CN101311587A - 气控比例延时换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气控比例延时换向阀，其主要涉及医疗器械领域，此气控换向阀包括设置有主阀芯组件(5)的内腔；具有第一气室(3a)的第一端；具有第二气室(6a)的第二端；分别与第一气室(3a)和第二气室(6a)相连通的第一节流阀(1)；分别与第一气室(3a)和大气相连通的第二节流阀(2)；与第二气室(6a)相连通并连接至外部气源的进气端口(9a)；和与第二气室(6a)及第一节流阀(1)相连通的出气端口(10a)。本气控比例延时换向阀克服了电控、手动和机械控制换向阀的缺点，并且能够以简单的方式实现连续调节气控比例延时换向阀的换向频率和通断时间比。

Description

气控比例延时换向阀

技术领域

本发明涉及一种气控比例延时换向装置，更具体地涉及一种按比例延时提供信号或脉冲的气动阀。

背景技术

延时换向阀主要用于控制气体的换向频率和通断时间比，例如，如果用在医疗领域，将其配备在呼吸机上时，其主要用于控制患者的呼吸速度(也就是，气体换向频率)和呼吸时间比(也就是，气体通断时间比)。目前，常用的延时换向阀的控制方式有以下几种：电磁控制、气压控制、手工控制和机械控制，这几种控制方式都存在一定的技术问题：电磁控制的延时换向阀需要提供外部电源；手工控制的延时换向阀自动化程度太低，很难准确控制延时时间，且使用频率低、动作速度慢；机械控制的延时换向阀需要借助凸轮、撞块或其他机械结构提供的外力来推动主阀芯组件动作，从而实现延时换向，这种控制方式所需的结构过于复杂，并且可靠性不高；而目前采用的气压控制的延时换向装置无法同时实现对换向阀的换向频率和通断时间比的连续调节，气体输出的延时时间通过改变气室的大小及调节进气快慢来实现，如果气室的可变容积过大，则势必会使换向阀整体体积增大或是使结构变得复杂，并且实际应用表明改变气室的大小对改变换向阀的通断时间比的影响很小。

因此，需要提供一种气控比例延时换向阀，它能够以简单的方式实现对换向频率和通断时间比的连续调节控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改进的气控比例延时换向阀，它不仅克服了电控、手动和机械控制换向阀的缺点，并且能够以简单的方式实现连续调节气控比例延时换向阀的换向频率和通断时间比。

针对上述技术问题，根据本发明提供了一种气控比例延时换向阀，其包括内腔，内腔中设置有主阀芯组件，其还包括：具有第一气室的第一端；具有第二气室的第二端；第一节流阀，具有与第一气室相连通的第一端口，以及与第二气室相连通的第二端口；第二节流阀，具有与第一气室相连通的第一端口，以及与大气相连通的第二端口；进气端口，与第二气室相连通，并连接至外部气源；和出气端口，与第二气室及第一节流阀的第二端口相连通。

进一步，根据本发明的气控比例延时换向阀，其中内腔具有第一内径的第一腔体部和第二内径的第二腔体部，且第一内径大于第二内径；主阀芯组件具有与第一腔体部相配合的第一活塞部以及与第二腔体部相配合的第二活塞部。

优选地，根据本发明的气控比例延时换向阀包括阀帽、阀体和阀盖，其中：阀帽连接于阀体的一端，阀帽、主阀芯组件和阀体共同形成第一端的第一气室；第一节流阀的第一端口连接于阀帽，并与第一气室相通；第二节流阀形成在阀帽的侧壁中；以及阀盖连接于阀体的另一端，阀盖、主阀芯组件和阀体共同形成第二端的第二气室。

优选地，根据本发明的气控比例延时换向阀还包括第三节流阀和连接管，其中：第三节流阀的第一端口连接于阀体，并且与阀体中的第二气室相通；第三节流阀的第二端口通过连接管连接于第一节流阀的第二端口。

优选地，根据本发明的气控比例延时换向阀，其中主阀芯组件包括活塞盖、活塞、弹簧和阀杆，其中：活塞盖密封地设置在活塞中，二者共同形成主阀芯组件的第一活塞部；阀杆形成主阀芯组件的第二活塞部，其一端连接于第一活塞部；弹簧设置在活塞内部，位于活塞盖和阀杆之间，并且具有初始偏压量。

优选地，根据本发明的气控比例延时换向阀，其中主阀芯组件还包括螺钉和垫圈，垫圈利用螺钉固定在阀杆的一端。

优选地，根据本发明的气控比例延时换向阀，其中阀盖与阀体之间设置有环形密封垫。

优选地，根据本发明的气控比例延时换向阀，其中阀杆的顶端形成有圆柱形封堵部，此封堵部封堵上述的密封垫。

优选地，根据本发明的气控比例延时换向阀，其中第二节流阀具有调节自身开度的阀芯，此阀芯以螺纹连接的方式设置在阀帽的侧壁中；第二节流阀的第二端口形成在阀帽的侧壁上。

进一步，根据本发明的气控比例延时换向阀，其中单位时间内通过第二节流阀从第一气室排出的气体量远小于通过第三节流阀从第一气室排出的气体量。

本发明具有以下技术效果：

第一，之前技术中的气控比例延时换向阀不能同时对阀的换向频率和通断时间比进行连续控制，根据本发明的气控比例延时换向阀具有第一节流阀和第二节流阀，通过这两个部件能够以简单地方式实现对气控比例延时换向阀的换向频率和通断时间比的连续控制，其中通过调节第一节流阀的开度可以控制向气室内充气的速度，从而调节换向阀的换向频率；通过调节第二节流阀的开度可以改变第一气室中的气体溢出速度，这样就改变了阀帽内气室的充气和放气时间，从而改变换向阀的通断时间比，实现对它的连续调节；

第二，之前技术中的气控比例延时换向阀的延时时间主要依靠改变第一气室的大小以及调节进气快慢来实现，这一方面要求第一气室的可变容积应足够大，从而使得阀的整体体积过大，另一方面需要不断调节外部气源的供气速度，而本发明的气控比例延时换向阀中的第一气室在阀开启和切断的过程中仅有很小的变动，这样能够显著减小阀的整体体积，并且本发明中的主阀芯组件中的弹簧装置可以方便地实现对延时时间的调节。

第三，根据本发明的气控比例延时换向阀的主阀芯组件具有弹簧装置，利用此弹簧装置能够实现对主阀芯组件两端气体压力的柔性自适应；

第四，根据本发明的气控比例延时换向阀无需外部电源驱动，动作速度迅速，延时时间可以精确控制。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的一些实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。其中：

图1是根据本发明优选实施例的气控比例延时换向阀的结构示意图；

图2是图1中的气控比例延时换向阀的主阀芯组件的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图中的优选实施例，对根据本发明的气控比例延时换向阀的具体实时方式进行说明。

首先参照图1和图2对根据本发明优选实施例的气控比例延时换向阀的具体结构和构成方式进行详细描述。图1是是根据本发明优选实施例的气控比例延时换向阀的结构示意图，图2是图1中的气控比例延时换向阀的主阀芯组件的结构示意图。由图1所示，本优选实施例的气控比例延时换向阀包括：第一节流阀1、第二节流阀2、阀帽3、主阀芯组件5、阀体6、阀盖9、第三节流阀10和连接管11。

具体地，第一节流阀1固定连接于阀帽3，二者优选地为螺纹连接，第一节流阀1阀口11，第一节流阀1通过第二端口1b与连接管11的一端连接，连接管11的另一端与第三节流阀10的第二端口10c连接(如下所述)。

阀帽3套接于阀体6的一端，二者优选地为螺纹连接，阀帽3的端部与阀体6之间设置有密封圈4(如图1所示)，用于防止气体泄漏；当阀帽3被安装到阀体6上后，在阀帽3的内部形成了一定体积的第一气室3a，第一气室3a能够容纳一定量的气体；同时阀帽3的一个侧壁中设置有第二节流阀2的阀芯2c，从而形成了第二节流阀2，此侧壁上同时形成有第一端口2a和第二端口2b，第一端口2a与第一气室3a相通，第二端口2b与外部大气相通，从而排放气室3a中的气体。

进一步，阀体6的内腔安装有主阀芯组件5，主阀芯组件5可以沿水平方向在阀体6的内腔中滑动。其中内腔包括大直径的第一腔室6a和小直径的第二腔室6b，主阀芯组件5具有与第一腔室6a配合滑动的第一活塞部5a以及与第二腔室6b配合滑动的第二活塞部5b。主阀芯组件5和阀体6的腔体内壁之间设置有多个密封圈，通过使用上述密封圈实现了阀体6的腔体内壁与主阀芯组件5之间的密封。阀体6的另一端固定安装有阀盖9，二者优选地为螺纹连接，阀盖9的安装端与阀体6之间设置有密封垫7，用于实现阀体6和阀盖9之间的密封，并且在阀盖9的安装端和阀体6之间还设置有锁紧螺母8，用于锁紧阀体6和阀盖9的连接，防止螺纹连接松动。

第三节流阀10通过其第一端口10b固定连接于阀体6的侧壁，二者优选地为螺纹连接。此外，第三节流阀10还具有出气端口10a和第一端口10b，其中出气端口10a与外部回路相连，第一端口10b与连接管11的一端相连，从而通过连接管11与第一节流阀1连通。

上述就是根据本发明优选实施例的气控比例延时换向阀的具体结构和组成方式，下面继续参照图2对主阀芯组件5的构成进行详细说明。主阀芯组件5安装在阀体6的内部，并可以沿水平方向在阀体6中滑动，此主阀芯组件5为一活塞结构，其主要由以下部分构成：活塞盖51、活塞52、弹簧53、沉头螺钉54、垫圈55和阀杆56，上述部件组成了整个主阀芯组件5，并且活塞盖51和活塞52形成了第一活塞部5a而阀杆56就作为第二活塞部5b。其中活塞盖51固定安装在活塞52的中，二者之间采用密封圈密封；活塞52套接在阀杆56的一端，阀杆56的这个端部设置有垫圈55用于防止阀杆56从活塞52中脱出，此垫圈55优选地用沉头螺钉54固定在阀杆56套接在活塞52中的端部上，阀杆56可以沿水平方向在活塞52的内部滑动；弹簧53设置活塞52内部并且位于活塞盖51和阀杆56之间，并且弹簧53具有初始压缩量；阀杆56的轴部优选地形成有环形槽，此环形槽中设置有环形密封圈，用于阀体6内壁和阀杆56之间进行密封；阀杆56的另一个端部(没有套接在活塞52中的那一端)在主阀芯组件5的运动过程中可以封堵在密封垫7上，从而切断气体。上述就是本优选实施例的活塞组件5的具体构成。

依然参照图1和图2，对根据本发明优选实施例的气控比例延时换向阀的具体工作原理和操作过程进行详细说明。

阀盖9的进气端口9a与外部气体输入装置相连，当从在阀盖9的进气端口9a处输入一定压力的气流时，此气流通过阀盖9和密封垫7进入阀体6内腔的第二气室6a中，进而通过第三节流阀的第一端口10b进入第三节流阀10，通过第三节流阀10可将气流分别输出到两条气流通路中：其中一部分气流通过第三节流阀10的出气端口10a作为气流信号输出到外部回路中，此气流信号的大小可以通过调节第三节流阀10的开度进行调节，开度越大则输出的气体流量也越大，从而从出气端口10a输出的气流信号也越大；另一部分气流通过第三节流阀10的第二端口10c流入连接管11，进而通过第一节流阀的第一端口1a流入阀帽3内的第一气室3a中。随着气体不断进入第一气室3a，其内部的压力不断升高，从而作用在主阀芯组件5的活塞盖52上的压力也越大，当此压力大于自阀盖9的进气端口9a输入的气体作用在主阀芯组件5的阀杆56端部的压力时，它就会推动活塞盖51连同活塞52一起在阀体6的内腔中水平向右滑动，从而压缩弹簧53使其产生弹性偏压力，此弹性偏压力作用于主阀芯组件5的阀杆56的一端上，从而推动主阀芯组件5的阀杆56水平向右滑动。当阀杆56的顶端的圆柱形封堵部就封堵住密封垫7从而切断了阀盖9与阀体6的第二气室6a的连通状态，这样就切断了向上述两条气流通路的气流输入，所带来的结果就是：一方面没有气体再继续通过第三节流阀10的出气端口10a输出到外部回路(未示出)中；另一方面也没有气体再继续通过第三节流阀10的第二端口10c进入连接管11进而通过第一节流阀1进入阀帽3内的第一气室3a中。随着这两条气流通路被切断，一方面第三节流阀10停止向外部回路输出气流信号，并且第二气室6a中残留的气体会通过第三节流阀10进而通过与第三节流阀10相连的快速排气阀(未示出)快速排出，应注意，此快速排气阀不会将气体输入到外部回路中，因而此时的气流不会作为输出气流信号；另一方面，第一气室3a中的气体会通过第一节流阀1进入连接管11进而进入第三节流阀10，从而依然通过快速排气阀被排到本气控比例延时换向阀之外。

当第一气室3a中的气体压力降至一定值，也就是小于由阀盖9的进气端口9a输入的气流压力值时，由阀盖9输入的气流会推动主阀芯组件5的阀杆56使其水平向左运动，阀杆56使弹簧53压缩从而产生偏压力进而推动活塞盖51和活塞52一起向左滑动，随着主阀芯组件5整体向左运动，其就逐渐回复到初始位置并离开被其封堵的密封垫7，这样本优选实施例的气控比例延时换向阀就又再次被开启了，由阀盖9输入的气流能够再次进入第二气室6a，进而进入第三节流阀10，通过第三节流阀10就可以再次向外部回路输出气流信号并使另一部分气体通过第一节流阀1进入第一气室3a中。当第一气室3a的压力再次逐渐升高时，就又会推动主阀芯组件5向右运动进而再次封堵住密封垫7。这样，按照上述方式本优选实施例的气控比例延时换向阀就通过主阀芯组件5的往复运动而实现了脉冲气流信号的输出。

在描述了根据本发明优选实施例的气控比例延时换向阀的具体操作过程后，进一步对如何实现同时控制本气控比例延时换向阀的换向频率和通断时间比进行说明。

首先，本气控比例延时换向阀的换向频率与第一节流阀1的开度、第一气室3a容积的大小和输入的气流压力有关，在第一气室3a的容积和输入气流压力大小一定的情况下，本气控比例延时换向阀的换向频率通过调节第一节流阀1的开度可进行连续调节。应注意，在这里“换向频率”的意思是指单位时间内气控比例延时换向阀切断和开启的次数，也就是，例如当此气控比例延时换向阀设置在呼吸机中时，换向频率就与单位时间内患者呼气和吸气的次数相对应，如果换向频率越大，则说明患者的呼吸越急促，反之则说明患者呼吸越平缓。针对不同症状的患者需要采用不同的换向频率。当本气控比例延时换向阀开启时，从阀盖9的进气端口9a输入压力一定的气流，当第一节流阀1的开度较大时，气流进入第一气室3a的速度就较快，从而充气速度也较快；当本气控比例延时换向阀被切断时，由于第一节流阀1的开度大，则气流流出第一气室3a的速度较快，从而放气的速度快。由于第一气室3a的充气放气速度快，则单位时间中主阀芯组件5的往复运动次数就越多，相应地本气控比例延时换向阀切断和开启的次数也越多，这样本气控比例延时换向阀的换向频率就越大。反之，如果第一节流阀1的开度较小，则本气控比例延时换向阀的换向频率就越小。这样，通过调节第一节流阀1的开度就实现了对本气控比例延时换向阀的换向频率的连续调节。

其次，对本气控比例延时换向阀的通断时间比的调节方式进行说明。应注意，“通断时间比”在这里意思是指本气控比例延时换向阀每次切断和开启时间的比值，也就是，例如，当本气控延时换向阀安装到呼吸机中时，患者每次吸气和呼气的时间比，如果通断时间比较大，则说明患者吸气时间长而呼气时间短，而如果通断时间比较小，则说明患者吸气时间短而呼气时间长，针对不同症状的患者需要选择不同的通断时间比。对本优选实施例的气控比例延时换向阀的通断时间比的连续调节通过调节第二节流阀2实现。在前述气控比例延时换向阀切断和开启的过程中，第一气室3a中的气体始终会通过阀帽3侧壁中的第二节流阀2进而通过的阀帽3侧壁上的阀口2a有溢出，此溢出的气体量相对于输入的气流量很小，此溢出气体量的大小通过调节第二节流阀2的阀芯2c的开度来控制。当气流流入第一气室3a中时，由于气流同时还会通过第二节流阀2的第二端口2b有部分溢出，如果第二节流阀2的开度较大，则溢出的气体量也较大，这样第一气室3a的充气时间就较长，则本气控比例延时换向阀的开启时间也较长；当没有气流输入到第一气室3a中时，第一气室3a就处于放气状态，不过这时气体主要通过第三节流阀10排出，从第二节流阀2的第二端口处排出的气体相对很少，因而不会对放气时间有显著影响。这样，本气控比例延时换向阀的通断时间比就较大。反之，当第二节流阀2的开度较小时，本气控比例延时换向阀的通断时间比就较小。通过上述的方式，就实现了对通断时间比的连续调节，并且通断时间比的调节范围较大，动作灵敏可靠。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气控比例延时换向阀，包括：内腔，所述内腔中设置有主主阀芯组件(5)，其特征在于，还包括：

第一端，具有第一气室(3a)；

第二端，具有第二气室(6a)；

第一节流阀(1)，具有与所述第一气室(3a)相连通的第一端口(1a)，以及与所述第二气室(6a)相连通的第二端口(1b)；

第二节流阀(2)，具有与所述第一气室(3a)相连通的第一端口(2a)，以及与大气相连通的第二端口(2b)；

进气端口(9a)，与所述第二气室(6a)相连通，并连接至外部气源；

出气端口(10a)，与所述第二气室(6a)及所述第一节流阀(1)的第二端口(1b)相连通。

2.根据权利要求1所述的气控比例延时换向阀，其特征在于：

所述内腔具有第一内径的第一腔体部(61)和第二内径的第二腔体部(62)，所述第一内径大于所述第二内径；

所述主阀芯组件(5)具有与所述第一腔体部(61)相配合的第一活塞部(5a)以及与所述第二腔体部(62)相配合的第二活塞部(5b)。

3.根据权利要求2所述的气控比例延时换向阀，其包括阀帽(3)、阀体(6)和阀盖(9)，其中：

所述阀帽(3)连接于所述阀体(6)的一端，所述阀帽(3)、所述主阀芯组件(5)和所述阀体(6)共同形成所述第一端的所述第一气室(3a)；

所述第一节流阀(1)的第一端口(1a)连接于所述阀帽(3)，并与所述第一气室(3a)相通；

所述第二节流阀(2)形成在所述阀帽(3)的侧壁中；

所述阀盖(9)连接于所述阀体(6)的另一端，所述阀盖(9)、所述主阀芯组件(5)和所述阀体(6)共同形成所述第二端的第二气室(6a)。

4.根据权利要求3所述的气控比例延时换向阀，其还包括第三节流阀(10)和连接管(11)，其中：

所述第三节流阀(10)的第一端口(10b)连接于所述阀体(6)，并且与所述阀体(6)中的所述第二气室(6a)相通；

所述第三节流阀(10)的第二端口(10c)通过所述连接管(11)连接于所述第一节流阀(1)的所述第二端口(1b)。

5.根据权利要求4所述的气控比例延时换向阀，其中所述主阀芯组件(5)包括活塞盖(51)、活塞(52)、弹簧(53)和阀杆(56)，其中：

所述活塞盖(51)密封地设置在所述活塞(52)中，二者共同形成所述主阀芯组件(5)的所述第一活塞部(5a)；

所述阀杆(56)形成所述主阀芯组件(5)的所述第二活塞部(5b)，其一端连接于所述第一活塞部(5a)；

所述弹簧(53)设置在所述活塞(52)内部，位于所述活塞盖(51)和所述阀杆(56)之间，并且具有初始偏压量。

6.根据权利要求5所述的气控比例延时换向阀，其中所述主阀芯组件(5)还包括螺钉(54)和垫圈(55)，其中：

所述垫圈(55)利用所述螺钉(54)固定在所述阀杆(56)的一端。

7.根据权利要求4所述的气控比例延时换向阀，其中所述阀盖(9)与所述阀体(6)之间设置有环形密封垫(7)。

8.根据权利要求7所述的气控比例延时换向阀，其中所述阀杆(56)的顶端形成有圆柱形封堵部，所述封堵部封堵所述密封垫(7)。

9.根据权利要求3所述的气控比例延时换向阀，其中：

所述第二节流阀(2)具有调节自身开度的阀芯(2c)，所述阀芯(2c)以螺纹连接的方式设置在所述阀帽(3)的侧壁中；

所述第二节流阀(2)的所述第二端口(2b)形成在所述阀帽(3)的侧壁上。

10.根据权利要求9所述的气控比例延时换向阀，其中单位时间内通过所述第二节流阀(2)从所述第一气室(3a)排出的气体量远小于通过所述第三节流阀(10)从所述第一气室(3a)排出的气体量。

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