本發(fā)明涉及到一種低溫活塞泵，特別是涉及一種用于冷凍手術(shù)過程的低溫流體泵組件。

背景技術(shù)：

冷凍手術(shù)治療是利用超低溫度和所設(shè)計(jì)的復(fù)雜系統(tǒng)適當(dāng)?shù)乩鋬龃委煹哪繕?biāo)生物組織。這些系統(tǒng)一類是利用存儲罐里的高壓氣體，另一類是通過加熱液態(tài)制冷劑來獲得高壓氣體并存儲在高壓罐里作為消融流體。上述的兩類系統(tǒng)除了需要制冷劑存儲器，還需要高壓存儲罐。本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)產(chǎn)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(tài)制冷劑壓縮成高壓制冷劑且不需要額外的高壓存儲罐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種能提供持續(xù)的壓縮制冷劑的高壓的低溫流體泵組件。所述低溫流體泵組件是一個正容積雙活塞泵，它具有兩個運(yùn)行周期，分別是罐充和壓縮周期，使液態(tài)制冷劑在上下行程中都能被壓縮，并且能根據(jù)活塞軸運(yùn)動的速度來適應(yīng)性調(diào)整輸送所需制冷劑流體的出口壓力。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種低溫流體泵組件，包括低溫泵組件，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(guī)活塞軸連接；

兩個壓力腔，所述兩個壓力腔被進(jìn)氣腔隔開，其中，所述進(jìn)氣腔向所述壓力腔提供液態(tài)制冷劑，所述壓力腔由一個上壓力腔和一個下壓力腔組成，每個壓力腔均具有一個在進(jìn)氣口設(shè)置的瞬時密封接頭和一個在出氣口設(shè)置的單向止回閥；

其中，低壓液態(tài)制冷劑被壓縮成高壓制冷劑，在向上運(yùn)動過程中，所述上壓力腔壓縮液態(tài)制冷劑時，所述下壓力腔收集液態(tài)制冷劑，在向下運(yùn)動過程中，所述下壓力腔壓縮液態(tài)制冷劑時，所述上壓力腔收集液態(tài)制冷劑。

本發(fā)明的目的還可以通過以下技術(shù)方案來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)：

在一些實(shí)施方式中，所述低溫流體泵組件是一個二級循環(huán)泵，所述二級循環(huán)泵具有一個壓縮循環(huán)和一個罐充循環(huán)。

在一些實(shí)施方式中，所述壓力腔是同步工作的，即一個壓力腔進(jìn)入壓縮循環(huán)而第二個壓力腔進(jìn)入罐充循環(huán)，以此在一個上下往復(fù)過程中持續(xù)提供高壓制冷劑。

在一些實(shí)施方式中，在向上運(yùn)動過程中，上瞬間入口關(guān)閉，下瞬間入口打開；在向下運(yùn)動過程中，上瞬間入口打開，下瞬間入口關(guān)閉。

在一些實(shí)施方式中，每個壓力腔的出口與一個常規(guī)排放管連接。

在一些實(shí)施方式中，液態(tài)制冷劑通過進(jìn)氣腔罐充口進(jìn)入到所述進(jìn)氣腔內(nèi)。

在一些實(shí)施方式中，在整個罐充或壓縮循環(huán)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。

在一些實(shí)施方式中，所述低溫流體泵組件還包括：一個絕熱存儲罐組件，所述絕熱存儲罐組件接收和存儲液態(tài)制冷劑；一個壓力氣缸，所述壓力腔和所述進(jìn)氣腔在所述壓力氣缸內(nèi)周向分布；至少一個驅(qū)動組件，所述驅(qū)動組件被安裝到所述絕熱存儲罐，為所述低溫流體泵組件提供壓力。

在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，杜瓦瓶組件為低溫泵組件提供液態(tài)制冷劑。

在一些實(shí)施例中，所述驅(qū)動組件控制和限制所述活塞軸的往復(fù)運(yùn)動的距離以提供高壓制冷劑。

在一些實(shí)施方式中，所述低溫流體泵組件能調(diào)整所述活塞軸的運(yùn)動速度得到所需要的制冷劑流體出口壓力。

在一些實(shí)施方式中，所述低溫流體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(guī)活塞軸的驅(qū)動組件來驅(qū)動。

本發(fā)明所述的低溫流體泵組件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(tài)制冷劑并存儲起來；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(tài)制冷劑并將其壓縮成高壓制冷劑；至少一個驅(qū)動組件(actuatorassembly)，所述驅(qū)動組件被安裝到所述絕熱存儲罐組件并與所述低溫泵組件連接來提供壓力；一個壓力氣缸，所述壓力腔和所述進(jìn)氣腔在所述壓力氣缸內(nèi)周向分布。在所述低溫流體泵組件中，低壓液態(tài)制冷劑被壓縮成高壓制冷劑，在向上運(yùn)動過程中，所述上壓力腔壓縮液態(tài)制冷劑時，所述下壓力腔收集液態(tài)制冷劑，在向下運(yùn)動過程中，所述下壓力腔壓縮液態(tài)制冷劑時，所述上壓力腔收集液態(tài)制冷劑。

本發(fā)明所述低溫流體泵組件被設(shè)計(jì)用來提供持續(xù)的壓縮制冷劑。所述低溫流體泵組件是一個正容積雙活塞泵，它具有兩個運(yùn)行周期，分別是罐充和壓縮周期。本發(fā)明使液態(tài)制冷劑在上下行程中都能被壓縮。低溫流體泵組件包括兩個不同的壓縮腔和一個進(jìn)氣腔。放置在所述壓縮腔之間的所述進(jìn)氣腔是用來接收從絕熱存儲罐組件中獲取的液態(tài)制冷劑。液態(tài)制冷劑在進(jìn)入進(jìn)氣腔之前首先通過顆粒過濾器(未示出)，以過濾掉任何外界污染物。進(jìn)氣腔向所述壓縮腔提供已過濾的液態(tài)制冷劑。在一個向上的循環(huán)中，當(dāng)下壓力腔從進(jìn)氣腔收集液態(tài)制冷劑使得下壓力腔膨脹時，上壓力腔容積縮小以壓縮液態(tài)制冷劑。在一個向下的循環(huán)中，下壓力腔被壓縮時上壓力腔收集液態(tài)制冷劑為下一個壓縮循環(huán)做準(zhǔn)備。在一個往復(fù)循環(huán)中，壓力腔工作是同步進(jìn)行的，即一個壓力腔運(yùn)行壓縮循環(huán)而另一個壓力腔運(yùn)行灌充循環(huán)，以此來提供持續(xù)的高壓制冷劑。所述壓縮腔和進(jìn)氣腔在一個單壓力氣缸內(nèi)周向分布。低溫泵流體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(guī)活塞軸的驅(qū)動組件來驅(qū)動。所述驅(qū)動組件控制和限制所述活塞軸往復(fù)運(yùn)動的距離以提供最適宜的高壓制冷劑。高壓制冷劑流體通過內(nèi)部止回閥從壓縮腔里排出。所述止回閥阻止在罐充過程中高壓制冷劑回流到壓縮腔。通過活塞軸的速度來控制制冷劑流體的出口壓力。本發(fā)明中的低溫流體泵組件能根據(jù)活塞軸運(yùn)動的速度來適應(yīng)性調(diào)整輸送所需制冷劑流體的出口壓力。活塞軸的速度越高，在較短時間里壓縮的液態(tài)制冷劑越多，從而產(chǎn)生更高的出口壓力，反之亦然。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的低溫流體泵組件的整體剖面圖。

圖2是所述低溫流體泵組件向上運(yùn)動到中間位置的剖面圖。

圖3是所述低溫流體泵組件向上運(yùn)動到頂部的剖面圖。

圖4是所述低溫流體泵組件向下運(yùn)動時處于頂部的剖面圖。

圖5是所述低溫流體泵組件向下運(yùn)動到中間位置的剖面圖。

圖6是所述低溫流體泵組件向下運(yùn)動到底部的剖面圖。

圖7是所述低溫流體泵組件從底部開始向上運(yùn)動的剖面圖。

具體實(shí)施方式

以下對實(shí)施本發(fā)明的最佳具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。此描述僅對本發(fā)明實(shí)施例的基本原理進(jìn)行闡述，但本發(fā)明不僅僅限于此描述。本發(fā)明的保護(hù)范圍由后附的權(quán)利要求書進(jìn)行最準(zhǔn)確限定。

參照圖1，本發(fā)明提供一個低溫流體泵組件10，所述低溫流體泵組件10把接近一個大氣壓的液態(tài)制冷劑轉(zhuǎn)換成高壓制冷劑。本發(fā)明包含一個接收低壓液態(tài)制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(tài)制冷劑，一對驅(qū)動組件80為制冷劑的增壓提供壓力。本發(fā)明中所述的低溫流體泵組件10的工作介質(zhì)是液態(tài)制冷劑，例如，液氮、液氦、液氬、液氖等。來自于所述低溫流體泵組件10的高壓制冷劑作為消融流體被直接輸送到一個常規(guī)冷凍消融導(dǎo)管。在輸送到一個常規(guī)冷凍消融導(dǎo)管之前可以對消融流體做進(jìn)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(diào)整、加熱和再次過冷卻或者綜合上述過程對進(jìn)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(diào)整模塊和再次過冷卻模塊串聯(lián)在排放管48上，能進(jìn)一步提高消融流體的品質(zhì)，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(guī)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(tài)制冷劑通過頂部開口進(jìn)入杜瓦瓶組件60的內(nèi)部。制冷劑蒸汽和壓縮的液態(tài)制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(nèi)部。杜瓦瓶組件用來儲存液態(tài)制冷劑，將液態(tài)制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，并在低溫泵組件和驅(qū)動組件之間提供結(jié)構(gòu)連接。

所述低溫泵組件70是一個二級循環(huán)泵。所述二級循環(huán)泵具有一個壓縮循環(huán)和一個罐充循環(huán)。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(guī)活塞軸連接；被進(jìn)氣腔隔開的兩個壓力腔，所述進(jìn)氣腔向所述壓力腔提供液態(tài)制冷劑，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(shè)置的單向止回閥；一個壓力氣缸，所述壓力腔和所述進(jìn)氣腔在所述壓力氣缸內(nèi)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(tài)制冷劑并將其壓縮成高壓制冷劑。在一個具體的實(shí)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(jìn)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(guī)的排放管48。支撐管16的一端機(jī)械式安裝在頂部氣缸蓋30上，另一端機(jī)械式安裝在驅(qū)動板12上。支撐管16為活塞泵產(chǎn)生的周期性作用力提供結(jié)構(gòu)支撐。在常規(guī)操作模式下，液態(tài)制冷劑通過進(jìn)氣腔罐充口20從杜瓦瓶組件60進(jìn)入低溫泵組件70中。液態(tài)制冷劑首先通過顆粒過濾器(未示出)再經(jīng)過進(jìn)氣腔罐充口20，最后進(jìn)入到進(jìn)氣腔52。在向上的循環(huán)過程中，在上壓力腔54中的液態(tài)制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膨脹并灌裝液態(tài)制冷劑。在向上循環(huán)運(yùn)動結(jié)束后，活塞軸18改變方向，向下運(yùn)動。在向下循環(huán)運(yùn)動過程中，上壓力腔54和進(jìn)氣腔52流體連通以接收液態(tài)制冷劑，與此同時下壓力腔56中的液態(tài)制冷劑被壓縮。從下壓力腔56中流出的高壓制冷劑通過下單向止回閥46流進(jìn)常規(guī)排放管48。在向下循環(huán)結(jié)束時，活塞軸改變方向，向上運(yùn)動進(jìn)入一個新的循環(huán)。一個方向運(yùn)動的結(jié)束到反向運(yùn)動的開始的間隔被定義成過渡期。在過渡期中，高壓制冷劑不再從壓力腔中流出同時液態(tài)制冷劑的出口壓力向下波動。制冷劑的壓力波動水平和過渡時間的長短成比例關(guān)系，本發(fā)明能最大化的減小在常規(guī)排放管48內(nèi)的壓力變化。對于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(yùn)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(diào)節(jié)模塊(未示出)串聯(lián)在常規(guī)排放管48上，能夠更好的控制流體的出口壓力。對于具有多個低溫泵組件70的系統(tǒng)，如圖1所示，在第一個低溫泵的過渡期里，第二個低溫泵的壓力循環(huán)同步進(jìn)行使制冷劑流體的出口壓力曲線更平滑。

驅(qū)動組件80包括一個驅(qū)動器14和一個驅(qū)動板12，所述驅(qū)動板12機(jī)械地固定在杜瓦瓶組件60上。驅(qū)動器14安裝在驅(qū)動板12上，并具有一個集成驅(qū)動軸，所述驅(qū)動軸直接連接在活塞軸18上。所述活塞軸18線性運(yùn)動并產(chǎn)生壓縮力。驅(qū)動器14是一個標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)驅(qū)動器。它可以是氣動驅(qū)動器或是一個電動線性驅(qū)動器。所述驅(qū)動組件80控制和限制所述活塞軸18的往復(fù)運(yùn)動的距離以提供高壓制冷劑。所述高壓低溫流體泵能調(diào)整所述活塞軸18的運(yùn)動速度得到所需要的制冷劑流體出口壓力。所述活塞軸18的速度越高，在較短時間里壓縮的液態(tài)制冷劑越多，從而產(chǎn)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(yùn)動到中間位置的剖面圖。在向上運(yùn)動的過程中，上瞬間入口關(guān)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(guān)的密封圈32、62、38和40所限定。當(dāng)活塞軸18向上運(yùn)動時，在上壓力腔54內(nèi)的液態(tài)制冷劑被壓縮并通過具有上單向止回閥34的一個出氣口排出，并進(jìn)入到常規(guī)排放管48里。當(dāng)上壓力腔54收縮時，下壓力腔56膨脹，此時液態(tài)制冷劑通過下瞬間入口72進(jìn)入到下壓力腔56中。液態(tài)制冷劑從進(jìn)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(yùn)動所限定。在整個向上運(yùn)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(dāng)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(tài)制冷劑。

參照圖3，低溫泵組件向上運(yùn)動到頂部的剖面圖。這個位置是向上運(yùn)動的結(jié)束和向下運(yùn)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(jìn)氣腔52流體連通。在整個向上運(yùn)動過程中，在杜瓦瓶組件60中的液態(tài)制冷劑一直通過進(jìn)氣腔罐充口20與進(jìn)氣腔52流體連通。

參照圖4，低溫泵組件改變方向向下運(yùn)動時關(guān)閉下瞬間入口72，在下瞬間密封圈44和下密封圖表面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(tài)制冷劑經(jīng)該通道進(jìn)入到上壓力腔54內(nèi)。當(dāng)活塞進(jìn)一步向下運(yùn)動時，下活塞26推動下壓力腔56中的高壓制冷劑通過一個具有下單向止回閥46的出氣口并進(jìn)入到常規(guī)排放管48里。與此同時，上壓力腔54膨脹并持續(xù)收集液態(tài)制冷劑。

參照圖5，低溫泵組件70向下運(yùn)動到中間部位的剖面圖。在向下運(yùn)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，低溫泵組件向下運(yùn)動到底部的剖面圖。這個位置是向下運(yùn)動的結(jié)束和向上運(yùn)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(jìn)氣腔52流體連通。在整個向下運(yùn)動的過程中，在杜瓦瓶組件60中的液態(tài)制冷劑一直通過進(jìn)氣腔罐充口20與進(jìn)氣腔52流體連通。

參照圖7，低溫泵組件開始改變運(yùn)動方向向上運(yùn)動。在此運(yùn)動中關(guān)閉上瞬間入口74并形成壓力密封，此壓力密封用來保持上壓力腔54的壓力。于此同時，下瞬間入口72打開，為下一個循環(huán)中液態(tài)制冷劑灌充到下壓力腔52中提供一個通道。當(dāng)活塞進(jìn)一步向上移動，上壓力腔54推動高壓制冷劑通過上止回閥34進(jìn)入到常規(guī)排放管48，此時下壓力腔52膨脹并持續(xù)收集液態(tài)制冷劑。

上述本發(fā)明是一個低溫流體泵組件，所述低溫流體泵組件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制冷劑。兩個壓力腔是同步工作的，一個壓力腔進(jìn)入壓縮循環(huán)而另一個壓力腔進(jìn)入罐充循環(huán)，以此在一個上下往復(fù)過程中持續(xù)提供高壓制冷劑。所述雙活塞被線性分開放置，它們通過一個常規(guī)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(fù)運(yùn)動過程中產(chǎn)生高壓制冷劑。所述壓力腔基于氣缸原理工作，具有一個壓縮循環(huán)和一個罐充循環(huán)。所述雙活塞和兩個壓力腔設(shè)計(jì)能使一個壓力腔壓縮液態(tài)制冷劑，于此同時另一個腔不間斷的罐充液態(tài)制冷劑。在整個罐充或壓縮循環(huán)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(huán)中打開并在壓縮循環(huán)中關(guān)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(guī)排放管48連接，高壓制冷劑從止回閥排出并進(jìn)入到常規(guī)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制冷劑。然而，在過渡期內(nèi)，出口壓力是波動的。兩個低溫泵組件同步協(xié)調(diào)工作，一個低溫泵進(jìn)入壓縮循環(huán)另一個低溫泵進(jìn)入罐充循環(huán)，這樣能提供一個更持續(xù)穩(wěn)定的流體出口壓力曲線。

以上所述是本發(fā)明較佳的具體實(shí)施例，我們必須承認(rèn)在不偏離本發(fā)明精神的情況下還有很多替換改進(jìn)方式，下面的權(quán)利要求是為了盡可能地包含落入本發(fā)明精神和原則范圍內(nèi)的所有修改方式。