CN1117938C

CN1117938C - 流体控制阀

Info

Publication number: CN1117938C
Application number: CN96198039A
Authority: CN
Inventors: 扎米尔·海克
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 2003-08-13
Anticipated expiration: 2016-10-30
Also published as: CA2236259C; WO1997016663A1; ATE191074T1; NZ320468A; US6182658B1; EP0854995A1; ZA969192B; GB9522222D0; KR19990067198A; DE69607367T2; AU7320696A; DE69607367D1; EP0854995B1; IL124231A; AU713322B2; CN1201507A; GB2306623B; JP3874801B2; CA2236259A1; JPH11514723A

Abstract

一种用于将正流体压力源、负流体压力源和交替地与上述压力源相连的装置之间连接的流体控制阀(1)，该流体控制阀包括具有将所述流体压力源与所述装置相连的通道(7，9，11)的主体(3)，以及相对于所述主体(3)转动并适于有选择地与所述通道内部连接的转动件(5)，所述转动件(5)沿单方向转动，将所述正流体压力源和所述流体压力源交替地与所述装置连通。

Description

流体控制阀

技术领域

本发明涉及流体控制阀，特别是用于控制流体流入通气机或理疗设备中的流体控制阀。

背景技术

EP-A-0373153中披露了一种用于给病人肺通气的通气机，该设备包括用于安放病人身体胸部的通气机闭合罩，该罩通过流体控制阀与正压源及负压源相连。流体控制阀包括与通气机闭合罩相连的主通道，与对应的正压源及负压源中的一个相连的辅助通道，以及对通气机闭合罩交替施加正压和负压的开关机构。对于这种设计，需要使用单独的正压和负压源，例如一对鼓风机。但是理论上讲，为提高效率，需要使用单个的鼓风机。在EP-A-0373153中披露的这种设计不允许使用使鼓风机的正压端与流体控制阀的一个辅助通道相连、负压端与流体控制阀的另一个辅助通道相连的单个的鼓风机，因为这样就会生成一个闭合回路，没有与控制阀的外部相通的开孔。

WO-94/27553披露了一种流体控制阀，它使得单个的供流源的正压和负压端与类似通气机闭合罩的闭合系统相连，这样就可以在闭合系统中交替地产生正压和负压。流体控制阀包括一个具有与通气机闭合罩相连的第一和第二辅助通道的阀体，以及一个由开关机构组成的阀装置，它可以有选择地或者将第一辅助通道与主通道相连并同时关闭第二辅助通道和主通道之间的连接通路，或者将第二辅助通道与主通道相连并同时关闭第一辅助通道和主通道之间的连接通路。为了使之与闭合系统连通，阀装置还包括另一个开关机构，它与上述的第一开关机构相连并以同步运动，从而第一和第二辅助通道中的任一个与主通道断开时可提供与控制阀外部的临时连通。这样的设计可以使用单一供流源，并且利用能逐渐关闭主通道和各辅助通道之间通路的开关机构，可以更进一步控制加在主通道上的正压力和负压力脉冲的形状和强度。但是，这种设计不能够供给频率超过5-6HZ的正负流体压力。这是因为在主通道中产生交替的正负压力需要开关机构转动的方向反复变换，并且控制阀动作的频率受控制电机以及开关机构转动方向变换频率的限制。控制电机转动方向的变换要求电机停转，就引入一个不可避免的最小时间延迟。

目前已经设计出可以在出口处提供一个交替的正负压源的流体控制阀，它使用单个的流体源并且可以在高频下运作。代替这种需要变换方向来交替提供出口处的正负压源的开关机构，本发明使用了一个在单方向连续转动的转动阀元件。

WO-94/27553披露的流体控制阀中使用的开关机构要连续转动是不可能的，因为在开关机构转动的区域内，与鼓风机入口和出口连通的两个辅助通道将同时与主通道连通。

发明内容

因此，本发明提供了一种将正流体压力源、负流体压力源和交替地与上述压力源相连的一个装置连接起来的流体控制阀，该流体控制阀包括具有将所述流体压力源与所述装置相连的通道的主体，以及相对于所述主体转动并有选择地与所述通道内部连接的转动件，所述转动件可沿单个方向转动，以将所述正流体压力源和所述负流体压力源与所述装置交替地连通。最好流体控制阀还包括一个通向大气的开孔。采用这种流体控制阀可以提供频率超过10Hz的正负压力。

具体来说，本发明提供了一种流体控制阀和带有入口、出口的鼓风机的组合装置，所述控制阀连接在该鼓风机的出口和入口之间，它包括一个主体和一个转动件，所述主体具有将所述鼓风机出口、鼓风机入口和与所述鼓风机的出口或所述鼓风机的入口交替连接的一个装置连通的通道，以及用来提供通向大气的通路的第四通道，所述转动件相对于所述主体绕一个轴转动，并适当有选择地与所述通道相连，其中，所述轴从第四通道处延伸，而所述转动件沿单方向转动，以在第一位置将所述鼓风机出口与所述装置连通，将所述的鼓风机入口与所述的第四通道连通，然后在第二位置将所述鼓风机入口与所述装置连通，将所述鼓风机出口与所述的第四通道连通；其特征在于，所述转动件在一第三位置时所述入口和出口关闭，该第三位置在所述第一位置和第二位置之间。

在最佳实施例中，所述主体包括与所述装置连通的第一通道、与所述正流体压力源连通的第二通道、与所述负流体压力源连通的第三通道以及带有通向所述主体外部的通孔的第四通道，所述转动件安装在所述主体内，所述转动件适当转动以有选择地将所述第二通道与所述第一通道连通以及将所述第三通道与所述第四通道连通而同时隔断所述第二通道和第四通道与所述第三通道和所述第一通道之间的连接，也可以将所述第三通道与所述第一通道连通和将所述第二通道与所述第四通道连通，而同时隔断所述第二通道和所述第一通道与所述第三通道和所述第四通道之间的连接。

本发明也可以扩展为给病人的肺通气的通气机或理疗设备，它包括一个用来安放至少病人身体胸部的闭合罩，以及改变闭合罩中压力产生通气的装置，该装置包括正流体压力源、负流体压力源和将所述压力源与闭合罩连接起来的上述流体控制阀。

附图简介

下面借助附图仅以举例方式介绍本发明的一个最佳实施例，附图说明如下：

图1示出本发明实施例中的流体控制阀沿纵轴的剖视图，也示出与之相连的控制电机和通气机闭合罩；

图2示出图1所示控制阀和控制电机的侧视图(从另一侧面所看的视图是镜象)；

图3示出图1所示控制阀和控制电机一端沿X向的视图，也示出与之相连的鼓风机；

图4示出图1所示控制阀和控制电机另一端Y向视图；

图5示出图1所示控制阀的转动阀元件一端X向视图；

图6示出图1所示控制阀的转动阀元件另一端Y向视图；

图7(a-d)示出利用本发明的流体控制阀可获得的压力脉冲波形的例子。

最佳实施例

本发明的控制阀1由管状主体3及放置在其中的旋转阀元件5组成。

主体3具有与通气机闭合罩8连通的第一(主)通道7，分别在鼓风机12的入口和出口与主体3的内部提供连接通路的第二和第三通道9、11，以及与控制阀1的外部连通的第四通道15。主通道7通过第一管道16与鼓风机闭合罩8连通，第二和第三通道9、11通过第二和第三管道17、18与鼓风机12的入口和出口连通。第一管道16在其最内侧的边缘处带有凸缘16a，以提供对与通风机闭合罩8连通的连接管路精确定位。可以是步进电机或伺服电机的电机21与阀元件5相连，以便控制控制阀1的运作。这一点将在后面详细阐述。使用时，启动电机21，控制阀1的主通道7依次交替地与鼓风机12的入口和出口连通。

如图3和4所示，第二和第三通道9、11位于主体3圆周上间隔180度的位置处。第二和第三通道9、11各由一个带半圆底的长方形孔道组成。每个孔道沿主体3的圆周延伸，长度大约等于主体3整个圆周的四分之一。第二和第三通道9、11的宽度与阀元件5的高度基本相当，但是不大于阀元件5的高度。

阀元件5基本上是圆柱体，其外周与主体3的内表面密封接合。阀元件5的外周不需要与主体3的内表面气密配合。阀元件5和主体3之间的密封只要保证任何泄漏都尽量低，使得阀元件5能够正确地运作以便在主通道7中交替地提供正负压力就足够了。

阀元件5包括第一和第二基本呈半圆形的端壁部分23、25，它们的直径23a、25a由垂直于端壁部分23、25的主表面上的长方形连接件27连接而成。连接件27的长边与主体3的内径相当，长边中点包括形成孔29的部分，用来安装控制电机21的轴31的末端。在本实施例中阀元件5是模压件，孔29与阀元件5制成一个整体件。阀元件5还包括第一和第二侧壁部分33、35，它们从长方形连接件27的端部27a、27b起环绕各自的端壁部分23、25的各外周边延伸，延伸长度相当于第一和第二端壁部分23、25所形成圆周的四分之一。第一和第二侧壁孔33、35形成在第一和第二侧壁部分33、35的自由端33a、35a与连接件27的各端部27b、27a之间。第一和第二侧壁孔33、35分别通向阀元件5的第一和第二腔室A、B。侧壁部分33、35的高度与长方形连接件27的宽度相当。

通过四个支承腹板22a-d将控制电机21安装在端罩22内。电机21壳体的外径比端罩22的内径小，电机21的壳体和端罩22之间的周向空隙形成了第四通道15。此外，第四通道15也可以由形成在与主通道7相反的阀元件5一侧上的、主体3侧壁的任一部分上的一个或数个孔来提供(例如图1中的左侧)。

使用时，流体控制阀的阀元件5朝单方向连续转动，沿图1的X向看或者是顺时针或者是逆时针。控制阀在一个循环中的运作如下所述。

从阀元件5的第一和第二侧壁部分33、35分别完全包围并关闭着控制阀1的第三和第二辅助通道11、9的位置开始，开启控制电机21使阀元件5沿图1所示的X向看为顺时针的方向转动。阀元件5的第一和第二侧壁部分33、35运动，使得与阀元件5的第一和第二腔室A、B相通的第一和第二侧壁孔33、35分别依次与控制阀1的第二和第三通道9、11连通。当阀元件5从初始位置转过四分之一圈后，第一和第二侧壁孔33、35正好分别与第二和第三通道9、11相对，而且第二和第三通道9、11又分别完全与阀元件5的第一和第二腔室A、B连通。在该位置处，第二通道9与主通道7连通，而第二通道9和第三通道15之间的通路被阀元件5的第一端壁部分23隔断，同时第三通道11与第四通道15连通，而第三通道11与主通道7之间的通路被阀元件5的第二端壁部分25隔断。由此，与第二通道9相连的鼓风机12的出口(正压力侧)与主通道7连通，而与第三通道11相连的鼓风机12的入口(负压力侧)通过第四通道15与控制阀1的外部相通。

阀元件5继续沿同一方向转动，使得阀元件5的第一和第二侧壁部分33、35分别依次关闭第二和第三通道9、11。当阀元件5从初始位置转过半圈后，第一和第二侧壁部分33、35又正好分别与第二和第三通道9、11相对，在此位置处第二和第三通道9、11被完全关闭。

阀元件5继续沿同一方向转动，使得与阀元件5的第一和第二腔室A、B连通的的第一和第二侧壁孔33、35分别依此打开控制阀1的第三和第二通道11、9。当阀元件5从初始位置转过四分之三圈后，第一和第二侧壁孔33、35正好分别与第三和第二通道11、9相对，第二和第三通道9、11完全与阀元件5的第二和第一腔室B、A连通。在该位置处，第二通道9与第四通道15连通，而第二通道9与主通道之间的通路被阀元件5的第二端壁部分25隔断，并且第三通道11与主通道7连通，而第三通道11与第四通道15之间的通路被阀元件5的第一端壁部分23隔断。由此，与第三通道11相连的鼓风机12的入口(负压力侧)与主通道7连通，与第二通道9相连的鼓风机12的出口(正压力端)通过第四通道15与控制阀的外部相通。

阀元件5继续沿同一方向转动，使得阀元件5的第一和第二侧壁部分33、35分别依次关闭第三和第二通道11、9。当阀元件5从初始位置转过一整圈，也就是完成一个循环后，第一和第二侧壁部分33、35又正好分别与第三和第二通道11、9相对。

在阀元件5的每一个循环中，与通气机闭合罩8相连的主通道7有时与鼓风机12正压侧连通，有时与鼓风机12负压侧连通。因此，当阀元件5连续转动时，在主通道7中交产生正压力和负压力。一般地，在控制阀运作时，阀元件5从初始位置转过四分之一周(正压力循环)所需时间仅设置为阀元件5从二分之一周转到四分之三周(负压力循环)所需时间的一半，在这种条件下，工作循环为1∶2。

流体控制阀的工作循环，也就是主通道7与正压力源连通的时间与主通道7与负压源连通的时间比，与吸气/呼气比值(I/E)相一致。使用时，所用的工作循环可以在10∶1到1∶10之间。工作循环10∶1一般用在理疗中，此时这种I/E比值激起咳嗽动作。工作循环1∶3一般用在对患有哮喘病的病人肺排气上，此时要求缓慢而有控制地呼气。

本发明的流体控制阀也允许改变加在主通道7中的压力脉冲的波形。波形是，在与正压力和负压力循环相应的阀元件5的转动相位期间，阀元件5的转动速度以及鼓风机12产生的压力的函数。本发明的流体控制阀所能获得的压力波形形状的例子有正弦波形、锯齿形、梯形和正方形/长方形。图7(a)示出了一种正弦波形，该种波形可以通过在下述工作条件下操作流体控制阀而得到，即工作循环为1∶1，而阀元件5在固定的连续速度下工作。图7(b)示出了一种锯齿形波，该种波形可以通过在下述工作条件下操作流体控制阀而得到，即工作循环为1∶1，且阀元件5的转动速度在正负压力循环过程中相对较高，而在正压和负压循环之间阀元件5的转动速度达到最大值以便消除正压和负压过渡期间的停止时间。图7(c)示出了一种梯形波，该种波形可以通过在下述工作条件下操作流体控制阀而得到，即工作循环为1∶1，且阀元件5的转动速度控制为：在正压和负压循环中阀元件5开通的初始相位期间，阀元件5的转动速度为高值，然后在正压和负压循环的后面的相位期间，阀元件5的转动速度被降低，以便在主通道7中提供一段恒定压力。图7(d)示出了一种正方形波，该种波形可以通过与获得上述梯形波相同的条件下操作流体控制阀而得到，只不过使鼓风机12能够提供比实际要求更高的压力，也即过压，从而这种过压对需要的最大/最小值的压力提供瞬时的增大/减小，以提供正方形脉冲陡峭的过渡边。当时对于本领域的技术人员可以理解到，可以有选择地控制鼓风机12产生的压力，在工作循环不为1∶1时也能获得上述波形。

本发明的流体控制阀还可用来提供在整个正压力或负压力状态下的振荡压力脉冲波形。这可以通过将另一个正压或负压源与通气机设备相连，并按照如上所述的条件操作流体控制阀以生成各种波形而获得。此外，也可以通过改变工作循环来获得。如果通气机设备完全在正压力状态下工作，正压力源与主通道7连通的时间与负压力源与主通道7连通的时间的比值将增大，而对于完全在负压力状态工作时，情况将相反。

本发明的流体控制阀还能够在连续的正压力或负压力状态下工作。这可以通过主通道7与鼓风机12的出口或入口中一个连通而将阀元件5定位在上述四分之一或四分之三的转动位置时获得。另外，如果需要的话，流体控制阀可以在振荡状态下工作，此时，阀元件5的方向连续转换以便按照已知的现有技术的方式与正压和负压源相连。

应当理解到，本发明的控制阀不仅可用于给通气机设备提供交替的正负压力源，也可以用于许多其它的方面，例如用在需要交替的正负压源的恢复呼吸或理疗设备中，或也可用在利用真空吸盘将板材反复从堆垛中移动板材的运输中。

Claims

1.一种流体控制阀和带有入口、出口的鼓风机的组合装置，所述控制阀连接在该鼓风机的出口和入口之间，它包括一个主体和一个转动件，所述主体具有将所述鼓风机出口、鼓风机入口和与所述鼓风机的出口或所述鼓风机的入口交替连接的一个装置连通的通道，以及用来提供通向大气的通路的第四通道，所述转动件相对于所述主体绕一个轴转动，并适当有选择地与所述通道相连，其中，所述轴从第四通道处延伸，而所述转动件沿单方向转动，以在第一位置将所述鼓风机出口与所述装置连通，将所述的鼓风机入口与所述的第四通道连通，然后在第二位置将所述鼓风机入口与所述装置连通，将所述鼓风机出口与所述的第四通道连通；其特征在于，所述转动件在一第三位置时所述入口和出口关闭，该第三位置在所述第一位置和第二位置之间。

2.如权利要求1所述的组合装置，其特征在于，在所述转动元件的一个循环中，所述鼓风机出口和所述鼓风机入口交替地与和所述装置相连的所述通道连通。

3.如权利要求1或2所述的组合装置，其中，还包括控制转动件转动速度的元件，以便改变由所述控制阀提供给所述装置的正负压力脉冲的形状、周期和/或频率。

4.如权利要求1至3中任一个所述的组合装置，其特征在于，所述主体的通道包括与所述装置连通的第一通道、与所述鼓风机出口连通的第二通道、与所述鼓风机入口连通的第三通道和所述的第四通道，所述转动件安装在所述主体内，所述转动件适当转动以有选择地将所述第二通道和所述第一通道连通以及将所述第三通道与所述第四通道连通而同时关闭所述第二通道和第四通道以及所述第三通道和所述第一通道之间的通路，也可以将所述第三通道与所述第一通道连通和将所述第二通道和所述第四通道连通，而同时关闭所述第二通道和所述第一通道以及所述第三通道和所述第四通道之间的连接。

5.如权利要求4所述的组合装置，其特征在于，所述的转动件基本上是圆柱体，其外周与控制阀主体的内表面密封配合，所述转动件包括通过连接件连接起来的第一和第二互相间隔的端壁部分，以及第一和第二侧壁部分，第一和第二侧壁部分从连接件的相反面开始沿着各自的端壁部分的外圆周延伸，在第一和第二侧壁部分的自由端和连接件的另一端之间形成第一和第二侧壁孔，当第一和第二侧壁孔分别与第二和第三通道相连时，第二通道与第一通道连通，第三通道与第四通道连通，而第二通道与第四通道以及第三通道与第一通道之间的连接将分别被第一和第二端壁部分关闭，当第一和第二侧壁孔分别与第三和第二通道相通时，第二通道与第四通道连通，第三通道和第一通道连通，而第二通道与主通道以及第三通道和第四通道之间的连接分别被第二和第一端壁部分隔断。

6.如上述任一个权利要求所述的组合装置，其中，还包括一个步进或伺服电机，其中，所述电机与所述转动件连接，并驱动转动件转动。

7.一种用于给病人的肺通气的通气机设备，其中，包括一个用来安放至少病人身体胸部的闭合罩，以及改变闭合罩中的压力以产生通气的装置，该装置包括如权利要求1至6中任一个所述的流体控制阀和鼓风机的组合装置，其中，与所述鼓风机出口和所述鼓风机入口依次相连的所述装置包括闭合罩。

8.一种用于给病人的肺通气的理疗设备，其中，包括一个用来安放至少病人身体胸部的闭合罩，以及改变闭合罩中的压力以产生通气的装置，该装置包括如权利要求1至6任一个所述的流体控制阀和鼓风机的组合装置，其中，与所述鼓风机出口和所述鼓风机入口依次相连的所述装置包括所述闭合罩。