CN106907309B - 高压低温流体泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压低温流体泵，包括：接收和存储液态制冷剂的绝热存储罐组件、至少一个低温泵组件和至少一个安装到绝热存储罐并和低温泵组件相连来提供压力的驱动组件，低温泵组件包括：一个通过常规活塞轴连接的线性分开放置的双活塞，被进气腔隔开的两个压力腔和一个压力气缸，进气腔向压力腔提供液态制冷剂，压力腔包括一个上压力腔和一个下压力腔，每个压力腔均具有一个瞬时入口和一个在出气口设置的单向止回阀；压力腔和进气腔在压力气缸内周向分布；低压液态制冷剂被压缩成高压制冷剂，在向上运动过程中，上压力腔压缩液态制冷剂时，下压力腔收集液态制冷剂，在向下运动过程中，下压力腔压缩液态制冷剂时，上压力腔收集液态制冷剂。

Description

高压低温流体泵

技术领域

本发明涉及到一种低温活塞泵，特别是涉及一种用于冷冻手术过程的高压低温流体泵。

背景技术

冷冻手术治疗是利用超低温度和所设计的复杂系统适当地冷冻待治疗的目标生物组织。这些系统一类是利用存储罐里的高压气体，另一类是通过加热液态制冷剂来获得高压气体并存储在高压罐里作为消融流体。上述的两类系统除了需要制冷剂存储器，还需要高压存储罐。本发明的目的是提供一种改进的系统，所述系统产生能冻死和破坏生物组织的高压消融流体，所述高压消融流体是通过紧凑的高压低温流体泵来直接将低压液态制冷剂压缩成高压制冷剂且不需要额外的高压存储罐。

发明内容

本发明涉及一种高压低温流体泵，所述高压低温流体泵包括一个绝热存储罐或杜瓦瓶组件，所述绝热存储罐或杜瓦瓶组件是从外界通过填充获得液态制冷剂并存储起来；至少一个低温泵组件，所述低温泵组件被放置在所述绝热存储罐底部附近，用来收集液态制冷剂并将其压缩成高压制冷剂；至少一个驱动组件(actuator assembly)，所述驱动组件被安装到所述绝热存储罐组件并与所述低温泵组件连接来提供压力。所述低温泵组件包括：一个线性分开放置的双活塞，所述双活塞通过一个常规活塞轴连接；两个压力腔，所述两个压力腔被进气腔隔开，其中，所述进气腔向所述压力腔提供液态制冷剂，所述压力腔包括一个上压力腔和一个下压力腔，每个压力腔均具有一个瞬时入口和一个在出气口设置的单向止回阀；一个压力气缸，所述压力腔和所述进气腔在所述压力气缸内周向分布。在所述高压低温流体泵中，低压液态制冷剂被压缩成高压制冷剂，在向上运动过程中，所述上压力腔压缩液态制冷剂时，所述下压力腔收集液态制冷剂，在向下运动过程中，所述下压力腔压缩液态制冷剂时，所述上压力腔收集液态制冷剂。

在一些实施方式中，所述低温泵组件是一个二级循环泵。所述二级循环泵具有一个压缩循环和一个罐充循环。

在一些实施方式中，所述压力腔是同步工作的，即一个压力腔进入压缩循环而第二个压力腔进入罐充循环，以此在一个上下往复过程中持续提供高压制冷剂。

在一些实施方式中，在向上运动过程中，上瞬间入口关闭，下瞬间入口打开；在向下运动过程中，上瞬间入口打开，下瞬间入口关闭。

在一些实施方式中，每个压力腔的出口与一个常规排放管连接。

在一些实施方式中，液态制冷剂通过进气腔罐充口进入到所述进气腔内。

在一些实施方式中，杜瓦瓶组件为低温泵组件提供液态制冷剂。

在一些实施方式中，所述驱动组件控制和限制所述活塞轴的往复运动的距离以提供高压制冷剂。

在一些实施方式中，低温泵组件安装在所述绝热存储罐的底部，以收集液态制冷剂并将其压缩成高压制冷剂。

在一些实施方式中，所述高压低温流体泵能调整所述活塞轴的运动速度得到所需要的制冷剂流体出口压力。

在一些实施方式中，所述低温泵组件包含一个为每个压力腔提供的活塞头，所述活塞头通过一个连接有常规活塞轴的驱动组件来驱动。

在一些实施方式中，在整个罐充或压缩循环中，所述双活塞中的一个活塞与所述活塞轴形成瞬时密封而另一个活塞与所述活塞轴形成一个瞬时开口。

本发明所述高压低温流体泵被设计用来提供持续的压缩制冷剂。所述低温泵组件是一个正容积双活塞泵，它具有两个运行周期，分别是罐充和压缩周期。本发明使液态制冷剂在上下行程中都能被压缩。低温泵组件包括两个不同的压缩腔和一个进气腔。放置在所述压缩腔之间的所述进气腔是用来接收从绝热存储罐组件中获取的液态制冷剂。液态制冷剂在进入进气腔之前首先通过颗粒过滤器(未示出)，以过滤掉任何外界污染物。进气腔向所述压缩腔提供已过滤的液态制冷剂。在一个向上的循环中，当下压力腔从进气腔收集液态制冷剂使得下压力腔膨胀时，上压力腔容积缩小以压缩液态制冷剂。在一个向下的循环中，下压力腔被压缩时上压力腔收集液态制冷剂为下一个压缩循环做准备。在一个往复循环中，压力腔工作是同步进行的，即一个压力腔运行压缩循环而另一个压力腔运行灌充循环，以此来提供持续的高压制冷剂。所述压缩腔和进气腔在一个单压力气缸内周向分布。低温泵组件包含一个为每个压力腔提供的活塞头，所述活塞头通过一个连接有常规活塞轴的驱动组件来驱动。所述驱动组件控制和限制所述活塞轴往复运动的距离以提供最适宜的高压制冷剂。高压制冷剂流体通过内部止回阀从压缩腔里排出。所述止回阀阻止在罐充过程中高压制冷剂回流到压缩腔。通过活塞轴的速度来控制制冷剂流体的出口压力。本发明中的高压低温流体泵能根据活塞轴运动的速度来适应性调整输送所需制冷剂流体的出口压力。活塞轴的速度越高，在较短时间里压缩的液态制冷剂越多，从而产生更高的出口压力，反之亦然。

附图说明

图1是根据本发明的高压低温流体泵的整体剖面图。

图2是所述高压低温流体泵向上运动到中间位置的剖面图。

图3是所述高压低温流体泵向上运动到顶部的剖面图。

图4是所述高压低温流体泵向下运动时处于顶部的剖面图。

图5是所述高压低温流体泵向下运动到中间位置的剖面图。

图6是所述高压低温流体泵向下运动到底部的剖面图。

图7是所述高压低温流体泵从底部开始向上运动的剖面图。

具体实施方式

以下对实施本发明的最佳具体实施方式进行详细描述。此描述仅对本发明实施例的基本原理进行阐述，但本发明不仅仅限于此描述。本发明的保护范围由后附的权利要求书进行最准确限定。

参照图1，本发明提供一个高压低温流体泵10，所述高压低温流体泵10把接近一个大气压的液态制冷剂转换成高压制冷剂。本发明包含一个接收低压液态制冷剂的绝热存储罐组件或杜瓦瓶组件60，一对低温泵组件70，所述低温泵组件70被安装在所述杜瓦瓶组件的底部附近，用来压缩液态制冷剂，一对驱动组件80为制冷剂的增压提供压力。本发明中所述的高压低温流体泵10的工作介质是液态制冷剂，例如，液氮、液氦、液氩、液氖等。来自于所述高压低温流体泵10的高压制冷剂作为消融流体被直接输送到一个常规冷冻消融导管。在输送到一个常规冷冻消融导管之前可以对消融流体做进一步处理。流体的处理过程，例如对颗粒和水汽的过滤、压力调整、加热和再次过冷却或者综合上述过程对进一步提高消融流体的性能是有帮助的。例如，增加过滤模块、加热模块、压力调整模块和再次过冷却模块串联在排放管48上，能进一步提高消融流体的品质，而且让使用者能更好的控制流体的温度和压力。

杜瓦瓶组件60是一个常规的双层绝热存储罐。在杜瓦瓶组件60的顶部有一个开口，允许液态制冷剂通过顶部开口进入杜瓦瓶组件60的内部。制冷剂蒸汽和压缩的液态制冷剂也可以直接从杜瓦瓶组件60的顶部开口排出。低温泵组件也可以通过这个顶部开口安放在杜瓦瓶组件60内部。杜瓦瓶组件用来储存液态制冷剂，将液态制冷剂提供给低温泵组件，杜瓦瓶组件还用来安放低温泵组件，并在低温泵组件和驱动组件之间提供结构连接。

所述低温泵组件70是一个二级循环泵。所述二级循环泵具有一个压缩循环和一个罐充循环。低温泵组件70包括一个线性分开放置的双活塞，所述双活塞通过一个常规活塞轴连接；被进气腔隔开的两个压力腔，所述进气腔向所述压力腔提供液态制冷剂，所述压力腔包括一个上压力腔和一个下压力腔，每个压力腔均具有一个瞬时入口和一个在出气口设置的单向止回阀；一个压力气缸，所述压力腔和所述进气腔在所述压力气缸内周向分布。低温泵组件70安装在所述绝热存储罐或杜瓦瓶组件60的底部，以收集液态制冷剂并将其压缩成高压制冷剂。在一个具体的实施例中，所述低温泵组件70包括压力气缸22、顶部气缸盖30、底部气缸盖28、上活塞24、下活塞26、活塞轴18、支撑管16、进气腔罐充口20及图2所示的一些组件：上止单向回阀34、下单向止回阀46、活塞轴密封圈32、上活塞密封圈38、下活塞密封圈42、上活塞栓36、下活塞栓50、上瞬间密封圈40、下瞬间密封圈44、顶部气缸盖密封圈62、底部气缸盖密封圈64和常规的排放管48。支撑管16的一端机械式安装在顶部气缸盖30上，另一端机械式安装在驱动板12上。支撑管16为活塞泵产生的周期性作用力提供结构支撑。在常规操作模式下，液态制冷剂通过进气腔罐充口20从杜瓦瓶组件60进入低温泵组件70中。液态制冷剂首先通过颗粒过滤器(未示出)再经过进气腔罐充口20，最后进入到进气腔52。在向上的循环过程中，在上压力腔54中的液态制冷剂通过一个上单向止回阀34被压缩和推送出来。与此同时，下压力腔56膨胀并灌装液态制冷剂。在向上循环运动结束后，活塞轴18改变方向，向下运动。在向下循环运动过程中，上压力腔54和进气腔52流体连通以接收液态制冷剂，与此同时下压力腔56中的液态制冷剂被压缩。从下压力腔56中流出的高压制冷剂通过下单向止回阀46流进常规排放管48。在向下循环结束时，活塞轴改变方向，向上运动进入一个新的循环。一个方向运动的结束到反向运动的开始的间隔被定义成过渡期。在过渡期中，高压制冷剂不再从压力腔中流出同时液态制冷剂的出口压力向下波动。制冷剂的压力波动水平和过渡时间的长短成比例关系，本发明能最大化的减小在常规排放管48内的压力变化。对于单低温泵组件想消除过渡期是非常困难的，但是在过渡期中增加活塞轴的运动速度来降低压力波动的幅度是可行的。此外，将加热模块和压力调节模块(未示出)串联在常规排放管48上，能够更好的控制流体的出口压力。对于具有多个低温泵组件70的系统，如图1所示，在第一个低温泵的过渡期里，第二个低温泵的压力循环同步进行使制冷剂流体的出口压力曲线更平滑。

驱动组件80包括一个驱动器14和一个驱动板12，所述驱动板12机械地固定在杜瓦瓶组件60上。驱动器14安装在驱动板12上，并具有一个集成驱动轴，所述驱动轴直接连接在活塞轴18上。所述活塞轴18线性运动并产生压缩力。驱动器14是一个标准的工业驱动器。它可以是气动驱动器或是一个电动线性驱动器。所述驱动组件80控制和限制所述活塞轴18的往复运动的距离以提供高压制冷剂。所述高压低温流体泵能调整所述活塞轴18的运动速度得到所需要的制冷剂流体出口压力。所述活塞轴18的速度越高，在较短时间里压缩的液态制冷剂越多，从而产生越高的出口压力，反之亦然。

参照图2，低温泵组件70向上运动到中间位置的剖面图。在向上运动的过程中，上瞬间入口关闭，下瞬间入口72打开，上瞬间密封圈40紧贴上密封圈表面68，形成一个压力密封来保持上压力腔54的压力。上压力腔54的容积由顶部气缸盖30、上活塞24、压力气缸22、活塞轴18及相关的密封圈32、62、38和40所限定。当活塞轴18向上运动时，在上压力腔54内的液态制冷剂被压缩并通过具有上单向止回阀34的一个出气口排出，并进入到常规排放管48里。当上压力腔54收缩时，下压力腔56膨胀，此时液态制冷剂通过下瞬间入口72进入到下压力腔56中。液态制冷剂从进气腔52通过一个下瞬间入口72，该下瞬间入口72是在下瞬间密封圈44和下密封圈表面66之间形成的一个间隙。这个间隙由下活塞26在下活塞栓50和活塞轴18之间的运动所限定。在整个向上运动的过程中，上瞬间密封圈40紧贴上密封圈表面68形成压力密封。当下活塞26依靠在下活塞栓50上，在活塞轴18和下活塞26之间形成一个间隙，此间隙能使下压力腔56通过它不间断的罐充液态制冷剂。

参照图3，高压低温流体泵向上运动到顶部的剖面图。这个位置是向上运动的结束和向下运动的开始。在这个位置，上瞬间密封圈40一直贴着上密封圈表面68，而下压力腔56一直与进气腔52流体连通。在整个向上运动过程中，在杜瓦瓶组件60中的液态制冷剂一直通过进气腔罐充口20与进气腔52流体连通。

参照图4，高压低温流体泵改变了方向向下运动时关闭下瞬间入口72，在下瞬间密封圈44和下密封圈表面66之间的间隙形成了压力密封，来保持下压力腔56的压力。与此同时，一个由上瞬间密封圈40和上密封圈表面68形成的间隙即上瞬间入口74打开，使得液态制冷剂经该通道进入到上压力腔54内。当活塞进一步向下运动时，下活塞26推动下压力腔56中的高压制冷剂通过一个具有下单向止回阀46的出气口并进入到常规排放管48里。与此同时，上压力腔54膨胀并持续收集液态制冷剂。

参照图5，低温泵组件70向下运动到中间部位的剖面图。在向下运动过程中，下活塞26被活塞轴18直接推动，上活塞24被上活塞栓36向下推动。

参照图6，高压低温流体泵向下运动到底部的剖面图。这个位置是向下运动的结束和向上运动的开始。在这个位置上，下瞬间密封圈44一直是紧贴着下密封圈表面66，上压力腔54一直与进气腔52流体连通。在整个向下运动的过程中，在杜瓦瓶组件60中的液态制冷剂一直通过进气腔罐充口20与进气腔52流体连通。

参照图7，高压低温流体泵开始改变运动方向向上运动。在此运动中关闭上瞬间入口74并形成压力密封，此压力密封用来保持上压力腔54的压力。于此同时，下瞬间入口72打开，为下一个循环中液态制冷剂灌充到下压力腔52中提供一个通道。当活塞进一步向上移动，上压力腔54推动高压制冷剂通过上止回阀34进入到常规排放管48，此时下压力腔52膨胀并持续收集液态制冷剂。

上述本发明是一个高压低温流体泵，所述高压低温流体泵包括一个低温泵组件，所述低温泵组件有双活塞和两个压力腔，所述压力腔不间断的提供高压制冷剂。两个压力腔是同步工作的，一个压力腔进入压缩循环而另一个压力腔进入罐充循环，以此在一个上下往复过程中持续提供高压制冷剂。所述双活塞被线性分开放置，它们通过一个常规的活塞轴和压力气缸彼此相连。所述低温泵组件在向上和向下往复运动过程中产生高压制冷剂。所述压力腔基于气缸原理工作，具有一个压缩循环和一个罐充循环。所述双活塞和两个压力腔设计能使一个压力腔压缩液态制冷剂，于此同时另一个腔不间断的罐充液态制冷剂。在整个罐充或压缩循环中，所述双活塞中的一个活塞与所述活塞轴形成瞬时密封而另一个活塞与所述活塞轴形成一个瞬时开口。每个压力腔具有一个入口和一个出口。所述入口是瞬时变化的，在罐充循环中打开并在压缩循环中关闭。压力腔的出口包括止回阀，每个压力腔的出口与一个常规排放管48连接，高压制冷剂从止回阀排出并进入到常规排放管48中。具有两个活塞泵的低温泵组件能不间断的输送高压制冷剂。然而，在过渡期内，出口压力是波动的。两个低温泵组件同步协调工作，一个低温泵进入压缩循环另一个低温泵进入罐充循环，这样能提供一个更持续稳定的流体出口压力曲线。

以上所述是本发明较佳的具体实施例，我们必须承认在不偏离本发明精神的情况下还有很多替换改进方式，下面的权利要求是为了尽可能地包含落入本发明精神和原则范围内的所有修改方式。

Claims (13)

1.一种高压低温流体泵，其特征在于，包括：

一个绝热存储罐组件，所述绝热存储罐组件接收和存储液态制冷剂；

至少一个低温泵组件，所述低温泵组件包括：

一个线性分开放置的双活塞，所述双活塞通过一个常规活塞轴连接；

两个压力腔，所述两个压力腔被进气腔隔开，其中，所述进气腔向所述压力腔提供液态制冷剂，所述压力腔包括一个上压力腔和一个下压力腔，每个压力腔均具有一个瞬时入口和一个在出气口设置的单向止回阀；

一个压力气缸，所述上压力腔、所述进气腔和所述下压力腔沿着所述活塞轴的方向在所述压力气缸内轴向分布；

至少一个驱动组件，所述驱动组件被安装到所述绝热存储罐并和所述低温泵组件连接来提供压力；

其中，低压液态制冷剂被压缩成高压制冷剂，在向上运动过程中，所述上压力腔压缩液态制冷剂时，所述下压力腔收集液态制冷剂，在向下运动过程中，所述下压力腔压缩液态制冷剂时，所述上压力腔收集液态制冷剂。

2.根据权利要求1所述的高压低温流体泵，其特征在于，所述低温泵组件是一个二级循环泵。

3.根据权利要求2所述的高压低温流体泵，其特征在于，所述二级循环泵具有一个压缩循环和一个罐充循环。

4.根据权利要求1所述的高压低温流体泵，其特征在于，所述压力腔是同步工作的，即一个压力腔进入压缩循环而第二个压力腔进入罐充循环，以此在一个上下往复过程中持续提供高压制冷剂。

5.根据权利要求4所述的高压低温流体泵，其特征在于，在向上运动过程中，上瞬间入口关闭，下瞬间入口打开；在向下运动过程中，上瞬间入口打开，下瞬间入口关闭。

6.根据权利要求1所述的高压低温流体泵，其特征在于，每个压力腔的出口与一个常规排放管连接。

7.根据权利要求1所述的高压低温流体泵，其特征在于，液态制冷剂通过进气腔罐充口进入到所述进气腔内。

8.根据权利要求7所述的高压低温流体泵，其特征在于，杜瓦瓶组件为低温泵组件提供液态制冷剂。

9.根据权利要求1所述的高压低温流体泵，其特征在于，所述驱动组件控制和限制所述活塞轴的往复运动的距离以提供高压制冷剂。

10.根据权利要求1所述的高压低温流体泵，其特征在于，低温泵组件安装在所述绝热存储罐的底部，以收集液态制冷剂并将其压缩成高压制冷剂。

11.根据权利要求1所述的高压低温流体泵，其特征在于，所述高压低温流体泵能调整所述活塞轴的运动速度得到所需要的制冷剂流体出口压力。

12.根据权利要求1所述的高压低温流体泵，其特征在于，所述低温泵组件包含一个为每个压力腔提供的活塞头，所述活塞头通过一个连接有常规活塞轴的驱动组件来驱动。

13.根据权利要求1所述的高压低温流体泵，其特征在于，在整个罐充或压缩循环中，所述双活塞中的一个活塞与所述活塞轴形成瞬时密封而另一个活塞与所述活塞轴形成一个瞬时开口。