專利名稱：利用低溫工質(zhì)膨脹作功的微系統(tǒng)能源驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及低溫技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的可用于驅(qū)動微電子機械系統(tǒng)尤其是脫離基地工作的微飛行器、微運動裝置的利用低溫工質(zhì)膨脹作功的微系統(tǒng)能源驅(qū)動裝置。
近幾年來自然科學與工程技術(shù)發(fā)展的一個重要趨勢是朝微型化邁進，人們的注意力逐漸從宏觀物體轉(zhuǎn)向那些發(fā)生在小尺度的現(xiàn)象及其相應器件上(劉靜，微米/納米尺度傳熱學，北京科學出版社，2000)，其中，微電子機械系統(tǒng)(microelectromechanical systems---MEMS)尤其取得了巨大成功并正被拓展應用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域，它集電子與機械元件于一身，采用批量加工方法制成。由于現(xiàn)代制造與應用技術(shù)的持續(xù)進展，“微機械”的尺寸正以超乎尋常的速度降低，而同時其性能卻得到了保持甚至更好。借助于微機械加工技術(shù)，人們制造了許多極微小的機械器件，如尺寸小于1mm的壓力傳感器、流動傳感器和加速計，具有類似尺寸的換熱器、空氣透平、微型燃燒室和電子馬達，以及制作在一個硅片上的一整套氣體膠版復制器、微飛行器、微動力系統(tǒng)等，這些微系統(tǒng)在多個領(lǐng)域展示了廣闊的應用前景。
在所有的微電子機械系統(tǒng)中，無一例外地要用到其基能源驅(qū)動裝置。然而令人遺憾的是，在發(fā)展MEMS系統(tǒng)的同時，高效MEMS基能源研制方面的進展十分緩慢。高效基能源驅(qū)動裝置在一些微系統(tǒng)應用場合占有至關(guān)重要的地位，比如對于脫離基地執(zhí)行任務的微型飛行器、微動力系統(tǒng)而言，其所采用的供能裝置應具備輸出功率盡可能高、使用時間盡可能長的特點，而同時為減小能量消耗和運動阻力，其體積和重量則應盡可能小。可以認為，高效基能源驅(qū)動裝置是MEMS充分實現(xiàn)其功能，進入實用和擴大應用范圍的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，幾種比較有前景的基能源驅(qū)動裝置有(1)微燃料發(fā)動機；(2)微型燃料電池；(3)微型太陽能電池；及(4)薄膜鋰電池等(解晶瑩，劉路，MEMS基能源技術(shù)的研究和現(xiàn)狀，2000年微系統(tǒng)技術(shù)研討會資料，上海)。
其中，微燃料發(fā)動機的制作是微制造技術(shù)中極富挑戰(zhàn)性的嘗試之一。此方面，美國麻省理工學院的Waitz等(Waitz I.A.，G.Gauba，and Y.S.Tzeng，Combustors for micro-gas turbineengines，ASME J.of Fluid Engineering，vol.120，pp.109-117，1998；微燃氣透平用燃燒室，美國機械工程師學會會刊流體力學學報，第120卷，109-117頁，1998)新近研制了一種針對微燃氣透平的燃燒室。其初衷在于若能成功設計出一種能產(chǎn)生10-100W電能，而體積僅在1cm3以下且每小時消耗的噴氣燃料僅約7g的微燃氣透平發(fā)電機，則其將擁有10倍于現(xiàn)行最好的電池所能提供的能量密度。但該類裝置的研制上存在很多不足之處，如結(jié)構(gòu)復雜的發(fā)動機的微加工十分困難，其內(nèi)燃料的供應十分復雜，并且其較大的比表面積會導致產(chǎn)生較高的附加能量損失，特別困難的地方還在于所選用材料必須具有適應惡劣環(huán)境的優(yōu)異的機械、熱學及化學性質(zhì)，目前主要采用難熔的結(jié)構(gòu)陶瓷如氮化硅(Si3N4)及碳化硅(SiC)等，以避免因燃燒而引起高溫融化，而這類難熔結(jié)構(gòu)陶瓷的微加工十分困難。正是這些不足限制了微燃料發(fā)動機的進一步發(fā)展。于是，研究者們又轉(zhuǎn)而尋求其他方式的微型動力系統(tǒng)，如微型燃料電池、微型太陽能電池、薄膜鋰電池等。但存在的缺陷是要么輸出功率偏小，要么工作時間不夠長，所以仍處于發(fā)展階段。
利用高壓氮氣作動力的思想實際上很早就被提出，但這種想法直到最近才被付諸實施。美國兩個研究組新近成功地實現(xiàn)了利用液氮作動力的實驗性無污染機動車[C.Knowlen，A.T.Mattick，A.P.Bruckner，A.Hertzberg，High efficiency energy systems forliquid nitrogen automobiles，SAE Technical Paper Series981898，F(xiàn)utureTransportation Technology Conference and Exposition，Costa Mesa，CA，Aug.11-13，1998(液氮汽車的高效能量系統(tǒng)，汽車學會系列技術(shù)論文981898號，未來運輸技術(shù)及展示會議，加州，Costa Mesa，8月11-13，1998)；C.A.Ordonez，Liquid nitrogen fueled，closed Brayton cycle cryogenic heat engine，Energy Conversion&Management，vol.41，pp.331-341，2000(利用液氮作燃料的閉式Brayton循環(huán)低溫熱機，能源轉(zhuǎn)換與管理，第41卷，頁碼331-341，2000)]，其動力來自于液氮轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的過程中，冰冷的液氮沸點為-196℃，受熱于外界空氣后轉(zhuǎn)變成蒸汽，這個過程所釋放出來的壓力便能驅(qū)動車輛。其核心結(jié)構(gòu)主要包括液氮容器即杜瓦瓶、用于氮氣與空氣進行熱交換的復合換熱器及動力輸出裝置等，但機構(gòu)相當龐大、復雜。
應該指出，盡管利用低溫工質(zhì)膨脹作功在一些宏觀上的應用已獲成功，如上述將其用作汽車動力等，但其實施于MEMS時會帶來一系列挑戰(zhàn)性課題，比如低溫工質(zhì)是否會對MEMS的其它部件造成損壞，以及由于工質(zhì)噴發(fā)所形成的環(huán)境是否會降低MEMS的工作性能，以及如何以最少的工質(zhì)獲取最大的輸出功率，乃至如何延長使用時間等。
本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的可用于驅(qū)動微電子機械系統(tǒng)特別是脫離基地工作的微飛行器、微運動機構(gòu)的利用低溫工質(zhì)膨脹作功的微系統(tǒng)能源驅(qū)動裝置。
本實用新型的實施方案如下本實用新型提供的利用低溫工質(zhì)膨脹作功的微系統(tǒng)能源驅(qū)動裝置，其特征在于，包括盛裝高壓低溫工質(zhì)的微型不銹鋼容器1及與其同軸放置的微渦輪6，不銹鋼容器1由圓形薄壁桶16和圓錐形薄壁桶17組合而成，其前端設有端蓋2，端蓋2上安裝與微型不銹鋼容器1內(nèi)腔相通的微管21，微管21與纏繞在微型不銹鋼容器1外壁上的薄壁金屬細管3相連通，微型不銹鋼容器1與位于其后端同軸放置的微渦輪6之間設有隔熱片4，纏繞在微型不銹鋼容器1外壁上的薄壁金屬細管3的徑向出口與微渦輪6的渦輪片的攻角呈2-85度角；纏繞在微型不銹鋼容器1外壁上的薄壁金屬細管3為1-5根，其間距為1-2mm，直徑為1-2mm，每根薄壁金屬細管3的徑向出口均與微渦輪6的渦輪片的攻角呈2-85度角；所述的微渦輪6的材質(zhì)為耐腐蝕、耐沖擊的輕金屬，比如鈦合金；所述的微管21與薄壁細管3可為相連通的一體結(jié)構(gòu)；所述的隔熱片4的材質(zhì)為聚四氟乙烯或泡沫塑料；隔熱片4端部連接在用于保護微渦輪6并將氮蒸汽限制在小空間內(nèi)的金屬薄壁圓環(huán)5上，圓環(huán)上開有小孔15，纏繞在微型不銹鋼容器1外壁上的薄壁金屬細管3末端由小孔15中穿過，其徑向出口與微渦輪6的渦輪片的攻角呈2-85度角；所述的微渦輪6由一對微軸承8固定支撐，并通過用以支撐固定微軸承8的軸承支架9和用以支撐固定微型不銹鋼容器1的基底支架13焊接或螺釘固定在基底桁架10上，基底支架13與基底桁架10之間采用地腳螺釘11固定。
所述的微型不銹鋼容器1的長度為1-10cm，組成微型不銹鋼容器1的圓形薄壁桶16的直徑為1-5cm，壁厚為0.1-1mm。
以往用于驅(qū)動車輛的液氮容器采用杜瓦瓶，與此不同的是，本實用新型所用容器直接采用無真空隔熱的不銹鋼瓶，這是因為微型飛行器要求重量越小越好，且由于不銹鋼瓶直接與大氣接觸，傳熱更好，產(chǎn)生的氮蒸汽壓更高，且大大簡化了其設計與加工。由于脫離基地工作的微飛行器、微動力系統(tǒng)等對動力的需求是即時的，所以，本實用新型采用的液氮容器無需保溫，其恰恰需要外界大氣對之進行迅速而充分的加熱。本實用新型的總體特征是微型、輕型。
一般說來，氮呈惰性，很難與其他物質(zhì)反應，且無毒性，因而使用方便。為了獲得動力，將大量的液氮加壓灌裝到不銹鋼容器中，一般灌裝的液氮壓力可達5、6個大氣壓甚至更高，而一旦將容器取出放到環(huán)境中，則由于外界空氣溫度要比液氮溫度(-196℃)高得多，因而對液氮容器加熱，促使其內(nèi)部液氮汽化，進一步提高了其內(nèi)部的壓強，從而增大輸出功。所以，本方法的原理是通過預先作功獲得液氮后再利用外界大氣的加熱來輸出功的，因而利用了一切可以利用的能量來源。液氮的灌裝在低溫下進行，加壓并與MEMS連接后即可開始工作，受外界的大溫差加熱，不銹鋼容器內(nèi)部分液氮轉(zhuǎn)為蒸汽，具有相當高的壓強，于是這部分高壓蒸汽將由纏繞在微型不銹鋼容器1外壁上的薄壁金屬細管3的徑向出口噴出，沖擊微渦輪6的渦輪葉片，驅(qū)動微渦輪乃至整個微系統(tǒng)；微型不銹鋼容器1內(nèi)的液氮蒸汽進行劇烈的膨脹作功，由此實現(xiàn)持續(xù)的動力輸出。
通過選擇不同的低溫工質(zhì)流體及對該工質(zhì)予以加壓等預處理后，可實現(xiàn)不同的輸出功率。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，可與幾乎所有微電子機械系統(tǒng)配套使用，功率范圍廣，使用方便，而且價格十分便宜，能較好地滿足不同微電子機械系統(tǒng)的要求。本實用新型最顯著的一個特點是利用壓縮封裝在微小空間內(nèi)的低溫工質(zhì)液體受大氣加熱發(fā)生汽化而釋放后可獲得很高的膨脹功來實現(xiàn)的。
本實用新型的整個裝置結(jié)構(gòu)簡單，工質(zhì)灌裝方便，無復雜結(jié)構(gòu)，對材料的限制較少，且制作相對容易因而價格趨于低廉，而且性能可滿足要求，與以往結(jié)構(gòu)復雜、價格昂貴的微燃燒發(fā)動機所實現(xiàn)的功能相當甚至更好，并可直接與現(xiàn)有MEMS尤其是微型飛行器、微動力系統(tǒng)配套使用，其輸出功率及工作時間長短可根據(jù)需要加以設計，因而適宜于不同的微電子機械系統(tǒng)。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
進一步描述本實用新型


圖1a為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意
圖1b為盛裝高壓低溫工質(zhì)的微型不銹鋼容器1的橫截面示意圖；
圖1c為微渦輪6的渦輪軸7及微軸承8橫截面示意圖；圖2為本實用新型的分解示意圖；圖3為基底桁架10的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為微渦輪6的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中微型不銹鋼容器1 端蓋2薄壁金屬細管3隔熱片4 薄壁金屬圓環(huán)5微渦輪6渦輪軸7 微軸承8 軸承支架9基底桁架10地腳螺釘11 高壓低溫工質(zhì)12基底支架13焊接點14 小孔15圓形薄壁桶16 圓錐形薄壁桶17微管21由圖可知，本實用新型提供的利用低溫工質(zhì)膨脹作功的微系統(tǒng)能源驅(qū)動裝置，其特征在于，包括盛裝高壓低溫工質(zhì)12的微型不銹鋼容器1及與其同軸放置的微渦輪6，微型不銹鋼容器1由圓形薄壁桶16和圓錐形薄壁桶17組合而成，其前端設有端蓋2，端蓋2上安裝有與微型不銹鋼容器1內(nèi)腔相通的微管21，微管21與纏繞在微型不銹鋼容器1外壁上的薄壁金屬細管3相連通，微型不銹鋼容器1與位于其后端同軸放置的微渦輪6之間設有隔熱片4，纏繞在微型不銹鋼容器1外壁上的薄壁金屬細管3的徑向出口與微渦輪6的渦輪片相對；纏繞在微型不銹鋼容器1外壁上的薄壁金屬細管3為1-5根，每根薄壁金屬細管3的出口均與微渦輪6的渦輪片的攻角呈2-85度角；所述的微渦輪6的材質(zhì)為耐腐蝕、耐沖擊的輕金屬，比如鈦合金；所述的微管21與薄壁細管3為相連通的一體結(jié)構(gòu)；所述的隔熱片4的材質(zhì)為聚四氟乙烯或泡沫塑料；隔熱片4端部連接在用于保護微渦輪6并將氮蒸汽限制在小空間內(nèi)的薄壁金屬圓環(huán)5上，圓環(huán)上開有小孔15，纏繞在微型不銹鋼容器1外壁上的薄壁金屬細管3的末端由15穿過，與微渦輪6的渦輪片的攻角呈2-85度角；
所述的微渦輪6由一對微軸承8固定支撐，并通過用以支撐固定微軸承8軸承支架9和用以支撐固定微型不銹鋼容器1的基底支架13焊接或螺釘固定在基底桁架10上，基底支架13與基底桁架10之間采用地腳螺釘11固定。
微型不銹鋼容器1采用耐高壓、耐腐蝕和耐低溫的不銹鋼材料制做，其形狀和結(jié)構(gòu)如
圖1a，1b所示，主要部分為圓形薄壁桶16，在保證耐壓的情況下采用薄壁，以減輕整套裝置的重量，其壁厚一般0.1-1mm，圓形薄壁桶16外徑尺寸依據(jù)所驅(qū)動MEMS的要求可在1～5cm范圍；其端部設置的微管21的外徑與薄壁金屬細管3大致相同，為1-5mm，圓形薄壁桶16和圓錐形薄壁桶17及端部之間光滑過渡，這樣的結(jié)構(gòu)一方面是出于能耐受高壓的考慮，另一方面其流線形結(jié)構(gòu)保證了在用于驅(qū)動微型飛行器時能相當有效地減少空氣阻力；微型不銹鋼容器1的長度可根據(jù)所驅(qū)動MEMS的工作需求確定，一般應小于1-10cm；薄壁金屬細管3和圓形薄壁桶16的長度可由此進行調(diào)節(jié)，顯然，圓形薄壁桶16和圓錐形薄壁桶17越長，所灌裝的液氮量越多，輸出功也越多，但微管21的長度不能太短，應保證一定長度，以確保由此噴發(fā)出的主要為氮蒸汽而非液氮或液氮-氮蒸汽的兩相混合物，從而獲得盡可能多的輸出功，因為液氮噴射所產(chǎn)生的動量顯然遠遠小于氮蒸汽，而且，一定的微管21的長度還使得外界對該部分流體能進行更好的加熱，從而最大限度地使得聚集在管口處的液體變?yōu)檎羝且旱榇_保最后沖擊微渦輪6渦輪葉片的流體是氮蒸汽，薄壁金屬細管3作為氮蒸汽的噴射流道，按
圖1a所示纏繞在微型不銹鋼容器1外表面，其末端開口焊接固定在用于保護微渦輪6的薄壁金屬圓環(huán)5的內(nèi)側(cè)，以這種方式作成的薄壁金屬細管3足夠長到能保證到達最后噴口的流體完全轉(zhuǎn)化為蒸汽，這是因為在如此長程內(nèi)的外界加熱已足夠?qū)⒁旱優(yōu)檎羝?即使從小口徑薄壁管噴出的仍為液氮)，而且沿程的加熱還大大地提升了氮蒸汽的壓力，這種釋放到外界大氣的高壓(甚至超高壓)的氮蒸汽將以相當可觀的動量沖擊渦輪葉片，從而獲得較大的輸出功，以滿足微型飛行器或微動力系統(tǒng)的能量需求。另外，平行繞制在不銹鋼瓶外壁的薄壁金屬細管3之間應保持一定間距(一般為1-2mm)，以便外界大氣也能與微型不銹鋼容器1有充分接觸，從而較好地加熱微型不銹鋼容器1內(nèi)的高壓低溫工質(zhì)12蒸發(fā)，并加壓。所以，本實用新型的裝置充分地利用外界環(huán)境的作功行為，其突出點在于預先通過作功獲得高壓低溫工質(zhì)12，再利用該工質(zhì)與外界環(huán)境之間的巨大溫差而造成的作功行為，來獲取能量，這對于脫離基地工作而不易補充能量的微電子機械系統(tǒng)具有十分重要的意義。
微型不銹鋼容器1底部固結(jié)有絕熱輕型材料制做的隔熱片4，如材質(zhì)為聚四氟乙烯(或泡沫塑料)的隔熱片4，以避免微型不銹鋼容器1內(nèi)高壓低溫工質(zhì)對微渦輪6的工作狀態(tài)造成影響；隔熱片4上按
圖1a所示連接有輕型薄壁金屬圓環(huán)5(可采用鋁材或聚四氟乙烯)，薄壁金屬圓環(huán)5上沿徑向開有打通的小孔15，纏繞在微型不銹鋼容器1外壁上的薄壁金屬細管3沿此口插入并與薄壁金屬圓環(huán)5緊密接觸(通過焊接密封)，從而氮蒸汽可由此沖擊渦輪6的葉片作功。這樣的小孔15也可根據(jù)需要為多個，以便設置多路氮蒸汽薄壁金屬細管3。應該說明的是，薄壁金屬細管3與薄壁金屬圓環(huán)5間應避免有縫隙。薄壁金屬細管3起始端固定在微型不銹鋼容器1的端蓋2上。由微型不銹鋼容器1輸出的氮蒸汽即可沿此順薄壁金屬細管3流動，直至沖擊渦輪6的葉片作功。灌裝液氮時，可將整個微型不銹鋼容器1置于液氮罐內(nèi)，然后將端蓋2打開，液氮即被加入微型不銹鋼容器1，待灌裝完后，將端蓋2蓋上，由于端蓋2上連有薄壁金屬細管3，因而蒸汽即可由此逸出。此后，將灌滿高壓低溫工質(zhì)12的微型不銹鋼容器1取出，并迅速連接到基底衍架10上，于是，微型不銹鋼容器1與微渦輪6即由基底衍架10聯(lián)成一體。此時，由于外界大氣的加熱，已使得微型不銹鋼容器1內(nèi)的氮蒸汽壓力越來越大，從而開始正常作功。這里，出于方便灌裝液氮的需要，微型不銹鋼容器1與基底衍架10是可拆卸的，二者之間由地腳螺釘11連接。因而微型不銹鋼容器1灌裝液氮的過程不影響微渦輪6的正常工作。根據(jù)微型不銹鋼容器1的尺寸，基底衍架10上的螺栓位置精確確定，以確保微型不銹鋼容器1與微渦輪6之間的配合。整個系統(tǒng)穩(wěn)定，外界需要驅(qū)動的裝置可直接連接到微渦輪6的渦輪軸7上，以獲得輸出功。
薄壁金屬細管3焊接在微型不銹鋼容器1的端2上，且在端蓋2內(nèi)側(cè)是開口的，以保證氮蒸汽由此處輸出。端蓋2應設計成能緊密扣蓋在微型不銹鋼容器1端口上，且能充分密封，以免氮蒸汽由此處逸出。
在圖3所示基底衍架10的上方四個方框處14為微軸承8的軸承支架9的焊接部位，微渦輪6通過此處的焊接與基底衍架10連成一體，且不可拆卸，而下方四個方框處為固定微型不銹鋼容器1的地腳螺釘11(采用輕型合金如鈦合金等作成)，其為可拆卸，以便于微型不銹鋼容器1單獨灌裝高壓低溫工質(zhì)12后再迅速連接到基底衍架10上?；籽芗?0上焊接點以及地腳螺釘11的部位可根據(jù)微型不銹鋼容器1和微渦輪6的尺寸及相互配合而確定，基底桁架10的長度、厚度乃至寬度等可據(jù)需要確定，但以保證輕量和堅固性為前提。
微渦輪6的葉片應采用徑向結(jié)構(gòu)，且基底為封閉輪盤，如圖4所示，以保證從薄壁金屬細管3噴出的氮蒸汽盡可能全部沖擊到渦輪盤上，從而獲得盡可能大的輸出功。葉片形狀的選擇原則也應盡量保證其流道能獲得最大的能量轉(zhuǎn)換效率，作為實施例，可采用圖4給出的結(jié)構(gòu)。當然，也可采用其它的葉片結(jié)構(gòu)。渦輪輪盤直徑根據(jù)所驅(qū)動MEMS的要求可在0.5-5cm范圍，輪盤厚度在保證耐沖擊的前提下應越薄越好，以減輕重量，其厚度尺寸應在≤0.5cm范圍。每一枚葉片尺寸應在0.1cm×0.05cm×0.05cm到1cm×0.5cm×0.5cm范圍。一般情況下，空氣中含有水蒸汽，因而由于氮蒸汽的冷卻會導致水份析出，并且由于小重量原則，葉片材料應選用輕型耐腐蝕、耐沖擊的材料，比如鈦合金等。
渦輪盤背面的渦輪軸7，其輸出功用于帶動有關(guān)動力裝置(如微飛行器風扇或螺旋槳、微型車轉(zhuǎn)軸等)，渦輪軸7直徑根據(jù)MEMS系統(tǒng)的要求可在0.1-1cm范圍，渦輪軸7的軸向長度可根據(jù)需要設定。渦輪軸7由兩個微軸承8固定，如
圖1a所示。兩個微軸承8外壁分別與軸承支架9焊接，該金屬軸承支架9再焊接固定于基底衍架10，由此微渦輪6實際上與基底衍架10是連成一體而不可拆卸的。
基底衍架10在保證堅固的條件下應盡可能采用最小重量結(jié)構(gòu)，如為圖3所示的中空型桁架。
使用時，將高壓低溫工質(zhì)12灌裝到微型不銹鋼容器1內(nèi)，待微型不銹鋼容器1降溫并達均勻后，對微型不銹鋼容器1內(nèi)低溫工質(zhì)12作適當加壓，然后蓋上端蓋2，取出微型不銹鋼容器1并與微型渦輪6同軸設置好，再與微電子機械系統(tǒng)組裝在一起，由于微型不銹鋼容器1內(nèi)低溫工質(zhì)流體12受外界空氣的加熱，加之其壓強較高，液體將迅速蒸發(fā)并沿小孔15出的薄壁金屬細管3的徑向出口噴射而出，推動微渦輪6轉(zhuǎn)動，由此驅(qū)動微電子機械系統(tǒng)的運動。若需改變驅(qū)動功率，可將不同壓力的低溫工質(zhì)12灌裝到微型不銹鋼容器1來實現(xiàn)，也可通過設計不同直徑的薄壁金屬細管3來實現(xiàn)。由此，即實現(xiàn)不同驅(qū)動功率的要求。一般，還可根據(jù)微電子機械系統(tǒng)的大小及工作時間的長短，選擇設計尺寸不同的微型不銹鋼容器1。
權(quán)利要求1.一種利用低溫工質(zhì)膨脹作功的微系統(tǒng)能源驅(qū)動裝置，其特征在于，包括盛裝高壓低溫工質(zhì)的微型不銹鋼容器(1)及與其同軸放置的微渦輪(6)，不銹鋼容器(1)由圓形薄壁桶(16)和圓錐形薄壁桶(17)組合而成，其前端設有端蓋(2)，端蓋上安裝有與微型不銹鋼容器(1)內(nèi)腔相通的微管(21)，微管(21)與纏繞在微型不銹鋼容器(1)外壁上的薄壁細管(3)相連通，微型不銹鋼容器(1)與位于其后端同軸放置的微渦(6)之間設有隔熱片(4)，纏繞在微型不銹鋼容器(1)外壁上的薄壁細管(3)的徑向出口與微渦輪(6)的渦輪片的攻角呈2-85度角。
2.按權(quán)利要求1所述的利用低溫工質(zhì)膨脹作功的微系統(tǒng)能源驅(qū)動裝置，其特征在于平行纏繞在微型不銹鋼容器(1)外壁上的薄壁細管(3)為1-5根，其間距為1-2mm，直徑為1-2mm。
3.按權(quán)利要求1所述的利用低溫工質(zhì)膨脹作功的微系統(tǒng)能源驅(qū)動裝置，其特征在于微渦輪(6)的材質(zhì)為耐腐蝕、耐沖擊的輕金屬。
4.按權(quán)利要求1所述的利用低溫工質(zhì)膨脹作功的微系統(tǒng)能源驅(qū)動裝置，其特征在于所述的微管(21)與薄壁細管(3)為相連通一體的結(jié)構(gòu)。
5.按權(quán)利要求1所述的利用低溫工質(zhì)膨脹作功的微系統(tǒng)能源驅(qū)動裝置，其特征在于所述的隔熱片(4)的材質(zhì)為聚四氟乙烯或泡沫塑料。
6.按權(quán)利要求5所述的利用低溫工質(zhì)膨脹作功的微系統(tǒng)能源驅(qū)動裝置，其特征在于所述的隔熱片(4)端部連接在用于保護微渦輪(6)并將氮蒸汽限制在小空間內(nèi)的金屬薄壁圓環(huán)(5)上，圓環(huán)上開有小孔(15)，纏繞在微型不銹鋼容器(1)外壁上的薄壁細管(3)末端由(15)穿過。
7.按權(quán)利要求5所述的利用低溫工質(zhì)膨脹作功的微系統(tǒng)能源驅(qū)動裝置，其特征在于微渦輪(6)由一對微軸承(8)固定支撐，并通過用以支撐固定微軸承(8)軸承支架(9)和用以支撐固定微型不銹鋼容器(1)的基底支架(13)焊接或螺釘固定在基底衍架(10)上，基底支架(13)與衍架基底(10)之間采用地腳螺釘(11)固定。
8.按權(quán)利要求3所述的利用低溫工質(zhì)膨脹作功的微系統(tǒng)能源驅(qū)動裝置，其特征在于微渦輪(6)的材質(zhì)為鈦合金。
9.按權(quán)利要求1所述的利用低溫工質(zhì)膨脹作功的微系統(tǒng)能源驅(qū)動裝置，其特征在于微型不銹鋼容器(1)的長度為1-10cm，組成微型不銹鋼容器(1)的圓形薄壁桶(16)的直徑為1-5cm，壁厚為0.1-1mm
專利摘要本實用新型涉及利用低溫工質(zhì)膨脹作功的微系統(tǒng)能源驅(qū)動裝置,包括:盛裝高壓低溫工質(zhì)的微型不銹鋼容器及與其同軸放置的微渦輪,容器前端設置的端蓋上安裝與容器內(nèi)腔相通的微管,微管與纏繞在容器外壁上的薄壁細管相連通,容器與位于其后端同軸放置的微渦之間設隔熱片,纏繞在容器外壁上的薄壁細管的徑向出口與微渦輪的渦輪片的攻角呈2—85度角,其結(jié)構(gòu)簡單,工質(zhì)灌裝方便,價格低廉,適用于驅(qū)動微電子機械系統(tǒng)的飛行運動。
文檔編號F03G7/06GK2470567SQ0025661
公開日2002年1月9日 申請日期2000年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月28日
發(fā)明者劉靜, 周一欣, 周遠 申請人:中國科學院低溫技術(shù)實驗中心