CN104006290B - 微量气体泵及其排气方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微量气体泵及其排气方法，包括：耐压瓶(100)、稳压减压结构(101)和空气过滤器(102)；所述稳压减压结构(101)设置有单向进气阀(4)以及出气口(6)；所述稳压减压结构(101)与所述耐压瓶(100)的瓶口密封连接；所述稳压减压结构(101)的出气口(6)通过连接管(103)与所述空气过滤器(102)的进气口连通；所述空气过滤器(102)的出气口连通限流管(104)；所述限流管(104)设置出气孔(105)。该微量气体泵具有排出气体稳定、精度高、方便使用的优点；还同时具有结构简单巧妙、成本低、携带方便的优点。

Description

微量气体泵及其排气方法

技术领域

本发明属于机械设备技术领域，具体涉及一种微量气体泵及其排气方法。

背景技术

在很多领域，需要持续长期微量的补充某些气体，如氧气、氮气、二氧化碳等，以维持处于半密封状态下的局部环境的某种气体的富集状态。现有技术中，通常使用大气瓶对此局部环境持续大量充气，该种大气瓶具有以下问题：(1)通过控制手指对大气瓶施加压力的大小调节出气速度和出气量，具有出气速度和出气量不稳定的问题，尤其对于一些需要持续微量补充气体的场合，使用大气瓶时，因不能精确微量控制出气量，只能进行过量充气，保证局部的某种气体的富集状态，从而造成气体浪费，同时排气量过大会带走局部环境的水分，造成局部干燥；(2)大气瓶具有携带移动不便的问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种微量气体泵及其排气方法，该微量气体泵具有排出气体稳定、方便使用的优点；还同时具有结构简单巧妙、成本低、携带方便的优点。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种微量气体泵，包括：耐压瓶(100)、稳压减压结构(101)和空气过滤器(102)；所述稳压减压结构(101)设置有单向进气阀(4)以及出气口(6)；所述稳压减压结构(101)与所述耐压瓶(100)的瓶口密封连接；所述稳压减压结构(101)的出气口(6)通过连接管(103)与所述空气过滤器(102)的进气口连通；所述空气过滤器(102)的出气口连通限流管(104)；所述限流管(104)设置出气孔(105)。

优选的，所述耐压瓶(100)为PET材质的耐压瓶。

优选的，所述连接管(103)为PVC软管。

优选的，所述限流管(104)为TPU或PVC软高分子材料的限流管，其内径不超过1毫米。

优选的，所述出气孔(105)孔径为20～50微米。

优选的，所述稳压减压结构(101)包括下腔体(1)、上腔体(2)以及上盖(3)；

所述下腔体(1)的侧壁设置有单向进气阀(4)，所述下腔体(1)的内壁设置有与被安装瓶口螺纹适配的螺纹；

在所述上腔体(2)的底壁开设有与所述下腔体(1)连通的减压出口(5)，在所述上腔体(2)的侧壁开设有与外界连通的出气口(6)；

所述上腔体(2)内还设置膜片(7)、连接杆(8)和压板(9)；所述上盖(3)密封安装在所述上腔体(2)的上方；所述膜片(7)密封安装在所述上盖(3)的下方，所述膜片(7)与所述上盖(3)的内壁之间形成的空间为所述膜片(7)的运动空间；

所述压板(9)可绕支撑轴(10)进行杠杆运动，所述压板(9)的头部位于所述减压出口(5)的正上方，当所述压板(9)的头部向下运动时，所述压板(9)的头部密闭所述减压出口(5)；所述压板(9)的柄部与所述连接杆(8)的底端绞接；所述连接杆(8)垂直设置，其顶端与所述膜片(7)的中心部位固定连接。

优选的，所述上腔体(2)为圆形腔体，所述圆形腔体的圆形腔顶壁周向设置圆形凹槽(80)；在所述圆形凹槽(80)的一角设置有与所述圆形凹槽(80)连为一体并朝向所述圆形凹槽(80)外部的耳部凹槽(11)；所述耳部凹槽(11)与所述圆形凹槽(80)相交部位设置凸起(12)；所述减压出口(5)设置在所述凸起(12)上。

优选的，所述膜片(7)包括膜片本体(71)以及与所述膜片本体(71)连接在一起的膜片耳部(72)；所述膜片本体(71)周向边缘设置圆形隆凸(73)，所述膜片耳部(72)周向边缘设置耳部隆凸(74)；所述膜片(7)置于所述圆形腔顶壁上，使所述圆形隆凸(73)位于与其适配的所述圆形凹槽(80)内，所述耳部隆凸(74)位于与其适配的所述耳部凹槽(11)内；

所述上盖(3)的内壁设置有圆形压线(31)以及与所述圆形压线(31)连接在一起的耳部压线(32)；所述上盖(3)设置在所述膜片(7)的上方，并且，所述圆形压线(31)与所述圆形隆凸(73)形状相适配，用于压紧所述圆形隆凸(73)；所述耳部压线(32)与所述耳部隆凸(74)形状相适配，用于压紧所述耳部隆凸(74)；所述上盖(3)的外周壁夹紧所述膜片(7)边缘而与所述上腔体(2)的圆形腔顶壁固定在一起。

优选的，所述上盖(3)与所述膜片(7)之间还安装有用于调节出口压力的弹簧(13)。

本发明还提供一种微量气体泵的排气方法，包括以下步骤：

S1，当需要向耐压瓶(100)充气时，将高压气源的气嘴接入单向进气阀(4)，压缩气体通过单向进气阀4进入到下腔体(1)内，进而进入到耐压瓶(100)内储存；充气完毕，拔出气嘴，单向进气阀(4)保持对外密封状态；

S2，当需要使用气体时，打开出气口(6)，耐压瓶(100)内气体经稳压减压结构(101)作用，输出稳定减压后的气体；具体为：

初始状态时，由于耐压瓶(100)内气体压力大于上腔体压力，在压力作用下耐压瓶(100)内气体向上运动，通过减压出口(5)而进入上腔体，随着上腔体内气体逐渐增多，上腔体内压力逐渐变大，上腔体内气体压力达到一定数值时向上推起膜片(7)；膜片(7)向上运动使弹簧处于压缩状态且同时拉起与其固定连接的连接杆(8)，而由于连接杆(8)与压板(9)的柄部绞接，并且，压板是通过支撑轴固定在上腔体内，则压板的柄部(9b)上抬，头部(9a)下压，进而使压板的头部压紧减压出口(5)，减少减压出口的气体排出；

随着出气口(6)逐渐向外供给气体，上腔体内气体逐渐减少，气压下降，进而导致膜片下降，带动压板柄部下降，压板头部上抬，减压出口(5)出气增加，上腔体内气压又逐渐上升，减压出口与压板的压力达到一个稳定值；

S3，出气口(6)输出的气体经空气过滤器(102)过滤后，经出气孔(105)排到外界。

本发明提供的微量气体泵及其排气方法具有以下优点：

(1)可用于微量气体的连续释放系统，如某部位需要不断的补充微量的气体等领域，具有使用和携带方便的优点；

(2)能够精确控制排出气体压力的稳定性；

(3)整体具有结构简单、成本低的优点。

附图说明

图1为本发明提供的微量气体泵的结构示意图；

图2为本发明提供的稳压减压结构的整体剖视图；

图3为本发明提供的上腔体的局部结构示意图；

图4为本发明提供的上腔体的圆形腔顶壁的结构示意图；

图5为本发明提供的膜片的主视图；

图6为本发明提供的膜片的侧视图；

图7为本发明提供的上盖的主视图；

图8为本发明提供的上盖的侧视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，本发明提供一种微量气体泵，包括：耐压瓶100、稳压减压结构101和空气过滤器102；其中，耐压瓶100为PET材质，用于储存压缩气体；稳压减压结构用于将耐压瓶100中的压缩气体(一般为不超过0.6MPa)减压至比较低的压力(5～15KPa)输出，而且输出的压力很稳定，不会随耐压瓶中压力的降低而变化。稳压减压结构101设置有单向进气阀4以及出气口6；稳压减压结构101与耐压瓶100的瓶口密封连接，具体实现上，可通过螺纹连接，也可以在稳压减压结构101上安装一瓶盖，瓶盖、单向进气阀与稳压减压结构101一体注塑而成，然后直接将瓶盖通过螺纹安装到耐压瓶100的瓶口，即可简单的将稳压减压结构101与耐压瓶连接起来；稳压减压结构101的出气口6通过连接管103与空气过滤器102的进气口连通；空气过滤器102的出气口连通限流管104；限流管104设置出气孔105。其中，连接管103可采用PVC软管。空气过滤器用于过滤空气中的灰尘，限流管104用于控制气体的流量，其材质为TPU或PVC等软高分子材料，内腔很细，不超过1mm，管壁薄。出气孔8孔径小，一般为20～50微米。空气过滤器的作用为过滤气体的灰尘，保证排出的气体为洁净气体。

使用时，只需将压缩气体注入耐压瓶内，然后将限流管的出气孔置于使用部位附近，外面覆盖防护层，气体会源源不断从出气孔中释放出来，防护层延缓气体向外扩散，环境持续处于某种气体的富集状态中。出气流量受两个因素影响：出气孔的孔径及出气压力的大小。

在上述结构中，稳压减压结构用于减压及调节流量使用，而且，本发明采用独特的结构，还使得此稳压减压结构具有体积小、而且稳定性能好的优点。结合图2，该稳压减压结构包括下腔体1、上腔体2以及上盖3；

下腔体1的侧壁设置有单向进气阀4，下腔体1的内壁设置有与被安装瓶口螺纹适配的螺纹；

在上腔体2的底壁开设有与下腔体1连通的减压出口5，在上腔体2的侧壁开设有与外界连通的出气口6；

参考图3，上腔体2内还设置膜片7、连接杆8和压板9；上盖3密封安装在上腔体2的上方；膜片7密封安装在上盖3的下方，膜片7与上盖3的内壁之间形成的空间为膜片7的运动空间；上盖3与膜片7之间还可以安装有弹簧13。

压板9可绕支撑轴10进行杠杆运动，压板9的头部位于减压出口5的正上方，当压板9的头部向下运动时，压板9的头部密闭减压出口5；压板9的柄部与连接杆8的底端绞接；连接杆8垂直设置，其顶端与膜片7的中心部位固定连接。

该稳压减压结构的工作原理为：由于下腔体1的内壁设置有与被安装瓶口螺纹适配的螺纹，因此，通过螺纹连接方式，将稳压减压结构安装到耐压瓶的瓶口14上；当需要向耐压瓶充气时，拧紧出气口6上阀门，打开单向进气阀4，外界气体通过单向进气阀4进入到下腔体1内，进而进入到耐压瓶内储存；当需要使用气体时，打开出气口6，初始状态时，由于耐压瓶内气体压力大于上腔体压力，因此，在压力作用下耐压瓶内气体向上运动，通过减压出口5而进入上腔体，随着上腔体内气体逐渐增多，上腔体内压力逐渐变大，因此，上腔体内气体压力达到一定数值时向上推起膜片7；膜片7向上运动使弹簧处于压缩状态且同时拉起与其固定连接的连接杆8，而由于连接杆8与压板9的柄部绞接，并且，压板是通过支撑轴固定在上腔体内，因此，压板的柄部9b上抬，头部9a下压，为图3中的9-P1状态，进而使压板的头部压紧减压出口5，减少减压出口的气体排出；此时，由于杠杆效应，压板头部下压所需的气体压力远低于耐压瓶内气体压力，因此，实现排气口排出气体减压的目的；随着出气口6逐渐向外供给气体，上腔体内气体逐渐减少，气压下降，进而导致膜片下降，带动压板柄部下降，压板头部上抬，为图3中的9-P2状态，减压出口5出气增加，上腔体内气压又逐渐上升，减压出口与压板的压力达到一个稳定值，压力就稳定下来。而且，压板的压力能够随着减压出口的出气压力变化而自动调节，即：减压出口的压力变化，而上腔体内的气压不变。通过本装置，下腔体内具有几百千帕的气压，而出气口排出的气体压力只有几千帕的气压，而且，下腔体内的气压可发生大的变化，而出气口的气压基本保持稳定。其主要原理是对从减压出口排出的气压进行两级放大，最后反作用于减压出口。第一级放大：膜片的面积；压力＝压强×面积，面积越大，膜片产生的压力越大；第二级放大，是压板的杠杆效应，压板的支撑轴靠近压板头部，柄部产生的拉力的力矩L2数倍于头部压力的力矩L1，见图3。可见，膜片的面积越大，杠杆效应越大，减压效果越好，出气口排出的气体压力越稳定。

为在有限的腔体内，延长压板的拉力力矩，增强杠杆效应，如图4所示，腔体2为圆形腔体，圆形腔体的圆形腔顶壁周向设置圆形凹槽80；在圆形凹槽80的一角设置有与圆形凹槽80连为一体并朝向圆形凹槽80外部的耳部凹槽11；耳部凹槽11与圆形凹槽80相交部位设置凸起12；减压出口5设置在凸起12上。因此，延长了减压出口5到圆心的距离，由于压板的头部位于减压出口5的上方，则延长了压板柄部的力矩。

另外，为提高膜片安装的密封性，还可以采用以下一种具体结构：

如图5-6所示，分别为膜片的主视图和侧视图，膜片7包括膜片本体71以及与膜片本体71连接在一起的膜片耳部72；膜片本体71周向边缘设置圆形隆凸73，膜片耳部72周向边缘设置耳部隆凸74；膜片7置于圆形腔顶壁上，使圆形隆凸73位于与其适配的圆形凹槽80内，耳部隆凸74位于与其适配的耳部凹槽11内；

如图7-8所示，分别为上盖的主视图和侧视图，上盖3的内壁设置有圆形压线31以及与圆形压线31连接在一起的耳部压线32；上盖3设置在膜片7的上方，并且，圆形压线31与圆形隆凸73形状相适配，用于压紧圆形隆凸73；耳部压线32与耳部隆凸74形状相适配，用于压紧耳部隆凸74；上盖3的外周壁夹紧膜片7边缘而与上腔体2的圆形腔顶壁固定在一起。

通过上述结构，一方面，膜片受到上腔体气压的作用而向上顶起，由于膜片的圆心位置为受力平衡点，因此，可保证膜片隆起的最高部位在其圆心位置，提高排出气体气压的稳定性；另一方面，可保证膜片处于密封状态，提高气压稳定性的控制精度。

该微量气体泵的排气方法，具体包括以下步骤：

S1，当需要向耐压瓶100充气时，将高压气源的气嘴接入单向进气阀4，压缩气体通过单向进气阀4进入到下腔体1内，进而进入到耐压瓶100内储存；充气完毕，拔出气嘴，单向进气阀4保持对外密封状态；

S2，当需要使用气体时，打开出气口6，耐压瓶100内气体经稳压减压结构101作用，输出稳定减压后的气体；具体为：

初始状态时，由于耐压瓶100内气体压力大于上腔体压力，在压力作用下耐压瓶100内气体向上运动，通过减压出口5而进入上腔体，随着上腔体内气体逐渐增多，上腔体内压力逐渐变大，上腔体内气体压力达到一定数值时向上推起膜片7；膜片7向上运动使弹簧处于压缩状态且同时拉起与其固定连接的连接杆8，而由于连接杆8与压板9的柄部绞接，并且，压板是通过支撑轴固定在上腔体内，则压板的柄部9b上抬，头部9a下压，进而使压板的头部压紧减压出口5，减少减压出口的气体排出；此处，可通过调节弹簧的压缩程度而调节出气压力，弹簧压缩愈大，出气压力越大。实际应用中，可以采用以下两种方式之一对弹簧的压缩程度进行调节：(1)在稳压减压结构的腔壁外安装有一个用于与弹簧连接的旋钮，用户通过旋转旋钮，调节弹簧对膜片的压力，进而调节出气压力。该种方式的优点为：用户在实际应用中，可简单方便的调节出气压力。(2)对于需要精密控制出气压力的微量气体泵，厂商可以采用在弹簧顶部放置不同高度的垫片的方式调节弹簧对膜片的压力，进而制备得到具有不同出气压力的微量气体泵。该种方式的优点为：出气压力在出厂时就已经精密控制好，但是用户在使用时不可随意调节出气压力。

随着出气口6逐渐向外供给气体，上腔体内气体逐渐减少，气压下降，进而导致膜片下降，带动压板柄部下降，压板头部上抬，减压出口5出气增加，上腔体内气压又逐渐上升，减压出口与压板的压力达到一个稳定值；

S3，出气口6输出的气体经空气过滤器102过滤后，经出气孔105排到外界。

比如说，当需要使用气体时，由于气体流量受出气孔的孔径和出气压力的影响，如只采用限流管，则耐压瓶的压力是随着气体的泄漏而不断降低的，而限流管在出气压力不断变化幅度时，根本不可能提供稳定的流量；而通过安装稳压减压结构，则使出气压力非常稳定，限流管的流量也稳定可控。

举例，当不安装稳压减压结构时，使用500ml的耐压瓶在0.5MPa的压力下存储2500ml的压缩气体，由于限流管的流量与瓶内压力和限流管孔径成正比，在限流管孔径不变的情况下，当瓶内压力为20KPa时，限流管的气体流量为40ml/h；当瓶内压力为100KPa时，限流管的气体流量为200ml/h；当瓶内压力为200KPa时，限流管的气体流量为400ml/h。由于随着气体逐渐排出耐压瓶，所以，耐压瓶内压力是不断变化的，因此，可以显而易见的看出，限流管的气体流量一定是随着排气的进行而不断变化的，即：耐压瓶出口排气压力不稳定。

当安装上本发明提供的稳压减压结构后，出气压力非常稳定。瓶内压力从0.5MPa降到0.03MPa，而出气压力变化不超过10％，同时也保证出气量非常稳定。例如，一个500ml的耐压瓶一次充气，充气气压0.5MPa，限流管流量的测定20KPa状态下40ml/h；如果出气压力调为20KPa，则一次充气可使用(5-0.3)×500÷40＝58.75小时，并且体积小，携带非常方便，使用时间比较长。

综上所述，本发明提供的微量气体泵及其排气方法具有以下优点：

(1)可用于微量气体的连续释放系统，如某些环境需要不断的补充微量的气体等领域，具有使用和携带方便的优点；

(2)能够精确控制排出气体压力的稳定性；

(3)整体具有结构简单、成本低的优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种微量气体泵，其特征在于，包括：耐压瓶(100)、稳压减压结构(101)和空气过滤器(102)；所述稳压减压结构(101)设置有单向进气阀(4)以及出气口(6)；所述稳压减压结构(101)与所述耐压瓶(100)的瓶口密封连接；所述稳压减压结构(101)的出气口(6)通过连接管(103)与所述空气过滤器(102)的进气口连通；所述空气过滤器(102)的出气口连通限流管(104)；所述限流管(104)设置出气孔(105)；

其中，所述稳压减压结构(101)包括下腔体(1)、上腔体(2)以及上盖(3)；

所述下腔体(1)的侧壁设置有单向进气阀(4)，所述下腔体(1)的内壁设置有与被安装瓶口螺纹适配的螺纹；

在所述上腔体(2)的底壁开设有与所述下腔体(1)连通的减压出口(5)，在所述上腔体(2)的侧壁开设有与外界连通的出气口(6)；

所述上腔体(2)内还设置膜片(7)、连接杆(8)和压板(9)；所述上盖(3)密封安装在所述上腔体(2)的上方；所述膜片(7)密封安装在所述上盖(3)的下方，所述膜片(7)与所述上盖(3)的内壁之间形成的空间为所述膜片(7)的运动空间；

所述压板(9)可绕支撑轴(10)进行杠杆运动，所述压板(9)的头部位于所述减压出口(5)的正上方，当所述压板(9)的头部向下运动时，所述压板(9)的头部密闭所述减压出口(5)；所述压板(9)的柄部与所述连接杆(8)的底端绞接；所述连接杆(8)垂直设置，其顶端与所述膜片(7)的中心部位固定连接；

其中，所述上腔体(2)为圆形腔体，所述圆形腔体的圆形腔顶壁周向设置圆形凹槽(80)；在所述圆形凹槽(80)的一角设置有与所述圆形凹槽(80)连为一体并朝向所述圆形凹槽(80)外部的耳部凹槽(11)；所述耳部凹槽(11)与所述圆形凹槽(80)相交部位设置凸起(12)；所述减压出口(5)设置在所述凸起(12)上。

2.根据权利要求1所述的微量气体泵，其特征在于，所述耐压瓶(100)为PET材质的耐压瓶。

3.根据权利要求1所述的微量气体泵，其特征在于，所述连接管(103)为PVC软管。

4.根据权利要求1所述的微量气体泵，其特征在于，所述限流管(104)为TPU或PVC软高分子材料的限流管，其内径不超过1毫米。

5.根据权利要求1所述的微量气体泵，其特征在于，所述出气孔(105)孔径为20～50微米。

6.根据权利要求1所述的微量气体泵，其特征在于，所述膜片(7)包括膜片本体(71)以及与所述膜片本体(71)连接在一起的膜片耳部(72)；所述膜片本体(71)周向边缘设置圆形隆凸(73)，所述膜片耳部(72)周向边缘设置耳部隆凸(74)；所述膜片(7)置于所述圆形腔顶壁上，使所述圆形隆凸(73)位于与其适配的所述圆形凹槽(80)内，所述耳部隆凸(74)位于与其适配的所述耳部凹槽(11)内；

所述上盖(3)的内壁设置有圆形压线(31)以及与所述圆形压线(31)连接在一起的耳部压线(32)；所述上盖(3)设置在所述膜片(7)的上方，并且，所述圆形压线(31)与所述圆形隆凸(73)形状相适配，用于压紧所述圆形隆凸(73)；所述耳部压线(32)与所述耳部隆凸(74)形状相适配，用于压紧所述耳部隆凸(74)；所述上盖(3)的外周壁夹紧所述膜片(7)边缘而与所述上腔体(2)的圆形腔顶壁固定在一起。

7.根据权利要求1所述的微量气体泵，其特征在于，所述上盖(3)与所述膜片(7)之间还安装有用于调节出口压力的弹簧(13)。

8.一种微量气体泵的排气方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，当需要向耐压瓶(100)充气时，将高压气源的气嘴接入单向进气阀(4)，压缩气体通过单向进气阀4进入到下腔体(1)内，进而进入到耐压瓶(100)内储存；充气完毕，拔出气嘴，单向进气阀(4)保持对外密封状态；

S2，当需要使用气体时，打开出气口(6)，耐压瓶(100)内气体经稳压减压结构(101)作用，输出稳定减压后的气体；具体为：

初始状态时，由于耐压瓶(100)内气体压力大于上腔体压力，在压力作用下耐压瓶(100)内气体向上运动，通过减压出口(5)而进入上腔体，随着上腔体内气体逐渐增多，上腔体内压力逐渐变大，上腔体内气体压力达到一定数值时向上推起膜片(7)；膜片(7)向上运动使弹簧处于压缩状态且同时拉起与其固定连接的连接杆(8)，而由于连接杆(8)与压板(9)的柄部绞接，并且，压板是通过支撑轴固定在上腔体内，则压板的柄部(9b)上抬，头部(9a)下压，进而使压板的头部压紧减压出口(5)，减少减压出口的气体排出；

随着出气口(6)逐渐向外供给气体，上腔体内气体逐渐减少，气压下降，进而导致膜片下降，带动压板柄部下降，压板头部上抬，减压出口(5)出气增加，上腔体内气压又逐渐上升，减压出口与压板的压力达到一个稳定值；

S3，出气口(6)输出的气体经空气过滤器(102)过滤后，经出气孔(105)排到外界。