CN103800983B - 一种用于控制流体流量的阀组件 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于控制流体流量的阀组件。其中使用流体流量控制系统的电子式流量选择器来选择流体流量。流体流量控制系统可操作于电控式和机械式。当系统处于机械模式时，备用的机械式流量选择器用于选择流体的流量。备用的机械式流量选择器包括位置检测设备用以确定流体的流量。流量控制系统的流量选择器与各针阀的阀杆旋转接合，同时还可以轴向移动。

Description

一种用于控制流体流量的阀组件

技术领域

本申请涉及通过阀组件控制流体流量；具体地，本申请涉及用于保持相对于旋转阀杆轴向固定的流量选择器以及阀位置检测设备。

背景技术

流量控制系统在麻醉机气路系统中起着至关重要的作用。该系统直接控制着流经病人端的各种支路气体的流量，一般包括空气、氧气和笑气。目前，市面上可以见到机械式流量控制系统、电控式流量控制系统以及两者兼备的高端流量控制系统。其中，机械式流量控制系统主要是采用针阀组件对流量进行控制，而电控式则是利用微型比例电磁阀替代了针阀。而两者兼备的系统，则是将电控式作为主控制系统，机械式作为备用系统，以防止整机在电控式流量控制系统失效的情况下陷入瘫痪。

对比机械式与电控式的区别，后者除了操作简单方便，更加智能化，他还可以自动清零复位。即，无论整机当前的调节流量是多少，整机关机后就自动清零。下次开机时必须从零开始重新调节。这就有效防止了，在面对不同的病人或者是临床需求的情况下，上次设定的流量值对下一位不适应造成的影响。尤其是在之前的设定流量值比较大的情况下，更会对后一位使用者造成冲击，具体伤害还得取决于所使用的气体种类。这种隐患是机械式流量控制系统必须面对的。因为只有人为的重新设定，针阀所调节的流量值才会相应调整。尤其是以机械式流量控制系统作为备用系统的高端机器，这种风险更加严峻。因为此时整机已经与病人端连接，由于某种突发原因，电控式流量控制系统工作失效，整机及时启用了备用系统。若此时流量过大或是直接引入了不适宜的气体，将直接影响病人。

发明内容

现有麻醉气体输送系统中，医师在不同情况下可以通过电控式或机械式控制其中输送的新鲜气体如氧气、笑气和空气的流量。各种实施方式中，处于通电状态时，一个或多个可转式流量选择器如操作旋钮用于电子式控制气体流量。麻醉气体输送系统还可以包括备用的机械式控制设备，用于在未通电状态时控制一种或多种气体的流量。一种实施方式中，三通阀、和/或常开阀和常闭阀的组合用于可选择地允许来自电子式比例阀或机械式操作针阀的气体流动。任意类型的流量控制系统可使用或不用针阀组件、流量选择器和位置检测设备。

一些实施方式中，当流体流量控制系统处于电控模式时，三通阀或其它转向阀设备允许来自电子式比例阀的流体流向病人端。当流体流量控制系统处于非通电状态或者是选择为手动控制时，三通阀允许来自电子式比例阀的流体流向病人端。可替换地，本申请描述的转向阀设备可包括常开阀和常闭阀的组合，用以替代三通阀或是结合三通阀一起使用。在一些实施方式中，转向阀设备位于流体输入端和流体控制阀之间；另一些实施方式中，转向阀设备位于流体控制阀和流体输出端之间。

电子式流量控制阀用于有选择地接收来自流体输入端的流体。医师可通过电子式流量选择器得以选择流经电子式流量控制阀的第一流体的流量。例如，对电子式流量选择器选择的内容通过编码器进行电子式编码，然后将已编码的选择内容传送到电子式控制器。基于电子式流量选择器的选择内容，电子式控制器可传送控制信号到电子式流量控制阀用以控制流体流量。电子式流量控制阀可包括电子式比例阀，电子式流量选择器可包括可由医师手动旋转的旋钮。可选地，电子式流量选择器可包括任何各式各样的数字和/或模拟选择器。

在一些实施方式中，通过唯一的电子式流量控制阀来控制每个可用流体的流量。该唯一的电子式流量选择器用于控制各个电子式流量控制阀的流量。或者，有选择地分配一个或多个电子式流量选择器用以控制两个或多个电子式流量控制阀。例如，系统可包括三个电子式流量控制阀，一个用于控制氧气，一个用于控制空气，另一个用于控制笑气。系统还可只设有两个电子式流量选择器，可选择其中一个用于控制空气的流量或者笑气的流量。通过固定分配或有选择地分配任何电子式流量选择器，可以控制任何一个或多个可用流体的流量。

一个或多个机械式流量控制阀用于控制每个可用流体的流量。例如，通过唯一的针阀来机械式地控制每个可用流体的流量。由医师操纵的机械式流量选择器，如旋钮或滑块，可用于机械式地调整通过每个针阀的流量。一些实施方式中，当系统处于电控模式时，可禁用和/或缩回机械式流量选择器以防止误操作的流量调节。

一些实施方式中，针阀的可转式阀杆与可转式流量选择器如旋钮的接合腔相接合。可转式流量选择器位于相对于阀外壳的轴向上的固定位置。可转式流量选择器的接合腔用于容纳阀杆的端部。转动可转式流量选择器时，阀杆也随之转动。阀杆可以轴向移动，从而增加或减少流体流量。又一些实施方式中，阀杆还用于在接合腔内移动。因此，流量选择器可位于相对于阀外壳的轴向上的固定位置，同时仍保持可旋转地与阀杆接合。

接合腔和阀杆可以是任何非圆形状，以使得阀杆保持轴向上接合的同时还能自由地轴向移动。例如，接合腔和阀杆可以是六边形或具有相接合的隆起部/侵入部。接合腔和阀杆可以是椭圆形、方形、六角形、环形侵入部/隆起部，和/或任何n边多边形或其它非圆形状。

通电状态下，通过调整一个或多个电子式流量选择器，可以控制流经一个或多个电子式流量控制阀的一种或多种流体的流量。在通电状态下，禁用和/或以其他方式停止备用的机械式流量控制阀，以防止其供应流体或者多种流体的组合。此外，在通电状态下，禁用和/或缩回备用的机械式流量控制阀相关的机械式流量选择器，以防止流量被调节。

在未通电状态下或是选择为手动超控时，禁用和/或以其他方式停用电子式流量控制阀，以避免其供应流体或多种流体的组合。启用或弹出机械式流量选择器，以允许医师手动控制流经备用的机械式流量控制阀的一种或多种流体的流量。

位置指示器与阀杆相对于流道的轴向平移有关，用以指示阀杆的位置。基于阀杆相对于流道的位置，位置指示器可指示当前的选定流量。阀组件包括与位置指示器连接的位置检测器，用于根据阀杆的相对位置检测出流量。例如，为使流体流量为指定流量，如大于流量阈值、小于流量阈值、最大流量、和/或零，位置检测器可确定出阀杆平移的位置。

一些实施方式中，位置检测器和/或位置指示器可用于指示当前流量(如位于零和最大流量之间的任意流量)或只有当达到指定流量时才指示(如起始状态流量、最大流量、和/或零流量)。位置指示器可包括阀杆上的一个或多个隆起部和/或侵入部，用于当阀杆轴向移动到预设位置时触发位置检测器。隆起部和/或侵入部设置在阀杆的轴向浮动衬套上。

一些实施方式中，位置指示器可包括与阀杆相连的销钉，当阀杆轴向移动到预设位置时，销钉触发位置检测器。销钉随着阀杆的轴向移动而轴向移动。可替代地，销钉由触发转盘触发，触发转盘随阀杆的转动而转动。根据阀组件内阀杆相对于流道的轴向相对位置，触发转盘使销钉相对于位置检测器移动。

一些实施方式中，在缩回机械式流量选择器时，例如系统恢复通电或者系统清零复位时，每个备用的机械式流量控制阀的流量被清零复位为起始状态(home state)，其中，当系统进入未通电状态时，气体按预设气体流量自动流动。

一种实施方式中，电控式流量控制阀包括电控式步进电机，用于调整流经机械式流量控制阀如针阀的流体流量。本申请提供的各种实施方式中，所描述的流体为气体，如氧气、笑气和/或空气。然而，本申请所描述的系统和方法的各种实施方式适用于任何各种各样的液体和/或气体。

附图说明

图1为设有三个机械式流量控制选择器的麻醉气体输送系统的示意图，其中，这三个机械式流量控制选择器分别用于控制氧气、笑气和空气的流量。

图2为设有两个电子式流量控制选择器和备用的三个机械式流量控制选择器的麻醉气体输送系统的示意图，其中，电子式流量控制选择器用于对三路气体的每一路进行选择性的控制，机械式流量控制选择器用于对每一路气体进行控制。

图3为麻醉气体输送系统的控制面板的特写图，其中包括用于有选择地控制氧气和笑气、或者氧气和空气的两个电子式流量控制选择器。

图4为麻醉气体输送系统的控制面板的全貌图，其中包括备用的机械式流量控制部分，用以独立地控制三路气体的流动。

图5为一种实施方式中备用的机械式流量控制选择器处于缩回状态以及处于弹出状态的示意图。

图6为麻醉气体输送系统的控制面板的另一个视图，其中包括电子式流量控制选择器和备用的机械式流量控制选择器。

图7为用于有选择地弹出和缩回三个机械式流量控制选择器的机械部件的示意图。

图8为用于控制三路气体的流量的三个机械式流量选择器及相关的针阀组件的底视图，其中包括位置检测元件。

图9为伸缩组件内各部件的剖视图，伸缩组件用于有选择地弹出流量选择器组件内中的机械式流量选择器。

图10A为用于使触发销钉与位置开关接触的转盘组件的分解图。

图10B为用于在阀杆轴向移动时触发触发销钉的转盘组件的组装图。

图10C为触发销钉通过与位置开关的隆起部的接触来反映阀杆的位置的示意图。

图11A为流量选择器组件及相关针阀的分解图。

图11B为流量选择器组件及相关针阀的另一分解图。

图11C为流量选择器组件的组装图。

图12A为流量选择器通过紧定螺钉与旋钮转动轴承相配合的示意图。

图12B为流量选择器、旋钮转动轴承和紧定螺钉的剖视图。

图13为阀杆的示意图，包括用于保证阀杆轴向移动的同时还和流量选择器旋转接合的扁位结构。

图14为用于与阀杆旋转接合且保持相对于流量选择器自由地轴向移动的旋钮转动轴承的示意图。

图15A为伸缩组件的剖视图，其中流量选择器组件处于缩回状态，针阀处于完全关闭状态。

图15B为伸缩组件的剖视图，其中流量选择器组件处于弹出状态，针阀处于完全关闭状态。

图15C为伸缩组件的剖视图，其中流量选择器组件处于弹出状态，针阀处于部分打开状态。

图15D为伸缩组件的剖视图，其中流量选择器组件处于弹出状态，针阀处于完全打开状态。

图16A为设有与阀杆相关的轴向浮动衬套、位置指示器和位置检测器的流量选择器组件和针阀的顶视图。

图16B为流量选择器组件的顶部分解图，示出了流量选择器上设有的接合腔及其相应的阀杆的可能实施方式。

图17为圆的中心角度、半径与对应的割线长度的比例关系示意图。

具体实施方式

麻醉气体输送过程中对气体采用电子式流量控制虽有用，但还需要提供机械式的控制作为备用。例如，系统失电时，麻醉气体输送过程在失电时仍需要继续供给气体。一些实施方式中，在麻醉气体输送过程中，使用电子式控制设备如微调旋钮以及编码器可以方便地对一种或多种气体的流量进行电子式调整。当发生失电或电源不可用时，可使用独立的备用流量选择器(如旋钮)。在这些实施方式中，医师需要启用备用旋钮，将机器从电控式切换为手动模式，和/或在切换到手动模式前确保将机械式旋钮设置为需要的状态。

在危急医疗过程中输送麻醉气体时发生失电将造成混乱。医师在看到用于控制同一种气体出现两套旋钮时，可能会觉得不便和/或感到困扰。本申请的各种实施方式中，当流体流量控制系统处于电控模式时，流量选择器如旋钮为电控式的，此时备用的流量选择器为缩回状态或者为不可用。在未通电状态下，或者医师选择启用备用系统时，备用的流量选择器弹出或是为可用。

转向阀设备、机械式操作阀、电子式操作阀、控制器、编码器、流量选择器和/或本申请描述的其它组件的数目根据可用气体(或液体)的数目而定。在各种麻醉气体输送系统中，可以单独对氧气、笑气和/或空气的每一路气体进行控制和/或按比例地对每一路气体进行控制。为输送麻醉剂，可采用蒸发器并混合一种或多种气体使用。

一种实施方式中，转向阀设备可将气体(或液体)流量从气体供给源引至机械式流量控制阀如机械式操作针阀，或引至电控式流量控制阀如电子式比例阀，这取决于系统是否有电或者是否启用备用系统。

如果系统处于电控模式，编码选定的流量，并将编码后的选定流量传送到控制器。然后，控制器发送控制信号到电子式比例阀以得到所选定的流量。伸缩组件使备用的流量控制阀保持为缩回状态。另外，伸缩组件可使备用的流量控制阀保持为不可用或无功能状态。

如果系统处于未通电状态或者医师启用备用系统，备用的流量选择器将被弹出、启用和/或以其它方式得以使用。然后流量选择器选定的流量将被机械式地转换给机械式操作流量控制阀如针阀，以实现所选定的流量。

根据各种实施方式，转向阀设备可包括常开阀和常闭阀，以便可选地阻止来自(或输送到)机械式操作针阀和电子式比例阀的气体流动。转向阀设备可通过任意阀和/或控制设备实现，例如通过三通阀实现。

在一些实施方式中，机械式流量控制阀中使用针阀，该针阀结合电子式步进电机的使用可视为电子式流量控制阀。各种实施方式中，流量选择器包括任意种旋钮、按钮、可转动的致动器、滑块、和/或其他模拟和/或数字选择设备。

一些实施方式中，针阀的可转式阀杆与可转式流量选择器如旋钮的接合腔相接合。可转式流量选择器位于相对于阀外壳的轴向上的固定位置。可转式流量选择器的接合腔用于容纳阀杆的端部。转动可转式流量选择器时，阀杆也随之转动。阀杆可以轴向移动，从而增加或减少流体流量。又一些实施方式中，阀杆还用于在接合腔内移动。因此，流量选择器可位于相对于阀外壳的轴向上的固定位置，同时仍保持可旋转地与阀杆接合。

根据阀杆相对于流道的位置，位置指示器可指示当前的选定流量。一些实施方式中，位置指示器和位置检测器用于指示当前流量(如位于零和最大流量之间的任意流量)或只有当达到指定的流量时才指示(如起始状态流量、最大流量、和/或零零流量)。

一些实施方式中，控制器或控制系统可通过任意硬件、固件、和/或软件的组合得以实现。例如，可采用场编程门阵列(FPGA)实现控制器。一些实施方式中，用于传送控制信号到电子式流量控制阀的电子式控制器不同于气体流量控制系统中的其它电子元件，如微处理器和其它与显示器、触摸屏、数据存储、数据连接等相关的电子元件。电子流量控制的可靠性的提高可通过将电子式流量控制部分从麻醉气体输送设备的其它电子元件分离出、和/或采用硬件而非软件方式来实现。

虽然本申请是以气体流量控制系统来描述各实施方式和实施例，但是其中大部分实施方式可直接适用于或者是修改后适用于任意种流体，包括各种气体和液体。这里作为气体例子的麻醉气体输送用的气体，如氧气、笑气和空气，可通过本申请描述的流体流量控制系统予以控制，该流体流量控制系统可称为气体流量控制系统。

本申请公开的实施方式中使用的一些设备或架构为常用设备或架构，例如通用计算机、计算机编程工具和技术、数字存储介质以及通信网络。计算设备或其它电子式控制器可包括处理器，如微处理器、微控制器、逻辑电路和/或类似器件。处理器可包括专用处理设备如专用集成电路(ASIC)、可编程阵列逻辑(PAL)、可编程逻辑阵列(PLA)、可编程逻辑器件(PLD)、FPGA、或其它定制和/或处理的设备。计算设备还可包括机读存储设备，例如非易失性存储器、静态RAM、动态RAM、ROM、CD-ROM、磁盘、磁带、磁卡、光卡、闪速存储器、或其它机读存储介质。一些实施方式的各个方面可通过硬件、软件、固件或其组合得以实现。

结合附图可更好地理解本申请的各个实施方式，附图中相似元件普遍用相似的数字进行标记。如附图所示或所述，所公开的各实施方式中，各个组件可通过多种不同配置予以排列和设计。此外，一种实施方式所描述的特征、结构或者操作可用于另一种实施方式中，或者一种实施方式所描述的特征、结构或者操作可与另一种实施方式所描述的特征、结构或者特点组合使用。为避免对本申请各方面的描述不清楚，其它实施方式对公知的结构、材料或操作没有给出具体的图示或描述。

因此，本申请如下详细描述的系统或方法的实施方式并不是限制本申请请求保护的范围，而仅仅是表示可能的实施方式。此外，方法涉及的各步骤不需要按指定顺序执行或者即使顺序执行，各步骤也不需要只执行一次。

在一些实施方式中，麻醉气体输送系统通过电子式流量控制和备用的机械式流量控制阀控制氧气、笑气和空气的流量。电源可用时，麻醉气体输送系统可使用受控于一个或多个电子式流量选择器的电控式流量控制阀。医师可通过输入一种或多种气体的流量与麻醉气体输送系统进行交互。比如，医师可通过电子式流量选择器进行输入。电子流量选择器包括机械式的圆形旋转旋钮和旋转编码器。

当麻醉气体输送系统处于通电状态，用户可以采用电控式或选择机械式进行操作。当麻醉气体输送系统处于未通电状态，麻醉气体输送系统可以使用机械式。处于电控模式时，三路气体即氧气、笑气和空气流经电子式流量控制阀、氧气比例控制器和/或单向阀。处于机械模式时，这三路源气体流经备用的机械式流量控制阀、氧气比例控制器、和/或回压阀。

一些实施方式中，为获得所需的气体比例，用户可从零流量开始依次加入源气体至总流量，并注意各路气体的总流量的影响。一种备选实施方式中，为得到所需的气体比例，用户可从氧气的“起始状态(home state)”流量开始，然后调整各路气体以得到所需的流量。氧气比例控制器可确保氧气-笑气的临床安全比。

图1示出了设有分别用于控制氧气、笑气和空气的流量的三个机械式流量控制选择器150的麻醉气体输送系统100。图示麻醉气体输送系统100可包括呼吸系统110、麻醉气体蒸发器130、和/或麻醉气体输送系统的其它部件。麻醉气体输送系统100可包括推车140和/或车轮145以增加便携性。电子显示器120可为医师显示关于流量和/或麻醉气体输送过程的信息。此外，电子显示器120可以是触摸显示的，以允许医师选择流量。

图2示出了设有两个电子式流量控制选择器251和三个备用的机械式流量控制选择器260的麻醉气体输送系统200，电子式流量控制选择器用于可选择地控制三路气体中的每一路，备用的机械式流量控制选择器用于分别控制这三路气体中的每一路。麻醉气体输送系统200包括呼吸系统210、麻醉气体蒸发器230、和/或麻醉气体输送系统中的其它部件。麻醉气体输送系统200可包括推车240和/或车轮245以增加便携性。电子显示器220可为医师显示关于流量和/或麻醉气体输送过程的信息。此外，电子显示器220可以是触摸显示的，以允许医师选择流量。

麻醉气体输送系统200处于电控模式时，三个备用的机械式流量控制选择器260保持缩回和/或不可用状态。当麻醉气体输送系统200进入机械模式(例如由于掉电或用户选择)，这三个备用的机械式流量控制选择器260将弹出、解锁、和/或为其它可用方式。如前述，各种内部结构、开关、常开阀、常闭阀、三通阀、和/或其它组件可用于调节麻醉气体输送系统200内的气体流量，这取决于系统是处于手动模式还是电控式。

图3示出了麻醉气体输送系统的控制面板300的特写，其中包括用于可选择地控制氧气和笑气、或氧气和空气的两个电子式流量控制选择器315和317。如图所示，麻醉气体输送系统包括面板330，用于显示各种与病人相关的遥测数据、与气体流量相关的信息、和/或与一种或多种麻醉剂输送相关的信息。不同的输入部分340可用于改变面板330的显示和/或控制麻醉气体输送系统。

在第一位置时，选择开关310可允许医师通过相应的电子式流量选择器315和317控制氧气和笑气的流量。在第二位置时，选择开关310可允许医师通过相应的流量选择器315和317控制氧气和空气的流量。根据选择开关310的位置，各种流量监测设备和比例测量设备320、325和327可指示一路或多路气体的流量和/或多路气体的组合的流量。各实施方式中，可使用辅助的输入部分和输出部分350以输入和输出氧气和/或其它气体。

虽然图示实施方式示出的是两个电子流量选择器315和317，但可以使用任意数目的流量选择器及任意路气体。例如，流量控制系统可配置为允许对一路、二路、三路、四路、……或N路气体或液体进行电子式控制以及备用的机械式控制。一些实施方式中，一个以上的流量选择器(如旋钮、切换器、表盘、滑块、开关)可用于控制同一路气体的流量。附加的选择开关310和/或多位置选择开关可用来控制各路气体，各路气体受控于任意个相应的流量控制选择旋钮。流量选择器包括和/或使用任何模拟或数字选择机构，包括各图所示的旋钮，来选择流量。

图4示出了麻醉气体输送系统的控制面板400的全貌，包括用于独立地控制三路气体的备用的机械式流量控制部分481、482和483。当麻醉气体输送系统为通电状态且用户没有选择机械式，麻醉气体输送系统处于电控模式。处于电控模式时，根据选择开关的选择，使用两个电子式流量选择器415和417控制氧气和笑气、或者氧气和空气。电子显示器430可显示与一路或多路气体的流量相关的信息、麻醉剂信息、和/或病人遥测数据。可使用各种触摸式输入部分440。辅助控制面板450可用于对供给到辅助设备的一路或多路气体进行操作。

当麻醉气体输送系统处于未通电状态和/或用户已选择机械式，麻醉气体输送系统处于机械模式。处于机械模式时，通过机械式面板455控制一路或多路气体的流量和/或麻醉剂的输送数量。在未通电状态下，电子显示器430、触摸式输入部分440、电子式流量控制选择器415和417、以及其它电子元件为不可用，通电状态下选择机械式时，这些元件中的一种或多种元件不可用和/或为其他禁用方式。

机械式面板455包括总流量指示器490、机械式选择器485(如弹簧柱塞)、和一个或多个手动式操作流量选择器481、482、483。根据各实施方式，手动式操作流量选择器可用于操作每路可用气体或每路可用的临界气体。各实施方式中，麻醉气体输送系统处于电控模式时，手动式操作流量选择器481、482、483为不可用、缩回、锁定、和/或其它不可操作方式；处于机械模式时，手动式操作流量选择器481、482、483为可用、弹出、解锁、和/或其它可操作方式。

图5所示实施方式500示出了处于缩回状态501的备用的机械式流量选择器510、520、530以及处于弹出状态的备用的机械式流量选择器510、520、530。图示实施方式包括透视图(501和502上方的图)和前视图(501和502下方的图)。如图所示，总流量指示器550用于指示一路或多路气体的流量。机械式选择器540使用户得以将处于通电状态中的麻醉气体输送系统进入机械模式。当系统从通电状态转为未通电状态，系统自动进入手动模式。处于电控模式时，流量选择器510、520和530保持为缩回状态(501)，由于其不突出、不可用和/或其它不可操作方式，从而不会给用户带来不便或困扰。处于手动模式时，流量选择器510、520和530弹出(502)，通过突出、可用和/或其他方式提醒用户，告知用户可以用其控制一路或多路气体的流量。

一些实施方式中，机械式流量控制选择器的默认位置为在0升/分钟之上。例如，与氧气的流量相关的机械式流量控制选择器的默认位置为2升/分钟的起始状态，从而当麻醉气体输送系统在使用过程中掉电时，能继续为病人提供临界气体(或液体)。

图6示出了麻醉气体输送系统的控制面板的另一种视图，包括电子式流量选择器615、617和备用的机械式流量选择器610、620、630。处于电控模式时，备用的机械式流量选择器610、620和630为缩回、锁定、不可用和/或其他不可操作状态。两路或以上气体的流量可通过电子式流量选择器615和617予以控制。优化指示器612指示由电子式流量选择器615和617选出的气体总流量。

由于失电和/或响应用户选择机械式选择器640，麻醉气体输送系统进入手动模式。一种实施方式中，机械式选择器640包括柱塞，用于触发电磁开关或电机以便弹出机械式流量控制选择器610、620和630。处于手动模式时，流量指示器650指示由备用的机械式流量控制选择器610、620、630选出的气体总流量。

图7示出了用于有选择地弹出或缩回三个机械式流量选择器710、720、730的机械装置700。根据一些实施方式，机械装置700安装在麻醉气体输送系统和/或其它流体流量控制系统的外壳内。本申请结合麻醉气体输送系统和/或其它流体流量控制系统描述机械装置700的实施方式和相关的实施方式。然而，机械装置700可使用于任何系统和设备，其中，具有可选择地弹出和缩回以响应用户选择和/或电源可用性的按钮、旋钮或其它选择器会更为有用。

如图所示，伸缩组件760与流量选择器组件770紧密配合。流量选择器组件包括一个或多个(图示为3个)机械式流量选择器710、720、730。旋钮护套740可防止处于缩回状态的机械式流量选择器710、720、730被触发。伸缩组件760用于通过将流量选择器组件从缩回位置转为弹出位置，有选择地弹出流量选择器组件770。另外，伸缩组件760用于弹出流量选择器组件770以响应电源中断。

图8示出了用于控制三路气体流量的三个机械式流量选择器810、820、830及相关的针阀组件851、852、853的底视图800。类似地，旋钮护套840可防止处于缩回状态的每个机械式流量选择器810、820、830被触发，阻止机械式流量选择器810、820、830相对装配板的轴向运动，并保护机械式流量选择器810、820、830。旋钮护套840可用于消除或减少缩回和/或弹出机械式流量选择器810、820、830时潜在的挤压。

根据一些实施方式，每个机械式流量选择器810、820、830具有非圆形孔，用以配合各个针阀851、852、853的非圆形阀杆，阀杆用于使针阀851、852、853独立于机械式流量选择器810、820、830进行轴向运动。因此，可通过每个针阀851、852、853的轴向位移来调节流量，针阀仍可旋转地连接到相应的每个流量选择器810、820和830以便传递用户手动操作引起的扭矩。

如图所示，每个针阀851、852、853包括相应的销钉861、862、863和位置开关871、872、873，用于检测出各自对应的每个针阀851、852、853是否为完全关闭或处于起始状态。例如，销钉861、862、863随对应的针阀851、852、853的阀杆一起进行轴向移动。当针阀851、852、853阀杆处于使针阀851、852、853完全关闭或处于起始状态的位置时，销钉861、862和863可通过电子式、机械式、和/或气动指示与其对应的阀杆的相对位置。位置开关871、872、873连接销钉861、862和863，用以检测出阀杆是否处于预设位置。

图9示出了伸缩组件和流量控制组件的部分剖视图900。如图所示，电机971施加扭矩于螺纹状电机螺杆985上，以便通过电机螺母987施加平移运动的力到推动块972上。该平移运动的力大到足以克服电机弹簧984的推力。应急按钮950及其推动销复位以便响应后续的触发。机械式流量选择器910、920连同推动块972一起缩回。

图9还示出了销钉962连接位置开关973的顶部透视图，位置开关用于检测出在达到预设流量时针阀951的阀杆的位置。例如，位置开关973可检测出当流经针阀的流体流量为零时阀杆的位置。可替代地，位置开关973用于检测出阀杆处于起始状态(如本文所述)或完全打开时的位置。

如图17所示，本申请主要是利用了圆的中心角度α，半径R与对应割线长度L的比例关系来实现有效触发距离的放大。

公式1：

根据针阀组件的工作原理，由于螺旋副的作用，针阀阀杆每旋转一周，阀杆就会移动一个螺距T，对应的阀口开度Δχ就会增大或减小一个螺距T。因此，公式中的α实质上直接对应着阀口开度的变化量。

公式2：

结合公式1和2，就可以得到公式3：

公式3：

显然，最原始的触发量，即阀口开度Δχ，已经通过一系列的比例因子放大到针阀阀杆上相应圆的割线距离，并最终利用该距离作为针阀组件位置信号的实际触发者。这样就可以对相对敏感的微小信号进行可靠的监测及触发。

图10A示出了针阀组件的分解图，包括用于触发触发销钉1070连接位置开关1040的转盘组件。图示实施方式中，阀杆1010旋转时，触发转盘1020也随之旋转并触发触发销钉1070。在分解图中，固定钣金1060用于将受弹簧触发的触发销钉1070固定到安装块1050。位置开关1040也可固定到安装块1050。

具体而言，如图10A所示，由于针阀组件中螺旋副的存在，针阀阀杆1010在旋转时，会相应的产生轴向位移。此时，与其刚性连接的触发转盘1020也会同步旋转并伴随着相应的轴向移动。当针阀组件处于阀口最大开度位置时，针阀阀杆1010处于组件最远端的位置，触发转盘1020远离触发销钉1070，两者轴向位置的差异，导致触发转盘1020在全周的旋转过程中也不会触发触发销钉1070。而当针阀组件接近阀口关闭的工作位置时，触发转盘1020开始接近触发销钉1070并进入有效的触发范围。当触发转盘1020进一步跟着针阀阀杆1010旋转时，触发转盘1020上的凸台将首先接触触发销钉1070。并且在进一步的旋转过程中，带动触发销钉1070沿着触发开关安装块1050的定位孔移动并最终触发底部的微动开关1040。如此，则完成了针阀在关闭位置有效触发检测开关并提供相应信号的功能。

而当针阀组件重新开启时，随着触发转盘1020的反向旋转，触发销钉1070会在复位弹簧1030的作用下，脱离触发，并最终返回到起始位置。触发销钉1070的起始位置由固定钣金1060和触发开关安装块1050的装配位置决定。

图10B示出了针阀组件的组装图，其中阀杆1010轴向移动，转盘组件触发触发销钉1070。阀杆1010的旋转使阀杆1010产生轴向位移。阀杆1010在旋转时，触发转盘1020的接合组件(凸台)1025推动触发销钉1070向下移动。触发销钉的锥形端(如图10C所示)通过与位置开关上的感应器1045相接触来指示阀杆1010的轴向位置。当感应器1045被触发，位置开关1040可检测出阀杆1010的相对位置。

图10C示出了针阀组件的组装图，其中触发销钉1070的锥形端1075接触位置开关1040，表明阀杆1010已(通过旋转)完成轴向平移。触发转盘1020已使带有复位弹簧的触发销钉向下运动。随着阀杆的反向旋转及反向轴向平移，触发销钉将上升且脱离位置开关1040的感应器(如图10B所示的1045)。

图10B和10C分别描述了针阀组件进入触发和完成触发的两种状态。进入触发时，触发销钉1070在弹簧的作用下处于起始位置。此时，触发转盘1020开始与触发销钉1070接触，1045也还未完全伸出，无法触发触发开关1040。随着触发转盘2的进一步旋转(如图所示，顺时针方向)，触发销钉1070开始沿其轴线移动，并最终由完成与触发开关1040的1045接触，从而完成触发。

从触发转盘2接触1070开始，到接触1045截止，触发转盘1020的旋转角度就是前述公式3中的α，期间触发销钉1070的移动距离则是L，而针阀的原始触发量Δχ则为期间针阀阀杆的轴向位移。

通过针阀组件上固有的一些结构特征，利用其内在比例关系，本申请将原本要求较小的轴向位移放大为方便捕捉的角度或者角度对应的割线距离，使得对微小量的监测变得可行以及可靠。同时，由于直接采用的针阀组件上的固有结构，使得整套系统相对精简。

本申请的其他实施方式可以通过改变检测开关的原理形式，减少或相应调整相关的一些结构，或是通过额外的增加其他的转换机构来得到本申请的变形方案，但这些变形方案本质上还是借用了本申请提出的一套转化放大机理。

图11A示出了流量选择器组件及相关针阀1160、1161、1162的分解图。如图所示，旋钮护套1140包围且保护流量选择器(旋钮)1110、1120、1130，防止其轴向运动。旋钮支撑座1150在防止流量选择器1110、1120、1130轴向移动的同时，容许每个针阀1160、1161、1162的阀杆进行轴向移动。

图11B示出了流量选择器组件的分解图，其中流量选择器1110、1120、1130、旋钮护套1140以及旋钮支撑座1150组装在一起。针阀1160、1161、1162的阀杆与流量选择器1110、1120、1130旋转接合。旋转流量选择器1110、1120、1130可使阀杆轴向移动，从而可以增加或减少流体流量。

图11C示出了装配好的流量选择器组件，包括旋钮护套1140、流量选择器1110、1120、1130以及旋钮支撑座1150。

图12A示出了流量选择器1210通过紧定螺钉1215与旋钮转动轴承1230相配合的过程。如图所示，通过拧紧紧定螺钉1215，流量选择器1210与旋钮转动轴承1230旋转接合。在一些实施方式中，旋钮转动轴承1230包括用于容纳紧定螺钉1215的平面、狭槽、和/或孔。

图12B示出了装配好的流量选择器1210、旋钮转动轴承1230和紧定螺钉1215的剖视图。在一些实施方式中，流量选择器1210和旋钮转动轴承1230(由于紧定螺钉1215的作用)保持旋转接合，且彼此自由地轴向平移。在其它实施方式中，流量选择器1210和旋钮转动轴承(由于紧定螺钉1215的作用)保持旋转接合，且彼此轴向固定，即轴向无移动。

图13示出了阀杆的结构，包括用于保证阀杆1300轴向移动的同时还和流量选择器旋转接合的扁位结构1320。阀杆还可包括用于配合流量选择器的轴类特征1310和用于控制流体流量的螺纹结构1330。

图14示出了用于与阀杆旋转接合且保持相对于流量选择器自由地轴向移动的旋钮转动轴承1400。旋钮转动轴承1400可包括孔类特征1420和非圆形(例如多边形、椭圆形、和/或环形突起部或键形成部)的腰型孔特征1410，用以保证旋钮转动轴承与阀杆旋转接合。

图15A示出了流量选择器组件1500的横截面视图，其中位置检测器1550确认出针阀1560的阀杆1583处于起始状态。如图所示，位置检测器1550包括检测开关，用于接合轴向浮动衬套1555的隆起部或凸起部分1557的位置检测器1550。轴向浮动衬套1555随阀杆1583一起轴向移动，但不随阀杆1583的旋转而旋转。在其它实施方式中，衬套可随阀杆1583一起旋转和移动。只有当检测开关与轴向浮动衬套的隆起部1557接触时，才触发位置检测器1550。

阀杆1583与流量选择器1520的空腔1593相接合。如前所述，阀杆1583可在空腔1583内自由地轴向平移，同时还保持与空腔旋转接合。空腔和/或阀杆可以是任何非圆形状，如方形、六角形，或是环形隆起部/侵入部。

位置检测器1550和位置指示器(轴向浮动衬套1555的凸起部分1557)可设置为使得位置检测器1550检测出阀杆1583为完全打开、完全关闭、和/或处于起始状态。起始状态可为预设流量或流量阈值。根据一些实施方式，可调整机械式针阀1560以得到在无气体流动的完全关闭状态和气体流量最大的完全打开状态之间的任何流量。一些实施方式中，当流量选择器1520缩回时，针阀1560进入起始状态。

图15A示出了处于缩回状态的流量选择器1510和1520和处于完全关闭位置(即流量为0)的针阀1560。处于完全关闭位置时，阀杆1583的轴向浮动衬套1555的隆起部1557可使位置检测器1550检测出针阀1560处于完全关闭位置。

图15B示出了处于弹出状态的流量选择器1520。针阀1560仍处于完全关闭，且隆起部1557与位置检测器1550相接合。相应地，位置检测器1550检测出针阀1560处于流量为零的完全关闭位置。如前所述，一种替代实施方式中，隆起部1557和/或位置检测器1550可设置为能使位置检测器1550确定出阀杆1583处于完全打开位置、指定流量的位置、和/或处于指定的流量范围内。

在一些实施方式中，轴向浮动衬套可包括具有不同高度和/或深度的隆起部和/或侵入部。位置检测器能检测一种或多种流量和/或一个或多个阀杆位置。

图15C示出了处于弹出状态的流量选择器1520以及相对于针阀1560的其它部件部分打开的阀杆1583。如图所示，位置检测器1550脱离隆起部1557。因此，位置检测器1550可确定出针阀不是处于流量为零的完全关闭的状态。

图15D示出了处于弹出状态的流量选择器1520以及完全移向流量选择器1520的阀杆1583。如图所示，位置检测器1550脱离轴向浮动衬套1555的隆起部1557。

如前述，当流量控制选择器1520缩回时，流量控制针阀组件中的一个或多个针阀返回起始状态而不是完全关闭状态。这种实施方式中，当流量控制选择器1520缩回时，使用三通阀(或其它转向阀设备)以阻止任何当前正流动的气体流过。因此，弹出流量选择器时，将自动允许与针阀的起始状态相应数量的气体流动。例如，起始状态为氧气2升/分钟、笑气和/或空气0升/分钟的流量。每种可用气体可以有不同的可能的起始状态流量。

图16A-16B示出了流量选择器组件1600和位置检测器(检测开关1671、1672、1673)的另一视图，位置检测器用于有选择地检测阀杆1691、1692和1693的相对位置。参考对图15A-15D的描述，位置检测器1671、1672、1673用于检测其是否与槽1661、1662、1663上的隆起部(如隆起部1663)接合，槽1661、1662、1663位于衬套1665、1666、1667上。

图示实施方式中，针阀1651和1652完全关闭，且阀杆1691和1692完全朝向针阀1651和1652平移。因此，位置检测器1671和1672与隆起部(图未示出)接合，并检测出针阀1651和1652为完全关闭。阀杆1693完全朝向流量选择器1630平移，使得针阀1653完全打开。由于位置检测器1673不与突起部1663接合，从而检测出针阀1653没有完全关闭。

图16A还示出了三种实施例的阀杆的可能形状。第一阀杆1693为六角形，用于与流量选择器1630的六边形腔体1683接合。第二阀杆1692为矩形，用于与流量选择器1620的矩形腔体1682接合。第三阀杆1693为圆形且具有两个隆起部，隆起部与流量选择器1610的圆形腔体1682内相应的包含物接合。根据一些实施方式，腔体1681、1682、1683可旋转接合阀杆1691、1692、1693，并使阀杆1691、1692、1693相对于流量选择器1610、1620、1630自由地轴向移动。一些实施方式中，旋钮护套1640用于阻止流量选择器1610、1620、1630轴向移动。

图16B为流量选择器组件1601的顶部分解图，示出了流量选择器1610、1620、1630上设有的接合腔1681、1682、1683及其相应的阀杆1691、1692、1693的三种可能实施方式。接合腔和/或阀杆可以是任何非圆形状，只要能使阀杆保持旋转接合的同时仍可以自由地轴向移动。例如，接合腔和阀杆可包括N个相等或不等的两侧，N为整数，非圆形曲面，环形隆起部，和/或任何其它形状，这些形状以使阀杆保持与流量选择器旋转接合的同时能自由地轴向移动。

本申请公开了一种能在针阀关闭位置处触发电信号的机构，主要是通过对针阀接近关闭位置的最后一段有限行程进行适当放大，进而利用放大后的行程来完成对检测开关的有效触发。该机构直接利用了针阀阀杆的旋转运动和轴向运动作为放大机构的出发点，在取得触发效果的同时，精简了整套系统。同时，完全的机械结构，也保证了开关触发的可靠性。

本申请为麻醉机流量控制系统提供了一套针阀关闭位置处的检测机构。该机构可以用于机械式流量控制系统是否关闭的状态自检。最终，整机可以利用该自检信号作为机械式流量控制系统关闭指令的必须条件，进而保证前一次的设定状态清零复位，避免对使用者造成潜在的伤害。

根据本申请描述的任一实施方式，气体流动控制系统可用于许多场合。图示各实施方式中，气体流量控制系统作为麻醉气体输送系统的一部分示出。在这些实施方式中，一路或多路气体的组合气体流注入或以其它输注方式如通过蒸发器输入麻醉剂，然后对麻醉剂和/或一路或多路气体输送到病人端的过程进行控制。

本申请通过各实施方式包括最佳实施方式得以实现。然而，本领域技术人员将认识到，在不脱离本申请公开的范围的情况下，可以做出变化和修改。虽然各实施方式已示出本申请的原则，但是，为适于特定环境和/或操作需求，在不脱离本申请的原则和范围的情况下，可以对本申请的结构、布局、比例、零部件件、材料和组件等作出多种修改。本申请的范围涵盖这些和其他的未提及的更改或修改。

前述说明书已描述了各种实施方式。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在不脱离本申请范围下作出各种修改和改变。因此，本申请应视为是说明性的而不是限制性的，并且本申请的范围涵盖所有这些修改。类似地，各实施方式的有益效果、其它优点以及问题的解决方案在前面已有描述。但是，这些有益效果、优点或所采用的解决方案或突显的方案并不能解释为是重要的、必需或必要的特征或特点。因此，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。

Claims (19)

1.一种用于控制流体流量的阀组件，其特征在于，包括：

确定流道的阀外壳，用于允许流体从输入端流到输出端；

具有用于确定轴线的第一端部和第二端部的阀杆，所述阀杆的旋转使得阀杆在所述流道内轴向移动，以此控制从输入端流到输出端的流体流量；

与所述阀杆连接的流量选择器，所述阀杆随流量选择器的旋转而旋转；

与所述阀杆相对于流道的轴向位移相关的位置指示器；和

与所述位置指示器连接的位置检测器，用于检测出所述阀杆轴向移动到使从输入端到输出端的流体流量为流量阈值；

其中，根据所述阀杆的轴向位移与其对应的旋转角度或是角度对应的割线长度的比例放大关系，对处于完全打开位置和完全关闭位置之间的任意位置进行放大。

2.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述位置指示器包括所述阀杆上的位置指示隆起部，以及所述位置检测器包括位置开关，当阀杆轴向移动时，通过所述位置指示隆起部触发所述位置开关，以使从输入端到输出端的流体流量为所述流量阈值；

或者，所述位置指示器包括位于所述阀杆上的位置指示腔；所述位置检测器包括位置开关，当阀杆轴向移动时，通过所述位置指示腔触发所述位置开关，以使从输入端到输出端的流体流量为所述流量阈值。

3.如权利要求2所述的阀组件，其特征在于，所述位置指示隆起部或所述位置指示腔设于所述阀杆的轴向浮动衬套上。

4.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述位置指示器包括与所述阀杆连接的触发销钉；

所述位置检测器包括位置开关，当阀杆轴向移动时，通过所述触发销钉触发位置开关，以使从输入端到输出端的流体流量为所述流量阈值。

5.如权利要求4所述的阀组件，其特征在于，所述触发销钉与所述阀杆一起轴向移动；以及

当所述触发销钉相对于所述位置检测器轴向移动到预设位置时，所述触发销钉触发所述位置检测器。

6.如权利要求4所述的阀组件，其特征在于，还包括触发转盘，用于根据所述阀杆相对于所述流道的轴向相对位置，使所述触发销钉相对于所述位置检测器运动。

7.如权利要求3所述的阀组件，其特征在于，所述阀外壳、流道和阀杆为机械式操作针阀的一部分；所述流量选择器包括旋转旋钮，所述旋转旋钮的旋转带动所述阀杆旋转。

8.如权利要求3所述的阀组件，其特征在于，所述流量选择器包括可转式流量选择器，

所述阀组件还包括所述可转式流量选择器的接合腔，用于容纳所述阀杆的第一端部；

所述可转式流量选择器相对于所述阀外壳保持处于轴向的固定位置；以及

所述阀杆在所述接合腔内自由地轴向移动的同时，保持与所述接合腔接合。

9.一种用于控制阀组件内流体流量的方法，其特征在于，包括：

确定阀外壳的流道以允许流体从输入端流到输出端；

将阀杆可旋转地固定于所述流道内，使得所述阀杆的旋转带动所述阀杆的第一端部在所述流道内移动，以此控制从输入端流到输出端的流体流量；和

将阀杆的第二端部可旋转地固定于流量选择器的接合腔内，使得所述阀杆在接合腔内自由地轴向移动的同时，与所述流量选择器旋转接合；

其中，根据所述阀杆的轴向移动位移与其对应的旋转角度或是角度对应的割线长度的比例放大关系，对处于完全打开位置和完全关闭位置之间的任意位置进行放大。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述接合腔为由多个壁围成的n边多边形，其中，n为大于2的整数；

或者，所述接合腔为由壁围成的非圆形的椭圆状；

或者，所述接合腔为具有键形成部的环形，用于与所述阀杆上对应的键形成部相配合，以使阀杆随流量选择器的旋转而旋转。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述阀组件用于麻醉气体输送系统。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

通过位置指示器指示所述阀杆相对于所述流道的相对位置；以及

通过位置检测器检测出所述阀杆轴向移动到使所述从输入端到输出端的流体流量为流量阈值。

13.一种用于控制阀组件内流体流量的方法，其特征在于，包括：

确定阀外壳的流道以允许流体从输入端流到输出端；

将阀杆可旋转地固定于所述流道内，使得所述阀杆的旋转带动所述阀杆的第一端部在所述流道内移动，以此控制从输入端流到输出端的流体流量；

将阀杆的第二端部可旋转地固定于流量选择器的接合腔内；

通过位置指示器指示所述阀杆相对于所述流道的相对位置；以及

通过位置检测器检测出所述阀杆轴向移动到使所述从输入端到输出端的流体流量为流量阈值；

其中，根据所述阀杆的轴向移动位移与其对应的旋转角度或是角度对应的割线长度的比例放大关系，对处于完全打开位置和完全关闭位置之间的任意位置进行放大。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述位置指示器包括所述阀杆上的位置指示隆起部，以及所述位置检测器包括位置开关，当阀杆轴向移动时，通过所述位置指示隆起部触发所述位置开关，以使从输入端到输出端的流体流量为所述流量阈值；

或者，所述位置指示器包括位于所述阀杆上的位置指示腔；以及所述位置检测器包括位置开关，当阀杆轴向移动时，通过所述位置指示腔触发所述位置开关，以使从输入端到输出端的流体流量为所述流量阈值。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述位置指示隆起部或所述位置指示腔设于所述阀杆的轴向浮动衬套上。

16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述位置指示器包括与所述阀杆连接的触发销钉；以及

所述位置检测器包括位置开关，当阀杆轴向移动时，通过所述触发销钉触发位置开关，以使从输入端到输出端的流体流量为所述流量阈值。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述触发销钉与所述阀杆一起轴向移动；以及

当所述触发销钉相对于所述位置检测器轴向移动到预设位置时，所述触发销钉触发所述位置检测器。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括触发转盘，用于根据所述阀杆相对于所述流道的轴向相对位置，使所述触发销钉相对于所述位置检测器运动。

19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述阀外壳、流道和阀杆为机械式操作针阀的一部分。