CN101052802B - 液体排出控制装置 - Google Patents

Abstract

在一种使用压电型隔膜泵的液体排出控制装置中，积存器与该隔膜泵的出口相连通，其中该积存器具有液体积聚腔和可移动部件。在隔膜泵的排出操作中，液体积聚腔中的液体量迅速增加，并且可移动部件发生弹性变形以增大液体积聚腔的体积。另一方面，在吸入操作中，当发生液体回流时，在与隔膜泵的出口相连通的路线中的液体量由于回流而降低。通过减小积存器的液体积聚腔的体积能够补偿液体的减少。因此从积存器的出口排出的液体量变化被减小，从而能够平稳地排出液体。

Description

液体排出控制装置

技术领域

本发明涉及一种液体排出控制装置，其具有使用压电元件作为可移动部件的压电型隔膜泵。 

背景技术

压电隔膜泵通过增大和减小泵房的内体积来从吸气阀吸入工作流体并从排气阀排出工作流体，其中泵房的内体积的增大和减小是由于压电元件的隔膜变形而导致的。所述隔膜具有设置在盘形压电部件的上、下面上的一对电极。当在这两个电极之间施加电压时，压电部件变形，以致隔膜泵的隔膜发生变形，并且工作流体被吸入或排出。至于通过隔膜泵吸入和排出工作流体的使用，可举例将微量的酒精送至燃料电池或水的静电喷洒。在这些用途中，不但希望排放喷嘴前端处的液体的液面结构(或表面位置)稳定，而且希望排出液体的流率也稳定。然而，在诸如隔膜泵的往复运动泵中吸入冲程和排出冲程交替操作，以致排出液体的震动量通常变得较大。另一方面，在使用被动阀(passive valve)的泵中，由于阀门的开关动作导致出现回流。通过使用主动阀(active valve)能够降低这种回流，但是会增加成本。 

日本特开平专利公布No.63-275888公开了一种传统装置，其使用隔膜、活塞或齿轮泵来防止在管道装备中流动的液体发生震动。这种传统装置包括软性管道或软性空心球部件以及弹性部件，其中该弹性部件用于限制该管道或该空心球部件的孔的横截面面积。当施加压力使液体流动时，该弹性部件变形，以对应于液体的压力来改变该管道或该空心球部件的孔的横截面面积，从而使液体的压力变化能被缓冲。然而，该弹性部件对压力变化的反应较慢，所以该软性管道或空心球部件的内体积变化较慢。因此，这种传统装置仅能对相对较大的震动作出反应，而不能对微小的回流作出反应。 

此外，日本特开平专利公布No.10-75856公开了一种传统的泵装置，其具有设置在从空气泵到压管布置的路线中的长软管，并且该泵装置在自然状 态下具有预定的内部尺寸。当压力作用于软管的内部时，软管受到压力而膨胀，所以能够减小液体流的震动。由于该泵装置使用软管，所以其不能对微小的回流作出反应。 

此外，日本特开平专利公布No.11-281437公开了一种传统流量计，其缓冲液流的震动以精确测量流率。然而，该流量计根本没有考虑回流。 

发明内容

本发明是为解决上述传统装置的问题而设计的，其目的是提供一种液体排出控制装置，其中该装置使用能够大大减小液体流震动的压电型隔膜泵。 

根据本发明一个方案的液体排出控制装置包括：压电型隔膜泵，具有控制阀和压电元件，其中该控制阀由于压力差而打开和关闭，该压电元件用作驱动致动器；以及积存器，其与该隔膜泵的出口相连通，并具有液体积聚腔和移动部件，其中该移动部件在弹性变形中具有两个平衡点，并由于流入到该液体积聚腔中的液体量的变化而在所述两个平衡点之间弹性变形，以对应于液体量的增加和减少来增大或减小该液体积聚腔的体积，从而能够减小从该积存器中排出的液体量的变化。 

根据这种结构，当在液体排出操作中该隔膜泵的控制阀被打开时，与该隔膜泵的出口相连通的路线中的液体量迅速增加，并且通过增大该积存器的液体积聚腔的体积能够缓冲液体量的增加。另一方面，当在液体吸入操作中该隔膜泵的控制阀被关闭时，流向该隔膜泵的液体在与该隔膜泵的出口相连通的路线中发生回流。虽然，由于回流的发生导致在与该隔膜泵的出口相连通的路线中的液体量降低，但是通过减小该积存器的液体积聚腔的体积能够补偿从该积存器的出口要被排出的液体的减少。因此，从该积存器的出口排出的液体量的变化减小，从而使液体能够平稳地排出。 

由于该积存器的可移动部件在弹性变形中具有两个平衡点并且在所述两个平衡点处该可移动部件几乎不变形，所以由于该积存器的液体积聚腔中的液体量或压力的变化，该可移动部件在所述两个平衡点之间变形或位移。因此，该可移动部件的变形或位移能够快速且平稳地进行。 

附图说明

图1为示出根据本发明第一实施例的液体排出控制装置的示意性结构的剖视图。 

图2A为示出在第一实施例的液体排出控制装置中使用的积存器的可移动部件结构的俯视图或透视图。 

图2B为示出可移动部件的弹性变形的两个平衡状态的剖视图。 

图3为示出在第一实施例的液体排出控制装置中使用的压电型隔膜泵的具体结构的剖视图。 

图4A为示出当以反向方向对压电元件施加电压时压电元件变形的示意图。 

图4B为示出当以正向方向对压电元件施加电压时压电元件变形的示意图。 

图5A为示出在第一实施例中对压电元件不施加电压并且隔膜泵的隔膜板不弯曲的初始状态的剖视图。 

图5B为示出对应于第一实施例中压电器件的变形对压电元件施加预定电压并且隔膜板弯曲的状态的剖视图。 

图6A至图6C为分别示出在第一实施例中隔膜泵的吸入操作的剖视图。 

图6D至图6F为分别示出在第一实施例中隔膜泵的排出操作的剖视图。 

图7A为示出当对隔膜泵的压电元件施加脉动电压时，从隔膜泵排出的工作流体的瞬时流速的曲线图。 

图7B为示出当没有回流发生时从液体排出控制装置的喷嘴排出的液体的前沿面(front face)变化的曲线图。 

图7C为示出当回流发生时从液体排出控制装置的喷嘴排出的液体的前沿面变化的曲线图。 

图8A为示出在关闭隔膜泵的排出阀之前的状态的剖视图。 

图8B为示出在关闭隔膜泵的排出阀之后的状态的剖视图。 

图9为示出当不设有积存器时从隔膜泵排出的液体量变化的曲线图。 

图10A为示出积存器的液体积聚腔的体积被增大的状态的剖视图。 

图10B为示出积存器的液体积聚腔的体积被减小的状态的剖视图。 

图11为示出当设有积存器时从隔膜泵排出的液体量变化的曲线图。 

图12为示出根据本发明第二实施例的液体排出控制装置的示意性结构 的剖视图。 

图13A为示出第二实施例中的积存器结构的局部透视图。 

图13B至图13F为分别示出第二实施例中组成积存器的各元件结构的剖视图。 

图13G至图13K为分别示出第二实施例中组成积存器的各元件结构的局部透视图。 

图14A为示出第二实施例中积存器的波纹管形可移动部件膨胀状态的剖视图。 

图14B为示出第二实施例中积存器的波纹管形可移动部件收缩状态的剖视图。 

图15为示出根据本发明第三实施例的液体排出控制装置的示意性结构的剖视图。 

图16为示出根据本发明第四实施例的液体排出控制装置的示意性结构的剖视图。 

图17A为示出在图16中示出的隔膜泵的出口管道装备中点P处的液体量变化的曲线图。 

图17B为示出在图16的积存器的出口中点Q处的液体量变化的曲线图。 

图18为示出根据本发明第五实施例的液体排出控制装置的示意性结构的剖视图。 

图19A为示出根据本发明第七实施例的液体排出控制装置的示意性结构的剖视图。 

图19B、图19C和图19D为分别示出图19A中点P、点Q和点R处排出的液体量变化的曲线图。 

图20A为示出根据本发明第八实施例的液体排出控制装置的示意性结构的剖视图。 

图20B、图20C和图20D为分别示出图20A中点P、点Q和点S处排出的液体量变化的曲线图。 

图21A为示出根据本发明第九实施例的液体排出控制装置的示意性结构的剖视图。 

图21B为示出第九实施例中的改型的第一积存器的结构透视图。 

图22A为示出根据本发明第十一实施例的液体排出控制装置的示意性结构的剖视图。 

图22B为示出在第十一实施例的隔膜泵的排出操作中第二积存器的状态的剖视图。 

图22C为示出在第十一实施例的隔膜泵的吸入操作中第二积存器的状态的剖视图。 

图22D为示出在图22B和图22C中用符号“A”标记的部分的剖视图。 

图22E为示出在第十一实施例的第二积存器的液体积聚腔中的瞬时速度或液体量的变化的曲线图。 

具体实施方式

参照图1、图2A和图2B描述根据本发明第一实施例的具有压电型隔膜泵的液体排出控制装置。图1示出第一实施例中的液体排出控制装置的剖面示意性结构。该液体排出控制装置包括：压电型隔膜泵1；液体箱2，其中盛有待排出的液体；喷嘴3，液体从喷嘴3中排出；以及积存器(第一积存器)5，设置在隔膜泵1与喷嘴3之间，用于减小隔膜泵1中产生的回流。 

隔膜泵1包括：隔膜板(压电致动器)13，其由压电元件的驱动力驱动；吸入阀16a和排出阀(控制阀)16b，它们根据液体流动方向和压力差交替地被打开和关闭。由于隔膜泵1的内部空间14的体积对应于隔膜板13的变形发生变化，所以根据由内部空间14的体积变化而产生的压力差，吸入阀16a和排出阀16b交替地被打开和关闭，从而使液体箱2中盛有的液体从喷嘴3排出。吸入阀16a设置在吸入管道装备(pipe arrangement)18a与内部空间14之间，而排出阀16b设置在内部空间14与排出管道装备18b之间。当泵1处于吸入运动时，排出阀16b被关闭，但是在与液体的排出方向相反的方向上发生回流。 

积存器5包括：可移动部件，其为盘形弹性隔膜并由于受到来自隔膜泵1的流动液体的压力而变形；外壳52；液体积聚腔56，其中暂时积聚来自隔膜泵1的流动液体；以及夹紧部件(cramp member)53，用于扣紧可移动部件51。在预先将可移动部件51弄成凹面的初始状态下安装可移动部件51。液体积聚腔56与入口54和出口55相连通。由于受到液体压力而变形的可 移动部件51具有弹性变形的两个平衡点。由于对应于液体压力变化可移动部件51在这些平衡点之间移动，从而减少了由于排出阀16b的运动而导致的回流。对于可移动部件51，作为实例可使用弹性膜。然而，可移动部件不限于弹性膜，对应于本发明的隔膜泵的效用和/或性能的各种弹性材料均可使用。 

在积存器5中，当由于回流而导致在液体积聚腔56中流动的液体量或液体压力降低时，可移动部件51从如图1中箭头所示的初始状态发生变形，以使液体积聚腔56的体积减小，并且液体积聚腔56中的液体被强制排出。因此，由于回流导致的液体量的减少通过可移动部件51的变形而强制排出的液体量补偿，其中所述回流由于排出阀16b的运动产生。另一方面，当由于回流导致的液体流的压降消失时，可移动部件51恢复到初始状态。以这种方式，可移动部件51控制液体积聚腔56中的液体体积，以使液体能够从出口55平稳地排出。 

如图2A和图2B所示，积存器5的可移动部件51由挠性材料制成的弹性膜构成，并具有中心部分51m和外围部分51n，其中中心部分51m由于受到液体压力能够弹性地变形，外围部分51n通过夹紧部件53固定在外壳52上。中心部分51m具有由图2B中实线所示的以预定方向预先弄凹的初始平衡状态51a和由图2B中虚线所示的以相反方向预先弄凸的变形平衡状态51b。因此，第一实施例中的平衡状态被定义为这样的状态，即在该状态下可移动部件51弹性变形，并且通过借助施加至可移动部件51的外力来平衡可移动部件51的弹性力以停止可移动部件51。在该平衡状态下，可移动部件不是必须弹性变形。 

可移动部件51的平衡状态51a对应于这样的状态，即在该状态下由于回流的发生，液体流的压力较低，并且液体积聚腔56的体积变得最小。可移动部件51的平衡状态51b对应于这样的状态，即在该状态下由于没有回流，液体流的压力较大，并且液体积聚腔56的体积变得最大。当可移动部件51处于这两种平衡状态51a和51b的其中之一时，在每一平衡状态下的弹性变形基本为零，所以平衡状态51a的体积变为恒量。 

制造可移动部件51以使弹性膜本身的膨胀和收缩较小并且在每一平衡状态下的弹性变形基本为零，所以在平衡状态下液体流的震动很少发生。因 此，可移动部件51能够在平衡状态51a和51b之间被快速移动。通过可移动部件51的这种快速反应，积存器5能够对由于回流的发生或消失而导致的液体流量的微小变化作出反应，从而能够降低回流的影响。虽然在第一实施例中可移动部件51的中心部分51m以预定方向被预先弄成凹面，但是即使在可移动部件51能够表现两种平衡状态的情况下，也可能由于液体流的压力变化将中心部分预先形成为平面形状和变形的凹面或凸面。 

在上面构建的液体排出控制装置中，当隔膜泵1被驱动时，盛在液体箱2中的液体通过吸入管道装备18a和吸入阀61a流入到内部空间14中，并通过排出阀16b和排出管道装备18b进一步流到积存器5。在排出管道装备18b中流动的液体受到由于回流的出现和消失导致的影响，其中所述回流是由于排出阀16b的打开和关闭产生的。积存器5的可移动部件51对由于回流的出现和消失导致的液体流的压力变化作出反应，以使从喷嘴3排出的液体量能被控制到基本为恒量。 

接下来，参照图3、图4A和图4B、图5A和图5B、图6A至图6D以及图7A至图7C描述压电型隔膜泵1的具体结构。图3示出压电型隔膜泵1的结构。隔膜泵1包括：平板形压电元件11，具有由导电材料制成的电极12；隔膜板13，由导电材料制成，固定于压电元件11并对应于压电元件11的变形而发生弹性变形；外壳15，具有形成于隔膜板13下方的内部空间14以及与内部空间14相连通的入口16c和出口16d；以及控制电路4，用于驱动压电元件11。控制电路4在设置在电极12上的端子12a与设置在隔膜板13上的端子13a之间施加电压，以通过变形压电元件11来控制隔膜泵1的吸入和排出操作。 

隔膜板13例如为由黄铜制成的圆盘，并且圆盘形的压电元件(PZT)11被粘附在隔膜板13上。例如，外壳15由诸如聚缩醛(POM)、聚碳酸酯(PC)或聚苯硫醚(poly phenyl styrene，PPS)等的塑性材料制成。具有压电元件11的隔膜板13被固定在外壳15上。例如，压电元件11的直径为10mm、厚度为0.2mm。隔膜板13的直径为20mm、厚度为0.2mm。外壳15具有上面开口的凹形以形成内部空间14。隔膜板13被安装在外壳15上，以在不对压电元件11施加电压的初始状态下使隔膜板13相反于内部空间14向外弯曲。 

吸入阀16a和排出阀16b分别设置为与入口16c和出口16d相连通。这 些阀16a和16b设置在外壳15与阀限位器(valve guard)17之间。对于每个阀的结构，可以使用悬臂梁阀(cantilevered valve)，其中所述悬臂梁阀由于阀前部压力与阀后部压力之间的压力差而被打开和关闭。 

图4A示意性示出当以反向方向对压电元件11施加电压时压电元件11的变形，以及图4B示意性示出当以正向方向对压电元件11施加电压时压电元件11的变形。在此，符号“+”和“-”分别表示极化。当向压电元件11施加电压时，如箭头所示在有色背景上的压电元件11的厚度方向上产生电场，从而由于这种电场的作用压电元件11在黑色箭头所示的横向方向上发生变形。当向压电元件11施加负电压以使电场方向与极化方向相反时，如图4A所示，压电元件11在厚度方向上收缩，而在横向方向上膨胀。另一方面，当向压电元件11施加正向电压以使电场方向与极化方向相同时，如图4B所示，压电元件11在厚度方向上膨胀，而在横向方向上收缩。通过向压电元件11施加交流电压或脉动电压，压电元件11在厚度方向上重复膨胀和收缩，以使隔膜泵1的隔膜板13被振荡。从而隔膜泵1被驱动用于泵操作。 

接下来，参照图5A和图5B描述压电型隔膜泵1的运动。图5A示出未向压电元件11施加电压的压电型隔膜泵1的初始状态。当在图5A所示的初始状态下向压电元件11施加正电压时，压电元件11在其横向方向上收缩。然而，隔膜板13不收缩或膨胀，所以对应于压电元件11的变形，隔膜板13被变形以降低弯曲量，如图5B所示。由此，内部空间14的体积减小，从而内部空间14的压力增加。所以，吸入阀16a被关闭，而排出阀16b被打开。因此，内部空间14中的液体从出口16d被排出。隔膜泵1执行排出操作。 

当施加至压电元件11的电压从对压电元件11施加正电压的状态变化为接地电压时，压电元件11和隔膜板13通过它们自身的恢复力恢复到最初状态，如图5A所示。换句话说，隔膜板13的弯曲量增加，从而内部空间14的体积增大。由此，内部空间14的压力降低，所以排出阀16b被关闭，而吸入阀16a被打开。因此，液体被吸入到内部空间14中。隔膜泵1执行吸入操作。例如，施加至压电元件11的电压为在+120V至0V之间变化的交流电压。当向压电元件施加+120V的电压时，隔膜泵1执行排出操作，而当向压电元件施加0V的电压时，隔膜泵1执行吸入操作。对应于工作流体的粘性不同，施加至压电元件11的交流电压的驱动频率不同。例如，在工作流 体为水、管道装备的直径为1mm的情况下，驱动频率可约为40Hz。 

接下来，参照图6A至图6F详细描述隔膜泵1的吸入操作和排出操作。图6A至图6C示出吸入操作，其中通过隔膜板13的膨胀弯曲，排出阀16b被关闭，而吸入阀16a被打开，以使液体被吸入到隔膜泵1的内部空间14中。图6D至图6F示出排出操作，其中通过隔膜板13的收缩弯曲，吸入阀16a被关闭，而排出阀16b被打开，以使隔膜泵1的内部空间14中的液体被排出到外部。 

当施加至压电元件11的交流电压的驱动频率较高时，在操作状态从图6F中所示的排出操作转换至图6A中所示的吸入操作的时候，排出阀16b已被打开并且吸入阀16a已被关闭。当向压电元件11施加电压时，对应于压电元件11的膨胀或收缩，隔膜板13发生变形，以使内部空间14的体积逐渐增大，从而使排出阀16b关闭，如图6A所示。随着排出阀16b的关闭动作，少量液体从出口16d倒流至内部空间14中。 

接下来，参照图7A至图7C描述当向压电元件11施加脉动电压时从隔膜泵1排出的工作流体的变化。图7A示出当向压电元件11施加脉动电压时，从隔膜泵1排出的工作流体的瞬时流速。此处，施加至压电元件11的电压为具有50％占空比的120V的脉动电压。在图7A中的脉动电压的一个周期中(t1至t3期间)，在时间t1处大量液体同时流动，但是在排出期间(t1至t2)中液体的瞬时流速基本变为恒量。在吸入期间(t2至t3)中，由于不排出液体，所以液体的流速变为零。 

图7B示出当没有回流发生时从液体排出控制装置的喷嘴3排出的液体前沿面的变化。此处，液体前沿面被定义为管道装备中心处的液体前沿面的位置。从图7B可看出，液体的前沿面在排出操作期间移动并在吸入操作期间停止。液体前沿面的平均位置用图7B中虚线“M”示出，并且液体的震动量可由液体前沿面的实际位置对平均位置的偏离来表示。当脉动电压的占空比为50％时，液体震动量的最大值为在一个振荡周期中排出的液体体积的四分之一。 

另一方面，图7C示出当回流发生时从液体排出控制装置的喷嘴3排出的液体前沿面的变化。在这种情况下，液体前沿面的平均位置为从液体前沿面的最前部位置下降回流的液体体积的二分之一。因此，液体震动量的最大 值变为在一个振荡周期中排出的液体体积的四分之一与回流的液体体积的二分之一的和。由于回流的液体体积与振荡频率无关，所以它直接影响液体的震动量。 

接下来，参照图8A至图8B描述在隔膜泵1的排出阀16b的打开和关闭之前及之后的液体的流动。当排出阀16b从图8A所示的打开状态被操作至图8B中所示的关闭状态时，对应于排出阀16b的运动，液体19a的一部分倒流，所以倒流的液体成为流入到隔膜泵1的内部空间14的回流。 

参照图9描述在假设没有设置积存器5时隔膜泵1的管道装备18b中排出的液体量变化。当向隔膜泵1的压电元件11施加预定电压时，液体从隔膜泵1中排出。另一方面，当施加至压电元件11的电压变为0V时，液体被吸入到隔膜泵1中。在液体吸入期间，发生液体的回流，所以对应于倒流到隔膜泵1的内部空14的液体回流量s1，排出的液体量m₀降低。因此，管道装备18b中的工作流体发生由于回流导致的震动。在图9中，符号n₀直观上示出排出的液体量。 

接下来，参照图10A和图10B描述积存器5的操作。图10A和图10B分别示出根据回流的发生和消失而导致的可移动部件51的弹性变形，积存器5的液体积聚腔56的体积增大和减小的状态。 

在隔膜泵1的排出操作中，通过使可移动部件51的中心部分51m向外弯曲，积存器5的可移动部件51从初始平衡状态51a转变为平衡状态51b。当由于隔膜泵1的排出操作使积存器5中流动的液体量增加时，积存器5的液体积聚腔56中的液体压力增大，从而使可移动部件51的中心部分51m弹性变形以向外弯曲。当可移动部件51的中心部分51m变形至最大值时，积存器5的液体积聚腔56的体积变为最大并且可移动部件51保持在平衡状态51b。因此，在排出操作中排出液体量的变化受到限制。类似地，在隔膜泵1的吸入操作中，可移动部件51的中心部分51m向内弯曲，所以积存器5的液体积聚腔56的体积减小。当可移动部件51的中心部分51m变形至最小值时，积存器5的液体积聚腔56的体积变为最小并且可移动部件51保持在平衡状态51a。因此，在吸入操作中由于回流的发生而导致的排出液体量的变化得到缓冲。所以液体从积存器5的出口55均匀地排出。 

图11示出当设有积存器5时排出液体的变化。图11与图9比较，由于 回流发生而降低的排出液体量从不设有积存器5时的量s1减少了量v1。 

根据第一实施例的液体排出控制装置，积存器5的可移动部件51在弹性变形中具有两个平衡状态，并且使每一平衡状态下的可移动部件51的弹性变形基本为零，以使可移动部件51能在这两个平衡状态之间快速切换。从而能够降低从隔膜泵1排出的液体流中的回流影响。此外，即使在由隔膜泵1的排出阀16b的运动而产生的液体的回流量较小时，也能够使排出的液体流平稳。 

用于缓冲液体压力变化的传统积存器通常没有考虑由于排出阀导致的回流，所以积存器的体积变化大于液体的回流量。因此，不能对用于缓冲微小回流的微小体积变化作出充分的反应。此外，具有较大体积变化的积存器不能缓冲由于排出阀导致的微小回流而产生的震动分量。然而，第一实施例中的积存器5能够解决上述问题。 

第二实施例 

参照图12、图13A至图13K、图14A和图14B描述根据本发明第二实施例的具有压电型隔膜泵的液体排出控制装置。在第二实施例中，如图12所示，具有外围壁的波纹管型可移动部件57用作积存器5的可移动部件。由于除了可移动部件57之外第二实施例中的液体排出控制装置的结构与第一实施例基本相同，所以省略了与第一实施例共有的结构的描述。 

在第二实施例中，通过具有波纹管型可移动部件57的积存器5使从隔膜泵1排出的液体的震动受到限制，其中所述液体的震动是由于排出阀16b的运动产生的回流导致的。 

如图13A至图13K所示，积存器5包括：外壳52，由下外壳部件52a和上外壳部件52b组成；液体积聚腔56，设置在下外壳部件52a上，其中从隔膜泵1流出的液体被暂时积聚在液体积聚腔56中；波纹管型可移动部件57，其用作根据流入到积存器5中的液体的压力而移动的弹性隔膜；以及制动器58，用于限制波纹管型可移动部件57的移动。积存器5构成圆形隔膜。 

波纹管型可移动部件57具有外围壁，其内表面形成像波纹管一样的形状，并且外围壁的底部固定于波纹管导向部52c。波纹管导向部52c夹在制动器58与上外壳部件52b之间。由于流入到积存器5中的液体的压力变化，波纹管型可移动部件57发生变形，并且通过制动器58限制波纹管型可移动 部件57在其膨胀和收缩方向上的移动，以使波纹管型可移动部件57具有两个平衡状态并在这两个平衡状态之间是可移动的。 

在如上构建的积存器5中，波纹管型可移动部件57在图14A中箭头所示的方向膨胀，以在隔膜泵1的排出操作中增大积存器5的液体积聚腔56的体积。由此能够缓冲排出液体量的指数式增加。这时，由于制动器58，波纹管型可移动部件57不能膨胀超过预定高度，所以积存器5的液体积聚腔56的体积不能增大超过预定体积。在隔膜泵1的吸入操作中，波纹管型可移动部件57在图14B中由箭头所示的方向收缩，从而减小在隔膜泵1的排出操作中积存器5的液体积聚腔56的体积。由此能够补偿由于回流的发生而导致的排出液体量的降低。 

在第二实施例中，使用了具有波纹管型可移动部件57的积存器5，其中波纹管型可移动部件57能够快速移动，从而能够对由于排出阀16b的运动产生的回流而导致的排出液体量的微小变化作出反应，并且能够减小由于回流的发生而导致的从积存器5的出口55排出的液体量的变化。此外，第二实施例中的积存器5的结构被简化，从而能够提高液体排出装置的生产率。 

第三实施例 

参照图15描述根据本发明第三实施例的具有压电型隔膜泵的液体排出控制装置。在第三实施例中，积存器5和隔膜泵1一体地构成为统一标准型泵10。 

在统一标准型泵10中，由弹性膜制成的积存器5的可移动部件5与隔膜泵1的排出阀16b成为一体，并且设置在排出阀16b中的出口16d以没有连接路线的方式直接连接至积存器5的入口54。连通路线59设置在积存器的可移动部件51的后表面与隔膜泵1的外壳15的外壁之间，其中空气被传送到传送路线59中，以通过传送线路59能够使可移动部件51的运动平稳。从排出阀16b排出的液体通过出口管道装备18b直接流入到积存器5中。用于降低由于回流导致的影响的机制与第一和第二实施例中的机制相同，其中回流是由于排出阀16b的运动产生的。 

在第三实施例中，由于隔膜泵1和积存器5是一体的，所以能够减少构成液体排出控制装置的元件的数量并且能够增加液体排出控制装置的生产率。此外，由于排出阀16b与积存器5的可移动部件51直接连接，所以能 够缩短出口管道装备的长度，从而能够降低从排出阀16b排出的液体的路线中的阻力。而且能够增加可移动部件51对排出液体的回流的反应，从而使积存器5的运动变得更为平稳。 

第四实施例 

参照图16、图17A和图17B描述根据本发明第四实施例的具有压电型隔膜泵的液体排出控制装置。图16示出第四实施例中的液体排出控制装置的结构。 

在第四实施例中，通过调整积存器5的液体积聚腔56的体积变化使通过隔膜泵1的排出阀16b的运动产生的回流而降低的排出液体量与通过积存器5补偿的液体量基本相同，其中液体积聚腔56的体积变化是由于液体排出控制装置中的可移动部件51的适当弹性变形导致的，所述液体排出控制装置具有与第一实施例基本相同的结构。 

图17A示出图16中的隔膜泵1的出口管道装备18b中的点P处的液体量变化，以及图17B示出积存器5的出口55中的点Q处的液体量变化。如图17A所示，在出口管道装备18b中的点P处由于排出阀16b的运动产生的回流导致液体降低量s1。然而，如图17B所示，通过从积存器5排出的液体增加量v1能够补偿积存器5的出口55中的点Q处排出的液体量的降低。 

根据第四实施例的结构，能够实现补偿从积存器5排出的液体量降低的效果，其中液体量的降低是由于隔膜泵1的排出阀16b的运动产生的回流而导致的，所以第四实施例的液体排出控制装置能够用于控制微小的液体量。 

第五实施例 

参照图18描述根据本发明第五实施例的具有压电型隔膜泵的液体排出控制装置。图18为示出第五实施例中的液体排出控制装置的示意性结构的剖面图。 

在第五实施例中，通过调整积存器5的液体积聚腔56的体积变化使通过隔膜泵1的排出阀16b的运动产生的回流而降低的排出液体量与通过积存器5补偿的液体量基本相同，其中液体积聚腔56的体积变化是由于液体排出控制装置中的可移动部件51的适当弹性变形导致的，所述液体排出控制装置具有与第三实施例基本相同的结构。 

在第五实施例中，在出口管道装备18b中的点P处由于排出阀16b的运 动产生的回流使液体量降低，然而与上述第四实施例相似，通过从积存器5排出的液体量的增加能够补偿积存器5的出口55中的点Q处排出的液体量的降低。虽然液体排出控制装置被构建为紧凑型实体，但是其能够限制从积存器5的出口55排出的液体量的微小变化，从而从喷嘴3平稳地排出液体。 

第六实施例 

下面描述根据本发明第六实施例的具有压电型隔膜泵的液体排出控制装置。该液体排出控制装置具有与上述实施例之一基本相同的结构，所以省略了对该液体排出控制装置的描述。在第六实施例中，使积存器5的可移动部件51或57的固有振动频率与隔膜泵1的振荡频率基本相同。 

积存器5的可移动部件51或57内在地具有根据其自身结构确定的固有振动频率。通常，盘型隔膜具有按照下列公式定义的固有振动频率“F”。 

F＝10.21(D/βd)^0.5/2πa²

此处 

D＝Ed²/12(1-α²) 

a：半径 

β：每单位体积的重量 

d：厚度 

E：杨氏模量 

α；泊松比 

π：圆周率 

通过将适当的常数代入到上述固有振动频率的公式中来确定积存器5的可移动部件51或57的固有振动频率，以使积存器5的可移动部件51或57的固有振动频率与隔膜泵1的振荡频率一致。在积存器5的可移动部件51或57的固有振动频率与隔膜泵1的振荡频率一致的条件下，当驱动隔膜泵1时，由于隔膜泵1的排出阀16b的运动产生的回流使积存器5的可移动部件51或57振动。由于可移动部件51或57的固有振动频率与由于回流引起的振动一致，所以由于回流导致的可移动部件51的振动被增强，并且能够使移动到可移动界限的可移动部件51或57的变形或位移更平稳。因此，能够增加用于降低从液体排出控制装置排出的液体量变化的效果，并且能够使液体从液体排出控制装置的喷嘴3更为平稳地排出。 

第七实施例 

参照图19A至图19D描述根据本发明第七实施例的具有压电型隔膜泵的液体排出控制装置。从图19A可看出，除第一实施例中的结构之外，该液体排出控制装置还包括设置在第一积存器5和喷嘴3之间的第二积存器6。第一积存器5用于降低由于回流导致的从隔膜泵1排出的液体量变化。第二积存器6用于减少液体的间歇流动。 

通过提供第二积存器6，能够减少由于隔膜泵1的排出操作和吸入操作的重复而导致的液体间歇流动。因此能够大大减小从喷嘴3排出的液体的震动，从而能够使液体从喷嘴3更平稳地排出。 

第二积存器6具有与第一积存器5基本相同的结构，并具体包括：可移动部件61；外壳62；导向部63，用于固定外壳62上的可移动部件61的外围部分；以及液体积聚腔66，形成于外壳62上，用于暂时积聚液体。第二积存器6构成圆形隔膜。 

对应于从隔膜泵1排出的液体间歇流动的压力变化，可移动部件61移动，从而通过改变液体积聚腔66的体积来减少液体的间歇流动。对应于液体积聚腔66中液体量的增加，可移动部件61的弹性膜由于自身膨胀而向外弯曲，以增大液体积聚腔66的体积。另一方而，对应于液体积聚腔66中液体量的减少，可移动部件61由于收缩而向内弯曲，以减小液体积聚腔66的体积。因此，通过可移动部件61的弹性变形能够缓冲由于液体的间歇流动而产生的振动。换句话说，第二积存器6能够降低在隔膜泵1的排出操作中液体量的指数式增加，并且能够减小在隔膜泵1的吸入操作中液体的指数式降低。 

此外，在没有回流发生时，可将第二积存器6设计为缓冲由于只有液体的间歇流动导致的震动流。当通过第一积存器5将由于回流导致的液体流量变化减小至基本为零时，第二积存器6能够有效地降低由于液体的间歇流动产生的影响。因此在减小由于回流和间歇流动产生的液体流量变化的情况下，能够执行液体输送。 

图19B、图19C和图19D为分别示出在图19A中的点P、点Q和点R处排出的液体量变化的曲线图。点P位于隔膜泵1的出口管道装备18b中，点Q位于第一积存器5的出口55中，以及点R位于第二积存器6的出口65 中。从图19B可看出，对应于吸入操作期间液体的回流量，从隔膜泵1排出的液体量降低了量s1。从图19C可看出，通过第一积存器5将液体量的降低补偿至量s2。此外，从图19D可看出，通过第二积存器6将液体量的降低最多补偿至零。因此，能够实现液体的平稳输送。 

第八实施例 

参照图20A至图20D描述根据本发明第八实施例的具有压电型隔膜泵的液体排出控制装置。从图20A可看出，除了第七实施例的结构之外，该液体排出控制装置还包括位于第一积存器5与第二积存器6之间的路线中的止回阀7。 

止回阀7具有由弹性材料制成的阀部件71。当在排出操作中隔膜泵1排出液体时，由于经由第一积存器从隔膜泵1流出的液体使止回阀7的阀部件71打开，从而使连通第一积存器5和第二积存器6的路线开通。由此，液体从液体排出控制装置的喷嘴3排出。此时，第二积存器6的可移动部件61发生弹性变形，以使液体积聚腔66的体积增大。 

当在吸入操作中隔膜泵1移动时，由于阀部件71的前部压力与后部压力之间的压力差使止回阀7的阀部件71关闭。因此，通过第一积存器5的操作补偿了由于隔膜泵1的排出阀16b的运动产生的回流，从而使由于回流产生的影响决不会到达喷嘴3附近的液体。此外，由于压力差第二积存器6的可移动部件61发生变形，以使对喷嘴3的液体供给是持续的。因此，能够降低从喷嘴3排出的液体的震动。 

图20B、图20C和图20D为分别示出在图20A的点P、点Q和点S处排出的液体量变化的曲线图。点P位于隔膜泵1的出口管道装备18b中，点Q位于第一积存器5的出口55中，以及点S位于止回阀7的出口(或第二积存器6的入口64)中。从图20B可看出，对应于吸入操作期间液体的回流量，从隔膜泵1排出的液体量降低了量s1。从图20C可看出，通过第一积存器5将液体量的降低补偿至量s2。此外，从图20D可看出，通过止回阀7将液体量的降低进一步减小，从而能够实现液体的平稳输送。 

第九实施例 

参照图21A和图21B描述根据本发明第九实施例的具有压电型隔膜泵的液体排出控制装置。图21A示出第九实施例中的液体排出控制装置的结构。 与第七实施例相比，在第九实施例中取代第一积存器5，在隔膜泵1与第二积存器6之间设置改型的第一积存器8，其中改型的第一积存器8具有位于管道装备81的一部分的可移动部件82。 

图21B示出第一积存器8的结构。改型的第一积存器8包括由弹性膜制成的可移动部件82，其中可移动部件82固定在管道装备81的一部分上。在隔膜泵1的排出操作中，排出的液体从入口83流入到管道装备81中，从而使管道装备81中的液体量突然增加。由于液体量的增加(或压力增加)可移动部件82弹性变形以向外弯曲，从而使管道装备81的液体积聚腔的体积增大。由此能够缓冲管道装备81中的液体量的增加(或压力增加)。另一方面，在隔膜泵1的吸入操作中，可移动部件82发生变形以向内弯曲，从而使管道装备81的液体积聚腔的体积减小。由此从改型的第一积存器8排出其中回流影响被降低的液体。 

第十实施例 

下而描述根据本发明第十实施例的具有压电型隔膜泵的液体排出控制装置。第十实施例的液体排出控制装置的结构与第七实施例基本相同，所以省略了对液体排出控制装置的说明。在第十实施例中，使第一积存器5的可移动部件51的固有振动频率和第二积存器6的可移动部件61的固行振动频率与隔膜泵1的振荡频率一致。第一积存器5的可移动部件51的固有振动频率和第二积存器6的可移动部件61的固有振动频率为上面所述的根据积存器的可移动部件的结构而内在确定的力学上的固有振动频率。 

在第一积存器5的可移动部件51的固有振动频率与隔膜泵1的振荡频率基本一致的情况下，当驱动隔膜泵1时，由于隔膜泵1中发生回流导致的液体震动流动使可移动部件51振动。由于可移动部件51的振动频率与其固有振动频率一致，因此振幅、即可移动部件51的运动被加强。因此，可移动部件51能够平稳地变形或位移至可移动界限。类似地，在第二积存器6的可移动部件61的固有振动频率与隔膜泵1的振荡频率基本一致的情况下，当驱动隔膜泵1时，由于从第一积存器5排出的液体震动流动使可移动部件61振动。由于可移动部件61的振动频率与其固有振动频率一致，因此振幅、即可移动部件61的运动被加强。因此，可移动部件61能平稳地变形或位移至可移动界限。通过这种结构，能够增加用于减少由于回流和液体间歇流动 导致的液体流量降低的效果，从而能够使液体从喷嘴3平稳地排出。 

第十一实施例 

参照图22A至图22E描述根据本发明第十一实施例的具有压电型隔膜泵的液体排出控制装置。图22A示出第十一实施例中的液体排出控制装置的结构。在第十一实施例中，这样构建第二积存器6的可移动部件61，即使其在增大液体积聚腔66的体积的方向上容易变形，而在减小液体积聚腔66的体积的方向上不容易变形。 

图22B示出在隔膜泵1的排出操作中第二积存器6的状态，以及图22C示出在隔膜泵1的吸入操作中第二积存器6的状态。图22D示出图22B和图22C中用符号“A”标记的部分。 

第二积存器6包括在液体积聚腔66中具有小孔68的隔板67，以使可移动部件61与隔板67之间的空间被分隔为体积变化部分61a。在隔膜泵1的排出操作中，液体通过孔68流入到体积变化部分61a中。另一方面，在隔膜泵1的吸入操作中，体积变化部分61a中的液体通过孔68被排出。在孔68的边缘上形成锥面69，以使孔68的宽度朝向体积变化部分61a的方向逐渐变窄。从而使由于隔板67产生的阻力在液体流的方向上不同，其中所述阻力抵制通过孔68流动的液体。 

通过这种结构，当在排出操作中液体流入到体积变化部分61a中时，通过孔68的锥面69降低了由于隔板67产生的阻力，从而使液体能够平稳地流入到体积变化部分61a。因此，对应于液体量的增加或液体压力的增大，液体积聚腔66的体积能够快速地增大。 

另一方面，当液体从体积变化部分61a排出时，通过孔68的锥面69没有降低由于隔板67产生的阻力，从而使液体不能平稳地从体积变化部分61a排出。因此，对应于液体量或压力的减小，液体积聚腔66的体积能够缓慢地减小。 

图22E示出在第二积存器6的液体积聚腔66中流动的液体的瞬时速度或液体量随时间的变化。虚线表示当在孔68的边缘上没有形成锥面69时液体瞬时流速的变化。实线表示当在孔68的边缘上形成有锥面69时液体瞬时流速的变化。在形成有锥面69的情况下，在排出期间t1至t2以及吸入期间t2至t3中，液体瞬时流速变化很小。换句话说，排出液体的快速震动被降低了。通过这种结构，虽然与第七实施例相比由于设置隔板67，第二积存器6的结构变得稍显复杂，然而其能够大大降低从第一积存器排出的液体流的震动。从而能够使液体更为平稳地从喷嘴3排出。

本申请基于在日本提交的日本专利申请2004-372237和2005-275290，其内容通过参考援引于此。 

虽然以参照附图举例的方式对本发明进行了全面的描述，但是应理解，对本领域技术人员来说明显可对本发明进行各种变化和修改。因此，除非这种变化和修改脱离本发明的范围，否则它们均应被认为包括在本发明的范围内。 

工业实用性 

如上所述，根据本发明的液体排出控制装置包括设置在压电型隔膜泵与喷嘴之间的积存器，其中该积存器具有被动降低震动的功能。该积存器具有可移动部件，其中该可移动部件对应于该积存器中流动的液体量或压力的增加和降低而发生弹性变形，从而能够使该积存器的液体积聚腔的体积增大或减小。由此，通过该积存器能够缓冲震动、即液体流量或压力的增加和降低，从而使液体能够平稳地从喷嘴排出。 

Claims (10)

1.一种液体排出控制装置，包括：

压电型隔膜泵，具有根据压力差而打开和关闭的控制阀和用作驱动致动器的压电元件；以及

第一积存器，与该隔膜泵的出口相连通，并具有液体积聚腔和可移动部件，其中该可移动部件根据流入到该液体积聚腔中的液体量的变化而弹性变形，以对应于液体量的增加和减小来增大和减小该液体积聚腔的体积，其中

该可移动部件具有中心部分和外围部分，该中心部分由于受到液体压力能够弹性地变形，该外围部分被固定在外壳上；

该中心部分具有以预定方向预先弄凹的初始平衡状态和以相反方向预先弄凸的变形平衡状态；以及

该可移动部件在初始平衡状态和变形平衡状态之间变形。

2.如权利要求1所述的液体排出控制装置，其中该隔膜泵的排出阀和该第一积存器的可移动部件是一体的，且该隔膜泵的出口以没有连接路线的方式直接连接至该积存器的入口。

3.如权利要求1所述的液体排出控制装置，其中倒流的液体量与通过该第一积存器的该液体积聚腔的体积减小而补偿的液体量基本相同，其中所述倒流是由于该隔膜泵的该控制阀的运动产生的回流导致的。

4.如权利要求1所述的液体排出控制装置，其中该第一积存器的该可移动部件的固有振动频率与该隔膜泵的振荡频率基本一致。

5.如权利要求1所述的液体排出控制装置，还包括与该第一积存器的出口相连通的第二积存器，其中该第二积存器补偿由于从该隔膜泵排出的液体的间歇流动而导致的液体量变化。

6.如权利要求5所述的液体排出控制装置，还包括设置在该第一积存器与该第二积存器之间的止回阀。

7.如权利要求5所述的液体排出控制装置，其中通过管道装备和可移动部件来构建该第一积存器，其中该管道装备设置在该隔膜泵与该第二积存器之间，而该可移动部件由弹性膜制成并固定在该管道装备的一部分上。

8.如权利要求5所述的液体排出控制装置，其中该第一积存器的该可移动部件的固有振动频率和该第二积存器的可移动部件的固有振动频率与该隔膜泵的振荡频率基本一致。

9.如权利要求5所述的液体排出控制装置，其中该第二积存器的可移动部件被构建为：使其在增大该第二积存器的液体积聚腔的体积的方向上比在减小该液体积聚腔的体积的方向上更易于变形。

10.如权利要求1所述的液体排出控制装置，其中该可移动部件为弹性膜。

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