• 설비공학논문집
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• 제23권1호
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• pp.23-31
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• 2011

An analysis has been conducted of the flow characteristics and pumping performance of a thermopneumatic micropump with electrically conducting fluid. In the present study, considered is a thermopneumatic micropump for electrically conducting fluids with electromagnetic resistance alternately exerted at the inlet and outlet by alternately applied magnetic fields. A model of Prescribed Deformation is used for the motion of the membrane. Here, the pumping performance of the micropump and flow characteristics of the electrically conducting fluid are investigated in the range of Hartmann number less than 30. The current numerical study shows that the net flow rate through the micropump is almost proportional to the strength of the applied magnetic field.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권6호
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• pp.599-606
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• 2010

본 연구에서는 다양한 작동조건(인가전압, 주파수)에 대하여 박막의 두께와 챔버의 직경이 열공압형 마이크로펌프의 액추에이터 박막의 거동 특성에 미치는 영향을 실험적으로 파악하기 위해 다양한 박막 두께와 챔버직경의 액추에이터를 제작하였다. 액추에이터는 파이렉스 표면에 위치한 마이크로히터, 챔버, 그리고 박막으로 구성된다. 모든 인가전압에 대하여 주파수가 10 Hz 이하로 감소함에 따라 박막 중앙의 최대 변위는 박막의 두께와 챔버의 직경에 관계없이 크게 증가한다. 낮은 주파수 영역에서 챔버로 공급되는 열량이 증가함에 따라 박막 중앙의 변위는 박막의 두께가 얇을수록, 챔버의 직경이 작을수록 증가한다. 10 Hz 이상의 주파수 영역에서 박막 두께, 챔버 직경, 공급 열량과 같은 모든 설계 변수가 박막 중앙의 변위에 미치는 영향은 미미하다.

• 설비공학논문집
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• 제17권7호
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• pp.642-648
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• 2005

This study has been conducted to investigate the thermopneumatic and flow characteristics of diffuser/nozzle based thermopneumatic micropumps. In this study, a transient three-dimensional numerical analysis using FSI (Fluid-Structure Interaction) model has been employed to analyze the effects of the interaction between the membrane and two fluids (air and water) in the thermopneumtic micropump. The transient temperature and pressure in the cavity, the transient displacements of the membrane and the net flow rate of the micropump have been closely calculated for the frequency of 1 Hz. It has been found that the difference of the flow rates at the inlet and outlet is larger in the cooling period than in the heating period and that the duty ratio is very important in association with pump performance because the temperature in the cavity ascends drastically in the heating period and descends slowly in the cooling period. This study can be regarded as fundamental understandings for the design and analysis of thermopneumatic micropumps.

• 설비공학논문집
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• 제19권9호
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• pp.654-661
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• 2007

This study has been conducted to investigate the pumping characteristics of diffuser-nozzle based thermopneumatic micropumps with different input voltages and frequencies. In this study, the displacements of the membrane have been obtained changing the input voltage and frequency in load-free state because it is very difficult to measure the displacement of the membrane in an actual load state. It has been found that the amplitude of the membrane displacement increases as the input voltage increases. The pressure head of the thermopneumatic micropump increases almost linearly over some range of the input voltage and decreases almost linearly as the frequency increases. Also, the results show that the thermopneumatic micropump can pump the fluid over a certain input voltage. This study can be utilized as basic data for design and evaluation of thermopneumatic micropumps.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 1996년도 하계학술대회 논문집 C
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• pp.1960-1962
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• 1996

A thermopneumatic micropump with two micronozzles has been fabricated and tested. The actuator consists of a p+ diaphragm and a pyrex glass on which a microheater is deposited. Two micronozzles are fabricated on either side of a single silicon wafer and behave as a dynamic passive valves. The actuator and the micronozzle are assembled to make a micropump. The center deflection of the actuator diaphragm to step voltage input has been measured. The dynamic test hag been performed by measuring the center deflection of the diaphragm under various input voltages and duty ratios. Also dynamic pumping test is performed. The measured built-up pressure between inlet and outlet of the micropump is 80 Pa for the actuation at 20V, 10 Hz.

• 대한기계학회논문집B
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• 제33권10호
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• pp.778-782
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• 2009

Recently, we developed a simple thermopneumatic micropump having neither a membrane nor a valve. This micropump discharges liquid by a thermopneumatic pressure and refill by a capillary attraction. In case of the micropump driven by the capillary attraction, the flow characteristic depends mainly on the geometry of the micropump. In this paper, we investigated the influence of the geometry of the micropump on the performance of the micropump to illustrate the properness of the micropump shape. We analyzed the micropump characteristics of six types having different geometries by FVM simulation with a commercial CFD tool. Also we fabricated the micropumps with PDMS and glass by micromachining, and tested the performances. The simulation and the test results illustrate that the discharge volume and the discharge time depend on the chamber volume. The expansion angle of the inlet channel location has influence on the refill time, while the front air channel direction has influence on the backward flow loss.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 추계학술대회
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• pp.425-428
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• 2006

Recently, Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) for portable devices has been received much attention because DMFC has a possibility of higher energy density than electrical batteries and smaller size than other fuel cells. This paper presents the fabrication and test of a thermopneumatic microactuator with a phase change for DMFC. A microactuator consists of an inlet an outlet a chamber, a heater and a sensor of resistance temperature detector(RTD). The micoractuator is fabricated by the spin-coating process, the lithograph process, the deep RIE process and so on. The total size of microactuator is $20{\times}20{\times}0.53mm^3$. When the current is applied, the heater heats liquid in chamber. As a result the liquid vaporizes. The response of temperature in the chamber was measured using thermocouple The changed temperature is $3^{\circ}C$ for 5 sec at 0.032W.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.448-448
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• 2013

최근 생물학적 분석 기구에서 시료를 처리, 분리, 검출, 샘플링 또는 분석하기 위해 사용되는 마이크로펌프(Micropump)에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한 전자소자의 성능과 신뢰성의 증진을 위한 전자소자의 열 문제를 해결하기 위해 냉각장치로 마이크로 펌프가 적용되기도 한다. 그 외에도 마이크로펌프는 다양한 분야에 응용이 가능하다. 마이크로펌프는 작동 방식에 따라 압전형, 공압형, 열공압형, 연동형 등의 여러 종류로 분류되고 있다. 그중에서도 최근에는 연동형 마이크로 펌프의 개발이 각광받고 있다. 기존의 연동형 펌프들은 다중 챔버를 가지고 있으며, 각각의 챔버 내에서 Dead volume이 많이 발생할 뿐만 아니라 이상적인 연동운동과는 차이가 많이 나는 문제점을 가지고 있다. 또한 압전방식과 열공압방식은 느린 응답성으로 인해 효율적인 유체 이동이 어렵다. 본 논문에서는 이상적인 연동운동을 구현하기 위하여 기존의 연동형 펌프의 단점을 보완하고, 하나의 챔버에 다중전극 구조를 가지는 정전기력방식의 연동형 펌프를 개발하였다. 정전기력방식으로 펌프를 구동함으로써, 저전력으로 펌프구동이 가능하며, 하나의 챔버에 다중전극을 설치함으로써 이상적인 연동운동을 재현하였다. 그리고 Dead volume을 최소화 하였다. 또한, 빠른 반응속도로 인해 효율적인 유체 이동을 실현시킬 수 있었다. 본 연구에서 제안된 마이크로 펌프의 구성은 크게 챔버, 박막, Inlet/outlet hole으로 구성되었다. 챔버는 Si-wafer에 wet etching 공정으로 제작 하였고 그 위에 알루미늄 박막을 200 nm 증착시켰다. 챔버는 가로 32 mm, 세로 5 mm, 깊이는 $15{\mu}m$, 부피는 $200{\mu}l$으로 제작되었다. 박막은 폴리이미드(polyimide)를 사용하여 $3{\mu}m$의 두께로 제작 되었으며, 폴리이미드 박막 사이에는 200 nm 두께의 4개의 알루미늄 박막 전극을 삽입시켰다. 삽입된 4개의 전극에 개별적인 전기신호를 보냄으로써 연동운동이 가능하다. Inlet/outlet hole은 직경 2 mm의 크기로 제작되었으며, 튜브를 연결하여 유체가 흐를 수 있는 체널을 형성하였다. 제작된 마이크로 펌프의 구동전압은 115 V이며, 인가되는 주파수를 1 Hz~100 KHz까지 변화시켜 유량을 측정하였다. 작동 유체는 공기이며, 유량측정은 튜브 내에 물방울을 삽입하여 시간에 따른 이동거리를 관측하였다. 측정결과 2.2 KHz에서 2.4 mm/min의 가장 높은 유량을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 제안된 연동형 마이크로펌프는 이상적인 연동운동이 가능함으로써 기존의 연동형 방식의 문제점을 보완하였으며, 생명과학, 의학, 화학 등의 분야에서 적용이 가능하리라 기대된다.