KR20100087079A - 조절밸브 - Google Patents

Abstract

조절밸브로는 나사산 연결을 통해 상기 밸브 하우징 내에 회전가능하게 수용되는 회전식 노브를 갖춘 밸브 하우징(10) 및 스핀들(3)과, 나선형 스프링(6)에 의해 밸브 하우징(10)의 밸브 시트(10a)에 가압되는 밸브(7), 및 노브의 축에 연결되어서 노브의 회전에 의해 스프링 길이가 밸브(7) 상에 폐쇄력을 제어하도록 설정될 수 있는 나선형 스프링(6)을 구비한다. 나사산 연결(3A, 4A)은 가변하는 피치를 갖는다. 나선형 스프링(6)은 비선형 스프링 특성을 가질 수 있고, 동시에 나사산 피치 변동은 스프링 특성에 맞춰져서 폐쇄력이 회전식 노브의 회전과 선형으로 변한다.

Description

조절밸브{Adjustable valve}

본 발명은 청구항 1의 도입부에 따른 조절밸브에 관한 것이다.

본 발명은 또한 기압 제어용 밸브 장치에 관한 것이다.

본 발명은 더욱이 밸브 장치 내의 기압을 제어하는 방법에 관한 것이다.

이러한 밸브는 압력을 제어하기 위해 사용될 수 있는데, 특히 가스가 호흡장치에 의해 사람 또는 동물에게 투여되는 가스의 압력을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 밸브는 가스 투여용 조절식 장치를 기술한 국제공개번호 제 WO 01/66175 호로 알려져 있고 여기서 최대 흡기 압력(peak inspiratory pressure(PIP))과 날숨끝 양압(positive end expiratory pressure(PEEP)) 및 호흡 휴지기(respiratory pause) 모두 이러한 조절밸브로 설정될 수 있다. 이를 위하여, 회전식 노브는 선형의 좌 또는 우로 꼬인 나사산을 갖춘 축을 작동시키고, 이는 밸브 하우징 내에서 대응되는 나사산과 함께 작동되며, 동시에 회전식 노브와 밸브 사이에 나선형 스프링이 배열되는데, 이 나선형 스프링은 회전식 노브를 각각 오른쪽 및 왼쪽으로 회전시킴으로써 각각 팽팽해지고 느슨해질 수 있다. 이러한 밸브는 APL(Airway Pressure Limitatioin) 밸브라고 언급되기도 한다.

이러한 구성의 장점은 필요한 압력값이 무한히 조절 가능하다는 것이다. 이러한 구성의 단점은 압력을 최저치와 최대치 사이에서 설정하기 위해 회전식 노브가 여러번 회전되어야 한다는 것이다. 또다른 단점은 회전식 노브의 변위는 스프링 장력의 변동에 직접적으로 비례하지 않는다는 것이다. 결과적으로, 어떤 압력이 설정되었는지 한눈에 확인할 수 있는 편리한 스케일을 구비하는 것은 실제로 불가능하다. 또한, 이는 가스 투여 도중 단순한 방법으로 압력이 바뀌도록 설정하는 것을 어렵게 한다.

이러한 조절밸브의 사용시, 밸브 하우징 내부 및 호흡장치의 출구에 불감부피(dead volume)가 있는데, 이는 환자가 숨을 내쉬기 전에 환자에 의해 밀려나야 한다. 이 불감부피는 특히 신생아와 같은 작은 폐용적을 가진 환자에서 문제를 야기할 수 있고, 압력-부피 관계에 의해 제공된 최소의 힘이 매우 빠르게 소진된다.

기존 조절밸브의 단점은 공기 누설이 발생될 수 있다는 것이다. 그 결과, 예컨대 PEEP 밸브의 경우 날숨 후 잔류압력이 서서히 작아질 수 있다. 이를 방지하기 위해, 밸브는 일반적으로 점착성 설계로 만들어지지만, 이 방법으로 환자를 위한 추가적인 경계가 형성된다.

기존 조절밸브 시스템의 또다른 단점은 밸브 하우징을 통한 가스 유동이 밸브의 폐쇄 압력에 영향을 미칠 수 있다는 것이다. 그 결과, 예컨대 APL 밸브의 경우 개방 압력은 표시된 스케일 값을 신뢰성 없게 만드는 회전식 노브에 의해 미리 설정된 값으로부터 20% 높게 벗어날 수 있다. 이러한 압력 변동은 환자의 안전을 위태롭게 한다.

가변하는 피치, 즉 비선형 변위를 제공함으로써, 스프링 특성은 나사산의 배치를 통해 보정될 수 있어서, 회전식 노브의 회전과 밸브 상의 폐쇄 압력의 변동 사이의 관계는 설계상 더욱 자유롭게 선택될 수 있다. 스프링 특성은 하나의 나선형 스프링 뿐만 아니라 나선형 스프링의 조립체와도 관련되고, 밸브의 폐쇄력을 위한 나선형 스프링은 예컨대 밸브의 감쇄를 위한 나선형 스프링과 함께 작동한다.

나선형 스프링은 예컨대 비선형 스프링 특성을 가질 수 있다. 나사산의 피치 변동을 비선형 스프링 특성으로 조정함으로써, 폐쇄력이 회전식 노브의 변위에 선형으로 변하는 것이 달성될 수 있다.

바람직하기로, 나사산은 기능적으로 1회전보다 작은 회전을 해서 예컨대 207°까지의 회전과 같이 실제로 회전식 노브의 1회전보다 작은 회전으로 밸브의 폐쇄 압력이 조절 범위 내에서 선형으로 설정될 수 있다.

이러한 조절밸브는 기존의 가스 투여용 장치 및 호흡주머니(인공호흡기) 모두에 단순한 방법으로 장착될 수 있게 하는 다양한 방법으로 설계될 수 있다. 바람직하기로, 밸브는 개방된 위치에서 공기가 개방된 밸브를 통해 자유롭게 무제한으로 유동할 수 있는 디멘젼으로 만들어진다. 본 발명에 따른 밸브는 최대 흡기 압력(PIP)과 날숨끝 양압(PEEP) 모두를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 최대 압력을 제어하는 것은 호흡 장치에 뿐만 아니라 더 넓게 적용할 수 있고, 예컨대 가스 파이프, 태핑장치(tapping installations) 및 그와 유사한 것에서 최대 압력을 제어하기 위해 사용될 수도 있다.

바람직한 실시예에서, 조절밸브는 불환(non-return)밸브, 플로우-쓰루(flow-through)밸브, 배압(back pressure)밸브 또는 이 밸브들의 조합과 결합된다.

본 발명의 또다른 목적은 상대적으로 넓은 가스 유동 범위에 걸쳐 상대적으로 안정적인 폐쇄 압력을 갖는 밸브 장치를 제공하는 것이다.

이 목적 및/또는 다른 목적은 청구항 제 16항에 따른 밸브 장치에 의해 달성될 수 있다.

적어도 폐쇄된 위치에서 밸브 시트의 외부를 넘어 뻗어 있는 플랩을 구비한 밸브를 제공함으로써, 밸브의 리프트는 증가될 수 있고, 특히 상대적으로 낮은 가스 유량에서 상대적으로 넓은 가스 유동 범위에 걸쳐 상대적으로 안정적인 밸브의 폐쇄 압력을 가져온다.

상술된 목적 및/또는 다른 목적은 청구항 제 29항에 따른 가스 압력 제어 방법에 의해 달성될 수도 있다.

본 발명의 목적은 장점을 간직하는 동시에 언급된 단점들 중 적어도 하나를 방지하는 조절밸브를 제공하는 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 청구항 제 1항에 따른 밸브를 제공한다.

본 발명은 도면에 도시된 바람직한 실시예를 기초로 추가로 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 조절가능한 최대 압력을 갖는 양방향 밸브의 단면도를 도시한다.
도 2는 도 1의 조절식 양방향 밸브의 분해도를 도시한다.
도 3a는 밸브의 잠금 메커니즘을 구비한 스핀들의 상세도를 도시한다.
도 3b는 도 3a의 잠금 메커니즘에 따른 안내부의 상세도를 도시한다.
도 4는 비조절식 양방향 밸브의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 조절식 PEEP 밸브의 단면도를 도시한다.
도 6은 인공호흡기의 헤드에 결합된 본 발명에 따른 PEEP 밸브의 단면도를 도시한다.
도 7은 들숨시 도 6의 PEEP 밸브의 단면도를 도시한다.
도 8은 날숨시 도 6의 PEEP 밸브의 단면도를 도시한다.
도 9는 PEEP 밸브의 두번째 실시예의 단면도를 도시한다.
도 10은 PEEP 밸브의 단면도를 도시한다.
도 11은 도 10의 단면의 상세도를 도시한다.
도 12는 개방된 상태인 밸브의 단면도를 도시한다.
도 13은 환자의 날숨시 유량에 대한 밸브 상의 압력을 기록한 그래프를 도시한다.
도면들은 본 발명의 바람직한 실시예의 대략적이고 제한없는 표시에 불과하다.

도 1은 조절가능한 최대 압력을 갖는 조절식 양방향 밸브를 도시하는데, 이 밸브는 밸브 하우징(10) 및 스핀들(3)을 구비하고, 밸브 하우징(10) 내에 회전가능하게 수용되는 나사산(3A, 4A)연결을 통해 회전식 노브(5)를 구비한다. 스핀들(3)은 연속적인 나사산(3A)을 구비하는 나사산으로 설계되고 스러스트 너트(4)는 나사산(3A)과 함께 작동하기 위해 불연속적인 나사산(4A)을 구비하는 나사산을 갖춘 스러스트 너트(4)를 갖는다.

불연속적인 나사산(4A)은 다수의 지지부를 구비한다. 지지부는 스핀들(3)의 나사산(3A)과 함게 작동하기 위해 맞물림점으로서 기능한다. 선택가능하기로, 불연속적인 나사산은 또한 레그(legs) 또는 텅(tongues)을 구비할 수 있다. 이 바람직한 실시예에서 맞물림 지점(4A)은 그곳에서 함께 작동되는 나사산(3A)의 나사홈(groove)에 수용되는 안내부를 형성한다.

이 바람직한 실시예에서 나사산(3A)은 나사산을 따라 변하는 피치를 갖고, 기능적으로 1보다 작은 회전을 갖는다. 나사산(3A)은 복수의 나사산을 구비할 수 있다.

스핀들(3)은 안내부(2) 내에서 회전할 수 있어서, 스러스트 너트(4)가 서로 맞물리는 스핀들(3A)의 나사산과 스러스트 너트(4)의 맞물림점을 구비하는 나사산 연결을 통해 이동될 수 있다. 그 결과, 나선형 스프링(6)은 밸브(7)에 고정되고, 이 밸브(7)는 밸브 시트(10A)에 안착된다. 밸브(7) 내에 불환밸브(9)가 배열된다. 나선형 스프링(6)은 비선형 스프링 특성을 가지며 회전식 노브(5)의 축에 연결된다. 회전식 노브(5)의 축은 스핀들(3)과 만난다.

맞물림점(4A)은 선형 안내부(2A)를 통해 안내부(2)에 연결되는 스러스트 너트(4) 상에 배열되어서, 직선으로 변위가능하고 회전이 억제된다. 그래서 스러스트 너트(4)는 선형 안내부(2B)와 함께 작동되는 안내 오목부(4B)를 구비한다. 선형 안내부(2B)를 통해 노브(5)의 회전운동은 나선형 스프링(60)을 압축, 또는 이완시키기 위해 직선운동으로 변환될 수 있다.

언급된 부재들은 예컨대 플라스틱 소재로 제조될 수 있다. 예컨대 나선형 스프링 용으로 금속이 선택되면, 인청동(phosphor bronze)이 자성 효과를 방지하기 위해 사용될 수 있다. 이 방법으로 탑-피스(top-piece)는 MRI에서 사용될 수 있다.

바람직하기로 불환밸브(9)는 예컨대 부착물, 살균, 및/또는 접촉면에서 수분의 건조로부터 야기되는 응착(adhesion)을 방지하기 위해 밸브(7) 상에 안착되는 외부 엣지부를 구비한다. 응착을 방지하기 위해, 밸브는 더욱이 세라믹 증착되거나 고형 세라믹 소재로 설계될 수 있다. 표면의 경계를 떨어지게 둠으로써, 자흡식 밸브의 접촉면이 감소된다. 이것은 벌룬(balloon) 내의 감소된 압력 이외에 외력이 제 역할을 하여 개방되는 것을 방지한다.

밸브(7)는 바람직하기로 상대적으로 큰 직경으로 설계되어서, 개방시 상대적으로 큰 통로가 형성되고 이를 통해 극도로 압축된 공기가 낮은 저항으로 풍선으로부터 빠져나갈 수 있다. 또한 밸브(7)의 상대적으로 큰 표면은 흡기 압력의 정확한 제어를 제공하며 이는 환자에게서 달성된다.

도 2는 조절밸브(1)의 분해도를 도시하고, 스핀들의 나사산(3A), 맞물림점(4A), 스러스트 너트(4)의 안내 오목부(4B) 및 안내부(2)의 선형 안내부(2B)를 보여준다.

나사산은 하나의 나사산이 다른 3개의 나사산보다 넓게 설계된 4층 나사산을 구비할 수 있다. 이 방법으로 키(key)를 제공하는 것이 가능해서 노브(5)를 밸브 하우징(10) 내에 한 방향으로 수용하기 위해 스핀들(3)이 스러스트 너트(4) 내에 한 방향으로만 수용될 수 있다.

예컨대 서로 다른 피치 및/또는 서로 다른 두께로 각각 다른 설계의 4개의 나사산을 제작함으로써 4개의 키가 형성될 수 있다. 각각의 키는 다른 스케일에 대응된다. 각각의 키는 다른 스핀들과 함께 작동하고 한 방향으로 스러스트 너트 내에 수용될 수 있다. 따라서, 본 실례에 따른 하나의 스러스트 너트를 구비해서, 대응되는 스케일을 갖는 4개의 다른 스핀들은 밸브(1)에 맞춰질 수 있고, 각각 회전운동과 직선운동의 고정된 비율을 갖는 4개의 조절가능한 범위를 형성한다. 조절가능한 범위 사이의 차이는 텐션 스프링의 스프링력 및 스핀들(3)의 피치에 의해 결정된다. 이 방법으로 밸브의 설계는 사용되는 스케일과 스핀들에 따라 다른 용도로 사용될 수 있다.

그 결과, 스러스트 너트(4) 내에 나사산(3A)의 수 및 각각의 나사산의 디멘젼에 대응되는 다수의 맞물림점(4A)이 구비된다. 안내부(2) 내에 배열되는 선형 사이드(2B)와 함께 작동되는 오목부(4B)를 통해 스러스트 너트(4)를 안내한다. 나사산 연결에서 피치는 바람직하기로 스프링 특성과 상호 보완적으로 만들어져서 시계방향 회전 변위가 스프링력의 선형 증가에 대응되고 반시계방향 회전 변위가 스프링력의 선형 감소에 대응된다. 스러스트 너트(4)의 나사산이 실제로 구비되는 위치에 맞물림점(4A)이 형성된다. 스러스트 너트(4) 내에 구비되는 불연속적인 나사산(4A)은 스핀들(3)의 비선형 나사산(3A)이 그 안에 끼는 것을 방지한다. 나사산 연결(3A, 4A)의 피치 변화는 스프링 특성에 맞춰져서 적어도 조절 범위의 일부에서 밸브(7)의 폐쇄력은 회전식 노브(5)의 회전과 선형으로 변한다. 바람직한 실시예에서 회전식 노브(5)의 조절 범위는 360°보다 작고, 바람직하기로 약 270°이다. 스핀들(3)의 나사산(3A)은 밸브(7)의 폐쇄압력을 전체 조절 범위에 걸쳐 회전식 노브의 완전한 조절로 설정하기 위해 1회전보다 작은 회전을 할 수 있다. 피치를 나사산(3A) 내에서 1회전이 넘게, 예컨대 15㎜로 함으로써 270°로 축의 회전을 통한 스러스트 너트(4)의 변위는 대략 11.25㎜이다. 밸브 하우징(10)의 높이는 스러스트 너트(4)가 이러한 거리로 변위될 수 있도록 치수 결정되어야 한다.

키로부터 얻어진 위치 신호는 회전식 노브(5)에 스케일 분할(scale division)을 구비할 수 있게 한다. 안내부(2)에서 노브(5)의 포인터와 함께, 밸브의 폐쇄력에 직접적으로 비례하는 스케일이 구비될 수 있다. 또한 스케일 분할은 안내부(2) 상의 포인터와 함께 노브(5)의 스핀들(3) 상에 구비될 수 있다. 바람직하기로, 스케일은 조정된 스케일이다. 스케일은 상단부 또는 측면에 위치될 수 있다.

스러스트 너트(4)와 스핀들(3)의 나사산 연결은 바람직하기로 왼나사산을 구비해서 오른쪽으로 돌리면 증가된 스프링 하중이 얻어진다.

안내부를 맞추면 임의의 회전을 통한 설정 압력값의 손실이 방지될 수 있다. 이것은 임의의 회전을 방지하는 오링(O-ring)의 배치를 통해서도 가능하다. 도 2는 임의의 회전에 대한 보호조치의 실제 실시예를 도시하는데, 여기서 안내부(2)는 오목부(2C)를 구비하고 이들 사이에 규칙적으로 이격된 캠(2D)이 구비된다. 오목부(2C) 및 캠(2D)은 소정의 압력값에서 노브(5)를 잠그기 위한 잠금 메커니즘을 구비한다.

오목부(2C)는 밸브의 잠겨진 바람직한 설정, 예컨대 초기 위치 20hPa, 중간 위치 35 및 45hPa, 끝 위치 60hPa에 대응한다. 오목부 사이의 거리는 캠(2D)을 실제로 동일한 단계, 예컨대 1hPa로 나눈다. 스핀들(3)은 그 내부에 오목부(2C)에 맞춰지는 캠(미도시)을 구비해서, 밸브가 잠겨지는 바람직한 설정을 가능하게 한다. 예컨대 레버(3B)에서 이 잠금은 제거될 수 있고, 스핀들(3)은 인접한 바람직한 설정으로 회전될 수 있다. 잠금은 잠긴 위치를 통해 스핀들을 회전하도록 더 많은 힘을 가함으로써 수동으로도 제거될 수 있다. 회전되는 동안 스핀들(3)의 캠은 캠(2D)과 접촉하게 되어서 임의의 바람직한 또는 임의의 회전의 가청 표시기로서 기능하는 래치트(ratchet) 효과가 일어날 것이다. 밸브(7)는 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이 원형 밸브 하우징(10)과 함께 작동되는 정사각 테이블로 설계될 수 있다. 그 결과 밸브(7)가 밸브 시트(10A)로부터 올려졌을 때, 조절밸브(1)의 방향에 상관없이 제한되지 않고 공기가 빠져나갈 수 있게 하는 4개의 아치형 슬릿이 형성된다.

밸브 하우징을 장착하는 것은 벌룬 상의 클램핑 장치에 의해 달성된다. 따라서 도 2에서 나사산(11A)과 함께 클램핑 링(11)이 도시되어 있고, 이 클램핑 링(11)은 클램핑 링과 안내부 사이에서 벌룬의 출구를 조이기 위해 안내부(2)의 나사산(2A)과 함께 작동할 수 있다.

조절밸브(1)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 수동식 오버라이드(override) 기능을 갖춘 잠금 메커니즘을 추가로 구비할 수 있다. 예컨대 잠금 메커니즘은 선형 안내부(2B)의 아암(2E)과 함께 작동하기 위해 노치(3E)를 구비할 수 있다. 스핀들(3)이 예컨대 시계방향으로 회전하는 동안, 아암(2E)은 스핀들(3)의 베이스(3D) 위로 이동할 것이다. 스핀들(3)을 스프링(6)의 스프링력에 대해 누름으로써 그리고 스핀들(3)을 시계방향으로 회전시킴으로써, 아암(2E)은 스핀들의 노치(3E) 안으로 잠긴다. 안내부(2) 및 스핀들(3)은 회전가능하게 연결되고 밸브(1)의 조절 기능을 불가능하게 한다. 밸브(7)는 밸브 시트(10A)에 대해 폐쇄된 위치로 잠겨지고, 이는 스케일 상에 잠김 기호로 표시된다. 아암(2E)은 스핀들을 반대 방향, 예컨대 반시계 방향으로 비틈으로써 노치(3E)로부터 떼어질 수 있다. 잠금 메커니즘은 숙련된 사용자가 밸브 시트(10A) 상의 폐쇄된 위치에서 밸브(7)의 설정을 잠글 수 있게 한다. 밸브(7)가 이 방법으로 잠겨질 때 예컨대 숙련된 사용자에 의해 벌룬에 가해진 힘은 스프링(6)의 스프링력과 상관없이 들숨 압력을 결정할 수 있다.

왼나사인, 회전으로부터 안전 규제를 구비한 스러스트 너트의 조합, 복수의 점에서 지지부를 구비하는 굵은 피치의 코드화된 복수의 나사산, 및 스핀들 상의 포인터 또는 스케일의 잠긴 위치는 다른 밸브 기능에 놓여질 수 있는 다기능의 조정된 설정을 가능하게 한다. 기본적으로 이 구조는 APL(Airway Pressure Limitation) 밸브, 또는 PEEP 밸브와 같은, 임의의 조절밸브에 구비될 수 있다.

밸브(1)는 고정된 밸브를 구비한 비조절밸브로 설계될 수도 있다. 도 4는 밸브 하우징 및 노브를 구비하고, 추가로 나선형 스프링에 의해 밸브 하우징의 밸브 시트에 대해 치우진 밸브를 구비하되, 쇼울더(shoulder)부를 경유하는 나선형 스프링은 노브의 축에 결합되고, 밸브의 폐쇄력은 쇼율더부의 높이에 따라 결정된다. 이러한 비조절식 또는 고정값 밸브에서 예컨대 함께 작동되는 나사산 및 스러스트 너트가 없을 수 있다. 안내부(2) 및 스핀들(3)은 스케일 분할이 생략된 채로 하나의 결합부재(18)를 형성하기 위해 결합될 수 있다. 예컨대 노브(18) 상에 압력 밸브만이 구비될 수 있다. 고정값 밸브 내의 스프링(6)은 노브(18)의 쇼울더부(19)에 안착된다. 쇼울더부(19)의 높이(H)에 따라 스프링(6)은 많이 또는 조금 가압될 수 있다. 쇼울더부(19)의 높이는 특정 압력값에 대응될 수 있다. 예컨대 쇼울더부(19)의 높이(H0)는 20hPa의 압력값에 대응될 수 있고, 쇼울더부(19)의 높이(H1)는 35hPa의 압력값에 대응될 수 있고, 쇼울더부(19)의 높이(H2)는 45hPa의 압력값에 대응될 수 있다. 압력값은 예컨대 특정 색상으로 노브(18)를 표기함으로써 및/또는 노브(18) 상의 압력값을 표시함으로써 노브(18) 상에 제공될 수 있다. 따라서 밸브(1)는 노브(18) 사용에 따라 다른 고정된 압력값을 갖는다. 이는 예컨대 경험이 적은 사용자가 밸브를 사용할 때 긴급 상황을 위해 바람직하다. 압력값이 쇼울더부의 높이에 따르는 고정값 밸브를 구비함으로써 상대적으로 단순하고 신뢰성 있는 비조절밸브가 제공된다.

도 5는 밸브 하우징(10), 안내부(2) 스핀들(3) 및 스러스트 너트(4)를 구비하는 조절식 PEEP 밸브(1)를 도시한다. 나사산(3A)은 나사산을 따라 가변하는 피치를 갖고, 1회전 이하로 회전한다. 나사산은 여기에 복수의 나사산을 구비한다.

도 1을 참조로 위에 설명한 바와 같은 방법으로, 스핀들(3)은 안내부(2) 내에서 회전할 수 있어서, 스러스트 너트(4)가 이동될 수 있다. 그 결과, 나선형 스프링(6)은 밸브 시트(10A) 상에 안착되는 밸브(7)에 체결된다. 최소의 가능한 접촉면으로 밸브 시트에 안착되는 도 1의 불환밸브와 달리, 이 경우의 밸브(7)는 밸브 시트(10A)와 상대적으로 많이 접촉되도록 설계되어서, 폐쇄된 상태의 밸브는 배출 개구(10B)를 실질적으로 유출 방지되게 밀봉하고, 그때문에 만드어진 압력은 실질적으로 일정하게 유지된다. 그래서 상대적으로 일정한 잔류 압력(PEEP)이 환자의 폐에 보급되고, 폐포(alveoli)의 파괴를 방지하는 것이 달성된다. 그리고 밸브(7)는 밸브(7)의 측방향 이동을 방지하기 위해 안내부(10C)와 함께 작동하는 안내부 로드(7A)를 구비한다.

언급된 부재는 예컨대 프라스틱 소재로 제조될 수 있다. 예컨대 나선형 스프링 용으로 금속이 선택되었을 때, 인청동이 자성 효과를 방지하기 위해 사용될 수 있다. 이 방법으로 탑-피스는 MRI에서 사용될 수 있다.

도 6은 밸브 하우징(10), 동작 제한 몸체(12), 스핀들(3) 및 스러스트 너트(4)를 구비하는 통기 벌룬(인공호흡기)의 헤드에 결합될 수 있는, 정지된 조절식 PEEP 밸브(1)를 도시한다. 나사산(3A)은 나사산을 따라 가변하는 피치를 갖고, 기능적으로 1회전보다 작게 회전한다. 나사산은 여기에 복수의 나사산을 구비한다.

도 1을 참조로 위에 설명한 바와 같은 방법으로, 스핀들(3)은 회전될 수 있어서 스러스트 너트(4)가 이동될 수 있다. 그 결과 나선형 스프링(6)은 접촉 시트(6A)의 형태로 밸브 시트(8A)에 자유 이동식 밸브(7)를 체결해서 환자 연결부(8)와 배출 개구(8C) 사이의 통로가 차단된다.

도 7은 벌룬을 압착하마으로써 밸브 하우징(10) 내의 압력이 오르고 밸브(7) 내의 비크부(bark, 7B)가 개방되어서 공기가 벌룬으로부터 환자로 유동된다. 플랩 밸브(8D)는 자연적인 호흡 도중 내쉰 공기가 재사용되는 것을 방지한다. 벌룬이 더이상 압착되지 않으면 즉시 비크부(7B)가 폐쇄되고 날숨이 시작될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 날숨 도중에 환자의 폐 내부 압력이 나선형 스프링(6)에 의해 밸브(7)에 가해진 압력보다 높기 때문에, 밸브(7)는 동작 제한 몸체(12)에 체결된다. 그 결과 환자 연결부(8) 및 배출 개구(8C) 및 플램 밸브(D) 사이의 통로가 개방되고 공기가 환자에게서 주위로 흘러나온다. 환자의 폐 내부 압력이 대기압과 같아지는 즉시, 밸브(7)는 다시 시트(8A)에 체결되고 환자 연결부(8) 및 배출 개구(8C) 및 플램 밸브(D) 사이의 통로가 폐쇄된다. 그래서 호흡 휴지기가 뒤따르고, 그 다음 상술된 바와 같은 싸이클을 반복할 수 있다.

통기 벌룬의 헤드부에 PEEP 밸브(1)를 결합함으로써 배출 통로의 부피가 상당히 감소된다. 이 장점은 특히 신생아에서와 같이 매우 작은 부피의 스트로크로 통기가 행해질 때 적용된다. 부피는 밸브 하우징(10) 내에 폐쇄된 중공의 공간을 형성하는 동작 제한 몸체(12)를 구비함으로써 더욱 감소될 수 있다.

PEEP 밸브(1)는 고정식 밸브를 구비한 비조절식 PEEP 밸브로 설계될 수도 있다. 이를 위해 예컨대 이러한 밸브에서 함께 작동하는 나사산 및 스러스트는 너트는 없을 수 있다. 동작 제한 몸체(12) 및 스핀들(3)은 스케일 분할이 생략된 채로 하나의 결합부재를 형성하기 위해 결합될 수 있다. 예컨대 이러한 결합된 스핀들에서 PEEP 밸브만이 구비될 수 있다. 예컨대 고정값 PEEP 밸브 내의 스프링은 스프링의 쇼울더부 상에, 또는 스프링 시트 상에 안착된다. 쇼울더부의 높이에 따라 스프링은 많이 또는 조금 가압될 수 있다. 쇼울더부의 높이는 특정 압력값에 대응될 수 있다. 압력값은 예컨대 특정 색상으로 스핀들을 설계함으로써 및/또는 스핀들 상에 PEEP 값을 표시함으로써 스핀들 상에 제공될 수 있다. 따라서 PEEP 밸브는 스핀들 사용에 따라 다른 고정된 PEEP 값을 갖는다. 이는 예컨대 경험이 적은 사용자가 PEEP 밸브를 사용하려 할때 긴급 상황을 위해 바람직하다. 비조절밸브를 다루는 본 발명은 비조절식 양방향 밸브 및 비조절식 PEEP 밸브의 바람직한 실시예에 국한되지 않는다. 다수의 변형이 가능하다.

도 9에 조절식 PEEP 밸브(1)의 두번째 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 이 바람직한 실시예에서 동작 제한 몸체(12)는 배출 통로의 부피를 더욱 감소시키기 위해 오목부를 구비한다.

또한 이 바람직한 실시예에서, 계측튜브(13)가 압력을 측정하기 위해 구비된다. 예컨대 이 방법으로 압력 설정이 실제로 달성되었는지 확인할 수 있다. 계측튜브(13)는 밸브(7)를 통해 뻗어 있되, 이 밸브(7)는 여기에 계측튜브(13)에 의해 중심부에 인접하게 지지되는 링 형상의 밸브로 설계되어 있다. 계측튜브(13)는 CO₂ 함량을 측정하기 위해서 사용될 수도 있다.

예컨대 실제로 다른 조절 범위를 갖는 다른 유형의 밸브가 구비될 수 있다. 따라서 예컨대 APL 밸브는 각각 약 20-60hPa 및 40-120hPA 사이로 조절될 것이다. 예컨대 PEEP 밸브는 약 0-20hPa 사이로 조절될 것이다. 유익하기로, 다른 유형의 밸브의 부재가 부적절한 조립을 방지하기 위해 의도적으로 호환성 없는 설계로 만들어질 수 있다.

도 10에, 도 5에 도시된 실시예와 유사하게, 가스 압력을 제어하기 위한 밸브 장치의 다른 실시예가 도시되어 있다. 특히, 환자에게 가스를 투여하기 위한 호흡장치의 부재가 도시되어 있다. 밸브 장치는 하우징(10) 및 밸브(7)를 구비하되, 밸브(7)는 적어도 폐쇄된 위치에서 밸브 시트(10A)에 의해 지지된다. 밸브 시트(10A)는 원형 형상을 가질 수 있다. 바람직하기로 밸브(7)는 밸브(7)의 외부 엣지부에서 원형 플랜지에 의해 형성되는 플랩(14)을 구비한다. 안내 부재(7A), 특히 로드는 밸브(7)의 주요 운동 방향(M)으로 개방 및 폐쇄 위치 사이에 밸브(7)를 안내하기 위해 구비된다. 안내 부재(7A)는 예컨대 밸브(7)의 중심축(C)을 통해서 및/또는 평행하게 뻗어 있다. 안내 부재(7A)는 밸브 하우징(10) 내에 구비된 안내부(10C)와 함께 작동할 수 있다. 안내 부재(7A) 및 대응되는 안내부(10C)는 밸브(7) 직선 방향, 더욱 상세하기로 상기 주요 이동 방향(M)을 따라 개폐되도록 배열된다. 이미 상술한 바와 같이, 바람직하기로 나선형 스프링인 스프링(6)은 밸브 시트(10A)의 방향으로 스프링 가압되어 밸브(7)에 구비된다. 예컨대 스핀들(3)을 사용함으로써 스프링 압력을 조절함으로써 밸브(7) 상의 압력이 조절될 수 있다.

밸브(7) 및 밸브 시트(10A)는 도 11에 상세히 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 밸브(7)는 적어도 밸브(7)가 폐쇄된 위치에서, 특히 스프링 시트(17)의 외부 림(15)의 외측에 인접하게 밸브 시트(10A)의 외부를 넘어 뻗어 있는 플랩(14)을 구비한다. 플랩(14)은 밸브(7)의 폐쇄된 위치를 향하는 방향으로 만곡될 수 있어서 플랩(14)은 밸브 시트(10A)의 외부에 인접하게 뻗어 있다. 플랩(14)의 내부면(16)은 밸브(7)의 폐쇄 및 개방 위치 사이에서 주요 운동 방향(M)에 대해 약 30에서 85°사이, 특히 약 45에서 80°사이, 더욱 특별하기로 약 55에서 75°사이, 그리고 바람직하기로 약 65°의 각도(α)로 뻗어 있다. 바람직하기로 밸브(7)와 밸브 시트(10A) 사이에 상대적으로 큰 접촉면이 구비되어서 폐쇄된 위치에서 실질적으로 기밀마개를 형성될 수 있다.

일 실시예에서 밸브(7)는 바람직하기로 스프링(6)과 맞물리기 위한 스프링 시트(17)를 구비한다. 바람직하기로 스프링(6)은 적어도 스프링 시트(17) 내에, 예컨대 스프링 시트(17)의 외부 림(15) 및 내부 림 사이에 약하게 체결되거나 가압된다.

일 실시예에서 플랩(14)이 제외된 밸브(7)의 반경(D)은 예컨대 대략 5에서 80 밀리미터, 상세하기로 약 10에서 60 밀리미터, 더욱 상세하기로 약 15에서 45 밀리미터, 그리고 바람직하기로 약 30 밀리미터일 수 있다. 이 직경(D)은 예컨대 밸브 시트(10A)위 외부 림(15)의 직경과 대략 동일할 수 있다. 예컨대 플랩(14)은 1에서 12 미리미터, 상세하기로 1.5에서 10 미리미터, 더욱 상세하기로 2에서 6 미리미터, 그리고 바람직하기로 대략 3 미리미터의 너비(W)를 가질 수 있다. 플랩(14)의 내부면은 소정의 바람직한 각도(α)에서 직선으로 밸브(7)의 경계로부터 뻗어 있거나 바람직한 각도(α)에 도달할 때가지 아래 방향으로 완만한하게 만곡될 수 있다.

일 실시예에서 플랩(14)의 내부면은 연마된 표면 마감 또는 상대적으로 탄력적인 표면 마감과 같은 특수한 표면 마감을 구비해서 플랩(14)의 내부면은 밸브 시트(10A) 상에서 타이트하게 종결된다.

밸브(7)의 상승(lifting) 특성은 플랩(14)에 의에 제공된 면적 및 플랩(14)을 따른 가스 속도에 비례할 수 있다. 밸브(7)의 개방된 위치에서 플랩(14)을 따른 가스 유동은 밸브(7)가 밸브 시트(10A)를 폐쇄하는 것을 방지해주는 상승력을 발생시킨다. 가스 유동은 도 12에 표시된 바와 같이 밸브(7)와 밸브 시트(10A) 사이의 유동 개구(O)의 면적, 및 밸브 하우징(10)을 통한 가스 유동의 구부러짐(A)에 주로 비례할 수 있는 저항을 받는다. 가스 유동 구부러짐(A)의 특정한 구부러진 형상은 플랩의 상술된 각도(α)에 의해 영향받을 수 있다. 밸브(7)는 특히 플랩(14)에 의해 제공된 상승력이 배출 개구(O) 및 가스 유동의 구부러짐(A)에 의해 제공된 유동 저항에 의해 잘 균형잡힌 경우, 상대적으로 안정된 상승력을 나타낸다. 그 결과 폐쇄 압력의 동요는 제한될 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 플랩(14)은 개구(O)를 통해 밸브(7)를 따라 가스가 유동할 수 있게 한다. 상대적으로 낮은 유량에서 배출 개구(O)는 상대적으로 좁을 수 있고 목(throat) 또는 벤츄리(ventury)로 작용할 수 있기 때문에 밸브(7)에 가해지는 상승력을 증가시킨다. 그 결과 밸브(7)에 가해지는 상승력은 유량에 상대적으로 독립적이 될 수 있고 밸브(7)의 진동이 방지되어 상대적으로 연속적이고 더 훌륭히 제어가능한 폐쇄 압력을 제공한다. 유동 저항은 고유량 뿐만 아니라 저유량에서 실질적으로 동일하게 유지될 수 있어서 심지어 상대적으로 낮은 압력값에서도 압력 내의 동요가 제한될 수 있다. 감소된 동요로 인해 예컨대 저유량에서 밸브 시트(10A)에 대해 똑딱거리는 것과 같은, 밸브(7)에 의해 야기될 수 있는 소음도 감소될 수 있다. 플랩(14)의 각도(α)는 예컨대 상대적으로 낮은 속도에서 비행 몸체에 연속적이고 안정적인 상승력을 제공하고 비행 몸체의 피칭(pitching)을 방지하기 위한 항공기 및/또는 행글라이더의 날개 플랩의 각도와 유사하게 선택된다.

도 13은 환자가 숨을 내쉬는 동안 밸브(7) 상의 압력(P) 및 밸브(7)를 통해 대응되는 가스 유량(F)이 기록된, 단순화 되고 전형적인 그래프를 도시한다. 압력(P)은 수직축에 의해 표지쇠고, 유량(F)은 수평축에 의해 표시된다. 내쉬는 동작이 시작되는 순간 밸브(7)의 압력(P)은 0이고, 유량(F)도 0이다. 내쉬는 동안 유량(F)은 압력(P)이 생성되는 동안 최대값, 예컨대 시작점(G1)까지 빠르게 증가된다. 내쉬는 동작의 (G1)으로부터 종결점(G2)으로 유량(F)은 0을 향해 감소하는 동시에 압력(P)은 상대적으로 일정하게 유지될 수 있는데, 이는 시작점(G1)과 종결점(G2) 사이의 상대적으로 편평한 직선에 의해 도시되어 있다. 따라서 밸브(7)의 폐쇄압력(P)에 상대적으로 독립적인 유동이 형성된다. 이상적으로, 유량(F)이 0에 가까워질 때, 또는 대략 0일 때, 밸브(7)는 폐쇄될 것이다. 도시할 목적만을 위해 그래프 내에 압력(P) 및 유량(F)은 예컨대 시작점(G1)에서 약 14hPa(헥토파스칼) 및 약 28L/Min(분당 리터), 그리고 종결점(G2)에서 13hPa 및 약 0L/Min 일 수 있다.

밸브(7)는 예컨대 상대적으로 가벼운 설계이다. 예컨대 밸브(7)는 프라스틱으로 만들어질 수 있고 경성 및/또는 연성일 수 있으며, 예컨대 부분적으로 경성 및 부분적으로 연성일 수 있다. 밸브(7)는 예컨대 연성부를 구비할 수 있어서 밸브(7)가 폐쇄된 위치일 때 실질적으로 유체 밀봉이 형성될 수 있다. 연성부는 밸브(7)와 밸브 시트(10A) 사이에 큰 접촉면을 구비할 수 있다. 연성부는 밀봉링(sealing ring)과 같은 밀봉 부재를 구비할 수 있고 밸브(7)와 일체형으로 주조될 수 있다. 이러한 연성부로 밸브(7)와 밸브 시트(10A) 사이의 공기 누출이 방지될 수 있다.

플랩(14)을 갖춘 밸브(7)는 임의의 적용에 적절할 수 있고, 특히 가스 유동 제어 용도에 적절할 수 있다. 더욱 특별하기로, 상대적으로 낮은 유량에서 압력을 제어할 수 있기 때문에 이는 호흡 장치에 적용될 수 있다.

본 발명은 여기에 기술된 바람직한 실시예에 국한되지 않는다. 아래 청구항에 정의된 바와 같이 본 발명의 범주 내에서 다수의 변형이 가능하다.

Claims (32)

1. 밸브 하우징과, 나사산 연결을 매개로 하여 상기 밸브 하우징 내에서 회전가능하게 수용되는 회전식 노브(knob)를 구비한 스핀들로 이루어지며, 추가로 나선형(helical) 스프링을 수단으로 하여 상기 밸브 하우징의 밸브 시트에 편향되어 있는 밸브를 구비하며, 상기 나선형 스프링은 상기 노브의 축에 연결되어 상기 노브의 회전에 의해 스프링 길이가 상기 밸브 상에 폐쇄력을 제어하도록 설정될 수 있는 조절밸브에 있어서,
   상기 나사산 연결은 가변하는 피치를 구비하는 것을 특징으로 하는 조절밸브.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 나선형 스프링은 비선형 스프링인 것을 특징으로 하는 조절밸브.
   
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 나사산 연결의 피치 변동은 스프링 특성에 맞춰져서, 상기 밸브 상의 폐쇄력은 적어도 조절 범위의 일부에서 상기 회전식 노브의 회전을 선형적으로 가변시키는 것을 특징으로 하는 조절밸브.
   
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사산 연결은 불연속 적인 나사산과 상호 작동하는 연속적인 나사산으로 이루어진 것을 특징으로 하는 조절밸브.
   
5. 제 4항에 있어서, 상기 불연속적인 나사산은 다수의 지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 조절밸브.
   
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서 불연속적인 나사산은 이와 상호 작동하는 상기 나사산의 나사홈(groove)에 수용되는 안내부를 구비하는 것을 특징으로 하는 조절밸브.
   
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 하우징은 상기 노브의 회전 운동을 상기 나선형 스프링의 압축 또는 이완에 의한 직선운동으로 변환하는 선형 안내부를 구비하는 것을 특징으로 하는 조절밸브.
   
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사산 연결은 상기 밸브 하우징 내에 한 방향으로 노브를 수용하기 위해 키(key)를 구비하는 것을 특징으로 하는 조절밸브.
   
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전식 노브는 스케일 분할(scale division)을 구비하되, 상기 스케일은 상기 밸브 상의 폐쇄력에 직접적으로 비례하는 것을 특징으로 하는 조절밸브.
   
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전식 노브의 조절 범위는 360°보다 작고, 바람직하기로 약 270°인 것을 특징으로 하는 조절밸브.
    
11. 제 10항에 있어서, 상기 나사산은 상기 회전식 노브를 완전히 조절하는 전체 조절 범위에 걸쳐 상기 밸브 상에 폐쇄력을 설정하기 위해 1회전보다 작게 회전하는 것을 특징으로 하는 조절밸브.
    
12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사산 연결의 적어도 하나의 부재는 다중의 나사산을 구비하는 것을 특징으로 하는 조절밸브.
    
13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사산 연결에서의 나사산은 왼나사산으로 설계된 것을 특징으로 하는 조절밸브.
    
14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브는 통기 벌룬의 헤드부에 일체로 되어있는 것을 특징으로 하는 조절밸브.
    
15. 제 14항에 있어서, 상기 밸브 하우징 내에 동작 제한 몸체가 구비되는 것을 특징으로 하는 조절밸브.
    
16. 밸브 시트를 갖춘 밸브 하우징과 밸브를 구비하고, 상기 밸브는 폐쇄된 위치에서 상기 밸브 시트의 외부 넘어로 뻗어 있는 플랩(flap)을 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
    
17. 제 16항에 있어서, 폐쇄된 위치에서 상기 플랩은 상기 밸브 시트의 외부에 인접하게 연장되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
    
18. 제 16항 또는 제 17항에 있어서, 상기 플랩은 상기 밸브의 외주면에서 뻗은 윈주의 돌출형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
    
19. 제 16항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랩의 내부면은 밸브의 폐쇄 및 개방 위치 사이에서 주요 이동 방향에 대해 약 30°에서 85°사이, 특히 약 45°에서 80°사이, 더욱 특별하기로 약 55°에서 75°사이, 그리고 바람직하기로 65°의 각도로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
    
20. 제 16항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스프링을 구비하여 상기 밸브가 상기 밸브 시트의 방향으로 편향되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
    
21. 제 16항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폐쇄 압력은 상기 스프링의 반발력을 조절하여 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
    
22. 제 16항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브는 나선형 스프링과 맞물리기 위해 시트를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
    
23. 제 22항에 있어서, 상기 스프링은 밸브 내에서 죄여지는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
    
24. 제 16항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브는 실질적으로 직선이동 방향으로 밸브를 안내하는 안내 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
    
25. 제 24항에 있어서, 상기 안내 부재는 상기 밸브의 중심 내에 및/또는 중심을 관통하는 로드를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
    
26. 제 16항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브와 상기 밸브 시트 사이에 상대적으로 큰 접촉면이 구비되어 폐쇄된 위치에서 기밀성 차단이 달성되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
    
27. 제 16항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브는 폐쇄된 위치에서 상기 밸브 시트에 접촉도록 배열된 유연한 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
    
28. 제 16항 내지 제 27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 환자에 가스를 투여하기 위한 호흡 장치인 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
    
29. 제 16항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 장치는 통기 벌룬의 헤드부에 일체로 되어있는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
    
30. 제 29항에 있어서, 상기 밸브 하우징 내에 동작 제한 몸체가 구비되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
    
31. 제 1항 내지 제 15항 또는 제 16항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 따른 밸브 장치.
    
32. 가스가 밸브와 밸브시트 사이에서 밸브 시트의 외부 넘어로 뻗어 있는 상기 밸브의 플랩을 따라 유동하는, 밸브 장치 내에서 가스 압력을 제어하는 방법.
    
    

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