專利名稱：容積泵的制作方法
大多數(shù)容積泵(即具有容積可變的泵室的泵，該泵室包括一個可動的移動構(gòu)件)都由穿過不動的泵室壁通向泵室的開口吸入流體和排出流體。上述入口和出口一般都具有單向閥，如單向球形閥或瓣閥。由于用于出入口的空間受到限制，又由于對泵流量的限制因素一般在于進出泵的管道而不在于泵本身，顯而易見入口和出口都比較小。小尺寸的出入口限制吸入和排出流量，使流入的和流出的流體產(chǎn)生脈動，以動態(tài)流體摩擦和紊流損失的形式浪費能量。另外，對于大多數(shù)的泵而言，尺寸較小的入口要求在入口與泵室之間具有較大的壓力差，在吸入行程保證充滿。
本發(fā)明的發(fā)明人數(shù)年來做了可觀的工作，研制在血管系統(tǒng)中輸血的血液泵以代替或支援人體心臟。對血液泵所要求的一些特性是不容易達到的。其一是機械式的血液泵能基本連續(xù)地吸入血液，最好是只存在小的脈動。其次是機械血液泵應(yīng)有能力在一個相當廣闊的范圍內(nèi)對應(yīng)于輸入的變化而自動地調(diào)整其輸出。第三是血液泵(包括閥在內(nèi))必須盡可能避免有“死區(qū)”。在這些“死區(qū)”只有極少血液流動或甚至沒有，結(jié)果血液聚集并形成凝塊。在全使用過程中，血液必須不停地流經(jīng)血液泵。第四血液泵在投入使用時，必須是無菌的并且沒有有毒物質(zhì)，這種狀態(tài)必須保持于整個使用過程。
臨時性用途的機械血液泵，例如用于心臟解剖手術(shù)期間的或在一個短時期內(nèi)輔助正在恢復(fù)的受損害的心臟的泵正得到越來越多的使用。目前所用的機械血液泵只是部分地符合上述公認的要求。例如，這些泵只有很小能力按照人體需血量的變化自動調(diào)節(jié)，然而對需血量必須進行密切的監(jiān)視和控制。目前的機械血液泵系統(tǒng)都要求病人較多的血液在體外流動，而又必須加入相當于上述體外流動量的血液，這是人們所不希望的。
倫德貝克在美國專利4，648，877號(1987.3.10)描述和顯示了一種十分有效地滿足上述要求的血液泵。該專利的泵有一個供應(yīng)(心房)室和一個泵室(心室)，這二室由一個具有單向閥的短通道連接。該二室是由基本上不可伸延的撓性材料構(gòu)成，其造價不貴，因而由不同病人使用時，可在體外進行更換。驅(qū)動環(huán)沿某一方向被驅(qū)動，減小泵室的容積即從泵室把血泵出，當血從供應(yīng)室流入時，該環(huán)就向相反方向移動以吸入血液。倫德貝克專利的泵被設(shè)計成沒有死區(qū)。而在死區(qū)中流體比較靜止并且血液容易聚集凝結(jié)。盡管對流體的限制小了，該泵有三個較小的開口，其中二個帶有單向閥。
本發(fā)明的目的之一是提供一種液壓損失小的容積泵，另一個目的是減小泵入口處的液壓降，這樣可以保證迅速流至泵室，甚至可以很小的壓力差通過入口到泵室。從屬于后一目的是減小泵的上游的脈動，包括入口關(guān)閉時的反壓脈動，和入口打開時的吸入脈動。在這方面所使用的單向閥最好能夠關(guān)閉可靠，基本上不會承受也不會產(chǎn)生逆流，于是可防止逆流產(chǎn)生的震動。此外，本發(fā)明還力圖簡化和減小泵的替換另件的成本，即所有血液流經(jīng)的導(dǎo)管、腔室和閥瓣，因而這些另件最好不再使用。本發(fā)明的另一個目的是提供一種泵，可以按照輸入自動調(diào)節(jié)輸出，并且要求在泵內(nèi)的流體量為最小。
根據(jù)本發(fā)明，前面的及其他目的都可用容積泵達到。如同前述的倫德貝克專利的泵一樣，該容積泵包括容納要泵出的流體的供應(yīng)室，一個容積可變的泵室，一個把流體從供應(yīng)室送至泵室的入口通道，和一個把液體排出的出口。移動構(gòu)件與泵室聯(lián)合，其沿著預(yù)定的路徑正反方向地運動，這樣經(jīng)過泵室的移動區(qū)運動，交替地增大或減小該室的容積。驅(qū)動機構(gòu)使移動構(gòu)件至少沿一個方向運動以減小泵室的容積。入口閥將入口通道關(guān)閉以防止流體通過入口通道逆流流出泵室。
根據(jù)本發(fā)明，供應(yīng)室一般是從側(cè)面基本上以圍繞泵室移動區(qū)的方式設(shè)置的，入口通道基本上與供應(yīng)室相互延伸，并通過位于泵室的界限壁上的細長縫隙狀開口通向泵室，而界限壁位于移動區(qū)的側(cè)面，這樣，流體就可以通過入口通道進入泵室而基本上不會產(chǎn)生壓力降。泵室最好包括一個可動的壁構(gòu)件，該構(gòu)件在泵壓行程可以與移動構(gòu)件嚙合，在吸入行程與移動構(gòu)件脫離，于是由通過吸入通道進入的流體建立起泵的行程容積。通常，最好將泵室制成大致上的圓形(圓形或卵形)，使其直徑基本上大于其高度。
根據(jù)本發(fā)明的另一特點，與移動構(gòu)件的運動方向呈橫向關(guān)系的泵室的一面壁由撓性材料制成，移動構(gòu)件與其嚙合并使其彎曲通過移動區(qū)以減小泵室的容積。入口通道的一面壁也可由撓性材料制成，最好是與泵室的橫向壁成為一體。入口閥的一種形式是，它包括一個可動的壓緊閥構(gòu)件，該構(gòu)件在入口通道與上述撓性壁嚙合并使其移動橫過入口通道與對面的壁嚙合;或者使用瓣閥，從而關(guān)閉開口。另一種形式是，入口閥可以是一個撓性瓣片，其一邊與入口通道的一面壁相連，其另一端是自由的，這樣該瓣片就以下列動作響應(yīng)流體的流動和/或壓力在泵室的吸入行程入口通道打開，在泵送行程，通過瓣片與通道的另一壁面嚙合或與附于入口通道的另一壁的相似的撓性瓣片嚙合，關(guān)閉入口通道。
在某些實施例中，泵室有形式是一個開口的出口，出口的出口閥利用撓性泵壁和可動的閥構(gòu)件，該可動閥構(gòu)件移動撓性壁使其與出口嚙合，從而關(guān)閉出口。其他形式的閥，如瓣閥，可用于泵室的出口上。完全省去出口閥也是可能的。
供應(yīng)室、入口通道和泵室最好由二件薄的撓性材料構(gòu)成，再由堅固的墊片構(gòu)件支承，以承重和抵抗壓力。上述薄材料預(yù)制成形構(gòu)成泵室、供應(yīng)室和入口通道的壁，相互在外周邊處封接。堅固的墊片構(gòu)件使各室形成最大容積的形狀，并形成開向泵室的入口。
最好是圓形或環(huán)形的供應(yīng)室和泵室，可使泵室的撓性壁皺折最小，可使流體流均勻地沿徑向進入泵室。安置出口沿軸向面對移動構(gòu)件，可保證均勻的徑向流體和隨后均勻的軸向流體。在圓形的情況下，經(jīng)過泵的流體產(chǎn)生輕度的紊流，但取得較高速度，并不產(chǎn)生靜止區(qū)域。
本發(fā)明也可以包括這樣的實施例，有第二級變?nèi)莘e室，在稍后泵送行程該室容納來自泵室的流體。泵室在其泵送行程輸送出的流體的一部分經(jīng)過第二級室到達排出通道，其余部分在第二級室的吸入行程被吸入。第二級室的操作最好與泵室異相。這樣，流體從泵基本上是連續(xù)地排出，即在第二級室的吸入和泵送行程都排出流體，并使輸送流體的脈動減小。
最好的室構(gòu)件，用薄的撓性材料預(yù)制成后使其相互在外周邊上封接，這樣生產(chǎn)成本低且易于在支承結(jié)構(gòu)安裝。因此，具有經(jīng)濟和實用優(yōu)點的室構(gòu)件可以是一次性使用的零件。
為了更好地理解本發(fā)明，可以聯(lián)系附圖參閱下文作為舉例的實施例的敘述。


圖1A至7A是七個單級泵實施例的剖面示意圖，均顯示了其吸入行程時的結(jié)構(gòu);
圖1B至7B分別是對應(yīng)于實施例1A至7A的剖面示意圖，顯示的是泵送行程;
圖6C是圖6A和6B實施例的泵室的平面圖;
圖7C是圖7A和7B實施例吸入行程結(jié)時剖面示意圖;
圖8A和8B是雙級泵實施例的剖面示意圖，分別表示各級的工作狀態(tài);
圖9A和9B與圖8A和8B相似，顯示了經(jīng)過改進的雙級泵;
圖10A和10B是本發(fā)明的又一個實施例的剖面示意圖，圖中顯示了其不同工作階段，分別對應(yīng)于8A、9A和8B、9B所顯示的工作階段;
圖10C是實施例10A、10B的泵室構(gòu)件的平面圖。
各實施例中的相應(yīng)部件都標以相同的號碼，該號碼后有連字號，連字號后面又有一個號碼，對應(yīng)于圖號，這樣就使每一個標號都能清楚地表明是哪一個實施例的部件。
附圖所示的所有實施例中，與被泵送的流體接觸的表面是圓盤形(大致為圓形或部分為圓形)的易于安裝的泵室構(gòu)件，該構(gòu)件有一入口和一個出口，是由例如聚乙烯、聚胺酯或其他塑料薄膜制成的，這些材料基本上是不可伸延的撓性材料。在其他一些未公開的實施例中，舉例來說，這些表面的一些或全部可能是靜止的和可動的金屬泵構(gòu)件的表面，它們構(gòu)成泵的永久性部件。另外，泵室構(gòu)件也不一定必須是圓形的。
如圖1A、1B所示，泵有泵殼，該泵殼由固定的底構(gòu)件10-1和可拆去的或鉸接的頂構(gòu)件11-1構(gòu)成。盤形室構(gòu)件的標號是12-1，置于底構(gòu)件和頂構(gòu)件之間。在室構(gòu)件12-1的周邊上有一個入口接頭13-1，在其中心有一個豎立的軸向出口接頭14-1。
構(gòu)件12-1有一個圓環(huán)形的供應(yīng)室15-1，入口接頭13-1的開口通入該供應(yīng)室。在供應(yīng)室往內(nèi)是一個泵室16-1，在其界限壁部分的側(cè)向上通過入口通道17-1與供應(yīng)室15-1相連。入口通道的形式是在對置的構(gòu)件壁之間的不斷的圓環(huán)形縫隙狀開口。泵室16-1通過出口通道18-1與中心的出口接頭14-1相連。出口通道18-1也是由不斷的圓環(huán)形縫隙構(gòu)成。
構(gòu)件12-1可由具備在各特定場合下泵的特定用途所要求的特性的任何撓性材料構(gòu)成。當然，該材料應(yīng)當適合于要泵送的流體，具有足夠的撓性、耐用和不易伸延，以承受施加于其上的液體壓力和機械力，在某些情況下，還有熱應(yīng)力。
泵殼的底構(gòu)件10-1支承各可動構(gòu)件，構(gòu)件12-1就置于這些可動構(gòu)件上，而且這些可動構(gòu)件的重復(fù)或循環(huán)運動產(chǎn)生了泵送作用。這些可動構(gòu)件包括一個對中設(shè)置的出口閥構(gòu)件20-1。該構(gòu)件的作用是開閉出口通道18-1，使流體可以在泵室16-1和出口接頭14-1之間流動。出口閥構(gòu)件是可以上下移動的，移動方向與泵的中心線21-1平行。因此，當該閥向上運動時就把相對的構(gòu)件壁壓緊到外殼的頂構(gòu)件11-1上，于是就關(guān)閉出口通道18-1;當其向下方運動時就使構(gòu)件的壁相互分開，于是出口通道就打開了，出口閥構(gòu)件20-1的運動來自杠桿22-1，而后者又是由凸輪或其他適當?shù)尿?qū)動構(gòu)件(圖中未顯示)和相關(guān)聯(lián)的馬達所驅(qū)動的。
另外還有一個入口壓緊閥構(gòu)件23-1。該構(gòu)件以與出口閥構(gòu)件22-1相似的方式打開和關(guān)閉入口通道17-1。入口閥構(gòu)件23-1是環(huán)形的，它的上下運動來自杠桿24-1，而后者又是由馬達驅(qū)動的凸輪(圖中未顯示)以與杠桿22-1同步的方式驅(qū)動的。
在閥構(gòu)件20-1和23-1之間，與泵室16-1相對的是一個環(huán)形的移動構(gòu)件25-1。該構(gòu)件可以用與閥構(gòu)件相似的方式由杠桿26-1和馬達驅(qū)動的凸輪(圖中未顯示)驅(qū)動上下運動，并且同閥構(gòu)件同步。移動構(gòu)件25-1向上運動時，使泵室的下壁位移，這樣就減小泵室16-1的容積;當其向下運動時，流體流入泵室，就使泵室擴張。
在圖1A和1B所示的實施例中還有一對輥子27-1。該輥子設(shè)于構(gòu)件12-1的供應(yīng)室15-1之下并與供應(yīng)室嚙合。這樣的輥子可以多于二個。泵在工作時，以某種方式(圖中未顯示)使該輥子沿著供應(yīng)室繞圈轉(zhuǎn)動，使供應(yīng)室中的流體不停地運動，在某些情況下，這樣地攪動流體會是必要的和有益的，例如當流體是血液時。
泵在工作時，供應(yīng)室15-1的作用是一個蓄積室，其容積隨進入的流體而變化，并且它不斷地通過入口接頭13-1在較低的壓力下接收流體。在圖1A所示泵的工作循環(huán)的相位，那時入口通道17-1打開，移動構(gòu)件25-1向下運動或剛到達其最低位置，流體從供應(yīng)室15-1經(jīng)過入口通道17-1流入泵室16-1。流體充滿泵室的過程可以是十分的迅速的，因為入口通道很長，即有很大的圓周長度，并且，可很快打開在一個相當?shù)母叨?。換言之，入口通道可很快打開為流體提供一個很大的斷面面積。另外，由于供應(yīng)室和入口通道圍繞著泵室周邊的大部分或全部，并且流體是從全部方向沿徑向進入的，所以，充溢長度即流體為要充滿泵室而要流過的距離既短又直。因此流體可以十分迅速地進入泵室而無壓力降。因為入口通道面積大而且充溢長度短，所以具有環(huán)形室的泵可以具有大流量同時仍使充溢時間短。
泵室16-1的充溢基本上是“被動地”，它實質(zhì)上發(fā)生于流體靜壓力的作用之下，該流體靜壓力存在于供應(yīng)室15-1中入口通道17-1處。這是由于在泵室中，移動構(gòu)件25-1的向下運動不會直接產(chǎn)生吸入，移動構(gòu)件與構(gòu)件12-1沒有力傳遞聯(lián)系，該構(gòu)件12-1的作用是沿泵室膨脹(向下)的方向。
屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)是試圖以下列方式對充溢施加影響，在泵送過程中，使環(huán)繞泵室的充氣物體中的壓力用特別方法改變。另外，下述方法也可以對充溢施加影響使入口或供應(yīng)室受到外部壓力作用。
如圖1B所示，接著，入口閥件23-1的向上運動就將入口通道17-1關(guān)閉，而閥構(gòu)件20-1的向下運動把出口通道18-1打開。然后，移動構(gòu)件25-1向上運動，向上移動泵室的下壁，于是把泵室16-1中的流體通過出口通道18-1和出口接頭14-1擠出，同時供應(yīng)室15-1又從入口接頭13-1補入新液體。這時出口通道18-1關(guān)閉而移動構(gòu)件25-1向下方退去，入口通道17-1又一次打開，于是又開始了泵的另一個工作循環(huán)。
前述的泵的特點在于環(huán)形的入口通道17-1，環(huán)形的出口通道18-1和短的充溢長度的結(jié)合。這一結(jié)合，在即使入口側(cè)的壓力很低的情況下也可以使泵室的充溢十分迅速，也能十分迅速地排空泵室。因此，該泵可以在單位時間內(nèi)泵送大量流體而內(nèi)耗很小，因而具有很高的效率。只要流入泵的流體不超過流量(相應(yīng)于最大的行程容量與行程速度)，通過其自行調(diào)節(jié)，該泵可以對應(yīng)于流入的流體調(diào)節(jié)各行程的泵送容積。因此，相當范圍的通過入口接頭13-1流入的流體流量，泵供應(yīng)連續(xù)的流入流體而不會產(chǎn)生壓力脈沖和間斷。如果流入的流體應(yīng)當超過了相應(yīng)于前述操作的流量，泵的速度或行程速度可以再增大。由于其內(nèi)耗小，行程速度可以提到至很高的水平。
另外一個特點，既存在于已敘述過的泵中也存在于將要敘述的泵中。這一特點有利于泵室16-1的迅速充溢，在于供應(yīng)室15-1有足夠大的容量，最好是大于泵室16-1，以便在充溢泵室時沒有必要再補充供應(yīng)室15-1就可以使泵室16-1充滿。這樣，所有在泵的工作循環(huán)的充溢過程中進入泵室16-1的流體，在充溢過程開始時，都盡量緊靠入口通道17-1。
構(gòu)件12-1在泵殼10-1/11-1中的設(shè)置方式是這樣的使供應(yīng)室15-1可以在一個大的局限內(nèi)，分別按照流入供應(yīng)室的流體量和從供應(yīng)室流入泵室的流出流體量自由地擴張與收縮。
圖2A和2B所示的實施例與圖1和1B所示的實施例不同之處僅在于省去了輥子27-1，并且供應(yīng)室15-2是與大氣相通的。這樣，泵室16-2的充溢發(fā)生時的壓力，取決于入口通道17-2和供應(yīng)室中自由流體表面之間的高度差。
在圖3A和3B所示的實施例中，供應(yīng)室15-3與圖2A和2B中的一樣，是對外打開的。在入口通道17-3和出口通道18-3上分別設(shè)有止逆或單向瓣閥或唇型閥23-3和20-3。相應(yīng)地，前二實施例中的可動壓緊閥構(gòu)件由外殼構(gòu)件10-3的某些部位代替了。構(gòu)件10-3支承室構(gòu)件并形成通道17-3和18-3。閥23-3和20-3分別是由一對環(huán)形的、軸向?qū)χ玫膿闲园昶?如塑料)構(gòu)成的，可以稍微具有彈性，其外邊緣分別封接(例如用熱焊方式)于在入口通道17-3內(nèi)相應(yīng)的構(gòu)件壁，它們還可自由變形，因此這些閥其內(nèi)側(cè)邊緣可以向上和向下移動。
當流體在入口通道或出口通道向內(nèi)流動時，瓣片相互保持間隔，并且基本上不會對流體流產(chǎn)生阻力;但一當流體具有逆流傾向時，瓣片就會關(guān)閉通道阻止回流。瓣片是有彈性的，但其彈性還不那公大，致使其無法可靠地抵抗所產(chǎn)生的壓力，因而就不會產(chǎn)生瓣片向錯誤方向翻轉(zhuǎn)的危險。當泵的工作壓力較高時，可以用適當?shù)牟牧霞訌姲昶乐狗D(zhuǎn)，例如可用玻璃纖維。
瓣片可以這樣設(shè)計，借助于其彈性、初始形狀或其它方面，當它們打開時有助于加速流體的流動。此外，可對它們稍加偏壓朝向關(guān)閉或打開位置。
在一個這里未顯示的經(jīng)改進的實施例中，這些閥中的一個或兩個，可以是如圖1和圖2所示類型的壓緊閥帶有一瓣片的結(jié)合。在上述情況下，最好安排壓緊閥不完全地關(guān)閉相應(yīng)的通道，留待瓣片完全關(guān)閉之。
如圖3A和3B所示，瓣閥由瓣片構(gòu)件形成，與室構(gòu)件壁分離。不過按下列方式做也是有利的用制作構(gòu)件的薄片或薄膜材料上的折皺形成瓣片，可以在制作室構(gòu)件時就形成該折皺。上述最后一個設(shè)計適用于用現(xiàn)有的制造構(gòu)件及其他塑料物品的技術(shù)進行生產(chǎn)(真空成形和吹塑模制)。這一設(shè)計也可用于下文所述的實施例。
圖4A和4B所示實施例與圖1A和1B的實施例相似，其不同點在于其出口閥的形式是設(shè)于出口接頭14-4中的瓣片或唇片型的止逆或單向閥20-4;移動構(gòu)件25-4是圓盤形的或碟形的(蘑菇形)。在該情況下，泵室16-4的平面圖是圓盤形的，而不是如前面的實施例那樣是環(huán)形的。再有，出口通道18-4(圖4B)只在泵送行程接近未尾時才形成，這同前面的實施例從形式和功能上都是有些不同的。
圖5A和5B所示的實施例與圖4A和4B所示的實施例的不同在于入口閥23-5由單個環(huán)形撓性瓣片構(gòu)成，該環(huán)形瓣片沿其外邊緣與下構(gòu)件壁相連并可在泵室16-5內(nèi)的壓力作用下運動至與上面的構(gòu)件壁封閉地結(jié)合的位置;出口管道中的閥也取消了。
人們發(fā)現(xiàn)在一定情況下出口管道中用閥的關(guān)閉來阻止回流是不必要的，即當泵在高的行程速度下工作時。在這種情況下，向外的流體流的動量足以使流體通過入口通道17-5充溢泵室16-5，甚至在吸入過程中泵室的出口一側(cè)打開也無妨。
圖6A和圖6B所示的實施例與圖5A和5B的相似，其不同之處在于出口通道18-6、出口接頭14-6和相關(guān)的出口閥20-6的位置與設(shè)計。
出口接頭14-6在該例中是徑向的，與進口接頭13-6在直徑上處于相對的位置。因此，它有上游端位于泵室16-5的邊緣上，并與入口接頭13-6一樣沿徑向朝外延伸。結(jié)果，該構(gòu)件的周緣的一部分，僅僅是一部分，沒有用于供液室15-6和入口通道17-6，但后者仍然是很長的。
在這一實施例中，出口閥20-6是與入口閥23-6相似的瓣片或唇片，并與后者一樣是固定在出口通道18-6的一面壁上。該出口通道18-6位于泵室16-6和供應(yīng)室15-6之間的連接處(見圖6C，該圖為室構(gòu)件12-6的平面圖)。
在圖6A、6B和6C所示的實施例中，將供應(yīng)室15-6鄰近出口接頭的區(qū)域封鎖或關(guān)閉是有利的。供應(yīng)室的壁的形狀應(yīng)當避免形成口袋，否則，泵送的流體會在其中停滯，或者流體為了到達出口通道受力突然地改變其流動方向。
該實施例中的出口接頭14-6無須與入口接頭成一直線，其間可以構(gòu)成一個角度。如果需要的話，該二接頭甚至可以并列設(shè)置而基本上處于平行的位置。但是，必須使入口通道17-6及其閥占據(jù)泵室周邊的絕大部分。
在圖7A、7B和7C所示的實施例中，環(huán)形供應(yīng)室15-7部分比縫隙狀入口通道17-7更接近泵室構(gòu)件的中心。在該例中，移動構(gòu)件25-7的驅(qū)動機構(gòu)是一個球軸承螺桿機構(gòu)(圖中未顯示出細節(jié))，其螺桿是以可轉(zhuǎn)動的方式與電動馬達的轉(zhuǎn)子28-7固定連接的。該馬達置于泵外殼的底構(gòu)件10-7中。
將圖7A、7B、7C相互比較，很明顯看出，該實例中的移動構(gòu)件25-7的運動對供液室的形狀與容積具有更直接的作用。這樣，當移動構(gòu)件向下運動(“下落”)(如圖7A所示)，供應(yīng)室的容積就減小，這是由于移動構(gòu)件擠占了供應(yīng)室(見圖7A)。于是，在流體經(jīng)過入口接頭13-7進入泵的同時，供應(yīng)室中的流體流入泵室16-7。當移動構(gòu)件向上運動時，就減小泵室的容積(見圖7B)，供應(yīng)室擴大，同時入口閥23-7關(guān)閉。于是流體從入口接頭進入供應(yīng)室，接著在隨后的移動構(gòu)件向下運動時，又如所述那樣流入泵室。
圖7A、7B和7C所示的實施例也有一個出口閥20-7，以防止流體從出口接頭14-7倒流入泵室16-7。如圖所示，出口接頭與入口接頭平行并在直徑上與入口接頭對置，不過也可以預(yù)想出其他的方向與位置。
出口閥20-7是個環(huán)形瓣閥，其一個圓周形邊緣固定于泵外殼的頂構(gòu)件11-7上。其另一邊緣為自由的圓周形邊緣，該邊緣上有卷邊環(huán)29-7。該卷邊加強了瓣的自由邊緣，當閥處于關(guān)閉位置時(圖7C)，與外殼的頂構(gòu)件的內(nèi)壁封閉地嚙合。作為圖示的出口閥的設(shè)計的替代，可以使用一個用彈簧偏壓的可以垂直地上下運動的閥構(gòu)件，該閥構(gòu)件在泵室與水平的出口接頭吻合形成的環(huán)形壁部分處，進行封閉抵壓該環(huán)形壁部分。
圖7A、7B和7C所示的實施例的入口閥23-7也是一個環(huán)形瓣閥，該閥固定于移動構(gòu)件上、因此也同它一起運動。這樣的設(shè)置產(chǎn)生了一個流體從供應(yīng)室進入泵室的好的流動形式，不過，將瓣片固定于泵外殼上并使其可動部分與移動構(gòu)件配合，仍屬于本發(fā)明的范圍。
如同其他已用圖或文字表達過的、其中的入口閥是唇片閥或瓣閥的實施例中，當該閥的上游側(cè)壓力僅稍大于其下游側(cè)的壓力時，入口通道17-7就會打開以允許流體流入泵室，這時的壓力降是很小的。同樣，當泵室中的壓力僅稍大于閥的上游側(cè)的壓力時，入口通道就立即關(guān)閉。瓣閥的迅速打開與關(guān)閉可歸因于其環(huán)形結(jié)構(gòu)和由該結(jié)構(gòu)而帶來的閥的很大的表面積(壓力就作用于該表面之上)。相應(yīng)地，同樣的道理，在吸入行程開始時，當出口接頭14-7的壓力大于泵室壓力時，出口通道18-7就立即關(guān)閉。
圖8A和8B顯示的泵有二移動構(gòu)件25-8B。該二構(gòu)件工作相位相反，在不同的時刻減小泵室不同部位的容積。
其中之一移動構(gòu)件25-8A類似于圖4-6中的移動構(gòu)件，其作用是減小中央的第二級室部分16-8A的容積(該中央第二級室與圖4-6中的泵室相似)并與中央出口接頭14-8相連。
另一個移動構(gòu)件25-8B為環(huán)形并與先提到的中央泵室同心。該環(huán)形的外構(gòu)件用于減小環(huán)形的靠外的可變?nèi)莘e的泵室部分16-8B的容積。該泵室16-8B與可變?nèi)莘e的中央的第二級泵室部分16-8A同心。
在其徑向內(nèi)側(cè)，外泵室部分16-8B通過環(huán)形通道30-8與中央第二級泵室部分16-8A連接。在通道30-8中設(shè)有與圖5和圖3的瓣閥相似的單向瓣閥31-8，以使流體流入泵室部分16-8A。這一通道構(gòu)成中央泵室部分16-8A的入口通道，又構(gòu)成外泵室部分16-8B的出口通道。
在其徑向外側(cè)，外泵室部分16-8B通過環(huán)形入口通道17-8與相似于圖2和3的供應(yīng)室的環(huán)形供應(yīng)室15-8相連，通道17-8有一個單向閥23-8，打開時可使流體流入外泵室部分16-8B，因而閥23-8相似于圖3和5的瓣閥23-3和23-5。
二移動構(gòu)件25-8A和25-8B是由一機構(gòu)以基本上相反的相位驅(qū)動的。該機構(gòu)相似于用以驅(qū)動圖4的移動構(gòu)件和壓緊閥的機構(gòu)。泵室各部分的最大容積和二移動構(gòu)件的運動是這樣選擇使外泵室部分16-8B的行程容積大致是中央泵室部分16-8A的二倍。
圖8A顯示了泵的工作過程中這樣的一個狀態(tài)外移動構(gòu)件25-8B向下運動，外泵室部分16-8B通過入口通道17-8由供應(yīng)室充滿流體，這時在后者不會產(chǎn)生任何明顯的壓力降，而這時中央的第二級移動構(gòu)件25-8A向上運動，把流體從中央第二級泵室部分16-8A中排出，瓣閥31-8由于中央泵室部分的壓力處于關(guān)閉狀態(tài)。
在圖8B顯示的過程中，情況正好相反。相應(yīng)地，外移動構(gòu)件25-8B向上運動將流體通過通道30-8從外泵室部分16-8B排至中央第二級泵室部分16-8A，而這時中央移動構(gòu)件125-8A向下運動，允許中央泵室部分16-8A在作用于其壁上流體壓力的作用下擴大。
在外移動構(gòu)件向上運動中，由外泵室部分排出流體的體積比中央第二級泵室部分的容積的增加量要大。因而在泵的工作循環(huán)的這一階段(見圖8B)流體也會由出口接頭14-8排出。流體流入泵室僅發(fā)生于外泵室部分擴大階段，因此泵的排流雖然有一點脈動，但基本就是連續(xù)的了。
圖9A和9B所示實施例與圖8A和8B的在結(jié)構(gòu)與工作過程上是相似的，不同處在于用于向上驅(qū)動內(nèi)移動構(gòu)件25-9A的由外部供給動力的機構(gòu)被一可調(diào)彈簧機構(gòu)26-9A代替了，機構(gòu)26-9A始終迫使該內(nèi)移動構(gòu)件向上。在外移動構(gòu)件25-9B向上的行程中，中央第二級移動構(gòu)件25-9A在中央第二級泵室部分16-9A內(nèi)的流體壓力作用下向下運動，因而對彈簧機構(gòu)26-9A施加壓力(見圖9A)。在外移動構(gòu)件25-9B向下運動的過程中，儲于彈簧機構(gòu)中的能量如圖9A所示那樣使中央移動構(gòu)件向上運動。
圖10A和10B是對應(yīng)于圖8A、8B和圖9A、9B體現(xiàn)本發(fā)明的另一個二級泵的實施例的剖面圖，圖10C是該實施例的泵室構(gòu)件的平面圖。
圖10A、10B和10C的泵包括二移動構(gòu)件25-10A和25-10B，其工作情況與圖9A和9B相似。相應(yīng)地，移動構(gòu)件25-10B連接于由外部供動力的驅(qū)動機構(gòu)，該驅(qū)動機構(gòu)正壓地或基本上正壓地將其向上方驅(qū)動，而移動構(gòu)件25-10A與一可調(diào)整的彈簧機構(gòu)26-10A連接，機構(gòu)26-10A迫使其向上。
二移動構(gòu)件25-10A和25-10B與相關(guān)的泵室構(gòu)件12-10的泵室部分16-10A和16-10B相互水平地偏置，在泵室部分之間的入口閥23-10和閥31-10是瓣閥類似于圖6A、6B和6C的閥23-6和20-6。另外如圖10C所示，入口接頭13-10和出口接頭14-10是并排對置，基本上平行。
除了由于泵室部分水平地偏置產(chǎn)生了流體的不同的流動形式外，圖10A、10B和10C的泵的工作基本上與圖9A和9B的泵相同。
在以上通過實施例以圖和文字表達的實施例中，泵室構(gòu)件的泵室16和供應(yīng)室15是圓形的或構(gòu)成圓環(huán)形，而泵的機械組件具有相應(yīng)的形狀也是易于為人接受的。從流體流和制造的角度出發(fā)，這一形狀一般是優(yōu)先選用的，但本發(fā)明也包括其他不同配置的泵，例如多少帶點橢圓的形狀或其他細長形的配置。在圖6A、6B和6C的情況下特別應(yīng)當考慮使用細長形狀，其中的入口與出口成一直線。
另外，在圖8A、8B和圖9A、9B的實施例中，中央移動構(gòu)件25-8A、25-9A也可以像外構(gòu)件25-8B和25-9B一樣是環(huán)形的。中央環(huán)形移動構(gòu)件中空出的部分可以放置泵驅(qū)動機構(gòu)的構(gòu)件，或用于其他目的。若在此情況下，用于驅(qū)動圖8A和8B的該二移動構(gòu)件25-8A和25-8B的驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計成協(xié)調(diào)地驅(qū)動移動構(gòu)件(以一個特定的相位差，如相位相反或推拉式)，或按需要而分別驅(qū)動(僅驅(qū)動構(gòu)件中之一個)，就可以產(chǎn)生有趣的可能性，在行程容積和輸出的流體的特性方面改變泵的特點。
在某些情況下，例如當泵用作血液泵時，移動構(gòu)件可以適當?shù)嘏c泵送機構(gòu)連接以便在泵室內(nèi)的壓力作用下移動構(gòu)件相對于泵送機構(gòu)能產(chǎn)生一些彈性變形，于是在壓縮或輸送沖程中移動機構(gòu)構(gòu)件有一點“滯后”。移動構(gòu)件的運動開始時由于“滯后”而有一點損失，但在壓縮行程未尾時又“補上”了。這可用來保證流體在泵室中不會停滯，例如如圖8A和8B的閥瓣31-8下面。
這一設(shè)置也可用來抑制在泵送行程未尾時易于產(chǎn)生的任何壓力波。
圖8A和8B那種有二個或更多的最好是環(huán)形的移動構(gòu)件和泵室部分的泵也可用作二級(多級)壓縮機，特別是用于將大量的空氣壓縮送至壓力相對低的地方。這種結(jié)構(gòu)的壓縮機的特點是在二級之間只需一個閥;各閥既作為徑向上在外或前級的出口閥，又作為徑向上在內(nèi)的或后級的進口閥。其他的實施例也可用作壓縮機或空氣(或其他氣體)泵，但相信這些實施例在實踐中最適于用作液體泵。
從附圖中可以清楚看到，本發(fā)明的泵的特點是要泵送的液體具有良好的流動形式，這是因為液體經(jīng)過泵時不會必然受到任何方向上的突然變化，這一點對于圖1-6和圖8-10的實施特別有利，由于這些實施例中的泵室的高度與其直徑相比很小，所以液體基本上是水平地流向出口接頭的。泵室的低或扁平的形狀使得行程長度短，這意味行程速度可以快。入口通道和出口通道可具有大的液流斷面面積，這一特征使泵內(nèi)流動阻力極小。
在圖5-10的實施例中使用的單瓣閥是附于泵室構(gòu)件12的下壁并可沿移動構(gòu)件排擠液體的方向向上運動至與上壁封合的位置。利用該閥的有利之處是移動構(gòu)件產(chǎn)生的液流掃過閥瓣的下側(cè)面。掃過的液流減小了要泵送的液體的任何部分在閥瓣的下面或后面停滯的危險。因而這些實施例特別適用于泵血，因為它們能滿足血液泵的十分重要的不產(chǎn)生停滯區(qū)的要求。
在各個用圖使本發(fā)明具體化了的實施例中，移動構(gòu)件及其驅(qū)動機構(gòu)都是設(shè)于泵室之下的。大多情況下都優(yōu)先選擇這一設(shè)置，特別是在下面的情況時在如圖示的實施例中，單獨的可更換的塑料膜或薄材料制的泵室構(gòu)件表面在液體經(jīng)過泵時與要泵送的液體接觸。但是在某些情況下優(yōu)先選擇下述設(shè)置移動構(gòu)件構(gòu)成泵室的頂壁或作用于頂壁，驅(qū)動機構(gòu)置于泵室之上。另外，可以設(shè)想將一個驅(qū)動機構(gòu)共用于二個上下對疊的泵上，該二泵工作時相位相反。也可以把二驅(qū)動機構(gòu)用于一個泵室，每側(cè)一個，工作狀態(tài)相反。
圖10A、10B和10C的實施例的泵室16-10A和彈簧偏壓的移動構(gòu)件25-10A可以作為單向閥和平緩泵的排出脈動而與其他設(shè)計形式的單級泵的出口聯(lián)用。在血泵的情況下，這種設(shè)置提供了一個無停滯區(qū)的單向出口閥和來自該閥的適量的流量。
權(quán)利要求
1.一種容積泵，它包括形成接受泵送流體的供應(yīng)室的裝置，形成容積可變的泵室的裝置，一個流體由供應(yīng)室流至泵室的入口通道，一個流體從泵室排出的出口通道，一個與泵室相接的、沿預(yù)定路徑正反方向運動的移動構(gòu)件，使之在泵室的移動區(qū)運動，交替地增加和減小泵室容積，使移動構(gòu)件至少向一個方向運動而減小泵室容積的驅(qū)動機構(gòu)，以及用于關(guān)閉入口通道以阻止流體從入口通道回流流出泵室的入口閥裝置；其特征在于供應(yīng)室是側(cè)向地、基本上是圍繞泵室的移動區(qū)而設(shè)置的，入口通道基本上與供應(yīng)室相互延伸連接并通過細長的縫隙狀開口通向泵室，該細長開口在泵室的界限壁內(nèi)，并側(cè)向地位于上述移動區(qū)，流體可以在基本上沒有壓力降的情況下從入口通道進入泵室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容積泵，其特征在于，上述泵室包括一個可動的壁構(gòu)件，在泵送行程與移動構(gòu)件嚙合，并在吸入行程與移動構(gòu)件脫離，于是在供應(yīng)室中壓力流體形成泵的行程容積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容積泵，其特征在于，上述泵室基本上是圓的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的容積泵，其特征在于，上述泵橫向于移動構(gòu)件運動方向的尺寸基本上大于泵沿該運動方向的尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的容積泵，其特征在于，上述出口基本上位于與移動構(gòu)件面對的泵室橫向靜止壁的中心。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容積泵，其特征在于，上述供應(yīng)室用以接受連續(xù)流入的要泵送的流體，當入口閥裝置打開時從入口通道至少向泵室排出其一部分流體容量，而當入口閥裝置關(guān)閉時收集蓄積流體。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的容積泵，其特征在于，上述泵室的可動壁構(gòu)件是由撓性材料制成，并在泵的至少的部分泵送行程期間由移動構(gòu)件使其變形和位移。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的容積泵，其特征在于，上述可動壁構(gòu)件形成泵室的橫向界限壁的一部分并構(gòu)成入口通道的一壁面，其閥裝置包括壓緊閥與上述橫向界限壁部分嚙合，并且閥裝置是可動的，以便使該界限壁部分橫過縫隙狀開口而關(guān)閉入口通道，驅(qū)動機構(gòu)周期性地移動壓緊閥構(gòu)件橫過開口。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的容積泵，其特征在于，上述進口閥裝置包括基本上為環(huán)形的撓性材料制的瓣片，瓣片的一邊固定于入口通道上，另一邊可自由運動至打開位置而使流入的流體進入泵室，也可運動至關(guān)閉位置，與入口通道的另一壁面嚙合而阻止流體從泵室經(jīng)過入口通道回流。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的容積泵，其特征在于，上述入口閥裝置包括第一個用撓性材料制成的環(huán)形瓣片，沿其一邊固定于入口通道的一壁面，還包括第二個用撓性材料制成的環(huán)形瓣片，沿其一邊固定于入口通道的另一壁面，兩瓣片有其另一邊可自由運動至打開位置，允許流體流入泵室，也可運動至關(guān)閉位置，阻止流體從泵室經(jīng)過入口通道回流。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的容積泵，其特征在于，上述供應(yīng)室和泵室由第一和第二相互隔開的壁構(gòu)件構(gòu)成，其中至少有一個壁構(gòu)件由撓性材料構(gòu)成并包括二部分，第一部分可與移動構(gòu)件嚙合與脫離以改變泵室的容積，第二部分形成入口通道的一壁面。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的容積泵，其特征在于，上述閥裝置包括一個與上述一個壁構(gòu)件的第二部分嚙合的能夠橫過入口通道來往運動而關(guān)閉入口通道的壓緊構(gòu)件，還包括周期性地移動壓緊閥構(gòu)件橫過入口通道的驅(qū)動機構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的容積泵，其特征在于，上述驅(qū)動機構(gòu)只使壓緊閥構(gòu)件局部地橫過入口通道，并包括有在入口通道的另一壁面固定的撓性瓣閥片，其自由邊在泵室內(nèi)液體壓力作用下運動與上述一個壁構(gòu)件的第二部分嚙合。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的容積泵，其特征在于上述泵室的橫向界限壁一般為圓的，供應(yīng)室一般為環(huán)形并完全包圍泵室。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的容積泵，其特征在于，上述供液室和泵室都是環(huán)形的，泵室的出口是位于泵室內(nèi)邊的環(huán)形開口，一般是側(cè)向相對于上述移動區(qū)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的容積泵，其特征在于，還包括出口閥，其包括與撓性壁構(gòu)件的第三部分嚙合的可動閥構(gòu)件，以及使閥構(gòu)件往復(fù)運動的驅(qū)動機構(gòu)，該往復(fù)運動使撓性壁構(gòu)件的該第三部分位移而與出口開口的對邊嚙合和脫離從而關(guān)閉和打開閥。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的容積泵，其特征在于，上述泵的撓性壁構(gòu)件是下構(gòu)件，并進一步包括支承撓性壁構(gòu)件的第四部分的裝置，該撓性壁構(gòu)件形成供應(yīng)室的下壁。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的容積泵，其特征在于，上述支承撓性壁構(gòu)件的該第四部分的裝置包括一個或多個輥子，和使輥子在供應(yīng)室的特定軌道上轉(zhuǎn)動的機構(gòu)，這樣可使供應(yīng)室中的流體不斷地被攪動。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的容積泵，其特征在于，上述用以支承撓性壁構(gòu)件第四部分的裝置，是靜止的剛性構(gòu)件。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的容積泵，其特征在于，還包括一個與撓性壁構(gòu)件的第三部分嚙合的靜止構(gòu)件，這樣形成出口開口的一個邊緣，至少一個撓性材料的環(huán)形瓣將其一邊固定于出口開口的一邊上，其另一邊是自由的以便使該瓣片響應(yīng)出口中的流體流在出口打開和關(guān)閉的位置之間運動。
21.根據(jù)權(quán)利要求11所述的容積泵，其特征在于，上述形成供應(yīng)室和泵室的另一壁構(gòu)件基本上是不可動的，泵室的出口是該另一壁構(gòu)件的開口。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的容積泵，其特征在于，在出口內(nèi)有出口閥裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的容積泵，其特征在于，上述泵室的不可動的壁構(gòu)件包括一撓性薄材和一基本上為剛性的支撐構(gòu)件，前者沿供應(yīng)室的外周與第一壁構(gòu)件封接，后者與撓性薄材嚙合并進行支撐以防其在泵室內(nèi)流體壓力增大的情況下變形和偏移。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容積泵，其特征在于，還包括有與泵室的出口相連因而可接受從泵室排出的流體的第二級變?nèi)菔?，一個在泵室出口中的、阻止流體從第二級室回流進入泵室的單向閥，一個從第二級室引出的出口通道，一個可動的交替地增減二級室的容積的第二級移動構(gòu)件，以及使第二級移動構(gòu)件至少在一個方向上運動以減小第二級室的容積的驅(qū)動裝置。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的容積泵，其特征在于，上述驅(qū)動裝置包括一個外部能源。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的容積泵，其特征在于，上述第二級移動構(gòu)件的驅(qū)動機構(gòu)是一個彈簧，當?shù)诙壥业娜莘e因由泵室流入的流體增大時該彈簧儲存能量，當沒有流體從泵室進入第二級室時，它釋放儲存的能量。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的容積泵，其特征在于，上述泵室的行程容積大約是第二級室的行程容積的二倍。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的容積泵，其特征在于，上述泵室是環(huán)形的，第二級室是圓的，位于泵室的側(cè)面并被泵室包圍。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的容積泵，其特征在于，上述泵室和二級室由可動的撓性壁構(gòu)件形成，該構(gòu)件可以在相應(yīng)的泵送行程中與移動構(gòu)件和第二級移動構(gòu)件嚙合并被該第二移動構(gòu)件改變?nèi)莘e。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的容積泵，其特征在于，上述泵室的出口是環(huán)形的縫隙狀通道，該通道位于泵室和第二級室之間的接合部。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的容積泵，其特征在于，上述出口中的閥裝置是環(huán)形的撓性瓣閥，其一邊固定于出口通道的一面壁上，其另一邊是自由端，響應(yīng)泵室中的流體流和壓力與出口通道的另一壁面嚙合或脫離。
32.根據(jù)權(quán)利要求24所述的容積泵，其特征在于，上述供應(yīng)室基本是環(huán)形的，泵室基本是圓的，出口是一個一般由側(cè)面通向泵室的通道，第二級室基本上是圓的，由側(cè)面緊貼于泵室。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容積泵，其特征在于，上述泵室一般是圓的，供應(yīng)室一般是環(huán)形的，供應(yīng)室、泵室和入口通道由第一構(gòu)件和第二構(gòu)件形成，二構(gòu)件均為撓性材料并與供應(yīng)室的外周邊封合，撓性構(gòu)件永久性地形成各室的相對的壁和入口通道，撓性構(gòu)件之一在形成泵室的部分上有一出口，進一步地還包括剛性支撐構(gòu)件，它支撐撓性構(gòu)件以防其在泵中的流體的重力和壓力作用下移動。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的容積泵，其特征在于，上述入口閥裝置至少包括一個基本上是環(huán)形的撓性瓣，它的一邊與鄰近入口通道的撓性構(gòu)件之一相接，它的另一邊是自由的，當泵室中沒有流體反向壓力時它打開入口通道，當泵室內(nèi)有流體反向壓力時，它偏轉(zhuǎn)而關(guān)閉入口通道。
35.根據(jù)權(quán)利要求1至34中任何一項所述的容積泵，其特征在于，上述供應(yīng)室的容積至少與泵室的容積一樣大。
36.一種用于容積泵的室構(gòu)件，包括第一和第二撓性薄材，它們在其外周上封合并永久性地形成一個一般是環(huán)形的供應(yīng)室，一個在供應(yīng)室靠內(nèi)的一般是圓形的泵室，和一個在供應(yīng)室和泵室的連接處的形成一個細長縫隙狀開口的入口通道，在泵室壁上的一個出口和至少在供應(yīng)室的一面壁上的吸入開口。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的室構(gòu)件，其特征在于，上述入口閥是環(huán)形的撓性瓣，其一邊與鄰近入口通道的薄材之一連接而另一邊是自由的，當泵室內(nèi)沒有流體的反向壓力時，該瓣就打開入口通道，當泵室內(nèi)有流體的反向壓力時，它就發(fā)生偏轉(zhuǎn)而關(guān)閉入口通道。
全文摘要
一種容積泵，包括容積可變的泵室和帶有用于減小泵室容積的移動構(gòu)件的驅(qū)動機構(gòu)。流體從供應(yīng)室經(jīng)過一個閥控入口通道進入泵室。該供應(yīng)室鄰接于泵室并從泵室的側(cè)面包圍泵室。該入口通道以細長的縫隙狀入口開口與泵室連通。該入口通道允許液體從供應(yīng)室流入泵室、基本上沒有壓力降。
文檔編號F04B43/14GK1043191SQ89109219
公開日1990年6月20日 申請日期1989年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月8日
發(fā)明者斯蒂格·隆德貝克 申請人:艾斯特勒科技公司