用于在泄漏最少的条件下以雾化形式分配液体的方法和设备

摘要

一种液体(31)在一个贮液器(30)内被保持在一种高粘度固体悬浮液中，并且借助于一个毛细管构件(32)从悬浮液中分离出来，毛细管构件(32)用于将所述液体输送至一个震颤着的孔板(14)，由该震颤着的孔板(14)将所述液体以雾化液滴形式喷射出去。

说明书

本发明的技术领域

本发明涉及以雾化液滴形式对液体进行分配，尤其是涉及用于在溢漏量最少的条件下对液体进行雾化分配的新颖方法和设备。

对相关现有技术的描述

美国专利No.5164740和No.5938117展示并描述了用于将一种液体以微小液滴形式分配到大气中的装置。这些装置包括有一个薄的孔板，在该孔板上成形有贯通延伸的微孔。孔板以一个高频率进行震颤，同时待分配液体与该孔板的下侧面保持接触。孔板的震颤运动会迫使液体通过该孔板上的微孔泵送出去，并且从其上表面喷射到大气中。

美国专利No.5518179展示了一种类似的液体分配器，其中，使用了一个诸如吸液绳这样的毛细管进料装置将待分配液体从一个贮液器中向上抽吸至震颤着的孔板的下表面。

类似的震颤式液体分配器还在美国专利No.4790479、No.4793339、No.5518179、No.5529055以及No.5915377中给予了展示和描述。

对蒸汽进行分配也是公知的，所述蒸汽比如为香料、空气清新剂以及其它芳香剂，它们位于一种凝胶或者一种固体悬浮液中。这种蒸汽分配装置在美国专利No.5419879、No.5575992、No.5637401、No.5647052、No.5788155以及No.5885701中给予了展示和描述。

当使用一个震颤板式分配器来雾化某些诸如液态香料和液态空气清新剂这样的低粘度液体时，会遇到一个问题。这些液体易于穿过非常微小的孔；并且液体还有可能穿过分配装置的配合表面发生渗漏和泄漏。当将一个经过重新灌装后的贮液器安装到分配装置中时，还存在有泄漏的危险。

尽管已经知道通过一种凝胶或者胶质固体悬浮液来对某些香料和芳香剂进行分配，但是这些香料和芳香剂会从固体悬浮液中挥发并且以蒸汽形式扩散出去。由于所述悬浮液太粘稠以致于无法通过一个诸如震颤孔板这样的液体雾化装置上的微孔，因此无法以液滴形式分配这些香料和芳香剂。

对本发明的概述

本发明基于这种发现而完成，即通过在一种固体悬浮液与一个震颤孔板之间设置一个毛细管构件，悬浮液中的液体成分会与悬浮液中的其它物质分离开，由此这些液体可以被泵送通过孔板上的小孔，并且以雾滴形式分配到大气中。

根据本发明的一个方面，在这里提供了一种用于产生雾化液滴的新颖装置。这种新颖装置包括有一个孔板，该孔板被制成带有沿着一给定方向贯通延伸的微孔，和一个震颤器，该震颤器被设置成沿着所述给定方向以高频率震颤所述孔板。一个贮液器被置于孔板下方，并且其中盛装有一种待雾化液体。在贮液器内，所述液体被保持在一种固体悬浮液中。一个毛细管构件与贮液器内部的液体发生接触，并且从贮液器向上延伸至所述孔板。利用这种装置，所述液体被从固体悬浮液中分离出来，穿过孔板上的小孔进行泵送，并且以雾化液滴形式喷射到大气中。由于所述液体在贮液器内位于一种固体悬浮液中，因此其具有很高的体积粘度，难以泄漏或溢漏。

根据本发明的另一方面，在这里提供了一种用于将一种液体以雾化微滴形式分配到大气中的新颖方法。该新颖方法包括有下述步骤，制取一种含有待分配液体的固体悬浮液；迫使所述液体从固体悬浮液通过一个毛细管构件被向上抽吸至一个震颤着的孔板的下表面。所述液体被从固体悬浮液中分离出来，穿过孔板上的小孔进行泵送，并且以雾化微粒形式喷射到大气中。

对附图的简述

附图1是一个平面视图，示出了一个根据本发明一实施例的震颤器雾化装置。

附图2是附图1中所示震颤雾化装置与一个贮液器的正视图，所述贮液器用于向雾化装置供送液体；而

附图3是附图2中由Fig3标识出的区域的经放大的局部视图。

对一个优选实施例的详细描述

附图1中所示出的震颤雾化装置包括有一个圆环状的压电致动构件10，该压电致动构件10具有一个内直径中心孔12和一个圆形孔板14，该圆形孔板14横跨内直径孔12在致动器的下侧面上延伸，并且略微叠置在致动器的内部区域15上。在叠置区域15处，孔板14被固定在致动器10的下侧面上。任何合适的粘合措施均可以使用，以将孔板14固定到压电致动构件10上；但是，当该装置被用于对腐蚀性或者侵蚀性液体进行雾化时，最好将孔板焊接在压电构件上，其中，所述腐蚀性或者侵蚀性液体会软化某些粘合剂。还有，孔板14的外径可以与致动构件10的外径一样大，以便在该致动构件10一侧的整个表面上延伸。应该明白的是，孔板14还可以被固结在致动器10的上侧面上。

压电致动构件10可以由任何具有压电性能的材料制成，所述压电性能会导致其尺寸沿着一个与所施加电场方向垂直的方向发生改变。因此，在所图示出的实施例中，当横穿其上下表面施加一个交变电场时，压电致动构件10将沿着一个径向发生延展和回缩。压电致动构件10比如可以是一种由锆钛酸铅(PZT)或者偏铌酸铅(PN)制成的陶瓷材料。在这里所图示出的实施例中，压电致动构件的外径大约为0.382英寸，厚度大约为0.025英寸。中心孔的内径尺寸大约为0.177英寸。这些尺寸并非关键之处，仅为举例而给出。致动构件10的上下表面上均包覆有一个导电涂层，比如银、镍或者铝，以允许将孔板与电导线焊接起来，并且允许通过所述电导线横跨该致动构件施加电场。

所图示实施例中孔板14的直径大约为0.250英寸，厚度大约为0.002英寸。孔板14被制成带有一个略微隆起的中部区域16和环绕在其周围的凸缘区域18，该凸缘区域18在隆起的中部区域16与该孔板被固接在致动器10上的区域之间延伸。隆起的中部区域16的直径大约为0.103英寸，其在孔板所处平面之外延伸大约0.065英寸。隆起的中部区域包含有若干个(比如85个)小孔20，这些小孔20的直径大约为0.000236英寸，相互之间大约间隔0.005英寸。在凸缘区域18中成形有一对沿着直径方向相对的较大通孔22。这对通孔22的直径大约为0.029英寸，并且允许液体自由地流过其中。还有，在这里给出的尺寸并非关键之处，仅用于图示出的一个特定实施例。还应该注意的是，尽管在这里描述了一个隆起的孔板，但是也可以采用具有其它构造的孔板，比如具有类似于一个回旋膜片或者波纹膜片形状的孔板。

将会注意到的是，包含有小孔20的中部区域16的隆起构造，增强了该区域的上下运动幅度，从而改善该孔板的泵送和雾化作用。尽管隆起的中部区域在构造上呈球形，但是该区域也可以采用其它构造。比如，中部区域16可以具有一个抛物线或者弓形形状。可以使用除隆起之外的其它措施来对中部区域16进行补强。例如，可以使用如美国专利No.5152456中示出的支撑件，该支撑件带有间隔设置的增厚构件。

孔板14最好通过电铸技术制成，并且在电铸过程中成形小孔20和通孔22。但是，孔板也可以通过其它工艺制成，比如滚轧工艺，小孔和通孔可以单独成形。为了便于制造，在已经于孔板上成形小孔20之后使得中部区域16发生隆起。

尽管也可以采用其它材料，但是孔板14最好由镍制成，以提供足够的强度和柔性来在孔板经受挠曲作用力时保持孔板的形状。镍钴和镍钯合金也可以使用。

压电致动构件10可以以任何合适的方式支撑起来，不仅能够保持其处于给定位置并且能够避免影响其震动。因此，致动构件可以被以一种垫圈式安装操作(未示出)支撑起来。

压电致动构件10的上下表面上均包覆有一个导电涂层，比如银、铝或者镍。正如在附图2中所示出的那样，导线26和28被焊接在致动构件10上下表面上的导电涂层上。这些导线从一个交流电压电源(未示出)延伸出来。

一个液体贮液器30被安装在致动构件10和孔板14的下方。该贮液器中盛装有一种固体悬浮液31，该固体悬浮液31中包括有待雾化的液体。一个吸液绳32从贮液器内部延伸至孔板14的下侧面，以便其上端部(即其发生圈结并且从贮液器中突伸出来的地方)在小孔20处与中部区域16的孔板轻微接触。吸液绳32的上端部还发生横向延伸，以便其直接位于较大通孔22的下方，并且与较大通孔22直接液连通，正如在附图3中所示出的那样。实际上，所述吸液绳可以呈圆环状，并且其直径大于隆起的中部区域16。

吸液绳32可以由一种多孔的柔性材料制成，这种柔性材料能够对贮液器30中的液体提供良好的毛细作用，以便使得该液体被抽吸至孔板14的下侧面。与此同时，这种吸液绳必须具有足够的柔性，不会在孔板14上施加压力，否则将明显影响孔板的震颤动作。满足这些条件，吸液绳32可以由若干种材料中的任何一种制成，比如纸、尼龙、棉花、聚丙烯、玻璃纤维等等。最好，吸液绳32是由尼龙绳绒纱线搓成的绳子，该绳子在与孔板接触的位置处圈结在其自身上。这样会使得绳子中非常细小的纤维向上延伸至孔板表面。这些非常细小的纤维能够产生毛细作用，以便将液体向上运送至孔板；但是，这些细小纤维却不会在孔板上施加任何明显的作用力，否则该作用力会影响孔板的震颤运动。

将会明白的是，也可以采用除吸液绳之外的其它毛细管式液体传送装置，在这里所使用的词语“吸液绳”希望包括这些其它的毛细管式液体传送装置。

在雾化器工作的过程中，借助于毛细作用，吸液绳32或者其它液体传送装置会将液体31向上抽吸出贮液器30，并且在雾化小孔20的区域处与孔板14发生接触。

与此同时，从一个外部电源通过导线26和28向致动构件10上下表面上的导电涂层施加交变电压。这将在致动构件10的材料中产生压电影响，从而使得材料沿着径向发生延展和回缩。最终，中心孔12的直径会根据这些交变电压增大和缩小。直径上的这些变化会在孔板14上施加径向作用力，并且上下推动其上的隆起中部区域16。这将在那些由吸液绳32向上抽吸至孔板14下侧面的液体上产生泵吸作用。所述吸液绳的毛细作用会保持所述液体处于孔板14的下侧面上；从而，迫使液体31在孔板的震颤作用下通过小孔20向上流动，并且作为细微的分散雾化液滴从孔板的上表面喷射到大气中。

根据本发明，固体悬浮液31由一种待分配液体和一种增稠介质组成，所述增稠介质用于保持所述液体成为一种胶质悬浮液。所述液体本身可以是一种空气清新剂，这种空气清新剂包括有一种或者多种挥发性有机组分。这种香料组分可以从多个香料供应商那里获得，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。这些香料组分可以是合成形式或者它们可以是天然提取的油料，比如香柠檬油、苦橙油、柠檬油、中国蒿(Mandarin Caraway)油、雪松叶油、丁子香叶油、雪松油、天竺葵油、薰衣草油、柑橘油、牛至油、香橙油、白柏油、广藿香油、Layindin油、橙花油、纯玫瑰油以及类似物。多种化学物质被用于香料中，包括醛、酮、酯、醇、萜烯以及类似物。香料的组分可以相对简单，或者可以包括一种由天然和合成化学组分形成的复杂混合物。一种通常带有香味的油料可以包括有木基/土基奇异成分(woody/earthy bases containing exoticconstituents)，比如檀香油、civit油、广藿香油以及类似物。一种带有香味的油料可以具有一种清淡的花香，比如玫瑰精华或者紫罗兰精华。带有香味的油料还可以被配制成能够提供所希望的水果香味，比如酸柠檬、柠檬或者柑橘。

在美国专利No.4314915、No.4411829和No.4434306中要么单独描述了某些合成类型的香料组分，要么结合天然油料对它们进行描述，在这里通过参考将所有这些专利结合入本发明。其它人造香料组分包括有香叶醇、醋酸香叶酯、丁子香酚、异丁子香酚、芳樟醇、乙酸芳樟酯、苯乙醇、甲基紫罗兰酮、醋酸异龙脑酯以及类似物。

在本发明的范围之内，还可以对除香料之外的其它液体进行分配。例如，可以以这种方式对液态溶剂或者杀虫剂进行分配。

用于保持待分配液体处于悬浮状态的增稠介质可以是由马萨诸塞州波士顿市Cabot公司生产的、商标为Cab-O-Sil的发烟硅石(fumedsilica)。可以预料的是，其它硅石也可以用来产生增稠效果。显然，实现这种增稠效果的原因在于，硅石能够在用于保持液态香料处于悬浮状态的硅石颗粒之间显现出氢键结合作用。当彻底散布开时，硅石形成一个三维矩阵，用于保持所述香料、杀虫剂或者溶剂处于悬浮状态，但是却不会增大液体自身的固有粘度。但是，整个混合物或者矩阵可以具有一个非常高的体积粘度，可以超过750厘泊。这种较高的粘度能够保持悬浮液处于一个非常低的可流动状态，以便在操作贮液器的过程中不易于溢漏或者泄漏。这种固体悬浮液的另外一个特征在于，其显现出了触变性能，在剪切应力作用下体积粘度会降低。应该相信，这将允许在实践本发明的过程中使得液体发生分离。

作为示例，可以利用20％的发烟硅石(Cab-O-sil)和一种粘度为2.2厘泊的香水制备一种制剂。在发烟硅石于香水中彻底散布开之后，经过测定，混合物的体积粘度为750厘泊。

尽管具有这种非常高的粘度，但是震颤孔板14仍旧能够连续并且高效地以均匀方式产生和分配特别细小的雾化液滴，长达约30天之久，此后，分配速度会明显降低。

虽然不确定本发明如何从较高体积粘度的悬浮液中实现液体雾化，但是显然，液态的香料部分会在吸液绳32处从固体悬浮液中分离出来，从而仅有低粘度的液体被供送至震颤着的孔板14。该结果基于这种事实而产生，即随着雾化作用的减弱，会发现贮液器30中盛装着一种胶态的固体。换句话说，显然，虽然在毛细作用下混合物中的液体部分会通过吸液绳32得以向上抽吸，但是硅石部分会被分离出来并且留置在贮液器中。还有，因为香水-硅石混合物的触变特性，所以至少会在震颤着的孔板14处发生部分分离现象。在任何情况下，尽管在一个电池驱动式震颤孔板雾化器中难以雾化粘度远大于10厘泊的液体，但是却可以在所述液体被以悬浮状态保持在一种体积粘度大于750厘泊的混合物中的情况下，获得良好的雾化效果。

已经发现，对于粘度超过2.5厘泊的液体来说，利用电池驱动式孔板雾化器进行的液体雾化速度会快速下降。因此，即使一种香料或者其它液体可以从体积粘度超过750厘泊的混合物中得以雾化，但是从混合物中得以雾化液体的粘度，其本身的粘度必须不会实质上大于2.5厘泊。

使用一种具有较高体积粘度的液体包含混合物，能够在溢漏或者泄漏危险最小的条件下对贮液器30进行操作和更换。此外，由于盛装在贮液器中的混合物的较高粘度，液体从贮液器中溢漏或者泄漏的可能性降至最小。这对于杀虫剂或者溶剂来说十分重要，因为其减少了在毒性方面的考虑。

本发明还对某些低粘度液体的毒性作用提供了防护，这种低粘度液体易于被摄入该液体的人吸入肺部，结果是，吸入的液体会导致肺部明显受损，比如发生化学局部急性肺炎。为了提供足够的体积粘度来防止被偶然吸入，整个混合物的体积粘度必须大于100赛氏通用粘度秒或者20厘泊左右。

工业实用性

本发明能够通过一个震颤着的孔板对非常低粘度的液体进行有效分配，同时防止这种液体发生泄漏或者溢漏。这种效果通过下述步骤来实现，将所述液体悬浮在一种由发烟硅石形成的非常高粘度固体悬浮液中，利用毛细作用迫使低粘度的液体从悬浮液中提取出来，并且将它们输送至孔板。