單邊擺動壓電式薄膜泵之設計與應用分析

Abstract

本研究係針對本團隊研發之單邊擺動壓電式薄膜泵進行分析與設計應用。該泵為一新式之壓電式薄膜泵，其利用壓電片震動來改變薄膜形狀，並藉由擺動之PDMS薄膜來驅動流體，並使用PDMS之閥體來控制流體方向。本壓電式薄膜泵腔體乃由CNC加工鋁材製成，該內部尺寸為45 mm × 28 mm × 4 mm。 本研究發現該泵之性能與其之閥體、主腔室、輸入電壓及操作頻率有關，因此可藉由以上參數之設計來改良該泵之流量與揚程。當輸入電壓為±50 V時，該改良後之流量可達4.4 ml/s, 而最大之揚程則達 8.33 kPa。另外，本文亦進行該泵應用之研究，開發出結合冷卻水套與薄膜泵的新型散熱式微泵(OAPCP-micropump)，該泵腔室內設有鰭片，因此可以直接接在發熱源上，並藉由本微泵中震盪的流體衝擊腔室底部的鰭片，可以大幅增加熱傳之效能，故而可將之用來改善筆記型電腦的散熱性能與增進電子產品的可靠度。在研究中，發現腔體中的鰭片形狀與數量會影響腔體的流場與壓降，進而導致熱式微泵的性能發生改變。當鰭片高度為1.25(mm)時，該泵可以維持原有之流量。此外，在研究中發現，散熱式微泵之流量不因鰭片數量由6片增加至12片而有明顯衰減。在經改善後，散熱式微泵的最大流量為4.1 ml/s，而最大揚程則達9.8 kPa。當該微泵置於45W熱源之開放式與封閉式散熱系統中時，其元件熱阻分別為 0.15 oC/W 及0.35 oC/W。本封閉之系統在輸入熱源為30 W與45 W的狀態下，系統總熱阻皆可維持在0.97 oC/W之穩定狀態。

A new type of micropump, a one side actuating diaphragm micropump, has been successfully developed to actuate liquid by the vibration of a diaphragm. The micropump with two valves is fabricated in an aluminum case by using highly accurate CNC machine, and the cross-section dimension is 28 mm × 5 mm. Both valves and diaphragm are manufactured from PDMS. This Thesis indicates that the performance of the micropump is affected by the design of check valves, pump chambers, input voltages and frequencies. The improved design shows that the maximum flow rate is 4.4 ml/s and the maximum pump head is 8.33 kPa under ±50 V. In addition, the application of one-side actuating piezoelectric micropump (OAPCP-micropump), which is directly combined with a 45mm