202630. lajstromszámú szabadalom • Mikroszivattyú csővezetékekben áramló gázok és folyadékok szabályozására
1 HU 202 630 B 2 A találmány tárgya elektromosan vezérelhető mikroszivattyú csővezetékekben áramló gázok és folyadékok szabályozására, amelynek szelcpházán legalább egy beömlő nyílás és kiömlő nyílás van kialakítva, amelyeket a szelepházban elhelyezett szelep zár le, a szelep fölött rugalmas membrán van elhelyezve, továbbá a szelep és a membrán között vibrációs tér van kialakítva. A gyakorlatban elterjedt szelepek és szivattyúk többsége mechanikus működtetésű, ezért méretük és súlyuk is jelentős. Ezek miniatürizálása csak nehezen megoldható. Az elektromechanikus szelepek és azok segítségével kialakított szivattyúk nagy teljesítményigénye sem tesz lehetővé gazdaságos és energiatakarékos alkalmazást Ismeretes, hogy a piezoelektromos zümmögök feszültség hatására meghajlanak, pontosabban a feszültséggel fordítottan arányos nagyságú gömbcikk alakúra hajlanak. Ez a mozgás rendkívül gyors lehet (típustól függően másodpercenként akár 20-30 ezer is). Ezt a mozgást felhasználhatjuk elektromos vezérlésű gyors szelepek kialakítására, valamint ilyen elven működő vibrációs szivattyúk előállítására. A találmány célja olyan kisméretű, kis teljesítményfelvételű mikroszivattyúk kialakítása, amelyek a fent említett hátrányokat kiküszöbölik, továbbá kialakításuk és vezérlésük egyszerű. A találmány célját a legáltalánosabban olyan mikroszivattyú kialakításával érhetjük el, amelynél a szelep és/vagy a membrán feszültséggel vezérelhető, a szélén felfüggesztésben rögzített rugalmas lemezből van kialakítva. A találmány szerinti mikroszivattyúnál alkalmazott rugalmas lemezből kialakított szelep és/vagy membrán előnyösen többrétegű lemezből áll, amelynek egyik rétege piezokerámia. A többrétegű lemez piezokerámia rétege piezokerámia hordozólapra van erősítve. A piezokerámia hordozólapjához célszerűen további rugalmas réteg is rögzítve van. A találmány szerinti mikroszivattyú további előnyös kialakításánál a szelep felfüggesztése rugalmas, a beömlő nyílás, illetve a kiömlő nyílás és a többrétegű szelep között pedig tömítés van elhelyezve. Előnyös továbbá a találmány szerinti mikroszivattyú olyan kialakítása is, amelynél a szelepek a szelepházhoz rögzített, a beömlő nyílást és a kiömlő nyílást egymással ellentétes oldalról rugalmasan lezáró, a beömlő teret, illetve a kiömlő teret a vibrációs tértől elválasztó pilleszelepként vannak kialakítva. A találmány szerinti mikroszivattyú további előnyös kiviteli alakjánál a vibrációs tér beömlő nyílása és a beömlő térrel összekötött beömlő nyílás egy első piezokeramikus mikroszeleppel, a vibrációs tér kiömlő nyílása és a kiömlő térrel összekötött kiömlő nyílás egy második piezokeramikus mikroszeleppel van lezárva. A két piezokeramikus mikroszelep helyett egy közös mikroszelep is alkalmazható vibrációs térnek, valamint a beömlő nyílásnak és a kiömlő nyílásnak a lezárására a találmány szerinti mikroszivattyú olyan kialakításánál, amelynél a vibrációs tér beömlő nyílása és a kiömlő nyílása közös nyílásként van kialakítva. A fenti kiviteli alakoknál alkalmazott membrán előnyösen elektromágnessel rezgésbe hozható rugalmas acélmembránként is kialakítható. A találmány szerinti mikroszi vattyúnak két, a membrán funkcióját is ellátó piezokeramikus mikroszeleppel kialakított változatánál a vibrációs tér egy válaszfallal két részre van osztva, ahol a beömlő nyílás az egyik részbe, a kiömlő nyílás pedig a másik részbe van csatlakoztatva, továbbá a vibrációs tér két válaszfallal elválasztott része a válaszfalba beépített, kúpos összekötőcsővel van összekötve és ahol a kúpos összekötőcső mindkét nyílása egy-egy piezokeramikus mikroszeleppel van lezárva. A találmány szerinti mikroszelep és mikroszivattyú lehetséges kiviteli alakjai közül példaképpen a mellékelt rajzon ábrázoltunk néhányat, ahol az la. ábra két mikroszeleppel kialakított mikroszivatytyút, az lb. ábra az la. ábra szerinti mikroszivattyú vezérlőjeleit, az lc. ábra az la. ábra szerinti mikroszivattyú vezérlőjeleit, a 2. ábra az la. ábra szerinti mikroszivattyúnál alkalmazott piezokeramikus mikroszelepet, a 3. ábra a találmány szerinti mikroszivattyú egyszclcpes kiviteli alakját, a 4. ábra a találmány szerinti mikroszivattyú pilleszclepcs kiviteli alakját, 5. ábra a találmány szerinti mikroszivatlyút membrán funkciót ellátó piezokeramikus szeleppel szemlélteti. Az la. ábrán a találmány szerinti mikroszivattyú két piezokeramikus 11 és 12 mikroszeleppel, valamint 8 membránnal kialakított kiviteli alakját láthatjuk. Ennél a kiviteli példánál a 8 membránnal határolt 2 vibrációs tér C beömlő nyílása és az A beömlő térrel összekötött B beömlő nyílás egy közös sík felületre van kivezetve, amelyet 4 piezokeramikus lapból kialakított, U5 vezérlőjel bevezetésére szolgáló 5 csatlakozással ellátott 11 mikroszelep zár le. A 2 vibrációs tér E kiömlő nyílása és a G kiömlő térrel összekötött F kiömlő nyílás szintén egy sík felületre van kivezetve, amely 6 piezokeramikus lapból kialakított, U7 vezérlőjel bevezetésére szolgáló 7 csatlakozással ellátott 12 mikroszeleppel van lezárva. A 8 membrán alatt a membránt működtető, U10 vezérlőjel bevezetésére szolgáló 10 csatlakozással ellátott 9 elektromágnes van elhelyezve. Az ábrázolt mikroszivattyú módosítható úgy is, hogy a 8 membrán és a 9 elektromágnes helyett is a mikroszelepekhez hasonló felépítésű piezokeramikus rezgőtestet vagy rezgőtesteket alkalmazunk. Az ábra szerinti mikroszivattyúban a gáz vagy folyadék áramlási útja az A beömlő téren, a B és C beömlő nyíláson, a 2 vibrációs téren, az E és F kiömlő nyíláson, valamint a G kiömlő téren keresztül vezet. A mikroszivattyú működése a következő: Az első fázisban 11 mikroszelep nyitva 12 mikroszelep pedig zárva van, miközben a 9 elektromágnessel működtetett 8 membrán lefelé mozdul el ezzel tágítva a 2 vibrációs teret, ahova a nyitott 11 mikroszclcpen keresztül a szállított közeg kis mennyiségben beáramlik. A második fázisban az első fázissal ellentétben 11 mikroszelep zárva és 12 mikroszelep nyitva van, miközben az ellentétes polaritású jellel gerjesztett 9 elektromágnessel működtetett 8 membrán felfelé mozdul el ezzel csökkentve a D vibrációs tér térfogatát, aminek következtében a 2 vibrációs térből kiszorított közeg a nyitott 12 mikroszelepen, illetve E és F kiömlő nyílásokon keresztül a G kiömlő térbe jut. A 11 és 12 mikroszelepek, valamint a 8 membránt 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
