DISPOSITIVO PARA GENERAR MICROESFERAS A PARTIR DE UN FLUIDO, METODO PARA INYECTAR AL MENOS UN PRIMER FLUIDO EN UN SEGUNDO FLUIDO, Y UNA PLACA DE INYECCION.

Dispositivo para generar microesferas (12) a partir de un fluido (13),

que comprende una placa (6) de inyección que comprende al menos un canal (1) de inyección definido que tiene en un lado de entrada una abertura de entrada de flujo para recibir un flujo de dicho fluido y en un lado de salida una abertura (7) de salida de flujo, para suministrar microesferas (12) desde dicho fluido, en el que dicho canal de inyección está provisto de medios de alimentación para llevar dicho flujo de dicho fluido a través del canal de inyección, y en el que la placa de inyección comprende al menos un canal (2, 10) secundario que está destinado y adaptado para contener, al menos durante el funcionamiento, un fluido auxiliar caracterizado porque dicho al menos un canal (2, 10) secundario está en comunicación abierta con dicho canal de inyección en una pared lateral de dicho canal de inyección, para crear un punto de rotura donde, al menos durante el funcionamiento, dicho flujo de dicho fluido se rompe en partes separadas, y porque para al menos una parte de dicho flujo de dicho fluido, una resistencia a la entrada de flujo del canal secundario es mayor que una resistencia a la entrada de flujo del canal de inyección

La presente invención se refiere a un dispositivo para generar microesferas a partir de un fluido, que comprende una placa de inyección que comprende al menos un canal de inyección definido que tiene, en un lado de entrada, una abertura de entrada de flujo para recibir el fluido y, en un lado de salida, una abertura de salida de flujo para suministrar microesferas formadas a partir del fluido, y provisto de medios de 5 alimentación para llevar el fluido a través del canal de inyección. La invención se refiere también a un procedimiento para inyectar al menos un primer fluido en un segundo fluido, y a una placa de inyección. La invención se refiere particularmente aquí, a la generación de microesferas a partir de un canal de inyección con un diámetro efectivo de entre 0,1 y 50 micrómetros, para el propósito de inyectar 10 pequeñas microgotas líquidas en un líquido para obtener una emulsión, o microburbujas de gas en un líquido para obtener una espuma. Se hace notar aquí que cuando, en aras de la brevedad, se mencionan gotas o microgotas, en adelante, en la presente memoria, a no ser que lo opuesto sea evidente a partir del contexto, se entiende que éstas también significan burbujas o microburbujas. 15

Un procedimiento conocido para realizar una emulsión (o espuma) es la denominada emulsificación de flujo cruzado, en el que un fluido para dispersar es forzado como fase dispersada a través de una placa de inyección con canales de inyección, mientras una fase continua de flujo cruzado de un segundo fluido es guiada a una cierta velocidad, transversalmente respecto a las aberturas de salida de flujo de 20 los canales de inyección, sobre el lado de salida de la placa de inyección. Un ejemplo de dicho procedimiento conocido y de un dispositivo asociado se describe en la solicitud de patente europea EP 1.197.262. El segundo fluido que fluye pasando por aquí ejerce una tensión de cizalla sobre el primer fluido que deja la placa de inyección, por lo cual, tras alcanzar un cierto tamaño, una microgota es separada del primer 25 fluido y es atrapada y absorbida en el segundo fluido. El tamaño de las microgotas formadas de esta manera viene determinado parcialmente por la velocidad del segundo fluido que fluye a través y por la naturaleza de ambos fluidos. Las microgotas son formadas de esta manera con un diámetro variable de típicamente entre 2 y 20 veces el diámetro efectivo del canal de inyección en la placa de inyección. Se hace 30 notar aquí que cuando se hace mención en la presente solicitud de un radio o diámetro efectivo de un canal, esto se entiende que significa el radio o diámetro de un canal de referencia imaginario, perfectamente redondo, de un tamaño tal que se encuentra una resistencia a la entrada de flujo igual al fluido relevante. Para mejorar el cizallamiento de las microgotas por el segundo fluido, se hace uso en el dispositivo conocido de 35

canales de inyección con una sección transversal no redonda y no cuadrada, con el fin de crear, de esta manera, una superficie límite inestable entre la fase dispersada del primer medio y la fase continua del segundo medio en la abertura de salida de flujo del canal de inyección.

Se encuentra deseable para un número creciente de aplicaciones que las 5 microgotas formadas con el dispositivo sean muy finas y, además, tengan un tamaño mutuamente casi igual. Estas son, por ejemplo, microgotas con un diámetro de típicamente una décima de un micrómetro y varias decenas de micrómetros, que son todas, al menos prácticamente, del mismo tamaño. Dichas microgotas muy pequeñas, mono-dispersadas, resultan en, por ejemplo, una gran mejora en la estabilidad de una 10 emulsión (aceite/agua, agua/aceite). La textura y la reología de muchas espumas mejoran también si se incorporan microburbujas de gas iguales y muy pequeñas en esta espuma. Se encuentra que esto último es particularmente importante en la industria láctea, en la que productos sin grasa tienen una gran demanda creciente y opcionalmente múltiples emulsiones abren camino para nuevos productos y grupos de 15 productos.

El dispositivo y el procedimiento conocidos tienen la desventaja de que el tamaño de gota depende más o menos, de parámetros aleatorios del procedimiento y, por lo tanto, no es fijo sino, por el contrario, varía de una manera relativamente amplia dentro de los límites fijados. Además, en el dispositivo y el procedimiento conocidos para 20 formar la microgotas, un flujo cruzado de un segundo fluido en el lado de salida de la placa de inyección es esencial. Descubriéndose que, algunas veces, se encuentra que dicho flujo cruzado del segundo fluido requiere mucho tiempo, en la práctica.

El documento WO-A-2004/002627 divulga un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 1, un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 26 y una 25 placa de inyección según el preámbulo de la reivindicación 27.

Por lo tanto, la presente invención tiene como su objetivo, entre otros, proporcionar un dispositivo del tipo indicado en el preámbulo, en el que no sea necesario un flujo cruzado de un segundo fluido. Es un objeto adicional de la invención proporcionar un dispositivo y un procedimiento del tipo indicado en el preámbulo, con 30 los cuales puedan formarse microgotas muy finas de un tamaño al menos casi mutuamente constante.

El objetivo pretendido se consigue mediante un dispositivo según la reivindicación 1, un procedimiento según la reivindicación 26 y una inyección según la reivindicación 27. 35

Con el propósito de conseguir el objetivo pretendido, un dispositivo del tipo indicado en el preámbulo tiene la característica de que el canal de inyección está en comunicación abierta, en una pared lateral del mismo, con al menos un canal secundario al menos en la posición del punto de rotura en el que, al menos durante el funcionamiento, un flujo del fluido en el canal de inyección se rompe en partes 5 separadas, que el canal secundario está destinado y adaptado, al menos durante el funcionamiento, para comprender un fluido auxiliar, al menos en la posición del punto de rotura, y que para al menos una parte del fluido, una resistencia a la entrada de flujo del canal secundario es mayor que una resistencia a la entrada de flujo en el canal de inyección. El fluido auxiliar que entra, de esta manera, en contacto con el flujo 10 de inyección del primer fluido en la pared lateral del canal de inyección, facilita ya una separación en el canal de inyección, en el punto de rotura, de una gota de la parte restante del flujo de inyección. Este procedimiento, denominado también como auto-rotura, para distinguirlo de la rotura efectuada por un flujo cruzado del segundo fluido, tal como en el dispositivo y el procedimiento conocidos, hace posible romper el primer 15 fluido en microgotas mono-dispersadas, definidas de manera precisa, sin depender en manera alguna de los efectos y los factores “externos” al canal de inyección, tales como, por ejemplo, un flujo cruzado aplicado. Además, este mecanismo resulta todavía en la formación de gotas incluso sin flujo cruzado en el lado de salida de la placa de inyección. El dispositivo según la invención puede ser aplicado, de esta 20 manera, tanto para una emulsificación con flujo cruzado como para una formación de gotas directa.

La invención se basa aquí en la comprensión de que la separación de una gota se controla mejor y es acelerada haciendo que la rotura del flujo de líquido tenga lugar no en la superficie límite de la placa de inyección y el segundo fluido, sino ya en la 25 propia placa de inyección. La localización del punto de rotura viene determinada por una acción combinada de las tensiones superficiales del primer fluido y del fluido auxiliar y por la geometría local del canal de inyección, y está fijada de manera precisa de esta manera. La localización de la separación de una gota, y, por lo tanto, el tamaño de gota, no depende, por lo tanto, particularmente de factores del entorno 30 dinámico y de parámetros del procedimiento, tales como los que definen el tamaño de gota en el dispositivo y el procedimiento conocidos y que son difíciles de controlar o no pueden ser controlados. Cuanto más baja sea la resistencia al flujo al fluido auxiliar hacia el canal de inyección, más fácil y más rápidamente progresará la rotura del primer fluido en gotas. Por lo tanto, para una mayor capacidad de gotas, se aplican, 35

preferentemente, un número de canales secundarios y, una resistencia al flujo en los mismos se mantiene, preferentemente, tan baja como sea posible.

Las resistencias de entrada de flujo de, respectivamente,...

1. Dispositivo para generar microesferas (12) a partir de un fluido (13), que comprende una placa (6) de inyección que comprende al menos un canal 5 (1) de inyección definido que tiene en un lado de entrada una abertura de entrada de flujo para recibir un flujo de dicho fluido y en un lado de salida una abertura (7) de salida de flujo, para suministrar microesferas (12) desde dicho fluido, en el que dicho canal de inyección está provisto de medios de alimentación para llevar dicho flujo de dicho fluido a través del canal de 10 inyección, y en el que la placa de inyección comprende al menos un canal (2, 10) secundario que está destinado y adaptado para contener, al menos durante el funcionamiento, un fluido auxiliar caracterizado porque dicho al menos un canal (2, 10) secundario está en comunicación abierta con dicho canal de inyección en una pared lateral de dicho canal de inyección, para 15 crear un punto de rotura donde, al menos durante el funcionamiento, dicho flujo de dicho fluido se rompe en partes separadas, y porque para al menos una parte de dicho flujo de dicho fluido, una resistencia a la entrada de flujo del canal secundario es mayor que una resistencia a la entrada de flujo del canal de inyección. 20

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la placa (6) de inyección y el lado de entrada delimitan un primer espacio, cuyo primer espacio está destinado y adaptado para recibir en el mismo al menos un primer fluido al menos durante el funcionamiento, y porque la placa de inyección y el lado de salida delimitan un segundo espacio, cuyo segundo 25 espacio está destinado y adaptado para recibir en el mismo al menos un segundo fluido al menos durante el funcionamiento.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el canal (2, 10) secundario se extiende, al menos durante el funcionamiento, en comunicación abierta desde una superficie de la placa (6) de inyección, en 30 particular desde el lado de salida de la misma.

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque el canal secundario es una extensión (2) lateral delimitada lateralmente del canal (1) de inyección, que se extiende desde el lado de salida de la placa de inyección hasta al menos el punto de rotura del canal de inyección. 35

5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque la extensión (2) lateral tiene una sección transversal incompleta, al menos sustancialmente redonda o poligonal, transversalmente a una dirección de flujo del canal de inyección.

6. Dispositivo según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque el canal (1) 5 de inyección tiene un número de extensiones (2) laterales delimitadas lateralmente que se extienden desde la abertura de salida de flujo hasta al menos el punto de rotura, y porque las extensiones contiguas están inmediatamente contiguas, unas a las otras, y aquí encierran mutuamente una parte (3) pared puntiaguda el canal de inyección. 10

7. Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, al menos en la posición del punto de rotura, una pared del canal (1) de inyección es porosa, con una estructura (16) de poros abiertos, cuya estructura de poros abiertos forma el al menos un canal secundario. 15

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque la placa (6) de inyección comprende al menos una capa (16) superior con una estructura de poros abiertos desde el lado de salida al menos hasta el punto de rotura en el canal (1) de inyección, cuya estructura de poros abiertos forma el al menos un canal secundario. 20

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque la placa (6) de inyección comprende un número de canales (1) de inyección individuales que están acomodados en partes separadas de la capa superior de la placa de inyección, al menos para el fluido auxiliar.

10. Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, 25 caracterizado porque la placa (6) de inyección comprende una proyección (9, 10) en el lado de salida alrededor de la abertura de salida de flujo del canal de inyección.

11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque la proyección (9) de la placa de inyección comprende, al menos parcialmente, el al menos 30 un canal (10) secundario.

12. Dispositivo según la reivindicación 10 ó 11, caracterizado porque el al menos un canal secundario comprende al menos una perforación o ranura (10) en una pared de la proyección (9).

13. Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, 35

caracterizado porque el canal (1) de inyección tiene una longitud que equivale a un mínimo de aproximadamente el doble de una distancia entre la abertura de salida de flujo y el punto de rotura.

14. Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el punto de rotura está localizado a una distancia 5 alejada de la abertura de salida de flujo de una a cinco veces, en particular, de dos a cuatro veces y, más particularmente, aproximadamente n veces un radio efectivo del canal (1) de inyección.

15. Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el al menos un canal (2) secundario por canal (1) de 10 inyección es seleccionado en número y área de manera que, hasta el punto de rotura con respecto al fluido auxiliar, una resistencia al flujo total del canal secundario es más pequeña que diez veces una resistencia al flujo del canal de inyección desde el punto de rotura con respecto al primer fluido. 15

16. Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un diámetro efectivo del canal (2) secundario es más pequeño que un diámetro efectivo del canal (1) de inyección, preferentemente un mínimo de dos veces más pequeño.

17. Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, 20 caracterizado porque el canal (1) de inyección, opcionalmente en combinación con la placa (6) de inyección, tiene una estructura superficial nano-rugosa o micro-rugosa.

18. Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la placa de inyección tiene, al menos en una parte 25 pared alrededor del canal de inyección, una estructura microporosa con una resistencia al flujo muy baja al fluido auxiliar.

19. Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el canal (1) de inyección se extiende sustancialmente de manera lateral en la placa (6) de inyección, porque el al 30 menos un canal (2) secundario se abre hacia una parte superficie libre de la placa de inyección con al menos una perforación de una primera dimensión, y porque el canal de inyección desemboca en el lado de salida de la placa de inyección al interior de al menos una perforación de una segunda dimensión más larga. 35

20. Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, al menos durante el funcionamiento, la abertura de entrada de flujo del canal (1) de inyección está en comunicación abierta, opcionalmente simultáneamente, con las entradas separadas para diferentes fluidos. 5

21. Procedimiento para inyectar al menos un primer fluido en un segundo fluido usando un dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el al menos un fluido es proporcionado al lado de entrada de la placa de inyección a una presión de funcionamiento que se encuentra en el intervalo entre una presión para superar una resistencia a 10 la entrada de flujo del canal de inyección y una presión para superar una resistencia a la entrada de flujo del canal secundario, porque el segundo flujo es llevado en el lado de salida a lo largo de una superficie de la placa de inyección, y porque el al menos un canal secundario es suministrado con un fluido auxiliar. 15

22. Procedimiento según la reivindicación 21, caracterizado porque el segundo fluido es introducido como fluido auxiliar en el al menos un canal secundario.

23. Procedimiento según la reivindicación 21, caracterizado porque el fluido auxiliar es suministrado junto con el primer fluido, al menos parcialmente, a 20 través del canal de inyección.

24. Procedimiento según las reivindicaciones 21, 22 ó 23, caracterizado porque el segundo fluido comprende un líquido, y el al menos un primer fluido es seleccionado de entre un grupo que comprende líquidos, gases, polvos y sus combinaciones. 25

25. Procedimiento según las reivindicaciones 21, 22 ó 23, caracterizado porque el segundo fluido comprende un gas y el al menos un primer fluido es seleccionado de entre un grupo que comprende líquidos, gases, polvos y sus combinaciones.

26. Procedimiento para la generación de microesferas a partir de un fluido (13), 30 que comprende las etapas de suministrar un primer fluido en un canal (1) de inyección para formar un flujo de dicho primer fluido dentro de dicho canal de inyección, y suministrar un fluido auxiliar a al menos un canal (2) secundario, caracterizado porque el procedimiento comprende además las etapas de contactar dicho flujo de dicho primer fluido dentro de dicho 35

canal de inyección con dicho fluido auxiliar en una pared lateral de dicho canal de inyección para inducir un punto de rotura donde, al menos durante el funcionamiento, dicho flujo de dicho primer fluido se rompe en partes separadas.

27. Placa de inyección, que comprende al menos un canal (1) de inyección 5 definido que tiene en un lado de entrada una abertura de entrada de flujo para recibir un flujo de fluido y en un lado de salida una abertura (7) de salida de flujo para suministrar microesferas (12) a partir de dicho flujo de fluido, y que comprende al menos un canal (2, 10) secundario para recibir un fluido auxiliar, caracterizado porque dicho al menos un canal (2, 10) 10 secundario está en comunicación abierta con dicho canal de inyección en una pared lateral de dicho canal de inyección para crear un punto de rotura donde, al menos durante el funcionamiento, dicho flujo de fluido se rompe en partes separadas, y porque para al menos una parte del flujo de fluido, una resistencia a la entrada de flujo del canal secundario es mayor que una 15 resistencia a la entrada de flujo del canal de inyección.