液體分散裝置的製作方法
2023-12-03 01:08:51
專利名稱：液體分散裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括兩根或多根虹吸芯(wick)的裝置，該裝置用於分散液體以實現這樣的目的例如散發香精、空氣清新劑、殺蟲劑、空氣淨化劑或消毒劑、芳香醫療法用劑、防腐劑，以及其它類似的用途。
背景技術：
對於通過隔臭或除臭來在住宅和公共建築內防止空氣傳播氣味的有效手段而言，這一需求已經通過如散發昆蟲抑制劑、芳香醫療法用劑、防腐劑和消毒劑而得到了很好的解決。為實現這些目的已經採用了多種蒸氣分散裝置。常用類型的分散裝置包括驅使液態組合物的微滴進入空氣中的氣霧劑容器、可容納在乾燥時會釋放出蒸氣的膠狀物質的碟狀裝置，以及待蒸發的液體通過虹吸芯來傳輸並暴露在空氣中的芯吸裝置。具有蒸氣從液體到空氣的較慢釋放性能的空氣清新裝置在本領域中是眾所周知的。例如可見美國專利US1994932、US 2597195、US 2802695、US 2804291、US 2942090、US3550853、US 3780260、US 4084079、US 4286754、US 4413779、US4454987、US 4913350和US 5000383。通過加熱源來增強汽化的芯吸裝置也是眾所周知的，例如可見美國專利US 3288556、US3431393、US 3482929、US 3633881、US 4020321、US 4968487、US5038394、US 5290546、US 5364027和US 6478440。還可見美國專利US 4549250、US 4837421、US 4849606、US 5556192、US 5937140和WO 02/30220。
然而，現有裝置依賴於從虹吸芯中蒸發液體，其具有會以不均勻的速率和組成消耗貯液器中的液體的缺點。例如可見美國專利US4663081。蒸發速率的變化通常是在蒸發過程中低揮發性的樹脂部分地堵塞了虹吸芯的蒸發表面所引起的。釋放蒸氣隨時間推移而產生的組分變化也是不均勻蒸發的結果，這是因為液體混合物中的高揮發性成分蒸發較快，因此留下了異於液體初始成分的不均衡成分。
因此，非常期望獲得一種質量傳遞裝置，其可在使液體分散成蒸氣，同時使液相成分在裝置的整個使用壽命、例如30天內基本上保持最初的成分。另外，還期望具備控制液體分散速率的能力，並使用電子或機械裝置如定時器、傳感器、開關或遠程控制裝置來進行控制。尤其期望能夠隨意地啟動和停止液相到蒸氣相的分散，或甚至在不同的時間分散不同的液體溶液。此外，在某些情況下活性成分需要在溶液中保持穩定，只有在與第二液體或催化面發生反應時才釋放出來。
發明內容
因此，本發明提供了一種用於分散或散發液體的裝置，其包括容器、噴管裝置、副虹吸芯和控制裝置，其中容器包括敞開端和液體；噴管包括主虹吸芯、與液體流體連通的第一端，以及延伸穿過容器敞開端並具有開孔的第二端；主虹吸芯從該開孔中伸出；副虹吸芯延伸到鄰近於主虹吸芯；和副虹吸芯與控制裝置牢固地相連，該控制裝置可控制主虹吸芯和副虹吸芯之間的距離。
圖1是容器的局部剖視圖。
圖2A顯示了具有由螺線管控制的副虹吸芯的容器，其中顯示了主虹吸芯的暴露在大氣中的尖端，使得主虹吸芯從噴管的開孔中伸出。
圖2B顯示了具有由包括線圈和觸點的繼電器來驅動的副虹吸芯的容器。
圖2C顯示了與鼓狀物接觸的兩個容器，該鼓狀物具有副芯吸面和非芯吸面並由電動機來驅動。
圖2D顯示了本裝置的一個實施例，其結合有主虹吸芯、副虹吸芯、繼電器、電源輸入端、也可以是夜光燈的加熱器，以及具有通風孔的殼體。
圖2E顯示了可裝有被芯吸到一根副虹吸芯上的不同液體的兩個容器。
圖3是本裝置的優選實施例的示意圖。
具體實施例方式
圖1顯示了優選的容器或貯液器10。容器10可以是任意的傳統器皿、瓶子或類似裝置，並可以被封閉物或蓋子20密封。容器10可以裝有待散發或分散的液體或流體11。一個優選的容器是具有噴管裝置12的圓形瓶子。噴管12可以是任何形狀或形式，優選為大致管狀的形式。噴管12的一端與流體11流體連通。另一端14優選向上貫穿容器開口13。端部14具有開孔或開口，其直徑為約0.01到約5毫米，優選為約0.1毫米到約5毫米，更優選是小於1.5毫米。噴管裝置12伸出開口13的部分可為任意的長度，只要它能夠通過噴管12合理地分散液體11即可，例如為約1到約50毫米。噴管裝置可以用任意材料製造，例如，諸如聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和尼龍的聚合物或塑料，或者是金屬或玻璃。優選的是，噴管由與製造容器10的相同材料如塑料製成。噴管的直徑為約2毫米到約15毫米，優選為約5毫米到約10毫米。在噴管內含有在這裡常被稱作主虹吸芯的虹吸芯(標號為16)，該虹吸芯可用能夠進行芯吸的任一種材料製造，例如棉花、聚丙烯纖維、玻璃纖維，或者其它常用於芯吸用途的任意材料，或者其中兩種或多種材料的組合。主虹吸芯16優選向外和向上延伸穿過端部14上的開孔，並且位於端部14的上方約0.01到約5毫米，更優選是小於1毫米，這一端在圖1中被稱作尖端15。開口13優選具有外螺紋或壓配式連接結構，以便可與蓋子20輕鬆連接。如果開口13具有外螺紋，那麼蓋子20就容器開口13處設有內螺紋連接結構。儘管端部14可以為任意形狀，然而端部14優選為錐形，例如為尖錐形狀。
容器10可結合有用於散發液體11的副虹吸芯或芯吸裝置31。副虹吸芯31具有暴露在空氣或蒸氣中的一定表面積，該表面積是主虹吸芯的暴露表面積的至少2倍、優選5倍、更優選至少15倍、最好是25倍以上。主虹吸芯和副虹吸芯均可以是芯吸組合物的片材，其可以是平面的形狀、倒置或直立的籃子形狀、圓柱體形狀、球狀、圓錐形狀、碗狀，或者其它取決於需要和個人喜好的形狀。也可以是棉球或類似玻璃棉的材料，或者是類似海綿體的組合物。作為選擇，可在虹吸芯16和31、特別是副虹吸芯31上塗上一層活性面或催化面，以便增強可釋放活性成分的化學反應。在副虹吸芯31上可包含或浸漬有可與液體11直接反應而產生二級產物以便例如提供空氣除臭的材料。主虹吸芯和副虹吸芯可以用相同或不同的芯吸材料製造。其示例包括玻璃纖維；玻璃棉；天然聚合物，例如纖維素如紙和棉花；人造聚合物，例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯以及各種橡膠、人造橡膠和尼龍；或者其中兩種或多種材料的組合。該材料的形式可以是紙、織物、纖維、多孔海綿、基於芯吸作用的寫字筆，或者其中兩種或多種材料的組合。
圖2A、2B、2C、2D和2E顯示了本發明的一些優選實施例。在圖2A中，芯吸裝置30包括與容器10的尖端15緊密相鄰的副虹吸芯31，以及可控制虹吸芯31和尖端15之間的距離的控制裝置32。虹吸芯31可以是上面公開的任意形式或形狀。圖2A和2E顯示了碗狀或籃子狀。圖2B和2D顯示了倒置的碗狀或籃子狀。圖2C顯示了鼓狀。用語「鄰近」指的是兩個物體之間的緊密距離。這裡的距離指虹吸芯31的外層與主虹吸芯16的尖端15之間的距離，該距離可處於緊密接觸到約15毫米的範圍內。在例如使用圖2A和2E所示的籃子形狀時，副虹吸芯可具有任意長度、大小或厚度(例如，0.5到5釐米的周長，0.01到5釐米的深度以及0.01到50毫米的厚度)。
主、副虹吸芯優選能夠相對運動，以便於保持或斷開這兩個虹吸芯之間的接觸。這樣，當主、副虹吸芯接觸時，液體11可從主虹吸芯流到副虹吸芯，直到從容器10中芯吸出來的液體使副虹吸芯飽和為止。本發明提供了一種裝置，其可使主、副虹吸芯相對運動，以便提供虹吸芯的接觸，從而使液體可以從主虹吸芯流到副虹吸芯，或者使兩個虹吸芯分開以停止這種流動。合適裝置的示例可以是手動或電氣式驅動的裝置，它們可以由開關裝置、定時裝置、傳感器、遠程控制裝置或其它的裝置來控制。同樣，合適裝置的示例包括在副虹吸芯的附近使用加熱裝置來幫助蒸發，例如使用電阻加熱器或夜光燈。
除了虹吸芯31之外，芯吸裝置30還可包括控制裝置32(圖2A)、42(圖2B和2D)、52(圖2C)或62(圖2E)，其可通過例如金屬或塑料的連接裝置33與虹吸芯31連接。控制裝置用於調節主虹吸芯和副虹吸芯之間的接近程度。可以使用任何可自動或手動地控制該運動的裝置。由於這種控制裝置對於本領域的技術人員來說是眾所周知的，出於簡潔而在這裡略去了對該裝置的詳細描述。在這些圖中顯示了一些示例。例如，圖2A所示的控制裝置是螺線管，其可在電流流過時充當磁體，從而控制副虹吸芯31的運動。圖2B和2D所示的控制裝置由具有線圈42和觸點43的繼電器來驅動。圖2C所示的控制裝置由電動機52來驅動，該電動機例如可以是用於交替地分散兩種不同液體的電鐘用電動機。圖2C中，兩個容器10均與具有虹吸芯31和非芯吸材料53的鼓狀物50接觸。
圖2D顯示了該裝置的一個實施例，其包括結合有主虹吸芯16和副虹吸芯31的容器10、繼電器41、電源輸入端71、也可用作夜光燈的加熱器72，以及可用例如聚合材料製成的殼體80，該圖還顯示了用於使蒸氣逸出到大氣中的通風孔。
圖2E顯示了本發明裝置的另一個實施例，該裝置包括兩個容器，兩個容器10各自裝有不同的液體11，每種液體在周圍環境下均可保持穩定，這些液體被芯吸到可能在其上含有催化劑的一根副虹吸芯31上。被芯吸到副虹吸芯上的液體會發生反應，產生所需的產物，例如氣味淨化劑。副虹吸芯通過電磁鐵62結合槓桿支點63的作用來運動，如圖2E所示，或通過本領域的技術人員眾所周知的任意裝置來運動。虹吸芯顯示為由電磁鐵的作用來運動，但也可通過可以是定時裝置的包括電動機的任意裝置來運動。其中一種液體可以是含有處於穩態下的活性成分的溶液，而另一種溶液在與副虹吸芯31接觸時可與穩態形式的活性成分發生反應。或者，虹吸芯31可以是催化活性的，或含有催化劑來催化這些液體之間的反應，以便生成優選處於蒸氣或氣體形式下的另一種流體，例如消毒劑或諸如二氧化氯的氣味淨化劑。
圖3顯示了包括殼體90和容器10的優選裝置。容器10裝有可分散為蒸氣的液體11。噴管12向上地緊固在容器10內，並且延伸穿過容器10上的敞開端13。噴管12的一端與液體11流體連通。噴管包括伸出噴管端部14而成為尖端15的主虹吸芯16。主虹吸芯上的處於尖端14之外的部分在約0.01到約5毫米內。端部14上方的尖端越短，液體11的蒸發速率就越慢。
容器10可緊固在殼體90中，該殼體包括各具開口的上端95和下端96，以及第一壁97和第二壁98。例如，容器10可以緊密地配合到殼體中，並通過殼體90中的壁97和98的變形91和/或92而卡住。殼體90可選擇性地裝有加熱件100(帶有電氣輸入端34)，該加熱件優選位於容器10的相對端，還可裝有可動的第二殼體35，其優選為圓柱形狀，可用例如陶瓷、金屬、玻璃、聚合物、塑料等或者這些材料的組合來製造，該第二殼體35包含有副虹吸芯31。在這裡使用圓柱體來描述第二殼體35，然而也可容易地使用其它形狀。圓柱體35可以緊固在殼體90內的加熱元件的開口處，以便它在優選實施例的開口內在垂直方向上容易地運動。例如，圓柱體35擱在限位裝置36上，該限位裝置可移動圓柱體，使得副虹吸芯與主虹吸芯尖端15接觸或不與主虹吸芯接觸。例如，該限位裝置可以是通/斷開關37，並可手動地或通過電子裝置來操作。副虹吸芯相對於圓柱體的優選位置處於圓柱體的下開口(最接近主虹吸芯的開口)處。該圓柱體可以由加熱件100來加熱，加熱件100將熱量傳送到副虹吸芯的外緣上，以增強所芯吸液體的蒸發。主虹吸芯定位成使得從加熱件到主虹吸芯的傳熱是低效率的。加熱對於含有低揮發性液體的混合物來說可能有用。備選熱源可以是通過電阻式加熱、使用夜光燈或其它裝置來得到。還可包括裝有待分散液體並與裝有電子裝置和副虹吸芯的殼體裝置分開的容器。該分開的容器允許在殼體中插入替換物。
總的來說，圖2A的實施例顯示了主、副虹吸芯，以及用於移動副虹吸芯而使其與主虹吸芯接觸和分離的螺線管。圖2B顯示了類似的實施例，然而副芯吸裝置通過繼電器裝置而運動到與暴露在大氣中的主虹吸芯表面接觸或分離。圖2A或2B中的對副虹吸芯運動的控制可以用簡單的槓桿來手動地移動副虹吸芯或者使用包括電動機的其它電子裝置來代替。圖2C顯示了採用不只一個容器經由鼓裝置上的副虹吸芯來分散兩種液體。當一個容器裝置的主虹吸芯接觸到鼓狀物表面上的副虹吸芯時，第二容器的主虹吸芯不與芯吸面接觸，或者與非芯吸面接觸。在這種情況下，鼓狀物可以轉動，使得每一個主虹吸芯與芯吸面和非芯吸面交替地接觸。鼓狀物可以通過電鐘用電動機來轉動，使其成為延時釋放裝置。圖2D顯示了位於殼體內的容器，該殼體還裝有用於移動副虹吸芯以使其與主虹吸芯的暴露在大氣中的表面接觸和分離的裝置。可結合加熱裝置來輔助液體從副虹吸芯表面上的蒸發。可提供一種可以是110或220伏交流電或電池的供電裝置。用於相對主虹吸芯移動副虹吸芯的裝置可以通過手動控制、開關、定時裝置、傳感器、遠程信號等來控制。圖2E描述了使用本發明來釋放穩態下的活性成分的裝置，這是通過在副虹吸芯表面處與含有活性元素的第二液體發生反應來實現的。圖2E還顯示了兩個源自分離的貯液器的主虹吸芯，這兩根虹吸芯與同一副虹吸芯接觸，以便發生化學反應而釋放所需的活性成分。
將由本文所述裝置來分散的液體可以從各種各樣的適於蒸發到大氣中的材料中選擇，例如選自空氣清新劑、香精、芳香醫療法用劑、氣味衝消劑和淨化劑、脫臭劑、殺菌劑、消毒劑、空氣清潔劑、殺蟲劑、驅蟲劑、醫用化合物及其混合物的活性成分。在這些材料中香精和空氣清新劑是最常使用的，其包括一種或多種可從香料供應商如美國的Quest and International Flavors Fragrances公司以及其它的銷售商或製造商如Givaudan-Roure公司、Firmenich公司、Noville公司和Takasago公司中買到的有機化合物。這些材料可以是人造的或天然衍生的，其可能含有諸如酮、醛、酯、醇、萜烯、醋酸鹽、油、溶劑等成分。香精可以是天然和人造化合物的簡單組合物或複雜混和物。
容器10中的液體成分需要甚至在持續使用多達10天、優選為20天、更優選為30天後也沒有可察覺的變化。與其中高揮發性成分比低揮發性成分以更快的速率從主虹吸芯中分散出來的蒸發裝置不同，在本發明的裝置中，主虹吸芯用來將液體傳輸到副虹吸芯上。主虹吸芯只有一小部分區域暴露在會產生蒸發的空氣中，但當主虹吸芯與副虹吸芯接觸時，如果副虹吸芯處於液體的不飽和狀態下，那麼液體將從主虹吸芯流向副虹吸芯。這種由液體的表面張力所驅動的在這裡稱為芯吸的液體流動使得主虹吸芯上的任何殘餘物將被溶解並傳輸到副虹吸芯上。這一機理減少了貯液器和主芯吸材料中的液體成分變化。在副芯吸材料上會形成殘餘物積聚，但由於副虹吸芯中的液體流動遠離兩根虹吸芯的接觸點，因此殘餘物將積聚在液體芯吸的最遠端區域，因而只會最低限度地阻塞副虹吸芯。副虹吸芯的蒸發表面優選是主虹吸芯的至少5倍，更優選是25倍以上。副虹吸芯的大表面積進一步減少了與阻塞有關的問題。同樣，如圖2D所示，在鼓狀面上旋轉並由相對於主虹吸芯的運動來露出新鮮表面的虹吸芯也更不容易堵塞。
由在虹吸芯蒸發表面處的低揮發性成分積聚所導致的成分變化導致了所釋放液體的緩慢變化。另外，同種液體的長期釋放會導致嗅覺疲勞。在本文公開的裝置中，通過以在一段較長的時間如一整夜中切斷虹吸芯之間的液體流動的方式來操作該裝置，便可減輕這些不足之處。一旦虹吸芯之間的接觸被破壞，從主虹吸芯到副虹吸芯的液體流動便中止。由於暴露在空氣中的表面積較小，因此主虹吸芯表面的蒸發很小。從副虹吸芯中蒸發出來的液體未被補充，虹吸芯開始乾燥，結果是從副虹吸芯中分散出來的蒸氣減少。殘留在虹吸芯上的低揮發性成分將以比高揮發性成分更慢的速率釋放，由於沒有虹吸芯之間的液體傳輸，因此其最後將下降至嗅覺感知的閾值以下。可以通過加熱副虹吸芯來加快這個過程。低於感知閾值的持續蒸發為下一次接觸周期清理了芯吸表面。在虹吸芯不發生接觸的時間內，液體從容器中以非常慢的速率通過源自主虹吸芯暴露在大氣中的很小表面區域中的蒸發而分散出來。處於「斷開」位置的較低液體分散速率相對於「接通」位置而言保存了液體，同時也延長了裝置的使用壽命。假如需要的話，第二種不同的液體可以在第一種液體處於「斷開」或非接觸模式的期間內被分散出去。
本發明的裝置為蒸發速率提供了一種控制機理，這是通過控制副虹吸芯暴露在大氣中的表面積的大小或兩根虹吸芯相互接觸的時間來實現的。如果希望不受理論的限制，那麼虹吸芯的接觸時間越短，從副虹吸芯中通過蒸發作用而分散出來的液體就越少。同樣，具有較小表面積的副虹吸芯在液體飽和時可比具有較大表面積且同樣飽和的虹吸芯分散出更少的蒸氣。一旦任一虹吸芯處於飽和狀態，液體的流動就等於蒸發速率。大表面積虹吸芯的蒸發速率在理論上更高；所分散的液體量也更大。因此，液體的分散速率可以手動地來控制，這是通過使虹吸芯相互接觸或分離或通過選擇不同尺寸的虹吸芯來實現的。同樣，可以用類似機構來實現液體到蒸氣的分散速率的電子式控制。電子式控制可以通過開關、傳感器、定時器、遠程控制裝置等來實現。
權利要求
1.一種裝置，包括容器、噴管、副虹吸芯和控制裝置，其中，所述容器包括敞開端和液體；所述噴管包括主虹吸芯、緊固在所述容器中並與所述液體流體連通的第一端和延伸穿過所述敞開端並具有開孔的第二端；所述開孔的直徑優選在0.01到5毫米之間；所述主虹吸芯從所述開孔中伸出；所述副虹吸芯延伸到鄰近於所述主虹吸芯；和所述副虹吸芯與控制裝置牢固地相連，所述控制裝置可控制所述主虹吸芯和所述副虹吸芯之間的距離，例如為螺線管、繼電器、電動機或電磁裝置。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述開孔的直徑小於1.5毫米。
3.根據權利要求1或2所述裝置，其特徵在於，所述副虹吸芯的表面積是所述主虹吸芯的表面積的至少5倍，優選為至少25倍，所述表面積指暴露在大氣中的面積。
4.根據權利要求1、2或3所述的裝置，其特徵在於，所述主虹吸芯或副虹吸芯由紙、聚合物、纖維、棉花、玻璃棉、海綿狀材料或其中兩種或多種材料的組合。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的裝置，其特徵在於，所述液體是一種或多種空氣清新劑、香精、芳香醫療法用劑、氣味衝消劑和淨化劑、脫臭劑、殺菌劑、消毒劑、空氣清潔劑、殺蟲劑、驅蟲劑、醫用化合物或其中兩種或多種的組合。
6.根據權利要求1、2、3、4或5所述的裝置，其特徵在於，所述副虹吸芯包括催化劑。
7.根據權利要求6所述的的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括殼體，所述殼體具有第一壁和第二壁，以及緊固在其內的所述容器和第二殼體；所述第二殼體包括所述副虹吸芯。
全文摘要
提供了一種用於分散或散發液體(11)的裝置，其包括容器(10)、噴管裝置(12)、副虹吸芯(31)以及控制裝置，其中容器包括敞開端(13)和液體(11)；噴管包括主虹吸芯、與液體流體連通的第一端，以及延伸穿過容器敞開端並具有開孔的第二端；主虹吸芯從該開孔中伸出；副虹吸芯延伸到鄰近於主虹吸芯；並且副虹吸芯與控制裝置牢固地相連，該控制裝置可控制主虹吸芯和副虹吸芯之間的距離。
文檔編號A61L9/12GK1780646SQ200480011763
公開日2006年5月31日 申請日期2004年4月30日 優先權日2003年5月1日
發明者C·N·麥克埃文 申請人:納幕爾杜邦公司