專利名稱：一種實現(xiàn)液體流量輸出的方法、相變動力裝置與恒流泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及恒流泵技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用物質(zhì)相變過程中產(chǎn)生的體積變化轉(zhuǎn)換成相應的流量輸出的方法、相變動力裝置與恒流泵。
背景技術(shù)：
恒流泵廣泛應用于各個大專院校實驗室、分析儀器、石化、航空航天、煤炭、染料、 精細化工、生物、科研、食品、農(nóng)藥、制藥、環(huán)保、科教、醫(yī)療衛(wèi)生等各個領(lǐng)域，恒流泵充分滿足以上行業(yè)連續(xù)恒壓恒流，精確穩(wěn)定輸送液體的要求，可以為客戶提供完善的流體輸送解決方案；這些行業(yè)要求能夠精準、耐用、輸送流量穩(wěn)定，連續(xù)可調(diào)有較高的壓力和揚程，而且輸送物質(zhì)不與外界接觸，防止污染，可以用各種流量加液抽液。有微量輸送，也可作小型罐裝用。恒流泵根據(jù)壓力區(qū)分可以分為常壓、中壓、高壓、超高壓等?，F(xiàn)有恒流泵分為柱塞泵、蠕動泵、隔膜泵等，由于精度、壓力等原因，市場上的恒流泵絕大部分為柱塞泵。目前恒流泵的控制精度一般都較低，流量誤差> 士5%，雖然有的產(chǎn)品經(jīng)過結(jié)構(gòu)改裝后流量精度有所提高，使其流量誤差能夠控制在士 1 %，但由于其結(jié)構(gòu)復雜，不利于調(diào)試， 大大限制了其產(chǎn)品在市場上的推廣應用。目前恒流泵所采用的結(jié)構(gòu)大多是利用單個步進電機驅(qū)動一個齒輪，然后利用齒輪同時帶動兩個相同的凸輪(假定為凸輪和凸輪)轉(zhuǎn)動，在兩個凸輪上各用一個連桿和對應的柱塞泵相連，從而兩個凸輪的旋轉(zhuǎn)運動就轉(zhuǎn)化為兩對應柱塞泵按預定的運動規(guī)律作往復直線運動。由于在該結(jié)構(gòu)中采用3個機械部件的配合運動來實現(xiàn)柱塞泵預定的運動規(guī)律， 所以安裝調(diào)試十分困難，而且齒輪之間的磨損量較大，極大的影響了恒流泵輸出流量的精度和使用壽命。還有采用這種結(jié)構(gòu)的恒流泵流量和壓力有較大的脈動，同時柱塞桿與密封圈很容易受到磨損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種采用物質(zhì)相變原理產(chǎn)生的體積變化轉(zhuǎn)換成相應流量輸出的方法、相變動力裝置與恒流泵，該方法簡單實用，采用該方法制成的相變動力裝置與恒流泵具有安裝調(diào)試方便，控制容易，輸出流量精度高(流量誤差 < 0. )，完全無脈動，結(jié)構(gòu)簡單，免維護，使用壽命長等優(yōu)點。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種實現(xiàn)液體流量輸出的方法，利用相變材料在相變過程中會產(chǎn)生固定的體積變化，通過實時計算，對相變材料進行加熱或者制冷，將熱量傳導給相變材料，促使相變材料改變相態(tài)并產(chǎn)生體積變化，從而轉(zhuǎn)換成相應的流量輸出。作為優(yōu)選，在相變室內(nèi)設(shè)有互不相溶的相變材料與體積變化傳導液體，在體積變化傳導液體與儲液瓶中的待輸送液體之間留有待輸送液體存液室，對相變材料進行加熱或制冷，使相變材料在相變過程中體積變小，通過體積變化傳導液體傳導后將待輸送液體吸
3入至待輸送液體存液室內(nèi)，此為吸液過程；切斷儲液瓶與待輸送液體存液室之間的液體輸送控制閥，再對相變材料進行制冷或加熱，使相變材料在相變過程中體積變大，通過體積變化傳導液體傳導后，將待輸送液體存液室內(nèi)的待輸送液體輸出，此為送液過程。一種相變動力裝置，包括相變室、溫度傳感器、加熱模塊、冷卻模塊及控制器，在相變室內(nèi)設(shè)有互不相溶的相變材料和體積變化傳導液體，溫度傳感器設(shè)置在相變室內(nèi)，加熱模塊、冷卻模塊設(shè)置在相變室的內(nèi)部或外部，溫度傳感器、加熱模塊、冷卻模塊均與控制器相連。一種恒流泵，包括存儲有待輸送液體的儲液瓶、液體輸送控制閥和至少一組相變吸放液裝置，所述的相變吸放液裝置包括相變室、隔膜室，在相變室內(nèi)上部、下部分別設(shè)有互不相溶的相變材料和體積變化傳導液體，在相變室內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，在相變室內(nèi)部或外部設(shè)有控制相變材料發(fā)生導致自身體積變化的相態(tài)變化的加熱模塊、冷卻模塊，在隔膜室內(nèi)設(shè)有將隔膜室分隔成體積變化傳導液體存液室、待輸送液體存液室并可使兩個腔室各自體積發(fā)生變化的隔膜，相變室底部與體積變化傳導液體存液室相連通，待輸送液體存液室連接液體輸送控制閥，液體輸送控制閥還分別與儲液瓶和液體輸出管相連，溫度傳感器、 加熱模塊、冷卻模塊、液體輸送控制閥均與控制器相連。作為優(yōu)選，所述相變材料為烷烴、萘、硬脂酸、石臘、聚乙二醇、堿金屬、堿土金屬鹽水合物中的一種或任意幾種的混合物。作為優(yōu)選，該恒流泵包括有兩組相變吸放液裝置，兩套相變吸放液裝置的液體輸送控制閥通過第一三通連接儲液瓶，與兩個液體輸送控制閥各自相連的液體輸出管通過第二三通連接總輸出管。作為優(yōu)選，所述的液體輸送控制閥為三通閥、四通閥、六通閥、十通閥、針形閥中的任意一種，或是單向閥與三通閥、四通閥、六通閥、十通閥、針形閥之中的任意一種閥門的組
口 O作為優(yōu)選，所述的待輸送液體存液室通過第二傳導管連接液體輸送控制閥，所述的第二傳導管連接有壓力傳感器，所述的壓力傳感器與控制器相連。壓力傳感器對第二傳導管輸出端口亦即相變室的壓力值進行實時檢測，將檢測到的信號反饋給控制器，通過相應的程序段控制加熱模塊的加熱功率，加快或者減緩相變過程，從而加快或者減低推送液體的速度，以達到調(diào)節(jié)輸出端口的壓力值，使輸出端口的壓力值動態(tài)的維持在恒定值。作為優(yōu)選，所述的控制器內(nèi)設(shè)有接收壓力傳感器的信號進而比較兩組相變室的壓力以對兩個液體輸送控制閥工作進行切換的壓力比較器，所述的壓力比較器連接壓力傳感器。壓力比較器接收壓力傳感器的信號比較兩組相變室的壓力，在兩組相變室的壓力達到一致時進行切換，以保證恒流泵能夠持續(xù)壓力平穩(wěn)并且輸出穩(wěn)定的流速。本發(fā)明的原理及有益效果是本發(fā)明是利用某些相變物質(zhì)在從固體與液體的相變過程中會產(chǎn)生固定的體積變化，通過預先/實時計算，控制加熱模塊加熱或者冷卻模塊制冷，將精確的熱量傳導給相變材料，促使適當體積的相變材料改變狀態(tài)，產(chǎn)生體積變化，從而轉(zhuǎn)換成相應的流量輸出。具體地，利用相變物質(zhì)在相變過程中體積變小時通過體積變化傳導液體傳導后為吸液過程，相變過程中體積變大時通過體積變化傳導液體傳導后的為送液過程。本發(fā)明的相變動力裝置為吸液、放液提供動力，可結(jié)合儲液瓶配合隔膜室或柱塞泵等部件使用，以實現(xiàn)液體流量輸出。本發(fā)明的恒流泵可采用兩組相變吸放液裝置，一組在送液的同時，另一組在吸液，通過液體輸送控制閥的開關(guān)實現(xiàn)連續(xù)送液。本發(fā)明應用了物質(zhì)相變過程產(chǎn)生體積變化原理，通過自動化控制實現(xiàn)輸液，本發(fā)明的恒流泵沒有電機、柱塞、密封圈、凸輪等機械裝置，整個恒流泵具有安裝調(diào)試方便，控制容易，輸出流量精度高(流量誤差< 0. 1 % )，完全無脈動，結(jié)構(gòu)簡單，免維護，使用壽命長等優(yōu)點；可用于各種液體的不同流量的輸送，廣泛應用于各個大專院校實驗室、分析儀器、石化、航空航天、煤炭、染料、精細化工、生物、科研、食品、農(nóng)藥、制藥、環(huán)保、科教、醫(yī)療衛(wèi)生等各個領(lǐng)域，本發(fā)明的相變恒流泵充分滿足以上行業(yè)連續(xù)恒壓恒流、精確、穩(wěn)定、無脈動地輸送液體的要求。


圖1為本發(fā)明相變動力裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例1中恒流泵的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的具體實施方式
如下實施例1 如圖1所示，一種相變動力裝置，是為液體流量輸出提供動力，包括相變室4、溫度傳感器8、加熱模塊9、冷卻模塊10及控制器19，在相變室4內(nèi)設(shè)有互不相溶的相變材料6和體積變化傳導液體7，溫度傳感器8設(shè)置在相變室4內(nèi)，加熱模塊9、冷卻模塊10 設(shè)置在相變室4的內(nèi)部或外部，溫度傳感器8、加熱模塊9、冷卻模塊10均與控制器19相連。 相變動力裝置是為吸液、放液提供動力的裝置。一種恒流泵，如圖2所示，包括存儲有待輸送液體的儲液瓶1、兩個液體輸送控制閥2和兩套相變吸放液裝置，所述的相變吸放液裝置包括相變室4、隔膜室5，在相變室4內(nèi)上部、下部分別設(shè)有互不相溶的相變材料6和體積變化傳導液體7，在相變室4內(nèi)設(shè)有溫度傳感器8、控制相變材料6發(fā)生導致自身體積變化的相態(tài)變化的加熱模塊9及冷卻模塊10， 在隔膜室5內(nèi)設(shè)有將隔膜室5分隔成體積變化傳導液體存液室11、待輸送液體存液室12并可使兩個腔室體積發(fā)生變化的隔膜13，相變室4底部通過第一傳導管14與體積變化傳導液體存液室11相連通，待輸送液體存液室12通過第二傳導管15連接液體輸送控制閥2 ；液體輸送控制閥2可采用三通閥。液體輸送控制閥2還分別與儲液瓶1和液體輸出管16相連，具體地，兩個液體輸送控制閥之間通過第一三通3連接儲液瓶1，與兩個液體輸送控制閥2各自相連的液體輸出管16通過第二三通17連接總輸出管18，溫度傳感器8、加熱模塊9、冷卻模塊10、液體輸送控制閥2均與控制器19相連；所述的第二傳導管15連接有壓力傳感器20 ；所述的控制器 19內(nèi)設(shè)有接收壓力傳感器20的信號進而比較兩組相變室的壓力以對兩個液體輸送控制閥工作進行切換的壓力比較器，所述的壓力比較器連接壓力傳感器20?？刂破?9除對上述組件實現(xiàn)控制外，還具有人機界面并可實現(xiàn)如下功能1，實時顯示當前壓力、設(shè)定壓力、設(shè)定流量；2，實時顯示泵工作壓力，可按兩種方式設(shè)定流量和壓力，快捷實用；3，具有定時功能，方便設(shè)定泵的工作時間；4，可保存當前工作壓力，便于查看。
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具體地，相變室4密閉在隔熱材料中，在相變室4內(nèi)安裝有加熱模塊9、冷卻模塊 10以及溫度傳感器8。加熱模塊9為電加熱棒，冷卻模塊10可采用半導體制冷、空氣冷卻、 盤管冷卻等多種形式，在相變室4頂部有一個放空管。在相變室4中裝入相變材料正十六烷和體積變化傳導液體水，其中正十六烷與水的體積比為4 1，加熱模塊9安裝在正十六烷中，溫度傳感器8則貫穿整個相變室4，以準確檢測相變室4的溫度。隔膜室5的體積變化傳導液體存液室11、待輸送液體存液室12各自通過管路連接有調(diào)試閥21，初始階段，在相變室4內(nèi)和隔膜室5內(nèi)充水，待水充滿第一傳導管14、體積變化傳導液體存液室11后關(guān)閉調(diào)試閥21，此時，隔膜室5內(nèi)隔膜13在水的壓力作用下擠壓待輸送液體存液室12，使體積變化傳導液體存液室11和隔膜13占據(jù)了隔膜室5的絕大部分體積。本實施例恒流泵的工作過程如下吸液階段將液體凝固成為固體，完成吸液控制器19控制液體輸送控制閥2使其閉合，即儲液瓶1與隔膜室5為連通狀態(tài)。并且控制器19通過預先的計算，使冷卻模塊 10開始工作，使相變室4的溫度低于相變材料正十六烷的凝固點16度(不同的相變材料凝固點不一樣，所以冷卻溫度也不一樣)，此時正十六烷凝固成固體，減少10. 4%的體積，此時相變室4內(nèi)水位上升，體積變化傳導液體存液室11體積減少，從而將儲液瓶1中的待輸送液體吸入到待輸送液體存液室12中。保持恒溫溫度為相變材料的凝固點(本實例為16度)為準備狀態(tài)。假如室溫低于凝固點，則相變材料本身已經(jīng)是固體，所以此時只要簡單地通過加熱模塊9將相變材料升溫到凝固點恒溫即可。輸液階段在控制器19的人機界面設(shè)定一個流量值，液體輸送控制閥2為打開狀態(tài)，即儲液瓶1與隔膜室5為關(guān)閉狀態(tài)，此時隔膜室5與液體輸出管16為連通狀態(tài)，并根據(jù)已知的正十六烷相變潛熱L 236KJ/Kg，密度0. 887g/ml，體積變化率10. 4%，加熱模塊電阻值等，通過預先/實時的計算，得到相應的電壓值，電壓值的計算公式為
由壓=I設(shè)定流量*相變潛熱*1000 *密度*校正值1*校正值2*校正值3 、1體積變化率*加熱模塊電阻*60其中校正值1為溶劑壓縮系數(shù)、校正值2為熱損失率、校正值3為延遲率，此三項常數(shù)可以根據(jù)實驗測得后輸入，每批設(shè)備不一樣。此時加熱模塊9根據(jù)計算得到的電壓值進行加熱，并輸出額定的能量值，勻速將形成固體的正十六烷熔化為液體，并產(chǎn)生10. 4%的體積變化，推動待輸送液體存液室12中的待輸送液體向液體輸出管16內(nèi)流動，最后從總輸出管18中流出，完成規(guī)定流速液體的輸送。在第一個相變室輸送液體的同時，第二個相變室也進行冷卻完成吸液階段，當?shù)谝粋€相變室內(nèi)的相變材料熔化到80 %時，第二個相變室開始也開始根據(jù)輸入的流量值進行升溫，以實現(xiàn)輸液；當兩個相變室的壓力達到一致時，關(guān)閉第一個相變室的液體輸送控制閥，打開第二個相變室的液體輸送控制閥，讓第二個相變室產(chǎn)生的輸液動作發(fā)生作用，輸出液體。同時第一個相變室又開始降溫，將液體相變材料凝固，完成吸液的過程，兩個相變室不斷交替輸液，可以實現(xiàn)連續(xù)恒流恒壓地輸送液體。實施例2 可以選用硬脂酸作為相變材料6，硬脂酸的熔點為69. 5度，在相變室4 中裝入液體相變材料硬脂酸和體積變化傳導液體水，其中硬脂酸與水的體積比為4 1，加熱模塊9、冷卻模塊10安裝在硬脂酸中，加熱模塊9為電加熱棒，冷卻模塊10為不銹鋼冷卻水管，溫度傳感器8則貫穿整個相變室4，以準確檢測相變室的溫度。吸液階段將液體凝固成為固體，完成吸液；將液體輸送控制閥2閉合，即儲液瓶1 與隔膜室5為連通狀態(tài)。通過控制器19預先的計算，使不銹鋼冷卻水管中的冷卻水開始循環(huán)制冷，帶走熱量，使相變室4的溫度低于硬脂酸的凝固點69. 5度，此時液體的相變材料硬脂酸凝固成固體，減少15. 2%的體積，通過體積變化傳導液體水將儲液瓶中的待輸送液體吸入到待輸送液體存液室11中。保持恒溫溫度為相變材料的凝固點69. 5度為準備狀態(tài)。輸液階段在人機對話界面設(shè)定一個流量值，液體輸送控制閥2為打開狀態(tài)，即儲液瓶1與隔膜室5為關(guān)閉狀態(tài)，待輸送液體存液室11與液體輸出管16為連通狀態(tài)，并根據(jù)已知的硬脂酸相變潛熱L 179KJ/Kg，密度0. 908/ml，體積變化率15. 2%，加熱模塊電阻值
等，通過預先/實時的計算，得到相應的電壓值，計算公式為
權(quán)利要求
1.一種實現(xiàn)液體流量輸出的方法，其特征是利用相變材料在相變過程中會產(chǎn)生固定的體積變化，通過實時計算，對相變材料進行加熱或者制冷，將熱量傳導給相變材料，促使相變材料改變相態(tài)并產(chǎn)生體積變化，從而轉(zhuǎn)換成相應的流量輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實現(xiàn)液體流量輸出的方法，其特征是在相變室內(nèi)設(shè)有互不相溶的相變材料與體積變化傳導液體，在體積變化傳導液體與儲液瓶中的待輸送液體之間留有待輸送液體存液室，對相變材料進行加熱或制冷，使相變材料在相變過程中體積變小，通過體積變化傳導液體傳導后將待輸送液體吸入至待輸送液體存液室內(nèi)，此為吸液過程；切斷儲液瓶與待輸送液體存液室之間的液體輸送控制閥，再對相變材料進行制冷或加熱，使相變材料在相變過程中體積變大，通過體積變化傳導液體傳導后，將待輸送液體存液室內(nèi)的待輸送液體輸出，此為送液過程。
3.一種相變動力裝置，其特征是包括相變室、溫度傳感器、加熱模塊、冷卻模塊及控制器，在相變室內(nèi)設(shè)有互不相溶的相變材料和體積變化傳導液體，溫度傳感器設(shè)置在相變室內(nèi)，加熱模塊、冷卻模塊設(shè)置在相變室的內(nèi)部或外部，溫度傳感器、加熱模塊、冷卻模塊均與控制器相連。
4.一種恒流泵，其特征是包括存儲有待輸送液體的儲液瓶、液體輸送控制閥和至少一組相變吸放液裝置，所述的相變吸放液裝置包括相變室、隔膜室，在相變室內(nèi)上部、下部分別設(shè)有互不相溶的相變材料和體積變化傳導液體，在相變室內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，在相變室內(nèi)部或外部設(shè)有控制相變材料發(fā)生導致自身體積變化的相態(tài)變化的加熱模塊、冷卻模塊，在隔膜室內(nèi)設(shè)有將隔膜室分隔成體積變化傳導液體存液室、待輸送液體存液室并可使兩個腔室各自體積發(fā)生變化的隔膜，相變室底部與體積變化傳導液體存液室相連通，待輸送液體存液室連接液體輸送控制閥，液體輸送控制閥還分別與儲液瓶和液體輸出管相連， 溫度傳感器、加熱模塊、冷卻模塊、液體輸送控制閥均與控制器相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項所述的一種恒流泵，其特征是所述相變材料為烷烴、 萘、硬脂酸、石臘、聚乙二醇、堿金屬、堿土金屬鹽水合物中的一種或任意幾種的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種恒流泵，其特征是該恒流泵包括有兩組相變吸放液裝置，兩套相變吸放液裝置的液體輸送控制閥通過第一三通連接儲液瓶，與兩個液體輸送控制閥各自相連的液體輸出管通過第二三通連接總輸出管。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種恒流泵，其特征是所述的液體輸送控制閥為三通閥、 四通閥、六通閥、十通閥、針形閥中的任意一種，或是單向閥與三通閥、四通閥、六通閥、十通閥、針形閥之中的任意一種閥門的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種恒流泵，其特征是所述的待輸送液體存液室通過第二傳導管連接液體輸送控制閥，所述的第二傳導管連接有壓力傳感器，所述的壓力傳感器與控制器相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種恒流泵，其特征是所述的待輸送液體存液室通過第二傳導管連接液體輸送控制閥，所述的第二傳導管連接有壓力傳感器，所述的壓力傳感器與控制器相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種恒流泵，其特征是所述的控制器內(nèi)設(shè)有接收壓力傳感器的信號進而比較兩組相變室的壓力以對兩個液體輸送控制閥工作進行切換的壓力比較器，所述的壓力比較器連接壓力傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)液體流量輸出的方法、相變動力裝置與恒流泵，本發(fā)明利用某些相變物質(zhì)在從固體與液體的相變過程中會產(chǎn)生固定的體積變化，通過預先/實時計算，對相變材料加熱或者制冷，將精確的熱量傳導給相變材料，促使適當體積的相變材料改變狀態(tài)，產(chǎn)生體積變化，從而轉(zhuǎn)換成相應的流量輸出；本發(fā)明利用相變物質(zhì)在相變過程中體積變小時為吸液過程，相變過程中體積變大時為送液過程。本發(fā)明的相變動力裝置為吸液、放液提供動力，可結(jié)合儲液瓶配合隔膜室或柱塞泵等部件使用，以實現(xiàn)液體流量輸出。本發(fā)明的恒流泵可采用兩組相變吸放液裝置，一組在送液的同時，另一組在吸液，通過液體輸送控制閥的開關(guān)實現(xiàn)連續(xù)送液。
文檔編號F04B49/06GK102410187SQ201110281690
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者孔桂昌 申請人:杭州普普科技有限公司