技术领域
[0001] 本实用新型涉及微小型泵制造技术领域，具体涉及一种
记忆合金弹簧驱动的微小型
隔膜泵及采用其的装置。
背景技术
[0002] 小型或者微型泵在诸多领域有着广泛的应用，如医药领域药物输送和
热管理领域冷却介质的泵送(手机基站冷却、计算
机芯片冷却、新
能源电池冷却等)，还可以用于交通领域内的
燃料喷射等。
[0003] 泵的形式多种多样，从结构上来说可分为机械泵和非机械泵，非机械泵没有运动部件，比如用于驱动液态金属的电磁泵。而机械泵一般有运动部件，小型的机械泵一般是由电动
马达带动的，其形式一般为
叶轮泵、
齿轮泵、
柱塞泵、涡旋泵、
螺杆泵等等。而微型机械泵的驱动形式众多，一般有静电驱动、压电驱动、电磁驱动、热驱动、双金属效应驱动和形状记忆驱动等形式。在这些微型泵驱动形式中，形状记忆驱动具有形变较大，驱动
力较大，运行过程中无噪声等优点从而成为研究的热点。
[0004] 现有的形状记忆合金驱动泵是
薄膜形式，如图1所示，主要由记忆合金803结构、
硅膜片804、进口悬臂单向
阀801、出口悬臂
单向阀802组成，当记忆合金薄膜被加热时，产生较大的驱动力，驱动记忆合金-硅复合膜向下凹陷，停止加热时，记忆合金薄膜恢复到转变前
温度，此时硅的
反向偏置力使得薄膜从上凸状态回复到初始平直状态。如此反复，腔体内的液体从进口单向阀进入，出口阀流出。
[0005] 这种泵的尺寸一般小于1cm×1cm×1cm，所以薄膜的形变量很小，一般小于20μm，但是
频率可以达到较高，可达50Hz，甚至100Hz，这种记忆合金泵流量一般小于500μL/min。所以这种微流量泵只适合用于泵送极小流量需求的地方，比如泵送药物或者
生物芯片内的
流体泵送等。这种微型记忆合计膜片泵的泵送流量非常小的原因在于记忆合金膜片的形变是不可积累的。
[0006] 由此可见，微流量泵只适合用于泵送极小流量需求的地方，而不能满足泵流量有较大需求的地方；而对于热管理技术领域来说，现有的容积泵体积大、重量大，不适合做成小型，而小型的
电动机叶轮泵又无法泵送汽液两相流体；此外叶轮泵还存在噪音较大的缺点。实用新型内容
[0007] 有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提出一种记忆合金弹簧驱动的微小型隔膜泵，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
[0008] 为了实现上述目的，作为本实用新型的一个方面，提供了一种记忆合金弹簧驱动的微小型隔膜泵，包括
外壳、泵膜片装置和记忆合金弹簧；其中：
[0009] 外壳内部形成空腔；
[0010] 泵膜片装置将外壳内部的空腔至少隔为第一空腔和第二空腔；
[0011] 记忆合金弹簧设置在第一空腔内且其两端分别与泵膜片装置和外壳内壁连接，记忆合金弹簧上连接有用于加热记忆合金弹簧的加热装置；
[0012] 第一空腔的外壳上设有进口和出口。
[0013] 作为本实用新型的另一个方面，还提供了一种装置，所述装置用于药物输送、热管理领域冷却介质的泵送或交通领域内的燃料喷射，所述装置内采用所述的记忆合金弹簧驱动的微小型隔膜泵。
[0014] 基于上述技术方案可知，本实用新型的微小型隔膜泵相对于
现有技术至少具有以下优势之一：
[0015] 1.本实用新型中基于记忆合金弹簧伸缩驱动的微小型隔膜泵利用了形状记忆合金弹簧形变可以积累的特点，记忆合金弹簧相对于同等尺寸的记忆合金膜片来说有更大的
变形量，所以将之用于驱动隔膜(
橡胶膜或者是其他弹性膜)，相对于膜片式记忆合金泵来说可获得更大的流量；
[0016] 2.本实用新型中的记忆合金泵将泵送流体的一部分用来冷却弹簧，所以无需外部动力提供冷却流体，只需提供间断的电
信号即可控制其工作；此外，本实用新型还增加了记忆合金弹簧的快速冷却措施，可以提高弹簧的伸长和回弹频率；
[0017] 3.这种容积式记忆合金泵，不论是单相还是两相流体均可以泵送，这相对于叶轮泵是一大优势；并且避免了现有的容积泵体积大、重量大而不适合做成小型的缺点，同时也克服了小型的电动机叶轮泵无法泵送汽液两相流体以及叶轮泵存在噪音较大的缺点；
[0018] 4.记忆合金泵是基于记忆合金不同温度下的形状效应完成泵送流体的目的，因而相对于
电机驱动泵来说，其重量轻，体积小，而且无噪音；
[0019] 5.本实用新型的微小型隔膜泵可以根据需要制作成不同的大小和尺寸，例如可以做到从微型(约2cm×2cm×2cm)到小型(约10cm×10cm×10cm)。
附图说明
[0020] 图1为现有技术结构示意图；
[0021] 图2为本实用新型
实施例微小型隔膜泵三维结构示意图；
[0022] 图3为图2A-A向截面示意图；
[0023] 图4为所述泵膜片装置结构示意图；
[0024] 图5为所述偏置弹簧设置在泵膜片装置与泵下盖之间的微小型隔膜泵剖面结构示意图；
[0025] 图6为所述冷却装置采用闸阀结构的微小型隔膜泵剖面结构示意图；
[0026] 图7为所述冷却装置采用
半导体制冷片结构的微小型隔膜泵剖面结构示意图；
[0027] 图8为所述加热装置采用弹簧本身作为
电阻丝的结构示意图；
[0028] 图9为所述加热装置采用缠绕电阻丝结构示意图。
[0029] 附图标记说明：
[0030] 1-泵上盖；101-上盖出口单向阀；102-上盖进口单向阀；2-泵下盖；201-下盖出口单向阀；202-闸阀；3-泵膜片；301-泵膜片进口单向阀；302-连接
凸块；303-
支撑盘；304-泵膜片；401-第二腔体；402-第一腔体；5-记忆合金弹簧；501-偏置弹簧；6-
导线；7-半导体制冷片；801-进口悬臂单向阀；802-出口悬臂单向阀；803-记忆合金；804-硅膜片。
具体实施方式
[0031] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。
[0032] 本实用新型公开了一种记忆合金弹簧驱动的微小型隔膜泵，包括外壳、泵膜片装置和记忆合金弹簧5；其中：
[0033] 外壳内部形成空腔；外壳可以为一体结构，也可以为几部分连接而成，如可以为泵上盖1和泵下盖2两部分连接形成；泵膜片装置将外壳内部的空腔至少隔为第一空腔和第二空腔；空腔可以根据需要设置，可以为左右结构，也可以为上下结构。
[0034] 记忆合金弹簧5设置在第一空腔402内且其两端分别与泵膜片装置和外壳内壁连接，记忆合金弹簧可以根据需要设置在第一空腔或第二空腔内，记忆合金弹簧5上连接有用于加热记忆合金弹簧5的加热装置；
[0035] 第一空腔402的外壳上设有进口和出口。
[0036] 其中，所述第一空腔402内部设有用于冷却记忆合金弹簧5的冷却装置。
[0037] 其中，所述冷却装置包括泵膜片进口和排液口，泵膜片进口设置在泵膜片装置上，排液口设置在第一空腔402的外壳壁上；
[0038] 作为优选，所述泵膜片进口内设有控制其打开或关闭的泵膜片阀
门；作为优选，所述泵膜片阀门为单向阀；
[0039] 或者，所述的冷却装置包括设置在第一空腔外壳壁上的闸阀202和连接在记忆合金弹簧5上用于开启或闭合闸阀的
拨片，第一空腔外壳壁上设有排液口；
[0040] 或者，所述的冷却装置包括半导体制冷片7，记忆合金弹簧5与所述半导体制冷片7的冷端
接触或通过导热介质相连。
[0041] 其中，所述的加热装置包括导线和脉冲信号电源，记忆合金弹簧5上
镀有一层绝缘膜；
[0042] 作为优选，所述脉冲信号电源的
电压为0.1～5V，
电流为1～50A，频率为0.1～10Hz；
[0043] 或者，所述加热装置包括缠绕在记忆合金弹簧5上的电阻丝，电阻丝和电源连接，所述电阻丝上刷有绝缘漆。
[0044] 其中，所述的外壳与泵膜片装置之间设有用于复位的偏置弹簧501，偏置弹簧501可以根据需要设置在第一空腔402或第二空腔401内；
[0045] 作为优选，所述的进口和出口内均设有控制其打开或闭合的
控制阀门；
[0046] 作为优选，所述控制阀门为单向阀。
[0047] 其中，所述第一空腔402内设有环形凹槽，记忆合金弹簧5固定在环形凹槽底部；
[0048] 作为优选，所述泵膜片装置上设有连接凸块302，外壳上与连接凸块302对应设有连接凹槽，有利于第一空腔402和第二空腔401之间的密封；
[0049] 作为优选，所述的记忆合金弹簧5为具有双程记忆效应或者全程记忆效应的合金，形状记忆合金的
相变温度在40～80℃之间；所述外壳由能够承受100℃以上的硬质材料加工而成。
[0050] 其中，所述泵膜片装置包括支撑盘303和套装在支撑盘303上的泵膜片304，支撑盘303上设置有泵膜片进口。
[0051] 其中，所述泵膜片304材料为具有弹性的有机材料，作为优选，所述泵膜片304材料为硅胶或橡胶。
[0052] 其中，所述支撑盘303材料为不锈
钢、
铝合金或陶瓷；
[0053] 其中，所述外壳由泵上盖1和泵下盖2连接而成，泵上盖1位于泵下盖2上方，泵膜片装置与泵下盖2之间形成第一空腔402，泵膜片装置与泵上盖1之间形成第二空腔401，记忆合金弹簧5两端分别与泵膜片装置和泵下盖连接2，泵上盖1上设有进口和出口。
[0054] 本实用新型还公开了一种装置，所述装置用于药物输送、热管理领域冷却介质的泵送或交通领域内的燃料喷射，所述装置内采用所述的记忆合金弹簧驱动的微小型隔膜泵。
[0055] 以下通过具体实施例结合附图对本实用新型的技术方案做进一步阐述说明。
[0056] 在一个优选实施方式中，本实用新型采用如下技术方案：如图2所示为本实用新型所述形状记忆合金弹簧驱动泵的三维整体外观图。
[0057] 图3为图2的A-A方向截面图，如图3所示，记忆合金弹簧驱动的微小型隔膜主要包括以下结构：
[0058] 泵上盖1和泵下盖2，其材料可由
不锈钢或其他金属、陶瓷或者玻璃钢等可承受100℃以上的硬质材料加工而成；
[0059] 泵膜片3，泵膜片3与泵上盖1之间应有沟槽，在螺丝紧固上下盖之后可保证泵膜片与泵上盖1之间密封，泵膜片3可由硅胶、橡胶或者其他有机材料构成，需具有一定弹性；
[0060] 第二腔体401，依靠此腔体空间的缩小和放大实现泵送流体的目的。
[0061] 记忆合金弹簧5，放置和固定在泵下盖2上的环形凹槽中，形状记忆合金弹簧5的上端需要和弹性泵膜片3相固定连接，而下端和泵下盖2的上凹槽的底部相固定，形状记忆合金弹簧材料选取具有双程记忆效应或者全程记忆效应的合金，而不能选用单程记忆效应的合金，此外相变温度在40～80℃之间的不同种类记忆合金皆在可选之列。
[0062] 偏置弹簧501放置在第二腔体401中，偏置弹簧的上端和泵上盖1相固定连接，偏置弹簧501的下端和弹性泵膜片3的相固定，偏置弹簧501为一般弹簧，如不锈钢或者
铝合金弹簧，不需要具有形状记忆效应。
[0063] 泵送流体的上盖出口单向阀101，上盖进口单向阀102，只需要保证流体单方向流动即可，泵膜片进口单向阀301为设置在泵体弹性膜片3上的单向阀，下盖出口单向阀201为设置在泵下盖2上的单向阀，需指出，此处图中绘制为悬臂单向阀，但在实际中，上盖出口单向阀101、上盖进口单向阀102、下盖出口单向阀201、泵膜片进口单向阀301还可以为弹簧单向阀、膜片单向阀或者其他形式的单向阀。
[0064] 第一腔体402为第二腔体401下方的空间；导线6为加热记忆合金弹簧5，为了保证第一腔体402与外界空间也密封，导线6在泵下盖2上处应保证密封。可选的，泵膜片3可由一个硬材料圆片(不锈钢、铝合金或者陶瓷等)和软体弹性材料复合而成，如图4为弹性泵膜片横截面图，这样做的目的在于，硬材料上便于设置泵膜片进口单向阀301。
[0065] 偏置弹簧501也可放置在记忆合金弹簧5一侧，如图5所示。此时偏置弹簧501的上端与泵膜片3相固定，下端与泵下盖2相固定。当偏置弹簧501处于泵膜片3下侧时，偏置弹簧501的力的方向与图3中所述一致，后文不对此进行赘述。导线6用来加热记忆合金弹簧5，这里提出两种加热方式，如图8-图9所示。图8是直接将记忆合金弹簧5本身当成电阻丝利用其
焦耳热效应加热记忆合金弹簧5，此时由于记忆合金弹簧5本身电阻很小，所以电流会较大，加热可选用一个
低电压高电流(电压为0.1-5V，电流为1-50A，频率为0.1-10Hz)的脉冲信号。图9是在记忆合金弹簧5上缠绕电阻加热丝加热。需要指出的是，如果选用图8的加热方式，应当在形状记忆合金弹簧5上表面镀一层绝缘膜。如果选用图9的加热方式，电阻加热丝表面应当有绝缘漆。
[0066] 记忆合金弹簧驱动的微小型隔膜泵的工作机理如下所述：
[0067] 首先，常温下(即
环境温度下，约20℃)泵膜片3，记忆合金弹簧5，偏置弹簧501均处于自然状态，第二腔体401中充满流体，上盖出口单向阀101和上盖进口单向阀102均连接外部管道。当导线6导通外部电源时，记忆合金弹簧5被加热，当其温度超过相变温度后，记忆合金弹簧5开始伸长，推动泵膜片3上凸，从而偏置弹簧501被压缩，第二腔体401容积变小，从而第二腔体401内的流体只能从上盖出口单向阀101和泵膜片进口单向阀301排走。如果上盖出口单向阀101和泵膜片进口单向阀301开合力度设置得当，就能控制两个阀门流出流量的比例。部分流体从泵膜片进口单向阀301流出到泵下盖2的凹槽内与记忆合金弹簧5相接触，从而记忆合金弹簧5被流体冷却，当记忆合金弹簧5的温度降到相变温度以下，记忆合金弹簧5会回缩。此时泵膜片3在其本身的回弹力和偏置弹簧501的共同作用下回复到初始状态。
[0068] 泵膜片3回弹会造成两种结果，一种是第二腔体401的容积增大，从而上盖进口单向阀102开启，外部流体流入到第二腔体401，另一个结果是将冷却记忆合金弹簧过程中留下的液体从下盖出口单向阀201排走。下盖出口单向阀201的出口管道和上盖出口单向阀101的出口管道接在一起，所以整个结构是封闭的。
[0069] 需要指出，第二腔体401和第一腔体402都是与外界密封的，并且两者只通过泵膜片3进口单向阀301连接。区别在于第一腔体402空间内基本是气体，第二腔体401空腔内是液体或者是所泵送的两相流体。所以形状记忆合金弹簧5伸长，泵膜片3上凸时，动力只有记忆合金弹簧5的力，阻力取决于，泵膜片3两侧压差和偏置弹簧501的弹力之和。
[0070] 所以循环往复加热记忆合金弹簧5，则可连续不断地泵送液体从上盖进口单向阀102进入，从上盖出口单向阀101和下盖出口单向阀201出。
[0071] 本实用新型的另一种实施方式为：可以在泵侧面做成闸阀结构，如图6所示。当记忆合金弹簧5伸长到一定程度时开启，记忆合金弹簧5上连接的拨片将闸阀202打开，从而流体进入第一腔体402冷却记忆合金弹簧5，此时，闸阀202和上盖进口单向阀102都是流体进口。当记忆合金弹簧5回缩后，闸阀202关闭，泵膜片3向下移动然后将冷却记忆合金弹簧5残留的液体从下盖出口单向阀201排出。所以循环往复加热记忆合金弹簧5，则可连续不断地泵送液体从上盖进口单向阀102和闸阀202进入，从下盖出口单向阀201和上盖出口单向阀101出。
[0072] 此外，弹簧的冷却也可以有其他方式，如图7所示，将半导体制冷片7做成筒形，记忆合金弹簧5放置其中，半导体制冷片内侧为冷端，外侧为热端。假如将热端(外侧)浸没于
水中，半导体制冷片通电后则可维持内侧低温，从而使得记忆合金弹簧很快降温。这种模式下则可取消单向和下盖出口单向阀201。这种形式下工作模式为基于记忆合金弹簧5加热收缩的驱动方式，当弹簧加热收缩后，泵吸入流体，然后半导体制冷片7通电，记忆合金弹簧5降温，然后伸长泵出流体，与上述实施方式除了冷却之外，无其他差别。
[0073] 以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
