用于雾化具有最小液滴尺寸的液体的方法和装置

摘要

孔板(20)以很高频率上下振动，同时液体传送给它的底表面，这样，液体以非常小直径的液滴的形式从板上向上喷出。该板的上表面构成为防止液体膜的润湿和集聚，从而形成更小直径的液体液滴，该更小液滴喷出至更高高度。板的上表面可以通过表面活化剂例如氟化表面活化剂来进行处理。

说明书

技术领域

本发明涉及液体的雾化，尤其是涉及用于形成最小尺寸的雾化液滴的新颖方法和装置。

背景技术

美国专利No.5164740公开了一种振动板雾化装置，其中，供给振动孔板的一侧的液体通过板中的孔，并进行雾化和从该板的相对侧喷出。其它的美国专利No.5586550、No.5297734和No.6296136B1也公开了类似装置。

这些装置可以用于将液体例如香料和杀虫剂分散到大气中。当该液体形成小液滴并作为液滴喷入大气中时，它们的较高表面面积容积比将提高它们的蒸发能力。尽管优选是各液滴在落回到相邻表面上之前完全蒸发，但总是可能由于各种原因而并不这样。一个原因是大量液滴的尺寸很大，以至于它们在到达相邻表面之前没有时间完全蒸发。

发明内容

本发明有助于减小由振动板雾化装置产生并落回到相邻表面上的未蒸发液体量。

根据本发明的一个方面，提供了一种通过振动雾化板来产生最小直径液滴的新颖方法，液体传送给该振动雾化板。该新颖方法涉及以下步骤：处理板的、在雾化过程中将喷出液滴的表面，以便使得积累在所述表面上的液体最少；以及将液体供给板，同时使该板振动以便雾化液体。

根据本发明的另一方面，提供了一种新颖的雾化装置，用于将液体转变成最小直径的液滴，并将所述液滴喷出至大气中。该新颖装置包括：雾化板，该雾化板与促动器连接，以便通过促动器而振动；以及液体供给系统，该液体供给系统布置成当板振动使将液体供给该板。该板有这样的表面，即液滴从该表面排出，且该表面进行处理以便使液体的积累最少。

已经发现通过使振动板在它的排出表面上具有涂层(finish)，该涂层将消除或至少减小液体的积累或集聚，该板可以排出更小的液滴，且该液滴可以向上抛至比具有普通表面涂层的振动板所能达到的高度更高的高度。

附图说明

图1是表示振动板雾化装置的内部的垂直剖视图，本发明可以包含在该振动板雾化装置内；

图2是用于图1的雾化装置中的压电促动器和振动孔板的放大剖视图；

图3是表示现有技术的振动孔板的一部分的放得更大的局部视图；以及

图4上类似于图3的视图，表示了本发明的振动孔板的一部分。

具体实施方式

图1表示了雾化器装置10，本发明可以用于该雾化器装置10中。该雾化器装置10包括外部空心塑料壳体12，该塑料壳体12置于表面14(例如桌顶或搁架)上。装有要雾化的液体的储存器16安装在壳体中。雾化组件安装在壳体中并恰好在储存器16上面，该雾化组件包括环形压电促动器18和孔板20，该孔板20横向延伸并固定在促动器上。液体传送系统例如芯线或毛细管22将液体从储存器16传送至孔板底面，同时横过压电促动器18施加高频交流电场。这使得促动器18径向膨胀和收缩，并迫使孔板20高频率地上下振动。当孔板上下运动时，将迫使来自毛细管22的液体通过板中的细孔，并成云状物24的形状以微小液滴的形式排出到大气中。当形成云状物24的液滴朝着表面14落回时，它们将蒸发，从而消散在大气中。

雾化器10的特定结构并不是本发明的一部分，本发明可以用于任意振动板雾化装置。这里所示的特殊雾化器如美国专利申请No.09/699106中详细所述，该美国专利申请No.09/699106的申请日为2000年10月27日。

促动器18和孔板20的结构如图2的放大剖视图中所示。如图所示，环形的可以看见，环形促动器有扁平的上表面和下表面，它们通过导电金属例如银或镍来进行金属喷涂，以便形成上部和下部电极18a和18b。电线26钎焊到这些电极上，并从电池供能电源系统(未示出)向它们供给高频交流电场。这些交流电场使得促动器18的压电材料沿垂直于施加电场方向的方向而膨胀和收缩。也就是，促动器沿径向方向膨胀和收缩，如图2中的双头箭头A所示。

促动器18可以由具有压电效应的各种不同陶瓷材料而制成。例如，用于促动器的材料可以是由锆钛酸铅(PZT)或偏铌酸铅(PN)制成的陶瓷材料。在所示实施例中，促动器18的外径为大约0.382英寸(0.970cm)，内径为大约0.177英寸(0.450cm)，厚度为大约0.025英寸(0.0635cm)。不过，这些特殊材料和尺寸对本发明并不重要。

孔板20有外部凸缘26，该外部凸缘26固定在促动器18的下部金属喷涂表面上，优选是通过利用锡铅焊料的钎焊，因此，孔板横过促动器的内径延伸。孔板的中心区域稍微成拱顶形，如28处所示。该拱顶形中心区域包含多个(例如85个)小孔，这些小孔穿过板延伸，且这些小孔彼此间开大约0.005英寸(0.130mm)。优选是，孔从板的下部向上部逐渐变细。为了分配香料和杀虫剂，孔可以从在板的下表面处的107微米直径逐渐变细至在上表面处的7微米。这些尺寸并不重要，在上表面处的孔直径可以在从3至10微米或更大的范围内变化。这些特定尺寸只是作为实例。

优选是，孔板20由镍制成，尽管也可以采用其它材料，只要它们有足够的强度和柔性，以便在受到弯曲力时保持该孔板的形状。可以使用的合金的某些实例为镍-钴和镍-钯合金。

通过在电成形处理中形成穿孔，孔板20可以通过电成形而制造。不过，孔板可以通过包括轧制的其它处理来制造；且穿孔可以如后面所述形成。

当促动器18径向膨胀和收缩时，它交替挤压板和从板20上拉开，从而使得板的凸缘区域26弯曲，并使它的拱顶形中心区域28上下运动。这使得通过液体传送系统例如芯线而供给板的下表面的液体通过板中的孔向上吸，并以小液滴的形式向上排出。例如，促动器18通电(energized)，以便使得板的拱顶形中心区域以大约120至160千赫兹的速率上下振动。

在图3的高度放大局部剖视图中，表示了孔板20的一部分以及穿过该板延伸的一个孔32。孔32表示为锥形，且它的更小直径在板的上侧。该锥形提高了雾化，但是本发明并不必须如此。还有，因为图3的高度放大，穿孔32与板的上表面和底表面相交的区域表示为稍微圆角。

如图3所示，穿过孔32的液体30形成凸出部分30a，由于通过板的上下运动而施加给液体的冲量，该凸出部分30a以液滴30b的形式脱离，该液滴30b向上抛出。

可以看见，并不是经过孔32的所有液体都形成液滴30b，因此，一部分液体粘附在板的上侧上并湿润该上侧，从而在板的上表面上形成液体层34。本发明人发现，该液体层以多种方式防碍液滴的形成。首先，层34的惯性施加了防碍板的上下运动的负载，从而减小了可用于雾化液体的能量。第二，来自层34的液体粘附在经过孔32的液体上，这增加了液滴30b的直径。较大液滴由于它的尺寸而使得向上抛起的高度不如较小液滴。最后，更大液滴需要更多时间来进行完全蒸发。因此，一部分液滴可能以液体形式落回到相邻表面上。这可能引起对这些表面的化学侵蚀，或者可能只是在这些表面上形成难看的外观。

图4表示了本发明怎样克服上述问题。如图4所示，很少或没有液体滞留在孔板20的上表面上。因此，在图4中的液体层明显比图3中的层34更薄。因此，板20可以以最大振幅来进行上下运动，以便将液滴抛出至更大高度。还有，因为在层34中的液体更少，因此，图4中的凸出部分30a明显小于图3中的凸出部分30a，且图4中的液体泡30b的尺寸基本由在每个上下循环过程中通过孔32的液体来确定。

本发明涉及制备孔板20的上表面，从而使它不会由要雾化的液体来润湿。发现通过使板的上表面涂覆有包含表面活化剂(例如氟化表面活化剂)的涂层，可以消除或大大减小该润湿。为了降低液体的润湿或扩展而对孔板20的上表面进行的任何处理都有助于减小通过板的上下振动而产生的液滴的尺寸。包含氟化组(例如聚合物、表面活化剂、氟化硅烷等)的任何化学品都可以用作涂层，以便减小板的上表面的润湿。

实际上，已经发现，因为形成液滴的液体通过孔板(固体)中的孔并进入大气(气体)，且该大气也与板的上表面接触，因此，在液滴形成过程中涉及三种交界面，即气体/固体(g/s)、固体/液体(s/l)和液体/气体(l/g)。而且，在这三种相之间的交界面表面张力(σ)必须为特别的关系，以便减小液体层34在板的上表面上的形成。特别是，发现如果

σ_s/g＜σ_s/l+(σ_l/gcosθ)

其中θ是在与孔板20表面相切的线和与形成于板上的液滴的表面相切的线之间的角度，液体将不会沿板的表面扩展或者集聚成层34。

本发明并不局限于使用表面活化剂。能够减小如图3所示的孔板润湿和层的集聚的任何表面或任何表面处理都将导致减小液滴尺寸。

工业实用性

本发明涉及提高振动板雾化器的雾化特征，这样，它们使用更少能量，且它们产生更小液滴，这些液滴更高地抛入大气中，因此，更大部分的液体蒸发至大气中，且更少的液体以液体形式下落到相邻表面上。