CN1069231C - 静电喷雾器 - Google Patents

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Abstract

一种用于喷雾液体的静电喷雾器，其包括一个具有波纹状内表面的空心毛细管结构(13)，该毛细管结构的一端接触可静电喷雾液体的储池，该液体最好具有1-20×10-6m2/s的粘度和2.5×106-5×108欧姆·厘米的体积电阻率，毛细管结构的另一端终止于一个雾化尖端(14)，该静电喷雾器还包括用于将高压施加到液体上的装置(17)，以便使雾化尖端处(14)的液体断裂成许多带静电的液滴。还说明了供静电喷雾器使用的料筒。

Description

静电喷雾器
本发明涉及一种静电喷雾器，特别是涉及一种用于分配液体芳香料如空气清新剂或杀虫剂，或用于其它用途如香气疗法，空气净化或用于个人护理用途如作为一种吸气器，或一种喷药器的静电喷雾器。
在空气清新器中，有一个种从装有液体空气清新剂的容器中缓慢释放出的蒸汽，该空气清新器已为本技术领域的专业人员所熟知。
用于喷雾液体的静电喷雾器也为本技术领域的专业人员所熟知。在这种静电喷雾器中，一种液体绝大部分被静电力抽吸成细液流，该细液流再断裂成带电的液滴。
专利文件WO-A-93/06937公开了一种用于喷雾液体的静电喷雾器，该静电喷雾器包括一个芯状喷咀，该芯与一盛装有欲喷雾液体的储池接触。芯用一片开泡结构的可弹性变形的聚合物泡沫材料制造，并且这片材料的边缘被仿形加工，以形成许多个能在其处产生液体细液流的部位。
欧洲专利文件EP-A-0486198公开了一种静电喷雾器，该静电喷雾器包括一个盛装有液体如一种产生油的香料的料筒，该液体经过一垂直设置的毛细管结构被喷雾，同时向该液体施加一电位，以便它横过该毛细管结构的端面被抽吸出并被喷雾成许多细液流，细液流再断裂成液滴。
现在我们已研制出一种用于分配液体如空气清新剂、杀虫剂、香气疗法油、或用于空气净化的液体的静电喷雾器，在该静电喷雾器中将一特殊类型的芯和限定特性的液体结合起来使用，以便提供该液体从芯的尖端受控雾化。
因此，本发明提供一种静电雾化器，该静电雾化器包括：
(Ⅰ)一个可静电喷雾液体的储池；
(ⅱ)一个毛细管结构，该毛细管结构包括一个具有一波纹状内表面并用不透过液体的聚合物材料制成的空心管件，该毛细管结构在一端处接触液体的储池，而在另一端处终止于一个雾化尖端，该毛细管结构是这样，以致当基本上垂直取向并在最上面具有雾化尖端时，该毛细管作用足以将液体输送到该管件的最上端处的出口；和
(ⅲ)用于将高压作用到液体上的装置，以便使液体以一个或多个细液流形式从雾化尖端喷出，并在其后断裂成许多带电的液滴。
本发明还提供一种用于贮存一适合静电喷雾的液体的料筒，该料筒包括一个盛装有一如上面所限定的液体储池的筒体，一个如上面所限定的毛细管结构和用于提供与一高压电源电连结的装置。该用于提供与一高压电源电连接的装置可能包括一个电接触，或者换句话说，该料筒可以至少一部分是由一导电材料或半导体材料制成。
构成本该储池中的可静电喷雾的液体具有2.5×106-5×108欧姆·厘米的体积电阻率较好，具有2.5×107-2.5×108欧姆·厘米的体积电阻率最好。该液体一般在20℃下测得的粘度具有1-20×10-6m2/s，粘度具有1-10×10-6m2/s更好，粘度具有1.5-4×10-6m2/s最好，并且粘度具有2-3×10-6m2/s仍然是最好的。该液体最好是一种用静电雾化器雾化的空气清新剂，以使该喷雾器安放于其中如房间或走廊内的空气带芳香味。
但是，可静电喷雾的液体通常是一种具有一很低的非挥发性树脂状残留物的液体，这样使得能够分配的液体体积至少相当于该储池的体积，最好是至少相当于该储池二倍的体积，而不会堵塞该管件。该液体的非挥发性树脂状残留物的含量最好低于0.1％(按重量计)。
在本发明中所用的毛细管结构包括一个空心管件，该空心管件最好具有一个平滑的外表面。该空心管件具有一个用不透液体的聚合物材料制成的波纹状的内表面。当然，对于被认为是有波纹的毛细管来说，该管件的内圆周与其横截面之比是大于2/r，此处r是具有与上述波纹状管件同样横截面的一个圆的半径。最好是该管件的内圆周等于或大于该管件的外圆周。如此选择该管件的尺寸、制造该管件的材料及液体的性质，以便当该毛细管结构与最上面的雾化尖端基本上是垂直取向时，通过毛细作用将液体沿着该管件内侧向上抽吸到雾化尖端。当静电电荷作用到储池内的液体上时，在雾化尖端处的液体被抽吸成细液流，并在此之后断裂成许多带电的液滴。
该空心管件的波纹状内表面可以从简单的结构改变成更复杂的结构，在简单结构中，圆形或尖的突出物指向管腔，而在更复杂的结构中，该突出物可能具有指状交叉的侧枝。该管件的波纹状的内表面有助于抵抗管件在使用期间的变形。
一种特别优选的可由其制成毛细管结构的聚合物材料是聚缩醛，例如由日本Aubex公司制造的聚缩醛PA-06010。由Aubex公司制造的这种聚合物毛细管被制成有一很高的允许公差，达±5％，这种允许公差对保持不同雾化器之间流速一致是很重要的。另外一些也可使用的聚合物材料是聚乙烯，特别是高密度聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙酯、聚酰胺、聚醚酮醚、聚醚砜或聚酮醚。
该毛细管结构具有0.1-1.5mm范围的外径较好，其外径范围为0.4-0.8mm更好，其外径为0.6mm最好。
该毛细管结构的尖端最好是平面形的并切成一个角度，该角度典型的是与空心管件的轴线成45°。欲喷雾的液体通过无源毛细作用被带到该雾化尖端。然后在此尖端被静电力抽吸出成细液流，该细液流再断裂成带静电的液滴。为了使这种情况能够发生，电场强度必须足够高，并且为了降低为产生一足够电场强度所需的电压，人们都知道将该液体供给一个尖锐的边缘，该尖锐边缘的形状使电场增强，并且液体从该尖锐的边缘中喷雾成象一种很小粒径(微米级)、带电的液滴云一样。这些带电的液滴相互排斥并具有很大的表面积/体积比，因此造成快速蒸发。这些带电的液滴力图在接地的表面上放电，但仍然象云一样悬浮在空气中很长时间足以影响大的大气空间。
本发明的一个特别优点是具有波纹状内表面的毛细管结构能够在很长的时间间隔，最高达4-8星期内始终如一地喷雾比较小体积的带静电的液体。具有波纹状内表面的毛细管结构比具有平滑内表面的毛细管有明显的优点，因为具有平滑内表面的毛细管对气泡截留不太敏感，因此对阻断穿过液柱到尖端的电连续性的危险也不敏感。若用一种普通孔管件，则被阻断的空气气泡在管件中将可能使液柱分开成两部分，而若用一种波纹状管件，则即使气泡被阻断，液柱也不会分裂成两部分。因此，保持了电连续性，并且该喷雾器可连续喷雾。另外，因为该波纹状管件具有一比普通孔管件更大的与液体接触的表面积，所以一种截留管件外气泡的力所得到的毛细作用力增加。
用于将一高压施加到液体上的装置在2-25KV的电位下工作较好，在8-15KV电位下工作更好，并且在10-12KV电位下工作最好。
在本发明的一种优选方面，例如当用该喷雾器来清新空气时，用于将静电荷施加到液体上的装置可适合间歇式应用。按这种方式，本发明的静电喷雾器可间歇地操作，例如用一种积分式定时器，以将该喷雾器接入具有将静电荷施加到液体的操作方式。为方便起见，本发明的喷雾器可在1-15分钟，最好是10-12分钟的时间间隔下开动0.5-5分钟，开动2-4分钟更好，开动3分钟最好。按这样的方式，当液体是一种芳香料时，由该芳香料所达到的空气清新作用的感觉增加。当喷雾器处于不工作方式时，液体充满毛细管中，并且如果电压断开，则该液体的弯月面位于该管件的开口端处，而不是位于该管件的前端处，液体从该前端处喷雾。当施加上电压时，则液体从充满管件的柱中经过该管件的端面抽出并从该管件的雾化尖端喷雾。当电压断路时，液体收回以使该液体的弯月面再次位于管件内，在该管件内液体受表面张力约束。本发明的喷雾器当采取间歇式使用时是特别有利的，因为与连续喷洒芳香料或杀虫剂相比，该液体产品和蓄电池具有一延长的寿命。
本发明在其范围之内还包括一种静电喷雾器，该静电喷雾器包括一个如前而所限定的料筒、一个壳体，该料筒和基本上垂直延伸的毛细管结构一起可拆卸地安装到外壳中，和一个安装在该壳体内用于将静电电位施加到所述料筒上的电连接的高压电源。该高压电源可以包括例如由一低压蓄电池供电能的高压发生电路。料筒上的电连接可以包括一个穿过料筒的底板延伸的电接触，或者换句话说，该料筒可能至少有一部分是用导电材料或半导体材料制成的。
本发明的一个特别优点是该雾化尖端被安排成通常是垂直向上喷雾而不需要正压头。最好本发明的料筒设计成这样，即有一个基本上恒定的液体压头，并且在满液面和接近空的液面之间的液面差不会对液体进料到雾化尖端产生重大影响。
实现一种基本上恒定的液体压头的一种方法是料筒通常为具有垂直尺寸大大小于其水平尺寸的短的构形，以便它能接触大量液体，而在满的和接近空的状态之间液面只产生一很小的变化。在专利文件WO95/06521中公开了实现恒定压头的另一种方法。
对一个典型房间的空气清新来说，每天喷洒0.3克液体芳香料就会提供一个令人满意的芳香料水平。因此，含10克液体芳香料的料筒会使空气清新一个月。
下面将参照附图进一步说明本发明，在附图中：
图1为供按照本发明使用的一种毛细管结构的横截面图；
图2A-2A示例说明供按照本发明使用的其它毛细管结构的横截面图；和
图3为按照本发明的静电喷雾器示意图。
参见附图所示，图1以横截面示出一种适合在本发明中使用的毛细管结构。该毛细管结构通常以标记1表示，并且是由日本Aubex公司出售的一种聚缩醛空心管件(编号为PA-06010)的横截面。如以横截面所示的该空心管件具有一个平滑的外表面2和一个波纹状的内表面3。该管件具有0.6mm的外径。
图2A-2H表示出其他具有波纹状内表面的毛细管结构的横截面。正如从这些附图可以看到的，该波纹状内表面可以是如图2H中所示的比较简单的设计，或是如其它图中所示的更为复杂的设计。
图3表示出一种静电喷雾器，该喷雾器包括一个壳体5，壳体5包括一主体部分6和一活动盖7。壳体5被一个内壁10分隔成两个单独的隔间，即一个上隔间8和一个下隔间9。上隔间装有一料筒11，料筒11在其中包含一个空气清新剂液体12的储池。一种如图1所示的那种类型的空心毛细管件13置放在该液体储池12之内。该空气清新剂液体通过无源毛细管作用润湿该毛细管结构13，从而使液体存在于毛细管结构13的雾化尖端14处。料筒11的底板具有一个在其中整体成形的连接器15。料筒置靠在正好位于连接器16上方的壳体的内壁10上，而连接器16在所述内壁中形成。从以一低压蓄电池(图中未示出)为电源的高压发生电路17经过连接器16和15将一高压输出供给到空气清新剂液体12上。电路17用一个定时器18来控制，定时器18也装放在壳体的下部分。
当定时器接通时，高压被作用到装放在料筒11中的液休空气清新剂12上，以实现来自空心毛细管结构13的雾化尖端14的液体的静电喷雾作用。该定时器可以是例如每15分钟工作3分钟、亦即每小时工作4次。当定时器关闭时，空气清新剂液体将再次润湿毛细管结构13，以便雾化尖端14含有空气清新剂液体，以为在该定时器下次处在接通方式时，随时可以静电喷雾。应该注意的是，该电路具有一通过主体部分6的底壁对地的连接。
壳体的盖7用一电绝缘的塑料材料如聚丙烯或聚乙烯制造。以便使该盖不直接产生对地的静电喷雾。装放在储池中的液体空气清新剂将满足如前面所限定的粘度和体积电阻率的要求。最好是该空气清新剂液体具有一很低的少于0.1％(按重量计)的非挥发性树脂状残留物，因为否则在该配方中的任何非挥发性材料都会积累下来并干扰该空气清新剂液体的自由流动，特别是干扰在雾化尖端处的自由流动。该空气清新剂液体还应没有任何颗粒状物体，因为任何颗粒物都会干扰毛细管结构内的液体的自由流动。如前所述，空气清新剂液体利用无源毛细作用升起到毛细管结构13的上面开口端，并且在所施加的高压(该高压可以是负高压或正高正)的影响下，作为一个或多个细液流从雾化尖端喷出，该细液流断裂成许多微滴，这些微滴相互排斥，以形成一种喷雾而成的雾云。这些微滴离开雾化尖端，对着处于接地的喷雾器附近的任何物体。
应当注意，盛装有空气清新剂的料筒11比较短，并且这能使空气清新剂液体利用无源毛细作用而不是利用储池中的液体高度抽吸到毛细管结构中，储池中的液体高度对性能有很多影响。当空气清新剂料筒用完时，则可移开壳体的盖7并插入新的料筒准备随时使用。

Claims (25)

1．一种静电喷雾器，该静电喷雾器包括：
(ⅰ)一个可静电喷雾液体的储池；
(ⅱ)一个毛细管结构，该毛细管结构包括一个用不透过液体的聚合物材料制成的空心管件，该毛细管结构在一端处接触液体的储池，而在另一端处终止于一个雾化尖端，该毛细管结构是这样，以致当基本上垂直取向并在最上面具有雾化尖端时，该毛细作用足以将液体输送到该管件的最上端的出口；
(ⅲ)用于将高压施加到液体上的装置，以便使液体以一个或多个细液流的形式从雾化尖端喷出，并在其后断裂成许多带电的液滴；其特征在于：
该毛细管具有一波纹状内表面。
2．如权利要求1所述的一种静电喷雾器，其特征在于，该可静电喷雾的液体在20℃温度下具有的粘度范围为1-20×10-6m2/s，和2.5×106-5×108欧姆·厘米的体积电阻率。
3．如权利要求1所述的一种静电喷雾器，其特征在于，该液体在20℃温度下具有的粘度范围为1.5-4×10-6m2/s。
4．如权利要求3所述的一种静电喷雾器，其特征在于，该液体具有体积电阻率为2.5×107m2/s-2.5×108欧姆·厘米。
5．如前述权利要求4所述的一种静电喷雾器，其特征在于，该毛细管结构具有一个平滑的外表面。
6．如前述权利要求5所述的一种静电喷雾器，其特征在于，该液体基本上没有任何非挥发性的树脂状成分。
7．如前述权利要求6所述的一种静电喷雾器，其特征在于，该毛细管结构是由聚缩醛、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙酯、聚酰胺、聚醚酮醚、聚醚砜或聚酮醚制成。
8．如前述权利要求7所述的一种静电喷雾器，其特征在于，该毛细管结构具有外径范围为0.1-1.5mm。
9．如权利要求8中所述的一种静电喷雾器，其特征在于，该毛细管结构具有外径范围为0.4-0.8mm。
10．如前述权利要求9所述的一种静电喷雾器，其特征在于，该毛细管结构的尖端是平面形的并切成一个角度，该角度典型的是与该空心管件的轴线成约45°。
11．如前述权利要求10所述的一种静电喷雾器，其特征在于，用于将静电电荷施加到液体上的装置适合于间歇式应用。
12．如前述权利要求1至12中任一个所述的一种静电喷雾器，其特征在于，用于将高压施加到液体上的装置在2-25KV电压下工作。
13．一种用于贮存一适合静电喷雾的液体的料筒，该料筒包括：
(a)一个筒体，该筒体内盛装一个可静电喷雾液体的储池；
(b)一个毛细管结构，该毛细管结构包括一个用不透过液体的聚合物材料制成的空心管件，该毛细管结构在一端接触该液体的储池，而在另一端终止于一个雾化尖端，该毛细管结构是这样的，以致当基本上垂直取向并在最上面具有雾化尖端时，其毛细作用足以将液体输送到雾化尖端；和
(c)用于对一高压电源提供一电连结的装置；
其特征在于：
该毛细管具有一波纹状内表面。
14．如权利要求13所述的一种料筒，其特征在于，该可静电喷雾的液体在20℃温度下具有的粘度范围为1-20×10-6m2/s和2.5×106-5×108欧姆·厘米的体积电阻率。
15．如权利要求13所述的一种料筒，其特征在于，该液体在20℃温度下具有的粘度范围为1.5-4×10-6m2/s。
16．如权利要求15中所述的一种料筒，其特征在于，该液体具有2.5×107-2.5×108欧姆·厘米的体积电阻率。
17．如权利要求16所述的一种料筒，其特征在于，该毛细管结构具有一个平滑的外表面。
18．如权利要求17所述的一种料筒，其特征在于，该液体基本上没有任何非挥发性的树脂状成分。
19．如权利要求18所述的一种料筒，其特征在于，该毛细管结构由聚缩醛、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙酯、聚酰胺、聚醚酮醚、聚醚砜、或聚酮醚制成。
20．如权利要求19所述一种料筒，其特征在于，该毛细管结构具有外径范围为0.1-1.0mm。
21．如权利要求20所述的一种料筒，其特征在于，该毛细管结构构具有外径范围为0.4-0.8mm。
22．如权利要求21所述的一种料筒，其特征在于，该毛细管结构的尖端是平面形的并切成一个角度，该角度典型的是与该空心管件的轴线成约45°。
23．如权利要求13-22中任一个所述的一种料筒，其特征在于，高压电源在2-25KV的电压下工作。
24．一种静电喷雾装置，该静电喷雾装置包括一个如权利要求13-23中任一个所述的料筒，一个壳体，料筒和基本上在垂直方向延伸的毛细管结构一起可拆动地安装在该壳体中，和一个高压电源，该高压电源安装在壳体内，用于将静电电位施加到所述料筒上的电连接上。
25．如权利要求24所述的一种静电喷雾器，其特征在于，该高压电源包括安装在壳体内的高压发生电路。
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