JP2002113106A

JP2002113106A - 圧力解放弁

Info

Publication number: JP2002113106A
Application number: JP2001233684A
Authority: JP
Inventors: Bo Lundin; ルンディンボー
Original assignee: Siemens Elema AB
Current assignee: Siemens Elema AB
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2001-08-01
Publication date: 2002-04-16
Also published as: US20020017301A1; SE0002805D0; EP1177808A1

Abstract

(57)【要約】【課題】弁を開放するのに必要とされる流体の限界圧
力を低減させることなく、より強力でない押圧手段が使
用されているような圧力解放弁を提供する【解決手段】流体圧力解放弁（２；３８）が、開口
（２２；５２）と、可動に取り付けられた弁手段（１
４，１６，１８；５４，５６，５８）と、押圧手段
（８；４４）とから構成されており、前記弁手段が、流
体と圧力を伝え合うように配置されており、これによ
り、閉鎖力Ｆ２が、伝えられた流体圧力によって弁手段
に付加的に加えられ、押圧力Ｆｂと相俟って限界力Ｆｔ
を生ぜしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力解放弁、特
に、機械的な呼吸補助装置の患者の呼吸回路内の呼気終
末陽圧（ＰＥＥＰ）レベルを調整するための解放弁に関
する。

【０００２】

【従来の技術】圧力解放弁は、限界抵抗力を有する弁で
あり、これにより、流体圧力が所定のしきい値と等しく
なるまで、流体は、弁を流過しない。この時、流体圧力
によって弁エレメントに加えられる開放力は、アクチュ
エータによって弁エレメントに加えられる開放力と反作
用する限界閉鎖力と等しい。限界圧力より上では、弁
が、弁を境界とした圧力降下を著しく増大させることな
く高い流体流過量を可能にすることが重要である。なぜ
ならば、このような弁は、通常、弁を流過しない流体圧
力の移動が深刻な結果を招く虞のある安全臨界条件下に
おいて、開放するために使用されるからである。これ
は、特に、圧力解放弁が患者の呼吸回路内において安全
弁として使用される場合に、該当する。圧力解放弁は、
さらに、呼気終末陽圧を制御するためにＰＥＥＰ弁とし
てこのような呼吸回路内において用いられてよく、通
常、圧力降下を著しく増大させることなく１分あたり最
大２００〜３００リットルの流量で呼気を流過させるこ
とができる。

【０００３】ＰＥＥＰ弁等の圧力解放弁は、通常、流体
が流過するための開口を有しており、この開口に向かっ
て可動に取り付けられた弁手段が、押圧手段によって生
ぜしめられる所定の限界閉鎖力により、押圧されてい
る。弁手段は、シールする面を備えており、このシール
する面は、開口と協働して流体の流過を調整しかつ所定
の閉鎖力を用いて開口をシールすることができる。シー
ルする面は、流体と圧力を伝え合うように配置されてお
り、これにより、伝えられる流体圧力によって加えられ
る開放力がこの力に反作用する閉鎖力を超えると、開口
を開放するように流体の流過方向に可動である。

【０００４】従来公知の圧力解放弁においては、所定の
閉鎖力の全ては押圧手段によって生ぜしめられるので、
比較的大きくかつ強力な手段が必要とされる。このよう
な手段は、しばしば、スペースを取るものであり、この
部材がソレノイドを有する場合には、しばしば、エネル
ギー消費も大きくなる。さらに、このような押圧手段
は、製造するのに比較的費用がかかる。

【０００５】米国特許第６０８２７０５号明細書から、
流量が調整されるようになっている流体が、押圧エレメ
ントによって提供される開放力がない場合に弁をシール
するために用いられるような流量調整弁を提供すること
は公知である。弁は、弁ハウジングを有しており、弁ハ
ウジングは、流体入口および出口を有しており、これら
の入口と出口の間に、弁面が配置されている。弁面は、
弁開口を有しており、弁開口の近傍には、開口を開放す
るために流体の流過方向に流体によって加えられる開放
力によって可動である、可動なシールエレメントが設け
られている。押圧手段は、シールエレメントの位置を制
御しかつ弁を流過する流体の流量を調整するために提供
されている。ダクトは、一部の流体を逸らせ、開口とは
反対側のシールエレメントの一方の側に作用させ、流体
によって加えられる開放力に抵抗しかつ少なくともこの
開放力と同等の大きさの閉鎖力を、このエレメントに提
供するために提供されている。押圧手段からの開放力が
加えられてない場合においては、閉鎖力は、開口をシー
ルするようにこのエレメントを移動させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、弁を
開放するのに必要とされる流体の限界圧力を低減させる
ことなく、より強力でない押圧部材が使用されているよ
うな圧力解放弁を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によると、本明細
書の請求項１によって記載されかつ特徴づけられるよう
な圧力解放弁が提供されている。弁手段を、流体と圧力
伝達するように配置することによって、開放力と、より
小さな閉鎖力とは、流体圧力により弁手段に生ぜしめら
れる。次いで、有利には可変の押圧力を生ぜしめる押圧
エレメントは、押圧力に寄与することができる程度に強
力であればよい。この押圧力は、流体圧力が弁によって
開放さすれる前に所定の限界圧力に達する場合に、流体
圧力によって生ぜしめられる閉鎖力と、流体圧力によっ
て生ぜしめられる開放力につり合っていなければならな
い所定の限界力との差である。

【０００８】有利には、弁エレメントは、第１の面およ
びより小さな第２の面を有しており、これらの面には流
体圧力が作用し、これらの面は、機械的に接続されてお
りかつ流体受入チャンバの対向する端壁部を規定するよ
うに配置されており、このチャンバ内には流体が流過す
るための開口が設けられており、この開口は、流体の流
過方向に逆らって弁手段が動かされる場合に第１の面に
よってシール可能である。このことは、比較的単純な弁
構造を提供する。さらに、開口をシールするためにより
大きい面を用いることによって、開口は、弁のサイズを
著しく増大させることなく十分な流体の流過を提供する
ように寸法決めされてよい。

【０００９】有利には、弁は、患者呼吸回路の呼気ライ
ン内から呼気を受け取りかつ呼吸回路内にＰＥＥＰレベ
ルを提供し、このＰＥＥＰレベルは、可変の押圧力を提
供することができる押圧エレメントを提供することによ
って調節可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の典型的な実施例
を、添付図面を参照しながら説明する。

【００１１】図１を参照すると、本発明による圧力解放
弁２の実施例が、部分断面図で示されている。弁２は、
弁ハウジング４を有しており、弁ハウジング４は、この
弁ハウジングと一体的なソレノイドハウジング６を有し
ており、ソレノイドハウジング６内には、ソレノイド８
が収容されている。弁ハウジング４は、流体受入チャン
バ１０を包囲しており、この流体受入チャンバ１０は、
入口１２を介して、弁ハウジング４の外部と連通してお
り、この入口を流過して吸気または呼気等の流体がチャ
ンバ１０内に受け入れられる。チャンバ１０は、可動な
第１のプレート１４および第２のプレート１６によって
規定された対向する壁部を有しており、これらの第１お
よび第２のプレートは剛性の部材１８によって機械的に
接続されており、これにより、両プレートは同調しなが
ら可動である。第１のプレート１４は、チャンバ１０内
部で流体圧力に曝される第１の面１４′を有しており、
第２のプレート若しくはより小さなプレート１６は、同
様の流体圧力に曝される第２の面１６′を有している。
第１の面１４′の領域Ａ１は、第２の面１６′の領域Ａ
２よりも大きい。第１のプレート１４は可動であり、こ
れにより、チャンバ１０内の開口２２の周辺付近に配置
されたシールリング２０に対して密閉（シール）したり
（図１の実線部）、開放したり（図２の破線部）する。
開口２２は、出口２４に接続しており、この出口２４を
通って流体が弁２から流出する。第２のプレート１６
は、圧潰可能な壁区分２６の剛性の端壁を形成してお
り、前記壁区分の反対側の端部はチャンバ１０の剛性の
壁区分２８に対してシールされている。圧潰可能な壁区
分２６は、第１のプレート１４がシールリング２０を密
閉している場合には膨張状態（図１に示したように）に
あり、プレート１４が開口２２を開放するように移動す
ると圧潰状態になるように配置されている。磁気的に敏
感なシャフト３０は、プレート１４に接続された端部３
２を有しておりかつソレノイド８の可動鉄心として作用
し、これにより、導線３４を介してソレノイドに通電す
ることによって、シャフト３０は、導線３４を通流する
電流の大きさによって規定される押圧力Ｆｂを用いてプ
レート１４を開口２０に向かって押し上げることができ
る。したがって、導線３４を通流する電流を変えること
によって、押圧力Ｆｂは変化する。シールリング３６
は、出口２４からソレノイドハウジング６への流体のあ
らゆる漏出を妨止するために提供されている。

【００１２】使用時に、圧力Ｐの流体は、チャンバ１０
に流入し、圧力Ｐが作用する領域Ａ１を有する第１のプ
レート１４の第１の面１４′上に力Ｆ１を生ぜしめる。
この力Ｆ１は、Ｆ１＝Ｐ・Ａ１（１）であると算定される。

【００１３】力Ｆ１は、第１のプレート１４に作用し、
開口２２を開放しようとする開放力を提供する。

【００１４】同時に、流体圧力Ｐは、Ａ１よりも小さい
領域Ａ２を有する第２のプレート１６の第２の面１６′
に作用し、これにより、プレート１６上に力Ｆ２を生ぜ
しめる。この力Ｆ２は、Ｆ２＝Ｐ・Ａ２（２）であると算定される。

【００１５】剛性の結合部材１８のために、力Ｆ２は、
第２のプレート１６に作用し第１のプレート１４に閉鎖
力を提供する。

【００１６】閉鎖力Ｆ２と、押圧力Ｆｂとは、組み合わ
さって限界力Ｆｔを生ぜしめ、開口２２を開放させかつ
流体圧力を解放させるために限界流体圧力の影響を受け
ながらプレート１４が移動する前に、開放力Ｆ１は、こ
の限界力Ｆｔに達しなければならない。限界力Ｆｔは、Ｆｔ＝Ｆ２＋Ｆｂ＝Ｆ１（３）である。

【００１７】したがって、図１の弁が、選択されたＰＥ
ＥＰ圧力Ｐ（ＰＥＥＰ）より高い圧力によってプレート
が開口２２を開放させるようにＰＥＥＰ弁として使用さ
れるならば、弁２は、方程式（１）から（３）によりＦｂ＝（Ａ１-Ａ２）・Ｐ（ＰＥＥＰ）（４）であるように構成されていなければならない。

【００１８】プレート１４の領域Ａ１およびＡ２が、知
られているまたは容易に得られかつ一定であると予測す
るのは妥当であるので、方程式（４）は、ソレノイド８
が生ぜしめなければならない所要の押圧力Ｆｂを計算す
るために用いられてよい。この力Ｆｂは、従来技術の弁
が生ぜしめなければならない力よりも小さい。なぜな
ら、本発明の弁２における限界力Ｆｔの一部は、より小
さなプレート１６に作用する、流体圧力自体によって生
ぜしめられるからである。

【００１９】図２を参照すると、本発明による圧力解放
弁３８の別の実施例が、部分断面図で示されている。弁
３８は、弁ハウジング４０を有しており、弁ハウジング
４０は、この弁ハウジングと一体的なばねハウジング４
２を有しており、ばねハウジング４２内には、ばね押圧
手段４４が収容されている。弁ハウジング４０は、流体
ダクト４６を包囲しており、この流体ダクト４６は、外
部からアクセス可能な入口４８を外部からアクセス可能
な出口５０へ接続している。流体流過のための開口５２
が、入口４８と出口５０との間においてダクト４６内に
配置されており、開口５２は、第１の可動なプレート５
４によってシール可能である。第１の可動なプレート５
４は、入口４８から出口５０にまで弁を通る流体の流過
方向で見て、出口開口５２のすぐ前方に配置されてお
り、開口５４を密閉および開放するために可動である。
第１のプレート５４は、剛性のロッド５８を介して第２
の可動なプレート５６に機械的に接続されており、これ
により、２つのプレート５４，５６は、同調しながらの
み可動である。図１の場合のように、第１のプレート５
４には第１の面５４′が、第２のプレート５６にはより
小さな第２の面５６′が設けられており、これらの面上
に流体圧力が作用する。第２のプレート５６は、ばねハ
ウジング４２内に配置されており、動作可能にばね４４
に結合しており、これにより、ばね４４の圧縮によって
生ぜしめられる押圧力Ｆｂ′は、第２のプレート５６お
よびロッド５８を介して第１のプレート５４に伝えら
れ、これにより、開口５２をシールするようにプレート
５４を押し付ける。さらに、ばねハウジング４２内に
は、可変容積コンテナ６０が配置されており、コンテナ
６０の一方の端部は、第２のプレート５６が移動しなが
らコンテナ６０内の容積を変化させるように、第２のプ
レート５６にシールされており、かつばね４４を包囲し
ている。コンテナ６０の内部は、バイパスダクト６２に
よって、流体ダクト４６に、流体が流れるように接続さ
れている。この形式において、第２のより小さなプレー
ト５６は、プレート５６の一方の側のみにおいて、流体
ダクト４６内の流体と圧力を伝え合うように配置されて
おり、流体ダクト４６の圧力は弁３８によって調節され
る。

【００２０】プレート５６の第２の面５６′は、領域Ａ
２′を有しており、圧力Ｐ′の流体に曝された場合に、
方程式（２）に代入することにより与えられる閉鎖力Ｆ
２′によって上方へと移動させられる。流体ダクト４６
内の同様の流体圧力は、第１の面が領域Ａ１を有する第
１のプレート５４上に、方程式（１）に代入することに
より与えられるレベルにおいて、開放力Ｆ１′を生ぜし
める。再び、弁３８が、圧力Ｐ′（ＰＥＥＰ）で作動す
るＰＥＥＰ弁として働くと、ばね４４によって必然的に
提供される押圧力Ｆｂ′は、方程式（４）からＦｂ′＝（Ａ１′−Ａ２′）・Ｐ′（ＰＥＥＰ）（５）である。

【００２１】所要の押圧力Ｆｂ′は、手動または自動的
にばね４４の端部に取り付けられたねじ山つきノブを回
転させ、ばね４４の圧縮を変化させることにより、得る
ことができる。

【００２２】図１および図２に関して説明された押圧手
段８，４４の代わりにその他の公知の押圧手段が代用さ
れてもよく、説明される押圧手段８，４４が、請求され
たような本発明から逸脱することなしに互いを代用して
もよいことは、当業者に理解される。

【００２３】弁が安全圧力解放弁として使用される場合
に、ソレノイド８の電源の破壊が、安全臨界条件下で弁
を誤作動させる虞があるので、安全性の理由のために、
図１の弁２のソレノイド８の代わりにばね押圧を用いる
ことは有利である。さらに、本発明による弁が、請求さ
れる本発明から逸脱することなしに簡単に変更されてよ
く、この場合に、択一例として第２のより小さい可動な
プレート１６，５６が、流過開口を密閉および開放する
ように可動であると理解される。

【００２４】図３を参照すると、本発明による患者呼吸
回路の実施例が示されている。ここに示された呼吸回路
６６は、公知のＰＥＥＰ弁を含む、この分野で広く知ら
れているような回路を提示している。図３の呼吸回路６
６の発明上の相違点は、公知のＰＥＥＰ弁の代わりに、
本発明によるＰＥＥＰ弁、例えば、上に説明された典型
的な実施例による弁２，３８が代用されるということで
ある。この理由から、呼吸回路６６は、詳細に説明しな
い。

【００２５】図示したように、呼吸回路６６は、ベンチ
レータユニット６８を有しており、このベンチレータに
は、吸気ライン７０および呼気ライン７２の端部が、患
者チューブ７６の開口端部７４へまたはこの開口端部７
４へそれぞれガスを搬送するために接続されている。前
記開口端部７４は、使用時に、患者の気道（図示せず）
に接続するようになっている。一方向弁７８，８０は、
吸気ライン７０および呼気ライン７２それぞれにおいて
一列に接続しており、これにより、ガスが、吸気ライン
内において開口端部に向かう方向にのみ流過し、呼気ラ
イン内においては開口端部７４から向かってくる方向に
のみ流過することを保証する。本発明によるＰＥＥＰ弁
２は、呼気ライン７２と一列になって一方向弁８０とベ
ンチレータ６８との間に配置されており、ＰＥＥＰ弁２
の入口１２は、呼気ライン７２に接続されており、出口
２４は、呼気ライン７２を介してベンチレータに接続さ
れている。弁２を開放させる呼気ライン７２内のガス圧
力は、導線３４に沿ってコントロールユニット８４（ベ
ンチレータ６８内に組み込まれてもよい）により供給さ
れる電流によって制御される。またガス圧力は、呼気が
ＰＥＥＰレベルに減少するまで開口２２が開放されたま
まであるように設定されている。第２の解放弁３８は、
吸気ライン７０内に組み込まれており、開口端部７４に
供給される吸気圧力が、所定の安全最大値を超えないこ
とを保証するように動作する圧力解放安全弁として働く
ように配置されている。前記所定の安全最大値は、ばね
押圧４４（図２参照）の伸びを変化させるように弁３８
のノブ６４（図２参照）を調節することによって設定さ
れてよい。このために、ＰＥＥＰ弁２の呼気ライン７２
との接続と異なり、弁３８の入口４８のみが、（Ｔピー
ス８６を介して等により）吸気ライン７０に接続されて
おり、出口５０は大気（または復帰システム）（図示せ
ず）に通じている。この配置において、開口５２は、弁
３８内の吸気圧力が安全最大値に設定されたしきい値を
超えるまでシールされたままである。このしきい値を超
えるまで、吸気は、ベンチレータ６８から吸気ライン７
２に沿って患者チューブ７６の開口端部７４にまで流過
し続ける。

【００２６】同一の弁２または３８が、呼吸回路６６の
吸気ライン７０および呼気ライン７２内において使用さ
れてよく、または弁２および３８が、請求された本発明
から逸脱されることなしに、図３に関して上記に説明さ
れた機能性を提供するために交換されてもよいと認めら
れる。付加的または択一的に、本発明による弁２，３８
は、吸気ライン７０と一列になって含まれてよくかつ、
ベンチレータユニット７２から供給されるガスのための
低圧力デリミッタとして作用するために図３の呼気ライ
ン７２における弁２に関して示したものと同様の形式で
配置されてよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による圧力解放弁の実施例の概略図であ
る。

【図２】本発明による圧力解放弁の別の実施例の概略図
である。

【図３】本発明による患者呼吸回路の概略図である。

【符号の説明】

２，３８圧力解放弁、４，４０弁ハウジング、
６ソレノイドハウジング、８ソレノイド、１０
流体受入チャンバ、１２，４８入口、１４，５４
第１のプレート、１４′，５４′ 第１の面、１
６，５６第２のプレート、１６′，５６′ 第２の
面、１８剛性の部材、２０，３６シールリン
グ、２２開口、２４，５０出口、２６圧潰
可能な壁区分、２８剛性の壁区分、３０磁気的
に敏感なシャフト、３２端部、３４導線、４
２ばねハウジング、４４ばね押圧手段、４６
ダクト、５２出口開口、５８ロッド、６０
コンテナ、６２バイパスダクト、６４ねじ山つ
きノブ、６６患者呼吸回路、６８ベンチレータ
ユニット、７０吸気ライン、７２呼気ライン、
７４開口端部、７６患者チューブ、７８，８０
一方向弁、８４コントロールユニット、８６
Ｔピース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体圧力解放弁（２；３８）であって、流体が流過するための開口（２２；５２）が設けられて
おり、可動に取り付けられた弁手段（１４，１６，１８；５
４，５６，５８）が設けられており、該弁手段が、流体
と圧力を伝え合うように配置されており、さらに、前記
弁手段が、伝えられた流体圧力によって前記弁手段（１
４，１６，１８；５４，５６，５８）に加えられる開放
力が該開放力に反作用する限界力を超えた場合に開口
（２；５２）を開放するように可動であり、押圧手段（８；４４）が設けられており、該押圧手段
が、前記弁手段を前記開口（２２；５２）に向かって移
動させるための押圧力を提供するようになっている形式
のものにおいて、前記弁手段（１４，１６，１８；５４，５６，５８）
が、流体と圧力を伝え合うように配置されており、これ
により、前記開放力よりも小さくかつ前記開放力に逆ら
う閉鎖力が、伝えられた流体圧力によって、弁手段（１
４，１６，１８；５４，５６，５８）に付加的に加えら
れ、前記閉鎖力が、前記押圧力と相俟って限界力を生ぜ
しめることを特徴とする、流体圧力解放弁。
【請求項２】前記弁手段が、第１の面領域を有する第
１の面（１４′；５４′）と、より小さな第２の面領域
を有する第２の面（１６′；５６′）とを有しており、
前記面（１４′，１６′；５４′，５６′）が、流体圧
力が、前記開放力を生ぜしめるために前記第１の面（１
４′；５４′）上に伝えられ、閉鎖力を生ぜしめるため
に前記第２の面（１６′；５６′）上に伝えられるよう
に配置されている、請求項１記載の圧力解放弁。
【請求項３】前記弁手段が、前記第１の面（１４′；
５４′）を有する可動に取り付けられた第１のエレメン
ト（１４；５４）と、前記第２の面（１６′；５６′）
を有する間隔をおいて機械的に接続された、可動に取り
付けられた第２のエレメント（１６；５６）とを有して
おり、前記第１のエレメント（１４；５４）が、前記開
口（２２；５２）を密閉および開放するように可動であ
る、請求項２記載の圧力解放弁。
【請求項４】前記第１のエレメント（１４）および前
記第２のエレメント（１６）が、流体受入チャンバ（１
０）の対向する端壁部を規定するように配置されてお
り、さらに、前記流体受入チャンバ（１０）には、前記
対向する端壁部（１４；１６）の中間に流体入口（１
２）が設けられている、請求項３記載の圧力解放弁。
【請求項５】前記第１のエレメント（１４；５４）お
よび前記第２のエレメント（１６；５６）が、剛性の結
合部材（１８；５８）によって機械的に接続されたプレ
ートから成っている、請求項３または４記載の圧力解放
弁。
【請求項６】前記弁手段（１４，１６，１８；５４，
５６，５８）が、患者の呼吸回路（６６）内のガスとガ
ス圧を伝え合うように接続可能であり、かつ伝えられる
ガス圧力が所望の圧力を超えるまでガスが流過しないよ
うに開口をシールするために押圧手段（８；４４）と協
動する、請求項１から５までのいずれか１項記載の圧力
解放弁。
【請求項７】前記弁手段（１４，１６，１８）が、患
者の呼吸回路（６６）の呼気ライン（７２）と接続可能
であり、前記弁手段が、伝えられるガス圧力が所望の呼
気終末陽圧（ＰＥＥＰ）を超えるまで呼気が流過しない
ように開口（２２）をシールするために押圧手段（８；
４４）と協動する、請求項６記載の圧力解放弁。
【請求項８】前記押圧手段（８；４４）が、制御手段
（８４；６４）に動作可能に接続可能であり、該制御手
段が、調節可能な押圧力を提供するために押圧手段
（８；４４）を制御するようになっている、請求項１か
ら７までのいずれか１項記載の圧力解放弁。
【請求項９】患者呼吸回路（６６）であって、吸気ライン（７０）および呼気ライン（７２）が設けら
れており、前記ラインの一方または両方が、前記ライン内に配置さ
れた圧力解放弁を有している形式のものであって、前記圧力解放弁が、請求項１から８までのいずれか１項
記載の弁（２；３８）であることを特徴とする、患者呼
吸回路。