CN101529093A - 蠕动泵流量控制的方法和蠕动泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蠕动泵内流量控制的方法，蠕动泵包括闭合部件，所述闭合部件用于压紧软管以形成至少一闭合区，所述闭合区从蠕动泵的上游到下游循环移动，闭合部件包括活动的挤压部件，挤压部件将软管朝一对反表面的方向挤压，闭合部件由布置在一旋转轴上的控制装置驱动。本发明还涉及一蠕动泵，用以实施所述方法。本发明的目的是研发能不改变马达速度而消除逆流现象的蠕动泵。借由在所述蠕动泵的最下游部分中的闭合部件比所述蠕动泵的最上游部分中的闭合部件、优选比所述蠕动泵的最上游部分中的挤压部件，在一更大的循环区段上保持于闭合位置，而达到该目的。

Description

蠕动泵流量控制的方法和蠕动泵

技术领域

[01]本发明涉及蠕动泵内流量控制的方法，所述蠕动泵包括闭合部件，所述闭合部件用于压紧软管，以形成至少一闭合区，所述闭合区从所述蠕动泵的上游到下游循环移动，所述闭合部件包括活动的挤压部件，所述挤压部件将所述软管朝一对反表面的方向挤压，所述闭合部件由布置在一旋转轴上的控制装置驱动。本发明还涉及用以实施所述方法的蠕动泵。

背景技术

[02]此类蠕动泵通常用于医学领域，尤其是用于输液。其优点是以足够可靠的方式向病人输送相对恒定的待输液体量。

[03]存在两大类蠕动泵：滚轮式泵和指状泵。

[04]所述滚轮式泵通常包括两至四个安置在一滚轮架上的滚轮，所述滚轮架由一马达驱动旋转。一软管被放置在一圆弧形槽内。旋转移动的所述滚轮在所述槽内紧压软管，从而在所述滚轮后面形成抽吸区而在其前面形成压入区。为了运行，需要一直存在一闭合区，换言之需要所述滚轮中的至少一个一直按压在所述软管上。

[05]所述指状泵包括一组指状件，指状件以循环的方式紧压软管抵靠于对反表面(contre-surface)。所述指状件基本以波浪形垂直移动，从而形成从上游到下游移动的闭合区。当最上游的第一个指状件承靠于所述对靠表面时，最下游的最后一个指状件抬升起。最常见的指状泵是线性的，也就是说，所述对反表面是平面且所述指状件是平行的。在此情况下，所述指状件由一组彼此相继布置的凸轮加以控制，每个凸轮与一指状件配合。这些凸轮以螺旋的方式被布置在一公共轴上，所述公共轴由一马达驱动旋转。还存在曲线形的指状泵，其试图结合滚轮式泵的优点和指状泵的优点。例如将会在文献EP 113609A1和US 5,575,631A中发现这类泵。在该类型的泵中，所述对靠表面不是平坦而是圆弧形的，且所述指状件径向地布置在所述对反表面内。在此，这是一个公用的凸轮，该凸轮具有多个凸起且布置在所述圆弧的中央，所述凸轮驱动所述指状件。

[06]这些蠕动泵的主要缺点在于：被泵送的液体流不完全是规律的，且尤其呈现出称为“逆流”(back flow：回流)的现象，“逆流”表现为在循环重新开始的确切时刻液体从下游部分朝上游部分被抽吸。实际上，在每次循环结束时，最下游指状件退开，这引起抽吸，而最上游指状件前进，这引起泵送，但在一短暂瞬间，所述抽吸大于所述泵送。从治疗来看，这个现象并非期望的。

[07]为了消除这种效应，通常在受该现象干扰的循环区内加速泵的运动。该解决办法需要对所述泵进行相对复杂的特殊控制。

发明内容

[08]因此，本发明的目的是研制根据开篇所述的蠕动泵和其控制方法，以消除所述逆流现象而不改变马达速度。

[09]根据本发明该目的得以实现，因为：在所述蠕动泵的最下游部分中的闭合部件比所述蠕动泵的最上游部分中的闭合部件、优选比所述蠕动泵的最上游部分中的挤压部件，在一更大的循环区段上保持于闭合位置。因此可确定任何逆流都不会产生。通过仅当新的上游闭合区开始朝下游移动时下游闭合区才消除，使得这易于实现。这个设计保证了：已经在所述泵下游的液体不能被抽吸到位于所述泵内的管段内。实际上，仅当直接位于最下游位置中的闭合区上游的管段内控制的压力等于或大于直接位于该闭合区下游的管段内控制的压力时，最下游位置中的闭合区才被消除。即使不容易测量位于所述蠕动泵内的管部分中控制的压力，至少可使泵的尺寸确定成：直接位于该闭合区上游的所述管段和直接位于该闭合区下游的所述管段之间的压力差在所述闭合被消除的时刻为正。这反应为在所述泵下游记录的压力曲线上的一压力峰值。

[10]允许实施该方法的蠕动泵配设有相应部件。在下游于一更大的循环区段实现该闭合的简单方式是：使所述对反表面在其处于最下游的位点比在其它位点、优选比其在最上游的位点，更靠近所述的控制挤压部件的控制装置的旋转轴。

[11]该发明概念尤其应用于指状泵。在这种情况下，所述的控制最下游指状件的控制装置的尺寸确定成：将所述最下游指状件比其他指状件、尤其比最上游指状件在一更大的循环区段上保持于闭合位置。尤其地，可使所述的控制最下游指状件的控制装置的尺寸确定成：当所述最上游指状件进入闭合位置时，使所述最下游指状件保持于闭合位置。

[12]在第一实施方式中，所述方法被应用于直线性指状泵。在第一实施变型中，一方面所述对反表面是平坦的，且另一方面所述对反表面在所述蠕动泵的下游区域比在所述蠕动泵的上游区域，更加靠近所述的控制指状件的控制装置的旋转轴。这表现在：所述对反表面相对垂直于所述指状件的平面是倾斜的。还可以是，所述对反表面垂直于所述指状件，且所述控制指状件的控制装置的旋转轴相对垂直于所述指状件的平面是倾斜的。

[13]在本发明的另一实施变型中，在所述最上游指状件和所述最下游指状件之间的所述对反表面是凹形的。

[14]在本发明的第二实施方式中，上述方法可应用于一曲线指状泵。在该情况下，所述对反表面的下游端比起所述对反表面的其它位点、优选比所述对反表面的上游端，更靠近控制指状件的凸轮的旋转轴。通过使所述对反表面的形状呈中心与所述控制指状件的凸轮的旋转轴重合的一螺旋状弧形，这是易于实现的。

[15]不使对反表面的下游端靠近所述控制装置的旋转轴，而是可考虑使最下游指状件的长度大于其他指状件之一的长度，优选大于所述最上游指状件的长度。

[16]为了简单应用所述方法，优选所述的控制最下游指状件的控制装置，例如凸轮，配设有这样的部件：其允许弹簧在一循环区段期间将所述最下游指状件朝所述对反表面的方向挤压，而所述控制装置的旋转轴的转动不会引起该最下游指状件移动。

[17]在实践中，证明优选的是，高度定义为以下两距离之差：一方面在所述对反表面的离所述的控制指状件的控制装置的旋转轴最近的点与所述旋转轴之间的距离、与另一方面所述对反表面的离所述的控制指状件的控制装置的旋转轴最远的点与所述旋转轴之间的距离；该高度介于设有所述蠕动泵的所述软管的内直径的十分之一和二分之一之间，优选所述高度约等于所述内直径的五分之一。

[18]为了所述泵能够使用于具有不同内直径的管，优选所述对反表面配设有用于改变该对反表面的纵向朝向和/或可拆卸并可替换的部件。

[19]本发明的概念还可以应用于滚轮蠕动泵。

附图说明

[20]下文借助一实施例详细描述本发明。附图示出：

[21]图1：对未加速的线性指状泵观测到的流量曲线；

[22]图2：符合本发明的未加速的线性指状泵的观测流量曲线；

[23]图3：符合本发明的对反表面的第一实施例的侧视图；

[24]图4：根据本发明的对反表面的第二实施例的侧视图；

[25]图5：穿过符合本发明的线性指状泵的纵剖面俯视图；

[26]图6：图5所示泵的横剖面侧视图。

具体实施方式

[27]在下文所示的实施例中，所述蠕动泵是传统的线性指状泵。其包括一组指状件1，该组指状件作为活动的挤压部件挤压管2抵靠着一对反表面3。该对反表面被布置在所述泵的门4内。

[28]一组凸轮5布置在一轴6上。这些凸轮5作为驱动所述活动的挤压部件的控制装置，例如由柱段构成，所述柱段偏心安装在所述轴6上且彼此相对地呈角度错开，从而每个指状件的运动相对前一指状件稍微滞后且相对后一指状件稍微提前。

[29]在现有技术中，所述指状件具有相同的长度，所述对反表面平行于所述凸轮的轴，且在对于所有指状件都相同的循环的一区段上，每个指状件保持在闭合位置。在循环结束时产生如前所述的逆流现象，这在图1中明显地示出。图1显示根据以分钟表示的时间的瞬时流量(ml/h：毫升/小时)。箭头表示所述逆流。然而，来自位于所述泵下游的管段2c的被抽吸液体，部分充填位于所述泵内的管段2b，因此减少了从位于所述泵上游的管段2a泵送的液体量。为了消除此现象，现有技术中提出在两次循环之间的转换时刻、也就是在最下游指状件离开闭合位置而最上游指状件到达闭合位置的时刻，加快所述轴的旋转速度。根据该现有技术，与其他循环区段具有相同角扇区的该循环区段被加速。

[30]相反，本发明提出，最下游指状件1b在比其他指状件更大的一循环区段保持在闭合位置，从而留出时间使上游形成的闭合区开始前进。这样，位于两个闭合部之间的管段2b内的压力升高，且仅当该压力等于或大于位于所述泵下游的管段2c内控制的压力时，下游闭合部才消除。由于此解决方案，得到如图2示出的一流量曲线。可以发现，逆流完全消失，且被箭头表示的一泵送峰替代，这在临床上看来是很可取的。而且，每一循环泵送的液量更多了，因为位于所述泵内的管段2b仅被来自所述泵上游的液体充填。因此，泵的效率更好。这表现在能耗降低，马达尺寸更小以及运行噪音降低。

[31]以一具有12个指状件的蠕动泵为例并且使所述循环标示成一组角扇形区，在现有技术的泵的情况下，一处在闭合位置的指状件的循环区段约是360°/12，即等于30°。相反地在本发明的方法中，将选择可变的角扇形区，无论如何对于某些角扇形区，其可交迭。例如可以为最上游指状件1a选择27°的角扇形区，且为最下游指状件1b选择33°的角扇形区，这两个角扇形区部分地交迭。

[32]这个效果可采用不同的必要时可组合的方式得到。

[33]最简单的办法是使用一对反表面，该对反表面相对于控制所述指状件1的凸轮5的旋转轴6是倾斜的。这正是图3的例子所表示的。在此，所述旋转轴6垂直于所述指状件1，而所述对反表面偏离相对所述指状件的垂直方向。为了画图清楚的原因，图3示出的倾斜度是夸大的。所述指状件1由所述凸轮5驱动，同时受弹簧7的作用，该弹簧倾向于使指状件靠近所述对反表面3。凸轮被设计为这样的：由于指状件靠近所述泵的下游安放，因而指状件能够在一更大的循环区段上保持在闭合位置。

[34]实际上，比起最下游指状件1b，最上游指状件1a要下降得更低以开始作用在管2上和对该管加以挤压。因此，比起所述最下游指状件，所述最上游指状件在一更短的循环区段上保持于闭合位置。当所述凸轮的轴6旋转时，该轴驱动最下游指状件1b的凸轮5b，带动该最下游指状件靠近所述对反表面3，直至最下游指状件挤压管2抵靠着所述对反表面。所述凸轮5b继续转动，但不驱动在弹簧7的作用下保持在该位置的所述指状件。所述轴6转过一定角度，所述凸轮5b就重新开始移动所述指状件1b，这次使指状件1b抵抗所述弹簧7的作用朝高处移动。为了所述上游指状件1a挤压所述管2，由于所述对反表面的倾斜，所述上游指状件需要比所述下游指状件1b历经一段更大的路程。而所述最下游指状件1b仍在闭合位置时，所述最上游指状件1a到达闭合位置。换言之，所述最下游指状件1b处在闭合位置的循环区段与接下来所述最上游指状件1a到达闭合位置的循环区段有交迭。指状件被布置得越靠近所述泵的下游，所述指状件处在闭合位置的循环区段就越大，且对指状件的控制越接近对最下游指状件1b的控制。

[35]在实践中，表现为优选根据软管2的内直径选择最高端(在下游)和最低端(在上游)之间的高度h。利用介于软管2的内直径的十分之一至二分之一之间的高度，可得到非常好的结果，采用约等于所述内直径的五分之一的高度，能得到最好的结果。

[36]为了所述泵能够配合不同内直径的管使用，优选所述对反表面3是可拆卸的且能被具有另一倾斜度的另一对反表面更换。另一解决办法是设置根据使用的管2使对反表面3更多或更少倾斜的倾斜部件。

[37]另一解决办法是设置如图4所示的凹形的对反表面3。在此实施例中，上游指状件和下游指状件都处在闭合位置的循环区段大于位于中央的指状件的循环区段。

[38]不使对反表面3倾斜，而是使泵的指状件没有相同的长度。指状件越靠近所述泵的下游布置指状件就越长。因此，所述最下游指状件1b将与所述对反表面接触的循环区段，会比所述最上游指状件1a的循环区段更大。

[39]另一解决办法在于：使所述凸轮的轴6倾斜，以便该轴在所述泵的下游比在泵的上游更加靠近所述对反表面3。在此情况下，如在现有技术中一样，所述对反表面3垂直于所述指状件，但指状件控制装置5的旋转轴6偏离相对所述指状件的垂直线。因此，如同倾斜的对反表面的情况一样，最下游指状件1b将更早挤压管2且对其挤压更长时间，以便当上游指状件1a到达闭合位置时所述最下游指状件将一直处在闭合位置。

[40]重要的是要很好的区分下述两方面：一方面是不同指状件的闭合期限(时间概念)和另一方面这些指状件处在闭合位置的循环区段。如果马达的旋转速度、和因此旋转轴6的旋转速度是恒定的，则下游指状件1b比上游指状件1a在闭合位置停留时间更长，因为所述下游指状件1b在所述闭合位置的循环区段比所述上游指状件1a在所述闭合位置的循环区段更大。然而，在实践中，有利的是在所述下游指状件1b处在闭合位置的时刻，周期性加快马达速度。因此，减少与该指状件1b在闭合位置相对应的循环区段——即流量基本为零的时刻——的执行时间。在现有技术中，该加速用于减小所述逆流作用，而在本发明的范围内，该加速用于减少流量接近零的循环区段的执行时间。由于该周期性加速，完全可能的是：所述下游指状件1b比其他指状件、尤其比所述上游指状件1a在闭合位置保持时间更短。

[41]同样的原理可用于曲线指状泵。在此也需要：仅当位于所述泵内的管段内的压力至少等于位于下游的管段中控制的压力时，最下游指状件才挪开。第一解决办法是在下游部分中使所述对反表面靠近所述凸轮。换言之，所述对反表面不是圆弧形，而是螺旋形，随着它靠近所述泵的下游区域而更加靠近所述凸轮。不使对反表面呈螺旋形状，而是可使所述对反表面的圆弧相对所述凸轮的旋转轴偏心，所述指状件径向地出自该凸轮的旋转轴。无论采用什么解决办法，对指状件的控制在此还是通过使弹簧和所述凸轮配合进行。

[42]另一解决办法是，如同对线性指状泵一样，可选择位于下游的指状件比位于上游的指状件长。

[43]最后，同样的原理可用于滚轮式蠕动泵。

Claims (21)

1.蠕动泵内流量控制的方法，所述蠕动泵包括闭合部件，所述闭合部件用于压紧软管(2)，以形成至少一闭合区，所述闭合区从所述蠕动泵的上游到下游循环移动，所述闭合部件包括活动的挤压部件(1)，所述挤压部件(1)将所述软管(2)朝一对反表面(3)的方向挤压，所述闭合部件由布置在一旋转轴(6)上的控制装置(5)驱动，

其特征在于，在所述蠕动泵的最下游部分中的闭合部件(1b)比在所述蠕动泵的最上游部分中的闭合部件(1a)、优选比在所述蠕动泵的最上游部分中的挤压部件，在一更大的循环区段上保持于闭合位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，仅当新的上游闭合区开始朝下游移动时，下游闭合区才消除。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，仅当直接位于下游闭合区上游的管段(2b)内控制的压力等于或大于直接位于该下游闭合区下游的管段(2c)内控制的压力时，所述下游闭合区才消除。

4.蠕动泵，其包括闭合部件(1)，所述闭合部件(1)用于挤压软管(2)，以形成至少一闭合区，所述闭合区能从所述蠕动泵的上游到下游循环地移动，所述闭合部件包括活动的挤压部件(1)，所述挤压部件(1)将所述软管(2)朝一对反表面(3)的方向加以挤压，所述闭合部件由布置在一旋转轴(6)上的控制装置(5)驱动，

其特征在于，控制挤压部件的控制装置(5)的尺寸确定成：将所述挤压部件在所述泵的最下游部分中、比在所述蠕动泵的更靠上游部分中一更大的循环区段上保持于闭合位置。

5.根据权利要求4所述的蠕动泵，其特征在于，所述的控制挤压部件的控制装置的尺寸确定为：仅当所述上游部分中的新的闭合区开始朝下游移动时，才消除所述蠕动泵的下游部分中的闭合区。

6.根据权利要求4或5所述的蠕动泵，其特征在于，所述的控制挤压部件的控制装置的尺寸确定成：仅当直接位于所述蠕动泵的最下游部分中的闭合区上游的管段(2b)内控制的压力等于或大于直接位于该最下游部分中的闭合区下游的管段(2c)内控制的压力时，才消除所述蠕动泵的最下游部分中的闭合区。

7.根据权利要求4或6所述的蠕动泵，其特征在于，所述对反表面(3)在其处于所述蠕动泵最下游的位点比在其它位点、优选比其在最上游的位点，更靠近所述的控制挤压部件(1)的控制装置(5)的旋转轴(6)。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的蠕动泵，其特征在于，所述蠕动泵是指状泵。

9.根据权利要求8所述的蠕动泵，其特征在于，所述的控制最下游指状件(1b)的控制装置的尺寸确定成：将所述最下游指状件(1b)比其他指状件、尤其比最上游指状件(1a)在一更大的循环区段上保持于闭合位置。

10.根据权利要求8或9所述的蠕动泵，其特征在于，所述的控制最下游指状件(1b)的控制装置的尺寸确定成：当所述最上游指状件(1a)进入闭合位置时，使所述最下游指状件(1b)保持于闭合位置。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的蠕动泵，其特征在于，所述对反表面(3)是平坦的；并且，所述对反表面(3)在所述蠕动泵的下游区域比在所述蠕动泵的上游区域，更加靠近所述的控制指状件(1)的控制装置(5)的旋转轴(6)。

12.根据权利要求11所述的蠕动泵，其特征在于，所述对反表面(3)相对垂直于所述指状件(1)的平面是倾斜的。

13.根据权利要求11所述的蠕动泵，其特征在于，所述对反表面(3)垂直于所述指状件(1)；并且，所述的控制指状件(1)的控制装置(5)的旋转轴(6)相对垂直于所述指状件(1)的平面是倾斜的。

14.根据权利要求8至10中任一项所述的蠕动泵，其特征在于，在所述最上游指状件(1a)和所述最下游指状件(1b)之间的所述对反表面(3)是凹形的。

15.根据权利要求8至10中任一项所述的蠕动泵，其特征在于，所述指状泵是曲线式的；并且，所述对反表面的下游端比起所述对反表面的其它位点、优选比所述对反表面的上游端，更靠近控制指状件的凸轮的旋转轴。

16.根据权利要求15所述的蠕动泵，其特征在于，所述对反表面的形状呈螺旋状弧形，螺旋状弧形的中心与所述的控制指状件的凸轮的旋转轴重合。

17.根据权利要求8至16中任一项所述的蠕动泵，其特征在于，所述最下游指状件(1b)的长度大于其他指状件之一的长度，优选大于所述最上游指状件(1a)的长度。

18.根据权利要求8至17中任一项所述的蠕动泵，其特征在于，所述的控制最下游指状件(1b)的控制装置(5b)，例如凸轮，配设有这样的部件：其允许弹簧(7)在一循环区段期间将所述最下游指状件(1b)朝所述对反表面(3)的方向挤压，而所述控制装置(5b)的旋转轴的转动不会引起该最下游指状件(1b)移动。

19.根据权利要求4至18中任一项所述的蠕动泵，其特征在于，高度(h)定义为以下两距离之差：一方面在所述对反表面的离所述的控制指状件的控制装置的旋转轴最近的点与所述旋转轴之间的距离、与另一方面所述对反表面的离所述的控制指状件的控制装置的旋转轴最远的点与所述旋转轴之间的距离；该高度(h)介于设有所述蠕动泵的所述软管(2)的内直径的十分之一和二分之一之间，优选所述高度(h)约等于所述内直径的五分之一。

20.根据权利要求4至19中任一项所述的蠕动泵，其特征在于，所述对反表面(3)配设有用于改变该对反表面的纵向朝向和/或可拆卸并可替换的部件。

21.根据权利要求4至7中任一项所述的蠕动泵，其特征在于，所述蠕动泵是滚轮式泵。

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