CN109424521B - 气体输送装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体输送装置，由壳体、喷气孔片、腔体框架、致动器、绝缘框架及导电框架依序堆栈构成。喷气孔片包含支架、悬浮片及中空孔洞，支架包含固定部及连接部，其中固定部的形状与壳体的固定槽形状相对应，以定位喷气孔片容设于壳体的容置槽内。致动器、腔体框架及悬浮片之间形成共振腔室，通过致动器驱动带动喷气孔片产生振动，使喷气孔片的悬浮片产生往复式地振动位移，使气体通过喷气孔片的至少一空隙进入气流腔室，再由壳体的排气孔排出，实现气体的传输流动。

Description

气体输送装置

技术领域

本发明关于一种气体输送装置，尤指一种微型、静音且高速传输气体的气体输送装置。

背景技术

目前于各领域中无论是医药、计算机科技、打印、能源等工业，产品均朝精致化及微小化方向发展，其中微型泵、喷雾器、喷墨头、工业打印装置等产品所包含的流体输送结构为其关键技术，因此，如何藉创新结构突破其技术瓶颈，为发展的重要内容。

随着科技的日新月异，气体输送装置的应用上亦愈来愈多元化，举凡工业应用、生医应用、医疗保健、电子散热等等，甚至近来热门的穿戴式装置皆可见它的踨影，可见传统的气体输送装置已渐渐有朝向装置微小化、流量极大化的趋势。

在现有技术中，气体输送装置主要以传统的机构部件堆栈而构成，并以每一个机构部件极小化或厚度薄化的方式，来达到整体装置微型化、薄型化的目的。然而，传统机构件在微小化后，其尺寸精度控制不易，且组装精度同样难以掌控，进而造成产品良率不一，甚至有流体传送的流量不稳定等问题。再者，习知的气体传输装置中，往往因输出的气体无法有效地汇集，或是因组件尺寸过于微小而使气体推进的力道不足，进而导致气体输送流量不足的问题。

因此，如何发展一种可改善上述习知技术缺失，可使传统采用流体传输装置的仪器或设备达到体积小、微型化且静音，且克服微型尺寸精度不易掌控、流量不足的问题，且可灵活运用于各式装置的微型流体传输装置，实为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种气体输送装置，通过气体输送装置特殊流道以及喷气孔片的设计，以克服传统气体输送装置无法同时兼具体积小、微型化以及静音、尺寸精度掌控的问题。

本发明的主要目的在于提供一种气体输送装置，通过方形共振腔室及特殊管径导管的设计，以使压电组件与方形共振腔室达到亥姆霍兹共振，并使输出气体以接近白努利定律的理想流体状态快速喷出，以解决习知技术中气体传输流量不足的问题。

为达上述目的，本发明的一较广义实施样态为提供一种气体输送装置，传输气体流动，其包含：壳体，包含至少一固定槽、容置槽及排气孔，容置槽具有底面；喷气孔片，包含至少一支架、悬浮片及中空孔洞，至少一支架包含固定部及连接部，其中固定部的形状与至少一固定槽的形状相对应，至少一支架套置于固定槽中，以定位喷气孔片容设于容置槽内，并与容置槽的底面之间形成气流腔室，气流腔室与排气孔相通，而连接部连接于悬浮片及固定部之间，连接部弹性支撑悬浮片，供悬浮片进行往复式地弯曲振动，且至少一支架及悬浮片与壳体之间形成至少一空隙；腔体框架，承载迭置于悬浮片上；致动器，承载迭置于腔体框架上，施加电压而产生往复式地弯曲振动；绝缘框架，承载迭置于致动器上；以及导电框架，承载迭置于绝缘框架上；其中，致动器、腔体框架及悬浮片之间形成共振腔室，通过致动器驱动带动喷气孔片产生共振，使喷气孔片的悬浮片产生往复式地振动位移，以造成气体通过至少一空隙进入气流腔室，再由排气孔排出，实现气体的传输流动。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的气体输送装置的外观结构示意图。

图2A为图1所示的气体输送装置的组件分解正面结构示意图。

图2B为图1所示的气体输送装置的组件分解背面结构示意图。

图3为图2A所示的壳体的外观结构示意图。

图4为图2A所示的喷气孔片的俯视结构示意图。

图5A为图1所示的气体输送装置的A-A剖面结构示意图。

图5B及图5C为图5A所示的气体输送装置的剖面作动示意图。

【符号说明】

1：气体输送装置

11：壳体

111：容置槽

111a：底面

112：排气孔

113：固定槽

114：第一开口

115：第二开口

116：导管

117：导出通道

118：导出孔

12：喷气孔片

120：支架

121：悬浮片

122：固定部

123：连接部

124：中空孔洞

125：空隙

13：腔体框架

130：共振腔室

14：致动器

141：压电载板

1411：第一导电接脚

142：调整共振板

143：压电片

17：绝缘框架

18：导电框架

181：第二导电接脚

182：电极

19：气流腔室

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非架构于限制本发明。

请参阅图1、图2A及图2B，图1为本发明较佳实施例的气体输送装置的外观结构示意图，图2A为图1所示的气体输送装置的组件分解正面结构示意图，以及图2B为图1所示的气体输送装置的组件分解背面结构示意图。如图1、图2A及图2B所示，本实施例的气体输送装置1为一微型化的气体传输结构，使气体高速且大量地传输。本实施例的气体输送装置1由壳体11、喷气孔片12、腔体框架13、致动器14、绝缘框架17及导电框架18等组件是依序对应堆栈设置。

请同时参阅图2A、图2B及图3，图3为图2A所示的壳体的外观结构示意图。如图所示，本实施例的壳体11包含容置槽111及排气孔112、至少一固定槽113、第一开口114、第二开口115及导管116(如图2B所示)，其中容置槽111包含底面111a，容置槽111为壳体11内部凹陷的方形凹槽结构，意即容置槽111的底面111a为方形底面，但不以此为限。在本发明的另一些实施例中，容置槽111形状亦可为圆形、椭圆形、三角形及多角形其中之一，不以此為限。本实施例的容置槽111是用以容置该堆栈设置的喷气孔片12、腔体框架13、致动器14、绝缘框架17及导电框架18于其中。本实施例的排气孔112是贯穿设置于底面111a的中心处，以供气体流通，且如图5A所示，排气孔112是与导管116相连通。本实施例的至少一固定槽113供固定喷气孔片12固定于其中，本实施例的固定槽113数量为4个，分别对应设置于壳体11邻近于该容置槽111的四个边角，且为一L型的凹槽结构，但不以此为限，其数量、凹槽形状态样可依据实际需求任施变化。如图2B及图3所示，本实施例的导管116为一长柱状中空管状结构，导管116还包含导出通道117及导出孔118，且导管116的导出通道117是通过排气孔112相连通至容置槽111，导管116的导出通道117通过导出孔118连通至壳体11的外部，其中排气孔112的孔径大于导出孔118的孔径(如图5A所示)，意即导出通道117内径呈由大渐缩至小的锥度形状，如锥形般向下渐缩，其中该排气孔的直径介于0.85毫米至1.25毫米之间，导出孔118的直径介于0.8毫米至1.2毫米之间；当气体由排气孔112进入导管116，并由导出通道117排出时，使气体产生明显的汇聚效果，并使汇聚后的气体由导管116的导出通道117快速且大量地喷出。在本发明的另一些实施例中，壳体11亦可不具有导管，即气体可由排气孔112直接排出壳体11的外，但不以此为限。

请同时参阅图2A、图2B及图4，图4为图2A所示的喷气孔片的俯视结构示意图。如图所示，本实施例的喷气孔片12包含至少一支架120、悬浮片121及中空孔洞124。本实施例的悬浮片121为可弯曲振动的片状结构，且其形状可以容置槽111相对应，但不以此为限，悬浮片121的形状可为方形、圆形、椭圆形、三角形及多角形其中之一。中空孔洞124贯穿设置于悬浮片121的中心处，以供气体流通。本实施例的支架120的数量为4个，但不以此为限，其数量及型态主要是与固定槽113相对而设置，且可依据实际情形任施变化。举例来说，本实施例的每一支架120包含固定部122及连接部123，固定部122与该固定槽113(如图3所示)的形状分别为L形来相互匹配，即固定部122形状为L形，固定槽113为L形的凹槽，藉此使固定部122容设于该固定槽113内，通过两相互匹配的形状可产生定位的效果外，亦可增加其连接强度，以供支架120设置固定，以使喷气孔片12容置于壳体11的容置槽111中，通过固定部122与固定槽113相对应卡合，使喷气孔片12得以快速且精准的定位在壳体11的容置槽111中，如此不仅结构轻薄简单，同时更便于组装，亦可克服传统气体输送装置直接贴附喷气孔片12无边框定位而无法精确掌控尺寸精度的问题。

本实施例的连接部123连接于悬浮片121及固定部122之间，且连接部123具有弹性，供悬浮片121进行往复式地弯曲振动。在本实施例中，数个个支架120、悬浮片121及壳体11的容置槽111之间定义数个个空隙125(如图5A所示)，使气体可由数个个空隙125流入容置槽111与悬浮片121之间，以供气体输送装置1进行气体的传输。

请同时参阅图2A、图2B及图5A，图5A为图1所示的气体输送装置的A-A剖面结构示意图。如图所示，在本实施例中，喷气孔片12、腔体框架13及致动器14形成了一共振腔室130，其中腔体框架13可为一方形框架结构，使共振腔室130因应于腔体框架成为方形共振腔室，该共振腔室130的容积介于6.3立方毫米至186立方毫米之间。此外，本实施例的致动器14包含有一压电载板141、调整共振板142及压电片143，其中，该压电载板141可为一金属板，且其周缘可延伸形成一第一导电接脚1411，用以电性连接；调整共振板142贴附堆叠于该压电载板141上，调整共振板142同样可为一金属板，而压电片143堆叠设置于调整共振板142上，压电片143受施加电压并因压电效应产生形变时，调整共振板142位于压电片143与压电载板141之间，做为两者之间的缓冲物，来调整压电载板141的振动频率，且调整共振板142的厚度大于压电载板141的厚度，可利用不同的调整共振板的厚度来调整致动器14的振动频率，使致动器14的振动频率能与喷气孔片12的振动频率达成共振匹配，而致动器14的振动频率控制在10K至30K赫兹(Hz)；此外，在本实施例中，压电载板141的厚度介于0.04毫米至0.06毫米之间，调整共振板142的厚度介于0.1毫米至0.3毫米间，压电片143的厚度介于0.05毫米至0.15毫米之间。

请继续参阅图2A、图2B及图5A，喷气孔片12容设于容置槽111时，喷气孔片12与容置槽111之间形成一气流腔室19，气流腔室19与排气孔112相通，其中，气流腔室19的高度介于0.2毫米至0.8毫米之间。

请继续参阅图1、图2A及图2B，致动器14上设有绝缘框架17及导电框架18，导电框架18具有一第二导电接脚181及电极182，电极182电连接致动器14的压电片143，其中，导电框架18的第二导电接脚181与压电载板141的第一导电接脚1411分别突出设置于壳体11的第二开口115及第一开口114，用以外接电力，通过压电载板141、调整共振板142、压电片143、导电框架18形成回路，此外，绝缘框架17设置于导电框架18及压电载板141之间，用以避免导电框架18与压电载板141之间直接电连接，造成短路。

请同时参阅图5A、图5B及图5C，图5B及图5C为图5A所示的气体输送装置的剖面作动示意图。图5A所示，其为气体输送装置1未致动的初始状态，且壳体11、喷气孔片12、腔体框架13、致动器14、绝缘框架17及导电框架18是依序对应堆栈设置，以构成本实施例的气体输送装置1，其中致动器14、腔体框架13及悬浮片121之间是形成方形共振腔室130。在本实施例中，通过控制方形共振腔室130的气体振动频率与悬浮片121压电振动频率趋近于相同，使方形共振腔室130与悬浮片121产生亥姆霍兹共振效应(Helmholtz resonance)，从而使气体传输效率提高。如图5B所示，当压电片143向上振动时，使喷气孔片12的悬浮片121向上振动，此时气体由数个个空隙125流入，进入气流腔室19，并经由中空孔洞124进入方形共振腔室130之中，使方形共振腔室130内气压增加，并产生压力梯度；接着如图5C所示，当压电片143向下振动时，使喷气孔片12的悬浮片121向下振动，此时气体顺势由方形共振腔室130经中空孔洞124快速流出，挤压气流腔室19内的空气，并使气体经排气孔112进入上宽下窄设计的导管116之中以汇聚气体，并使汇聚后的气体以接近白努利定律的理想流体状态由导管116的导出孔118快速且大量地喷出，且通过惯性原理，使排气后的方形共振腔室130内部气压比平衡气压低，藉此以使气体再次进入方形共振腔室130中。因此，通过压电片143往复式地上下振动，以及控制方形共振腔室130与压电片143的振动频率趋近于相同，以产生亥姆霍兹共振效应，从而实现气体高速且大量的传输。

综上所述，本发明所提供的气体输送装置通过施加电压至压电片以驱动其上下振动，带动方形共振腔室，使方形共振腔室产生压力变化，达到气体传输的功效。此外，本发明通过L形固定部与L型固定槽相对应卡合，使喷气孔片得以轻易且精准的定位在壳体的容置槽中，以克服传统气体输送装置无法同时兼具微型化及尺寸精度掌控的问题，并且通过增加支架与壳体之间的接触面积，提升支架的连接能力。再者，本发明更通过方形共振腔室与压电片共振频率趋近于相同，以产生亥姆霍兹共振效应，从而进一步提升气体的传输速率及传输量。更甚者，本发明通过在壳体底部设置一上宽下窄的特殊孔径导管，使气体进一步汇流，并以接近白努利定律的理想流体状态快速喷出，以达到高速气体传输的目的。

本发明可由熟知此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，但都不脱离如所附权利要求书所限定的保护范围。

Claims (22)

1.一种气体输送装置，传输气体流动，其包含：

一壳体，包含一容置槽及一排气孔，该容置槽具有一底面；

一喷气孔片，包含一悬浮片及一中空孔洞，该喷气孔片容设于该容置槽内，并与该容置槽的该底面之间形成一气流腔室，该气流腔室与该排气孔相通，且该悬浮片与该壳体之间形成至少一空隙；

一腔体框架，承载迭置于该悬浮片上；

一致动器，承载迭置于该腔体框架上，该致动器还包含一压电载板、一调整共振板及一压电片，该压电载板承载迭置于该腔体框架上，该调整共振板承载迭置于该压电载板上，该压电片承载迭置于该调整共振板上，其中藉由该调整共振板的一厚度以调整致动器的振动频率；

一绝缘框架，承载迭置于该致动器上；以及

一导电框架，承载迭置于该绝缘框架上；

其中，该致动器、该腔体框架及该悬浮片之间形成一共振腔室，通过施加电压而驱动该致动器的该压电载板及该调整共振板产生往复式地弯曲振动，以驱动带动该喷气孔片产生共振，使该喷气孔片的该悬浮片产生往复式地振动位移，以造成该气体通过该至少一空隙进入该气流腔室，再由该排气孔排出，实现该气体的传输流动。

2.如权利要求1所述的气体输送装置，其中该壳体，包含至少一固定槽。

3.如权利要求2所述的气体输送装置，其中该喷气孔片，包含至少一支架，该至少一支架，包含一固定部及一连接部，其中该固定部的形状与该至少一固定槽的形状相对应，该至少一支架套置于该固定槽中，而该连接部连接于该悬浮片及该固定部之间，该连接部弹性支撑该悬浮片，供该悬浮片进行往复式地弯曲振动。

4.如权利要求3所述的气体输送装置，其中该固定部的形状为L形，以及该固定槽为一L形的凹槽。

5.如权利要求1所述的气体输送装置，其中该容置槽为圆形、椭圆形及多角形的其中之一。

6.如权利要求5所述的气体输送装置，其中该容置槽为方形或三角形。

7.如权利要求1所述的气体输送装置，其中该悬浮片为圆形、椭圆形及多角形的其中之一。

8.如权利要求7所述的气体输送装置，其中该悬浮片为方形或三角形。

9.如权利要求1所述的气体输送装置，其中该调整共振板的厚度大于该压电载板的厚度。

10.如权利要求1所述的气体输送装置，其中该压电载板包含有一第一导电接脚。

11.如权利要求10所述的气体输送装置，其中该壳体包含有一第一开口，该第一开口供该压电载板的该第一导电接脚定置其中而凸出于该壳体外。

12.如权利要求1所述的气体输送装置，其中该导电框架包含有一第二导电接脚及一电极，该电极电连接该压电片。

13.如权利要求12所述的气体输送装置，其中该壳体包含有一第二开口，该第二开口供该导电框架的该第二导电接脚定置其中而凸出于该壳体外。

14.如权利要求1所述的气体输送装置，其中该压电片振动频率介于10K至30K赫兹。

15.如权利要求1所述的气体输送装置，其中该壳体于该排气孔位置向外延伸一导管，该导管具有一导出通道及一导出孔，该导出通道通过该排气孔连通至该容置槽，且通过该导出孔连通至该壳体外部。

16.如权利要求15所述的气体输送装置，其中该导出通道的形状呈自排气孔向导出孔由大渐缩至小的锥度形状。

17.如权利要求15所述的气体输送装置，其中该排气孔的直径介于0.85毫米至1.25毫米之间，该导出孔的直径介于0.8毫米至1.2毫米之间。

18.如权利要求1所述的气体输送装置，其中该压电载板的厚度介于0.04毫米至0.06毫米。

19.如权利要求1所述的气体输送装置，其中该调整共振板的厚度介于0.1毫米至0.3毫米。

20.如权利要求1所述的气体输送装置，其中该压电片的厚度介于0.05毫米至0.15毫米。

21.如权利要求1所述的气体输送装置，其中该气流腔室的高度介于0.2毫米至0.8毫米之间。

22.如权利要求1所述的气体输送装置，其中该共振腔室的容积介于6.3立方毫米至186立方毫米之间。

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