CN107476964B - 一种阀腔一体化压电泵 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种阀腔一体化压电泵，包括上盖板、腔体、下盖板、压电振子、进水管和出水管；腔体上包括瓣膜阀、泵腔、集水孔和连接管；瓣膜阀为单向阀、安装在泵腔内；连接管连接泵腔和集水孔；上盖板含有孔，孔和泵腔的位置相对应，压电振子固定在孔内、且密封连接；下盖板设有进水口和出水口，进水口和集水孔的位置相对应；出水口和泵腔的位置相对应；进水管一端和进水口密封连接，出水管的一端和出水口连接密封；上盖板、腔体和下盖板密封连接。本发明采用阀与泵腔集成化结构，能增大腔体的有效空间、减小泵体结构、提高泵流量，结合了有阀压电泵和无阀压电泵的优点，既保留了有阀压电泵流量较大的优点，又避免了结构过于复杂的缺点。
Description
技术领域
本发明属于压电泵研究领域，具体涉及一种阀腔一体化压电泵。
背景技术
现阶段，压电泵根据是否有阀，可将其分为有阀压电泵和无阀压电泵。有阀压电泵可理解为泵在工作过程中，泵腔内流体与腔外流体间断性或周期性连通，通过主动阀或从动阀控制流体的单向流动。压电泵由于结构尺寸较小，所需的阀体也多为微小型，从而给有阀压电泵的生产、装配带来很大困难，同时也会增大压电泵的结构尺寸，不利于发挥压电泵的优点；无阀压电泵是通过利用流道双向流动的阻力不同来产生净流量。比较典型的是锥形管无阀压电泵，它采用互为倒置的扩张管或收缩管来控制流体的流向。但无阀压电泵和同尺度的有阀压电泵相比，存在流量低、背压小、效率低和反向止流性能差等缺点，限制了无阀压电泵的应用。
近年来随着仿生学的发展及软质材料微加工技术的进步，瓣膜控制单向流动的理论越来越成熟。但是这些研究成果在压电泵领域应用较少。为了适应实际需要并能发挥有阀压电泵与无阀压电泵的各自优点，需要寻求一种结构简单、易于装配且输出性能好的新型结构压电泵。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种瓣膜阀和泵腔一体化的新型结构压电泵。针对现有有阀压电泵结构复杂和无阀压电泵流量小的缺点，本发明将两者结合，充分发挥了各自的优点，弥补了现有压电泵的不足，使其满足工艺及实际需求，也为压电泵的研究提供了一种新型的结构。
本发明的技术方案是：一种阀腔一体化压电泵，包括上盖板、腔体、下盖板、压电振子、进水管和出水管；
所述腔体上包括瓣膜阀、泵腔、集水孔和连接管；所述瓣膜阀为单向阀、安装在泵腔内；所述连接管连接泵腔和集水孔；
所述上盖板含有孔，所述孔和泵腔的位置相对应，所述压电振子固定在所述孔内、且密封连接；
所述下盖板设有进水口和出水口，所述进水口和集水孔的位置相对应；所述出水口和泵腔的位置相对应；
所述进水管一端和进水口密封连接，所述出水管的一端和出水口连接密封；
所述上盖板、腔体和下盖板密封连接。
上述方案中，所述瓣膜阀瓣膜数量大于或等于2片。
上述方案中，所述瓣膜阀的瓣膜为仿生瓣膜，形状为圆球形或者椭球形。
进一步，为保证瓣膜阀的单向流通性，所述瓣膜的厚度为0.4mm至0.6mm；所述瓣膜由中心到边缘逐渐加厚。
上述方案中，所述瓣膜阀材质为软性材料。
进一步的，所述瓣膜阀材质为聚甲基丙烯酸酯、聚二氟乙烯或乳胶中的一种。
上述方案中，所述连接管为直行管、锥形管或双向流动阻力不同的异型管。
上述方案中，所述连接管的截面呈矩形或圆形。
上述方案中，所述泵腔截面呈圆形，利于增大压电振子的有效做动空间，也利于瓣膜阀的安放。
上述方案中，所述连接管和进水管的管路中设有单向阀，提高泵流量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明采用阀与泵腔集成化结构，能增大腔体的有效空间、减小泵体结构、提高泵流量，结合了有阀压电泵和无阀压电泵的优点，既保留了有阀压电泵流量较大的优点，又避免了结构过于复杂的缺点；位于泵腔内的瓣膜阀尺寸较大，也便于生产和装配，同时有效减小了泵的尺寸。
2.本发明中瓣膜阀单位瓣膜采用软性材料，可有效较少在输送介质过程中对介质的损伤，可以用来输送含有细胞或长链分子等特殊要求的介质。
附图说明
图1为本发明所述一种阀腔一体化压电泵的立体分解示意图。
图2为本发明所述一种阀腔一体化压电泵的腔体3俯视图。
图3为图2中的A-A半剖视图。
图4a为图2中瓣膜阀9的俯视图,图4b为瓣膜阀9的主视图。
图5a为本发明所述一种阀腔一体化压电泵的上盖板俯视图，图5b为图5a中的B-B半剖视图。
图6a为本发明所述一种阀腔一体化压电泵的下盖板俯视图，图6b为图6a中的C-C半剖视图。
图7a和图7b分别为压电振子俯视图和主视图。
图中，1-压电振子；2-上盖板；3-腔体；4-下盖板；5-出水口；6-出水管；7-进水管；8-进水口；9-瓣膜阀；10-集水孔；11-连接管；12-泵腔；13-孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
图1所示为本发明所述阀腔一体化压电泵的一种实施方式，所述阀腔一体化压电泵，包括上盖板2、腔体3、下盖板4、压电振子1、进水管7和出水管6。
如图2和3所示，所述腔体3上包括瓣膜阀9、泵腔12、集水孔10和连接管11；所述瓣
膜阀9为单向阀、安装在泵腔12内；所述连接管11连接泵腔12和集水孔10。
所述连接管11为直行管、锥形管或其他双向流动阻力不同的异型管。
所述连接管11的截面呈矩形或圆形，为加工方便，连接管11截面加工为矩形。
所述泵腔12截面呈圆形，利于增大压电振子的有效做动空间，也利于瓣膜阀的安放。瓣膜阀9固定在泵腔12圆壁上。为使集水孔10和进水口8相对应，集水孔10截面呈圆形。所述连接管11管路中设有单向阀，提高泵流量。所述腔体3材料为PZT或其他硬性材料。
优选的，所述连接管11采用锥形管。若将瓣膜阀9作为出口阀，即当泵腔12压力增大时，瓣膜打开；泵腔12压力减小时，瓣膜关闭，锥形连接管11为收缩管，即锥形管截面较大一端连接泵腔12，另一端连接集水孔10。若瓣膜阀9作为进口阀，即泵腔12压力减小时，瓣膜打开；泵腔12压力增大时，瓣膜关闭，锥形连接管11为扩张管，即截面较大一端连接集水孔10，另一端连接泵腔12。
如图4所示，所述瓣膜阀9根据需要可加工成两片或多片，即瓣膜数量大于或等于2片，可根据输送介质的性质选取适当数量。为减少对流过的介质的伤害，加工材料选择聚甲基丙烯酸酯、聚二氟乙烯或乳胶等软性材料，通过胶粘的方式固定在泵腔12内。
如图5所示，所述上盖板2含有孔13，所述孔13和泵腔12的位置相对应，孔13的直径和压电振子1金属片的直径相同，用于安放和固定压电振子1，压电振子1是由压电陶瓷和金属片粘接而成，孔13的形式与所用压电振子1的形式相对应，可为圆形或者方形，孔13的尺寸和压电振子1金属片的尺寸相等。孔13的中心和泵腔12的中心重合。上盖板2通过胶粘的方式和腔体3密封连接在一起。压电振子1金属片部分粘贴在腔体1上，同时通过胶水固定在圆孔内。
如图6所示，所述下盖板4设有进水口8和出水口5，所述进水口8和集水孔10的位置相对应；所述出水口5和泵腔12的位置相对应；所述进水管7一端和进水口8密封连接，所述出水管6的一端和出水口5连接密封；
所述进水口8和出水口5的大孔外径等于进水管7和出水管6的外径，小孔外径等于进水管7和出水管6的内经。该进水口8的中心和腔体3上集水孔10的中心重合，出水口5的中心和泵腔12的中心重合。下盖板4通过胶粘的方式和腔体3密封连接在一起。所述进水管7管路中设有单向阀，提高泵流量。
如图7所示，压电振子1由压电陶瓷片和金属片粘接而成，压电陶瓷和金属片分别作为两个电极。
本发明工作原理：本发明所述压电泵工作时，把压电陶瓷片和金属片分别作为两个电极，向压电振子1施加交流电，压电陶瓷会产生伸缩变形，由于压电陶瓷俩接在金属片上，所以当压电陶瓷产生径向伸缩变形时，金属片也会随之产生伸缩变形。由于金属片边缘固定在孔13内，在径向位移的作用下会使金属片产生突起或下凹，周期性的交流电会使金属片产生周期性的突起和下凹的交替变形，此轴向的往复变形使泵腔12内的容积发生周期性的变化。将压电振子1的变形分为两个阶段：突起阶段和下凹阶段。在突起阶段，泵腔12内的容积增大，压力减小，在外部压力作用下，瓣膜阀9关闭。同时，外部流体在压力差的作用下通过进水管7流入集水孔10，再进过连接管11流入泵腔12。此时压电振子1的突起位移达到最大，随后向下移动。在下凹的过程中，泵腔12体积减小，压力增大。两边压力差使瓣膜打开，流体经过瓣膜流出少部分流体进过进水管7流出。此为一个周期，如此往复循环，流体经进水管7流入，出水管6流出，实现流体的单向流动，达到输送介质的目的，实现泵的功能。
本压电泵采用阀与泵腔集成化结构，能增大腔体的有效空间、减小泵体结构、提高泵流量，兼有有阀泵和无阀泵的优点，为微型泵提供一种新的结构；同时，由于瓣膜采用软性材料，对于所输送的介质伤害小，因此，可作为输送特殊介质的微型泵来输送细胞或长链分子。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种阀腔一体化压电泵，其特征在于，包括上盖板(2)、腔体(3)、下盖板(4)、压电振子(1)、进水管(7)和出水管(6)；
所述腔体(3)上包括瓣膜阀(9)、泵腔(12)、集水孔(10)和连接管(11)；所述瓣膜阀(9)为单向阀、安装在泵腔(12)内；所述连接管(11)连接泵腔(12)和集水孔(10)；
所述上盖板(2)含有孔(13)，所述孔(13)和泵腔(12)的位置相对应，所述压电振子(1)固定在所述孔(13)内、且密封连接；
所述下盖板(4)设有进水口(8)和出水口(5)，所述进水口(8)和集水孔(10)的位置相对应；所述出水口(5))和泵腔(12)的位置相对应；
所述进水管(7)一端和进水口(8)密封连接，所述出水管(6)的一端和出水口(5)密封连接；
所述上盖板(2)、腔体(3)和下盖板(4)密封连接。
2.根据权利要求1所述的一种阀腔一体化压电泵，其特征在于，所述瓣膜阀(9)瓣膜数量大于或等于2片。
3.根据权利要求1所述的一种阀腔一体化压电泵，其特征在于，所述瓣膜阀(9)的瓣膜为仿生瓣膜，形状为圆球形或者椭球形。
4.根据权利要求3所述的一种阀腔一体化压电泵，其特征在于，所述瓣膜的厚度为0.4mm至0.6mm；所述瓣膜由中心到边缘逐渐加厚。
5.根据权利要求1所述的一种阀腔一体化压电泵，其特征在于，所述瓣膜阀(9)材质为软性材料。
6.根据权利要求5所述的一种阀腔一体化压电泵，其特征在于，所述瓣膜阀(9)材质为聚甲基丙烯酸酯、聚二氟乙烯或乳胶中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种阀腔一体化压电泵，其特征在于，所述连接管(11)为直行管或双向流动阻力不同的异型管。
8.根据权利要求1或7所述的一种阀腔一体化压电泵，其特征在于，所述连接管(11)的截面呈矩形或圆形。
9.根据权利要求1所述的一种阀腔一体化压电泵，其特征在于，所述泵腔(12)截面呈圆形。
10.根据权利要求1所述的一种阀腔一体化压电泵，其特征在于，所述连接管(11)管路中和进水管(7)管路设有单向阀。
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