垃圾，從而提高效率，節省時間并且改善效果。美國專利7，185，393示出了吹葉機的一種配置，該吹葉機通常包括至少一種風扇組合件以生成大體上連續的速度恒定的加壓空氣流，以及包括管狀導管或者噴嘴，其集中流，因此該流可以由操作者操縱或者瞄準以便朝向廢棄物的待清潔表面引導空氣流。用戶經常在清掃運動中橫向移動吹葉機以從待清潔表面移動廢棄物，但是在該橫向清掃運動中移動吹葉機的導管或者噴嘴導致操作者疲勞。同樣地，在壓縮空氣容器(例如，如被包裝在Dust Off?產品中)的實施例中，用戶必須移動整個壓縮空氣源以產生清掃運動來達到所需的效果。
[0005]為了消除對移動整個空氣流源的需要以便得到用于在清潔表面中使用的加壓空氣清掃運動，已經開發了用于各式各樣的用途的清掃噴射式射流振蕩器。用于在汽車擋風玻璃上的除霜和除霧操作的這種振蕩器的使用，例如公開在Kakei等人的美國專利號為3，832，939和3，745，906的專利、Stouffer的美國專利號為4，250，799的專利(及其分案)，以及Stouffer等人的美國專利號為4，644, 854的專利中。在Kakei等人的專利中，公開了用于除霜目的的清掃噴射式振蕩器的幾種形式，其中一種形式包括射流振蕩器，在其中一對交叉的反饋管接收從振蕩器喉嚨部分下游的出口流出的部分空氣，并且將空氣返回至一對控制端口。在Stouffer的'799專利中，利用了振簧振蕩器，其顯著減少所需的空間量，但在該設備中，振簧的加重端穿過噴射流或者氣流的運動在汽車的封閉范圍內造成乘客可察覺的嗖嗖聲。
[0006]在Stouffer等人的美國專利號為4644，854的專利中，通過使射流振蕩器相對短，減少了由汽車中用于除霜系統的射流振蕩器所占據的體積空間。該振蕩器是這樣的類型，其具有強力噴嘴、一對緊靠強力噴嘴并且在其下游的控制端口以及將控制端口相互連接的連續慣性環路。流量矯正器優選正好用在振蕩器到汽車導管系統的歧管裝置處，從而減小管道系統到強力噴嘴的長度，并且從而確保進入強力噴嘴的氣流更均勻和對稱的速度輪廓。流體慣性是加速在通路中的流體質量所需壓力的測量，從而與通過管子或通道的流相關聯，并且是其長度和橫截面面積的函數。由于所用的射流振蕩器對慣性環路的橫截面面積比對其長度更敏感，即流體流對橫截面的驟然變化敏感，尤其是在連續慣性環路的橫截面面積中的突然減小，所以該發明的重要特征是避免在連續慣性環路中流體流的方向或者橫截面面積的驟然變化。
[0007]在強力噴嘴中出于空氣流轉換目的已經建議使用電磁鐵來調節控制端口閥用于在車輛中使用，但是這招致不必要的復雜性，并且需要長度至少5W的流體邏輯元件以獲得足夠的清掃角度，其中W是強力噴嘴的寬度。基于將射流元件的一對控制端口相互連接的連續通道或者環路的射流振蕩器是本領域已知的，例如在Van Nostrand的科學百科全書(Scientific Encyclopedia)(第六版)第1235頁所公開的。此外，Izumi等人的美國專利號為4，416，192,4, 407, 186和4，393，898的專利公開了具有電磁控制的射流技術在汽車中空氣的定向控制中使用。
[0008]專利6，767，331公開了一種按摩裝置，因此是本發明唯一感興趣的【背景技術】，該專利示出了連接至包含射流開關的結構的可充氣囊袋，射流開關用于生成隨時間變化的囊袋充氣流體流，其中壓力從在射流回路中的囊袋“恢復”，射流回路具有輸出端口，輸出端口向大氣敞開以及向通風口敞開。'331專利沒有描述將流體的連續脈沖供應輸送至輸出端的方式，但是盡管如此，其全部通過引用并入本文。
[0009]盡管上述的現有技術示出了在相對小的系統中振蕩流體流的產生是已知的，但是為了克服現有技術的問題，需要一種經濟的、便宜的和可靠的系統和方法，用于生成加壓氣體的振蕩或者脈沖流，其適用于大型且耐用器材，諸如草坪器材和清洗器材。
【發明內容】
[0010]根據本發明的裝置和方法，以其在所示實施方式中為例，描述了新穎的射流設備，該設備實現了在所選應用中改進的性能，包括用于與具有諸如可以在利用風扇或者鼓風機的產品中找到的壓縮空氣源的器材一起使用的實施方式。根據本發明的優選形式，這樣的器材可以包括諸如吹葉機等的器械或者工具。
[0011]簡單地說，根據本發明的脈沖可變流體流或者流動，在配置成用于在表面清潔、清掃、草坪護理應用等中使用的設備中，通過射流裝置由加壓空氣流產生。收縮噴嘴組合件限定了具有平滑正弦輪廓的錐形內腔，其配置成在強力噴嘴處生成具有最小壓降的高速流。在強力噴嘴的下游，第一和第二控制端口與高速流流體連通并且經由選定的橫截面面積和長度的慣性環路彼此流體連通。在控制端口的下游的渦流區與慣性環路配合以引起下游空氣流的周期性變化，并且在強力噴嘴和渦流區的寬度以及慣性環路的長度和直徑之間的差異共同起作用以確定周期性變化的頻率。變化的空氣流被引導通過出口腔室，使出口腔室成形以產生振蕩流或者脈沖流。以其最簡單的形式，慣性環路可以是與控制端口鏈接的軟管。
[0012]更具體地，根據本發明的優選形式的氣態流體振蕩或者脈沖生成射流裝置由附件或者噴嘴組合件組成，附件或者噴嘴組合件是具有入口段、強力噴嘴段和出口段的三段式射流結構，所有段都具有彼此流體連通并且與中心軸線對齊的腔。該附件可連接至加壓流體源，并且根據附件的組件的相對尺寸來提供進行振蕩或者脈沖的可變流體排出流或者出口流。
[0013]噴嘴組合件或者附件的入口段具有用于在壓力下接收流體的大的近側入口孔，以及具有在空氣流方向的下游向內逐漸減小直到喉部的內部正弦腔，該腔在遠端終止于限定在強力噴嘴段內的較小強力噴嘴孔中，同時該孔具有選定的強力噴嘴寬度。強力噴嘴段具有從強力噴嘴孔向下游延伸的發散內腔區域，并且在遠端終止于由寬度大于強力噴嘴孔寬度的渦流區限定的第二較大腔區域中，渦流區的寬度限定出口段的開始。強力噴嘴段還具有處于強力噴嘴段的相對的兩側上并且位于強力噴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均與強力噴嘴腔流體連通，并且在強力噴嘴腔內在中心軸線的相對的兩側彼此對準。控制端口 CP1和CP2通過已知為慣性環路的管狀腔或者導管彼此鏈接。
[0014]出口段具有可配置成從