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4·26特别策划 | 精准计量,药不能停——隔膜加药泵专利探究

2020/4/26 16:30:09



蒋中立、姚松勤 机械发明审查部流体机械室

说到健康,第一个想到的就是年初爆发的新冠肺炎疫情,在这场健康大考中,面对伤势最严重的武汉,全国各地纷纷伸出援手,真正体现了一方有难,八方支援。在援助“朋友圈”里,苏州某企业向武汉火神山医院捐赠了数十台隔膜加药泵,在“泵友圈”获赞无数。

图1 苏州企业发往武汉的隔膜加药泵

上面提到的加药泵,其实是一种可以满足各种严格的工艺流程需要,流量可在0-100%范围内无级调节,用来输送液体(特别是腐蚀性液体)的特殊容积泵,常被用于各类型药剂添加成套设备上,也叫加药计量泵。医疗领域对于药量的添加需求是高度精确的,加药泵因其流量可无级调节而成为精准计量的“神器”,倍受市场青睐。

那么,这项技术目前发展得如何,又有哪些亮眼的专利呢?下面,就由审查员带大家一探究竟吧。

一、加药泵的组成与分类

从组成结构上看,加药泵主要包括动力驱动、流体输送和调节控制三个部分。根据动力驱动和流体输送方式的不同,加药泵主要分为柱塞式和隔膜式两大类。其中,隔膜加药泵,顾名思义,使用隔膜材料将泵的驱动组件与所要输送的流体相隔离,因而尤其适用输送腐蚀性液体,是目前主流的医用加药泵,其工作原理如下图所示。

图2 隔膜加药泵工作原理

 

二、隔膜加药泵的发展

美国米顿罗公司最早发明了专门用于添加药剂的定量的计量泵,是往复泵的一个分支[1]。具体到隔膜加药泵的技术创新方面,结合专利申请数量来看,国内相关技术的起步要晚于国外,但近年来发展较为迅速。从专利申请内容来看,技术人员主要致力于隔膜加药泵的驱动方式、隔膜设计和流量调节等方面的创新改进。

图3 隔膜加药泵专利申请趋势

 

三、隔膜加药泵典型专利介绍

1、驱动方式

隔膜加药泵主要有机械、液压及气动三种驱动方式,其中以电机驱动为代表的机械隔膜加药泵因成本相对低廉、结构简单、维护方便而被广泛使用,是目前主流的隔膜加药泵。

(1)步进电机与控制器相结合:专利申请CN107002658A(艺康美国股份有限公司)提出了采用受控制器操纵的步进电机驱动隔膜往复移动,将待泵送流体的种类与控制器的预设参数相关联,不同的参数对应不同的泵送性能。例如,根据待泵送流体的粘度预设抽吸速度,可避免在抽吸期间发生气穴。

图4 CN107002658A说明书附图

(2)直线电机双输出式:专利申请CN109026584A(世通海泰泵业(天津)股份有限公司)提出了采用电磁直线电机驱动隔膜往复移动,直线电机两端分别设置一个柱塞及导向块,两个柱塞各带动一个隔膜进行液体输送,实现双输出,提升工作效率。

图5 CN109026584A说明书附图

 

2、隔膜设计

用于阻隔泵的驱动组件与所要输送的流体的隔膜是隔膜加药泵的关键部件。早期的隔膜加药泵采用单一隔膜,随着相关技术的发展,密封及安全性更为优异的双隔膜结构逐渐取代单隔膜成为主流设计。

(1)其中一层隔膜破裂不影响密封性:专利申请CN110566428A(德帕姆(杭州)泵业科技有限公司)提出的双隔膜计量泵包括位于本体膜片外侧圆壁面上的突出膜片,其将报警孔设于该突出膜片上,由于突出膜片不起密封与夹紧作用,因此即使本体膜片有一层发生破裂也不会影响密封性。

图6 CN110566428A说明书附图

(2)耐高温的双隔膜设计:专利CN103452817B(米顿罗工业设备(上海)有限公司)提出了一种隔膜计量泵,两个隔膜之间形成容纳中间介质的隔离腔,采用PEEK双隔膜结构,可使用更高温度的介质,从而扩大隔膜计量泵的应用范围。

图7 CN103452817A说明书附图

3、流量调节

早期的隔膜加药泵主要采用手轮改变泵的内部结构实现人工调节流量,随着现代工艺的发展,电动阀、数字式控制器等自动调节方式逐步得到开发。由于阀控调节结构复杂且存在延迟,相较而言数字式控制器是目前应用较广的流量调节方式。最近的技术例如专利申请US2020/0011309A1(格兰富公司)提出的隔膜计量泵,采用一套连杆、偏心轮、齿轮组合机构,将隔膜的位置通过控制器与电机相关联,从而能够实时精确地对泵送量进行控制。

图8 US2020/0011309A1说明书附图

中国医疗器械市场正值蓬勃发展时期,隔膜加药泵作为精准计量的“神器”,在医疗领域占据重要地位,国外知名企业纷纷进行知识产权布局。国内企业在消化吸收国外优秀产品经验的基础上,更应致力创新,迎头追赶,逐步完善知识产权保护,并将知识产权转化为市场价值。

参考文献:

[1]计量泵的发展及应用,潘凤芹,《装备制造技术》,2015年第6期

 

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