Método y aparato para generar líquidos volatilizados.

Un instrumento para la generación programable de material volatilizado,

que comprende:

al menos un pasaje de flujo (323) que posee un primer extremo abierto (325);

un suministro de líquido (333) accionable para proporcionar material líquido al pasaje de flujo (323);

al menos una disposición calentadora (310) que incluye al menos una calentador de resistencia, que comprende opcionalmente una sección de tubo metálico que define el pasaje de flujo (323), siendo adaptada la disposición calentadora (310) para calentar el pasaje del flujo (323) a una temperatura suficiente para que el material volatilizado salga hacia afuera desde el extremo abierto (325) del pasaje de flujo (323);

un controlador (35) accionable para controlar el funcionamiento del calentador (310) y controlar el funcionamiento del suministro de líquido (333);

una disposición de control accionable para proporcionar los datos de rendimiento del calentador al controlador (350), siendo los datos utilizados por el controlador (350) para suministrar potencia a la disposición calentadora (310) o para cortar la potencia a dicha disposición calentadora (310) para mantener la disposición calentadora (310) a un rango de temperatura deseado; y

una memoria operable (351) para almacenar parámetros relacionados con el instrumento (300), caracterizado por el hecho de que

la disposición de control incluye un dispositivo interruptor (340) que controla el suministro de energía a la disposición calentadora (310), y

la disposición de control emite datos representativos de una resistencia dependiente de la temperatura del calentador de resistencia y el controlador (350) calcula la resistencia controlada del calentador de resistencia basada en los datos recibidos de disposición de control, el controlador (350) acciona el elemento interruptor (340) para suministrar pulsos de potencia al calentador de resistencia al menos cuando la resistencia controlada cae por debajo de una resistencia deseada.

Mïtodo y aparato para generar lïquidos volatilizados ANTECEDENTES DE LA INVENCIïN

Campo de la invenciïn [0001] La invenciïn se refiere generalmente a una plataforma flexible que genera aerosoles y vapores a travïs de la volatilizaciïn de un lïquido para ensayos de laboratorio y para el desarrollo de aplicaciones para lïquidos volatilizados.

Descripciïn de tïcnicas relacionadas [0002] La patente estadounidense Nï 5.743.251, divulga un generador de aerosol que incluye un tubo que posee un primer extremo abierto. El generador de aerosol incluye ademïs un calentador para calentar el tubo hasta una temperatura suficiente para volatilizar el material en forma lïquida en el tubo de manera que el material volatilizado se expanda hacia afuera del extremo abierto del tubo y se mezcle con el aire del ambiente para formar un aerosol.

Un generador de aerosol (21) de acuerdo con la patente estadounidense Nï 5.743.25.1 se muestra en forma esquemïtica con referencia a la .Figura l. El generador de aerosol (21) incluye un tubo (23) que pose un extremo abierto (25) . Un calentador (27) se ubica en forma adyacente a al menos una porciïn del tubo (23) , pero preferentemente de manera que proporcione una zona calentada alrededor del tubo que maximiza la transferencia de calor en forma pareja a travïs de la zona calentada. El calentador (27) se conecta a un suministro de energïa (29) , preferentemente un suministro de energïa DC (corriente continua) , como por ejemplo una baterïa.

Durante el funcionamiento, un material (no mostrado) en forma lïquida se introduce en un tubo (23) . El calentador

(27) calienta la porciïn del tubo (23) a una temperatura suficiente para volatilizar el material lïquido. En el caso de material lïquido orgïnico, el calentador calienta preferentemente el material lïquido justo hasta el punto de ebulliciïn del material lïquido, y preferentemente mantiene la temperatura de la superficie del tubo (23) por debajo de 400 ï C, ya que la mayorïa de los materiales orgïnicos no son estables cuando se los expone a temperaturas superiores a dicha temperatura durante perïodos de tiempo. El material volatilizado se expande hacia afuera del extremo abierto (25) del tubo (23) . El material volatilizado se mezcla con el aire del ambiente fuera del tubo y se condensa para formar partïculas; formïndose asï el aerosol.

El tubo (23) es un tubo capilar o una porciïn del mismo que posee un diïmetro interno de entre 0, 05 y 0, 53 milïmetros y el diïmetro interno del tubo puede ser de aproximadamente 0, 1 milïmetros. El tubo (23) puede ser una porciïn de una columna capilar de sïlice fusionado, un tubo cerïmico de silicato de aluminio, o de otros materiales sustancialmente no reactivos capaces de soportar repetidos ciclos de calentamiento y presiones generadas y de tener propiedades conductoras de calor adecuadas. Si se deseare o fuera necesario, puede proporcionarse una pared interna del tubo (23) con un recubrimiento para reducir la tendencia del material a adherirse a la pared del tubo, lo cual puede resultar en una obstrucciïn.

El tubo (23) puede cerrarse en un segundo extremo (31) y el material en forma lïquida puede introducirse en el tubo (23) a travïs del extremo abierto (25) cuando se desee formar un aerosol. De este modo, cuando el material lïquido se calienta mediante el calentador (27) , el material volatilizado puede expandirse solamente al salir el tubo (23) a travïs del extremo abierto (25) . Sin embargo, el segundo extremo (31) del tubo se conecta a una fuente (33) (mostrada por la lïnea de puntos en la Figura 1) del material lïquido. Se evita que el material lïquido de la porciïn del tubo (23) volatilizado mediante el calentador (27) se expanda hacia la direcciïn del segundo extremo (31) , y es forzado hacia afuera del extremo abierto (25) del tubo, como resultado de la contrapresiïn del lïquido desde la fuente 33 del material lïquido. La contrapresiïn del lïquido es de entre aproximadamente 20 hasta aproximadamente 30 psi.

Se observa que pueden desarrollarse una variedad de usos para el generador de aerosol descrito precedentemente. A fin de investigar dichos usos, serïa deseable contar con un instrumento capaz de generar vapores y aerosoles para su evaluaciïn.

RESUMEN DE LA INVENCION

La invenciïn proporciona un instrumento programable para volatilizar materiales lïquidos, facilitando asï el uso de investigaciïn del lïquido vaporizado para varias aplicaciones.

Se suministra un material en forma lïquida a un pasaje de flujo y el material lïquido se calienta a una temperatura suficiente para volatilizar el material de manera que el material se expanda hacia afuera del pasaje del flujo, lo cual resulta en la forma de vapor del material volatilizado y, entonces, si se desea, el material volatilizado se condensa al mezclarse con aire para formar un aerosol. Se utiliza un controlador programable para controlar la entrega del material

lïquido al pasaje de flujo y controlar el calentamiento de una disposiciïn de calentador para volatilizar el lïquido. El instrumento y mïtodo respectivo se definen en las reivindicaciones anexas 1 y 11.

Una forma de realizaciïn se dirige hacia un instrumento y un mïtodo para generar aerosol con un pasaje de flujo definido por un tubo de metal capaz de conducir electricidad. El tubo posee un primer extremo abierto y un suministro de energïa para suministrar energïa a un calentador que comprende una secciïn del tubo de metal tal de manera que el tubo se calienta a una temperatura suficiente para volatilizar el material lïquido del pasaje de flujo. El material volatilizado se expande hacia afuera del extremo abierto del pasaje de flujo y entonces puede mezclarse con el aire del ambiente para formar un aerosol.

Otra forma de realizaciïn se dirige hacia un instrumento y un mïtodo para generar un lïquido volatilizado que comprende un pasaje de flujo que posee un primer extremo abierto y un calentador que calienta el pasaje de flujo a una temperatura suficiente para volatilizar el material en forma lïquida; de manera que el material volatilizado se expanda hacia afuera del extremo abierto del pasaje de flujo. El material volatilizado puede entonces mezclarse con el aire del ambiente para formar una aerosol. Un controlador es operable para mantener la temperatura del pasaje de flujo y regular el flujo del material. El controlador es preferentemente capaz de aceptar la entrada manual de comandos o programas asociados con los parïmetros de operaciïn del instrumento. Asimismo, el controlador es configurado para ser programado para diferentes parïmetros asociados con la generaciïn del aerosol y/o vapor precursor, de manera que el controlador pueda utilizarse para el ensayo experimental.

Una forma de realizaciïn adicional se dirige a un instrumento y mïtodo para generar lïquido volatilizado que incluye un pasaje de flujo con un primer extremo abierto y varios calentadores para calentar el pasaje de flujo a una temperatura suficiente para volatilizar el material en forma lïquida en el pasaje de flujo de manera que el material volatilizado se expanda hacia afuera del extremo abierto y pueda mezclarse con el aire del ambiente para formar un aerosol.

Un mïtodo para generar un aerosol y vapor comprende los pasos de fijar un parïmetro deseado como objetivo, tal como la resistencia de una disposiciïn de calentador, tal .como un calentador de resistencia, correspondiente a una temperatura suficiente para volatilizar un material lïquido dentro de un pasaje de flujo calentado por el calentador; suministrar un material lïquido al pasaje de flujo; determinar periïdicamente el parïmetro del calentador; comparar el parïmetro con el parïmetro deseado; y energizar el calentador cuando el parïmetro es menor que el parïmetro deseado. En otras formas de realizaciïn, el mïtodo comprende fijar una serie o rango de parïmetros deseados (es decir, parïmetros deseados mïltiples o variables) , como por ejemplo una serie o rango de valores de resistencia de un calentador.

Otra forma de realizaciïn se refiere a un instrumento para generar material volatilizado, que comprende al menos un pasaje de flujo que posee un extremo abierto; un suministro de lïquido operable para suministrar material lïquido al pasaje del flujo; al menos un calentador adaptado para calentar el pasaje del flujo a una temperatura suficiente para volatilizar material en forma lïquida en el pasaje del flujo de manera que el material volatilizado se expanda hacia afuera del extremo abierto del pasaje del flujo, y dicho material volatilizado se mezcla opcionalmente con aire para formar un aerosol; una primera vïa de flujo en comunicaciïn fluida con el extremo abierto del pasaje... [Seguir leyendo]

1. Un instrumento para la generaciïn programable de material volatilizado, que comprende:

al menos un pasaje de flujo (323) que posee un primer extremo abierto (325) ; un suministro de lïquido (333) accionable para proporcionar material lïquido al pasaje de flujo (323) ; al menos una disposiciïn calentadora (310) que incluye al menos una calentador de resistencia, que comprende opcionalmente una secciïn de tubo metïlico que define el pasaje de flujo (323) , siendo adaptada la disposiciïn calentadora (310) para calentar el pasaje del flujo (323) a una temperatura suficiente para que el material volatilizado salga hacia afuera desde el extremo abierto (325) del pasaje de flujo (323) ; un controlador (35) accionable para controlar el funcionamiento del calentador (310) y controlar el funcionamiento del suministro de lïquido (333) ; una disposiciïn de control accionable para proporcionar los datos de rendimiento del calentador al controlador (350) , siendo los datos utilizados por el controlador (350) para suministrar potencia a la disposiciïn calentadora (310) o para cortar la potencia a dicha disposiciïn calentadora (310) para mantener la disposiciïn calentadora (310) a un rango de temperatura deseado; y una memoria operable (351) para almacenar parïmetros relacionados con el instrumento (300) ,

caracterizado por el hecho de que la disposiciïn de control incluye un dispositivo interruptor (340) que controla el suministro de energïa a la disposiciïn calentadora (310) , y la disposiciïn de control emite datos representativos de una resistencia dependiente de la temperatura del calentador de resistencia y el controlador (350) calcula la resistencia controlada del calentador de resistencia basada en los datos recibidos de disposiciïn de control, el controlador (350) acciona el elemento interruptor (340) para suministrar pulsos de potencia al calentador de resistencia al menos cuando la resistencia controlada cae por debajo de una resistencia deseada.

2. Instrumento de acuerdo con la reivindicaciïn 1, en donde el pasaje de flujo (323) comprende un pasaje de tamaïo capilar tal como el interior de un tubo capilar.

3. Instrumento de acuerdo con la reivindicaciïn 1, donde al menos una disposiciïn calentadora (310) comprende una pluralidad de calentadores de resistencia.

4. Instrumento de acuerdo con la reivindicaciïn 1, que comprende ademïs un visor (352) que visualiza las calibraciones del instrumento (300) y comprende ademïs un dispositivo de mediciïn (342) que controla la cantidad de material lïquido suministrado al pasaje de flujo (323) .

5. Instrumento de acuerdo con la reivindicaciïn 1, en donde la disposiciïn calentadora (310) forma un aerosol que tiene un diïmetro de partïcula medio de masa menor de 2x10-6m (2 micrones) , preferiblemente entre 0, 2x10-6m y 2x10-6m (0, 2 y 2 micrones) , donde las partïculas sïlidas son suspendidas opcionalmente en soluciïn en el material lïquido, y donde las partïculas sïlidas son forzadas hacia fuera del extremo abierto (325) del pasaje de flujo (323) cuando el material volatilizado se expande de tal manera que el aerosol incluye partïculas condensadas del material lïquido y las partïculas sïlidas.

6. Instrumento de acuerdo con la reivindicaciïn 1, en donde el pasaje de flujo (323) se define por un diïmetro interno de un tubo de acero inoxidable, la disposiciïn calentadora (310) comprende un par de conductores elïctricos (327a, 327b) fijos en ubicaciones separadas axialmente del tubo, un suministro de energïa DC (corriente directa) se conecta elïctricamente a dicho par de conductores (327a, 327b) , y una disposiciïn de interruptores (340) es operable para interrumpir el flujo de la corriente DC desde el suministro de potencia (329) hacia el tubo, estando el controlador (350) conectado de forma funcional a la disposiciïn de interruptor para realizar el suministro de potencia por pulsos al tubo cuando el material lïquido es proporcionado al tubo.

7. Instrumento de acuerdo con la reivindicaciïn 1, en donde el suministro de lïquido (333) incluye una disposiciïn de vïlvulas (342) operables para proporcionar el lïquido durante un perïodo de tiempo predeterminado, siendo dicho perïodo de tiempo predeterminado determinado por la entrada de un comando de instrucciïn al controlador (350) .

8. Instrumento de acuerdo con la reivindicaciïn 7, en donde el controlador (350) acciona la disposiciïn de vïlvulas (342) antes de accionar la disposiciïn calentadora (310) para calentar el material lïquido suministrado por el suministro de lïquido (333) .

9. Instrumento de acuerdo con la reivindicaciïn 1, en donde el pasaje de flujo (323) se define por un pasaje en una lïmina de cerïmica, la disposiciïn calentadora (310) comprende un calentador de resistencia ubicado a lo largo del pasaje de flujo (323) , un suministro de potencia DC (329) se conecta elïctricamente mediante un par de conductores (327a, 327b) con el calentador, y una disposiciïn de interruptor es accionable para interrumpir el flujo de corriente DC desde el suministro de potencia hacia el calentador, el controlador se encuentra funcionalmente conectado a la

disposiciïn de interruptor (340) para realizar el suministro de potencia al calentador cuando el material lïquido se suministra al calentador.

10. Instrumento de acuerdo con la reivindicaciïn 1, en donde al menos un pasaje de flujo (323) comprende varios

pasajes de flujo y la al menos una disposiciïn calentadora (310) comprende varias disposiciones calentadoras, donde cada uno de los pasajes de flujo estï asociado a una de las disposiciones calentadoras y las disposiciones calentadoras son accionables selectivamente por el controlador (350) , donde a cada uno de los pasajes de flujo se les suministra el mismo material lïquido o material lïquido diferente y las salidas de los pasajes de flujo se dirigen a una disposiciïn de colectores.

11. Mïtodo para accionar el instrumento de acuerdo con la reivindicaciïn 1, que comprende los siguientes pasos:

seleccionar un parïmetro como objetivo correspondiente a una temperatura suficiente para volatilizar un material lïquido dentro del pasaje de flujo (323) ;

suministrar el material lïquido al pasaje de flujo (323) ; energizar la disposiciïn calentadora (310) ; determinar periïdicamente un parïmetro controlado de un elemento de calentamiento de resistencia de la disposiciïn calentadora (310) ; comparar el parïmetro controlado con el parïmetro establecido como objetivo; y

suministrar potencia al elemento de calentamiento de resistencia cuando el parïmetro controlado es menor que el parïmetro objetivo.

12. Mïtodo de acuerdo con la reivindicaciïn 11, en donde el paso de determinar de forma periïdica la resistencia controlada comprende medir la caïda de voltaje a travïs de un resistor derivador, y medir la caïda del voltaje a travïs del elemento de calentamiento de resistencia y donde al elemento calentado de resistencia se le suministra potencia por pulsos que tiene un ciclo de trabajo de 1 a 100 milisegundos o donde el parïmetro objetivo es resistencia objetivo y el parïmetro controlado es resistencia controlada o donde el controlador (350) es accionable para controlar una duraciïn de suministro del material lïquido al pasaje de 30 flujo (323) .

13. Mïtodo segïn la reivindicaciïn 11, donde el pasaje de flujo (323) es definido por un diïmetro interno de un tubo de acero inoxidable, la disposiciïn calentadora (310) comprende un par de conductores elïctricos (327a, 327b) fijados en ubicaciones espaciadas axialmente sobre el tubo, un suministro (329) de potencia DC es conectado elïctricamente a un par de conductores (327a, 327b) , y una disposiciïn de interruptor (340) es accionable para interrumpir el flujo de corriente DC desde el suministro de potencia (329) al tubo, el controlador (350) acciona la disposiciïn del interruptor

(340) para suministrar potencia al tubo cuando el material lïquido es suministrado al tubo y done el pasaje del flujo (323) es definido por un pasaje en un laminado de cerïmica, la disposiciïn calentadora (310) comprende un calentador de resistencia localizado a lo largo del pasaje de flujo (323) , un suministro de potencia DC

(329) estï conectado elïctricamente por un par de conductores (327a, 327b) al calentador, y una disposiciïn de interruptor (340) es accionable para interrumpir el flujo de corriente DC desde el suministro de potencia (329) al calentador, el controlador (350) acciona la disposiciïn de interruptor (340) para suministrar potencia al calentador cuando el material lïquido es suministrado al calentador.

14. Mïtodo segïn la reivindicaciïn 11, donde el al menos un pasaje de flujo (323) comprende una pluralidad de pasajes de flujo y la al menos una disposiciïn calentadora (310) comprende una pluralidad de disposiciones calentadoras, donde cada uno de los pasajes de flujo es asociado a una de las disposiciones calentadores y las disposiciones calentadoras con accionables selectivamente por el controlador (350) , donde a cada uno de los pasajes de flujo se les ha suministrado el mismo material lïquido u otro diferente y donde las salidas de los pasajes de flujo estïn dirigidas 50 hacia una disposiciïn distribuidora.