สเปรย์ อาจไม่เคยได้ยินเกี่ยวกับเอริค รูเธมแต่คงคุ้นเคยกับงานอย่างไม่ต้องสงสัยเอริค รูเธมวิศวกรและนักประดิษฐ์ชาวนอร์เวย์ ได้คิดค้นการออกแบบกระป๋องสเปรย์ขึ้นเป็นครั้งแรกเมื่อกว่า 75 ปีที่แล้ว เทคโนโลยีมีการพัฒนามาบ้างในช่วงหลายปีที่ผ่านมา แต่ภาพประกอบในสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาในปี พ.ศ. 2474 ของเอริค รูเธมแสดงให้เห็นองค์ประกอบหลักส่วนใหญ่ที่พบในกระป๋องสเปรย์ฉีดพ่นในปัจจุบัน ในขั้นต้นนวัตกรรมของเอริค รูเธมไม่ได้ส่งผลกระทบต่อโลกมาก
จนกระทั่งช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 เมื่อกองทัพสหรัฐเปิดตัวกระป๋องสเปรย์สำหรับจ่ายยาฆ่าแมลง ผู้คนจึงตระหนักถึงศักยภาพของอุปกรณ์ดังกล่าวอย่างเต็มที่ กระป๋องที่ใช้งานง่ายนี้เป็นความช่วยเหลืออันล้ำค่าสำหรับทหารในมหาสมุทรแปซิฟิก ซึ่งแมลง ที่เป็นพาหะนำโรค เป็นภัยคุกคามร้ายแรง ในช่วงหลายปีหลังสงคราม ผู้ผลิตได้ปรับเปลี่ยนเทคโนโลยีนี้สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย ปัจจุบันมีผลิตภัณฑ์หลายอย่างที่บรรจุในกระป๋องสเปรย์
ตั้งแต่สเปรย์ฉีดผม น้ำมันปรุงอาหาร ไปจนถึงยารักษาโรค คำสองสามคำเกี่ยวกับของไหล แนวคิดพื้นฐานของกระป๋องสเปรย์นั้นง่ายมาก ของเหลวหนึ่งที่เก็บภายใต้ความดันสูง จะถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนของเหลวอีกชนิดหนึ่งออกจากกระป๋อง เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการทำงาน จำเป็นต้องรู้เล็กน้อยเกี่ยวกับของไหลและความดันของของไหล ของไหลคือสสารใดๆที่ประกอบขึ้นจากอนุภาคที่ไหลอย่างอิสระ ซึ่งรวมถึงสสารในสถานะของเหลวเช่น น้ำจากก๊อกน้ำ
เช่นเดียวกับสสารในสถานะก๊าซเช่น อากาศในชั้นบรรยากาศ อนุภาคในของเหลวจับตัวกันหลวมๆแต่เคลื่อนที่ไปมาได้อย่างอิสระ เนื่องจากอนุภาคจับตัวกันเป็นก้อน ของเหลวที่อุณหภูมิคงที่จึงมีปริมาตรคงที่ หากใช้พลังงานเพียงพอกับของเหลว โดยให้ความร้อน อนุภาคจะสั่นมากจนหลุดจากแรงที่ยึดเหนี่ยวไว้ด้วยกัน ของเหลวจะเปลี่ยนเป็นแก๊สซึ่งเป็นของไหลที่อนุภาคสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ นี่คือกระบวนการเดือด และอุณหภูมิที่เกิดขึ้นเรียกว่าจุดเดือด
รวมถึงของสารต่างๆมีจุดเดือดต่างกัน ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนน้ำจากของเหลวเป็นแก๊ส ต้องใช้ความร้อนในปริมาณที่มากกว่า การเปลี่ยนแอลกอฮอล์จากของเหลวเป็นแก๊ส แรงของอนุภาคที่เคลื่อนที่แต่ละอนุภาคในแก๊สสามารถเพิ่มแรงดันได้มาก เนื่องจากอนุภาคไม่ได้จับตัวกัน แก๊สจึงไม่มีปริมาตรที่แน่นอนเหมือนของเหลว อนุภาคจะผลักออกไปด้านนอกเรื่อยๆด้วยวิธีนี้ ก๊าซจะขยายตัวจนเต็มพื้นที่เปิดโล่ง เมื่อก๊าซขยายตัว ความดันของก๊าซจะลดลง
เนื่องจากมีอนุภาคน้อยกว่าในบริเวณที่กำหนดที่จะชนกับสิ่งใดสิ่งหนึ่ง ก๊าซใช้แรงดันมากขึ้นเมื่อถูกบีบอัดในพื้นที่ที่ค่อนข้างเล็ก เนื่องจากมีอนุภาคจำนวนมากที่เคลื่อนที่ไปมาในพื้นที่ที่กำหนด ละอองลอยสามารถใช้หลักการพื้นฐานเหล่านี้ เพื่อบรรลุเป้าหมายง่ายๆอย่างหนึ่ง นั่นคือการผลักสารที่เป็นของเหลวออกมา ละอองลอยสามารถประกอบด้วย ของเหลวหนึ่งชนิดที่เดือดต่ำกว่าอุณหภูมิห้อง เรียกว่าตัวขับดัน และอีกตัวหนึ่งที่เดือดที่อุณหภูมิสูงกว่ามาก เรียกว่าผลิตภัณฑ์
โดยจะมีผลิตภัณฑ์คือสารที่ใช้จริง เช่น สเปรย์ ฉีดผมหรือยาไล่แมลง เป็นต้น และสารขับดันคือวิธีการนำผลิตภัณฑ์ออกจากกระป๋อง ของเหลวทั้งสองจะถูกเก็บไว้ในกระป๋องโลหะที่ปิดสนิท มี 2 วิธีในการกำหนดค่าระบบสเปรย์นี้ ในการออกแบบที่เรียบง่ายกว่านั้น เทผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลว ปิดผนึกกระป๋อง แล้วปั๊มตัวขับเคลื่อนที่เป็นก๊าซผ่านระบบวาล์ว ก๊าซถูกสูบเข้าไปด้วยแรงดันสูง ดังนั้นจึงดันผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลวลงด้วยแรงในปริมาณที่เหมาะสม
สามารถดูวิธีการทำงานของระบบนี้ได้ในไดอะแกรมด้านล่าง ในกระป๋องนี้ ท่อพลาสติกยาวจะไหลจากด้านล่างของกระป๋องไปยังระบบวาล์วที่ด้านบนของกระป๋อง วาล์วในแผนภาพนี้มีการออกแบบที่เรียบง่ายมาก มันมีส่วนหัวที่เล็กและหดหู่ มีช่องแคบๆไหลผ่าน ช่องนี้ไหลจากทางเข้าใกล้กับด้านล่างของส่วนหัวไปยังหัวฉีด ขนาดเล็ก ที่ด้านบน สปริง จะดันชิ้นส่วนหัวขึ้น ดังนั้นทางเข้าของช่องจึงถูกปิดด้วยซีลที่แน่นหนา
เมื่อกดส่วนหัวลง ทางเข้าจะเลื่อนลงใต้ซีล เปิดทางเดินจากด้านในกระป๋องไปด้านนอก ก๊าซขับเคลื่อนความดันสูงจะขับผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลวขึ้นท่อพลาสติกและออกทางหัวฉีด หัวฉีดแคบทำหน้าที่ทำให้ของเหลวที่ไหลเป็นละออง แตกออกเป็นหยดเล็กๆซึ่งก่อตัวเป็นละอองละเอียด โดยพื้นฐานแล้ว นี่คือทั้งหมดที่มีในกระป๋องสเปรย์อัดแก๊สธรรมดา ในหัวข้อถัดไป จะดูการออกแบบก๊าซเหลวที่ได้รับความนิยมมากขึ้น ซึ่งจะละเอียดขึ้นอีกเล็กน้อย
ก๊าซเหลวส่วนสุดท้าย การออกแบบกระป๋องสเปรย์ที่ง่ายที่สุด ในการขับเคลื่อนใช้ก๊าซอัดเป็นเชื้อเพลิง ที่ได้รับความนิยมมากขึ้น ตัวขับดันจะเป็นก๊าซเหลว ซึ่งจะอยู่ในรูปของเหลวเมื่อถูกบีบอัดอย่างมาก แม้ว่าจะถูกเก็บไว้อย่างดีเหนือจุดเดือดก็ตาม เนื่องจากผลิตภัณฑ์เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง จึงเพียงเทลงไปก่อนที่จะปิดกระป๋อง ในทางกลับกัน จะต้องสูบฉีดเชื้อเพลิงภายใต้แรงดันสูงหลังจากปิดกระป๋องแล้ว
เมื่อตัวขับเคลื่อนถูกเก็บไว้ภายใต้แรงดันสูงพอ จะไม่มีที่ว่างให้ขยายตัวเป็นก๊าซ จะอยู่ในรูปของเหลวตราบเท่าที่ความดันยังคงอยู่ นี่เป็นหลักการเดียวกับที่ใช้ในตะแกรงโพรเพนเหลว ดังที่เห็นในแผนภาพด้านล่าง การออกแบบกระป๋องจริงในระบบก๊าซเหลวนี้เหมือนกับในระบบก๊าซอัดทุกประการ แต่สิ่งต่างๆจะทำงานแตกต่างกันเล็กน้อยเมื่อกดปุ่มลง เมื่อวาล์วเปิด ความดันบนตัวขับเคลื่อนของเหลวจะลดลงทันที ด้วยแรงดันที่น้อยลง มันสามารถเริ่มเดือดได้
อนุภาคแตกตัวเป็นชั้นก๊าซที่ด้านบนของกระป๋อง ชั้นก๊าซที่มีแรงดันนี้ดันผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลว รวมทั้งสารขับดันที่เป็นของเหลวบางส่วน ขึ้นท่อไปยังหัวฉีด กระป๋องบางชนิด เช่น กระป๋องสีสเปรย์ มีลูกปืนอยู่ข้างใน หากเขย่ากระป๋อง ตลับลูกปืนสั่นจะช่วยผสมสารขับเคลื่อนและผลิตภัณฑ์ ดังนั้นผลิตภัณฑ์จึงถูกผลักออกมาเป็นละอองละเอียด เมื่อของเหลวไหลผ่านหัวฉีด ตัวขับเคลื่อนจะขยายตัวอย่างรวดเร็วเป็นก๊าซ ในกระป๋องสเปรย์บางชนิด
การกระทำนี้ช่วยให้ผลิตภัณฑ์กลายเป็นละออง เกิดเป็นสเปรย์ที่ละเอียดมาก ในการออกแบบอื่นๆสารขับดันที่ระเหยกลายเป็นฟองในผลิตภัณฑ์ ทำให้เกิดโฟม ความสม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์ที่ไล่ออกขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ได้แก่ ส่วนประกอบทางเคมีของจรวดและผลิตภัณฑ์ อัตราส่วนของเชื้อเพลิงขับเคลื่อนต่อผลิตภัณฑ์ แรงดันของจรวด ขนาดและรูปร่างของระบบวาล์ว
ผู้ผลิตสามารถผลิตอุปกรณ์สเปรย์ได้หลากหลายโดยการกำหนดค่าองค์ประกอบเหล่านี้ ด้วยการผสมผสานที่แตกต่างกัน แต่ไม่ว่ากระป๋องจะแตกฟองวิปครีม เจลโกนหนวดหนาๆหรือละอองระงับกลิ่นกาย แบบละเอียด กลไกพื้นฐานในการทำงานก็เหมือนกัน นั่นคือของเหลวหนึ่งจะผลักอีกของเหลวหนึ่ง
บทความที่น่าสนใจ : ร่องลึกสมุทรมาเรียนา เห็นได้ชัดว่าร่องลึกมาเรียนากำลังกินน้ำทะเลทุกปี
