TW201915324A - 氣體輸送裝置 - Google Patents
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Abstract
一種氣體輸送裝置，包含入口板、基材、共振板、致動板、壓電元件以及出口板依序堆疊，其更包含至少一閥，該閥設置於入口板之入口孔及出口板之出口孔中至少一者。其中，共振板與入口板之間具有一匯流腔室，共振板與致動板間具有一第一腔室，且致動板與出口板間具有一第二腔室；當壓電元件驅動致動板時，第一腔室及第二腔室形成一壓力差，此時使閥開啟，以導引氣體由入口板之入口孔進入匯流腔室，流經共振板之中空孔洞進入第一腔室內，並由致動板之空隙導入第二腔室內，最後由出口板之出口孔導出，藉此控制氣體之輸送。
Description
本案係關於一種氣體輸送裝置，尤指一種具有閥以控制氣體流動的氣體輸送裝置。
目前於各領域中無論是醫藥、電腦科技、列印、能源等工業，產品均朝精緻化及微小化方向發展，其中微幫浦、噴霧器、噴墨頭、工業列印裝置等產品所包含之流體輸送結構為其關鍵技術，是以，如何藉創新結構突破其技術瓶頸，為發展之重要內容。
隨著科技的日新月異，流體輸送裝置的應用上亦愈來愈多元化，舉凡工業應用、生醫應用、醫療保健、電子散熱等等，甚至近來熱門的穿戴式裝置皆可見它的踨影，可見傳統的流體輸送裝置已漸漸有朝向裝置微小化、流量極大化的趨勢。
然而，目前微型化之流體輸送裝置雖能持續傳輸氣體，但在微型化之有限容積的腔室或流道上設計要求較多的氣體傳輸，顯然要提升是有一定困難度，因此結合閥門之設計，不儘可控制氣流傳輸之持續或中斷，也可控制氣體單向之流動，而且讓有限容積的腔室或流道去累積氣體，以提升氣體量的輸出，這是本案所欲發明的主要課題。
本案之主要目的在於提供一種氣體輸送裝置，其入口孔與出口孔中至少一者設置一閥，讓有限容積的腔室去累積氣體，以提升氣體量的輸出。
為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種氣體輸送裝置，包含：一入口板，具有至少一入口孔；一基材；一共振板，具有一中空孔洞，且該共振板與該入口板之間具有一匯流腔室；一致動板，具有一懸浮部、一外框部及至少一空隙；一壓電元件，貼附於該致動板之該懸浮部之一表面；一出口板，具有一出口孔；以及至少一閥，設置在該入口孔和該出口孔中之至少一者；其中，該入口板、該基材、該共振板、該致動板及該出口板係依序對應堆疊設置，該共振板及該致動板之間具有一間隙形成一第一腔室，該致動板及該出口板之間形成一第二腔室，該壓電元件驅動該致動板產生彎曲共振，以使該第一腔室及該第二腔室形成一壓力差，並使該閥開啟，讓氣體由該入口孔進入該匯流腔室而流經該共振板之該中空孔洞，以進入該第一腔室內，並由該至少一空隙導入該第二腔室內，最後由該出口板之該出口孔導出，藉此以傳輸氣體之流動。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。
請參閱第1 圖，其為本案之一較佳實施例之氣體輸送裝置之結構示意圖。在本案之一較佳實施例中，氣體輸送裝置1由基材11、共振板13、致動板14、壓電元件15及出口板16依序對應堆疊所構成一主體，再以入口板17用以封蓋基材11底部所組成。其中，基材11由一矽材或由石墨烯材製成的板材，並以半導體製程製出一貫穿之匯流腔室12，入口板17用以封蓋基材11底部，並具有至少一入口孔170對應連通匯流腔室12。共振板13為一撓性板，貼合堆疊固設於基材11上方，並於對應到匯流腔室12位置設有一中空孔洞130，而共振板13在貼合基材11以外之懸空部分形成一可動部131，可受一共振頻率而彎曲形變。致動板14為具有一懸浮部141、一外框部142及至少一空隙143的板結構，懸浮部141設置於中間受外框部142連接支撐，且懸浮部141與外框部142未連接部分而保持多個空隙143，致動板14的外框部142為貼合堆疊固設於共振板13上，而使懸浮部141與共振板13之間具有一間隙g0以形成一第一腔室18，懸浮部141可為任意幾何形狀，較佳者為正方形。壓電元件15為壓電材料製成之一板狀結構，貼附於致動板14之懸浮部141之一表面上，其尺寸則略小於懸浮部141。出口板16為利用一隔離件(例如，導電膠)貼合堆疊於致動板14的外框部142上，以使出口板16與致動板14之間隔出一第二腔室19，出口板16具有一出口孔160，連通第二腔室19。
本案之氣體輸送裝置1為了微型化之設計，在有限容積的腔室去累積氣體，以提升氣體量的輸出，更具有至少一閥10，閥10可設置在入口孔170或出口孔160任一個之中，或者同時設置於兩者，以累積氣體而提升氣體量的輸出。閥10之結構與作動方式將於後段詳述。
請參閱第2A圖至第2C圖，其為本案之一較佳實施例之氣體輸送裝置之作動示意圖。氣體輸送裝置1之壓電元件15施加電壓驅動致動板14產生彎曲共振，致動板14進行沿垂直方向之往復式運動。如第2A圖所示，當致動板14向上振動時，第一腔室18體積增加，進而產生一吸力，驅使外界之一氣體經由入口孔170被導入匯流腔室12內，且第二腔室19內氣體受壓縮，而由出口孔160排出，同時如第2B圖所示，當致動板14之振動引發共振板13產生共振，因而導致共振板13之可動部131向上形變，氣體經過共振板13之中空孔洞130進入第一腔室18，並將第一腔室18中的氣體向周邊擠壓。再如第2C圖所示，當致動板14向下振動時，進一步壓縮第一腔室18之體積，使其中的氣體透過空隙143向上流入第二腔室19，再重複第2A圖所示之作動，第二腔室19內氣體受壓縮，而由出口孔160排出，再次將外界之氣體導入匯流腔室12。氣體輸送裝置1藉由重複循環上述第2A圖至第2C圖所示之作動，即可持續進行氣體之傳輸。
請參閱第3A圖及第3B圖，其為本案之閥10之第一實施態樣之作動示意圖。如第3A圖所示，閥10之第一實施態樣為包含一保持件101、一密封件102以及一閥片103。在本案之一較佳實施例中，保持件101、密封件102以及閥片103皆以石墨烯材所製成，但不以此為限。保持件101上具有至少兩個通氣孔101a，而閥片103設置於保持件101及密封件102之間所形成的容置空間105中，且對應保持件101之通氣孔101a位置設置通氣孔103a，保持件101的通氣孔101a及閥片103的通氣孔103a，其位置為大致相互對準。以及密封件102上設有至少一個通氣孔102a，且密封件102之通氣孔102a與保持件101之通氣孔101a之位置形成錯位而不對準。
請同時參閱第1圖至第3B圖。在本案之一較佳實施例中，閥10如第3A圖所示之第一實施例樣態，設置於入口板17之入口孔170之中。當氣體輸送裝置1致能，開始前述如第2A圖至第2C圖所示之作動，持續將氣體由入口板17之入口孔170導入氣體輸送裝置1內部，此時如第3B圖所示，氣體輸送裝置1內部形成吸力，閥片103會如圖示中沿箭頭方向之氣流而將閥片103上推，致使閥103頂觸於保持件101，同時開啟密封件102之通氣孔102a之作動，由於閥片103的通氣孔103a之位置大致對準保持件101的通氣孔101a，因此氣體可由密封件102之通氣孔102a導入，再由閥片103之通氣孔103a與保持件101之通氣孔101a接通，使氣流向上流動；當氣體輸送裝置1之致動板14向下振動時，進一步壓縮第一腔室18之體積，使氣體透過空隙143向上流入第二腔室19，同時閥10之閥片103受到氣體推壓，進而恢復如第3A圖所示封閉密封件102之通氣孔102a之作動，形成氣體一單向之流動進入匯流腔室12，並在匯流腔室12內累積氣體，如此氣體輸送裝置1之致動板14向上振動時，即可獲得較多的氣體由出口孔160排出，以提升氣體量的輸出。
在本案閥10之閥片103、密封件102以及保持件101可用石墨烯材料所製成，以形成微型化之閥件。而在本案閥10之第二實施例態樣中，閥片103為一帶電荷之材料，保持件101為一兩極性之導電材料。保持件101電性連接一控制電路(未圖示)，該控制電路用以控制保持件101之極性(正電極性或負電極性)，若閥片103為一帶負電荷之材料，當閥10須受控開啟時，控制電路控制保持件101形成一正電極，此時閥片103與保持件101維持不同極性，如此會使閥片103朝保持件101靠近，構成閥10之開啟(如第3B圖所示)。反之，若閥片103為一帶負電荷之材料，當閥10須受控關閉時，控制電路控制保持件101形成一負電極，此時閥片103與保持件101維持相同極性，如此會使閥片103朝密封件102靠近，構成閥10之關閉(如第3A圖所示)。
在本案閥10之第三實施例態樣中，閥10為一帶磁性之材料，而保持件101為一可受控變換極性之磁性材料。保持件101電性連接一控制電路(未圖示)，該控制電路用以控制保持件101之極性(正極或負極)。若閥片103為一帶負極之磁性材料，當閥10須受控開啟時，控制電路控制保持件101形成一正極之磁性，此時閥片103與保持件101維持不同極性，使閥片103朝保持件101靠近，構成閥10之開啟(如第3B圖所示)。反之，若閥片103為一帶負極之磁性材料，當閥10須受控關閉時，控制電路控制保持件101形成一負極之磁性，此時閥片103與保持件101維持相同極性，使閥片103朝密封件102靠近，構成閥10之關閉(如第3A圖所示)。
請參閱第4A圖及第4B圖，其為本案之閥之第四實施態樣之作動示意圖。如第4A圖所示，閥10包含一保持件101、一密封件102及一柔性膜104。保持件101上具有至少兩個通氣孔101a，保持件101與密封件102之間保持一容置空間105。柔性膜104以一可撓性材料所製成，貼附於保持件101之一表面上，並設置於容置空間105內，且對應保持件101之通氣孔101a位置設置通氣孔104a，保持件101的通氣孔101a及閥片103的通氣孔104a，其位置為大致相互對準。以及密封件102上設有至少一個通氣孔102a，且密封件102之通氣孔102a與保持件101之通氣孔101a之位置形成錯位而不對準。
請繼續參閱第4A圖及第4B圖。在本案閥10之第四實施態樣中，保持件101為一受熱膨脹之材料，且電性連接一控制電路(未圖示)，該控制電路用以控制保持件101受熱。當閥10須受控開啟時，控制電路控制保持件101不受熱膨脹，保持件101與密封件102保持容置空間105之間距，構成閥10之開啟(如第4A圖所示)。反之，當閥10須受控關閉時，控制電路控制保持件101受熱膨脹，而驅使保持件101朝密封件102抵觸，此時柔性膜104可以密貼封閉密封件102之至少一個通氣孔102a，構成閥10之關閉(如第4B圖所示)。
在本案閥10之第五實施態樣中，保持件101為一壓電材料，且電性連接一控制電路(未圖示)，該控制電路用以控制保持件101之形變。當閥10須受控開啟時，控制電路控制保持件101不產生形變，保持件101與密封件102保持容置空間105形成間距，構成閥10之開啟(如第4A圖所示)。反之，當閥10須受控關閉時，控制電路控制保持件101產生形變，驅使保持件101朝密封件102抵觸，此時柔性膜104以密貼封閉密封件102之至少一個通氣孔102a，構成閥10之關閉(如第4B圖所示)。當然，密封件102之複數個通氣孔102a所對應之每個間隔區塊之保持件101，也可獨立受控制電路控制，形成可調變閥10之流通作動，達成適當氣體流量之調節作用。
綜上所述，本案之氣體輸送裝置在入口孔與出口孔中之至少一者設置一閥，讓有限容積的腔室去累積氣體，以提升氣體量的輸出極具產業利用性。
本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
1‧‧‧氣體輸送裝置
10‧‧‧閥
101‧‧‧保持件
102‧‧‧密封件
103‧‧‧閥片
104‧‧‧柔性膜
101a、102a、103a、104a‧‧‧通氣孔
105‧‧‧容置空間
11‧‧‧基材
12‧‧‧匯流腔室
13‧‧‧共振板
130‧‧‧中空孔洞
131‧‧‧可動部
14‧‧‧致動板
141‧‧‧懸浮部
142‧‧‧外框部
143‧‧‧空隙
15‧‧‧壓電元件
16‧‧‧出口板
160‧‧‧出口孔
17‧‧‧入口板
170‧‧‧入口孔
18‧‧‧第一腔室
19‧‧‧第二腔室
g0‧‧‧間隙
第1圖為本案之一較佳實施例之氣體輸送裝置之結構示意圖。 第2A圖至第2C圖為本案之一較佳實施例之氣體輸送裝置之作動示意圖。 第3A圖及第3B圖為本案之閥之第一、第二及第三實施態樣之作動示意圖。 第4A圖及第4B圖為本案之閥之第四、第五實施態樣之作動示意圖。
Claims (8)
- 一種氣體輸送裝置，包含： 一入口板，具有至少一入口孔； 一基材； 一共振板，具有一中空孔洞，且該共振板與該入口板之間具有一匯流腔室； 一致動板，具有一懸浮部、一外框部及至少一空隙； 一壓電元件，貼附於該致動板之該懸浮部之一表面； 一出口板，具有一出口孔；以及 至少一閥，設置在該入口孔和該出口孔中之至少一者 ； 其中，該入口板、該基材、該共振板、該致動板及該出口板係依序對應堆疊設置，該共振板及該致動板之間具有一間隙形成一第一腔室，該致動板及該出口板之間形成一第二腔室，該壓電元件驅動該致動板產生彎曲共振，以使該第一腔室及該第二腔室形成一壓力差，並使該閥開啟，讓氣體由該入口孔進入該匯流腔室而流經該共振板之該中空孔洞，以進入該第一腔室內，並由該至少一空隙導入該第二腔室內，最後由該出口板之該出口孔導出，藉此以傳輸氣體之流動。
- 如申請專利範圍第1項所述之氣體輸送裝置，其中該閥包含一保持件、一密封件及一閥片，其中該保持件及該密封件之間保持一容置空間，該閥片設置於該容置空間中，該保持件上具有至少兩個通氣孔，而該閥片對應該保持件之該通氣孔位置設置通氣孔，該保持件之該通氣孔及該閥片之該通氣孔位置為大致相互對準，以及該密封件上設有至少一個通氣孔，且與該保持件之該通氣孔位置為形成錯位不對準。
- 如申請專利範圍第1項所述之氣體輸送裝置，其中該閥包含由石墨烯材製成之一保持件、一密封件及一閥片，其中該保持件及該密封件之間保持一容置空間，該閥片設置於該容置空間中，該保持件上具有至少兩個通氣孔，而該閥片對應該保持件之該通氣孔位置設置通氣孔，該保持件之該通氣孔及該閥片之該通氣孔位置為大致相互對準，以及該密封件上設有至少一個通氣孔，且與該保持件之該通氣孔位置為形成錯位不對準。
- 如申請專利範圍第2項或第3項所述之氣體輸送裝置，其中該閥片為一帶電荷之材料，該保持件為一兩極性之導電材料，由一控制電路控制其極性，當該閥片與該保持件維持不同極性時，該閥片朝該保持件靠近，構成該閥之開啟；當該閥片與該保持件維持相同極性時，該閥片朝該密封件靠近，構成該閥之關閉。
- 如申請專利範圍第2項或第3項所述之氣體輸送裝置，其中該閥片為一帶磁性之材料，該保持件為一可受控變換極性之磁性材料，由一控制電路控制其極性，當該閥片與該保持件維持不同極性時，該閥片朝該保持件靠近，構成該閥之開啟；當該閥片與該保持件維持相同極性時，該閥片朝該密封件靠近，構成該閥之關閉。
- 如申請專利範圍第1項所述之氣體輸送裝置，其中該閥包含一保持件、一密封件及一柔性膜，其中該保持件與該密封件之間保持有一容置空間，以及該柔性膜貼附於該保持件一表面上，並設置位於該容置空間內，又該保持件上具有至少兩個通氣孔，而該柔性膜對應該保持件之該通氣孔位置設置通氣孔，該保持件之該通氣孔及該柔性膜之該通氣孔位置為大致相互對準，以及該密封件上設有至少一個通氣孔，且與該保持件之該通氣孔位置為形成錯位不對準。
- 如申請專利範圍第6項所述之氣體輸送裝置，其中該保持件為一熱膨脹之材料，由一控制電路控制其受熱，當該保持件受熱膨脹時，該柔性膜朝該密封件抵觸，以封閉該密封件之該至少一個通氣孔，構成該閥之關閉；當該保持件不受熱膨脹時，該密封件與該保持件保持該容置空間形成間距，構成該閥之開啟。
- 如申請專利範圍第6項所述之氣體輸送裝置，其中該保持件為一壓電材料，由一控制電路控制其形變，當該保持件形變時，該柔性膜朝該密封件抵觸，以封閉該密封件之該複數個通氣孔，構成該閥之關閉；當該保持件不形變時，該密封件與該保持件保持該容置空間形成間距，構成該閥之開啟。
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