Design and Performance of a One-side Actuating Diaphragm Micropump

本研究係依過去實驗室研發的壓電式薄膜泵進行改良，並釐清薄膜泵與其零組件、閥體以及腔體本身之間的關係。壓電式薄膜泵具備輕薄特性，腔體內部尺寸為45 mm × 28 mm × 4 mm，利用壓電片改變薄膜形狀以驅動流體，並使用閥體控制流體方向。壓電式薄膜泵的輸入電壓為±50 V，操作頻率在50 Hz 到170 Hz 之間，透過閥體改良可將薄膜泵流量由1.20 ml/s 提升至2.67 ml/s，而後藉由改變薄膜泵腔體設計，流量可增加為4.40 ml/s，最大可承受背壓為8.33 kPa，達到業界應用於電子散熱系統需求。壓電式薄膜泵可連接冷卻水套成循環散熱系統或開放散熱系統，當發熱源為30 W，循環系統以及開放系統的熱阻分別為0.45 °C/W 以及0.27 °C/W。The performance of a one-side actuating diaphragm micropump based on the previous study has been improved. Being compact structured, the micropump drives liquid by a piezoelectric device, which consumes less energy than traditional motors. The input sinusoidal signal to the driving device is ?50 V ranged from 50 Hz to 170 Hz. The correlation among the components of the pump is studied. Through the study of the check valves, the improved flow rate rises from 1.20 ml/s to 2.67 ml/s. The best performance on a newly designed pump chamber is 4.40 ml/s with a maximum pump head of 8.33 kPa. It is capable of circulating liquid in a closed loop and is tested in a heat dissipation system. The result shows the thermal resistances of the cold plate on a 30 W dummy heater in the open system and the circulation liquid cooling system are 0.27 ?C/W and 0.45 ?C/W, respectively, in laptop application.摘要 IBSTRACT II錄 III目錄 VI目錄 IX號說明 X文字母 X臘字母 XII一章 序論 1.1 前言 1.2 泵的簡介 2.3 文獻回顧 3.4 單邊式擺動薄膜泵 7.5 研究目的 7二章 單邊擺動壓電式薄膜泵設計與原理 8.1 工作原理 8.2 薄膜泵設計 9.2.1 腔體 9.2.2 薄膜 10.2.3 出入口閥體 10.2.4 壓電裝置 11.3 壓電效應 12.4 薄膜泵理論分析 13.4.1 單邊擺動機制 13.4.2 閥體運動 15.4.3 薄膜泵主體分析 17三章 實驗設計與實驗步驟 19.1 實驗參數 19.1.1 壓電片 19.1.2 閥體 20.1.3 腔體 20.2 實驗架構 22.3 實驗儀器 22.4 流量實驗 23.4.1 改變操作頻率 24.4.2 改變操作電壓 24.5 揚程實驗 25.6 散熱系統實驗 25四章 實驗結果討論 27.1 單邊擺動機制對壓電式薄膜泵性能的影響 27.2 閥體對壓電式薄膜泵性能的影響 28.2.1 閥體厚度影響 28.2.2 閥體寬度影響 29.2.3 閥體長度影響 30.2.4 閥體影響討論 31.3 壓電式薄膜泵應用於散熱系統 32.4 泵腔體對壓電式薄膜泵性能的影響 34.4.1 腔體深度影響 34.4.2 腔體材質影響 35.4.3 腔體出入口影響 35.4.4 腔體影響討論 38五章 結論 40.1 結論 40.2 建議以及未來展望 41考文獻 4