專利名稱：液體分散裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將液體分散為蒸氣的裝置以及分散或噴霧液體的方法。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域眾所周知分散液體的裝置，例如從液體中緩慢釋放蒸氣至空氣的空氣清新裝置。例如參見美國專利2,942,090、3,780,260、4,084,079和6,478,440。但是，現(xiàn)有裝置依賴于液體從燈芯蒸發(fā)，缺點是以不均勻的速率和組成消耗液體，液體混合物中易揮發(fā)的組分蒸發(fā)得快，因此剩余液體的組成與原來組合物的組成不相同。
將液體噴霧至空氣中的靜電裝置是本領(lǐng)域眾所周知的。例如參見美國專利5,810,265和歐洲專利EP0486198。在這些裝置中，通過靜電力將移送至高電位點的液體抽拉成細液流(ligament)，細液流破碎成細微的帶電液滴。通常通過非機械的方法將液體移送至高電位處，例如在小直徑的管子中通過毛細上升或通過芯吸的方法。通過形成液滴的傳質(zhì)速率遠遠超過液體蒸發(fā)的速率，在這種條件下靜電噴霧裝置提供在分散液體的過程中基本保持恒定液體組成的可能性。
但是，已知的靜電噴霧裝置被動地依賴于液體從儲存器至高壓區(qū)的移送(通過毛細上升或芯吸作用)而缺乏穩(wěn)定性。此外，使用已知的裝置進行靜電噴霧所需的電壓高于5,000V，并常常高于10,000V。在空氣中這樣的電壓很難不產(chǎn)生湯森或輝光放電。
因此，非常需要一種傳質(zhì)裝置將液體分散成蒸氣，同時在該裝置的可用壽命內(nèi)基本保持液體的組成為原來的組成。本發(fā)明的優(yōu)點為可擴大待分配的液體的組分的范圍，且在延長的時間內(nèi)組成基本不變。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明包括一種可用作電噴霧裝置的裝置，所述裝置可用于將液體分散為氣相的電噴霧裝置，所述裝置包括容器、毛細管裝置和外殼。所述容器具有與毛細管裝置相連的開口端，所述容器包含液體。所述毛細管裝置包括具有第一端和相對端的基本管狀的構(gòu)件；第一端固定于容器的開口端；相對端被具有毛細管尖端的基本管狀的毛細管結(jié)構(gòu)貫穿；該毛細管結(jié)構(gòu)在基本管狀的構(gòu)件的內(nèi)部并與其同軸排列；且所述毛細管結(jié)構(gòu)與容器中的液體流體相連。所述外殼包括具有與所述容器相連的開口的第一端、與所述第一端相對的第二端、連有低壓電源的第一壁、連有高壓轉(zhuǎn)換器的第二壁、高壓接點、對電極、任選的熱源和/或光源以及任選的芯吸材料。所述毛細管裝置與第一壁和第二壁同軸。任選所述外殼可包含控制電路以開/關(guān)高壓電源或調(diào)節(jié)高壓。
本發(fā)明還提供了一種分配液體的方法，其中所述方法包括將毛細管裝置連接于容器而制成毛細管-容器，將所述毛細管-容器連接于外殼，并且對所述外殼施加電流，其中所述容器、毛細管裝置和外殼可與以上所公開的相同。
附圖詳細描述

圖1為本發(fā)明使用的毛細管裝置的截面圖；圖2A為頂部有排氣口而從底部伸出毛細管結(jié)構(gòu)的容器的截面圖；圖2B為一類似的結(jié)構(gòu)，但是內(nèi)部具有可隨著液體量減少能變癟的塑料袋(囊)，為優(yōu)選裝置；
圖3為演示容器裝置如何能裝配入提供高壓接點和對電極的裝置的截面圖；圖4為演示本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案的截面圖，其中展示了容器緊密地裝入外殼，并展示了高壓接點和對電極。
發(fā)明詳述圖1表示包含具有第一端11和相對端12的基本管狀的構(gòu)件10的毛細管裝置。所述基本管狀的構(gòu)件具有外表面(通常為圓柱形)和內(nèi)表面。第一端優(yōu)選壓配合鎖緊機構(gòu)或螺紋鎖緊機構(gòu)，可固定于容器30的開口端31。優(yōu)選所述開口端31為這樣的形狀，當壓合在一起時鎖進管狀構(gòu)件10的第一端，或具有易于與內(nèi)螺紋連接器13連接的外螺紋部分，使得與管狀構(gòu)件10緊固連接并防漏密封容器30。所述基本管狀的構(gòu)件10可由任何材料制成，但優(yōu)選由以下材料制成聚合物或塑料(例如聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚對苯二甲酸乙二酯、尼龍等)或金屬。
基本管狀的構(gòu)件10的相對端被具有毛細管尖端18的基本管狀的毛細管結(jié)構(gòu)14貫穿。該毛細管結(jié)構(gòu)14與管狀結(jié)構(gòu)10同軸并且與容器30中的液體35流體相連。所述管狀毛細管結(jié)構(gòu)14可由各種材料制成。優(yōu)選該管狀毛細管結(jié)構(gòu)由導(dǎo)電性材料(例如金屬、涂有金屬的熔融石英、碳)、包含導(dǎo)電材料(例如石墨或金屬)的聚合物或?qū)щ娋酆衔?例如聚苯胺)及其組合制成。或者可由任何材料(例如熔融石英)制成該管狀毛細管結(jié)構(gòu)，使得當高壓直接施加于容器30的液體時，通過液體的導(dǎo)電性將電位傳送至毛細管裝置14的尖端。
基本管狀毛細管結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑優(yōu)選為40-350μm，更優(yōu)選約50-約150μm。外徑優(yōu)選為70-1500μm，更優(yōu)選100-500μm。但是由于施加的電壓、電極之間的間距、待分散或待分配的溶液的特性以及構(gòu)件內(nèi)外徑的差別可在相當寬的范圍內(nèi)變化，因此毛細管直徑的范圍也可在較寬的范圍內(nèi)。
毛細管結(jié)構(gòu)14固定地插入基本管狀的構(gòu)件10的內(nèi)部并與其同軸排列。只要毛細管裝置的長度能適應(yīng)容器30，可使用任何長度的毛細管裝置。采用組成所述基本管狀結(jié)構(gòu)的聚合材料或環(huán)氧樹脂或其他產(chǎn)生防漏密封的方法密封所述毛細管結(jié)構(gòu)(參考數(shù)字15)。所述密封可由導(dǎo)電性材料制成或通過金屬、金屬表面涂料、碳黑或其他方法制成外部導(dǎo)電的密封，將電壓施加于相對端12和/或毛細管結(jié)構(gòu)14的。
如上所公開的，密封層15可用于基本管狀的構(gòu)件的內(nèi)部?？墒褂萌魏文芫o固于基本管狀結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部的毛細管結(jié)構(gòu)的密封層。所述密封層也可為半固體流體或?qū)щ婓w，使得在施加電壓時電流可通過或沿著密封層至導(dǎo)電的毛細管管狀構(gòu)件。適合的密封層包括但不局限于制成基本管狀的構(gòu)件10的聚合材料、環(huán)氧樹脂、含金屬-或碳黑-或石墨的環(huán)氧樹脂、金屬和其中兩種或多種的組合。
為了將毛細管結(jié)構(gòu)或密封層或二者緊固于基本管狀的構(gòu)件的內(nèi)部，可使用塞子16，例如橡膠或聚合物隔片。毛細管裝置14穿過端12，尖端18突出于開口處。尖端18可僅僅突出端12外側(cè)約0.1-約5mm。任選可使用帽(cap)16固定毛細管14，并可為導(dǎo)電性的以提供對14施加電壓或接地電位的通道。所述帽可用任何材料制成，例如金屬或能提供與管狀結(jié)構(gòu)10和毛細管14連接密封的聚合物。所述毛細管和帽可為一次模塑、澆鑄或機械制得的結(jié)構(gòu)。
參考圖2A和圖2B，說明了優(yōu)選的容器30。容器30可為任何常規(guī)的容器、瓶子或類似的裝置，并可使用塞(closure)或帽32密封。容器優(yōu)選為具有開口端31的圓形瓶，優(yōu)選開口端31具有外螺紋或具有易于與上述公開的毛細管結(jié)構(gòu)相連的壓配合連接。所述容器還具有排氣口33，排氣口可在容器的任何位置，優(yōu)選在容器的開口端的相對端21。排氣口33可用塞子34(例如橡膠或聚合物隔片)或粘合膠帶密封，或如果使用了內(nèi)部聚合物囊，則無需密封。
在容器30的內(nèi)部有液體35。可使用任何可用作香精、空氣清新劑、防霉劑、消毒劑、空氣凈化劑、芳香治療劑(aromatherapy)、防腐劑、殺蟲劑、誘蟲劑、質(zhì)譜校準物和其他類似用途的液體。優(yōu)選所述液體的體積電阻系數(shù)為104-1012Ω·cm，更優(yōu)選體積電阻系數(shù)為105-109Ω·cm。還優(yōu)選加入物質(zhì)(例如酸、堿或鹽或其中兩種或多種的組合)以改變該液體的電阻系數(shù)在所需的范圍內(nèi)。還優(yōu)選液體在20℃時測定的粘度在約0.1-約20000mPa·s，更優(yōu)選0.1-8000mPa·s?？杉尤胝扯日{(diào)節(jié)劑，例如乙醇、異丙醇、甘油、乙酸、丙酸、水等或其中兩種或多種的組合以調(diào)節(jié)該液體的粘度在所需的范圍內(nèi)。優(yōu)選該液體的表面張力為約15-75dyne/cm。該液體優(yōu)選為可通過本發(fā)明的裝置電噴霧至房間、走廊、空氣處理體系、地下室等的空氣清新劑、消毒劑、除臭劑、防霉劑或殺蟲劑溶液，或者含用作電噴霧質(zhì)譜的標準物質(zhì)的化合物的溶液，或信息素、類固醇和碳水化合物。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，除非另外說明，否則本文中使用的術(shù)語“電噴霧”是指在低于電暈放電的電位下工作并且在一個或多個稱作“泰勒錐體(Taylor conn)的尖端分散由配位場形成的液滴。
如圖4所示，可通過開口51將容器30緊密地置于或部分置于外殼50內(nèi)。所述外殼可為圓形的、長方形的、正方形的或只要容器30能固定并緊密放置在開口51內(nèi)的任何形狀。即使當外殼倒轉(zhuǎn)時，手動釋放鎖定機構(gòu)使容器保持在原位。該機構(gòu)可為組成開口51的一個或多個壁，其具有開孔以容納容器30的一部分或固定30的突出63或64。外殼50包括與開口51相對的端62、另一端61、第一壁71和第二壁72。只要能容納所述容器，71與72之間的間距可為任何長度，在具有低壓輸入53的一壁上有低壓電源52，而在另一個壁上有高壓轉(zhuǎn)換器或外殼54。用于高壓的低壓電源可為交流或直流，可通過住宅電流(120或220V交流電)或電池電源供應(yīng)。同樣，高壓可為交流或直流。高壓外殼54可包括限制高壓下電流低于約100μA的電路和將低壓轉(zhuǎn)化為高壓的裝置(例如變壓器)。因為這種高壓轉(zhuǎn)化方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，為了簡化起見本文省略了對其的描述。低壓或高壓裝置可包括開/關(guān)體系或調(diào)節(jié)輸出電壓的電子設(shè)備。所述控制電子設(shè)備可為定時器、傳感器、手動開關(guān)等。當緊密固定于外殼50時，基本管狀結(jié)構(gòu)10的相對端12或毛細管結(jié)構(gòu)14通過電路與高壓轉(zhuǎn)換器接觸。在一個優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，通過金屬接點55將高壓施加于毛細管結(jié)構(gòu)14上，該金屬接點用作電壓/電源接地接點，并通過電線73與高壓轉(zhuǎn)換器54相連。當緊密裝配于外殼中時，毛細管尖端與電壓/接地接點接觸。
所述毛細管管狀結(jié)構(gòu)14的相對端12變成高壓電路的一個電極，通過電線74與高壓轉(zhuǎn)換器54相連的對電極56距相對端12約1-約50mm，更優(yōu)選5-25mm。電極之間的間距可為決定初始電噴霧所需的最佳電壓的參數(shù)。尖端18與對電極56之間的間距最優(yōu)選5-20mm。高壓接點通常與相對端12連接以提供與毛細尖端18的電接觸。尖端18與對電極56之間的間距為約1-約50mm，更優(yōu)選5-20mm。對電極可為導(dǎo)電金屬并可為介于電線與平面之間幾乎任何的光滑的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的對電極56的結(jié)構(gòu)為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其中中心有開口。對電極56可作為另一個電壓/接地接點。
對電極還可用作加熱器幫助聚集在電極56之上或附近的液體蒸發(fā)。在外殼中可任選存在光源59，任何從任選的加熱器或光源發(fā)出的熱量有助于任何聚集液體的蒸發(fā)，隨后通過多孔的壁57移走。
非常需要即使經(jīng)過連續(xù)的噴霧常達30天或更久，容器30中的液體的組成不發(fā)生明顯的變化。在蒸發(fā)過程中，最易揮發(fā)的組分比不易揮發(fā)的組分分散速率快。相反，電噴霧能將混合物中的所有組分以相同的速率分配。
不希望被理論束縛，在非工作狀態(tài)下，液體的表面張力作用使暴露于空氣中的液體表面積最小化，從而將蒸發(fā)減至最小。毛細管尖端的平整光滑表面使蒸發(fā)最小化，使得通過電噴霧方法分散的液體比通過蒸發(fā)方法分散的液體多10倍，優(yōu)選至少為蒸發(fā)的50倍，對于某些溶液比蒸發(fā)速率高1000倍。電噴霧依賴于各力的平衡。因為液體的儲存器高于噴霧液體的毛細管尖端，重力用作低壓泵幫助毛細管上升的力(該力取決于液體的表面張力)將液體送至毛細管結(jié)構(gòu)的尖端。平衡該力的為液體的表面張力，該力向內(nèi)作用以最小化暴露于空氣中的液體的面積。在一個真正的平衡體系中，液體可朝毛細管結(jié)構(gòu)的尖端前進，恰好在毛細管結(jié)構(gòu)尖端的內(nèi)部形成凹的彎液面，而不是流出毛細管。因此，優(yōu)選設(shè)計這樣的體系使得在毛細管結(jié)構(gòu)內(nèi)部的液體承受的重力比在毛細管結(jié)構(gòu)尖端單位面積的表面張力要小，而保持液體在尖端的內(nèi)部。在毛細管尖端處，表面張力的作用指向內(nèi)部，而重力的作用方向是向下的或朝向液體的外部。可在管子中測量液體的毛細管上升估計液體的表面張力(γ)，使用方程式γ＝1/2ρgrh，其中ρ為液體的密度，g為重力的力常數(shù)，r為毛細管的半徑，而h為液體高于毛細管開口的高度。在兩個力的平衡點處，γ(2πr)＝ρh(πr2)g。因此，在本文中使用的向下的結(jié)構(gòu)中，液體高于毛細管出口端(exit tip)的高度和/或毛細管的半徑優(yōu)選保持小的值，使得由重力作用的力不能勝過表面張力。在這種應(yīng)用中，λ＞1/2ρgrh。
上述討論的力的平衡可將液體保持剛好在毛細管尖端18的內(nèi)部，這種力的平衡可通過在結(jié)構(gòu)14的毛細管尖端和對電極56之間施加電場改變。電場誘導(dǎo)離子向液體表面移動。液體表面的離子與對電極之間的靜電吸引力使得液體從管子移出形成圓錐形，由從液體圓錐頂端延伸的細液柱噴霧液滴至周圍空氣中。一旦關(guān)閉電場，表面張力再次成為主要的力，則液體縮回毛細管尖端的內(nèi)部。
同樣不希望被理論束縛，在使用毛細管的裝置中，優(yōu)選儲存器具有將儲存器內(nèi)液體上方的蒸氣壓與儲存器外部的大氣壓相等的手段。否則，該壓差可克服表面張力使得液體或者抽入或排出存儲器?？稍谝好嫔戏绞褂门艢饪?3平衡容器的內(nèi)外壓差來避免存在壓差。象毛細管開口或尖端18一樣，也可使用塞子34密封排氣口的開口避免從排氣口33泄漏液體，直到該裝置準備使用，或?qū)⑷萜鲀?nèi)的液體封入薄的塑料(例如聚丙烯或聚乙烯)袋(或囊)中，隨著液體在儲存器中的消耗變癟，這類似于用于嬰兒瓶方法。因此，塑料袋避免液體從排氣孔泄漏。
毛細管結(jié)構(gòu)14的出口尖端18可為各種形狀，只要沒有產(chǎn)生氣體放電的鋒利點或邊緣即可。優(yōu)選的尖端的形狀為平面形，并與毛細管的軸大約成90°角。在這種結(jié)構(gòu)下，液體的表面積可最小化，同樣也最小化蒸發(fā)。另外，電噴霧分散液滴的初始電壓與氣體放電的初始電壓之間的差值最大化。將毛細管尖端切成一定的角度可減少初始電噴霧和初始氣態(tài)放電之間的電壓范圍。還可使用一頭逐漸變小為較小開口的大孔的管子，較小開口的內(nèi)徑可為25-200μm。這種構(gòu)型的實例可為加熱并拉拔以減小尖端開口的熔融石英。
還不希望被理論束縛，直徑狹窄的薄壁毛細管結(jié)構(gòu)14比直徑較大的厚壁結(jié)構(gòu)14初始電噴霧的電壓低。在兩端，可降低初始電噴霧和氣態(tài)電擊穿產(chǎn)生放電之間的電壓差。內(nèi)徑可為確定液體噴霧至空氣的速率的幾個參數(shù)之一。對于這種用途，小于約40μm的內(nèi)徑可分散的液體太少，而那些大于約350μm的內(nèi)徑噴霧液體的速率太高而很難控制液體的冷凝。錐形的尖端在小至25μm的內(nèi)徑下噴霧速率穩(wěn)定。外徑越大，初始放電所需的電壓越高。但是，因為可改變電極的間距、液體的粘度和電阻系數(shù)以及所施加的電壓以在寬的外徑范圍內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的噴霧，所以很難指定外徑的唯一的范圍。通常優(yōu)選外徑小于1mm但大于或等于內(nèi)徑約兩倍壁厚。毛細管結(jié)構(gòu)的長度通常要方便構(gòu)造。因此，適用的毛細管結(jié)構(gòu)短至1mm并長至100mm。
在所有結(jié)構(gòu)中，在非工作狀態(tài)(沒有施加電壓)下最大蒸發(fā)速率優(yōu)選低于施加電壓時的噴霧速率的1/10，更優(yōu)選低于噴霧速率的1/50，或甚至低于噴霧速率的1/1000。再次不希望被理論束縛，當關(guān)閉電壓時通過結(jié)合在毛細管尖端暴露于空氣中的液體的表面積和液體的蒸氣壓確定蒸發(fā)速率。當關(guān)閉電壓時，液體的表面張力使得液體縮回毛細管的尖端，因此最小化蒸發(fā)。當通電壓時，通過以下若干因素確定噴霧速率，這些因素包括毛細管結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑、毛細尖端18的場強、液體的導(dǎo)電率以及液體的粘度。當通電壓時，電場使液體以圓錐形狀從尖端突出，液體細液流從尖端延伸產(chǎn)生細微的液滴。在幾乎所有的電噴霧條件下單位時間內(nèi)通過形成液滴分散的液體的量為當關(guān)閉電壓時通過從毛細管尖端蒸發(fā)分散的液體量的50倍以上，并經(jīng)常為1000倍以上。在電噴霧方法中產(chǎn)生的細微液滴極大地增加了暴露于空氣中的液體的表面積，從而極大地增加了在電噴霧過程中液體蒸發(fā)的速率。因此，當關(guān)閉電壓時，很少液體從暴露于空氣中的小的液體表面蒸發(fā)。但是，當通電壓并且通過電噴霧方法分散細微的液滴時，由于極大地增加了暴露于空氣中的液體的表面，有更大量的液體分散為蒸氣。影響噴霧速率的因素有毛細管結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑、毛細管結(jié)構(gòu)的尖端18的場強、待噴霧的液體的導(dǎo)電率和粘度。實際上，可通過毛細管結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑以及在毛細管尖端和對電極之間施加的電壓來控制通過電噴霧分散液體的速率。最小化毛細管結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑以及施加的電壓將最小化分散的液體的量，而在權(quán)利要求保護的范圍內(nèi)最大化毛細管結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑并使用較高的電壓將最大化分散的液體的量。所述裝置能夠但不局限于以每天恒定的速率分配液體，在至少10天，優(yōu)選至少20天，更優(yōu)選至少30天的時間里，偏差小于±20％。所述裝置還能夠但不局限于分配液體，使得如果在以上公開的時間段內(nèi)噴霧，則液體的組成與起始組成的變化不超過10％。根據(jù)所述裝置的結(jié)構(gòu)，當連續(xù)運轉(zhuǎn)時，噴霧速率可為例如0.2-10，優(yōu)選0.2-5克/天。對于香氣的釋放，例如優(yōu)選的噴霧速率為0.4-1.5克/天。在1克/天的噴霧速率下，如果容器中盛有約30g的香精，則該容器將能提供一個月的連續(xù)噴霧。這假定恒定的噴霧速率而不管容器中液體的量。這是重力給料方法的一個特別的優(yōu)點。重力用作泵幫助表面張力(毛細管上升)將液體供至尖端，但是本文所描述的裝置沒有克服阻止液體從毛細管結(jié)構(gòu)溢出的表面張力。通過待噴霧的液體的特性和電極端部的電場確定噴霧速率。因此，只要作用于液柱的毛細管上升和重力的合力能提供足夠多的可電噴霧至毛細管尖端的液體，那么當容器變空時噴霧速率保持基本恒定。
通過對接點55及尖端18與對電極56施加電位，將高電場施加于在毛細管出口尖端18的液體。優(yōu)選電源的工作電壓為約1.5-約10kV，更優(yōu)選2-5kV，最優(yōu)選2-4kV。施加于尖端18的液體表面的電場可為連續(xù)的或間歇的。可通過手動開/關(guān)間歇地操作該裝置，或使用計時器或傳感器裝置自動操作或遠程操作。特別是可調(diào)整噴霧周期的定時開/關(guān)以提供適用于房間大小或用途的分散體(例如香精)的量。另外，可多組單元一起操作，使得在香氣釋放的情況下，例如可以上午釋放一種香氣，下午釋放另一種香氣而晚上不釋放香氣?？赏ㄟ^用多個容器盛放液體，每一個都具有毛細管結(jié)構(gòu)，交替在各毛細管結(jié)構(gòu)和對電極之間施加電位來完成這種多單元操作。在分散殺蟲劑或消毒劑的情況下，希望只是在晚上釋放液體。在這種情況下，將裝置設(shè)置成僅在所需的時間段內(nèi)提供高壓或通過使用傳感器僅當天黑時才打開電壓。如上所述，用于高壓的低壓源可為交流或直流，可通過住宅電流(120或220V交流電)或通過電池提供，而且高壓可為交流或直流。在兩種情況下，當施加電壓時，液體從管子中抽出并分散成細微的液滴至空氣中。當電壓關(guān)閉時，液體縮回毛細管結(jié)構(gòu)的開口表面。
本發(fā)明還包括對對電極56區(qū)域加熱的方法，優(yōu)選對于不易揮發(fā)可冷凝至對電極56上的液體。為了加熱電極，熱源可為通過用作對電極的電阻裝置的電流。熱源可為一靠近對電極的裝置，例如光源59。或者可將高表面積的芯吸材料(例如棉或由聚合物材料制成的薄的機織織物薄片)與對電極56接觸，將冷凝的液體芯吸成大的表面積以更快地蒸發(fā)。還或者如圖3和圖4所示，可將芯吸材料58置于外殼50的底部，通過提供更大的表面積幫助冷凝的噴霧蒸發(fā)并防止從裝置的出口冷凝。
如上所述，優(yōu)選盛放液體35并具有空氣排氣口33的容器30具有毛細管結(jié)構(gòu)以向下的方向移送液體，在外殼50中在高壓下提供電接觸。該容器可用作補充物。高壓外殼54包括限制在高壓下電流低于約100μA的電路、可簡單如變壓器的將低壓轉(zhuǎn)化為高壓的裝置、對電極和提供與如上所述容器電接觸的方法。外殼50還包含用于分散蒸氣和移走熱量的排氣壁57，并且可包含芯吸材料58和可兩用作為夜燈59的熱源。任選所述外殼可包含控制高壓的電子設(shè)備。
本發(fā)明還提供了一種用于從容器或儲存器分散液體的方法。所述方法包括將毛細管裝置連接于容器制成毛細管-容器，將所述毛細管-容器連接于外殼，對所述外殼施加電流。容器、液體、毛細管裝置和外殼可與以上所公開的相同。所提供的電流可為直流(例如電池)或交流(例如住宅電流，120或220V交流電)。在以上公開的裝置中通過高電流轉(zhuǎn)換器將這些來源提供的低壓轉(zhuǎn)化為高壓。當施加電壓時，液體通過尖端18從毛細管結(jié)構(gòu)中抽出并分散成細微的液滴至空氣中?？赏ㄟ^電子手段改變或控制液體分散的速率和時間，例如通過使用手動開關(guān)、定時器、電壓輸出調(diào)整器、可調(diào)變壓器、傳感器或遙控裝置?？扇我忾_始和停止液體分散為氣相或甚至可在不同的時間分散不同的液體。
以下所提供的實施例用于說明但不過份限制本發(fā)明的范圍。
實施例首先，建立一個簡單的裝置，其中1cm長的管狀金屬毛細管結(jié)構(gòu)具有平面光滑兩端，其內(nèi)徑為100μm而外徑為230μm，使用耐溶劑的環(huán)氧乙烷密封于聚丙烯容器中。通過容器頂部的排氣口加入由甘油、水、甲醇和異丙醇組成的液體(6ml)。使用直流電源為距毛細管約1cm的電線提供約4000V的電壓。對于該電源，該毛細管接地。毛細管面朝下，與其接觸的液體的量高于毛細管結(jié)構(gòu)的最上面的開口處，當施加電壓時，錐形液體在毛細管開口的最底部形成。當通電壓時，開始了電噴霧過程，將細微的液滴分配至周圍的空氣中。當關(guān)閉電壓時，液體縮回至毛細管結(jié)構(gòu)的最底部的尖端。稱重含有液體的容器并在不施加電壓24小時之后再次稱重。這樣提供了以克/小時為單位的蒸發(fā)速率。重復(fù)該試驗，但是施加電壓24小時，在此過程中開始電噴霧。這樣提供了以克/小時為單位的噴霧速率。發(fā)現(xiàn)在該測試條件下該混合物的噴霧速率為蒸發(fā)速率的約1800倍。向容器中再次填充總計6ml的起始溶劑混合物，并且直到該裝置分配了所有的高于最頂部的毛細開口的液體(5.5ml)時才撤去電壓。將剩余的0.5ml液體和0.5ml起始溶劑混合物進行氣相色譜分析。分析結(jié)果表明在電噴霧之前和之后溶劑的組成沒有檢測到變化。
通過改造一個市售的蒸發(fā)香氣的分配器制造了后一個裝置。所做的改變與附圖1-4中所示類似，但是沒有任選的熱源或光源，在容器中使用排氣孔。向容器中加入市售的香精溶液(8ml)，將容器放置于固定器中，毛細管結(jié)構(gòu)朝下，通過在管狀結(jié)構(gòu)的端部涂覆的銀涂料與金屬墊片電接觸。第二個金屬墊片位于毛細管尖端約1cm處用作對電極。在兩個墊片之間施加3000V的電位產(chǎn)生電噴霧條件。該裝置運轉(zhuǎn)7天，分配7ml液體。初始的香精和經(jīng)過將8ml香精溶液噴霧7ml之后的剩余的香精經(jīng)GC-MS分析發(fā)現(xiàn)變化沒有超出預(yù)期的批到批(run-to-run)變化(表I)。
還制造了一個便攜的裝置用作演示模型。該裝置與如上描述的裝置原理類似，不同之處在于高壓的產(chǎn)生是使用閃光燈電池(3-6V)，使用EMCO Q系列電壓轉(zhuǎn)換器將低壓轉(zhuǎn)化為2000V-5000V的直流電，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。出于觀察的目的，該裝置的外殼由透明的塑料制成，而對電極為電線而非環(huán)狀結(jié)構(gòu)。重復(fù)開關(guān)該裝置，在長達6天之后或者連續(xù)關(guān)或者連續(xù)開。除了需要新的電池，該裝置在3個月開/關(guān)操作后仍能運轉(zhuǎn)。
下表I所示的結(jié)果為GC/MS比較電噴霧前后初始香精的組成。初始溶液體積8ml，最終溶液體積1ml。結(jié)果說明組分相對濃度的變化與保留時間和大概的揮發(fā)性的關(guān)系是隨機的，并且這種變化在預(yù)期的批到批變化范圍內(nèi)。
表I
權(quán)利要求
1.一種裝置，所述裝置包括容器、毛細管裝置和外殼，其中所述容器具有與所述毛細管裝置相連的開口端，所述容器包含液體；所述毛細管裝置包括具有第一端和相對端的基本管狀的構(gòu)件；所述第一端固定于所述容器的所述開口端；所述相對端被具有毛細尖端的基本管狀的毛細管結(jié)構(gòu)貫穿；所述毛細管結(jié)構(gòu)與所述基本管狀的構(gòu)件同軸排列；且所述毛細管結(jié)構(gòu)與所述液體流體相連；所述外殼包括具有與所述容器相連的開口的第一端、與所述第一端相對的第二端、連有低壓電源的第一壁、連有高壓轉(zhuǎn)換器的第二壁、與所述高壓電源相連的對電極，以及任選的光源、芯吸材料、調(diào)節(jié)電壓的電子設(shè)備或其中的兩種或多種；且所述毛細管結(jié)構(gòu)與所述第一壁和所述第二壁同軸。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中所述毛細管裝置的所述相對端與所述對電極的間距為約1-約50mm；在20℃時所述液體的粘度為0.1-20000mPa·s；所述液體的體積電阻系數(shù)為104-1012Ω·cm；所述液體的表面張力為15-73dyne/cm。
3.權(quán)利要求1或2的裝置，其中所述基本管狀的構(gòu)件由聚合物、塑料或金屬制成；所述毛細管結(jié)構(gòu)由導(dǎo)電性材料、包含導(dǎo)電材料的聚合物、導(dǎo)電聚合物、熔融石英或涂有金屬的熔融石英制成。
4.權(quán)利要求1、2或3的裝置，其中所述毛細管結(jié)構(gòu)的外徑為0.07-1.5mm，內(nèi)徑為0.04-0.35mm。
5.權(quán)利要求1、2、3或4的裝置，其中所述毛細管結(jié)構(gòu)的尖端為平面并與所述毛細管結(jié)構(gòu)的軸成90°角。
6.權(quán)利要求1、2、3、4或5的裝置，其中所述裝置能在至少10天以上的時間內(nèi)以基本恒定的速率分配所述液體；所述速率優(yōu)選為0.2-10克/天；與起始的化學(xué)組成比較，所述液體的化學(xué)組成變化不超過10％。
7.一種分配液體的方法，所述方法包括將毛細管裝置連接于容器而制成毛細管-容器，將所述毛細管-容器連接于外殼，并且對所述外殼施加電流，其中所述容器、所述毛細管裝置和所述外殼如權(quán)利要求1、2、3、4、5或6中所述。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述液體為香精、空氣清新劑、防霉劑、消毒劑、空氣凈化劑、芳香治療劑、防腐劑、殺蟲劑、誘蟲劑或質(zhì)譜校準物。
9.權(quán)利要求7或8的方法，其中所述電流產(chǎn)生2-10kV的高壓。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述電壓產(chǎn)生給定的場強，使在相同的時間內(nèi)所分配的液體重量比不施加所述電壓蒸發(fā)的液體重量多10倍以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可用于分散液體的裝置。所述裝置包括容器(30)、毛細管裝置和外殼(50)。容器(30)具有與毛細管裝置相連的開口端，所述容器包含液體。所述毛細管裝置包括基本管狀的構(gòu)件(10)，該構(gòu)件的一端固定于容器(30)的開口端(31)，而相對端(12)被基本管狀的毛細管結(jié)構(gòu)(14)貫穿，所述毛細管結(jié)構(gòu)與基本管狀的構(gòu)件(10)同軸排列。毛細管結(jié)構(gòu)(14)與容器(30)中的液體流體相連。所述外殼包括具有與所述容器(30)相連的開口的第一端(11)、連于第一壁的低壓電源(52)、連于另一壁的高壓轉(zhuǎn)換器(54)、電壓接點和對電極，任選熱和/或光源、芯吸材料和其他任選的調(diào)節(jié)電壓的電子設(shè)備。本發(fā)明還公開了使用所述裝置分配液體的方法。
文檔編號B05B5/00GK1777478SQ200480010558
公開日2006年5月24日 申請日期2004年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月22日
發(fā)明者C·N·麥塞文, W·J·赫龍, R·G·麥凱 申請人:納幕爾杜邦公司