[0002] 本申请是国际
专利申请No.PCT/CA2009/000324的部分继续申请，该国际专利申请No.PCT/CA2009/000324的申请日为2009年3月16日，标题为“Apparatus，System and Methods for Producing Particles Using Rotating Capillaries”，该文献的整个内容以各种目的被本文参引；本申请还要求美国临时专利申请No.61/235662的优先权，该美国临时专利申请No.61/235662的申请日为2009年8月20日，标题为“Apparatus，System and Methods for Producing Particles Using Rotating Capillaries”，该文献的整个内容以各种目的被本文参引；本申请还要求美国临时专利申请No.61/235670的优先权，该美国临时专利申请No.61/235670的申请日为2009年8月20日，标题为“Apparatus，System and Methods for Producing Particles Using Rotating Capillaries”，该文献的整个内容以各种目的被本文参引。
技术领域
[0003] 这里所公开的
实施例涉及颗粒的制造，具体是涉及一种使用旋转装置来由液体制造颗粒的装置和方法。
背景技术
[0004] 已知多种用于形成颗粒(例如小滴或
纤维)的旋转装置。例如，
喷嘴或孔阵列可以利用
转子而旋转，以便通过孔挤出液体，从而形成纤维或其它颗粒。不过，这种颗粒的尺寸通常与它们挤出通过的孔的尺寸成比例。因为对于这样的孔能够制成为多么小有实际限制，因此使用这些技术形成的颗粒将比较大。
[0005] 另一已知技术是使用扁平或弯曲的旋转盘，液体池添加在该旋转盘上。旋转盘使得液体池朝着边缘向外扩展，并最终使得液体作为小颗粒而与盘分离。不过，液体池将受到巨大的
力矩、非润湿反应，并与周围空气相互作用(特别是当盘以高
角速度旋转时)，这使得液体以不可预期的方式进行反应，并将大大限制这种装置的
流体供给速率。
[0006] 解决这些问题的一种提出方案使用在旋转盘上方在与装置的中心直接相邻的区域(液体释放在该区域中)中的静止剪切板。不过，这种方案不能充分解决液体
稳定性，且不能解决一旦液体超过静止剪切板出来将产生的空气剪切的问题。而且，静止剪切板引起液体中的严重的阻力(drag)，这通常是不希望的(特别是当在非常高速度下操作时)。
[0007] 在具有大量小孔的旋转转子的情况下，可以知道，当流体进入这些孔时
对流体运动的控制通常不能严格限制液体能力以便使得它们自身稳定地通过小孔。不过，这些
机械加工孔的尺寸和数目是对纤维尺寸和流体通过量的主要限制。因此，从这些孔出来的流体流需要进行非常大的变细，以便获得较小的颗粒或纤维。
[0008] 也可选择，对于制造小颗粒(小滴、丝线或纤维)，通过在旋转盘的边缘处
破碎流体以形成“合成孔”将很有吸引力。不过，在初始流体池将猛烈旋转和当流体运动至旋转盘边缘时产生较大范围的流体不稳定的情况下，流体朝着这样的旋转盘的边缘运动和暴露于开放空气中的稳定性将非常不稳定。结果是对实际流体供给速率产生极大限制，通常在实际尺寸的盘上只有几毫米每分钟。
[0009] 因此，本领域中需要一种改进的装置和方法，用于使用旋转装置来制造颗粒。
发明内容
[0010] 这里所述的实施例通常涉及本
发明人进行的、涉及旋转盘的先前工作。例如，美国专利No.4604109(由本发明人在1984年11月20日提交)介绍了一种用于使得挥发性污染物的主要部分与受污染的流体分离的装置。该装置包括：
真空腔室，该真空腔室具有内部空间，该内部空间可以至少局部抽真空；至少一个旋转板，该旋转板布置在真空腔室内，并且旋转板的边缘与接合装置间隔开；用于将污染流体引入板表面上的装置，因此，污染流体的小滴从旋转板的边缘离心散开。在旋转板的边缘和接合装置之间的距离产生足够的小滴
停留时间，以便当小滴在旋转板的边缘和接合装置之间行进时使得挥发性的污染物部分与污染流体分离。
[0011] 而且，美国专利No.4643852(由本发明人在1985年12月30日提交)介绍了一种用于在液体中产生气泡的装置。该装置包括至少一个可旋转部件，该可旋转部件成盘形或环形，它可由液体润湿，并可在液体内以至少70英尺每秒的边缘速度旋转。可旋转部件的上表面与一静止板平行并间隔开，以便形成剪切区域。气体或一些其它流体供给到可旋转圆形部件的上表面附近，以便形成气泡。还公开了在盘或环的半径和它的转速之间的优化关系，以便提高装置的操作效率。
[0012] 本发明人目前认为合适的是提供一种装置，该装置控制和容纳释放至旋转装置上或内的初始流体池，和提供一种系统，该系统在流体转变成稳定
薄膜流动时保护和容纳流体，并大大增加薄膜流动的可用表面和细小流体池在旋转转子边缘处的形成。当表面面积和边缘周长增加时，可能的颗粒产生能力相应增加。当旋转转子的边缘转变成一维线时，则形成的“合成孔”的部位塌缩成与边缘的半径相对应，可能非常小。在旋转边缘处的“合成孔”或各发出点的数目由流体和转
子板的物理性质来确定，并能够达到的数目超过使用普通机械加工实际孔的实际数目。
[0013] 根据本发明的一个实施例，提供了一种用于由液体形成颗粒的装置，它包括转子组件，该转子组件具有至少一个表面，该表面的尺寸和形状设置成确定至少一个毛细管，各毛细管具有邻近转子组件的旋
转轴线的内部区域、远离
旋转轴线的外部区域以及邻近外部区域的边缘；其中，转子组件设置成以一定角速度旋转，该角速度选择为当液体接收于该至少一个毛细管的内部区域中时，液体将从内部区域运动至外部区域，呈现在该至少一个表面上的不饱和状态，这样，液体作为薄膜而沿该至少一个表面流动，且并不连续跨越毛细管，并在到达边缘时与该至少一个表面分离，以便形成至少一个颗粒。
[0014] 转子组件可以包括两个板，这两个板具有相对的上部和下部平面形表面，该上部和下部平面形表面间隔开一定间隙距离，并确定了在它们之间的至少一个毛细管。在一些实例中，间隙距离在大约5和2000微米之间。
[0015] 在一些实施例中，该边缘是钝边缘。在其它实施例中，该边缘是尖锐边缘，具有的半径
选定为防止液体在它上面积累。在一些实施例中，尖锐边缘的半径小于30微米。
[0016] 转子组件可以包括至少三个板(包括上部板、下部板和至少一个中间板)，这三个板具有至少两对相对的平面形表面，各对相对的平面形表面间隔开一定间隙距离，并确定了在它们之间的毛细管。至少一个板(例如中间板)的边缘可以分叉，从而在各板上提供两个有效组的发射表面，以使得液体的输出量和转变成的颗粒倍增。
[0017] 装置还可以包括罩，该罩邻近转子组件，并设置成当转子组件旋转时引导空气环绕转子组件流动，以便于使得液体与该至少一个表面分离和使得颗粒变细或拉伸成更小或更细的结构，和/或完成与周围气体和/或受控的物理状态(例如
温度或由周围气体向在毛细管的边缘处形成的颗粒施加的剪切力)的受控的化学反应。
[0018] 在一些实例中，转子组件设置成使得转子的直径乘以转速可大于大约50000cm·RPM。在其它实例中，转子组件可以设置成使得该数可高至700000cm·RPM。在其它实例中，该数可以高于700000cm·RPM。
[0019] 在其它实例中，角速度和板直径可以选择为使得板的直径乘以转速在大约10000cm·RPM和1400000cm·RPM之间。
[0020] 装置还可以包括：供给腔室，用于接收液体，该供给腔室邻近旋转轴线，并与各毛细管的内部区域流体连通。
[0021] 根据本发明的另一方面，提供了一种形成颗粒的方法，包括以下步骤：提供至少一个表面，该表面的尺寸和形状设置成确定至少一个毛细管，各毛细管具有内部区域、外部区域和边缘；向该至少一个毛细管的内部区域提供液体；以及使得毛细管以一定角速度旋转，以使得液体从内部区域向外部区域运动，在该至少一个表面上采取不饱和状态，这样，液体作为薄膜沿该至少一个表面流动，且并不连续跨越该毛细管，并在到达边缘时与该至少一个表面分离，以便形成至少一个颗粒。
[0022] 液体可以以实际
质量流速提供给内部区域，该实际质量流量小于液体通过
向心力而能够被
泵送至毛细管内的可能质量流量。
[0023] 该方法还可以包括在颗粒与该至少一个表面分离之后使得颗粒变细的步骤。对于小滴，该变细可以包括
蒸发至更小的小滴或留下干颗粒。对于丝线或纤维，这可以包括
溶剂的蒸发和/或在周围气体中拉长。
[0024] 提供尺寸和形状设置成确定至少一个毛细管的至少一个表面的步骤包括提供包括两个板的转子组件，这两个板具有相对的上部和下部表面，该上部和下部表面间隔开一定间隙距离，以便在它们之间确定至少一个毛细管。
[0025] 该方法还可以包括引导空气环绕该至少一个毛细管流动的步骤，以便于液体与该至少一个表面分离。
[0026] 液体可以以输入质量流速提供给内部区域，该输入质量流速和角速度可以选择为使得液体作为大致连续的薄膜而与该至少一个边缘分离。
[0027] 从毛细管的外边缘释放的该连续薄膜一旦从该边缘出来就可能受到力，这使得该薄膜进一步转变成包括小滴或纤维(根据流体的特征和它的表面测试和流变性)的小颗粒。
[0028] 在一些实例中，角速度选择为这样，当该至少一个表面旋转时，该至少一个表面与周围空气相互作用，以便加热液体。
[0029] 在一些实施例中，液体从以下组中选择，该组包括：液体
聚合物；熔融玻璃；熔融金属；熔融盐；矿物质；陶瓷；液体物质例如在很多种例如溶剂(己烷、
水、氯仿等)的液体载体中的悬浮液、溶液和乳化液；或者液体混合物(该液体混合物能够在它们经过毛细管和它们转变成颗粒时被均质化)。
[0030] 也就是，液体也可以由两种不混溶的液体组成，这两种不混溶液体能够在它们通过毛细管和从边缘释放的过程中被均质化。该均质化是作用在转子板上的剪切力和在颗粒形成过程中产生的极端力的结果。
[0031] 液体可以是熔融聚合物，且该方法还可包括使得聚合物
熔化以便形成液体的步骤，其中，熔融聚合物在它与该至少一个表面分离时通
过冷却而
固化，以便形成固体颗粒。
[0032] 在一些实施例中，颗粒可以是纤维或小滴。
[0033] 在一些实施例中，该方法还可以包括使得这里制造的小滴与至少一种气体混合的步骤。液体可以包括水，气体可以包括二
氧化
碳，且小滴在它们经过周围的二氧化碳气氛时进行的混合可产生碳酸水。
[0034] 液体可以包括
燃料，气体可以包括氧气，且该方法还包括在
燃烧室中点燃混合物的步骤。因此，旋转毛细管系统可以用作燃料
雾化器，以便促进有效燃烧。
[0035] 在一些实施例中，该至少一种气体包括夹带于其中的污染物，小滴混合至所述气体中设置成将污染物从该至少一种气体中去除。因此，由旋转毛细管形成的小滴能够通过湿法洗涤而吸收周围气体中的污染物，且在一些实例中，通过在小滴中提供对污染物化学药剂有亲和力的化学药剂而提高该吸收。
[0036] 在一些实施例中，发出的小滴可以受到真空的作用，该真空选择为使得小滴冻干，以便产生干粉或颗粒，其例如可以用于制药和食品生产。
[0037] 在一些实施例中，当在
喷雾干燥用途中，该至少一种气体可以被加热，或者它的
潜热可以充分使得细小小滴的喷雾干燥并留下剩余干粉。
[0038] 该方法还可以包括使得发出的颗粒受到真空、加热、冷却、光和
电离辐射中的至少一种。在一些实施例中，真空可以用于除去挥发性的污染物(该污染物在其它情况下具有低挥发性)，例如从
润滑油或
液压液中除去水和挥发性污染物。
[0039] 在一些实施例中，液体是熔融聚合物，且该方法还包括使得发出的聚合物颗粒与其中夹带有
活性炭颗粒的气体混合的步骤，以便当颗粒和活性炭收集在织物形成的筛网中时(例如使用施加的真空)形成炭-聚合物
复合材料。
[0040] 在一些实施例中，发出的液体能够通过施加高
电压(例如静电
纺纱)而变细。
[0041] 根据本发明的另一方面，提供了一种用于由液体形成颗粒的装置，它包括转子组件，该转子组件具有至少两个板，所述板固定在
心轴上，并具有在它们上面的至少一对相对的表面，各对相对表面间隔开一间隙距离，并确定了在它们之间的至少一个毛细管，各毛细管具有邻近转子组件的旋转轴线的内部区域、远离旋转轴线的外部区域以及邻近该外部区域的边缘；其中，心轴设置成与驱动装置连接，该驱动装置设置成使得转子组件以一角速度旋转，该角速度选择为这样，当液体接收于该至少一个毛细管的内部区域中时，液体将从内部区域向外部区域运动，在该至少一个表面上采取不饱和状态，这样，液体作为薄膜沿该至少一个表面流动，且并不连续跨越该毛细管，并在到达边缘时与该至少一个表面分离，以便形成至少一个颗粒。
[0042] 毛细管的宽度应当足够小，以便消除流体供给和扩展的不稳定性，并消除空气剪切。这克服了
现有技术对流体供给速率的限制，并导致流体受控的性能。
[0043] 此外，通过紧凑提供紧密间隔开的表面，液体供给速率可以大大增加，且在一些情况下，毛细管的边缘的分叉可以进一步使得液体发出表面倍增。因此，毛细管的几何形状克服了多种现有技术在该技术上的限制，并大大提高了生产率。
[0044] 根据本发明的还一方面，提供了一种用于乳化至少两种不混溶液体的方法，包括以下步骤：提供至少一个表面，该表面的尺寸和形状设置成确定至少一个毛细管，各毛细管具有内部区域和外部区域；将该至少两种不混溶液体提供给该至少一个毛细管的内部区域；以及使得毛细管以一定角速度旋转，以便在毛细管内产生足够的剪切力，这样，当该至少两种液体从内部区域向外部区域运动时，该至少两种不混溶液体并混合在一起。
附图说明
[0045] 这里包含的附图用于示出本
说明书的方法和装置的各种实施例，而并不是用于限制本发明教导的范围。在附图中：
[0046] 图1是根据本发明一个实施例的、用于制造颗粒的装置的剖视立面图；
[0047] 图2是图1的装置的局部放大图，详细示出了供给腔室；
[0048] 图3是图1的装置的局部放大图，示出了具有钝边缘的转子板；
[0049] 图4是图1的装置的局部放大图，示出了具有尖锐边缘的转子板；
[0050] 图5是以分解状态示出的图1的装置的立体图；
[0051] 图6是根据本发明另一实施例的装置的剖视立面图，其中，转子组件有七个转子板；
[0052] 图7是图6的装置的局部放大图，详细示出了供给腔室；
[0053] 图8是图6的装置的局部放大图，详细示出了转子板的边缘；
[0054] 图9是根据另一实施例的、用于制造颗粒的装置的剖视图；
[0055] 图10是根据另一实施例的、用于制造产品的系统的示意图；
[0056] 图11是根据一个实施例的梯度
密度产品的示意剖视图；
[0057] 图12是由产品形成的柱形部件的透视图；
[0058] 图13是根据另一实施例用于织物制造的系统的示意图；
[0059] 图14是根据一个实施例的分叉转子板的侧视图；
[0060] 图15是根据另一实施例的分叉转子板的侧视图；
[0061] 图16是根据另一实施例的两个转子板的侧视图，这两个转子板之间有多孔介质；
[0062] 图17是根据另一实施例的、具有波纹形轮廓的两个转子板的侧视图；以及[0063] 图18是根据另一实施例的、用于形成颗粒并具有加热元件的装置的示意图。
具体实施方式
[0064] 参考图1，图中示出了根据本发明一个实施例用于形成颗粒的装置10。
[0065] 这里使用的术语“颗粒”大致包括纤维(例如细丝、丝线等)、小滴和由任意合适液体(例如液体聚合物、熔融玻璃、熔融金属、纯液体、溶液和悬浮液等)制造的其它类似形状，且其可以固化、蒸发和/或保持液体形式。
[0066] 总的来说，装置10设置成接收液体状态的材料，然后使得液体材料通过一个或多个旋转毛细管。
[0067] 这里使用的术语“毛细管”大致是指在两个相邻表面之间的空间或者在单个表面中确定的空间，该单个表面闭合到自身上，从而具有由弯曲区域(例如毛细管子)连接的两个表面。例如，液体材料可以通过在旋转板或盘上的两个相对表面之间的狭窄空间，或者进入由一个或多个旋转管界定的空间内。
[0068] 毛细管的尺寸和形状大致设置成消除或大大减小在旋转过程中在毛细管内的液体材料遇到的空气摩擦和流体流不稳定。而且，毛细管的尺寸和形状设置成这样，当它们旋转时，在它们内的液体材料采取不饱和状态(例如，其中液体并不连续跨越毛细管的宽度，而是不连续的)，而不是饱和状态，在饱和状态中液体基本充满毛细管(也称为孔流，与不饱和薄膜流相对照)。
[0069] 当不饱和液体材料到达各旋转毛细管外边缘时，液体与毛细管的表面分离或脱开，并可以形成颗粒(和/或可以留下减去载体流体的剩余颗粒)。例如，在液体是熔融聚合物的情况下，该熔融聚合物可以在它与表面分离和遇到周围空气时冷却，以便形成聚合物纤维或颗粒。因此，一旦进入周围环境中，从旋转毛细管出来的流体能够进行化学或物理变化。此外，一些流体可以在经过毛细管自身时由于剪切和薄膜形成(这例如能够使得不混溶流体变成乳状)而变化。
[0070] 一旦形成，颗粒可以适用于几乎无限制数目的用途，例如包括过滤、阻燃、
生物医学用途、放射线学用途、绝缘用途、织物用途(纺织和无纺)、化学混合等。
[0071] 装置10通常包括转子组件12，该转子组件12具有在其中确定了至少一个毛细管的表面。例如，如图1和2中所示，一对上部和下部转子板16、18具有相对的上表面和下表面16a、18a。上表面和下表面16a、18a间隔开一定间隙距离(总体表示为“d”)，并大致确定在它们之间的毛细管17。
[0072] 转子组件12还可以包括心轴20，用于使得转子板16、18旋转。如图1和2中所示，转子板16、18可以分别与心轴20的上部和下部部分20a、20b刚性连接，例如通过使用反向或反螺钉、
螺栓或者任意其它合适的连接技术。一个或多个心轴
螺母27还可以用于将转子板16、18进一步固定在心轴20上。
[0073] 在使用过程中，心轴20的连接端20c可以与驱动机构(未示出)例如电
马达、空气驱动
涡轮或者其它合适驱动机构连接，这样，心轴20能够绕主旋转轴线A旋转，从而使得转子板16、18以选定角速度旋转，以便大致引起液体在板16、18之间的不饱和状态。
[0074] 在一些实施例中，上部和下部板16、18可以单独驱动，并可以以相同或基本类似的角速度旋转。在其它实施例中，上部和下部板16、18可以以不同的角速度旋转。
[0075] 转子组件12还可以包括大致在转子组件12的中心处或附近(例如邻近旋转轴线A)的供给腔室24。该供给腔室24可以用作液体的储存室，该液体用于向转子组件12中的毛细管17供给。如图2中所示，供给腔室24可以设置为大致在心轴20的中心处的小空心区域，并可以为柱形、球形或者具有任意其它合适形状。
[0076] 如图2和5中所示，心轴20的上部部分20a大致包括空心部分22，该空心部分22设置成允许进入供给腔室24，这样，液体能够提供于其中。例如，空心部分22的尺寸和形状可以设置成接收供给管26。供给管26可以将材料以液体状态以根据合适操作状态而选择的输入质量流速供给到供给腔室24。
[0077] 供给管26可以包括密封部件28，该密封部件28设置成至少局部关闭供给腔室24的上端。例如，密封部件28可以与空心部分22的外壁23滑动
啮合，以便密封供给腔室24和防止供给腔室24中的液体沿供给管26的外表面往回流动。如图所示，密封部件28具有至少一个供给孔29，用于使得液体材料能够从供给管26泵送至供给腔室24中。
[0078] 在一些实施例中，供给管24可以在转子组件12的旋转过程中保持静止，在这种情况下，密封部件28可以与心轴20的空心部分22中的壁23滑动接合。在其它实施例中，供给管26可以设置成与转子组件12一起旋转，在这种情况下，供给管26的上端26a可以与液体供给源(未示出)可旋转地连接。
[0079] 在一些实施例中，例如如图1中所示，转子组件12可以接收至罩组件14中，如后面更详细所述。
[0080] 下面特别参考图2至4更详细地介绍转子板16、18。如上所述，转子板16、18与心轴20刚性连接，并具有由间隙距离“d”间隔开的相对表面16a、18a，以便在它们之间确定毛细管17。
[0081] 在所示实施例中，表面16a、18a为相互平行的大致平面形表面，且旋转轴线A与两个表面16a、18a
正交(或垂直)。在其它实施例中，表面16a、18a可以是非平面形(例如凹形或凸形)。在还有实施例中，表面16a、18a可以为非平形的，且间隙距离“d”可以在毛细管17内的不同
位置变化。
[0082] 在上部和下部表面16a、18a之间的间隙距离“d”并不局限于任意特殊尺寸，只是可以选择为方便形成在毛细管17内的不饱和液体流。例如，在一些实施例中，间隙距离“d”通常可以在大约5和2000微米之间。在其它实施例中，间隙距离“d”可以在大约50至1000微米之间。
[0083] 如图2和3中所示，毛细管17大致具有邻近旋转轴线A的内部区域17a和大致远离旋转轴线A的外部区域17b(例如朝向转子板16、18上的表面16a、18a的外边缘19)。
[0084] 毛细管17的内部区域17a可以大致与供给腔室24流体连通。例如，一个或多个孔30可以布置在供给腔室24的
侧壁32中。在使用过程中，转子组件12可以以选定的角速度旋转，以便使得供给腔室24中的液体流过侧壁32中的孔30和进入毛细管17的内部区域17a。
[0085] 在一些实施例中，孔30的尺寸、形状和数目可以进行选择，以便影响液体从供给腔室24流到毛细管17的速率。例如，孔30的直径或尺寸可以增加或减小，和/或可以提供更多或更少的孔，以便改变液体从供给腔室24流入毛细管17的速率。
[0086] 在一些实施例中，装置10可以不设置腔室24，且液体可以直接供给到毛细管17的内部区域17a中(例如使用供给管26或者任意其它合适的技术)。
[0087] 在一些实施例中，当液体进入内部区域17a时，液体将连续填充内部区域17a，这样，液体可以在该区域中跨越在上表面和下表面16a、18a之间的间隙。这称为“饱和”状态(也称为“孔流”)。
[0088] 当液体流过毛细管17，从内部区域17a朝着外部区域17b而向外运动时，液体的前边缘(例如液体大致最远离旋转轴线A的部分)将受到不断增加的向心力。
[0089] 在毛细管17内的某点处，液体可以从“饱和”状态转变成“不饱和”状态，在该不饱和状态中，液体并不连续跨越毛细管(例如，液体并不跨越在上表面和下表面16a、18a之间的间隙)。根据液体的特性和装置10的操作状态，各种液体可以在毛细管17内的不同位置处达到“不饱和”状态。
[0090] 如图3中所示，毛细管17内的液体L可以从“饱和”流动状态(大致由S表示)(在该饱和流动状态中，液体L在上表面和下表面16a、18a之间跨越毛细管17)转变成“不饱和”流动状态(大致由U表示)(在该不饱和状态中，液体L并不连续，且并不跨越毛细管17的宽度。例如，如图3中所示，在“不饱和”状态的液体L作为两个独立和分开的薄膜而存在，即润湿上表面16a的上部薄膜F1和润湿下表面18a的下部薄膜F2。
[0091] 在液体L以开始稳定薄膜流的方式润湿毛细管17的上表面和下表面16a、18a时，在“饱和”状态S和“不饱和”状态U之间的转变大致产生。这通常在向心力梯度为使得作用在液体L上的力超过维持毛细管17内的饱和流的毛细作用力时发生，而上述现象大致在每单位面积向心力大于液体L的表面
张力乘以液体L在表面16a、18a上的润湿
接触角度的余弦并除以毛细管17的间隙“d”的尺寸时发生，如公式1中所示：
[0092]
[0093] 其中，CFa是每单位面积的向心力，γ是液体L的表面张力，θc是液体在表面上的润湿接触角度，“d”是间隙尺寸或间隙距离。当比较由单个表面(例如毛细管子)确定的毛细管与由两个间隔开的表面(例如表面16a、18a)确定的毛细管时，在公式1中给出的关系可以稍微变化。
[0094] 如上所述，在毛细管17中的不断增加的向心力梯度大致使得其中的液体L从“饱和”流动状态S转变成“不饱和”流动状态U。通过毛细管17的几何形状可以进一步有利于该转变。
[0095] 例如，当液体L从内部区域17a运动至外部区域17b时，由于表面16a、18a的不断增加的表面面积(由几何形状效果引起)，毛细管17的相对容积变得逐渐更大。因此，液体L可以根据毛细管17的形状而进行额外的扩展。
[0096] 当毛细管17的容器和表面面积随着离旋转轴线A的距离增加而增加时，液体更难保持在饱和状态(除非液体在内部区域17a中的运动比外部区域17b中快得多，但这是不可能的，因为在内部区域17a的可用向心力比在外部区域17b处的可用向心力小得多)。
[0097] 例如，当毛细管17布置在两个板16、18之间时，这将进一步有利于从“饱和”状态S转变成分离的“不饱和”流U。因此，当液体L朝着转子16、18的边缘19向外运动时，形成于毛细管17的上表面和下表面16a、18a上的上部和下部薄膜F1、F2逐渐变薄。
[0098] 这些上部和下部薄膜F1、F2产生于相对狭窄的毛细管17的界限内，其中，薄膜F1、F2将防止
风剪切和其它将在薄膜F1、F2上形成波纹、波皱和飞沫的不合适力，或者将使得液体薄膜F1、F2升高离开旋转盘(该旋转盘在开放空气中操作，即没有毛细管)表面的柏努利力，所有这些力都可能导致不可控制地形成弹丸、纤丝和其它不希望的产品。
[0099] 如上面总体所述，当液体L(例如上部和下部薄膜F1、F2)到达毛细管17的表面16a、18a的边缘19时，液体薄膜F1、F2可以在沿边缘19的多个点处积累，在附加液体到达时变得更大和细长，并最终与表面16a、18a分离，以便形成颗粒。
[0100] 在毛细管的边缘处的液体薄膜的稳定性通常不再受到较大的不稳定影响，因为薄膜具有与表面的很强的粘接力，且不再象初始的大量液体的情况那样响应风剪切或
湍流。
[0101] 因为液体L处于不饱和状态U，因此从毛细管17出来的颗粒的尺寸大致并不由间隙距离“d”来控制。这与使用一个或多个旋转孔的现有技术装置不同，在旋转孔中，流体通过孔挤出，颗粒的尺寸大致取决于孔的尺寸。
[0102] 相反，根据这里所述实施例产生的颗粒的尺寸大致由在旋转毛细管17的边缘处出现的物理情况来控制，因此可以产生小得多尺寸的颗粒。也就是，附接在毛细管边缘上的小滴确定了实质上的“合成孔”，它根据表面张力与向心力的平衡来释放颗粒。在大多数情况下，这形成大量的、非常微小的小滴发射器，且通常比由机械装置钻出的尺寸小得多，且与机械加工的实际情况相比，数目更多，间距更紧密。
[0103] 而且，使用旋转毛细管使得颗粒能够在受控的环境中形成，其中，从饱和状态转变成不饱和状态将在风效果、
涡流、湍流和其它扰动都大大降低或者甚至消除的环境中进行。这与使用旋转盘的现有技术系统不同，在现有技术系统中，液体暴露于空气剪切和其它的液体不稳定影响。
[0104] 形成的颗粒的类型(例如小滴或纤维)可以主要取决于液体L的特性(例如液体材料是
牛顿液体还是非牛顿液体、在操作温度下的粘性等)，但是也可以取决于其它操作特征，例如转子组件12的角速度、表面16a、18a的润湿特性(该润湿特性可以通过涂层或其它
表面处理来增大)以及边缘19的形状。
[0105] 在一些实施例中(其中，边缘19为钝边缘21，如图3中所示)，液体L将作为池31而积累在钝边缘21处。该池31可以首先为半球形(总体表示为31a)，但是由于附加液体通过上部和下部薄膜F1、F2逐渐到达而将生长得更大，这将使得池31的相关
曲率变化。
[0106] 特别是，池31然后可以开始拉长，并采取椭圆形形状(总体表示为31b)，最终，池31将采取这样的形状(总体表示为31c)，使得池31中的一部分液体L开始与钝边缘21脱开，以便形成颗粒(例如小滴或纤维)。
[0107] 在其它实施例中，积累在边缘19处的液体L的粘性能够通过减少或最小化可用面积而变化。例如，如图4中所示，用于积累的可用表面可以通过将边缘19提供为尖锐边缘25(或剃刀锋口)而减小。尖锐边缘25将使得图3中所示的大致两维钝边缘21有效地变成一维的线。
[0108] 当使用钝边缘21时，液体的表面张力使得液体在没有其它力时采取大致半球形形状(例如图31中的半球形池31a)。不过，如图4中所示，当使用尖锐边缘25时，将形成的“半球形”的基底基本限制为一维。这破坏了液体在尖锐边缘25处的粘性稳定性，因此向心力将使得液体作为颗粒33(例如小滴或纤维)而排出，该颗粒33比当使用钝边缘21时制造的颗粒小得多。
[0109] 在一些实施例中，从尖锐边缘25出来的颗粒33可以非常小(例如大约几纳米)，因此获得颗粒33的目标尺寸所需的任何进一步变细量可以大大减少，或者在一些情况下甚至不需要。不过应当知道，为了这样，流体的供给速率应当与要制造的颗粒的更小尺寸成比例地降低。
[0110] 使用已知的削尖和珩磨技术使得尖锐边缘25可以具有几十纳米的半径。例如，在一些实施例中，尖锐边缘25可以各自有小于100纳米的半径。在一些实施例中，尖锐边缘25可以各自有小于大约10纳米的半径。通常，尖锐边缘25的半径可以制成为尽可能小，以便形成非常细小的颗粒。
[0111] 在一些实施例中，尖锐边缘25的使用在保持合适地控制颗粒尺寸的同时可能影响可供给到转子组件12的液体量。通常，液体进入毛细管17的内部区域17a中的输入质量流速或供给速率必须大致与排出颗粒的尺寸直接成比例地减小，因此，尖锐边缘25的使用可以并不适用于所有用途(例如当希望较大量的颗粒时)。
[0112] 特别是，在一些实施例中，更有利的可以是首先在较高生产速率下制造较大的颗粒(例如较大纤维或小滴)，随后利用热空气剪切、粘弹性拉动、静电方法(例如静电纺纱)和/或其它合适的变细技术而使得这些颗粒变细。
[0113] 本领域中通常知道，液体能够通过高压
电场的影响而被拉动和变细，且当该场足够时，液体将在施加有较大静电场的两个表面之间被拉动。当用于制造纤维时，液体通常是包含聚合物的溶液，且通常使得载体液体在纤维拉向交替表面时蒸发。这留下了固体聚合物纤维(通常为微米或纳米尺寸)，且通常称为静电纺纱。
[0114] 当旋转转子是电绝缘的并受到高电压时，纤维能够收集在固定距离处的接地屏上，纤维能够通过施加静电场而进一步变细至更小直径。
[0115] 在静电情况下，旋转毛细管能够用于产生小的液体小滴，该小滴在旋转毛细管和相邻表面之间的高压电势的影响下形成“泰勒”表面，如本领域技术人员所知。
[0116] 可以用于有利于在毛细管17中形成不饱和液体状态的另一技术是在“饥饿供给”状态下操作装置10。在“饥饿供给”状态下，能够通过向心力泵送至毛细管17中的液体的可能质量流速(该液体最终与表面16a、18a的边缘19分离以便形成颗粒)大于提供给毛细管17的内部区域17a的液体的实际质量流速(例如，通过供给管26而泵送的液体的实际质量流速)。
[0117] 当在“饥饿供给”状态下操作时，将至少局部或者甚至完全消除在毛细管17内的液体中形成“饱和”状态，且在毛细管17内的液体快速或者甚至立即采取“不饱和”状态。例如，液体可以在从供给腔室24流入毛细管17的内部区域17a内时立即处于不饱和状态。
[0118] 在一些实施例中，各转子板16、18可以设置为具有直径D的大致扁平的盘(如图5中所示)。在转子组件12的旋转过程中存在的向心力将沿转子板16、18的主要结构作用，这消除或降低了严重的弯曲力矩，否则该严重的弯曲力矩会存在，并可能引起旋转盘的损坏和/或严重偏转。
[0119] 在一些实施例中，各盘的直径D相同(或基本类似)，这样，边缘19大致竖直对齐(如图3和4中所示)。在其它实施例中，上部板16的直径可以与下部板18的直径D不同。
[0120] 在一些实施例中，特别是对于设计成在升高角速度下操作的转子组件12，转子板16、18可以构成为减小或最小化转子板16、18的、远离转子组件12的旋转轴线A的重量和/或体积。例如，上部和下部板16、18可以各自具有向外逐渐变小的轮廓(大致如图1中所示)。
[0121] 使用其中具有至少一个旋转毛细管17的转子组件12将降低对提供给装置10的液体的输入质量流速或供给速率的某些实际限制。而且，尽管可以有关于液体能够供给到毛细管17的速率的限制，但是可以通过进行合适的变化而减少这些限制，例如增加在供给腔室24中的孔30的尺寸和/或数目。
[0122] 因为当液体接近转子板16、18的边缘19时液体转变成在毛细管17内的、分离的不饱和薄膜，因此液体分散在两个表面16a、18a上(而不是单个表面)，并最终与两个边缘19(而不是单个边缘)分离。与具有单个旋转表面的普通旋转盘相比，这使得可用于制造颗粒的可用表面倍增，并增加了生产率。
[0123] 而且，多个旋转毛细管能够作为阵列共同设置在一个装置中，以便增加生产率。例如，根据本发明另一实施例的装置60在图6中示出。装置60大致包括转子组件62，该转子组件62包括7个转子板的堆垛(最好在图7和8中所示)。转子组件62示出为设置于罩组件64中。
[0124] 转子板的堆垛包括上部转子板66、下部转子板68和5个中间转子板69(第一中间转子板69a、第二中间转子板69b、第三中间转子板69c、第四中间转子板69d和第五中间转子板69e)。
[0125] 上部和下部转子板66、68可以大致与上述上部和下部板16、18类似。如图所示，例如上部和下部转子板66、68具有尖锐的边缘75(类似于削尖的边缘25)，且各转子板66、68可以有向外逐渐变小的轮廓。
[0126] 不过，如图6至8中所示，中间转子板69可以各自具有不同结构。例如，中间转子板69可以设置为与心轴70刚性连接的扁平板或盘(并不逐渐变小)。
[0127] 而且，在一些实施例中，中间转子板69可以设置有分叉边缘77，各分叉边缘77具有上边缘77a和下边缘77b，这使得两个分开的颗粒流分别从各板69的上边缘77a和下边缘77b出来。各边缘77a、77b可以用于释放颗粒，大致如上面所述。在一些实例中，分叉边缘77可以为V形(如图8中所示)、U形、或者有任意合适形状。
[0128] 在各中间转子板69上提供两个发出表面(例如边缘77a、77b)将使得颗粒生产的潜力倍增，与单个扁平盘相比或者甚至与使用单个表面的盘的堆垛相比，这种板的堆垛大大增加了颗粒生产量。
[0129] 在一些实施例中，分叉边缘77可以削尖成类似于尖锐边缘25，以便防止在它上面形成液体池。
[0130] 在其它实施例中，转子板66、68、69的边缘可以具有用于形成不同尺寸和形状的颗粒的各种结构。例如，一些中间转子板69可以设置有钝边缘21，而其它转子板69可以具有尖锐边缘25或分叉边缘77。这样，使用转子组件62可以同时形成具有不同尺寸和形状的颗粒。
[0131] 如图所示，转子板66、68、69确定了多个毛细管67，包括在上部板66和第一中间转子板69a之间的第一毛细管67a、在第一中间转子板69a和第二中间转子板69b之间的第二毛细管67b、在第二中间转子板69b和第三中间转子板69c之间的第三毛细管67c、在第三中间转子板69c和第四中间转子板69d之间的第四毛细管67d、在第四中间转子板69d和第五中间转子板69e之间的第五毛细管67e、在第五中间转子板69e和下部转子板68之间的第六毛细管67f。
[0132] 各毛细管69a、69b、69c、69d、69e、69f具有相应的间隙距离d1、d2、d3、d4、d5和d6。在一些实施例中，间隙距离d1、d2、d3、d4、d5和d6可以各自相同或大致类似。在其它实施例中，间隙距离d1、d2、d3、d4、d5和d6可以不同。例如，第一间隙距离d1可以选择为大于第二间隙距离d2，如此类推。
[0133] 如图7中所示，使用堆垛转子板66、68和69的装置60可以设置有改变的(例如更大的)供给腔室74，该供给腔室74可以包括更多孔80(与在上述供给腔室24中的孔30的数目相比)，以便在使用过程中提供从供给腔室74至毛细管67的充分液体流。
[0134] 通过在一个转子组件62中使用转子板66、68、69的堆垛，供给速率大大增加的液体可以以高得多的速率转变成颗粒。例如在一些实施例中，与具有单个液体发散表面的单个旋转盘相比，使用转子板堆垛的装置能够具有大1000倍的生产率，并能够很容易地处理千克/分钟的液体流速，同时产生微米或纳米尺寸的颗粒。
[0135] 在一些实施例中，转子组件可以设置成使得转子的直径乘以转速可以大于50000cm·RPM。在其它实例中，转子组件可以设置成使得该数可以高至700000cm·RPM。在还一实例中，该数可以大于700000cm·RPM。
[0136] 在还一实例中，角速度和板直径可以选择成使得板的直径乘以转速在大约10000cm·RPM和1400000cm·RPM之间。
[0137] 这里所述的一些实施例通常使用几何上扁平的旋转结构(例如转子板)，其中，产生的向心力将与板的主体对齐。因此，这里所述的转子组件能够通常设置成以极高速度旋转，包括转子板的尖端或边缘的速度可以为超音速(例如超过声音的速度)。
[0138] 在一些实施例中，颗粒(例如丝线、纤维或小滴)从旋转毛细管的表面排出和进入从转子板的尖端或边缘出现的高速空气射流中可能导致丝线或纤维变细成拉长和更狭窄的纤维。
[0139] 也可选择，空气能够注入环绕罩壳中，并以与丝线、纤维或小滴大致同轴的方向排出。例如，在图1中，流动空气的路径大致示出为AF。当这样的同轴空气鞘被加热时，纤维能够进一步拉伸和拉长，同时保持足够热，以便保持能够变细。
[0140] 也可选择，在极高液体供给速率下，连续薄膜可以从毛细管的表面发出，通过使得该薄膜与一个或多个空气射流相互作用，和/或与形成于转子板的尖端或边缘处的冲击波相互作用(当在超音速条件操作时)，和/或穿过在毛细管的外部区域处和在毛细管外部的空气中发生的、引起空气剪切的振动，薄膜能够被转变(或纤丝化)。
[0141] 这种连续或“破裂薄膜”操作模式将导致在直径和长度的多分散范围内形成颗粒或纤维，但是大致在微米或高
纳米纤维的尺寸范围内。这种操作模式提供的一个主要优点是可以产生非常大量的产品颗粒。
[0142] 在一些实施例中，当使用旋转毛细管装置时的
能量消耗将低于在开放空气中操作的相应旋转盘的能量消耗。特别是，在毛细管转子组件或简单盘的旋转过程中，由于作用在旋转结构的上表面和下表面上的阻力而产生摩擦损失。当为这里所述的旋转转子组件时，至少两个表面发出颗粒，而在转子组件上的阻力大致与在简单旋转盘上的阻力相同或类似，该简单旋转盘只有单个有用表面，因此只有一半的可用生产能力。而且，通过在转子组件中提供转子板堆垛，发出表面的数目能够大大增加，同时转子组件受到的阻力只有很小增加。
[0143] 在一些实施例中，由于转子组件可以在非常高角速度下旋转，因此通过在空气和转子组件之间的相互作用可以产生强大的空气射流。这些空气射流可以是用于使得从表面发出的颗粒变细的有用工具(即使得液体载体蒸发或使得纤维拉长)。在一些实施例中，不再需要补充的热空气射流来获得所需水平的颗粒变细。
[0144] 在其它实施例中，这些空气射流用于降低对用于变细的压缩空气的需要，从而消除或大大降低相关能量消耗。
[0145] 在一些实施例中，转子组件12能够在罩组件14中操作，该罩组件可以用于控制转子组件12周围的空气流。例如，该空气流可以用于控制与表面16a、18a分离的颗粒的变细、用于干燥小滴、冷却小滴和/或纤维、在生产敏感材料时使得颗粒与受控的气氛相互作用、以及其它优点。
[0146] 罩组件14通常包括转子组件12上方的上部罩13和转子组件12下方的下部罩15(该下部罩可以用于将罩组件14固定在地面上)。
[0147] 在一些实施例中，罩组件14可以设置成帮助控制当颗粒与表面边缘分离时颗粒与周围气氛之间的相互作用。罩13、15还可以用于在使用过程中保护转子组件12，和/或保护装置10的操作人员防止受伤，与转子组件12和/或从转子组件12出来的颗粒接触可能引起操作人员受伤。
[0148] 罩13、15可以在它们的周边边缘通过具有高度T的开口而间隔开(如图1中所示)。高度T选择为使得由转子组件12产生的颗粒能够排出至罩13、15外部的空间中，以便能够收集颗粒。
[0149] 在一些实施例中，罩组件14可以用于将转子组件12维持在加热的环境中，以便将转子组件12保持在升高温度下，并促使颗粒从表面16a、18a的边缘19释放或分离至高速空气射流(通常处于升高温度)中，用于使得颗粒变细(例如拉伸和拉长颗粒，同时将使得它们变得更狭窄)。
[0150] 然后，形成的颗粒从罩组件14中出来(例如通过在上部罩13和下部罩15之间的开口)进入在罩组件14外部的更冷、更低速度的空气流中。这里，颗粒可以被收集(例如通过施加真空，以便使得颗粒作为扁平的无纺片材或作为粗砂来收集，或者通过使得载有颗粒的空气通过离心分离器或阻挡
过滤器以便进行收集)。
[0151] 在一些实施例中，罩组件14的形状能够选择为帮助控制冷空气进入罩组件14和/或当颗粒与表面16a、18a分离时维持大致有组织的、环绕颗粒的热空气或温暖空气流。
[0152] 在一些实施例中，上部和下部罩13、15可以形成作为大致收敛喷嘴的横截面(例如如图1中所示)。在使用过程中，空气可以吸入罩组件14中(例如通过在上部和下部罩13、15中的一个或多个开口13a，如图1和5中所示)，然后，空气可以通过在上部和下部罩
13、15之间的开口而
加速。
[0153] 在其它实施例中，上部和下部罩13、15可以形成为作为收敛-膨胀拉法尔喷嘴的横截面。例如，当在罩组件14内在超音速的空气速度中操作时，可能希望使用拉法尔喷嘴类型的结构。
[0154] 这些喷嘴类型设计可以设置成环绕旋转毛细管的外部区域，或者可以用于环绕具有旋转转子板16、18的转子组件12。可以在这些情况下提供环绕转子组件12的加热空气、冷空气、受控的气氛或其它受控的流体介质。
[0155] 为了获得在形成颗粒中通常有用的高角速度，装置10应当总体坚固，以便应对在转子组件12的旋转过程中产生的较大力，并设置成提供克服在旋转时作用在转子组件12上的阻力所需的
扭矩。
[0156] 用于装置10的任何驱动系统也应当提供将液体从毛细管17的内部区域17a(在该处，液体具有最小
动能)“泵送”至毛细管17的外部区域17b(在该处，液体已经被加速至非常高速度)所需的扭矩。
[0157] 在一些实施例中，市场上可用的
驱动器应当提供足以使得转子组件获得在大约30000和100000转每分(RPM)之间的速度的马力水平。例如，在一些实施例中，能够产生在大约3至5马力之间的驱动马达可能是合适的。在其它实施例中，能够产生直到10马力的驱动马达可能是合适的。在还一实施例中，可以使用更大的驱动系统来提供甚至更高的扭矩值，该更高扭矩值为处理与高生产量机器相关的高液体量所需(例如当转子组件包括转子堆垛时)。
[0158] 一种合适的驱动系统可以是来自
汽车或
卡车涡轮
压缩机的涡轮。另一合适的驱动系统可以类似于市场上可获得的、基于May旋转盘的空气
涡轮机(如例如大致在Gussman，R.A.，“A Further Development of the May Spinning Top Aerosol Generator”，Am.lnd.Hyg.Assoc.J.42：208(1981)和其它相关文献中所述)，但是成比例放大至更大尺寸，以便提供所需的扭矩水平。其它合适的驱动系统可以包括高频和/或异步电马达。
[0159] 根据特定装置所需的目标速度和扭矩，各驱动系统可以具有优点和缺点。例如，汽车涡轮压缩机一般为最便宜的系统，并能够在非常高的转速下供给相当大的扭矩。因为它们为批量生产，因此它们是适用于大规模生产(其中可能需要多个机器)的经济驱动系统。
[0160] 在一些实施例中，当转子组件12在合适构成的罩组件14中时，可以实现这样的状态，其中，转子组件12的转速足以使得转子组件12由于在转子组件12和周围空气之间的阻力而自加热。
[0161] 例如，在转子组件12附近运动的空气可以通过摩擦而被加热，这能够升高转子组件12的温度以及在供给腔室24和/或毛细管17中的液体的温度。在一些实施例中，根据操作速度和其它条件，可以使得转子组件12和液体的温度升高多达150℃或更高。
[0162] 在这种情况下在合适构成的罩组件14内操作的转子组件12可以称为“完全平衡机器”(FBM)。在FBM中，可以不需要提供补充的压缩机、加热器或
吹风机来实现颗粒的合适生产。特别是，在FBM中，供给到转子组件12的液体材料(例如加热的聚合物、熔融玻璃等)由于转子组件12的自加热而大致维持合适的操作温度和熔化状态。当转子组件12为足够尺寸且在非常高速度下旋转时大致能够为FBM。
[0163] 为了在该FBM模式中操作，转子组件12的结构整体性应当非常高，以便承受将产生的大向心力。在很多情况下，FBM中的边缘19的尖端速度可以达到或者甚至超过音速。
[0164] 例如，转子组件12可以具有转子板16、18，各转子板16、18具有15cm的直径D，且在大约90000转每分下旋转。因此，在转子板16、18的边缘19处的速度将大约700m/s，大于音速。
[0165] 在一些实施例中，合适液体可以包括熔融的可纺纤维形成聚合物，例如聚烯
烃，象聚乙烯聚合物、聚丙烯聚合物和共聚物、聚酯、
液晶聚合物、聚酰胺(例如尼龙)、聚芳族聚酰胺、聚碳酸酯、
丙烯酸等。在其它实施例中，熔融玻璃、熔融金属、纯液体、乳化液、悬浮液、溶液和大致任意其它合适的材料都可以提供为用于形成颗粒的液体。
[0166] 在一些实施例中，转子板16、18的边缘19可以在旋转过程中向外偏转(大致相互远离)，因此，在旋转过程中分开的距离大于当静止时的间隙距离“d”。在这样的实施例中，转子板16、18的这种偏转可以很有利，因为这可以将颗粒的轨迹向外偏置并相互远离。
[0167] 当为转子板堆垛(例如在装置60中)时，大致只有上部转子板66和下部转子板68将进行该偏转，因为中间板69通常并不逐渐变小。
[0168] 在一些实施例中，在与毛细管分离之后，颗粒可以随后与气体或其它材料混合。例如，与毛细管分离的液体小滴可以与至少一种气体混合。在一个实例中，水滴可以与二氧化碳混合，以便产生碳酸水。在另外的实例中，
液体燃料(例如
汽油)可以与氧气混合，该混合物可以随后在燃烧室中点火。
[0169] 在一些实施例中，气体可能包括夹带于其中的污染物，且混合可以用于从该气体中除
去污染物。
[0170] 在其它实施例中，发出的液体小滴可以受到真空，以便冻干这些小滴。这例如对于干燥食品产品(例如咖啡、牛奶)和/或药品产品可能很有利。真空也可以用于从小滴中除去挥发性组分，以便留下低挥发性材料。一个实例是从润滑和液压油中除去自由水和溶解水。
[0171] 在一些实施例中，小滴可以与加热气体混合，以便喷射干燥该小滴。
[0172] 在一些实施例中，发出的颗粒可以受到真空、加热步骤、冷却步骤和/或暴露
电离辐射中的一个或多个。这样的暴露能够用于开始或停止化学反应或者进行提纯或者使得一种小滴组分与另一种组分分离。
[0173] 在一些实施例中，液体可以是熔融聚合物，该聚合物可以与气体(该气体具有夹带于其中的活性炭颗粒)混合，以便形成碳-聚合物复合材料。在一些实例中，碳能够与其它颗粒混合或由这些颗粒代替，例如沸石、吸收剂、
硅酸盐、氧化
铝、矿物质、陶瓷、玻璃、水珠或者任意其它能够夹带在空气中的粒子介质，该空气携带从旋转转子出来的颗粒。
[0174] 在还一实施例中，这里所述的装置和方法可以用于在使用或不使用乳化液的情况下使得至少两种不混溶的液体乳化或均质。例如，两种或更多种不混溶的液体能够提供于一个或多个旋转毛细管的内部区域内。通过使得毛细管在足够高的角速度下旋转，两种或更多种不混溶液体能够在它们向外运动至外部区域时受到极高的剪切力。
[0175] 这些极高的剪切力能够使得不混溶液体混合在一起(并可以以非常高的速率大致促进其它化学药剂混合和/或化学反应或聚合)。这样，这里所述的装置和方法可以用作牛奶和牛奶产品的均质器，或者用于制造精细分散体和乳化液。
[0176] 在一些实施例中，这里所述的装置和方法可以用于基本促进两种或更多材料的混合，和/或基本促进在两种或更多材料之间的化学反应，特别是当反应剂并不混溶以及在两种流体之间需要较大表面面积以便促进合适的反应。也可选择，这样的处理能够用于促进液体-液体提取处理，其中，使得一种液体中的组分传递给第二液体，但是这样的传递需要两种液体紧密混合。
[0177] 这里所述的各种实例和实施例与现有技术的系统相比基本提供了大大增加的流体处理量。例如，一些现有技术系统使用具有狭窄开口的针头组，并通过它们挤出颗粒以便生产颗粒。通常，在这种系统中的液体包括重要溶剂，该溶剂必须除去以便获得最终产品。例如，使用大约20000针头和以20L/小时处理液体的系统只能够以大约1.2至2L/小时(或者大约1kg/小时)制造颗粒。
[0178] 不过，当运行这里所述的装置时，基本可以有大得多的流速。例如，与装置60类似的装置可以以10个转子板的堆垛来操作。当操作这种装置(该装置有具有尖锐边缘的转子板)时，它每分钟能够制造20-50克的纳米尺寸颗粒。而且，当操作具有钝边缘的这种装置时，每分钟可以制造大约200克的纳米尺寸和微米尺寸的颗粒。最后，当以“破裂薄膜”模式操作这样的装置时，每分钟可以制造大约1kg的微米颗粒。
[0179] 因此，大致如这里所述的装置与现有技术系统相比能够以高得多的速率来制造颗粒。
[0180] 通常，从旋转转子的边缘发出的颗粒在它们朝着周围腔室的壁运动时遵循斯托克斯定律。因此，发出的颗粒将减速，并根据它们的相关尺寸在离转子的边缘一定径向距离处停止。例如，较大的颗粒将从转子的边缘行进更远，而较小的颗粒将在更靠近转子的边缘时停止(尽管初始时较小的颗粒通常比较大颗粒行进得更快)。
[0181] 离环绕转子的壁的距离可以选择为使得离开转子的颗粒悬浮在周围气体中，以便提供延长的接触时间。因此，当颗粒制成为越来越小时，环绕转子的腔室的直径可以制成为较小。
[0182] 而且，通过发出不同尺寸的颗粒，可以使得腔室基本由发出的颗粒充满。
[0183] 在一些实施例中，液体可以具有
电介质特性，并可以包括例如一种或多种电介质材料。在这种情况下，电介质液体可以具有可极化的特性(例如，液体的分子可以是可极化的，但是不需要是不带电的，因此液体可以在宏观水平中可以是并不导电的)。然后，当液体与毛细管表面分离以便形成颗粒时，这样的电介质液体可以暴露于非均匀电场中。例如，合适的液体可以包括聚苯乙烯微珠或其它合适的聚合物。
[0184] 通常，这样的处理可以称为“介
电泳旋转”。介电泳旋转将提供更有侵入性的旋转，这可以进一步使得颗粒变细，从而能够形成甚至更小的颗粒。例如，当使用一些其它实施例时，可以制造大约1微米直径的颗粒，使用介电泳旋转可以使用相当的装置产生甚至更小的颗粒(例如可以生产大约50纳米的颗粒)，在某些实例中是以连续的方式。
[0185] 在一些实施例中，介电泳旋转使得这里所述的转子组件能够以更慢的速度来旋转，同时仍然提供相当或者甚至更小的颗粒尺寸。
[0186] 在一些实施例中，液体可以是包括第一希望组分(例如合适的聚合物，如聚苯乙烯)和合适溶剂(例如己烷、水、氯仿等)的混合物，该合适溶剂与所希望的组分相容。
[0187] 在一些实施例中，用于介电泳旋转的一个或多个转子板或盘(例如转子板16、18)可以由金属制造。在一些实施例中，一个或多个转子板可以由电介质材料来制造。
[0188] 参考图9，图中示出了根据另一实施例的、用于形成颗粒的装置110。
[0189] 在该实施例中，装置110包括转子组件112，该转子组件112具有在其中确定至少一个毛细管的表面(例如，一对上部和下部转子板116、118)。转子组件112大致设置于密封储罐113中，该密封储罐113可以包括上部壳体115和下部壳体117。通常，壳体115、117可以包括凸缘部件115a、117a，以使得壳体115、117能够密封在一起(例如使用螺栓或其它合适
紧固件)。
[0190] 当储罐113密封时，它通常确定了气密腔室120。通过使用与
真空泵(未示出)连接的
阀119能够从腔室120中抽出该腔室120中的空气或其它气体，以便在腔室120中降低气压，并产生至少局部真空。
[0191] 因此，转子组件112能够用于形成颗粒，如大致如这里所述，同时在至少局部真空中操作。这将大大降低或者消除颗粒在与转子板116、118的表面分离时遇到的
空气阻力，这能够使得颗粒进一步变细，因为颗粒将不会由于与空气或其它气体接触而变慢。这也能够使得颗粒的温度保持更高，因为能够减少或消除颗粒的对流
热损失。因此，这可以使得颗粒尺寸更小。
[0192] 在一些实施例中，在腔室120中的气压可以在大约100kPa至3kPa的范围内。在一些实施例中，在腔室120内的气压可以在大约3kPa至100mPa的范围内。在一些实施例中，在腔室120内的气压可以小于100mPa。
[0193] 在一些实施例中，在腔室120内的气压能够尽可能减小，以便最小化颗粒受到的空气阻力和热损失的量。
[0194] 在其它实施例中，在腔室120内的气压可以升高，以便使它大于
大气压力。这可以提供更少变细并增加
传热，在一些实施例中可能希望这样。
[0195] 在一些实施例中，如图9中所示，一个或多个加热器123可以布置在转子板116、118的边缘125附近。加热器123可以用于在颗粒与转子板116、118的表面分离时增加颗粒的温度(或者至少阻止颗粒冷却或者减慢它们的冷却速率)。这可以允许颗粒进一步变细，并可以形成更小的颗粒尺寸。
[0196] 在一些实施例中，加热器123可以在处于或接近转子组件操作温度、液体或颗粒温度的温度下工作。在其它实施例中，加热器123可以在低于或高于转子组件操作温度、液体或颗粒温度的温度下工作。
[0197] 在不同实施例中，加热器123可以用于保持颗粒的温度、升高颗粒的温度或者至少减慢颗粒的冷却速率。
[0198] 在一些实施例中，加热器123可以用于装置100，在装置100中，转子组件112在至少局部真空下工作(例如当腔室120内的气压降低时)。
[0199] 在其它实施例中，加热器123可以与这样的装置组合使用，该装置并不在局部真空下操作(例如大致如上面所述的装置10)，或者为在腔室120中并不为真空的情况下操作时的装置100。
[0200] 在一些实施例中，加热器123可以为环绕转子组件112的环形或圆环形状。例如，当转子板116、118的直径为大约6英寸时，加热器123可以为内径大约6英寸和外径大约12英寸的圆环形。
[0201] 下面参考图10，图中示出了根据另一实施例用于制造包括颗粒的产品的系统200。该系统200包括至少一个由液体形成颗粒的装置，且该装置可以布置成特殊图形或顺序。
[0202] 例如，如图所示，系统200包括第一装置202、第二装置204和第三装置206。各装置202、204、206可以与上述各装置(例如装置10)类似或相同。
[0203] 系统200还包括收集装置201，用于从装置202、204和206收集颗粒。如图所示，收集装置201可以包括多个辊209，这些辊209驱动传送器211。在一些实施例中，传送器211可以大致沿第一方向(大致表示为216)运动。在其它实施例中，传送器211可以沿多个方向(例如向后和向前)运动。
[0204] 通常，系统200设置成能够利用来自各装置202、204和206的颗粒来生产产品208。
[0205] 例如，第一装置202能够用于使得第一颗粒(总体表示为203)沉积在传送器211的第一区域210中，第二装置204能够用于使得第二颗粒(总体表示为205)沉积在传送器211的第二区域212中，第三装置206能够用于使得第三颗粒(总体表示为207)沉积在传送器211的第三区域214中。
[0206] 在一些实例中，空气可以用于帮助使得颗粒203、205、207运动至传送器211上。
[0207] 当传送器211使得产品208沿第一方向216运动时，产品208的厚度将由于附加颗粒从各装置202、204、206添加而将增加。因此，形成的产品208将使得来自各装置202、204、206的颗粒203、205、207平滑地混合或混杂。
[0208] 在一些实施例中，第一、第二和第三颗粒203、205、207可以是不同尺寸或材料或者不同尺寸和材料的颗粒。这样，形成的产品208可以制造成包括不同尺寸或材料或者不同尺寸和材料的颗粒。
[0209] 例如，第一颗粒203可以是非常小的颗粒(例如直径小于2微米)，第二颗粒205可以稍微更大(例如直径在2微米和5微米之间)，而第三颗粒还可以更大(例如直径在5微米和15微米之间)。因此，如图11中所示，形成的产品208将有颗粒密度的平滑梯度，范围为从在第一侧208a的较小颗粒203至靠近中间208b的中等颗粒205，最终至在另一侧208c的更大颗粒207。
[0210] 不过，与普通制造方法相反(该普通制造方法可以包括不同尺寸颗粒的不同层，这些层形成然后连接在一起)，产品208形成为连续部件。因此，如图11中所示，不同尺寸的颗粒203、205、207将穿过产品208的厚度“混杂”或“混合”。这可以提供良好的结构稳定性(例如它可以防止脱层，脱层可能是普通制造方法的问题)，还可以提供在各种用途中的改进性能。
[0211] 例如，梯度密度产品208可以非常有利地用作
空气过滤器、用作声屏障、用于化学和粒子拦截、用作
吸收材料、用作
绝热材料等。
[0212] 特别是，如图11中所示的梯度密度产品可以用于穿过它的厚度很好地来捕获空气颗粒。进入的空气可以夹带在第一侧208a上(具有更小颗粒203)，然后在通过产品208向相对侧208c运动时减慢(在该相对侧208c处有更多的更大颗粒207)。因为在产品208中的颗粒203、205、207以平滑梯度均匀混合(例如通过不同尺寸的颗粒相互交织或交叠)，这有助于保证空气中的污染物根据污染物的尺寸而均匀地分布在整个产品208中(例如，更大颗粒更快被卡住，而更小颗粒更深地穿透至产品208中)，因此将防止产品208在“热点”阻塞并提高污物保持能力。
[0213] 如上所述，颗粒203、205、207可以为不同材料。一些实例可以包括聚乙烯、聚丙烯、乙酸乙烯酯(EVA)、丁二烯以及其它合适颗粒。如上面对于颗粒尺寸所述，产品可以包括不同材料的类似混合，它可以用于多种不同用途。
[0214] 在一些实施例中，在产品208中的颗粒203、205、207可以机械连接(且不同尺寸和材料可以用于提供合适的结构特性)。在其它实施例中，产品208的结构支承可以通过一个或多个支承部件或粘接剂而进一步提高。
[0215] 在一些实施例中，各种添加剂218可以在一个或多个区域210、212、214中添加给产品。例如，可以添加粉末粘接剂添加剂，以便于颗粒粘接在一起并提高结构特性。在一些实施例中，粘接剂可以被热激活，且形成的产品208可以进行
热处理，以便使得粘接剂
凝固。
[0216] 在一些实施例中，粘接剂可以包括化合物例如活性炭或沸石。
[0217] 在一些实施例中，形成的产品208可以包含超过50％重量的粘接剂或其它添加剂。例如，形成的产品208可以包括70-97％的活性炭或沸石。这样的实施例对于粒子和化学拦截和过滤非常有用。
[0218] 其它添加剂可以包括吸收剂、
抛光粉或者其它活性成分，包括干组分和湿组分。
[0219] 产品208还可以特别适用于声阻尼，特别是用于汽车用途。例如，与其它声阻尼产品(例如声
泡沫材料、气流成网小室(air-laid cellulite)、或软再生毛纤维(shoddy fiber))相比，根据这里所述的实施例形成的声阻尼可以提高声阻尼特性，特别是在低频时。
[0220] 而且，当在某些用途中使用时(例如汽车)，产品208可以成形或形成(例如通过压缩模制)以获得合适的几何形状，它可以用于
门面板、内部修饰或装饰等。
[0221] 如这里所述的实施例也可以特别适用于绝热。例如，由聚合物制造的产品208可以适用于低温绝热(例如住宅或商业用途)，而使用陶瓷颗粒制造的产品208可以适用于高温用途(例如工业用途)。
[0222] 下面参考图12，在一些实施例中，产品208可以进行卷绕以便形成柱形部件220。柱形部件220可以具有用于特殊用途(例如过滤)的合适形状。
[0223] 在一些实施例中，柱形部件220可以具有中心芯区域221，该中心芯区域221可以被压缩，以便改变部件220的形状(例如，部件220的一部分可以利用心轴大致沿方向222沿柱形部件220的纵向轴线被压缩)。这可以在部件220内提供合适的密度梯度(例如，更致密的芯区域221、更小密度的外部区域)。
[0224] 在一些实施例中，柱形部件220可以包括一种或多种添加剂，例如粘接剂。例如，柱形部件220可以包括热激活粘接剂，心轴可以在压紧过程中加热部件220，以便激活粘接剂。
[0225] 在一些实施例中，材料片材227(例如粘接剂或其它材料)可以以产品208滚卷，以便形成部件220。例如，材料片材227可以夹在部件220的相邻层223、225之间。
[0226] 根据如这里所述的一些实施例，低质量的聚合物可以用作液体，而在形成的颗粒中仍然提供良好的强度、硬度和柔性。例如，在一些实施例中，可以使用熔体流动指数为大约500的聚合物，并获得与熔体流动指数为大约30的聚合物相当的特性。
[0227] 下面参考图13，图中示出了根据另一实施例用于织物制造的系统300。
[0228] 如图所示，系统300包括多个装置302、304、306(这些装置302、304、306可以大致类似于如上面所述的装置，例如装置10)。
[0229] 各装置302、304、306设置成产生连续的材料纤维(例如纤维303、305、307)。例如，各装置302、304、306可以提供有液体聚合物，并操作成产生聚合物材料的连续纤维。这些纤维将绕各装置302、304、306进行积累，从而形成环绕装置302、304、306的“套索”或环。这些纤维能够再被“钩住”或被俘获，用于供给处理装置例如织物纺纱器310。然后，织物纺纱器310能够输出织物产品，例如
纱线312。
[0230] 因此，系统300能够用于将原材料或液体聚合物直接转变成纱线312。特别是，任意合适的拉动、加温和拉伸能够大致作为单个处理的一部分来进行。
[0231] 而且，因为纤维303、305、307可以根据装置302、304、306的操作特征而具有不同尺寸，并由不同材料来制造(例如根据使用的聚合物)，因此形成的纱线312可以是多种材料的混合物，并具有不同结构特性。例如，一些混合物可以包括斯潘德克斯弹性纤维、聚交酯酸(PLA)、人造丝等。
[0232] 例如，在一些实施例中，纤维303、305、307可以非常细(例如大约1微米)，且很多纤维303、305、307可以组合在一起，以便形成非常强和具有耐久性的纱线312(与普通纱线纺纱相比，在普通纱线纺纱中，各纤维通常直径为大约5至7微米)。
[0233] 在一些实施例中，在离开纺纱器310之后，纱线312能够缠绕在卷轴上。在一些实施例中，这可以在并不附加扭转的情况下作为直卷绕来进行。
[0234] 下面参考图14，在一些实施例中，分叉的转子板369(该转子板369可以与如上面所述的中间转子板69类似)能够通过将两个单独的板部件连接在一起而形成。例如，如图所示，具有第一边缘371a的第一或上部板部件371能够与具有第二边缘373的第二或下部板部件373连接在一起，以便形成分叉的转子板369。如图所示，转子板369的边缘371a、373a间隔开边缘距离374。
[0235] 在一些实施例中，板部件371、373可以由金属例如400系列不锈
钢(例如用于制造剃刀刀片)或其它合适材料(该材料选择为使得板的边缘371a、373a能够制成非常尖锐)来制造。
[0236] 通常，板部件371、373可以使用各种合适的金属而连接在一起，例如通过
焊接或使用高强度粘接剂。
[0237] 如图15中所示，在一些实施例中，中间板部件377可以布置在板部件371、373之间。中间板部件377可以帮助将板部件371、373固定在一起，而且，可以帮助向板部件371、373提供附加刚性，以便防止在使用过程中不希望的偏转。
[0238] 在一些实施例中，特别是当装置在低流速和高速度下操作时，可能产生称为“喷溅”的状态，其中，液体并不沿毛细管表面从大量流平滑转变成薄膜流，而是将成更大的球或簇而间歇地排出，这通常不合适。
[0239] 已经发展了两种技术来解决喷溅问题，并促使液体从大量液体转变成薄膜流动。例如，如图16中所示，在一个装置410中，多孔介质416布置在两个转子板412、414之间。
[0240] 当进入的液体流经过多孔介质416时，该多孔介质416将干扰进入的液体流418，从而使得流速平滑，以便促使液体在相对表面420、422上形成薄膜。
[0241] 如图所示，在一些实施例中，多孔介质416可以跨越在转子板412、414之间的整个间隙。在其它实施例中，只有在转子板412、414之间的间隙的一部分可以具有在其间的多孔介质416。
[0242] 在一些实施例中，多孔介质416可以具有环形形状，并可以环绕内部区域17a的全部或至少一部分(液体接收于该内部区域17a中)。在其它实施例中，多孔介质416可以环绕内部区域17a间断地间隔开，或者可以具有各种其它结构。
[0243] 在一些实施例中，多孔介质416可以包括由
烧结金属制造的至少一部分。在其它实施例中，多孔介质416可以包括陶瓷、聚合物、泡沫材料或者其它合适选择的、将促使在表面420、422上形成薄膜流动的材料。
[0244] 在另一实施例中，如图17中所示，在装置450中，转子板452、454的至少一部分的尺寸和形状设置成扰乱进入液体460的路径，以便促使液体450与表面462、464接触。
[0245] 例如，如图所示，各上部和下部转子板452都具有波纹轮廓。当液体朝着边缘452a、454a向外运动时，波纹轮廓将干扰液体460的路径，并产生促使液体460与板452、
454的表面462、464接触并在其上形成薄膜流动状态的竖直速度分量。
[0246] 在一些实施例中，波纹轮廓可以是周期性的，具有
波长456和高度458。例如，在一些实施例中，波长456可以在0.1mm和10mm之间，而高度258可以在0.01mm和1.0mm之间。在一些实施例中，高度458可以为大约0.5mm。
[0247] 在其它实施例中，转子板452、454的波纹轮廓不需要是周期性的(例如波纹轮廓可以不规则)。
[0248] 下面参考图18，在一些实施例中，用于形成颗粒的装置可以设置成消除或减少对吹风机、罩壳和其它部件的需要，这些部件可能增加装置的复杂性和成本。例如，如图所示，装置500包括两个转子板502、504，这两个转子板502、504设置成进行旋转，大致如上面所述(尽管可以设置超过两个转子板)。
[0249] 装置500还包括一个或多个加热元件，例如上部加热元件506和下部加热元件508。如图所示，加热元件506、508为大致扁平部件，它们分别在上部和下部转子板502、504附近固定就位。
[0250] 当转子板502、504旋转时，它们与加热元件506、508配合，以便将空气吸入装置500中。例如，空气可以作为上部冷空气流510和下部冷空气流512而吸入装置中。空气流
510、512在加热元件506、508和转子板502、504之间吸入，并在作为热空气流514、516排出之前由加热元件506、508加热。
[0251] 加热元件506、508和热空气流514、516可以帮助将转子板502、504加热至合适温度(当用于装置500中的液体是可熔融聚合物时，这特别合适)。当充足量的空气能被吸入装置500中时，转子板502、504可能不需要附加加热来达到合适的操作温度。
[0252] 而且，在一些实施例中，热空气流514、516可以帮助使得从装置500排出的颗粒变细。
[0253] 在一些实施例中，加热元件506、508与转子板502、504间隔开加热间隙518。在一些实施例中，该加热间隙518为0.1mm和1.0cm之间。
[0254] 尽管上面介绍了一个或多个方法和/或装置的实例，但是本领域技术人员应当知道，在本发明的范围内可以有其它的方法和/或装置。
