CN105916539A - 用于控制流的呼气阀 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于控制流的系统和方法。所述系统包括入口通道（100、310）和出口通道（200、320）。所述入口通道具有在构造为连接至患者的第一端处的入口端口、以及具有至少部分环形的孔（314）的第二端。所述出口通道具有在第一端处的出口端口、以及在第二端处的孔（313）。所述系统进一步包括同中心地设置在所述至少部分环形的孔外面的流通道。所述流通道与所述出口通道流体连接。所述入口通道的所述至少部分环形的孔和所述出口通道的所述孔由座构件（312）隔开。所述入口通道的所述至少部分环形的孔和所述流通道由所述座构件隔开。

Description

用于控制流的呼气阀
技术领域
本发明大体上涉及阀领域。更具体地，本发明涉及一种用机械地于控制通过至少一个通道的至少一个流体的流的阀装置。甚至更具体地，在一些示例中，本发明涉及用于如医用呼吸机或者机械呼吸机的呼气阀。
背景技术
已知的是，当设计低压阀时，尤其在医用呼吸机的气体控制领域中，尤为重要的是，阀中的流通道具有低流阻并且不具有湍流或者具有很少湍流。此外，经常期望将阀设计为小而轻，并且可以使控制阀的致动器很小。
低压阀应用的示例是在低压系统中的呼气阀、患者卸压阀、混合器阀、以及流量阀。
现今，最普通设计的低压阀包括抵靠管的末端放置以形成阀座的圆形盘。美国专利5,127,400公开了此设计的示例。此设计的缺点是流通道的复杂性，其造成了湍流和清洁问题。此外，当流仅仅取决于盘的外边缘时，将整个圆盘暴露至压力。由此，需要不必坚固、重和贵的致动器来控制这种类型的阀。
US3,942,547公开了一种用于将呼吸流引导到患者并且从患者引导呼吸流的阀，其具有：适合连接至呼吸源的第一端口、适合连接至患者的第二端口、以及用于控制第一端口与第二端口之间的流的以隔膜的形式的第一密封构件。由另一隔膜形成的第二密封构件控制通过通路的来自第二端口的流。
当隔膜与同心圆形边沿接合时，控制室与通路之间的流的隔膜将防止其间的流。该布置导致消除噪音阀-隔膜振动，尤其是低呼气气体流，并且提高了座的有效性。因此，不存在如何通过小并且力较小的致动器来获得具有对开和关进行的改进控制的更稳定的阀的公开内容。
US4,712,580公开了一种用于容积呼气机电路的呼气阀组件。通过将同心环支撑结构同心地设置在气体入口导管中，隔膜可以用于允许完全流到减小流并且到防止流来选择性地封闭气体入口导管。
因此，不存在如何通过小并且力较小的致动器来获得具有对开和关进行的改进控制的更稳定的阀的公开内容。
因此，改进阀将是有利的，并且具体是可以使用更小并且力较小的致动器来控制的致动器控制的阀。这将改进对小并且轻的致动器控制的阀的关和开进行的控制，改进该阀成本效益，并且/或履行该阀的上面提及的标准，该小并且轻的致动器控制的阀具有低流阻并且不具有湍流或者具有很少湍流。
发明内容
因此，本发明的示例优选寻求，诸如通过提供根据所附专利的权利要求书的、用于通过阀来控制流的上面所确定的、单独提供的或者以任意组合的装置和方法来减轻、缓和或者消除本领域中的一个或者多个缺陷、缺点或者问题。
根据本公开的一个方面，公开了一种用于医用呼吸机的阀。阀包括入口通道和出口通道，其中，入口通道具有在构造为连接至患者的第一端处的入口端口、以及具有至少部分环形的孔的第二端。出口通道具有在第一端处的出口端口、以及在第二端处的孔。流通道同中心地设置在至少部分环形的孔外面，并且流通道与出口通道流体连通。入口通道的至少部分环形的孔和出口通道的孔由座构件隔开。进一步地，入口通道的至少部分环形的孔和流通道还由座构件隔开。
盘可移动地设置在与座构件邻接的闭合位置与打开位置之间，该打开位置用于允许流体从入口通道的至少部分环形的孔流到流通道、并且从入口通道的至少部分环形的孔流到出口通道的孔。
这么做的优点在于，当阀打开时，膜可以使流从入口转向，该入口通过内部阀座与外部阀座之间的面积。转向流将在座构件上（诸如，在内部阀座和外部阀座上）流动，并且损失能力，并且从而减小压力。由此，与包括抵靠单管的末端放置以形成阀座的圆形膜的常规低压阀相比较，同一圆周上的压力下降将更低。原因是与边缘仅仅与其单个阀座的圆周相同的常规低压阀相比较，所公开的阀具有更长边缘，诸如，内部阀座和外部阀座的总和。
进一步地，对所公开的低压阀的膜不利的流面积是至少部分环形的孔的流面积，诸如，在内部同轴线设置的阀座与外部同轴线设置的阀座之间的面积。该面积比常规低压阀小，而具有相同的圆周。对于常规低压阀而言，对膜不利的流面积是单管的总面积。
由此，所公开的阀将需要比传动低压阀的力更小的由致动器施加至盘和膜以关闭阀的力。原因是力等于面积乘以压强。如果压强和面积都更小，那么与大小相似的常规低压阀相比较，关闭阀所需的力将更小。
当在入口侧上的反馈因为在入口通道的至少部分环形的孔的每一侧处座构件之间的面积减小而变小时，阀也可以具有改进的稳定性。在出口侧处，当在一些示例中盘在两侧均受影响时，减小反馈。
根据本公开的另一方面，公开了一种使阀特性稳定的方法。方法包括：将盘设置为可在与座构件邻接的闭合位置与打开位置之间移动，该打开位置允许流体从入口通道的至少部分环形的孔流到流体连接至出口通道的流通道并且从所述入口通道的所述至少部分环形的孔流到所述出口通道的孔。
特别要强调的是，术语“包括（comprises/comprising）”在用于本说明书时，理解成具体描述所陈述的特征、整数、步骤或者部件的存在，但是不排除一个或者多个其它特征、整数、步骤、部件或者它们的组的存在或者添加。
附图说明
参照附图，从本公开的示例的以下描述，本公开的示例的这些和其它方面、特征和优点将是明显的并且将得到说明，在附图中，
图1示出了双边缘阀的示例性构造；
图2A和图2B示出了双边缘阀的示例性构造；以及
图3示出了双边缘阀的另一示例性构造。
具体实施方式
现在将参照附图来描述本公开的具体示例。然而，本公开可以按照许多不同的形式具体实施，并且不应该理解为受限于本文所陈述的示例；确切地说，提供了这些示例，从而使本公开对于本领域技术人员是彻底和完全的，并且充分传达了本公开的范围。用于附图中所示的示例的详细描述的术语并不旨在限制本公开。在附图中，同样的附图标记指的是同样的元件。
以下描述集中在通过流通道来控制流体的流的阀。特别地，阀可以用于呼吸机或者医用呼吸机。这样的阀的示例是呼气阀。然而，将认识到的是，本公开并不限于该应用，但是可以应用于控制流的许多其它机械阀。
图1示出了包括阀外壳1、盘膜2、盘3、垫圈4、盖5、以及轴6的阀。轴6连接至致动器以使轴上下移动，从而关闭和打开阀。致动器可以是任何类型的合适的致动器，例如，音圈或者压电致动器。
在一些示例中，阀是比例阀，其中，可以通过调整盘3与阀座之间的距离来控制流，诸如，与盘3与阀座之间的更大距离相比较，盘与阀座之间的更小距离导致了通过阀的流更小。
另外，在一些示例中，可以通过致动器的力来控制流，诸如，控制在盘与阀座邻接时所施加的力，并且因此允许取决于入口压力的受控泄漏。
另外，在阀的一些示例中，盘3和盘膜2可以是隔膜。
另外，在阀的一些示例中，O形环7可以位于盖5与阀外壳1之间。
阀进一步包括多个阀座11、12，其由两个弯管的两个同轴线和/或同中心设置的端形成。外部阀座12由外部管的端形成，并且内部阀座11由内部管的同轴线设置的端形成。
同轴线设置的端的外部管可由阀外壳1的入口管的弯曲90°的延伸件形成。同轴线设置的端的内部管可由弯曲90°的出口管17、18形成。出口管在上游与入口管连接，并且在下游是形成阀外壳1的出口的出口管。
两个管并不一定需要弯曲90°。其它角度也是可能的。可以建立一个直管和一个弯管的组合，如图2A和图2B所示。
通过阀的流路径可能是进入阀外壳1的入口管的总入口流100。然后，将总入口流100分配到在两个同轴线的管的圆形座11、12之间的入口流101、102。
入口流由在覆盖盘3上的膜2约束。盘3的运动由轴6控制，该轴6连接至具有在两个方向上运动61的线性致动器（未示出）。为了使阀的内部与环境隔离，垫圈4用作在轴6与盘3之间的屏障。当通过致动器使盘3从阀座11、12移动时，将打开阀，并且当盘3朝阀座11、12移动直到膜2接触阀座11、12时，关闭阀。当阀打开时，分配的入口流101、102将转向到出口流中。部分出口流201将通过圆形座12的外部，并且部分出口流202、203将通过圆形座11的内部。总出口流200是来自这两个流路径的出口流的总和。
另外，在一些示例中，阀可以包括两个压力端口15、16，其放置在阀外壳1上用于测量阀入口压力和阀出口压力。端口可以具有与锁紧螺纹13、14的鲁尔锁定连接（Leuer-lock connection）。端口然后可以连接至滤菌器或者管。
在上游施加压力，与常规盘阀相比较，加压盘面积是同轴线座11、12之间的面积，而不是在单个圆形座内部的全部盘面积。这将使阀对在上游的压力变化较不敏感。
在下游施加压力，存在可能影响盘3的不同压力源。一个压力源是在阀座11、12之间的面积上是有效的出口压力。如果盘3具有压力均衡的流路径31、32，则盘3的其它部分可以不受出口压力的影响，因为出口压力经由阀外壳1的出口以及压力均衡流路径31、32与盘3直接接触。
其它可能影响盘3的力是抵靠垫圈4的压力。该力与来自出口压力的在盘3上的力相反。可以选择垫圈的大小以及对出口压力的暴露面积来使阀完全独立于出口压力。
替代地，可以将垫圈的大小选择为过度补偿或者补偿不足。较大垫圈可以打开在高出口压力下的阀。较小的垫圈大小可以关闭在高出口压力下的阀，像止回阀那样作用。通过选择垫圈的大小，阀实际上能够按到目前所描述的控制在相反方向上的流。
可以使用可高压灭菌的材料来构造本文所描述的阀外壳。替代地，阀的构造材料可以是一次性的。替代地，阀可以包括与一次性部分结合的可高压灭菌的部分。此可高压灭菌的材料的示例包括：硅橡胶、塑料、不锈钢等。
图2A和图2B示出了在图1中的阀的替代构造2000。在图2A和图2B中所示的阀按照与结合图1而示出的阀相同的方式起作用。
在图2A中，示出了具有膜的盘3。可以按照与上文结合图1中的阀所描述的相同的方式来控制盘3的运动。在图2B中，示出了阀，而没有具有设置在阀座11、12上面的膜的盘3。
图3是根据关于图1、以及图2A和图2B的阀构造的上文所公开的原理的阀的示例性构造3000。因此，获得了图3的阀构造300的与图1、以及图2A和图2B的阀构造的效果和优点相同的效果和优点。
阀包括入口通道310和出口通道320。入口通道310具有在构造为连接至患者的第一端处的入口端口318。入口通道的第二端具有至少部分环形的孔314。
出口通道具有在第一端处的出口端口320、以及在第二端处的孔313。孔可以具有任何合适的形状，诸如，圆形、具有半径侧的矩形、椭圆形等。阀进一步包括同中心地设置在至少部分环形的孔314外部的流通道311。流通道311与出口通道320或者出口通道320的孔313流体连接。
入口通道310的至少部分环形的孔314和出口通道320的孔313由座构件312隔开。而且，入口通道310的至少部分环形的孔314和流体通道311由座构件312隔开。
在图3所示的示例性阀构造中，座构件312是设置在至少部分环形的孔314的周向周围的连续座构件。替代地，座构件312可以是两个阀座：第一阀座，其设置在流通道311与入口通道310的至少部分环形的孔314之间；以及第二阀座，其设置在入口通道310的至少部分环形的孔314与出口通道的孔313之间。
图3中未示出的盘可移动地设置在与座构件313邻接的闭合位置与打开位置之间，所述打开位置用于允许流体从入口通道310的至少部分环形的孔314流到流通道311、并且从入口通道320的至少部分环形的孔314流到出口通道320的孔313。
盘可以连接至致动器，以使盘上下移动，并且从而关闭和打开阀。致动器可以是任何类型的合适的致动器，例如，音圈或者压电致动器。
在一些示例中，阀是比例阀，其中，可以通过调整盘与阀座之间的距离来控制流，诸如，与盘与阀座之间的更大距离相比较，盘与阀座之间的更小距离导致了通过阀的流更小。
另外，在一些示例中，可以通过致动器的力来控制流，诸如，控制在盘与阀座邻接时所施加的力，并且因此允许取决于入口压力的受控泄漏。
另外，在一些示例中，阀可以包括放置在阀上用于测量阀入口压力和阀出口压力的两个压力端口315、316。端口可以具有与锁紧螺纹313、314的鲁尔锁定连接。端口然后可以连接至滤菌器或者管。
在一些示例中，至少部分环形的孔314可以具有舌317。至少部分环形的孔314的形状因此可以与E形孔进行比较。利用此构造，座构件313的长度将更长，因此，压力下降将更低。同时，与没有舌317的至少部分环形的孔相比较，这将对至少部分环形的孔314的面积的大小具有很小影响。
可以认为所描述的装置的不同部分的功能的原理是机械地控制在流通道（诸如，医用呼吸机的流通道）中的流的方法的步骤。
如本领域技术人员将认识的，本公开可以具体实施为装置、系统或者方法。
虽然本文已经描述和示出了本公开的几个示例，但是本领域技术人员将容易地设想用于执行功能和/或获得结果和/或本文所描述的一个或者多个优点的各种其它构件和/或结构，并且认为此变型和/或修改中的每一个均在本公开的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易地认识到，本文所描述的所有参数、尺寸、材料和构造意为示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或构造将取决于使用了本公开的教导的一个或多个具体应用。

Claims (18)

1. 一种用于医用呼吸机的阀，其包括：
入口通道和出口通道；
所述入口通道具有在构造为连接至患者的第一端处的入口端口、以及具有至少部分环形的孔的第二端；
所述出口通道具有在第一端处的出口端口、以及在第二端处的孔；
流通道同中心地设置在所述至少部分环形的孔外面，并且所述流通道构造为与所述出口通道流体连通；
所述入口通道的所述至少部分环形的孔和所述出口通道的所述孔由座构件隔开，并且所述入口通道的所述至少部分环形的孔和所述流通道也由所述座构件隔开；
盘（3）可移动地设置在与座构件邻接的闭合位置与打开位置之间，所述打开位置用于允许流体从所述入口通道的所述至少部分环形的孔流到所述流通道、并且从所述入口通道的所述至少部分环形的孔流到所述出口通道的所述孔。
2. 根据权利要求1所述的阀，其中，所述入口通道的所述至少部分环形的孔是圆形的，并且同中心地或者同轴线地设置在所述出口通道的所述孔周围。
3. 根据权利要求1或者2所述的阀，其中，所述出口通道的孔是圆形的。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的阀，其中，所述阀包括用于连接压力传感器的两个端口（15）、（16），所述压力传感器用于测量阀入口压力和阀出口压力。
5. 根据权利要求4所述的阀，其中，所述压力端口可以连接至滤菌器或者管。
6. 根据权利要求1至4中任一项所述的阀，其中，所述盘（3）具有压力均衡流路径（31、32）。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的阀，其中，所述盘的加压盘面积在使用时具有与所述入口通道的所述至少部分环形的孔的面积相同的大小。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的阀，其进一步包括可连接至致动器的轴（6），该致动器用于使所述轴向上和向下移动并且因此关闭和打开所述阀。
9. 根据权利要求8所述的阀，其进一步包括垫圈（4），所述垫圈（4）用作在所述轴（6）与所述盘（3）之间的屏障。
10. 根据权利要求9所述的阀，其中，所述垫圈的所述大小选择成对于出口压力的过度补偿或者补偿不足。
11. 根据权利要求8或者9所述的阀，其中，所述垫圈的大小选择成使所述阀独立于所述出口压力。
12. 根据权利要求1-11中任一项所述的阀，其中，所述座构件设置为在所述入口通道的所述至少部分环形的孔周围的连续座构件。
13. 根据权利要求1-12中任一项所述的阀，其中，所述座构件是两个阀座，第一阀座设置为将所述入口通道的所述至少部分环形的孔与所述流通道隔开，并且第二阀座设置为将所述出口通道的所述孔与所述入口通道的所述至少部分环形的孔隔开。
14. 根据权利要求1-13中任一项所述的阀，其中，所述第一阀座和所述第二阀座是圆形的。
15. 根据权利要求1-14中任一项所述的阀，其中，所述盘是隔膜构件。
16. 一种用于使阀稳定的方法，其包括：将盘设置为可在与座构件邻接的闭合位置与打开位置之间移动，所述打开位置允许流体从入口通道的至少部分环形的孔流向流体连接至出口通道的流通道、并且从所述入口通道的所述至少部分环形的孔流向所述出口通道的孔。
17. 根据权利要求16所述的方法，其包括控制致动器以用于调整所述盘与所述座构件之间的距离，并且因此通过所述阀来控制所述流。
18. 根据权利要求16或者17中任一项所述的方法，其包括控制由致动器施加的力，以在所述盘与所述座构件邻接时允许取决于所述入口压力的受控泄漏。
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