TWI565876B - Multi-phase drive pump - Google Patents

Description

多相驅動幫浦

本發明係有關一種多相驅動幫浦，尤指一種將致動器對稱貼合於上下相接的腔室的上下兩側以使各腔室產生反相的膨脹收縮狀態者。

幫浦主要之的功能係為傳遞流體，可依適用範圍分為傳統型與微型兩種形式：其中傳統型幫浦係為生活中是不可或缺的重要工具之一，藉由馬達作為動力源以傳遞物質，對象有：水、油…等。傳統型的幫浦擁有大量及穩定的傳遞能力，但是隨著科技的日新月異，很多產品及研究邁向微小化及精密化，傳統型幫浦體積龐大笨重且易受電磁干擾，不適用於此類微小及精密系統之中。而為了能在這些系統中傳遞流體，微型幫浦之研究是必須的，而在微型幫浦中，作為動力源的選擇相當重要，整體架構講求體積輕巧、穩定輸出、可用於精密系統，為此以智能材料中的壓電材料為主要選擇。

利用壓電片做驅動之微型幫浦在以往的設計與專利中，皆以單邊壓電材料作動的形式較多，其係利用壓電片振動產生變形，進而改變腔體之體積，以作動所產生的壓力差推動流體流動，但此類幫浦未能有效利用整體腔體空間，且其壓電片之震動位移量較小而限制其流體傳輸量，尚有改進之空間。而以雙邊壓電片之微型幫浦而言，僅適用於單一使用，雖然可以串接方式連接以產生連續之流動，惟，各個獨立微型幫浦之組合，其效能僅是單純之相加，且體積亦相對的加大。

有鑑於此，為了改進上述之缺點，使幫浦的各腔室能藉由上下設置之致動器往復運動而產生往復性的擴大與增小，進而有效運用腔室的內部空間而提升流體傳輸效能，發明人積多年的經驗及不斷的研發改進，遂有本發明之產生。

本發明之主要目的在提供一種多相驅動幫浦，其中該第一腔室及第二腔室係上下連接一起，且該二腔室的上下側及其之間係分別設有一致動器，以藉由該等致動器的往復運動使該等腔室可交替產生往復的擴大與縮小，並產生更大的體積變化，以在該等腔室之間產生更大的壓力差而提高流體傳輸效率。

本發明之次要目的在提供一種多相驅動幫浦，藉由將該等上下連接一起的腔室之進流噴嘴設置成朝腔室內逐漸擴大的形狀，並將其出流噴嘴設置為朝腔室外逐漸擴大的形狀，以對該工作流體提供一方向性流阻，使工作流體的指向性獲得提升而增強流體傳輸之運作效能。

為達上述之目的，本發明所設之多相驅動幫浦係包括一第一腔室、一第二腔室、一第一致動器、一第二致動器及一第三致動器，其中該第一腔室內係容置有一工作流體，且該第一腔室設有一第一進流噴嘴及一第一出流噴嘴；該第二腔室係結合於該第一腔室的下方，且設有一第二進流噴嘴及一第二出流噴嘴，其中該第二進流噴嘴係與該第一出流噴嘴相連通，該第二出流噴嘴係與該第一進流噴嘴相連通；而該第一致動器係配置於該第一腔室上，該第二致動器係配置於該第一腔室與該第二腔室之間，該第三致動器係配置於該第二腔室下，藉以於該等致動器通電進行往復運動後，驅使該工作流體於第一腔室與第二腔室之間循環流動。

實施時，該等致動器為一壓電致動器、一電磁驅動致動器、 一熱驅動致動器、一氣動薄膜致動器、一機械振動致動器或一熱氣驅動致動器。

實施時，該第一進流噴嘴具有朝向第一腔室內部逐漸擴大的形狀。

實施時，該第一出流噴嘴具有朝向第一腔室外側逐漸擴大的形狀。

實施時，該第二進流噴嘴具有朝向第二腔室內部逐漸擴大的形狀。

實施時，該第二出流噴嘴具有朝向第二腔室外側逐漸擴大的形狀。

實施時，於該等致動器通電進行往復運動後，係使第一腔室與第二腔室之內部空間交替產生往復的擴大與縮小，以驅使該工作流體於第一腔室與第二腔室之間循環流動。

實施時，於該等致動器通電時，該第一及第三致動器係向上運動且同時該第二致動器係向下運動，以擴大該第一腔室並壓縮該第二腔室。

實施時，於該等致動器通電時，該第一及第三致動器係向下運動且同時該第二致動器係向上運動，以擴大該第二腔室並壓縮該第一腔室。

為進一步了解本發明，以下舉較佳之實施例，配合圖式、圖號，將本發明之具體構成內容及其所達成的功效詳細說明如下。

1‧‧‧第一腔室

11‧‧‧第一進流噴嘴

12‧‧‧第一出流噴嘴

2‧‧‧第二腔室

21‧‧‧第二進流噴嘴

22‧‧‧第二出流噴嘴

31‧‧‧第一壓電致動器

32‧‧‧第二壓電致動器

33‧‧‧第三壓電致動器

41、42‧‧‧輸送管

5‧‧‧散熱裝置

第1圖係為本發明多相驅動幫浦之一實施例之剖面示意圖。

第2圖係為第1圖之實施例中於第二腔室壓縮時之剖面示意圖。

第3圖係為第1圖之實施例中於第一腔室壓縮時之剖面示意圖。

第4圖係為第1圖之實施例與一外部構件結合時之剖面示意圖。

請參閱第1圖，其為本發明多相驅動幫浦之一實施例，包括一第一腔室1、一第二腔室2、一第一致動器31、一第二致動器32及一第三致動器33，其中該第一腔室1及第二腔室2係上下連接一起，供容置一工作流體。而該等致動器係可為一壓電致動器、一電磁驅動致動器、一熱驅動致動器、一氣動薄膜致動器、一機械振動致動器或一熱氣驅動致動器，其中該第一致動器31係配置於該第一腔室1上，該第二致動器32係配置於該第一腔室1與該第二腔室2之間，該第三致動器33係配置於該第二腔室2下。

該第一腔室1的右側及左側分別設有與其相連通的第一進流噴嘴11及第一出流噴嘴12，其中該第一進流噴嘴11具有朝向第一腔室1內部逐漸擴大的形狀，而該第一出流噴嘴12具有朝向第一腔室1外側逐漸擴大之形狀。該第二腔室2係結合於第一腔室1的下方，且其左側及右側分別設有與其相連通的第二進流噴嘴21及第二出流噴嘴22，其中，該第二出流噴嘴22係經由一輸送管41而與第一進流噴嘴11相連通，該第二出流噴嘴22並具有朝向第二腔室2外側逐漸擴大的形狀；該第二進流噴嘴21係經由一輸送管42而與第一出流噴嘴12相連通，該第二進流噴嘴21並具有朝向第二腔室2內部逐漸擴大之形狀。藉此，該工作流體可經由該等噴嘴(11、12、21、22)及該等輸送管(41、42)而於第一腔室1與第二腔室2之間循環流動(如圖中之箭號所示)，例如，該工作流體自第一腔室1經由第一出流噴嘴12、輸送管42及第二進流噴嘴21流入第二腔室2中，再自第 二腔室2經由第二出流噴嘴22、輸送管41及第一進流噴嘴11回流至第一腔室1內。此外，該等噴嘴(11、12、21、22)的配置可降低工作流體的正向循環流阻，並增加工作流體的反向循環流阻，以促使淨流量的增加而對工作流體循環提供穩定的指向性，進而增強工作流體傳輸之運作效能。

實施時，該等壓電致動器(31、32、33)係經通電而分別進行向上及向下的往復運動。如第2圖所示，當第一壓電致動器31及第三壓電致動器33由第1圖中的位置向上運動時，同時以相反相位驅動第二壓電致動器32向下運動，使第一腔室1擴大並同時壓縮該第二腔室2，此時對於工作流體自第二腔室2經由第二出流噴嘴22進入輸送管41(其噴嘴流道漸擴讓流量增加)相較於經由第二進流噴嘴21進入輸送管42(其噴嘴流道漸縮讓流量減少)之流動性而言因噴嘴的配置而有較小的流阻(此流動性對第一腔室1內的工作流體亦然)，因而促使該等腔室及輸送管中的工作流體整體上係以逆時針方向循環流動。該第一壓電致動器31及第三壓電致動器33係接著向下運動且同時該第二壓電致動器32向上運動(如第3圖所示)，以擴大該第二腔室2並壓縮該第一腔室1，此時對於工作流體自第一腔室1經由第一出流噴嘴12進入輸送管42(其噴嘴流道漸擴讓流量增加)相較於經由第一進流噴嘴11進入輸送管41(其噴嘴流道漸縮讓流量減少)之流動性而言因噴嘴的配置而有較小的流阻(此流動性對第二腔室2內的工作流體亦然)，因而促使該等腔室及輸送管中的工作流體整體上仍以逆時針方向循環流動。隨後該等壓電致動器(31、32、33)繼續於第2圖與第3圖所示之狀態間變換，驅使該工作流體於第一腔室1與第二腔室2之間持續以逆時針方向循環流動。

如第4圖所示，本發明係可應用於一散熱系統中，例如，將該輸送管41延伸並與一散熱裝置5(例如散熱器)結合，以藉由工作流 體(例如散熱液)將散熱器的熱量帶離。此外，本發明亦可應用於生醫設備中，例如血液透析機。

因此，本發明具有下列之優點：

1.本發明藉由將致動器對稱貼合於各腔室上下兩側，藉以各腔室產生的反相膨脹收縮狀態而提升腔室運用度並產生更大體積變化及壓力差，以獲得更大的輸送量。

2.本發明藉由將二個腔室上下相接，並利用一設置於該等腔室之間的致動器與各腔室的另一致動器協同作用，可縮小幫浦的體積並獲得更高的幫浦效率。

3.本發明該等致動器可利用不同頻率的振動模態產生蠕動的振形，配合振動模態所產生之變形而可對不同流體產生不同的傳輸效果。

綜上所述，依上文所揭示之內容，本發明確可達到發明之預期目的，提供一種能使腔室產生更大體積的變化，以達到更佳輸出效率的多相驅動幫浦，極具產業上利用之價值，爰依法提出發明專利申請。

1‧‧‧第一腔室

11‧‧‧第一進流噴嘴

12‧‧‧第一出流噴嘴

2‧‧‧第二腔室

21‧‧‧第二進流噴嘴

22‧‧‧第二出流噴嘴

31‧‧‧第一壓電致動器

32‧‧‧第二壓電致動器

33‧‧‧第三壓電致動器

41、42‧‧‧輸送管

Claims (8)

1. 一種多相驅動幫浦，包括：一第一腔室，供容置一工作流體，該第一腔室設有一第一進流噴嘴及一第一出流噴嘴，其中該第一進流噴嘴具有朝第一腔室內逐漸擴大的形狀；一第二腔室，係結合於該第一腔室的下方，該第二腔室設有一第二進流噴嘴及一第二出流噴嘴，該第二進流噴嘴係與該第一出流噴嘴相連通，該第二出流噴嘴係與該第一進流噴嘴相連通；以及一第一致動器、一第二致動器及一第三致動器，該第一致動器係配置於該第一腔室上，該第二致動器係配置於該第一腔室與該第二腔室之間，而該第三致動器係配置於該第二腔室下，藉以於該等致動器通電進行往復運動後，驅使該工作流體於第一腔室與第二腔室之間循環流動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多相驅動幫浦，其中該等致動器為一壓電致動器、一電磁驅動致動器、一氣動薄膜致動器或一機械振動致動器。
3. 如申請專利範圍第2項所述之多相驅動幫浦，其中該第一出流噴嘴具有朝第一腔室外逐漸擴大的形狀。
4. 如申請專利範圍第2項所述之多相驅動幫浦，其中該第二進流噴嘴具有朝第二腔室內逐漸擴大的形狀。
5. 如申請專利範圍第2項所述之多相驅動幫浦，其中該第二出流噴嘴具有朝第二腔室外逐漸擴大的形狀。
6. 如申請專利範圍第3至5項之其中一項所述之多相驅動幫浦，其中該等致動器通電進行往復運動後，係使第一腔室與第二腔室之內部空間交 替產生往復的擴大與縮小，以驅使該工作流體於第一腔室與第二腔室之間循環流動。
7. 如申請專利範圍第6項所述之多相驅動幫浦，其中於該等致動器通電時，該第一及第三致動器係向上運動且同時該第二致動器係向下運動，以擴大該第一腔室並壓縮該第二腔室。
8. 如申請專利範圍第6項所述之多相驅動幫浦，其中於該等致動器通電時，該第一及第三致動器係向下運動且同時該第二致動器係向上運動，以擴大該第二腔室並壓縮該第一腔室。