CN1981132A - 带有刚性膜片的流体环流器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了包含可激励刚性膜片(1)的流体环流器，所述流体环流器具有至少一个小孔(2)，和优选地一流体集流管(6)，其可与上层盘(4)或下层盘(5)相连或不相连。本发明还涉及一膜片，其适用于流体环流器，适于包含流体环流器的泵、推动装置、航海机械的工作，以及所述流体环流器作为泵或混合器的其他用途。

Description

带有刚性膜片的流体环流器

技术领域

【0001】本发明涉及一种使用刚性膜片的新型流体环流器，一种用于操作这种环流器的方法，以及一个包含这种换流器的泵。本发明还涉及在多个领域中使用这种换流器，尤其是在生物医学、汽车、食品加工、建筑与公共建设工程、石油化工、精细化学的应用中。根据本发明的流体环流器还可应用于水上建设中。

背景技术

【0002】许多种类的流体环流器，特别是带有膜片的泵在现有技术中已被公知。例如，WO 02/09772描述了一种流体压缩泵，在泵的头部带有柔性的金属膜片，其连接一个刚性压缩室。柔性膜片在由线形发动机驱动的活塞推动下前后振动。发动机的驱动频率被设置为等于或接近于泵的运动部件、机械弹簧及被压缩流体的机械谐振。所述装置还包括配备有吸气阀门的低压流体入口孔和高压流体出口孔。

【0003】EP 1369584描述了膜片泵，其中所述膜片是柔性的，其在压力辊(rouleaux de compression)的作用下发生如下的变形：该空间被连续开合，从而当膜片与周边区域之间的空间充满流体时实现泵送动作。

【0004】最后，EP 880650描述了流体环流器，其包含泵体，泵体具有刚性壁，在刚性壁之间放置有一可变形膜片，该可变形膜片可具有周边穿孔和中心小孔。泵体是这样构造的：其使所述刚性壁的间距从入口小孔直到传递小孔逐渐减小，并且连接最长壁的膜片在其一端被如下激励：产生一列波，接着在波沿着膜片运动的过程中对波进行强制阻尼。

【0005】La Demanderesse对于专利文献EP 880650的教导特别感兴趣，并设计出了相应于该专利文献的泵。在La Demanderesse的实验条件下，泵的工作与La Demanderesse寻求的液压性能不匹配。

【0006】然后，La Demanderesse就泵的工作发展出了新颖的理论：根据他的观察，根据专利文献EP 880650产生的泵的工作既不是由于柔性膜片的变形，也不是由于波从柔性膜片的一端运行到另一端，而是由于致动器施加在膜片上的力。

发明内容

【0007】然后，La Demanderesse将对制造可变形的膜片的材料发生了兴趣，并惊奇地确定当以带有小孔的刚性膜片代替了柔性膜片时，被操作的泵具有较好的输出。

【0008】La Demanderesse对这一现象的解释是：泵的工作是由膜片一侧和另一侧的流体压力差所造成的，并进而是由膜片一侧和另一侧的增压和减压现象所造成的。这是一种创新性的概念，并且本发明推出了一种至少与现有技术的环流器具有同等性能的流体环流器，其使用某种方法产生流体的压力差。所述方法优选地是至少一个穿孔的刚性膜片，其可通过任何方式来激励，尤其是通过致动器来激励。

【0009】有优势地，所述流体环流器包括至少一个盘，其位于膜片附近，并且即使当所述膜片被激励时仍保持与膜片不接触。

【0010】有优势地，本发明的环流器包含两个盘，每一个盘位于所述膜片的一侧。每个盘可固定到泵环流器的壁。盘的大小优选地差不多等于或大于膜片的大小。当环流器工作时，所述流体根据膜片的移动而交替地减压和增压。

【0011】在本发明的含义内，盘应当被理解为优选可移动的固定刚性支撑物，其允许流体被限制在有所述盘和所述膜片确定的空间内。盘的刚性优选地大于或等于膜片的刚性。

【0012】根据本发明的一个特定实施方式，流体环流器包括多个膜片，它们之间可能通过定位片(entretoise)连接。定位片被理解为任何位于两个零件之间(尤其是两膜片之间的)的连接构件，既能够增加抗拉强度和硬度，又而可以保持它们之间恒定的间距。每个膜片由一种或多种材料制成。

【0013】根据另一个实施方式，根据本发明的流体环流器可配备有液压回路，其用于流体的进和/或流体的出。

【0014】根据本发明的一个优选实施方式，流体环流器包括至少一个集流管，其位于所述膜片的开口附近。本发明的集流管可被理解为：任何能回收通过膜片运动而被移动的流体。根据本发明的优选实施方式，开口的大小是小于或等于集流管的大小的，并且优选地略小于集流管的大小。

【0015】根据本发明的优选实施方式，流体应该是不可压缩流体。

【0016】根据本发明的优选实施方式，根据本发明的流体环流器是可浸没的。

【0017】根据本发明的流体环流器的优势在于：可根据所需的应用来调整尺寸。它可以是很小的尺寸，也可以是工业标准尺寸。

【0018】根据本发明的流体环流器具有非常广泛的用途，特别是作为泵或混合器或还可作为推动装置。

【0019】在本发明含义范围内的流体应被理解为任何这样的物质：其可在切向应力作用下连续变形(尽管不大)，具体来说是液体、气体、粉末(poudres)及糊状物或悬浮液。本发明的环流器中所使用的流体可能是可压缩的或不可压缩的；但优选是不可压缩的。根据本发明的优选实施方式，流体为粘性的、带电的和/或腐蚀性的。

【0020】本发明的另一个目的是刚性膜片，其适于流体环流器的工作，并具有至少一个开口，此膜片能够被激励，特别是在致动器方式的作用下被激励。与现有技术的柔性膜片相比，根据本发明的刚性膜片具有额外的优势，其老化慢，延长了膜片的使用时间，限制了更换次数。根据本发明的刚性膜片的另一优点是制造简单，成本低，并且根据所考虑的用途具有更广阔的材料的选择。

【0021】在本发明含义范围内的刚性膜片应被理解为具有双面的结构，一面是上层而另一面是下层。所述结构所具有的物理刚性独立于其化学结构。根据本发明的优选实施方式，所述刚性膜片由一个或多个几乎平坦结构构成，其中至少有一个不能手工弯曲。

【0022】根据本发明的优选实施方式，所述膜片的杨氏模量应大于60000MPa，优选地大于120000MPa，更优选地大于800000MPa。

【0023】根据本发明的另一个优选实施方式，所述膜片在致动器产生的力下几乎不变形。

【0024】有优势地，所述膜片是金属或聚合树脂，具体说是聚乙烯、聚丙烯或共聚物，或是碳纤维，或是包括多种材料，混合的、并置的(juxtaposés)或合成的。所有这些材料的物理特性使其能够获得膜片的刚性，允许对膜片施加激励时只发生少许形变，所述物理特性优选不改变。所述材料适于制造部分或全部根据本发明的膜片。

【0025】膜片可以通过铸造、模压，或通过任何适于其构成材料的任何制造方式来制造。

【0026】根据本发明的特定实施方式，膜片被处理制造，并且在制造的同时或之后要进行表面处理。

【0027】根据本发明的特定实施方式，膜片可包含由第一材料制成的膜片体以及由另一种材料制成的表层。

【0028】根据本发明的另一个实施方式，膜片可以由多种材料构成，具体来说位于开口周围的第一材料和位于膜片周边的第二材料。

【0029】根据本发明的特定实施方式，通过一种或多种材料制造或覆盖，所述材料可植入动物体(包括人体)内；有优势地，所述膜片全部或部分地由钛或钛合金制成。

【0030】根据本发明的另一个特定实施方式，所述膜片通过一种或多种材料制造或覆盖，所述材料适于腐蚀性流体处理。

【0031】La Demanderesse注意到膜片的形状对于其被激励时不发生(或少许)变形的能力有重要的影响。根据本发明的膜片可以根据应用的不同制造成相应的形状，具体来说是圆形、卵形、矩形、正方形、平面、管状、锥形、反锥形或椭圆形的形状。

【0032】所述膜片的质量或密度对于其被激励时不发生变形的能力有重要的影响。由此，膜片的质量、密度、形状及厚度需要被调节，以适于包含上述膜片的流体环流器的应用。

【0033】根据本发明的穿孔刚性膜片具有至少一个小孔。根据本发明的特定实施方式，本发明的膜片上具有一个中心小孔。根据本发明的另一个特定实施方式，膜片具有至少一个非中心小孔，或一个中心小孔和至少一个位于膜片任何位置的小孔，例如膜片周边。

【0034】根据本发明的特定实施方式，膜片还可以是这样的：所述膜片的上表面和/或下表面，所述小孔沿所述小孔全部或部分周边装配有凸起。

【0035】根据本发明的刚性膜片连接着任何适于其激励的装置。根据本发明以及由于膜片是刚性的事实，无需在特定点或指定点对膜片施加激励，尤其是没有必要只对其一端施加激励；根据本发明的优选事实方式，施加到膜片的激励对膜片整体上产生作用。有优势地，膜片的整个表面被均匀激励。

【0036】根据本发明的优选实施方式，膜片通过致动器而被致动，所述致动器产生的是直线运动，成频率与振幅变化的正弦或其他运动。根据本发明的实施方式，振幅在0.1到30毫米之间，优选地在0.5到15毫米之间，更优选地在1到5毫米之间；频率在5到5000赫兹之间，优选地在10到100赫兹之间，更优选地在20至50赫兹之间。激励力优选是周期性的激励力。膜片激励的作用是使膜片在选定的频率下振动。

【0037】在膜片通过致动器来设定运动的实施方式下，致动器本身通过例如电机或电磁发动机的某种能量源来启动。根据本发明的实施方式，致动器是连接发动机的一种机械装置，其能够将发动机的旋转运动转化成直线运动，并以任何适当方式传递给膜片。

【0038】根据本发明的另一实施方式，致动器是磁性的或电磁的。根据本发明的一个变形，只通过电磁方式来连接膜片与致动器。在该实施方式中，膜片可置于由两个磁铁或电磁铁产生的磁场之中，这两块磁铁或电磁铁每个位于所述膜片的每一侧，产生足够的磁场以使膜片保持在所需位置及使其运动和/或引起其振动。

【0039】根据本发明的再一实施方式，膜片与致动器之间的连接是机械和磁性的或是电磁的。

【0040】根据本发明，刚性膜片既不是朝向其中心的一列同心振动，也不是从其一端向其另一端的一列振动。

【0041】本发明的另一个目的是提供一种包含这种流体环流器的泵。根据本发明的泵具有额外的优势，其无需泵体类型的接收器(récipient)以容纳流体环流器：所述泵可以通过任何方式保持在流体回流需要的位置处。根据该发明的泵无需特殊形状。

【0042】有优势地，根据本发明的泵包含一个液压回路，所述液压回路包括1)一个流体入口装置，2)根据本发明的流体环流器，所述流体环流器可能位于泵体中，界定了在其中流量进入或增加的空间，3)流体出口装置。

【0043】有优势地，所述流体出口装置包括至少一个流体集流管，其可能连接到一个盘，并位于膜片的至少一个小孔的对面或附近。

【0044】本发明的泵的另一优势在于：其可无阀门工作。但是，如果对于某些用途需要阀门，根据本发明的泵也可以带阀门同样工作。

【0045】本发明的另一个目的在于提供一种流体推动装置。根据本发明的优选实施方式，本发明的装置用于推动航海或水上机械，优选地推动喷射滑雪板(jet ski)。

【0046】本发明的另一个目的是使用根据本发明的流体环流器或膜片泵，用于医学或生物医学应用中。在此领域中，发明的刚性膜片与现有技术中的装置相比具有额外的优点：具体来说，它能够避免柔性膜片在生物医学应用上很少被允许的不足；它有更宽的可能材料的选择；以及它能够避免在医疗机构所存在的由于柔性零件运动或维持长期运动所缺乏的可靠性和耐久性的不足。最后，由于膜片是刚性的而非柔性的，因此医学应用所必须的设备表面处理得以简化。

【0047】本发明的另一个目的是用于操作流体环流器的方法。在此方法中，配备有至少一个小孔的刚性膜片浸没在流体中，并以这样的方式被致动：其在穿过膜片的流体中产生压力差。这样，使用这样的膜片以在流体内部产生压力的变化或差异。

【0048】根据本发明的特定实施方式，位于水平平面的膜片沿着竖直平面发生位移，该竖直平面优选地与膜片的水平面垂直。

【0049】根据优选实施方式，在激励作用下膜片的运动是一种这样的运动，即无论运动的性质如何，都允许膜片从一个低位运动到高位，反之亦然。根据本发明的特定实施方式，所述运动可描述为圆形轨迹。

附图说明

【0050】本发明将通过阅读下文的描述而更好地被理解，下文的描述给出了非限定性的图解说明并结合图1-3来阅读。

【0051】图1a是根据本发明的穿孔膜片或隔膜(membrane)的正视图。

【0052】图1b是根据本发明的椭圆形膜片的剖视图。

【0053】图2a、2b、2c是根据本发明的流体环流器的剖面图，所述流体环流器由一个圆形膜片、与集流管(collecteur)在一起的上层盘，以及底层盘组成。

【0054】图3描述了本发明的、与上层盘和底层盘在一起的膜片透视图。

具体实施方式

【0055】图1a描绘的特定实施方式涉及一直径134毫米，厚度3毫米的铝制圆形膜片1，在其中心穿有一直径为20毫米的小孔。

【0056】形成于膜片上的小孔2不一定是圆形的。它的大小依赖于膜片的尺寸。

【0057】在图2a的本发明特定实施方式中，膜片位于容器或泵体3中，并位于两个盘4、5之间的水平面中。盘4包含集流管6。根据本发明的流体环流器6还包括致动器7，应当理解可通过任何适当的方式促使膜片1的运动，特别是电的、机电的或磁的方式。根据本发明的优选实施方式，致动器7由电机致动，并将旋转运动转化为在竖直平面内的往返运动，其被施加给被连接到膜片1或支撑着膜片1的夹具(étrier)8。通过流体的入口装置9容器，容器被流体充满。

【0058】根据本发明的一个特定实施例，流体环流器浸没在流体中。有优势地，包含有流体的容器3的边缘并不邻接膜片的周边，并优选地与膜片1保持很大距离。盘4、5可以或也可以不固定到容器的边缘。根据图2a的实施方式，当膜片1被激励时其在竖直平面中振动。

【0059】本发明含义中的膜片振动被理解为：膜片位置随着时间的变化，所述位置的振动在某中间位置上下交替。膜片1朝着上层盘4的第一移动使膜片一端、并处于膜片1与上层盘4之间的流体压缩，并在膜片另一端压力产生低压。因此，此移动的效果就是使穿过膜片1的那部分流体产生压力差。

【0060】压力的变化导致流体穿过膜片的小孔2，而从高压区朝向低压区流动，并还朝向接近膜片周边较少范围。当其穿过膜层的小孔2时，尤其是小孔2是中心小孔时，可能经过类似文氏管效应(effetventuri)的作用，流体的速度增加。

【0061】调整上层盘4与下层盘5各自的位置以及它们与膜片1之间的间距，以优化获得的流量。根据本发明的优选实施方式，所获得的流体流动由至少一个集流管6部分地或全部地回收。所述集流管6可能固连到面向或接近膜片的一个或多个小孔2的盘。

【0062】在图2b中，环流器不具有容器。盘4和5通过适当方式彼此联结，并以装置4’环绕膜片1。流体入口9形成于在装置4’上。通过集流管6(一个或多个)在装置4’上形成流体出口，其面向或接近膜片的一个或多个小孔2。膜片1仍然通过由致动器7致动的夹具8支撑。

【0063】在图2c中，环流器通过电磁方式来致动，其包括固连或插入到膜片1中的线圈10及磁铁11，其优选位于膜片1的周边。在本发明的另一实施方式中，线圈位于膜片1上，以及磁铁(一个或多个)在附近并与线圈不接触。

【0064】图3描述了位于上层盘(4)和下层盘(5)之间的、根据本发明的圆形膜片(1)的透视图。该膜片由任何方式来致动并所述两盘之间振动。在该实施方式中，上层盘(5)和流体集流管(6)连接在一起。

Claims (24)

1、流体环流器，其包括：至少一个可激励的刚性膜片(1)，所述刚性膜片(1)包含至少一个小孔(2)。

2、根据权利要求1所述的流体环流器，其特征在于所述膜片(1)包括一中心小孔(2)。

3、根据权利要求1或2任何一个所述的流体环流器，其特征在于所述膜片(1)包括至少一个非中心小孔(2)。

4、根据权利要求1至3任何一个所述的流体环流器，其特征在于所述膜片(1)通过一种或多种材料制造或覆盖，所述材料可植入动物体内，优选地是钛。

5、根据权利要求1至3任何一个所述的流体环流器，其特征在于所述膜片(1)通过一种或多种材料制造或覆盖，所述材料适于腐蚀性流体处理，优选地是不锈钢。

6、根据权利要求1至5任何一个所述的流体环流器，其特征在于所述流体环流器包含多个膜片(1)，彼此间可能通过定位片连接。

7、根据权利要求1至6任何一个所述的流体环流器，进一步包括：至少一个盘(4、5)，其位于所述膜片附近并且即使所述膜片(1)被激励时也不与所述膜片(1)接触。

8、根据权利要求7所述的流体环流器，其特征在于包括：两个盘(4、5)，位于穿孔刚性膜片的两侧，所述两个膜片(4、5)彼此间可以连接也可以不相连。

9、根据权利要求1至8任何一个所述的流体环流器，其特征在于进一步包括：至少一条液压回路，用于流体的流入和/或流出。

10、根据权利要求1至9任何一个所述的流体环流器，其特征在于进一步包括：至少一个集流管(6)，其位于所述膜片(1)的小孔(2)附近。

11、根据权利要求1至10任何一个所述的流体环流器，其特征在于所述流体是不可压缩的。

12、根据权利要求1至11任何一个所述的流体环流器，其特征在于进一步包括：由优选是电机或电磁发动机的能量源所驱动的致动器(7)，所述致动器(7)使所述膜片(1)运动。

13、根据权利要求1至12任何一个所述的流体环流器，其特征在于所述流体环流器是可浸没的。

14、根据权利要求1至13任何一个所述的流体环流器，其特征在于所述小孔(2)的大小小于或等于所述集流管(6)的大小。

15、根据权利要求1至14任何一个所述的流体环流器，其特征在于在所述膜片的上表面和/或下表面，所述小孔(2)沿所述小孔全部或部分周边装配有凸起。

16、适于权利要求1至15任何一个所述的流体环流器工作的膜片。

17、泵，其包含：液压回路，其配备有至少一个流体入口小孔、至少一个根据权利要求1至15任何一个的流体环流器，所述流体环流器位于泵体中，其界定了在其中流量进入或增加的空间，以及流体出口装置，所述流体出口装置配备有至少一个所述流体的集流管(6)。

18、根据权利要求17所述的泵，其特征在于在所述膜片(1)与所述泵体(3)的外部周边之间形成有空间。

19、根据权利要求17或18任何一个所述的泵，其特征在于所述泵不包含阀门。

20、医疗器械，其特征在于所述医疗器械包含根据权利要求1至15任何之一的流体环流器。

21、流体推动装置，其特征在于所述流体推动装置包含根据权利要求1至15任何之一的流体环流器。

22、航海或水上机械，其特征在于所述航海或水上机械包含根据权利要求21的推动装置。

23、使用根据权利要求1到15的任何之一所述的流体环流器，用于生物的、腐蚀性的、粘性的和/或带电的流体回流。

24、使用根据权利要求1到15的任何之一所述的流体环流器，作为泵或作为混合器。

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