CN1867410A - 民用喷雾装置 - Google Patents
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Abstract
一种民用喷雾装置，其包括：储液容器(1)；连续供气泵(3)，其带有用于启动该连续供气泵的控制装置(5)；以及将液体(2)从储液容器(1)送到喷嘴单元(12)的装置，该喷嘴单元(12)包括：形成液体膜的装置；向上述液体膜注入气体泡的装置，借助该连续供气泵(3)迫使所述气体进入喷嘴单元(12)；以及限定用于所产生的喷雾的喷口(19)的硬件部分。
Description
技术领域
本发明所涉及的技术领域是民用喷雾装置特别是美容喷雾装置。本发明涉及一种手持式民用喷雾装置，其利用气泵通过泡腾雾化作用产生喷雾。
技术背景
目前市场上销售的民用喷雾装置主要使用受压的挥发剂以便至少部分地来产生喷雾。广泛使用的是挥发性有机化合物，如液化的碳氢化合物类或氯氟烃，以便对液体组合物施压。然而，人们越来越认识到，大气中增加挥发性有机化合物/温室气体会给环境带来有害的后果。
市场上销售的其它喷雾装置包括使用手动机械机构，如压挤式喷雾和触发式喷雾装置以产生喷雾。不利的是，这些机构存在需要消费者使用力气的固有问题。此外，使用这种机构的装置或其简单的变型物往往不会产生品质良好的喷雾。曾经提出解决上述喷雾装置所遇到的问题的方案，其中一种方案包括使用另外的雾化技术。因此，很多专利涉及到可能利用静电雾化，在这种技术中，产生喷雾取决于被喷雾的液体是否达到高电位。一些其它专利涉及到超声波雾化的可能性，它利用高频振动能量使液体破裂成离散的微滴。
另一种“替代性”雾化技术是泡腾雾化技术，在这种技术中，气体起泡成液体膜，使液体膜分裂成离散的微滴。这个领域中的大部分工作涉及到燃料雾化，特别是在汽车工业中[见实例US5,730,367(Pace和Warner)]。然而，US 5323935(Gosselin等人)似乎至少在本发明实施方式之一中描述可采用泡腾雾化工作的民用喷雾装置。使用这种雾化技术克服了上述描述的常规民用喷雾装置的很多问题。授权给Gosselin等人的专利描述的装置产生所需的气流是通过对空气压力室手动施压而实现的。实际上，这表明，在补充气压之前，空气只能以离散量的形式使用。此外，可以获得的气/液质量比受到这种离散进给泵送装置的限制，在US 5323935中披露的范围仅为0.01∶1至0.06∶1。
本发明涉及使用连续供气泵，通常为电动泵。US 5192009(授权给Hildebrandt等人)和US 5046667(授权给Fuhrig)中描述了喷雾装置中这种泵的使用；但是，这些专利中描述的喷雾装置尚未使用泡腾雾化技术。授权给Hildebrandt的专利公开了一种已知的喷嘴，其中流体(液体)通过切向喷管被来自进气口的空气导入并被破裂。Fuhrig的专利公开了一种喷嘴，其中空气是通过二元涡流系统提供并以正交方式被送到中心液体流的边缘。这些专利都没有提到借助使用带有泡腾雾化喷雾装置的连续供气泵而实现的优点。
发明内容
我们已发现，借助泡腾雾化作用工作的民用喷雾装置有利地包括连续供气泵。这种喷雾装置不仅具有由泡腾雾化获得的上述好处，而且还具有注入到喷嘴单元内的液体膜内的气量不受限制的优点。这使得喷雾的持续性增加并且可以选择适当高的气：液比值，我们已发现较高的气：液比值导致产生高品质喷雾。
因此，在本发明的第一个方面，提供了一种民用喷雾装置，其包括：储液容器；连续供气泵，其带有用于启动该连续供气泵的控制装置；以及将液体从储液容器送到喷嘴单元的装置，该喷嘴单元包括：形成液体膜的装置；向上述液体膜注入气体泡的装置，借助该连续供气泵迫使所述气体进入喷嘴单元；以及限定用于所产生的喷雾的喷口的硬件部分。
在本发明的第二个方面，提供了一种液体组合物的喷雾方法，其包括使用在本发明的第一个方面所描述的装置。
在本发明的第三个方面，提供一种包括在本发明的第一个方面中所描述的装置和从该装置中喷雾出的液体组合物的产品。
具体实施方式
本发明中所使用的连续供气泵是能够提供连续的即不中断的气流的装置。就这方面而言，该连续供气泵与手动触发式喷雾泵和类似泵有明显的不同，手动触发式喷雾泵和类似泵只能提供离散量的气体并且需要在触发器或等效装置返回其起始位置时产生喷雾中断。本发明使用的连续供气泵借助控制装置(见下文)启动并且能连续工作，直到触发松释为止。该连续供气泵通常可工作3、4秒或多秒；这种泵可连续工作更长时间。
这种连续供气泵最好具有在启动时能迫使气体直接进入喷嘴单元的结构。与把泵作为气体压缩机相比，按这种方式使用连续供气泵是本发明所述的一种优选的喷雾方法。这种连续供气泵最好采用电动驱动。
这种连续供气泵可以采用容积式(positive displacement)的方式工作，不同的原理包括活塞式、齿轮式、叶片式、螺旋式(mohno)、隔膜式、离心式、斜盘式和软管式。优选使用带有阀装置的泵，特别是蠕动泵和旋涡式泵。带有连续压缩且自控阀工作的旋涡式泵是特别优选的。
本发明中使用的这种连续供气泵可实现高的气流率，在通常情况下为30升/小时至500升/小时，并且在特定情况下为45升/小时至180升/小时。优选的是该泵能够产生5psig(磅/英寸2)(1.38巴)或更大的气体压力。在通常情况下，该泵产生5至50psig(磅/英寸2)(1.38至4.46巴)的压力，在特定的情况下，产生10至30psig(磅/英寸2)(1.70至3.77巴)，并且在特殊情况下，产生10至20psig(磅/英寸2)(1.70至2.39巴)的压力。令人惊奇的是，使用根据本发明描述的装置在这些压力下可以获得良好的喷雾雾化。启动连续供气泵的控制装置可以具有任何适当的形式。典型的例子包括按钮、搬扭开关或滑动开关。启动通常包括给该泵供电。还可以使用启动上述连续供气泵的控制装置关断它，通常是通过松释按钮或反转搬扭开关或滑动开关来实现。另一种方法是：在设置的时间后(通常为2-3秒钟)通过自动切断来关断，从而可以实现释放。
当上述连续供气泵是电动的时，虽然可以使用外部电源，但最好上述装置本身带电源。上述装置可以包括电容、电池[如镍氢化合物(NiMH)电池或镍镉电池的可充电电池，或如碱性电池的非充电电池]、或光电电池作为电源。
总之，供气管把来自连续供气泵的气体送到喷嘴单元。当设置有该供气管时，它可以包括一个或多个阀。在该阀的泵送侧上的压力增加会使这些阀打开；或者，这些阀也可以以电子方式来控制。
喷嘴单元包括形成液体膜的装置和将气泡注入到该液体膜内的装置。液体膜可理解为实质上是平面的，该膜的平面的两个正交尺寸都大于该膜的厚度，在特定的情况下，至少是该膜厚度的2倍。通常，气体从垂直于该液体膜的平面的方向被引入到液体膜中。
该液体膜可容纳在混合室的壁之间，气泡通过一个或多个注气口导入到混合室中。该混合室的尺寸可以确定成便于能够形成实质上是平面的液体膜，该膜的平面的两个正交尺寸都大于该膜的厚度，具体地说，至少是该膜厚度的两倍。
在特定的优选实施方式中，喷嘴单元包括气-液混合室，由内部管状通道向其供气并且由该内部管状通道周围的环状管道向其供液。在这种实施方式中，该混合室使得液体形成膜，通过一个或多个注气口将来自内部管状通道的气体注入到该膜内。该混合室常常与向其供液的环状通道邻近。
该喷嘴单元还包括喷口，以便借助气液的混合来启动喷雾。该喷口最好偏离从内部管状通道向混合室送气的进气口。当设置有多个从内部管状通道向混合室送气的进气口时，喷口最好偏离所有这些进气口。考虑到流体进入混合室的方向，术语“偏离”应理解为喷口与给定的注气口不在一条直线上。
该喷雾装置还可以包括进一步增加微滴破裂的装置；例如：可以设置有旋流室，或作为喷嘴单元的一部分或其延伸部分。当设置有旋流室时，该旋流室通过在进入该旋流室的液-气混合物中产生湍流来增加微滴破裂。
根据本发明所述的喷雾方法优选为涉及在气体和液体混合时，利用气体和液体流率从而给定大于0.06∶1的气/液质量比(GLMR)，特别是大于0.1∶1并且在特殊情况下大于0.2∶1的气/液质量比。这些气/液质量比会产生高质量喷雾，并且，根据本发明的优选装置被设计成能达到这样的气/液质量比。根据本发明的喷雾方法优选为涉及在气体和液体混合时，利用气体和液体流率从而给定小于1∶1的气/液质量比，特别是小于0.8∶1并且在特殊情况下小于0.5∶1的气/液质量比，这是由于喷雾的质量和效率的原因；本发明的优选装置被设计成能达到这些气/液质量比。
为了本发明的目的，喷雾质量可以由获得的微滴的细度和/或微滴尺寸分布的狭窄程度来确定。理想的是，获得1∶m至100∶m的沙得(Sauter)平均微滴尺寸(D[3，2])，在特定情况下是5∶m至60∶m，在特别情况下，5∶m至40∶m。微滴尺寸分布的狭窄程度可以用“跨距”来表示，在本说明书中跨距是[D(90)-D(10)]/D(50)。本发明优选给出跨距为3或更小，在特定情况下，为2.5或更小。通常采用光散射技术且使用Malvern Masterizer等仪器，在离喷口15cm处测量微滴尺寸分布。
储液容器盛装要被分配的液体。当该容器空时，可以更换或重新充填液体，虽然通常的是该容器盛装足够的液体以使该装置具有在经济上能够接受的使用寿命。这种储液容器的容量一般为1毫升至500毫升，在特定情况下为5毫升至100毫升，在特别情况下为20毫升至40毫升。它通常用不渗透要分配的流体的材料制成，典型的材料是塑料，如聚烯烃类，例如聚丙烯或聚乙烯或加成共聚物：尼龙或PET/POET。在优选实施方式中，储液容器用可缩陷的材料制成，这样就避免了在使用期间该容器内的液体用完时在不使用缩陷材料的情况下会产生的真空所造成的任何问题。这种配装(sachet)方法还可以使该装置以任何取向工作。
将液体从储液容器送到喷嘴单元的装置可以包括输送导管。当设置有该输送导管时，它最好包括一个或多个阀。当上述泵不工作时，这些阀可以起到防止储液容器的液体组合物渗漏的作用，在该阀的储液容器一侧上的压力增大或该阀的喷嘴一侧上的压力减小都会使这些阀打开；这些阀还可以用电子方式控制。
将液体从储液容器送到喷嘴单元的装置可以包括直接作用于要分配的液体的泵。另一种方式是，泵可以用作为气体压缩机使储液容器中的液体上方的压力增大，可以选择性地使用一汲取管，使受压的液体朝着喷嘴单元方向流动。在这些实施方式中，最好是在储液容器中的液体上方留出气体顶部空间，目的是使压缩泵具有一定的气体体积去“压缩”。在优选实施方式中，单个连续供气泵起到两个作用，即，迫使气体进入到喷嘴单元和作为气体压缩机在储液容器中的液体上加压。
在特别优选的实施方式中，在输送液体之前，气体被送到喷嘴单元内。其优点是：使得消费者在使用该喷雾装置时有干爽的感觉。在同一或其它实施方式中，在液体停止流动后，气体输送通过喷嘴单元。其优点是：清除喷嘴上液体；特别是清除注气口、混合室和喷口上的液体；由此减少了可能发生的一些液体堵塞的问题(参看下文)。借助使用阀可以实现控制气体和液体流动的定时，例如：电子方式控制的阀或机械流动控制阀。
上述喷雾装置通常包括外壳，其用于支承启动上述泵的控制装置并封装其它器件。上述喷雾装置具有一只手可以持握的典型尺寸。最好是该装置只用一只手即能持握又能启动。
任何合适的气体均可以与本发明所述的喷雾装置一起使用。可使用氮、二氧化碳或空气。最常用的是空气。
本发明的喷雾装置可与很多液体一起使用，包括液体组合物。它们特别适合于使用液体美容组合物，这些组合物通常都直接用于人体。这样的液体美容组合物的例子包括头发喷雾、香水喷雾、除体臭喷雾和腋下产品，特别是除汗臭组合物。本发明的喷嘴特别适合于对人体施加液体美容组合物，因为它产生极好的感觉；特别要注意的是，当该喷雾装置离人体很近使用时具有舒服的感官特性，由此就使喷雾在人体上的附着最大化。
适合与本发明的喷雾装置一起使用的一些液体组合物可以包括溶解的或悬浮的颗粒；用这种组合物时，避免堵塞的问题是特别重要的(参看下文)。
合适的液体组合物常常包括载液流体，例如：水和/或C2至C4醇，如乙醇。当这种液体组合物是用于人体的美容组合物时，所获得的良好的喷雾质量会给用户带来极好的感觉。合适的液体组合物通常包括水和/或C2至C4醇，上述组合物的重量水平为5％至95％，在特定情况下，为25％至95％，在特别情况下，为4％至95％。包括水和/或乙醇在内的液体组合物特别适合与本发明的装置一起使用。
液体挥发剂特别是极性挥发剂如二甲醚(DME)或氢氟烃可以作为根据本发明的喷雾组合物的一部分。但是，液化的挥发剂可以为组合物总量的50％或更少，比较好的是40％或更少，最好的是0.1％或更少。
应该了解，被称为本发明的第二个方面描述的液体组合物的喷雾方法会从本文描述的喷雾装置的任何选择性特征中受益。同样，作为本发明的第三个方面描述的产品会从本文中描述的任何喷雾装置的任何选择性特征中和/或液体组合物的任何选择性特征中受益。
以下参照图1来详细描述本发明的特定实施例。
根据图1，示例性的实施方式包括盛装液体组合物2的储液容器1。连续供气泵3通过电路4与开关5和电池组6连接，该开关作为对其启动的控制装置，该电池组为其供电。当连续供气泵3启动后，它通过入口7吸进空气并且迫使空气通过供气管8进到容器9。空气的一部分从容器9通过另一供气管11送到储液容器1中的液体组合物2上方的顶部空间10中。空气的一部分从容器9也可直接送到喷嘴单元12中，以便进入内部管状通道13。
进入到顶部空间10中的空气在储液容器1中的液体组合物2上产生正压。当达到临界压力时，液体组合物2通过输送导管15上的阀14被送到喷嘴单元12中的围绕内部管状通道13的环状通道16中。在该环状通道内的液体流入混合室17，空气通过注气口18被注入到混合室中，由此开始形成喷雾。产生的喷雾通过喷口19离开该喷雾装置，喷口19与注气口18在垂直方向上偏离。
外壳20支撑开关5和封装该喷雾装置的其它元器件。
Claims (20)
1.一种民用喷雾装置，其包括：储液容器(1)；连续供气泵(3)，其带有用于启动该连续供气泵的控制装置(5)；以及将液体(2)从储液容器(1)送到喷嘴单元(12)的装置，该喷嘴单元(12)包括：形成液体膜的装置；向上述液体膜注入气体泡的装置，借助该连续供气泵(3)迫使所述气体进入喷嘴单元(12)；以及限定用于所产生的喷雾的喷口(19)的硬件部分。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其可以仅用一只手握持和启动。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在启动时，气体受迫直接进入喷嘴单元
(3)中。
4.根据上述任何权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，该连续供气泵(3)具有阀装置。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，该连续供气泵(3)是蠕动泵或旋涡式泵。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，该连续供气泵(3)是旋涡式泵。
7.根据上述任何权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，该连续供气泵(3)产生10至30psig(1.70至3.77巴)的压力。
8.根据上述任何权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，该喷嘴单元(12)包括气液混合室(17)，该气液混合室由内部管状通道(13)供气并且由围绕内部管状通道(13)的环状通道(16)供液。
9.根据上述任何权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，其设计成在混合时能获得大于0.06∶1且小于1∶1的气/液质量比。
10.根据上述任何权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，其包括进一步增加微滴破裂的装置。
11.根据上述任何权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，将液体从储液容器送到喷嘴单元的装置包括带有一个或多个阀的输送导管。
12.根据上述任何权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，单个连续供气泵可用于迫使气体进入喷嘴单元并且作为压缩机在储液容器中的液体上方产生增加的压力。
13.根据上述任何权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，使用空气作为气体。
14.一种液体组合物的喷雾方法，其包括使用如上述任何权利要求中任一项所述的装置。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，气体在液体之前被送到喷嘴单元。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，液体停止流动后，气体被送到喷嘴单元。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，液体组合物的喷雾包括溶解的或悬浮的颗粒。
18.一种包括如权利要求1至13中任何一项所述的装置和从该装置喷雾出的液体组合物的产品。
19.根据权利要求18所述的产品，其特征在于，该液体组合物是包括载液流体的美容组合物。
20.根据权利要求19所述的产品，其特征在于，该载液流体是水和/或C2至C4醇。
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