CN102395934A - 气体流量调节设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体流量调节设备，其包括壳体组件、入口管组件和偏置设备。壳体组件具有主壳体、阀座本体以及形成出口孔的远端板。入口管组件包括近入口端、形成管腔的管、凸缘，并可滑动地设置在主壳体内，被偏置设备偏置到打开状态。凸缘在壳体组件内分开中间腔和恒定压力腔。入口管组件响应于恒定压力腔中的压力而转换为关闭状态以产生通过出口孔离开设备的相对恒定的空气流率。

Description

气体流量调节设备

技术领域

本公开总体涉及气体流量调节设备。更具体而言，其涉及用于调节来自患者的呼吸系统的气态样本的流量的设备，并且适于不依赖于发端体积和压力而要求空气或其它气态物质的恒定流量的各种应用。

背景技术

从患者呼出的空气对于通过分析呼出的空气中的某些物质浓度而诊断很多疾病来说是很重要的。例如，经常期望分析从患者呼出的空气来确定呼吸中是否包含特定的化合物，诸如乙醇或二氧化碳，或非化学物质，诸如特定的微生物。然而，由于对于不同的患者来说，呼出的空气的压力是不同的，并且在呼出的过程期间，在给定的单位时间内通过测试单元的空气的体积将变化很大，导致不一致和/或不可靠的结果。因此，需要一种设备，其不依赖于呼出空气的压力而对测试机构产生恒定流量的呼出空气。

由上所述，需要用于患者空气采样的改进的气体流量调节设备。

发明内容

本发明的一个方面提供一种用于作为对患者的呼吸进行采样的医疗系统中的一部分的气体流量调节设备，包括壳体组件、入口管组件和偏置设备。壳体组件具有主壳体、阀座本体和远端板，并形成中间腔和恒定压力腔。入口管组件限定近端入口端，并包括形成管腔的入口管和凸缘。入口管组件可滑动地设置在中间腔内，偏置设备将入口管组件偏置到打开状态，在打开状态，管腔对恒定压力腔开放。以该结构，由入口管组件滑动地转换到关闭状态而提供通过远端板的出口孔得到的来自恒定压力腔的相对恒定的流量，在所述关闭状态，管腔响应于恒定压力腔中压力的增加而与恒定压力腔密封分开以产生大于偏置设备的偏置常量的力，并响应于恒定压力腔中压力的降低而返回到第一状态。

附图说明

图1是根据本公开的原理的流量调节设备的截面图；

图2是图1的流量调节设备的透视截面图；

图3是图1的流量调节设备的侧向透视图；

图4是图1的流量调节设备的端部透视图；

图5是根据本公开的原理的另一流量调节设备位于打开状态的截面图；以及

图6是图5的流量调节设备位于关闭状态的截面图。

具体实施方式

根据本公开的一些方面涉及作为医疗系统的一部分用于调节来自患者的空气的流量的气体流量调节设备。根据本公开的流量调节设备10的一个实施例显示于图1中并包括壳体组件12、入口管组件14和偏置机构16。以下提供了各种构件的细节。然而，广义上来说，入口管组件14和偏置机构16设置在壳体组件12中。另外，在壳体组件12中形成两个腔，即恒定压力腔18和中间腔20。偏置机构16将入口管组件14偏置到如图所示的打开状态，入口管组件16可以响应于恒定压力腔18内的压力而选择性地在中间腔20内滑动到关闭状态（未示出）。

通过如上所述，壳体组件12包括主壳体22、阀座本体24和远端板26。如图1所示，主壳体22可以是大致的圆柱形，形成内表面28和外表面30。如图2和图3所示，主壳体22包括流端口46，该流端口46构造成直接地连接到患者的嘴、患者的人工气管或其它医疗设备。流端口46可以与主壳体22一体地形成，或者稍后组装。主壳体22还可包括内部引导件52，该内部引导件52从阀座本体24附近朝向远端板26延伸一段距离。主壳体22形成至少一个泄放孔32，该泄放孔32从内表面28延伸到外表面30，由此向外部环境开放。主壳体22可以由任意塑料、金属或硬化橡胶或其它适当材料形成。

进一步参考图1和图2，主壳体22的内表面28可选地形成通道34、凹槽36和/或周向凹部38。通道34和凹槽36能够绕着内表面28的周边延伸，其中凹槽36形成在通道34径向外侧。周向凹部38还可绕着内表面28的周边延伸，并构造成与远端板26联接。以下更详细地描述远端板26，该远端板26大致构造成在周向凹部38处可移除地组装到主壳体22。远端板26可以是螺纹的（未示出）或在周向凹部38处是其它构造（例如，咬配合）以便与主壳体22形成密封的连接。在另一种结构中，远端板26更为永久性地固定到主壳体22和/或与主壳体22一体形成。另外，壳体组件12可以包括在建立和保持期望密封连接方面有用的附加构件，诸如联接件、密封件、O形环等。

阀座本体24和远端板26位于主壳体22的相对端。另外参考图3，阀座本体24还形成用于进入空气流的通孔44。阀座本体24形成座48，该座48的尺寸设计为容纳并流体地密封入口管组件14的端部，如下所述。因此，阀座本体24，具体而言是座48，由能够形成流体密封的材料形成，诸如橡胶或类似材料。

参考图1和图2，远端板26可具有至少一个延伸部40，当与主壳体22组装在一起时，突出进入主壳体22。远端板26还形成出口孔42。如下所述，恒定压力腔18内的空气通过出口孔42从设备10释放，因此，出口孔42的直径控制流出的空气的流率。换句话说，从设备10释放的空气的期望流率可以通过采用具有合适的相应尺寸的出口孔42的远端板来实现。在一些实施例中，本公开的设备10包括两个或更多个远端板26，每个远端板26带有不同直径的出口孔42。然后，使用者选择期望的远端板26并组装到主壳体22，相应的出口孔42的直径被适当地设定尺寸来产生期望的输出压力/流率。替代地或另外，远端板26可选地包括与出口孔42关联的一个或多个调整构件（未示出），其允许使用者改变或选择出口孔42的有效直径。远端板26可包括一个或多个其它特征，诸如凸起部43，在与所述至少一个延伸部40大致相同的方向上在远端板26的外周边附近延伸一段距离。

壳体组件12的尺寸设计为容纳入口管组件14。入口管组件14限定了近端50，并包括管54和凸缘56。如图1和图2所示，管54是圆柱形状，并形成管腔58，该管腔58在入口管组件14的近端50和远端60开放。在一个实施例中，管腔58具有均匀的直径。入口管组件14的近端50定向为与阀座本体24的座48对应，并选择性地流体密封到该座48。管54具有在近端50终止的近端部分62。在一个实施例中，近端部分62形成脊64，用于组装到如下所述的柔性膜本体。

在入口管组件14的远端60处，凸缘56具有径向壁68、远端面70、近端面71和形成在远端面70上的外凹槽72。径向壁从近端面72向近端延伸，与管54径向地隔开，以提供表面，用于滑动地接合主壳体22的内表面28。远端面70可以是光滑的或在表面包括各种变化。

入口管组件14优选地由相同的材料（刚性或半刚性材料，例如塑料、金属或硬橡胶）制成并成一体为单件。

偏置机构16也构造成配合在壳体组件12中。偏置机构16可以是施加力的螺旋弹簧或其它设备。偏置机构16被预拉伸到对应于恒定压力腔18中的期望压力的力（例如，弹簧常量k），并且不会压缩，直到恒定压力腔18中的压力超过弹簧常量k。

如上所述，流量控制设备10可以设有一个或多个密封体，用于在腔18、20建立流体密封。例如，在一个实施例中，可以包括下膜66和上膜76。下膜66和上膜76是设置为环形构造的柔性膜。上膜76和下膜66可延伸和/或可收缩。在一个实施例中，上膜76和下膜66的宽度构造为允许上膜76和下膜66自身沿周向重叠。上膜76和下膜66的直径形成为适于将入口管组件14密封在壳体组件12的内表面28上。上膜76和下膜66的内周和外周可以被施加粘附剂、止块、夹或将上膜76和下膜66附接到壳体组件12内的其它装置。

流量调节设备10在壳体组件12内形成恒定压力腔18和中间腔20。中间腔20形成在主壳体22内部、壳体组件12的阀座本体24和入口管组件14的凸缘56之间。中间腔20在所述至少一个泄放孔32处向周围环境开放。作为参考，图1和图2示出了中间腔20密封在主壳体22的内表面28内、在上膜76和下膜66之间。在一个实施例中，下膜66连接到主壳体22的内表面28以及管54的近端部分62上的脊64。在另一实施例中，下膜66附接到流端口46而不是主壳体22。当流端口46和主壳体22分别制造并在后来组装在一起的情况下，可能发生这样的情况。这提供了中间腔20的下流体密封。

另外，中间腔20还在上膜76处与恒定压力腔18流体密封地分开。入口管组件14的凸缘56还通过上膜76密封到壳体12的内表面28。上膜76附接在主壳体22的凹槽36和凸缘56的凹槽72。上膜76还可以通过远端板26的凸起部43而固定到壳体组件12。另外，上膜76还可以通过O形环78而固定到凸缘56。

恒定压力腔18还由远端板26和入口管组件14的凸缘56形成，与中间腔20相对。远端板26在周向凹部38密封地、以及可移除地连接到主壳体22。恒定压力腔18位于入口管组件14的凸缘56和远端板26之间。所述至少一个延伸部40突出进入恒定压力腔18并防止远端板26和凸缘56的远端面70之间的完全关闭。如之前所述，上膜76提供在恒定压力腔18和形成于壳体组件12内的中间腔20之间的密封体。

当组装后，壳体组件12构造成包围流量调节设备10的工作构件。具体而言，入口管组件14位于壳体组件12内。入口管组件14在壳体组件12中定向为使得近端50临近阀座本体24，凸缘56临近远端板26。定向之后，凸缘56的径向壁68沿着主壳体22的内表面28延伸超过通道34，并且当入口管组件14复位时，沿着内表面28可滑动地移动。沿着主壳体22的外边缘72和凹槽36附接到凸缘56，上膜76在通道34内按照需要地扩展和/或收缩以适应入口管组件14的位置。上膜76流体地密封到凸缘56和壳体组件12。下膜66也提供流体密封并且响应于入口管组件14的移动而扩展和/或收缩。

另外，偏置机构16被包围在流量调节设备10的中间腔20内。偏置机构16的各端可以抵接凸缘56的近端面71和阀座本体24。在一个实施例中，径向壁68和内部引导件52维持偏置机构16的各端在壳体组件12内的位置。在另一实施例中，内边缘壁74使偏置机构16定位为靠着凸缘56。偏置机构16还可围绕管54。

以上所述的流量调节设备10以如下的方式工作。总的来说，入口管组件14在第一、打开的位置（图1）和第二、关闭位置之间滑动，其中在第一、打开位置时，允许空气流到达恒定压力腔18，在第二、关闭位置时，防止空气流到达恒定压力腔18，以建立来自出口孔42的接近恒定压力的空气流。在医疗测试程序的情况下，患者的呼吸借助人工气管（未示出）或直接从患者的嘴在流端口46进入气体流量调节设备10，并通过阀座本体24中的通孔44（图3）被引导朝向管腔58的近端50。患者的呼吸的不均匀流被调节为在出口孔42离开气体流量调节设备10的恒定流，允许样本被收集用于分析和测试（例如，通过在出口孔42组装到远端板26的测试管（未示出））。更具体而言，并且如图2中流箭头80所示，患者呼出的呼吸通过通孔44进入流量调节设备10并在近端50进入管腔58。呼吸在入口管组件14的远端60离开管腔58并被引导进入恒定压力腔18。当恒定压力腔18中的空气的体积（以及压力）增加时，入口管组件14滑动地复位到壳体组件12中。

在一个实施例中，出口孔42的直径小于入口管组件14的管腔58的直径。以这种方式，传递的空气的仅一部分通过出口孔42离开恒定压力腔18。当恒定压力腔18中的空气的体积增加的速度大于所包含的空气能够通过出口孔42离开的速度时，恒定压力腔18内压力累积。恒定压力腔18内的压力累积，直到对可滑动的入口管组件14的凸缘56的力大于偏置机构16的常量k，促使入口管组件14向近端朝向阀座本体24滑动。泄放孔32响应于入口管组件14的移动而释放中间腔20内任何累积的压力。当管腔58的近端50密封抵靠座48，进入入口管组件14（从而到达恒定压力腔18）的空气流被阻止。

相反地，当空气持续地从恒定压力腔18释放时，相应的压力（因此凸缘56上的力）将降低，一旦力下降到弹簧常量k以下时，偏置设备16促使入口管组件14回到打开状态。结果，离开出口孔42的空气流的流率是恒定的，并与来自患者的任何波动无关。以这种方式，获得每单位时间通过流量调节设备10的更为恒定体积的空气。由此，无论在通孔44进入流量控制设备10的空气压力的变化，通过出口孔42的空气流量被控制为恒定的速率。

图5和图6提供了替代性实施例设备10'，进一步示出了本公开的可选方面。设备10'非常类似于设备10（图1），并包括壳体组件12'，相对于恒定压力腔18'和中间腔20'将入口管组件14'保持在打开或第一状态（图5）和关闭或第二状态（图6）之间。

在第一、打开状态，入口管组件14'允许管腔58'与恒定压力腔18'的连通。通过偏置机构16'将入口管组件14'的凸缘56'偏置向打开状态。与之前所述的凸缘56（图1）相比，凸缘56'可具有在径向壁68'内径向定位的内边缘壁74，当偏置机构16'与凸缘56'接触时，内边缘壁74对偏置机构16'提供引导和/或稳定性。空气经由出口端口45限定的出口孔42'而通过远端板26'离开，该出口端口45从远端板26'的主面延伸以提供到管或医疗设备（未示出）的方便连接。

在图6的关闭位置，恒定压力腔18'中的压力在凸缘56'上产生力F，该力F大于偏置机构16'的弹簧常量k。偏置机构16'因此被入口管组件14'的凸缘56'所压缩，入口管组件14'向近端滑动到与阀座本体24'的座98'的密封位置。因此，管腔58'与通孔（未示出，但类似于图3的通孔44）密封分开，使得患者的呼吸不能够从管腔58'进入恒定压力腔18'。

尽管本文示出和描述了特定实施例，但本领域技术人员应理解的是，很多替代性和/或等价实施方式可以替换示出和描述的特定实施例，而不偏离本公开的范围。本申请意在覆盖本文所述的特定实施例的任何改变或变型。因此，本公开仅由权利要求及其等价物限制。

Claims (20)

1.一种用于作为对患者的呼吸进行采样的医疗系统的一部分的气体流量调节设备，所述设备包括：

包括主壳体、阀座本体和远端板的壳体组件，所述主壳体形成入口端口，所述远端板形成出口孔；

包括近入口端、形成管腔的管、和凸缘的入口管组件，所述入口管组件可滑动地设置在所述壳体组件内；

设置在所述主壳体内的偏置设备，所述偏置设备支承抵靠所述入口管组件的所述凸缘；

形成于所述壳体组件内、位于所述入口管组件的所述近入口端和所述凸缘之间的中间腔；以及

形成于所述壳体组件内、位于所述入口管组件的所述凸缘和所述远端板之间的恒定压力腔；

其中，所述设备构造成提供开放状态和关闭状态，在所述开放状态，进入所述入口端口的进入空气流通过所述管腔被引导到所述恒定压力腔，在所述关闭状态，所述管腔流体地密封在所述入口端口和所述恒定压力腔之间，使得与所述入口端口处的所述进入空气流率的波动无关地提供来自所述出口孔的恒定空气流率。

2.如权利要求1所述的设备，还包括密封地连接在所述入口管组件的凸缘和所述壳体的内表面之间的上膜，所述上膜将所述中间腔与所述恒定压力腔流体地分开。

3.如权利要求1所述的设备，还包括密封地连接在所述入口管组件的靠近所述近入口端处和所述壳体的内表面之间的下膜。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述偏置设备是弹簧。

5.如权利要求1所述的设备，其中，所述偏置设备位于所述中间腔中。

6.如权利要求1所述的设备，其中，所述阀座本体包括入口管座。

7.如权利要求1所述的设备，其中，所述壳体在所述中间腔形成向周围环境开放的泄放孔。

8.如权利要求1所述的设备，其中，所述远端板包括突出进入所述恒定压力腔的至少一个延伸部。

9.如权利要求1所述的设备，其中，所述入口管组件的凸缘包括抵靠所述壳体组件的内表面设置的边缘。

10.一种调节空气流的方法，包括：

提供一种流量调节设备，所述流量调节设备包括壳体组件、可移动的入口管组件、偏置机构，所述流量调节设备形成第一腔和第二腔；

通过所述偏置机构将所述入口管组件偏置到打开状态；

在形成于所述壳体组件中的通孔处接收来自患者的进入空气流；

当所述入口管组件位于打开状态时，将所述空气流从所述通孔引导通过所述入口管组件中的管腔并进入所述第二腔；

通过所述壳体组件的出口孔限制离开所述第二腔的空气流；以及

将所述入口管组件转换为关闭状态，在该关闭状态下，所述管腔相对于所述第二腔密封，所述转换通过以下步骤实现：

增加所述第二腔中的空气流体积和压力，

响应于所述第二腔中增加的压力而压缩所述第一腔内的偏置机构，

利用对所述偏置机构的压缩而使所述入口管组件朝向阀座滑动。

11.如权利要求10所述的方法，还包括维持离开所述流量调节设备的恒定空气流率。

12.如权利要求10所述的方法，还包括由所述第二腔内的空气流产生的压力施加在所述可移动的入口管组件的凸缘上，所施加的压力大于所述偏置机构的静止力。

13.如权利要求12所述的方法，还包括所述偏置机构维持所述入口管组件抵靠在所述座上的关闭的通道，直到所述第二腔中的压力小于所述偏置机构的静止力。

14.一种呼气阀组件，包括：

具有远端和近端的壳体；

形成密封地连接到所述壳体的孔的远端板；

滑动地设置在所述壳体内的入口管组件，具有近端和远端；

形成于所述壳体中、位于所述入口管组件的近端和远端之间的第一腔；

形成于所述壳体中、位于所述入口管组件的远端和所述远端板之间的第二腔；

连接到所述壳体以及所述入口管组件的远端的上柔性密封部件；

连接到所述壳体以及所述入口管组件的近端的下柔性密封部件；以及

包含在所述第一腔内并且向所述入口管施加偏置力的偏置机构。

15.如权利要求14所述的组件，其中，所述入口管组件具有第一位置，在该第一位置，所述入口管组件内的管腔在所述管的近端和远端都打开。

16.如权利要求15所述的组件，其中，所述入口管组件具有第二位置，在该第二位置，所述管腔抵靠所述壳体的近端关闭。

17.如权利要求15所述的组件，其中，所述第一位置由所述偏置机构的预先确定的力维持。

18.如权利要求14所述的组件，其中，所述壳体的近端形成通孔。

19.如权利要求14所述的组件，其中，所述壳体形成有使所述第一腔暴露于周围环境的至少一个开口。

20.如权利要求14所述的组件，其中，所述弹簧的弹簧常量小于在所述第二腔中所施加的压力，当进入所述组件的空气流大于从所述孔排出的空气流时，维持来自所述组件的恒定空气流。

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