JPH04502441A - 流れ吐出し弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、加圧された容器からの（通常、噴霧された小滴状の）液体の流れを 制帥するための調節装置としてときどき参照される吐出流制胛装置、およびその ように流れを調節する方法に関するものである。

発明の背景 いわゆるエーロゾル（液体を調合し、噴霧するための加圧された容器）の推進剤 として、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）を継続使用することに対する抵抗を 考慮すると、池の推進剤が検討されなければならなかった。プロパン、ブタンお よびジメチルエーテルといった低沸点の気体が使用されてきたが、これらの気体 はこの特定の目的に望ましくなくする欠点を他に存している。

（通常の外界温度において液体状である）低沸点の気体を使用する利点は、これ らの液体ガスが容器の中に少しでもある間は、その容器内の圧力は一定に保たれ 、よってその容器の吐出し寿命の間をとおしそ相対的に一定の推進剤の圧力源が 確保されるという点である。この利点は、もし窒素のような永久ガスが推進剤と して使用されると実現されない。もしそのような気体か使用されると、液体が容 器から吐出されるのに伴って気体が占めなければならない体積が増加するので、 吐出し中に推進剤の圧力降下が起こる。

温度はほぼ一定のままであるため、圧力の減少は容器内の体積の増加に実質的に 比例する。圧力か減少するとその結果、噴霧角度、小滴の大きさおよび分散とい った噴霧特性が変化する。

圧力の効果を補うことによって均一な大流量を与えようという多数の調節装置が 提案されてきたか、はとんどの場合コストを上げ、信頼を下げる、ばねを装填し たピストンを生み出すであろう、調節装置または吐出し弁およびそのように流れ を調節する方法を提供することである。

実質的に加圧されたエーロゾル容器からの液体製品の流れをａｍするための吐出 し弁か提供され、この吐出し弁は、（ａ）　気体圧力下の液体を混合領域に運ぶ ための第１の流路手段と、 （ｂ）　加圧された気体を液体は別途に混合領域に運ぶための第２の流路手段と 、 （Ｃ）　それを介して液体と気体との混合物が容器から押し出される出口ノズル と、 （ｄ）　混合領域と、液体と気体との混合物が押し通される出口ノズルとの間に ある少なくとも１つの中間制限部とを含み、 （ｅ）　制限部の相対大きさは、少なくとも実質的絞り流または音波流か制限部 を介して結果的に生じることを確実にするように選択される。

この出口オリフィスの寸法は必要な噴霧特性を確保するように選択される。

この内容における絞り流という語は、ノズルを介する流れは音波であるというこ とを意味する。絞られた液体／気体混合流の現象は、Ａ、ロシュコ（Ａ、Ｒｏｓ ｈｋｏ）等によって編集された１９６３年熱伝達および流体力学学会（ｔｈｅ　 １９６３　Ｈｅａｔ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　ａｎｄ　Ｆｌｕｉｄ　Ｍｅｃｈａｎｉ ｃｓ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ）の会報に発表された、［垂直二次元中細ノズルを介 する気体／液体混合物の圧縮流」　（“ＣｏｍｐｒｅｓｓｉｂＩｅ　ｆｌｏｗ　 ｏｆ　ａｎ　ａｉｒ／ｗａｔｅｒ　ｍ１ｘｔｕｒｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ａ　ｖｅ ｒｔｉｃａｌ　ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｃｏｖｅｒｉｎｇ　ｄｉｖｅ ｒｇｉｎｇ　ｎｏｚｚｌｅ”）という表題の論文で１９６３年、Ｊ、Ｆ、ミュア −（Ｊ、ｌ”１Ｍｕｉｒ）等によって、かつ「小気泡を含む液体の一次元流Ｊ　 （“Ｏｎｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｆｌｏｗ　ｏｆ　Ｌｉｑｕｉｄｓ　Ｃｏ ｎｔａｉｎｉｎｇ　Ｓｍａｌｌ　Ｇａｓ　Ｂｕｂｂｅｅｓ”）という表題の論文 で１９７２年、Ｌ、パン。

パインガーデン（Ｌ、ｖａｎ、Ｗｉ　ｊｎｇａａｒｄｅｎ）等によって、特に記 述されている。

加圧された液体は、好ましくは細穴ディップチューブに形成されてもよい流れ制 御オリフィスを介して、混合室の中に押し進められる。

加圧された気体も好ましくは、再度流量を制御する目的で小オリフィスを介して 混合室に運ばれる。

混合室は円筒形状でもよい。

ディップチューブが使用されるところでは、混合室はディップチューブの延長部 分として形成されてもよい。

第２の流路手段はディップチューブに形成されてもよい。

ディップチューブは多孔性で、それにより第１の流路手段を構成してもよい。

代替的に、第２の流路手段は多孔性の膜を含んでもよい。

中間制限部の直径は、好ましくは円筒形混合室の直径の１０〜６０％の範囲内で ある。

通常の応用では、中間制限部の直径は絶対的には、概して０．２〜１．２ｍｍの 範囲内であろう。

ある配置においては、制限部は毛細管の形式であるのが有利かもしれない。

この発明の好ましい特徴に従って、（混合室に供給される）加圧された気体も使 用して、（混合室の中に液体を押し進めるために）液体を加圧してもよい。

混合室内でうまく混合が行なわれることを確実にすることによって、かつ液体含 量がほとんど使いつくされたとき中間オリフィスに残っている残留圧力が中間オ リフィスを介して少なくとも実質的絞り流を生み出し、かつそれによって各オリ フィスの後に衝撃波を生み出すだけまだ十分に高いことを確実にすることによっ て、出口オリフィスでの最終的な噴霧の形式および特性は、液体含量を吐き出す 間中実質的に均一のままであることが認められる。

それゆえ、出口オリフィスは液化ガスの推進剤が出口ノズルの上流で沸騰または 蒸発し始めるのに伴い、その推進剤によって正常に作りだされたものに類似した 気泡混合物とともに提供される。

ある応用では、容器の吐出し寿命がある間は、出口オリフィスを介して消耗され る液体の減少を制限することが望ましいかもしれない。

推進剤の圧力を減らしながら、出口オリフィスを介する液体の流れを変化させな いことは実質的に不可能である一方、以下の条件で変形すればかなり減少させる ことができると思われる。

（１）　推進剤の圧力と混合領域の圧力との間の圧力降下が可能な限り最小に保 たれ、 （２）　液体の流れによって生じた圧力降下は、本質的に流路直径の減少による 速度の増加によるものであり、か（３）　混合領域に気体を送り出す第２の流路 手段が気体の層流状態を本質的に作り出す。

異なる物理法則に従う、異なる流れ形式の流路を使用することにより、気体／液 体の比率は、絞り中間制限部を介する流れの圧力減少の影響を補償することによ って、出口ノズルを介する液体の流れの減少を変える（もし望まれるなら制限す る）ために選択されることができる。

液体／気体混合物を絞るのに必要な臨界圧力比は、一般に圧力および体積の混合 比率の関数であり、必要なら実験によって決定されることができる。最小音波速 度（したがって圧力比）は、通例およそ気体５０％、液体５０％の混合で達成さ れる。

この発明の別の局面に従えば、上述の（ａ）から（ｄ）の副段落で規定された形 式の吐出し弁では流路経路の大きさは中間制限部の大きさに関係して、大気圧で 調合された液体に対する気体の体積比かおよそ５：１より小さくなるように選択 される。

吐出しか容器の姿勢によって影響されるべきでないのが望ましい場合、液体はた とえば容器内の折り脣み可能な小袋に入れられ、小袋と容器の壁面との間の空間 を占める気体の圧力を受け、それによって小袋中の液体が加圧されてもよい。こ の配置によって、容器が逆さにされて安全弁が作動される場合、この配置でない 場合に起こり得るような推進剤の気体の損失も防ぐ。

従来のエーロゾル調合器は、液化クロロフルオロカーボンのような揮発性の推進 剤を使用し、かつディップチューブに関連の常閉のオン／オフ弁を取り入れてお り、弁が頂端で開放されているとき、液体がそのディップチューブを介して上っ ていく。小オリフィスを含むブツシュオンノズルによって吐出し流路は完成され 、出口オリフィスの大きさが適宜に選択されれば噴霧できるようになる。

それゆえ、この発明のさらに別の局面に従えば、エーロゾル型の調合器の弁が、 加圧された永久ガスのような不揮発性の推進剤とともに働（ように改変できる部 品を一式提供される。このような部品一式は、その−万端が（従来のディップチ ューブの代わりに）エーロゾル安全弁に合うようにされ、他方端が除去されたデ ィップチューブ（またはそれと同等のチューブ）の上端を受け、かつそれに合う ようにされたハウジングを含んでもよく、そのハウジングは混合室、加圧された 気体を混合室に送る第１の流路手段、それを介して加圧された液体が混合室に入 ることができる第２の流路手段、および少なくとも実質的絞り流が結果的にオリ フィスを介して生じることを確実にするように寸法が選択された、混合室とエー ロゾル安全弁との間の少なくとも１つのオリフィスを含む。

この発明の弁は、窒素のような１種類の永久ガスとともに使用するのに特に適し ているが、空気、ＣＯｌまたはＮ１０のような他の気体も単独でまたは適当な混 合物で用いられてもよい。このような気体は液化された推進剤と組合せそ使用さ れてもよい。しかし、大気圧における液化された推進剤の比率は好ましくは約１ ０％を越えるべきではない。

この発明は、添付の図面を参照しながら例示によってこれより説明される。

図面において、 図１は、出口ノズルを介して調合するために液体の入った小母の中に取付けられ た吐出流制御装置の概略図である。

図２は、類似の小母であるが、その中の液体含量か折り畳み可能な非透過性小袋 によって推進剤の気体から分離された、別の吐出流制御装置の概略図である。

図３ａおよび３ｂは、それぞれ閉鎖位置および開放位置におけるエーロゾル型の 吐出し弁を示す概略図であり、そのパルプはこの発明に従って不揮発性の推進剤 の気体が、液体をこの弁を介しかつそこから出口ノズルを介して押し進めるよう に使用できるよう改変される。

図４は、閉鎖位置における吐出弁の概略図であり、図３ａの弁と類似しているが 、臨界寸法を有するある部分の寸法のための参照文字を含む。

図面の簡単な説明 図１を参照すると、この装置は２つの制限部１１および１２を有する本体１０を 含み、一方は調合されるべき液体製品の流路を制限し、他方の制限部１２は、中 央混合室１３への気体の流路を制限するためのものである。この混合室は、混合 室１３から出る混合物の激しい乱流混合および絞り流を確実にするのに十分な圧 力降下を提供するように設計された絞りオリフィスまたは制限部１６を介して出 口となす。オリフィス１６の下流領域では、流れは超音波になりかつ流れがその 後超音波から音波以下になるに従って衝撃波が作り出され、均一な泡を形成する 気体粒子の活発な分散を生み出す。さらに、オリフィス１６は混合物中の圧力を 下げ、したがってそれによって気体は膨張し、気体と液体との比は増加する。

液体１７および気体１８は、初期圧力ｐｔにおいて、閉鎖された容器２０、典型 的には金属あるいはプラスチック性の小缶内に含まれる。制御弁１５が開放され ると、液体は液体制限部を含むチューブ１１の上に押し上げられ、混合室Ｉ３に 入り、次に気体は気体制限部を含む流路１２を通過し、混合室に入ることができ る。今度は圧力Ｐ２において、混合物は混合オリフィス１６を介して押し進めら れ、ここで混合物の気体含量は圧力降下によって拡大し、かつオリフィス１６に よって導入された制限からの急激な膨張およびオリフィスの下流の衝撃波を通過 することによる活発な乱流混合活動によって、気泡は分散して泡を形成する。

最後に混合物は、流れに対する最後の制限を構成する、かつ均一な噴霧特性を与 えるように選択されたノズルヘッド１４の出口ノズル２１を介して押し出される 。

流路１１および１２の大きさおよび特性は、混合オリフィス１６を通過する液体 ／気体混合物が、容器２０中の液体が消耗されてしまうとき、十分な気体が残さ れること、および熱力学的意味において混合流が絞られるように、使用中、混合 オリフィスＩ６の出口での十分な噴霧および激しい混合が生じることを確保する 比率になるように整えられる。換言すれば、各制限部からの出口（あるいは後者 が制限部として働く流路）において、この混合流は音波であり、超音波になり、 かつ出口から下流にある距離をおいて衝撃波を通過するのに伴い、音波以下に戻 る。

図面の図２は、調節装置出口ノズル２１、制御弁１５および小母２０が図１と同 じ構造の代替の形式を示す。しかしながら、液体１７は折り畳み可能な小袋また は袋２２内に入っており、加圧された気体は袋と小母の壁面との間の袋の外側の 空ｆｍ１８を占める。この配置は、小母の角度に係わりなく調合できる利点があ り、それに対し図１の実施例が使用される場合、液体と気体との混合物が、小母 が実質的に直立しているときしか適性に噴霧されないであろう。

小袋２２の代替として、小母が逆さになる場合の気体の損失を避けるためにボー ル弁または類似形式の逆止め弁が使用されてもよい。

図３ａおよび図３ｂは、この発明に従って改変された従来のエーロゾル調合器に 使用されていたかもしれないような別の流れ制御弁を示す。

まず図３ａを参照すると、小母２４は、管状ハウジング閉鎖位置にあるとき、シ ール３０が載置され、両端部の中または弁の胴部３４の下端に取付けられ囲むよ うにされたカップ３２の上端の周囲でしっかり閉められる。

シール３０のちょうど真上で、かつ管３４の壁面にあるのが、液体オリフィス３ ６である。図示される閉鎖位置では、オリフィス３６は、小母２４内の液体の上 に入っている窒素のような永久ガスの推進剤の作用の下で、ディップチューブ３ ８の上に押し上げられた液体製品から、シール３０によって分離される。管３４ が復帰ばね４０に抗して押し下げられると、液体オリフィス３６は露出され、液 体はオリフィス３６を介してディップチューブ３８の上端から管３４に入ること ができる。

気体オリフィス４２は、オリフィス３６から遠隔の管３４の壁面に設けられ、第 ２のシール４４は、図３ａに示されるように管３４が上部閉鎖位置にあるとき、 オリフィス４２を圧力下の気体から分離するように動く。ハウジング２６は、４ ６および４８で２か所示される中間領域の周囲の開口を含み、加圧された気体は これらによってばね４０を含、むばね室５０に入ることができる。

図３ｂに示されるように、中央管３４が押し下げられるとき、オリフィス４２は ばね室５０内の加圧された気体と連通し、気体はオリフィス３６を介して入った 管を通過する液体を運び、これと混ざる。出口ノズル５２を含む出口ヘッド１４ は、既知の態様で管３４の上端に取付けられる。

混合室５４と出口ノズル５２との間には、３つの中間絞りまたは制限部５６．５ ８および６０が位置する。所望すれば、少なくとも上部制限部６０は、出口ヘッ ド１４内に一体的に形成されてもよい。制限部５６ないし６０によって、混合物 の気体含量は漸進的に膨張し、混合物中の液体含量は漸次よりよい噴霧を生じ、 これらの制限部の大きさは激しい乱流混合が行なわれるように選択される。

テストによれば、典型的な液化推進剤を使用した既知のされた調合器を使用して 、大気圧中における液体に対する気体の体積比率はおよそ５：ｌより小さいとい う値になるであろうことが示された。ヘアスプレまたは家具の艶出し剤といった ある製品では、現在の比率はわずかｌ：１であり、他の製品ではその比率は０． ２５：ｌまで低いかもしれないと想像される。

少なくとも下部制限部５６の位置は、気体オリフィス４２の位置に関して、オリ フィス４２が液体オリフィス３６よりも実質的に制限部５６の方に近く位置する ように選択される。

図４は、図３ａの弁に類似した流れ制纒弁を（前述のオリフィスおよび制限部の ような）主要部分の寸法の参照文字とともに示す。これらの寸法は重要であり、 臨界的かもしれない。下の表１は、実際に首尾よく動作すると認められた大きさ の範囲として表現された該当部分の寸法を示す。

この表はまた臨界直径の好ましい範囲も示す。

１つより多い気体オリフィスか（同様に１つより多い液体オリフィスが）中央管 に設けられてもよく、かつ気体オリフィスに対する液体オリフィスの横断面積の 好ましい比率は、およそ１０：１から４００：１の範囲内であるべきことがわか る。

３つの制限部が図４に示され、かつ気体制限オリフィス（直径Ｅ）の中心からの 間隔が各々、上向きに寸法Ｃ，ＢおよびＢ、として与えられていることに注目す べきである。

２つの制限部のみが必要とされる場合、Ｂ、で示される分は省略される。１つの 制限部しか必要とされないところでは、Ｃで示される分だけ保持される。

（以下余白） １」よ り　８−２５ｍｍ Ｂ１　１２−２５ｍｍ Ｅ　０−１−０．２５ｍｍ　３ｉｕ１尺１τ０．１６　〜０．２１ｍｍ。

Ｆ　Ｏ，５−４ｍｍ Ｇ　０−５−４ｍｍ １　１−７ｍｍ　ｔ）＃ｕｒ１−１１ ３〜５ｍｍ ５　１０−３０ｍｍ Ｏ，Ｙ、ＹＩ　Ｏ，１ＸＤ−０，７５ＸＤｍｍ　Ｇｅイに？７０．１５ｘＤ　− ０，６ｘＤｍｍ ”　１−３ｎ′１ｍ　ｌ　＞１−’）？７（めｉＩ＄４・Ｊ７４２ｐぐ儂ｍ呵能 下の表２では、試験された弁の３通りの配置の寸法例が与えられる。例１では、 ２つの制限部が使用され、（すなわちそれらは間隔ＢおよびＣを有する）一方例 ２および例３ではそれぞれ３つと１つの制限部が使用された。

（以下余白） Ｌコニ Ａ　１６．５　１４．２　１４．２ Ｅ　Ｏ，１８０，１８０，２０ Ｆ　１．０　１．０　− Ｇ　１．０　１．０　１．Ｏ Ｈ３６，５３６，５３６，５ １３，８３，８３，Ｂ Ｓ　２０．０　２０．０　２２．Ｏ ５ｌ　３．５　３．５　３．５ Ｔ　ＣＯ４，０４，０ 言汰体Ａべ°（ミリメー１−１シて表わゴ東ろ。

表２の各側で使用されたスプレーノズルは、ノズルの直径０．３５ｍｍ（０，０ １３インチ）で機械的分散ＣＯ２形式の精密弁“コスモス（Ｋｏｓｍｏｓ）”で ある。使用された液体は、プロパノ−ルー２の水との５０％混合物であり、各側 の出発圧力は８バール（ゲージ）である。出発から終了まで５０％だけ変化した 平均流量は次のとおりである。

例１　：　１ｍｌ／秒 例２：０．８５ｍ１／秒 例３　：　１．３ｍｌ／秒 国際調査報告　ＰＣＴ／ＧＢ　８９１０１３９４

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．永久ガスの推進剤によって、実質的に加圧されたエーロゾル容器からの液体 製品の流れを調節するための吐出し弁であって、 （ａ）気体圧力下の液体を混合領域に運ぶための第１の流路手段と、 （ｂ）加圧された気体を液体とは別途に混合領域に運ぶための第２の流路手段と 、 （ｃ）それを介して液体と気体との混合物が容器から押し出される出口ノズルと 、 （ｄ）混合領域と、液体と気体との混合物が押し通される出口ノズルとの間にあ る、少なくとも１つの中間制限部とを含み、 （ｅ）制限部の相対大きさは、少なくとも実質的絞り流または音波流が制限部を 介して結果的に生じることを確実にするように選択された、吐出し弁。
2. ２．永久ガスの推進剤によって実質的に加圧されたエーロゾル容器からの液体製 品の流れを調節するための吐出し弁であって、 （ａ）気体圧力下の液体を混合領域に運ぶための第１の流路手段と、 （ｂ）加圧された気体を液体とは別途に混合領域に運ぶための第２の流路手段と 、 （ｃ）それを介して液体と気体との混合物が容器から押し出される出口ノズルと 、 （ｄ）混合領域と、液体と気体との混合物が押し通される出口ノズルとの間にあ る少なくとも１つの中間制限部とを含み、 （ｅ）第１および第２の流路手段の大きさは、互いに関してかつ中間制限部の大 きさに関して、大気圧においてエーロゾル容器から調合される気体の液体に対す る体積比がおよそ５：１より小さいように選択された吐出し弁。
3. ３．第２の流路手段が第１の流路手段より制限部の方に実質的に近く位置するよ うに制限部が配置された、請求の範囲１または２に記載の弁。
4. ４．加圧された液体が、第１の流路手段内に形成された流れ制御オリフィスを介 して混合領域に運ばれる、請求の範囲１ないし３のいずれか１つに記載の弁。
5. ５．第２の流路手段は、混合領域に通じるオリフィスを含む、請求の範囲１ない し４のいずれか１つに記載の弁。
6. ６．第１の流路手段は、使用中、容器中の液体に延びるようにされたディップチ ューブであり、混合領域は第２の流路手段が通じるディップチューブの延長とし て形成された、請求の範囲１ないし５のいずれかに記載の弁。
7. ７．混合領域が円筒形であり、かつ中間制限部の直径が混合領域の直径の１０％ から６０％の範囲内である、請求の範囲１ないし６のいずれか１つに記載の弁。
8. ８．中間制限部の直径が、０．２から１．０ｍｍの範囲内である、請求の範囲１ ないし７のいずれかに記載の弁。
9. ９．制限部が毛細管の形式である、請求の範囲１ないし８のいずれか１つに記載 の弁。
10. １０．液体は、容器中の折り畳み可能な小袋に入っており、かつ小袋と容器の壁 面との空間を占める気体の圧力を受け、それによって小袋内の液体を加圧する、 請求の範囲１ないし９のいずれか１つに記載の弁。
11. １１．第２の流路手段に対する第１の流路手段の総最小横断面積の比はおよそ１ ０：１から４００：１の範囲内である、請求の範囲５ないし１０のいずれか１つ に記載の弁。
12. １２．複数個の第１および／または第２の流路手段がある、請求の範囲１ないし １１のいずれか１つに記載の弁。
13. １３．第２の流路手段が多孔性の膜を含む、請求の範囲１ないし１２のいずれか １つに記載の弁。
14. １４．ディップチューブそのものが多孔性である、請求項６ないし１４のいずれ か１つに記載の弁。
15. １５．エーロゾル容器からの液体製品の流れを調節する方法であって、 （ａ）圧力下の液体を混合領域に運ぶステップと、（ｂ）永久ガスの推進剤を混 合領域へとは別途に運ぶステップと、 （ｃ）液体と気体との混合物を混合領域と出口ノズルとの間にある少なくとも１ つの中間制限部を通過させるステップとを含み、 （ｄ）制限部の相対大きさは、少なくとも実質的絞り流または音波流が結果的に 制限部を介して生じるのを確実にするように選択された、 エーロゾル容器からの液体製品の流れを調節する方法。
16. １６．永久ガスは、窒素、二酸化炭素、ＮｘＯまたは空気あるいは前述のいずれ かの混合物を含む、請求の範囲１５に記載の方法または請求の範囲１ないし１４ のいずれか１つに記載の弁。