微流体阀制造技术

一种微流体阀，包括第一储蓄器、第二储蓄器、惯性泵和将所述第一储蓄器连接到所述第二储蓄器的通道。所述第二储蓄器用以在压力梯度下通过所述通道从所述第一储蓄器接收流体。所述惯性泵在所述通道内靠近所述第二储蓄器并远离所述第一储蓄器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
阀被用于最小化或消除沿特定方向的流体流动。微流体系统中的阀通常需要特定材料，该特定材料可能是昂贵的、难于制造或者具有有限的材料兼容性。微流体系统中的阀通常包括移动部件，从而降低可靠性。附图说明图1为示例微流体阀的示意性图示。图2(a)-2(f)示意性例示在不存在来自源储蓄器的压力梯度的情况下图1的微流体阀的惯性泵的示例操作。图2(g)示意性例示由图2(a)-2(f)的惯性泵的操作产生的对抗来自源储蓄器的压力梯度流以用作阀的阻力流。图3为可由图1的微流体阀执行的示例方法的流程图。图4为另一示例微流体阀的示意性图示。图5为再一示例微流体阀的示意性图示。图6为又一示例微流体阀的示意性图示。图7为另一微流体阀的示意性图示。图8-13为另一示例微流体阀在不同示例操作状态下的示意性图示。图14和图15为另一示例微流体阀在不同示例操作状态下的示意性图示。具体实施方式图1示意性例示示例微流体阀20。如下文将描述的，微流体阀利用惯性泵在储蓄器之间的压力梯度下控制流体的流动。在很多实施方式中，微流体阀20减少或省略移动部件，具有更低的成本并可提供增强的可靠性。微流体阀20包括储蓄器22、储蓄器24、通道32和惯性泵34。通道32流体连接储蓄器22和储蓄器24。在例示的示例中，压力梯度将储蓄器22内的流体通过通道32朝向储蓄器24偏压。在一个实施方式中，压力梯度由另外的泵(未示出)提供，该另外的泵当被致动时施加力以使流体从储蓄器22朝向储蓄器24移
动。在另一实施方式中，压力梯度可由重力提供。惯性泵34包括沿通道32靠近储蓄器24并远离储蓄器22定位的泵送装置。换言之，惯性泵34与储蓄器24隔开的距离小于储蓄器22和储蓄器24之间的总流体路径的长度的一半。惯性泵34利用通道内的惯性和动量来产生流体流，通道与其所连接的两个储蓄器相比相对较窄。为了本公开的目的，术语“惯性泵”指的初始在一通道内沿两个方向驱动流体的泵送装置，该通道相对于其所连接的储蓄器较窄，但是其中所述泵送装置不对称地定位在储蓄器之间以使最终结果为流体沿朝向两个储蓄器中的最远的储蓄器的方向驱动。在系统20中，惯性泵34被选择性地致动以产生沿与由压力梯度引起的流体流相反的方向的流体流，从而控制流体从储蓄器22向储蓄器24的流动。在一个实施方式中，惯性泵34可被致动至阻止流体从储蓄器22向储蓄器24的流动的程度。在另一实施方式中，惯性泵34可被选择性地致动以控制并降低流体在压力梯度下从储蓄器22向储蓄器24流动的流率。在一个实施方式中，惯性泵34包括气泡喷射泵。气泡喷射泵为产生初始膨胀气泡以移动或驱动邻近的流体远离气泡的泵。气泡喷射泵的一个示例包括微加热器，诸如热喷墨(TIJ)泵。热喷墨泵利用电流穿过其中的一个或多个电阻器。当电流穿过一个或多个电阻器时由一个或多个电阻器产生的热蒸发靠近该电阻器的流体以产生气泡。随着这种气泡初始产生并膨胀，气泡初始驱动邻近的流体远离气泡。图2(a)-2(f)例示系统20的示例实施方式的操作，其中惯性泵34包括气泡喷射泵。图2(a)-2(f)例示用作惯性泵34的气泡喷射泵的单次致动的膨胀-破裂循环。单次膨胀-破裂循环导致沿远离最靠近惯性泵34的储蓄器24的方向施加到流体的力，从而对抗并控制在压力梯度下来自储蓄器22的流体流。图2(a)例示通道32内的流体静止的开始状态下的系统20。图2(b)例示在用作惯性泵34的气泡喷射泵的单次致动时的系统20。如图2(b)所示，气泡喷射泵产生高压蒸汽气泡36。气泡提供推动流体沿两个方向远离气泡36的正压力差。如图2(c)所示，气泡36的蒸汽压力快速下降到大气压力以下，并且流体在负压力差下减速同时在惯性下继续移动。如图2(d)所示，通道32的短臂38中的流体在到达储蓄器24的较大界面时反转方向或转向。同时，通道32的较长臂40中的流体继续朝向储蓄器22移动。如图2(e)所示，朝向储蓄器22移动的长臂40中的流体到达储蓄器22并转向或反转方向，以使两个流体柱在从惯性泵34初始膨胀的开始点朝向最远离惯性泵34的储蓄器22偏移的碰撞点碰撞。如图2
(f)所示，由于从较短臂38流动的流体在碰撞点具有更大的动量，因此，总的破裂后动量为非零，流体最后沿朝向储蓄器22的方向被驱动以对抗在压力梯度下驱动的流体并控制(阻止或减少)从储蓄器22向储蓄器24的流动。流体被惯性泵34驱动的流率取决于惯性泵34的功率和速度或“反冲(kick)”、惯性泵34与最靠近的储蓄器隔开的距离、储蓄器的横截面面积或宽度相对于通道32的横截面面积或宽度、以及待泵送的流体的粘性。通过惯性泵由于惯性引起的流体的运动大于由于摩擦造成的抵抗这种运动的阻力。在一个实施方式中，惯性泵34具有至少1m/s至10m/s并且名义上高达20m/s的初始速度。在一个实施方式中，惯性泵32包括热喷墨电阻器，该热喷墨电阻器产生以至少1m/s至10m/s的初始速度推进邻近的流体的蒸汽气泡。在一实施方式中，靠近惯性泵34的储蓄器(储蓄器24)的横截面面积或宽度为通道32的横截面面积或宽度的至少5倍且名义上至少10倍。在一个实施方式中，通道32具有200μm的宽度而储蓄器具有1mm的宽度(在储蓄器24的界面处垂直于通道32的轴向方向测量)。在再一实施方式中，通道32与储蓄器24的宽度的差可具有其它数值。尽管图2例示系统20的其中惯性泵34包括气泡喷射泵的实施方式，但是在其它实施方式中，惯性泵34可包括在相对于所连接的储蓄器较窄的通道内沿两个方向初始驱动流体的其它泵送机构或装置，但是其中所述泵送装置被不对称地定位在储蓄器之间以使最终结果为流体沿朝向两个储蓄器中的最远的储蓄器的方向被驱动。例如，在其它实施方式中，惯性泵34可包括沿通道32的一侧靠近储蓄器24且远离储蓄器22的柔性或可偏转膜，其中所述膜通过电、磁、机械或其它力能偏转，以在相对较窄的通道内沿两个方向初始驱动流体。在一个实施方式中，惯性泵34可包括压电元件(PZT)可偏转膜。图3为例示提供微流体阀以控制流体在压力梯度下从第一储蓄器到第二储蓄器的流动的示例方法100。如步骤102所示，压力梯度被施加到流体以通过通道从第一储蓄器向第二储蓄器偏压流体流。在一个实施方式中，压力梯度的偏压可利用泵实现或可利用重力或其它力源实现。如步骤104所示，靠近第二储蓄器的惯性泵被选择性地致动以选择性地施加反向于压力梯度的流体流，从而控制流体在压力梯度下向第二储蓄器流动的流率。在一个实施方式中，由惯性泵产生的流体流足够大以完全对抗压力梯度并阻止流体流向第二储蓄器。在另一实施例中，由惯性泵产生的流体流小于压力梯度下的流体流，从而能够可控地减小流体向第二储蓄器流动的流率。图4示意性例示微流体阀120，微流体阀20的一示例实施方式。微流体阀120
类似于微流体阀20，除了微流体阀120还包括惯性泵134和致动器138之外。微流体阀120中对应于微流体阀20的部件的那些其余部件被类似地编号。惯性泵134与惯性泵34的类似之处在于，惯性泵134沿通道32靠近储蓄器24并远离储蓄器22定位。惯性泵134相对于致动器34能独立致动。致动器138包括用于选择性致动惯性泵34、134中的任一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流体阀，包括：第一储蓄器；第二储蓄器；将所述第一储蓄器连接到所述第二储蓄器的通道，其中所述第二储蓄器用以在压力梯度下通过所述通道从所述第一储蓄器接收流体；以及在所述通道内靠近所述第二储蓄器并远离所述第一储蓄器的惯性泵。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微流体阀，包括：第一储蓄器；第二储蓄器；将所述第一储蓄器连接到所述第二储蓄器的通道，其中所述第二储蓄器用以在压力梯度下通过所述通道从所述第一储蓄器接收流体；以及在所述通道内靠近所述第二储蓄器并远离所述第一储蓄器的惯性泵。2.如权利要求1所述的阀，其中所述泵包括气泡喷射泵。3.如权利要求1所述的阀，进一步包括用以选择性地改变所述惯性泵与所述第二储蓄器的间距的致动器。4.如权利要求1所述的阀，进一步包括：靠近所述第二储蓄器并远离所述第一储蓄器的第二惯性泵；以及用以选择性地致动所述惯性泵和所述第二惯性泵的致动器。5.如权利要求4所述的阀，包括形成所述惯性泵和所述第二惯性泵的可独立致动的触发电阻器的阵列，其中所述阵列中的所述触发电阻器与所述第二储蓄器成不同的间隔。6.如权利要求1所述的阀，包括形成所述惯性泵的可独立致动的触发电阻器的阵列，所述阵列中的所述电阻器与所述第二储蓄器成相等的间隔，其中所述致动器包括用以选择性地触发所述电阻器以改变被致动的所述电阻器的数量从而改变泵送力的控制器。7.如权利要求1所述的阀，进一步包括用以选择性地改变所述惯性泵在给定位置的泵送力的致动器。8.如权利要求1所述的阀，其中所述通道包括：第一分支；从与所述第一分支的交叉点延伸的第二分支；以及从所述交叉点延伸并连接到第三储蓄器的第三分支。9.如权利要求8所述的阀，进一步包括用以选择性地改变所述惯性泵在给定位置的泵送力和所述惯性泵的位置二者中的一个的致动器。10.如权利要求8所述的阀，进一步包括：在所述第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·戈维亚迪诺夫，埃瑞克·D·托尔尼艾宁，P·科尔尼洛维奇，大卫·P·马克尔，
申请(专利权)人：惠普发展公司，有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国;US