[发明专利]致动器泵系统

说明书

分案说明

本发明是国际申请日为2005年12月14日、国际申请号为PCT/US2005/045210、中国国家申请号为200580048306.3、发明名称为“致动器泵系统”(专利事务所案卷号IIM071774)的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及多种泵，更准确地说，涉及一种用于以确定速率和确定流动路径移动流体的可编程致动器泵系统。

背景技术

在本领域中已知有许多种类的泵，而且已应用于特定应用领域。用于移动流体的泵由电动机提供动力，这些电动机驱动通常为活塞和阀门的运动部件，以产生施加在流体上使其流动的力。这类泵系统中的阀门通常由机电装置启动，如螺线管或其它机械部件。本领域的技术人员将要意识到，存在无数种用于许多不同用途的泵。在医疗器械领域中，例如有用于输送血液和其它特定目的生物流体的蠕动泵，隔膜泵和离心泵。用于包括石油和原油精练、食品和药物制造以及发电在内的许多当今现代化学加工中的泵，广泛地依赖于泵、管子和阀门之间的相互复杂连接，以实现特殊的化学转化或混合。这种对多个专用泵或众多阀门结构的依赖导致复杂、昂贵的系统，这种系统需要很高的维护和制造成本。

在这些复杂系统中经常采用不需要运动部件的聚合物致动器，以简化阀门操作。近来，已研制出一种电活性聚合物(EAP-称为人工肌肉)致动器。例如参见Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers(光学照相仪器工程师协会),出版者(2001)，Yoseph ar-Cohen Ed的“作为人工肌肉的电活性聚合物(EAP)致动器”。电活性聚合物当被激活时可逆地膨胀或改变形状。获取由被激活的EAP施加的机械力以移动致动器装置内的部件。

美国专利No.6,664,718描述了用作换能器并将电能转换成机械能的整体电活性聚合物。EAP用于发生机械力，以移动机器人或泵的部件。

美国专利No.6,682,500描述了一种由EAP提供动力的隔膜泵。在该泵中，EAP被置于称为“隔膜”的柔性膜下面。当EAP被激活时，便膨胀和收缩，从而可逆地移动隔膜，隔膜再使其中接触的流体移动。隔膜泵采用止回(check-flow)阀来控制液流。

美国专利No.6,685,442公开了一种基于导电弹性聚合物凝胶的阀门致动器。操作时，导电凝胶聚合物由电解质溶液激活。通过操纵横穿凝胶的电势，可控制膨胀凝胶和电解质溶液上弹性隔膜的运动，以起到打开或关闭流体通道“闸门”的作用，而作为该通道的止回阀。

在泵系统中采用致动器减少了系统操作的复杂性。然而装有聚合物致动器的每个公开的泵仍需要运动部件和阀门。机械复杂性、维护费用高、体积大且笨重、消毒问题、流体污染侵蚀产物、与某些流体的化学不相容性以及经常噪声运行，使大多数泵不适合于某些用途。

前述背景技术的论述来自本发明人已公开PCT申请PCT/US2004/005922，该申请的全部内容在此引入作为参考，在该申请中本发明人描述了一种致动器泵送系统，该系统利用固定容积壳体内部膨胀或偏转致动器的力，以使液体流过壳体。不需要运动部件或阀门。各个致动器的定时激活使致动器以确定的时间和顺序改变尺寸，从而造成流体以一定时间和路径流动。更具体地说，如本发明人前述PCT申请所描述的，用于移动流体的泵系统包括具有容纳流体腔室的致动器壳体、多个位于该腔室内的毗邻致动器和用于按顺序激活各个致动器的激活装置。每个致动器当被激活时便改变尺寸并将移动力施加到容纳的流体上。

在本发明人前述PCT申请的发明优选实施例中，致动器壳体包括两个或多个流体连通的腔室。在某些情形下，这些单独的腔室可以编程为使不同的流体段以互不相同的速率和流动路径移动。单独的腔室例如可以用来修改流体流动速率，使得流体在流过壳体时改变粘性。在其它情形下，可采用协调流过单独腔室的流动速率将来自各个腔室的任何脉冲流动模式减弱成腔室下游平滑连续的流体流动模式。

该泵可包括控制致动器激活装置的装置，以使各个致动器在确定的时间被激活。在优选实施例的控制器是与激活装置电气连接的可编程微处理器。而且在某些情形下，该泵可包括用于确定流体物理特性的传感器装置。该传感器与控制装置电气连接并向控制装置提供关于流体物理状态的反馈。该传感器例如可以测量流体的pH值、粘性、离子强度、速度、压力或化学成分中的变化。该反馈使泵能够交互性地改变流体的流动速率和方向。