CN111433460A - 一种波动膜片式流体循环器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种波动膜片式流体循环器，包括进口(3)、构成推进室(5)的泵体(4)、出口(6)，以及与驱动装置相连的波动膜片(2)，以使上游边缘(8)和下游边缘(9)之间的膜片(2)产生波动，其中波动膜片(2)能够使流体向出口(6)方向流动，根据本发明的循环器还包括至少一个流体导向装置(7)，其设置在流体推进室(5)中，靠近波动膜片(2)的其中一个边缘(8；9)，能够大致平行于膜片(2)波动方向对流体进行导流。

Description

一种波动膜片式流体循环器
技术领域
本发明涉及一种波动膜片式流体循环器。
本发明将有利地用于脆弱流体运输领域，例如医学或食品领域，另外，虽然该循环器主要用于此类应用，但也可以用于其他工业或家用用途。
背景技术
从专利FR 2 744 769中已经了解，波动膜片式流体循环器原则上可以采用例如泵、风扇、压缩机或推进器的形式。
这类循环器包括泵体中的波状膜片。泵体构成了需要在进口和出口之间输送的流体推进室。膜片的致动是通过驱动装置来实现的，例如与膜片连接的致动器。膜片的致动使膜片发生波动，该波动将机械能传递给流体，以推进流体。
与交替循环容积或蠕动型容积等其他泵技术相比，这种循环器具有诸多优势。这种循环器尤其适用于脆弱流体的运输并且体积较小。
然而，申请人发现，专利申请FR 2 744 769中的结构并没有得到优化，并且考虑到膜片上游和下游流体的运动，上游边缘和下游边缘处的推进效率减小并且因此限制了循环器的液压动力。
更确切地说，申请人发现流体存在相对于膜片波动的横向运动。在膜片边缘处，这些横向运动减小了膜片上方空间与下方空间之间的推进室中存在的压差，并因此减小了膜片上游边缘和下游边缘的推进力。
本发明的目的在于提出一种对现有技术中描述的波动膜片式流体循环器的改进。
发明目的
本发明的目的还在于提出一种循环器，其结构可以使膜片边缘处保持较大的压差，这确保循环器在相同体积下具有较大的液压动力。
发明内容
为此，本发明涉及一种波动膜片式流体循环器，包括至少一个进口、构成推进室的泵体、至少一个出口，以及与驱动装置相连的可形变膜片，以使上游边缘和下游边缘之间的膜片产生波动(在这种情况下，这种波动从上游边缘向下游边缘传播)，波动膜片能够使流体向出口方向流动。
根据本发明，循环器包括第一流体导向装置，其设置在流体推进室中，靠近波动膜片的其中一个边缘，能够大致平行于膜片波动方向对流体进行导流。
为了理解本发明，“靠近波动膜片的其中一个边缘”这种表达方式指“更靠近膜片上游或下游边缘中的一个，而不是膜片上游或下游边缘中的另一个”。
因此，第一流体导向装置更靠近膜片的其中一个边缘，在这种情况下为上游边缘，而不是下游边缘。
因此，根据本发明的循环器的结构可以消除或者至少是限制膜片的至少一个边缘处的流体相对于膜片波动产生横向流动。
理想地，导流板是独立于膜片的元件，其可以与膜片接触或优选地与膜片分离。另外，该导流板优选地固定在泵体上。
在优选实施方式中，第一导向装置设置在波动膜片上游边缘附近，而第二导向装置则设置在波动膜片下游边缘附近。
这样，膜片上方空间和下方空间之间的压差可以在膜片整个表面上均维持较高水平，从而与现有装置相比，确保了膜片具有较大的液压动力。
注意，优选地，第一导向装置沿着上游边缘延伸，同时与该上游边缘相对并且保持一定距离。
注意，优选地，第二导向装置沿着下游边缘延伸，同时与该下游边缘相对并且保持一定距离。
需要说明的是，第一导向装置是刚性的，并且相对于柔性且可形变的膜片来说是相对不可形变的。
由于具有刚性，第一导向装置促进导向装置两侧的分层流动，直至膜片上游边缘的附近，这减弱了上游边缘处的湍流并且可以通过波动膜片获得更好的流体推进效率。
类似地，第二导向装置是刚性的，并且相对于柔性且可形变的膜片来说是相对不可形变的。
由于具有刚性，第二导向装置促进导向装置两侧的分层流动，因此该层流在膜片下游边缘处得到增强。这减弱了下游边缘处的湍流并且可以通过波动膜片获得更好的流体推进效率。
还可以通过软连接使第一导向装置与膜片上游边缘相连，其中该第一导向装置与膜片和软连接一起，在由膜片分隔的推进室的两个独立空间之间形成密封间隔。
该软连接与第一导向装置和膜片上游边缘之间的流体路径相反，因此限制了液流中的湍流源。在某些情况下，这种方案可以改善循环器的效率。
类似地，还可以通过软连接使第二导向装置与膜片下游边缘相连，其中该第二导向装置与膜片和软连接一起，在由膜片和第二导向装置分隔的推进室的两个独立空间之间形成密封间隔。
该软连接与第二导向装置和膜片下游边缘之间的流体路径相反，因此限制了液流中的湍流源。在某些情况下，这种方案可以改善循环器的效率。
优选地，第一导向装置包括至少一个导流板，当流动方向大致平行于膜片波动方向，并且沿垂直于所述流动方向的观察方向观察膜片时，所述导流板优选地在膜片延伸部内沿膜片上游边缘伸延。
优选地，第二导向装置包括至少一个导流板，当流动方向大致平行于膜片波动方向，并且沿垂直于所述流动方向的观察方向观察膜片时，所述导流板优选地在膜片延伸部内沿膜片下游边缘伸延。
因此，如果选定膜片有在膜片所在平面上延伸的趋势，可以确保上游导流板和/或下游导流板也在平行于膜片所在平面的平面内延伸(参见图1至3和图5至8中的示例)。相反，如果选定膜片构成管状，在环形上游边缘和下游边缘之间延伸，则将获得上游环形导流板和/或下游环形导流板(参见图4中的示例)。
附图说明
通过详细实施例的描述，并参照非限制性的示例性附图，将能够更好地理解本发明，其中：
-图1所示为根据本发明第一实施例制造的纵向型流体循环器的实施例的侧向剖视图；
-图2所示为根据本发明制造的圆型流体循环器的第二实施例的局部径向剖视图；
-图3所示为根据本发明制造的纵向型流体循环器的第三实施例的局部剖视图；
-图4所示为根据本发明制造的圆柱型流体循环器的第四实施例的局部剖视图；
-图5为本发明部件的第一实施改型的透视图；
-图6为本发明部件的第二实施改型的透视图；
-图7为流体循环器的第五实施例的透视图。
具体实施方式
参照图1，示出了循环器1的局部，包括纵向片状的可形变波动膜片2、流体进口3、构成推进室5的泵体4、出口6。
波动膜片2与驱动装置相连，可以使膜片2在其上游边缘8和下游边缘9之间波动，为了简化阅读，该驱动装置以及专利申请FR 2 744 7 69中提及的膜片连接元件在附图1至6中未示出。驱动装置将有利地包括致动器，所述致动器与膜片上游边缘2直接连接或通过连接元件连接。
膜片2的致动可以产生从膜片2上游边缘8向下游边缘9传播的波动。而流体则经由进口3被引入推进室5中，然后在膜片2的波动作用下，向出口6方向运动。
为了改善向出口6方向的传递，为根据本发明的循环器1配备了流体导向装置7。图1示出了导向装置7，其设置在波动膜片2上游的推进室5中。
这些导向装置7能够沿大致平行于膜片2的波动方向对流体进行导流。
导向装置7阻碍到达膜片2上游的流体相对于波动进行横向运动，并因此使流体无法随着膜片2的波动而在膜片上方或下方流动。因此，由于波动产生的压差不会再像专利FR2 744 769中所述的循环器那样，通过横向流体传输得到补偿。
由此得以保持的压差确保了上游边缘8附近膜片部分对流体的良好推进作用，从而使膜片变得有效。因此，循环器1产生的液压动力增大。
根据本发明的有利特征，还可以在膜片2下游，靠近膜片2下游边缘9处设置导向装置7。
设置在下游的导向装置7的功能与位于膜片2上游的导向装置相同，即通过引导流体流向膜片2的出口，从而维持压差，确保下游边缘9对流体的良好推进作用。这样，整个隔膜2被有效地利用，并且循环器1的液压动力增大。
在附图所示的优选实施方式中，导向装置7包括至少一个导流板10。
导流板10有利地由柔性材料制成，从而不仅能对流体定向而且有利于对流体的推进。有利地，设置了柔性导流板的激励装置，从而使导流板10和膜片的激励处于相反相位。
然而在其他实施方式中，也可以使用刚性导流板。
为了优化流体相对于膜片的分布，平行于膜片2波动方向设置了一个或多个导流板10。
然而导流板10也可以略微倾斜，以使流体在膜片上方空间和膜片2下方空间之间差异化分布，或者甚至考虑到流体入口3或出口6的位置。
根据本发明的特征，导流板10直接或通过连接元件固定在泵体4上。有利地，导流板10和泵体为一体部件。
参照图2，示出了圆型流体循环器1，在这种圆型结构中包括泵体4和波动膜片2，其中该膜片为圆盘形。在该实施例中，第一导流板10为在膜片2上游边缘8处围绕膜片的环形，而第二导流板10设置在出口6和膜片下游边缘9之间。导流板10的作用方式与图1所示的为纵向片状膜片2所设置的导流板相同。
需要说明的是，在其他实施方式中，在膜片2上游和/或下游设置至少两个叠置的导流板10。例如，参照图3，示出了三个叠置的导流板。使用多个叠置的导流板10可以将主液流分成次液流的多个叠置流，并可以更好地对这些液流进行导流，以获得层流。这种有利特征特别适用于导流板处推进室5横截面较大的时候。
参照图4，示出了第三种循环器1，即圆柱形循环器，其中波动膜片2为管状。这种循环器中，还在膜片2上游和下游设置了圆柱形导流板10形式的导向装置7。
为了避免流体在上游导流板10和波动膜片2上游边缘8之间以及下游导流板10和波动膜片2下游边缘9之间传输，在距离波动膜片2或者膜片支架较小距离处设置了导流板10，其中所述膜片支架使膜片与致动器相连，所述距离优选地比分隔波动膜片2上游边缘8和下游边缘9的长度小五十分之一。换句话说，第一导向装置7a设置在距膜片2上游边缘8一定距离处，该距离比分隔上游边缘8和下游边缘9的长度小五十分之一。类似地，第二导向装置7b可以设置在距膜片2下游边缘9一定距离处，该距离比分隔上游边缘8和下游边缘9的长度小五十分之一。
然而在其他实施方式中，也可以使用距离波动膜片2边缘更远的导流板。
参照图5，示出了循环器1的一种实施改型。在这种改型中设有补充导向装置11，这些补充导向装置11所在的平面垂直于第一导向装置7a延伸的平面，并且能够阻碍流体在进口3和波动膜片2之间进行圆周运动。
在一种未示出的实施方式中，也可以设置补充导向装置11，这些补充导向装置所在平面可以垂直于第二导向装置7b延伸的平面，并且能够阻碍流体在出口和波动膜片2之间进行圆周运动。
类似于导向装置7a、7b，补充导向装置11也可以增大循环器1的液压动力。
根据具体特征，补充导向装置11如图5所示，被第一导向装置7a带动；有利地，第一导向装置7a和补充导向装置11形成一体部件。
在不脱离下述权利要求限定的本发明的范围的前提下，也可以采用本发明的其他特征。
因此，作为示例，在说明书中给出的各种示例中，导向装置7a、7b分别由导流板10构成，但是在其他实施方式中，可以采用其他装置来对流体导向，特别是设置两个单独的流体入口，其中每个入口均通向膜片上方或下方。
在另一种实施方式中，导向装置7a和/或7b包括热传递元件，可以改变待泵送流体的流动性和/或其温度。导向装置的这种实施方式如图6所示，包括第一导向装置带有的加热元件12。在该示例中，还给出了补充导向装置11，其还起到散热器的作用，这是因为它们是从带有加热元件12的导向装置伸出的。当然，此例中导向装置7a带有的热传递元件包括加热装置12，但是它们也可以包括冷却装置和/或载热流体传输回路。
在图7所示的另一种实施方式中，导向装置7未连接泵体4，而是固定在膜片驱动装置13与膜片2本身之间。因此，第一导向装置7a通过具有弹簧作用的连接件与驱动装置13的活动部分14相连，从而构成第一导向装置的可形变弹性导向件，其相对于活动部分14是可形变的。
导向装置7a或7b通过具有弹簧作用的连接件与驱动装置13相连，更具体地与驱动装置13的活动部分14相连，从而通过浸入到流体中的导向装置7a或7b对活动部分14同时进行导向和缓冲。为此，第一导向装置7a由导流板10构成，所述导流板为冠状，与活动部分14的连接处包括具有连接弹簧作用的通孔15。
在图8示出的另一种实施方式中，可以通过软连接16a使第一导向装置7a与膜片2上游边缘8相连，其中该第一导向装置膜7a与膜片2和软连接16一起，在推进室5的两个独立空间之间形成密封间隔。
在图8示出的另一种实施方式中，可以通过软连接16b使第二导向装置7b与膜片2下游边缘9相连，其中该第二导向装置7b与膜片2和软连接16b一起，在由膜片2分隔的推进室5的两个独立空间之间形成密封间隔。
换句话说，在图8所示的实施方式中，导向装置7a、7b和膜片上游边缘8和下游边缘9分别通过第一和第二软连接16a、16b彼此相连，使位于膜片上方的推进室与位于膜片下方的推进室之间具有密封性。因此避免了膜片2波动时推进室的这两个部分/空间之间的流体横向流动。

Claims (14)

1.一种波动膜片式流体循环器，包括至少一个进口(3)、构成推进室(5)的泵体(4)、至少一个出口(6)，以及与驱动装置(13)相连的波动膜片(2)，以使上游边缘(8)和下游边缘(9)之间的膜片(2)产生波动，其中所述波动膜片(2)能够使流体向所述出口(6)方向流动，其特征在于，所述循环器包括第一流体导向装置(7a)，所述第一流体导向装置设置在所述流体推进室(5)中，靠近所述波动膜片(2)的其中一个边缘(8；9)，能够大致平行于所述膜片(2)波动方向对流体进行导流。
2.根据权利要求1所述的流体循环器，其中所述第一导向装置(7a)设置在所述波动膜片(2)上游边缘(8)附近，而第二导向装置(7b)则设置在所述波动膜片(2)下游边缘(9)附近。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的流体循环器，其中所述第一导向装置(7a)包括至少一个导流板(10)。
4.根据权利要求2所述的流体循环器，其中所述第二导向装置(7b)包括至少一个导流板(10)。
5.根据权利要求3或4所述的流体循环器，其中所述导流板(10)是柔性的，以促进对流体的推进作用。
6.根据权利要求3或4所述的流体循环器，其中所述导流板(10)是沿大致平行于所述膜片(2)的波动方向设置的。
7.根据权利要求3所述的流体循环器，包括至少两个叠置的导流板(10)，能够将主液流导流为多个叠置流。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的流体循环器，其中所述第一导向装置(7a)包括热传递元件，可以改变流体的温度。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的流体循环器，其中所述第一导向装置(7a)设置在距所述膜片(2)上游边缘(8)一定距离处，所述距离比分隔上游边缘(8)和下游边缘(9)的长度小五十分之一。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的流体循环器，包括补充导向装置(11)，所述补充导向装置所在的平面垂直于所述第一导向装置(7a)延伸的平面。
11.根据权利要求10所述的流体循环器，其中所述补充导向装置(11)被所述第一导向装置(7a)带动。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的流体循环器，其中所述第一导向装置(7a)通过具有弹簧作用的连接件与所述驱动装置(13)的活动部分(14)相连，从而构成所述第一导向装置的可形变弹性导向件，相对于所述活动部分(14)是可形变的。
13.根据权利要求1所述的流体循环器，其中所述第一导向装置(7a)通过软连接(16a)与所述膜片(2)上游边缘(8)或第一下游边缘(9)相连，其中所述第一导向装置(7a)与所述膜片(2)和所述软连接(16)一起，在由所述膜片(2)分隔的推进室(5)的两个独立空间之间形成密封间隔。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的流体循环器，其中所述导流板(10)被固定在所述泵体(4)上。
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