NO328519B1 - Anordning med en fluideksponert komponent utsatt for et fluidtrykk - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en anordning for fastholding av en komponent eks-ponert for et trykksatt fluid, spesielt for fastholding av dyser særlig i høytrykksom-rådet. Av særlig interesse er holdere for mikrostrukturerte dysekomponenter, særlig mikrostrukturerte dyser.

Oppfinnelsen vedrører særlig en anordning for fastholding av en mikrostruk-turert dyse, d.v.s. fremstilt ved mikroteknikk, som disse finner anvendelse i forstø-vere for fremstilling av drivgassfri medisinske aerosoler for inhalasjon.

Slike dyser er for eksempel omhandlet i WO94/07607. Et karakteristisk trekk ved disse dyser er at inhalerbare dråper med en midlere partikkeldiameter på ca. 5 nm lar seg generere med disse dyser, idet den væske som skal forstøves under høyt trykk - som ligger mellom 50 og 400 bar og mer - (eventuelt opp til 600 bar) - forstøves gjennom en dyse som fremviser en åpning på mindre enn 10 nm. Slike dyser kan fremstilles av for eksempel tynne silisiumplater og glassplater og fremviser ytre mål som ligger i millimeterområdet. En typisk dyse består for eksempel av en av to plater sammensatt quader (rettvinklet parallellpiped) med kant-lengder på 1,1 x 1,5 x 2,0 mm. Forstøvere for fremstilling av drivgassfrie aerosoler, hvori anordningene i henhold til oppfinnelsen for fastholding av en dyse kan anvendes, er for eksempel kjent fra W091/14468.

Oppfinnelsen tar sikte på å tilveiebringe en slik anordning som foretrukket er egnet for en fluideksponert komponent av abrasjonsbestandig hardt og dermed generelt sprøtt materiale.

Som fluideksponert komponent betegnes en komponent som er utsatt for et fluid som står under trykk, idet trykket også virker inne i komponenten, for eksempel i en dyseboring. En slik komponent kan for eksempel fastholdes trykktett ved innpressing i en holder av hardt materiale, når materialet i komponenten kan oppta mekaniske krefter uten å brytes i stykker eller å deformeres i en utstrekning som ikke kan godtas. I høytrykksområdet anvendes tetninger av deformerbart materiale, for eksempel kopper, eller av hardmateriale som sammenpresses med stor kraft. Ved komponenter av sprøtt materiale krever de kjente metoder for trykktett fastholding av komponenten betraktelige forholdsregler og stor nøyaktighet. Ved-rørende levetiden for en slik fastholdt fluideksponert komponent forefinnes bare lite pålitelige angivelser.

US 4,334,637 omtaler en ekstruderingsdysesammenstilling til bruk på en dispenser for smeltet varmsmelteklebemiddel. Dysen omfatter en varmeledende innsats anordnet innen en varmeisolerende plastholder. En elastisk tetning innen holderen forhindrer lekkasje mellom dysen og dispenseren når dysen er skrudd kun "fingertett" på dispenseren.

US patentskrift 3 997 111 beskriver en fluidstråle-skjæreinnretning hvormed det fremstilles en fluidstråle med høy hastighet anvendt for skjæring, boring eller abrasjon av materiale. Dysekroppen er sylindrisk og består for eksempel av safir eller korund. Dysekroppen er innfattet i en sylindrisk ring som består av lite ettergi-vende plastmateriale. Innfatningsringen er innpresset i en ringformet utsparing i dysebæreren og avtetter dysekroppen mot dysebæreren.

Derved oppstår den oppgave å tilveiebringe en anordning for fastholding av en fluideksponert komponent hvor anordningen også er egnet for komponenter av abrasjonsbestandig, hardt og dermed generelt sprøtt materiale og ikke fremkaller noen utillatelig store punktvise materialspenninger i komponenten.

Denne oppgave løses i forbindelse med oppfinnelsen ved en anordning med en fluideksponert komponent som er utsatt for et fluidtrykk når anordningen er benyttet, bestående av en holder med en utsparing på innsiden hvor den fluideksponerte komponent er montert, og som berører den fluideksponerte komponent på dennes lavtrykksside, og en elastomerisk formdel som omgir den fluideksponerte komponent rundt hele sin periferi, og som har minst en fri overflate som er utsatt for det trykksatte fluid når anordningen er i bruk,

kjennetegnet ved at utsparingen er stumpkjegleformet med en diameter som er større på høytrykkssiden enn på lavtrykksiden, og den elatomere formdel er stumpkjegleformet med en ytre kontor som er tilpasset den indre kontur av holderen, og med en indre kontur som er tilpasset den ytre kontor av den fluideksponerte komponent.

Den elastomere formdel fremstilles foretrukket som sprøytestøpedel, idet forelastomeren innfylles blærefritt i en form tilpasset konturene av holderen og den fluideksponerte komponent. Forelastomeren herdes i formen foretrukket under trykk.

Den elastomere formdel kan også fremstilles på det sted hvor den skal fastholde den fluideksponerte komponent.

En slik elastomer formdel forholder seg omtrent som en inkompressibel væske. Den passer nøyaktig til holderen og til den fluideksponerte komponent. Den elastomere formdel omgir den fluideksponerte komponent rundt hele dennes omkrets. Den elastomere formdel er bare utsatt for fluidtrykket på trykksiden og ikke på de sider hvor den er tilpasset til holderen og til den fluideksponerte komponent. Den elastosmere formdel muliggjør trykkompensasjonen mot den fluideksponerte komponent. Den elastomere formdel har ingen fri flate mot lavtrykkssiden. Den elatstomere formdel kan for eksempel bestå av naturgummi eller syntetisk gummi som silikongummi eller polyuretangummi.

Den fluideksponerte komponent kan bestå av abrasjonsbestandig, hardt og dermed generelt sprøtt materiale (som silisium, plast, keramikk, edelsten som for eksempel safir, rubin, diamant) eller av et duktilt materiale med abrasjonsbestandig hard overflate (som plast, kopper, hardforkrummet kopper, messing, alumin-ium, stål, stål med herdet overflate). Den kan fremstilles i et stykke eller være sammensatt av flere deler, idet delene kan bestå av forskjellig material. Den fluideksponerte komponent kan inneholde hulrom, utsparinger eller kanalstrukturer, for eksempel en dysestruktur.

Holderen kan bestå av et nesten vilkårlig materiale, foretrukket av metall eller plast, og kan være et rotasjonslegeme eller et legeme med vilkårlig annen form. Den kan fremstilles som pressformdel, som støpedel eller også ved sponfra-skillende bearbeiding.

Det kan - for eksempel ved en sylindrisk elastomer formdel - være hen-siktsmessig å la en mekanisk kraft stadig innvirke på den elastomere formdel, idet denne mekaniske kraft setter den elastomere formdel under forspenning. For dette er en presspasning eller et (eller flere) fortrengningslegeme, som trykker på eller i den egnede elastomere formdel.

Anordningen i henhold til oppfinnelsen har følgende fordeler:

I den fluideksponerte komponent oppstår ingen ikke-godtagbare lo kale spenningstopper, idet fluidtrykket inne i og utenfor den fluideksponerte komponent virker med den praktisk like størrelse på grunn av den «flytende» fastholding.

De krefter som utøves på den fluideksponerte komponent gjennom den tilpassede elastomere formdel frembringer ingen deformasjon av den fluideksponerte komponent.

En fluideksponert komponent av et i en viss utstrekning duktilt materiale lar seg fastholde på nøyaktig samme måte som en fluideksponert komponent av sprøtt materiale.

Fastholdingen av den fluideksponerte komponent forblir også tett

når fluidtrykket uteblir eller det innstilles et mindre (undertrykk).

Fastholdingen er uømfiendtlig mot dynamisk høytrykksbelastning, for

eksempel ved trykkstøt.

Den fluideksponerte komponent og denne elastomere formdel lar seg skånsomt og uten justeringsforanstaltninger montere på enkel måte i holderen. For den fluideksponerte komponent består ikke noen fare for sprøbrudd og for den elastomere formdel ingen fare for utglidning fra holderen.

Anordningen er spesielt egnet for en fluideksponert komponent i

miniatyrutførelse.

Anordningen i henhold til oppfinnelsen illustreres videre ved hjelp av figure-ne, hvori. Fig. 1 viser den sylindriske holder 1 av metall i skråoppriss. Holderen har en stumpkjegleformet utsparing 2, hvis diameter på høytrykkssiden er noe større enn på lavtrykkssiden. Holderen har ved bunnen 3 en åpning 4. Mantelen av holderen kan være stumpkjegleformet og utsparingen kan være sylindrisk. Fig. 2 viser den elastomere formdel 5, hvis form er tilpasset formen til holderen som vist i fig. 1 og formen av den fluideksponerte komponent som vist i fig. 3. Fig. 3 viser en fluideksponert komponent 6 som består av to firkantede plater, som er sammenføyet ved sine berøringsflater. Minst en av flatene er forsynt med en kanalstruktur 7, som på lavtrykkssiden inneholder en dyse. Fig. 4a og 4b viser hver et tverrsnitt gjennom en annen utførelsesform av anordningen, hver i sitt plan i anordningens akse og parallelt med hver sin av en side av den fluideksponerte komponent. Holderen 8 er forsynt med en ring 9 som rager inn over kanten av den elastomere formdel 5.

I fig. 5 er det illustrert en mikrostrukturer! fluideksponert komponent i form av en dyseanordning 10 bestående av en basisplate 11 og en dekkplate 12. For bedre illustrasjon er de to plater illustrert skilt fra hverandre. I ferdig tilstand er de to plater fast forbundet med hverandre, slik at væsken som skal forstøves gjennom filteranordningen 13 på innløpssiden 16 (høytrykkssiden) trenger inn i dyse-anordningen 10 og gjennom de trange kanaler 17 og de to bredere kanaler 15 kommer frem til dyseutløpet 14 (lavtrykkssiden). Platene 11 som 12 kan fremstilles av silisium eller glass. Ytterligere detaljer for dysen er omhandlet i WO94/07607 som innlemmes heri som referanse.

Eksempel: Fastholding av en forstøverdyse i miniatyrutførelse.

Denne anordning består av en sylindrisk holder av stål med en ytre diameter på 3,2 mm og en høyde på 2,6 mm. Anordningen inneholder en utsparing med en indre diameter på 2,3 mm på høytrykkssiden og 2,1 mm på lavtrykkssiden. Bunnen av holderen er 0,4 mm tykk og inneholder en boring med 0,8 mm diameter.

Den elastomere formdel av silikongummi er en stumpkjegle. Denne har før innsettingen i holderen en diameter på 2,3 mm på høytrykkssiden og 2,2 mm på lavtrykkssiden og er 1,8 mm høy. Den inneholder i hele sin høyde en utsparing med 1,0 mm bredde og 1,4 mm lengde symmetrisk anordnet til formdelens akse.

Den fluideksponerte komponent er quader (rettvinklet parallell epiped), sammensatt av to silisiumplater med 1,1 mm bredde, 1,5 mm lengde og 2,0 mm høyde. Komponentene inneholder i berøringsflatene for platene en plan trekant-formet 400 nm tykk utsparing som ender i en 50 nm bred, 50 nm dyp og 200 nm lang kanal.

Anordningen festes på en beholder som inneholder det fluid som skal for-støves. Trykket av fluidet inne i den fluideksponerte komponent utgjør 32 Mpa (320 bar).

Claims (7)

1. Anordning med en fluideksponert komponent som er utsatt for et fluidtrykk når anordningen er benyttet, bestående av en holder (1; 8) med en utsparing på innsiden hvor den fluideksponerte komponent er montert, og som berører den fluideksponerte komponent på dennes lavtrykksside, og en elastomere formdel (5) som omgir den fluideksponerte komponent rundt hele sin periferi, og som har minst en fri overflate som er utsatt for det trykksatte fluid når anordningen er i bruk, karakterisert ved at - utsparingen (2) er stumpkjegleformet med en diameter som er større på høytrykkssiden enn på lavtrykksiden, og - den elatomere formdel (5) er stumpkjegleformet med en ytre kontor som er tilpasset den indre kontur av holderen (1), og med en indre kontur som er tilpasset den ytre kontor av den fluideksponerte komponent (6).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at - den fluideksponerte komponent (6) består av slitemotstandsdyktig, hardt og således generelt sprøtt materiale eller et duktilt materiale eller en kombinasjon av disse materialer.

3. Anordning ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at - den fluideksponerte komponent (6) er sammensatt av flere komponenter eller - består av en fluideksponert komponent i et stykke.

4. Anordning for krav 1 til 3, karakterisert ved at - den fluideksponerte komponent (6) består av silikon eller glass og har en kanalstruktur.

5. Anordning ifølge krav 1 til 3, karakterisert ved at - den fluideksponerte komponent (6) er mikrostrukturer! og består av silikon og glass og har en kanal.

6. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at - den elastomere formdel (5) består av naturgummi eller syntetisk gummi.

7. Anordning ifølge krav 1 til 6, karakterisert ved at - den elastomere formdel (5) består av polyuretan.