CN102500030B - 电磁控制三通流量阀及医用呼吸机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁控制三通流量阀及医用呼吸机，电磁控制三通流量阀包括气源口、释放口和呼吸口。气源口与呼吸口之间设置有吸气阀门，呼吸口与释放口之间设置有呼气阀门，吸气阀门和呼气阀门以联动关系进行调节，吸气阀门和呼气阀门均为镂空圆筒嵌套结构，包括嵌套在一起的固定筒和滑动筒，吸气阀门和呼气阀门的滑动筒连接有电磁驱动器，以实现对吸气阀门和呼气阀门开启程度的同步控制。医用呼吸机连接有上述的电磁控制三通流量阀后，可以通过调节吸气阀门和呼气阀门的开启程度，对吸气和呼气的压力和流量进行控制，从而在吸气和呼气阶段维持适当压力或流量，实现医用呼吸机双水平的压力控制和流量控制，结构简单、使用方便、控制精确、节省功耗。

Description

电磁控制三通流量阀及医用呼吸机

技术领域

本发明涉及一种医用呼吸器械，尤其涉及一种电磁控制三通流量阀及医用呼吸机。

背景技术

无创正压通气(NPPV)是一种有助于治疗慢性阻塞性肺疾病(COPD)的有效方法。无创正压通气技术是指，在没有植入人工气道的情况下通过医用呼吸机和经鼻面罩对COPD患者进行正压通气治疗。其医用呼吸机可按照预设的压力值对经鼻面罩中的压力进行自动控制。若将压力设定为双水平的形式，即吸气压力和呼气压力，那么正压通气在患者吸气和由于肺部反冲而被动呼气时将向患者提供帮助。

现有的呼吸机使用三种技术对输出压力进行控制：

第一种是在吸气和呼气时使用风机调节压力；第二种是使用比例阀，通过控制阀门开启调节压力；第三种是使用压力阀，通过控制漏气量对输出压力进行控制。

上述现有技术至少存在以下缺点：

对于通过调节风机来控制压力的方法，好的压力响应能力和可靠性取决于电机轴承技术、风机的电源管理及系统中的摩擦稳定性，而这些因素的一致性和稳定性都较差；第二个方法通过对风机和比例阀同时调节来实现控制压力的目标，因此当系统受到病人咳嗽减压或任何其他干扰时，难以对压力进行精确控制；利用第三种方法进行压力控制的系统存在漏气，因此整体效率低，而且运行噪音较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够分别控制吸气和呼气压力和流量，且结构简单、使用方便、控制精确的电磁控制三通流量阀及医用呼吸机。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的电磁控制三通流量阀，包括壳体，所述壳体上设有三个气体端口，分别为气源口、释放口和呼吸口，所述气源口与呼吸口之间设置有吸气阀门，所述呼吸口与释放口之间设置有呼气阀门，且所述吸气阀门和呼气阀门以联动关系进行调节。

本发明的医用呼吸机，该医用呼吸机连接有上述的电磁控制三通流量阀，该医用呼吸机的风机出风口与所述电磁控制三通流量阀气源口连接。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的电磁控制三通流量阀及医用呼吸机，由于电磁控制三通流量阀的气源口与呼吸口之间设置有吸气阀门，呼吸口与释放口之间设置有呼气阀门，且吸气阀门和呼气阀门以联动关系进行调节，可以同步改变吸气阀门和呼气阀门的开启程度，分别控制吸气和呼气的压力和流量，在吸气和呼气阶段维持适当压力和流量，实现两个水平压力输出，以达到最佳的压力，使用方便、控制精确、效率高、运行噪音低。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电磁控制三通流量阀的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电磁控制三通流量阀的切面结构示意图；

图3A、图3B、图3C、图3D为本发明的具体实施例中固定筒的整体结构示意图；

图4A、图4B、图4C、图4D为本发明的具体实施例中滑动筒的整体结构示意图；

图5A、图5B、图5C、图5D为本发明的具体实施例中固定筒和滑动筒相对位置示意图；

图6为本发明的具体实施例中重合面积随固定筒和滑动筒相对位置变化时的曲线；

图7为本发明的具体实施例中固定筒、滑动筒、弹簧片和驱动器的组装状态示意图；

图8为本发明的具体实施例中阻尼弹簧片的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的电磁控制三通流量阀，其较佳的具体实施方式是：

包括壳体，所述壳体上设有三个气体端口，分别为气源口、释放口和呼吸口，所述气源口与呼吸口之间设置有吸气阀门，所述呼吸口与释放口之间设置有呼气阀门，且所述吸气阀门和呼气阀门以联动关系进行调节。

所述吸气阀门和呼气阀门连接有电磁驱动器，该电磁驱动器提供线性驱动控制，用于同步调节所述吸气阀门和呼气阀门的开启程度。

所述吸气阀门和呼气阀门均为镂空圆筒嵌套结构，该结构包括嵌套在一起的固定筒和滑动筒，所述固定筒和滑动筒的一端开口、另一端封闭，其侧壁上分别设有镂空的通孔；

所述吸气阀门的固定筒和所述呼气阀门的固定筒均与所述壳体固定连接，所述吸气阀门的滑动筒和所述呼气阀门的滑动筒均与所述电磁驱动器的驱动轴连接，用于控制所述吸气阀门的滑动筒和所述呼气阀门的滑动筒的联动同步运动。

吸气阀门的滑动筒和呼气阀门的滑动筒与所述电磁驱动器的主动轴连接后，其整体通过阻尼弹簧片与所述壳体连接。

所述固定筒的侧壁上周向均匀分布有四条矩形通孔，所述滑动筒的侧壁上设有周向均匀分布的两条等腰三角形通孔，且等腰三角形的顶角指向滑动筒的开口端；

所述吸气阀门和呼气阀门的开启程度由所述矩形通孔和等腰三角形通孔的重叠程度决定。

弹簧片外侧有固定孔，用于固定连接，弹簧片中部为镂空结构，该镂空结构即能提供所需的阻尼弹力，又能作为气体流通的窗口。

本发明的医用呼吸机，其较佳的具体实施方式是：

该医用呼吸机连接有上述的电磁控制三通流量阀，该医用呼吸机的风机出风口与所述电磁控制三通流量阀气源口连接。

所述电磁控制三通流量阀的释放口与医用呼吸机的电机进气道连接。

所述电磁控制三通流量阀的呼吸口连接有气流传感器，所述气流传感器与所述电磁驱动器的控制单元电连接。

本发明所述的电磁控制三通流量阀，其吸气阀门和呼气阀门为镂空圆筒嵌套结构。该结构包括固定筒和滑动筒，其中滑动筒与独立的电磁驱动器连接，以控制固定筒与滑动筒之间的相对位置。吸气阀门的固定筒和呼气阀门的固定筒与电磁控制三通流量阀的外壳连接；吸气阀门的滑动筒和呼气阀门的滑动筒与电磁驱动器连接后，其整体通过阻尼弹簧片与电磁控制三通流量阀的外壳连接。医用呼吸机连接有上述的电磁控制三通流量阀后，电磁驱动器可以同步改变吸气阀门和呼气阀门的开启程度，分别控制吸气和呼气的压力和流量，在吸气和呼气阶段维持适当压力和流量，使用电磁控制三通流量阀实现两个水平压力输出，以达到最佳的压力，使用方便、控制精确、效率高、运行噪音低。

下面通过具体实施例并结合附图对本发明的结构及动作原理进行详细的描述：

电磁控制三通流量阀的具体实施例：

如图1、图2所示，包括气源口1、释放口3和呼吸口2，气源口1与呼吸口2之间设置有吸气阀门5，呼吸口2与释放口3之间设置有呼气阀门6，吸气阀门5和呼气阀门6连接有电磁驱动器4；

电磁驱动器4可以同步控制吸气阀门5和呼气阀门6的开启程度，从而对气源口1与呼吸口2之间的气阻以及呼吸口2与释放口3之间的气阻进行同步控制；

吸气阀门5和呼气阀门6的结构特征相同，为镂空圆筒嵌套结构；该结构包括固定筒7和滑动筒8，其上有镂空特征。

如图3A、3B、3C、3D所示，本实施例中的固定筒7，其上具有周向均匀分布的四条矩形镂空特征9；

如图4A、4B、4C、4D所示，本实施例中的滑动筒8，其上具有周向均匀分布的两条等腰三角形镂空特征10，且等腰三角形的顶角指向滑动筒8的开口端；

上述吸气阀门5和呼气阀门6的开启程度是由固定筒7和滑动筒8的相对位置决定的。

如图5A、5B、5C、5D、图6所示，为本实施例固定筒7和滑动筒8相对位置示意图，随着两筒嵌套程度的不同，分为A、B、C、D四个特征位置，其中A的嵌套程度最大，D的嵌套程度最小；图5A中滑动筒8完全嵌套在固定筒7外，此时固定筒7上的矩形镂空特征9与滑动筒8上的等腰三角形镂空特征10的重合面积最大，对应于图6中的位置A；图5B中滑动筒8稍抽离固定筒7，此时固定筒7上的矩形镂空特征9与滑动筒8上的等腰三角形镂空特征10的重合面积减小，对应于图6中的位置B；当滑动筒8进一步稍抽离固定筒7，至图5C所示状态时，两筒的重合面积降至最低，对应于图6中的位置C；在滑动筒8由图5C状态进一步稍抽离固定筒7至图5D状态的过程中，重合面积保持最低值不变，即图6中的CD段；

本实施例中固定筒7与电磁控制三通流量阀的外壳连接，当滑动筒8的位置改变时，两筒镂空区域的重合面积会按照图6的规律发生连续的变化，使得吸气阀门5和呼气阀门6的开启程度发生连续变化。

如图7所示，吸气阀门的滑动筒8-1和呼气阀门的滑动筒8-2与电磁驱动器的驱动线圈12通过连接轴15连接后，其整体通过两片阻尼弹簧片11与电磁控制三通流量阀的外壳连接。驱动线圈12通电后所产生的电磁推力或拉力会使弹簧片变形，使两滑动筒8的位置发生改变，从而改变吸气阀门5和呼气阀门6的开启程度。

如图8所示，弹簧片外侧有固定孔13，其中可穿过固定螺丝与三通流量阀的外壳相连接。弹簧片中部为镂空结构14，该镂空结构即可提供所需的阻尼弹力，也可作为气体流通的窗口。由呼吸口进入的气体，可以通过该窗口由排气口排出。

结合本实施例，对该电磁控制三通流量阀提供双水平压力(即吸气压力和呼气压力)时的动作原理进一步描述为：

气体由医用呼吸机中的风机提供，自气源口1进入电磁控制三通流量阀；

需由呼吸口2提供吸气压力时，向驱动线圈12施加电流，使得驱动线圈12受到电磁力的作用，并通过连接轴15使吸气阀门的滑动筒8-1和呼气阀门的滑动筒8-2向靠近气源口1的方向移动。此时，吸气阀门5的开启状态处于图6中的AC段，呼气阀门6的开启状态处于图6中的CD段。处于CD段的呼气阀6的重合面积最小，为截流状态，基本上“截断了”呼吸口2和释放口3之间通路。通过改变驱动电流，精确控制吸气阀5在AC段的重合面积。对于闭环控制的呼吸机系统，根据呼吸口2外气流传感器的反馈信号，可以对施加电流进行调整，可在呼吸口2处得到稳定的目标吸气压力。

需由呼吸口2提供呼气压力时，向驱动线圈12施加反向电流，使吸气阀门的滑动筒8-1和呼气阀门的滑动筒8-2向远离气源口1的方向移动。此时，吸气阀门5的开启状态处于图6中的CD段，呼气阀门6的开启状态处于图6中的AC段。处于CD段的吸气阀5的重合面积最小，为截流状态，基本上“截断了”气源口1和呼吸口2之间通路，使风机提供的气体无法进入电磁控制三通流量阀。患者呼气时，肺部排气产生的输出压力可以通过改变呼气阀6在AC段的重合面积进行精确控制。对于闭环控制的呼吸机系统，根据呼吸口2外气流传感器的反馈信号，可以对施加的反向电流进行调整，可在呼吸口2处得到稳定的目标呼气压力。

本发明的电磁控制三通流量阀中，驱动器的装配未使用轴承，从而消除了系统摩擦，允许阀门的快速响应和无摩擦。驱动器是一个力平衡器，通过电流来平衡弹簧片的变形后的回弹力，用于控制吸气和呼气的压力。采用传统的控制器(如比例和积分(PI)控制器)或线性的开环控制，该系统有能力保持压力。结构简单，生产成本低。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种医用呼吸机，其特征在于，该医用呼吸机连接有电磁控制三通流量阀，所述电磁控制三通流量阀包括壳体，所述壳体上设有三个气体端口，分别为气源口、释放口和呼吸口，所述气源口与呼吸口之间设置有吸气阀门，所述呼吸口与释放口之间设置有呼气阀门，且所述吸气阀门和呼气阀门以联动关系进行调节；

该医用呼吸机的风机出风口与所述电磁控制三通流量阀气源口连接；

所述吸气阀门和呼气阀门连接有电磁驱动器，该电磁驱动器提供线性驱动控制，用于同步调节所述吸气阀门和呼气阀门的开启程度；

所述吸气阀门和呼气阀门均为镂空圆筒嵌套结构，该结构包括嵌套在一起的固定筒和滑动筒，所述固定筒和滑动筒的一端开口、另一端封闭，其侧壁上分别设有镂空的通孔；

所述吸气阀门的固定筒和所述呼气阀门的固定筒均与所述壳体固定连接，所述吸气阀门的滑动筒和所述呼气阀门的滑动筒均与所述电磁驱动器的主动轴连接，用于控制所述吸气阀门的滑动筒和所述呼气阀门的滑动筒的联动同步运动。

2.根据权利要求1所述的医用呼吸机，其特征在于，吸气阀门的滑动筒和呼气阀门的滑动筒与所述电磁驱动器的主动轴连接后，其整体通过阻尼弹簧片与所述壳体连接。

3.根据权利要求2所述的医用呼吸机，其特征在于，所述固定筒的侧壁上周向均匀分布有四条矩形通孔，所述滑动筒的侧壁上设有周向均匀分布的两条等腰三角形通孔，且等腰三角形的顶角指向滑动筒的开口端；

所述吸气阀门和呼气阀门的开启程度由所述矩形通孔和等腰三角形通孔的重叠程度决定。

4.根据权利要求3所述的医用呼吸机，其特征在于，所述阻尼弹簧片外侧有固定孔，用于固定连接，所述阻尼弹簧片中部为镂空结构，该镂空结构既能提供所需的阻尼弹力，又能作为气体流通的窗口。

5.根据权利要求1至4任一项所述的医用呼吸机，其特征在于，所述电磁控制三通流量阀的释放口与医用呼吸机的电机进气道连接。

6.根据权利要求5所述的医用呼吸机，其特征在于，所述电磁控制三通流量阀的呼吸口连接有气流传感器，所述气流传感器与所述电磁驱动器的控制单元电连接。