ES2616908T3

ES2616908T3 - Aparatos de generación de plasma y uso de los aparatos de generación de plasma

Info

Publication number: ES2616908T3
Application number: ES10776120.7T
Authority: ES
Inventors: Declan Andrew Diver; Hugh Potts
Original assignee: University of Glasgow
Current assignee: University of Glasgow
Priority date: 2009-11-03
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2030-11-03
Also published as: RU2012122622A; EP2497343B1; CY1118649T1; CN102714912B; PL2497343T3; JP2014222664A; JP5926775B2; WO2011055113A1; GB0919274D0; JP2013510398A; PT2497343T; US20120213664A1; US8980190B2; JP5753853B2; BR112012010526A2; RU2543049C2; DK2497343T3; EP2497343A1; CN102714912A

Abstract

Aparato generador de plasma (10) adecuado para tratar un empaque (12) sustancialmente sin una capa conductora, que comprende: un primer electrodo (20); una estructura del segundo electrodo (26) situada delante del primer electrodo (20); una capa aislante (18) interpuesta entre el primer electrodo (20) y la estructura del segundo electrodo (26), en donde: la estructura del segundo electrodo (26) tiene una pluralidad de porciones del segundo electrodo que definen porciones de separación entre ellas, el ancho de las partes de espacio es w, y las porciones del segundo electrodo tienen una superficie delantera, las porciones de separación comprenden material dieléctrico (18) y cada una tiene una superficie delantera, la diferencia de altura entre la superficie delantera de cada porción del segundo electrodo y las superficies delanteras de las porciones de separación adyacentes es h, en donde h es a lo máximo 1 mm y la relación w/h es al menos 1, el primer electrodo (20) se conecta a una fuente de generación de señal (22) para aplicar una señal de tensión alterna al primer electrodo (20), la estructura del segundo electrodo (26) se conecta o puede conectarse a tierra, las superficies delanteras de las porciones del segundo electrodo y las superficies delanteras de las porciones de separación forman conjuntamente una superficie de tratamiento de empaques, en donde cuando un empaque (12) a tratar se coloca contra la superficie de tratamiento de empaques, el aparato (10) funciona para generar plasma (13), en donde el funcionamiento del primer electrodo (20) permite que el campo eléctrico generado se escape a través de la forma estructural de la estructura del segundo electrodo (26) y hacia el espacio por encima de la superficie de tratamiento de empaques, caracterizado porque la superficie de tratamiento de empaques es adaptable para ajustarse al empaque (12) en uso con el fin de limitar el tamaño de las separaciones entre la superficie de tratamiento de empaques y el empaque (12), de manera que el plasma (13) se encuentra sustancialmente en su totalidad dentro del empaque a tratar.

Description

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DESCRIPCION

Aparatos de generacion de plasma y uso de los aparatos de generacion de plasma Antecedentes de la invencion Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a aparatos de generacion de plasma y al uso de los aparatos de generacion de plasma. La invencion tiene una aplicacion particular, pero no exclusiva, para la esterilizacion de productos y/o la descontaminacion de superficies.

Tecnica Relacionada

Se conoce que las descargas electricas pueden producirse deliberadamente para proporcionar efectos utiles. Se conoce, por ejemplo, la produccion de ozono (O3) mediante el uso de una descarga de corona en aire a presion atmosferica. Por ejemplo, el documento US-A-3,967,131 describe una unidad generadora de ozono de descarga de corona en la que se genera una descarga de corona entre electrodos concentricos separados por un espacio de aire y una pantalla (de vidrio) dielectrica cilmdrica y conectados a una tension alterna de aproximadamente 12,000 voltios. Los electrodos se forman de malla de acero inoxidable.

Una descarga de corona es una forma de plasma, es decir, un gas parcialmente ionizado, que incluye una proporcion de electrones e iones libres, que incluye especies neutras excitadas.

La produccion de ozono es de interes en particular para aplicaciones de esterilizacion y tratamiento de agua, ya que el ozono puede producir microorganismos inofensivos tales como bacterias, y sin embargo es inestable y se degrada con oxfgeno en un tiempo relativamente corto. La esterilizacion mediante el uso de ozono tiene muchas ventajas potenciales sobre las tecnologfas competidoras como el calentamiento, la desinfeccion qmmica, la radiacion UV y la radiacion nuclear.

El documento US-A-6,007,770 describe un aparato y un metodo para esterilizar objetos mantenidos en un recipiente cerrado, tal como en una bolsa de plastico sellada. El aparato tiene dos electrodos de alta tension dispuestos uno frente al otro mediante dos aisladores paralelos, habiendo una separacion entre los dos aisladores paralelos. El recipiente cerrado se coloca en la separacion entre los aisladores paralelos. El funcionamiento del aparato hace que el oxfgeno en el recipiente cerrado se convierta en ozono. Los electrodos funcionan a una tension de 7-25 kV.

El documento US-A-6,007,770 describe una modalidad en la cual hay un conductor electrico interno en el recipiente cerrado. Esto permite utilizar una menor tension aplicada. Sin embargo, este documento tambien explica que cuando el recipiente cerrado es estrecho, puede no ser necesario un conductor electrico interno en el recipiente cerrado.

Se considera que el funcionamiento del dispositivo en el documento US-A-6,007,770 generana ozono fuera del recipiente cerrado, lo que resulta en un peligro significativo para el operador. Ademas, cuando no existe conductor electrico interno en el recipiente cerrado, el recipiente cerrado debe tener una extension lateral muy pequena (por ejemplo, hasta aproximadamente 10 mm) con el fin de limitar la tension aplicada. Aun asf, debe usarse una tension alta, lo que impone un campo electrico muy alto a traves del recipiente cerrado, que tendra como resultado el dano de artfculos sensibles, que incluyen artfculos que contienen componentes electronicos. Ademas, cuando el recipiente incluye artfculos conductores (por ejemplo, la mayona de los productos alimenticios), la disposicion de estos elementos conductores afectara la cantidad de ozono producido y puede causar puntos sensibles que danan el recipiente.

El documento US 2003/0108460 describe un metodo y un aparato para producir una descarga de corona superficial. Un electrodo de base y un electrodo de malla se separan por un separador dielectrico. El electrodo de malla se conecta a tierra. Se aplica una tension alterna de 2,5-3,6 kV a 60 Hz al electrodo base para producir una descarga de corona superficial para la produccion de ozono. La descarga de corona se forma en las aberturas del electrodo de malla. El documento US 2003/0108460 describe la esterilizacion de objetos en una bolsa de plastico, tales como tejidos, organos, productos alimenticios, etc. En este caso, se forma una tapa de la bolsa de plastico con el aparato productor de ozono, separada del resto del volumen de la bolsa de plastico por una placa dielectrica porosa. El ozono producido por el aparato productor de ozono se dispersa en los objetos de la bolsa de plastico a traves de la placa dielectrica porosa. Por lo tanto, es un requisito del documento US 2003/0108460 que no exista sello entre el aparato productor de ozono y los objetos en la bolsa de plastico, de lo contrario el ozono no puede alcanzar los objetos en la bolsa de plastico.

El documento de Schwabedissen y otros 2007 [A. Schwabedissen, P Lacinski, X. Chen y J. Engemann, "PlasmaLabel - a new method for desinfect goods inside a closed package using dielectric barrier discharges” Contrib. Plasma Phys. 47 No. 7, 551-558 (2007)] describe un procedimiento de esterilizacion basado en ozono. El documento WO 2006/039883 proporciona una descripcion similar.

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El documento Schwabedissen y otros describe la generacion de un plasma a presion atmosferica dentro de un empaque sellado basada en una descarga de barrera dielectrica de superficie soportada por una etiqueta en la superficie interna del empaque. La etiqueta incluye un electrodo metalico, designado en este caso como el electrodo interior. Se coloca un sistema de electrodo exterior en contacto con la superficie exterior del empaque y se aplica una senal de alta tension de corriente alterna al sistema de electrodo exterior. El sistema de electrodo exterior se acopla capacitivamente al electrodo interior, lo que acciona, de este modo, una descarga de barrera dielectrica de superficie dentro del empaque sellado y genera ozono.

El electrodo interno usado por Schwabedissen y otros tiene una forma compleja. Esto es para maximizar la longitud del borde del electrodo interno en la etiqueta, ya que la intensidad del campo electrico es alta en estos bordes. El metal del electrodo interior se orienta hacia el interior del empaque.

El documento EP 1 507 281 A1 describe un sistema y un metodo para generar un plasma uniforme y estable. El sistema comprende un espacio de descarga entre al menos un par de electrodos, cuyos electrodos se disponen para proporcionar un campo electrico y para generar un plasma en el campo electrico. Al menos uno de los electrodos tiene una superficie lfmite con el espacio de descarga

La superficie lfmite se compone de una o mas regiones conductoras y aislantes dispuestas alternativamente. Tambien se describe un electrodo para usarse en el sistema. El sistema se describe como de uso en configuraciones de descarga de barrera dielectrica, tales como la generacion de plasmas de resplandor de presion atmosferica (APG) con fines de procesamiento de material o tratamiento de superficies.

El documento US 6 200 539 B1 describe un sustrato que se configura con un primer y segundo conjunto de electrodos, donde el segundo conjunto de electrodos se situa asimetricamente entre el primer conjunto de electrodos. Cuando se aplica a los electrodos una tension de RF suficiente para generar un plasma de descarga (por ejemplo, un plasma uniforme de descarga de resplandor uniforme) en el gas adyacente al sustrato, la asimetna en la configuracion del electrodo da como resultado una fuerza que se aplica a la especie activa en el plasma y a su vez al gas de fondo neutro. El sistema se describe como que tiene muchas aplicaciones potenciales, que incluyen el aumento o disminucion de la resistencia aerodinamica o la turbulencia, y el control del flujo de especies activas y/o neutras para usos tales como la separacion de flujo, la alteracion del flujo de calor, la limpieza de plasma, la esterilizacion, la deposicion, el grabado, o la alteracion en la humectabilidad, la imprimibilidad y/o la adhesion.

El documento WO 2009/098662 A1 describe un sistema de electrodos para generar una descarga de barrera dielectrica de superficie totalmente encapsulada en un dielectrico ceramico, mediante el uso de tecnologfa de ceramica sinterizada (cintas ceramicas, LTCC, HTCC, cintas verdes). El sistema de electrodos incluye un electrodo inferior y un electrodo superior que comprenden varias lmeas en forma de rejilla. El dispositivo de generacion de plasma puede construirse no solo plano sino tambien curvado, para la integracion en superficies planas o curvas de cualquier material, incluso metalico. El sistema se describe como de uso para el control del flujo de aire o la combustion asistida por plasma ademas de las aplicaciones de tratamiento de superficies o de gas.

El documento US 2006/162741 A1 describe un metodo y un aparato para limpiar y acondicionar superficies mediante el uso de plasma. Un ejemplo descrito del metodo comprende proporcionar una pluralidad de placas de barrera dielectrica alargadas dispuestas de forma adyacente entre sf, donde las placas tienen electrodos interiores conectados en ellas, introducir los objetos proximos a las placas y producir una descarga de barrera dielectrica para formar plasma entre los objetos y las placas para limpiar al menos una parte de los objetos. Un ejemplo descrito del aparato para limpiar objetos mediante el uso de plasma comprende una pluralidad de placas de barrera dielectrica alargadas dispuestas de forma adyacente entre sf, y una pluralidad de electrodos internos, cada uno de ellos se contiene dentro, y se extiende sustancialmente a lo largo de la longitud de, cada una de las respectivas placas de barrera dielectrica alargadas.

Resumen de la invencion

Los inventores actuales han notado que las descripciones de la tecnica anterior identificadas anteriormente sufren de desventajas, por ejemplo en relacion con la seguridad del funcionamiento y la facilidad del aparato generador de plasma de acuerdo con la reivindicacion 1.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invencion, se proporciona un uso de un apararato generador de plasma de acuerdo con la reivindicacion 18.

A continuacion se expondran las caractensticas preferidas y/o opcionales. Estas pueden combinarse individualmente o en cualquier combinacion con cualquier aspecto de la invencion, a menos que el contexto lo requiera de otra manera.

Preferentemente, las superficies delanteras de las porciones del segundo electrodo y las superficies delanteras de las porciones de separacion proporcionan conjuntamente una topograffa lisa. Esto se prefiere para que el plasma se genere sustancialmente de manera uniforme a traves de la superficie delantera del dispositivo. Esto permite que se utilice todo el plasma, ademas, permite que la superficie del aparato se mantenga (por ejemplo, se limpie) mas facilmente. Esto es de particular importancia cuando el aparato se utiliza para proporcionar o mantener una atmosfera esteril o

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desinfectante (tal como en una camara, por ejemplo, para el almacenamiento o manipulacion de objetos susceptibles a la degradacion por bacterias, hongos, virus y similares).

Preferentemente, el valor de h es suficientemente pequeno y/o el valor de la relacion w/h es suficientemente grande para que, en uso, el plasma se genere sustancialmente en su totalidad (o, en el caso mas preferido, solamente) en frente de la parte mas adelantada de las superficies delanteras de las porciones del segundo electrodo y las superficies delanteras de las porciones de separacion.

Es posible que la estructura del segundo electrodo tenga una configuracion sustancialmente plana. Sin embargo, esto no es esencial. El segundo electrodo puede tener cualquier configuracion que lo haga adecuado para la tarea de generar plasma segun sea necesario. Por ejemplo, el segundo electrodo puede tener una configuracion convexa o concava, en al menos una dimension o en dos dimensiones. Incluso se contempla una "forma de montura" (convexa en una dimension, concava en una dimension ortogonal). Por lo tanto, el termino "delantero" se establece para especificar una ubicacion que esta, localmente, mas delante (es decir, mas alejada) del primer electrodo que del segundo electrodo. La direccion hacia delante puede considerarse que esta a lo largo de una lmea dirigida lejos tanto del primer electrodo como del segundo electrodo, siendo la lmea perpendicular a una tangente a la forma general del segundo electrodo.

Preferentemente, h es a lo maximo 0,9 mm, a lo maximo 0,8 mm, a lo maximo 0,7 mm, a lo maximo 0,6 mm, a lo maximo 0,5 mm, a lo maximo 0,4 mm, a lo maximo 0,3 mm, a lo maximo 0,2 mm o a lo maximo 0,1 mm. En particular, los inventores han descubierto que h en el intervalo de 0-0,3 mm proporciona un rendimiento excelente.

La relacion w/h es al menos 1. Mas preferentemente, esta relacion es al menos 2, al menos 4, al menos 5, al menos 6, al menos 8, al menos 10, al menos 20, al menos 30, al menos 40, al menos 50, o al menos 100.

Preferentemente, w es de 0,1 a 2 veces, mas preferentemente 0,2 a 2 veces (por ejemplo aproximadamente 0,4, 0,6 o 0,8 veces), la distancia de separacion entre el primer electrodo y el segundo electrodo. Esto permite que el campo electrico desde el primer electrodo salga a traves de los espacios de manera controlada, con el fin de formar, mas controlablemente, plasma a tensiones aceptables. Sin embargo, el intervalo preferido de w depende en cierta medida de la forma del segundo electrodo. Actualmente se considera que el valor optimo de w para una configuracion en espiral (o aproximada en espiral) del segundo electrodo es de aproximadamente 0,4 mientras que para un segundo electrodo de configuracion hexagonal, w puede ser de 0,6 a 0,8 para alcanzar un rendimiento optimo. La distancia entre el primer electrodo y la estructura del segundo electrodo puede estar preferentemente en el intervalo de 0,1-10 mm, mas preferentemente en el intervalo de 0,1-5 mm o 0,1-2 mm, o en el intervalo de 1-10, 1-5 mm o 1-2 mm.

Se pretende, en este caso, que la medicion de h y la medicion de w/h se lleve a cabo ignorando sustancialmente la rugosidad superficial aleatoria. Preferentemente, las porciones del segundo electrodo se disponen regularmente, siendo esta disposicion regular no aleatoria. Por ejemplo, preferentemente las porciones del segundo electrodo forman conjuntamente un patron sustancialmente radial y/o sustancialmente espiral. Son posibles disposiciones alternativas, por ejemplo, un patron de rejilla o un patron de panal (por ejemplo hexagonal).

Las porciones de separacion comprenden material dielectrico. De este modo, las superficies delanteras de las porciones de separacion son superficies de material dielectrico.

Es posible que cada porcion del segundo electrodo incluya un elemento conductor con una capa aislante superpuesta, de manera que la superficie delantera de las porciones del segundo electrodo sea una superficie aislante. Esto se prefiere cuando se quiere cubrir el segundo electrodo en uso, por ejemplo para proteger el segundo electrodo de la degradacion ambiental. Una capa aislante de recubrimiento adecuada tambien puede limpiarse mas facilmente que el propio segundo electrodo. Por lo tanto, el termino "porcion del segundo electrodo" no debe interpretarse necesariamente como que requiere solo una parte conductora; se contempla que la porcion del segundo electrodo tambien incluye la capa aislante de recubrimiento, si esta presente.

En el caso en que hay una capa aislante que recubre el elemento conductor, preferentemente esta capa aislante se extiende hasta la porcion de separacion adyacente a la porcion del segundo electrodo. De esta manera, es posible que la superficie delantera de la porcion del segundo electrodo y la superficie delantera de la porcion de separacion sean continuas entre sf y se formen del mismo material. En una modalidad, esto permite que la superficie delantera del aparato sea lisa (por ejemplo plana) aparte de la rugosidad aleatoria (la cual se minimiza preferentemente). Dicho aparato proporciona una superficie que puede limpiarse facilmente. La capa aislante puede ser un material tal como vidrio, mica, un plastico o ceramica.

En modalidades alternativas, cada porcion del segundo electrodo puede comprender un elemento conductor que se expone en las superficies delanteras de las porciones del segundo electrodo. De esta manera, el segundo electrodo es tfpicamente visible para el usuario (y puede tocarse por el usuario). Sin embargo, tfpicamente la estructura del segundo electrodo se conecta a tierra. De esta manera, el segundo electrodo no representa ningun riesgo electrico para el usuario. Ademas, los elementos conductores de las porciones del segundo electrodo pueden estar al menos parcialmente embebidos en la superficie del dispositivo. Por ejemplo, la superficie delantera de las porciones de separacion puede situarse hacia delante de la superficie posterior de las porciones adyacentes del segundo electrodo.

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De esta manera, puede reducirse h. Es posible en tales realizaciones que h sea sustancialmente cero, donde las superficies delanteras del elemento conductor estan a nivel con las superficies delanteras de las porciones de separacion.

El primer electrodo se conecta o puede conectarse tfpicamente a una fuente de generacion de senal, para aplicar una senal de tension alterna al primer electrodo. El primer electrodo se encuentra tfpicamente dentro del aparato, y no esta expuesto al contacto con el usuario. Por ejemplo, el primer electrodo puede mantenerse dentro de una carcasa aislante. El exterior de la carcasa puede conectarse (o ser conectable) a tierra.

La magnitud de la senal aplicada al primer electrodo es preferentemente de al menos 0,5 kVrms, mas preferentemente de al menos 1 kVrms. La magnitud de la senal aplicada al primer electrodo es preferentemente a lo maximo de 30 kVrms, mas preferentemente a lo maximo de 15 kVrms, o a lo maximo de 8 kVrms. La frecuencia de la senal aplicada al primer electrodo esta preferentemente en el intervalo de los kHz, pero se considera que el aparato funcionana satisfactoriamente (aunque menos bien que en el rango de los kHz) si se opera a 50-60 Hz. Mas preferentemente, la frecuencia de la senal aplicada al primer electrodo es de al menos 1 kHz. Mas preferentemente aun, la frecuencia de la senal aplicada al primer electrodo es de al menos 5 kHz o al menos 10 kHz. Preferentemente, la frecuencia de la senal aplicada al primer electrodo es a lo maximo 200 kHz, mas preferentemente a lo maximo 100 kHz, mas preferentemente aun a lo maximo 50 kHz. Estos lfmites preferidos de los intervalos de magnitud y frecuencia de la senal aplicada al primer electrodo pueden combinarse en cualquier combinacion.

Se prefiere que el aparato funcione en un modo pulsado, aunque es posible el funcionamiento en modo continuo. La principal razon por la que se prefiere el modo pulsado es controlar la carga termica en el empaque, particularmente cuando el empaque se forma a partir de un material plastico. Tfpicamente, pueden utilizarse ciclos de trabajo en el intervalo del 5-100 %. Preferentemente, se utilizan ciclos de trabajo en el intervalo del 30-50%. Los tiempos de ciclo tfpicos oscilan entre 0.05 s y 2 s. Preferentemente, se utilizan tiempos de ciclo en el intervalo de 0,2-0,4 segundos. Por ejemplo, para un ciclo de trabajo del 50 % con un tiempo de ciclo de 0,2 s, el plasma se encendena durante 0,1 s y se apagana durante 0,1 s repetidamente.

Es posible que el segundo electrodo no se conecte a tierra sino que tenga una senal aplicada a el. En este caso, se prefiere que la senal tenga una relacion de fase predeterminada con la senal aplicada al primer electrodo. Por ejemplo, la senal aplicada al segundo electrodo puede estar exactamente desfasada con la senal aplicada al primer electrodo. Preferentemente, la magnitud de la senal aplicada al segundo electrodo es menor que (y mas preferentemente significativamente menor que) la magnitud de la senal aplicada al primer electrodo. Esto permite la reduccion adicional de la interferencia electrica filtrada desde dispositivo (es decir, la reduccion del campo electrico filtrado a distancias lejanas al dispositivo).

Preferentemente, la capa aislante interpuesta entre el primer electrodo y la estructura del segundo electrodo llena completamente el espacio entre el primer electrodo y la estructura del segundo electrodo. Esto es ventajoso porque de otro modo, si hubiera espacios llenos de gas entre el primer electrodo y la estructura del segundo electrodo, puede generarse un plasma en dichos espacios, lo que reducina la eficiencia y la longevidad del aparato.

El aparato es adecuado para tratar un empaque. Las superficies delanteras de las porciones del segundo electrodo y las superficies delanteras de las porciones de separacion, preferentemente forman conjuntamente una superficie de tratamiento de empaques. en uso, el empaque a tratar se coloca contra la superficie de tratamiento de empaques. El aparato funciona entonces para generar plasma. El plasma generado se situa entonces sustancialmente en su totalidad dentro del empaque a tratar. La ventaja significativa de esto es que el producto del plasma (por ejemplo, el ozono) puede formarse solamente dentro del empaque, de manera que el usuario no se expone a cantidades significativas del producto del plasma.

La superficie de tratamiento de empaques y el empaque se ajustan entre sf en uso con el fin de limitar el tamano de los espacios entre la superficie de tratamiento de empaques y el empaque. La limitacion (o incluso la eliminacion) de dichos espacios reduce el volumen, externo del empaque, dentro del cual puede formarse plasma.

Preferentemente, en uso, al menos una parte del empaque se superpone sobre la totalidad de la estructura del segundo electrodo. De esta manera, un tamano del area de la parte del empaque que se conforma con la superficie de tratamiento de empaques puede ser mayor que la estructura del segundo electrodo. Esto ayuda a asegurar que el plasma se genera solo dentro del empaque y no fuera del empaque.

El aparato puede ademas tener medios de empuje que funcionan para presionar el empaque y la superficie de tratamiento de empaques uno hacia y contra el otro. Por ejemplo, los medios de empuje pueden proporcionarse mediante un diferencial de presion. Este puede proporcionarse mediante medios de succion en comunicacion de fluido con la superficie de tratamiento de empaques. Preferentemente, la superficie de tratamiento de empaques incluye canales para extraer aire de los espacios entre el empaque y la superficie de tratamiento de empaques, donde dichos canales se proporcionan opcionalmente por las porciones de separacion entre las porciones del segundo electrodo. Los canales pueden proporcionarse en un patron sustancialmente radial y/o sustancialmente en espiral en la superficie de tratamiento de empaques.

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El aparato puede incluir, ademas, al menos un sello, dispuesto con el fin de sellarse sustancialmente con el empaque en uso, que se extiende opcionalmente alrededor del penmetro de la superficie de tratamiento de empaques.

Preferentemente, el aparato incluye medios de conmutacion, que funcionan para energizar el primer electrodo solamente cuando los medios de empuje han hecho que el empaque y la superficie de tratamiento de empaques se presionen uno hacia y contra el otro. Por ejemplo, cuando los medios de empuje se proporcionan por succion, puede tomarse un valor predeterminado de cafda de presion en una lmea de succion para indicar un prensado adecuado del empaque y de la superficie de tratamiento de empaques uno hacia y contra el otro. De esta manera, los medios de conmutacion pueden actuar como un dispositivo de seguridad, para evitar que el aparato genere plasma cuando no se presiona un empaque a la superficie de tratamiento de empaques.

En una modalidad alternativa, la superficie de tratamiento de empaques puede ser flexible con el fin de que sea capaz de ajustarse al empaque a tratar. Adicionalmente, la superficie de tratamiento de empaques puede ser resiliente. Por ejemplo, antes de que la superficie de tratamiento de empaques se conforme con el empaque, esta puede tener una forma convexa. Esto es de particular utilidad cuando el empaque se forma de material ngido, por ejemplo, vidrio o plastico ngido.

Preferentemente, el empaque incluye al menos un objeto a tratar, seleccionado de material vegetal, producto alimenticio, material animal, objetos medicos, objetos oftalmicos y productos farmaceuticos o cosmeticos. De particular interes en este caso, son los productos alimenticios perecederos tales como productos de panadena (tales como pan fresco), fruta fresca, verduras frescas, carne fresca, pescado fresco, etc. Sin embargo, es posible que el empaque incluya solo un gas, tal como aire. En ese caso, puede ser de interes tratar el aire en el empaque como se indica anteriormente, con el fin de utilizar el aire tratado en otra parte, donde el empaque se utiliza para contener y transportar el aire tratado.

Tfpicamente, el empaque es sustancialmente hermetico durante el tratamiento con el aparato. El empaque puede incluir al menos un sello para mantener una integridad hermetica sustancial hasta que el empaque se abra por un usuario. El sello puede romperse irreversiblemente por apertura. Alternativamente, el sello puede volver a sellarse despues de la apertura por parte del usuario. Sin embargo, esto no es esencial en situaciones en las que los productos del plasma puedan escaparse del empaque en condiciones de seguridad.

En una modalidad alternativa, es posible que el empaque se use como un recinto para manipular uno o mas objetos. Tal objeto puede colocarse en el recinto a traves de una abertura sellable. Antes, durante o despues del tratamiento del recinto mediante el uso del aparato, el objeto puede manipularse dentro del recinto, por ejemplo, para abrir el objeto, o para llevar a cabo algun otro proceso en el objeto. Esta manipulacion puede asistirse cuando el recinto incluye una o mas areas de manipulacion flexibles (tfpicamente dos). Por ejemplo, puede proporcionarse un area de manipulacion flexible mediante una porcion del recinto en forma de un guante, lo que permite al usuario insertar una mano en el guante, lo que permite de este modo que el usuario "inserte" una mano en el espacio interno del recinto mientras se separa del espacio interno del recinto por el espesor del guante, para realizar la manipulacion del objeto. Durante este proceso, el recinto general, que incluye el area de manipulacion flexible, permanece preferentemente sustancialmente sellado. En efecto, el formato preferido de esta modalidad es una caja de guantes desechable. Esta modalidad se prefiere particularmente cuando el objeto a manipular incluye uno o mas materiales de riesgo biologico, por ejemplo, para la manipulacion en el campo, o simplemente cuando puede justificarse un recinto desechable o plegable (por ejemplo, cuando su uso sena infrecuente) y cuando no pueden justificarse el coste y/o el espacio para una guantera convencional.

El empaque puede incluir una atmosfera de empaque a presion atmosferica o cerca de esta. La atmosfera de empaque incluye preferentemente oxfgeno (por ejemplo, al menos un 1% de oxfgeno y preferentemente al menos un 5 % o al menos 10 % de oxfgeno). Por ejemplo, el material de empaque puede ser aire. Tambien se contempla una atmosfera alternativa. Por ejemplo, el tratamiento del recipiente puede ser para eliminar un gas reactivo o contaminante de la atmosfera dentro del empaque. En una modalidad, puede desprenderse un compuesto organico volatil toxico por materiales (por ejemplo, colas) usados en la fabricacion de un objeto. Un plasma puede oxidar estos compuestos organicos volatiles toxicos, haciendolos relativamente seguros. En otra modalidad, las especies activas generadas por un plasma en nitrogeno puro pueden ser utiles para destruir compuestos espedficos no deseados.

Ciertas mezclas de gases se usan en el empaque de alimentos de atmosfera modificada (MAP), para los cuales los procesos de realizaciones preferidas de la presente invencion tienen una utilidad particular. De esta manera, por ejemplo, la atmosfera puede contener un nivel mejorado de un gas tal como oxfgeno o dioxido de carbono como se usa comunmente en el empaque de alimentos de atmosfera modificada (MAP).

Se prefiere que el plasma sea un plasma generador de ozono. Esto es de particular interes para aplicaciones de esterilizacion, pero la presente invencion no se limita necesariamente a aplicaciones de esterilizacion. Tfpicamente, el ozono se genera por el plasma debido a la formacion de radicales de oxfgeno e iones de moleculas de oxfgeno, con reacciones entre estas tres especies que conducen a la formacion de ozono.

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El ozono es un excelente agente esterilizante/desinfectante, y se considera que es especialmente util para el tratamiento de artfculos de consumo empacados, tales como alimentos empacados y productos medicos empacados. El ozono ataca y puede producir bacterias, hongos, virus, esporas, etc. sustancialmente inofensivos. A presion atmosferica y temperatura ambiente, el ozono tiene una vida media convenientemente corta. Despues de formar el ozono en el empaque mediante el uso del plasma, la cantidad de ozono disminuye con el tiempo de manera que cuando (algun tiempo despues del tratamiento) un consumidor llega a abrir el empaque, el empaque contiene poco o nada de ozono restante.

El empaque puede ser ngido, pero es mas preferentemente flexible, al menos en la region destinada a empujarse contra la superficie de generacion del aparato. Por ejemplo, el empaque puede incluir una capa polimerica flexible. Los plasticos de empaque conocidos son particularmente adecuados, tales como el polipropileno (PP), polipropileno de orientacion biaxial (BOPP), polietileno (PE), tereftalato de polietileno (PET), combinaciones de estos materiales, etc. En el caso de un empaque ngido (por ejemplo, plastico ngido tal como PET o en el caso de empaques de vidrio) es posible que el aparato se adapte a la forma exterior del empaque ngido.

El empaque en sf esta sustancialmente libre de una capa conductora, tal como una capa metalica. Esto no excluye la posibilidad de que el empaque incluya componentes metalicos discretos, tales como sujetadores (por ejemplo, grapas, sujetadores de alambre, etc.) que comprenden metal. Sin embargo, se prefiere particularmente que el empaque no incluya una capa conductora, tal como una capa conductora modelada, para promover la generacion de plasma en el empaque. Una razon para ello es que la inclusion de dicha capa requiere la modificacion del empaque y/o del proceso de empaque. Por el contrario, el uso de las realizaciones preferidas de la presente invencion permite la esterilizacion de empaques previamente sellados sin la necesidad de anadir un componente adicional en el empaque. Esto significa, por ejemplo, que el empaque puede fabricarse y sellarse en un sitio y transferirse al aparato para su posterior esterilizacion. Una desventaja adicional de la inclusion de una capa conductora en el empaque puede interferir con la calidad del producto empacado. Por ejemplo, una etiqueta metalica en contacto con alimentos empacados puede causar un cambio de sabor, decoloracion, etc. de los alimentos.

En algunas realizaciones, se prefiere proporcionar un aparato generador de plasma con un area de "ocupacion" total relativamente grande para el primer electrodo y el segundo electrodo. Esto permite la generacion de plasma sobre un area correspondientemente grande. El area de electrodo requerida puede proporcionarse mediante el uso de un solo primer y segundo electrodos adecuadamente grandes. Sin embargo, los inventores se han dado cuenta de que su sistema es escalable en tamano mediante el uso de un sistema modular.

Por consiguiente, en un ejemplo se proporciona un sistema de generacion de plasma que comprende una pluralidad de modulos, donde cada modulo proporciona al menos un segundo electrodo modular, y los respectivos segundos electrodos modulares pueden ensamblarse en un aparato generador de plasma de acuerdo con el primer aspecto en el que el segundo electrodo se proporciona por el ensamble de segundos electrodos modulares.

En el sistema de generacion de plasma, es posible que el primer electrodo se proporcione como una unidad unica (es decir, no modular), que coopera con los segundos electrodos modulares. Sin embargo, se prefiere que el sistema comprenda unos primeros electrodos modulares dispuestos con respecto a segundos electrodos modulares correspondientes para permitir el ensamble del aparato generador de plasma.

Preferentemente, los segundos y/o primeros electrodos modulares se teselan para formar el arreglo requerido de electrodos. La teselacion proporciona preferentemente una distribucion de plasma relativamente uniforme a traves de la superficie de generacion de plasma.

Breve descripcion de las figuras

A continuacion se describen modalidades preferidas de la presente invencion con referencia a las figuras adjuntas en las que:

La Figura 1 muestra una vista en seccion transversal esquematica de un aparato en uso de acuerdo con una modalidad de la presente invencion.

La Figura 2 muestra una vista ampliada de parte de la Figura 1.

La Figura 3 muestra una vista en seccion transversal esquematica de un aparato en uso de acuerdo con otra modalidad, mas preferida, de la presente invencion.

La Figura 4 muestra una vista en planta esquematica de una superficie de tratamiento de empaques del aparato de la Figura 3.

La Figura 5 muestra una vista en seccion transversal esquematica parcial de una modalidad de la presente invencion.

La Figura 6 muestra una vista en seccion transversal esquematica parcial de otra modalidad de la presente invencion.

La Figura 7 muestra una vista en seccion transversal esquematica parcial de una modalidad adicional de la presente invencion.

La Figura 8 ilustra una vista esquematica de otra modalidad de la presente invencion.

Las Figuras 9-11 muestran vistas en seccion transversal esquematicas de parte de varios dispositivos en uso, que producen plasma y que ilustran la penetracion del campo electrico y el plasma asociado en una bolsa de plastico, donde el rendimiento de cada dispositivo vana con la separacion en el elemento de segundo electrodo.

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Descripcion detallada de las modalidades preferidas

La Figura 1 muestra una vista en seccion transversal esquematica de un sistema de esterilizacion de acuerdo con una modalidad preferida de la invencion. El sistema de esterilizacion incluye un aparato generador de plasma 10 y un empaque 12 para tratarse, que incluye al menos un objeto (no mostrado, pero tipicamente un producto alimenticio tal como frutas/verduras frescas o un producto medico tal como un vendaje para heridas) contenido en el empaque 12.

El empaque en esta modalidad comprende una bolsa flexible formada de material plastico, tal como PE. Un sello 14 se forma de una manera conocida en una region previamente abierta del empaque.

El aparato generador de plasma 10 incluye una carcasa 16 formada de metal y conectada electricamente, en uso, a tierra. La carcasa 16 encierra un aislador 18 en el cual se empotra un primer electrodo 20 alimentado. El primer electrodo 20 se conecta electricamente a una fuente de generacion de senal, o fuente de alimentacion de alta tension 22. La fuente de alimentacion de alta tension 22 esta totalmente contenida dentro del armazon metalico 24 conectado a tierra.

El aparato tiene una superficie de tratamiento de empaques que es sustancialmente adyacente con el espacio de ocupacion del segundo electrodo 26. El segundo electrodo 26 es metalico y se expone en la superficie de tratamiento. En otras realizaciones, el segundo electrodo puede cubrirse con (o empotrarse en) una capa delgada de material aislante. El segundo electrodo 26 se superpone y esta en coincidencia con el primer electrodo 20. El primer y segundo electrodo pueden tener sustancialmente el mismo espacio de ocupacion total. El primer y segundo electrodo se separan por una capa delgada de material aislante 18.

Los medios de sellado, en forma de deflectores de flujo de gas 28, se proporcionan alrededor de la superficie de generacion. Los medios de obturacion proporcionan una superficie continua, inclinada, para reunirse y sellarse con una parte correspondiente del empaque. Esto permite que el empaque se soporte sobre el aparato al comienzo del proceso de esterilizacion, y permite el mantenimiento de una hermeticidad entre el empaque y los medios de sellado a medida que el empaque se impulsa hacia la superficie de tratamiento de empaques,

Entre los deflectores de flujo de gas 28 y la carcasa 16 se proporcionan pasos de flujo de gas 30, 32, conectados a una bomba de vado (no mostrada). Mediante el funcionamiento de la bomba, cuando el empaque se soporta por los medios de sellado, puede retirarse el aire en el espacio entre el empaque y la superficie de generacion. El diferencial de presion fuerza el empaque hacia la superficie de generacion, y en ultima instancia presiona el empaque contra el segundo electrodo. A medida que se completa el sellado (o al menos se mejora), la presion reducida en la lmea de vado puede usarse para activar la energfa para energizar el primer electrodo.

La estructura del segundo electrodo se disena cuidadosamente para evitar la creacion de burbujas de aire atrapado entre el empaque y el segundo electrodo. Por ejemplo, una estructura de electrodo adecuada puede tener un arreglo de brazos ramificados en espiral, conectados en un nodo central y en sus extremidades a tierra. Entre los brazos se forman canales que permiten extraer el aire de entre la superficie de generacion y el empaque sin la formacion de regiones en las que el aire pueda atraparse. Asf, durante el funcionamiento de la bomba de vado, el empaque se presiona uniformemente contra la superficie de tratamiento de empaques. En esta modalidad, h y w describen la forma de los canales, los cuales coinciden con los espacios entre las porciones del segundo electrodo. El experto en la tecnica puede medir facilmente estas dimensiones y puede distinguirlas de la rugosidad superficial aleatoria en vista de la regularidad de la colocacion de las porciones del segundo electrodo y los espacios entre ellas. Por ejemplo, puede tomarse una medicion del perfil de la superficie para medir estas dimensiones.

Como se muestra mas claramente en la Figura 2, el funcionamiento del primer electrodo 20 permite que el campo electrico generado "escape" a traves de la forma estructurada del segundo electrodo 26 (ver espacios 27) y hacia el espacio por encima del segundo electrodo. Se forma un plasma 13 en las regiones de campo electrico alto donde hay gas (por ejemplo, aire) presente. Cuando la bolsa de empaques se presiona firmemente contra la superficie de generacion, la capa del material de empaque forma una capa aislante adicional en la superficie de generacion, sobre la superficie superior del segundo electrodo. Sin embargo, esto no afecta significativamente la geometna del campo electrico en terminos practicos. El plasma se forma entonces por encima de la capa del material de empaque, y por lo tanto dentro del empaque.

Generalmente, el espacio entre los brazos del segundo electrodo es aproximadamente 0,2-2 veces el espacio de aislamiento entre los dos electrodos, y lo mas preferentemente aproximadamente 0,4 veces.

Como se muestra mas claramente en la Figura 2 (una vista ampliada de una parte de la Figura 1), el plasma se golpea completamente dentro del empaque.El empaque se presiona contra la superficie de tratamiento de empaques de manera que el tamano de area del empaque presionada contra la superficie de tratamiento de empaques (o, mas generalmente, presionada contra el aparato) es mayor que el tamano del area del segundo electrodo y por lo tanto mayor que el tamano del area del plasma. Esto evita que el plasma se golpee parcialmente dentro y parcialmente fuera

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del empaque (lo que de otro modo puede causar problemas al operador del dispositivo). Por lo tanto, el ozono se genera a partir del gas oxfgeno contenido en el empaque.

Debe notarse que la presente modalidad proporciona varias ventajas tecnicas importantes. En primer lugar, en algunos sistemas de la tecnica anterior (por ejemplo, Schwabedissen y otros 2007), se proporciona al menos un electrodo energizado expuesto en la superficie del aparato. Esto es muy peligroso. Por el contrario, en las realizaciones preferidas de la presente invencion, no hay ningun componente expuesto al que se aplica una alta tension. Esto permite que las presentes realizaciones funcionen en condiciones de alta humedad, o incluso bajo el agua. El diseno del segundo electrodo de las realizaciones preferidas significa que el campo electrico que se escapa disminuye muy rapidamente con la distancia desde el aparato. Esto significa a su vez que cualquier interferencia electrica proporcionada por el funcionamiento del aparato sera muy baja. El gran tamano de los electrodos en el sistema de Schwabedissen resulta en grandes campos radiados, que imponen serios problemas de regulacion y hacen que su uso in situ en la medicina sea diffcil o poco realista.

Ademas, debe notarse que es particularmente ventajoso que no se disponga de una etiqueta metalica en el empaque. Una ventaja clave es que no se requiere ningun empaque especial o modificado. Por lo tanto, las realizaciones preferidas de la invencion pueden utilizarse sin requerir la modificacion de las lmeas de empaque existentes o los materiales de empaque. Ademas, esto tiene un beneficio en eficiencia y costo. Las existencias que ya se han fabricado y empacado (por ejemplo, viejas existencias medicas pre-envasadas) puede esterilizarse o volver a esterilizarse antes de su uso. Ademas, la ausencia de una etiqueta metalica evita problemas de metales en contacto con los alimentos (reaccion, sabor, etc.). En el aparato de la tecnica anterior, los problemas asociados con el metal en contacto con los contenidos empacados pueden de hecho ser mas graves cuando el plasma esta presente, lo que promueve reacciones adversas dentro del empaque.

Como se aprecia en la Figura 2, las superficies delanteras de los elementos conductores de la estructura del segundo electrodo se muestran a nivel con las superficies delanteras de las porciones de separacion adyacentes. Por lo tanto, h es cero en esta modalidad espedfica. Sin embargo, es posible que h sea diferente de cero, por ejemplo, para la provision de canales de drenaje de aire superficial como se discutio anteriormente. Dicha situacion (h diferente de cero) surge por ejemplo si la estructura del segundo electrodo se deposita sobre la capa de material aislante que cubre el primer electrodo.

La Figura 3 muestra una modificacion de la modalidad de la Figura 1. Elementos similares a los mostrados en la Figura 1 se representan con los mismos numeros de referencia que en la Figura 1 y no se describen de nuevo. En la Figura 3, se invierte el aparato, para que el material a esterilizar (en el empaque) se mantenga alejado mas facilmente de la region del empaque sometida a tratamiento con plasma. La estructura del aparato significa que el campo electrico fuerte solo penetra a una corta distancia dentro del empaque. El grado de penetracion del campo electrico fuerte se muestra con la lmea discontinua en la Figura 3. Como en referencia a la Figura 1, el plasma se forma sustancialmente en su totalidad dentro del empaque 12.

El medio de sellado utilizado en la Figura 1 es diferente al utilizado en la Figura 3. En la Figura 3, se situa un anillo O en un canal que rodea la estructura del segundo electrodo. El sistema de sellado se muestra mas claramente en la Figura 4. El anillo O 40 se situa de modo que sobresalga ligeramente de la superficie de tratamiento de empaques (tambien llamada la superficie generadora). Los conductos de vacm 42 se situan para rodear la estructura del segundo electrodo 44, que se superpone al primer electrodo (mostrado con lmea discontinua como 46 en la Figura 4). La pantalla 48 conectada a tierra se conecta electricamente a la estructura del segundo electrodo, con el fin de que la estructura del segundo electrodo tambien se conecte a tierra, para garantizar un funcionamiento seguro.

La Figura 5 muestra una vista en seccion transversal esquematica parcial de una modalidad de la presente invencion. En esta modalidad, el aparato se utiliza para tratar un empaque 12. Los elementos conductores del segundo electrodo se exponen en la superficie de tratamiento de empaques. Sin embargo, cuando el empaque se empuja hacia la superficie de tratamiento de empaques, la pared del propio empaque cubre los elementos conductores del segundo electrodo, preferentemente sin dejar espacios significativos entre la superficie de tratamiento de empaques y el empaque. El efecto de esto es que cuando se energiza el primer electrodo, el plasma 11 se forma solamente dentro del empaque 12. De esta manera, puede producirse el ozono de manera que este se produzca solo dentro de un empaque de bolsa sellada. Esto tiene una utilidad particular para el tratamiento de alimentos, apositos medicos y la esterilizacion de instrumentos medicos. Esto puede usarse, tambien, por ejemplo, para la eliminacion de contaminantes gaseosos de una bolsa sellada

La Figura 6 muestra una vista en seccion transversal esquematica parcial de otra modalidad de la presente invencion. En la Figura 6, el aparato puede usarse sin un empaque, por ejemplo, para la desinfeccion de superficies. Los elementos conductores de la estructura del segundo electrodo se situan detras de una capa delgada 60 de material aislante, por ejemplo, plasticos (por ejemplo Teflon), ceramica, vidrio, etc. Esto permite que la superficie generadora de plasma del aparato sea lisa, homogenea y uniforme, lo que permite por ejemplo una facil limpieza y permite que el segundo electrodo se oculte completamente de la vista. Un aparato de este tipo puede incorporarse en las paredes de un armario de seguridad biologico, un refrigerador (por ejemplo, un refrigerador domestico), un horno de microondas, un

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lavaplatos, cubos de basura, etc., lo que permite la esterilizacion y el control de olores. Un aparato de este tipo tambien puede incorporarse en la tapa de una caja de cosmeticos, por ejemplo.

La Figura 7 muestra una modificacion de la Figura 6, en la que la capa aislante 60 no esta presente. Se pretende que este aparato tenga aplicaciones similares al aparato de la Figura 6.

La Figura 8 ilustra una vista esquematica de otra modalidad de la presente invencion. En esta modalidad, como se muestra en la vista izquierda de la Figura 8, el aparato tiene una superficie de tratamiento de empaques adaptable. El primer electrodo 70 se situa en un lado de una capa aislante flexible resiliente 72 (por ejemplo, formada de polfmero de silicona aislante) y la estructura del segundo electrodo 74 se situa en el lado delantero de la capa aislante flexible resiliente 72. El primer y segundo electrodo pueden formarse, por ejemplo, de polfmero de silicona conductor. Antes de su uso, la configuracion de la capa aislante flexible resiliente 72 (y por lo tanto de los electrodos) es convexa. Sin embargo, cuando se presiona contra un empaque (por ejemplo, una botella de vidrio o de plastico 76), la superficie de tratamiento de empaques se ajusta a la forma del empaque. El objetivo en este caso es asegurar que toda la estructura del segundo electrodo se presione contra la pared del empaque, con el fin de que el plasma generado debido a la energizacion subsiguiente del primer electrodo se forme totalmente dentro del empaque, para formar, por consiguiente, ozono solamente dentro del empaque. Este aparato no requiere una bomba de vado, por lo que puede ser mas pequeno y fabricarse con menor costo que el aparato de la Figura 1. Como se comprendera, es de particular interes para el tratamiento de empaques ngidos. Cabe senalar en este caso que la Figura La 8 es esquematica. En particular, la vista derecha de la Figura 8 muestra que, en las extremidades superior e inferior, el segundo electrodo no esta en contacto estrecho con la pared de la botella. Sin embargo, para las realizaciones practicas de la presente invencion, se prefiere que todo el segundo electrodo se presione en contacto estrecho con la pared de la botella. Esto es para evitar la generacion de plasma fuera de la botella.

Es de interes aqrn considerar las ventajas de los sistemas actuales sobre los sistemas conocidos. Por ejemplo, mediante el uso del sistema US-A-6,007,770, se produce ozono tanto dentro como fuera del empaque, lo que resulta en un peligro significativo para el operador, y como requisito para evitar el peligro del operador, el aparato debe funcionar dentro de un recinto sellado. Sin embargo, mediante el uso de las realizaciones preferidas de la presente invencion, el ozono se produce solamente dentro del empaque donde esta presente, con deteccion automatica de condiciones operativas seguras, por ejemplo, basada en la presion en la lmea de vacfo.

Ademas, en el documento US-A-6,007,770, solo es posible tratar empaques muy finos (por ejemplo, de anchura total solamente hasta aproximadamente 10 mm) a menos que se coloque una estructura de electrodo compleja en la bolsa (ver, por ejemplo, la Figura 3 de ese documento). Incluso entonces, se requieren tensiones muy altas. Con las realizaciones preferidas de la presente invencion, pueden tratarse empaques arbitrarios siempre y cuando sea accesible una pequena area de un lado del empaque.

En el documento US-A-6,007,770, todo el contenido de la bolsa se expone a un campo electrico muy elevado, lo que impide que la esterilizacion de muchos artfculos delicados, especialmente los que contienen electronica. La disposicion exacta de los elementos conductores dentro del contenedor tambien tendna tfpicamente un efecto significativo sobre la cantidad de ozono producido, y tambien podna causar puntos sensibles que danan la bolsa. En las realizaciones preferidas de la presente invencion, la region del campo electrico se confina a un pequeno volumen, cerca del segundo electrodo, de modo que el contenido del empaque no afecta la cantidad de ozono producido, y ademas el contenido del empaque no se expone a ningun campo electrico significativo.

Con respecto al documento US 2003/0108460, se considera que la mayor parte del plasma producido por el aparato de ese documento se producina dentro de los espacios entre el alambre del electrodo de malla. Esto se debe a que la region de campo electrico mas intensa (donde se forma el plasma) en el documento US 2003/0108460 se produce en esta region. Esto hana imposible tratar un empaque de tal manera que el plasma se forme completamente dentro del empaque, a menos que todo el aparato de generacion de plasma se situe dentro del empaque.

En una modalidad adicional (no ilustrada), el aparato puede formarse con una configuracion que permita insertarlo en un empaque o recipiente. Por ejemplo, el aparato puede configurarse de manera que la estructura del segundo electrodo se situe sobre una estructura de insercion, donde la estructura de insercion se forma y dimensiona para permitir su insercion en el empaque o recipiente. El primer electrodo se dispone en coincidencia con la estructura del segundo electrodo. En este caso, es de particular interes el tratamiento de empaques o recipientes con aberturas relativamente estrechas en comparacion con su tamano total, tales como botellas. La insercion de la estructura de insercion en tales aberturas y el funcionamiento del aparato para generar plasma permite el tratamiento del interior del empaque o recipiente, que incluye el contenido del empaque o recipiente. El aparato puede adaptarse para sellarse con la abertura del empaque o recipiente, por razones similares a las indicadas anteriormente para el sellado de un empaque al aparato. La provision de una superficie de tratamiento de empaques lisa y uniforme permite una facil limpieza del aparato.

Las estructuras de empaque adecuadas para tratarse con las realizaciones preferidas pueden incluir tambien empaques de bandeja. Dichos empaques se encuentran tfpicamente en la implementacion de lmeas de produccion industrial, especialmente en la industria alimenticia.

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Se prefiere que el aparato funcione en modo pulsado, aunque es posible el funcionamiento en modo continuo. La principal razon por la que se prefiere el modo pulsado es controlar la carga termica en el empaque, particularmente cuando el empaque se forma a partir de un material plastico. En las realizaciones preferidas, se usan ciclos de trabajo en el intervalo de 30-50 %, con tiempos de ciclo en el intervalo de 0,2-0,4 segundos. Por ejemplo, para un ciclo de trabajo del 50 % con un tiempo de ciclo de 0,2 s, el plasma se encendena durante 0,1 s y se apagana durante 0,1 s repetidamente.

Con respecto a la unidad prototipo (sustancialmente de acuerdo con la Figura 1), se presentaran a continuacion algunos datos de funcionamiento. En este caso, se observa que el prototipo no esta necesariamente optimizado.

Concentraciones de ozono: es posible producir hasta 700 ppm de ozono en el aire en una bolsa sellada. Los inventores consideran que pueden conseguirse concentraciones de ozono significativamente mayores mediante el uso de su aparato prototipo, pero estos se limitan por el rendimiento de sus diagnosticos. Se considera posible obtener una concentracion mucho mas alta si el gas en la bolsa es oxfgeno puro.

Velocidad de produccion de ozono: es posible producir hasta 72 mg de ozono por segundo por metro cuadrado de area generadora. Estas cifras se obtuvieron para el sistema prototipo con un ciclo de trabajo del 100 %, aunque con una pelfcula de polipropileno de 35 micras con el plasma generado en el aire. Por lo tanto, por ejemplo, obtener una concentracion de ozono de 100 ppm en un recipiente de 1 litro con un electrodo de 10 cm x 10 cm, toma alrededor de 0,25 s. La velocidad de produccion de ozono puede ser sustancialmente aumentada con una mayor concentracion de oxfgeno (por ejemplo, mediante el uso de oxfgeno puro). En la practica, normalmente se utiliza un sistema pulsado (normalmente un ciclo de trabajo de aproximadamente 50 %, tiempo de ciclo de 0,2-1 s).

Consumo de energfa: Para la velocidad de generacion de ozono anterior, el consumo de energfa del prototipo es de 33 kW por metro cuadrado. Por lo tanto, para un electrodo de 10 cm x 10 cm, el consumo de energfa es de 330 W.

Las Figuras 9-11 ilustran el efecto de las separaciones en el segundo electrodo sobre la penetracion del campo electrico en una bolsa de plastico y por lo tanto la formacion de plasma en el espacio dentro de la bolsa de plastico.

En cada una de las Figuras 9-11 (pero numerado solamente en la Figura 9), el segundo electrodo 100 se empotra en una capa dielectrica 102. Una bolsa de plastico 104 se situa en contacto estrecho con la superficie de la capa dielectrica 102. Se aplica una tension de accionamiento al primer electrodo (no mostrado), donde el valor de la tension de accionamiento es 10 kVrms en la Figura 9, 3 kVrms en la Figura 10 y 0,7 kV en la Figura 11. El segundo electrodo se conecta a tierra. Como resultado, un cierto campo electrico se filtra a traves del segundo electrodo. Las Figuras 9-11 muestran contornos de intensidad de campo electrico 108 y el plasma 106 resultante. Como se entendera basandose en la descripcion de las realizaciones preferidas anteriormente, es deseable formar un plasma uniforme dentro de la bolsa de plastico, sin que el plasma o el campo electrico penetren demasiado profundo en la bolsa.

En la Figura 9, la separacion entre las porciones del segundo electrodo es de 0,2 mm. Esta parece ser demasiado pequeno. Se requiere una tension de conduccion muy grande (esto es costoso y menos seguro). Sin embargo, se produce un plasma relativamente uniforme. El campo electrico se reduce rapidamente lejos del dispositivo.

En la Figura 10, la separacion entre las porciones del segundo electrodo es de 0,4 mm. Esta parece ser la separacion optima para este dispositivo. Se produce una capa mas gruesa de plasma uniforme, con una tension de accionamiento mucho mas baja que en la Figura 9. El campo electrico se localiza intensamente cerca de la estructura del segundo electrodo y no penetra mucho en el interior de la bolsa.

En la Figura 11, la separacion entre las porciones del segundo electrodo es de 1,8 mm. Esta parece ser demasiado grande para este dispositivo. Se forma solo plasma discontinuo que solo cubre una pequena area de la estructura del segundo electrodo. El campo electrico se extiende a una distancia considerable de la superficie del dispositivo, lo que impone un riesgo de danar el contenido de la bolsa y genera interferencias electricas. Sin embargo, debe senalarse que solo se requiere una pequena tension de accionamiento.

En algunas realizaciones, es necesario proporcionar el aparato generador de plasma con un area de "ocupacion" total relativamente grande para el primer electrodo y el segundo electrodo. Esto permite la generacion de plasma sobre un area correspondientemente grande. El area de electrodo requerida puede proporcionarse mediante el uso de un solo primer y segundo electrodos adecuadamente grandes. Sin embargo, se prefiere mas proporcionar un tamano requerido para el aparato por ampliacion mediante el uso de un sistema modular. Por tanto, un sistema de generacion de plasma adecuado comprende una pluralidad de modulos, donde cada modulo proporciona un primer electrodo modular y un segundo electrodo modular. Estos modulos pueden ensamblarse para permitir que los electrodos modulares se teselen para proporcionar la estructura de electrodo requerida con un espacio de ocupacion adecuado para la aplicacion correspondiente. La teselacion proporciona preferentemente una distribucion de plasma relativamente uniforme a traves de la superficie de generacion de plasma.

Ademas, es posible ajustar la forma de la seccion transversal del segundo electrodo para aproximarse a la optimizacion del funcionamiento del aparato. Por ejemplo, la forma de la seccion transversal del segundo electrodo puede ser elfptica.

5 El primer electrodo puede estructurarse de manera que se aproxime a la optimizacion del funcionamiento del aparato. En particular, el primer electrodo no necesita ser una estructura completamente plana. El primer electrodo puede incluir protrusiones (preferentemente protrusiones lisas). Estas protrusiones pueden proporcionarse en coincidencia con las formas correspondientes del segundo electrodo, por ejemplo, con los espacios en el segundo electrodo. Las protrusiones pueden proporcionarse en forma de una o mas ondulaciones. Las protrusiones mejoran preferentemente la 10 produccion de los campos electricos productores de plasma en la superficie del aparato. Se prefiere que el primer electrodo sea un electrodo continuo, sin espacios formados en el.

La presente invencion no se considera limitada a la aplicacion en el campo de los productos alimenticios. Otras aplicaciones de la tecnologfa se encuentran en los campos de la electronica, la limpieza de vidrio u otras superficies, 15 aplicaciones automotrices y la implementacion en inodoros y letrinas temporales para controlar la propagacion de olores y de enfermedades por la exposicion de los desechos humanos a vectores aerotransportados.

La invencion se define mediante las reivindicaciones adjuntas.

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Reivindicaciones

1. Aparato generador de plasma (10) adecuado para tratar un empaque (12) sustancialmente sin una capa conductora, que comprende:

un primer electrodo (20);

una estructura del segundo electrodo (26) situada delante del primer electrodo (20);

una capa aislante (18) interpuesta entre el primer electrodo (20) y la estructura del segundo electrodo (26),

en donde:

la estructura del segundo electrodo (26) tiene una pluralidad de porciones del segundo electrodo que definen porciones de separacion entre ellas, el ancho de las partes de espacio es w, y las porciones del segundo electrodo tienen una superficie delantera,

las porciones de separacion comprenden material dielectrico (18) y cada una tiene una superficie delantera, la diferencia de altura entre la superficie delantera de cada porcion del segundo electrodo y las superficies delanteras de las porciones de separacion adyacentes es h, en donde h es a lo maximo 1 mm y la relacion w/h es al menos 1,

el primer electrodo (20) se conecta a una fuente de generacion de senal (22) para aplicar una senal de tension alterna al primer electrodo (20),

la estructura del segundo electrodo (26) se conecta o puede conectarse a tierra,

las superficies delanteras de las porciones del segundo electrodo y las superficies delanteras de las porciones de separacion forman conjuntamente una superficie de tratamiento de empaques, en donde cuando un empaque (12) a tratar se coloca contra la superficie de tratamiento de empaques, el aparato (10) funciona para generar plasma (13), en donde el funcionamiento del primer electrodo (20) permite que el campo electrico generado se escape a traves de la forma estructural de la estructura del segundo electrodo (26) y hacia el espacio por encima de la superficie de tratamiento de empaques, caracterizado porque

la superficie de tratamiento de empaques es adaptable para ajustarse al empaque (12) en uso con el fin de limitar el tamano de las separaciones entre la superficie de tratamiento de empaques y el empaque (12), de manera que el plasma (13) se encuentra sustancialmente en su totalidad dentro del empaque a tratar.
2. Aparato (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde h es a lo maximo 0,3 mm.
3. Aparato (10) de acuerdo con la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en donde w es de 0,2 a 2 veces la distancia de separacion entre el primer electrodo (20) y el segundo electrodo (26).
4. Aparato (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las porciones del segundo electrodo forman conjuntamente un patron sustancialmente radial y/o sustancialmente en espiral.
5. Aparato (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada porcion del segundo electrodo incluye un elemento conductor con una capa aislante (60) superpuesta, de manera que la superficie delantera de las porciones del segundo electrodo es una superficie aislante.
6. Aparato (10) de acuerdo con la reivindicacion 5, en donde la capa aislante (60) que recubre el elemento conductor se extiende hacia la porcion de separacion adyacente a la porcion del segundo electrodo, de manera que la superficie delantera de la porcion del segundo electrodo y la superficie delantera de la porcion de separacion son continuas entre sf
7. Aparato (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde cada porcion del segundo electrodo comprende un elemento conductor que se expone en las superficies delanteras de las porciones del segundo electrodo.
8. Aparato (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer electrodo (20) se mantiene dentro de una carcasa aislante (24).
9. Aparato (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, que tiene, ademas, medios de empuje que funcionan para presionar el empaque (12) y la superficie de tratamiento de empaques uno hacia y contra el otro.
10. Aparato (10) de acuerdo con la reivindicacion 9, en donde los medios de empuje se proporcionan mediante medios de succion en comunicacion de fluido con la superficie de tratamiento de empaques.
11. Aparato (10) de acuerdo con la reivindicacion 10, en donde la superficie de tratamiento de empaques incluye canales (30, 32) para extraer aire de los espacios entre el empaque (12) y la superficie de tratamiento de empaques.
12. Aparato (10) de acuerdo con la reivindicacion 11, en donde dichos canales (30, 32) se disponen en un patron sustancialmente radial y/o sustancialmente en espiral en la superficie de tratamiento de empaques.

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10

15

20

25

30
13. Aparato (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, que incluye ademas, al menos un sello (28, 40), proporcionado para sellarse sustancialmente con el empaque (12) en uso.
14. Aparato (10) de acuerdo con la reivindicacion 13, en donde al menos un sello (28, 40) se extiende alrededor del penmetro de la superficie de tratamiento de empaques.
15. Aparato (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 10, en donde la superficie de tratamiento de empaques es flexible con el fin de que sea capaz de adaptarse al empaque (12) a tratar.
16. Aparato (10) de acuerdo con la reivindicacion 15, en donde la superficie de tratamiento de empaques es resiliente.
17. Aparato (10) de acuerdo con la reivindicacion 15 o la reivindicacion 16, en donde la superficie de tratamiento de empaques es convexa, al menos antes de ajustarse con el empaque (12).
18. Uso de un aparato generador de plasma (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, en donde el uso comprende colocar un empaque (12) a tratar contra la superficie de tratamiento de empaques y hacer funcionar el aparato (10) para generar plasma (13), el plasma generado (13) se situa sustancialmente en su totalidad en el empaque (12) en tratamiento.
19. Uso de acuerdo con la reivindicacion 18, en donde el empaque (12) y la superficie de tratamiento de empaques se presionan uno hacia y contra el otro.
20. Uso de acuerdo con la reivindicacion 18 o la reivindicacion 19, en donde el empaque (12) incluye al menos un objeto a tratar, seleccionado de material vegetal, producto alimenticio, material animal, objetos medicos, objetos oftalmicos y productos farmaceuticos o cosmeticos.
21. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 18 a 20, en donde el empaque (12) es sustancialmente hermetico al aire durante el tratamiento con el aparato (10).