CZ305352B6 - Způsob rozvádění tekutiny v závislosti na elektrickém řídicím signálu a zařízení pro provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob rozvádění tekutiny v závislosti na elektrickém řídicím signálu se provádí tak, že tekutina, výhodně vzduch, se přivádí do interakční dutiny (100) rozváděcího kanálu (1), kde se po průtoku napájecí tryskou (12) v této interakční dutině (100) vytváří tekutinový proud, který uvnitř interakční dutiny (100) přilne, účinkem Coandova jevu, i účinkem pozitivní zpětné vazby, která se vyvolá působením mezi tekutinou a žlábkem na dělicím klínu, k jedné z dvojice protilehlých přídržných stěn (71, 72) a tou se pak vede do odpovídajícího ze dvou vývodů (91, 92) z interakční dutiny (100) rozváděcího kanálu (1). Poté se při požadované změně vedení tekutinového průtoku do druhého z obou vývodů (91, 92) na tekutinu v interakční dutině (100) krátkodobě po dobu spočetného počtu period působí elektrickým polem střídavého vysokého napětí řádu kilovoltů o preferované frekvenci mezi 1 kHz a 10 MHz, které se vytvoří mezi na jedné straně řídicí elektrodou (301, 302, 311, 312) oddělenou od vnitřního prostoru rozváděcího kanálu (1) dielektrickou vrstvou provedenou jako dielektrická deska (21, 22), jež tvoří jednu ze stěn interakční dutiny (100) rozváděcího kanálu (1), a na druhé straně exponovanou elektrodou (401, 402) vystavenou protékající tekutině uvnitř interakční dutiny (100). Zařízení pro provádění tohoto způsobu obsahuje rozváděcí kanál (1) s jedním přívodem (2) vedoucím skrze napájecí trysku (12) do interakční dutiny (100), v níž se rozváděcí kanál (1) rozvětvuje do prvního vývodu (91) a do druhého vývodu (92), kde po dvou protilehlých stranách interakční dutiny (100) jsou přídržné stěny (71, 72) a proti ústí napájecí trysky (12) je mezi částmi rozváděcího kanálu (1) vedoucími do vývodů (91, 92) umístěn dělicí klín (4) opatřený žlábkem (5) pozitivní zpětné vazby. Interakční dutina (100) v rozváděcím kanálu (1) je opatřena úzkou první exponovanou elektrodou (401) a dále alespoň po jedné ze svých stran je interakční dutina (100) a/nebo na ní navazující část dutiny v rozváděcím kanálu (1) opatřena dielektrickou vrstvou ve formě dielektrických desek (21, 22), a tato dielektrická vrstva je na straně odvrácené od dutiny rozváděcího kanálu (1) opatřena nejméně jednou řídicí elektrodou, výhodně první dolní řídicí elektrodou (311), napojenou přes ovladač (6) na zdroj (7) řídicího napětí.

Description

Předmět vynálezu se zabývá ústrojími pro vedení tekutiny, zejména plynu a to především vzduchu, která protéká potrubím nebo vůbec uzavřenými dutinami a pro její rozvádění do míst, kde je jí zapotřebí. Předpokládá se, že potrubí je v takovém ústrojí rozvětveno a podle elektrických signálů působících v místech rozvětvení může být jím protékaná tekutina vedena alternativně do různých lokalit. Předmětem vynálezu je pak jednak způsob tohoto působení v místech rozvětvení, kterým se tekutina přiměje k tomu, aby ve dvou různých režimech proudila do dvou různých lokalit, jednak je jím zařízení sloužící pro provádění tohoto způsobu, uspořádané zejména jako rozváděči ventil elektricky řízený.

V některých případech může být toto zařízení provedeno tak, že obsahuje v zásadě i více spolu spojených rozváděčích ventilů a to zejména v konfiguraci kde všechny pracují paralelně na vstupu do nějakého ústrojí, jakým je třeba chemický reaktor, lopatkový stroj, nebo tryska pro výtok tekutinového proudu. Zejména jde v tomto vynálezu o takové ventily, v nichž je průtok tekutiny ovládán řídicím signálem přiváděným z automatického řídicího systému. Především se předpokládá uplatnění v situacích, kde významnými požadavky jsou malá celková hmotnost ventilu, nenáročnost na údržbu a obsluhu, vysoká rychlost odezvy na přivedený řídicí signál a zejména celkově nízký řídicí příkon v porovnání s energií již přenáší protékající tekutina.

Dosavadní stav techniky

U známých dvoustavových, tedy dvoupolohových, rozváděčích ventilů, zejména jsou-li použity v systémech automatického řízení proudění tekutin, je velmi často požadováno ovládání přiváděným elektrickým signálem. Ventily, o jaké se zde jedná, mají jeden přívod tekutiny a dva vývody, uspořádání s větším počtem vývodů nebo i přívodů jsou jen alternativou nepřinášející zásadě nové technické řešení. Jsou často používány tak, že přivedený elektrický signál řídí režim proudění tak, že tekutina je vedena do jednoho nebo druhého z obou vývodů. Dosud známá běžná provedení fungují tak, že přivedený elektrický signál pro změnu režimu proudění ve ventilu je převeden na mechanický pohyb součástky, jež podle své polohy umožňuje tekutině přiváděné přívodem vstupovat jen do jednoho z obou dvou vývodů, zatímco druhý vývod je touto součástkou blokován. K pohybu této součástky je ovšem zapotřebí přestavující síla, zejména jde-li o pohyb proti silovým účinkům proudící tekutiny. Převod řídicího elektrického signálu na tuto sílu, obvykle po jeho zpravidla nezbytném výkonovém zesílení, bývá nejčastěji proveden elektromagnetickým převodníkem, do jehož vinutí je řídicí elektrický signál zaváděn. 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 vlastního odporu součástky proti pohybu překonávat i odpor deformované pružiny. Převodník na mechanický pohyb je téměř vždy z praktických důvodů umístěn mimo protékané dutiny ventilu. To ovšem znamená, že mechanické pohyby jsou dovnitř do ventilu přenášeny přes těsnicí součásti, tedy že pohyb je například přenášen táhlem procházejícím těsnicí ucpávkou. V ucpávce nebo jiném těsnění pak ovšem zpravidla vzniká třecí síla, jíž je také nutno překonávat. Znamená to, že výsledná celková překonávací síla není nikterak malá. Tomu pak 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 součástky použit druhý elektromagnetický převodník zajišťující zpětný pohyb přemisťovacího orgánu. Ve ventilu jsou pak tedy takové převodníky dva, každý projeden směr pohybu přestavované součástky. V tomto případě mohou sice být působící síly o něco menší o sílu k deformování pru-1 CZ 305352 B6 žiny, ale úspory na hmotnosti se nedosáhne, neboť dva převodníky mají nevyhnutelně větší hmotnost nežjeden.

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

Významným faktorem ovlivňujícím použitelnost elektricky řízeného dvoupolohového ventiluje nutnost údržby a obsluhy. Zmíněná ucpávka nebo jiné těsnění se postupně ve své těsnicí části opotřebovává a je tedy nutné v periodických intervalech ucpávku dotahovat popřípadě vyměňovat. Pohybující se součástky, například zmíněná přestavovaná součástka, musí být vedeny v mechanickém vedení nebo ložisku a to vyžaduje občasné mazání třecích ploch nebo ložisek. Přesto se vedení může po dlouhodobém fungování vyběhat a je nutné jej při obsluze vyměnit. Problém tření v ucpávkách se někdy obchází tím, že pohybující se táhlo je upevněno na deformovaný vlnovec nebo membránu. I to má své úskalí, neboť nastává nebezpečí únavového lomu deformovaného materiálu, například prasknutí vlnovce, opět vyžadující jeho výměnu. Údržba a obsluha kvalifikovanými pracovníky je ovšem drahá.

Důležitým faktorem zejména u automatických řídicích systémů je rychlost odezvy na přivedený řídicí signál. Tato rychlost je v dosud známých elektricky řízených ventilech limitována na značně nízké hodnoty v důsledku setrvačnosti přemisťované součástky, která zakrývá jeden z vývodů ventilu, a navíc ktomu ještě i setrvačností dalších pohyblivých částí systému, neboť jen výjimečně elektromagnetické části převodníku přímo zasahují do řízeného průtoku a jsou zde proto nezbytné mechanické převody.

Prostorové přemisťování součástky, jež ovládá proudění ve ventilu, se většinou musí dít na dosti dlouhé dráze. Je to dáno tím, že tato součástka musí být rozměrově srovnatelná s vnitřními rozměry potrubí, v němž je ventil zabudován. Vzhledem k velkým překonávaným silám a současně nutnosti dosti velké dráhy přemisťování součástky se značnou hmotností je potřebný k ovládání průtoku relativně vysoký elektrický příkon.

Existují i jiné alternativní uspořádání převodníků elektrického signálu na přestavování ventilu, ale jejich vlastnosti ve zmíněných ohledech (hmotnost, potřebný příkon, rychlost přestavování) jsou vesměs ještě nepříznivější. Může například jít o uspořádání s elektromotorem, jenž ovládá pohybový mechanismus přemisťující zmíněnou součástku, ale tam je reakce na ovládací signál ještě pomalejší s ohledem na dobu rozběhu elektromotoru a setrvačnosti v obvykle nezbytných mechanických převodech, například s ozubenými koly. Jinou známou alternativou je elektrohydraulické přestavování ventilu, kde se účinkem vstupního signálu ve formě střídavého elektrického proudu mění poměry 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 vzhledem ke své složitosti nevyhnutelně nákladné. S ohledem na komplikovaný vícenásobný převod signálů (elektrický, hydraulický a posléze mechanický) je také větší nebezpečí možných poruch. Ovšem také hmotnost takovéto soustavy nemůže být nijak právě malá.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky dosavadních elektricky řízených rozváděčích ventilů jsou odstraněny způsobem rozvádění v závislosti na elektrickém řídicím signálu podle tohoto vynálezu, jehož podstatou je, že tekutina, kterou je s výhodou zejména vzduch, se přivádí do interakční dutiny rozváděcího

-2CZ 305352 B6 kanálu kde se po průtoku napájecí tryskou v této interakční dutině vytváří tekutinový proud, který uvnitř této interakční dutiny přilne, jednak účinkem Coandova jevu, jednak i účinkem pozitivní zpětné vazby která se vyvolá působením mezi tekutinou a žlábkem na dělicím klínu, kjedné z dvojice protilehlých přídržných stěn a tou se pak vede do odpovídajícího ze dvou vývodů z interakční dutiny rozváděcího kanálu, načež při požadované změně vedení tekutinového průtoku do druhého z obou vývodů se na tekutinu v interakční dutině krátkodobě po dobu spočetného počtu period působí elektrickým polem střídavého vysokého napětí řádu kilovoltů o preferované frekvenci mezi 1 kHz a 10 MHz, a sice polem které se vytvoří mezi dvěma elektrodami, a to na jedné straně řídicí elektrodou oddělenou od vnitřního prostoru rozváděcího kanálu dielektrickou vrstvou jež tvoří jednu ze stěn interakční dutiny rozváděcího kanálu a na druhé straně exponovanou elektrodou protékající tekutině vystavenou uvnitř interakční dutiny. Způsob rozvádění podle tohoto vynálezu je prakticky použitelný jen pro některé tekutiny, může jít o vzduch nebo dusík, ale nikoliv například pro hélium.

Dále je předmětem vynálezu zařízení pro provádění tohoto způsobu, které obsahuje rozváděči kanál s jedním přívodem vedoucím skrze napájecí trysku do interakční dutiny, v níž se rozváděči kanál rozvětvuje jednak do prvního vývodu, jednak do druhého vývodu, kde po dvou protilehlých stranách interakční dutiny jsou přídržné stěny a proti ústí napájecí trysky je mezi částmi rozváděcího kanálu vedoucími do vývodů umístěn dělicí klín, s výhodou opatřený žlábkem pozitivní zpětné vazby. Podstata tohoto vynálezu spočívá v tom, že interakční dutiny v rozváděcím kanálu je opatřena úzkou exponovanou elektrodou a alespoň po jedné ze svých stran je interakční dutina a/nebo na ní navazující část dutiny v rozváděcím kanálu opatřena dielektrickou vrstvou, například ve formě dielektrických desek, a tato dielektrická vrstva je na straně odvrácené od dutiny rozváděcího kanálu opatřena nejméně jednou řídicí elektrodou, například první dolní řídicí elektrodou, napojenou přes ovladač na zdroj řídicího napětí. Dielektrická vrstva může být zhotovena ze skla nebo plastu nebo jiného elektricky nevodivého materiálu, přičemž tloušťka vrstvy a dielektrická konstanta materiálu určuje energii plasmového výboje, jenž způsobuje změnu charakteru proudění v rozváděcím kanálu.

Podle tohoto vynálezu může také být těleso nebo tělísko, v němž jsou vytvořeny dutiny rozváděcího kanálu, celé zhotoveno z dielektrického materiálu, například křemenného skla tak, že vrstva tohoto materiálu odděluje od dutiny rozváděcího kanálu řídicí elektrodu, například první dolní řídicí elektrodu, napojenou přes ovladač na zdroj řídicího napětí. Alternativně může být toto těleso nebo tělísko zhotoveno z dielektrického materiálu v té své části, ve které je interakční dutina. Jinou alternativní možností je uspořádání, v němž je těleso obsahující rozváděči kanál zhotoveno z dielektrického materiálu v částech ležících po stranách dělicího klínu.

Podle tohoto vynálezu může být v přívodu tekutiny do rozváděcího kanálu umístěn fluidický oscilátor, který obsahuje fluidický bistabilní zesilovač a nejméně jeden zpětnovazební kanál.

Také může být podle tohoto vynálezu souběžně s alespoň jednou částí rozváděcího kanálu mezi interakční dutinou a jejími vývody uspořádán paralelní kanál, například první paralelní kanál, opatřený uvnitř úzkou exponovanou elektrodou, například první exponovanou elektrodou, a dále alespoň po jedné ze svých stran je tato část dutiny v rozváděcím kanálu opatřena dielektrickou vrstvou, například ve formě dielektrických desek, a tato vrstva je na straně odvrácené od dutiny rozváděcího kanálu opatřena nejméně jednou řídicí elektrodou, například první dolní řídicí elektrodou, napojenou přes ovladač na zdroj řídicího napětí.

U takto provedených rozváděčích ventilů podle tohoto vynálezu je předností oproti dosavadním uspořádáním to, že proudění tekutiny zde není ovládáno pohybující se mechanickou součástkou. Odpadá tedy setrvačnost takové součástky, která dosud omezuje rychlost odezvy na změny řídicího elektrického napětí. Odpadá zde také převodník řídicího signálu na mechanický pohyb, s jeho obvykle značnou hmotností, takže ventil jako celek má malou hmotnost, jež je výhodou při použití ventilu v dopravních prostředcích, jako jsou letadla nebo automobily. Vzhledem k absenci těsnění a rovněž absenci mechanických vedení nebo ložisek, jež obojí potřebují občasnou obslu-3 CZ 305352 B6 hu nebo výměnu, může při vhodné volbě materiálu elektrod i dielektrických vrstev pracovat ventil podle tohoto vynálezu s velmi vysokou životností a nenáročností na údržbu. Odpadají i ostatní problémy dosavadních řešení, jak jsou vyjmenovány v popisu dosavadního stavu techniky.

Objasnění výkresů

Na připojených obrázcích je znázorněno šest alternativních příkladů provedení zařízení podle tohoto vynálezu. Obr. 1 až obr. 5 ukazují příklad zařízení pro rozváděči tekutiny sestaveného z pěti desek obdélníkového tvaru.

Na obr. 1 je v perspektivním pohledu znázorněn vedle sebe všech pět desek, které ve smontovaném stavu popisovaného zařízení jsou umístěny jedna na druhé.

Na obr. 2 je naznačeno uspořádání elektrod tohoto provedení v půdorysu.

Na obr. 3 je nakreslen v nárysu řez zařízením, vedený interakční dutinou a elektrodami.

Na obr. 4 je naznačen charakter proudění v interakční dutině.

Na posledním obrázku tohoto provedení, obr. 5 je znázorněn charakter proudění vyvolaný působením střídavého elektrického pole.

Další příklad provedení je na obr. 6. Jde o provedení s velmi malými rozměry, kdy celý rozváděči ventil je zhotoven v jednom tělísku ze skla, a to s elektrodami zatavenými do tohoto skla.

Jiné možné provedení je naznačeno obr. 7. Liší se od předcházejícího tím, že přívod tekutiny je tvarován tak, aby v něm docházelo k periodickým poklesům průtoku. Řídicí zásah je pak proveden vždy v okamžicích takového poklesu, což snižuje nároky na řídicí příkon. Obr. 7a, 7b a 7c představují odpovídající alternativní časové průběhy.

Poté následující čtvrtý příklad provedení, naznačený na obr. 8 a obr. 9, je opět sestaven z desek obdélníkového tvaru. Jeho elektrody jsou rozmístěny tak, aby se zvýšila efektivnost řízení.

Konečně páté provedení je pak zobrazeno na obr. 10 a obr. 11. Proudění tekutiny vněm bylo spočítáno numerickým řešením rychlostního pole a oba obrázky ukazují výsledky těchto výpočtů ve dvou různých režimech průtoku tekutiny.

Poslední šestý příklad na obr. 12 je určitou obdobou provedení s obr. 10 a 11.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

V tomto provedení jde o rozváděči ventil s elektrickým řízením průtoku vzduchu. Tento ventil má rozměry řádu milimetrů a pracuje s odpovídajícími malými řízenými průtoky. Ventil je sestaven z pěti desek o různě velké tloušťce, které jsou naskládány na sebe navzájem, ale na obr. 1 jsou pro názornost naznačeny položeny vedle sebe, a sice v tomtéž pořadí v jakém jsou potom na sebe skládány. Základem je rozváděči kanál i s jedním přívodem 2, jímž vzduch vstupuje, a se dvěma vývody, prvním vývodem 91 a druhým vývodem 92, z nichž střídavě vzduch zase vystupuje. Rozváděči kanál i je vytvořen jako dutina vyřezáním v kanálové desce 10 z polymetylmetakrylátu PMMA, ovšem v zásadě by vyhověl jakýkoliv jiný dostatečně pevný polymer, popřípadě jiný elektrický nevodivý materiál. Jako všechny ostatní desky u tohoto příkladu provede-4CZ 305352 B6 ní i kanálová deska 10 je obdélníkového půdorysného tvaru a má všude stejnou malou tloušťku, která je v tomto případě rovna lmm. Nejvýznamnějším rozměrem v kanálové desce 10 je šířka ústí napájecí trysky 12, která se v tomto konkrétním případě rovná 1.7 mm.

Při skládání desek na sebe při montáži zařízení jsou nad i pod kanálovou deskou W umístěny dielektrické desky, a sice dolní dielektrická deska 21 a horní dielektrická deska 22. Obě jsou zase stejného obdélníkového tvaru jako kanálová deska 10. Jsou zhotoveny z křemenného skla o velmi malé tloušťce 0.6 mm. V zásadě by opět vyhověla celá řada elektricky nevodivých materiálů s postačující elektrickou pevností, tj. odolností proti průrazu. Tloušťka dielektrických desek 21., 22 a dielektrická konstanta jejich materiálu jsou parametry určující účinnost elektrického řízení funkce ventilu. V horní dielektrické desce 22 jsou otvory kruhového tvaru, které navazují na shodně umístěné dutiny v kanálové desce 10 a spolu s nimi tvoří na jednom konci desek přívod 2 a na druhém konci jednak první vývod 91, jednak druhý vývod 92. Na obou stranách dielektrických desek 21, 22 jsou vakuovým napařením naneseny kovové elektrody. Jsou to na jedné straně dolní dielektrické desky 21 jednak dolní první řídicí elektroda 311 jednak dolní druhá řídicí elektroda 321. Naproti tomu na horní straně této dolní dielektrické desky 21 je obdobným způsobem vytvořená dolní exponovaná elektroda 401, kterou však na obr. 1 není vidět, neboť se nachází na druhé straně, než z jaké je obrázek dolní dielektrické desky 21 kreslen. Stejný systém tří elektrod je proveden také na horní dielektrické desce 22. Na obr. 1 je ovšem v tomto případě z nich patrná jen horní exponovaná elektroda 402. Horní první řídicí elektroda 312 a horní druhá řídicí elektroda 322 zase zde nejsou vidět, jsou na druhé straně. Odpovídají však svým tvarem, velikostí a umístěním dolním řídicím elektrodám 311, 321. Všechny elektrody jsou vodivě spojeny s příslušnými elektrickými vývody 300, které mají charakter kovových kolíků. Na horní dielektrické desce 22 jsou tyto kolíky kratší. Procházejí odpovídajícími třemi otvory v kanálové desce 10 a jsou elektricky vodivě spojeny s elektrickými vývody 300 na dolní dielektrické desce 21, popřípadě mohou s nimi tvořit v dané poloze jeden celek. V nakresleném provedení jsou elektrické vývody 300 u dolní dielektrické desky odděleny od elektrických vývodů v horní dielektrické desce 22 ajsou delší, neboť procházejí odpovídajícími třemi otvory ve spodní desce 13, jež je na obr. 1 nakreslena zcela vlevo. Z této strany ventilu jsou do něj elektrickými vývody 300 zaváděny delší řídicí elektrické signály. Spodní deska 13 má jako svůj hlavní účel zajistit mechanické podepření třech tenkých desek nacházejících se ve středu celé sestavy, zejména podepření tenké dolní dielektrické desky 21 a její přitlačení ke kanálové desce W. Také je důležité, že spodní deska 13 zakrývá celý povrch spodní dielektrické desky 21, takže zabraňuje přístupu vzduchu k první dolní řídicí elektrodě 311 a druhé dolní řídicí elektrodě 321. Na opačné pravé straně obr. 1 je pak podobně tlustší svrchní deska 14, opět zajišťující především mechanickou tuhost celé soustavy desek a současně zamezující jakémukoliv kontaktu se vzduchem u první horní řídicí elektrody 312 a druhé horní řídicí elektrody 322. Ve svrchní desce 14 jsou zase podobně jako v horní dielektrické desce 22 tři větší otvory. Jsou to přívod 2 a vývody 91, 92 pro protékající vzduch. Je patrné, že prostřednictvím elektrických vývodů 300 jsou spolu propojeny obě exponované elektrody 401, 402 a podobně jsou spolu elektricky propojeny dolní první řídicí elektroda 311 a horní první řídicí elektroda 312, která na obr. 1 není viditelná. Podobně jsou spolu propojeny druhé řídicí elektrody 321, 322. Kolíky elektrických vývodů 300 vystupují z otvorů ve spodní desce 13 a tvoří tak po elektrické stránce již zmíněné přístupy k zavádění elektrického řídicího signálu.

Protože exponovaná elektroda, v tomto případě dolní exponovaná elektroda 401, a odpovídající řídicí elektrody, zde konkrétně první dolní řídicí elektroda 311 a druhá dolní řídicí elektroda 321, jsou na opačným stranách dielektrické desky, není v pohledu jaký je zobrazen na obr. 1 patrný jejich vzájemný prostorový vztah. Následující dva obrázky, obr. 2 a obr. 3, právě slouží k objasnění tohoto vztahu mezi elektrodami a zároveň i jejich prostorového vztahu vzhledem k rozváděcímu kanálu 1. V půdorysu na obr. 2 jsou nakresleny všechny tři elektrody dolní dielektrické desky 21, jakoby byly vedle sebe, popřípadě jakoby dolní dielektrická deska 21 byla průhledná. Přes všechny znázorněné elektrody je pak na obr. 2 nakreslen půdorysný tvar rozváděcího kanálu 1 v kanálové desce 10. Dolní exponovaná elektroda 401 napařená na horním povrchu dolní dielektrické desky 21 je úzká a dlouhá. Prochází pod dělicím klínem 4, jenž odděluje od sebe první

-5CZ 305352 B6 difuzor 81 a druhý difuzor 82 vedoucí do vývodů 9J_, 92 protékajícího vzduchu, a dosahuje až do napájecí trysky 12 přes celou interakční dutinu 100, jak je tato dutina patrná na obr. 1. Obě dolní řídicí elektrody, tedy první dolní řídicí elektroda 311 a druhá dolní řídicí elektroda 321, které se nacházejí na dolním povrchu dolní dielektrické desky 21, jsou naproti tomu široké. Každá z nich je pod jednou a toutéž stranou interakční dutiny 100, pod kterou nedosahují vzájemně až k sobě a jsou tedy vzájemně elektricky odděleny.

Odlišný pohled na uspořádání elektrod ukazuje obr. 3, který ukazuje rozváděči ventil podle tohoto vynálezu v nárysu, a to v příčném řezu myšlenou rovinou. Ve středu obr. 3 je tak patrný touto rovinou vedený řez rozváděcím kanálem i v místě interakční dutiny 100 obdélníkového tvaru. Je patrné, jak je rozváděči kanál i vytvořen vyřezáním tvaru v kanálové desce 10. Kanálová deska 10 je pak svrchu překryta horní dielektrickou deskou 22 a obdobně zespodu zase dolní dielektrickou deskou 21. Jak již bylo zmíněno, obě dielektrické desky 21, 22 jsou velmi tenké a pokud by jejich tloušťka byla nakreslena v měřítku, nebyly by na obr. 3 dobře rozpoznatelné. Proto jsou na obr. 3 nakresleny tlustší než ve skutečnosti. Ještě tenčí jsou na tyto dielektrické desky 21, 22 naparováním nanesené elektrody. Také ty musely být pro názornost zobrazení v tomto řezu naznačeny jako nepoměrně tlustší, než jaké jsou ve skutečnosti. Obě exponované elektrody 401, 402 zasahují dovnitř rozváděcího kanálu 1 v kanálové desce 10, ale právě vzhledem ke své nepatrné skutečné tloušťce nepředstavují nějakou překážku, která by proudění vzduchu ovlivňovala. Na obr. 3 jsou tenkými čarami naznačujícími elektrické vodiče obě exponované elektrody 401, 402 zakresleny jako spolu těmito vodiči propojené a spojené s uzemněním 40. Ve skutečnosti je toto propojení provedeno prostřednictvím elektricky spojených kolíků elektrických vývodů 300, jak jsou nakresleny na obr. 1. Podobně je na obr. 3 naznačeno symbolicky elektrické vzájemné propojení prvních řídicích elektrod 311, 312 na jedné straně a druhých řídicích elektrod 321, 322 na protilehlé druhé straně. Schematicky je naznačeno, jak vždy jen do jedné takto vytvořené dvojice elektrod je zavedeno ze zdroje 7 řídicí vysoké elektrické napětí, které má střídavý charakter, schematicky naznačený vlevo na obr. 3. Ke změně průtoku vzduchu v prvním vývodu 91 a druhém vývodu 92 je vždy zapotřebí jen několik za sebou následujících amplitud tohoto průběhu. Symbolicky je jejich zavedení na řídicí elektrody naznačeno ovladačem 6, jímž ovšem nemusí být mechanický kontakt, ale půjde například o elektronický přepínač.

Obr. 4 zachycuje podobně jako obr. 2 zařízení podle tohoto vynálezu v půdorysu. Zde však jde o řez vedený kanálovou deskou 10. Proto jsou zde dobře patrné v kanálové desce 10 řezáním vytvořené dutiny, zejména přívod 2 zcela vlevo, na něj navazující napájecí tryska 12, dále ve směru proudění vzduchu pak interakční dutina 100 z obr. 1 a z něj doprava vystupující první difuzor 81 a druhý difuzor 82, vzájemně oddělené dělicím klínem 4 a vedoucí do vývodů 91, 92 protékajícího vzduchu zcela vpravo. Po stranách interakční dutiny 100 z obr. 1 je na jedné straně první přídržná stěna 71 a na protilehlé straně pak obdobně provedená druhá přídržná stěna 72. Po obou stranách ústí napájecí trysky 12 jsou na jedné straně první odstup 111 a na druhé straně druhý odstup 112. Přímo proti ústí napájecí trysky 12 je na dělicím klínu 4 vytvořen žlábek 5.

Konečně pátý obrázek, týkající se popisovaného prvního příkladu provedení, a to obr. 5, v zásadě ukazuje zvětšenou ústřední část ventilu podle tohoto vynálezu, jak ji ukazuje již obr. 4.

Ventil podle tohoto vynálezu funguje tak, že je jím veden vzduch, zavedený do něj přívodem 2, v převládající míře buď do prvního vývodu 91 anebo do druhého vývodu 92, tedy nikdy ne do obou. Krátkodobým zavedením elektrického řídicího signálu na příslušnou dvojici řídicích elektrod dojde k přeměně charakteru proudění vzduchu a kjeho vedení do jiného z vývodů 91, 92. Například v situaci znázorněné na obr. 4 je vzduch z přívodu 2 veden do druhého vývodu 92. Je to dosaženo dvěma aerodynamickými efekty. První z nich je známý Coandův jev přilnutí proudu k pevné stěně. V právě popisované situaci podle obr. 4. Jde o přilnutí proudu vzduchu proudícího z napájecí trysky 12 ke druhé přídržné stěně 72, jak to naznačuje zakreslená hlavní trajektorie 5L Druhým využívaným efektem je pozitivní zpětná vazba, dosažená účinkem odbočující zpětnovazební trajektorie 52, která je umožněna přítomností žlábku 5 na dělicím klínu 4. Hranou žlábku 5 se ze vzduchového proudu oddělí určitý menší průtok, který sleduje povrch žlábku 5 a obrací se

-6CZ 305352 B6 tím nazpátek až k místu výtoku, kde proud vzduchu vytéká z napájecí trysky 12 a působí na něj silovým účinkem, který tento vytékající proud vychyluje směrem ke druhé přídržné stěně 72. Pokud by hlavní trajektorie 51 měla tendenci se napřímit, zvětší se z proudu oddělovací průtok, který sleduje povrch žlábku 5, a zvětší se tak silové působení, kterým je hlavní trajektorie 51 vychylována a její tendence k napřímení a k separaci od druhé přídržné stěny 72 se tak potlačí. Přilnutí vzduchového proudu ke druhé přídržné stěně 72 je tak stabilizováno.

Podobně se dosahuje výtok převážně prvním vývodem 91, jestliže se naopak vytvoří proudění s trajektoriemi 51, 52, které jsou zrcadlovým obrazem toho, co je naznačeno na obr. 4, zase s Coandovým jevem a pozitivní zpětnou vazbou.

Přechod mezi těmito dvěma režimy proudění se dosahuje krátkodobým přivedením střídavého vysokého napětí na dvojici řídicích elektrod. Konkrétně v situaci, naznačené na obr. 4, s průtokem vzduchu z přívodu 2 do druhého vývodu 92, je požadováno, aby se tímto krátkodobým působením změnil směr proudění do prvního vývodu 91 a aby takto změněný režim poté trval až do někdy později následujícího řídicího zásahu. Změna nastane poté, co je ze zdroje 71 řídicího napětí střídavý vysokonapěťový signál veden ovladačem 6, tak jak je naznačeno na obr. 3, do vzájemně propojených prvních řídicích elektrod 311, 312. Mezi dolní exponovanou elektrodou 401 a dolní první řídicí elektrodou 311 dojde k výbojům známým jako dielektrický bariérový výboj a stejný jev nastane mezi horní exponovanou elektrodou 402 a horní první řídicí elektrodou 312. Důsledkem těchto výbojů, jakje naznačeno na obr. 3, je proudění ionizovaného plynu směrem vždy od exponované elektrody 401, 402 k řídicím elektrodám 314, 312. Toto proudění je naznačeno proudovými čarami 61 plazmatu na obr. 3 a takto způsobené celkové proudění je na obr. 4 naznačeno jako vyvolané proudění 62. Obr. 4 zejména ukazuje, že proudové čáry 61 plazmatu směřují od osy interakční dutiny 100 směrem k první přídržné stěně 71, tedy v opačném směru, než je od osy interakční dutiny 100 vychylována Coandovým jevem hlavní trajektorie 5L Jednotlivé proudové čáry 61 plazmatu se spojují ve vyvolané proudění 62, jehož významná část je hranou žlábku 5 vedena proti zpětnovazební trajektorii 52 průtoku, který sleduje povrch žlábku 5. Přilnutí vzduchového proudu ke druhé přídržné stěně 72 je tak destabilizováno spolu s působením proudových čar 61 plazmatu je tak vzduchový proud opouštějící napájecí trysku 12 překlopen k první přídržné stěně 71·

Je zřejmé, že takovýto rozváděči ventil, dosahující změny směru průtoku vzduchu, má celou řadu předností proti dosud známým provedením ventilů s velkou hmotností mechanicky přemisťovaného mechanického orgánu a k němu příslušných pohonů. Ventil sám může mít velmi malou hmotnost. Jeho mechanicky přestavovaná součástka není ovlivněna působením vnějších zrychlení zejména v dopravních prostředcích, jako jsou letadla nebo automobily. Odstraněním setrvačnosti přemisťování součástek se podstatně zvýší frekvenční rozsah, v němž ventil může pracovat. Odpadá tření ve vodicích vedeních nebo ložiskách, nejsou zde ucpávky nebo jiná těsnění a nedochází k opotřebení, jež by vyžadovalo obsluhu a údržbu. Nejsou zde pružiny nebo jiné deformované součásti, u kterých by hrozilo prasknutí v důsledku únavy materiálu.

Příklad 2

V tomto provedení jde v podstatě o mikrofluidický převodník v němž se převádí vstupní veličina, elektrický signál, na výstupní změny průtoku vzduchu. O mikrofluidaci lze v tomto případě hovořit proto, že je splněna obvyklá definice podle níž mikrofluidické prvky mají šířky kanálku menší než 1 mm. S ohledem na vstupní elektrické řídicí signály je výhodou těchto malých rozměrů to, že jde také o velmi malé tloušťky dielektrických vrstev a tedy potřebné energie plasmových výbojů je možné dosáhnout s nižšími napěťovými amplitudami řídicího střídavého napětí.

Tělísko 900 tohoto převodníku, zobrazené na obr. 6, je z největší části zhotoveno ze skla, které současně funguje jako dielektrikum pro elektrody, které jsou svými podstatnými částmi do tohoto skla zataveny. Pro průtok vzduchu jsou v tělísku 900 dutiny rozváděcího kanálu I s jedním pří-7CZ 305352 B6 vodem 2 pro vstup vzduchu a se dvěma vývody, prvním vývodem 91 a druhým vývodem 92, sloužící k tomu, aby z nich střídavě z jednoho nebo druhého vzduch zase vystupoval do navazujících mikrofluidických ústrojí. Na přívod 2 navazuje ve směru průtoku vzduchu napájecí tryska 12, za jejímž zúženým ústím je rozšiřující se interakční dutina W0. Za prvním odstupem 111 je na jedné straně interakční dutiny 100 první přídržná stěna 71, kdežto na protilehlé straně je za druhým odstupem 112 druhá přídržná stěna 72. Interakční dutinou 100 prochází mezi první přídržnou stěnou 71 a druhou přídržnou stěnou 72 exponovaná drátková elektroda 400 připojená na uzemnění 40. Její mírně prohnutý tvar je dán s ohledem na to, aby lépe vzdorovala silovému působení vzduchového proudu vytékajícího z napájecí trysky 12. Současně tento tvar vyrovnává na navzájem blízké hodnoty vzdálenosti mezi touto uzemněnou drátkovou elektrodou 400 a oběma řídicími elektrodami, první řídicí elektrodou 301, jež za tenkou vrstvou skla obklopuje první difuzor 81 ve vývodu z interakční dutiny 100, a druhou řídicí elektrodou 302, jež za tenkou vrstvou skla obklopuje druhý difuzor 82 ve vývodu z interakční dutiny 100.

I převodník v tomto příkladu provedení rozváděcího ventilu funguje tak, že elektrický signál v podobě střídavého vysokého napětí je přiváděn pouze krátkodobě. Tím je změněn funkční režim charakterizovaný tím, kterým z obou vývodů 91, 92 vzduch z tohoto převodníku vystupuje. Po ostatní většinu doby je opět k udržení daného funkčního režimu využito jednak pozitivní vnitřní zpětné vazby, jednak Coandova jevu přilnutí vzduchového proudu k jedné z obou přídržných stěn, buď první přídržné stěně 71, nebo druhé přídržné stěně 72. Toto přilnutí je stabilní a elektrický signál již není zapotřebí. Předpokládejme, že jde o přilnutí ke druhé přídržné stěně 72, kdy první odstup 111 zajišťuje na protilehlé straně separaci proudění od začátku první přídržné stěny 71. Krátkodobým přivedením střídavého vysokého napětí na elektrický vývod 300 vedoucího k první řídicí elektrodě 301 dojde ve vzduchu uvnitř převodníku mezi uzemněnou drátkovou elektrodou 400 a první řídicí elektrodou 301 k výbojům známým jako dielektrický bariérový výboj. Jeho důsledkem je proudění ionizovaného vzduchu směrem od uzemněné drátkové elektrody 400 k první řídicí elektrodě 301. Toto proudění je na obr. 6 naznačeno proudovými čarami 61 plazmatu. Mnohdy již samotný strhávací účinek tohoto proudění ionizovaného vzduchu strhne s sebou i vzduchový proud vytékající z napájecí trysky a vede jej do prvního difuzoru 81. Způsobí tak jeho přilnutí k první přídržné stěně 71 a poté následující vedení do prvního vývodu 91 i poté, co řídicí elektrický signál pomine.

Příklad 3

Někdy však tento strhávací účinek nemusí postačovat, neboť rychlosti proudění ionizovaného vzduchu směrem od drátkové elektrody 400, k první řídicí elektrodě 301 jsou vcelku malé a naproti tomu dosažení potřebných hodnot Reynoldsova čísla nezbytných k vyvolání dostatečně intenzivního Coandova jevu může vyžadovat vyšší rychlosti výtoku z napájecí trysky 12. V takovém případě může být užitečné uspořádání naznačené na obr. 7.

Pravá strana tohoto obrázku je zcela shodná s příkladem na obr. 6. Odlišnost je v levé části obr. 7, kde je jako část přívodu 2 schematicky nakreslen fluidický oscilátor ve známém provedení s bistabilním zesilovačem 1001 a dvěma zpětnovazebními kanály, prvním zpětnovazebním kanálem 1005 nahoře na obr. 7 a druhým zpětnovazebním kanálem 1006 dole. Bistabilní zesilovač 1001 má obvyklé uspořádání s napájecí tryskou 12, na obr. 7 zcela vlevo, a naopak nalevo s prvním difuzorem 81 a druhým difuzorem 82. Po obou stranách ústí napájecí trysky 12, jsou vyústěny řídicí trysky, a to první řídicí tryska 1003 a druhá řídicí tryska 1004. Po obou stranách dráhy vzduchového proudu jsou pak přídržné stěny, první přídržná stěna 71 a druhá přídržná stěna 72. První zpětnovazební kanál 1005 spojuje vývod z prvního difuzoru 81 s první řídicí tryskou 1003. Podobně na protilehlé straně druhý zpětnovazební kanál 1006 spojuje vývod druhého difuzoru 81. s druhou řídicí tryskou 1004, avšak zde je podstatná odlišnost v tom, že vývod druhého difuzoru 81 také vede do rozváděcího ventilu, jenž zaujímá pravou stranu obr. 7. Další odlišnost pak je ještě také to, že druhý zpětnovazební kanál 1006 obsahuje akumulační dutinu 1010.

-8CZ 305352 B6

Fluidický oscilátor způsobuje periodicky se opakující krátkodobé zmenšení průtoku vzduchu. Pokud vzduch vytváří výtokem z napájecí trysky 12 bistabilního zesilovače 1001 vzduchový proud vedoucí kolem první přídržné stěny 71 do prvního difuzoru 81, dostává se prvním zpětnovazebním kanálem 1005 tento vzduch do první řídicí trysky 1003. Výtok z ní působí kolmo na výtok z napájecí trysky 12 a odtlačí jej od první přídržné stěny 71. Dojde kjeho přilnutí ke druhé přídržné stěně 72. Ta vede vzduch do druhého difuzoru 82 a odtud do mikrofluidického převodníku s elektricky řízeným rozvětvením průtoku vzduchu. Tento převodník je naznačen v pravé části obr. 7. Jistá část protékajícího vzduchu z výstupu fluidického bistabilního zesilovače 1001 se vede druhým zpětnovazebním kanálem 1006 a plní se jím akumulační dutina 1010, v níž postupně vzrůstá tlak. Po určité době dosáhne tento tlak hodnoty, při které výtok druhou řídicí tryskou 1004 způsobí separaci proudění od druhé přídržné stěny 72 a přilnutí k první přídržné stěně 71. Po nějakou dobu se toto proudění u první přídržné stěny 71 udrží v důsledku výtoku z postupně se vyprazdňující akumulační dutiny 1010 druhou řídicí tryskou 1004. Jiná část výtoku z vyprazdňující se akumulační dutiny 1010 vytéká ještě do mikrofluidického převodníku naznačeného v pravé části obr. 7. Pak ale tlak v akumulační dutině 1010 poklesne, výtok do převodníku se zmenší, ale záhy nato v důsledku výtoku z první řídicí trysky 1003 dojde k návratu proudění ke druhé přídržné stěně 72 a celý tento děj se pak periodicky opakuje.

V eliptických vložených obrázcích A a B na obr. 7 jsou naznačeny možné časové průběhy ve dvou místech, a sice v obrázku A je to průběh elektrického řídicího signálu, kdežto v obrázku B jde o průběh průtoku vzduchu zařízením podle tohoto vynálezu. Stejné průběhy jsou také znázorněny na obr. 7a. Jak ukazuje průběh na obrázku B, v důsledku periodického opakovaného plnění akumulační dutiny 1010 je způsoben krátkodobý pokles průtoku vzduchu k místu rozvětvení vpravo, kde je výše popsaný systém elektrod. Aktivace první řídicí elektrody 301 podle obr. 6 nastává vždy, když je průtok vzduchu krátkodobě zmenšen a účinek vyvolaného proudění 62 naznačeného na obr. 6 proudovými čarami 61 plazmatu vede snadněji k vychýlení procházejícího průtoku vzduchu.

Příklad 4

Alternativní časové průběhy naznačuje dále obr. 7b. Jde výboje v plazmatu tam nejsou přerušovány a probíhají podle grafu A] stále, pokud ovšem je žádáno vedení vzduchu do prvního vývodu 91. Pokud je žádáno vedení vzduchu do druhého vývodu 92, pak je stejný střídavý průběh zaveden do druhé řídicí elektrody 302. Přestože střídavé elektrické napětí působí trvale, uplatní se ovšem výrazněji v okamžicích, kde je průtok vzduchu podle grafu Bi právě zmenšen. Trvalé působení řídicího elektrického signálu sice představuje méně ekonomickou variantu, ale vyskytují se případy kdy tato menší účinnost vzhledem k celkové malé energetické spotřebě mikrofluidického ústrojí není považována za nějak výraznou nevýhodu a naopak je žádoucí menší cena celého ústrojí která je důsledkem jednoduššího provedení elektrických obvodů. Může také být výhodou, že v důsledku ionizace vzduchu probíhá jeho ozonizace, vedoucí k odstranění vlivu choroboplodných zárodků.

Popsané průběhy podle obr. 7a a obr. 7b se uplatní v situacích, kdy je stabilizace vychýlení vzduchového proudu Coandovým jevem a vnitřní pozitivní zpětnou vazbou relativně slabá a je nutné ji podpořit prouděním plazmatu při každém opakujícím se poklesu průtoku vzduchu. Pokud jsou uspořádání a funkční režim takové, že tato podpora není nutná, mohou být naopak vhodné průběhy, jak je ukazuje obr. 7c. Poklesy průtoku u průběhu podle grafu B₂ jsou menší a nejsou obavy z toho, že by během nich došlo k odtržení proudění vzduchu od jeho přídržné stěny. Elektrický řídicí signál se zavádí, jen pokud je odtržení a překlopení vzduchového proudu právě požadováno.

Charakter mechanického působení plasmových výbojů na proudění vzduchu v rozváděcím ventilu je základní otázkou pro konstrukční návrh ústrojí podle tohoto vynálezu. Dosud popsané příklady nebyly zcela ideální z hlediska efektivnosti. U provedení z obr. 1 až 5 vychýlení vzducho-9CZ 305352 B6 vého proudu dochází spíše sacím účinkem proudění plazmatu. Sací efekt je ovšem všeobecně poměrně málo účinný. Provedení z obr. 6 a 7 jsou z tohoto hlediska účinnější, ale vyžadují relativně velkou odlehlost mezi exponovanou a řídicí elektrodou. To je přijatelné jen v provedeních kdy je celková velikost rozváděcího ventilu malá.

Příklad 5

Účinnější řešení pokud jde o interakci proudění vzduchu s prouděním plazmatu přináší alternativní provedení naznačené na obr. 8 a obr. 9. Obr. 8 ukazuje půdorys se zřetelně vyznačenými dutinami a tmavě zakreslenými elektrodami. Obr. 9 pak ukazuje v nárysu rovinný řez rozváděcím ventilem vedený v místech interakční dutiny 100. V tomto řezu je zejména patrná malá tloušťka kanálové desky 10, což znamená, že výška prostoru, v němž vzduch může proudit, je také velmi malá.

Jde o konfiguraci ventilu velmi podobnou uspořádání z obr. 1 až 5, tedy o ventil s rozměry řádu milimetrů pro řízení průtoku vzduchu, sestavený z na sebe naskládaných obdélníkových desek. Z nich spodní deska 13 a svrchní deska 14 z elektricky nevodivého materiálu jsou výrazně tlustší, ajejich úkolem je mechanická podpora tenčích desek umístěných mezi nimi a zabránění kontaktu řídicích elektrod se vzduchem. Vlastní rozváděči kanál 1 pro průtok vzduchu, který je tímto ventilem řízen, je i zde vytvořen v kanálové desce 10 uprostřed svazku desek. Po obou stranách kanálové desky 10 jsou velmi tenké dielektrické desky 21, 22. Na každé z nich jsou tentokrát pouze dvě elektrody, a sice úzká exponovaná elektroda 401, 402 na straně, kde je rozváděči kanál 1, kdežto na opačné straně je po jedné široké řídicí elektrodě 301, 302. Elektrody jsou opět napojeny na elektrické vývody 300.1 když se prakticky nepočítá s mechanickým ovladačem 6 s dvojicí přepínaných kontaktů, jaký je naznačen v levé části obr. 9, je toto znázornění velmi přehledné. V jedné poloze ovladače 6, jaké je právě zakresleno na obr. 9 je uzemnění 40 spojeno s horní exponovanou elektrodou 402 a zdroj 7 řídicího napětí je připojen na první řídicí elektrodu 301. Naopak ve druhé poloze by bylo uzemnění 40 spojeno s dolní exponovanou elektrodou 401 a zdroj 7 řídicího napětí by byl připojen na druhou řídicí elektrodu 302.

Při výtoku vzduchového proudu napájecí tryskou 12 je na obr. 8 zachycena situace, kdy je tento proud ohnut směrem do druhého difuzoru 82 a vystupuje z ventilu druhým vývodem 92. Ukazuje to zakreslená zakřivená hlavní trajektorie 51. Je-li požadováno převedení proudícího vzduchu do prvního vývodu 91, je zavedeno střídavé vysoké napětí na první řídicí elektrodu 301. Vytvoří se výboj, během kterého proudové čáry 6i plazmatu, patrné i na obr. 9, jak směřují od první exponované elektrody 401 k místům na první dielektrické desce 21, pod nimiž je první řídicí elektroda 301, působí proti výchylce proudu vzduchu naznačené na obr. 8 zakřivením hlavní trajektorie 51. Toto tlakové působení na proudění charakterizované hlavní trajektorii 51 je účinnější než výše popisovaný odsávací účinek.

Příklad 6

V situacích kdy je požadavkem velká účinnost řídicího působení plazmatu na plynový proud je účelné využít zesilovacího efektu známého z fluidických zesilovačů proudového typu, kdy se výboji v plazmatu působí v řídicích tryskách takových zesilovačů. Dva navzájem velmi podobné příklady možného uspořádání jsou na obr. 10 až 12. Plazmový efekt se využívá v paralelních kanálech souběžných s odchýlenou částí rozváděcího kanálu 1. Je možný také jiný pohled na takováto uspořádání, kde se na rozváděči kanál 1 pohlíží jako na rozdělený za napájecí tryskou 12 do několika souběžných cest. Jedno z těchto provedení, znázorněné na obr. 10 a 11, využívá plasmový efekt jen v jednom ze dvou paralelních kanálů, a sice v prvním paralelním kanálu

1007. U druhého provedení je plazmový řídicí efekt využíván v obou paralelních kanálech 1007,

1008.

-10CZ 305352 B6

Provedení znázorněné na obr. 10 a 11 má rozváděči kanál 1 vytvořen jako dutinu fotochemickým odstraněním části materiálu v ploché desce, tato dutina má všude stejnou konstantní hloubku. Vlevo na obou obrázcích je přívod 2 plynu. Dále směrem vpravo je zúžení tvořící napájecí trysku 12, za kterou dále vpravo je interakční dutina 100. Do té ústí na jedné straně první řídicí tryska 1003 a z druhé strany pak druhá řídicí tryska 1004. Proti ústí napájecí trysky 12 je dělicí klín 4 oddělující od sebe dva navzájem skloněné vývody, z nichž může plyn alternativně vytékat, a sice první vývod 91 a druhý vývod 92. V zásadě jsou tvarovány jako difuzory, tedy zvolena se ve směru proudění rozšiřující kanály, v jakých probíhá opačná energetická přeměna než v tryskách, tj. tlak plynu ve směru proudění vzrůstá. V tomto případě je však neobvyklá úprava, jsou zde první nos 1011 a druhý nos 1012, které způsobují lokální snížení tlaku. Za prvním nosem 101 lje vyústění prvního paralelního kanálu 1007 vedoucího k první řídicí trysce 1003 a obdobně na protilehlé straně je za druhým nosem 1012 vyústění druhého paralelního kanálu 1008 vedoucího ke druhé řídicí trysce 1004. V prvním paralelním kanálu 101 lje na jeho dně, kde nepřekáží nad ním probíhajícímu proudění plynu, dolní exponovaná elektroda 401. Dno celého rozváděcího ventilu, ale zejména dno prvního paralelního kanálu 1007 tvoří velmi tenká dolní dielektrická deska 21, na jejíž spodní straně, tedy straně opačné než na jaké je dolní exponovaná elektroda 401, jsou jednak dolní první řídicí elektroda 311 a jednak druhá dolní řídicí elektroda 321. Obdobná horní dielektrická deska 22 s elektrodami může tvořit horní stěnu prvního paralelního kanálu 1007. Dolní exponovaná elektroda 401 je uzemněna a na spodní řídicí elektrody 311, 312 je alternativně k jedné nebo druhé přiváděn elektrický řídicí signál.

Na obr. 10 a 11 jsou zakresleny trajektorie částic protékajícího plynu, které byly vypočítány numerickým řešením rovnic proudění. Byly vypočítány pro případ, kdy jak první vývod 91, tak druhý vývod 92 jsou otevřeny volně do atmosféry, na rozdíl od reálných situací, kdy na tyto vývody je napojena nějaká zátěž, kvůli níž se provádí rozváděči průtoku plynu. Výpočty ukazují, jak se proudění po výstupu z napájecí trysky 12 vede do jen jednoho z obou vývodů 91, 92, například na obr. 10 hlavní trajektorie 51 ukazují, jak plynový proud přilnul k první přídržné stěně 71 aje jí veden do prvního vývodu 91. V důsledku malého zatížení na výstupech zvoleného jako výchozí případ okrajové podmínky pro řešení rovnic dochází v protilehlém z obou vývodů více či méně intenzívní nasávání vzduchu z atmosféry. K překlápění mezi oběma režimy proudění, jak byly vypočítány na obr. 10 a 11, je opět využit plazmový výboj, který nastává mezi první exponovanou elektrodou 401 a povrchem dielektrika, pod nímž se právě nachází ta z řídicích elektrod jež je napojena na zdroj řídicího napětí 7. Na obr. 10 jsou proudové čáry 61 plazmatu orientovány tak, že jimi vyvolané proudění v prvním paralelním kanálu 1007 směřuje do první řídicí trysky 1003. Ačkoliv geometrie dutin nebyla navrhována pro opačný směr proudových čar 61_ plazmatu, obr. 11 dokazuje, že i v tomto opačném směruje efekt dostatečně intenzívní, aby vyvolal překlopení průtoku do druhého vývodu 92.

Obr. 12 pak ukazuje příklad provedení, kdy pro dosažení vysoké efektivity řídicího zásahu bez ohledu na mírně zvýšenou cenu ventilu a jeho řídicích elektrických obvodů je systém elektrod podle obr. 10 vytvořen i ve druhém paralelním kanálu 1008, který je u provedení z obr. 10 a 11 prázdný.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (7)

1. Způsob rozváděči tekutiny v závislosti na elektrickém řídicím signálu, vyznačující se tím, že tekutina, výhodně vzduch, se přivádí do interakční dutiny (100) rozváděcího kanálu (1), kde se po průtoku napájecí tryskou (12) v této interakční dutině (100) vytváří tekutinový proud, který uvnitř interakční dutiny (100) přilne, jednak účinkem Coandova jevu, jednak i účinkem pozitivní zpětné vazby, která se vyvolá působením mezi tekutinou a žlábkem na dělicím klínu, k jedné z dvojice protilehlých přídržných stěn (71, 72) a tou se pak vede do odpovídajícího

- 11 CZ 305352 B6 ze dvou vývodů (91, 92) z interakční dutiny (100) rozváděcího kanálu (1), načež při požadované změně vedení tekutinového průtoku do druhého z obou vývodů (91, 92) se na tekutinu v interakční dutině (100) krátkodobě po dobu spočetného počtu period působí elektrickým polem střídavého vysokého napětí řádu kilovoltů o preferované frekvenci mezi 1 kHz a 10 MHz, a sice polem které se vytvoří mezi dvěma elektrodami, a to na jedné straně řídicí elektrodou (301, 302, 311, 312) oddělenou od vnitřního prostoru rozváděcího kanálu (1) dielektrickou vrstvou, s výhodou provedenou jako dielektrická deska (21, 22) jež tvoří jednu ze stěn interakční dutiny (100) rozváděcího kanálu (1), a na druhé straně exponovanou elektrodou (401, 402) vystavenou protékající tekutině uvnitř interakční dutiny (100).

2. Zařízení pro provádění způsobu rozvádění tekutiny v závislosti na elektrickém řídicím signálu podle nároku 1, obsahující rozváděči kanál (1) s jedním přívodem (2) vedoucím skrze napájecí trysku (12) do interakční dutiny (100), v níž se rozváděči kanál (1) rozvětvuje jednak do prvního vývodu (91), jednak do druhého vývodu (92), kde po dvou protilehlých stranách interakční dutiny (100) jsou přídržné stěny (71, 72) a proti ústí napájecí trysky (12) je mezi částmi rozváděcího kanálu (1) vedoucími do vývodů (91, 92) umístěn dělicí klín (4) s výhodou opatřený žlábkem (5) pozitivní zpětné vazby, vyznačující se tím, že interakční dutina (100) v rozváděcím kanálu (1) je opatřena úzkou exponovanou elektrodou, výhodně první exponovanou elektrodou (401), a dále alespoň po jedné ze svých stran je interakční dutina (100) a/nebo na ní navazující část dutiny v rozváděcím kanálu (1) opatřena dielektrickou vrstvou, výhodně ve formě dielektrických desek (21, 22), a tato dielektrická vrstva je na straně odvrácené od dutiny rozváděcího kanálu (1) opatřena nejméně jednou řídicí elektrodou, výhodně první dolní řídicí elektrodou (311), napojenou přes ovladač (6) na zdroj 7 řídicího napětí.

3. Zařízení podle nároku 2, v y z n a č u j í c í se t í m , že tělísko (900), v němž jsou vytvořeny dutiny rozváděcího kanálu (1), je buď celé, nebo alespoň ve své části, v níž je interakční dutina (100), anebo alespoň ve své části po stranách dělicího klínu (4), zhotoveno z dielektrického materiálu, výhodně z křemenného skla tak, že vrstva tohoto materiálu odděluje od dutiny rozváděcího kanálu (1) řídicí elektrodu, výhodně první dolní řídicí elektrodu (311).

4. Zařízení podle nároků 2 a 3, vyznačující se tím, že přívodu (2) tekutiny do rozváděcího kanálu (1) je fluidický oscilátor obsahující fluidický bistabilní zesilovač (1001) a alespoň jeden zpětnovazební kanál (1005, 1006).

5. Zařízení podle nároků 2 až 4, vyznačující se tím, že souběžně s alespoň jednou jeho částí mezi interakční dutinou (100) a vývody (91, 92) je uspořádán paralelní kanál, výhodně první paralelní kanál (1007), opatřený uvnitř dutiny rozváděcího kanálu (1) úzkou exponovanou elektrodou, výhodně první exponovanou elektrodou (401), a dále alespoň po jedné ze svých stran je tato část dutiny v rozváděcím kanálu (1) opatřena dielektrickou vrstvou, výhodně ve formě dielektrických desek (21, 22), a tato vrstva je na straně odvrácené od dutiny paralelního kanálu (1007) opatřena nejméně jednou řídicí elektrodou, výhodně první dolní řídicí elektrodou (311).

7 výkresů

- 12CZ 305352 B6

Seznam vztahových značek:

1 ... rozváděči kanál

10 ... kanálová deska

12... napájecí tryska

13 ... spodní deska

14 ... svrchní deska

2 ... přívod

100 ... interakční dutina

21 ... dolní dielektrická deska

22 ... horní dielektrická deska 32 ... zpětnovazební žlábek

300 ... elektrické vývody

301 ... první řídicí elektroda

302 ... druhý řídicí elektroda

311 ... dolní první řídicí elektroda

321 ... druhá dolní řídicí elektroda

312 ... horní první řídicí elektroda

322 ... druhá horní řídicí elektroda

333 ... první protilehlá řídicí elektroda

334 ... druhá protilehlá řídicí elektroda

4.. . dělicí klín 40 ... uzemnění

400.. . drátková elektroda

401 ... dolní exponovaná elektroda

402 ... horní exponovaná elektroda

403 ... protilehlá dolní exponovaná elektroda

5 ... žlábek

51 ... hlavní trajektorie

52 ... zpětnovazební trajektorie

6 ... ovladač

61 ... proudové čáry plazmatu

62 ... vyvolané proudění

7 ... řídicího napětí

71 ... první přídržná stěna

72 ... druhá přídržná stěna

81 ... první difuzor

82 ... druhý difuzor

91 ... první vývod

92 ... druhý vývod 900 ... tělísko

111 ... první odstup 112 ... druhý odstup

1001 ... bistabilní zesilovač

1003 ... první řídicí tryska

1004 ... druhá řídicí tryska

1005 ... první zpětnovazební kanál

1006 ... druhý zpětnovazební kanál

1007 ... první paralelní kanál

1008 ... druhý paralelní kanál

1011 ... první nos

1012 ... druhý nos

1010... akumulační dutina