FR2605249A1

FR2605249A1 - Aerosol generator

Info

Publication number: FR2605249A1
Application number: FR8614445A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-10-17
Filing date: 1986-10-17
Publication date: 1988-04-22
Also published as: FR2605249B1

Abstract

The present invention relates to an aerosol generator of the type including an atomiser for the fluid and a stack of filters which include edges on which the segmentation of the atomised droplets into micells takes place. According to the invention, the stack of the filters 7 of the aerosol generator is connected electrically to a source having the same polarity as that required for the electric charges of the micells forming the aerosol, the filters 7 being produced with edges 9 or with elements incorporated in the surface of their strips 8, which are made from a conducting material, all the said conducting elements being joined together and connected to the polarising source. The invention makes it possible to increase the stability of the aerosols and to subject them to the accelerating action of electromagnetic fields.

Description

Générateur d'aérosol.Aerosol generator.

La présente invention concerne les appareils utilisés pour produire des aérosols. De tels appareils sont décrits dans FR-A-l.O34.885 et FR-A-2.399.267 au nom du demandeur et ces appareils munis de filtres tels que décrits dans lesdits brevets, présentent la particularité de donner des aérosols non mouillants présentant une très grande finesse des particules ou micelles dont les dimensions sont inférieures au micron et peuvent atteindre le millième de micron.The present invention relates to apparatuses used to produce aerosols. Such devices are described in FR-Al.O34.885 and FR-A-2.399.267 in the name of the applicant and these devices provided with filters as described in said patents, have the particularity of giving non-wetting aerosols having a very great fineness of particles or micelles whose dimensions are less than one micron and can reach one thousandth of a micron.

La stabilité des aérosols non mouillants obtenus avec ces filtres qui sont constitués par des grilles en matière plastique semble due à la finesse des particules mais également à la charge électrique dont sont porteuses lesdites particules, charge électrique c i s'oppose aux phénomènes de coalescence.The stability of the non-wetting aerosols obtained with these filters which consist of plastic grids seems to be due to the fineness of the particles but also to the electric charge which carries said particles, electric charge c i is opposed to coalescence phenomena.

Des expériences ont démontré que les particules pouvaient porter des charges de polarité positive ou négative, une charge négative étant préférentielle dans le cas des aérosols qui doivent pénétrer jusqu'au fond des alvéoles pulmonaires pour y être déchargés afin d'être rendus mouillants et assimilables et la charge étant de préférence positive lorsque l'on recherche une suspension dans l'air très stable avec fixation des particules sur les germes et bactéries de l'air.Ces charges électriques ont été mises en évidence en faisant circuler l'aérosol entre deux électrodes soumises à un champ alternatif et en visualisant la trajectoire des particules qui est une sinusolde. On a d'autre part constaté que pouvaient coexister, dans un même aérosol, des particules chargées positivement et négativement et des particules non chargées.Experiments have shown that particles can carry charges of positive or negative polarity, a negative charge being preferable in the case of aerosols which must penetrate to the bottom of the pulmonary alveoli to be discharged therein in order to be made wetting and assimilable and the charge is preferably positive when looking for a very stable suspension in the air with fixation of the particles on the germs and bacteria of the air. These electric charges were highlighted by circulating the aerosol between two electrodes subjected to an alternating field and by visualizing the trajectory of the particles which is a sine wave. It has also been observed that positively and negatively charged particles and uncharged particles can coexist in the same aerosol.

La présente invention a pour but de stabiliser encore plus les aérosols en augmentant et unifiant la polarité de leur charge électrique et d'accroitre la concentration en micelles chargées de la partie centrale ou noyau du flux émis par le générateur d'aérosols afin que la dispersion des aérosols dans l'air ambiant ne commence qu'à une distance aussi grande que possible de la sortie du générateur. Les aérosols ainsi concentrés se présentent sous la forme d'un pinceau de micelles qui peuvent avoir une vitesse tr~s élevée selon la source propulsive telle que flux d'air additionnel, champ d'ondes soniques ou ultra-soniques ou champ électrique ou électromagnétique, associée au générateur pour accélérer les micelles.The object of the present invention is to stabilize the aerosols even more by increasing and unifying the polarity of their electrical charge and to increase the concentration of charged micelles of the central part or core of the flux emitted by the aerosol generator so that the dispersion aerosols in the ambient air only start as far as possible from the generator outlet. The aerosols thus concentrated are in the form of a micelle brush which can have a very high speed depending on the propellant source such as additional air flow, sonic or ultra-sonic wave field or electric or electromagnetic field , associated with the generator to accelerate the micelles.

Conformément à l'invention et selon une première caractéristique l'empilage des filtres du générateur d'aérosols est connecté électriquement à une source ayant la même polarité que celle recherchée pour les charges électriques des micelles constituant l'aérosol.According to the invention and according to a first characteristic, the stack of filters of the aerosol generator is electrically connected to a source having the same polarity as that sought for the electrical charges of the micelles constituting the aerosol.

Les filtres sont, selon un mode de réalisation, réalisés avec des arêtes ou des éléments incorporés dans la surface de leurs lamelles, réalisés en un matériau conducteur, l'ensemble desdits éléments conducteurs étant interconnecté et relié à la source de polarisation.The filters are, according to one embodiment, made with edges or elements incorporated in the surface of their lamellae, made of a conductive material, all of said conductive elements being interconnected and connected to the polarization source.

Au cours de la fragmentation des gouttelettes pulvérisées sur les arêtes des lamelles, les micelles se trouvent chargées électriquement et la mince pellicule liquide déposée sur les lamelles est également chargée avec la même polarité, les micelles arrachées à cette couche par le courant d'air de pulvérisation présentant également la même polarité.During the fragmentation of the droplets sprayed on the edges of the lamellae, the micelles are electrically charged and the thin liquid film deposited on the lamellae is also charged with the same polarity, the micelles torn from this layer by the air stream of spraying also having the same polarity.

L'air de pulvérisation peut également être porteur de particules neutres ou chargées électriquement. Au cours de la traversée de l'empilage de filtres les particules ayant la polarité inverse sont attirées sur les lamelles et déchargées pour ne plus présenter de charge électrique ou chargées sous la même polarité que les micelles de l'aérosol.The atomizing air can also carry neutral or electrically charged particles. During the crossing of the filter stack, the particles having the reverse polarity are attracted to the lamellae and discharged so that they no longer have an electric charge or charged under the same polarity as the micelles of the aerosol.

Selon une seconde caractéristique qui peut être combinée avec le chargement des micelles au cours de leur fragmentation, les aérosols sont, après leur formation et filtration et de préférence avant leur mise en propulsion à grande vitesse, soumis à une sélection électrostatique par passage dans un filtre en un matériau conducteur comportant une multiplicité de canaux longs de faible section, le filtre étant soumis à un potentiel de même polarité que la charge recherchée pour les aérosols, le potentiel étant tel, fonction de la section du canal et de sa longueur et de la vitesse de passage qu'une micelle portant un ion de polarité inverse soit déviée jusqu'au contact de la paroi.According to a second characteristic which can be combined with the loading of the micelles during their fragmentation, the aerosols are, after their formation and filtration and preferably before being propelled at high speed, subjected to electrostatic selection by passage through a filter of a conductive material comprising a multiplicity of long channels of small section, the filter being subjected to a potential of the same polarity as the charge sought for aerosols, the potential being such, function of the section of the channel and of its length and of the speed of passage that a micelle carrying an ion of reverse polarity is deflected until contact with the wall.

Lorsque la propulsion des- aérosols est assurée par un flux d'air additionnel à grande vitesse, ce flux d'air est de préférence injecté nar une tuyère à la périphérie du flux d'aérosol pour forr une gaine périphérique isolant le pinceau de micelles chargées de l'air ambiant à travers lequel est projeté l'aérosol. Les particules normalement en suspension dans le flux d'air additionnel sont de préférence chargées également sous la même polarité que les micelles constituant les aérosols.When the aerosol propulsion is ensured by an additional air flow at high speed, this air flow is preferably injected nar a nozzle at the periphery of the aerosol flow to form a peripheral sheath isolating the brush from charged micelles ambient air through which the aerosol is projected. The particles normally suspended in the additional air flow are preferably also charged with the same polarity as the micelles constituting the aerosols.

La post-accélération des micelles constituant les aérosols peut être obtenue en créant un champ électrique notamment par une électrode annulaire traversée par le pinceau située à distance de la sortie du générateur d'aérosol et soumise à un potentiel de polarité inverse à celle du générateur d'aérosols ou par des électrodes formant une lentille électronique. Il est également possible d'obtenir cette post-accélération par une hélice résistive du type utilisé dans les tubes cathodiques.The post-acceleration of the micelles constituting the aerosols can be obtained by creating an electric field in particular by an annular electrode crossed by the brush located at a distance from the output of the aerosol generator and subjected to a potential of opposite polarity to that of the generator d aerosols or by electrodes forming an electronic lens. It is also possible to obtain this post-acceleration by a resistive helix of the type used in cathode ray tubes.

Le pinceau de micelles chargées ayant un comportement électromagnétique analogue à celui d'un faisceau cathodique, il est possible de le moduler par introduction d'une électrode du genre Wehnelt plus négative ou plus positive selon le cas que le-générateur d'aérosols. Ceci permet en modulant la tension de l'électrode Wehnelt de produire des bouffées successives d'aérosols qui peuvent avoir une concentration en micelles plus élevée que la concentration moyenne. Il est également possible de réaliser par déviation électrostatique du pinceau, un balayage spatial par exemple pour disperser dans un volume des bouffées unitaires et indépendantes d'aérosols.Since the charged micelle brush has an electromagnetic behavior analogous to that of a cathode beam, it is possible to modulate it by introducing a more negative or more positive electrode of the Wehnelt type, depending on the case than the aerosol generator. This allows, by modulating the voltage of the Wehnelt electrode, to produce successive puffs of aerosols which may have a higher micelle concentration than the average concentration. It is also possible to carry out, by electrostatic deflection of the brush, a spatial scanning for example to disperse in a volume unitary and independent puffs of aerosols.

On décrira ci-après un canon à aérosols conforme à l'invention avec référence au dessin ci-annexé dans lequel:
La figure 1 représente une vue en coupe longitu
dinale schématique du canon et la figure 2 est
une coupe à plus grande échelle d'un filtre. An aerosol cannon according to the invention will be described below with reference to the attached drawing in which:
Figure 1 shows a longitu sectional view
schematic cannon dinal and figure 2 is
a section on a larger scale of a filter.

Dans le dessin et dans un but de simplification les connexions électriques n'ont pas été représentées. Le canon comporte un générateur d'aérosol connu désigné dans son ensemble par la référence 1 et comportant un réservoir 2 pour le liquide 3 dans lequel plonge le tube 4 d'alimentation d'un gicleur 5, la pulvérisation étant assurée par une arrivée d'air 6.In the drawing and for the purpose of simplification, the electrical connections have not been shown. The barrel comprises a known aerosol generator designated as a whole by the reference 1 and comprising a reservoir 2 for the liquid 3 in which the tube 4 feeds from a nozzle 5, the spraying being ensured by an arrival of air 6.

Les gouttelettes pulvérisées traversent un empilage de filtres 7 dont les lamelles 8 comportent une arête métallique 9, le réseau des arêtes étant interconnecté par des conducteurs 10 logés dans les traverses 11. Les conducteurs 10 sont interconnectés dans l'empilage et reliés à une source de potentiel par exemple négative à -24 volts.The sprayed droplets pass through a stack of filters 7, the lamellae 8 of which comprise a metal edge 9, the network of edges being interconnected by conductors 10 housed in the sleepers 11. The conductors 10 are interconnected in the stack and connected to a source of potential for example negative at -24 volts.

L'empilage de filtres est logé dans un carter par exemple en matière plastique 12 qui forme une chambre dans laquelle est logé un filtre électrostatique 13. Ce filtre comporte un réseau de fines lamelles métalliques formant des canaux longs et fins dans lesquels passent les aérosols. Le filtre est porté à un potentiel de, par exemple, -180 volts. Les micelles produites par la pulvérisation fragmentée sur les arêtes 9 des filtres 7 et qui sont chargées négativement sont repoussées vers le centre des canaux du filtre électrostatique et celles chargées positivement ainsi que les particules chargées positivement se trouvant dans l'air de pulvérisation sont attirées contre les parois des canaux sur lesquelles elles se déchargent. Les micelles déposées sur les lamelles du filtre électrostatique forment un film liquide mince qui retombe dans le réservoir 2, certaines d'entre elles pouvant être entrainées après inversion de leur polarité dans le flux d'air ascendant.The filter stack is housed in a casing, for example made of plastic 12, which forms a chamber in which an electrostatic filter 13 is housed. This filter comprises a network of fine metal strips forming long and fine channels through which the aerosols pass. The filter is brought to a potential of, for example, -180 volts. The micelles produced by the fragmented spraying on the edges 9 of the filters 7 and which are negatively charged are repelled towards the center of the channels of the electrostatic filter and those positively charged as well as the positively charged particles being in the spraying air are attracted against the walls of the channels on which they discharge. The micelles deposited on the lamellae of the electrostatic filter form a thin liquid film which falls back into the reservoir 2, some of which can be entrained after reversing their polarity in the upward air flow.

Dans le sommet de la chambre est montée une électrode en coupelle 14 avec un orifice axial qui est prévue lorsque l'on veut contrôler le débit des aérosols de façon que ce débit soit discontinu, par exemple lorsque l'on veut projeter des bouffées concentrées d'aérosol. Lorsque cette électrode est fortement négative par rapport au filtre électrostatique 13, les micelles chargées sont repoussées par l'électrode 14 et se concentrent dans le volume interne de l'électrode. Lorsque sa polarisation devient faiblement négative les micelles chargées négativement la traversent et passent par le canal 15 dans l'injecteur 16.In the top of the chamber is mounted a cup electrode 14 with an axial orifice which is provided when one wants to control the flow of aerosols so that this flow is discontinuous, for example when one wants to project concentrated puffs d 'aerosol. When this electrode is strongly negative with respect to the electrostatic filter 13, the charged micelles are repelled by the electrode 14 and are concentrated in the internal volume of the electrode. When its polarization becomes weakly negative, the negatively charged micelles pass through it and pass through the channel 15 in the injector 16.

L'injecteur 16 est monté axialement dans un passage tubulaire 17 qui est alimenté avec un fort débit d'air à grande vitesse depuis une source, non représentée, selon la flèche F. Avant son arrivée à l'injecteur le débit d'air passe dans un filtre électrostatique 18 analogue au filtre 13 et polarise également négativement pour décharger les particules en suspension dans le flux d'air qui seraient chargées positivement.The injector 16 is mounted axially in a tubular passage 17 which is supplied with a high air flow at high speed from a source, not shown, according to arrow F. Before arriving at the injector the air flow passes in an electrostatic filter 18 similar to the filter 13 and also polarizes negatively to discharge the particles in suspension in the air flow which would be positively charged.

Le flux d'aérosol sortant de l'injecteur 16 est propulsé dans le canal 19 par le débit d'air périphérique à grande vitesse.The aerosol flow leaving the injector 16 is propelled into the channel 19 by the peripheral air flow at high speed.

Le canal 19 est entouré par des anodes cylindriques d'accélération des micelles chargées 20, 21 et 22. Les anodes 20 et 22 sont à un potentiel positif de quelques milliers de volts, l'électrode 21 qui a pour but de reconcentrer le pinceau de micelles chargées négativement étant à un potentiel inférieur, ces trois anodes constituant de façon connue une lentille électronique. Ces anodes d'accélération ont essentiellement pour but d'accélérer les micelles chargées négativement constituant l'aérosol pour conférer auxdites micelles une vitesse qui soit au moins aussi élevée que celle du débit d'air d'entraînement. En l'absence de ces anodes les micelles ne seraient accélérées que par le frottement sur la veine centrale dans laquelle elles sont en suspension, de la veine périphérique constituée par le débit d'air à grande vitesse.The channel 19 is surrounded by cylindrical anodes for accelerating the charged micelles 20, 21 and 22. The anodes 20 and 22 are at a positive potential of a few thousand volts, the electrode 21 which aims to reconcentrate the brush of negatively charged micelles being at a lower potential, these three anodes constituting in known manner an electronic lens. The purpose of these acceleration anodes is essentially to accelerate the negatively charged micelles constituting the aerosol in order to confer on said micelles a speed which is at least as high as that of the entrainment air flow. In the absence of these anodes, the micelles would be accelerated only by the friction on the central vein in which they are suspended, of the peripheral vein constituted by the air flow at high speed.

Pour accélérer encore plus les micelles chargées et donner à la veine d'air centrale dont elles constituent la majeure partie une vitesse plus élevée que la veine périphérique, on réalise un champ électrique de post-accélération en noyant dans le tube 19 une hélice résistive 23 qui, à une extrémité, est connectée à l'anode 22, son autre extrémité étant portée par exemple à une dizaine de kilovolts.To further accelerate the charged micelles and give the central air stream of which they constitute the greater part a higher speed than the peripheral stream, an electric post-acceleration field is produced by drowning in the tube 19 a resistive helix 23 which, at one end, is connected to the anode 22, its other end being brought for example to ten kilovolts.

Dans l'air ambiant le jet d'air projeté est d'abord freiné dans ses couches périphériques qui sont constituées par le débit d'air d'entraînement, la veine centrale riche en aérosol qui est protégée par cette gaine périphérique dans laquelle s'établit un gradient de vitesse restant homogène et non diluée sur une distance importante. In the ambient air the projected air jet is first braked in its peripheral layers which are formed by the flow of drive air, the central vein rich in aerosol which is protected by this peripheral sheath in which s establishes a speed gradient which remains homogeneous and undiluted over a significant distance.

L'invention permet de projeter des aérosols de natures très diverses à des distances importantes, ce qui permet des applications localisées par exemple l'introduction à distance de l'aérosol dans une enceinte par un orifice existant dans ladite enceinte. Les polarités et potentiels ne sont donnés qu'à titre illustratif. The invention makes it possible to project aerosols of very different natures at large distances, which allows localized applications, for example the remote introduction of the aerosol into an enclosure by an orifice existing in said enclosure. The polarities and potentials are given for illustration only.

Claims

1. An aerosol generator of the type comprising a fluid sprayer and a stack of filters comprising edges on which the segmentation of the sprayed droplets into micelles occurs, characterized in that the stack of filters (7) of the generator aerosols (5-6) is electrically connected to a source having the same polarity as that sought for the electrical charges of the micelles constituting the aerosol.

2. An aerosol generator according to claim 1, characterized in that the filters (7) are made with edges (9) or elements incorporated in the surface of their lamellae (8), made of a conductive material, l 'all of said conductive elements being interconnected and connected to the polarization source.

3. An aerosol generator according to any one of claims 1 to 2, characterized in that the aerosols are, after their formation and filtration and preferably before their propulsion at high speed, subjected to an electrostatic selection by passage in a filter (13) made of a conductive material comprising a multiplicity of long channels of small section, the filter being subjected to a potential of the same polarity as the charge sought for aerosols, the potential being such, function of the section of the channel and of its length and of the speed of passage that a micelle carrying an ion of reverse polarity deviated until contact with the wall.

4. An aerosol generator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the propulsion of the aerosols is ensured by an additional air flow (F) at high speed, this air flow being injected by a nozzle at the periphery of the aerosol flow to form a peripheral sheath isolating the brush from micelles charged with the ambient air through which the aerosol is projected.

5. An aerosol generator according to claim 4, characterized in that the particles in suspension in the additional air flow (F) are charged (18) under the same polarity as the micelles constituting the aerosols.

6. An aerosol generator according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises, downstream of the outlet (16) of the aerosol generator at least one annular electrode (20, 21, 22 , 23) at an electrical potential opposite to the polarity of the aerosol generator.

7. An aerosol generator according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises an electrode of the Wehnelt type (14) for modulating, by modulation of its potential, the emission of the charged micelles constituting the 'aerosol.

8. An aerosol generator according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises at its output at least one pair of electrodes for deflecting the charged micelle brush.