CN100383443C - 流体控制阀 - Google Patents

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Abstract

一种与医疗器械一起使用的流体控制阀，由电动、液压、或气动装置来操作的阀很贵也很笨重，需要很强的动力来操作且在工作过程中由于部件的运动和液体流体内部通道而产生很大的噪声。本发明的阀具有位于入口(A)和出口(B)之间的阀封(1)，所述阀封包括阀关闭元件(4)，其通过由阀体控制口(C)供给的控制流体来操作。在工作过程中，在入口、出口和控制口之间建立一个用于打开和关闭阀的压差以操作阀。这种设计与现有技术相比，可节约成本，改善性能。

Description

流体控制阀
技术领域
本发明涉及一种流体控制阀，特别是一种和医疗器械一起使用的流体控制阀。
背景技术
流体控制装置在加工和制造工业或者在有益于人类的应用如医疗器械中，是很重要的部件。
在可接受的参数内由电气、液压或者气体装置来操作打开、关闭或者调节流量或者压力的阀是可以购买到的。这样的阀通常很贵和笨重，可能需要相当的动力来操作，且由于移动部件和流体流过内部通道可能会产生噪音。
美国专利US-2,622,620是与本发明相关的代表性现有技术，其涉及一种流体压力控制的柔性管道阀。该阀采用了一种阀关闭装置，该装置包括一个密封在一环形区域的弹性橡胶管以关闭所述阀，通过施加于柔性管道每一侧的不同压力的作用，相对于所述密封区域抬起或释放弹性管，阀关闭装置将所述阀打开或关闭。
发明内容
本发明的目的是提供一种流体控制阀，跟现有技术相比，可通过例如注塑小型化部件来节约成本和改善性能。
依照本发明目的控制阀在所选材料的限制之内可根据不同操作压力和流量应用而改变比例。
根据本发明提供的用于控制流体流量的阀包括：具有入口和出口的阀体，以让来自流体压力源的流体进行流动；安装在入口和出口之间的阀封，所述阀封具有阀关闭元件，其在阀关闭位置用来啮合阀座；一个阀体中的控制口，其用来提供控制流体，所述控制流体使阀关闭元件在压差的作用下保持处于关闭位置，形成压差的两个压力中的一个由通过入口进入的流体作用于关闭元件一侧，以从阀座上抬开关闭元件，另一个压力通过控制口作用在关闭元件的另一侧，以关闭所述阀；其特征在于，所述阀还包括开关控制装置，所述开关控制装置可定期打开，以便通气及使通过所述控制口供给的控制流体重新受压，以打开和关闭所述阀，并产生从出口处作为脉冲流体流出的液体流。
有利地是，阀封形成于作为阀关闭元件的柔性管道内壁和阀座之间，所述阀座最好为球形，安装在柔性管道内，在阀关闭位置与柔性管道内壁相啮合。
附图说明
本发明将参考附图通过实例加以叙述。其中：
图1、1A和1B是本发明一个实施例的剖视图。
图2、2A和2B是本发明另一实施例的剖视图。
图3是图1中阀在一种工作模式下的剖视图。
图4是图1中阀在另一种工作模式下的剖视图。
图5、5A和5B是图1中的阀用在定时模式下的剖视图和波形图。
图6和6A是图1中的阀在开环调节模式下的剖视图和波形图。
图7是图1中的阀在闭环调节模式下的剖视图。
具体实施方式
图1、1A和1B中的阀有一个内部柔性管状件1，它包含着位于两端连接口A、B之间的球形阀座2，并与该阀座直接接触。柔性管状件1位于外部压力容器3之内，该压力容器连有较远的连接口C。
阀封4形成于柔性管状件1的内壁和阀座2的外径之间，如图1A中的例子所示，因为阀座2的直径大于柔性管状件1的内径，所以阀通常是关闭的。
在使用过程中，A口连接输入压力或压力源，输出连自B口。阀受到C口所加压力的控制。当操作阀时，流体通过在管状件1和阀座2之间、以完全的或部分的圆周孔形式打开的阀封4自由地从A口流向B口。
如果只给A口提供压力，阀封4将保持关闭直到压力大到足以使管状件1周向扩张；管状件上从内到外的压差抬开阀座，允许流体从B口流出，如图1B所示。
如果同时提供压力给C口，使外部压力容器3受压并且将力作用到管状件1的外表面，这样穿过管状件1的压差减少或者弱化，使管状件1在阀封4上复位并关闭圆周孔，见图1A。
在本发明中，管状件1优选为由薄壁的硅树脂聚合物材料制成，以具有合适的肖氏硬度，能够在工作压力下确保足够的关闭压力和圆周孔口面积。阀座2由黄铜或者其它合适的金属制成，或者选用聚合物或塑料材料，以优化超过预期操作温度范围之上的关闭元件和圆周孔的特性，或者所采用的流体。
根据本发明的阀的可替选设计如图2、2A和2B所示。
可替选阀结构的原理与图1中所示阀结构的原理相似，只是阀是以换位方式构成。
图2中阀具有如图1中所示的一个内部管状件1，与作为压力容器3内壁上的环形突起5形成的外部阀座直接接触。管状件1被保持在具有单孔或断开孔的连接口A、B、C之间。
阀封6形成于管状件1的外壁和外部容器3内径上的阀座之间。在图2A所示例子中，因为阀座5的直径小于管状件1的外径，所以阀通常是关闭的。
在使用过程中，A口连接输入压力或压力源，输出连自B口。阀受C口所加压力的控制。当操作阀时，流体通过在管状件和阀座5之间、以完全的或部分的圆周孔形式打开的阀封6自由地从A口流向B口。
如果只给A口提供压力，阀封6将保持关闭直到压力大到足以使管状件1周向收缩；管状件上从外到内的压差抬开阀座5，允许流体从B口流出，如图2B所示。
如果同时提供压力给C口，使管状件1的内腔受压并且将力作用到管状件1的内径，这样穿过管状件1的压差减少或者弱化，使管状件1在阀座5上复位，恢复阀封6并关闭圆周孔。
图1中阀(等同于图2中的阀)的操作开关模式如图3所示。图3显示图1中的阀如何通过控制开关作用，并通过增压流体、真空或者电能来控制从压力源P到负载L的流体流量。A口的压力通过常开开关7提供给控制口C。因为没有压差提供给管状件1，阀4是关闭的，且没有流体流向负载。当打开控制开关7时，C口的压力通过控制开关7与大气相通，阀封4因为提供给柔性管子的压力差而打开，流体流向负载L。
如图4所示，示出了在图3中显示的图1中阀的简化开关模式，以控制C口处的压力。
C口的压力通过节流阀8来施加，节流阀用来在允许的时间内、在交替阀状态过程中不向大气排放过多的流量情况下，来传递足够的流量以对外部压力容器3加压。与C口连接的常闭控制开关9保持外部压力容器3受压。当控制开关9被激活时，外部压力容器3中的流体被排放，阀封4如前所述打开。
简单的开关结构9可以通过提供一个小缝隙来构成，它可以是关闭的或者打开的，如图4所示连接。
图5显示用作定时元件的图1中阀的例子，通过它可以获得压力脉冲。
图5所示装置中，来自压力源P的C口处的压力通过所选节流阀10来施加，以传递流量来对外部压力容器3和相连的储液容器11加压。储液容器11可以如图所示是一个外部部件，或者是外部压力容器3中所加的一个容积，外部压力容器的容积被增加以将此必要的容积容纳在阀体内。常闭控制开关12也连接在回路上，它可以是永久的，或者暂时的，或者是脉冲打开状态。
在一般状况下，外部压力容器3受压，没有流体在A口和B口之间流动。当控制开关12被激活，外部压力容器3和储液容器11被通气，阀封4打开使流体从A口流向B口。
当控制开关12复位、释放、或者脉冲地关闭时，外部压力容器3和储液容器11通过节流阀10重新受压，阀圆周孔被密封。
由控制回路的中点13、14上压力变化所表示的压力波形分别如图5A和5B所示。可以看出，开关12每动作一次就在输出负载L上产生一次压力脉冲PP。
圆周孔打开的时间长短取决于外部容器3和液体容器11的容积、节流阀10的流率以及阀特性这几者的组合。从一秒钟到几秒钟的短期持续时间延迟可由适当的变量设计来控制，例如，它可以用来控制到负载L的流体脉冲流量。
图6显示图1中阀在开环调节模式下的应用。B口的下游或者负载压力(或流量)受加到C口的控制压力的影响。所示负载L具有流量截流通气口15通向大气，在这个例子中，与阀封4相比，其选择也很重要。
如果C口压力与A口压力实际相同，B口的压力将为零，因此没有流体流通过阀封4。相反地，如果C口压力是零，B口压力将和A口压力相同，因为阀封4将开到最大的圆周孔尺寸并且对流量的限制最小。
因此阀的性能由两个极值限定，但是，也可通过选择材料和定部件尺寸，将响应设置在其他中间点处，以适应图5A以图例说明来描述的应用。响应可以是，例如，接近线性的，非线性18、19，如图6A中所示，或者阶梯式关系。
图7显示的是在闭环调节模式下图1中阀的应用。通过使用与图1所示结构相似的辅助阀20作为反馈阀，一个负反馈回路结构被用来稳定压力(或流量)，其实际上独立于负载L或者压力源P。
与压力源P连接的节流阀21给反馈阀20的输入口22提供流量。反馈阀20的输出口23通向大气，且控制口24与主阀的输出口B和负载L连接。在节流阀21和反馈阀20之间的串连结合处J形成压力分支，它在主阀C口处与外部压力容器3连接。
如果负载压力增加，加到反馈阀20的控制口24的压力增加，引起通过反馈阀20的流量因为前述原因而减少。因此，在节流阀21和反馈阀20的口22之间的结合处的压力增加，此压力施加到基础阀的控制口C，使它减少流体通过，因此使不平衡复原。负载压力若减少，反馈回路将以类似的方式进行补偿。
可以预见的是：将辅助反馈阀20容纳于主阀结构的构造内是应该被期望的；采用材料和制作尺寸的不同应该是存在于压力源P和理想负载压力L之间的重要差异。
本发明的其它特性和优势对本领域技术人员而言是显而易见的，但是它们都落入附加要求范围之内。例如，在此叙述的阀座2不必是球形的，因为导管的柔性特性，其它形状的阀座仍旧可以啮合管状导管1以形成闭合密封。

Claims (7)

1.一种控制流体流量的阀，包括：具有供来自流体压力源(P)的流体流动的入口(A)和出口(B)的阀体(3)；安装在入口和出口之间的阀封(4)，所述阀封具有用于在阀关闭位置与阀座(2)相啮合的阀关闭元件；一个用来提供控制流体的阀体(3)内的控制口(C)，所述控制流体用于将阀关闭元件在压差作用下保持在关闭位置，所述压差中的一个压力通过由入口(A)流入的流体作用在所述关闭元件的一侧，以将关闭元件从阀座(2)上抬开，另一压力通过所述控制口(C)作用在所述关闭元件的另一侧，以关闭所述阀；其特征在于，所述阀还包括开关控制装置(10，11，12)，所述开关控制装置可定期打开，以便通气及使通过所述控制口(C)供给的控制流体重新受压，以打开和关闭所述阀，并产生从出口(B)处作为脉冲流体流出的液体流。
2.根据权利要求1所述的阀，其中，所述关闭元件为柔性管道(1)，所述管道(1)被与控制口(C)相连通的环形空间环绕，以提供穿过管道壁的压差，即在管道内的流体和提供给环形空间的流体之间的压差。
3.根据权利要求2所述的阀，包括与控制口(C)连接的储液容器(11)，用来补充环形空间的压力。
4.根据权利要求2所述的阀，其中，流向阀的流体输送给阀的入口(A)和控制口(C)，以便施加于所述管道(1)任一侧的压力相同，以关闭所述阀，所述控制装置包括设在流向控制口的流体流路中的节流阀，其能在预定时间内提供足够量的流体对环形空间充分施压。
5.根据权利要求4所述的阀，其中，所述阀封(4)形成于柔性管道(1)的内壁和阀座(2)之间，所述阀座(2)安装在所述管道(1)内，用来在阀关闭位置与所述柔性管道的内壁相啮合。
6.根据权利要求5所述的阀，其中，所述管道(1)的横截面是环形的，并且所述阀座是具有更大横截面的球形形式。
7.根据权利要求1所述的阀，其中，所述阀封(4)形成于柔性管道(1)的外壁和一相接凸起(5)之间，所述相接凸起(5)位于供流体在阀体内的入口和出口之间流动的通道中。
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