CN1307367C - 泵 - Google Patents

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Abstract

本发明的泵具有设置在壳体(2)底部的圆形隔膜(4)。在隔膜(4)的底部处，安装有与隔膜(4)相接触的压电件(6)。隔膜(4)和壳体(2)的顶壁之间的狭长空间构造成泵腔(8)。入口流道(12)和出口流道(14)通向泵腔(8)，在入口流道(12)中安装有止回阀(10)。在泵腔的紧接的下游，出口流道(14)具有一狭长段(16)。出口流道的狭长段(16)具有1/2的出口流道的直径和1/4的出口流道的横截面面积。出口流道具有通过动作阀(24)与入口流道中的回流出口(23)连接的回流入口(22)。该动作阀(24)通过由形状记忆合金制成的致动器(26)来操作以便自由地打开和关闭。

Description

泵
技术领域
本发明涉及一种容积式泵，它通过改变其具有活塞或隔膜的泵腔的容积而使流体移动，尤其涉及一种具有高流率的可靠性较高的泵。
背景技术
常规地，这种典型的泵具有安装在入口流道和可变容积的泵腔之间、以及在出口流道和该泵腔之间的止回阀，例如在日本专利公开No.10-220357中所述的。
同时，例如在日本专利公开No.08-312537中所述的，构造有通过利用粘性阻力而产生单向流动的泵，使得当安装在出口流道中的阀打开时，在入口流道中的流体阻力大于在出口流道中的流体阻力。
此外，例如国际专利申请第08-506874号的国家公开所述的，以及在1996年第9届微电子机械系统的国际研讨会的论文集第479-484页的“An improved valve-less pump fabricate using deep reactive ionetching”中所述的，还具有这样的泵，该泵具有的压缩部件如此构造成，即，使得压降随着在入口和出口流道两者中的流动方向的变化而变化，以便在没有使用用于阀的可移动部件的情况下以提高泵的可靠性。
然而，在日本专利公开No.10-220357中所述的结构在入口和出口流道中都需要有止回阀，并且具有流过两个止回阀的流体遭受较高压力损失的问题。同时，重复地打开和关闭的止回阀容易受到疲劳损坏。此外，止回阀的数量越大，可靠性越低。
同时，在日本专利公开No.08-312537中所述的结构需要增加在入口流道中的流体阻力，以减少在泵的排放行程期间入口流道中的回流。因此，在泵的吸入行程期间，流体克服流体阻力而导入到泵腔中，该吸入行程远远长于排放行程。这显著地降低了泵吸入和排放行程之间循环的频率。泵中所提供的活塞或隔膜的面积是一个常量，其活塞或隔膜上下移动，通常其上下移动的频率越高，输出的流率和能量就越大。然而，由于在如上所述的日本专利公开No.08～312537中所述的结构只允许低频操作，它不能实现小型化、高功效的泵。
此外，在国际专利申请No.08-506874的国家公开所述泵的情况中，由于其构造为产生流过压缩组件的流体的单向净流量等于泵腔增加和减小的容积，随着流动方向的改变使压力下降，伴随着在出口侧外部压力(负荷压力)的增加其回流也增加，而导致泵在高负荷压力下操作失败。按照论文“An improved valve-less pump fabricate using deepreactive ion etching”，最大负荷压力为0.760大气压左右。
本发明解决了上述现有技术的问题。其目的是提供一种小型化、重量轻、高功效的泵，即使在高负荷压力下它也可以运行。
发明内容
为了获得上述的目的，按照本发明的泵如下构造。
按照本发明的第一个泵包含：一致动器，其使一例如活塞或隔膜的可移动壁移动；一泵腔，其容积可以由该可移动壁的位移来改变；一入口流道，工作流体通过其流入到该泵腔中；以及一出口流道，工作流体通过其流出该泵腔，其中即使当泵在运行时该出口流道也与该泵腔恒定地相连通，该入口流道的组合惯性量值小于该出口流道的组合惯性量值，该入口流道设置有使得当工作流体流入到该泵腔时的流体阻力小于当工作流体流出时的流体阻力的一流体阻力件，并安装有一回流入口，其中该出口流道的横截面面积至少是导出该泵泵腔的流道最窄部分横截面面积的两倍。
优选地，第一个泵包含一动作阀，其通过该回流入口与该泵的入口流道和出口流道相连通。
优选地，第一个泵包含由形状记忆合金制成的以用于驱动该动作阀的一致动器。
按照本发明的第二个泵包含：一致动器，其使一例如活塞或隔膜的可移动壁移动；一泵腔，其容积可以由该可移动壁的位移来改变；一压力腔，其通过一连接流道与该泵强项连接；一入口流道，工作流体通过其流入到该压力腔中；以及一出口流道，工作流体通过其流出该压力腔，其中该连接流道的横截面面积小于该泵腔的横截面面积，即使当泵在运行时该出口流道也与该压力腔恒定地相连通，该入口流道的组合惯性量值小于该出口流道的组合惯性量值，以及该入口流道设置有使得当工作流体流入到该压力腔时的流体阻力小于当工作流体流出时的流体阻力的一流体阻力件。
优选地，在第二个泵中，该连接流道正好位于该流体阻力件的前面。
优选地，在第二个泵中，该出口流道在工作流体流出该流体阻力件的流动方向上是打开的。
优选地，在第二个泵中，该泵腔充满有流体，并且该连接流道设置有能够变形的隔膜，其变形量等于泵腔容积的变化量。
按照本发明的第三个泵包含：一致动器，其使一例如活塞或隔膜的可移动壁移动；一泵腔，其容积可以由该可移动壁的位移来改变；一入口流道，工作流体通过其流入到该泵腔中；以及一出口流道，工作流体通过其流出该泵腔，其中该入口流道设置有一流体阻力件，其使得当工作流体流入到泵腔时的流体阻力小于当工作流体流出时的流体阻力，并且该出口流道具有这样的尺寸，在泵运行的一个循环期间，储存在出口流道中的最大动能不小于由流道阻力所消耗的能量的1/3，直到最大的动能被储存。
优选地，如果该出口流道的惯性量由L表示，如果当可移动壁从下死点向上死点移动时的位移容积由V0表示，如果该出口流道的流道阻力由R表示，并且如果当该致动器产生一个循环输出能量时在出口流道中的流速由Q(T)表示，将满足下面的公式
1 2 LQ ( T ) 2 ≥ 1 3 ( 2 3 Q ( T ) V 0 R )
按照本发明的第四个泵包含：一致动器，其使一例如活塞或隔膜的可移动壁移动；一泵腔，其容积可以由该可移动壁的位移来改变；一入口流道，工作流体通过其流入到该泵腔中；以及一出口流道，工作流体通过其流出该泵腔，其中该入口流道设置有一流体阻力件，其使得当工作流体流入到泵腔时的流体阻力小于当工作流体流出时的流体阻力，并且在出口流道中的流体柔量不大于该致动器的柔量的三倍。
优选地，在第四个泵中，该出口流道的长度不小于平均当量直径的1/2。
优选地，在第四个泵中，该出口流道的长度为45mm或更小。
优选地，在第四个泵中，该出口流道的平均直径为70μm或更大。
优选地，在第四个泵中，该出口流道的平均直径为3mm或更小。
优选地，在第一个到第四个泵中的该致动器是压电件。
优选地，在第一个到第四个泵中的该致动器是超磁致伸缩件。
附图说明
图1是按照本发明第一个实施例的泵的纵向剖视图；
图2是按照本发明第一个实施例的泵在逆向操作期间的纵向剖视图；
图3是按照本发明第二个实施例的泵的纵向剖视图；
图4是按照本发明第三个实施例的泵的纵向剖视图；
图5是按照本发明第四个实施例的泵结构的纵向剖视图；
图6是示出了按照第四个实施例的泵在操作期间状态量的图表；
图7是示出了在按照第四个实施例的泵中出口流道尺寸与储存在出口流道的流体惯性中的能量与当压电件和隔膜的直径为5mm时由压电件所拥有的能量之间比率的之间关系的曲线图；
图8是示出了在按照第四个实施例的泵中出口流道尺寸与储存在出口流道的流体惯性中的能量与当压电件和隔膜的直径为10mm时由压电件所拥有的能量之间比率的之间关系的曲线图；以及
图9是示出了在按照第四个实施例的泵中出口流道尺寸与储存在出口流道中流体惯性中的能量与当压电件和隔膜的直径为2mm时由压电件所拥有的能量之间比率的之间关系的曲线图；
具体实施方式
下面将参照附图详细描述按照本发明泵的实施例。
(1)第一个实施例
图1是按照本发明第一个实施例的泵的纵向剖视图。在图1中，圆形隔膜4设置在圆柱形壳体2的底部。隔膜4自由地弹性变形，而其边缘由壳体2刚性地支撑。在隔膜4的下面，沿图中的竖直方向膨胀和收缩的压电件6安装在其自身的壳体5中，作为用于移动隔膜4的致动器。
在隔膜4和壳体2的顶壁之间的狭长空间构成泵腔8。入口流道12和出口流道14通向泵腔8，其中用作流体阻力件的止回阀10安装在入口流道12中。在泵腔8的紧接的下游，出口流道14具有一狭长段16。入口流道12的部分外周形成了将外部管(未示出)连接到泵上的入口侧连接管18。同样地，出口流道14的部分外周形成将外部管(未示出)连接到泵上的出口侧连接管20。
出口流道的狭长段16具有1/2的出口流道14的直径和1/4的出口流道14的横截面面积。出口流道14具有通过动作阀24与在入口流道中的回流出口23连接的回流入口22。动作阀24通过由形状记忆合金制成的致动器26来操作而自由地打开和关闭。
下面，将参照附图1描述按照该实施例泵的操作。
在泵的工作流体沿箭头方向流动的正向操作期间，动作阀24如图1所示通过由形状记忆合金制成的致动器26保持在关闭状态。当隔膜4以减小泵腔8容积的方式进行操作时，工作流体被迫回到入口流道12中，以关闭止回阀10并从而增加流体阻力。因此，在入口流道12中只有少量或没有工作流体流出入口流道12。另一方面，在具有其狭长段16的出口流道14中，当在泵腔8中的压力基于工作流体的可压缩性而上升时，流出泵腔8的流率依据按照惯性量的、在泵腔压力和负载压力之间的压力差而增加。
当隔膜4以增加泵腔8容积的方式进行操作时，在泵腔8中的压力将减小。当泵腔8中的压力下降到低于在入口流道12中的外部压力时，工作流体正向流进入口流道12中，以打开止回阀10并从而减小流体阻力。因此，流入到泵腔8中的流率依照压力差和入口流道12的惯性量而增加。另一方面，在具有其狭长段16的出口流道14中，流出泵腔8的流率根据按照惯性量的、在负载压力和泵腔压力之间的压力差而降低。
进入到泵腔8中的工作流体在容积上等于流出泵腔8的工作流体。如果在流入到入口流道12中的流率的增长率较大的情况下，有可能出现从具有其狭长段16的出口流道14中流出的流率的减小还较小的情况。因此，在本实施例的情况下，使得入口流道12的组合惯性量小于具有其狭长段16的出口流道14的惯性量是适当的。出口流道的狭长段16具有较小的横截面面积、而具有较大的惯性量，其由L＝ρ1/S而给定。
另一方面，工作流体由于其连续性在较小横截面面积处具有较高的流动速度。当动作阀24通过由形状记忆合金制成的致动器26而保持在关闭状态时，来自相当于堵头管分支的回流入口22的能量损失与速度的平方成正比。因此，按照本实施例，由于回流入口22设置在位于狭长段16下游的出口流道14的部分、并且其横截面面积是狭长段16的横截面面积的四倍、而其流速是狭长段16的1/4，因此如果将回流入口设置在出口流道14的狭长段16中，则可能产生能量损失可以下降到该能量损失的1/16。因此，过将回流入口22设置在出口流14中的这样的部分，即其横截面积是从泵的泵腔导出流道最窄部分的截面面积的至少两倍，经过回流口22位置的能量损可以减小到1/4，结果使得泵的效率有所提高。
使用上面的结构，通过减少例如止回阀10的流体阻力件的数量从而降低压力损失，而可以实现小型化、重量轻、高功效的泵。此外，由于仅安装了一个流体阻力件(止回阀10)，所以，如果设置有自动复位功能的流体致动器保持不动的话，当泵停止时流体致动器将不进行自动复位。
下面，将参照附图2描述按照本发明泵的逆向操作。图2是按照本实施例的泵在逆向操作期间的纵向剖视图。
首先如图2所示，泵的隔膜4停止并且通过由形状记忆合金制成的致动器26打开动作阀24。当设置有自动复位功能的流体致动器与连接到出口侧连接管20上的外部管(未示出)相连接时，由于其自动复位功能，所以在出口流道14中的压力变为高于在入口流道12中的压力。因此，工作流体通过动作阀24和回流出口23，从回流入口22向回流到入口流道12中。从而，复位该流体致动器，而允许双向的操作。
此外，驱动动作阀24的、由形状记忆合金制成的致动器26也可以以较大的力获得较大位移，尽管操作速度较低。此外，由于它的简单结构，它最适合于驱动动作阀。
如上所述，按照该实施例的泵仅需要在入口流道12中安装止回阀10，这意味着可以减小由止回阀10在入口流道12和出口流道14之间间隙性地产生的压力损失。它还可以降低在回流入口22中的压力损失。因此，可以获得小型化、重量轻、高功效的泵。此外，泵设置有通过由形状记忆合金制成的致动器26操作的动作阀24。如果该机构用在与设置有自动复位功能的流体致动器的联接中，按照本实施例的泵可以获得双向的操作。
顺便提及，该机构不但可以用于设置有自动复位功能的流体致动器，而且可以用于其中工作流体需要双向流动的各种流道。
(2)第二个实施例
图3是按照本发明第二个实施例的泵的纵向剖视图。在图3中，隔膜30自由地弹性变形，而其边缘由壳体32刚性地支撑。在隔膜30的底部，沿图中的竖直方向膨胀和收缩的压电件34安装作为用于移动隔膜30的致动器。
在隔膜30和壳体32之间形成有泵腔36。泵腔36通过小于泵腔36横截面面积的连接流道40与压力腔38相连通。压力腔38与入口流道44和出口流道46相连通，其中用作流体阻力件的止回阀42安装在入口流道44中。止回阀42正好位于使泵腔36和压力腔38相互连通的连接流道40的前面。出口流道46沿工作流体流出止回阀42的流动方向是打开的。这里的流动方向意思是止回阀42打开的方向。出口流道46包含位于压力腔38下游的、并具有较小横截面面积的狭长段48。
下面，将参照附图3描述按照该实施例泵的操作。在图中的箭头表示工作流体从按照本实施例的泵中排放的方向。
首先，当隔膜30以减少泵腔36容积的方式进行操作时，在泵腔36中的工作流体通过连接流道40向压力腔38移动。其结果是，在压力腔38中的压力上升，工作流体被迫回到入口流道44中，以关闭止回阀42并从而增加流体阻力。因此，只有少量或没有工作流体从入口流道44流入。另一方面，在具有其狭长段48的出口流道46中，当在压力腔38中的压力依照工作流体的可压缩性而上升时，流出泵腔36的流率根据在压力腔压力和负载压力之间的压力差以及惯性量而增加。
其次，当隔膜30以增加泵腔36容积的方式进行操作时，在压力腔38中的工作流体向泵腔36移动。其结果是，在压力腔38中的压力降低。当压力腔38中的压力下降到低于在入口流道44中的外部压力时，工作流体正向流进入口流道44中，以打开止回阀42并从而减小流体阻力。因此，流入到压力腔38中的流率依照压力差和入口流道44的惯性量而增加。另一方面，在具有其狭长段48的出口流道46中，流出压力腔38的流率根据在负载压力和在压力腔38中的压力之间的压力差以及惯性量而降低。
进入到泵腔36中的工作流体在容积上等于流出压力腔38的工作流体。如果出现当流入到入口流道44中的流率的增长率较大的情况下，有可能出现从具有其狭长段48的出口流道46中流出的流率的减小还较小的情况。因此，在这种情况下，由于工作流体通过压力腔38直接从入口流道44流入到具有其狭长段48的出口流道46中，因此可以输出的容积大于泵腔36由隔膜30的变形所导致变化的容积。
为了增加这种效果，在本实施例的情况下，使得入口流道44的组合惯性量小于具有其狭长段48的出口流道46的惯性量是适当的。出口流道的狭长段48具有较小的横截面面积并具有较大的惯性量，其由L＝ρ1/S给定。
此外，按照本实施例，出口流道46在工作流体流出止回阀42的流动方向是打开的，该出口流道46相对于工作流体提供较小的流体阻力，结果使得进一步提高其流率。
当压电件34用于驱动泵时，由于其位移量较小，则必须增加隔膜30或活塞的横截面面积。然而，当在泵腔36中的压力增加时，工作流体本身被压缩，降低了泵的测定容积效率。解决该问题的方案包含降低泵腔的厚度以减小泵腔的容积，但是如果入口流道和出口流道直接通向泵腔的话，用作流道的该狭长的泵腔将增加流体阻力。
按照本实施例，压力腔38不象泵腔36那样，其不受隔膜30或活塞的横截面面积的约束。同时，导出泵腔36的连接流道40在横截面面积上小于泵腔的横截面面积。因此，连接流道40可以制成具有较小流道阻力而没有增加其容积的形状，结果降低了能量损失。
使用上面的结构，通过减少例如止回阀42的流体阻力件的数量从而降低压力损失，而可以实现小型化、重量轻、高功效的泵。
此外，按照本实施例，由于作为流体阻力件的止回阀42正好位于使泵腔36和压力腔38相互连通的流道前面，当隔膜30以减小泵腔36容积的方式进行操作时，从泵腔36流向压力腔38的工作流体流进压力腔38中，而由该流动产生的压力作用在止回阀42上使其关闭。因此，止回阀42迅速地关闭。这使得可提供一种甚至在高压负荷下只有少量回流的高效、高功效的泵。
(3)第三个实施例
下面，将参照附图4描述本发明的第三个实施例。
在图4中的基本结构类似于第二个实施例，但是泵腔36是充满流体的，并且由薄树脂膜制成的隔膜50固定在连接流道40上。隔膜50的可能变形等于泵腔36的容积变化，并且对于连接流道40中工作流体的细微移动只有很小的效果。例如，即使连接流道40具有泵腔36的横截面面积的1/10，由于压电件34的膨胀/收缩的量只有几微米，则在连接流道40中工作流体的移动量大约为10μm的数量级。因此，在由压电件或类似件产生的工作流体的较小流动中，这等同于泵腔36和压力腔38通过连接流道40相互连通的结构。因此，其操作十分类似于第二个实施例的操作。
按照本实施例，即使包含在工作流体中的气体成分在流道中形成气泡，由于工作流体不流过具有多个边角的泵腔，所以这些气泡和工作流体一起有效地排放出来。如果气泡在泵腔36中聚积，由于气体的可压缩性，在泵腔36中的容积变化将不能导致足够的压力升高，这将导致降低功效。然而按照本实施例，由于泵腔36是和工作流体相隔离的，所以在泵腔36中将不产生导致压力损失的气泡。此外，由于在泵腔36中的液体不需要和工作流体相同，因此可以在泵腔36中装入具有较小可压缩性和具有较低气体含量的液体。
相同的压力从两侧施加到隔膜50上，隔膜50不需要具有较高的抗拉强度。因此，即使较薄的材料在其厚度方向上也可以保证较高的刚性，结果降低了压力损失。还可以使用金属波纹管。
如上所述，按照本实施例的泵仅需要将止回阀42安装在入口流道44中，这意味着可以降低由止回阀42在入口流道44和出口流道46之间间隙性地产生的压力损失。同时，它使得可使用具有降低流体阻力的流道。因此，其可以获得小型化、重量轻、和高功效的泵。
(4)第四个实施例
下面，将描述本发明的第四个实施例。
图5是按照本实施例泵的纵向剖视图，其中隔膜62安装在圆柱形壳体60的底部。隔膜62自由地弹性变形，而其边缘由壳体60刚性地支撑。在隔膜62的底部，沿图中的竖直方向膨胀和收缩的压电件64安装作为用于移动隔膜62的致动器。
在隔膜62和壳体60的上壁之间的狭长空间构成泵腔66。入口流道70和出口流道72通向泵腔66，其中用作流体阻力件的止回阀68安装在入口流道70中，并且出口流道72具有即使当泵在操作情况下也恒定地通向泵腔66小孔。入口流道70的部分外周形成了将外部管(未示出)连接到泵上的入口侧连接管74。同样地，出口流道72的部分外周形成了将外部管(未示出)连接到泵上的出口侧连接管76。入口流道70和出口流道72在其内端都分别具有圆形部78a和78b。外部管是由硅树脂橡胶、橡胶基材料、其它树脂、薄金属、或在压力下容易变形成管的类似物制成的。
下面，将定义惯性量L。它由L＝ρ1/S给定，其中S为给定流道的横截面面积，1为流道的长度，而ρ为工作流体的密度。如果流道的压力差由ΔP表示，而沿流道的流率有Q表示，那么通过变换在流道中流体的动力学等式，可以得到ΔP＝L×dQ/dt的关系式。
换句话说，惯性量L表示对流率的随时间的变化的压力作用。惯性量L越大，流率的随时间的变化越小，惯性量L越小，流率的随时间的变化越大。
为了计算出并联连接的流道或串联连接的不同形状流道的组合惯性量，可以象在电路中电感的并联连接或串联连接的情况一样组合单独流道的惯性量。
这里，入口流道70意思是从泵腔66到入口侧连接管74的入口端的流道。然而，如果脉动阻尼装置安装在沿线的中间，该术语意思是从泵腔66到具有脉动阻尼装置的连接的流道。如果连接有多个入口流道70，该术语意思是从泵腔66到接合点的流道。这同样也适用于出口流道72。
关于入口流道70和出口流道72，将参照附图5使用符号来描述它们的长度和面积之间的关系。关于入口流道70，L1表示靠近止回阀68的颈部的长度，S1表示其面积，L2表示剩余宽敞部的长度，S2表示其面积。关于出口流道72，L3表示其长度而S3表示其面积。
将使用上述符号和工作流体的密度ρ来描述入口流道70和出口流道72的惯性量。
入口流道70的惯性量由ρ×L1/S1+ρ×L2/S2而给定。另一方面，出口流道的惯性量由ρ×L3/S3而给定。这些流道满足关系式ρ×L1/S1+ρ×L2/S2＜ρ×L3/S3。
在上述结构中，隔膜62的形状没有限定为圆形形状。即使在出口流道72中安装阀件，例如用于保护泵组件免受当泵停止时可能施加的额外负荷压力，如果至少当泵在运行时出口流道72是通向泵腔66话，这是没有问题的。同时，止回阀68不仅限于由流体的压力差打开和关闭的类型。它可以是使用不同于流体压力差的其它能量来控制阀的打开和关闭的类型。
用于驱动隔膜62的致动器可以是只要其能够膨胀和收缩的任何类型。然而，在按照本实施例的泵结构中，致动器和隔膜62是直接连接的而没有位移放大机构，并且可以以高频率驱动隔膜62。因此，通过使用本实施例具有高响应频率的、并且在单位容积内产生高功效的压电件64的情况下，可以依靠高频驱动来提高在出口流道中的流率，以及储存在流体中的能量。这使得实现小型化、高功效的泵成为可能。出于相同的原因也可以使用超磁致收缩件。
此外，仅需要在吸入侧安装机械阀，这使得在限制流率的量的减小以及增加可靠性上成为可能。
下面，将说明当脱气纯水用作工作流体时按照本实施例泵的内部状态。
图6示出了当泵操作时隔膜62位移的波形W1、泵腔66内部压力的波形W2、流过出口流道72的流体的容积流速的波形W3(出口流道的横截面面积×流体的流动速度：等于流率)、以及流过止回阀68的流体容积流速的波形W4。同时在图6中，负荷压力Pfu是出口流道72下游的流体压力，而吸入侧压力Pky时入口流道70上游的流体压力。
如隔膜62位移的波形W1所示，波形的斜率为正的区域表示压电件64膨胀以减小泵腔66容积的过程。另一方面，波形的斜率为负的区域表示压电件64收缩以增加泵腔66容积的过程。
波形的平段位移为4.5μm表示隔膜62的位移位置(上死点)，其中由于压电件64的位移，使得泵腔66的容积变为最小。
如泵腔66内部压力的波形W2所示，当减小泵腔66容积的过程开始时，泵腔66的内部压力开始上升。在减小泵腔66容积的过程结束之前，泵腔66的内部压力达到最大值并且开始下降。内部压力达到最大值时的点与由隔膜62位移移动的流体容积流速等于由波形W3表示的流过出口流道72的流体容积流速时的点相一致。
原因如下：
在此时间点之前，遵循关系式“位移流体的容积流速-流过出口流道72流体的容积流速＞0”，从而压缩泵腔66中的流体，泵腔66中的压力增加；而在此时间点之后，遵循关系式“位移流体的容积流速-流过出口流道72流体的容积流速＜0”，从而减压泵腔66中的流体，泵腔66中的压力降低。
如果在泵腔66中的容积变化由ΔV表示，将遵循下面的关系式：“ΔV＝由隔膜产生位移的流体容积+吸入流体的容积-排出流体的容积”。这意味着在泵腔66中的压力按照ΔV和流体的可压缩性而改变。因此，即使泵腔66的容积在下降过程中，泵腔66的压力也可能低于负荷压力Pfu。然而，如果当吸入流体的容积为零时、出现压电件64达到其上死点的突然位移，泵腔66的内部压力保持其始终高于负荷压力Pfu，直到由隔膜62位移移动的流体容积等于排出流体的容积为止。所有这些时间段，在出口流道72中的流体将增加其速度。
此外，在图6中，当在泵腔66中的压力低于吸入侧压力Pky并接近于零绝对压力时，将产生溶解在工作流体中的成分形成气泡的、具有达到接近零绝对压力的饱和度的充气或气蚀现象。然而，如果包含泵的整个流体流动系统是增压密封的，并且吸入侧压力Pky足够的高，将可以避免产生充气或气蚀现象。
同时，如在出口流道72中流体容积流速的波形W3所示，在泵腔66中的压力高于负荷压力Pfu期间的区段大约等于在出口流道72中流体的容积流速增加期间的区段。当在泵腔66中的压力低于负荷压力Pfu时，在出口流道72中流体的容积流速也开始下降。
如果ΔPout表示在泵腔66中的压力和负荷压力Pfu之间的压力差，Rout表示在出口流道72中的流体阻力，Lout表示惯性量，而Qout表示流体的容积流速，那么在出口流道72中的流体满足下面等式。
Δ P out = R out Q out + L out d Q out dt · · · ( 1 )
因此，流体的容积流速的改变率等于Δpout减去Rout×Qout，然后其结果除以惯性量Lout。通过对由波形W3的一个循环所表示的流体容积流速求积分所获得的值等于每个循环所排出流体的容积。
同时，在入口流道70中，如流过止回阀68的流体容积流速变化的波形W4所示，当在泵腔66中的压力低于吸入侧压力Pky时，压力差使得止回阀68打开，流体的该容积流速增加。另一方面，当在泵腔66中的压力高于吸入侧压力Pky时，流体的容积流速开始下降。止回阀68的作用是防止回流。
如果ΔPin表示泵腔66和吸入侧压力Pky之间的压力差，Rin表示在出口流道72中的流体阻力，Lin表示惯性量，而Qin表示流体的容积流速，那么在入口流道70中的流体满足下面等式。
Δ P in = R in Q in + L in d Q in dt · · · ( 2 )
因此，流体的容积流速的改变率也等于ΔPin减去Rin×Qin然后其结果除以入口流道70的惯性量Lin。
通过对由波形W4的一个循环所表示的流体容积流速求积分所获得的值等于每个循环所吸入流体的容积。所吸入流体的容积等于由波形W3表示的所排出流体的容积。
在按照该实施例的泵结构中，由于入口流道70的惯性量小于出口流道72的惯性量，在入口流道70中的流体以较高的容积流速改变率而流动，从而增加了吸入流体的容积(＝排出流体的容积)。
如上所述，按照本实施例泵的特征是在出口流道72中流体的动能越大，排出流体的容积就越大，从而泵的输出能量就越高。因此，为了提高泵的运行效率，使由压电件64输出的能量有效地转变成在出口流道72中流体的动能是非常重要的。同时，从压电件64中获取出尽可能多的能量作为输出能量，以缩小压电件64的尺寸，也是非常重要的。
下面，将说明在各种能量类型中的关系。
到时间t时压电件的输出能量是由在出口流道中流体的动能和到时间t时由于流体阻力而造成的能量损失的和计算出来的。T表示由隔膜造成的从下死点到上死点的位移所需要的时间，而V0表示由隔膜的位移所移动的容积。同时，由于压电件是从下死点向上死点移动的，所以将产生一个循环的输出能量Emax。
如果L表示出口流道的惯性量，R表示当在出口流道中的流动为层流时的、由Hagen-Poiseuille等式得到的流体阻力，而Q表示流率，那么相关能量等式如下：
E max = 1 2 LQ 2 + ∫ 0 T RQ 2 dt · · · ( 3 )
如果d表示出口流道的直径，1表示出口流道的长度，而ρ表示工作流体的密度，而ν表示粘性，将遵循下面的等式。
惯性量 L = ρ 1 π ( d 2 ) 2
流体阻力 R = 128 νρ 1 πd 4
惯性量和流体阻力都是以出口流道72的直径d和长度1的函数表示的。同时，如果E表示依赖于压电件材料和尺寸所具有的能量，C表示出口流道的柔量，Cpzt表示压电件的柔量，那么Emax由下面等式得出：
E max = E 1 ( C C pzt + 1 )
如果d表示出口流道的直径，1表示出口流道的长度，而β表示流体的压缩系数，那么可以使用下面的关系式，后面将说明理由。
出口流道的柔量 C = βπ ( d 2 ) 2 1
柔量也是以出口流道的直径d和长度1的函数表示的。
另一方面，当压电件64导致从下死点向上死点位移时，将产生位移容积V0，由于吸入阀保持关闭状态，在泵腔66中的压力始终保持高于负荷压力，直到从出口流道72排出流体的容积变为等于位移容积V0时。因此，在出口流道中流体的容积流速单调地增加。从而，如果当压电件产生一个循环的输出能量Emax时，在出口流道中的流动速率表示为Q(T)，流率Q可以近似为下面时间的线性函数：
Q = Q ( T ) T t
由于流率Q到时间T的积分等于位移容积V0，那么遵循下面的等式。
T = 2 V 0 Q ( T )
现在，把等式4带入等式3中，将得到下面的等式。
E max = 1 2 LQ ( T ) 2 + 2 3 Q ( T ) V 0 R · · · ( 5 )
如果使用出口流道72的直径d和长度l、由压电件64所拥有的能量，而在等式5中柔量Cpzt是已知的话，可以使用不同于Q(T)的值作为一个常数来确定Q(T)。使用Q(T)可以如下计算出储存在出口流道72流体中的动能(与下述储存在出口流道惯性量中的能量相同)：
1 2 LQ ( T ) 2
同时，可以如下计算出由于阻力而消耗的能量：
2 3 Q ( T ) V 0 R
对比上面计算出的储存在出口流道72惯性量中的能量和由于阻力而消耗的能量，如果出口流道72的直径d和长度l确定成以使得“储存在出口流道惯性量中的能量＞1/3×由于阻力而消耗的能量”，则25％或更多的压电件64的输出能量可以储存在出口流道的惯性量中。更优选地，如果排出管子的直径d和长度l确定成以使得“储存在出口流道惯性量中的能量＞由于阻力而消耗的能量”，则50％或更多的压电件64的输出能量可以储存在出口流道的惯性量中。更优选地，如果排出管子的直径d和长度l确定成以使得“储存在出口流道惯性量中的能量＞3×由于阻力而消耗的能量”，则75％或更多的压电件64的输出能量可以储存在出口流道的惯性量中。
当从外部施加能量时，本实施例的泵使用例如压电件64的致动器，或当位移为零时具有所产生最大的力的超磁致收缩件。当所产生的力为零时，位移达到其最大值。因此，致动器所拥有的能量由所产生的最大力×最大位移而给出。另一方面，如果压电件64设置有柔量件，当位移量较小时所产生的力不容易增加。因此，压电件64的输出能量Emax较大地降低。在本实施例的泵中，不管泵可以制成的刚性如何，流体也存在柔量。特别地，在出口流道中的流体柔量从未停止其存在。因此，如果E表示取决于压电件的尺寸所拥有的能量，C表示出口流道的柔量，而Cpzt表示压电件的柔量，那么在多数情况下Emax具有由下式确定的值。
E max = E 1 ( C C pzt + 1 ) · · · ( 6 )
现在，如果d表示出口流道的直径，1表示出口流道的长度，而β表示流体的压缩系数，那么将遵循下面的关系式。
出口流道的柔量 C = βπ ( d 2 ) 2 1
因此，通过至少使得出口流道72中流体的柔量不大于作为致动器的压电件64的柔量的三倍，大约可以输出压电件64所拥有能量的25％。此外，通过使得包含出口流道72和泵腔66的泵中流体的柔量不大于压电件64的柔量的三倍，大约可以输出不少于压电件64所拥有能量的25％。
优选地，通过使得出口流道72中流体的柔量不大于作为致动器的压电件64的柔量，大约可以输出压电件64所拥有能量的50％。此外，通过使得包含出口流道72和泵腔66的泵中流体的柔量不大于压电件64的柔量，大约可以输出不少于压电件64所拥有能量的50％。
更优选地，通过使得出口流道72中流体的柔量不大于作为致动器的压电件64的柔量的1/3，大约可以输出压电件64所拥有能量的75％。此外，通过使得包含出口流道72和泵腔66的泵中流体的柔量不大于压电件64的柔量的1/3，大约可输出不少于压电件64所拥有能量的75％，这可急剧地减小压电件64的尺寸或降低施加到压电件64上的电压。
通过使用实际值来计算出上述关系。
压电件64使用具有4.4E10 N/m2的杨氏模量值、直径为5mm、长度为10mm、而最大位移为6μm的压电件。隔膜62的直径为5mm，和压电件64相同。那么，将计算出下面的值：压电件64所产生最大的力为518N，压电件64所拥有的能量为1.56E-3J，而压电件64的柔量Cpzt为4.46E-7cm3/atm。由隔膜62位移的容积为1.18E-4cm3。
当出口流道72的直径φ和长度l不同时，在下面的表中示出了出口流道72的流体阻力R、惯性量L、和柔量C。这里假定流体的压缩系数、运动粘度和密度分别为4.9E-10 1/Pa、1 E-6m2/s、和1E3kg/m3。
表1
   φ(mm)    L(mm)     阻力R(atm s/cm3)     惯性量L(atm s2/cm3)     柔量C(cm3/atm)
   0.5    30     1.96E-01     1.53E-03     2.89E-07
   0.5    20     1.30E-01     1.02E-03     1.92E-07
   0.5    10     6.52E-02     5.09E-04     9.62E-08
   0.5    4     2.61E-02     2.04E-04     3.85E-08
   0.5    2     1.30E-02     1.02E-04     1.92E-08
   0.5    1     6.52E-03     5.09E-05     9.62E-09
   0.5    0.5     3.26E-03     2.55E-05     4.81E-09
   0.5    0.1     6.52E-04     5.09E-06     9.62E-10
   0.5    0.05     3.26E-04     2.55E-06     4.81E-10
表2
    φ(mm)     L(mm)     阻力R(atm s/cm3)     惯性量L(atm s2/cm3)     柔量C(cm3/atm)
    1     30     1.22E-02     3.82E-04     1.15E-06
    1     20     8.15E-03     2.55E-04     7.70E-07
    1     10     4.07E-03     1.27E-04     3.85E-07
    1     4     1.63E-03     5.09E-05     1.54E-07
    1     2     8.15E-04     2.55E-05     7.70E-08
    1     1     4.07E-04     1.27E-05     3.85E-08
    1     0.5     2.04E-04     6.37E-06     1.92E-08
    1     0.1     4.07E-05     1.27E-06     3.85E-09
    1     0.05     2.04E-05     6.37E-07     1.92E-09
表3
    φ(mm)     L(mm)     阻力R(atm s/cm3)     惯性量L(atm s2/cm3)     柔量C(cm3/atm)
   0.1     30     1.22E+02     3.82E-02     1.15E-08
   0.1     20     8.15E+01     2.55E-02     7.70E-09
   0.1     10     4.07E+01     1.27E-02     3.85E-09
   0.1     4     1.63E+01     5.09E-03     1.54E-09
   0.1     2     8.15E+00     2.55E-03     7.70E-10
   0.1     1     4.07E+00     1.27E-03     3.85E-10
   0.1     0.5     2.04E+00     6.37E-04     1.92E-10
   0.1     0.1     4.07E-01     1.27E-04     3.85E-11
   0.1     0.05     2.04E-01     6.37E-05     1.92E-11
   0.1     0.01     4.07E-02     1.27E-05     3.85E-12
通过改变出口流道的直径φ和长度l，可以在等式6的基础上计算出压电件的输出能量Emax以及可以在等式5的基础上计算出当压电件产生输出能量Emax时的出口流道的流动速度Q(T)。在下面的表中示出了它们，以及储存在出口流道的流体惯性中的能量与压电件所拥有的能量E的比率。
表4
    φ(mm)    L(mm)     PZT输出能量Emax(J)     Q(T)(cm3/s)     储存在惯性量中的能量/由PZT所拥有的能量
   1    30     4.34E-04     4.76E+00     27.87％
   1    20     5.71E-04     6.70E+00     36.71％
   1    10     8.35E-04     1.15E+01     53.71％
   1    4     1.16E-03     2.13E+01     74.28％
   1    2     1.33E-03     3.23E+01     85.21％
   1    1     1.43E-03     4.74E+01     92.00％
   1    0.5     1.49E-03     6.84E+01     95.74％
   1    0.1     1.54E-03     1.55E+02     98.37％
   1    0.05     1.55E-03     2.19E+02     98.13％
表5
  φ(mm)     L(mm)     PZT输出能量Emax(J)     Q(T)(cm3/s)     储存在惯性量中的能量/由PZT所拥有的能量
  0.5     30     9.44E-04     3.51E+00     60.42％
  0.5     20     1.09E-03     4.61E+00     69.61％
  0.5     10     1.28E-03     7.08E+00     81.97％
  0.5     4     1.43E-03     1.18E+01     91.85％
  0.5     2     1.49E-03     1.71E+01     95.65％
  0.5     1     1.52E-03     2.44E+01     97.54％
  0.5     0.5     1.54E-03     3.46E+01     98.24％
  0.5     0.1     1.55E-03     7.69E+01     96.91％
  0.5     0.05     1.55E-03     1.07E+02     94.19％
表6
  φ(mm)     L(mm)     PZT输出能量Emax(J)     Q(T)(cm3/s)     储存在惯性量中的能量/由PZT所拥有的能量
  0.1     30     1.52E-03     6.74E-01     55.71％
  0.1     20     1.53E-03     8.72E-01     62.23％
  0.1     10     1.54E-03     1.32E+00     71.41％
  0.1     4     1.55E-03     2.21E+00     79.95％
  0.1     2     1.55E-03     3.19E+00     83.52％
  0.1     1     1.55E-03     4.54E+00     84.22％
  0.1     0.5     1.55E-03     6.30E+00     81.25％
  0.1     0.1     1.55E-03     1.17E+01     55.78％
  0.1     0.05     1.56E-03     1.39E+01     39.45％
  0.1     0.01     1.56E-03     1.69E+01     11.72％
从表中可以看出储存在出口流道72的流体惯性量中的能量与由压电件(PZT)所拥有的能量之间的比率相对于出口流道的直径φ和长度l是如何变化的。以这种方法，为了输出由压电件64所拥有的能量，以及有效地将其转化为在出口流道72中流体的动能，应当确定出口流道72的直径φ和长度l，从而将使储存在出口流道72的流体惯性量中的能量与由压电件所拥有的能量之间的比率不低于25％。优选地，应当确定出口流道72的直径φ和长度l，从而将使储存在出口流道72的流体惯性量中的能量与由压电件所拥有的能量之间的比率不低于50％。
通过在另外如上表中的相同条件下、在较宽范围内改变出口流道72的直径φ和长度l，可以确定储存在出口流道72的流体惯性量中的能量与由压电件(PZT)所拥有的能量之间的比率，并且在图7中示出了其结果的曲线图。
在图7中，水平轴表示出口流道72的直径φ(mm)，而垂直轴表示出口流道72的长度l(mm)。在由实线所封闭的区域中，储存在出口流道72的流体惯性量中的能量与由压电件所拥有的能量之间的比率为75％或更高。在由长短交替的虚线所封闭的区域中，储存在出口流道72的流体惯性量中的能量与由压电件所拥有的能量之间的比率为50％或更高。在由链状双虚线所封闭的区域中，储存在出口流道72的流体惯性量中的能量与由压电件所拥有的能量之间的比率为25％或更高。
下面，示出了压电件64和隔膜62具有相同直径10mm的情况。并计算出了下面的值：压电件64所产生的最大力为2070N，压电件64所拥有的能量为6.22E-3J，而压电件64的柔量Cpzt为1.78E-6cm3/atm。由隔膜62位移的容积V0为4.71E-4cm3。
通过改变出口流道的直径φ和长度l，可以在等式6的基础上计算出压电件的输出能量Emax，以及可以在等式5的基础上计算出当压电件64产生输出能量Emax时的流动速度Q(T)。在下面的表中示出了它们，以及储存在出口流道72的流体惯性中的能量与压电件64所拥有的能量E的比率。
表7
    φ(mm)     L(mm)     PZT输出能量Emax(J)     Q(T)(cm3/s)     储存在惯性量中的能量/由PZT所拥有的能量
    1     50     2.99E-03     9.69E+00     48.02％
    1     40     3.34E-03     1.14E+01     53.60％
    1     30     3.78E-03     1.41E+01     60.63％
    1     20     4.35E-03     1.85E+01     69.78％
    1     10     5.12E-03     2.83E+01     82.18％
    1     4     5.73E-03     4.74E+01     91.95％
    1     2     5.96E-03     6.84E+01     95.69％
    1     1     6.09E-03     9.76E+01     97.58％
    1     0.5     6.15E-03     1.39E+02     98.33％
    1     0.1     6.21E-03     3.08E+02     96.87％
    1     0.05     6.21E-03     4.29E+02     94.23％
表8
  φ(mm)     L(mm)     PZT输出能量Emax(J)     Q(T)(cm3/s)     储存在惯性量中的能量/由PZT所拥有的能量
  0.5     50     4.90E-03     6.16E+00   77.74％
  0.5     40     5.12E-03     7.05E+00   81.31％
  0.5     30     5.35E-03     8.33E+00   85.22％
  0.5     20     5.62E-03     1.05E+01   89.53％
  0.5     10     5.90E-03     1.52E+01   94.27％
  0.5     4     6.09E-03     2.44E+01   97.28％
  0.5     2     6.15E-03     3.46E+01   98.12％
  0.5     1     6.19E-03     4.90E+01   98.13％
  0.5     0.5     6.2 0E-03     6.89E+01   97.28％
  0.5     0.1     6.22E-03     1.48E+02   89.19％
  0.5     0.05     6.22E-03     1.98E+02   80.60％
表9
  φ(mm)   L(mm)     PZT输出能量Emax(J)     Q(T)(cm3/s)  储存在惯性量中的能量/由PZT所拥有的能量
  0.1   50     6.15E-03     7.10E-01  25.77％
  0.1   40     6.17E-03     8.46E-01  29.30％
  0.1   30     6.18E-03     1.05E+00  34.03％
  0.1   20     6.19E-03     1.41E+00  40.83％
  0.1   10     6.21E-03     2.25E+00  51.89％
  0.1   4     6.21E-03     3.92E+00  62.92％
  0.1   2     6.22E-03     5.70E+00  66.52％
  0.1   1     6.22E-03     7.93E+00  64.35％
  0.1   0.5     6.22E-03     1.04E+01  55.78％
  0.1   0.1     6.22E-03     1.54E+01  24.21％
  0.1   0.05     6.22E-03     1.66E+01  14.04％
  0.1   0.01     6.22E-03     1.77E+01  3.21％
通过在另外如上表中的相同条件下、在较宽范围内改变出口流道72的直径φ和长度l，可以确定储存在出口流道72的流体惯性量中的能量与由压电件(PZT)所拥有的能量之间的比率，并且在图8中示出了其结果的曲线图。
在图8中，水平轴表示出口流道72的直径φ(mm)，而垂直轴表示出口流道72的长度l。在由实线所封闭的区域中，储存在出口流道72的流体惯性量中的能量与由压电件所拥有的能量之间的比率为50％或更高。在由长短交替的虚线所封闭的区域中，储存在出口流道72的流体惯性量中的能量与由压电件所拥有的能量之间的比率为75％或更高。在由链状双虚线所封闭的区域中，储存在出口流道72的流体惯性量中的能量与由压电件所拥有的能量之间的比率为25％或更高。
下面，示出了压电件64和隔膜62具有相同直径2mm的情况。并计算出了下面的值：压电件64所产生的最大力为82.9N，压电件64所拥有的能量为2.49E-4J，而压电件64的柔量Cpzt为7.14E-8cm3/atm。由隔膜62位移的容积V0为1.88E-5cm3。
通过改变出口流道72的直径φ和长度l，可以在等式6的基础上计算出压电件64的输出能量Emax，以及可以在等式5的基础上计算出当压电件64产生输出能量Emax时的流动速度Q(T)。在下面的表中示出了它们，以及储存在出口流道72的流体惯性中的能量与压电件64所拥有的能量E的比率。
表10
φ(mm)  L(mm)   PZT输出能量Emax(J)   Q(T)(cm3/s)   储存在惯性量中的能量/由PZT所拥有的能量
  1   50     8.90E-06     5.28E-01     3.57％
  1   40     1.10E-05     6.58E-01     4.43％
  1   30     1.45E-05     8.71E-01     5.82％
  1   20     2.11E-05     1.29E+00     8.48％
  1   10     3.89E-05     2.47E+00     15.65％
  1   4     7.88E-05     5.56E+00     31.68％
  1   2     1.20E-04     9.70E+00     48.12％
  1   1     1.62E-04     1.59E+01     64.97％
  1   0.5     1.96E-04     2.48E+01     78.75％
  1   0.1     2.36E-04     6.09E+01     94.77％
  1   0.05     2.42E-04     8.71E+01     97.14％
表11
φ(mm) L(mm)   PZT输出能量Emax(J)   Q(T)(cm3/s)   储存在惯性量中的能量/由PZT所拥有的能量
  0.5   50     3.22E-05     5.01E-01     12.84％
  0.5   40     3.89E-05     6.17E-01     15.56％
  0.5   30     4.93E-05     8.02E-01     19.75％
  0.5   20     6.73E-05     1.15E+00     26.99％
  0.5   10     1.06E-04     2.04E+00     42.53％
  0.5   4     1.62E-04     3.98E+00     64.92％
  0.5   2     1.96E-04     6.20E+00     78.71％
  0.5   1     2.19E-04     9.28E+00     88.05％
  0.5   0.5     2.33E-04     1.35E+01     93.58％
  0.5   0.1     2.46E-04     3.10E+01     98.19％
  0.5   0.05     2.47E-04     4.38E+01     98.38％
表12
 φ(mm)  L(mm)   PZT输出能量Emax(J)   Q(T)(cm3/s)   储存在惯性量中的能量/由PZT所拥有的能量
  0.1   50     1.96E-04     2.11E-01     57.03％
  0.1   40     2.05E-04     2.46E-01     61.99％
  0.1   30     2.14E-04     2.97E-01     67.72％
  0.1   20     2.25E-04     3.82E-01     74.52％
  0.1   10     2.36E-04     5.70E-01     83.06％
  0.1   4     2.44E-04     9.37E-00     89.91％
  0.1   2     2.46E-04     1.35E+00     92.83％
  0.1   1     2.47E-04     1.92E+00     94.38％
  0.1   0.5     2.48E-04     2.72E+00     94.66％
  0.5   0.1     2.49E-04     5.87E+00     88.16％
  0.1   0.05     2.49E-04     7.91E+00     79.97％
  0.1   0.01     2.49E-04     1.33E+01     45.33％
通过在另外如上表中的相同条件下、在较宽范围内改变出口流道72的直径φ和长度l，可以确定储存在出口流道72的流体惯性量中的能量与由压电件(PZT)所拥有的能量之间的比率，并且在图9中示出了其结果的曲线图。
在图9中，水平轴表示出口流道72的直径φ(mm)，而垂直轴表示出口流道72的长度l(mm)。在由实线所封闭的区域中，储存在出口流道72的流体惯性量中的能量与由压电件所拥有的能量之间的比率为75％或更高。在由长短交替的虚线所封闭的区域中，储存在出口流道72的流体惯性量中的能量与由压电件所拥有的能量之间的比率为50％或更高。在由链状双虚线所封闭的区域中，储存在出口流道72的流体惯性量中的能量与由压电件所拥有的能量之间的比率为25％或更高。
当对比出口流道72的长度和当量直径时，如果长度相对于当量直径太小时，出口流道72变成更象孔口，而不是管子。因此，流体阻力急剧地增加，导致能量消耗急剧地增加，并且使得储存在出口流道72的流体惯性量中的能量与由压电件所拥有的能量之间的比率急剧地下降。为了避免这种情况，使得出口流道72的长度不小于当量直径的1/2是可取的。如果出口流道72的横截面面积是变化的，出口流道72的长度应当不小于平均当量直径的1/2。
如下确定当量直径De：
De＝4Af/Wp
其中
Af：流道的横截面面积
Wp：截面中壁平面的长度
从上面的描述和图7、8、9中可以看出，为了使压电件所拥有的能量有效地储存在出口流道72的流体惯性量中，出口流道72的尺寸范围应当如下：直径φ应当在大约70μm和3mm之间，而流道的长度应当小于大约45mm。
术语“惯性量”和“柔量”与用在电学和声学类似领域中的术语相同。
在第一到第四实施例中的隔膜4、30和62不仅限于圆形的。同时，用于驱动隔膜的致动器也不仅限于压电件6、34和64。它们可以是只要能膨胀和收缩的任何形式。同时，止回阀10、42和68也不仅限于由流体的压力差打开和关闭的类型。它们可以是使用不同于流体的压力差来控制阀的打开和关闭的类型。
工业实用性
通过改变具有活塞或隔膜其泵腔的容积而移动工作流体的泵在入口和出口流道中都需要有止回阀，而具有流过两个止回阀的流体遭受较高压力损失的问题。同时，重复地打开和关闭的止回阀容易发生疲劳损坏。此外，止回阀的数量越大，可靠性越低。另一种常规的结构需要增加在入口流道中的流体阻力，以减少在泵的排放行程期间入口流道中的回流。因此，在泵的吸入行程期间，流体克服流体阻力而导入到泵腔中，该吸入行程远远长于排放行程，结果显著地降低了泵吸入和排放行程之间循环的频率。因此，这种结构不能实现小型化、高功效的泵。而另一种常规的泵，由于其构造为产生流过压缩组件的流体的单向净流量等于泵腔增加和减小的容积，随着流动方向的改变使压力下降，伴随着在出口侧外部压力(负荷压力)的增加其回流也增加，而导致泵在高负荷压力下操作失效。
与上述常规的泵相反，按照本发明的泵包含致动器，其移动例如活塞或隔膜的可移动壁；泵腔，其容积可以由可移动壁的位移来改变；入口流道，工作流体通过其流入到泵腔中；以及出口流道，工作流体通过其流出泵腔，其特征是，即使当泵在运行时出口流道也与泵腔恒定地相连通，入口流道的组合惯性量值小于出口流道的组合惯性量值，入口流道设置有使得当工作流体流入到泵腔时的流体阻力小于当工作流体流出时的流体阻力的流体阻力件，并安装有回流入口，其中出口流道的横截面面积至少是导出该泵泵腔的流道最窄部分横截面面积的两倍。按照本发明的泵降低了在入口流道和出口流道之间内部由止回阀而导致的压力损失，也就是在回流入口的压力损失。因此，可以获得小型化、重量轻和高功效的泵。

Claims (16)

1.一种泵，其包含：一致动器，该致动器使可移动壁移动；一泵腔，该泵腔容积由该可移动壁的位移来改变；一入口流道，工作流体通过该入口流道流入到该泵腔中；以及一出口流道，该工作流体通过该出口流道流出该泵腔，其中，即使当泵在运行时该出口流道也与该泵腔恒定地相连通，该入口流道的组合惯性量值小于该出口流道的组合惯性量值，该入口流道设置有使得当工作流体流入到该泵腔时的流体阻力小于当工作流体流出时的流体阻力的一流体阻力件，并且安装有一回流入口，其中该出口流道的横截面面积至少是导出该泵的泵腔的流道的最窄部分横截面面积的两倍。
2.如权利要求1所述的泵，其特征在于，其包含一动作阀，该动作阀经回流入口与该泵的入口流道和出口流道相连通。
3.如权利要求2所述的泵，其特征在于，其包含由形状记忆合金制成的以用于驱动该动作阀的一致动器。
4.一种泵，其包含：一致动器，该致动器使可移动壁移动；一泵腔，该泵腔容积由该可移动壁的位移来改变；一压力腔，该压力腔经一连接流道与该泵腔连通；一入口流道，工作流体通过该入口流道流入到该压力腔中；以及一出口流道，工作流体通过该出口流道流出该压力腔，
其中，该连接流道的横截面面积小于该泵腔的横截面面积，即使当泵在运行时该出口流道也与该压力腔恒定地相连通，该入口流道的组合惯性量值小于该出口流道的组合惯性量值，以及该入口流道设置有使得当工作流体流入到该压力腔时的流体阻力小于当工作流体流出时的流体阻力的一流体阻力件。
5.如权利要求4所述的泵，其特征在于，该连接流道位于紧靠该流体阻力件的下游。
6.如权利要求4所述的泵，其特征在于，该出口流道沿工作流体流出该流体阻力件的流动方向是打开的。
7.如权利要求4到6中任意一项所述的泵，其特征在于，该泵腔充满流体，并且该连接流道设置有能够变形的隔膜，其变形量等于该泵腔容积的变化量。
8.一种泵，其包含：一致动器，该致动器使可移动壁移动；一泵腔，该泵腔容积由该可移动壁的位移来改变；一入口流道，工作流体通过该入口流道流入到该压力腔中；以及一出口流道，工作流体通过该出口流道流出该压力腔，
其中，该入口流道设置有一流体阻力件，该流体阻力件使得当工作流体流入到该泵腔时的流体阻力小于当工作流体流出时的流体阻力，并且该出口流道具有这样的尺寸，即，在泵运行的一个循环期间，储存在该出口流道中的最大动能不小于由流道阻力所消耗的能量的1/3，直到最大的动能被储存。
9.如权利要求8所述的泵，其特征在于，该出口流道的惯性量由L表示，当该可移动壁从下死点向上死点移动时的位移容积由V0表示，该出口流道的流道阻力由R表示，并且当该致动器产生一个循环输出能量时在该出口流道中的流速由Q(T)表示，将满足下面的公式
1 2 LQ ( T ) 2 ≥ 1 3 ( 2 3 Q ( T ) V 0 R )
10.一种泵，其包含：一致动器，该致动器使可移动壁移动；一泵腔，该泵腔容积由该可移动壁的位移来改变；一入口流道，工作流体通过该入口流道流入到该压力腔中；以及一出口流道，工作流体通过该出口流道流出该压力腔，
其中，该入口流道设置有一流体阻力件，该流体阻力件使得当该工作流体流入到该泵腔时的流体阻力小于当该工作流体流出时的流体阻力，并且在该出口流道中的流体柔量不大于该致动器的柔量的三倍。
11.如权利要求8到10中任意一项所述的泵，其特征在于，该出口流道的长度不小于平均当量直径的1/2。
12.如权利要求8到10中任意一项所述的泵，其特征在于，该出口流道的长度为45mm或更小。
13.如权利要求8到10中任意一项所述的泵，其特征在于，该出口流道的平均值径为70μm或更大。
14.如权利要求8到10中任意一项所述的泵，其特征在于，该出口流道的平均值径为3mm或更小。
15.如权利要求8到10中任意一项所述的泵，其特征在于，该致动器是一压电件。
16.如权利要求8到10中任意一项所述的泵，其特征在于，该致动器是一超磁致收缩件。
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