KR0128257B1 - 딥튜브 증기탭 형태의 압축된 가스에어졸 시스템 - Google Patents

딥튜브 증기탭 형태의 압축된 가스에어졸 시스템

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KR0128257B1
KR0128257B1 KR1019930702428A KR930702428A KR0128257B1 KR 0128257 B1 KR0128257 B1 KR 0128257B1 KR 1019930702428 A KR1019930702428 A KR 1019930702428A KR 930702428 A KR930702428 A KR 930702428A KR 0128257 B1 KR0128257 B1 KR 0128257B1
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에이. 코러 칼
엠. 바도 프랭크
이. 크루거 리차드
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로버트 캐미터스 하트
에스. 씨. 존슨 앤드 선 인코포레이티드
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Abstract

효과적인 에어졸 분사를 생성 및 지속하기 위한 에어졸 분사 시스템에 있어서 압축가스를 사용하기 위한 장치 및 방법은 에어졸 분사 밸브(4) 및 그와 결속된 팁튜브(18)의 사용을 포함한다. 상기 튜브(18)는 초기 유체 수준(14) 이상의 상부 밀폐부를 가진다. 상기 튜브(18)의 하부면에는 유체 유입구멍(24)이 있다. 증기 탭구멍(26)는 상기 튜브(18)에서 상기 유체 유입 구멍(24) 이상과 초기 유체 수준(14) 이하에서 제공된다. 상기 증기 탭구멍(26)은 압축가스(16)가 상기 튜브(18)로 유입되도록 허용하고 상기 유체 수준(28)이 상기 증기 탭구멍 이하로 떨어질때 상기 유체(20)와 혼합된다. 상기 압력이 떨어진 후에 조차도 상기 딥튜브(18)의 유체(20)를 갖는 압축가스(16)의 혼합은 효과적인 분사를 생성하기 위해 악화된 분사 특성을 회복한다.

Description

[발명의 명칭]
딥튜브 증기탭 형태의 압축된 가스에어졸 시스템
[도면의 간단한 설명]
본 발명에 따른 우수한 구조와 기능은 다음의 첨부도면과 관련된 양호한 실시예의 상한 설명에 의해 더욱 명백하여진다.
제1도는 압력과 하나의 분사 특성, 예를 들면 종래 기술 및 본 발명에 따른 입자크기 사이의 관계를 도시한 그래프.
제2도는 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 부분 단면도.
[발명의 배경]
초기 액체 레벨하의 딥(dip) 튜브내에서 증기 탭 구멍을 배치함으로써 효과적인 분사 특성을 얻는 가스를 유지하는 압축된 가스에어졸 분사 시스템에 관한 것이다.
에어졸 분사 시스템은 적용의 용이함과 공기로 운반되는 입자를 경유하여 얻을 수 있는 매우 다양한 생산물 때문에, 시장성에 있어서 큰 비중을 차지한다. 예를 들면, 가구광택제, 공기청정제, 살충제, 페인트, 탈취제 등은 에어졸 분사 시스템을 사용하여 쉽고 또한 효과적으로 적용할 수 있다. 공지된 바와 같이, 상기 생산물의 에어졸 분사는 매우 향상된 탄화수소 추진제를 사용한다. 특히 이와 같은 추진제는 액화 가능하고, 액체 및 가스상태 둘 다에서 에어졸 분사 컨테이너내에 유지될 수 있다. 상기 액체 생산물이 컨테이너로부터 비게 될 때, 더 많은 추진제가 증발하게 되고, 그래서 상기 컨테이너가 비게 될 때까지 바람직한 분사 특성이 비교적 일정하게 남을 수 있도록 컨테이너 내에서 매우 높은 압력을 얻을 수 있다. 그러나 상기 탄화수소 추진제는 환경에 해를 입히고 가연성은 생산물을 생산한다.
에어졸 분사 장치를 충전하기 위하여 질소 또는 공기와 같은 압축된 가스의 사용은 이들이 안전하고 비가연성이라는 점에서 탄화수소 추진제의 사용으로 인한 문제점을 효과적으로 극복할 수 있다. 그러나 상기 압축된 가스는 쉽게 액화되지 않는다. 그러므로 액체 생산물이 그곳에서 비게 됨에 따라 컨테이너 내의 압력은 감소한다. 컨테이너 내부의 충분한 압력없이는, 분사의 분사 특성(분사 원추각, 분사 패턴형상, 입자크기 등)은 압력이 떨어짐으로써 나빠지기 때문에, 효과적인 에어졸 분사가 성취될 수 없다. 상기점은 에어졸 분사가 0.552-0.862Mpa인 5.6-8.75kg/cm2(80-125psi)의 고압에서 액체의 기계적인 분해에 의하여 생산되기 때문이다. 상기 압력 아래에서는, 증가된 입자 크기, 스트리밍(streaming), 감소된 분사 원추각등과 같은 예외가 발생하고, 본사 특성은 불만족스럽게 된다.
제1도는 통상의 에어졸 분사 시스템내의 압축된 가스를 사용하는 하나의 잠재적인 문제점을 도시한다. 상기 에어졸 분사 시스템에서, 예를 들면 60%의 액체 체적과 40%의 압축된 질소 체적의 혼합물은 컨테이너 내에서 약 8.4kg/cm2(120psi, 0.827Mpa)로 압축될 수 있고 50미크론의 입자, 분사 크기를 초기에 생산할 수 있다. 제1도의 연속선으로 도시된 바와 같이, 액체가 컨테이너로부터 방출될 때, 압력은 떨어지고 입자 크기는 증가하게 된다. 점선은 종래기술의 시스템 조건을 도시하고, 이것은 입자크기가 컨테이너에서 5.6g/cm2(80psi, 0.55Mpa)의 압력하에서 90미크론에 도달할 수 있다. 상기 점에서 분사특성은 나빠지고 분사는 큰-입자 크기의 방울을 가지고서 무겁게 된다. 컨테이너의 압력이 약 1.4kg/cm2(20psi, 0.138Mpa)로써 감소할 때, 액체의 스트림만이 밸브로부터 방출될 수 있다는 것이 쉽게 도시되어 있다. 그래서 상기 시스템은 더이상 에어졸 분사를 생산할 수 없고 의도하는 바의 사용에 효과적이지 못한 것이 된다. 상기 문제점은 공기로 운반되는 입자를 유도하기 위하여 최대 30-50미크론 입자크기를 요구하는 공기청정제와 같은 물질에 극심하게 나타난다.
상기 문제점은 분사의 초기 압력이 10.5kg/cm2(150psi, 1.03Mpa) 또는 그 이상으로 증가됨에 의하여 해결될 수 있다. 상기 높은 초기 압력을 견디기에 충분한 캔 스터디(cansturdy)는 사용하기에 무겁고, 귀찮으며 비싼 것이다. 또한 전체와 국부적인 이송 조정은 주어진 컨테이너에 대한 압력량을 한정한다. 예를 들면 미국의 운송부는 일반적인 에어졸 분사는 54.4℃(130˚F)에서 9.8kg/cm2(140psi, 0.965Mpa)의 압력을 초과할 수 없다는 것을 요구하고 있다. 그러므로 압축된 가스가 환경에 대한 손상을 최소화하기 위하여 양호한 추진제로 나타났지만, 이것의 성질은 통상의 에어졸 분사에 적합하지 않다.
종래 기술은 에어졸 분사에서 유체와 가스의 다양한 합성물을 방출하기 위한 구조물로써 구비되어있다. 예를 들면 라부지어(Rabussier)의 미국특허 제3,260,421호는 2개의 혼합되지 않는 액체를 적절하게 혼합하고 분사하기 위한 에어졸 압력 컨테이너용 분산 장치를 설명하고 있다. 푸시-버턴 밸브는 압축된 액체가 딥튜브내의 다수의 구멍으로 들어가게 하고 컨테이너로부터 방출되게 한다. 2개의 액체가 튜브로 들어가서 그곳에서 서로 혼합될 수 있도록 2개의 액상(liquid phase)을 통하여 상기 딥튜브 구멍은 배치된다. 혼합을 향상시키기 위하여, 상기 푸시-버턴 밸브는 컨테이너내의 가스 체적으로 이끄는 증기탭 오리피스를 가진다. 가압된 가스는 상기 증기탭 오리피스를 통하여 밸브로 들어가고, 밸브내 액체의 혼합과 기계적인 분열을 향상시킨다. 상기 구조의 문제점은 증기탭 오리피스가 밸브내에 있기 때문에 압력을 잃어버린다는 것이다. 또한 딥튜브 구멍은 액체 레벨상에서 배치되고, 그래서 가스용의 다른 탈출 경로를 허용한다.
웹스터(Webster)의 미국 특허 제3,184,118호는 혼합된 페인트용의 에어졸 분사 컨터에너를 설명하고, 여기에서 밸브를 막히게 할 수 있는 큰 파편을 제거하기 위하여 바닥에 다수의 조그마한 구멍을 가진다. 그러나 만약 압축된 가스가 웹스터의 컨테이너내에서 사용된다면, 압력의 점진적인 감소는 액체 페인트 스트림이 페인트 분사보다 더 방출하게 되는 결과를 발생시킨다.
스미스(Smith) 등의 미국특허 제3,656,657호는 압력 컨테이너로부터 균일한 성질로 유체 혼합물을 분산하기 위한 장치를 설명한다.
딥튜브의 바닥은 폐쇄되어 있지만 액체 입구 구멍은 폐쇄된 단부 근처에 위치된다. 적어도 한개 이상의 구멍이 액체 레벨 아래의 딥튜브내에 제공되고, 컨테이너는 약 24.15㎏/㎠(345psi, 2.38Mpa)으로 압축된다. 스미스등은 특정 밸브 매카니즘을 설명하지 않았다. 또한 상기와 같은 큰 내부 압력은 에어졸 분사시장의 소비자에게 전체적으로 부적절한 것이 된다.
말라코프(Malakoff) 등에 의한 미국특허 제3,129,855호는 분사 가능한 유체 물질의 비상 예비분을 제공하는 에어졸 패키지를 설명하고 있다. 컨테이너에 있는 유체 레벨이 딥튜브에 있는 개구 레벨 아래로 떨어질 때, 오직 가스만이 방출된다. 그때, 사용자는 상기 예비 유체를 이용하기 위하여 상기 에어졸 컨테이너를 기울인다. 다시 압축가스가 상기 에어졸 패키지에서 사용될 경우, 압력의 감소는 매우 큰 치수의 입자를 발생시킨다.
버딕(Burdick) 등에 의한 미국 특허 제2,183,639호는 차별 증기압을 갖는 부분 액화 가스의 균일한 혼합물을 운반하기 위한 추출물 장치를 공지하고 있다. 상기 시스템은 회수된 가스들의 비율이 상기 컨테이너의 수명 이상으로 일정하게 지속되도록 회수된 물질의 유체 및 증기 입자 부피를 변화시키도록 관통된 자켓 형상의 딥튜브를 요구한다. 상기 발명은 소정 양의 물질이 사용된 후, 압축가스에어졸 분사시스템의 분사 특성을 회복하도록 지시하지는 않는다.
따라서 압축가스를 사용하되 안전하고 환경적으로 양호하며 신뢰할만한 에어졸 분사를 제공하는 에어졸 분사시스템을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
[발명의 요약]
본 발명은 분사 컨테이너의 초기 액체 레벨 이하의 딥튜브에 배치된 증기 탭 구멍을 사용함으로써 공지된 에어졸 분사 시스템의 단점을 해결한다. 먼저, 효과적인 분사 특성은 상기 컨테이너의 높은 초기 압력에 기인한 유체의 기계적 붕괴에 의해 성취된다. 액체 레벨이 떨어짐에 따라, 내부 가스 압력은 일정 한도 이상으로 감소되고, 입자 크기, 분사 패턴 및 원추각과 같은 분사 특성은 점차 저하된다. 액체 레벨이 상기 딥튜브의 증기 탭 구멍에 도달할 때, 압축가스는 상기 딥튜브로 들어가며 상기 딥튜브 내의 가압 액체를 포화시키기 위해서 상기 액체와 혼합되어 상기 분사 특성이 회복된다. 상기 분사 특성의 저하는 상기 딥튜브내의 액체와 압축가스를 혼합함으로써 극복된다. 따라서 압축가스는 필요에 따라 증기 탭 구멍을 통해 상기 딥튜브내로 계측된다. 따라서 상기 초기 액체 레벨 이상의 딥튜브 또는 분배 밸브에 어떠한 오리피스도 없으므로 상기 압축가스는 유지된다.
본 발명의 한 측면에 따라서, 압축가스에어졸 분사시스템에서 사용하기 위한 에어졸 분사 장치는 에어졸 분사를 방출하기 위한 에어졸 분사 밸브를 포함한다. 딥튜브는 상기 밸브에 연결되고 상기 분사시스템내로 하향 연장한다. 상기 튜브는 상기 분사 시스템에 있는 초기 액체 레벨 이상의 연속 외부면을 갖는 상부면을 가지며, 상기 딥튜브의 하부면은 상기 초기 액체 레벨 이하로 연장한다. 상기 딥튜브의 하부면은 액체 유입구멍을 가지며, 상기 액체 입구 위에 배치된 증기탭 구멍에 의해 특징지어진다. 상기 증기탭 구멍은 압축가스가 상기 튜브로 유입하도록 허용하며, 상기 액체 레벨이 예를 들면 소정의 입자 크기 또는 원추각과 같은 본질적으로 효과적인 에어졸 분사 특성을 회복하기 위하여 상기 증기탭 구멍 이하에 놓일때, 상기 액체와 혼합된다.
본 발명의 또다른 측면에 따라서, 효과적인 에어졸 분사를 생산하고 지속하기 위한 압축 가스 사용에어졸 분사시스템은 소정 압력하의 액체 및 압축가스를 유지하기 위한 컨테이너를 포함한다. 에어졸분사 밸브는 상기 컨테이너 상부에 결합되고 상기 에어졸 분사를 방출하기 위한 출구 오리피스를 가진다. 딥튜브는 상기 밸브에 결합되고 압축가스를 통해 상기 컨테이너 하부를 향해 액체내로 연장한다. 상기 초기 액체 레밸 이상으로 연장하는 딥튜브의 일부는 거의 밀폐된다. 상기 초기 액체 레밸이 상기에어졸 분사 특성이 실제로 회복되도록 소정 레밸로 떨어질 때, 증기 탭 구멍은 압축가스가 장기 딥튜브로 들어가도록 상기 초기 액체 레벨 이하로 상기 딥튜브내에 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따라서, 압축가스에어졸 분사 시스템에 있어서 에어졸 분사를 증가시키기 위한 방법이 제공되며, 상기 시스템은 (i) 가압 컨테이너에 있어서 액체 및 압축가스, (ii) 에어졸 분사를 방출시기기 위한 에어졸 분사 밸브, (iii) 상기 분사 밸브에 결합되고 상기 액체내로 연장하며 상기 액체를 출입시키기 위한 딥튜브를 포함하며, 상기 딥튜브는 초기 액체 레벨 이상의 상부 및 초기 액체 레벨 이하의 하부를 가지며, 상기 하부는 액체 입구를 가진다. 상기 방법은 상기 딥튜브에 있는, 상기 액체 입구 위와 상기 컨케이너에서 초기 액체 레벨 아래로 이격된, 증 탭 구멍을 동해 상기 컨테이너의 압축가스 및 딥튜브의 액체 사이의 액체전달을 제공하는 단계와, 상기 딥튜브의 액체와 혼합하고 상기 에어졸 분사의 효과적인 분사 특성을 회복하기 위하여 상기 증기 탭 구멍을 통해 상기 딥튜브내로 상기 압축가스의 일부를 수용함으로써 상기 컨테이너의 액체 레벨이 상기 증기 탭 구멍 이하로 될 때, 상기 분사 특성을 회복시켜 에어졸 분사를 증대시키는 단계에 의하여 특징지어진다.
[적합한 실시예의 상세한 설명]
제2도에 도시된 양호한 실시예는 본 발명의 특징을 이용한 에어졸 분사 시스템의 부분 단면도이다. 상기컨테이너(2)는 54.4℃(130˚F)에서 약 9.8kg/cm2(140psi, 0.965Mpa)의 압력까지 가압될 수 있는 공지된 금속제 에어졸 분사캔을 포함한다. 밸브 부재(4)는 컨테이너(2)의 상부에 연결되어 공지된 방식으로 조여진다. 밸브 부재(4)는 푸시 버턴 작동기(6)와, 밸브 몸체(7)와, 스프링(8)과, 밸브 스템(9)과, 밸브스템 통로(U)로 개방된 스템 오리피스(10)와, 버턴 출구 오리피스(12)와, 버턴 통로(13)와, 밀봉용 가스켓트(15)와, 딥튜브(18) 및 테일(tail) 오리피스(19) 등과 같은 공지의 구성요소를 포함한다. 작동기(6)는 밸브 스템(9)위에 밀접하게 끼워져 통로(13)가 밸브스템 통로(11)와 출구 오리피스(12)의 사이를 연통시키게 한다. 마찬가지로, 밸브 스템 통로(11)는 스템 오리피스(10)와 테일 오리피스(19)를 통해 딥튜브(18)와 연통한다. 본 발명의 밸브(4)는 에어졸 분사 밸브나 또는 비증기 탭 밸브(nonvapor-tap valve)이다. 작동기(6)가 눌려질 때, 밸브 스템 오리피스(10)는 밀봉용 가스켓트(15)의 아래로 눌리어 액체(20)가 밸브 스템 오리피스(10)와, 밸브 스템 통로(11)와, 버턴 통로(13) 및 출구 오리피스(12)를 통과하게 한다. 밸브(4)의 밸브몸체(7)에는 용기(2)의 상부 공간내의 압축가스(16)가 통과될 수 있는 오리피스가 없다. 따라서, 초기에 출구 오리피스(12)를 빠져나가는 액체(20)의 분열이 컨테이너(2)내의 초기 고압에 의해 발생된다. 일반적으로 출구 오리피스(12)의 크기는, 특히 압력의 크기와, 액체의 속도와, 딥튜브와 밸브내의 기타의 오리피스와 통로의 직경 및 소정의 분사 특성 등에 의존한다. 대부분의 용도에 쓰이는 출구 오리피스(12)의 크기는 0.0127 내지 0.25cm(0.005 내지 0.100인치)이다. 상기 출구 오리피스(12)는 증기 탭 구멍(26)보다 크고 딥튜브(18)의 내경보다 작은 것이 양호하다.
상세한 설명 및 특허청구의 범위에 사용된 용어인“분사특성은 특정 분사에서 바람직스럽게 예정되는 분사의 특징을 나타낸다. 이러한 특징은 분사될 특정 액체에 따라 다소 변화한다. 일례로, 고점도 액체는 초기 압력이 떨어질때 감소된 원추각을 나타낼 것이다. 저점도 액체는 압력이 감소할 때 보다 큰 입자 크기와 변경된 분사 패턴 형태를 나타낼 것이다. 따라서,“분사특성은 특정 분사 액체를 위한 양호한 특징을 나타낸다. 이러한 분사 특성은 분사 원추각과 분사 패턴 형태와 분사 입자 크기와 분사 방출율과 분사 입자 산란(입자/인치2) 및 분사 속도를 포함하며, 물론 이에 제한되는 것은 아니다. 열악한 분사 특성은 분사“스트리밍”(분사가 하나 또는 다수의 액체 스트림이 되는 것)과 불충분한 터미널 압력 및 불규칙한 분사시간 등으로부터 귀결된다. 본 발명에 따른 분사 시스템 내에서 이용되는 대부분의 액체는 액체 높이가 튜브(18)내의 액체를 압축기체로 포화시키게 하는 증기 탭 구멍(26)의 아래로 떨어질때 갱신 또는 재설정된 분사 특성을 갖게 된다.
컨테이너(2)내에서 초기 액체 래벨(14)보다 위쪽의 상부 공간은 압축가스(16)로 채워진다. 압축가스(16)는 실내 온도에서 환경적으로 안정하고 양호하게는 액화성이 없고 비가연성이다. 상기 압축가스(16)는 일반적으로 아르곤이나 이산화탄소나 공기나 산소나 헬륨이나 질소나 질화산소 또는 그러한 성분의 합성물을 포함한다.
압축가스(16)는 8.4kg/cm2(120psi, 0.827Mpa)의 초기 압력으로 적절히 채워진다. 출구 오리피스(12)를 빠져나가는 액체(20)의 기계적 분열이 상업상 이익이 있는 대부분의 상품에 경우의 대략 5.6 내지 8.75kg/cm2(80 내지 125psi, 0.552 내지 0.862Mpa)의 사이의 값을 갖는 압력에서 일어나는 것은 공지되어 있다.
딥튜브(18)는 밸브(4)에 연결되고 압축가스(l6)를 수용하는 컨테이너(2)의 부분을 통해 컨테이너(2)의 바닥(22)쪽의 액체 속으로 연장한다. 딥튜브(18)는 컨테이너(2)의 바닥으로부터 밸브(4)로 액체를 이송하기 위해 딥튜브(18)의 바닥에서의 액체 유입구멍(24)를 갖는다.
딥튜브(18)은 종래에 이용된 공지의 유용한 어떤 재료로도 형성될 수 있다. 양호하게는 딥튜브(18)는 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 또는 기타의 플라스틱이나 고무 등과 같은 재료로 제조된다.
상기 딥튜브(18)는 거의 달라붙어 굳지 않고 액체(20)를 통과시키기에 충분히 큰 내경을 갖는 중공실린더이다. 딥튜브(18)의 내경의 범위는, 특히 산란되는 액체(20)의 강도와 압축가스(16)의 강도와 컨테이너(2)의 내압 및 밸브(4)의 오리피스 크기 등과 같은 것에 의존한다. 딥튜브(18)는 양호하게는 0.10cm 내지 0.635cm(004인치 내지 0.25인치)의 내경을 갖는다.
증기 탭 구멍(26)은 초기 액체 레벨(14)의 아래 및 액체 유입구멍(24)의 위의 딥튜브(18)로 형성된다. 증기 탭 구멍(26)은 양호하게는 액체 유입구멍(24) 및 출구 오리피스(12)보다 작다. 증기 탭 구멍(26)의 특정 직경은 특히, 산란되는 액체(20)와 내압과 밸브(4)에 있는 오리피스 및 딥튜브의 유입구멍(24)의 크기에 의존한다. 대부분의 용도에서 증기 탭 구멍(26)은 양호하게는 0.005cm 내지 0.076cm(0.002인치 내지 0.030인치), 보다 양호하게는 0.020cm 내지 0.038cm(0.008인치 내지 0.015인치)이다.
컨테이너(2)내의 액체(20)가 특정 액체 레벨(28)로 떨어짐에 따라 증기 탭 구멍(26)이 노출되어 압축가스(16)가 딥튜브(18)로 들어가게 된다. 딥튜브(18)에서 압축가스(16)는 액체(20)와 섞인다. 압축가스(16)와 액체(20)의 혼합물이 분사될 때, 압축가스(16)의 압력은 유효한 분사특성을 재설정한다. 예를 들면, 고점도 액체에서 분사 방울의 입자 크기는 감소될 것이다. 따라서, 컨테이너(2)내의 압력이 사용후에 감소되더라도 소정의 분사 특성이 초기 액체 레벨(14)의 아래로 증기 탭 구멍(26)을 이동시킴으로써 이루어진다.
증기 탭 구멍(26)의 정확한 위치는, 특히 사용되는 액체생산물과 소정의 분사 특성 및 압축가스(16)의 압력에 의존하여 변한다. 증기 탭 구멍(26)의 위치를 위한 양호한 범위는 초기 액체 레벨(14)보다 약 10% 낮은 곳으로부터 초기 액체 레벨(14)보다 약 95% 낮은 곳까지이다. 다른 방법으로, 초기 액체 레벨(14)이 유입구멍(24)으로부터 100 유닛이면 증기 탭 구멍(26)은 초기 액체 레벨(14)로부터 10 유닛에서부터 초기 액체 레밸(14)로부터 95 유닛까지이다. 대부분의 용도에서 증기 탭 구멍(26)은 초기액체 레벨(14)로부터 40% 이상 더 낮다.
이미 언급한 바와 같이, 증기 탭 구멍(26)는 액체 유입구멍(24)와 배출 오리피스(12)보다 작은 것이 바람직하다. 이것은 유효한 제품 수명을 통하여 압축가스(16)를 딥튜브(18)를 통해 액체(20)로 계량되어 주입할 수 있게 한다.
또한 위에서 알 수 있는 바와 같이, 증기 탭 구멍(26)은 액체 레벨이 소정 레벨까지 저하된 경우에 효과적으로 이루어지도록 위치할 수 있다. 증기 탭 구멍(26)은 적절한 크기로 이루어지며 적어도 4분의 1, 보다 적합하게는 소정의 초기 압력의 3분의 1의 최종 컨테이너 압력을 제공하도록 위치하고 있다. 언급된 바와 같이, 바람직한 분사 특성, 액체(20)의 종류, 그리고 컨테이너(2) 내부의 초기 압력은 증기 탭 구멍(26)의 정확한 위치와 크기를 결정할 수 있다.
제1도는 본 발명에 따른 구조에 의하여 이루어질 수 있는 적절한 결과의 예를 그래픽으로 도시한다. 종래의 에어졸 분사가 체적당 60%의 액체와 체적당 40%의 압축가스로 충전되어 있으며 8.4kg/cm2(120psi, 0.827Mpa)로 방출되고, 50마이크톤의 범위에서 초기 에어졸 분사 입자 크기가 액체, 주어진 소정의 액체 점성과 표면 장력 특성의 기계적 분쇄에 의하여 발생될 수 있다. 일반적으로 액체가 캔으로부터 제거되면, 입자 크기가 증가하는 것에 상응하여 압력은 점진적으로 감소한다. 약 6.3kg/cm2(90psi, 0.621Mpa)의 내부 압력에서, 입자 크기는 상하가 증가하면 입자 크기가 계속 커지고 저하된 분사 특성(부적절한 입자 크기를 포함)이 점선으로 도시된 바와 같이 발생하게 된다.
이러한 분사 입자 크기가 증가하는 것을 방지하기 위하여, 증기 탭 구멍(26)은 딥튜브 내부에 위치한다. 압축가스(16)는 딥튜브(18)로 주입되고 약 63kg/cm2(90psi, 0.621Mpa)에서 소정의 보다 작은 입자 크기를 재설정할 수 있다. 내압이 계속 떨어지면, 입자 크기는 다시 점진적으로 증가한다. 그러나, 일반적으로 28 내지 84kg/cm2(40 내지 120psi, 0.276 내지 0.827Mpa)의 폭넓은 압력 범위에 걸쳐 적절히 제어된 에어졸 분사 특성이 유지될 수 있다.
다음 실시예는 설명만을 위한 것이다. 다음 실시예에서 주어진 모든 압력은 게이지 압력치이다.
실시예 I
표준 202×509 에어졸 분사 캔(캔 측면 레벨이 5∼9/16인치)이 체적당 60%의 가구용 광택제(158그램의 프론토형 가구 광택제)와 체적당 40%의 압축 질소를 실온에서 8.6kg/cm2(123psi, 0.8481Mpa)로 충전되어 있다. 분사 캔은 제2도에 도시된 것과 같은 형태이다. 테일 오리피스(19)의 직경은 0.203cm(0.080인치)이고, 밸브에 있는 밸브 스템 오리피스(10)의 직경은 0.051cm(0.020인치), 그리고 증기 탭 구멍(26)은 0.020cm(0.008인치)이며 캔 저부로부터 3.8cm(1.5인치)에 위치한다. 배출 오리피스(12)의 직경은 0.037cm(0.0145인치)이다. 첫번째 10초간의 분사 배출동안, 배출율은 2.33g/sec이고 압력은 5.8kg/cm2(83psi, 0.572Mpa)로 떨어진다. 두번째 10초간의 분사 배출동안, 배츌율은 1.93g/sec이고 압력은 5.11kg/cm2(73psi, 0.503Mpa)로 떨어진다. 세번쩨 10초간의 분사 배출후에, 압력은 3.85kg/cm2(55psi, 0.379Mpa)로 떨어진다. 두번째와 세번째 배출 사이에, 분사 패턴은 질적으로 저하되므로(원추각 감소, 입자 크기 증가, 흘러내림 등) 바람직하지 못하게 된다. 그리고 분사 작업이 계속되고, 증기 탭 구멍은 헤드스페이스에 있는 압축 가스가 노출되는 경우에, 분사 패턴은 극적으로 개선되고, 즉 원추각이 증가하고, 입자 크기가 감소하며 흘러내림이 실질적으로 제거된다. 컨테이너가 계속된 분사에 의하여 고갈되면, 최종압력은 2.94kg/cm2(42psi, 0.290Mpa)이었다.
실시예 Ⅱ
실시예 I의 기본적인 실험으로 상이한 가구용 광택제(레몬 플레지 가구 광택제)로 반복되었으며 배출 오리피스(12)의 직경이 0.041cm(0.016인치)인 작동기를 사용하였다. 두번째와 세번째 배출 사이에서, 분사 특성은 질적으로 저하되었고 부적절하게 되었다. 다시, 증기 탭 구멍이 압축가스에 노출되면, 분사 특성은 극적으로 개선되었다. 본 실시예에서, 최종 압력은 3.01kg/cm2(43psi, 0.296Mpa)이었다.
실시예 Ⅲ
실시예 Ⅱ의 기본적인 실험으로 증기 탭 구멍의 직경을 0.030cm(0.012인지)로 그리고 작동기가 0.037cm(0.0145인치)의 직경인 배출 오리피스(12)를 갖는 것으로만 반복하였다. 2.32g/sec의 비율로 첫번째 10초간의 배출 이후에, 압력은 6.72kg/cm2(96psi, 0.662Mpa)이었다. 유닛은 분사 특성이 부적절할때까지 분사되었고, 압력은 3.85kg/cm2(55psi, 0.379Mpa)로 측정되었다. 분사는 증기 탭 구멍이 압축 가스에 노출될때까지 계속되었고 분사 특성은 다시 만족스럽게 되었다. 분사 특성이 만족스럽게 되었을 때, 압력은 3.85kg/cm2(55psi, 0.365Mpa)로 측정되었다. 유닛이 고갈될때 압력까지 분사되었고 최종압력은 3.01kg/cm2(43psi, 0.029Mpa)로 측정되었다.
실시예 Ⅳ
실시예 Ⅲ의 기본적인 실험으로 증기 탭 구멍이 딥튜브의 저부로부터 5.1cm(2인치)의 레벨에 위치하는 것으로 반복되었다. 유닛은 최종까지 배출율이나 압력을 취하지 않고 계속 분사되었다. 분사 패턴은 전체적으로 적절하였지만, 제품의 약 3분의 1 가량이 컨테이너로부터 분사된 후에 품질 저하가 발견되었다. 증기 탭 구멍이 압출가스에 노출되면, 분사 특성은 주목할만큼 개선되었으며 도우넛형이 되었다. 고갈 이후에, 최종 압력은 3.01kg/cm2(43psi, 0.296Mpa)이었다.
다음의 비교 실시예 V-Ⅷ에 있어서 실시예 I의 기본적인 실험은 종래 증기 탭 밸브를 사용하여 반복되었다.
실시예 V
실시예 V에서 사용된 컨테이너에는 0.046cm(0.018인치)의 직경을 갖는 밸브 스템 오리피스(10)와 0.203cm(0.080인치)의 직경을 갖는 테일 오리피스(19)를 갖는 표준형 밸브가 끼워지며, 0.015cm(0.006인치)의 직경을 갖는 증기 탭 구멍은 밸브 몸체(7)에 위치됨으로써 압축가스(16)와 일정하게 연결되어 있다. 딥튜브에는 증기 탭 구멍이 존재하지 않는다. 출구 오리피스(12)의 직경은 0.037cm(0.0145인치)이다. 실시예 I에서, 질소 가스의 40% 컨테이너 체적의 초기 압력은 8.61kg/cm2(123psi, 0.848Mpa)이다. 처음 10초간의 제2분사 배출동안에 배출율은 2.12g/초이며, 압력은 95psi 6.65kg/cm2(95psi, 0.655Mpa)로 떨어진다. 차후 10초간의 제2분사 배출동안에, 배출율은 1.87g/초이며 압력은 5.6kg/cm2(80psi, 0.552Mpa)로 떨어진다. 세번째의 10초간의 제2분사 배출동안에 배출율은 1.73g/초이며, 압력은 4.76kg/cm2(68psi, 0.469Mpa)로 떨어진다. 네번째의 10초간 제 2분사 배출후에는 배출율이 1.59g/초이며 압력은 4.06kg/cm2(58psi, 0.400Mpa)로 떨어진다.
그 후 컨테이너는 분사 배출되며 최종 압력은 30psi 2.1kg/cm2(30psi, 0.207Mpa)로 된다. 분사 특성은 컨테이너의 수명내에서는 허용되어진다.
그러나 최종 컨테이너 압력은 본래 컨테이너 압력의 24%에 한정된다. 실시예 I 내지 Ⅳ에서는 최종압력이 본래 압력의 1/3 정도로 되었다.
따라서 가스가 컨테이너로부터 나오는 한 캔을 뒤집어서 분사하는 것과 같은 오용에 따라 가스 압력의 일부가 소실된 경우에도 컨테이너가 그 내용물로 충진되는 것을 보장하기 위해 여분의 예비 압축가스가 제공된다.
실시예 Ⅵ
실시예 Ⅵ에서, 컨테이너의 수명동안에 허용가능한 분사 특성을 갖는 2.31kg/cm2(33psi, 0.228Mpa)의 최종 압력은 제5실시예가 동일한 본래의 압력으로 시작되는 것으로 반복될때 얻어지지만, 밸브는 0.051cm(0.020인치) 직경의 밸브 스텝 오리피스를 갖는다.
실시예 Ⅶ
실시예 Ⅶ에서, 컨테이너의 수명동안에 허용가능한 분사 특성을 갖는 2.31kg/cm2(33psi, 0.228Mpa)의 최종 압력은 실시예 V가 동일한 본래의 압력으로 시작되는 것으로 반복될때 얻어지지만, 밸브는 0.051cm(0.020인치)의 직경의 밸브 스템 오리피스를 갖는다.
실시예 Ⅷ
실시예 Ⅷ에서, 컨테이너의 수명동안에 허용가능한 분사 특성을 갖는 2.45kg/cm2(35psi, 0.241Mpa)의 최종 압력은 실시예 V가 8.75kg/cm2(125psi, 0.862Mpa)의 본래 압력으로 시작되는 것으로 반복될 때 얻어지지만, 밸브는 0.051cm(0.020인치) 직경의 밸브 스템 오리피스와 0.254cm(0.100인치) 직경의 테일 오리피스를 갖는다.
상기 실시예에서 전체 유닛은 표준 딥튜브를 사용하며, 생성물의 최대 분배와 가스의 최소 손실을 보장하기 위해 딥튜브 곡률 반경에 포지티브 작동기를 갖는다.
상기 실시예는 본 발명에 있어서 오용으로 인하여 가스의 일부가 손실될 경우 컨테이너가 완전히 배출되는 것을 보장하는 가스의 보존으로서 높은 최종 압력을 제공하기 위해 압축가스가 효과적으로 보존되는 것을 보여주고 있다. 또한, 압축가스는 분사 특성을 가용 범위내에서 제어하는 것을 돕기위해 효과적으로 이용된다.
[산업상의 이용가능성]
본 발명은 가구 광택제, 공기 청정제, 살충제, 페인트, 방취제 등의 에어졸 분사 형태와 같은 여러 제품에 사용될 수 있는 압축가스 에어졸 분사 시스템을 제공한다.
본 기술분야의 숙련자는 희망의 분사 특성이 분사될 액체 형태에 따라 변화된다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어 가구 광택제와 같은 표면 적용 제품은 가구에 제품이 떨어지도록 큰 입자 크기를 가져야 한다. 그러나 분사 원추각은 가구에 거의 균일한 광택층이 가해지도록 넓어야 한다. 이것은 유액을 용이하게 파괴하고 닦아낼동안 새로운 분자 코팅의 적용을 허용함으로써 가구 광택을 강화시킨다. 그러나 입자를 장시간 공중에 머물게 하는 것이 필요한 공기 청정제와 같은 제품에 대해서는 입자 크기가 보다 중요하며 매우 작아야 한다. 그러나 분사 형태는 가구 광택제보다는 중요하지 않다. 또한 이러한 분사의 점도는 일반적으로 다소 작다. 따라서 다른 액체 제품에 대해서는 상이한 분사 특성이 요구된다는 것을 이미 인식할 수 있을 것이다. 그러나 모든 에어졸 분사 제품에 대해서, 상술한 바의 증기 탭 구멍을 사용하는 증기 탭 구멍이 컨테이너 내에서 압축가스에 노출될 때 희망의 분사특성을 재설정 및 재생함에 유용하다.
따라서 서술된 것은 압축가스에어졸 분사 시스템에서 효과적인 분사 특성의 형성 및 유지를 위한 방법 및 구조이다. 본 기술분야의 숙련자는 상술의 구조가 용이하게 제조될 수 있음을 이미 인식하였을 것이다. 증기 탭 구멍(26)의 기계적 또는 레이저 드릴링은 용이하게 실행될 수 있으며, 분사 밸브, 딥튜브 및 에어졸 분사 컨테이너는 일반적으로 용이하게 구입할 수 있는 품목이다. 따라서 이용가능한 기술을 사용함으로써 본 발명은 안전하면서도 효과적인 에어졸 분사 시스템을 달성한다.
본 기술분야의 숙련자는 첨부된 청구범위의 정신이나 범위로부터 이탈없이 상술의 구조 및 기능에 대한 변경이 가능함을 용이하게 인식할 것이다. 예컨대, 압축가스는 분사될 제품과 그 사용되는 환경에 따라 소량 또는 적절한 양의 액화가능한 추진제를 포함할 수도 있다. 또한 컨테이너의 액체 레벨이 낮을 때 딥튜브내에서 압축가스와 액체를 추가로 혼합하기 위해 복수의 증기 탭 구멍이 딥튜브상에 설치될 수도 있다. 또한 분사될 제품과 분사가 적용되는 환경은 사용하고자 하는 정확한 실시예를 지시할 것이다. 그러나 등가의 모든 구조 및 방법은 첨부된 청구범위의 정신 및 범위내에 포함되는 것을 인식하여야 한다.

Claims (18)

  1. 에어졸 분사를 방출하기 위한 에어졸 분사 밸브와, 상기 밸브에 연결되어 분사 시스템내로 연장하며, 분사 시스템에서 초기 액체 레벨상의 연속 외부 표면을 갖는 상부와 초기 액체 레벨 아래로 연장하여 액체 유입구을 갖는 하부로 이루어진 딥튜브를 구비하는 압축 가스에어졸 분사 시스템에 사용하기 위한 에어졸 분사 장치에 있어서, 상기 액체 유입구멍상에 증기 탭 구멍을 가지며, 상기 증기 탭 구멍은 액체 레벨이 증기 탭 구멍 이하일 때 에어졸 분사의 분사 특성을 재개시하기 위해 압축가스가 상기 튜브내로 들어가 튜브내의 액체와 혼합되게 하는 것을 특징으로 하는 에어졸 분사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 증기 탭 구멍은 배출 오리피스의 직경과 상기 딥튜브의 내경보다 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 에어졸 분사 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 에어졸 분사 밸브는 상기 증기 탭 구멍보다 크고 상기 딥튜브의 내경보다 작은 직경을 갖는 배출 오리피스를 갖는 것을 특징으르 하는 에어졸 분사 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 에어졸 분사 밸브는 0.0127cm 내지 0.254cm(0.005인치 내지 0.100인치)의 배출 오리피스를 갖는 것을 특징으로 하는 에어졸 분사 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 증기 탭 구멍은 0.005cm 내지 0.076cm(0.002인치 내지 0.030인치)의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 에어졸 분사 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 딥튜브는 0.1cm 내지 0.64cm(0.04인치 내지 025인치)의 내경을 갖는 것을 특징으로 하는 에어졸 분사 장치.
  7. 제1항에 있어서 상기 압축가스는 실온에서 비액화성인 것을 특징으로 하는 에어졸 분사 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 증기 탭 구멍은 초기 액체 레벨 이하의 10-90% 레벨에서 상기 딥튜브에 위치하는 것을 특징으로 하는 에어졸 분사 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 분사 특성은 적어도 하나의 분사 원추각, 분사 입자크기, 분사 패턴 형상 및 분사 입자 분산을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어졸 분사 장치.
  10. 소정의 압력하에서 액체와 압축가스를 유지하기 위한 컨테이너와, 상기 컨테이너의 상부에 연결되었고 에어졸 분사를 방출하기 위한 배출 오리피스를 갖는 에어졸 분사 밸브와, 상기 밸브에 연결되어 압축가스를 통해 컨테이너의 하부를 향해 액체내로 연장하여 액체를 밸브로 운반하기 위한 딥튜브를 포함하며, 초기 액체 레벨상으로 연장하는 상기 딥튜브의 일부는 공기를 밀폐시키는 효과적인 에어졸 분사를 발생시키고 유지하기 위하여 압축가스를 사용하는 에어졸 분사 시스템에 있어서, 초기 액체 레벨이 소정 레벨 이하에 있을때 압축된 가스를 상기 딥튜브내로 들어가게 하여 에어졸 분사의 특성을 재개시키는 딥튜브내의 증기 탭 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어졸 분사 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 증기 탭 구멍은 충분한 크기로 형성되어 있으며, 소정 압력의 3분의 1과 거의 동일한 터미널 컨테이너 압력을 발생시키기 위하여 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 에어졸 분사 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 딥튜브는 그 하부에 액체 유입구멍을 가지며 상기 액체 유입구멍은 상기밸브 배출 오리피스와 증기 탭 구멍보다 직경이 큰 것을 특징으로 하는 에어졸 분사 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 상기 압축가스는 질소, 공기, 이산화탄소, 산화질소, 아르곤, 헬륨, 산소 및 그 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 에어졸 분사 시스템.
  14. 압축된 컨테이너내의 액체 및 압축가스와, 에어졸 분사를 방출하기 위한 에어졸 분사 밸브와, 상기 분사 밸브에 연결되어 액체내로 연장하여 액체를 수용하는 딥튜브를 포함하며, 상기 딥튜브는 초기 액체 레벨상의 상부와 초기 액체 레벨 이하의 하부를 가지며, 상기 하부는 액체 유입구멍을 갖는 압축된 가스에어졸 분사 시스템에서 에어졸 분사를 증대시키기 위한 방법에 있어서, 상기 딥튜브내의 증기 탭 구멍을 통하여 컨테이너내의 압축가스와 상기 딥튜브내의 액체 사이의 액체 연동을 제공하는 단계와, 컨테이너내의 액체 레벨이 증기 탭 구멍 이하에 있을때 분사 특성을 재개시키고과, 상기 증기 탭 구멍을 통하여 압축가스의 일부를 딥튜브내로 들어가게 하여 딥튜브내의 액체와 혼합되어 효과적인 에어졸 분사를 제공하여 에어졸 분사를 증대시키는 단계를 포함하며, 상기 증기 탭 구멍은 액체 유입구멍 위와, 컨테이너내의 초기 액체 레벨 아래에서 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 압축된 가스를 질소, 공기, 이산화탄소, 산화질소, 아르곤, 헬륨, 산소 및 그 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택하여 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 딥튜브의 상부를 공기 밀착 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 분사 특성은 적어도 하나의 분사 원추각, 분사 입자크기, 분사 패턴 형상 및 분사 입자 분산을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제14항에 있어서, 터미널 컨테이너 압력이 초기 컨테이너 압력의 3분의 1과 거의 동일하도록 증기 탭 구멍의 위치화 및 크기화시키는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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