JP2020512192A - マイクロ発泡体を生成するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

マイクロ発泡体を生成するための装置又は方法であって、本装置は、入口（１０７、１１０）及び出口を有する流路と、入口（１０７，１１０）に流れ込むように配置された発泡性液体（１０１）及び加圧ガス（１０２）の源とを含み、流路は振動流れ方向を提供するために空間的振動流路（１０６）から構成され、空間的振動流路（１０６）はバルク流れ方向を中心として振動し、空間的振動流路（１０６）は、流れ方向に垂直な一系列の平面断面であって当該面（４６）内のバルク流れ方向に垂直な副系列の平面断面を含む平面断面を提供し、副系列は、副系列内の少なくとも１つの他の面（４６）と重畳しない少なくとも１つの面（４６）を含む。

Description

本発明は、入口及び出口を有する流路を利用することによりマイクロ発泡体を生成する方法及び装置に関する。

発泡体は個々のガス実体を取り囲む連続的液相又は固相からなる２つの相系である。発泡体の連続相は通常、気泡が合着するのを防止し、したがって気泡が連続的気相へ戻り、発泡体から分離するのを妨げる界面活性剤又は安定剤を含む。マイクロ発泡体は、気泡が通常、１００マイクロメートルより小さく且つ低い多分散性（例えば４０マイクロメートル未満の標準偏差）を有する発泡体の特別なケースとして定義され得る。

マイクロ発泡体を生成する方法及び装置は知られている。
機械的ホイップは、例えば高剪断ミキサーにおける機械的剪断を使用して気泡サイズを低減するために機械的可動部品の使用に依存する。このようなミキサーは、様々な相及び他の成分を混合するために高速羽根車又はビーターヘッド（ｂｅａｔｅｒ ｈｅａｄ）の回転に依存する。これらの装置におけるヘッド速度は通常は１０，０００ｒｐｍより大きい。

したがって、マイクロ発泡体を生成する既知の方法は、製造するためにはかなり高価であり且つ嵩張り、例えば消費者梱包の一部としての使い捨て物品としての使用には好都合ではない。

マイクロ発泡体はまた、溶解又は液化ガス噴射剤を含むエアロゾル缶により生成され得る。しかし、これらは、環境的に並びに保健及び安全性観点からの両方から問題であるとしてますます認知されている。

米国特許出願公開第２０１５／０３６０８５３Ａ１号明細書は、充填カラムを介し発泡性液体及び加圧ガスを供給することによりマイクロ発泡体を生成する方法を開示する。しかし、充填カラムは、衛生問題を起こすデッドゾーンを生成し得るので不都合である。

本発明は、発泡性液体及び加圧ガスを入口内へ単に導入することにより、マイクロ発泡体を供給するということが分かった空間的振動流路を含む新規な幾何学形状を利用する。適切な条件下で、マイクロ発泡体は、振動流路内で生成され、流路の出口から出る。

第１の態様では、本発明はマイクロ発泡体を生成するための装置に関する。本装置は、入口及び出口を有する流路と、入口に流れ込むように配置された発泡性液体及び加圧ガスの源とを含み、流路は振動流れ方向を提供するために空間的振動流路から構成され、空間的振動流路はバルク流れ方向を中心として振動し、空間的振動流路は、流れ方向に垂直な一系列の平面断面であって、当該面内のバルク流れ方向に垂直な副系列の平面断面を含む平面断面を提供し、副系列は、副系列内の少なくとも１つの他の面と重畳しない少なくとも１つの面を含む。

第２の態様では、本発明はマイクロ発泡体を生成する方法であって、入口及び出口を有する流路を含む装置を採用する方法に関する。本方法は、加圧下でガス及び発泡性液体を流路の入口内へ供給する工程を含み、流路は振動流れ方向を提供するために空間的振動流路から構成され、空間的振動流路はバルク流れ方向を中心として振動し、空間的振動流路は、流れ方向に垂直な一系列の平面断面を提供し、当該面内のバルク流れ方向に垂直な副系列の平面断面を含み、副系列は副系列内の少なくとも１つの他の面と重畳しない少なくとも１つの面を含む。

したがって、空間的振動幾何学形状を採用することにより、そして適切な供給圧力下で、発泡性液体及びガスはマイクロ発泡体を形成する。これは、空間的振動流路が振動のおかげでマイクロ発泡体を生成する特別な剪断環境を提供するためだと思われる。

所与のマイクロ発泡体に関して、特定範囲のガス対液体比が実現される必要がある。これは、当業者にとって周知の方法を使用してガス及び液体の源圧力及び／又は流路の抵抗をそれぞれ変更することにより容易に取得され得る。

したがって、空間的振動流路は、静的であるが、バルク流れ方向を中心として方向を連続的に変更する流れ方向を提供するために空間内で振動する。

本装置及び方法は、可動部品を含まないので、比較的安価に且つほぼ任意のスケールで作製され得る。これにより、本装置及び方法が小規模分注用途から工業用途まで使用され得るようにする。

本発明の文脈では、２つの面は、他の面を通る当該の１つの面に垂直な線が存在しなければ「重畳しない」。

流路は、空間的振動流路が振動するバルク流れ方向を含む。バルク流れ方向は、振動が存在しなければ流路の一般的流れ方向であると考えられ得る。したがって、空間的振動流路は方向を連続的に変更し（一般的にはバルク流れ方向のいずれかの側へ）、これはマイクロ発泡体の生成に必須であると思われる。曲率に関わるがバルク流れ方向を中心として空間的に振動しない円弧、螺旋（ｈｅｌｉｘ及びｓｐｉｒａｌ）などの幾何学形状は、マイクロ発泡体を自身で生成しない。これは、幾何学形状がバルク流れ方向を中心とする方向の変化に関与しないからである。

空間的振動流路は、バルク流れ方向を中心として振動するということを仮定すれば、定期的反復パターンを含んでもよく、又は空間的振動流路はランダム要素若しくは不規則寸法を含んでもよい。

振動流路の断面は、任意の幾何学形状をとり得るが、通常は、矩形、円形、卵形、菱形などの規則的形状である。

空間的振動流路は入口と出口との間に単一流路を含む。これは、気体と液体とが出口に到達するまで単一流路に沿って共に入口流路に入るということを意味する。

これは、空間的振動流路がいかなる分岐及び再合体も無い単一流路であるということを意味する。入口及び出口を有する単一振動流路は、実際に接合部を含む装置に優る利点を提供する。例えば、単一振動流路はデッドゾーンの出現を最小化又は防止する。

しかし、この単一流路は、液体及び／又は気体を単一流路内に導入する追加入口を含み得る。加えて、単一流路は、流れの一部が出口のうちの１つを介し装置を離れる前に分岐するように追加出口を含み得る。しかし、流れがこのようにして分岐すれば、分岐された流体同士は、下流で再合流されず、出口を介し装置から容易に離れる。このようにして、単一方向流路の利点は、２つ以上の入口及び出口の潜在的存在にもかかわらず本装置において維持される。

しかし、所望によりスループットを増加するために複数の単一空間的振動流路が並列にグループに纏められ得る。

空間的振動流路の平均断面積を０．５〜５ｍｍ^２となるようにすることが良好な結果を与えるということが分かった。

好適には、副系列は、それに隣接する副系列内の２つの面のいずれとも重畳しない少なくとも１つの面を含む。

好ましい実施態様では、副系列内の少なくとも１０個、好適には少なくとも２０個、より好適には少なくとも４０個の面は、それらに隣接する副系列内の２つの面のいずれとも重畳しない。しかし、一定数を越えると、生成された発泡体の品質における収穫逓減があるということが分かった。したがって、それらに隣接する副系列内の２つの面のいずれとも重畳しない副系列内には１０００個未満、好適には２００個未満、より好適には１００個未満の面が存在することが好ましい。

副系列内の面のほぼすべてがそれらに隣接する副系列内の２つの面のいずれとも重畳しないことが好ましい。

先行請求項のいずれか一項に記載の方法又は装置では、副系列内の面同士間の平均距離は０．５〜２０ｍｍである。

ガスは、空気、窒素、炭化水素、二酸化炭素、一酸化二窒素、又は実際には、ユーザがマイクロ発泡体の気泡中に取り込むことを望み得るそれらの気相状態の任意の化合物又は化合物の混合物を含み得る。

マイクロ発泡体は、限定しないが石鹸ベース発泡体、ひげ剃り用クリーム、スキンクリーム、日焼け止め、コーヒークリーム及びミルク発泡体、頭髪用化粧品、表面洗浄調合物、ホイップクリーム、乳製品発泡体（アイスクリームを含む）、料理用発泡体、ベーカリ及び菓子製品、断熱材及び防音材、建築材料、軽量パッケージ及び空間充填材を含む広範囲な工業、商業、家庭、及び医療用途に適切となる多くの特徴を有する。好適なマイクロ発泡体は乳製品（例えばミルク及び／又はクリーム又は合成等価物）に基づく。

マイクロ発泡体はまた、大きな気体／液体界面面積が有益であり得る処理において（例えばガス洗浄などの気体／液体分離処理において又は燃料電池内で発生するものなどの気体／液体反応処理において）有用である。

本装置は、プラスチック（例えばポリプロピレン、ＰＥＴ、ポリエチレン、ＡＢＳ、ナイロン、ＰＬＡ、ＰＶＣ、テフロン（登録商標）、アクリル、ポリスチレン、ＰＥＥＫなど）、金属、ガラス、操作された繊維行列を含む広範囲の材料、又は適切な形状に成型され、粉砕され、印刷され、鋳造され、機械加工され、焼結され、エッチングされ、彫られ、鍛造され、吹き出され、打ち抜かれ、スタンプされ、電子ビーム機械加工され、レーザ切断され、積層され、及び形成され得る任意の他の材料から形成され得る。

極低コスト使い捨て（又は恐らく単一回使用）装置が必要とされる場合、プラスチックのうちの多くは、低コストであるのでより好ましい可能性があり、再利用可能であり得、射出成形などの大量生産方法に好適であり得る。再使用可能装置は、他の用途（例えば小売りコーヒー自動販売機内のミルク発泡モジュール又は発泡性食品製品を製造する処理ライン）において必要とされ得る。このような場合、金属、セラミック、又はガラス（恐らく周囲の構造により支持された）は、化学及び機械的洗浄、熱処理、蒸気洗浄、高圧蒸気殺菌及び一体化に対してより耐性があるのでより適切であり得る。

本発明は、マイクロ発泡体の低体積流量から中体積流量の生成のための単一幾何学的流路として使用され得る、又は、多くの発泡器ユニットが、工業及び製造用途により適したより高体積流量をより実現するために並列で実行され得る。

好ましい一実施態様では、本装置は、開閉可能出口を含む加圧された容器であって、加圧下の発泡性液体及びガスを含む加圧された容器を含み、本装置は、その出口が装置の開閉可能出口へ結合された空間的振動流路の入口へ発泡性液体及びガスを配送するように配置され、その結果、開閉可能出口が開かれると、容器内の圧力と出口における圧力との圧力差が発泡性液体及びガスを入口へ駆動するのに十分となり、これによりマイクロ発泡体を生成し、マイクロ発泡体は出口から出て、次には装置の開閉可能出口から出るようになる。

次に本発明について以下の図を参照して説明する。

例におけるマイクロ発泡体を生成するために使用される装置の概略図である。 本発明による装置により生成されたマイクロ発泡体の画像である。 本発明に入らない振動流路を含むジグザグ型装置の平面図である。 本発明に入らない振動流路を含む切り欠き型装置の平面図である。 本発明による振動流路を含む曲がりくねった装置の平面図である。 本発明による振動流路を含む切り欠き型装置の平面図である。 本発明による振動流路を含む装置の斜視図である。 マイクロ発泡体を配送するための本発明による装置の側断面図である。 図８に示す装置の変形形態の側断面図であり、蓋アセンブリだけを示す。 マイクロ発泡体を配送するための第２の本発明による装置の側断面図である。

実施例
添付図面に移ると、図１は実験用リグの図を示す。コンプレッサ１２が、２．５ｍｍのＩＤ管１３を介し加圧空気をＴコネクタ１４へ供給するために使用された。Ｔコネクタ１４は、界面活性剤装填液体を含む容器１５（液体容器）及びガスだけを含む容器１６（ガス容器）へ加圧空気を供給する。管（２．５ｍｍのＩＤ）は両容器の出口を第２のＴコネクタ１７へ接続し、Ｔコネクタ１７は次に（２．５ｍｍのＩＤ管を介し）マイクロ発泡体生成装置１８へ接続された。液体容器は、コンプレッサへ接続された管が液体容器のヘッドスペース内に供給するように、そしてマイクロ発泡体生成装置へ至る管が液体ラインの下の液体容器へ接続されるように配向される。図１では、コネクタ１７は、Ｔコネクタであるが、（好適には、マイクロ発泡体生成装置に至るガス／液体導管にわたる間欠的パケットとして）正しいガス／液体比を提供するＹコネクタ又は他の幾何学形状コネクタである。

本明細書に例示される３つのクラスの幾何学形状（ジグザグ、切り欠き、及び曲がりくねった）のそれぞれは、ＰＬＡから３Ｄプリンタ上に印刷され、そして圧力を含むようにプラスチックケース内に含まれた。管は、マイクロ発泡体生成装置の入口ポートに至るクイックフィット（ｑｕｉｃｋ−ｆｉｔ）を介しケースへ接続された。液体及びガスの流量が調整され得るように、ニードル弁１９が、圧力容器の出口とマイクロ発泡体生成装置に至るＴコネクタの入口との間のラインに設置された。

コンプレッサがスイッチオンされると、ガス容器と液体容器のヘッドスペースとは加圧され、これによりガスをガス容器からニードル弁を通って第２のＴコネクタ内へ流出させ、液体をニードル弁を通って液体容器から第２のＴコネクタ内へ流出させる。第２のＴコネクタでは、ガスと液体はマイクロ発泡体生成装置を通って押し出された気体／液体混合物へ合成された。ニードル弁は、一定範囲の様々な流量のガス及び液体をマイクロ発泡体生成装置へ供給するように調整された。マイクロ発泡体が実現された場合、空気対ガス比は、一定範囲の液体対ガス比を有するマイクロ発泡体を生成して、流体状の湿った発泡体から極硬い乾いた発泡体までの範囲の質感を有する製品を生成するために変更される可能性がある。最大空気含有値は以下の例において報告される。

１ｃｐの粘度を有する発泡性流体のマイクロ発泡体を生成するために、見掛け液体速度は、好適には５００〜７５０ｍｍ／ｓの範囲内であり（ほとんどのデータはこの範囲内である）、次に最も好適には２５０〜１５００ｍｍ／ｓの範囲内である（データのすべてはこの範囲内である）、ということが分かった。

より高い粘度（５〜５０ｃＰ）を有するマイクロ発泡体を生成するために、見掛け液体速度は、好適には５００〜２０００ｍｍ／ｓの範囲内であり（ほとんどのデータはこの範囲内であった）、次に最も好適には５００〜２５００ｍｍ／ｓの範囲内であった（データのすべてはこの範囲内であった）。見掛け液体速度＝（発泡性流体の体積流量）／（流路内の最小断面積）。

試験された液体の粘度は次の通りだった：Ｆａｉｒｙ（登録商標）液体（１０パーツ水中に１パーツ希釈）：１ｃｐ、スキムミルク（＜０．３％油脂）：５ｃｐ、ホイップクリーム（３９．８％油脂）：５０ｃｐ。
各発泡体は、主にラウリル硫酸ナトリウムである英国において入手可能な食器用洗剤である希釈Ｆａｉｒｙ（登録商標）液体（１パーツＦａｉｒｙ（登録商標）液体：１０パーツ水）により２５°Ｃにおいて試験された。コンプレッサ圧力は５バールに設定された。いずれの場合も、最終マイクロ発泡体内に含まれる空気相体積は＞９５％であった。マイクロ発泡体が生成された試験条件及び例が表１に記録される。

選択数の幾何学形状に関して、実施例は冷却された（５℃）スキムミルク（約１％の油脂含有量）により繰り返された。当初、コンプレッサ圧力は５バールに設定されたが、これは、いかなるマイクロ発泡体も生成されなければ８バールで繰り返された。この結果が表２に示される。

選択数の幾何学形状に関して、実施例は冷却された（４℃）ホイップクリーム（３８％の油脂含有量）により繰り返された。当初、コンプレッサ圧力は５バールに設定されたが、これは、いかなるマイクロ発泡体も生成されなければ８バールで繰り返された。この結果が表３に示される。

乳製品（スキムミルク、クリーム）の場合、製品温度に関係する性能を悪化させるマイクロ発泡体の依存性があった。７℃あたりで、ミルク及びクリームの発泡性及びマイクロ発泡体安定性は乳製品の文献の他の箇所の観察と一致して劣化するように見えた。

マイクロ発泡体が生成された場合、測定結果は、液体流量とマイクロ発泡体内の気相容積とからなる。切り欠き型発泡器により生成された希釈Ｆａｉｒｙ（登録商標）液体マイクロ発泡体の試料がペトリ皿内に収集された。ペトリ皿はひっくり返され、顕微鏡画像が上から撮影された（ガラスを通して）。画像は試料が収集されて３秒内に撮影された。この顕微鏡画像が図２に示される。顕微鏡画像は気泡サイズ分布に変換され、気泡サイズ分布は平均３９．２マイクロメートルと２５．２１マイクロメートルの標準偏差とを有するということが分かった。

表１では、切り欠き型、ジグザグ型、及び曲がりくねった発泡器がまた希釈Ｆａｉｒｙ（登録商標）液体からマイクロ発泡体を生成することができるということが分かる。

切り欠き型発泡器もまた、非常に微細且つ一様な泡構造（２５．２１マイクロメートルの標準偏差を有する３９．２マイクロメートルの平均気泡サイズ）を生成することができるということを証明した。合計３５４個の気泡のサイズがこれらの統計を生成するために評価された。

表２、３では、切り欠き型、ジグザグ型、及び曲がりくねった発泡器は冷却されたスキムミルク及びホイップクリームからマイクロ発泡体を生成することができたということが分かる。切り欠き型発泡器の場合、ホイップクリームの最大空気含有量は機械的ホイップにより実現可能な最大空気含有量に近い５８％だった。

発泡器試験幾何学形状の命名法
試験の大部分は３つの発泡器幾何学形状（ジグザグ型、切り欠き型、及び曲がりくねった）の変形形態に対して行われた。表内に記述された発泡器幾何学形状は、発泡器が簡潔且つ明確に参照され得るように導入された。

１）ジグザグ型発泡器：（紙面に垂直方向に測定された）幅「ｗｚ」及び深さ「ｄｚ」の矩形流路からなる。ジグザグ形状流路は図３に示すように三角柱（二等辺三角形状基部を有する）を流路中に拡張することにより生成される。角柱は流路中に距離「ｅｚ」だけ拡張し、隣接頂点同士間の距離は「ｓｚ」で表される。三角形の同一面同士の間の角度は「ａｔ」度で表され、発泡器内に含まれる三角形の総数は「ｎｔ」で表される。命名法Ｚ（ｗｚ、ｄｚ、ｅｚ、ａｚ、ｓｚ、ｎｚ）は、発泡器が上に規定したようなパラメータを有するジグザグ幾何学形状を有するということを表すことになる。

２）切り欠き型発泡器：（紙面に垂直な方向に測定された）幅「ｗｎ」及び深さ「ｄｎ」の矩形流路からなる。規則的に離間された切り欠き（直角柱）は、図４に以下に示されるように交互配置において両側から距離「ｅｎ」だけ流路中へ拡張する。切り欠きの広さは「ｂｎ」であり、切り欠き間の間隔は「ｓｎ」であり、幾何学形状の切り欠きの総数は「ｎｎ」である。これらのパラメータは図４に示される。命名法Ｎ（ｗｎ、ｄｎ、ｅｎ、ｂｎ、ｓｎ、ｎｎ）は、発泡器が上に規定したようなパラメータを有する切り欠き幾何学形状を有するということを表すことになる。

３）曲がりくねった発泡器：湾曲流路は、半径「ｒｉ」及び「ｒｏ」並びに高さ「ｄｓ」の２つの同心円筒間の「ａｓ」度の円弧により掃引される領域として定義された。曲がりくねった発泡器は、図５に示すように総数「ｎｓ」個の流路を一緒に接続することにより生成された。命名法Ｓ（ｒｏ、ｒｉ、ｄｓ、ａｓ、ｎｓ）は、発泡器が上に規定されたようなパラメータを有する曲がりくねった幾何学形状を有するということを表すことになる。

本発明の範囲に入らないジグザグ幾何学形状の例が、可変矩形断面を全体的に有するとともに、矢印２２により示されるバルク流れ方向を中心として空間的に振動する振動流路２０の平面図を示す図３に示される。バルク流れ方向に対し垂直である副系列の多くの平面断面２４、２６、２８が存在するということに注意されたい。しかし、副系列内の面２６は面２４及び２８と重畳し、したがって本発明の範囲に入らないということにも注意する必要があるだろう。それにもかかわらず、パラメータｅｚが増加されれば、幾何学形状は、面２６が面２４又は２８と最早重畳しない場合に本発明の範囲に入る可能性がある。

本発明の範囲に入らない切り欠き幾何学形状の例が図４に示され、ほぼ一定の矩形断面を全体的に有するとともに、矢印３２により示されるバルク流れ方向を中心として空間的に振動する振動流路３０の平面図を示す。バルク流れ方向に対し垂直である副系列の多くの平面断面３４、３６、３８が存在するということに注意されたい。しかし、副系列内の面３６は面３４及び３８と重畳し、したがって本発明の範囲に入らないということにも注意する必要があるだろう。それにもかかわらず、パラメータｅｎがｗｎ／２より大きくなるように増加されれば、幾何学形状は面３６が面３４又は３８と最早重畳しない場合に本発明の範囲に入るであろう。

本発明の範囲に入る曲がりくねった幾何学形状の例が図５に示され、ほぼ一定の矩形断面を全体的に有するとともに、矢印４２により示されるバルク流れ方向を中心として空間的に振動する振動流路４０の平面図を示す。バルク流れ方向に対し垂直である副系列の多くの平面断面４４、４６、４８が存在するということに注意されたい。副系列内の面４６は面４４及び４８と重畳せず、したがって本発明の範囲に入るということにも注意されたい。

本発明の範囲に入る切り欠き幾何学形状の例が図６に示され、矩形断面を全体的に有するとともに、矢印５２により示されるバルク流れ方向を中心として空間的に振動する振動流路５０の平面図を示す。バルク流れ方向に対し垂直である副系列の多くの平面断面５４、５６、５８が存在するということに注意されたい。副系列内の面５６は面５４及び５８と重畳せず、したがって本発明の範囲に入るということにも注意されたい。

２次元で空間的に振動する幾何学形状の例が図７に示され、ほぼ一定の矩形断面を全体的に有するとともに、矢印６２により示されるバルク流れ方向を中心として空間的に振動する振動流路６０を有する。バルク流れ方向に対し垂直である副系列の多くの平面断面６４、６６、６８が存在するということに注意されたい。副系列内の面６６は面６４及び６８と重畳せず、したがって本発明の範囲に入るということにも注意されたい。

図８及び１０は加圧された容器を含むマイクロ発泡体生成装置の２つの異なる実施形態を示す。これらの装置は、本明細書で述べたように使い捨て可能であり任意のガスを含む可能性があるが、再充填可能且つ補充可能なエアロゾルである。

図８の再充填可能且つ補充可能なエアロゾルの第１の実施形態は、発泡性流体１０１を保持するための保持容器１０４、圧縮ガスのヘッドスペース１０２、及びガス導管１０８を有するマイクロ発泡部１０５を含む。加えて、一方向弁１１６を有する加圧ガス充填口１１５、並びにマイクロ発泡体の制御及び分注のための手動弁ばねアセンブリ１１７、１１８及びノズル１１９を取り込むシール１１１を有するねじ込み式蓋アセンブリ１１２、１１３が存在する。

エアロゾル装置は最初に、大気圧１０３において発泡性流体により充填される。次に、蓋アセンブリ１１２は、連結ネジ山１１３、圧縮可能シール１１１、及び蓋の流路１１５、１２１内の閉じられた弁１１６、１１８を介し外気から容器内容物を密閉する保持容器１０４へ取り付けられる。装置のヘッドスペース１０２は、高圧ガスコネクタ１１４を所望ガスの外部充填供給源へ接続することを介し要求レベルまで加圧される。ガスの充填供給源は、空気ポンプ、ガスコンプレッサ、加圧ガスヘッダタンク、加圧ガスシリンダ、及び小容積加圧ガスバルブにより提供され得る。充填ガスは、装置１１６内へのガスを許容するが装置１１６内からのガスを許容しない一方向弁を通過する。次に、ガス流は充填ガス／マイクロ発泡体流路接合部１５６を介し保持容器１０４に入り、次にマイクロ発泡装置１０５内の流路１０６を通る。発泡部１０６のマイクロ発泡体流路１２１と空間的振動流路とを充填ガスの共通導管として使用することは、加圧ガス流れが発泡性流体からの乾燥又は融合材料からの閉塞の流路又は汚染からの閉塞の流路をバックフラッシュ（ｂａｃｋ−ｆｌｕｓｈ）するという利点を有する。所望ガス圧力が保持容器１０４内で得られると、外部ガス供給源は高圧ガスコネクタ１１４から切り離され得る。次に、発泡性液体１０１のマイクロ発泡体が、手動弁１１７を開くことにより生成される。弁１１７及びその戻しバネ１１８は、レバー、引き金及びボタン（図示せず）などの当該技術分野において知られた多くの手段により作動され得る。また、弁１１７に対する戻しバネ１１８の位置は、手動設計の選択に応じて変化し得る。弁１１７を開くことで、保持容器１０４内の加圧系の圧力解放を許容する。圧力解放は、発泡性流体１０１が発泡装置流体入口１０７に流入することと、加圧ガスが、発泡性液体レベルとは無縁のガスヘッドスペース内に位置するガス導管１０８の入口１１０に流入することとを生じる。ガス導管１０８の加圧ガスの流れ及び入口１０７からの発泡性液体の流れはガス／液体接合部１０９で出合い、ここでガスは液体流れに取り込まれる。次に、マイクロ発泡体は、二相流体流れがマイクロ発泡装置１０５内の振動流路１０６を通過するにつれて生成される。次に、マイクロ発泡体は、マイクロ発泡体流路１２２及び開放弁１１７を通ってマイクロ発泡装置１０５から流れ出る。マイクロ発泡体は最後にノズル１１９を通って装置１２０から出る。マイクロ発泡体生成は、手動器（レバー、引き金又はボタン）が解放され、弁戻しバネ１１８が弁１１７を閉じて装置内の系圧力を等しくすると停止する。

このエアロゾル装置は、高圧ガスコネクタ１１４を介し密閉装置を外部充填ガス供給源へ接続することにより、使用中いつでもガスにより再充填され得る。発泡性流体によりエアロゾルを補充するために、残留ガス圧力は弁１１７の手動により解放される。エアロゾルが大気圧１０３に等しくされると、手動器は弁１１７を閉じることにより解放され、蓋は、発泡性流体により装置を補充するために安全に除去され得る。

図８に示された再充填可能且つ補充可能エアロゾル実施形態の変形形態が図９に見られる。図９は、装置全体のうちの螺合された蓋アセンブリ１２４、１２５だけを示す。この変形形態では、加圧ガス充填口１２７からの充填ガス流れは、一方向弁１２８を通過し、次に、充填ガスマイクロ発泡体流路接合部１５６を介したマイクロ発泡体流路１３４への接続無しに、充填ガス出口１３３を通って、シール１２３内の別の開口を通って圧縮ガスヘッドスペース１０２内へ直接入る。蓋アセンブリ１２５のすべての他の態様；すなわちクイックリリース高圧ガスコネクタ１２６、手動弁及び戻しバネ１３０、１２９、ノズル１３１、ガス導管（図示せず）を有するマイクロ発泡部１２２、及びマイクロ発泡体出口流れ１３２は、図８に関して説明した通りである。このような変形形態は、発泡性流体がマイクロ発泡に先立って前剪断及びガス化を受けることが望ましくない系に有利であり得る。

マイクロ発泡体の生成及び分注のための再充填可能且つ補充可能なエアロゾルの第２の実施形態が図１０に示される。この実施形態は、発泡性流体１３４、圧縮ガスのヘッドスペース１３５、及びガス導管１４１を有する浸漬管１５４を保持するための保持容器１３７を含む。加えて、一方向弁１４９を有する加圧ガス充填口１４８、手動弁バネアセンブリ１５０、１５１、及びマイクロ発泡部１３８を収容するノズル１５２を取り込むシール１４４を有するねじ込み式蓋アセンブリ１４５、１４６が存在する。マイクロ発泡部１３８は、ノズルへ一体化されてもよいが、洗浄、置換、又は異なる設計のマイクロ発泡部との交換を可能にするために脱着可能であってもよい。エアロゾル装置は最初に、大気圧１３６において発泡性流体により充填される。次に、蓋アセンブリ１４５は、連結ネジ山１４６、圧縮可能シール１４４、及び蓋の流路１４８、１４５内の閉じられた弁１４９、１５０を介し外気から容器内容物を密閉する保持容器１３７へ取り付けられる。装置のヘッドスペース１３５は、高圧ガスコネクタ１４７を所望ガスの外部充填供給源へ接続することを介し要求レベルまで加圧される。第１のエアロゾル実施形態に関し、ガスの充填供給源は、空気ポンプ、ガスコンプレッサ、加圧ガスヘッダタンク、加圧ガスシリンダ、及び小容積加圧ガスバルブにより提供され得る。充填ガスは、一方向弁１４９を通過し、充填ガス浸漬管接合部１５５を介し保持容器１３７内に入り、次に浸漬管１５４及びガス導管１４１を通り、そして浸漬管入口１４０及びガス導管入口１４３から出る。所望ガス圧力が保持容器１３７内で得られると、外部ガス供給源は高圧ガスコネクタ１４７から切り離され得る。次に、発泡性液体１３４のマイクロ発泡体は手動弁１５０を開くことにより生成される。弁１５０及びその戻しバネ１５１は、レバー、引き金及びボタン（図示せず）などの当該技術分野において知られた多くの手段により作動され得る。また、弁１５０に対する戻しバネ１５１の位置は手動設計の選択に応じて変化し得る。弁１５０を開くことで、保持容器１３７内の加圧系の圧力解放を許容する。圧力解放は、発泡性流体１３４が浸漬管入口１４０に流入することと、加圧ガスが、発泡性液体レベルとは無縁のガスヘッドスペース内に位置するガス導管１４１の入口１４３に流入することとを生じる。ガス導管１４１内の加圧ガスの流れと浸漬管入口１４０内の加圧ガスの流れとは、ガス／液体接合部１４２で出合い、ここでガスは液体流れに取り込まれる。二相流体流れは、浸漬管１５４及び開放弁１５０を通過し、次に、蓋アセンブリ１４５のノズル１５２内に位置するマイクロ発泡部１３８の振動流路１３９へ入る。生成されたマイクロ発泡体は最後に、端マイクロ発泡部１５３から流れ出て、使用のために分注される。マイクロ発泡体生成は、手動器（レバー、引き金又はボタン）が解放され、弁戻しバネ１５１が弁１５０を閉じて装置内の系圧力を等しくすると停止する。

図１０の再充填可能且つ補充可能エアロゾル装置は、高圧ガスコネクタ１４７を介し密閉装置を外部充填ガス供給源へ接続することにより、使用中いつでもガスにより再充填され得る。発泡性流体によりエアロゾルを補充するために、残留ガス圧力は弁１５０の手動により解放される。エアロゾルが大気圧１３６に等しくなると、手動器は弁１５０を閉じることにより解放され、蓋は、発泡性流体により装置を補充するために安全に除去され得る。

図１０のエアロゾル装置の変形形態は図９に説明された充填ガス流路の変更と整合され得る。この第２の実施形態（図１０）の場合、クイックリリース高圧ガスコネクタ１４７からの充填ガス流れは、専用充填ガス出口を通って加圧型ヘッドスペース１３５へ直接入るが、充填ガス／浸漬管接合部１５５を介し浸漬管１５４を通って流入しない。再び、この設計は、発泡性流体がマイクロ発泡に先立って前剪断及びガス化を受けることが望ましくない系に有利である。

代替的に、図８及び１０に示すエアロゾル実施形態は、開位置の手動弁を有するノズルを介し発泡性流体により充填され得、蓋アセンブリを取り外し交換する必要性を無くす。

図示しないが、図８、９及び１０では、圧力解放弁は、過剰加圧を防止するために保持容器（図８の１０４、図１０の１３７）又は蓋アセンブリ（図８の１１２、図９の１２５、及び図１０の１４５）に取り込まれてもよく、発泡性流体による補充に先立って系を減圧するために追加的に使用されてもよい。

本発明の別の実施形態は補充不能且つ充填不能エアロゾルである。ここでは、図８に描写された発泡部１０５及び図１０に描写された発泡部１３８は、単一手動弁アセンブリを有する圧着密閉エアロゾル内の同様なそれぞれの位置を取るだろう。このようなエアロゾルは、圧着密閉蓋アセンブリの適用に先立って発泡性流体により充填されてもよく、又は圧着密封蓋アセンブリの適用後に手動弁を介し発泡性流体により充填されてもよい。エアロゾルは、手動弁アセンブリを介し加圧型充填ガスにより充填することにより加圧されるだろう。

代替的に、図１０に示す配置は、浸漬管１５４、ガス導管１４１、及び発泡性液体１３４を含むバッグを含む可能性がある。発泡器は依然として、図１０に示すようにノズルに組み込まれるだろう。

本発明の別の実施形態は、耐久性又は半耐久性発泡体分注装置に使用される発泡性流体のための機能的パッケージである。この機能的パッケージは、使い捨て可能であり、より好適には再利用可能である。このような機能的パッケージの例が図１１に示される。パッケージは、液体注入口１５８、振動流路１５９、及びマイクロ発泡体出口１６０により形成される単一連続的流路を有する浸漬管１５７を有する密封発泡器アセンブリ１５６を含む。密封発泡器アセンブリは、ガス／液体混合接合部１６４を形成するために液体注入口流路１６３と交差するガス入口１６２を有する備え付けガス導管１６１を有する。ガス導管１６１は、図示のように浸漬管１５７へ取り付けられてもよいが、単一簡潔構造（図示せず）を形成するために浸漬管１５７に組み込まれてもよい。密封発泡器アセンブリ１５６はまた、耐久性又は半耐久性発泡体分注装置（図１２）により高圧シールを形成することができるシールフランジ１６５を有する。密封発泡器アセンブリ１５６へ取り付けられるのは液体保持容器１６６である。液体保持容器１６６は、密閉発泡器アセンブリ１５６により完全な密閉を形成するようなやり方で取り付けられ、漏れない液体容器として働く。液体保持容器１６６は、剛性であり、任意の適切な材料で作られてもよいが、可撓性パウチ（好適にはバリヤ性プラスチック又はプラスチック／金属ラミネートから形成される）であってもよい。液体保持容器１６６は、発泡性流体１６７を含み、密閉発泡器アセンブリ１５６の浸漬管１５７とガス導管１６１とを取り囲む。発泡性流体１６７は、液体保持容器内の継ぎ目などの開口を通してマイクロ発泡体出口１６０を介し液体保持容器１６６中に導入され得る。液体保持容器１６６は、充填後に密閉される、すなわち液体保持容器の壁に組み込まれたポート又は弁（図示せず）を介し密閉される。発泡性流体１６７は、ヘッドスペース１６２内にいかなるガスも存在しないか、又は大気圧以下の所望ガス若しくは混合ガスのヘッドスペース１６２が存在するかのいずれかのやり方で液体保持容器１６６内に充填されることになる。パッケージはまた、漏れを防止する、汚染から発泡性流体を保護する、そして所望ヘッドスペース状態を保持するためにマイクロ発泡体出口１６０へ適用される着脱可能又は脆弱シール（図示せず）を有し得る。可撓性パウチから形成されれば、液体保持容器１６６は、貯蔵のための空間を低減するとともに、耐久性発泡体分注装置（図１２）内への挿入を容易にするようなやり方で巻かれてもよく、又は折り畳まれてもよい。折り畳まれた又は巻かれた流体保持装置は追加的に、プラスチック、金属箔、紙、カード、又は安定性のためのそして発泡体分注装置内への挿入を支援するための他の好適な材料で作られた着脱可能又は脆弱カバーにより袖を付けられ得る。

図１１に示す例示的機能的パッケージの実施形態は、図１２に示す耐久性発泡体分注装置に使用されるように設計される。使用する前に、いかなる着脱可能シール又は二次的パッケージも、機能的パッケージ１６８から除去され得、次に、発泡体生成装置の保持容器１６９内に挿入される。保持容器は、圧力シールを提供するために機能的パッケージのシールフランジ１７１との界面にＯリング又はガスケット１７０を有し得る。代替的に、機能的パッケージ１６８のシールフランジ１７１は、それ自身のＯリング若しくはガスケットを取り込んでもよく、又は圧縮下で圧力シールを形成するために好適な準拠材料から形成されてもよい。蓋アセンブリ１７２は、ねじ山１７３又は他の好適な機構を介し保持容器１６９へ固定され、装置流路を外気から密閉する。蓋アセンブリは、一方向弁１７５を有する加圧ガス充填口１７４、手動弁バネアセンブリ１７６、１７７、及び分注ノズル１７８を取り込む。本装置は、加圧ガス充填口１７４を介し、必要とされるガス又は混合ガスにより所望圧力まで充填される。加圧ガス供給源は、空気ポンプ、ガスコンプレッサ、加圧ガスシリンダ、又は小容積加圧ガスバルブにより提供され得る。発泡体分注装置を充填する際、充填ガスは、機能的パッケージ浸漬管１８０の振動流路１７９を通過し、液体注入口１８２及びガス導管のガス入口１８３を介し液体保持容器１８１内に出る。液体保持容器１８１（可撓性パウチであれば）は、装置の保持容器１６９の容積以上の膨張された容積を有する。液体保持容器１８１が剛性であれば、液体保持容器１８１は、保持容器に嵌る最大容積を許容する容積を有し得る、又は、保持容器の容積がより小さければ高圧を保持することができ得る。機能的パッケージ１６８のヘッドスペース１８９内で所望ガス圧力に到達されると、外部ガス供給源は高圧ガス充填口１７４から切り離され得る。

次に、手動弁１７６を開くことにより発泡性流体１８４のマイクロ発泡体が生成される。弁１７６及びその戻しバネ１７７は、レバー、引き金及びボタン（図示せず）などの当該技術分野において知られた多くの手段により作動され得る。また、弁１７６に対する戻しバネ１７７の位置は、手動設計の選択に応じて変化し得る。弁１７６を開くことで、保持容器１６９内の加圧液体保持容器１８１の圧力解放を許容する。圧力解放は、発泡性流体１８４が流体入口１８２を介し浸漬管１８０に流入することと、加圧ガスがガス導管１８５の入口１８３（発泡性液体レベルを越えるガスヘッドスペース内に位置する）に流入することとを生じる。ガス導管１８５内の加圧ガスの流れと浸漬管入口１８２内の加圧ガスの流れとはガス／液体接合部１８６で出合い、ここでガスは液体流れに取り込まれる。二相流体流れは浸漬管１７９内の振動流路１７８を通過し、ここでマイクロ発泡体へ変換される。次に、マイクロ発泡体は、蓋マイクロ発泡体流路１８７及び開放弁１７６を通って機能的パッケージ１６８から流れ出る。マイクロ発泡体は最後にノズル１７８を通って装置１８８から出る。マイクロ発泡体生成は、手動器（レバー、引き金又はボタン）が解放され、弁戻しバネ１７７が弁１７６を閉じて装置内の系圧力を等しくすると停止する。

この装置は、高圧ガスコネクタ１７４を介し密閉装置を外部充填ガス供給源へ接続することにより、使用中いつでもガスにより再充填され得る。機能的パッケージ１６８内の発泡性流体１８４が費やされると、残留ガス圧力は弁１７６の手動により解放される。装置が大気圧に等しくなると、手動器は弁１７６を閉じることにより解放され、蓋はその後安全に除去され得る。次に、機能的パッケージ１６８は保持容器１６９から除去され、廃棄又は再利用される。新しい機能的パッケージ１６８が保持容器内に挿入され、この過程は繰り返される。

Claims (14)

1. マイクロ発泡体を生成するための装置であって、前記装置は、入口及び出口を有する流路と、前記入口に流れ込むように配置された発泡性液体及び加圧ガスの源と、を含み、
   前記流路は振動流れ方向を提供するために空間的振動流路から構成され、
   前記空間的振動流路はバルク流れ方向を中心として振動し、
   前記空間的振動流路は、前記流れ方向に垂直な一系列の平面断面であって当該面内の前記バルク流れ方向に垂直な副系列の平面断面を含む平面断面を提供し、
   前記副系列は、前記副系列内の少なくとも１つの他の面と重畳しない少なくとも１つの面を含む、装置。
2. マイクロ発泡体を生成する方法であって、前記方法は、入口及び出口を有する流路を含む装置を採用し、
   前記方法は、ガス及び発泡性液体を加圧下で前記流路の前記入口内へ供給する工程を含み、
   前記流路は振動流れ方向を提供するために空間的振動流路から構成され、
   前記空間的振動流路はバルク流れ方向を中心として振動し、
   前記空間的振動流路は、前記流れ方向に垂直な一系列の平面断面であって当該面内の前記バルク流れ方向に垂直な副系列の平面断面を含む平面断面を提供し、
   前記副系列は、前記副系列内の少なくとも１つの他の面と重畳しない少なくとも１つの面を含む、方法。
3. 前記副系列は、それに隣接する前記副系列内の前記２つの面のいずれとも重畳しない少なくとも１つの面を含む、請求項１又は２に記載の方法又は装置。
4. 前記副系列内の少なくとも１０個の面は、それらに隣接する前記副系列内前記２つの面のいずれとも重畳しない、請求項３に記載の方法又は装置。
5. 前記副系列内の前記面のほぼすべては、それらに隣接する前記副系列内の前記２つの面のいずれとも重畳しない、請求項４に記載の方法又は装置。
6. 前記空間的振動流路の平均断面積は０．５〜５ｍｍ^２である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法又は装置。
7. 空間的振動流路は流路のいかなる分岐及び再合体も無い単一流路である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法又は装置。
8. 前記副系列内の面同士間の平均距離は０．５〜２０ｍｍである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法又は装置。
9. 前記発泡性液体は乳製品又は合成等価物である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法又は装置。
10. 前記ガスは空気、窒素、炭化水素、二酸化炭素、一酸化二窒素又はそれらの混合物を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法又は装置。
11. 前記マイクロ発泡体は１００マイクロメートル未満の平均気泡直径を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法又は装置。
12. 前記空間的振動流路はプラスチックで作られる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法又は装置。
13. 前記空間的振動流路は３Ｄプリンタで作られる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法又は装置。
14. 前記装置は開閉可能出口を含む加圧容器を含み、
    前記容器は加圧下の前記発泡性液体及びガスを含み、
    前記装置は、その前記出口が前記装置の前記開閉可能出口へ結合された前記空間的振動流路の前記入口へ前記発泡性液体及びガスを配送するように配置され、
    前記開閉可能出口が開かれると、前記容器内部の圧力と前記出口における圧力との圧力差が前記発泡性液体及びガスを前記入口に駆動するのに十分となり、これによりマイクロ発泡体を生成し、前記マイクロ発泡体は前記出口及び次には前記装置の前記開閉可能出口から出るようになる、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法又は装置。

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