ES2222177T3 - Sistema de pulverizacion piezoelectrico para la distribucion de sustancias volatiles. - Google Patents
Sistema de pulverizacion piezoelectrico para la distribucion de sustancias volatiles.Info
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Abstract
Un método para atomizar un líquido, que comprende las etapas de: proporcionar un líquido a ser distribuido; proporcionar una placa de orificios (3); y transferir dicho líquido a dicha placa de orificios (3) mientras se hace vibrar la placa, caracterizado porque dicho líquido tiene una viscosidad de menos de 10 mPas (10 centipoises), y una tensión superficial de 20 mNm-1 (20 dinas por centímetro) a 35 mNm-1 (35 dinas por centímetro).
Description
Sistema de pulverización piezoeléctrico para la
distribución de sustancias volátiles.
La presente invención se refiere a medios para la
distribución de un producto líquido activo, tal como un perfume,
ambientador de aire, formulación insecticida, u otro producto, en
forma de partículas o gotitas, como en un rociado fino, por medio de
un dispositivo piezoeléctrico. En particular, la invención se dirige
a un sistema piezoeléctrico para proporcionar un líquido para la
producción de gotitas de líquido, o suspensiones líquidas, por medio
de un actuador electromecánico o electroacústico. Más
específicamente, la presente invención se refiere a un distribuidor
accionado por batería que utiliza una placa de orificio en
comunicación con un elemento piezoeléctrico. Mediante el control de
la viscosidad y de la tensión superficial del líquido a dispersar,
se logra un método mejorado para distribuir tales
líquidos.
líquidos.
La distribución de líquidos por formación de un
rociado fino, o atomización, es bien conocida. Un método para una
distribución de este tipo es atomizar un líquido por medio de la
vibración acústica generada por un vibrador piezoeléctrico
ultrasónico. Un ejemplo de un método de este tipo se muestra en la
Patente US 4.702.418 de Carter que describe un distribuidor de
aerosol que incluye una cámara de boquilla para contener el fluido a
distribuir y un diafragma que forma al menos una porción de la
cámara. Se dispone en la misma una boquilla distribuidora de
aerosol, con un paso restrictivo para introducir líquido del
depósito a la boquilla. Se usa un generador de impulsos en
combinación con una fuente de potencia a baja tensión para accionar
un mezclador piezoeléctrico, el cual dirige fluido del depósito a
través de la boquilla para crear un rociado de aerosol.
Otro dispositivo de rociado atomizador es el
mostrado por Humberstone y otros en la Patente US 5.518.179, la cual
enseña un aparato para la producción de gotitas de líquido que
comprende una membrana, a la cual se hace vibrar mediante un
actuador que tiene una estructura compuesta de paredes delgadas y
que está dispuesto para funcionar según un modo de flexión. Se
suministra líquido directamente a una superficie de la membrana y se
rocía desde la misma en finas gotitas al producirse la vibración de
la membrana.
Las Patentes U.S. 5.297.734 y 5.657.926 de Toda
enseñan dispositivos atomizadores ultrasónicos que comprenden
vibradores piezoeléctricos con una placa vibrante conectada a los
mismos. En el documento U.S. 5.297.734 se describe la placa vibrante
como teniendo un gran número de orificios en la misma para el paso
de líquido.
Aunque un gran número de patentes adicionales
describen medios para la dispersión de líquidos por atomización
ultrasónica, o para intervalos sincronizados de atomización, sólo
han alcanzado un éxito moderado en la atomización eficiente de
productos tales como perfumes. Véase, por ejemplo, las Patentes U.S.
3.543.122, 3.615.041, 4.479.609, 4.533.082 y 4.790.479.
Los atomizadores de esos tipos han fallado en
proporcionar un distribuidor accionado por baterías, fácilmente
portátil que emplee una placa de orificio en conexión mecánica con
un elemento piezoeléctrico, capaz de periodos largos de uso con
variación escasa o nula en la velocidad de suministro. Por tanto,
existe una necesidad de atomizadores o distribuidores mejorados para
su uso en la distribución de fluidos activos tales como fragancias e
insecticidas, los cuales atomizadores sean altamente eficientes y
consuman una potencia eléctrica mínima mientras proporcionan una
amplia dispersión de líquido.
Una finalidad primaria de la presente invención
es proporcionar un método altamente eficiente para distribuir
líquidos tales como perfumes, ambientadores de aire, u otros
líquidos. Tales otros líquidos incluyen productos de limpieza
doméstica, productos higiénicos, desinfectantes, repelentes,
insecticidas, formulaciones de aromaterapia, medicinales, líquidos
terapéuticos, u otros líquidos o suspensiones de líquidos que se
benefician de la atomización para su uso. Estas composiciones pueden
ser acuosas o comprender diversos disolventes.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar un distribuidor accionado por baterías, fácilmente
portátil que emplea una placa de orificio abovedada en conexión
mecánica con un elemento piezoeléctrico. Es un objeto adicional
proporcionar una bomba piezoeléctrica capaz de funcionar
eficientemente durante meses, con baterías de baja tensión, mientras
mantiene la consistencia del suministro a lo largo del periodo.
Dentro de este objeto se incluye proporcionar un atomizador
piezoeléctrico capaz de ser utilizado con fuentes eléctricas tales
como baterías de 9 voltios, pilas secas convencionales tales como
las "A", "AA", "AAA", "C", y "D", pilas de
botón, pilas de reloj y células solares. Las fuentes de energía
preferidas para su utilización en combinación con la presente
invención son las pilas "AA" y "AAA".
En otro objeto más todavía, se desea proporcionar
un sistema de suministro de líquido capaz de atomizar líquidos tales
como un aceite de fragancia o formulaciones insecticidas en forma
lineal a lo largo del tiempo, mientras se mantiene el mismo
carácter/composición en el último día que el proporcionado en el
primero, es decir, sin cambio de componentes ni separación a lo
largo del tiempo. La electrónica de una unidad de este tipo puede
ser programable, y puede ser utilizada para establecer una tasa de
suministro precisa (en miligramos por hora, en lo sucesivo mg/h).
Alternativamente, la circuitería puede permitir al consumidor
ajustar la intensidad o efectividad a un nivel deseado en cuanto a
preferencia personal, eficacia o según el tamaño de la
habitación.
Otro objeto de la invención es proporcionar
pequeñas partículas de fragancia pura o de formulación de
insecticida que puedan ser impulsadas intermitentemente desde la
unidad para formar una pequeña "nube" o "ráfaga", las
cuales partículas se difunden rápidamente y se desplazan a través de
un área amplia en las corrientes de aires presentes en dicha área.
Se ha encontrado que el pequeño tamaño de dichas partículas y por
consiguiente la gran relación de área superficial a masa, da lugar a
que estas partículas se evaporen en forma rápida y uniforme. En
realizaciones preferidas, el sistema de suministro funciona a una
tasa de suministro lineal durante varios meses con una única batería
de 1,5 voltios de tamaño "AA", proporcionando volúmenes
uniformes de gotitas de tamaño esencialmente igual del líquido a lo
largo de todo el periodo. En un primer aspecto, la invención
proporciona un método para atomizar un líquido, el cual comprende
las etapas de proporcionar un líquido para ser dispersado;
proporcionar una placa de orificios, y transferir dicho líquido a
dicha placa de orificios mientras se hace vibrar la placa,
caracterizado porque dicho líquido tiene una viscosidad de menos de
10 mPas (10 centipoises), y una tensión superficial de 20 mN por
metro (20 dinas por centímetro) a 35 mN por metro (35 dinas por
centímetro).
En un segundo aspecto se proporciona un conjunto
de suministro de líquido para un distribuidor de niebla de líquido
de vibrador, comprendiendo dicho conjunto: un depósito de líquido
con una mecha que se extiende desde el interior del mismo a un
emplazamiento situado justamente encima de la parte superior del
mismo para proporcionar líquido desde el interior del depósito por
medio de la acción capilar; y un líquido a ser dispersado contenido
dentro de dicho depósito (5) en el cual dicho líquido tiene en dicho
emplazamiento (14) una viscosidad de menos de 6 centipoises y una
tensión superficial de 20 mNm^{-1} (20 dinas por centímetro) a 35
mNm^{-1} (35 dinas por centímetro).
Un tercer aspecto de la invención comprende un
aparato para formar una niebla de líquido finamente disperso en la
atmósfera, comprendiendo dicho aparato: una placa de orificios que
tiene una pluralidad de pequeños orificios que se extienden a través
de la misma, un vibrador dispuesto para hacer que la placa de
orificios vibre a una velocidad rápida, un depósito que contiene
líquido; y un conducto de líquido por el que se suministra líquido
desde dicho depósito a una superficie de dicha placa de orificios
mientras está vibrando, caracterizado porque dicho líquido tiene en
dicha superficie una viscosidad de menos de 6 mPas (6 centipoises) y
una tensión superficial comprendida en el intervalo de
20-35 mNm^{-1} (20-35 dinas por
centímetro).
En la realización preferida de la presente
invención, se logran estos y otros objetos de esta invención por un
método de atomizar y un atomizador para fragancias o
insecticidas.
En la realización preferida de la presente
invención, se logran estos y otros objetos de esta invención por un
atomizador para fragancias, formulaciones de insecticidas, y otros
líquidos tales como se indicó anteriormente, donde el sistema de
atomización incluye una cámara para el líquido a distribuir, medios
para suministrar el líquido desde dicha cámara a una placa de
orificios para la dispersión del líquido, un elemento
piezoeléctrico, una fuente de energía y circuitería para accionar y
controlar el elemento piezoeléctrico. La fragancia, formulación de
insecticida, u otro líquido deseado se suministra al lado posterior
de la placa de orificios a través de unos medios de transporte de
líquido tales como un sistema de alimentación capilar que
proporcione el líquido en contacto de tensión superficial con la
placa. El elemento piezoeléctrico puede ser accionado por una
circuitería alimentada por una pequeña batería, que hace vibrar al
elemento y empuja al líquido a través de la placa de orificios, que
tiene uno o más pequeños orificios troncocónicos o cónicos en la
misma, perpendiculares a las superficies de la misma, siendo la
salida de dichos orificios del orden de aproximadamente 1 a unas 25
micras, preferiblemente de aproximadamente 4 a unas 10 micras y más
preferiblemente de unas 5 a unas 7 micras de diámetro. Se ha
encontrado que se alcanzan resultados superiores limitando el uso de
líquidos a aquellos que presentan una viscosidad de menos de 10
centipoises y que tienen una tensión superficial de aproximadamente
20 dinas por centímetro a aproximadamente 30 dinas por centímetro.
La presente invención proporciona por tanto unos medios para la
atomización uniforme del líquido a distribuir a lo largo de todo el
periodo de dispersión, de tal manera que la cuantía dispersada por
unidad de tiempo en el comienzo de la dispersión no varíe de la
cuantía dispersada cerca del término o en el término de la
dispersión. La viscosidad está en centipoises, tal como se determina
usando el sistema de Reómetro Bohlin CVO conjuntamente con una
geometría de doble hueco de alta sensibilidad. Los resultados de
tensión superficial, en dinas por centímetro, se obtuvieron usando
el tensiómetro Kruss K-12 que funciona según el
protocolo de Placa Wilhelmy. Se entiende que una dina por centímetro
es lo mismo que 1 milinewton por metro, mNm^{-1} y 1 centipoise es
lo mismo que 1 milipascal segundo mPas. Estos y otros objetos y
ventajas más se desprenderán de la descripción que sigue, que sin
embargo trata meramente de las realizaciones preferidas. Por tanto,
se deberían observar las reivindicaciones a fin de entender el
alcance completo de la invención.
La Figura 1 es una vista isométrica parcial de
una tarjeta de circuitos adecuada para su uso en un atomizador
piezoeléctrico de acuerdo con una realización preferida de la
presente invención.
La Figura 2 es una vista isométrica de un
depósito de líquido y de unos medios de transporte de líquido
adecuados para llevar el líquido a la superficie de la placa de
orificios.
La Figura 3 es una vista en corte transversal que
muestra la relación del depósito de líquido, los medios de
alimentación y el elemento piezoeléctrico.
La Figura 4 es un detalle ampliado del área de la
Figura 3 encerrada dentro del círculo.
La Figura 5 es una vista en planta desde arriba
del elemento piezoeléctrico y de la tarjeta del circuito impreso
montados en el chasis de una realización preferida.
La Figura 6 ilustra un diagrama muy simplificado
de corte transversal de un conjunto de bomba piezoeléctrica adecuado
para su uso con una realización preferida de la presente
invención.
Debe entenderse que las figuras y la exposición
que siguen se refieren a realizaciones preferidas de la invención,
pero que la propia invención es más amplia que las ilustraciones
dadas. Específicamente, la invención es igualmente aplicable a otras
formas de atomización piezoeléctrica, tales como el uso de vigas en
voladizo y/o placas de amplificación, así como a atomizadores
accionados por energía eléctrica convencional, es decir, enchufes de
pared, más bien que alimentados por batería.
La Figura 1 ilustra la relación general entre la
tarjeta de circuito impreso 1, y el elemento piezoeléctrico 2
situado en la misma. La tarjeta de circuito 1, se ilustra sin la
circuitería electrónica y la batería asociada a la misma en aras de
la claridad y de la facilidad de entendimiento de la presente
invención. Debe entenderse igualmente que la tarjeta de circuito
puede ser, en el uso, unida al chasis del distribuidor, el cual
chasis puede a su vez ser colocado en un alojamiento a modo de
envolvente decorativa o receptáculo (no representado) para su uso.
El cuadro de chasis 11 se muestra en planta desde arriba en la
Figura 5, mientras que no se ilustra el alojamiento. El receptáculo
decorativo o alojamiento puede ser de cualquier forma adecuada para
los fines de retener y proteger los elementos del distribuidor
mientras proporciona una apariencia agradable al consumidor, y
permite el paso del líquido, en forma de rociado, desde el
distribuidor a la atmósfera. Como tal, el alojamiento del
distribuidor puede ser producido en forma ventajosa por moldeo a
alta velocidad de cualquier material adecuado para el uso y contacto
con el líquido a ser
distribuido.
distribuido.
Se puede montar el elemento piezoeléctrico 2 como
se ilustra en la tarjeta de circuito 1, sostenido en su sitio por la
arandela 4, o por cualquier medio similar adecuado que no inhiba la
vibración del elemento. El elemento piezoeléctrico 2, en forma de
anillo, se posiciona en una relación anular con la placa de
orificios 3, y se une a la pestaña de la placa de orificios de forma
que está en comunicación vibratoria con la misma. El elemento
piezoeléctrico comprende generalmente un material cerámico
piezoeléctrico, tal como un titanato zirconato de plomo (PZT) o
metaniobato de plomo (PN), pero puede ser de cualquier material que
presente propiedades piezoeléctricas.
La placa de orificios comprende cualquier
material convencional adecuado para los fines, pero preferiblemente
comprende un compuesto de níquel cobalto electroplacado formado
sobre un substrato fotorresistente que se retira subsiguientemente
de manera convencional para dejar una estructura porosa uniforme de
níquel cobalto que tiene un espesor aproximado de unas 10 a unas 100
micras, preferiblemente de unas 20 a unas 80 micras y más
preferiblemente de unas 50 micras. Se pueden utilizar otros
materiales adecuados para la placa de orificios, tales como níquel,
aleación de magnesio-zirconio, varios otros metales,
aleaciones de metales, compuestos, o plásticos, así como
combinaciones de los mismos. Formando la capa de níquel cobalto por
electroplacado, se puede producir una estructura porosa que tiene el
contorno del substrato fotorresistente, en la cual se consigue la
permeabilidad por formación local de orificios cónicos que tienen un
diámetro de unas 6 micras en el lado de salida, y un diámetro mayor
en el lado de entrada. La placa de orificios es preferiblemente de
forma de cúpula, es decir, algo elevada en el centro, pero puede
variar desde plana a parabólica, en forma de arco, o de forma
semiesférica, o de cualquier otra forma adecuada que mejore las
características funcionales. La placa debería tener una rigidez a la
flexión relativamente elevada, para asegurar que las aberturas en la
misma estarán sometidas esencialmente a la misma amplitud de
vibración, de forma que expulsen simultáneamente gotitas de líquido
que sean uniformes en diámetro.
Aunque se muestra en forma de un elemento
piezoeléctrico cerámico anular que rodea a una placa de orificios o
abertura, se concibe también que la presente invención es también
adecuada para su uso con un elemento piezoeléctrico convencional que
comprende un oscilador y una viga en voladizo en contacto con un
diafragma, boquilla o placa de orificios adecuada para la dispersión
de gotitas líquidas o niebla.
También se muestra en la Fig. 2 el depósito de
líquido 5 para el almacenamiento y aprovisionamiento de la
fragancia, ambientador de aire, líquido de control de insectos, u
otro producto a distribuir. Como se ilustra, el depósito está
cerrado por un cierre 8. También se muestran los clips de bayoneta
6, los cuales están presentes para retener un cierre superior
desmontable, o tapa, no representado, que se usa en el transporte y
almacenamiento del depósito, y puede ser retirado fácilmente cuando
se desee poner el depósito en el distribuidor y permitir el uso del
contenido del mismo. Desde la abertura 9 de la botella, saliendo a
través del cierre 8, se proyectan los medios 7 de suministro de
líquido, un medio de alimentación de líquido en forma de mecha o
cúpula. Por conveniencia, se hará referencia a los medios de
alimentación de líquido como a una mecha, aunque pueden comprender
cierto número de formas y materiales variables, desde sistemas
capilares duros a mechas porosas blandas. La función de la mecha es
transportar líquido desde un depósito 5 a una posición en contacto
con la placa de orificios. En consecuencia, la mecha debería no ser
afectada por el líquido que se transporta, ser porosa, y permitir el
acomodo a la placa de orificios. La porosidad de la mecha debería
ser suficiente para proporcionar un flujo uniforme de líquido a
través del intervalo de flexibilidad de la mecha, y en cualquier
configuración de la misma. Para transportar mejor el líquido a la
superficie de la placa de orificios se ha encontrado necesario que
la mecha propiamente dicha entre en contacto físicamente con la
placa para transferir el líquido a la placa de orificios. El liquido
es suministrado preferentemente a la placa de orificios de tal
manera que esencialmente todo el líquido suministrado se adhiera a
la superficie de la placa y se transfiera a la misma por tensión
superficial. Entre los materiales de mecha adecuados, se ha
encontrado preferible utilizar materiales tales como papel, o
tejidos de nylon, algodón, polipropileno, fibra de vidrio, etc. La
mecha puede ser conformada preferiblemente para acomodarse a la
superficie de la placa de orificios a la cual se yuxtapone, y es
mantenida en la posición correcta por un sujetador o posicionador 10
de mecha, situado en la abertura 9 de la botella del cierre 8 de un
depósito 5 de líquido. El líquido fluirá con facilidad desde la
mecha a la placa como resultado de la viscosidad y tensión
superficial del líquido. Debe observarse que la mecha se destina a
ser incluida como parte integrante de una unidad de reabastecimiento
de líquido, la cual comprenderá el depósito, el líquido, el cierre
de la botella, la mecha y el sujetador o posicionador de mecha, así
como un cierre superior para cerrar herméticamente la unidad para su
almacenamiento y transporte. Una unidad de este tipo puede
comprender por tanto una botella de relleno para el distribuidor,
adecuada para su colocación en el distribuidor a conveniencia del
consumidor. Con este fin, como se muestra en la Figura 2, el
depósito 5 de líquido puede tener medios de unión 16 en el cierre de
la botella 8, para su inserción en unos medios de recepción
adecuados en el chasis 11 con los cuales se cierra en una posición
operativa, después de retirar el cierre o tapa
superior.
superior.
La Figura 3 ilustra en vista en corte
transversal, la relación entre el depósito de líquido 5, la mecha 7,
el elemento piezoeléctrico 2, y la placa de orificios 3 de una
realización preferida específica de la invención. El elemento
piezoeléctrico 2 se posiciona en la tarjeta de circuito impreso 1,
por las arandelas 4 o mediante cualquier medio adecuado que no
restrinja la vibración del elemento piezoeléctrico. En una
realización preferida de la invención, el elemento piezoeléctrico
anular rodea la placa de orificios 3, en conexión mecánica con la
misma. La placa de orificios a su vez, está en contacto con la mecha
7, permitiendo que el líquido sea distribuido desde el depósito 5 a
la placa de orificios, en la que se produce la transferencia a
través de contacto por tensión superficial. No se ha representado el
cuadro de chasis 11 del distribuidor, el cual retiene la tarjeta de
circuito 1 y el depósito de líquido en la posición apropiada para
poner la mecha 7 en yuxtaposición con la placa de orificios 3. La
mecha 7 se sostiene en la abertura o cierre 8 por el sujetador 10 de
mecha, el cual permite un grado de libertad a la mecha flexible 7 de
forma que deja un intervalo de ajuste de la misma, mientras que la
cola 15 de la mecha asegura una utilización completa de todo el
líquido del depósito 5. El grado de libertad permite el autoajuste
de la mecha con respecto a la superficie de la placa de orificios
para compensar las variaciones de posición que resultan de las
desigualdades de fabricación, y da lugar a unos medios de
alimentación de líquido operativos para transferir el líquido desde
el depósito a la cara de la placa de orificios. Como será obvio para
un experto en la técnica, la altura de la mecha, como se muestra en
las Figuras 3 y 4, se puede ajustar de forma que varíe el hueco de
líquido 14, tal como se muestra en la Figura 4, y para asegurar un
grado apropiado de contacto entre la mecha y la placa. Para una
vista más en detalle de la relación entre la mecha y la placa de
orificios, se dirige la atención a la Figura 4, un detalle
amplificado de una sección de la Figura 3, que se muestra con la
mecha 7 en bucle, en yuxtaposición con la placa de orificios 3
abovedada, creando de esta forma un hueco de liquido 14, en el cual
el líquido a transferir está en contacto por tensión superficial con
la placa de orificios. Aunque la Figura 4 muestra la mecha y la
placa como si no estuvieran realmente en contacto, debe entenderse
que este hueco está sólo con fines ilustrativos, y que la placa 3
está de hecho en contacto con la mecha 7 para la transferencia de
líquido. Como se muestra, el paso de la mecha 7 a través de la
abertura 9 del elemento de cierre 8 está controlado por el
sujetador/posicionador 10. La Figura 4 muestra también la arandela
de montaje 4 para el elemento piezoeléctrico 2, la placa de
orificios 3, y la pestaña 12 de la placa de orificios, así como los
clips 6 que sujetan la tapa desmontable (no representada) al cierre
8 de la
botella.
botella.
La Figura 5 es una vista desde arriba que muestra
la relación entre la tarjeta de circuito 1, el elemento
piezoeléctrico 2, la placa de orificios 3, la arandela de montaje 4,
y el cuadro de chasis 11. Como se indicó previamente, el elemento
piezoeléctrico 2, en relación anular con la placa de orificios 3, se
sujeta en su sitio en la tarjeta de circuito 1 por la arandela 4. La
tarjeta de circuito está montada en el cuadro de chasis 11 de manera
convencional, por ejemplo mediante los clips 17 y los soportes de
posicionamiento 18.
En la Figura 6, un diagrama de corte transversal
simplificado de la invención ilustra la relación general de los
diversos elementos. Se muestra la placa de orificios 3 incluyendo
las pestañas 12 de la placa de orificios, las cuales están unidas a
su vez al elemento piezoeléctrico 2 por medios de unión 13
adecuados, tales como adhesivo epoxi. Se ilustra la mecha 7 en
contacto parcial con la placa de orificios 3, creando el hueco de
líquido 14 por el cual el líquido a distribuir se transfiere a la
placa de orificios. Se muestra la mecha también comprendiendo
también las colas de tejido 15, que la prolongan en el depósito 5 de
líquido, no representado.
Tal como se indicó anteriormente, se ha observado
que diversas combinaciones de mejoras en los elementos y métodos de
uso del distribuidor descrito dan lugar a resultados
sorprendentemente superiores. Por ejemplo, se ha observado que para
lograr más fácilmente un flujo continuo y uniforme de líquido
durante un periodo de tiempo prolongado desde el depósito de líquido
a la placa de orificios de los medios de distribución
piezoeléctricos, se deben controlar con cuidado la viscosidad y la
tensión superficial del líquido. Aunque un control de este tipo es
más beneficioso en la realización preferida del aparato distribuidor
descrita, se ha encontrado que es beneficioso en distribuidores de
configuración y elementos variables.
Se ha encontrado que la viscosidad del líquido
distribuido se controlaría preferiblemente a un valor por debajo de
unos 10 centipoises, preferiblemente desde unos 0,5 a unos 5
centipoises, y más preferiblemente desde aproximadamente 1 a unos 4
centipoises. Se encontró que formulaciones con viscosidades por
encima de 10 centipoises no se atomizan a través de orificios de 6
micras en la placa de orificios, mientras que se encontró que
viscosidades en el intervalo de 0,5 a 5 centipoises proporcionan una
atomización intermitente eficaz durante varios meses usando una
batería AA de 1,5 voltios. 1 centipoise = 1 mPas.
Viscosidades comprendidas dentro de estos
intervalos permiten la atomización del líquido a niveles inferiores
de consumo de energía, con lo cual se alarga la vida de la batería
en un distribuidor en el cual la fuente de energía es más bien una
batería que un enchufe a la red eléctrica. Tales mejoras en la
utilización de energía son de gran valor para el consumidor,
necesitando menos cambios de batería y dando lugar a menores
variaciones en la tasa de distribución debido a más niveles de tasa
de consumo de potencia.
Además, se ha encontrado que la tensión
superficial del líquido distribuido debería estar por debajo de unas
35 dinas por centímetro, medida por el tensiómetro Kruss
K-12 funcionando según el protocolo de Placa
Wilhelmy, y preferentemente dentro del intervalo de unas 20 dinas
por centímetro a unas 30 dinas por centímetro, y más preferentemente
desde unas 20 dinas por centímetro a unas 25 dinas por centímetro,
particularmente conforme la viscosidad del líquido se acerca al
límite superior del intervalo de viscosidad preferido. 1 dina por
centímetro = 1 mNm^{-1}. Se ha encontrado que el elemento clave de
selección de la tensión superficial en este intervalo es que tales
tensiones superficiales sean apropiadas para asegurar la dispersión
del líquido uniformemente sobre la superficie posterior de la placa
de orificios de los medios de distribución piezoeléctricos, y que
tensiones superficiales relativamente bajas son beneficiosas para
los líquidos con tensiones o viscosidades relativamente más altas
dentro de los intervalos
indicados.
indicados.
Se ensayaron cierto número de fragancias en
cuanto a la tasa de dispersión en un atomizador tal como el
ilustrado en los dibujos. Las viscosidades se hicieron variar desde
un punto inferior de aproximadamente 1,9 a aproximadamente 15. Los
resultados de ensayo se muestran a continuación, con el caudal en
mg/h y la viscosidad en mPas
(centipoises).
(centipoises).
| Perfume | Viscosidad | Caudal |
| A | 1,9 | 40,5 |
| B | 1,9 | 32 |
| C | 2,0 | 21,9 |
| D | 2,1 | 19 |
| E | 2,3 | 27,6 |
| F | 2,3 | 6,8 |
| G | 2,4 | 25,6 |
| H | 2,6 | 13,6 |
| I | 3,0 | 10,7 |
| J | 3,7 | 2,3 |
| K | 4,9 | 2,7 |
| L | 6,2 | 1,1 |
| M | 6,4 | DNA* |
| N | 6,7 | DNA* |
| O | 9,8 | DNA* |
| P | 10,2 | DNA* |
| Q | 14,5 | DNA* |
| R | 15,0 | DNA* |
| * No se atomizó |
Se ensayaron otras muestras variando la tensión
superficial del líquido que se somete a ensayo en un atomizador de
viga en voladizo. Estas muestras comprendían trietilenglicol (TEG),
disolvente de alcohol desnaturalizado, y una fragancia. Algunos de
los ejemplos (números 2, 4 y 6) utilizaron Zonyl, un
fluorosurfactante, para reducir la tensión superficial. A
continuación se recogen en una lista la viscosidad y la tensión
superficial de las muestras. La viscosidad está en centipoises, tal
como se determina usando el sistema Reómetro Bohlin CVO
conjuntamente con una geometría de doble hueco de alta sensibilidad.
Se generaron los resultados de tensión superficial en dinas por
centímetro usando el tensiómetro Kruss K-12
funcionando bajo el protocolo de Placa Wilhelmy. 1 dina por
centímetro =
1 mNm^{-1}.
1 mNm^{-1}.
\newpage
| Muestra | Viscosidad | Tensión Superficial |
| 1 | 1,4 | 22,8 |
| 2 | 1,4 | 22,9 |
| 3 | 1,9 | 24,4 |
| 4 | 2,0 | 24,4 |
| 5 | 3,8 | 29,0 |
| 6 | 3,9 | 26,7 |
Se encontró que se obtuvieron resultados de flujo
mejorados para mezclas en las que la tensión superficial estaba por
debajo de 25 dinas por centímetro y la viscosidad era inferior a
unos 3,0 centipoises. Cuando tanto la tensión superficial como la
viscosidad de aproximan al extremo superior de los intervalos
preferidos, se observaron menos ventajas, y la viscosidad parece ser
el parámetro de control más crítico.
Aunque se ha descrito la presente invención de
acuerdo con lo que actualmente se considera que son las
realizaciones preferidas, debe entenderse que la invención no se
encuentra limitada a las realizaciones descritas. Por el contrario,
la invención se destina a cubrir diversas modificaciones y
disposiciones equivalentes dentro del objeto de las reivindicaciones
anexas.
Los sistemas de atomización descritos en la
presente invención se pueden usar para distribuir automáticamente
líquidos tales como ambientadores de aire, perfumes o insecticidas a
cualquier ambiente dado, a lo largo de un periodo prolongado de
tiempo, con la ventaja de distribuir uniformemente cantidades
iguales de líquido a la atmósfera a lo largo de la vida de la
batería que acciona el distribuidor. Además, el distribuidor puede
ser vuelto a utilizar cuando se quiera mediante rellenos y
sustitución de baterías, de forma que el consumidor pueda cambiar el
líquido que se dispersa a la atmósfera como desee, con la ventaja
añadida de que la cantidad de líquido que se dispersa puede ser
variada para ajustar la intensidad o la efectividad a un nivel
deseado de preferencia personal, eficacia o según el tamaño de la
habitación. Se prolonga la vida de la fuente de potencia por control
de la viscosidad y de la tensión superficial del líquido a
distribuir dentro de los intervalos especificados.
Claims (18)
1. Un método para atomizar un líquido, que
comprende las etapas de:
proporcionar un líquido a ser distribuido;
proporcionar una placa de orificios (3); y
transferir dicho líquido a dicha placa de
orificios (3) mientras se hace vibrar la placa,
caracterizado porque dicho líquido tiene
una viscosidad de menos de 10 mPas (10 centipoises), y una tensión
superficial de 20 mNm^{-1} (20 dinas por centímetro) a 35
mNm^{-1} (35 dinas por centímetro).
2. Un método según la reivindicación 1,
caracterizado porque
dicho líquido seleccionado del grupo que consiste
en fragancias, formulaciones de insecticidas, productos de limpieza
doméstica, productos higiénicos, desinfectantes, repelentes,
formulaciones de aromaterapia, productos medicinales, líquidos
terapéuticos, y otros líquidos y suspensiones de líquidos que se
benefician de la atomización para su uso; y porque
dicha placa de orificios tiene aberturas que
miden de 1 a 25 micras de diámetro, y está en comunicación mecánica
con un elemento piezoeléctrico (2) y electrónica programable (1)
para controlar la tasa de suministro de dicho líquido y para
proporcionar un desprendimiento intermitente de pequeñas partículas
desde dicha placa (3).
3. Un método según la reivindicación 1,
caracterizado además porque
dicho líquido es suministrado desde un cuerpo de
líquido a una superficie de dicha placa de orificios (3), y
porque
dicho líquido tiene en dicha una superficie una
viscosidad de menos de 6 mPas (6 centipoises).
4. Un método según una de las reivindicaciones 1,
2 y 3, caracterizado porque el líquido en dicha placa de
orificio tiene una viscosidad de menos de 3,9 mPas (3,9
centipoises).
5. Un método según la reivindicación 4,
caracterizado porque el líquido en dicha placa de orificio
(3) tiene una tensión superficial de 22,8 mNm^{-1} a 26,7
mNm^{-1} (22,8 y 26,7 dinas por centímetro).
6. Un paquete de suministro de líquido para un
distribuidor de niebla de líquido por vibrador, comprendiendo dicho
paquete
un depósito (5) de líquido con una mecha (7) que
se extiende desde el interior del mismo a un emplazamiento (14)
justo encima de la parte superior del mismo para proporcionar
líquido desde el interior del depósito (5) por medio de acción
capilar; y
un líquido a ser dispersado contenido en dicho
depósito (5) caracterizado porque dicho líquido tiene en
dicho emplazamiento (14) tiene una viscosidad de menos de 6 mPas (6
centipoises) y una tensión superficial de 20 mNm^{-1} (20 dinas
por centímetro) a 35 mNm^{-1} (35 dinas por centímetro).
7. Un aparato para formar una niebla de líquido
finamente dispersa en la atmósfera, comprendiendo dicho aparato:
una placa de orificios (3) que tiene una
pluralidad de pequeños orificios que se extienden por la misma,
un vibrador (2) dispuesto para hacer que vibre
dicha placa de orificios (3) a una tasa rápida,
un depósito (5) que contiene líquido; y
un conducto de líquido (7) a través del cual se
proporciona líquido desde dicho depósito (5) a una superficie de
dicha placa de orificios (3) mientras vibra,
caracterizado porque dicho líquido tiene,
en dicha superficie, una viscosidad de menos de 6 mPas (6
centipoises) y una tensión superficial comprendida en el intervalo
de 20 mNm^{-1} -35 mNm^{-1} (20-35 dinas por
centímetro).
8. Un paquete según la reivindicación 6 o un
aparato según la reivindicación 7 en el que el líquido tiene una
viscosidad en el intervalo de 0,5-5 mPas
(0,5-5 centipoises).
9. Un paquete según la reivindicación 6 o un
aparato según la reivindicación 7 en el que el líquido tiene una
viscosidad en el intervalo de 1-4 mPas
(1-4 centipoises).
10. Un paquete según la reivindicación 6 o un
aparato según la reivindicación 7 en el que el líquido tiene una
viscosidad de menos de 3,9 mPas (3,9 centipoises).
11. Un paquete según la reivindicación 6 o
cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 cuando ésta sea
dependiente de la reivindicación 6, o un aparato según la
reivindicación 7 o cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 cuando
ésta sea dependiente de la reivindicación 7, en el que el líquido
tiene una tensión superficial de 20 mNm^{-1} a 30 mNm^{-1} (20
a 30 dinas por centímetro).
12. Un paquete según la reivindicación 6 o
cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 cuando éstas sean
dependientes de la reivindicación 6, o un aparato según la
reivindicación 7 o cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 cuando
ésta sea dependiente de la reivindicación 7, en el que el líquido
tiene una tensión superficial de 22,8 mNm^{-1} a 26,7 mNm^{-1}
(22,8 a 26,7 dinas por centímetro).
13. Un paquete según la reivindicación 6 o
cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 cuando ésta sea
dependiente de la reivindicación 6, o un aparato según la
reivindicación 7 o cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 cuando
ésta sea dependiente de la reivindicación 7, en el que el líquido
tiene una viscosidad de menos de 3 mPas (3 centipoises) y una
tensión superficial inferior a 25 mNm^{-1} (25 dinas por
centímetro).
14. Aparato según la reivindicación 7 o
cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13 cuando ésta sea
dependiente de la reivindicación 7, en el que la placa de orificios
tiene uno o más orificios pequeños cónicos o troncocónicos
perpendiculares a la superficie de la misma, teniendo la salida de
dichos orificios un diámetro de 1 a 25 micras.
15. Aparato según la reivindicación 14, en el que
los orificios tienen un diámetro en el intervalo de 4 a 10
micras.
16. Aparato según la reivindicación 15, en el que
los orificios tienen un diámetro en el intervalo de 5 a 7
micras.
17. Aparato según la reivindicación 7, en el que
el vibrador es accionado por una única batería "AA" de 1,5
voltios.
18. Aparato según la reivindicación 17, en el que
la viscosidad del líquido está en el intervalo de 0,5 a 5 mPas.
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