一种低阻力阀的装置和方法
技术领域
本申请涉及一种用于呼吸装置的阀,这种阀的一个例子是呼气阀和吸气的阀。呼吸装置,举个例子,可以是麻醉机和医用通气设备等。更具体地,本申请涉及一种用于控制至少一种流体通过至少一个通道的流动的阀装置。特别地,本申请涉及降低通过像呼气阀或吸气阀这样的阀时的流动阻力和压降。
背景技术
众所周知,当设计低压力阀时,尤其是在医用通气设备中气体控制的领域时,阀中的流体通道具有低流动阻力、低压降和几乎没有湍流,这是十分重要的。当然,也常常希望将阀设计得又小又轻。
低压力呼气阀最常见的设计为,包括一个抵靠着一管道的末端的圆盘,以形成阀座。专利号为5127400的美国专利公开了这种设计的阀的一个例子。这些阀通常被设计为盘阀,即定向阀具有一个可以轻松地放置于阀座的盘形的阀体。
一个具有更小流动阻力和更低压降的改进阀将是十分有优势的。如果这个阀还具有更好的稳定性,那么当在阀后面连接一个具有压降的设备时,可以因此降低阀开始震动的概率,那将更有优势。
发明内容
因此,本申请公开的例子优选地试图来减轻、减少或消除在像如上所述的现有技术中存在的一个或多个缺点、不足和问题——通过根据提供用于呼吸装置的改进阀的权利要求所提出的确定的、单独的或结合的装置或方法,像一个呼气阀或吸气阀。这种阀可以是盘式阀,但是也同样可以是其他类型的阀。本申请的装置和方法是用于提供这种改进的阀。
根据本申请的一个方面,一种用于呼吸装置的阀被公开。该阀包括一个阀壳体,所述阀壳体具有一个入口端和一个出口端。所述阀还进一步包括一个被设置于所述阀壳体内的管状流体通道。所述管状流体通道的一端是所述入口端,所述管状流体通道的另一端处的边沿被设置为阀座。一个腔室是被设置于所述阀壳体的内表面与所述管状流体通道的外表面之间。所述出口端具有一个出口端壳体,所述出口端被设置为与所述入口端垂直。所述阀的出口端具有一个非圆形规则形状。
这样,流体就从入口端流过管状流体通道,到达阀座后进入所述腔室。所述出口端和入口端可以通过所述腔室被连通。
在所述阀的一些例子中,所述出口端被设置,以使得出口端壳体的内表面的至少第一部分与阀壳体的内表面在第一过渡部分处连接。所述第一过渡部分相对于所述腔室被设置于所述管状通道的外表面的一第一极点与所述阀壳体的内表面上位于与所述第一极点在所述腔室上相对的一侧的一第一点之间。
在所述阀的一些例子中,所述第一过渡部分是位于所述腔室内,以使得所述出口端的所述内表面从所述腔室中延伸出去。
在所述阀的一些例子中,与阀壳体的内表面连接的所述出口端壳体的内表面的部分,是被设置成与所述腔室相切。
在所述阀的一些例子中,与阀壳体的内表面连接的所述出口端壳体的内表面的部分,允许流体沿着与阀壳体内表面相切的方向流出所述腔室。
在所述阀的一些例子中,所述出口端壳体的内表面的第二部分与阀壳体的内表面在第二过渡部分处连接。所述第二过渡部分被设置于管状通道的外表面的与所述第一端点位置完全相对方向的第二端点与位于所述腔室相对方向的阀壳体内表面的第二点之间。
在所述阀的一些例子中,所述出口端的高度与阀壳体的内径接近相等。
在所述阀的一些例子中,所述出口端的一部分是平坦的或笔直的,以及被设置与管状流体通道或阀壳体的轴向方向平行。
在所述阀的一些例子中,所述出口端的一部分是平坦的或笔直的,以及被设置与管状流体通道或阀壳体的径向方向平行
在所述阀的一些例子中,所述出口端具有一矩形形状或长椭圆形状,所述矩形形状比如为一具有圆角的矩形。
在所述阀的一些例子中,所述出口端具有一椭圆形状。
在所述阀的一些例子中,所述出口端还安装有一连接到它的止回阀。
在所述阀的一些例子中,所述阀是一个呼气阀或一个吸气阀。
根据本申请的一个方面,还公开了一个套件。所述套件包括根据本申请公开的阀以及一个转接器,所述转接器用于将一管子连接到所述阀的非圆形规则形状的出口端。
根据本申请的一方面,公开了一种用于降低在呼吸装置中的盘形阀的流体阻力的方法。所述方法包括向盘形阀提供一个非圆形规则形状的出口端。所述出口端被设置为与一入口端相垂直。
在所述方法的一些例子中,包括设置出口端,以使得一出口端壳体的一内表面的至少一部分与一阀壳体的一内表面在一过渡部分处连接。所述过渡部分相对于所述腔室被设置于所述管状通道的一外表面的一极点与所述阀壳体的所述内表面上位于与所述极点在所述腔室上相对的一侧的一点之间。
应该强调的是,在本申请中使用的术语“包括”,是指特征、整体、步骤或部件的存在,而不是将一个或多个的其他特征、整体、步骤、部件或组件等排除在外。
附图说明
本申请的上述及其他方面的特征和优势参照下面的附图将能够从下面对本申请的若干例子的描述中变得清楚明了,其中:
图1A到1D是用于说明一个示例的盘阀的各示意图;
图2A到2D是用于说明一个示例的盘式阀的各示意图;
图3A和3B是用于说明一个圆形和一个矩形的止回阀的面积与阀壳体的高度之间的关系的示意图;
图4是用于说明一个示例的盘式阀的示意图;
图5A和5B是用于说明本申请的两个个示例的阀的示意图,其中图5A是说明一个具有一个圆形出口端的阀,图5B是说明一个具有一个矩形出口端的阀;
图6A和6B是用于说明本申请的两个示例的阀的示意图,其中图6A是说明一个具有一个圆形出口端的阀,图6B是说明一个具有一个矩形出口端的阀。
具体实施方式
本申请若干具体的例子将参照附图进行说明。然而,本申请可以以许多不同形式被具体化,因此不应该被理解为限定是所描述的例子;当然,这些例子被提供,可以方便本申请变得透彻和完全,以及将充分向本领域技术人员传达本申请的范围。
下面的说明将集中于本申请能够适用于一个呼吸装置的阀的例子中。例如,所述阀可以被用在用于病人监护、麻醉、医用通气设备等装置中。然而,可以理解地,本申请并不被限定于只是上述应用,还可以被应用于其他许多需要使用流体泵的系统中。
图1A表示阀1的一个侧视示例图。所述阀具有阀壳体10,所述阀壳体10具有出口端12和入口端11。图1A到1D中所示的所述出口端,具有至少一部分14,该部分14与腔室的边缘完全一致或接近一致。如例子中所图示的出口端的高度,是所述腔室的至少一半。在图示中所述出口端12是被画成矩形,但是其他的非圆形规则形状也是可能的,例如,像出口端12还可以是椭圆形、长椭圆形、正方形或多边形。
图1B表示在图1A中的阀1的一个截面示例图。所述阀1具有一个阀壳体10。阀壳体10可以具有一个内部管状或圆柱状的通道。一管状流体通道18是被设置于所述阀壳体内部,以使得在阀壳体10的一内表面和管状流体通道18的一外表面16之间的空间可以构成一腔室15。
当使用时,入口端11通过一管道或管子与一连接到一医用通气设备或麻醉机的病人形成流体连接。所述阀1也可以用作为呼气阀或吸气阀。
入口端11构成了进入阀1的一个入口。
出口端12是被设置于阀壳体10的一侧面,并垂直于所述入口端11。
在管状流体通道18上与入口端11相对应的另一侧面,其边沿是被配置成为阀座17。当阀是关闭时,阀体13是被设置成为抵靠着阀座17。当阀开启时,在阀体13和阀座17之间存在一间隙,使得流体从管状流体通道18向腔室15流动。其后,该流体通过出口端12流出腔室。在该例子中,阀体13是被设计成盘状,但是其他设计也是可能的,只要该设计可以被配置来开启和关闭所述阀。与阀座17接触的阀体13的表面应该由软材料制成。
对一个标准的盘阀进行的一些改进,可以通过设置出口端壳体的至少一部分14与所述腔室的一边沿完全一致或非常接近一致来实现。这相对于用于盘式阀的标准配置的出口端,可以产生一个更低的压降和更低的流动阻力。当然,通过使用非圆形规则形状的出口端,例如,像一个矩形、椭圆形、长椭圆形、正方形或多边形,腔室15的横截面流动面积与具有圆形出口端标准盘阀的相比,尺寸上是可以被减少的,虽然具有非圆形规则形状的出口端可以被设计成具有更大的面积,来增加从腔室流出的流体。腔室15的一个更小的横截面流动面积增加了阀的稳定性。假如一个具有压降的设备被连到所述出口端,那么不稳定带来的问题可以导致阀的震荡。
如果像这样的具有压降的设备,例如流量检测设备、止回阀或用于气体的抽真空设备或管子,被连接到阀时,那么稳定性是尤其重要的。
构建出口端具有更大的横截面流动面积的一个优势是,一连接到该出口端的止回阀将具有更大的面积。因此该止回阀的压降也可以被降低。
图1C是用于描述所述阀1的横截面原理视图。正如该例子中的盘阀所示,阀壳体10具有一内部管状或圆柱通道。管状流体通道18被设置于阀壳体10内,以使得在阀壳体10的一内表面和管状流体通道18的一外表面16之间的空间可以构成一腔室15。阀壳体10具有出口端12。该出口端具有至少一部分14,该部分14与所述腔室的边沿完全一致或接近一致。
通过将出口端的至少一部分14设置成与腔室的边沿完全一致或接近一致,该部分14可以被设置,以使得出口端壳体内表面的至少一部分与阀壳体内表面在第一过渡部分处连接。在一例子中,这意味着第一过渡部分相对于所述腔室15被设置于所述管状通道的外表面的一第一极点520与所述阀壳体内表面上位于与所述第一极点520在所述腔室15上相对的一侧的一第一点510之间。
根据阀被看的方向,上述的描述也可以被描述成,第一过渡部分相对于腔室15被设置于管状通道的外表面的最大点520与阀壳体的内表面的最大点510之间。替代地和/或额外地,根据阀被看的方向,第一过渡部分相对于腔室15被设置于管状通道的外表面的最小点530与阀壳体的内表面的最小点540之间。
替代地和/或额外地,在一些例子中,当设置出口端的至少一部分14与腔室的一边沿完全一致或接近一致时,该过渡部分可以位于腔室15的内部,以使得出口端壳体的一内表面的一部分可以从腔室15中延伸出去。这样出口端壳体的内表面的至少一部分延伸至腔室15内,构成阀壳体的内表面的一部分。
替代地和/或额外地,通过将出口端的至少一部分14与腔室的一边沿设置成完全一致或接近一致,出口端壳体的内表面的至少一部分可以与阀壳体的内表面相接,以使得出口端壳体的内表面的至少一部分14可以被设置成与腔室15相切,或设置成与阀壳体的内表面相切,如图1C所示的例子。
图1D是如图1A至1C所示的盘式阀的立体图。
参照1A到1D所描述的一样来设置所述出口端壳体的一内表面的至少一部分,这允许流体沿着与阀壳体内表面相切的方向流出所述腔室15。
为了进一步增加从腔室15流出的流体,并因此降低所述阀1的流动阻力和压降,出口端12的一部分可以是平坦的或笔直的,以及与管状流体通道或阀壳体的轴向方向平行。如果出口端12的平坦部分是与连接到阀壳体10的内表面的所述部分14一样,那么上述降低的流动阻力和压降会被进一步改善。
与管状流体通道18或阀壳体的轴向方向平行的平坦面,可以产生一个从腔室15流出的笔直路径。此外,与一个圆形出口端相比,出口端12的一个更宽120的平坦或笔直面沿着该平坦或笔直面与腔室15进行直接的流体流通方向上产生一个更大的横截面流动面积。出口端可以与阀壳体10的长度一样长。与一个圆形出口端相比,根据上述设置的平坦或笔直面,使得从腔室15流出的流体得到增加,以及具有一个更均匀的流动速度分布。此外,由于从腔室15流出的流体增加了,因此腔室15的横截面流动面积可以制造得比一个具有圆形出口端的传统盘阀的更小。腔室15的横截面流动面积更小,这可以改善阀1的稳定性。因此所述阀就更不可能会开始震动。
替代地和/或额外地,在所述阀1的一些例子中,为了提出从腔室15的流出性质以及因此降低阀1的流动阻力和压降,出口端12的一部分可以是平坦的或笔直的,以及与阀座17平行,比如与流体通道或阀壳体的径向方向平行。
与阀座17平行(比如与流体通道或阀壳体的径向方向平行)的平坦面19,可以产生一沿着该平坦或笔直面的从腔室15流出的一笔直流动路径。此外,平坦或笔直部分19具有更大的高度110可以进一步增加从腔室15流出的流体,进而降低阻力。如果与阀座17平行的出口端12的平坦或笔直面部分19是出口端最靠近阀座17的一个面,那么此时效果最佳。
此外,大出口面积降低了压降。当具有一个非圆形规则形状的出口面积,例如,像矩形、长椭圆形、椭圆形或多边形,那么与圆形的出口端相比,出口端的大面积可以被十分有效地构建。这样与圆形出口端相比,从腔室15流出的流体可以得到增加以及有一个更均匀的流动速度分布。
此外,由于增加了从腔室15流出的流体,腔室15的横截面流动面积可以比一个具有圆形出口端的传统盘阀的更小。腔室15的一个更小的横截面流动面积可以改善阀1的稳定性。因此这种阀就更不可能会开始震动。
此外,在本申请的一些例子中,出口端12也可以是矩形的。如图所示的矩形的出口端12,与仅仅具有一面是平坦或笔直的相比,可以进一步增加从腔室15流出的流体,这是因为它的横截面流动面积可以被构建得更大。因此压降和流动阻力可以被进一步降低。与仅仅一面是平坦或整笔直的相比,一个矩形的出口端12也可以具有一个甚至更均匀的流动速度分布。并且由于使用矩形的出口端12增加了从腔室15流出的流体,与仅仅一面是平坦或笔直的相比,腔室15的横截面流动面积甚至可以被进一步减小。
此外,通过使用一个矩形形状的出口端12,出口端可以被充分利用,以使得该矩形出口端的一面是尽可能地远离出口端12的中心,这可以进一步改善从出口端12流出的流体的均匀性。
图2A到2D是用于说明基于图1A到1D所公开的发明原则的一个示例性的阀2。阀2具有一阀壳体20,所述阀壳体20具有一出口端22以及一入口端21。所述出口端具有部分24a和部分24b,这两部分都是与腔室的边沿完全一致或十分相近。
所述出口端22被设置,以使得出口端壳体的内表面的部分24a与阀壳体20的内表面在第一过渡部分处连接。在一些例子中,这意味着与部分24a相关的第一过渡部分可以相对腔室25被设置于管状通道的外表面的一第一极点570和阀壳体的内表面的位于与第一极点570在腔室25上相对位置的一第一点580之间。
根据阀的方向,上述描述也可以被描述成,第一过渡部分相对腔室25被设置在管状通道的外表面的一最小点570与阀壳体的内表面的一最小点580之间。此外,所述出口端22被设置,以使得出口端壳体的一内表面的一部分24b与阀壳体20的内表面在一第二过渡部分处连接。在一些例子中,与部分24b相关的第二过渡部分是被设置在所述管状通道的外表面的一与所述第一极点570在直径上相对的第二极点560和阀壳体的内表面的位于与第二极点560在腔室25上相对位置的一第二点550之间。
根据阀的方向,上述描述也可以被描述成,所述第二过渡部分相对腔室25被设置在管状通道的外表面的一最大点560与阀壳体的内表面的一最大点550之间。
在图示中的出口端22是被画出了矩形,但是其他非圆形规则形状也是可以的,例如,像出口端22也可以是如图4所示的长椭圆形的、椭圆形的或多边形的。
所述阀壳体20也可以具有一内部管状或圆柱状的通道。一管状流体通道28是被设置于所述阀壳体20的内部,以使得在所述阀壳体20的一内表面与所述管状流体通道28之间的空间形成一腔室25。
当阀2处于使用状态时,入口端21通过一管道或管子与一连接到一医用通气设备或麻醉机的病人形成流体连接。
出口端22是被设置在阀壳体20的一面,并与所述入口端21垂直。
在管状流体通道上与入口端21相对的一侧面的边沿被设置成为一阀座27.当所述阀是关闭时,一阀体23抵靠着所述阀座27。当所述阀是开启时,在所述阀体23和所述阀座27之间存在一间隙,使得流体从管状流体通道28流入腔室25,并通过出口端22流出。在该例子中,阀体13是被画成了盘状的,但是其他设计也是可能的。与阀座27接触的阀体23表面应该由软材料制成。
在图2A到2D所示的例子中,出口端22的高度210可以与腔室25的外型尺寸接近相同,腔室25的外型尺寸即为阀壳体20的内径尺寸。一个大的高度210可以增加从腔室25流出的流体,因为部分24a和部分24b都连接到腔室25的边沿,而不是像图1A到1D中所示的只有一个部分14连接到腔室的边沿。因此,流量特征可以被进一步提高。
正如图1A到1D中所示,具有一个位于出口端上平行于管状流体通道28或阀壳体轴向方向的平坦或笔直侧面,可以提高了从腔室25流出的流量特征。并且,一个平行于管状流体通道或阀壳体轴向方向的更宽的平坦或笔直部分220,,可以进一步增加从腔室25流出的流体。
替代地和/或额外地,阀2的一些例子中,通过设置平行于阀座27的出口端的平坦或笔直的部分29,比如平行于流体通道或阀壳体的径向方向,可以提高从腔室25流出的流量特征,正如图1A到1D所公开的那样。相比一个圆形出口端,如果平行于阀座27的出口端22的平坦或笔直部分29最靠近阀座27的一个侧面,则提高最大。进一步地提高是通过使用两个用于从腔室25流出的笔直的流动路径来实现,比如如图2A到2D所示的一个矩形的出口端22。由于平坦或笔直部分24a和24b都是与腔室25的边沿连接,因此阀2的流动阻力被进一步降低。像这样一个矩形的出口端22所具有大的横截面流动面积,其降低了压降。
此外,当阀具有一个非圆形规则形状的出口端22时,比如一个矩形、长椭圆形、椭圆形或多边形的出口端,该出口端22还具有两个连接到腔室25边沿的部分24a和24b,那么一个大的横截面流动面积可以被有效地构造,因此流动速度的均匀性可以得到进一步地提高。
此外,归功于一个大的横截面流动面积,阀2的稳定性也可以被进一步加强,因为腔室25的横截面流动面积可以被进一步减小。
假如一根圆管需要被连接到图1A到1D和图2A到2D所公开的阀的出口端,那么可以使用一个具有矩形入口端和圆形出口端的转接器。或者,假如该管子或管道是柔性的,那么它可以被强制地安装到所述阀的非圆形的出口端。一个连接到所述阀非圆形出口端的圆管子或管道,对所述阀改善后的性能表现几乎没有影响。
一个止回阀可以使用螺丝被安装于出口端的流体通道外。或者,该止回阀也可以使用一个具有把手的集成模轴来抵靠安装于阀壳体。不论在何种情况下,都不会存在阻碍流动的物件。
图3A和3B用于说明一个圆形的止回阀和一个矩形的止回阀的面积与阀壳体的长度的关系。在图3A中是一个示例性的盘阀4。410是出口端42的高度,420是出口端42的宽度,430是阀壳体430的长度。
图3B是用于说明两种示例性的止回阀,一种矩形的止回阀50和一种圆形的止回阀60,其中止回阀50的高度和宽度分别与盘阀4的高度410和宽度420相配。
止回阀的压降对于盘阀4具有一个负面的影响。具有如图3B所示的矩形形状的止回阀相比于一个圆形的止回阀,这种影响可以被降低。理由是,当矩形止回阀50的宽度450与形止回阀60的直径470相等时,矩形止回阀50的面积440是比圆形止回阀60的面积460更大。止回阀具有一个更大的面积,将减少该止回阀的压降。
本申请公开的盘阀比传统的盘阀更稳定,当配合一止回阀使用时,它可以降低阀震荡的风险。这种风险可以通过使用一个具有更大面积的矩形的止回阀来被进一步降低,该止回阀的面积与所述盘阀的出口端的面积相配。
使用矩形的出口端和止回阀的另一个优势是,当用于一具体的出口端面积时,比如如果矩形止回阀50的面积440与圆形止回阀60的面积460相等时,那么阀壳体40的长度430可以被制造得比使用一个圆形出口端时更短,因为宽度450比直径470更短。
由于矩形出口端42所带来的稳定性,阀4仍然具有减小的震动风险。
此外,当使用椭圆形的出口端和止回阀时,这也同样适用。
图4用于说明一个示例性的盘阀3,其具有阀壳体30、出口端31和盘式的一个阀体33,阀体33当阀关闭时是抵靠着阀座(图中未画出)。盘阀3具有一个椭圆的出口端32,在出口端32上,出口端壳体从腔室的一边沿34a伸出并到达腔室的另一边沿34b。
图5A和5B用于展示阀5和阀6。图5A展示了一个具有圆形出口端610的阀5,图5B展示了一个具有矩形出口端的阀6。以速度为30l/min以及开启的阀的间隙为2.5mm进行仿真。在尺度0上意味着一个低的湍流,在尺度5上意味一个较高的湍流。如所看到的,圆形出口端模型5具有一个更大的速度,该速度集中出现于出口端管子610的下部;而矩形出口端模型6具有一个更均匀的通过出口端620的出口端流量。对于圆形出口端模型5,在阀座615中的流动是更集中在最接近于出口端610的路径。但是对于矩形出口端模型6,该流动是扩散于阀座625四周。在图5B中更均匀的速度是归功于矩形形状和与腔室边沿完全一致的大出口端。
图6A和6B用于展示阀7和阀8。图6A展示了一个具有圆形出口端630的阀7,图6B展示了一个具有矩形出口端640的阀8。以速度为30l/min以及开启的阀的间隙为2.5mm进行仿真。在尺度0上意味着低湍流,在尺度1上意味较高的湍流。
图6A和6B展示了湍流的动能。矩形出口端模型8在出口端640以及阀座645处具有比圆形出口端630和相关的阀座635低很多的湍流水平。在出口端具有低湍流是好的,例如如果你想要将一个流量传感器附着于该阀的出口端之后。在阀座四周具有一个均匀的湍流对于阀的稳定性来说是好的。
上述表展示了一个矩形出口端和一个圆形出口端不同流量时的仿真的压降。测试已经表示,该仿真的压降是非常接近于真实测量得到的值。
本申请也公开了一种降低用于呼吸装置盘阀流动阻力的方法。所述方法包括提供一个具有非圆形规则形状的出口端的盘阀,如上述公开的盘阀。所述出口端被设置成与一入口端垂直。所述方法涉及到制造一盘阀时,要么通过使用一个非圆形规则形状的出口端来制造盘阀,要么通过将一个已存在的盘阀的出口端修改成非圆形规则形状。这样制造成的盘阀就是上面公开的一种盘阀。
尽管本申请的几个例子已经被描述和图示,但是本领域的普通技术人员将容易构想出许多其他的设备和/或结构来执行相关功能和/或获取相应结果和/或取得一个或多个上述所描述的优势,各个这样的变形和/或修改都应该在本申请的发明精神中。更普通地,本领域的普通技术人员将容易地理解,这里所描述的所有的参数、尺寸、材料和配置仅仅是示范性的,真实的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于将本申请的教导应用于具体的应用来干什么。此外,通过硬件来执行上述的方法的不同于上述描述的方法步骤也是在本申请的精神范围内。本申请不同的特征和步骤也可以以不同于上述描述的方式进行结合。本申请公开的范围是仅仅被权利要求所限定。