Atomizador de líquidos con un dispositivo piezoeléctrico de vibración que tiene un circuito de control eléctrico perfeccionado, y método de activación del mismo.

Un atomizador de líquidos con un dispositivo piezoeléctrico (4) de vibración alimentado por baterías,

del tipoprogramado para operar entre ciclos de activación y ciclos de reposo alternados y comprendiendo un primercircuito electrónico (2) de alimentación con un generador (9) de corriente por impulsos para la activación a unatensión relativamente alta de dicho dispositivo piezoeléctrico (4) de vibración durante los ciclos de activación, quecomprende un segundo circuito (5a) de alimentación del dispositivo piezoeléctrico (4) de vibración a una tensiónrelativamente baja, y un dispositivo de conmutador (10, 11) apto para conectar en fases alternadas la alimentacióndel dispositivo piezoeléctrico (4) de vibración a dicho primer circuito o a dicho segundo circuito, cuya alimentaciónen fases alternadas se realiza a través de dichos primero o segundo circuitos dentro de un mismo ciclo deactivación, caracterizado porque dicho segundo circuito (5a) de alimentación consiste en una conexión directa a labatería (1).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E10159983.

Solicitante: ZOBELE HOLDING SPA.

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: VIA FERSINA 4 38100 TRENTO ITALIA.

Inventor/es: MARCHETTI, FABIO, MOSCONI,Daniel.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B05B17/06 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B05 PULVERIZACION O ATOMIZACION EN GENERAL; APLICACION DE LIQUIDOS U OTRAS MATERIAS FLUIDAS A SUPERFICIES, EN GENERAL.B05B APARATOS DE PULVERIZACION; APARATOS DE ATOMIZACION; TOBERAS O BOQUILLAS (mezcladores de pulverización con toberas B01F 5/20; procedimientos para aplicar líquidos u otros materiales fluidos a superficies por pulverización B05D). › B05B 17/00 Aparatos de pulverización o de atomización de líquidos o de otros materiales fluidos, no cubiertos por ningún grupo de esta subclase (soltado o largado en vuelo de materia polvorienta, líquida o gaseosa B64D 1/16). › que utilizan vibraciones ultrasónicas.
  • B06B1/02 B […] › B06 PRODUCCION O TRANSMISION DE VIBRACIONES MECANICAS, EN GENERAL.B06B PRODUCCION O TRANSMISION DE VIBRACIONES MECANICAS EN GENERAL (para las aplicaciones particulares, ver las subclases correspondientes, p. ej. B07B 1/40, B22C 19/06, B23Q 17/12, B24B 31/06, E01C 19/22; medida de vibraciones mecánicas o de ondas ultrasonoras, sonoras o infrasonoras G01H; sistemas que utilizan la reflexión o la rerradiación de ondas acústicas G01S 15/00; producción de energía sísmica para la prospección G01V 1/02; control de las vibraciones mecánicas G05D 19/00; procedimientos o dispositivos para transmitir, conducir o dirigir el sonido, en general G10K 11/00; síntesis de ondas acústicas G10K 15/02; elementos piezoeléctricos, electroestrictivos o magnetoestrictivos H01L 41/00; motores con imán, inducido o sistema de bobina vibrantes H02K 33/00; motores que utilizan el efecto piezoeléctrico, la electroestrición o la magnetoestrición H02N 2/00; producción de oscilaciones eléctricas H03B; resonadores electromecánicos como elementos de circuitos resonantes H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R). › B06B 1/00 Métodos o aparatos para producir vibraciones mecánicas de frecuencia infrasonora, sonora o ultrasonora. › que utilizan energía eléctrica (B06B 1/18, B06B 1/20 tienen prioridad).
  • H01L41/04 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 41/00 Dispositivos piezoeléctricos en general; Dispositivos electroestrictivos en general; Dispositivos magnetoestrictivos en general; Procedimientos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o tratamiento de estos dispositivos, o de sus partes constitutivas; Detalles (dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común H01L 27/00). › de elementos piezoeléctricos o electroestrictivos.

PDF original: ES-2389003_T3.pdf

 

Atomizador de líquidos con un dispositivo piezoeléctrico de vibración que tiene un circuito de control eléctrico perfeccionado, y método de activación del mismo.

Fragmento de la descripción:

Atomizador de líquidos con un dispositivo piezoeléctrico de vibración que tiene un circuito de control eléctrico perfeccionado, y método de activación del mismo.

Descripción.

Campo de la invención.

La presente invención concierne al sector de atomizadores de agentes líquidos en los que la atomización se produce por medio de un dispositivo piezoeléctrico de vibración. Más específicamente, la invención concierne a un atomizador de este tipo con un circuito de control electrónico perfeccionado del dispositivo piezoeléctrico.

Técnica anterior.

Se conocen ya hace algún tiempo atomizadores de agentes líquidos que emplean dispositivos píezoeléctricos de vibración para conseguir la atomización y dispersión en la forma de micropartículas del líquido a nebulizar en el ambiente. Tales atomizadores consisten generalmente en un generador de energía eléctrica de corriente alterna conectado a un elemento piezoeléctrico, con el fin de causar la subsiguiente contracción y expansión rápida del mismo. El elemento piezoeléctrico- para que ocurra la atomización del líquido a nebulizar -se acopla con una membrana finamente perforada y flexible tan libre como sea posible de restricciones mecánicas, que está situada directamente en contacto con el líquido a nebulizar o en contacto próximo con el extremo libre de una mecha porosa inmersa en un depósito de dicho líquido. Como se puede comprender fácilmente, las etapas de contracción y expansión subsiguiente del elemento piezoeléctrico causan la vibración de la membrana perforada, y por consiguiente la atomización del líquido que ha alcanzado por capilaridad a la membrana a través de unos agujeros practicados en la misma, así como la dispersión subsiguiente del líquido en el ambiente en forma de micropartículas.

El elemento piezoeléctrico normalmente está provisto de un circuito electrónico de control y excitación que permite una temporización del funcionamiento del elemento piezoeléctrico, y en particular una alternancia regular de los ciclos de activación y ciclos de reposo del mismo. En realidad, una temporización de este tipo permite controlar fácilmente el caudal del líquido nebulizado, evitar un sobrecalentamiento excesivo del material piezoeléctrico y de la membrana perforada, lo cual podría perjudicar la duración de la misma, y finalmente reducir el consumo de la energía de activación, siendo esta última una característica que es especialmente útil en los atomizadores que funcionan por baterías, con el fin de aumentar la autonomía de los mismos.

Un atomizador para líquidos del tipo anteriormente especificado se divulga por ejemplo en el documento EP 0123277 que describe un método para activar un oscilador ultrasónico para la atomización de líquidos, en donde el oscilador se alimenta mediante un circuito electrónico de excitación con tensión alterna, cuya frecuencia se ajusta a la potencia de oscilación óptima del oscilador. La energía eléctrica que se suministra al oscilador se temporiza cíclicamente entre un primer valor, aplicado en un primer período de tiempo y suficientemente alto para exceder al umbral de comienzo del proceso de atomización del líquido también en condiciones desfavorables, y un segundo valor -aplicado en un segundo periodo de tiempo y menor que el precedente -de tal manera que la potencia total descargada, promediada entre los dos intervalos de tiempo totales considerados, es proporcional a la cantidad de líquido descargado a atomizar por unidad de tiempo.

Subsiguientemente, el documento EP 1159079 describe un atomizador de líquidos provisto de un dispositivo piezoeléctrico de vibración alimentado por baterías, temporizado, en donde, con el fin de obtener un periodo más largo de servicio sin disminuir las prestaciones de atomización, se hace que la membrana vibratoria vibre en una anchura elevada al principio de cada período de activación, y luego se hace que vibre a una anchura menor para la parte restante de dicho periodo de activación.

Por el documento US 5099815 se conoce otro atomizador.

Problema y su solución

A pesar del último perfeccionamiento antes citado, existe todavía una fuerte demanda en el mercado para atomizadores portátiles más eficaces alimentados por baterías que tengan una duración de servicio aún mayor.. De aquí que el solicitante haya estudiado intensamente este problema identificando algunas soluciones técnicas innovadoras, basándose en las cuales se ha desarrollado la presente invención.

Por tanto, el objeto de la presente invención es proveer un atomizador piezoeléctrico más eficaz para la atomización de líquidos por medio de una optimización del proceso de vibración del elemento activo (elemento piezoeléctrico y membrana perforada) que además reduce – siendo iguales las prestaciones en la difusión de líquidos finamente pulverizados) , el consumo de energía, extendiendo así el periodo útil de servicio de las baterías en los dispositivos portátiles..

Dicho objeto se logra por medio de un atomizador que tiene las características definidas en la reivindicación 1 y un método de activación según se define en la reivindicación 11, concerniendo las reivindicaciones subordinadas a algunas características adicionales preferidas y realizaciones de la invención.

Breve descripción de los dibujos

Las características y ventajas adicionales de la invención serán en cualquier caso más evidentes en la siguiente descripción detallada de una realización preferida de la misma, que se ha dado simplemente a título de ejemplo sin carácter limitativo, y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que :

La figura 1 es un diagrama de bloques ejemplificativo de un circuito electrónico de control para un atomizador con un dispositivo piezoeléctrico de vibración según la invención; y.

La figura 2 es un diagrama que muestra la tendencia a lo largo del tiempo de los ciclos de activación y los ciclos de reposo del dispositivo piezoeléctrico de vibración;

La figura 3 A es un diagrama que muestra la tendencia a lo largo del tiempo de la tensión eléctrica de excitación del dispositivo piezoeléctrico de vibración durante un ciclo de activación individual, obtenido por medio del circuito electrónico de control mostrado en la figura 1, con una batería de alimentación a plena carga de 1.5 V; y.

La figura 3B es un diagrama similar al de la figura 3 A con una batería de alimentación parcialmente vacía, capaz de descargar una tensión de 1.0 V.

Descripción detallada de la realización preferida

El circuito electrónico de control que se describe en lo siguiente se puede usar en cualquier atomizador de la técnica anterior que provea el uso de un elemento piezoeléctrico excitado eléctricamente para determinar la atomización del líquido a nebulizar-suministrado directamente o por medio de una mecha -a una membrana vibratoria conectada a dicho elemento piezoeléctrico. Por esta razón, la estructura intrínseca y el funcionamiento del dispositivo atomizador no son relevantes para la presente invención, y de aquí que no se describan ni se muestren adicionalmente en la presente memoria.

El diagrama de bloques mostrado en la figura 1 presenta esquemáticamente los componentes que constituyen el circuito electrónico de excitación del dispositivo piezoeléctrico de un atomizador según la invención. Dicho circuito comprende una batería que suministra corriente continua, un bloque 2 de alimentación apto para suministrar una tensión de excitación de acuerdo con impulsos controlados por tiempo, y finalmente un elevador 3 de tensión que recibe dicha corriente de excitación y alimenta a un dispositivo piezoeléctrico 4. . El bloque 2 de alimentación de tensión por impulsos comprende en su interior un convertidor elevador de CC/CC, alimentado por medio de una conexión 5b por la batería 1 y apto para aumentar la tensión de salida del mismo, cuya tensión se suministra a un generador 9 de impulsos y a un dispositivo de control programable que consiste en un microcontrolador 6. El microcontrolador 6 actúa como un generador de frecuencia del circuito y controla el funcionamiento del generador de impulsos 9, y del elevador 3 de tensión. La frecuencia generada se obtiene mediante un algoritmo matemático y es un submúltiplo de la frecuencia de operación del microcontrolador. La temporización de los impulsos de salida del generador... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un atomizador de líquidos con un dispositivo piezoeléctrico (4) de vibración alimentado por baterías, del tipo programado para operar entre ciclos de activación y ciclos de reposo alternados y comprendiendo un primer circuito electrónico (2) de alimentación con un generador (9) de corriente por impulsos para la activación a una tensión relativamente alta de dicho dispositivo piezoeléctrico (4) de vibración durante los ciclos de activación, que comprende un segundo circuito (5a) de alimentación del dispositivo piezoeléctrico (4) de vibración a una tensión relativamente baja, y un dispositivo de conmutador (10, 11) apto para conectar en fases alternadas la alimentación del dispositivo piezoeléctrico (4) de vibración a dicho primer circuito o a dicho segundo circuito, cuya alimentación en fases alternadas se realiza a través de dichos primero o segundo circuitos dentro de un mismo ciclo de activación, caracterizado porque dicho segundo circuito (5a) de alimentación consiste en una conexión directa a la batería (1) .

2. Un atomizador según la reivindicación 1, en el que al principio de cada ciclo de activación de la alimentación de dicho dispositivo piezoeléctrico (4) de vibración, la alimentación se provee mediante dicho segundo circuito (5a) a una tensión relativamente baja.

3. Un atomizador según la reivindicación 2, en el que, dentro de un solo ciclo de activación del dispositivo piezoeléctrico (4) de vibración, dicho dispositivo de conmutador (10, 11) alterna la alimentación entre dichos circuito primero y segundo en fases subsiguientes, teniendo cada fase una duración de uno 1-2 ms.

4. Un atomizador según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho primer circuito electrónico (2) comprende un microcontrolador (6) y un generador (9) de corriente por impulsos, ambos alimentados por la batería (1) a través de un convertidor elevador de CC/CC (7) .

5. Un atomizador según la reivindicación 4, en el que dicho microcontrolador (6) controla al generador (9) de corriente por impulsos y al dispositivo de conmutador (10, 11) .

6. Un atomizador según la reivindicación 5 que comprende además un elevador (3) de tensión dispuesto entre la salida común de dichos circuitos primero y segundo (2, .5a) y el dispositivo piezoeléctrico (4) de vibración.

7. Un atomizador según la reivindicación 6, que comprende además un selector (8) de intensidad para cambiar la duración de dichos ciclos de reposo.

8. Un atomizador según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde dicho primer circuito de alimentación suministra una corriente por impulsos con una tensión inicial relativamente alta con respecto a la tensión del segundo circuito de alimentación y con una tendencia que decrece exponencialmente.

9. Un atomizador según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde dicho segundo circuito de alimentación suministra una corriente constante a una tensión relativamente baja con respecto a la tensión inicial del primer circuito de alimentación.

10. Un atomizador según las reivindicaciones 8 ó 9, en el que dicha tensión relativamente baja es una tensión que abarca entre 40 V pico a pico y 10 V pico a pico y dicha tensión relativamente alta es una tensión entre 2 y 20 veces mayor que la tensión relativamente baja.

11. Un método de activación de un atomizador de líquidos con un dispositivo piezoeléctrico (4) de vibración alimentado por baterías, del tipo en el que la operación del atomizador se programa entre ciclos de activación y ciclos de reposo alternados, en donde en cada ciclo de activación del atomizador, se realizan múltiples fases alternadas de alimentación del dispositivo piezoeléctrico (4) de vibración a una tensión relativamente baja y a una tensión relativamente alta, caracterizado porque durante las fases de tensión relativamente baja, el dispositivo piezoeléctrico (4) de vibración está conectado directamente a la batería (1) , mientras que durante las fases de tensión relativamente alta está conectado a un generador (9) de corriente por impulsos.

12. Un método de activación de un atomizador según la reivindicación 11, en donde la alternancia de dichas fases de alimentación se determina mediante un dispositivo de conmutador (10, 11) controlado por un microcontrolador (6) .

13. Un método de activación de un atomizador según la reivindicación 11, en donde la primera fase de alimentación, al comienzo de cada ciclo de activación, es una fase de alimentación a una tensión relativamente baja.

14. Un método de activación de un atomizador según la reivindicación 11, en donde cada una de dichas fases alternadas dentro de un único de ciclo activación tiene una duración de 1-2 ms.

15. Un método de activación de atomizador según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes desde la (11) a la (14) , que comprende además un elevador (3) de tensión inmediatamente aguas arriba del dispositivo piezoeléctrico (4) , en el que, en dicha fase de tensión relativamente baja, la tensión en el dispositivo piezoeléctrico

(4) abarca entre 40 V pico a pico y 10 V pico a pico y, en dicha fase de tensión relativamente alta, la tensión es entre 2 y 20 veces mayor que dicha tensión relativamente baja.


 

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