ITRE20100022A1

ITRE20100022A1 - ATOMIZER AND METHOD FOR NEBULIZATION OF LIQUIDS

Info

Publication number: ITRE20100022A1
Application number: IT000022A
Authority: IT
Inventors: Francesco Maioli
Original assignee: Mgf S R L
Priority date: 2010-03-22
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2011-09-23

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:

“ DISPOSITIVO ATOMIZZATORE E METODO "ATOMIZER DEVICE AND METHOD

PER NEBULIZZAZIONE DI LIQUIDI “ FOR NEBULIZING LIQUIDS "

Il presente trovato riguarda un dispositivo atomizzatore e relativo metodo per nebulizzazione di liquidi. The present invention relates to an atomizing device and relative method for atomizing liquids.

Una tipica applicazione dell’invenzione è per il raffrescamento evaporativo (adiabatico) che si realizza diffondendo nell’ambiente acqua nebulizzata. Infatti, poiché il processo d’evaporazione dell’acqua nebulizzata richiede energia, che viene sottratta all'ambiente sotto forma di calore, si ottiene un abbassamento della temperatura. Il calore non viene trasferito da o al sistema termodinamico, ma viene assorbito dall'acqua durante il passaggio di stato da liquido a vapore sotto forma di calore latente di vaporizzazione. A typical application of the invention is for evaporative (adiabatic) cooling which is achieved by diffusing nebulized water into the environment. In fact, since the evaporation process of atomized water requires energy, which is removed from the environment in the form of heat, a lowering of the temperature is obtained. Heat is not transferred from or to the thermodynamic system, but is absorbed by water during the transition from liquid to vapor in the form of latent heat of vaporization.

L'efficienza di questo processo dipende principalmente dalla superficie di scambio termico delle particelle d’acqua a contatto con l'aria e questa è tanto maggiore quanto più numerose e corrispondentemente piccole sono tali particelle, a parità di quantità d’acqua. The efficiency of this process depends mainly on the heat exchange surface of the water particles in contact with the air and this is all the greater the more numerous and correspondingly small these particles are, for the same amount of water.

Tra i vari sistemi noti per atomizzare l’acqua (od altri liquidi), quello più avanzato ed in grado di atomizzare il liquido in particelle più piccole (16-21 micron) rispetto agli altri sistemi, è la nebulizzazione mediante trasduttori piezoelettrici. Questi, sono immersi o comunque a contatto con il liquido; vengono portati a vibrare in risonanza, così da generare un’onda nell'acqua, di frequenza opportuna, che raggiunge la superficie libera e provoca il distacco di minuscole particelle d'acqua che danno luogo al processo di nebulizzazione. Among the various systems known to atomize water (or other liquids), the most advanced and capable of atomising the liquid into smaller particles (16-21 microns) than other systems is nebulization using piezoelectric transducers. These are immersed or in any case in contact with the liquid; they are made to vibrate in resonance, so as to generate a wave in the water, of an appropriate frequency, which reaches the free surface and causes the detachment of tiny water particles that give rise to the nebulization process.

Tuttavia, tale tecnologia è limitata all’uso con un solo trasduttore. However, this technology is limited to use with a single transducer.

Infatti, il rendimento elettrico è molto basso (quantità d'acqua nebulizzata/potenza necessaria): questo limite è dato dal fatto che normalmente i trasduttori vengono pilotati con oscillatori armonici (ad esempio Colpitts, Hartley o simili) la cui frequenza d’oscillazione è determinata, a parità di circuito, dalla frequenza di risonanza del trasduttore piezoelettrico. Questa soluzione circuitale richiede circa 60W per nebulizzare un litro d'acqua all'ora, vale a dire che richiede una potenza circa 10 volte superiore a quella impiegata con la nebulizzazione mediante ugelli attraversati dal liquido ad altissima pressione. Inoltre, poiché una percentuale molto elevata della potenza fornita al sistema non viene utilizzata per la nebulizzazione, la stessa deve essere dissipata sotto forma di calore, per questo servono elevate superfici dissipative, che comportano ingombri e costi aggiuntivi. In fact, the electrical efficiency is very low (quantity of atomized water / power required): this limit is given by the fact that the transducers are normally driven with harmonic oscillators (for example Colpitts, Hartley or similar) whose oscillation frequency is determined, with the same circuit, by the resonance frequency of the piezoelectric transducer. This circuit solution requires about 60W to nebulize one liter of water per hour, that is to say that it requires a power about 10 times higher than that used with nebulization by means of nozzles crossed by the liquid at very high pressure. Furthermore, since a very high percentage of the power supplied to the system is not used for nebulization, the same must be dissipated in the form of heat, for this reason high dissipative surfaces are required, which entail space and additional costs.

Inoltre, nel caso si voglia realizzare una portata d’aria nebulizzata sufficientemente elevata, ad esempio per raffrescare ambienti, è necessario, moltiplicare il numero dei trasduttori, i quali, tuttavia, oscillando alla loro frequenza di risonanza, possono oscillare a frequenze leggermente diverse tra loro, e quindi possono dare luogo a fenomeni d’interferenza, rendendo il sistema inefficiente. Furthermore, if a sufficiently high atomised air flow rate is to be achieved, for example to cool rooms, it is necessary to multiply the number of transducers, which, however, oscillating at their resonance frequency, can oscillate at slightly different frequencies between them, and therefore can give rise to interference phenomena, making the system inefficient.

Questo problema potrebbe venire risolto creando circuiti paralleli completamente isolati, ma questa soluzione comporterebbe costi e ingombri inaccettabili. This problem could be solved by creating completely isolated parallel circuits, but this solution would involve unacceptable costs and dimensions.

Per questi motivi, in pratica, i trasduttori piezoelettrici sono utilizzati solamente se le portate richieste sono basse (diffusione d’aromi o umidificazione), ed un dispositivo di raffrescamento evaporativo con la tecnologia sopradescritta non è stato finora realizzato a causa dei consumi energetici troppo elevati e delle interferenze elettromagnetiche tra i trasduttori. For these reasons, in practice, piezoelectric transducers are used only if the required flow rates are low (diffusion of aromas or humidification), and an evaporative cooling device with the above-described technology has not been made so far due to too high energy consumption. and electromagnetic interference between transducers.

Uno scopo della presente invenzione è di superare i limiti tecnici sopra individuati, in particolare realizzare un dispositivo atomizzatore in grado di operare con una pluralità di trasduttori, azionati da una stessa unità di potenza, senza che gli stessi interferiscano negativamente tra loro. An object of the present invention is to overcome the technical limitations identified above, in particular to provide an atomizing device capable of operating with a plurality of transducers, operated by the same power unit, without their negatively interfering with each other.

Un altro scopo è di ridurre notevolmente il consumo d’energia elettrica rispetto ai dispositivi con trasduttore piezoelettrico attualmente noti. Another purpose is to significantly reduce the consumption of electricity compared to currently known devices with piezoelectric transducers.

Detto ed altri scopi sono raggiunti dal trovato in oggetto così come si caratterizza nelle rivendicazioni. Said and other objects are achieved by the invention as it is characterized in the claims.

L’invenzione prevede una pluralità di trasduttori piezoelettrici che vengono pilotati in vibrazione da un’unità di potenza (ossia un circuito alimentato da corrente elettrica) che alimenta in parallelo i trasduttori, generando un’onda quadra di pilotaggio per ciascun trasduttore, la cui frequenza è indipendente dalle caratteristiche elettriche del trasduttore stesso. Per questo motivo il sistema è in grado di funzionare senza interferenze elettriche e con una minore potenza impiegata per il pilotaggio, il che rende necessarie minori superfici dissipative e consente elevate portate d'acqua di nebulizzazione. The invention provides for a plurality of piezoelectric transducers which are driven in vibration by a power unit (i.e. a circuit powered by electric current) which supplies the transducers in parallel, generating a driving square wave for each transducer, the frequency of which it is independent of the electrical characteristics of the transducer itself. For this reason the system is able to operate without electrical interference and with a lower power used for piloting, which requires less dissipative surfaces and allows high flow rates of nebulization water.

Secondo una forma preferita d’attuazione, l’unità di potenza del dispositivo è atta a pilotare i trasduttori mediante onde quadre sfasate tra loro. In tal modo, l’unità di potenza è in grado di pilotare i trasduttori con una potenza inferiore rispetto ai sistemi tradizionali. According to a preferred embodiment, the power unit of the device is able to drive the transducers by means of square waves out of phase with each other. In this way, the power unit is able to drive the transducers with a lower power than traditional systems.

Il dispositivo atomizzatore secondo l'invenzione è idoneo, ad esempio, per il raffrescamento di ampi ambienti, in grado di funzionare ottimamente con un consumo energetico paragonabile a quello dei sistemi tradizionali ad ugello, ed allo stesso tempo in grado di fornire una nebulizzazione molto più fine, con conseguenti proporzionali benefici, riducendo in pratica i costi di gestione nonché i costi della macchina grazie ad un dimensionamento degli alimentatori più ridotto. The atomizing device according to the invention is suitable, for example, for the cooling of large rooms, capable of operating optimally with an energy consumption comparable to that of traditional nozzle systems, and at the same time capable of providing much more atomization. fine, with consequent proportional benefits, reducing in practice the operating costs as well as the costs of the machine thanks to a smaller sizing of the feeders.

Preferibilmente, l’unità di potenza del dispositivo è atta ad interrompere periodicamente le onde di pilotaggio dopo aver attivato la naturale oscillazione del trasduttore e a riavviarla appena l'ampiezza dell'oscillazione scende al di sotto di un limite prestabilito, in modo da non pregiudicare la portata d'acqua nebulizzata, e tuttavia utilizzare una minore potenza elettrica. Anche grazie a questo i consumi elettrici si riducono in quanto per una certa frazione di tempo i trasduttori oscillano autonomamente senza nessuna eccitazione elettrica. Preferably, the power unit of the device is adapted to periodically interrupt the driving waves after having activated the natural oscillation of the transducer and to restart it as soon as the amplitude of the oscillation falls below a predetermined limit, so as not to jeopardize the atomised water flow rate, and yet use less electrical power. Also thanks to this, electrical consumption is reduced as the transducers oscillate autonomously for a certain fraction of time without any electrical excitation.

L' unità di potenza è in grado di ottenere un'adeguata portata d’acqua nebulizzata, senza la necessità di mettere in parallelo più circuiti indipendenti e in modo da non richiedere eccessiva potenza elettrica. The power unit is able to obtain an adequate flow rate of atomized water, without the need to parallel multiple independent circuits and so as not to require excessive electrical power.

L’invenzione viene esposta in dettaglio nel seguito con l'aiuto delle allegate figure che ne illustrano una forma, a titolo d’esempio e non esclusiva, d’attuazione. The invention is explained in detail below with the help of the attached figures that illustrate a form, by way of example and not exclusive, of implementation.

La FIG. 1 è una vista prospettica del dispositivo atomizzatore cui è stata asportata una fiancata laterale per renderne visibile la parte interna. FIG. 1 is a perspective view of the atomizing device from which a side panel has been removed to make the internal part visible.

La FIG. 2 è un particolare ingrandito, e secondo una diversa vista prospettica, di Fig. 1. FIG. 2 is an enlarged detail, and according to a different perspective view, of Fig. 1.

La FIG. 3 è uno schema a blocchi dell’apparato elettronico d’azionamento del dispositivo di Fig. 1 FIG. 3 is a block diagram of the electronic drive of the device of Fig. 1

La FIG. 4 A è un grafico, a titolo d’esempio, di tre onde di pilotaggio di altrettanti trasduttori prodotte dall’unità di potenza. FIG. 4 A is a graph, by way of example, of three driving waves of as many transducers produced by the power unit.

La Fig. 4B è un grafico, a titolo d’esempio, della potenza necessaria per generare le onde di cui alla Fig. 4A. Fig. 4B is a graph, by way of example, of the power required to generate the waves referred to in Fig. 4A.

La FIG. 5 è lo schema a blocchi di una forma d’attuazione dell’unità di potenza. FIG. 5 is the block diagram of a form of implementation of the power unit.

Il dispositivo, illustrato a titolo d’esempio nelle figure, ed indicato globalmente con 10, comprende un involucro 11, al cui interno, in posizione anteriore, è ricavata una camera 12 in grado di raccogliere una discreta quantità (diversi litri) d’acqua 15, od altro liquido, da nebulizzare. Con 15a è indicato il pelo libero dell’acqua 15. The device, illustrated by way of example in the figures, and globally indicated by 10, comprises a casing 11, inside which, in the front position, there is a chamber 12 capable of collecting a fair amount (several liters) of water 15, or other liquid, to be nebulized. 15a indicates the free surface of the water 15.

Nella zona superiore della camera 12, è prevista un’apertura 13 per l’uscita dell’acqua nebulizzata. In the upper area of the chamber 12, there is an opening 13 for the outlet of the atomized water.

A confine della zona superiore della camera 12 è previsto un mezzo ventilatore 14 atto ad emettere un flusso d’aria forzata rivolto verso il basso e diretto sopra il livello dell’acqua 15. At the border of the upper area of the chamber 12 there is a means of fan 14 designed to emit a forced air flow directed downwards and directed above the water level 15.

Una parete inferiore 16 che delimita inferiormente la camera 12, funge anche da supporto per una pluralità di trasduttori piezoelettrici 18 distribuiti omogeneamente lungo la parete stessa; si tratta di usuali trasduttori di tipo noto per l’atomizzazione dell’acqua ed hanno forma circolare. A lower wall 16 which defines the chamber 12 at the bottom also acts as a support for a plurality of piezoelectric transducers 18 homogeneously distributed along the wall itself; these are the usual transducers of the known type for water atomization and have a circular shape.

A confine con una parete verticale della camera 12 è posto un involucro 19 contenente al proprio interno un’unità di potenza per il pilotaggio dei trasduttori 18. Bordering a vertical wall of the chamber 12 there is a casing 19 containing a power unit for driving the transducers 18 inside.

In una zona posteriore dell’involucro 11 è posta una camera vuota 17 provvista d’aperture 17a d’ingresso per l’aria. In a rear area of the casing 11 there is an empty chamber 17 provided with openings 17a for air entry.

Nel funzionamento, l’eccitazione pilotata dei trasduttori 18 da parte dell’unità di potenza posta entro l’involucro 19, li porta a vibrare (in risonanza o quasi), così da generare un’onda nell'acqua 15 in cui sono immersi, che, se di frequenza opportuna, raggiunge la superficie libera 15a e provoca il distacco di minuscole particelle d'acqua che danno luogo al processo di nebulizzazione. In operation, the piloted excitation of the transducers 18 by the power unit placed inside the casing 19 causes them to vibrate (in resonance or almost), so as to generate a wave in the water 15 in which they are immersed, which, if of suitable frequency, reaches the free surface 15a and causes the detachment of tiny water particles which give rise to the nebulization process.

Il ventilatore 14 aspira aria dall’esterno, attraverso le aperture 17a, e produce un flusso d’aria forzata rivolto verso la camera 12, il quale esce all’esterno attraverso l’apertura d’uscita 13, trascinando con sé l’aria nebulizzata presente nella camera 12. The fan 14 draws in air from the outside, through the openings 17a, and produces a forced air flow directed towards the chamber 12, which exits outside through the outlet opening 13, dragging the nebulized air with it present in room 12.

Il dispositivo atomizzatore 10 comprende una pluralità di trasduttori piezoelettrici 18 ed un’unità di potenza 30 (ossia un circuito elettrico/elettronico) che è collegata in parallelo con detta pluralità di trasduttori 18. The atomizing device 10 comprises a plurality of piezoelectric transducers 18 and a power unit 30 (ie an electric / electronic circuit) which is connected in parallel with said plurality of transducers 18.

L’ unità di potenza è atta a generare un’onda quadra di pilotaggio per ciascun trasduttore, la cui frequenza è indipendente dalle caratteristiche elettriche del trasduttore stesso. The power unit is designed to generate a driving square wave for each transducer, whose frequency is independent of the electrical characteristics of the transducer itself.

A tale scopo, nella forma d’attuazione illustrata, l’unità di potenza 30 è strutturata secondo lo schema di Fig. 3, ove con 30 è indicata globalmente l’unità di potenza, la quale comprende un’unità di pilotaggio 40 che pilota una pluralità di trasduttori 18, ciascuno di essi in modo indipendente (in parallelo); con 50 è indicato un dispositivo di controllo in retroazione che interagisce tra i trasduttori 18 e l’unità di pilotaggio 40. For this purpose, in the embodiment illustrated, the power unit 30 is structured according to the diagram of Fig. 3, where the power unit is globally indicated with 30, which comprises a driving unit 40 which drives a plurality of transducers 18, each of them independently (in parallel); 50 indicates a feedback control device that interacts between the transducers 18 and the driving unit 40.

L’unità di pilotaggio 40 è realizzata per pilotare i trasduttori 18, come sopra detto, mediante un'onda quadra, anziché una sinusoide. Può essere realizzata con dispositivi FET o similari che notoriamente hanno bassissimi consumi se pilotati in saturazione (funzionamento ON-OFF). The driving unit 40 is made to drive the transducers 18, as mentioned above, by means of a square wave, rather than a sine wave. It can be made with FET or similar devices that are known to have very low consumption if driven in saturation (ON-OFF operation).

L’unità di pilotaggio ad onda quadra così realizzata ha il vantaggio di dissipare una potenza molto più ridotta rispetto agli oscillatori tradizionali (armonici o a rilassamento, tipo, ad esempio, il Colpitts). The square wave drive unit thus created has the advantage of dissipating a much lower power than traditional oscillators (harmonic or relaxation, such as, for example, the Colpitts).

Un circuito di potenza che lavora in campo lineare ha un rendimento che va dal 20% al 50% in base alla circuitazione utilizzata, mentre utilizzando un sistema digitale come quello realizzato nel presente dispositivo raggiunge rendimenti del 90-95%, soprattutto quando sono necessarie potenze elettriche elevate. A power circuit that works in the linear field has an efficiency ranging from 20% to 50% based on the circuit used, while using a digital system such as the one made in this device it achieves efficiencies of 90-95%, especially when power is required. high electric.

Il rendimento migliora sensibilmente in quanto i dispositivi di potenza, come noto, assorbono poca corrente solo durante il transitorio d’accensione, che è stato volutamente limitato al minimo. Ad esempio, in un' onda quadra alla frequenza di 1,6MHz, in cui il periodo dell'onda è di circa 600ns (nano-secondi), il tempo in cui il circuito di potenza assorbe potenza necessaria per la commutazione, è di circa 20ns. Nel tempo rimanente il circuito di potenza non consuma energia e le resistenze dei dispositivi FET in saturazione sono molto basse. Questo comporta un rendimento molto elevato. Nel caso degli oscillatori armonici tradizionali, il circuito di potenza equivalente ha invece un consumo continuo durante tutto il periodo. The performance improves significantly as the power devices, as known, absorb little current only during the ignition transient, which has been deliberately limited to a minimum. For example, in a square wave at a frequency of 1.6MHz, in which the wave period is about 600ns (nano-seconds), the time in which the power circuit absorbs the power required for switching, is about 20ns. In the remaining time the power circuit consumes no energy and the resistances of the saturated FET devices are very low. This results in a very high return. In the case of traditional harmonic oscillators, the equivalent power circuit instead has a continuous consumption during the whole period.

Secondo un aspetto dell’invenzione le onde quadre di pilotaggio dei trasduttori hanno uguale frequenza. According to one aspect of the invention, the driving square waves of the transducers have the same frequency.

L’unità di potenza può pilotare, una pluralità qualsivoglia di trasduttori 18 contemporaneamente, in quanto la frequenza d’oscillazione di essi non è determinata in base alle frequenze di risonanza dei singoli trasduttori; è determinata invece in base ad una frequenza unica determinata dall'unità di pilotaggio. Questo accorgimento evita qualsiasi fenomeno d’interferenza in quanto le onde, anche se sfasate, non si trovano mai in controfase una con l'altra; inoltre la frequenza d’oscillazione non dipende dai trasduttori stessi. The power unit can drive any plurality of transducers 18 simultaneously, since the oscillation frequency of them is not determined based on the resonance frequencies of the individual transducers; it is instead determined on the basis of a single frequency determined by the driving unit. This precaution avoids any interference phenomenon as the waves, even if out of phase, are never in counterphase with each other; moreover, the oscillation frequency does not depend on the transducers themselves.

Inoltre, le onde quadre di pilotaggio dei trasduttori sono uguali tra loro e tuttavia sono sfasate tra loro, ossia, sono inviate ai trasduttori in modo che i periodi d’oscillazione non occorrano tutti assieme, ma consecutivamente all'interno dell'unico periodo. Questo ulteriore accorgimento tecnico serve per ridurre la potenza necessaria per far funzionare l’unità di potenza. In questo modo la potenza da erogare non ha picchi ed è più costante. Furthermore, the driving square waves of the transducers are equal to each other and yet they are out of phase with each other, that is, they are sent to the transducers so that the oscillation periods do not occur all together, but consecutively within the single period. This further technical measure is used to reduce the power required to operate the power unit. In this way the power to be delivered has no peaks and is more constant.

Nel grafico di Fig. 4A sono illustrate tre onde quadre che alimentano tre rispettivi trasduttori, le quali sono sfasate tra loro di 1/6 di periodo: un’onda V1 è segnata con linea continua, una seconda onda V2 è segnata con linea a tratti, ed una terza onda V3 è segnata con linea a tratto e punto. The graph of Fig.4A shows three square waves that feed three respective transducers, which are out of phase with each other by 1/6 of a period: a wave V1 is marked with a solid line, a second wave V2 is marked with a dashed line , and a third wave V3 is marked with a dashed and dotted line.

Il grafico illustrato in Fig. 4B mostra la variazione della potenza necessaria per pilotare, ad esempio, tre trasduttori 18 grazie alle soluzioni tecniche sopra descritte in una macchina dotata di tre trasduttori 18 (il numero può ovviamente essere diverso). La linea che indica la potenza richiesta per commutare (Fig. 4B), mostra che è necessaria potenza solo in presenza del fronte d'onda su ciascun trasduttore e che, per lo sfasamento sopra descritto, la potenza richiesta è sempre più costante all'aumentare del numero di trasduttori e la potenza istantanea diminuisce secondo la formula: The graph illustrated in Fig. 4B shows the variation of the power necessary to drive, for example, three transducers 18 thanks to the technical solutions described above in a machine equipped with three transducers 18 (the number can obviously be different). The line indicating the power required to switch (Fig. 4B), shows that power is required only in the presence of the wave front on each transducer and that, due to the phase shift described above, the power required is more and more constant as it increases of the number of transducers and the instantaneous power decreases according to the formula:

P P.

Ptot=<cont>Ptot = <cont>

n n

(3 ) (3)

Dove Ptotè la potenza richiesta, Pcontè la potenza per il pilotaggio senza sfasamento, n il numero di trasduttori Where Ptot is the required power, Pcont is the power for driving without phase shift, n the number of transducers

Si vede anche che il vantaggio di questa soluzione tecnica è tanto maggiore quanto maggiore è il numero dei trasduttori. It can also be seen that the advantage of this technical solution is greater the greater the number of transducers.

Un ulteriore aspetto dell’invenzione prevede che l’unità di potenza 30 (in particolare l’unità di pilotaggio 40) interrompa periodicamente le onde quadre di pilotaggio dei trasduttori 18 dopo che hanno attivato la naturale oscillazione del trasduttore e, da quel punto in poi, li lascia oscillare in modo naturale senza nessuna eccitazione esterna; appena l'ampiezza dell'oscillazione scende al di sotto di un limite prestabilito, in particolare al di sotto di un’ampiezza necessaria per ottenere una nebulizzazione sufficiente, l’onda viene nuovamente avviate e l’eccitazione del trasduttore viene nuovamente forzata dall’onda. A further aspect of the invention provides that the power unit 30 (in particular the driving unit 40) periodically interrupts the driving square waves of the transducers 18 after they have activated the natural oscillation of the transducer and, from that point onwards , lets them swing naturally without any external excitement; as soon as the amplitude of the oscillation falls below a predetermined limit, in particular below an amplitude necessary to obtain sufficient nebulization, the wave is started again and the excitation of the transducer is again forced by the wave .

Grazie a questo accorgimento la potenza d’eccitazione non viene erogata con continuità ma in modo alternato, consentendo, in pratica, di ridurre i consumi di circa il 40% nella macchina. Thanks to this expedient, the excitation power is not delivered continuously but alternately, allowing, in practice, to reduce consumption by about 40% in the machine.

I risultati sperimentali, infatti, dimostrano che è sufficiente pilotare i trasduttori per circa 0,6 µs (micro-secondi) e spegnere il circuito di potenza per altri 0,4µs senza interruzione sensibile della nebulizzazione. The experimental results, in fact, show that it is sufficient to drive the transducers for about 0.6 µs (micro-seconds) and turn off the power circuit for another 0.4µs without noticeable interruption of the nebulization.

L’unità di pilotaggio 40 è programmabile ed è atta a variare talune caratteristiche delle onde di pilotaggio, in seguito alle informazioni fornite dal dispositivo di controllo in retroazione 50, in particolare la frequenza d’oscillazione delle onde e/o il dead time di esse. The driving unit 40 is programmable and is able to vary certain characteristics of the driving waves, following the information provided by the feedback control device 50, in particular the oscillation frequency of the waves and / or their dead time. .

L'unità di pilotaggio 40 è preposta, sulla base di dati sperimentali, a variare i parametri caratteristici dell'onda quadra inviata a ciascun trasduttore 18 in modo da massimizzarne il rendimento, ovvero in modo che l'energia necessaria per nebulizzare una massa d'acqua sia minima. Questi parametri possono essere la frequenza, il duty cycle, il dead time, l'eventuale sfasamento sui singoli canali, il ciclo d’eccitazione. L'unico parametro costante (a differenza dei sistemi tradizionali) è la tensione applicata ai capi del trasduttore, che è costante, trattandosi di un sistema digitale (ON/OFF), ed è pari alla tensione di alimentazione. The driving unit 40 is designed, on the basis of experimental data, to vary the characteristic parameters of the square wave sent to each transducer 18 so as to maximize its efficiency, or so that the energy necessary to nebulize a mass of water is minimal. These parameters can be the frequency, the duty cycle, the dead time, any phase shift on the individual channels, the excitation cycle. The only constant parameter (unlike traditional systems) is the voltage applied to the ends of the transducer, which is constant, being a digital system (ON / OFF), and is equal to the power supply voltage.

Vantaggiosamente, l’unità di pilotaggio 40 provvede a variare periodicamente, dietro informazioni provenienti dal dispositivo di controllo in retroazione 50, la frequenza attorno al valore della frequenza nominale del trasduttore, ossia la frequenza alla quale la quantità d’acqua nebulizzata è massima su un campione di trasduttori. La frequenza nominale è determinata in base alle caratteristiche meccaniche del trasduttore (materiale con cui è realizzato, diametro,...) e in base al fluido da nebulizzare; il processo di nebulizzazione, infatti, si basa sulla generazione di un onda nell'acqua, che, se di frequenza opportuna, raggiunta la superficie libera, provoca il distacco di minuscole particelle d'acqua che danno luogo al processo di nebulizzazione. Advantageously, the driving unit 40 periodically varies, on the basis of information coming from the feedback control device 50, the frequency around the value of the nominal frequency of the transducer, i.e. the frequency at which the quantity of atomized water is maximum on a sample of transducers. The nominal frequency is determined on the basis of the mechanical characteristics of the transducer (material with which it is made, diameter, ...) and on the basis of the fluid to be nebulized; the nebulization process, in fact, is based on the generation of a wave in the water, which, if of appropriate frequency, upon reaching the free surface, causes the detachment of tiny particles of water that give rise to the nebulization process.

Poiché tutti questi parametri sono costanti nella macchina (i trasduttori non cambiano e il fluido è normalmente acqua), la frequenza nominale è predeterminata; usualmente ha un valore variabile tra 1 e 2 Mhz, in base ai trasduttori attualmente disponibili sul mercato; questo valore è determinabile dai datasheets forniti dai produttori oppure sperimentalmente su un campione sufficientemente ampio di trasduttori. Since all these parameters are constant in the machine (the transducers do not change and the fluid is normally water), the nominal frequency is predetermined; it usually has a variable value between 1 and 2 Mhz, based on the transducers currently available on the market; this value can be determined from the datasheets provided by the manufacturers or experimentally on a sufficiently large sample of transducers.

Si è verificato che intorno al valore della frequenza nominale una tolleranza del 5% è accettabile senza rilevabili variazioni dell'efficacia della nebulizzazione e questo giustifica sia la possibilità di usare un'onda di frequenza unica per tutti i trasduttori (eliminando quindi tutte le interferenze), sia la possibilità di sfruttare la variazione di frequenza per “accordare” il sistema nel miglior punto di lavoro possibile. It has been verified that around the value of the nominal frequency a tolerance of 5% is acceptable without detectable variations in the effectiveness of the nebulization and this justifies both the possibility of using a single frequency wave for all the transducers (thus eliminating all interference). , and the possibility of exploiting the frequency variation to "tune" the system to the best possible working point.

Un altro parametro che, vantaggiosamente l’unità di pilotaggio può variare, dietro informazioni provenienti dal dispositivo di controllo in retroazione 50, è il dead time, ovvero il tempo durante il quale, mentre avviene la commutazione dell'onda, la tensione rimane uguale a zero. Questo tempo è importante per evitare ulteriormente la dissipazione sul circuito di potenza, in quanto consente di ridurre la corrente che circola al suo interno durante la fase di commutazione. Another parameter which, advantageously, the driving unit can vary, following information coming from the feedback control device 50, is the dead time, i.e. the time during which, while the wave is switching, the voltage remains equal to zero. This time is important to further avoid dissipation on the power circuit, as it allows to reduce the current that circulates inside it during the switching phase.

Questo accorgimento e la variazione della frequenza attorno al valore nominale, sopra descritta, consentono di individuare un punto di lavoro ottimale della macchina anche in presenza di disturbi esterni, come variazioni delle caratteristiche fluidodinamiche dell'acqua (temperatura, composizione chimica, presenza di sostanze aggiunte...). This device and the variation of the frequency around the nominal value, described above, allow to identify an optimal working point of the machine even in the presence of external disturbances, such as variations in the fluid dynamic characteristics of the water (temperature, chemical composition, presence of added substances ...).

Il dispositivo di controllo in retroazione 50 è preposto alla verifica del corretto funzionamento dei trasduttori. Esso rileva i parametri di funzionamento dei trasduttori e invia i dati all'unità di pilotaggio 40. The feedback control device 50 is responsible for verifying the correct operation of the transducers. It detects the operating parameters of the transducers and sends the data to the driving unit 40.

Per il corretto funzionamento sono stati adottati i seguenti accorgimenti tecnici: For correct operation, the following technical measures have been adopted:

• misurazione della corrente media assorbita dai trasduttori • measurement of the average current absorbed by the transducers

• calcolo della frequenza d’oscillazione, in base ai dati tabulati o alla funzione che lega l'impedenza del trasduttore alla frequenza d’oscillazione. Dalla corrente assorbita, tramite l'impedenza si può risalire alla frequenza. Questa relazione può essere fornita dal produttore del trasduttore o può essere ricavata sperimentalmente mediante un impedenzimetro, e viene utilizzata nel dispositivo di controllo in retroazione. • calculation of the oscillation frequency, based on the tabulated data or the function that links the impedance of the transducer to the oscillation frequency. From the absorbed current, through the impedance it is possible to trace the frequency. This relationship can be provided by the transducer manufacturer or it can be experimentally obtained using an impedance meter, and is used in the feedback control device.

• Diagnostica del corretto funzionamento dei trasduttori; infatti un trasduttore in corto circuito o scollegato varia significativamente l'impedenza del circuito e quindi è possibile monitorare se e quale trasduttore è in avaria. • Diagnosis of the correct functioning of the transducers; in fact, a short-circuited or disconnected transducer significantly varies the impedance of the circuit and therefore it is possible to monitor if and which transducer is faulty.

Nel caso specifico della macchina realizzata, questo modulo è stato realizzato mediante una resistenza di shunt amplificata mediante un amplificatore operazionale il cui segnale viene campionato ed elaborato come sopra descritto dall'unità di pilotaggio. In the specific case of the machine made, this module was made by means of a shunt resistor amplified by an operational amplifier whose signal is sampled and processed as described above by the driving unit.

L’ unità di pilotaggio 40 può vantaggiosamente variare il pilotaggio dei trasduttori, anche in base alle informazioni ricevute da un ulteriore circuito di controllo (integrato o esterno alla macchina) che stabilisce la quantità d’acqua da nebulizzare in base a parametri di benessere termoigrometrico e dall'unità di controllo in retroazione. Questo circuito di controllo rileva i parametri termoigrometrici, li integra in una funzione matematica e invia al circuito di potenza le informazioni relative alla quantità d'acqua da nebulizzare in quell’istante. Il circuito di controllo è configurato per pilotare più di un’unità di potenza e può essere integrato alla macchina o remotato. The piloting unit 40 can advantageously vary the piloting of the transducers, also on the basis of the information received from a further control circuit (integrated or external to the machine) which establishes the quantity of water to be atomized on the basis of thermohygrometric well-being parameters and from the control unit in feedback. This control circuit detects the thermohygrometric parameters, integrates them into a mathematical function and sends the information relating to the amount of water to be atomized in that instant to the power circuit. The control circuit is configured to drive more than one power unit and can be integrated into the machine or remotely.

In Fig. 5 è mostrato uno schema a blocchi di una forma d’attuazione dell’unità di potenza 40. Fig. 5 shows a block diagram of an embodiment of the power unit 40.

Con 41 è indicata un’unità centrale del sistema, la quale può essere realizzata con diverse soluzioni tecnologiche (con tecnologie discrete tipo CMOS, con generatori di funzioni o con microcontrollori). Preferibilmente si è scelto un microcontrollore: ha la funzione di generare le forme d'onda, sfasarle e modificarle opportunamente come descritto, effettuare i calcoli per stabilire come modificare l'onda in base ai dati ricevuti dagli altri blocchi a cui è connesso. 41 indicates a central unit of the system, which can be implemented with different technological solutions (with discrete technologies such as CMOS, with function generators or with microcontrollers). Preferably a microcontroller has been chosen: it has the function of generating the waveforms, phase them out and modify them appropriately as described, carry out the calculations to establish how to modify the wave based on the data received from the other blocks to which it is connected.

La scelta di un microcontrollore si è rivelata particolarmente conveniente in quanto consente di integrare in una soluzione “monolitica” tutte le funzioni sopradescritte. Il vantaggio della soluzione monolitica consiste in: The choice of a microcontroller has proved to be particularly convenient as it allows all the functions described above to be integrated into a “monolithic” solution. The advantage of the monolithic solution consists in:

• minori dimensioni del circuito stampato • smaller dimensions of the printed circuit

• minori componenti, circuito più semplice e robusto • fewer components, simpler and more robust circuit

• maggiore flessibilità (molti parametri possono essere variati via software) • greater flexibility (many parameters can be changed via software)

• minori disturbi indotti dalle alte frequenze • less disturbances induced by high frequencies

Con 42 è indicato un circuito di potenza: amplifica l'onda in modalità digitale. 42 indicates a power circuit: it amplifies the wave in digital mode.

Con 50 è indicato il controllo in retroazione: rileva i parametri di funzionamento del trasduttore e li invia al microcontrollore 41. 50 indicates the feedback control: it detects the operating parameters of the transducer and sends them to the microcontroller 41.

Con 43 è indicato un circuito d’alimentazione: fornisce la potenza elettrica necessaria a tutti i blocchi. 43 indicates a power supply circuit: it provides the necessary electrical power to all the blocks.

Con 44 è indicato un Tx/Rx dati: serve per comunicare con il mondo esterno, in particolare con l'unità di controllo o con altre macchine o con PC per l'aggiornamento firmware. 44 indicates a data Tx / Rx: it is used to communicate with the outside world, in particular with the control unit or with other machines or with a PC for the firmware update.

Con 45 è indicato uno Status Monitor: interfaccia operatore che indica lo stato della macchina (allarmi, stato di funzionamento... ecc...) 45 indicates a Status Monitor: operator interface that indicates the status of the machine (alarms, operating status ... etc ...)

Con 46 è indicato un circuito di controllo del ventilatore: controlla la velocità del ventilatore per massimizzare l'effetto raffrescante. 46 indicates a fan control circuit: it controls the fan speed to maximize the cooling effect.

Con 47 è indicato un circuito di controllo del livello dell’acqua nella camera 12: mantiene costante il livello dell'acqua. 47 indicates a water level control circuit in chamber 12: it keeps the water level constant.

I blocchi 41, 42, 43 definiscono la parte essenziale dell’unità di pilotaggio 40. Blocks 41, 42, 43 define the essential part of the driving unit 40.

Ovviamente all’invenzione in oggetto potranno venire apportate numerose modifiche di natura pratico-applicativa, senza con ciò uscire dall'ambito dell'idea inventiva come sotto rivendicata. Obviously, numerous modifications of a practical-applicative nature may be made to the invention in question, without thereby departing from the scope of the inventive idea as claimed below.

Claims

CLAIMS 1. Atomizing device for the nebulization of liquids by means of piezoelectric transducers which are driven in vibration by electrical energy, characterized in that it comprises: a plurality of piezoelectric transducers (18), a power unit (30) connected in parallel with said plurality of transducers (18), said power unit (30) being able to generate a driving square wave for each transducer (18), whose frequency is independent of the electrical characteristics of the transducer (18) itself.

2. Device according to claim 1, characterized in that the driving square waves of the transducers (18) have the same frequency.

3. Device according to claim 1, characterized in that the driving square waves of the transducers (18) are equal to each other and yet are out of phase with each other.

4. Device according to claim 1, characterized in that the power unit (30) periodically interrupts the driving square waves of the transducers (18) after having activated the natural oscillation of the transducers themselves and restarts the oscillation as soon as its amplitude falls below a predetermined limit.

5. Device according to claim 1 characterized in that the power unit (30) comprises a programmable driving unit (40), and a feedback control device (50), said driving unit (40) being adapted to vary, following the information provided by the feedback control device (50), the oscillation frequency of the waves and / or their dead time.

6. Device according to claim 1 characterized by the fact that the driving unit (40) is adapted to generate said driving waves of the transducers (18) by means of a microcontroller (41).

7. Method for atomising liquids using a piezoelectric transducer, characterized in that it includes: - provide an atomizing device (10) having a plurality of piezoelectric transducers (18), and a power unit connected in parallel with the transducers, - generate a driving square wave for each transducer (18), whose frequency is independent of the electrical characteristics of the transducer itself.

8. Method according to claim 1 characterized in that it further comprises: generating driving square waves which are equal to each other and yet out of phase with each other.

Method according to claim 8, characterized in that it further comprises: periodically interrupting the driving waves after having activated the natural oscillation of the transducer and restarting it as soon as the amplitude of the oscillation falls below a predetermined limit.

10. Method according to claim 8, characterized in that it also comprises varying, following the information provided by a feedback control device (50), the oscillation frequency of the waves and / or their dead time.