202630. lajstromszámú szabadalom • Mikroszivattyú csővezetékekben áramló gázok és folyadékok szabályozására
3 HU 202 630 B 4 működtető 9 elektromágnes vezérlőjeleit az lb és le ábrák szemléltetik. Jól látható, hogy a mikroszclepek 5 és 7 csatlakozására vezetett U5 és U7 vezérlőjelek mindkét esetben egymással ellentétes fázisnak. A 9 elektromágnes 10 csatlakozására vezetett U10 vezérlőjel fázisával választható ki a mikroszivattyú szállítási iránya. A találmány szerinti mikroszivattyúban alkalmazott mikroszelep részletesebb felépítése a 2. ábrán látható. A 20 házban kiképzett B beömlő nyílást és C kiömlő nyílást 23 hordozólapra épített 22 piezokeramikus lap zárja le. A B beömlő nyílásnál és C kiömlő nyílásnál 26 és 27 tömítést is alkalmazhatunk, célszerűen gumigyűrű formájában, vagy egyéb, a megfelelő helyen nyílásokkal ellátott műanyaglapból vagy más rugalmas anyagból kialakítva. A 22 piezokeramikus lap 23 hordozólapján is alkalmazhatunk 24 rugalmas réteget, ami bármely vegyszernek és korróziónak ellenálló anyagból készülhet. A 22 piezokeramikus lap 21 felfüggesztéssel van rögzítve, ami célszerűen rugalmas felfüggesztés, de mereven is rögzíthető. Rugalmas felfüggesztés esetén a 20 házat menetesen alakítjuk ki és menetes sapkával zárjuk le. így a piezokeramikus lapkák optimális helyzetét egyszerűen összeszorítással beállíthatjuk, miáltal a piezokeramikus szelepek és a zárni kívánt felület záróereje, vagy a nyitáskor beállított hézag változik. A 2. ábra szerinti mikroszelcpnél a 22 piezokeramikus lapka alapállapotban a 20 házban kialakított B és C beömlő nyílásokat lezárja, így ha a külső nyomás nem haladja meg az előírt értéket (melynek nagysága a szelep konkrét kivitelétől függ), akkor áramlás nem lehetséges a szelepen keresztül. Megfelelő feszültséget kapcsolva a piezokeramikus lapka 25 csatlakozására, a lapka meghajlik, miáltal a B és C beömlő nyílások között szabad áramlás jön létre. Olyan kialakításnál, amelynél a szelep nyugalmi állapotban nyitott, vagyis a 22 piezokeramikus lapka és a 20 ház B és C beömlő nyílásokkal ellátott felülete között hézag van, ott az előzőkhöz képest ellenkező feszültséggel zárhatjuk a szelepet. A 3. ábrán látható szelepszerkezet annyiban tér el az 1 a ábra szerinti kialakítástól, hogy itt a 9 elektromágnessel működtetett 8 membrán helyett is a piezokeramikus szeleppel azonos felépítésű, 39 csatlakozással ellátott piezokeramikus rezgőtest van alkalmazva, továbbá a D vibrációs tér egyetlen közös C/E be- és kiömlő nyílással van ellátva, amelyet egy szintén közös, 38 csatlakozással ellátott piezokeramikus mikroszelep zár le. Ennél a kiviteli példánál az egyik nyílás (pl. A B beömlő nyílás) a piezokeramikus lapka középpontjával egybeesőén készül a 34 házban, a C/E be- és kiömlő nyílás egy kon-' centrikus vájattal van kialakítva, amely vájat a beömlő nyílást körülveszi a házban. A C/E be- és kiömlő nyílás koncentrikus vájatát egy további koncentrikus vájat veszi körül, amely F kiömlő nyílásba csatlakozik. A koncentrikus vájatok, illetve a B beömlő nyílás feletti teret 36 és 37 rugalmas rétegre erősített 35 piezokeramikus lap zár vagy nyit. A szintén 36 és 37 rugalmas rétegre erősített 35 piezokeramikus lapból kialakított mikroszelep 33 felfüggesztéssel van a 34 házhoz rögzítve. A 3. ábrán látható kombinált szelep 38 csatlakozására kapcsolt feszültség hatására az egyik polaritás esetén úgy hajlik meg, hogy a 35 piezokeramikus lapka közepe a B beömlő nyíláshoz szorítja a 37 rugalmas réteget és ezzel lezárja a beáramlást, miközben a 31 vibrációs tér C/E be- és kiömlő nyílása és a G kiömlő térbe vezető F kiömlő nyílás nyitva van, tehát szabad kiáramlás lehetséges. A kiáramlást a piezokeramikus rezgőtestnek a 31 vibrációs tér felé történő meghajlása idézi elő. A piezokeramikus szelep ellenkező polaritású feszültséggel vezérelve az ellenkező görbület folytán az F kiömlő nyílásra feszül, vagyis zárja azt, miközben elemelkedik a B beömlő nyílásról és a 31 vibrációs tér C/E be- és kiömlő nyílásáról, tehát szabad beáramlás lehetséges. Mivel a 31 vibrációs tér C/E be- és kiömlő nyílása mindegyik fázisban nyitott, annak külön tömítése szükségtelen. A 4. ábrán látható mikroszivattyú 46 vibrációs terét lezáró membrán helyett itt is 50 csatlakozással ellátott, 42 felfüggesztéssel 40 házhoz rögzített piezokeramikus rezgőtest van alkalmazva, amely 44 és 45 rugalmas rétegre erősített 43 piezokeramikus lapból van kialakítva. A piezokeramikus rezgőtesttel lezárt 46 vibrációs teret 47 és 48 pilleszelep választja el az A beömlő tértől, illetve a G kiömlő tértől. A 46 vibrációs térnek a piezokeramikus rezgőtesttel szemközti oldalán kialakított B beömlő nyílást és C kiömlő nyílást a pilleszelepek egymással ellentétes oldalról zárják le. A 4. ábra szerinti mikroszivattyúnál alkalmazott 47 és 48 pilleszelepek a piezokeramikus rezgőtcsttel a 46 vibrációs térben létrehozott nyomásváltozás hatására nyitnak, illetve zárnak. A 43 piezokeramikus lapka 50 csatlakozására vezetett négyszögjel hatására ritmikus nyomásváltozás jön létre a vibrációs térben. Nyomáscsökkenéskor nyit a 47 pilleszelep és zár a 48 pilleszelep. Ilyenkor egy csekély mennyiségű közeg áramlik a 46 vibrációs térbe. Nyomásnövekedéskor zár a 47 pilleszelep és nyit a 48 pilleszelep, így a 46 vibrációs térben lévő közeg egy részét a G kiömlő térbe juttatja. 30 mm átmérőjű piezokeramikus rezgőtest felhasználásával és +- 0,1 mm elmozdulással egy ütemben, ideális esetben hozzávetőlegesen 0,07 cm3 közeget továbbíthatunk. Ez 100 Hz-es meghajtással egy óra alatt 360 ezer ütemet, vagyis 25,2 I közeget jelent. Természetesen a zárási idő alatt visszaáramló, és a nyomáskülönbség miatt fellépő hatásfok romlása révén ennél az ideális értéknél kevesebbet érhetünk el. A számítható közegmennyiség adott kivitelnél az egy ütemben szállított mennyiség és az időegység alatti ütemek számának szorzata. Az egy ütemben szállított mennyiség a piezokeramikus rezgőtest kimozdulásától, közvetve a vezérlőfeszültség amplitúdójától függ. Mivel ez korlátlanul nem növelhető a rezgőtestek határértékei és mechanikai tulajdonságai miatt, nagyobb mennyiségi igények esetén a vibrációs térben párhuzamosan több piezokeramikus rezgőtestet kell alkalmazni. A működési frekvencia növelésének a pilleszelepek tehetetlensége szab határt. Az la ábra szerinti gyors szelepeknél ez a határfrekvencia jóval magasabban van. Az 5. ábrán látható mikroszivattyúnál a 62 házban kialakított D vibrációs tér egy válaszfallal két részre van osztva, ahol az Abeömlő tér az egyik résszel, a G kiömlő tér pedig a másik résszel van összekötve, továbbá a D vibrációs tér két válaszfallal elválasztott része a válaszfalba beépített, kúpos összekötőcsővel van összekötve. A kúpos összekötőcső szélesebb alsó B beömlő nyílása 60 csatlakozással ellátott 54 és 55 rugalmas réteghez rögzített 53 piezokeramikus lappal, a keskenyebb felső F kiömlő nyílása pedig 59 csatlakozással ellátott 57 és 58 rugalmas réteghez rögzített 56 piezokeramikus lappal van lezárva. Az 5. ábra szerinti mikroszivattyúnál a két piezokeramikus mikroszelep közül az összekötőcső nagyobb 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
