Перистальтический насос Советский патент 1992 года по МПК F04B43/12 F03G7/06 

Изобретение относится к насосам или насосным установкам с эластичными рабочими органами перистальтического действия и может быть использовано при создании исполнительных механизмов медицинского оборудования, автоматизации производственных процессов, научных исследований.

Известен перистальтический насос, содержащий установленный на опоре эластичный шланг и распределенные по всей его длине деформирующие элементы, соединенные с источником энергии посредством ее распределителя и проводников.

Недостатком данного устройства является низкая эффективность работы, связанная с использованием механических деформирующих компонентов, способных к деструкции эластичного шланга.

Целью изобретения является повышение эффективности путем использования для работы насоса тепловых деформаций шланга и улучшения управляемости.

Указанная цель-достигается тем, что источник выполнен в виде источника электромагнитной энергии, шланг - с термочувствительным слоем, а деформирующие элементы - в виде нанесенных на поверхность шланга колец из материала с контрастным относительно материала пленки коэффициентом температурного расширения, с ресничками, расположенными по всей окружности шланга и ориентированными вдоль оси последнего.

Источник выполнен в виде теплового излучателя, проводники - в виде световодов, а распределитель - в виде оптического коммутатора.

Вследствие выполнения предлагаемой конструкции повышается эффективность путем использования для работы насоса тепловых деформаций шланга и улучшения управляемости.

На фиг. 1-4 представлен предлагаемый перистальтический насос.

Перистальтический насос содержит источник 1 теплового излучения, оптически связанный через световод 2, оптический коммутатор 3, группу дискретно расположенных световодов 4 с термочувствительным слоем 5 теплового рабочего элемента 6. Тепловой рабочий элемент 6 выполнен в виде шланга из эластичного полимера 7,. закрепленного держателем 8, установленным на опоре 9. С наружной стороны теплового рабочего элемента 6 нанесены полоски в виде колец 10 из материала с контрастным КТР, дискретно расположенные по всей длине теплового рабочего элемента 6, охладителем которого является окружающая среда.

Пэристальтический насос работает следующим образом.

Поток излучения от источника 1 И К излучения через световод 2, коммутатор 3, дискретно расположенные по всей длине теплового рабочего элемента 6 выходы группы световодов 4 попадает на термочувствительный слой 5, нагреваясь от потока ИК излучения, нагревают полимерный шланг 7 вместе с полосками, нанесенными в виде колец 10 из материала с контрастным КТР (фиг.З),

а так как полоски 10 из материала с контрастным КТР нанесены в виде колец, то с наружной стороны полимерной трубки 7 образуется явно выраженная талия, а внутри трубки 7 - выпуклость. Внутренний диаметр

теплового рабочего элемента 6 в месте расположения кольца 10 заметно уменьшается. При сканировании ИК потока оптическим коммутатором 3 смещается зона нагрева термочувствительного слоя 5 к месту расположения следующего кольца 10 из материала с контрастным КТР и нагревает его, осуществляя таким образом перистальтическое движение. Ранее нагретый участок теплового рабочего элемента 6 осты вает за счет

отвода тепла более низкой температурой окружающей среды и восстанавливает свою форму после временного и незначительного нагрева. При этом выпуклость в виде бугорка перемещается в зону нагрева следующего кольца 10, а длина теплового рабочего элемента 6 сохраняется постоянной. Факт образования тепловой деформации в виде бугорка можно подтвердить простым расчетом. Для этого используют фрагмент теплового рабочего элемента 6 в виде полимерной полоски 7 и полоски материала 10 с контрастным КТР, например медной, жестко соединенными между собой вдоль поверхности соприкосновения. Зададимся

толщиной обеих полосок по 0,2 мм. Попробуем вычислить радиус изгиба R теплового рабочего элемента при t2 88°C, если при ti 18°C изгиб отсутствует.

Если нагретый тепловой рабочий элемент изогнут по дуге А, то длина средней линии верхней и нижней полосок равна

11 A-Ri l2 А R2 Ri R + a/2; R2 R-a/2,

0) (2) (3)

(4)

где а - толщина полосок, мм.

Удлинение средней линии при нагревании будет примерно таким же, как и удлинение соответствующей свободной полоски. Исходя из этого:

A-(R+a/2) l0 -(1+An.7-t); A-(R-a/2) l0-(1+An.io-t),

(5) (6)

где Яп.7 и АЛ.ю - коэффициенты линейного расширения полосок 7 и 10 соответственно.

Поделив уравнение (5) на уравнение (6), получим

(R+ a/2)/(R-a/2)

(1+0n.7-t)/(1+«n.10-t).

В результате получаем

R(a/2)(an.7+

+ an.10)(an.7-an.io)}.

Подставив значения п.7 (коэффициент линейного расширения полимерной полоски 6, равный 280-10 6 ) и ап.ю (коэффициент линейного расширения медной полоски 10), равный ап.ю 16,7-10 ), а 0,2 мм; t t2-ti(88-18)70°C в формулу (8), получим радиус изгиба:

,(280-10 6-K 1+

+ 16, К 1) К 1-16,7-10 6-К 1),

+ (2,967-10 4-КГ1)

х (2,633-10 4-Ю1)}

0,1-109,,9 «11 см.

Этот изгиб на примере предлагаемого перистальтического насоса гораздо меньше, так как медная полоска имеет форму

кольца, зона нагрева ограничена и бугорок имеет локальный характер.

На фиг.4 представлен вариант выполнения колец 10 в виде обручей с ресничками

11, расположенными дискретно по длине окружности теплового рабочего элемента 6 и ориентированными вдоль элемента. Этот конструктивный элемент позволяет увеличить эффективность перистальтического

движения, так как одиночная ресничка выступает в роли пластинки, с которой были связаны указанные расчеты.

Таким образом, по сравнению с прототипом указанная конструкция повышает эффективность путем использования для работы насоса тепловых деформаций шланга и улучшения управляемости и позволяет более совершенные перистальтические насосы и исполнительные механизмы, применяемый в медицине, научных исследованиях и в средствах автоматизации производственных процессов.

Формула изобретения

1. Перистальтический насос, содержащий установленный на опоре эластичный шланг и распределенные по всей его длине деформирующие элементы, соединенные с источником энергии посредством ее распределителя и проводников, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем использования для работы насоса тепловых деформаций шланга и улучшения управляемости, источник выполней в виде источника электромагнитной энергии, шланг - из полимерной пленки, покрытой термочувствительным слоем, а деформирующие элементы - в виде нанесенных на поверхность шланга колец из

материала с контрастным относительно материала пленки коэффициентом температурного расширения, с ресничками, расположенными по всей окружности шланга и ориентированными вдоль оси последнего.

2. Насос по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что источник выполнен в виде теплового излучателя, проводники - в виде светоео- дов, а распределитель - в виде оптического

коммутатора.

Фиг. 2

Изобретение позволяет повысить эффективность перистальтического насоса путем использования для его работы тепловых деформаций шланга и улучшения управляемости и может найти применение в оборудовании для медицины, научных исследований и автоматизации производственных процессов. Шланг насоса выполнен в виде трубки 6 из эластичной пленки, покрытой термочувствительным слоем 5, а на ее поверхность нанесены кольца 10 из материала с контрастным относительно материала плёнки коэффициентом теплового расширения. При последовательной дискретной подаче тепла от излучателя 1 через световод 2, оптический коммутатор 3 и световоды 4 на кольце 10 образуется бегущая волна деформации сжатия трубки 6, обеспечивающая перистальтическое перемещение среды, заполняющей трубку 6. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. (/)