CN1320275C - 具有双向过压保护功能的微量薄膜泵及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，是将作为动力源的致动器置于一泵膜的上方并带动泵膜作上下往复运动，该泵膜封固于上泵体的开口周缘，且上泵体内至少设有一工作腔室及一与流体出口相通的环状腔，一下泵体内设有一进液腔室及一压力互锁腔室，该进液腔室与一液体入口相通，一阀膜置于上下泵体之间，并在阀膜的适当位置处设有与工作腔室相通的孔。由于该泵具有压力互锁功能，即当输入端液体压力高于输出端液体压力时，该泵输入端的液体也不会不受泵体的控制而产生直通排放，故该泵在作为胰岛素泵或其他医用微量泵时具有更高的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜泵，尤指一种应用在生物工程、血液循环系统中、非直通式的、当进口压力大时，流体也不能由泵直接排出的具有双向过压保护功能微量薄膜泵。
背景技术
目前已经公开多种形式的微泵。例如：一种《薄膜泵》，其专利号为96211924.5，其结构如图5、6所示。该泵的工作原理是：一电机2固定在支架1上，振动膜9安装在气室3内，被压片8固定在摆杆10上，并通过摆杆10和偏心轮6与电机主轴联接，阀片5安放在阀体4、7之间、阀体上分别开设有进气孔11和出气孔12，并在出气孔及进气孔的一侧设有同样的阀片托13，且两阀片托的设置方向相反，其作用是减少振动膜的振动幅度，增加气室的密闭性，以提高泵的抽气压差。
又如：专利号为00210385的《智能型胰岛素的传动机构》，利用丝杠螺母机构将电机的输出运动转换成针筒活塞的直线运动，实现向人体补充胰岛素的功能，以满足人工智能型胰岛素输注的使用要求。
上述习知技术中均是采用机械的传动方式，其P入＞P出+P阀膜，液体是经入口直接排出，为直通式排放，又由于为机械运动带动薄膜的上下运动，而使其结构相对复杂、稳定性较差，使用寿命低、适用范围窄。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种非机械传动、非直通式排放，而是以一致动器作为动力源，可带动设置于其下方的泵膜作上下往复运动，使泵腔内的体积变化，进而达到从入口吸入液体，从出口排出液体的带压力互锁的微量薄膜泵。
本发明的目的在于，提供一种具有双向过压保护功能微量薄膜泵，其出口阀的背面设有一与入口连通的空腔，该空腔可以实现压力互锁功能，即当达到入口的液体压力波动时，输入端的液体不会因为压力过高而直接从出口排出。
本发明的又一目的在于，提供一种体积小、流量小，使用方便、寿命长，便于携带的、且应用于胰岛素泵或医用微量泵上的带压力互锁的微量薄膜泵。
本发明的技术方案：一种具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，主要包括：上、下泵体，其特征在于：一作为动力源的致动器置于一泵膜的上方并带动泵膜作上下往复运动，该泵膜封固于上泵体的开口周缘，且上泵体内至少设有一工作腔室及一与流体出口相通的环状腔，一下泵体内设有一进液腔室及一压力互锁腔室，该进液腔室与一液体入口相通，一阀膜置于上下泵体之间，并在阀膜的适当位置处设有与工作腔室相通的孔。其中：
所述具有双向过压保护功能的微量薄膜泵为具有进液阀部与出液阀部且所述进液阀部与出液阀部并列配置的带压力互锁的微量薄膜泵。
所述上泵体的上表面设有与泵膜相匹配的浅凹槽及设于浅凹槽底面的两个并列的左、右工作腔室，并于右腔室的周围设有下开口的环状腔，及与环状腔相连通的一液体出口。
所述下泵体的上表面设有两并列的进液腔室及压力互锁腔室，该两腔室底部分别与设于下泵体内的带有液体入口的流道相通，并在进液腔室的周围设有上开口的环状腔。
所述阀膜是一具有足够弹性、韧性的薄膜，可由耐腐蚀、耐磨的橡胶、塑胶或金属薄膜制成，封固于上、下泵体之间，并可随泵压的变化分别封盖于左、右工作腔室，另在相对下泵体的环状腔的适当位置处设有与左工作腔室相通的孔。
本发明还可通过以下方案实现：所述具有双向过压保护功能的微量薄膜泵为具有进液阀部与出液阀部且所述进液阀部与出液阀部同心配置的带压力互锁微量薄膜泵。其中：
所述上泵体中间设有与泵膜相匹配的贯通的上、下工作腔室，其工作腔室的周围设有下开口的环状腔，及与环状腔相连通的一液体出口。
所述下泵体的中间设有一腔室，其周围设有向上开口的进液腔室及压力互锁腔室，该进液腔室与带有液体入口的流道相通。
所述阀膜是一具有足够弹性、韧性的薄膜，可由耐腐蚀、耐磨的橡胶、塑胶或金属薄膜制成，相对下泵体腔室的适当位置处设有一与工作腔室相通的孔，封固于上、下泵体之间，并随泵压的变化封盖于工作腔室。
以上的致动器可以是压电陶瓷或磁致伸缩材料或电磁铁、甚至用电机轴上的凸轮压一个弹簧片所构成。
一种具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，可应用在胰岛素泵或镇痛泵或其他医用微量输液泵上使用。具体技术方案如下：
一种胰岛素泵，包括具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，主要包括：上、下泵体，其特征在于：一作为动力源的致动器置于一泵膜的上方并带动泵膜作上下往复运动，该泵膜封固于上泵体的开口周缘，且上泵体内至少设有一工作腔室及一与流体出口相通的环状腔，一下泵体内设有一进液腔室及一压力互锁腔室，该进液腔室与一液体入口相通，一阀膜置于上下泵体之间，并在阀膜的适当位置处设有与工作腔室相通的孔。
一种镇痛泵，包括具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，主要包括：上、下泵体，其特征在于：一作为动力源的致动器置于一泵膜的上方并带动泵膜作上下往复运动，该泵膜封固于上泵体的开口周缘，且上泵体内至少设有一工作腔室及一与流体出口相通的环状腔，一下泵体内设有一进液腔室及一压力互锁腔室，该进液腔室与一液体入口相通，一阀膜置于上下泵体之间，并在阀膜的适当位置处设有与工作腔室相通的孔。
一种医用微量输液泵，包括具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，主要包括：上、下泵体，其特征在于：一作为动力源的致动器置于一泵膜的上方并带动泵膜作上下往复运动，该泵膜封固于上泵体的开口周缘，且上泵体内至少设有一工作腔室及一与流体出口相通的环状腔，一下泵体内设有一进液腔室及一压力互锁腔室，该进液腔室与一液体入口相通，一阀膜置于上下泵体之间，并在阀膜的适当位置处设有与工作腔室相通的孔。
本发明的优点在于：
1、由于该泵带有压力互锁功能，因此当液体输入端出现比输出端压力高时，即P入＞P出时，它能够防止液体不会受泵体的控制而产生直通排放，即使进口压力再高，流体也无法通过泵直接流出，故在作为胰岛素泵或镇痛泵时更具安全性、可靠性。而习知的薄膜泵则不受泵体的控制直接排放，造成对人体不应有的危害，而不能使用。
2、由于致动器本身即是动力源，为非机械式传动，故其结构简单、体积小、成本低、使用寿命长。
附图说明
图1为本发明第一实施例的立体剖视图。
图2为本发明第一实施例的剖视图。
图3为本发明第二实施例的立体剖视图。
图4为本发明第二实施例的剖视图。
图5为习知技术的结构剖视图。
图6为习知技术阀片托的结构示意图。
图7-8为压力互锁原理与一般往复泵原理图。
具体实施方式
本发明具有双向过压保护功能的微量薄膜泵的工作原理是，采用一致动器作为泵的动力源，可带动置于下面的泵膜作上下往复运动，使泵腔内的体积变化，达到从入口吸入液体，从出口排出液体，另在出口阀的背面有一连通与入口的空腔，该空腔提供压力互锁功能，使得当达到入口的液体压力发生波动时也不会使更多的液体从出口直接排出，即：P入再大也不能直接排出。因泵本身具有压力互锁功能，只有当P入＞P阀1+P泵室1和P泵室2＞P阀2+P入同时满足时泵才能持续导通(P泵室1和P泵室2为泵室主动扩大时和缩小时的压力)。从上式可以看出，当泵室压力不发生主动变化时，再大的输入压力也无法直接输送到泵的输出端，因此，该泵与习知技术相比成为一非直通式排放泵。
实施例1
参见图1-2，为一种进液阀部与出液阀部双阀并列配置的带压力互锁的微量薄膜泵，主要包括：致动器1、泵膜2、上泵体3、阀膜4及下泵体5；其中：
致动器1的下方设有一泵膜2，泵膜2是一具有足够弹性、韧性的薄膜，可由耐腐蚀、耐磨的橡胶、塑胶或金属箔制成，封固于上泵体3开口的周缘，该致动器1可为压电陶瓷，其两极通电后会自动伸缩或弯曲带动泵膜2作垂直往复运动。
上泵体3，其上表面设有与泵膜2相匹配的浅凹槽及设于浅凹槽底面的两个并列的左、右工作腔室C，C1，并于右腔室C1的周围设有下开口的环状腔D，及与环状腔D相连通的一液体出口7。该左工作腔室C可大于右工作腔室C1。
下泵体5，其上表面设有两并列的进液腔室A及压力互锁腔室A1，该两腔室底部分别与设于下泵体5内的带有液体入口6的流道相通，并在进液腔室A的周围设有上开口的环状腔B。该压力互锁腔室A1可大于进液腔室A。
阀膜4，是一具有足够弹性、韧性的薄膜，可由耐腐蚀、耐磨的橡胶、塑胶或金属箔制成，封固于上泵体3与下泵体5之间，并可随泵压的变化分别封盖于左、右工作腔室C，C1，另在相对下泵体5的环状腔B的适当位置处设有与左工作腔室C相通的孔8。
上述致动器1、泵膜2、上泵体3、阀膜4及下泵体5均可为长方体、正方体或其它相互配合的结构体。
工作时，当致动器1向上运动时，带动泵膜2向上，使工作腔C的体积加大61，使阀膜4的A-C处向上吸，液体则从进液腔A进入环状腔B，并经阀膜4上的通孔8进入工作腔室C，因此有61量的液体从液体入口6经进液腔A、环状腔B到工作腔C。
当致动器1向下运动时，阀膜4的A-C处闭合，工作腔室C中的液体压向阀膜4的工作腔室C1与压力互锁腔A1之间，使阀膜4打开，液体流向环状腔D自液体出口7排出。
当进液腔A处的压力加大时，该压力打开阀膜4的A-C处，该压力经过A-B-C直到C1处。当没有压力互锁腔A1时，此压力将打开C1处的阀膜4使液体流向环状腔D，从而使液体直接从入口6到出口7直通排出。但有了压力互锁腔A1的设置，并与进液腔A连通，故工作腔C1处的压力将小于压力互锁腔A1处的压力，使C1-A1处的阀膜4不能变形，不能打开C1-D的通路，因此该泵体的泵液量将不受输入压力的影响自液体出口7排出，故更具安全性。
实施例2
参见图3-4，为一种进液阀部与出液阀部双阀同心配置的带压力互锁的微量薄膜泵，主要包括：致动器1、泵膜2、上泵体3、阀膜4及下泵体5，其中：
致动器1的下方设有一泵膜2，泵膜2是一具有足够弹性、韧性的薄膜，可由耐腐蚀、耐磨的橡胶、塑胶或金属箔制成，封固于上泵体3开口的周缘，该致动器1可为磁致伸缩材料制成，外加磁埸可产生伸缩以带动泵膜2作垂直往复运动。上述致动器1可为圆盘状或底面带有弧形的圆盘体。
上泵体3中间设有与泵膜2相匹配的贯通的上、下工作腔室C，C1，其工作腔室C1的周围设有下开口的环状腔D，及与环状腔D相连通的一液体出口7。该上工作腔室C可大于下工作腔室C1。
下泵体5的中间设有一腔室E，其周围设有向上开口的进液腔室A及压力互锁腔室A1，该进液腔室A与带有液体入口6的流道相通。
阀膜4是一具有足够弹性、韧性的薄膜，相对下泵体腔室E的适当位置处设有一与工作腔室C相通的孔8，可由耐腐蚀、耐磨的橡胶、塑胶或金属薄膜制成，封固于上泵体3与下泵体5周缘之间，并可随泵压的变化封盖于工作腔室C1。
工作时，当致动器1向上运动时，带动泵膜2向上使工作腔C的体积加大压力减小，使阀膜4的工作腔室C1处向上变形，致使进液腔A至腔室E处产生间隙，液体则从A-C1间隙处进入腔室E，并经阀膜4上的通孔8进入工作腔室C。
当致动器1向下运动时，泵膜4关闭A-E间隙，但由于工作腔C体积减小压力加大，使泵膜2向下运动产生C1-D处的间隙，使液体通过此间隙进入环状腔D自液体出口7排出。
当液体入口处6突然产生高压，此压力会顶开A-E间的阀膜4，进入E腔到C腔，但当它试图顶开C1-D间的阀膜4时，遇到了液体入口处的压力大，此时液体进入环状腔D的条件是：
P＞PAE+PA+PCD(其中PAE是使阀膜4在A-E处变形提供液体通路的压力；PCD是使阀膜在C1-D处变形提供液体通路的压力，而此时的压力源为P，即入口压力等于互锁压力P＝PA1，(除非泵膜在两处间隙没有张力，液体可以通过)，而我们设计的泵膜有一定的压力互锁，因此液体在致动器不工作时也不会由于液体入口的加压而使液体自出口直接排出，为此更具安全性，可靠性。
该泵的结构简单、设计合理，不仅可使其体积小、成本低、使用寿命长，即使入口6处的流体压力再高，都不可能自动通过泵自出口7流出。
上述上泵体3和下泵体5均可采用刚性较大的材料和结构形式。
致动器1可以是压电陶瓷或磁致伸缩材料或电磁铁甚至用电机轴上的凸轮压一个弹簧片均可达到其上下运动的目的。
参见图7-8，为压力互锁原理与一般往复泵原理图。现结合图说明如下：
一般往复泵工作原理见图7：当泵室体积变大时，左边的单向阀打开，右边的单向阀关闭。此时液体(或气体)从进液口进入泵室。当泵室体积变小时，液体将左单向阀关闭而冲开右单向阀液体从出液口输出。这种泵只能单向保护，即当出液口出现较大压力时由于有单向阀的缘故，液体不会从出液口返回到进液口。但当进液口压力大于两个单向阀动作力量和出液口压力之和时液体将会从进液口直接到达出液口而形成直通。
本专利要解决的就是当进口压力大于出口压力加两单向阀动作力时仍然不会使液体不受泵的控制产生直通。方法是在右边的单向阀背面加上压力互锁腔，使该阀的动作力受进液口压力的影响。也即该阀的动作压力必须大于进液压力才能打开(见图8)。
由图可见，输出阀的打开必须建立在泵内压力大于输入压力的基础上。否则无论输入压力变得多大，要想使液体输出，必须克服其自身压力才行。而克服其自身压力的力量只能由泵的动力源提供。
Claims (13)
1、一种具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，主要包括：上、下泵体，其特征在于：一作为动力源的致动器置于一泵膜的上方并带动泵膜作上下往复运动，该泵膜封固于上泵体的开口周缘，且上泵体内至少设有一工作腔室及一与流体出口相通的环状腔，一下泵体内设有一进液腔室及一压力互锁腔室，该进液腔室与一液体入口相通，一阀膜置于上下泵体之间，并在阀膜的适当位置处设有与工作腔室相通的孔。
2、根据权利要求1所述具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，其特征在于：所述具有双向过压保护功能的微量薄膜泵为具有进液阀部与出液阀部且所述进液阀部与出液阀部并列配置的带压力互锁的微量薄膜泵。
3、根据权利要求2所述具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，其特征在于：所述上泵体的上表面设有与泵膜相匹配的浅凹槽及设于浅凹槽底面的两个并列的左、右工作腔室(C、C1)，并于右腔室(C1)的周围设有下开口的环状腔(D)，及与环状腔(D)相连通的一液体出口。
4、根据权利要求2所述具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，其特征在于：所述下泵体的上表面设有两并列的进液腔室(A)及压力互锁腔室(A1)，该两腔室底部分别与设于下泵体内的带有液体入口的流道相通，并在进液腔室(A)的周围设有上开口的环状腔(B)。
5、根据权利要求2所述具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，其特征在于：所述阀膜是一具有足够弹性、韧性的薄膜，可由耐腐蚀、耐磨的橡胶、塑胶或金属薄膜制成，封固于上、下泵体之间，并可随泵压的变化分别封盖于左、右工作腔室(C、C1)，另在相对下泵体的环状腔(B)的适当位置处设有与左工作腔室(C)相通的孔。
6、根据权利要求1所述具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，其特征在于：所述具有双向过压保护功能的微量薄膜泵为具有进液阀部与出液阀部且所述进液阀部与出液阀部同心配置的带压力互锁微量薄膜泵。
7、根据权利要求6所述具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，其特征在于：所述上泵体中间设有与泵膜相匹配的贯通的上、下工作腔室(C、C1)，其工作腔室(C1)的周围设有下开口的环状腔(D)，及与环状腔(D)相连通的一液体出口。
8、根据权利要求6所述具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，其特征在于：所述下泵体的中间设有一腔室(E)，其周围设有向上开口的进液腔室(A)及压力互锁腔室(A1)，该进液腔室(A)与带有液体入口的流道相通。
9、根据权利要求6所述具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，其特征在于：所述阀膜是一具有足够弹性、韧性的薄膜，可由耐腐蚀、耐磨的橡胶、塑胶或金属薄膜制成，相对下泵体腔室(E)的适当位置处设有一与工作腔室(C)相通的孔，封固于上、下泵体之间，并随泵压的变化封盖于工作腔室(C1)。
10、根据权利要求1所述具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，其特征在于：所述致动器可以是压电陶瓷或磁致伸缩材料或电磁铁、甚至用电机轴上的凸轮压一个弹簧片所构成。
11、根据权利要求1～10中任意一项所述具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，应用于一医用微量输液泵中。
12、根据权利要求11所述具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，其特征在于：所述医用微量输液泵为一胰岛素泵。
13、根据权利要求11所述具有双向过压保护功能的微量薄膜泵，其特征在于：所述医用微量输液泵为一镇痛泵。
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