TWI564483B - 無閥薄膜式微幫浦 - Google Patents

Description

無閥薄膜式微幫浦

本發明是有關於一種薄膜式微幫浦，特別是有關於一種振動腔體內具有導流部之薄膜式微幫浦。

目前之微幫浦種類繁多，其大致上可分為機械式與非機械式兩種。就機械式微幫浦而言，其特點為不受特殊工作流體限制，並且可依致動器與閥門種類不同而有各式之設計。就非機械式微幫浦而言，其因工作流體之性質而有相關的限制，例如，電泳式及電滲透式微幫浦僅能適用於帶有電荷或具極性分子之工作流體。此外，非機械式微幫浦之流速較低，且常需要較大之工作電壓來運作。

機械式微幫浦是以薄膜位移式(簡稱薄膜式)之結構佔其中的大多數，為目前研究的主流之一。在薄膜式微幫浦之中，就致動器分類而言，壓電式致動元件已成為研究應用之主流。在另一方面，就閥門分類而言，薄膜式微幫浦可分為有閥與無閥兩大類別。無閥之薄膜式微幫浦由於結構簡單、無動件及不需額外耗能，並且其無疲勞及阻塞等問題，近年來已成為學界研究之重點。

然而，傳統之各種無閥之薄膜式微幫浦皆著重於整流器(rectifier)之設計及最佳化，而並未針對振動腔體內之構造進行研究。在此，振動腔體為整個薄膜式無閥微幫浦的流場主要發展處，並且振動腔體內存在著交互作用之渦漩 對流場。更具體而言，振動腔體內之渦漩發展情況會與薄膜式微幫浦之效能有著顯著且高度相關之特性。如上所述，由於傳統之薄膜式微幫浦皆未針對振動腔體內之渦漩發展情況來對振動腔體內之構造加以設計，故其運作效能仍有很大的提昇空間。

有鑑於此，本發明之目的是要提供一種新型薄膜式微幫浦，其可根據渦漩發展特性來對振動腔體之內部結構進行設計，導引腔體內的流體流動，減少流體往腔體入口方向流，或增加流體往流體出口流動，以提供出口方向一正向流體淨流量；其可配合先前技術之特徵，於振動腔體外部加上具有指向性之整流器，如：主動式閥門、被動式閥門或無閥式閥門等，提升幫浦運作效能。

本發明基本上採用如下所詳述之特徵以為了要解決上述之問題。

本發明之一第一實施例提供一種薄膜式微幫浦，其包括：一振動腔體、兩導流部、一流體入口、一流體出口、一入口整流器、一出口整流器、一振動薄膜、以及一致動器；其中，振動腔體具有一腔體入口、一腔體出口；兩導流部係對稱於腔體入口，並且係位於腔體入口附近，以減少流體往流體入口流動，用以提供朝向流體出口方向一正向流體淨流量；入口整流器連接於腔體入口與流體入口之間，出口整流器連接於腔體出口與流體出口之間，其中，若入口整流器和出口整流器之流阻具有方向性時，則可加 強薄膜式微幫浦之流體指向性，提升薄膜式微幫浦之運作效能；振動薄膜設置於振動腔體之上；致動器連接於振動薄膜，係用以使振動薄膜進行往復運動，以驅使流體經由流體入口流入振動腔體以及經由流體出口流出振動腔體。

本發明之一第二實施例提供一種薄膜式微幫浦，其包括：一振動腔體、兩第一導流部、兩第二導流部、一流體入口、一流體出口、一入口整流器、一出口整流器、一振動薄膜、以及一致動器；其中振動腔體具有一腔體入口、一腔體出口；第一導流部係對稱於腔體入口，並且係位於腔體入口附近，第二導流部係對稱於腔體出口，並且係為振動腔體側壁之一部份，增加流體往流體出口流動，或減少流體往流體入口流動，用以提供朝向流體出口方向一正向流體淨流量；入口整流器連接於腔體入口與流體入口之間；出口整流器連接於腔體出口與流體出口之間，其中，若入口整流器和出口整流器之流阻具有方向性時，則可加強薄膜式微幫浦之流體指向性，提升薄膜式微幫浦之運作效能；振動薄膜設置於振動腔體之上；致動器連接於振動薄膜，用以使振動薄膜進行往復運動，以驅使流體經由流體入口流入振動腔體以及經由流體出口流出振動腔體。

本發明之一第三實施例提供一種薄膜式微幫浦，其包括：一振動腔體、兩第一導流部、兩第二導流部、一流體入口、一流體出口、一入口整流器、一出口整流器、一振動薄膜、以及一致動器；其中振動腔體具有一腔體入口、一腔體出口，其中，第一導流部係對稱於腔體入口，並且 係位於腔體入口附近，第二導流部係為以獨立於振動腔體的元件的方式被置於振動腔體內，對稱於腔體出口，增加流體往流體出口流動，或減少流體往流體入口流動，用以提供朝向流體出口方向一正向流體淨流量；入口整流器連接於腔體入口與流體入口之間，出口整流器連接於腔體出口與流體出口之間，其中，若入口整流器和出口整流器之流阻可具有方向性時，則可加強薄膜式微幫浦之流體指向性，提升薄膜式微幫浦之運作效能；振動薄膜設置於振動腔體之上；致動器連接於振動薄膜，係用以使振動薄膜進行往復運動，以驅使流體經由流體入口流入振動腔體及經由流體出口流出振動腔體。

本發明之一第四實施例提供一種薄膜式微幫浦，其包括：一振動腔體、四個第一導流部、兩第二導流部、兩流體入口、一流體出口、兩入口整流器、一出口整流器、一振動薄膜、以及一致動器；其中振動腔體具有兩腔體入口、一腔體出口；每兩個第一導流部係分別對稱於腔體入口，並且係位於腔體入口附近，第二導流部係為以獨立於振動腔體的元件的方式被置於振動腔體內，對稱於腔體出口，增加流體往流體出口流動，或減少流體往流體入口流動，用以提供朝向流體出口方向一正向流體淨流量；兩入口整流器連接於腔體入口與流體入口之間，出口整流器連接於腔體出口與流體出口之間，其中，若入口整流器和出口整流器之流阻具有方向性時，則可加強薄膜式微幫浦之流體指向性，提升薄膜式微幫浦之運作效能；振動薄膜設置於 振動腔體之上；致動器連接於振動薄膜，係用以使振動薄膜進行往復運動，以驅使流體經由流體入口流入振動腔體及經由流體出口流出振動腔體。

本發明之一第五實施例提供一種薄膜式微幫浦，其包括：一振動腔體、兩第一導流部、兩第二導流部、兩第三導流部、一流體入口、一流體出口、一入口整流器、一出口整流器、一振動薄膜、以及一致動器；其中振動腔體具有一腔體入口、一腔體出口，其中，第一導流部係對稱於腔體入口，並且係位於腔體入口附近，第二導流部係對稱於腔體出口，並且係為振動腔體側壁之一部份，第三導流部係為以獨立於振動腔體的元件的方式被置於振動腔體內，對稱於腔體出口，增加流體往流體出口流動，或減少流體往流體入口流動，用以提供朝向流體出口方向一正向流體淨流量；入口整流器連接於腔體入口與流體入口之間，出口整流器連接於腔體出口與流體出口之間，其中，若入口整流器和出口整流器之流阻具有方向性時，則可加強薄膜式微幫浦之流體指向性，提升薄膜式微幫浦之運作效能；振動薄膜設置於振動腔體之上；致動器連接於振動薄膜，係用以使振動薄膜進行往復運動，以驅使流體經由流體入口流入振動腔體及經由流體出口流出振動腔體。

根據本發明之第一、第二、第三、第四及第五實施例，致動器包括一壓電元件、一電磁驅動元件、一熱驅動元件、一機械振動元件、一氣動薄膜元件或一熱氣驅動元件。

根據本發明之第一、第二、第三、第四及第五實施例， 入口整流器中心線與振動腔體壁面法線夾角介於±90°。

根據本發明之第一、第二、第三、第四及第五實施例，出口整流器中心線與振動腔體壁面法線夾角介於±90°。

根據本發明之第一、第二、第三、第四及第五實施例，入口整流器中心線與出口整流器中心線夾角介於0°~180°。

根據本發明之第一、第二、第三、第四及第五實施例，入口整流器的設置數量和出口整流器的設置數量可不同，各入口整流器中心線與其中一出口整流器中心線之夾角可不相同；或者，各出口整流器中心線與其中一入口整流器中心線之夾角可不相同，用以增加薄膜式微幫浦之實用性。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。

茲配合圖式說明本發明之較佳實施例。

第一實施例

請參閱第1A圖及第1B圖，本實施例之薄膜式微幫浦100主要包括有一振動腔體110、兩導流部113、一流體入口120、一流體出口130、一入口整流器140、一出口整流器150、一振動薄膜160及一致動器170。

振動腔體110具有一腔體入口111、一腔體出口112。兩導流部113是對稱於腔體入口111，並且兩導流部113是設置於腔體入口111附近。更詳細的來說，各導流部113係如第1C圖所示般，分別包括一漸縮擋塊113a以及一弧形結構113b，其中漸縮擋塊113a係與腔體入口111連接、 並朝向振動腔體內110延伸，用於將一流體導入振動腔體110內，而弧形結構113b之一端係與漸縮擋塊113a連接、並朝向振動腔體110內延伸，而另一端則與振動腔體110之側壁連接，藉由以漸縮擋塊113a和弧形結構113b構成的導流部113，可減少流體自振動腔體110回流至腔體入口111。

振動薄膜160是設置於振動腔體110之上。在此，如第1B圖所示，在振動薄膜160之一振動部160a與振動腔體110之間可存在有一薄膜行程空間S。

致動器170是連接於振動薄膜160，其可用來使振動薄膜160之振動部160a進行往復振動。同樣地，致動器170可以是一壓電元件、一電磁驅動元件、一熱驅動元件、一氣動薄膜元件、一機械振動元件或一熱氣驅動元件。舉例來說，當致動器170為一壓電元件時，藉由壓電元件之往復伸縮，即可使得振動薄膜160之振動部160a產生往復擴張與擠壓之變形，進而達成振動薄膜160之振動部160a產生往復振動之效果。

如上所述，當致動器170驅使振動薄膜160之振動部160a進行往復振動時，振動腔體110之內部空間或體積即可產生往復的增大與縮小。更詳細的來說，當振動薄膜160之振動部160a向上運動(吸入模式)時，振動腔體110內之壓力會低於外界壓力，因而使得流體經由流體入口120和流體出口130被吸入至振動腔體110內；反之，當振動薄膜160之振動部160a向下運動(排出模式)時，振動腔體110 內之壓力會高於外界壓力，因而使得流體經由流體入口120和流體出口130流出振動腔體110。值得注意的是，當致動器170往復作動時，可經由流場顯影之技術觀察到，在振動腔體110之腔體入口111與腔體出口112處會分別存在有一流體渦漩對F1與一流體渦漩對F2，如第1A圖所示。如上所述，藉由設置於腔體入口111附近之導流部113的設計，當致動器170往復作動時，此設計可減少腔體入口111附近之流體回流至流體入口120之比例，用以提供往流體出口130方向之正向流體淨流量，因而可達到薄膜式微幫浦100之運作功能。

入口整流器140是連接於振動腔體110之腔體入口111與流體入口120之間，其用以匯整並緩衝於流體入口120及振動腔體110間往復來回流動之流體。

出口整流器150是連接於腔體出口112與流體出口130之間，其用以匯整並緩衝於振動腔體110及流體出口130間往復來回流動之流體。

如第1D圖所示，入口整流器和出口整流器更可經由改變其幾何形狀設計，而使得流阻具有方向性，以提升薄膜式微幫浦之運作效能。更具體而言，在如第1D圖所示之薄膜式微幫浦100’中，入口整流器140’具有從流體入口120往腔體入口111逐漸擴大之形狀，而出口整流器150’具有從腔體出口112往流體出口130逐漸擴大之形狀。當振動薄膜160之振動部160a向上運動(吸入模式)時，對於流體經由入口整流器140’相較於經由出口整流器150’至振動 腔體110之流動而言，其流阻較小；反之，當振動薄膜160之振動部160a向下運動(排出模式)時，對於流體由振動腔體110經由出口整流器150’相較於經由入口整流器140’之流動而言，其流阻較小，因而提升薄膜式微幫浦100’之運作效能。同樣地，本實施例之入口整流器及出口整流器亦可以採用特斯拉閥或其他任何可達成流阻具有差異性之結構及處理(如表面親疏水處理)。

第二實施例

請參閱第2A圖及第2B圖，本實施例之薄膜式微幫浦200主要包括有一振動腔體210、兩第一導流部213、兩第二導流部214、一流體入口220、一流體出口230、一入口整流器240、一出口整流器250、一振動薄膜260及一致動器270。

振動腔體210具有一腔體入口211、一腔體出口212。兩第一導流部213是對稱於腔體入口211，並且設置於腔體入口211附近；兩第二導流部214是將流體平順導向腔體出口212，並且設置於腔體入口211和腔體出口212之間。更詳細的來說，各第一導流部213係分別包括一漸縮擋塊213a以及一弧形結構213b，藉此可減少流體自振動腔體210回流至腔體入口211；各第二導流部214係連接於振動腔體210，詳而言之，各第二導流部214係以成為振動腔體210側壁之一部份的方式被一體成形於振動腔體210，且如第2C圖所示般，分別包括一第一弧形結構214a以及一第二弧形結構214b，藉此形成朝向振動腔體210內 部突出之結構，其中第一弧形結構214a係朝向腔體入口211延伸，而第二弧形結構214b係朝向腔體出口212延伸，藉此將流體平順導至腔體出口212，因而可達薄膜式微幫浦200之運作功能。振動薄膜260是設置於振動腔體210之上。在此，如第2B圖所示，在振動薄膜260之一振動部260a與振動腔體210之間可存在有一薄膜行程空間S’。

如第2A圖及第2B圖所示，致動器270是連接於振動薄膜260，其可用來使振動薄膜260之振動部260a進行往復運動。同樣地，致動器270可以是一壓電元件、一電磁驅動元件、一熱驅動元件、一氣動薄膜元件、一機械振動元件或一熱氣驅動元件。舉例來說，當致動器270為一壓電元件時，藉由壓電元件之往復伸縮，即可使得振動薄膜260之振動部260a產生往復變形，進而達成振動薄膜260之振動部260a產生往復運動之效果。

如上所述，當致動器270驅使振動薄膜260之振動部260a進行往復振動時，振動腔體210之內部空間或體積即可產生往復的增大與縮小。更詳細的來說，當振動薄膜260之振動部260a向上運動(吸入模式)時，振動腔體210內之壓力會低於外界壓力，因而使得流體經由流體入口220和流體出口230被吸入至振動腔體210內；反之，當振動薄膜260之振動部260a向下運動(排出模式)時，振動腔體210內之壓力會高於外界壓力，因而使得流體經由流體入口220和流體出口230流出振動腔體210。值得注意的是，當致動器270往復作動時，可經由流場顯影之技術觀察到，在 振動腔體210之腔體入口211與腔體出口212處會分別存在有一流體渦漩對F1’與一流體渦漩對F2’，如第2A圖所示。如上所述，藉由設置於腔體入口211附近之第一導流部213的設計，當致動器270往復作動時，此設計可減少腔體入口211附近之流體回流至流體入口220比例。在另一方面，第二導流部214有效導引流體渦漩對F2’流向腔體出口212，因而亦增加流體往流體出口230流出之比例。如上所述，在第一導流部213及第二導流部214同時存在之情形下，將可進一步減少流體向流體入口220流動之比例，並且有效引導流體流向流體出口230，以提高流體出口230方向之正向流體淨流量，因而可達薄膜式微幫浦200之運作功能。

入口整流器240是連接於腔體入口211與流體入口220之間，其用以匯整並緩衝於流體入口220及振動腔體210間往復來回流動之流體。

出口整流器250是連接於腔體出口212與流體出口230之間，其用於匯整並緩衝於振動腔體210及流體出口230間往復來回流動之流體。

如第2D圖所示，入口整流器和出口整流器可經由改變其幾何形狀設計，而使得流阻更具有方向性，提升薄膜式微幫浦之運作效能。更具體而言，在如第2D圖所示之薄膜式微幫浦200’中，入口整流器240’具有從流體入口220往腔體入口211逐漸擴大之形狀，而出口整流器250’具有從腔體出口212往流體出口230逐漸擴大之形狀。當振動 薄膜260之振動部260a向上運動(吸入模式)時，對於流體經由入口整流器240’相較於經由出口整流器250’至振動腔體210之流動而言，其流阻較小；反之，當振動薄膜260之振動部260a向下運動(排出模式)時，對於流體由振動腔體210經由出口整流器250’相較於經由入口整流器240’之流動而言，其流阻較小，因而提升薄膜式微幫浦200’之運作效能。同樣地，本實施例之入口整流器及出口整流器亦可以採用特斯拉閥或其他任何可達成流阻具有差異性之結構及處理(如表面親疏水處理)。

第三實施例

請參閱第3A圖及第3B圖，本實施例之薄膜式微幫浦300主要包括有一振動腔體310、兩第一導流部313、兩第二導流部314、一流體入口320、一流體出口330、一入口整流器340、一出口整流器350、一振動薄膜360及一致動器370。

振動腔體310具有一腔體入口311、一腔體出口312。兩第一導流部313是對稱於腔體入口311，並且設置於腔體入口311附近；兩第二導流部314是相對於腔體出口312，並且是以獨立於振動腔體310的元件的方式被置於振動腔體310內。更詳細的來說，各第一導流部313係分別包括一漸縮擋塊313a以及一弧形結構313b，藉此可減少流體自振動腔體310回流至腔體入口311；各第二導流部314是平滑流線形狀，可將流體平順導至腔體出口312，因而可達薄膜式微幫浦300之運作功能。

應瞭解的是雖然在本實施例中，僅包括兩第二導流部，但並不限於此，也可四個以上(兩對以上)的第二導流部，用以提升薄膜式微幫浦之運作效能。而第一導流部也可以不同的形式，如獨立元件的方式被置於振動腔體內。

振動薄膜360是設置於振動腔體310之上。在此，如第3B圖所示，在振動薄膜360之一振動部360a與振動腔體310之間可存在有一薄膜行程空間S”。

如第3A圖及第3B圖所示，致動器370是連接於振動薄膜360，其可用來使振動薄膜360之振動部360a進行往復振動。同樣地，致動器370可以是一壓電元件、一電磁驅動元件、一熱驅動元件、一氣動薄膜元件、一機械振動元件或一熱氣驅動元件。舉例來說，當致動器370為一壓電元件時，藉由壓電元件之往復伸縮，即可使得振動薄膜360之振動部360a產生往復擴張與擠壓之變形，進而達成振動薄膜360之振動部360a產生往復振動之效果。

如上所述，當致動器370驅使振動薄膜360之振動部360a進行往復振動時，振動腔體310之內部空間或體積即可產生往復的增大與縮小。更詳細的來說，當振動薄膜360之振動部360a向上運動(吸入模式)時，振動腔體310內之壓力會低於外界壓力，因而使得流體經由流體入口320和流體出口330被吸入至振動腔體310內；反之，當振動薄膜360之振動部360a向下運動(排出模式)時，振動腔體310內之壓力會高於外界壓力，因而使得流體經由流體入口320和流體出口330流出振動腔體310。當致動器370往復作 動時，可經由流場顯影之技術觀察到，在振動腔體310之腔體入口311與腔體出口312處會分別存在有一流體渦漩對F1”與一流體渦漩對F2”，如第3A圖所示。如上所述，藉由設置於腔體入口311附近之第一導流部313的設計，當致動器370往復作動時，此設計可減少腔體入口311附近之流體回流至流體入口320之比例；在另一方面，第二導流部314可以有效導引流體渦漩對F2”至腔體出口312，因而亦可增加流體往流體出口330流出之比例。如上所述，在第一導流部313及第二導流部314同時存在之情形下，將同時減少流體向流體入口320流動之比例，並且有效導引流體流向流體出口330，因而可達薄膜式微幫浦300之運作功能。

入口整流器340是連接於腔體入口311與流體入口320之間，其用於匯整並緩衝於流體入口320及振動腔體310間往復來回流動之流體。

出口整流器350是連接於腔體出口312與流體出口330之間，其用於匯整並緩衝於振動腔體310及流體出口330間往復來回流動之流體。

如第3C圖所示，入口整流器和出口整流器可經由改變其幾何形狀設計，而使流阻更具有方向性，用以提升薄膜式微幫浦之運作效能。更具體而言，在如第3C圖所示之薄膜式微幫浦300’中，入口整流器340’具有從流體入口320往腔體入口311逐漸擴大之形狀，而出口整流器350’具有從腔體出口312往流體出口330逐漸擴大之形狀。當振動 薄膜360之振動部360a向上運動(吸入模式)時，對於流體經由入口整流器340’相較於經由出口整流器350’至振動腔體310之流動而言，其流阻較小；反之，當振動薄膜360之振動部360a向下運動(排出模式)時，對於流體由振動腔體310經由出口整流器350’相較於經由入口整流器340’之流動而言，其流阻較小，因而可提升薄膜式微幫浦300之運作效能。同樣地，本實施例之入口整流器及出口整流器亦可以採用特斯拉閥或其他任何可達成流阻具有差異性之結構及處理(如表面親疏水處理)。

第四實施例

請參閱第4A圖、第4B圖，本實施例之薄膜式微幫浦400主要包括有一振動腔體410、四個第一導流部413、兩第二導流部414、兩流體入口420、一流體出口430、兩入口整流器440、一出口整流器450、一振動薄膜460及一致動器470。

振動腔體410具有兩腔體入口411、一腔體出口412；第一導流部413及第二導流部414的構成係分別與第三實施例中的第一導流部313及第二導流部314的構成相同，在此省略其詳細說明。

振動薄膜460是設置於振動腔體410之上。在此，如第4B圖所示，在振動薄膜460之一振動部460a與振動腔體410之間可存在有一薄膜行程空間S'''。

如第4A圖及第4B圖所示，致動器470是連接於振動薄膜460，其可用來使振動薄膜460之振動部460a進行往 復振動。同樣地，致動器470可以是一壓電元件、一電磁驅動元件、一熱驅動元件、一氣動薄膜元件、一機械振動元件或一熱氣驅動元件。舉例來說，當致動器470為一壓電元件時，藉由壓電元件之往復伸縮，即可使得振動薄膜460之振動部460a產生往復擴張與擠壓之變形，進而達成振動薄膜460之振動部460a產生往復振動之效果。

如上所述，當致動器470驅使振動薄膜460之振動部460a進行往復振動時，振動腔體410之內部空間或體積即可產生往復的增大與縮小。更詳細的來說，當振動薄膜460之振動部460a向上運動(吸入模式)時，振動腔體410內之壓力會低於外界壓力，因而使得流體經由流體入口420和流體出口430被吸入至振動腔體410內；反之，當振動薄膜460之振動部460a向下運動(排出模式)時，振動腔體410內之壓力會高於外界壓力，因而使得流體經由流體入口420和流體出口430流出振動腔體410。

如第4A圖所示，值得注意的是，根據流場顯影之結果顯示，在振動腔體410之腔體入口411與腔體出口412處會分別存在有兩流體渦漩對F1'''與一流體渦漩對F2'''。如上所述，藉由第二導流部414，流體渦漩對F2'''可以被有效導引至腔體出口412，以提供流體出口430方向一正向流體淨流量，因而可達薄膜式微幫浦400效率之功能。

入口整流器440是連接於振動腔體410之腔體入口411與流體入口420之間，出口整流器450是連接於腔體出口412與流體出口430之間。

應注意的是在上述實施例中，入口整流器之中心線與振動腔體之壁面法線之夾角均為0°，但並不限於此，只要介於±90°即可；例如，參考第5A圖，入口整流器之中心線C1與振動腔體之壁面法線C2之夾角β約為30°。

相似地，在上述實施例中，出口整流器之中心線與振動腔體之壁面法線之夾角均為0°，但並不限於此，只要介於±90°即可；例如，參考第5B圖，出口整流器之中心線C3與振動腔體之壁面法線C2夾角γ的為30°。

又在上述第一至第三實施例中，出口整流器之中心線與出口整流器之中心線之夾角均為180°，但並不限於此，只要介於0°~180°即可；例如，再次參考第4A圖，入口整流器440之中心線C1與出口整流器450之中心線C3之夾角α 1、α 2約為135°。其中，兩入口整流器440用於同時引入兩相同或不同流體進入振動腔體410，用以增加進入振動腔體410之流量或進行流體混合等用途。

另外，亦可採用多個入口整流器及多個出口整流器且入口整流器的設置數量和出口整流器的設置數量可不同，各入口整流器中心線與其中一出口整流器中心線之夾角可不相同；或者，各出口整流器中心線與其中一入口整流器中心線之夾角可不相同，以增加薄膜式微幫浦之實用性。多個入口及出口整流器相互間，亦可因需求不同，而有不同之整流器幾何形狀設計。

再次參考第4A圖，入口整流器440和出口整流器450因其幾何形狀不對稱，而使得流阻具有方向性，可用以提 升薄膜式微幫浦之運作效能。更具體而言，入口整流器440具有從流體入口420往腔體入口411逐漸擴大之形狀，而出口整流器450具有從腔體出口412往流體出口430逐漸擴大之形狀。當振動薄膜460之振動部460a向上運動(吸入模式)時，對於流體經由入口整流器440相較於經由出口整流器450至振動腔體410之流動而言，其流阻較小；反之，當振動薄膜460之振動部460a向下運動(排出模式)時，對於流體由振動腔體410經由出口整流器450相較於經由入口整流器440之流動而言，其流阻較小，因而可提升薄膜式微幫浦400之運作效能。同樣地，本實施例之入口整流器440及出口整流器450亦可以採用特斯拉閥或其他任何可達成流阻具有差異性之結構及處理(如表面親疏水處理)。

第五實施例

請參閱第6A圖及第6B圖，本實施例之薄膜式微幫浦500主要包括有一振動腔體510、兩第一導流部513、兩第二導流部514、兩第三導流部515、一流體入口520、一流體出口530、一入口整流器540、一出口整流器550、一振動薄膜560及一致動器570。

振動腔體510具有一腔體入口511、一腔體出口512。第一導流部513、第二導流部514的構成係分別與第二實施例中的第一導流部213及第二導流部214的構成相同，而第三導流部515的構成與第三實施例中的第二導流部314相同，在此省略其詳細說明。

振動薄膜560是設置於振動腔體510之上。在此，如第6B圖所示，在振動薄膜560之一振動部560a與振動腔體510之間可存在有一薄膜行程空間S''''。

如第6A圖及第6B圖所示，致動器570是連接於振動薄膜560，其可用來使振動薄膜560之振動部560a進行往復運動。同樣地，致動器570可以是一壓電元件、一電磁驅動元件、一熱驅動元件、一氣動薄膜元件、一機械振動元件或一熱氣驅動元件。舉例來說，當致動器570為一壓電元件時，藉由壓電元件之往復伸縮，即可使得振動薄膜560之振動部560a產生往復變形，進而達成振動薄膜560之振動部560a產生往復運動之效果。

如上所述，當致動器570驅使振動薄膜560之振動部560a進行往復振動時，振動腔體510之內部空間或體積即可產生往復的增大與縮小。更詳細的來說，當振動薄膜560之振動部560a向上運動(吸入模式)時，振動腔體510內之壓力會低於外界壓力，因而使得流體經由流體入口520和流體出口530被吸入至振動腔體510內；反之，當振動薄膜560之振動部560a向下運動(排出模式)時，振動腔體510內之壓力會高於外界壓力，因而使得流體經由流體入口520和流體出口530流出振動腔體510。值得注意的是，當致動器570往復作動時，可經由流場顯影之技術觀察到，在振動腔體510之腔體入口511處有一流體渦漩對F1''''，在第二導流部514和第三導流部515之間存在一流體渦漩對F2''''，在振動腔體510之腔體出口512處有一流體渦 漩對F3''''，如第6A圖所示。如上所述，藉由設置於腔體入口511附近之第一導流部513的設計，當致動器570往復作動時，此設計可減少腔體入口511附近之流體回流至流體入口520比例。在另一方面，第二導流部514和第三導流部515有效導引流體渦漩對F2''''和F3''''流向腔體出口512，因而亦增加流體往流體出口530流出之比例。如上所述，在第一導流部513、第二導流部514及第三導流部515同時存在之情形下，將可進一步減少流體向流體入口520流動之比例，並且有效引導流體流向流體出口530，以提高流體出口530方向之正向流體淨流量，因而可達提昇薄膜式微幫浦500之運作功能。

入口整流器540是連接於腔體入口511與流體入口520之間，其用以匯整並緩衝於流體入口520及振動腔體510間往復來回流動之流體。

出口整流器550是連接於腔體出口512與流體出口530之間，其用於匯整並緩衝於振動腔體510及流體出口530間往復來回流動之流體。

如第6C圖所示，入口整流器和出口整流器可經由改變其幾何形狀設計，而使得流阻更具有方向性，提升薄膜式微幫浦之運作效能。更具體而言，在如第6C圖所示之薄膜式微幫浦500’中，入口整流器540’具有從流體入口520往腔體入口511逐漸擴大之形狀，而出口整流器550’具有從腔體出口512往流體出口530逐漸擴大之形狀。當振動薄膜560之振動部560a向上運動(吸入模式)時，對於流體 經由入口整流器540’相較於經由出口整流器550’至振動腔體510之流動而言，其流阻較小；反之，當振動薄膜560之振動部560a向下運動(排出模式)時，對於流體由振動腔體510經由出口整流器550’相較於經由入口整流器540’之流動而言，其流阻較小，因而提升薄膜式微幫浦500’之運作效能。同樣地，本實施例之入口整流器及出口整流器亦可以採用特斯拉閥或其他任何可達成流阻具有差異性之結構及處理(如表面親疏水處理)。

雖然本發明已以較佳實施例揭露於上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、100’、200、200’、300、300’、400、500、500’‧‧‧薄膜式微幫浦

110、210、310、410、510‧‧‧振動腔體

111、211、311、411、511‧‧‧腔體入口

112、212、312、412、512‧‧‧腔體出口

120、220、320、420、520‧‧‧流體入口

130、230、330、430、530‧‧‧流體出口

140、140’、240、240’、340、340’、440、540、540’‧‧‧入口整流器

150、150’、250、250’、350、350’、450、550、550’‧‧‧出口整流器

160、260、360、460、560‧‧‧振動薄膜

170、270、370、470、570‧‧‧致動器

113‧‧‧導流部

213、313、413、513‧‧‧第一導流部

113a、213a、313a‧‧‧漸縮擋塊

113b、213b、313b‧‧‧弧形結構

214、314、414、514‧‧‧第二導流部

515‧‧‧第三導流部

214a‧‧‧第一弧形結構

214b‧‧‧第二弧形結構

F1、F1’、F1''、F1'''、F1''''、F2、F2’、F2''、F2'''、F2''''、F3''''‧‧‧流體渦漩對

S、S’、S''、S'''、S''''‧‧‧薄膜行程空間

第1A圖係顯示本發明之第一實施例之薄膜式微幫浦之俯視示意圖；第1B圖係顯示根據第1A圖之A-A’剖面示意圖；第1C圖係顯示在第1A圖中之導流部之示意圖；第1D圖係顯示在第1A圖中之薄膜式微幫浦之變形例之示意圖；第2A圖係顯示本發明之第二實施例之薄膜式微幫浦之俯視示意圖；第2B圖係顯示根據第2A圖之B-B’剖面示意圖；第2C圖係顯示在第2A圖中之第二導流部之示意圖；第2D圖係顯示在第2A圖中之薄膜式微幫浦之變形例之示意圖；第3A圖係顯示本發明之第三實施例之薄膜式微幫浦之俯視示意圖；第3B圖係顯示根據第3A圖之C-C’剖面示意圖；第3C圖係顯示在第3A圖中之薄膜式微幫浦之變形例之示意圖；第4A圖係顯示本發明之第四實施例之薄膜式微幫浦之俯視示意圖；第4B圖係顯示根據第4A圖之D-D’剖面示意圖；第5A圖係顯示本發明之薄膜式微幫浦之變形例之示意圖； 第5B圖係顯示本發明之薄膜式微幫浦之變形例之示意圖；第6A圖係顯示本發明之第五實施例之薄膜式微幫浦之俯視示意圖；第6B圖係顯示根據第6A圖之E-E’剖面示意圖；以及第6C圖係顯示在第6A圖中之薄膜式微幫浦之變形例之示意圖。

200‧‧‧薄膜式微幫浦

210‧‧‧振動腔體

211‧‧‧腔體入口

212‧‧‧腔體出口

213‧‧‧第一導流部

214‧‧‧第二導流部

220‧‧‧流體入口

230‧‧‧流體出口

240‧‧‧入口整流器

250‧‧‧出口整流器

F1’、F2’‧‧‧流體渦漩對

Claims (27)

1. 一種無閥薄膜式微幫浦，包括：一基板；一振動薄膜，對應於該基板並具有一振動部；一振動腔體，形成於該振動部與該基板之間，並具有至少一腔體入口以及至少一腔體出口；至少一導流部，形成於該振動部與該基板之間，沿著垂直於該基板之一方向延伸且鄰近該振動腔體，該導流部導引該振動腔體內的流體流動以提供朝向該至少一腔體出口方向一正向流體淨流量；至少一流體入口；至少一流體出口；至少一入口整流器，連接於該至少一腔體入口與該至少一流體入口之間；至少一出口整流器，連接於該至少一腔體出口與該至少一流體出口之間；以及一致動器，連接於該振動薄膜，係用以使該振動部進行往復振動，以驅使該流體經由該流體入口流入該振動腔體以及經由該流體出口流出該振動腔體，其中自該振動部之振動方向觀察時，該致動器延伸且覆蓋該振動腔體及該至少一導流部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一導流部係位於該至少一腔體入口附近，用以 減少該流體往該至少一流體入口流動，提供朝向該至少一流體出口方向一正向流體淨流量。
3. 如申請專利範圍第2項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一導流部包括一漸縮擋塊以及一弧形結構，該漸縮擋塊連接該至少一腔體入口，該弧形結構與該漸縮擋塊連接。
4. 如申請專利範圍第1項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一導流部係為以獨立於該振動腔體的元件的方式被置於該振動腔體內，用以減少該流體往該至少一腔體入口方向流動，或增加該流體往該至少一流體出口流動，以提供朝向該至少一流體出口方向一正向流體淨流量。
5. 如申請專利範圍第1項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一導流部係位於該至少一腔體出口附近，用以減少該流體往該至少一腔體入口方向流動，或增加該流體往該流體出口流動，以提供朝向該至少一流體出口方向一正向流體淨流量。
6. 如申請專利範圍第1項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一導流部係連接於該振動腔體，用以減少該流體往該至少一腔體入口方向流動，或增加該流體往該流體出口流動，以提供朝向該至少一流體出口方向一正向流體淨流量。
7. 如申請專利範圍第6項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一導流部係以成為該振動腔體側壁之一部份的方式被一體成形於該振動腔體，且包括兩弧形結構。
8. 如申請專利範圍第1項所述之無閥薄膜式微幫浦，其 中，該致動器包括一壓電元件、一電磁驅動元件、一熱驅動元件、一氣動薄膜元件、一機械振動元件或一熱氣驅動元件。
9. 如申請專利範圍第1項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一入口整流器和該至少一出口整流器之流阻具有方向性，用以加強該薄膜式微幫浦之流體指向性，提升該薄膜式微幫浦之運作效能。
10. 如申請專利範圍第1項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一入口整流器中心線與該至少一出口整流器中心線之夾角介於0°~180°。
11. 如申請專利範圍第1項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一入口整流器中心線與該振動腔體壁面法線夾角介於±90°。
12. 如申請專利範圍第1項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一出口整流器中心線與該振動腔體壁面法線夾角介於±90°。
13. 如申請專利範圍第1項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一入口整流器的設置數量與該至少一出口整流器的設置數量不同。
14. 一種無閥薄膜式微幫浦，包括：一基板；一振動薄膜，對應於該基板並具有一振動部；一振動腔體，形成於該振動部與該基板之間，並具有至少一腔體入口以及至少一腔體出口；至少一第一導流部，形成於該振動部與該基板之間， 沿著垂直於該基板之一方向延伸且鄰近該振動腔體；至少一第二導流部，以與該至少一第一導流部不同的形式所形成，並形成於該振動部與該基板之間，沿著垂直於該基板之該方向延伸且鄰近該振動腔體，其中，該至少一第一導流部和該至少一第二導流部係同時導引該振動腔體內的流體流動以提供朝向該至少一腔體出口方向一正向流體淨流量；至少一流體入口；至少一流體出口；至少一入口整流器，連接於該至少一腔體入口與該至少一流體入口之間；至少一出口整流器，連接於該至少一腔體出口與該至少一流體出口之間；以及一致動器，連接於該振動薄膜，係用以使該振動部進行往復振動，以驅使該流體經由該流體入口流入該振動腔體以及經由該流體出口流出該振動腔體，其中自該振動部之振動方向觀察時，該致動器延伸且覆蓋該振動腔體、該至少一第一導流部及該至少一第二導流部。
15. 如申請專利範圍第14項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一第一導流部或該至少一第二導流部係位於該至少一腔體入口附近，用以減少該流體往該至少一流體入口流動，提供朝向該至少一流體出口方向一正向流體淨流量。
16. 如申請專利範圍第15項所述之無閥薄膜式微幫 浦，其中，該至少一第一導流部或該至少一第二導流部包括一漸縮擋塊以及一弧形結構，該漸縮擋塊連接該至少一腔體入口，該弧形結構與該漸縮擋塊連接。
17. 如申請專利範圍第14項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一第一導流部或該至少一第二導流部連接該振動腔體，減少該流體往該至少一腔體入口方向流動，或增加該流體往該至少一流體出口流動，用以提供朝向該至少一流體出口方向一正向流體淨流量。
18. 如申請專利範圍第17項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一第一導流部或該至少一第二導流部係以成為該振動腔體側壁之一部份被一體成形於該振動腔體，且包括兩弧形結構，減少該流體往該至少一腔體入口方向流動，或增加該流體往該至少一流體出口流動，用以提供朝向該至少一流體出口方向一正向流體淨流量。
19. 如申請專利範圍第14項所述之無閥薄膜式微幫浦，更包括：至少一第三導流部，以與該至少一第二導流部和該至少一第一導流部不同的形式所形成，並形成於該振動部與該基板之間，沿著垂直於該基板之該方向延伸且鄰近該振動腔體，其中，該至少一第一導流部和該至少一第二導流部和該至少一第三導流部係同時導引該振動腔體內的流體流動以提供朝向該至少一腔體出口方向一正向流體淨流量，且自該振動部之振動方向觀察時，該致動器延伸且覆蓋該振動腔體、該至少一第一導流部、該至少一第二導流部及該至少一第三導流部。
20. 如申請專利範圍第19項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一第三導流部係以獨立於該振動腔體的元件的方式被置於該振動腔體內，減少該流體往該至少一腔體入口方向流動，或增加該流體往該該至少一流體出口流動，用以提供朝向該至少一流體出口方向一正向流體淨流量。
21. 如申請專利範圍第19項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一第三導流部係位於該至少一腔體出口附近，用以減少該流體往該至少一腔體入口方向流動，或增加該流體往該流體出口流動，以提供朝向該至少一流體出口方向一正向流體淨流量。
22. 如申請專利範圍第14項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該致動器包括一壓電元件、一電磁驅動元件、一熱驅動元件、一氣動薄膜元件、一機械振動元件或一熱氣驅動元件。
23. 如申請專利範圍第14項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一入口整流器和該至少一出口整流器之流阻具有方向性，用以加強該薄膜式微幫浦之流體指向性，提升該薄膜式微幫浦之運作效能。
24. 如申請專利範圍第14項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一入口整流器的設置數量與該至少一出口整流器的設置數量不同。
25. 如申請專利範圍第14項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一入口整流器中心線與該至少一出口整流器中心線之夾角介於0°~180°。
26. 如申請專利範圍第14項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一入口整流器中心線與該振動腔體壁面法線之夾角介於±90°。
27. 如申請專利範圍第14項所述之無閥薄膜式微幫浦，其中，該至少一出口整流器中心線與該振動腔體壁面法線之夾角介於±90°。