PL223329B1 - Urządzenie do regulacji natężenia mikroprzepływu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Dziedzina techniki. Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do regulacji natężenia mikroprzepływu dla cieczy dielektrycznych, nie przewodzących, w szczególności cieczy niskowrzących. Wynalazek może być zastosowany w układach mikrowymienników ciepła.

Stan techniki. Zagadnienie regulacji przepływu cieczy jest jednym z podstawowych zagadnień technicznych. Istnieje wiele urządzeń, które służą do regulacji przepływu w szczególności przepływu o niewielkich wydatkach (mikroprzepływów). Kontrola natężenia przepływu a w szczególności mikroprzepływów, jest szczególnie ważna w technologiach wykorzystujących mikrowymienniki ciepła, w szczególności w zastosowaniu do energetyki rozproszonej jak i w układach chłodniczych. W układach energetyki rozproszonej często stosowane są media robocze będące czynnikami niskowrzącymi, czynniki te są zazwyczaj dielektrykami i z tej racji do ich sterowania możliwe jest wykorzystanie pr ezentowanego w zgłoszeniu regulatora.

Dostępne urządzenia działają na zasadzie zmniejszenia efektywnego przekroju, przez który następuje przepływ.

Z europejskiego zgłoszenia wynalazku CN102536755 (A) z dnia 2012.07.04 pt „Pompa piezoelektryczna obiegu zamkniętego i piezoelektryczna metoda kontroli przepływu”, wynika że zgłoszone urządzenie składa się z piezoelektrycznego generatora drgań, czujnika przepływu, elementu sterującego, zaworów wlotowego i wylotowego oraz samego elementu piezoelektrycznego. Wszystkie powyższe elementy zostały zintegrowane w jedno urządzenie z wykorzystaniem mikrotechnologii (MEMS). Czujnik przepływu jest umieszczony w mikrokanale i sygnał generowany przez niego jest przetwarzany przez układ sterujący i odpowiednia informacja jest podawana do elementu piezoelektrycznego. W zależności od nastawy umieszczonej w module sterującym podawany jest odpowiedni sygnał zwrotny na element piezoelektryczny. Wszystkie układy zostały zintegrowane w jedną całość. Zaproponowane urządzenie charakteryzuje się zwartą kontrakcją, która może łatwo stać się elementem składowym docelowych innych konstrukcji.

Z kolei w europejskim zgłoszeniu wynalazku TW200932655 (A) z dnia 2009.08.01 pt. „Sposób i urządzenie do kontroli mikroprzepływów”, wynika, że zgłoszone urządzenie zbudowane jest z mikrokanału na którego końcu umieszczono elektrody. Przyłożenie napięcia do elektrod powoduje powstanie zaburzenia w przepływie o charakterze wirowym, które z kolei powoduje wytworzenie opora przepływu. To urządzenie może być wykorzystane jako mikroprzełącznik albo mikro zawór, może również służyć do kontroli natężenia mikroprzepływu. Wadą przedstawionego wynalazku są liczne ograniczenia stosowalności oraz stosunkowo wysokie zużycie energii związanej z występowaniem przepływu prądu elektrycznego, który generuje zaburzenie wirowe przepływu będące istotą wynalazku.

Kolejno w europejskim zgłoszeniu wynalazku KR20120015593 (A) z dnia 2012.02.22 pt. „Mikroprzepływowe urządzenie zawierające mikrozawór” zaproponowano urządzenie składające się z układu sterowania i mikrozaworu. Mikrozawór służy do kontroli natężenia przepływu, składa się on z elementu konstrukcyjnego wewnątrz którego umieszczono elastyczną membranę. Z jednej strony tejże membrany przepływa ciecz, z drugiej strony znajduje się powietrze. Kontrola natężenia przepływu polega na zmianie ciśnienia powietrza, co powoduje odkształcenie elastycznej membrany, co z kolei prowadzi do zamiany natężenia przepływu cieczy.

Istota wynalazku. Istota wynalazku polega na tym, że składa się z korpusu, który zawiera dwie komory połączone ze sobą poprzez komorę środkową usytuowaną w osi urządzenia, przy czym w komorze środkowej umieszczono dwie elektrody stanowiące ścianki mikrokanału do których przykładane jest napięcie przemienne. Odległości miedzy elektrodami zawierają się w przedziale od 0,2 mm do 1,5 mm. Komora połączoną z króćcem wlotowym jest z kolei połączona z komorą środk ową otworem wykonanym w dolnej części ograniczenia przepływu znajdującego się pomiędzy tymi komorami. Komora połączona z króćcem wylotowym jest połączono z komorą środkową bez ogran iczenia przepływu. Zaletą urządzenia według wynalazku jest to, że nie wykorzystuje ruchomych elementów mechanicznych, a zapewnia płynną regulację natężenia przepływu. Ponadto zaletą jest to, że koszt energetyczny działania urządzenia jest znikomy, wynika to z braku przepływu prądu elektrycznego pomiędzy elektrodami urządzenia.

Objaśnienie figur rysunku. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na przykładzie wykonania układu na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia urządzenie w rzucie aksynometrycznym, Fig. 2 przekrój wzdłużny urządzenia, Fig. 3 przekrój poprzeczny A-A urządzenia, a na Fig. 4 przekrój poprzeczny urządzenia B-B.

PL 223 329 B1

Przykład wykonania wynalazku. Urządzenie do regulacji natężenia mikroprzepływu składa się korpusu 1 wykonanego przykładowo z teflonu, który zawiera dwie komory 2 i 3 połączone ze sobą poprzez komorę 4 usytuowaną w osi urządzenia. W komorze 4 umieszczono dwie elektrody 5 i 6 stanowiące ścianki mikrokanału wykonane przykładowo z miedzi. Odległość pomiędzy elektrodami (ściankami mikrokanału) wynosi 200 ąm. Komora 2 i 4 połączona jest otworem 7 wykonanym w dolnej części ograniczenia przepływu 8. Z kolei komora 3 i 4 połączona jest bez ograniczenia przepływu. Do komory 2 ciecz doprowadzona jest poprzez krócieć wlotowy 9 a z komory 3 ciecz jest wyprowadzana poprzez krócieć wylotowy 10. Pomiędzy osią króćca wlotowego 9 i osią króćca wylotowego 10 występuje przesunięcie. Po obu stronach korpusu umieszczone są dwa elementy ściskające 11 i 12 połączone szpilkami 13 umocowanymi za pomocą nakrętek 14. Takie rozwiązanie zapewnia odpowiednie spasowanie i sztywność konstrukcji.

Zasada działania wynalazku polega na z jednej strony następuje ograniczenie przepływu przez ogranicznik przepływu 8, a z drugiej na zwiększaniu natężenia przepływu w sposób pośredni przez wzrost poziomu cieczy w komorze 4 między elektrodami (ściankami mikrokanału) 6 i 5.

Wzrost poziomu cieczy regulowany jest wartością napięcia przemiennego jakie jest przykładane do elektrod (ścianek mikrokanału) 5 i 6 w komorze 4. Wzrost poziomu cieczy powodowany jest działaniem siły dielektroforetycznej na jej powierzchnię rozdziału fazy ciekłej i gazowej. Wartość siły dielektroforetycznej działającej na powierzchnię rozdziału faz w mikrokanale jest proporcjonalna do natężenia pola elektrycznego między elektrodami (ściankami mikrokanału), a to z kolei zależy od wartości przyłożonego do elektrod (ścianek mikrokanału) napięcia.

Ciecz dostarczana jest do regulatora króćcem wlotowym 9, wypływ cieczy o regulowanym natężeniu przepływu następuje przez króciec wylotowy 10. Ograniczenie przepływu 8 znajdujące się na wlocie do mikrokanału pełni dwie funkcje, po pierwsze definiuje natężenie przepływu odniesienia regulatora, z drugiej strony wymusza powstanie powierzchni rozdziału fazy w komorze 4 mikrokanału. Powierzchnia rozdziału powierzchni faz w obszarze mikrokanału jest konieczna ze względu na występowanie zjawiska dielektroforezy.

Prezentowane urządzenie służy do regulacji przepływu cieczy dielektrycznych, nieprzewodzących takich jak np. niektóre alkohole (2-propanol) oraz czynniki niskowrzące takie jak np. czynniki chłodnicze R123, R134a, R404a.

Ciecze niskowrzące są stosowane w układach energetyki rozproszonej opartych na obiegu Rankina jak i w instalacjach chłodniczych. Urządzenie według wynalazku umożliwia płynną regulację natężenia przepływu użytych cieczy.

Wykaz nazw na figurach.

L.p.	Nazwa	L.p.	Nazwa
1	korpus	8	ogranicznik przepływu
2	komora	9	króciec wlotowy
3	komora	10	króciec wylotowy
4	komora	11	element ściskający
5	elektroda	12	element ściskający
6	elektroda	13	szpilki
7	otwór	14	nakrętka

Zastrzeżenia patentowe

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do regulacji natężenia mikroprzepływów, znamienne tym, że składa się korpusu (1), który zawiera dwie komory (2) i (3) połączone ze sobą poprzez komorę (4) usytuowaną w osi urządzenia, przy czym w komorze (4) umieszczono dwie elektrody (5) i (6) stanowiące ścianki mikr okanału do których przykładane jest napięcie przemienne, a odległości między elektrodami zawierają się w przedziale od 0,2 mm do 1,5 mm, z kolei komory (2) i (4) połączone są otworem (7) wykonanym w dolnej części ograniczenia przepływu (8), z kolei komora (3) i (4) połączone są bez ograniczenia przepływu.

   PL 223 329 B1
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że do komory (2) ciecz doprowadzona jest poprzez krócieć wlotowy (9) a z komory (3) ciecz jest wyprowadzana poprzez krócieć wylotowy (10), przy czym osie króćców (9) i (10) są względem siebie przesunięte.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że po obu stronach korpusu umieszczone są dwa elementy ściskające (11) i (12) połączone szpilkami (13) umocowanymi za pomocą nakrętek (14).