KR20020042638A - 서지 방지 장치 - Google Patents

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KR20020042638A
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가브리엘 에스. 콘
케빈 디. 크로파
데이비드 엘. 보거
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얼라이드 헬스캐어 프로덕츠 인코포레이티드
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    • Y10T137/87917—Flow path with serial valves and/or closures
    • Y10T137/88046—Biased valve with external operator

Abstract

서지 방지 밸브(20)는 최초의 고압 서지 형성을 방지하는데 사용된다.

Description

서지 방지 장치{Surge Prevention Device}
공지된 고압 산소 운송 시스템은 산소 실린더, 실린더 밸브와 압력 조절기를 가지고 있다. 상기 산소 실린더는 미국에서는 2,200psi 이상 그리고 다른 나라에서는 3,000psi 이상의 압력으로 순수 산소로 충진될 수 있다. 상기 밸브는 상기 실린더에 부착되어 상기 조절기로의 산소의 유동을 차단한다. 상기 압력 조절기는 탱크 압력을 200psi 이하로 낮추도록 설계된다. 미국에서 대부분의 압력 조절기는 탱크 압력을 대략 50psi까지 낮춘다. 유럽에서의 종래의 압력 조절기는 탱크 압력을 대략 60psi까지 낮춘다.
위와 같은 공지된 산소 시스템에서 밸브가 급속하게 개방될 때, 바람직하지 못한 고압 서지가 상기 압력 조절기에 발생될 수 있다. 발화로 이어지는 가스의 온도 상승으로 인한 점화 뿐만 아니라 고압 서지를 방지하는 기술이 필요하다.
산소 조절기 파손의 위험은 악조건에서 또는 비숙련자에 의하여 사용되는 휴대용 산소 시스템에서 더욱 높아질 수 있다. 휴대용 산소 시스템은 사고장소 즉 심장마비와 같은 비상 의료 시와 환자 수송시 비상 산소 운송을 위하여 사용된다. 산소 요법을 위하여 산소의 근원으로서 산소 농축기를 사용하는 자택치료 환자는 정전의 경우를 대비하여 대기 산소 실린더를 가지고 있을 필요가 있다. 산소 실린더는 자택치료 환자가 집 바깥으로 이동하는데 사용된다. 휴대용 시스템에 쉽게 사용될 수 있고 고압 서지를 제거하거나 또는 방지할 수 있는 밸브에 관한 기술이 필요하다. 산소 실린더가 환자를 수송하는데 사용되는 병원에서도 사용될 수 있다. 그들은 또한 비상 대체 시스템으로서 사용된다.
공지된 서지 감소 장치는 U.S. 특허 3,841,353(Acomb), U.S. 2,367,662(Baxter 등)과 U.S. 4172468(Ruus)에 개시되어 있다. 이와 같은 장치들은 늦은 응답률을 일으키는 상대적으로 육중한 피스톤, 상대적으로 연장된 본체, 비용 상승을 일으키는 복잡한 구조, 또는 현 시스템에서 다른 위치들에 상기 장치들을 위치시키는 것을 방지하는 구조와 같은 결점들을 하나 이상 가지고 있다.
Acomb은 서지 방지 장치가 실린더 밸브에 일체로 형성된 서지 방지 산소 실린더 밸브를 개시하고 있다. Acomb으로 알려진 장치는 작동하기 위하여 스프링 힘에 저항하는 힘을 필요로 한다. 상기 Acomb 장치에서, 상기 저항력은 상기 밸브 핸들에 연결된 스템(stem)에 의해 제공된다. 추가적으로, 블리드 오리피스(bleeder orifice)가 막힌다면, 상기 밸브는 유동을 막게되고, 가스 공급은 중단된다. 이와 같은 경우에, 사용자는 탱크가 가득차 있음에도 불구하고 비어 있는 것으로 오해하여 위험이 초래될 수 있다.
Baxter는 용접 시스템용 압력 충격 흡수기를 개시하고 있다. Baxter는 중심을 관통하는 보어를 가진 연장된 피스톤을 개시하고 있다. 상기 연장된 피스톤은 관성모멘트를 증가시켜 피스톤이 압력 서지에 반응하는 시간을 증가시킨다. 상기 긴 보어는 그를 관통하는 가스의 유량을 제어하기 위하여 허용오차를 더욱더 촘촘하게 한다. 게다가, 상기 연장된 피스톤에 접하는 스프링은 장치의 부피를 상대적으로 크게 한다.
Ruus는 연장된 2-부분 피스톤을 가진 산소 조절기 공급 시스템용 압력 충격 흡수기를 개시하고 있다. 상기 피스톤의 연장된 구조는 관성모멘트를 증가시켜 피스톤이 압력 서지에 반응하는데 필요한 시간을 증가시킨다. 상기 2-부분 피스톤은 복잡성과 제조 단가를 상승시킨다. 또한 이와 같은 장치에서, 제한된 통로가 막히면, 유동이 중단되고 상기 Acomb 장치와 같이 사용자가 오해하는 문제가 발생된다.
본 발명은 고압하에서 산소와 같은 가스를 제어하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 산소의 유동을 제어하는 밸브와 고압 서지를 감소시키거나 방지하는 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 양호한 실시예에 따라 구성된 산소 공급 시스템의 측면도.
도 2는 도 1의 선 2-2에 따른 도 1의 시스템의 서지 방지 밸브의 단면도.
도 3은 작동 중에 있는 도 2의 서지 방지 밸브의 단면도
도 4는 다른 작동 단계에서 작동 중인 도 2의 서지 방지 밸브의 다른 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 양호한 실시예에 따라 구성된 서지 방지 밸브의 단면도.
도 6은 도 5의 서지 방지 밸브의 저부의 확대도
도 7은 작동 중에 있는 도 5의 서지 방지 밸브의 단면도.
도 8은 다른 작동 단계에서 작동 중인 도 5의 서지 방지 밸브의 다른 단면도.
본 발명은 가스가 제 1 유량으로 유동하는 가스용 제 1 유로, 가스가 더욱 큰 유량으로 유동하는 가스용 제 2 유로와, 제 1 방향으로 움직여 상기 제 1 유로를 개방시키고 상기 제 2 유로의 개방을 가능하게 하며 제 2 방향으로 움직여 상기 제 2 유로를 개방시키는 핸들을 가지는 장치를 제공함으로써 상기 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한다. 본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 상기 장치는 서지 방지 밸브일 수 있다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 상기 핸들은 상기 제 1 유로를 개방시키기 위하여 축방향으로 이동하고 상기 제 2 유로를 개방시키기 위하여 회전 방향으로 이동한다. 본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 상기 핸들의 축방향 이동은 상기 제 2 유로의 개방을 가능하게 하기 위하여 필요하다. 본 발명은 아래에서 설명될 실시예에 제한되지 아니한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 스프링이 제 1 방향에 대향하는 방향으로 상기 핸들 부재를 바이어스시키는데 사용될 수 있다. 게다가, 맞물림 가능한 토크 유닛은 상기 핸들로부터 토크를 전달하여 상기 제 2 유로를 개방시키는데 사용될 수 있다. 본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 상기 스프링은 압축되어 상기 토크 유닛과 맞물린다.
본 발명은 또한 고압 산소 실린더와 함께 사용되는 밸브와 같은 서지 방지 밸브에 관한 것이다. 상기 서지 방지 밸브는 입출구를 구비한 하우징을 가진다. 밀봉 유닛이 입구로부터 출구까지 유로를 밀폐하는데 사용될 수 있고 블리드 통로가 상기 밀봉 유닛에 구비될 수 있다. 상기 밸브는 또한 상기 블리드 통로를 개방하고 상기 주 유로를 개방하기 위하여 상기 밀봉 유닛을 이동시키는 액츄에이터를 가질 수 있다.
바람직하다면, 상기 밀봉 유닛은 상기 하우징내에 나사결합될 수 있다. 이와 같은 구조로 인해, 상기 액츄에이터는 상기 밀봉 유닛을 상기 밸브 시트를 향해 그리고 상기 밸브 시트로부터 멀리 나사결합된 채로 이동시켜 상기 주 유로를 개폐시킬 수 있다. 게다가, 밸브 로드는 상기 블리드 통로를 밀폐시키기 위하여 구비될 수 있다. 상기 밸브 로드는 상기 밀봉 유닛 내에 미끄럼가능하게 위치될 수 있다.
본 발명은 또한 고압 밸브 작동 방법에 관한 것이다. 본 방법은 (1) 가스가제 1 유량으로 제 1 유로를 통해 흐르도록 인에이블링(enabling) 방향으로 핸들을 이동시키는 단계와;(2) 더욱 큰 유량으로 제 2 유로를 통해 흐르도록 제 2 방향으로 핸들을 이동시키는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 상기 밸브를 밀폐시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 양호한 실시에에 따르면, 상기 방법은 압력 조절기를 통해 사용자에게 또는 소정의 장치(예컨대 호흡기)에 산소를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 상기 조절기내로 유량을 점차적으로 증가시켜 상기 시스템에서 고압 서지 형성을 방지하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 양호한 실시예에 따르면, 밸브를 개방하는 방법은 (1) 가스가 제 1 유량으로 제 1 유로를 통해 흐르도록 인에이블링 방향으로 상기 핸들 내에서 핸들 버튼을 이동시키는 단계와;(2) 가스가 더 큰 유량으로 제 2 유로를 통해 흐르도록 제 2 방향으로 상기 핸들 전체를 이동시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 한 양태에 따르면, 상기 인에이블링 방향은 축방향이 될 수 있고 상기 제 2 방향은 회전 방향이 될 수 있다.
본 발명의 목적과 장점은 본 발명의 양호한 실시예에 대한 상세한 설명과 청구범위와 도면에 의하여 더욱 명백해질 것이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 산소 공급 시스템은 도면 부호 10으로 도시된다. 도시된 상기 시스템 10에 대한 상세한 설명은 다음과 같다. 본 발명은 도시된 상기 시스템 10의 특징에 제한되지 아니한다.
도 1을 참조하면, 상기 산소 공급 시스템(10)은 압력 조절기(12), 상기 압력 조절기(12)로부터 환자에게 산소를 공급하는 도관(14), 산소 소스(16)와, 산소가 소스(16)로부터 흘러 나가는 것을 방지하는 포스트 밸브(20)를 포함한다. 상기 소스(16)는 예컨대 산소 실린더이다. 아래에서 상세하게 설명하겠지만, 상기 밸브(20)는 그것이 개방되었을 때 압력 조절기(12)에 고압 서지가 발생되는 것을 방지하도록 구성된다. 산소 이외에, 본 발명은 아산화 질소와 다른 농축 산화제를 다루는데 사용될 수 있다. 본 발명은 의료 시스템 이외의 시스템에서도 사용될 수 있다. 예컨데, 본 발명은 산소 용접 장치에도 적용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 밸브(20)는 입구(24)와 출구(26)를 가지는하우징(22)을 포함한다. 상기 입구(24)는 상기 산소 소스(16)에 연결될 수 있다. 상기 출구(26)는 상기 압력 조절기(12)에 연결될 수 있다. 게다가, 상기 밸브(20)는 밀봉 유닛(28), 밸브 로드(30)와 액츄에이터 유닛(32)을 포함한다. 상기 밀봉 유닛(28)은 밸브 시트(36)를 밀봉하는 환형 엘라스토머 밀봉 패드(34)를 가질 수 있다. 산소가 상기 패드(34)를 관통해서 상기 밀봉 유닛(28)내의 제 1 우회로 공간(38)내로 유동할 수 있도록 하는 통로(37)가 구비될 수 있다. 상기 밀봉 유닛(28)은 또한 제 2 우회로 공간(40)과 블리드 통로(42)를 가진다.
상기 밸브 로드(30)의 상단부(44)는 액츄에이터 유닛(32)내에 고정된다. 상기 밸브 로드(30)의 하단부는 상기 제 2 우회로 공간(40)내에 미끄럼가능하게 위치된다. 상기 밸브 로드(30)는 축소 직경부(46)와 원추형 하단부(48)를 가진다. 상기 축소 직경부(46)과 원추형 하단부(48)를 제외하면, 상기 밸브 로드(30)의 나머지 부분은 직경이 실질적으로 일정한 원형 단면을 가진다. 상기 밸브 로드(30)의 단면은 상기 제 1 우회로 공간(38)의 상부 개구(50)가 도 2에 도시된 위치에서 상기 로드(30)의 하단부(48)에 의해 정해지도록 구성된다.
더욱 상세하게 설명하면, 상기 밸브 로드(30)는 아래로 이동하고 상기 밀봉 유닛(28)을 관통하여 도 3에 도시된 위치까지 다다른다. 도 3 위치에서, 상기 축소 직경부(46)는 상기 제 1 우회로 공간(38)의 상부 개구(50)내에 위치된다. 상기 축소 직경부(46)의 단면적은 상기 상부 개구(50)의 단면적보다 작다. 결과적으로, 상기 밸브 로드(30)가 도 3 위치에 있을 때 산소는 상기 상부 개구(50)를 관통해 유동한다.
상기 밀봉 유닛(28)은 적합한 나사산(62)에 의해 상기 하우징(22)에 연결된다. 상기 나사산(62)이 구성되어 있어서 상기 하우징(22)에 관하여 상기 밀봉 유닛(28)을 제 1 방향으로 회전시키면 상기 밀봉 패드(34)가 이동되어 상기 밸브 시트(36)와 밀봉 결합한다. 반대방향으로 상기 밀봉 유닛(28)을 회전시키면, 상기 밀봉 패드(34)가 상기 밸브 시트(36)로부터 멀어져서 도 4에 도시된 개방 위치까지 이동한다. 이와 같이 개방된 위치에서, 산소는 상기 밸브 시트(36)를 관통하여 화살표 64 방향으로 상기 밀봉 유닛(28) 둘레를 따라 출구(26)로 흘러나간다. O-링(66) 또는 적합한 밀봉 수단이 상기 밀봉 유닛(28)과 상기 하우징(22) 사이에 구비되어 있어서 산소가 상기 밀봉 유닛(28)의 둘레를 따라서 상기 출구(26) 위로 흐르는 것을 방지한다.
상기 액츄에이터 유닛(32)은 피스톤 유닛(70), 상기 피스톤 유닛(70)에 고정된 핸들(72)과 커버(74)를 가진다. 상기 피스톤 유닛(70)은 상기 커버(74)에 미끄럼가능하게 위치된다. 상기 피스톤 유닛(70)은 아래에서 설명하는 바와 같이 상기 커버(74)내에서 회전할 수 있다. 상기 피스톤 유닛(70)은 코일 스프링(76)에 의해 상방향으로(상기 밀봉 유닛(28)로부터 멀어지는 방향으로) 바이어스된다. 상기 커버(74)는 바람직하게는 상기 하우징(22)에 나사 결합될 수 있다.
토크 유닛은 상기 피스톤 유닛(70)에 형성된 개구(78,80)와 상기 밀봉 유닛(28)에 관하여 고정된 핀(82,84)에 의해 형성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 핀(82,84)은 상기 피스톤 유닛(70)이 스프링(76)의 바이어스에 반하여 아래 방향으로 밀려질 때 개구(78,80)내에 수용된다. 상기 핀(82,84)이 상기개구(78,80)내에 수용될 때, 상기 핸들(72)에 적용된 토크는 상기 밀봉 유닛(28)에 전달될 수 있다. 그 후, 토크는 수동적으로 제 1 방향으로 상기 핸들(72)에 적용되고 상기 밀봉 유닛(28)을 상기 하우징(22)내로 더욱 아래로 이동시켜 도 2에 도시된 밀봉 위치로 상기 밀봉 패드(34)를 밀어부치게 된다. 게다가, 토크는 반대 방향으로 적용되고 상기 밀봉 패드(34)를 상기 밸브 시트(36)로부터 도 4에 도시된 개방 위치까지 나사결합된 채로 이동시킨다.
본 발명은 여기에 설명되거나 도시된 서지 방지 밸브(20)의 특정 구성에만 제한되지 아니한다. 그래서, 예컨대 상기 토크 유닛은 상기 밀봉 유닛(28)내의 개구와 상기 피스톤 유닛(70)에 고정된 핀에 의해 형성될 수 있고 다양한 장치가 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있다.
상기 밸브는 도 2에 도시된 위치에서 밀폐된다. 밀폐위치에서, 산소는 상기 밀봉 패드(34)와 밸브 시트(36) 사이를 흐를 수 없다. 게다가, 밀폐위치에서, 상기 밸브 로드(30)는 상기 제 1 우회로 공간(38)의 상부 개구(50)를 밀봉하므로 산소는 상기 제 2 우회로 공간(40)내로 흐르지 못한다. 바람직하다면, 상기 상부 개구(50)에서 밸브 로드(30)와 접하여 기밀을 형성하도록 적합한 O-링(88)이 제공될 수 있다.
상기 밸브(20)는 도 4에 도시된 위치에서 개방된다. 앞서 본 바와 같이, 개방위치에서,산소는 밸브 시트(36)를 통해 상기 밀봉 유닛(28)의 둘레를 따라서 화살표 64 방향으로 밸브 출구(26)로 흘러나간다. 밸브(20)를 밀폐위치에서 개방위치로 이동시키기 위하여, 사용자는 우선 상기 핀(82,84)이 상기 개구(78,80)내에 위치될 때까지 스프링(76)의 바이어스에 반하여 핸들(72)을 수동으로 누른다. 상기 핸들(72)을 누르면 상기 피스톤 유닛(72)은 상기 밀봉 유닛(28)을 향해 축방향으로 이동한다. 그 후 사용자는 핸들(72)에 개방 회전 방향으로 토크를 가하여 상기 밸브 시트(36)로부터 멀리 밀봉 유닛(28)을 나사결합된 채로 회전시킨다. 토크는 상기 피스톤 유닛(70)과 토크 유닛(78-84)을 통해 전달되어 상기 나사산이 형성된 밀봉 유닛(28)을 회전시킨다. 도시된 구성에 있어서, 상기 스프링(76)이 도 3에 도시된 압축 위치에 있으면서 상기 토크 유닛(78-84)이 결합되어 있지 않다면 상기 밀봉 유닛(28)은 핸들(72)에 의해 회전될 수 없다. 상기 토크 유닛(78-84)은 상기 밀봉 유닛(28)의 회전을 가능하게 하도록 결합된다.
상기 토크 유닛(78-84)과 결합시키기 위하여 상기 핸들(72)을 누르면, 상기 밸브 로드(30)의 축소 직경부(46)는 상기 제 1 우회로 공간(38)의 상부 개구(50)내로 이동한다. 상기 축소 직경부(46)가 상부 개구(50)내에 위치할 때, 산소는 상기 제 2 우회로 공간(40)내로 상기 블리드 통로(42)를 통해 흘러든다. 산소는 상기 핸들(72)이 아래 방향으로 이동하는 동안, 상기 토크 유닛(74-84)이 완전히 결합되기 전에, 상기 상부 개구(50)를 통해 흐르기 시작한다. 도시된 구성에 있어서, 상기 핸들(72)은 상기 밀봉 유닛(28)이 상기 밸브 시트(36)로부터 나사 결합되어 상승되기 전에 중간의 도 3 위치까지 이동되어야 한다. 상기 밸브(20)를 개방하는 것은 의료 병의 안전 캡을 개방하는데 필요한 2 단계 작업과 같은 2 단계의 일련의 누름-비틈 작업을 필요로 한다. 사용자가 상기 핸들(72)을 누르지 않는다면, 상기 피스톤 유닛(70)은 상기 밀봉 유닛(28)과 결합하지 않은 채 상기 커버(74)내에서만단지 회전한다. 그러나, 본 발명은 여기에 설명된 양호한 실시예에만 제한되지 아니한다.
결과적으로, 상기 밸브(20)는 상기 밀봉 패드(34)가 상기 밸브 시트(36)로부터 멀리 이동하기 전에 산소가 상기 블리드 통로(42)를 통해 출구(26)로 흘러나오는 것을 가능하게 한다. 상기 토크 유닛(78-84)과 결합하는데 필요한 짧은 시간동안 제한된 통로(42)를 통해 흘러나오는 작은 산소량은 밸브(20)가 뒤이어 개방될 때 상기 시스템(10)에서 발생되는 고압 서지를 방지하기에 충분한다. 그래서, 상기 조절기(12)(도 1)가 느리고 제어된 비율로 채워진 후 고압 산소의 최대 유량이 밸브(20)를 통과한다. 상기 밸브 개방 위치(도 4)에서 밸브 시트(36)를 통과하는 산소 유량은 도 3에 도시된 중간 위치에서 블리드 통로(42)를 통과하는 유량보다 훨씬 많다.
양호한 작업방법에 있어서, 사용자는 우선 압력이 밸브(20)에서 안정화될 때까지 핸들(72)을 누른다. 이는 제 1 유로(38)를 개방시켜 산소가 감소된 비율로 유동하도록 한다. 상기 밸브(20)를 개방하도록 핸들(72)을 누르는데 소요되는 시간은 상기 조절기(12)를 점층적으로 가압하는데 충분하다. 유용한 시간에 상기 출구(26)로 충분한 산소를 흘러보내는 밸브(20)의 성능은 예컨대 상기 블리드 통로(42)에 대하여 적합한 단면적을 선택함으로서 제어될 수 있다.상기 블리드 통로(42)는 상기 밀봉 유닛(28)내로 소정의 개구를 드릴링함으로써 형성될 수 있다. 큰 또는 작은 드릴은 큰 또는 작은 통로를 형성한다.
사용자가 상기 양호한 작동방법을 피하고자 하거나 또는 제 1 우회로공간(38) 또는 블리드 통로(42)가 막혔다하더라도, 사용자가 핸들(72)을 천천히 비튼다면 안전인자가 더욱더 추가되는 것이다. 결과적으로, 바람직하다면, 사용자는 상기 핸들(72)을 천천히 비틀도록 교육받을 수 있다. 상기 핸들(72)을 비트는 교육이 적합하게 지켜진다면, 상기 밸브(20)는 제 1 우회로 공간(38) 또는 블리드 통로(42)의 도움없이도 조절기(12)에서의 고압 서지를 방지할 수 있다. 본 발명은 여기에 설명되거나 도시된 특정 밸브(34,36)와 블리드 통로(42)에 제한되지 아니한다.
도 4에 도시된 개방 위치에서, 실질적으로 상기 밸브(20)를 통과하는 모든 산소는 블리드 통로(42)를 통하지 아니하고 화살표 64 방향으로만 유동한다. 결과적으로, 상기 블리드 통로(42)는 위 유동 가스에 실려있는 작은 오염물 입자에 의해 막히지 아니한다. 상기 블리드 통로(42)가 막히더라도, 상기 밸브(20)는 여전히 작동되고 산소는 목적하는 장치에 여전히 공급된다.
상기 밸브(20)를 밀폐시키기 위하여, 사용자는 상기 토크 유닛(78-84)과 결합시키기 위하여 스프링(76)의 바이어스에 반하여 상기 핸들(72)을 누른다. 그 후, 상기 스프링(76)이 압축됨에 따라, 사용자는 수동으로 핸들(72)을 비틀고 밀봉 유닛(28)을 나사 결합한 채로 뒤로 이동시켜 상기 밸브 시트(36)와 밀봉 접촉하도록 한다. 그후, 상기 핸들(72)에 작용되는 아래 방향의 압력은 해제되고 스프링(76)은 상기 밸브 로드(30)의 단부(48)를 상기 제 1 우회로 공간(38)의 상부 개구(50)내의 밀봉 위치로 이동시킨다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 밸브(100)를 도시한다. 상기밸브(100)는 입구(140)과 출구(114)를 가지는 하우징(130)을 포함한다. 상기 입구(140)는 상기 산소 소스(16)에 연결된다. 상기 출구(114)는 압력 조절기(12)에 연결된다. 게다가, 상기 밸브(100)는 밀봉 유닛(124), 밸브 로드(106)와 액츄에이터 유닛(142)을 포함한다. 상기 밀봉 유닛(124)은 밸브 시트(146)에 접하여 밀봉하는 환형 엘라스토머 밀봉 패드(144)를 가진다. 제 1 우회로 공간(138)은 산소가 상기 패드(144)를 통해 상기 밀봉 유닛(124)까지 흐를 수 있도록 한다. 상기 밀봉 유닛(124)은 또한 블리드 통로(118)를 가진다.
상기 밸브 로드(106)의 상단부(160)는 핸들 버튼(104)내에 고정된다. 상기 밸브 로드(106)의 하단부는 제 2 우회로 공간(116)과 밸브 공간(162)에 미끄럼가능하게 위치된다. 상기 밸브 로드(106)는 축소 직경부(110)와 원추형 하단부(132)를 가진다. 상기 축소 직경부(110)와 원추형 하단부(132) 이외에, 상기 밸브 로드(106)의 나머지 부분은 실질적으로 일정한 직경을 가진 원형 단면을 가진다. 상기 밸브 로드(106)의 단면은 상기 제 1 우회로 공간(138)의 O-링이 도 5에 도시된 위치에서 상기 로드(106)의 하단부(132)로 상기 제 1 우회로 공간(138)로부터 제 2 우회로 공간(116)을 밀봉하도록 구성된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 밸브 로드(106)의 하단부(132)와 결합된 상기 O-링(136)은 제 1 우회로 공간(138)과 제 2 우회로 공간(116) 사이의 밀봉을 형성하는 유일한 구성요소이다. 더욱이, 상기 밸브 로드(106)의 위치와 상관없이, 연속적인 통로(202)가 상기 제 1 우회로 공간(138)과 상기 O-링(136)의 노출된 저면 사이에 제공된다. 도시된 시스템에 있어서, 상기 상부 개구(164)는, 제 1 개방 밸브(100)없이, 누군가가 가스 소스(16)를충진할 때 O-링(136)이 개구(128)내로 날려들어가는 것을 방지하는 지지판으로서 기능한다.
상기 밸브 로드(106)는 상기 밀봉 유닛(124)을 관통하여 도 7에 도시된 위치까지 아래로 이동한다. 도 7 위치에 있어서, 상기 축소 직경부(110)는 제 1 및 제 2 우회로 공간(138,116)에 위치된다. 상기 축소 직경부(110)의 단면적은 상기 제 1 및 제 2 우회로 공간(138,116)의 단면적보다 작다. 결과적으로, 산소는 상기 밸브 로드(106)가 도 7 위치에 있을 때 상기 제 1 및 제 2 우회로 공간(138,116)을 통하여 흐른다.
상기 밀봉 유닛(124)은 적합한 나사산(126)에 의해 상기 하우징(130)에 연결된다. 상기 나사산(126)은 상기 밀봉 유닛(124)이 상기 하우징(130)에 관하여 제 1 방향으로 회전하면 상기 밀봉 패드(144)가 이동하여 상기 밸브 시트(146)와 밀봉 결합하도록 구성된다. 반대 방향으로 상기 밀봉 유닛(124)을 회전시키면 상기 밀봉 패드(144)는 상기 밸브 시트(146)로부터 도 8에 도시된 개방 위치까지 이동한다. 개방 위치에서, 산소는 상기 밸브 시트(146)를 통해 상기 밀봉 유닛(124) 둘레를 따라 화살표 170 방향으로 출구(114)로 흘러 나간다.
상기 액츄에이터 유닛(142)은 핸들 버튼(104), 상기 핸들 버튼(104)을 둘러싸는 핸들(102), 소켓 구조물(112)과 핸들 커버(154)를 가진다. 상기 핸들 커버(104)와 소켓 구조물(112)은 코일 스프링(108)에 의하여 상방향으로(상기 밀봉 유닛(124)으로부터 멀어지는 방향으로) 바이어스된다. 상기 커버(154)는 바람직하다면 상기 하우징(130)에 나사결합된다.
토크 유닛은 소켓, 구조물(112)과 함께, 상기 핸들(152)에 형성된 핀(120,156)과 상기 밀봉 유닛(124)에 관하여 고정된 핀(122,158)에 의하여 형성된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 4개의 핀(122,158,120,156)은 상기 핸들 버튼(104)이 스프링(108)의 바이어스에 반하여 아래 방향으로 눌려질 때 상기 소켓 구조물(112)에 의해 수용될 수 있다. 도 7 위치에서, 상기 소켓 구조물(112)은 핀(122,158,120,156)이 하나의 유닛 처럼 움직이도록 한다. 그러므로, 상기 핸들(102)에 적용된 토크는 상기 밀봉 유닛(124)에 전달될 수 있다. 토크는 제 1 방향으로 상기 핸들(102)에 수동으로 적용되어 상기 밀봉 유닛(124)이 하우징(130)내로 더욱더 아래로 이동하여 도 7에 도시된 밀봉 위치로 상기 밀봉 패드(144)를 누른다. 게다가, 토크는 밀봉 패드(144)가 상기 밸브 시트(146)로부터 도 8에 도시된 개방 위치로 나사결합된 채 이동하도록 반대 방향으로 적용된다.
상기 밸브(100)는 도 5에 도시된 위치에서 밀폐되어 있다. 밀폐 위치에서,산소는 밀봉 패드(144)와 밸브 시트(146) 사이에서 흐르지 못한다. 게다가, 밀폐 위치에서, 상기 O-링(136)과 밸브 로드(106)는 상기 제 1 우회로 공간(138)을 밀봉하여 산소가 상기 제 2 우회로 공간(116)내로 흐를 수 없다. 적합한 O-링(136)은 상부 개구(164)에서 상기 밸브 로드(106)에 접하여 기밀 밀봉을 형성하도록 구성된다.
상기 밸브(100)는 도 8에 도시된 위치에서 개방되어 있다. 개방 위치에서, 산소는 상기 밸브 시트(146)를 거쳐 밀봉 유닛(124) 둘레를 따라서 화살표 170 방향으로 출구(114)로 흘러나간다. 상기 밀폐 위치에서 개방 위치로 밸브(100)를 움직이기 위하여, 사용자는 우선 스프링(108)의 바이어스에 반하여 핸들 버튼(104)을 수동으로 누른다. 상기 소켓 구조물(112)은 밸브 로드(106)와 일체이기 때문에, 상기 소켓 구조물(112)은 스프링(108)의 바이어스에 반하여 밀봉 위치까지 아래로 이동한다. 상기 소켓 구조물(112)은 밸브 로드(106)에 억지끼워맞춤 또는 접착제 등에 의하여 고정된다.
상기 핸들 버튼(104)이 눌러지면, 상기 밸브 로드(106)는 상기 밀봉 유닛(124)을 향하여 축방향으로 이동하고 상기 핀(122,158,120,156)은 상기 소켓 구조물(112)과 맞물린다. 그 후, 사용자가 개방 회전 방향으로 핸들(102)에 토크를 가하면 밀봉 유닛(124)은 나사결합된 채 회전되어 밸브 시트(146)로부터 멀어진다. 토크는 핸들(102)과 토크 유닛(112,120,122,156,158)을 통해 전달되고 나사산을 가진 밀봉 유닛(124)을 회전시킨다. 도시된 구성에 있어서, 상기 스프링(108)이 도 7에 도시된 압축된 위치에 있으면서 상기 토크 유닛(112,120,122,156,158)이 결합되지 않으면, 상기 밀봉 유닛(124)은 회전할 수 없다. 상기 토크 유닛(112,120,122,156,158)은 상기 밀봉 유닛(124)의 회전을 가능하게 하도록 결합된다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 핸들 버튼(104)은 핸들(102)의 일부로서 형성되고 핸들(102)을 잡는 손의 엄지손가락에 의해 작동가능하도록 위치될 수 있다.
상기 토크 유닛(112,120,122,156,158)과 결합하기 위하여 상기 핸들 버튼(104)을 누르면, 상기 밸브 로드(106)의 축소 직경부(110)는 상기 제 1 우회로 공간(138)의 상부 개구(164)내로 이동한다. 상기 축소 직경부(110)가 상부 개구(164)에 위치할 때, 산소는 상기 제 2 우회로 공간(116)내로 상기 블리드통로(118)를 관통해 유동한다. 상기 핸들 버튼(104)이 아래로 이동하는 동안, 상기 토크 유닛(112,120,122,156, 158)이 완전히 결합하기 전, 산소는 상부 개구(164)를 통해 흐르기 시작한다. 도시된 구성에서, 상기 밀봉 유닛(124)이 밸브 시트(138)로부터 나사 결합된 채 상승되기 전에, 상기 핸들 버튼(104)은 중간 도 7 위치까지 이동되어야만 한다. 상기 밸브(100)를 개방하기 위해서는 2 단계의 일련의 누름-비틈 작업이 필요하다. 사용자가 상기 핸들 버튼(104)을 누르지 않는다면, 상기 핸들(102)은 밀봉 유닛(124)과 결합되지 아니하고 커버(154)내에서만 회전하게 된다.
결과적으로, 상기 밀봉 패드(144)가 밸브 시트(146)로부터 멀리 이동하기 전에, 상기 밸브(100)는 산소가 블리드 통로(118)를 통해 출구(114)로 흘러나가는 것을 허용한다. 상기 토크 유닛(112,120,122,156,158)과 결합하는데 필요한 짧은 시간 동안, 제한된 통로(118)를 통해 흘러나가는 적은 산소량은 밸브(100)가 연속적으로 개방될 때 시스템(10)에 발생되는 고압 서지를 방지하는데 충분한다. 그래서, 상기 조절기(12)(도 1)가 느리고 제어된 비율로 채워진 후 고압 산소의 최대 유량이 밸브(20)를 통과한다. 상기 밸브 개방 위치(도 8)에서 밸브 시트(146)를 통과하는 산소 유량은 도 7에 도시된 중간 위치에서 블리드 통로(118)를 통과하는 유량보다 훨씬 많다.
양호한 작업방법에 있어서, 사용자는 우선 압력이 밸브(100)에서 안정화될 때까지 핸들버튼(104)을 누른다. 상기 밸브(100)를 개방하도록 핸들버튼(104)을 누르는데 소요되는 시간은 상기 조절기(12)를 점층적으로 가압하는데 충분하다. 유용한 시간에 상기 출구(114)로 충분한 산소를 흘러보내는 밸브(100)의 성능은 예컨대 상기 블리드 통로(118)에 대하여 적합한 단면적을 선택함으로 제어될 수 있다.
도 8에 도시된 개방 위치에서, 실질적으로 상기 밸브(100)를 통과하는 모든 산소는 블리드 통로(118)를 통하지 아니하고 화살표 170 방향으로만 유동한다. 결과적으로, 상기 블리드 통로(118)는 위 유동 가스에 실려있는 작은 오염물 입자에 의해 막히지 아니한다. 상기 블리드 통로(118)가 막히더라도, 상기 밸브(100)는 여전히 작동되고 산소는 목적하는 장치에 여전히 공급된다.
상기 밸브(100)를 밀폐시키기 위하여, 사용자는 상기 토크 유닛(112,120,122,156,158)과 결합시키기 위하여 스프링(108)의 바이어스에 반하여 핸들(102)을 잡고 동시에 핸들버튼(104)을 누른다. 그 후, 상기 스프링(108)이 압축됨에 따라, 사용자는 수동으로 핸들(102)을 비틀고 밀봉 유닛(124)을 나사 결합한 채로 뒤로 이동시켜 상기 밸브 시트(146)와 밀봉 접촉하도록 한다. 그 후, 상기 핸들버튼(104)에 작용되는 아래 방향의 압력은 해제되고 스프링(108)은 상기 밸브 로드(106)의 단부(132)를 상기 제 1 우회로 공간(138)의 상부 개구(164)내의 밀봉 위치로 이동시킨다.
상기 설명과 도면은 단지 본 발명의 목적을 달성하기 위한 양호한 실시예에 관한 것일 뿐이며, 본 발명은 상기 설명과 도면에 제한되지 아니한다. 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 어떠한 변경도 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명은 고압하에서 산소와 같은 가스를 제어하는 장치에 관한 것이다. 본발명은 또한 산소의 유동을 제어하는 밸브와 고압 서지를 감소시키거나 방지하는 시스템에 관한 것이다.

Claims (25)

  1. 압축 가스 조절 장치에 있어서,
    상기 장치를 통해 제 1 유량으로 가스를 유동시키는 제 1 유로와,
    상기 장치를 통해 제 2 유량으로 가스를 유동시키는 제 2 유로와,
    제 1 방향으로 이동시켜 상기 제 1 유로를 개방하고 상기 제 2 유로의 개방을 가능하게 하며, 제 2 방향으로 이동시켜 상기 제 2 유로를 개방하도록 구성된 핸들을 포함하며,
    상기 제 2 유량은 상기 제 1 유량 보다 크고,
    상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향과 상이한 압축 가스 조절 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 방향은 축방향인 것을 특징으로 하는 압축 가스 조절 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 방향은 회전방향인 것을 특징으로 하는 압축 가스 조절 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 제 3 방향으로 상기 핸들을 바이어스하는 스프링을 추가로 포함하고, 상기 제 3 방향은 상기 제 1 방향에 반대인 것을 특징으로 하는 압축 가스 조절 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 유로를 개방하기 위하여 상기 핸들로부터 토크를 전달하는 맞물림가능한 토크 유닛을 추가로 포함하는 압축 가스 조절 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 핸들은 상기 제 1 방향으로 이동하는 버튼과 상기 제 2 방향으로 이동하는 핸들 부재를 포함하는 압축 가스 조절 장치.
  7. 입구, 출구와, 상기 입구로부터 상기 출구까지 유로를 가지는 하우징과,
    블리드 통로를 포함하고 상기 유로를 밀폐시키는 밀봉 유닛과,
    상기 블리드 통로를 개방한 후 상기 밀봉 유닛을 이동시켜 상기 유로를 개방시키는 액츄에이터를 포함하는 서지 방지 밸브.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 밀봉 유닛을 상기 하우징에 연결하는 나사산을 추가로 포함하는 서지 방지 밸브.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 하우징은 밸브 시트를 포함하고 상기 액츄에이터는 상기 밸브 시트로부터 멀리 상기 밀봉 유닛을 나사결합된 채로 이동시켜 상기 유로를 개방시키는 것을 특징으로 하는 서지 방지 밸브.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 블리드 통로를 밀폐시키는 밸브 로드를 추가로 포함하고, 상기 밸브 로드는 상기 밀봉 유닛내에서 미끄럼가능하게 위치되는 서지 방지 밸브.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 액츄에이터로부터 상기 밀봉 유닛까지 토크를 전달하여 상기 하우징에 관하여 상기 밀봉 유닛을 회전시키는 맞물림가능한 토크 유닛을 추가로 포함하고, 상기 토크 유닛은 상기 하우징 내에 위치되는 서지 방지 밸브.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 맞물림가능한 토크 유닛은 핀과 상기 핀을 수용하는 개구를 포함하는 서지 방지 밸브.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 토크 유닛을 맞물림 해제 위치까지 바이어스시키는 스프링을 포함하는 서지 방지 밸브.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 액츄에이터는 핸들과 커버를 포함하고, 상기 핸들은 상기 커버 내에서 미끄럼가능하게 그리고 회전가능하게 지지되며, 상기 커버는 상기 하우징에 관하여 고정되는 서지 방지 밸브.
  15. 가스가 제 1 유량으로 제 1 유로를 통해 흐르도록 제 1 방향으로 핸들의 적어도 일부분을 이동시키는 단계와;
    이어서 가스가 제 2 유량으로 제 2 유로를 통해 흐르도록 제 2 방향으로 핸들을 이동시키는 단계를 포함하고,
    상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향과 상이하며, 상기 제 2 유량은 상기 제 1 유량보다 큰 서지 방지 밸브 작동 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 유로를 밀폐시키기 위하여 상기 핸들을 상기 제 1 방향으로 그리고 그 후 제 3 방향으로 이동시키는 단계를 추가로 포함하고, 상기 제 3 방향은 상기 제 2 방향에 반대인 서지 방지 밸브 작동 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 2 방향으로 상기 핸들을 이동시키는 상기 단계는 상기 핸들을 개방 위치까지 회전시키는 단계를 포함하는 서지 방지 밸브 작동 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 스프링의 바이어스에 반하여 제 1 축 위치에서 제 2 축 위치까지 축방향으로 상기 핸들의 적어도 일부분을 누르는 단계를 추가로 포함하는 서지 방지 밸브 작동 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 핸들을 개방 위치까지 회전시키는 상기 단계는 상기 핸들을 상기 제 2 축 위치에 위치시킴으로서 가능해지는 서지 방지 밸브 작동 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 제 2 유로를 밀폐시키기 위하여 나사산이 형성된 밀봉 유닛을 밀폐 위치로 회전시키는 단계를 추가로 포함하는 서지 방지 밸브 작동 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 제 1 유로는 상기 밀봉 유닛내에 위치되고, 상기 핸들을 상기 축방향으로 누르는 상기 단계는 밸브 로드가 상기 제 1 유로를 개방시키기 위하여 상기 밀봉 유닛내에서 미끄러지도록 하는 서지 방지 밸브 작동 방법.
  22. 제 15 항에 있어서, 산소가 상기 밸브를 관통해 압력 조절기를 거쳐 작동장치까지 흐르게 하는 단계를 추가로 포함하는 서지 방지 밸브 작동 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 작동 장치는 환자용 페이스 마스크인 서지 방지 밸브 작동 방법.
  24. 압축 가스 조절 장치에 있어서,
    가스가 제 1 유량으로 흐르도록 축방향으로 이동하여 블리드 통로를 개방시키는 버튼과;
    가스가 제 2 유량으로 흐르도록 회전 방향으로 이동하여 경로를 개방시키는 핸들을 포함하며,
    상기 버튼은 상기 핸들의 일부를 형성하고, 상기 제 2 유량은 상기 제 1 유량보다 큰 압축 가스 조절 장치.
  25. 제 26 항에 있어서, 상기 제 1 방향에 반대되는 제 3 방향으로 상기 버튼을 바이어스시키는 스프링을 추가로 포함하는 압축 가스 조절 장치.
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