[发明专利]具有盘形腔的泵

说明书

技术领域

本发明的示例性实施例大致涉及用于流体的泵，并且更具体而言，涉及具有基本盘形腔的泵，该腔具有基本圆形的端壁和侧壁，以及涉及用于控制通过该泵的流体的流动的阀。

背景技术

闭合腔中高振幅压力振荡的产生在热声和泵类型的压缩器领域中已引起足够的重视。非线性声学的最近发展已允许产生具有比先前认为可能更高振幅的压力波。

已知使用共振来实现从规定入口到出口的流体泵送。这可使用在一端处具有声学驱动器的圆柱形腔得以实现，该声学驱动器驱动声学驻波。在这种圆柱形腔中，声学压力波具有有限振幅。诸如锥形、角锥形、球形的可变横截面腔已被用于实现高振幅的压力振荡，由此显著增大泵送效果。在这种高振幅波中，具有能量损耗的非线性机理已被抑制。然而，高振幅的共鸣在盘形腔内已不再被使用，其中径向压力振荡直到最近才被激发。公开为WO2006/111775(‘487申请)的国际专利申请PCT/GB2006/001487公开了具有基本盘形腔的泵，该盘形腔具有高纵横比，即，腔的半径与腔的高度的比率。

这种泵具有基本圆柱形腔，该圆柱形腔包括在每一端由端壁闭合的侧壁。该泵还包括致动器，该致动器驱动端壁中的任一个，以沿着基本垂直于驱动端壁的表面振荡。驱动端壁的运动的空间分布被描述成与腔内的流体压力振荡的空间波动匹配，该状态在此被描述成模式匹配。当泵被模式匹配时，由致动器作用在腔中流体上的功越过驱动端壁表面而积极增大，由此增强腔中压力振荡的振幅并输出高的泵送效率。在未被模式匹配的泵中，可能有端 壁的下述区域，其中由端壁作用在流体上的功减小而不是增强腔内流体的流体压力振荡。因而，由致动器作用在流体上的有用功被减小，并且泵变得效率更低。模式匹配泵的效率取决于驱动端壁与侧壁之间的界面。希望通过构造该界面使其不减小或抑制驱动端壁的运动由此减轻腔内流体压力振荡的振幅的任一减小来保持这种泵的效率。

这种泵还需要用于控制通过该泵的流体的流动阀，更具体而言，能够高频运转的阀。传统的阀对于多种应用典型地以小于500Hz的较低频率运转。例如，许多传统的压缩器典型地以50或60Hz运转。本领域中已知的线性共振压缩器在150到350Hz之间运转。然而，包括医疗设备的许多便携式电子设备需要传送正压力或者提供真空的泵，该泵尺寸相当小，并且这种泵有利的是运转时无声，以提供离散操作。为了实现这些目标，这种泵必须以非常高的频率运转，这需要能够以大于20kHz以及更大频率运转的阀，这一般得不到。为了以这些高频率运转，阀必须响应高频振荡压力，其能够被调整以产生通过该泵的流体的净流动。

发明内容

根据本发明的一个实施例，上述泵的致动器引起驱动端壁沿着基本垂直于端壁或基本平行于圆柱形腔的纵轴线的方向的振荡运动(“位移振荡”)，在下文中被称为腔内的驱动端壁的“轴向振荡”。驱动端壁的轴向振荡在腔内产生基本成比率的“压力振荡”，形成径向压力分布，该径向压力分布近似于如在‘487申请中描述的第一类贝塞尔函数的压力分布，该申请通过引用合并于此，这种振荡在下文中被称为腔内的流体压力的“径向振荡”。驱动端壁的在致动器与侧壁之间的一部分提供与泵的侧壁的接触面，其减小位移振荡的阻尼，以减轻腔内的压力振荡的任何减小，该部分在下文中被成称为“隔离件”。隔离件的示例性实施例与驱动端壁的周界部分操作性地相关联，以减小位移振荡的阻尼。

根据本发明的另一实施例，泵包括：限定腔的具有基本圆柱形形状的泵体，该腔由在两端通过基本圆形端壁闭合的侧壁形成，所述端壁中的至少一个为驱 动端壁，该驱动端壁具有中心部分和邻近所述侧壁的周界部分，其中所述腔在使用时容纳流体。所述泵进一步包括致动器，该致动器与所述驱动端壁的所述中心部分操作性地相关联，以引起所述驱动端壁沿着与其基本垂直的方向的振荡运动，在所述驱动端壁的大约中心处具有最大振幅，由此在使用时产生所述驱动端壁的位移振荡。所述泵进一步包括隔离件，该隔离件与所述驱动端壁的所述周界部分操作性地相关联，以减小由所述端壁与所述腔的所述侧壁的连接引起的位移振荡的阻尼。所述泵进一步包括设置在所述端壁中的一个的大约中心处的第一孔，以及设置在所述泵体中的任何其他位置处的第二孔，由此所述位移振荡在所述泵体的所述腔内产生流体压力的径向振荡，使流体通过所述孔流动。