CZ303280B6 - Zpusob dvourežimového rízení prutoku tekutiny a zarízení k provádení tohoto zpusobu - Google Patents

Abstract

Pri provádení zpusobu dvourežimového rízení prutoku tekutin se v dutinách pro prutok tekutiny v místech, kde se tyto dutiny vetví do dvou cest, pusobí na proudicí tekutinu. Konkrétne se na proudicí tekutinu pusobí pulzacemi vyvozenými ve vnitrním prostoru oscilacního aktuátoru, které mají strídavý charakter s periodicky se strídajícím výtokem tekutiny z tohoto prostoru a zpetným nasáváním do tohoto vnitrního prostoru, pricemž alespon jedna z cest je za místem vetvení ve smeru prutoku opatrena prídržnou stenou. Zarízení k provádení tohoto zpusobu zahrnuje alespon jeden rozvádecí fluidický ventil, obsahující alespon jednu trysku (1) pro prívod tekutiny, proti které jsou umísteny dve cesty pro odvod tekutiny, kde jednou z cest je kolektor (3), který je dále spojen s vývodem fluidického ventilu, s výhodou prostrednictvím difuzoru (13), pricemž mezi kolektorem (3) a ústím trysky (1) je prídržná stena (7) pro prilnutí tekutinového proudu a mezi prídržnou stenou (7) a ústím trysky (1) je alespon jeden rídicí prívod (4). Zarízení dále zahrnuje alespon jeden oscilacní aktuátor (99), usporádaný tak, že jeho vnitrní prostor (5) je prutocnými dutinami propojen s rídicím prívodem (4), pricemž jeden oscilacní aktuátor (99) muže být propojen s více rídicími prívody (4).

Description

Způsob dvoureži lnového řízení průtoku tekutiny a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Předmět vynálezu se zabývá ústrojími pro vedení tekutiny, tedy kapaliny nebo plynu, v potrubích a vůbec v uzavřených dutinách, a rozváděním tekutiny do míst, kde její zapotřebí. Předpokládá se, že potrubí v takovém ústrojí je rozvětveno a podle signálů působících v místech rozvětvení může být tekutina vedena alternativně do různých lokalit. Předmětem tohoto vynálezu je pak io jednak způsob tohoto působení v místech rozvětvení, kterým se tekutina přiměje ktomu, aby proudila ve dvou různých režimech do dvou různých lokalit, jednak je předmětem tohoto vynálezu zařízení sloužící k provedení tohoto způsobu, provedené zpravidla jako rozváděči ventil, avšak v některých případech obsahující i více rozváděčích ventilů a to zejména v konfiguraci, kde všechny pracují paralelně. Zejména jde v tomto vynálezu o takové ventily, v nichž je průtok tekutiny řízen signálem automatického řídicího systému. Především se předpokládá uplatnění v dopravních prostředcích, tedy v letadlech ěi vozidlech, kde významnými požadavky jsou malá celková hmotnost ventilu a rychlost odezvy na přivedený řídicí signál.

Dosavadní stav techniky

Známé dvoustavové rozváděči ventily pro automatické řízení proudění tekutin jsou obvykle řízeny elektrickým signálem. Jde o ventily mající v zásadě jeden přívod tekutiny a dva vývody, přičemž v uspořádání sjediným vývodem je zde vždy ještě určitá jiná cesta jíž tekutina ventil opouští, například výtokem do atmosféry, a v alternativních uspořádáních s větším počtem vývodů nebo i přívodů jde v zásadě o vícenásobné uplatněné téhož technického řešení. Ventily dosud známé a používané fungují tak, že elektrický signál přivedený k tomu, aby došlo je změně režimu, je v nich převeden na mechanický pohyb součástky, jež podle své polohy umožňuje tekutině, přiváděné přívodem, vstupovat jen do jednoho z obou dvou vývodů. K pohybu této součástky je zapotřebí přestavující síla, zejména jde-li o pohyb proti silovým účinkům proudící tekutiny. Převod řídicího elektrického signálu na tuto sílu je proveden nejčastěji elektromagnetickým převodníkem, do jehož vinutí je řídicí elektrický signál zaváděn, obvykle po jeho zpravidla nezbytném výkonovém zesílení. Velmi často je současně s přemístěním této průtok zakrývající součástky ještě také deformována pružina zajišťující, aby se součástka po přerušení signálu navrátila do své původní polohy. Síla generovaná v převodníku musí tedy kromě odporu součástky proti pohybu překonávat i odpor deformované pružiny. Převodník na mechanický pohyb je téměř vždy umístěn vně protékaných dutin ventilu a mechanické pohyby jsou dovnitř ventilu přenášeny přes těsněno součástku. V tomto těsnění zpravidla vždy také vzniká velká třecí síla. Celková překonávaná síla proto není nikterak malá a tomu musí odpovídat i celková robustnost konstrukce převodníku a v důsledku toho pak i jeho značná váha, resp. hmotnost. Alternativně je místo deformované pružiny provádějící zpětný pohyb použit druhý elektromagnetický převodník, takže ve ventilu jsou takové převodníky dva, každý projeden směr pohybu přestavované součástky. V tomto případě mohou sice být působící síly o něco menší, ale úspory na hmotnosti se nedosáhne, a to vzhledem k tomu, že dva převodníky mají nevyhnutelně větší hmotnost než jeden.

Problém s velkou hmotností ventilu a jeho pohonů, která je nepříznivým faktorem zejména při použití ventilu v dopravních prostředcích jako jsou letadla nebo automobily, je zejména způsoben magnetickým obvodem v převodníku, neboť ten s ohledem na dobrou účinnost musí být uspořádán tak, aby magnetický tok procházel značně velkými průřezy v magneticky měkké oceli nebo podobném feromagnetickém a tedy značně hmotném materiálu, neboť feromagnetické materiály se vesměs vyznačují velkou hustotou.

Důležitým faktorem zejména u automatických řídicích systémů je rychlost odezvy na přivedený řídicí signál. Tato rychlost je limitována setrvačností přemísťované součástky zakrývající jeden z vývodů a navíc k tomu i setrvačností dalších pohyblivých částí systému, neboť jen výjimečně

- 1 CZ 303280 B6 elektromagnetické části převodníku přímo zasahují do řízeného průtoku ajsou zde proto nezbytné mechanické převody. Vzhledem k nutnosti prostorového přemisťování součástky, jejíž velikost je rozměrově srovnatelná s průřezem potrubí, do něhož je ventil umístěn, a tedy součástky se značnou hmotností, je i potřebný elektrický příkon pak relativně vysoký.

Existují ovšem i jiné alternativní uspořádání převodníků, ale jejich vlastnosti ve zmíněných ohledech, jako jsou hmotnost či potřebný příkon, jsou vesměs ještě nepříznivější. Může například jít o uspořádání s elektromotorem, jenž ovládá pohybový mechanismus přemisťující zmíněnou součástku, ale tam je reakce na signál ještě pomalejší s ohledem na dobu rozběhu elektromotoru a setrvačnosti v obvykle nezbytných mechanických převodech s ozubenými koly. Jinou známou alternativou je elektrohydraulické přestavování ventilu, kde se účinkem vstupního signálu ve formě střídavého elektrického proudu mění poměiy v hydraulickém obvodu, jehož částí je lineární hydraulický motor, s pístem posouvajícím se ve válci, působící prostřednictvím mechanických mezičlenů na přestavovanou součástku ve ventilu. Je zřejmé, že takové uspořádání je nevyhnutelně nákladné. Vzhledem ke složitosti několikanásobného převodu signálů, kteréjsou elektrické, hydraulické a posléze mechanické, je také větší nebezpečí možných poruch a ovšem také hmotnost takové soustavy nemůže být právě nijak malá.

Existují, ale jsou velmi málo známy, fluidické ventily, které nemají uvedené nevýhody spojené s mechanickými pohyblivými součástkami. Využívají se v nich pouze hydrodynamické nebo aerodynamické efekty v dutinách s neměnnou geometrií stěn. Tím tyto fluidické ventily mají menší hmotnost, rychlejší odezvu na řídicí signál a vysokou odolnost proti nepříznivým vnějším vlivům jako jsou vysoké teploty, nukleární radiace nebo působící zrychlení. Charakteristické pro tyto ventily je využití Coandova jevu přilnutí tekutinového proudu, vytvořeného výtokem z trysky, k přídržné stěně umístěné po straně ústí trysky. Tyto ventily, jakož i výhody, které přináší, jsou nejlépe popsány v článku, který pojednává o jedné speciální třídě takových ventilů určených pro výfukové systémy spalovacích motorů. Jde o článek Tesař K: „Fluidic Valves for VariableConfiguration Gas Treatment“, Transactions of the Inst. of Chemical Engine ers, Part A, Chemical Engineering Research and Design, roč. 83 (A9), 2005, str. 1111-1121.

Jedná se zejména o obrázek Fig. 7 na str. 1114 v tomto článku, ve kterém je seznam výhod takových ventilů, a dále obrázky Fig. 8, 9 a 10 na následující str. 1115, které vysvětlují možné konfigurace takových ventilů. Ty mohou fungovat zejména jako monostabilní nebo b i stabilní. Tyto fluidické ventily obsahují trysku pro přívod tekutiny a dále nejméně jeden kolektor spojený s vývodem ventilu, přičemž kolektor může být opatřen, má-li fungovat jako dvourežimový, u ústí trysky přídržnou stěnou. U ústí trysky je pak alespoň jedna řídicí tryska napojená na přívod pomocné řídicího průtoku tekutiny. Tato řídicí tryska může mít zejména charakter štěrbiny nebo otvoru pro výtok řídicí tekutiny. Ten pak působí na hlavní ovládaný proud tekutiny vytékající z trysky. Monostabilní provedení vystačí s jednou řídicí tryskou a vyžaduje trvale přiváděný řídicí průtok řídicí tekutiny, pokud má být takový ventil udržen mimo svůj stabilní režim. U bistabilní konfigurace, která má dvě navzájem protilehlé přídržné stěny a tedy dva stabilní režimy, postačí k řízení relativně krátké průtoky. Ty mohou být přiváděny třeba jen tak dlouho, dokud není proud vytékající z trysky překlopen od jedné přídržné stěny ke druhé.

Také jsou již známa osově symetrická provedení fluidických ventilů řízených řídicím výtokem tekutiny zřídící trysky, zejména v monostabílním provedení, jaké je znázorněno na obrázcích Fig. 25 až Fig. 28 na str. 1120 ve výše zmíněném článku.

Nevýhodou těchto fluidických ventilů je především to, že vyžadují ke svému řízení zmíněný pomocný průtok řídicí tekutiny. Vhodný zdroj této tekutiny v mnoha aplikacích ventilů nemusí být vůbec k dispozici nebo tato tekutina nemusí být k dispozici pod potřebným tlakem resp. v potřebném množství. Takové fluidické ventily zejména přinášejí problémy tam, kde řízení průtoku tekutiny má být provedeno přiváděným elektrickým signálem. Tento signál je totiž nutné nejprve převést vhodným převodníkem na požadovaný řídicí průtok, takže se opět dostavují výše popsané problémy s převodníky.

-2 CZ 303280 B6

V technice řízení proudění tekutin se v poslední době vyskytly informace o novém druhu působení na proudící tekutinu účinkem syntetického proudu. Podstatným znakem těchto nových myšlenek je působení na proudící tekutinu účinkem periodických pulzací vyvozených v oscilačním aktuátoru. Periodickým výtokem z řídicí štěrbiny, napojené na oscilační aktuátor, střídajícím se poté se zpětným nasáváním nazpět do řídicí štěrbiny se vytváří tzv. syntetický proud. O něm, zejména o jeho matematickém modelování, informuje na článek Tesař V., Kordík J.: ..OuasiSimttarit Model of Synthetic Jets“. Sensors and Actuators A-Physical, roč. A 149 (2009), str. 255 - 265, zejména jeho úvodní části. Jsou tam také uvedena známá uplatnění syntetického proudu, například k řízení letu projektilů vystřelených ze střelné zbraně nebo zvýšení vztlaku křídla io letadel. Ve všech takových dosud známých případech se však jedná o problematiku vnější aerodynamiky, tedy obtékání těles, kdy syntetický proud působí na mezní vrstvu, která se vytváří na povrchu obtékaných objektů, a může například způsobit přechod laminámí mezní vrstvy do turbulence. Turbulentní mezní vrstva má ovšem odlišné vlastnosti a to pak vede k tomu, že těleso je jinak obtékáno. Je tak ovlivněn pohyb projektilu nebo letadla atmosférou. V tomto článku je is také popsáno typické provedení oscilačního aktuátoru, jaké je používáno při výzkumech tohoto nového způsobu řízení proudění tekutin v laboratorních experimentech. Je to na obrázku Fig. 6 na str. 259 uvedeného článku. Aktuátor je tam elektrodynamického typu. Sestává hlavně s nízkofrekvenčního reproduktoru, jaký je běžně vyráběn pro aplikace v zábavní elektronice, s poddajně uchycenou kuželovitou membránou opatřenou kmitací cívkou. Taje umístěna v mezeře magne’0 tického obvodu s permanentním magnetem. Účinkem střídavého elektrického proudu zavedeného do kmitací cívky se generuje periodická mechanická síla způsobující periodické vychylování membrány. Na rozdíl od běžného použití reproduktoru je v oscilačním aktuátoru prostor před kuželem membrány překryt tuhou deskou s vývodním otvorem. Tak je vytvořena výtlačná dutina, z níž je při pohybech membrány periodicky vytlačován vzduch a zase opět do ní nasáván.

Informace o aktuátorech jsou zejména k dispozici v literatuře M. Husák: Mikrosenzory a mikroaktuátory, vyd. Akademia, Praha, 2008. V této knize se jedná především o aktuátory velmi malé, ale to na podstatě jejich funkčního principu nic nemění. Důležitý ve zde pojednávané souvislosti je především tam uvedený přehled všech fyzikálních principů aktuátoru schopných vyvodit zde uvažované střídavé proudění, tj. vtok do a výtok zřídící štěrbiny. Prakticky přicházejí v úvahu především dva typy, a to elektrodynamický a piezoelektrický.

Jako alternativní možnost provedení oscilačního aktuátoru generujícího střídavý vtok a výtok se jeví aktuátor neobsahující elektromechanický převodník, ale oscilátor napájený na zdroje tlakové tekutiny. Je možné uspořádání s oscilující mechanickou součástkou a na ní působící tekutinovou zpětnou vazbou, ale jako zvláště vhodný se nabízí zejména fluidický oscilátor bez pohyblivých mechanických součástek, v němž jsou samobuzené oscilace vyvozeny v důsledku hydrodynamické nestability proudění v uzavřených dutinách. Taková nestabilita může být výrazně zvětšena nebo vůbec vyvolána zavedením fluidické zpětné vazby.

Podstata vynálezu

Nevýhody řeší jednak způsob podle předmětu tohoto vynálezu a jednak zařízení k provádění tohoto způsobu.

Jde o způsob dvourežimového řízení průtoku tekutin, jehož podstatou je, že se v dutinách pro průtok tekutiny v místech, kde se tyto dutiny větví do dvou cest, působí na proudící tekutinu pulzacemi vyvozenými ve vnitřním prostoru oscilačního aktuátoru, které mají střídavý charakter s periodicky se střídajícím výtokem tekutiny z tohoto prostoru a zpětným nasáváním do tohoto vnitřního prostoru, přičemž alespoň jedna z cest je za místem větvení ve směru průtoku opatřena přídržnou stěnou.

Podstatou zařízení k provádění tohoto způsobu je, že zahrnuje alespoň jeden rozváděči fluidický ventil, obsahující alespoň jednu trysku pro přívod tekutiny proti které jsou umístěny dvě cesty

-3 CZ 303280 B6 pro odvod tekutiny, jednou z cest je kolektor, který je dále spojen s vývodem fluid ického ventilu, s výhodou prostřednictvím difuzoru, přičemž mezi kolektorem a ústím trysky je přídržná stěna pro přilnutí tekutinového proudu a mezi přídržnou stěnou a ústím trysky je alespoň jeden řídicí přívod, který je s výhodou proveden jako štěrbina nebo jako soustava děr, přičemž zařízení dále zahrnuje alespoň jeden oscilační aktuátor, který je uspořádaný tak, že jeho vnitřní prostor je průtočnými dutinami propojen s řídicím přívodem, a jeden oscilační aktuátor muže být propojen s více řídicími přívody.

Zařízení s výhodou zahrnuje alespoň jeden druhý kolektor, který je spojen s jiným vývodem fluidického ventilu, s výhodou prostřednictvím druhého difuzoru.

Mezi tímto druhým kolektorem a ústím trysky může s výhodou být druhá přídržná stěna a mezi touto druhou přídržnou stěnou a ústím trysky může dále být alespoň jeden další řídicí přívod, přičemž zařízení pak dále zahrnuje alespoň jeden další oscilační aktuátor, s jehož vnitřním prostorem je průtočnými dutinami propojen onen další řídicí přívod, a jeden oscilační aktuátor může být propojen s více řídicími přívody.

Alternativně může mezi tímto druhým kolektorem a ústím trysky být alespoň jeden další řídicí přívod, který je prostřednictvím bočního kanálu spojen s přívodem tekutiny do trysky.

Zařízení podle předmětu tohoto vynálezu může mít oscilační aktuátor obsahující alespoň jeden elektromechanický převodník, který je napojen na přívod řídicího střídavého elektrického signálu, a vnitřní prostor aktuátoru je tvořen výtlačnou dutinou, jejíž alespoň jedna sténaje pohyblivá nebo deformovatelná a tato sténaje spojena s mechanickým výstupem elektromechanického převodníku.

Alternativně také zařízení podle předmětu tohoto vynálezu může mít vnitřní prostor proveden jako fluid ický oscilátor tvořený jednak fluidickým zesilovačem rozváděcího typu napojeným prostřednictvím primárního napájecího přívodu na zdroj pracovní tekutiny, jednak zpětnovazební smyčkou, tvořenou dutinou nebo dutinami pro průtok tekutiny, přičemž fluidický oscilátor je napojen dutinami přes první aktuátorový vývod na řídicí přívod.

První aktuátorový vývod může být napojen na řídicí přívod prostřednictvím fluidických zesilovačů proudového typu.

Zařízení podle předmětu tohoto vynálezu může alternativně mít vnitřní prostor oscilačního aktuátoru proveden jako rezonanční kanál jedním koncem otevřený do řídicího otvoru a na opačném konci uzavřený, rozdělený po své délce na dvě části přepážkou obsahující průtočné kanálky, kde u jedné stran přepážky je topný element napojený na přívod řídicího elektrického signálu.

Zařízení podle předmětu tohoto vynálezu může proti řídicímu přívodu vzhledem k ose trysky po straně ústí trysky před přídržnou stěnou mít separační stupeň.

Tekutinou může být jakýkoliv plyn nebo kapalina, popřípadě směs plynů nebo směs kapalin, a případně také směs kapaliny a plynu, a může také jít o suspenzi pevných částic unášených v kapalině. Pokud by mělo jít o tekutinu agresivní vůči pevným materiálům, například v důsledku chemické agresivity nebo vysoké teploty, při nichž mechanická pevnost materiálů klesá, mohou být ventily podle vynálezu snadněji než dosavadní ventilu zhotoveny z materiálu vykazujícího vůči takovým agresivním vlivům přiměřenou odolnost.

Ventily podle předmětu tohoto vynálezu mohou alternativně fungovat se třemi výše popsanými druhy oscilačních alternátorů generujících ve svém vnitrním prostoru pulzace, které mají střídavý charakter s periodicky se střídajícím nasáváním a výtokem tekutiny z řídicího přívodu. V principu se předpokládá, že generované pulzace mají frekvenci natolik vysokou, že setrvačnost proud vytékajícího z trysky fluid ického ventilu zamezí tomu, aby proud svými výchylkami tyto pulzace

-4 CZ 303280 B6 sledoval, a dochází pouze k tomu, že pu Izaee způsobí odtržení proudu od přídržné stěny, k níž při absenci pulzací proud přilne účinkem Coandova jevu. Nicméně toto není podmínka nutná a pokud bude proud pulzace svými výchylkami sledovat, dosáhne se také alespoň částečně požadovaného efektu převedení tekutinového proudu do druhého kolektoru.

První tlakovou možností jsou oscilační aktuátory se dvěma komponentami, výtlačnou dutinou a elektromechanickým převodníkem. Výtlačná dutina je ze všech stran uzavřena pevnými stěnami až na nejméně jednu ze stěn, která je pohyblivá nebo deformovatelná. Druhou komponentou takového aktuátoru je elektromechanický převodník jaké jsou běžně známé a mnohé i vyráběné sériově řadou výrobců. Elektrické přívody tohoto převodníku jsou elektricky napojeny na přívod řídicího signálu ve formě střídavého elektrického proudu. Účinkem tohoto elektrického proudu se v převodníku vyvozují mechanické periodické pohyby. Tyto pohyby se přenášejí na zmíněnou pohyblivou nebo deformovatelnou stěnu výtlačné dutiny. Takovou stěnou výtlačné dutiny může být například i membrána obvyklého elektrodynamického reproduktoru, neboť ten je také elektromechanickým převodníkem. Na tuto membránu se přenášejí periodické mechanické pohyby km i tací cívky reproduktoru. Jiným typickým příkladem může být piezoelektrický elektromechanický převodník, ve kterém dochází k periodickým tvarovým deformacím piezoelektrické látky účinkem přivedeného střídavého elektrického napětí. Tyto tvarové deformace pak také vedou k deformacím stěny výtlačné dutiny. Další známé principy fungování elektromechanických převodníků v aktuátoru jsou zejména elektrostatické, megnetostrikční, elektroreologické, bimetaiové, s tepelně ovládanou tvarovou pamětí a elektrolytické. Může být také použit pyrotechnický princip v případě, že je žádána pouze jednorázová změna řízeného proudění.

Je-li do reproduktoru nebo obdobného elektromechanického převodníku s membránou v aktuátoru přiváděn řídicí elektrický signál ve formě střídavého elektrického proudu, jeho membrána se pohybuje tak, že mění objem výtlačné dutiny a tím nevyhnutelně vytlačuje tekutinu z výtlačné dutiny. V následující části periody střídavého signálu je sice tekutina zase nasávána nazpět, ale jakje známo, nelineární charakter rovnic popisujících proudění tekutin vede k tomu, že obě části periody nejsou stejné. Výtokem z řídicí štěrbiny se vytvoří vírový útvar, který setrvačností pokračuje směrem od řídicí štěrbiny, kdežto nazpět nasávaná tekutina se bere odjinud, znejbližšího okolí řídicí štěrbiny směrem kolmo na výtok z trysky.

To způsobí, že proud tekutiny vytékající z trysky se odtrhne od přídržné stěny a překlopí se na druhou stranu, např. ke druhé přídržné stěně, a tekutina vedená do ventilu prochází pak druhým difuzorem a tedy do druhého vývodu.

V aktuátoru může být i větší počet pohyblivých nebo deformovatelných stěn, z nichž každá má svůj elektromechanický převodník způsobující její pohyby nebo deformace. V takovém případě jsou všechny tyto převodníky připojeny na společný elektrický signál tak, aby se zajistila synchronnost pohybů nebo deformací stěn takové, že současně tekutinu z výtlačné dutiny řídicí štěrbinou vytlačují nebo v další fázi funkčního cyklu zase nasávají.

Oscilační aktuátor však může být alternativně proveden i tak, že neobsahuje elektromechanický převodník a výtlačnou dutinu, ale fluidický oscilátor tvořený dutinami, jež také představují vnitřní prostor aktuátoru. V tomto případě není průtok tekutiny ventilem řízen přímo přiváděným střídavým elektrickým signálem, ale přiváděným průtokem tekutiny, kapaliny nebo plynu. I v tomto případě jsou voscilačním aktuátoru generovány pulzace, které mají střídavý charakter s periodicky se střídajícím nasáváním a výtokem tekutiny v napojeném řídicím přívodu, a to aerodynamickými nebo hydrodynamickými procesy probíhajícími v dutinách s neměnnou geometrií. Jak takové efekty vznikají je popsáno například v článku Tesař V.. Hung C. H., Zimmerman W.: ,,No Moving-Part Hybrid-Synthetic Jet Actuator, Sensors and Actuators A, roč. 125, str. 159169, 2006. Výhodou pak je, že celý rozváděči ventil k řízení průtoku tekutin s takovýmto oscilačním aktuátorem v tomto případě vůbec nemá žádné pohyblivé součástky. Výhodou pak je, že může být snadno zhotoven například z keramického materiálu a je pak schopen odolávat i extrémně vysokým teplotám nebo agresivním účinkům chemických látek, jejichž průtok v kapal-5CZ 303280 B6 nein nebo plynném stavuje řízen. Absence pohyblivých součástek pak také vede k vysoké odolnosti proti rázům a vnějším zrychlením. V takovém případě je řízení průtoku tekutiny fluidickým ventilem ovládáno zejména například přerušováním přívodu tekutiny do Huidiekého oscilátoru, například ventilkem, který působí jako přerušovací vypínač.

Třetí případ oscilačního aktuátoru, který se rovněž s výhodou obejde bez pohyblivých součástek, využívá samo buzené akustické oscilace generované účinkem tepla vzniklého při průchodu řídicího elektrického signálu topným elementem v kanálu nebo trubce na jednom konci uzavřeném a uvnitř opatřeném přepážkou obsahující průtočné kanálky, kde právě u jedné strany přepážky je zmíněný topný element. Tento termoakustický efekt generace pulzací je popsán např. v článku Sondhauss C.: „Uher die SchaHschwingungen der Luft in erhitzten Glasrohren und gedeckten Pfeifen von ungieicher Weite“, Poggendorf Annalen der Physik und Chemie, str. f roč. 79. 1850. Putzace takto vzniklé mají frekvenci f určenou vztahem f=w_a/4Z kde w_;i je rychlost šíření zvuku a Z je délka kanálu.

Výtokem z trysky, ve které se část tlakové energie tekutiny, jejíž průtok je ventilem ovládán, přemění na energii kinetickou, se ve fluidickém ventilu vytváří tekutinový proud. Pokud není do oscilačního aktuátoru řídicí signál přiváděn, pak tento proud přilne k přídržné stěně, zejména pokud tato není oddělena separačním stupněm. Tento tekutinový proud je o něco dále ve směru výtoku zachycen kolektorem a protéká pak s výhodou difuzorem, ve kterém se kinetická energie zachyceného proudění přeměňuje na tlakovou, což je obrácený proces, než jaký předtím tekutina prodělala v trysce. Difuzor však není pro funkci ventilu nezbytný, aleje žádoucí, neboť bez něj by nastávaly velké hydraulické ztráty, které narůstají s rychlostí průtoku tekutiny.

Řízení průtoku v potrubí nebo podobných dutinách, které mohou být i krátké na rozdíl od potrubí, charakterizovaného značnou délkou ve srovnání se svými příčnými rozměry, podle předmětu tohoto vynálezu je tedy založeno na existenci dvou režimů lišících se směrem proudění v místech, kde se potrubí větví do dvou alternativních cest, a to s výhodou účinkem elektrického proudu, kdy se v místě rozvětvení vytváří proud tekutiny výtokem z trysky. Tento tekutinový proud směřuje podél přídržné stěny a zde se na tento tryskou vytvořený tekutinový proud působí střídavými průtokovými pulzacemi, při kterých se střídá nasávání a výtok z řídicího přívodu, Čímž se způsobí odtržení tryskou tvořeného tekutinového proudu od přídržné stěny.

Tím, že odpadnou elektromagnetické nebo elektrohydraulické silové pohony, jaké jsou používány u dosavadních ventilů, jsou ventily podle předmětu vynálezu lehčí, levnější, spolehlivější a spotřebují menší příkon k ovládání.

To, že se vystačí u ventilů podle předmětu tohoto vynálezu s převodníky pracujícími s malými silami, je umožněno uspořádáním ventilu s tryskou, urychlující tekutinu, a s difuzory, ve kterých se pak tekutina zpomaluje, přičemž v místech největšího urychlení se na průtok tekutiny působí účinkem střídavého vtoku a výtoku zřídícího přívodu, je-li právě přiváděn řídicí signál. V místech největšího urychlení je také umístěna přídržná stěna, ke které při dočasné absenci řídicího signály tekutina přilehne. Toto přilehnutí ke stěně vede tekutinu do jednoho z vývodů. Účinkem střídavého vtoku a výtoku z řídicího přívodu dochází k odtržení proudění od přídržné stěny, s případným přilnutím kjiné přídržní stěně, a tím je řízený průtok tekutiny veden do jiného výstupu.

Pro ventily s aktuátory bez převodníku, ale zato s fluidickým oscilátorem nebo s termoakustickým oscilátorem, v provedení bez pohyblivých součástek je výhodou zejména odolnost vůči nepříznivým vnějším vlivům, neboť rozváděči ventil podle předmětu tohoto vynálezu je možné zhotovit z materiálů o vysoké odolnosti vůči vysoké teplotě nebo chemické agresivitě tekutiny, jejíž průtok je takto řízen.

-6CZ 303280 B6

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je znázorněn v řezu planámí monostabilní ventil s jednostranným přilnutím vzduchového proudu, řízený jedním oscilačním aktuátorem obsahujícím dva elektrodynamické převodníky elektrického signálu na mechanický pohyb.

Na obr. 2 je v obdobném řezu naznačen planámí souměrný bistabilní ventil se dvěma stejně provedenými takovými oscilačními aktuátory.

Na obr. 3 je detail osově souměrného provedení monostabilního ventilu s jedním centrálně umístěným oscilačním aktuátorem o pouze jednom elektrodynamickém převodníku.

Na obr. 4 je nakreslen obdobný ventil jako na obr. 3, s jedním centrálně umístěným aktuátorem, jež zde ale má dva elektrodynamické převodníky. Ventil je zde se dvěma vývodními potrubími.

Na obr. 5 je nakreslen příklad uplatnění ventilu odpovídajícího obr. 3, a sice v řízeném katalytickém reaktoru.

Na obr. 6 je v částečném řezu znázorněn příklad provedení velmi malého ventilu podle tohoto vynálezu zhotoveného fotochemickým postupem a na rozdíl od předcházejících pěti příkladů s oscilačním aktuátorem, založených nikoliv na elektrodynamickém, ale na piezoelektrickém principu.

Na obr. 7 je naznačeno obdobným fotochemickým postupem zhotovené uspořádání v jiném zvláštním uplatnění, kdy je paralelně použito pět bistabilních rozváděčích ventilů pro výsledný efekt, jímž je nikoliv rozváděči tekutiny do jednoho ze dvou výstupních vývodů, ale podstatné zmenšení průtoku tekutiny jediným vývodem.

Na obr. 8 je naznačeno podobně k témuž účelu určené a podobně vyrobené uspořádání pěti monostabilních ventilů, které se vyznačuje na rozdíl od případu z obr. 7 jednodušší konfigurací.

Na dalších dvou obrázcích, obr. 9 a 10, je nakreslen příklad provedení ventilu jenž jako výsledný efekt také dosahuje přivírání, tedy podstatné zmenšení, procházejícího průtoku tekutiny v jediném vývodu. Tento ventil funguje v bistabilním režimu, přičemž na obr, 9 je tento ventil nakreslen celý v řezu, kdežto na obr. 10 je zobrazeno šest jeho nej důležitějších součástek. Z tohoto obrázku je zvláště zřejmé, jak v mezerách mezi těmito šestí součástkami probíhá základní rozváděči efekt vedoucí však v navazující vírové komoře k uzavíracímu efektu.

Na následujícím obr. 11 je nakreslen příklad provedení ventilu, ve kterém oscilační aktuátor neobsahuje elektromechanický převodník, ale má fluidický oscilátor, jehož primární řídicí trysky jsou napojeny na zpětnovazební smyčku a primární napájecí přívod je napojen na zdroj tekutiny. Ventil je monostabilní a průtok v něm je řízen zavíráním a otevíráním přívodu tekutiny do primárního napájecího přívodu.

Na dalších třech obrázcích tedy obr. 12 až obr. 14, je příklad monostabilního provedení, podobný jako na obr. 1, avšak stejně jako na obr. 11, oscilačního aktuátoru tohoto ventilu, který obsahuje fluidický oscilátor. Na rozdíl od provedení podle obr. 11 zde vývody aktuátoru jsou vedeny přes řídicí vývody fluidických zesilovačů proudového typu.

Konečně poslední obr, 15 představuje fotochemicky zhotovený miniaturní monostabilní ventil, v němž je průtok řízen pulzacemi generovanými v termoakustickém oscilátoru.

-7CZ 303280 B6

Příklady provedení vynálezu

Příklad I

Příklad provedení ventilu je znázorněn na obr. 1 v pohledu šikmo seshora a sice v řezu vedeném horizontální rovinou. Je tedy viditelná, se dvěma výjimkami, pouze spodní polovina ventilu. Ta je orientována tak, že přívod tekutiny do trysky i je v levém dolním rohu obrázku a dva vývody jsou vpravo nahoře. Přibližně o něco níže, než je střed obrázku, je dobře patrný oscilační aktuátor 99, který je zde proveden obdobně jako u dalších příkladů na následujících obrázcích obr. 2 až obr. 5.

U tohoto příkladu se jedná o monostabílní provedení fluid ického rozváděči ho ventilu s pouze jedním oscilačním aktuátorem 99, jenž obsahuje dva elektromechanické převodníky. Ventil kromě trysky i, do níž je přiváděna tekutina a jejíž průtok je řízen, má proti ní jednak kolektor 3 a jednak vedle něj druhý kolektor 2, určené k zachycení tekutinového proudu vytékajícího z trysky 1. Kolektor 3 je spojený prostřednictvím difuzoru 13 sjedním ze dvou vývodů ventilu. Důležitou částí ventiluje řídicí přívod 4, kterýje v tomto případě proveden jako řídicí štěrbina 14. Mezi kolektorem 3 a tryskou po straně dráhy z trysky i vytékajícího tekutinového proudu, je přidržná stěna 7. Řídicí štěrbina J_4 se nachází mezi ústím trysky 1 a přídržnou stěnou 7. Také na druhé straně od osy 11 trysky je podobné uspořádání. Mezi druhým kolektorem 2, vedoucím do druhého difuzoru 12. je druhá přidržná stěna 72. Mezi ní a ústím trysky I je separační stupen 6.

Zařízení podle předmětu tohoto vynálezu v tomto příkladu provedení obsahuje jeden oscilační aktuátor 99 napájený přiváděným elektrickým střídavým signálem, určujícím, kam tekutina z trysky i proudí. Vnitřní prostor 5 aktuátoru 99 je proveden jako výtlačná dutina J_5. Je s ní propojena řídicí štěrbina J4. Oscilační aktuátor 99 má dvě stěny výtlačné dutiny 15 pohyblivé, neboť je tvoří membrány jednak reproduktoru 44, jednak proti němu umístěného druhého reproduktoru 442. Jejich membrány jsou obráceny navzájem proti sobě. Řídicí štěrbina Í4 navazuje na prostor mezi membránou reproduktoru 44 a druhého reproduktoru 442, tedy na výtlačnou dutinu 15. Jak reproduktor 44, tak druhý reproduktor 442, je na obr. 1 nakreslen celý, nikoliv tedy v řezu jako ostatní součásti zařízení, a jak reproduktor 44, tak druhý reproduktor 442, jsou oba napojeny spolu paralelně na přívod 8 řídicího střídavého elektrického signálu.

Tekutina, v tomto případě jde o vzduch, ale na věci nic nemění, půjde-li o jakýkoliv jiný chemicky inertní plyn, jejíž průtok je tímto zařízením řízen je přiváděna do trysky 1, která je souměrná vzhledem k ose H trysky 1. Výtokem z trysky 1, ve které se část tlakové energie tekutiny jejím urychlením přemění na energii kinetickou, se vytváří tekutinový proud. Ventil sám je však tomto případě nesouměrný vzhledem k ose ϋ trysky L Na obr. 1 naznačený úhel který svírá osa il trysky i s osou kolektoru 3 na straně aktuátoru 99 je zde menší než druhý úhel cti, který svírá osa ϋ trysky i s osou druhého kolektoru 2 na opačné straně, tj. na straně, kde je separační stupeň 6. Vzhledem k ose ϋ trysky i má i přidržná stěna 7 menší sklon než druhá přidržná stěna 72 na protilehlé straně. Tyto různé sklony a separační stupeň 6 způsobují, že tekutinový proud opouštějící trysku 1, pokud není do oscilačního aktuátoru 99 přiváděn řídicí střídavý signál, přilne účinkem Coandova jevu k přídržné stěně 7. Proud je zachycen kolektorem 3 a protéká dále difuzorem Γ3, ve kterém se kinetická energie zachyceného proudění přeměňuje na tlakovou, což je obrácený proces, než jaký předtím tekutina prodělala v trysce i. Difuzor B není pro funkci ventilu nezbytný, aleje žádoucí, neboť bez něj by nastávaly velké hydraulické ztráty, které obecně vždy narůstají s rychlostí průtoku tekutiny.

Reproduktor 44 a druhý reproduktor 442 jsou v oscilačním aktuátoru 99 zapojeny spolu tak, že přiváděný řídicí elektrický signál způsobuje, že se membrána reproduktoru 44 a proti ní membrána druhého reproduktoru 442 pohybují k sobě a od sebe. Pohybuj í-l i se proti sobě, vytlačují tekutinu z výtlačné dutiny 15. V následující části periody střídavého signálu je sice tekutina zase

-8CZ 303280 B6 nasávána řídicí štěrbinou 14 nazpět, ale jak je známo, nelineární charakter rovnic popisujících proudění tekutin vede k tomu, že obě části periody nejsou stejné. Výtokem z řídicí štěrbiny 14 se vytvoří vírový útvar, který setrvačností pokračuje směrem od řídicí štěrbiny 14, kdežto nazpět nasávaná tekutina se bere odjinud, z nejbližšího okolí ústí řídicí štěrbiny 14. Tímto způsobem se vytváří v časovém průměru výsledné proudění směřující od řídicí štěrbiny 14 směrem zhruba kolmo na výtok z trysky To způsobí, že proud tekutiny vytékající z trysky 1 se odtrhne od předtím sledované přídržné stěny 7 a překlopí se na druhou stranu ke druhé přídržné stěně 72. Tam zůstane po celou dobu působení řídicího střídavého elektrického signálu a prochází druhým difuzorem 12 do druhého vývodu ventilu. Teprve když je střídavý signál zase přerušen, vrátí se průtok do původního směru a vytéká zase původním vývodem.

Příklad 2

Velmi podobný je ventil podle předmětu tohoto vynálezu nakreslený na obr. 2. Je zde opět nakreslen v obdobném pohledu šikmo seshora a to v řezu vedeném horizontální rovinou. Předpokládá se, zeje umístěn do potrubí se čtvercovými průřezy protékaných dutin. Na obr. 2 je viditelná pouze spodní polovina ventilu, až na reproduktory 44, 442, 443, 444, které v řezu kresleny nejsou. Ventil je zase orientován tak, že přívod tekutiny je v levém dolním rohu obrázku a dva vývody jsou vpravo nahoře. Odlišností je, že v tomto případě má ventil kromě ose i lačního aktuátoru 99 ještě na opačné straně od osy H trysky další, druhý oscilační aktuátor 99.

U tohoto příkladu provedení se jedná o bistabilní provedení fluid ického rozváděči ho ventilu. Jak oscilační aktuátor 99, tak druhý oscilační aktuátor 99, jsou oba provedeny zcela stejně jako v příkladě znázorněném na obr. 1, a sice tak, že dvě ze stěn vnitřního prostoru 5 aktuátoru 99 tvoří i zde dvě membrány proti sobě umístěných elektrodynantických reproduktorů. V jednom oscilačním aktuátoru 99 jsou to reproduktor 44 a druhý reproduktor 443 a čtvrtý reproduktor 444. Použití standardních reproduktorů je vhodné pro laboratorní pokusy s prototypy ventilů. Vzhledem k nízké ceně hromadně vyráběných reproduktorů pro zábavní elektroniku může však beze změn jít v tomto příkladu i o ventily pro praktické průmyslové použití, které mají navíc tu výhodu, že jsou cenově výhodné, pokud ovšem tekutina, jejíž průtok ventil řídí, je chemicky neagresivní plyn, například vzduch, nepoškozující membrány reproduktorů. V případě řízení průtoku kapaliny by bylo nutné zvláštním opatřením, například ochranným povlakem, chránit materiál membrán.

Ventil je v tomto příkladu syntetický vzhledem k ose ii trysky. Úhel <13, který svírá osa JJ. trysky s osou kolektoru 3 je stejný jako druhý úhel ct>, který s osou ϋ trysky svírá druhý kolektor 2. Podobně jsou stejné sklony přídržné stěny 7 a druhé přídržné stěny 72 a sklony difuzoru J3 a druhého difuzoru J2. Symetrie je taková, že proti řídicímu přívodu 4 je stejně provedený druhý řídicí přívod 4. Zatímco jeden řídicí přívod 4 navazuje na vnitřní prostor 5 aktuátoru 99 provedený jako výtlačná dutina J5, je druhý řídicí přívod 4 spojen s druhou výtlačnou dutinou J_5 druhého aktuátoru 99. Řídicí přívod 4 je v tomto případě proveden jako řídicí štěrbina 14.

Tekutina, jejíž průtok je tímto ventilem řízen, je přiváděna do trysky i. Výtokem z trysky i se vytváří tekutinový proud, který vzhledem k symetrii ventilu může alternativně přilnout jak k přídržné stěně 7, když pokračuje kolektorem 3 do difuzoru J3, tak ke druhé přídržné stěně 72, když pak pokračuje do druhého kolektoru 2 a na něj dále navazujícího druhého difuzoru J2· Převedení průtoku tekutiny z jednoho vývodu ventilu do druhého se děje účinkem krátkého řídicího střídavého elektrického signálu přivedeného do jednoho z obou aktuátoru 99. Zapojení na přívod řídicího střídavého elektrického signálu je stejné jako v předchozím příkladu znázorněném na obr. 1. Stačí, aby do reproduktoru 44 a druhého reproduktoru 442 v oscilačním aktuátoru 99 byl současně přiváděn po krátký časový úsek řídicí elektrický signál způsobující, že membrány obou těchto reproduktorů se pohybují k sobě a od sebe. Tím střídavě vytlačují tekutinu z výtlačné dutiny 15 a zaseji nazpět řídicí štěrbinou J4 do výtlačné dutiny J_5 nasávají. Vytvářejí tím před řídicí štěrbinou 14 vírové útvary, které setrvačností pokračují směrem od řídicí štěrbiny J4 a způsobí,

-9CZ 303280 B6 že proud tekutiny vytékající z trysky i se odtrhne od přídržné stěny 7 a překlopí se na druhou stranu ke druhé přídržné stěně 72. l am pak proud vytékající z trysky 1 zůstane i když je přívod elektrického signálu jíž přerušen.

Má-li se průtok tekutiny navrátit nazpět do původního směru proudění, je přiveden řídicí střídavý elektrický signál do druhého oscilačního aktuátoru 99, tedy na opačné straně ventilu než předtím. Vzhledem k souměrnosti celé konfigurace je mechanismus odtržení od druhé přídržné stěny 72 a přilnutí k přídržné stěně 7 stejný jako bylo popsáno v předchozím odstavci. Výhodou takového bistabiIního provedení oproti monostabílnímu provedení z předcházejícího obr. 1 je úspora na in potřebné energii řídicího elektrického proudu, který zde postačí přivádět jen ve formě krátkých překlápěcích pulzů.

Příklad 3

Na následujícím obr. 3 je detail příkladu provedení ventilu, který je obzvlášť výhodný tím, zeje kompaktní a tedy zabírá minimální prostor. Toto uspořádání je osově souměrné. Tekutina opět přichází zleva dole, a sice přívodním potrubím 10, a na opačné straně odtéká jedním ze dvou alternativních vývodů nakreslených vpravo nahoře. Rozdíl od výše popsaných provedení je zde

2o v tom, že oba tyto vývody jsou koncentrické. Jeden z nich má obvyklý kruhový průřez jaký potrubí mívají, ale druhý vývod má průřez mezikruhový.

U tohoto příkladu provedení se jedná o monostabilní provedení fluidického rozváděcího ventilu, a sice v provedení majícím pouze jeden oscilační aktuátor 99. Tryska i zde má mezikruhový tvar svého ústí a je vytvořena mezi pláštěm ventilu a centrálním tělesem 149. Kolektor 3 i druhý kolektor 2 také mají oba prstencový protékaný průřez a jsou soustředné. Každý z nich je spojený s jedním z vývodů ventilu. Ventil dále obsahuje v centrálním tělesu 149 umístěný oscilační aktuátor 99, který sestává z elektromechanického převodníku tvořeného reproduktorem 44 a vnitřního prostoru 5 aktuátoru 99, který je proveden jako výtlačná dutina 15 nacházející se před membráno nou reproduktoru 44. Jednu ze stěn výtlačné dutiny J_5 i v tomto případě tvoří membrána reproduktoru 44, jejímž pohybem se mění objem výtlačné dutiny J_5. Výtlačná dutina JJ je spojena s řídicím přívodem 4, v tomto případě provedeném jako řídicí štěrbina JJ, na obvodě centrálního tělesa 149 u trysky i. Na odtokové straně centrálního tělesa 149 je kužel 143. Kolem něj koncentricky je umístěn dělič 20. Kolektor 3 mezi děličem 20 a pláštěm 300 ventilu je opatřen u ústí trysky 1 přídržnou stěnou 7, kdežto druhý kolektor 2 je opatřen u ústí trysky 1 druhou přídržnou stěnou 72. Přídržná stěna 7 je na plášti 300 ventilu, kdežto protilehlá druhá přídržná stěna 72 na straně řídicího přívodu 4 je na povrchu kuželu 143. Na kolektor 3 navazuje difuzor 13, kdežto na druhý kolektor 2 navazuje rovněž mezikruhový druhý difuzor 12. Také v tomto případě je oscilační aktuátor 99 napojen na přívod 8 řídicího elektrického střídavého signálu. Mezi ústím trysky to i a přídržnou stěnou 7 vytvořenou na plášti 300 ventiluje separační stupeň 6.

Centrální těleso 149 je upevněno například v přívodním potrubí JJ prostřednictvím na obrázku nekreslených vzpěr. Důležité je, že vložením centrálního tělesa 149 se průřez pro proudění tekutiny zmenší oproti průřezu přívodního potrubí 10 a tímto zúžením je tak vytvořena tryska 1.

Podobně je dále ve směru proudění například na obdobných vzpěrách jako centrální těleso 149 upevněn dělič 20. Ten od sebe odděluje difuzor JJ od druhého dífuzoru J_2, který je vytvořen tím, že do dutiny uvnitř děliče 20 zasahuje kužel 143 na odtokové části centrálního tělesa 149.

Výtokem z trysky 1, ve které se část tlakové energie tekutiny jejím urychlením přemění na enerso gii kinetickou, se vytváří tekutinový proud, který zde má mezikruhový průřez. Pokud není přiváděn elektrický řídicí signál, pak tento proud přilne k povrchu kuželu 143, neboť na vnější straně přilnutí brání separaění stupeň 6. Proud je pak zachycen kolektorem 3 mezi kuželem 143 a děličem 20 a dále protéká napojeným difuzorem JJ. V tom se kinetická energie zachyceného proudu přeměňuje na energii tlakovou. Je-li přiváděn řídicí elektrický signál do reproduktoru 44, vytla55 čuje se periodicky tekutina z řídicího přívodu 4 a opět se do něj ve druhé části periody nasává.

- 10CZ 303280 B6

Každým výtokem z řídicího přívodu 4 se vytvoří vírový útvar, který setrvačností pokračuje směrem od řídicího přívodu 4, kdežto nazpět nasávaná tekutina se bere odjinud. Tak se vytváří v časovém průměru výsledné proudění směřující od řídicího přívodu 4 směrem kolmo na výtok z trysky 1, Toto proudění způsobí, že proud tekutiny vytékající z trysky 1 se odtrhne od povrchu kuželu 143 a odchýlí se tak, že přilne ke druhé přídržné stěně /2 vytvořené na vnitřním povrchu pláště 300 ventilu a vstupuje do druhého kolektoru 2 a na něj navazujícího druhého difuzoru 12 a tím do mezikruhového vývodu. Teprve když je střídavý signál zase přerušen, vrátí se průtok do původního směru a protékající tekutina vychází z ventilu středovým vývodem, který má plný kruhový průřez.

Příklad 4

V příkladu provedení na obr. 4 je opět osově souměrný ventil. V zásadě je vlastní akční část tohoto ventilu podobná předcházejícímu příkladu, jaký je výše popsán v souvislost s obr. 3. Nyní je však ventil proveden tak, že do něj je tekutina přiváděna jedním přívodním potrubím JO kruhového průřezu na obrázku vlevo a je rozváděna do jednoho ze dvou vývodních potrubí, které jsou zde obě plného kruhového průřezu. Jde jednak o přímé vývodní potrubí 103 směřující na obrázku obr. 4 doprava a dále o kolmé vývodní potrubí 102 směřující na tomto obrázku vzhůru. Ventil má tentokrát oscilační aktuátor 99 se dvěma elektromechanickými převodníky opět etektrodynamického typu, provedení jako reproduktor 44 a proti němu druhý reproduktor 442. To, že jsou zde dva ve svém vzájemně synchronizovaném působení zajistí větší citlivost převodu elektrického signálu než v předcházejícím příkladu. Reproduktor 44 a proti němu druhý reproduktor 442 jsou navzájem proti sobě otočeny svými membránami a jsou i zde jako na obr. 3 umístěny uvnitř centrálního tělesa 149. Jejich zapojení na elektrický vstupní signál je stejné jako bylo znázorněno na obr. 1. Pohybem obou protilehlých membrán je pri zavedení elektrického řídicího signálu periodicky vytlačována a zase nazpět nasávána tekutina, a sice řídicím přívodem 4. Za ústím trysky I ve směru proudění jsou difuzor 13 a druhý difuzor 12, provedené stejně, jak bylo popsáno u příkladu 3, a obr. 3. Oba mají mezikruhový průřez. Výtokem z trysky I se vytváří tekutinový proud mezikruhového průřezu. Pokud není přiváděn elektrický řídicí signál, pak tento proud protéká vnitřním do difuzoru 13 a jím do přímého vývodního potrubí 103. Je-li přiváděn řídicí elektrický signál, vytváří se opakovanými výtoky z řídicího přívodu 4 výsledné proudění s charakterem syntetického proudu tvořeného soustavou vírových prstenců směřující od řídicího přívodu 4 směrem kolmo na výtok z trysky 1. Tento výtok z trysky 1 se tím odchýlí tak, že vstupuje do druhého difuzoru 12 a jím do komory 122. na níž pak navazuje kolmé vývodní potrubí 102. Tak jako v předcházejícím osově souměrném případě se předpokládá tak vysoká frekvence pulzací výtok a vtoku v řídicím přívodu 4, že tekutinový proud vytékající z trysky 1 nestačí být tak rychle překlápěn na jednu a druhou stranu děliče 20 a účinkem pulzací se pouze odtrhne od přídržné stěny 7. Mohou přitom nastat ovšem i radiální oscilace proudění, ale ty jsou při vysokých frekvencích rychle utlumeny v navazujících dutinách.

Příklad 5

Na následujícím obr. 5 je nakreslen příklad uplatnění ventilu podle tohoto vynálezu v konfiguraci v zásadě odpovídající předcházejícímu příkladu, jak je nakreslen na obr. 4. V tomto dalším příkladu jde nyní o použití ventilu v řízeném katalytickém reaktoru. Katalytická reakce probíhá v reaktoru tehdy, jestliže se směs reagentů přiváděných přívodním potrubím ]_0 dostane do styku s katalyzátorem naneseným na povrchu koncentricky uspořádaných katalyzátorových trubic 9. Produkty reakce jsou pak odváděny přímým vývodním potrubím 103. Podle potřeby má být probíhající chemická reakce dočasně přerušena a opět spuštěna. To právě zajistí ventil podle předmětu tohoto vynálezu. Na obr. 5 je naznačena tmavou šipkou S situace, kdy není řídicí signál přiváděn a reakce je dočasně přerušena, neboť v tomto stavu reagenty procházejí centrálně umístěnou středovou vývodní trubicí 104 aniž by se dostaly do kontaktu s povrchy katalyzátorových trubic 9. Je to dáno tím, že jak je naznačeno šipkou S, reagenty vytvářejí tekutinový proud, který

- 11 CZ 303280 B6 přilne k povrchu kuželu 143, a procházejí tedy difuzorem _13, na nějž navazuje středová vývodní trubice 104. Po zavedení elektrického řídicího signálu membrána reproduktoru 44 tak jako u výše popsaných příkladů periodicky vytlačuje tekutinu řídicím přívodem 4, který je zde proveden jako řídicí štěrbina 14. a opět jí nasává. Proud reagentů se tím odtrhne od povrchu kuželu 143 a vstupuje do druhého difuzoru 12. Tak je potom proud reagentů veden ke katalyzátorovým trubicím 9, kde pří styku s katalyzátorem chemická reakce nastartuje. Zcela obdobným způsobem může být například zajištěno obtokové řízení teploty protékající média, kdy namísto katalyzátorových trubic 9 jsou elektrická odporová tělesa nebo naopak chladicí tělesa. Využití kondenzace na chladicích tělesech může sloužit k tomu, že ústrojím podle obr. Sje protékající vzduch zbavován nežádoucí vlhkosti a pod.

Příklad 6

Na obr. 6 je příklad provedení, které ukazuje, že ventil může také být uspořádán tak, že má formálně pouze jeden vývod, jestliže namísto druhého z vývodů je jednoduše ventilační vývod 105 vedoucí v tomto příkladu vzduch do atmosféry. Uspořádání podle tohoto příkladu provedení také na rozdíl od předcházejících pěti příkladů s elektrodynamickým typem elektromechanických převodníků v ose i lačním aktuátoru 99 má v tomto případě převodníky dva, jež jsou oba piezoelektrické. Někdy je takový převodník označován také jako piezoelektrický měnič 404. Odlišné od předcházejících příkladů je také to, že zde jde o rozměrově velmi malé provedení ventilu. Zatímco v příkladech na obr. 1 až obr. 5 šlo o ventil umístěný mezi úseky potrubí o průměrech řádu desítek milimetrů, zde v příkladu na obr. 6 jsou charakteristické rozměry vývodů a přívodů pouhé milimetry. Nejde zde ovšem také o potrubí s obvyklým kruhovým průřezem. Takto malý ventil patří do kategorie mikrofluidických ústrojí a je také zhotoven fotochemickým postupem obvyklým v mikrofluidice. Konkrétně jsou v desce 100, která může být ěástí složitého mikrofluidického integrovaného obvodu, zhotoveny vyleptáním dutiny sloužící jako dráhy pro průtok vzduchu. Rovněž fotochemickým postupem je v desce 100 zhotoven jeden relativně oproti ostatním částem značně velký otvor kruhového tvaru, v němž je oscilační aktuátor 99. Deska 100 je na obr. 6 nakreslena v částečném řezu, tedy je z ní myšleným řezem odříznuta obdélníková část. Na obrázku jsou naznačeny hranice 101 této odříznuté části. Na obrázku není naznačena homí krycí deska, jejímž přiložením se uzavírají vyleptané dutiny, aby z nich protékající tekutina neunikala. Do zmíněného velkého otvoru kruhového tvaruje vsazen oscilační aktuátor 99 tak, že nahoře je ke krycí desce připevněn piezoelektrický měnič 404 a dole pod prostorem sloužícím jako vnitřní prostor 5 aktuátoru 99 je druhý piezoelektrický měnič 402. Oba mají tvar tenkých kruhových destiček. Vnitřní prostor 5 aktuátoru 99 je zde tedy proveden jako výtlačná dutina 15, na níž navazuje řídicí přívod 4, v tomto případě provedený jako řídicí štěrbina 14. Oba piezoelektrické měniče 402, 404 se periodicky deformují účinkem elektrického napětí, přiváděného jako elektrický střídavý signál, jímž se řídí funkce ventilu.

Tak jako u dříve popsaného příkladu provedení z obr. 1 i zde u tohoto příkladu provedení na obr. 6 se jedná o monostabilní fluidický ventil v provedení majícím pouze jeden oscilační aktuátor 99. Ventil obsahuje trysku 1 pro přívod tekutiny, kolektor 3 a na něj navazující difuzor 13, přičemž kolektor 3 je opatřen blíže k ústí trysky i přídržnou stěnou 7. Mezi ústím trysky 1 a přídržnou stěnou 2 je řídící přívod 4. Pracovní tekutinou, jejíž proudění je řízeno, je zde vzduch, který vytéká tryskou 1 a pokud není přiváděn řídicí elektrický signál je veden přídržnou stěnou 7 do kolektoru 3 a difuzoru 13. Je-li přiváděn řídicí elektrický signál, dochází k periodické deformaci piezoelektrického měniče 404 i druhého piezoelektrického měniče 402 a to tak, že vzduch je periodicky vytlačován z výtlačné dutiny J_5 a poté v další polovině periody je naopak do ní nasáván. Opakovanými výtoky z řídicího přívodu 4 se generuje syntetický proud, tedy výsledné proudění směřující od řídicího přívodu 4 jako soustava vírových prstenců směrem kolmo na výtok z trysky L Tím se výtok z trysky 1 odchýlí aje vyveden z ventilu do atmosféry ventilačním vývodem 105. V tomto případě tedy ventil slouží k přerušování průtoku vzduchu, který je na obr. 6 naznačen černou přívodní šipkou a černou vývodní šipkou. V zásadě ovšem zde nejde o nic jiného než o zvláštní úpravu jednoho z vývodů rozváděcího ventilu.

- 12CZ 303280 B6

Příklad 7

Jiné uplatnění ventilů podle předmětu tohoto vynálezu znázorňuje příklad provedení znázorněný na obr. 7. Opět jde o ústrojí zhotovené v malých rozměrech fotochemicky, tedy vyleptáním podle fotograficky přeneseného tvaru do prakticky všude stejné hloubky. Jde o jednostranné leptaní a sice do hloubky, která je menší než tloušťka desky 100, do které je leptáno, takže nevyleptaná místa mohou zůstat ve formě jakýchsi nahoru vystupujících ostrůvků mezi vyhloubeninami, kde povrch ostrůvku při výrobě chráněný proti leptání má stejnou výšku jako původní povrch desky 100. Aby byly vyleptané funkční dutiny uzavřeny, jsou po vyleptání překryty připevněnou jednoio duchou rovinnou krycí deskou, která na obrázku je odejmuta, aby bylo možné dutiny pozorovat. Na obr. 7 je deska 100 nakreslena a pozorována svrchu, a sice v myšleném řezu vedeném deskou 100, s výjimkou jednoho z piezoelektrických měničů 404 a jednoho z druhých piezoelektrických měničů 402, které jsou jen z části nakresleny, ač se oba nachází mimo rovinu myšleného řezu, jeden níže a jeden výše. Zmíněnými ostrůvky je pět děličů 20 mezi každou pěticí kolektorů 3 radiálně směrovaných a pěticí s nimi sousedící druhých kolektorů 2 tangenciálně směrovaných. V obou případech jde o směrování vzhledem k centrálně umístěné vírové komoře 200. Jak je na obr. 7 patrné, jde v tomto příkladu vlastně o zařízení mající v principu pět bistabiIních ventilů, z nichž každý do značné míry odpovídá provedení podle obr. 2, ovšem liší se v detailech, které jsou dány jinou metodou zhotovování. Tak jako na obr. 2 mají i zde znázorněné ventily každý dva oscilační aktuátory 99. Jde však, stejně jako na obr. 6, o aktuátory 99 s elektromechanickými převodníky piezoelektrického typu. Jsou to jednak piezoelektrické měniče 404 na straně přidržných stěn 7 a jednak je to pět druhých piezoelektrických měničů 402 na straně druhých přídržných stěn 72. Kromě těchto měničů obsahuje každý aktuátor 99 ještě vnitřní prostor 5, zde fungující jako na jedné straně výtlačná dutina 15 a na druhé straně druhá výtlačná dutina 15. Ve zvoleném myšleném řezu ústrojím je u čtyř z pěti aktuátorů 99 vidět jen jejich výtlačná dutina J_5 a druhá výtlačná dutina 15. Zmíněných pět ventilů je rozmístěno ve stejných úhlových vzdálenost po obvodu rovněž vyleptáním vytvořené vírové komory 200. V jejím středu je středový vývod 201.

Ϊ když jsou použity rozváděči ventily, účelem celého na obrázku znázorněného ústrojí s pěti rozváděcími ventily je uzavírání průtoku tekutiny. Tekutina, jejíž průtok je tímto ventilem řízen, je přiváděna současně do trysek 1 všech pěti rozváděčích ventilů. Před ústím každé trysky 1 a kolektorem 3 jsou podobně jako na obr, 2 přídržné stěny 7. Mezi každou přídržnou stěnou 7 a ústím trysky 1 vyúsťuje řídicí přívod 4 navazující na výtlačnou dutinu 15. Každý z pěti rozvádě35 cích ventilů je ve své nejdůležitější části symetrický a to znamená, že před ústím každé trysky 1 a druhým kolektorem 2 jsou podobně jako na obr. 2 druhé přídržné stěny 72. Trysky 1 slouží k tomu, že výtokem z nich se vytváří pět tekutinových proudů, které vzhledem k symetrii každého ze zde použitých rozváděčích ventilů mohou přilnout buď k přídržné stěně 7 a proudí pak do kolektoru 3, nebo ke druhé přídržné stěně T2 a proudí pak do druhého kolektoru 2. Převedení průtoku tekutiny vytékajících z trysek 1 do jednotlivých kolektorů 2, 3 je provedeno najednou u všech pěti ventilů. Děje se to krátkým řídicím střídavým elektrickým signálem buď do aktuátorů 99 na levé, nebo pravé straně trysky 1. Způsob tohoto převedení průtoku odpovídá naprosto přesně tomu, jak byl tento děj popsán a vysvětlen u provedení znázorněného na obr. 2. Jestliže tekutinové proudy trysek 1 přilnuly k přídržné stěně 7, jež je vede do kolektorů 3 radiálně směro45 váných, tekutina prochází vírovou komorou 200 do středového vývodu 201. Tam se sráží přítoky ze všech pěti takto přiváděných tekutinových proudů. Vzhledem k symetrii takového proudění nedochází ve vírové komoře 200 k rotaci. Bez velké tlakové ztráty přiváděná tekutina odchází středovým vývodem 201.

Průtokovými pulzacemi generovanými v každém aktuátoru 99, umístěném na levé straně trysky 1, a ovládajícím výtlačnou dutinu 15, se také zde proud tekutiny opouštějící trysku 1 v každém ventilu odtrhne od přídržné stěny 7 a přeskočí k na druhé straně se nacházející druhé přídržné stěně 72. Je-li tekutina takto převedena do druhých kolektorů 2, směřujících do vírové komory 200 tangenciálně, pak tekutina ve vírové komoře 200 rotuje. Postupně se za stálé rotace dostává ke středovému vývodu 201, jímž vytéká. Přitom se zkracuje rameno rotace, což nevyhnutelně

- 13CZ 303280 B6 vede k tomu, že narůstá rotační rychlost. Přitom se ovšem také zvyšují i odstředivé účinky, jež na tekutinu působí a brání jí v průchodu vírovou komorou 200.

Ústrojí naznačené na obr. 7 funguje tedy jako dvoupolohový uzavírací ventil, překlápěný mezi > dvěma režimy. V jednom režimu s popsaným tangenciálním průtokem vírovou komorou 200 vykazuje ústrojí vysokou hydraulickou ztrátu. Je-li žádoucí aby dočasně byla ztráta zmenšena a průtok tímto celkem byl tedy podstatně zvětšen, jsou aktivovány druhé oscilační aktuátory 99 způsobující překlopení proudů vytékajících z trysek I a tím dojde ve vírové komoře 200 k radiálnímu proudění s výslednou nesrovnatelně menší celkovou tlakovou ztrátou. Zhruba lze takové io dva režimy označit jako „otevřeno'¹ a „zavřeno·.

Příklad 8

Také v tomto příkladu provedení ventilu podle předmětu tohoto vynálezu jde o ústrojí, které funguje jako dvoupolohový uzavírací ventil se dvěma stavy, jež je možné zhruba označit také jako režimy ..otevřeno“ a „zavřeno’’, i když zavření průtoku jako u předchozího příkladu z obr. 7 také není úplné, ale pouze částečné, neboť při úplném zastavení průtoku by zanikly odstředivé síly, na jejichž účinku je uzavírací funkce založena. Ústrojí umožňuje elektricky řízené překlápění mezi

2t) těmito dvěma režimy. Předpokládá se opět, že jako ústrojí z obr. 6 a 7 je i toto také zhotoveno fotochemicky. Aby byly vyleptané funkční dutiny uzavřeny, jsou po vyleptání překryty připevněnou jednoduchou rovinnou krycí deskou, kteráje na obr. 8 odejmuta, aby bylo možné dutiny pozorovat. Zásadní odlišnost tohoto posledního příkladu provedení od předcházejícího příkladu, nakresleného na obr. 7, je pouze jedna, a sice ta, že jde o monostabilní provedení, tedy s pouze jedním stabilním funkčním režimem. Další nepodstatné zjednodušení je pak ještě v tom, že zde nejsou děliče 20. Také pět individuálních přívodů do trysek I z obr. 7 je zde nahrazeno společnou mezikruhovou přívodní dutinou na obvodě, z níž tekutina vstupuje do pěti trysek i. Tak jako na obr. 1 vzhledem k monostabilitě mají i zde znázorněné monostabilní ventily každý pouze jeden oscilační aktuátor 99, přičemž jako na obr. 6 jde o oscilační aktuátory 99 s elektromechanickými převodníky provedenými jako piezoelektrické měniče 404. Z aktuátoru 99 jsou na obr. 8 patrné především vnitřní prostory 5 aktuátorů 99, zde opět provedené jako výtlačné dutiny J_5. V ústrojí je tedy v principu použito současně pracujících pěti ventilů, které jsou rozmístěny ve stejných úhlových vzdálenostech po obvodu rovněž vyleptáním vytvořené vírové komory 200. V jejím středu je středový vývod 201.

Způsob převádění ovládaného průtoku tekutiny do radiálního nebo tangenciálního směru vtoku do vírové komory 200 odpovídá tomu, jak byl tento děj popsán a vysvětlen u příkladu 1, kde šlo o jeden monostabilní ventil. Pokud není přiváděn řídicí elektrický signál, tekutinové proudy tvořené výtokem z trysek i přilnou k přídržným stěnám 7 vedoucím do vírové komory 200 radiálně.

Přilnutí ke druhým přídržným stěnám 72 vedoucím naopak do vírové komory 200 tangenciálně totiž zabraňuje odtržení proudění, způsobenému malými, ale na obrázku rozpoznatelnými, separačními stupni 6 nacházejícími se naproti každém řídícímu přívodu 4. Tekutina v takovém režimu protéká vírovou komorou 200 do středové vývodu 201 radiálně, tedy s malou tlakovou ztrátou. Je-li účinkem piezoelektrických elektromechanických převodníků vyvoláno ve výtlačných duti45 nách Í5 oscilačních aktuátorů 99 proudění směřující od řídicích přívodů 4, nastane překlopení ke druhým přídržným stěnám TL Proudění ve vírové komoře 200 pak bude tangenciální, tedy s vysokou tlakovou ztrátou.

Příklad 9

V příkladu praktického provedení ventilu na následujících dvou obrázcích obr. 9 a obr. 10 je opět provedení, které ukazuje, jak se některá konkrétní uspořádání mohou lišit až do té míry, že souvislost se základním provedením nemusí být na první pohled ani zřejmá. Jde zde opět o provede55 ní, ve kterém v principu probíhá rozváděči průtoku tekutiny, nicméně účelem celku je změna

- 14CZ 303280 B6

velikosti průtoku, neboť celek funguje jako dvoupolohový dvou režimový uzavírací ventil, překlápěný mezi dvěma režimy, jež je možné zhruba označit také jako „otevřeno a „zavřeno, i když zavření průtoku ani zde není úplné.

Ventil je na obr. 10 nakreslen v řezu horizontální rovinou, kteráje vedena osou veniilu. Tekuíiím prochází ventilem na obr. 9 zleva doprava. Tato cesta, po níž tekutina proudí, obchází uvnitř ventilu centrální těleso 149. V něm je umístěn reproduktor 44 a také druhý reproduktor 442, které každý tvoří podstatnou část jednoho ze dvou aktuátorů 99, jednak oscilačního aktuátoru 99 a jednak druhého oscilačního aktuátoru 99. Uspořádání je velmi podobné jako u provedení v příio kladu, znázorněném na obr. 4. Je zde však ten podstatný rozdíl, že je zde pevná přepážka 70. Není zde tedy jeden společný vnitřní prostor 5 aktuátoru 99, ale jsou zde jednak výtlačná dutina 15, jednak druhá výtlačná dutina 15, obě navzájem oddělené. Jedna tvoří část oscilačního aktuátoru 99, kdežto druhá je částí druhého oscilačního aktuátoru 99. Oba aktuátory 99 jsou umístěny uvnitř tohoto dvoupolohového uzavíracího ventilu, a to na jeho ose, tak že membrána každého z nich tvoří pohyblivou stěnu.

Na odtokové straně 149a centrálního tělesa je vírová komora 200. Pro výtok tekutiny z ní slouží středový vývod 201, na nějž navazuje výstupní difuzor 213. Na obvodu centrálního tělesa 149 je rozmístěno šest pevných nehybných součástek, které jsou poměrně tvarově složité a jsou proto ještě pro zřetelnější vyobrazení samostatně nakresleny na následujícím obr. 10. Mezi těmito součástkami jsou mezery pro průtok tekutiny a její vtok do vírové komory 200. Každá ze šesti těchto mezer začíná na náběžné straně tryskou i podle obr. 10, na jejíž ústí navazuje na jedné straně mezery přídržná stěna 7, směřující do vírové komory 200 radiálně, a proti ní je druhá přídržná stěna 72, která směřuje do vírové komory 200 tangenciálně. U ústí každé trysky i vyúsťuje z obou stran jak u přídržné stěny 7, tak u protilehlé druhé přídržné stěny 72 řídicí přívod 4. Ten je proveden u přídržné stěny 7 jako řídicí Štěrbina 14 a u druhé prídržné stěny 72 je proveden jako druhá řídicí štěrbina 14. Skrze otvory ve stěně centrálního tělesa 149 jsou řídicí štěrbiny 4 propojeny s výtlačnou dutinou 15, kdežto šestice naproti ležících druhých řídicích štěrbin 14 je propojena s druhou výtlačnou dutinou J_5.

Tekutinový proud vytvořený výtokem z trysek I má dvě alternativní možnosti. Bud’ směřuje do vírové komory 200 radiálně, nebo přilne ke druhé prídržné stěně 72 a potom dostává tangenciální složku hybnosti a při vstupu do vírové komory 200 stroje. V prvém případě je odpor proti průtoku celého ústrojí zachyceného na obr. 9 malý. Ve druhém případě rychlost rotace postupně narůstá jak tekutina postupuje ke středovému vývodu 201 a odstředivé zrychleni pak tekutině účinně brání v průtoku. Zavede-li se střídavý elektrický signál do reproduktoru 44 oscilačního aktuátoru 99, vytváří se jako u výše uvedených příkladů pulzující proudění v řídicí štěrbině 14 a to způsobí převedení proudů vytékajících z trysek i k druhým přídržným stěnám 72, jež směřují tekutinu do vírové komory 200 radiálně. Ventil je v otevřeném stavu, když průtok jím je podstat40 ně zvětšen. Zůstává v tomto otevřeném stavu i když následně bude přívod elektrického signálu zastaven. Teprve privede-li se střídavý elektrický signál do druhého reproduktoru 442, přejde ventil do zavřeného stavu s velkou ztrátou proti průtoku.

Příklad 10

V příkladu provedení nakresleném na obr. 11 jde o rozváděči ventil pro řízení průtoku vzduchu podle předmětu tohoto vynálezu. Konkrétně slouží kříženému rozvádění vzduchu v klimatizační soustavě. Na rozdíl od předcházejících příkladů provedení není řízen střídavým elektrickým sig50 nálem v oscilačním aktuátoru 99, ale pulzace průtoku vzduchu jsou vytvářeny ve vnitřním prostoru 5 aktuátoru 99, do kterého je přiváděn tlakový vzduch. Pro generaci pulzací slouží fluidický oscilátor 1000, tvořený dutinami s pevnou neměnnou geometrií. Ventil jako celek i s oscilačním aktuátořem 99 nemá žádné pohyblivé součástky. Může tedy být zhotoven například z keramického materiálu a je pak schopen odolávat i extrémně vysokým teplotám. Nepůsobí na něj také třesy nebo vibrace. Na obr. 11 je nakreslen tak, že oscilační aktuátor 99 je v levé dolní části

- 15CZ 303280 Β6 obrázku. Vzduch, jehož průtok je ovládán, do ventilu vstupuje tryskou i, která má v tomto případě velmi velkou šířku. Ventil je kreslen v řezu svislou rovinou, takže je vidět pouze část této velké šířky.

Rozváděči ventil podle tohoto příkladu provedení má řídicí přívod 4 proveden nikoliv jako štěrbinu, ale jako soustavu děr 400, v tomto případě jako dvě řady vedle sebe uspřádaných otvorů. Je zde jednak řada tryskových řídicích otvorů 4001 vedle sebe a současně také za ní pak ve směru prouděni obdobná řada druhých řídicích otvorů 4002. Výsledný účinek střídajícího se vtoku a výtoku z nich je i zde syntetický nebo také syntetizovaný proud, i když sání a výtlak v tomto případě nemusí být symetrické v obou částek pracovní periody a hovoří se proto o hybridním syntetickém proudu. Nicméně účinek na tekutinu protékající rozváděč ím ventilem podle předmětu tohoto vynálezu je analogický k účinku, který se u výše popsaných provedení získal střídavým vtokem a výtokem z řídicí štěrbiny 14.

Aktuátor 99 generující hybridní syntetický proud, který obsahuje fluid ický oscilátor 1000 známého druhuje zejména popsán v článku Tesař V., HungC-H., Zimmerman W.: „No-Moving-Tart Hybrid-Synthetic Jet Actuator, Sensors and Actuators A, roč. 125 , str. 159-169, 2006.

V tomto oscilačním aktuátoru 99 jsou dvě proti sobě orientované primární řídicí trysky 130 napojeny na zpětnovazební smyčku 433. Primární napájecí přívod 411 fluidického oscilátoru 1000 je spojen kanálky nebo trubicemi se zdrojem tekutiny, například tlakového vzduchu, a to přes přerušovací vypínač. Přerušením přívodu tekutiny z tohoto zdroje se přeruší generace syntetizovaného proudu a tedy i vedení tekutiny ventilem z trysky 1 do jednoho ze dvou vývodů ventilu. Vzduch, jehož proudění je ventilem řízeno, vstupuje nejen do trysky 1, ale přes přerušovací vypínač je pod přetlakem přiváděn i do primárního napájecího přívodu 411 ve fluidickém oscilátoru 1000.

Proti trysce I jako u jiných výše popsaných příkladů i zde je dělič 20. Po jeho obou stranách jsou kolektory 2, 3 a na oba pak navazují difuzory 12, 13, a sice dole difuzor 13 a nahoře druhý difuzor 12. Difuzor 13 směřuje do odkloněného směru, druhý difuzor 12 vede vzduch přímo. Kolektor 3 navazuje na přídržnou stěnu 7. Na začátku přídržné stěny 7, blíže k ústí trysky 1, jsou právě umístěny obě řady řídicích děr 400. Naproti nim je v protilehlé stěně separační stupeň 6. Pro vedení oscilacniho průtoku vzduchu z fluidického oscilátoru 1000 do řídicích otvorů 4001 slouží první řídicí kanál 471, kdežto do řady druhých řídicích otvorů 4002 vede druhý řídicí kanál 472. Oba tyto řídicí kanály jsou vytvořeny jako drážky na tělese ventilu, překryté krycí deskou 499.

Je-li přerušovacím vypínačem zabráněno v průtoku tlakového vzduchu do primárního napájecího přívodu 41J_, pak k oscilacím ve fluidickém oscilátoru 1000 nedochází. Vzduch ovšem stále vstupuje do trysky 1 a výtokem z ní vytváří vzduchový proud vedený přídržnou stěnou 7. Za děličem 20 se pak již jedná o průtok uzavřenými dutinami, a to difuzorem 13 vedoucím do odkloněného směru, který se pozvolna rozšiřuje a tím se kinetická energie vzduchu přeměňuje na postupně ve směru průtoku vzrůstající tlakovou energii v dále navazujících částech klimatizační soustavy. K převedení průtoku vzduchu do jiné části klimatizační soustavy, v níž je tento ventil, postačí přivést tlakový vzduch také do primárního napájecího přívodu 411. Vzduch z navazujících dutin fluidického oscilátoru 1000 může postupovat buď do prvního aktuátorového vývodu 451, což je na obr. 11 naznačeno bílou šipkou, nebo do druhého aktuátorového vývodu 461 V každém případě přitom vznikne tlakový rozdíl mezi oběma proti sobě ležícími primárními řídicími tryskami 130. Účinkem tohoto tlakového spádu vznikne ve zpětnovazební smyčce 433 proudění vjednom z obou směrů naznačených na obr. 11 tmavou šipkou. Tímto prouděním dojde k překlopení výtoku vytékaj ícího z primárního napájecího přívodu 411. Nastane pak ovšem obrácení tlakového spádu na zpětnovazební smyčce 433. V ní se změní směr proudění a ten vede účinkem působení vzduchu vytékajícího zodpovídající primární řídicí trysky 130 zase k překlopení stavu nazpět. Toto periodicky se opakující překlápění stavu jsou samobuzené oscilace, které fluidický oscilátor 1000 v oscilačním aktuátoru 99 generuje. Spojovacími kanálky, kteréjsou na obr. 11 jen naznačeny silnou černou čarou, a dále prvním řídicím kanálem 471 a druhým řídicím kanálem 472 se

- 16 CZ 303280 B6 tyto oscilace vedou do řídicích otvorů 4001 v jedné fázi oscilačního cyklu a do druhých řídicích otvorů 4002 ve druhé fázi oscilačního cyklu fluidického oscilátoru 4001 a současně v opačné fázi ve druhých řídicích otvorech 4002 způsobí svým účinkem na výtok z trysky 1 odtržení vzduchového proudu do přídržné stěny 7. Vzduch opouští ventil druhým difuzorem 12 v přímém směru.

Významným faktorem v tomto procesu překlápění jsou ejekční účinky ve fluidickém oscilátoru 1000. Jestliže v něm vzduch vytéká z primárního napájecího přívodu 411 jak je na obr. 11 naznačeno bílou šipkou, vytváří se v prvním aktuátorovém vývodu 451 přetlak. Současně ale ejekční účinek strhávání okolní tekutiny s tímto proudem způsobí ve druhém aktuátorovém vývodu 461 podtlak. Přetlak v prvním aktuátorovém vývodu 451 vede k výtoku vzduchu z řídicích otvorů 4001. Naproti tomu podtlak ve druhém aktuátorovém vývodu 461 způsobí nasávání vzduchu druhými řídicími otvory 4002. Vytvoří se tak soustava syntetických proudů působících na výtok vzduchu z trysky f.

Příklad 11

Na třech obrázcích obr. 12 až obr. 14 je naznačen příklad monostabilního provedení ventilu podle vynálezu bez elektromechanického převodníku. Tento příklad je velmi podobný případu z obr. 11 a liší se použitím levných a snadno fotochemicky zhotov i tel ných fluidických zesilovačů, usnadňujících úlohu fluidického oscilátoru 1000. Na obr. 12 je zobrazen jeden řez ventilem podle vynálezu a současně je zde zobrazen fluidický oscilátor 1000 použitý zde stejně jako u výše popsaného uspořádání z obr. 11. Další obr. 12 ukazuje jiný pohled na ventil umožňující lepší rozpoznání použitých fluidických zesilovačů a konečně obr. 14 představuje ve zvětšení právě detail těchto zesilovačů. Zesilovače jsou vytvořeny opět fotochemickou cestou v desce 110 zesilovačů jako vyleptané otvory, z nichž jsou vytvořeny uzavřené dutiny tím, že vyleptané otvory jsou svrchu přitisknuty k tělesu ventilu a zespodu jsou překryty krycí deskou 499 podle obr. 13.

Vlastní rozváděči ventil v tomto příkladu provedení se liší od provedení z předcházejícího obr. 11 jen nepodstatnou odlišností, spočívající v tom, že řídicí otvor 4 je proveden jako soustava děr 400 uspořádaných v jedné řadě. Tyto řídicí díry 400 jsou také v tomto případě napojeny na fluidický oscilátor 1000, a to právě prostřednictvím zmíněných fluidických zesilovačů vytvořených v řadě vedle sebe v desce 110 zesilovačů. Jak fungují tyto zesilovače a jaký je hydromechanický mechanismus tlakových přeměn v nich je popsáno např. v článku Tesař V.: „Mechanism of Pressure Recovery in JetType Actuators“, Sensors and Actuators APhysical, roč. 152, str. 182-191, 2009.

Do každého ze zesilovačů vedou sekundární napájecí přívody 410 napojené všechny na společný přívod tlakového vzduchu, například společně s primárním napájecím přívodem 411 ve fluidickém oscilátoru 1000. Tento přívod tlakového vzduchu může být například jednoduše odběr z prostoru před tryskou I, neboť při průchodu kontrakcí v trysce I tlak vzduchu klesá a před tryskou I je tedy vyšší. Popsané dutiny tvořící zesilovače jsou svrchu překryty oddělovací přepážkou 170. Nad tou jsou v tělese ventilu vytvořeny dva vzájemně od sebe oddělené kanály, první řídicí kanál 471 a druhý řídicí kanál 472. Otvory v oddělovací přepážce 170 umožňují propojení prvního řídicího kanálu 471 se všemi sekundárními řídicími tryskami 421. Naopak jiné otvory v oddělovací přepážce 170 umožňují propojení všech druhých sekundárních řídicích trysek 422 s druhým řídicím kanálem 472.

Ventil je ovládán tlakovým vzduchem, vedeným přes zde nakreslený přerušovací ventil, kterým se řídí funkce a vedeným do primárního napájecího přívodu 411 ve fluidickém oscilátoru 1000, v zásadě stejně jako u popsaného provedení na obr. 11 Tak jako tam i zde je tato hlavní část aktuátoru 99 vytvořena jako soustava kanálů zhotovených fotochemickým postupem v ploché desce. Důležitou částí ve fluidickém oscilátoru 1000 ie zpětnovazební smyčka 433, propojující obě primární řídicí trysky 130. Fluidický oscilátor 1000 má dva vývody, první aktuátorový vývod 451 a druhý aktuátorový vývod 461. Jak je naznačeno na obr. 12, první aktuátorový vývod 451 je zde

- 17CZ 303280 B6 propojen s prvním řídicím kanálem 471 v tělese ventilu a přes otvory v oddělovací přepážce 170 je tak propojen se sekundárními řídicími tryskami 421. Obdobně druhý aktuátorový vývod 461 je propojen se druhým řídicím kanálem 472 v tělese ventilu a tedy přes jiné otvory v oddělovací přepážce 1 70 je spojen s druhými sekundárními řídicími tryskami 422.

V naznačeném uspořádání je využito známým způsobem provedené zesilování fluidického signálu ve íluidických zesilovačích bez pohyblivých součástek. Tlakový vzduch zavedený do sekundárního napájecího přívodu 410 způsobí, že z trysky 480 zesilovače vytéká intenzívní vzduchový proud. Relativně slabými signály zavedenými do sekundární řídicí trysky 421 je tento proud io zaveden do druhého řídicího vývodu 403. Odtud zase ve značné intenzitě vytéká odpovídající řídící dírou 400 do ventilu, kde způsobí odtržení proudění od přídržné stěny 7. Ejekční účinek výtoku z trysky 480 zesilovače přitom v tomto stavu způsobuje podtlak v řídicím vývodu 401 a tím nasávání vzduchu ve ventilu do sousedních řídicích tryskových děr 400, než ze kterých v daném okamžiku vzduch vytéká. Naopak v následující části oscilační periody i relativně sla15 bými signály z fluidického oscilátoru 1000 zavedenými přes druhý aktuátorový vývod 461 do druhé sekundární řídicí trysky 422 je tento průtok vzduchu zaveden do řídicího vývodu 401, kdežto ejekční účinek výtoku z trysky 480 zesilovače přitom způsobuje podtlak ve druhém řídicím vývodu 4f)3. Takto se vždy v sousedících tryskových dírách 400 střídá sání a výtok. Díky zesilovačům může být fluidický oscilátor 1000 v tomto případě zhotoven jako podstatně menší, ale pro menší výstupní výkon než u uspořádání z obr. 11.

Tak jako je pri zavedení elektrického řídicího signálu do oscilačního aktuátoru 99 s elektromechanickým převodníkem periodicky vytlačována tekutina řídicím přívodem 4 u popsaných příkladů provedení ventilu s elektrickým řízením, jako třeba na obr. 1, tak i v tomto z obr. 12, 13 a 14 je tedy periodicky nasávána tekutina do řídicích děr 400 a poté je zase z nich vytlačována, čímž se v podstatě také vytváří syntetický proud. Na rozdíl oproti provedení z obr. 11, kde jsou dvě řady otvorů, řada řídicích otvorů 4001 a řada druhých řídicích otvorů 4002 a tekutina vytéká vždy z každé řady současně, u uspořádání na obr. 12 až 14 je odlišná úloha otvorů nacházejících se v téže řadě, je-li zde z řídicí díry 400 tekutina právě vytlačována ven, pak vždy v nejbližších sousedních řídicích dírách 400 je tekutina nasávána. Periodickým střídáním těchto dějů vytvořený syntetický proud působí ve ventilu na výtok z trysky i tak, že jej odtrhává od přídržné stěny 7, ke které jinak přilne v důsledku Coandova jevu.

Příklad 12

Na posledním z příkladů provedení ventilu, který je znázorněn na obr. 15, je v aktuátoru 99 použit zcela odlišný princip generace pulzací než u výše popsaných příkladů. Jde opět o miniaturní provedení pro řízení průtoku plynu, zhotovené fotochemickým postupem v esce 100 jako vylepit) tané kanálky, svrchu uzavřené přiloženou, na obrázku nekreslenou, plochou krycí deskou. Tak jako u ostatních příkladů, i zde má ventil podle předmětu vynálezu dvě základní komponenty, a to jednak fluidický ventil, jednak oscilační aktuátor 99. Fluidický ventil je na obr. 15 v pravém konci desky 100. Oscilační aktuátor 99 je zhotoven ve středu a v levé straně desky 100.

Fluidický ventil je v tomto případě monostabilní, což znamená, že bez přívodu řídicího elektrického signálu je v něm průtok plynu vždy stabilně veden do difuzoru ±3. Monostabilita je v tomto případě dosažena jiným způsobem, než tomu bylo např. v příkladu znázorněném na obr. 1, kde k tomu je využita geometrická asymetrie ventilu, kdy na obr. 1 naznačený úhel který svírá osa il trysky i s osou kolektoru 3 je menší než druhý úhel 02, který svírá osa 11 trysky 1 s osou dru50 hého kolektoru 2 na opačné straně, kde ještě navíc je separační stupeň 6. Nyní u příkladu z obr. 15 je vlastní fluidický ventil symetrický, podobně jako v jiném příkladu na obr. 2. Sklon kolektoru 3 i druhého kolektoru 2 je shodný. Mezi oběma je dělič 20. Monostabilita je dosažena využitím druhého řídicího přívodu 4, v tomto případě provedením jako řídicí štěrbina 14, která je zde prostřednictvím bočního kanálu 135 rovněž jako tryska 1 napojena na stejný přívod plynu. Hlavní

- 18CZ 303280 B6 proud plynu vytékající z trysky i je i malým výtokem ze druhé řídicí štěrbiny j4 vychylován do kolektoru 3 a protéká tak difuzorem J_3.

Ose i lační aktuátor 99 v tomto provedení nemá žádné pohyblivé součástky, což je významnou výhodou. Jeho funkce je založena na termoakustickém jevu, který poprvé popsaí Sondhauss v r. 1850. V tomto případě jde o uspořádání poněkud se lišící od původní tam popsané konfigurace a odpovídá spíše provedení popsané v článku Miles J. B.. Mentesana C. P.: „Pressure and Velocity Fields in the Sondhauss Oscillator“, AIAA Journal, str. 1436, roč. 9, 1977, i když tam popsaný případ se liší generováním pulzací v rezonanční trubici kruhového průřezu. Takový průlo řez není prakticky možné zhotovovat leptáním a proto má zde použité provedení na obr. 15 namísto takové trubice rezonanční kanál 500 vytvořený odebráním materiálu v desce 100. Rezonanční kanál 500 má podobné jako trubice v popsaném článku uzavřený konec 510 na jedné straně, kdežto na druhé straně je otevřen a napojen na řídicí přívod 4, který je v tomto případě proveden jako řídicí štěrbina 14. Délka rezonančního kanálu 500 je násobkem jedné čtvrtiny is vlnové délky generovaných akustických oscilací, s výhodou je rovna jedné čtvrtině této délky. Šířka rezonančního kanálu 500 je menší než jeho délka. Uvnitř rezonančního kanálu 500. blíže kjeho uzavřenému konci 510, je přepážka 501 s průtočnými kanálky 502. Taje vytvořena zakrytím malých podélných úseků při leptání, takže efekt odběru materiálu probíhá jen v průtočných kanálcích 502. Po jedné straně přepážky 501, a sice straně bližší uzavřenému konci 510 rezo20 nančního kanálu 500, je topný element 503 napojený vodiči na přívod 88 řídicího elektrického signálu.

Plyn přiváděný do trysky 1 a současně ovšem bočním kanálem 135 do druhé řídicí štěrbiny J_4 vytvoří plynový proud, který přilne kpřídržné stěně 7 aje ji vede do kolektoru 3 a odtud pak difuzorem 13 ven z ventilu. Po přivedení řídicího signálu do topného elementu 503, kterým se ohřeje konec přepážky 501 bližší k uzavřenému konci 510, se známým způsobem popsaným zejména ve výše zmíněném článku vytvoří v rezonančním kanálu 500 střídavé periodické akustické proudění, které prochází řídicí štěrbinou 14 a působí na proud vytékající z trysky 1 tak, že jej odtrhne od přídržné stěny 7 a převede do druhého kolektoru 2.

Průmyslová využitelnost

Předmět tohoto vynálezu může nahradit dosavadní řízené rozváděči ventily, jaké dnes nacházejí všestranné uplatnění při řízení průtoku kapalin nebo plynů zvláště v systémech automatického řízení proudění tekutin. Zařízení podle předmětu tohoto vynálezu lze uplatnit v takových aplikacích, kde jde o řízení funkce ventilu ve dvou odlišných režimech a přitom rozhodujícím faktorem je malá váha, tedy hmotnost, ventilu, rychlá odezva na řídicí signál a malý příkon potřebný k řízení. Takové požadavky se často vyskytují zejména u dopravních prostředků, například leta40 del nebo automobilů.

Claims (9)

1. 45 PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob dvou režim o vého řízení průtoku tekutin, takový, že se v dutinách pro průtok tekutiny v místech, kde se tyto dutiny větví do dvou cest, působí na proudící tekutinu, vyznačující

   50 se tím, že se na proudící tekutinu působí pulzacemi vyvozenými ve vnitřním prostoru oscilačního aktuátoru, které mají střídavý charakter s periodicky se střídajícím výtokem tekutiny z tohoto prostoru a zpětným nasáváním do tohoto vnitřního prostoru, přičemž alespoň jedna z cest je za místem větvení ve směru průtoku opatřena přídržnou stěnou.

   - 19CZ 303280 B6
2. 2. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, zahrnující alespoň jeden rozváděči tluidický ventil, obsahující alespoň jednu trysku (I) pro přívod tekutiny, proti které jsou umístěny dvě cesty pro odvod tekutiny, jednou z cest je kolektor (3), který je dále spojen s vývodem fluidického ventilu, s výhodou prostřednictvím difuzoru (13), přičemž mezi kolektorem (3) a ústím trysky (l) je přídržná stěna (7) pro přilnutí tekutinového proudu a mezi přídržnou stěnou (7) a ústím trysky (1) je alespoň jeden řídicí přívod (4), který je s výhodou proveden jako štěrbina (14) nebo jako soustava děr (400), vyznačující se tím, že zařízení dále zahrnuje alespoň jeden oscilační aktuátor (99), přičemž oscilační aktuátor (99) je uspořádaný tak, že jeho vnitřní prostor (5) je průtočnými dutinami propojen s řídicím přívodem (4), přičemž jeden oscilační aktuátor (99) může být propojen s více řídicími přívody (4).
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že druhou z cest pro odvod tekutiny je druhý kolektor (2), který je spojen s jiným vývodem ťluidického ventilu, s výhodou prostřednictvím druhého difuzoru (12).
4. 4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že mezi druhým kolektorem (2) a ústím trysky (1) je druhá přídržná stěna (72) a mezi touto druhou přídržnou stěnou (72) a ústím trysky (1) je alespoň jeden další řídicí přívod (4), přičemž zařízení dále zahrnuje alespoň jeden další oscilační aktuátor (99), sjehož vnitřním prostorem (5) je průtočnými dutinami propojen onen další řídicí přívod (4), přičemž jeden oscilační aktuátor (99) může být propojen s více řídicími přívody (4).
5. 5. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že mezi druhým kolektorem (2) a ústím trysky (1) je alespoň jeden další řídicí přívod (4), který je prostřednictvím bočního kanálu (135) spojen s přívodem tekutiny do trysky (1).
6. 6. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 2 až 5, vyznačující se tím, že oscilační aktuátor (99) obsahuje alespoň jeden elektromechanický převodník, který je napojený na přívod (8) řídicího střídavého elektrického signálu, a vnitřní prostor (5) osci lačn ího aktuátoru (99) je tvořen výtlačnou dutinou (15), jejíž alespoň jedna sténaje pohyblivá nebo deformovatelná a tato stenaje spojena s mechanickým výstupem elektromechanického převodníku.
7. 7. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 2až5, vyznačující se tím, že vnitřní prostor (5) oscilačního aktuátoru (99) je proveden jako fluidický oscilátor (1000) tvořený jednak fluidickým zesilovačem rozváděcího typu napojeným prostřednictvím primárního napájecího přívodu (411) na zdroj pracovní tekutiny, jednak zpětnovazební smyčkou (433), přičemž fluidický oscilátor (1000) je napojen dutinami přes první aktuátorový vývod (451) na řídicí přívod (4).
8. 8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že první aktuátorový vývod (451) je napojen na řídicí přívod (4) prostřednictvím fluidických zesilovačů proudového typu.
9. 9. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 2 až 5, vyznačující se tím, že vnitřní prostor (5) oscilačního aktuátoru (99) je proveden jako rezonanční kanál (500) jedním koncem otevřený do řídicího otvoru (4) a na opačném konci uzavřený, rozdělený po své délce na dvě části přepážkou (501) obsahující průtočné kanálky (502), kde u jedné strany přepážky (501) je topný element (503) napojený na přívod řídicího elektrického signálu (88).