流体泵

技术领域

本发明涉及一种新型的流体泵，特别是涉及包括允许沿一个方向泵送流体的止回阀的螺线管流体泵。

背景技术

流体泵，例如螺线管式流体泵(solenoid-type fluid pump)，是正排量泵的形式，其通常可包括泵流体室、螺线管柱塞组件和止回阀，以将流体从泵的入口吸入管线移置至泵的出口排出管线。流体泵中的止回阀操作可以确保将螺线管柱塞的运动产生的加压水从入口管线适当地沿一个方向输送到出口管线。

在传统的流体泵中，止回阀可包括由橡胶型材料所制成的止回阀堵头(stopper)，以通过材料的弹性而实现与泵的配合表面密封。然而，这种传统的止回阀堵头将趋于在橡胶表面上具有空隙(void)和空腔(cavity)，这使得水被捕集在其中。在空隙和空腔中的水干燥后，在空隙和空腔中残留的污染物(例如钙)会导致堵头表面粘附到配合表面，从而损害止回阀和流体泵的正常功能。为寻求解决该问题，已经由例如热塑性塑料的其他材料制成止回阀堵头，但是，热塑性塑料往往表现出较差的密封能力，并且在长时间干燥后可能会尺寸收缩，并且由于在使用时水的吸收而经受过度的膨胀。在这两种情况下，止回阀的堵头尺寸的这些变形也可能导致流体泵发生故障。

发明内容

本发明寻求减轻上述问题中的至少一个问题。

本发明可以包含几种广义的形式。本发明的实施例可以包括本文所述的不同广义形式中的一种或任意组合。

在一种广义的形式中，本发明提供了一种流体泵，包括：

泵主体，该泵主体具有入口和出口，以及设置在入口和出口之间的泵流体室；

柱塞，该柱塞构造成迫使流体从入口朝向出口流过泵流体室；和

至少一个止回阀，该止回阀包括弹簧加载的堵头，所述弹簧加载的堵头与泵主体在操作上连接，并且构造为用于与泵主体的配合表面密封接合，从而允许流体从入口沿一个方向流过泵流体室，并且流出出口；

其中所述弹簧加载的堵头包括弹簧加载的堵头表面，所述弹簧加载的堵头表面用于与泵主体的配合表面实现密封接合，所述弹簧加载的堵头表面由丁腈橡胶和乙丙二烯单体橡胶材料中的至少一种制成，并且包括设置在其上的聚对二甲苯材料的涂层。

优选地，本发明可以包括螺线管流体泵。

优选地，本发明可以包括至少两个止回阀，以允许流体从入口在一个方向上流过泵流体室，并且流出出口。

优选地，用于实现与泵主体的配合表面密封接合的所述弹簧加载的堵头表面可以包括圆顶形堵头和蘑菇形堵头中的至少一个的一部分。

在另一种广义的形式中，本发明提供了一种用于流体泵的止回阀，该流体泵包括具有入口和出口的泵主体、设置在入口和出口之间的泵流体室，以及构造成用于迫使流体从入口朝向出口流过泵流体室的柱塞，所述止回阀包括：

至少一个弹簧加载的堵头，该至少一个弹簧加载的堵头与泵主体在操作上连接，并构造成用于与泵主体的配合表面密封接合，从而允许流体从入口沿一个方向流过流体泵的泵流体室，并且流出出口；以及

其中所述弹簧加载的堵头包括弹簧加载的堵头表面，所述弹簧加载的堵头表面用于与泵主体的配合表面实现密封接合，所述弹簧加载的堵头表面由丁腈橡胶和乙丙二烯单体橡胶材料中的至少一种制成，并且包括设置在其上的聚对二甲苯材料的涂层。

优选地，本发明可以包括螺线管流体泵。

优选地，本发明可以包括至少两个止回阀，以允许流体从入口在一个方向上流过流体室，并且流出出口。

优选地，用于实现与泵主体的配合表面的密封接合的所述弹簧加载的堵头表面可以包括圆顶形堵头和蘑菇形堵头中的至少一个的一部分。

在另一种广义的形式中，本发明提供了一种用于流体泵的柱塞，所述柱塞包括外表面，该外表面包括设置在其上的聚对二甲苯材料的涂层。

附图说明

通过以下结合附图对优选但非限制性实施例的详细描述，将更充分理解本发明，其中：

图1A示出了传统流体泵的一个方面，其中，由于流体中的污染物已经沉积在堵头的表面上，因此止回阀堵头粘附到泵主体的出口；

图1B示出了传统的流体泵的另一个方面，其中在流体泵的柱塞上具有来自未经消毒的水的钙和细菌；

图1C示出了传统的流体泵的另一个方面，其中，在流体泵的柱塞的表面上具有来自未经消毒的水的细菌生长；

图2A示出了根据本发明实施例的用于螺线管流体泵中的止回阀的示例性圆顶形堵头；

图2B示出了根据本发明实施例的螺线管流体泵的一个方面的剖视图；

图3示出了根据本发明实施例的由橡胶材料形成的止回阀的堵头的表面；

图4A示出了根据本发明实施例的在施加任何聚对二甲苯涂层之前的、由丁腈橡胶材料制成的止回阀的堵头的表面；

图4B示出了根据本发明实施例的在施加了聚对二甲苯涂层之后的、由丁腈橡胶材料制成的止回阀的堵头的表面。

图5示出了关于用于止回阀的不同材料的比较性能得分的表格；

图6示出了用于尝试解决与传统型流体泵中的止回阀堵头的粘附相关的问题的不同方法的比较优点和缺点的表；和

图7显示了在本发明的实施例中使用的涂覆聚对二甲苯的止回阀堵头的图像，其中所示的上排堵头已进行了3000次循环的寿命测试，而所示的下排堵头已进行了50000次循环的寿命测试。

具体实施方式

现在，将参照图1A至图7在此描述本发明的优选实施例。这些实施例包括用于流体泵200的新型的止回阀210，以及包括该新型的止回阀210的流体泵200本身。应当意识到和理解的是，尽管本文描述的实施例是相对于螺线管流体泵进行描述，但这仅是出于说明性目的，以展示本发明的实施例的功能，并且在本发明的可选实施例中，新型的止回阀可以适合用于其他类型的泵设备，无论是否由螺线管驱动。

螺线管式流体泵是正排量泵的一种形式，其通常可包括在泵200的主体内的泵流体室230、螺线管柱塞组件220和止回阀210，以通过流体泵200的泵流体室230将流体从入口吸入管线201移置到出口排出管线202。

驱动流体泵200的螺线管组件220由电磁体、弹簧组件和螺线管柱塞220组成，其由一系列的电脉冲来激活/停用。当螺线管组件220被激活时，电磁体推动螺线管柱塞220，这将经由入口吸入管线201进入的流体移置到出口排出管线202。当螺线管被停用时，弹簧机构将螺线管柱塞220返回到其默认位置，从而允许来自入口吸入管线201的更多流体进入泵流体室230，准备输送至出口排出管线202。

在流体泵200中使用了两个止回阀210，每个止回阀210包括弹簧加载的堵头210，所述堵头210具有堵头表面，每个堵头表面构造成用于：在流体泵200的操作期间，堵头表面与泵主体200的入口201和出口202附近的各个配合表面实现密封接合。在该实施方式中，每个堵头是蘑菇形的，具有蘑菇头和从蘑菇头整体制成的杆部。杆被容纳在弹簧211的线圈内，弹簧211偏压各个堵头。在其他实施例中，堵头可以替代地是圆顶形的。在流体泵200中的止回阀210的操作确保由螺线管柱塞220的运动所产生的加压水合适地从入口吸入管线201沿一个方向经由流体泵室230输送到出口排出管线202。

在某些传统的流体泵中，止回阀堵头将倾向于粘附到流体泵主体内的配合表面。图1A描绘了传统类型的流体泵100的示例，其中止回阀堵头110已经粘附到靠近泵的出口102的配合表面上，从而导致流体泵100的故障。图1B和图1C描绘了相应地来自未经消毒的水的细菌140和钙130残留物已经沉积在螺线管柱塞120的表面上，这类似于沉积在泵的止回阀堵头110的传统橡胶表面的空隙和空腔中的污染物，从而导致堵头粘附到它们相应的配合表面。图3示出了传统的止回阀堵头表面的示例，其中在堵头表面上可见大量的空隙和空腔，水可被吸收在其中，这在水干燥时导致钙和细菌残留物的沉积。

在本发明的实施例中，用在止回阀堵头中的止回阀堵头210中的每一个包括被构造用于与流体泵主体的入口201和出口202附近的相应的配合表面实现密封接合的表面。

在该实施例中，堵头的接合表面均由丁腈橡胶(“NBR”)材料制成。NBR橡胶堵头的新颖用途有助于减轻与上述的传统止回阀相关的问题，这是由于与传统止回阀堵头中使用的传统材料相比，其具有优良的密封能力。因此，已经测试了使用这些实施例的新型止回阀的螺线管泵的真空度和泄漏性能，并且与例如传统材料(比如PTFE的塑料)的测试相比，其等级更高。图5提供了由NBR橡胶制成的止回阀与由传统材料制成的止回阀相比的比较测试性能的更详细的总结。值得注意的是，由NBR橡胶制成的止回阀的测试相对于由传统材料制成的其他测试止回阀得分为30。在本发明的可选实施例中，堵头的接合表面可以代替地由乙烯丙烯二烯单体橡胶(“EPDM”)制成，该材料具有优于传统材料的相似优点的。

尽管NBR橡胶作为止回阀堵头材料的新颖用途具有许多优点，但在NBR橡胶材料上另外地创新性使用对聚对二甲苯涂层也已被令人惊讶地发现进一步提高了止回阀的性能。特别地，在这些实施例中，已经发现NBR橡胶表面上的聚对二甲苯涂层提供了许多功能优点，包括防水性，这减轻了水渗入NBR表面中的空隙和空腔的问题，因此有助于在干燥或潮湿环境中稳定止回阀的操作。此外，聚对二甲苯涂层具有耐化学腐蚀性，对无机和有机介质、强酸、苛性碱溶液、气体和水蒸气具有良好的阻隔性能。还发现，聚对二甲苯涂层对堵头与其配合表面实现密封的能力的不利影响是相对较低的。此外，聚对二甲苯涂层的存在包括相对较低的摩擦系数，并且表现出抗粘附特性，从而不会对堵头的密封接合产生不利影响。再此外，聚对二甲苯涂层是生物稳定的、生物相容的涂层，该涂层在各种应用上已获得美国食品和药物管理局(FDA)的批准，因此与其他材料涂层比如PTFE等相比，更易于适用于与流体泵相关的应用。又此外，聚对二甲苯涂层是完全均匀的表面，其表现出相对少量的水分吸收(即，24小时后小于0.1％)，并且是厚度大于1.4mm的相对致密的无针孔表面。图4A在45X的倍率下示出了在对其施加聚对二甲苯涂层之前的、由NBR橡胶制成的新型的止回阀堵头，并且图4B在45X的倍率下示出了在已经对其施加聚对二甲苯涂层之后的、由NBR像胶制成的新型的止回阀堵头，其呈现有光滑表面(glossy finish)。

再此外，已经发现，与其他传统材料相比，在NBR橡胶堵头表面上添加聚对二甲苯涂层在寿命测试期间表现出较高的耐老化性和抗磨损性。例如，参照图7，可以看到，在上排的堵头上的聚对二甲苯的光滑涂层在经受了3000次循环的寿命测试之后没有表现出老化的迹象，并且在下排的堵头中在经受50000次循环的寿命测试后仍然没有表现出老化的迹象。

迄今为止，在流体泵的应用场合，由于施加聚对二甲苯涂层涉及到相对较高的成本、复杂性和制造时间，所以本领域的技术人员在流体泵应用的情形中甚至没有动机去考虑在止回阀堵头表面上使用聚对二甲苯涂层(更不用说与NBR橡胶或EPDM橡胶材料组合使用)。尤其是，不会需要或有动机在止回阀的堵头上施加聚对二甲苯，因为流体泵和它的组成零件的相对较低的成本意味着当发生故障时，用另一个止回阀来简单地替换故障的止回阀会更便利，而不是在加工过程中承担附加的时间、成本和复杂性来包括该聚对二甲苯涂层。

本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，本文所述的发明可以进行除那些具体描述的之外的变化和修改。对于本领域技术人员显而易见的，所有这些变化和修改应认为落入如前所述的本发明的精神和范围内。应该理解，本发明包括所有这样的变化和修改。本发明还包括在说明书中单独或共同提及或指示的所有步骤和特征，以及所述步骤或特征中的任何两个或更多个的任何和所有组合。

在本说明书中对任何现有技术的引用不是并且不应被认为是对该现有技术形成公知常识的一部分的承认或任何形式的暗示。