(57)【要約】  氷試験デバイスが開示されている。そのような氷試験デバイスの１つは、氷付着試験デバイスである。氷付着試験デバイスは、使用時に着氷の層が形成されるウェルの形態の氷付着試験ターゲットを備える。ターゲットは、ウェルの底部にあるサンプルプレートと、サンプルプレートの周りに周方向に位置決めされ、ウェルの側壁を提供する氷係合要素とを備え、サンプルプレートは氷係合要素に対して回転可能である。氷付着試験デバイスはまた、サンプルプレートと氷係合要素との間に回転トルクを加えるためのトルク手段をも備える。氷付着試験デバイスは、また、少なくとも着氷の層がサンプルプレートから分離する点において、回転トルクおよび／または氷に対する応力を測定するためのトランスデューサ手段をも備える。【選択図】図５ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用時に着氷の層が中に形成されるウェルの形態の氷付着試験ターゲットであり、前記氷付着試験ターゲットは、前記ウェルの底部にあるサンプルプレート、および、前記サンプルプレートの周りに周方向に位置決めされ、前記ウェルの側壁を提供する氷係合要素を備え、前記サンプルプレートは前記氷係合要素に対して回転可能である、氷付着試験ターゲットと、
前記サンプルプレートと前記氷係合要素との間に回転トルクを加えるトルク手段と、
少なくとも、前記着氷の層が前記サンプルプレートから分離する点において、前記回転トルクおよび／または前記氷に対する応力を測定するトランスデューサ手段と
を備える、氷付着試験デバイス。
【請求項２】
前記サンプルプレートは回転可能であり、前記トルク手段は、前記回転トルクを前記サンプルプレートに加えるように構成されており、前記氷係合要素は定位置に固定されている、請求項１に記載の氷付着試験デバイス。
【請求項３】
前記トルク手段は、使用時に、前記着氷の層の抵抗に抗して、前記氷係合要素に対して前記サンプルプレートを回転させるよう試行するように構成されている、請求項１または２に記載の氷付着試験デバイス。
【請求項４】
前記氷係合要素が、前記氷係合要素に対する前記着氷の層の回転を防止するように成形されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の氷付着試験デバイス。
【請求項５】
前記氷係合要素は、非円形の内周壁を有する、請求項４に記載の氷付着試験デバイス。
【請求項６】
前記ウェルの前記側壁は、前記氷係合要素に対する前記着氷の層の回転を防止するために、前記着氷の層と係止するための突出部を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の氷付着試験デバイス。
【請求項７】
前記ウェルの前記側壁は、前記氷係合要素に対する前記着氷の層の回転を防止するために、前記着氷の層と係止するための凹部を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の氷付着試験デバイス。
【請求項８】
前記氷係合要素が、前記氷係合要素に対する前記着氷の層の回転を防止するように粗面化されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の氷付着試験デバイス。
【請求項９】
前記氷係合要素は、水滴に曝される領域を画定するように構成され、前記側壁は、直径が調整可能であるように構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の氷付着試験デバイス。
【請求項１０】
前記サンプルプレートは、直径が４０ｍｍと１００ｍｍとの間である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の氷付着試験デバイス。
【請求項１１】
前記氷付着試験デバイスは、前記サンプルプレートに固定されたサンプルをさらに備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の氷付着試験デバイス。
【請求項１２】
前記サンプルが、複合材料、ガラス、金属、アルミニウム、スチール、プラスチック、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）およびアクリルのうちの１つまたは複数を含む、請求項１１に記載の氷付着試験デバイス。
【請求項１３】
前記サンプルは、厚さが１ｍｍと１５ｍｍとの間である、請求項１１または１２に記載の氷付着試験デバイス。
【請求項１４】
突出した熱障壁によって第１の区画と第２の区画とに分離される上面を有するプラットフォームを備えるランバックアイス試験ターゲットと、
前記第２の区画が前記第１の区画の上にあるように、前記プラットフォームを傾斜させるように構成されたプラットフォーム傾斜手段と、
使用中に前記プラットフォームの前記第２の区画上に着氷の層が形成されるとき、前記プラットフォームの前記第１の区画に着氷が実質的にないままにするために、前記プラットフォームの前記第１の区画の局部的な加熱を生成するための第１のヒータ手段と、
前記プラットフォームが傾斜しているときに、前記着氷の層から前記障壁を越えて前記プラットフォームのより低い前記第１の区画へと融解した氷のランバックを生じさせるために、前記プラットフォームの前記第２の区画の局部的な加熱を生成するための第２のヒータ手段と、
前記第１のヒータ手段および前記第２のヒータ手段を独立してオンオフするコントローラと
を備える、ランバックアイス試験デバイス。
【請求項１５】
前記プラットフォーム傾斜手段は、前記ランバックアイス試験ターゲットの前記プラットフォームの傾斜角を調整するように構成されている、請求項１４に記載のランバックアイス試験デバイス。
【請求項１６】
前記プラットフォームが、複合材料、ガラス、金属、アルミニウム、スチール、プラスチック、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）およびアクリルのうちの１つまたは複数を含む、請求項１４または１５に記載のランバックアイス試験デバイス。
【請求項１７】
前記プラットフォームは、１ｍｍと５ｍｍとの間の厚さおよび／または４０ｍｍと７０ｍｍとの間の幅および／または４０ｍｍと７０ｍｍとの間の長さを有する、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載のランバックアイス試験デバイス。
【請求項１８】
前記プラットフォームが２ｍｍの厚さおよび／または５８ｍｍの幅および／または４５ｍｍの長さを有する、請求項１７に記載のランバックアイス試験デバイス。
【請求項１９】
前記コントローラは、付加的に、前記第１のヒータ手段および前記第２のヒータ手段が加熱される温度を制御するためのものである、請求項１４〜１８のいずれか一項に記載のランバックアイス試験デバイス。
【請求項２０】
氷付着試験デバイスであって、
使用時に着氷の層が中に形成されるウェルの形態の氷付着試験ターゲットであり、前記氷付着試験ターゲットは、前記ウェルの底部にあるサンプルプレート、および、前記サンプルプレートの周縁周りに位置決めされる環状体を備える、氷付着試験ターゲットと、
前記サンプルプレートと前記環状体との間に回転トルクを加え、前記回転トルクを増大させるトルク手段と、
前記回転トルクおよび／または前記サンプルプレートに対する応力を検知するトランスデューサ手段と
を備える、氷付着試験デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、氷試験デバイスに関する。実施形態では、本発明は氷付着試験デバイスに関する。他の実施形態では、本発明は、氷ランバック試験デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機構造のような構造上に氷が形成されると、その影響が問題となり得る。航空機構造上の氷の形成は、例えば、構造の空力的特性を変化させ、その重量を増加させる可能性がある。構造上で成長した氷が壊れた場合、これは、その構造または周囲の構造に機械的損傷を引き起こす可能性がある。
【０００３】
したがって、このような構造上の氷の形成を防止または低減する有効なコーティングを開発することが望ましい。これらのコーティングは、「疎氷性」コーティングとして知られている。疎氷性コーティングは、航空機翼の前縁、エンジンブレード、またはヘリコプタのロータブレード、または風力タービンブレードなどの構造に有効に適用することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
疎氷性コーティングが開発されているときは、それをさらに開発するか、または構造に適用する前に、新規のコーティングを、それが実際に適切に疎氷性であるか否かについて評価しなければならない。しかしながら、疎氷性である可能性があるコーティングの有効性を試験する現行の方法は不十分である。
【０００５】
試験されなければならない疎氷性である可能性があるコーティングの１つの特性は、コーティングへの氷の付着の強さである。コーティングへの氷の付着の強さは、コーティングから氷を分離するのに必要な力を測定することによって試験することができる。しかしながら、既存の試験技法の結果は、実世界において、特に大気氷結において形成される氷の付着を正確に表すものではない。
【０００６】
大気氷は、構造との対照において凍結する冷却または過冷却水滴によって形成される。この形成された氷は、多くの液滴によって形成されるため、「着氷」としても知られる。
【０００７】
コーティングに対する氷の付着の強さを試験するための既存の技法は、２つのコーティングされた基材の間で従来の凍結法（均一な雨氷）によって冷却された凍結水のブロックを使用する。この氷は大気氷を表すものではないため、意図される用途が大気氷結に曝される構造、例えば航空機構造に関するものである場合には、疎氷性である可能性があるコーティングの性能に関して試験が与える有用な情報は限られている。
【０００８】
また、風洞を使わずに「ランバック」によって形成される氷の効果および挙動をシミュレートする、満足できる手段も存在しない。「ランバックアイス」として知られるこのような氷は、表面のある部分の既存の氷が溶けてどこかで再凍結したときに形成される氷である。ランバックアイスは、例えば、水滴が前縁で凍結し、且つ、加熱システムによって融解された場合に、航空機翼または尾翼の加熱された前縁の後部に、水が戻って流れて再凍結して形成され得る。ランバックアイスは、加熱されたプロペラブレード上に形成される可能性もある。両方の例において、重量増加、空力的性能の低下および機械的損傷の上述の問題が起こり得る。したがって、ランバックアイスの形成が適切に研究されることが重要である。
【０００９】
少なくとも特定の実施形態の目的は、これらの問題の１つまたは複数に対処することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
［第１の態様］
本発明の第１の態様によれば、使用時に着氷の層が中に形成されるウェルの形態の氷付着試験ターゲットであり、氷付着試験ターゲットは、ウェルの底部にあるサンプルプレート、および、サンプルプレートの周りに周方向に位置決めされ、ウェルの側壁を提供する氷係合要素を備え、サンプルプレートは氷係合要素に対して回転可能である、氷付着試験ターゲットと、サンプルプレートと氷係合要素との間に回転トルクを加えるトルク手段と、少なくとも、着氷の層がサンプルプレートから分離する点において、回転トルクおよび／または氷に対する応力を測定するトランスデューサ手段とを備える、氷付着試験デバイスが提供される。
【００１１】
氷付着試験デバイスは、使用時に着氷の層が形成されるウェルの形態の氷付着試験ターゲットを提供することにおいて、試験されるサンプルへの着氷の付着を可能にする。サンプルが疎氷性である可能性があるコーティングを有する場合、氷付着試験デバイスを使用して、大気氷または付着した氷に関連するコーティングの特性の、凍結水のブロックを使用するデバイスによって行われ得るよりも正確な測定値を提供することができる。
【００１２】
サンプルプレートと氷係合要素との間に回転トルクを加えるためのトルク手段は、氷が疎氷性である場合、氷がサンプルプレートまたは氷係合要素から分離するように氷に応力が加えられることを可能にする。少なくとも、着氷の層がサンプルプレートから分離する点において、回転トルクおよび／または氷に対する応力を測定するトランスデューサ手段は、これが行われるこの氷に対するトルクまたは応力のいずれか（または両方）が測定されることを可能にし、それにより、サンプルプレートへの氷の付着の強さを示す。
［サンプルプレート］
サンプルプレートは、サンプルが固定されるように構成することができる。サンプルプレートは、回転可能とすることができる。トルク手段は、回転トルクをサンプルプレートに加えるように構成することができる。氷係合要素は定位置に固定することができる。
【００１３】
サンプルプレートが回転可能であり、氷係合要素が定位置に固定されているとき、トランスデューサ手段は、氷が氷係合要素から分離するときの回転トルクではなく、氷がサンプルプレートから分離する回転トルク、および／または、氷に対する応力（サンプルプレートが、試験される疎氷性である可能性があるコーティングを保持する場合に対象となる）を測定することができる。
【００１４】
サンプルプレートは、直径が４０ｍｍと１００ｍｍとの間であってもよい。
［サンプル］
氷付着試験デバイスは、サンプルプレートに固定されたサンプルを含むことができる。サンプルは、複合材料を含んでもよい。サンプルはガラスを含んでもよい。サンプルは金属を含んでもよい。サンプルは、アルミニウムまたはスチールを含んでもよい。サンプルはプラスチックを含んでもよい。サンプルは、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）またはアクリルを含んでもよい。サンプルは、これらの材料の１つまたは複数から形成されてもよい。サンプルは、これらの材料の１つまたは複数のコーティングを有することができる。
【００１５】
サンプルの厚さは１ｍｍと１５ｍｍとの間であってもよい。
［氷の回転］
トルク手段は、使用時に、着氷の層の抵抗に抗して、氷係合要素に対してサンプルプレートを回転させるよう試行するように構成することができる。
【００１６】
氷係合要素は、氷係合要素に対する氷の層の回転を防止するような形状にすることができる。氷係合要素は、非円形の内周壁を有することができる。氷係合要素は、円形の内周壁を有することができる。氷係合要素は、氷係合要素に対する着氷の層の回転を防止するために、着氷の層に係止するための突出部を有する内周壁を有することができる。氷係合要素は、氷係合要素に対する着氷の層の回転を防止するために、着氷の層に係止するための凹部を有する内周壁を有することができる。内周壁は、突出部または凹部を有する場合、実質的に円形であってもよい。氷係合要素は、氷係合要素に対する氷の層の回転を防止するように粗面化することができる。氷係合要素は、氷係合要素に対する氷の層の回転を防止するために、粗面化されている内周壁を有することができる。
【００１７】
氷係合要素が、氷係合要素に対する着氷の層の回転を防止するように成形されている場合、サンプルに対する着氷の付着のより正確な測定を行うことができる。これは、氷係合要素の形状が、氷が氷係合要素に対して、単純に、自由に回転しないことを確実にするためである。その代わりに、氷は、氷係合要素の形状によって適所に保持され、その結果、サンプルプレートの回転によって氷に応力が加えられる。トランスデューサ手段は、その後、氷がサンプルプレートに付着しなくなる回転トルク、および／または、これが起こる応力を測定することができる。
［可変直径氷係合要素］
氷係合要素は、直径が調整可能であるように構成することができる。氷係合要素は、調整可能な内径を有することができる。氷係合要素は、水滴に曝されるサンプルプレートの領域(area)を画定するように構成することができる。側壁は、直径が調整可能であるように構成することができる。
【００１８】
このようにして、水滴の噴霧に曝される領域を調整して、異なるサイズのサンプルプレートがデバイスによって使用されることを可能にすることができる。これはまた、特定のサイズのサンプルプレートの異なる領域が水滴の噴霧にさらされ、したがって、それらの上に氷が付着することも可能にする。これは、水滴の噴霧にさらされた特定の領域による明瞭な疎氷性に基づいて、サンプル間のけるさらなる区別を可能にする。例えば、「不良な」サンプルは、比較的小さな露出表面領域においても、粘着的ではなく密着的な氷の破断を有するであろう。「良好な」サンプルは、より大きい露出表面領域にわたって低い氷付着性を有するであろう。
［第２の態様］
本発明の第２の態様によれば、氷付着試験デバイスであって、使用時に着氷の層が中に形成されるウェルの形態の氷付着試験ターゲットであり、氷付着試験ターゲットは、ウェルの底部にあるサンプルプレート、および、サンプルプレートの周縁周りに位置決めされる環状体を備える、氷付着試験ターゲットと、サンプルプレートと環状体との間に回転トルクを加え、回転トルクを増大させるトルク手段と、少なくとも、着氷の層がサンプルプレートから分離する点において、回転トルクおよび／または氷に対する応力を測定するトランスデューサ手段とを備える、氷付着試験デバイスが提供される。
【００１９】
第１の態様の任意選択の特徴は、第２の態様の任意選択の特徴でもあり、用語の変更は、任意選択の特徴が意味を成すために必要な場合に、当業者によって推測される。
［第３の態様］
本発明の第３の態様によれば、ランバックアイス試験デバイスであって、突出した熱障壁によって第１の区画と第２の区画とに分離される上面を有するプラットフォームを備えるランバックアイス試験ターゲットと、第２の区画が第１の区画の上にあるように、プラットフォームを傾斜させるように構成されたプラットフォーム傾斜手段と、使用中にプラットフォームの第２の区画上に着氷の層が形成されるとき、プラットフォームの第１の区画に着氷が実質的にないままにするために、プラットフォームの第１の区画の局部的な加熱を生成するための第１のヒータ手段と、プラットフォームが傾斜しているときに、着氷の層から障壁を越えてプラットフォームのより低い第１の区画へと融解した氷のランバックを生じさせるために、プラットフォームの第２の区画の局部的な加熱を生成するための第２のヒータ手段と、第１のヒータ手段および第２のヒータ手段を独立してオンオフするヒータ手段コントローラとを備える、ランバックアイス試験デバイスが提供される。
【００２０】
ランバックアイス試験デバイスは、ランバックアイスの効果および挙動のシミュレーションを可能にする。ランバックアイスの形成は、上記のように特定の場所でのランバックアイスが、他の場所で融解し、その場所で再形成される氷によって形成されるという点で、着氷の形成とは異なる。
【００２１】
使用中にプラットフォームの第２の区画上に着氷の層が形成されるとき、プラットフォームの第１の区画に着氷が実質的にないままにするために、プラットフォームの第１の区画の局部的な加熱を生成するための第１のヒータ手段を提供することによって、ランバックアイス試験デバイスは、下側区画のランバックアイスの効果および挙動を研究することができるように、プラットフォームが傾けられるときに下げられるプラットフォームの区画に氷がないままにすることができる。
【００２２】
融解した氷の着氷の層から障壁を越えてプラットフォームの第１の区画へのランバックを生成するために、プラットフォームの第２の区画の局部的な加熱を生成するための第２のヒータ手段を提供することによって、ランバックアイス試験デバイスは、着氷がプラットフォームの第１の区画へと流れ、そこで再び凍結して、ランバックアイスを生成することができるように、着氷を融解することができる。
【００２３】
第１のヒータ手段および第２のヒータ手段を独立してオンおよびオフに切り替えるヒータ手段コントローラは、第２のヒータ手段がオフにされている間に第１のヒータ手段をオンにすることができ、それによって、第１の区画（プラットフォームが傾斜しているときにはより低い）が、氷がないままにされるように加熱され、第２の区画（プラットフォームが傾斜しているときにはより高い）が加熱されず、結果、氷が第２の区画に付着し得るモードを提供する。ヒータ手段コントローラは、第２のヒータ手段がオンにされている間に第１のヒータ手段がオフにされることを可能にし、それによって、第２の区画が加熱されて氷が融解し、第１の区画が加熱されず、第１の区画上でランバックアイスが形成されることを可能にするモードを提供する。これはさらに、第１のヒータ手段および第２のヒータ手段がオンにされることを可能にし、第１の区画および第２の区画の両方が加熱されてプラットフォームから氷が取り除かれるモードを提供する。
［ヒータ手段コントローラ］
ヒータ手段コントローラは、第１のヒータ手段および第２のヒータ手段が加熱される温度を制御するためのものとすることができる。
【００２４】
これにより、所望に応じて、チャンバ内の温度を考慮して、第１のヒータ手段を、第１の区画に依然として氷がないままにすることができる最低温度に加熱することができるので、（温度を制御することができない、または温度が固定されているデバイスと比較して）エネルギーをより効率的に使用することができる。これは、第１のヒータ手段がより高い温度に加熱された場合より少ないエネルギーを使用する。
【００２５】
第１のヒータ手段および第２のヒータ手段が加熱される温度を制御するためのヒータ手段コントローラはまた、温度が固定されたデバイスよりも広範囲のランバックアイス形成状態のシミュレーションも可能にする。
［傾斜角の調整］
プラットフォーム傾斜手段は、ランバックアイス試験ターゲットのプラットフォームの傾斜角を調整するように構成することができる。
【００２６】
プラットフォーム傾斜手段が、ランバックアイス試験ターゲットのプラットフォームの傾斜角を調整するように構成されているとき、ランバックアイス試験デバイスを使用して、様々な異なる構造上のまたはそれらの構造の異なる傾斜角におけるランバックアイスの形成をシミュレートすることができる。例えば、翼の加熱された部分と、氷のランバックが起こり得る翼の部分との間の角度は、尾翼の加熱された部分と、氷のランバックが起こり得る尾翼の部分との間の角度とは異なり得る。ランバックアイス試験ターゲットのプラットフォームの傾斜角を調整するための手段は、同じランバックアイス試験デバイスが、これらの角度のいずれかで氷のランバックを試験することを可能にし、それによりこれらの構造のいずれかで氷のランバックをシミュレートすることを可能にする。
［プラットフォーム材料］
プラットフォームは、複合材料を含んでもよい。プラットフォームはガラスを含んでもよい。プラットフォームは金属を含んでもよい。プラットフォームは、アルミニウムまたはスチールを含んでもよい。プラットフォームはプラスチックを含んでもよい。プラットフォームは、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）またはアクリルを含んでもよい。プラットフォームは、これらの材料の１つまたは複数から形成されてもよい。プラットフォームは、これらの材料の１つまたは複数のコーティングを有してもよい。第１の区画は、これらの材料のうちの第１の材料を含んでもよく、第２の区画は、これらの材料のうちの第２の材料を含んでもよい。
［プラットフォームの寸法］
プラットフォームは、１ｍｍと５ｍｍとの間の厚さを有することができる。プラットフォームは、２ｍｍの厚さを有してもよい。プラットフォームは、４０ｍｍと７０ｍｍとの間の幅を有することができる。プラットフォームの幅は５８ｍｍであってもよい。プラットフォームは、４０ｍｍと７０ｍｍとの間の長さを有することができる。プラットフォームの長さは４５ｍｍであってもよい。
【００２７】
特定の実施形態を、例としてのみ、添付の図面を参照して下記に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ベンチトップ着氷デバイスの形態の着氷装置の断面図である。
【図２】水滴生成システムを示す概略図である。
【図３ａ】液滴吐出デバイスの斜視図である。
【図３ｂ】液滴吐出デバイスの断面図である。
【図４ａ】ビューイングポートを有する第１の壁区画の形態である、着氷装置の管状セグメントの斜視図である。
【図４ｂ】ビューイングポートを有する第１の壁区画の断面図である。
【図５ａ】氷付着試験デバイスの形態である、着氷装置の底部ユニットの斜視図である。
【図５ｂ】氷付着試験デバイスの断面図である。
【図６ａ】氷ランバック試験デバイスの形態の、着氷装置の代替的な底部ユニットの異なる斜視図である。
【図６ｂ】氷ランバック試験デバイスの形態の、着氷装置の代替的な底部ユニットの異なる斜視図である。
【図６ｃ】の代替的な底部ユニットの異なる斜視図である。
【図６ｄ】氷ランバック試験デバイスの形態の、着氷装置の代替的な底部ユニットの異なる斜視図である。
【図７】着氷装置の上部に取り付けられた代替的な液滴吐出デバイスの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
［概観］
図１は、ベンチトップ着氷デバイス１０の形態の着氷装置を示す。概して、ベンチトップ着氷デバイス１０（以下、「着氷デバイス」）は、円柱１１として成形されている。円柱１１は、この実施形態では環状の側壁１２（以下、「壁」）によって画定される。壁１２は、複数の壁区画、すなわち、第１の壁区画１７ａ、第２の壁区画１７ｂ、第３の壁区画１７ｃの形態の３つの管状セグメントから形成されている。第２の壁区画１７ｂは、第１の壁区画１７ａの上部に積まれている。第３の壁区画１７ｃは、第２の壁区画１７ｂの上部に積まれている。他の実施形態では、より多くのまたはより少ない管状セグメントが存在してもよい。この実施形態では、各壁区画１７ａ、１７ｂ、１７ｃの断面は、実質的に円形である。したがって、円柱１１の壁１２は、断面が実質的に円形の管を形成する。壁１２は、内部に中央チャンバ１８（以下、「チャンバ」）を画定する。したがって、このチャンバ１８の断面も、実質的に円形である。
【００３０】
チャンバ１８の上端部には、ノズルデバイス１４の形態の液滴吐出デバイスがある。このノズルデバイス１４は、液滴吐出デバイスホルダ１３の形態の上部ユニットの一部分である。液滴吐出デバイスホルダ１３は、円柱１１の上部の蓋として機能し、チャンバ１８を閉じる。液滴吐出デバイスホルダ１３は、第３の壁区画１７ｃに解放可能に取り付けられる。ノズルデバイス１４は、水滴生成システム（図１には示さず）の一部分を形成する。
【００３１】
チャンバ１８の底端部には、ターゲットがある。ターゲットは、この実施形態では氷付着試験デバイス１５である底部ユニットの一部分である。したがって、この実施形態では、ターゲットは、氷付着試験デバイス１５のウェル１６の形態である、氷付着試験ターゲットである。氷付着試験デバイス１５は、第１の壁区画１７ａに解放可能に取り付けられている。
【００３２】
第１の壁区画１７ａはまた、ビューイングポート１９を有する。第１の壁区画１７ａのビューイングポート１９は、ウェル１６内のサンプル（図示せず）の観察を可能にする。
［水滴生成システム］
図２、図３ａおよび図３ｂを参照して、ここでノズルデバイス１４、および、それが一部分を形成する水滴生成システム２０についてより詳細に説明する。概観すると、特に図２を参照すると、水滴生成システム２０は、液滴吐出デバイスホルダ１３（この図には示されていない）内のノズルデバイス１４と、タンク２４の形態の貯水槽と、ノズルデバイス１４をタンク２４に接続する給水配管２６とを含む。水滴生成システム２０はまた、タンク２４内のタンクヒータ２３の形態の貯水槽ヒータと、トレースヒータ２７の形態の給水配管ヒータと、タンクヒータ２３、トレースヒータ２７およびポンプ２１の形態の加圧手段を制御する水圧および温度コントローラ２２とを備える。最後に、水滴生成システム２０は、水に関して、供給配管２６、ポンプ２１、タンク２４にも接続されているブリードライン２９に接続された減圧バルブ２８、およびゲートバルブ２５を備える。
【００３３】
引き続き図２を参照して、ここでこれらの構成要素の構成をより詳細に説明する。タンク２４は、給水配管２６とブリードライン２９との２つのラインに接続されている。給水配管２６の一端はタンク２４に接続され、他端はノズルデバイス１４に接続されている。ブリードライン２９の一端はタンク２４に接続され、他端は給水配管２６に接続されている。タンクヒータ２３はタンク２４内に配置され、タンク２４内の水を加熱する。
【００３４】
ここで、タンク２４に接続された給水配管２６の端部から始めて、給水配管２６の構成を説明する。タンク２４とノズルデバイス１４との間には、給水配管２６がポンプ２１に接続されている。ポンプ２１は、水をタンク２４から給水配管２６に引き込み、したがって給水配管２６内の水圧を上昇させることができるように構成されている。給水配管２６は、ポンプ２１を越えて（すなわち、給水配管２６上、およびタンク２４からポンプ２１の反対側に）、トレースヒータ２７に接続されている。トレースヒータ２７は、給水配管２６内の水をさらに加熱するように構成されている。また、ポンプ２１とノズルデバイス１４との間には、給水配管２６が減圧バルブ２８に接続されている。減圧バルブ２８は、三方弁であり、給水配管２６を通じてタンク２４からノズルデバイス１４に向かって、および、給水配管２６から（減圧バルブ２８のタンク２４側または減圧バルブ２８のノズルデバイス１４側のいずれかから）ブリードライン２９へと水が流れることを可能にするように構成されている。これにより、必要に応じて給水配管２６内の水圧を低下させることができる。ブリードライン２９は、タンク２４に接続され、それにより、給水配管２６から出てきた水をタンク２４に戻すことができる。減圧バルブ２８とノズルデバイス１４との間には、給水配管２６が依然としてトレースヒータ２７に接続されている。給水配管２６はゲートバルブ２５にも接続されている。ゲートバルブ２５は、給水配管２６を通ってタンク２４からノズルデバイス１４への水の流れを停止または許容するように構成されている。
【００３５】
上述したように、水滴生成システム２０はまた、水温および圧力コントローラ２２を備える。水温および圧力コントローラ２２は、タンクヒータ２３、トレースヒータ２７、ポンプ２１および減圧バルブ２８を制御して、タンク２４および供給配管２６内の水の温度および圧力を制御するように構成される。
【００３６】
ここで図３ａおよび図３ｂを参照して、ノズルデバイス１４をより詳細に説明する。図３ａは、ノズルデバイス１４の斜視図を示す。この実施形態のノズルデバイス１４は、第１のノズル３１ａと、第２のノズル３１ｂと、第３のノズル３１ｃとを備えている。ノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、ノズルデバイス本体３２に接続されている。
【００３７】
ノズルデバイス１４の断面を示す図３ｂに見られるように、ノズルデバイス本体３２は、その中にノズルデバイスリザーバ３４を画定する。ノズルデバイスリザーバ３４は、給水配管２６から水を受け取ることができるノズルデバイス本体３２内の空間である。ノズルデバイスリザーバ３４は、この水を受けることができるように、ノズルデバイス１４の給水配管コネクタ３３を介して給水配管２６に流体接続されている。これにより、水は、給水配管２６から給水配管コネクタ３３に入り、ノズルデバイスリザーバ３４に流入し、ノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃを介してノズルデバイス１４から噴出することができる。
【００３８】
各ノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、他の各ノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃと実質的に同じであるため、ここでは第１のノズル３１ａ（以下、「ノズル」）のみを詳細に説明する。ノズル３１ａは中空の円錐形をしている。上述したように、ノズル３１ａは、一端がノズルデバイスリザーバ３４に流体接続されている。他端において、ノズル３１ａはノズル出口３５ａを画定する。したがって、水はノズルデバイスリザーバ３４からノズル３１ａを通ってノズル出口３５ａから逃げることができる。
［セグメント］
ここで図４ａおよび図４ｂを参照して、第１の壁区画１７ａをより詳細に説明する。第１の壁区画１７ａの斜視図である図４ａに見られるように、第１の壁区画１７ａは、実質的に円筒形であり、その中に第１の壁区画チャンバ部分４７を画定する本体４１を有する。この本体４１は、壁１２と、内壁４２と、第１のフランジ４４ａおよび第２のフランジ４４ｂとから構成されている。これは図４ｂにより容易に見ることができ、図４ｂは第１の壁区画の断面を示す。壁１２は円筒形である。すなわち、壁１２は、断面が円形の環状体である。内壁４２も円筒形である。内壁４２は、壁１２よりも小さい直径を有する。内壁４２は壁１２内に位置する。内壁４２および壁１２は、それらの間に空洞４３を画定するように離間されている。内壁４２と外壁１２とは、その端部が第１のフランジ４４ａおよび第２のフランジ４４ｂによって接合されている。第１のフランジ４４ａおよび第２のフランジ４４ｂは、図４ａに最もよく示されているが、第２のフランジ４４ｂの一部分のみがこの図で見ることができる。第１のフランジ４４ａおよび第２のフランジ４４ｂは各々、環状である。それらは各々、壁１２と内壁４２との間の間隙に架かるのに十分な幅である。第１のフランジ４４ａおよび第２のフランジ４４ｂは、この間隙をシールするように配置されている。このようにして、上述のように、内壁４２および外壁１２は、それらの間に、第１のフランジ４４ａおよび第２のフランジ４４ｂによってシールされた空洞を画定する。第１のフランジ４４ａは、壁１２および内壁４２の一端にあり、第２のフランジ４４ｂは、第１のフランジ４４ａが固定されている端部の遠位にある壁１２および内壁４２の端部にある。
【００３９】
壁１２は、第１のバルブ４９の形態の入口と、第２のバルブ４８の形態の出口とを有する。第１のバルブ４９は、冷却流体（図示せず）の供給源に接続されるように構成される。この実施形態では、冷却流体は液体窒素であり、液体窒素は、第１の移送管を介して第１のバルブ４９に接続することができる第１の液体窒素移送ラインによって供給される。第２のバルブ４８は、第２の移送管を介して第２の液体窒素移送ラインに接続されるように構成されている。他の実施形態では、入口および出口は、図に示されるもの以外の位置に配置され得ることが想定される。そのような他の実施形態の１つでは、入口はこの実施形態の第１のバルブ４９の位置に配置され、出口は第２のバルブ４８の位置に配置される。
【００４０】
第１のフランジ４４ａおよび第２のフランジ４４ｂは、着氷デバイス１０の他の部分の対応するフランジに接続することを可能にするコネクタを備える。第１のフランジ４４ａは、４つの雄型固定具４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄを備える。４つの雄型固定具は、図４ａにおいて最も容易に見ることができる。４つの雄型固定具は、第１のフランジ４４ａの外側の周りに互いに等間隔に離間されている。４つの雄型固定具４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄは実質的に互いに同じであり、そのため、ここでは雄型固定具４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄのうちの１つ４５ａのみについて詳述する。雄型固定具４５ａは、ナットとボルトとからなる。ボルトは、第１のフランジ４４ａに旋回可能に取り付けられている。ナットはボルト上に位置決めされる。ボルトは、ナットをボルトに締め付けることができるように、ねじを切られている。
【００４１】
第２のフランジ４４ｂは、４つの雌型固定具４６ａ、４６ｂ（そのうちの２つのみが図面に見られる）を備える。４つの雌型固定具４６ａ、４６ｂは、第２のフランジ４４ｂの外側の周りで互いに等間隔に離間されている。４つの雌型固定具４６ａ、４６ｂは実質的に互いに同じであり、そのため、ここでは雌型固定具４６ａ、４６ｂのうちの１つ４６ａのみについて詳述する。雌型固定具４６ａは、上述の雄型固定具４５のような雄型固定具のボルトを受けるように配置されている。雌型固定具４６ａは、間で雄型固定具４５ａのボルトが旋回され得る２つの突出部として形成されている。
【００４２】
第２の壁区画１７ｂおよび第３の壁区画１７ｃは、第１の壁区画１７ａと実質的に同じであるが、ビューイングポート１９を備えていない点が異なる。第２の壁区画１７ｂの雌型固定具は、第１の壁区画１７ａの雄型固定具４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄに接続されるように配置されている。第３の壁区画１７ｃの雌型固定具は、第２の壁区画１７ｂの雄型固定具に接続するように配置されている。
【００４３】
他の実施形態では、管状セグメント（壁区画１７）は、上述した雄型固定具および雌型固定具のシステムとは異なる接続システムを使用して、隣接する構成要素に解放可能に接続することができる。例えば、接続システムは、隣接する構成要素の隣接するフランジをともにクランプ締めするための取り外し可能なクランプ、隣接する構成要素の隣接するフランジをともにクリップ留めするための取外し可能な周方向バンドを含んでもよく、または、１つの構成要素が隣接する構成要素に直接ねじ込まれてもよく、例えば、１つの管状セグメントの底端部が、別の管状構成要素の上端部に直接ねじ込まれてもよい。
【００４４】
上述したように、第１の壁区画１７ａは、本体４１に接続されたビューイングポート１９を備える。この実施形態では、ビューイングポート１９は、単壁チューブの形態をとる。ビューイングポート１９の管の一端は、第１の壁区画１７ａの内壁４２および壁１２に接続されている。ビューイングポート１９の管の他端は、この実施形態では、ホウケイ酸ガラスのような低温に耐える透明ガラスから作製される観察窓４０によって閉じられている。第１の壁区画１７ａの内壁４２および壁１２は、第１の壁区画チャンバ部分４７が観察窓４０を通して見えるように、ビューイングポート１９がそれらに接続される穴を画定する。
【００４５】
また、ビューイングポート１９は、チャンバ１８内の圧力を計測するために圧力計（図示せず）を接続することができる過圧保護装置８１と、チャンバ１８内の圧力を低減するために真空ポンプ（図示せず）を接続することができるバタフライバルブ８２と、チャンバ１８を清浄化し、それによりチャンバ内の水分を減少させるために乾燥窒素供給源（図示せず）を接続することができる乾燥窒素接続バルブ８３とをも含む。
【００４６】
第１の壁区画１７ａ、第２の壁区画１７ｂおよび第３の壁区画１７ｃの各々は、壁区画１７ａ、１７ｂ、１７ｃの周りに周方向に配置された電気ヒータジャケットの形態のチャンバ加熱手段を有する。電気ヒータジャケットは図示されていない。別の実施形態では、電気ヒータジャケットに加えて、着氷デバイスはまた、各壁区画の周りに断熱ジャケットを有する。これは、チャンバと環境との間の熱伝達を低減するのに役立ち、したがって、断熱ジャケットが存在しない実施形態よりも、よりエネルギー効率が高く、より速い加熱および冷却を可能にする。
［上部ユニット］
再び図１を参照して、ここで着氷デバイス１０の上部ユニット（液滴吐出デバイスホルダ１３）の構成をより詳細に説明する。液滴吐出デバイスホルダ１３は、円板状に成形されている。その外径は、第３の壁区画１７ｃの上部フランジの外径と同じである。液滴吐出デバイスホルダ１３は、第３の壁区画１７ｃの上部に載置されて、第１の壁区画１７ａ、第２の壁区画１７ｂおよび第３の壁区画１７ｃによって画定されるチャンバ１８の蓋として機能する。液滴吐出デバイスホルダは、その周囲に４つの等間隔に離間された雌型固定具を有する。これらの雌型固定具は、第１の壁区画の一部分を形成する４つの雌型固定具４６ａ、４６ｂと実質的に同じである。それらは、第３の壁区画１７ｃ上の対応する雄型固定具とかみ合うように配置されている。
【００４７】
この実施形態では、液滴吐出デバイスホルダ１３はノズルデバイス１４をも備えている。ノズルデバイス１４は、液滴吐出デバイスホルダ１３が第３の壁区画１７ｃ上に位置するときに、そのノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃがチャンバ１８の内部に位置するように配置されている。ノズルデバイス１４の給水配管コネクタ３３は、液滴吐出デバイスホルダ１３を通じて延伸し、結果、チャンバ１８の外部の給水配管２６に接続することができる。
【００４８】
最後に、液滴吐出デバイスホルダ１３はまた、圧力センサおよび温度センサをも備え、この実施形態では、これらのセンサは単一のセンサデバイス１０１に組み合わされる。センサデバイス１０１は、チャンバ１８内の圧力および温度を感知できるように、液滴吐出デバイスホルダ１３を通じて延伸する。
［氷付着試験デバイス］
図５ａおよび図５ｂは、氷付着試験デバイス１５の斜視図および断面図をそれぞれ示している。これらの図を参照して、ここで氷付着試験デバイス１５について説明する。上述したように、氷付着試験デバイス１５は、着氷デバイス１０の底部ユニットを形成する。これは、第１の壁セグメント１７ａの第２のフランジ４４ｂ上の雌型固定具４６ａ、４６ｂに対応する位置において氷付着試験デバイス１５の本体５９の上部の周りに均等に離間した雄型固定具５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄによって第１の壁区画１７ａに解放可能に固定されるように構成されている。氷付着試験デバイス１５の雄型固定具５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄは、第１の壁セグメント１７ａの第１のフランジ部４４ｂの雄型固定具４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄと実質的に同じであり、そのため、ここではさらに詳細には説明しない。
【００４９】
図１に関連して上述したように、氷付着試験デバイス１５は、ウェル１６の形態のターゲットを含む。ウェル１６は、サンプルプレート５２とウェル側壁５３の形態の氷係合要素とから構成される。サンプルプレート５２は実質的に円形である。これは、サンプル（図示せず）が固定されることを可能にするためにねじを受け入れるためのねじ穴を備えている。ウェル側壁５３は、サンプルプレート５２の周りに周方向に位置決めされた環状体によって画定される。ウェル側壁５３も実質的に円形である。これは、サンプルプレート５２の周囲でサンプルプレート５２を取り囲む。ウェル側壁５３は、内側部分５６と外側部分５７との２つの部分を有する。内側部分５６は、外側部分５７の半径方向内側に配置される。内側部分５６はまた、外側部分５７から軸方向にオフセットされており、結果、氷付着試験デバイス１５が組み立てられたとき、内側部分５６は、軸方向（および半径方向）において、外側部分５７よりもサンプルプレート５２に近い。ウェル側壁５３の内側部分５６は、サンプルプレート５２から外方に半径方向外側に傾斜している。
【００５０】
ウェル側壁５３の内側部分５６は、ウェル側壁５３のサンプルプレート５２に最も近い側にいくつかの凹部５４を有する。凹部５４は、氷をウェル側壁５３に対して実質的に静止して保持するように、ウェル１６内に形成される氷に係止するように設けられる。この実施形態では、これは１６個の凹部５４を有する。他の実施形態では、他の数の凹部があってもよい。ウェル１６内に形成された氷と係止し、ウェル側壁５３に対して静止して保持するのに十分な数であることを条件として、任意の数の凹部が考えられ得る。この実施形態では、各凹部５４は、実質的に互いに同じ凹部である。この実施形態では、凹部５４は、ウェル側壁５３の内側部分５６の周りで互いに等間隔に離間されている。
【００５１】
ウェル側壁５３の外側部分５７は階段状になっている。外側部分５７の半径方向最内部分は、内側部分５６に対して９０°を超える角度で内側部分５６に当接する。それは、サンプルプレート５２に平行な平面内にある。外側部分５７の半径方向最外部分は、半径方向最内部分に対して段差を付けられており、結果、半径方向最外部分は、軸方向において半径方向最内部分に対して上方にある。これにより、外側部分５７の半径方向最外部分が氷付着試験デバイス１５の本体１９の上部と同一平面上になることが可能になる。外側部分５７の半径方向最外部分は、ウェル側壁５３を氷付着試験デバイス１５の本体５９に接続するためのねじを受け入れるための穴５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄを含む。
【００５２】
本実施形態では、ウェル側壁５３の内側部分５６の内径は固定されている。本実施形態では、内径は約４０ｍｍである。代替的な実施形態では、異なるサンプルサイズに合わせて調整し、または、サンプルプレート５２に固定されたサンプルの異なる表面領域を露出させるために、ウェル側壁５３の内側部分５６の内径を変えることができる。そのような代替的な一実施形態では、ウェル側壁５３の内側部分５６の内径は、約４０ｍｍと約１００ｍｍとの間で調整可能である。
【００５３】
側壁５３は、氷付着試験デバイス１５の本体５９の上部に接続され、結果、氷付着試験デバイス１５が着氷デバイス１０の第１の壁区画１７ａに接続されたときに、サンプルプレート５２および側壁５３によって形成されるウェル１６は、着氷デバイス１０のチャンバ１８の底部にある。サンプルプレート５２の軸方向下方で、かつ氷付着試験デバイス１５の本体５９内には、モータ１０２の形態のトルク手段がある。モータ１０２は、さらなる説明なしに当業者によって容易に実装されることが可能であり、したがって、図５ｂのクロスハッチングによって示される種類のものである。サンプルプレート５２は、シャフト１０３によって歯車装置１０５（同じく当業者によって容易に実装可能であり、したがってクロスハッチングのみによって示され得る種類のもの）を介してモータ１０２に接続される。モータ１０２は、サンプルプレート５２を側壁５３に対して回転させることができるように構成されている。
【００５４】
氷付着試験デバイス１５はまた、図５ａに部分的に示されているトルクリング１０４の形態のトランスデューサ手段をも含む。トルクリング１０４は、シャフト１０３上のトルクを測定し、シャフト上の横方向および軸方向の両方の応力を測定するように構成される。
［組み立て］
再び図１を参照して、ここで着氷デバイス１０の組み立てを説明する。
【００５５】
最初に、試験されるべきサンプル（この実施形態では、疎氷性である可能性がある材料でコーティングされたアルミニウムＮＳ４のディスク）がサンプルプレート５２に固定される。他の実施形態では、サンプルは、アルミニウムＮＳ４以外の基材および／または異なる疎氷性である可能性がある材料から構成することができる。例えば、基材は、複合材料、ガラス、鋼、または、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）もしくはアクリルなどのプラスチックであってもよい。
【００５６】
着氷デバイス１０の残りの部分を組み立てるために、氷付着試験デバイス１５は、例えば、氷付着試験デバイス１５の本体５９を試験台の穴に嵌め込むことによって、試験台（図示せず）に固定される。氷付着試験デバイス１５の雄型固定具５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄを第１の壁セグメント１７ａの第２のフランジ４４ｂ上の雌型固定具４６ａ、４６ｂに取り付けることにより、第１の壁区画１７ａがその後、氷付着試験デバイス１５の上部に取り付けられる。次に、第２の壁区画１７ｂが第１の壁区画１７ａの上部に取り付けられ、第１の壁区画１７ａの雄型固定具４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄが第２の壁区画１７ｂの雌型固定具に固定される。その後、第３の壁区画１７ｃが第２の壁区画１７ｂの上部に取り付けられ、第２の壁区画の雄型固定具が第３の壁区画１７ｃの雌型固定具に固定される。その後、ノズルデバイスホルダ１３が第３の壁区画１７ｃの上部に取り付けられ、同様にして固定される。これは、円柱内に、シールされたチャンバ１８を提供する。
【００５７】
各壁区画の第１の（入口）バルブ（図１に示せず）は各々、移送管（図示せず）に接続され、これを介して液体窒素移送ライン（図示せず）に接続される。第２の（出口）バルブ（同じく図示せず）も各々、液体窒素移送ライン（図示せず）に接続される。タンク２４（図２に示す）が蒸留水で充填される。ノズルデバイス１４の給水配管コネクタ３３（図３ａおよび図３ｂに示す）が、給水配管２６（図２に示す）に接続される。
［動作］
引き続き図１を参照して、また図４ａも参照して、ここでベンチトップ氷試験デバイス１０の動作を説明する。
【００５８】
乾燥窒素接続バルブ８３を通じて乾燥窒素を供給することによって、チャンバ１８は水分を一掃される。バタフライバルブ８２に接続された真空ポンプにより、チャンバ内部の圧力が低減される。チャンバ内の圧力は、過圧保護装置８１に接続された圧力計から読み取ることができる。
【００５９】
液体窒素は、第１のバルブ４９を介して第１の壁区画１７ａの空洞４３に入り、第１の壁区画チャンバ部分４７を冷却し、第２のバルブ４８を介して空洞４３から出る。第２の壁区画１７ｂと第３の壁区画１７ｃとによって画定されるチャンバ部分は、これらの壁区画１７ｂ、１７ｃの対応するバルブおよび空洞を含む対応する動作によって冷却される。このようにして、円柱１１内のチャンバ１８全体が冷却される。この実施形態では、第１の壁区画１７ａの空洞に対する液体窒素の流量は、第１の壁区画１７ａによって画定されるチャンバ１８の部分が約−１７．５℃に冷却されるように選択される。このようにして、サンプルプレート５２に最も近い第１の壁区画１７ａによって画定されるチャンバ１８の部分は、水滴がサンプルプレート５２の表面上で凍結するほど十分に低温である。第２の壁区画１７ｂの空洞に対する液体窒素の流量は、第２の壁区画１７ｂによって画定されるチャンバ１８の部分が約０℃に冷却されるように選択される。第３の壁区画１７ｃの空洞に対する液体窒素の流量は、第３の壁区画１７ｃによって画定されるチャンバ１８の一部が約１０℃に冷却され、結果、ノズルデバイスリザーバ３４およびノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃ内の水が凍結しないように選択される。
【００６０】
他の実施形態では、第１の壁区画１７ａの空洞に対する液体窒素の流量は、第１の壁区画１７ａによって画定されるチャンバ１８の部分が、過冷却液体の水滴が大気中に発生しやすい最低温度として許容される−４０℃に冷却されるように選択される。これにより、ノズルデバイス１４によって形成される水滴がサンプルプレート５２に接触して凍結することが保証される。例えば、サンプルプレート５２上に透明な氷を生成することが望ましい実施形態では、第１の壁区画１７ａによって画定されるチャンバ１８の部分は、０℃と−５℃との間まで冷却される。サンプルプレート５２上に透明または混合氷を生成することが望ましい実施形態では、第１の壁区画１７ａによって画定されるチャンバ１８の部分は、−５℃と−１０℃との間まで冷却される。
【００６１】
サンプルプレート５２上に混合または霧氷を生成することが望ましい実施形態では、第１の壁区画１７ａによって画定されるチャンバ１８の部分は、−１０℃と−１５℃との間まで冷却される。
【００６２】
サンプルプレート５２上に霧氷を生成することが望ましい実施形態では、第１の壁区画１７ａによって画定されるチャンバ１８の部分は、−１５℃と−４０℃との間まで冷却される。
【００６３】
これらの他の実施形態では、第３の壁区画１７ｃの空洞に対する液体窒素の流量は、第３の壁区画１７ｃによって画定されるチャンバ１８の部分が、温度が、ノズルデバイス１４によって形成される液滴がサンプルプレート５２と接触して凍結しないほど高いことを条件として、ノズルデバイスリザーバ３４およびノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃ内の水が凍結しない、考えられる任意の温度に冷却されるように選択される。例えば、そのような他の一実施形態では、第３の壁区画１７ｃの空洞に対する液体窒素の流量は、第３の壁区画１７ｃによって画定されるチャンバ１８の部分が約１５℃まで冷却されるように選択される。
【００６４】
またさらなる実施形態では、チャンバ１８内に温度勾配（例えば、上記の温度勾配の１つ）を生成するための他の技術が用いられる。
【００６５】
１つのこのようなさらなる実施形態では、２つ以上の異なる冷却流体が使用される。特に、１つの沸点を有する冷却流体が第１の壁区画１７ａの空洞４３に通され（第１のバルブ４９を介して入り、第２のバルブ４８を介して出る）、より高い沸点を有する異なる冷却流体が、第２の壁区画１７ｂおよび第３の壁区画１７ｃの空洞に通される。代替的に、１つの沸点を有する冷却流体が第１の壁区画１７ａの空洞４３および第２の壁区画１７ｂの空洞に通され、より高い沸点を有する異なる冷却流体が、第３の壁区画１７ｃの空洞に通される。
【００６６】
第１の壁区画１７ａの空洞４３に通される流体は、例えば液体窒素であってもよく、第３の壁区画１７ｃの空洞に通される流体は、例えば液体アルゴンである（また、いずれかの流体が第２の壁区画１７ｂに対して使用される）。別の例において、第１の壁区画１７ａの空洞４３に通される流体は、例えばヘリウム４であってもよく、第３の壁区画１７ｃの空洞に通される流体は、例えば液体窒素である（また、いずれかの流体が第２の壁区画に対して使用される）。
【００６７】
別のこのような別の実施形態では、冷却流体（液体窒素など）が最初に第１の壁区画１７ａの空洞４３に通されて、チャンバ１８の部分を冷却し、次に、第２の壁区画１７ｂ、および、その後、第３の壁区画１７ｃの空洞を通って再循環される。このようにして、冷却流体は各空洞を通過する際に加熱される。したがって、これによって、冷却流体が通過する空洞を通じて連続する壁区画によって画定されるチャンバ１８の各部分の冷却を低減することが可能になる。
【００６８】
さらに別のこのようなさらなる実施形態では、ヒータジャケットのうちの１つまたは複数が、チャンバの一部分を加熱するように動作される。例えば、第３の壁区画１７ｃの周囲のヒータジャケットは、第１の壁区画１７ａおよび第２の壁区画１７ｂによって画定されるチャンバ１８の部分の温度に対して、この壁区画１７ｃによって画定されるチャンバ１８の部分の温度を上昇させるように動作することができる。別の例では、第３の壁区画１７ｃおよび第２の壁区画１７ｂの周りのヒータジャケットが、両方とも、ただし異なる温度で動作される。具体的には、第３の壁区画１７ｃの周囲のヒータジャケットは、第２の壁区画１７ｂによって画定されるチャンバ１８の部分の温度に対して、第３の壁区画１７ｃによって画定されるチャンバ１８の部分の温度を増大させるように、第２の壁区画１７ｂの周囲のヒータジャケットよりも高い温度で動作し、これによって、この温度は、第１の壁区画１７ａによって画定されるチャンバ１８の部分の温度に対して増大される。
【００６９】
ここで、ベンチトップ氷試験デバイス１０の第１の記載されている実施形態の動作の説明に戻ると、タンク２４内の水は、タンクヒータ２３によって加熱される。水は、ポンプ２１によって、タンク２４から給水配管２６内に圧送される。水は、トレースヒータ２７によって給水配管２６内でさらに加熱される。この実施形態では、水は約４０℃の温度に加熱される。他の実施形態では、水を他の温度に加熱することができる。水は、ノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃと接触して水が凍結しないように十分に高い温度に加熱されることが想定される。さもなければ、ノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、冷却されたチャンバ１８内にあるため、水の少なくとも一部を凍結させるのに十分なほど低温になる。特に、水を約２０℃と９５℃との間の温度に加熱することが想定される。
【００７０】
水は、ノズルデバイスリザーバ３４および各ノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃに入る。ポンプ２１によって水に加えられた圧力は、水をノズル出口３５ａ、３５ｂ、３５ｃから出し、噴霧状の水滴を生成する。
【００７１】
このようにして、特定のサイズの水滴（この実施形態では、液滴は、約１０〜５０マイクロメートル（１０×１０−６ｍ〜５０×１０−６ｍ）の直径を有し、平均直径は約３５マイクロメートル（３５×１０−６ｍ）である）が、ノズルデバイス１４から吐出される。液滴の速度は、ポンプ２１によって生成されるノズルデバイスリザーバ３４内の圧力の増加によって増加する。ノズルデバイスリザーバ３４内の圧力の上昇は、生成される水滴の大きさにも影響を及ぼす。特に、ノズルデバイスリザーバ３４内の圧力を増加させることによって、液滴サイズが減少する。他の実施形態では、他の液滴直径が望ましい場合がある。他の液滴直径は、ポンプ２１を用いてノズルデバイスリザーバ内の圧力を増減することによって達成することができる。代替的に、または加えて、本実施形態のものとは異なる直径のノズル出口を有する代替的なノズルデバイスを使用することができる。
【００７２】
液滴は、チャンバ１８を通って氷付着試験デバイス１５のウェル１６およびこのウェル１６内のサンプルに向かって垂直下方に移動する。水滴がチャンバ１８を通って移動するとき、水滴は過冷却される。水滴がサンプルプレート５２に衝突すると、それらは凍結する。この実施形態では、水滴サイズおよびチャンバ１８の温度の特定の選択に起因して、霧氷がサンプル上に形成される。サンプルプレート５２上に形成された氷は、ノズルデバイス１４の動作を停止するのに十分な氷がいつ付着するかを決定するために、ビューイングポート１９を通して見ることができる。ノズルデバイス１４は、サンプル上およびウェル１６の側壁５３上に霧氷の層が形成されるまで、上述のように動作し続ける。霧氷はまた、ウェル１６の側壁５３の凹部５４にも入る。次いで、供給配管２６（図２に示す）内のゲートバルブ２５が閉じられ、ポンプ２１がオフにされる。したがって、液滴の形成が停止される。
【００７３】
他の実施形態では、チャンバ１８内の液滴直径および温度勾配が異なり、結果、他のタイプの氷がウェル１６内に形成される。例えば、冷却された水滴がサンプルプレート５２の表面および側壁５３に衝突し、凍結前に表面を濡らすと、雨氷が形成される。
【００７４】
さらに他の実施形態では、雨が降ってその後凍結する氷結状態をシミュレートするために、チャンバが冷却される前に（実質的に上記の方法で）水滴が形成される。したがって、水滴は、凍結することなくサンプルプレート５２に衝突し、その後でのみ、上述したようにしてチャンバ１８を冷却することによって凍結される。
【００７５】
さらに他の実施形態では、（上述のように）水滴の実質的に連続した噴霧を生成するのではなく、ノズルデバイスリザーバ３４および各ノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃへの水の流れが、ゲートバルブ２５を閉じることによって周期的に中断される。例えば、これらの実施形態のうちの１つでは、上述のように、ポンプ２１によって水がノズル３１ａ、３１ｂ、３１ｃに圧送（および加熱）される。ゲートバルブ２５が、５秒間にわたって開かれ、その後、１０秒間にわたって閉じられる。このゲートバルブ２５の開閉が繰り返される。したがって、水滴の噴霧は、１０秒間の間隔をおいて、５秒間にわたってサンプルプレート５２上に落下する。この方法は、サンプルプレート５２上に落下した水滴が、（ゲートバルブ２５が閉じられている間に）水滴の噴霧が再開される前に凍結する時間を有するので、サンプルプレート５２上に氷の層を生成するために使用することができる。
【００７６】
次に、第１の記載されている実施形態の説明に戻ると、氷付着試験デバイス１５を用いて、氷がサンプルに付着する剪断強度が測定される。ここで、図５ａおよび図５ｂを参照して、氷付着試験デバイス１５の動作をここで説明する。シャフト１０３、ひいてはサンプルプレート５２を回転させるよう試行するためにトルクを加えるように、モータ１０２に電力が供給される。ウェル１６の側壁５３内の凹部５４は、側壁５３に対する霧氷の層の回転を防止する。したがって、モータ１０２は、サンプルに付着した氷に対抗して作用する。氷がサンプルプレート５２から分離するときのトルクが、トルクリング１０４によって測定される。氷がサンプルプレート５２から分離するときの測定トルクから、氷がサンプルプレート５２に付着する剪断強度、および氷がサンプルプレート５２から分離するときの氷に対する応力が計算され得る。
【００７７】
このように、上記実施形態は、指定の温度で指定の大きさの水滴を生成するベンチトップ着氷デバイス１０を提供する。氷付着試験デバイス１５は、氷がサンプルに付着する剪断強度を決定するためにベンチトップ着氷デバイス１０と共に使用することができる。
【００７８】
この実施形態では、試験が実行されると、移送ラインへの液体窒素の流れが止められる。したがって、各壁区画内の空洞への液体窒素の供給が停止され、チャンバ１８はもはや冷却されない。次に、氷付着試験デバイス１５が第１の壁区画１７ａから取り外される。その後、壁区画の各々の周りの電気ヒータジャケットがオンにされる。このようにして、空洞１８が加熱される。これは、次の試験が実行される前に空洞１８が乾燥されることを可能にする。他の実施形態では、試験中の空洞１８内の所望の温度に応じて、試験前または試験中に移送ラインへの液体窒素の流れを止めることができる。
［ランバックアイス試験デバイス］
上述したように、他の底部ユニットを着氷デバイス１０と共に使用することができることが想定される。第２の実施形態では、着氷装置の底部ユニットは、ランバックアイス試験デバイスの形態である。この実施形態の着氷装置は、上述したような着氷デバイス１０の形態であるが、氷付着試験デバイスの本体５９に、ランバックアイス試験デバイスが接続されている。
【００７９】
この実施形態のランバックアイス試験デバイスは、ランバックアイス試験取り付け具６０と、氷付着試験デバイス１５で使用されたのと同じモータ１０２および歯車装置１０５とで構成される。他の実施形態では、専用のモータおよび歯車装置を、ランバックアイス試験デバイスに使用することができる。ランバックアイス試験取り付け具６０は、以下でより詳細に説明するように、モータ１０２（これは図には示されていない）に接続されている。
【００８０】
図６ａ〜図６ｄは、ランバックアイス試験取り付け具６０の異なる斜視図を示す。これらの図を参照して、ここでランバックアイス試験取り付け具６０を説明する。ランバックアイス試験取り付け具６０は、プラットフォーム６１の形態のランバックアイス試験ターゲットを含む。
【００８１】
プラットフォーム６１は、図６ｄに最も明瞭に見ることができる。この実施形態では、プラットフォーム６１は長方形である。プラットフォーム６１は上面６２を有する。プラットフォーム６１は、第１の区画６３と第２の区画６４の２つの区画に分割される。第１の区画６３と第２の区画６４は両方とも長方形である。第１の区画６３および第２の区画６４は、同じ幅および深さを有する。この実施形態では、第１の区画６３は第２の区画６４よりも長い。したがって、第１の区画６３は、第２の区画６３よりも大きい表面積を有する。
【００８２】
この実施形態では、プラットフォーム６１は、約２ｍｍの厚さ、約５８ｍｍの幅、および約４５ｍｍの長さを有する。他の実施形態では、プラットフォーム６１は、プラットフォーム６１がチャンバ１８内に収まらないほど大きくないことを条件として、異なる寸法を有してもよい。
【００８３】
プラットフォーム６１の第１の区画６３および第２の区画６４は、断熱構成要素６５上に配置されている。断熱構成要素６５は、この実施形態ではポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から作製されるが、他の実施形態では断熱性の良好な他の材料を使用することもできる。断熱構成要素６５は、プラットフォーム６１の第１の区画６３および第２の区画６４を収容するのに十分な面積を有する矩形として形成された基部６６を有する。断熱構成要素６５はまた、突出部６６を有する。突出部６６は、プラットフォーム６１の第１の区画６３と第２の区画６４との間に突出した熱障壁を提供する。突出部６６は、基部６６の長辺の一方から反対側に延伸する。言い換えれば、突出部６６はプラットフォーム６１の幅にわたって延伸する。突出部は、プラットフォーム６１の第１の区画６３と第２の区画６４とが当接する実質的に平坦な側面を有する。突出部６６は、プラットフォーム６１の第１の区画６３および第２の区画６４の高さよりもわずかに高い高さを有し、結果、プラットフォームの上面６２よりも上に突出する。
【００８４】
プラットフォーム６１の第１の区画６３および第２の区画６４は、それらの中にヒータ要素（図示せず）を有する。ヒータ要素は、独立して制御可能な電気ヒータである。これらはプラットフォーム６１の上面を加熱するように配置されている。ヒータ要素は各々、ヒータ要素コントローラ（図示せず）の形態のヒータ手段コントローラに接続されている。ヒータ要素コントローラは、ヒータ要素を互いに独立してオンおよびオフに切り替えるように構成されている。この実施形態では、ヒータ要素コントローラは、各ヒータ要素が加熱される温度を制御するようにさらに構成される。
【００８５】
プラットフォーム６１がその上に載置されている断熱構成要素６５は、旋回(pivoting)プレート６８に取り付けられている。旋回プレート６８は、この実施形態では、モータ１０２、歯車装置１０５、および継手６９（モータ１０２および歯車装置１０５は図６ａ〜図６ｄには示されていない）から構成されるプラットフォーム傾斜手段に旋回可能に取り付けられている。継手６９は、歯車装置１０５を介して旋回プレート６８をモータ１０２に接続する。継手６９および歯車装置１０５は、モータ１０２の回転が、旋回プレート６８を傾斜させ、結果、プラットフォームの第２の区画６４がプラットフォームの第１の区画６３の上にくるように構成される。継手６９は、モータ１０２が回転を停止したときに旋回プレート６８を傾斜位置に保持するように構成されている。
［組み立て］
氷ランバック試験デバイスと共に使用されるベンチトップ着氷デバイスは、組み立て中に氷ランバック試験デバイスが氷付着試験デバイス１５の代わりに使用されることを除いて、実質的に、氷付着試験デバイス１５と共に使用される着氷デバイス１０に関して上述したように組み立てられる。
［動作］
図１および図６を参照して、ここでこの第２の実施形態のベンチトップ氷試験デバイスの動作を説明する。まず、プラットフォーム６１が位置決めされる。モータ１０２が回転される。このモータ１０２の回転により、プラットフォーム６１の第２の区画６４がプラットフォーム６１の第１の区画６３の上にあるように、継手６９が旋回プレート６８を旋回させる。この実施形態では、旋回プレート６８は、５０°の角度に旋回されるが、他の実施形態では、他の角度でランバックアイスを試験するために旋回プレート６８をこれらの他の角度に旋回させることができる。旋回プレート６８が所望の角度に旋回されると、モータ１０２は停止される。
【００８６】
次に、液体窒素を用いて、実質的に上述のようにチャンバ１８が冷却される。プラットフォーム６１の第１の区画６３のヒータ要素がオンにされる。この特定の実施形態では、第１の区画６３は、約３０℃の温度に加熱される。他の実施形態では、第１の区画６３を他の温度に加熱することができる。第１の区画６３は、疎氷性である可能性があるコーティングと共に使用される電熱式防氷システムを表す温度に加熱されることが想定される。
【００８７】
次に、過冷却または冷却された液滴が、実質的に、第１の実施形態に関して上述したように生成される。すなわち、ノズルデバイス１４から水滴を吐出することによって生成される。
【００８８】
液滴はプラットフォーム６１上に蓄積される。プラットフォーム６１の第２の区画６４は加熱されないので、液滴は第２の区画６４上に霧氷を形成する。他の実施形態では、上述のように、雨氷または雨氷と霧氷との混合物が、第２の区画６４上に形成される。プラットフォーム６１の第１の区画６３は加熱されるので、第１の区画６３に氷は形成されない。突出部６６は、第２の区画６４上に形成された氷がプラットフォーム６１の第１の区画６３上へと延伸することを防止する。突出部６６は、第１の区画６３と第２の区画６４との間の熱障壁として作用する。
【００８９】
第１の実施形態と同様に、氷の付着は、ビューイングポート１９を通して見ることができる。十分な氷がプラットフォーム６１の第２の区画６４に蓄積されたと判定されるとき、ノズルデバイス１４の動作は停止される（第１の実施形態に関して上述したように）。したがって、プラットフォーム６１上にそれ以上液滴は落ちない。
【００９０】
プラットフォーム６１の第１の区画６３のヒータ要素がオフにされる。第１の区画６３は、この実施形態では、約−１５℃の温度に冷却することを可能にされる。他の実施形態では、オペレータが試験を近似することを望む大気状態に応じて、他の温度を選択することができる。例えば、他の実施形態では、第１の区画６３は、この実施形態よりも高い温度、０℃と−１５℃との間で冷却することを可能にされ得る。プラットフォーム６１の第２の区画６４のヒータ要素がオンにされる。第２の区画６４上に形成された氷が融解し始める。融解氷からの水は、突出部６６を越えてプラットフォーム６１の第１の区画６３へと下向きに流れる。水は、プラットフォーム６１の第１の区画６３上で凍結し、ランバックアイスを形成する。
【００９１】
他の実施形態では、旋回プレート６８の他の角度、ならびに、第１の区画６３および第２の区画６４が加熱および冷却される他の温度を選択することができ、異なる厚さの氷を第２の区画６４上に形成することが可能にされ得る。このようにして、多くの異なる状態下で、ランバックアイスの形成および挙動を研究することができる。
【００９２】
試験が実行されると、移送ラインへの液体窒素の流れが止められる。したがって、各壁区画内の空洞への液体窒素の供給が停止され、チャンバ１８はもはや冷却されない。第１の実施形態と同様に、各壁区画の周りの電気ヒータジャケットは、次の試験が実行される前に空洞１８が加熱されて乾燥するようにオンにされる。その後、氷ランバック試験デバイスは、本体５９から取り外される。他の実施形態では、試験中の空洞１８内の所望の温度に応じて、試験前または試験中に移送ラインへの液体窒素の流れを止めることができる。
［他の実施形態］
着氷装置は、他の実施形態では、追加の構成要素を含むことができること、または、その構成要素のいくつかを代替的な構成要素で置き換えることができることが想定される。
【００９３】
例えば、１つのそのような代替的な実施形態では、依然としてベンチトップ着氷デバイスの形態の氷付着試験デバイスは、円柱の各部分の周囲に断熱ジャケットをさらに有する。
【００９４】
別の代替的な実施形態において、この装置は、ある量の気体をチャンバ内に導入し、チャンバ内の前記ある量の気体をシールするためのバルブ手段を備える。バルブ手段は、例えば装置のビューイングポートを通ってチャンバの壁を貫通して延在する二方向弁の形態であり、結果、開放すると、ベンチトップ着氷デバイス内のチャンバを外部気体供給源と接続し、気体がチャンバ内に入ることを可能にすることができる。閉鎖されると、二方向弁はチャンバをシールする。
【００９５】
さらにべつの代替的な実施形態において、装置は、チャンバ内に減圧を生成するための圧送手段を含む。この実施形態では、装置は、例えば装置のビューイングポートを通ってなど、チャンバの壁を通って延在する二方向弁を有する。圧送手段は、真空ポンプの形態である。真空ポンプは、管を介して二方向弁に接続されている。開いているとき、かつポンプのスイッチが入っているとき、バルブはチャンバ内からの気体を通過させる。ポンプは、バルブを通じて気体を吸引し、それを吐出する。このようにして、チャンバ内の圧力を低減することができる。この実施形態では、円柱は少なくとも１４．１ｋＰａまでの圧力に耐えるように構成されている。
【００９６】
さらなる代替的な実施形態では、装置はメインコントローラを備える。この実施形態では、メインコントローラはマイクロコントローラの形態である。マイクロコントローラは、第１の実施形態に関連して説明したタイプのセンサデバイスに接続され、結果、センサデバイスから圧力信号および温度信号を受け取ることができる。マイクロコントローラはまた、ちょうど説明した２つの代替的な実施形態に関連して説明したように、バルブ手段および圧送手段に接続され、結果、これらを制御し、それによって、チャンバ内の圧力を制御することができる。最後に、マイクロコントローラは、第１の実施形態に関連して上述したチャンバ加熱手段に接続され、結果、これを制御し、それによりチャンバ内の温度を制御することができる。マイクロコントローラは、センサデバイスからの信号に基づいて圧力および温度を制御するようにプログラムされる。
【００９７】
さらに別の実施形態では、装置はより多くのまたはより少ない管状セグメントを含む。
【００９８】
例えば、１つのそのような代替的な実施形態では、装置は２つの管状セグメントのみを備える。これらの管状セグメントの１つは、第１の実施形態に関して説明した第１の壁区画と実質的に同じである。他の管状セグメントは、第１の実施形態に関して説明した第３の壁区画と実質的に同じである。したがって、この代替的な実施形態では、円柱の高さは、（第１の実施形態のような）３つの管状セグメントがある実施形態の円柱の高さよりも小さい。これにより、よりコンパクトな装置が得られる。
【００９９】
第２のこのような代替的な実施形態では、４つの管状セグメントがある。装置は、第１の壁区画と第２の壁区画との間に追加の壁区画を有する点を除いて、実質的に、第１の実施形態に関して上述した通りである。この追加の壁区画は、第１の実施形態の第２の壁区画および第３の壁区画と実質的に同じである。したがって、この代替的な実施形態における円柱の高さは、第１の実施形態における円柱の高さよりも大きい。これにより、より少ない管状セグメントを有する着氷デバイスの場合よりも、円柱の底部にあるターゲットに衝突したときにノズルデバイスによって生成される液滴の速度がより速くなる。
【０１００】
別の代替実施形態では、液滴吐出デバイスは、ノズルデバイス１４の代わりに圧電デバイス７０である。圧電デバイス７０は、図７に概略的に断面で示されている。この図を参照して、ここで圧電デバイス７０についてより詳細に説明する。
【０１０１】
圧電デバイス７０は、水路７１の形態の複数の貫通孔を有するプレート７３から構成される。水路７１の数は、（後述するように）一度に１つの水滴を生成する各水路７１に基づいて、所望の氷結状態を提供するのに十分な水滴を提供するように選択される。
【０１０２】
この実施形態では、プレート７３の直径は、水滴の外側への拡散を計上するために、液滴が噴霧される領域の直径よりも小さくなるように選択される。しかし、別の実施形態では、プレート７３の直径は、液滴を噴霧する領域の直径と実質的に同じになるように選択される。プレート７３は、その周囲にトレース加熱要素２７を有する。これは、プレート７３を加熱するためのものである。
【０１０３】
各水路７１は、圧電結晶７２の形態の圧電素子を含む。圧電結晶７２は各々、電流が流れるときに、それぞれの水路７１からこの変形によって形成される空間に水を引き込むように屈曲するように構成されている。
【０１０４】
電流が供給されないとき、圧電結晶７２は元の形状に戻る。圧電結晶７２は各々、これが行われるときに、それぞれの水路７１から水滴を吐出するように構成されている。各圧電結晶７２は、電気接続７４を介して、結合された電源およびコントローラ７５に接続されている。これは、電源およびコントローラ７５から圧電結晶７２に電流を供給し、供給される電流の大きさを制御するためのものである。
【０１０５】
圧電結晶７２のタイプは、水路７１から吐出するために所望される液滴の大きさに応じて選択される。所与の電流の下で比較的大きく変形する圧電結晶７２は、変形後に弛緩するときに比較的多量の水を吐出する。圧電結晶７２のタイプはまた、水路７１から吐出するために所望される速度にも応じて選択される。特に、電流が通過することに応答して変形後に比較的急速に弛緩するタイプの圧電結晶７２は、水路７１から比較的速い速度で液滴を吐出する。
【０１０６】
圧電デバイス７０は、ノズルデバイス１４に代えて液滴吐出デバイスホルダ１３内に取り付けられている。圧電デバイスが接続されている水滴生成システム２０の残りの部分は、図２に関して上述したものと実質的に同じである。言い換えれば、圧電デバイス７０は、トレースヒータ２７を備えた給水配管２６、ならびにポンプ２１およびタンク２４、ならびに、図２に示された他のすべての構成要素に接続されている。
【０１０７】
動作時には、給水配管２６から水路７１に水が供給される。電源およびコントローラ７５は、電気接続７４を介して圧電結晶７２に電流を供給するように動作する。これは、それぞれの水路７１からこの変形によって形成される空間に水を引き込むように、圧電結晶７２を第１の方向に屈曲させる。その後、圧電素子７２を通る電流は、圧電素子が元の形状に戻り、水滴の形態で水を押し出すように、停止される。圧電結晶７２に供給される電流の大きさは、圧電結晶７２の変形の大きさを決定するように、コントローラ７５を用いて選択される。これによって、圧電デバイス７０によって生成される液滴のサイズが制御される。
【図１】
2019518951.tif 000003
【図２】
2019518951.tif 000004
【図３ａ】
2019518951.tif 000005
【図３ｂ】
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【図４ａ】
2019518951.tif 000007
【図４ｂ】
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【図５ａ】
2019518951.tif 000009
【図５ｂ】
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【図６ａ】
2019518951.tif 000011
【図６ｂ】
2019518951.tif 000012
【図６ｃ】
2019518951.tif 000013
【図６ｄ】
2019518951.tif 000014
【図７】
2019518951.tif 000015
【国際調査報告】
2019518951.tif 000016
2019518951.tif 000017
2019518951.tif 000018
2019518951.tif 000019
2019518951.tif 000020