ES2336365T3 - Dispositivo dispensador de gotitas de liquido volatil. - Google Patents

Dispositivo dispensador de gotitas de liquido volatil. Download PDF

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Abstract

Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil para contener una sustancia líquida que se ha de dispensar, comprendiendo el dispositivo: un primer sustrato (11, 111, 112) que presenta un espacio (13, 131, 132) para contener dicha sustancia líquida, y que presenta unos medios de salida de líquido (14, 141, 142), comprendiendo dichos medios de salida de líquido (14, 141, 142) por lo menos una boquilla de salida (14c) para expulsar la sustancia líquida a través de ella, presentando además dicho primer sustrato (11, 111, 112) dicho espacio (13, 131, 132) dispuesto en la proximidad de dichos medios de salida de líquido (14, 141, 142) y para recibir dicha sustancia líquida de manera que dicha sustancia líquida pueda salir del espacio (13, 131, 132) del dispositivo atravesando dicha por lo menos una boquilla (14c) de dichos medios de salida de líquido (14, 141, 142), un segundo sustrato (21, 211, 212) que presenta unos medios de entrada del líquido (41, 411, 412) para permitir que dicha sustancia líquida entre en dicho dispositivo, una membrana accionadora (31, 311, 312) dispuesta para accionar la sustancia líquida en dicho espacio (13, 131, 132) de manera que la sustancia líquida experimente una vibración y entre en contacto con los medios de salida de liquido (14, 141, 142) y saliendo así de dicho dispositivo como una pulverización de gotitas de líquido, en el que dicho primer sustrato (11, 111, 112) comprende además un canal fluídico (13c, 131c, 132c) interconectado con dicho espacio (13, 131, 132) y dispuesto para conectar lateralmente dichos medios de entrada de líquido (41, 411, 412) con dicho espacio transportando así dicha sustancia líquida a dicho espacio (13, 131, 132) por medio de una acción capilar lateral, y dichos medios de salida de líquido (14, 141, 142) están dispuestos excéntricamente a dichos medios de entrada de líquido (41, 411, 412) y en un plano horizontal que es sustancialmente el mismo o inferior al plano de los medios de entrada de líquido en función de las propiedades de la sustancia líquida.

Description

Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil.
La presente invención se refiere a un dispositivo dispensador de gotitas de líquidos volátiles destinado a conectarse con un depósito externo desechable que contiene una sustancia líquida volátil que se ha de dispensar en forma de una pulverización de gotitas de líquido del dispositivo de líquido volátil, en el cual dicho líquido puede ser por ejemplo una fragancia ambiental, un perfume, un insecticida y líquidos con base de agua. La volatilidad puede ser implícita por la naturaleza del disolvente, pero también por medio del tamaño extremadamente pequeño de las gotitas, lo que conduce a una evaporación rápida o por una combinación de las dos características. Un dispositivo de esta índole puede utilizarse para la liberación controlada de gotitas de tales líquidos volátiles.
Se conocen distintos dispositivos para dispensar un líquido volátil. Por ejemplo, se conoce un dispositivo dispensador de ambientador de aire a partir del documento US nº 5.749.519. Este dispositivo se refiere a un ambientador de aire que presenta un depósito para contener un líquido ambientador de aire. El depósito está conectado a una superficie liberadora de vapor de un dispositivo dispensador de líquidos por medio de una mecha. La superficie liberadora de vapor está cubierta inicialmente por unos medios selladores exfoliables. Una vez retirados dichos medios selladores, se transmite el líquido del depósito a través de la mecha mediante una acción capilar directamente a la superficie liberadora de vapor para dispensar el ambientador de aire.
Debido a su diseño, y en particular debido a la utilización de la acción capilar y la presión de bombeo de la mecha, el dispositivo dispensador de líquidos siempre transmite el líquido a la superficie liberadora de vapor. De esta manera, para evitar la pérdida consiguiente y derrames, el dispositivo se suministra en una caja provista de una tapa para sellar la superficie liberadora de vapor. Una vez retirada la tapa, se dispensa el vapor continuamente al aire circundante. Por tanto, no es posible una liberación controlada de la evaporación.
Ello conduce a una dispensación excesiva del líquido si no se desea ambientar una habitación, por ejemplo, pero se olvida de volver a colocar la tapa, y resulta imposible permitir una dispersión controlada de la cantidad de vapor. Conduce además al fenómeno de la fatiga olfatoria, un estado en el cual ya no se percibe el olor refrescante a causa de la habituación.
Otro dispositivo se da a conocer en el documento US nº 5.662.835 en el cual se transporta un agente químico líquido desde una fuente de suministro a una superficie liberadora desde la cual una corriente de aire proporcionada por un ventilador facilita la difusión de dicho agente químico líquido en el aire. El documento da a conocer unos medios para interrumpir el transporte del agente químico desde la fuente de suministro a la superficie liberadora. Se indica que dichos medios para interrumpir el transporte del agente químico están previstos inicialmente pero que se rompen tan pronto como se pone el dispositivo en funcionamiento, de manera muy similar a la que se describe en el documento anterior. Desde ese momento, el dispositivo siempre emite el agente químico a un nivel significativo, a menos que se proporcione un cierre adicional. Se puede modular adicionalmente dicho nivel mediante el empleo de un ventilador, pero en principio sólo puede ser elevado por encima de un nivel básico.
Otro dispositivo se da a conocer en el documento US nº 6.341.732 en el cual el líquido que se ha de expulsar se suministra desde una mecha directamente a la cara inferior de una placa perforada vibratoria y superpuesta con forma de domo donde el líquido fluye por acción capilar a través de los orificios de la placa y a continuación se expulsa de manera temporizada desde su lado superior mediante la acción de la placa perforada vibratoria. El líquido que atraviesa los orificios en la zona alomada de la placa pero que no se ha expulsado, se dirige nuevamente hacia abajo a través de una aberturas mayores en una zona inferior de la placa. El líquido vuelve también a la mecha que lo coloca en comunicación capilar continua a lo largo de la cara inferior de la placa provista de los orificios atomizadores. En este contexto, el documento correspondiente WO01/97962 relativo al mismo dispositivo es más explícito en lo que concierne a la funcionalidad.
De esta manera, este dispositivo presenta en realidad un modo bifásico de función continua:
a)
una evaporación continua según se describe anteriormente y
b)
una eyección temporizada adicional a través de la placa perforada vibratoria.
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Se puede descubrir que dicha evaporación continua por sí sola está en el intervalo de 100 mg/día sin emisión temporizada piezoaccionada alguna. Por consiguiente, el dispositivo adolece del problema de no estar nunca apagado, de hecho, sino que difunde a un régimen continuo y dispensa de manera temporizada con un régimen mayor. Esto, al igual que en el caso del dispositivo mencionado anteriormente, conduce al fenómeno de fatiga olfatoria, según la cual el usuario ya no nota el olor con el tiempo y según el cual la fragancia, con inclusión de los disolventes, en realidad se dispensa de forma continua e inútil en el aire. Este dispositivo requiere también una construcción complicada para sostener los medios accionadores de la vibración de la placa a una distancia determinada de la mecha. El dispositivo adolece de un problema adicional en el sentido de que, a causa de la superficie exterior continuamente húmedo de la placa perforada, es posible que algunas gotas de mayor tamaño sean expulsadas, lo que puede provocar la caída del líquido, que significa que no se expulsa al aire para evaporar sino que cae sobre la superficie donde el dispositivo está colocado. Unos problemas adicionales resultan del hecho de que la superficie exterior de la placa perforada ya aloja el elemento vibratorio piezoeléctrico y los conectores y que el suministro continuado de líquido y disolvente sobre estas superficies requiere una atención especial para proporcionar una fiabilidad a largo plazo. Evitar este problema conduce a un tratamiento superficial y parte electrónica complicados y a una cierta limitación de los líquidos que pueden ser expulsados sin este fenómeno de caída y otro deterioro de funciones. Este dispositivo adolece además del problema de provocar una humectación de los dedos o manos de un usuario cuando se cambia el depósito desechable. Además, es muy difícil controlar la cantidad de líquido expulsada, que es la razón por lo que están previstos los orificios periféricos para recuperar el líquido que no se ha expulsado.
Unas características adicionales del mismo dispositivo conocido se dan a conocer en el documento US nº 6.439.474, que introduce un atomizador piezoeléctrico a pilas que se controla reduciendo la amplitud de vibración y ejecutando un barrido de frecuencias durante la amplitud decreciente.
En este dispositivo se suministra el líquido por una mecha desde un depósito directamente a la zona alomada en la cara inferior de una membrana circular que se hace vibrar por un accionador piezoeléctrico anular de manera conocida. Dicha vibración está controlada por una secuencia de accionamiento, en la cual alternan periodos de accionamiento y reposo de longitudes diferentes. La tensión de suministro de la pila de 1,5 voltios es aumentada en primer lugar por medio de una bomba de carga a 3,3 voltios, relacionada a la amplitud de vibración más elevada. El periodo de accionamiento empieza inicialmente a la tensión más elevada suministrada por la bomba de carga que luego disminuye bajo la determinación de un circuito temporizador RC. Por ello, la disminución de la tensión ocurre de forma exponencial dada por esa clase de circuito y determina la duración del periodo de accionamiento fijo. Se escoge el nivel más bajo para seguir asegurando un funcionamiento correcto del dispositivo. Durante parte del periodo de reposo, se recarga dicha pila para permitir otro periodo de accionamiento. Son programables diferentes intensidades variando la duración del periodo de reposo. Como ya se ha indicado antes, durante el periodo de reposo el dispositivo sigue evaporando el líquido de forma pasiva en el modo particular de evaporación pasiva del modo bifásico de función continua del dispositivo. El dispositivo utiliza además un modo de barrido de frecuencias para acomodar variaciones entre dispositivos.
Otro dispositivo atomizador de gotitas se da a conocer en el documento US nº 6.062.212 que describe un dispensador de líquidos que presenta unos medios vibradores que se activan para expulsar una dosis medida de un líquido depositado en una malla de esa malla de manera habitual. Los medios vibradores permanecen activados más tiempo de lo necesario para expulsar dicha dosis medida de líquido a fin de asegurar un vaciado total del líquido del dispensador. El inconveniente es que esta duración adicional de la atomización a veces será o bien demasiado larga o demasiado corta y que un tiempo fijo no funcionará con líquidos de viscosidades, tensiones superficiales y condiciones ambientales diferentes, que es el caso de líquidos que contienen disolventes volátiles.
Otro dispositivo atomizador se da a conocer en el documento WO 03/082477 A1, que da a conocer el tratamiento superficial del lado exterior de un atomizador perforado vibratorio de una manera tal como para resistir la humectación y acumulación del líquido.
Otro dispositivo se da a conocer en el documento US nº 4.702.418 que describe un dispensador piezoeléctrico de aerosoles que está provisto de medios de entrada/salida excéntricas del líquido, y una cámara de boquilla que presenta una zona de boquilla próxima a una única boquilla y un depósito mayor conectado a la zona de boquilla. La zona de boquilla es alimentada por gravedad a través de un canal restringido. Además, se utiliza un doblador piezoeléctrico para forzar el fluido de la zona de depósito a la zona de boquilla y de la zona de boquilla a través de la boquilla única para crear una pulverización de aerosol. Esta disposición con un doblador piezoeléctrico no permite una liberación controlada del fluido, ya que primero se ha de bombear el fluido de la zona de depósito y a continuación expulsarlo de la boquilla sin que un flujo interfiera con el otro. Además, es virtualmente imposible un control preciso mientras se utiliza un doblador piezoeléctrico.
Otro dispositivo se da a conocer en el documento EP 1 150 779 que describe un sistema pulverizador piezoeléctrico para dispensar sustancias volátiles. El método de atomización se refiere a un dispositivo que utiliza una mecha para transferir un líquido a una placa perforada vibratoria, presentando dicho líquido ciertas características conocidas de formulaciones de fragancias.
Todavía otro dispositivo se da a conocer en el documento EP 1 430 958 que describe un paquete suministrador de líquidos que comprende un contenedor de líquido provisto de una mecha que se extiende justo por encima de la parte superior de dicho contenedor y suministra un liquido que presenta básicamente las mismas características como se han mencionado en el documento anterior.
Cabe señalar que en estos dos casos, así como en los otros atomizadores de la técnica anterior alimentados por mecha y que utilizan una placa perforada vibratoria como medios de salida con orificios de forma sustancialmente cónica, la disposición alimentadora de líquido vertical y centrada siempre necesita colocar el punto de alimentación del líquido por debajo de los medios de salida. Aquí se presentan dos inconvenientes. La forma de los orificios facilita el rebosamiento, una evaporación pasiva aumentada y la posición de la mecha respecto de los medios de salida limita la altura y volumen del contenedor a través de una longitud determinada de mecha con la cual todavía se puede conseguir una alimentación continua fiable, especialmente sobre una cierta gama de viscosidad y densidad. Efectivamente, el solicitante ha observado que a partir de una altura determinada del depósito o longitud de mecha, el líquido ya no llega a un punto de alimentación por debajo de los medios de salida, sino que retrofluye al depósito y por lo tanto "no alimenta" al atomizador. Por consiguiente, es conocido que los dispositivos resultantes están provistos de contenedores de líquido muy pequeños y de bajo perfil, lo que limita la vida útil de una recarga y también necesitan ingredientes particularmente volátiles con posibles problemas posteriores de los compuestos orgánicos volátiles.
El documento WO 2005/097349 da a conocer un dispositivo muy similar que utiliza una mecha comprimible con una sección superior de mecha dócil en contacto directo con la placa perforada vibratoria.
Se dan a conocer otros dispositivos que liberan varios líquidos volátiles y coordinan el suministro con la luz, sonidos, movimientos, temperatura y similares como en los documentos WO 03/09871 y WO 04/043502, en los que no obstante persiste la evaporación continua y con ello también los problemas de la fatiga olfatoria y un control de liberación insatisfactoria. Estos dispositivos por lo tanto parecen no concordar con el objetivo de crear un ambiente preciso en un momento determinado en función del sonido, luz y similares y en coordinación con ellos. Efectivamente, la eficacia de las prestaciones sensoriales olfativas bascula sobre el efecto de que "ahora el perfume no está presente"; y "de repente, o sea, un corto tiempo después de un tema musical determinado o poco después de encender la luz" y similares, sí se halla presente.
El documento US nº 6.536.682 da a conocer un dispositivo dispensador de gotitas de líquidos volátiles para contener una sustancia líquida que se ha de dispensar, comprendiendo el dispositivo: un primer sustrato provisto de un espacio para contener dicha sustancia líquida, y provisto de unos medios de salida de líquido para expulsar la sustancia líquida a través de él, teniendo además dicho primer sustrato dicho espacio dispuesto junto a dichos medios de salida de líquido y para recibir dicha sustancia líquida de manera que dicha sustancia líquida pueda salir del espacio del dispositivo, un segundo sustrato provisto de unos medios de entrada del líquido para permitir que dicha sustancia líquida entre en dicho dispositivo, una membrana accionadora dispuesta para accionar dicha sustancia líquida en dicho espacio de manera que la sustancia líquida experimente una vibración y entre en contacto con los medios de salida de liquido y con ello salga del dispositivo en forma de una pulverización de gotitas de líquido, donde dicho primer sustrato comprende además un canal fluídico interconectado con dicho espacio y dispuesto para conectar lateralmente dichos medios de entrada de líquido con dicho espacio con lo cual se transporta dicha sustancia líquida a dicho espacio por medio de una acción capilar lateral, y dichos medios de salida de líquido están dispuestos excéntricamente respecto de dichos medios de entrada de líquido y en un plano vertical que es sustancialmente el mismo o más bajo que el plano de los medios de entrada de líquido en función de las propiedades de la sustancia
líquida.
Los documentos JP 2000 051755 y EP 0 897 755 dan a conocer otros ejemplos de la técnica.
Un objetivo de la presente invención consiste por lo tanto proporcionar un dispositivo dispensador de líquidos volátiles que supere los inconvenientes antes aludidos de fatiga olfatoria, de evaporación continua de fragancias y disolventes, de control insuficiente de liberación.
Otro objetivo de la presente invención consiste en proporcionar una liberación controlada de sustancias líquidas tales como fragancias, aromas, hidrolatos, formulaciones de aceites esenciales, líquidos basados en disolventes no acuosos y ciertos líquidos acuosos incluyendo los que contienen tensoactivos, agentes medicamentosos y similares, dispensados en gotitas muy pequeñas por un tal dispositivo.
Otro objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un tal dispositivo que sea de construcción sencilla, fiable y de fabricación poco costosa, de tamaño reducido, flexible en cuanto a las propiedades de los líquidos y de bajo consumo de energía y coste.
Así, la presente invención se refiere a un dispositivo dispensador de gotitas de líquidos volátiles según se define en las reivindicaciones anexas.
Gracias a la construcción del dispositivo dispensador innovador e inventivo de acuerdo con la presente invención, puede conseguirse un dispositivo eficiente que cumple con estos objetos en varias formas de realización de manera relativamente sencilla y poco costosa.
Además, debido al diseño específico del dispositivo de acuerdo con la presente invención, en particular el desacoplamiento excéntrico de los medios de entrada de salida de líquido y las posiciones relativas de los medios de entrada y salida de líquido, es posible intercambiar fácilmente el depósito sin derrames o pérdidas no deseadas del líquido contenido en el depósito.
Además, debido a los medios de salida específicos y método de control de liberación del dispositivo, es posible introducir características innovadoras coordinadas y de mando a distancia para una variedad de líquidos a la vez que se mantienen las otras ventajas de evitar la evaporación pasiva, fatiga olfatoria y rebosamiento.
Además, estas características microfluídicas pueden ser complementadas por circuitos electrónicos igualmente innovadores que ayudan a expandir las capacidades funcionales del dispositivo de acuerdo con la presente inven-
ción.
Otras características y ventajas del sistema pulverizador de gotitas de líquidos de acuerdo con la presente invención quedarán de manifiesto de una lectura de la descripción siguiente que se da solamente a título de ejemplo no limitativo haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
las figuras 1a, 1b (1bI y 1bII) y 1c (1cI a 1cIV) representan ejemplos de un dispensador de gotitas de líquido volátil de acuerdo con la presente invención;
la figura 2a representa un primer sustrato de un dispositivo dispensador de líquido volátil según el ejemplo mostrado en la figura 1a de la presente invención;
la figura 2b representa otro ejemplo de un primer sustrato de un dispositivo dispensador de líquido volátil que incorpora un depósito interno;
la figura 3 representa una vista detallada de otra variante del primer sustrato según el ejemplo mostrado en la figura 1a de la presente invención;
la figura 4 representa una vista detallada de otra variante del primer sustrato según el ejemplo mostrado en la figura 1a de la presente invención;
la figura 5 (5a a 5c) representa una vista detallada de una variante del primer sustrato según el ejemplo representado en la figura 1b de la presente invención;
las figuras 6a y 6b representan una vista detallada de una variante del primer sustrato según el ejemplo representado en la figura 1c de la presente invención;
la figura 7 representa un segundo sustrato de un dispositivo dispensador de líquido volátil según el ejemplo mostrado en la figura 1a de la presente invención;
las figuras 8a y 8b representan una membrana accionadora de un dispositivo dispensador de líquido volátil según el ejemplo representado en la figura 1a de la presente invención;
la figura 9 representa un ejemplo de los medios de salida para su montaje en cualquiera de las variantes del primer sustrato;
la figura 10 representa un ejemplo del diagrama eléctrico para un dispositivo dispensador de líquido volátil de acuerdo con la presente invención;
las figuras 11a y 11b representan ejemplos de un modo de accionamiento de un dispositivo dispensador de líquido volátil de acuerdo con la presente invención, y
la figura 12 representa otras variantes de formas de realización del dispensador de gotitas de líquido volátil de acuerdo con la invención.
Ahora se describirán unos ejemplos de formas de realización preferidas.
La figura 1a representa un dispensador de gotitas de líquido volátil de acuerdo con una primera forma de realización preferida de la presente invención señalada con la referencia general D. Este dispensador comprende un dispositivo dispensador 1 y un depósito externo desechable R así como unos medios de circuito electrónico y de fuente de energía (no representado). El dispositivo dispensador de líquido volátil 1 comprende un primer sustrato superior 11 y un segundo sustrato inferior 21, una membrana accionadora 31, dispuesta entre los primer y segundo sustratos 11, 21 y que contiene una membrana de electrodos, no representada en esta figura, para suministrar energía eléctrica a la membrana accionadora 31. El depósito R en este caso contiene un líquido funcional como un líquido ambientador del aire que se suministra a un espacio entre los primer y segundo sustratos como se explicará más adelante. Este depósito puede ser externo y del tipo desechable recargable o interno para cantidades muy pequeñas del orden de menos de 1 ml o menos de unos pocos ml, por ejemplo. En el caso representado en la figura 1a, el suministro de líquido a un depósito externo R viene asegurado por una mecha 41. El punto de suministro de líquido pone la parte superior de la mecha sustancialmente a la misma altura o ligeramente por encima del espacio entre los primer y segundo sustratos, pero de forma excéntrica respecto de los medios de salida de líquido 14 como se mostrará más adelante. El líquido puede ser expulsado en forma de una pulverización de gotitas controlada del dispositivo dispensador de líquido volátil D cuando el depósito está conectado a él. El solicitante ha encontrado que líquidos acuosos funcionan muy bien con esta configuración.
La figura 1bI representa otra forma de realización del dispensador de gotitas de líquido volátil de acuerdo con la presente invención que podría ser más apropiada para otros líquidos funcionales como fragancias ambientadoras del aire u otras. En este dispositivo, el primer sustrato superior 111 consiste en 2 partes, 111a y 111b, que pueden fabricarse como una sola pieza. Se suministra el líquido en este caso por una mecha doble 411a y 411b a un espacio entre los primer y segundo sustratos como en la forma de realización anterior y como se explicará más adelante. El sustrato superior 111 está configurado para posicionar la parte superior de la parte 411a de mecha y por tanto el punto de suministro de líquido, muy por encima de la parte superior del depósito R_{t}. La parte 111a del sustrato superior está configurada además con una inclinación dirigida hacia abajo que proporciona una leve sobrepresión respecto de los medios de salida de líquido 141. Se selecciona esta sobrepresión ventajosamente de forma que no supere la presión de rebosamiento de los medios de salida 141 y respiradero 141a para mantener la ventaja de retener el líquido dentro del dispensador cuando no está en funcionamiento. Como se conoce en la técnica, el respiradero 141a puede estar provisto de un material hidrófobo u oleófobo o antimicrobiano en función de las exigencias de la aplicación. El nivel del espacio entre la parte 111b del sustrato superior y la membrana accionadora 311 dispuesta entre dicho sustrato superior y el sustrato inferior 211 en el punto de los medios de salida de líquido 141 está entonces al nivel del líquido cuando el depósito R está lleno. Como se apreciará en la figura 1bII, esta disposición innovadora, además de la disposición excéntrica de la entrada de líquido respecto de la salida de líquido, un punto de entrada de líquido sustancialmente elevado y un posicionamiento ventajoso entre el nivel del líquido en el depósito y los medios de salida, permite un vaciado mejor de un depósito R dado para una mayor variedad de propiedades del líquido en comparación con la técnica anterior citada e incluso con la primera forma de realización preferida descrita en la figura 1a. La figura 1bII efectivamente explica el principio fluídico con inclusión de las distintas alturas que determina las prestaciones del suministro del líquido como función de la densidad y gravedad del líquido para capilaridades dadas, como apreciará fácilmente el experto en la materia.
Las figuras 1cI y 1cII muestran todavía otra forma de realización del dispensador de gotitas de líquido volátil de acuerdo con la presente invención, una versión invertida en este caso, que podría ser apropiada para una amplia gama de líquidos funcionales. Como se puede apreciar a partir de este dibujo, el líquido entra desde el depósito R invertido a través de un punto de entrada de líquido situado en este caso en el primer sustrato superior 112 por medio de un componente dosificador de líquido, por ejemplo una mecha 412, como se muestra aquí, u otro componente dosificador como una disposición de diafragma-aguja o una válvula activa o pasiva. El depósito R se ventila a través de dicho componente dosificador de líquido como bien se conoce en la técnica a través del respiradero 412a y el sustrato superior 112 puede ventilarse igualmente como se muestra con medios de ventilación 112a y 142a. Para aplicaciones médicas y otras sensitivas, dichos medios de ventilación 112a y 142a pueden realizarse como filtros antimicrobianos que se hallan disponibles en materiales y formas apropiados. Puede apreciarse fácilmente que el depósito R es una pieza externa como se muestra en las figuras 1cI a 1cIV o que está integrado parcialmente en el sustrato superior 112 como volumen adicional. Este volumen puede estar constituido ampliando la parte rebajada 13 dentro de la superficie interior 11b como se muestra en la figura 2b en la que la referencia numérica 13R indica un depósito interno y cerrando la abertura 31c de la membrana accionadora 312 mostrada en la figura 8a. La función de depósito se completará uniendo el sustrato superior 112, membrana accionadora 312 y sustrato inferior 212 como se muestra para las otras formas de realización y con ello el cierre del volumen adicional en el sustrato 112 para formar un depósito interno. Dicho depósito interno puede estar precargado o recargarse desde el exterior a través de medios apropiados bien conocidos tales como los que se muestran por ejemplo en la figura 2b con la abertura de llenado 13F y cerrados con un tapón, capuchón o diafragma y similar (no representados). Los medios de salida de líquido 142 están situados en el sustrato superior 112 y conectados a un espacio entre dicho sustrato superior y la membrana accionadora 312 dispuesta entre dichos sustrato superior y sustrato inferior 212 como se ha explicado en las formas de realización anteriores y como se mostrará en detalle en otras figuras.
Las figuras 1cIII y 1cIV muestran el principio de funcionamiento básico. La presión dentro del espacio entre el sustrato superior 112 y la membrana accionadora 312 como se ha indicado antes está relacionada con la densidad del líquido, con la gravedad y alturas del líquido h1 y h2 así como con la presión de rebosamiento determinada por la densidad de la boquilla y el diámetro de la boquilla de los medios de salida 142 como se ha explicado con referencia a los medios de salida 14, 141 y 142. La altura h1 dentro de la parte de alimentación lateral del líquido entre la entrada y salida excéntricas de líquido se escogerá ventajosamente para no superar la presión de rebosamiento de los medios de salida de líquido 142 como se ha explicado en conexión con la forma de realización anterior. En función de los medios de salida de líquido 142, la presión de rebosamiento será inferior a 5 mbar o igual a este valor, por ejemplo, para aplicaciones ambientadoras de aire. Es posible que otras aplicaciones tengan diferentes presiones de rebosamiento. Como observará el experto en la materia, la altura h2 cambiará con variaciones de densidad del líquido debidas a las variaciones de la temperatura ambiental.
Las figuras 1cIII y 1cIV se refieren a dos configuraciones de esta forma de realización preferida hallándose la diferencia clave en las diferentes alturas de líquido h1 dentro de la parte de alimentación de líquido lateral entre la entrada de líquido y la salida de líquido excéntricas. En un estado dinámico, durante un ciclo de pulverización por ejemplo y como se muestra, h2 se hace igual o menos que h1 y existe una entrada de aire desde el respiradero 112a en el sustrato superior 112 al depósito R a través del respiradero 412a. Puesto que la duración del periodo de pulverización en la mayoría de las aplicaciones es muy corta, típicamente de unos pocos milisegundos a 1 segundo, y los volúmenes pulverizados están en el rango de unos pocos nanolitros a unos pocos microlitros, esta entrada de aire es apenas notable. Como resultará evidente a partir de la presente descripción, la ventaja clave de esta forma de realización preferida del dispensador de gotitas de líquido volátil por encima y más allá de las innovaciones de las dos formas de realización anteriores es una libertad incrementada del tamaño del depósito y longitud de la mecha, a la vez que se mantienen todas las demás ventajas.
A continuación de esta descripción general de las formas de realización preferidas, otros detalles se describirán como se muestran en las figuras siguientes. En aras de la claridad, las figuras siguientes y sus detalles se seleccionarán y se explicarán en primer lugar en el orden de esos componentes que están relacionados directamente con la primera forma de realización preferida de acuerdo con la figura 1a. A continuación se explicarán los detalles relativos a diferencias constructivas entre las formas de realización preferidas descritas en relación con las figuras siguientes y a continuación se proporciona la descripción de las características electrónicas de acuerdo con la presente invención.
La figura 2a representa una vista desde arriba de un ejemplo de un primer sustrato 11 del dispositivo dispensador de líquido volátil 1 según la figura 1a de la presente invención y explica el principio de excentricidad común a las formas de realización preferidas. El primer sustrato 11 presenta una superficie exterior 11a (no mostrada) y una superficie interior 11b, como se muestra en la figura 2a. La superficie interior 11b está provista de una parte rebajada 13 que constituye un espacio para recibir la sustancia líquida desde el depósito externo, como se explicará con mayor detalle más adelante. Dicho espacio es importante para todas las formas de realización a fin de alcanzar un primer objeto de la invención que se refiere a limitar la evaporación pasiva y con ello la fatiga olfatoria. En esta forma de realización, se suministra el líquido al espacio 13 lateralmente mediante capilaridad dentro de sustancialmente el plano horizontal principal. Puesto que la presión de capilaridad que suministra el líquido lateralmente en dicho espacio no es lo suficientemente elevada para superar las fuerzas de adhesión entre el líquido y el material del sustrato, por tanto la presión de rebosamiento de los medios de salida de líquido 14, el líquido permanece dentro cuando el dispositivo no está activado y la superficie abierta combinada de las boquillas, la única superficie disponible para la evaporación del líquido volátil es muy pequeña en comparación con la superficie interna de dicho espacio. La proporción puede ser tan pequeña como 1,8E-5 en función de los diámetros de la boquilla y la densidad. En el contexto de la presente invención se han presentado valores de evaporación pasiva con dispositivos prototipo durante 24 horas que son de aproximadamente un 10% de otros dispositivos piezoeléctricos mencionados y incomparablemente inferiores a los de los dispositivos de tipo de mecha abierta de la técnica anterior. Un canal de ventilación (no representado) y una abertura 13a están previstos además dentro de dicho primer sustrato 11 para situar los medios de salida de líquido 14 de los que se muestra un ejemplo en la figura 9 y que es común para todas las formas de realización, 141 en el caso de la figura 1b y 142 en el caso de la figura 1c.
Los medios de salida de líquido 14 pueden estar constituidos por una o más aberturas. como se muestra en la figura 9, por ejemplo, los medios de salida de líquido 14 pueden estar formados por una disposición de boquillas hecha de silicona, un polímero, una resina como SU-8, níquel, parylen o cualquier material o combinación de materiales apropiados que permita una fabricación suficientemente precisa y económica de la disposición de boquillas de salida. Por ejemplo, un procedimiento de mayor precisión, como el ICP (grabado por plasma controlado inductivamente), recubrimiento por rotación con SU-8, irradiación y desarrollo así como mecanización con haces de protones o iones, puede utilizarse para la fabricación de la parte de los medios de salida de líquido 14 correspondiente a las boquillas que para las demás partes que son menos críticas para las prestaciones fluídicas. Los medios de salida consisten en un sustrato que presenta una o más partes gruesas 14a, denominadas también partes de refuerzo, y partes de membrana perforadas delgadas 14b como se muestra en las figuras 9a y 9b. Las perforaciones constituyen boquillas de salida de líquido 14c y están previstas de modo que una sustancia líquida pueda salir del espacio dispuesto por debajo a través de los medios de salida de líquido 14 y del dispositivo dispensador de líquido volátil al atravesar la perforación o las varias perforaciones de la membrana perforada. Los medios de salida 14 se encajan de esta manera en la abertura 13a para completar el primer sustrato 11. La membrana perforada 14b puede estar realizada por ejemplo como una disposición de boquillas que contiene por ejemplo 64, 128 o más boquillas de salida 14c por parte de membrana delgada 14b. Estos medios de salida resultan conocidos, véanse por ejemplo los documentos EP-A-0 923 957 y EP 1 273 355 a nombre del presente solicitante. Las propiedades de esta disposición y de los demás componentes de dispensador de gotitas de líquido volátil innovador permiten superar la mayoría de los problemas no resueltos por los dispositivos de la técnica anterior como se demostrará a continuación. Como se sabe a partir de dicha técnica anterior introducida por el mismo solicitante y representada en la figura 9c, los medios de salida de líquido pueden comprender canales 14c de paredes rectas y de diámetro constante y una salida de boquilla inmediata o puede comprende canales escalonados con un diámetro de canal dado 14c2 y una salida de boquilla de diámetro reducido 14c1.
Como apreciará un experto en la materia, dichas variaciones de diámetro están relacionadas con el alojamiento de propiedades físicoquímicas así como factores de conversión de energía para obtener una pulverización óptima para una entrada de energía dada. Como el experto en la materia también sabe, al variar el número de boquillas de salida, se puede variar también la cantidad de líquido que se ha de expulsar del dispositivo. Pero, de hecho a medida que el número de boquillas aumenta en la disposición de boquillas, disminuye la caída de presión total resultante, de manera que afinar la caída de presión resultante a través de la densidad de boquillas D es otra de las características innovadoras del dispositivo. Por tanto al cambiar la densidad D de las boquillas (ver la figura 9a) el dispositivo innovador puede adaptarse a diferentes viscosidades. Por ejemplo al aumentar la densidad D de las boquillas de digamos 85 a 169 boquillas por sección de membrana delgada 14b, el dispositivo reacciona a una viscosidad dada, de aplicación por ejemplo a un líquido acuoso y mientras se mantiene el mismo diámetro de boquilla, para cambiar de emitir gotitas en el rango de 3 a 4 micrómetros a emitir gotitas en la gama de 10 a 20 micrómetros y de manera correspondiente entregar caudales mucho más elevados. Por otra parte, para una viscosidad de un líquido apto para un líquido ambientador del aire, todavía puede utilizarse la mayor de las dos densidades D de boquilla mencionadas para producir gotitas en la gama de 3 a 4 micrómetros y un caudal más elevado que la inferior de las dos densidades D mencionadas.
Como el experto en la materia podrá apreciar, este efecto podría conseguirse naturalmente de otra manera, aumentando simplemente el diámetro de la boquilla. Pero las boquillas de mayor diámetro facilitan fugas, dando como resultado gotitas de mayor tamaño y los problemas correspondientes de menor eficacia, mayor rebosamiento y una evaporación menos eficiente. Por otra parte, las disposiciones de boquillas de mayor densidad son más pequeñas, por lo tanto menos costosas.
Al optar por un canal recto o escalonado, y por tanto afinar la caída de presión individual a la aplicación en comparación con afinar la caída de presión total como se ha mencionado anteriormente, ahora se puede combinar los dos efectos para adaptar el dispositivo innovador a las propiedades físicoquímicas del líquido. Por ejemplo, se puede pulverizar líquidos de mayor viscosidad con gotitas de pequeño diámetro si se aumenta la densidad D (véase la figura 9a), si se reduce el largo de la boquilla 14c o si se modifican las proporciones 14c1 y 14c2 de una boquilla escalonada. Ello puede compensar el efecto que la mayor caída de presión correspondiente a los diámetros de boquilla pequeños es aumentada aun más por una viscosidad más elevada y un canal de boquilla más largo que finalmente podría impedir que el dispositivo pulverice.
Como resulta evidente a partir de las figuras 1a, 1b, 1c y 9, los medios de salida de líquido 14, 141, 142 son idénticos y son de aplicación en su funcionalidad a todas y cualquiera de las formas de realización preferidas, lo mismo que la abertura 13a, 131a y 132a en los sustratos superiores correspondientes 11, 111 y 112. Como el experto en la materia podrá apreciar, la utilización del concepto innovador de los medios de salida de líquido 14 según la figura 9 permite aplicaciones novedosas en el campo según representan las formas de realización preferidas descritas anteriormente en comparación con las boquillas de forma cónica típica de los dispositivos estándares de orificio vibratorio.
La figura 7 muestra dos vistas del segundo sustrato 21 de acuerdo con la forma de realización preferida descrita en la figura 1a. El segundo sustrato 21 comprende unos medios de unión 23 para conexión a un depósito externo que contiene un líquido volátil que se ha de dispensar. En este caso, los medios de unión 23 son del tipo roscado provistos de un filete de rosca interior parcial para recibir el depósito al girar éste último en el filete parcial. Además, una abertura 25a para alojar unos medios de entrada de líquido está prevista en el segundo sustrato 21 para permitir que la sustancia líquida entre en el dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil 1 desde el depósito externo R. Estos medios no resultan de por sí inventivos por sí mismos sino que pueden ser una bomba pasiva, por ejemplo una mecha realizada de unos medios porosos blandos, que penetra en el depósito para permitir la extracción del líquido al dispositivo. Estos medios pueden ser también una bomba activa que presenta una varilla tubular que se extiende en el depósito a través de un tubo de aspiración y que bombea el líquido fuera del depósito. Esta bomba puede ser una microbomba según se describe en el documento EP-A-0 641 934, a nombre del presente solicitante, otra microbomba como una membrana o pequeña bomba de desplazamiento peristáltico, una bomba osmótica y similares. En tal caso, pueden proporcionarse medios accionadores de bomba eléctricos y electrónicos en el dispositivo para disparar la bomba, provocando con ello el flujo del líquido que se ha de pulverizar a través del tubo de aspiración y la varilla en el dispositivo. Esta solución puede ser ventajosa para dispositivos de elevado caudal, tamaño de gotita controlado y caudal sostenido como nebulizadores médicos y paramédicos, dispositivos inhaladores, dispensadores de fragancias finas, dispensadores de elevado volumen de sanitación u otros de tratamiento del aire. Se puede apreciar que la expresión de caudal sostenido significa flujos de pulverización de gotitas procedentes de flujos pulsados de preferentemente más de 100 ms a varios segundos y en trenes de impulsos de duraciones totales de segundos hasta varios minutos. Esta característica particular del dispositivo innovador permite adaptarlo para funcionar como tal y para suministrar el líquido de un frasco (una bolsa (colapsible) u otro depósito de forma directa, a través de una mecha o de un tubo de aspiración a una bomba y de la mecha o la bomba al dispositivo dispensador. En el contexto de la invención, la mecha y la bomba son tan sólo representantes de medios de suministro de líquidos pasivos y activos. Efectivamente una bolsa colapsible dentro del depósito externo podría utilizarse en una disposición sin mecha, de una manera que es bien conocida para el experto en la materia. Preferentemente, se proporciona unos medios de ventilación 26 en el segundo sustrato que rodea los medios de entrada de líquido para facilitar el flujo del líquido desde el depósito al dispositivo dispensador de líquido volátil.
Como se representa en la figura 7, la mecha o varilla preferentemente penetra en una abertura 25a, o sea, los medios de entrada de líquido, prevista en el segundo sustrato 21 y se extiende ligeramente más allá de la superficie superior del segundo sustrato para permitir que el líquido fluya al dispositivo, como se explicará con mayor detalle a continuación. El experto en la materia apreciará que, al igual que en otras partes de la descripción, se proporcionan juntas discretas o moldeadas por biinyección donde son necesarias y que están representadas en los dibujos en aras de la sencillez.
Como puede apreciarse en la figura 7, varios resaltes 21a están previstos para ensamblar el segundo sustrato con el primer sustrato alineando los resaltes con orificios apropiados 11c del primer sustrato (véase la figura 2a) a fin de unirlos mediante soldadura ultrasónica. Naturalmente, en su lugar pueden utilizarse otros medios de ensamblar el dispositivo, tales como inyección conjunta, encolado o similar.
Las características anteriores relacionadas con el sustrato inferior 21 según se describe en la forma de realización preferida de acuerdo con la figura 1a están contenidas también en las figuras 5a y 5b relacionadas con el sustrato superior 111 de la forma de realización preferida de acuerdo con la figura 1b. La figura 6 se refiere al sustrato superior 112 de la forma de realización preferida de acuerdo con la figura 1c que combina ventajosamente características tanto del sustrato superior como del inferior, con el resultado de proporcionar ventajas de reducción de costes.
Las figuras 8a y 8b representan detalles de una membrana accionadora 31 que está dispuesta entre los primer y segundo sustratos a manera de un emparedado. El propio sustrato accionador está construido como un emparedado, preferentemente hecho de metal y polímero como se mostrará a continuación. Como se muestra en la figura 5a, la capa metálica superior 31a presenta varias hendiduras 31b para su alineación con las prominencias 21a cuando se monta el dispositivo. Una abertura 31c está prevista también para alineación con la abertura 25 del segundo sustrato 21 para permitir el paso de una mecha para el transporte del líquido.
De acuerdo con la figura 8b, la membrana accionadora 31 es accionada por unos medios piezoeléctricos que están previstos de manera que actúen sobre el espacio interior 13 del líquido a fin de hacer que dicho líquido experimente una vibración y sea expulsado en forma de pulverización de gotitas a través de los medios de salida 14 dispuestos en el primer sustrato 11. En el ejemplo mostrado, los medios piezoeléctricos están dispuestos en la membrana accionadora, como se explicará con mayor detalle a continuación. Debe apreciarse que se trata simplemente de un ejemplo y que los medios piezoeléctricos pueden estar dispuestos, en otro caso, alrededor de los medios de salida de líquido. En tal caso, los medios piezoeléctricos son preferentemente circulares para rodear los medios de salida.
A este efecto, el emparedado de membrana accionadora 31, en adición a la capa metálica superior 31a, comprende además una capa aislante (no representada) preferentemente realizada en un polímero y una capa metálica inferior 31b representada en la figura 8b. El experto en la materia apreciará que dicha capa aislante no ha de ser de manera obligada una lámina física sino un tratamiento superficial aislante aplicado específicamente donde sea necesario y útil. La figura 8b muestra en realidad la cara inferior de dicho emparedado de membrana accionadora, repitiendo la abertura 41b y las hendiduras 41a. La figura 8b representa también el elemento vibratorio piezoeléctrico 41c que está previsto para accionar esta membrana 31, que está alineado con el espacio 13 y dispuesto por debajo de él y que tiene un segundo contacto eléctrico con un electrodo de contacto 41d. En el caso de la figura 8b, el elemento vibratorio 41c puede experimentar contacto desde ambos lados o desde un lado solamente como apreciará el experto en la materia. El experto en la materia apreciará que dicha capa metálica superior 31a puede no estar extendida específicamente sobre la superficie entera de la membrana accionadora 31 sino estar aplicada de forma específica donde sea útil, por ejemplo como se muestra en la figura 1bI con la membrana accionadora 311 y segundo sustrato inferior 211. Por lo general, dicho contacto puede estar dispuesto de forma apropiada para ser accesible a través de la superficie inferior del segundo sustrato 21 en la figura 1a, sustrato 211 en la figura 1bI y sustrato 212 en la figura 1cII (no se muestra la conexión). A este efecto, en la figura 7 se muestra que el segundo sustrato 21 presenta una segunda abertura 21b, como se muestra en la figura 4, que está alineada para facilitar dicho contacto, característica que se repite en las demás formas de realización preferidas, como se muestra respectivamente.
De esta manera, como se muestra en las figuras en todas las formas de realización según las figuras 1a, 1b, 1c, 2, 3, 5 y 6, el primer sustrato 11, 111 y 112 con el espacio 13, 131 y 132 forman conjuntamente con los medios de salida de líquido 14, 141 y 142 y la membrana accionadora 31, 311 y 312 un dispositivo de pulverización de gotitas de líquido para expulsar la sustancia líquida volátil suministrada en forma de una pulverización de gotitas de una manera bien conocida por otros dispositivos concebidos por el presente solicitante y descritos por ejemplo en el documento EP 1 236 517.
Efectivamente, cuando se monta por ejemplo en la primera forma de realización preferida según la figura 1a, el primer sustrato 11 ensamblado conjuntamente con la membrana accionadora 31 y el segundo sustrato 21 delimitará la parte rebajada en el primer sustrato 11, definiendo así el espacio 13 así como el canal fluídico 13c y el punto de entrada de líquido 13b. En este ejemplo, el punto de entrada de líquido es de hecho una sección receptora de mecha.
Además, la mecha, o varilla, no sólo se extenderá más allá de la superficie superior del segundo sustrato 21, sino que se extenderá a través de la abertura 31a para permitir que el líquido fluya a través de la superficie superior de la membrana accionadora 31 mediante acción capilar para llenar el espacio 13 con el líquido.
Para permitir este flujo de líquido, y como se muestra en la figura 2a, la superficie interior 11b del primer sustrato 11 está provista de un canal fluídico 13c. De hecho, ventajosamente, el primer sustrato 11 comprende también un punto de entrada de líquido 13b, por ejemplo una parte superior de la cavidad destinada a recibir cómodamente, o sea, sin compresión excesiva, la punta de la mecha, en el caso de utilizar una mecha, para su conexión con el canal fluídico 13c y éste mismo está interconectado con el espacio 13 para asegurar el flujo fluídico del depósito externo a través de la mecha en el espacio 13. En el caso de un depósito interno para cantidades muy pequeñas integrado parcialmente en el sustrato superior como se ha mencionado anteriormente y representado en la figura 2b, la conexión 13c entre el espacio 13 y dicho depósito interno 13R puede establecerse mediante un flujo capilar lateral como se describe a continuación.
La figura 3 muestra un ejemplo de un primer sustrato 11. En esta forma de realización preferida se crean microcanales 13c, por ejemplo mediante moldeo por inyección de plástico, dentro de la primera superficie principal 13a del primer sustrato 11 desde el punto de entrada de líquido 13b al espacio 13. En una variante, estos microcanales pueden extenderse más allá y en el espacio 13, formando así parcial o totalmente parte del espacio 13.
Este canal fluídico así facilita el flujo capilar lateral desde los medios de entrada de líquido 25 al espacio 13, y finalmente a los medios de salida de líquido 14.
La figura 4 representa otro ejemplo del canal fluídico 13c. En este caso, por lo menos un canal separado 15 está encajado dentro de la superficie interior 11b del primer sustrato 11, y de esta manera queda emparedado entre la membrana accionadora y esta primera superficie principal 11a. Este canal separado puede ser una mecha plana delgada 15a que permite el transporte por medio de flujo capilar lateral del líquido desde la punta de la mecha al espacio 13. Otra posibilidad es presentar una pieza metálica espaciadora 15b, o sea, un trozo de metal, que asegura el flujo capilar del líquido desde la punta de la mecha al espacio 13. Otra posibilidad es que dicho canal esté moldeado por inyección, lo mismo que los microcanales 13c representados en la figura 6, pero esencialmente más o menos plano o de bajo perfil en sección transversal en función del líquido que se ha de transportar. De hecho, el canal fluídico 13c puede quedar adaptado a un grupo de líquidos volátiles determinados a pulverizar en función de su composición de propiedades físicoquímicas. El efecto de esta adaptación estará dirigido mayormente a la facilidad y rapidez del cebado, por ejemplo, a llenar de forma eficiente el espacio 13 para una gama de líquidos. En las figuras 2 y 3 se muestran el espacio 13, el canal fluídico 13c y el punto de entrada de líquido 13b sustancialmente en un mismo plano horizontal. No obstante en disposiciones alternativas, el espacio 13 puede estar situado a un nivel inferior al del punto de entrada de líquido 13b para mantener una posición ventajosa respecto del nivel del líquido en el depósito R.
La magnitud de esta pendiente aplicada al canal fluídico 13c depende de las propiedades del líquido tales como la densidad, tensión superficial y viscosidad y se muestra en la figura 1bI y 5b respectivamente. Esta característica innovadora permite afinar el sistema microfluídico a una gama de propiedades determinadas del líquido y al vaciado total del depósito R. Una tal disposición corresponde a una forma de realización preferida representada en la figura 1b.
En otra disposición alternativa representada en la figura 1bI y parcialmente en la figura 1a, una primera mecha 41 ó 411b puede estar montada previamente en el depósito externo R. La mecha previamente montada hará contacto con una segunda mecha 411a, que se extiende a través del sustrato 21, 111b hasta el sustrato 11, 111a, para conectar la primera mecha con los respectivos canales fluídicos 13c, 131c y 132c como se muestra en las figuras 1bI, 2, 5 y 6. En la figura 6a, el canal fluídico 132c constituye un canal fluídico así como un depósito tampón de acuerdo con la figura 1cIII y la figura 1cIV. La figura 6b muestra el lado superior del sustrato 112.
El elemento piezoeléctrico 41c está encajado en una abertura apropiada como la abertura 21b de la figura 7 y así, cuando se activa, se conecta eléctricamente con la membrana accionadora 31, 311 ó 312, y actúa directamente sobre ella, en función de la forma de realización respectiva, provocando de esta forma una vibración de esta membrana accionadora. Esta vibración se transmite a continuación al líquido volátil en el espacio 13, 131 o 132 provocando así una vibración del líquido y un aumento de presión dentro de éste. Dado que este líquido no tiene donde ir sino salir a las boquillas de salida de los medios de salida 14, 141 o 142, se expulsará una pulverización de gotitas del dispositivo.
Como resultará evidente para un experto en la materia, pueden ponerse en práctica diferentes métodos para construir y unir los sustratos 11, 111 y 112 con la membrana accionadora 31, 311 y 312 y con los sustratos 21, 211 y 212 a la vez que se mantienen las características innovadoras del dispositivo. En lo que concierne a la primera forma de realización preferida de acuerdo con la figura 1a, puede resultar ventajoso, por ejemplo, situar una primera parte de la membrana accionadora 31 en un alojamiento permanente conjuntamente con la parte electrónica y la pila, quedando la otra segunda parte montada entre los sustratos 11 y 12. Esta primera parte estaría relacionada, por ejemplo, a la parte que lleva el accionador piezoeléctrico 41c como se muestra en la figura 5b. Ambas partes de la membrana accionadora 31, desechable y permanente, pueden conectarse luego por ejemplo mediante una disposición deslizante posicionada entre los sustratos 11 y 21, por otra parte montados, y fijada apropiadamente. De modo similar otra forma de realización preferida puede tener como característica un sustrato inferior fijo 212 unido de manera permanente a la membrana accionadora 312 y un sustrato superior 112 encajado temporalmente de forma deslizante, elástica o de otra manera. Una disposición de esta índole será ventajosa en el caso de que el sustrato superior 112, con inclusión por ejemplo de un depósito interno, tuviera que ser desechado después de cada uso o varios usos como podría ser necesario para aplicaciones médicas como nebulizadores por ejemplo o aromaterapia y otros dispositivos equipados para ser precargados o recargables. Esta característica también permitiría la limpieza de la membrana accionadora después de cada uso o con la frecuencia exigida.
Pueden contemplarse todavía otras disposiciones constructivas a la vez que se mantiene el principio de la invención y la funcionalidad innovadora. Por ejemplo, como se muestra en la figura 12 y utilizando como ejemplo el diagrama esquemático de la figura 1cIV de la presente invención, otras formas de realización innovadoras pueden tener como característica los depósitos R que se acoplan lateralmente en varias posiciones. Como se muestra también en la figura 12, la parte del dispensador de líquido volátil relacionada con el espacio 13, 131 o 132 y que contiene los medios de salida de líquido 14, 141 o 142 puede estar inclinada hacia arriba o hacia abajo como se muestra en los dibujos anteriores, para admitir exigencias de diseño de variantes o limitaciones funcionales como espacio, o posición y similares.
Tras la descripción de las características fluídicas innovadoras del dispositivo dispensador de líquido volátil inventivo, se deben explicar de manera apropiada los medios de control electrónicos que adicionalmente contribuyen a los objetos de la presente invención. Puesto que los medios de accionamiento y control en sí que se muestran en la figura 10 son bien conocidos al experto en la materia, la explicación se limitará a algunos de los aspectos particulares de programación del dispositivo dispensador de líquido volátil. Dichos aspectos de programación del dispositivo dispensador de líquido volátil se concentrarán en la calidad de entrega y la eficacia energética de dicha entrega.
Así, la figura 10 muestra un circuito de potencia 10 conectado a un circuito excitador 20 para accionar un accionador piezoeléctrico 40. Un circuito microcontrolador (programable) 30 está previsto también para controlar la excitación del accionador piezoeléctrico.
En primer lugar, puede proporcionarse de manera conocida una fuente de energía eléctrica como un módulo enchufable a la red (no mostrado) o una pila para accionar el sistema de control eléctrico. La mayoría de los componentes mostrados en la figura 10, con inclusión de un oscilador programable, pueden en realidad quedar integrados en un circuito integrado específico para la aplicación (ASIC).
Las figuras 11a y 11b muestran ejemplos de un modo de actuación de los medios de programación innovadores del dispensador de gotitas de líquido volátil de acuerdo con la presente invención. El experto en la materia de la microfluídica estará de acuerdo con que, además de utilizar el diseño fluídico correcto, las características de pulverización piezoeléctrica de líquidos dependen del empleo de la cantidad de energía correcta para responder a diferentes densidades y viscosidades de los líquidos para presurizar correctamente estos líquidos de forma ultrasónica y dispensarlos a través de una boquilla o disposición de boquillas en gotitas o como una neblina fina de gotitas.
En un primer modo de operación de acuerdo con la figura 11a u 11b y con relación al diagrama esquemático de la figura 10, cuando se inserta una pila en el dispositivo, se carga el condensador del circuito de potencia 10 a una tensión de 30 a 60 voltios, preferentemente a 40 voltios. En una forma de realización preferida, cuando se enciende el dispositivo, el condensador alimenta al circuito excitador 20 que excita el accionador piezoeléctrico 40 en ráfagas cortas 201 a una frecuencia fija y una amplitud variable como se muestra en la figura 11a. En otra forma de realización preferida, dicho circuito excitador 20 excita el accionador piezoeléctrico 40 en ráfagas cortas 202 con una frecuencia variable y una amplitud constante como se muestra en la figura 11b.
En otra forma de realización preferida (no representada) el circuito excitador 20 excita el accionador piezoeléctrico 40 en ráfagas cortas con una frecuencia variable y una amplitud variable. El oscilador programable en el circuito excitador 20 recibe las instrucciones relativas a la frecuencia, la tensión, las gamas y los tiempos de conexión/desconexión del circuito microcontrolador 30.
Dichas ráfagas duran del orden de varios milisegundos o decenas de milisegundos de acuerdo con las propiedades del líquido y pueden programarse para corresponder con una fragancia o gama de fragancias particular. En el ejemplo de la amplitud variable, el condensador del circuito de potencia 10 se carga con una corriente constante durante el tiempo de desconexión y alimenta al circuito excitador 20 con una frecuencia fija, por ejemplo, 350 kHz, durante un tiempo de ráfaga determinado. El uso del condensador amplía además la vida de la pila y reduce el coste de operación. Se escoge dicho tiempo de ráfaga y se optimiza de acuerdo con la intensidad, las prestaciones sensoriales de una fragancia o gama de fragancias determinada. En el ejemplo de variar la frecuencia, se escoge dicha variación para admitir variaciones entre líquidos, como ciertas gamas de viscosidades, a fin de mejorar el control sobre el chorro de gotitas y estabilizar el caudal. La gama de variación de frecuencia puede ser del orden de unos pocos kHz o unas pocas decenas de kHz en función de la gama de variaciones de líquido que se hayan de tener en cuenta. También como se muestra en la figura 11b, el número de ráfagas 203 o de ráfagas 201 (véase la figura 11a) puede escogerse y optimizarse de acuerdo con la intensidad individual, las prestaciones sensoriales de una fragancia o gama de fragancias determinada. En cada caso, puede ajustarse la intensidad con el tiempo o bien variando la duración de las ráfagas o de las pausas entre las ráfagas. El tiempo total de encendido puede programarse naturalmente lo mismo que los ciclos de tiempo de encendido.
En otra forma de realización preferida varios dispensadores de gotitas de líquido volátil están dispuestos juntos en un dispositivo dispensador múltiple u otra disposición apta para contener y accionar dispensadores múltiples. En este caso, pueden seleccionarse diferentes números individuales de ráfagas y frecuencias para diferentes fragancias dispensadas por los varios dispositivos. Dichos números, duraciones y frecuencias de ráfagas diferentes pueden utilizarse ahora para proporcionar arreglos de perfumado correspondientes a una mezcla de diferentes fragancias y secuencias variables de éstas y por tanto proporcionar una experiencia sensorial mejorada. Naturalmente, se puede programar dichos arreglos para funcionar en combinación con música, imágenes en movimiento, luz y aplicaciones de multimedia.
A partir de las características descritas anteriormente del presente dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil, y con una programación innovadora de los medios electrónicos, es posible además aumentar la fiabilidad del dispositivo para la eyección controlada de una variedad de sustancias líquidas atomizadas. Efectivamente, como se conoce en la técnica, los sistemas microfluídicos tales como los descritos anteriormente en las distintas formas de realización preferidas que dispensan una variedad de líquidos funcionales, adolecen de un problema principal que perjudica la fiabilidad de dispensación: burbujas de aire procedentes de la desgasificación u otros fenómenos fluídicos. Simplemente no se puede evitar atrapar tales burbujas a pesar de toda ingeniería fluídica, elección de materiales, ventilación y similares como se ha descrito en las formas de realización preferidas anteriores. Por tanto, se han de eliminar las burbujas en el punto más crítico que es dentro del espacio 13, 131 y 132 y en estrecha proximidad a los medios de salida de líquido 14, 141 y 142.
El solicitante de hecho ha descubierto y desarrollado unos modos de actuación inventivos del accionador piezoeléctrico 40 con secuencias de accionamiento y características de señal que eliminan tales burbujas. Antes de iniciar una secuencia de ráfagas 201, 202 o 203 como se muestra en las figuras 11a y 11b, se iniciará un modo de accionamiento piezoeléctrico eliminador de burbujas que impulsa las burbujas hacia los orificios de ventilación 13d, en las figuras 2a y 2b, 141a, en la figura 1bI, y 142a, en la figura 1cIV. Este modo de accionamiento piezoeléctrico está concebido para hallarse dentro de la gama operativa normal de tensiones, por tanto posible con los dispositivos a pilas, y con ráfagas a una frecuencia de unas pocas a varias veces más elevada que la frecuencia operativa normal que se halla en un valor alrededor de 350 kHz, por tanto a una frecuencia de por ejemplo 3 MHz y con una duración desde inferior a 1 segundo a varios segundos. El solicitante ha descubierto que este modo de accionamiento piezoeléctrico eliminador de burbujas puede adaptarse a las propiedades de los líquidos y a las dimensiones del espacio 13, 131 y 132.
Los medios electrónicos y el accionador piezoeléctrico 40 complementan y mejoran así la capacidad y fiabilidad de la parte fluídica, en particular los medios fluídicos de alimentación y salida del dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil para general la debida combinación de tamaño de gotita y caudales para una gama de líquidos volátiles así como mediante la eliminación de burbujas atrapadas.
En resumen, gracias al desacoplamiento de los medios de entrada de líquido y los medios de salida de líquido en el plano horizontal para algunos líquidos y formas de realización preferidas así como tanto en el plano horizontal como en el vertical para otros, se permite que una cantidad controlada de líquido entre en el dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil de manera que se asegura una alimentación fiable del líquido y por tanto es posible una liberación controlada de gotitas.
Además, este desacoplamiento, que proporciona una disposición excéntrica de los medios de entrada y salida de líquido, incluso cuando están sustancialmente en el mismo plano, o estando los medios de salida en un plano inferior, permite el empleo de un elemento vibratorio piezoeléctrico más efectivo que da como resultado un dispositivo que puede controlarse fácilmente de manera precisa.
Estos resultados quedan mejorados aun más por medio de las otras formas de realización preferidas descritas, lo que permite la extensión a otros líquidos y propiedades de líquidos y condiciones de entrega y mediante los modos de accionamiento del accionador piezoeléctrico 40 que aumenta la flexibilidad y sobre todo la fiabilidad de la microfluídica por medio del procesado electrónico inventivo de señales de eliminación de burbujas atrapadas.
Como ya se ha indicado anteriormente, el presente dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil puede utilizarse para varias aplicaciones con inclusión de la terapia respiratoria o aromaterapia. Además, naturalmente puede incorporarse en un aparato o dispositivo eléctrico. Por ejemplo, tales aparatos pueden ser un aspirador, un limpiador de suelos, robótica para limpiar una habitación, un aparato de aromaterapia, un aparato de terapia respiratoria, un ambientador del aire, un perfumador, un depurador del aire, un aparato de aire acondicionado, un aparato dispensador de insecticida, una máquina de planchar, un electrodoméstico de línea blanca o un aparato de comunicaciones individual.
A partir de las formas de realización preferidas de la presente invención, resultará evidente para un experto en la materia que pueden utilizarse otras formas de realización que incorporen su concepto. Se cree, por tanto, que esta invención no debería quedar limitada a la forma de realización dada a conocer, sino más bien debería quedar limitada únicamente por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (23)

1. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil para contener una sustancia líquida que se ha de dispensar, comprendiendo el dispositivo:
un primer sustrato (11, 111, 112) que presenta un espacio (13, 131, 132) para contener dicha sustancia líquida, y que presenta unos medios de salida de líquido (14, 141, 142), comprendiendo dichos medios de salida de líquido (14, 141, 142) por lo menos una boquilla de salida (14c) para expulsar la sustancia líquida a través de ella, presentando además dicho primer sustrato (11, 111, 112) dicho espacio (13, 131, 132) dispuesto en la proximidad de dichos medios de salida de líquido (14, 141, 142) y para recibir dicha sustancia líquida de manera que dicha sustancia líquida pueda salir del espacio (13, 131, 132) del dispositivo atravesando dicha por lo menos una boquilla (14c) de dichos medios de salida de líquido (14, 141, 142),
un segundo sustrato (21, 211, 212) que presenta unos medios de entrada del líquido (41, 411, 412) para permitir que dicha sustancia líquida entre en dicho dispositivo,
una membrana accionadora (31, 311, 312) dispuesta para accionar la sustancia líquida en dicho espacio (13, 131, 132) de manera que la sustancia líquida experimente una vibración y entre en contacto con los medios de salida de liquido (14, 141, 142) y saliendo así de dicho dispositivo como una pulverización de gotitas de líquido,
en el que dicho primer sustrato (11, 111, 112) comprende además un canal fluídico (13c, 131c, 132c) interconectado con dicho espacio (13, 131, 132) y dispuesto para conectar lateralmente dichos medios de entrada de líquido (41, 411, 412) con dicho espacio transportando así dicha sustancia líquida a dicho espacio (13, 131, 132) por medio de una acción capilar lateral, y
dichos medios de salida de líquido (14, 141, 142) están dispuestos excéntricamente a dichos medios de entrada de líquido (41, 411, 412) y en un plano horizontal que es sustancialmente el mismo o inferior al plano de los medios de entrada de líquido en función de las propiedades de la sustancia líquida.
2. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según la reivindicación 1, que comprende además un depósito (R, 13R) para contener dicha sustancia líquida.
3. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según la reivindicación 2, en el que dicho depósito es un depósito externo (R), y en el que dicho primer sustrato (112) o dicho segundo sustrato (21, 211) comprende además medios de unión (25) dispuestos para recibir dicho depósito externo (R).
4. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según la reivindicación 2, en el que dicho depósito es un depósito interno (13R) integrado en dicho dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil.
5. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho primer sustrato (11) presenta un rebaje en una primera superficie principal (11b) que constituye un espacio (13) para contener dicha sustancia líquida.
6. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según la reivindicación 5 cuando está subordinada a la reivindicación 4, en el que dicho espacio (13) está dispuesto para contener dicho depósito interno (13R).
7. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según la reivindicación 5, en el que dicho primer sustrato (11) presenta además un orificio pasante que atraviesa dicho rebaje y la otra superficie principal (11a) de dicho primer sustrato, y en el que dichos medios de salida de líquido (14) están dispuestos en dicho orificio pasante para delimitar dicho rebaje en dicha primera superficie principal (11b), cerrando así dicho orificio pasante.
8. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha membrana accionadora (31) está dispuesta entre los primer y segundo sustratos (11; 12) y delimita dicho espacio (13).
9. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de salida de líquido (14) presentan un cuerpo de boquilla que incluye una sección principal más gruesa (14a) y una sección de membrana más delgada (14b), comprendiendo dicha sección de membrana delgada dicha por lo menos una boquilla de salida (14c).
10. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dichos medios de salida de líquido (141, 142) están constituidos por un sustrato plano que comprende dicha por lo menos una boquilla de salida.
11. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un microcontrolador programable (30) para controlar dicha membrana accionadora (31) variando su frecuencia de funcionamiento, y variando su suministro de energía, en el que la gama de frecuencias de funcionamiento y la tensión de suministro son seleccionadas para corresponder a una gama de viscosidades y un tamaño determinado de gotita.
12. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho canal fluídico es una mecha (13c).
13. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que dicho canal fluídico es una placa metálica (15b).
14. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que dicho canal fluídico contiene una pluralidad de microcanales (13c) dispuestos en la primera superficie principal (11b) de dicho primer sustrato.
15. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho canal fluídico constituye asimismo un depósito tampón (132c).
16. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de entrada de líquido son una mecha (41, 411, 412).
17. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, 5, 7 a 16, en el que dichos medios de entrada de líquido (41) son un tubo sólido dispuesto para extenderse en el interior del depósito externo (R).
18. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha membrana accionadora (31) está formada por una primera parte y una segunda parte que están dispuestas en una disposición deslizable una respecto a la otra.
19. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, 5, 7 a 18, en el que dicho depósito externo (R) comprende una bolsa colapsible unida a dichos medios de entrada de líquido (41).
20. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además unos medios de ventilación (13d, 141a, 142a).
21. Dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según la reivindicación 20 cuando está subordinada a la reivindicación 11, en el que dicho microcontrolador programable (30) está dispuesto además para accionar dicha membrana accionadora en un modo eliminador de burbujas para la conducción de cualesquiera burbujas de aire contenidas en la sustancia líquida hacia dichos medios de ventilación (13d, 141a, 142a) aplicando ráfagas a una frecuencia unas pocas a varias veces superior que la frecuencia de funcionamiento normal y con una duración desde menos de a 1 segundo a varios segundos.
22. Aparato que comprende un dispositivo dispensador de gotitas de líquido volátil según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
23. Aparato según la reivindicación 22, en el que dicho aparato es un aspirador, un limpiador de suelos, robótica para limpiar una habitación, un aparato de aromaterapia, un aparato de terapia respiratoria, un ambientador del aire, un perfumador, un depurador del aire, un aparato de aire acondicionado, un aparato dispensador de insecticida, una máquina de planchar, un electrodoméstico de línea blanca o un aparato de comunicaciones individual.
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