KR100919133B1 - 다성분 액체의 증발장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

분무기(10)는 저장고(20)에서 대기중으로 일정한 높이까지 분사되어 표면(12)으로 낙하하도록 이루어진 작은 물방울(38)을 포함하는 구름(14) 속으로 다성분 액체를 분무한다. 본질적으로 완전한 증발은 물방울의 크기와 액체 성분 증기압력과 정해진 관계에 따라 물방울이 떨어지는 높이를 유지하는 것에 의해 보장된다. 또한, 진동판 분무기에서 증발용 액체의 적합성은 물방울로부터 일정양의 액체가 증발된 후에 액체의 매달린 물방울의 표면장력과 크기 감소의 비율을 측정함으로써 결정된다.
Figure R1020077005882
분무기, 물방울, 다성분 액체 살충제, 다성분 액체 방향제, 완전 증발

Description

다성분 액체의 증발장치 및 방법 {Method and apparatus for evaporating multi-component liquids}
도 1은 표면에 장착되어 작은 액체 물방울을 대기중으로 분사하는 분무장치의 측단면도를 도시한 도면이며;
도 2 내지 도 4는 대기를 통과하여 낙하함에 따라 발사된 물방울들의 크기 감소를 도시하는 확대 도면들이며;
도 5는 본 발명의 일 측면에 따라 사용되는 매달린 물방울의 크기 측정 시스템의 개략적인 도면이며;
도 6은 시험 액체의 매달린 물방울로부터의 액체 증발 속도와 분무 및 완전 증발에 부적합한 액체의 매달린 물방울로부터 증발되는 상이한 부피의 부분에서 액체 표면 장력을 도시하는 그래프이며;
도 7 및 도 8은 분무 및 완전 증발에 적합한 액체에 대한 도 6과 유사한 그래프들이다.
본 발명은 살충제와 향료액과 같은 다성분 액체를 진동분무판으로부터 대기 중으로 액체의 작은 물방울의 구름 또는 분무를 분사하고 대기를 통과하여 낙하함에 따라 물방울로부터 액체 성분을 증발시켜 분산시키는 것에 관한 것이다.
방향제 또는 살충제를 함유한 액체의 작은 물방울의 연무 또는 구름을 형성하고 이를 미세한 액체 물방울의 형태로 대기중으로 연무나 구름을 분사하기 위하여 진동 분무판을 사용하여 방향제 또는 살충제를 대기중으로 분사하는 것이 잘 알려져 있다. 연무 또는 구름이 형성됨에 따라 방향제 또는 살충제는 물방울로부터 증발한다. 이러한 장치의 예들은 미국 특허 제4,085,893호, 제5,173,274호, 제5,601,235호, 제5,894,001호에 기재되어 있다. 일반적을 이러한 장치들은 액체 방향제 또는 살충제를 진동 분무판에 공급하며, 이 진동 분무판은 진동에 의해 액체를 미세한 물방울로 분쇄하고 연무 또는 구름의 형태로 상방으로 분사한다. 물방울이 낙하함에 따라 방향제 또는 살충제는 물방울로부터 증발하며 대기중으로 분산한다.
이러한 공지 장치의 작동중에 발생하는 문제는 물방울이 주변 표면으로 낳하하여 복귀하기 전에 분사된 모든 액체가 증발하는 것을 보증할 수단이 없다는 점이다. 따라서, 보이지 않게 그리고 때로는 미증발된 액체의 파괴적인 잔존물이 이들 표면 위에 축적한다. 이 문제는 분사된 액체가 방향제이거나 살충제인 경우 특히 어렵다. 이는 방향제와 살충제 조성물은 일반적으로 아주 복잡하고 진동판 분무기에서 분무되는 경우 특정 조성물이 완전히 증발할 것인지를 사전에 알 수는 없기 때문이다.
본 발명의 독립항의 방법 및 장치의 전제특징부가 기초하고 있는 문헌 EP-A- 0 897 755호는 화학 살충 용액을 증발시키기 위해 압전 진동기를 이용하는 장치를 보여준다. ETOC 2% 용액으로 수행된 시험에서, 120시간의 작동후에 바닥 오염도는 색상에 있어서 전혀 변하지 않거나 근소하게 변하였다. 그러나 동일한 용액을 더 장기간 시험하면 이 용액은 주위표면에 상당히 축적된다.
본 발명은 살충제와 향료액과 같은 다성분 액체를 진동분무판으로부터 대기중으로 액체의 작은 물방울의 구름 또는 분무를 분사하고 대기를 통과하여 낙하함에 따라 물방울로부터 액체 성분을 증발시켜 분산시키는 다성분 액체의 증발장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 진동판 분무기로부터 연무 또는 구름으로 대기중으로 분사된 미증발 액체의 소망하지 않은 축적의 문제를 대체로 극복한다. 본 발명은 액체 조성물이 작은 물방울로 분쇄되어 테이블 상면과 같은 주변 표면 위로 대기중으로 분사될 때, 주변 표면으로 낙하하기 전에 이들 물방울이 완전히 증발할 수 있는 것은 액체 조성물 자체의 증기압에 의존하지 않는다는 발견에 기초한다. 그 대신에 물방울의 증발 능력은 액체 조성물의 개개 성분의 증기압에 의존한다. 본 발명은 또한 액체 조성물의 최저 증기압 성분의 증기압은 그 성분을 함유하는 액체 물방울이 주변 표면에 도달하기 전에 이 성분이 증발한다는 발견에 기초한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 다성분 액체 용액, 특히 다성분 액체 방향제 또는 다성분 액체 살충제를 인접 표면에 축적된 액체 양이 최소로 되도록 증발시키 는 신규의 방법이 제공된다. 이 신규의 방법은 용액의 작은 액체 물방울 연무 또는 구름을 형성하기 위하여 진동판 분무기를 사용하는 단계, 연무 또는 구름을 대기중으로 분사하는 단계, 물방울을 인접 표면으로 낙하시키는 단계를 포함한다. 액체 용액은 각각의 증기압을 가지는 여러 성분을 포함하며; 최저 증기압을 가지는 성분은 다음 식: 1.2×1012×Dp 4/[H×Pv]≤1 를 만족하도록 더 큰 직경을 가지는 물방울들과 관련되며, 여기서 Dp는 큰 직경을 가지는 물방울의 직경(㎝)이며, H는 인접 표면 위로 큰 직경의 물방울이 분사되는 높이(㎝)이며, Pv는 최저 증기압을 가지는 성분들의 증기압(㎜Hg)이다. 이러한 방식으로 인접 표면 위로 낙하하는 미증발 액체의 양이 최소화된다. 더욱 구체적인 측면에서 Dp, H, Pv의 값은 인접 표면 위로 낙하하는 미증발 액체가 표면에 부정적인 영향을 미치기에 불충분한 양이 되도록 인접 표면에 대한 액체의 효과와 관련하여 선택된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 다성분 액체, 특히 다성분 액체 방향제 또는 살충제를 증발시키기 위한 신규의 장치가 제공된다. 이 신규의 장치는 다성분 액체를 함유하는 액체 저장고와, 액체전달시스템, 및 진동판 분무기를 구비한다. 상기 액체전달시스템은 액체를 저장고에서 분무기로 전달하도록 배치된다. 이어서 분무기는 작은 액체 물방울의 연무 또는 구름을 형성하고 이 물방울들을 대기중으로 분사하도록 구성된다. 이 물방울들은 정해진 범위 내의 직경을 가지며, 인접 표면 위로 일정한 높이까지 분사된다. 물방울들이 표면을 향하여 낙하함에 따라 오직 무시 할만한 양의 액체가 인접 표면 위로 낙하하도록 증발한다. 액체는 각각의 증기압을 가지는 여러 성분을 포함하며; 최저 증기압을 가지는 성분은 다음의 식을 만족하면서 더 큰 직경을 가지는 물방울들과 관련된다:
1.2×1012×Dp 4/[H×Pv]≤1
여기서 Dp는 큰 직경을 가지는 물방울의 직경(㎝)이며, H는 인접 표면 위로 큰 직경의 물방울이 분사되는 높이(㎝)이며, Pv는 최저 증기압을 가지는 성분들의 증기압(㎜Hg)이다. 이러한 방식으로 인접 표면 위로 낙하하는 미증발 액체의 양이 최소화된다. 더욱 구체적인 측면에서 Dp, H, Pv의 값은 인접 표면 위로 낙하하는 미증발 액체가 표면에 부정적인 영향을 미치기에 불충분한 양이 되도록 인접 표면에 대한 액체의 효과와 관련하여 선택된다.
또 다른 측면에서 본 발명은 선대칭 낙하 형상 분석(Axisymmetric Drop Shape Analysis;ADSA)에 의해 액체의 매달린 물방울의 증발 속도에 의해 분무된 물방울의 증발이 예측될 수 있다는 발견에 기초한다. 이 기술에서 알려진 크기의 물방울은 모세관의 단부에 형성된다. 이어서, 물방울이 대기에 노출되면, 크기가 감소하는 속도가 측정된다. 매달린 물방울의 크기가 감소하는 비율이 주어진 문턱 보다 크면 액체는 분무기에 사용하기 적합하다. 즉, 분무기로부터 분무된 물방울의 증발은 물방울이 인접 표면에 도달하기 전에 충분히 완전하다. 연무 또는 구름을 포함하는 물방울의 직경에 대해 그리고 발사된 높이가 인접 표면 위에 위치하도록 주어진 문턱이 선정되므로 대체로 모든 액체는 물방울이 인접 표면에 낙하하기 전에 증발할 것이다.
더욱 구체적인 측면에서 문턱은 매달린 액체 물방울의 크기가 감소하는 속도를 측정하여 설정된다. 이는 매달린 물방울로부터 액체가 증발하는 속도에 대응한다. 액체 물방울의 크기가 약 6㎕인 다성분 액체 방향제 또는 다성분 액체 살충제의 경우, 대략 70%의 물방울 양이 증발될 때 증발 속도가 측정되어야 한다.
본 발명의 다른 특정 측면은 시험적인 액체 물방울의 크기가 감소하는 속도를 확인하는 신규의 장치를 포함하며, 액체 물방울의 표면 장력의 측정에 기초하여 증발성을 확인하는 장치와 방법을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 압전 액체 분무장치(10)가 테이블 상부일 수 있는 인접 표면 위에 설치되어 미세한 연부 형태의 작은 액체 물방울의 구름을 표면 위의 예컨대 약 5 내지 20㎝ 높이로 대기중에 분사한다. 이어서 물방울들은 분무장치의 상부를 향하여 그 자체의 표면을 향하여 낙하한다. 물방울들이 낙하함에 따라 분사된 물방울들중의 액체의 아주 작은 양만이 접촉하거나 어떤 액체도 분무장치(10) 또는 표면(12) 위에 실제로 접촉하지 않도록 물방울들은 증발한다.
분무장치(10)는 저장고(18)가 내장된 외부 하우징(16)을 포함한다. 저장고(18)는 대기로 분사될 액체(20)를 함유한다. 분무 조립체(22)는 저장고(18) 바로 위의 하우징(16)에 장착된다. 분무 조립체(22)는 환형 형상의 압전 액튜에이터(24)와 원형상의 오리피스판(26)을 구비한다. 오리피스판은 액튜에이터(24)의 중앙 개구를 가로질러 연장하며 이 중앙 개구 둘레에 솔더링에 의해 액튜에이터에 고정된 다. 액튜에이터(24)의 상하면에 걸쳐 교류 전기장이 가해지면 액튜에이터는 반경 방향으로 팽창하고 축소한다. 이러한 운동은 오리피스판(26)에 전달되어 중앙지역이 상하로 빠르게 신축하게 한다. 저장고(18)로부터의 액체는 심지(wick)와 같은 액체전달시스템에 의해 진동 오리피스판(26)의 하부로 공급된다. 오리피스판(26)의 중앙지역에는 하부 표면으로부터 상부면으로 연장하는 다수의작은 오리피스가 구비된다. 이 오리피스들의 배출 직경은 3 ~ 6μ 범위임이 바람직하다. 판(26)이 상하로 진동함에 따라 오리피스를 통해 액체를 가압하여 작은 물방울의 구름 형태로 액체를 대기중으로 분사한다.
외부 하우징(16)은 또한 하우징 내의 인쇄회로판(32)에 형성된 전기회로에 전원을 공급하는 배터리(30)를 포함한다. 전기회로는 배터리(30)로부터의 전원을 교류 전압으로 변환하며 이는 한쌍의 전압공급라인들(도시없음)을 경유하여 액튜에이터(24)의 상하면으로 공급된다. 130 ~ 160 ㎑ 범위 주파수를 가지는 이 교류전압에 의해 오리피스판(26)은 구름(14)을 발생하여 표면(12) 위로 예컨대 5 ~ 20㎝ 범위 높이로 대기중으로 이를 분사하기에 충분한 주파수 및 진폭에서 진동하게 된다. 구름(14)의 크기는 오리피스판(26)의 진동 기간에 의존한다. 예시적인 실시예에서 11㎳인 이 기간은 본 발명의 일부는 아니다.
하우징(16)에는 스위치(36)가 제공되어 인쇄회로판(32) 위의 전기회로에 연결된다. 이 스위치는 연속적인 구름들을 발생하는 사이에 조정가능한 시간을 제공하도록 설정될수 있다. 연속적인 구름들을 생성하는 사이의 기간은 약 9 ~ 40초 사이로 스위치(36)에 의해 조정될 수 있다. 다음 구름이 생성되기 전에 각각의 구 름(14)이 증발하기에 충분한 시간이 주어진다면, 조정 범위는 액체가 대기중으로 분산될 소정 전체 속도에 따라 증가되거나 감소될 수 있으며; 예컨대, 수일간의 연장된 시간 기간에 걸쳐 구름들을 생성할 수 있다. 어떤 경우에는 연속적인 연무나 구름을 형성하는 것이 요구되기도 한다. 이러한 목적으로 오리피스판(26)을 연속으로 진동시키고 액체(20)를 연속으로 분무하는 설정부(setting)가 스위치에 제공된다.
압전 분무장치(10) 자체의 내부 구조 및 작동은 본 발명의 일부를 구성하지 않으므로 여기에서 더이상 상세하게 설명하지는 않는다. 본 발명에 사용하기 적합한 압전 분무장치는 2000년 3월 6일자로 출원된 미국 특허출원 제 09/519,560호(현재 2001년 10월 2일자로 미국 특허 제6,296,196호로 특허)에 도시설명되어 있으며; 그 출원의 내용은 참고로 여기에 설명되었다.
도 2는 구름(14)의 영역(A)에 함유된 물방울(38)을 확대형상화하여 도시한 도면이다. 도시와 같이, 물방울(38)은 직경이 변화하고 구름(14) 속의 여러 높이로 분사된다. 직경이 작은 물방울이 더 큰 물방울 보다 더욱 용이하게 증발하므로 가능한 물방울(38)을 작게 하는 것이 바람직하다. 그러나 작은 물방울을 형성함에 있어서 제한 인자는 오리피스판(26)의 오리피스의 최소 직경이다. 일반적으로 이 최소 직경은 제작상 한계에 기인하여 약 3μ이다. 물방울(38) 자체의 직경은 평균 크기가 5 ~ 6μ이며 약 1 ~ 50μ 사이에서 변화한다. 좀더 크거나 작은 직경을 가지는 물방울들이 있을 것이나 이것들은 구름(14)의 전체 액체 부피의 무시할만한 양에 불과하다. 예컨대, 연무 에어 프레시너의 경우, 구름(14)의 전체 액체 부피의 10% 정도는 10μ 보다 큰 직경을 가진다. 상기 설명한 바와 같이, 구름(14)을 형성하는 물방울(38)은 표면(12)으로부터 8 ~ 15㎝ 사이의 높이로 분사된다. 도 3 및 도 4는 구름(14)이 표면(12)을 향해 낙하함에 따라 상이한 높이에 있는 영역(A)을 도시한다. 도 3 및 도 4는 각각의 물방울(38)이 표면(12)으로 향해 낙하하는 동안 액체가 외면으로부터 증발함에 따라 더욱 작아지는 것을 도시한다.
하나의 화학 성분을 함유하는 하나의 액체 물방울은 대기중을 통과하여 낙하시 다음 식을 따라 증발한다:
PV 〉[DP 4 ×Δρ×g×R×T×ρD]/[2.639×μ×H×M×DAB]
여기에서, PV 는 성분의 증기압(㎜Hg); DP는 입자의 직경(㎝); Δρ는 액체 물방울과 주위 공기 사이의 밀도차(g/㎤); g는 중력상수(g/sec2); R은 우주 가스상수(atm cc/g mole Kelvin);T는 절대온도(Kelvin); ρD는 액체 물방울의 밀도(g/㎤); μ는 주위 공기의 점도(poise);H는 액체 물방울이 주위 표면으로 낙하하는 높이(㎝); M은 공기의 분자량(g mole); 및 DAB는 공기중 액체 물방울의 확산계수(㎠/sec)이다[각주: 1mmHg = 133.3Pa].
이러한 인자들이 각각 액체 물방울의 증발에 어느 정도 영향을 미치지만 이들중 3가지 인자인 단일 성분 액체 물방울의 증기압(PV), 액체 물방울의 직경(DP), 그리고 물방울이 낙하하는 높이(H)만이 증발에 충분히 큰 영향을 미치므로 다른 변수들은 상수로 취급될 수 있다. 온도가 증발에 커다란 영향을 미치는 것을 알아야 한다. 그러나 액체 방향제나 액체 살충제가 증발되는 환경에서는 즉, 온도가 통상의 주거 조건인 예컨대, 23 ~ 27℃ 범위에 있는 방이나 다른 밀폐된 공간의 경우 온도의 영향은 조정될 수 있다. 이와 같이, 표면(12) 위로 5 ~ 20 ㎝ 범위의 높이에서 낙하하는 물방울(38)에 대해 물방울의 초기 직경과 증기압 사이에 다음 관계가 유지되어야 한다:
DP 4 ≤ (H ×PV)/(1.6×1014)(여기서, PV 단위는 Pascal) 및
DP 4 ≤ (H ×PV)/(1.2×1012)(여기서, PV 단위는 mmHg)
상이한 낙하 높이가 고려되어야 하는 경우 다음 관계가 유지되어야 한다:
DP 4 ≤ (H ×PV)/(1.6×1014)(여기서, PV 단위는 Pascal) 및
DP 4 ≤ (H ×PV)/(1.2×1012)(여기서, PV 단위는 mmHg)
상기 설명은 하나의 액체 성분을 함유한 물방울에 대해 적용된다. 그러나 방향제나 살충제의 공식화는 일반적으로 여러 상이한 액체 성분의 혼합물이나 용액으로 구성되며 방향제의 경우 이러한 구성성분들의 수는 100에서 200 사이에 있다.
출원인은 물방울 직경과 증기압이 관련된 상기 공식이 다성분 액체에는 적용되지 않는 것을 발견하였다. 즉, 다성분 액체의 모든 증기압이 상기 공식에 사용되면, 다성분 액체의 물방울은 5 ~ 20㎝ 높이로부터 낙하하기 전에 완전히 증발하지 않을 것이다. 출원인은 다성분 액체의 물방울의 증발을 산출하기 위하여 액체의 각 각의 성분의 증기압이 고려되어야 하고 액체의 전체 증기압을 고려할 필요는 없음을 발견하였다. 대신에 증발의 산출은 액체 조성물의 최저 증기압 성분의 증기압에 기초하여야 한다.
저장고의 액체 혼합물이 물방울로 형성되면 각각의 물방울들은 아무리 작아도 저장고에 존재하는 동일한 비율로 액체 혼합물의 각각의 성분을 포함한다. 더우기, 액체가 물방울로부터 증발하면 각각의 액체 성분은 개별적인 증기압에 비례하는 속도로 증발한다. 따라서, 연속적으로 더 작은 증기압을 가지는 성분들은 더욱 느리게 증발하는 동안 증기압이 가장 큰 성분이 우선적으로 증발한다. 가장 작은 증기압을 가지는 성분이 증발하기까지 전체 물방울은 증발하지 않을 것이다. 상기 공식(물방울 크기와 증기압 및/또는 높이와 관련되는)을 사용하여 표면(12) 위로 낙하복귀하는 분무 액체양은 최소화된다.
분무장치에서 물방울들이 형성될 때, 물방울들은 직경 범위로 형성되어 그들이 향하여 낙하하는 표면 위로 일정한 범위의 높이로 분사되는 것을 이해해야 한다. 또한, 분무되는 액체 성분의 증기압은 넓은 범위를 가지는 것이 이해되어야 한다. 이러한 이유로 표면 위로 낙하하기 전에 어떤 물방울들은 전부 증발하지 못한다. 표면으로 낙하하는 미증발 액체의 양이 최소화되면 이는 수용될 수 있다. 수용될 수 있는 여부는 표면 위로 낙하하는 미증발된 액체의 양과 성질 및 표면의 성질, 즉 액체의 미증발 부분의 표면에 미치는 화학적 영향에 의존한다.
방향제 또는 살충제와 같은 액체 조성물이 다수의 성분을 함유하면, 액체의 분무된 물방울의 증발 특성을 결정하기 위해 각각의 개별 성분들의 증기압을 확인 하는 것이 때로 비실용적이다. 방향제나 살충제는 공급자에 의해 영업비밀로 유지되므로 액체 성분 자체는 때로 알려지지 않는다.
도 5에 도시된 장치에 의하면 액체가 분무기에 사용하기 적합한지를 알 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 도 1 도시 분무기(10)와 같은 분무기에 사용될 것으로 생각되는 액체의 매달린 시험 물방울을 형성하는 물방울 형성 주사기(50)가 제공된다. 이 실시예에서 매달린 시험 물방울(54)의 크기는 약 6㎕이나 물방울의 정확한 크기는 본 발명에서 중요하지 않다. 대기중으로 분사된 후에 표면으로 낙하시 액체의 분무 물방울의 연무 또는 구름에 의해 발생되는 조건들과 유사한 조건하에서 주사기(50)로부터 걸려있는 동안 시험 물방울(54)로부터 액체가 증발하게 된다. 물방울(54)로부터 액체가 증발함에 따라 크기가 감소하고 외형이 변화한다. 물방울 크기가 감소하는 속도를 관찰함으로써 재료의 증발 속도 차이를 산출할 수 있다. 또한, 물방울(54)의 외형 변화를 관찰함으로써 분무에 영향을 미치는 표면장력이 확인될 수 있다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 시험 물방울(54)은 광원(56)과 카메라(58) 사이에 배치되며, 카메라에 부수하는 광원으로부터의 광을 조절한다. 카메라(58)는 조절된 광에 반응하여 전기신호의 형태로 물방울 크기 및 외형 영상을 발생한다. 모니터(60)는 카메라(58)로부터 영상 신호를 수신하도록 연결되어 카메라(58)에 의해 물방울 크기 및 외형이 바르게 기록되는 여부를 확인할 수 있다. 더우기 카메라(58)로부터의 전기영상신호는 컴퓨터(62)에 공급된다. 컴퓨터(62)는 물방울(54)의 크기 및 외형을 연속적인 시간에서 기록하도록 프로그램되어 물방울의 크기 및 외형의 변화 속도가 확인될 수 있다. 컴퓨터(62)는 또한 물방울 크기 및 외형의 변화 속도를 보이는 영상을 발생하는 모니터(64)에 연결된다. 카메라(58)와 컴퓨터(62)는 액체가 증발하는 중에 매달린 시험 물방울(54)의 크기 감소 속도를 검출하도록 구성되고 배치된 센서로 작용한다. 또한, 센서가 감소 속도가 일정 속도 보다 높은 것을 센서가 나타내면 액체의 분무에 적합한 것을 나타내는 신호를 발생하기 위하여 센서(카메라(58))와 컴퓨터(62)에 연결된 표시발생장치로서 모니터와 인터페이스(64)는 작용한다.
도 5에 도시된 장치의 작동에 있어서 고려중의 액체의 매달린 시험 물방울(54)이 주사기(50)에 의해 발생되어 걸리게 된다. 카메라(58)가 물방울 크기 및 외형에 상응하는 영상을 발생하는 중에 시험 물방울은 증발하게 된다. 다성분 액체 방향제 또는 살충제의 경우, 처음에 6㎕의 매달린 물방울을 형성하고 70%의 매달린 물방울이 증발된 후에 크기 감소 속도 및 외형 변화 속도를 관찰하는 것이 바람직한 것으로 발견되었다. 이 시점에서 증발을 통해 물방울의 더 높은 증기압 성분이 제거되었으므로 증발이 가장 늦은 성분들이 분석에 유용하다. 이 분석은 초기 물방울의 80%가 증발시까지 계속된다.
분무된 액체 물방울의 증발 특성은 대부분 액체 성분들이 증발함에 따라 매달린 시험 물방울의 크기 감소 속도에 상응한다. 6㎕의 매달린 액체 물방울이 약 70%가 증발후 표면장력이 35mN/m(35다인(dyne)/㎝) 이하인 경우 약 1.0×10-8 ㎥/㎠/sec 보다 큰 증발 속도를 보이면 50μ에 이르는 물방울을 형성하고 낙하할 표면 위로 8㎝ 이상의 높이로 분사할 진동판 분무기에서 분무되는 다성분 액체 방향제 또는 살충제는 본질적으로 완전히 증발할 것이다.
시험 물방울(54)의 크기 감소비율은 액체 성분의 증발중에 직경 감소비율을 관찰하면 확인될 수 있다. 또한, 시험 물방울(54)의 표면장력은 증발중의 외형 변화를 관찰하면 확인될 수 있다. 이는 콜로이드와 표면(Colloids and Surfaces) A( 물리화학 및 엔지니어링 애스펙트 88(1994) 51-58 및 거기에 참고자료로 기재된)에 게재된 "막균형(Film Balance)으로서의 선대칭 물방울 형상 분석(Axisymmetric Drop Shape Analysis;ADSA)이라는 출판물에 기재된 "선대칭 물방울 형상 분석(Axisymmetric Drop Shape Analysis;ADSA)" 으로 알려진 기술에 의해 수행될 수 있다. 이 기술은 연속된 시간 간격에서 매달린 물방울 외형을 따라 선택된 여러 동위 점들에서 측정하는 것 및 표면장력과 매달린 물방울의 부피 표시를 발생하도록 설계된 컴퓨터 프로그램으로 이 측정들을 가공하는 것을 포함한다.
도 6, 7 및 도 8은 매달린 물방울들이 대기에 노출되는 동안에 각각의 액체의 시험 물방울(54)의 상이한 부분이 측정됨에 따라 상이한 액체에 대해 이루어진 물방울 크기(증발 속도) 및 물방울 외형(표면장력) 측정의 결과를 보이는 그래프들이다. 도 6은 분무 및 증발에 적합치 않은 액체의 매달린 시험 물방울(54)의 증발속도 및 표면장력을 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 매달린 물방울의 약 70 ~ 75%가 증발되는 동안의 증발속도는 약 0.5×10-8 ㎥/㎠/sec이다. 또한, 이 동안에 관찰된 물방울의 표면장력은 32-35mN/m(32-35 다인(dyne)/㎝) 이다.
도 7은 진동판 분무기에서의 분무 및 50μ의 커다란 물방울을 인접 표면의 위로 적어도 8㎝ 높이로 발사하기에 적합한 액체 물방울(54)의 증발속도와 표면장력을 나타내고 있다. 이러한 물방울들은 인접 표면에 이르기 전에 완전히 증발한다. 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 매달린 물방울(54)의 70 ~ 75%가 증발되는 동안의 증발속도는 1.6 ~ 1.8×10-8 ㎥/㎡/sec이다. 또한, 이 동안의 관찰된 물방울의 표면장력은 24-26mN/m(24-26 다인(dyne)/㎝)이다.
도 8은 진동판 분무기에서의 분무 및 50μ의 커다란 물방울을 인접 표면의 위로 적어도 8㎝ 높이로 발사하기에 적합한 또 다른 액체의 매달린 시험 물방울(54)의 증발속도와 표면장력을 나타내고 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 약 70%의 매달린 시험 물방울(54)이 증발되는 동안의 증발속도는 약 2.0 ~ 3.0×10-8 ㎥/㎡/sec이다. 또한, 이 동안의 관찰된 물방울의 표면장력은 34mN/m(34다인(dyne)/㎝) 이다.
여기 설명된 바와 같이, 문제의 액체 물방울의 증발속도와 표면장력이 확인되는 매달린 물방울 증발 시험(pendant drop evaporation test)을 제공함으로써 액체가 진동판 분무기를 사용하여 완전히 증발시키기에 적합한지 여부를 결정할 수 있음을 이해해야 한다. 더우기, 이러한 기술에 의해 각각의 액체의 개별 성분의 증기압을 알거나 측정할 필요가 없다. 이와 같이, 본 발명에 따라 여러 상이한 액체 성분을 가지는 다성분 액체가 진동판 형태의 분무기에서의 증발성이 용이하게 분석될 수 있다.
본 발명에 따르면 살충제와 향료액과 같은 다성분 액체를 진동분무판으로부터 대기중으로 액체의 작은 물방울의 구름 또는 분무를 분사하고 대기를 통과하여 낙하함에 따라 물방울로부터 액체 성분을 증발시켜 분산시키는 다성분 액체의 증발장치 및 방법을 제공하는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 물방울들의 증발에 의해 액체의 분무 적합성을 평가하는 방법으로서,
    물방울 형성 주사기에 의해 상기 액체의 매달린 물방울(54)을 형성하는 단계;
    크기가 감소하는 비율을 감지하면서 상기 매달린 물방울(54)을 증발시키는 단계; 및,
    상기 크기 감소비율이 일정한 비율 보다 큰 경우, 주위 표면에 잔류물을 남기지 않으면서 액체가 분무되기에 적합함을 나타내는 신호를 발생하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 매달린 물방울(54)의 크기는 약 6 ㎕이고, 상기 매달린 물방울은 크기 감소 비율을 감지하기 전에 처음 부피의 약 70%만큼 크기가 감소하도록 이루어지는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 크기 감소 비율은 적어도 1.0×10-8 ㎥/㎡/sec이어서, 상기 액체가 약 50μ이하의 입자 크기를 가지는 물방울로 분무되어 대기중으로 분사되고 표면 위에 잔류물을 남기지 않으면서 상기 표면위의 적어도 8㎝ 높이에서부터 낙하되기에 적합함을 나타내는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 물방울의 표면장력을 감지하는 단계와, 상기 주위 표면에 잔류물을 남기지 않으면서 액체가 분무되기에 적합함을 나타내는 신호를 상기 표면장력이 35mN/m(35다인(dyne)/㎝) 이하의 조건들로 제한하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 물방울의 증발에 의해 액체의 분무 적합성을 평가하기 위한 장치로서,
    물방울 형성 주사기에 의해 상기 액체의 매달린 물방울(54)을 형성하고 그로부터 액체가 증발하는 동안 상기 물방울(54)을 매다는 수단(50)과;
    액체 증발중에 상기 매달린 물방울(54)의 크기 감소 비율을 감지하도록 구성되고 배치된 센서(58,62,64)와;
    상기 센서(58,62,64)에 연결되어 상기 크기 감소 비율이 소정 비율보다 큰 경우 신호를 발생하여 인접 표면에 잔류물을 남기지 않으면서 분무에 적합함을 지시하는 표시 발생 기구(62)를 포함하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 액체는 다성분 액체 방향제 또는 다성분 액체 살충제이며, 상기 매달린 물방울은 처음 크기가 6㎕이며, 상기 매달린 물방울의 크기가 최초 부피의 약 70% 감소하면 상기 센서는 상기 크기 감소 비율을 감지하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 매달린 물방울(54)의 크기 감소 비율이 적어도 1.0 ×10-8㎥/㎡/sec인 경우, 상기 액체가 50μ 이하의 입자 크기를 갖는 물방울로 분무되어 대기중으로 분사되고 표면에 잔류물을 남기지 않으면서 상기 표면위의 적어도 8㎝ 높이에서부터 낙하하기에 적합한 것을 나타내는 표시를 생성하도록 상기 센서와 표시발생기구가 프로그램되는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 센서(58,62,64)는 상기 물방울(54)의 표면장력을 감지하여 분무 적합성을 나타내는 상기 신호를 상기 표면장력이 35mN/m(35다인(dyne)/㎝) 이하의 조건들에 한정시키도록 구성되는 장치.
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