专利名称：控制气体输送的装置和方法
技术领域：
本发明总体涉及输送气体用的装置和方法，更具体地说，本发明涉及控制气体输送的数量、速率和持续时间的装置和方法。
背景技术：
已知可应用气体来例如延迟、控制、杀灭或防止微生物污染(如细菌、真菌、病毒、霉菌孢子、藻类和原生动物)；延迟、防止或控制生化分解；控制呼吸、除臭和/或延迟和防止趋化性。这些气体包括，但不限于二氧化氯、二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮、一氧化二氮、二氧化碳、硫化氢、氢氰酸和一氧化二氯。例如，在各种出版物中证明和讨论了二氧化氯的应用和功效，如G.D.Simpson等.，A Focus onChlorine Dioxide，An Ideal Biocide(2000年2月5日访问)http//clo2.com/readings/waste/corrosion.html，和K.K.Krause，DDS等，The Effectiveness of Chlorine Dioxide in theBarrier System(2000年2月5日访问)http//www.dentallogic.com/dentist/effects.htm。
特别地，业已发现二氧化氯可用作消毒剂、抗菌剂和卫生净化剂。如将其用于消毒饮用水和各种水源。另外，二氧化氯可用作面粉、脂肪和织物的漂白剂。二氧化氯作为处理金属和塑料表面，以及其它基质如桌面、肉类加工和包装设备，以及牙科和医疗仪器和器械用的抗菌剂，还显示出巨大的应用性。
现有技术中生产二氧化氯气体用的方法的一个缺点通常是令人不满意的副产物或反应物量仍作为残渣保留。例如，在二氧化氯气体的情况下，副产物亚氯酸盐残留在食物处理设备以及医疗和牙齿表面上。根据FDA和EPA的规章，应当避免人类与这些残渣接触或使接触基本上最小。
在食品处理和相关工业中的另一要求是需要在消毒剂的制备中安全操作的原料或成分。该要求包括安全使用的试剂和产生二氧化氯之后，生产无毒和/或可生物降解的副产物用的试剂。
另外，尽管二氧化氯具有非常有利的特点，但是二氧化氯在产业上不可作为浓缩的气体被大批运输使用，相反而是在其使用的地方就地生产。因此，典型地要求就地的气体生产工厂生产气体，然后将气体输送到将被使用的流体中去。这种装置占地且要求很大的附加花费。此外，即使当现有技术的装置不要求独立的产气组件，如欧洲专利公开No.0571228中所示的用于产生二氧化硫的那些，但是这种装置仍不理想，因为即使不是不成功的话，也已经证明难以控制所产生的气体量、产生的效率和气体产生的持续时间。
这就需要控制地、就地产生气体，例如能够安全、有效和经济地生产的二氧化硫和二氧化氯，而不必需要独立的生产工厂或非所需的副产物。本发明解决这些需要。
发明概述现已发现输送气体的新方法。本发明使用独特的输送体系，该体系控制产气反应的速率和效率。此外，通过在多层装置内部使用少量(discreet amount)的反应物，熟练的从业者现可制造紧凑、低成本且安全的气体输送装置。而且，本发明可用于各种应用，包括输送气体进入空气或水中在内，和用于各种目的，包括消毒、除臭、漂白和净化在内。
一方面，本发明提供一种气体输送装置。该装置例示的实施方案通常包括一个外壳、一个放置在外壳内部的囊包(sachet)以及一个放置在囊包内部的反应物，该反应物在引发剂存在下产生气体，其中外壳容允气体从外壳中释放。
本发明目前的优选实施方案提供了一种输送气体的装置，其中所述装置包括放置在第一个囊包的第一种反应物，放置在第二个囊包的第二种反应物，围绕着第一个囊包和第二个囊包放置的第三个囊包，围绕第三个囊包放置的外壳，在外壳内部紧邻第三个囊包放置的一个易碎的囊袋(pouch)，和放置在易碎的囊袋内部的引发剂。在该实施方案中，第一种反应物和第二种反应物在引发剂存在下产生气体，和外壳容允气体从装置中释放。
在第三个例示的实施方案中，输送气体用的装置包括一种外壳、设置在外壳内部区分第一部分体积和第二部分体积的隔板、放置在第一部分体积中的第一种反应物，和放置在第二部分体积中的第二种反应物。在此优选的实施方案中，第一种反应物和第二种反应物在引发剂存在下产生气体，外壳容允引发剂进入装置中。
在另一实施方案中，输送气体用的装置包括一个囊包和在此囊包内部放置的反应物，其中反应物在引发剂存在下产生气体。在此优选的实施方案中，囊包使得引发剂与反应物接触并从装置中释放气体。
另一方面，本发明提供了一种形成输送气体装置的方法，包括下述步骤(a)和(b)(a)提供一种多层结构，所述结构包括在两层囊包层之间中心放置的一层反应物层，和紧邻这两层囊包层放置的两层外壳层，使得两层囊包层中心放置在两层外壳层之间，和(b)冲压(stamp)多层结构，使得两层外壳层通过冲压形成环绕其圆周的外壳，两层囊包层通过冲压形成环绕其圆周的囊包。
再一方面，本发明提供了一种输送气体的方法，其中包括下述步骤(a)和(b)(a)提供一种输送气体用的装置，该装置包括一种外壳、在外壳内部设置的囊包，和在囊包内部放置的反应物，该反应物在引发剂存在下产生气体，其中外壳容允气体从外壳中释放；和(b)将装置置于含引发剂的环境。该环境可以是流体，引发剂可以是水。或者环境可以是气体环境以及引发剂可以是水蒸气。
在再一实施方案中，输送气体的装置包括一层阻挡层、紧邻阻挡层的一层囊包层、在阻挡层和囊包层之间放置的反应物，和紧邻囊包层排列的一层外壳层，其中反应物在引发剂存在下产生气体。在此实施方案中，外壳层容允气体从装置中释放。
在再一实施方案中，输送气体的装置包括一层阻挡层、紧邻阻挡层的一层囊包层和在阻挡层和囊包层之间放置的反应物，该反应物在引发剂存在下产生气体。在此实施方案中，囊包层容允引发剂进入装置中。
在再一实施方案中，本发明提供了一种输送气体的方法，其中包括下述步骤(a)和(b)(a)提供一种多层结构，该结构包括在囊包层和阻挡层之间中心排列的反应物层，和紧邻囊包层排列的一层外壳层，和(b)密封阻挡层、囊包层和阻挡层的周边，使得反应物排列在囊包层和阻挡层所定义的容积内。
在再一实施方案中，本发明提供了一种输送气体的方法，其中包括下述步骤(a)和(b)(a)提供一种多层结构，该结构包括在囊包层和阻挡层 之间中心排列的反应物层，和(b)密封多层结构，使得反应物排列在囊包层和阻挡层所定义的容积内。
再一方面，本发明提供了一种输送气体的方法，其中包括下述步骤(a)和(b)(a)提供一种输送气体的装置，该装置包括一层外壳层、紧邻外壳层排列的一层囊包层、紧邻囊包层排列的一层阻挡层，和排列在囊包层和阻挡层所定义的容积内的反应物，和(b)将装置置于含引发剂的环境。
简而言之，本发明提供本领域一种迄今所未见的方法和装置，用于控制气体的产生。此外，根据本发明的教导，本发明也可容易地应用于液体的产生。
参考下述附图、说明和权利要求将进一步理解本发明。
在所附的权利要求中指出了本发明的特性。附图并不按比例绘制，相反将重点放在对本发明原理的说明上。在结合附图情况下，通过参考说明书可更好地理解本发明的上述优点以及本发明另外的优点，其中图1A和图1B分别是根据本发明构造的装置的实施方案的透视图和横截面侧视图；图2A和2B分别是根据本发明构造的装置的另一实施方案的透视图和横截面侧视图；图3A和3B分别是根据本发明构造的装置的再一实施方案的透视图和横截面侧视图；图4A和4B分别是根据本发明构造的装置的又一实施方案的透视图和横截面侧视图；图5A和5B分别是根据本发明构造的装置的又一实施方案的透视图和横截面侧视图。
图6是比较用和不用外壳制造的例示的装置的气体浓度对时间所作的图；图7是比较用具有不同蒸汽透过速率的外壳材料制造的例示的装置的气体浓度对时间所作的图；图8是比较用和不用囊包制造的例示的装置的气体浓度对时间所作的图；图9是比较用挤出和织造(woven)的囊包制造的例示的装置的气体浓度对时间所作的图；图10是比较用具有疏水和亲水表面的材料制备的囊包来制造的例示的装置的气体浓度对时间所作的图；图11是比较用不同的反应物之比制造的例示的装置的气体浓度对时间所作的图；图12A、图12B和图12C分别是根据本发明构造的装置的例示的实施方案的部件分解图、横截面侧视图和透视图；图13是根据本发明构造的装置的另一例示的实施方案的横截面侧视图；图14是根据本发明构造的装置的再一例示的实施方案的横截面侧视图；图15是根据本发明构造的装置的再一例示的实施方案的透视图；图16A和16B分别是根据本发明构造的装置的另一例示的实施方案的部分透视图和放大的横截面侧视图；图17A和17B分别是根据本发明构造的装置的再一例示的实施方案横截面侧视图和透视图；图18是根据本发明构造的装置的又一例示的实施方案的横截面侧视图；图19是根据本发明构造的装置的又一例示的实施方案的横截面侧视图；和图20是根据本发明构造的装置的又一例示的实施方案的横截面侧视图；发明详述现已发现输送气体的新方法。通过使用包括在多层装置内的非连续量的反应物，熟练的从业者现可制造紧凑、低成本且安全的气体输送装置。本发明能够用于各种应用，包括输送气体进入空气或水中在内，和用于各种目的(包括消毒、除臭、漂白和净化在内)。
该方法的一个优点是可以在不需要机械设备的情况下，产生气体，从而没有占用这种机械设备将要求的任何空间。另一优点是将直接处理有危险的反应物用封闭反应物的层材与使用者隔离。
另一优点是本发明的装置不需稀释反应物。因为反应物在囊包保持浓缩，因此需要较少的反应物来推动反应完成，与反应物被稀释的反应相比，该反应更加有效。此外，因为反应被推动完成，所以未反应的反应物变得最少或被消除。反应物浓度也使得非所需的副产物最小化。
又一优点是装置小，因此容易和经济地运输和使用。再一优点是装置可快可慢地输送气体。再一优点是装置可设计成将气体输送到气体(如空气)或液体(如水)中。其它优点对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。
为了更清楚和简明地描述权利要求的主题，下述定义拟用于为在下述书面的说明书、实施例和所附的权利要求中所使用的具体术语含义提供的指南。
此处所使用的术语“囊包”是指一种反应物用的密闭容器。囊包被密闭，是指反应物基本上保留在囊包内部，囊包体积基本上被其周边密封。然而，选择的构造囊包所使用的材料，使得引发剂可进入，而所产生的气体可逸出。构造囊包所使用的材料在此处被称为“囊包层”。典型地由平面材料(例如，但不限于聚合物片材或膜材)构造囊包层。下面更详细地描述了囊包层用的优选材料。根据此处所披露的教导和本领域的常识，本领域的普通技术人员将仅需常规的实验来鉴定与现有目的匹配的一种或多种囊包层和/或构造一种或多种囊包。
此处所使用的术语“外壳”是指一种密闭的容器，其中外壳体积基本上被其周边密闭，所述外壳体积含有至少一种囊包并容允气体从外壳中释放。构造外壳所使用的材料在此处被称为“外壳层”。外壳层典型地包括一种平面材料如片材或膜材，其中包括，但不限于多孔膜、无孔膜和薄膜。下面更详细地描述了外壳层用的优选材料。根据此处所披露的教导和本领域的常识，本领域的普通技术人员将仅需常规的实验来鉴定与现有目的匹配的一种或多种外壳层和/或构造一种或多种外壳。
此处所使用的“可渗透层”是指通过本发明的装置允许所产生的气体流过的层材。典型地由聚合物材料构造可渗透层。囊包层和外壳层是可渗透层。
此处所使用的“不可渗透层”是指基本上防止或阻碍引发剂流过的层材。正如此处预料的那样，不可渗透层并不参与气体的产生，原因在于它没有促进引发剂与反应物之间的接触。可由各种材料构造不可渗透层，其中包括聚合物材料、玻璃、金属、金属化的聚合物材料和/或涂布的纸张(coated paper)在内。下面将更详细地描述不可渗透层用的优选材料。此处所使用的阻挡层是不可渗透层。
熟练的技术人员应当理解，什么样的材料被视为“可渗透层”和什么样的材料被视为“不可渗透层”是相对于构造本发明的装置所使用的各层的渗透速率和产品的所需寿命来定义的。根据此处所披露的教导和本领域的常识，本领域的普通技术人员将仅需常规的实验来鉴定和/或构造与现有目的匹配的一种或多种不可渗透层和一种或多种可渗透层。
此处所使用的“反应物”是指在引发剂存在下产生气体的反应物或反应物的混合物。对于本发明的目的来说，引发剂包括，但不限于气体水或液体水。例如，对于本发明的干式杀虫应用来说，例如对于当运输水果时的降低霉菌来说，大气中的湿气可用作引发剂。用于本申请目的的术语“干法应用”是指本发明的装置没有浸渍在水或任何其它液体的至少一种应用。用于本申请目的的术语“湿法应用”是指将本发明的装置浸渍在水或其它液体(该液体可任选地包括水)中的至少一种应用。对于湿法杀虫应用来说，即当本发明的装置浸渍在水或任何其它含水介质(如用于消毒牙科或食品设备用的含水介质)中时，浸渍装置的水可用作引发剂。或者，引发剂可包括在装置内部，如含在易碎的囊袋中，而所述囊袋排列在装置内部。
例如通过酸活化过程产生气体是本领域公知的。例如如下所示，在湿气存在下，由亚氯酸钠和酸如柠檬酸产生二氧化氯(ClO2)。
(I)(II)该反应的具体实例包括下述反应
(III)(IV)或者可通过在酸如草酸存在下，氯酸盐如氯酸钠或氯酸钾的还原制备二氧化氯。一般地如下发生反应；(V)例如，在草酸存在下，通过酸化还原氯酸钠制备二氧化氯可以按照下述方式进行。
(VI)通过酸活化产生气体的另一实例是在湿气存在下，用酸如富马酸和/或酒石酸氢钾活化亚硫酸盐如亚硫酸氢钠或亚硫酸氢钾，形成二氧化硫。
(VII)再一实例是用酸如柠檬酸来酸活化碳酸盐如碳酸钙，形成二氧化碳。
(VIII)其它应用对熟练的从业者来说是显而易见的。例如，通过亚硝酸盐(如亚硝酸钠或亚硝酸钾)的酸活化产生二氧化氮。产生气体的其他路线，如通过二氧化硫来还原氯酸盐(Mathieson工艺)是本领域公知的，根据本发明可利用这一路线。
本发明可在多种应用中使用。例如，二氧化氯可用于水的消毒，如城市水处理；作为食品、饮料、水果和蔬菜的消毒剂；和用于清洁和消毒医疗、牙科和食品设备。业已表明二氧化氯在低至0.2mg/l的浓度下是有效的消毒剂。二氧化氯是氯气(传统的水处理化学剂)的理想替代物，因为已发现它在较低的含量和较宽的pH范围内使微生物灭活。例如，二氧化氯可用于降低或消除生物膜，因为它渗透天然的、形成菌落的微生物的细胞壁，并破坏繁殖所需的蛋白质。而且，二氧化氯不产生氯化物副产物如三卤甲烷。而且，业已发现其对于对抗对氯气有抗性的病原体有活性。它可用作造纸机或纸浆机器的杀粘菌剂、用于废水处理和用于工业水处理如冷却蒸汽或循环蒸汽。它可用于气味控制或作为一种空气杀虫剂和杀病毒剂。它可在油品工业中用于处理硫化物、用于工业清洗如电路板的清洁和用于纸张或动物脂的漂白。二氧化硫也具有各种应用，如在运输和储存水果与蔬菜中用作霉菌和真菌的抑制剂。基于此处所披露的教导，本领域的普通技术人员会理解本发明可用于在各种其它应用中使用和提供迄今仍未被满足的需要。
本发明涉及输送杀生物有效量的气体如二氧化氯用的装置和方法。本发明的装置和方法实现了在理想的时间周期内和在理想的速率下输送所需量的气体。这通过在确定且有限的体积内放置合适的反应物，使得一旦引发，反应物、引发剂、产品和副产物被保留在理想的浓度范围内而得以完成。例如可通过选择囊包层、囊包体积、反应物用量、反应物的比例、外壳层和外壳体积来操纵输送的数量、速率和持续时间。考虑到此处所披露的教导，再将本领域的知识结合在一起，技术人员仅使用常规的实验可以实施这种操作。
一般地，本发明还涉及输送气体用的装置，该装置包括放置在由至少一层可渗透层和至少一层不可渗透层确定的体积内的反应物。一层或多层可渗透层可包括一层囊包层和/或一层外壳层，并容允气体从外壳中释放。一层或多层不可渗透层可包括一层或多层阻挡层。
图1A和1B分别是根据本发明构造的装置10的实施方案的透视图和横截面侧视图；总体来说，装置10包括外壳20、放置在外壳10内部的囊包30、和放置在囊包30内的反应物40，反应物在引发剂(如水)存在下产生气体。外壳20使引发剂与囊包30接触，并从外壳20中释放气体。
装置10尤其适用于快速释放气体，在湿法应用中使用，例如在5-15分钟内，输送5-50mg二氧化氯气体/1升水。外壳的作用是控制引发剂的流入，同时限制反应物从囊包向周围的流体中扩散，而不管其是气体或液体。外壳也容允气体扩散到周围的流体中，而不管其是气体或液体。通过限制引发剂传输到装置中，和通过限制和/或防止反应物扩散出装置中，反应物得以保持浓缩，反应体系的pH在装置内稳定，从而优化反应物向气体的转化率。另外，反应的中间产物和/或副产物如水通过其对反应平衡的影响也可对效率和反应的持续时间产生影响。
外壳优选由耐用和稳定的材料构成。优选地，在为构造目的施加热量后，它也能熔合(fusing)至同类材料，例如结果两片这种材料可沿周边熔合，形成外壳。外壳可由各种材料制造，包括聚合物材料如多孔膜、薄膜和选择性透过膜。
优选地，外壳由水蒸汽透过速率(WVTR)介于约50g/m2/24hrs和约1,000g/m2/24hrs，优选介于约200g/m2/24hrs和约800g/m2/24hrs，和最优选介于400g/m2/24hrs和700g/m2/24hrs的外壳层构成。水蒸汽透过速率的测量是常规的且是本领域公知的。另外，外壳优选是疏水的。
根据本发明，适于构成外壳的多孔膜包括，但不限于聚合物材料，如获自Sealed Air Corporation(Duncan，SC)的Cryovac多孔膜。一种这样的膜是Sealed Air Corporation以牌号SM700销售的疏水聚丙烯共聚物膜，它具有330个孔/英寸2，直径为0.4mm，穿孔面积为6.4％，厚度为约20微米，和水蒸汽透过速率为700g/m2/24hrs。另一合适的膜是Sealed Air Corporation以牌号SM60销售的疏水聚丙烯共聚物膜，它具有8个孔/英寸2，直径为0.4mm，穿孔面积为0.2％，和水蒸汽透过速率为65g/m2/24hrs。技术人员通过熟练常规的实验，可容易地鉴定任何前述的合适等价物。
选择性透过膜既不是穿孔膜，也不是有孔膜，相反它们通过膜的聚合物结构来转移气体。选择性透过膜是多层的或混合的聚合物材料，其中层材和聚合物，用于气体(如二氧化碳和氧气)的可控透过。在干法应用中优选选择性透过膜，因为它容允气体扩散出外壳，同时保留一旦从易碎的囊袋中释放出的引发剂。而且，选择性透过膜增加装置在使用前的稳定性，因为它并不轻易地使周围的水扩散入装置中，而水会过早地引发反应物。
一般地，优选具有高的二氧化碳透过速率的膜。尽管不愿受任何理论的束缚，但是认为二氧化碳透过速率接近二氧化氯的透过速率，因为二氧化氯和二氧化碳具有基本相同的尺寸。优选地，对于二氧化碳，选择性透过膜具有介于约500cc/m2/24hrs和约30,000cc/m2/24hrs的选择性气体透过速率；而对于氧气，则具有介于约1,000cc/m2/24hrs和约10,000cc/m2/24hrs的选择性气体透过速率。更优选地，外壳由选择性气体透过速率介于约1,000cc/m2/24hrs和约25,000cc/m2/24hrs(对于二氧化碳)和介于约2,000cc/m2/24hrs和约10,000cc/m2/24hrs(对于氧气)的材料构成。最优选地，外壳由选择性气体透过速率介于约5,000cc/m2/24hrs和约25,000cc/m2/24hrs(对于二氧化碳)和介于约3,000cc/m2/24hrs和约10,000cc/m2/24hrs(对于氧气)的材料构成。选择性气体透过速率的测量是常规的且是本领域公知的。一种合适的选择性透过膜是二氧化碳透过速率为21,000cc/m2/24hrs和氧气透过速率为7,000cc/m2/24hrs的多层聚合物膜，它是Sealed Air Corporation(Duncan，SC)以商业牌号PD-961 Cryovac选择性透过膜销售的。
图6比较用和不用外壳制造的各种装置的气体浓度对时间所作的图。方形数据值相应于具有用多孔膜构成的外壳的装置，所述多孔膜是Sealed Air Corporation(Duncan，SC)以商业牌号SM60销售的。如上所述，这种多孔膜具有8个孔/英寸2，直径为0.4mm，开孔面积为0.2％，水蒸汽透过速率为65g/m2/24hrs。菱形数据值相应于不具有外壳的装置。这两种装置均含有50mg亚氯酸钠和200mg柠檬酸。二者均包括由挤出的聚丙烯亲水膜构成的囊包，所述挤出的聚丙烯亲水膜具有0.65微米的孔径，它获自Millipore(Bedford，MA)，是以商业牌号JOTD销售的。对于这两种装置来说，囊包体积是反应物体积的约5.5倍。这两种装置各自均被浸渍在1升水中并在1小时内每隔5分钟测量二氧化氯的浓度。
图6证明了含有外壳能增加反应效率，因此对于相同用量和比例的反应物来说，所输送的气体量显著增加。在图6中，装置输送约12.5mg二氧化氯气体，相比之下，不具有外壳的装置输送约4mg气体。因此，对于具有相同量和比例的反应物和相同囊包层的两个装置来说，具有外壳的装置输送的二氧化氯是不具有外壳的装置输送的二氧化氯的3倍多。而且，图6证明了外壳使产生气体的时间长度增加，其中气体产生更长约25分钟。当然，可能存在仅具有囊包(即没有外壳)可以是有利的情况。例如，在不具有外壳的装置，其性能是足够的情况下，仅有囊包可能是优选的，因为由于省略了构成外壳的步骤，从而使生产简单化，也因为通过排除提供构成外壳的外壳层的需要，从而可降低材料成本。
图7是比较用具有不同水蒸汽透过速率的外壳材料制造的例示的装置的气体浓度对时间所作的图。三角形数据值对应于不具有外壳的装置。方形数据值对应于具有用多孔膜构成的外壳的装置，所述多孔膜是Sealed Air Corporation(Duncan，SC)以商业牌号SM700销售的，该多孔膜具有330个孔/英寸2，直径为0.4mm，开孔面积为6.4％，和水蒸汽透过速率(WVTR)为700g/m2/24hrs。菱形数据值相应于具有用多孔膜构成的外壳的装置，所述多孔膜是Sealed AirCorporation(Duncan，SC)以商业牌号SM60销售的，该多孔膜具有8个孔/英寸2，直径为0.4mm，开孔面积为0.2％，和水蒸汽透过速率为65g/m2/24hrs。所有这三种装置含有如图6中的装置所使用的相同反应物和用量以及反应物比例。对于这三种装置来说，囊包体积是反应物体积的约5.5倍。反应物密闭在由0.65微米孔径、疏水、非织造的聚丙烯材料构成的囊包中，所述聚丙烯材料是Millipore(Bedford，MA)以商业牌号AN06销售的。这些装置各自均被浸渍在1升水中和在1小时内每隔5分钟测量二氧化氯的浓度。
图7证明了外壳的水蒸气透过速率对反应速率和效率的影响。在图7中，不具有外壳的装置在最初的约15分钟内，具有较大的反应速率，但是不如具有外壳的装置有效，它仅输送约12mg二氧化氯。具有外壳的装置显示出更大的效率和更长的气体产生速率，而气体产生速率与水蒸气透过速率(WVTR)成正比。水蒸气透过速率为65g/m2/24hrs的外壳在约55分钟时具有最大的效率，以每15分钟约5.5mg二氧化氯的速率产生约22mg二氧化氯。水蒸气透过速率为700g/m2/24hrs的外壳以每15分钟约4.5mg二氧化氯的速率在约55分钟内产生约18mg二氧化氯。因此，对于在长时间周期内需增加效率和产生气体的应用来说，优选蒸气透过速率低的外壳。然而，如上所述，可能存在较低效率的装置是有利的情况的应用，如降低材料和/或生产成本。
通过增加或降低水蒸气透过速率，从业者可控制反应速率和效率以适以应用。例如，已发现具有0.1微米孔径的疏水聚丙烯外壳、0.65微米孔径的亲水聚丙烯囊包和包括500mg亚氯酸钠和2000mg柠檬酸的反应物的装置在至少30小时内将每小时产生3.5mg二氧化氯气体。
已发现使用囊包可用于限制引发剂向囊包中扩散，限制反应物和反应的副产物扩散出囊包。结果，反应物在囊包内保持浓缩和pH保持固定，从而增加反应效率。可操纵囊包的各种特性，如孔径、泡点(bubble point)和囊包膜的疏水和/或亲水性，以按照下面的描述控制囊包对反应的影响。
囊包优选由耐用和稳定的材料构成。优选地，在为构造目的施加热量或超声后，它也能熔合至同类的材料，例如结果两片这种材料可沿周边熔合，形成囊包。
可通过任何已知的方法(如热封、超声密封、射频密封和用粘合剂密封)，将本发明的外壳和囊包沿周边密封。形成外壳和囊包的优选方法是使用高频熔接机，高频熔接机向层材输送快速和不连续的热脉冲。一种适用于本发明的高频熔接机是获自TEW Electric HeatingEquipment Copporation(Taiwan)的16”TISH 400高频熔接机。
可选择用于构成囊包的囊包层，以控制反应物扩散出囊包、控制从囊包中释放的气体速率以及控制反应物的引发。例如，亲水的囊包将增加水和/或水蒸气扩散入囊包的速率，囊包层的孔径与厚度也会对水、反应物和气体流过囊包层产生影响。
可用各种材料构成囊包，其中包括聚合物材料或涂布的纸张。它可由织物材料、非织造膜、挤出膜或平均孔径介于约0.01微米和约50微米的控制孔径分布的任何其它材料构成。
织物材料是由棉、金属、聚合物丝线或金属丝线等织成布料或筛网的任何材料。优选挤出膜，其中挤出膜包括铸制膜；以及包括0.65微米孔径、230-260微米厚度的亲水聚丙烯囊包(来自Millipore(Bedford，MA)，以商业牌号MPLC销售的)；0.65微米孔径、挤出的疏水聚丙烯材料(来自Millipore(Bedford，MA)，以商业牌号DHOP销售的)。还优选铸制膜3微米孔径的尼龙6，6材料(Pall(PortWashington，NY)以商业牌号BIODYNE A销售的)。非织造膜是由诸如纤维素或聚合物种类的材料形成的膜。其它铸制膜包括0.45孔的带有聚丙烯主链的亲水尼龙6，6膜(Cuno Incorporated(Meriden，CT)以牌号BA05销售的)；获自3M(City，State)的0.45孔的亲水聚丙烯膜；Cuno Incorporated(Meriden，CT)以牌号045ZY和045ZN销售的0.45孔径、180-240微米厚度的亲水尼龙6，6膜。
还适于构成囊包的是复合层材，其中包括，但不限于淀粉/聚合物复合层材。一种目前优选的复合层材是亲水的、114微米厚度的非织造水稻淀粉/聚乙烯复合物(Mishima Paper Company，Limited(Japan)以牌号60MDP-P销售的)。这种层材可热封且容易湿润。此外，这种层材不仅仅使反应物保持分开状态直到引发，而且功能类似本发明的其它优选囊包层，这在于它控制反应物扩散出囊包的速率、控制从囊包中释放气体的速率，以及控制反应物的引发，结果反应物在囊包内部保持浓缩并推动反应完成。
例如通过将膜材料(如纤维素纤维)悬浮在多孔网状物上方的液体中，然后排出液体形成膜，从而可形成非织造膜。非织造膜与织物材料相比较，典型地具有相对窄而一致的孔径分布。因此，非织造囊包比具有相同孔径的织物囊包通常容允较少的引发剂进入囊包中，这是因为通常其孔径分布较窄的缘故。适用于本发明的非织造膜是0.65微米孔径的疏水非织造聚丙烯材料(Millipore(Bedford，MA)以商业牌号AN06销售的)。
在一个优选的实施方案中，囊包由孔径介于约0.01微米和约50微米之间的膜构成。更优选地，孔径介于约0.05微米和约40微米之间，和最优选地，孔径介于0.10微米和30微米之间。通过泡点(bubblepoint)测量囊包的孔径。泡点是本领域公知的测量方法，该测量接近于推动水中的气泡通过囊包所需要的压力的测量方法而得的孔径。孔径影响水和离子在双向上可扩散通过囊包的速率。优选地选择孔径，使得引发剂进入囊包，与此同时，使反应物高浓度地保留在囊包内部，以便增加反应速率和维持高效率。技术人员通过熟练常规的实验，可容易地鉴定任何前述的合适的等价物。
优选地，由厚度介于约50微米和500微米，更优选介于约100微米和400微米，和最优选介于约150微米和300微米的膜构成囊包。
在某些优选的实施方案中，用于构成囊包的材料优选具有介于约3psi和约100psi，更优选约5psi和约80psi，和最优选约10psi和约70psi的泡点。如前所述，泡点的测量是常规的且是本领域公知的，典型地由膜、薄膜等的供应商来提供，然而，从业者可容易地进行测量。
另外，可由疏水和/或亲水材料构成囊包。它也可包括具有一种或多种亲水区以及一种或多种疏水区的材料。这些区域可这样形成例如通过在囊包的表面上印刷亲水或疏水的官能化学基团或聚合物，使之带电，以形成一种或多种亲水或疏水或带电的区域，。例如，可将磺酸基置于聚丙烯膜的表面上，产生亲水和带负电(R-SO2-)的区域。然后用稀酸洗涤该膜，使得离子交换基团(R-SO2-)与氢离子结合。随后可释放这些氢离子，后者作为酸性反应物的替代物或补充物，供应氢离子，以酸活化反应物，如亚氯酸盐。
当由疏水材料构成囊包时，在14.2psi下，对于100％IPA，疏水材料优选具有介于约10秒/500ml和约3500秒/500ml的流动时间。更优选地，在14.2psi下，对于100％IPA，材料具有介于约60秒/500ml和约2500秒/500ml的流动时间，和最优选地，在14.2psi下，对于100％IPA，材料具有介于约120秒/500ml和约1500秒/500ml的流动时间。
当由上述的亲水材料构成囊包时，在14.2psi下，对于100％IPA，亲水材料优选具有介于约5秒/500ml和约800秒/500ml的流动时间。更优选地，对于100％IPA，在14.2psi下，材料具有介于约20秒/500ml和约400秒/500ml的流动时间，和最优选地，在14.2psi下，对于100％IPA，材料具有介于约50秒/500ml和约300秒/500ml的流动时间。流动时间的测量是常规的且是本领域公知的。
再一实施方案使用一种材料来构成具有第一亲水表面和第二疏水表面的囊包。例如，可由这样的材料来构成囊包，使得亲水表面在囊包的外部，而疏水表面在囊包的内部。由于水将容易地湿润亲水表面和进入囊包，导致外部亲水的表面辅助引发反应。然而，一旦进入囊包，疏水的内表面限制水流出囊包。这使反应物在囊包内保持浓缩，同时容允气体选出，从而利用了此处所披露的发现的优点。适用于本发明的这一种材料是0.65微米孔径的非织造膜，它由疏水材料，如聚丙烯形成，其中所述疏水材料已用胺和羧基官能化，从而生成带电的亲水表面。
可操纵囊包体积与反应物体积之比，以控制囊包内反应物、中间产物、副产物等的浓度。如前所述，增加反应物的浓度通常增加反应效率。优选地，囊包体积比反应物体积小约20倍，更优选地比反应物体积小于约10倍，最优选地比反应物体积小于约6倍。在某些应用中，优选较小的体积，因为当囊包体积与反应物体积之比小时，反应中所产生的水会增加囊包内的压力，从而降低水可扩散入囊包内的速率，水与反应物之比保持恒定，因此反应速率保持恒定。优选地外壳体积是囊包体积的约2到约6倍。
图8是比较用和不用囊包制造的例示的装置的气体浓度对时间所作的图。具体地说，图8是比较囊包内的反应物与向水中直接添加的反应物(即既没有囊包也没有外壳)输送气体的气体浓度对时间所作的图。三角形数据值表明二氧化氯随时间由0.65微米孔径、亲水聚丙烯膜构成的囊包材料(Millipore(Bedford，CT)以商业牌号MPLC销售的)输送入1升水中的速率。囊包含有200mg柠檬酸和50mg亚氯酸钠。囊包体积是反应物体积的约5.5倍。囊包被密闭在由多孔膜构成的外壳内，所述多孔膜是Sealed Air Corporation以商业牌号SM700销售的，它具有330个孔/英寸2，直径为0.4mm，孔的面积为6.4％，水蒸汽透过速率为700g/m2/24hrs。菱形数据值表明当向1升水中直接加入相同量的相同反应物(即既没有囊包也没有外壳)时，二氧化氯随时间的输送速率。具有囊包的装置输送的二氧化氯是当向水中直接加入反应物时的10倍多。从图8可看出，囊包增加了反应效率。
图9是比较用挤出和非织造的囊包制造的例示的装置的气体浓度对时间所作的图。菱形数据值表明带有用0.65微米孔径、疏水非织造的聚丙烯材料(Millipore(Bedford，MA)以商业牌号AN06销售的)构成的装置中二氧化氯随时间的输送。方形数据值表明带有用0.65微米孔径、挤出疏水的聚丙烯材料(Millipore(Bedford，MA)以商业牌号DHOP销售的)构成的装置中二氧化氯随时间的输送。这两种囊包均含有200mg柠檬酸和50mg亚氯酸钠，囊包体积是反应物体积的约5.5倍。这两种装置均不包括外壳。这两种装置各自均被浸渍在1升水中和在1小时内每隔5分钟测量二氧化氯的气体浓度。
如图9所示，这两种装置在最初的约20分钟内均以基本相同的速率输送二氧化氯。然而，由于相对于非织造的囊包，在挤出的囊包中反应物不断地稀释，二氧化氯的释放速率减少。带有非织造囊包的装置中的反应效率大于带有挤出囊包的装置。带有非织造囊包的装置还继续以约2mg/5分钟的速率产生二氧化氯气体达15分钟，这比带有挤出囊包的装置产生气体的时间要长。如上所述，非织造囊包通常具有相对窄的孔径分布，在不愿受任何理论束缚的情况下，认为这是气体产生的较高效率和较长时间的原因。因此，图9提供了囊包材料如何选择的非限制性说明，因此可利用反应物浓度来维持气体释放的速率和增加效率。
图10是比较用具有疏水和亲水表面的材料制备的囊包来制造的例示的装置的气体浓度对时间所作的图。三角形数据值对应于带有用0.65微米孔径、亲水聚丙烯材料(Millipore(Bedford，MA)以商业牌号MPLC销售的)构成的囊包的装置。菱形数据值对应于带有用0.65微米孔径、挤出疏水的聚丙烯材料(Millipore(Bedford，MA)以商业牌号DHOP销售的)构成的囊包的装置。方形数据值对应于直接向水中加入反应物。反应物为200mg柠檬酸和50mg亚氯酸钠，囊包体积是反应物体积的约5.5倍。这两个装置均不包括外壳。装置和反应物各自均被浸渍在1升水中和在1小时内每隔5分钟测量二氧化氯的气体浓度。
图10证明了具有疏水囊包的装置导致更有效的反应，所述的疏水囊包比亲水囊包可在更长的时间内产生气体。在图10中，具有疏水囊包的装置在达约30分钟的时间内以每隔5分钟约2mg的速率产生二氧化氯。相反，具有亲水囊包的装置仅在约10分钟的时间内以每隔5分钟约2mg的速率产生二氧化氯。如上图6所示，向囊包中加入外壳将具有增加反应效率以及增加产生气体的时间的作用。
反应物优选包括水溶性酸和在酸活化后产生气体的反应物。例如，为了产生二氧化氯，优选反应物包括水溶性酸和水溶性亚氯酸盐。为了产生二氧化硫，优选反应物包括水溶性酸和水溶性亚硫酸盐。以上公开了产生气体的反应的其它实例。
可使用任何酸作为反应物。然而，优选弱酸，因为它们典型地可更安全操作，产生较少量非所需的副产物且反应性较低。另外，优选多官能团酸。多官能团酸是具有不止一个反应性位点的酸，双官能团酸例如柠檬酸是优选的。优选地，水溶性酸选自磷酸、富马酸、羟基乙酸、乙酸、抗坏血酸、草酸、马来酸、乳酸、酒石酸、柠檬酸及其混合物。更优选地，水溶性酸选自抗坏血酸、草酸、马来酸、乳酸、酒石酸、柠檬酸及其混合物。最优选地，水溶性酸是抗坏血酸、草酸、柠檬酸及其混合物。
对于包含产生二氧化氯的应用来说，优选地水溶性亚氯酸盐选自亚氯酸钠和亚氯酸钾及其混合物。优选地使用亚氯酸钠。
优选地，水溶性亚氯酸盐与水溶性酸之重量比介于约1∶2到约1∶6，优选介于约1∶2.5到约1∶5，最优选介于约1∶3到约1∶4.5。优选地，通过使用过量的酸来维持pH介于约1.5-5.5，更优选pH约2。因为反应物在囊包是浓缩的，需要更少量酸来推动反应完成并且维持低的pH，因为酸是浓酸。此外，通过酸来消耗亚氯酸盐，因此使亚氯酸盐的存在最小化。
图11是比较用两种不同的反应物比例制造的装置的气体浓度对时间所作的图。方形数据值相应于柠檬酸与亚氯酸钠之比为1∶4的装置(50mg亚氯酸钠和200mg柠檬酸)。菱形数据值相应于柠檬酸与亚氯酸钠之比为1∶1的装置(50mg亚氯酸钠和50mg柠檬酸)。这两种装置均包括由0.65微米孔径的亲水聚丙烯材料构成的囊包(Millipore(Bedford，MA)以商业牌号MPLC销售的)。囊包体积是反应物体积的约5.5倍。这两种囊包均密闭在由多孔膜(Sealed AirCorporation以牌号SM700销售的)构成的外壳内，所述多孔膜具有330个孔/英寸2，直径为0.4mm，孔的面积为6.4％，水蒸汽透过速率为700g/m2/24hrs。这些装置均被浸渍在1升水中并在1小时内每隔5分钟测量二氧化氯的气体浓度。
图11证明了柠檬酸用量相对于亚氯酸盐用量的增加可增加反应效率，部分原因是过量酸推动反应完成。当亚氯酸钠与柠檬酸之比介于约1∶1和约1∶6时，效率与反应物比例之间的关系可清楚地预测。高于约1∶6，则反应效率很少变化。
环境温度也影响反应效率。一般地，环境流体(如水或空气)的温度越高，则更有效地产生气体。然而，一般地，介于10℃和40℃之间，随着温度升高效率得到改进。用于得到图6-11和实施例的数据是在约23℃到约25℃下测试的装置中得到的。囊包也可包括对本领域的技术人员来说显而易见的各种其它成分，如干燥剂、稳定剂和控制pH的缓冲剂。
还应当理解的是本发明的装置和方法也可容易地适用于在同一时刻输送不止一种气体。例如，反应物可包括用于输送二氧化氯和二氧化硫二者用的亚氯酸盐和亚硫酸盐二者。
图2A和2B分别是根据本发明构成的装置110的另一实施方案的透视图和横截面侧视图。总体来说，装置110包括外壳120、放置在外壳120内部的2个囊包132和134。囊包132、134分别含有反应物142、144。
装置110尤其适用于在湿法应用中输送气体。在这种应用中，反应物142、144可以分别是例如亚氯酸钠和酸，可由孔径足够大到容允亚氯酸钠和酸反应物扩散出囊包的材料构成囊包，和可选择不使反应物从装置中扩散出且调节从装置中释放气体的外壳，以便反应保持有效。
可由图1A和1B所讨论的任何材料构成外壳和囊包。优选地，外壳是疏水的多孔膜，如聚丙烯共聚物膜(Sealed Air Corporation(Duncan，SC)以牌号SM700销售的)，它具有330个孔/英寸2，直径为0.4mm，孔的面积为6.4％，和水蒸汽透过速率为700g/m2/24hrs。也可由0.65微米孔径的疏水聚丙烯膜(如Millipore(Bedford，MA)以商业牌号DHOP销售的那些)构成外壳。
对于湿法应用来说，最优选地由铸制膜构成外壳。可基于层材厚度、孔径和膜的疏水和/或亲水性，选择合适的铸制膜来调节引发剂进入到装置内。膜的厚度优选介于约50微米和约500微米之间，更优选地介于约100微米到约400微米之间，最优选地介于约150微米到350微米之间。孔径优选介于约0.05微米到约5微米之间，更优选地介于约0.2微米到约1.2微米之间，最优选地介于约0.48微米到0.85微米之间。适用于本发明的铸制膜是0.60微米孔径的疏水聚丙烯膜(Cuno Incorporated(Meriden，CT)以牌号060Pl销售的)，其厚度介于约250微米和约300微米之间。
可由疏水膜和/或亲水膜构成囊包132、134。已在图1A和1B的实施方案中，描述了囊包132、134的优选材料。优选地，由亲水材料(如0.65微米孔径的亲水聚丙烯膜，如Millipore(Bedford，MA)以牌号MPLC销售的那些)或0.65微米孔径的挤出的聚丙烯亲水膜(获自Millipore(Bedford，MA)以商业牌号JOTD销售的)或者114微米厚度的非织造水稻淀粉聚乙烯复合物(Mishima PaperCompany，Limited(Japan)以牌号60MDP-P销售的)构成囊包132、134。还优选1.2微米和2微米孔径的亲水尼龙6，6膜(CunoIncorporated(Meriden，CT)分别以牌号120ZY和200ZY销售的)；和1.2微米和2.0微米孔径的亲水聚丙烯膜(Millipore(Bedford，MA)以牌号MPLC销售的)。
对于湿法应用来说，囊包膜的孔径优选介于0.01微米到约30微米之间，更优选介于约0.05微米和约20微米之间，甚至更优选介于约0.1微米和约10微米之间，最优选介于约1.2微米和5微米之间。在一些实施方案中，优选介于约1.2微米和5微米之间的孔径。不愿受任何特定理论的限制，认为孔径大小在最优选范围内的囊包层容允引发剂快速流入反应物中和反应物快速扩散到外壳中。然后选择带有不使反应物大量扩散出装置的孔径的外壳。囊包膜的厚度优选介于约50微米和约500微米之间，更优选介于约100微米和约400微米之间，和最优选介于约150微米到约350微米之间。
反应物142、144优选包括水溶性酸和在酸活化后产生气体的水溶性亚氯酸盐。优选地，这些组分不混合，相反而是独立地包含在囊包132、134中。优选分开独立地含有亚氯酸盐和酸，因为这使过早引发(如在储存和运输过程中)的可能性最小。反应物142、144可以是液体或固体，但是优选固体。
优选地，柠檬酸具有介于约15微米和约55微米之间的粒径，并在加入到本发明的装置之前进行干燥，直到约6-8％的最初重量作为过量水分被除去。优选地亚氯酸钠具有介于约15微米和约55微米之间的粒度，并在加入到本发明的装置之前进行干燥，直到除去过量水分。
在一个优选的实施方案中，外壳120是疏水的，囊包132、134是亲水的。该优选的实施方案尤其适用于在湿法应用中输送气体，与图1A和1B的装置相比，具有较慢的气体输送速率。例如，该实施方案可用于在长时间内以较低的速率(如在24小时的周期内以20mg气体/小时)输送气体。该实施方案还优选其中需要高效率和高浓度气体的应用，并可能使得装置在一段时间内(如4-8小时)完成输送。当在相对大量反应物情况下工作时(例如当构造具有多于约1g亚氯酸钠和4g柠檬酸的装置时)这一应用也是优选的，否则在装置的构造和储存过程中可能开始反应。这一实施方案尤其用于控制和防止生物膜污染以及在储存水或通过水管运送水的应用中(如在游泳池、水罐、加湿器、系艇缆(boat lines)和饮料生产线等中)作为消毒剂、抗菌剂和卫生净化剂。
任选的，该实施方案可含有密闭第一种外壳120的第二者外壳(图中未标出)，第二种外壳例如在通过外壳壁进一步调节引发剂的引入方面可能是有用的。
任选的，该实施方案可含有图19所示的第三种囊包，图19是根据本发明构造的装置1210的横截面侧视图。装置1210通常包括外壳1220和排列在外壳1220内部的囊包1232、1234和1236。囊包1232、1234和1236分别含有反应物1242、1244和1246。例如，该实施方案尤其在当将酸和亚氯酸盐分开到独立的囊包内以及一个囊包的体积大于其它囊包体积(例如酸的体积大于亚氯酸盐的体积)时是有用的。在此情况下，可将酸1242和1246分开到2个囊包1232、1236中，其中囊包1232、1236排列在亚氯酸盐1244的两侧，而亚氯酸盐1244排列在囊包1234内部。当使用较大量的反应物时优选该实施方案，例如可构造一种类似于图19所示的装置，其中在一个囊包中有2g亚氯酸钠，该囊包排列在每个装有4-5g柠檬酸的两个囊包的之间。所有其它变量是相同的，当在大量反应物情况下工作时，该实施方案比具有仅仅两个囊包的实施方案更有效。该实施方案也较容易制造。
在目前优选的实施方案中，反应物包括放置在囊包1232、1236中的柠檬酸和放置在囊包1234中的亚氯酸钠。由114微米厚的非织造水稻淀粉聚乙烯复合物(Mishima Paper Company，Limited(Japan)以牌号60MDP-P销售的)构造囊包1232、1234、1236，由0.60微米孔径、厚度介于约250微米和约300微米之间的疏水聚丙烯膜(CunoIncorporated(Meriden，CT)以牌号060PI销售的)构造外壳。
该实施方案尤其适用于控制和防止污染和在储存水或通过水管运送水的应用中(如在游泳池、水罐、加湿器、系艇缆(和饮料生产线等中)作为消毒剂、抗菌剂和卫生净化剂。
图3A和3B分别是根据本发明构成的装置210的另一实施方案的透视图和横截面侧视图。装置210包括第一种囊包232、放置在第一种囊包232中的第一种反应物242、第二种囊包234、放置在第二种囊包234中的第二种反应物244、沿第一种囊包232和第二种囊包234周围排列的第三种囊包250，和沿第三种囊包250周围排列的外壳220。在外壳220内紧邻第三种囊包250排列的是易碎的囊袋260，以及放置在易碎的囊袋260中的引发剂264。
装置210尤其适用于在干法应用中输送气体，因为引发剂264含在装置210内部。在此实施方案中，第一种反应物242和第二种反应物244在引发剂264存在下产生气体。为了使之发生，例如通过对易碎的囊袋260施加压力使易碎的囊袋260破裂，以便引发剂264被输送到第一种外壳220内。第三种囊包250容允引发剂264与第一种囊包232和第二种囊包242接触。
参考图1A、1B、2A和2B所示的实施方案，以上描述了第一种囊包232、第二种囊包234、第一种反应物242和第二种反应物244。在目前优选的实施方案中，由孔径介于约3微米和5微米之间的亲水材料构成第一种囊包232和第二种囊包234。合适的材料是Pall(PortWahington，NY)以商业牌号BIODYNE销售的3微米孔的尼龙6，6材料。
优选使用图2A和2B的实施方案中所用的囊包材料的上述材料构造第三种囊包250。也可使用根据图1A和1B所描述的实施方案的上述材料。合适的囊包层是0.65微米孔的疏水聚丙烯膜，如Millipore(Bedford，MA)以商业牌号DHOP销售的那些。第三种囊包限制反应物扩散出第三种囊包，因此保持第三种囊包内部反应物的浓缩状态和固定的pH。优选地，第三种囊包体积小于第一种反应物和第二种反应物体积之和的4倍，最优选小于第一种反应物和第二种反应物体积之和的2倍。
优选地，由选择透过膜构造外壳220。联系图1A和1B，以上描述了选择透过膜。如上所述，在干法应用中优选选择透过膜，因为它容允气体扩散出外壳，同时保留一旦从易碎的囊袋中释放出的引发剂。而且，选择透过膜增加装置在其使用前的稳定性，因为它不轻易让环境水扩散到装置中，而环境水会过早地引发反应物。此外，使反应物(如亚氯酸钠和酸)保持分开在两个囊包中也可增加装置的稳定性，因为它延迟了在易碎的囊袋破裂之前，引发剂扩散到装置中引起的引发。
一种合适的选择透过膜是二氧化碳透过速率为21,000cc/m2/24hrs和氧气透过速率为7,000cc/m2/24hrs的多层聚合物膜，它是Sealed Air Corporation(Duncan，SC)以商业牌号PD-961Cryovac选择透过膜销售的。
可由当向外壳施加压力时破裂，从而释放引发剂进入外壳的任何材料构造易碎的囊袋260。优选地，由多层塑料(如聚烯烃)构造易碎的囊袋，具有较弱层材的外壳位于在压力下会破坏的密封表面附近。引发剂264可以是引发气体产生反应的任何试剂(如水)。优选地，引发剂是水或水溶液，但并不限于此。
本领域从业者应当理解，第一反应物242和第二反应物244可以结合放置在一个囊包中，即第一囊包232和第二囊包234可以结合在一个囊包(没有示出)中。此外，放置在易碎囊袋中的引发剂264可以放置在第三囊包250(也没有示出)限定的体积中。
图4A和4B分别是根据本发明构造的装置310的又一实施方案的透视图和横截面侧视图。总体来说，装置310包括囊包370和在囊包370内排列的限定第一部分体积382和第二部分体积384的隔板380。还可看出放置在第一部分体积382内的第一种反应物342，和放置在第二部分体积384内的第二种反应物344。在此实施方案中，第一种反应物342和第二种反应物344在引发剂存在下产生气体，和囊包370容允引发剂进入装置310中。
优选地，使用疏水膜构造囊包370，以阻止引发剂进入装置中。优选地，使用亲水膜构造隔板380，以便曾经在装置内部的引发剂会向隔板380迁移。以上在说明图1A、1B、2A和2B的实施方案中描述了这些疏水和亲水膜。类似地以上在说明图1A、1B、2A和2B的实施方案中描述了第一种反应物342和第二种反应物344。例如，如果第一种反应物342由亚氯酸钠组成和第二种反应物344由柠檬酸组成，则当引发剂到达隔板380时开始反应。在一个优选的实施方案中，由0.65微米孔径的疏水聚丙烯膜(如来自Millipore(Bedford，MA)，以商业牌号DHOP销售的那些)构成囊包370，而由0.65微米孔径的亲水聚丙烯膜(如来自Millipore(Bedford，MA)，以牌号MPLC销售的那些)构成隔板380。
任选的，图4A和4B所述的装置可进一步包括密闭囊包的外壳(未在图中示出)。可用以上在说明图1A、1B、2A和2B的实施方案中描述的任何外壳材料构造该外壳。优选地，外壳是疏水多孔膜，如SealedAir Corporation以牌号SM700销售的聚丙烯共聚物膜，它具有330个孔/英寸2，直径为0.4mm，开孔面积为6.4％，水蒸汽透过速率为700g/m2/24hrs。在目前一个优选的实施方案中，联系图3A和3B，由上述的选择透过膜(如来自Sealed Air Corporation(Duncan，SC)的PD-961Crovac选择透过膜)构造外壳。此外，装置可进一步包括一个易碎的囊袋和放置在囊袋中的引发剂，而囊袋放置在外壳内。
图5A和5B分别是根据本发明构造的装置410的又一实施方案的透视图和横截面侧视图。总体来说，装置410包括囊包430和放置在囊包430内的反应物440，反应物440在引发剂存在下产生气体。囊包430容允引发剂与反应物接触并从装置中释放出气体。
可存在仅具有囊包，即没有外壳比进一步包括外壳的实施方案更优选的情况。例如，在没有外壳装置性能充足的情况下，该实施方案是优选的，因为由于除去了构成外壳的步骤，从而使生产简单化，也因为通过排除提供构成外壳的外壳层的需要，从而可降低材料成本。
可用以上在说明图1A、1B、2A和2B的实施方案中描述的任何材料构造囊包材料。优选地，使用疏水膜构造囊包，以便囊包限制进入囊包内的水量。类似地，以上在说明图1A、1B、2A和2B的实施方案中描述了反应物440。
图8、9和10是包括囊包，但是不包括外壳的各种装置的浓度对时间所作的图。一个目前优选的实施方案是由0.65微米孔径的疏水聚丙烯膜(Millipore(Bedford，MA)，以商业牌号DHOP销售的)构造囊包的装置。图9和10的菱形数据值描述了用此材料构造的带有囊包但没有外壳的装置的性能。
考虑到此处所列出的所有教导和指南，从业者可设计、制造、试验和使用任何数量的本发明的实施方案。所有需要的是本领域技术人员的普通技术水平和一些常规的实验。例如，对于消毒应用来说，从业者最初应当确定在使用本发明产生气体的装置情况下，待消毒的体积。接着应当理解低温灭菌/消毒的当前标准是5mg/l二氧化氯，从业者应当确定消毒所需体积所要求的二氧化氯数量。
从所要求的二氧化氯气体体积出发，可计算产生该用量气体所需的反应物用量和比例。当然，若从业者想增加或降低消毒浓度，那么它可调整放置在囊包中的反应物数量。例如图11描述了用各种反应物比例产生气体的代表性数据。若装置的所有其它元素保持相同，则用量变化通常是成正比的，例如亚氯酸钠用量加倍将使所产生的二氧化氯气体加倍。当然，也可通过联系图6和7所述的外壳选择来增加所产生的气体量。
此外，从业者应当确定消毒气体释放的时间过程和因此选择囊包层和外壳层。例如，若快速释放是所需的，那么反应物可包含在由亲水材料制造的囊包内部；若稍微快速释放是所需的，那么反应物可包含在疏水材料内。图10描述了用疏水和亲水材料产生气体的代表性数据。图6到11描述了如本发明教导的在各种囊包和外壳的实施方案中放置的反应物产生气体的代表性数据。熟练的技术人员会理解可通过混合和匹配不同囊包层和不同外壳层来实现中间产物的释放速率。仅要求常规的实验。
本发明另一方面提供了一种形成输送气体装置的方法，包括下述步骤(a)提供一种多层结构，所述结构包括在两层囊包层之间中心放置的一层反应物层，和紧邻这两层囊包层放置的两层外壳层，使得两层囊包层中心放置在两层外壳层之间，和(b)冲压多层结构，使得两层外壳层通过冲压形成一层环绕其圆周的外壳，和两层囊包层通过冲压形成一层环绕其圆周的囊包。
该方法具有许多变体和实施方案。例如，在步骤(a)之前，在额外的两层囊包层之间放置的第二层反应物层可包括在两层外壳层之间，以便在冲压时，装置包括两个囊包，各自在内部具有自己的反应物层。另一变体向上述方法中添加了下述步骤(c)在易碎的囊袋中提供引发剂和提供第二层外壳层，(d)冲压第二层外壳层，通过冲压形成第二层环绕其圆周的外壳，以便在步骤(b)中的易碎的囊袋和外壳放置在第二层外壳内部。
冲压包括由外壳层形成外壳和由囊包层形成囊包的任何方法，如用胶水或其它密封剂密封周边、脉冲密封和热密封。
该方法是有利的，因为相对于独立地组装和形成各囊包和外壳来说，它使本发明的装置快速而廉价地制造。
再一方面，可改进上述方法，以构造没有外壳的装置。例如，该方法包括下述步骤(a)提供一种多层结构，所述结构包括在两层囊包层之间中心放置的一层反应物层，和(b)冲压多层结构，使得两层囊包层通过冲压形成一层环绕其圆周的囊包。
本发明的又一方面提供了一种输送气体的方法，该方法包括下述步骤(a)提供一种输送气体的装置，该装置包括外壳、放置在外壳内部的囊包、和放置在囊包内的反应物，反应物在引发剂存在下产生气体，其中外壳容允气体从外壳中释放，和(b)将装置置于含引发剂的环境。
该方法具有许多变体和实施方案。例如，环境可以是流体和引发剂可以是水，或者环境可以是气体和引发剂可以是水蒸气。优选地，水蒸气是自然地扩散在气体环境中的水蒸气，如在环境温度下，扩散到空气中的大气水。
另一方面，可改进上述方法，包括下述步骤(a)提供一种输送气体的装置，该装置包括囊包、放置在囊包内部的反应物，反应物在引发剂存在下产生气体，和(b)在含引发剂的环境下放置装置。
任选地，为了进一步增加在储存和运输过程中本发明任何装置的稳定性，在使用装置之前，可使用任何干燥剂(如硅胶或分子筛)，以清除引发剂。
分层装置图12A、12B和12C分别是根据本发明构造的装置510的例示的实施方案的部件分解图、横截面侧视图和剖视图。总体来说，装置510包括外壳层520、紧邻外壳层520放置的囊包层530、紧邻囊包层530放置的阻挡层550，和由囊包层530和阻挡层550所确定的体积内放置的反应物540。反应物540在引发剂(如水)存在下可产生气体。囊包层530和外壳层520是可渗透层，它使引发剂流入反应物540和从装置510中释放出气体。形成阻挡层550，以确定容纳反应物540的空腔554，和绕其周边的边缘558。外壳层520和囊包层530沿着阻挡层550的边缘558绕其周边熔合。装置510尤其适用于湿法应用中快速释放气体。
选择外壳层来控制引发剂的流入，同时限制反应物扩散到周围的流体中，而不管其是气体或液体。外壳层还使反应物产生的气体扩散到周围的流体中，而不管其是气体或液体。通过限制气体透入装置，和限制和/或防止反应物扩散出装置，反应物保持浓缩，和反应体系的pH在装置内固定，从而优化反应物向气体的转化率。另外，反应的中间产物和/或副产物(如水)通过其对反应平衡的影响也可对效率和反应的持续时间产生影响。
在以上说明图1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A和5B的实施方案中描述了优选的外壳层。该实施方案目前优选的外壳层是Sealed Air Corporation以牌号SM700销售的疏水聚丙烯共聚物膜，它具有330个孔/英寸2，直径为0.4mm，开孔面积为6.4％，和在50％相对湿度下水蒸汽透过速率为700g/m2/24hrs。另一合适的膜是以牌号SM570销售的疏水聚丙烯共聚物膜，它具有162个孔/英寸2，直径为0.4mm，开孔面积为32％，和在50％相对湿度下水蒸汽透过速率为570g/m2/24hrs。另一适用作外壳的是Cuno Incorporated(Meriden，CT)以牌号060P1销售的聚丙烯层。
囊包层可用于限制引发剂扩散入由囊包层和阻挡层所确定的体积内，和限制反应物和熔合反应副产物扩散出由囊包层和阻挡层所确定的体积。因此，反应物在由囊包层和阻挡层所确定的体积内保持浓缩，和pH保持固定，从而增加反应效率。可操纵囊包的各种属性，如孔径、泡点和囊包膜的疏水和/或亲水性，以控制囊包对上述反应的影响。
在以上说明图1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A和5B的实施方案中描述了优选的囊包层。该实施方案目前优选的囊包层包括挤出的、0.65微米孔径的亲水聚丙烯膜(来自Millipore(Bedford，MA)，以商业牌号MPLC销售的)；还适于用作囊包层的是CunoIncorporated(Meriden，CT)以牌号045ZN、045ZY和045ZL销售的尼龙6，6膜。目前优选Cuno Incorporated(Meriden，CT)以牌号045ZY销售的尼龙6，6膜，其厚度介于约180微米到240微米之间，孔径为约0.45微米，和泡点为约24.1psi。
优选由耐用和稳定的材料构造阻挡层。优选地，为了制造目的，它能连接到囊包层和外壳层上，例如以便可绕其周边熔合各层，以形成一限定体积。优选地，不可渗透层在70％相对湿度下具有小于约50g/m2/24hrs的水蒸汽透过速率(WVTR)。更优选不可渗透层在70％相对湿度下具有小于约2g/m2/24hrs的水蒸汽透过速率(WVTR)。最优选不可渗透层在70％相对湿度下具有小于约0.5g/m2/24hrs的水蒸汽透过速率(WVTR)。
可由各种材料构造阻挡层，其中包括金属、聚合物材料和/或涂布的纸张。形成阻挡层用的其它合适的材料包括，但不限于由下述材料构造的聚合物层例如聚乙烯、聚丙烯、聚酯、苯乙烯(包括聚苯乙烯)、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸乙二酯二醇(polyethyleneterephthalate glycol)(PETG)、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、乙基乙烯醇、聚乙烯醇(包括聚醋酸乙烯醇酯)、丙烯酰丁基苯乙烯和/或聚四氟乙烯、聚丙烯酸酯和聚酰胺(包括尼龙)。还适用的有金属化层，如已被金属化的任何上述聚合物层。还适用的有金属箔，如铝箔。还适用的有非织造层，如由纺粘的烯烃纤维制造的层材，如获自DuPontCompany(Wilmington，DE)的商业牌号Tyvek的层材。可使用各种其它不可渗透的材料(如玻璃或陶瓷)，以形成阻挡层。另外，上述层材的复合物和/或上述层材的层压材料，如纸张/膜/金属箔复合物也适于用作阻挡层。一种目前优选的不可渗透层是获自Sealed AirCorporation(Duncan，SC)的5mil厚的不可渗透层，其中包括聚酯外层、金属化的双轴取向芯层以及聚乙烯内部粘合层。该层在70％的相对湿度和122°F下，具有0.01g/100in2/24hrs的水蒸汽透过速率。另一目前优选的不可渗透层由聚氯乙烯构成。再一目前优选的不可渗透层由polyethylene terephthalate glycol(PETG)构成。
阻挡层的几何形状和尺寸可与各套参数相适应，这些参数包括反应物的用量和类型、囊包层和/或外壳层所需的表面积以及储存和使用装置用的附件。在一个目前优选的实施方案中，阻挡层形成容纳反应物的空腔。还优选这样形成阻挡层，使得它包括用于与囊包层和/或外壳层和/或第二层阻挡层间形成密封的绕其周边的边缘。还优选阻挡层形成带有一层或多层可渗透层的空腔，该空腔确定的体积与反应物的体积相同或仅略大于反应物的体积。也就是说，优选在本发明的装置中使反应物的顶部空间最小。
也可使阻挡层形成这样一种形状，使得该装置容易地插入到各种容器(如瓶子或囊袋)或从各种容器中移出。例如，可这样形成阻挡层，使得其可插入到罩子(如瓶盖或袋罩)内，以便然后可例如通过螺纹密封装置、卡扣装接部件或压力装接部件，将罩子固定在输送引发剂和/或容纳所产生的气体的容器中。联系下述图16A和16B更详细地描述这种例示的实施方案。阻挡层也可形成各种其它几何形状，以便它可被固定到容器(如瓶底)中。联系下述图15和18更详细地描述两种这样的例示的实施方案。
通过本领域已知的各种制造方法(包括，但不限于卧式薄膜热合、立式填充密封(fill seal)、泡罩型包装、表皮包装、注模、吹模、热成形、冷式填充密封或机械成型)，阻挡层也可形成各种其它几何形状。当然，阻挡层也可是挠性的，并不形成任何特定的几何形状，而是绕着其周边密封至环绕反应物的囊包。
可通过任何已知的方法(如热封、超声热合、射频热合、脉冲热合和用粘合剂密封)绕其周边密封本发明的外壳层、囊包层、和阻挡层。优选地，通过超声热合或通过脉冲热合用热来熔合层材。
在以上说明图1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A和5B的实施方案中描述了一般的反应物、优选的反应物和反应物之比等。优选地，反应物包括稳定剂，如活化的水滑石。
任选地，在一些实施方案中，反应物可进一步包括干燥剂以防止反应物的过早引发。例如，可向反应物中加入干燥剂，以消除在装置的制造和/或装置的运输和储存过程中引入的水蒸气，但用量足够小到不妨碍所需的引发。合适的干燥剂包括，例如分子筛。或者或另外地，干燥剂可独立地包含在可渗透层中，和干燥剂紧邻本发明的装置或位于本发明的装置内部，以吸收水蒸气。以下联系图20更详细地描述这种例示的实施方案。
也可操纵由囊包层和阻挡层所确定的体积与反应物体积之比，以控制囊包层和阻挡层所确定的体积内的反应物、中间产物、副产物等的浓度。上面描述了这种关系。
图13是根据本发明构造的装置600的另一例示的实施方案的横截面侧视图。总体来说，装置600包括外壳层620、紧邻外壳层620排列的囊包层630、紧邻囊包层630排列的阻挡层650、放置在由囊包层630和阻挡层650所确定的体积内的反应物640，和紧邻外壳层620排列的第二阻挡层660。
囊包层630和外壳层620是可渗透层，它容允引发剂流入反应物640中并从装置600中释放出气体。阻挡层650是不可渗透层，它确定了容纳反应物640的长方体空腔654和绕其周边的边缘658，其中阻挡层650与囊包层630和外壳层620相连接。
第二层阻挡层660绕其周边与外壳层620相封接。优选地，第二层阻挡层660通过可剥离的密封胶(seal)与外壳层620相封接，其中封接强度使得可从外壳层620中移开阻挡层660，而没有破坏外壳层620和囊包层630之间的封接，或囊包层630和阻挡层650之间的封接。直到移开第二层阻挡层660之前，它防止反应物640的引发，因为它阻止引发剂流入反应物640。当引发剂不在使用中时，例如在储存和运输过程中，第二层阻挡膜660可用于阻止引发剂流入装置。
装置600尤其适用于其中在引发剂(如周围空气中的水蒸气)存在下可能储存和/或运输装置600情况下的应用。装置600也尤其适用于其中需要相对大量的反应物的情况下的应用，因为需形成容纳相对大量反应物的空腔654。两层阻挡层650、660防止反应物650的引发，直到移开第二层阻挡层660。
可由以上在联系说明图1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、5B、12A、12B和12C的实施方案中描述的任何材料来制造外壳层、囊包层和阻挡层。联系说明图1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、5B、12A、12B和12C的实施方案描述了一般的反应物、优选的反应物、反应物之比和反应物体积等。
可由以上在联系说明图12A、12B和12C的阻挡层中描述的任何材料来制造任选的第二层阻挡层660。也可用与制造阻挡层650所使用的相同或不同材料制造第二层阻挡层660。目前优选的第二层阻挡层包括金属箔、尼龙层、聚偏氯乙烯层、乙基乙烯醇层和这些层材的复合物或层压材料，如金属箔/聚乙烯层的层压材料。
使用以上图12A、12B和12C的封接阻挡层、囊包层和外壳层所描述的任何方法，第二层阻挡层也可与外壳层的周边相封接，或在不使用外壳情况下与囊包层的周边相封接。优选地，第二层阻挡层通过脉冲热合或热封与外壳层相连接。任选地，第二层阻挡层也可包括一种促进其从外壳层中移出而没有破坏其它层材的器件，如沿着周边的一种拉环。
图14是根据本发明制造的装置700的再一例示的实施方案的横截面侧视图。总体来说，装置700包括外壳层720、紧邻外壳层720排列的囊包层730、紧邻囊包层730排列的阻挡层750、放置在由囊包层730和阻挡层750所确定的体积内的反应物740，和紧邻外壳层720排列的第二层阻挡层760。
囊包层730和外壳层720是可渗透层，它容允引发剂流入反应物740中并从装置700中释放出气体。阻挡层750是不可渗透层，它确定了容纳反应物740的半球形空腔754和绕其周边的边缘758，其中阻挡层750通过热封或脉冲热合与囊包层730和外壳层720相连接。
第二层阻挡层760通过热封或脉冲热合绕其周边也与外壳层720相封接。优选地，第二层阻挡层760与外壳层720相封接，以便可从外壳层720中将其移开，而没有破坏外壳层720与囊包层730的连接以及囊包层730与阻挡层750的连接。直到移开第二层阻挡层760之前，它防止反应物740的引发，因为它阻止引发剂流入反应物740。当引发剂不在使用中时，例如在储存和运输过程中，第二层阻挡膜760可用于阻止引发剂流入装置。
装置700尤其适用于其中在引发剂与装置接触的环境下可能储存和/或运输装置700情况下的应用。装置700也尤其适用于其中利用相对少量反应物，以便使气体输送到有限的液体体积中是所需的情况下的应用。两层阻挡层750、760防止反应物740的引发，直到移开第二层阻挡层760。
可由以上联系图1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、5B、12A、12B、12C和13中描述的任何材料来制造外壳层、囊包层和阻挡层。以上联系图1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、5B、12A、12B、12C和13描述了一般的反应物、优选的反应物、反应物之比和反应物体积等。
可由以上在联系说明图12A、12B、12C和13的阻挡层中描述的任何材料来制造第二层阻挡层。如以上密封图12A、12B、12C和13中的阻挡层、囊包层和外壳层所描述的任何方法，使第二层阻挡层与外壳层的周边相封接，或者若没有使用外壳层时，与囊包层的周边相封接。优选地，使用热封或脉冲热合或用粘合剂封接。任选地，第二层阻挡层也可包括一种促进其从外壳层中移出而没有破坏其它层材的器件(在图中未示出)，如沿着周边的一种拉环。
图15是根据本发明构造的装置870的再一例示的实施方案的剖视图。总体来说，装置870包括具有出口880和罩子885的囊袋875，和如图12A、12B和12C所述的装置510。装置510可例如通过粘合剂或热粘接固定到囊袋875的壁上。或者，它可位于囊袋875内部，而没有固定在其中，以便例如用后可将其移开和替换。
装置870尤其适用于将气体释放到所需用量的流体(如水或空气)中，以便可容易地实现流体中所需的气体浓度。可通过囊袋的体积确定流体的用量；在加入囊袋之前预测量流体的用量，或者囊袋可包括在囊袋壁上作的标记，以表明液体占有的不同体积。可透过例如选择反应物的用量、反应物的比例、囊包层和外壳层来控制液体中气体的最终浓度，正如图1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、5B、12A、12B、12C、13和14中所述。
可如上述图12A、12B、12C和13-14所公开的任何不可渗透材料或可渗透材料制造囊袋和罩子。优选地，由聚丙烯、聚乙烯、金属箔、尼龙和/或这些层材的复合物或层压材料如金属箔/聚乙烯层压材料制造囊袋和罩子。可由不可渗透材料制造囊袋以避免在所需的反应物引发之前(如在运输和储存过程中)将引发剂引入到囊袋中。由5mil厚的不可渗透层制造适用于本发明的这些囊袋材料，其中所述不可渗透层包括聚酯外层、金属化的双轴取向芯层以及聚乙烯内部粘合层。该层在70％相对湿度和122°F下的水蒸汽透过速率为0.01g/100in2/24hrs。或者或另外地，装置510可进一步包括如图13和14中所述的第二层阻挡膜。
可通过向囊袋870中填充包含引发剂的流体、使罩子885与出口880相连接，和等待通过装置510产生所需量的气体进入到包含在囊袋875内部的流体中来使用装置870，。该实施方案可在牙科、船舶或航天空间应用方面用于除去生物膜和/或消毒塑料输水管线。该实施方案也可用于制备表面洗涤和消毒控制等用的溶液。或者可使用任何其它盛水容器如钢瓶来替代囊袋。
图16A和16B分别是根据本发明构造的装置972的另一例示的实施方案的放大的横截面侧视图。总体来说，装置972包括囊袋975、出口980和罩子985。罩子985包括阻挡层950、反应物940、囊包层930和外壳层920。形成阻挡层950以确定容纳反应物940的空腔，也形成阻挡层950以与罩壁990相配合。阻挡层950通过压力下的搭扣配合与罩壁990相连接，以便其处在原位，且在产生和释放气体之后可被移开和复原。罩壁990确定了与外部螺纹996相匹配的内部螺纹994，而外部螺纹996由囊袋980所确定。囊袋980进一步包括第二层阻挡膜995，而第二层阻挡膜995封接囊袋980所确定的开口。
装置972尤其适用于制备在牙科、船舶、饮料和航天空间应用方面用于除去生物膜和消毒塑料输水管线的溶液。该实施方案也可用于制备表面洗涤和消毒控制等用的溶液。该实施方案的一个优点是通过密封装置来达到阻挡膜950、995阻止当不使用时(如在运输和储存过程中)反应物的引发，而装置的密封是通过将罩子拧到处在基本上没有引发剂的环境下的囊袋上，且直到引发是所需时才移开罩子来实现的。当所需地产生气体时，然后可通过从囊袋中移开罩子，和从囊袋中移开第二层阻挡膜。接着可用流体部分或全部填充囊袋，使罩子复原并引发反应，使得气体被释放并进入囊袋中。
装置972由于不必由不可渗透材料制造囊袋因而也是有利的，因为第二层阻挡膜阻止当不使用时(如在运输和储存过程中)反应的引发。
可如1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、5B、12A、12B、12C、13、14和15中所述的任何材料制造外壳层、囊包层、阻挡层、囊袋和罩子。也在图1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、5B、12A、12B、12C、13、14和15中描述了一般的反应物、优选的反应物和反应物之比等。通过本领域已知的其它方式，如通过压配，可封接罩子。
任选地，阻挡膜可放置在罩壁所确定的开口上。因此，罩子可独立于囊袋而被储存和运输。例如在囊袋可反复使用的情况下的应用中，这一点是有利的，因此可降低材料成本、储存空间、储存成本和运输成本。或者可使用任何其它盛水容器如钢瓶来替代图16A和16B中所述的囊袋。
图17A和17B分别是根据本发明构造的装置1000的再一例示的实施方案横截面侧视图和剖视图。总体来说，装置1000包括囊包层1035、紧邻囊包层1035排列的阻挡层1050，和在由囊包层1035和阻挡层1050所确定的体积内放置的反应物1040。囊包层1035是可渗透层。阻挡层1050是不可渗透层，且它确定了空腔1054和绕其周边的边缘1058。
装置1000尤其适用于在不具有外壳层，装置的性能是足够的情况下的应用，因为由于排除了制造外壳层的步骤，从而使生产简单化。另外，排除了提供外壳层制造装置的需要可降低材料成本。
可如图1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、5B、12A、12B、12C、13、14、15、16A和16B中所述的任何材料制造囊包层和阻挡层。优选地，使用疏水材料制造囊包层，使得囊包层限制进入装置的水量。目前优选的实施方案是由0.65微米孔径的疏水聚丙烯膜(来自Millipore(Bedford，MA)，以商业牌号DHOP销售的)制造的囊包层的装置。另一目前优选的实施方案是由Cuno Incorporated(Meriden，CT以牌号060P1销售的聚丙烯膜制造的囊包层的装置。
在图1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、5B、12A、12B、12C、13、14、15、16A和16B中描述了一般的反应物、优选的反应物和反应物之比等。
图18是根据本发明构造的装置1104的又一例示的实施方案的横截面侧视图。总体来说，装置1104包括管式瓶1106、在一端上与管式瓶1106用螺纹连接方式连接的泵送装置1112、在另一端上与管式瓶1106用螺纹连接方式连接的可拆卸部分1124。
瓶子1106形成出口1108，而出口1108在一端上形成与泵送装置1112相连接的外螺纹1109，所述泵送装置1112固定在螺帽1114中，而螺帽1114形成相匹配的内螺纹1111。瓶子1106还确定了在另一端上的开口1118和与匹配的内螺纹1126相连接用的外螺纹1122，而内螺纹1126是通过可拆卸部分1124来确定的。还形成可拆卸部分1124以确定绕其内周的隆起物(ridge)1128，其中隆起物容纳垫块1132。
垫块1132包括阻挡层1150、反应物1140、囊包层1130和外壳层1120。形成阻挡层1150以卡扣入隆起物1128和形成压配，以便在使用过程中保留在原位和在使用后可移开和用另一类似构型的垫块替换。也形成阻挡层1150以确定容纳反应物1140的空腔1154以及与囊包层1130和外壳层1120相连接的绕其周边的边缘1158。任选地，垫块1132可进一步包括紧邻外壳层1120的第二层阻挡层(在图中未示出)，如图13和14所示。
泵送装置1112包括管状柱塞1133，其中在管状柱塞1133上安装含有喷嘴1134的按钮1131。还可看出的是典型泵的基本组分，如活塞1135、圆柱形腔室1136、单向阀1137、套圈1138和吸入管1139。可供选择的泵送装置是本领域已知的，如美国专利No.4,077,549中公开的装置。
装置1104尤其适用于在流体(如水)中产生所需气体浓度的应用，然后可容易地通过泵送装置将所述流体输送到所需的位置，如反向(countertop)消毒。可从开口移开泵送装置，以便可用流体如水部分或全部地填充由管状瓶和可拆卸部分确定的体积。可移开可拆卸部分或用垫块1132来替换，以便可反复使用瓶子1106、泵送装置1112和可拆卸部分1124。
可如图1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、5B、12A、12B、12C、13、14、15、16A、16B、17A和17B中所述的任何材料制造外壳层、囊包层和阻挡层。在图1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、5B、12A、12B、12C、13、14、15、16A、16B、17A和17B中描述了一般的反应物、优选的反应物和反应物之比等。
可如图15、16A和16B中所述的囊袋和罩子中所述的任何材料制造管状瓶和可拆卸部分。可通过本领域任何已知的方法(如吹塑或注塑)形成管状瓶。泵送装置1112可以是本领域已知的任何泵送装置。大量泵送装置是商购的。
图20是根据本发明制造的装置1310的又一例示的实施方案的横截面侧视图。总体来说，装置1310包括外壳层1320、紧邻外壳层1320放置的囊包层1330、紧邻囊包层1330放置的阻挡层1350，由囊包层1330和阻挡层1350所确定的体积1354内放置的反应物1340和由囊包层1330和阻挡层1350所确定的体积1355内放置的干燥剂1341。
囊包层1330和外壳层1320是可渗透层，它使引发剂流入反应物1340和从装置1310中释放出气体。阻挡层1350是不可渗透层，它分别形成容纳反应物1340和干燥剂1341的空腔1354和1355，阻挡层1350通过热合或脉冲热合沿着空腔1354和1355的周边与囊包层1330和外壳层1320相连接。任选地可绕紧邻外壳层1320的周边热合第二层阻挡层(在图中未示出)。干燥剂1341可用于吸收任何环境水蒸气和/或液体水，从而在储存和运输过程中阻止或使水蒸气和和/或液体水最小地流入放置在空腔1354中的反应物1340之中。
该实施方案尤其适用于湿法应用，以及由于干燥剂的存在，比例如图12A、12B和12C所述的实施方案更能抵抗过早的引发。
外壳层、囊包层、阻挡层和反应物可以是如图1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、5B、12A、12B、12C、13、14、15、16A、16B、17A、17B、18和19中所述的任何那些材料。在一个目前优选的实施方案中，外壳层是Sealed Air Corporation以牌号SM700销售的疏水聚丙烯共聚物膜，它具有330个孔/英寸2，直径为0.4mm，开孔面积为6.4％，厚度为约20微米，和水蒸汽透过速率为700g/m2/24hrs。囊包层是Millipore(Bedford，MA)以商业牌号MPLC销售的挤出的、0.65微米孔径的亲水聚丙烯膜，或者Cuno Incorporated(Meriden，CT)以牌号045ZY销售的0.45微米孔径、180-240微米厚度和泡点为约24.1psi的尼龙6，6膜层，阻挡层是polyethylene terephthalateglycol(PETG)或聚氯乙烯(PVC)层，反应物包括亚氯酸钠和柠檬酸，和干燥剂包括分子筛。
装置1310也可以结合到象图15所述的囊袋中，以便在水中产生所需浓度的气体(如二氧化氯)。该实施方案尤其适用于湿法应用，如用于从牙科设备中除去生物膜。制造和使用这种装置以产生含有50ppm二氧化氯的水溶液。然后将其倾入牙科设备容器中，并使之流过被生物膜污染的设备。且静置过夜。早晨用水冲洗牙科设备。该步骤重复进行2个晚上。然后测试该设备是否存在生物膜和生物膜是否被消除。然后每天用5ppm的溶液冲洗一次设备，足以延迟设备中生物膜的生长。
考虑到此处所列出的综合性的教导和指南，从业者可设计、制造、试验和使用任何数量的本发明的实施方案。所有需要的是本领域技术人员的普通技术水平和一些常规的实验。
本发明的再一方面提供了一种形成装置的方法，该装置用于输送气体。该方法包括下述步骤(a)提供一种多层结构，该结构包括在囊包层和阻挡层之间中心排列的反应物层，和紧邻囊包层排列的外壳层，和(b)热合阻挡层、囊包层和阻挡层的周边，使得反应物排列在囊包层和阻挡层所定义的容积内。
该方法具有许多变体和实施方案。例如，在步骤(a)之前，可在囊包层对面，紧邻外壳层处排列第二层阻挡层。另一实例是在步骤(b)中用粘合剂和/或通过用热模头冲压多层结构，以便将各层热合在一起，进行密封。
热合包括基本上绕其周围密封热合外壳层、囊包层和阻挡层的任何方法，如用胶水或其它密封剂、脉冲热合、超声热合和热封来密封周边。
在一个优选的实施方案中，用一组容易制造的方法制造装置。该方法包括(a)提供一层不可渗透的材料层，该不可渗透的材料层具有一排在其中形成的空腔；(b)在一排空腔中放置反应物；(c)在不可渗透的材料层上方排列一层或多层可渗透层；(d)使一层或多层可渗透层与绕各空腔周边的不可渗透的材料层相封接；和(e)切削不可渗透层和绕各空腔周边的一种或多种可渗透层。
该方法是有利的，因为相对于独立和/或手动地组装和形成各囊包和外壳来说，它使本发明的装置快速而廉价地制造。
步骤(a)中提供的不可渗透层可具有在其中形成的一排空腔，如通过使用热成形加工来形成一排空腔。适用于本发明的热成形机包括Multivac(Kansas City，MO)，Tiromat(Avon，MA)Robert Reiser&Co.(Canton，MA)和Ulma Packaging(Woodstock，GA)制造的那些。形成一排空腔的其它合适的方法包括真空成形、低温成形、机械成形和起泡或皮层密封加工。反应物可放置在装配线上的一排空腔中，和可随后例如通过在装配线上的不可渗透层上方退绕一层或多层可渗透层片材，从而将一层或多层可渗透层放置在不可渗透材料的上方。然后可使用本领域已知的方法，如粘合剂、热封方法、超声热合法、射频热合法或脉冲热合法，将一层或多层可渗透层绕各空腔的周边与不可渗透材料相封接。然后可使用本领域已知的方法，如使用模头形成类似于图12A、12B、12C、13-15、16A、17A、17B、18和20所述那些的装置，从而绕各空腔的周边切削不可渗透材料和一种或多种可渗透材料。
然后可将这些装置插入到否则已绕其周边密封的囊袋开口中。或者，可例如通过使用粘合剂、热封方法、超声热合法、射频热合法或脉冲热合法，将其插入没有绕其周边密封的囊袋中。任选地，可例如通过使用粘合剂、热封方法、超声热合法、射频热合法或脉冲热合法，将装置与囊袋壁相连接。
再一方面，可改进上述方法，以构造没有外壳的装置。例如，该方法包括下述步骤(a)提供一种多层结构，所述结构包括在囊包层和阻挡层之间中心放置的一层反应物层，和(b)冲压多层结构，使得反应物放置在由囊包层和阻挡层所确定的体积内。
本发明的又一方面提供了一种输送气体的方法，该方法包括下述步骤(a)提供一种输送气体的装置，该装置包括外壳层、紧邻外壳层排列的囊包层、紧邻囊包层排列的阻挡层，和放置在由囊包层和阻挡层所确定的体积内的反应物，和(b)在含引发剂的环境下放置装置。
该方法具有许多变体和实施方案。例如，环境可以是流体和引发剂可以是水，或者环境可以是气体和引发剂可以是水蒸气。装置可进一步包括一个可进一步包括能够用所需的液体填充的囊袋来容纳所产生的气体。
任选地，为了进一步增加在储存和运输过程中本发明任何装置的稳定性，在使用装置之前，可使用任何干燥剂(如硅胶或分子筛)，以清除引发剂。
本发明用于紧凑、低成本且安全的气体输送装置的制造。此外，本发明可用于各种应用(包括输送气体进入空气或水中在内)和用于各种目的(包括除去生物膜、消毒、除臭、漂白和净化在内)。
作为一般的规则和不愿受任何理论的束缚，认为通过本发明的装置所显示出的气体释放速率和用量将受紧邻反应物的可渗透层的总表面积影响，但不受装置的几何形状影响。也就是说，认为本发明的各种实施方案以相同的速率释放相同的气体体积，前提是紧邻反应物的可渗透层的总表面积基本相等，而其它所有变量保持恒定。
实施例1根据本发明的装置通过脉冲热合两片3cm×3cm的0.65微米孔径亲水聚丙烯膜片材(来自Millipore(Bedford，MA)，以商业牌号MPLC销售的)，制造膜囊包。片材用获自TEW Electric Heating Equipment Copporation(Taiwan)的16”TISH 400高频熔接机脉冲热合。用50mg亚氯酸钠和200mg柠檬酸填充该囊包。然后将囊包放置在外壳中，而外壳由脉冲热合4cm×6cm的多孔膜周边而形成。所使用的多孔膜是获自SealedAir Corporation(Duncan，SC)的SM700Cryovac多孔膜。然后将这一组件放置在1升用水填充的塑料袋中达15分钟。使用固定在360λ波长的Beckman DU-520 UV-Vis分光光度计，测量水中二氧化氯的浓度约为6mg/L。
对比例2直接将反应物加入水向1升水中加入50mg亚氯酸钠和200mg柠檬酸。使溶液静置15分钟。使用固定在360λ波长的Beckman DU-520 UV-Vis分光光度计，测量水中二氧化氯的浓度约为0.5mg/L。图8和10描述了向水中加入相同用量和比例的反应物时气体浓度随时间所作的图。
实施例3没有外壳的装置除了没有包括外壳之外，如实施例1所述制造装置。然后将这一组件放置在1升用水填充的塑料袋中达15分钟。使用固定在360λ波长的Beckman DU-520 UV-Vis分光光度计，测量水中二氧化氯的浓度约为5.5mg/L。图10中描述了这一装置和相同的例示的应用。
实施例4具有两个囊包的装置通过脉冲热合四片3cm×3cm的0.65微米孔径亲水聚丙烯膜片材(来自Millipore(Bedford，MA)，以商业牌号MPLC销售的)，制造2个囊包。用400mg亚氯酸钠填充第一个囊包和用1200mg柠檬酸填充第二个囊包。然后将这两个囊包密闭在外壳中，而外壳由脉冲热合4cm×6cm的SM700膜的周边而形成，它具有330个孔/英寸2，直径为0.4mm，孔的面积为6.4％，和水蒸汽透过速率为700g/m2/24hrs。然后将这一装置放置在1升用水填充的塑料袋中并静置180分钟。使用固定在360λ波长的Beckman DU-520 UV-Vis分光光度计，测量水中二氧化氯的浓度约为100mg/L。
实施例5具有三个囊包和一个含有引发剂的易碎囊袋的装置除了由3微米孔径的尼龙6，6材料(Pall(Port Washington，NY)以商业牌号BIODYNE A销售的)制造囊包外，根据实施例4制造两个囊包。用500mg亚氯酸钠填充第一个囊包和用2,000mg柠檬酸填充第二个囊包。然后将这两个囊包密闭在第三个囊包中，而第三个囊包由脉冲热合5cm×7cm的0.65微米孔径的疏水聚丙烯膜(Millipore(Bedford，MA)以商业牌号DHOP销售的)的周边而形成的。制造易碎的囊袋并用5ml水填充该囊袋。然后将易碎的囊袋和第三个囊包(含有第一个和第二个囊包以及反应物)密闭在外壳中，而该外壳由脉冲热合7cm×9cm的多层聚合物膜的周边而形成，该膜具有7,000cc/m2/24hrs的二氧化碳透过速率和21,000cc/m2/24hrs的氧气透过速率，它是Sealed Air Corporation(Duncan，SC)以商业牌号PD-961Cryovac选择透过膜销售的。使用手动压力使易碎的囊袋破碎，然后将这一装置放置在1升用水填充的塑料袋中并静置180分钟。使用固定在360λ波长的Beckman DU-520 UV-Vis分光光度计，测量水中二氧化氯的浓度约为100mg/L。
实施例6具有外壳和桥联部分的装置通过在两片3cm×3cm的0.65微米孔径的疏水聚丙烯膜(Millipore(Bedford，MA)以商业牌号DHOP销售的)之间，脉冲热合3cm×3cm的0.65微米孔径的亲水聚丙烯膜(来自Millipore(Bedford，MA)，以商业牌号MPLC销售的)的周边，制造具有两个隔室的膜囊包。由此形成了在其外壁上具有两个隔室的带亲水膜的囊包和疏水膜的间隔板，该间隔板用于分开在各隔室中的反应物。用50mg亚氯酸钠填充囊包的第一个隔室和用200mg柠檬酸填充第二个隔室。然后将这种多隔室的囊包放置在外壳中，而外壳由热合4cm×6cm的多孔膜的周边而形成。所使用的多孔膜是Sealed AirCorporation(Duncan，SC)的SM700Cryvac多孔膜。然后将这一组件放置在1升用水填充的塑料袋中达15分钟。使用固定在360λ波长的Beckman DU-520 UV-Vis分光光度计，测量水中二氧化氯的浓度约为8mg/L。
实施例7产生二氧化碳气体的装置通过脉冲热合两片3cm×3cm的0.65微米孔径的亲水聚丙烯膜(获自Millipore(Bedford，MA)，以商业牌号MPLC销售的)的周边制造囊包。用50mg碳酸钙和100mg柠檬酸填充该囊包。然后将囊包放置在外壳中，而该外壳由脉冲热合4cm×6cm的多孔膜的周边而形成。所使用的多孔膜是Sealed Air Corporation(Duncan，SC)的SM700Cryvac多孔膜。然后将这一组件放置在1升用水填充的塑料袋中达15分钟。使用离子色谱法分析测量水中二氧化碳的浓度约为50mg/L。
实施例8长期释放用的装置通过脉冲热合两片4cm×6cm的0.65微米孔径的亲水聚丙烯膜(获自Millipore(Bedford，MA)，以商业牌号MPLC销售的)片材的周边制造囊包。用50mg亚氯酸钠和2000mg柠檬酸填充该囊包。然后将囊包放置在外壳中，而该外壳由脉冲热合4cm×6cm的多孔膜的周边而形成。所使用的多孔膜是Millipore(Bedford，MA)以商业牌号DHOP销售的0.1微米孔径的疏水聚丙烯膜。然后将这一装置放置在2升用水填充的塑料袋中。使用固定在360λ波长的Beckman DU-520 UV-Vis分光光度计，每小时测量水中二氧化氯的浓度。装置在30小时内以约3.5mg/小时产生气体。
实施例9根据本发明的例示装置通过使6.1cm直径的尼龙6，6膜层片材(CunoIncorporated(Meriden，CT)以商业牌号045ZY销售的)和Sealed AirCorporation(Dunncan，SC)的SM700 Cryovac多孔膜与阻挡层向热合，制造一种例示的装置，其中用240mg亚氯酸钠、60mg活化的水滑石和1200mg柠檬酸填充。由聚氯乙烯形成阻挡层来确定类似于图12A、12B和12C中所述的阻挡层50的阻挡层。它具有外径6cm和深0.5cm的空腔，该空腔的内径为4.8cm。在不可渗透层和尼龙6，6膜层之间，以及在尼龙6，6膜层和多孔膜层之间用环氧粘合剂绕着阻挡层的边缘密封层材。紧邻反应物的尼龙6，6层的表面积为约18cm2，以及由阻挡层和尼龙6，6层所确定的体积为约9cm3。将这一组件通过搭扣配合与聚丙烯罩的内壁相连接，所述聚丙烯罩具有通向1升吹塑的高密度聚乙烯塑料瓶的开口的螺纹接口。用1升水填充该瓶子，用盖子密封并上下左右翻转。使用Hach DR890比色计和标准的Hach二氧化氯法测量水中的二氧化氯气体浓度，其中45分钟时约为25mg/L和在60分钟时约为42mg/L。Hach比色计获自HachCompany(Loveland，C0)。图16A和16B中描述了类似的装置和相同的例示的应用。
预期实施例10具有囊包和外壳的例示装置通过脉冲热合两片3cm×3cm的尼龙6，6膜层片材(CunoIncorporated(Meriden，CT)以商业牌号045ZY销售的)，制造膜囊包。用获自TEW Electric Heating Equipment Copporation(Taiwan)的16”TISH 400高频熔接机脉冲热合片材。用240mg亚氯酸钠、60mg活化的水滑石和1200mg柠檬酸填充该囊包。然后将囊包放置在外壳中，而该外壳由脉冲热合4cm×6cm的多孔膜的周边而形成。所使用的多孔膜是Sealed Air Corporation(Duncan SC)的SM700 Cryovac多孔膜。然后将这一装置放置在1升用水填充的塑料袋中达15分钟。使用Hach DR890比色计和标准的Hach二氧化氯法测量水中的二氧化氯气体浓度，预期将获得在45分钟时约为25mg/L和在60分钟时约为42mg/L。图1A和1B中描述了这一装置和相同的例示的应用。
预期实施例11包括囊包和密封开口的例示装置除了该组件将与1升囊袋的内壁熔合之外，如实施例9所述制造例示的装置。由5mil厚的不可渗透层制造囊袋，其中不可渗透层包括获自Sealed Air Corporation(Duncan，SC)的包括聚酯外层、金属化的双轴取向芯层以及聚乙烯内部粘合层。该层在70％相对湿度和122°F下具有0.01g/100in2/24hrs的水蒸汽透过速率。由注塑和模塑聚丙烯制造开口。除了由开口确定出口之外，绕其周边封接囊袋。然后用1升水填充囊袋，盖好并静置。如实施例9所述测量二氧化氯气体浓度，和预期在45和60分钟处具有相类似的二氧化氯浓度。图15中描述了这一装置和相同的例示的应用。
尽管已一般地示出并描述了本发明优选的实施方案，但对本领域的技术人员来说，可发生多种变化和可供选择的实施方案。由此，打算仅用所附的权利要求来限制本发明，因为可用其它具体的形式来实现本发明。
权利要求
1.一种输送气体的装置，其中包括一个外壳；一个放置在外壳内部的囊包；和放置在囊包内部的反应物，反应物在引发剂存在下产生气体，其中外壳容允气体从外壳中释放。
2.权利要求1的装置，其中囊包包括孔径介于约0.01微米和约50微米之间的材料。
3.权利要求1的装置，其中囊包包括疏水材料。
4.权利要求1的装置，其中囊包包括亲水材料。
5.权利要求1的装置，其中囊包包括具有一个或多个亲水区以及一个或多个疏水区的材料。
6.权利要求5的装置，其中通过在疏水的囊包表面印刷一种酸来产生一个或多个亲水区。
7.权利要求1的装置，其中囊包包括具有第一种亲水表面和第二种疏水表面的材料。
8.权利要求1的装置，其中囊包包括具有泡点介于约3psi和约100psi之间的材料。
9.权利要求3的装置，其中在14.2psi下，对于100％IPA来说，囊包具有介于约10秒/500ml和约3,500秒/500ml之间的流动时间。
10.权利要求4的装置，其中在14.2psi下，对于100％水来说，囊包具有介于约5Lmh/kPa和约500Lmh/kPa之间的流动时间。
11.权利要求1的装置，其中外壳包括具有水蒸汽透过速率介于约50g/m2/24hrs和约1,000g/m2/24hrs之间的材料。
12.权利要求1的装置，其中外壳包括具有对二氧化碳的选择性气体透过速率介于约500cc/m2/24hrs和约30,000cc/m2/24hrs之间的材料。
13.权利要求1的装置，其中外壳包括具有对氧气的选择性气体透过速率介于约1,000cc/m2/24hrs和约10,000cc/m2/24hrs之间的材料。
14.权利要求1的装置，其中反应物包括一种水溶性酸和一种水溶性亚氯酸盐，并且气体是二氧化氯。
15.权利要求14的装置，其中水溶性酸选自磷酸、富马酸、羟基乙酸、乙酸、抗坏血酸、草酸、马来酸、乳酸、酒石酸、柠檬酸及其混合物。
16.权利要求14的装置，其中水溶性亚氯酸盐选自亚氯酸钠和亚氯酸钾及其混合物。
17.权利要求14的装置，其中水溶性亚硫酸盐与水溶性酸之重量比介于约1∶2到约1∶6。
18.权利要求1的装置，进一步包括放置在外壳中的第二个囊包。
19.权利要求18的装置，进一步包括放置在第一个囊包和第二个囊包外围的第三个囊包，其中第三个囊包放置在外壳内部。
20.权利要求18的装置，进一步包括排列在外壳内部的第三个囊包。
21.权利要求20的装置，其中反应物包括放置在第一个囊包和第三个囊包内的亚氯酸钠以及放置在第二个囊包内的柠檬酸。
22.权利要求21的装置，其中第一个、第二个和第三个囊包由亲水的挤出膜组成，该膜具有介于约0.1微米和约10微米之间的孔径，和介于约100微米和约400微米之间的厚度，而外壳包括一种疏水膜，该疏水膜具有介于约0.05微米和约5微米之间的孔径，和介于约100微米和约400微米之间的厚度。
23.一种输送气体的装置，其中包括放置在第一个囊包内部的第一种反应物；放置在第二个囊包内部的第二种反应物；围绕在第一个囊包和第二个囊包周围的第三个囊包；围绕在第三个囊包周围的一个外壳；在外壳内部放置紧邻第三个囊包的一个易碎的囊袋；和放置在易碎的囊袋内部的一种引发剂；其中第一种反应物和第二种反应物在引发剂存在下产生气体，和外壳容允气体从外壳中释放。
24.一种输送气体的装置，其中包括一个囊包；放置在在囊包内部的确定第一部分体积和第二部分体积的一块隔板；放置在第一部分体积内的第一种反应物；和放置在第二部分体积内的第二种反应物；其中第一种反应物和第二种反应物在引发剂存在下产生气体，囊包容允引发剂进入装置内。
25.权利要求24的装置，进一步包括围绕在囊包周围的一个外壳。
26.一种输送气体的装置，包括一个囊包；和在囊包内部放置的反应物，反应物在引发剂存在下产生气体，其中囊包容允引发剂与反应物接触并从装置中释放出气体。
27.权利要求26的装置，其中囊包包括具有介于约0.01微米和约50微米之间孔径的疏水材料。
28.一种形成输送气体装置的方法，包括；(a)提供一种多层结构，所述结构包括在两层囊包层之间中心放置的一层反应物层，和紧邻这两层囊包层排列的两层外壳层，使得两层囊包层中心放置在两层外壳层之间，和(b)冲压多层结构，使得两层外壳层通过冲压形成环绕其圆周的外壳，两层囊包层通过冲压形成一层环绕其圆周的囊包。
29.权利要求28的方法，进一步包括(c)提供另外的两层外壳层和在易碎的囊袋内的引发剂；和(d)冲压另外的两层外壳层，形成第二个外壳，其中第二个外壳是通过冲压绕其周边而确定的，使得易碎的囊袋和步骤(b)中形成的外壳排列在第二个外壳内部。
30.一种输送气体的方法，其中包括(a)提供一种输送气体的装置，该装置包括一个外壳，放置在外壳内部的一个囊包，和放置在囊包内部的一种反应物，其中反应物在引发剂存在下产生气体，其中外壳容允气体从外壳中释放；和(b)将装置置于含引发剂的环境。
31.权利要求30的方法，其中环境是流体，引发剂是水。
32.权利要求30的方法，其中环境是气体环境，引发剂是水蒸气。
33.一种输送气体的方法，其中包括一层阻挡层；紧邻阻挡层排列的一层囊包层；放置在阻挡层和囊包层之间的一种反应物，其中反应物在引发剂存在下产生气体，和紧邻囊包层排列的一层外壳层，其中外壳层容允气体从装置中释放。
34.权利要求33的装置，进一步包括放置在阻挡层和囊包层之间的一种干燥剂。
35.权利要求33的装置，其中囊包层是亲水膜。
36.权利要求35的装置，其中亲水膜具有介于约0.01微米和约50微米之间的孔径，和介于约100微米和约400微米之间的厚度。
37.权利要求33的装置，其中外壳层是疏水多孔膜。
38.权利要求37的装置，其中外壳层具有介于约0.05微米和约5微米之间的孔径，和介于约100微米和约400微米之间的厚度。
39.权利要求33的装置，进一步包括紧邻外壳层排列的第二层阻挡层。
40.权利要求33的装置，其中形成阻挡层，以确定空腔，反应物放置在空腔内。
41.权利要求40的装置，其中阻挡层进一步确定了第二个空腔，干燥剂放置在第二个空腔内。
42.权利要求33的装置，进一步包括一个具有开口和罩子的囊袋，其中阻挡层形成为与罩子相连接。
43.权利要求33的装置，进一步包括一个具有可拆卸部分的喷射瓶，其中阻挡层形成为与可拆卸部分相连接。
44.一种输送气体的装置，其中包括；所形成的确定第一个空腔和第二个空腔的一层阻挡层；紧邻阻挡层排列的一层囊包层，而囊包层包括具有介于约0.05微米和约5微米之间孔径和介于约100微米和400微米之间厚度的亲水膜；在阻挡层和囊包层之间、在第一个空腔内放置的一种反应物，其中反应物在引发剂存在下产生气体，和在阻挡层和囊包层之间在第二个空腔内放置的一种干燥剂；和紧邻囊包层排列的一层外壳层，其中囊包层包括具有介于约0.01微米和约50微米之间孔径和介于约100微米和400微米之间厚度的疏水膜；其中外壳层容允气体从装置中释放。
45.一种输送气体的装置，其中包括；一层阻挡层；紧邻阻挡层放置的一层囊包层；和在阻挡层和囊包层之间放置的一种反应物，其中反应物在引发剂存在下产生气体，其中囊包层容允引发剂进入装置中。
46.权利要求45的装置，其中囊包包括孔径介于约0.01微米和约50微米之间的疏水材料。
47.权利要求45的装置，其中形成阻挡层以确定一个空腔，反应物放置在该空腔内。
48.权利要求47的装置，其中阻挡层进一步确定了第二个空腔，干燥剂放置在第二个空腔内。
49.一种形成输送气体装置的方法，包括(a)提供一种多层结构，所述结构包括在囊包层和阻挡层之间中心放置的一层反应物层，和紧邻囊包层放置的一层外壳层，和(b)封接阻挡层、囊包层和阻挡层的周边，使得反应物放置在由囊包层和阻挡层所确定的体积内。
50.一种形成输送气体装置的方法，包括(a)提供一种多层结构，所述结构包括在囊包层和阻挡层之间中心放置的一层反应物层；和(b)封接多层结构，使得反应物放置在由囊包层和阻挡层所确定的体积内。
51.一种形成输送气体装置的方法，包括(a)提供一种输送气体的装置，所述装置包括一层外壳层、紧邻外壳层排列的一层囊包层、紧邻囊包层排列的一层阻挡层，和放置在由囊包层和阻挡层所确定的体积内的一种反应物；和(b)将装置置于含引发剂的环境。
52.一种输送气体的方法，其中包括；(a)提供一种输送气体的装置，其中包括一层阻挡层；紧邻阻挡层排列的一层囊包层；放置在阻挡层和囊包层之间的一种反应物，其中反应物在引发剂存在下产生气体，和紧邻囊包层排列的一层外壳层，其中外壳层容允气体从装置中释放；和(b)将装置置于含引发剂的环境。
53.权利要求1的装置，其中反应物包括干燥剂。
54.权利要求1的装置，其中囊包排列在第二个囊包内部，第二个囊包排列在外壳内部。
55.权利要求54的装置，其中第二个囊包是一种选择性透过膜。
56.权利要求54的装置，进一步包括放置在易碎的囊袋中的一种引发剂，其中易碎的囊袋排列在第二个囊包内。
57.权利要求54的装置，进一步包括放置在易碎的囊袋中的一种引发剂，其中易碎的囊袋排列在外壳内部和第二个囊包的外部。
58.权利要求25的装置，其中外壳是一种选择性透过膜。
全文摘要
本发明公开了一种输送气体(如二氧化碳和/或二氧化氯)的装置及其应用和制造方法。该装置包括一个外壳和在外壳内的一个囊包(sachet)，囊包含有反应物，而反应物在引发剂(如水)存在下产生气体。在另一实施方案中，装置包括一层阻挡层、紧邻阻挡层排列的一层囊包层、位于阻挡层和囊包层之间的一种反应物，和紧邻囊包层排列的一层外壳层，其中反应物在引发剂存在下产生气体。
文档编号C02F1/68GK1400912SQ01805167
公开日2003年3月5日 申请日期2001年2月16日 优先权日2000年2月18日
发明者R·哈米尔顿, J·瓦纳 申请人:择微技术有限责任公司