ES2236531T3 - Dispositivo de atomizacion electrostatico. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de atomización incluyendo: a) un conducto (1) que contiene, en la práctica, líquido a atomizar; b) un electrodo de pulverización (1); y c) un electrodo de descarga (3); caracterizado porque cada electrodo está junto a un dieléctrico, donde los electrodos (1, 3) están conectados en un circuito eléctrico para poder aplicar una diferencia de potencial entre el electrodo de pulverización (1) y el electrodo de descarga (3) para atomizar el líquido y para generar portadoras de carga de una primera polaridad cerca del electrodo de pulverización (1) y iones de una segunda polaridad cerca del electrodo de descarga (3), y donde algunas de las portadoras de carga de primera polaridad se depositan en el dieléctrico junto al electrodo de pulverización (1) y algunos de los iones de segunda polaridad se depositan en el dieléctrico junto al electrodo de descarga (3) de manera que el líquido atomizado se repela del dieléctrico junto al electrodo de pulverización (1) y descargue eléctricamente por iones de segunda polaridad que son repelidos por el dieléctrico junto al electrodo de descarga (3).

Description

Dispositivo de atomización electrostático.

La invención se refiere a un dispositivo simple y resistente para la atomización de sustancias químicas mediante la generación de un área superficial específica alta de un líquido por medios electrónicos.

Se produce un proceso similar en la naturaleza bajo la influencia del potencial eléctrico creado por el campo de voltaje natural de la Tierra y mejorado durante las perturbaciones atmosféricas, por lo que una concentración del campo eléctrico mueve líquido al aire circundante, tal como con gotitas de agua cargadas o glándulas aromáticas de las plantas.

WO92/15339 describe cómo se puede usar altos voltajes artificiales para atomizar o vaporizar líquidos, en gran parte de la misma forma que en la naturaleza. Esta técnica se denomina una electropulverización o pulverización electrohidrodinámica (EHD). Sin embargo, un dispositivo como éste tiene una desventaja significativa puesto que forma partículas de líquido cargadas que son movidas por el campo eléctrico hacia el entorno de tierra cerca del dispositivo y se recogen en su proximidad local incluso cuando se utiliza un ventilador potente para intentar alejar más las gotitas. El dispositivo también es voluminoso, lo que limita sus usos en algunas aplicaciones, tal como para un dispositivo portátil.

Un patente posterior, US5337963, describe un dispositivo similar, en base al mismo principio, que describe solamente que se puede usar un capilar para subir líquido de un depósito. Este dispositivo, aunque indudablemente menor que el ejemplo anterior, experimenta, no obstante, el mismo problema de deposición movida eléctricamente en superficies de tierra alrededor del dispositivo.

Tal deposición puede ser un problema grave para un dispositivo de atomización tal como el usado para dispersar una aroma, por ejemplo. Los aceites aromáticos a menudo son corrosivos para plástico, barnices y otros acabados de calidad y pueden producir ablandamiento, agrietamiento y/o decoloración del material superficial. Esto no siempre es un problema significativo para dispositivos industriales donde, por ejemplo, el dispositivo se pone dentro un conducto de metal. Sin embargo, en un entorno doméstico puede producir daño a largo plazo en superficies durante la duración del dispositivo. Además, el líquido depositado alrededor del dispositivo no se evapora tan eficientemente como cuando está en suspensión en el aire, y así la eficiencia de estos dispositivos es inferior a la ideal. También es difícil controlar la dispersión de una fragancia, puesto que el material depositado sigue dispensando fragancia mucho tiempo después de desconectar el dispositivo.

Tal deposición movida eléctricamente reduce gravemente la eficiencia del dispositivo y podría plantear un riesgo para la salud si esta deposición da lugar a un contacto no controlado con sustancias químicas activas o productos farmacéuticos suministrados por el dispositivo.

La solución más simple es utilizar iones de la polaridad opuesta para descargar el líquido pulverizado como se describe en GB-A-2018627. Sin embargo, se ha hallado que este método tiene muchos inconvenientes. En particular, la pulverización contamina rápidamente el electrodo de descarga reduciendo su efectividad y produciendo acumulación de líquido y goteo. En consecuencia, este método no puede ser usado para muchas aplicaciones prácticas.

Una solución a esto es utilizar un tercer electrodo, por ejemplo como se describe en WO0064590 y GB2327895. Sin embargo, la colocación de electrodos es sensible a cambios del orden de 0,5 mm y los voltajes de electrodo deben especificarse con una exactitud del orden de 5%.

Según un aspecto de la invención se facilita un dispositivo de atomización incluyendo:

a) un conducto que contiene, en la práctica, líquido a atomizar;

b) un electrodo de pulverización; y

c) un electrodo de descarga;

caracterizado porque cada electrodo está junto a un dieléctrico, donde los electrodos están conectados en un circuito eléctrico para poder aplicar una diferencia de potencial entre el electrodo de pulverización y el electrodo de descarga para atomizar el líquido y para generar portadoras de carga de una primera polaridad cerca del electrodo de pulverización y iones de una segunda polaridad cerca del electrodo de descarga, y donde algunas de las portadoras de carga de primera polaridad se depositan en el dieléctrico junto al electrodo de pulverización y algunos de los iones de segunda polaridad se depositan en el dieléctrico junto al electrodo de descarga de manera que el líquido atomizado es repelido del dieléctrico junto al electrodo de pulverización y descargado eléctricamente por iones de segunda polaridad que son repelidos por el dieléctrico junto al electrodo de descarga.

Por lo tanto, mediante la colocación esmerada de material y electrodos se puede crear un dispositivo resistente que supera todos estos problemas y también tiene otros muchos atributos útiles.

Además, con la geometría descrita, los voltajes de electrodo pueden variar 30% o más, y los electrodos se pueden mover distancias de 1 a 2 mm. Esto significa que las tolerancias de producción son inferiores, el dispositivo es más resistente a los cambios de las condiciones ambientales (como temperatura y humedad) así como propiedades de formulación (tal como conductividad eléctrica, permitividad, tensión superficial y viscosidad), todas las cuales se describen en general en la técnica como parámetros fundamentales para dispositivos de este tipo.

En una realización preferida, el dispositivo de atomización incluye además una carcasa hecha de material dieléctrico que define rebajes respectivos en los que se montan los electrodos. Normalmente, los electrodos están sustancialmente a nivel con la parte superior de los rebajes.

Típicamente, el conducto es el electrodo de pulverización y se puede hacer de un plástico conductor.

El dispositivo de atomización funciona independientemente de la polaridad relativa de los dos electrodos. Sin embargo, la primera polaridad es típicamente positiva mientras que la segunda polaridad es típicamente negativa.

El dispositivo de atomización requiere un suministro de líquido a atomizar y éste lo puede suministrar un depósito conectado al conducto, teniendo el depósito la finalidad de contener el líquido a atomizar. En este caso, el líquido a atomizar puede ser transportado del depósito al conducto de varias formas. Por ejemplo, el líquido a atomizar puede ser transportado del depósito al conducto usando una bomba, por acción capilar o bajo la influencia de la gravedad.

En una realización, el dispositivo de atomización puede incluir una pluralidad de depósitos, estando conectado cada depósito a una bomba respectiva que transporta líquido a atomizar de cada depósito al conducto.

Otra realización de esta invención es un dispositivo de atomización incluyendo una pluralidad de conductos y electrodos de pulverización y en este caso, el dispositivo de atomización puede incluir además una pluralidad de depósitos, estando conectado cada depósito a un conducto correspondiente.

El material dieléctrico se selecciona de tal manera que deje escapar carga a una velocidad baja, garantizando que el dieléctrico retenga una carga ligera de la misma polaridad que el electrodo adyacente. Típicamente, el material dieléctrico tiene una resistencia superficial en el rango de 10^{4} a 10^{14} \Omega y una resistividad de volumen de 10^{5} a 10^{15} \Omegam.

El dieléctrico se puede fabricar de varios materiales pero, típicamente, el material dieléctrico es nylon 6, nylon 11, nylon 12, nylon 66 o una mezcla de poliacetil-politetrafluoroetileno.

El material dieléctrico se puede hacer adecuado para ser utilizado en un dispositivo de atomización según esta invención tratando el material dieléctrico de tal manera que su resistencia superficial esté en el rango de 10^{4} a 10^{14} ohmios.

En algunas circunstancias es deseable controlar la velocidad de flujo del fluido que fluye a través del conducto y como tal, el dispositivo de atomización puede incluir además un sistema de medición para medir el caudal del líquido que fluye a través del conducto y un modulador de ciclo de trabajo conectado al sistema de medición para controlar el caudal regulando el ciclo de trabajo de la diferencia de potencial aplicado entre los electrodos de pulverización y descarga.

En este caso, el sistema de medición puede incluir un monitor de corriente dispuesto para medir la corriente que fluye al electrodo de pulverización.

Un tapón puede estar montado en el dispositivo de atomización para dirigir el líquido atomizado a una región predefinida. Como tal, el líquido atomizado se puede dirigir a los efectos de odorización remota o fumigación de una habitación, para análisis mecánico o humano o para inhalación personal o individual.

El tapón puede tener aletas vorticiales para agitar el líquido atomizado. Esto tiene especial utilidad cuando el tapón se encaja en un dispositivo de atomización que tiene una pluralidad de conductos de pulverización puesto que contribuye a la mezcla de los líquidos atomizados.

El dispositivo de atomización se puede usar en una amplia variedad de aplicaciones y, en particular, se puede usar para atomizar aceites aromáticos, sustancias químicas agrícolas, productos farmacéuticos y productos de control de pestes o pesticidas.

Otros usos del dispositivo de atomización son suministrar el líquido atomizado a una nariz real o artificial para análisis o inhalación personal y para odorización remota o fumigación de una habitación.

Un líquido atomizado por el dispositivo se vaporizará según su presión de vapor entre otros factores y así otro uso del dispositivo es vaporizar un líquido atomizándolo.

Sigue ahora una descripción de la invención a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos anexos, en los que:

La figura 1 muestra un ejemplo de un dispositivo de vaporización que realiza esta invención.

La figura 2 muestra un circuito de accionamiento ejemplar, adecuado para poner en funcionamiento el dispositivo de vaporización de la figura 1.

La figura 3 ilustra esquemáticamente una configuración posible de la presente invención.

La figura 4 ilustra esquemáticamente una segunda configuración posible de la presente invención.

La figura 5 ilustra esquemáticamente una tercera configuración posible de la presente invención.

La figura 6 ilustra esquemáticamente una cuarta configuración posible de la presente invención.

La figura 7 ilustra esquemáticamente un dispositivo de vaporización que tiene una pluralidad de electrodos de pulverización como otra configuración de la presente invención.

Y la figura 8 muestra una boquilla mezcladora para uso con la configuración de múltiples electrodos de pulverización de la figura 7.

La figura 1 ilustra una realización posible de la presente invención, donde un electrodo de pulverización 1 se aloja dentro de un rebaje de pulverización 2 y un electrodo de descarga 3 se aloja dentro de un rebaje de descarga 4. El electrodo de pulverización 1 en este ejemplo incluye un capilar de metal o plástico conductor de calibre 27 y el electrodo de descarga 3 incluye una patilla de acero inoxidable afilada de 0,6 mm de diámetro.

Los dos ejes longitudinales de los rebajes cilíndricos 2 y 4 son perpendiculares a una superficie de salida de pulverización 5, que se fabrica de un material dieléctrico. En este ejemplo, el material es nylon y la superficie de salida de pulverización 5 es plana. Sin embargo, se puede usar otros materiales y superficies curvadas a condición de que haya suficiente retención de carga en la superficie de salida de pulverización 5 para desviar las portadoras de pulverización y carga alejándolas del dispositivo y los electrodos.

Se hacen conexiones eléctricas a través de agujeros roscados 6 y 7, usando tornillos conductores (no representados) que conectan a un circuito de accionamiento, como el representado en la figura 2.

El líquido a atomizar se mantiene en un vial de vidrio roscado 8 y se alimenta aire al vial de vidrio 8 para sustituir el líquido atomizado mediante el pequeño agujero de entrada de aire 9.

Cuando este dispositivo es energizado por un circuito de accionamiento, se emite líquido del vial de vidrio 8 desde el electrodo de pulverización 1 en forma muy fina, de tal manera que se evapore rápidamente según su presión de vapor y las condiciones ambientales cerca del dispositivo.

La figura 2 ilustra diagramáticamente un posible circuito de accionamiento 10 para activar el dispositivo de atomización mostrado en la figura 1. Una fuente de alimentación de voltaje bajo 20, tal como una batería, está conectada mediante un conmutador de control 21 a la entrada de un convertidor de alto voltaje 22. Los terminales de salida del convertidor 22 están conectados a los conductos eléctricos 6 y 7 del dispositivo en la figura 1 como se indica.

Un convertidor adecuado para el dispositivo es el Q101-5 fabricado por EMCO High Voltage Corporation, 11126 Ridge Road, Sutter Creek CA 95685, Estados Unidos de América. El voltaje de entrada establecido por la fuente de alimentación 20 puede oscilar de 2,5 a 4 V. Cualquier convertidor capaz de suministrar voltajes de 1 a 30 KV a aproximadamente 10 \muA o menos es adecuado para poner en funcionamiento este dispositivo. También se pueden utilizar convertidores de mayor potencia aunque no proporcionan beneficio adicional y requieren en general una mayor gestión de la seguridad. Los dispositivos de potencia baja, tal como cristales piezoeléctricos, son ideales, y tienen claros beneficios, tal como tamaño reducido y mejor seguridad.

Se deberá observar que no se representa referencia a tierra en la figura 2. Esto se hace deliberadamente puesto que también se puede omitir una referencia a tierra o aplicar a cualquier punto en el circuito. Tampoco importa la polaridad de la salida de alto voltaje, y por ejemplo un convertidor Q101-5 se pueden sustituir por un Q101 N-5, su contrapartida negativa, y el dispositivo sigue funcionando.

Donde hay una posibilidad de que los electrodos entren en contacto humano, hay que proporcionar medidas de seguridad para proteger contra el shock eléctrico. Esto se consigue por medio de resistencias opcionales 23 y 24, que pueden estar conectadas entre el convertidor de alto voltaje 22 y las conexiones de electrodo 6 y 7, respectivamente. Un valor adecuado para la resistencia 23 es 1 G\Omega y para la resistencia 24 es 100 M\Omega, aunque se puede usar valores que evitan un shock eléctrico y permiten al dispositivo funcionar normalmente.

Dado que los circuitos representado en la figura 2 pueden alimentados por una fuente de alimentación de voltaje bajo, el circuito es compatible con cualquier dispositivo electrónico de voltaje bajo o circuito de control. Así, el conmutador de control 21 puede ser un dispositivo electrónico o circuito de control tal que se pueda usar para activar el dispositivo a distancia o ajustar su ciclo de trabajo o aplicación general.

Un ejemplo es la administración periódica de productos sanitarios tal como un decongestionante, o estimulantes olfativos, represores, atrayentes o dispersantes a humanos u otros animales. En este caso, el conmutador de control 21 puede ser un circuito temporizador que activa el dispositivo periódicamente para suministrar el producto sanitario.

Otro ejemplo es donde el ciclo de trabajo se controla para compensar cambios del caudal de líquido. En este ejemplo, el conmutador de control 21 puede ser un interruptor controlado electrónicamente, tal como un transistor de efecto de campo (FET). El FET se puede conmutar usando un microprocesador, modulador de impulsos en anchura u otros medios para regular el ciclo de trabajo del dispositivo.

Se describen aquí dos métodos de regular el ciclo de trabajo, aunque otros métodos alternativos, tal como comprobar la carga de presión y regular consiguientemente el ciclo de trabajo, serán evidentes a los expertos en la técnica.

El primer método es simplemente medir cómo el caudal Q varía en función del tiempo de funcionamiento t desde que el dispositivo es activado en primer lugar y el vial de vidrio 8 está lleno hasta que el vial de vidrio 8 está vacío. Esto proporciona una función Q(t). El ciclo de trabajo en función de tiempo \Psi(t) se puede poner después a \Psi(t)=(\Psi[t=0] x Q[t=0]) / Q(t), donde Q[t=0] y \Psi[t=0] representan los valores de Q(t) y \Psi(t) al tiempo en que el dispositivo es activado en primer lugar, de tal manera que la salida de producto químico sea aproximadamente constante.

Un método alternativo y más exacto implica comprobar la corriente eléctrica i en el electrodo de pulverización y regular el ciclo de trabajo de manera que i^{2}\Psi siga siendo constante. La corriente se puede verificar midiendo el voltaje a través de una resistencia 25 colocada en serie con la resistencia 23, por ejemplo.

Otra modificación de los circuitos representados en la figura 2 permite sustituir la fuente de alimentación 20 por un condensador o batería recargable y una unidad alternativa de generación de potencia tal como una pila solar. Las fuentes de energía renovables, tal como ésta, proporcionan potencia ilimitada bajo muchas condiciones operativas prácticas, tal como el entorno doméstico, proporcionando unos costos de servicio reducidos al usuario no tiene que pagar las baterías de sustitución.

La figura 3 muestra una vista diagramática, parcialmente en sección transversal, de la superficie de salida 34 del dispositivo de atomización mostrado en la figura 1 con una ilustración esquemática de un depósito de líquido alternativo que en cambio incluye una bolsa flexible 30.

Esta bolsa flexible 30 se puede hacer de cualquier material flexible, estanco a los líquidos, y donde el líquido contiene solventes u otros materiales agresivos pueden recibir un recubrimiento metálico tal como el fabricado por Ultimet Films Limited, 16 Maurice Gaymer Road, Attleborough, Norfolk, NR17 2QZ, Reino Unido.

En este ejemplo, el líquido es movido al electrodo de pulverización 32 por medio de una bomba 31, tal como se describe en US5876187. La ventaja de tal sistema es que la distribución al electrodo de pulverización 1 se establece por la bomba 31 independientemente de las propiedades del líquido y la cantidad de líquido que permanece en la bolsa flexible 30. La bomba 31 también puede suministrar múltiples disparos de volúmenes predeterminados de líquido, para dosis controladas, periódicas u ocasionales, de sustancias químicas o mezclas de productos químicos, tal como para control de peste u otras aplicaciones humanas o animales.

El electrodo de pulverización 1 y el electrodo de descarga 3 se alojan dentro de rebajes cilíndricos 2 y 4, respectivamente. Los diámetros de los rebajes 2 y 4 son 10 mm y 6 mm, respectivamente. La superficie de salida 5 es plana y en este ejemplo ambos electrodos 1 y 3 están de nuevo dentro del dispositivo a una distancia de 0,5 mm de la superficie de salida 5. La distancia entre los dos electrodos 1 y 3 es 10 mm, y ambos electrodos 1 y 3 están a lo largo de los ejes longitudinales de sus rebajes respectivos 2 y 4. Se suministra potencia por medio del circuito de accionamiento 10, que se describe con referencia a la figura 2.

Cuando se activa el circuito de accionamiento 10, se establece una diferencia de potencial entre los dos electrodos 1 y 3. Si, por ejemplo, el electrodo de pulverización 1 tiene una polaridad positiva con respecto al electrodo de descarga 3, el electrodo de descarga 3 pulveriza iones de polaridad negativa sobre el rebaje dieléctrico 4 y en cierta medida sobre la superficie de salida 5 muy cerca de rebaje 4. La carga superficial que esto crea no puede dispersarse o alejarse inmediatamente y así se crea un campo eléctrico que tiende a desviar otros iones negativos alejándolos de la superficie de pulverización 5 y expulsarlos al aire circundante.

Al mismo tiempo, se establece la electropulverización y (en este ejemplo) gotitas cargadas positivamente crean una carga espacial justo más allá del electrodo de pulverización 1. Los iones negativos desviados de la superficie de pulverización 5, que son más numerosos y móviles que las gotitas, se mueven en el campo eléctrico para descargar las gotitas cargadas. Éstas son alejadas después (no cargadas) de la superficie de pulverización 5 y se evaporan según su presión de vapor o las presiones de vapor de sus varios constituyentes. El electrodo de pulverización 1 también puede crear algunos iones cargados positivamente y, al tener menos inercia, pueden aterrizar en el rebaje 2 o la superficie de pulverización 5 muy cerca del rebaje 2. Estos también establecerán un campo eléctrico que no favorece la deposición adicional de portadoras de carga positiva, incluyendo iones y gotitas de líquido cargadas. De esta forma, se crea un dispositivo de atomización altamente eficiente tanto en términos de transferencia de masa como de consumo de energía.

La figura 4 muestra otra vista diagramática, parcialmente en sección transversal, de una superficie de pulverización alternativa que realiza esta invención. Aquí, el depósito de líquido está abierto a la atmósfera mediante un pequeño agujero de entrada de aire 41 para minimizar la difusión de vapor fuera del depósito. El líquido fluye del depósito al electrodo de pulverización 42 bajo la influencia de la gravedad. En este caso, las dimensiones del electrodo de pulverización 42, aquí representado como un capilar de acero inoxidable, deben tener un pequeño diámetro externo de manera que la tensión superficial del líquido retenga el líquido en posición cuando el dispositivo no esté activo.

El electrodo de descarga 43 es una patilla de acero inoxidable afilada de 0,6 mm de diámetro y reside a lo largo del eje longitudinal de un rebaje cilíndrico 46 de solamente 2 mm de diámetro, y sobresale ligeramente (aproximadamente 0,5 mm) de la superficie de salida 44, que se hace de Delrin, una mezcla de acetil-PTFE.

El electrodo de pulverización 42 reside a lo largo del eje longitudinal de un rebaje cilíndrico 45 de 6 mm de diámetro y está a nivel con la superficie de salida. La superficie de salida 44 es horizontal en este ejemplo, y pulveriza hacia abajo, lo que podría ser adecuado para un ambientador de retrete o repelente de insectos.

Esta realización es alimentada por el circuito de accionamiento 10, conectado entre los dos electrodos 42 y 43, que es como el descrito con referencia a la figura 2. Esta realización tiene la ventaja de ser ligeramente más pequeño que el dispositivo ilustrado en la figura 3, siendo la distancia entre los electrodos solamente 6 mm, ilustrando así que el dispositivo se puede hacer sumamente pequeño.

La figura 5 muestra otra vista diagramática, parcialmente en sección transversal, de una superficie de pulverización alternativa que realiza esta invención. Aquí, la superficie de pulverización 54 también está en una orientación horizontal, pero pulveriza hacia arriba y es adecuada donde el dispositivo debe asentar en una superficie, por ejemplo, para dispositivos de encimera o mesita de noche. El líquido se retienen en un vial rígido vuelto hacia arriba 50, tal como un vial de muestras de vidrio. Una cantidad pequeña de líquido llena un canal 51 (que también hace de un punto de introducción de aire para sustituir el líquido) justo por debajo de la parte inferior del vial de vidrio 50 y después entra en el electrodo de pulverización 52. En este ejemplo, el conducto interno del electrodo de pulverización 52 debe tener dimensiones capilares, en las que el líquido debe ser aspirado del canal 51 a la salida por fuerzas de tensión superficial solamente. Por ejemplo, si el electrodo 52 es un tubo cilíndrico, un diámetro interno adecuado es 150 \mum si la salida del electrodo de pulverización estuviese 20 mm por encima del canal 51. Sin embargo, se puede seleccionar cualquier dimensión adecuada del conducto d a condición de que cumpla el criterio siguiente:

d<\frac{4\gamma}{\rho gh}

donde \gamma es la tensión superficial del líquido, \rho es su densidad, g es la aceleración debido a gravedad y h es la altura vertical del canal 51 en el punto más alto del electrodo de pulverización 52 que en este caso es su salida 58.

En este ejemplo, el electrodo de descarga 53 es plástico conductor de 1 mm de diámetro y afilado en la punta. Está a lo largo del eje longitudinal de un rebaje 56, de 4 mm de diámetro, y está a nivel con la superficie de salida 54. El electrodo de pulverización 52 está a lo largo del eje longitudinal de otro rebaje 55, de aproximadamente 8 mm de diámetro, y sobresale 0,5 mm de la superficie de salida 54. A pesar del recorrido directo entre las puntas de los dos electrodos, el dispositivo funciona bien debido a la zona más grande de dieléctrico que rodea el electrodo de descarga 53 creado separando más los dos electrodos 52, 53. En este ejemplo la separación entre electrodos es 16 mm.

En este ejemplo, los dos rebajes 55, 56 no están cerrados, sino que puede pasar aire directamente a su través. Esto contribuye a evitar corrientes parásitas de aire cerca de la superficie de salida 54, y contribuye a aumentar la distancia de penetración del producto líquido difuso. Se puede lograr efectos similares por cualquier canal de aire en la superficie de pulverización 54 y éste no tiene que disponerse necesariamente en los rebajes de electrodo 55, 56.

El circuito de accionamiento 10, conectado entre los dos electrodos 52 y 53, es como el descrito anteriormente con referencia a la figura 2.

La figura 6 muestra otra vista diagramática, parcialmente en sección transversal, de una superficie de pulverización alternativa 64 que realiza esta invención. Aquí, el depósito de líquido es un tubo simple 60 para contener pequeñas cantidades de líquido, aunque el tubo 60 se puede extender indefinidamente y torcer o formar una espiral para que ocupe menos espacio. El tubo 60 conecta directamente con el electrodo de pulverización 62, y éste puede ser meramente una continuación del tubo 60, si se desea.

Esta realización resulta especialmente útil para suministrar una cantidad específica de líquido. Por ejemplo, donde se requiere una dosis exacta de aroma o producto químico o mezcla química, este método proporciona una alternativa más simple a la bomba 31 representada en la figura 3.

La superficie de salida 64 de este ejemplo está curvada con un perfil convexo. El electrodo de pulverización 62 y el electrodo de descarga 63 están en rebajes semiesféricos 65 y 66, respectivamente, y ambos electrodos se representan a nivel con la superficie de salida 64 en este ejemplo. Sin embargo, como se indica en las figuras anteriores, ambos electrodos 62 y 63 pueden salir o retirarse de la superficie de salida 64 a condición de que haya suficiente retención de carga para modificar el campo eléctrico local y mantener un conjunto estable como se describe con referencia a la figura 3.

El circuito de accionamiento 10, como se describe con referencia a la figura 2, está conectado entre los dos electrodos 62 y 63.

La figura 7 muestra una ilustración de la superficie de salida y electrodos de un dispositivo alternativo que realiza esta invención. Aquí, múltiples electrodos de pulverización 72 están espaciados alrededor de un solo electrodo de descarga 71. La superficie de salida 70 aquí representada es plana, pero puede tomar cualquier forma deseable o estética a condición de que contenga suficiente carga para distorsionar el campo eléctrico local y mantener un conjunto estable como se describe con referencia a la figura 3.

Se hacen conexiones eléctricas entre un circuito de accionamiento como se describe con referencia a la figura 2 y el electrodo de descarga 71 y cualquiera de los electrodos de pulverización 72 que tenga que estar activo. Los otros electrodos de pulverización 72 son eléctricamente flotantes y se deja que hallen su propio potencial. De esta manera, la invención proporciona unos medios de vaporizar uno o varios líquidos diferentes cuyos productos de vapor difusos se han de mezclar en el aire circundante. Tal dispositivo es ideal para crear mezclas aromáticas en la fase vapor. Además, la velocidad de distribución a cada electrodo de pulverización 72 se puede controlar (por un microprocesador sustituyendo el conmutador 21 en los circuitos de accionamiento, por ejemplo) de manera que las intensidades relativas de cada aroma se puedan regular minuciosamente hasta que se cree el efecto deseado. Tal dispositivo tiene aplicación útil en la industria de perfumería.

Esta disposición puede ser reorientada para proporcionar una matriz lineal de electrodos de pulverización, teniendo cada electrodo de pulverización su propio electrodo de descarga, lo que a veces es preferible por razones de controlar la diferencia de potencial entre cada par de electrodos, o simplemente por razones estéticas.

Alternativamente, se puede mezclar varios líquidos previendo una pluralidad de depósitos, estando conectado cada depósito a un solo conducto por una bomba respectiva.

La figura 8 muestra una vista diagramática en sección transversal de un tapón 80. Éste se puede unir a la superficie de salida del dispositivo de pulverización múltiple ilustrado en la figura 7. Esto tiene varias ventajas. La primera se produce si hay una posibilidad de contacto físico lesivo con los electrodos, donde tal tapón puede evitar toda interferencia indeseable. Además, el tapón 80 también proporciona unos medios de canalizar las sustancias químicas combinadas hacia un espacio o lugar concreto. Esto es útil, por ejemplo, para suministrar mezclas aromáticas u otras sustancias químicas o mezclas químicas a una nariz real o artificial, que se puede colocar cerca o encima de la salida 83.

El tapón 80 también proporciona unos medios opcionales, por medio de las aletas vorticiales 82 situadas dentro del tapón 80, para agitar las varias sustancias químicas emitidas por el dispositivo. Donde, por ejemplo, se está creando una mezcla de aromas en la fase vapor, estas aletas garantizan que se
mezcle mejor el producto en la salida 83.

El tapón 80 también se puede fijar a un solo dispositivo de pulverización tal como se describe con referencia a la figura 1, donde los electrodos tienen que estar protegidos o la salida química canalizada hacia un espacio o lugar concreto, tal como para odorización remota o fumigación de una habitación, para análisis mecánico o humano de la dispersión, o para inhalación personal o individual del producto.

El material dieléctrico usado para hacer la superficie de pulverización se selecciona de tal manera que la carga escape a una velocidad baja de manera que cualquier carga depositada por medio de iones o partículas cargado no migre o escape inmediatamente. Esto garantiza que los rebajes dieléctricos retengan una carga ligera de la misma polaridad que los electrodos que alojan. Esto altera considerablemente la forma del campo eléctrico local y garantiza que se evite la deposición adicional, muy considerablemente sin necesidad de electrodos adicionales tal como se describe en WO00/64590.

Otra ventaja es que el dispositivo es independiente de la polaridad. En otros términos el electrodo de pulverización puede estar a cualquier voltaje (positivo o negativo) y el electrodo de descarga a cualquier otro voltaje a condición solamente de que la diferencia de potencial sea suficiente para crear la pulverización en el primer caso.

En experimentos realizados en prototipos operativos hemos hallado que el rango de diferencias de potencial operativas depende de la distancia entre los dos electrodos, la profundidad a que están rebajados de la superficie de salida y el tamaño de los rebajes. Las diferencias de potencial pueden oscilar de 1-2 KV hasta 30 kV o más, y los voltajes pueden ser positivos o negativos en polaridad relativa.

La geometría de la superficie de pulverización se elige de tal manera que el material dieléctrico de la superficie de salida proteja eléctricamente un electrodo del otro. Esto es importante puesto que es deseable que la carga se deposite en esta superficie de pulverización para afectar al campo eléctrico local. Esto significa que donde el rebaje es grande (es decir, la punta del electrodo tiene un gran intervalo de aire entre él y la superficie de salida), el electrodo deberá ser bien rebajado 1 mm o más. Pero donde la superficie de salida está cerca del electrodo, el electrodo puede sobresalir de hecho ligeramente de la carcasa.

La elección de los materiales es importante, pero no trivial, puesto que depende de varios factores diferentes. La intención es permitir que se acumule carga en la superficie de salida del dispositivo y en los rebajes de electrodo, pero no alcanzar niveles que protejan a los electrodos propiamente dichos. En consecuencia, son más adecuados los plásticos de resistividad media u otros dieléctricos.

También se deberá observar que la resistencia superficial y resistividad de volumen son importantes. Por ejemplo, un plástico con resistividad de volumen muy alta puede ser modificado en superficie de manera que tenga baja resistencia superficial, en cuyo caso la resistencia superficial será el recorrido predominante para el escape de carga. Por lo tanto, ambos recorridos (superficie y volumen) deben considerarse al seleccionar materiales y diseñar la superficie de salida.

Una lista no exhaustiva de materiales que son adecuados para esta invención incluyen acrílico, acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), cerámica y mezclas cerámicas, tereftalato de polietileno (PET) reforzado con vidrio/mineral/mica, nylon (6, 11, 12 y 66), mezclas de poliéter + estireno-butadieno, mezclas de poliacetil- politetrafluoroetileno (PTFE), mezclas de tereftalato de polibutaleno (PBT) y vidrio/mineral/mica, mezclas de policarbonato y ABS, mezclas de ABS y vidrio, mezclas de polieterimida, polietileno, policetona, sulfuro de polifenileno y vidrio, mezclas de poliftalamida, polipropileno, poliestireno, polisulfona y vidrio, fluoruro de polivinilideno (PVDF), estireno acrilonitrilo, y sus mezclas entre sí o con vidrios, moléculas orgánicas y minerales, por ejemplo, tal como para cambiar el color del plástico.

Estos materiales tienen resistencias superficiales que van desde aproximadamente 10^{4} a 14 \Omega, y resistividades de volumen que van desde 10^{5} a 10^{15} \Omegam, y muchos se pueden usar sin ninguna modificación.

Cuando se selecciona un material con resistividad de volumen muy alta, su superficie se puede modificar para reducir su resistencia para hacerlo más adecuado para ser utilizado. Alternativamente, se puede usar un material más resistivo en una capa fina para cubrir un material conductor. Esto tiene ventajas donde el líquido pulverizado es químicamente corrosivo, y se usa una capa fina de PET como una capa protectora sobre un plástico más conductor como nylon, por ejemplo.

Las propiedades físicas de los líquidos que son adecuados para este dispositivo pueden variar bastante considerablemente. Cualquier líquido que forme una pulverización estable cuando salga de un electrodo conductor sometido a un campo eléctrico intenso puede ser vaporizado usando este método. En el caso de aromas, estos aceites se pueden mezclar con un solvente como etanol y se volatilizan muy bien usando este método. Otros disolventes incluyen glicol éteres, propilen glicoles, polietilen glicoles, 3-metoxi-3-metil butanol, isododecano, dietilftalato, miristato de isopropilo y sus mezclas.

También se deberá observar que se puede suministrar sustancias químicas de baja volatilidad o no volátiles de esta manera por mezcla o suspensión en un solvente volátil.

Se puede diseñar realizaciones que asienten en superficies, tal como mesas de café; se unan a paredes, tal como en un baño; suspender, tal como en un armario; o sean llevadas por la persona. La misma geometría puede funcionar en todos estos aspectos haciendo el diseño sumamente flexible.

Tal flexibilidad se facilita en parte debido a la función del material dieléctrico de la superficie de salida, que contribuye a crear una presión eléctrica en las partículas cargadas lejos de la superficie de salida, cualquiera que sea su orientación, y también debido a la amplia gama de tasas de flujo a las que el líquido se puede suministrar al electrodo de pulverización.

Nuestros experimentos han mostrado que la carga de presión de líquido en el electrodo de pulverización puede variar alrededor de \pm30 mm. Obviamente, los cambios de la carga de presión afectan a la velocidad a la que se suministra el líquido volátil, de modo que en muchas aplicaciones es mejor mantener la carga de presión lo más consistente que sea posible. Sin embargo, como el dispositivo es movido electrónicamente, es posible ajustar el ciclo de trabajo para compensar tales cambios.

El dispositivo propiamente dicho se puede miniaturizar de manera que lo pueda llevar fácilmente una persona, y de tal manera que se pueda usar para suministrar con discreción cualquier sustancia química o combinación química necesaria.

Otras aplicaciones y modificaciones del mismo serán evidentes a los expertos en la técnica.

Claims (27)

1. Un dispositivo de atomización incluyendo:

a) un conducto (1) que contiene, en la práctica, líquido a atomizar;

b) un electrodo de pulverización (1); y

c) un electrodo de descarga (3);

caracterizado porque cada electrodo está junto a un dieléctrico, donde los electrodos (1, 3) están conectados en un circuito eléctrico para poder aplicar una diferencia de potencial entre el electrodo de pulverización (1) y el electrodo de descarga (3) para atomizar el líquido y para generar portadoras de carga de una primera polaridad cerca del electrodo de pulverización (1) y iones de una segunda polaridad cerca del electrodo de descarga (3), y donde algunas de las portadoras de carga de primera polaridad se depositan en el dieléctrico junto al electrodo de pulverización (1) y algunos de los iones de segunda polaridad se depositan en el dieléctrico junto al electrodo de descarga (3) de manera que el líquido atomizado se repela del dieléctrico junto al electrodo de pulverización (1) y descargue eléctricamente por iones de segunda polaridad que son repelidos por el dieléctrico junto al electrodo de descarga (3).

2. Un dispositivo de atomización según la reivindicación 1, donde el dispositivo de atomización incluye además una carcasa hecha de material dieléctrico que define rebajes respectivos en los que se montan los electrodos.

3. Un dispositivo de atomización según la reivindicación 2, donde los electrodos están sustancialmente a nivel con la parte superior de los rebajes.

4. Un dispositivo de atomización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el conducto es el electrodo de pulverización.

5. Un dispositivo de atomización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el conducto está hecho de plástico conductor.

6. Un dispositivo de atomización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la primera polaridad es positiva y la segunda polaridad es negativa.

7. Un dispositivo de atomización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el dispositivo de atomización incluye además un depósito conectado al conducto, teniendo el depósito la finalidad de contener el líquido a atomizar.

8. Un dispositivo de atomización según la reivindicación 7, donde el dispositivo de atomización incluye además una bomba para transportar el líquido a atomizar del depósito al conducto.

9. Un dispositivo de atomización según la reivindicación 7, donde el conducto es un capilar de manera que el líquido a atomizar sea transportado desde el depósito al conducto por acción capilar.

10. Un dispositivo de atomización según la reivindicación 7, donde el depósito está dispuesto con relación al conducto de manera que el líquido a atomizar sea transportado desde el depósito al conducto bajo la influencia de gravedad.

11. Un dispositivo de atomización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde el dispositivo de atomización incluye una pluralidad de depósitos, estando conectado cada depósito a una bomba respectiva que transporta líquido a atomizar desde cada depósito al conducto.

12. Un dispositivo de atomización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde el dispositivo de atomización incluye una pluralidad de conductos y electrodos de pulverización.

13. Un dispositivo de atomización según la reivindicación 12, donde el dispositivo de atomización incluye además una pluralidad de depósitos, estando conectado cada depósito a un conducto correspondiente.

14. Un dispositivo de atomización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el material dieléctrico tiene una resistencia superficial en el rango de 10^{4}\Omega a 10^{14}\Omega y una resistividad de volumen de 10^{5} \Omegam a 10^{15} \Omegam.

15. Un dispositivo de atomización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el material dieléctrico es nylon 6, nylon 11, nylon 12, nylon 66 o una mezcla de poliacetil-politetrafluoroetileno.

16. Un dispositivo de atomización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el material dieléctrico se ha tratado de tal manera que su resistencia superficial esté en el rango de 10^{4}\Omega a 10^{14}\Omega.

17. Un dispositivo de atomización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el dispositivo de atomización incluye además un sistema de medición para medir el caudal del líquido que fluye a través del conducto y un modulador de ciclo de trabajo conectado al sistema de medición para controlar el caudal regulando el ciclo de trabajo de la diferencia de potencial aplicado entre los electrodos de pulverización y descarga.

18. Un dispositivo de atomización según la reivindicación 17, donde el sistema de medición incluye un monitor de corriente dispuesto para medir la corriente que fluye al electrodo de pulverización.

19. Un dispositivo de atomización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el dispositivo de atomización incluye además un tapón a través del que se dirige el líquido atomizado.

20. Uso de un dispositivo de atomización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores para atomizar un aceite aromático.

21. Uso de un dispositivo de atomización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, para atomizar una sustancia química agrícola.

22. Uso de un dispositivo de atomización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, para atomizar un producto farmacéutico.

23. Uso de un dispositivo de atomización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, para atomizar un control de peste o pesticida químico.

24. Uso de un dispositivo de atomización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19 para suministrar el líquido atomizado a una nariz real o artificial.

25. Uso de un dispositivo de atomización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19 para vaporizar un líquido atomizándolo.

26. Uso de un dispositivo de atomización según la reivindicación 19 en cuanto dependiente de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, para suministrar una mezcla de al menos dos líquidos atomizados.

27. Uso de un dispositivo de atomización según la reivindicación 19 para dirigir el líquido atomizado a una región predefinida, por ejemplo para odorización remota o fumigación de una habitación, para análisis mecánico o humano o para inhalación personal o individual del líquido atomizado.