[發明專利]一種大流量的無閥微泵

在審

• 申請號: 201711017409.4
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107605713A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 王韜;何建;王杰軍;羅文博;帥垚;吳傳貴;張萬里
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: F04B43/02
• 分類號: F04B43/02;F04B53/16
• 代理公司: 電子科技大學專利中心51203
• 代理人: 閆樹平

技術領域

本發明涉及一種大流量的無閥微泵，屬于流體機械領域。

背景技術

微機電系統MEMS自被提出以來，一直保持著高速發展態勢，并已經從早期單純的微電子和微機械元件擴展到包含熱、光、磁和流體等諸多元素的復雜系統。其功能也由最初的信號采集、處理和執行拓展到顯示、控制以及作為生物化學試驗和檢測的載體。目前，MEMS正在壓力/加速度傳感器、噴墨打印噴頭、生物醫藥、化學分析等領域得到越來越廣泛的應用，有著廣闊的發展前景和巨大的市場潛力。

微流體系統是MEMS的一個重要分支，其組成包括微泵、微閥、微流道、微混合器等過流元件，以及微傳感器、I/O接口、微光學檢測儀器等設備。其功能有微流體的輸送、流量控制、混合或分離以及成分分析等。基于MEMS的微流體系統具有集成度高和易于大批量生產的特點，同時由于其尺寸小、功耗低、響應快和精度高等優點，在化學分析、生物技術、微芯片冷卻、微流體供給等領域有廣闊的應用前景。

微泵是微流體系統中的重要組成部件，是能將外界輸入的能量進行轉化后用于為流體提供壓力或動能以克服流動阻力損失的設備。微泵中流動通道的特征尺寸一般為亞毫米或微米級，在該尺度下流體流動的物理環境及其流體特性會發生變化，其輸出流量范圍從納升每分鐘到幾百毫升每分鐘。其功耗小，適合規模生產，并容易與其他系統集成。目前主要承擔微流控芯片試驗室中流體的驅動和控制功能，在微化學分析系統、微混合器、芯片冷卻系統、微動力系統、軸承潤滑、燃料供給裝置和微量注射系統中都有著廣泛的應用。

微泵的類型多種多樣，按驅動方式可分為壓電致動式、氣動式、熱氣動式、熱機械驅動式以及靜電致動式；按工作過程可分為往復式、蠕動式、電氣液力式以及超聲波式。泵體也有多種選擇，尤為引人注目的是低損耗的無閥式泵體，它既提高了器件的壽命，也降低了工藝的難度。泵體的制備工藝和材料選擇也發展得很迅速，如LICA技術，DEM技術、高性能、低成本的塑料熱壓成型技術，甚至傳統的塑料材料及其工藝都可用來制作泵體。按照對流體作用方式的不同，微泵可以分為機械式和非機械式兩大類。非機械微泵指不利用機械部件的運動，而是針對流體介質本身的特性，通過電、熱、光等手段驅動流體的微泵。驅動方式包括電滲驅動、磁流體驅動、電液動力驅動等。機械式微泵指利用運動的機械部件，如振動的膜片或者閥片等對流體做功來驅動流體的微泵。機械式微泵包括膜片式微泵，旋轉式微泵等。

另外，微泵根據其有無可動閥片可分為有閥型微泵和無閥型微泵。常見的有閥微泵通過單向閥控制進出口的開閉來泵送流體，輸送壓力較高，但由于其結構較為復雜，閥片的疲勞或者損傷會嚴重影響泵的性能，在輸送含有較大顆粒溶質時有發生堵塞的風險。

而無閥微泵沒有閥結構，是利用流體在特殊流管中雙向流動的流阻差異來泵送流體，其典型結構為擴散收縮管無閥壓電微泵，如圖1所示，其工作原理由圖2～3所示，在圖2中，當振膜1c受外力驅動向上變形時，腔體體積增大，液體由兩邊腔體3c和4c分別經擴散管和收縮管5c和6c吸入，但由于流體在流管中沿擴散方向流動的流阻小于收縮方向，因此在吸入過程中，經5c流入的流量大于由6c流入的流量，而在腔體體積減小時，液體排出過程中則相反，經6c排出的液體流量大于5c流出的流量，故一個周期內出口與進口流量的凈差即為輸出流量。

然而，該無閥微泵具有下列的問題：

1.如圖4所示，泵膜驅動裝置驅動方向與收縮/擴撒管方向垂直，不能充分限制液體回流，效率無法提高；

2.如圖5所示，泵體通常為扁平化的，腔體深度不夠，收縮/擴散管在作為收縮管時與腔體銜接處不能充分發展出漩渦和湍流，無閥有效的限制了液體的回流，導致無閥微泵的效率不高。

發明內容

針對現有技術的不足，為了提高無閥微泵的輸出流量和容積效率。本發明提供了一種大流量的無閥微泵，對泵體結構進行了優化，提高了微泵性能，能夠在不顯著增大尺寸的前提下、具有較好流動特性、可輸出大流量的無閥微泵。

一種大流量的無閥微泵，包括泵體、出入口導管、泵膜和泵膜驅動裝置。

所述泵體內部結構由依次連接的入口側腔體、入口收縮/擴散管、主腔體、出口收縮/擴散管和出口側腔體組成。最中間是主腔體，與主腔體相連接的是兩個收縮/擴散管，分為入口收縮/擴散管和出口收縮/擴散管，與入口收縮/擴散管相連的是入口側腔體，與出口收縮/擴散管相連的是出口側腔體。出口側腔體另一端接出口導管，入口側腔體另一端接入口導管，與外界進行液體流動。