專利名稱：噴霧電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靜電噴霧裝置，用于通過產(chǎn)生高比表面(表面系數(shù))的液體來使化學(xué)制劑霧化和汽化。本發(fā)明還涉及用于這樣的裝置的噴霧電極。本發(fā)明還涉及制造這樣的電極的方法、清潔這種電極的方法以及用于實現(xiàn)該方法的裝置。
WO03/00431描述了這樣一種裝置，其能夠用來產(chǎn)生經(jīng)過放電了的霧化液滴，這樣的霧化液滴不會淀積在該裝置本身上面。這是一種極為有效的系統(tǒng)。
精確地控制電場，包括由液滴和任何離子的空間電荷產(chǎn)生的電場，是很重要的。因此，同樣重要的是要能夠預(yù)測從噴霧電極發(fā)出的液體的方向和分布，并且這對一種液體和另一種液體來說必須是一致的。Cloupeau和Prunet-Foch在J Electrostatics，22(1989)135-159中描述了被稱為“多股噴流”的一些液體形式，其中，在噴霧電極處形成不止一個的液體噴流。這些噴流的形成對于單種液體來說非常難以預(yù)測，但是對于具有不同屬性的多種不同的液體來說又幾乎沒有一致性。這意味著，必須針對每一種組分具體設(shè)立一種裝置，這對于許多應(yīng)用來說是不切實際的。
在單一噴流不再能維持整體流速，并且對于要形成的額外噴流有足夠的空間和電場強度時，就形成多股噴流。對于大多數(shù)普通的噴霧電極(由垂直于軸線切割的毛細(xì)管形成)，這意味著噴流從一個場最強的同軸位置移動到場較弱的毛細(xì)管邊緣。如果這仍然不足以維持液體流速，則在毛細(xì)管邊緣上徑向相對的位置形成第二個噴流，如Jaworek&Krupa；J.Aerosol Sci.7(1996)979-986所述。
噴流的數(shù)目非常難以確定，除非裝置內(nèi)的電場的所有方面都是已知的。這意味著必須與液體的特性和液體到噴嘴的流速一起確定電氣配置(electrical set-up)，比如幾何形狀和電壓，因為這些都影響電場。在大多數(shù)商業(yè)應(yīng)用中，這些限制使得多股噴流的形成并無幫助，阻礙或者防止多股噴流的形成的手段在商業(yè)上極有優(yōu)勢。
這似乎就意味著，如果不需要多股噴流的話，毛細(xì)管并不是要使用的噴霧電極的最佳形式。但是我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過適當(dāng)?shù)母倪M，可以使之避免多股噴流的形成。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種靜電噴霧裝置，其包括具有噴霧端的毛細(xì)管噴霧電極以及參考電極，這些電極在使用時跨發(fā)電機連接，以在電極之間建立電場，使得毛細(xì)管中的流體從噴霧電極中噴出，其中，該噴霧電極具有一個焦點，該焦點在所述噴霧端上確定了一個點，所述電場集中于該點。
本發(fā)明使得電場被聚集于噴霧電極上的一點，使得該處的電場足以在突出部形成噴流，但是在電極上的別處較弱而不能形成另外的噴流。另外，電場必須充分集中，使得在焦點不能形成兩個或者更多個噴流，因此重要的是其形狀只產(chǎn)生一個電場最大的點。其它任何地方的電場都應(yīng)當(dāng)弱許多。
這里所描述的裝置顯示了如何通過仔細(xì)地構(gòu)建噴霧電極并選擇其相對于裝置的其余部分的取向以及材料組成，從而克服上述問題或者將問題削減到可以接受的水平。從而提供了許多適合原因和效果的切合實際的步驟，它們單獨地或者更好的話組合起來，提供更為魯棒的裝置，對組分的改變更不敏感，并且性能在長期的使用中更為一貫。
后面將對合適的幾何形狀加以描述。但是在一個實施例中，在噴霧電極的尖端，借助于少量的附加材料形成從噴霧端的正面在平行于噴霧電極的縱軸的方向延伸的突出部，提供一個局部突起或者焦點。所述突出部可以是圓形的，其曲率半徑小于噴霧電極本身的曲率半徑。
或者，所述焦點可以是鄰近噴霧電極的桿，在平行于噴霧電極的縱軸的方向延伸而超過噴霧端的正面。該桿的末端可以是圓的，曲率半徑小于噴霧電極的曲率半徑。
另一種建立焦點的手段是在毛細(xì)管的暴露端形成一個斜面。在該實施例中，噴霧電極在噴霧端有一個正面，該正面具有圓形的邊緣，并被設(shè)置為相對于噴霧電極的縱軸成一個斜角，從而提供所述焦點。一般，所述正面基本上在一個平面內(nèi)。
最好，所述噴霧電極被覆蓋一層電介質(zhì)或者半導(dǎo)體材料。這可以如后面所述的幫助減弱電暈。
盡管例如在US5503335和US5927618中提供了一些“齒形”或者其它這樣的特征的例子，但是不能使用它們，因為它們實際上會產(chǎn)生多個電場局部極大值。與之相反，通過設(shè)計，這里所述的噴霧電極只有一個電場最大點，并且其形狀被設(shè)計為禁止在局部突起處形成多個噴流。
所述焦點相對于參考電極的取向可以根據(jù)裝置的用途和設(shè)計來規(guī)定。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在各種不同的環(huán)境中，可以用各種不同的取向，因為在噴霧電極產(chǎn)生的任何離子都應(yīng)當(dāng)有助于噴霧過程。
在存在放電離子時，最好焦點在噴霧電極上確定的點最靠近參考電極?；蛘撸鼋裹c在噴霧電極上確定的點可以在最遠(yuǎn)離參考電極和最靠近參考電極的點之間。在這些情況下，在噴霧電極產(chǎn)生的任何離子都有助于保持系統(tǒng)穩(wěn)定。通過消除放電離子，在如WO03/00431所描述的裝置的情況下，這些離子有助于使噴霧離開裝置本身。但是，將焦點放在電場的最強部分有時也會產(chǎn)生過度的電暈，但是這可以通過如下所述對噴霧電極進行涂覆來加以減弱。
離子的后果是，在某些情況下，導(dǎo)致噴霧電極本身逐步退化。如果被噴霧的液體有侵蝕性，則會加劇這種情況。這種侵蝕一般導(dǎo)致噴霧電極的形狀的改變(由于電暈侵蝕它)。在這方面，焦點所確定的點最好不是最靠近參考電極的點，因為該點首先受到侵蝕，所發(fā)生的幾何形狀的改變對電場從而對噴霧行為有顯著的影響。如果焦點在噴霧電極上確定的點在最遠(yuǎn)離參考電極和最靠近參考電極的點之間，則可減弱這種效應(yīng)，這常常就是優(yōu)選的取向。
在這些情況中，最不好的位置是焦點在噴霧電極上確定的點最遠(yuǎn)離參考電極，因為噴霧液滴在離子路徑內(nèi)部移動，必須穿過它以離開裝置。這就導(dǎo)致不希望有的不穩(wěn)定現(xiàn)象。
但是，如果參考電極不產(chǎn)生離子，而只是用作反電極，則最好的情況是焦點在噴霧電極上確定的點最遠(yuǎn)離參考電極，因為在這種情況下希望液滴走噴霧電極和參考電極之間的較長的路徑，這在除下述情況之外的情況下是優(yōu)選的，這種除外的情況是要用噴霧來涂覆參考電極，例如用于噴涂。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于第一方面的靜電噴霧裝置的噴霧電極。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種制造噴霧電極的方法，該方法包括按照相對于毛細(xì)管的縱軸成斜角地切割或者磨削毛細(xì)管，以形成噴霧端，并侵蝕該噴霧端以使其邊緣圓化。
所述角度和斜面的磨光(修整)很重要。例如，通過磨削端部而形成傳統(tǒng)的斜面并不有效，因為這會形成象注射針頭一樣的邊緣，太銳利而不能將電場集中到一點，而是沿著該“刀刃”一條線聚集。這對減少多股噴流的形成是無效的，因為多股噴流容易沿著“刀刃”形成。另外，這樣形成的銳利邊緣增加了過度電暈的可能性，導(dǎo)致電能利用的無效率。
取而代之，需要將斜面化的毛細(xì)管噴霧電極的邊緣磨圓，將其曲率半徑限制到最小大約5微米，最好是10到30微米。
我們發(fā)現(xiàn)，化學(xué)侵蝕提供了理想的手段用于產(chǎn)生所需的曲率，以及用于進行均勻的磨光。優(yōu)選的化學(xué)腐蝕劑取決于噴霧電極的材料。實際上，噴霧電極本身的材料也很重要，因為，例如，粗粒的金屬腐蝕形成粗糙的表面，而更為均一的材料形成更為平滑的表面，后者是有利的。
本發(fā)明還提供了用于減弱電暈的手段。在靜電噴霧裝置的設(shè)計中，電暈也是不確定性的根源。這可以通過改進噴霧電極的表面來實現(xiàn)，例如通過在噴霧電極上形成共形的涂層，使所述共形涂層具有低電導(dǎo)率(例如電介質(zhì)或者半導(dǎo)體材料)，使用化學(xué)、電化學(xué)或者蒸汽淀積方法淀積?；蛘?，可以改進電極本身的表面層以降低其導(dǎo)電率。例如，使用鋁噴霧電極，并通過陽極化來增加氧化層。
在使用WO03/00431中所描述的裝置或者其它類似裝置進行的試驗過程中我們發(fā)現(xiàn)，在長期使用過程中某些化學(xué)制劑與噴霧電極反應(yīng)，在某些情況下這會導(dǎo)致噴霧電極退化和噴霧電極堵塞。如果噴霧裝置是要長期在沒有維護或者檢查的情況下使用，這就會尤其有問題。
如果噴霧電極或者噴霧電極尖端在使用中位于強電場中，這樣的問題對于所有的靜電噴霧裝置有一般性。其它的在這樣的情況下會有同樣問題的例子包括在WO92/15339、US5337963和GB7814967中所描述的裝置。對于這樣的裝置，以及其它類似的裝置或者基于這些裝置的裝置，電場會催化化學(xué)降解(化學(xué)侵蝕)，或者是其直接原因，或者與噴霧電極結(jié)合起作用，或者單獨作用。
實際觀測指出，某些有機分子，包括某些用于香料的有機分子，會發(fā)生反應(yīng)而在噴霧電極的端部形成固體殘留物，在某些情況下，隨著時間的推移，這會部分地導(dǎo)致裝置性能的逐步退化。即使分子的較小程度的降解都是不希望有的，因為，例如，香料的特性可能改變，或者由于健康原因而使用的活性分子會變得不那么有力，或者會變得無效?？梢院唵蔚貜膰婌F組分中剔除這樣的有問題的化合物或者脆弱的分子，但是這是有限的。
因為由于這樣的裝置的性能和效率的原因而希望使用電場產(chǎn)生液滴，重要的是要削減電場的任何有害效應(yīng)，比如化學(xué)反應(yīng)，并緩和或者消除這樣的效應(yīng)的后果。實際的觀測顯示，由于電暈的存在，加劇了這樣的化學(xué)反應(yīng)，因此，減少噴霧電極周圍的空氣的擊穿可以限制這些反應(yīng)及其影響。因此，為了控制電暈，或者至少為了試圖將電暈的發(fā)生限制到裝置的預(yù)定區(qū)域，根本地是要具有性能一貫的魯棒的噴霧系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種靜電噴霧裝置，其包括具有噴霧端的毛細(xì)管噴霧電極以及參考電極，這些電極在使用時跨發(fā)電機連接，以在電極之間建立電場，使得毛細(xì)管中的流體從噴霧電極中噴出，其中，該裝置還包括在流體從噴霧電極噴出時向流體施加脈沖壓力波的裝置，以清潔噴霧電極。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種用于清潔毛細(xì)管噴霧電極的方法，該方法包括在使用時對通過電極噴出的液體施加脈沖壓力波，從而清潔噴霧電極。
減少噴霧電極本身當(dāng)中的沉淀物的積聚是有幫助的。盡管通過抑制多股噴流的形成可以提高流速，從而更好地清潔噴霧電極，可能還需要進行額外的清除。
通過向流體施加脈沖壓力波，降低了在電極內(nèi)污垢積聚的可能性。這對于粘性不強(電極的內(nèi)表面上的粘性附面層小)的液體尤其有用。
在某些情況下，在需要單劑量的液體的情況下，其可以被容納在毛細(xì)管中。但是，一般，該裝置還包括與噴霧電極流體連通的容器。
下面結(jié)合附圖舉例描述本發(fā)明。附圖中

圖1(a)和1(b)圖示了體現(xiàn)本發(fā)明的電極以及建立一個工作的裝置所需的部件的結(jié)構(gòu)舉例；圖2(a)到2(f)示意性地圖解了各種不同的電極處理，同時給出了實施起來效果好和壞的例子；圖3(a)到3(c)示意性地圖解了三種電極的端部的剖面圖，也是同時給出了實施效果好和不好的例子；圖4(a)到4(c)示意性地圖解了本發(fā)明中所述的噴霧電極的各種取向；圖5示意性地圖解了根據(jù)本發(fā)明用于清潔噴霧電極的一種裝置的局部剖面圖；圖6圖示了一種制造整體式的噴霧電極清潔系統(tǒng)的裝置的剖面圖。
圖1(a)示意性地圖解了本發(fā)明的一種可能的實施例，其中有一個噴霧電極1以及也可以用作放電電極的參考電極2。此例中的噴霧電極1包括一個27口徑的導(dǎo)電毛細(xì)管，比如鋁毛細(xì)管，所述參考電極是任何導(dǎo)電表面，比如不銹鋼片或者不銹鋼針。
在所述電極和驅(qū)動電路5之間有電連接3和4，所述驅(qū)動電路5在激活時提供具有恒流或者規(guī)定電流的高壓。同時，用泵8沿著噴霧電極1同時泵送被保存在柔性容器7中的液體6。所述柔性容器7由PET膜或者疊層制成，比如是位于美國特拉華州19898威爾明頓市市場街1007號杜邦大廈的杜邦公司制造的Mylar疊層膜。合適的泵比如可以是US5961298中所描述的泵，但是可以使用任何用來泵送液體的裝置。液體被電場打碎為液滴并被噴出，噴出時液體的充電或者放電與否取決于參考電極2的性質(zhì)。
在只需要單劑量的液體時，該劑量可以被完全保持在毛細(xì)管以及任何與之相連的管子中，可以省略泵和容器。這樣的結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于藥物等的具體劑量的配送。
圖1(b)示意性地圖解了實現(xiàn)本發(fā)明的用于驅(qū)動圖1(a)所示裝置的可能的電路。電池或者其它低壓電源9通過控制開關(guān)10連接到高壓變流器11的輸入端。變流器的輸出端連接到圖1(a)中的裝置的電纜3和4。
用于該裝置的一種簡單的變流器是由位于英國PO22 9RL西蘇塞克斯Bognor Regis之Durban路的HiTek Power制造的PSM10-103P。注意，對于該裝置來說，任何能夠以大約10微安或者以下的電流送出1到30kV的電壓的變流器都是適用的。也可以使用更高功率的變流器，但是這并不能帶來額外的好處，并且通常會需要更多的安全管理。低功率裝置，比如壓電晶體或者變流器是理想的，并且具有顯著的好處，比如尺寸小，固有安全度高。
需要注意在圖中沒有圖示地參考電位(earth reference)。這是有意為之，因為，為了操作的目的，地參考電位可以一起省略，或者可以作用于電路中的任何點。但是，在某些情況下，為了其它的目的，應(yīng)用時可能需要一個地參考電位。高壓輸出的極性也是無關(guān)緊要的，盡管由于極性不同可能需要對電極作出某種重新安排，例如對于運行的裝置，可以將PSM10-103P變流器代之以PSM10-103N變流器(前者的負(fù)極性對應(yīng)產(chǎn)品)。
圖2(a)到2(f)圖示了噴霧電極1的端部的六種變型。其中，圖2(a)圖示了現(xiàn)有技術(shù)中所述的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電毛細(xì)管20。在這些例子中毛細(xì)管的外經(jīng)大約為400微米，內(nèi)徑約為200微米。也就是，毛細(xì)管為27口徑。但是也可以用30口徑或者更低口徑的其它口徑，其各部分特征則需相應(yīng)縮放。
如果通過毛細(xì)管20的液體的流速高并且圍繞該端部的電場足夠強，則圖2(a)中的毛細(xì)管20產(chǎn)生多股噴流21a-21d。如果液體不能通過單股噴流充分快地流出，則在端部形成第二、第三或者多股噴流。
盡管在某些情況下可能希望如此，但是如果需要對液滴的路徑加以控制，則不可預(yù)期的多股噴流的形成會產(chǎn)生嚴(yán)重的問題。因此，阻礙或者防止多股噴流的形成的手段在商業(yè)上極有優(yōu)勢。
所提出的一種手段，是形成一個焦點或者焦點突起，作為電場的聚焦點，使得盡管毛細(xì)管用作液體到噴霧電極端部的最后通道，但是液體并不在其端部周圍噴灑開。所述焦點突起的目的是通過提升在單一點的局部電場，降低產(chǎn)生噴霧所需的電位。這例如是通過如圖2(b)所示在毛細(xì)管20的端部添加小突出部22，或者如圖2(c)所示添加一個外徑小于毛細(xì)管自身、基本上平行于毛細(xì)管而固定到毛細(xì)管20端部的附加桿23，而實現(xiàn)的。在后一種情況下，借助于液體的表面張力，液體通過毛細(xì)管20的端面而到達桿23。
注意，圖2(b)和2(c)中噴嘴的邊緣必須具有些微半徑而不是銳利的，否則可能在毛細(xì)管20的端部上與突起21或者桿23徑向相對地形成第二、第三或者更多噴流。
也可以如圖2(d)所示，按照一定角度切割毛細(xì)管20而獲得焦點突起。但是，僅僅這樣是不夠的。如圖2(e)和2(f)所示，必須使邊緣24也具有一個半徑，該半徑為從5微米到50微米。這樣的半徑是難以通過機械手段獲得的。如果用機械手段形成，則不可避免地會導(dǎo)致不一致性，從而在電場中產(chǎn)生額外的局部焦點，這樣就會形成產(chǎn)生多股噴流的電位點。因此，本發(fā)明的一個特征是不產(chǎn)生這樣的額外的焦點突起。只應(yīng)當(dāng)有一個在最大電場點的焦點突起。
應(yīng)當(dāng)注意，應(yīng)用于噴霧電極1的正面的邊緣的半徑越大，則斜面的角度可以越銳。如果應(yīng)用于噴霧電極1的正面的邊緣的為最小半徑5微米，例如，則所述角度可以高達60度或者70度。而如果是50微米，則該角度可以低至30度或者20度。也可以適用該范圍之外的角度，但是在這些值之間益處最大。
圖3(a)是用斜面產(chǎn)生焦點的毛細(xì)管20的剖面圖。該毛細(xì)管20大致是27口徑，但是也可以適用其它口徑，只不過需要相應(yīng)調(diào)整其各部分特征。到這個水平的處理還不足以抑制多股噴流和電暈的形成。首先，由于邊緣如此尖銳，象這樣的噴嘴有時候會沿著該銳利的、突出的邊緣25形成兩個或者更多噴流。這是因為，在一個方向，圍繞毛細(xì)管20端部的外圍，曲率半徑是在毛細(xì)管本身的數(shù)量級，而在垂直方向，可以是原子大小的數(shù)量級。這意味著象這樣的毛細(xì)管就象鋒利的刀刃那樣作用，沿著它可能形成多股噴流。
因此，需要對毛細(xì)管進一步改進，以減小最小曲率半徑，如圖3(b)所示。這里，利用合適的化學(xué)制劑，將正面25的邊緣的最鋒利部分腐蝕掉。例如，可以用例如氯化鐵溶液、鹽酸、硝酸或者檸檬酸，或者它們的組合，來腐蝕不銹鋼電極?？梢杂寐然F溶液或者鉻酸硫酸混合物腐蝕黃銅或者紫銅基的毛細(xì)管?？梢岳缬脽岬臍溲趸c溶液或者鹽酸腐蝕鋁毛細(xì)管。
注意，腐蝕劑的濃度和腐蝕時間取決于材料表面光潔度，比如表面粗糙度或者是否存在機械加工潤滑劑，以及其組成、粒狀結(jié)構(gòu)和回火度。
我們發(fā)現(xiàn)，即使對于規(guī)格明顯一樣的材料，也會有許多變化，因此推薦對批料取樣極性測試，以確定每一種情況下的濃度和腐蝕時間。但是，為了說明的目的，可以用按體積50％的濃硝酸在水中的溶液將304不銹鋼的27口徑毛細(xì)管腐蝕5分鐘。將腐蝕時間保持在大約5-10分鐘是有幫助的，這樣，首先添加工件然后在處理之后極性沖洗所需的時間就不關(guān)鍵。更長的時間是沒有必要的，而可以使用更濃的溶液縮短時間；相反，可以通過降低腐蝕劑的濃度來使比較快的腐蝕時間變得更長。
應(yīng)當(dāng)注意，通過這樣消除銳利的邊緣，也可以防止過度的電暈。盡管電暈不會總是一個問題，但電暈是電效率低的根源。只需要非常少量的離子就能使液滴放電——通常小于1微安。因此，電流遠(yuǎn)高于此的電暈只會增加噴霧裝置所需的功率，而不會增強其功能。
圖3(c)圖解了這樣改進后的毛細(xì)管還被涂覆一個電介質(zhì)或者半導(dǎo)體薄層26。這樣的處理抑制了電暈的局部形成，可以將功耗壓低。
如果毛細(xì)管按照上面所述的方式進行了適當(dāng)?shù)母倪M，就可以用作單股噴流的源。將電場集中于一側(cè)或者另一側(cè)的改進意味著毛細(xì)管相對于第二或者參考電極的取向變得重要。
圖4(a)圖解了如何通過將焦點或者焦點突起30設(shè)置于噴霧電極1上最遠(yuǎn)離第二電極31的一點，可以延長充電液滴32的路徑。如果焦點30被置于噴霧電極1上最遠(yuǎn)離第二電極31的一點，則充電液滴32會更為直接地從一側(cè)運動到另一側(cè)。圖4(c)的方案例如在用于充電配送芳香劑時有好處，其中，充電液滴32在空氣中的時間越長，則它們在不可避免地落到第二電極31上之前就蒸發(fā)得更多。
如果將充電液滴32放電，則會阻止它們運動到第二電極31。因此在這種情況下，就沒有那么必要去延長噴霧路徑。在這種情況下，通過將焦點30置于噴霧電極1上最靠近第二電極31的一點(該處電場更強，更接近第二電極31)，其減弱多股噴流的特性被增強了。
在后一種取向有機會減少過度電暈的情況下，可以將焦點突起30置于噴霧電極1上的這樣一點介于最遠(yuǎn)離和最接近第二電極31的點之間，如圖4(c)所示，或者說置于圖4(a)和4(b)所示極端位置之間的某點。
我們發(fā)現(xiàn)，盡管離子化程度很大程度上取決于噴霧電極的形狀、是否存在放電電極以及液體的流速，但是這種毛細(xì)管周圍的空氣的擊穿常常是不可避免的。例如，較低的流速(約1微升每秒或者更低)以及任何放電電極的存在都會提高氣體放電或者電暈的可能性。
這種離子化(電離作用)的效果或者離子化的產(chǎn)物，導(dǎo)致在噴霧電極1的端部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這對于本噴射的液體來說不是真正的問題，因為會定期更換，因此任何退化都不顯著，常常檢測不出來。但是，噴霧電極1本身并不更換，隨著長期的使用，它會逐步改變。
我們發(fā)現(xiàn)，有各種方式克服這種退化，或者在退化的結(jié)果妨害電極的正常工作之前就消除這種結(jié)果。一種方式是對噴霧電極1使用對這樣的侵蝕不敏感的材料。例如可以使用鉑電極或者鎢電極，甚至是鋁電極。與不銹鋼相比，上述材料相對昂貴。對于許多醫(yī)療或者其它用途，都是用不銹鋼制造合適的毛細(xì)管形狀。
另一種與噴嘴和液體退化產(chǎn)物的逐步積聚相抗衡的手段是在要噴射的液體中加入緩慢清潔噴霧電極1的化學(xué)制劑。一個這樣的例子是檸檬酸，它可以用來在使用時慢慢地清潔黃銅或者不銹鋼電極，或者是用硅酮油來保護表面。
不幸的是，使用這樣的化學(xué)制劑并不總是切合實際的，因為，例如，在大劑量吸入時，其它一些化合物可能是有毒的。取而代之，可以用一種整體超聲波清潔方法來清除退化產(chǎn)物。圖5圖示了可以如何將一個清潔器單元51置于泵5和噴霧電極1之間的管路中。該清潔器應(yīng)當(dāng)包括對流向噴霧電極的整個流施加高頻脈沖的裝置。
一種裝置是使用壓電振動膜61，如圖6所示，與泵和電極(未圖示)串聯(lián)。該振動膜需要用由振蕩器62產(chǎn)生的頻率為1kHz到1MHz的交變電壓使之脈動。這些數(shù)字只是一個指導(dǎo)，也可以使用該范圍之外的頻率。但是，較低的頻率可能會導(dǎo)致出口處液滴直徑的波動，較高的頻率可能會對極度稠密和/或粘滯的液體有可以忽略的影響。
一種合適的振動膜是MURATA ELECTRONICS(UK)LTD(地址Oak House，Ancells Road，Ancells Business Park，F(xiàn)leet，Hampshire，GU512QW，United Kingdom)制造的7BB-12-9。由于噴霧電極1的退化產(chǎn)物的積聚是在比較長的時間(數(shù)日或者數(shù)周)上發(fā)生的，只需要偶爾使清潔器脈動。通常一天一次就足夠了，最好是在用噴霧電極1正在噴霧時使清潔器脈動。但是，如果清潔過程影響噴霧質(zhì)量，則可以在啟動噴霧之前使清潔器脈動，因此，在被清除的產(chǎn)物有時間穩(wěn)定下來之前就被清除了。
注意，可以使用這種作用來泵送US5630709中所述的液體。該文獻中所述的泵具有往復(fù)式部件，會對整體液流施加一些高頻脈沖，從而可以用來在裝置噴霧時清潔噴霧電極1。在這種情況下，脈沖幅度可以較小，因為它們在裝置噴霧時一直在起作用。這樣的結(jié)構(gòu)在實踐中和商業(yè)上都有好處，因為它將兩種作用組合到一個部件中，從而減少了部件數(shù)量，使得裝置的制造更便宜。
壓電部件的一種替代方案是使用多頭蠕動泵(multi-headedperistaltic pump)，比如ISMATEC SA(地址Labortechnik-Analytik，F(xiàn)eldeggstrasse 6，8152Glattbrugg，Switzerland)制造的REGLODigital MS-2/12，作為圖5中的主泵5。在這種情況下，在主液流上已經(jīng)疊加了脈沖，這就足以清潔噴霧電極1。在這種情況下，清潔器51和泵5被組合在單一部件中。但是，大的脈沖可能會影響噴霧的質(zhì)量，因此其使用的場合最好是液滴直徑的精確控制并不重要的場合。
這些使噴霧裝置具有一貫的性能的步驟適用于所有種類的在噴射液體的電極周圍存在強電場的靜電裝置。例子包括下述物質(zhì)的噴灑芳香劑、殺蟲劑或者其它化合物，比如保健品或者藥物，或者其它希望或者要求吸入的應(yīng)用。
可以在噴霧時用來清潔噴霧電極1的化學(xué)制劑或者其混合物的例子包括含以下物質(zhì)的液體混合物酸，比如檸檬酸、硝酸、鹽酸、鉻酸、硫酸、辛酸、膽酸、癸烷磺酸(decanesulfonic acid)、脫氧膽酸、甘氨膽酸、甘氨脫氧膽酸(glycodeoxycholic acid)、月桂酸、月桂酰肌氨酸(lauroylsarcosine)、亞油酸、亞麻酸、油酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、?；蛆Z脫氧明酸(taurochenodeoxycholic acid)、牛磺膽酸、?；敲摎淠懰?taurodehydrocholic acid)、?；侨パ跄懰?、?；鞘懰帷⑴Ｐ苋パ跄懰?tauroursodeoxycholic acid)，以及這些酸的鹽；堿，比如氫氧化鈉；清潔劑，比如磷脂、聚氧乙烯醚比如ICI(地址ICI 20Manchester Square，London，W1U 3AN，UK)生產(chǎn)的″Brij″系列產(chǎn)品、ICI的″Synperonic″系列產(chǎn)品、ICI的″Tween″系列非離子型表面活性劑產(chǎn)品；以及其它化合物，比如丁羥基大茴香醚、氯化鐵、乙醇、甲醇、醚和異十二烷(isododecane)；以及它們的相容混合物。
可以用來保護噴霧電極1的化合物或者產(chǎn)品的例子有表面活化劑，比如月桂酸、亞油酸、亞麻酸、油酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸；油，比如硅酮油、礦物油；醇，包括甲醇、乙醇；以及它們的相容混合物。
其它的應(yīng)用和改進對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說都是顯然的。
權(quán)利要求
1.一種靜電噴霧裝置，包括具有噴霧端的毛細(xì)管噴霧電極以及參考電極，這些電極在使用時跨發(fā)電機連接，以在電極之間建立電場，使得毛細(xì)管中的流體從噴霧電極中噴出，其中，該噴霧電極具有一個焦點，該焦點在所述噴霧端上確定了一個點，所述電場集中于該點。
2.如權(quán)利要求1所述的靜電噴霧裝置，其中，所述焦點是一個突出部，它從噴霧端的正面在平行于噴霧電極的縱軸的方向延伸出來。
3.如權(quán)利要求2所述的靜電噴霧裝置，其中，所述突出部是圓形的，其曲率半徑小于噴霧電極的曲率半徑。
4.如權(quán)利要求1所述的靜電噴霧裝置，其中，所述焦點是鄰近噴霧電極的桿，在平行于噴霧電極的縱軸的方向延伸而超過噴霧端的正面。
5.如權(quán)利要求4所述的靜電噴霧裝置，其中，該桿的末端是圓的，曲率半徑小于噴霧電極的曲率半徑。
6.如權(quán)利要求1所述的靜電噴霧裝置，其中，噴霧電極在噴霧端有一個正面，該正面具有圓形的邊緣，并被設(shè)置為相對于噴霧電極的縱軸成一個斜角，從而提供所述焦點。
7.如權(quán)利要求6所述的靜電噴霧裝置，其中，所述正面基本上在一個平面內(nèi)。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的靜電噴霧裝置，其中，所述噴霧電極被涂覆一層電介質(zhì)或者半導(dǎo)體材料。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的靜電噴霧裝置，其中，所述焦點在噴霧電極上確定的點最靠近參考電極。
10.如權(quán)利要求1到8之一所述的靜電噴霧裝置，其中，所述焦點在噴霧電極上確定的點最遠(yuǎn)離參考電極。
11.如權(quán)利要求1到8之一所述的靜電噴霧裝置，其中，所述焦點在噴霧電極上確定的點在最遠(yuǎn)離參考電極的點和最靠近參考電極的點之間。
12.如前述任一權(quán)利要求所述的靜電噴霧裝置，還包括與所述噴霧電極流體連通的容器。
13.用于如權(quán)利要求1到12之一所述的靜電噴霧裝置的噴霧電極。
14.一種制造噴霧電極的方法，包括按照相對于毛細(xì)管的縱軸成斜角地切割或者磨削毛細(xì)管，以形成噴霧端，并侵蝕該噴霧端以使其邊緣圓化。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，隨后用電介質(zhì)或者半導(dǎo)體材料層涂覆所述噴霧電極。
16.一種靜電噴霧裝置，包括具有噴霧端的毛細(xì)管噴霧電極以及參考電極，這些電極在使用時跨發(fā)電機連接，以在電極之間建立電場，使得毛細(xì)管中的流體從噴霧電極中噴出，其中，該裝置還包括在流體從噴霧電極噴出時向流體施加脈沖壓力波的裝置，以清潔噴霧電極。
17.如權(quán)利要求16所述的靜電噴霧裝置，其中，所述向流體施加脈沖壓力波的裝置是壓電振動膜。
18.如權(quán)利要求16所述的靜電噴霧裝置，其中，所述向流體施加脈沖壓力波的裝置是泵。
19.如權(quán)利要求16所述的靜電噴霧裝置，其中，所述泵是蠕動泵。
20.如權(quán)利要求16到19之一所述的靜電噴霧裝置，還包括與所述噴霧電極流體連通的容器。
21.如從屬于權(quán)利要求18或者19的權(quán)利要求20所述的靜電噴霧裝置，其中，該泵適合從容器向噴霧電極泵送流體。
22.一種用于清潔毛細(xì)管噴霧電極的方法，包括在使用時對通過電極噴出的液體施加脈沖壓力波，從而清潔噴霧電極。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述壓力波以超聲波頻率脈動。
全文摘要
一種靜電噴霧裝置，包括具有噴霧端的毛細(xì)管噴霧電極以及參考電極，以及與噴霧電極流體連通的容器。在使用時，所述電極跨發(fā)電機連接，以在電極之間建立電場，使得容器中的流體從噴霧電極中噴出。該噴霧電極具有一個焦點，該焦點在所述噴霧端上確定了一個點，所述電場集中于該點。
文檔編號B05B5/025GK1767902SQ200480008620
公開日2006年5月3日 申請日期2004年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月7日
發(fā)明者艾拉斯塔爾·B.·皮里 申請人:阿斯特姆技術(shù)有限公司