ES2298193T3

ES2298193T3 - Procedimiento y dispositivo para la produccion de gotitas.

Info

Publication number: ES2298193T3
Application number: ES01273332T
Authority: ES
Inventors: Akper Sadykhov
Original assignee: Ultrasonic Dryer Ltd
Current assignee: Ultrasonic Dryer Ltd
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-12-31
Publication date: 2008-05-16
Anticipated expiration: 2021-12-31
Also published as: DE60131897T2; AU2002217410B2; US20040113292A1; DE60131897D1; CA2435156A1; WO2002056988A2; CA2435156C; EP1358004B1; EP1358004A2; CN1500002B; CN1500002A; EP1358004A4; WO2002056988A3; ATE380578T1; WO2002056988B1; US6899322B2

Abstract

Procedimiento de formación de una niebla constituida por gotitas ultrafinas, comprendiendo dicho procedimiento las etapas siguientes: a) proporcionar un tabique (101, 201, 301, 401, 502, 602), siendo por lo menos una zona del mismo permeable al gas, definiéndose dicha zona por una primera (107, 212, 303, 410, 501) y por una segunda superficie (113, 605), b) humedecer la primera superficie (107, 212, 303, 410, 501) de la zona mediante un líquido para formar una película en la misma, al mismo tiempo que se abandona la segunda superficie (113, 605) de la zona sustancialmente seca y c) establecer una corriente de gas dirigida desde la segunda superficie (113, 605) hacia la primera superficie (107, 212, 303, 410, 501) humedecida de la zona, en la que dicha corriente de gas puede pasar por la zona permeable al gas recubierta por la película, caracterizado porque el paso del gas desde la segunda superficie hasta la primera superficie humedecida de la zona favorece la aparición de una pluralidad de gotitas dispersas de líquido, surgiendo las gotitas de la primera superficie humedecida como una niebla constituida por un líquido pulverizado.

Description

Procedimiento y dispositivo para la producción de gotitas.

Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo de la pulverización de líquidos y en particular a la producción a gran escala de gotitas de líquido o aerosoles ultrafinos y homogéneos, que surgen con una baja velocidad.

La presente invención se refiere asimismo a un aparato destinado a la producción a gran escala de una niebla constituida por gotitas de líquido o aerosoles ultrafinos y homogéneos, que utiliza el procedimiento anterior de pulverización de líquidos.

2. Descripción de la técnica anterior

En la siguiente descripción los términos pulverización y pulverizador se refieren al procedimiento y dispositivo con los cuales se alcanza la destrucción completa de un chorro de líquido incompresible y se produce una niebla, que comprende gotas polidispersas. Los dispositivos que utilizan la pulverización para producir gotitas ultrafinas resultan conocidos en la técnica como nebulizadores.

Se conocen diversos procedimientos y dispositivos para la pulverización de líquidos y a continuación se listan aquellos que se han utilizado como base para diseñar una amplia variedad de pulverizadores utilizados en la industria y descritos en varias publicaciones. Los dispositivos de pulverización conocidos en la técnica comprenden:

1.: boquillas mecánicas centrífugas;

2.: boquillas neumáticas;

3.: atomizadores de disco centrífugos;

4.: atomizadores ultrasónicos.

Las gotitas, producidas mediante dispositivos de pulverización conocidos en la técnica presentan habitualmente una amplia variedad de tamaños (gotitas polidispersas), que prácticamente impide su aplicación en nebulizadores, que son dispositivos dedicados para producir gotitas ultrafinas y monodispersas, que presentan una limitada distribución de tamaños.

A pesar de que se conocen algunos intentos para superar de estas limitaciones, dichos intentos no eliminan otras deficiencias inherentes a los dispositivos de pulverización mencionados anteriormente. A continuación se detallan dichas deficiencias.

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1. En el caso de los atomizadores mecánicos,

-: la necesidad de presiones elevadas (50-200 atm) de líquido transmitido al atomizador;

-: la imposibilidad de ajustar la capacidad de la calidad de dispersión durante la pulverización;

-: el tamaño del orificio de salida muy reducido (aproximadamente 0,5 mm), lo que lo hace susceptible de contaminación por aditivos líquidos y provoca la obstrucción rápida del mismo;

-: el desgaste del orificio de salida debido a la erosión, que cambia la capacidad y la dispersión del aerosol.

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2. En el caso de los atomizadores neumáticos:

-: la necesidad de una presión elevada de gas (4-7 atmósferas) lo que provoca una elevada velocidad de las gotitas que surgen;

-: el peligro de contaminación debido al pequeño diámetro del orifico de salida (0,2-0,4 mm) o debido a la escasa tolerancia para las dimensiones de la abertura del orificio de salida para el gas comprimido;

-: el elevado consumo de gas comprimido por unidad de masa de líquido pulverizado;

-: la imposibilidad de controlar el tamaño y la cantidad de las gotitas para un diseño específico de atomizador.

3. En el caso de los atomizadores de disco:

-: el elevado coste del dispositivo de pulverización;

-: la necesidad de un mantenimiento minucioso, que comprende el engrasado y el seguimiento de la condición del disco;

-: el peligro de desequilibrio debido a la elevada velocidad de giro del disco (20.000 revoluciones/minuto y superiores) que provoca la expansión térmica del material del disco y, como resultado de ellos, unas mayores dimensiones del orificio de salida;

-: la elevada velocidad de salida de las gotitas (140 m/seg y superiores), provocando una mayor distancia de vuelo y de este modo un mayor diámetro de pulverización;

-: el efecto de ventilación debido a la elevada velocidad de rotación del disco que provoca una presión baja por encima del disco y afecta a la configuración de la pulverización y de la distancia de vuelo de las gotitas;

-: la imposibilidad de controlar el tamaño de las gotitas y su cantidad para un diámetro de disco y velocidad de rotación determinados.

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4. En el caso de los atomizadores ultrasónicos:

-: el elevado coste del dispositivo;

-: la baja fiabilidad;

-: la elevada dependencia de la viscosidad y de la tensión superficial del líquido pulverizado;

-: el calentamiento del líquido, que afecta a sus propiedades y, por lo tanto, no siempre se puede permitir;

-: la capacidad limitada.

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Se han desarrollado algunas otras soluciones para mejorar la monodispersidad de la pulverización alcanzada en los pulverizadores neumáticos por ejemplo disponiendo un elemento de filtración en la trayectoria de un flujo de gas-líquido a alta presión. Dicho elemento de filtración comprende tanto un conjunto de mallas (US nº 4.941.681, US nº 5.431.345), como un filtro de vidrio grueso (US nº 5.858.313) o bolas pequeñas dispuestas en un diseño determinado (EP 135 390).

Sin embargo, todas estas soluciones no consiguen superar inconvenientes tales como la contaminación, el bajo rendimiento, la obstrucción subsiguiente de los orificios de saliva y una elevada velocidad de las gotitas que no es deseable.

En la patente US nº 4.757.812, se ha modificado considerablemente la función que desempeña un pulverizador de disco giratorio descartando la rotación del disco. Al mismo tiempo, el procedimiento de formación de la pulverización continúa siendo similar al de los pulverizadores giratorios. Debido a la utilización de aire comprimido, el pulverizador de dicha invención se aproxima más a los pulverizadores neumáticos. El tamaño de las gotitas que se alcanza en el dispositivo, descrito en la anterior patente, habitualmente es de 2-6 \mum y superior.

Según la publicación "The fundamentals of the ultrasonic atomization of medicated solutions", R.M.G., Annals of allergy, 1968, 591-600, se introdujo un flujo de aire de alta velocidad en un vaso para eliminar las gotas grandes, consiguiendo con dicha operación un pulverizador ultrasónico de alta frecuencia. El flujo de aire impulsa las gotas grandes de vuelta hacia el baño, permitiendo únicamente que las gotas finas (1,5-3 \mum) pasen por el atomizador del orificio de salida. Sin embargo, disminuye la cantidad de gotitas finas en comparación con su cantidad en la pulverización del pulverizador ultrasónico de alta frecuencia que funciona sin flujo de aire a alta velocidad. Un ejemplo adicional de sistema de pulverización se describe en la patente US nº 3.583.635. En el mismo se describe un pulverizador para pulverizar y atomizar líquidos en una gran área.

Por lo tanto, a pesar de la existencia de numerosos dispositivos pulverizadores existe todavía la necesidad de un nuevo procedimiento y dispositivo para producir pequeñas gotitas, en el que se reduzcan o se superen las desventajas de los pulverizadores de las técnicas anteriores.

Objetivos de la invención

El principal objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo nuevo y mejorado destinado a pulverizar líquidos para formar una masa de niebla, constituida por una pluralidad de gotitas de líquido submicrónicas monodispersas a baja velocidad.

Otro objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un procedimiento nuevo y mejorado para pulverizar líquidos, en el que resulte posible producir una gran cantidad de gotitas ultrafinas, que surgen con una baja velocidad y en el que resulte posible controlar el rendimiento de la pulverización sin que se deteriore la distribución de tamaños de las gotitas.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo nuevo y mejorado destinado a pulverizar líquidos, que resulte apropiado para ser utilizado como nebulizador, que tenga un funcionamiento simple, que no resulte costoso y que funcione de un modo fiable sin obturarse.

Sumario de la invención

El dispositivo de pulverización de la presente invención se puede calificar como pulverizador neumático. Debido a la baja velocidad de desplazamiento de las gotitas que surgen del dispositivo combina las ventajas de los pulverizadores ultrasónicos, no obstante al contrario de éstos, no calienta el líquido pulverizado sino que lo enfría. Esta característica hace que la presente invención resulte extremadamente ventajosa en aplicaciones médicas y en pulverizadores neumáticos, debido a la simplicidad y a los bajos costes de producción.

El anterior y otros objetivos de la presente invención se pueden alcanzar según la siguiente combinación de sus características esenciales, referidas a distintas formas de realización de la misma. La presente invención, por lo tanto, proporciona un procedimiento para la formación de una niebla tal como se detalla en la reivindicación 1. En las reivindicaciones subordinadas se proporcionan formas de realización ventajosas. Se proporciona asimismo un dispositivo según la reivindicación 9.

Las formas de realización se refieren a un procedimiento para producir gotitas monodispersas ultrafinas, para un dispositivo que ponga en práctica dicho procedimiento y para la utilización de dicho dispositivo.

La forma de realización principal del procedimiento comprende las siguientes etapas: proporcionar un tabique poroso, humedecer una superficie del mismo con un líquido y pasar una corriente de gas a través del tabique, en el que la corriente de gas se dirige desde la superficie seca del tabique a la superficie húmeda del tabique y en el que la corriente de gas presenta una presión dinámica suficiente para superar la resistencia hidráulica del tabique humedecido con el líquido.

En la práctica, los parámetros básicos del tabique poroso son:

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Espesor 1,5-2,4 mm;

Tamaño de poro característico 0,2-2,0 \mum;

Porosidad 7-36%.

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El tabique se puede realizar de un material metálico o no metálico, por ejemplo acero de baja aleación, cerámica, etc. El tabique no se realiza con un material flexible.

El gas apropiado para el propósito de la presente invención debe ser gas presurizado filtrado, por ejemplo, nitrógeno o aire con una presión mínima de 180 mbar. El caudal de gas determina la capacidad de pulverización requerida para los parámetros determinados del tabique. Según la presente invención, la corriente de gas debe presentar una presión dinámica que resulte suficiente para superar la resistencia hidráulica del tabique humedecido con el líquido. En la práctica, la corriente de gas requerida se puede conseguir mediante uno de los siguientes medios:

-: Unos cilindros de gas rellenados con nitrógeno entre 150 y 200 atm y suministrando gas con una temperatura de salida de 4 a 6ºC;

-: Un compresor potente capaz de desarrollar una presión de 8 atm y de suministrar gas con una temperatura de salida de 13 a 15ºC:

-: Una bomba de tipo pistón;

-: Una bomba centrífuga de baja presión que suministra gas con una temperatura de salida de 50 a 78ºC;

-: Una bomba de tipo diafragma que suministra gas con una temperatura de salida de 40 a 45ºC;

El líquido apropiado para el propósito de la presente invención debe poder humedecer la superficie del tabique y formar en el mismo una película con un espesor de 3 a 5 \mum.

En la práctica, se puede utilizar cualquier fluido newtoniano o suspensiones que presenten una viscosidad y una tensión superficial comparables con las del agua. Los ejemplos de líquidos o suspensiones apropiados los constituyen el agua, las disoluciones acuosas de sal, azúcar u otras sustancias y suspensiones de las mismas, alcohol, disoluciones alcohólicas y suspensiones de las mismas, petróleo, queroseno, preparaciones líquidas para aplicaciones médicas, disoluciones químicas y suspensiones de las mismas.

La niebla, obtenida gracias a la presente invención se define mediante los siguientes parámetros:

Diámetro de las gotitas, determinado mediante análisis del tamaño de las partículas, utilizando la Teoría del Período de Transición-aproximadamente 0,5 \mum; el analizador utilizado para las determinaciones fue un CIS-100 Laser Analyzer, fabricado por Galai Production Ltd., Israel.

Velocidad de desplazamiento de las gotitas-(1-15) cm/seg;

Concentración de gotitas en la niebla-(1-3) x 10^{-2} cm^{-3} (en el caso de niebla preparada a partir de agua).

La presente invención en sus diversas formas de realización se ha resumido únicamente de manera sucinta. Para una mejor comprensión de la presente invención, así como de sus ventajas, se hará referencia a continuación a la siguiente descripción de sus formas de realización haciendo referencia a los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

Las figuras 1 a 6 y representan diversas formas de realización del dispositivo destinado a producir gotitas ultrafinas según la presente invención.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se basa en una idea muy sencilla, que el solicitante descubrió inesperadamente y confirmó empíricamente. Según dicha idea, si una cara de una pared permeable al gas se humedece mediante una película de líquido y se hace pasar una corriente de gas a través de la pared que se dirige desde la cara seca de la pared hasta la cara húmeda, resulta posible pulverizar la película de tal modo, que surge una pluralidad de gotitas muy finas y monodispersas desde la cara humedecida. Las gotitas surgen y se desplazan con una velocidad lenta y su cantidad resulta suficiente para formar una nube de niebla que consiste en el líquido pulverizado.

Por consiguiente, el dispositivo para producir la niebla de la presente invención comprende unos medios para realizar una pared, o tabique, siendo por lo menos una zona de la misma permeable al gas, unos medios para humedecer una cara de la zona permeable mediante un líquido y unos medios para hacer pasar a través de la zona permeable una corriente de gas, dirigida desde la cara seca de la zona a la cara humedecida de la zona. En la práctica, se puede utilizar un recipiente poroso o un tubo como medios apropiados para realizar el tabique permeable al gas.

Se requiere asimismo que los medios humectantes puedan crear en una cara de la zona una película fina uniforme de un espesor mínimo. Se debe eliminar el excedente de líquido. En la práctica, el espesor mínimo de la película depende de la rugosidad de la superficie del tabique y en parámetros físicos del líquido tales como la tensión superficial y la viscosidad. El requisito previo adicional para la formación de la niebla es una humectación completa de la zona permeable al gas.

Los medios de humectación comprenden cualquier dispositivo apropiado para proporcionar líquido a la zona permeable al gas. Éstos se pueden encontrar en el exterior o en el interior del recipiente, o se pueden encontrar parcialmente en el exterior y parcialmente en el interior de los mismos.

Los medios para proporcionar los gases al recipiente comprenden cualquier fuente de gas de baja presión. Debido a que la niebla se crea con una determinada combinación de parámetros de la zona permeable al gas y de la presión del gas resultará ventajoso que el aparato esté equipado con unos medios para determinar la presión. En la práctica se puede utilizar un manómetro diferencial para dicho propósito. Gracias a la presente invención se consiguen las siguientes ventajas: al aumentar el consumo de gas en un área determinada de la zona permeable al gas, se puede incrementar la velocidad de formación de niebla sin que perjudicar la distribución de tamaños de las gotitas. Este efecto se consigue independientemente del modo con el que se ha creado la película líquida sobre la superficie de la zona permeable al gas. Otra ventaja de la presente invención es que no resulta necesario realizar un seguimiento minucioso de la cantidad de líquido proporcionado a la superficie de la zona permeable al gas. Con una única humectación, el procedimiento de formación de niebla dura entre 2 y 2,5 minutos. La película pulverizada se puede recuperar si el líquido no se alimenta continuamente. Tan pronto como la película que cubre cualquier área significativa de la superficie porosa se consume completamente durante la pulverización, la formación de niebla disminuye gradualmente hasta cero, ya que el caudal de gas permanece inalterado. Al incrementar el caudal de gas se puede eliminar la película de la zona permeable al gas. En tal caso, la resistencia hidráulica de la zona seca permanece igual que antes de la humectación. Esto significa que la formación de niebla tendrá lugar bajo las mismas condiciones tan pronto como se recupere la película. Esto pone de manifiesto otra ventaja de la invención propuesta: la zona permeable al gas no se obtura o bloquea por contaminantes líquidos. Por lo tanto, el pulverizador de la presente invención no es sensible a la composición del líquido a
pulverizar.

Además, se ha descubierto que el pulverizador propuesto se puede utilizar no únicamente como pulverizador sino también como intercambiador térmico, si el gas pulverizado presenta una temperatura elevada. En este caso, aparte de la formación de niebla, tiene lugar la reducción de la temperatura del gas pulverizado.

Otra ventaja de la invención propuesta es que el pulverizador puede funcionar en condiciones frías (a temperaturas inferiores a los 0ºC), ya que la pulverización no provoca la formación de hielo. Esto puede resultar especialmente ventajoso para su utilización en recipientes de almacenamiento de alimentos.

El funcionamiento del pulverizador como intercambiador térmico se ilustra mediante el siguiente experimento: el aire entra en el pulverizador con un caudal de 3 m^{3}/hora a una temperatura de 75ºC. A continuación, sale del pulverizador con una temperatura de 18ºC habiendo pulverizado 90 gramos de agua por hora. Cuando se alimenta aire a una temperatura de 15,7ºC, la temperatura de la zona permeable al gas es de 5,8ºC, mientras que en la zona adyacente al pulverizador la temperatura es de 7,7ºC.

Resulta interesante señalar que, con el lapso de tiempo, la superficie exterior del recipiente del pulverizador se enfría de tal modo que se forma rocío sobre la misma. Gradualmente se forman gotas grandes que descienden hasta la cubeta. Debido a este efecto, la invención propuesta se puede utilizar para desendurecer el agua salada.

Aparentemente, se puede alimentar el pulverizador con un gas calentado. En este caso, el pulverizador no únicamente pulverizará el líquido y formará gotitas ultrafinas sino que asimismo funcionará simultáneamente como secador. Si la película comprende una suspensión o disolución, el gas secará el líquido de la misma, a medida que el flujo gas-líquido se desplace alejándose de la película. El tamaño de las partículas secadas dependerá de su concentración en la suspensión y puede ser posible obtener un material particulado con un tamaño de partículas a escala nanométrica.

Haciendo referencia a continuación a algunos ejemplos no limitativos se describen más detalladamente diversas formas de realización. Dichas formas de realización se distinguen principalmente por el modo en el que se realiza la película en la zona permeable al gas.

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Ejemplo 1

Tal como se puede observar en la figura 1, se dispone un pulverizador 100 horizontalmente y se realiza como un cuerpo tubular de pared doble, apoyado en ambos extremos mediante las columnas de soporte SC1 y SC2. La pared interior del cuerpo del pulverizador comprende un cilindro poroso interior permeable al gas 101 y la pared externa del cuerpo comprende cilindro poros exterior impermeable al gas 102. El cilindro interior permeable al gas se dispone concéntricamente en el interior del cilindro exterior con posibilidad de giro a lo largo de su eje longitudinal. Se puede realizar el giro por ejemplo mediante una rueda dentada 103, fijada rígidamente en el cilindro interior. La rueda dentada interactúa con un piñón 104, que se acciona mediante un motor 105 a través de un conjunto de piñones 106. Se humedece la superficie interior 107 del cilindro interior mediante un líquido dirigido hacia el mismo desde una fuente exterior (no representada) mediante un conducto perforado 108, que se extiende a lo largo del eje longitudinal del cilindro interior. A fin de humedecer la superficie interior entera del cilindro interior se hace girar a una velocidad de 0,5 revoluciones/minuto. Un giro excesivamente rápido reduce la cantidad de gotitas ultrafinas producida y expande el intervalo de tamaños de sus partículas. El excedente de líquido se puede drenar desde el cilindro poroso a través de sus lados abiertos opuestos 109, 110. El nivel mínimo de líquido que se deja en el cilindro poroso de puede determinar por la posición de los resaltes de cierre 111, 112, dispuestos en los extremos opuestos del cilindro y que sobresalen en el interior del cilindro poroso en 0,5 \div 1 mm.

Un gas, por ejemplo aire comprimido procedente de una fuente exterior (no representada) se dirige hacia la superficie exterior 113 del cilindro interior mediante un espacio hueco 114 entre los cilindros interior y exterior. El gas se dirige a través de un orificio de entrada 115 realizado en la columna de soporte izquierda SC2. Unido a la parte inferior de la columna SC2 se dispone un resalte 116 para permitir el acceso a la columna interior para el mantenimiento.

Cuando entra el gas en la cámara SC2 se aproxima a la superficie exterior del cilindro interior, pasa a través de su pared permeable y a continuación a través de la capa de película líquida que cubre la superficie interior del cilindro. La película líquida burbujea y el excedente de líquido se descarga desde el cilindro interior, ya que la presión dinámica del gas suministrado al pulverizador corresponde a la resistencia hidráulica de la pared permeable y la película. Para determinar dicha presión, se puede equipar el pulverizador con un manómetro, un manómetro diferencial o cualquier otro medio de determinación de la presión. El líquido burbujeante que permanece en el cilindro interior rotativo facilita su humectación homogénea y la formación de una película fina en su superficie interior. Una vez la presión del gas en el pulverizador supera un determinado valor crítico, se forma una niebla densa por encima de la superficie humedecida del cilindro interior. Dicha niebla es completamente no transparente incluso para un rayo de luz muy
enfocado.

Debido a que la niebla sale del pulverizador a través de sus extremos abiertos opuestos con una velocidad baja (igual en ambos extremos), la nube de niebla originada es similar a una nube que se forme por encima de un depósito abierto de agua hirviendo. A una distancia de algunos centímetros del pulverizador, la niebla desaparece en la atmósfera (si se utilizó agua como líquido humectante).

El pulverizador descrito anteriormente presenta los siguientes parámetros:

100

La capacidad del pulverizador descrito anteriormente fue de 70 a 192 gramos de agua pulverizada por hora con un caudal de 2,9 a 8,7 m^{3}/h. La presión dinámica del aire fue de 470-600 mbar, que resultó suficiente para superar la presión hidráulica de la pared del cilindro recubierta mediante la película de líquido. Cuando el caudal de aire con las mismas dimensiones de cilindro es de 1,5 m^{3}/h, el proceso de formación de niebla se inicia a una presión dinámica de 180 mbar.

Ejemplo 2

El pulverizador según esta forma de realización se representa en la figura 2. Dicha forma de realización se indica mediante la referencia numérica 200 y su configuración es básicamente similar a la forma de realización indicada mediante la referencia numérica 100, es decir, comprende el cilindro permeable 201, dispuesto horizontalmente. El cilindro se fija con posibilidad de giro alrededor de su eje longitudinal gracias a un motor 202, un conjunto de piñones 203, un piñón 204 y una rueda dentada 205. El cilindro permeable descansa en la parte superior de un alojamiento alargado, que se define mediante una cubierta superior 206, mediante unas paredes laterales opuestas 207, 208, mediante unas paredes anterior y posterior (no representadas) y mediante una parte inferior plana 209. El cilindro permeable se instala en las paredes laterales del alojamiento gracias a unos resaltes obturadores. Se proporciona un espacio hueco 210 en la parte inferior del alojamiento por debajo del cilindro permeable. Un conducto perforado 211 proporciona un líquido desde una fuente exterior (no representada) hasta una superficie interior 212 del cilindro permeable. Se proporcionan unos medios de bombeo de aire 213, que se disponen en el espacio vacío del alojamiento. El interior vacío del alojamiento se comunica con el espacio exterior mediante las aberturas 214, 215, realizadas en las paredes anterior y posterior para permitir la entrada del aire exterior en la parte inferior del alojamiento. Los medios de bombeo de aire se encuentran comunicados con las aberturas realizadas en las paredes del alojamiento y, de este modo, pueden obtener el aire desde el exterior y dejarlo en el interior y a continuación forzar su pase a través de la pared cilíndrica del cilindro permeable. Gracias a dicha disposición, el pulverizador completo se convierte en una unidad independiente, que no requiere comunicación con una fuente de aire comprimido dedicada. Además, el interior del cilindro permeable se divide en compartimientos separados 216, 217, 218, 219, 220 mediante una pluralidad de tabiques anulares 221, 222, 223, 224 fijados en el interior del cilindro permeable a una distancia determinada entre sí. La anchura del anillo determina el nivel de líquido que permanece en la parte inferior de la superficie interior del cilindro permeable. Considerando esto, la anchura de cada tabique anular se selecciona de tal modo que, en el caso de que el pulverizador se incline con un ángulo determinado con respecto a la horizontal, permanecerá suficiente líquido en cada sección para cubrir la longitud entera de la superficie interior. A continuación, la superficie interior porosa de cada compartimiento se humedecerá cuando gire el cilindro poroso. Esta forma realización es preferida, cuando el pulverizador se utiliza en un barco marino bajo tormenta (sacudidas importantes) o en un avión durante el despegue, el ascenso o el aterrizaje, o en otras aplicaciones relacionadas con la inclinación.

El rendimiento del pulverizador y los parámetros de la niebla resultaron similares a los descritos en el Ejemplo 1.

Ejemplo 3

Haciendo referencia a la figura 3, el pulverizador 300 según esta forma de realización consiste esencialmente en los mismos elementos y presenta la misma configuración que el pulverizador descrito en el Ejemplo 1. Se puede observar que el pulverizador se dirige horizontalmente y que se soporta mediante columnas de apoyo. El gas comprimido se dirige hacia el pulverizador mediante un orificio de entrada dispuesto en una de las columnas. El pulverizador comprende un cilindro permeable interior 301, que se dispone en el interior y coaxialmente con el cilindro impermeable exterior 302. Sin embargo, contrariamente a las formas de realización anteriores, en este caso el cilindro poroso interior se fija rígidamente en el cilindro exterior y, por lo tanto, no gira. Una superficie interior 303 del cilindro poroso se humedece gracias a unos medios de aspersión 304 que se configuran como un disco rotativo, que presenta unos atomizadores dispuestos tangencialmente hacia los que se dirige el líquido desde una fuente exterior (no representada) mediante el conducto 305 realizado de material elástico. Los medios de aspersión se conectan a un extremo de una cuerda 306 accionada entre un par de rodillos 307, 308. La cuerda se puede bobinar o desenrollar desde el rodillo 307. El segundo extremo de la cuerda se conecta al conducto, que se puede bobinar o desenrollar desde el rodillo 308. El rodillo 308 se conecta de un modo operativo a un motor 309, que hace girar el rodillo en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj. Gracias a dicha disposición, los medios de aspersión se pueden hacer retroceder y avanzar a lo largo del interior del cilindro poroso. Se podrá apreciar fácilmente que en dicha forma de realización, la humectación de la superficie interior entera del cilindro interior se consigue debido a unos chorros de líquido que surgen de los atomizadores y debido al desplazamiento lineal del disco a lo largo del cilindro poroso. Se forma una niebla que consiste en gotitas monodispersas cuando se suministra gas a través de un orifico de entrada 310 a un espacio hueco 311 entre los cilindros. Las caras opuestas abiertas del cilindro interior se comunican con los orificios de salida curvados 312, 313 correspondientes, que dirigen la niebla que salde del cilindro poroso. En la figura 3 los orificios se encuentran curvados en dirección descendente, sin embargo si dichos conductos se dirigen en dirección ascendente no resultan necesarios los tabiques anulares, tal como se ha descrito en el Ejemplo 2. Asimismo los orificios de salida evitan cualquier descarga accidental de gotas grandes del líquido burbujeante desde el cilindro poroso mediante el flujo de gas. Además, la disposición descrita para los orificios de salida garantiza el funcionamiento individual del pulverizador durante 30-60 minutos sin humectación forzada de la superficie interior del cilindro poroso. Por consiguiente, las formas de realización previas y posteriores se pueden equipar con unos orificios de salida similares.

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Ejemplo 4

Esta forma de realización se ilustra en la figura 4 y representa la opción más simple y menos costosa del dispositivo de la presente invención.

El pulverizador 400 presenta una configuración vertical. El dispositivo comprende un cilindro permeable interior 401 dispuesto en el interior y coaxialmente con el cilindro impermeable exterior 402. El cilindro interior se proporciona con un resalte inferior 403 y presenta un extremo superior abierto 404. El cilindro interior se fija en el cilindro exterior gracias a un resalte superior 405 y a un resalte inferior 406. En la pare inferior del cilindro exterior se disponen unos orificios y conductos 407, 408, 409. El propósito de los orificios es proporcionar respectivamente un líquido humectante, proporcionar gas en un espacio hueco 411 entre el cilindro interior y el cilindro exterior y eliminar el excedente de líquido del cilindro interno. Se disponen unos medios de aspersión 413 fijados en la parte superior de un conducto de soporte 412 para humedecer la superficie interior 410 del cilindro interior. El conducto de soporte se conecta al orificio 407 y de este modo se puede proporcionar líquido humectante a los medios de aspersión. Del mismo modo que en la forma de realización anterior, los medios de aspersión comprenden un disco equipado con atomizadores tangenciales, mediante los que se hace salir el líquido y se crean chorros al girar el disco. Debido a que el disco se dispone en la parte superior del cilindro interior, el líquido fluye en sentido descendente por gravedad y humedece la superficie interior entera. El excedente de líquido se elimina del cilindro interior a través del resalte de la zona inferior y del orificio 409.

El gas entra en el espacio vacío 411 por el orificio 408 y el resalte inferior 406. Los cierres anulares apropiados se disponen entre los resaltes 405, 406 y el cilindro exterior para garantizar que el gas no se escapa del espacio hueco. En las aplicaciones domésticas del pulverizador se puede disponer un dispositivo luminoso para producir un efecto lumínico.

En la presente forma de realización, la velocidad de las gotitas que surgen del extremo superior abierto del pulverizador resultó dos veces superior al de las formas de realización anteriores. Los parámetros básicos de la niebla resultaron idénticos a los del Ejemplo 1. Resultó posible incrementar la capacidad del pulverizador mediante una corta pausa de tiempo (aproximadamente 2 minutos) en el suministro de líquido al disco.

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Ejemplo 5

En esta forma de realización representada en la figura 5, se utiliza un pulverizador 500 como inhalador manual para la administración de fármacos hacia las vías respiratorias.

La construcción de la presente forma de realización es básicamente similar a la del ejemplo 4 anterior, sin embargo no presenta disco rotativo. Una superficie interior 501 de un cilindro poroso interior 502 se humedece mediante el desplazamiento relativo del cilindro interior y un recipiente 503 lleno con un líquido humectante y en comunicación con el cilindro. El recipiente se encuentra abierto a la atmósfera gracias a una abertura 504 realizada en su parte superior y de este modo se puede comunicar con el cilindro según el principio físico de los vasos comunicantes. Al levantar y bajar el recipiente se puede alcanzar la humectación, por ejemplo. El recipiente se debe levantar a una altura determinada, hasta que el nivel de líquido en el interior del recipiente corresponda aproximadamente a 2/3 de la altura del cilindro poroso. El 1/3 restante de la altura del cilindro se humedece espontáneamente debido a la elevación del líquido humectante que burbujea en el mismo, una vez pasa el gas a través de la pared del cilindro interior. El recipiente se bajará hasta que el líquido que se encuentre en el nivel de un resalte inferior 509 o inferior. El recipiente está comunicado con el cilindro interior mediante un conducto flexible 505, que se puede cerrar o abrir mediante una llave de paso 506.

Tras elevar una sola vez y el posterior descenso del recipiente, el proceso de formación de niebla puede durar durante algunos minutos. La cantidad de líquido pulverizado depende del área del cilindro poroso interior y del caudal de gas. El gas se puede administrar al pulverizador mediante un conducto 507 desde un cilindro de aire comprimido, que se puede integrar en el inhalador.

Se podrá apreciar fácilmente que debido a que la velocidad de las gotitas de niebla es baja, la niebla se puede dirigir hacia la boca por inhalación. Debido a los pequeños tamaños de las gotitas pulverizadas, éstas pueden alcanzar la zona inferior de los bronquios y producir el efecto terapéutico.

Un manómetro 508 determina la caída de presión durante la formación de la niebla y realiza el seguimiento de la permeabilidad del cilindro interior antes de repetir la inhalación. Cuando termina la sesión de tratamiento, se cierra la llave de paso, y el cilindro poroso se lava con agua limpia. El cilindro poroso se seca a continuación mediante un breve pase de gas a través del mismo. A continuación, el inhalador se encuentra disponible para un nuevo funcionamiento.

Se debe apreciar que la presente invención no se limita a las formas de realización descritas anteriormente y que un experto en la materia puede realizar cambios y modificaciones sin apartarse por ello del alcance de la presente invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Por ejemplo, para humedecer el cilindro poroso se pueden utilizar métodos alternativos, tales como sumergir una sola vez el cilindro interior, o el dispositivo entero, en un baño lleno con el líquido humectante. La sumersión puede ir asociada a una rotación. La dirección de la sumersión puede ser tanto horizontal como vertical. La humectación se puede realizar repitiendo la sumersión del dispositivo en un baño y a continuación separar y descargar el excedente líquido. Se puede realizar la humectación mediante un chorro de líquido dirigido hacia la superficie porosa.

Se pueden considerar tipos alternativos de pulverizadores, en los que en vez de un tabique poroso cilíndrico se utiliza un tabique poroso en forma de copa o un tabique poroso plano.

En la figura 6 se representa esquemáticamente una forma de realización que utiliza un procedimiento de pulverización de la presente invención. Según dicha forma de realización se configura un pulverizador 600 como un alojamiento cilíndrico impermeable 601, en el que se aloja un cilindro permeable interior 602. El cilindro interior se instala en el alojamiento de tal modo que se permita el giro mediante un mecanismo impulsor, que no se representa. Se proporciona un conducto poroso alargado 603 que sobresale en el cilindro interior y que está cerrado en un extremo. Se alimenta un gas bajo presión P_{1} al interior del cilindro interior simultáneamente con un líquido humectante mediante un conducto poroso 603. Se dispone el alojamiento con un orificio de entrada 604 para conducir un gas bajo presión P_{2} hacia la superficie exterior 605 del cilindro interior.

En la práctica, la presión P_{1} debería ser superior a la presión P_{2} debido a una resistencia hidráulica superior asociada al pase del líquido (más viscoso que el gas) a través de los poros del conducto poroso. La porosidad y el espesor del conducto pueden ser idénticos o distintos de los del cilindro poroso rotativo. El principio de funcionamiento del pulverizador al que se refiere la presente forma de realización es similar a los descritos en los ejemplos anteriores. En la presente forma de realización la velocidad de las gotitas que surgen de los extremos abiertos del cilindro interior puede ser de algún modo superior a la de los pulverizadores anteriores.

Gracias a la presente invención, se puede producir una niebla que consiste en gotitas extremadamente pequeñas, que presenta una distribución de tamaños limitada y que se desplaza con una velocidad muy baja. Un pulverizador, que presenta una construcción muy sencilla y un rendimiento fiable, puede producir dicha niebla a gran escala. El pulverizador, en sus diversas formas de realización se puede utilizar en diversas aplicaciones industriales, en las que se requiere o se pretende utilizar dicha niebla. Entre las posible aplicaciones industriales se consideran: la humectación y enfriamiento de aire, la inhalación en medicina, el desendurecimiento del agua salada, el intercambio térmico, la producción de polvos de escala nanométrica, la cristalización y la catálisis en las industrias químicas y de alimentarias, la pulverización de combustible, la aplicación de recubrimientos extremadamente finos, la impresión, el ahumado de productos alimentarios, etc.

Claims

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1. Procedimiento de formación de una niebla constituida por gotitas ultrafinas, comprendiendo dicho procedimiento las etapas siguientes:

a)

proporcionar un tabique (101, 201, 301, 401, 502, 602), siendo por lo menos una zona del mismo permeable al gas, definiéndose dicha zona por una primera (107, 212, 303, 410, 501) y por una segunda superficie (113, 605),

b)

humedecer la primera superficie (107, 212, 303, 410, 501) de la zona mediante un líquido para formar una película en la misma, al mismo tiempo que se abandona la segunda superficie (113, 605) de la zona sustancialmente seca y

c)

establecer una corriente de gas dirigida desde la segunda superficie (113, 605) hacia la primera superficie (107, 212, 303, 410, 501) humedecida de la zona, en la que dicha corriente de gas puede pasar por la zona permeable al gas recubierta por la película,

caracterizado porque el paso del gas desde la segunda superficie hasta la primera superficie humedecida de la zona favorece la aparición de una pluralidad de gotitas dispersas de líquido, surgiendo las gotitas de la primera superficie humedecida como una niebla constituida por un líquido pulverizado.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha zona permeable al gas presenta una porosidad abierta comprendida entre 7 y 36%, presentando dicha película un espesor de 3 a 5 \mum y pasando dicha corriente de gas a una presión de por lo menos 180 mbar y con un caudal de por lo menos 1,5 m^{3}/h.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que dicho gas se selecciona de entre el grupo constituido por aire, nitrógeno, óxido de carbono, oxígeno, ozono, gas inerte y su combinación.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que dicha fase líquida se selecciona de entre el grupo constituido por un líquido monofase, una disolución, una emulsión y una suspensión.
5. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que dicha fase líquida se selecciona de entre el grupo constituido por un líquido orgánico, un líquido inorgánico y su combinación.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que dicho líquido orgánico se selecciona de entre el grupo constituido por alcohol, queroseno, aceite y un medicamento líquido.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que dicho líquido inorgánico es agua.
8. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que dicho gas es aire, dicha fase líquida es agua y dicha corriente de gas se hace pasar a una presión comprendida entre 470 y 600 mbar y con un caudal comprendido entre 2,9 y 8,7 m^{3}/h.
9. Dispositivo para la formación de una niebla constituida por unas gotitas ultrafinas, comprendiendo dicho dispositivo:

a)

un tabique (101, 201, 301, 401, 502, 602), siendo por lo menos una zona del mismo permeable al gas, definiéndose dicha zona por una primera (107, 212, 303, 410, 501) y por una segunda superficie (113, 605), en la que dicho tabique no es de material flexible,

b)

unos medios de humectación para humedecer la primera superficie (107, 212, 303, 410, 501) de la zona mediante un líquido,

c)

unos medios para proporcionar una corriente de gas dirigida desde la segunda superficie (113, 605) hasta la primera superficie (107, 212, 303, 410, 501) humedecida de la misma, pudiendo pasar dicha corriente de gas por la zona permeable al gas humedecida por el líquido para favorecer la aparición de una pluralidad de gotitas dispersas de líquido, apareciendo las gotitas de la primera superficie humedecida como una niebla constituida por un líquido pulverizado.
10. Dispositivo según la reivindicación 9, en el que dicho tabique comprende un cilindro permeable al gas (101, 201, 301, 401, 502, 602), que está realizado en un material metálico que presenta un espesor de 1 a 3 mm, una porosidad abierta del 26% y un tamaño de poro de 0,5 a 8,7 micrómetros, estando dispuesto dicho cilindro en el interior de un alojamiento cilíndrico impermeable al gas (102, 302, 402, 602).
11. Dispositivo según la reivindicación 10, en el que dicho cilindro permeable al gas (101, 201) se instala con posibilidad de giro a lo largo de su eje longitudinal en el interior del alojamiento, comprendiendo dichos medios de humectación un conducto perforado (108, 211), que se extiende a lo largo del cilindro y que conduce la fase líquida desde una fuente exterior hasta la superficie interior del cilindro.
12. Dispositivo según la reivindicación 9, en el que dichos medios para establecer la corriente de gas comprenden un cilindro de gas o una bomba (213).
13. Dispositivo según la reivindicación 9, en el que dichos medios para establecer la corriente de gas comprenden una bomba, dispuesta en un alojamiento, encontrándose dicha bomba en comunicación con la atmósfera exterior.
14. Dispositivo según la reivindicación 10, en el que dicho cilindro permeable al gas se fija rígidamente en el interior del alojamiento y dichos medios de humectación comprenden unos medios de aspersión rotativos (413), que se pueden desplazar linealmente en el interior del cilindro permeable al gas y dicho dispositivo comprende un mecanismo de desplazamiento (308) destinado a desplazar los medios de aspersión.
15. Dispositivo según la reivindicación 10, en el que dicho cilindro permeable al gas está dirigido horizontalmente.
16. Dispositivo según la reivindicación 10, en el que dicho cilindro permeable al gas está dirigido verticalmente, en el que dichos medios de humectación comprenden unos medios rotativos de aspersión dispuestos en la parte superior del cilindro permeable al gas y dichos medios de aspersión se fijan rígidamente en un soporte hueco, que está comunicado con los medios para establecer la corriente de gas.
17. Dispositivo según la reivindicación 10, en el que dichos medios de humectación comprenden un recipiente (503), lleno con la fase líquida y dicho recipiente está comunicado con el cilindro permeable al gas (501).
18. Dispositivo según la reivindicación 17, en el que dicha fase líquida es un medicamento.
19. Utilización de un dispositivo según la reivindicación 9 para producir una niebla, estando constituida dicha niebla por gotitas de líquido, que son inferiores a 1 micrómetro, desplazándose dichas gotitas con una velocidad comprendida entre 1 y 15 cm/seg.
20. Utilización de un aparato según la reivindicación 19, en el que dicho líquido es agua y la concentración de gotitas en la niebla es de por lo menos 1 x 10^{12} cm^{-3}.