热分解反应致动泵系统的制作方法

文档序号:5458039阅读:212来源:国知局
专利名称:热分解反应致动泵系统的制作方法
技术领域
本发明涉及一种微型致动泵,特别是一种以热分解产生气体以作为动力之热分解反应致动泵系统。
其中,在微型泵方面,由于其主要应用在小尺度的动力产生,所以,泵的动力产生方式跟大尺度的泵的动力产生有极大的差异,例如,其常常运用毛细管作用作为动力产生的来源。如此的微型泵,常应用如传送化学试剂、产生压力差、移动冷媒、传输血液等等许多不同的应用。此种微型泵亦可依传输动力的介质而将泵区分为气动式(pneumatic)与液动式(fluid);其中,液动式泵系在泵的回路系统中推动液体的流动以产生动力;气动式泵则通过推动泵回路中的气体来推动整个泵的回路系统。
在液动式泵方面,目前有几种主要的微型泵的设计,如薄膜泵(membrane pumps),其运用两个单向阀并利用一个以电控制其震动的薄膜,利用此薄膜的震动即可让单向阀中的流体产生流动,此种设计类似心脏的单向阀流动;另有扩散器泵(diffuser pumps),其利用两个扩散率不同的开口,在两个开口的中间运用一薄膜震动装置反复震动,利用扩散率不同而产生的净流动即可成为动力来源;还有一种,称之为旋转式泵(rotary pumps)的设计,此种泵利用齿轮的设计,利用齿轮带动流体的转动而产生动力;另有一种电氢动力式泵(electrohydrodynamic pumping,EHDP),其利用流管内的电位不断变化,将带电的流体加以推动;还有一种叫做电渗式泵(electroosmotic pumping),其利用带电流体两端的电位差让流体流动;超声波泵(ultrasonic pumps)则利用流体腔中所产生的超声波来带动流体;热毛细管泵(thermocapillary pumping,TCP)则将毛细管中的两端之一端加热,利用毛细管作用产生流体的动力;电湿润泵(electrowetting pumping)。
液动式泵有一个共同的问题是,大部分都有连续性的要求,亦即,流体不能有不连续的情形,否则会影响流体的流动。而电氢动力式泵与电渗式泵则必须在带电液体中才能操作,所以,有其限制。
在气动式泵方面,目前已有热气动泵(thermopneumatic pumping)与气泡泵(bubble pumps)等微型泵的设计。热气动泵则在加热器端备有气体,当加热器加热时,这些气体即会膨胀,利用此气体膨胀的动力即可作为流体动力的来源,不过,当加热器冷却时,液体又会回流。气泡泵为相当简单的设计,其利用加热器将液体蒸发来产生气泡,利用此蒸发的气泡作为推动力的来源,于是,接近加热器端的温度将相当高。
以上的微型泵,各有其优缺点,如何能制造出一种既简单方便又便宜,且能移动流动管体内的不连续流体的泵,成为泵研究的重要课题。
本发明的另一个目的在于,提供一种热分解反应致动泵系统,可利用温度控制来控制热裂解所产生的气体量,进而控制流体之流速。
本发明的尚有一个目的在于,提供一种热分解反应致动泵系统,利用热裂解所产生的气体,可推动微管内的不连续液体。
本发明的还有一个目的在于,提供一种热分解反应致动泵系统,热裂解所产生的气体,可将所有在微管内的不连续液体推送出去,完成所有液体的推送,如有经过化学反应的液体,可于泵终端直接加以处理,不会有回流至微管内发生污染的现象,且于清洗时,可同样以单向的方式清洗微管。
依据本发明所揭露的技术,本发明提供一种热分解反应致动泵系统,其包含了第一壁面组,其为具有两开口端之管壁结构以限定一通道;一液体,用以注入该通道;第二壁面组,具有一可封闭开口以及与该第一壁面组之一开口端密合并相通之一开口,该第二壁面组限定一反应腔并可通过该可封闭开口注入一热裂解体至该反应腔;及加热器,用以加热该热裂解体,使位于该反应腔中之该热裂解体产生气体通过该通道以推动该液体。
其中,液体可以是水、去离子水、生物溶液或化学溶剂,要用何种液体当视使用的需求而定。而产生气体的热裂解体材料,可选自碳酸氢铵((NH4)CO3)、碳酸氢钠(NaHCO3)、硼氢钠(NaBH4)、偶氮双异丁酮玴(AZDN)、二甲基二亚硝基对苯二甲酰胺(C6H4)-[Con(CH3)-NO]2、苯磺基氢(OBSH)、苯磺酰氢((D-33)SO2(C6H4SO2NH-NH2)2)、二亚硝基五亚甲基四胺(DPT)。而热裂解体则可以是固体、颗粒状固体、丸状固体或者是粉末状固体。只要控制热裂解的温度,即可控制气体产生的速度。
此外,加热器的热源可以是红外线、激光或微波,或者以电阻式加热。
第一壁面组当中微管状的通道,其直径小于1毫米,较佳的直径大小在100-500微米(micros)之间,最佳的直径大小在100-300微米(microns)之间。第一壁面组与第二壁面组可以任何一种微通道制造技术来制作。
通过本发明所提供之热分解反应致动泵系统,只要于第二壁面组当中的反应腔中加入热裂解体,并适当控制加热器的温度以让热裂解体产生适当的温度,即可控制气体的产生并让第一壁面组当中的液体产生推动力。
有关本发明的特征与功能,兹配合附图对最佳实施例详细说明如下
第一壁面组12,其管壁结构限定了微管状的通道14,通道14的直径小于1毫米,较佳的直径大小在100-500微米(micros)之间,最佳的直径大小在100-300微米(microns)之间。第一壁面组12可以任何一种微通道制造技术来制作,下面的制造实施例将会介绍其中几种。
至于第一管壁组12当中的液体22,则可以是水、去离子水、生物溶液或化学溶剂,要用何种液体当视使用的需求而定。
第二壁面组16,设计上,其内部包含了一个空腔,亦即,一个反应腔18,其与第一壁面组12的通道14开口处密合相接以形成空间上的连通,并且,还有一个可封闭开口(未示出)以填注东西进入反应腔18中。热裂解体20即可从可封闭开口处填注至反应腔18当中。热裂解体20的作用在于产生气体,当热裂解体20被加热至热裂解温度时,其即开始产生气体。由于热裂解体20被填注至反应腔18中,所以,一旦热裂解体20开始产生气体,气体即会通过与之连接的第一壁面组12的通道14排出。
至于可以产生气体的热裂解体20材料,可从表1中加以选择,其包含了产生裂解的温度以及裂解所产生的气体。其中,NH3为氨,CO2为二氧化碳,H2O为水。而热裂解体20可以是固体、颗粒状固体、丸状固体或者是粉末状固体。只要控制热裂解的温度,即可控制气体产生的速度。
此外,热裂解体20的材料选择,必须基于不与通道14中的液体22不相互反应为原则;或者,若不考虑液体22与热裂解体20的化性,则可以在液体22与反应腔18的出口处,也就是第一壁面组12的入口处,加上一小段性质稳定的矿物油,例如,硅胶油、石蜡油或针车油等,其可将热裂解体20所产生的气体与液体22加以隔绝,也就不会有化学反应的疑虑发生。
加热器24则用来加热热裂解体20,加热器24的设计方式有许多种,只要能够达到对热裂解体20加热目的的方式皆可,其可装设于基板26上,或者装设于基板26之中。热源(heating source)则可选择如红外线、激光或微波作为加热器24当中的热源;或者,运用电阻式以电加热。为了让温度可均匀传到反应腔18当中,可在加热器24与第二壁面组16之间加上一个导热块(heater block)28,在导热块28与第二壁面组16之间运用粘着层30将第二壁面组16与导热块28粘着并固定,即可形成反应腔18。
至于第一壁面组12与第二壁面组16的材料,则可从聚甲基-甲基丙烯酸酯(polymethyl methylacrylate)、多碳系、环烯烃共聚物(cycloolefin copolymer)、热塑性聚合物(thermoplastic polymer)、热固性聚合物(thermosetting polymer)、玻璃(glass)、无机(inorganic)材料等多种不同的材料选择,主要的选择原则为低化学反应性。
上述所谈的本发明之热分解反应致动泵系统,其具体操作即靠加热器24对热裂解体20的加热,然后产生气体。加热器的温度控制原则即依据热裂解体20所选用的材料而决定,也就是,不同的热裂解体20材料,其具有不同的热裂解温度,请参考表1。超过热裂解温度,温度越高将会使热裂解体20的热裂解反应更快,也就可使产生的气体动力越快,于是,液体的流动速率将会越快。
由于第一壁面组12的两个开口端,一个与第二壁面组16的反应腔18相接,另一个则为出口处。所以,位于第一壁面组12之通道14中的液体22,将可于不断产生的气体推进下,完全推到另一个出口处。所以,对于常常需要更换的液体22来说,第一壁面组12的清洁较容易。
接下来,请参考图2,本发明之热分解反应致动泵系统之平面图。图2为

图1的泵系统10的上视图,图中的反应腔18,其直径约在0.5公分。通道14的宽度以及高度,可设计为300微米左右;整个通道14的长度约在20公分左右,可设计为多段的弯曲状,每一段的长度为B,约在2公分左右。
本发明之热分解反应致动泵系统的制作,可通过许多种不同的方式来进行。如图3,其为本发明之热分解反应致动泵系统之形成方法之具体实施例。泵系统由两片基板制成,分别为基板26与第二基板36,第二基板36固定在基板26上。从图中可看到,在第二基板36上,有事先挖好的通道14与反应腔18;而基板26上则有装设于其中的加热器24与导热块28。只要将基板26与第二基板36以粘着胶加以粘着两者即可固定。第二基板36可以用硅基板,并利用蚀刻的方式将通道14与反应腔18蚀刻出来。
图4A~4C,则为本发明之泵系统中微管与反应腔之形成方法之具体实施例。首先,依照所需的通道部分与反应腔部分选择性沉积第一可移除层32于基板26上,可以光蚀刻法来达成,如图4A所示。接着,沉积第二层34于基板26上并整个覆盖住第一可移除层32,第二层34可以用光阻层(photoresist layer)的材料,如聚甲基-甲基丙烯酯(polymethylmethylacrylate),如图4B所示。最后,移除第一可移除层32,即可形成通道14,同理,反应腔可在同一制程中完成,如图4C所示。
在图3与图4A~4C的实施例中,可在反应腔形成后,将反应腔开一个可封闭开口,即可填入热裂解体。如此,每次热裂解体反应完后,即可通过此一可封闭开口反复填充热裂解体。
参见图5A~5C,加热器之温度分别于摄氏80、100与120度时,本发明之热分解反应致动泵系统加入粉末反应的效果图。由于碳酸氢铵((NH4)CO3)的热裂解温度为摄氏60度,所以,分别以摄氏80、100与120度作测试。以7毫克(mg)的碳酸氢铵置入反应腔中,当反应腔中的温度于摄氏80度时,其当反应腔中有碳酸氢铵时,所推动通道中的液体速度明显比反应腔中没有碳酸氢铵时快许多,如图5A所示。温度100与120度时,其差异更加明显,如图5B、图5C所示。所以,通过加热器的温度调控,即可控制液体流动的速率。
虽然本发明以前述之较佳实施例揭露如上,然而,其并非用以限定本发明,任何熟悉相关领域的技术人员,在不脱离本发明之精神和范围内,当可作些许之更动与润饰,因此本发明之专利保护范围须视本说明书所附的权利要求书范围所界定的为准。

权利要求
1.一种热分解反应致动泵,包含一第一壁面组,其为具有两开口端之管壁结构以限定一通道;一液体,用以注入该通道;一第二壁面组,具有一可封闭开口以及与该第一壁面组之一开口端密合并相通之一开口,该第二壁面组限定一反应腔并可通过该可封闭开口注入一热裂解体至该反应腔;及一加热器,用以加热该热裂解体,使位于该反应腔中之该热裂解体产生气体通过该通道以推动该液体。
2.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该通道之截面积系小于1毫米平方。
3.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该通道之宽度与高度均小于500微米。
4.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该通道之宽度与高度均等于或小于300微米。
5.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该第一壁面组更包含一光阻层。
6.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该第一壁面组之至少一部份包含选自聚甲基-甲基丙烯酸酯、多碳系、环烯烃共聚物、热塑性聚合物、热固性聚合物、玻璃、无机材料,其中之一材料。
7.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该第二壁面组之至少一部份包含选自聚甲基-甲基丙烯酸酯、多碳系、环烯烃异分子聚合物、热塑性聚合物、热固性聚合物、玻璃、无机材料,其中之一材料。
8.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该第一壁面组之至少一部份包含一硅基板。
9.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该第二壁面组之至少一部份包含一硅基板。
10.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该液体是水。
11.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该液体是去离子水。
12.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该液体是生物溶液。
13.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该液体是化学溶剂。
14.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该热裂解体是一固体。
15.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该热裂解体是一颗粒状固体。
16.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该热裂解体是一丸状固体。
17.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该热裂解体是一粉末状固体。
18.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该热裂解体系选自碳酸氢铵、碳酸氢钠、硼氢钠、偶氮双异丁酮玴、二甲基二亚硝对苯二甲酰胺、苯磺基氢、苯磺酰氢、二亚硝基五亚甲基四胺,其中之一作为热裂解材料。
19.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该加热器更包含一沉积有一扩散电阻之硅基板。
20.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该加热器更包含一印刷电阻。
21.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该加热器置于该反应腔下方。
22.如权利要求1所述之热分解反应致动泵,其中,该加热器系从一红外线、一激光与一微波,三者任选其一作为其热源。
23.如权利要求21所述之热分解反应致动泵,其中,更包含一置于该加热器与该反应腔间之导热块。
24.如权利要求22所述之热分解反应致动泵,其中,该加热器与由该第二壁面所限定之该反应腔之间更包含一粘着层。
25.一种推动液体流动的方法,包含下列步骤提供一泵系统,其具有一第一壁面组与一第二壁面组,该第一壁面组限定一通道且注有一液体于第一处,该第二壁面组限定一反应腔且装有一热裂解体,该第一壁面组与该第二壁面组加以连结并让气体可由该反应腔流向该通道;及加热该热裂解体以产生气体,将该液体由该通道之该第一处推动至该通道之一第二处。
26.如权利要求25所述之推动液体流动的方法,其中,该热裂解体是一固体。
27.如权利要求25所述之推动液体流动的方法,其中,该热裂解体是一粉末状固体。
28.如权利要求25所述之推动液体流动的方法,其中,该热裂解体系选自碳酸氢铵、碳酸氢钠、硼氢钠、偶氮双异丁酮玴、二甲基二亚硝基对苯二甲酰胺、苯磺基氢、苯磺酰氢、二亚硝基五亚甲基四胺,其中之一作为热裂解材料。
29.如申请专利范围第25所述之推动液体流动的方法,其中,对该热裂解体加热之温度至少大于摄氏50度。
30.如权利要求25所述的推动液体流动的方法,其中,对该热裂解体加热之温度至少大于摄氏56度。
31.如权利要求25所述的推动液体流动的方法,其中,对该热裂解体加热之温度至少大于摄氏64度。
32.如权利要求25所述的推动液体流动的方法,其中,对该热裂解体加热之温度在摄氏45至75度之间。
33.如权利要求25或28所述的推动液体流动的方法,其中,对该热裂解体加热之温度系依据该热裂解体之热裂解温度设定,其范围在摄氏45至250度之间。
34.如权利要求25所述的推动液体流动的方法,其中,该液体是去离子水。
35.如权利要求25所述的推动液体流动的方法,其中,该液体是生物溶液。
36.如权利要求25所述的推动液体流动的方法,其中,该液体是化学溶剂。
全文摘要
本发明公开一种热分解反应致动泵系统,包含了:两端开口及包含一个通道的第一壁面组与以其一开口端接合的第二壁面组;一液体,用以注入该通道;第二壁面组并限定了一个反应腔并可通过该可封闭开口注入热裂解体;最后,还包含了一个加热器,用以加热该热裂解体,使反应腔中之热裂解体产生气体通过该通道以推动该液体;通过控制加热器加热的温度,在达到热裂解体的热裂解温度之上,即可控制气体产生的速度,进而控制推动液体的速度。
文档编号F04F1/00GK1423061SQ0113980
公开日2003年6月11日 申请日期2001年11月29日 优先权日2001年11月29日
发明者翁国曜, 吴清沂 申请人:财团法人工业技术研究院
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