非对称双隔膜泵的制作方法

专利名称：非对称双隔膜泵的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及泵，更具体地说涉及双隔膜泵(dual diaphragm pump)。背景现代的消费者、工业、商业、航天和军事系统经常依靠可靠的泵 来用于流体控制。对于一些应用，例如在一些4义表、感应和/或控制应 用中，小型泵系统经常是称心如意的。尽管微泵技术已经取得一些重 要的进展，但仍需要具有改善的工作特性的微泵。概要本发明大体涉及泵，更具体地说涉及双隔膜泵。在某些情况下， 本发明可提供泵的入端口和出端口间的更大的流体压缩，以及如果期 望的话，还提供由于更高的促动频率引起的增大的流率。在本发明的一个说明性实施方案中，提供了包括具有腔室中线、 第一表面和笫二表面的泵腔室的微泵。第一表面包括以与腔室中线成 第 一锐角延伸的第 一部分。第二表面包括以与腔室中线成第二锐角延 伸的第二部分。在某些情况下，第二角度小于第一角度，以及在某些 情况下第二角度可以为0或者甚至为负。微泵包括布置在腔室中的第 一隔膜和第二隔膜。第一隔膜和第二隔膜均具有布置在其中的至少一 个孔。在某些情况下，第一隔膜适于被静电促动向第一表面和/或第二表 面，并且第二隔膜适于被静电促动向第二表面和/或第一表面。在某些 情况下，第一隔膜和第二隔膜适于通过弹性回复力返到腔室中线附近 的位置，但在所有的实施方案中这不是必需的。当相互接近地安置第一隔膜和第二隔膜时，布置在第一隔膜中的至少一个孔不对齐于布置 在第二隔膜中的至少一个孔。在某些情况下，第一表面包括第一端口。笫一隔膜适于^皮静电促 动到邻近第一表面的位置以封闭或者大致封闭第一端口。同样地，第 二表面包括第二端口 ，并且第二隔膜适于^皮静电促动到邻近第二表面 的位置以封闭或大致封闭第二端口 。在某些情况下，第一隔膜和第二隔膜是适合的，这样可^L静电独 立地促动它们。例如，第一隔膜是适合的，以至于其可被静电独立地 促动到邻近第 一表面的位置，这样第 一 隔膜封闭或大致封闭第 一端 口，或者第一隔膜邻近第二表面。同样地，第二隔膜是适合的，以至 于其可被静电独立地促动进邻近第二表面的位置，这样第二隔膜封闭 或大致封闭第二端口，或者第二隔膜邻近第一表面。在某些情况下， 可提供这样微泵的垂直和/或水平堆叠以增加抽吸压缩或容量，以及 在某些情况下以提高期望的可靠性。本发明的上述概要不是想描述本发明的各个公开的实施方案或 每个实施方案。下文的图、详细描述和实施例更具体地解释了这些实 施方案。附图简述结合附图考虑下文本发明的各个实施方案的详细描述，可更充分地理解本发明，其中

图1是才艮据本发明的实施方案的微泵腔室的分解截面图；图2是根据本发明的实施方案的非对称双隔膜微泵的分解截面图；图3是根据本发明的实施方案的非对称双隔膜微泵的分解截面图；图4至图9示意性地说明了图2中的微泵的工作原理；图10是根据本发明的实施方案的采用两个非对称双隔膜微泵的垂直堆叠微泵阵列的截面图；图11是根据本发明的实施方案的采用三个非对称双隔膜微泵的垂直堆叠微泵阵列的截面图；以及图12是根据本发明的实施方案的大量平行微泵阵列的图例说明。 由于本发明可适于各种修改和备选形状，在附图中通过实施例的方式示出的其细节并将详细地描述。然而，应知不想将本发明限制到描述的特定实施方案。相反，是想覆盖在本发明的实质和范围之内的所有修改、等同方案以及备选方案。详细描述应参照附图阅读下文的描述，其中以同样的方式对不同附图中的 类似元件编号。不必成比例的附图描述了选定的实施方案并且不想限 制本发明的范围。尽管说明了用于各种元件的结构、尺寸以及材质的 实施例，但是本领域的那些技术人员将意识到所提供的许多实施例具 有可被利用的适宜备选方案。图1是包括上截面12和下截面14的微泵腔室10的分解图。在 下面的描述中，上和下的指定是任意的并且是仅为了易于讨论。在某 些情况下，如果从上或从下方观看，微泵腔室10为圆形。当然也可 以设想其它形状。腔室中线16可看作在上截面12和下截面14之间延伸。"腔室中 线"这一用语不想暗示其恰巧在腔室的中间延伸，而且意指其仅仅将腔 室分成两部分。应注意到为了清晰，已经充分夸大了图1中的元件之 间的间距。当相互靠近地安置上截面12和下截面14时，在图1中示 出的il明性实施方案中，可看到腔室中线164黄断上截面12和下截面 14的交界处。上截面12具有包括与腔室中线16成锐角a的部分20的表面18。 类似地，下截面14具有包括与腔室中线16成锐角卩的部分24的表 面22。在某些情况下，角度(3可小于角度a。在某些情况下，角度|3可至少小于角度a约0.25度。角度a可如期望的大小以实现期望的抽吸特征并且可为约45度。 在某些特定情况下，角度a例如可在约0.5度至约5度的范围内，而 角度卩可在约0度至约4.75度的范围内。在某些情况下，角度卩可小 于约2.0度并且在某些情况下，如在图3中说明的，其可等于约0, 或者如果期望的话甚至为负。可注意到将角度卩设定小于角度a可减小微泵腔室10中的工作 量或者总空间(例如，在上截面12和下截面14之间)。然而，在某些 情况下，减小相对于角度a的角度l3可改善一些工作参数。例如，通 过减小相对于角度a的角度|3,可增加抽吸频率。另外，减小相对于 角度a的角度P有助于增加跨越微泵腔室10达到的压差。在说明性的实施方案中，上截面12包括端口 26,而下截面14包 括端口 28。应注意到虽然微泵腔室10不是对称分布在腔室中线16的 相对两侧(例如，上截面12不对称于下截面14)，但在一些实施方案中 微泵腔室10在左右方向上是对称的。换句话说，在图1的说明性实 施方案中，上截面12的右侧部分(没有标号)是上截面12的左侧部分 (具有标号)的镜像，但这不是必需的。类似地，下截面14的右侧部分 是下截面14的左侧部分的镜像，但这也不是必需的。在某些情况下，包括上截面12和下截面14的微泵腔室10可以 为任意适宜的半刚性或刚性材质，例如塑料、陶瓷、硅等。例如在一 些实施方案中，微泵腔室10可通过才莫制例如ULTEM，(可从马萨诸 塞的匹兹菲尔德市的General Electric Company获得)、 CELAZOLE (可从新泽西州的萨米特市的Hoechst-Celanese Corporation获得)、KETRONM(可从宾夕法尼亚州的里丁市的Polymer Corporation获得)的高温塑料或者用一些其它适宜材质构建。图2是采用微泵腔室10(图1)的微泵30的分解图。已从该图中去 除了腔室中线16(图1)以更好地说明上隔膜32和下隔膜34。在该说明 性实施方案中，上隔膜32包括一个或多个上孔36而下隔膜34包括一个或多个下孔38。如在图2中所见，上孔36^t向偏离于下孔38。在某些情况下，上孔36可在上隔膜32中围绕具有第一半径的圆 对齐，而下孔38可在下隔膜34中围绕具有不同于第一半径的第二半 径的圓对齐，这些半径都具有共同的中心点。在该配置方案中，上孔 36不对齐于下孔38,并且当使上隔膜32和下隔膜34直4妄相互邻近(例 如，相互接触)时，上隔膜32封闭或者大致封闭下孔38并且下隔膜 34可封闭或者大致封闭上孔36。在某些情况下，用来制造上隔膜32和下隔膜34的材质可具有弹 性、回弹性、柔性或者其它弹性体特性，但是在所有实施方案中这不 是必需的。在某些情况下，上隔膜32和下隔膜34可用一般适合的材 质制造。例如，上隔膜32和下隔膜34可用例如KAPTON，(可从特 拉华州的威尔明顿市的E,I.du Pont de Nemours&Co.获得)、 KALADEX，(可从特拉华州的威尔明顿市的ICI Films获得)、 MYLAR顶(可从特拉华州的威尔明顿市的E.I.du Pont de Nemours&Co. 获得)、ULTEM，(可从马萨诸塞州的匹兹菲尔德市的General Electric Company获得)的聚合体或者期望的任意其它适宜的材质制造。如对于图4至图9将更详细地讨论的，上隔膜32和下隔膜34可 ^L静电促动穿过各个位置。上隔膜32可被静电促动到使上隔膜靠近 表面18的位置，以使上隔膜封闭或者大致封闭端口 26。同样地，下 隔膜34可被静电促动到使下隔膜靠近表面22的位置，以使下隔膜封 闭或者大致封闭端口28。在某些情况下，上隔膜32和下隔膜34可被 静电独立地促动。例如，上隔膜32和下隔膜34可向相反方向和/或同 一方向移动。在某些情况下，上隔膜32或下隔膜34的其中之一可被 静电移动，而另一个保持静止。为了使上隔膜32和下隔膜34可,皮静电促动，应意识到上隔膜32、 下隔膜34、表面18和表面22各包括相应的电极。电极可使用任意适 宜的4支术、通过任意适宜的材质形成。通过在合适的电极之间施加电 压，上隔膜32和下隔膜34通过静电力可如期望地移动。在某些情况有说明)可包括一个或多个绝缘层，位于每个电极之 上或者之下，以助于防止电极之间的电短路，特别是在相应的构件相 互接合时。图3是包括如对图2所讨论的上截面12和下截面42的微泵40 的分解图。上隔膜32和下隔膜34如上文讨论地运行和纟皮构建。在该 说明性实施方案中，角度P示出约为O度，这样下截面42包括使其 至少大致平行于腔室中线16(图l)的表面44。在某些情况下，下隔膜 34不需被静电朝表面44拖下，因为弹性回复力可提供该功能。然而， 在一些实施方案中，下隔膜34^皮静电朝表面44拖下。图4至图9是示出采用微泵30(图2)的说明性抽吸循环的概略横 截面。特别是，这些图说明了抽吸次序，其中入口在底部而出口在顶 部。由于说明性的微泵是完全可逆的，相反的配置方案是同样合适的。 如前文引用的，在一些说明性实施方案中，上隔膜32和下隔膜34可 被静电在各个位置之间促动。当它们移动时，可认为上隔膜32和下 隔膜34限定了上体积48、下体积50和中体积52。应注意到在图4至图9中为了清晰，已经夸大了各个构件之间的 间距。在某些情况下，如在图4、 5和6中示出的，当上隔膜32和下 隔膜34—致移动时，它们实际上会物理接触。上体积48形成在表面18的部分20与上隔膜32之间，下体积50 形成在下隔膜34与表面22的部分24之间，而中体积52形成在上隔 膜32与下隔膜34之间。应意识到在特定的抽吸循环阶段，取决于上 隔膜32和下隔膜34的相对位置， 一个或多个上体积48、下体积50 和中体积52可基本消失(例如，变成0或者大致为0)。在图4中，上隔膜32和下隔膜34均可被静电拖下，从而封闭端 口 28。在这刻， 一底定流体(例如，气体或液体)包含在上体积48中，而 上隔膜32和下隔膜34的位置基本除去了下体积50和中体积52。如 所看到的，为了在每次循环期间产生期望的封闭，上孔36和下孔38 没有相互对齐或者没有与端口 26或端口 28其中之一对齐。ii图5说明了泵程的启始，同时向顶部静电拖动上隔膜32和下隔 膜34，这样将包含在上体积48中的流体推进端口 26。在该说明性实 施方案中，这可通过在表面18的部分20和上隔膜32和/或下隔膜34 上的电极提供合适的电压实现。在某些情况下，弹性回复力可补充上 隔膜32和下隔膜34的移动以达到在图5中示出的位置，或者弹性回 复力可被专有使用。图6说明了泵程的完成，其中上隔膜32和下隔 膜34均净皮静电拖动向上以封闭端口 26。在这刻，所有在上体积48中 的流体都^皮推出并且排进端口 26中。在这同一泵程中，新流体通过 端口 28 ^皮吸进下体积50中。在图7中，上隔膜32保持与端口 26的封闭关系，而下隔膜34 被静电/或弹力拖动向下，从而导致下体积50中的流体通过下隔膜34 中的下孔38转移进中腔室52中。图8说明了上隔膜32保持封闭端 口 26的位置时被静电完全拖动向下以封闭端口 28的下隔膜34的定 位。最终，图9说明了上隔膜32向下朝隔膜34移动的中点，其中流 体y^人中体积52:f皮拖向上体积48。最后，向下拖动上隔膜32直到其如 在图4中示出的邻近下隔膜34,这样完成了该次泵循环。可以重复上 面描述的抽吸循环以将更多的流体^v端口 28抽吸到端口 26中。在一些说明性实施方案中，例如微泵30或微泵40的微泵可被组 装成微泵阵列。通过串行地排列微泵30或微泵40,例如、第一微泵 30或微泵40的输出可被提供到第二微泵30或微泵40的输入。这可 可在微泵组件上建立的更大的压力蓄积。通过平行地排列微泵30或 微泵40,可获得更大抽吸量。在某些情况下，两个或多个微泵30或 微泵40可串行地排列，并然后平行地排列多个微泵30或微泵40串 以提供二维抽吸阵列，其可提供提高的压力差以及更大的抽吸量。图 10至图14示出一些说明性微泵阵列的特定实施例。图10说明了包括上微泵56和下微泵58的微泵阵列54。应注意 到上和下的指定是任意的，所以微泵阵列54可颠倒。在该说明性实 施方案，可构建上微泵56和下微泵58,并且其可如对微泵40(图3)前文所讨论地运行。上微泵56包括入口 60和出口 62。下微泵58包 括入口 64和出口 66，而入口与上微泵56的出口 62流通连4妄。如对上隔膜32和下隔膜34(图2和图3)前文所讨论的，上微泵56 包括上隔膜68和下隔膜70。类似地，下微泵58包括上隔膜72和下 隔膜74。上隔膜68包括若干孔76，并且下隔膜包括与上隔膜68的 孔76不对齐的若干其它孔78。类似地，上隔膜72包括若干孔80， 而下隔膜74包括若干不对齐的孔82。在工作期间，如对图3前文讨论的，流体进入入口 60并被抽吸 到出口 62中。流体然后进入入口 64中并^皮抽吸到出口 66中。在入 口 60和出口 62之间的流体压力增加了 ，并且在入口 64和出口 66的 流体压力也增加了 。跨过泵阵列的总压力差是这些流体压力增加量的 总和。图11说明了包括上微泵86、中微泵88和下微泵90的微泵阵列 84。上微泵86具有入口 92和出口 94。中微泵88具有入口 96和出口 98,其中入口 96与上微泵86的出口 94流通连接。下微泵90具有入 口 100和出口 102,其中入口 100与中微泵88的出口 98流通连接。 上微泵86、中微泵88和下微泵90的构建和运行可以类似于对图10 所描述的，这样在本文中不再详细讨论。在工作期间，如对图10前文讨论的，流体进入入口 92并JU皮抽 吸进出口 94中。流体然后进入入口 96中并且坤支抽吸进出口 98中。 流体然后进入入口 100并JI^皮抽吸进出口 102中。如所讨论的，当流 体流经每个上微泵86、中微泵88和下微泵90时，流体压力增加了。 可设想可按类似的方式堆叠任意多个微泵以达到期望的压力增加量。图12说明了包括串行排列的多个泵(例如、图3中的微泵40)的微 泵阵列144,其具有平行排列两个或多个泵串。在该说明性实施方案 中，微泵阵列144包括第一微泵串146、第二微泵串148、笫三至最 后微泵串150以及最后一个微泵串152。每个第一微泵串146、第二 微泵串148、第三至最后微泵串150、最后一个微泵串152以及每个中微泵串(没有示出)如对微泵阵列130(图11)所讨论地运行。通过平行置放多个微泵串(或阵列)，流体抽吸容量可增加。而且，通过平行置 放多个微泵，可增加抽吸系统的可靠性，因为如果一个或多个泵单元 不运行，其它的泵单元可补偿和/或可激活其它未使用(冗余的)的微泵。 本发明不应理解为限制到上述的特定实施例，而应理解为覆盖如 在附属权项中规定的本发明的所有方面。浏览完本说明后，本领域的 那些技术人员可清晰地理解可应用本发明的各种修改、等同工艺以及 多个结构。
权利要求
1.一种微泵，包括具有腔室中线的腔室；第一表面，其包括以与所述腔室中线成第一锐角延伸的第一部分；与所述第一表面相对的第二表面，所述第二表面包括以与所述腔室中线成第二锐角延伸的第二部分；布置在所述腔室内的第一隔膜，至少一个第一孔被布置在所述第一隔膜内；以及布置在所述腔室内的第二隔膜，至少一个第二孔被布置在所述第二隔膜内；其中所述第二角度小于所述第一角度。
2. 如权利要求1所述的微泵，其特征在于，所述第一隔膜和第二 隔膜中的每一个适于在接近所述第一表面的位置和接近所述第二表 面的位置之间^皮静电促动。
3. 如权利要求1所述的微泵，其特征在于，当使所述第一隔膜和 第二隔膜相互邻近时，布置在所述第一隔膜内的所述至少一个第一孔与布置在所述第二隔膜中的所述至少一个第二孔不对齐。
4. 如权利要求1所述的微泵，其特征在于，所述第一表面还包括 第一端口 ，并且所述第一隔膜适于被静电促动到所述第一隔膜封闭所 述笫一端口的位置。
5. 如权利要求1所述的微泵，其特征在于，所述第二表面还包括 第二端口 ，并且所述第二隔膜适于被静电促动到所述笫二隔膜封闭所 述第二端口的位置。
6. 如权利要求1所述的微泵，其特征在于，所述笫二角度至少小 于所述第一角度约0.25度。
7. 如权利要求1所述的微泵，其特征在于，所述第一角度在约0.5度至约5.0度的范围内。
8. 如权利要求1所述的微泵，其特征在于，所述第二角度小于约 4.75度。
9. 如权利要求1所述的微泵，其特征在于，所述第二表面至少大 致与所述腔室中线平行。
10. —种微泵，包括微泵腔室，其具有下部第一表面和不平行的上部第二表面、布置 在所述下部第一表面内的第一端口以及布置在所述上部第二表面内 的第二端口；以及双隔膜，其布置在所述微泵腔室内，所述双隔膜包括具有至少一 个第一孔的笫一隔膜和具有至少一个第二孔的第二隔膜，其中当使所 述笫一隔膜邻近于所述第二隔膜时，所述至少一个第二孔中没有一个 与所述至少一个第一孔中的任意一个对齐，并且其中当所述第一隔膜 未激活并且静止时，微泵腔室的所述第一下表面平行或大致平行于所 述笫一隔膜而延伸。
11. 如权利要求10所述的微泵，其特征在于，所述第一隔膜和所 述第二隔膜适于在所述微泵腔室内被静电独立地促动。
12. 如权利要求11所述的微泵，其特征在于，所述第一隔膜适于 #皮静电促动到所述第 一 隔膜封闭所述第 一端口的位置。
13. 如权利要求11所述的微泵，其特征在于，所述第二隔膜适于 4皮静电促动到所述第二隔膜封闭所述第二端口的位置。
14. 一种垂直堆叠微泵阵列，包括 第一双隔膜腔室，包括具有第一入端口的第一成角度的上表面；具有第一出端口的相对的第一成角度的下表面，其中所述第 一成角度的上表面以与所述相对的笫一成角度的下表面不同的相对 角度定位；以及包括第一上隔膜和第一下隔膜的第一双隔膜；以及第二双隔膜腔室，包括具有第二入端口的第二成角度的上表面； 具有第二出端口的相对的第二成角度的下表面，其中所述第二成角度的上表面以不同于所述相对的第二成角度的下表面的相对角度定位；以及包括第二上隔膜和第二下隔膜的第二双隔膜；其中所述第二入端口与所述第 一 出端口流通连接。
15. 如权利要求14所述的垂直堆叠微泵阵列，其特征在于，所述 第一双隔膜包括具有上部第一组孔的第一上隔膜和具有不与所述上部第一组孔对齐的下部第一组孔的第一下隔膜。
16. 如权利要求14所述的垂直堆叠微泵阵列，其特征在于，所述 第二双隔膜包括具有上部第二组孔的第二上隔膜和具有不与所述上 部第二组孔对齐的下部第二组孔的第二下隔膜。
17. 如权利要求14所述的垂直堆叠微泵阵列，还包括 第三双隔膜腔室，包括具有第三入端口的第三成角度的上表面；具有笫三出端口的相对的第三成角度的下表面，其中所述第 三成角度的上表面以不同于所述相对的第三成角度的下表面的相对 角度定位；以及包括笫三上隔膜和第三下隔膜的第三双隔膜； 其中，所述第三入端口与所迷第二出端口流通连接。
18. 如权利要求14所述的垂直堆叠微泵阵列，其特征在于，所述 第一双隔膜腔室包括腔室中线，并且所述第一成角度的上表面以相对 于所述腔室中线的第一角度而定位，且所述相对的第一成角度的下表 面以相对于所述腔室中线的第二角度而定位，其中所述笫一角度不同 于所述第二角度。
19. 如权利要求18所述的垂直堆叠微泵阵列，其特征在于，所述 第二角度为0或大致为0。20.如权利要求14所述的垂直堆叠微泵阵列，其特征在于，还包 括以平行关系定位的另一垂直堆叠微泵。
全文摘要
一种非对称微泵，可适于提供微泵的入端口和出端口之间的更大的流体压缩、以及由于更高的促动频率引起的增大的流率。在某些情况下，可将非对称双隔膜微泵包含在组件中以提供期望的增大的压力蓄积、改善的抽吸量或者两者均有。
文档编号F04B43/02GK101263302SQ200680033042
公开日2008年9月10日 申请日期2006年7月10日 优先权日2005年7月14日
发明者E·I·卡布斯, T·-Y·王 申请人:霍尼韦尔国际公司