CN116888364A - 流体泵送装置 - Google Patents

Abstract

用于将流体在流体入口与流体出口之间泵送的流体泵具有带有入口和出口的室。至少一个流动限制元件设置在流动管线部分处，并且至少一个流动限制元件构造成沿着第一最终状态与第二最终状态之间的连续状态共振，从而对经由所述入口或所述出口的流体流量分布产生影响。在共振时，元件在整个状态范围内转变，而这些状态所允许的流量是各不相同的。通过允许的流不同的一系列状态进行转变。驱动器被配置成以特征频率分布对室中或至少一个流动限制元件上的条件进行调制，从而引起所述至少一个流动限制元件以约所述特征频率分布在第一状态与第二状态之间共振。

Description

流体泵送装置

技术领域

本公开属于微型泵、特别是基于共振的微型泵的领域。

背景技术

下面列举出了被认为与当前公开的主题背景相关的参考文献：

-US6,261,066

-E.Quandt,K.Seemann，Magnetostrictive Thin Film Microflow Devices(磁致伸缩的薄膜微流装置),Micro System Technologies 96，第451-456页，VDE-35VerlagGmbH，1996年；

-B.Bustgens等人，Micromembrane Pump Manufactured by Molding(通过模制制造的微膜型泵),Proc.Actuator 94；Bremen 1994年，第86-90页，EP-A-0134614和H.T.G.

-VanLintel等人，A Piezoelectric Micropump Based on Micrmachining ofSilicon(基于硅的微加工的压电微型泵),Sensors&Actuators 15，1988年，第153-167页；

-A.Olsson等人：The First Valve-less Diffuser Gas Pump(第一无阀扩散气泵)，Proceedings MEMS 97，第108-113页，日本名古屋，1997年。

本文对上述参考文献的承认不应当被推断为意味着：这些参考文献以任何方式与当前公开的主题的可专利性相关。

发明内容

本公开提供了一种被构造成在宽范围的压力和吞吐量下泵送流体的泵。该泵是沿着入口与出口之间的流动路径限定的，并且该泵包括在入口的下游且在出口的上游的室。一个或更多个流动限制/控制元件中的每个流动限制/控制元件均沿着流动路径设置以对经由入口或出口的流量分布(flow profile)产生影响。通常，泵包括两个流动限制元件，第一流动限制元件设置在沿着流体路径的第一位置处以对经由入口的流量分布产生影响，并且第二流动限制元件设置在沿着流体路径的第二位置处以对经由出口的流量分布产生影响。流动限制元件在流体流动通过入口或出口的流动允许状态范围与流体通过入口或出口的流动被限制的流动限制状态范围之间循环地切换，即，在流动限制状态范围内的流量小于在流动允许状态范围内的流量。流动限制元件的状态响应于室内的条件——通常是容积或压力——的调制而被转变的，从而导致在元件上施加谐波力。驱动器被配置成以选定的特征频率分布应用各条件的所述调制，例如，在第一容积与第二容积之间以循环的方式调制室的容积，这以相同的方式对室中的压力产生影响。室内的压力变化导致流动限制元件的状态连续循环转变，并且导致流体的经由入口和出口的流量分布，该流量分布产生泵送效果。

因此，本公开的一方面提供了一种用于将流体在流体入口与流体出口之间泵送的流体泵送装置。流体泵送装置可以具有两种构型。

在第一构型中，流体泵送装置包括室，该室可以被限定为入口与出口之间的容积部。该室包括用于允许流体流入该室中的入口和用于允许流体从该室流出的出口。该泵送装置还包括至少一个流动限制元件，所述至少一个流动限制元件布置在流动管线部分处，并且所述至少一个流动限制元件被构造成沿着第一最终状态与第二最终状态之间的连续状态共振，从而对经由所述入口或出口的流体流量分布产生影响，其中，在一个或更多个第一状态范围中，经由入口或出口的流量小于在一个或更多个第二状态范围中的经由入口或出口的流量。

应当注意的是，最终状态可以在流体泵送装置的一种操作模式与另一种操作模式之间变化。例如，最终状态可能受到室中的压力条件、流体的粘度或其他条件的影响。因此，最终状态仅仅限定了选定操作模式下的流动限制元件的整个状态范围。

该范围可以是连续的范围，即第一范围的所有状态都是彼此连续的。替代性地，第一状态的一个范围可以与第一状态的另一范围不连续，第一状态的一个范围可以通过第二状态范围而与第一状态的另一范围分隔开。类似地，第二状态范围可以是连续的范围，即第二范围的所有状态是彼此连续的。替代性地，第二状态的一个范围可以与第二状态的另一范围不连续，第二状态的一个范围可以通过第一状态范围而与第二状态的另一范围分隔开。第一范围内的流量是受限制元件一定程度的限制的，限制程度可以在一个或更多个第一状态范围的不同状态之间改变，并且第二状态范围内的流量大于第一状态范围内的流量，即基本上允许流体流动。

术语“基本上允许流体流动”应当被理解为关于第一状态范围的经由入口/出口或流动管线部分的流量与第二状态范围的经由入口/出口或流动管线部分的流量之间的比率。特别地，第一流动限制状态范围中的流量比第二流动允许状态范围的流量至少小30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％或有时是100％。

驱动器被配置成以特征频率分布对室中或至少一个流动限制元件上的条件进行调制，从而使所述至少一个流动限制元件以约所述特征频率分布在第一最终状态与第二最终状态之间匹配地共振。

如本文所用，术语“约”是指与其所指的值±10％或有时±20％。例如，术语约100Hz指的是介于80Hz与120Hz之间的范围。

在第二构型中，流体泵送装置包括与沿着流动路径布置的流体室流动连通的两个流动限制/控制元件，使得所述室位于所述两个元件中的第一元件的下游并且位于所述两个元件中的第二元件的上游。驱动器被配置成用于以驱动器频率对所述室中的容积或压力进行循环地调制，该频率是根据流动限制元件的特性来选择的。所述两个元件中的每个元件被构造成响应于容积或压力的循环调制而在一个或更多个第一流动限制状态范围与一个或更多个第二流动允许状态范围之间进行状态的连续和循环改变。第一元件的状态的循环改变被相移至第二元件的状态的循环改变。在一些具体实施方式中，第一元件的状态的循环变化与第二元件的状态的循环变化是反相的，即当第一流动限制元件处于第一状态范围中的一个第一状态时，第二流动限制元件处于第二状态范围中的一个第二状态，以及当第一流动限制元件处于第二状态范围中的一个第二状态时，第二流动限制元件处于第一状态范围中的一个第一状态。流动限制元件具有对于两个元件而言相同的元件共振频率，并且流动限制元件都能够以共振频率往复运动。驱动器被配置成设置有约所述共振频率。

以下实施方式可以应用于第一方面的上述构型中的任何构型。

在流体泵送装置的一些实施方式中，所述至少一个流动限制元件设置在入口处，或者，所述至少一个流动限制元件设置在对经由入口的流体流量分布产生影响的流动管线部分处。

在一些实施方式中，流体泵送装置包括两个流动限制元件，即入口流动限制元件以及出口流动限制元件，入口流动限制元件设置在入口处或者设置在对经由入口的流体流量分布产生影响的流动管线部分处，出口流动限制元件设置在出口处或者设置在对通过出口的流体流量分布产生影响的流动管线部分处。

应当注意的是，流体泵送装置可以在入口或出口处或者在沿着流动管线的对经由流动管线中的流量分布产生影响的任何其他部分处包括多于一个的流动限制元件。

在流体泵送装置的一些实施方式中，第一流动限制元件、例如入口流动限制元件的状态范围或状态是相对于第二流动限制元件、例如出口流动限制元件的状态范围或状态发生相移的。换句话说，当第一流动限制元件处于一定状态、例如处于第一阻挡或允许状态时，第二流动限制元件处于与第一阻挡或允许状态不同的第二阻挡或允许状态。

在流体泵送装置的一些实施方式中，入口流动限制元件和出口流动限制元件构造成以反相的方式在第一状态范围与第二状态范围之间切换，即，当一个元件处于第一状态范围时，另一个元件处于第二状态范围，以及当一个元件处于第二状态范围时，另一个元件处于第一状态范围。

在一些实施方式中，流体泵送装置包括关于第一状态的单个第一状态范围和关于第二状态的单个第二状态范围。第一状态范围被限定在第一最终状态与过渡状态之间，第二状态范围被限定在过渡状态与第二最终状态之间，即第一状态范围和第二状态范围是彼此连续的。应当注意，过渡状态是限制元件从第一状态范围切换至第二状态范围的状态，以及限制元件从第二状态范围切换至第一状态范围的状态。过渡状态可以被限定为第一状态范围和第二状态范围中的一者的最终状态。

在流体泵送装置的一些实施方式中，驱动器被配置成以所述特征频率分布对室的容积或压力进行调制。

在流体泵送装置的一些实施方式中，驱动器包括隔膜或薄膜，该隔膜或薄膜构造成使该隔膜或薄膜的特性改变以引起条件的所述调制。

在流体泵送装置的一些实施方式中，驱动器包括压电部件，该压电部件被配置为以所述特征频率分布对压电分布进行接收。

在流体泵送装置的一些实施方式中，所述至少一个流动限制元件是瓣片(flap)或叶状件。

在流体泵送装置的一些实施方式中，瓣片在瓣片的侧部的一个侧部处被固定，并且瓣片的相反的自由侧部具有边缘，该边缘靠近所述流动管线的壁部分。在共振时，所述边缘与所述壁部分之间的距离改变，从而对所述流动限制元件是处于所述第一状态范围还是处于所述第二状态范围进行限定。

在流体泵送装置的一些实施方式中，瓣片的自由侧部被构造成用于无接触式谐波振荡。

在流体泵送装置的一些实施方式中，流体管线部分是由具有纵向截面轮廓部的周向壁限定的，所述至少一个流动限制元件跨越所述纵向截面轮廓部的至少一部分并且能够在第一旋转位置与第二旋转位置之间围绕轴线旋转，静止且中立的位置被限定在第一旋转位置与第二旋转位置之间，所述第一状态被限定在静止位置与第一部分之间的一定范围的旋转位置处，并且所述第二状态被限定在静止位置与第二部分之间的一定范围的旋转位置处；或者，所述第一状态被限定在静止位置与第二部分之间的一定范围的旋转位置处，并且所述第二状态被限定在静止位置与第一部分之间的一定范围的旋转位置处。

在流体泵送装置的一些实施方式中，流体管线部分具有变化的纵向截面轮廓部，所述至少一个流动限制元件跨越所述纵向截面轮廓部的至少一部分并且能够变形以对所述一个或更多个第一状态范围和所述一个或更多个第二状态范围进行限定。

在流体泵送装置的一些实施方式中，所述至少一个流动限制元件在第一旋转位置与第二旋转位置之间谐波共振振荡，并且静止且中立的位置被限定在第一旋转位置与第二旋转位置之间，所述第一状态被限定在静止位置与第一部分之间的一定范围的旋转位置处，并且所述第二状态被限定在静止位置与第二部分之间的一定范围的旋转位置处，或者所述第一状态被限定在静止位置与第二部分之间的一定范围的旋转位置处，并且所述第二状态被限定在静止位置与第一部分之间的一定范围的旋转位置处。

在流体泵送装置的一些实施方式中，所述至少一个流动限制元件在对所述一个或更多个第一状态范围和所述一个或更多个第二状态范围进行限定的变形状态之间谐波振荡。

在流体泵送装置的一些实施方式中，所述至少一个流动限制元件的谐波共振振荡是无接触式的。即，在整个振荡分布期间，所述至少一个流动限制元件围绕所述轴线振荡，而不接触其他壁或元件。

在流体泵送装置的一些实施方式中，第一状态是通过相对于第二状态而言将流体流量限制了至少50％、或相对于第二状态而言将流体流量限制了至少60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％或有时100％来限定的。

本公开的另一方面提供了一种用于产生流体压力的方法。该方法包括以特征频率分布对具有流体入口和流体出口的室中的条件进行调制。经由所述流体入口和流体出口中的至少一者的流体流量是由至少一个流体限制元件控制的，并且所述调制使所述至少一个流动限制元件在第一最终状态与第二最终状态之间匹配地连续共振。在一个或更多个第一状态范围中，经由入口或出口的流量小于在一个或更多个第二状态范围中的经由入口或出口的流量。也就是说，第一状态范围基本上限制流体流过入口或出口，而第二状态范围允许流体流过入口或出口。

在该方法的一些实施方式中，经由入口的流体流量是由入口流体限制元件控制的，并且经由出口的流体流是由出口流体限制元件控制的。

在该方法的一些实施方式中，第一流动限制元件、例如入口流动限制元件的状态范围或状态是相对于第二流动限制元件例如出口流动限制元件的状态范围或状态发生相移的。换句话说，当第一流动限制元件处于一定状态、例如第一阻挡或允许状态时，第二流动限制元件处于与第一阻挡或允许状态不同的第二阻挡或允许状态。

在该方法的一些实施方式中，入口流动限制元件和出口流动限制元件被构造成在第一状态范围与第二状态范围之间以反相的方式切换。即，当一个元件处于第一状态时，另一个元件处于第二状态，反之当一个元件处于第二状态时，另一个元件处于第一状态。

在该方法的一些实施方式中，调制包括对所述室的容积或压力进行调制。

在该方法的一些实施方式中，所述至少一个流动限制元件在对所述一个或更多个第一状态范围和所述一个或更多个第二状态范围进行限定的变形状态之间谐波振荡。

在该方法的一些实施方式中，所述至少一个流动限制元件在第一旋转位置与第二旋转位置之间谐波共振振荡，并且静止且中立的位置被限定在第一旋转位置与第二旋转位置之间，所述第一状态被限定在静止位置与第一部分之间的一定范围的旋转位置处，并且所述第二状态被限定在静止位置与第二部分之间的一定范围的旋转位置处，或者所述第一状态被限定在静止位置与第二部分之间的一定范围的旋转位置处，并且所述第二状态被限定在静止位置与第一部分之间的一定范围的旋转位置处。

在该方法的一些实施方式中，所述至少一个流动限制元件的谐波共振振荡是无接触式的。即，在整个振荡分布期间，所述至少一个流动限制元件围绕所述轴线振荡而不接触其他壁或元件。

在该方法的一些实施方式中，第一状态范围相对于第二状态范围而言将流体流量限制了至少30％，或者相对于第二状态而言将流体流量限制了至少40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％或有时100％。

本公开的又一个方面提供了一种压力响应阀，压力响应阀包括由室壁限定的阀室，室壁具有将所述室与环境流体互连的开口；以及阀瓣片，阀瓣片被构造为经受连续的共振，从而交替地打开所述开口以及至少部分地阻挡所述开口。

在压力响应阀的一些实施方式中，瓣片具有远端部分，该远端部分构造成部分地平行于所述室壁移动；所述远端部分具有孔，使得所述瓣片在所述室内的压力变化的情况下的振动交替地将所述孔与所述开口对准以允许所述阀室与环境流体连通，以及将所述孔移动成不与所述开口对准以阻挡所述阀室与环境流体连通。

本公开的又一方面提供了一种压力响应阀，压力响应阀包括由室壁限定的阀室，该室壁具有将所述室与外部环境流体互连的一个或更多个开口；阀瓣片，阀瓣片构造成用于进行共振振动，从而顺序地打开所述一个或更多个开口中的每个开口、以及至少部分地阻挡所述一个或更多个开口中的每个开口。

在压力响应阀的一些实施方式中，阀瓣片具有远端部分，该远端部分构造成部分地平行于所述室壁移动；所述远端部分具有孔，使得所述瓣片在所述室内的压力变化的情况下的振动顺序地将所述孔与所述多个开口中的第一开口对准以允许通过所述第一开口进行流体连通，以及使所述孔移动成与所述第一开口不对准以阻挡经由所述第一开口进行的流体连通，同时将所述孔与所述多个开口中的第二开口对准以允许经由所述第二开口进行流体连通。

本公开的又一方面提供了一种设置在流动管线部分处的用于对经由所述流动管线部分的流量分布进行控制的阀。该阀包括至少一个流动限制元件，所述至少一个流动限制元件被构造成在一个或更多个第一状态范围与一个或更多个第二状态范围之间连续切换，其中，在所述一个或更多个第一状态范围中，经由入口或出口的流量小于一个或更多个第二状态范围中的经由入口或出口的流量。

在阀的一些实施方式中，所述至少一个流动限制元件构造成沿着第一最终状态与第二最终状态之间的连续状态共振，在第一最终状态与第二最终状态之间限定有所述一个或更多个第一状态范围和所述一个或更多个第二状态范围。

在一些实施方式中，阀包括关于第一状态的单个第一状态范围和关于第二状态的单个第二状态范围，其中，第一状态范围被限定在第一最终状态与过渡状态之间，并且第二状态范围被限定在过渡状态与第二最终状态之间。

在阀的一些实施方式中，所述至少一个流动限制元件是瓣片或叶状件。

在阀的一些实施方式中，瓣片在所述瓣片的一个侧部和相反的自由侧部中的一者处被固定，且所述自由侧部的边缘靠近所述流动管线的壁部分；并且在共振时，所述边缘与所述壁部分之间的距离改变，从而对所述流动限制元件是处于所述第一状态范围还是处于所述第二状态范围进行限定。

在阀的一些实施方式中，阀瓣片的自由侧部构造成用于无接触式谐波振荡。

在阀的一些实施方式中，流体管线部分具有变化的纵向截面轮廓部，所述至少一个流动限制元件跨越所述纵向截面轮廓部的至少一部分并且能够变形以对所述一个或更多个第一状态范围和所述一个或更多个第二状态范围进行限定。

在阀的一些实施方式中，所述至少一个流动限制元件在对所述一个或更多个第一状态范围和所述一个或更多个第二状态范围进行限定的变形状态之间谐波振荡。

在阀的一些实施方式中，第一状态是通过相对于第二状态将流体流量限制了至少30％来限定的。

附图说明

为了更好地理解本文公开的主题并举例说明如何在实践中实现本文公开的主题，现在将参照附图仅通过非限制性示例的方式来描述实施方式，在附图中：

图1A至图1C是根据本公开的一方面的流体泵送装置的实施方式的示例的纵向截面的示意图；

图2是例示本公开的流动限制元件的不同状态的纵向截面的示意图；

图3是例示本公开的流动限制元件的几何轮廓部的纵向截面的示意图；

图4是根据本公开的一方面的实施方式的具有振荡活塞的筒形阀的截面图；

图5是根据本公开的一方面的实施方式的具有振荡活塞的筒形阀的等距视图；

图6是根据本公开的一方面的实施方式的单向阀的示意图；

图7是根据本公开的一方面的实施方式的二通阀的示意图；

图8是根据本公开的一方面的实施方式的阀的框图；以及

图9是根据本公开的一方面的实施方式的控制流体流的方法的流程图。

具体实施方式

参照图1A至图1C，图1A至图1C是根据本公开的一方面的泵的非限制性示例的纵向截面的示意图。

图1A示出了泵100，泵100具有对泵室20进行限定的壳体10、流体入口50和流体出口70。泵室20被限定在流体入口50的下游和流体出口70的上游。入口流动限制元件40设置在第一流动路径部分110处，以便控制流体经由流动管线部分42流入到室20中。出口流动限制元件60设置在第二流动路径部分120处，以便控制流体从室20经由流动管线部分62流出。入口流动限制元件40和出口流动限制元件60中的每一者被构造成在第一最终状态40o/60o与第二最终状态40i/60i之间连续振荡(第一最终状态和第二最终状态以虚线示出)，其中，过渡状态43/63——可选地为静止、中立状态——被限定在第一最终之间状态40o/60o与第二最终状态40i/60i之间。入口流动限制元件42和出口流动限制元件62被构造成：(i)围绕由限制元件至壳体的附接轮廓部限定的轴线旋转，从而允许在第一位置与第二位置之间振荡；或者(ii)响应于施加在入口流动限制元件42和出口流动限制元件62上的力而弹性地变形。入口流动限制元件42能够在至少两个状态范围——即第一流动允许状态范围和第二流动限制状态范围——之间转变。在该非限制性示例中，流动允许状态范围被限定在过渡状态43与第二最终状态40i之间，并且流动限制状态范围被限定在过渡状态43与第一最终状态40o之间。出口流动限制元件62能够在至少两个状态范围——即第一流动允许状态范围和第二流动限制状态范围——之间转变。在该非限制性示例中，流动允许状态被限定在过渡状态63与第一最终状态60o之间，并且流动限制状态被限定在过渡状态63与第二最终状态60i之间。壳体的壁的几何轮廓部根据流动限制元件的振荡位置而引起各状态之间的转变。沿着流动限制元件的流动限制状态范围，壁45/65的几何轮廓部被设计成保持流动限制元件与壁之间的窄间隙47，从而基本上限制流入室20中以及从室20流出的流动。沿着流动限制元件的流动允许状态范围，壁的几何轮廓部被设计成保持相对较大的间隙，从而允许流入室中以及从室流出的非限制性流动。

驱动器30被配置成将室20内的容积以共振特征频率分布在由第一驱动器状态30o产生的第一容积与由第二驱动器状态30i产生的第二容积之间调制，从而使流动限制元件42/62以特征频率分布匹配地共振，并且因此在流动限制状态与流动允许状态之间连续地转变。在该非限制性示例中，驱动器30包括以特征频率分布在第一驱动器状态30o与第二驱动器状态30i之间被驱动的共振膜或隔膜，第二驱动器状态30i引起的室容积小于由第一驱动器状态30o引起的室容积。

入口流动限制元件和出口流动限制元件通常以在入口流动限制元件与出口流动限制元件之间的相移的方式共振，并且在一些具体实施方式中，流动限制元件以反相的方式共振，即，当入口流动限制元件处于流动限制状态时，出口流动限制元件处于流动允许状态，并且当出口流动限制元件处于流动限制状态时，入口流动限制元件处于流动允许状态。具体参照图1B至图1C，图1B至图1C例示了两个流动限制元件的反相操作。图1B示出了处于第一状态30o的驱动器，入口流动限制元件40处于由第二最终状态40i与过渡状态43之间的范围处的任何状态限定的流动允许状态范围，并且出口流动限制元件60处于由第二最终状态60i与过渡状态63之间的范围处的任何状态限定的流动限制状态。图1C示出了处于第二状态30i的驱动器，入口流动限制元件40处于由第一最终状态40o与过渡状态43之间的范围处的任何状态限定的流动限制状态，并且出口流动限制元件60处于由第一最终状态60o与过渡状态60之间的范围处的任何状态限定的流动允许状态。

泵100连续地操作，并且流动限制元件的状态继续相对于共振特征频率分布进行切换。换句话说，在驱动器的共振循环的每个时间段中，流动限制元件中的每个流动限制元件在第一状态与第二状态之间切换一次，并且在每个状态下花费时间段的一半。

流动限制元件围绕静止位置谐波共振，并且在从静止位置起的第一旋转方向上，流动限制元件进入流动限制状态，并且在从静止位置起的第二旋转方向上，流动限制元件进入流动允许状态。作用在流动限制元件上的谐波力——内在力和外力两者——导致最强的力作用在对于每个状态而言的谐波振荡范围的端部处，因而通过使用谐波共振效应而允许在状态之间进行非常快速的转变。在一些实施方式中，所述驱动器的频率和/或阀的共振频率可以在介于1Hz至20Hz之间和/或介于20Hz至100Hz之间和/或介于100Hz至1000Hz之间和/或介于1000Hz至10000Hz之间和/或介于10000Hz至25000Hz之间和/或介于25000Hz至200000Hz之间的范围内。例如，所述驱动器的频率和/或阀的共振频率可以在介于20Hz至20kHz之间的可听频率范围内和/或在例如介于25000Hz至250000Hz之间的可听频率之外的范围内。

现在参照图2，图2是示出流动限制元件的不同状态的示例的纵向截面的示意图。流动限制元件60呈连续振荡瓣片的形式，流动限制元件60在由从过渡状态转向第一侧的第一最终状态60o例示的流动允许状态范围与由从过渡状态转向与第一侧相反的第二侧的第二最终状态60i例示的流动限制状态之间连续转变。流动限制元件的状态是由流动限制元件与壁部分65的几何轮廓部的关系限定的，该几何轮廓部引起壁与流动限制元件60之间的期望间隙67，该期望间隙在流动允许状态下是相对较大的间隙，并且在流动限制状态下是相对较窄的间隙。图3具体例示了以渐缩的方式成形的流动限制元件40/60的纵向截面。替代性地或附加地，瓣片可以具有恒定的厚度。替代性地或附加地，瓣片的一部分具有恒定的厚度，而瓣片的另一部分是渐缩的。例如，瓣片的0％至10％可以是渐缩的，和/或，瓣片的10％至30％可以是渐缩的，和/或，瓣片的30％至60％可以是渐缩的，和/或，瓣片的60％至90％可以是渐缩的，和/或，瓣片的90％至100％可以是渐缩的。替代性地或附加地，渐缩可以靠近固定端部，和/或，渐缩可以靠近自由端部，和/或，渐缩可以靠近固定端部和自由端部两者(例如，瓣片的中间部分可以具有均匀的厚度)。

为了提高瓣片共振频率的再现性，瓣片的质量、长度或刚度被校准以匹配驱动器的共振频率。

用于对瓣片的共振频率进行调节的手段——比如在现场向瓣片施加电磁场、能够通过螺钉调节的瓣片保持器、或者通过单独的微加热元件实时改变瓣片温度——都落在本发明的范围内。共振频率也可以通过压电驱动器来调节。调节效率可以根据输出流量和压力监测数据来评估。压电驱动器也可以用于此目的。

现在参照图4和图5，图4和图5以非限制性的方式示出了非接触式止回阀200的实施方式，非接触式止回阀200包括缸体210和呈活塞220的形式的阀瓣片(端部位置被称为220i和220o)。与图1A至图1C中例示的阀构型类似，缸体210与活塞220之间的间隙是足够窄的以阻挡通道，以及缸体210与活塞220之间的间隙是足够宽的以供活塞220无接触式共振振荡。偏压元件240可选地包括弹性元件，比如弹簧。偏压元件240连接在可动活塞与泵体的不可动部分250之间。可选地，活塞在流动允许状态220o与流动限制状态220i之间顺序地移动，在流动允许状态220o下，活塞不阻碍流动通过缸体210，在流动限制状态220i下，活塞限制流动通过缸体210。在一些实施方式中，活塞响应于流体压力的变化而移动。替代性地或附加地，运动是由共振振荡和/或主动力而驱动的。

在一些实施方式中，泵的流动方向可以通过改变驱动器与阀运动之间和/或泵室中的压力相位与阀运动之间的相位关系而被切换。上述切换可以通过驱动器(例如，膜)的频率的略微改变来实现，而驱动器(例如，膜)的频率的略微改变导致每个阀相对于膜的相位落后或超前以及/或者流动方向的改变。

现在参照图6，图6示出了由设置有开口320的阀室壁310的一部分示出的单向阀。阀瓣片330可以在与壁310的一部分平行的方向350上移位(振动)。该瓣片具有开口340，该开口340被偏置至相对于开口320移位的正常位置。换言之，在正常位置中，阀被关闭。当泵室中的压力增加时，瓣片330向上移位并且与开口340重合。瓣片330的该向上位置允许容置在阀室内的加压流体(例如，液体或气体)被吹走。

为了本发明的目的，术语瓣片构件的“近端端部”333指的是靠近构件保持器(未示出)的瓣片构件部分，而术语瓣片构件的“远端部分”335指的是设置有开口的相反部分。具体地，近端部分和远端部分被分别标记为333和335。

在一些实施方式中，瓣片330可以被调谐。例如，当阀被用于具有特征冲程频率的装置中时，瓣片330可以被调谐成以特征频率共振。

现在参照图7，图7示出了二通阀。根据本发明的该实施方式，阀室壁310设置有两个开口323和325，这两个开口323和325分别与管道327和329流体连接。

响应于阀室内的压力变化，振动阀瓣片330交替地阻挡顶部开口325。在该位置中，容置在阀室内的空气经由下部开口323和管道327而被排出。当阀室内的空气压力较低时，前述开口323被阻挡。同时，外部空气经由顶部开口325和管道329而进入阀室中。

在一些实施方式中，瓣片330可以被调谐。例如，当阀被用于具有特征冲程频率的装置中时，瓣片330可以被调谐成以特征频率共振。

应当强调的是，根据本发明，瓣片是窄的，因此流体(例如，室中的液体或气体)可以根据需要在瓣片周围自由流动。

应当强调的是，在所要求保护的微型泵中，在振荡瓣片40和60与不可移动部分45和65之间分别存在任何机械接触。所提出的技术方案防止振荡瓣片40和60发生在已知的标准瓣阀中出现的磨损。此外，在操作期间，阀瓣片与阀座之间的机械接触导致大量损失，具体是产生大量热和噪音。在所要求保护的微型泵中，能量损失被最小化。

根据本发明的一个实施方式，公开了一种用于提供流体压力的共振膜微型泵100。上述泵100包括：(a)泵室20；(b)共振驱动的膜30，该膜被构造成对容置在泵室20中的流体的压力进行调制；(c)入口止回阀110，该入口止回阀110适于使流体流入到室20中；(d)出口止回阀120，该出口止回阀120适于使流体从室20流出。每个阀包括适于对流体流进行引导的通道42/62和适于间歇地阻挡流体流的阻挡元件。

在一些实施方式中，阀110和120的阻挡元件具有这样的几何形状和质量分布：当被膜30激发时，阀110和120的阻挡元件分别与所述通道42和62中的共振相干振荡相匹配，使得阻挡元件以反相的方式阻挡流体流。

根据本发明的另一实施方式，膜30以及瓣片40和60被构造成在可听频率之外共振。

根据本发明的另一实施方式，阻挡元件是共振振荡的瓣片40/60。

根据本发明的另一实施方式，瓣片40/60被构造成用于部分地阻挡通道42/62，固定构件45/65与瓣片40/60之间的间隙47/67是足够窄的以阻挡通道42/62并产生流体流出。间隙47/67为所述瓣片40/60的无接触式共振振荡提供足够的空间。

根据本发明的另一实施方式，瓣片具有渐缩的形状。

根据本发明的另一实施方式，阻挡元件是通过弹簧240连接至抵接件250的共振振荡活塞220。

根据本发明的另一实施方式，公开了一种提供流体压力的方法。上述方法包括以下步骤：(a)提供用于提供流体压力的共振膜微型泵100。上述泵100包括：(i)泵室20；(ii)谐波驱动的膜30，该膜被构造成对容置在泵室20中的流体的压力进行调制；(iii)入口止回阀110，该入口止回阀110适合于使所述流体流入到室20中；(iv)出口止回阀120，该出口止回阀120适于使流体从室20流出；每个阀包括适于对流体流进行引导的通道42/62和适于间歇地阻挡所述流体流的阻挡元件；阀110和120的阻挡元件具有几何形状和质量分布，使得当被所述膜30激发时，所述阻挡元件分别与所述通道42和62中的共振相干振荡相匹配，使得所述阻挡元件以反相的方式阻挡所述流体流。

在一些实施方式中，阻挡流体流的步骤是通过当被膜30激发时分别位于通道42和62中的共振振荡阻挡元件40和60来执行的。

根据本发明的另一实施方式，膜30以及瓣片40和60以可听频率之外的频率共振振荡。

根据本发明的另一实施方式，阻挡通道42/62的步骤是通过共振振荡瓣片40和60来执行的。

根据本发明的另一实施方式，通道42/62是由瓣片40/60部分地阻挡的，使得固定构件45/65与瓣片40/60之间的间隙47/67是足够窄的以阻挡通道42/62并产生流体流出。间隙47/67为所述瓣片40/60的无接触式共振振荡提供足够的空间。

根据本发明的另一实施方式，阻挡通道42/62的步骤是由具有渐缩的形状的所述瓣片40/60执行的。

根据本发明的另一实施方式，阻挡所述通道42/62的步骤是由通过弹簧240连接至抵接件250的共振振荡活塞220来执行的。

在一些实施方式中，本发明的阀是使用微技术形成的，例如像集成电路和/或电子芯片。例如，阀可以通过光刻、沉积(比如，化学气相沉积)和/或蚀刻来制造。主要过程步骤可选地通过掺杂和蚀刻、离子束铣削等进行补充。

图8是根据本发明的实施方式的阀的框图。在一些实施方式中，阀包括开口882和瓣片884。例如，瓣片884可以具有关闭位置和/或打开位置，在关闭位置中，瓣片884阻挡(和/或部分地阻挡)流动通过开口，在打开位置中，流体被允许相对自由地流动通过开口。可选地，瓣片由于流体压力的变化和/或在主动机构的驱动下而在打开位置与关闭位置之间振荡。可选地，瓣片882共振频率。例如，共振频率可以调节成对应于流的驱动频率。

图9是根据本发明的实施方式的控制流体流的方法的流程图。在一些实施方式中，流以特征频率被驱动992。可选地，阀在打开状态与关闭状态(例如，完全地关闭和/或部分地关闭)之间振荡。可选地，阀被调谐成使得阀在打开状态与关闭状态之间的振荡具有与特征驱动频率匹配的共振频率。例如，阀可以以特征驱动992频率共振994。

Claims (33)

1.一种用于将流体在流体入口与流体出口之间泵送的流体泵送装置，所述流体泵送装置包括：

室，所述室包括入口和出口；

至少一个流动限制元件，所述至少一个流动限制元件设置在流动管线部分处，并且所述至少一个流动限制元件被构造成沿着第一最终状态与第二最终状态之间的连续状态共振，从而对经由所述入口或所述出口的流体流量分布产生影响，其中，在一个或更多个第一状态范围中，经由所述入口或所述出口的流量小于在一个或更多个第二状态范围中的经由所述入口或所述出口的流量；

驱动器，所述驱动器被配置成以特征频率分布对所述室中或所述至少一个流动限制元件上的条件进行调制，从而引起所述至少一个流动限制元件以约所述特征频率分布在所述第一最终状态与所述第二最终状态之间匹配地共振。

2.根据权利要求1所述的流体泵送装置，其中，所述至少一个流动限制元件设置在所述入口处，或者所述至少一个流动限制元件设置在对经由所述入口的流体流量分布产生影响的流动管线部分处。

3.根据权利要求1或2所述的流体泵送装置，所述流体泵送装置包括两个流动限制元件，所述两个流动限制元件为入口流动限制元件和出口流限制元件，所述入口流动限制元件设置在所述入口处或者设置在对经由所述入口的流体流量分布产生影响的流动管线部分处，所述出口流限制元件设置在所述出口处或者设置在对经由所述出口的流体流量分布产生影响的流动管线部分处。

4.根据权利要求3所述的流体泵送装置，其中，所述入口流动限制元件和所述出口流动限制元件被构造成在所述第一状态范围与所述第二状态范围之间以反相的方式切换。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的流体泵送装置，所述流体泵送装置包括关于第一状态的单个第一状态范围和关于第二状态的单个第二状态范围，其中，所述第一状态范围被限定在第一最终状态与过渡状态之间，并且所述第二状态范围被限定在所述过渡状态与所述第二最终状态之间。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的流体泵送装置，其中，所述驱动器被配置成以所述特征频率分布对所述室的容积或压力进行调制。

7.根据权利要求5、6或20所述的流体泵送装置，其中，所述驱动器包括压电部件，所述压电部件被配置为以所述特征频率分布对电压分布进行接收。

8.根据权利要求1至7中的任一项或权利要求20所述的流体泵送装置，其中，所述至少一个流动限制元件是瓣片或叶状件。

9.根据权利要求8所述的流体泵送装置，其中，所述瓣片在所述瓣片的一个侧部和相反的自由侧部中的一者处被固定，且所述自由侧部的边缘靠近所述流动管线的壁部分，并且在共振时，所述边缘与所述壁部分之间的距离改变，从而对所述流动限制元件是处于所述第一状态范围还是处于所述第二状态范围进行限定。

10.根据权利要求9所述的流体泵送装置，其中，所述瓣片的所述自由侧部被构造成用于无接触式谐波振荡。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的流体泵送装置，其中，所述流体管线部分具有变化的纵向截面轮廓部，所述至少一个流动限制元件跨越所述纵向截面轮廓部的至少一部分并且能够变形以对所述一个或更多个第一状态范围和所述一个或更多个第二状态范围进行限定。

12.根据权利要求1至11中的任一项或权利要求20所述的流体泵送装置，其中，所述至少一个流动限制元件在对所述一个或更多个第一状态范围和所述一个或更多个第二状态范围进行限定的变形状态之间谐波振荡。

13.根据权利要求1至12中的任一项或权利要求20所述的流体泵送装置，其中，所述第一状态范围是通过相对于所述第二状态范围而言将流体的流量限制了至少30％而限定的。

14.一种用于产生流体压力的方法，所述方法包括：

以特征频率分布对具有流体入口和流体出口的室中的条件进行调制；

其中，经由所述流体入口和流体出口中的至少一者的流体流量是由至少一个流体限制元件控制的，并且所述调制使所述至少一个流动限制元件在第一最终状态与第二最终状态之间匹配地连续共振，其中，在一个或更多个第一状态范围中，经由所述入口或所述出口的流量小于在一个或更多个第二状态范围中的经由所述入口或所述出口的流量。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，经由所述入口的流体流量是由入口流体限制元件控制的，并且经由所述出口的流体流量是由出口流体限制元件控制的。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，所述入口流动限制元件和所述出口流动限制元件被构造成在所述第一状态范围与所述第二状态范围之间以反相的方式切换。

17.根据权利要求14至16中的任一项所述的方法，其中，所述调制包括对所述室的容积进行调制。

18.根据权利要求14至17中的任一项所述的方法，其中，所述至少一个流动限制元件在对所述一个或更多个第一状态范围和所述一个或更多个第二状态范围进行限定的变形状态之间谐波振荡。

19.根据权利要求14至18中的任一项所述的方法，其中，相对于所述第二状态范围而言，所述第一状态范围将流体流量限制了至少30％。

20.一种用于将流体在流体入口与流体出口之间的流动路径中泵送的流体泵送装置，所述流体泵送装置包括：

两个流动限制/控制元件，所述两个流动限制/控制元件与沿着所述流动路径布置的流体室流动连通，使得所述室位于所述两个元件中的第一元件的下游且位于所述两个元件中的第二元件的上游；

驱动器，所述驱动器用于以驱动器频率对所述室中的容积或压力进行循环调制；

所述两个元件中的每个元件被构造成：响应于所述容积或压力的循环调制，在一个或更多个第一流动限制状态范围与一个或更多个第二流动允许状态范围之间进行状态的连续和循环改变，所述第一元件的状态范围的循环改变与所述第二元件的状态范围的循环改变是反相的，

所述两个元件中的每个元件具有元件共振频率，对于所述两个元件而言，所述元件共振频率是相同的，以及

所述两个元件中的每个元件能够以共振频率进行往复运动；以及

其中，所述驱动器频率被设置成约为所述共振频率。

21.一种压力响应阀，所述压力响应阀包括：

阀室，所述阀室是由室壁限定的，所述室壁具有将所述室与环境流体互连的开口；以及

阀瓣片，所述阀瓣片构造成经受连续的振动，从而交替地打开所述开口以及至少部分地阻挡所述开口。

22.根据权利要求21所述的压力响应阀，其中，所述瓣片具有远端部分，所述远端部分构造成部分地平行于所述室壁移动；所述远端部分具有孔，使得所述瓣片在所述室内的压力变化的情况下的振动交替地将所述孔与所述开口对准以允许所述阀室与环境流体连通，以及将所述孔移动成不与所述开口对准以阻挡所述阀室与环境流体连通。

23.一种压力响应阀，所述压力响应阀包括：

阀室，所述阀室是由室壁限定的，所述室壁具有将所述室与外部环境流体互连的一个或更多个开口；以及

阀瓣片，所述阀瓣片构造成经受连续的振动，从而顺序地打开所述一个或更多个开口中的每个开口，以及至少部分地阻挡所述一个或更多个开口中的每个开口。

24.根据权利要求23所述的压力响应阀，其中，所述瓣片具有远端部分，所述远端部分构造成部分地平行于所述室壁移动；所述远端部分具有孔，使得所述瓣片在所述室内的压力变化的情况下的振动顺序地将所述孔与所述多个开口中的第一开口对准以允许经由所述第一开口进行流体连通，以及将所述孔移动成与所述第一开口不对准以阻挡经由所述第一开口进行的流体连通，同时将所述孔与所述多个开口中的第二开口对准以允许经由所述第二开口进行流体连通。

25.一种设置在流动管线部分处的用于对经由所述流动管线部分的流量分布进行控制的阀，所述阀包括：

至少一个流动限制元件，所述至少一个流动限制元件被构造成在一个或更多个第一状态范围与一个或更多个第二状态范围之间连续切换，其中，在所述一个或更多个第一状态范围中，经由所述入口或所述出口的流量小于在所述一个或更多个第二状态范围中的经由所述入口或所述出口的流量。

26.根据权利要求25所述的阀，其中，所述至少一个流动限制元件构造成沿着第一最终状态与第二最终状态之间的连续状态共振，在所述第一最终状态与所述第二最终状态之间限定有所述一个或更多个第一状态范围和所述一个或更多个第二状态范围。

27.根据权利要求26所述的阀，所述阀包括关于第一状态的单个第一状体范围和关于第二状态的单个第二状态范围，其中，所述第一状态范围被限定在所述第一最终状态与过渡状态之间，并且所述第二状态范围被限定在所述过渡状态与所述第二最终状态之间。

28.根据权利要求25至27中的任一项所述的阀，其中，所述至少一个流动限制元件是瓣片或叶状件。

29.根据权利要求25至28中的任一项所述的阀，其中，所述瓣片在所述瓣片的一个侧部和相反的自由侧部中的一者处被固定，且所述自由侧部的边缘靠近所述流动管线的壁部分；并且在共振时，所述边缘与所述壁部分之间的距离改变，从而对所述流动限制元件是处于所述第一状态范围还是处于所述第二状态范围进行限定。

30.根据权利要求29所述的阀，其中，所述瓣片的所述自由侧部构造成用于无接触式谐波振荡。

31.根据权利要求25至30中的任一项所述的阀，其中，所述流体管线部分具有变化的纵向截面轮廓部，所述至少一个流动限制元件跨越所述纵向截面轮廓部的至少一部分并且能够变形以对所述一个或更多个第一状态范围和所述一个或更多个第二状态范围进行限定。

32.根据权利要求25至31中的任一项所述的阀，其中，所述至少一个流动限制元件在对所述一个或更多个第一状态范围和所述一个或更多个第二状态范围进行限定的变形状态之间谐波振荡。

33.根据权利要求25至32中的任一项所述的阀，其中，所述第一状态是通过相对于所述第二状态将流体流量限制了至少30％来限定的。