[发明专利]微型阀、流体泵以及操作流体泵的方法

说明书

本发明涉及用于从入口朝向出口泵送流体的流体泵、操作这种流体泵的方法以及微型阀。流体泵包括：泵主体(10)，其至少具有第一开口(13)和第二开口(14)；可偏移泵隔膜(11)，其以在泵主体(10)与隔膜(11)之间形成泵室(12)、并且所述泵室(12)经由所述第一开口(13)流体连接到入口且经由所述第二开口(14)流体连接到出口的方式附接到泵主体(10)；以及阀座(15)，其绕着第二开口(14)配置于泵室(12)内部，并且以未变形高度从第二开口(14)朝向泵隔膜(11)突出到泵室(12)中，使得可偏移隔膜(11)能够操作以分别通过与阀座(15)接触和远离阀座(15)来关闭和打开出口的流体通路。阀座(15)包括弹性主体(16)和具有密封表面的垫片(17)。

技术领域

本发明涉及用于从入口朝向出口泵送流体的流体泵。本发明还涉及操作这种流体泵的方法，并且涉及能够与微型泵一起使用的微型阀。

背景技术

特别地，本发明公开了一种微型阀泵(μVP)装置，其能够应用到用于流体配量、处理和操作的广泛应用。这种装置的应用领域可以例如在生命科学中找到，如化学分析系统中的微型泵和/或微型阀。其它示例性应用包括在高通量喷墨打印机中泵送墨、将润滑剂给送到转动的轴承或者对用于化学气体分析的气体进行取样。在所有应用领域中，该装置能够用作高性能阀，以主动地打开或关闭流或者作为非常高流量的单向微型泵以从入口将流体泵送到出口。

本发明涉及机械往复式容积泵的领域。该领域中的现有技术的详细说明在出版物[1]：P.Woias，Micropumps-past,progress and future prospects,Sensors andActuators B 105,2005,28-38以及出版物[2]：D.J.Laser and J.G.Santiago,A reviewof Micropumps,Journal of Micromechanics and Microengineering 14,2004,R35-R64中找到。

[1]中的图1和[2]中的图2示出往复式微型泵的主要部分的通常、共用的设计原理：至少一个泵隔膜安装于泵室的一侧并且以往复的方式移位以在泵室中产生交替的过压和负压。两个主动或被动阀分别位于泵室的流体入口与泵室的流体出口之间。以如下方式选择这些阀的打开和关闭的时间：泵室中的负压将在出口阀关闭的情况下通过打开的入口阀将流体抽吸到泵室中。泵室中的过压将在入口阀关闭的情况下通过打开的出口阀将流体从泵室分送到出口。

如[1]和[2]中公开的，用于该通常类型的容积微型泵的致动原理各式各样，使用压电、电磁、热气动或静电致动。原则上，能够应用允许隔膜以往复的形式移位的每个致动构思，而无论相应的致动器是泵隔膜的一体部件还是被实现为机械或能量联接到泵隔膜的独立单元。另外，阀能够由非常不同的形状和设计制成。

如文献[1]和[2]中公开的，当前使用三种不同类型的阀。

首先，被动瓣阀通过泵室中的负压和过压而打开和关闭。通常这些被动阀在入口与出口之间产生单向流，这是因为这些被动阀本质上是单向的。然而，出版物[3]：R.Zengerle et al.,A bidirectional Silicon micropump,Sensors and ActuatorsA50，1995，81-86中还示出动态效应还可以在具有瓣阀的微型泵中产生从出口到入口的反向流。背后的物理效应是压力触发的的瓣移动相对于泵隔膜移动的时滞，该时滞经由瓣移动的惯性效应和流体阻尼产生。

第二类型是主动阀，该主动阀配备有它们自己的致动机构并且按需打开或关闭。这种微型泵经常被称为蠕动微型泵，这是因为这种微型泵模仿辊或管式泵的操作。这种微型泵还通过相对于泵隔膜的操作适当选择阀打开和关闭的时间而允许双向流。