用於在洩漏最少的條件下以霧化形式分配液體的方法和設備的製作方法

2023-05-27 13:21:26

專利名稱：用於在洩漏最少的條件下以霧化形式分配液體的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及以霧化液滴形式對液體進行分配，尤其是涉及用於在溢漏量最少的條件下對液體進行霧化分配的新穎方法和設備。
對相關現有技術的描述美國專利No.5164740和No.5938117展示並描述了用於將一種液體以微小液滴形式分配到大氣中的裝置。這些裝置包括有一個薄的孔板，在該孔板上成形有貫通延伸的微孔。孔板以一個高頻率進行震顫，同時待分配液體與該孔板的下側面保持接觸。孔板的震顫運動會迫使液體通過該孔板上的微孔泵送出去，並且從其上表面噴射到大氣中。
美國專利No.5518179展示了一種類似的液體分配器，其中，使用了一個諸如吸液繩這樣的毛細管進料裝置將待分配液體從一個貯液器中向上抽吸至震顫著的孔板的下表面。
類似的震顫式液體分配器還在美國專利No.4790479、No.4793339、No.5518179、No.5529055以及No.5915377中給予了展示和描述。
對蒸汽進行分配也是公知的，所述蒸汽比如為香料、空氣清新劑以及其它芳香劑，它們位於一種凝膠或者一種固體懸浮液中。這種蒸汽分配裝置在美國專利No.5419879、No.5575992、No.5637401、No.5647052、No.5788155以及No.5885701中給予了展示和描述。
當使用一個震顫板式分配器來霧化某些諸如液態香料和液態空氣清新劑這樣的低粘度液體時，會遇到一個問題。這些液體易於穿過非常微小的孔；並且液體還有可能穿過分配裝置的配合表面發生滲漏和洩漏。當將一個經過重新灌裝後的貯液器安裝到分配裝置中時，還存在有洩漏的危險。
儘管已經知道通過一種凝膠或者膠質固體懸浮液來對某些香料和芳香劑進行分配，但是這些香料和芳香劑會從固體懸浮液中揮發並且以蒸汽形式擴散出去。由於所述懸浮液太粘稠以致於無法通過一個諸如震顫孔板這樣的液體霧化裝置上的微孔，因此無法以液滴形式分配這些香料和芳香劑。
對本發明的概述本發明基於這種發現而完成，即通過在一種固體懸浮液與一個震顫孔板之間設置一個毛細管構件，懸浮液中的液體成分會與懸浮液中的其它物質分離開，由此這些液體可以被泵送通過孔板上的小孔，並且以霧滴形式分配到大氣中。
根據本發明的一個方面，在這裡提供了一種用於產生霧化液滴的新穎裝置。這種新穎裝置包括有一個孔板，該孔板被製成帶有沿著一給定方向貫通延伸的微孔，和一個震顫器，該震顫器被設置成沿著所述給定方向以高頻率震顫所述孔板。一個貯液器被置於孔板下方，並且其中盛裝有一種待霧化液體。在貯液器內，所述液體被保持在一種固體懸浮液中。一個毛細管構件與貯液器內部的液體發生接觸，並且從貯液器向上延伸至所述孔板。利用這種裝置，所述液體被從固體懸浮液中分離出來，穿過孔板上的小孔進行泵送，並且以霧化液滴形式噴射到大氣中。由於所述液體在貯液器內位於一種固體懸浮液中，因此其具有很高的體積粘度，難以洩漏或溢漏。
根據本發明的另一方面，在這裡提供了一種用於將一種液體以霧化微滴形式分配到大氣中的新穎方法。該新穎方法包括有下述步驟，製取一種含有待分配液體的固體懸浮液；迫使所述液體從固體懸浮液通過一個毛細管構件被向上抽吸至一個震顫著的孔板的下表面。所述液體被從固體懸浮液中分離出來，穿過孔板上的小孔進行泵送，並且以霧化微粒形式噴射到大氣中。
對附圖的簡述附

圖1是一個平面視圖，示出了一個根據本發明一實施例的震顫器霧化裝置。
附圖2是附圖1中所示震顫霧化裝置與一個貯液器的正視圖，所述貯液器用於向霧化裝置供送液體；而附圖3是附圖2中由Fig3標識出的區域的經放大的局部視圖。
對一個優選實施例的詳細描述附圖1中所示出的震顫霧化裝置包括有一個圓環狀的壓電致動構件10，該壓電致動構件10具有一個內直徑中心孔12和一個圓形孔板14，該圓形孔板14橫跨內直徑孔12在致動器的下側面上延伸，並且略微疊置在致動器的內部區域15上。在疊置區域15處，孔板14被固定在致動器10的下側面上。任何合適的粘合措施均可以使用，以將孔板14固定到壓電致動構件10上；但是，當該裝置被用於對腐蝕性或者侵蝕性液體進行霧化時，最好將孔板焊接在壓電構件上，其中，所述腐蝕性或者侵蝕性液體會軟化某些粘合劑。還有，孔板14的外徑可以與致動構件10的外徑一樣大，以便在該致動構件10一側的整個表面上延伸。應該明白的是，孔板14還可以被固結在致動器10的上側面上。
壓電致動構件10可以由任何具有壓電性能的材料製成，所述壓電性能會導致其尺寸沿著一個與所施加電場方向垂直的方向發生改變。因此，在所圖示出的實施例中，當橫穿其上下表面施加一個交變電場時，壓電致動構件10將沿著一個徑向發生延展和回縮。壓電致動構件10比如可以是一種由鋯鈦酸鉛(PZT)或者偏鈮酸鉛(PN)製成的陶瓷材料。在這裡所圖示出的實施例中，壓電致動構件的外徑大約為0.382英寸，厚度大約為0.025英寸。中心孔的內徑尺寸大約為0.177英寸。這些尺寸並非關鍵之處，僅為舉例而給出。致動構件10的上下表面上均包覆有一個導電塗層，比如銀、鎳或者鋁，以允許將孔板與電導線焊接起來，並且允許通過所述電導線橫跨該致動構件施加電場。
所圖示實施例中孔板14的直徑大約為0.250英寸，厚度大約為0.002英寸。孔板14被製成帶有一個略微隆起的中部區域16和環繞在其周圍的凸緣區域18，該凸緣區域18在隆起的中部區域16與該孔板被固接在致動器10上的區域之間延伸。隆起的中部區域16的直徑大約為0.103英寸，其在孔板所處平面之外延伸大約0.065英寸。隆起的中部區域包含有若干個(比如85個)小孔20，這些小孔20的直徑大約為0.000236英寸，相互之間大約間隔0.005英寸。在凸緣區域18中成形有一對沿著直徑方向相對的較大通孔22。這對通孔22的直徑大約為0.029英寸，並且允許液體自由地流過其中。還有，在這裡給出的尺寸並非關鍵之處，僅用於圖示出的一個特定實施例。還應該注意的是，儘管在這裡描述了一個隆起的孔板，但是也可以採用具有其它構造的孔板，比如具有類似於一個迴旋膜片或者波紋膜片形狀的孔板。
將會注意到的是，包含有小孔20的中部區域16的隆起構造，增強了該區域的上下運動幅度，從而改善該孔板的泵送和霧化作用。儘管隆起的中部區域在構造上呈球形，但是該區域也可以採用其它構造。比如，中部區域16可以具有一個拋物線或者弓形形狀。可以使用除隆起之外的其它措施來對中部區域16進行補強。例如，可以使用如美國專利No.5152456中示出的支撐件，該支撐件帶有間隔設置的增厚構件。
孔板14最好通過電鑄技術製成，並且在電鑄過程中成形小孔20和通孔22。但是，孔板也可以通過其它工藝製成，比如滾軋工藝，小孔和通孔可以單獨成形。為了便於製造，在已經於孔板上成形小孔20之後使得中部區域16發生隆起。
儘管也可以採用其它材料，但是孔板14最好由鎳製成，以提供足夠的強度和柔性來在孔板經受撓曲作用力時保持孔板的形狀。鎳鈷和鎳鈀合金也可以使用。
壓電致動構件10可以以任何合適的方式支撐起來，不僅能夠保持其處於給定位置並且能夠避免影響其震動。因此，致動構件可以被以一種墊圈式安裝操作(未示出)支撐起來。
壓電致動構件10的上下表面上均包覆有一個導電塗層，比如銀、鋁或者鎳。正如在附圖2中所示出的那樣，導線26和28被焊接在致動構件10上下表面上的導電塗層上。這些導線從一個交流電壓電源(未示出)延伸出來。
一個液體貯液器30被安裝在致動構件10和孔板14的下方。該貯液器中盛裝有一種固體懸浮液31，該固體懸浮液31中包括有待霧化的液體。一個吸液繩32從貯液器內部延伸至孔板14的下側面，以便其上端部(即其發生圈結並且從貯液器中突伸出來的地方)在小孔20處與中部區域16的孔板輕微接觸。吸液繩32的上端部還發生橫向延伸，以便其直接位於較大通孔22的下方，並且與較大通孔22直接液連通，正如在附圖3中所示出的那樣。實際上，所述吸液繩可以呈圓環狀，並且其直徑大於隆起的中部區域16。
吸液繩32可以由一種多孔的柔性材料製成，這種柔性材料能夠對貯液器30中的液體提供良好的毛細作用，以便使得該液體被抽吸至孔板14的下側面。與此同時，這種吸液繩必須具有足夠的柔性，不會在孔板14上施加壓力，否則將明顯影響孔板的震顫動作。滿足這些條件，吸液繩32可以由若干種材料中的任何一種製成，比如紙、尼龍、棉花、聚丙烯、玻璃纖維等等。最好，吸液繩32是由尼龍繩絨紗線搓成的繩子，該繩子在與孔板接觸的位置處圈結在其自身上。這樣會使得繩子中非常細小的纖維向上延伸至孔板表面。這些非常細小的纖維能夠產生毛細作用，以便將液體向上運送至孔板；但是，這些細小纖維卻不會在孔板上施加任何明顯的作用力，否則該作用力會影響孔板的震顫運動。
將會明白的是，也可以採用除吸液繩之外的其它毛細管式液體傳送裝置，在這裡所使用的詞語「吸液繩」希望包括這些其它的毛細管式液體傳送裝置。
在霧化器工作的過程中，藉助於毛細作用，吸液繩32或者其它液體傳送裝置會將液體31向上抽吸出貯液器30，並且在霧化小孔20的區域處與孔板14發生接觸。
與此同時，從一個外部電源通過導線26和28向致動構件10上下表面上的導電塗層施加交變電壓。這將在致動構件10的材料中產生壓電影響，從而使得材料沿著徑向發生延展和回縮。最終，中心孔12的直徑會根據這些交變電壓增大和縮小。直徑上的這些變化會在孔板14上施加徑向作用力，並且上下推動其上的隆起中部區域16。這將在那些由吸液繩32向上抽吸至孔板14下側面的液體上產生泵吸作用。所述吸液繩的毛細作用會保持所述液體處於孔板14的下側面上；從而，迫使液體31在孔板的震顫作用下通過小孔20向上流動，並且作為細微的分散霧化液滴從孔板的上表面噴射到大氣中。
根據本發明，固體懸浮液31由一種待分配液體和一種增稠介質組成，所述增稠介質用於保持所述液體成為一種膠質懸浮液。所述液體本身可以是一種空氣清新劑，這種空氣清新劑包括有一種或者多種揮發性有機組分。這種香料組分可以從多個香料供應商那裡獲得，比如Firmenich有限公司、Takasago有限公司、International F1avors和Fragrances有限公司、Quest有限公司以及Givaudan-Roure公司。這些香料組分可以是合成形式或者它們可以是天然提取的油料，比如香檸檬油、苦橙油、檸檬油、中國 蒿(Mandarin Caraway)油、雪松葉油、丁子香葉油、雪松油、天竺葵油、薰衣草油、柑橘油、牛至油、香橙油、白柏油、廣藿香油、Layindin油、橙花油、純玫瑰油以及類似物。多種化學物質被用於香料中，包括醛、酮、酯、醇、萜烯以及類似物。香料的組分可以相對簡單，或者可以包括一種由天然和合成化學組分形成的複雜混合物。一種通常帶有香味的油料可以包括有木基/土基奇異成分(woody/earthy bases containing exoticconstituents)，比如檀香油、civit油、廣藿香油以及類似物。一種帶有香味的油料可以具有一種清淡的花香，比如玫瑰精華或者紫羅蘭精華。帶有香味的油料還可以被配製成能夠提供所希望的水果香味，比如酸檸檬、檸檬或者柑橘。
在美國專利No.4314915、No.4411829和No.4434306中要麼單獨描述了某些合成類型的香料組分，要麼結合天然油料對它們進行描述，在這裡通過參考將所有這些專利結合入本發明。其它人造香料組分包括有香葉醇、醋酸香葉酯、丁子香酚、異丁子香酚、芳樟醇、乙酸芳樟酯、苯乙醇、甲基紫羅蘭酮、醋酸異龍腦酯以及類似物。
在本發明的範圍之內，還可以對除香料之外的其它液體進行分配。例如，可以以這種方式對液態溶劑或者殺蟲劑進行分配。
用於保持待分配液體處於懸浮狀態的增稠介質可以是由麻薩諸塞州波士頓市Cabot公司生產的、商標為Cab-O-Sil的發煙矽石(fumedsilica)。可以預料的是，其它矽石也可以用來產生增稠效果。顯然，實現這種增稠效果的原因在於，矽石能夠在用於保持液態香料處於懸浮狀態的矽石顆粒之間顯現出氫鍵結合作用。當徹底散布開時，矽石形成一個三維矩陣，用於保持所述香料、殺蟲劑或者溶劑處於懸浮狀態，但是卻不會增大液體自身的固有粘度。但是，整個混合物或者矩陣可以具有一個非常高的體積粘度，可以超過750釐泊。這種較高的粘度能夠保持懸浮液處於一個非常低的可流動狀態，以便在操作貯液器的過程中不易於溢漏或者洩漏。這種固體懸浮液的另外一個特徵在於，其顯現出了觸變性能，在剪切應力作用下體積粘度會降低。應該相信，這將允許在實踐本發明的過程中使得液體發生分離。
作為示例，可以利用20％的發煙矽石(Cab-O-sil)和一種粘度為2.2釐泊的香水製備一種製劑。在發煙矽石於香水中徹底散布開之後，經過測定，混合物的體積粘度為750釐泊。
儘管具有這種非常高的粘度，但是震顫孔板14仍舊能夠連續並且高效地以均勻方式產生和分配特別細小的霧化液滴，長達約30天之久，此後，分配速度會明顯降低。
雖然不確定本發明如何從較高體積粘度的懸浮液中實現液體霧化，但是顯然，液態的香料部分會在吸液繩32處從固體懸浮液中分離出來，從而僅有低粘度的液體被供送至震顫著的孔板14。該結果基於這種事實而產生，即隨著霧化作用的減弱，會發現貯液器30中盛裝著一種膠態的固體。換句話說，顯然，雖然在毛細作用下混合物中的液體部分會通過吸液繩32得以向上抽吸，但是矽石部分會被分離出來並且留置在貯液器中。還有，因為香水-矽石混合物的觸變特性，所以至少會在震顫著的孔板14處發生部分分離現象。在任何情況下，儘管在一個電池驅動式震顫孔板霧化器中難以霧化粘度遠大於10釐泊的液體，但是卻可以在所述液體被以懸浮狀態保持在一種體積粘度大於750釐泊的混合物中的情況下，獲得良好的霧化效果。
已經發現，對於粘度超過2.5釐泊的液體來說，利用電池驅動式孔板霧化器進行的液體霧化速度會快速下降。因此，即使一種香料或者其它液體可以從體積粘度超過750釐泊的混合物中得以霧化，但是從混合物中得以霧化液體的粘度，其本身的粘度必須不會實質上大於2.5釐泊。
使用一種具有較高體積粘度的液體包含混合物，能夠在溢漏或者洩漏危險最小的條件下對貯液器30進行操作和更換。此外，由於盛裝在貯液器中的混合物的較高粘度，液體從貯液器中溢漏或者洩漏的可能性降至最小。這對於殺蟲劑或者溶劑來說十分重要，因為其減少了在毒性方面的考慮。
本發明還對某些低粘度液體的毒性作用提供了防護，這種低粘度液體易於被攝入該液體的人吸入肺部，結果是，吸入的液體會導致肺部明顯受損，比如發生化學局部急性肺炎。為了提供足夠的體積粘度來防止被偶然吸入，整個混合物的體積粘度必須大於100賽氏通用粘度秒或者20釐泊左右。
工業實用性本發明能夠通過一個震顫著的孔板對非常低粘度的液體進行有效分配，同時防止這種液體發生洩漏或者溢漏。這種效果通過下述步驟來實現，將所述液體懸浮在一種由發煙矽石形成的非常高粘度固體懸浮液中，利用毛細作用迫使低粘度的液體從懸浮液中提取出來，並且將它們輸送至孔板。
權利要求
1.一種用於產生出霧化液滴的設備，包括一個孔板，該孔板被製成帶有沿著一給定方向貫通延伸的小孔；一個震顫器，該震顫器被設置成沿著所述給定方向以高頻率震顫所述孔板；一個貯液器，該貯液器位於所述孔板下方，並且其中盛裝有一種待霧化液體，所述液體在該貯液器內被保持在一種固體懸浮液中；以及一個毛細管構件，該毛細管構件與所述貯液器內的液體相接觸，並且從所述貯液器中向上延伸至所述孔板；由此，所述液體被從所述固體懸浮液中分離出來，通過所述小孔得以泵送，並且以霧化液滴形式噴射到大氣中。
2.根據權利要求1中所述的設備，其特徵在於所述固體懸浮液是一種由發煙矽石形成的矩陣。
3.根據權利要求2中所述的設備，其特徵在於所述矩陣是一種膠質懸浮液。
4.根據權利要求1中所述的設備，其特徵在於所述懸浮液的體積粘度大於20釐泊。
5.根據權利要求1中所述的設備，其特徵在於所述毛細管構件是一根吸液繩。
6.根據權利要求1中所述的設備，其特徵在於所述液體的粘度基本上不大於2.5釐泊。
7.一種用於將一種液體以霧化微滴形式分配到大氣中的方法，包括有下述步驟製取一種含有待分配液體的固體懸浮液；和迫使所述液體從所述固體懸浮液通過一毛細管構件被向上抽吸至一個震顫著的孔板的下表面；由此，所述液體被從所述固體懸浮液中分離出來，通過所述孔板上的小孔得以泵送，並且以霧化液滴形式噴射到大氣中。
全文摘要
一種液體(31)在一個貯液器(30)內被保持在一種高粘度固體懸浮液中，並且藉助於一個毛細管構件(32)從懸浮液中分離出來，毛細管構件(32)用於將所述液體輸送至一個震顫著的孔板(14)，由該震顫著的孔板(14)將所述液體以霧化液滴形式噴射出去。
文檔編號B05B17/04GK1464801SQ01815191
公開日2003年12月31日 申請日期2001年7月31日 優先權日2000年7月31日
發明者愛德華·J·馬滕斯三世 申請人:詹森父子公司