DE69528305T2

DE69528305T2 - Selbsttätiger Flüssigkeitsspender

Info

Publication number: DE69528305T2
Application number: DE69528305T
Authority: DE
Inventors: Daniel N. Campau
Original assignee: Flow Rite Controls Ltd
Current assignee: Flow Rite Controls Ltd
Priority date: 1994-04-07
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2015-04-08
Also published as: PT676133E; NZ270764A; ES2183859T3; DK0676133T3; AU1633195A; DE69528305D1; ATE224638T1; EP0676133B1; ZA952884B; AU705044B2; CA2146614C; US5542605A; CA2146614A1; EP0676133A1; JPH0837963A

Description

Hinter d der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsausgabegerät, und, genauer ausgedrückt, ein automatisches Flüssigkeitsausgabegerät, das in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden kann, bei denen ein konstantes Volumen von Flüssigkeit in periodischen Zeitintervallen ausgegeben werden muss.
Ausgabe von Flüssigkeiten auf einer periodischen Grundlage ist eine gewöhnliche Aufgabe im Heim-, Arbeitsplatz- oder Laborbereich. Typische Anwendungen, die die Ausgabe von Flüssigkeit in einer gesteuerten Weise erfordern, umfassen Pflanzenbegießen/speisen, Düngen, Luftverbesserung, Abflussreinigung, Toilettenbeckenreinigung, Wasserzuteilung für Haustiere, Arzneimittelverabreichung, Schmierung, Befeuchtung und Begasung.
Bei Erweiterung des Beispiels von Pflanzengießen/speisen, stellen Hauspflanzen eine beliebte Art dar, eine angenehme, gesunde Umgebung im eigenen Heim oder Büro zu erzeugen. Wenn jedoch viele Pflanzen vorhanden sind, kostet dies eine großen Menge Zeit, Aufwand und Unannehmlichkeit. Zu wenig oder zu viel Wasser kann eine Pflanze verletzen oder töten. Weiter verhalten sich viele Pflanzen am besten, wenn die Wurzeln zwischen Begießungsvorgängen trocknen gelassen werden. Begießen sollte daher auf einer regelmäßigen Basis unter Verwendung einer richtigen Menge Wasser in dem geeigneten Zeitabstand erfolgen. Wenn der Pflanzenpfleger ferner für eine längere Zeitspanne abwesend ist, müssen Maßnahmen zum Begießen getroffen werden. Es ist teuer, einen zwischenzeitlichen Pfleger zu bezahlen, und könnte möglicherweise auch ein Sicherheitsproblem verursachen. Deshalb wäre ein automatisches Begießungs- /Speisesystem wünschenswert.
Obwohl verschiedene automatische Begießungssysteme bekannt sind, finden keine breite Verwendung im Heim- oder Bürobereich. Es ist bekannt, automatische Systeme mit mechanischen, elektronischen oder elektromechanischen Timern zu verwenden, die ein Ventil in einem voreingestellten Intervall für eine voreingestellte Zeitspanne betätigen. Es ist auch gewöhnlich, Systeme mit kleinen Öffnungen oder Drosseln zu verwenden, die Wasser kontinuierlich auf die Pflanze tropfen lassen. Solche Systeme werden typischerweise in einer Gärtnerei oder einem Garten verwendet, wo Pflanzen dicht zusammen gruppiert sind, und Wasser von einer Druckquelle zugeführt werden kann. Da es erforderlich ist, jede Pflanze mit einem Rohr oder Schlauch zu verbinden, sind diese Systeme nicht praktikabel oder unerwünscht für ein typisches Heim oder Büro, wo Pflanzen zufallsgemäß verteilt oder bewegt werden. Ferner sind diese Systemtypen relativ teuer. Schwerkraftzuführung aus einem erhöhten Behälter wird manchmal verwendet, aber diese umfasst auch angeschlossene Schläuche und ist daher nicht praktikabel für die meisten Gießanforderungen im Heim- und Bürobereich.
Andere zum Begießen einzelner Pflanzen verwendete Verfahren, die manchmal durch Urlauber verwendet werden können, umfassen, die Pflanzen zum Beispiel in eine Spüle zu befördern und sie in eine flache Höhe von Wasser zu stellen, wodurch die Wurzel durchgehend für die gesamte Abwesenheitszeitspanne eingeweicht werden. Dieses Verfahren ist nicht praktikabel, wenn die Pflanzen zu zahlreich oder zu groß zu bewegen sind. Es ist ferner schädlich für diejenigen Pflanzen, die erfordern, das Wurzeln zwischen Begießungsvorgängen austrocknen. Zu viel Wasser kann zum Beispiel zu Schimmelbildung führen, der die Pflanze töten kann. Noch ein anderes verwendetes Verfahren umfasst, einen Wasserbehälter neben oder über die Pflanze zu stellen und einen benetzten Docht von dem Behälter zu der Pflanze auszustrecken. Kapillareinwirkung saugt Wasser nach und nach und kontinuierlich aus dem Behälter in die Pflanze. Dieses Verfahren birgt mehrere Nachteile. Während der Fluss kontinuierlich ist, variiert die Durchflussgeschwindigkeit mit dem Füllstand des Wassers im Behälter. Wenn der Füllstand fällt, verlangsamt sich die Durchflussgeschwindigkeit. Da der Fluss kontinuierlich ist, besteht auch die Möglichkeit einer Beschädigung der Pflanze aufgrund von zu starkem Durchnässen der Wurzeln.
Luftverbesserer liefern ein anderes Beispiel des Problemtyps, das die vorliegende Erfindung anspricht. Flüssige Luftverbesserer sind allgemein ausgelegt, um eine konstante Konzentration von Duftmolekülen in der Luft aufrechtzuerhalten. Es ist jedoch allgemein bekannt, dass der menschliche Geruchssinn in solcher Weise arbeitet, dass die Wahrnehmung eines bestimmten Geruchs nachlässt, selbst wenn die Konzentration von den Duft erzeugenden Molekülen wesentlich die gleiche bleibt. Der Mensch hat die Tendenz, das Ausgabegerät für Luftverbesserer zu beschuldigen, welches wie beabsichtigt arbeiten kann. Um erneut den Duft zu erfassen, muss die Person für eine ausreichende Zeitspanne von dem Duft entfernt sein, oder die Molekularkonzentration muss erhöht werden. Die offenbarte Erfindung bietet einzigartige Arten zum Ausgeben von flüssigen Luftverbesserern, die die Konzentration von Duftmolekülen in der Luft im Verlauf der Zeit erhöhen wird, so dass die Person den Duft über eine längere Zeitspanne wahrnimmt, als momentan mit Ausgabegeräten einheitlicher Menge erreicht wird.
Die US-Patentbeschreibung Nr. US-A-4 542 762 offenbart ein Flüssigkeitszuführgerät gemäß der Präambel von Anspruch 1.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines automatischen Flüssigkeitsausgabegeräts, das einkonstantes Volumen von Flüssigkeit in bestimmten getrennten Zeitintervallen aus einem Flüssigkeitslagerbehälter ausgibt. Die Zeitabstimmung zwischen periodischen Zeitintervallen ist unabhängig von dem Behälterfüllstand steuerbar. Dieses Ziel wird durch die Verwendung von zwei getrennten Flusssteuerstufen erreicht, die durch zwei getrennte Strukturkomponenten betätigt werden: (1) einen Flussregler, der die Durchllussmenge aus dem Behälter bei einer Menge steuert, die unabhängig von dem Behälterfüllstand sein kann; und (2) eine Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe, die den Fluss von dem Flussregler sammelt, bis ein bestimmtes konstantes Volumen erreicht ist, zu welchem Zeitpunkt die Ausgabe erfolgt.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines verbesserten Flüssigkeitsausgabegeräts, indem ein voreingestelltes, konstantes Volumen von Flüssigkeit zu voreingestellten Zeitintervallen ausgegeben werden kann.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines automatischen Flüssigkeitsausgabegeräts, das keine beweglichen Teile oder Steuerventile aufweist, was die stabile Leistung über die Verwendungszeitspanne vereinfacht.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer kompakten, wirtschaftlichen Auslegung, die vielseitig im Gebrauch ist, und die in einem Bereich von Größen und Kapazitäten hergestellt werden kann.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer wirtschaftlichen Auslegung, die in Abmessungshinsicht genaue Komponenten aus einem spritzgegossenen Kunststoff umfasst.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten automatischen Flüssigkeitsausgabegeräts, das genau ein konstantes Flüssigkeitsvolumen in einer Menge ausgeben kann, die relativ unabhängig von Umgebungstemperaturänderungen ist.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Flüssigkeitsausgabegeräts, das mit Flüssigkeiten verwendet werden kann, die eine niedrige Viskosität aufweisen und einer niedrigen Fließgeschwindigkeit unterliegen.
Der vorliegenden Erfindung zufolge wird ein verbessertes automatisches Ausgabegerät geschaffen, das die nützlichen Merkmale und Vorteile bekannter Vorrichtung beibehält, während es gleichzeitig Nachteile überwindet und zusätzliche Vorteile erzielt, so wie verbesserte Fähigkeiten, einen breiteren Verwendungsbereich, und einen einfachen wirtschaftlichen Aufbau.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein verbessertes automatisches Flüssigkeitsausgabegerät zum Ausgeben eines gesteuerten Flüssigkeitsvolumens geschaffen. Das Flüssigkeitsausgabegerät umfasst einen Behälter, der zum Halten einer ausgabefähigen Flüssigkeit ausgelegt ist einen Flussregler in Flüssigkeitskommunikation mit dem Behälter, und eine Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe in Flüssigkeitskommunikation mit dem Flussregler. Der Flussregler lässt Flüssigkeit aus dem Behälter in einer gesteuerten Menge herausfließen, die unabhängig von der Flüssigkeitsmenge in dem Behälter ist. Die Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe sammelt eine Menge Flüssigkeit aus dem Flussregler, und gibt periodisch die Flüssigkeit aus, wenn sich ein vorbestimmtes, konstantes Flüssigkeitsvolumen angesammelt hat.
Das Flüssigkeitsausgabegerät der vorliegenden Erfindung erlaubt eine Zunahme oder Abnahme in der Durchflussmenge von Flüssigkeit aus dem Behälter heraus, wenn der Flüssigkeitsfüllstand des Behälters fällt. Alternativ kann der Flussregler ermöglichen, dass eine relativ konstante Flüssigkeitsmenge aus dem Behälter herausfließt, wenn der Flüssigkeitsfüllstand des Behälters fällt, unabhängig von Lufttemperaturänderungen innerhalb oder außerhalb des Behälters. Zusätzlich kann Flüssigkeit innerhalb des Flussreglers erneut in den Behälter zurückgebracht werden, wodurch der Fluss von Flüssigkeit aus dem Flussregler heraus bei einer relativ konstanten Menge gehalten wird.
Der Flussregler weist ein Sammelgefäß (so wie das in den Zeichnungen gezeigte schalenförmige Sammelgefäß) zum Enthalten der aus dem Behälter herausfließenden Flüssigkeit auf. Der Flussregler umfasst ferner wenigstens zwei Öffnungen. Eine der Öffnungen ermöglicht die Einführung von Belüftungsluft in den Behälter unter dem Flüssigkeitsflillstand des Behälters. Eine andere der Öffnungen ist unter dem Behälterflüssigkeitsfüllstand positioniert und bildet einen Flüssigkeitsflussweg, durch den Flüssigkeit aus dem Behälter herausfließen gelassen wird.
Das Gerät der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Durchführung der folgenden Schritte: Vorsehen eines Behälters, der zum Halten einer ausgabefähigen Flüssigkeit ausgelegt ist; Positionieren eines Flussreglers unter und in Flüssigkeitskommunikation mit dem Behälter, wobei der Flussregler Flüssigkeit aus dem Behälter und in den Flussregler in einer gesteuerten Menge fließen lässt, die unabhängig von dem Behälterflüssigkeitsfüllstand ist; Positionieren einer statischen Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe unter und in Flüssigkeitskommunikation mit dem Flussregler; Sammeln des Flüssigkeitsflusses von dem Flussregler in der Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe; und periodisches Ausgeben der Flüssigkeit aus der Baugruppe, wenn sich ein vorbestimmtes konstantes Volumen der Flüssigkeit angesammelt hat.
Das Gerät der vorliegenden Erfindung ermöglicht, das die aus dem Behälter heraus und in den Flussregler hineinfließende gesteuerte Flüssigkeitsmenge relativ konstant bleibt, wenn der Behälterflüssigkeitsfüllstand fällt, unabhängig von Temperaturänderungen innerhalb des Behälters. Alternativ kann in einer anderen Ausführungsform die gesteuerte Menge von aus dem Behälter herausfließender und in den Flussregler hineinfließender Flüssigkeit so gesteuert werden, um zuzunehmen, wenn der Behälterflüssigkeitsfüllstand fällt.
Einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge, wird ein automatisches Flüssigkeitsausgabegerät geschaffen, wie es in Anspruch 1 spezifiziert ist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist in einem oder mehreren der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche offenbart.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Diese und andere Merkmale, Aufgaben, und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Zeichnungen deutlich werden, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente in den mehreren Ansichten darstellen, und in denen:
Fig. 1 eine perspektivische Seitenansicht des Flüssigkeitsausgabegeräts der vorliegenden Erfindung ist, das angebracht innerhalb der Erde einer Topfpflanze gezeigt ist;
Fig. 2 eine Explosionsteilquerschnittansicht des Flüssigkeitsausgabegeräts der vorliegenden Erfindung ist, die die verschiedenen Komponenten vor Zusammenbau zeigen;
Fig. 3 eine Seitenquerschnittansicht der in Fig. 2 gezeigten Komponenten der vorliegenden Erfindung ist, wie zusammengebaut;
Fig. 4 eine Seitenquerschnittansicht ähnlich Fig. 3 ist, in der Flüssigkeit aus dem Behälter durch den Flussregler 30 und in die Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe 53 ausgegeben wurde;
Fig. 5 eine Seitenquerschnittansicht ähnlich Fig. 3 ist, in der Wasser von der Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe 53 ausgegeben wird;
Fig. 6 eine Explosionsquerschnittansicht eines Teils des Flussreglers 30 ist, in der der Fluss von Außenluft gezeigt ist, die in den Flussregler eintritt;
Fig. 7 eine Teilseiten- und ebene prospektive Ansicht des oberen Teils eines Befestigungsgrundteils 50 ist;
Fig. 8 eine schematische Ansicht eines ausgewählten Teils eines Flussreglers gemäß der vorliegenden Erfindung ist, die ein gekrümmtes Flüssigkeitsausgaberohr darstellt;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsausgabegeräts ist, das in der US- Patentbeschreibung Nr. US-A-5 409 135 offenbart ist;
Fig. 10 eine schematische Ansicht eines Flussreglungsmittels ist, das in der US- Patentbeschreibung der Nr. US-A-S 409 135 beschrieben ist; und
Fig. 11 eine Explosionsteilquerschnittansicht des Flussreglers der vorliegenden Erfindung ist, die einen Absorptionskissen-Verdampfungsverstärker 60 zeigt.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Eine bevorzugte Ausführungsform des automatischen Flüssigkeitsausgabegeräts der vorliegenden Erfindung, ein Pflanzenbegießungsgerät, ist allgemein als 10 in Fig. 1 gezeigt. Bezugnehmend auf die Fig. 2 und 3, umfasst das Flüssigkeitsausgabegerät 10 einen Flüssigkeitslagerbehälter, allgemein mit 20 gekennzeichnet, in dem Flüssigkeit 15 untergebracht ist. Der Behälter 20 umfasst Düsenseitenwände 22 und ist über und in Presspassungsverhältnis mit einem Befestigungsgrundteil positioniert, der allgemein mit 50 gekennzeichnet ist und einen ringförmigen Rand 58 (Fig. 7) zum Lagern der Seitenwandteile des Behälters 20 aufweist, welche mit dem Befestigungsgrundteil 50 in Presspassung sind. Der Befestigungsgrundteil 50 umfasst eine statische Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe 53 und Befestigungszinken 55. Ein schalenförmiger statischer Flussregler, allgemein mit 30 bezeichnet, und mit abgeschrägten Seitenwänden 33, einer ebenen Bodenfläche 34 und einer Flussregler- Ausgabeöffnung 31 wird durch Presspassung in dem oberen Teil des Befestigungsgrundteils 50 vorgesehen, wie in Fig. 3 gezeigt ist. ("Statisch" wird hier in der Bedeutung verwendet, dass der Flussregler 30 und die Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe 53 unbewegliche Baugruppen sind, die keine beweglichen Teile so wie Zahnräder, Kolben, Pumpen, etc. einschließen).
Ein Schlauchhaltegehäuse, allgemein mit 45 gekennzeichnet, ist fest an einem unteren Teil der Zeitabstimmungsbaugruppe 53 angeschlossen, und umfasst einen gewinkelten Vorsprung 46, der in einem Presspassungsverhältnis in eine entsprechende Ausnehmung 51 an dem Befestigungsgrundteil 50 eingesetzt wird. Ein umgekehrtes U- förmiges Rohr 40 ist in einem Presspassungsverhältnis mit dem Rohrhaltegehäuse 45 verbunden, wie in Fig. 3 zu sehen ist. Schließlich wird eine hydrophile Drossel 25 in einem Presspassungsverhältnis in einen Teil der Flussregleröffnung 31 eingesetzt, wie in Fig. 3 gezeigt ist und wie genauer im folgenden beschrieben ist.
Zum Verwenden des Pflanzenbegießungsgeräts 10, wird das Ausgabegerät 10 umgedreht, und die Befestigungszinken 55 werden in die Erde der Topfpflanze eingegraben, wie in Fig. 1 gezeigt ist.
Der Betrieb der vorliegenden Erfindung ist am besten in den Fig. 3-5 zu sehen, und soll nun im allgemeinen Sinne beschrieben werden. Ein zweistufiger Arbeitsgang erfolgt, in dem ein konstantes Flüssigkeitsvolumen ("V") in periodischen Intervallen ("Δt") von dem Flüssigkeitsausgabegerät 10 ausgegeben wird. In der ersten Stufe steht der Flussregler 30 in Kommunikation mit dem Behälter 20 und steuert die Durchflussmenge ("q") aus dem Behälter heraus. Abhängig von der bestimmten Anwendung und dem Typ des verwendeten Flussreglers 30, kann die Zeitspanne zunehmen, konstant bleiben; oder abnehmen, wenn der Flüssigkeitsfüllstand im Behälter 20 fällt, wie im folgenden beschrieben ist. Flüssigkeit aus dem Flussregler 30 wird in eine zweite Flusssteuerstufe geleitet, innerhalb der Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe 53. Die Zeitabstimmungsbaugruppe 53 sammelt diese Flüssigkeit, bis ein Volumen V erreicht ist, zu welchem Zeitpunkt dieses Volumen von Flüssigkeit V veranlasst wird, aus der Zeitabstimmungsbaugruppe 53 herauszufließen, wodurch die gewünschte unterbrochene Ausgabe eines konstanten Volumens erreicht wird.
Bezugnehmend auf die Fig. 3-5 soll nun der Betrieb der vorliegenden Erfindung spezieller beschrieben werden. Zu Beginn fällt Flüssigkeit durch Schwerkraft aus dem Lagerbehälter 20 in den schalenförmigen Flussregler 30. Dieser Fluss (erste Stufe) wird fortgesetzt, bis der Flüssigkeitsfüllstand in dem Flussregler 30 den Eintritt von Luft zwischen den Behälterdüsenseitenwänden 22 und den Flussreglerseitenwänden 33 (wie in Fig. 4 gezeigt) versperrt. Wenn dies erfolgt, kann Außenluft nicht mehr in den Behälter 20 eintreten, was weiteren Fluss aus dem Behälter 20 und in den Flussregler 30 verhindert. Die hydrophile faserartige Drossel 25, die in der Flussregleröffnung 31 angeordnet ist, wirkt als eine Durchflussdrossel, während sie einen kontinuierlichen Durchfluss aus dem Behälter 20 durch den Flussregler 30 und in die Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe 53 zulässt.
Genaue Zeitabstimmung und gesteuerte Ausgabe werden durch Verwendung der Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe 53 der vorliegenden Erfindung erreicht, die ein umgekehrtes U-förmiges Rohr 40 enthält. Flüssigkeit aus dem Flussregler 30 fließt in die Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe 53, und Herausfließen aus der Zeitabstimmungsbaugruppe 53 wird verhindert, bis der Flüssigkeitsfüllstand innerhalb der Baugruppe 53 über das umgekehrte U-förmige Rohr 40 ansteigt: Die Einlassöffnung 41 des U-förmigen Rohrs 40 ist offen und nahe dem Boden der Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe 53 angeordnet, während das andere Ende des U-förmigen Rohrs 40 durch die Wand der Zeitabstimmungsbaugruppe 53 hindurchgeht und in einer offenen Auslass- oder Abgabeöffnung 48 endet, die unter dem Boden der Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe 53 angeordnet ist. Wenn der Flüssigkeitsfüllstand in der Zeitabstimmungsbaugruppe 53 ansteigt, steigt er auch in dem U-förmigen Rohr 40 an, wobei die Flüssigkeit durch das offene Ende 41 eintritt. Wenn der Flüssigkeitsfiillstand zum oberen Teil des U-förmigen Rohrs 40 ansteigt, läuft die Flüssigkeit über und fließt auf der anderen Seite des U-förmigen Rohrs 40 heraus. Da sich die Auslassöffnung 48 unter dem untersten Flüssigkeitsfüllstand in der Baugruppe 53 befindet, wirkt das U- förmige Rohr 40 als ein Saugheber und die Baugruppe 53 wird auf die Höhe der Einlassöffnung 41 entleert. Auf diese Weise wird das ausgegebene Volumen, das durch die Höhe des U-förmigen Rohrs (40) erzeugt wird, intermittierend ausgegeben. Weiter ist die Ausgabezykluszeitspanne einheitlich, da der Fluss in die Baugruppe 53 aus dem Flussregler 30 der gleiche von einer Zeitspanne zur nächsten ist, wie im folgenden ausführlicher beschrieben ist.
Es wird ferner verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung Rückführung von Flüssigkeit innerhalb des Flussreglers zurück in den Behälter ermöglicht. Dies wird erfolgen, wenn das Luftvolumen in dem Behälter sich aufgrund eines Temperaturabfalls in der Luft zusammenzieht. In diesem Fall kann ein Fluss in den Flussregler hinein und aus diesem heraus bei einer minimalen Änderung der Fallhöhe erfolgen, die auf die Flussregler-Ausgabeöffnung 31 einwirkt. Dies ermöglicht, dass der Fluss von Flüssigkeit aus dem Flussregler heraus bei einer relativ konstanten Menge gehalten wird.
Die Fig. 9 und 10 zeigen das Gerät zum Regeln des Flusses von Flüssigkeit aus einem Behälter unabhängig von dem Flüssigkeitsvolumen in dem Behälter. Allgemein verwendet das Gerät zwei Öffnungen, die am Boden des Flüssigkeitsbehälters positioniert sind, und vertikal um einen kleinen Abstand voneinander entfernt sind, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Dieser Höhenunterschied verstärkt eine gleichmäßige Flussmenge aus dem Behälter heraus, unabhängig von der Flüssigkeitshöhe in dem Behälter (siehe Fig. 9).
Diese Durchflussmenge wird durch die unterschiedliche Höhe zwischen den Öffnungen, die Geometrie der Öffnungen, und die physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit gesteuert. Ich habe festgestellt, dass diese Durchflussmenge genau durch die Formel
q = K·(H1 - Cn - CV) beschrieben werden kann, in der
K = ein Koeffizient, der von dem Weg durch die Düse abhängt (K = ΠρgD&sup4;/128L u, für Schichtfluss in Rohren)
ρ = Fluiddichte, kg·m³ (Slugs/Zoll³).
g = Gravitationskonstante, 9.81 m·S&supmin;²(386.4 Zoll/s²)
D = Düsenrohrbohrungsdurchmesser (mm(Zoll))
L = Düsenrohrlänge (mm (Zoll))
u = dynamische Viskosität der Flüssigkeit, Pa·s (pf·s/Zoll²)
H1 = Differenz in Höhe zwischen zwei Öffnungen
Cv = Konstante aufgrund von Oberflächenspannungswiderstand gegen Fluss an der Belüftungsöffnung, ausgedrückt als ein Verlust von Fallhöhe (Zoll)
Cn = Konstante aufgrund von Oberflächenspannungswiderstand gegen Fluss am Düsenauslassöffnung, ausgedrückt als ein Fallhöhenverlust (Zoll).
Da alle der Variablen außer CV und Cn bekannt sind, kann der kombinierte Effekt von Oberflächenspannung, die sowohl auf den Düsenauslass als auch die Belüftungsöffnung (wie in Fig. 10 gezeigt) einwirkt durch Versuche durch Messen der Durchflussmenge für eine gegebene Höhendifferenz H1 und Berechnen einer Konstanten C = Cv + Cn bestimmt werden. Die Gleichung für Durchfluss kann dann einfach geschrieben werden als q = K(H1 - C). Die gewünschte Durchflussmenge kann einfach durch Einstellen von H1, D oder L wie erforderlich erreicht werden. Solange der Belüftungsöffnungsdurchmesser und der Düsentropfenbildungsdurchmesser sich nicht ändern, wird der Oberflächenspannungseffekt genau durch den Versuchswert für C berücksichtigt werden (Es wird darauf hingewiesen, dass L und H1 nicht unbedingt gleich sind, da das Düsenrohr gewunden oder spiralförmig sein kann, um seinen Flüssigkeitsdurchflussweg zu vergrößern, ohne seine Gesamthöhe wie in Fig. 8 gezeigt zu ändern).
Wenn jedoch sehr niedrige Durchllussmengen ("Mikrodurchfluss"-Mengen werden hier als Raten von etwa 0,3 mm pro Stunde, oder sechs Tropfen pro Stunde, oder weniger bezeichnet) niedriger Viskosität benötigt werden, entstehen zwei Probleme mit dem in den Fig. 9 und 10 gezeigten Flussregler, die durch die vorliegende Erfindung gelöst werden. Das erste Problem besteht darin, dass der Koeffizient K dramatisch ansteigen kann ("das K-Anstiegsproblem"), was ein langes Rohr mit kleinem Durchmesser erfordert, um die notwendige Durchflussbegrenzung zu erzeugen. Dies führt zu einem Verlust von Selbstansaugen, was Anhalten des Flusses aufgrund von Oberflächenspannungswiderstand von eingefangener Luft in dem Rohr veranlasst. Das zweite Problem tritt auf, wenn die Umgebungstemperatur variiert ("das Temperaturschwankungsproblem"), was zu einer ungenauen Durchflussmengenregelung führen kann. Es folgen nun die Ursachen jedes dieser Probleme, sowie eine Erklärung, wie die vorliegende Erfindung diese Probleme löst.
Bezüglich des K-Anstiegsproblems, zeigt ein Vergleich der K-Werte für die Glycerin/Wasserlösung relativ hoher Viskosität (in meinen ebenfalls schwebenden Anmeldungen erörtert) mit Wasser das folgende:
Das Erzielen der gleichen Durchflussmenge mit Wasser wie mit Glycerin/Wasser unter der gleichen H1, erfordert gleiche Koeffizienten (KW = KG), wobei kleine Oberflächenspannungsunterschiede ignoriert werden. Dies erfordert, dass das D&sup4;/L- Verhältnis für Wasser um einen Faktor von 54,223/6,260 (10³) = 8,622 (10&supmin;³) kleiner als das D&sup4;/L für Glycerin/Wasser ist. Zum Aufführen eines speziellen Beispiels, wenn für Glycerin/Wasser Werte von D = 1,143 mm (0,045 Zoll) und L = 12,5 mm (0,5 Zoll) verwendet werden, um eine Durchflussmenge q zu erzeugen, dann ist ein Paar von D- und L-Werten, die den gleichen Durchfluss von Wasser erzeugen würden, D = 0,787 mm (0,031 Zoll) und L = 330 mm (13 Zoll). Angenommen, ein Rohr der Länge L = 330 mm (13 Zoll) könnte so gewunden sein, dass die vertikale Höhe zwischen den Enden gerade H1 = 12,7 mm (0,5 Zoll) sein würde (d. h. die gleiche H1 wie für die Glycerin/Wasseranwendung), könnte diese Länge in manchen Anwendungen praktikabel sein, aber für viele Anwendungen stellt sie die Schwierigkeit dar, dass zum Arbeiten das Rohr der Länge L angesaugt oder mit Flüssigkeit gefüllt werden muss. Wenn nicht durchgehend mit Flüssigkeit gefüllt, könnte der Durchfluss wirksam durch eingefangene Luft blockiert werden, die Oberflächenspannungswiderstand erhöht. Deshalb wird für Anwendungen mit geringem Durchfluss und geringer Viskosität ein selbstansaugendes Mittel zum Sicherstellen von richtigem Betrieb benötigt. Wenn ein kleinerer Durchmesser D gewählt wird, könnte eine kürzere Länge L verwendet werden, aber die Möglichkeit von Zusetzen nimmt zu, insbesondere mit Leitungswasser. Sogar mit einem kleinen Durchmesser D würde der Oberflächenspannungswiderstand von jeglicher eingefangener Luft weiterhin Selbstansaugen verhindert. Eine wirksame Lösung für dieses Problem ist gefunden worden: die Verwendung eines hydrophilen faserartigen Materials als eine selbstansaugende Drossel.
Wie in den Fig. 3-5 gezeigt ist, steht die hydrophile Drossel 25 in die Flüssigkeit an ihrem oberen Ende so vor, dass es wirksam durch die Flüssigkeit benetzt wird. Die hydrophile Drossel 25 wird vorzugsweise in den gesteuerten Durchmesser der Flussregleröffnung 31 gedrückt, um die gewünschte Durchflussbegrenzung einzustellen. Kapillarwirkung verursacht, dass die Flüssigkeit die Drossel hinunter gesogen wird, so dass sich die Fallhöhe H1 entwickelt, die fortgesetzten Fluss sicherstellt und Lufteinschlüsse beseitigt. Dies hat auch den Vorteil, dass das faserartige Material so ausgewählt und gesteuert werden kann, um einen hohen Durchflusswiderstand in einer kurzen Länge aufzuweisen. Dies ermöglicht eine kompakte Gesamtgröße, sogar für Flüssigkeiten niedriger Viskosität. Der Durchflusswiderstand der Drossel kann gesteuert werden, indem der Bohrungsdurchmesser der Flussregleröffnung 31 (D1, wie bei Fig. 3 gezeigt) kleiner als der Durchmesser der Drossel 25 gewählt wird, so dass die Fasern in einem gesteuerten Ausmaß bei Zusammenbau zusammengequetscht werden. Es hat sich als besonders praktikabel herausgestellt die Durchflussmenge, q, durch Ändern nur dieses Presspassungsverhältnisses zu steuern. Änderung nur des Bohrungsdurchmessers D1 vereinfacht es auch, eine Familie von Ausgabegeräten mit unterschiedlichen Durchflusskapazitäten zu bearbeiten und herzustellen.
Es hat sich herausgestellt, dass die Durchflusscharakteristik des Flussreglers 30 mit der hydrophilen Drossel 25 die Form q = K·(H1 - C) aufweist Der Koeffizient K kann experimentell durch Messen des Durchflusses an wenigstens zwei Punkten und Berechnen der Werte von K und C bestimmt werden. Die
Oberflächenspannungskonstante C würde die gleiche wie vorhergehend bestimmt sein, wenn der Belüftungsöffnungsdurchmesser, Tropfenbildungsdurchmesser und die Flüssigkeit die gleichen wären. Bei Schnurfaserdrosseln aus Filz und Baumwolle mit 6,35 mm (1/4) Zoll Durchmesser ist festgestellt worden, dass Selbstansaugen sichergestellt ist, wenn H2 etwa 3,175 mm (1/8 Zoll) beträgt und H3 9,52 mm (0, 375 Zoll) beträgt (H2 und H3 sind in Fig. 3 gezeigt). Durchflussmengen von ¹/&sub2; ml/Std. bis 2 ml/Std. Wasser können bei D1 = 3,556 bis 4,064 mm (0,149 bis 0,160 Zoll) erreicht werden, wenn H1 = 12,7 mm (0,5 Zoll) (siehe Fig. 4).
Die hydrophile Drossel 25 kann aus einem jeglichen Material hergestellt werden, das nicht nachteilig beeinflusst wird, wenn es der Flüssigkeit ausgesetzt wird, solange es hydrophil in wässrigen Lösungen ist, um Kapillareinwirkung zu ermöglichen, um die für stetigen Fluss benötigte Fallhöhe zu erzeugen. Naturfasern so wie Wolle, Filz und Baumwolle arbeiten gut, obwohl es erwünscht ist, Naturfasern für stabile Leistung vorzuschrumpfen. Poröse Kunststoffe, Polyester, poröse Keramik- oder poröse Metallmaterialien können auch verwendet werden, entweder allein (wenn behandelt, um hydrophil gestaltet zu werden), oder kombiniert mit einer Naturfaser. Poröser Kunststoff kann bevorzugt sein, da er zu der richtigen Form und Porosität geformt werden kann, obwohl er teurer als gewobene oder gepresste Schnurmaterialien aus Naturfasern ist.
Das Temperaturschwankungsproblem muss auch angesprochen werden. Wärmeübertragung in den Behälter 20 hinein oder aus diesem heraus dehnt die Luft innerhalb des Behälters aus oder zieht sie zusammen. Aufgrund des typischen Betriebs eines Thermostats erfolgt eine wiederholte Temperaturschwankung in den meisten Räumen, die zu der wirksamen, am Auslass wirkenden Fallhöhe beitragen oder sie verringern kann, was eine Variation in der Durchflussmenge verursacht. Wenn zum Beispiel die Lufttemperatur ansteigt, nimmt der Luftdruck zu und die Durchflussmenge steigt an, bis erneut ein Gleichgewicht hergestellt ist und der Durchfluss zu der Auslegungsmenge zurückkehrt. Wenn umgekehrt die Temperatur fällt, zieht sich die · Luft in dem Behälter zusammen, was den Druck innerhalb des Behälters senkt und die Durchflussmenge verringert, bis Gleichgewicht hergestellt ist und der Durchfluss erneut zu der Auslegungsmenge zurückkehrt. Der Variationsgrad in der Durchflussmenge hängt von dem Volumen von Luft innerhalb des Behälters ab. Wenn der Behälter beinahe voll von Flüssigkeit ist, ist der Effekt klein. Wenn sich der Behälter entleert, ist daher die gesamte durchschnittliche Durchflussmenge größer nahe dem Ende der Betriebsdauer des Flüssigkeitsbehälters. Dies kann oft ein unerwünschter Effekt sein, aber er schafft einen Weg (zum Beispiel), eine höhere Konzentration von Duftmolekülen im Verlauf der Zeit für Anwendung mit flüssigem Luftverbesserer einzuführen.
Die Größenordnung des Temperaturschwankungsproblems kann von dem idealen Gasgesetz eingeschätzt werden: PV/T = konstant. Deshalb wird für eine Änderung in der Temperatur ΔT von Luft innerhalb eines Behälters eine Änderung im Luftdruck ΔP = ΔT·P/T innerhalb des Behälters vorliegen. Das Luftvolumen kann sich zum Verringern dieses Druckanstiegs nur ausdehnen, indem Flüssigkeit aus dem Behälter herausgedrückt wird. Das herausgedrückte Flüssigkeitsvolumen (zum Wiederherstellen von Gleichgewicht) kann angenähert werden, indem angenommen wird, dass dies bei einer konstanten Temperatur erfolgt, so dass ΔV = .ΔP·V/P, wobei V das Luftvolumen in dem Behälter darstellt. ΔV muss durch einen Anstieg in der Durchflussmenge ausgestoßen werden, bevor Gleichgewicht wieder hergestellt werden kann. Die Zunahme im Druck, ΔP, ist eine Funktion der Temperaturänderung, unabhängig von dem Volumen V. Die Volumenänderung ΔV ist jedoch eine direkte Funktion des Volumens von Luft in dem Behälter. Wenn V zunimmt, nimmt die Volumenänderung aufgrund von Temperaturänderung zu, und die Änderung im Durchfluss nimmt auch zu.
Für große Behälter könnte dieser Effekt unannehmbar sein, selbst in Luftverbessereranwendungen. Dies ist beispielhaft durch den Effekt eines Temperaturanstiegs von 2,77ºC (5ºF) bei einem 946,4 ml (32 Unzen) - Behälter bei unterschiedlichen Verhältnissen von Luft/Flüssigkeit gezeigt. Zu Beginn kann der gefüllte Behälter 29,57 ml (1 Unze) Luft und 916,77 ml (31 Unzen) Flüssigkeit aufweisen. Für Nennbedingungen von P = 101,35 kPa (14,7 psi; Pfund pro Quadratzoll) und T = 530ºR, ΔP = 5·(14,7/530) = 0,139 psi.) und ΔV = (0,139)(1/14,7) = 0,009 Unzen. Im anderen Extremfall kann das Luftvolumen 916,77 ml (31 Unzen) betragen, wobei nur 29,57 ml (1 Unze) Flüssigkeit verbleibt. In diesem Fall erzeugt der Temperaturanstieg von 2,77ºC (5ºF) weiterhin einen Druckanstieg, ΔP = 958 Pa (0,139 psi), aber jetzt ist die zum Wiederherstellen des Gleichgewichts benötigte Volumenänderung ΔV = (958,37)(916,77/101352.9279) = 8,6 ml [(0,139)(31/14,7) = 0,292 Unzen]. Da dieser Effekt wiederholt während der Produktlebensdauer auftreten kann, kann der Gesamteffekt auf die Genauigkeit des ausgegebenen Volumens sehr bedeutsam sein. Deshalb wird ein Verfahren zum Steuern der Ausgabegenauigkeit aufgrund von Temperaturvariation benötigt.

Flussregler

Eine Lösung für das durch Temperaturvariation eingebrachte Problem besteht darin, die Druckänderung aufgrund einer Temperaturänderung zu beseitigen oder zu verringern. Wenn sich das Volumen ohne bedeutsame Änderung des Drucks ausdehnen oder zusammenziehen kann, dann würde die Flussregelung genau bleiben. Der Flussregler 30 löst dieses Problem. Wie in den Fig. 3-5 zu sehen ist, ist die Belüftungsöffnung meiner ebenfalls schwebenden Anmeldungen durch einen schalenförmigen Flussregler 30 ersetzt, der abgeschrägte Seitenwände 33, eine flache Bodenfläche 34, eine Flussregleröffnung 31, und Belüftungsöffnungen 70 aufweist. Die Bodenfläche 34 des Flussreglers 30 ist von den Enden der Behälterdüsenseitenwände 22 in einem Abstand G1 beabstandet (wie in Fig. 4 gezeigt). Flüssigkeit fließt aus dem Behälter in die "Schale" (d. h. den Flussregler 30), bis ein Flüssigkeitsflhllstand in der Schale an der Behälteröffnung erzeugt ist, der eine Fallhöhe H1 bereitstellt, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Dies verhindert weiteren Fluss aus dem Behälter 20, da Belüftungsluft nicht mehr durch die Öffnungen im Flussregler 30 in den Behälter eintreten kann. (Wie in den Fig. 6 und 6 gezeigt ist, ermöglichen Vertiefungen 57 innerhalb des Befestigungsgrundteils 50 den Eintritt von Außenluft). Wenn nun ein Temperaturanstieg erfolgt, kann die Luft in dem Behälter 20 sich einfach ausdehnen, wodurch der Flüssigkeitsfüllstand in der Schale leicht erhöht wird, und die Fallhöhe H1 leicht angehoben wird. Daher wird jetzt verstanden werden, dass die Volumenänderung ΔV aufgrund von Temperaturänderung ΔT durch Vergrößern des Volumens von Flüssigkeit in der Schale absorbiert werden kann, anstatt die Flüssigkeit durch die Flussregleröffnung 31 auszugeben. Außerdem ist der Anstieg der Fallhöhe in der Schale zum Absorbieren dieses Volumens sehr klein verglichen, beispielsweise, mit der Ausführungsform, die in meinen ebenfalls schwebenden Anmeldungen beschrieben ist. Zum Beispiel verursachte in jener Ausführungsform ein Temperaturanstieg von 2,77ºC (5ºF) einen Druckanstieg von 958 Pa (0,139 psi), der direkt zum Erzeugen von vergrößertem Fluss durch die Auslassöffnung wirkte. Dieser Druck von 958 Pa (0,139 psi) ist gleich 98 mm (3,86 Zoll) Wasserhöhe. Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Temperaturanstieg von 2,77ºC (ºF) weiterhin eine Volumenänderung, ΔV von 8,6 ml (0,292 Unzen) verursachen. Dieses Volumen wird jedoch in die Schale eintreten und den Füllstand in der Schale um eine Größe gleich ΔH1 = ΔV/A erhöhen, wobei A die Schalenfläche (A = II(D0² - D1²)/4 ist. Für den Behälter der Größe 946,4 ml (32 Unzen) ist D0 = 35,56 mm (1,40 Zoll) und D1 = 20,65 mm (0,813 Zoll). Deshalb ist A = 658 mm² (1,020 Zoll²) und ΔH1 = 0,292/1,020 = 0,286 Zoll, was nur 7,4% der Größe des Druckanstiegs in dem früheren Beispiel darstellt. Ebenso wichtig ist die Tatsache, dass bei Variation der Temperatur sowohl nach oben als auch nach unten die Flüssigkeit in der Schale steigen und fallen kann, um ein Druckgleichgewicht mit minimaler Auswirkung auf die Durchflussmenge aufrechtzuerhalten.
Zyklische Änderungen in der Temperatur sind wahrscheinlich für Pflanzenbegießungsgeräte, flüssige Luftverbesserer und viele andere Anwendungen. Deshalb wird zum Aufrechterhalten genauer Zeitspannen zwischen Ausgaben dieses Verfahren von Flussregelung benötigt. Luftverbessererausgabegeräte mit kleinem Volumen benötigen möglicherweise nicht dieses Merkmal, obwohl die für lange Betriebsdauer vorgesehenen größeren Größen wahrscheinlich auch Nutzen daraus ziehen würden. Der wünschenswerte Effekt zum Vergrößern der Duftmolekülkonzentration zum Verstärken der Wahrnehmung kann durch Einstellen des Ausgabevolumens und des Intervalls erzielt werden.
In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, dass eine Durchflussmengenabnahme im Verlauf der Zeit erfolgt. In diesem Fall würde der Flussregler 30 eine geeignete Drossel sein, die mit der Flüssigkeit in dem Behälter 20 kommuniziert und am Boden des Behälters angeordnet ist, während die Belüftungsluft am oberen Teil des Behälters über dem Flüssigkeitsfüllstand eingebracht werden würde. Die vollständig Fallhöhe von Flüssigkeit würde auf die Drossel einwirken, so dass die Durchllussmenge zu Beginn größer sein würde, wenn der Behälter voll ist, und stetig abnehmen würde, wenn der Flüssigkeitsfüllstand in dem Behälter fällt. Mit anderen Worten, der Effekt würde einfach darin bestehen, den Behälter durch eine begrenzte Öffnung zu entleeren. Erneut erzeugt diese Verwendung des Flussreglers 30 kombiniert mit der Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe 53 ein neues Verfahren zum Ausgeben eines intermittierenden, konstanten Volumens bei zunehmenden Zeitintervallen.

Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe

Zum Abschließen der Aufgabe zum periodischen Ausgeben eines speziellen Flüssigkeitsvolumens, wird ein zuverlässiges Verfahren zum automatischen Initiieren der Ausgabe als Reaktion auf den Ablauf einer voreingestellten Zeitspanne und zum Ausgeben der gewünschten Flüssigkeitsmenge benötigt. Wenn die Durchflussmenge aus dem Flussregler 30 stetig im Verlauf der Zeit ist, kann genaue Zeitabstimmung und Steuerung der Ausgabe unter Verwendung der in den Fig. 3-5 gezeigten Stechheberanordnung erreicht werden. Flüssigkeit aus dem Flussregler 30 fließt frei in die Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe 53, die direkt unter der Flussregleröffnung 31 positioniert ist. Ausfluss aus der Zeitabstimmungsbaugruppe 53 wird verhindert, bis der Flüssigkeitsfüllstand über das umgedrehte U-Rohr 40 steigt, welches als ein Saugheber wirkt. Die Einlassöffnung 41 des U-Rohrs 40 ist nahe dem Boden der Zeitabstimmungsbaugruppe 53 offen, während das andere Ende des U-Rohrs 40 durch die Wand der Baugruppe hindurchgeht und in einer Auslassöffnung 48 endet. Die Auslassöffnung 48 ist gegen jeglichen Durchfluss oder Leckage um ihren Durchgangspunkt durch die Baugruppe 53 abgedichtet. Wenn der Flüssigkeitsfüllstand in der Baugruppe 53 ansteigt, steigt er auch in dem U-Rohr 40 an, wobei die Flüssigkeit durch die Einlassöffnung 41 eintritt. Wenn der Flüssigkeitsfüllstand zum oberen Teil des U-Rohrs 40 ansteigt, fließt die Flüssigkeit an der anderen Seite und durch die Auslassöffliung 48 heraus. Auf diese Weise wird die gesamte Flüssigkeit in der Baugruppe 53 durch das Rohr 40 abgesaugt und ausgegeben. Die Ausgabezykluszeitspanne ist einheitlich, da der Fluss in die Baugruppe 53 aus dem Flussregler 30 der gleiche von einer Zeitspanne zur nächsten ist.
Es ist festgestellt worden, dass das U-förmige Rohr 40 passend für richtigen Betrieb positioniert und bezüglich seiner Abmessung ausgelegt werden muss. Wenn die Einlassöffnung 41 sich zu nahe an dem Boden der Zeitabstimmungsbaugruppe 53 befindet, wird ein abwechselndes Muster von Luftblasen und Flüssigkeit in das U- förmige Rohr 40 gesaugt, wenn die Flüssigkeit aus der Zeitabstimmungsbaugruppe 53 abläuft. Dies kann die Absaugwirkung zerstören und das U-förmige Rohr 40 mit Luftblasen und Flüssigkeit gefüllt oder teilweise gefüllt lassen. Dies erzeugt beträchtlichen Widerstand gegen Durchfluss, so dass sich beim nächsten Zyklus das U- förmige Rohr 40 nicht wieder füllen kann, sondern blockiert werden kann und versagt, das Flüssigkeitsvolumen zur richtigen Zeit abzusaugen. Zum Vermeiden dieses Problems sollte die Einlassöffnung 41 in einem ausreichenden Abstand über der Bodenfläche der Zeitabstimmungsbaugruppe 53 angeordnet sein (bezüglich der Oberflächenspannung der Flüssigkeit), so dass sich keine Luftblasen in dem Rohr bilden. Dies wird am einfachsten mittels empirischer Versuche bestimmt. Im richtigen Abstand wird sich die Zeitabstimmungsbaugruppe 53 vollständig ohne Ausbildung von Luftblasen entleeren. Außerdem muss die Einlassöffnung 41 effektiv parallel zu der Bodenfläche der Zeitabstimmungsbaugruppe 53 sein.
Dies wird der Oberflächenspannung der Flüssigkeit ermöglichen, einen Rand an der Einlassöffnung 41 zu bilden. Dieser Oberflächenspannungsrand ermöglicht der Flüssigkeit, sich schnell von dem Ende des Rohrs zu trennen, so dass sich keine Luftblasen bilden. Daher ermöglicht dieser Rand der Absaugwirkung, die Zeitabstimmungsbaugruppe zu entleeren, was Entleerung des Rohr 40 erlaubt, so dass es sich im nächsten Zyklus richtig wieder füllt. Wenn die Flüssigkeit beispielsweise Wasser ist und die Anwendung Begießen von Pflanzen darstellt, sollte für eine typische Konfiguration und typische Größe eines Pflanzenbegießungsgeräts die Einlassöffnung 41 etwa 4,76 mm (3/16 Zoll) über der Bodenfläche der Zeitabstimmungsbaugruppe 53 liegen.
Es wurde festgestellt, dass ein anderes Problem bei einem U-formigen Rohr 40 auftritt. Wenn der Durchfluss von Flüssigkeit durch das Rohr 40 zu schnell ist, können sich Luftblasen entlang des hinteren Rands der Flüssigkeitsmasseneinheit bilden, wenn sie aus dem Rohr herausfließt. Wiederum fügen diese Luftblasen Widerstand hinzu, so dass das Rohr 40 versagen kann, sich richtig im nächsten Zyklus wieder zu füllen. Die Lösung für dieses Problem besteht darin, die Auslassöffliung 48 leicht zu begrenzen, um die Geschwindigkeit von durch das Rohr 40 fließender Flüssigkeit zu verlangsamen. Dies schafft eine ununterbrochene Grenzfläche von Luft/Flüssigkeit an der Hinterkante der Flüssigkeitsmasseneinheit, wenn sie das Rohr 40 entleert. Eine kleine Menge Flüssigkeit bleibt an der Auslassöffnung 48 aufgrund von Oberflächenspannung hängen, aber es hat sich herausgestellt, dass diese einfach herausgeschoben werden kann, wenn der Flüssigkeitsfüllstand in der Zeitabstimmungsbaugruppe ansteigt und in die Einlassöffnung 41 des Rohrs 40 drückt. Als ein Beispiel hat sich bei Verwendung von Wasser in einem typischen Pflanzenbegießungsaufbau herausgestellt, dass ein Durchmesser des Einlassrohrs 40 von 3,175 mm (0,125 Zoll) und Durchmesser des Auslassrohrs 48 von 2,39 mm (0,094 Zoll) wirksam arbeiten.
Obwohl die Größen für Ausgabegeräte von Luftverbesserer allgemein kleiner als für Pflanzenbegießungsgeräte sein werden, gelten die gleichen allgemeinen Auslegungsprinzipien. Daher wird nun verstanden werden, dass in denjenigen Fällen, in denen der Fluss von dem Flussregler 30 nicht konstant ist, sondern mit dem Flüssigkeitsfüllstand in dem Behälter zunimmt oder abnimmt, die Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe 53 weiterhin ein konstantes Volumen liefern wird, aber die Zeitspanne zwischen Ausgabezyklen abnehmen bzw. zunehmen wird, wenn der Füllstand im Behälter fällt.
Ein Beispiel einer zunehmenden Durchflussmenge unter Vorraussetzung eines fallenden Behälterflüssigkeitsfüllstands soll nun beschrieben werden. Nun bezugnehmend auf die Fig. 9 und 10, umfasst das Flüssigkeitsausgabegerät einen umgedrehten Behälter 120 und eine Flüssigkeitsausgabedüse 140. Die Düse 140 umfasst eine Flüssigkeitsabgabeleitung 142 und einen Luftansaugdurchgang 144. Das unterste Ende der Flüssigkeitsabgabeleitung 142 ist unter dem obersten Ende des Luftansaugdurchgangs 144 positioniert. Bezugnehmend auf Fig. 10 endet die Flüssigkeitsabgabeleitung 142 in einer Flüssigkeitsabgabeöffnung 142A, und der Luftansaugdurchgang 144 endet an seinem obersten Ende in der Luftansaugöffnung 144A. Jede Öffnung ist in Flüssigkeitskommunikation mit Flüssigkeit 15 in dem Behälter 120, und eine Fallhöhendifferenz H1 wird erzeugt. Diese Fallhöhe verursacht die Erzeugung von Kräften an der Grenzfläche jeder der Öffnungen 142A und 144A, die gegen die Oberflächenspannung der an jeder dieser Öffnungen freiliegenden Flüssigkeit wirken, und hat die Tendenz, die Flüssigkeit an jeder Öffnung in entgegengesetzte Richtungen zu bewegen. Dieses Phänomen, gezeigt in Fig. 10, vergrößert das Fallhöhendifferenz und beschleunigte das Wachstum eines Tropfens an der Flüssigkeitsabgabeöffnung 142A und das Wachstum einer Luftblase an der Luftansaugöffnung 144A. Dies wird fortgesetzt, bis ein getrennter Tropfen an der Flüssigkeitsabgabeöffnung 142A ausgegeben wird, und eine getrennte Luftblase sich von der Luftansaugöffnung 144A trennt und zur Oberfläche des Flüssigkeitsfüllstands innerhalb des Behälters ansteigt. Dies stellt die ursprüngliche Fallhöhendifferenz wieder her, und der Prozess setzt sich in einer wiederholenden Weise fort.
Es wird aus dem vorhergehenden verstanden werden, dass bei dem in den Fig. 9 und 10 gezeigten Ausgabegerät, wenn die Temperatur unter normalen Umgebungsthermostatsteuerungen ansteigt, der Luftdruck über dem fallenden Flüssigkeitsflhllstand in dem Behälter auch aufgrund von Wärmeausdehnung der Luft ansteigt, und einen vergrößerten Druck ausübt, der auf die Flüssigkeit in dem geschlossen Behälter herunterdrückt. Dieser zusätzlichen Luftdruck vergrößert die Gesamtfallhöhendifferenz, was zu einem Anstieg der effektiven Fallhöhe und einer entsprechenden vergrößerten Ausgabemenge führt.
Wenn in der Luftverbessereranwendung nur der in den Fig. 9 und 10 gezeigte Flussregler verwendet wird, wird daher die Konzentration des Luftverbesserers dazu neigen, im Verlauf der Zeit anzusteigen, was dabei hilft, die physiologische Eigenschaft bei Menschen auszugleichen, bei der Empfindlichkeit filz einen Duft im Verlauf der Zeit abnimmt.
Flüssige Luftverbesserer aus dem Flussregler können auf ein jegliches Mittel fließen gelassen werden, das die Verdampfung des Luftverbesserers in die Luft verstärken kann, so wie ein Absorptionskissen 60 (gezeigt in Fig. 11), eine heiße Platte, ein Luftstrom, etc. Wenn alternativ eine konsistente Menge Luftverbesserer benötigt wird, kann der flüssige Luftverbesserer aus dem Flussregler der in den Fig. 1-5 gezeigten Schalenkonfiguration fließen gelassen werden. Beide Typen von Flussregler können mit oder ohne die oben beschriebene Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe verwendet werden.
In bezug zu praktisch jeder Ausführungsform, die die vorliegende Erfindung annehmen kann, kann eine wirksame Verwendung der hier beschriebenen Flussregler ohne die oben beschriebene Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe ausgeführt werden. In einer jeglichen dieser alternativen Ausführungsformen können natürlich die hier beschriebenen hydrophilen Drosseln verwendet werden, um Flüssigkeitsfluss aus einem Behälter durch Kapillarwirkung hervorzurufen.
Natürlich soll verstanden werden, dass verschiedene Änderungen und Abwandlungen der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen für Fachleute in diesem Gebiet offensichtlich sein werden. Solche Änderungen und Abwandlungen können vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen und ohne die mit ihr verbundenen Vorteile abzuschwächen. Es ist deshalb beabsichtigt, dass solche Änderungen und Abwandlungen durch die folgenden Patentansprüche abgedeckt sind.

Claims

1. Automatisches Flüssigkeitsausgabegerät (10) zum Ausgeben einer Flüssigkeit, umfassend:

einen Behälter (20), der zum Halten einer ausgabefähigen Flüssigkeit ausgelegt ist und dadurch einen Flüssigkeitsfüllstand in dem Behälter (20) definiert, und eine Flüssigkeitsausgabedüse (22) umfasst;

einen Flussregler (30) in Flüssigkeitskommunikation mit dem Behälter (20) über die Düse (22); und

eine Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe (53) in Flüssigkeitskommunikation mit dem Flussregler (30) zum Ausgeben von Flüssigkeit;

wobei der Flussregler (30) ein Sammelgefäß (30) zum Enthalten von Flüssigkeit aus dem Behälter (20) aufweist; und wenigstens zwei Öffnungen umfasst, die eine Lufteinlassöffnung (70) zum Ermöglichen der Einführung von Luft in das Sammelgefäß (30), und eine Flüssigkeitsabgabeöffnung (31) in Flüssigkeitskommunikation mit der Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe (53) einschließen;

dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät (10) die Flüssigkeit bei Mikrodurchflussmengen abgeben kann; die Lufteinlassöffnung (70) über einem jeglichen Flüssigkeitsfüllstand in dem Sammelgefäß (30) und unter dem Flüssigkeitsfüllstand in dem Behälter angeordnet ist; die Düse (22) angeordnet ist, um Luft von der Lufteinlassöffnung (70) in den Behälter (20) über das Sammelgefäß (30) als Reaktion auf Ausgabe der Flüssigkeit aus dem Behälter (20) über die Düse (22) einzulassen.

2. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Zeitabstimmungs- und Ausgabebaugruppe (53) eine Kammer (53) und einen Stechheber (40) mit einer Einlassöffnung (41) in Flüssigkeitskommunikation mit der Kammer (53) und eine Flüssigkeitsabgabeöffnung (48) umfasst, um Flüssigkeit aus der Kammer (53) fließen zu lassen, wobei die Flüssigkeitsabgabeöffnung (48) in Flüssigkeitskommunikation mit der Kammer (53) steht.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der vertikale Abstand zwischen der Lufteinlassöffnung (70) und der Flüssigkeitsabgabeöffnung (31) des Flussreglers (30) eine relativ konstante Gefällehöhe einrichtet, die im wesentlichen unabhängig von dem Behälterflüssigkeitsfüllstand ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1-3, das ferner eine hydrophile Drossel (25) aufweist, die wenigstens teilweise in der Flüssigkeitsabgabeöffnung (31) angeordnet ist, wobei die hydrophile Drossel (25) wirkt, um die Auswirkungen von Oberflächenspannungswiderstand innerhalb der Flüssigkeitsabgabeöffnung (31) zu begrenzen und Flüssigkeitsfluss aus dem Behälter (20) durch den Flussregler (30) durch Kapillarwirkung zu erzeugen, und wobei die Drossel (25) vorzugsweise ein faserartiges Material oder ein poröses Material aufweist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 24, bei dem der Stechheber (40) ein umgedrehtes U-förmiges Rohr aufweist, wobei der unterste Teil der Flüssigkeitsabgabeöffnung (48) des Stechhebers (40) unter der Einlassöffnung (41) angeordnet ist, und die Einlassöffnung (41) im wesentlichen parallel zu, und in einem ausreichenden Abstand von der Bodenfläche der Kammer (53) angeordnet ist, so dass eine ausreichende Oberflächenspannung an der Einlassöffnung (41) entwickelt wird, um im wesentlichen die Bildung von Luftblasen innerhalb des Stechhebers (40) während oder nach Flüssigkeitsausgabe zu verhindern, und wobei, vorzugsweise, der Durchmesser der Flüssigkeitsausgabeöffnung (48) des Stechhebers kleiner als der Durchmesser der Einlassöffnung (41) ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1-5, bei dem die Flüssigkeitsabgabeöffnung (31) unter der Lufteinlassöffnung (70) angeordnet ist, wenn der Behälter (20) zum Ausgeben der Flüssigkeit ausgerichtet ist, wobei die Lufteinlassöffnung (70) und die Flüssigkeitsabgabeöffnung (31) in Flüssigkeitskommunikation mit der Flüssigkeit in dem Behälter (20) stehen.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1-6, das ferner einen Verdunstungsverstärker zum Erhalten wenigstens eines Teils der gesteuerten Durchflussmenge von Flüssigkeit von dem Flussregler (30) aufweist.

8. Gerät nach Anspruch 7, bei dem, wenn die Flüssigkeit ein flüssiger Luftreiniger ist, der Verdunstungsverstärker ein Absorptionskissen (60) umfasst.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1-8, bei dem ein Luftraum innerhalb des Behälters (20) und über dem Flüssigkeitsfüllstand begrenzt ist; und das Sammelgefäß (30) in Zweiwegeflüssigkeitskommunikation mit dem Behälter (20) steht, so dass Flüssigkeit in einer ersten Richtung aus dem Behälter (20) und in das Sammelgefäß (30), oder in einer zweiten Richtung aus dem Sammelgefäß (30) und zurück in den Behälter (20) fließen kann, wobei Fluss in einer der ersten Richtung oder der zweiten Richtung auftritt, ohne die Abgabemenge wesentlich zu behindern, und wobei die Durchflussmenge dadurch im wesentlichen unabhängig von Temperaturvariationen innerhalb des Luftraums des Behälters (20) ist.

10. Gerät nach Anspruch 9, das ferner einen Verdunstungsverstärker aufweist, der zum Aufnehmen wenigstens eines Teils eines relativ konstanten Flüssigkeitsflusses von dem Flussregler (30) ausgelegt ist.

11. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Flüssigkeitsabgabeöffnung (31) eine Leitung in Flüssigkeitskommunikation mit dem Sammelgefäß (30) aufweist, welche in der Flüssigkeitsabgabeöffnung (31) endet,

wobei die Flüssigkeitsabgabeöffnung (31) vertikal von dem Flüssigkeitsfüllstand in dem Sammelgefäß (30) beabstandet ist; und eine hydrophile Drossel (25) wenigstens teilweise in der Leitung angeordnet ist, wobei die Drossel (25) vorzugsweise ein faserartiges oder ein poröses Material umfasst;

wobei der vertikale Abstand zwischen dem Flüssigkeitsflillstand innerhalb des Sammelgefäßes (30) und der Flüssigkeitsabgabeöffnung (31) eine Flüssigkeitshöhe definiert, die während der Ausgabe relativ konstant bleibt, wobei die Flüssigkeitshöhe den Durchgang von Luft in den Behälter (20) blockiert; und die Leitung einen Flüssigkeitsflussweg aufweist, der größer als seine Höhe ist und eine Durchflussmenge von Flüssigkeit aus dem Behälter (20) zulässt, die unabhängig von dem Flüssigkeitsflillstand in dem Behälter (20) ist, wobei das Gerät ferner einen Verdunstungsverstärker zum Aufnehmen wenigstens eines Teils der gesteuerten Durchflussmenge von Flüssigkeit aus dem Flussregler (30) aufweist.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 1-11, bei dem die Baugruppe (53) Mittel zum Aufnehmen der Flüssigkeit von dem Flussregler (30) und zum periodischen Ausgeben einer vorbestimmten, im wesentlichen konstanten Flüssigkeitsmenge umfasst.

13. Gerät nach Anspruch 12, bei dem, wenn die Flüssigkeit flüssiger Luftreiniger ist, der Verdunstungsverstärker ein Absorptionskissen (60) aufweist.