CN103120824A - 一种控制流量的呼吸阀 - Google Patents

Abstract

一种用于控制流量的呼吸阀，包括：空心柔性主体，其具有至少一个带有弯曲内表面的、向外的凸出区域。所述空心柔性主体还包括位于两个固定端点之间的向内突出的邻接区域。此外，所述阀包括流道，位于所述空心柔性主体内，用于在进口和出口之间的流体的通过；阀座，位于所述流道的中央；以及环形元件，圆周地设置在所述空心柔性主体周围。所述环形元件设置为通过执行器单元沿所述流道的轴向运动，从而所述邻接区域至少部分地改变位置和/或改变形状，以控制通过所述流道的流体的流量。

Description

一种控制流量的呼吸阀

背景技术

相关申请

本申请涉及与本申请相同的发明人的以下申请，题目为“控制流量的阀和方法”（PCT/EP2011/057810）；用于各种目的，该申请的全部内容通过参考引入本文。

技术领域

本发明涉及阀领域。具体地，本发明涉及机械控制通过至少一个通道的至少一种液体流量的阀装置。更具体地，本发明的一些实施例涉及用于如医疗呼吸机或机械呼吸机等呼吸机的呼吸阀。

现有技术描述

已知在设计低压阀时，特别是在医疗呼吸机的气体控制领域，非常重要的是阀的流道具有低流动阻力，并且没有或只有较少湍流。同样，在一些申请中，更多关注于阀受污染部件的清洗要求。此外，人们往往希望阀的设计小而轻，并且控制阀的执行器可做的很小且与流道分离开。

低压阀的应用实例如呼气阀、患者泄压阀、混合阀，以及低压系统的流量阀。

如今，最常见的低压阀的设计包括圆盘依靠在管的末端形成阀座。美国专利5,127,400公开了这种设计的一个例子。该设计的缺点是流道的复杂性，这导致湍流和清洁问题。此外，所述整个圆盘暴露在压力下，而流量仅取决于所述圆盘的外边缘。因此需要过于强大、沉重以及贵的执行器来控制这种类型的阀。

另外一个例子是国际专利申请WO2008/112332公开的一种管线阀。该管线阀包括外壳，与外壳可操作连通的节流构件，节流构件的一部分相对于外壳静止，节流构件的另一部分相对于外壳可移动。管线阀还包括执行器，该执行器与所述节流构件的可移动部分可操作地连通，执行器选择地使节流构件产生径向变形。但是，WO2008/112332中公开的阀仅使用一个能变形的区域，因此其不能用作位于两个固定端位置之间的阀装置。此外，所述阀仅可在对着硬管的内部阻塞流体。WO2008/112332没有公开任何关于如何防止变形和磨损，以及如何能简单清洁或拆卸所述阀的内容。因此，所公开的阀不适合用于医疗装置。

美国专利5,119,861公开了一种常见的闭合阀，用于控制通过直的、非锥形管道的流体材料的流量，该闭合阀具有弹性的弹性体密封物，连接至两个轴向排列的刚性端板的周围。弹性密封物的弹性使端板吸附在一起，而径向膨胀，从而啮合并密封管道的内壁。可通过使用连接至一个端板的局部驱动的置换机构，轴向分离两个相对的端板，使所述弹性密封物径向缩小，从而打开所述阀。该阀的设计的问题与WO2008112332基本相同。即使US 5,119,861公开了阀具有至少两个弹性构件，该装置的结构使其仅当一端可替换时可以使用。因此，它不能用于两个固定端点之间。因为该阀常闭，焦点以及使用多于一个弹性构件使得特定应用时对密封效果的更高要求。

因此，一种改进的阀将是有优势的，特别是灵活性提高的执行器控制阀，闭合和开启控制得到改善，具有成本效益，和/或满足上述标准，小而轻的制动器控制器阀具有低的流动阻力，且没有或只有较小湍流。

发明内容

一方面，描述了用于控制医疗呼吸机流量的呼吸阀。所述阀包括空心柔性主体，该空心柔性主体具有至少一个具有弯曲内表面的向外的凸出区域。所述空心柔性主体进一步包括向内突出的邻接区域，位于两个固定端点之间。此外，所述阀包括位于所述空心柔性主体内部的供流体在进口和出口之间通过的流道、位于所述流道中央的阀座，以及圆周地设置在所述空心柔性主体周围的环形元件。所述环形元件设置为可通过驱动器单元沿着所述流道的轴向移动，从而所述邻接区域至少部分地改变位置和/或改变形状，以控制通过所述流道的流体的流量。在所述阀的一些例子中，所述空心柔性主体的凸出区域位于所述邻接区域的上游。这有助于在所述空心柔性主体的材料不产生压力或张力的情况下，增大所述环形元件的可动性。还可以根据邻接区域相对于所述阀座的位置，进一步提供改善的所述阀的打开或闭合反应。

在一个实施例中，所述空心柔性主体的凸出区域具有弯曲的内表面。在另外一些例子中，所述空心柔性主体在所述凸出区域具有增加的内径。附加地和/或可选地，在一些实施例中，所述凸出区域在其中心部分可具有大致不变的壁厚。

上面描述的阀的一个优点为便于阀在两个非柔性的进口通道和出口通道之间定位，从而在不使材料产生张力时，进行所述阀的打开和闭合运动。进一步地，这避免了所述非柔性进口通道和出口通道配件的张力。张力和压力可造成永久变形或磨损。在医疗用途中，磨损，如管道上的裂缝就可能是一个问题，因为它可能增大污染的风险。磨损变形同样也可能影响设备的可靠性，例如，所述阀可能在关键时刻坏掉。本文所描述的阀装置可有效避免上述缺点。

另一个优点是，所述空心柔性主体和所述阀座的结构材料是耐加压加热的，和/或在所述空心柔性主体和所述阀座内的结构材料可以是一次性的。同样，所述阀可包括耐加压加热的部件以及一次性部件。例如，所述耐加压加热的材料包括硅橡胶、不锈钢等。

进一步地，所述阀设计的一个优点在于拆卸和组装不同部分的简易性，这在医疗应用中是至关重要的。另一个优点是，这些难清洗和/或制作成本昂贵的部件，如执行器单元，与所述流道分离，从而被污染的可能性很小。

所述阀设计的另一个优点在于，由于所述流道的流体动力学形状和低湍流，因此其具有低流动阻力以及低压力降。这在医疗呼吸机中尤其重要，例如呼气阀应用，由于呼气通常通过患者胸腔的弹性被动进行，因此呼吸工作降低。

在所述阀的一些例子中，根据所述环形元件的轴向运动，所述邻接区域被设置为当密封性地紧靠所述阀座时，所述邻接区域处于径向折叠状态，和/或当所述阀打开时，所述邻接区域处于非折叠状态。

进一步地，在一些例子中，所述邻接区域具有带有中心缺口的菱形区。

此外，在一些例子中，当处于折叠状态时，所述菱形区的缺口设置为沿着所述邻接区域的内径的缠绕形状。在一个实施例中，所述缠绕形状为正炫曲线。

当折叠时，所述缠绕形状的一个优点为增大了对整个折叠的控制。同样，当阻塞和/或闭合所述阀时，可在不压缩所述空心柔性主体时，进行所述折叠。进一步地，当折叠时，所述缠绕形状的一个优点为，当所述邻接区域的缺口完全紧靠所述阀座时，提高密封效果。

同样，在所述阀的一些例子中，一个管状元件可延伸至所述流道的下游和/或上游。所述管状元件可具有端面，当所述阀处于打开状态时，该端面设置为紧靠所述凸出区域的内壁或紧靠所述邻接区域。

这种布置具有当所述阀打开时可防止流体进入所述凸出区域的优点。因此，在流体流经所述阀的流道时，可实现较小的湍流。

应该强调的是，术语“包括”用于本说明书中时，是为了具体说明所述特征、整体、步骤或部件的存在，但是并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、部件或其组合的存在或添加。

附图说明

图1A至1C展示了根据本发明的阀装置原理的典型实施例；

图2A和2B展示了本发明的阀装置的另一典型实施例；

图3A和3B展示了本发明的阀装置的另一典型实施例；

图4A和4B展示了本发明的阀装置的一个典型实施例；

图5A至5C展示了本发明的阀装置的一个典型实施例；

图6A和6B展示了本发明的阀装置的一个典型实施例；

图7A和7E展示了本发明的阀装置的具有菱形的区域结构的典型实施例；

图8展示了本发明的具有菱形区的阀装置的典型实施例。

具体实施方式

现在结合附图，详细描述本发明的具体实施例。但是，可以以其它不同的方式实施本发明，不应理解为本发明受此处实施例的限制；而且，提供这些实施例是为了更透彻和完全地理解本发明，从而完整地将本发明的范围传递给本领域技术人员。附图中所展示的具体实施方式中的术语不是用于限制本发明。在附图中，相同的数字代表相同的元件。

下面描述集中于用于控制通过流道的流体流量的阀。具体地，所述阀可用于呼吸机或医疗呼吸机。这种阀的一个例子为呼吸阀。但是，可以理解的是本发明不限于这种应用，而是可以应用于很多其它用于控制流量的机械阀。

在如图1A至1C所述的阀的例子中，所述阀1由空心柔性主体19构成。图1A展示了所述阀1的剖视图。

根据一个实施例的阀1的优点为将所述空心柔性主体19制成软管道，该软管道由如硅树脂等材料制成。

在所述实施例中，所述柔性主体19具有两个向外的凸出区域11a和11b。在一个实施例中，所述凸出区域11a和11b具有弯曲的内表面。

此外，在一些实施例中，所述空心柔性主体19在所述凸出区域11a和11b具有增加的内径。附加地和/或可选地，在一些例子中，所述凸出区域11a和11b在中心部分可具有大致不变的壁厚。

在两个向外的凸出区域11a和11b之间为腰部区域10，从而得到一个大致哑铃型的轮廓。

阀1的空心柔性主体19固定至两个固定端点17a和17b。

在空心柔性主体19内部设置有流道，该流道具有位于中心的阀座13。在一些实施例中，阀座13具有旋转对称的圆形轮廓。或者，在一些实施例中，所述阀座13具有旋转对称的锥形轮廓。由于该圆锥状，这种设计具有进一步降低流动的湍流的优点。

使用至少一个支柱15,16定位并固定所述阀座13。或者，也可使用两个支柱15，16将所述阀座13固定在流道中。

进一步地，环形元件12圆周地设置在所述空心柔性主体19周围。在一些例子中，所述环形元件12圆周地设置在至少一部分腰部区域10的周围。所述环形元件12可沿流动的轴向运动。所述环形元件12的轴向运动可通过使用执行器单元来进行，如压电元件或微型电动机。

当将环形元件12沿轴向移向或远离阀座时，可控制通过流道的流体的流量。通过所述流道的流体沿箭头的方向流动。

所述环形元件12的运动使所述空心柔性主体19的邻接区域11改变位置或改变形状。在图1A至1C中，所述环形元件12朝向阀座13上游的轴向运动可减少通过所述流道的流量。所述环形元件12朝向远离所述阀座13方向的轴向运动将增加通过流道的流量。所述流量的增加或减少是由于向内突出的邻接区域101和阀座13上游区域之间的流道的流量横截面积的改变引起的。这种改变是由于所述邻接区域101的位置改变和/或形状改变引起的。

向外（从流道）凸出区域11a，11b可通过增加空心柔性主体19的柔性以使所述环形元件12进行轴向运动。因此，可在不产生可导致永久形变或磨损的张力或压力的情况下改变位置和/或改变形状。在医疗用途中，磨损，如在管道上的裂缝是一个问题，因为它可能增大污染的风险。磨损变形同样也可能影响设备的可靠性，例如，所述阀可能在关键时刻坏掉。本发明所述的阀装置可有效避免上述缺点。

在所描述的实施例中，通过使邻接区域101紧靠所述阀座13的上游区域，来闭合所述阀1。在所述阀座13的上游位置进行闭合的优点在于，流体流动的力量可有助于闭合所述阀1，从而可提供更快速的闭合反应。此外，由于流体流动的力量，本实施例中所述阀的密封能力可得到提升。另一个优点是阀简易控制且容易控制用力。

图1B从另一个角度展示了阀1的横截面。在该图中，展示了所述支柱15,16的典型设计，其用于将所述阀座13固定在所述流道中的阀座所在的位置。

图1C从外部展示了阀1。此处展示了所述环形元件12、它在所述空心柔性主体12上的位置以及所述向外的凸出区域11a、11b。还展示了用于使所述环形元件12运动的微型电动机。

图2A和2B展示了阀2的另一个例子。所述阀由具有腰部区域22的空心柔性主体29构成。所述空心柔性主体29固定至两个固定端点24a，24b。可轴向运动的环形元件25设置在所述腰部区域22的一部分内。附加地和/或可选地，在一些例子中，向外的凸出区域23可设置为促进邻接区域102改变位置和/或改变形状。所述凸出区域23具有弯曲的内表面。

通过在流动方向上轴向移动所述环形元件25，可控制经过所示阀2的流道的流量。通过使所述邻接区域102紧靠阀座20的上游区域，闭合所述阀2。

所述空心柔性主体29的壁21的部分从较薄区域27向一个所述固定端点24b逐渐变硬。在一个实施例中，所述逐渐变硬通过使所述壁逐渐变厚来实现。附加地和/或可选地，在一些例子中，所述壁21也从所述较薄区域27向所述邻接区域102逐渐变硬。

增加的硬度使所述壁免于折叠，而仍能在较薄区域27提供柔性。因此，可以在对所述壁的材料不产生张力或压力时，使所述邻接区域102改变位置和/或改变形状。

另外和/或或者，在所述阀的一些例子中，可设置管状元件26，其延伸至所述阀的流道。当阀在打开位置时，通过使所述管状元件26的端面紧靠所述凸出区域23的一部分，避免流体流入所述凸出区域23。因此，在流体流经所述阀的流道时，可实现较小的湍流。

在所述阀的一些例子中，所述管状元件26可在其一个末端具有支柱，以支撑所述阀座20。还可在所述阀座20的下游设置另一个支柱28。

此外，可在所述阀座20的上游区域设置肩部。所述肩部设置为当紧靠所述阀座20时容纳所述空心柔性主体29的所述邻接区域102。从而，当阀处于闭合位置时，可获得提高的密封性。因此，这种结构可改善所述闭合阀的密封性。

本发明阀的设计的其它优点为具有改善的内部的流体动力学形状，这提供了低压力降和更易操作的力。

图3A和3B展示了阀3的一个例子。所述阀装置与图1A至1C展示的所述阀类似。所述阀由一个大致哑铃形的空心柔性主体39构成，该空心柔性主体39具有腰部区域32和具有弯曲内表面的两个向外的凸出区域31a，31b。所述空心柔性主体39固定至固定端点33a，33b。

设置所述凸出区域，从而当环形元件31沿流经流道的流体的轴向移动时，促进所述邻接区域103的位置改变和/或形状改变。

在该例子中，位于中心的阀座30为梨形，并通过移动所述环形元件31进行阀的闭合，从而位置改变和/或形状改变的邻接区域103紧靠所述阀座30的下游区域。

这种闭合所述阀的方式可提高当阀打开时的反应，因为流体的流动方向与环形元件31的移动方向相同。箭头表示通过空心柔性主体39的流体的流动方向。

可通过至少一个支柱35或34将所述梨形阀座30固定在所述流道的中心位置。

这种结构的阀3的一些优点是对流体动力学形状的改变，从而产生较低的压力差和更容易控制的力。

图4A和4B展示了阀4的例子。所述阀与图1A至1C以及图3A和3B展示的例子的工作类似。在该例子中，管状元件41，如对称的硅胶管，延伸至空心柔性主体49的流道中。在该例子中，所述空心柔性主体49具有两个凸出区域，通过腰部区域42连接在一起。通过使所述邻接区域104密封性地紧靠至所述管状元件41的端面43，当所述阀4处于打开位置时，可防止流体进入所述凸出区域的空间。从而，由于所述凸出区域被密封，远离流体的流动，可使流动过程中湍流减少。

可提供与图1A至1C所展示的阀类似的解决方案，管状元件可延伸至如图2A和2B所示的空心柔性主体上游的流道中。

所述阀座40可设置有肩部，所述肩部用于当邻接区域44被环形元件45改变位置和/或改变形状至闭合位置时来容纳邻接区域44。在所示的例子中，所述环形元件45圆周地设置在部分腰部区域41的周围。

所述阀座40可被至少一个支柱46,47固定于所述流道的中心位置。

图5A至5C进一步展示了阀5的例子。在一个例子中，所述空心柔性主体59的邻接区域50设置为通过环形元件51的轴向运动可控制的对着阀座53折叠。所述环形元件51圆周地设置在所述邻接区域50和至少一个固定端点54a，54b之间，在一个实施例中，设置在所述邻接区域50和所述固定端点54b之间，从而在阀座53下游具有光滑的内表面。

此外，在所述阀5的一些例子中，可以设置朝外的凸出区域52，从而在对所述空心柔性主体59的材料不产生任何张力和压力的情况下，促进所述环形元件51的轴向运动。

所述阀座53可以具有前面描述的任何形状。所述阀座53可通过至少一个支柱55,56固定于所述流道的中心位置。

该实施例的一个优点为高流体动力学形状提供低湍流和低压力降。

图6A和6B展示了阀6的例子，与图5A和5B的阀类似。在该例子中，管状元件65位于所述空心柔性主体69的流道内。所述管状元件具有与图2A和2B所示的所述管状元件类似的优点。此处，当所述阀处于打开位置时，所述管状元件65的端面66紧靠所述空心柔性主体的所述内表面区域。从而防止流体进入所述凸出区域64。所述内表面被环形元件61保持在邻接位置（abutting positing）。

在流体流动方向上轴向地移动所述环形元件，通过可控制的将所述邻接区域62朝向所述阀座60折叠，从而可控制经过所述流道的流量。

通过至少一个支柱67,68将所述阀座60保持在适当位置。所述空心柔性主体69固定在固定端点63a，63b。

图7A至7E展示了阀的空心柔性主体7。所述空心柔性主体7具有可折叠的邻接区域71的有利结构。在一个实施例中，所述邻接区域71具有沿着其圆周的菱形区70，该菱形区在中心有缺口（notch）72。为了说明目的，展示出了环形元件73和凸出区域75的位置。

当所述邻接区域被折叠时，在所述空心柔性主体的材料上没有很大的张力和压力，由于所述材料将沿着所述内径的缺口缠绕，如正炫曲线。因此当折叠至最小内径时，材料自身需要最低限度的压缩以适应材料。除了减少材料的张力和压力外，还可进一步增加所述折叠的密封性和可控性。根据这一原理，材料在折叠时没有任何压缩，因此张力和压力可被降低。此外，还可进一步改善对通过所述阀的流量的控制。

图7A至7E展示了可用于不同结构阀的菱形的不同形状和角度。使用的结构可取决于需要的反应、密封性、阀的材料和尺寸和流道。

图8展示了阀8的一个例子，与图6A和6B所示的阀类似。在该例子中，根据图7A至7E描述的邻接区域的原理，所述可折叠的邻接区域80具有菱形区81。

或者，图7A至7E描述的邻接区域的结构原理可与本文中描述的任何阀结合使用。

此外，本文中所描述的阀可使用耐加压加热材料的空心柔性主体和阀座构造。或者，所述空心柔性材料和所述阀座的结构材料可以为一次性的。或者，所述阀还包括耐加压加热的部件，以及可一次性部件。例如，所述耐加压加热材料包括硅橡胶、不锈钢等。

一个实施例的优点为便于阀在两个非柔性的进口通道和出口通道之间定位。此外，可利用凸出区域，从而环形元件的轴向运动可使邻接区域位置改变和/或形状改变。从而，避免了所述空心柔性主体的材料的张力和/或所述非柔性进口通道和出口通道的配件的张力。张力和压力可造成永久变形或磨损。在医疗用途中，磨损，如在管道上的裂缝是一个问题，因为它可能增大污染的风险。磨损变形同样也可能影响设备的可靠性，例如，所述阀可能在关键时刻坏掉。本文中所述阀可有效避免上述缺点。

此外，通过为经过所述阀的流体提供改善的流体动力学形状，所述阀提供改善的压力降和较少的流动湍流。进一步地，所述阀的原理为流经流道的流体增加可控制性提供了基础。

所述装置的不同部件的功能原理可认为是用于机械地控制流道中，如医疗呼吸机的流道中，的流量的方法。

本领域技术人员将理解，本发明可体现为装置、系统或方法。

本文中已经描述和展示了本发明的几个例子，本领域技术人员将容易地想到各种其它装置和/或结构，用于实现所述功能和/或获得所述结果和/或一个或多个本文中描述的优点，且任何这样的变形和/或修饰都被认为落入本发明的保护范围内。一般来说，本领域技术人员将容易地理解本文中所描述的所有参数、尺寸、材料和结构都旨在举例说明，实际参数、尺寸、材料和/或结构将取决于具体的应用，或本发明所教导的应用。

Claims (12)

1.一种控制流量的呼吸阀，包括：

空心柔性主体，具有至少一个带有弯曲内表面的向外的凸出区域，以及位于两个固定端点之间的向内突出的邻接区域；

流道，位于所述空心柔性主体内，用于流体在进口和出口之间通过；

阀座，位于所述流道的中央；

环形元件，圆周地设置在所述空心柔性主体周围；

其特征在于，所述环形元件设置为在一执行器单元沿的作用下沿所述流道的轴向运动，从而所述邻接区域至少部分地改变位置和/或改变形状，以控制通过所述流道的流体的流量。

2.根据权利要求1所述呼吸阀，其特征在于，所述空心柔性主体具有位于所述两个固定端点之间的外部腰部区域；

所述空心柔性主体的内径在所述凸出区域逐渐增加；

所述空心柔性主体具有朝向至少一个所述固定端点逐渐变硬的壁；或者

所述空心柔性主体具有朝向至少一个所述固定端点逐渐变厚的壁。

3.根据权利要求1所述呼吸阀，其特征在于，所述凸出区域在中心部分具有固定的壁厚。

4.根据权利要求1所述呼吸阀，其特征在于，所述邻接区域设置为在改变位置和/或改变形状之后，密封性地紧靠所述阀座。

5.根据权利要求1所述呼吸阀，其特征在于，所述环形元件圆周地设置在所述邻接区域的一部分外：或者

所述环形元件圆周地设置在所述空心柔性主体周围，该空心柔性主体位于所述邻接区域和所述两个固定端点中的一个之间。

6.根据权利要求1所述呼吸阀，其特征在于，所述邻接区域设置为在其改变位置和/或改变形状时，从上游或下游轴向紧靠所述阀座。

7.根据权利要求1所述呼吸阀，其特征在于，所述阀座为梨形。

8.根据权利要求4所述呼吸阀，其特征在于，所述阀座具有肩部，用于当闭合所述阀时，容纳所述邻接区域。

9.根据权利要求1所述呼吸阀，其特征在于，根据所述环形元件的轴向运动，所述邻接区域设置为当密封性地紧靠所述阀座时处于径向折叠状态，和/或当所述阀打开时处于非折叠状态。

10.根据权利要求13所述呼吸阀，其特征在于，所述邻接区域具有带有中心缺口的菱形区。

11.根据权利要求14所述的呼吸阀，其特征在于，所述菱形区的缺口设置为当所述邻接区域处于所述折叠状态时，提供沿着所述邻接区域内径的缠绕形状。

12.根据权利要求1所述的呼吸阀，其特征在于，管状元件延伸至所述流道下游和/或上游，所述管状元件具有端面，当所述阀处于打开状态时，该端面设置为紧靠所述凸出区域的内壁或紧靠所述邻接区域。

Images