ITTO20130161A1 - Pompa micro-fluidica a forza di taglio - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“Pompa micro-fluidica a forza di taglioâ€

DESCRIZIONE

SFONDO

Lo scambio di calore à ̈ una considerazione progettuale importante. Gli scambiatori di calore, quali i dissipatori di calore o gli emettitori di calore, possono fornire vantaggi a molti sistemi trasferendo via il calore da una sorgente di calore, o ad essa. Ci sono un certo numero di attributi da considerare quando si progetta un sistema di scambio di calore per raffreddare un altro sistema. La dimensione, la massa, il costo, le prestazioni e l’affidabilità sono tutti fattori importanti. Al fine di tenere conto di alcuni o di tutti questi fattori, si possono progettare sistemi nei quali un fluido refrigerante à ̈ fatto circolare vicino a una sorgente di calore in modo da raffreddare la sorgente di calore. Tali sistemi possono includere le pompe per fare circolare un fluido. Sono desiderabili progetti piccoli, di basso costo.

Le pompe micro-fluidiche esistenti sono piccole, ma possono essere inaffidabili, costose e possono avere molti componenti in movimento, includendo microvalvole sensibili soggette alla rottura. Esse possono essere piuttosto inefficienti con un grande consumo di potenza del trasduttore e grandi flussi di perdita. Molte richiedono forti forze elettrostatiche o altre forze che non possono essere generate in modo efficiente alle piccole scale. Si possono utilizzare micropompe meccaniche, ma esse possono essere affette da alcuni dei problemi summenzionati.

SINTESI

La presente descrizione à ̈ relativa alle pompe micro-fluidiche a forza di taglio (“SDMFP†, “Shear-Driven Micro-Fluidic Pump†). La pompa microfluidica a forza di taglio fa oscillare un attuatore (per es., un pistone con piccole luci disposte attraverso di esso) per produrre pressioni elevate e portate di liquido elevate in base a un moto non armonico dell’attuatore che impartisce un differenziale di velocità tra la corsa in avanti e la corsa all’indietro. Il moto può essere impartito alla pompa da un micro-solenoide o da un piezotrasduttore. In alcuni esempi, la pompa include valvole, come delle microvalvole, per aumentare le prestazioni.

Il presente argomento ha molti vantaggi. Gli esempi di pompe micro-fluidiche a forza di taglio SDMFP qui resi noti possono impiegare un pompaggio di fluidi su scale millimetriche e submillimetriche (micrometriche) e possono essere più redditizie, robuste ed affidabili dei sistemi di pompaggio microfluidici (MEMS) esistenti.

Aspetti vantaggiosi includono uno o più di: un’efficienza totale migliorata della micropompa (dal 10 al 50%); una facilità di fabbricazione migliorata; un costo di fabbricazione ridotto; una flessibilità migliorata nella fabbricazione di una SDMFP in varie dimensioni da circa 50 micrometri a 10 millimetri per varie tecniche di MEMS e applicazioni biomedicali/medicali. La semplicità della pompa e il progetto inerentemente a prova di guasto con meno elementi possono essere specialmente utili nelle applicazioni biomedicali e medicali.

Un principio di funzionamento alla base di una SDMFP può essere la diffusione viscosa della vorticosità. Tali vorticosità può essere creata sulla parete in movimento al fine di soddisfare la condizione di assenza di scorrimento (“no-slip†). La vorticosità può essere diffusa nel fluido attraverso il coefficiente di trasporto di momento fenomenologico mesoscopico, cioà ̈, la viscosità. Questo fenomeno può essere simile al fenomeno di come può essere diffuso il calore utilizzando come coefficiente di trasporto la diffusività termica. Come esempio analogo, si possono visualizzare (i confini) le pareti oscillanti che creano pseudo onde di taglio trasversali dissipative. Tali onde di taglio possono propagarsi perpendicolarmente al moto del fluido e non possono riflettersi dai confini poiché non hanno la capacità di immagazzinare e di rilasciare energia potenziale.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Nei disegni, che non sono necessariamente disegnati in scala, i numeri simili possono descrivere componenti simili in viste differenti. I numeri simili che hanno suffissi dei caratteri differenti possono rappresentare casi differenti di componenti simili. I disegni illustrano in generale, a titolo di esempio, ma non a titolo limitativo, varie forme realizzative discusse nel presente documento.

La Figura 1 illustra un sistema per il pompaggio di un fluido, secondo un esempio.

La Figura 2A illustra una vista in prospettiva in elevazione di un attuatore di una pompa, secondo un esempio.

La Figura 2B Ã ̈ la vista in sezione trasversale di un attuatore, secondo un esempio.

La Figura 3 à ̈ la vista dall’alto di un attuatore includente una pluralità di rotaie di guida, secondo un esempio.

La Figura 4 à ̈ la vista dall’alto di un attuatore includente una pluralità di rotaie di guida, secondo un esempio.

La Figura 5 Ã ̈ una vista laterale di un azionamento di attuatore, secondo un esempio.

La Figura 6 Ã ̈ uno schema di una pompa multiattuatore, secondo un esempio.

La Figura 7A Ã ̈ una vista in prospettiva in elevazione di un attuatore includente divisioni anulari e radiali, secondo un esempio.

La Figura 7B Ã ̈ una vista in sezione trasversale di un attuatore includente divisioni anulari e radiali, secondo un esempio.

La Figura 8 Ã ̈ uno schema che rappresenta la funzione della valvola, secondo un esempio.

La Figura 9 à ̈ una vista in prospettiva in elevazione di uno stantuffo rettangolare includente dei †̃flap’, secondo un esempio.

La Figura 10 Ã ̈ uno schema di una configurazione di pompa includente due pompe e due attuatori, secondo un esempio.

La Figura 11A illustra una prima modalità di funzionamento di un sistema di pompaggio con due attuatori, secondo un esempio.

La Figura 11B illustra una seconda modalità di funzionamento di un sistema di pompaggio con due attuatori, secondo un esempio.

La Figura 11C illustra due attuatori allineati in serie per pompare un fluido, secondo un esempio.

La Figura 12 illustra una forma a seno raddrizzato (seno assoluto) che illustra una forma d’onda di azionamento all’indietro rapido, secondo un esempio.

La Figura 13 illustra una forma d’onda di azionamento di tipo quadro, secondo un esempio.

La Figura 14 illustra il comportamento di un fluido non newtoniano, secondo un esempio.

La Figura 15 illustra il comportamento di un fluido non newtoniano, secondo un esempio.

La Figura 16 illustra un anello di controllo con retroazione negativa, secondo un esempio.

La Figura 17 illustra un procedimento di utilizzo di una pompa, secondo un esempio.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

La Figura 1 illustra un sistema per il pompaggio di un fluido, secondo un esempio. La SDMFP 100 consiste di uno o più attuatori 102, un azionamento di attuatore 104 (micro-solenoide, piezotrasduttore, micro-motore in CC lineare, ecc.) e un alloggiamento 106. L’azionamento di attuatore 104 può includere un micro-solenoide. Un piezotrasduttore può fornire forze e pressioni elevate ma la corsa può essere corta. Si possono utilizzare convertitori di forza/spostamento (per es. una leva) per fornire l’azione richiesta sull’intera lunghezza della corsa.

L’alloggiamento 106 può estendersi lungo una lunghezza 116 che definisce una parte interna allungata 118. L’attuatore 102 può essere disposto nell’alloggiamento 106, in conformità con la parte interna allungata 118. La pompa 100 può avere circa 30 millimetri di lunghezza, 15 millimetri di larghezza e 15 millimetri di altezza. Queste dimensio ni possono valere per la parte esterna dell’alloggiamento 106.

Un anello di circolazione 108 può includere vari condotti, manicotti e simili. Il flusso pompato 110 può essere provocato dall’attuatore 120 che oscilla nell’alloggiamento 106. L’oscillazione può verificarsi a un differenziale di velocità tra un movimento in una prima direzione o corsa 112, o in avanti, rispetto a un movimento in una seconda direzione o corsa 114, o all’indietro, opposta alla prima corsa 112.

L’attuatore 102 può includere una pluralità di luci 120. Ciascuna delle luci 120 può avere una lunghezza che si estende sostanzialmente parallela alla parte interna allungata 118, come a una sua superficie o a un suo asse. Ciascuna delle luci 120 può misurare trasversalmente da circa 10 a 200 micrometri. Luci di esempio possono includere i micro-tubi o i micro-canali disposti nell’attuatore 102. Almeno una della pluralità di luci ha una forma rettilinea in sezione trasversale. Almeno una della pluralità di luci ha una forma circolare in sezione trasversale. La pluralità di luci può essere distribuita secondo una configurazione (“pattern†) regolare. La pluralità di luci può essere distribuita secondo una configurazione casuale, come illustrato. La pluralità di luci comprende da circa il 60% all’80% di un’area in sezione trasversale dell’attuatore. La pluralità di luci comprende da circa il 78,5% di un’area in sezione trasversale dell’attuatore.

Al muoversi dell’attuatore secondo una corsa in avanti 112, un fluido, quale un liquido, può essere fatto passare attraverso le luci e così attraverso l’alloggiamento 106. La corsa all’indietro 114 può essere più veloce della corsa in avanti 112. In un esempio, la corsa all’indietro à ̈ da 100 a 1000 volte più veloce. Di conseguenza, il movimento nella direzione all’indietro può essere a una frequenza che può essere da circa 100 a circa 1000 volte più veloce del movimento nella direzione in avanti. Il movimento nella direzione all’indietro può essere a circa 1000 hertz, e il movimento nella direzione in avanti può essere a circa 10 hertz. Il movimento nella direzione all’indietro può essere a circa 10.000 hertz, e il movimento nella direzione in avanti può essere a circa 10 hertz. Il movimento nella direzione all’indietro può essere a circa da 2000 a 5000 hertz, e il movimento nella direzione in avanti può essere da circa 20 a 50 hertz. Un moto di periodo armonico semplice può fare mulinare il fluido.

Il movimento nella direzione in avanti può essere su una distanza in avanti da 0,5 a 5 millimetri in da 100 a 500 millisecondi, e il movimento nella direzione all’indietro può essere su una distanza all’indietro da 0,5 a 5 millimetri in da 1 a 2 millisecondi. La distanza in avanti e la distanza all’indietro possono essere sostanzialmente equivalenti. L’attuatore può essere configurato per muoversi nella direzione in avanti a una velocità media di circa da 30 a 50 millimetri al secondo.

Le velocità medie e/o istantanee nella corsa in avanti e all’indietro della parete possono variare. Queste possono dipendere da specifiche condizioni che si desiderano in una applicazione. Il fluido può avere una velocità “efficace†che à ̈ l’interazione complessa delle velocità di parete/interfaccia/confine, della diffusione della vorticosità, degli sforzi di taglio, della geometria, ecc. La pompa SDMFP può muovere, in un periodo, per es. in 1 secondo, un fluido in avanti di 10 mm e quindi lo fa indietreggiare di 3 mm in una corsa all’indietro. Di conseguenza, la velocità “efficace†del fluido può essere di 10 – 3 = 7 mm/s. Per esempio, le velocità medie di parete possono essere di 10 mm/s in una corsa in avanti e di 1000 mm/s (1 m/s) in una corsa all’indietro. Differenti progetti avranno varie velocità “efficaci†del fluido che vanno da circa 5 a 50 mm/s. Le velocità di parete nella corsa in avanti e all’indietro possono variare da circa 5 a 5000 mm/s.

Il moto in avanti 112 può essere provocato, per esempio, dall’applicazione di una corrente a 5 V a una corrente di un micro-solenoide a vari mA. Si possono utilizzare altre tensioni. La corrente può propagarsi attraverso la bobina e forzare in avanti l’attuatore 102, come in risposta alle interazioni dei campi magnetici. Il moto inverso può essere ottenuto con una corrente inversa elevata nel micro-solenoide. Il moto inverso può essere ottenuto con un’azione di pressione contraria di un liquido.

Un moto retrogrado molto veloce può creare uno scorrimento parziale o completo sul confine. Ciò può essere provocato da un riscaldamento a impulsi simultaneo dell’attuatore degli strati sottili della parete interna, il che può implicare un trasferimento del calore iperbolico. Lo strato di penetrazione di Stokes può essere più breve che in una corsa in avanti e si può minimizzare la perdita della pompa.

La dimensione delle luci à ̈ importante. Il trasferimento di momento diffusivo può decadere esponenzialmente dalla parete di generazione. Perciò, l’intervallo delle forze di frizione può essere piuttosto breve. È almeno parzialmente per questo che tale concetto di pompaggio non funziona (o può essere inefficiente) su macro-scale, come nei tubi, più grandi di 1 millimetro. In aggiunta, i microtubi con meno di da 1 a 5 micrometri possono avere associato ad essi uno scorrimento parziale (effetti molecolari in generale) e possono essere più difficili e costosi da fabbricare.

Si possono utilizzare simulazioni di dinamica molecolare (MD, “Molecular Dynamic†) o di Monte-Carlo (MC) e l’impiego di calcoli reticolari di Boltzmann (LBM, “Lattice-Boltzmann†) per trovare l’intervallo di funzionamento inferiore. Si possono ottenere pressioni molto elevate (superiori a vari bar) con micro-tubi molto piccoli. Di conseguenza, le luci 120 possono avere un diametro da 10 a 200 micrometri.

La SDMFP può fare parte di un sistema 124. Il sistema può includere uno scambiatore di calore 122. Lo scambiatore di calore 122 può includere una porzione di emissione, come delle alette. Una porzione interna dello scambiatore di calore 122 può essere in comunicazione a fluido con l’anello di circolazione 108. Una porzione esterna 132 della porzione di emissione di calore 122, in conduzione termica con la porzione interna 130, può essere configurata per scambiare calore con una sorgente fredda, quale un flusso d’aria, creato per esempio da una ventola.

Il sistema 124 può includere almeno uno scambiatore di calore 126 per scambiare calore con un oggetto esterno 128. Per esempio, lo scambiatore di calore 126 può includere una porzione interna 136 in comunicazione a fluido con l’anello di circolazione 108 o che fa parte di questo, e può essere configurato per scambiare calore tramite una porzione esterna 134 in comunicazione con una sorgente di calore, quale un circuito integrato. Il circuito integrato fa parte di un computer che comprende una memoria ad accesso casuale. Il circuito integrato fa parte di un computer che comprende un processore embedded. Un materiale termicamente conduttivo, quale un grasso lubrificante, può fare parte dell’interfaccia tra lo scambiatore di calore 126 e la sorgente di calore 128. Il presente argomento si estende a forme realizzative nelle quali il calore à ̈ scambiato da e verso l’oggetto esterno 128. Forme realizzative nelle quali il trasferimento di calore alla sorgente di calore à ̈ endotermico per la sorgente di calore possono aggiungere calore allo scambiatore di calore 122.

Un sensore di portata 138 può rilevare una portata del flusso 110. La pompa 100 può essere configurata per regolare l’oscillazione in associazione alla portata. Un sensore di temperatura 140 può rilevare una temperatura. La pompa 100 può essere configurata per regolare l’oscillazione in associazione alla temperatura. Un sensore di pressione differenziale 142 può rilevare una pressione differenziale. La pompa 100 può essere configurata per regolare l’oscillazione in associazione alla pressione differenziale.

La Figura 2A illustra una vista in prospettiva in elevazione di un attuatore 200 di una pompa, secondo un esempio. La Figura 2B à ̈ una vista in sezione trasversale di un attuatore 202, secondo un esempio. La Figura 2B illustra un alloggiamento 208, che può alloggiare l’attuatore 202. L’attuatore 200 comprende una pompa micro-fluidica a forza di taglio, cilindrica (“SDMFPC†), nella quale l’attuatore 200 ha una forma cilindrica. Le luci illustrate rappresentano un campione arbitrario di quelle che possono essere centinaia di luci, e così gli esempi non sono limitati alla posizione o alla dimensione delle luci, che sono illustrazioni rappresentative. Si possono utilizzare geometrie diverse da quella cilindrica. Esempi includono le forme rettilinee, le forme triangolari, le forme ellittiche e simili, ma non sono limitati a questi. Il cilindro dell’attuatore 210 può essere realizzato in plastica o in metallo. Il materiale può essere relativamente facile da formare. Esempi di processi di formatura per il cilindro dell’attuatore 210 includono la lavorazione a macchina, come mediante la perforazione, il micro-stampaggio, la micro-fusione e simili, ma non sono limitati a questi.

La Figura 2B illustra uno statore del motore della pompa 212. Lo statore 212 può fare parte di un micro-solenoide nel quale l’attuatore 202 à ̈ il rotore. In tali esempi, un anello di materiale ferroso, quale ferro dolce o un altro materiale, può essere attaccato alla superficie esterna del cilindro 214. Nel cilindro 214 può essere formata una pluralità di luci 206, opzionalmente centinaia di piccoli tubi (per es. micro-tubi o µ-tubi). Esempi di processi di formatura per le luci includono la perforazione, quale la perforazione al laser o a ultrasuoni, lo stampaggio per iniezione, la microfusione e simili, ma non sono limitati a questi. L’attuatore 202 può avere un diametro di 2, 5 o 10 mm e una lunghezza da 5 a 20 mm. Ciascun micro-tubo ha la stessa lunghezza, per esempio di 10 mm, e il diametro di 25 (SHP), di 50 (HP), di 100 (MP), di fino a 200 (LP) micrometri.

Una SDMFPC con un diametro di 5 mm e una lunghezza di 10 mm può includere 500 micro-tubi di diametro di 100 micrometri. La corsa in avanti può essere di 2 mm ottenuta in 100 millisecondi (10 Hz) avendo come risultato una velocità media in avanti di 20 mm/s.

Negli esempi che utilizzano una forma d’onda a seno raddrizzato (si veda, per es., la Figura 13), la velocità media in avanti può essere di 14 mm/s. La velocità media del fluido per gradienti di pressione medi può essere di 11 mm/s. La corsa all’indietro può avere la stessa lunghezza (per es., di 2 mm) ma una durata più breve, per es. di 1 millisecondo (1000 Hz o 1 kHz). La velocità media all’indietro può essere così di 2 m/s (2000 mm/s).

Negli esempi che utilizzano una forma d’onda a seno raddrizzato invertito, la velocità media all’indietro può essere di 1,4 m/s (1400 mm/s). La corsa all’indietro può influire o influire soltanto su uno strato sottile e può provocare un flusso all’indietro mentre il flusso in volume può ancora essere in movimento in avanti. Così, in tali casi, la velocità in avanti mediata sul ciclo può essere di circa 10 mm/s per gradienti di pressione moderati. Le SDMFP a prestazioni super elevate (SHP, “Super High-Performance†) possono avere una velocità media in avanti nell’intervallo da 30 a 50 mm/s.

La Figura 3 à ̈ una vista in sezione trasversale di un gruppo di attuatore 300 includente una pluralità di rotaie di guida, secondo un esempio. Un alloggiamento esterno 302 può alloggiare una bobina del micro-solenoide 304. La bobina del micro solenoide può essere stretta tra l’alloggiamento esterno 302 e un alloggiamento interno 312. L’alloggiamento interno può formare un alloggiamento per l’attuatore 310. Tra lo stantuffo/attuatore e l’alloggiamento interno a tenuta stagna può essere definito un piccolo spazio libero, per es. di circa da 10 a 20 micrometri. Come qui reso noto, l’attuatore 310 può includere luci, quali i microtubi 308. La vista in sezione trasversale illustra rotaie di guida 306 che possono fornire un’attuazione della pompa verso e al di fuori della pagina, resistendo nel contempo a una rotazione intorno a un asse verso la pagina.

La Figura 4 à ̈ una vista dall’alto di un gruppo di attuatore 400 includente una pluralità di rotaie di guida, secondo un esempio. Un alloggiamento esterno 402 può alloggiare una bobina del microsolenoide 404. La bobina del micro-solenoide può essere stretta tra l’alloggiamento esterno 402 e un alloggiamento interno 412. L’alloggiamento interno può formare un alloggiamento per l’attuatore 410. Tra lo stantuffo/attuatore e l’alloggiamento interno a tenuta stagna può essere definito un piccolo spazio libero 406, per es. di circa da 10 a 20 micrometri. Come qui reso noto, l’attuatore 410 può includere luci, quali i micro-tubi 408. La vista in sezione trasversale illustra un’assenza di rotaie di guida. Di conseguenza, l’attuatore 410 à ̈ libero di ruotare intorno a un asse verso la pagina. Come qui reso noto, l’attuatore 410 può essere magnetico. L’attuatore 410 può essere formato come un composito includente una porzione magnetica, quale un rivestimento o una camicia.

La Figura 5 à ̈ una vista laterale di un azionamento di attuatore 500, secondo un esempio. L’attuatore 504 à ̈ disposto in modo scorrevole in un alloggiamento interno 512. Una bobina del microsolenoide 502 può essere avvolta intorno all’alloggiamento interno 512. La direzione e l’intensità della corrente nella bobina possono essere controllate da un microcontrollore per fornire movimenti in avanti lenti e retrogradi veloci. Il controllore può coordinare il funzionamento di una sorgente di tensione 510 per fornire una tensione in CC. La polarità della sorgente di tensione 510 può essere invertita per favorire il pompaggio. La corrente 508 può essere invertibile. Di conseguenza, esempi di SDMFP possono essere bidirezionali, per il fatto che possono invertire la direzione di pompaggio, come cambiando l’attuazione.

La Figura 6 à ̈ uno schema di una pompa multiattuatore, secondo un esempio. Una SDMFP per SHP (pressione super elevata) può fornire maggiori prestazioni con molteplici attuatori corti 602 disposti in un alloggiamento 604 per incrementare gli effetti di entrata nella corsa all’indietro. Gli attuatori 602 possono muoversi all’unisono.

La Figura 7A à ̈ una vista in prospettiva in elevazione di un attuatore 700 includente divisioni anulari e radiali, secondo un esempio. La Figura 7B à ̈ una vista in sezione trasversale di un attuatore 700 includente divisioni anulari e radiali, secondo un esempio. Una pompa micro-fluidica a forza di taglio, anulare (“SDMFPA†), includente un attuatore anulare 700, può essere formata con vari processi, includendo la micro-lavorazione a macchina, il micro-stampaggio per iniezione e la micro-fusione, ma non essendo limitati a questi. Il materiale può essere plastica o metallo. Cilindri coassiali sottili 702 intersecano divisori (“spreader†) radiali 704 in modo da formare fessure curve sottili 706 che possono essere utilizzate per trasportare un fluido mediante le eccitazioni non armoniche periodiche qui rese note.

Le dimensioni geometriche della pompa microfluidica a forza di taglio, cilindrica (“SDMFPC†) possono essere utilizzate come nella SDMFPA. La SDMFPA può offrire un’area di sezione trasversale luminale superiore in confronto alla SDMFPC. Tra le fessure della SDMFPA, intorno a una circonferenza della SDMFPA possono essere formate le stesse altezze delle fessure, per es. di 50, 100 o 200 micrometri. Le fessure possono avere un’altezza variabile da anello ad anello.

L’attuatore può essere costituito da cilindri coassiali intersecati da divisori radiali che definiscono una pluralità di fessure curve. Ciascuna delle fessure può avere una lunghezza dell’arco bisecante la fessura da 25 a 200 micrometri. Ciascuna delle fessure può avere una larghezza radiale di circa 50 micrometri. Almeno uno dei cilindri coassiali può avere uno spessore di circa 50 micrometri.

La SDMFPA può definire una superficie solida minore, il che può condurre a uno sforzo di pompaggio inferiore. Il progetto coassiale della SDMFPA può essere utilizzato per un flusso elevato (“HF†, “High Flow†) con prestazioni di media pressione (“MP†, “Medium Pressure†) o di bassa pressione (“LP†, “Low-Pressure†). L’attuatore può essere fabbricato in modo economico. Lo spessore dei cilindri coassiali può essere costante (per es., di 50 micrometri; per es. una lamina, quale una lamina di metallo). La SDMFPA può essere più semplice da fabbricare mediante micro-stampaggio per iniezione e micro-fusione che perforando centinaia di microtubi. Se si utilizza un micro-solenoide come principio di azionamento, uno statore può circondare un alloggiamento dell’attuatore, e l’attuatore 700 può essere realizzato con lamine di metallo cilindriche sottili che compongono un rotore.

Per quanto riguarda uno qualsiasi degli attuatori qui resi noti, se il numero di Womersley supera 10, la dimensione del canale/dotto può essere dieci volte la profondità di penetrazione di Stokes. Di conseguenza, un po’ o la maggior parte del fluido non sperimenta la presenza della parete oscillante. Per un numero di Womersley minore di uno la lunghezza di diffusione può essere dell’ordine della lunghezza geometrica dell’attuatore e tutto il fluido si può muovere in fase con il confine in movimento. La corsa in avanti può essere relativamente lenta e può trascinare in avanti il fluido. La corsa all’indietro può essere molto veloce e influisce sullo strato sottile vicino alla parete. Effettivamente tali oscillazioni (periodiche) non armoniche possono avere come risultato un (pompaggio del) flusso netto in avanti. Più piccola à ̈ la dimensione del dotto più può essere veloce il suo movimento nella corsa in avanti e all’indietro. Allo stesso tempo, si può utilizzare un dotto più piccolo per superare le contropressioni più elevate.

I dotti a prestazioni elevate (“HP†) e a prestazioni super elevate (“SHP†), quali i micro-tubi, possono avere diametri piccoli (da 10 a 50 micrometri) e possono essere utilizzati nella corsa in avanti con la frequenza da 20 a 50 Hz e nella corsa all’indietro da 2 a 5 kHz. Le frequenze di azionamento nella corsa in avanti e all’indietro per il dato diametro del micro-tubo possono essere determinate in associazione a una viscosità cinematica determinata del liquido. Nella corsa in avanti, la velocità del fluido nella regione centrale può essere minore dell’80% della velocità media di parete. D’altra parte, la frequenza della corsa all’indietro può essere molto elevata. In certi esempi, la velocità del fluido interno (per es. al centro del tubo) non diminuisce al di sotto del 10% della velocità massima di parete.

Il numero di Reynolds all’indietro può essere in media 100 volte maggiore del numero di Reynolds in avanti. Durante la corsa all’indietro veloce il flusso può rimanere sostanzialmente laminare. Gli effetti di inizio di turbolenza e di entrata di grande ampiezza delle onde di Tolmien-Schlichting possono avere poco tempo o un tempo nullo per svilupparsi e possono essere velocemente soppressi se si sviluppano. Se il numero di Reynolds à ̈ 1000 (SHP) nel ritorno rapido, il flusso può rimanere laminare. Il tempo per il periodo di oscillazione può essere di circa 2 ordini di grandezza più breve di quello per il trasporto diffusivo nella corsa all’indietro. Di conseguenza, il momento dalla parete resiste a una penetrazione in profondità nel fluido durante la corsa all’indietro.

La Figura 8 può essere uno schema che rappresenta la funzione di una valvola, secondo un esempio. Una SDMFP può includere una microvalvola. Si può utilizzare un †̃flap’ di tipo Gurney che somiglia a una molla a balestra con una piccola linguetta all’estremità per amplificare le forze idrodinamiche o inerziali come si desidera. Un †̃flap’ elastico 802 può chiudere la corsa all’indietro dell’attuatore. Forze inerziali e di pressione possono contribuire o provocare la chiusura. Nella corsa in avanti lenta, la linguetta 804 può creare forze idrodinamiche e i momenti che possono superare l’effetto della molla e aprirla completamente contro la parete superiore nel canale rettangolare, per es. come rappresentato nella Figura 9. Si può utilizzare un’isteresi della molla a balestra per migliorare l’azione di pompaggio. Si può ottenere una pressione molto elevata combinando l’azione della valvola e della forza di taglio.

Si possono combinare vari altri meccanismi di pompaggio con e senza micro-valvole per migliorare l’efficienza di pompaggio. Per esempio, si possono utilizzare forze superficiali nei 4 angoli di uno stantuffo rettangolare per fornire un pompaggio aggiuntivo dovuto alle linee di contatto in movimento e alla dinamica delle forze superficiali.

Alcuni progetti di SDMFP non includono microvalvole. Quando si utilizzano microvalvole del tipo a †̃Gurney-flap’ si possono utilizzare dimensioni di canale più grandi, e si possono ottenere pressioni più elevate.

La Figura 9 à ̈ una vista in prospettiva in elevazione di uno stantuffo rettangolare includente dei †̃flap’, secondo un esempio. Essa rappresenta un primo canale 902 e un secondo canale 904, con una piastra centrale 906 che può essere accoppiata a una o più valvole.

La Figura 10 può essere uno schema di una configurazione di pompa includente due pompe e due attuatori, secondo un esempio. Le SDMFP possono essere disposte per funzionare in una combinazione serie-parallelo e possono essere alimentate da uno o più dispositivi di azionamento come rappresentato con un esempio nella Figura 10. La pompa 1002 può essere una prima pompa, e una seconda pompa 1006 può essere accoppiata all’anello di circolazione 1010 in parallelo alla prima pompa. Una terza pompa 1004 può essere accoppiata all’anello di circolazione 1010 in serie alla prima pompa 1002. Una quarta pompa 1008 può essere accoppiata all’anello di circolazione 1010 in parallelo alla terza pompa 1006. Per certe operazioni un dispositivo di azionamento può essere spento.

In un alloggiamento (per esempio, di 30 x 15 x 15 mm (L x W x H)) possono essere integrate quattro SDMFP. Due SDMFP 1002, 1004 possono essere in una serie che può essere alimentata da un microattuatore 1012, quale un micro-solenoide. Le altre due SDMFP 1006, 1008 in parallelo possono essere alimentate da un secondo micro-attuatore 1014. Un intero lato può essere chiuso per una parte di un’operazione di trasferimento del calore quando si desidera una riduzione del consumo di potenza.

La Figura 11A illustra una prima modalità di funzionamento di un sistema di pompaggio con due attuatori, secondo un esempio. La Figura 11B illustra una seconda modalità di funzionamento di un sistema di pompaggio con due attuatori, secondo un esempio. La Figura 11C illustra due attuatori allineati in serie per pompare un fluido, secondo un esempio. Attuatori da 1102 a 1108 di una prima pompa 1108 e di una seconda pompa 1110 possono muoversi all’unisono o l’uno contro l’altro.

Vari attuatori possono funzionare in una combinazione serie/parallelo per aumentare la prevalenza e/o le portate (capacità). Per pressioni molto elevate un attuatore può essere suddiviso in vari cilindri più piccoli per migliorare gli effetti del flusso in entrata nelle corse inverse.

Certi esempi suddividono l’attuatore in vari componenti più corti per migliorare gli effetti in entrata del tubo nella corsa all’indietro, il che può ridurre la perdita della pompa. Per esempio, per un micro-tubo con un raggio di 100 micrometri con H2O e una velocità di deriva di parete costante efficace di 5 mm/s, il gradiente di pressione contraria che si può superare à ̈ di 4.000 Pa/m (4 kPa/m o 40 mbar/m). Lo sforzo di pompaggio di un attuatore di 10 mm può essere di 40 Pa. Nel caso di un micro-tubo di 50 micrometri (per es. con un diametro di 100 micrometri) la velocità di parete efficace può essere di 15 mm/s, il gradiente di pressione massimo può essere uno sforzo di pompaggio massimo di 192 kPa/m o 1920 Pa (1,92 kPa o 19,2 mbar).

Due attuatori in una serie possono fornire uno sforzo di pompaggio di circa 4.000 Pa (4 kPa o 40 mbar). Una SDMFPC a pressione super elevata può fornire da sola da 10.000 a 100.000 Pa (da 10 a 100 kPa o da 100 a 1000 mbar) e i micro-tubi possono avere un diametro di circa da 25 a 30 micrometri. La lunghezza dell’attuatore cilindrico può essere lunga 10, 15 o 20 mm con una suddivisione in vari cilindri più corti di lunghezza da 3 a 5 mm e uno spazio libero di 3 mm tra essi. Una tale pompa può essere più lunga (da 15 a 20 mm) ma può produrre pressioni migliori a portate in volume migliori. Uno dei motivi per suddividere il cilindro in vari più piccoli à ̈ quello di migliorare gli effetti in entrata del flusso del tubo in modo costruttivo. Suddividendo la pompa in una combinazione parallelo-serie si può ridurre l’effetto della potenza di picco elevata utilizzando grandi azionamenti di attuatore.

La Figura 12 illustra una forma a seno raddrizzato (seno assoluto) che illustra una forma di d’onda di azionamento all’indietro veloce, secondo un esempio. Un pompaggio non armonico può essere importante, in associazione alle forze di taglio, per l’efficienza di pompaggio di una SDMFP. La progettazione delle forme d’onda di azionamento può essere importante nel funzionamento efficiente di una SDMFP. Una forma d’onda può essere una funzione seno raddrizzato (seno assoluto) seguita da un seno invertito rapido, come rappresentato. L’area sotto la curva può essere uguale per entrambe le curve (la distanza può essere uguale e il moto può essere periodico). La velocità della corsa all’indietro (e il numero di Reynolds associato) può essere circa 100 volte più veloce nella corsa all’indietro che nella corsa in avanti.

La Figura 13 illustra una forma d’onda di azionamento di tipo quadro, secondo un esempio. Lo stantuffo della SDMFP può muoversi per inerzia tra un’accelerazione rapida e decelerazioni.

La Figura 14 illustra il comportamento di un fluido non newtoniano, secondo un esempio. La Figura 15 illustra il comportamento di un fluido non newtoniano, secondo un esempio. Le caratteristiche delle prestazioni idrauliche delle SDMFP possono essere migliorate se si utilizza come fluido di lavoro un fluido non newtoniano indipendente dal tempo (pseudo-plastico) con riduzione della viscosità da sforzo di taglio (“shear-thinning†). Un’illustrazione di fluidi basilari non newtoniani o (Newtoniani Generalizzati) indipendenti dal tempo à ̈ rappresentata nelle Figure 14 e 15. Un risultato à ̈ un flusso a pistone migliorato della parte interna del fluido. Ciò può essere specialmente vantaggioso in certe applicazioni. Per esempio, nel pompaggio del sangue nelle arterie coronarie in cui i gradienti di velocità possono essere abbastanza piccoli da far sì che l’incremento della viscosità da sforzo di taglio (“shear-thickening†) diventi importante, una SDMFP può avere prestazioni desiderabili. Tecniche di riduzione della resistenza che utilizzano il principio dei vortici di Moffat, la micro-geometria a squamature, il riscaldamento a impulsi e strati sottili speciali possono aumentare la resistenza d’attrito in una direzione e diminuirla in un’altra, il che può fornire un vantaggio in termini di prestazioni. Dei rivestimenti sull’attuatore possono aumentare la forza di taglio in una direzione e diminuirla in un’altra, aumentando così in aggiunta l’efficienza volumetrica.

La Figura 16 illustra un anello di controllo con retroazione negativa, secondo un esempio. La SDMFP può rispondere bene a un controllo continuo. Si può progettare un semplice controllo di retroazione 1600 per regolare i parametri di funzionamento della pompa (per es. uno tra la portata e lo sforzo di pompaggio o entrambi). Si può utilizzare un controllo adattativo. Come qui reso noto, dei micro-sensori possono essere integrati in una micro-pompa e possono fornire le informazioni necessarie a un microcontrollore per regolare il punto di regolazione di funzionamento della pompa.

I micro-attuatori possono fornire una coppia/forza elevata nella corsa all’indietro e possono essere limitati in potenza. La corsa in avanti può richiedere una potenza molto minore ma può essere limitata in energia. La lunghezza della corsa può essere da 0,5 a 5 mm e ciò deve essere tenuto in considerazione. I candidati più probabili per gli attuatori possono essere (1) un Microsolenoide, (2) un Motore in CC lineare e (3) un Trasduttore piezoelettrico con convertitori di forza/corsa. Un sistema può essere controllato da remoto.

La Figura 17 illustra un procedimento di utilizzo di una pompa, secondo un esempio. Gli esempi possono includere un procedimento per lo scambio di calore tra una sorgente di calore e uno scambiatore di calore. In 1702, il procedimento può includere l’affissione dello scambiatore di calore alla sorgente di calore, con lo scambiatore di calore in comunicazione termica con la sorgente di calore. In 1704, il procedimento può includere il pompaggio di un liquido attraverso lo scambiatore di calore mediante l’oscillazione di un attuatore includente una pluralità di micro-luci con un differenziale di velocità tra le corse. Ciò può includere il pompaggio di un liquido attraverso lo scambiatore di calore, a una portata e a una pressione del liquido determinate, mediante l’oscillazione di un attuatore in un alloggiamento della pompa che si estende lungo una lunghezza che definisce una parte interna allungata, l’attuatore essendo conforme alla parte interna allungata, l’attuatore includendo una pluralità di luci, aventi ciascuna una lunghezza che si estende sostanzialmente parallela alla parte interna allungata, ciascuna da circa 20 a 200 micrometri trasversalmente, in cui un’oscillazione ha luogo con un differenziale di velocità tra un movimento in una prima direzione rispetto a un movimento in una seconda direzione opposta alla prima direzione. In 1706, il procedimento può includere lo scambio di calore tra lo scambiatore di calore e la sorgente di calore.

Si possono utilizzare procedimenti opzionali. Il pompaggio può includere un pompaggio del liquido a un minimo dell’80% di una velocità di un attuatore. Il pompaggio può includere il mantenimento di un numero di Reynolds del liquido mentre l’attuatore si può muovere nella prima direzione affinché sia 1/100 del numero di Reynolds del liquido mentre l’attuatore si può muovere nella seconda direzione. Il pompaggio può includere la rilevazione di una portata e la regolazione dell’oscillazione in associazione alla portata. Il pompaggio può includere la rilevazione di una pressione differenziale e la regolazione dell’oscillazione in associazione alla pressione differenziale. Il pompaggio può includere la rilevazione di una temperatura e la regolazione dell’oscillazione in associazione alla temperatura. Il pompaggio del liquido può includere un pompaggio a una portata di fino a 100 millilitri al secondo, a una pressione di fino a 40 chilopascal.

APPLICAZIONI

Le apparecchiature, i sistemi e i procedimenti qui resi noti possono essere utilizzati nella refrigerazione a fluido. La SDMFP ha, per sua natura, un’ampia gamma dinamica, cioà ̈ la portata e l’altezza manometrica netta possono essere variate su vari ordini di grandezza. Ciò può essere qualcosa che non può essere ottenibile con altre micropompe disponibili commercialmente. Le frequenze (i periodi) della corsa in avanti e all’indietro possono essere regolate su un ampio intervallo per fornire una dinamica di oscillazioni variabili. A causa della larghezza di banda elevata della corsa all’indietro può rimanere molto spazio per un controllo accurato del flusso e dello sforzo con una risoluzione elevata. Aggiungendo un’altra SDMFP in un sistema di circolazione si possono offrire portate di fino a 100 ml/min e uno sforzo totale di fino a 40 kPa (400 mbar). D’altra parte, la stessa SDMFP può fornire basse portate accurate di soltanto vari µl/min.

Certe applicazioni traggono vantaggio dalla forma dell’alloggiamento e dai dispositivi di azionamento dell’attuatore. La dimensione esterna può essere di circa da 5 a 30 mm di lunghezza e da 5 a 10 mm di profondità e da 10 a 15 mm di larghezza e sarebbe utilizzata per lo più nei sistemi di refrigerazione a liquido. Un sistema microfluidico che impiega un pompaggio può utilizzare questa pompa.

Varie applicazioni delle pompe possono includere la refrigerazione micro-elettronica, il biomedicale/medicale, l’industria spaziale, l’agroalimentare, il settore automobilistico e la micro-propulsione (propulsione aeronautica e spaziale). Le applicazioni aerospaziali possono includere un impiego come fornitura di carburante pressurizzato per i motori a micro-getto e/o come propellente liquido per i motori di micro-razzi. Applicazioni esemplificative possono includere i micro-propulsori per i micro-satelliti, per esempio per il controllo dell’assetto, orbitale e/o per la propulsione principale.

Poiché il rilascio di calore dei nuovi processori multi-core aumenta, la necessità di raffreddamento a liquido può essere più pronunciata. Certi esempi possono essere utilizzati per scambiare calore con un microcircuito integrato (“chip†), con una unità di elaborazione centrale (CPU, “Central Processing Unit†), con un circuito integrato (IC, “Integrated Circuit†) e con altri circuiti. Si possono raffreddare anche dispositivi MEMS che generano calore. Un certo numero di applicazioni dal raffreddamento a liquido dei circuiti microelettronici (per es. processori multi-core) possono utilizzare strategie di raffreddamento personalizzate (includendo un raffreddamento convettivo senza cambiamento di fase e una bollitura a flusso forzata/in vasca con cambiamento di fase).

Una CPU può rilasciare 100 W di potenza di picco da assorbire in uno scambiatore di calore convettivo a micro-canali, da trasportare e da rigettare in un dissipatore di calore. Un dissipatore di calore nella microelettronica esistente (per es. nei PC) include uno scambiatore di calore metallico ad alette raffreddato ad aria (convezione forzata) dalla ventola/ventilatore del computer.

La rimozione del calore basata su convezioneconduzione a liquido a singola fase attraverso micro-canali integrati in una CPU multi-core può utilizzare circa da 30 a 60 ml/min d’acqua come refrigerante e la caduta di pressione in un intero anello di raffreddamento può essere dell’ordine da 15.000 a 500.000 Pa (da 150 a 5000 mbar).

Per un sistema di raffreddamento per rimozione del calore a due fasi che utilizza una bollitura in vasca o forzata (raffreddamento immerso) si possono utilizzare portate inferiori del refrigerante liquido ad acqua o, per le stesse portate, la rimozione del calore può essere dell’ordine di 1 kW (per es. utilizzando un cambiamento di fase d’acqua). La capacità di rimuovere il calore dai componenti elettronici di potenza elevata può essere da dieci a cento volte utilizzando un sistema di flusso a cambiamento di fase.

Se il liquido refrigerante à ̈ acqua pulita distillata (la soluzione più semplice) allora la viscosità dinamica può essere di 10<-3>Pa secondo (1 mPas o 1 cP) e la densità può essere di 10<3>kg/m<3>. Il refrigerante può entrare nei micro-canali impilati o nella vasca dello scambiatore di calore integrato con la CPU, per esempio, a 40 C. Con l’acqua a cambiamento di fase riscaldata a 100 C (per es. a una pressione assoluta di 1 bar), il cambiamento di fase può avere luogo per produrre una miscela di vapore-liquido (flusso lento o a bolle).

La SDMFP può fornire lo sforzo alla portata (per es. capacità) desiderata. L’efficienza totale della micro-pompa può essere dal 10% al 30%. I requisiti di potenza per una pompa micro-fluidica a forza di taglio possono essere dell’ordine di dieci milliwatt. Le forze necessarie per muovere l’attuatore possono essere dell’ordine di dieci millinewton. Di conseguenza, i micro-solenoidi e i trasduttori di forza piezoelettrici possono alimentare le SDMFP.

A scopi medicali e biomedicali per assistere nella circolazione emodinamica umana, la SDMFP può essere installata direttamente (nel corpo) nei canali vascolari. Molte applicazioni biomedicali e medicali possono trarre vantaggio da un impiego di un progetto di una pompa micro-fluidica a forza di taglio sicura, a basso consumo di potenza, altamente efficiente. Indipendentemente dal fatto che sia una SD-MFP di progetto embedded che assiste nella circolazione sanguigna umana nelle emodinamiche sistemiche o coronariche per le persone con malattie/difficoltà cardiovascolari o che fornisce insulina su richiesta (“on-demand†) ai pazienti diabetici, la pompa micro-fluidica a forza di taglio esibisce prestazioni efficienti.

Le pompe possono essere molto piccole da essere inserite chirurgicamente nei canali vascolari (arterie, arteriole, ecc.). Poiché il concetto della SDMFP può essere relativamente efficiente, può funzionare per anni con piccole batterie. Per esempio, per una potenza di pompaggio di 10 mW e con una bassa efficienza totale del 20% (per es. perdita di pompaggio ed efficienza dell’attuatore) la pompa utilizza in media 50 mW di potenza elettrica (per es. 10 mA con una sorgente di 5 V, per es. una tensione di CPU da computer in CC). Se la SDMFP funziona 10 ore al giorno a una potenza massima (per es. potenza media normalizzata su 24 ore), allora per un anno (365 giorni) la pompa può consumare 182,5 W-hr (36,5 A-hr) o 0,1825 kW-hr/anno.

La potenza di picco richiesta per accelerare l’attuatore dell’ordine di vari G nella corsa all’indietro può essere dell’ordine di 100 mW. Si possono utilizzare dei condensatori per immagazzinare l’energia elettrica necessaria per una rapida scarica e una potenza di picco. I cilindri di attuazione della pompa sono simili a dispositivi cavi e così sono leggeri, ma hanno una massa che può sottostare a un grande numero di cicli. Per esempio, una pompa può funzionare su un periodo di cinque anni. La corsa in avanti può ripetersi da 2 a 10 volte al secondo, avendo come risultato circa 800 milioni di corse in avanti relativamente lente seguite da rapide corse all’indietro (per es. di durata da 500 a 2000 µs).

In aggiunta, l’intero micro-controllo embedded può essere regolato da remoto. Il concetto della forza di taglio può essere efficiente sulle microscale (per es. da 10 a 500 micrometri senza alcuna microvalvola). Il concetto unico di riduzione della resistenza (“squamature†, strati speciali, rivestimento, ecc.) nella corsa all’indietro e la suddivisione dell’attuatore in vari componenti più corti per migliorare gli effetti in entrata del tubo nella corsa all’indietro e per ridurre la perdita della pompa.

Varie Note ed Esempi

L’esempio 1 può includere un’apparecchiatura per pompare un fluido. L’esempio può includere un alloggiamento che si estende lungo una lunghezza che definisce una parte interna allungata. L’esempio può includere un attuatore nell’alloggiamento, che à ̈ conforme alla parte interna allungata, l’attuatore includendo una pluralità di luci, aventi ciascuna una lunghezza che si estende sostanzialmente parallela alla parte interna allungata, ciascuna da circa 10 a 200 micrometri trasversalmente. L’esempio può includere un attuatore configurato per fare oscillare l’attuatore nell’alloggiamento dell’attuatore lungo la lunghezza della parte interna allungata con un differenziale di velocità tra un movimento in una prima direzione rispetto a un movimento in una seconda direzione opposta alla prima direzione per pompare il fluido.

L’esempio 2 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui almeno una della pluralità di luci ha una forma circolare in sezione trasversale.

L’esempio 3 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui almeno una della pluralità di luci ha una forma rettilinea in sezione trasversale.

L’esempio 4 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui l’attuatore include un micro-solenoide da alimentare con una sorgente in CC da 5 V.

L’esempio 5 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui l’attuatore include un motore lineare da alimentare con una sorgente in CC.

L’esempio 6 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui l’attuatore include un trasduttore piezoelettrico con un convertitore di forza/corsa.

L’esempio 7 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui la pluralità di luci comprende circa dal 60% all’80% di un’area in sezione trasversale dell’attuatore.

L’esempio 8 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui la pluralità di luci comprende da circa il 78,5% di un’area in sezione trasversale dell’attuatore.

L’esempio 9 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui il movimento nella prima direzione à ̈ a una prima distanza da 0,5 a 5 millimetri in da 100 a 500 millisecondi, e il movimento nella seconda direzione à ̈ a una seconda distanza da 0,5 a 5 millimetri in da 1 a 2 millisecondi.

L’esempio 10 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui la prima distanza e la seconda distanza sono sostanzialmente equivalenti.

L’esempio 11 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui l’attuatore à ̈ configurato per muoversi nella prima direzione a una velocità media di circa da 30 a 50 millimetri al secondo.

L’esempio 12 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui il movimento nella seconda direzione à ̈ a una frequenza che à ̈ da circa 100 a circa 1000 volte più veloce del movimento nella prima direzione.

L’esempio 13 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui il movimento nella seconda direzione à ̈ a circa 1000 hertz, e il movimento nella prima direzione à ̈ a circa 10 hertz.

L’esempio 14 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui il movimento nella seconda direzione à ̈ a circa 10000 hertz, e il movimento nella prima direzione à ̈ a circa 10 hertz.

L’esempio 15 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui il movimento nella seconda direzione à ̈ a circa da 2000 a 5000 hertz, e il movimento nella prima direzione à ̈ a circa da 20 a 50 hertz.

L’esempio 16 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui l’attuatore à ̈ costituito da cilindri coassiali intersecati da divisori radiali che definiscono una pluralità di fessure curve.

L’esempio 17 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui ciascuna delle fessure ha una lunghezza d’arco bisecante la fessura da 25 a 200 micrometri.

L’esempio 18 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui ciascuna delle fessure ha una larghezza radiale di circa 50 micrometri.

L’esempio 19 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui almeno uno dei cilindri coassiali ha uno spessore di circa 50 micrometri.

L’esempio 20 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui l’alloggiamento à ̈ formato di almeno uno tra plastica e metallo.

L’esempio 21 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui l’alloggiamento à ̈ almeno uno di un alloggiamento micro-stampato e di un alloggiamento micro-fuso.

L’esempio 22 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui la pluralità di luci à ̈ distribuita secondo una configurazione regolare.

L’esempio 23 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui la pluralità di luci à ̈ distribuita secondo una configurazione casuale.

L’esempio 24 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, comprendendo una valvola disposta nell’attuatore.

L’esempio 25 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui la valvola include una valvola di tipo Gurney.

L’esempio 26 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui l’attuatore à ̈ realizzato in plastica.

L’esempio 27 può includere o utilizzare l’argomento di una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti e può includere un procedimento per lo scambio di calore tra una sorgente di calore e uno scambiatore di calore. L’esempio può includere l’affissione dello scambiatore di calore alla sorgente di calore, con lo scambiatore di calore in comunicazione termica con la sorgente di calore. L’esempio può includere il pompaggio di un liquido attraverso lo scambiatore di calore, a una portata e a una pressione del liquido determinate, mediante l’oscillazione di un attuatore in un alloggiamento della pompa che si estende lungo una lunghezza che definisce una parte interna allungata, l’attuatore essendo conforme alla parte interna allungata, l’attuatore includendo una pluralità di luci, aventi ciascuna una lunghezza che si estende sostanzialmente parallela alla parte interna allungata, ciascuna da circa 20 a 200 micrometri trasversalmente, in cui un’oscillazione ha luogo con un differenziale di velocità tra un movimento in una prima direzione rispetto a un movimento in una seconda direzione opposta alla prima direzione. L’esempio può includere lo scambio di calore tra lo scambiatore di calore e la sorgente di calore.

L’esempio 28 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui il pompaggio include un pompaggio del liquido a un minimo dell’80% di una velocità dell’attuatore.

L’esempio 29 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui il pompaggio include il mantenimento di un numero di Reynolds del liquido mentre l’attuatore si muove nella prima direzione affinché sia 1/100 del numero di Reynolds del liquido mentre l’attuatore si muove nella seconda direzione.

L’esempio 30 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui il pompaggio include la rilevazione di una portata e la regolazione dell’oscillazione in associazione alla portata.

L’esempio 31 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui il pompaggio include la rilevazione di una pressione differenziale e la regolazione dell’oscillazione in associazione alla pressione differenziale.

L’esempio 32 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui il pompaggio include la rilevazione di una temperatura e la regolazione dell’oscillazione in associazione alla temperatura.

L’esempio 33 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui il pompaggio del liquido include un pompaggio a una portata di fino a 100 millilitri al secondo, a una pressione di fino a 40 chilopascal.

L’esempio 34 può includere un sistema di scambio di calore per lo scambio del calore con un circuito integrato, includente l’argomento di una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti. L’esempio può includere un anello di circolazione per contenere un fluido. L’esempio può includere una porzione di emissione di calore in comunicazione a fluido con l’anello di circolazione e configurata per scambiare calore con una sorgente fredda. L’esempio può includere almeno una porzione di assorbimento del calore in comunicazione a fluido con l’anello di circolazione e configurata per scambiare calore con il circuito integrato. L’esempio può includere una pompa per pompare un fluido attraverso l’anello di circolazione. La pompa può includere un alloggiamento che si estende lungo una lunghezza che definisce una parte interna allungata. L’esempio può includere un attuatore nell’alloggiamento, che à ̈ conforme alla parte interna allungata, l’attuatore includendo una pluralità di luci, aventi ciascuna una lunghezza che si estende sostanzialmente parallela alla parte interna allungata, ciascuna da circa 20 a 200 micrometri trasversalmente. L’esempio può includere un attuatore configurato per fare oscillare l’attuatore nell’alloggiamento dell’attuatore lungo la lunghezza della parte interna allungata con un differenziale di velocità tra un movimento in una prima direzione rispetto a un movimento in una seconda direzione opposta alla prima direzione per pompare il fluido.

L’esempio 35 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui la pompa à ̈ una prima pompa, e comprendendo una seconda pompa accoppiata all’anello di circolazione in parallelo alla prima pompa.

L’esempio 36 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui l’attuatore à ̈ configurato per fare oscillare la prima pompa e la seconda pompa.

L’esempio 37 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, comprendendo una terza pompa accoppiata all’anello di circolazione in serie alla prima pompa.

L’esempio 38 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, comprendendo una quarta pompa accoppiata all’anello di circolazione in parallelo alla terza pompa.

L’esempio 39 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui la pompa ha una lunghezza di circa 30 millimetri, una larghezza di circa 15 millimetri e un’altezza di circa 15 millimetri.

L’esempio 40 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui l’attuatore à ̈ configurato per fare oscillare la terza pompa e la quarta pompa.

L’esempio 41 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui la pompa à ̈ una prima pompa, e comprendendo una seconda pompa accoppiata all’anello di circolazione in serie alla prima pompa.

L’esempio 42 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui il circuito integrato forma una parte di un computer che comprende una memoria ad accesso casuale.

L’esempio 43 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, in cui il circuito integrato forma una parte di un computer che comprende un processore embedded.

L’esempio 44 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, comprendendo un sensore di portata per rilevare una portata, in cui la pompa à ̈ configurata per regolare l’oscillazione in associazione alla portata.

L’esempio 45 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, comprendendo un sensore di temperatura per rilevare una temperatura, in cui la pompa à ̈ configurata per regolare l’oscillazione in associazione alla temperatura.

L’esempio 46 può includere qualsiasi degli esempi precedenti, comprendendo un sensore di pressione differenziale per rilevare una pressione differenziale, in cui la pompa à ̈ configurata per regolare l’oscillazione in associazione alla pressione differenziale.

Ciascuno di questi esempi non limitativi può valere da solo o può essere combinato in varie permutazioni o combinazioni con uno o più degli altri esempi.

La precedente descrizione dettagliata include riferimenti ai disegni allegati, che fanno parte della descrizione dettagliata. I disegni rappresentano, a titolo illustrativo, specifiche forme realizzative nelle quali può essere attuata l’invenzione. Queste forme realizzative possono qui anche essere dette “esempi†. Tali esempi possono includere elementi in aggiunta a quelli rappresentati o descritti. Tuttavia, i presenti inventori contemplano anche esempi nei quali sono forniti solo quegli elementi rappresentati o descritti. Inoltre, i presenti inventori contemplano anche esempi che utilizzano una qualsiasi combinazione o permutazione di quegli elementi rappresentati o descritti (o uno o più dei loro aspetti), rispetto a un particolare esempio (o a uno o più dei suoi aspetti) o rispetto ad altri esempi (o a uno o più dei loro aspetti) qui rappresentati o descritti.

Nel caso di utilizzi incoerenti tra questo documento e qualsiasi documento così incorporato tramite citazione, ha il sopravvento l’utilizzo in questo documento.

In questo documento, il termine “uno†o “una†sono utilizzati, come à ̈ comune nei documenti di brevetto, per includere uno o più di uno, indipendentemente da qualsiasi altro caso o utilizzo di “almeno uno†o “uno o più†(“almeno una†o “una o più†). In questo documento, il termine “o†à ̈ utilizzato per fare riferimento a un o non esclusivo, cosicché “A o B†include “A ma non B†, “B ma non A†e “A e B†, a meno che non sia indicato altrimenti. In questo documento, i termini “includente†e “nel quale†(“nella quale†) sono utilizzati come i loro equivalenti nel linguaggio comune dei loro rispettivi termini “comprendente†e “in cui†. Oltre a ciò, nelle rivendicazioni seguenti, i termini “includente†e “comprendente†sono suscettibili di più interpretazioni, cioà ̈ si ritiene che un sistema, un dispositivo, un articolo, una composizione, una formulazione o un processo che include elementi in aggiunta a quelli elencati dopo un tale termine in una rivendicazione ricadano entro l’ambito di tale rivendicazione. Inoltre, nelle rivendicazioni seguenti, i termini “primo†(“prima†), “secondo†(“seconda†) e “terzo†(“terza†), ecc. sono utilizzati semplicemente come legende, e non intendono imporre requisiti numerici sui loro oggetti.

Gli esempi di procedimento qui descritti possono essere implementati almeno in parte su un computer o su una macchina. Alcuni esempi possono includere un supporto leggibile da computer o un supporto leggibile da macchina codificato con istruzioni atte a operare per configurare un dispositivo elettronico in modo da effettuare i procedimenti come descritto negli esempi precedenti. Un’implementazione di tali procedimenti può includere un codice, quale un microcodice, un codice in linguaggio assembly, un codice in linguaggio di livello superiore, o simili. Tale codice può includere istruzioni leggibili da computer per l’effettuazione di vari procedimenti. Il codice può formare porzioni di prodotti di programma per computer. Inoltre, in un esempio, il codice può essere memorizzato in modo tangibile su uno o più supporti leggibili da computer tangibili non volatili, non transitori o volatili, come durante l’esecuzione o in altri momenti. Esempi di questi supporti leggibili da computer tangibili possono includere i dischi rigidi, i dischi magnetici rimovibili, i dischi ottici rimovibili (per es. i CD (“compact disk†) e i DVD (“Digital Video Disk†)), le cassette magnetiche, le chiavette (“stick†) o le schede di memoria, le memorie ad accesso casuale (RAM, “Random Access Memory†), le memorie di sola lettura (ROM, “Read Only Memory†) e simili, ma non sono limitati a questi.

La precedente descrizione intende essere illustrativa e non limitativa. Per esempio, gli esempi descritti in precedenza (o uno o più dei loro aspetti) possono essere utilizzati in combinazione con ciascun altro. Si possono utilizzare altre forme realizzative, come per un comune esperto nella tecnica all’analisi della descrizione precedente. Il Riassunto à ̈ fornito per conformarsi a 37 C.F.R. §1.72(b), per consentire al lettore di accertare rapidamente la natura della descrizione tecnica. È fornito con l’intendimento che non possa essere utilizzato per interpretare o limitare l’ambito o il significato delle rivendicazioni. Oltre a ciò, nella Descrizione Dettagliata precedente, vari elementi distintivi possono essere raggruppati insieme per ottimizzare la descrizione. Ciò non dovrebbe essere interpretato come un intendimento che un elemento distintivo reso noto non rivendicato sia essenziale per una qualsiasi rivendicazione. Piuttosto, l’argomento dell’invenzione può consistere in meno di tutti gli elementi distintivi di una particolare forma realizzativa resa nota. Così, le rivendicazioni seguenti sono incorporate in tal modo nella Descrizione Dettagliata come esempi o forme realizzative, con ciascuna rivendicazione che vale da sola come una forma realizzativa separata, e si contempla che tali forme realizzative possano essere combinate l’una con l’altra in varie combinazioni o permutazioni. L’ambito dell’invenzione dovrebbe essere determinato con riferimento alle rivendicazioni allegate, insieme al pieno ambito degli equivalenti ai quali hanno diritto tali rivendicazioni.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura per pompare un fluido, comprendente: un alloggiamento che si estende lungo una lunghezza che definisce una parte interna allungata; un attuatore nell’alloggiamento, che à ̈ conforme alla parte interna allungata, l’attuatore includendo una pluralità di luci, aventi ciascuna una lunghezza che si estende sostanzialmente parallela alla parte interna allungata, ciascuna da circa 10 a 200 micrometri trasversalmente; e un attuatore configurato per fare oscillare l’attuatore nell’alloggiamento dell’attuatore lungo la lunghezza della parte interna allungata con un differenziale di velocità tra un movimento in una prima direzione rispetto a un movimento in una seconda direzione opposta alla prima direzione per pompare il fluido.
2. 2. Apparecchiatura della rivendicazione 1, in cui almeno una della pluralità di luci ha una forma circolare in sezione trasversale.
3. 3. Apparecchiatura di qualsiasi delle rivendicazioni 1 e 2, in cui l’attuatore include un microsolenoide da alimentare con una sorgente in CC a 5 V.
4. 4. Apparecchiatura di qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui la pluralità di luci comprende da circa il 60% all’80% di un’area in sezione trasversale dell’attuatore.
5. 5. Apparecchiatura di qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui il movimento nella seconda direzione à ̈ a una frequenza che à ̈ da circa 100 a circa 1000 volte più veloce del movimento nella prima direzione.
6. 6. Apparecchiatura di qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui l’attuatore à ̈ costituito da cilindri coassiali intersecati da divisori radiali che definiscono una pluralità di fessure curve.
7. 7. Apparecchiatura di qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, comprendente una valvola disposta nell’attuatore.
8. 8. Apparecchiatura della rivendicazione 7, in cui la valvola include una valvola di tipo Gurney.
9. 9. Sistema di raffreddamento per computer includente uno scambiatore di calore per rigettare il calore nell’ambiente e un secondo scambiatore di calore per assorbire calore da un circuito integrato, con un anello di raffreddamento includente un fluido affinché fluisca tra lo scambiatore di calo re e il secondo scambiatore di calore, pompato dall’apparecchiatura della rivendicazione 1.
10. 10. Utilizzo dell’apparecchiatura della rivendicazione 1 per lo scambio di calore tra una sorgente di calore e uno scambiatore di calore, comprendente: l’affissione dello scambiatore di calore alla sorgente di calore, con lo scambiatore di calore in comunicazione termica con la sorgente di calore; il pompaggio di un fluido attraverso lo scambiatore di calore, a una pressione del fluido e a una portata determinate, facendo oscillare un attuatore in un alloggiamento della pompa che si estende lungo una lunghezza che definisce una parte interna allungata, l’attuatore essendo conforme alla parte interna allungata, l’attuatore includendo una pluralità di luci, aventi ciascuna una lunghezza che si estende sostanzialmente parallela alla parte interna allungata, ciascuna da circa 20 a 200 micrometri trasversalmente, in cui un’oscillazione ha luogo con un differenziale di velocità tra un movimento in una prima direzione rispetto a un movimento in una seconda direzione opposta alla prima direzione; e lo scambio di calore tra lo scambiatore di calore e la sorgente di calore.