НАСОС С ДИСКООБРАЗНОЙ ПОЛОСТЬЮ

1. Насос, содержащий:
корпус насоса, имеющий, по существу, цилиндрическую форму, ограничивающий полость для размещения текучей среды, полость образована боковой стенкой, закрытой на обоих торцах, по существу, круглыми торцевыми стенками, по меньшей мере одна из торцевых стенок является приводимой в движение торцевой стенкой и имеет центральную часть и периферическую часть, продолжающуюся в радиальном направлении наружу от центральной части приводимой в движение торцевой стенки;
исполнительный механизм, оперативно связанный с центральной частью приводимой в движение стенки, который вызывает колебательное движение приводимой в движение торцевой стенки, тем самым генерируя колебания смещения приводимой в движение стенки в направлении, по существу, перпендикулярном ей, с кольцевым узлом колебаний между центром приводимой в движение стенки и боковой стенкой, во время работы;
изолятор, оперативно связанный с периферической частью приводимой в движение стенки, для уменьшения ослабления колебаний смещения;
первое отверстие, расположенное в любом месте в полости, отличном от места расположения кольцевого узла колебаний, и продолжающееся через корпус насоса;
второе отверстие, расположенное в любом месте корпуса насоса, отличном от места расположения указанного первого отверстия, и продолжающееся через корпус насоса;
и, мембранный клапан, расположенный по меньшей мере в одном из указанных первого отверстия и второго отверстия,
при этом колебания смещения генерируют соответствующие радиальные колебания давления текучей среды в полости указанного корпуса насоса, заставляя текучую среду течь через указанные первое и второе отверстия, во время работы.
2. Насос по п.1, в котором отношение радиуса (r) полости, продолжающегося от продольной оси полости до боковой стенки, к высоте (h) боковой стенки полости больше порядка 1,2.
2
-10
3. Насос по п.2, в котором высота (h) полости и радиус (r) полости дополнительно удовлетворяют следующему соотношению: h/r>4·10 м.
4. Насос по п.2, в котором второе отверстие располагается в одной из торцевых стенок на расстоянии порядка 0,63r±0,2r от центра торцевой стенки.
5. Насос по п.2, в котором исполнительный механизм приводит в движение торцевую стенку, связанную с ним, чтобы вызвать колебательное движение с частотой (f).
0
S
0
f
S
f
0
6. Насос по п.2, в котором исполнительный механизм приводит в движение торцевую стенку, связанную с ним, чтобы вызвать колебательное движение с частотой (f), причем радиус (r) и частота (f) удовлетворяют следующему соотношению: kc/2πf≤r≤kc/2πf, где c≈115 м/с, c≈1970 м/с и k≈3,83.
7. Насос по п.1, в котором нижняя резонансная частота радиальных колебаний давления больше порядка 500 Гц.
8. Насос по п.1, в котором частота колебаний смещения приводимой в движение стенки приблизительно равна нижней резонансной частоте радиальных колебаний давления.
9. Насос по п.1, в котором частота колебаний смещения приводимой в движение стенки отличается от нижней резонансной частоты радиальных колебаний давления в пределах 20%.
10. Насос по п.1, в котором колебания смещения давления приводимой в движение стенки согласованы по форме колебаний с радиальными колебаниями давления.
11. Насос по п.1, в котором клапан позволяет текучей среде течь через полость, по существу, в одном направлении.
12. Насос по п.2, в котором указанное отношение находится в диапазоне между порядка 10 и порядка 50, когда текучей средой во время работы в полости является газ.
2
-3
-6
13. Насос по п.3, в котором отношение h/r находится в диапазоне между порядка 10 и порядка 10 м, когда текучей средой во время работы в полости является газ.
14. Насос по п.2, в котором объем полости меньше порядка 10 мл.
15. Насос по п.1, дополнительно содержащий:
второй исполнительный механизм, оперативно связанный с центральной частью другой торцевой стенки, который вызывает колебательное движение указанной торцевой стенки в направлении, по существу, перпендикулярном ей; и
второй изолятор, оперативно связанный с периферической частью указанной торцевой стенки, для уменьшения ослабления колебательного движения указанной торцевой стенки боковой стенкой в полости.
16. Насос п.1, в котором исполнительный механизм содержит пьезоэлектрический компонент, чтобы вызывать колебательное движение.
17. Насос п.1, в котором исполнительный механизм содержит магнитострикционный компонент, чтобы вызывать колебательное движение.
18. Насос по п.2, в котором радиус исполнительного механизма больше или равен 0,63(r).
19. Насос по п.18, в котором радиус исполнительного механизма меньше или равен радиусу (r) полости.
20. Насос, содержащий:
корпус насоса, имеющий полость, по существу, цилиндрической формы, имеющую боковую стенку, закрытую двумя торцевыми поверхностями, для размещения текучей среды, полость имеет высоту (h) и радиус (r), причем отношение радиуса (r) к высоте (h) больше 1,2;
исполнительный механизм, оперативно связанный с центральной частью одной торцевой поверхности и выполненный с возможностью вызывать колебательное движение торцевой поверхности, с кольцевым узлом колебаний между центром торцевой поверхности и боковой стенкой, во время работы;
изолятор, оперативно связанный с периферической частью торцевой поверхности, для уменьшения ослабления колебательного движения;
первое отверстие для клапана, расположенное в любом месте в полости, отличном от места расположения кольцевого узла колебаний, и продолжающееся через корпус насоса;
второе отверстие для клапана, расположенное в любом месте корпуса насоса, отличном от места расположения первого отверстия, и продолжающееся через корпус насоса;
и мембранный клапан, расположенный по меньшей мере в одном из первого отверстия для клапана и второго отверстия для клапана, чтобы обеспечить возможность текучей среде течь через полость, во время работы.
21. Насос по п.20, в котором мембранный клапан содержит:
первую пластину, имеющую отверстия, продолжающиеся в целом перпендикулярно через первую пластину;
вторую пластину, имеющую первые отверстия, продолжающиеся в целом перпендикулярно через вторую пластину, причем первые отверстия, по существу, смещены относительно отверстий первой пластины;
промежуточный элемент, расположенный между первой пластиной и второй пластиной, образуя между ними полость, сообщающуюся по текучей среде с отверстиями первой пластины и первыми отверстиями второй пластины; и
мембрану, расположенную с возможностью перемещения между первой пластиной и второй пластиной, причем мембрана имеет отверстия, по существу, смещенные относительно отверстий первой пластины и, по существу, выровненные с первыми отверстиями второй пластины;
в результате чего мембрана перемещается между первой и второй пластинами в ответ на изменение направления разности давлений текучей среды в мембранном клапане.
22. Насос по п.21, в котором вторая пластина содержит вторые отверстия, продолжающиеся в целом перпендикулярно через вторую пластину и расположенные в промежутках между первыми отверстиями второй пластины, в результате чего вторые отверстия смещены относительно отверстий мембраны.
23. Насос по п.21, в котором мембрана прилегает к одной из первой и второй пластин в первом положении, когда разность давлений, по существу, равна нулю, и выполнена с возможностью перемещения к другой из первой и второй пластин во второе положение, когда прилагается разность давлений, в результате чего мембрана перемещается из первого положения во второе положение в ответ на изменение направления разности давлений текучей среды в мембранном клапане и обратно в первое положение в ответ на изменение на противоположное направления движения разности давлений текучей среды.
24. Насос по п.23, в котором мембрана прилегает ко второй пластине в нормально открытом положении, в результате чего текучая среда течет через мембранный клапан, когда мембрана находится в первом положении, и поток текучей среды блокируется мембранным клапаном, когда мембрана находится во втором положении.
25. Насос по п.24, в котором вторая пластина дополнительно содержит вторые отверстия, продолжающиеся в целом перпендикулярно через вторую пластину и расположенные в промежутках между первыми отверстиями второй пластины, в результате чего вторые отверстия смещены относительно отверстий мембраны, когда она находится во втором положении.
26. Насос по п.23, в котором мембрана прилегает к первой пластине в нормально закрытом положении, в результате чего поток текучей среды блокируется мембранным клапаном, когда мембрана находится в первом положении, и текучая среда течет через мембранный клапан, когда мембрана находится во втором положении.
27. Насос по п.26, в котором вторая пластина дополнительно содержит вторые отверстия, продолжающиеся в целом перпендикулярно через вторую пластину и расположенные в промежутках между первыми отверстиями второй пластины, в результате чего вторые отверстия смещены относительно отверстий мембраны, когда она находится во втором положении.
28. Насос по п.21, в котором первая и вторая пластины изготовлены из, по существу, жесткого материала, выбранного из группы, включающей в себя металл, пластик, кремний и стекло.
29. Насос по п.28, в котором металлом является сталь, имеющая толщину между порядка 100 и порядка 200 мкм.
30. Насос по п.21, в котором мембрана и одна из первой и второй пластин располагаются на расстоянии друг от друга в диапазоне между порядка 5 мкм и порядка 150 мкм, когда мембрана прилегает к другой пластине.
31. Насос по п.30, в котором мембрана изготовлена из полимера, имеющего толщину порядка 3 мкм, и расстояние между мембраной и одной из первой и второй пластин находится в диапазоне между порядка 15 мкм и порядка 50 мкм, когда мембрана прилегает к другой пластине.
32. Насос по п.21, в котором мембрана изготовлена из легкого по весу материала, выбранного из группы, включающей в себя полимер и металл.
33. Насос по п.32, в котором легким по весу материалом является полимер, имеющий толщину меньше порядка 20 мкм.
34. Насос по п.33, в котором полимером является полиэтилентерефталат, имеющий толщину порядка 3 мкм.
35. Насос по п.33, в котором полимером является жидкокристаллическая пленка, имеющая толщину порядка 3 мкм.
36. Насос по п.21, в котором отверстия в первой пластине имеют диаметр меньше порядка 500 мкм.
37. Насос по п.21, в котором мембрана изготовлена из полимера, имеющего толщину порядка 3 мкм, и отверстия в пластине имеют диаметр меньше порядка 150 мкм.
38. Насос по п.21, в котором первая и вторая пластины изготовлены из стали, имеющей толщину порядка 100 мкм, и в котором отверстия первой пластины, первые отверстия второй пластины и отверстия мембраны имеют диаметр порядка 150 мкм, и в котором мембрана изготовлена из полимерной пленки, имеющей толщину порядка 3 мкм.
39. Насос по п.21, в котором изменение направления разности давлений колеблется с частотой больше порядка 20 кГц.
40. Насос по п.39, в котором мембрана имеет задержку времени отклика меньше порядка двадцати пяти процентов периода времени колебаний разности давлений.
41. Насос по п.21, в котором первая и вторая пластины, промежуточный элемент и мембрана содержат первую клапанную часть, и мембранный клапан дополнительно содержит вторую клапанную часть, содержащую:
первую пластину, имеющую отверстия, продолжающиеся в целом перпендикулярно через первую пластину;
вторую пластину, имеющую первые отверстия, продолжающиеся в целом перпендикулярно через вторую пластину, причем первые отверстия, по существу, смещены относительно отверстий первой пластины;
промежуточный элемент, расположенный между первой пластиной и второй пластиной, образуя между ними полость, сообщающуюся по текучей среде с отверстиями первой пластины и первыми отверстиями второй пластины; и
мембрану, расположенную с возможностью перемещения между первой пластиной и второй пластиной, причем мембрана имеет отверстия, по существу, смещенные относительно отверстий первой пластины и, по существу, выровненные с первыми отверстиями второй пластины;
в результате чего мембрана перемещается между первой и второй пластинами в ответ на изменение направления разности давлений текучей среды в мембранном клапане,
и в котором первая и вторая клапанные части ориентированы относительно разности давлений таким образом, чтобы позволить текучей среде течь через две части клапана в противоположных направлениях в ответ на циклическое изменение разности давлений текучей среды в клапане.
42. Насос по п.41, в котором мембрана каждой клапанной части прилегает к одной из первой и второй пластин в первом положении, когда разность давлений равна, по существу, нулю, и выполнена с возможностью перемещения к другой из первой и второй пластин во втором положении, когда прилагается разность давлений, в результате чего каждая из мембран перемещается из первого положения во второе положение в ответ на изменение направления разности давлений текучей среды в мембранном клапане и обратно в первое положение в ответ на изменение на противоположное направления разности давлений текучей среды.
43. Насос по п.41, в котором первая и вторая клапанные части ориентированы в противоположных направлениях относительно разности давлений, и мембрана каждой клапанной части прилегает ко второй пластине в нормально открытом положении, в результате чего текучая среда течет через каждую из клапанных частей, когда мембраны находятся в первом положении, и поток текучей среды блокируется клапанными частями, когда мембраны находятся во втором положении.
44. Насос по п.41, в котором первая и вторая клапанные части ориентированы в противоположных направлениях относительно разности давлений, и мембрана каждой клапанной части прилегает к первой пластине в нормально закрытом положении, в результате чего поток текучей среды блокируется клапанными частями, когда мембраны находятся в первом положении, и текучая среда течет через клапанные части, когда мембраны находятся во втором положении.
45. Насос по п.41, в котором первая и вторая клапанные части ориентированы в противоположных направлениях относительно разности давлений, мембрана первой клапанной части прилегает к первой пластине в нормально закрытом положении, в результате чего поток текучей среды блокируется первой клапанной частью, когда мембрана находится в первом положении, и текучая среда течет через первую клапанную часть, когда мембрана находится во втором положении, и мембрана второй клапанной части прилегает ко второй пластине в нормально открытом положении, в результате чего текучая среда течет через вторую клапанную часть, когда мембрана находится в первом положении, и поток текучей среды блокируется второй клапанной частью, когда мембрана находится во втором положении.
46. Насос по п.20, в котором колебательное движение генерирует радиальные колебания давления текучей среды в полости, заставляя текучую среду течь через первое отверстие и второе отверстие.
47. Насос по п.46, в котором нижняя резонансная частота радиальных колебаний давления больше порядка 500 Гц.
48. Насос по п.46, в котором частота колебательно движения приблизительно равна нижней резонансной частоте радиальных колебаний давления.
49. Насос по п.46, в котором частота колебательного движения отличается от нижней резонансной частоты радиальных колебаний давления в пределах 20%.
50. Насос по п.46, в котором колебательное движение согласовано по форме колебаний с радиальными колебаниями давления.
2
-10
51. Насос по п.20, в котором высота (h) полости и радиус (r) полости дополнительно удовлетворяют следующему соотношению: h/r>4·10 м.
0
S
0
f
S
f
0
52. Насос по п.20, в котором исполнительный механизм приводит в движение торцевую поверхность полости, связанную с ним, чтобы вызвать колебательное движение с частотой (f), причем радиус (r) и частота (f) удовлетворяют следующем соотношению: kc/2πf≤r≤kc/2πf, где c≈115 м/с, c≈1970 м/с и k≈3,83.
53. Насос по п.20, в котором радиус исполнительного механизма больше или равен 0,63(r).
54. Насос по п.53, в котором радиус исполнительного механизма меньше или равен радиусу (r) полости.
55. Насос по п.20, в котором второе отверстие для клапана располагается в одной из торцевых поверхностей на расстоянии порядка 0,63r±0,2r от центра торцевой поверхности.
56. Насос по п.20, в котором клапан позволяет текучей среде течь через полость, по существу, в одном направлении.
57. Насос по п.20, в котором отношение находится в диапазоне между порядка 10 и порядка 50, когда текучей средой во время работы в полости является газ.
2
-3
-6
58. Насос по п.20, в котором отношение h/r находится в диапазоне между порядка 10 и порядка 10 м, когда текучей средой во время работы в полости является газ.
59. Насос по п.20, в котором объем полости меньше порядка 10 мл.
60. Насос по п.20, дополнительно содержащий:
второй исполнительный механизм, оперативно связанный с центральной частью другой торцевой поверхности, который вызывает колебательное движение торцевой поверхности; и
второй изолятор, оперативно связанный с периферической частью торцевой поверхности, для уменьшения ослабления колебательного движения торцевой поверхности.
61. Насос по п.20, в котором исполнительный механизм содержит пьезоэлектрический компонент, чтобы вызывать колебательное движение.
62. Насос п.20, в котором исполнительный механизм содержит магнитострикционный компонент, чтобы вызывать колебательное движение.
63. Насос по п.20, в котором одна из торцевых поверхностей полости имеет форму усеченного конуса, при этом высота (h) полости изменяется от первой высоты приблизительно в центре одной торцевой поверхности до второй высоты рядом с боковой стенкой, которая меньше первой высоты.
64. Насос по п.20, в котором одна из торцевых поверхностей полости имеет форму усеченного конуса, при этом высота (h) полости увеличивается от первой высоты приблизительно в центре одной торцевой поверхности до второй высоты рядом с боковой стенкой.
65. Насос по п.64, в котором отношение первой высоты к второй высоте составляет не меньше порядка 50%.
66. Насос по п.20, в котором мембранным клапаном является двунаправленный клапан для управления потоком текучей среды в двух направлениях, двунаправленный клапан содержит по меньшей мере две клапанные части для управления потоком текучей среды, каждая из клапанных частей содержит:
первую пластину, имеющую отверстия, продолжающиеся в целом перпендикулярно через первую пластину;
вторую пластину, имеющую первые отверстия, продолжающиеся в целом перпендикулярно через вторую пластину, причем первые отверстия, по существу, смещены относительно отверстий первой пластины;
промежуточный элемент, расположенный между первой пластиной и второй пластиной, образуя между ними полость, сообщающуюся по текучей среде с отверстиями первой пластины и первыми отверстиями второй пластины; и
мембрану, расположенную с возможностью перемещения между первой пластиной и второй пластиной, причем мембрана имеет отверстия, по существу, смещенные относительно отверстий первой пластины и, по существу, выровненные с первыми отверстиями второй пластины;
в результате чего мембрана перемещается между первой и второй пластинами в ответ на изменение направления разности давлений текучей среды в мембранном клапане,
и в котором первая и вторая клапанные части ориентированы относительно разности давлений таким образом, чтобы позволить текучей среде течь через две части клапана в противоположных направлениях в ответ на циклическое изменение разности давлений текучей среды в клапане.
67. Двунаправленный клапан по п.66, в котором мембрана каждой клапанной части прилегает к одной из первой и второй пластин в первом положении, когда разность давлений равна, по существу, нулю, и выполнена с возможностью перемещения к другой из первой и второй пластин во второе положение, когда прилагается разность давлений, в результате чего каждая из мембран перемещается из первого положения во второе положение в ответ на изменение направления разности давлений текучей среды в мембранном клапане и обратно в первое положение в ответ на изменение на противоположное направления разности давлений текучей среды.