CN108291713B - 蒸发装置及蒸发流体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种流体蒸发装置(10)，包括：流体供给器(12)，包含可蒸发流体；气泡泵(14)，能够操作以将流体从流体供给器(12)泵送至气泡泵(14)的出口(36)；以及蒸发器(16)，位于气泡泵(14)的出口(36)附近，用以从气泡泵(14)接收流体。

Description

蒸发装置及蒸发流体的方法
技术领域
本发明总体上涉及用于计量流体并使流体蒸发的方法和设备。更具体地说，本发明涉及利用气泡泵将流体输送至蒸发结构的流体蒸发结构。
背景技术
在微流体结构的领域中，期望做出改进。这种类型的微流体结构用于将溶液从储存源分配给可执行辅助功能的另一装置。一种辅助功能的示例是使用加热器对溶液进行蒸发，使得溶液的成分可以被传送以在气态下完成其功能。这样的微流体结构具有许多应用，诸如用于提供蒸汽治疗、加香电子烟、化学气相反应，等等。
引用列表
专利文献
【专利文献1】美国专利No.8,891,949
发明内容
技术问题
用于将流体从流体供给器分配至蒸发加热器结构的传统结构期望得到改善。例如，在向蒸发加热器结构提供一致且期望数量的流体时，传统装置常常是不可靠的。作为该问题的一部分，流动路径的堵塞以及流体不完全行进的诸原因是常见的，导致到达蒸发元件的流体数量的不确定性。
本发明以有益的方式提供了用于计量流体并使流体蒸发的方法和设备。
解决问题的方案
本发明涉及用于计量流体并使流体蒸发的方法和设备。
在一个方面，提供了一种蒸发装置，包括：流体供给器，包含可蒸发流体；气泡泵，能够操作以将流体从流体供给器泵送至气泡泵的出口；以及流体蒸发加热器，位于气泡泵的出口附近，用以从气泡泵接收流体。蒸发加热器能够操作以加热并从而蒸发所接收的流体。
在另一方面，提供了一种蒸发装置，包括：流体供给器，包含可蒸发流体；气泡泵，具有与流体供给器流动连通以从流体供给器接收流体的入口、流体流动路径、位于流体流动路径内的按流动顺序排列的加热器、以及出口。气泡泵能够操作以将流体从流体供给器泵送至气泡泵的出口。流体蒸发加热器位于气泡泵的出口附近。流体蒸发加热器具有被加热流体接触表面，用以从气泡泵的出口接收流体并加热所接收的流体，从而蒸发所接收的流体。
在又一方面，提供了一种蒸发流体的方法。该方法包括以下步骤：提供包含可蒸发流体的流体供给器；提供与流体供给器流体连通的气泡泵，并操作气泡泵以将流体从流体供给器泵送至气泡泵的出口；以及提供位于气泡泵的出口附近用以从气泡泵接收流体的流体蒸发加热器，并操作蒸发加热器以加热并从而蒸发所接收的流体。
本发明的有益效果
根据本发明的蒸发装置在向蒸发加热器结构提供一致且期望数量的流体时是可靠的。
附图说明
通过参照结合附图进行的详细描述，本发明的其他优点是明显的，其中，诸元件不是按比例绘制的，以更清楚地示出细节，其中，同样的附图标记在这些视图中始终表示同样的元件，并且其中：
图1示出了根据本发明的一种流体蒸发装置，其中蒸发器位于与由气泡泵限定的平面基本平行的平面内；
图2示出了根据本发明的一种流体蒸发装置，其中蒸发器位于与由气泡泵限定的平面基本平行的平面内；
图3示出了根据本发明的一种流体蒸发装置，其中蒸发器位于与由气泡泵限定的平面基本平行的平面内；
图4示出了流体蒸发装置的一个替代实施例，其中蒸发器位于与由气泡泵限定的平面基本垂直的平面内；
图5示出了流体蒸发装置的又一替代实施例，其中由蒸发器限定的平面与由气泡泵限定的平面之间的角度被改变；
图6示出了流体蒸发装置的再一替代实施例，其中由蒸发器限定的平面与由气泡泵限定的平面之间的角度被改变；
图7示出了流体蒸发装置的另一实施例，其所具有的流体供给入口位于装置的边缘处；
图8示出了流体蒸发装置的再一实施例，其所具有的流体供给入口位于装置的边缘处，其中由装置的蒸发器限定的平面与由装置的气泡泵限定的平面之间的角度被改变；
图9示出了流体蒸发装置的另一实施例，其中气泡泵和蒸发器被制作在同一衬底上；
图10示出了流体蒸发装置的另一实施例，其中气泡泵和蒸发器被制作在同一衬底上；
图11示出了根据本发明的一种流体蒸发装置，其中蒸发器位于与由多个气泡泵限定的平面基本平行的平面内；
图12示出了根据本发明的一种流体蒸发装置，其中蒸发器位于与由多个气泡泵限定的平面基本平行的平面内；
图13示出了流体蒸发装置的一个替代实施例，其中蒸发器位于与由气泡泵限定的平面基本垂直的平面内；
图14示出了流体蒸发装置的又一替代实施例，其中由蒸发器限定的平面与由多个气泡泵限定的平面之间的角度被改变；
图15示出了流体蒸发装置的又一替代实施例，其中由蒸发器限定的平面与由多个气泡泵限定的平面之间的角度被改变；
图16示出了流体蒸发装置的另一实施例，其所具有的流体供给入口位于装置的边缘处；
图17示出了流体蒸发装置的又一实施例，其所具有的流体供给入口位于装置的边缘处，其中由装置的蒸发器限定的平面与由装置的多个气泡泵限定的平面之间的角度被改变；
图18示出了流体蒸发装置的另一替代实施例，其具有多个气泡泵和多个流体供给器；
图19示出了流体蒸发装置的又一替代实施例，其具有多个气泡泵，其中每个气泡泵具有其自己的流体供给器；
图20示出了流体蒸发装置的另一实施例，其中气泡泵和蒸发器被制作在同一衬底上；以及
图21示出了流体蒸发装置的另一实施例，其中气泡泵和蒸发器被制作在同一衬底上。
具体实施方式
(实施例1)
本发明涉及流体蒸发结构，该流体蒸发结构利用一个或更多个气泡泵来将流体从一个或更多个流体供给器输送给独立的流体蒸发结构。
参见图1至图3，其中示出了具有流体供给器12、气泡泵14和蒸发器16(流体蒸发加热器)的流体蒸发装置10。装置10被构造为使得气泡泵14按照期望那样将流体从流体供给器12直接输送至蒸发器16上。
装置10包括在印刷电路板18上，以提供包含流体供给器12、气泡泵14和蒸发器16的一个单个的组件。气泡泵14具有大体上限定了一个平面的长轴，蒸发器16设置在大体上限定了一个平面的衬底上。如所将注意到的，在图1至图3的实施例中，由气泡泵14限定的平面和由蒸发器16限定的平面基本上彼此平行。
流体供给器12被构造为位于气泡泵14的盖衬底20上的流体储存容器。流体供给器12装有期望的可蒸发流体，并且通常开孔至大气且包含期望体积的流体，通常为环境条件下的液体。作为一个示例，流体可以是一种液体，这种类型的液体被用于蒸汽烟或电子烟，其体积量适合于蒸汽烟或电子烟这种用途。供给入口22限定在流体供给器12与盖衬底20之间，以提供流体从流体供给器12按期望行进至气泡泵14所需要的流体路径。
气泡泵14被构造为用于将流体从流体供给器12泵送至蒸发器16。除了盖衬底20之外，气泡泵14还包括入口30、底衬底32、按流动顺序排列的电阻加热器34和出口36。在制造过程中，首先将流动特征层沉积在底衬底32上。然后选择性地蚀刻流动特征层以提供加热器34并限定流动通道38。
底衬底32可以是半导体硅衬底，其适用于在其上设置气泡泵和逻辑电路。盖衬底20可以由硅或诸如聚酰亚胺的聚合物材料制成。电阻加热器34和蒸发器16可以由TaAlN、TaAl或其他薄膜电阻器材料制成。用于制作流动特征层来提供电阻加热器34的优选材料是例如通过溅射沉积在底衬底32上的TaAlN。蒸发器16可以以类似方式形成。
电连接和逻辑电路被集成在装置10上，以控制和操作气泡泵14的加热器34及蒸发器16，并且另外控制流体从流体供给器12向蒸发器16的传输。例如，可以以期望的方式将电压脉冲施加到加热器34，以形成流体的热气泡并沿着流动通道38输送流体的热气泡，以按照期望的那样将流体传送至蒸发器16，用来对所传送来的流体进行蒸发。优选气泡泵的示例示出于名称为“Micro-fluidic bump”(微流体泵)、于2014年11月18日颁布的、第8,891,949号美国专利中，该专利通过引用全部包含于本申请中。
在气泡泵14的基本操作中，将电压脉冲依次施加到每个加热器34以按照预设方式产生热气泡。例如，每个加热器34可以从通道的入口30至出口36依次形成气泡，以按照期望的那样将流体从供给器12输送至蒸发加热器16。每个加热器34也按期望的那样被允许在下一点火序列之前冷却，以防止气泡泵14内的流体被过渡加热并沸腾。
蒸发器16被构造为微流体电加热元件，其专门被设计用来蒸发从流体供给器12接收的流体。蒸发器16位于气泡泵14的出口36附近下方。槽口或其他流动路径穿过电路板18而形成，用于使流体从气泡泵14的出口36行进至蒸发器16。蒸发器16具有通向且暴露于空气或其他本地环境的被加热流体接触表面。被加热流体接触表面加热所接收的流体，将所接收的流体蒸发到大气或其他本地环境。
现在参见图4，其中示出了流体蒸发装置50的一个替代实施例。装置50具有流体供给器52、气泡泵54和蒸发器56。流体供给器52和气泡泵54被包括在印刷电路板58上。流体供给器52、气泡泵54和蒸发器56基本上对应于流体供给器12、气泡泵14和蒸发器16。然而，蒸发器56与电路板58的端部分隔开，从而处于一个与由气泡泵54限定的流体流动平面基本上垂直的平面内。
现在参见图5和图6，其中示出了流体蒸发装置60的另一替代实施例。装置60基本上对应于装置50，并且包括流体供给器52、气泡泵54和蒸发器56，不同之处在于，上面具有气泡泵54的电路板58的方位相对于由蒸发器56限定的平面成角度A或角度A′，或既成角度A也成角度A′。角度A和A′每个都可以从大约0度变化至大约90度。关于此点，将理解的是，所绘制的角度是提供用以示出气泡泵54和蒸发器56之间的角方位可以在三个维度中的任一维度上变化。
现在参见图7，其中示出了流体蒸发装置70的又一实施例。装置70基本上对应于装置50，并且包括气泡泵54、蒸发器56和电路板58。然而，流体供给器72设置为其所具有的入口74位于气泡泵54与电路板58的组件中与蒸发器56相反的远端。
现在参见图8，示出了流体蒸发装置80的另一替代实施例。装置60基本上对应于装置70，并且包括流体供给器72、气泡泵54和蒸发器56，不同之处在于，上面具有气泡泵54的电路板58的方位相对于由蒸发器56限定的平面成角度B。角度B可以从大约0度变化至大约90度。如在装置60的情况中那样，角度B可以在一个维度或更多维度上，如结合图5和图6的角度A和A′所解释的那样。
现在参见图9和图10，其中示出了流体蒸发装置90的另一替代实施例。装置90基本上对应于装置10，并且包括流体供给器12、气泡泵14、蒸发器16和电路板18。然而，装置90是由在同一衬底上制作的气泡泵14和蒸发器16构建的。
(实施例2)
参见图11至图12，其中示出了具有流体供给器12、蒸发器16和多个气泡泵14的流体蒸发装置10A。装置10A被构造为使得气泡泵14按期望方式将流体从流体供给器12直接地输送到蒸发器16上。
装置10A包括在印刷电路板18上，以提供包含流体供给器12、气泡泵14和蒸发器16的一个单个的组件。每个气泡泵14具有大体上限定一个平面的长轴，蒸发器16设置在大体上限定一个平面的衬底上。如所将注意到的，在图11至图12的实施例中，由诸气泡泵14限定的公共平面和由蒸发器16限定的平面基本上彼此平行。
流体供给器12被构造为位于每个气泡泵14的盖衬底20上的流体储存容器。流体供给器12装有期望的可蒸发流体，并且通常开孔至大气且包含期望体积的流体，通常为环境条件下的液体。作为一个示例，流体可以是一种液体，这种类型的液体被用于蒸汽烟或电子烟，其体积量适合用于蒸汽烟或电子烟这种用途。供给入口22限定在流体供给器12与盖衬底20之间，以提供流体从流体供给器12按期望方式行进至每个气泡泵14所需的流体路径。
每个气泡泵14被构造为用于将流体从流体供给器12泵送至蒸发器16。除了盖衬底20之外，每个气泡泵14还包括入口30、底衬底32、按流动顺序排列的电阻加热器34和出口36。在制造过程中，首先将流动特征层沉积在底衬底32上。然后选择性地蚀刻流动特征层以提供加热器34并限定流动通道38。底衬底32可以是半导体硅衬底，其适合于在其上面设置气泡泵和逻辑电路。盖衬底20可以由硅或诸如聚酰亚胺等的聚合物材料制成。电阻加热器34和蒸发器16可以由TaAlN、TaAl或其他薄膜电阻器材料制成。用于制作流动特征层来提供电阻加热器34的优选材料是例如通过溅射沉积在底衬底32上的TaAlN。蒸发器16可以以类似方式形成。
电连接和逻辑电路被集成在装置10上，以控制和操作气泡泵14的加热器34及蒸发器16，并且另外控制流体从流体供给器12向蒸发器16的传输。例如，可以以期望的方式将电压脉冲施加到加热器34，以形成流体的热气泡并沿着流动通道38输送流体的热气泡，以按照期望的那样将流体传送至蒸发器16，用来对所传送来的流体进行蒸发。优选气泡泵的示例示出于名称为“Micro-fluidic bump”(微流体泵)、于2014年11月18日颁布的、第8,891,949号美国专利中，该专利通过引用全部包含于本申请中。
在气泡泵14的基本操作中，将电压脉冲依次施加到每个加热器34以按照预设方式产生热气泡。例如，每个加热器34可以从通道的入口30至出口36依次形成气泡，以按照期望的那样将流体从供给器12输送至蒸发加热器16。每个加热器34也按期望的那样被允许在下一点火序列之前冷却，以防止气泡泵14内的流体被过渡加热并沸腾。气泡泵14可以被操作用来相互配合，以将流体输送至蒸发器16。
蒸发器16被构造为微流体电加热元件，其专门被设计用来蒸发从流体供给器12接收的流体。蒸发器16位于气泡泵14的出口36附近下方。槽口或其他流动路径穿过电路板18而形成，用于使流体从气泡泵14的出口36行进至蒸发器16。蒸发器16具有通向且暴露于空气或其他本地环境的被加热流体接触表面。被加热流体接触表面加热所接收的流体，将所接收的流体蒸发到大气或其他本地环境。将理解的是，蒸发器16可以由单个或多个蒸发器结构来提供。
现在参见图13，其中示出了流体蒸发装置50A的一个替代实施例。装置50A具有流体供给器52、气泡泵54和蒸发器56。流体供给器52和气泡泵54被包括在印刷电路板58上。流体供给器52、气泡泵54和蒸发器56基本上对应于流体供给器12、气泡泵14和蒸发器16。然而，蒸发器56与电路板58的端部分隔开，从而处于与由气泡泵54限定的流体流动平面基本上垂直的平面内。
现在参见图14和图15，其中示出了流体蒸发装置60A的另一替代实施例。装置60A基本上对应于装置50A，并且包括流体供给器52、气泡泵54和蒸发器56，不同之处在于，上面具有气泡泵54的电路板58的方位相对于由蒸发器56限定的平面成角度C或角度C′，或者既成角度C也成角度C′。角度C和C′每个都可以从大约0度变化至大约90度。关于此点，将理解的是，所绘制的角度是提供用以示出气泡泵54和蒸发器56之间的角方位可以在三个维度中的任一维度上变化。
现在参见图16，其中示出了流体蒸发装置70A的又一实施例。装置70A基本上对应于装置50A，并且包括气泡泵54、蒸发器56和电路板58。然而，流体供给器72设置为其所具有的入口74位于气泡泵54与电路板58的组件中与蒸发器56相反的远端。
现在参见图17，其中示出了流体蒸发装置80A的另一替代实施例。装置60A基本上对应于装置70A，并且包括流体供给器72、气泡泵54和蒸发器56，不同之处在于，上面具有气泡泵54的电路板58的方位相对于由蒸发器56限定的平面成角度D。角度D可以从大约0度变化至大约90度。如在装置60A的情况中那样，角度D可以在一个维度或更多维度上，如结合图14和图15的角度C和C′所解释的那样。
现在参见图18，其中示出了流体蒸发装置90A的另一替代实施例。装置90A基本上对应于装置10A，不同之处在于，装置90A包括与多个流体供给器12流动连通的多个气泡泵14。将理解的是，每个流体供给器12可以包括不同的可蒸发流体或具有不同特性的流体或若干流体的混合物。
现在参见图19，其中示出了流体蒸发装置100的另一替代实施例。装置100基本上对应于装置90A，不同之处在于，装置110包括数量与流体供给器12相同的多个气泡泵14。每个气泡泵14都与流体供给器12中的相对应的一个流体供给器12流体连通。将理解的是，每个流体供给器12都可以包括不同的流体或具有不同特性的流体或若干流体的混合物。
现在参见图20和图21，其中示出了流体蒸发装置110的另一替代实施例。装置110基本上对应于装置10A，并且包括流体供给器12、气泡泵14、蒸发器16和电路板18。然而，装置110是由在同一衬底上制作的气泡泵14和蒸发器16构建的。
前述对本发明优选实施例所提供的描述，是出于说明和描述的目的。这些描述和实施例并不意图是穷尽的，或将本发明限制到所公开的精确形式。在上述教导下是可能得到显而易见的改进或变型。选择并描述实施例是致力于提供对本发明原理及其实践应用的最佳说明，从而使得本领域普通技术人员能够利用各种实施例中的公开内容，并且可以预想到适合于特定用途的各种改进。所有这些改进和变型落在在本发明的范围内，本发明的范围是由所附权利要求按照它们被公平、合法且公正地赋予的宽度进行解释时确定的。
附图标记列表
10，10A，50，50A，60，60A，70，70A，80，80A，90，90A，100，110：流体蒸发装置
12，52，72：流体供给器
14，54：气泡泵
16，56：蒸发器
18，58：印刷电路板
20：盖衬底
22：供给入口
30，74：入口
32：底衬底
34：按流动顺序排列的电阻加热器
36：出口
38：流动通道

Claims (13)

1.一种蒸发装置，包括：
流体供给器，包含可蒸发流体；
多个气泡泵，每个具有与流体供给器流动连通以从流体供给器接收流体的入口、流体流动路径、位于流体流动路径内的按流动顺序排列的加热器、以及出口，其中，多个气泡泵能够操作以将流体从流体供给器泵送至多个气泡泵的各个出口；以及
流体蒸发加热器，位于多个气泡泵的各个出口附近，流体蒸发加热器具有被加热流体接触表面，用以从多个气泡泵的各个出口接收流体，并加热从而蒸发所接收的流体，
所述多个气泡泵限定的平面与所述流体蒸发加热器限定的平面配置为相互交叉，
所述多个气泡泵相对于蒸发加热器的角位置是可变的。
2.根据权利要求1所述的蒸发装置，其中，多个气泡泵和蒸发加热器被制作在公共衬底上。
3.根据权利要求1所述的蒸发装置，其中，多个气泡泵和蒸发加热器被制作在不同衬底上。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的蒸发装置，其中，流体供给器沿竖直方向位于多个气泡泵上方。
5.根据权利要求1所述的蒸发装置，其中，流体供给器、多个气泡泵和蒸发加热器被包括在印刷电路板上。
6.根据权利要求5所述的蒸发装置，其中，流体供给器具有位于印刷电路板的与蒸发加热器相反的端部处的入口。
7.一种蒸发装置，包括：
流体供给器，包含可蒸发流体；
多个气泡泵，每个能够操作以将流体从流体供给器泵送至气泡泵的出口；以及
流体蒸发加热器，位于多个气泡泵的各个出口附近，用以从多个气泡泵接收流体，蒸发加热器能够操作以加热并从而蒸发所接收的流体，
所述多个气泡泵限定的平面与所述流体蒸发加热器限定的平面配置为相互交叉，
所述多个气泡泵相对于蒸发加热器的角位置是可变的。
8.根据权利要求7所述的蒸发装置，其中，多个气泡泵和蒸发加热器被制作在公共衬底上。
9.根据权利要求7所述的蒸发装置，其中，多个气泡泵和蒸发加热器被制作在不同衬底上。
10.根据权利要求7至9中任意一项所述的蒸发装置，其中，流体供给器沿竖直方向位于多个气泡泵上方。
11.根据权利要求7所述的蒸发装置，其中，流体供给器、多个气泡泵和蒸发加热器被包括在印刷电路板上。
12.根据权利要求11所述的蒸发装置，其中，流体供给器具有位于印刷电路板的与蒸发加热器相反的端部处的入口。
13.一种蒸发流体的方法，包括以下步骤：
提供包含可蒸发流体的流体供给器；
提供与流体供给器流体连通的多个气泡泵，并操作多个气泡泵以将流体从流体供给器泵送至多个气泡泵的各个出口；以及
在多个气泡泵的各个出口附近提供流体蒸发加热器，用以从多个气泡泵接收流体，在所述多个气泡泵限定的平面与所述流体蒸发加热器限定的平面配置为相互交叉，且所述多个气泡泵相对于所述蒸发加热器的角位置是可变的状态下，并操作蒸发加热器以加热并从而蒸发所接收的流体。
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