ES2310425T3 - Sistema de procesado de un medicamento y metodo. - Google Patents
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Abstract
Un sistema vórtice (1300; 1360) para la nebulización de un líquido para inhalación, caracterizado porque comprende: un componente dispositivo venturi (1338, 1342, 1370), fluidamente acoplado a una fuente de gas comprimido, y fluidamente acoplado a una fuente de dicho líquido; un componente vórtice, que comprende una carcasa de una cámara que define una cámara vórtice (1302-1308; 1340), fluidamente acoplado a dicho componente dispositivo venturi, una pluralidad de aberturas (1310-1314; 1312; 1366) formadas en dicha carcasa de la cámara para permitir la entrada tangencial del fluido dentro de dicha cámara vórtice (1302-1308; 1340), para crear un flujo vortical en dicha cámara vórtice (1302-1308; 1340); y una salida de la cámara, fluidamente acoplada a dicha cámara vórtice (1302-1308; 1340) para la descarga del fluido de dicha cámara vórtice.
Description
Sistema de procesado de un medicamento y
método.
La presente solicitud es una
"Continuation-in-Part"
("Continuación parcial") de la Solicitud de Patente U.S. nº
90/040.666 titulada "FLUID PROCESSING SYSTEM AND METHOD"
("Sistema de procesado de un fluido y método"), la cual se
registró el 18 de marzo de 1998.
Esta invención se refiere a la vaporización de
fluidos y dispositivos de homogeneización, a sistemas para la
vaporización y homogeneización de fluidos, y más particularmente a
dispositivos y sistemas médicos para la producción final de mezclas
de fluidos en fase gaseosa homogeneizados o vaporizados.
La técnica anterior relacionada con la presente
invención, está descrita en los documentos WO 93/01891 A2, GB 2 308
992, US 5.579.757, US 4.166.387, EP 0 608 176 A1, US 5.462.719, US
5.472.645, DE 195 224 16 A1, y US 4.341.347. Como la más próxima a
la técnica anterior puede considerarse la patente WO 93/01891
A2.
Se han desarrollado muchos tipos de dispositivos
a lo largo de los años con la finalidad de convertir líquidos o
aerosoles en fluidos en fase gaseosa. Muchos de estos dispositivos
han sido desarrollados para preparar el fuel para ser empleado en
motores de combustión interna. Para optimizar la oxidación del fuel
en el interior de la cámara de combustión del motor, la mezcla de
fuel/aire corrientemente debe ser además, vaporizada o homogeneizada
para lograr una mezcla en fase gaseosa químicamente estequiométrica.
La oxidación ideal del fuel da por resultado una más completa
combustión y una menor contaminación.
Más específicamente, en relación a los motores
de combustión interna la condición estequiométrica es una condición
en donde la cantidad de oxígeno necesaria para quemar completamente
una cantidad dada de fuel se suministra en una mezcla homogénea con
lo que resulta una combustión óptimamente correcta sin que queden
residuos de una incompleta o ineficiente oxidación. Idealmente, el
fuel debería vaporizarse completamente, mezclarse íntimamente con
el aire, y homogeneizarse previamente a la entrada de la cámara de
combustión para una oxidación correcta. Las gotitas de fuel no
vaporizadas no se encienden ni queman completamente en motores
convencionales de combustión interna y externa, lo cual presenta
problemas en relación con la eficiencia del fuel y de la
contaminación.
Otro problema diferente de las aplicaciones de
la tecnología del vórtice para los motores de combustión interna,
se refiere a la extrema vaporización necesaria para varios
medicamentos administrados por medio de inhaladores. Un inhalador
produce típicamente una mezcla líquido/gas del medicamento para
inhalar directamente al interior de los pulmones. Han surgido sin
embargo, problemas como que, debido al alto grado de vaporización
necesario, el paso directamente del medicamento a través de los
pulmones a la corriente sanguínea ha sido difícil de lograr. Es
decir, las cantidades en exceso del medicamento permanecen licuadas,
y en cambio, se disgregan en partículas de tamaño molecular más
pequeño, para pasar inmediatamente a través de los pulmones a la
corriente sanguínea. Existe por lo tanto la necesidad de
desarrollar ciertos dispositivos de vaporización que además
vaporicen y homogeneicen las mezclas líquido/gas en un vapor de
partículas de vapor lo suficientemente pequeñas para administrar el
medicamento directamente a la corriente sanguínea a través de los
pulmones.
Los dispositivos de la técnica anterior han
empleado cámaras vórtice, en las cuales se introduce el fluido en un
gas que pasa a través de una cámara cilíndrica que provoca la acción
vórtice. Estas cámaras vórtice tienen unas paredes cilíndricas
internas lisas. La construcción lisa de la pared interna de la
cámara vórtice puede limitar el grado de turbulencia dentro de una
cámara dada y la velocidad efectiva de vaporización dentro de las
cámaras vórtice.
Otra desventaja que ha surgido en los
dispositivos anteriores es su incapacidad para compensar la
diferencia de presiones en las varias entradas que conducen a la
cámara vórtice. Puesto que la mezcla gas/fluido pasa a través de
varias cámaras vórtice, se añade tangencialmente un gas adicional en
cada cámara, lo cual ocasiona una diferencia de presiones en las
varias entradas. Al suministrar aire del ambiente por todas estas
entradas a la cámara vórtice, resulta difícil mantener un ratio
gasto-fluido óptimo cuando la mezcla pasa a través
de las cámaras vórtice. Todavía, otro aspecto del problema del
diferencial de presiones asociado con los dispositivos conocidos
anteriormente, es que existe una tendencia para las cámaras vórtice
posicionadas más cerca del extremo de baja presión del recorrido
del fluido (por ejemplo, más cerca del distribuidor del motor), para
dominar las otras cámaras vórtice al recibir una cantidad de fluido
substancialmente mayor. Esta tendencia es particularmente notable y
problemática durante los períodos de aceleración del motor. Puesto
que de las cámaras vórtice más cercanas al extremo de baja presión
del recorrido del fluido, dominan las otras cámaras vórtice, la
efectividad de las otras cámaras vórtice se reduce
significativa-
mente.
mente.
Los anteriores dispositivos de vaporización
centrífuga tienen también ciertas limitaciones, tales como por
ejemplo, son demasiado voluminosos, no efectúan la introducción
tangencial efectiva del fluido dentro de la cámara centrífuga,
inhibiendo innecesariamente la potencia de arrastre del vacío del
distribuidor del motor, y descargando de forma desigual los
contenidos de la centrífuga dentro del distribuidor del motor.
Todavía otro problema concerniente a los
anteriores dispositivos ciclones de vaporización, es que no aprecian
o utilizan las ventajas asociadas con las bocas de salida ajustables
de las cámaras vórtice y de las cámaras adyacentes de diferentes
diámetros.
En vista de lo anteriormente mencionado, existe
una necesidad de desarrollar un sistema vórtice centrífugo que
solucione o alivie substancialmente las limitaciones más arriba
descritas de los dispositivos anteriormente conocidos. Existe una
necesidad de desarrollar un sistema vórtice centrífugo con una
cámara vórtice que produzca un flujo turbulento mas óptimo que
disgregue más completamente el líquido en partículas de fluido vapor
de tamaño más pequeño, y que normalice el fluido a través de las
varias aberturas formadas en la carcasa de la cámara vórtice.
Existe además la necesidad de proporcionar un sistema vórtice
centrífugo que premezcle más óptimamente el aire y el fuel antes de
introducir la mezcla aire/fuel en la cámara vórtice. Existe además
la necesidad de proporcionar un aparato centrífugo de pequeño
volumen que mezcle, vaporice, homogeneice, y descargue con más
exactitud partículas de vapor de tamaño molecular en el distribuidor
del motor desde un dispositivo tipo inhalador de administración de
un medicamento, y para/desde otras aplicaciones deseadas.
\vskip1.000000\baselineskip
Es un objeto de la invención el proporcionar una
cámara vórtice que permita un fluido turbulento mas óptimo y que
elimine substancialmente la formación de anillos orbitales líquidos
sobre las paredes internas dentro de la cámara vórtice.
Otro objeto de la invención es el proporcionar
una carcasa de la cámara vórtice con una superficie escalonada de la
pared interna para aumentar la turbulencia del fluido que fluye a
través de la cámara vórtice.
Otro objeto de la invención es el de
proporcionar una carcasa de la cámara vórtice con una superficie de
la pared interna irregular o texturizada para aumentar la
turbulencia del fluido que fluye a través de la cámara vórtice.
Otro objeto de la invención es el de
proporcionar una diferencia de presiones como por ejemplo un canal
ahusado de alimentación de aire, formado quizás por una envoltura,
para igualar la cantidad de flujo que entra por diferentes aberturas
de entrada formadas en la cámara vórtice.
Otro objeto de la invención es el de
proporcionar una serie de deflectores tangencialmente orientados,
asociados con una cámara centrífuga para formar una serie de
pasillos tangenciales dentro de la cámara centrífuga para potenciar
el flujo centrífugo de fluido en la cámara centrífuga.
Otro objeto de la invención es el de aumentar la
turbulencia dentro de la cámara vórtice mediante la reducción del
volumen de la cámara y el empleo de una pared centrífuga vertical
con una altura inferior al máximo o diámetro interior de un
dispositivo venturi asociado.
Otro objeto de la invención es el de
proporcionar una turbulencia más óptima dentro de una cámara vórtice
y lograr una mayor vaporización ocasionando que un flujo vortical
gire dando vueltas alternativamente en direcciones de giro opuestas
cuando el flujo vortical pasa de una cámara vórtice a otra cámara
vórtice adyacente.
Todavía otro objeto de la presente invención es
el de proporcionar un dispositivo para disgregar una mezcla
vapor/gas en una cantidad mayor de partículas de tamaño diminuto a
una escala molecular para aplicaciones médicas. Todavía otro objeto
de la invención es el de producir un dispositivo que permita
disgregar una mezcla vapor/líquido en partículas de tamaño
extremadamente pequeño de forma que las partículas pasen inmediata y
directamente a través de los pulmones a la corriente sanguínea de
una persona. La invención se define en la reivindicación del
producto independiente 1, y la reivindicación 20 del método
independiente, respectivamente. Otras características de la
invención se describen en las reivindicaciones dependientes.
En una versión, la pared interior de la carcasa
de la cámara vórtice está escalonada o texturizada, o ambas cosas,
para potenciar la turbulencia del flujo a través de la cámara
vórtice. En otra versión se emplean varias etapas de cámaras
vórtice.
Todavía en otra versión, una cámara de
desaceleración está fluidamente acoplada con por lo menos una cámara
vórtice, la cámara de desaceleración permite que la mezcla
gas/fluido se homogeneice completamente, y permita también la
separación cuando la presente invención se emplea para la separación
del fluido, por ejemplo la desalinización.
Otros objetos, características, y ventajas de la
invención se harán patentes a partir de la siguiente descripción
detallada de la invención con referencia a los dibujos que se
acompañan.
las versiones preferidas de la invención se
describen a continuación con referencia a los dibujos anexos:
la figura 1 es una vista en sección desde la
parte superior, del sistema vórtice centrífugo de acuerdo con la
presente invención;
la figura 2 es una vista en sección lateral
tomada a lo largo de la línea 2-2 de la figura 1 del
sistema vórtice centrífugo;
la figura 3 es una vista en sección aumentada
aparte, de una parte de la sección de vaporización de la figura
1;
la figura 4 es una vista desde la parte superior
de la placa del inyector de la figura 1.
la figura 5 es una vista en sección tomada a lo
largo de la línea 5-5 de la figura 4 de la placa del
inyector;
la figura 6 es una vista del fondo de la placa
del inyector de la figura 1;
La figura 7 es una vista en sección lateral de
una versión alternativa de una configuración vórtice de acuerdo con
la presente invención;
La figura 8 es una vista en sección del fondo a
lo largo de la línea 8-8 de la figura 7 de la
configuración del suministro de entrada diferencial de un conjunto
de cámaras vórtice;
la figura 9 es una vista en sección lateral a lo
largo de la línea 9-9 de la figura 8 de la
configuración del suministro de entrada diferencial de un conjunto
de carcasas vórtice;
la figura 10 es una vista desde la parte
superior de la configuración del suministro de entrada diferencial
de un conjunto de carcasas vórtice de la figura 8;
la figura 11 es una vista en sección del fondo
de una versión alternativa de una configuración de suministro de
entrada diferencial de un conjunto de cámaras vórtice, de acuerdo
con la presente invención;
la figura 12 es una vista en sección lateral,
tomada a lo largo de la línea 12-12 de la figura 11
de la configuración de suministro de entrada diferencial de un
conjunto de cámaras vórtice;
la figura 13 es una vista desde arriba de la
configuración de suministro de entrada diferencial para el conjunto
de cámaras vórtice de la figura 11;
la figura 14 es una vista en perspectiva de una
versión alternativa de una carcasa de cámara vórtice, de acuerdo con
la presente invención;
la figura 15 es una vista en sección de todavía
otra versión alternativa de una carcasa vórtice, de acuerdo con la
presente invención;
la figura 16 es una vista en sección de todavía
otra versión alternativa de una carcasa de cámara vórtice, de
acuerdo con la presente invención;
la figura 17 es una vista en perspectiva de
todavía otra versión alternativa de una carcasa de cámara vórtice de
acuerdo con la presente invención;
la figura 18 es una vista por elevación en
sección lateral de una versión alternativa de un dispositivo
venturi, de acuerdo con la presente invención;
la figura 19 es una vista parcial en sección
transversal, tomada a lo largo de la línea de 25-25
de la figura 18, de una versión alternativa de un dispositivo
venturi, de acuerdo con la presente invención;
la figura 20 es una vista por elevación en
sección lateral de todavía otra versión alternativa de un sistema de
vórtice centrífugo para la vaporización de un fluido de acuerdo con
la presente invención;
la figura 21 es una vista en sección aumentada
de una parte de la versión ilustrada en la figura 20;
la figura 22 es una vista por elevación en
sección lateral de todavía otra versión alternativa de un sistema
vórtice centrífugo de etapas múltiples, para la vaporización de un
fluido de acuerdo con la presente invención;
la figura 23 es una vista en sección lateral de
diferentes partes de todavía otra versión alternativa de un sistema
vórtice centrífugo de una sola etapa, para la vaporización de un
fluido de acuerdo con la presente invención;
la figura 24 es una vista por elevación en
sección lateral de todavía otra versión alternativa de un sistema
vórtice centrífugo de una sola etapa para la vaporización de un
fluido de acuerdo con la presente invención;
la figura 25A-C es una vista
desde el fondo, desde los lados y desde arriba del mezclador de
entrada de la versión ilustrada en la figura 24;
la figura 26A-C es una vista
desde el fondo, desde los lados, y desde arriba, del procesador de
la versión ilustrada en la figura 24; y
la figura 27A y B es una vista por elevación en
sección lateral de las toberas alternativas de la versión ilustrada
en la figura 24.
En el contexto de este documento, los términos
"homogeneizar" o "vaporizar" o cualquier derivado de estos
términos significa convertir un líquido desde un aerosol o en fase
vapor a una fase gas, mediante una turbulencia vorticular, en la
cual existen las condiciones de una muy alta velocidad, una baja
presión y un alto vacío, es decir, en donde existen diferencias de
presiones.
Las figuras 1-6 muestran una
primera versión de un sistema vórtice centrífugo 30 de acuerdo con
la presente invención. Como se muestra en la figura 1, el sistema
vórtice centrífugo 30 tiene tres secciones: una sección para
vaporizar el fuel 32, una sección principal de aire 34, y una
sección centrífuga 36. La sección de vaporización del fuel 32
comprende dos inyectores de fuel 38 montados en los orificios 40
formados en una placa inyectora 42. Los inyectores de fuel 38
pueden consistir en unos inyectores de fuel electrónicos
convencionales los cuales tienen un ángulo de pulverización de
aproximadamente 30. Se forma una cámara de mezcla preliminar 44 en
la sección de vaporización del fuel 32, en la cual el fuel se
vaporiza mediante las bocas de salida 46 de los inyectores de fuel
38. Se introduce también aire del ambiente en la cámara de mezcla
preliminar 44 a través de un conducto de aire ambiente 50, y se
mezcla con el fuel pulverizado por los inyectores de fuel 38. La
cámara de mezclado preliminar 44 está definida en parte por la
superficie exterior 52 de una carcasa de cámara vórtice 54 y la
superficie exterior 68 de una extensión de forma cónica 58. La
cámara de mezclado preliminar 44 está además definida por la
superficie interior 56 de una envoltura 60 que proporciona un
diferencial de presión. La finalidad y la función de la envoltura
60 y de la carcasa de la cámara vórtice 54, se describen con más
detalle más adelante. La carcasa de la cámara vórtice 54 comprende
la superficie exterior 52, la superficie de la pared de la cámara
interior 62, y la superficie del fondo 63. Adicionalmente, la
carcasa de la cámara vórtice 54 incluye la extensión cónica 58 para
potenciar el flujo de fluido en la cámara de mezclado preliminar
44, y se fija a la placa del inyector 42 mediante el tornillo de
ajuste 48 (figura 3) insertado a través del orificio 49. La
superficie de la pared de la cámara interior de la cámara vórtice
62, define una cámara vórtice 64 en la cual se crea un flujo
vortical de fluido. La carcasa de la cámara vórtice 54 tiene un
conjunto de aberturas 66 practicadas en la carcasa formando un
ángulo que permite la entrada del fluido, tal como por ejemplo una
mezcla aire/fuel, tangencialmente al interior de la cámara vórtice
64. El borde de la parte superior de la cámara vórtice 61 empalma
con la superficie interna de la parte superior de la envoltura 55.
Puede interponerse ventajosamente un obturador convencional (no
mostrado) entre el borde 61 y la superficie superior 55 para
prevenir que el fluido se derrame al interior de la cámara vórtice
64 entre el borde 61 y la superficie 55.
Como se muestra en la figura 3, el conjunto de
aberturas 66 están dispuestas en una pluralidad de hileras R y una
pluralidad de columnas C, alrededor de la cámara vórtice 64 para
potenciar la turbulencia del flujo vortical a través de la cámara
64. De preferencia, las hileras R y las columnas C están dispuestas
circunferencialmente escalonadamente o compensadas entre sí.
Orientando el conjunto de aberturas 66 en hileras y columnas
alternadamente, se elimina la tendencia para el fluido dentro de la
cámara vórtice 64 a separarse en anillos orbitales discretos, o por
lo menos se alivia substancialmente. Adicionalmente, esta
orientación de las aberturas potencia significativamente el grado
de turbulencia (y de esta forma la eficiencia de la vaporización),
dentro de una cámara vórtice dada.
Una configuración para proporcionar un
diferencial de presión se forma mediante una envoltura ahusada 60
colocada alrededor de la carcasa de la cámara vórtice 54. Como se
muestra, la envoltura 60 incluye una porción de grueso variable 75
el cual proporciona un diámetro creciente a la superficie interior
cónica 56. La envoltura 60 termina en el borde 57. La envoltura 60
comprende también una boca de salida 70 a través de la cual fluye
el fluido después de haber sido procesado en la cámara vórtice 64.
La boca de salida 70 está definida por una superficie cilíndrica 71
la cual corta la superficie superior de la envoltura 55 en la
esquina redondeada 73. El diámetro de la superficie interior de la
envoltura 56, se ilustra como el más pequeño del extremo más
próximo a la boca de salida de la envoltura 70. El diámetro de la
superficie interior de la envoltura 56 aumenta gradualmente desde
este punto hacia el borde 57. Mientras la superficie de diámetro
variable se ilustra como comprendiendo generalmente la superficie
interna obturada 56, se aprecia que una superficie interior
escalonada puede emplearse también con eficacia.
La superficie interior de la envoltura de
diámetro variable 56 cuando se coloca alrededor de la carcasa de la
cámara vórtice 54, define un hueco de ancho variable 72 entre la
superficie interna de la envoltura 56, y la superficie exterior de
la carcasa de la cámara vórtice 52. Como se muestra en la figura 3
el hueco de ancho variable tiene un ancho más pequeño en el d1 y un
ancho más grande en el d2. El hueco de ancho variable 72 crea un
diferencial de presión variable a través de las aberturas 66
formadas en la carcasa de la cámara vórtice 54, y restringe el
flujo a través de las aberturas 66 más próximas a la boca 70 más que
las aberturas 66 situadas más lejos de la boca 70. De esta forma se
proporciona una presión diferencial del fluido en las varias
aberturas de entrada 66 de acuerdo con la situación de las aberturas
con respecto a la boca de salida de la envoltura 70. En
funcionamiento, las aberturas 66 más próximas a la boca de salida 70
tendrán una mayor presión debido a que este extremo contiene el
extremo de presión más baja de la sección de vaporizado de fuel
32.
Posicionando una configuración de suministro de
presión variable, tal como por ejemplo la envoltura 60, alrededor de
las aberturas 66 formadas en la carcasa de la cámara 54, la cantidad
de flujo de fluido que entra por las varias aberturas 66 está
substancialmente igualada. Teniendo un flujo de fluido
substancialmente igualado a través de las varias aberturas 66, se
potencia la eficiencia y eficacia de la cámara vórtice 64.
La envoltura 60 y la carcasa de la cámara
vórtice 54 están ilustradas en la figura 1, montadas dentro de una
carcasa de vaporización del fuel 74 con una superficie interior 76.
Específicamente la superficie exterior de la parte superior 79
(figura 3) de la envoltura 60, está posicionada adyacente a la
superficie interior de la parte superior 77 de la carcasa 74. El
conducto de aire ambiente 50, descrito más arriba, está definido por
la superficie interior de la carcasa de vaporización de fuel 76 y la
superficie exterior 68 de la extensión obturada 58.
La placa del inyector 42 está mostrada en las
figuras 1, 3, 4, 5, y 6. La placa del inyector 42 incluye un par de
orificios 40 formados a través de la superficie del fondo 47 para
recibir los inyectores de fuel 38 (figura 1). La placa del inyector
42 incluye además un primer saliente 39 y un segundo saliente 41
(figuras 4 y 5). El primer saliente 39 empalma con un elemento de
conexión 43 y el segundo saliente 41 empalma con el borde de la
envoltura 57 (figura 3). Una extensión central cilíndrica 45 empalma
y está conectada con la extensión obturada 58 (figura 3) mediante el
tornillo de ajuste 48.
La sección de aire principal 34, como se ilustra
en las figuras 1 y 2, comprende una carcasa principal de aire 80, un
cuerpo de un dispositivo venturi 82, y una placa convencional de
válvula de mariposa 84. Una abertura de toma de aire 86 está
posicionada en un extremo de la sección principal de aire 34. La
abertura de toma de aire 86 conduce a una porción interior
cilíndrica 90 con una superficie interior anular 92.
La placa de válvula convencional 84 está
asegurada de forma que puede pivotar dentro de la porción cilíndrica
interna 90. La placa de la válvula 84 está fijada a un eje central
rotativo 96, el cual está orientado transversalmente a la dirección
del flujo de aire F a través del interior hueco 90. La rotación del
eje 96 se ajustará a un ángulo de inclinación de la placa de la
válvula 84 dentro del interior hueco 90 con lo cual se cambia el
volumen de aire y de esta forma también la mezcla aire/fuel admitida
en el motor.
Un canal de aire ambiente 100, se forma en la
carcasa de la toma principal de aire 80. El canal de aire 100 está
en comunicación fluida con una ranura 94 formada en la carcasa
principal de toma de aire 80. Los conductos de aire ambiente
secuenciales 102 y 50 permiten el paso del aire a través del canal
100 y de la ranura 94 dentro de la cámara de mezclado preliminar
44.
Un dispositivo venturi 82 está montado dentro de
la sección principal de aire 34 y comprende una entrada 104, una
pluralidad de aberturas alargadas 106, y una salida del dispositivo
venturi 110. Adicionalmente el dispositivo venturi 82 incluye una
superficie exterior del dispositivo venturi 112 y una superficie
interior del dispositivo venturi 114. Como se muestra, el diámetro
de la superficie interior del dispositivo venturi 114 está
maximizada en la entrada del dispositivo venturi 104 y en la
salida del dispositivo venturi 110. El diámetro de la superficie
interior del dispositivo venturi 114 es aproximadamente la misma en
la entrada del dispositivo venturi 104 y a la salida del
dispositivo venturi 110. Por el contrario, el diámetro de la
superficie interior del dispositivo venturi 114 está minimizada en
la garganta del dispositivo venturi 116. Un paso anular se forma en
la superficie interior del dispositivo venturi 114 adyacente a la
garganta del dispositivo venturi 116.
La sección principal de toma de aire 34 incluye
también un borde anular transversal 122 (figuras 1 y 2) el cual
corta la superficie interior anular 92 en la esquina externa anular
124. El borde 122 corta la superficie anular 126 en una esquina
interna anular 130. La superficie anular 126 corta también un borde
transversal 132 en la esquina anular 134. El dispositivo venturi 82
está posicionado dentro de la sección principal de aire adyacente a
la superficie anular 126 mediante la fijación de la superficie
exterior 112 del dispositivo venturi 82 a la superficie anular 126
por adhesión, mediante un encaje de interferencia o mediante
cualquier otra manera convencional.
Una cámara intermedia de mezclado 136 (figura 1)
está formada en la sección principal de toma de aire 34 con objeto
de causar una columna giratoria de fluido que sale de la boca de
salida de la envoltura 70 para envolver y mezclar turbulentamente
antes de entrar en el dispositivo venturi 82 a través de las
aberturas alargadas 106. La cámara de mezclado intermedia 136 sirve
para vaporizar y homogeneizar todavía más el fluido. La cámara de
mezclado intermedia está definida por la superficie anular 126 y la
superficie anular transversal 140 la cual corta la esquina 143. La
sección centrífuga 36 está fijada a la sección principal de aire 34
en el borde transversal 132.
El fluido descargado de la salida del
dispositivo venturi 110, pasa dentro de la sección centrífuga 36 a
través de la abertura de admisión 144. La sección centrífuga 36
comprende generalmente una carcasa de centrífuga 142, la abertura de
admisión 144, una cámara de entrada 146, una serie de deflectores
150 orientados tangencialmente con relación a la cámara centrífuga
152 y una pluralidad de pasillos de salida 154.
Como se ha mostrado, la carcasa de la centrífuga
es una configuración generalmente cilíndrica que comprende una
superficie de la pared anular en dirección vertical 156, la cual
está interrumpida por la abertura de admisión 144.
La superficie de la pared 156 está formada
íntegramente por una pared en la parte superior 160 (figura 2).
Como se muestra en la figura 2, una porción
central 162 se extiende debajo de la pared de la parte superior de
la centrífuga 160.
La parte del centro 162 tiene una superficie
interior 164 y una superficie exterior 165, las cuales tienen
substancialmente una forma parabólica. Como se describe con más
detalle más adelante, la parte central 162 reduce substancialmente
el volumen de la cámara de la centrífuga 152 y potencia el flujo
circular, centrífugo, del fluido alrededor de la parte central en el
interior de la cámara de la centrífuga 152.
En la parte opuesta de la pared superior 160 se
encuentra un inserto contorneado 166 situado en el fondo dentro de
la cámara de la centrífuga 152. El inserto contorneado del fondo 166
comprende una superficie superior contorneada 170 y una superficie
inferior contorneada 172. La superficie superior contorneada tiene
una parte plana anular 174, una parte curvada dirigida hacia arriba
176 y una parte central de forma cónica 180. Como se muestra en la
figura, cada salida 154 incluye una abertura de salida 182 formada
en la parte de forma cónica 180.
Como se ha mencionado más arriba, la centrífuga
136 incluye también una serie de deflectores orientados
tangencialmente 150, situados dentro de la cámara de entrada 146.
Cada deflector 150 comprende un borde anterior 184 y una esquina
intermedia 186 así como también un extremo posterior redondeado 190.
Una superficie plana anterior 192 está formada entre el borde
anterior 184 y la esquina 186. Una superficie plana 194 está formada
entre el borde anterior 184 y el extremo posterior 190. Finalmente
una superficie 196 está formada entre la esquina 186 y el extremo
posterior 190.
Los deflectores 150 están alineados en relación
uno con otro, de forma que para crear una pluralidad de fluido
tangencial se han formado pasillos 200 entre las superficies de los
deflectores adyacentes 150.
Adicionalmente, se ha formado un pasillo
tangencial 202 entre la superficie 194 de un deflector 150 adyacente
a la pared verticalmente orientada 206 de la cámara de entrada 146.
Además un pasillo tangencial 204 está formado entre la superficie
182 de un deflector adyacente a una pared vertical 210 de la cámara
de entrada 146.
Como se muestra en la figura 1, cada superficie
plana de arrastre 194 está orientada formando un ángulo tangencial
con relación a la pared anular 156 de la sección de la centrífuga
36. En consecuencia, el flujo de fluido introducido dentro de la
cámara de la centrífuga 152 a través de los pasillos 200, 202, y 204
se introduce en una dirección substancialmente tangencial a la pared
anular 156 para potenciar el flujo circular y centrífugo del fluido
en la cámara 152.
Para fijar la carcasa de la centrífuga 142 a un
distribuidor del motor (no mostrado), se forman unos lugares de
montaje 212, 214, y 216 en la carcasa de la centrífuga para alojar
unos sujetadores, como por ejemplo, unos pernos 181 (figura 2) para
asegurar la carcasa de la centrífuga 142 al motor por medio de una
placa interpuesta 143.
La figura 7 ilustra una versión alternativa de
la presente invención. Esta versión muestra un conjunto de cámaras
vórtice 220 las cuales comprenden generalmente los inyectores de
fuel electrónicos convencionales 222, una primera carcasa de cámara
vórtice 224, y las carcasas de las cámaras vórtice subsiguientes
226, 228, 230, y 232. Esta configuración, de carcasas de las cámaras
226, 232 reciben cada una, un flujo de fluido exclusivamente de la
carcasa de la cámara precedente. Por ejemplo, la carcasa de la
cámara 228 recibe el fluido exclusivamente de la salida de la
carcasa de la cámara 226, y así sucesivamente.
Los inyectores de fuel 222 están montados dentro
de los orificios 234 formados en la placa del inyector 236. Cada
inyector de fuel incluye una boca de salida 240 la cual pulveriza el
fuel en una cámara de mezclado preliminar 242. Se introduce aire del
ambiente dentro de la cámara de mezclado preliminar 242 por medio de
un conducto de aire de ambiente 244. La cámara de mezclado
preliminar 242 y el conducto de aire ambiente 244 están configurados
y funcionan de una manera similar a la configuración y función de la
cámara de mezclado preliminar 44 y el conducto de aire ambiente 50
ilustrado en la figura 1.
Las carcasas de las cámaras 224, 226, 228, 230,
y 232 respectivamente, definen las cámaras vórtice 248, 250, 252,
254, y 256. Las cámaras vórtice 224-232 tienen cada
una un conjunto de aberturas 260-268. Cada conjunto
de aberturas 260-268 están dispuestas en una
pluralidad de hileras y una pluralidad de columnas de una forma
similar a la ilustrada en la figura 3. Además, cada conjunto de
aberturas 260-268 están dispuestas en una
configuración escalonada de forma que se potencie la turbulencia de
un flujo vertical a través de la respectiva cámara vórtice
248-256.
Las entradas de suministro de presión
diferencial están formadas por las cubiertas obturadas 272, 274,
276, 278 y 280 situadas alrededor de las carcasas de las cámaras
224, 226, 228, 230, y 232, respectivamente. Cada una funciona de
una manera similar a la envoltura 60 descrita en conexión con la
figura 1. Cada una de las envolturas 272-280 tiene
una correspondiente superficie interior 284, 286, 288, 290, 292. Las
superficies interiores de las envolturas 284-292
comprenden cada una, una porción de diámetro constante 296, 298,
300, 302, 304, respectivamente, y una porción de superficie de
diámetro interior variable 308, 310, 312, 314, 316,
respectivamente. Cada carcasa de las cámaras 224, 226, 228, 230, 232
tiene una respectiva porción de superficie exterior 318, 320, 322,
324, 326. Las envolturas forman huecos de tamaño variable 330, 332,
334, 336, 338 entre las superficies 330-338 y las
superficies 308-316, respectivamente. Propiamente
dicho, los huecos espaciados variables permiten una presión
diferencial del fluido en las distintas aberturas
260-268 de acuerdo con la situación de las aberturas
260-268 y funcionan de una manera similar al hueco
72 (figuras 1 y 2).
Adicionalmente, cada envoltura
272-280 tiene una respectiva boca de salida
340-348 que está en comunicación fluida con la
cámara vórtice subsiguiente. Las figuras 8-10
ilustran la envoltura 278 de la cámara vórtice 254 con gran
detalle. Cada una de las bocas de salida 340-348
está en forma de una ranura en forma de U representada por la
referencia numérica 349 en las figuras 9 y 10. Las bocas de salida
340-346 están en comunicación fluida con las
subsiguientes cámaras de mezclado 350, 352, 354, y 356,
respectivamente, de manera que las aberturas
262-268 reciben una mezcla de fluidos exclusivamente
de las bocas de salida 340-346 para mantener
substancialmente constante una mezcla de aire y segundo fluido
cuando no se introduce ningún aire adicional dentro de la corriente
de fluido cuando la corriente de fluido pasa a través de las cámaras
vórtice 250-256. Además, para potenciar el mezclado
y la naturaleza vortical del flujo a través de las cámaras de
mezclado 242, 350, 352, 254, y 356, cada una de las carcasas de las
cámaras 224-232 tiene una porción de base obturada
cónicamente 358. Las aberturas 368 están formadas en las envolturas
274-280 para recibir las sujeciones (no mostradas),
tales como tornillos de ajuste convencionales, para asegurar las
partes inferiores de las envolturas 370 a una parte superior de la
envoltura precedente 372 ó a una carcasa de vaporización 374.
Las figuras 11-13 ilustran una
versión alternativa de un conjunto de envolturas de cámaras para
emplear en una pluralidad de configuraciones de cámaras vórtice
tales como las que se ilustran en la figura 7. Específicamente se
ilustra una envoltura 376 que tiene un diámetro constante en la
superficie interior 377, un diámetro variable en la superficie
interior 378, una boca de salida 379 y las aberturas de salida 381.
La carcasa de la cámara 383 se muestra con una pluralidad de
aberturas 385 formadas en ángulo con la misma, y conducen
tangencialmente dentro de una cámara vórtice 387. Un hueco de
espacio variable 389 está formado entre la superficie interior 378
de la carcasa 376 y la superficie exterior 391 de la cámara vórtice
383.
La figura 14 muestra otra versión alternativa de
una cámara vórtice de acuerdo con la presente invención. Una
carcasa de cámara 380 con una superficie exterior 382 y una pared de
la cámara interior 384 define una cámara vórtice 386. Para aumentar
la turbulencia de un flujo vortical dentro de la cámara 386 y
disgregar en pequeñas partículas cualesquiera partículas no
vaporizadas en el flujo vortical, se forman los escalones 388 en la
pared interior de la cámara 384. Como se muestra, cada uno de los
escalones 388 comprende una superficie en forma de rampa 390, y una
superficie transversal 392. Una pluralidad de aberturas en forma de
rampa 394 están formadas en la carcasa 380 y cortan la pared
interior de la cámara 384 en las superficies transversales 392.
Cuando un fluido fluye a través de la cámara vórtice 386, los
escalones 388 ocasionan que se creen remolinos relativamente
pequeños adyacentes a las diversas superficies transversales 392 lo
cual potencia la turbulencia del flujo a través de la cámara
386.
Como alternativa o forma adicional del aumento
de la turbulencia de un flujo vortical dentro de la cámara 386 y
para disgregar en pequeñas partículas cualesquiera partículas no
vaporizadas en el flujo vortical así como también para potenciar la
vaporización de las partículas no vaporizadas, la pared de la cámara
interior 384 puede comprender una superficie texturizada. La
superficie texturizada o irregular puede estar formada chorreando
arena de grano grueso o aplicando un tipo de perlas de vidrio. Una
superficie de la pared de la cámara interior texturizada o irregular
tendrá tendencia a ocasionar que el fluido fluya a través de la
cámara 386 de una manera más turbulenta. Cuando las partículas no
vaporizadas colisionan con la superficie de la pared de la cámara
interior texturizada, las partículas no vaporizadas se vaporizan
aparte, se disgregan en partículas más pequeñas, y se vaporizan más
fácilmente si se compara con una superficie de la pared interior
lisa.
La figura 15 ilustra todavía otra versión
alternativa de un conjunto de cámaras vórtice de acuerdo con la
presente invención. Una carcasa de cámara 570 comprende una
superficie exterior 572 y las superficies interiores 574, 576, 578,
580, y 582. Las superficies interiores 574-582 son
cada una substancialmente cilíndricas y definen, respectivamente,
las cámaras vórtice 584, 586, 588, 590, y 592.
Las aberturas 594 están formadas tangencialmente
en un conjunto con columnas e hileras descentradas, en la carcasa
de cámara 570 para permitir la entrada del fluido tangencialmente
dentro de cada cámara vórtice 584-592. Esta entrada
tangencial del fluido crea un flujo vortical turbulento de fluido a
través de las cámaras vórtice el cual disgrega el fluido en
pequeñas partículas y vaporiza las partículas del líquido restante
en el flujo vortical. Las aberturas 594, como se muestra, están
dispuestas en una pluralidad de hileras y en una pluralidad de
columnas, de preferencia escalonadas en relación una con otra, para
potenciar más la naturaleza turbulenta del flujo a través de las
cámaras 584-592. Un reborde cilíndrico de salida 596
comprende una superficie exterior 598 y una superficie interior
600. El reborde de salida está fijado a un extremo corriente arriba
602 de la carcasa de la cámara 570. La superficie interior 600
define la salida de la cámara vórtice 584 de la carcasa de la
cámara vórtice 570. Como se ilustra, las cámaras vórtice
584-592 tienen secuencialmente diámetros
decrecientes. Es decir, el diámetro de la superficie interior 582
es más pequeño que el diámetro de la superficie interior 580 el
cual es a su vez, más pequeño que la superficie interior de la
superficie 576 la cual es más pequeña que la superficie interior
574. Dada esta configuración, cuando el fluido pasa a través de las
cámaras 584-592 en un flujo vortical que tiene un
extremo de baja presión en la salida 604 y un extremo de alta
presión adyacente a un extremo corriente arriba 606, la tendencia
de las cámaras más próximas al extremo de baja presión (cámaras 584
y 586) a recibir más flujo a través de las aberturas 594 que las
cámaras más próximas al extremo de alta presión 604 (cámaras 590 y
592), está significativamente reducida.
Adicionalmente, para potenciar la vaporización
de un fluido cuando pasa a través de las cámaras
584-592, se colocan toberas apropiadamente
dimensionadas 608 (figura 15) en un extremo corriente arriba de cada
una de las cámaras 584, 586, 588, y 590, respectivamente. Las
toberas 608 ocasionan que el fluido que pasa a través de las cámaras
vórtice sea sometido a adicionales presiones diferenciales,
potenciando así la vaporización y el disgregado de las partículas de
fluido. Las toberas 608 están dimensionadas de preferencia para que
queden fijadas dentro del extremo corriente arriba de las cámaras
584-590 mediante una sujeción por encastre a
presión.
La figura 16 describe todavía una versión
adicional de la presente invención. Como se muestra, la figura 16
describe una configuración vórtice 611 que comprende una carcasa de
cámara 612 con una superficie exterior 614 y las superficies
interiores 616, 618, 620, 622, y 624. Las superficies internas
616-624 son substancialmente cilíndricas y definen
respectivamente las cámaras vórtice 626, 628, 630, 632, y 634. Las
aberturas 636 están formadas tangencialmente respecto a las
superficies internas 616-624 de las cámaras vórtice
626-634. Las aberturas 636 están formadas en un
conjunto en la carcasa de la cámara 612 para permitir la entrada de
fluido tangencialmente al interior de las cámaras vórtice
626-634. Esta entrada tangencial de fluido crea un
flujo vortical a través de las cámaras vórtice para el disgregado
en pequeñas partículas y además la vaporización o la homogeneización
de las partículas líquidas en el flujo vortical.
Un reborde de salida cilíndrico 640 está sujeto
a un extremo 642 de la carcasa de la cámara 612.
El reborde de salida 640 comprende una
superficie interior 644 y una superficie exterior 646. La boca de
salida 648 está definida por la superficie interior del reborde de
salida 644. El reborde de salida 640 es similar al reborde de salida
596 (figura 15) excepto que el diámetro de la superficie interior
644 es más pequeño que el diámetro interior 600 (figura 15).
Adicionalmente, el reborde de salida 640 incluye una abertura 650 a
través de la cual puede insertarse selectivamente un tornillo (no
mostrado) como una forma de ajustar la resistencia del flujo a
través de un elemento de salida tal como el reborde de salida 640.
Cuanto más se avanza el tornillo dentro de la boca de salida 648,
mayor resistencia de aire se imparte al flujo vortical cuando el
flujo vortical pasa a través de la boca de salida 648.
En general, la resistencia del aire a través de
la configuración vórtice puede variarse cambiando el diámetro de la
abertura de salida y/o cambiando el diámetro de los pasillos entre
las cámaras vórtice adyacentes dentro de la configuración vórtice.
Las versiones de la figura 15 muestran una salida relativamente
grande y pasillos relativamente pequeños entre las cámaras vórtice
adyacentes debido a las toberas 608. Inversamente, la versión de la
figura 16 muestra una salida más pequeña y pasillos más grandes
entre las cámaras. En algunas aplicaciones se ha encontrado que la
versión ilustrada en la figura 16 es preferible a la de la versión
de la figura 15.
La figura 17 muestra todavía otra versión
alternativa de una carcasa de cámara vórtice de acuerdo con la
presente invención. Esta versión muestra una carcasa de cámara
vórtice 940 que comprende generalmente una pared del fondo 942 y una
pared perpendicular que se extiende cilíndricamente 944.
La pared cilíndrica 944 comprende una superficie
interior 946, un borde superior 947, y una superficie externa 948.
Una cámara vórtice 952 está definida por la superficie interna 946 y
la pared del fondo 942. La carcasa de la cámara vórtice 940 puede
emplearse de una manera similar a la carcasa de la cámara vórtice 54
ilustrada en la figura 3 y descrita más arriba.
Una serie de ranuras alargadas tangenciales 950
están formadas a través de la pared 944 de la superficie externa 948
a la superficie interna 946 para suministrar un fluido
tangencialmente dentro de la cámara vórtice 952 con relación al
flujo vortical de fluido dentro de la cámara. Cada ranura 950 se
muestra extendiéndose sin interrupción desde el borde superior 947
de la pared 944 a la pared del fondo de la carcasa de la cámara 942.
Las ranuras 950 están orientadas tangencialmente a la superficie
cilíndrica interior 946 de la pared anular 944 para permitir que el
fluido fluya para ser introducido tangencialmente al flujo vortical
en la cámara vórtice 952 de la carcasa de la cámara vórtice
940.
940.
La introducción tangencial del fluido dentro de
la cámara 952 a través de la ranuras alargadas 950 crea una lámina
continua de fluido en movimiento que pasa rápidamente a través de la
superficie interior de la cámara vórtice 946 adyacente a las ranuras
respectivas 950. Esto evita substancialmente que cualesquiera
partículas no vaporizadas dentro del flujo de fluido se congreguen
en la superficie interior 946. Cuando las gotitas de partículas de
fluido no vaporizadas se aproximan o contactan con la superficie
interior 946, dichas partículas no vaporizadas son arrastradas fuera
de la superficie interior por el nuevo flujo de fluido y entran en
la cámara vórtice 952 a través de las ranuras 950. Puede emplearse
cualquier número de ranuras 950 para lograr los resultados deseados.
Adicionalmente, pueden emplearse diferentes anchos de ranuras 950.
Las ranuras 950 pueden estar formadas en la pared anular 944 con un
láser, una sierra circular, o mediante cualquier otro método
adecuado. Como ejemplo, la ranuras 950 pueden tener un ancho de
aproximadamente 0,25 mm (0,01 pulgadas).
Las figuras 18 y 19 ilustran otra versión
alternativa de un dispositivo venturi, de acuerdo con la presente
invención. Esta versión muestra un dispositivo venturi 954 que
comprende una carcasa 956 y una serie de aberturas tangenciales 958
formadas en la carcasa 956. Las aberturas tangenciales se extienden
desde una superficie exterior de la carcasa 955 a una superficie
interior de la carcasa 957. Las aberturas 958 están formadas
tangencialmente en la carcasa 956 para permitir que el fluido, como
por ejemplo, una mezcla aire/fuel se inserte dentro del interior del
dispositivo venturi 960 tangencialmente a través de las aberturas
958 para potenciar la turbulencia del flujo a través del dispositivo
venturi 954.
Como se muestra, las aberturas tangenciales 958
están formadas dentro de la estrecha garganta 959 del dispositivo
venturi 954. En la parte de la estrecha garganta 959, la velocidad
del fluido F que pasa a través del dispositivo venturi 954 es
máxima. Mediante la introducción de un segundo fluido
tangencialmente dentro del interior del dispositivo venturi 960 a
través de las aberturas tangenciales 958 en la parte estrecha de la
garganta 959, la turbulencia y el mezclado de los dos fluidos están
potenciados. El suministro del segundo fluido tangencialmente
dentro del interior del dispositivo venturi 960 a través de las
aberturas tangenciales 958, ocasiona que el flujo a través del
interior del dispositivo venturi 960, entre en rotación, aumentando
así la turbulencia del fluido. La turbulencia del fluido potenciada
a través del dispositivo venturi 954 potencia todavía más la
vaporización y homogeneización del fluido que pasa a través del
dispositivo venturi 954. En consecuencia, cuando el flujo de fluido
F pasa a través del dispositivo venturi desde la entrada del
dispositivo venturi 962 hasta el extremo del dispositivo venturi
964, el flujo está cortado por un flujo tangencial de un segundo
fluido como por ejemplo una mezcla aire/fuel, que entra por el
interior del dispositivo venturi 960 a través de las aberturas
tangenciales 958 para crear un flujo turbulento, y substancialmente
helicoidal a través del dispositivo venturi 954.
Las figuras 20 y 21 ilustran todavía, una
versión alternativa adicional de la presente invención,
específicamente en relación a su empleo en el campo de las
medicaciones tipo inhalador. Esta versión muestra un sistema de
vaporización del fluido 1120 que comprende generalmente un
recipiente compresible 1122, un suministro de gas presurizado 1124,
un dispositivo venturi 1126, una pluralidad de carcasas de cámara
vórtice 1128, 1244, 1248, 1250, 1252, 1254, 1256, 1258, y una
salida del sistema. Generalmente, al introducir gas presurizado
dentro del sistema 1120 un flujo de fluido 1130 es forzado fuera
del recipiente compresible 1122 y por ello fluye a través de los
conductos 1132 y 1134 (formados en la base 1136), y dentro del
dispositivo venturi 1126 (formado también en la base 1136).
En el dispositivo venturi 1126, el fluido 1130
se mezcla con gas presurizado y es descargado del dispositivo
venturi 1126 como un aerosol a través de la abertura de salida del
dispositivo venturi 1196. El fluido pasa a continuación a través de
una serie de carcasas de cámara vórtice para el disgregado en
pequeñas partículas y además para el vaporizado de cualesquiera
partículas no vaporizadas o parcialmente vaporizadas en el fluido.
Finalmente, el fluido se saca del sistema a través del orificio de
descarga 1280.
Específicamente, como se muestra en la figura
21, el recipiente compresible 1122 comprende un saco con una pared
lateral flexible 1140 y una base flexible 1142. La pared flexible
1140 y la base flexible 1142 definen un hueco interior 1144 dentro
del recipiente compresible 1122. Cuando el recipiente compresible
1122 se comprime, el volumen del hueco interior de 1144 disminuye,
aumentando así la presión dentro del hueco interior 1144.
La boca de salida del recipiente del fluido
compresible 1160 está definida por una superficie interior 1161 de
un conector 1148. Ventajosamente, el conector 1148 está formado de
un material flexible como por ejemplo el caucho. El conector 1148
está acoplado con la base 1136 mediante un conector con lengüeta
1150. El conector con lengüeta 1150 comprende una porción roscada
1152, un saliente, y una extensión con lengüeta 1156. Se forma una
lengüeta 1158 sobre la extensión 1156 para permitir una resistencia
o ajuste entre el conector con lengüeta 1150 y el colector 1148 del
recipiente. El conector con lengüeta 1150 comprende además un
pasillo 1159 que se extiende desde la boca de salida 1160 hasta el
conducto 1132 para permitir que el fluido 1130 dentro del interior
hueco 1144 del recipiente compresible 1122 pase desde el recipiente
1122 al interior del conducto 1132. En consecuencia en la
configuración ensamblada mostrada en las figuras 20 y 21, la porción
roscada 1152 del conector 1150 está ajustada con la base 1136 con
una rosca.
El recipiente compresible 1122 está, a su vez,
desmontablemente fijado por una resistencia o un ajuste de
interferencia con el colector de lengüeta 1150, apretando el
conector flexible 1148 sobre la extensión 1156 de forma que se crea
una resistencia estanca o un ajuste de interferencia entre la
extensión con la lengüeta 1156 y la superficie interior 1161 del
conector 1148.
El recipiente compresible 1122 se muestra
colocado dentro de una cámara de presión 1164 definida por una
superficie interior 1166 de una carcasa de presión 1168. La carcasa
de presión 1168 está fijada a la base 1136 mediante las roscas 1179
formadas en un extremo de la carcasa de presión 1168 para montar
con una rosca la carcasa de presión 1168 con la base 1136. Para
crear un sellado substancialmente estanco al aire, entre la base
1136 y la carcasa 1168 se coloca una junta como por ejemplo un
anillo en forma de O, 1172, y de preferencia se comprime entre un
reborde 1174 de la carcasa 1168 y una superficie de contacto 1176 de
la base 1136.
La cámara de presión 1164 se presuriza al
recibir gas presurizado desde el suministro o fuente de gas
presurizado 1124 a través del conducto de gas presurizado 1178. La
fuente de gas presurizado puede estar acoplada ventajosamente con
uno cualquiera de los varios dispositivos adecuados como por ejemplo
una bomba o depósito de gas presurizado. Además, el gas presurizado
puede comprimir aire, oxígeno, óxido nitroso, o cualquier otro gas
adecuado. El conducto de gas presurizado 1178 está formado en la
base 1136 y se extiende desde la abertura de entrada del dispositivo
venturi 1180 hasta la cámara de presión 1164. Al pasar el gas
presurizado desde el conducto 1178 a la cámara de presión 1164, la
presión dentro de la cámara de presión 1164, aumenta. Este aumento
de la presión de la cámara ocasiona que el recipiente compresible
1122 se comprima con lo que se estruja el fluido 1130 fuera del
recipiente 1122 a través de la boca de salida 1160 y el pasillo
conector 1159.
Como se muestra en la figura 21, el contenido
del recipiente compresible 1122 puede comprender fluido licuado 1130
y, en algunos casos, una cantidad de fluido en fase gas, tal como
por ejemplo, aire 1182.
El sistema 1120 puede emplearse para vaporizar
un amplio margen de fluidos. En una versión, el fluido licuado 1130
que hay que vaporizar consiste en una preparación medicinal para ser
administrada a un paciente por inhalación. De preferencia, cuando el
fluido sale del sistema a través de la salida del sistema 1128,
solamente un pequeño porcentaje de las partículas de fluido no
vaporizadas son mayores de cinco micras en tamaño. Al vaporizar una
preparación fluida medicinal mediante el paso de la misma a través
del sistema 1120, la preparación medicinal puede administrarse
eficazmente a un paciente por inhalación.
Un regulador de flujo o un conjunto de válvulas
de bola 1184 está acoplado al conducto de fluido 1132 que se
extiende a partir de la boca de salida 1160. El regulador del flujo
1184 comprende generalmente una carcasa del regulador 1186, una bola
1188 que asienta en una cavidad apropiadamente dimensionada, un
tornillo de ajuste de 1190, y un elemento oblicuo 1192. La carcasa
del regulador del flujo 1186 está asegurada desmontablemente a la
base 1136 mediante un acoplamiento roscado. Como se muestra, la bola
1188 asienta en una abertura esférica 1194 formada en la base 1136.
La bola 1188 asienta oblicuamente contra la abertura esférica 1194
por medio de un elemento oblicuo 1192. Como se ilustra en la figura
21, el elemento oblicuo 1192 puede comprender un muelle en espiral
convencional. En esta configuración, cuando la presión dentro del
interior hueco interior 1144 del recipiente compresible 1122,
aumenta, la presión dentro del conducto 1132 aumenta
correspondientemente, superando la parte oblicua y empujando la
bola 1168 fuera de la abertura esférica 1194 para permitir que el
fluido pase por la bola 1188 desde el conducto 1132 hasta el
conducto 1134.
La cantidad de presión necesaria para separar la
bola 1188 de la abertura esférica 1194 puede ajustarse, ajustando la
compresión del elemento oblicuo 1192. La compresión, y por lo tanto
la fuerza ejercida por el elemento oblicuo 1192 se ajusta fácilmente
avanzando o retirando el tornillo de ajuste 1190 relativo a la
carcasa 1186. Cuanto más se avanza el tornillo 1190 dentro de la
carcasa 1186, mas se comprime el elemento de bies 1192 y en
consecuencia será necesaria más presión para separar la bola 1188
para permitir que el fluido pase por el conjunto regulador 1184.
Inversamente, cuando el tornillo 1190 se retira de la carcasa 1186,
la compresión del elemento oblicuo 1192 disminuye, y de esta forma
será necesaria una presión más pequeña dentro del conducto 1132 para
desalojar la esfera 1188.
El conjunto de válvula de bola 1184 es solamente
uno de los muy distintos reguladores que pueden emplearse con
eficacia para controlar el flujo de fluido entre los conductos 1132
y 1134. Debe comprenderse que puede utilizarse eficazmente,
cualquier válvula adecuada u otros dispositivos reguladores del
flujo.
Además del suministro de gas presurizado al
conducto de gas presurizado 1178, la fuente de gas presurizado 1124
alimenta también gas presurizado dentro del dispositivo venturi 1126
a través de una abertura de entrada del dispositivo venturi 1180. El
dispositivo venturi 1126 comprende generalmente la abertura de
entrada del dispositivo venturi 1180, una abertura de salida del
dispositivo venturi 1196, y una porción de garganta estrecha 1198.
La porción de garganta estrecha 1198 está colocada entre la abertura
de entrada del dispositivo venturi 1180 y la abertura de salida del
dispositivo venturi 1196.
Cuando un flujo F de gas presurizado pasa de la
fuente de gas presurizado 1124 a través del dispositivo venturi
1126 la porción de garganta estrecha 1198 ocasiona que la velocidad
del gas presurizado aumente substancialmente. La alta velocidad del
gas a través de la parte de la garganta del dispositivo venturi 1198
crea una región de baja presión en la parte de la garganta del
dispositivo venturi 1198. Como se ha mostrado, la parte de la
garganta estrecha 1198 está en comunicación fluida con el conducto
1134. La región de baja presión en la parte de la garganta estrecha
1198 ayuda a arrastrar el fluido desde el conducto 1134 hasta el
flujo de gas de alta velocidad y baja presión a través de la parte
de la garganta del dispositivo venturi 1198. Cuando el fluido 1130
pasa a través del conducto 1134 dentro de la parte de la garganta
estrecha 1198, el fluido 1130 se mezcla con el gas presurizado de
la fuente de gas presurizado 1124. A causa de la alta velocidad del
gas que pasa a través de la parte de la garganta estrecha 1198 y los
diferenciales de presión creados por el dispositivo venturi 1126, el
fluido 1130 sale ventajosamente del dispositivo venturi 1126 a
través de la abertura de salida del dispositivo venturi 1196 en
forma de un aerosol.
Después de salir del dispositivo venturi 1126,
el fluido se descarga dentro de una cámara de mezclado 1200 a través
de una pluralidad de aberturas 1202 formadas en un bolsa vacía 1204.
Como se muestra en la figura 21 la bolsa 1204 está formada de una
sola pieza con la base 1136 y comprende un interior vacío 1206 en
comunicación fluida con la abertura de salida del dispositivo
venturi 1196. De esta forma, después de salir del dispositivo
venturi 1126 a través de la abertura de salida del dispositivo
venturi 1196, el fluido pasa dentro de la cámara de mezclado 1200 a
través de las aberturas 1202 formadas en la bolsa 1204.
La cámara de mezclado 1200 está definida por una
superficie exterior base 1210, una superficie interior 1212 de un
tubo 1214, y la superficie exterior 1216 de la carcasa de la cámara
del dispositivo venturi 1228. La carcasa de la cámara vórtice 1128
está configurada y funciona de la misma manera que la carcasa de la
cámara vórtice 940 descrita más arriba e ilustrada en la figura
17.
Como se muestra en la figura 21, la carcasa de
la cámara vórtice 1128 comprende además una superficie exterior en
el fondo 1220 la cual está posicionada adyacente a, y lindante con,
la bolsa 1204, ocasionando que el fluido pase a través del interior
hueco de la bolsa 1206 para salir del interior vacío a través de las
aberturas 1202. Después de que el flujo F de fluido entre en la
cámara de mezclado 1200, el fluido pasa seguidamente dentro de la
cámara vórtice 1224 a través de aberturas tangenciales 1220 formadas
en la carcasa de la cámara vórtice 1228. Las ranuras tangenciales
1222 son idénticas a las ranuras tangenciales alargadas 950
descritas más arriba e ilustradas en la figura 17. Las ranuras
tangenciales 1222 permiten que el fluido sea dirigido
tangencialmente dentro de la cámara vórtice 1224. Debido a la
orientación tangencial de la ranuras 1222 el fluido es dirigido
tangencialmente dentro de la cámara vórtice 1224 para crear un flujo
vortical de fluido dentro de la cámara vórtice 1224.
Se fija una pieza fija de salida 1230 a la
carcasa de la cámaras vórtice 1228 para dirigir el fluido desde la
cámara vórtice 1224 hasta el interior de la cámara de mezclado 1232.
La pieza fija de salida 1230 está fijada en la carcasa de la cámara
vórtice 1228 mediante una fijación de ajuste a presión, pero podría
también estar asegurado a la carcasa del vórtice mediante diferentes
métodos convencionales.
La pieza fija de la salida 1230 se muestra en la
figura 21 y comprende un cuerpo 1234 que tiene una ranura anular
1236 formada alrededor de la periferia del cuerpo 1234. Una junta,
como por ejemplo un anillo en forma de O, 1238, puede colocarse
dentro de la ranura 1236 para prevenir que el fluido pase
directamente desde la cámara de mezclado 1200 a la cámara de
mezclado 1232 sin pasar a través de la cámara vórtice 1224. La pieza
fija de la salida 1230 comprende además un interior vacío 1240 y las
aberturas 1242 para dirigir el fluido desde la cámara vórtice 1224 a
través de la pieza fija de salida 1230 dentro de la cámara de
mezclado 1232.
Después de salir por la pieza fija de salida
1230 a través de las aberturas 1242, el fluido pasa a través de la
cámara de mezclado 1132 y a través de la cámara vórtice 1244 de la
misma manera que el fluido pasa a través de la carcasa de la cámara
vórtice 1228. De forma similar, el fluido sale de la carcasa de la
cámara vórtice 1244 a través de una pieza fija de salida 1246 la
cual tiene la misma configuración que la pieza fija de salida 1230
descrita más arriba e ilustrada en la figura 21. De esta misma
manera, como se ha mostrado en la figura 20, el fluido pasa a través
de las cámaras vórtice 1248, 1250, 1252, 1254, 1256, y 1258, como
también a través de las piezas fijas de salida 1260, 1262, 1264,
1266, 1268, y 1270. Como se ha mostrado, las carcasas de cámara
vórtice 1244, 1248, 1250, 1252, 1254, 1256, y 1258 están cada una
configurada y funcionan de una forma idéntica a la de la carcasa de
la cámara vórtice 1128. De forma similar, las piezas fijas de salida
1246, 1260, 1262, 1264, 1266, 1268, y 1270 están configuradas y
funcionan de una manera idéntica a la de la pieza fija de salida
1230 descrita más arriba e ilustrada en la figura 21. En
consecuencia no es necesaria ninguna otra descripción de estas
características.
Después de salir por la pieza fija de salida
1270 (figura 20), el fluido entra en la cámara de descarga 1272
definida por la pieza fija de salida 1270 y una superficie interior
1274 de una carcasa de salida 1276. Como se muestra, la carcasa de
salida 1276 está rígidamente sujeta al tubo 1214. La superficie
interior de la pieza fija de salida 1276 está sujeta al tubo 1214
mediante una sujeción de ajuste a presión, la carcasa de descarga de
la carcasa de salida 1276 podría también estar sujeta al tubo 1214
mediante diferentes métodos entre los que se incluyen la adhesión o
una sujeción roscada.
La carcasa de descarga 1276 comprende además una
pluralidad de canales de salida 1278 para el paso del fluido desde
la cámara de descarga 1272 dentro de un orificio de descarga 1280.
El orificio de descarga 1280 comprende además una porción roscada
1282 para permitir que un conector convencionalmente roscado 1284
como por ejemplo un conector de manguera, se rosque dentro de la
carcasa de descarga 1276 para recibir el fluido a partir de la
abertura de descarga 1280. Un extremo de salida 1285 del conector
convencional 1284 puede acoplarse convenientemente a una variedad
de dispositivos para recibir el fluido, tal como por ejemplo una
pieza bucal de inhalación, u otras estructuras para la recepción del
flujo del fluido substancialmente vaporizado 1130.
El funcionamiento de la versión ilustrada en las
figuras 1-6 se describe a continuación. El líquido,
como por ejemplo el fuel, se controla electrónicamente, se mide, y
se vaporiza en forma de aerosol a través de las bocas de salida 46
de los inyectores de fuel 38 dentro de una cámara de mezclado
preliminar 44. Así como el fuel es el fluido a que nos hemos
referido, pueden vaporizarse y homogeneizarse también otros fluidos,
tales como líquidos medicinales y líquidos residuales, empleando los
dispositivos y métodos descritos.
Cuando el fuel se vaporiza dentro de la cámara
de mezclado preliminar 44, la placa reguladora 84 se abre para
permitir que una cantidad de aire entre en el dispositivo venturi
82. La cantidad de aire que se permite pasar por la placa reguladora
84 es proporcional a la cantidad de fluido vaporizado dentro de la
cámara de mezclado preliminar mediante las bocas de salida 46 de los
inyectores de fuel 38. Un vacío creado por un motor aspira el fluido
desde la cámara de mezclado 44 a través de las aberturas 66 formadas
en la carcasa de la cámara de 54.
Cuando el motor funciona, se produce un vacío
parcial en el distribuidor de admisión del motor (no mostrado). Con
la placa reguladora en posición de cerrado, la mezcla de aire/fuel
de baja presión en la cámara de mezclado preliminar 44 es arrastrada
tangencialmente a través de las aberturas 66 dentro de la cámara
vórtice 64. Específicamente, el aire para la cámara vórtice se
introduce a través de la ranura 94 y pasa a través del canal de aire
ambiente 100 y el conducto 102 dentro del conducto de aire ambiente
50. A partir del conducto de aire ambiente 50, el aire ambiente se
introduce dentro de la cámara de mezclado preliminar en donde el
aire ambiente se mezcla con el fuel aerosol antes de entrar en las
aberturas 66 como una mezcla de aire/fuel.
La mezcla de aire/fuel se introduce
substancialmente tangencialmente en la cámara vórtice 64 en donde el
fluido es rotacionalmente acelerado debido a la entrada de fluido a
través de las aberturas 66.
La cantidad de fluido que entra por las varias
aberturas 66 está substancialmente igualada por la presencia de la
envoltura 60. La superficie interior 56 de la envoltura restringe el
flujo de fluido que entra por las aberturas de acuerdo con la
situación de la abertura con respecto a la boca de salida 70, la
cual comprende un extremo de baja presión del paso de flujo a través
de la cámara vórtice 64.
Esencialmente, la envoltura proporciona una
elevada restricción en el cierre de aberturas en la boca 70 de
salida y una menor restricción, si es que hay alguna, de las
aberturas más lejanas del extremo de baja presión (boca de salida
70).
Una vez el fluido se ha insertado dentro de la
cámara vórtice 64, el fluido se acelera rotacionalmente, lo cual
ocasiona que cualesquiera partículas no vaporizadas de fluido dentro
del flujo se disgreguen en partículas más pequeñas para ser
vaporizadas, o ambas cosas. Cuando el fluido alcanza la boca de
salida 70, el fluido pasa desde la cámara 64 al interior de la
cámara intermedia 136 como una columna rotatoria de fluido. En la
cámara intermedia 136, el fluido se enrolla sobre sí mismo,
disgregando así la columna de fluido en rotación y creando una
turbulencia y homogeneización adicional del flujo.
A continuación, el flujo es arrastrado por el
vacío parcial creado por el distribuidor del motor a través de las
aberturas alargadas 106 del dispositivo venturi 82. Las aberturas
alargadas 106 son significativamente mayores y más numerosas que las
aberturas de la cámara del dispositivo venturi circulares más
pequeñas convencionales como están diseñadas para reducir cualquier
caída de presión y para permitir un flujo de hasta 60 CFM. En el
dispositivo venturi 82, el aire ambiente, admitido por la placa
reguladora 84, se mezcla con la mezcla aire/fuel cuando la mezcla
aire/fuel entra a través de las aberturas 106. La mezcla aire/fuel
se mezcla además, y se homogeneiza por lo menos parcialmente, dentro
del dispositivo venturi 82.
El vacío parcial en el distribuidor del motor,
arrastra a continuación el fluido a través de la abertura de
admisión de la centrífuga 144 cuando el fluido entra en la cámara de
entrada 146. La cámara de entrada sirve para mezclar y homogeneizar
más el fluido y dirigirlo tangencialmente dentro de la cámara
centrífuga 152. Específicamente, los deflectores 150 formados dentro
de la cámara de entrada 146 crean una serie de pasillos tangenciales
200, 202, y 204 a través de los cuales, el fluido es arrastrado
tangencialmente dentro de la cámara centrífuga 152 mediante el vacío
parcial del distribuidor del motor.
En la cámara centrífuga 152, el fluido es
rotacionalmente acelerado, lo cual ocasiona que las partículas más
grandes o más pesadas se muevan, debido a su masa, hacia el
perímetro de la cámara centrífuga 152 en donde estas partículas más
pesadas, o con mayor masa, colisionan con la superficie interior 156
y se disgregan y vaporizan todavía más.
Para reducir el volumen de la cámara centrífuga
152, es ventajoso que la altura de la pared lateral 156 sea más
pequeña que el diámetro interior 114 del dispositivo venturi 82 en
la salida del dispositivo venturi 110. Adicionalmente, para reducir
el volumen de la cámara centrífuga 152 y para potenciar el flujo
centrífugo en la cámara 152 el elemento parte central/extensión 162,
se extiende desde la pared de la parte superior de la carcasa de la
centrífuga 160.
A continuación, el fluido es arrastrado dentro
de las cuatro salidas 154 por el vacío del motor. Cuando las
partículas más ligeras del flujo avanzan centrífugamente hacia el
centro de la carcasa de la centrífuga 152, se dirigen formando un
ángulo mediante la parte de forma cónica de la superficie superior
contorneada de la centrífuga 170 dentro de las aberturas/orificios
de salida 182 formados en la parte de forma cónica 180 y dentro de
las cuatro salidas 154. Mediante la descarga del fluido desde la
cámara de la centrífuga, de la manera descrita, se obtiene una mayor
distribución uniforme del hidrocarburo, debido a la tendencia
general del hidrocarburo a colocarse hacía la parte externa del
flujo centrífugo en la cámara centrífuga. Por el contrario cuando
solamente se utiliza una boca de salida, la descarga de la
centrífuga es menos uniforme debido a la tendencia de los
hidrocarburos a colocarse hacía la parte externa del flujo
centrífugo.
Volviendo ahora a la versión de la invención
ilustrada en la figura 7, la configuración vórtice 220 es alimentada
con fuel aerosol mediante los inyectores de fuel 222. Los inyectores
de fuel 222 vaporizan el fuel.
De una manera similar a la envoltura 60 (figura
1), la envoltura 272 sirve como suministro de un diferencial de
presión para normalizar la cantidad de flujo a través de las varias
aberturas 260. La mezcla aire/fuel entra en la cámara vórtice 248 a
través de las aberturas 216 de manera similar a la descrita en
conexión con la cámara vórtice 54 y la abertura 66 de la figura 1.
Cuando la mezcla aire/fuel sale por la boca de salida en forma de U,
340, la mezcla entra en una cámara de mezclado 350 antes de entrar
en la cámara vórtice 250 a través de las aberturas 262. En esta
configuración, las aberturas 262 reciben la mezcla aire/fuel
exclusivamente en la salida de la cámara vórtice 248 para
man-
tener un ratio aire/fuel substancialmente constante cuando la mezcla aire/fuel pasa a través de las cámaras 248 y 250.
tener un ratio aire/fuel substancialmente constante cuando la mezcla aire/fuel pasa a través de las cámaras 248 y 250.
En consecuencia, la mezcla aire/fuel sale por la
boca de la salida en forma de U, 242, y entra en la cámara de
mezclado 352 antes de entrar en la cámara vórtice 252 a través de
las aberturas 264. De nuevo el ratio aire/fuel de la mezcla
aire/fuel permanece substancialmente constante cuando el fluido pasa
a través de las cámaras vórtice 250 y 252.
Después de salir por la boca de salida 344 de la
carcasa de la cámara 228, el fluido continúa y pasa a través de la
cámara de mezclado 354, las aberturas 266, y la cámara vórtice 254,
de manera idéntica a la descrita en conexión con la cámara vórtice
252. Después de salir por la boca de salida en forma de U, 346, el
fluido entra en la cámara de mezclado 356, pasa a través de las
aberturas 268 a la cámara final 256 antes de salir por la boca de
salida 348. Cuando pasa a través de las cinco cámaras
248-256, el fluido es vaporizado de manera creciente
y se transforma en una fase gaseosa al ir avanzando de una cámara a
la próxima.
En consecuencia, esta versión permite que una
mezcla aire/fuel pase a través de varias cámaras vórtice a la vez
que mantiene un ratio aire/fuel substancialmente constante.
Una versión alternativa de la carcasa de la
cámara vórtice está ilustrada en la figura 17. En funcionamiento, la
carcasa de la cámara vórtice 940 recibe el fluido a través de la
ranuras tangenciales 950 dentro del interior de la cámara de la
cámara vórtice 952 para crear un flujo vortical de fluido dentro del
interior de la cámara.
Las ranuras alargadas 950 introducen el fluido
tangencialmente en el interior de la cámara como una lámina de
fluido a lo largo de la superficie interior 946 de la carcasa de la
cámara vórtice, para prevenir que las partículas del líquido se
congreguen en la superficie interior 946. Cuando el fluido gira
vorticalmente dentro de la cámara 952, los diferenciales de presión
y la turbulencia total del flujo dentro de la cámara de 952
ocasionan que el fluido se vaporice y se homogeneice.
Las figuras 18 y 19 ilustran un dispositivo
venturi 954. Cuando está funcionando, el dispositivo venturi 954,
recibe un flujo de fluido a través de la abertura o entrada al
interior del dispositivo venturi 962. Este flujo de fluido se mezcla
a continuación con una mezcla aire/fuel que entra en el interior del
dispositivo venturi 960 a través de las aberturas tangenciales 958
formadas en la pared de la carcasa 956 para crear un flujo
helicoidal de fluido a través del dispositivo venturi 954.
Introduciendo la mezcla aire/fuel tangencialmente en el interior del
dispositivo venturi 960 ocasiona que el fluido gire helicoidalmente
a través del dispositivo venturi 954. Ventajosamente, la mezcla
aire/fuel se introduce en la parte de la garganta estrecha 959 del
interior del dispositivo venturi 960 debido a que la parte de la
garganta estrecha 959 comprime la región del flujo más rápido de
aire dentro del dispositivo venturi 954. Al crear un flujo
helicoidal de fluido a través del dispositivo venturi 956, la
turbulencia, y de esta forma la vaporización y homogeneización del
fluido, se potencia substancialmente.
Como se ha descrito más arriba, las figuras 20 y
21 ilustran otros sistemas vórtice adicionales. Se proporciona una
presión positiva dentro del sistema 1120 a través de una fuente de
presión positiva 1124 la cual proporciona un gas a presión dentro de
la abertura de entrada del dispositivo venturi 1180 y dentro del
conducto de gas presurizado 1178. El gas presurizado pasa a través
del conducto de gas presurizado 1178 a la cámara de presión 1164.
Cuando la presión dentro de la cámara de presión 1164 aumenta debido
al gas presurizado, el recipiente compresible 1122 es comprimido,
reduciendo así el volumen y aumentando la presión del recipiente del
interior vacío 1144. Cuando el recipiente compresible 1122 se
comprime, el fluido 1130 dentro del recipiente de 1122 es forzado a
salir del recipiente en 1122 a través de la boca de salida 1160, a
través del pasillo 1159, y dentro del conducto de fluido 1132.
El flujo de fluido desde el conducto de fluido
1132 hasta el conducto 1134 es controlado por el regulador 1184. En
la posición inclinada ilustrada en la figura 21, la esfera 1188 es
forzada de forma inclinada contra el asiento esférico 1194, para
evitar que el fluido fluya desde el conducto 1132 hasta el conducto
1134. Sin embargo, cuando la presión dentro del conducto 1132
aumenta, se sobrepasa la inclinación contra el asiento esférico 1194
y la esfera 1188 es desplazada del asiento esférico 1194 para
permitir que el fluido pase desde el conducto 1132 hasta el conducto
1134.
La inclinación de la esfera 1188 contra el
asiento esférico 1194 puede ajustarse mediante el avance o retroceso
del tornillo 1190 dentro de la carcasa 1186. Cuando el tornillo 1190
se adelanta dentro de la carcasa 1186 el elemento inclinado 1192,
como por ejemplo un muelle, es comprimido, aumentando así la
inclinación sobre la esfera 1188. Inversamente cuando el tornillo
1190 se afloja del interior de la carcasa 1186, el muelle se
descomprime, reduciendo así la cantidad de inclinación sobre la
esfera 1188. Con la inclinación reducida sobre la esfera 1188, es
necesaria una menor presión en el conducto 1132 para desplazar de su
asiento la esfera 1188 y permitir el flujo desde el conducto 1132
hasta el conducto 1134.
Después de pasar por el regulador 1184, el
fluido pasa a través del conducto 1134 y entra en la parte de la
garganta del dispositivo venturi 1198 como un aerosol. Cuando el gas
presurizado pasa a través del dispositivo venturi 1126, la velocidad
del gas aumenta cuando pasa a través de la parte estrecha de la
garganta 1198, creando así una región de baja presión en la parte
estrecha de la garganta 1198. La baja presión asociada con la alta
velocidad del flujo a través de la parte estrecha de la garganta del
dispositivo venturi 1198, ayuda a arrastrar el fluido a través del
conducto 1134 dentro de la parte estrecha de la garganta 1198.
En la parte de la garganta del dispositivo
venturi 1198, el gas presurizado de la fuente de gas presurizado
1124 se mezcla con el fluido 1130. Después del mezclado con el gas
presurizado, el fluido sale del dispositivo venturi 1126 a través
de la abertura de salida del dispositivo venturi 1196 como un
aerosol. A partir de la abertura de salida del dispositivo venturi
1196, el fluido pasa a través de las aberturas 1202 formadas en la
extensión protuberante 1204 y dentro de la cámara de mezclado 1200.
A partir de la cámara de mezclado 1200, el fluido entra en la
cámara vórtice 1224 a través de las ranuras tangenciales 1222 para
crear un flujo vortical dentro de la cámara vórtice 1224 para
disgregar en partículas más pequeñas y vaporizar cualesquiera
partículas no vaporizadas en el flujo vortical.
El fluido pasa a continuación de la cámara
vórtice 1224 dentro de la cámara de mezclado 1232 a través de las
aberturas 1242 formadas en la pieza fija de salida 1230. El fluido
continúa pasando a través de las subsiguientes carcasas de cámaras
vórtice 1244, 1248, 1250, 1254, 1256, y 1258, así como también a
través de las subsiguientes piezas fijas de salida 1246, 1260, 1262,
1264, 1266, 1268, y 1270 de la misma manera que el fluido pasa a
través de la carcasa de la cámara vórtice 1228 y la pieza fija de
salida 1230, respectivamente. El fluido es además homogeneizado y
vaporizado a través de cada carcasa de las sucesivas cámaras
vórtice.
Después de salir por la pieza fija de salida
final 1270, el fluido pasa a través de una cámara de descarga 1272 y
dentro de los canales 1270, para alcanzar el orificio de salida 1280
con un suministro de fluido substancialmente vaporizado. Para
facilitar el suministro de fluido vaporizado a su destino final, el
fluido puede pasar a través de un conector de manguera convencional
1284.
Otra versión de la presente invención con
referencia al vaporizado y nebulización de líquidos para la
inhalación por un paciente, está mostrada en la figura 22.
Conceptualmente, la versión de este sistema 1300 comprende una
pluralidad de etapas con las cámaras vórtice
1302-1308 con diferentes características. En esta
versión, en la primera etapa la cámara vórtice 1302 tiene las
aberturas 1310 en hileras y columnas paralelas. En la segunda y
tercera etapa, las cámaras vórtice 1304 y 1310 tienen unas aberturas
1312 que están escalonadas de manera similar a las aberturas 66 de
la cámara vórtice 64 como se muestran en la figura 3. En la etapa
final, la cámara vórtice 1308 tiene unas ranuras 1314, similares a
la ranuras tangenciales 950 como se han mostrado en la figura
17.
Para esta versión 1300 (figura 22), las cámaras
vórtice 1304 y 1306 para la segunda y tercera etapas tienen unas
aberturas más pequeñas 1312 que las aberturas 1310 de la cámara
vórtice de la primera etapa 1302. Sin embargo, el área de la
superficie total de las aberturas 1312 para cada una de las segunda
y tercera etapas es la misma que el área de la superficie total de
las aberturas 1310 de la primera etapa.
Esto es debido a que las cámaras vórtice 1304 y
1306 de la segunda y tercera etapas tienen más aberturas. En otras
palabras, aunque las aberturas 1312 son más pequeñas, hay más
aberturas 1312.
En esta versión, se proporciona una presión
positiva 1318 en el sistema 1300 en forma de un gas o aire
comprimido, típicamente a 8,6 x 10^{3} Pa (125 psi). El fluido es
arrastrado hacia dentro a través de la abertura 1320.
El fluido incluye el medicamento que hay que
nebulizar/vaporizar, y puede incluir un soporte inerte tal como una
solución salina. Las aberturas laterales 1316 permiten que el fluido
alcance el exterior de la cámara vórtice 1302 y a continuación entre
a través de las aberturas 1310. Esto se repite para cada etapa (no
mostrado).
Con esta versión son posibles variaciones,
incluyendo etapas más grandes o más pequeños, y diferentes
combinaciones de cámaras vórtice con diferentes modelos de abertura
1310, 1312 y ranuras 1314. Otra variación es una configuración en la
cual la primera etapa crea una gran caída de presión, y en las
etapas restantes cada una incluye ligeras caídas de presión, lo cual
da por resultado que en la salida final 1322, la presión esté
próxima a la presión atmosférica. Esto puede aumentar la eficiencia
del proceso.
Otra variación con todas las versiones es la de
incluir un proceso de calentamiento. O bien se calienta la entrada
de aire 1318, ó bien se calienta la superficie externa del sistema
para impartir energía térmica al aire y al fluido cuando se mueven a
través de cada etapa del dispositivo. Por ejemplo, para fines de
separación del fluido tal como la desalinización, el calentamiento
del sistema proporciona mejores resultados en función de otros
factores incluyendo la presión y el número de cámaras vórtice. Esta
capacidad de separación de los fluidos se supone que es un proceso
cinético evaporativo, por lo menos en relación a la versión 1300 de
la figura 22. La presente invención puede incluir una o varias
cámaras vórtice 1302-1308 que son fácilmente
desmontables para limpiar y chorrear el material
depositado.
depositado.
Alternativamente, puede sumergirse el sistema
entero o chorrear a uno y otro lado con el fluido para limpiar el
dispositivo.
Otra versión de la presente invención se muestra
en la figura 23. Esta versión del sistema 1330 comprende una cámara
vórtice de una única etapa 1340 con una primera sección de presión
decreciente y una segunda sección de desaceleración 1343. El aire
comprimido 1318 entra a través de la toberas de admisión 1332. Se
crea una etapa reductora con un dispositivo venturi 1334,
restringiendo el diámetro de flujo 1336 a aproximadamente 6,35 mm
(0,250''). A continuación se encuentra una etapa multiplicadora con
un dispositivo venturi 1338 con un diámetro de aproximadamente 9,40
mm (0,370''). El fluido entra en esta etapa multiplicadora del
dispositivo venturi 1338 a través de la boca de admisión de fluido
1320, la cual tiene un diámetro de aproximadamente 1,588 mm
(0,0625'').
La mezcla aire/fluido pasa a continuación al
exterior de la primera sección 1341 y alcanza la cámara vórtice
1340. Para esta versión, la cámara vórtice 1340 incluye las
aberturas 1312 dispuestas en una formación escalonada.
Específicamente, la cámara vórtice 1340 tiene 40 aberturas con un
diámetro de orificio de aproximadamente 0,889 mm (0,035''), con lo
cual se crea un área de superficie total de aproximadamente
2,484-10^{-5} m^{2} (0,0385 pulgadas
cuadradas).
\newpage
El aire/fluido sale por la cámara vórtice 1340 a
través de un dispositivo venturi de reducción 1342. Este dispositivo
venturi de reducción 1342 tiene una abertura en el dispositivo
venturi, con un diámetro de aproximadamente 2,5273 mm
(0,0995'').
La cámara vórtice 1340 está colocada entre dos
juntas anulares 1354 y 1354' las cuales sujetan con seguridad las
cámaras vórtice en su lugar en el sistema 1330, y dirigen el flujo
de aire/fluido a través de cada sección. La cámara vórtice 1340 y
una junta anular 1354 se deslizan por el interior de la pared
interna 1346 en la segunda sección de desaceleración 1343, como
muestra la flecha 1350.
Cuando están en su posición, están próximas
entre sí, y se mantienen en su lugar mediante la pared de
repartición 1348. La cámara vórtice 1340 se coloca dentro de la
segunda sección de desaceleración 1343.
La segunda sección de desaceleración 1343
incluye una cámara de desaceleración 1352. Cuando el aire/fluido
fluye de la cámara vórtice 1340 a través del dispositivo venturi de
disminución 1342, sale formando un remolino en forma de cono. La
salida 1322 en el extremo de la cámara de desaceleración 1352 está
constituida por la mezcla de aire/fluido nebulizada, atomizada o
vaporizada con partículas super finas a aproximadamente la presión
atmosférica.
En esta versión, el sistema completo 1330 tiene
aproximadamente 1,5 dm (5,8'') de longitud. La primera sección de
presión decreciente 1341 tiene aproximadamente 3,239 cm (1,275''), y
la segunda sección de desaceleración 1343 tiene aproximadamente 0,12
m (4,6'') de longitud. La cámara vórtice 1340 y la junta anular 1354
cuando están colocadas dentro de la segunda sección de
desaceleración 1343, se extienden aproximadamente en una longitud de
4,1 cm (1,6) dentro de la segunda sección de desaceleración 1343. La
cámara de desaceleración 1352 tiene aproximadamente 7,6 cm (3'') de
longitud. La segunda sección de desaceleración 1343 tiene un
diámetro interior de aproximadamente 3,593 cm (1,375'').
Los resultados para esta versión fueron
obtenidos con una solución salina como fluido de trabajo. El aire
comprimido 1318 a 1,28 Mpa (185 psi) (0,51 m^{2} [18 pies cúbicos
por minuto]) fue proporcionado a través de la toberas de admisión
1332. Una caída de presión cerca de la presión atmosférica se logra
mediante la primera etapa del dispositivo venturi de disminución y
el segundo dispositivo venturi de disminución 1342. Esto crea una
caída de presión de 1,28 MPa (185 psi) cuando el fluido deja la
cámara vórtice 1340 y entra en la cámara de desaceleración 1352. Se
observa un aumento en la cantidad de líquido procesado por el
equipo, con un rendimiento cercano a los 3 ml por minuto. La cámara
de desaceleración 1352 ayuda también a la función como un separador
de partículas grandes en el caso de que partículas muy finas estén
entremezcladas con partículas grandes (por ejemplo cuando la
nebulización de ciertos líquidos). La cámara de desaceleración 1352
es muy efectiva cuando se separan estas partículas grandes. Cuando
el fluido fluye por la cámara vórtice 1340 sale formando un remolino
de forma cónica. Las partículas más grandes forman una costra justo
delante de la abertura del dispositivo venturi (cuando se trabaja
con solución salina). La salida en el extremo de la cámara es
justamente de partículas super finas.
Al emplear las versiones de las figuras 23 y 24
para la separación del fluido, se creyó que el proceso incluía un
proceso de vapor activo neumático/cinético. La cámara vórtice de una
única etapa y el dispositivo venturi o las toberas crean fuerzas de
cizallamiento relacionadas con el vórtice en el fluido, para reducir
el tamaño de las partículas y potenciar la separación.
Otra versión de la presente invención
relacionada con la vaporización y la nebulización de líquidos para
la inhalación por un paciente, se muestra en la figura 24. Este
sistema 1360 es similar al sistema 1330 de la figura 23 en la que se
incluye un procesador (cámara) vórtice de una única etapa 1364, una
tobera en disminución 1368 y una cámara de desaceleración 1374. Este
sistema 1360 incluye una sección del mezclador de entrada
aire-gas 1362, el cual se muestra en detalle en las
figuras 25A-C. La mezcla de gas/fluido pasa a través
de las aberturas 1363 las cuales tienen un radio de aproximadamente
1,588 cm (0,625''). La mezcla de gas/fluido fluye hacia el
procesador vórtice 1364, el cual se muestra en detalle en las
figuras 26A-C. El procesador vórtice 1364 incluye
una única hilera de aberturas 1366 las cuales pasan tangencialmente
a través a la cámara central, como se muestra en 1367. El diámetro
de la abertura es de aproximadamente 1,397 mm (0,055''), el diámetro
interior de la pared de la cámara del procesador vórtice 1364 es
aproximadamente de 2,134 mm (0,084''). El procesador vórtice 1364
tiene un diámetro exterior de aproximadamente 2,54 cm (1''), un
diámetro interior 1369 de aproximadamente 1,588 cm (0,6250'') y una
alimentación central con un diámetro de aproximadamente 1,1684 mm
(0,0460''). Por supuesto, todos los tamaños y aberturas pueden
variarse para potenciar el rendimiento preferido de la presente
invención.
Cuando la mezcla aire/fluido pasa a través del
procesador vórtice 1364, entra en una cámara de dispositivo venturi
1370 definido mediante la tobera 1368. La tobera 1368 disminuye
exteriormente hasta el extremo, con un diámetro interior constante
1372 de aproximadamente 2,5273 mm (0,0995''). La mezcla aire/fluido
emerge de dentro de la cámara de desaceleración 1374 y a
continuación sale fuera del extremo de la cámara de desaceleración
1374 a una presión cercana a la presión atmosférica como se muestra
mediante la flecha en 1322.
Las secciones están conectadas entre sí
empleando juntas o anillos en forma de O, 1376, que proporcionan
unos sellados estancos al fluido.
Para esta versión la cámara de desaceleración
1374 tiene aproximadamente 7,6 cm (3'') de longitud con un diámetro
interior de aproximadamente 2,8994 cm (1,1415''). La tobera 1368 se
extiende aproximadamente en 2,54 cm (1'') en la cámara de
desaceleración 1374. La tobera 1368 define una cámara del
dispositivo venturi 1370 con una pared interna cónica que tiene un
radio de aproximadamente 6,35 mm (0,25''). En la figura 27A y B se
muestran unas variaciones de la tobera 1368, en las cuales las
versiones de tobera definen una cámara del dispositivo venturi 1370
con paredes que forman aproximadamente un ángulo de 60 grados (como
se muestra por la flecha 1378) reduciendo la dimensión del diámetro
interior de la abertura 1372 de aproximadamente 2,5273 mm
(0,0995''). Las longitudes de la tobera 1368 son variables y
dependen del rendimiento deseado de la nebulización, atomización,
vaporización o separación, por ejemplo, la tobera corta mostrada en
la figura 27A, ó la tobera larga mostrada en la figura 27B, con una
longitud de aproximadamente 2,54 cm (1'').
Los sistemas y métodos descritos son también
aplicables y de utilidad para el disgregado, vaporización y
homogeneización de fluidos residuales para la incineración y
tratamiento de productos residuales. Cuando las partículas de un
fluido residual se disgregan en partículas de tamaño extremadamente
pequeños, el fluido residual introducido en un incinerador se
quemará con mucha mayor eficacia minimizando con ello la polución e
incrementando la eficiencia de incineración de los fluidos
residuales.
Claims (20)
-
\global\parskip0.930000\baselineskip
1. Un sistema vórtice (1300; 1360) para la nebulización de un líquido para inhalación, caracterizado porque comprende:un componente dispositivo venturi (1338, 1342, 1370), fluidamente acoplado a una fuente de gas comprimido, y fluidamente acoplado a una fuente de dicho líquido;un componente vórtice, que comprende una carcasa de una cámara que define una cámara vórtice (1302-1308; 1340), fluidamente acoplado a dicho componente dispositivo venturi,una pluralidad de aberturas (1310-1314; 1312; 1366) formadas en dicha carcasa de la cámara para permitir la entrada tangencial del fluido dentro de dicha cámara vórtice (1302-1308; 1340), para crear un flujo vortical en dicha cámara vórtice (1302-1308; 1340);y una salida de la cámara, fluidamente acoplada a dicha cámara vórtice (1302-1308; 1340) para la descarga del fluido de dicha cámara vórtice. - 2. El sistema vórtice (1300, 1360) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha pluralidad de aberturas (1310) está dispuesta en forma de hileras y columnas en dicha carcasa de la cámara.
- 3. El sistema vórtice (1300, 1360) de acuerdo con la reivindicación 2, comprendiendo además:un segundo componente vórtice que comprende una segunda carcasa de cámara que define una segunda cámara vórtice (1304), fluidamente acoplada a dicha salida de la cámara; una pluralidad de aberturas (1312) formadas en dicha segunda carcasa de cámara, para permitir la entrada del fluido tangencialmente dentro de dicha segunda cámara vórtice para crear un flujo vortical en dicha cámara vórtice, estando dispuesta dicha pluralidad de aberturas (1312) en forma de hileras y columnas escalonadas en dicha segunda carcasa de cámara; y una segunda salida de la cámara, fluidamente acoplada a dicha segunda cámara vórtice (1304) para la descarga del fluido de dicha segunda cámara vórtice (1304).
- 4. El sistema vórtice (1300; 1360) de acuerdo con la reivindicación 3, incluye además: un tercer componente vórtice, idéntico a dicho segundo componente vórtice, en donde una tercera carcasa de la cámara que define una tercera cámara vórtice (1306) está fluidamente acoplada a dicha segunda salida de la cámara.
- 5. El sistema vórtice (1300, 1360) de acuerdo con la reivindicación 4, incluyendo además un cuarto componente vórtice que comprende: una cuarta carcasa de la cámara que define una cuarta cámara vórtice (1308), fluidamente acoplada a una salida de la cámara de dicha tercera carcasa de la cámara; una serie de ranuras alargadas tangenciales (1314) formadas en dicha cuarta carcasa de la cámara para permitir la entrada de fluido tangencialmente dentro de dicha cuarta cámara vórtice para crear un flujo vertical a través de la cámara vórtice (1308), en donde cada ranura tangencial (1314) se extiende desde una porción superior hasta el fondo de dicha cuarta cámara vórtice (1308).
- 6. El sistema vórtice (1300, 1360) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha carcasa de la cámara (380) tiene una pared interna de la cámara (384) que incluye una superficie texturizada formada sobre dicha pared interna de la cámara (384).
- 7. El sistema vórtice (1300, 1360) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha carcasa de la cámara (380) tiene una pared interna de la cámara (384) que incluye una pluralidad de pasos (388) formados en dicha pared interna de la cámara (384).
- 8. El sistema vórtice (1300) para la nebulización de un líquido para inhalación, de acuerdo con la reivindicación 1, el cual comprende:un componente dispositivo venturi, fluidamente acoplado a una fuente de gas comprimido y fluidamente acoplado a una fuente de dicho líquido;una pluralidad de componentes vórtice fluidamente acoplados en serie, comprendiendo cada componente vórtice:
- una carcasa de la cámara que define una cámara vórtice (1302-1308) fluidamente acoplada a una salida de la cámara de un previo componente vórtice (1302-1306);
- una pluralidad de aberturas (1310-1314) formadas en dicha carcasa de la cámara para permitir la entrada de fluido tangencialmente dentro de dicha cámara vórtice para crear un flujo vortical en dicha cámara vórtice; y
- una salida de la cámara, fluidamente acoplada a dicha cámara vórtice (1302-1306) para la descarga del fluido de dicha cámara vórtice (1302-1308); en donde una carcasa de la cámara de un primer componente de dicha pluralidad de componentes vórtice está fluidamente acoplado a dicho componente dispositivo venturi.
\global\parskip1.000000\baselineskip
- 9. El sistema vórtice (1300; 1360) para la nebulización de un líquido para inhalación de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende un componente vórtice, el cual comprende:una carcasa de una cámara que define una cámara vórtice (1340), fluidamente acoplada a una fuente de gas comprimido y fluidamente acoplada a una fuente de dicho líquido;una pluralidad de aberturas (1310-1314; 1312; 1366), formadas en dicha carcasa de la cámara para permitir la entrada del fluido tangencialmente en dicha cámara vórtice para crear un flujo vortical en dicha cámara vórtice (1340);una salida de la cámara, fluidamente acoplada a dicha cámara vórtice (1340) para la descarga del fluido de dicha cámara vórtice (1340); yun componente de desaceleración (1352), fluidamente acoplado a dicha salida de la cámara.
- 10. El sistema vórtice (1300; 1360) de la reivindicación 9, el cual incluye: un componente dispositivo venturi (1338, 1342), fluidamente acoplado a una fuente de gas comprimido, y a una fuente de dicho líquido, y fluidamente acoplado a dicha carcasa de la cámara.
- 11. El sistema vórtice (1300; 1360) de la reivindicación 9, en donde dicha salida de la cámara incluye un componente fluido de presión decreciente en conexión fluida con dicha cámara vórtice (1340) y dicho componente de desaceleración (1352).
- 12. El sistema vórtice (1300; 1360) de la reivindicación 11, en donde dicho componente fluido de presión decreciente incluye un dispositivo venturi.
- 13. El sistema vórtice (1300; 1360) de la reivindicación 11, en donde dicho componente fluido de presión decreciente incluye una tobera (1368).
- 14. El sistema vórtice (1300; 1360) de la reivindicación 9, en donde dicho componente de desaceleración (1352) incluye una cámara.
- 15. El sistema vórtice (1300; 1360) de la reivindicación 9, en donde dichas aberturas (1312) están dispuestas en forma de hileras y columnas escalonadas en dicha carcasa de la cámara.
- 16. El sistema vórtice (1300; 1360) de la reivindicación 9, en donde dichas aberturas (1366) están dispuestas en una hilera en dicha carcasa de la cámara.
- 17. El sistema vórtice (1300; 1360) para la nebulización de un líquido para inhalación, de acuerdo con la reivindicación 1, el cual comprende:un elemento vórtice (1302-1308; 1340), para el mezclado de dicho líquido con un gas en un vórtice;un elemento cámara de desaceleración (1352), para la recepción de dicha mezcla de líquido y gas, a partir de dicho elemento vórtice (1302-1308; 1340), y para el mezclado adicional de dicha mezcla de líquido y gas.
- 18. El sistema vórtice (1300; 1360) de la reivindicación 17, que incluye además:un elemento de tobera (1368), fluidamente acoplado entre dicho elemento vórtice (1302-1308; 1340) y dicho elemento cámara de desaceleración (1352), para reducir la presión de dicha mezcla de líquido y gas.
- 19. El sistema vórtice (1300; 1360) de la reivindicación 18, que incluye además:un elemento dispositivo venturi (1338, 1342), fluidamente acoplado entre dicho elemento vórtice (1302-1308; 1340) y dicho elemento cámara de desaceleración (1352), para reducir la presión de dicha mezcla de líquido y gas.
- 20. Un método para la nebulización y/o vaporización de un líquido, caracterizado porque comprende:recepción del gas presurizado; arrastre y mezclado de dicho líquido con dicho gas presurizado empleando un componente dispositivo venturi (1338, 1342, 1370), con dicho gas presurizado recibido; mezclado adicional de dicha mezcla de líquido y gas en un vórtice, en donde dicha mezcla de líquido y gas entra en dicho vórtice a través de una pluralidad de aberturas tangenciales (1310-1314; 1312; 1366) en una pared de la cámara que incluye dicho vórtice; reduciendo la presión de dicha mezcla de líquido y gas que sale de dicho vórtice empleando un componente de tobera (1366); y desacelerando dicha mezcla de líquido y gas en un componente de cámara.
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