PL212438B1 - Pompa perystaltyczna - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest pompa perystaltyczna, przeznaczona w szczególności do transportu mas o zróżnicowanej gęstości i lepkości wymagających izolacji od otoczenia ze względu na toksyczność, jałowość mikrobiologiczną lub w celu jej odizolowania od szkodliwego wpływu czynników zewnętrznych.

Pompy perystaltyczne są samozasysającymi pompami wyporowymi, nie wymagającymi zastosowania dławnic i zaworów. Przetłaczane medium wchodzi w kontakt tylko z wewnętrzną powierzchnią węża pompy, a nie styka się z jej ruchomymi częściami. Pompowanie odbywa się w elastycznym wężu, umieszczonym wewnątrz korpusu pompy. W korpusie centralnie zlokalizowany jest rotor wraz z dwoma lub trzema rolkami wyporowymi, rozł oż onymi w relacji do niego odpowiednio co 180 lub 120 stopni. W wybranych konstrukcjach rolki zastąpione są ślizgowymi elementami wyporowymi. W momencie zasysania elementy wyporowe przesuwają w kierunku tłocznym znajdujące się w wężu powietrze lub gaz i równocześnie samodzielnie zasysają medium, które powinno zostać przepompowane. Po zakończeniu procesu zasysania medium jest dalej pompowane przez elementy wyporowe (rolki bądź elementy ślizgowe) objętościowo w kierunku od strony ssącej do tłocznej. Zasada pracy polega na cyklicznym ugniataniu węża przez rolki lub krzywki, co powoduje przemieszczanie się cieczy z jednego końca węża do drugiego.

Urządzenie to można zastosować w przesyłaniu mas o zróżnicowanych własnościach fizykochemicznych takich jak lepkość czy gęstość. Za pomocą takiego rozwiązania można przemieszczać masy izolowane od środowiska zewnętrznego, co może mieć znaczenie dla transportu substancji stanowiących zagrożenie dla środowiska bądź wymagających ograniczonego kontaktu z otoczeniem lub minimalizacji powierzchni kontaktowej - transportowana masa - elementy pompy. Idea wynalazku nawiązuje do zasady działania mięśni ścian jelitowych, gdzie skorelowane skurcze okrężne i wzdłużne są odpowiedzialne za przemieszczanie się treści pokarmowej. W proponowanym rozwiązaniu odpowiednio ukształtowane siłowniki, których podstawowym elementem są magnesy stałe, otaczają ściany układu transportowego. Całość otoczona jest szeregowo ulokowanymi zwojnicami elektromagnesów. Poszczególne uzwojenia elektromagnesów są zasilane napięciem stałym, ich praca jest sterowana sterownikiem inteligentnym. Pojawiające się pole magnetyczne po przyłączeniu napięcia stałego do danej zwojnicy wywołuje zmianę orientacji siłowników będących w zasięgu tego pola. W wyniku tych oddziaływań wspominane siłowniki przyjmują orientację, przy której energia oddziałujących pól magnetycznych oraz sprężystości ścian przewodu jest minimalna. Siłowniki umieszczone w osi symetrii danej sekcji uzwojenia dzięki mimośrodowemu umocowaniu ich osi wpychają elastyczne ściany przewodu do jego wnętrza. Siłowniki będące bezpośrednio przed i za, w stosunku do siłownika rozważanego, również zmieniają swoją orientację wynikiem czego jest zbliżenie przeciwnych biegunów magnetycznych kolejnych siłowników. Rezultatem tego oraz wzajemnego oddziaływania cewek elektromagnesów jest lokalny skurcz wzdłużny fragmentu elastycznego przewodu skorelowany z wcześniej wspomnianą deformacją. Wyłączenie zasilania danej sekcji uzwojenia dzięki siłom sprężystości ścian przewodu powoduje powrót układu do stanu początkowego. Włączając sekwencyjnie napięcie stałe do kolejnych uzwojeń można wytworzyć przemieszczającą się falę skurczów okrężnych i wzdłużnych elastycznego przewodu. Poprzez analogię do pracy jelit takie rozwiązanie może być wykorzystane do przemieszczania mas we wnętrzu rozważanego przewodu.

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego nr WO 2008059492 znana jest perystaltyczne pompa infuzyjna typu palcowego, składająca się z przewodu elastycznego umieszczonego pomiędzy prążkowanym kowadłem i korpusem pompy wyposażonym w palce naciskające na przewód elastyczny rurki infuzyjnej. Palce usytuowane są prostopadle do naciskanej powierzchni przewodu elastycznego oraz wzdłuż przewodu, stanowią siłowniki i są sterowane układem sterowania i zasilania pompy. Ilość prążków wykonanych w prążkowanym kowadle, przypadająca na odległość pomiędzy kolejnymi palcami jest dowolna.

Znane jest przemieszczanie mas za pomocą ślimacznicy, której oś obrotu znajduje się we wnętrzu układu transportującego. Innym znanym rozwiązaniem jest pompa perylstatyczna, której element roboczy mimośrodowo zgniata lokalnie elastyczny przewód wywołując przemieszczenie jego zawartości.

Pompa perystaltyczna według wynalazku charakteryzuje się tym, że wzdłuż przewodu elastycznego rozmieszczone są co najmniej trzy zespoły siłowników otaczające przewód elastyczny, przy czym każdy zespół siłowników po zewnętrznej stronie otoczony jest cewką. Wewnątrz cewki umieszczone są co najmniej trzy siłowniki elektromagnetyczne wyposażone w magnesy stałe. Pole magnePL 212 438 B1 tyczne wytworzone przez magnesy stałe jest prostopadłe do powierzchni elastycznego przewodu. Ponadto magnesy stałe sąsiadujących ze sobą siłowników są usytuowane równolegle względem siebie.

Korzystnie, że od strony wewnętrznej cewka za pomocą elementów mocujących, umocowana jest na pierścieniu, na którym osadzone są obrotowo siłowniki elektromagnetyczne.

Korzystnym jest również to, że cewki sprzężone magnetycznie z magnesami stałymi siłowników, są załączane i wyłączne układem sterującym.

Zaletą nowej pompy jest transport masy w oparciu o zmiany oporu ruchu, które są różne w zależności od kierunku: mniejsze opory w kierunku transportu, większe w kierunku wstecznym. Powoduje to powstanie wypadkowej siły w kierunku transportu i przemieszczenie masy. Możliwość regulacji wychylenia siłowników stwarza możliwość regulacji siły zgniatającej transportowaną masę, co ma kluczowe znaczenie przy transporcie niektórych materiałów. Uzyskano to dzięki magnesom stałym umieszczonym wokół elastycznego przewodu, które reagują na pole magnetyczne uzwojenia elektromagnesów.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji uwidoczniony jest na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia pompę w przekroju wzdłużnym, a Fig. 2 - pompę w przekroju poprzecznym.

Pompa perystaltyczna posiada przewód elastyczny 1, wzdłuż którego rozmieszczonych jest sześć zespołów siłowników. Każdy zespół siłowników po zewnętrznej stronie otoczony jest cewką 3, wewnątrz której umieszczone są cztery siłowniki elektromagnetyczne wyposażone w magnesy stałe 2, przy czym pole magnetyczne wytworzone przez magnesy stałe 2 jest prostopadłe do powierzchni elastycznego przewodu 1. Ponadto magnesy stałe 2 sąsiadujących ze sobą siłowników są usytuowane równolegle względem siebie. Cewka 3 od strony wewnętrznej umocowana jest na pierścieniu 5 za pomocą elementów mocujących 6. Cewki 3 sprzężone magnetycznie z magnesami stałymi 2 siłowników, są załączane i wyłączane układem sterującym 4. Ponadto na pierścieniu 5 osadzone są obrotowo magnesy stałe 2 siłowników elektromagnetycznych.

Pole magnetyczne magnesów stałych 2 oddziałuje z polem magnetycznym zasilanych w danym momencie cewek 3. Skutkiem tego oddziaływania jest zmiana orientacji siłowników powodująca deformacje elastycznego przewodu 1, czyli zmianę jego średnicy wewnętrznej. Mimośrodowo osadzone siłowniki zmieniając kąt nachylenia do osi podłużnej przewodu 1, wpychają jego elastyczne ściany do jego światła. Magnesy stałe 2 siłowników są tak zorientowane aby zmiana kąta nachylenia sąsiednich siłowników, oprócz deformacji w kierunku prostopadłym do osi przewodu 1, wywoływała jednocześnie zmniejszenie odległości między nimi wywołując lokalny skurcz wzdłużny elastycznego przewodu 1. Skurcz wzdłużny wynika z oddziaływań magnetycznych magnesów stałych 2 siłowników oraz sąsiadujących ze sobą, zasilanych w danym momencie, cewek 3. Wyłączenia zasilania danej partii cewek 3 dzięki siłom sprężystości materiału elastycznego przewodu 1 powoduje powrót układu do stanu początkowego. Układ sterujący 4 z regulowaną szybkością włącza i wyłącza kolejne, szeregowo umieszczone cewki 3. Sterowanie pompy zapewnia możliwość wprowadzenia korelacji pomiędzy poszczególnymi pierścieniami cewek 3, co pozwala regulować zarówno szybkość transportu, jego kierunek jak i dostosować urzą dzenie do wł a ś ciwoś ci transportowanej masy. Sterownik stosownie do wymogów może zmieniać wartość natężenia i kierunek wektora indukcji umożliwiając regulację parametrów przepływu. Korelacja ta w zależności od potrzeb może zostać wprowadzona pomiędzy sąsiednimi cewkami 3 jak i pomiędzy cewkami 3, które znajdują się w większej odległości od siebie na przykład pomiędzy cewką 3 o nr n i n+2 lub dowolnymi innymi i w dowolnej liczbie.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Pompa perystaltyczna posiadająca przewód elastyczny, którego powierzchnia naciskana jest siłownikami sterowanymi układem sterowania i zasilania pompy, znamienna tym, że wzdłuż przewodu elastycznego (1) rozmieszczone są co najmniej trzy zespoły siłowników otaczające przewód elastyczny (1), przy czym każdy zespół siłowników po zewnętrznej stronie otoczony jest cewką (3), wewnątrz której umieszczone są co najmniej trzy siłowniki elektromagnetyczne wyposażone w magnesy stałe (2).
2. 2. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że pole magnetyczne wytworzone przez magnesy stałe (2) jest prostopadłe do powierzchni elastycznego przewodu (1).
3. 3. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że magnesy stałe (2) sąsiadujących ze sobą siłowników są usytuowane równolegle względem siebie.

   PL 212 438 B1
4. 4. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że od strony wewnętrznej cewka (3) za pomocą elementów mocujących (6) umocowana jest na pierścieniu (5), na którym osadzone są obrotowo siłowniki elektromagnetyczne.
5. 5. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że cewki (3) sprzężone magnetycznie z magnesami stałymi (2) siłowników, są załączane i wyłączane układem sterującym (4).