CZ2009523A3 - Membránové cerpadlo, zejména cerpadlo na krev - Google Patents

Abstract

Membránové cerpadlo je tvorené telesem (1), upraveným pro propojení se zdrojem precerpávané tekutiny, a vybavené standardními ovládacími, rídícími, kontrolními a tesnícími prvky a cleny. V telese (1) je zabudován lineární motor (2) s jednocinným nebo dvojcinným pístem (21) a vnitrní prostor telesa (1) je opatren alespon jednou pracovní membránou (3), která vytvárí v telese (1) pracovní komoru (4) prilehlou lineárnímu motoru (2) a jednu ci dve prepouštecí komory (5) opatrené sacím ventilem (51) a výtlacným ventilem (52). Pracovní komora (4) je propojena tesnící spárou (22) s pracovním prostorem (23) lineárního motoru (2).

Description

Membránové čerpadlo, zejména čerpadlo na krev

Oblast techniky

Vynález spadá do oblasti čerpání tekutin a týká se konstrukce membránového čerpadla, zejména čerpadla na krev, používaného převážně v lékařství.

Dosavadní stav techniky

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 pomoci řídícího ventilu je iniciován požadovaný rytmus pohybu membrány, zajišťující pulzní čerpání krve z komory vybavené sacím a výtlačným ventilem. Příklady konstrukcí tohoto typu čerpadel 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, řídící ventil a řídící procesor.

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.

Snahou navrhované konstrukce je představit takové provedení membránového čerpadla, které by minimalizovalo uvedené nevýhody, bylo konstrukčně poměrně jednoduché a zajišťovalo dlouhodobou provozní spolehlivost bez nutnosti časté kontroly a údržby.

-2 Podstata vynálezu

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, řídícími, kontrolními a těsnícími prvky a členy, jehož podstata 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 přepouštěcí komory opatřené sacím ventilem a výtlačným ventilem, přičemž pracovní komora je propojena těsnící spárou s pracovním prostorem lineárního motoru.

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.

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 přepouštěcí komory.

Konečně je výhodné, když je pracovní membrána tvořena vlnovcem.

Čerpadlo podle vynálezu 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.

- 3Popis obrázků na připojených výkresech

Konkrétní příklady provedení vynálezu jsou schématicky znázorněny na připojených výkresech, kde obr.1 je schéma základního provedení jednočinného membránového čerpadla, obr.2 je schéma alternativního provedení dvojčinného membránového čerpadla a obr.3 je schéma dvojčinného čerpadla, kde je membrána tvořena vlnovcem.

Příklady provedení vynálezu

Čerpadlo je v základním provedení podle obr.1 tvořeno tělesem 1, v němž je zabudován lineární motor 2 s jednočinným pístem 21 a pracovní membrána 3, která rozděluje vnitrní prostor tělesa 1 na pracovní komoru 4 a přepouštěcí komoru 5. Pracovní komora 4 je naplněna pracovní tekutinou, například nízkoviskózní kapalinou nebo plynem, a je těsnící 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 neznázorněné sací a výtlačné potrubí. Čerpadlo je pak vybaveno standardními ovládacími, řídícími, kontrolními a těsnícími prvky a členy běžného provedení, které nemají vliv na podstatu řešení, a proto nejsou znázorňovány a popisovány. Vnitřní povrchy komor 4, 5 tělesa 1, lineárního motoru 2 a plynového akumulátoru 7 jsou za účelem minimalizace hydraulických ztrát opatřeny nesmáčivým 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 chladícími členy 6. realizovanými ve formě chladících žeber nebo tepelnými trubicemi.

-4Při činnosti čerpadla dochází při pohybu pístu 21 směrem k pracovní membráně 3 k pohybu pracovní tekutiny ve stejném směru, přičemž její malá část proteče těsnící spárou 22 před píst 21. Pohybem pracovní membrány 3 dochází k výtoku přečerpávané tekutiny z přepouštěcí komory 3 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 3 současně dochází k vytlačování pracovní tekutiny z pracovního prostou 23 lineárního motoru 2 do plynového akumulátoru Z.

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.

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 pracovní 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.

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.

Průmyslová využitelnost

Membránové čerpadlo s lineárním motorem podle vynálezu je vhodné pro použití zejména v lékařství pro čerpáni krve. Není to však jediný možný obor využití, ale najde uplatnění rovněž v dalších hydraulických systémech.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Membránové čerpadlo, zejména čerpadlo na krev, tvořené tělesem (1), upraveným pro propojení se zdrojem přečerpávané tekutiny, a vybavené standardními ovládacími, řídicími, kontrolními a těsnícími prvky a členy, vyznačující se tím, že v tělese (1) je zabudován lineární motor (2) s jednočinným nebo dvojčinným pístem (21) a že vnitřní prostor tělesa (1) je opatřen alespoň jednou pracovní membránou (3), která vytváří v tělese (1) pracovní komoru (4) přilehlou lineárnímu motoru (2) a jednu či dvě přepouštécí komory (5) opatřené sacím ventilem (51) a výtlačným ventilem (52), přičemž pracovní komora (4) je propojena těsnící spárou (22) s pracovním prostorem (23) lineárního motoru (2).
2. 2. Membránové čerpadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že pracovní komora (4) je naplněna pracovní tekutinou tvořenou nízkoviskózní kapalinou nebo plynem.
3. 3. Membránové čerpadlo podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že pracovní prostor (23) u lineárního motoru (2) s jednočinným pístem (21) je propojen s plynovým akumulátorem (7), který je vybaven regulační membránou (71), rozdělující jeho vnitřní prostor na plynovou komoru (72) a zásobní komoru (73).
4. 4. Membránové čerpadlo podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že u lineárního motoru (2) s dvojčinným pístem (21) jsou pracovní membrány (3) ve vnitřním prostoru tělesa (1) umístěny symetricky po obou jeho stranách a vytvářejí symetricky rozdělenou jednu pracovní komoru (4) a dvě bočně zrcadlově umístěné přepouštécí komory (5).
5. 5. Membránové čerpadlo podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že pracovní membrána (3) je tvořena vlnovcem.