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气雾剂罐工作原理

2018-3-31 10:54| 发布者: dymodel| 查看: 474| 评论: 0|原作者: baby

摘要: 你或许从未听过埃里克•罗塞姆(EricRotheim)的大名,但你肯定熟悉他的杰作。罗塞姆是一位挪威工程师和发明家,他在至少75年前就设计出了第一个气雾剂罐。这项技术随着时间的推移不断得到改进,不过在罗塞姆于 ...
你或许从未听过埃里克•罗塞姆(EricRotheim)的大名,但你肯定熟悉他的杰作。罗塞姆是一位挪威工程师和发明家,他在至少75年前就设计出了第一个气雾剂罐。这项技术随着时间的推移不断得到改进,不过在罗塞姆于1931申请的美国专利中的示意图上,我们仍然能够看到当今气雾剂喷罐的大多数主要部件。 

  

  埃里克·罗塞姆最初的气雾剂罐专利包含的基本部件

  与如今的气雾剂罐相同。

  起初,罗塞姆的创新并没有给世界带来什么影响。直到第二次世界大战,当美国军方采用一种气雾剂罐来喷撒杀虫剂时,人们才充分意识到这种装置的潜力。这种方便的罐子对在太平洋地区作战的士兵来说是非常宝贵的帮手,因为在那里,携带病毒的昆虫对他们构成致命威胁。 

  战后,制造商对这项技术进行了广泛应用。今天,有成千上万种产品被装进气雾剂罐——包括发胶、食用油、药物等等。在本篇博闻网文章中,我们将详细了解这种装置背后的基本原理,以及它内部的主要机械部件。

  气雾剂罐的基本原理非常简单:用一种被存储在高压下的流体将另一种流体推挤出喷罐。为理解这个原理,你需要了解一些流体和流体压力的知识。 

  

  气雾剂罐有各式各样的大小和形状,充当着各种物质的容器,但它们的基本工作原理都一样:通过一种高压流体的膨胀,将另一种流体从喷嘴中挤出来。

  所谓流体是指任何由可自由流动的微粒组成的物质。它包括液态物质,如水龙头中流出的水,以及气态的物质,如大气中的空气。 

  虽然液体中的微粒之间存在较弱的束缚力,但它们仍然能够相对自由地移动。因为微粒被束缚在一起,所以恒温下的液体有一个固定的体积。 

  如果你给流体施加足够的能量(通过加热),液体中的微粒将发生剧烈振动以致于打破将它们束缚在一起的力。这样,液体就变成了气体,成为一种组成微粒可以独立运动的流体。这就是沸腾的过程,沸腾时的温度被称为这种物质的沸点。不同的物质有不同的沸点:例如,将水从液态变为气态所需要的热量比把酒精从液态变为气态所需的热量要多。 

  气体中单个运动微粒产生的力叠加起来,能够形成相当大的压力。因为气体中的微粒没有被束缚在一起,所以气体并不像液体那样有一个固定的体积:微粒不断向外推挤。这样,气体会不断膨胀,充满所有开放空间。 

  气体膨胀时,它的压力变小,在任意给定区域内相互碰撞的微粒数减少,所以压力同时变小。当气体被压缩进相对较小的空间时,能够产生很大压力,因为这时在一定区域内存在更多运动微粒。 气雾剂罐利用这些原理达到一个简单的目的:将某种液体物质推挤出去

  气雾剂罐盛装了一种沸点在室温以下的流体(被称为喷射剂)以及一种在很高温度下才会沸腾的流体(被称为产品剂料)。产品剂料是我们实际使用的物质——如发胶或驱虫剂。而使用喷射剂则是将产品剂料推挤出罐子的方法。两种流体都被存储在密封的金属罐中

有两种装配气雾系统的方法。在较简单的系统中,首先灌装液体产品,之后密封气雾剂罐,再通过阀门系统泵入气态喷射剂。气体是在高压下泵入的。所以它以很大的力挤压液态产品剂料。你可以在下面的示意图中看到这种系统的工作原理。
  

  在这种气雾剂罐中,一条长塑料导管从罐底延伸到罐子顶部的阀门系统。这幅示意图中的阀门设计得非常简单。它有一个可以按压的小喷头,中间有一条很窄的管道通过。这条管道从接近喷头底部的入口延伸到顶部的一个小喷嘴。弹簧将喷头顶上去,所以管道入口被密封装置牢牢堵住

当你按下喷头时,入口移动到密封装置之下,这样就打开了从罐内到罐外的通道。高压推挤气体驱使液态产品剂料顺着塑料导管上升并喷出喷嘴。窄小的喷嘴将流过的液体进行雾化——将液体打碎成微小液珠以形成微细喷雾。 

  

  气雾剂罐上的塑料喷头能够按动一个小阀门,使罐内的压缩产品剂料流出来。

  基本上这就是简单的压缩气体气雾剂罐的所有奥秘了。在下一部分,我们来看看更为常见的液化气体系统的设计,这种设计稍微复杂一些。 

  为什么底部是弯曲的?大多数的气雾剂罐的底部向内部弯曲。这起到了两种作用: 

  

  这种形状加强了罐子的结构。如果罐子是平底的,高压气体的压力可能会将金属罐底挤成向外凸起的形状。弯曲的罐底有更好的结构完整性,就像建筑中的拱门或穹顶。有了这种形状,施加在弯曲金属上部的力大部分被分散到罐子坚固的底部边缘了。 

  这种形状使产品剂料更容易消耗干净。排尽平底罐就像是用吸管吸掉玻璃杯中的最后一小滩水:你得倾斜罐子,这样产品剂料才能汇集到塑料导管下面。而有了弯曲底部的设计,最后一点产品剂料集中在罐子底部边缘的小区域内。这样就更容易清空所有液体。

  注意很多喷射剂是可燃的,所以在明火附近使用气雾剂罐非常危险。你手中的气雾剂罐最后可能会意外地变成一个喷火器。另一种可能的危险是吸入:以某些盛装生奶油的气雾剂罐为例,它们使用一氧化氮作为喷射剂,大量吸入这种气体对人体有害。若要了解有关气雾剂罐中使用的喷射剂的更多信息,请查看这个网站。

  在上一部分,我们看到了最简单的气雾剂罐设计,它使用压缩气体作为喷射剂。在另一种使用更广泛的系统中,采用的喷射剂是液化气体。也就是说喷射剂在高度压缩的状态下是液态的,即使温度高于它的沸点。 

  因为产品剂料在室温下是液态的,只需要简单地灌入罐中并密封即可。而喷射剂则必须在罐子被密封后用高压泵入。当喷射剂处于足够高的压力下,它就不能膨胀为气体。只要压力保持,它就保持为液态。(同样的原理也应用于液态丙烷烤炉中。) 

  您可以从下面的示意图中看到,液化气体系统的喷罐设计与压缩气体系统喷罐完全一样。不过,当您按压下按钮时,作用过程稍微有些不同。 

  

  当阀门打开时,液态喷射剂的压强马上降低。较低的气压使它开始沸腾。微粒自由运动起来,在罐子顶部形成一个气体层。这层高压气体推动液态产品剂料以及一部分液态喷射剂顺着导管到达喷嘴。喷漆罐等喷罐内部安装有滚珠轴承。如果你摇晃喷罐,当啷作响的滚珠轴承有助于将喷射剂和产品剂料混合起来,使产品剂料以雾状喷出。 

  环境灾难?

  直到上世纪80年代,大量液化气体气雾剂罐都使用氯氟烃 (CFC)作为喷射剂。当科学家们得出CFC对臭氧层有害的结论后,70个国家和地区签署了《蒙特利尔协议》,这项协议的目的是在接下来的十年中逐步停止使用CFC。

  目前,几乎所有气雾剂罐内的喷射剂都是其它物质,如液化石油气,这种气体不会给环境带来什么威胁。当液体流经喷嘴,喷射剂迅速膨胀为气体。在某些气雾剂罐中,这可以帮助雾化产品剂料,形成非常细的喷雾。在另一些设计中,蒸发的喷射剂在产品剂料中产生气泡,从而形成泡沫。产品剂料喷出的持续性取决于几个因素,包括: 

  喷射剂和产品剂料的化学组成 

  喷射剂与产品剂料的配比 

  喷射剂的压力 

  阀门系统的大小和形状 

  制造商们以不同组合调配这些元素,从而生产大量规格不同的喷雾装置。但不论喷罐中喷射出的是泡沫状生奶油、剃须膏,还是细雾状的除臭剂,起作用的机制都是一样的:一种流体推挤另一种流体

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