流速率均衡的分布式液流系统技术方案

构造了分布式液流系统，在所述系统中，流从系统入口扩散出去并通过多个离散且较小的流动通道横穿系统，以将从系统入口到流动通道进口的流动阻力引起的压降变化最小化。因为在流动通道进口处的流动驱动压力将更加均匀，所以沿着通道的流动将更加均匀。所公开的实施例可特别适合或有利于用在气体交换/人工肺装置中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】流速率均衡的分布式液流系统相关申请的交叉引用本申请要求于2018年8月3日提交的美国临时申请62/714,353的权益，将该美国临时申请通过引用以其全文并入本文。
本申请涉及液流系统，在所述液流系统中，液体以分布式方式(即，通过大量的通道)流动，以从上游位置流向下游位置。
技术介绍
在某些系统中(包括但不限于在液体与气体之间交换分子的系统)，从一个位置流向另一位置的一定量的液体分布在大量的离散液流通道之间。图1描绘了现有技术的气体交换系统，其中流从右向左行进。所述系统包括多个均匀的流动通道9，在此处发生气体交换(即，在流动通道9内的液体与围绕流动通道9的气体之间的分子交换)。任何给定的流动通道的总流动路径包括穿过系统入口20的第一部分、在系统入口20与每个流动通道9的入口之间的第二扩展部分21、以及穿过每个入口9本身的第三部分。通过这种布置，从系统入口20到给定通道9的入口的流动路径部分的长度将根据通道的位置而变化。因而，位于中心的通道9的进口将比到更偏轴通道9的进口更靠近系统入口20。因此，流动路径1比流动路径2长，并且假设第二部分21具有均匀的宽度(在平坦或平面的流分布布置的情况下)，沿给定流动路径的流动阻力将相应地变化。例如，沿流动路径1的总阻力将大于沿流动路径2的总阻力。因此，即使所有的流动通道9具有相同的尺寸和相同的流动阻力，液体也将不会均匀地进入各个通道9，并且沿着各通道9中的每一个通道的液体速度以及因此沿给定通道9的长度发生的过程(诸如通过流动或气体交换进行的材料运输)的效果将因通道不同而变化。当最慢通道的流速率与最快通道的流速率之间的变化太大时，可能会导致问题。更具体地说，如果给定通道中的停留时间太短，则将没有足够的时间进行有效的气体交换。另一方面，如果给定通道中的停留时间太长，则会降低系统的整体容量。另外，在系统的初始填充期间，如果一些通道的流动阻力明显高于其他通道，则那些高阻力通道可能永远不会填满流体，从而降低了系统的整体容量。最后，在通过通道9的流体是血液的情况下，每当任何给定通道中的流速率太慢时，都有凝结的风险。
技术实现思路
本专利技术的一方面涉及一种第一分布式流动液流系统。所述第一系统包括具有上游侧和下游侧的气体交换板。所述板具有过渡区域，所述过渡区域包括在从所述板的所述上游侧到所述板的所述下游侧在第一方向上延伸穿过所述板的至少1000个液流通道。所述过渡区域具有长度和宽度，其中，所述板被构造成使得气体可以渗透到所述板的在所述液流通道外部的部分。所述第一系统还包括位于所述板的所述上游侧的、与所述过渡区域相邻的分配池气室。所述分配池气室的形状和尺寸被设计成将液体传送到所述过渡区域的整个上游侧，其中，所述分配池气室至少与过渡区域一样宽。所述第一系统还包括位于所述板的所述下游侧的、与所述过渡区域相邻的收集池气室。所述收集池气室的形状和尺寸被设计成接收已经通过所述过渡区域的液体，其中，所述分配池气室至少与所述过渡区域一样宽。所述第一系统还包括位于所述分配池气室的上游的液体分配通道。所述液体分配通道具有跨所述过渡区域的宽度方向延伸的细长的液体输送开口，并且所述液体输送开口被定位成将液体输送到所述分配池气室。所述第一系统还包括位于所述收集池气室的下游的液体收集通道。所述液体收集通道具有跨所述过渡区域的宽度方向延伸的细长的液体收集开口，并且所述液体收集开口被定位成从所述收集池气室接收液体。所述第一系统还包括：液体输入端口，所述液体输入端口被设置成与所述液体分配通道流体连通；液体输出端口，所述液体输出端口被设置成与所述液体收集通道流体连通；以及至少一个气体端口，所述至少一个气体端口被设置成与所述板的在所述液流通道外部的部分流体连通。在所述第一系统的一些实施例中，所述液体分配通道位于所述分配池气室的足够上游，以形成从所述液体输送开口延伸到所述分配池气室的前缘的分配池气室进料器部分，在所述进料器部分上方，从所述液体输送开口离开的液流在进入所述分配池气室之前变得基本均匀。在所述第一系统的一些实施例中，所述液体收集通道位于所述收集池气室的足够下游，以形成从所述收集池气室的后缘延伸至所述液体收集开口的收集池气室流出部分，从而在液体离开所述收集池气室时保持基本均匀的液流。在所述第一系统的一些实施例中，所述液体输送开口的宽度沿着所述液体分配通道的长度从液体进入位置到远端变化，以保持液体沿着所述液体分配通道的长度离开所述液体分配通道的速度均匀。在所述第一系统的一些实施例中，所述液体收集开口的宽度沿着所述液体收集通道的长度从远端到液体离开位置变化，以保持液体沿着所述液体收集通道的长度进入所述液体收集通道的速度均匀。在所述第一系统的一些实施例中，所述液体分配通道具有液体入口，所述液体收集通道具有液体出口，并且所述液体入口和所述液体出口在宽度和长度方向上都位于所述过渡区域的相对侧。在所述第一系统的一些实施例中，所述液体是血液，并且所述气体包括空气。在所述第一系统的一些实施例中，所述液体是血液，并且所述气体包括氧气。在所述第一系统的一些实施例中，所述板包括由至少一百万个竖直取向的纳米管组成的域，其中，所述液流通道在所述域内包括竖直空隙，所述空隙的直径在2μm与500μm之间。所述竖直取向的纳米管被定位成靠在一起足够近，以将所述液体保留在所述空隙中，并且所述竖直取向的纳米管被定位成分开足够远，使得气体可以到达所述液流通道。在所述第一系统的一些实施例中，所述至少一个气体端口包括输入气体端口和输出气体端口，所述输入气体端口被构造成将所述气体供应到所述板的在所述液流通道外部的所述部分，所述输出气体端口被构造成从所述板的在所述液流通道外部的所述部分排放所述气体。在所述第一系统的一些实施例中，所述分配池气室具有恒定的高度。可选地，在这些实施例中，所述收集池气室可以具有恒定的高度。在所述第一系统的一些实施例中，所述分配池气室具有倾斜的顶。本专利技术的另一方面涉及一种第二分布式流动液流系统。所述第二系统包括系统入口、系统出口和多个液流通道。这些液流通道被布置成输送液体沿着从所述系统入口延伸到所述系统出口的多个流动路径流动，其中每个所述液流通道具有基本相同的长度、基本相同的流动阻力、通道入口和通道出口。所述通道入口与所述系统入口间隔开并且相对于所述系统入口以分布式构造布置。所述液流通道被布置成其入口全部距所述系统入口基本相同的距离，使得从所述系统入口到所述通道入口的流动阻力以及因此的流动跨所述系统入口与所述通道入口之间的空间基本上是均匀的。在所述第二系统的一些实施例中，所述液流通道彼此平行地布置，所述通道入口全部沿着以所述系统入口为中心的恒定半径的曲线定位，从而位于距所述系统入口基本相同的距离处。在这些实施例中，所述液流通道可全部位于包含所述系统入口的一平面内，并且所述恒定半径的曲线为位于所述平面内的弧线。替代地，在这些实施例中，所述液流通道可位于三维圆柱形区域内，并且所述恒定半径的曲线是由球心角体的帽盖部分限定的弯曲表面。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式流动液流系统，包括：/n气体交换板，所述气体交换板具有上游侧和下游侧，所述板具有过渡区域，所述过渡区域包括在从所述板的所述上游侧到所述板的所述下游侧在第一方向上延伸穿过所述板的至少1000个液流通道，所述过渡区域具有长度和宽度，其中，所述板被构造成使得气体可以渗透到所述板的在所述液流通道外部的部分；/n位于所述板的所述上游侧的、与所述过渡区域相邻的分配池气室，其中，所述分配池气室的形状和尺寸被设计成将所述液体传送到所述过渡区域的所述整个上游侧，其中，所述分配池气室至少与所述过渡区域一样宽；/n位于所述板的所述下游侧的、与所述过渡区域相邻的收集池气室，其中，所述收集池气室的形状和尺寸被设计成接收已经通过所述过渡区域的液体，其中，所述分配池气室至少与所述过渡区域一样宽；/n位于所述分配池气室的上游的液体分配通道，所述液体分配通道具有跨所述过渡区域的所述宽度方向延伸的细长的液体输送开口，其中，所述液体输送开口被定位成将液体输送到所述分配池气室；/n位于所述收集池气室的下游的液体收集通道，所述液体收集通道具有跨所述过渡区域的所述宽度方向延伸的细长的液体收集开口，其中，所述液体收集开口被定位成从所述收集池气室接收液体；/n液体输入端口，所述液体输入端口被设置成与所述液体分配通道流体连通；/n液体输出端口，所述液体输出端口被设置成与所述液体收集通道流体连通；以及/n至少一个气体端口，所述至少一个气体端口被设置成与所述板的在所述液流通道外部的所述部分流体连通。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180803 US 62/714,3531.一种分布式流动液流系统，包括：
气体交换板，所述气体交换板具有上游侧和下游侧，所述板具有过渡区域，所述过渡区域包括在从所述板的所述上游侧到所述板的所述下游侧在第一方向上延伸穿过所述板的至少1000个液流通道，所述过渡区域具有长度和宽度，其中，所述板被构造成使得气体可以渗透到所述板的在所述液流通道外部的部分；
位于所述板的所述上游侧的、与所述过渡区域相邻的分配池气室，其中，所述分配池气室的形状和尺寸被设计成将所述液体传送到所述过渡区域的所述整个上游侧，其中，所述分配池气室至少与所述过渡区域一样宽；
位于所述板的所述下游侧的、与所述过渡区域相邻的收集池气室，其中，所述收集池气室的形状和尺寸被设计成接收已经通过所述过渡区域的液体，其中，所述分配池气室至少与所述过渡区域一样宽；
位于所述分配池气室的上游的液体分配通道，所述液体分配通道具有跨所述过渡区域的所述宽度方向延伸的细长的液体输送开口，其中，所述液体输送开口被定位成将液体输送到所述分配池气室；
位于所述收集池气室的下游的液体收集通道，所述液体收集通道具有跨所述过渡区域的所述宽度方向延伸的细长的液体收集开口，其中，所述液体收集开口被定位成从所述收集池气室接收液体；
液体输入端口，所述液体输入端口被设置成与所述液体分配通道流体连通；
液体输出端口，所述液体输出端口被设置成与所述液体收集通道流体连通；以及
至少一个气体端口，所述至少一个气体端口被设置成与所述板的在所述液流通道外部的所述部分流体连通。


2.如权利要求1所述的系统，其中，所述液体分配通道位于所述分配池气室的足够上游，以形成从所述液体输送开口延伸到所述分配池气室的前缘的分配池气室进料器部分，在所述进料器部分上方，从所述液体输送开口离开的所述液流在进入所述分配池气室之前变得基本均匀。


3.如权利要求1所述的系统，其中，所述液体收集通道位于所述收集池气室的足够下游，以形成从所述收集池气室的后缘延伸至所述液体收集开口的收集池气室流出部分，从而在液体离开所述收集池气室时保持基本均匀的液流。


4.如权利要求1所述的系统，其中，所述液体输送开口的宽度沿着所述液体分配通道的长度从液体进入位置到远端变化，以保持液体沿着所述液体分配通道的长度离开所述液体分配通道的速度均匀。


5.如权利要求1所述的系统，其中，所述液体收集开口的宽度沿着所述液体收集通道的长度从远端到液体离开位置变化，以保持液体沿着所述液体收集通道的长度进入所述液体收集通道的速度均匀。


6.如权利要求1所述的系统，其中，所述液体分配通道具有液体入口，所述液体收集通道具有液体出口，并且所述液体入口和所述液体出口在宽度和长度方向上都位于所述过渡区域的相对侧。


7.如权利要求1所述的系统，其中，所述液体是血液，并且所述气体包括空气。


8.如权利要求1所述的系统，其中，所述液体是血液，并且所述气体包括氧气。


9.如权利要求1所述的系统，其中，所述板包括由至少一百万个竖直取向的纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤伦·帕提，马坦·迪肖恩，
申请(专利权)人：尤伦·帕提，
类型：发明
国别省市：以色列;IL