CN101429932A - 具有往复旋转式活塞的容积泵 - Google Patents

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Abstract

一种具有往复旋转式活塞的容积泵，其包括中空圆筒形室3中的至少一个活塞2，所述泵1具有至少一个进口10和至少一个出口11，在所述活塞2的内向冲程期间，流体15可通过所述至少一个进口10抽吸入泵室3’，在所述活塞2的外向冲程期间，流体15可通过所述至少一个出口11排出。所述容积泵1的所述活塞2或圆筒形室3可由至少一个转子直接或间接驱动。一方面，该转子5将双向线性运动传递给所述活塞2或所述圆筒形室3，引起所述活塞2在所述圆筒形室3内或沿所述活塞2的轴往复滑动，另一方面，该转子5将双向角运动传递给所述活塞2，以便交替地打开和关闭进口10和出口11。

Description

具有往复旋转式活塞的容积泵
本申请是申请日为2005年8月12日，申请号为200580040166.5，发明名称为“具有往复旋转式活塞的容积泵”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及可以用于不同领域的容积泵，比如用于医药或流体传输(输液泵、IV泵、肠内泵(enteral pump)、肠胃外的泵(parenteral pump))或食品、化学或其他的工业领域，例如结合压缩机或内燃机使用。
背景技术
具有流体模块(fluid module)的活塞泵已经是已有技术的一部分了。专利US 2004/101426公开了一种包括圆筒形活塞室的装置，圆筒形活塞室的上部和下部末端的轮廓具有特定的梯度，所述活塞室包含可旋转的和可轴向移动的泵活塞。活塞的上部和下部末端表面的轮廓被设定成在活塞旋转时伴随着接触所述室的相应的两个末端表面。此旋转引起活塞交替地向上和向下移动，分别使得流体能被单向吸入活塞室和单向推出活塞室。活塞的旋转运动起阀的作用，交替地打开和关闭进口和出口。这种系统的缺点主要由组装活塞和圆筒形室时遇到的困难产生。
GB 2060131、US 4,767,399和US 4,850,980公开了一种抽运机构装置，该装置的抽吸和推进阶段由活塞在活塞室内的双向线性运动获得。与US2004/101426不同，这种抽运机构具有充当进口/出口上的阀的装置，其与活塞的运动无关。因此，阀的运动以及阀与活塞运动的同步需要更多的部件，这样就增加了抽运机构的成本。
US 5,312,233描述了一种用于分配纳升(nanoliter)范围内的液体的旋转/往复液体分配泵机构。该泵机构具有起进口孔/出口孔上的阀的作用的装置，而这种作用取决于活塞的运动。与前述泵类似，这种泵也由大量的部件形成。
GB860616描述了一种借助于常规的曲轴和连杆驱动的泵。没有其它的工作部件。活塞在一简单汽缸内工作，汽缸在一端由缸盖闭合，并且汽缸在其长度的中间位置处、在相对的侧面上设置有用于管子的两个凸起部。通过在活塞的每一侧上具有孔而不需要使用阀，这些孔交替地打开汽缸壁上的进口孔和出口孔。为了实现这一点，活塞具有大约30°的交替的旋转运动，而这种运动由连杆和活塞之间的球窝连接件中的倾斜销(angular pin)引起。活塞侧面上的孔是足够长的槽，以便在除了上死点和下死点以外的整个冲程期间打开汽缸孔。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种低成本的容积泵，这种容积泵由减少了数量的部件组成，并且活塞和活塞室的组装也不麻烦。
这个目的通过包括圆筒形室中的活塞的容积泵来实现，所述圆筒形室具有敞开的上部末端、进口孔和出口孔。活塞由至少一个转子来驱动，以引起所述活塞在圆筒形室内往复滑动，同时具有双向角运动，从而形成活塞的用于将流体从进口通过第一通道抽吸入泵室的内向冲程，以及所述活塞的随后用于将流体通过第二通道排到出口的外向冲程。进口和出口被所述活塞的双向角运动交替地打开和关闭，这对于所述进口和出口起阀的作用。该泵积泵进一步包括偏心地安装在转子上的轴，其中该轴或者可操作地直接连接到活塞，所述轴包括可夹进邻近活塞的顶部部分的插口内的球形末端，或者轴通过适用于所述活塞的末端部件的活塞头而可操作地间接连接，以引起活塞的所述往复滑动。
与US 2004/101426不同，由转子传递的复合的双向线性运动和角运动结果一定能传输来自容积泵的稳定流速的流体。而且，该容积泵是非常精确的，因为由所述泵传输的流体的量与活塞和中空圆筒外壳之间的相对位置密切相关。
附图简述
根据以下参照附图对几个实施方式的详细描述，可以更好的理解本发明，其中：
图1是依据本发明的第一实施方式的具有位于中空圆筒内的活塞的容积泵的透视图，其中转子被去除了。
图2是第一实施方式的包括偏心轴的转子的透视图转。
图3是截面图，显示该偏心轴在邻近活塞顶部的插口内的啮合。
图3a显示图3的细节。
图4是容积泵的第一实施方式在转子旋转周期开始时的透视图。
图4a是图4的轴向剖面后视图，图4b是沿图4a的线A-A截取的截面图。
图5是转子旋转90°后容积泵的透视图。
图5a是图5的轴向剖面后视图，图5b是沿图5a的线A-A截取的截面图。
图6是转子旋转180°后容积泵的透视图。
图6a是图6的轴向剖面后视图，图6b是沿图6a的线A-A截取的截面图。
图7是转子旋转270°后容积泵的透视图。
图7a是图7的轴向剖面后视图，图7b是沿图7a的线A-A截取的截面图。
图8是依据本发明的第二实施方式的容积泵的透视图，包括活塞头。
图8a是连接到转子的轴的所述活塞头的透视图。
图8b是本发明第二实施方式的活塞的透视图。
图9是依据本发明第三实施方式的容积泵的透视俯视图，透明显示没有转子的泵。
图9a是第三实施方式的透视仰视图，显示没有转子的容积泵的外侧。
图10是组成第三实施方式的中空圆筒形外壳的两个圆筒形部件中的一个的透视图。
图10a是装配进图10的圆筒形部件中的另一个可旋转部件的透视图。
图11是该可旋转部件的前视图，图11a是沿图11的线A-A截取的所述可旋转部件的截面图。
图12a是循环开始时的图9的端视图，图12b是循环开始时的沿图12a的线A-A截取的截面图。
图13a是转子旋转90°后的图9的端视图，图13b是转子旋转90°后的沿图13a的线A-A截取的截面图。
图14a是转子旋转180°后的图9的端视图，图14b是转子旋转180°后的沿图14a的线A-A截取的截面图。
图15a是转子旋转270°后的图9的端视图，图15b是转子旋转270°后的沿图15a的线A-A截取的截面图。
图16是依据本发明第四实施方式的容积泵的透视图。
图16a是沿图16的连接到至少一个转子的轴截取的轴向剖视图。
图17是依据本发明另一个实施方式的容积泵的透视图。
图17a是沿图17的连接到至少一个转子的轴截取的轴向剖视图。
具体实施方式
依据本发明的优选实施方式，图1显示容积泵1，其包括圆柱形活塞2和安装在支架4上的中空圆筒3。该圆筒3具有上部敞开的末端，其中可滑动地装配有活塞2。活塞2由承载偏心轴6的转子5驱动，偏心轴6安装在弹簧7上。
如图3和图3a所示的，轴6以球形末端8结束，球形末端8夹进活塞插口9内以便将转子5的角运动转换成活塞2的双向线性运动和角度运动。该活塞2在圆筒3内往复滑动，同时具有双向角运动。
轴6如下所述地传递活塞2在圆筒3内的运动，同时弹簧7确保末端8在插口9内的光滑接合。当活塞2到达抽吸冲程和推进冲程的末端时，弹簧7压缩(如图4和图6)。
当活塞2在抽吸和推进循环中(如图5和图7)时，弹簧7松弛。
活塞2的双向角运动对进口和出口10，11起阀的作用，进口和出口10，11位于中空圆筒3的相对的侧面上。活塞2包含两个通道12，13，在活塞2角运动时，通道12，13引起进口10和出口11交替地打开和关闭。首先，活塞2的内向冲程(或上行冲程)打开进口10并关闭出口11，将流体15从进口10通过第一通道12吸入中空圆筒3的下部(如图5a和图5b)。接着，活塞2的外向冲程(或下行冲程)关闭进口10并打开出口11，将流体15从所述泵室3的下部通过第二通道13推进到出口11(如图7a和图7b)。
依据活塞2的双向角运动和线性运动，所述通道12，13成形为弯曲的以便确保进口10和出口11分别在活塞2的内向冲程阶段和外向冲程阶段是恒定打开的。这能保证在活塞2的内向冲程期间液体15从进口10通过活塞2恒定流到圆筒形室3’的下部，以及在活塞2的向外冲程期间液体15从泵室3’的下部恒定流到出口。
若干特定形状的垫圈或标准O形环(Oring)14设置在进口10和出口11的周围以便密封活塞2的外径和圆筒形室3’的内径之间存在的间隙。包括特定密封肋(sealing rib)设计的所述垫圈是活塞2或圆筒3的部分。
本发明可适合于作为肠胃外系统用于医学用途。活塞2和圆筒形室3’可以构成一次性物品。与现有的具有由如蠕动泵(peristaltic pump)中的柔性薄膜或管子的柔软部件组成的一次性物品的泵不同，一次性活塞2和圆筒形室3’可以由注射成型方法形成为硬的塑料部件，因此不受压力和温度影响。结果，通过转子5的预置角位移，这种系统允许精确地排出特定剂量的药品。通过360°旋转所述转子5可以产生单个剂量。仅仅通过驱动转子，这样的系统就可以在固定的时间间隔排出若干剂量。
在本发明的第二实施方式中(图8，图8a)，活塞2的上部末端包括球窝式接头16，球窝式接头16通过两个突耳(lug)18稳固地连接到活塞头17。承载偏心轴6的转子5通过活塞头17将复合的双向角运动和线性运动传递到活塞2，活塞头17具有孔，轴19可以被装进该孔用于导向。这样的实施方式能避免本发明第一实施方式中可能出现的、如图5和图7所示的当活塞2处于抽吸或推进循环时轴6的球形末端8和活塞插口9之间的接界(abutment)。
在第三实施方式中(图9至图15)，如图9所示，第一和第二活塞20，21彼此相对地固定设置在中空圆筒形可移动外壳22内。所述外壳22由两个同样的端对端彼此面对地组装在一起的圆筒形部件23，23’组成。圆盘24(图10a，11，11a)在两个圆筒形部件23，23’之间安装到所述外壳22内的中间位置，圆盘24包括优选地位于侧面的彼此成180°的进口和出口10，11以及圆盘24下面的部件上的孔25(图9a)。这种组装能产生第一和第二室26，26’(图12b，图14b)。圆盘24可相对于由部件23，23’形成的外壳22进行角运动。
轴(未显示)被插进孔25，如本发明第一实施方式所描述的，所述轴被安装到转子5上，用于将复合的双向线性运动和角运动传递给圆盘24。
圆盘24的这种运动引起圆筒形外壳22沿两个活塞20，21的轴往复滑动，同时关闭进口和出口10，11以便保证：一方面，交替地将流体15从进口10分别抽吸进第一和第二室26，26’，另一方面，交替地将流体15分别从第一室和第二室26，26’排出到出口11。
如图11a所示的，通过位于圆盘24之内和圆盘24的进口/出口中的第一和第二T形通道27，27’获得两个室26，26’之间的抽吸和推进阶段的最佳同步。当所述通道27，27’交替地和位于圆筒形部件23，23’的末端上的第一和第二开口28，28’重叠时，通道27，27’交替地将进口10连接到第一和第二室26，26’，将第一和第二室26，26’连接到出口11(如图10)。本发明的这个特殊实施方式使得容积泵能提供连续的流。
在本发明的第四实施方式中，如图16和图16a所示的，活塞2的复合的双向线性运动和角运动是依靠轴28来传递的，轴28穿过刚性连接到活塞头17的上部部件29。所述轴28可由至少一个转子5驱动。轴28的运动将如本发明第二实施方式中描述的运动传递给活塞2。
可以使这样的传递适用于本发明的第三实施方式。(图17和图17a)。
在本发明的另一个实施方式中(未在附图中示出)，泵1由两个转子5，5’驱动，如第一实施方式中所描述的，转子5，5’操作地连接于所述活塞2的上部和下部部件。第一转子5将抽吸阶段所需要的运动传递到活塞2，而第二转子5’将推进阶段所需要的运动传递到活塞2。
本发明的所有实施方式都可以被修改以便将活塞的相关的线性运动和角运动分离。线性运动可由第一转子传递，角运动可由第二转子传递。可在活塞的冲程的任何时间点将活塞的运动从线性运动转换成角运动。
在本发明的另一个变形中，泵1可用作压缩机。可将紧密密封的容器安装到出口上，通过进口10将空气吸入室，并通过第一实施方式中所描述的相同的装置将空气推进容器中。
这个容积泵1的装置还可以适用于内燃机。这样，本发明的另一个方面是包括如此处所述的、依据本发明的容积泵的内燃机。
尽管已经参照具体的实施方式描述了本发明，但是这种描述并不是限制性的。可以设想本发明应用的多种其他领域而不偏离如所附权利要求界定的本发明的范围。

Claims (8)

1.一种容积泵(1)，其包括圆筒形室(3)内的活塞(2)，所述圆筒形室(3)具有敞开的上部末端(4)、进口(10)和出口(11)，所述活塞(2)可由至少一个转子(5)驱动，以引起所述活塞(2)在所述圆筒形室(3)内往复滑动，同时具有双向角运动，从而提供所述活塞(2)的用于将流体(15)从所述进口(10)通过第一通道(12)抽吸入泵室(3’)的内向冲程，以及所述活塞(2)的随后用于将所述流体(15)通过第二通道(13)排到所述出口(11)的外向冲程，所述进口(10)和所述出口(11)被所述活塞(2)的所述双向角运动交替地打开和关闭，这对于所述进口(10)和所述出口(11)起阀的作用，所述容积泵(1)包括偏心地安装在转子(5)上的轴(6)，所述容积泵(1)的特征在于：轴(6)或者可操作地直接连接到所述活塞(2)，所述轴(6)包括可夹进邻近所述活塞(2)的顶部部分的插口内的球形末端(8)，或者轴(6)通过适用于所述活塞(2)的末端部件(16)的活塞头(17)而可操作地间接连接。
2.如权利要求1所述的容积泵(1)，其中所述进口(10)和出口(11)的交替打开和关闭或者与所述容积泵(1)的抽吸和排出阶段同步，或者是在所述活塞(2)的冲程期间的任何时间。
3.如权利要求1所述的容积泵(1)，其中所述第一通道(12)和所述第二通道(13)是弯曲的，以确保流体(15)交替地在所述活塞(2)的所述内向冲程期间从所述进口(10)流动到所述泵室(3’)以及在所述活塞(2)的所述外向冲程期间从所述泵室(3’)流动到所述出口(11)。
4.如权利要求1所述的容积泵(1)，其中所述活塞(2)和所述圆筒形室(3)是一次性物品。
5.如权利要求1所述的容积泵，其中在所述进口(10)和所述出口(11)的周围设置有若干特定的垫圈或标准O形环(14)。
6.如权利要求1所述的容积泵(1)，其中所述活塞(2)和圆筒形室(3)是注射成型部件。
7.如权利要求1所述的容积泵(1)，其中所述轴(6)安装在弹簧(7)上。
8.一种压缩机，包括紧密密封到如任一前述权利要求所述的容积泵(1)的出口(11)的容器。
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