CZ20093U1

CZ20093U1 - Diaphragm pump, particularly blood pump

Info

Publication number: CZ20093U1
Application number: CZ200921543U
Authority: CZ
Inventors: Pochylý@František; Kolácný@Josef; Fialová@Simona
Original assignee: Vysoké ucení technické v Brne
Priority date: 2009-08-05
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2009-09-30

Description

Membránové čerpadlo, zejména čerpadlo na krevDiaphragm pump, in particular a blood pump

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení spadá do oblasti čerpání tekutin a týká se konstrukce membránového čerpadla, zejména čerpadla na krev, používaného převážně v lékařství.The technical solution falls within the field of fluid pumping and relates to the construction of a diaphragm pump, in particular a blood pump, used predominantly in medicine.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V současné době se v lékařství používá k čerpání krve mnoho typů membránových čerpadel, u nichž je pohyb membrány zajišťován vnějším zdrojem energie, například kompresorem, kde pomocí řídicího ventiluje iniciován požadovaný rytmus pohybu membrány, zajišťující pulzní čerpání krve z komory vybavené sacím a výtlačným ventilem. Příklady konstrukcí tohoto typu čer10 pádel jsou pak popsány například ve spisech WO 00/76288, WO 01/13974, US 4,687,424, EP 880974. Nevýhodou těchto čerpadel je celková konstrukční složitost zařízení vyžadujících kompresor, řídicí ventil a řídicí procesor.Currently, many types of diaphragm pumps are used to pump blood in which the diaphragm movement is provided by an external energy source, such as a compressor, where a desired rhythm of diaphragm movement is initiated by a control valve to pulse the blood from a chamber equipped with a suction and discharge valve. Examples of constructions of this type of paddles are then described, for example, in WO 00/76288, WO 01/13974, US 4,687,424, EP 880974. A disadvantage of these pumps is the overall design complexity of devices requiring a compressor, control valve and control processor.

Jsou rovněž známa čerpadla, u nichž je pohyb membrány zajišťován mechanickým převodem z hnacího pohonu, kinematicky pomocí systému táhel spojených přímo s membránou, a v případě, že je membrána zmagnetizována, může docházet k jejímu pohybu i účinkem magnetického pole. Příklady těchto konstrukcí jsou známa například ze spisů EP 531856, US 5,380,267, RU 2061503, CZ 280010 nebo CZ 276233, Ve spise WO 00/03754 je pohyb membrány zajišťován pomocí složitého servomechanizmu a ve spise JP 2006000631 je pro pohyb membrány využíván kývavý pohyb desky. Společnou nevýhodou těchto řešení je složité zajišťování převodů z hnacích mechanizmů a poměrně malá životnost membrány, neboť v místě jejího styku s úchytem pohonů dochází ke koncentraci napětí materiálu, které má za následek poruchu membrány pracující s vysokým cyklickým zatížením.Also known are pumps in which the movement of the diaphragm is ensured by mechanical transmission from the propulsion drive, kinematically by means of a linkage system directly connected to the diaphragm, and if the diaphragm is magnetized, it can also be moved by magnetic fields. Examples of such constructions are known, for example, from EP 531856, US 5,380,267, RU 2061503, CZ 280010 or CZ 276233. In WO 00/03754, the movement of the membrane is ensured by a complex servomechanism and JP 2006000631 uses the rocking movement of the plate. A common disadvantage of these solutions is the complex provision of gears from the drive mechanisms and the relatively low lifetime of the diaphragm, since at the point of its contact with the drive mount there is a concentration of material stress which results in failure of the diaphragm operating at high cyclic load.

Snahou navrhované konstrukce je představit takové provedení membránového čerpadla, které by minimalizovalo uvedené nevýhody, bylo konstrukčně poměrně jednoduché a zajišťovalo dlouho25 dobou provozní spolehlivost bez nutnosti časté kontroly a údržby.The aim of the proposed design is to present a diaphragm pump design which minimizes these disadvantages, is relatively simple in construction and ensures long-term operational reliability without the need for frequent inspection and maintenance.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Stanoveného cíle je prakticky dosaženo řešením, kterým je membránové čerpadlo, zejména čerpadlo na krev, tvořené tělesem, upraveným pro propojení se zdrojem přečerpávané tekutiny, a vybavené standardními ovládacími, řídicími, kontrolními a těsnicími prvky a členy, jehož pod30 stata spočívá v tom, že v tělese je zabudován lineární motor s jednočinným nebo dvojčinným pístem a že vnitřní prostor tělesa je opatřen alespoň jednou pracovní membránou, která vytváří v tělese pracovní komoru přilehlou lineárnímu motoru a jednu či dvě prepouštěcí komory opatřené sacím ventilem a výtlačným ventilem, přičemž pracovní komora je propojena těsnicí spárou s pracovním prostorem lineárního motoru.The objective is practically achieved by means of a diaphragm pump, in particular a blood pump, comprising a body adapted to be connected to a source of the pumped liquid and equipped with standard controls, controls, controls and sealing elements and members, the principle of which is a single-acting or double-acting piston linear motor is incorporated in the body and that the interior of the body is provided with at least one working diaphragm that forms a working chamber adjacent the linear motor in the body and one or two leakage chambers sealing joint with working space of linear motor.

Ve výhodném provedení je pracovní komora je naplněna pracovní tekutinou tvořenou nízkoviskózní kapalinou nebo plynem a pracovní prostor u lineárního motoru s jednočinným pístem je propojen s plynovým akumulátorem, který je vybaven regulační membránou, rozdělující jeho vnitřní prostor na plynovou komoru a zásobní komoru.In a preferred embodiment, the working chamber is filled with a working fluid of low-viscosity liquid or gas and the working space of a linear acting single piston engine is connected to a gas accumulator equipped with a control diaphragm dividing its interior into a gas chamber and a storage chamber.

Dále je výhodné, když u lineárního motoru s dvojčinným pístem jsou pracovní membrány ve vnitřním prostoru tělesa umístěny symetricky po obou jeho stranách a vytvářejí symetricky rozdělenou jednu pracovní komoru a dvě bočně zrcadlově umístěné prepouštěcí komory.Furthermore, it is advantageous if, in a linear double-acting piston engine, the working diaphragms are arranged symmetrically on both sides of the housing interior and form a symmetrically divided one working chamber and two laterally mirrored discharge chambers.

Konečně je výhodné, když je pracovní membrána tvořena vlnovcem.Finally, it is preferred that the working membrane is formed by a bellows.

Čerpadlo podle technického řešení je konstrukčně jednoduché, a tím výrobně méně náročné, což má vliv i na náklady na jeho pořízení. Základní výhodou řešení je, že vlastní pohonný člen, tedy lineární motor, je nedílnou součástí konstrukce, takže není nutno řešit složité převodové mechanizmy.The pump according to the technical solution is simple in construction and thus less demanding in terms of production, which also affects its cost. The basic advantage of the solution is that the actual drive member, ie linear motor, is an integral part of the design, so that there is no need to solve complex transmission mechanisms.

-1 CZ 20093 Ul-1 CZ 20093 Ul

Přehled obrázků na výkreseOverview of the drawings

Konkrétní příklady provedení technického řešení jsou schematicky znázorněny na připojeném výkrese, kde:Specific embodiments of the invention are schematically illustrated in the attached drawing, where:

obr. 1 je schéma základního provedení jednočinného membránového čerpadla, s obr. 2 je schéma alternativního provedení dvojčinného membránového čerpadla, a obr. 3 je schéma dvojčinného čerpadla, kde je membrána tvořena vlnovcem.Fig. 1 is a schematic diagram of a basic embodiment of a single-acting diaphragm pump; Fig. 2 is a diagram of an alternative embodiment of a double-acting diaphragm pump; and Fig. 3 is a diagram of a double-acting diaphragm pump where the diaphragm is formed by a bellows.

Příklady provedení technického řešeníExamples of technical solution

Čerpadlo je v základním provedení podle obr. 1 tvořeno tělesem I, v němž je zabudován lineární motor 2 s jednoČinným pístem 21 a pracovní membrána 3, která rozděluje vnitřní prostor tělesa 1 io na pracovní komoru 4 a přepouštěcí komoru 5. Pracovní komora 4 je naplněna pracovní tekutinou, například nízkoviskózní kapalinou nebo plynem, a je těsnicí spárou 22 propojena s pracovním prostorem 23 lineárního motoru 2 vytvořeným před čelem pístu 21, který je touto pracovní tekutinou zatopen. Pracovní prostor 23 je propojen s plynovým akumulátorem 7, který je vybaven regulační membránou 71, rozdělující jeho vnitřní prostor na plynovou komoru 72 a zásobní komoru 73. Přepouštěcí komora 5 je naplněna přečerpávanou tekutinou, například krví, a je vybavena sacím ventilem 51 a výtlačným ventilem 52 napojenými na neznázoměné sací a výtlačné potrubí. Čerpadlo je pak vybaveno standardními ovládacími, řídicími, kontrolními a těsnicími prvky a členy běžného provedení, které nemají vliv na podstatu řešení, a proto nejsou znázorňovány a popisovány. Vnitřní povrchy komor 4, 5 tělesa fy lineárního motoru 2 a plynového aku20 mulátoru 7 jsou za účelem minimalizace hydraulických ztrát opatřeny nesmáčívým nátěrem. Vzhledem ke skutečnosti, že při činnosti čerpadla dochází k zahřívání pracovní kapaliny, je nutno zajistit její chlazení neznázoměným vnějším chlazením nebo jednoduchým výměníkem tepla, popřípadě propojením pracovní komory 4 a přepouštěcí komory 5 chladicími členy 6 realizovanými ve formě chladicích žeber nebo tepelnými trubicemi.In the basic embodiment of FIG. 1, the pump consists of a housing 1, in which a linear motor 2 with a single piston 21 and a working diaphragm 3, which divide the inner space of the housing 1 into a working chamber 4 and a transfer chamber 5, are installed. a working fluid, for example a low-viscosity fluid or gas, and is connected through a sealing gap 22 to a working space 23 of a linear motor 2 formed in front of a piston 21 which is flooded with the working fluid. The working space 23 is connected to a gas accumulator 7, which is equipped with a control membrane 71, dividing its interior into a gas chamber 72 and a storage chamber 73. The transfer chamber 5 is filled with pumped liquid, for example blood, and is equipped with a suction valve 51 and discharge valve 52 connected to an intake and discharge line (not shown). The pump is then equipped with standard control, control, monitoring and sealing elements and standard design elements that do not affect the nature of the solution and are therefore not illustrated and described. The inner surfaces of the chambers 4, 5 of the housing of the linear motor 2 and the gas accumulator 20 of the mulcher 7 are provided with a non-wettable coating to minimize hydraulic losses. Due to the fact that during operation of the pump the working liquid is heated, it is necessary to ensure its cooling by external cooling or simple heat exchanger, or by interconnection of the working chamber 4 and the transfer chamber 5 by cooling elements 6 in the form of cooling fins or heat pipes.

Při činnosti čerpadla dochází pří pohybu pístu 21 směrem k pracovní membráně 3 k pohybu pracovní tekutiny ve stejném směru, přičemž její malá část proteče těsnicí spárou 22 před píst 2JL Pohybem pracovní membrány 3 dochází k výtoku přečerpávané tekutiny z přepouštěcí komory 5 přes otevřený výtlačný ventil 52 do výtlačného potrubí. Pracovní tekutina je přitom nasávána z plynového akumulátoru 7 před píst 21 lineárního motoru 2. Při vratném pohybu pístu 21 směrem od pracovní membrány 3 dochází k nasávání přečerpávané tekutiny sacím ventilem 51 do přepouštěcí komory 5 a současně dochází k vytlačování pracovní tekutiny z pracovního prostou 23 lineárního motoru 2 do plynového akumulátoru 7.During operation of the pump, as the piston 21 moves towards the working diaphragm 3, the working fluid moves in the same direction, a small part of which flows through the sealing gap 22 in front of the piston 21. The working fluid 3 is discharged from the transfer chamber 5 through the discharge valve 52 into the discharge pipe. The working fluid is sucked from the gas accumulator 7 in front of the piston 21 of the linear motor 2. Upon reciprocating movement of the piston 21 away from the working diaphragm 3, the pumped liquid is sucked through the suction valve 51 into the transfer chamber 5. motor 2 to the gas accumulator 7.

Vzhledem ke skutečnosti, že princip funkce lineárního motoru 2 je založen na harmonickém pohybu pístu 21, je možno celý systém čerpadla naladit volbou vhodných parametrů funkčních a ovládacích členů do rezonance, přičemž hmotnost soustavy je tvořena jak pístem 21, tak pracovní tekutinou i přečerpávanou tekutinou a stlačený plyn v plynové komoře 72 představuje statickou tuhost soustavy.Due to the fact that the principle of operation of the linear motor 2 is based on the harmonic movement of the piston 21, the entire pump system can be tuned to resonance by selecting the appropriate parameters of the functional and control elements, the mass of the system being both piston 21 and working fluid and pumped fluid. the compressed gas in the gas chamber 72 represents the static rigidity of the system.

V alternativním provedení čerpadla podle obr. 2 je v jeho tělese 1 zabudován lineární motor 2 s dvojčinným pístem 21 ve střední části a po obou jeho stranách jsou symetricky umístěny pracov40 ní membrány 3, vytvářející symetricky rozdělenou jedinou pracovní komoru 4 a dvě bočně zrcadlově umístěné přepouštěcí komory 5. Při pohybu pístu 21 k jedné z pracovních membrán 3 dochází k vytlačování přečerpávané tekutiny z přilehlé části přepouštěcí komory 5 a nasávání přečerpávané tekutiny do protilehlé části přepouštěcí komory 5. Při vratném pohybu pístu 21 se činnost zrcadlově opakuje.In an alternative embodiment of the pump according to FIG. 2, a linear motor 2 with a double-acting piston 21 in the central part is mounted in its housing 1 and on both sides there are symmetrically arranged working diaphragms 3 forming a symmetrically divided single working chamber 4 and two laterally mirror When the piston 21 moves to one of the working membranes 3, the pumped liquid is displaced from the adjacent part of the transfer chamber 5 and the pumped liquid is sucked into the opposite part of the transfer chamber 5. Upon reciprocating movement of the piston 21, the operation is mirrored.

Podle požadovaného vyššího tlaku přečerpávané tekutiny je možno pracovní membránu 3 nahradit vlnovcem, jak je znázorněno pro čerpadlo s dvojčinným pístem 21 na obr. 3.Depending on the desired higher pressure of the pumped liquid, the working diaphragm 3 can be replaced by a bellows as shown for the double-acting piston pump 21 in Fig. 3.

CZ 20093 UlCZ 20093 Ul

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Membránové čerpadlo s lineárním motorem podle technického řešení je vhodné pro použití zejména v lékařství pro čerpání krve. Není to však jediný možný obor využití, ale najde uplatnění rovněž v dalších hydraulických systémech.The diaphragm pump with linear motor according to the invention is suitable for use especially in medicine for blood drawing. However, this is not the only possible field of application, but will also find application in other hydraulic systems.

Claims

. 5 Claims for protection

A diaphragm pump, in particular a blood pump, comprising a housing (1) adapted to be connected to a source of a pumped liquid and having standard actuating, controlling, checking and sealing elements and members, characterized in that it is incorporated in the housing (1) a linear motor (2) with a single-acting or double-acting piston (21) and that the inner space of the body (1) is provided with at least one working diaphragm (3) forming a working chamber (4) adjacent to the linear motor (2) and one or two transfer chambers (5) provided with a suction valve (51) and a discharge valve (52), the working chamber (4) being connected by a sealing gap (22) to the working space (23) of the linear motor (2).

Diaphragm pump according to claim 1, characterized in that the working chamber

15 (4) is filled with a working fluid consisting of a low viscous liquid or gas.

Diaphragm pump according to claims 1 and 2, characterized in that the working space (23) of the linear motor (2) with a single-acting piston (21) is connected to a gas accumulator (7) equipped with a control diaphragm (71), dividing its interior into a gas chamber (72) and a storage chamber (73).

2o

Diaphragm pump according to claims 1 and 2, characterized in that in a linear motor (2) with a double-acting piston (21), the working diaphragms (3) are arranged symmetrically on both sides of the housing (1) and form a symmetrically divided one working chamber. (4) and two side-by-side transfer chambers (5).

A diaphragm pump according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:

The working diaphragm (3) is formed by a bellows.