KR20190118179A - 미세 기포를 생성하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

미세 기포를 생성하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

미세 기포를 생성하기 위한 장치 또는 방법에 관한 것으로서, 장치는, 유입 구(107, 11O)와 유출구를 갖는 채널, 및 유입구(107, 110) 내로 공급하도록 구성된 발포성 액체(101)와 가압 가스(102)의 소스를 포함하고, 이 채널은 진동하는 흐름 방향을 제공하도록 공간적으로 진동하는 흐름 채널(106)로 이루어지고, 공간적으로 진동하는 흐름 채널(106)은 벌크 흐름 방향에 대해 진동하고, 공간적으로 진동하는 흐름 채널(106)은, 해당 평면(46)에서의 벌크 흐름 방향에 수직인 평면형 단면들의 서브 시퀀스를 갖는, 흐름 방향에 수직인 평면형 단면들의 시퀀스를 제공하고, 서브 시퀀스는, 서브 시퀀스의 적어도 하나의 다른 평면(46)과 중첩되지 않는 적어도 하나의 평면(46)을 포함한다.

Description

미세 기포를 생성하기 위한 장치 및 방법
본 발명은 유입구와 유출구를 갖는 채널을 이용하여 미세 기포(microfoam)를 생성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
기포는, 이산 가스 개체를 둘러싸는 연속적 액체 또는 고체 상으로 이루어진 2상 시스템(two phase system)이다. 기포의 연속 상은, 통상적으로 거품이 합쳐지는 것을 방지하고 이에 따라 거품이 연속 가스 상으로 복귀하여 기포로부터 분리되지 않게 하는 계면활성제 또는 안정제를 함유한다. 미세 기포는, 거품이 통상적으로 100마이크론보다 작고 다분산성이 낮은 (예를 들어, 표준 편차가 40마이크론 미만인) 기포의 특별한 경우로서 정의될 수 있다.
미세 기포를 생성하는 방법 및 장치는 공지되어 있다.
기계적 휘핑은, 예를 들어, 고 전단 믹서에서의 거품 크기를 줄이도록 기계적 전단을 이용하는 기계식 가동 부품의 사용에 의존한다. 이러한 믹서는 고속 임펠러 또는 비터 헤드의 회전에 의존하여 상이한 상들과 기타 성분들을 혼합한다. 이들 장치의 헤드 속도는 통상적으로 10,000 rpm을 초과한다.
따라서, 미세 기포를 생성하는 공지된 방법들은, 제조에 있어서 상당한 비용이 들고 부피가 크며, 일회용품으로서, 예를 들어, 소비자 포장의 일부로서 사용하는 데 편리하지 않다.
미세 기포는, 또한, 용해된 또는 액화된 가스 추진제를 함유하는 에어로졸 캔에 의해 생성될 수 있다. 그러나, 이러한 캔은, 환경적으로 또한 건강 및 안전 측면에서 문제가 되는 것으로 점점 더 인식되고 있다.
문헌 US2015/0360853 A1은, 충전식 컬럼을 통해 발포성 액체 및 가압 가스(pressurised gas)를 공급함으로써 미세 기포를 생성하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 충전식 컬럼은, 위생 문제를 일으키는 데드 존을 생성할 수 있으므로, 불편하다.
본 발명은, 단지 발포성 액체 및 가압 가스를 유입구 내로 도입함으로써 미세 기포를 제공하는 것으로 밝혀진, 공간적으로 진동하는 채널을 포함하는 새로운 기하학적 구조를 이용한다. 미세 기포는, 적절한 조건 하에서, 진동 채널에서 생성되며 채널의 유출구로부터 배출된다.
제1 양태에서, 본 발명은 미세 기포를 생성하는 장치에 관한 것으로서, 이 장치는, 유입구와 유출구를 갖는 채널, 및 유입구 내로 공급하도록 구성된 발포성 액체와 가압 가스의 소스를 포함하고, 채널은 진동 흐름 방향을 제공하도록 공간적으로 진동하는 흐름 채널로 이루어지고, 공간적으로 진동하는 흐름 채널은 벌크 흐름 방향에 대해 진동하고, 공간적으로 진동하는 흐름 채널은, 해당 평면에서의 벌크 흐름 방향에 수직인 평면형 단면들의 서브 시퀀스를 갖는, 흐름 방향에 수직인 평면형 단면들의 시퀀스를 제공하고, 서브 시퀀스는 서브 시퀀스의 적어도 하나의 다른 평면과 중첩되지 않는 적어도 하나의 평면을 포함한다.
제2 양태에서, 본 발명은 유입구와 유출구를 갖는 채널을 포함하는 장치를 이용하여 미세 기포를 생성하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 가압 하에 가스와 발포성 액체를 채널의 유입구 내로 공급하는 단계를 포함하고, 채널은 진동 흐름 방향을 제공하도록 공간적으로 진동하는 흐름 채널로 이루어지고, 공간적으로 진동하는 흐름 채널은 벌크 흐름 방향에 대해 진동하고, 공간적으로 진동하는 흐름 채널은, 해당 평면에서의 벌크 흐름 방향에 수직인 평면형 단면들의 서브 시퀀스를 포함하는, 흐름 방향에 수직인 평면형 단면들의 시퀀스를 제공하고, 서브 시퀀스는 서브 시퀀스의 적어도 하나의 다른 평면과 중첩되지 않는 적어도 하나의 평면을 포함한다.
따라서, 공간적으로 진동하는 기하학적 구조와 적절한 공급 압력을 이용함으로써, 발포성 액체와 가스가 미세 기포를 형성하게 된다. 이는, 공간적으로 진동하는 채널이 진동으로 인해 미세 기포를 생성하는 특정한 전단 환경을 제공하기 때문인 것으로 여겨진다.
임의의 주어진 미세 기포에 대하여, 특정 범위의 가스 대 액체 비율을 달성할 필요가 있을 것이다. 이는, 통상의 기술자에게 공지된 방법을 사용하여 가스 및 액체의 흐름 채널의 소스 압력 및/또는 저항을 각각 가변함으로써 쉽게 취득될 수 있다.
따라서, 공간적으로 진동하는 흐름 채널은, 정적이지만, 공간에서 진동하여 벌크 흐름 방향에 대한 방향을 계속 변경하는 흐름 방향을 제공한다.
장치 및 방법은, 가동 부품을 포함하지 않기 때문에, 비교적 저렴하고 본질적으로 어떠한 규모로도 제조될 수 있다. 이는 장치 및 방법이 소규모 분배 응용분야 내지 산업용 응용분야까지 사용될 수 있게 한다.
본 발명의 문맥에 있어서, 해당 평면에 수직인 선이 다른 하나의 평면을 통과하지 않으면, 이러한 두 개의 평면은 "중첩되지 않는다".
채널은, 공간적으로 진동하는 흐름 채널이 진동하는 벌크 흐름 방향을 포함한다. 벌크 흐름 방향은, 진동이 존재하지 않는 경우, 채널의 일반적인 흐름 방향으로 간주될 수 있다. 따라서, 공간적으로 진동하는 흐름 채널은, 일반적으로 벌크 흐름 방향의 어느 한쪽으로 방향을 연속적으로 변경하며, 이는 미세 기포의 생성에 필수적인 것으로 여겨진다. 곡률을 포함하지만 호, 나선, 및 와선과 같은 벌크 흐름 방향에 대해 공간적으로 진동하지 않는 기하학적 구조는, 자체적으로 미세 발포를 생성하지 않는다. 이는 벌크 흐름 방향에 대한 방향 변경을 포함하지 않기 때문이다.
공간적으로 진동하는 흐름 채널은, 규칙적인 반복 패턴을 포함할 수 있고, 또는 벌크 흐름 방향에 대해 진동한다면 랜덤한 요소 또는 불규칙한 치수를 포함할 수 있다.
진동하는 흐름 채널의 단면은, 임의의 기하학적 구조를 취할 수 있지만, 통상적으로는 직사각형, 원형, 난형, 다이아몬드 등의 규칙적인 형상이다.
공간적으로 진동하는 흐름 채널은 유입구와 유출구 간의 단일 흐름 채널을 포함한다. 이는, 유입구로 진입하는 가스와 액체가 유출구에 도달할 때까지 단일 유로를 따라 함께 흐른다는 것을 의미한다.
이것은 공간적으로 진동하는 흐름 채널이 채널들의 분할 및 재병합이 없는 단일 채널이라는 것을 의미한다. 유입구와 유출구를 갖는 단일 진동 채널은 접합부를 포함하는 장치에 비해 장점이 있다. 예를 들어, 이러한 채널은 데드 존의 출현을 최소화하거나 방지한다.
그러나, 이러한 단일 흐름 채널은 액체 및/또는 가스를 단일 흐름 채널 내로 도입하는 추가 유입구를 포함할 수 있다. 또한, 단일 흐름 채널은 추가 유출구를 포함할 수 있어서, 흐름의 일부는 유출구들 중 하나를 통해 장치로부터 배출되기 전에 분할된다. 그러나, 이러한 방식으로 흐름이 분할되면, 분할된 유체는 하류에서 함께 재병합되지 않으며 단순히 유출구를 통해 장치로부터 배출된다. 이러한 방식으로, 하나보다 많은 유입구와 유출구가 존재할 수 있음에도 불구하고, 단일 지향 유로의 장점이 장치에서 유지된다.
그러나, 필요에 따라 공간적으로 진동하는 단일 흐름 채널을 복수 개를 병렬로 함께 그룹화하여 처리량을 증가시킬 수도 있다.
공간적으로 진동하는 흐름 채널의 평균 단면적을 0.5 mm2 내지 5 mm2로 함으로써 양호한 결과를 제공한다는 것이 밝혀졌다.
바람직하게, 서브 시퀀스는, 서브 시퀀스의 해당 평면에 인접하는 두 개의 평면 중 어느 것과도 중첩되지 않는 적어도 하나의 평면을 포함한다.
바람직한 일 실시예에서, 서브 시퀀스의 10개 이상의 평면, 바람직하게는 20개 이상의 평면, 더욱 바람직하게는 40개 이상의 평면은, 서브 시퀀스에서 해당 평면에 인접하는 2개의 평면 중 어느 것과도 중첩되지 않는다. 그러나, 소정의 개수를 초과하는 경우, 생성되는 기포의 품질이 저하되는 것으로 밝혀졌다. 따라서 해당 평면에 인접하는 서브 시퀀스의 두 개의 평면 중 어느 것과도 중첩되지 않는, 서브 시퀀스의 1000개 미만의 평면, 바람직하게는 200개 미만의 평면, 더욱 바람직하게는 100개 미만의 평면이 바람직하다.
바람직하게, 서브 시퀀스의 실질적으로 모든 평면은, 해당 평면에 인접하는 서브 시퀀스의 두 개의 평면 중 어느 것과도 중첩되지 않는다.
선행하는 청구항들 중 임의의 하나의 청구항에 따른 방법 또는 장치에 있어서, 서브 시퀀스 내의 평면들 간의 평균 거리는 0.5 mm 내지 20 mm이다.
가스는, 공기, 질소, 탄화수소, 이산화탄소, 아산화질소, 또는 사실상 사용자가 미세 기포의 기포 내에 기상 상태로 혼입하고자 할 수 있는 임의의 화합물 또는 화합물들의 혼합물을 포함할 수 있다.
미세 기포는, 비누 기반 기포, 쉐이빙 폼, 스킨 크림, 자외선 차단제, 커피 크레마 및 라떼 폼, 헤어 케어 제품, 표면 세정 제제, 휘핑된 크림, 유제품 기포(아이스크림 포함)，요리 기포, 제빵 및 제과 제품, 단열재 및 방음재, 건축 자재, 경량 포장 및 공간 충전 재료를 포함하지만 이에 한정되지 않는 넓은 범위의 산업용 응용분야, 상업용 응용분야, 국내 응용분야, 및 의료용 응용분야와 관련되게 하는 많은 특성을 갖고 있다. 바람직한 미세 기포는, 유제품, 예를 들어, 우유 및/또는 크림 또는 합성 등가체에 기초한다.
미세 기포는, 또한, 예를 들어, 가스 스크러빙과 같은 가스/액체 분리 공정 또는 연료 전지에서 발생하는 것과 같은 가스/액체 반응 공정에서 넓은 가스/액체 계면 면적이 유익할 수 있는 공정에서 유용하다.
장치는, 플라스틱(예를 들어, 폴리프로필렌, PET, 폴리에틸렌, ABS, 나일론, PLA, PVC, TefIon™, 아크릴, 폴리스티렌, PEEK 등), 금속, 유리, 가공된 섬유 매트릭스를 포함하는 넓은 범위의 재료, 또는 적절한 형상으로 성형, 밀링, 인쇄, 주조, 기계가공, 소결, 에칭, 카빙(carve), 제련, 취입, 프레싱, 스탬핑, 전자빔 기계가공, 레이저 절단, 적층, 및 형성될 수 있는 다른 임의의 재료로 형성될 수 있다.
매우 저렴한 일회용(또는 단일 사용) 장치가 필요한 경우에는, 많은 플라스틱이, 저렴하고, 재활용 가능하며, 사출 성형과 같은 대량 제조 방법에 적합하므로, 더 적합할 수 있다. 재사용 가능한 장치는, 다른 응용분야, 예를 들어, 소매 커피 디스펜서 내의 우유 발포 모듈 또는 발포된 식품을 제조하는 처리 라인에서 필요할 수 있다. 이러한 경우, (아마도 주변 구조에 의해 지지되는) 금속, 세라믹, 또는 유리가, 화학적 및 기계적 세정, 열처리, 스팀 세정, 오토클레이빙, 및 통합에 대하여 더 내성을 갖고 있으므로, 더 적합할 수 있다.
본 발명은 미세 기포의 소량 내지 중간 체적 흐름의 생성을 위한 단일 기하학적 채널로서 사용될 수 있고, 또는 다수의 발포제 유닛을 병행 작동시켜 산업 및 제조 응용분야에 더욱 적합한 더욱 높은 체적 흐름을 달성할 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 장치는, 개폐가능 유출구를 포함하는 가압형 컨테이너를 포함하고, 컨테이너는 가압 하에 있는 발포성 액체 및 가스를 함유하고, 장치는, 발포성 액체와 가스를 공간적으로 진동하는 채널의 유입구로 전달하도록 구성되고, 채널의 유출구는 장치의 개폐가능 유출구에 결합되며, 개폐가능 유출구가 개방되는 경우, 컨테이너 내부의 압력과 유출구에서의 압력 간의 압력 차는 발포성 액체와 가스를 유입구 내로 유도하는 데 충분하며, 이에 따라 유출구로부터 배출되고 이어서 장치의 개폐가능 유출구로부터 배출되는 미세 기포를 생성할 수 있다.
이제, 다음에 따르는 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 1은 예에서 미세 기포를 생성하는 데 사용되는 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치에 의해 생성된 미세 기포의 화상이다.
도 3은 본 발명의 범위를 벗어나는 진동 유로를 포함하는 지그재그형 장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 범위를 벗어나는 진동 유로를 포함하는 노치형 장치의 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 진동 유로를 포함하는 사형(serpentine) 장치의 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 진동 유로를 포함하는 노치형 장치의 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 진동 유로를 포함하는 장치의 사시도이다.
도 8은 미세 기포를 전달하기 위한 본 발명에 따른 장치의 측단면도이다.
도 9는 캡 조립체만을 도시하는 도 8에 도시된 장치의 변형예의 측단면도이다.
도 10은 미세 기포를 전달하기 위한 본 발명에 따른 제2 장치의 측단면도이다.
도면을 참조하면, 도 1은 실험 장비의 도면을 도시한다. 압축기(12)를 사용하여, 2.5 mm ID 튜브(13)를 통해 가압 공기를 T-커넥터(14)에 공급하였으며, T-커넥터는, 계면활성제 적재 액체를 함유하는 용기(액체 용기; 15) 및 가스만을 함유하는 용기(16)에 가압 공기를 공급한다. 튜브(2.5 mm ID)는 양측 용기의 유출구를 제2 T-커넥터(17)에 연결하고, 제2 T-커넥터는 이어서 (2.5 mm ID 튜브를 통해) 미세 기포 생성 장치(18)에 연결하였다. 액체 용기는, 압축기에 연결된 튜브가 액체 용기의 헤드스페이스로 공급되고 미세 기포 생성 장치로 이어지는 튜브가 액체 라인 아래의 액체 용기에 연결되도록 배향된다. 도 1에서, 커넥터(17)는, T-커넥터이지만, 바람직하게는 미세 기포 생성 장치로 이어지는 가스-액체 도관을 잇는 간헐적 패킷으로서 정확한 가스-액체 비를 제공하는 Y-커넥터 또는 다른 기하학적 커넥터이다.
본원에 예시된 3가지 부류의 기하학적 구조(지그재그형, 노치형, 및 사형)의 각각을, PLA로부터 3D-프린터 상에 인쇄하고 압력을 함유하도록 플라스틱 케이스에 포함하였다. 튜브를 퀵-핏(fast-fit)을 통해 케이싱에 연결하였으며, 이는 미세 기포 생성 장치의 유입구 포트로 이어진다. 액체 및 가스의 유량이 조절될 수 있도록 니들 밸브(19)를 압력 용기의 유출구와 미세 기포 생성 장치로 이어지는 T-커넥터의 유입구 사이의 라인에 설치하였다.
압축기의 전원을 켰을 때, 가스 용기 및 액체 용기의 헤드스페이스가 가압되어 가스가 가스 용기 밖으로 흘러나오고 액체가 니들 밸브를 통해 액체 용기의 밖으로 흘러나와 제2 T-커넥터 내로 흘러, 이러한 가스와 액체가 제2 T-커넥터에서 가스/액체 혼합물로 결합되어, 미세 기포 생성 장치를 통해 가압되었다. 니들 밸브는 가스 및 액체를 상이한 유량 범위로 미세 기포 생성 장치에 공급하도록 조절되었다. 미세 기포가 얻어진 경우, 액체 대 가스 비율의 범위를 갖는 미세 기포를 생성하기 위해 공기 및 가스 비율을 가변할 수 있어서, 유체와 같은 습식 기포 내지 매우 뻣뻣하고 건조한 기포에 이르기까지 다양한 질감의 제품을 생성할 수 있다. 최대 공기 포함 값은 다음에 따르는 예들에서 보고된다.
1 cp의 점도를 갖는 발포성 유체에 대한 미세 기포를 생성하기 위해서는 액체 겉보기 속도(superficial liquid velocity)가 500 mm/s 내지 750 mm/s 범위(대부분의 데이터는 이 범위에 있음)에 있는 것이 바람직하고 그 다음으로는 250 mm/s 내지 1500 mm/s 범위(모든 데이터가 이 범위에 있음)에 있는 것이 바람직하다고 밝혀졌다.
고 점도(5 cP 내지 50 cP)의 미세 기포를 생성하기 위해서는, 액체 겉보기 속도가 500 mm/s 내지 2000 mm/s 범위(대부분의 데이터는 이 범위에 있음)에 있는 것이 바람직하고 그 다음으로는 500 mm/s 내지 2500 mm/s 범위(모든 데이터가 이 범위에 있음)에 있는 것이 바람직하였다. 표면 액체 속도 = (발포성 유체의 체적 유량) / (유체 채널의 최소 단면적).
테스트한 액체의 점도는 다음과 같았다. FairyTM 액체(물 10부에 1부 희석됨): 1 cp, 탈지유(<0.3% 지방): 5 cp, 휘핑 크림(39.8% 지방): 50 cp.
각각의 발포제를, 25℃에서 주로 라우릴 황산나트륨(1부 FairyTM 액체 : 10부 물)인, 영국에서 이용가능한 식기 세척액인 희석 FairyTM 액체로 테스트하였다. 압축기 압력은 5 bar로 설정하였다. 각각의 경우에, 최종 미세 기포제에 함유된 공기 상 체적은 >95%이었다. 테스트 조건 및 미세 발포가 생성된 경우는 표 1에 기록되어 있다.
표 1
Figure pct00001
선택된 개수의 기하학적 구조에 대해, 냉각된(5℃) 탈지유(지방 함량 ~1%)로 실시예를 반복하였다. 초기에, 압축기 압력은 5 bar로 설정하였지만, 미세 기포가 생성되지 않으면 8 bar에서 반복하였다. 그 결과를 표 2에 나타냈다.
표 2
Figure pct00002
선택된 개수의 기하학적 구조에 대해, 냉각된(4℃) 휘핑 크림(지방 함량 38%)으로 실시예를 반복하였다. 초기에, 압축기 압력은 5 bar로 설정하였지만, 미세 기포가 생성되지 않으면 8 bar에서 반복하였다. 그 결과를 표 3에 나타냈다.
표 3
Figure pct00003
유제품(탈지유, 크림)의 경우, 제품 온도와 관련된 미소 기포 성능 저하의 의존성이 있었다. 약 7℃에서, 우유 및 크림의 발포성과 미세 기포 안정성은, 다른 유제품 문헌에서의 관찰에 따라 악화되는 것으로 나타났다.
미세 기포가 생성된 경우, 미세 기포에서의 액체 유량 및 가스 상 체적을 측정하였다. 노치형 발포제에 의해 생성된 희석된 FairyTM 액체 미세 기포의 샘플을 페트리 접시에 수집하였다. 페트리 접시를 뒤집어 놓고 (유리를 통해) 위에서 현미경 화상을 캡처하였다. 수집하고 있는 샘플로부터 3초 이내에 화상을 캡처하였다. 이 현미경 화상은 도 2에 도시되어 있다. 현미경 화상은, 39.2마이크론의 평균 및 25.21마이크론의 표준 편차를 갖는 것으로 밝혀진 기포 크기 분포로 변환되었다.
표 1에서, 노치형 발포제, 지그재그형 발포제, 및 사형 발포제가 또한 희석된 FairyTM 액체로부터 미세 기포를 생성할 수 있음을 알 수 있다.
노치형 발포제는, 또한, 매우 미세하고 균일한 기포 구조(표준 편차가 25.21마이크론이고 평균 기포 크기가 39.2마이크론임)를 생성할 수 있다고 입증되었다. 이러한 통계를 생성하기 위해 총 354개의 거품 크기를 지정하였다.
표 2와 표 3에서, 노치형 발포제, 지그재그형 발포제, 및 사형 발포제가 냉각된 탈지유 및 휘핑 크림으로부터 미세 기포를 생성할 수 있음을 알 수 있다. 노치형 발포제의 경우, 휘핑된 크림의 최대 공기 함량은 58%였으며, 이는 기계적 휘핑에 의해 달성될 수 있는 최대 공기 함량에 가깝다.
발포제 테스트 기하학적 구조의 명명법
발포제의 3개의 기하학적 구조(지그재그형, 노치형, 및 사형)의 변형에 대해 많은 양의 테스트를 수행하였다. 표에 언급된 발포제 기하학적 구조는, 발포제가 간결하고 명확하게 참조될 수 있도록 도입되었다.
1) 지그재그형 발포제: 폭 "wz"와 (페이지에 수직인 방향으로 측정된) 깊이 "dz"의 직사각형 채널로 이루어진다. 지그재그 형상의 흐름 채널은, 도 3에 도시한 바와 같이 (이등변 삼각형 형상의 베이스를 갖는) 삼각형 프리즘을 흐름 채널 내로 확장함으로써 생성된다. 프리즘은 채널로 거리 "ez"로 확장되고, 인접하는 정점들 사이의 거리는 "sz"로 표시된다. 삼각형의 동일한 면들 사이의 각도는 "at" 도로 표시되고, 발포제 내에 포함된 삼각형의 총 개수는 "nt"로 표시된다. 명명법 Z(wz, dz, ez, az, sz, nz)는, 발포제가 위에서 특정된 바와 같은 파라미터를 갖는 지그재그형 기하학적 구조를 가짐을 나타낸다.
2) 노치형 발포제: 폭 "wn"과 (페이지와 수직인 방향으로 측정된) 깊이 "dn"의 직사각형 채널로 이루어진다. 규칙적으로 이격된 노치들(직사각형 프리즘)은, 이하의 도 4에 도시된 바와 같이 교번 구성으로 반대측으로부터 거리 "en"만큼 채널 내로 확장된다. 노치의 너비는 "bn"이고, 노치들 사이의 간격은 "sn"이며, 기하학적 구조에서의 노치의 총 개수는 "nn"이다. 이들 파라미터는 도 4에 도시되어 있다. 명명법 N(wn, dn, en, bn, sn, nn)은, 발포제가 위에서 특정된 바와 같은 파라미터를 갖는 노치형 기하학적 구조를 가짐을 나타낸다.
3) 사형 발포제: 곡선형 흐름 채널은, 높이 "ds"와 반경 "ri"와 "ro"의 두 개의 동심 실린더 사이의 호 "as"에 의해 펼쳐지는 영역으로서 정의되었다. 사형 발포제는, 도 5와 같이 총 개수 "ns"의 흐름 채널을 연결함으로써 생성되었다. 명명법 S(ro, ri, ds, as, ns)는, 발포제가 위에서 특정된 바와 같은 파라미터를 갖는 사형 기하학적 구조를 가짐을 나타낸다.
본 발명의 범위를 벗어나는 지그재그형 기하학적 구조의 일례는 도 3에 도시되어 있으며, 이러한 도는, 전체적으로 가변적인 직사각형 단면을 가지며 화살표(22)로 표시된 벌크 흐름 방향에 대해 공간적으로 진동하는, 진동 유로(20)의 평면도를 도시한다. 벌크 흐름 방향에 수직인 다수의 평면형 단면(24, 26, 28)의 서브 시퀀스가 있다는 점에 주목한다. 그러나, 서브 시퀀스의 평면(26)이 평면들(24, 28)과 중첩되므로 본 발명의 범위를 벗어난다는 점에 또한 주목한다. 그럼에도 불구하고, 파라미터 ez가 증가하면, 평면(26)이 평면들(24 또는 28)과 더는 중첩되지 않을 때 기하학적 구조가 본 발명에 속할 수 있다.
본 발명의 범위를 벗어나는 노치형 기하학적 구조의 일례가 도 4에 도시되어 있으며, 이 도는, 본질적으로 일정한 직사각형 단면을 전체에 걸쳐 가지며 화살표(32)에 의해 도시된 벌크 흐름 방향에 대해 공간적으로 진동하는, 진동 유로(30)의 평면도를 도시한다. 벌크 흐름 방향에 수직인 다수의 평면형 단면(34, 36, 38)의 서브 시퀀스가 있다는 점에 주목한다. 그러나, 서브 시퀀스의 평면(36)이 평면들(34, 38)과 중첩되므로 본 발명의 범위를 벗어난다는 점에 또한 주목한다. 그럼에도 불구하고, 파라미터 en이 wn/2보다 커지도록 증가하는 경우, 평면(36)이 평면(34 또는 38)과 더는 중첩되지 않을 때 기하학적 구조가 본 발명에 속하게 된다.
본 발명의 범위에 속하는 사형 기하학적 구조의 일례가 도 5에 도시되어 있으며, 이 도는, 본질적으로 일정한 직사각형 단면을 전체에 걸쳐 가지며 화살표(42)에 의해 도시된 벌크 흐름 방향에 대해 공간적으로 진동하는, 진동 유로(40)의 평면도를 도시한다. 벌크 흐름 방향에 수직인 다수의 평면형 단면(44, 46, 48)의 서브 시퀀스가 있다는 점에 주목한다. 그러나, 서브 시퀀스의 평면(46)이 평면들(44, 48)과 중첩되지 않으므로 본 발명의 범위에 속한다는 점도 주목한다.
본 발명의 범위에 속하는 노치형 기하학적 구조의 일례가 도 6에 도시되어 있으며, 이 도는, 전체적으로 직사각형 단면을 가지며 화살표(52)에 의해 도시된 벌크 흐름 방향에 대해 공간적으로 진동하는, 진동 유로(50)의 평면도를 도시한다. 벌크 흐름 방향에 수직인 다수의 평면형 단면(54, 56, 58)의 서브 시퀀스가 있다는 점에 주목한다. 서브 시퀀스의 평면(56)이 평면들(54, 58)과 중첩되지 않으므로 본 발명의 범위에 속한다는 점에 또한 주목한다.
2차원에서 공간적으로 진동하는 기하학적 구조의 일례가 도 7에 도시되어 있으며, 이 도는, 본질적으로 일정한 직사각형 단면을 전체에 걸쳐 가지며 화살표(62)에 의해 도시된 벌크 흐름 방향에 대하여 공간적으로 진동하는, 진동 경로(60)를 도시한다. 벌크 흐름 방향에 수직인 다수의 평면형 단면(64, 66, 68)의 서브 시퀀스가 있다는 점에 주목한다. 서브 시퀀스의 평면(66)이 평면들(64, 68)과 중첩되지 않으므로 본 발명의 범위에 속한다는 점에 또한 주목한다.
도 8과 도 10은 가압 컨테이너를 포함하는 미세 기포 생성 장치의 두 개의 상이한 실시예를 도시한다. 이들 장치는, 재충전가능하고 리필가능한 에어로졸이지만, 일회용일 수 있으며 본원에 기술된 바와 같이 임의의 가스를 함유할 수 있다.
도 8의 재충전가능하고 리필가능한 에어로졸의 제1 실시예는, 발포성 유체(101)를 유지하기 위한 유지 용기(104), 압축 가스의 헤드스페이스(102), 및 가스 도관(108)을 갖는 미세 기포 생성 섹션(105)을 포함한다. 또한, 일방향 밸브(116)를 갖는 가압 가스 충전 포트(115), 미세 기포의 제어 및 분배를 위한 수동 기동식 밸브-스프링 조립체(117, 118)와 노즐(119)을 통합하는, 밀봉부(111)를 갖는 스크류-핏 캡(screw-fit cap) 조립체(112, 113)가 있다.
에어로졸 장치는 초기에 대기압(103)에서 발포성 유체로 채워진다. 이어서, 캡 조립체(112)는, 캡의 유로(115, 121) 내에서 연동 나사산(113), 압축성 밀봉부(111), 및 폐쇄 밸브(116, 118)를 통해 용기 내용물을 외부 대기로부터 밀봉하는 유지 용기(104)에 부착된다. 장치의 헤드스페이스(102)는, 고압 가스 커넥터(114)를 원하는 가스의 외부 충전 공급원에 연결함으로써 필요한 레벨로 가압된다. 가스의 충전 공급원은, 공기 펌프, 가스 압축기, 가압 가스 헤더 탱크, 가압 가스 실린더, 및 소량 가압 가스 전구에 의해 제공될 수 있다. 충전 가스는, 가스가 장치(116) 내로 흐를 수 있게 하고 장치 밖으로 흐르지 못하도록 하는 일방향 밸브를 통과한다. 이어서, 가스 흐름은, 충전 가스-미세 기포 채널 접합부(156)를 통해 그리고 이어서 마이크로 기포 생성 장치(105) 내의 흐름 채널(106)을 통해 유지 용기(104) 내로 전달된다. 충전 가스를 위한 공통 도관으로서 미세 기포 생성 섹션(106)의 공간적으로 진동하는 유동 채널과 미세 기포 채널(121)을 사용함으로써, 가압 가스 흐름이 발포성 유체 또는 오염으로부터 발생하는 건조된 또는 융합된 재료로부터의 방해 채널을 역세척하는 이점이 있다. 일단 유지 용기(104) 내에서 원하는 가스 압력을 얻었다면, 외부 가스 공급원이 고압 가스 커넥터(114)로부터 분리될 수 있다. 이어서, 수동 기동식 밸브(117)를 개방함으로써 발포성 액체(101)의 미세 기포가 생성된다. 밸브(117) 및 이 밸브의 리턴 스프링(118)은, 레버, 트리거, 및 버튼(도시되지 않음)과 같이 당업계에 공지된 다수의 수단에 의해 기동될 수 있다. 또한, 밸브(117)에 대한 리턴 스프링(118)의 위치는 수동 기동식 설계의 선택에 따라 가변될 수 있다. 개방 밸브(117)는, 유지 용기(104) 내의 가압 시스템에 대한 압력 방출을 허용한다. 압력 방출에 의해, 발포성 유체(101)가 기포 생성 장치의 유체 유입구(107) 내로 흐르고, 가압 가스가, 발포성 유체 레벨이 없는 가스 헤드스페이스 내에 위치하는 가스 도관(108)의 유입구(110) 내로 흐른다. 가스 도관(108) 내의 가압 가스의 흐름과 유입구(107)로부터의 발포성 액체는 가스-액체 접합부(109)에서 만나고, 이 접합부에서 가스가 액체 흐름 내로 통합된다. 이어서, 2상 유체 흐름이 미세 기포 생성 장치(105) 내에서 진동 채널(106)을 통과함에 따라 미세 기포가 생성된다. 이어서, 미세 기포는, 흐름 채널(122)과 개방 밸브(117)를 통해 미세 기포 생성 장치(105) 밖으로 흐른다. 미세 기포는 최종적으로 노즐(119)을 통해 장치(120)로부터 배출된다. 미세 기포 생성은, 핸드 액추에이터(레버, 트리거 또는 버튼)가 해제되고 밸브 리턴 스프링(118)이 밸브(117)를 폐쇄하여 장치 내의 시스템 압력을 균등하게 할 때, 중단된다.
이 에어로졸 장치는, 밀봉된 장치를 고압 가스 커넥터(114)를 통해 외부 충전 가스 공급원에 연결함으로써 사용 중 언제든지 가스로 재충전될 수 있다. 에어로졸을 발포성 유체로 리필하기 위해, 밸브(117)의 수동 기동에 의해 잔류 가스 압력을 해제한다. 일단 에어로졸이 대기압(103)과 균등화되었다면, 핸드 액추에이터가 해제되어 밸브(117)를 폐쇄하고, 이어서 장치를 발포성 유체로 리필하도록 캡을 안전하게 분리할 수 있다.
도 8에 도시된 재충전 가능하고 리필가능한 에어로졸 실시예의 변형을 도 9에서 볼 수 있다. 도 9는 전체 장치의 나사산 캡 조립체(124, 125)만을 도시한다. 이 변형예에서, 가압 가스 충전 포트(127)로부터의 충전 가스 흐름은, 일방향 밸브(128)를 통과한 다음, 충전 가스 미세 기포 채널 접합부(156)를 통해 미세 기포 흐름 채널(134)에 연결되지 않고서 충전 가스 유출구(133)를 통해 압축 가스 헤드스페이스(102) 내로 밀봉부(123)의 별도의 개구를 통해 직접 전달된다. 캡 조립체(125)의 다른 모든 양태인, 급속 해제, 고압 가스 커넥터(126), 수동 기동식 밸브 및 리턴 스프링(130, 129), 노즐(131), 가스 도관(도시되지 않음)을 갖는 미세 기포 생성 섹션(122), 및 미세 기포 배출 흐름(132)은 도 8에 대해 설명한 바와 같다. 이러한 변형예는, 미세 기포 생성 전에 발포성 유체가 예비 전단(pre-shear) 및 기화를 겪는 것이 바람직하지 않은 시스템에 유리할 수 있다.
미세 기포의 생성 및 분배를 위한 재충전가능하고 리필가능한 에어로졸의 제2 실시예가 도 10에 도시되어 있다. 본 실시예는, 발포성 유체(134)를 유지하기 위한 유지 용기(137), 압축 가스의 헤드스페이스(135), 및 가스 도관(141)을 갖는 딥 튜브(154)를 포함한다. 추가로, 일방향 밸브(149)를 갖는 가압 가스 충전 포트(148), 수동 기동식 밸브-스프링 조립체(150, 151), 및 미세 기포 생성 섹션(138)을 수용하는 노즐(152)을 통합하는, 밀봉부(144)를 갖는 스크류-핏 캡 조립체(145, 146)가 있다. 미세 기포 생성 섹션(138)은, 노즐에 통합될 수 있지만, 상이한 설계의 미세 기포 생성 섹션과의 세척, 교체, 또는 상호 교환이 가능해지도록 분리될 수도 있다.
에어로졸 장치는 초기에 대기압(136)에서 발포성 유체로 채워진다. 이어서, 캡 조립체(145)는, 캡의 유로(148, 145) 내에서 연동 나사산(146), 압축성 밀봉부(144), 및 폐쇄 밸브(149, 150)를 통해 용기 내용물을 외부 대기로부터 밀봉하는 유지 용기(137)에 부착된다. 장치(135)의 헤드스페이스는, 고압 가스 커넥터(147)를 원하는 가스의 외부 충전 공급원에 연결함으로써 필요한 레벨로 가압된다. 제1 에어로졸 실시예에 있어서, 가스의 충전 공급원은, 에어 펌프, 가스 압축기, 가압 가스 헤더 탱크, 가압 가스 실린더, 및 소량 가압 가스 전구에 의해 제공될 수 있다. 충전 가스는, 일방향 밸브(149)를 통과하여 충전 가스 딥 튜브 접합부(155)를 통해 유지 용기(137) 내로 전달된 후, 딥 튜브(154)와 가스 도관(141)을 통해 딥 튜브 유입구(140) 및 가스 도관 유입구(143)에서 배출된다. 일단 유지 용기(137) 내에서 원하는 가스 압력을 얻었다면, 외부 가스 공급원이 고압 가스 커넥터(147)로부터 분리될 수 있다. 이어서, 수동 기동식 밸브(150)를 개방함으로써 발포성 액체(134)의 미세 기포가 생성된다. 밸브(150) 및 밸브의 리턴 스프링(151)은, 레버, 트리거, 및 버튼(도시되지 않음)과 같이 당업계에 공지된 다수의 수단에 의해 기동될 수 있다. 또한, 밸브(150)에 대한 리턴 스프링(151)의 위치는 수동 기동 설계의 선택에 따라 가변될 수 있다. 개방 밸브(150)는, 유지 용기(137) 내의 가압 시스템에 대한 압력 방출을 허용한다. 압력 방출에 의해, 발포성 유체(134)가 딥 튜브 유입구(140) 내로 흐르고, 가압 가스가, 발포성 유체 레벨이 없는 가스 헤드스페이스 내에 위치하는 가스 도관(141)의 유입구(143) 내로 흐른다. 가스 도관(141)과 딥 튜브 유입구(140) 내의 가압 가스의 흐름들은 가스-액체 접합부(142)에서 만나고, 이 접합부에서 가스가 액체 흐름 내로 통합된다. 2상 유체 흐름이, 딥 튜브(154)와 개방 밸브(150)를 통과한 후, 캡 조립체(145)의 노즐(152)에 위치하는 미세 기포 생성 섹션(138)의 진동 유로(139)에 진입한다. 생성된 미세 기포는 최종적으로 미세 기포 생성 섹션(153) 밖으로 흘러나와 사용을 위해 분배된다. 미세 기포 생성은, 핸드 액추에이터(레버, 트리거, 또는 버튼)가 해제되고 밸브 리턴 스프링(151)이 밸브(150)를 폐쇄하여 장치 내의 시스템 압력을 균등하게 할 때, 중단된다.
도 10의 재충전가능하고 리필가능한 에어로졸 장치는, 밀봉된 장치를 고압 가스 커넥터(147)를 통해 외부 충전 가스 공급원에 연결함으로써 사용 중 언제든지 가스로 재충전될 수 있다. 에어로졸을 발포성 유체로 리필하기 위해, 밸브(150)의 수동 기동에 의해 잔류 가스 압력을 해제한다. 일단 에어로졸이 대기압(136)과 균등화되었다면, 핸드 액추에이터가 해제되어 밸브(150)를 폐쇄하고, 이어서 장치를 발포성 유체로 리필하도록 캡을 안전하게 분리할 수 있다.
도 10의 에어로졸 장치의 변형예는 도 9에 설명된 충전 가스 유로의 변경과 일치하도록 될 수 있다. 본 실시예인 제2 실시예(도 10)의 경우, 고압 가스 커넥터(147)의 급속 해제로부터의 충전 가스 흐름은, 전용 충전 가스 유출구를 통해 가압 헤드스페이스(135) 내로 직접 진입하며, 충전 가스-딥 튜브 접합부(155)를 거쳐 딥 튜브(154)를 통해 흐르지 않는다. 이 설계도, 미세 기포 생성 전에 발포성 유체가 예비 전단과 기화를 겪는 것이 바람직하지 않은 시스템에 유리하다.
대안으로, 도 8 및 도 10에 도시된 에어로졸 실시예는, 개방 위치에 있는 수동 기동식 밸브로 노즐을 통해 발포성 유체로 채워질 수 있어서, 캡 조립체를 분리 및 교체할 필요가 없다.
도시되지는 않았지만, 도 8, 도 9, 및 도 10에서, 압력 해제 밸브는, 과도한 가압을 방지하도록 도 8의 유지 용기(104), 도 10의 유지 용기(137), 또는 도 8의 캡 조립체(112), 도 9의 캡 조립체(125), 도 10의 캡 조립체(145)에 통합될 수 있고, 또한, 발포성 유체에 의한 리필 전에 시스템을 감압하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 추가 실시예는 재충전 불가능하며 리필 불가능한 에어로졸이다. 여기서, 도 8의 기포 생성 섹션(105)과 도 10의 기포 생성 섹션(138)은, 한 손으로 기동되는 밸브 조립체에 의해 크림프 밀봉된 에어로졸 내에 유사한 각자의 위치를 취한다. 이러한 에어로졸은, 크림프 밀봉된 캡 조립체를 부착하기 전에 발포성 유체로 채워질 수 있고, 크림프 밀봉된 캡 조립체를 부착한 후 수동 기동식 밸브를 통해 다시 채워질 수 있다. 에어로졸은 수동 기동식 밸브 조립체를 통해 가압 충전 가스로 채움으로써 가압된다.
대안으로, 도 10에 도시된 장치는 딥 튜브(154), 가스 도관(141), 및 발포성 액체(134)를 포함하는 백(bag)을 포함할 수 있다. 발포제는 도 10에 도시된 바와 같이 노즐에 여전히 통합된다.
본 발명의 다른 일 실시예는, 내구성 또는 반내구성 기포 분배 장치에 사용하기 위한 발포성 유체용 기능성 패키징이다. 이러한 기능성 패키징은, 일회용이며, 더욱 바람직하게는 재활용 가능하다. 이러한 기능성 패키징의 일례가 도 11에 도시되어 있다. 패키징은, 액체 유입구(158), 진동 유로(159), 및 미세 기포 유출구(160)에 의해 형성된 단일 연속 유로가 있는 딥 튜브(157)를 갖는 밀봉 발포제 조립체(156)를 포함한다. 조립체는, 가스 유입구(162)가 부착된 가스 도관(161)을 갖고, 이러한 도관은 가스-액체 혼합 접합부(164)를 형성하도록 액체 유입구 유로(163)와 교차한다. 가스 도관(161)은, 도시된 바와 같이 딥 튜브(157)에 부착될 수 있지만, 딥 튜브(157)에 통합되어 단일 콤팩트 구조(도시되지 않음)를 형성할 수 있다. 밀봉-발포제 조립체(156)는, 또한, 도 12의 내구성 또는 반내구성 기포 분배 장치로 압력 밀봉부를 형성할 수 있는 밀봉 플랜지(165)를 갖는다. 밀봉-발포제 조립체(156)에는 액체 컨테이너(166)가 부착된다. 액체 컨테이너(166)는, 밀봉-발포제 조립체(156)와의 완전한 밀봉을 형성하는 방식으로 부착되고, 액체 누출 방지 컨테이너로서 작용한다. 액체 컨테이너(166)는, 단단할 수 있고, 임의의 적절한 재료로 제조될 수 있지만, 또한, 바람직하게는 차폐 플라스틱 또는 플라스틱-금속 적층체로 형성된 가요성 파우치일 수 있다. 액체 컨테이너(166)는, 발포성 유체(167)를 함유하고, 밀봉-발포제 조립체(156)의 딥 튜브(157) 및 가스 도관(161)을 둘러싼다. 발포성 유체(167)는, 미세 기포 유출구(160)를 통해, 채움 후에 밀봉되는 액체 컨테이너의 심(seam) 등의 개구를 통해, 또는, 액체 컨테이너의 벽(도시되지 않음) 내에 통합된 포트나 밸브를 통해, 액체 컨테이너(166) 내로 도입될 수 있다. 발포성 유체(167)는, 헤드스페이스(162) 내에 가스가 존재하지 않거나 대기압 이하에서 원하는 가스 또는 가스들의 혼합물이 헤드스페이스(162) 내에 존재하는 방식으로 액체 컨테이너(166) 내에 채워진다. 패키징은, 또한, 누출을 방지하고 발포성 유체를 오염으로부터 보호하고 원하는 헤드스페이스 조건을 유지하도록, 미세 기포 유출구(160)에 부착된 분리가능한 또는 취약한 밀봉부(도시되지 않음)를 가질 수 있다. 액체 컨테이너(166)가 가요성 파우치로 형성된다면, 액체 컨테이너는, 저장을 위한 공간을 줄이고 도 12의 내구성 있는 기포 분배 장치 내로의 삽입을 용이하게 하는 방식으로 말리거나 접힐 수 있다. 접히거나 말린 유체 컨테이너는, 또한, 안정성을 위해 그리고 기포 분배 장치 내로의 삽입을 돕기 위해 플라스틱, 금속 포일, 종이, 카드, 또는 다른 적절한 재료로 제조된, 분리가능한 또는 취약한 커버로 씌어질 수 있다.
도 11에 도시된 예시적인 기능성 패키징의 예는 도 12에 도시된 내구성있는 기포 분배 장치에 사용되도록 설계된다. 사용 전, 기능성 패키징(168)으로부터 임의의 분리가능한 밀봉부 또는 2차 패키징을 분리할 수 있으며, 이러한 패키징은 이어서 기포 생성 장치의 유지 용기(169)에 삽입된다. 보유 용기는, 압력 밀봉을 제공하도록 기능성 패키징(171)의 밀봉 플랜지와의 계면에 O-링 또는 개스킷(170)을 가질 수 있다. 대안으로, 기능성 패키징(168)의 밀봉 플랜지(171)는, 자신의 고유한 O-링 또는 개스킷을 포함할 수 있거나, 압축 하에서 압력 밀봉을 형성하는 데 적합한 순응성 재료로 형성될 수 있다. 캡 조립체(172)는, 나사산(173) 또는 다른 적절한 기구를 통해 유지 용기(169)에 고정되어, 장치의 유로를 외부 대기로부터 밀봉한다. 캡 조립체는, 일방향 밸브(175)를 갖는 가압 가스 충전 포트(174), 수동 기동식 밸브 스프링 조립체(176, 177), 및 분배 노즐(178)을 통합한다. 장치는, 가압 가스 충전 포트(174)를 통해 필요한 가스 또는 가스 혼합물로 원하는 압력으로 충전된다. 가압 가스 공급원은 에어 펌프, 가스 압축기, 가압 가스 실린더, 또는 소량 가압 가스 전구에 의해 제공될 수 있다. 기포 분배 장치를 충전할 때, 충전 가스는, 기능성 패키징 딥 튜브(180)의 진동 유로(179)를 통과하여 액체 유입구(182)와 가스 도관(183)의 가스 유입구를 통해 액체 컨테이너(181) 내로 배출된다. 액체 컨테이너(181)는, 가요성 파우치인 경우, 장치(169)의 유지 용기의 체적 이상의 팽창된 체적을 갖는다. 액체 컨테이너(181)가 단단하면, 액체 컨테이너는, 유지 용기 내의 최대 맞춤을 가능하게 하는 체적을 가질 수 있고, 또는 유지 용기의 체적이 작은 경우 상승된 압력을 유지할 수 있다. 일단 원하는 가스 압력이 기능성 패키징(168)의 헤드스페이스(189) 내에서 도달하였다면, 외부 가스 공급원이 고압 가스 충전 포트(174)로부터 분리될 수 있다.
이어서, 수동 기동식 밸브(176)를 개방함으로써 발포성 유체(184)의 미세 기포가 생성된다. 밸브(176) 및 밸브의 리턴 스프링(177)은, 레버, 트리거, 및 버튼(도시되지 않음)과 같이 당업계에 공지된 다수의 수단에 의해 기동될 수 있다. 또한, 밸브(176)에 대한 리턴 스프링(177)의 위치는 수동 기동 설계의 선택에 따라 가변될 수 있다. 개방 밸브(176)는, 유지 용기(169) 내에서의 가압 액체 컨테이너(181)에 대한 압력 방출을 허용한다. 압력 방출에 의해, 유체 유입구(182)를 통해 딥 튜브(180) 내로 발포성 유체(184)가 흐르고, 가압 가스가, 발포성 유체 레벨보다 높게 가스 헤드스페이스 내에 위치하는 가스 도관(185)의 유입구(183) 내로 흐른다. 가스 도관(185)과 딥 튜브 유입구(182) 내의 가압 가스의 흐름들은, 가스가 액체 흐름 내로 통합되는 가스-액체 접합부(186)에서 만난다. 2상 유체 흐름은, 딥 튜브(179)에서 진동 채널(178)을 통과하며, 이 채널에서 미세 기포로 변환된다. 이어서, 미세 기포는, 캡 미세 기포 흐름 채널(187)과 개방 밸브(176)를 통해 기능성 패키징(168) 밖으로 흐른다. 미세 기포는 최종적으로 노즐(178)을 통해 장치(188)로부터 배출된다. 미세 기포의 생성은, 핸드 액추에이터(레버, 트리거, 또는 버튼)가 해제되고 밸브 리턴 스프링(177)이 밸브(176)를 폐쇄하여 장치 내의 시스템 압력을 균등하게 할 때, 중단된다.
이 장치는, 밀봉된 장치를 고압 가스 커넥터(174)를 통해 외부 충전 가스 공급원에 연결함으로써 사용 중 언제든지 가스로 재충전될 수 있다. 기능성 포장재(168) 내의 발포성 유체(184)가 소비될 때, 잔류 가스 압력은 밸브(176)의 수동 기동에 의해 해제된다. 일단 장치가 대기압과 균등해졌다면, 핸드 액추에이터가 해제되어 밸브(176)를 폐쇄하고, 이어서, 캡을 안전하게 분리할 수 있다. 이어서, 기능성 패키징(168)을 유지 용기(169)로부터 분리하고 폐기 또는 재활용한다. 새로운 기능성 패키징(168)을 유지 용기에 삽입되고, 공정을 반복한다.

Claims (14)

  1. 미세 기포(microfoam) 생성 장치로서,
    유입구와 유출구를 갖는 채널, 및 상기 유입구 내로 공급하도록 구성된 발포성 액체와 가압 가스의 소스를 포함하고,
    상기 채널은 진동 흐름 방향을 제공하도록 공간적으로 진동하는 흐름 채널로 이루어지고, 상기 공간적으로 진동하는 흐름 채널은 벌크 흐름 방향에 대해 진동하고, 상기 공간적으로 진동하는 흐름 채널은, 해당 평면에서의 상기 벌크 흐름 방향에 수직인 평면형 단면들의 서브 시퀀스를 갖는, 상기 흐름 방향에 수직인 평면형 단면들의 시퀀스를 제공하고, 상기 서브 시퀀스는 상기 서브 시퀀스의 적어도 하나의 다른 평면과 중첩되지 않는 적어도 하나의 평면을 포함하는, 미세 기포 생성 장치.
  2. 유입구와 유출구를 갖는 채널을 포함하는 장치를 이용하는 미세 기포 생성 방법으로서,
    가압 하에 가스와 발포성 액체를 상기 채널의 유입구 내로 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 채널은 진동 흐름 방향을 제공하도록 공간적으로 진동하는 흐름 채널로 이루어지고, 상기 공간적으로 진동하는 흐름 채널은 벌크 흐름 방향에 대해 진동하고, 상기 공간적으로 진동하는 흐름 채널은, 해당 평면에서의 상기 벌크 흐름 방향에 수직인 평면형 단면들의 서브 시퀀스를 포함하는, 상기 흐름 방향에 수직인 평면형 단면들의 시퀀스를 제공하고, 상기 서브 시퀀스는 상기 서브 시퀀스의 적어도 하나의 다른 평면과 중첩되지 않는 적어도 하나의 평면을 포함하는, 미세 기포 생성 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 서브 시퀀스는, 상기 서브 시퀀스의 해당 평면에 인접하는 두 개의 평면 중 어느 것과도 중첩되지 않는 적어도 하나의 평면을 포함하는, 방법 또는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 서브 시퀀스의 적어도 10개의 평면은 상기 서브 시퀀스의 해당 평면에 인접하는 두 개의 평면 중 어느 것과도 중첩되지 않는, 방법 또는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 서브 시퀀스의 실질적으로 모든 평면은 상기 서브 시퀀스의 해당 평면에 인접하는 두 개의 평면 중 어느 것과도 중첩되지 않는, 방법 또는 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간적으로 진동하는 흐름 채널의 평균 단면적은 0.5 mm2 내지 5 mm2인, 방법 또는 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간적으로 진동하는 흐름 채널은, 채널들의 분할과 재병합이 없는 단일 채널인, 방법 또는 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 서브 시퀀스의 평면들 간의 평균 거리는 0.5 mm 내지 20 mm인, 방법 또는 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포성 액체는 유제품 또는 합성 등가체인, 방법 또는 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스는, 공기, 질소, 탄화수소, 이산화탄소, 아산화질소, 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 방법 또는 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미세 기포는 100마이크론 미만의 평균 기포 직경을 갖는, 방법 또는 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간적으로 진동하는 흐름 채널은 플라스틱으로 제조된, 방법 또는 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간적으로 진동하는 흐름 채널은 3D 프린터에 의해 제조된, 방법 또는 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 개폐가능 유출구를 포함하는 가압형 컨테이너를 포함하고, 상기 컨테이너는 가압 하에 있는 상기 발포성 액체와 가스를 함유하고, 상기 장치는, 상기 발포성 액체와 가스를 상기 공간적으로 진동하는 흐름 채널의 유입구로 전달하도록 구성되고, 상기 흐름 채널의 유출구는 상기 장치의 개폐가능 유출구에 결합되고, 상기 개폐가능 유출구가 개방되는 경우, 상기 컨테이너 내부의 압력과 상기 유출구에서의 압력 간의 압력 차는 상기 발포성 액체와 가스를 상기 유입구 내로 유도하는 데 충분하고, 이에 따라 상기 유출구로부터 배출되고 이어서 상기 장치의 개폐가능 유출구로부터 배출되는 미세 기포를 생성하는, 방법 또는 장치.
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