泡沫分配器的制造方法
【专利说明】泡沬分配器
[0001] 本发明涉及分配器，尤其是能够使用压缩气体产生泡沫的泡沫分配器。
[0002] 常见的泡沫和气雾剂分配器使用VOC产生泡沫或气雾剂喷雾，其中VOC作为起推 进剂作用的液化气体提供。例如，许多气雾剂分配器使用液化石油气（LPG)等。然而，由于 与它们相关的健康风险，如感官刺激和呼吸问题，许多不同国家的环保机构目前正在试图 逐步淘汰此类分配器中VOC的使用。VOC还是可燃的并且比压缩气体推进剂更昂贵。
[0003] 一些现有的泡沫分配器通过使液体和气体经过小孔来产生泡沫，这引起了经由在 离散孔处的瑞利-泰勒不稳定性（Rayleigh-Taylor instabilities)的气泡形成。由于这 种机制，可以由这些小孔发泡装置产生的气泡的最小尺寸大约等于孔的直径。因此，为了产 生小气泡，例如直径约60微米，对于这种小孔发泡装置来说，包括具有大约60微米的直径 的孔将会是必需的。
[0004] 然而，这种小孔的制造可能既是困难的又是昂贵的。尤其是，为了在材料中制造具 有小于一毫米的直径的孔，通常必需的是，使用专门的技术如激光钻孔，这是昂贵的并且不 适合高容量/低成本制造。此外，激光钻孔受到可以制造的孔的纵横比的固有极限的困扰， 其中孔长度与宽度的比率通常被限制为10至1。因此，为了通过激光钻孔制备非常小的孔 (例如直径为大约60微米），那么将会需要在薄材料（对于60微米的孔直径来说厚度为大 约0.6mm)中钻这种孔。这进而限制了可以使用的材料。
[0005] 这些小孔发泡装置通常包括许多小孔，同时仅使用一个小孔限制气体可以结合至 泡沫中的速率。在使用多个小孔的发泡装置中，需要以等于多个孔直径的间隔距离放置这 些孔，从而防止在孔处冒出的气泡重新凝聚为较大的气泡。这种要求意味着不能使用低成 本材料如细网状物、烧结材料或多孔材料设置小孔，因为这些材料中的孔不能充分地分隔 开。因此，制造商必须依赖于如以上解释的技术如激光钻孔。
[0006] 此外，以显著的速率通过小孔抽取气泡需要贯穿孔的显著的压降。这可以通过使 液体经过孔而产生，但是在小孔的情况下，需要高流速以产生贯穿孔的足够的压降。进而， 需要显著的压力从而以足够高的流速驱动液体。此外，气体夹带入液体流中的速率高度取 决于液体流速和在孔的每个侧面上的压力，其可以引起气泡尺寸和气相体积的大的变化。 例如，在将小孔用于采用压缩气体推进剂的气雾剂型系统中的情况下，顶部空间压力可以 在0. 5巴至8巴之间变化，引起气泡尺寸和气相体积的大的变化。
[0007] 最后，小孔非常容易堵塞。例如，具有60微米的直径的孔可能容易被灰尘、来自制 造的材料下脚料、或可以在孔中干燥并固化的液体制剂的组分堵塞。
[0008] 迄今为止，尚不能在确保分配装置适合经济有效地制造的同时在不使用VOC的情 况下产生令人满意的高质量的泡沫。
[0009] 本发明旨在通过提供优选在不需要使用VOC的情况下能够产生足够高质量的泡 沫（例如具有较高气相体积和较小且均匀的气泡尺寸）的装置来解决这些问题。
[0010] 根据第一方面，本发明提供一种用于在不需要使用液化气体的情况下从出口产 生微泡沫的分配器，所述分配器包括：用于容纳表面活性剂溶液的储罐；用于供应气体的 工具；用于将所述储罐中的所述表面活性剂溶液和所述气体沿着流路向所述出口输送的 工具；其中所述输送工具包括导管，所述导管具有用于由所述表面活性剂溶液和所述气体 生成所述泡沫的发泡部；其中所述发泡部具有包括以下各项的内部规格：内部润湿表面积 'Aws'、两相流长度L tp、总体积V和孔隙率'P' ；并且其中所述内部规格通过下列各项之间的 关系表征：等于润湿表面积'Aws'乘以两相流动长度L tp并除以体积V的参数Y、孔隙率'P'、 以及常数1和K 2，其中Y是正数并且不小于K1乘以P并减去K 2，并且常数&和K 2在10% 公差内分别具有值1994和821。
[0011] 气体可以维持在0. 1巴至25巴之间的压力下。气体可以维持在0.3巴至8巴之 间的压力下。
[0012] 本发明提供一种用于在不需要使用液化气体的情况下从出口产生泡沫的分配器， 所述分配器包括：用于容纳表面活性剂溶液的储罐；用于供应气体的工具；用于将所述储 罐中的所述表面活性剂溶液和所述气体沿着流路向所述出口输送的工具；其中所述输送 工具包括导管，所述导管具有用于由所述表面活性剂溶液和所述气体生成所述泡沫的发泡 部；并且其中所述发泡部具有适用于提供具有通过预定极限值表征的质量的泡沫的内部规 格。
[0013] 发泡部可以包括至少一个设置在所述流路中的泡沫增强元件并且可以至少部分 地通过所述至少一个泡沫增强元件来提供所述发泡部的内部规格。
[0014] 至少一个泡沫增强元件可以包括下列各项中的至少一种：大体上球形的元件；大 体上立方体形的元件；大体上圆柱形的元件；大体上锥形的元件；多孔元件；以及从所述发 泡部的内表面延伸至所述流路的元件。
[0015] 发泡部还可以包括用于使所述至少一个泡沫增强元件保持在所述发泡部内的至 少一个保持元件。
[0016] 预定极限值可以包括小于70微米的平均气泡直径。
[0017] 预定极限值可以包括小于60微米的平均气泡直径。
[0018] 预定极限值可以包括在30至70微米之间的平均气泡直径。
[0019] 预定极限值可以包括通过小于35微米的标准差表征的均匀性。
[0020] 预定极限值可以包括通过小于25微米的标准差表征的均匀性。
[0021] 预定极限值可以包括通过在10至35微米之间的标准差表征的均匀性。
[0022] 内部规格可以包括大于1800平方毫米的润湿表面积。
[0023] 内部规格可以包括大于3000平方毫米的润湿表面积。
[0024] 内部规格可以包括在4500至6000平方毫米之间的润湿表面积。
[0025] 内部规格可以包括大于4平方毫米/立方毫米的润湿表面积与空隙空间体积的比 率。
[0026] 内部规格可以包括大于16平方毫米/立方毫米的润湿表面积与空隙空间体积的 比率。
[0027] 内部规格可以包括在20至25平方毫米/立方毫米之间的润湿表面积与空隙空间 体积的比率。
[0028] 内部规格可以包括大于3平方毫米/毫米的润湿表面积与两相流动长度的比率。
[0029] 内部规格可以包括大于π平方毫米/毫米的润湿表面积与两相流动长度的比率。
[0030] 内部规格可以包括大于8平方毫米/毫米的润湿表面积与两相流动长度的比率。
[0031] 内部规格可以包括大于40毫米的两相流动长度。
[0032] 内部规格可以包括大于60毫米的两相流动长度。
[0033] 内部规格可以包括大于1200毫米的两相流动长度。
[0034] 内部规格可以包括小于10毫米的发泡部直径。
[0035] 内部规格可以包括小于4毫米的发泡部直径。
[0036] 内部规格可以包括在0. 1至10毫米之间的发泡部直径。
[0037] 预定极限值可以包括通过小于所述平均气泡直径的60%的标准差表征的均匀性。
[0038] 预定极限值可以包括通过小于所述平均气泡直径的50%的标准差表征的均匀性。
[0039] 储罐可以容纳具有50达因 /cm以下的表面张力的表面活性剂溶液。储罐可以容 纳具有200c. P以下的粘度的表面活性剂溶液。储罐可以容纳具有50c. P以下的粘度的表 面活性剂溶液。
[0040] 分配器还可以包括：用于向所述储罐中的所述表面活性剂溶液施加压力以将所述 表面活性剂溶液沿着所述导管并向所述发泡部驱动、并且用于将通过所述发泡部生成的泡 沫驱动至所述出口的工具。
[0041] 可以通过维持在所述储罐内的压力下的所述气体提供压力施加工具。
[0042] 气体可以维持在2巴至25巴之间的压力下。
[0043] 气体可以维持在2巴至8巴之间的压力下。
[0044] 所述表面活性剂溶液中所述气体的浓度可以小于350毫克/千克所述表面活性剂 溶液。
[0045] 气体可以包括非液化气体。非液化气体可以包括下列各项中的至少一种：空气、 氮、二氧化碳、一种或多种稀有气体、一氧化二氮、氧。
[0046] 输送工具可以包括具有在分支点处相接触的气体入口和表面活性剂溶液入口的 二分支管，在操作中，所述气体和所述表面活性剂溶液在进入所述发泡部前在所述分支点 处混合。
[0047] 气体入口和所述表面活性剂溶液入口可以彼此垂直分开。
[0048] 分支点可以被配置成通常保留在所述表面活性剂溶液的液面以下。
[0049] 分配器可以被配置成在不使用挥发性有机化合物，VOC的情况下产生泡沫。
[0050] 气体供应工具和输送工具可操作，从而以包括表面气体速度'和表面液体速度 的流体特征向所述发泡部提供所述气体和所述表面活性剂溶液；其中所述流体特征通 过表面气体速度'V，、表面液体速度、以及常数CJPC 2之间的关系表征，其中Vti不大 于C1乘以V1并加上C2，并且常数CjPC 2在10%公差内分别具有值18. 4和507.4。
[0051] 根据本发明的另一个方面，提供一种用于在不需要使用液化气体的情况下从出口 产生微泡沫的分配器，所述分配器包括：用于容纳表面活性剂溶液的储罐；用于供应气体 的工具；用于将所述储罐中的所述表面活性剂溶液和所述气体沿着流路向所述出口输送的 工具；其中所述输送工具包括导管，所述导管具有用于由所述表面活性剂溶液和所述气体 生成所述泡沫的发泡部；其中所述气体供应工具和所述输送工具可操作，从而以包括表面 气体速度'VJ和表面液体速度'\'的流体流特征向所述发泡部提供所述气体和所述表面 活性剂溶液；并且其中所述流体流特征通过表面气体速度I t/、表面液体速度以及常 数(^和C 2之间的关系表征，其中V s不大于C i乘以V加上C 2，并且常数CjP C 2在10 %公 差内分别具有值18. 4和507. 4。
[0052] 所述气体供应工具和所述输送工具可以是可操作的，从而通过调节下列各项中的 至少一种，以由表面气体速度I t/、表面液体速度、以及常数CdP C 2之间的所述关系表 征的流体流特征向所述发泡部提供所述气体和所述表面活性剂溶液：向所述气体和所述表 面活性剂溶液中的至少一种施加的压力；流体流路的直径。
[0053] 根据本发明的另一个方面，提供一种用于在不需要使用液化气体的情况下产生泡 沫的泡沫分配器用发泡组件，所述发泡元件包括：用于将来自储罐的表面活性剂溶液和气 体沿着流路输送的工具；其中所述输送工具包括导管，所述导管具有用于由所述表面活性 剂溶液和所述气体生成所述泡沫的发泡部；其中所述发泡部具有包括以下各项的内部规 格：内部润湿表面积'A ws'、两相流长度Ltp、总体积V和孔隙率'P' ；并且其中所述内部规格 通过下列各项之间的关系表征：等于润湿表面积'Aws'乘以两相流动长度L tp并除以体积V 的参数Y、孔隙率'P'、以及常数1和K 2，其中Y是正数并且不小于K1乘以P并减去K 2，并且 常数KjPK 2在10 %公差内分别具有值1994和821。
[0054] 根据本发明的另一个方面，提供一种用于在不需要使用液化气体的情况下产生泡 沫的泡沫分配器用发泡组件，所述发泡元件包括：用于将来自储罐的表面活性剂溶液和气 体沿着流路输送的工具；其中所述输送工具包括导管，所述导管具有用于由所述表面活性 剂溶液和所述气体生成所述泡沫的发泡部；并且其中所述发泡部具有适用于提供具有通过 预定极限值表征的质量的泡沫的内部规格。
[0055] 根据本发明的另一个方面，提供一种用于在不需要使用液化气体的情况下从出口 产生泡沫的分配器，所述分配器包括：用于容纳表面活性剂溶液的储罐；用于供应气体的 工具；用于将所述储罐中的所述表面活性剂溶液和所述气体沿着流路向所述出口输送的工 具；其中所述输送工具包括导管，所述导管具有用于由所述表面活性剂溶液和所述气体生 成所述泡沫的发泡部；并且其中所述发泡部具有符合以下参数中的至少一种的内部规格： 大于1800平方毫米的润湿表面积；大于4平方毫米/立方毫米的润湿表面积与空隙空间体 积的比率；小于10毫米的发泡部直径；和大于40毫米的两相流动长度。气体可以维持在2 巴至8巴之间的压力下。
[0056] 根据本发明的另一个方面，提供一种在不需要使用液化气体的情况下产生泡沫的 方法，所述方法使用如上所述的泡沫分配器或者使用如上所述的发泡组件。
[0057] 根据本发明的另一个方面，提供一种泡沫，所述泡沫在不需要使用液化气体的情 况下使用如上所述的泡沫分配器或者使用如上所述的发泡组件产生。
[0058] 泡沫可以包括以下极限值中的一种的至少一种：小于70微米的平均气泡直径；小 于60微米的平均气泡直径；在30至70微米之间的平均气泡直径；小于35微米的标准差； 小于25微