用于生成气溶胶的方法和系统技术方案

能够通过向流体施加应变并且拉伸该流体来由牛顿和非牛顿流体的丝拉伸和断裂来生成气溶胶。流体沿应变路径拉伸并且在分开表面之间形成流体丝。拉伸的流体丝断裂成液滴，采集所述液滴以形成雾或气溶胶。气溶胶生成系统能够包括一对或多对反向旋转辊或者一对活塞，该一对或多对反向旋转辊定位成彼此邻近并拉伸流体，该一对活塞朝向或离开彼此移动以拉伸流体。一些气溶胶生成系统能够包括以圆形、椭圆形或线性图案定位的多对反向旋转辊。具有多对反向旋转辊的气溶胶生成系统能够沿一个或多个方向产生雾并且能够定位在两个同心环之间或者线性地定位等。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
技术介绍
多种制造和工业应用都得益于流体雾化以生成细蒸气雾或气溶胶，例如用于燃烧应用的燃料/空气混合物、用于喷涂的雾化空气-涂料混合物、医药涂层应用、粘合剂应用等。一旦组分溶液被制成气溶胶，就能够易于被处理成涂布实际上任何形状的表面。备选地，在医药工业中，气溶胶通常用于被称为“喷雾干燥”的过程中，以产生用作上游组分溶液从而生成活性制药原料的细粉末。在所有已知的应用中，通过组分溶液生成气溶胶都是具有挑战的。当组分溶液性状像牛顿流体一样时，通过多种常规方法来生成蒸气或气溶胶。一种传统的方法使用高速气流来拖动空气和液体。典型的雾化器或气溶胶包括巨大的雷诺数和韦伯数的空气和组分溶液的共轴流，即，惯性力影响流体中的粘性和表面拉力。这种流通常不稳定并且由于开尔文-亥姆霍兹和高地射线不稳定性而导致流体断裂。在许多情况下，该流是在高应变和应变率下清除和拉伸流体包的湍流和混沌，从而导致使流体夹带大量空气并且造成悬浮于空气中的细雾滴。当组分溶液具有牛顿特性并且性状像牛顿流体一样时，高速共轴流是有效的。然而，多种组分溶液含有多种导致非牛顿特性(其中包括剪切稀化和粘弹性)的多种高分子和相互作用的固体组分。对于具有非牛顿特性的组分溶液而言，像高速共轴流和电喷涂的传统雾化方法可能是无效的。例如，如果组分溶液是粘弹性的并且强烈延伸地增厚，那么当流体拉伸时，其延伸粘度可能沿应变方向增大若干数量级，即对于一些高分子质量聚合物组分溶液而言大于105。在喷射期间，具有非牛顿特性的组分溶液的延伸厚度造成粘性阻力大于惯性和表面拉力，从而使系统在断裂和防止小滴形成之前承受巨大的应变。喷射导致形成从不断裂并且变得悬浮在空气中的长的粘性丝、膜和卷须。基本上，液体拉伸，但是绝不会断裂成液滴从而形成雾或蒸气。用于生成气溶胶的共轴流系统的主要问题是应变方向与平移方向重合。丝最终断裂成液滴以形成雾，但是为了实现巨大应变，由喷射产生的丝必须基本沿长距离行进。当丝行进时，丝失去动量并且可能弹回从而重新形成(reform)巨大液滴。备选地，试图在其轨迹中连续推动丝需要不切实际的长喷射来断裂丝并且形成液滴。因此，通过由展示出牛顿特性和非牛顿特性中的一种或两种的流体生成气溶胶的方法和系统将是本领域内有益的。【附图说明】图1是根据本公开的方面的被拉动穿过限定于两个辊之间的辊隙的流体以及流体丝拉伸的渐变过程图。图2是一对活塞的例子，流体在该对活塞之间拉伸并且断裂。图3示出了根据本公开的方面的一对反向旋转辊和形成于辊隙的下游侧上的丝。图4是具有流体容器的示例性的一对反向旋转辊的横截面图。图5是具有一对反向旋转辊的气溶胶生成机的例子，该对反向旋转辊生成气溶胶。图6A和图6B是用于一对反向旋转辊的流体涂布技术的两个例子。图7A至图7E是用于一对反向旋转辊的流体涂布技术的额外例子。图8是用于生成气溶胶的系统的例子，该系统包括风扇以在一对反向旋转辊的上游生成气流。图9是增加了挡板的图8中所示的用于生成气溶胶的系统，所述挡板定位在该对反向旋转辊的下游。图10是增加了喷涂收集器和真空的图9中所示的用于生成气溶胶的系统，该喷涂收集器和真空定位在该对反向旋转辊和挡板的下游。图11是用于生成气溶胶的示例性系统，该系统包括定位在一对反向旋转辊和挡板上游的气流、喷涂收集器和定位在该对反向旋转辊下游的真空。图12是用于生成气溶胶的另一个示例性系统，该系统包括定位在一对反向旋转辊下方的风扇、定位在反向旋转辊上方的挡板和定位在反向旋转辊下游的喷涂收集器和真空。图13是用于生成气溶胶的又一个示例性系统，该系统包括空气流，该空气流沿限定于辊之间的辊隙与反向旋转辊平行地行进。图14是反向旋转辊的示例性辊，其中示出了位于辊表面上的各种开口。图15A至图15C是用于反向旋转辊中的一个或两个反向辊的示例性纹理。图16是具有两个不同纹理表面的区域的反向旋转辊中的一个。图17是用于反向旋转辊的又一个示例性纹理表面，其中以不同距离间隔开的肋围绕辊的外周延伸。图18是纹理辊表面的又一种类型，其中多根刚毛远离辊的表面延伸。图19是具有被应用于其不同区域中的两个表面处理的示例性辊。图20A和图20B是具有多个辊的用于生成气溶胶的示例性系统及其三维透视图。图21A和图21B是具有多个辊的用于生成气溶胶的另一个示例性系统及其三维透视图。图22A和图22B是具有多个辊的用于生成气溶胶的又一个示例性系统及其三维透视图。图23A和图23B是具有多个辊的用于生成气溶胶的又一个示例性系统及其三维透视图。图23C是图23A和图23B中所示的间隔件中的一个的放大视图。图24A和图24B是具有多个辊的用于生成气溶胶的示例性系统及其三维透视图。图25A和图25B是具有多个辊的用于生成气溶胶的又一个示例性系统及其三维透视图。图26A和图26B是具有多个辊的用于生成气溶胶的又一个示例性系统及其三维透视图。【具体实施方式】公开了用于生成气溶胶的系统和方法，其中流体丝拉伸并且断裂成液滴，所述液滴生成气溶胶、雾或其它蒸气。气溶胶、雾和蒸气是用于描述变得悬浮于空气中的流体丝的一个或多个液滴的可互换术语。流体通常是具有牛顿或非牛顿特性的液体。总体而言，具有非牛顿特性的流体可能具有强健的延伸增厚，从而造成其在应变时延伸粘度沿应变方向显著增大(有时增大若干数量级)。非牛顿流体的延伸增厚造成粘性阻力大于流体的惯性和表面拉力并且使系统在断裂以及防止形成小滴或液滴之前承受巨大的应变。如果沿适当长的应变路径应变或拉伸，所有的流体(包括具有牛顿和非牛顿特性的流体)最终都断裂成小液滴并且形成雾或气溶胶。所有的流体都能够连续拉伸以形成流体丝(拉伸流体)，直到流体丝断裂成若干液滴，因此形成雾或气溶胶为止。应变和拉伸流体丝的过程能够通过已形成第一轮液滴之后仍然剩余的过量流体或者通过新的流体重复。此外，多根流体丝能够与第一流体丝拉伸和应变过程并行地拉伸，因此增大所形成的液滴的体积。拉伸第一流体丝与任何额外的过量流体丝之间的时间量能够根据期望由可被调节或控制的时间周期限定。流体丝的多次拉伸和断裂之间的时间周期能够是变化的或者能够是恒定的。图1示出了通过一对反向旋转辊100、102拉伸的流体的渐变过程。辊隙104被限定成两个辊100、102之间的空间，当辊100、102反向旋转时，流体被拉动到该空间中。流体淤积在辊隙104的上游侧106处并且被拉动穿过辊隙104。在辊隙104的下游侧108上，流体在两个辊100、102的表面之间拉伸成流体丝110。当辊100、102反向旋转时，流体丝110粘附到其上的辊100、102的表面保持不变，但是这种表面之间的空间变大。当辊100、102的表面旋转离开彼此时，流体丝112变得更长并且更薄。当流体丝112到达液桥变得不稳定的点时(该点也是流体丝112的毛细管断裂点)，流体丝112断裂成若干液滴114并且将过量的流体116留在辊表面中的每一个上。过量流体116缩回到其相应辊的表面并且能够成为下一次辊旋转时淤积并且被拉动穿过辊隙的流体的一部分。能够重复该过程以提供连续的雾。图2示出了在一对活塞200、202之间拉伸以形成流体丝206的流体204的渐变过程，该流体丝最终断裂成多个液滴206。流体204被放置在活塞200、20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气溶胶生成系统，包括：第一辊；第二辊，所述第二辊以线性构造与所述第一辊间隔开；带，所述带限定了内部带空间并且具有内部表面，所述第一辊和所述第二辊定位在所述内部带空间内，使得所述第一辊的至少一部分表面和所述第二辊的至少一部分表面与所述带的内部表面物理接触；第一辊隙，所述第一辊隙限定于与所述带的内部表面物理接触的所述第一辊的所述至少一部分表面之间，所述第一辊隙具有上游侧和下游侧；第二辊隙，所述第二辊隙限定于与所述带的内部表面物理接触的所述第二辊的所述至少一部分表面之间，所述第二辊隙具有上游侧和下游侧；流体源，所述流体源被构造成能够通过流体涂布所述第一辊和所述第二辊；驱动元件，所述驱动元件被构造成能够驱动所述第一辊和所述第二辊，以使流体被拉动穿过所述第一辊隙的上游侧到达所述第一辊隙的下游侧并且穿过所述第二辊隙的上游侧到达所述第二辊隙的下游侧；其中当所述带和所述第一辊中的至少一个旋转时，第一流体丝在所述第一辊的分开表面与所述带的内部表面之间拉伸，所述第一流体丝拉伸直到其断裂成多个第一个液滴为止；并且其中当所述带和所述第二辊中的至少一个旋转时，第二流体丝在所述第二辊的分开表面与所述带的内部表面之间拉伸，所述第二流体丝拉伸直到其断裂成多个第二液滴为止。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：D·M·约翰逊，V·贝克，
申请(专利权)人：帕洛阿尔托研究中心公司，
类型：发明
国别省市：美国;US