CN1234095A - 小型涡旋流体装置 - Google Patents

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Abstract

小型涡旋流体装置(2)包括一组涡卷支撑元件(32、61),涡卷元件(61)带有具渐开螺旋凹槽(79)的内部轴向表面(65),另一涡卷支撑元件(32)具有由内部轴向表面(36)突出的渐开螺旋涡卷构件(44)。螺旋涡卷构件(44)是接受于螺旋凹槽(79)内,当相对关于轨道路径可移动。同步组件(51)是被提供轴向地介于所述涡卷支撑元件(32、61),与所述涡旋流体装置(2)相关的入口及出口区域(81、83)径向地向内而且装置(2)的轨道中心(125)的径向地向内。涡旋流体装置(2)是较佳地由塑料所形成。通过这装置,可提供非常小型及廉价的装置(2)。

Description

小型涡旋流体装置
                      发明背景
1．发明领域
本发明涉及涡旋装置，更具体地说是涉及小型涡旋流体装置，其特别是为要求低流率的环境设计，并且能以低成本方式来制造单一用途的装置。
2．已有技术的讨论
名词“涡旋流体装置”应用于啮合渐开螺旋涡卷，其中至少一涡卷相对其他涡卷沿着一圆形路径运行。该轨道运动在位于装置的入口及出口区域间径向移动的涡卷形成一个或多个流体输送室涡卷典型地是通过同步组件连接，该组件可防止涡卷间的相对运动，同时可接受各涡卷的相对轨道运动。按照不同的结构，所用的驱动***以及涡卷与流过该装置流体之间传送的能量特性，该涡卷流体装置可用于如泵、压缩机、电动机或膨胀机。
涡旋流体装置工作的明显优点是，可以使某一给定流率的装置总尺寸最小化。显然，减小涡卷流体装置的尺寸也可降低相关的制造成本。过去，在此领域有许多明显改进以使涡旋流体装置的总尺寸降低。这些改进主要集中在重新构造及重新定位同步设备轻降低装置的径向或轴向尺寸。通常，这些设计倾向于以牺牲轴向尺寸来降低涡旋装置的轴向尺寸，反之亦然。另外的问题是同步设备本身造成的，即，进入或离开涡卷装置的流体流动情况。例如，若同步设备被定位在涡卷与入口及出口区域间，流过装置的流体实际上需要通过同步设备，其可导致***损失。
在一些环境中，需要只产生较低流率的泵装置，但是若该装置在两次使用之间没有完全清洁就不能重复使用。例如，在手术或其他医疗步骤期间，需要将不同实质的流体传送给病人而且由病人抽回。用于此目的的泵明显地将暴露于这些流体。跟随此步骤，泵及其他暴露的***元件将必须被抛弃或在使用前被清洁．虽然这些***的相关唧取速率较低以至于该泵可被制造相当小，但这些泵装置的成本仍然相当高而且处理跟随单一用途的装置是相当昂贵的。当然，清洁及杀菌这类后来使用的装置也是昂贵和费时的．
因此，需要涡卷流体装置本质上是小型的、高效运转的、并且低成本的制造，特别是当用来在单一使用装置中形成较低流率时。
                      发明概要
在本发明较佳实施例中，涡旋流体装置是经由吸入作用来制造较低流率，通常在每分钟1毫升mil/min至每分钟60毫升60mil/min，而且具有最大真空压力550mmHg的级数。如果这样，轴向突出涡卷只需要螺旋经由360度而且限定在弧形凹槽经由大于360度延伸以容纳入口及出口区域。更明确地，该涡旋流体装置的入口及出口区域是形成在螺旋凹槽在远离该轴向突出涡卷的内部及外部端的位置而且这些区域具有相关口，其经由凹槽形成的平板延伸。
用于本发明涡旋流体装置的同步组件是轴向地介于该涡卷支撑平板间而且径向地位于每个螺旋涡卷以及入口及出口区域被定位的内部。在较佳实施例中，同步组件通过多个圆周相间隔齿所限定，其是形成在一支撑平板而且被接受在形成于另一支撑平板的相应的沟槽中。通过此种装置，同步组件是在以建立于装置的流体流动路径径向地被间隔向内，因此不影响经由装置的流体流动。
每个螺旋凹槽及同步沟槽具有相关深度，其允许相应的地完全容纳该轴向突出涡卷及同步齿轮。因此，该涡旋流体装置具有完全轴向尺寸，其基本上通过该支撑平板的组合厚度所限定。如果该涡卷只径向地向内延伸一限制数量，因此允许该同步组件以径向地向内被定位，该涡旋流体装置进一步具有一最小径向尺寸。在这些尺寸情况下，可表示整个小型涡卷流体装置，其当由塑料所制成时，可以经济地被制造用于单一用途、可抛弃泵或马达产品。
本发明的技术方案在于，提供一种小型涡旋流体装置，它包括：第一及第二渐开螺旋涡卷构件，每个第一及第二涡卷构件具有第一及第二末端部分，所述第一及第二涡卷构件相互啮合，当第一及第二涡卷构件之一沿圆周路径相对于第一及第二涡卷构件中的另一个运行时，沿着径向从入口区域移动至出口区域的第一及第二涡卷构件可限定至少一个流体室；第一及第二涡卷支撑元件，每个第一及第二涡卷支撑元件支撑相应的第一及第二涡卷构件，至少第一及第二涡卷支撑元件之一适于被驱动而在第一及第二涡卷构件之间形成一相对的轨道运动；以及一同步组件，它使所述各涡卷支撑元件相互连接，并且可防止所述涡卷构件间的相对转动，当涡卷构件作相对轨道运动时，所述同步组件被布置成轴向地位于第一及第二涡卷支撑元件之间，而且径向地介于所述涡旋流体装置的中间部分以及入口和出口区域之间，从而使所述同步组件是径向地与中间部分相隔开。
如上所述的小型涡旋流体装置，其中：
第一及第二涡卷构件的一限定通过一螺旋凹槽，其形成在相应的第一及第二涡卷支撑元件。
如上所述的小型涡旋流体装置，其中：
该入口及出口区域是定位在该螺旋凹槽的径向内部及外部末端部分。
如上所述的小型涡旋流体装置，其中：
每个入口及出口区域包括一相应的口，其延伸相应的第一及第二涡卷支撑元件。
如上所述的小型涡旋流体装置，其中：
进一步包括一形成在该相应的第一及第二涡卷支撑元件的口连接部，每个口连接部是与相应的口以液体连接。
如上所述的小型涡旋流体装置，其中：
进一步包括至少一形成在相应的第一及第二涡卷支撑元件的弧形凹槽。
如上所述的小型涡旋流体装置，其中：
该同步组件包括附著于第一及第二涡卷支撑元件的内部轴向表面的多个环状间隔齿而且形成在第一及第二涡卷支撑元件的另一个的多个环状间隔沟槽，每个多个齿被接收对于相对轨道运动，在相应的多个凹槽内。
如上所述的小型涡旋流体装置，其中：
该第二涡卷支撑元件是提供一位置指示器以帮助对准该第二涡卷支撑元件对于安装在固定位置。
如上所述的小型涡旋流体装置，其中：
至少涡卷构件螺旋经过少于450度。
如上所述的小型涡旋流体装置，其中：
该涡旋流体装置是由塑料形成。
一种小型涡旋流体装置，其中包括：
第一及第二涡卷支撑元件，每个第一及第二涡卷支撑元件包括内部及外部表面；
渐开螺旋涡卷轴向地由该第一涡卷支撑元件的内部表面延伸；
形成在第二涡卷支撑元件的内部元件的渐开螺旋凹槽，该螺旋凹槽接收该螺旋涡卷构件；
径向地隔开的输入及输出口与该螺旋凹槽以流体相连接；
同步组件交互连接第一及第二涡卷支撑元件，该同步组件防止介于具有相对轨道运动的第一及第二该涡卷构件间的相对转动引起流体室径向地移动远离第一位置至第二位置，该第一位置与输入口以流体相连接，该第二位置与输出口以流体相连接，该同步组件包括附著于第一及第二涡卷支撑元件的内部轴向表面的多个环状间隔齿而且形成于第一及第二涡卷支撑元件的另一个的多个环状间隔沟槽，每个多个齿被接收对于相对轨道运动在相应的多个沟槽内；而且
第一及第二位置指示器被提供在第一及第二涡卷支撑元件以帮助适当地定位在相应的多个沟槽内多个齿。
如上所述的小型涡旋流体装置，其中：
该输入及输出口是定位在螺旋凹槽的径向地内部及外部末端。
如上所述的小型涡旋流体装置，其中：
进一步包括至少一形成在第二涡卷支撑元件的内部表面的弧形凹槽。
如上所述的小型涡旋流体装置，其中：
第二位置指示器进一步帮助对准该第二涡卷支撑元件用来安装在固定位置。
如上所述的小型涡旋流体装置，其中：
同步组件轴向地被排列介于第一及第二涡卷支撑元件及每个输入及输出口径向地向内间。
如上所述的小型涡旋流体装置，其中：
涡旋装置是由塑料所形成。
一种小型涡旋流体装置，其中包括：
第一及第二啮合渐开涡卷构件分别地通过第一及第二平板所支撑，第一涡卷构件是应用以转动沿著圆周路径相对于第二涡卷构件以引起至少被限定介于第一及第二涡卷构件间的一流体室以径向地由输入区域移动至输出区域移动，每个第一及第二涡卷构件是由塑料所形成；而且
塑料同步组件交互连接涡卷构件而且防止介于构件间的转动，当容纳相对轨道运动时，该小型涡旋流体装置具有一唧取容量在大约1mil/min至60mil/min的范围间。
如上所述的小型涡旋流体装置，其中：
该小型涡旋流体装置以大约550mmHg的最大真空压力下运转。
如上所述的小型涡旋流体装置，其中：
该涡旋流体具有少于大约7.5公分的外部直径。
如上所述的小型涡旋流体装置，其中：
该涡旋流体具有1.0公分数量级的轴向尺寸。
本发明的附加特色及优点由以下与图式相关的较佳实施例的详细描述将便得更明显，其中相同元件符号表示各附图中的相应元件。
附图简要说明
图1是本发明涡旋流体装置的立体图；
图2是图1涡旋流体装置的第一方向取出的分解示意图；
图3是由图2相反方向所取出的图1涡旋流体装置的分解示意图；并且，
图4是图1的该涡旋流体装置的部分剖视图。
                  对较佳实施例的详细描述
起初参考图1，本发明的涡旋流体装置较佳地是由塑料制造而且大体指定为2。涡旋流体装置2包括第一涡旋元件5及第二涡旋元件7。在较佳实施例中，第一涡旋元件5是通过非同心圆驱动轴(未示)驱动，该轴延伸在孔11内，孔11是形成在第一涡旋元件5的中间直立轮毂部分12而且第二涡旋元件7较佳地是固定于预期位置。因为涡旋流体装置通常被驱动使得介于啮合涡旋元件间作相对轨道运动是广泛熟知的方式，其运转方式将不重复叙述。然而应该了解，虽然在较佳实施例中第二涡旋元件7被固定而不转动，第一涡旋元件2将组成一共同转动涡旋装置而不偏离本发明的精神。为此理由，以下将更完全讨论，一O形环14适于布置在孔11内。
特别结合图2及图3来描述第一及第二涡旋元件5及7的较佳结构。第一涡卷元件5包括第一涡卷支撑元件32，其采取具有外部轴向侧边34及内部轴向侧边36的形式。外部轴向侧边34具有外部环状直立突缘38及内部环状直立突缘40。内部及外部直立突缘40及38之间限定了一凹槽区域42，其当涡旋流体装置2被安装使用时，适用于接收一密封环(未示)。
第一涡卷支撑元件32的第二轴向侧边36较佳地显示于图3，并具有一轴向突伸的渐开螺旋涡卷构件44。涡卷构件44具有第一末端部分46及第二末端部分48。沿径向向定位于螺旋涡卷构件44内部的是多个周向分隔的齿，其形成涡旋流体装置2的部分同步组件51。如图3及图4所示，每个齿50具有轴向外部分段52，其较宽于径向内部分段53以至于每个齿50径向地向内逐渐变小。在第二侧边36上的齿50的内部是环状减压区域56及一突起中心体58，它们一同限定了中间直立轮毂部分12。
第二涡旋元件7相似地包括第二涡卷支撑元件61，其以具有外部轴向侧边63及内部轴向侧边64的形式出现。如最佳显示于图2及图4，第二涡卷支撑部分61包括一通过直立外部侧壁部分72及直立内部侧壁部分74所形成的第二螺旋涡卷构件69，其通过末端侧壁76、77相互连接。直立侧壁部分72及74以及末端侧壁76及77一起限定了一螺旋凹槽79。在螺旋凹槽79的与末端侧壁76相间隔的位置上设有第一口81，螺旋凹槽79邻近末端侧壁77处形成有第二口83。如以下详细描述，每个口81及83可依照涡旋流体装置2的运转方式来限定入口或出口区域。
由于第二涡卷构件69的螺旋，第二涡卷支撑平板61的第二轴向侧边65上形成有外部轴向增厚侧壁部分86及内部轴向增厚侧壁部分88。为减小形成涡旋流体装置2的材料数量及因此降低相关制造成本，最好是在内部及外部增厚侧壁部分88及86上分别设置弧形槽88及96。第二轴向侧边65也形成有中间减压区域94及多个带槽的径向突起，它们构成同步组件的另一部分，如以下更详细的描述。
第二涡卷支撑平板61的第一轴向侧边63形成有一组间隔口连接部103及104。每个口连接部103及104具有中间管状圆柱部分107，其具有环状空间109。每个中间管状圆柱部分107是与相应的口81及83经过第二涡卷支撑平板61以流体连接。通过此种结构，流动导管或通道(未显示)可便利地被放置并与涡旋流体装置2的中间管状圆柱部分107流体连接。如这些图清楚地显示，第二涡卷支撑平板61包括一形成有径向突缘116的外周边113，该突缘具有一中间缺口118。该结构是根据本发明佳实施例提供的，有助于涡旋流体装置2的第二涡卷支撑平板61的对准及安装。
当组合时，第一涡旋元件5的轴向延伸螺旋涡卷构件44啮合于第二涡旋元件7的第二螺旋涡卷构件69。更明确地，螺旋涡卷构件44是接受在螺旋凹槽79内，如图4所示。为帮助螺旋涡卷构件44在螺旋凹槽79内适当地定位，第一涡旋元件在轮毂部分12上设有突出120，其与缺口118对准。由于螺旋凹槽79完全地容纳螺旋涡卷构件44，涡旋流体装置2的全部轴向尺寸基本上等于第一及第二涡卷支撑平板32及61的组合厚度，即在所显示小型实施例中小于1公分，即使侧壁72及74稍微由内部轴向侧边65升高也是如此，如图2所示。此外，该小型涡旋流体装置2的外部直径小于大约7.5公分。
在较佳实施例中，其中第二涡旋元件7是被固定，第一涡旋元件5被驱动以轨道运动关于几何中心125相对于第二涡旋元件7旋转。在此实施例中，第一涡旋元件5的驱动是通过在孔11内***不同心驱动轴(未示)来进行的，其具有O型环14被定位在驱动轴及中间直立轮毂部分12之间。在此装置内，O型环14可安装在轮毂部分12或由驱动轴携带，它可提供用于涡旋流体装置2的中间径向配合角度。该轨道运动，至少一个径向及甚至更多，可在第一及第二涡卷构件44及69间形成相切移动的流体室。当在第一方向作轨道运动，流体将吸引至第一口84而且经由第二口83被排出。当在相反方向作轨道运动，流体将吸引至第二口83而且经由第一口84被排出。
如上所述，涡旋流体装置2是特别设计以较低容量率运转，较佳通过制造一真空以制造范围在1mil/min至60mil/min的最大真空压力，最大真空压力可达550mmHg。该涡卷构件44及69的有限螺旋程度允许同步组件51沿径向布置在口81及83以内，但是尚未充足该几何中心125的外部，以为涡卷构件44提供运转稳定性。由于同步组件51的特别运转是广泛地熟知的，涡旋流体装置2的其它不同潜在运转模式将不进一步描述。
因为较佳实施例的涡旋流体装置2是由塑料形成而且非常小，涡旋流体装置2可以最小成本地制造，因此是一经济可行、可抛弃的装置，其可使用在不同领域。此外，如果外部口连接部103及104出现，涡旋流体装置2可方便地与完全流体控制***连接及切断。
虽然相关于本发明较佳实施例的描述，应该了解不同改变及/变化可至本发明而不偏离精神。例如，虽然非常小型涡旋流体装置已经显示及描述，应该清楚的是，本发明的不同特色可有效地并入具有较大容量的涡旋流体装置，可以将它们制成更小型及更具经济吸引力。通常，以上描述不用来限制以下权利要求的范畴。

Claims (20)

1．一种小型涡旋流体装置，其特征在于，它包括：
第一及第二渐开螺旋涡卷构件，每个第一及第二涡卷构件具有第一及第二末端部分，所述第一及第二涡卷构件相互啮合，当第一及第二涡卷构件之一沿圆周路径相对于第一及第二涡卷构件中的另一个运行时，沿着径向从入口区域移动至出口区域的第一及第二涡卷构件可限定至少一个流体室；
第一及第二涡卷支撑元件，每个第一及第二涡卷支撑元件支撑相应的第一及第二涡卷构件，至少第一及第二涡卷支撑元件之一适于被驱动而在第一及第二涡卷构件之间形成一相对的轨道运动；以及
一同步组件，它使所述各涡卷支撑元件相互连接，并且可防止所述涡卷构件间的相对转动，当涡卷构件作相对轨道运动时，所述同步组件被布置成轴向地位于第一及第二涡卷支撑元件之间，而且径向地介于所述涡旋流体装置的中间部分以及入口和出口区域之间，从而使所述同步组件是径向地与中间部分相隔开。
2．根据权利要求1所述的小型涡旋流体装置，其特征在于：
第一及第二涡卷构件是通过形成在相应第一及第二涡卷支撑元件上的一螺旋凹槽来限定的。
3．根据权利要求2所述的小型涡旋流体装置，其特征在于：
所述入口及出口区域是定位在所述螺旋凹槽的径向内部及外部末端部分。
4．根据权利要求3所述的小型涡旋流体装置，其特征在于：
每个入口及出口区域包括一相应的口，其延伸过相应的第一及第二涡卷支撑元件。
5．根据权利要求4所述的小型涡旋流体装置，其特征在于：
进一步包括一形成在所述相应的第一及第二涡卷支撑元件的口连接部，每个口连接部是与相应的口以液体连接。
6．根据权利要求2所述的小型涡旋流体装置，其特征在于：
进一步包括至少一形成在相应的第一及第二涡卷支撑元件的弧形凹槽。
7．根据权利要求2所述的小型涡旋流体装置，其特征在于：
所述同步组件包括附著于第一及第二涡卷支撑元件的内部轴向表面的多个环状间隔齿而且形成在第一及第二涡卷支撑元件的另一个的多个环状间隔沟槽，每个多个齿被接收对于相对轨道运动，在相应的多个凹槽内。
8．根据权利要求1所述的小型涡旋流体装置，其特征在于：
所述第二涡卷支撑元件是提供一位置指示器以帮助对准所述第二涡卷支撑元件对于安装在固定位置。
9．根据权利要求1所述的小型涡旋流体装置，其特征在于：
至少涡卷构件螺旋经过少于450度。
10．根据权利要求1所述的小型涡旋流体装置，其特征在于：
所述涡旋流体装置是由塑料形成。
11．一种小型涡旋流体装置，其特征在于包括：
第一及第二涡卷支撑元件，每个第一及第二涡卷支撑元件包括内部及外部表面；
渐开螺旋涡卷轴向地由所述第一涡卷支撑元件的内部表面延伸；
形成在第二涡卷支撑元件的内部元件的渐开螺旋凹槽，所述螺旋凹槽接收所述螺旋涡卷构件；
径向地隔开的输入及输出口与所述螺旋凹槽以流体相连接；
同步组件交互连接第一及第二涡卷支撑元件，所述同步组件防止介于具有相对轨道运动的第一及第二所述涡卷构件间的相对转动引起流体室径向地移动远离第一位置至第二位置，所述第一位置与输入口以流体相连接，所述第二位置与输出口以流体相连接，所述同步组件包括附著于第一及第二涡卷支撑元件的内部轴向表面的多个环状间隔齿而且形成于第一及第二涡卷支撑元件的另一个的多个环状间隔沟槽，每个多个齿被接收对于相对轨道运动在相应的多个沟槽内；而且
第一及第二位置指示器被提供在第一及第二涡卷支撑元件以帮助适当地定位在相应的多个沟槽内多个齿。
12．根据权利要求11所述的小型涡旋流体装置，其特征在于：
所述输入及输出口是定位在螺旋凹槽的径向地内部及外部末端。
13．根据权利要求11所述的小型涡旋流体装置，其特征在于：
进一步包括至少一形成在第二涡卷支撑元件的内部表面的弧形凹槽。
14．根据权利要求11所述的小型涡旋流体装置，其特征在于：
第二位置指示器进一步帮助对准所述第二涡卷支撑元件用来安装在固定位置。
15．根据权利要求11所述的小型涡旋流体装置，其特征在于：
同步组件轴向地被排列介于第一及第二涡卷支撑元件及每个输入及输出口径向地向内间。
16．根据权利要求11所述的小型涡旋流体装置，其特征在于：
涡旋装置是由塑料所形成。
17．一种小型涡旋流体装置，其特征在于包括：
第一及第二啮合渐开涡卷构件分别地通过第一及第二平板所支撑，第一涡卷构件是应用以转动沿著圆周路径相对于第二涡卷构件以引起至少被限定介于第一及第二涡卷构件间的一流体室以径向地由输入区域移动至输出区域移动，每个第一及第二涡卷构件是由塑料所形成；而且
塑料同步组件交互连接涡卷构件而且防止介于构件间的转动，当容纳相对轨道运动时，所述小型涡旋流体装置具有一唧取容量在大约1mil/min至60mil/min的范围间。
18．根据权利要求17所述的小型涡旋流体装置，其特征在于：
所述小型涡旋流体装置以大约550mmHg的最大真空压力下运转。
19．根据权利要求17所述的小型涡旋流体装置，其特征在于：
所述涡旋流体具有少于大约7.5公分的外部直径。
20．根据权利要求17所述的小型涡旋流体装置，其特征在于：
所述涡旋流体具有1.0公分数量级的轴向尺寸。
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