专利名称：空气清新设备的制作方法空气清新设备本申请要求于2009年10月13日提交的美国临时专利申请No. 61/251，189的优先权，该申请的全部内容通过引用合并于此。
所提供的是一种用于产生基本上无沉积的蒸汽的空气清新设备。该空气清新设备包括可操作来提供液体物质的液体供给源、与该液体供给源流体连通的芯部、可操作来把所述液体物质保持在其间隙中的导电网状物质；以及电源，该电源可操作来跨用作加热器的该网状物质施加电压从而把包含在该网状物质的间隙中的液体物质加热至足以使所述液体至少部分地汽化的温度。在一实施方式中，蒸汽至少部分地凝聚以形成气雾。所述空气清新设备可操作来基本防止汽化液体物质的沉积。所述导电网状物质包括选自由不锈钢、铜、铜合金、涂有膜电阻物质的多孔陶瓷材料、镍-铬合金以及它们的组合构成的组的至少一种物质。优选地，所述导电网状物质是大约200至大约600目。最优选地，所述导电网状物质是大约400目。所述导电网状物质优选地用O. 025mm(O. 001英寸)直径的丝形成且可以包括一层或多层丝网。优选地，所述芯部包括至少一种聚合物。同样优选地，所述芯部包括多孔塑料芯部。在一优选实施方式中，所述空气清新设备亦可以包括在所述导电网状物质下面的毛细管。该毛细管包括与芯部流体连通的入口端以及可操作来通过毛吸作用把液体输送到网状物质或者作为毛细管加热的结果把液体物质引导到网格上的出口端。优选地，毛细管通道具有大约O. 05mm至大约O. 4mm的内直径和大约5mm至大约100mm,更优选地大约IOmm 至大约40_的长度。在一实施方式中，所述毛细管通道包括不锈钢管的内部或者非金属性管的内部。在一实施方式中，所述电源包括向加热器提供能量脉冲的超级电容器。所述空气清新设备还可包括控制电路系统，该控制电路系统可操作来以计时的加热周期把功率从电源输送到网格，使得液体物质在填充网格的间隙之后至少部分地汽化。还提供用于汽化物质生成的方法。该方法包括把液体物质吸进网状物质，并跨所述网状物质周期性地施加电压，以便把所述网状物质的间隙中的液体物质快速加热至足以使所述液体物质至少部分地汽化的温度，使得所述液体物质形成汽化物质。该方法还可以包括把液体物质从液体供给源吸进芯部，以及把液体物质从芯部吸进网状物质的间隙。该方法也可以包括a)生成汽化物质，b)冷却网状物质以及c)重复步骤a)和b)。 优选地，所述网状物质在小于10秒内冷却。同样优选地，汽化物质大约每2至100秒生成一次。在优选实施方式中，汽化物质一小时生成至少一次。该方法也可以包括从超级电容器向加热器周期性地施加电压。在另一实施方式中，该方法包括把液体物质吸进毛细管、向该毛细管施加电压以便至少部分地蒸发和排出液体物质、在网状物质中捕获剩余的液体物质以及向网状物质施加电压以便通过加热液体来至少部分地汽化该网状物质的间隙中所包含的液体物质。当形成后，汽化液体排放到周围的空气中。图I是包括网状物质和毛细管的空气清新设备的第一实施方式的图。图2是图I的空气清新设备的放大视图，示出了毛细管和网状物质。图3是网状物质的第一实施方式的图。图4是网状物质的第二实施方式的图。图5是网状物质的第三实施方式的图。图6是包括网状物质的空气清新设备的第二实施方式的图。图7是包括网状物质的空气清新设备的第三实施方式的图。图8A、8B和SC是照片，示出了由仅包括毛细管的空气清新设备、如在此描述的包括毛细管和网格的空气清新设备以及如在此描述的仅包括网格的空气清新设备所产生的沉积。图9是与空气清新设备一起使用的第一示例性控制电路的示意图。图10是与空气清新设备一起使用的第二示例性控制电路的示意图。I=I O在一实施方式中，如图1所示，毛细管40的入口端41接触芯部20并通过毛吸作用把液体从芯部20运输通过毛细管40。毛细管40优选地具有0. Olmm至IOmm的内直径， 优选地0. 05mm至1mm，更优选地0. 05mm至0. 4mm。例如，毛细管可以具有大约0. 05mm的内直径。由于到流体的热传输，具有更小直径的毛细管是更优选的，因为到流体中央的距离越短，汽化所需的能量和时间量越小。替代地，毛细管具有8X10_5mm2至SOmm2的内部横截面积，优选地0. 002mm2至0. 8mm2，更优选地0. 002mm2至0. 05mm2。例如，毛细管可以具有大约 0. 002mm2的内部横截面积。毛细管40可以具有大约5mm至大约IOOmm的长度，更优选地大约IOmm至大约 40mm，例如，大约25mm或者大约50mm。毛细管40优选地是不锈钢毛细管40，不锈钢毛细管 40经连接到其的电引线50 (用于直流或交流电流沿管40的长度通过)用作第二加热器。 由此，不锈钢管40通过电阻加热被加热。不锈钢管40的横截面优选地是圆形的。管40可以是各种规格的适合用作皮下注射器针头的管子。例如，32规格的针头具有0. Ilmm的内直径J6规格的针头具有0. 26mm的内直径。但是，毛细管40可以是能够被电阻加热，同时在毛细管40经历的操作温度保持必要的结构完整性，且与液体物质充分不反应的任何导电物质。这种物质包括但不限于不锈钢、INC0NEL、金属复合物质或者其它金属与合金。在另一实施方式中，毛细管40可以例如是非金属管，诸如玻璃管。在这种实施方式中，加热器由能够被电阻加热的导电材料形成，例如沿玻璃管布置的不锈钢、NICHR0ME或者钼的导线。当沿玻璃管布置的加热器被加热时，毛细管40中的液体物质被加热至足以使毛细管40中的液体物质至少部分地蒸发的温度。用于施加电压的电源60可以包括电压源和至少两条电引线50，如共同受让的于 2008年8月洲日提交的美国专利申请公开No. 2009/0194607中描述的那样，该申请的全部内容通过引用合并于此。至少两条电引线50连接到网状物质30且至少两条电引线50连接到毛细管40。优选地，毛细管40包括第一电压源，网状物质30包括第二电压源。在一实施方式中，电压源可以是直流电池。电池可以是可再充电电池。在另一实施方式中，电压源提供交流电流。空气清新设备100可以以接线和/或非接线方式连接到电压源。在优选实施方式中，电引线50连接到沿网格30和/或毛细管40间隔开的位置，以便提供电阻加热网状物质30和/或毛细管40的功率。毛细管40和网状物质30可以由相同或不同的电压电源60优选地经电引线50向网状物质30和/或毛细管40输送功率脉冲。所选电压确定将在每个脉冲中用于加热网状物质30和/或毛细管40的能量的量。从电压源传输到网状物质30和/或毛细管40的能量受欧姆定律控制。V (电压)=1(电流)(电阻) (1)功率=V· I = V2/R (2)优选地，液体供给源10被排放。液体供给源10可以包括经毛吸作用把液体物质从液体供给源输送到毛细管40的入口的芯部20。优选地，芯部材料包含许多孔，这些孔用作毛细通道，这使得液体物质被吸进孔中且然后进入毛细管40的入口。不希望被理论束缚，相信可以选择对空气清新设备的参数的操纵来控制加热器温度和质量中值颗粒直径，所述参数例如为毛细管40的内直径、芯部20和/或网状物质30 的几何形状和/或定义毛细管40和/或网状物质30的材料的热传输特性。此外，液体物质的选择会影响加热器温度和汽化物质的质量中值颗粒直径。空气清新设备100可以是包括电池形式的电源60的小型便携式设备。在第二实施方式中，电源60可以是交流电流(AC)源，例如AC插座，如果期望把AC转换成提供给加热器的直流电流的话，空气清新设备可以包括转换器。空气清新设备100可以由控制电路系统70 (在图6和7中示出)操作，控制电路系统70可以操作来以计时的加热周期把功率从电源60输送给加热器(网状物质30和/或毛细管40)。因而，控制电路系统70控制电压跨网状物质30和/或毛细管40的施加和/或频率，以便使液体物质汽化。控制电路系统70可以自动地控制液体物质的重复脉冲汽化的频率。替代地，汽化物质的重复脉冲生成的频率可以预先设置或者手动设置，控制电路系统70根据预先设置或手动选择的频率来控制汽化物质的生成。如果需要，控制电路系统70/电源60可以包括原电池和/或二次电池(优选地原电池)、电容器(包括超级电容器)、电荷泵以及它们的8组合。超级电容器的使用可以延长电池寿命和/或允许更少或更小电池的使用。对于空气清新设备100来说，期望产生尽可能小的颗粒尺寸。斯托克斯(Stokes) 定律预测例如空气或水的流体中小球体的沉降速度。斯托克斯定律的等式是.，... = ★ /
/■μ其中w是沉降速度，P是密度(下标P和f分别指颗粒和流体)，g是由于重力造成的加速度，r是颗粒的半径，μ是流体的动态粘滞度。表1示出在空气中对于从Iym至 50 μ m的一系列颗粒尺寸的沉降速度。表 1
颗粒大小直径沉降速度微米厘米/秒10. 00350. 07100. 3507. 4在功率周期期间，液体被吸进加热区90 (包括毛细管40和/或网状物质30)的任何趋势都被已经在加热区90内的液体的加热打断，而且优选地，足够的能量沿毛细管40和 /或网状物质30的加热部分施加，以便在功率周期结束时完全排出沿加热区90的液体。所需能量易于通过知道沿毛细管40和/或网状物质30的加热区90所包含的液体的体积及由此得到的质量来求解，该质量的潜热加上该体积/质量的比热，还增加大约25%的余量以便适应变化和损失。这种操作确保液体完全排出且不会留在沿毛细管40和/或网状物质30的加热区90的任何位置，因此液体向加热区90的馈送可以在功率周期完成之后恢复且不被阻塞。功率周期之间的时间优选地大于从液体供给源10吸取液体并重新填充加热区90的毛吸作用所需的时间。图9是用于与空气清新设备100 —起使用的基本555定时器电路的示意图。两个电阻电位计(POT)用于设置方波脉冲信号的定时。信号发送到把电源连接到加热器的场效应晶体管(FET)。替代地，可以使用诸如上面所述的那些的可编程电路。图10是示例性控制电路系统的示意图，包括用于毛细管和/或网状物质的加热器 (图10中的“毛细管”)和电引线(“Caplry+”和“Caplry-”)。这些引线可以连接在沿不锈钢毛细管和/或网状物质间隔开的位置处，不锈钢毛细管和/或网状物质中液体物质通过经引线脉动地施加功率而被加热。尽管控制电路系统可以由一个或多个电池(例如AA 电池)供电，但是该控制电路系统由一个电池B供电。控制电路系统优选地包括主电源开关SWl，及微控制器Ul，例如由Microchip制造的PIC12F675。微控制器Ul具有未使用的输出2、3、5、7，这些输出可以根据控制电路系统的复杂性而被采用。给空气清新器的加热器通电的定时优选地由微控制器的内部时钟设置。对于可调节定时，按钮开关可以被按下一次或者多次，以便设置蒸汽输送之间的时间间隔。显示例如所设时间间隔的信息的指示器 LED也可以受微控制器的控制。场效应晶体管Q1，例如Si4876，用于在微控制器的控制下切换到毛细管加热器的功率。尽管能量可以由电池直接输送到加热器，但是控制电路系统具有包括超级电容器Cl的电源，超级电容器Cl把能量作为能量脉冲提供给毛细管加热器， 即，超级电容器把足以使毛细管中的液体芳香物质蒸发和/或使网状物质中的液体芳香物质汽化的能量脉冲排放至加热器。微控制器Ul预先编程或者手动设置定时周期，定时周期的持续时间比超级电容器Cl再充电所需的时间短。控制电路系统的其他元件包括电容器 C2 和电阻器 R1、R2、R3、R4。图6示出空气清新设备100的第二实施方式，包括形成芯部20和加热器二者的网状物质30。网状物质30可以形成L形状的片，其一部分至少部分地浸在液体供给源10 中，第二部分与所浸部分垂直且不与液体供给源10接触。优选地，网状物质是平的，具有纵横交错图案，且是大约400目至大约600目。不与液体供给源10接触的部分形成加热部分 204，该部分可操作来汽化网状物质30的间隙35中所包含的液体物质。浸没部分形成不加热部分202，该部分用作芯部以把液体10从液体供给源传输到加热部分204。液体包含在芯部20的间隙中，然后被推到不加热部分202的与不加热部分202的包含液体的间隙接触的部分的间隙中。然后，液体被加热至足以使网状物质30的间隙35中所包含的液体汽化的温度。电引线50在加热部分204的第一端101和第二端102连到网状物质30的加热部分 204。图7示出空气清新设备100的第三实施方式，包括与芯部20接触的网状物质30， 芯部20浸在液体供给源10中。优选地，网状物质30是丝网的单个薄层，位于芯部20的顶部并与芯部20的尖端接触。网状物质30可以从芯部20移除，因此不是永久性地连接到或者以别的方式固定到芯部20。在另一些实施方式中，网状物质30可以围绕芯部20的末端缠绕和/或网状物质30可以接触芯部20的顶部与侧面。优选地，芯部20是如上所述的多孔聚合物芯部。网状物质30接触芯部，使得在网状物质30接触芯部20的位置液体传输到网状物质30的间隙35。优选地，毛吸作用不用于把液体吸进网状物质30的间隙35中。相反，液体通过与其接触而传输到间隙。电引线50连接到网状物质30的第一端101和第二端102。当施加电压时，加热区90形成在电引线50之间。空气清新设备100可以由控制电路系统70操作，控制电路70可操作来把功率从电源输送到加热器。电源可操作来跨网格施加电压，从而把网状物质的间隙中所包含的液体物质加热至足以使液体汽化的温度。然后，汽化的物质通过网格顶部的出口释放。在优选实施方式中，网状物质间隙中所包含的液体在小于大约1秒的时间内汽化，更优选地在小于大约0. 5秒的时间内汽化，最优选地在小于大约0. 2秒的时间内汽化。以下的例子是示例性的，而不意味着限制在此公开的实施方式的任何方面。例子 1形成包括网状物质的空气清新设备，网状物质由直径大约为0. 025mm(0. 001英寸)的不锈钢丝制成。网状物质具有大约2. 75mmX大约23mm的尺寸，从而提供不会招引过多电流并覆盖聚合物芯部顶部大部分的加热器。网状物质具有大约0.793 Ω的理论电阻和大约0.84 Ω的测量电阻。在网状物质的每一端，电引线跨网状物质的宽度被硬焊。加热器组件连接到用5V(伏特)驱动的脉宽调制555定时器电路。555定时器电路设置0. 14秒的导通周期，每7秒钟一次。555定时器电路输出触发场效应晶体管以跨加热器施加5伏电压。加热器安装在聚合物芯部的顶部，芯部延伸到液体芳香物质的储液器中。当网格加热器接触芯部的顶部时，由于毛吸作用被吸到芯部顶部的液体填充与芯部接触的网状物质的间隙。没有毛吸作用沿加热器的长度移动液体。电路被开启，芳香剂输出在一个小时结束时进行测量。液体芳香剂输出是大约lHmg/hr。例子1的空气清新设备输出与芯部之上的加热器间隙区域和大约0. 04mm(0. 0015 英寸)间隙内的液体膜厚度的理论计算相关。这种相关性还表明毛吸作用不沿网状物质的长度发生。此外，没有观察到芯部劣化和熔化的迹象。另外还提供用于汽化物质生成的方法，该方法包括仅通过毛吸作用把液体物质吸进毛细管40的入口 41中。通过使网状物质30与芯部20接触，液体进入网状物质30的间隙35。所述方法还包括，在第一实施方式中跨网状物质30与毛细管40周期性地施加电压， 或者在第二实施方式中将电压单独施加到网状物质30，以便把网状物质30和/或毛细管 40中的液体物质加热至足以使液体物质至少部分地汽化的温度。在优选实施方式中，当毛细管40和网状物质30都使用时，液体通过毛吸作用被吸进毛细管40。然后，电压施加到毛细管40，从而使包含在其中的液体物质至少部分地蒸发并且从毛细管的出口 42且由此从设备100排出芳香物质。与芳香物质一起被排出的任何剩余的液体都被网状物质30捕获，在该处液体包含在其间隙35中。然后，电压施加到网状物质30，以便快速加热网状物质30，并使得被网状物质30捕获并包含在其间隙35中的液体物质形成蒸汽。因而，毛细管40和网状物质30都是加热器，它们具有单独的电路，该电路包括两条电引线和电源。在电压跨网格和/或毛细管施加之后，液体物质汽化，且网格和/或毛细管冷却并被再填充。网格和/或毛细管的再填充时间是网状物质的长度和/或毛细管长度与直径及芯部和液体物质属性的函数。例如，对于25mm长、0. 15mm内直径的毛细管，再填充可以在小于10秒的时间内发生。一旦毛细管和/或网状物质冷却，更多的液体物质就被吸进毛细管，且网状物质的间隙在网状物质与芯部接触的地方被液体物质填充。控制电路系统可以周期性地激活以跨网格和/或毛细管施加电压来加热网格间隙中和/或毛细管中所包含的液体物质。相应地，用于汽化物质的重复脉冲式生成的方法包括使液体物质汽化、冷却网格和/或毛细管及重复填充与汽化步骤。汽化物质的重复脉冲式生成的频率由网格和/或毛细管的再填充时间限制。因而，依赖于网状物质的长度、毛细管的长度和直径以及液体物质，汽化的芳香物质能以每2 至100秒一次的频率生成，有可能每分钟至少一次，或者更低频率，例如一小时至少一次或者一天至少一次。为了使网格和/或毛细管被有效地再填充，网格和/或毛细管中所包含的基本全部液体都通过加热被驱除至网格和/或毛细管外面，由此提供基本干燥的网格和 /或毛细管。为了与仅包括毛细管而不包括网状物质的现有技术空气清新设备相比确定由图1 和图2的空气清新设备所产生的汽化液体物质产物的沉积，准备空气清新设备并用相同的液体物质填充。然后，每种空气清新设备都每15秒加热一次，持续大约一小时。在每种空气清新设备的下面且在其出口端处放一张热敏纸。当暴露到液滴时，热敏纸在液体接触到热敏纸的地方显示出颜色对比。结果在图8A、图8B和图8C中示出。
图8A示出由只包括加热的毛细管而不包括网状物质的空气清新设备产生的液体物质的大量沉积。图8B示出与只包括毛细管的空气清新设备相比，由包括加热的毛细管和加热的网状物质的空气清新设备产生的少很多的沉积。图8C示出由于使用只包括加热的网状物质而不包括加热的毛细管的空气清新设备而产生的最少沉积。在本说明书中，词“大约”常常与数值一起使用以表明这种值的数学精度不是刻意期望的。相应地，在“大约”与数值一起使用时，旨在说明对所述数值预期有10%的容限。此外，当词“大致”和“基本”与几何形状一起使用时，旨在说明对该几何形状的精度不作要求，而是该形状的宽容度在本公开的范围内。当与几何术语一起使用时，词“大致” 和“基本”旨在不仅包含满足严格定义的特征，而且包含与严格定义适度近似的特征。尽管以上具体描述了用于形成汽化芳香物质的装置与方法，但是对于本领域技术人员来说将显然的是，在不从本质上背离本发明范围与主旨的情况下，可以对所公开的装置与方法进行各种变化与修改，且可以采用等价物。相应地，落在如所附权利要求定义的本发明的主旨与范围内的所有这种变化、修改和等价物都旨在被本发明所涵盖。


一种空气清新设备(100)，包括可操作来提供液体芳香物质(10)的液体供给源、与该液体供给源接触的芯部(20)、可操作来把液体物质保持在其间隙中的导电网状物质(30)以及电源(60)，电源(60)可操作来跨所述网状物质施加电压从而把所述网状物质和包含在所述网状物质的间隙(35)中的液体芳香物质加热至足以使液体汽化的温度。所述空气清新设备可操作来防止汽化液体物质的沉积。还公开了用于汽化物质生成的方法和用于汽化物质的重复脉冲式生成的方法。