TWI780832B

TWI780832B - 氣體傳輸裝置

Info

Publication number: TWI780832B
Application number: TW110127150A
Authority: TW
Inventors: 莫皓然; 陳世昌; 廖家淯; 曾俊隆; 韓永隆; 黃啟峰; 蔡長諺
Original assignee: 研能科技股份有限公司
Priority date: 2021-07-23
Filing date: 2021-07-23
Publication date: 2022-10-11
Also published as: TW202305243A; EP4123175A1; US20230034620A1; JP7602498B2; CN115681105A; JP2023016675A; EP4123175B1; CN115681105B; US11746773B2

Abstract

一種氣體傳輸裝置，包含：外殼，包含殼體及頂蓋，殼體上設有進氣端、出氣端及容置槽；閥體，包含出氣板、閥片及第一板件，出氣板具有複數個出氣孔，第一板件具有複數個第一通孔，閥片具有複數個閥孔，閥孔與第一通孔錯位設置，閥孔與出氣孔對應設置；致動體，包含第二板件、框架及致動組件，堆疊設置於閥體上；框架，堆疊設置於第二板件上，以及致動組件，為一矩形型態，堆疊設置於框架上；藉此，致動體受驅動時，透過第一通孔與閥孔之間錯位設置，當氣流為正向時，閥體以打開流路的操作，當氣流為逆向時，閥體以關閉流路的操作。

Description

氣體傳輸裝置

本案關於一種氣體傳輸裝置，尤指一種大流量的氣體傳輸裝置。

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用以傳輸流體的泵浦為其關鍵元件，是以，如何藉創新結構突破其技術瓶頸，為發展的重要內容。

隨著科技的日新月異，流體傳輸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蹤影，可見傳統的泵浦已漸漸有朝向裝置微小化、流量極大化的趨勢。

然而，目前氣體傳輸裝置朝向流量極大化的趨勢，其最主要結構設計就是要防止逆流，產生單向的流量，因此，如何產生大流量的氣體傳輸裝置，為本案所研發的主要課題。

本案的主要目的係提供一種氣體傳輸裝置，以出氣板、閥片、第一板件、第二板件及方形的致動組件依序堆疊搭配應用，利用閥片、第一板件及第二板件結構所構成閥體，當氣流為正向時閥體以打開流路的方式動作，當氣流為逆向時閥體以關閉流路的方式動作，藉此防止逆流，產生單向氣流，構成一大流量的氣體傳輸裝置。

本案的一廣義實施態樣為一種氣體傳輸裝置，包含：一外殼，包含一殼體及一頂蓋，該殼體上設有一進氣端、一出氣端及一容置槽，該容置槽與該進氣端及該出氣端相通，且該頂蓋覆蓋於該容置槽上；一閥體，包含依序堆疊設置於該容置槽內之一出氣板、一閥片及一第一板件，而該閥片位於該出氣板及該第一板件之間，其中該出氣板具有複數個出氣孔，該第一板件具有複數個第一通孔，該閥片具有複數個閥孔，且該閥孔與該第一通孔錯位設置，該閥孔與該出氣孔對應設置；以及一致動體，包含一第二板件、一框架及一致動組件，其中該第二板件，堆疊設置於該閥體上，且該第二板件的厚度大於該第一板件的厚度，而該第二板件具有複數個第二通孔，該第二通孔與該第一通孔對應；該框架，堆疊設置於該第二板件上，以及該致動組件，為一矩形型態，堆疊設置於該框架上；藉此，該致動體受驅動時，透過該第一通孔與該閥孔之間錯位設置，當氣流為正向時，該閥體以打開流路的操作，當氣流為逆向時，該閥體以關閉流路的操作。

100:氣體傳輸裝置

1:外殼

11:殼體

111:進氣端

112:出氣端

113:容置槽

114:定位凸柱

12:頂蓋

2:閥體

20:定位孔

21:出氣板

211:出氣孔

212:凹部

23:第一板件

231:第一通孔

22:閥片

221:閥孔

3:致動體

31:第二板件

311:第二通孔

32:框架

321:引腳

322:進氣腔室

33:致動組件

331:進氣板

3311:進氣孔

3312:致動區

3313:固定區

332:壓電片

333:絕緣框架

334:導電框架

3341:電極

3342:接腳

335:緩衝片

A-A:剖面線

B-B:剖面線

C:標號

d2:出氣孔的孔徑

d4:閥孔的孔徑

G:間距

第1A圖為本案氣體傳輸裝置的外觀示意圖。

第1B圖為本案氣體傳輸裝置的分解示意圖。

第2A圖為本案氣體傳輸裝置依俯視角度所視得平面示意圖。

第2B圖為依照第2A圖中A-A剖面線所視得的剖面示意圖。

第2C圖為依照第2A圖中B-B剖面線所視得的剖面示意圖。

第2D為依照第2C圖中標號C所視得的局部剖面示意圖。

第3A圖至第3C圖及第4A至第4B圖為本案氣體傳輸裝置作動示意圖。

第5圖為本案氣體傳輸裝置另一實施例示意圖。

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當作說明之用，而非用以限制本案。

本案提供一種氣體傳輸裝置100，請參閱第1A圖、第1B圖及第2A圖所示，氣體傳輸裝置100包含一外殼1一閥片22及一致動體3。

上述的外殼1包含了一殼體11及一頂蓋12，殼體11呈一方形盒體，具有一進氣端111、一出氣端112、一容置槽113及複數個定位凸柱114，進氣端111與出氣端112分別位於殼體11的兩相對側壁，且與容置槽113相連通，複數個定位凸柱114位於容置槽113內，在本實施例中，定位凸柱114為4個，分別設置在容置槽113的四隅角，但不以此為限，而頂蓋12固定於該殼體11且封蓋容置槽113。

如第1A圖、第1B圖及第2A圖至第2D圖所示，閥體2包含依序堆疊設置於容置槽113內之出氣板21、閥片22、第一板件23，且閥片22位於出氣板21與第一板件23之間，以及出氣板21、閥片22、第一板件23在對應到定位凸柱114位置分別設置一定位孔20，如此出氣板21、閥片22、第一板件23的定位孔20對應套入殼體11的定位凸柱114中，即可定位構成一閥體2，具有防止逆流而產生單向流量的作用；且於本實施方式中，出氣板21、第一板件23皆為金屬板，閥片22為一柔性薄膜，厚度大約0.4~0.6微米(μm)，最佳為0.5微米(μm)，本實施例較佳閥片22為聚醯亞胺薄膜(Polyimide Film)，但不以此為限。

上述的出氣板21具有複數個出氣孔211，第一板件23具有複數個第一通孔231，閥片22具有複數個閥孔221，閥孔221的位置與第一通孔231相互錯位，使閥片22得以封閉第一通孔231，而閥孔221的位置與出氣孔211 相互對應，且閥孔的孔徑d4大於或等於出氣孔的孔徑d2，如此出氣孔211的孔徑設計，可使閥體2打開流路時，大流量的氣流由閥孔221再經過出氣孔211快速排出；又出氣板21具有一由表面凹陷形成一深度的凹部212，而閥片22覆蓋於出氣板21上，致使閥片22與出氣板21的凹部212保持一間距G，此間距G與出氣板21的厚度之間的比例為1：2至2：3之間，大約是40~70微米(μm)，在本實施例中，最佳較是60微米(μm)；如此閥體2設計，當閥片22偏置朝向第一板件23方向時，致使閥片22得以封閉第一通孔231，閥體2以關閉流路的方式動作(如第3B圖所示)，當閥片22偏置朝向出氣板21方向時，閥片22得以在間距G中振動氣流，且氣流(箭頭所指的路徑)通過閥孔221再快速經過出氣孔211排出，閥體2以打開流路的方式動作如第3C圖所示)。藉此閥體2設計得以防止逆流而產生單向氣流的大流量控制作用。

又，一致動體3包含第二板件31、框架32、致動組件33，上述的第二板件31固設於第一板件23上，且第二板件31的厚度大於第一板件23，第二板件31具有複數個第二通孔311，第二通孔311的數量、位置、孔徑皆與第一通孔231對應，於本實施例中，第二通孔311的孔徑與第一通孔231的孔徑相同；而框架32設有一引腳321，供以導線連接電性。於本實施例中，第二板件31為金屬板。

上述的框架32設置定位於第二板件31上，致動組件33設置定位於框架32上；上述的致動組件33包含有一進氣板331、一壓電片332、一絕緣框架333、一導電框架334。

上述的進氣板331具有複數個進氣孔3311，進氣孔3311在進氣板331平面上沿一形狀排列設置，於本實施例中，進氣孔3311沿正方形排列，進氣板331透過進氣孔3311排列的形狀定義出一致動區3312及一固定區 3313，被進氣孔3311所包圍在其中的為致動區3312，位於進氣孔3311外圍的係為固定區3313。上述的進氣孔3311呈漸縮狀，可提升進氣效率，及具有易進難出防止氣體回流的效果，且進氣孔3311的數量為偶數，於一實施例，進氣孔3311的數量為48個，於另一實施例，進氣孔3311的數量為52個，但不以此為限；此外，上述進氣孔3311排列形狀可為矩形、正方形、圓形等。

上述的壓電片332的形狀為正方形，壓電片332設置於進氣板331的致動區3312，壓電片332與進氣板331的致動區3312相對應。於本實施例中，進氣孔3311依正方形排列時，致動區3312被定義為正方形，壓電片332亦為正方形，且如上所述，進氣孔3311排列形狀可為矩形、正方形、圓形等，致動區3312隨進氣孔3311的排列改變其形狀，壓電片332亦與其形狀對應。

上述的絕緣框架333設置於進氣板331的固定區3313，導電框架334設置絕緣框架333上；上述的導電框架334具有一電極3341及一接腳3342，電極3341電接觸壓電片332，接腳3342對外連接一導線，而進氣板331本身亦為導電材料與壓電片332電接觸，且框架32的引腳321供另一導線連接，即可完成致動組件33的驅動迴路，如此本案氣體傳輸裝置100可透過兩導線傳輸驅動訊號，其中一條導線通過導電框架334的接腳3342再由電極3341傳輸給壓電片332驅動訊號，以及另一條導線通過框架32的引腳321，再通過框架32與進氣板331貼合接觸而再透過進氣板331與壓電片332貼合再傳輸給壓電片332驅動訊號，致使壓電片332接收驅動訊號(驅動電壓及驅動頻率)而形變，進而帶動致動組件33產生上下位移的驅動(如第3B圖至第3C圖所示)。

上述的致動組件33的形狀為矩形型態，在本案具體實施例中，致動組件33的形狀為正方形，是以本案在相同的裝置外圍尺寸下，致動組件33採用正方形外觀設計，相對其所構成組件的進氣板331、壓電片332、絕緣框架333、導電框架334也是採用正方形，其相較於傳統習知圓形的致動組件的設計，明顯具有省電的優勢，且其消耗功率的比較係如下表一所示：

是以，致動組件33係為在共振頻率下操作的電容性負載，其消耗功率會隨頻率的上升而增加，然而由於正方形設計的致動組件33的共振頻率明顯較圓形的致動組件低，故其相對的消耗功率亦明顯較低，亦即本案所採用正方形設計的致動組件33相較於以往的圓形致動組件的設計，實具有省電優勢。

再參閱第1A圖、第1B圖、第2A圖至第2D圖、第3A圖至第3C圖及第4A圖至第4B圖所示，上述的出氣板21、閥片22、第一板件23、第二板件31及致動組件33依序堆疊容設於外殼1的殼體11的容置槽113內，再由頂蓋12固定於殼體11，封蓋容置槽113所構成氣體傳輸裝置100，以及致動組件33依序進氣板331、壓電片332、絕緣框架333、導電框架334堆疊固設於框架32上，並使致動組件33、框架32、第二板件31之間形成一進氣腔室322；又，第一板件23的第一通孔231及第二板件31的第二通孔311皆位於進氣板331的致動區3312的垂直投影區下，與致動區3312垂直對應。

在本案具體實施例中，如第3A圖至第3C圖所示，當壓電片332接收驅動訊號(驅動電壓及驅動頻率)，透過逆壓電效應由電能轉換為機械能，根據驅動電壓的大小來控制壓電片332的變形量，以及操作驅動頻率來控制壓電片332的變形頻率，由壓電片332的變形帶動致動組件33開始傳輸氣體。

再請參閱第3B圖所示，壓電片332收到驅動訊號後開始產生形變，帶動進氣板331向上彎曲，此時進氣腔室322的容積變大，並形成一負壓，而使閥片22被吸引向上且封閉第一板件23的第一通孔231，此時如第4A圖所示殼體11的進氣端111側氣體被吸入進入致動組件33內得以進入進氣腔室322內；再請參閱第3C圖所示，壓電片332收到的驅動訊號又產生形變，帶動進氣板331向下彎曲，壓縮進氣腔室322，此時如第4圖所示殼體11的進氣端111側氣體被吸入進入致動組件33內，同時推動進氣腔室322內部的氣體分別通過第二板件31的第二通孔311以及第一板件23的第一通孔231向下傳輸，致使動能由致動組件33向下傳遞而傳到間距G時，能讓動能推動閥片22位移，讓閥片22產生脫離第一通孔231而抵靠於出氣板21，進而打開流路動作，將氣體通過閥孔221向下傳輸至出氣板21的出氣孔211，再通過出氣孔211，最後由殼體11的出氣端112排出氣體(如第4B圖所示)；之後，又如第3B圖所示，壓電片332帶動進氣板331向上彎曲，提高進氣腔室322的容積時，進氣腔室322內形成負壓狀態，造成閥片22封閉第一通孔231，避免氣體通過閥孔221及第一通孔231、第二通孔311回流至進氣腔室322，且容置槽113的氣體進入進氣腔室322時，容置槽113的氣壓將低於氣體傳輸裝置100外部的氣壓，氣體傳輸裝置100外的氣體即通過進氣端111進入容置槽113(如第4A圖所示)；當壓電片332收到的驅動訊號又產生形變再次帶動致動組件33向下位移時，便如先前所述，將進氣腔室322內的氣體向下導送，最後由出氣端112排出，透過驅動訊號持續進行前述步驟，即可快速地將氣體由進氣端111導入，由出氣端112排出，達到大流量的功效。

請再參閱第5圖所示，於另一實施例中，氣體傳輸裝置100可更包含一緩衝片335，緩衝片335設置於壓電片332與進氣板331之間，用以調整壓電片332與進氣板331之間的共振頻率。

上述出氣板21、閥片22、第一板件23的所構成閥體2，閥體2流體的總流量，可以是依據出氣孔211、閥孔221、第一通孔231的孔徑或數量來設計實現，請參閱下表2所示，出氣孔211的孔徑與數量以及閥孔221、第一通孔231的數量關係表，以實現氣體傳輸裝置100達到大流量的最佳功效。

此外，本案具體實施例中，出氣板21、閥片22、第一板件23的所構成閥體2，在設計上，已考量閥片22為一柔性薄膜，厚度大約0.4~0.6微米 (μm)，且閥片22與出氣板21的凹部212所保持間距G落在大約是40~70微米(μm)範圍內，因此在致動組件33的壓電片332維持在20~22千赫茲(kHz)的工作頻率，最佳是在21千赫茲(kHz)的工作頻率下，維持壓差30微米(μm)波長的振盪，匹配0.5微米(μm)的閥片22設置在出氣板21的凹部212所保持40~70微米(μm)範圍內間距G，即可在此間距G內振盪形成一疏密波的單向引流的防止逆流最佳效果，由此影響可獲得最大流量，使隨著空氣流動通過閥體而發生的壓降最小化對於最大化的閥性能而言是重要的。

綜上所述，本案所提供的氣體傳輸裝置，以出氣板、閥片、第一板件、第二板件及方形的致動組件依序堆疊搭配應用，利用閥片、第一板件及第二板件結構所構成閥體，閥體內第一通孔、閥孔及出氣孔皆位於被進氣孔包圍的致動區下，當壓電片帶動進氣板時，能夠快速將氣體向下導送，再透過第一通孔與閥孔之間錯位處理，避免氣體回流，具有大流量及避免氣體回流的結構，當氣流為正向時閥體以打開流路的方式動作，當氣流為逆向時閥體以關閉流路的方式動作，藉此防止逆流，產生單向氣流，能夠提高氣體傳輸量，大幅提高氣體流量，構成一大流量的氣體傳輸裝置，極具產業利用性。

本案得由熟知此技術的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:外殼

100:氣體傳輸裝置

111:進氣端

112:出氣端

12:頂蓋

Claims

一種氣體傳輸裝置，包含：一外殼，包含一殼體及一頂蓋，該殼體上設有一進氣端、一出氣端及一容置槽，該容置槽與該進氣端及該出氣端相通，且該頂蓋覆蓋於該容置槽上；一閥體，包含依序堆疊設置於該容置槽內之一出氣板、一閥片及一第一板件，而該閥片位於該出氣板及該第一板件之間，其中該出氣板具有複數個出氣孔，該第一板件具有複數個第一通孔，該閥片具有複數個閥孔，且該閥孔與該第一通孔錯位設置，該閥孔與該出氣孔對應設置；以及一致動體，包含一第二板件、一框架及一致動組件，其中該第二板件，堆疊設置於該閥體上，而該第二板件具有複數個第二通孔，該第二通孔與該第一通孔對應；該框架，堆疊設置於該第二板件上，以及該致動組件，為一矩形型態，堆疊設置於該框架上，其中該致動組件包含：一進氣板，具有複數個進氣孔，其中該進氣板的平面上透過該進氣孔位置定義出一致動區及一固定區，該致動區為該進氣孔所包圍，而該進氣孔外圍為該固定區；一壓電片，設置於該進氣板的該致動區；一絕緣框架，設置於該進氣板的該固定區；以及一導電框架，設置於該絕緣框架上；其中，該閥體內該第一通孔、該閥孔及該出氣孔位於被該進氣孔所包圍的該致動區下，當該壓電片帶動該進氣板時，透過該第一通孔與該閥孔之間錯位設置，當氣流為正向時，該閥體以打開流路操作，當氣流為逆向時，該閥體以關閉流路操作；藉此，該致動體受驅動時，透過該第一通孔與該閥孔之間錯位設置，當氣流為正向時，該閥體以打開流路操作，當氣流為逆向時，該閥體以關閉流路操作。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該容置槽內設置有複數個定位凸柱，且該出氣板、該閥片、該第一板件在對應到該定位凸柱位置分別設置一定位孔，該出氣板、該閥片、該第一板件的該定位孔對應套入該定位凸柱中，定位構成該閥體。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該出氣板具有一由表面凹陷形成一深度的凹部，而該閥片覆蓋於該出氣板上，致使該閥片與該出氣板的該凹部保持一間距。
如請求項3所述的氣體傳輸裝置，其中該間距與該出氣板的厚度之間的比例為1：2至2：3之間。
如請求項3所述的氣體傳輸裝置，其中該間距為40~70微米。
如請求項3所述的氣體傳輸裝置，其中該間距為60微米。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該閥片為一柔性薄膜。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該閥片為一聚醯亞胺薄膜。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該閥片的厚度為0.4~0.6微米。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該閥孔的孔徑大於該出氣孔的孔徑。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該閥孔的孔徑等於該出氣孔的孔徑。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該第一通孔的孔徑與該第二通孔的孔徑相同。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該進氣孔呈漸縮狀。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，該進氣孔的數量為偶數。
如請求項14所述的氣體傳輸裝置，該進氣孔數量為48個。
如請求項14所述的氣體傳輸裝置，該進氣孔數量為52個。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，該進氣孔在該進氣板平面上排列形狀為矩形。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，該進氣孔在該進氣板平面上排列形狀為正方形。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，該進氣孔在該進氣板平面上排列形狀為圓形。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，該致動區呈正方形，該壓電片呈正方形。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，更包含一緩衝片，該緩衝片設置於該進氣板與該壓電片之間。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該出氣板、該第一板件、該第二板件皆為金屬板。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該致動組件的該壓電片維持在20~22千赫茲的工作頻率。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該致動組件的該壓電片維持在21千赫茲的工作頻率。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該出氣孔的孔徑為100微米，該出氣孔的數量為49個，該閥孔數量為24個，該第一通孔數量為20個。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該出氣孔的孔徑為200微米，該出氣孔的數量為49個，該閥孔數量為24個，該第一通孔數量為20個。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該出氣孔的孔徑為300微米，該出氣孔的數量為36個，該閥孔數量為18個，該第一通孔數量為18個。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該出氣孔的孔徑為400微米，該出氣孔的數量為36個，該閥孔數量為18個，該第一通孔數量為18個。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該出氣孔的孔徑為500微米，該出氣孔的數量為25個，該閥孔數量為12個，該第一通孔數量為12個。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該出氣孔的孔徑為600微米，該出氣孔的數量為25個，該閥孔數量為12個，該第一通孔數量為10個。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該出氣孔的孔徑為700微米，該出氣孔的數量為25個，該閥孔數量為12個，該第一通孔數量為10個。
如請求項1所述的氣體傳輸裝置，其中該出氣孔的孔徑為800微米，該出氣孔的數量為25個，該閥孔數量為12個，該第一通孔數量為10個。