高壓低溫流體泵的製作方法

2023-12-09 12:44:24 1

本發明涉及到一種低溫活塞泵，特別是涉及一種用於冷凍手術過程的高壓低溫流體泵。

背景技術：

冷凍手術治療是利用超低溫度和所設計的複雜系統適當地冷凍待治療的目標生物組織。這些系統一類是利用存儲罐裡的高壓氣體，另一類是通過加熱液態製冷劑來獲得高壓氣體並存儲在高壓罐裡作為消融流體。上述的兩類系統除了需要製冷劑存儲器，還需要高壓存儲罐。本發明的目的是提供一種改進的系統，所述系統產生能凍死和破壞生物組織的高壓消融流體，所述高壓消融流體是通過緊湊的高壓低溫流體泵來直接將低壓液態製冷劑壓縮成高壓製冷劑且不需要額外的高壓存儲罐。

技術實現要素：

本發明涉及一種高壓低溫流體泵，所述高壓低溫流體泵包括一個絕熱存儲罐或杜瓦瓶組件，所述絕熱存儲罐或杜瓦瓶組件是從外界通過填充獲得液態製冷劑並存儲起來；至少一個低溫泵組件，所述低溫泵組件被放置在所述絕熱存儲罐底部附近，用來收集液態製冷劑並將其壓縮成高壓製冷劑；至少一個驅動組件(actuator assembly)，所述驅動組件被安裝到所述絕熱存儲罐組件並與所述低溫泵組件連接來提供壓力。所述低溫泵組件包括：一個線性分開放置的雙活塞，所述雙活塞通過一個常規活塞軸連接；兩個壓力腔，所述兩個壓力腔被進氣腔隔開，其中，所述進氣腔向所述壓力腔提供液態製冷劑，所述壓力腔包括一個上壓力腔和一個下壓力腔，每個壓力腔均具有一個瞬時入口和一個在出氣口設置的單向止回閥；一個壓力氣缸，所述壓力腔和所述進氣腔在所述壓力氣缸內周向分布。在所述高壓低溫流體泵中，低壓液態製冷劑被壓縮成高壓製冷劑，在向上運動過程中，所述上壓力腔壓縮液態製冷劑時，所述下壓力腔收集液態製冷劑，在向下運動過程中，所述下壓力腔壓縮液態製冷劑時，所述上壓力腔收集液態製冷劑。

在一些實施方式中，所述低溫泵組件是一個二級循環泵。所述二級循環泵具有一個壓縮循環和一個罐充循環。

在一些實施方式中，所述壓力腔是同步工作的，即一個壓力腔進入壓縮循環而第二個壓力腔進入罐充循環，以此在一個上下往復過程中持續提供高壓製冷劑。

在一些實施方式中，在向上運動過程中，上瞬間入口關閉，下瞬間入口打開；在向下運動過程中，上瞬間入口打開，下瞬間入口關閉。

在一些實施方式中，每個壓力腔的出口與一個常規排放管連接。

在一些實施方式中，液態製冷劑通過進氣腔罐充口進入到所述進氣腔內。

在一些實施方式中，杜瓦瓶組件為低溫泵組件提供液態製冷劑。

在一些實施方式中，所述驅動組件控制和限制所述活塞軸的往復運動的距離以提供高壓製冷劑。

在一些實施方式中，低溫泵組件安裝在所述絕熱存儲罐的底部，以收集液態製冷劑並將其壓縮成高壓製冷劑。

在一些實施方式中，所述高壓低溫流體泵能調整所述活塞軸的運動速度得到所需要的製冷劑流體出口壓力。

在一些實施方式中，所述低溫泵組件包含一個為每個壓力腔提供的活塞頭，所述活塞頭通過一個連接有常規活塞軸的驅動組件來驅動。

在一些實施方式中，在整個罐充或壓縮循環中，所述雙活塞中的一個活塞與所述活塞軸形成瞬時密封而另一個活塞與所述活塞軸形成一個瞬時開口。

本發明所述高壓低溫流體泵被設計用來提供持續的壓縮製冷劑。所述低溫泵組件是一個正容積雙活塞泵，它具有兩個運行周期，分別是罐充和壓縮周期。本發明使液態製冷劑在上下行程中都能被壓縮。低溫泵組件包括兩個不同的壓縮腔和一個進氣腔。放置在所述壓縮腔之間的所述進氣腔是用來接收從絕熱存儲罐組件中獲取的液態製冷劑。液態製冷劑在進入進氣腔之前首先通過顆粒過濾器(未示出)，以過濾掉任何外界汙染物。進氣腔向所述壓縮腔提供已過濾的液態製冷劑。在一個向上的循環中，當下壓力腔從進氣腔收集液態製冷劑使得下壓力腔膨脹時，上壓力腔容積縮小以壓縮液態製冷劑。在一個向下的循環中，下壓力腔被壓縮時上壓力腔收集液態製冷劑為下一個壓縮循環做準備。在一個往復循環中，壓力腔工作是同步進行的，即一個壓力腔運行壓縮循環而另一個壓力腔運行灌充循環，以此來提供持續的高壓製冷劑。所述壓縮腔和進氣腔在一個單壓力氣缸內周向分布。低溫泵組件包含一個為每個壓力腔提供的活塞頭，所述活塞頭通過一個連接有常規活塞軸的驅動組件來驅動。所述驅動組件控制和限制所述活塞軸往復運動的距離以提供最適宜的高壓製冷劑。高壓製冷劑流體通過內部止回閥從壓縮腔裡排出。所述止回閥阻止在罐充過程中高壓製冷劑回流到壓縮腔。通過活塞軸的速度來控制製冷劑流體的出口壓力。本發明中的高壓低溫流體泵能根據活塞軸運動的速度來適應性調整輸送所需製冷劑流體的出口壓力。活塞軸的速度越高，在較短時間裡壓縮的液態製冷劑越多，從而產生更高的出口壓力，反之亦然。

附圖說明

圖1是根據本發明的高壓低溫流體泵的整體剖面圖。

圖2是所述高壓低溫流體泵向上運動到中間位置的剖面圖。

圖3是所述高壓低溫流體泵向上運動到頂部的剖面圖。

圖4是所述高壓低溫流體泵向下運動時處於頂部的剖面圖。

圖5是所述高壓低溫流體泵向下運動到中間位置的剖面圖。

圖6是所述高壓低溫流體泵向下運動到底部的剖面圖。

圖7是所述高壓低溫流體泵從底部開始向上運動的剖面圖。

具體實施方式

以下對實施本發明的最佳具體實施方式進行詳細描述。此描述僅對本發明實施例的基本原理進行闡述，但本發明不僅僅限於此描述。本發明的保護範圍由後附的權利要求書進行最準確限定。

參照圖1，本發明提供一個高壓低溫流體泵10，所述高壓低溫流體泵10把接近一個大氣壓的液態製冷劑轉換成高壓製冷劑。本發明包含一個接收低壓液態製冷劑的絕熱存儲罐組件或杜瓦瓶組件60，一對低溫泵組件70，所述低溫泵組件70被安裝在所述杜瓦瓶組件的底部附近，用來壓縮液態製冷劑，一對驅動組件80為製冷劑的增壓提供壓力。本發明中所述的高壓低溫流體泵10的工作介質是液態製冷劑，例如，液氮、液氦、液氬、液氖等。來自於所述高壓低溫流體泵10的高壓製冷劑作為消融流體被直接輸送到一個常規冷凍消融導管。在輸送到一個常規冷凍消融導管之前可以對消融流體做進一步處理。流體的處理過程，例如對顆粒和水汽的過濾、壓力調整、加熱和再次過冷卻或者綜合上述過程對進一步提高消融流體的性能是有幫助的。例如，增加過濾模塊、加熱模塊、壓力調整模塊和再次過冷卻模塊串聯在排放管48上，能進一步提高消融流體的品質，而且讓使用者能更好的控制流體的溫度和壓力。

杜瓦瓶組件60是一個常規的雙層絕熱存儲罐。在杜瓦瓶組件60的頂部有一個開口，允許液態製冷劑通過頂部開口進入杜瓦瓶組件60的內部。製冷劑蒸汽和壓縮的液態製冷劑也可以直接從杜瓦瓶組件60的頂部開口排出。低溫泵組件也可以通過這個頂部開口安放在杜瓦瓶組件60內部。杜瓦瓶組件用來儲存液態製冷劑，將液態製冷劑提供給低溫泵組件，杜瓦瓶組件還用來安放低溫泵組件，並在低溫泵組件和驅動組件之間提供結構連接。

所述低溫泵組件70是一個二級循環泵。所述二級循環泵具有一個壓縮循環和一個罐充循環。低溫泵組件70包括一個線性分開放置的雙活塞，所述雙活塞通過一個常規活塞軸連接；被進氣腔隔開的兩個壓力腔，所述進氣腔向所述壓力腔提供液態製冷劑，所述壓力腔包括一個上壓力腔和一個下壓力腔，每個壓力腔均具有一個瞬時入口和一個在出氣口設置的單向止回閥；一個壓力氣缸，所述壓力腔和所述進氣腔在所述壓力氣缸內周向分布。低溫泵組件70安裝在所述絕熱存儲罐或杜瓦瓶組件60的底部，以收集液態製冷劑並將其壓縮成高壓製冷劑。在一個具體的實施例中，所述低溫泵組件70包括壓力氣缸22、頂部氣缸蓋30、底部氣缸蓋28、上活塞24、下活塞26、活塞軸18、支撐管16、進氣腔罐充口20及圖2所示的一些組件：上止單向回閥34、下單向止回閥46、活塞軸密封圈32、上活塞密封圈38、下活塞密封圈42、上活塞栓36、下活塞栓50、上瞬間密封圈40、下瞬間密封圈44、頂部氣缸蓋密封圈62、底部氣缸蓋密封圈64和常規的排放管48。支撐管16的一端機械式安裝在頂部氣缸蓋30上，另一端機械式安裝在驅動板12上。支撐管16為活塞泵產生的周期性作用力提供結構支撐。在常規操作模式下，液態製冷劑通過進氣腔罐充口20從杜瓦瓶組件60進入低溫泵組件70中。液態製冷劑首先通過顆粒過濾器(未示出)再經過進氣腔罐充口20，最後進入到進氣腔52。在向上的循環過程中，在上壓力腔54中的液態製冷劑通過一個上單向止回閥34被壓縮和推送出來。與此同時，下壓力腔56膨脹並灌裝液態製冷劑。在向上循環運動結束後，活塞軸18改變方向，向下運動。在向下循環運動過程中，上壓力腔54和進氣腔52流體連通以接收液態製冷劑，與此同時下壓力腔56中的液態製冷劑被壓縮。從下壓力腔56中流出的高壓製冷劑通過下單向止回閥46流進常規排放管48。在向下循環結束時，活塞軸改變方向，向上運動進入一個新的循環。一個方向運動的結束到反向運動的開始的間隔被定義成過渡期。在過渡期中，高壓製冷劑不再從壓力腔中流出同時液態製冷劑的出口壓力向下波動。製冷劑的壓力波動水平和過渡時間的長短成比例關係，本發明能最大化的減小在常規排放管48內的壓力變化。對於單低溫泵組件想消除過渡期是非常困難的，但是在過渡期中增加活塞軸的運動速度來降低壓力波動的幅度是可行的。此外，將加熱模塊和壓力調節模塊(未示出)串聯在常規排放管48上，能夠更好的控制流體的出口壓力。對於具有多個低溫泵組件70的系統，如圖1所示，在第一個低溫泵的過渡期裡，第二個低溫泵的壓力循環同步進行使製冷劑流體的出口壓力曲線更平滑。

驅動組件80包括一個驅動器14和一個驅動板12，所述驅動板12機械地固定在杜瓦瓶組件60上。驅動器14安裝在驅動板12上，並具有一個集成驅動軸，所述驅動軸直接連接在活塞軸18上。所述活塞軸18線性運動並產生壓縮力。驅動器14是一個標準的工業驅動器。它可以是氣動驅動器或是一個電動線性驅動器。所述驅動組件80控制和限制所述活塞軸18的往復運動的距離以提供高壓製冷劑。所述高壓低溫流體泵能調整所述活塞軸18的運動速度得到所需要的製冷劑流體出口壓力。所述活塞軸18的速度越高，在較短時間裡壓縮的液態製冷劑越多，從而產生越高的出口壓力，反之亦然。

參照圖2，低溫泵組件70向上運動到中間位置的剖面圖。在向上運動的過程中，上瞬間入口關閉，下瞬間入口72打開，上瞬間密封圈40緊貼上密封圈表面68，形成一個壓力密封來保持上壓力腔54的壓力。上壓力腔54的容積由頂部氣缸蓋30、上活塞24、壓力氣缸22、活塞軸18及相關的密封圈32、62、38和40所限定。當活塞軸18向上運動時，在上壓力腔54內的液態製冷劑被壓縮並通過具有上單向止回閥34的一個出氣口排出，並進入到常規排放管48裡。當上壓力腔54收縮時，下壓力腔56膨脹，此時液態製冷劑通過下瞬間入口72進入到下壓力腔56中。液態製冷劑從進氣腔52通過一個下瞬間入口72，該下瞬間入口72是在下瞬間密封圈44和下密封圈表面66之間形成的一個間隙。這個間隙由下活塞26在下活塞栓50和活塞軸18之間的運動所限定。在整個向上運動的過程中，上瞬間密封圈40緊貼上密封圈表面68形成壓力密封。當下活塞26依靠在下活塞栓50上，在活塞軸18和下活塞26之間形成一個間隙，此間隙能使下壓力腔56通過它不間斷的罐充液態製冷劑。

參照圖3，高壓低溫流體泵向上運動到頂部的剖面圖。這個位置是向上運動的結束和向下運動的開始。在這個位置，上瞬間密封圈40一直貼著上密封圈表面68，而下壓力腔56一直與進氣腔52流體連通。在整個向上運動過程中，在杜瓦瓶組件60中的液態製冷劑一直通過進氣腔罐充口20與進氣腔52流體連通。

參照圖4，高壓低溫流體泵改變了方向向下運動時關閉下瞬間入口72，在下瞬間密封圈44和下密封圈表面66之間的間隙形成了壓力密封，來保持下壓力腔56的壓力。與此同時，一個由上瞬間密封圈40和上密封圈表面68形成的間隙即上瞬間入口74打開，使得液態製冷劑經該通道進入到上壓力腔54內。當活塞進一步向下運動時，下活塞26推動下壓力腔56中的高壓製冷劑通過一個具有下單向止回閥46的出氣口並進入到常規排放管48裡。與此同時，上壓力腔54膨脹並持續收集液態製冷劑。

參照圖5，低溫泵組件70向下運動到中間部位的剖面圖。在向下運動過程中，下活塞26被活塞軸18直接推動，上活塞24被上活塞栓36向下推動。

參照圖6，高壓低溫流體泵向下運動到底部的剖面圖。這個位置是向下運動的結束和向上運動的開始。在這個位置上，下瞬間密封圈44一直是緊貼著下密封圈表面66，上壓力腔54一直與進氣腔52流體連通。在整個向下運動的過程中，在杜瓦瓶組件60中的液態製冷劑一直通過進氣腔罐充口20與進氣腔52流體連通。

參照圖7，高壓低溫流體泵開始改變運動方向向上運動。在此運動中關閉上瞬間入口74並形成壓力密封，此壓力密封用來保持上壓力腔54的壓力。於此同時，下瞬間入口72打開，為下一個循環中液態製冷劑灌充到下壓力腔52中提供一個通道。當活塞進一步向上移動，上壓力腔54推動高壓製冷劑通過上止回閥34進入到常規排放管48，此時下壓力腔52膨脹並持續收集液態製冷劑。

上述本發明是一個高壓低溫流體泵，所述高壓低溫流體泵包括一個低溫泵組件，所述低溫泵組件有雙活塞和兩個壓力腔，所述壓力腔不間斷的提供高壓製冷劑。兩個壓力腔是同步工作的，一個壓力腔進入壓縮循環而另一個壓力腔進入罐充循環，以此在一個上下往復過程中持續提供高壓製冷劑。所述雙活塞被線性分開放置，它們通過一個常規的活塞軸和壓力氣缸彼此相連。所述低溫泵組件在向上和向下往復運動過程中產生高壓製冷劑。所述壓力腔基於氣缸原理工作，具有一個壓縮循環和一個罐充循環。所述雙活塞和兩個壓力腔設計能使一個壓力腔壓縮液態製冷劑，於此同時另一個腔不間斷的罐充液態製冷劑。在整個罐充或壓縮循環中，所述雙活塞中的一個活塞與所述活塞軸形成瞬時密封而另一個活塞與所述活塞軸形成一個瞬時開口。每個壓力腔具有一個入口和一個出口。所述入口是瞬時變化的，在罐充循環中打開並在壓縮循環中關閉。壓力腔的出口包括止回閥，每個壓力腔的出口與一個常規排放管48連接，高壓製冷劑從止回閥排出並進入到常規排放管48中。具有兩個活塞泵的低溫泵組件能不間斷的輸送高壓製冷劑。然而，在過渡期內，出口壓力是波動的。兩個低溫泵組件同步協調工作，一個低溫泵進入壓縮循環另一個低溫泵進入罐充循環，這樣能提供一個更持續穩定的流體出口壓力曲線。

以上所述是本發明較佳的具體實施例，我們必須承認在不偏離本發明精神的情況下還有很多替換改進方式，下面的權利要求是為了儘可能地包含落入本發明精神和原則範圍內的所有修改方式。