CN116917227A - 促进化学反应的改进装置 - Google Patents

Abstract

一种用于在浸没在液体催化剂中时促进化学反应的改进装置包括上部构件、下部构件和可溶解构件，其中可溶解构件具有布置在所述上部构件和下部构件之间并最终由所述上部构件和下部构件包围的孔口，使得上部腔室和下部腔室被形成为具有基本上相等的体积。上部腔室可以接纳干燥的亚氯酸钠，下部腔室可以接纳干燥的酸或酸混合物。

Description

促进化学反应的改进装置

交叉引用和优先权

本申请要求2021年1月13日申请的美国临时专利申请第63/136,986号的优先权，其教导内容通过引用以其全文并入本文。

背景技术

发明的领域

本发明涉及一种用于促进化学反应的改进装置，并且更具体地涉及一种用于促进生成释放到空气或水中的二氧化氯气体的装置和方法。

现有技术的背景

二氧化氯气体是一种众所周知的消毒剂和除臭剂，它可以作为用于释放到空气或水中的气体而产生。二氧化氯气体是可溶的并且在水中不水解，但是在水中仍然是真正的气体。通常使用均为干燥形式的亚氯酸钠和酸与水溶液结合以产生二氧化氯。使用干燥的亚氯酸钠和酸的常规非电动二氧化氯气体产生器的问题在于膜壳形成接收干燥的亚氯酸钠和酸的腔。更具体地，现有技术的膜基本是不透液体的，并且已被设计为保护干燥的内部部件免受湿气的影响，以促进装置的运输和处理，而无需活化。

不幸的是，水保护膜已经增加了在暴露于水之后完成由亚氯酸钠和酸的结合产生二氧化氯气体所要求的反应时间。水保护膜增加反应时间，因为芯构件必须被用于将水输送到膜壳中，由此由于芯的相对小的横截面面积穿透壳而增加了在壳内处理水所需的时间。此外，虽然膜对二氧化氯气体是半渗透性的，但是在气体产生期间二氧化氯气体通过膜的流动被限制，由此限制壳的“透气性”。

现有技术的二氧化氯气体产生器的另一个问题是仅提供一个腔来接纳亚氯酸钠和酸的混合物。反应物的混合导致亚氯酸钠和酸之间的不一致性和变化的接触比，导致在水接合反应物时产生不同量的二氧化氯气体。

混合的内部组分形成亚氯酸钠的不同表面积，该表面积相对于芯构件接合酸。当水最初与邻近芯吸(wick)构件的内部组分(component)接合时，然后从芯吸构件行进至更远的内部组分，不同量的亚氯酸钠与不同量的酸反应，由此在亚氯酸钠与酸之间提供较慢和/或不完全的反应，导致每个内部部件的残余部分的浪费，这些残余部分必须被丢弃并且不产生任何二氧化氯。

1992年6月30日授予莱夫海特(Leifheit)等人的美国专利第5,126,070号公开了一种可破裂或易碎的小袋和吸收性载体以用于使亚氯酸盐与酸反应形成二氧化氯气体。二氧化氯气体形成的速度取决于施加到封包(package)上以结合内部组分的手动力。

2004年7月20日授予希拉尔德(Girard)的美国专利第6,764,661号、授予施勒特(Schroeter，T.)(本申请的当前发明人之一)的美国专利第10,105,461号公开了延伸到限定隔室的膜壳中并连接到该膜壳的芯吸器件。芯吸构件延伸到隔室外部。芯吸构件吸收隔室外部的水并且将水输送到隔室中以将其中的组分暴露于水以产生二氧化氯气体。

总体上，现有技术的装置和方法不提供足够的表面积来完全利用所有供应的化学品并且引起亚氯酸钠与酸之间的完全反应，使得不存在任一组分的“未使用”部分，这导致二氧化氯气体的形成量小于最大值。更确切地说，现有技术的装置凭借于手动力或添加的组分(芯吸器件)来促使亚氯酸钠、酸和水的接合，而不是使用包含这些组分的封包的相对大的表面积来最终将这些组分暴露于水溶液中。此外，现有技术装置不使用用于构造封包或壳的材料，该封包或壳能够允许相对大量的水相对快速地穿过壳以接合内部组分，并且允许所产生的二氧化氯气体相对快速地穿过壳逸出并且进入到周围空气和/或水中。而且，尽管构造材料应该允许水穿过壳，但该材料必须抵抗大气水分以防止内部组分的过早活化。现有技术的另一问题在于，封包不是刚性的，因此在将干燥反应物置于腔室中之后改变形状，导致腔室不满、干燥化学品在封包中的不均匀分布、以及在改变封包的取向时干燥化学品的配置改变，从而减少二氧化氯的产生，并且允许残余未使用的化学品。

授予施勒特(本申请的当前发明人之一)的美国专利第10,105,461号公开了用于促进化学反应的当前的现有技术套件。美国专利第10,105,461号的全部教导内容以引用全文并入本文。

美国专利第10,105,461号的以上现有技术具有许多缺陷。现场使用已经证明，可溶解构件不以一致的方式在装置内或在多个装置之间溶解。这导致了氯产生速率降低以及随后的在待消毒空间中的最大二氧化氯浓度较低以及浪费未使用的原材料所产生的二氧化氯的量降低。

因此需要一种用于促进化学反应的改进的装置，该装置具有更高的产生速率和更高的最大二氧化氯浓度，而不浪费同样多的未反应的原材料。

发明内容

本发明的目的是克服与用于促进化学反应的现有技术装置相关联的缺点中的许多缺点。

本说明书公开了一种用于促进化学反应的套件的改进封包，该改进封包包括限定第一腔室部分的第一封包构件的现有技术特征，其中第一封包构件由具有第一平均孔径的可透水的第一压缩纤维素材料形成。

现有技术的封包具有限定第二腔室部分的第二封包构件，所述第二封包构件由具有第二平均孔径的可透水的第二压缩纤维素材料形成。

说明书还公开了被改进的现有技术的封包具有布置在所述第一腔室部分中的第一干燥成分和布置在所述第二腔室部分中的第二干燥成分。

进一步公开了所述第一封包构件附接到所述第二封包构件，其中可溶解构件布置在所述第一封包构件和第二封包构件之间并最终由所述第一封包构件和第二封包构件包围；其中所述第一干燥成分和所述第二干燥成分被配置成在水的存在下形成二氧化氯。

说明书公开了改进在于存在穿过可溶解构件的多个孔口。

还公开了可溶解构件由聚乙烯醇制成，并且能够在没有反应的情况下接合第一成分和第二成分。

还公开了第二封包构件的第二纤维素材料可以是未压缩的并且第一封包构件的第一纤维素材料可以是未压缩的。

进一步公开了多个孔口选自：狭缝、孔、切口、针孔、激光切割孔口、以及它们的组合。还公开了孔口可以是瓣状的形状。

还公开了具有多个孔口的可溶解构件可以与没有多个孔口的可溶解构件对照件(control)具有相同的重量。

公开了第一腔室部分和第二腔室部分被定尺寸成容纳所述第一干燥成分和所述第二干燥成分的就体积而言基本相等的量。

还公开了第一干燥成分包含干燥的亚氯酸钠，第二干燥成分包括至少一种干燥酸，该至少一种干燥酸选自柠檬酸、硼酸、乳酸、酒石酸、马来酸、苹果酸、戊二酸、己二酸、乙酸、甲酸、氨基磺酸、硫酸、盐酸、磷酸、磷酸酐、硫酸酐、马来酸酐、氯化钙、氯化镁、硝酸镁、氯化锂、硫酸镁、硫酸铝、氢氧化铝、硫酸氢钠、磷酸二氢钠、硫酸氢钾、磷酸二氢钾和过硫酸钠。

还公开了一种用于使用该改进的封包的套件(kit)，该套件包括用于接纳封包的容器(保持器)，所述容器被定大小成用于接纳预定量的液体催化剂，以用于促进所述封包内的所述第一干燥成分与所述第二干燥成分之间的反应。

附图说明

从以下详细说明和附图中将更全面地理解本发明的这些和其他目的、优点以及新颖特征、连同其说明性实施例的细节，其中图1至图12及其术语与美国专利第10,105,461号使用的术语相同，其中美国专利第10,105,461号中的附图被认为是现有技术：

图1是根据本发明的用于促进化学反应的现有技术套件的前正视图。套件包括在保持器中的单个封包。

图2是图1的现有技术单个封包的顶视图。

图3是图2的现有技术单个封包的正面分解图。

图4是沿着图2的线4-4截取的截面图。

图5是图3的现有技术单个封包的前截面视图。

图6是根据本发明的用于促进化学反应的替代的现有技术套件的前正视图。封包部件包括三个封包。

图7是图6的剖视图。

图8是图6的现有技术三个封包的顶视图。

图9是图7的现有技术三个封包的分解截面视图。

图10是根据本发明的现有技术嵌套腔室封包的内部视图。

图11是根据本发明的现有技术多层封包的内部视图。

图12是图4的现有技术单个封包截面视图，但是其中具有用于根据本发明的可溶解构件的替代配置。

图13描绘了穿过可溶解构件的孔口的典型形状。

图14是示出了工作示例的随时间的累积曝光的绘图。

图15A描述了在工作示例1的时刻测量的二氧化氯水平。

图15B描绘了在工作示例2的时刻测量的二氧化氯水平

图16描绘了对照现有技术封包的累积二氧化氯水平相对于测量时间的关系。

图17描绘了对照现有技术封包的二氧化氯水平相对于测量时间的关系。

具体实施方式

附图的元件被定义为：

元件10是套件，该套件包括保持器22和封包11，化学反应在该封包中发生。

元件11指向封包。

元件12指向封包的上部构件。

元件14指向封包的下部构件。

元件15指向封包中的缝线部。

元件16和元件16a指向封包的可溶解构件。

元件18指向封包中的上部腔室。

元件20指向封包中的下部腔室。

元件22指向套件的保持器。

元件24是弧形端部。

元件26是与元件24相对的弧形端部。

元件28是封包的中心部分。

元件30是第一反应物，典型地是亚氯酸钠。

元件32是第二反应物，典型地是酸或酸混合物。

元件34是保持器中的凹部。

元件36是联结的上部构件和下部构件的外周边或外围。

元件38是可溶解构件的上部腔室侧部。

元件40是可溶解构件的下部腔室侧部。

元件42是封包的多腔室(即，大于两个腔室)实施例。

元件44指向多腔室封包的三个上部腔室。

元件46指向多腔室封包的三个下部腔室。

元件47是多腔室封包的缝线部。

元件60是封包的嵌套腔室实施例。

元件62是内腔室。

元件64是中间腔室。

元件66是外腔室。

元件68是压缩的纤维素。

元件70是压缩的纤维素。

元件72是压缩的纤维素布。

元件80是多层洋葱式封包的实施例。

元件81是中心芯腔室。

元件82是第二反应物，典型地是酸或酸混合物。

元件83是压缩的纤维素海绵体。

元件84是压缩的纤维素布。

元件90是可溶解构件的替代配置。

元件91指向可溶解构件。

元件92是凹部。

元件94是圆锥形壁。

元件161描绘了多个孔口，这些孔口是直线中的狭缝。

元件162描绘了多个孔口，这些孔口是沿着直线的狭缝和针孔的组合。

元件163描绘了在紧密线上的针孔的多个孔口。

元件164描绘了在直线上的多个狭缝。在这种情况下，狭缝具有较小的纵横比并且比161所描绘的狭缝更靠近在一起。

元件165描绘了中心被移除的多个圆孔。

元件166描绘了多个矩形切口，其中从可溶解构件移除的切口内部的可溶解材料以直线对准。

元件167描绘了多个瓣状部。

美国专利第10,105,461号参考其图1-图5，作为包含由压缩纤维素制成的封包的套件表示为数字10，该套件用于促进液体催化剂与封包内的一种或更多种干燥反应物之间的化学反应以产生气体或液体，该气体或液体最终释放到空气或释放到其周围环境的液体中。重要的是认识到，一些反应产生液体，一些反应产生仅存在于气相中的气体，或具有与液相平衡的气相的蒸气。

本发明的套件10的一个用途是通过酸活化产生气体。酸活化的示例包括但不限于在水分存在下经由碳酸钙与柠檬酸结合对碳酸盐酸活化以形成二氧化碳、在水分存在下经由亚硫酸氢钠或亚硫酸氢钾与富马酸和/或酒石酸氢钾对亚硫酸盐酸活化以形成二氧化硫气体、以及在水分存在下经由亚硝酸钠或亚硝酸钾对亚硝酸盐酸活化以形成二氧化氮气体。反应的产物

根据美国专利第10,105,461号，套件10的优选用途是生成用于释放到空气或水中的二氧化氯气体。套件10包括由压缩纤维素材料制成的单个封包11。压缩的纤维素材料致使封包11是刚性的，从而防止在将干燥反应物布置到腔室中之后包变形或以其他方式改变配置，导致连续充满的干燥化学品的腔室在封包11内维持恒定的配置，这导致不管封包11的取向如何都产生恒定的二氧化氯。单个封包11包括具有预定配置的上部构件12、具有预定配置的下部构件14、布置在上部构件12和下部构件14之间并且最终由上部构件12和下部构件14包围的可溶解构件16，使得上部腔室18和下部腔室20形成为具有基本上相等的体积。上部腔室18基本上充满亚氯酸钠30，下部腔室20基本上充满酸或酸混合物32。装置10还包括保持器构件22，以用于接纳预定量的液体催化剂，诸如水，并且用于接纳具有可溶解构件16、亚氯酸钠30和酸或酸混合物32的联结的上部构件12和下部构件14。

美国专利第10,105,461号参照图4，其公开了上部构件12和下部构件14，其包括具有第一弧形端部24和第二弧形端部26的配置，第一弧形端部24和第二弧形端部26之间具有基本平面的中心部28。弧形端部24和弧形端部26与中心部28配合以配置上部腔室18和下部腔室20，使得在每个腔室18和腔室20中形成相对大的中心部体积和相对小的边缘部体积。上部腔室18基本上填充有干燥的无水亚氯酸钠。下部腔室20基本上填充有干燥的无水酸32，优选地柠檬酸；因此，上部构件12和下部构件14经由缝线部15(优选地重叠缝合部)或类似的紧固器件联结，由此密封上部腔室18和下部腔室20并且使得联结的上部构件12和下部构件14能够布置在保持构件22中的预定体积的水中，使得下部构件14首先接合水。下部构件14快速吸收显著大于上部构件12的体积的水。上部构件12和下部构件14被定大小和被配置成用于协作和膨胀以便吸收布置在保持构件22中的所有预定体积的水。

参照图1，美国专利第10,105,461号公开了当采取保持构件22的顶视图时，保持构件22的配置对应于联结的上部构件12和下部构件14的配置，使得通过联结的构件12和构件14两者以及保持构件22呈现相对矩形的配置。上部构件12和下部构件14的配置促进了经由下部构件14和酸或酸混合物32吸收水的速率，其最终在下部腔室20中产生酸浆液；并且促进了经由结合到下部构件14的外围的上部构件12的外围36吸收水的速率，然后进入到亚氯酸钠混合物以最终在上部腔室18中形成浆液。亚氯酸钠浆液在上部腔室18中以比在下部腔室20中形成酸浆液更慢的速率形成。两种浆液最终配合以溶解可溶解构件16。保持构件22包括具有基本上矩形配置的凹部34。凹部34具有比形成联结的上部构件12和下部构件14的外周边或外围36的相应的纵向和横向尺寸稍大的纵向和横向尺寸。

根据美国专利第10,105,461号，保持器构件22接纳预定量的水，以及所述联结的上部构件12和下部构件14，所述可溶解构件16在它们之间。所述下部构件14和上部构件12的配置配合以允许水接合下部腔室20中的干燥的酸或酸混合物32，随后下部构件14中的现在的酸性的液体催化剂通过在缝合边缘36处的外围接触被上部构件12吸收并且接合上部腔室18中的基本上干燥的亚氯酸钠30，由此开始亚氯酸钠30向二氧化氯的转化并且最终形成完全溶解可溶解构件16的浆液，由此允许所述浆液参与酸浆液和亚氯酸钠浆液的连续反应以连续地产生二氧化氯气体，直到所有化学品已经被耗尽。二氧化氯气体穿过上部构件12和下部构件14并且进入到待消毒和/或除臭的空间中。上部构件12和下部构件14被定尺寸和被配置成与选定量的干燥亚氯酸钠30和干燥酸32混合物配合，以在预定的时间段内产生预定量的二氧化氯气体。预定量的水被下部构件14相对快速地吸收，然后在联结的下部构件14和上部构件12被布置于水中之后，通过缝合边缘36被上部构件12吸收。

美国专利第10,105,461号教导了可溶解构件16允许浆液接合并产生主要穿过上部构件12的二氧化氯气体，相对少量的二氧化氯气体穿过下部构件14。二氧化氯气体离开联结的上部构件12和下部构件14，然后自然地流入到待消毒和/或除臭的空间中。上部构件和下部构件被定尺寸和被配置成与选定量的干燥亚氯酸钠和干燥酸或酸混合物配合，以在预定的时间段内产生预定量的二氧化氯气体。预定量的水在被布置在保持构件凹部34中时被下部构件14和上部构件12相对快速地吸收，该保持构件凹部34具有的尺寸略微大于联结的上部构件12和下部构件14的外围36的对应尺寸。上部构件12和下部构件14的配置允许底部压缩海绵布与水接合并且膨胀和重新配置，使得边缘向上扭曲，形成杯状动作或向上凹的配置，导致基本上湿的酸接合可溶解构件16的一侧，以及基本上干燥的亚氯酸钠接合可溶解构件16的相对侧。现在膨胀的底部海绵布与上部压缩海绵配合，使得当上部压缩海绵吸收足够的现在酸化的水以完全膨胀时，底部海绵布回复到平面配置以将上部腔室18和下部腔室20的反应物更靠近地布置在一起。上部构件12和下部构件1配合以允许预定量的液体催化剂穿透下部构件14并且接合下部腔室20中的干燥的酸反应物。

美国专利第10,105,461号的封包11最终布置在液体催化剂中，使得下部构件14或底部压缩海绵布首先接合液体催化剂或水，并且膨胀和重新配置，使得边缘36向上扭曲，产生杯状动作或向上凹陷配置，导致基本上湿的酸32接合可溶解构件16的一侧，以及基本上干燥的亚氯酸钠30接合可溶解构件16的相对侧。现已膨胀的底部蜂窝状布14(或海绵布)与上部压缩海绵12配合，使得当上部压缩海绵12吸收足够的现已酸化的水以完全膨胀时，底部海绵布14恢复到平面配置以将上部腔室18和下部腔室20的反应物30和32布置得更靠近在一起。下部构件14和上部构件12配合以允许预定量的液体催化剂穿透下部构件14并且接合下部腔室20中的酸反应物32，接着下部腔室20中的现在的酸性液体催化剂通过在缝合边缘47处的外围接触被上部构件12吸收，然后酸性液体催化剂在上部腔室18中接合基本上干燥的反应物30，由此开始亚氯酸钠30向二氧化氯的转化，并最终形成浆液，该浆液完全溶解可溶解构件16以允许浆液接合二氧化氯的连续反应，直到所有化学品已经被耗尽。

美国专利第10,105,461号的可溶解构件16优选地具有比上部构件12和下部构件14的相应纵向和横向尺寸相对较小的纵向和横向尺寸，由此允许可溶解构件16在构件12和14经由围绕上部构件12和下部构件14的配合边缘部分的外围36缝合的防水线或本领域普通技术人员公知的类似联结器件联结之后，完全包封在上部构件12和下部构件14之间。可以使用多种材料来制造可溶解构件16，包括但不限于淀粉、明胶，优选的制造材料是聚乙烯醇/淀粉膜，其能够承受干燥的化学混合物直到被液体催化剂活化。在可溶解构件16中可以包括非吸收性玻璃纤维布、网或织物或类似的非吸收性、不溶性织物，以增强可溶解构件16的材料和/或减慢或以其他方式控制上部腔室18和下部腔室20之间的反应速率，由此控制与亚氯酸钠30和酸或酸混合物32混合的水的量。

美国专利第10,105,461号的上部构件12由生物可降解的、压缩的纤维素海绵材料制成，该纤维素海绵材料具有在干燥时闭合并且在潮湿时打开的多个孔。优选地，上部构件12的材料由3M公司(美国明尼苏达州明尼阿波利斯(Minneapolis，MN，USA))和舒邦(Spontex)公司(美国田纳西州哥伦比亚(Columbia，TN，USA))制造，两者都是本领域普通技术人员公知的。下部构件14由生物可降解的、压缩的纤维素布材料制成，该纤维素布材料具有多个孔，这些孔在尺寸上基本上小于上部构件12的孔的纤维素海绵材料的孔。下部构件14的材料由3M公司和舒邦公司制造。上部构件12和下部构件14的孔在干燥时闭合，而在潮湿时打开。上部构件12和下部构件14的闭合孔防止亚氯酸钠和酸或酸混合物30和32与水分结合以开始过早反应和/或防止在活化之前逸出封包。当上部构件12和下部构件14的闭合孔打开时，二氧化氯气体开始产生并且允许二氧化氯气体通过上部构件12和下部构件逸出，从而防止所产生的气体的压力积聚，该压力积聚可导致二氧化氯气体的自发燃烧或爆炸。

在一些应用中，使用未压缩的纤维素布代替压缩的布。这被称为未压缩的布。

美国专利第10,105,461号的下部构件14的较高密度的孔允许下部构件14比上部构件12的孔吸收和保持更多的水。上部构件12的孔在潮湿时变得相对大于下部构件14的孔，从而与下部构件14相比，允许相对大量的二氧化氯气体从上部构件12逸出。上部构件12的孔的主要目的是用于气体释放，而孔的次要目的是吸水。下部构件14的孔的主要目的是用于吸水，而孔的次要目的是用于气体释放。下部构件14不仅经由孔吸收水，而且经由形成下部构件14的纤维材料吸收水。上部构件12的海绵材料具有比下部构件14更少的纤维并且相应地吸收更少的水。除了下部构件14的较小孔阻碍二氧化氯气体流动之外，下部构件14与保持构件22之间的接合也限制二氧化氯气体流动。上部构件12和下部构件14在形成二氧化氯气体的整个反应时间期间保持所吸收的水。上部构件12和下部构件14的表面积在浸没之前相对较小，并且在形成二氧化氯气体的整个反应时间期间暴露于水时相对较大。

参照美国专利第10,105,461号的图6-图9，其公开了一种用于将二氧化氯气体释放到空气中的多腔室封包42，它被描绘为具有三个上部腔室44和三个下部腔室46。每个腔室44和46与图1-图5的单个封包11的对应腔室18和20基本上具有相同的配置和尺寸。每个腔室44和46具有外围缝线部47(优选双缝线)，该外围缝线部将亚氯酸钠或酸或酸混合物捕获在对应的密封且分离的腔室44和46中。

当多腔室封包42的每个单独的腔室的体积基本上等于单个封包11时，与单个封包11相比，美国专利第10,105,461号的多腔室封包42提供了从多腔室封包42产生更多的二氧化氯气体。显然，可以使用相对较大的单个封包11来产生更多的二氧化氯气体；然而，较大的单个封包11是无效的，因为在上部腔室18中相应较大量的亚氯酸钠30最终与水结合以形成被相对潮湿的粉末包围的“结块”或硬化的中心芯。亚氯酸钠30的硬化芯防止酸或酸混合物32完全溶解，并且在酸或酸混合物32溶解可溶解构件16并接合亚氯酸钠30之后活化亚氯酸钠30，导致亚氯酸钠30和酸或酸混合物32两者的量浪费。多腔室封包42的分离的腔室44和46提供较小腔室量的亚氯酸钠30和酸或酸混合物32，以用于促进更快和更完全的反应，由此在多腔室封包42的所有腔室44和46中从预选量的所有亚氯酸钠30和酸或酸混合物32中产生的二氧化氯气体，比从相同预选量的亚氯酸钠30和酸或酸混合物32产生的二氧化氯气体的量多，该亚氯酸钠30和酸或酸混合物32布置在相应较大的单个封包11中的较大的单个腔室18和20中。

美国专利第10,105,461号的图1-图5中的单个封包11以及图6-图9中的多腔室封包42，可以用于通过使用更高密度的纤维素材料将二氧化氯气体释放到水中，该更高密度的纤维素材料具有用于形成上部腔室18和44的上部构件12的更多数量和更大密度的小孔。用于上部构件12的压缩的纤维素材料与用于形成下部腔室20和46的下部构件14的纤维素材料(由3M和Spontex公司制造)基本上相同。上部构件12和下部构件14的压缩纤维素布的较高孔密度允许水穿过其中以在上部腔室18和44中形成亚氯酸钠浆液并且在下部腔室20和46中形成酸浆液，因此，浆液溶解可溶解构件16并最终混合并反应以在浆液从上部腔室18和44以及下部腔室20和46“逸出”之前通过纤维素材料的孔释放二氧化氯气体，并且进入到周围的液体物质或水中。

美国专利第10,105,461号的上部构件12和下部构件14的压缩纤维素布包括用于将水保留在布的孔中的外表面或“外皮”。外皮代替了布表面上的开孔。更具体地，在布的表面上没有开孔，但最终在布材料的内层的胞状结构内部存在小的开孔，从而允许所产生的二氧化氯气体经由开孔并且通过由水接触布材料引起的纤维之间的空间从封包11和42中逸出。单个封包11和多腔室封包42两者都需要固定至其的重物，以将相应的封包以竖直或水平方向保持在水下。将重物附加到相应封包对于本领域普通技术人员而言是公知的。

参照美国专利第10,105,461号的图10，其公开了嵌套的腔室封包60，被描述为当二氧化氯被释放在水中时使用。嵌套的腔室封包60必须经由如以上关于多腔室封包42详述的重物或类似器件保持在水下。图10包括三个嵌套的腔室：内腔室62、中间腔室64和外腔室66。内腔室62包括由压缩的纤维素海绵68包围的亚氯酸钠30。中间腔室64包括被压缩的纤维素海绵70包围的亚氯酸钠30。外腔室66包括由压缩纤维素布72包围的酸或酸混合物32。纤维素布72缓慢地允许水进入外腔室66并且形成最终穿透中间腔室64的海绵70的酸浆液，随后酸浆液穿透内腔室的海绵68，由此延长了二氧化氯气体从嵌套腔室封包60中的释放时间，以对例如一定体积的水、水池和冷却塔进行消毒或杀菌，其持续时间比前述的单个腔室封包11和多腔室封包42长得多。

参照美国专利第10,105,461号的图11，其描述了用于增加二氧化氯向水中的释放时间的多层“洋葱式”封包80。多层封包80经由如以上详述的重物或类似器件保持在水下。中心芯腔室81包含亚氯酸钠30并且由两个可溶解构件16限定。下一层82是捕获在两个可溶解构件16和两个压缩的纤维素海绵构件83之间的酸或酸混合物32。下一层是被捕获在两个纤维素海绵构件83和两个可溶解构件16a之间的亚氯酸钠30。下一层是捕获在两个可溶解构件16a和形成外壳的两个配合的压缩纤维素布构件84之间的酸或酸混合物32。

根据美国专利第10,105,461号，不管所用封包的类型如何，所有封包都应置于防湿封包中，以防止亚氯酸钠和酸或酸混合物的过早结合和反应。为了安全，保持器构件应当包括盖，以防止包含二氧化氯气体的水逸出和/或被不适当地布置，并且用于保持二氧化氯在保持器构件22的内部。

对于待消毒和除臭的预定体积的空气或水，美国专利第10,105,461号的前述封包可以具有多种尺寸和配置。然而，腔室尺寸以及腔室内的相应化学混合物的对应比例将保持基本上恒定。例如，被定尺寸成含有5克干燥亚氯酸钠混合物的上部腔室18将联结到具有基本上约16.5克无水柠檬酸的干燥酸或酸混合物量的下部腔室20。为了与上述量发生反应而布置在保持部件22中的水量基本上是60毫升。形成上部构件12的压缩纤维素海绵体的尺寸基本上是约25/8x33/4x5/16英寸。形成下部构件14的压缩的纤维素布的尺寸基本上是约25/8x33/4x5/16英寸。可溶解构件16的尺寸相对小于基本上约25/8x33/4x1/32英寸。

美国专利第10,105,461号公开的用于制造单个封包11的方法包括以下步骤：

将所述聚乙烯醇材料布置在所述压缩的纤维素布上；

将所述压缩的纤维素海绵体布置在所述聚乙烯醇材料上；

将接合所述压缩的纤维素海绵体、所述压缩的纤维素布以及所述聚乙烯醇的外围部分固定在一起，使得侧部保持开放；

在湿度水平为或小于百分之二十的空间中提供基本上约16.5克的柠檬酸；

将所述第一混合物的一半布置在所述压缩的纤维素布与所述聚乙烯醇材料之间；

将由5克亚氯酸钠组成的第二混合物布置在所述压缩的纤维素海绵与所述聚乙烯醇材料之间；

将所述第一混合物的剩余一半布置在所述压缩的纤维素布与所述聚乙烯醇材料之间；

密封所述开口侧部分，使得所述第一混合物和第二混合物被隔离并密封在由所述压缩的纤维素海绵、所述压缩的纤维素布和所述聚乙烯醇形成的对应壁之间，由此形成二氧化氯产生装置；

通过布置在容器中的六十毫升相对温的水活化所述二氧化氯产生装置，所述二氧化氯产生装置布置在所述容器中，使得所述压缩的纤维素布形成该装置的下部，该装置的下部在所述压缩的纤维素海绵体接合水之前接合水，由此使二氧化氯气体从所述装置中排出，直到所有反应已经耗尽并且所述水已经被所述压缩的纤维素完全吸收。

美国专利第10,105,461号参照其图12，其为单个封包11的截面侧视图，其描绘了图4的可溶解构件16的替代配置，该替代配置由数字90表示。可溶解构件91可以与单个封包11或多腔室封包42一起使用以将二氧化氯气体产生到空气或水中。可溶解构件91包括波状或“波浪形”配置，其经由用于制造单个封包11的上述详细步骤形成。可溶解构件91提供在其中接纳亚氯酸钠30的槽或凹部92。上部腔室18和下部腔室20完全填充有亚氯酸钠30和酸或酸混合物32，由此强制将亚氯酸钠30保持在凹部92中，而不管封包11和42的取向如何。可溶解构件91的凹部92的锥形壁94提供比平面的可溶解构件16更大的表面积，由此增加相邻地布置在可溶解构件91的相对侧上的亚氯酸钠30和酸或酸混合物32的配合量。当可溶解构件91被酸和亚氯酸钠浆液溶解时，立即混合在一起的增加量的亚氯酸钠和酸浆液最终以比由在平面可溶解构件16溶解之后混合的相对小的浆液量产生的气体速率更快的速率产生二氧化氯气体。因此，封包11和42的气体产生速率可通过相应地增加或减小凹部92的表面积而增加或减少，并且凹部92的表面积通过相应地改变可溶解构件91的配置和/或尺寸而改变。

已经出人意料地发现，如果可溶解构件具有穿过其的多个孔口，则可溶解构件比没有孔口的相同膜分解得更均匀和更快速。使用具有穿过膜的孔口的可溶解膜增加了生成二氧化氯的速率，实现了更高的最大二氧化氯浓度，并且呈现了原材料的更有效的使用。

事实上，如在实验部分所讨论的，还发现使用孔口可以针对不同目的定制二氧化氯释放。

与可溶解构件没有孔口的装置相比，当可溶解构件具有孔口时，已经观察到要被消毒的空间中的二氧化氯的初始水平显著更高。

孔口是开始于膜的一侧并且穿过膜到达相对侧的任何通道。每单位面积的孔口面积(诸如平方英寸或者平方厘米或者平方毫米)被称为孔口英寸密度。孔口面积密度是可优化的变量并且根据装置的尺寸、装置中的原材料的量以及上部构件和下部构件(12和14)的孔隙率/水渗透率而变化。例如，如果孔口是切口孔，则孔口面积是每平方单位面积已经被移除的总面积。在没有材料被移除的狭缝的情况下，孔口面积被表示为孔英寸或狭缝英寸。

如图13所示，孔口的形状也是有待优化的设计选择。在一个实施例中，孔口是不具有切口部分的孔，诸如由针状物制成的那些。在另一实施例中，孔口为孔，但一部分从孔移除或切除，即，由诸如用于在皮革上打孔的装置形成的切口。在另一实施例中，孔口是具有特定狭缝长度和狭缝宽度的狭缝，该特定狭缝长度和狭缝宽度在产生狭缝的装置上测量。狭缝长度总是较长的尺寸。缝隙没有移除任何材料。狭缝具有大于1.1的纵横比，而孔具有小于或等于1.1且大于或等于1.0的纵横比。

图13的161描绘了直线上的狭缝。图13的162描绘了沿着直线的狭缝和针孔的组合。图13的163描绘了紧密线上的针孔。图13的164描绘了直线上的狭缝。在这种情况下，狭缝具有较小的纵横比，并且与图13的161、165所描绘的狭缝(描绘了中心被移除的圆孔)相比更靠近在一起。这些孔被称为切口孔。图13的166描绘了矩形切口，其中从可溶解构件移除的孔内的可溶解材料以直线对齐。瓣状部(图13中的167)是另一类型的孔口。尽管在图中显示为矩形形状中的狭缝，但它可以同样有可能为半圆形狭缝。由具有圆周的330度圆弧的狭缝形成的圆是瓣状部的示例。以这种方式，狭缝保持瓣状部在适当位置以保持组分分开，但快速溶解，形成用于更快速移动穿过膜的孔。瓣状部可被限定为不是直线的狭缝。

孔开口也可以改变。优选地，当形成孔口时，没有材料从可溶解构件移除。以这种方式，可溶解构件维持其作为两个腔室之间的物理分隔屏障的功能。表达在孔口形成期间没有材料被移除的一种方式是具有多个孔口的可溶解构件与没有多个孔口的可溶解构件对照件具有相同的重量。可溶解构件对照件具有与可溶解构件相同的材料尺寸。

如果需要移除膜材料的孔口开口，该孔口开口应当小于在上部腔室或下部腔室中的约95％的颗粒、或恰好95％的颗粒的平均直径。以这种方式，可以发生一些物理混合，但不足以产生过早反应。

作为可优化变量，孔口开口优选地小于上部腔室或下部腔室中的50％的颗粒的平均直径，更优选地小于上部腔室或下部腔室中的60％的颗粒的平均直径，其中在上部腔室或下部腔室中的小于70％的颗粒的平均直径是甚至更优选的，其中在上部腔室或下部腔室中的小于80％的颗粒的平均直径也是更优选的，并且在上部腔室或下部腔室中的小于90％的颗粒的平均直径也是甚至更优选的。

还将存在用于每个孔口的孔口间距，该孔口间距是沿着连接至少三个孔口的线的孔口之间的距离。孔口可以在不同的线上具有不同的间距。

可以通过任何适合的装置制造这些狭缝，诸如激光器、刀、像划线轮的滚轮、剪刀、(多个)针状物、(多个)针等。

在一个实施例中，第一干燥成分包括干燥的亚氯酸钠。

在一个实施例中，所述第二干燥成分包括至少一种干燥酸，该至少一种干燥酸选自：柠檬酸、硼酸、乳酸、酒石酸、马来酸、苹果酸、戊二酸、己二酸、乙酸、甲酸、氨基磺酸、硫酸、盐酸、磷酸、磷酸酐、硫酸酐、马来酸酐、氯化钙、氯化镁、硝酸镁、氯化锂、硫酸镁、硫酸铝、氢氧化铝、硫酸氢钠、磷酸二氢钠、硫酸氢钾、磷酸二氢钾以及过硫酸钠。

实验

通过活化两个工作示例(WE-1和WE-2)并且在8小时的循环中测量相对于时间的二氧化氯水平，证明了孔口布置改变反应速率和反应材料的量的能力。

工作示例是在可溶解膜中具有孔口的现有技术封包。

根据该数据，可以确定8小时循环期间产生的二氧化氯的累积量(如图14所示)，并且可以确定8小时循环中二氧化氯的浓度分布(图15A和图15B)。

测试方案包括以下步骤：1)预调节封闭空间以使温度和相对湿度水平范围分别达到10°-48.9℃(50°-120°F)和65％-99％相对湿度；二氧化氯气体的扩散阶段以达到期望的浓度水平；在称为暴露的停留时间段中，气体静置一段时间以获得期望的杀灭水平；以及最后，充气或洗涤以除去气体安全水平。

当使用二氧化氯气体时，总暴露剂量(被称为累积暴露时间的ppm-小时)是灭菌、消毒或净化循环功效的决定因素。可以使用任何浓度的气体，只要在指定的大气条件下保持适当的时间量，以便实现所期望的总ppm-小时暴露剂量。

工业标准是720ppm-小时的累积暴露时间，其是使用氯代系统(ClorDiSys)性能标准针对该测试建立实现6-log杀孢子减少所需的量。在使用二氧化氯气体净化关键无菌环境中，ClorDiSys被认为是全球领先者。它们的720ppm小时累积暴露时间的性能指标已经过广泛的同行评审并由被许多领先的政府和私人研究机构独立地确认。已经证明，在累积暴露时间低至450ppm-小时内可以获得6-log杀孢子的减少。

实验利用以下设备：

工作示例1：一种如描述和要求保护的二氧化氯递送系统(套件)具有9英寸长和3英寸宽的可溶解构件，该可溶解构件具有4行孔口(裂缝)。这些行沿在可溶解构件的长度上间隔开0.75英寸。每个狭缝是0.5英寸长并且沿着该行间隔开0.25英寸。这等同于每英寸1.5个狭缝(每英寸0.75个狭缝-英寸)。这等同于每27平方英寸的可溶解构件有27英寸的狭缝密度(每平方英寸1.0狭缝英寸的密度)。使用100克柠檬酸和亚氯酸钠反应物的混合物。

工作示例2：一种如描述和要求保护的二氧化氯递送系统(套件)具有9英寸长和3英寸宽的可溶解构件，该可溶解构件具有4行的孔口(裂缝)。这些行沿构件的长度间隔开0.75英寸。每个狭缝是0.25英寸长并且沿着该行间隔开0.25英寸。这等同于大约每英寸2个狭缝(每英寸0.5狭缝-英寸)。这等同于每27平方英寸的可溶解构件有18英寸的狭缝密度(每平方英寸0.67狭缝英寸的密度)。使用100克与WE-1相同的反应物混合物。

测试空间是容量腔室，容量腔室被定尺寸为10英尺长x6英尺宽x7英尺，具有的内部容积为321立方英尺(Cu.Ft)。

使用校准的ClorDiSYS(美国新泽西州布兰斯堡(Branchburg,NJ USA))的EMS气体浓度监测系统来测量气体浓度。

ClorDiSys温度和湿度监测系统用于测量腔室的湿度和温度。

在8hr循环之后，将ClorDiSys的空气洗涤器用于化学中和。

通过一组PPE安全装置和可从美国新泽西州布兰斯堡的ClorDiSys获得的手持式博达(PortaSens)二氧化氯气体安全传感器来确保安全性。

用具有调节传感器的湿度发生器来控制湿度。

空气用低体积圆形风扇来循环。

使用克罗斯特克斯(Crosstex)(美国纽约州哈帕克(Hauppauge，NewYork，USA))生物指示剂和含有嗜热脂肪地芽孢杆菌的制备的培养基来检测效力。

将测试腔室内部的温度和湿度水平控制在68°-72°和72％-85％相对湿度(RH)。

在67°F-69°F的温度下使用蒸馏水活化两个工作示例。

对于每个测试，将接种有嗜热脂肪地芽孢杆菌10<6>孢子的两种生物指示剂置于熏蒸腔室内。10<6>或Log6功效水平需要处理提供99.9999％的细菌孢子减少。嗜热脂肪地芽孢杆菌孢子是最难杀死的孢子之一。

整个过程中使用ClorDiSys环境监测系统(EMS)利用精确的UV-VIS分光光度计来监测内部二氧化氯浓度水平。样品管延伸至腔室内的偏远区域，允许从腔室抽取连续样品，以便以1分钟的间隔监测和记录气体浓度水平。

在8小时之后对腔室进行净化。在完成净化过程之后，将所有生物指示剂从处理腔室中移除，插入到培养基中，并且按照制造商的测试要求培养3天。对照指示剂变黄，指示生物生长，而对应于工作示例的指示剂的颜色没有变化，表明已经达到所需的功效。

如从图14可以看出，具有较大狭缝英寸/英寸的WE-1表现出更快的反应和更彻底反应的反应物。在3小时时，将具有WE-1的腔室暴露于750ppm-hr，而WE-2几乎需要全部8小时才能达到750ppm-hr的暴露。这将减少50％的处理时间。可替代地，可以使用较少的反应物，并且更少的未反应的反应物将被处置。

浓度的曲线(图15A和图15B)是令人感兴趣的。应注意，这些曲线是在从腔室的模糊部分(而非装置附近)抽取的气体上测量的。WE-1的曲线显示反应的非常快速的产生和开始。这意味着，如果没有使用个人防护设备(PPE)，则用户应当注意非常快速地退出该区域的需要。WE-2的曲线显示慢得多的反应速率，这允许用户更多时间离开该区域。

对现有技术的改进使用了与以上相同的方案，除了对照件的可溶解膜没有孔口。

如从图16可见，二氧化氯的累积量在测试的8小时内没有达到720累积小时的目标。与之相比，工作示例在8小时内就达到了目标。

图17表明了反应性的改进，其示出了在任何给定时间点二氧化氯的最大量不大于80ppm，这与WE-1和WE-2分别为220ppm和175ppm形成对比。

下表I总结了8小时测试期间的结果，这些结果与图中的结果近似。如图所示，狭缝英寸越大(或可溶解构件孔口越多)，在给定的时间段内反应越多的成分。

表1：结果概述

虽然本文已经详细地描绘和描述了本发明的示例性实施方式，但对于相关领域的技术人员而言将明显的是，在不背离本发明的精神的情况下可以进行各种修改、添加、替换等，并且这些修改、添加、替换等因此被认为在如所附权利要求书中限定的本发明的范围内。应当理解，以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可以彼此结合使用。此外，在不背离本发明的范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。虽然本文描述的材料的尺寸和类型旨在限定本发明的参数，但是它们并非是限制性的，而是示例性实施例。在审阅以上描述后，许多其他实施例对于本领域技术人员而言将是明显的。因此，本发明的范围应当参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。

Claims (18)

1.一种用于促进化学反应的改进装置，包括：第一封包构件、第二封包构件、第一干燥成分以及第二干燥成分，所述第一封包构件限定第一腔室部分，所述第一封包构件由可透水的第一压缩纤维素材料形成；所述第二封包构件限定第二腔室部分，所述第二封包构件由可透水的第二压缩纤维素材料形成；所述第一干燥成分布置在所述第一腔室部分中；所述第二干燥成分布置在所述第二腔室部分中；所述第一封包构件附接到所述第二封包构件，其中可溶解构件布置在所述第一封包构件和所述第二封包构件之间并最终由所述第一封包构件和所述第二封包构件包围；其中所述第一干燥成分和所述第二干燥成分被配置成在水的存在下形成二氧化氯；并且其中所述改进包括穿过所述可溶解构件的多个孔口。

2.根据权利要求1所述的改进装置，其中，所述可溶解构件由聚乙烯醇制成并且能够在没有反应的情况下接合所述第一干燥成分和所述第二干燥成分。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的改进装置，其中，所述多个孔口选自狭缝、孔、切口、针孔、激光切割孔口以及它们的组合。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的改进装置，其中，具有所述多个孔口的可溶解构件与不具有所述多个孔口的可溶解构件对照件的重量相同。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的改进装置，其中，所述第一腔室部分和所述第二腔室部分被定尺寸成容纳基本上相等量的所述第一干燥成分和所述第二干燥成分。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的改进装置，其中，所述第一干燥成分包括干燥的亚氯酸钠。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的改进装置，其中，所述第二干燥成分包括至少一种干燥酸，所述至少一种干燥酸选自：柠檬酸、硼酸、乳酸、酒石酸、马来酸、苹果酸、戊二酸、己二酸、乙酸、甲酸、氨基磺酸、硫酸、盐酸、磷酸、磷酸酐、硫酸酐、马来酸酐、氯化钙、氯化镁、硝酸镁、氯化锂、硫酸镁、硫酸铝、氢氧化铝、硫酸氢钠、磷酸二氢钠、硫酸氢钾、磷酸二氢钾和过硫酸钠。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的改进装置，其中，所述多个孔口的至少一部分是瓣状部。

9.一种用于使用根据权利要求1至8中任一项所述的改进装置的套件，所述套件包括用于接纳根据权利要求1所述的装置的容器，所述容器被定尺寸成接纳预定量的液体催化剂，以用于促进所述改进装置内的所述第一干燥成分与所述第二干燥成分之间的反应。

10.一种用于促进化学反应的装置，所述装置包括：第一封包构件，所述第一封包构件限定第一腔室部分，所述第一封包构件由第一可渗透水的纤维素材料形成；第二封包构件，所述第二封包构件限定第二腔室部分，所述第二封包构件由第二可渗透水的纤维素材料形成；第一干燥成分，所述第一干燥成分布置在所述第一腔室部分中；以及第二干燥成分，所述第二干燥成分布置在所述第二腔室部分中；所述第一封包构件附接到所述第二封包构件，其中可溶解构件布置在所述第一封包构件和所述第二封包构件之间并最终由所述第一封包构件和所述第二封包构件包围；其中所述第一干燥成分和所述第二干燥成分被配置成在存在水的情况下形成气体、蒸气或液体或所述气体、蒸气或液体的组合；并且其中存在穿过所述可溶解构件的多个孔口。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述可溶解构件由聚乙烯醇制成，并且能够在没有反应的情况下接合所述第一干燥成分和所述第二干燥成分。

12.根据权利要求10至11中任一项所述的装置，其中，所述多个孔口选自：狭缝、孔、切口、针孔、激光切割孔口、以及它们的组合。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的装置，其中，具有所述多个孔口的可溶解构件与不具有所述多个孔口的可溶解构件对照件的相同。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的装置，其中，所述第一腔室部分和所述第二腔室部分被定尺寸成容纳基本上相等量的所述第一干燥成分和所述第二干燥成分。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的装置，其中，所述第一干燥成分包括干燥的亚氯酸钠。

16.根据权利要求10至15中任一项所述的装置，其中，所述第二干燥成分包括至少一种干燥酸，所述至少一种干燥酸选自：柠檬酸、硼酸、乳酸、酒石酸、马来酸、苹果酸、戊二酸、己二酸、乙酸、甲酸、氨基磺酸、硫酸、盐酸、磷酸、磷酸酐、硫酸酐、马来酸酐、氯化钙、氯化镁、硝酸镁、氯化锂、硫酸镁、硫酸铝、氢氧化铝、硫酸氢钠、磷酸二氢钠、硫酸氢钾、磷酸二氢钾和过硫酸钠。

17.根据权利要求10至16中任一项所述的装置，其中，所述多个孔口中的至少一部分是瓣状部。

18.一种用于使用根据权利要求10至17中任一项所述的装置的套件，所述套件包括用于接纳权利要求1所述的装置的容器，所述容器被定尺寸成接纳预定量的液体催化剂，以用于促进所述封包内的所述第一干燥成分与所述第二干燥成分之间的反应。