TWI571389B - 微流體閥及微流體閥控方法 - Google Patents

微流體閥及微流體閥控方法 Download PDF

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Description

微流體閥及微流體閥控方法
本發明係有關於一種微流體閥。
發明背景
閥係被用來最小化或消除一特定方向之流體的流量。在微流體系統中的閥時常需要特定的材料，其可能是昂貴的，難以製造，或具有受限的材料可相容性。微流體系統中的閥時常包含移動部件，會減低可靠性。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種微流體閥，包含：一第一貯槽；一第二貯槽；一通道連接該第一貯槽至該第二貯槽，其中該第二貯槽係能在一壓力梯度下經由該通道從該第一貯槽接收流體；及一慣性泵在該通道內靠近該第二貯槽並遠離該第一貯槽。
20,120,220,320,420,520,620‧‧‧微流體閥
22,24‧‧‧貯槽
32‧‧‧通道
34,134,234,334,434,534,634‧‧‧慣性泵
36‧‧‧氣泡
38‧‧‧較短臂
40‧‧‧較長臂
100‧‧‧控制方法
102,104‧‧‧各步驟
138,438‧‧‧致動器
422‧‧‧源貯槽
424‧‧‧接收貯槽
432,532,632‧‧‧通道
440,442,542,642‧‧‧支道
444,544,644‧‧‧相交處
449‧‧‧感測器
522,622‧‧‧貯槽
PG‧‧‧壓力梯度
圖1為一舉例的微流體閥之一示意圖。
圖2(a)~2(f)示意地示出圖1的微流體閥之一慣性泵在沒有一壓力梯度來自一源貯槽時的操作例。
圖2(g)示意地示出由圖2(a)~2(f)之慣性泵對抗來自一源貯槽的壓力梯度流以作為一閥之操作所造成的阻抗 流。
圖3為一可被以圖1的微流體閥進行的方法例之流程圖。
圖4為另一舉例的微流體閥之示意圖。
圖5為另一舉例的微流體閥之示意圖。
圖6為另一舉例的微流體閥之示意圖。
圖7為另一微流體閥之示意圖。
圖8~13為另一舉例的微流體閥在不同的舉例操作狀態時之示意圖。
圖14和15為另一舉例的微流體閥在不同的舉例操作狀態時之示意圖。
實施例之詳細說明
圖1示意地示出一舉例的微流體閥20。如將於後所述，一微流體閥會利用一慣性泵在貯槽間之一壓力梯度下來控制流體的流量。在許多實施例中，微流體閥20會減少或省略移動部件，具有一較低的成本並可提供加強的可靠性。
微流體閥20包含貯槽22、貯槽24、通道32及慣性泵34。通道32會流體地連接貯槽22和24。在所示之例中，一壓力梯度會將貯槽22內的流體經由通道32朝向貯槽24偏壓。在一實例中，該壓力梯度係由一附加的泵(未示出)提供，當其作動時會施力來將該流體由貯槽22朝向貯槽24移動。在另一實例中，該壓力梯度可藉重力來提供。
慣性泵34包含一泵送裝置沿通道32置設而靠近貯槽24並遠離貯槽22。換言之，慣性泵34係以一距離相隔於貯槽24，該距離小於貯槽22和24之間的總流體流路之長度的一半。慣性泵34會利用一通道內的慣性和動量來造成流體流，該通道相較於其所連接的二貯槽係相對地較窄。為本揭露的目的，該”慣性泵”乙詞係指一種泵送裝置，其最初會在一通道內以二方向驅動流體，該通道係比其所連接的貯槽相對較窄，但其中該泵送裝置係不對稱地置設在該等貯槽之間，而使最後結果係流體會被以一朝向該二貯槽之最遠者的方向驅動。
在系統20中，噴性泵34係被選擇地作動而以一方向造成流體流來對抗該壓力梯度所造成的流體流，俾能控制由貯槽22至貯槽24之流體的流量。在一實例中，慣性泵34可被作動至一程度，而來阻止流體由貯槽22流至貯槽24。在另一實例中，慣性泵34可被選擇地作動來控制並減少該流體在該壓力梯度下由貯槽22流至貯槽24的流率。
在一實例中，慣性泵34包含一氣泡噴射泵。一氣泡噴射泵係為一種泵，其會造成一最初膨脹的氣泡來將鄰近的流體移離或驅離該氣泡。一氣泡噴射泵之一例包含一微加熱器，譬如一熱噴墨(TIJ)泵。一TIJ泵會利用一或多個電阻器，電流會通過它們。當電流通過該一或多個電阻器時，由該一或多個電阻器所產生的熱會蒸發靠近該等電阻器的流體來造成一氣泡。當該氣泡最初被造成並膨脹時，該氣泡最初會將鄰近的流體由該氣泡驅離。
圖2(a)~2(f)示出該系統20之一實例的操作，其中慣性泵34包含一氣泡噴射泵。圖2(a)~2(f)示出作為慣性泵34的氣泡噴射泵之一單次作動之膨脹陷縮循環。該單次膨脹陷縮循會造成力被以一由最靠近該慣性泵34之貯槽24離開的方向施加於流體，而可對抗並控制來自貯槽22之壓力梯度下的流體流。
圖2(a)示出系統20在一開始狀態。此時通道32內的流體是靜止。圖2(b)示出系統20在作為慣性泵34的氣泡噴射泵之一單次作動時的狀況。如圖2(b)所示，該氣泡噴射泵會產生一高壓蒸氣泡36。該氣泡會提供一正壓力差，其會以二方向將流體推離氣泡36。如圖2(c)所示，該氣泡36的蒸氣壓力會迅速減降至大氣壓力以下，且該流體會在一負壓力差下減速，並因慣性的結果而繼續移動。如圖2(d)所示，在該通道32之較短臂38中的流體當達到貯槽24的較大介面時會反向或廻轉。於此同時，在通道32之較長臂40中的流體會繼續朝向貯槽22移動。如圖2(e)所示，在該較長臂40中朝向貯槽22移動的流體會達到貯槽22並迴轉或反向，而使該二流體柱在一碰撞點互撞，該碰撞點偏離於該慣性泵34之最初膨脹的起始點而朝向最遠離慣性泵34的貯槽22。如圖2(f)所示，因流自該較短臂38的流體在該碰撞點處具有一較大量的動量，故總陷縮後動量係為非零的，且該流體最後會被一朝向貯槽22的方向驅動，而來對抗在該壓力梯度下被驅動的流體，並能控制(阻止或減少)由貯槽22至貯槽24的流量。
該流體被慣性泵34驅動的流率係取決於該慣性泵34的功率和速度或”沖擊”，及該慣性泵34相隔於最接近之貯槽的距離，和該貯槽相對於通道32的截面積或寬度，及要被泵送的流體之黏度。被慣性泵驅送之流體因慣性所造成的運動係大於由於摩擦對抗該運動的阻力。在一實例中，慣性泵34具有一最初速度為至少1m/s至10m/s，且標定為高達20m/s。在一實例中，慣性泵32包含熱噴墨電阻器，其會造成一蒸氣泡能以一至少1m/s至10m/s的最初速度來推送鄰近的流體。在一實施例中，靠近該慣性泵34的貯槽24具有一截面積或寬度，係為該通道32之截面積或寬度的至少5倍，且標定為至少10倍。在一實例中，通道32具有一200μm的寬度，而貯槽24具有一1mm的寬度(在貯槽24的介面處垂直於通道32的軸向所測得)。在又其它的實例中，通道32與貯槽24的寬度差可有其它值。
雖圖2示出系統20之一實例，其中慣性泵34包含一氣泡噴射泵，但在其它實例中，慣性泵34可包含其它的泵送機構或裝置，並最初會在一通道內以二方向驅動流體，該通道係相對較窄於其所連接的貯槽，但其中該泵送裝置係不對稱地定位於該等貯槽之間，而使最後結果係流體會被以一朝向該二貯槽之最遠者的方向驅動。例如，在其它實例中，慣性泵34可包含一可撓曲或可偏轉的隔膜沿通道32的一側靠近於貯槽24而遠離貯槽22，其中該隔膜係可被電力、磁力、機械力或其它力偏轉而在該較窄的通道內最初以二方向來驅動流體，在一實例中，慣性泵34可包 含一壓電元件(PZT)可偏轉膜。
圖3為一流程圖示出一舉例的方法100，用以提供一微流體閥來控制在壓力梯度下由一第一貯槽至一第二貯槽之流體的流量。如步驟102所示，一壓力梯度會被施加於流體來經由一通道從該第一貯槽至第二貯槽偏壓流體流。在一實例中，該壓力梯度的偏壓可利用一泵來達成，或可利用重力或其它的力源來達成。如步驟104所示，一靠近該第二貯槽的慣性泵會被選擇地作動來選擇地施以一流體流，其會對抗該壓力梯度而能控制流體在該壓力梯度下流至第二貯槽的流率。在一實例中，被該慣性泵造成的流體流係足夠地大而能完全地反抗該壓力梯度，並阻止流體流至該第二貯槽。在另一實例中，被該慣性泵造成的流體流係小於該壓力梯度下的流體流，而能可控地減少流體流至該第二貯槽的流率。
圖4示意地示出微流體閥120，為微流體閥20之一實施例。微流體閥120係類似於微流體閥20，唯除該微流體閥120附加地包含慣性泵134和致動器138。微流體閥120的其餘組件而對應於微流體閥20之組件者係被類同地標號。
慣性泵134係類似於慣性泵34，其中慣性泵134係沿該通道32被設成靠近貯槽24而遠離貯槽22。慣性泵134係可相對於致動器34獨立地作動。致動器138包含一裝置能選擇地作動慣性泵34、134之任一者，或兩者皆不作動，或兩者皆作動，而來控制或閥調在該壓力梯度下由貯槽22至貯槽24的流體流。在一實例中，致動器138包含一積體電 路。在另一實例中，致動器138包含一處理單元會在包含於一非暫時性電腦可讀媒體中之電腦可讀指令的導引或控制下操作。藉著選擇地且獨立地作動慣性泵34、134，致動器138會控制對抗該流體在壓力梯度下由貯槽22流經通道32的流體流之力。
就本案的目的而言，所譯”處理單元”應指一現在已研發或將來會被研發的處理單元，其會執行包含在一非暫時性記憶體中的指令串列等。該等指令串列的執行會使該處理單元能進行譬如產生控制訊號的步驟。該等指令可被載入一隨機存取記憶體(RAM)中。以供該處理單元由一唯讀記憶體(ROM)，一大量儲存裝置，或某些其它永久儲存器等來執行。在其它實施例中，硬線電路可被用來替代或與軟體指令結合來執行上述的功能。例如，控制致動器138可被體現為一或多個特定用途積體電路(ASICs)的一部份。除非有其它不同的表示，該控制器或致動器並不受限於任何硬體電路和軟體的特定組合。亦不受限於被該處理單元執行之指令的任何特定來源。
在一實例中，慣性泵34和134係沿通道32設在不同的位置，而使該等泵34、134之一者會比該等泵34、134之另一者更接近於貯槽24。結果，若給予相同的泵送力，則最靠近貯槽24的慣性泵會比離該貯槽24較遠的慣性泵造成更大的流體流來對抗該壓力梯度。藉著選擇地作動最靠近貯槽24的泵或離貯槽24較遠的慣性泵，致動器138會控制對抗該壓力梯度的流體流，而來控制由慣性泵34、134所提 供的閥機構。
在另一實例中，慣性閥34和134係等距地相隔於貯槽24，但具有不同的泵送力。例如，慣性泵34最初可在通道32內於二方向以一第一力或一第一流率來驅動流體，而慣性泵134最初可在通道32內於二方向以一大於該第一力或第一流率的第二力或第二流率來驅動流體。藉著選擇地作動該等泵34、134之任一者，致動器138會控制對抗該壓力梯度的流體流來控制由慣性泵34、134所提供的閥機構。
在一實例中，泵34、134係可二者皆被沿通道32相對於貯槽24(和貯槽22)不同地置設，並可二者皆具有不同的泵送力用以加強流體流的控制。雖系統120係被示出為包含兩個可獨立作動的慣性34、134，但在其它實例中，系統120可包含多於兩個可獨立作動或控制的慣性泵來提供一較大程度之對流體在該壓力梯度下由貯槽22流至貯槽24的控制度。在一實例中，慣性泵34、134之一或二者包含一氣泡噴射泵。在其它實例中，慣性泵34、134之一或二者包含其它類型的慣性泵。
圖5示意地示出微流體閥220，係為流體閥20之一實施例。微流體閥220係類似於微流體閥120，唯除微流體閥220係被特別地示出為包含慣性泵234A、234B、234C和234D(統稱為慣性泵234等)。在所示之例中，慣性泵234等係被提供為通道32內之一陣列的氣泡噴射泵或TIJ熱電阻器。慣性泵234等的每一個皆較靠近於貯槽24而較遠離貯槽 22。每個慣性泵234皆等距地相隔於貯槽24。
每個慣性泵234皆可被致動器138選擇地作動。結果，致動器138會藉選擇地同時作動一或更多個泵234來改變同時發動之慣性泵234的數目(該等TIJ電阻器的數目)以改變一泵送力，而可控制穿過通過32的流體流來當作一閥。例如，若要減少在該壓力梯度下流至貯槽24流體流量時，致動器138可以發動慣性泵234A。若要以一更大的程度來減少在該壓力梯度下流至貯槽24的流體流量時，致動器138可以另擇地同時發動慣性泵234A和234B。若要以一又再更大的程度來減少在該壓力梯度下流至貯構24的流體流量時，致動器238可以另擇地同時作動一又更大數目的慣性泵，譬如同時地作動慣性泵234A、234B和234D。該等慣性泵234的陣列可提供致動器138許多的組合，以供漸增地調整在該壓力梯度下由貯槽22流至貯槽24之流體流量被限制或減少的程度。
圖6示出微流體閥320，係為微流體閥20之另一實施例。微流體閥320係類似於微流體閥120，唯除微流體閥320係特別地被示出為包含慣性泵334A、334B、334C和334D等(統稱為慣性泵334等)。在所示之例中，慣性泵334等係被提供為一沿該通道32之氣泡噴射泵或TIJ熱電阻器等的陣列。每個慣性泵334皆較靠近於貯槽24而較遠離貯槽22。但是，各個慣性泵34係不同距地相隔於貯槽24。各個慣性泵334皆可被致動器138選擇地作動。結果，致動器138可藉選擇地作動一個泵334而來控制穿過通道32的流體流。若要減 少在該壓力梯度下流至貯槽24的流體流量時，致動器138可發動慣性泵334A的TIJ電阻元件。若要以一較大程度來減少在該壓力梯度下流至貯槽24的流體流量時，致動器138可另擇地發動慣性泵334B，其係較靠近於貯槽24。若要以一再更大的程度來減少在該壓力梯度下流至貯槽24的流體流量時，致動器138可另擇地發動慣性泵334C或慣性泵334D，其係又更靠近於貯槽24。結果，致動器138可藉選擇地作動不同距地相隔於貯槽24的慣性泵，而來控制和調整在該壓力梯度下由貯槽22流至貯槽24之流體的程度。
在所示之例中，慣性泵334等係附加地構製成能被同時地作動或發動。結果，除了選擇地控制之外，即該等慣性泵334會被依據所擇發動之泵離貯槽24的間隔來發動以控制該閥調，致動器138亦可藉選擇地同時作動二或更多個泵334來亦改變該等慣性泵334之陣列的泵送力以控制通道32內的流體流量。例如，若要減少在該壓力梯度下流至貯槽24的流體流量，致動器138可發動慣性泵334D。若要以一較大程度來減少在該壓力梯度下流至貯槽24的流體流量，致動器138可另擇地同時發動泵334D和334A。若要以一又更大程度來減少在該壓力梯度下流至貯槽24的流體流量，致動器138可另擇地同時發動泵334D和334B，其中流至貯槽24之流體流量更加減少乃是慣性泵334B係比慣性泵334A更靠近於貯槽22的結果。若要以一又再更大的程度來減少在該壓力梯度下流至貯槽24的流體流量時，致動器238可另擇地同時作動一又更大數目的慣性泵，譬如同時地作 動慣性泵334D、334A和334B。該等慣性泵334的陣列會提供致動器138許多組合，以供漸增地調整在該壓力梯度下由貯槽22流至貯槽24的流體被限制或減少的程度。
圖7示意地示出微流體閥420，係為微流體閥20的另一實施例。微流體閥420包含一閥系統，可供調節或控制流體在壓力梯度下由一或多個流體源流至二或更多個不同的接收貯槽之流量。微流體閥420包含源貯槽422，接收貯槽424A、424B(統稱為接收貯槽424)，通道432，慣性泵434A、434B(統稱為慣性泵434)，及致動器438。源貯槽422係類似於系統20的源貯槽422，其中系統420的源貯槽422會在一壓力梯度下提供一流體的供應或來源，而能在沒有阻力時流向一或二個接收貯槽424。在一實例中，使該流體由貯槽42流出的壓力梯度可藉一與貯槽422相關連的泵來提供。
接收貯槽424等係類似於接收貯槽24。接收貯槽424等會在該等慣性泵434和致動器438的控制下，從源貯槽422經由通道432選擇地接收流體。
通道432係類似於通道32，該通道432會流體地連接貯槽422和424。在所示之例中，一壓力梯度會將貯槽422內的流體經由通道432朝向貯槽424偏壓。通道432包含支道440、442A和442B(統稱為支道442)。支道440係直接或間接地流體地連接於貯槽422，並將該壓力梯度下的流體導向一與支道442的會合點或相交處440。支道442A會由相交處444延伸至接收貯槽424A。支道442B會由相交處444延伸至接 收貯槽424B。雖支道422等係被示出相對於支道440以所示的等距角度由相交處440延伸，但在其它實例中，支道442等可彼此互相以其它角度由相交處444延伸，該等角度可為相等或不相等。
慣性泵434等係類似於慣性泵34。慣性泵434A係沿支道442A被設成靠近於貯槽424A，而遠離貯槽422並遠離貯槽424B。慣性泵434B係沿支道442B被設成靠近於貯槽424B，而遠離貯槽424A。換言之，慣性泵434A和434B係分別比它們離貯槽422或其它的接收貯槽更靠近於其相關的接收貯槽424A和424B。在一實例中，慣性泵434等之一或二者包含氣泡噴射泵。在又其它的實例中，慣性泵434等之一或二者可包含具有可偏轉膜之其它類型的慣性泵，譬如，一PZT泵。
致動器438係類似於前述的致動器138，該致動器438包含一裝置能選擇地作動慣性泵434A、434B之任一者，或兩者皆不作動，或兩者皆作動，而來控制在該壓力梯度下由貯槽422流至貯槽424等之一或二者的流體流量。在一實例中，致動器438包含一積體電路。在另一實例中，致動器438包含一處理單元可在包含於一非暫時性電腦可讀的媒體中之電腦可讀的指令之引導或控制下操作。藉著選擇地且獨立地作動慣性泵434等，致動器438會控制對抗該流體在壓力梯度下由貯槽422流經通道432的流體流之力。
在一實例中，致動器438可選擇地作動慣性泵434 等以將來自貯槽422的流體導至一所擇的貯槽424。例如，在一實例中，其中在沒有泵534B和534C之作動時流經支道440的流體會相等地分配至各支道422等，致動器438可作動慣性泵434A來造成一沿支道442A流向相交處444的流體流率，其係為在該壓力梯度下由源貯槽422流出之流體流率的1/2。於此一實例中，由源貯槽422流出的流體會流至接收貯槽424B。相對地，於另一實例中，在沒有泵434等之作動下，流經支道440的流體會相等地分配至各支道442，致動器438可作動慣性泵434B來造成一流體沿支道442B流向相交處444的流率，其係為在該壓力梯度下由源貯槽422流出之流體流率的1/2。於此一實例中，由源貯槽422流出的流體會流至接收貯槽424A。在某些實例中，在沒有任一泵434操作時，流經支道440的流體可能不會相等地分配於各通道442，譬如若各通道442係有不同的尺寸，及/或在相交處444的角度不相等時。於此等情況下，各慣性泵434當作動時，可造成一流向相交處444的流體流率，其係大於或小於由源貯槽422流出之流體流率的一半，乃視來自支道440之不相等的流動特性而定。在又另一實例中，致動器438可作動該二泵434來阻止或阻擋流體流至任一個貯槽424A、424B。
在一實例中，系統420可沿支道442之一或二者包含附加的慣性泵等，如前針對系統220或系統320所述。在此一實例中，藉著選擇地作動多數個慣性泵的不同組合，致動器438可選擇地且逐增地控制由貯槽422流至各個貯槽 424之流體流量的百分比。例如，在一實例中，其中支道442等各包含一陣列的慣性泵，譬如於前針對系統220所示並描述的慣性泵234A~234D等之陣列，致動器438可選擇地作動不同數目的慣性泵來改變泵送力，以漸增地調整由貯槽422在該壓力梯度下流至各貯槽424的一部份流體流量之百分比。在某些實例中，其中該等支道442各包含一陣列的慣性泵，譬如針對系統320所示出並描述於上的慣性泵334A~334D等之陣列，致動器438可選擇地作動在離它們相關的接收貯槽424不同間隔處之不同的慣性泵334，以及該等慣性泵334的不同數目和/或組合，而來改變流自該等慣性泵的流體流率，以漸增地調整在該壓力梯度下由貯槽422流至貯槽424A和貯槽424B的部份流體之百分比。
如圖7所示，在一實例中，微流體閥420可附加地包含一或多個補充的流量計或感測器449，其會對致動器438提供有關微流體閥420之性能的反饋。在一實例中，依照該非暫時性電腦可讀的媒體中所提供的指令，致動器438會分析該反饋並調整慣性泵434等的操作參數成為較佳校準的慣性泵434，來達到所需的流體流量控制，例如，在一實例中，依據來自感測器449的反饋，致動器438可調整八個時點，於該時點會有一個慣性泵434緊接著流體由貯槽422在該壓力梯度的泵送之後被作動或發動。在又其它的實例中，流量計或感測器449可被省略。
圖8~13示出微流體閥520，為微流體閥20之一實施例，在不同的操作狀態。微流體閥520係類似於微流體閥 420，唯除微流體閥520包含三個貯槽522A、522B和522C(統稱為貯槽522)以通道532連接，其中有多數個慣性泵534係與依微流體閥520的操作狀態而定之作為一源貯槽或作為一接收貯槽的各個貯槽522相關連。該多數個慣性泵53係可被一致動器438(如前針對系統420所述並示出者)選擇地作動，而來選擇地控制由貯槽522之一者流至貯槽522之所擇的另一者之流體流量。
通道532係類似於通道432。通道532會連接各貯槽522，並包含支道542A、542B和542C等(統稱為支道542)，其係在一相交處544互相連接。雖所示係為互相平行或垂直，但各支道540可由彼此以其它角度延伸。
在所示之例中，系統520包含二個可選擇地作動的慣性泵534靠近於一相關連或指定的貯槽522，並遠離其餘的貯槽522。在所示之例中，系統520包含慣性泵534A1、534A2靠近貯槽522A，包含慣性泵534B1、534B2靠近貯槽522B，並包含慣性泵534C1、534C2靠近貯槽522C。每個慣性泵534皆可被致動器438獨立地作動，而使各對慣性泵534的一個可作動，或使一對的兩個慣性泵皆可被作動，或使一對的兩個慣性泵皆不被作動。在所示之例中，每個慣性泵534當發動時會產生大致相同的泵送力來以一流率造成流體流，該流率等同於其它的慣性泵534在發動時的流率。在一實例中，各慣性泵534包含一氣泡噴射泵含有一微加熱器，譬如一TIJ熱電阻元件。在其它實例中，慣性泵534可包含並它類型的慣性泵，譬如具有可偏轉膜的慣性泵，比 如PET泵等。
圖8示出微流體閥520在一第一操作狀態，其中流體係被由貯槽522A泵出並導至貯槽522B。在所示之例中，致動器438(示於圖7中)會作動或發動該二慣性泵534A1和534A2來由貯槽522A泵出流體。在泵534A1和534A2作動或發動一預定的時段之後，乃視通道532的長度尺寸，和該流體的黏度，及泵534等的特性而定，致動器438會作動或發動慣性泵534C1，而泵534C2和534B1、534B2等保持不作用或關閉。在一實例中，其中在泵534B和534C沒有作動時，流經支道542A的流體會相等地分配至支道542B和542C，該慣性泵534C1的發動會造成慣性泵534A1和534A2聯合發動時之流體流量的1/2。結果，經由支道542C流至貯槽522C的流體流會實質上被阻止或關閉(以”X”表示)，而使該流體由貯槽522A經由支道542B流入貯槽522B中。
圖9示出微流體閥520在一第二操作狀態，其中流體係被由貯槽522A泵出並導至貯槽522C。在所示之例中，致動器438(示於圖7中)會作動或發動二個慣性泵534A1和534A2來由貯槽522A泵出流體。在該等泵534A1和534A2作動或發動一預定時段之後，乃視通道532的長度尺寸，及該流體的黏度和泵534等之特性而定，致動器438會作動或發動慣性泵534B1，而泵534B2和534C1、534C2保持不作用或關閉。在一實例中，其中在沒有作動泵534B和534C時，流經支道542A的流體會相等地分配至支道542B和542C，該慣性泵534B1的發動會造成慣性泵534A1和534A2聯合發動時 之流體流量的1/2。結果，經由支道542B流至貯槽522B的流體會實質上被阻止或關閉(以”X”表示)，而使該流體會從貯槽522A經由支道542C流入貯槽522C中。
圖10示出微流體閥520在一第三操作狀態，其中流體係由貯槽522C泵出，並被導至貯槽522A。在所示之例中，致動器438(示於圖7)會作動或發動二慣性泵534C1和534C2來由貯槽522C泵送流體。在泵534C1和534C2作動一預定的時段之後，乃視通過532的長度尺寸，及該流體的黏度和泵534等的特性而定，致動器438會作動或發動慣性泵534B1，而泵534B2和534A1、534A2等會保持不作用或關閉。在一實例中，其中在沒有作動泵534A和534B時，流經支道542B的流體會相等地分配至支道542A和542B，該慣性泵534B1的發動會造成慣性泵534C1和534C2聯合發動之流動流量的1/2。結果，經由支道542B流至貯槽522B的流體會實質上被阻止或關閉(以”X”表示)，而使該流體會從貯槽522C經由支道542A流入貯槽522A中。
圖11示出微流體閥520在一第四操作狀態，其中流體係由貯槽522B泵出並被導至貯槽522A。在所示之例中，致動器438(示於圖7)會作動或發動二慣性泵534B1和534B2來由貯槽522B泵送流體。在泵534B1和534B2作動一預定的時段之後，乃視通道532的長度尺寸，及該流體的黏度和泵534等之特性而定，致動器438會作動或發動慣性泵534C1，而泵534C2和534A1、534A2等保持不作用或關閉。在一實例中，其中在沒有作動泵534A和534C時，流經支道 542B的流體會相等地分配至支道542A和542C，該慣性泵534C1的發動會造成慣性泵534B1和534B2聯合發動之流體流量的大約1/2。結果，經由支道542C流至貯槽522C的流體會實質上被阻止或關閉(以”X”表示)，而使流體會從貯槽522B經由支道542A流入貯槽522A中。
圖12示出微流體閥520在一第五操作狀態，其中流體係由貯槽522B泵出，並被導至貯槽522C。在所示之例中，致動器438(示於圖7)會作動或發動二慣性泵534B1和534B2來由貯槽522B泵送流體。在泵534B1和534B2作動或發動一預定的時段之後，乃視通道532的長度尺寸，及該流體的黏度和泵534等之特性而定，致動器438會作動或發動慣性泵534A1，而泵534A2和534C1，534C2等保持不作用或關閉。在一實例中，其中在沒有作動泵534A和534C時，流經支道542B的流體會相等地分配至支道542A和542C，慣性泵534A1的發動會造成慣性泵534B1和534B2聯合發動之流體流量的大約1/2。結果，經由支道542A流至貯槽522A的流體會實質上被阻止或關閉(以”X”表示)，而使該流體從貯槽522B經由支道542C流入貯槽522C中。
圖13示出微流體閥520在一第六操作狀態，其中流體係由貯槽522C泵出並被導至貯槽522B。在所示之例中，致動器438(示於圖7)會作動或發動二慣性泵534C1和534C2來由貯槽522C泵送流體。在泵534C1和534C2作動或發動一預定的時段之後，乃視通道532的長度尺寸，及該流體的黏度和泵534等的特性而定，致動器438會作動或發動 泵性泵534A1，而泵534A2和534B1、534B2等保持不作用或關閉。在一實例中，其中在沒有作動泵534A和534B時，流經支道542C的流體會相等地分配至支道542A和542B，該慣性泵534A1的發動會造成慣性泵534C1和534C2聯合發動之流體流量的大約1/2。結果，經由支道542A流至貯槽522A的流體會實質上被阻止或關閉(以”X”表示)，而使該流體從貯槽522C經由支道542B流入貯槽522B中。
雖微流體閥520係被示出具有一對慣性泵534與各貯槽522相關連，但在其它實例中，微流體閥520可包含一較大數目的該等慣性泵與各貯槽522相關連。雖微流體閥520係被示出具有慣性泵534等，它們係以一垂直於支道542的方向堆疊，其中該流體被泵送的流率係藉調整各對泵中被發動之泵534的數目來調整，但在其它實例中，泵534等亦可被以一平行於該支道542的方向堆疊，其中該等泵係被設成(類似於系統320的泵334等)會使該流體被該等泵泵送的流率，可藉選擇地發動某些慣性泵534，它們係與其相關連的貯槽522相隔不同的距離者，而來被附加地調整。
在圖8~13所示的各例中，若在導至該等接收貯槽的支道中沒有任何來自慣性泵的阻抗流時，則該等支道彼此的相對角度和該等支道的較相等尺寸，會使流自源貯槽的流體在相交處544相等地分配於該二接收貯槽。若要阻止該流體流至該等接收貯槽之一者，則在該流體流要被阻止的支道內之慣性泵會造成一流體流率，其係為來自作為流體源的貯槽之流體流率的一半。在某些實例中，若在導至 該等接收貯槽的支道中沒有任何來自該等慣性泵的阻抗流，流自該源貯槽的流體亦可在相交處544不相等地分流，譬如當該等支道導至不同尺寸的接收貯槽時，及/或在相交處544的角度不相等時。於此等情況下，在被阻止的支道中之慣性泵可造成朝向相交處544的流體流率，其係大於或小於來自源貯槽522之流體流率的一半以達成該流體流阻止。在某些實例中，在該等支道中的慣性泵之阻抗亦可另擇地被設定大小來減少流至一相關貯槽的流體，而非阻止或完全地阻斷該流體流。
圖14和15示出微流體閥620，係為微流體閥20之一實施例，在不同的操作狀態。微流體閥620係類似於微流體閥620，唯除微流體閥620包含四個貯槽622A、622B、622C和622D(統稱為貯槽622)被通道632連接，其中有多數個慣性泵634等係與各貯槽622相關連，其作為一源貯槽或作為一接收貯槽乃視該微流體閥620的操作狀態而定。該多數個慣性泵634係可被一致動器438(於前針對系統420被示出並描述)選擇地作動，而來選擇地控制由貯槽622等之一者流至一或多個其它貯槽622的流體之流量。
通道632係類似於通道532。通道632會連接各貯槽622，並包含支道640A、640B、640C和640D(統稱為支道640)，它們係在一相交處644彼此連接。雖所示者係為互相平行或垂直，但各支道640亦可由彼此以其它角度延伸。
在所示之例中，系統620包含三個可選擇地作動的慣性泵634，靠近於各相關連或指定的貯槽622並遠離其 餘的貯槽622。在所示之例中，系統620包含慣性泵634A1、634A2靠近貯槽622A，包含慣性泵634B1、634B2靠近貯槽622B，包含慣性泵634C1、634C2靠近貯槽622C，並包含慣性泵634D1、634D2靠近貯槽622D，每個慣性泵634皆可被致動器438獨立地作動，而使各組慣性泵634的一或更多個慣性泵可被作動，或使一對的兩個致動器皆可被作動，或使一對的兩個致動器皆沒有被作動。在所示之例中，各個慣性泵634當發動時，會產生大致相同的泵送力來以一流率造成流體流，該流率相等於其它慣性泵634當發動時的流率。在一實例中，各個慣性泵634包含一氣泡噴射泵含有一微加熱器，譬如一TIJ熱電阻元件。在其它實例中，噴性泵634可包含其它類型慣性泵，譬如具有可偏轉膜的慣性泵比如PZT泵。
圖14示出微流體閥620在一第一操作狀態，其中流體係由貯槽622A泵出並被導至貯槽622B。在所示之例中，致動器438(示於圖7)會作動或發動各個慣性泵634A1、634A2和634A3來由貯槽622A泵送流體。在泵634A1~634A3作動或發動一預定的時段之後，乃視通道632的長度尺寸，及該流體的黏度和泵634的特性而定，致動器438會作動或發動慣性泵634C1和634D1，而泵634C2、634C3和各個慣性泵634B1~634B3保持不作用或關閉。在一實例中，其中在沒有作動泵634B、634C和634D時，流經支道642A的流體會相等地分配於支道642B、642C和642D，該慣性泵634C1的發動會造成慣性泵634A1~634A3聯合發動之流體流量的 1/3。結果，經由支道642C流至貯槽622C的流體實質上會被阻止或關閉(以”X”表示)。該慣性泵634D1的發動會造成慣性泵634A1~634A3聯合發動之流體流量的1/3。結果，經由支道642D流至貯槽622D的流體實質上會被阻止或關閉(以”X”表示)。因此，該流體會從貯槽622A經由支道642B流入貯槽622B中。
圖15示出微流體閥620在一第二操作狀態，其中流體係由貯槽622A泵出，並被導至貯槽622D。在所示之例中，致動器438(示於圖7)會作動或發動各個慣性泵634A1、634A2和634A3來由貯槽622A泵送流體。在泵634A1~634A3作動或噴發一預定的時段之後，乃視通道632的長度尺寸，及該流體的黏度和泵634等之特性而定，致動器438會作動或發動慣性泵634B1和634C1，而泵634B2、634B3，泵634C2、634C3及各慣性泵634D1~634D3保持不作用或關閉。在一實例中，其中在沒有作動泵634B、634C和634D時，流經支道642A的流體會相等地分配於支道642B、642C和642D，該慣性泵634B1的發動會造成慣性泵634A1~634A3聯合發動之流體流量的1/3。結果，經由支道642B流至貯槽622B的流體會實質上被阻止或關閉(以”X”表示)。該慣性泵634C1的發動會造成慣性泵634A1~634A3聯合發動之流體流量的1/3。結果，經由支道642C流至貯槽622C的流體會實質上被阻止或關閉(以”X”表示)。因此，該流體會從貯槽622A經由支道642D流入貯槽622D中。微流體閥620可被以一類似的方式操作，來選擇地由一個所擇的貯槽622將流體 導入另一個所擇的貯槽622中。以一類似的方式，微流體閥620可被操作來選擇地發動或作動慣性泵634等，以將流體由一個所擇的貯槽622導入其它的各個貯槽622中，或一對選擇的貯槽622中。在某些實例中，微流體閥620可被操作而藉選擇地作動慣性泵634等，來由一對貯槽或三個該等貯槽將流體導入一或二個所擇的貯槽中。
在圖14和15中所示的各例中，若導至該等接收貯槽的支道中沒有任何來自該等慣性泵的阻抗流時，該等支道彼此的相對角度和該等支道的較相等尺寸，會使流自源貯槽的流體在相交處644相等地分配於該三個接收貯槽。為阻止流體流至兩個該等接收貯槽，在其中流體流要被阻止的支道內的慣性泵會造成一流體流率，其係為流自該作為流體源之貯槽的流體流率的三分之一。在其它實例中，其中有n個潛在的接收貯槽能由一源貯槽接收流體，且其中流自該源貯槽的流體在沒有任何阻抗流時會在該相交處相等地分配於不同的支道，藉著作動在導至該等接收貯槽之個別支道中的慣性泵，而來造成一阻抗流其係為來自該源貯槽之流體流率的1/n，則流體流會被導至該等潛在的接收貯槽之一個特定貯槽。
於某些實例中，在導至該等接收貯槽的支道中沒有任何來自該等慣性泵的阻抗流時，流自該源貯槽的流體在該相交處譬如在相交處644可能不相等地分流。此在該相交處不相等地分配一流體流，可能當導至該等接收貯槽的支道具有不同尺寸及/或在相交處644的角度不相等時造 成。於此等情況下，在被阻止的支道內之慣性泵可以朝向相交處644造成一流體流率，其係大於或小於來自該源貯槽之流體流率的1/n，以達到該流體流阻止。於某些實例中，在該等支道中的慣性泵之阻抗流亦可另擇地被設定大小來減少流至一相關連貯槽的流體流，而非阻止或完全地阻斷該流體流。
雖微流體閥620係被示出具有一組的三個慣性泵630與各貯槽622相關連，但在其它實例中，微流體閥620可包含一更大數目的該等慣性泵與各貯槽622相關連。雖微流體閥620係被示出具有數慣性泵634，它們係以一垂直於支道642的方向堆疊，其中流體被泵送的流率係藉調整各個被噴發介面之泵634的數目來調整，但在其它實例中，泵634等可被以一平行於該支道642的方向堆疊，其中該等泵係被設成(類似於系統320的泵334等)，使流體被該等泵泵送的流率可額外地藉選擇地發動相隔於其相關連的貯槽622不同距離之慣性泵634而來被附加地調整。
雖本揭露已參照實施例等來被摘述，但精習於該領域的工作者將會瞭解在形式和細節上可被改變，而不超出所請求之標的內容的精神與範圍。例如，雖不同的實施例可能已被描述為包含一或多個特徵會提供一或更多的利益，但其亦能想知該等所述的特徵可在所述實施例中或在其它變化實施例中被彼此互換或者互相組合。因為本揭露的技術係較為複雜，故在該技術上的改變並非全然可先預見。參照實施例所述之本揭露和陳明於後的申請專利範圍 顯然地係意圖盡可能地寬度。例如，除非有具體地不同表示，載述單一特定元件的請求項亦涵蓋多數個該等特定元件。
20‧‧‧微流體閥
22,24‧‧‧貯槽
32‧‧‧通道
34‧‧‧慣性泵
PG‧‧‧壓力梯度

Claims (13)

  1. 一種微流體閥，包含：一第一貯槽；一第二貯槽；一通道連接該第一貯槽至該第二貯槽，其中該通道包含一第一支道、一第二支道由一與該第一支道相交處延伸、及一第三支道由該相交處延伸並連接於一第三貯槽，及其中該第二貯槽係能在一壓力梯度下經由該通道從該第一貯槽接收流體；一第一慣性泵在該通道內靠近該第二貯槽並遠離該第一貯槽；一第二慣性泵在該第三支道內靠近該第三貯槽並遠離該相交處；及一致動器能獨立地改變該第一慣性泵和該第二慣性泵的泵送。
  2. 如請求項1之閥，其中該泵包含一氣泡噴射泵。
  3. 如請求項1之閥，更包含一致動器能選擇地改變該第一慣性泵離該第二貯槽之一間隔。
  4. 如請求項1之閥，更包含：一第三慣性泵靠近該第二貯槽並遠離該第一貯槽；及一致動器能選擇地作動該第一慣性泵和該第三慣性泵。
  5. 如請求項4之閥，包含一形成該第一慣性泵和該第三慣性泵之可獨立作動的噴發電阻器之陣列，其中該陣列的噴發電阻器等係不同地相隔於該第二貯槽。
  6. 如請求項1之閥，包含一形成該第一慣性泵之可獨立作動的噴發電阻器之陣列，該陣列的電阻器等係相等地相隔於該第二貯槽，其中該致動器包含一控制器能選擇地噴發該等電阻器，而改變被作動的電阻器之數目來改變一泵送力。
  7. 如請求項1之閥，更包含一致動器能選擇地改換一在一所予位置之第一慣性泵的泵送力。
  8. 如請求項1之閥，更包含一致動器能選擇地改變一在一所予位置之第一慣性泵的泵送力和該慣性泵的位置之一者。
  9. 如請求項1之閥，更包含一第三慣性泵在該第一支道內，其中該致動器係能獨立地改變該第一慣性泵、該第二慣性泵和該第三慣性泵的泵送。
  10. 如請求項1之閥，其中該第二貯槽在該第二貯槽與該通道之一接合處有一截面積係為該通道在該接合處之一截面積的至少10倍。
  11. 一種微流體閥控方法，包含：在一第一貯槽、一第二貯槽與一第三貯槽之間施加一壓力梯度來從該第一貯槽經由一通道偏壓流體流至該第二貯槽及該第三貯槽，其中該通道包含一第一支道由該第一貯槽延伸、一第二支道由一與該第一支道相交 處延伸至該第二貯槽、及一第三支道由該相交處延伸並連接於該第三貯槽；及選擇地作動一在該第二支道內靠近該第二貯槽並遠離該第一貯槽的第一慣性泵，及一在該第三支道內靠近該第三貯槽並遠離該相交處的第二慣性泵來控制該流體流。
  12. 如請求項11之方法，包含選擇地改變在一所予位置的慣性泵之一泵送力和該慣性泵的位置等之一者來控制該流體流。
  13. 一種微流體閥，包含：一第一貯槽；一第二貯槽；一第三貯槽；一通道包含一第一支道由該第一貯槽延伸，一第二支道由一與該第一支道相交處延伸至該第二貯槽，及一第三支道由該相交處延伸至該第三貯槽，其中該第二貯槽和該第三貯槽係能在一壓力梯度下經由該通道從該第一貯槽選擇地接收流體；一第一氣泡噴射泵在該第二支道內靠近該第二貯槽並遠離該相交處；一第二氣泡噴射泵在該第三支道內靠近一第三貯槽並遠離該相交處；及一致動器能獨立地改變該第一氣泡噴射泵和該第二氣泡噴射泵的泵送來控制流至該第二貯槽和該第三 貯槽的流體流。
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