泡沫分配器的制造方法_2

文档序号:9382155阅读:来源:国知局
米的标准差;在10至35微米之间的标准差。
[0059] 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,所述方法包括:在储罐中容纳表面活性剂溶液;将所述储罐中的所述表面活性剂溶 液和来自气体供应的气体沿着流路向出口输送;其中所述输送步骤包括在具有用于由所述 表面活性剂溶液和所述气体生成所述泡沫的发泡部的导管中输送所述表面活性剂溶液和 所述气体;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Ltp并除以体积V的参数Y、孔隙率'P'、以及常数K i 和K2,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。
[0060] 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,所述方法包括:在储罐中容纳表面活性剂溶液;将所述储罐中的所述表面活性剂溶 液和来自气体供应的气体沿着流路向出口输送;其中所述输送步骤包括在具有用于由所述 表面活性剂溶液和所述气体生成所述泡沫的发泡部的导管中输送所述表面活性剂溶液和 所述气体;其中以包括表面气体速度%'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'VZ、 表面液体速度、以及常数CdP C 2之间的关系表征,其中V 不大于C i乘以V 4卩上C 2,并 且常数CdP C 2在10 %公差内分别具有值18. 4和507. 4。
[0061] 可以通过调节下列各项中的至少一种,以通过表面气体速度'V,、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。
[0062] 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 的气体供应;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 送的通道;其中所述通道包括导管,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&和K 2在10% 公差内分别具有值1994和821。
[0063] 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 的气体供应;通道,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; 其中所述通道包括导管,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;其中所述气体供应和所述通道可操作,从而以包括表面气体速度'V,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CdP C 2之间的关系 表征,其中Vti不大于C i乘以V ^加上C 2,并且常数(^和C 2在10 %公差内分别具有值18. 4和 507. 4。
[0064] 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,所述方法包括:在储罐中容纳表面活性剂溶液;将所述储罐中的所述表面活性剂溶 液和来自气体供应的气体沿着流路向出口输送;其中所述输送步骤包括在具有用于由所述 表面活性剂溶液和所述气体生成所述泡沫的发泡部的导管中输送所述表面活性剂溶液和 所述气体;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。
[0065] 根据本发明的另一个方面,提供一种用于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。
[0066] 现在将仅通过实例的方式,参照以下附图,描述本发明的实施方案,其中:
[0067] 图1以简化的综览示意性地图示了用于分配泡沫的分配器系统;
[0068] 图2以简化的形式图示了用于分配泡沫的分配装置的具体实施方案;
[0069] 图3以简化的形式图示了用于分配泡沫的分配装置的另一个实施方案;
[0070] 图4以简化的形式图示了分配装置的发泡部的一部分;
[0071] 图5以简化的方式图示了使用已知的泡沫分配器产生的泡沫的样品;
[0072] 图6以简化的方式图示了使用基本上对应于图2中图示的分配装置的分配装置产 生的泡沫的样品;
[0073] 图7是显示图5和6中图示的泡沫样品的一系列气泡直径的数量密度分布的图 表;
[0074] 图8是通过根据另一个实施方案的分配装置的截面的简化图示;
[0075] 图9是在与分配装置有关的实验工作中使用的装置的图示;
[0076] 图10是用于在分配装置中使用的示例性泡沫增强元件的图示;
[0077] 图11是图示发泡装置提供泡沫所需的规格特征的图表;并且
[0078] 图12是图示提供合乎需要的质量的泡沫所需的流体特征的图表。
[0079] 图1以简化的综览示意性地图示了根据本发明的分配器系统8。分配器系统包括 表面活性剂溶液11 (或包含另一种适合的发泡剂的溶液)的供应和气体供应13。表面活性 剂溶液11和气体供应13与配置用于将表面活性剂溶液与由气体供应13提供的气体混合 以形成具有所需性能的泡沫的发泡部15流体连通。发泡部15与出口 19通过阀17流体连 通,以允许表面活性剂溶液和气体的发泡混合物从发泡部15输送至出口 17,在那里泡沫可 以离开分配器系统8。有利地,发泡部15被配置成产生由基本上小于发泡部中最小孔尺寸 的气泡形成的泡沫。这意味着,可以产生具有例如大约60微米的直径的小气泡,而不需要 制造非常小的孔,例如接近60微米的直径的孔。
[0080] 从适合的源10向表面活性剂溶液11施加压力,从而将表面活性剂溶液11驱动至 发泡部15中。尽管未图示,将理解的是,可以施加相同的压力源10或单独的压力源以将气 体13驱动至发泡部15中。表面活性剂溶液11包括液体表面活性剂,而在这个实施方案中, 气体供应中容纳的气体包括非液化气体,提供了压缩气体推进剂。有利地,气体不需要含有 挥发性有机化合物(VOC)。
[0081 ] 在不以液化形式提供气体13时,在将气体13和表面活性剂溶液11储存在相同的 储罐中的实例中,与使用液化气体推进剂的泡沫分配器相比,表面活性剂溶液11中将会仅 存在较少量的气体或不存在气体(通常是溶解形式的)。在将气体13和表面活性剂溶液 11储存在不同的储罐中的实例中,它们的流路可以例如,在进入发泡部15前的T接头或Y 接头处合并。
[0082] 因此,在使用中,表面活性剂溶液和气体二者都进入发泡部15,使得表面活性剂溶 液和气体合并以形成在液体表面活性剂内包含气体气泡的具有预定所需特征的泡沫。
[0083] 尤其是,分配器系统8被配置成产生"微泡沫"。这被定义为在其中气泡本身不能 被人眼分辨的泡沫并且因此泡沫似乎是连续的。
[0084] 在其中气泡本身不能被人眼分辨的泡沫通常具有100微米以下的平均气泡直径 和高的均匀性程度。
[0085] 通常,微泡沫将具有以下概述的特征。
[0086] 微泡沫将具有较高的气相体积,对于表面活性剂溶液来说通常大于90%。对于由 乳形成的微泡沫来说,气相体积将会大于75 %,并且对于由乳制奶油形成的微泡沫来说,气 相体积将会大于60%。
[0087] 为了肉眼不可见,尽管对于特别高质量的微泡沫来说平均气泡直径将会优选小于 40微米,但在大多数情况下小于100微米的平均气泡直径将会是足够的。
[0088] 气泡尺寸分布将会具有高的均匀性程度,通常具有小于25微米的标准差。
[0089] 通过发泡装置产生的良好质量的微泡沫将优选具有上述特征,并且将是光滑且连 续的泡沫,而不存在相对大的气泡(例如直径超过一毫米)或气穴(air pocket)。
[0090] 用于许多用途来说,例如,以下特征通常是合乎需要的:较高的目标气相体积(通 常,例如,超过90%或更优选的超过95% ),较小的平均气泡直径(通常,例如,100微米以 下,更优选70以下并且还更优选约60微米或甚至更低,或在30至70微米之间),低的气泡 直径标准差(通常,例如,35微米以下并且更优选在25微米加或减2微米的区间内,或甚至 更低的值,或10至35微米之间)。此外,标准差可以表示小于平均气泡直径的60 %,或更 优选的小于平均气泡直径的50%。
[0091] 通过压力源10对表面活性剂施加的、并且驱动所容纳的表面活性剂进入发泡部 15的压力还驱动发泡部15内容纳的泡沫进入阀17中并且在出口 19处离开分配系统8。如 果使用除压力源10外的压力源将气体13推进至发泡部15中,则这种单独的压力源还也助 于驱动发泡部15内容纳的泡沫。
[0092] 阀17可以占据打开或关闭位置。当阀17在打开位置时,使得泡沫从发泡部15流 动至出口 19,并且当阀17在关闭位置时,阻止或限制了泡沫从发泡部15到出口 19的流动。 以这种方式,阀17控制泡沫从分配系统8的分配。
[0093] 仅通过实例的方式,在初步实验中产生的一种示例性的泡沫中,所形成的泡沫具 有大约60微米的平均气泡直径,以及在已经将泡沫从分配系统8分配之后大约3秒时的大 约25微米的气泡直径标准差。
[0094] 此外,在另外的实验中,发现当发泡部15符合特定的参数时,在图1中图示的分配 器系统8能够产生"微泡沫"。具体地,在另外的实验中确定了多个参数作为发泡部15是否 可以产生微泡沫以及可以产生的微泡沫的质量的重要指标。现在将简单地介绍这些参数。 就用于得到它们的实验而言,稍后将更详细地描述发现通常产生微泡沫并且影响微泡沫的 质量的参数空间。
[0095] 发现对于确定发泡部15是否可以产生良好质量的微泡沫来说孔隙率是重要的参 数。孔隙率被定义为发泡部15内空的空间相对于发泡部的总体积的比例。例如,空管的孔 隙率是1。
[0096] 发现对于确定发泡部15是否可以产生微泡沫来说发泡部15的润湿表面积Aws是 重要的参数,尤其是由等于润湿表面积Aws乘以两相流动长度L TP并除以发泡部的总体积V 的Y表示的参数。
[0097]
[0098] 在以下讨论中,据推测,发泡部具有恒定的横截面积Acs并且因此参数Y等于发泡 部15的润湿表面积A ws与横截面积A es的比率Rws cs。
[0099]
[01 00] 润湿表面积Aws被定义为发泡部内的总表面积,包括任何泡沫增强元件(也被称为 包装材料)。在发泡部由填充有泡沫增强元件的管形成的情况下,润湿表面积Aws是管的内 表面的面积加上泡沫增强元件的总表面积。在发泡部由多孔材料形成的情况下,润湿表面 积Aws是液体和气体可以流经的所有孔的表面积。横截面积A cs是与流体流的整体方向垂直 选取的通过发泡部的截面的总面积。
[0101] 发现气体13和表面活性剂溶液11的表面速度对于确定发泡部15是否可以产生 良好质量的微泡沫来说是重要的参数。表面速度被定义为气体或液体通过发泡部中的空的 空间的速度,即表面速度=QA ε Acs),其中:Q是气体或液体的体积流速;ε是发泡部的孔 隙率;Aes是发泡部的横截面积。要指出的是,当计算液体或气体的表面速度时,忽略其他相 的存在,例如假定在系统不存在液体来计算表面气体速度,并且反之亦然。此外,在发泡部 不具有恒定的横截面积的实例中,用V/L TPR替参数A cs。
[0102] 有利地,图1的系统8被配置成使得发泡部15的润湿表面积Aws与横截面积A cs的 比率Rws es、发泡部15的孔隙率、以及气体13和表面活性剂溶液11的表面速度在稍后更详 细描述的参数空间中,这确保了可以由分配系统8产生良好质量的微泡沫。
[0103] 图2图示了分配装置20的实施方案。分配装置20包括用于容纳在操作中通过分 配装置混合以形成泡沫41的表面活性剂溶液21和在压力下的压缩气体推进剂23的封闭 储罐37的形式的容器。储罐37具有通过阀27密封的开口 39。阀27与储罐37形成气密 密封,从
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