DE202018006306U1 - Kompakte Zerstäubungsvorrichtung und Zerstäubungsanordnung, die eine solche Vorrichtung umfasst - Google Patents

Kompakte Zerstäubungsvorrichtung und Zerstäubungsanordnung, die eine solche Vorrichtung umfasst Download PDF

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Abstract

Zerstäubungsvorrichtung (I), die geeignet ist, einen Tröpfchennebel (BR) einer Flüssigkeit ausgehend von einer Flüssigkeit (L) zu erzeugen, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:- einen Behälter (60) zum Aufnehmen der Flüssigkeit,- ein piezoelektrisches Element (30), das geeignet ist, akustische Wellen in die Flüssigkeit (L) zu senden,- eine Zerstäubungskammer (20), die umfassto Mittel (82) zum Einlassen von Luft in diese Kammer,o Mittel zum Erzeugen des Tröpfchennebels (J),o Mittel (21) zum Nebeldiffundieren aus der Vorrichtung (1), wobei die größte Höhe (H1) der Vorrichtung kleiner ist als 100 mm, bevorzugt kleiner als 50 mm und noch bevorzugter kleiner als 10 mm.

Description

  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Zerstäubungsvorrichtungen, auch Vernebelungsvorrichtungen genannt, die fähig sind, einen Mikrotröpfchennebel ausgehend von einer Flüssigkeit zu erzeugen. Typischerweise werden die Tröpfchen durch ein piezoelektrisches Element erzeugt. Im Sinne der Erfindung weisen die von der Zerstäubungsvorrichtung erzeugten Tröpfchen eine Größe von kleiner als 50 Mikrometer, insbesondere als 5 Mikrometer auf.
  • Stand der Technik
  • Man kennt zahlreiche Mikrotröpfchenzerstäubungsvorrichtungen einer Flüssigkeit unter der Einwirkung von Ultraschall. Im Allgemeinen werden die Tröpfchen durch ein piezoelektrisches Element erzeugt. Diese Vorrichtungen verwenden entweder eine mikroperforierte Membran oder ein piezoelektrisches Element, das mit einer Konzentrationsdüse ausgestattet ist oder nicht. Die Größe der Tröpfchen, die von diesen Vorrichtungen erzeugt wird, liegt typischerweise zwischen 1 und 10 µm.
  • In der Literatur sind zahlreiche Typen der Zerstäubungsvorrichtungen, die eine mikroperforierte Membran verwenden, bekannt. Solche Geräte sind zum Beispiel in den Patentschriften WO 2013/110248 (Nebu Tec), WO 2012/020262 und WO 05/15822 (Technology Partnership), EP 2 244 314 (Zobele Holding), US 2006/213503 und US 2005/224076 (Pari Pharma), WO 2001/85240 (Pezzopane), FR 2 929 861 (L'Oreal), US 8 870 090 (Aptar), WO 2008/058941 (Telemaq), JP 2001/300375 (Panasonic) beschrieben. Bestimmte von ihnen sind sehr einfach und ziemlich kompakt, im Allgemeinen haben die Vorrichtungen, die eine Membran verwenden, jedoch einen sehr schwachen Durchsatz, das heißt, dass sie eine sehr geringe Nebelmenge erzeugen. Ihre Lebensdauer ist relativ beschränkt (oft weniger als 1000 Stunden). Das kann für bestimmte Verwendungen geeignet sein (zum Beispiel zum Zerstäuben von Parfüms in einem Raum), für andere aber nicht. Ferner erfordern diese Vorrichtungen eine aufmerksame Wartung, denn die Membran läuft Gefahr, verstopft zu werden; in diesem Kontext ist die Wasserqualität (Kalk, gefiltert, PH, Temperatur des Wassers) wichtig. Diese Systeme reagieren auch relativ empfindlich auf den Wasserdruck oberhalb der Membran und auf den Luftdruck in dem Diffusionsraum; es können Leckprobleme auftreten. Dieser Mangel an Robustheit der Vorrichtungen, die eine perforierte Membran verwenden, kann ihr Interesse für bestimmte Anwendungstypen einschränken, insbesondere für industrielle und vor allem für Produkte, die für die breite Öffentlichkeit bestimmt sind (Kühlschrank, elektrischer Keller), die eine große Lebensdauer (in der Größenordnung von 5 bis 10 Jahren) erfordern und für die komplexe und häufige Instandhaltungsvorgehensweisen nicht in Betracht gezogen werden können.
  • Man kennt auch Zerstäubungsvorrichtungen, die einen Behälter verwenden, der mit einer Konzentrationsdüse und einem piezoelektrischen Element versehen ist, wie zum Beispiel in den Patentschriften EP 0 691 162 A1 und EP 0 782 885 A1 (IMRA Europe) beschrieben. Diese Vorrichtungen sind sehr zuverlässig und werden geläufig zum Befeuchten und Erfrischen frischer Produkte auf Verkaufsständen verwendet, wie in den Patentschriften FR 2 899 135 A1 , FR 2 921 551 A1 , WO 2014/023907 A1 , WO 2013/034847 A1 (ARECO), FR 2 690 510 A1 (Techsonic) beschrieben. Ihr Durchsatz ist hoch und ist für zahlreiche technische und industrielle Einsätze geeignet; hingegen ist ihr Stromverbrauch signifikant (in der Größenordnung von 10 bis 70 W pro piezoelektrischem Element). Da sie keine perforierten Membranen umfassen, laufen diese Vorrichtungen nicht Gefahr, bei ihrem Betrieb durch Verstopfungsprobleme gestört zu werden; sie weisen im Durchschnitt eine Lebensdauer von 5000 Stunden auf. Diese Vorrichtungen haben hingegen eine bestimmte Größe, die in der Hauptsache mit der Wasserdicke verbunden ist, die für den guten Betrieb des piezoelektrischen Elements erforderlich ist (im Allgemeinen 20 bis 35 mm), mit dem Durchmesser des piezoelektrischen Elements und auch mit der Höhe der Diffusionskammer, die für das Erzeugen eines fast vertikalen und sehr leistungsfähigen akustischen Strahls erforderlich ist (im Allgemeinen 40 bis 100 mm).
    Es gibt Vorrichtungen, deren Ertrag „Wasserdurchsatz / elektrische Leistung“ optimiert wurde. Diese Systeme sind im Allgemeinen mit Düsen ausgestattet, die wie Konzentratoren der akustischen Wellen wirken, die von dem piezoelektrischen Element erzeugt werden, das mit sehr hoher Frequenz arbeitet (in der Größenordnung von einigen MHz), mit einer Wasserumwälzpumpe, einem Wasserpegelsensor, einem Gebläse und einer spezifischen Stromversorgung. Die Integration aller dieser Elemente in einen kleinen Raum bleibt ein blockierender Aspekt für viele Anwendungen, die ein sehr leistungsfähiges System erfordern (Verhältnis Durchsatz/elektrische Leistung) und eine sehr hohe Zuverlässigkeit (vor allem piezoelektrisches Element, Wasserpegelsensor, Gebläse, Pumpe, Hochfrequenzgeneratoren).
  • Die Versuche des Miniaturisierens diese Vorrichtungen sind mit dem Erfordernis konfrontiert, die aktive Seite des piezoelektrischen Elements ständig durch eine ausreichend dicke Wasserschicht abgedeckt zu halten, um ihre übermäßige Erhitzung zu vermeiden. Außerdem kann die Fokussierung des Ultraschalls durch die Düse nur effizient in einer Flüssigkeit und auf einer bestimmten Weglänge, die von den akustischen Wellen in dem flüssigen Milieu zurückgelegt wird, erfolgen. Aus diesen Gründen ist eine Mindestwasserdicke in der Größenordnung von 20 bis 35 mm für die Vorrichtungen des Stands der Technik erforderlich; diese große Dicke hängt etwas von dem Durchmesser des piezoelektrischen Elements und von der elektrischen Leistung, die es aufnimmt, ab.
  • Auf jeden Fall, sogar in einem Miniatursystem dieses Typs, kommt noch die Gegenwart einer Wasserumwälzpumpe und eines Gebläses zum Stromverbrauch des piezoelektrischen Elements hinzu.
  • Eine Zielsetzung, die die vorliegende Erfindung bestrebt ist zu erreichen, besteht in dem Vorschlagen einer Miniatur-Zerstäubungsvorrichtung, insbesondere mit sehr geringer Höhe, die gleichzeitig einen hohen Durchsatz und einen schwachen Stromverbrauch aufweist.
  • Eine andere Zielsetzung, die die vorliegende Erfindung bestrebt ist zu erreichen, besteht im Vorschlagen einer solchen Zerstäubungsvorrichtung, die sehr zuverlässig ist, insbesondere was das restliche Verstopfungsrisiko betrifft.
  • Eine andere Zielsetzung, die die vorliegende Erfindung bestrebt ist zu erreichen, besteht im Vorschlagen einer solchen Zerstäubungsvorrichtung, die nicht häufig gewartet zu werden braucht.
  • Gegenstände der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird mindestens eine der oben stehenden Zielsetzungen von mindestens einer der Hauptzielsetzungen der Erfindung erreicht.
  • Ein erster Hauptgegenstand der Erfindung ist eine Zerstäubungsvorrichtung (I), die in der Lage ist einen Tröpfchennebel (BR) einer Flüssigkeit ausgehend von einer Flüssigkeit (L) zu erzeugen,
    wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
    • - einen Behälter (60) zum Aufnehmen der Flüssigkeit,
    • - ein piezoelektrisches Element (30), das geeignet ist, akustische Wellen in diese Flüssigkeit (L) zu senden,
    • - eine Zerstäubungskammer (20), die umfasst
      • o Mittel (82) zum Einlassen von Luft in diese Kammer,
      • o Mittel zum Erzeugen des Tröpfchennebels (J),
      • o mindestens einen Kanal (22) zur Nebeldiffusion aus der Vorrichtung (1), der eine stromabwärtige Diffusionsöffnung (21) aufweist,
    wobei die Vorrichtung außerdem mindestens eines der folgenden Merkmale i) bis iv) umfasst:
    • i) der Querschnitt (d21) jeder Diffusionsöffnung (21) liegt zwischen 2 und 50 Millimeter, bevorzugt zwischen 3 und 15 Millimeter, noch stärker bevorzugt zwischen 4 und 10 Millimeter, insbesondere nahe 6 Millimeter,
    • ii) die Höhe (H23) der Diffusionsleitung der Tropfen, die die Einlassmittel (82) und die Diffusionskanäle (22) verbindet, liegt zwischen 2 und 100 Millimeter, bevorzugt zwischen 4 und 20 Millimeter, noch stärker bevorzugt zwischen 8 und 12 Millimeter, insbesondere nahe 12 Millimeter,
    • iii) das Verhältnis (S82/S21) zwischen der Lufteinlassoberfläche in die Kammer und der Summe der Oberflächen der unterschiedlichen Diffusionsöffnungen (21) ist größer als 1, insbesondere größer als 3, bevorzugt größer als 10,
    • iv) die Länge (L20) der Zerstäubungskammer (20) liegt zwischen 10 und 500 Millimeter, bevorzugt zwischen 30 und 160 Millimeter, noch stärker bevorzugt zwischen 30 und 100 Millimeter, insbesondere nahe 90 Millimeter, während die Breite (120) der Zerstäubungskammer (20) zwischen 5 und 500 Millimeter, bevorzugt zwischen 16 und 60 Millimeter, noch stärker bevorzugt zwischen 16 und 30 Millimeter, insbesondere nahe 30 Millimeter liegt.
  • Ein zweiter Hauptgegenstand der Erfindung ist eine Zerstäubungsvorrichtung (I), die in der Lage ist, einen Tröpfchennebel (BR) einer Flüssigkeit ausgehend von einer Flüssigkeit (L) zu erzeugen,
    wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
    • - einen Behälter (60) zum Aufnehmen der Flüssigkeit,
    • - ein piezoelektrisches Element (30), das geeignet ist, akustische Wellen in diese Flüssigkeit (L) zu senden,
    • - eine Zerstäubungskammer (20), die umfasst
      • o Mittel (82) zum Einlassen von Luft in diese Kammer,
      • o Mittel zum Erzeugen des Tröpfchennebels (J),
      • o Mittel (21) zum Nebeldiffundieren aus der Vorrichtung (1),

    wobei die Vorrichtung außerdem umfasst
    • - Messmittel, die geeignet sind, einen Parameter zu messen, der für den von dem piezoelektrischen Element verbrauchten Strom repräsentativ ist,
    • - Warnmittel, die geeignet sind, als Reaktion auf die Messmittel aktiviert zu werden, wenn der Momentanwert des repräsentativen Parameters außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt,
    wobei der Boden (20') der Zerstäubungskammer (20) in einer Höhe liegt, die höher ist als die des Bodens (60') des Behälters (60) zum Aufnehmen der Flüssigkeit.
  • Ein dritter Hauptgegenstand der Erfindung ist eine Zerstäubungsvorrichtung (I), die in der Lage ist, einen Tröpfchennebel (BR) einer Flüssigkeit ausgehend von einer Flüssigkeit (L) zu erzeugen,
    wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
    • - einen Behälter (60) zum Aufnehmen der Flüssigkeit,
    • - ein piezoelektrisches Element (30), das geeignet ist, akustische Wellen in diese Flüssigkeit (L) zu senden,
    • - eine Zerstäubungskammer (20), die umfasst
      • o Mittel (82) zum Einlassen von Luft in diese Kammer,
      • o Mittel zum Erzeugen des Tröpfchennebels (J),
      • o Mittel (21) zum Nebeldiffundieren aus der Vorrichtung (1),
    wobei die größte Höhe (H1) der Vorrichtung kleiner ist als 100 mm, bevorzugt kleiner als 50 mm und noch bevorzugter kleiner als 10 mm.
  • Ein vierter Hauptgegenstand der Erfindung ist eine Zerstäubungsvorrichtung (I), die in der Lage ist, einen Tröpfchennebel (BR) einer Flüssigkeit ausgehend von einer Flüssigkeit (L) zu erzeugen,
    wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
    • - einen Behälter (60) zum Aufnehmen der Flüssigkeit,
    • - ein piezoelektrisches Element (30), das geeignet ist, akustische Wellen in diese Flüssigkeit (L) zu senden,
    • - eine Zerstäubungskammer (20), die umfasst
      • o Mittel (82) zum Einlassen von Luft in diese Kammer,
      • o Mittel zum Erzeugen des Tröpfchennebels (J),
      • o Mittel (21) zum Nebeldiffundieren aus der Vorrichtung (1),
    wobei die Vorrichtung außerdem Mittel (122, 123; 126, 127) zum Kontrollieren des Flüssigkeitspegels in dem Behälter umfasst.
  • Ein fünfter Hauptgegenstand der Erfindung ist eine Zerstäubungsvorrichtung (I), die in der Lage ist, einen Tröpfchennebel (BR) einer Flüssigkeit ausgehend von einer Flüssigkeit (L) zu erzeugen,
    wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
    • - einen Behälter (60) zum Aufnehmen der Flüssigkeit,
    • - ein piezoelektrisches Element (30), das geeignet ist, akustische Wellen in diese Flüssigkeit (L) zu senden,
    • - eine Zerstäubungskammer (20), die umfasst
      • o Mittel (82) zum Einlassen von Luft in diese Kammer,
      • o Mittel zum Erzeugen des Tröpfchennebels (J),
      • o Mittel (21) zum Nebeldiffundieren aus der Vorrichtung (1),
    wobei die Vorrichtung außerdem umfasst
    • - einen Kasten (151), der im Wesentlichen geschlossen ist, wobei der Behälter und die Zerstäubungskammer in diesem Kasten angelegt sind,
    • - wobei das Verhältnis (S60/S151) zwischen der Oberfläche des Behälters (60) und der Oberfläche des Kastens (151) größer ist als 5, insbesondere größer als 10.
  • Ein sechster Hauptgegenstand der Erfindung ist eine Zerstäubungsvorrichtung (I), die in der Lage ist, einen Tröpfchennebel (BR) einer Flüssigkeit ausgehend von einer Flüssigkeit (L) zu erzeugen,
    wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
    • - einen Behälter (60) zum Aufnehmen der Flüssigkeit,
    • - ein piezoelektrisches Element (30), das geeignet ist, akustische Wellen in diese Flüssigkeit (L) zu senden,
    • - eine Zerstäubungskammer (20), die umfasst
      • o Mittel (82) zum Einlassen von Luft in diese Kammer,
      • o Mittel zum Erzeugen des Tröpfchennebels (J),
      • o Mittel (21) zum Nebeldiffundieren aus der Vorrichtung (1),
    wobei die Vorrichtung außerdem umfasst
    • - einen Kasten (151), der im Wesentlichen geschlossen ist, wobei der Behälter und die Zerstäubungskammer in diesem Kasten angelegt sind,
    • - wobei der Kasten außerdem eine Trennwand (10) zwischen diesem Behälter und der Zerstäubungskammer umfasst, wobei sich diese Wand zwischen den Seitenwänden erstreckt und eine Passage (11) aufweist, die das Fließen der Flüssigkeit von dem Behälter zu der Zerstäubungskammer erlaubt.
  • Ein siebter Hauptgegenstand der Erfindung ist eine Zerstäubungsvorrichtung (I), die in der Lage ist, einen Tröpfchennebel (BR) einer Flüssigkeit ausgehend von einer Flüssigkeit (L) zu erzeugen,
    wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
    • - einen Behälter (60) zum Aufnehmen der Flüssigkeit,
    • - ein piezoelektrisches Element (30), das geeignet ist, akustische Wellen in diese Flüssigkeit (L) zu senden,
    • - eine Zerstäubungskammer (20), die umfasst
      • o Mittel (82) zum Einlassen von Luft in diese Kammer,
      • o Mittel zum Erzeugen des Tröpfchennebels (J),
      • o Mittel (21) zum Nebeldiffundieren aus der Vorrichtung (1),
    wobei die Vorrichtung außerdem umfasst
    • - einen Kasten (151), der im Wesentlichen geschlossen ist, wobei der Behälter und die Zerstäubungskammer in diesem Kasten angelegt sind,
    • - einen Bereich (111), der außerhalb des Kastens liegt, wobei dieser Bereich mit mindestens einem Hilfsorgan ausgestattet ist, insbesondere mit einem Gebläse (131) und/oder einer elektronischen Steuerkarte (141), auf dem Bereich befestigt, insbesondere abnehmbar.
  • Gemäß anderen zusätzlichen Merkmalen der erfindungsgemäßen Vorrichtung:
    • a1) umfasst die Vorrichtung mindestens die zwei folgenden Merkmale i) bis ii):
      1. i) der Querschnitt (d21) jeder Diffusionsöffnung (21) liegt zwischen 2 und 50 Millimeter, bevorzugt zwischen 3 und 15 Millimeter, noch stärker bevorzugt zwischen 4 und 10 Millimeter, insbesondere nahe 6 Millimeter,
      2. ii) die Höhe (H23) der Diffusionsleitung der Tropfen, die die Einlassmittel (82) und die Diffusionskanäle (22) verbindet, liegt zwischen 2 und 100 Millimeter, bevorzugt zwischen 4 und 20 Millimeter, noch stärker bevorzugt zwischen 8 und 12 Millimeter, insbesondere nahe 12 Millimeter.
    • a2) umfasst die Vorrichtung die vier folgenden Merkmale i) bis iv):
      • i) der Querschnitt (d21) jeder Diffusionsöffnung (21) liegt zwischen 2 und 50 Millimeter, bevorzugt zwischen 3 und 15 Millimeter, noch stärker bevorzugt zwischen 4 und 10 Millimeter, insbesondere nahe 6 Millimeter,
      • ii) die Höhe (H23) der Diffusionsleitung der Tropfen, die die Einlassmittel (82) und die Diffusionskanäle (22) verbindet, liegt zwischen 2 und 100 Millimeter, bevorzugt zwischen 4 und 20 Millimeter, noch stärker bevorzugt zwischen 8 und 12 Millimeter, insbesondere nahe 12 Millimeter,
      • iii) das Verhältnis (S82/S21) zwischen der Lufteinlassoberfläche in die Kammer und der Summe der Oberflächen der unterschiedlichen Diffusionsöffnungen (21) ist größer als 1, insbesondere größer als 3, bevorzugt größer als 10,
      • iv) die Länge (L20) der Zerstäubungskammer (20) liegt zwischen 10 und 500 Millimeter, bevorzugt zwischen 30 und 160 Millimeter, noch stärker bevorzugt zwischen 30 und 100 Millimeter, insbesondere nahe 90 Millimeter, während die Breite (I20) der Zerstäubungskammer (20) zwischen 5 und 500 Millimeter, bevorzugt zwischen 16 und 60 Millimeter, bevorzugt zwischen 16 und 30 Millimeter, insbesondere nahe 30 Millimeter liegt.
    • a3) umfasst die Vorrichtung außerdem Mittel (50; 430'; 530') zum Fokussieren der akustischen Wellen, die von dem piezoelektrischen Element (30) abgegeben werden, auf einer fokalen Zone (PF), um einen Strahl des Tröpfchennebels (J) zu schaffen.
    • a4) umfasst die Vorrichtung außerdem das folgende Merkmal v):
      • v) die kleinste Entfernung (D22) entlang der horizontalen Achse zwischen der fokalen Zone (PF) und der Mündung stromaufwärts des Diffusionskanals 22, benachbart zu diesem Brennpunkt, liegt zwischen 2 und 300 Millimeter, insbesondere zwischen 5 und 60 Millimeter, bevorzugt zwischen 10 und 30 Millimeter, insbesondere nahe 20 Millimeter.
    • a5) umfassen die Fokussiermittel ein akustisches Reflexionsorgan (50), das eine akustische Reflexionsoberfläche (51) umfasst, die dazu bestimmt ist, in die Flüssigkeit (L) untergetaucht zu sein, wobei diese Oberfläche geeignet ist, die akustischen Wellen zu fokussieren.
    • a6) umfassen die Fokussiermittel eine gekrümmte aktive Oberfläche (430'; 530') des piezoelektrischen Elements (430; 530).
    • b) die größte Höhe (H1) der Vorrichtung ist kleiner als 100 Millimeter, insbesondere 50 Millimeter, bevorzugt 30 Millimeter,
    • b') das Verhältnis (S60/S151) zwischen der Oberfläche des Behälters (60) und der Oberfläche des Kastens (151) größer ist als 5, insbesondere größer als 10.
    • c) der Boden (20') der Zerstäubungskammer (20) liegt in einer Höhe, die höher ist als die des Bodens (60') des Behälters (60) zum Aufnehmen der Flüssigkeit.
    • c') die Vorrichtung umfasst einen Kasten (151), der im Wesentlichen geschlossen ist, wobei der Behälter und die Zerstäubungskammer in diesem Kasten angelegt sind.
    • d) die Vorrichtung umfasst außerdem einen Bereich (111), der außerhalb des Kastens liegt, wobei dieser Bereich mit mindestens einem Hilfsorgan ausgestattet ist, insbesondere mit einem Gebläse (131) und/oder einer elektronischen Steuerkarte (141), auf dem Bereich befestigt, insbesondere abnehmbar.
    • d') In den Bereich ist mindestens ein Schlitz (111') zum Durchgehen von Luft gehöhlt, und es ist ein Schieber (112) vorgesehen, der geeignet ist, den oder die Schlitze ganz oder teilweise zu verschließen.
    • e) die Vorrichtung umfasst einen Ansatz (8, 108), der einen breiteren Teil (151A) und einen schmaleren Teil (151B) abgrenzt, wobei sich der Befestigungsbereich (111) dem Ansatz gegenüber entlang des schmaleren Teils erstreckt.
    • e') der Kasten ist von einem Boden (2), einer oberen Wand (102) und Seitenwänden (103-109) umrandet, wobei der Boden und die obere Wand flach sind.
    • f) die Vorrichtung umfasst einen Sockel (1) und eine Haube (101), die geeignet ist, um insbesondere abnehmbar auf diesem Sockel befestigt zu sein, wobei dieser Sockel und dieser Haube den Kasten abgrenzen.
    • f') das piezoelektrische Element (30) ist insbesondere abnehmbar in einer Öffnung (81), die in einer Seitenwand des Kastens angelegt ist, aufgenommen.
    • g) die Vorrichtung umfasst außerdem eine Trennwand (10) zwischen dem Behälter und der Zerstäubungskammer, wobei diese Wand eine Passage (11) aufweist, die das Fließen der Flüssigkeit aus dem Behälter zu der Zerstäubungskammer erlaubt.
    • g') die maximale Höhe (Lmax) an Flüssigkeit in der Kammer (20) ist kleiner als 20 Millimeter, insbesondere 18 Millimeter, bevorzugt 15 Millimeter.
    • h) die Vorrichtung umfasst außerdem einen Ablenker (43) des Nebelstrahls (BR).
    • h') der Ablenker bildet die Trennmittel zwischen der Luft und dem Tröpfchenstrahl.
    • j) der Ablenker (43) gehört zu einem Einsatz (40), der geeignet ist, insbesondere abnehmbar auf der Wand (10) und/oder den Seitenwänden des Kastens befestigt zu sein.
    • j') der Ablenker (43) definiert eine stromaufwärts genannte Zone (20') der Zerstäubungskammer (20), in der es der Ablenker erlaubt, das Berühren des Strahls (J) mit der Luft, die von außerhalb des Kastens (151) kommt, zu vermeiden.
    • k) die Lufteinlassmittel umfassen mindestens einen Lufteinlass (44), der durch die Wände in Gegenüberlage, die jeweils einerseits zu dem Ablenker und andererseits zu der Trennwand und/oder dem Kasten gehören, definiert wird.
    • k') der Behälter bildet eine Zone (60A) des schwerkraftbedingten Sammelns von Flüssigkeit, die gegenüber der Passage (11) liegt.
    • l) die Zone zum schwerkraftbedingten Sammeln wird von mindestens einer Zone des Fließens von Flüssigkeit durch Schwerkraft, deren Boden aus einer Rampe (62, 63) gebildet ist, umrandet.
    • l') die Luft und der Tröpfchenstrahl fließen beim Betrieb entlang einer ersten Richtung von den Zuführmitteln in Richtung der Diffusionsmittel, während der Tröpfchenstrahl in die Diffusionskanäle gemäß einer zweiten Richtung, die von der ersten Richtung unterschiedlich ist, fließt, wobei die erste Richtung insbesondere horizontal ist, während die zweite Richtung insbesondere vertikal ist.
    • m) die Vorrichtung weist kein Gebläse auf.
    • m') die Vorrichtung umfasst außerdem Mittel (122, 123; 126, 127) zum Kontrollieren des Flüssigkeitspegels in dem Behälter.
    • n) die Mittel (122, 123; 146, 127) zum Kontrollieren des Flüssigkeitspegels in dem Behälter sind visuelle Kontrollmittel und umfassen insbesondere mindestens eine Linie (122, 143), die auf einer durchsichtigen Wand (107) der Vorrichtung, die einem vorbestimmten Mindestpegel und/oder einem vorbestimmten Höchstpegel an Flüssigkeit in dem Behälter entspricht, eingerichtet ist.
    • n') die Mittel (126, 127) zum Kontrollieren des Flüssigkeitspegels sind mechanische Kontrollmittel und umfassen insbesondere eine Klappe (126), die schwimmend auf der Oberfläche der Flüssigkeit montiert ist, wobei diese Klappe zwischen einer ersten Funktionsposition, in der sie das Füllen des Behälters (60) gestattet, und einer zweiten Funktionsposition, in der sie das Füllen des Behälters (60) untersagt, beweglich ist.
    • o) die Vorrichtung umfasst außerdem:
      • - Messmittel, die geeignet sind, einen Parameter zu messen, der für den von dem piezoelektrischen Element verbrauchten Strom repräsentativ ist,
      • - Warnmittel, die geeignet sind, als Reaktion auf die Messmittel aktiviert zu werden, wenn der Momentanwert des repräsentativen Parameters außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt,
    • o') die Vorrichtung umfasst außerdem erste Steuermittel, die dazu geeignet sind, die Flüssigkeitszuführmittel in dem Behälter als Reaktion auf die Warnmittel zu aktivieren.
    • p) die Vorrichtung umfasst außerdem zweite Steuermittel, die dazu geeignet sind, Stoppmittel des piezoelektrischen Elements als Reaktion auf die Warnmittel zu aktivieren.
    • p') die Vorrichtung umfasst außerdem mindestens ein Warnorgan, das geeignet ist, um mindestens ein Signal, das von einem Benutzer wahrnehmbar ist, als Reaktion auf die Warnmittel auszugeben.
    • q) die Flüssigkeitsversorgungsmittel umfassen ein Magnetventil.
  • Die zusätzlichen Merkmale a1), a2), ..., q), die oben aufgelistet sind, können mit dem einen oder anderen der oben stehenden Hauptgegenstände einzeln oder in beliebigen technisch vereinbaren Kombinationen umgesetzt werden.
  • Die Erfindung hat auch eine Zerstäubungsanordnung zum Gegenstand, die einen Innenraum umfasst, der von Wänden umrandet ist, in dem mindestens ein Ausschnitt in mindestens einer Wand eingerichtet ist, wobei diese Anordnung mindestens eine Vorrichtung wie oben umfasst, wobei diese Vorrichtung auf einem Rand ruht, der den Ausschnitt umrandet, wobei die Nebeldiffusionsmittel (21) dieser Vorrichtung in dem Ausschnitt platziert sind.
  • Gemäß anderen zusätzlichen Merkmalen der Erfindung:
    • - weist die Zerstäubungsanordnung eine Höhe (H2) kleiner als 100 mm, bevorzugt kleiner als 50 mm und noch bevorzugter kleiner als 10 mm auf,
    • - umfasst die Zerstäubungsanordnung eine Aufnahme (201) und einen Deckel (301) auf, der geeignet ist, insbesondere abnehmbar auf dieser Aufnahme befestigt zu sein, wobei diese Aufnahme (201) und dieser Deckel (301) den Innenraum zur Aufnahme der Zerstäubungsvorrichtung abgrenzen.
  • Die Erfindung hat auch ein Struktur- oder Verkleidungsteil zum Gegenstand, insbesondere eine Doppelwand eines Reifekellers, zum Beispiel für Käse, Fleisch, Leder, oder eine Kühlvitrine zur Steuerung der Feuchtigkeit, eine obere Verkleidung eines Einschlusses zum Kühlen und/oder Befeuchten frischer Produkte, des Typs Behälter, Wanne, Lagerschrank frischer Produkte oder auch Kühlkammer, eine Verkleidung der Decke des Innenraums eines Fahrzeugs, insbesondere eines Pkws, eines Busses oder eines Flugzeugs, um die Insassen zu erfrischen, eine Einschubdecke, die bei der mechanischen Konstruktion verwendet wird, oder auch eine Decke oder ein Regal eines Transportbehälters, wobei dieses Struktur- oder Verkleidungsteil mindestens eine Zerstäubungsanordnung wie oben umfasst.
  • Figurenliste
  • Die 1 bis 33 veranschaulichen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung.
    • 1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die die unterschiedlichen Bestandteile der erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung veranschaulicht.
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht, analog zu 1, die die erfindungsgemäße Zerstäubungsvorrichtung in ihrer zusammengefügten Konfiguration veranschaulicht.
    • 3 ist eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung.
    • 4 ist eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung entlang der Linie IV-IV der 2.
    • 5 ist eine perspektivische Ansicht in größerem Maßstab, die insbesondere die Zerstäubungskammer, die zu der erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung gehört, veranschaulicht.
    • 6 ist eine perspektivische Ansicht, analog zu 5, die die Zerstäubungskammer dieser 5 veranschaulicht, sowie einen Einsatz, der einen Ablenker bildet, der auf den Wänden dieser Kammer angebaut ist.
    • 7 ist eine perspektivische Ansicht mit Abriss entlang eines Längsschnitts, die die Umsetzung der erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung veranschaulicht.
    • Die 8 und 9 sind Schnittansichten in größerem Maßstab, die insbesondere die Umsetzung der Zerstäubungskammer der erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung veranschaulichen.
    • 10 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die die Integration der erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung innerhalb einer Zerstäubungsanordnung veranschaulicht.
    • 11 ist eine perspektivische Ansicht, die insbesondere eine Klappe, die zu der Zerstäubungsanordnung der 10 gehört, veranschaulicht.
    • 12 ist eine perspektivische Ansicht, analog zu 10, die diese erfindungsgemäße Zerstäubungsanordnung in ihrer zusammengefügten Konfiguration veranschaulicht.
    • 13 ist eine perspektivische Ansicht in größerem Maßstab, die insbesondere das Detail XIII der 12 veranschaulicht.
    • 14 ist eine perspektivische Ansicht mit Abriss, analog zu 7, die eine Variante der Erfindung veranschaulicht, bei der die Zerstäubungsvorrichtung keinen Ablenker aufweist.
    • Die 15 und 16 sind analoge Schnittansichten analog zu den 8 und 9, die die Umsetzung der Zerstäubungskammer der Zerstäubungsvorrichtung gemäß 14 veranschaulichen.
    • Die 17 bis 19 sind schematische Ansichten, die drei Schritte der Umsetzung einer Zerstäubungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung, die keinen Flüssigkeitssensor aufweist, veranschaulichen.
    • 20 ist eine Grafik, die für jeden der drei Flüssigkeitspegel dieser 17 bis 19 die Variationen des Stroms, der von dem piezoelektrischen Element verbraucht wird, das zu der Vorrichtung gemäß den 17 bis 19 gehört, in Abhängigkeit von der Spannung, die an die Klemmen dieses Elements angelegt wird, veranschaulicht.
    • 21 ist eine schematische Ansicht, die bestimmte Steuerorgane des piezoelektrischen Elements, das zu der Vorrichtung gemäß den 17 bis 20 gehört, veranschaulicht.
    • 22 ist eine schematische Ansicht, die ausführlicher bestimmte andere Steuerorgane des piezoelektrischen Elements, das zu der Vorrichtung gemäß den 17 bis 21 gehört, veranschaulicht.
    • 23 ist ein elektronisches Schaltbild der Vorrichtung gemäß den 17 bis 22.
    • 24 ist eine Grafik, die die Variation des Stroms, der von dem piezoelektrischen Element der Vorrichtung gemäß den 17 bis 23 verbraucht wird, in Abhängigkeit von dem Pegel des Behälters veranschaulicht.
    • 25 ist eine perspektivische Ansicht mit Abriss gemäß einem Längsschnitt, analog zu 7, die den Boden des Behälters und den Boden der Zerstäubungskammer der Vorrichtung der 17 bis 24 veranschaulicht.
    • 26 ist eine Längsschnittansicht, analog zu 4, die unter einem anderen Winkel den Boden des Behälters und den Boden der Zerstäubungskammer der Vorrichtung der 25 veranschaulicht.
    • 27 ist eine perspektivische Ansicht in großem Maßstab, die visuelle Kontrollmittel des Flüssigkeitspegels, die zu einer Zerstäubungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung gehören, veranschaulicht.
    • Die 28 und 29 sind Längsschnittansichten, die zwei Funktionspositionen einer Verschlussklappe, die zu einer Zerstäubungsvorrichtung gemäß noch einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung gehört, veranschaulichen.
    • Die 30 und 31 sind Schnittansichten analog zu 15, die zwei Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung veranschaulichen, welche auf einen akustischen Konzentrator verzichten, aber deren piezoelektrisches Element fokussiert ist.
    • Die 32 und 33 sind Schnittansichten analog zu 15, die zwei Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung veranschaulichen, welche auf einen akustischen Konzentrator verzichten, und deren piezoelektrisches Element nicht fokussiert ist.
  • Bezugszeichenliste
  • I Erfindungsgemäße Vorrichtung XX Achse
    YY Achse ZZ Achse
    1 Sockel 2 Boden von 1
    1A Mittlerer Bereich von 1 1B, 1C Endbereiche von 1
    3 Hauptseitenwand 4A, 4B Vorderwände
    5, 6, 7 Sekundärseitenwände 8, 9 Ansätze
    10 Trennwand 81 Öffnung in 8
    82 Kerbe in 8 11 Passage in 10
    12 Band 13 Rippen
    20 Zerstäubungskammer 21 Öffnungen von 20
    22 Abflusskanäle 20A Zone stromaufwärts von 20
    23 Diffusionsleitung H23 Höhe von 23
    L20, I20 Länge und Breite von 20 20' Boden von 20
    30 Piezoelektrisches Element 30' Aktive Oberfläche von 30
    30A Untergetauchte Zone von 30 30B Nicht untergetauchte Zone von 30
    H30 Höhe von 30
    40 Einsatz 41 Haube von 40
    42 Laschen von 41 43 Ablenker
    44 Lufteinlass 50 Akustischer Konzentrator
    PF Brennpunkt 51 Reflexionsoberfläche von 50
    60 Behälter 60' Boden von 60
    H60 Höhe von 60 61' Sockel von 60
    61 Flachteil von 60 60A Sammelzone von 60
    62,63 Rampen 64 Pratzen von 63
    L Zu zerstäubende Flüssigkeit H11 Höhe von 11
    Lmax Maximale Flüssigkeitshöhe hF Tiefe des Brennpunkts
    DF Abstand zwischen PF und 30' DE Abstand zwischen 30' und 51
    BR Nebel J Tröpfchenstrahl
    AIR Luft D22 Abstand zwischen 22 und PF
    101 Haube 101A Mittlerer Bereich von 101
    101B, 101C Endbereiche von 101 102 Obere Wand von 101
    103 Hauptseitenwand 104A, 104B Vorderwände
    105, 106, 107 Sekundärseitenwände 108, 109 Ansätze
    111 Bereich 111' Schlitze von 111
    112 Schieber 113 Finger
    114 Dorne 121 Luke
    122,123 Untere und obere Linie auf 107 124 Führungsklotz
    126 Klappe 127 Dichtung
    128 Rand 131 Gebläse
    141 Elektronische Karte 151 Kasten
    151A Mittlerer Bereich von 101 151B, 151C Endbereiche von 101
    II Erfindungsgemäße Anordnung 201 Aufnahme von II
    202 Boden 203 Seitenwände von 201
    204 Ausschnitt von 201 205 Rand
    301 Deckel von II 302 Klappe
    L1, I1, H1 Maße von I L2, I2, H2 Maße von II
    Hopt Optimale Höhe Hint Zwischen höhe
    A Winkel von 21 Iopt Optimale Stromstärke
    Iint Zwischenstromstärke Icrit Kritische Stromstärke
    C Reguliersystem E Magnetventil
    100 Karte 120 Treiber
    130 Transistor 140 Anpassungsschaltung
    180 Versorgungsmodul 190 Elektronische Karte
    200 Mikrocontroller 210 Eingängemodul
    220 Ausgangsmodul 230 Unterbaugruppen
    240 Modul von 190 250 Steuerelements
    260 Informationen über den Strom 270 Informationen über die Temperatur
    420 Zerstäubungskammer 432 Schräge Wand
    α432 Winkel von 432 430 Piezoelektrisches Element
    430' Aktive Seite von 430 482 Kerbe
    520 Zerstäubungskammer 501A Boden von 520
    530 Piezoelektrisches Element 530' Aktive Seite von 530
    620 Zerstäubungskammer 632 Schräge Wand
    630 Piezoelektrisches Element 682 Kerbe
    720 Zerstäubungskammer 701A Boden von 720
    730 Piezoelektrisches Element 730' Aktive Seite von 530
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die erfindungsgemäße Zerstäubungsvorrichtung, die insgesamt mit dem Bezugszeichen I bezeichnet wird, weist eine im Allgemeinen parallelepipedische Form auf. Auf den unterschiedlichen Figuren wird davon ausgegangen, dass sie sich in horizontaler Position befindet. Wie unten ausführlicher beschrieben, sind ihre zwei Maße entlang den Achsen XX und YY der horizontalen Ebene viel größer als ihr Maß entlang der vertikalen Achse ZZ. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorteilhafterweise aus einem formbaren Werkstoff hergestellt, insbesondere aus einem Kunststoff, wie zum Beispiel aus Polyäthylen, ABS oder PVC.
  • Die Zerstäubungsvorrichtung I umfasst im Wesentlichen einen Sockel, der insgesamt das Bezugszeichen 1 trägt, sowie eine Haube, die insgesamt das Bezugszeichen 101 trägt. Der Sockel, der aus einem Boden 2 besteht, von dem ausgehend sich umfängliche Einschlusswände erstrecken, weist eine ungefähr rechteckige Form auf. Er ist in drei Bereiche geteilt, nämlich einen mittleren Bereich 1A in Bezug zu Längsrichtung, sowie zwei Endbereiche 1B und 1C, die jeweils etwas breiter und etwas weniger breit sind als der zuvor genannte mittlere Bereich. Die umfänglichen Einschlusswände umfassen folglich zunächst eine sogenannte Hauptseitenwand 3, die sich auf der ganzen Länge des Sockels erstreckt, zwei einander entgegengesetzte Vorderwände 4A und 4B sowie drei sogenannte Sekundärseitenwände 5, 6 und 7, die zu je zwei durch Ansätze 8 und 9 getrennt sind.
  • Die Haube 101 weist eine ungefähr rechteckige Form ähnlich der des Sockels 1 auf. Sie ist ebenfalls in drei Bereiche geteilt, nämlich einen Mittenbereich 101A sowie zwei Endbereiche 101B und 101C. Unterschiedliche umfängliche Einschlusswände erstrecken sich nach unten ausgehend von der oberen Wand 102 dieser Haube. Analog zu dem, was unter Bezugnahme auf den Sockel 1 beschrieben ist, umfassen die umfänglichen Einschlusswände zunächst eine sogenannte Hauptseitenwand 103, zwei einander entgegengesetzte Vorderwände 104A und 104B, sowie drei sogenannte Sekundärseitenwände 105, 106 und 107, die zu je zwei von Ansätzen 108 und 109 getrennt sind.
  • Die gegenseitige Befestigung der Haube auf dem Sockel wird durch jedes geeignete Mittel ausgeführt. Bevorzugt ist diese Befestigung des abnehmbaren Typs, typischerweise durch elastisches Einrasten dank den Eigenschaften des Kunststoffs, der diese mechanischen Elemente bildet. Man kann auch eine Verbindung durch Schrauben, Falzen oder Kleben vorsehen. Sobald sie aneinander befestigt sind, definieren der Sockel und die Haube einen Kasten 151, der in einen Mittenbereich 151A sowie in zwei Endbereiche 151B und 151C geteilt ist. Der Kasten 151 besitzt eine Bodenwand, die aus dem Boden 2 des Sockels gebildet ist, eine obere Wand, die durch die Wand 102 der Haube gebildet ist, sowie Seitenwände, die von den Einschlusswänden 103 bis 109 der Haube 101 gebildet werden. Der im Wesentlichen geschlossene Innenraum dieses Kastens grenzt, wie man unten sehen wird, einen Behälter 60 zum Aufnehmen von Flüssigkeit und eine Zerstäubungskammer 20, die durch eine Zwischenwand 10 geteilt sind, ab.
  • Die Materialtrennwand 10 erstreckt sich von dem Ansatz 8 im Wesentlichen im Bereich seiner Verbindung mit der Seitenwand 5 in Richtung der benachbarten Seitenwand 6. Diese Wand grenzt mit diesem Ansatz und dieser Seitenwand die oben genannte Zerstäubungskammer 20 ab. In den Ansatz 8 wird zunächst in seinen unteren Teil eine Öffnung 81 (siehe insbesondere 8) gehöhlt. Diese Öffnung, die eine Aufnahme oder Nut bildet, erlaubt das Aufnehmen eines piezoelektrischen Elements 30, das als solches bekannt ist. Die Befestigung dieses Elements auf den Wänden dieser Öffnung wird durch jedes geeignete Mittel sichergestellt. Man bevorzugt eine abnehmbare Befestigung durch elastisches Einrasten. Man kann auch eine Verbindung durch Schrauben, Falzen oder Kleben vorsehen. Es wird eine so einfach wie mögliche Ausführungsform bevorzugt, um die Wartung der Vorrichtung zu erleichtern.
  • Dieser Ansatz 8 weist außerdem an seinem oberen Ende eine Kerbe 82 (siehe insbesondere 9) auf, die das Zuführen von Luft zu der Kammer 20, wie man unten sehen wird, erlaubt. In der Nähe des Ansatzes 8 ist in die Wand 10 eine Passage gehöhlt, über der ein Band 12 liegt, das das Zuführen von Flüssigkeit, wie man unten sehen wird, erlaubt. Diese Wand ist außerdem mit Rippen 13 versehen, die die Befestigung eines Einsatzes 40, der weiter unten beschrieben ist erlaubt, die mit komplementären Rippen 6'b zusammenwirken, die gegenüber auf der Seitenwand 6 vorgesehen sind.
  • Der Öffnung 81 zum Befestigen des piezoelektrischen Elements 30 entgegengesetzt sind in den Boden der Kammer 20 mehrere Öffnungen 21 gebohrt, deren Funktion sich bei der Lektüre der Fortsetzung der Beschreibung ergibt. Bei dem veranschaulichten Beispiel wurden vier Öffnungen vorgesehen, die hintereinander entlang der Längsrichtung der Vorrichtung platziert sind. Als Variante kann man eine unterschiedliche Anzahl vorsehen und/oder eine unterschiedliche räumliche Verteilung dieser Öffnungen. Man kann insbesondere eine andere Anordnungsform vorsehen, insbesondere in Form einer Lochmatrix, zum Beispiel zu je zwei oder zu je drei. Ein jeweiliger vertikaler Schaft, dessen Höhe kleiner ist als die der Wand 10, erstreckt sich ausgehend von jeder Öffnung 21 derart, dass Kanäle 22 zum Fließen des Nebels definiert werden.
  • Zwischen der Öffnung 81 und den Kanälen 22 ist die Zerstäubungskammer mit einem akustischen Reflexionsorgan 50, auch Konzentrator genannt, ausgestattet. Dieses Organ ist auf dem Boden der Kammer durch jedes geeignete Mittel befestigt, bevorzugt abnehmbar, durch elastisches Einrasten, aber auch durch Schrauben, Falzen oder Kleben. Die Wand dieses Organs gegenüber dem piezoelektrischen Element definiert eine akustische Reflexionsoberfläche 51. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist diese akustische Reflexionsoberfläche 51 eine Form auf, die es erlaubt, die akustischen Wellen zu fokussieren. Sie weist typischerweise eine Hauben- oder Domform auf und, bevorzugt, eine Parabelform, deren Konkavität dem piezoelektrischen Element entgegengesetzt gekehrt ist.
  • Der oben erwähnte Einsatz 40 umfasst zunächst eine horizontale Haube 41 mit schmaler Form, die dazu bestimmt ist, einen Abschnitt der Zerstäubungskammer auf der entgegengesetzten Seite des Ansatzes 8 abzudecken. Diese Haube 41 ist mit Befestigungslaschen 42 versehen, die dazu bestimmt sind, mit den Rippen 12 und 61, die oben beschrieben sind, zusammenzuwirken. Bei der vorliegenden Ausführungsform, wie sie unter Bezugnahme auf die 1 bis 13 beschrieben ist, ist die Haube 41 durch einen Ablenker 43 verlängert. Bei dem veranschaulichten Beispiel weist dieser Ablenker eine gerundete im Wesentlichen parabelförmige Form auf, deren freies Ende nach unten in Richtung des piezoelektrischen Elements 30 vorragt. Als Variante kann dieser Ablenker unterschiedliche Formen aufweisen, wie zum Beispiel gerade, gewölbt oder parabelförmig. Bevorzugt muss diese Form der Bahn des Zerstäubungsstrahls so gut wie möglich folgen. Die Breite des Ablenkers ist kleiner als die der Haube, sodass die Seitenwände dieses Ablenkers mit den Rippen gegenüberliegend Lufteinlässe 44 in Richtung der Zerstäubungskammer abgrenzen. Wie man unten unter Bezugnahme auf die 14 bis 16 sehen wird, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch keinen solchen Ablenker aufweisen.
  • Der Boden des Behälters 60 zum Aufnehmen von Flüssigkeit umfasst zunächst ein mittleres Flachteil 61, das gegenüber der Passage 11, die eine Zone 60A zum schwerkraftbedingten Sammeln von Flüssigkeit definiert, vorgesehen ist. Zu beiden Seiten dieses Flachteils 61, das eine Rippe bildet, bildet der Boden dieses Behälters 60 zwei Rampen 62 und 63, die das schwerkraftbedingte Fließen der Flüssigkeit in Richtung der oben erwähnten Sammelzone erlauben. Die Rampe 63 ist mit Pratzen 64 ausgestattet, die das Befestigen der Haube 101 durch Einrasten, Schrauben, Falzen oder Kleben erlauben.
  • Die obere Wand 102 der Haube 101 ist mit einer Luke 121 ausgestattet, die gegenüber der Rampe 2C vorgesehen ist. Diese Luke, die den Zugang zu dem Innenraum der Zerstäubungsvorrichtung I sicherstellt, erlaubt es einem Benutzer, den Innenraum mittels der Flüssigkeit, die dazu bestimmt ist, zerstäubt zu werden, zu füllen. Die Haube 101 umfasst außerdem einen Bereich 111, der sich ausgehend von der Wand 105 und dem Ansatz 108 erstreckt. Dieser Bereich mit rechteckiger Form wird zunächst mit Schlitzen 111' zum Lufteinlassen durchbohrt.
  • Außerdem ist ein Schieber 112, der von einem Benutzer verlagert werden kann, gleitend entlang der unteren Wand dieses Bereichs montiert. Dieser Schieber kann selektiv einen Teil oder alle der Schlitze 111' derart verschließen, dass ihr Luftdurchgangswirkquerschnitt modifiziert wird. Der Bereich 111 ist außerdem mit Fingern 113 versehen, die eine Aufnahme bilden, die die abnehmbare Befestigung eines Gebläses 131 irgendeines geeigneten Typs erlaubt. Wie man in weiterer Folge sehen wird, ist ein solches Gebläse jedoch optional. Der Bereich 111 ist schließlich mit Dornen 114 ausgestattet, die das abnehmbare Befestigen einer elektronischen Steuerkarte 141, ebenfalls irgendeines geeigneten Typs, erlauben. Vorteilhafterweise ist die Karte 141 zwischen dem Gebläse und der Kammer 20 derart eingefügt, dass sie beim Betrieb von diesem Gebläse gekühlt werden kann. Bevorzugt wird die Karte möglichst nahe dem piezoelektrischen Element 30 platziert, um die Länge der Verbindungsleiter zwischen dieser Karte und diesem piezoelektrischen Element 30 zu verringern.
  • Bei dem veranschaulichten Beispiel ist die Zerstäubungsvorrichtung I in eine erfindungsgemäße Zerstäubungsanordnung II integriert, die eine allgemein parallelepipedische Form besitzt. Diese Anordnung II weist entlang der Achsen XX und ZZ leicht größere Maße auf als die der Vorrichtung I, sowie ein im Wesentlichen größeres Maß als das der Vorrichtung I entlang der Achse YY. Diese Zerstäubungsanordnung II wird vorteilhafterweise aus einem formbaren Werkstoff hergestellt, insbesondere aus einem Plastik analog zu dem der Vorrichtung I. Als nicht veranschaulichte Variante kann die Vorrichtung auch zwischen Plastik- oder Blechplatten innerhalb eines eingeschlossenen Raums integriert sein.
  • Die Zerstäubungsanordnung II umfasst im Wesentlichen eine Aufnahme 201 und einen Deckel 301, die einen Innenraum zum Aufnehmen der Zerstäubungsvorrichtung I, wie oben beschrieben, bilden. Die Aufnahme 201 besteht aus einem Boden 202, von dem ausgehend sich umfängliche Einschlusswände 203 erstrecken. In diesen Boden 202 ist ein Ausschnitt 204 gehöhlt, dessen Maße entlang der Achsen XX und YY leicht kleiner sind als die der Vorrichtung I. Wie es insbesondere 13 zeigt, kann die Vorrichtung I folglich durch ihre Unterseite auf dem umfänglichen Rand 205, der diesen Ausschnitt umrandet, aufliegen.
  • Man kann Positionierungs- und/oder Befestigungsmittel, vorteilhafterweise des abnehmbaren Typs, zwischen dieser Unterseite und diesem Rand vorsehen. Wie es insbesondere die 12 und 13 zeigen, münden Öffnungen 21 aus dem Ausschnitt 204 derart heraus, dass sie das Zerstäuben von Flüssigkeit durch diesen Ausschnitt gestatten. Außerdem ist der Schieber 112 für den Benutzer durch eben diesen Ausschnitt (siehe 13) derart zugänglich, dass ein praktisches Einstellen des Luftdurchsatzes durch Einlassschlitze erlaubt wird. Zu bemerken ist, dass es sich um ein nicht einschränkendes Integrationsbeispiel handelt.
  • Der Deckel 301 ist mit einer Klappe 302 ausgestattet, die insbesondere auf 11 sichtbar ist. Diese Klappe ist gegenüber der Luke derart eingerichtet, dass ein praktischer Zugang zu dieser für einen Benutzer erlaubt wird. Die gegenseitige Befestigung des Deckels 301 auf der Aufnahme 201 wird durch jedes geeignete Mittel ausgeführt. Bevorzugt ist diese Befestigung des abnehmbaren Typs, typischerweise durch elastisches Einrasten dank den Eigenschaften des Kunststoffs, der diese mechanischen Elemente bildet. Als Variante kann man auch eine Verbindung durch Schrauben, Falzen oder Kleben vorsehen.
  • Das Maß entlang der Achse XX oder die Länge L1 der Vorrichtung I liegt zum Beispiel zwischen 100 und 600 Millimeter (mm), insbesondere nahe 400 mm. Ihr Maß entlang der Achse YY oder Breite I1 liegt zum Beispiel zwischen 40 und 600 Millimeter (mm), insbesondere nahe 100 mm. Vorteilhafterweise ist das Maß entlang der Achse ZZ oder Gesamthöhe H1 der Vorrichtung kleiner als 100 mm, bevorzugt kleiner als 50 mm und noch bevorzugter kleiner als 30 mm. Die Maße L1, I1 und H1 sind auf 10 sichtbar.
  • Das Maß entlang der Achse XX oder Länge L2 der Anordnung II liegt zum Beispiel zwischen 100 mm und 600 mm. Das Maß entlang der Achse YY oder Breite I2 liegt zum Beispiel zwischen 100 und 600 mm. Vorteilhafterweise ist das Maß entlang der Achse ZZ oder Gesamthöhe H2 dieser Anordnung kleiner als 100 mm, bevorzugt kleiner als 50 mm und noch bevorzugter kleiner als 10 mm. Diese Maße L2, I2 und H2 sind auf 12 sichtbar.
  • Gemäß einem ganz besonders vorteilhaften Merkmal der Erfindung belegt der Behälter 60 einen Großteil der Gesamtoberfläche des Kastens. Dieser Behälter ist daher dazu geeignet, ein beträchtliches Flüssigkeitsvolumen aufzunehmen und gleichzeitig eine begrenzte Höhe aufzuweisen, was es erlaubt, die Gesamtstärke der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verringern. Zur Information ist das Verhältnis (S60 / S151) zwischen der Oberfläche S60 des Behälters 60 und der Oberfläche S151 des Kastens 151 größer ist als 5, insbesondere größer als 10.
  • Die Umsetzung der erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung und der erfindungsgemäßen Zerstäubungsanordnung, wie sie oben beschrieben sind, wird nun unten erläutert.
  • Zuerst füllt man den Innenraum der Vorrichtung I mit der zu zerstäubenden Flüssigkeit L nacheinander durch die Klappe 302 und die Luke 121. Diese Flüssigkeit fließt dann in die Zerstäubungskammer durch die Passage 11. Vorteilhafterweise liegen der Boden der Sammelzone 60A und der Boden der Zerstäubungskammer 20 auf derselben Höhe. Diese Konfiguration ist vorteilhaft, weil sie das Fließen der gesamten Flüssigkeit in die Kammer sicherstellt. Vorteilhafterweise ist die maximale Höhe an Flüssigkeit in der Kammer 20, Lmax genannt, kleiner als 20 mm, vorzugsweise kleiner als 18 mm und noch bevorzugter kleiner als 15 mm
  • Das piezoelektrische Element 30 ist derart angeordnet, dass seine aktive Oberfläche 30' mindestens teilweise mit einer Flüssigkeitsdicke abgedeckt ist, die ausreicht, um ihr Kühlen sicherzustellen. Die oben erwähnte aktive Oberfläche 30' ist die gegenüber dem akustischen Reflexionsorgan 50, wie auf 8 gezeigt. Bevorzugt ist diese aktive Oberfläche im Wesentlichen vertikal, nämlich senkrecht zu der Oberfläche SL der Flüssigkeit L. Als nicht veranschaulichte Variante kann man vorsehen, diese Oberfläche mit einem leichten Winkel auszurichten.
  • Die akustischen Wellen, die von der aktiven Oberfläche 30' des piezoelektrischen Elements gesendet werden, werden zu der Schnittstelle zwischen der Flüssigkeit und der Luft anhand der akustischen Reflexionsoberfläche 51 gelenkt. Die Entfernung zwischen diesen Oberflächen 30' und 51 ist ausreichend gering, um eine zu große Divergenz des Strahls akustischer Wellen zu vermeiden. Typischerweise weist ein piezoelektrisches Element, das bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden kann, ein Nahfeld (das heißt eine Zone ausgehend von der sendenden Oberfläche, in der der Wellenstrahl in etwa parallel ist) von etwa 10 mm bis 30 mm auf. Man kann zum Beispiel ein piezoelektrisches Element mit einem Durchmesser von 10 mm verwenden, was es erlaubt, die Höhe Lmax auf weniger als 12 mm zu verringern.
  • Die akustische Reflexionsoberfläche 51 erlaubt das Fokussieren der akustischen Wellen auf eine fokale Zone, vorzugsweise einen Brennpunkt PF, der unterhalb der Oberfläche Lmax der Flüssigkeit in einer Tiefe hF in der Größenordnung von einigen Millimetern (siehe 8) liegt. Vorteilhafterweise liegt der Wert dieser Tiefe hF zwischen 0 und 5 mm. Man sollte vermeiden, dass sie sich oberhalb der Oberfläche der Flüssigkeit befindet, denn das zieht eine signifikante Verringerung des Nebelertrags nach sich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann jedoch in dieser nicht optimalen Konfiguration funktionieren. Es wird vorgezogen, dass sich der Brennpunkt in einer Tiefe von mindestens 0,5 mm befindet, oder noch bevorzugter mindestens 1 mm, was einen guten Ertrag ergibt und gleichzeitig eine gute Stabilität der Betriebsbedingungen sicherstellt. Eine Tiefe zwischen 1 mm und 3 mm ist insgesamt optimal.
  • Wie 8 zeigt, liegt die Brennweite DF zwischen dem Brennpunkt PF und der sendenden Oberfläche 30' des piezoelektrischen Elements 30 vorteilhafterweise zwischen 8 und 28 mm. Der Abstand DE zwischen dieser sendenden Oberfläche 30' und der akustischen Reflexionsoberfläche 51, im Bereich der Oberfläche der Flüssigkeit gemessen, liegt vorteilhafterweise zwischen 10 mm und 30 mm (wobei DE größer ist als DF). Er liegt typischerweise in dem Nahfeld des piezoelektrischen Elements. Die Frequenz liegt vorteilhafterweise zwischen 1 MHz und 5 MHz, zum Beispiel 3 MHz. Die Reflexionsoberfläche 51 muss einen starken Impedanzkontrast haben, was es erlaubt, einen sehr effizienten akustischen Spiegel herzustellen (das heißt einen Spiegel, der so gut wie die gesamte akustische Energie reflektiert); sie wird bevorzugt aus Metall hergestellt.
  • Ausgehend von der Oberfläche der Flüssigkeit bildet sich ein Tröpfchenstrahl J, der hier „Zerstäubungshauptstrahl“ genannt wird. Wie insbesondere in 8 gezeigt, weist dieser Strahl eine im Wesentlichen parabolische Form, insgesamt parallel zu der des Ablenkers 43 auf. Dieser Letztere stellt daher eine doppelte Führungs- und Schutzfunktion des Strahls J sicher. Außerdem erlaubt es die untere Oberfläche dieses Ablenkers 43, mindestens einen Teil der großen Tröpfchen, die ursprünglich in dem Strahl J vorhanden sind, zu eliminieren.
  • Gemäß einer ersten Umsetzungsvariante, im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Schaffen des Strahls J, aktiviert man das Gebläse 131 derart, dass man einen Luftstrom erzeugt, der auf den 4, 7, 8 und 9 durch das Bezugselement AIR verkörpert ist. Dieser Luftstrom fließt nacheinander durch die Kerbe 82, dann Einlässe 44, bevor er mit dem Strahl J in Berührung tritt. Dieses Inberührungbringen führt zu dem Schaffen eines Nebels, auf den 7 und 8 BR genannt, der in der Zerstäubungskammer fließt und dann aus der Vorrichtung heraus über die Ausgangsöffnungen 21 verteilt wird.
  • Gemäß einer zweiten vorteilhaften Umsetzungsvariante ist der Gebrauch eines Gebläses jedoch optional. Der Luftstrom, der in der Kammer 20 fließt, kann nämlich auch durch einfache Ansaugung erzeugt werden, da die Luft, die sich unterhalb des Ablenkers 43 befindet, zu den Diffusionsöffnungen unter der Einwirkung des eigentlichen Zerstäubungsstrahls mitgenommen wird. In diesem Fall spricht man von einem „natürlichen“ Luftfluss, dessen Geschwindigkeit im Allgemeinen geringer ist als die eines Luftflusses, der mittels eines Gebläses erzeugt wird.
  • Bei der Umsetzung dieser zweiten Variante verwandelt sich die von dem Element 30 erzeugte Ultraschallenergie teilweise in mechanische Antriebsenergie der Nebeltropfen. Um sicherzustellen, dass im Wesentlichen alle diese Tropfen aus der Vorrichtung heraus diffundiert werden, ist es vorteilhaft, bestimmten charakteristischen Maßen der Vorrichtung vordefinierte Wertebereiche zuzuordnen, nämlich:
    • i) d21 bezeichnet den Querschnitt jeder Öffnung 21, typischerweise ihren Durchmesser in den bevorzugten Fall, in dem diese Öffnung kreisförmig ist. Dieser Querschnitt d21 liegt zwischen 2 und 50 Millimeter, bevorzugt zwischen 3 und 15 mm, noch stärker bevorzugt zwischen 4 und 10 mm, insbesondere nahe 6 mm.
    • ii) auf 8 bezeichnet 23 die Diffusionsleitung der Tropfen, die die Einlasskerbe 82 und die Diffusionskanäle 22 verbindet. Auf diese Figur bezeichnet außerdem H23 die Höhe dieser Leitung, nämlich den Höhenunterschied zwischen dem maximalen Flüssigkeitspegel (der der Höhe der Passage 11 entspricht), und der oberen Wand der Kammer 20. Diese Höhe H23 liegt zwischen 2 und 100 mm, bevorzugt zwischen 4 und 20 mm, bevorzugt zwischen 8 und 12 mm, insbesondere nahe 12 Millimeter. Dieser Wertebereich ist ebenfalls günstig für ein gutes Fließen der Luft in der Kammer 20.
    • iii) S82 bezeichnet die Oberfläche der Kerbe 82, nämlich die Lufteinlassoberfläche in die Kammer, und S21 die Diffusionsoberfläche der Tropfen aus der Kammer heraus, wobei diese Oberfläche S21 gleich der Summe der Oberflächen der unterschiedlichen Diffusionsöffnungen 21 ist. Das Verhältnis (S82/S21) ist größer als 1, insbesondere größer als 3, insbesondere als 10. Das erlaubt ein zufriedenstellendes Fließen der Luft in der Kammer derart, dass es effizient die Tropfen in Richtung der Diffusionsöffnungen mitnehmen kann.
    • iv) L20 und I20 in 3 bezeichnen jeweils die größte Länge und die größte Breite der Kammer 20. Die Länge L20 liegt zwischen 10 und 500 mm, insbesondere zwischen 30 und 160 mm, bevorzugt zwischen 30 und 100 mm, insbesondere nahe 90 Millimeter, während die Breite I20 zwischen 5 und 500 mm, insbesondere zwischen 16 und 60 mm, bevorzugt zwischen 16 und 30 mm, insbesondere nahe 30 Millimeter liegt.
    • v) auf 9 bezeichnet D22 die kleinste Distanz entlang der horizontalen Achse zwischen dem Brennpunkt PF und der stromaufwärtigen Mündung des Diffusionskanals 22 neben diesem Brennpunkt. Diese Distanz D22 liegt zwischen 2 und 300 mm, vorzugsweise zwischen 5 und 60 mm, insbesondere zwischen 10 und 30 mm, insbesondere nahe 20 mm. Eine solche Abstandsreihe erlaubt es zu vermeiden, dass die Tropfen schwerkraftbedingt zurückfallen, bevor sie die Kanäle 22 erreichen.
  • Unter den oben stehenden Wertbereichen i) bis iv) sind i), ii) und v) besonders bevorzugt.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 3 zwingt die Gegenwart des Ablenkers 43 die Luft, die durch die Kerbe 82 von außerhalb des Kastens 151 kommt, oberhalb dieses Ablenkers zu fließen. Unter diesen Bedingungen kommt diese Luft mit dem Strahl vor seiner Passage durch Einlässe 44 gemäß den Pfeilen AIR diese 3 nicht in Berührung. Dieser Ablenker grenzt daher eine stromaufwärtige Zone 20' der Zerstäubungskammer 20 (siehe 3 und 9) ab, in der die Luft und der Strahl nicht in Berührung sind.
  • Die Gegenwart des Ablenkers 43 ist dennoch optional. In diesem Hinblick zeigen die 14 bis 16 eine Ausführungsvariante der Erfindung, bei der die Zerstäubungsvorrichtung keinen solchen Ablenker aufweist. Auf diesen 14 bis 16 tragen die mechanischen Elemente und die Flüssigkeitsflüsse, die denjenigen der 1 bis 13 analog sind, dieselben Bezugszeichen. Diese Ausführungsvariante der Erfindung weist spezifische Vorteile insbesondere in Zusammenhang mit der baulichen Einfachheit auf.
  • Beim Betrieb muss die Flüssigkeitshöhe in der Kammer 20 derart ausreichen, dass diese Flüssigkeit die aktive Oberfläche des piezoelektrischen Elements 30 mindestens teilweise abdeckt. Dazu kann man diese Kammer 20 mit einem Sensor jedes bekannten Typs ausstatten, der geeignet ist, diese Flüssigkeitshöhe zu erfassen. Wenn dieser Sensor einen anormal niedrigen Flüssigkeitspegel erfasst, gibt er eine Warnung ab, damit Flüssigkeit in den Behälter hinzugefügt und/oder die Vorrichtung gestoppt wird.
  • Als Variante, die auf den 17 bis 24 veranschaulicht ist, hat die erfindungsgemäße Vorrichtung keinen solchen Flüssigkeitspegelsensor. In diesem Hinblick umfasst diese Vorrichtung daher Messmittel, die geeignet sind, einen Parameter zu messen, der für den von dem piezoelektrischen Element 30 verbrauchten Strom repräsentativ ist, sowie Warnmittel, die geeignet sind, als Reaktion auf die Messmittel aktiviert zu werden, wenn der Momentanwert des repräsentativen Parameters außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Diese unterschiedlichen Mittel sowie ihre Umsetzung werden unten ausführlicher beschrieben.
  • 17 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in normaler Funktionssituation, das heißt mit einem angemessen oder optimal genannten Flüssigkeitspegel Hopt. Diese Figur veranschaulicht die Kammer 20, das piezoelektrische Element 30, den akustischen Konzentrator 50 und seinen Brennpunkt PF sowie die Ultraschallwellen US, die in Richtung dieses akustischen Konzentrators abgegeben werden. Die Frequenz des Ultraschalls, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, liegt vorteilhafterweise zwischen 1,3 MHz und 3 MHz und kann zum Beispiel 1,68 MHz betragen.
  • Beim ordnungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung ist die aktive Oberfläche 30' des piezoelektrischen Elements vollständig mit Flüssigkeit abgedeckt, und der Ultraschall wird in die Flüssigkeit abgegeben, wo er gegen die Oberfläche des akustischen Konzentrators prallt. Dieser Letztere ist derart konzipiert und der Flüssigkeitspegel ist derart eingestellt, dass der Brennpunkt des Ultraschalls leicht unterhalb des Flüssigkeitsspiegels Hopt liegt. Das stellt einen beständigen Zerstäubungsstrahl und eine maximale Nebelerzeugung sicher. In dem Fall der 17 ist das Funktionieren des Systems optimal. Der Stromverbrauch des piezoelektrischen Elements ist beständig und variiert linear in Abhängigkeit von der angelegten Spannung. Bei einem hier beispielhaft gegebenen Funktionsfall beträgt die Spannung, die an die Erregungskarte angelegt wird, 12 Volt (V), der erforderliche Strom entspricht 400 Milliampere (mA).
  • Im Laufe des Gebrauchs der erfindungsgemäßen Vorrichtung I tendiert der Flüssigkeitspegel in dem Behälter 60 zum Sinken, bis er den Flüssigkeitspegel in der Zerstäubungskammer 20 erreicht. Dann sinkt dieser Pegel sowohl in dem Behälter als auch in der Kammer derart, dass die Oberfläche des piezoelektrischen Elements 30 nicht mehr vollständig von der Flüssigkeit abgedeckt wird. Auf 18, die diese Konfiguration veranschaulicht, findet man wieder den Flüssigkeitspegel Hint, der Zwischenflüssigkeitspegel genannt wird, der anormal tief ist: Die Flüssigkeit deckt nicht mehr die gesamte aktive Oberfläche 30' des piezoelektrischen Elements ab. Man bezeichnet hier als 30A den untergetauchten Teil und als 30B den nicht untergetauchten Teil dieser aktiven Oberfläche 30'. Das hat zwei Folgen: erstens, weil der Brennpunkt der akustischen Wellen jetzt oberhalb des Zwischenflüssigkeitspegels Hint liegt, erzeugen die Wellen einen Flüssigkeitsstrahl, aber wenig Nebel. Außerdem, aufgrund der Tatsache, dass die akustische Impedanz der Luft weit höher ist als die der Flüssigkeit, gibt der nicht untergetauchte Teil 30B der aktiven Oberfläche nur einen vernachlässigbaren Teil der elektrischen Leistung, die absorbiert wird, in Form von Ultraschallwellen ab: Der Rest wird auf die Oberfläche des nicht untergetauchten Teils reflektiert und als Wärme abgeleitet.
  • Die Erfinder haben beobachtet, dass diese Erhitzung den Stromverbrauch des piezoelektrischen Elements modifiziert, wie das unter Bezugnahme auf 24 ausführlich dargelegt wird. Genauer genommen modifiziert diese Erhitzung den aufgenommenen Strom; dieser Unterschied beträgt einige Prozent, reicht aber aus, um erfasst zu werden.
  • Typischerweise wird in einem Zerstäubungssystem mit piezoelektrischer Erregung das piezoelektrische Element von Impulsfolgen mit gleichbleibender Spannung versorgt, wobei diese Impulse nahe der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Elements liegen. Wenn man den Strom misst, der von dem piezoelektrischen Element aufgenommen wird, stellt man fest, dass dieser Strom mit der Temperatur steigt. Beispielhaft hat man bei einem Zerstäubungssystem mit piezoelektrischer Erregung das piezoelektrische Element mit einer Spannung von 12 Volt versorgt, und der aufgenommene Strom betrug beim normalen Betrieb 400 mA; dieser Strom beträgt 440 mA, wenn ein Teil der aktiven Oberfläche des piezoelektrischen Elements nicht untergetaucht ist.
  • Überraschenderweise haben die Erfinder beobachtet, dass, wenn der nicht untergetauchte Teil der aktiven Oberfläche des piezoelektrischen Elements zunimmt, der absorbierte Strom abnimmt und bei völliger Abwesenheit von Flüssigkeit auf einen Wert nahe von null übergeht (19). Das piezoelektrische Element kann in der Luft nicht wie in Flüssigkeit senden, seine Impedanz ist daher beschränkt, und sein Stromverbrauch ist viel niedriger als lopt beim optimalen Betrieb sowie als Iint beim Zwischenbetrieb.
  • 24 fasst die Variation des verbrauchten Stroms I in Abhängigkeit von der Höhe H der Flüssigkeit in dem Behälter zusammen. Genauer genommen wird der Prozentsatz der Höhe der aktiven Oberfläche, der von der Flüssigkeit abgedeckt wird, auf der Abszisse eingetragen. Der Wert 0 entspricht einem leeren Behälter (19), der Wert 100 entspricht der Flüssigkeit, die die gesamte aktive Oberfläche abdeckt (17), der Wert 50 entspricht der Flüssigkeit, die die Hälfte der Höhe der aktiven Oberfläche abdeckt (18).
  • Wenn die Flüssigkeit die gesamte Höhe der Oberfläche abdeckt, weist der verbrauchte Strom einen sogenannten optimalen Wert Iopt auf, den man auch wieder findet, wenn die Flüssigkeit überschüssig vorhanden ist (rechter Teil der Kurve, der den Werten 110 und 120 entspricht). Wenn dieser Flüssigkeitspegel sinkt, nimmt der Wert des verbrauchten Stroms leicht zu, und zwar von dem optimalen oben genannten Wert Iopt bis zu einem sogenannten Zwischenwert Iint. Dieser Wert verbrauchten Stroms ist dann im Wesentlichen im Laufe des Sinkens dieses Flüssigkeitspegels konstant, bis er deutlich bis zu einem sogenannten kritischen Wert Icrit sinkt, der einem leeren Behälter entspricht.
  • Es gibt daher drei charakteristische Werte des verbrauchten Stroms in Abhängigkeit von dem Wasserpegel, die drei Zuständen der Vorrichtung entsprechen: optimal, wenn der Flüssigkeitspegel zufriedenstellend ist, mittel, wenn der Flüssigkeitspegel unzureichend ist, aber die Integrität des piezoelektrischen Elements nicht in Frage gestellt wird, und schließlich kritisch, wenn der Behälter keine Flüssigkeit mehr enthält. Typischerweise ist Iint leicht höher als lopt, etwa um 10 bis 20 %, während Icrit viel niedriger ist als Iopt.
  • 20 stellt das Reaktionsschema in Stromverbrauch durch das piezoelektrische Element gemäß den oben beschriebenen Funktionsmodi dar. Jede der Kurven umfasst mehrere Messwerte für den verbrauchten Strom (auf der Ordinate) in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Spannungen, die an das piezoelektrische Element angelegt werden (auf der Abszisse). Jede Kurve stellt einen Betriebsmodus dar, der wie folgt präsentiert wird:
    • - Die Kurve, die aus Quadraten besteht, entspricht einem optimalen Funktionieren des piezoelektrischen Elements. Dieses optimale Funktionieren entspricht 17, wenn das System die oben als Hopt definierte Flüssigkeitshöhe, die das piezoelektrische Element vollständig abdeckt, umfasst.
    • - Die Kurve, die aus Kreisen besteht, entspricht einem mittleren Funktionieren des piezoelektrischen Elements. Dieses mittlere Funktionieren entspricht 18, wenn das System die oben definierte Flüssigkeitshöhe Hint umfasst.
    • - Die Kurve, die aus Dreiecken besteht, entspricht einem leeren Funktionieren, wie oben unter Bezugnahme auf 19 beschrieben.
  • Jede der Kurven, die einen Betriebsmodus darstellt, zeigt die Linearität zwischen der an den Klemmen des piezoelektrischen Elements 30 angelegten Spannung und dem verbrauchten Strom. Daraus folgt, dass diese Variation des Stromverbrauchs in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitspegel nicht direkt genutzt werden kann, um den Flüssigkeitspegel zu erfassen: Es muss eine Kalibrierung ausgeführt werden.
  • 21 zeigt schematisch ein Regulierungsverfahren, das auf der Messung des Stroms und der Spannung des piezoelektrischen Elements basiert, um die Gegenwart oder Abwesenheit des Wassers und der Zerstäubung zu erfassen.
  • Im Fall einer elektronischen Schaltung mit hoher Leistung, bei der ein Signalgenerator das piezoelektrische Element mit einer gleich bleibenden Frequenz versorgt, stellt man fest, dass der Strom im Bereich der Versorgungsschaltung in Abhängigkeit von dem Oberflächenanteil der aktiven Oberfläche des piezoelektrischen Elements, die mit Wasser bedeckt ist, variiert. Bei einer typischen Ausführungsform wird das piezoelektrische Element mit Gleichstrom versorgt (zum Beispiel mit einer Spannung von 24 Volt DC), moduliert durch die Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Elements. In einem solchen normalen Funktionsmodus, ist die aktive Oberfläche des piezoelektrischen Elements vollständig mit Flüssigkeit abgedeckt, die Zerstäubung funktioniert, und der Stromverbrauch ist beständig (typischerweise etwa 2,3 A für einen Durchmesser der aktiven Oberfläche zwischen etwa 10 mm und etwa 20 mm).
  • In dem Fall, in dem die aktive Oberfläche des piezoelektrischen Elements nur teilweise von Flüssigkeit abgedeckt ist, haben die Erfinder ein Abfallen des Stroms beobachtet, das signifikant und extrem schnell (weniger als 100 ms) ist. Dieses Abfallen kann in der Größenordnung von 30 bis 40 % des Nennwerts des Stroms liegen, der von dem piezoelektrischen Element, das vollständig von Flüssigkeit abgedeckt ist, aufgenommen wird (bei dem Beispiel etwa 2,3 A). Diese Indikatoren erlauben es, schnell zu reagieren, um die Versorgung des piezoelektrischen Elements abzuschalten oder die elektrische Leistung zu verringern, die von der Versorgung zu dem piezoelektrischen Element geliefert wird, und/oder um ein neues Wasserfüllen auszulösen. Es ist daher möglich, zu einem Funktionsmodus zurückzukehren, bei dem die aktive Oberfläche vollständig untergetaucht ist.
  • Dieser Indikator, der mit dem festgestellten Abfallen des Stroms zusammenhängt, kann mit einer zeitlichen Messung korrelieren, um den Zerstäubungsdurchsatz des Systems zu schätzen und eventuell Alarme im Fall eines Problems aufgrund des Füllens oder guten Funktionierens des piezoelektrischen Elements auszulösen.
  • Wir beschreiben hier veranschaulichend ein solches Regulierungsverfahren. Die drei ersten Schritte werden typischerweise beim ersten Gebrauch der Vorrichtung umgesetzt. Die intrinsischen Merkmale der unterschiedlichen piezoelektrischen Elemente können nämlich von einer Vorrichtung zur anderen variieren. Diese Schritte erlauben es, Kenntnis dieser Merkmale zu erhalten.
  • Schritt: Kalibrierung der Parameter bei optimaler Gegenwart der Flüssigkeit
  • Man lässt die Spannung A von einem Mindestbetriebswert zu einem maximalen Betriebswert (zum Beispiel von 6 V bis 12 V) variieren, man misst und registriert den Stromwert B für jede Spannung. Diese Werte werden als Referenz zum Erfassen der Variation des Stroms im Laufe der Zerstäubung verwendet, und zum Anzeigen der Gegenwart oder der Abwesenheit von Wasser für die Benutzer.
  • Schritt: Kalibrierung der Parameter bei mittlerer Gegenwart der Flüssigkeit
  • Man lässt die Spannung A zwischen den minimalen und maximalen oben genannten Betriebswerten variieren, man misst und registriert den Wert des Stroms B für jede Spannung. Diese Werte werden als Referenz zum Erfassen der Variation des Stroms im Laufe der Zerstäubung verwendet, und zum Anzeigen für die Benutzer der Gegenwart oder der Abwesenheit von Wasser.
  • Schritt: Kalibrierung der Parameter bei Fehlen der Flüssigkeit
  • Man lässt die Spannung A zwischen den minimalen und maximalen oben genannten Betriebswerten variieren, man misst und registriert den Wert des Stroms B für jede Spannung. Diese Werte werden als Referenz zum Erfassen der Variation des Stroms im Laufe der Zerstäubung verwendet, und zum Anzeigen der Gegenwart oder der Abwesenheit von Wasser für die Benutzer.
  • Schritt: Konfiguration des Systems
  • Die unterschiedlichen Werte verbrauchten Stroms für jede Spannung, die beobachtet werden, werden in der Steuerung des piezoelektrischen Element C aufgezeichnet. Für jeden Spannungswert, mit dem die Vorrichtung in Betrieb genommen werden kann, registriert man daher insbesondere die Werte Iopt, Iint und Icrit, wie sie oben definiert sind.
  • Bei dem oben angegebenen Beispiel (selbst oszillierende Schaltung), wenn mit 12 Volt versorgt wird, beträgt der Verbrauch Iopt des piezoelektrischen Elements 400 mA für einen normalen Betrieb. Dieser Verbrauch steigt auf einen Wert Iint nahe 440 mA beim Betrieb mit niedrigem Flüssigkeitspegel, dann fällt dieser Stromverbrauch auf einen Wert Icrit nahe 110 mA beim Fehlen von Flüssigkeit, wie auf 3 gezeigt.
  • Schritt: Normaler Betrieb
  • Man misst den Wert des Stroms, der von dem piezoelektrischen Element verbraucht wird. Diese Messung kann kontinuierlich sein oder, als Variante, kann man regelmäßige Messungen mit einer passenden Frequenz ausführen. Solange der Momentanwert des Stroms I nicht den Schwellenwert erreicht, wie er auf 24 gezeigt ist, besteht keine Rückkopplung. Mit anderen Worten ist es nicht erforderlich, Flüssigkeit in den Behälter hinzuzufügen.
  • Schritt: Wasserversorgung
  • Das Reguliersystem C erlaubt das Steuern des Magnetventils E, das das Füllen des Behälters R sicherstellt, wenn der Stromverbrauch des piezoelektrischen Elements 30 übermäßig wird. Genauer genommen, wenn der gemessene Momentanwert des verbrauchten Stroms den Schwellenwert Iint, der oben definiert ist, erreicht, löst das Reguliersystem eine Warnung aus, die zu dem Magnetventil E gelenkt wird. Dieses Letztere steuert dann die Zufuhr zusätzlicher Flüssigkeit in den Behälter, was den Wert des verbrauchten Stroms senkt. Die Vorrichtung kehrt wieder zu einer optimalen Konfiguration, wie sie oben definiert ist, derart zurück, dass die Wasserzufuhr gestoppt wird.
  • Als Variante kann die Warnung, die von dem Reguliersystem ausgelöst wird, nicht zu einem Magnetventil übertragen werden, sondern zu einem Meldeorgan. Dieses Letztere gibt daher ein Signal aus, das der Benutzer wahrnehmen kann, insbesondere des visuellen und/oder akustischen Typs. Das Hinzufügen von Flüssigkeit in dem Behälter wird in diesem Fall direkt von dem Benutzer und nicht durch ein mechanisches Element der Vorrichtung sichergestellt.
  • Schritt: Bekanntgabe des Wassermangels und Stoppen
  • Das Reguliersystem C ist angepasst, um das piezoelektrische Element zu stoppen, um den Bruch dieses Letzteren einzuschränken, wenn es einen niedrigen Verbrauch des Stroms durch das piezoelektrische Element 30 erfasst. Genauer genommen, wenn der gemessene Momentanwert des verbrauchten Stroms den Schwellenwert Icrit. der oben definiert ist, erreicht, löst das Reguliersystem eine Warnung aus, die zu automatischen Abschaltmitteln des piezoelektrischen Elements gelenkt wird. Das erlaubt es, die mechanische Unversehrtheit dieses Elements zu garantieren, die gefährdet würde, falls diese Wassermangelsituation fortdauern sollte.
  • Als Variante wird die Warnung, die von dem Reguliersystem ausgelöst wird, nicht zu Abschaltmitteln übertragen, sondern zu einem Meldeorgan. Dieses Letztere gibt daher ein Signal aus, das der Benutzer wahrnehmen kann, insbesondere des visuellen und/oder akustischen Typs. Das Stoppen des piezoelektrischen Elements wird in diesem Fall direkt durch den Benutzer und nicht durch ein mechanisches Element der Vorrichtung sichergestellt.
  • Wie oben beschrieben können beim sechsten und siebten Schritt sowohl der Bedarf an Wasserversorgung als auch die Notwendigkeit, das piezoelektrische Element abzuschalten, dem Benutzer direkt gemeldet werden. In dem Fall sieht man vorteilhafterweise zwei unterschiedliche Signale vor, jeweils für den Wasserbedarf und das Stoppen des piezoelektrischen Elements. Man kann zwei unterschiedliche Meldeorgane verwenden, oder, als Variante, ein einziges Organ, das geeignet ist, zwei unterschiedliche Signale abzugeben.
  • 22 setzt eine elektronische Anordnung um. Die Steuerung der Anordnung wird von einer Karte 190 ausgeführt, deren Versorgung dezentral durch ein Versorgungsmodul 180 erfolgt. Die gelieferte Gleichspannung kann zwischen 6 und 40 Volt liegen.
  • Diese Karte ist um den Mikrocontroller 200 aufgebaut, der die Anwendungsverwaltung der oben dargelegten Schritte erlaubt. Dieser Mikrocontroller 200 verwaltet auch die Konnektivität der Eingangs-/Ausgangsmodule.
  • Diese Karte umfasst ein analoges digitales Eingangsmodul 210 (TOR) und ein Ausgangsmodul 220. Diese Anordnungen erlauben das Steuern der Wasserversorgung der Aufnahme bei mittlerem Pegel oder Leere oder das Steuern des Informationssignals, das es erlaubt, den Benutzer über die Notwendigkeit zu informieren, den Behälter, der die Aufnahme versorgt, zu füllen. Eine Unterbaugruppe 230 ist vorhanden, um die piezoelektrische Steuerung zu bilden, die es erlaubt, die Erregungsfrequenz, die Spannung, das Tastverhältnis festzulegen. Dieses Modul erlaubt es auch, Informationen über den verbrauchten Strom 260 sowie über die Temperatur 270 des piezoelektrischen Elements 20 zu erhalten.
  • Dieses letztere Modul 240 dieser Karte 190 ist das Kontroll- und Steuerelement des piezoelektrischen Elements. Dieses Modul ist die Schnittstelle, die das Senden des elektrischen Spannungssignals erlaubt, das es erlaubt, das piezoelektrische Element 20 zu erregen, und rückwendend die Temperatur und/oder die Spannung des Elements 20 zu erhalten.
  • Diese vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung in Zusammenhang mit dem Fehlen dieses Wasserpegelsensors ist unten durch ein Beispiel veranschaulicht, das jedoch ihren Geltungsbereich nicht einschränkt. Dieses Beispiel betrifft eine Umsetzung des Leistungssteuermoduls des piezoelektrischen Elements.
  • Zum Ausführen des Regulierverfahrens muss der Fachmann den technischen Aspekt in Zusammenhang mit dem Modul 240 der 22 verstehen.
  • In 23 ist die Karte 100 um den Mikrocontroller aufgebaut, dessen Aufgabe darin besteht, den Signalgenerator und anschließend die Steuerung des piezoelektrischen Elements zu verwalten. Die Karte verfügt auch über einen 12 V-Schaltregler zum Steuern des Transistors über den Treiber 120, und einen linearen 5 V-Regler zum Anpassen des Steuersignals am Eingang.
  • Das Konzept des Treibers 120 besteht darin, während eines kurzen Augenblicks den hohen Strom zu liefern, der für das Umschalten des Transistors 130 mit hohen Frequenzen erforderlich ist. Bei den Flanken des Steuersignals ist der Einschaltstrom der Steuerung des Transistors 130 sehr hoch, und das Liefern von ausreichend Strom erlaubt eine schnelle Umschaltung, die Übergangszustände einschränkt, die eine Erhitzung des Transistors 130 verursachen.
  • Um schnell einen starken Strom liefern zu können, verwendet der Transistortreiber 120 mehrere parallel geschaltete Kondensatoren stromaufwärts des Bauteils. Die Steuerspannung des Transistors ist auf 12 Volt festgelegt, wodurch die Wirkung ihrer Charakteristik Ron und daher die Erhitzung des Bauteils minimiert werden.
  • Die Erregungsfrequenz des piezoelektrischen Elements 30 wird von dem Bauteil 110 erzeugt, das ein Rechtecksignal mit programmierbarer Frequenz (standardmäßig 1,7 MHz) erzeugt. Die Impedanzanpassungsschaltung 140 des piezoelektrischen Elements 20 besteht aus einer Spule und einem Kondensator in Reihe mit einem Kondensator parallel auf dem Ausgang. Dieses Bauteil wird von dem Mikroprozessor gesteuert.
  • Die Beziehung zwischen den Werten dieser Bauteile (L und C) ist für das Verhalten einer Schaltung LC ein sehr wichtiger Faktor und wird unter Berücksichtigung der Impedanz des piezoelektrischen Elements (im Wasser) und seiner Resonanzfrequenz ausgewählt, und legt anschließend seinen mittleren Stromverbrauch fest.
  • Daraus resultiert ein beständiges und konstantes Sinuswellensignal in Abhängigkeit von der Zeit an den Klemmen des piezoelektrischen Elements, das an den optimalen Betrieb im Wasser angepasst ist. (Die Werte für Spannungen/Strom von Spitze zu Spitze dürfen das maximale Limit des piezoelektrischen Elements nicht überschreiten.) f 0 = 1 2 π L C
    Figure DE202018006306U1_0001
    • f0: die Resonanzfrequenz.
    • L: der Wert der Spule.
    • C: der Wert des Kondensators.
  • Als nicht einschränkendes Beispiel mit den folgenden Werten: L=5,8 µH und C=2,2 nF, gelangt man zu einem Wert von f0 von etwa 1,4 MHz.
  • Für einen Betrieb ohne Wasser ändert sich der Wert der Impedanz des piezoelektrischen Elements und führt eine Fehlanpassung der elektrischen Impedanz zu der gesamten Schaltung ein und ändert anschließend ihren Stromverbrauch.
  • Das piezoelektrische Element 30 wird von einem Transistor 130 gesteuert, der ein ausgezeichnetes Steuerladungs- und Widerstandsverhältnis beim durchgängigen Zustand hat, und eine sehr schnelle Reaktionszeit, die ihm ein Funktionieren mit hoher Frequenz (1,7 MHz) erlaubt, was es erlaubt, gleichzeitig ein hochwertiges Signal und ein mäßiges Erhitzen zu haben.
  • Um die schnellstmögliche Umschaltung sicherzustellen und daher die Erhitzung des Transistors zu vermeiden, was während der Übergangsphase sehr wichtig ist, kann ein Steuertreiber 120, der bis zu 2 x 5 A liefern kann, stromaufwärts angeordnet werden.
  • Die Strommessungen 150 werden mit Hilfe eines Nebenschlusswiderstands mit niedrigem Wert, zwischen 0,01 und 0,1 Ohm, je nach verbrauchten Strom, ausgeführt, und mit einem Bauteil des Typs Voltmeter, das den Spannungsunterschied an den Klemmen des Widerstands misst und das Resultat mit 10 (zehn) multipliziert, um einen für den Mikrocontroller lesbareren Wert zu haben.
  • Der Mikrocontroller vergleicht anschließend die Werte des entnommenen Stroms, um den Betriebszustand des piezoelektrischen Elements zu definieren. Dieser Zustand erlaubt es, den Schritt des Verfahrens zu bestätigen.
  • In den unmittelbar oben stehenden Absätzen wurde eine Umsetzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, die keinen Flüssigkeitspegelsensor verwendet. Diese Umsetzung wird bevorzugt, insbesondere aus Kosten-, Zuverlässigkeits- und Platzbedarfsgründen. Die 25 und 26 veranschaulichen einen vorteilhaften Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der insbesondere gut für eine solche Umsetzung ohne Flüssigkeitspegelsensor geeignet ist.
  • Die Vorrichtung der 25 und 26 unterscheidet sich von der in den 4 und 7 dargestellten insbesondere dadurch, dass der Boden des Behälters eine Höhe aufweist, die größer ist als die des Bodens der Kammer. Dazu besitzt der Behälter einen Sockel 60', der durch eine bestimmte Materialstärke gebildet wird. Die Oberseite dieses Sockels 60' definiert den Boden des Behälters, der auf den 25 und 26 das Bezugszeichen 61' trägt. Außerdem wird der Boden der Zerstäubungskammer 20 20' genannt, und der Höhenunterschied zwischen diesen zwei Böden 20' und 60' H60. Anders ausgedrückt entspricht H60 der Höhe des Bodens 60', wenn man davon ausgeht, dass sich der Boden 20' in einer Höhe gleich 0 befindet. Typischerweise liegt diese Höhe H60 zwischen 5 und 15 mm. Wenn die Höhe des piezoelektrischen Elements H30 genannt wird, liegt H60 typischerweise zwischen 150 % und 300 % von H30.
  • Die Ausführungsform der 25 und 26 weist spezifische Vorteile auf. Wie oben gesehen, wenn der Flüssigkeitspegel in der Kammer 20 sinkt, tendiert die nicht untergetauchte Oberfläche des piezoelektrischen Elements 30 dazu zuzunehmen, bis die Steuermittel die Versorgung dieses Elements 30 abschalten. Der Boden 60' liegt nun typischerweise in einer Höhe, die dem Flüssigkeitspegel bei diesem Abschalten in der Kammer entspricht. Unter diesen Bedingungen, beim Stoppen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wurde im Wesentlichen die gesamte Flüssigkeit, die ursprünglich in dem Behälter vorhanden war, in die Kammer eingelassen, um diffundiert zu werden. Jeder wesentliche Flüssigkeitsverlust wird folglich vermieden. Außerdem bleibt im Augenblick dieses Stoppens praktisch keine restliche Flüssigkeit mehr in dem Behälter, was seine Reinigung erleichtert. Die Hygiene der Vorrichtung insgesamt wird ebenfalls verbessert, weil praktisch keine stagnierende Flüssigkeit mehr vorhanden ist.
  • Die 27 bis 29 veranschaulichen unterschiedliche Kontrollmittel des Flüssigkeitspegels, der in dem Behälter 60 vorhanden ist. Auf 27 sind diese Kontrollmittel vom visuellen Typ. Dazu wird eine der Seitenwände der Haube 101, nämlich die Seitenwand 107, mindestens teilweise aus einem durchsichtigen Werkstoff hergestellt. Ferner wird diese durchsichtige Wand 107 mittels zwei Linien gekennzeichnet, von welchen eine, 122, dem zulässigen Mindestpegel in dem Behälter entspricht, und die andere, 123, dem zulässigen Höchstpegel in dem Behälter entspricht. Derart kann der Benutzer den Momentanflüssigkeitspegel durch die Wand 107 identifizieren und gegebenenfalls Flüssigkeit hinzufügen, falls dieser Pegel unter einer unteren Linie 122 oder dieser nahe ist. Falls der Flüssigkeitspegel hingegen nahe der oberen Linie 123 liegt, wird der Benutzer informiert, dass es nicht erforderlich ist, mittelfristig den Behälter zu füllen. Falls der Flüssigkeitspegel schließlich über der oberen Linie 123 liegt, wird der Benutzer informiert, dass der Behälter im Überschusszustand ist. In diesem Fall kann der Wasserüberschuss durch eine optionale Kanalisation in Richtung eines Pufferbehälters oder Entleerungsbehälters abgeleitet werden.
  • Auf den 28 und 29 sind diese Kontrollmittel des Flüssigkeitspegels vom mechanischen Typ. Der Innenraum des Behälters 60 empfängt einen vertikalen Führungsklotz 124, der fest mit dem Sockel oder der Haube verbunden ist. Dieser Klotz empfängt eine ringförmige Klappe 126, die daher fest mit diesem Klotz in horizontaler Verschiebung verbunden ist, aber einen Freiheitsgrad in vertikaler Verschiebung aufweist. Diese Klappe ist auf der Flüssigkeit schwimmend montiert, so dass ihre Höhe mit dem Flüssigkeitspegel variiert. Die Oberseite dieser Klappe 126 ist mit einer umfänglichen Dichtung 127 jedes geeigneten Typs ausgestattet, die geeignet ist, gegen einen gegenüberliegenden umfänglichen Rand 128, der von der Wand 102 getragen wird, der unterhalb der Klappe 121 vorsteht, aufzuliegen.
  • Die Klappe 126 ist zwischen zwei Funktionspositionen beweglich, nämlich zunächst einer freien Befüllungsposition, die in 28 veranschaulicht ist. In dieser Position ist der Flüssigkeitspegel in dem Behälter unter seinem maximal zulässigen Wert. Die Dichtung 127 ist von dem Rand 128 derart beabstandet, dass die Luke 120 von dem Benutzer geöffnet werden kann, um Flüssigkeit in den Behälter 60 hinzuzufügen.
  • 29 veranschaulicht die zweite Funktionsposition der Klappe 126, die eine Verschlussposition oder Position der Untersagung des Füllens ist. In dieser Position ist der Flüssigkeitspegel, der viel höher ist als der der 28, gleich dem maximal zulässigen Wert, der oben erwähnt ist. Unter diesen Umständen liegt die Dichtung 127 gegen den Rand 128 derart auf, dass die Luke 121 von dem Benutzer nicht mehr geöffnet werden kann, und/oder dass dieser Letztere keine Flüssigkeit in den Behälter 60 hinzufügen kann.
  • Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umfasst der Behälter 60 ein nicht dargestelltes Desinfektionssystem, das insbesondere Folgendes sein kann:
    • - entweder eine Ultraviolettlichtquelle (UV), die geeignet ist, um die Flüssigkeit L, die er enthält, mindestens teilweise zu desinfizieren; der Betrieb dieser Ultraviolettlichtquelle UV kann dauerhaft oder intermittierend sein. Bevorzugt befindet sich diese Lichtquelle, typischerweise eine UV-Lampe oder UV-LED, in der Zerstäubungskammer möglichst nahe der Nebelerzeugung,
    • - oder ein Heizwiderstand, der fähig ist, das Wasser vorübergehend auf eine Temperatur zu erwärmen, die ausreicht, um es zu desinfizieren, zum Beispiel durch Wärmeschock.
  • In den Beispielen, die auf den 1 bis 29 beschrieben und dargestellt sind, umfasst die Zerstäubungsvorrichtung ein akustisches Reflexionsorgan. Dennoch findet die Erfindung ihre Anwendung auch auf eine Zerstäubungsvorrichtung, die kein solches Organ aufweist. In diesem Hinblick werden auf den 30 bis 33 unterschiedliche Varianten veranschaulicht. Auf diesen Figuren tragen die mechanischen Elementen, die denjenigen der 1 bis 29 analog sind, dieselben Bezugszeichen, die um jeweils 400, 500, 600 und 700 erhöht sind.
  • Auf der 30 weist der Boden der Zerstäubungskammer 420 in seinem stromaufwärtigen Teil in Bezug auf den Luftstrom eine schräge Wand 432 auf, deren Winkel a432 typischerweise zwischen 15° und 70° liegt. Diese Wand 432 ermöglicht die Befestigung eines piezoelektrischen Elements 430, das als „fokussiert“ bezeichnet wird. Dazu weist seine aktive Seite 430' in an sich bekannter Weise eine konkave Form auf. Die Ausführungsform der 31 unterscheidet sich von derjenigen der 30 dadurch, dass das piezoelektrische Element 530 am Boden 501A der Kammer 520 befestigt ist. Die Ausführungsformen der 30 und 31 sind vorteilhaft dadurch, dass sie es ermöglichen, die akustischen Wellen unter Verzicht auf die Verwendung eines Konzentrators im Bereich des Punkts PF zu fokussieren. Die Zahl der Bestandteile ist verringert, was insbesondere in wirtschaftlicher Hinsicht vorteilhaft ist.
  • Die Ausführungsformen der 32 und 33 sind jeweils zu denjenigen der Ausführungsformen der 30 und 31 analog, was die Befestigung des piezoelektrischen Elements 630 oder 730 an den Wänden der Kammer 620 oder 720 betrifft. Jedoch ist die aktive Seite dieser piezoelektrischen Elemente 630 und 730 nicht gekrümmt, sodass die akustischen Wellen, die sie erzeugen, nicht fokussiert sind. Folglich ist die Vorrichtung der 32 und 33 vom Typ Erzeuger einer akustischen Fontäne. Sie ist gut für eine Umgebung geeignet, die keine sehr hohen Zerstäubungsleistungen erfordert, während sie gleichzeitig in Hinblick auf Herstellungskosten und Einfachheit des Betriebs besonders vorteilhaft ist.
  • Die Ausführungsformen der 32 und 33 umfassen nicht das oben erwähnte Merkmal v), das sich auf die Positionierung des Brennpunkts bezieht. Diese Ausführungsformen schließen vorteilhafterweise die oben stehenden Wertebereiche i) bis iv) ein, wobei diejenigen aus i) und ii) ganz besonders bevorzugt sind.
  • In den beschriebenen und dargestellten Beispielen fließen die Luft und der Tröpfchenstrahl beim Betrieb entlang derselben Richtung, das heißt im Gleichstrom, von den Zuführmitteln in Richtung der Diffusionsmittel. Als Variante kann vorgesehen werden, dass die Luft und der Tröpfchenstrahl im Gegenstrom, oder auch in Querströmen fließen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich insbesondere durch ihre geringe Höhe aus, die kleiner ist als 100 Millimeter, insbesondere 50 Millimeter, bevorzugt 30 Millimeter. Das erlaubt ihr Einrichten in Systemen, die keine signifikante Höhe bieten, wie zum Beispiel ein Strukturteil oder ein Verkleidungsteil. Beispielhaft und nicht einschränkend werden zitiert:
    • - die Doppelwand eines Reifekellers, zum Beispiel für Käse, Fleisch, Leder, oder eine Kühlvitrine für die Steuerung der Feuchtigkeit,
    • - die obere Verkleidung eines Einschlusses zum Kühlen und/oder Befeuchten frischer Produkte, des Typs Behälter, Wanne, Lagerschrank frischer Produkte oder auch Kühlkammer,
    • - die Verkleidung der Decke der Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, insbesondere eines Pkws, eines Busses oder eines Flugzeuges, um die Insassen/Passagiere zu erfrischen,
    • - eine Einschubdecke, die in der mechanischen Konstruktion verwendet wird,
    • - eine Decke oder ein Regal eines Transportbehälters.
  • Bei anderen Ausführungsmodi wird eine hygrometrische Sonde vorgesehen, die die Feuchtigkeitsrate in dem Luftvolumen misst, das von der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufbereitet wird; eine Rückwirkungsschleife erlaubt es, die Stärke und/oder das Aussetzen des Nebelstrahls, der von der Vorrichtung erzeugt wird, zu regulieren, um in dem aufbereiteten Luftvolumen eine kontrollierte Feuchtigkeitsrate, die vorzugsweise konstant ist und vorzugsweise über ein Einstellorgan eingestellt werden kann, zu erhalten.
  • Bei einem anderen Ausführungsmodus umfasst die Flüssigkeit ein Desinfektionsprodukt, so dass der Nebelstrahl geeignet ist, das Luftvolumen mindestens teilweise zu desinfizieren und möglicherweise die Wände, die es einschließen.
  • Bei noch einem anderen Ausführungsmodus umfasst die Flüssigkeit einen Duft oder ein sogenanntes ätherisches Öl oder ein anderes Geruchsprodukt derart, dass der Nebelstrahl geeignet ist, in dem Luftvolumen einen spezifischen Geruch zu verbreiten.
  • Alle in dieser Beschreibung präsentierten Ausführungsmodi können untereinander kombiniert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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    • FR 2690510 A1 [0004]

Claims (38)

  1. Zerstäubungsvorrichtung (I), die geeignet ist, einen Tröpfchennebel (BR) einer Flüssigkeit ausgehend von einer Flüssigkeit (L) zu erzeugen, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: - einen Behälter (60) zum Aufnehmen der Flüssigkeit, - ein piezoelektrisches Element (30), das geeignet ist, akustische Wellen in die Flüssigkeit (L) zu senden, - eine Zerstäubungskammer (20), die umfasst o Mittel (82) zum Einlassen von Luft in diese Kammer, o Mittel zum Erzeugen des Tröpfchennebels (J), o Mittel (21) zum Nebeldiffundieren aus der Vorrichtung (1), wobei die größte Höhe (H1) der Vorrichtung kleiner ist als 100 mm, bevorzugt kleiner als 50 mm und noch bevorzugter kleiner als 10 mm.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Kanal (22) zur Nebeldiffusion aus der Vorrichtung (1), der eine stromabwärtige Diffusionsöffnung (21) aufweist, umfasst, und dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens die zwei folgenden Merkmale i) und ii) umfasst: i) der Querschnitt (d21) jeder Diffusionsöffnung (21) liegt zwischen 2 und 50 Millimeter, bevorzugt zwischen 3 und 15 Millimeter, noch stärker bevorzugt zwischen 4 und 10 Millimeter, insbesondere nahe 6 Millimeter; iii) die Höhe (H23) der Diffusionsleitung der Tropfen, die die Einlassmittel (82) und die Diffusionskanäle (22) verbindet, liegt zwischen 2 und 100 Millimeter, bevorzugt zwischen 4 und 20 Millimeter, noch stärker bevorzugt zwischen 8 und 12 Millimeter, insbesondere nahe 12 Millimeter.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie die vier folgenden Merkmale i) bis iv) umfasst: i) der Querschnitt (d21) jeder Diffusionsöffnung (21) liegt zwischen 2 und 50 Millimeter, bevorzugt zwischen 3 und 15 Millimeter, noch stärker bevorzugt zwischen 4 und 10 Millimeter, insbesondere nahe 6 Millimeter; ii) die Höhe (H23) der Diffusionsleitung der Tropfen, die die Einlassmittel (82) und die Diffusionskanäle (22) verbindet, liegt zwischen 2 und 100 Millimeter, bevorzugt zwischen 4 und 20 Millimeter, noch stärker bevorzugt zwischen 8 und 12 Millimeter, insbesondere nahe 12 Millimeter; iii) das Verhältnis (S82/S21) zwischen der Lufteinlassoberfläche in die Kammer und der Summe der Oberflächen der unterschiedlichen Diffusionsöffnungen (21) ist größer als 1, insbesondere größer als 3, bevorzugt größer als 10; iv)die Länge (L20) der Zerstäubungskammer (20) liegt zwischen 10 und 500 Millimeter, bevorzugt zwischen 30 und 160 Millimeter, noch stärker bevorzugt zwischen 30 und 100 Millimeter, insbesondere nahe 90 Millimeter, während die Breite (I20) der Zerstäubungskammer (20) zwischen 5 und 500 Millimeter, bevorzugt zwischen 16 und 60 Millimeter, bevorzugt zwischen 16 und 30 Millimeter, insbesondere nahe 30 Millimeter liegt.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem Mittel (50; 430'; 530') zum Fokussieren der akustischen Wellen, die von dem piezoelektrischen Element (30) abgegeben werden, auf einer fokalen Zone (PF) umfasst, um einen Strahl des Tröpfchennebels (J) zu schaffen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem das folgende Merkmal v) umfasst: v) die kleinste Entfernung (D22) entlang der horizontalen Achse zwischen der fokalen Zone (PF) und der Mündung stromaufwärts des Diffusionskanals (22), benachbart zu diesem Brennpunkt, liegt zwischen 2 und 300 Millimeter, insbesondere zwischen 5 und 60 Millimeter, bevorzugt zwischen 10 und 30 Millimeter, insbesondere nahe 20 Millimeter.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiermittel ein akustisches Reflexionsorgan (50) umfassen, das eine akustische Reflexionsoberfläche (51) umfasst, die dazu bestimmt ist, in die Flüssigkeit (L) untergetaucht zu sein, wobei diese Oberfläche geeignet ist, die akustischen Wellen zu fokussieren.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiermittel eine gekrümmte aktive Oberfläche (430'; 530') des piezoelektrischen Elements (430; 530) umfassen.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (20') der Zerstäubungskammer (20) höher liegt als der Boden (60') des Behälters (60) zum Aufnehmen der Flüssigkeit.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Kasten (151), der im Wesentlichen geschlossen ist, umfasst, wobei der Behälter und die Zerstäubungskammer in diesem Kasten eingerichtet sind.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem einen Bereich (111) umfasst, der außerhalb des Kastens liegt, wobei dieser Bereich mit mindestens einem Hilfsorgan ausgestattet ist, insbesondere mit einem Gebläse (131) und/oder einer elektronischen Steuerkarte (141), auf dem Bereich befestigt, insbesondere abnehmbar.
  11. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bereich mindestens ein Schlitz (111') zum Durchgehen von Luft gehöhlt und ein Schieber (112) vorgesehen ist, der geeignet ist, den oder die Schlitze ganz oder teilweise zu verschließen.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Ansatz (8, 108) umfasst, der einen breiteren Teil (151A) und einen schmaleren Teil (151B) abgrenzt, wobei sich der Befestigungsbereich (111) dem Ansatz gegenüber entlang des schmaleren Teils erstreckt.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kasten von einem Boden (2), einer oberen Wand (102) und Seitenwänden (103-109) umgeben ist, wobei der Boden und die obere Wand flach sind.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Sockel (1) und eine Haube (101) umfasst, die geeignet ist, um insbesondere abnehmbar auf diesem Sockel befestigt zu sein, wobei dieser Sockel und diese Haube den Kasten abgrenzen.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element (30) insbesondere abnehmbar in einer Öffnung (81), die in einer Seitenwand des Kastens angelegt ist, aufgenommen ist.
  16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem eine Trennwand (10) zwischen dem Behälter und der Zerstäubungskammer umfasst, wobei diese Wand eine Passage (11) aufweist, die das Fließen der Flüssigkeit aus dem Behälter zu der Zerstäubungskammer erlaubt.
  17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Höhe (Lmax) an Flüssigkeit in der Kammer (20) kleiner als 20 Millimeter, insbesondere 18 Millimeter, bevorzugt 15 Millimeter ist.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem einen Ablenker (43) des Nebelstrahls (BR) umfasst.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenker die Trennmittel zwischen der Luft und dem Tröpfchenstrahl bildet.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenker (43) zu einem Einsatz (40) gehört, der geeignet ist, insbesondere abnehmbar auf der Wand (10) und/oder den Seitenwänden des Kastens befestigt zu sein.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenker (43) eine stromaufwärts genannte Zone (20') der Zerstäubungskammer (20) definiert, in der es der Ablenker erlaubt, das Berühren des Strahls (J) mit der Luft, die von außerhalb des Kastens (151) kommt, zu vermeiden.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteinlassmittel mindestens einen Lufteinlass (44) umfassen, der durch die Wände in Gegenüberlage, die jeweils einerseits zu dem Ablenker und andererseits zu der Trennwand und/oder dem Kasten gehören, definiert wird.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter eine Zone (60A) zum schwerkraftbedingten Sammeln von Flüssigkeit, die gegenüber der Passage (11) liegt, bildet.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Zone zum schwerkraftbedingten Sammeln von mindestens einer Zone des schwerkraftbedingten Fließens von Flüssigkeit, deren Boden aus einer Rampe (62, 63) gebildet ist, umgeben ist.
  25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft und der Tröpfchenstrahl beim Betrieb entlang einer ersten Richtung von den Zuführmitteln in Richtung der Diffusionsmittel fließen, während der Tröpfchenstrahl in die Diffusionskanäle gemäß einer zweiten Richtung, die von der ersten Richtung unterschiedlich ist, fließt, wobei die erste Richtung insbesondere horizontal ist, während die zweite Richtung insbesondere vertikal ist.
  26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung kein Gebläse hat.
  27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem Mittel (122, 123; 126, 127) zur Kontrolle des Flüssigkeitspegels in dem Behälter umfasst.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (122, 123; 126, 127) zum Kontrollieren des Flüssigkeitspegels in dem Behälter visuelle Kontrollmittel sind und insbesondere mindestens eine Linie (122, 123) umfassen, die auf einer durchsichtigen Wand (107) der Vorrichtung, die einem vorbestimmten Mindestpegel und/oder einem vorbestimmten Höchstpegel an Flüssigkeit in dem Behälter entspricht, eingerichtet ist.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (126, 127) zum Kontrollieren des Flüssigkeitspegels mechanische Kontrollmittel sind und insbesondere eine Klappe (126) umfassen, die schwimmend auf der Oberfläche der Flüssigkeit montiert ist, wobei diese Klappe zwischen einer ersten Funktionsposition, in der sie das Füllen des Behälters (60) gestattet, und einer zweiten Funktionsposition, in der sie das Füllen des Behälters (60) untersagt, beweglich ist.
  30. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem Folgendes umfasst: - Messmittel, die geeignet sind, einen Parameter zu messen, der für den von dem piezoelektrischen Element verbrauchten Strom repräsentativ ist, - Warnmittel, die geeignet sind, als Reaktion auf die Messmittel aktiviert zu werden, wenn der Momentanwert des repräsentativen Parameters außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt,
  31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem erste Steuermittel umfasst, die dazu geeignet sind, die Flüssigkeitszuführmittel in dem Behälter als Reaktion auf die Warnmittel zu aktivieren.
  32. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem zweite Steuermittel umfasst, die dazu geeignet sind, Mittel zum Stoppen des piezoelektrischen Elements als Reaktion auf die Warnmittel zu aktivieren.
  33. Zerstäubungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem ein Warnorgan umfasst, das geeignet ist, mindestens ein von einem Benutzer wahrnehmbares Signal als Reaktion auf die Warnmittel auszugeben.
  34. Zerstäubungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitszuführmittel ein Magnetventil umfassen.
  35. Zerstäubungsanordnung, die einen Innenraum umfasst, der von Wänden umgeben ist, in dem mindestens ein Ausschnitt in mindestens einer Wand eingerichtet ist, wobei diese Anordnung mindestens eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, wobei diese Vorrichtung auf einem Rand ruht, der den Ausschnitt umrandet, wobei die Nebeldiffusionsmittel (21) dieser Vorrichtung in dem Ausschnitt platziert sind.
  36. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Höhe (H2) kleiner als 100 mm, bevorzugt kleiner als 50 mm und noch bevorzugter kleiner als 10 mm aufweist.
  37. Anordnung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Aufnahme (201) und einen Deckel (301), der geeignet ist, insbesondere abnehmbar auf dieser Aufnahme befestigt zu sein, umfasst, wobei diese Aufnahme (201) und dieser Deckel (301) den Innenraum zur Aufnahme der Zerstäubungsvorrichtung abgrenzen.
  38. Struktur- oder Verkleidungsteil, insbesondere eine Doppelwand eines Reifekellers, zum Beispiel für Käse, Fleisch, Leder, oder eine Kühlvitrine zur Steuerung der Feuchtigkeit, eine obere Verkleidung eines Einschlusses zum Kühlen und/oder Befeuchten frischer Produkte, des Typs Behälter, Wanne, Lagerschrank frischer Produkte oder auch Kühlkammer, eine Verkleidung der Decke des Innenraums eines Fahrzeugs, insbesondere eines Pkws, eines Busses oder eines Flugzeugs, um die Insassen/Passagiere zu erfrischen, eine Einschubdecke, die bei der mechanischen Konstruktion verwendet wird, oder auch eine Decke oder ein Regal eines Transportbehälters, wobei dieses Struktur- oder Verkleidungsteil mindestens eine Zerstäubungsanordnung nach einem der Ansprüche 35 bis 37 umfasst.
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