Устройство для выдачи пены

Устройство для выдачи пены

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к выдачным устройствам, в частности к выдачным устройствам, способным производить пену с помощью сжатого воздуха.

Обычные устройства для выдачи пены и аэрозоля создают пену или струю аэрозоля с помощью летучих органических соединений (VOC), при этом VOC содержатся в них в форме сжиженного газа, который выполняет функцию пропеллента. Например, во многих устройствах для выдачи аэрозоля используется сжиженный нефтяной газ (LPG) и т.п. Однако, агентства по охране окружающей среды во многих странах в настоящее время пытаются постепенно отказываться от использования VOC в таких выдачных устройствах из-за связанных с ними угроз здоровью, таких как ощущение раздражения или заболевания органов дыхания. VOC также легко воспламеняются и стоят дороже, чем сжатый пропеллент.

Некоторые существующие устройства для выдачи пены создают пену путем пропускания жидкости и газа через небольшие отверстия, что приводит к образованию пузырьков вследствие нестационарности Релея-Тэйлора в отдельном отверстии. В соответствии с этим механизмом, наименьший размер пузырька, который может быть получен в таких вспенивающих устройствах с маленькими отверстиями, приблизительно, равен диаметру отверстия. Следовательно, чтобы получить маленькие пузырьки, например, около 60 мкм в диаметре, было бы необходимо, чтобы такие вспенивающие устройства с маленькими отверстиями имели отверстия диаметром, приблизительно, 60 мкм.

Однако такие маленькие отверстия производить и трудно, и дорого. В частности, чтобы сделать отверстия диаметром менее одного миллиметра в каком-либо материале, обычно нужно использовать специальные технологии, такие как лазерное сверление, что связано с большими затратами и не в полной мере подходит для массового и низкозатратного производства. Кроме того, лазерному сверлению присущи ограничения, связанные с аспектным отношением отверстий, которые возможно сделать, при этом отношение длины к ширине отверстия, обычно ограничивается диапазоном от 10 до 1. Следовательно, чтобы сделать очень маленькое отверстие посредством лазерного сверления (например, приблизительно, 60 мкм в диаметре), такое отверстие должно быть просверлено в тонком материале (толщиной около 0,6 мм для отверстия диаметром 60 мкм). В свою очередь, это накладывает ограничения на материалы, которые могут быть использованы.

Эти вспенивающие устройства с маленькими отверстиями обычно содержат множество маленьких отверстий, так как при использовании только одного маленького отверстия ограничена скорость, с которой газ может быть включен в пену. Во вспенивающих устройствах, имеющих множество маленьких отверстий, нужно размещать эти отверстия на расстоянии, равном нескольким диаметрам отверстия с тем, чтобы предотвратить слияние пузырьков, выходящих из отверстий, в более крупные пузыри. Это требование означает, что маленькие отверстия нельзя обеспечить с использованием дешевых материалов, таких как мелкоячеистые сетки, спеченных материалов или пористых материалов, так как отверстия в этих материалах находятся на недостаточном расстоянии друг от друга. Следовательно, производители должны использовать такие технологии, как лазерное сверление, описанное выше.

Кроме того, для прохождения пузырьков воздуха через небольшое отверстие с достаточной скоростью требуется значительное падение давления на отверстии. Оно может быть создано перемещением жидкости за отверстием, однако в случае маленьких отверстий, для создания достаточного падения давления на отверстии требуется большой расход жидкости. В свою очередь, для приведения жидкости в движение с достаточным расходом требуется значительное давление. Кроме того, скорость включения газа в поток жидкости сильно зависит от расхода жидкости и давления с обеих сторон от отверстия, результатом чего может быть большой разброс размеров пузырьков и объема газовой фазы. Например, если маленькие отверстия применяют в системах аэрозольного типа с использованием в качестве пропеллента сжатого газа, давление в пространстве над жидкостью может находиться в диапазоне от 0,5 бар до 8 бар, в результате получают большой разброс размеров пузырьков и объема газовой фазы.

Наконец, маленькие отверстия часто подвержены закупориванию. Например, отверстия диаметром 60 мкм могут легко засоряться пылью, обрезками материалов при производстве или компонентами жидкой композиции, которые могут высыхать и осаждаться в отверстии.

До сих пор не могли производить пену достаточно высокого качества без использования VOC и при этом обеспечить выдачные устройств, рентабельные для производства.

Настоящее изобретение направлено на решение этих вопросов посредством создания устройства, которое позволяет производить пену достаточно высокого качества (например, характеризующуюся относительно высоким объемом газовой фазы и относительно малым и однородным размером пузырьков), предпочтительно, без необходимости использования VOC.

В соответствии с первым аспектом, настоящее изобретение обеспечивает выдачное устройство для производства микропены без необходимости использования сжиженного газа, из выпускного отверстия, при этом указанное выдачное устройство содержит: резервуар для раствора поверхностно-активного вещества; средство подачи газа; средство направления указанного раствора поверхностно-активного вещества в указанном резервуаре и указанного газа по пути потока к указанному выпускному отверстию; при этом указанное средство направления включает канал, имеющий вспенивающую секцию для генерирования указанной пены из указанного раствора поверхностно-активного вещества и указанного газа; при этом указанная вспенивающая секция имеет внутренние размеры, включающие площадь A_WS внутренней смачиваемой поверхности, длину L_TP пути двухфазного потока, общий объем V и пористость Р; при этом указанные внутренние размеры характеризуются таким соотношением между параметром Y, равным площади A_WS внутренней смачиваемой поверхности, умноженной на длину L_TP пути двухфазного потока и деленной на объем V, пористостью P и константами К₁ и К₂, в котором Y положителен и не меньше, чем К₁, умноженная на Р и минус К₂, и константы К₁ и К₂ имеют значения 1994 и 821 соответственно с допустимым отклонением 10%.

Газ может находиться под давлением от 0,1 бар до 25 бар. Газ может находиться под давлением от 0,3 бар до 8 бар.

Настоящее изобретение обеспечивает выдачное устройство для производства пены без необходимости использования сжиженного газа, из выпускного отверстия, при этом указанное выдачное устройство содержит: резервуар для раствора поверхностно-активного вещества; средство подачи газа; средство направления указанного раствора поверхностно-активного вещества в указанном резервуаре и указанного газа по пути потока к указанному выпускному отверстию; при этом указанное средство направления включает канал, имеющий вспенивающую секцию для генерирования указанной пены из указанного раствора поверхностно-активного вещества и указанного газа; при этом указанная вспенивающая секция имеет внутренние размеры, обеспечивающие создание пены, качество которой характеризуется заданными характеристиками.

Вспенивающая секция может включать по меньшей мере один усиливающий вспенивание элемент, расположенный в указанной пути потока, и внутренние размеры вспенивающей секции могут определяться, по меньшей мере частично по меньшей мере одним усиливающим вспенивание элементом.

По меньшей мере, один усиливающий вспенивание элемент может включать по меньшей мере один элемент из: по существу сферического элемента, по существу кубоидного элемента, по существу цилиндрического элемента, по существу конического элемента, пористого элемента и элемента, выступающего из внутренней поверхности вспенивающей секции в указанный путь потока.

Вспенивающая секция может дополнительно включать по меньшей мере один удерживающий элемент, для удерживания по меньшей мере одного усиливающего вспенивание элемента внутри вспенивающей секции.

Заданные характеристики могут включать средний диаметр пузырька менее 70 мкм.

Заданные характеристики могут включать средний диаметр пузырька менее 60 мкм.

Заданные характеристики могут включать средний диаметр пузырька от 30 до 70 мкм.

Заданные характеристики могут включать однородность, характеризующуюся стандартным отклонением менее 35 мкм.

Заданные характеристики могут включать однородность, характеризующуюся стандартным отклонением менее 25 мкм.

Заданные характеристики могут включать однородность, характеризующуюся стандартным отклонением от 10 до 35 мкм.

Внутренние размеры могут включать площадь смачиваемой поверхности более 1800 квадратных миллиметров.

Внутренние размеры могут включать площадь смачиваемой поверхности более 3000 квадратных миллиметров.

Внутренние размеры могут включать площадь смачиваемой поверхности от 4500 до 6000 квадратных миллиметров.

Внутренние размеры могут включать отношение площади смачиваемой поверхности к объему пустого пространства, превышающее 4 квадратных миллиметра на кубический миллиметр.

Внутренние размеры могут включать отношение площади смачиваемой поверхности к объему пустого пространства, превышающее 16 квадратных миллиметров на кубический миллиметр.

Внутренние размеры могут включать отношение площади смачиваемой поверхности к объему пустого пространства от 20 до 25 квадратных миллиметров на кубический миллиметр.

Внутренние размеры могут включать отношение площади смачиваемой поверхности к длине пути двухфазного потока, превышающее 3 квадратных миллиметра на миллиметр.

Внутренние размеры могут включать отношение площади смачиваемой поверхности к длине пути двухфазного потока, превышающее π квадратных миллиметров на миллиметр.

Внутренние размеры могут включать отношение площади смачиваемой поверхности к длине пути двухфазного потока, превышающее 8 квадратных миллиметров на миллиметр.

Внутренние размеры могут включать длину пути двухфазного потока боле 40 миллиметров.

Внутренние размеры могут включать длину пути двухфазного потока боле 60 миллиметров.

Внутренние размеры могут включать длину пути двухфазного потока боле 1200 миллиметров.

Внутренние размеры могут включать диаметр вспенивающей секции менее 10 миллиметров.

Внутренние размеры могут включать диаметр вспенивающей секции менее 4 миллиметров.

Внутренние размеры могут включать диаметр вспенивающей секции от 0,1 до 10 миллиметров.

Заданные характеристики могут включать однородность, характеризующуюся стандартным отклонением менее 60% среднего диаметра пузырька.

Заданные характеристики могут включать однородность, характеризующуюся стандартным отклонением менее 50% среднего диаметра пузырька.

Резервуар может содержать раствор поверхностно-активного вещества, характеризующийся поверхностным натяжением менее 50 Дин/см.

Резервуар может содержать раствор поверхностно-активного вещества, характеризующийся вязкостью менее 200 сП. Резервуар может содержать раствор поверхностно-активного вещества, характеризующийся вязкостью менее 50 сП.

Выдачное устройство может дополнительно включать: средство приложения давления к раствору поверхностно-активного вещества в указанном резервуаре с целью продвижения указанного раствора поверхностно-активного вещества по указанному каналу к указанной вспенивающей секции и для продвижения пены, созданной в указанной вспенивающей секции, к указанному выпускному отверстию.

Средство приложения давления может обеспечиваться указанным газом, который находится внутри указанного резервуара под давлением.

Газ может находиться под давлением от 2 бар до 25 бар.

Газ может находиться под давлением от 2 бар до 8 бар.

Концентрация указанного газа в указанном растворе поверхностно-активного вещества может быть менее 350 миллиграммов на килограмм указанного раствора поверхностно-активного вещества.

Газ может содержать несжиженный газ. Несжиженный газ может включать по меньшей мере один из: воздуха, азота, диоксида углерода, одного или более благородных газов, оксида азота, кислорода.

Средство направления может включать раздвоенную трубку, имеющую входное отверстие для газа и входное отверстие для раствора поверхностно-активного вещества, которые соединяются в точке бифуркации трубки, в которой указанный газ и указанный раствор поверхностно-активного вещества в ходе функционирования смешиваются перед поступлением к вспенивающей секции.

Входное отверстие для газа и указанное входное отверстие для раствора поверхностно-активного вещества могут быть отделены друг от друга по вертикали.

Точка бифуркации трубки может быть спроектирована, вообще, остающейся ниже уровня жидкого раствора поверхностно-активного вещества.

Выдачное устройство может быть выполнен для производства пены без использования летучих органических соединений (VOC).

Средство подачи газа и средство направления в ходе функционирования обеспечивают поступление указанного газа и указанного раствора поверхностно-активного вещества к вспенивающей секции с характеристиками текучей среды, включающими приведенную скорость V_G газа и приведенную скорость V_L жидкости; при этом указанные характеристики текучей среды характеризуются соотношением между приведенной скоростью V_G газа, приведенной скоростью V_L жидкости и константами С₁ и С₂, в котором V_G не более, чем С₁, умноженная на V_L и прибавленная к С₂, и константы С₁ и С₂ имеют значения 18,4 и 507,4 соответственно с допустимым отклонением 10%.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается выдачное устройство для производства микропены без необходимости использования сжиженного газа, из выпускного отверстия, при этом указанное выдачное устройство содержит: резервуар для раствора поверхностно-активного вещества; средство подачи газа; средство направления указанного раствора поверхностно-активного вещества в указанном резервуаре и указанного газа по пути потока к указанному выпускному отверстию; при этом указанное средство направления включает канал, имеющий вспенивающую секцию для генерирования указанной пены из указанного раствора поверхностно-активного вещества и указанного газа; при этом указанное средство подачи и указанное средство направления выполнены для подачи указанного газа и указанного раствора поверхностно-активного вещества к вспенивающей секции с характеристиками текучей среды, включающими приведенную скорость V_G газа и приведенную скорость V_L жидкости; при этом указанные характеристики текучей среды характеризуются соотношением между приведенной скоростью V_G газа, приведенной скоростью V_L жидкости и константами С₁ и С₂, в котором V_G не более, чем С₁, умноженная на V_L плюс С₂, и константы С₁ и С₂ имеют значения 18,4 и 507,4 соответственно с допустимым отклонением 10%.

Указанное средство подачи и указанное средство направления могут предназначаться для обеспечения поступления указанного газа и указанного раствора поверхностно-активного вещества к вспенивающей секции с характеристиками текучей среды, которые характеризуются соотношением между приведенной скоростью V_G газа, приведенной скоростью V_L жидкости и константами С₁ и С₂, посредством регулирования по меньшей мере одного из: давления, прикладываемого по меньшей мере к одному из компонентов пены: газу и раствору поверхностно-активного вещества; и диаметра пути потока текучей среды.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается вспенивающий элемент для устройства для выдачи пены, для производства пены без необходимости использования сжиженного газа, при этом указанный вспенивающий элемент включает: средство направления раствора поверхностно-активного вещества из резервуара и газа по пути потока; при этом указанное средство направления включает канал, имеющий вспенивающую секцию для генерирования указанной пены из указанного раствора поверхностно-активного вещества и указанного газа; при этом указанная вспенивающая секция имеет внутренние размеры, включающие площадь A_WS внутренней смачиваемой поверхности, длину L_TP пути двухфазного потока, общий объем V и пористость Р; при этом указанные внутренние размеры характеризуются таким соотношением между параметром Y, равным площади A_WS смачиваемой поверхности, умноженной на длину L_TP пути двухфазного потока и деленной на объем V, пористостью P и константами К₁ и К₂, в котором Y положителен и не меньше, чем К₁, умноженная на Р и минус К₂, и константы К₁ и К₂ имеют значения 1994 и 821 соответственно с допустимым отклонением 10%.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается вспенивающий элемент для устройства для выдачи пены, для производства пены без необходимости использования сжиженного газа, при этом указанный вспенивающий элемент включает: средство направления раствора поверхностно-активного вещества из резервуара и газа по пути потока; при этом указанное средство направления включает канал, имеющий вспенивающую секцию для генерирования указанной пены из указанного раствора поверхностно-активного вещества и указанного газа; при этом указанная вспенивающая секция имеет внутренние размеры, обеспечивающие создание пены, качество которой характеризуется заданными характеристиками.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается выдачное устройство для производства пены без необходимости использования сжиженного газа, из выпускного отверстия, при этом указанное выдачное устройство содержит: резервуар для раствора поверхностно-активного вещества; средство подачи газа; средство направления указанного раствора поверхностно-активного вещества в указанном резервуаре и указанного газа по пути потока к указанному выпускному отверстию; при этом указанное средство направления включает канал, имеющий вспенивающую секцию для генерирования указанной пены из указанного раствора поверхностно-активного вещества и указанного газа; при этом указанная вспенивающая секция имеет внутренние размеры, согласующиеся по меньшей мере с одним из параметров: площадь смачиваемой поверхности более 1800 квадратных миллиметров; отношение площади смачиваемой поверхности к объему пустого пространства более 4 квадратных миллиметров на кубический миллиметр; диаметр вспенивающей секции менее 10 миллиметров; длина пути двухфазного потока более 40 миллиметров. Газ может находиться под давлением от 2 бар до 8 бар.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ создания пены без необходимости использования сжиженного газа с помощью устройства для выдачи пены, описанного выше, или с помощью вспенивающего элемента, описанного выше.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается пена, созданная без необходимости использования сжиженного газа с помощью устройства для выдачи пены, описанного выше, или с помощью вспенивающего элемента, описанного выше.

Пена может соответствовать по меньшей мере одному из ограничений: средний диаметр пузырьков менее 70 мкм; средний диаметр пузырьков менее 60 мкм; средний диаметр пузырьков от 30 до 70 мкм; стандартное отклонение менее 35 мкм; стандартное отклонение менее 25 мкм; стандартное отклонение от 10 до 35 мкм.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ создания пены без необходимости использования сжиженного газа, включающий: размещение раствора поверхностно-активного вещества в резервуаре; направление указанного раствора поверхностно-активного вещества в указанном резервуаре и газа из источника газа по пути потока к выпускному отверстию; при этом указанная стадия направления включает направление указанного раствора поверхностно-активного вещества и указанного газа в канал, имеющий вспенивающую секцию для генерирования указанной пены из указанного раствора поверхностно-активного вещества и указанного газа; при этом указанная вспенивающая секция имеет внутренние размеры, включающие площадь A_WS внутренней смачиваемой поверхности, длину L_TP пути двухфазного потока, общий объем V и пористость Р; при этом указанные внутренние размеры характеризуются таким соотношением между параметром Y, равным площади A_WS внутренней смачиваемой поверхности, умноженной на длину L_TP пути двухфазного потока и деленной на объем V, пористостью P и константами К₁ и К₂, в котором Y положителен и не меньше, чем К₁, умноженная на Р и минус К₂, и константы К₁ и К₂ имеют значения 1994 и 821 соответственно с допустимым отклонением 10%.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ создания пены без необходимости использования сжиженного газа, включающий: размещение раствора поверхностно-активного вещества в резервуаре; направление указанного раствора поверхностно-активного вещества в указанном резервуаре и газа из источника газа по пути потока к выпускному отверстию; при этом указанная стадия направления включает направление указанного раствора поверхностно-активного вещества и указанного газа в канал, имеющий вспенивающую секцию для генерирования указанной пены из указанного раствора поверхностно-активного вещества и указанного газа; при этом указанный газ и указанный раствор поверхностно-активного вещества поступают к вспенивающей секции с характеристиками текучей среды, включающими приведенную скорость V_G газа и приведенную скорость V_L жидкости; при этом указанные характеристики текучей среды характеризуются соотношением между приведенной скоростью V_G газа, приведенной скоростью V_L жидкости и константами С₁ и С₂, в котором V_G не более, чем С₁, умноженная на V_L плюс С₂, и константы С₁ и С₂ имеют значения 18,4 и 507,4 соответственно с допустимым отклонением 10%.

Указанный газ и указанный раствор поверхностно-активного вещества могут поступать к вспенивающей секции с характеристиками текучей среды, которые характеризуются соотношением между приведенной скоростью V_G газа, приведенной скоростью V_L жидкости и константами С₁ и С₂, благодаря регулированию по меньшей мере одного из: давления, прикладываемого по меньшей мере к одному из компонентов пены: газу и раствору поверхностно-активного вещества; и диаметра пути потока текучей среды.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается выдачное устройство для производства микропены без необходимости использования сжиженного газа, из выпускного отверстия, при этом указанное выдачное устройство содержит: резервуар для раствора поверхностно-активного вещества; источник газа для подачи газа; канал для направления указанного раствора поверхностно-активного вещества в указанном резервуаре и указанного газа по пути потока к указанному выпускному отверстию; при этом указанный канал включает канал, имеющий вспенивающую секцию для генерирования указанной пены из указанного раствора поверхностно-активного вещества и указанного газа; при этом указанная вспенивающая секция имеет внутренние размеры, включающие площадь A_WS внутренней смачиваемой поверхности, длину L_TP пути двухфазного потока, общий объем V и пористость Р; при этом указанные внутренние размеры характеризуются таким соотношением между параметром Y, равным площади A_WS внутренней смачиваемой поверхности, умноженной на длину L_TP пути двухфазного потока и деленной на объем V, пористостью P и константами К₁ и К₂, в котором Y положителен и не меньше, чем К₁, умноженная на Р и минус К₂, и константы К₁ и К₂ имеют значения 1994 и 821 соответственно с допустимым отклонением 10%.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается выдачное устройство для производства микропены без необходимости использования сжиженного газа, из выпускного отверстия, при этом указанное выдачное устройство содержит: резервуар для раствора поверхностно-активного вещества; источник газа для подачи газа; канал для направления указанного раствора поверхностно-активного вещества в указанном резервуаре и указанного газа по пути потока к указанному выпускному отверстию; при этом указанный канал включает канал, имеющий вспенивающую секцию для генерирования указанной пены из указанного раствора поверхностно-активного вещества и указанного газа; при этом указанный источник газа и указанный канал выполнены для подачи указанного газа и указанного раствора поверхностно-активного вещества к вспенивающей секции с характеристиками текучей среды, включающими приведенную скорость V_G газа и приведенную скорость V_L жидкости; при этом указанные характеристики текучей среды характеризуются соотношением между приведенной скоростью V_G газа, приведенной скоростью V_L жидкости и константами С₁ и С₂, в котором V_G не более, чем С₁, умноженная на V_L плюс С₂, и константы С₁ и С₂ имеют значения 18,4 и 507,4 соответственно с допустимым отклонением 10%.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ создания пены без необходимости использования сжиженного газа, включающий: размещение раствора поверхностно-активного вещества в резервуаре; направление указанного раствора поверхностно-активного вещества в указанном резервуаре и газа из источника газа по пути потока к выпускному отверстию; при этом указанная стадия направления включает направление указанного раствора поверхностно-активного вещества и указанного газа в канал, имеющий вспенивающую секцию для генерирования указанной пены из указанного раствора поверхностно-активного вещества и указанного газа; при этом указанная вспенивающая секция имеет внутренние размеры, обеспечивающие создание пены, качество которой характеризуется заданными характеристиками.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается выдачное устройство для производства пены без необходимости использования сжиженного газа, из выпускного отверстия, при этом указанное выдачное устройство содержит: резервуар для раствора поверхностно-активного вещества; средство подачи газа; средство направления указанного раствора поверхностно-активного вещества в указанном резервуаре и указанного газа по пути потока к указанному выпускному отверстию; при этом указанное средство направления включает канал, имеющий вспенивающую секцию для генерирования указанной пены из указанного раствора поверхностно-активного вещества и указанного газа; при этом указанная вспенивающая секция имеет внутренние размеры, обеспечивающие создание пены, качество которой характеризуется заданными характеристиками.

Далее, только в качестве примера, описаны варианты выполнения настоящего изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг. 1 - схематичный и упрощенный вид выдачной системы для выдачи пены;

Фиг. 2 - упрощенный вид варианта выполнения выдачного устройства для выдачи пены;

Фиг. 3 - упрощенный вид другого варианта выполнения выдачного устройства для выдачи пены;

Фиг. 4 - упрощенный вид части вспенивающей секции выдачного устройства;

Фиг. 5 - упрощенный вид образца пены, полученного использованием известного устройства для выдачи пены;

Фиг. 6 - упрощенный вид образца пены, полученного с использованием выдачного устройства, по существу, соответствующего выдачному устройству по Фиг. 2;

Фиг. 7 - график распределения плотности для некоторого диапазона диаметров пузырьков для образцов пены, изображенных на Фиг. 5 и 6;

Фиг. 8 - упрощенный вид в сечении выдачного устройства, соответствующего еще одному варианту выполнения изобретения;

Фиг. 9 - схема установки, использованной для экспериментов с выдачным устройством;

Фиг. 10 - примеры усиливающих вспенивание элементов, предназначенных для использования в выдачном устройстве;

Фиг. 11 - график геометрических характеристик вспенивающего устройства, необходимых для производства пены; и

Фиг. 12 - график характеристик текучей среды, необходимых для производства пены заданного качества.

На Фиг. 1 представлен схематичный, упрощенный вид выдачной системы 8 по изобретению. Эта выдачная система включает источник раствора поверхностно-активного вещества 11 (или раствора, содержащего другое подходящее вспенивающее соединение) и источник газа 13. Раствор поверхностно-активного вещества 11 и источник газа 13 находятся в сообщении по текучей среде со вспенивающей секцией 15, которая предназначена для смешивания раствора поверхностно-активного вещества с газом, обеспечиваемым источником газа 13, и получения пены, имеющей заданные свойства. Вспенивающая секция 15 находится в сообщении по текучей среде с выпускным отверстием 19 посредством клапана 17, благодаря чему вспененная смесь раствора поверхностно-активного вещества и газа подается из вспенивающей секции 15 в выпускное отверстие 17, через которое пена может выходить из выдачного устройства 8. Предпочтительно, вспенивающая секция 15 имеет конструкцию, позволяющую производить пену, состоящую из пузырьков, размер которых существенно меньше размера наименьшего отверстия во вспенивающей секции. Это означает, что маленькие пузырьки диаметром, например, приблизительно, 60 мкм могут быть созданы без необходимости наличия очень маленьких отверстий, например, диаметром, близким к 60 мкм.

Давление прикладывается к раствору поверхностно-активного вещества 11 из надлежащего источника 10 с целью направления раствора поверхностно-активного вещества 11 к вспенивающей секции 15. Хотя на схеме это не показано, следует понимать, что тот же источник давления 10 или отдельный источник давления может быть использован для направления газа 13 к вспенивающей секции 15. Раствор поверхностно-активного вещества 11 содержит жидкое поверхностно-активное вещество, тогда как газ, находящийся в источнике газа, содержит, в данном варианте выполнения изобретения, несжиженный газ, выполняющий функцию сжатого пропеллента. Предпочтительно, этот газ не обязательно должен содержать летучие органические соединения (VOC).

Поскольку газ 13 подается не в сжиженной форме, в тех примерах, где газ 13 и раствор поверхностно-активного вещества 11 находятся в одном и том же резервуаре, только сравнительно небольшое количество газа будет присутствовать, если будет присутствовать вообще, в растворе поверхностно-активного вещества 11 (большей частью, в растворенной форме), в отличие от устройств для выдачи пены, в которых используется сжиженный пропеллент. В тех примерах, где газ 13 и раствор поверхностно-активного вещества 11 хранятся в разных резервуарах, их пути могут соединяться, например, с помощью Т-образного соединителя или Y-образного соединителя перед поступлением к вспенивающей секции 15.

Следовательно, в процессе работы и раствор поверхностно-активного вещества, и газ поступают к вспенивающей секции 15, благодаря чему раствор поверхностно-активного вещества и газ соединяются, образуя пену, состоящую из пузырьков газа, распределенных в жидком поверхностно-активном веществе, и имеющую заданные характеристики.

В частности, выдачная система 8 выполнена с целью создания «микропены». Она определяется как пена, в которой пузырьки сами по себе неразличимы для человеческого глаза, следовательно, пена кажется сплошной.

Пена, в которой отдельные пузырьки неразличимы для человеческого глаза, обычно, характеризуется средним диаметром пузырька менее 100 мкм и высокой степенью однородности.

Обычно, микропена имеет характеристики, изложенные далее.

Микропена имеет относительно большой объем газовой фазы, обычно более 90% для растворов поверхностно-активного вещества. В микропене, образованной из молока, объем газовой фазы превышает 75%, в микропене, образованной из сливок, объем газовой фазы превышает 60%.

Чтобы пузырьки были невидимы для невооруженного глаза, в большинстве случаев достаточно, чтобы средний диаметр пузырька был меньше 100 мкм, хотя для особенно высококачественной микропены средний диаметр пузырьков, предпочтительно, должен быть меньше 40 мкм.

Распределение размера пузырьков должно характеризоваться высокой степенью однородности, обычно, со стандартным отклонением менее 25 мкм.

Высококачественная микропена, созданная вспенивающим устройством, предпочтительно, имеет описанные выше характеристики и представляет собой однородную и сплошную пену, в которой нет относительно крупных пузырьков (например, диаметром более одного миллиметра) или воздушных карманов.

Для многих вариантов применения, например, в целом, желательно наличие следующих характеристик: относительно большой целевой объем газовой фазы (обычно, например, более 90% или, более предпочтительно, более 95%), относительно небольшой средний размер пузырьков (обычно, например, менее 100 мкм, более предпочтительно, менее 70, еще более предпочтительно, около 60 мкм или даже меньше, или от 30 до 70 мкм), малое стандартное отклонение диаметра пузырьков (обычно, например, менее 35 мкм, более предпочтительно, в диапазоне 25 мкм плюс или минус 2 мкм или даже меньше или от 10 до 35 мкм). Кроме этого, стандартное отклонение может составлять менее 60% среднего диаметра пузырьков, более предпочтительно, менее 50% среднего диаметра пузырьков.

Давление, прикладываемое к поверхностно-активному веществу с помощью источника давления 10, а также перемещающее поверхностно-активное вещество к вспенивающей секции 15, также перемещает пену, находящуюся во вспенивающей секции 15, через клапан 17 на выход из выдачного устройства 8 через выпускное отверстие 19. Если источник давления, отличный от источника давления 10, используется для направления газа 13 к вспенивающей секции 15, этот отдельный источник давления также помогает перемещать пену, находящуюся во вспенивающей секции 15.

Клапан 17 может иметь открытое или закрытое положение. Когда клапан 17 находится в открытом положении, пена может течь из вспенивающей секции 15 в выпускное отверстие 19, когда клапан 17 находится в закрытом положении, поток пены из вспенивающей секции 15 в выпускное отверстие 19 невозможен или ограничен. Таким образом, клапан 17 управляет дозированием пены из выдачной системы 8.

Например, и только для примера, полученная в одном из начальных экспериментов пена имела средний диаметр пузырьков, приблизительно, 60 мкм и стандартное отклонение диаметра пузырьков, приблизительно, 25 мкм в момент времени, приблизительно, 3 секунды после выхода пены из выдачной системы 8.

Кроме того, в ходе дальнейших экспериментов было обнаружено, что выдачная система 8 по Фиг. 1, способна производить микропену, если вспенивающая секция 15 имеет определенные параметры. А именно, в ходе экспериментов был установлен ряд параметров, являющихся строгими показателями способности вспенивающей секции 15 производить пену и качества микропены, которая может быть получена. Далее эти параметры описаны кратко. Выявленное параметрическое пространство, адекватное с точки зрения образования микропены вообще, и влияющее на качество микропены в частности, будет описано более подробно позже со ссылкой на эксперименты, в ходе которых оно было выведено.

Было обнаружено, что пористость является важным параметром, определяющим, будет ли вспенивающая секция 15 производить микропену надлежащего качества. Пористость определяется как доля пустого пространства во вспенивающей секции 15 относительно общего объема вспенивающей секции. Например, пористость полой трубы равна 1.

Было обнаружено, что площадь A_WS смачиваемой поверхности является важным параметром, определяющим, будет ли вспенивающая секция 15 производить микропену, в частности, параметра, обозначенного Y, который равен площади A_WS смачиваемой поверхнос