KR20190043146A - 압력 조절 밸브 - Google Patents
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Abstract
압력 조절 또는 압력 릴리프 장치는 유입구, 및 배출구를 갖는 배출구 챔버를 포함한다. 유입구는 배출구 챔버와 유체 연통된다. 유입구와 배출구 사이에 밸브 시트가 위치된다. 밸브 부재는 밸브 시트와 접촉되어 밀봉하도록 편향되고, 배출구 챔버를 통해 유입구로부터 배출구로의 가스의 유동을 가능하게 하기 위해, 압력 임계값을 초과하여 증가하는 유입구에서의 유입구 압력에 의해 밸브 시트로부터 변위된다. 배출구를 통하는 가스의 유동은 배출구 챔버에서의 배출구 압력이 유입구 압력과 함께 밸브 부재에 작용하게 하여, 밸브 부재를 밸브 시트로부터 변위시킨다.
Description
본 개시물은 일반적으로 압력 릴리프(pressure relief) 또는 압력 조절 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 예를 들어 고유량(high flow) 호흡 가스 시스템과 같이, 사용자에게 호흡 가스의 유동을 제공하기 위한 호흡 가스 시스템에 사용하기 위한 압력 릴리프 또는 조절 장치에 관한 것이다.
호흡 가스 공급 시스템은 환자에게 전달하기 위한 가스를 제공한다. 호흡 가스 공급 시스템은 전형적으로 가스 공급기와 환자 사이의 유체 연결을 포함한다. 이는 흡기 튜브 및 환자 인터페이스를 포함할 수 있다. 이러한 시스템은 비강 캐뉼라(nasal cannula)와 같은 비-밀봉형 환자 인터페이스를 포함하는 개방형일 수 있거나, 또는 사용자의 안면과 접촉되어 밀봉하는 안면 마스크와 같은 밀봉형 환자 인터페이스를 포함하는 폐쇄형일 수 있다. 이러한 시스템은 가압 가스 공급기(예를 들어, 가스 탱크 또는 병원 벽 공급기), 송풍기, 또는 이들의 조합체로부터 가스를 수신할 수 있다.
개방형 호흡 가스 공급 시스템은 예를 들어, 비강 고유량 요법에서 사용되는 것을 포함할 수 있다. 폐쇄형 호흡 가스 공급 시스템은 예를 들어, 지속 기도 양압(CPAP) 또는 인공 호흡에 사용되는 것을 포함할 수 있다.
호흡 가스 공급 시스템은 우발적인 또는 의도하지 않은 유동 제한 또는 방해를 받기 쉬울 수 있다. 예를 들어, 흡기 튜브의 우발적인 걸림, 접힘 또는 압착은 갑작스러운 및/또는 상당한 유동 제한 또는 방해를 야기할 수 있다. 결과적으로, 제한 또는 방해의 상류에서 상당한 배압이 생성될 수 있다.
또한, 환자가 유동에 대한 과도한 저항을 나타내는 경우에 갑작스러운 및/또는 상당한 배압이 발생할 수 있다는 것을 인식해야 한다. 예를 들어, 환자의 코 및/또는 기도의 형상, 크기 또는 해부학적 구조는 상당한 배압을 생성하는 제한을 제공할 수 있다. 또한, 환자가 유입 가스의 유동 내로 날숨을 쉼에 따라 상당한 배압이 대안적으로 및/또는 동시에 생성될 수 있다.
호흡 가스 공급 시스템에서의 과도한 배압은 튜브, 유체 연결부, 또는 다른 구성 요소들에 대한 손상을 유발할 수 있다. 특히, 튜브, 유체 연결부, 또는 다른 구성 요소들이 파열되거나 고장날 수 있다.
따라서, 구성 요소들에 대한 손상을 회피 또는 방지하기 위해, 유동에 대한 제한, 방해 또는 과도한 저항에 따라 생성되는 호흡 가스 공급 시스템에서의 압력을 완화/조절할 필요가 있다.
호흡 가스 공급 시스템은 부적절한 압력 제한 수단이 제공되거나 압력 제한 수단이 제공되지 않는 경우 환자의 조직에 변형을 줄 수 있다. 이는 결과적으로 환자를 기압 장애 또는 위 팽창의 위험에 놓이게 할 수 있다.
따라서, 환자의 안전을 위해, 압력 상한을 제공할 필요도 있다.
압력 릴리프 밸브는 호흡 시스템에서 압력 상한을 제공하는데 사용될 수 있다. 압력 릴리프 밸브는 시스템 압력이 압력 릴리프 밸브에 의해 제공되는 압력 릴리프 임계값을 초과하는 경우, 가스 압력의 배출을 가능하게 할 수 있다. 압력 릴리프 임계값을 초과하면, 유량이 증가됨에 따라, 시스템의 압력은 유동에 대략적으로 비례하여 점진적으로 증가한다. 결과적으로, 유량이 증가됨에 따라, 시스템의 구성 요소들 및 환자는 점점 더 큰 압력에 노출될 수 있다.
압력 릴리프 밸브의 예는 플런저 및 스프링 유형의 밸브이다. 플런저는 밸브의 압력이 스프링에 의해 복귀 방향으로 제공된 작용력을 초과하는 작용력을 플런저에 제공하는 경우 변위된다. 그 다음, 밸브의 압력이 스프링에 의해 제공되는 복귀 작용력을 계속 초과하는 작용력을 생성하기에 불충분해질 때까지(이러한 시점에서, 플런저는 밸브 시트와 다시 맞물려서 갭을 폐쇄함), 가스가 플런저와 밸브 시트 사이의 갭을 통과할 수 있도록 된다. 이러한 유형의 밸브는 앞서 언급된 기능이 반복적으로 수행됨에 따라, 즉 압력이 형성되어 후속적으로 연속해서 방출됨에 따라, 자연적으로 진동할 수 있다. 이는 밸브 "채터(chatter)" 또는 밸브 "플러터(flutter)"로서 지칭될 수 있다. 경우에 따라, 그러한 진동은 불규칙적일 수 있다. 밸브 진동은 원치 않는 소음, 압력 또는 유량 변동, 또는 마모를 야기할 수 있다.
또한, 플런저 및 스프링 유형의 밸브는 전형적으로 플런저가 이동되는 하우징 내부의 플런저를 밀봉하는 몇몇 수단, 및/또는 밸브 시트와 접촉되어 플런저를 밀봉하는 몇몇 수단을 필요로 한다. 이러한 수단은 O-링과 같은 추가적인 구성 요소들을 포함할 수 있다. 강력한 유체 기밀 밀봉을 형성하는 것이 전형적으로 중요하다. 추가적인 구성 요소들은 밸브의 구조를 복잡하게 하고, 후속적으로 고장 및/또는 마모에 대한 밸브의 민감성을 증가시킨다.
호흡 시스템은 시스템을 통하는 호흡 가스의 유동에 대한 저항을 나타낸다. 가습기, 도관, 커플링, 필터, 환자 인터페이스와 같은 시스템의 개별 구성 요소들 및 임의의 다른 시스템 구성 요소로 인해 야기되는 유동에 대한 저항은 시스템 전반에 걸쳐서 누적되어, 시스템을 통하는 전체 압력 강하를 유발한다. 유동에 대한 저항은 예를 들어 유동 경로에서, 유동 방향 변경, 제한, 수렴, 발산, 및/또는 투과성 장벽(예를 들어, 필터)으로 인해 기인할 수 있다.
시스템을 통하는 가스의 유량을 증가시키기 위해, 증가된 유량으로 인해 발생되는 시스템을 통하는 증가된 압력 강하를 고려하여, 유동 소스에 의해 제공되는 압력이 증가된다. 유량이 증가됨에 따라, 유량을 달성하는데 필요한 시스템 압력(구동 압력)은 예를 들어, 미리 결정된 안전 압력 한계와 같은, 압력 릴리프 밸브의 설정 릴리프 압력에 도달할 수 있다. 따라서, 압력 릴리프 밸브의 설정 릴리프 압력은 환자에게 전달될 수 있는 최대 유량을 한정하거나 결정한다. 종래기술의 압력 릴리프 밸브에서, 환자에게 전달될 수 있는 최대 유량은 압력 릴리프 밸브의 설정 릴리프 압력에 의해 제한된다. 이는 시스템 구성 요소들의 설계를 제한할 수 있다.
전형적으로, 압력 강하를 최소화하고 압력 릴리프 밸브의 설정 릴리프 압력 내에서 환자에게 전달 가능한 유량을 최대화하기 위해, 유동에 대한 저항을 최소화하도록 시스템을 설계하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 특정 튜브 직경 및 길이는 유동에 대한 저항을 최소화하도록 선택될 수 있다. 그러나, 시스템 압력 강하는 사용시에 가변할 수 있다. 예를 들어, 사용시에 튜브가 만곡되거나, 굽혀지거나, 접히거나 압착될 수 있거나, 또는 상이한 환자들이 상이한 기도 제한 특성들을 나타낼 수 있다.
특허 명세서, 다른 외부 문헌, 또는 다른 정보 출처를 인용하는 본 명세서에서, 이는 일반적으로 본 발명의 특징들을 설명하기 위한 맥락을 제공하기 위한 목적이다. 달리 구체적으로 상술되지 않는 한, 그러한 외부 문헌에 대한 인용은 임의의 관할 지역에서, 그러한 문헌 또는 그러한 정보 출처가 선행 기술이 되거나 당업계의 통상의 일반적인 지식의 일부를 형성한다는 것을 인정하는 것으로 해석되어서는 안된다.
따라서, 본원에 개시되는 특정 실시형태의 목적은 적어도 전술한 문제점을 해결하는 방향으로 일부 방식을 진행하거나 또는 적어도 산업계에 유용한 선택권을 제공하는, 압력 릴리프 또는 압력 조절 장치를 제공하는 것이다.
본원에 개시되는 실시형태 중 적어도 하나에 따라, 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치는,
유입구;
배출구를 갖고, 유입구와 유체 연통되는 배출구 챔버;
유입구와 배출구 사이의 밸브 시트; 및
밸브 시트와 접촉되어 밀봉하도록 편향되는 밸브 부재를 포함하며,
밸브 부재는 배출구 챔버를 통해 유입구로부터 배출구로의 가스의 유동을 가능하게 하기 위해, 압력 임계값을 초과하여 증가하는 유입구에서의 유입구 압력에 의해 밸브 시트로부터 변위되도록 적응되고, 배출구를 통하는 가스의 유동은 배출구 챔버에서의 배출구 압력(배압)이 유입구 압력과 함께 밸브 부재에 작용하게 하여, 밸브 부재를 밸브 시트로부터 (추가로) 변위시킨다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재는 밸브 시트와 접촉되게 편향되는 멤브레인(membrane)을 포함한다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재는 인장된 상태의 멤브레인을 지지하는 프레임을 포함한다.
일부 실시형태에서, 프레임은 (멤브레인의 인장력을 크게 변경하지 않으면서) 밸브 부재를 장치의 본체에 클리핑(clip)하기 위한 하나 이상의 클리핑 피처를 포함한다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재의 둘레 부분은 주위 또는 변위 챔버로부터 배출구 챔버를 밀봉하기 위한 밀봉부를 제공한다.
일부 실시형태에서, 멤브레인은 멤브레인의 인장력이 멤브레인을 편향시켜서 밸브 시트와 접촉되어 밀봉하도록 밸브 시트 위로 신장되거나 인장된다.
일부 실시형태에서, 멤브레인의 주변부는 배출구 챔버의 벽에 의해 지지된다.
일부 실시형태에서, 장치는 밸브 시트와 접촉되게 멤브레인을 편향시키기 위한 스프링을 포함하며, 스프링은 멤브레인의 비-압력 측면에 작용하는 압축 상태이거나, 또는 스프링은 멤브레인의 압력 측면에 작용하는 인장 상태이다.
일부 실시형태에서, 멤브레인은 예를 들어 실리콘 재료와 같은 탄성 또는 탄성 중합체 재료이고, 열가소성 또는 열경화성 재료일 수 있다.
일부 실시형태에서, 멤브레인은 1 mm 미만의 두께, 예를 들어 0.3 mm의 두께를 갖는다.
일부 실시형태에서, 밸브 시트는 멤브레인에 대하여 중앙에 제공된다.
일부 실시형태에서, 멤브레인은 밸브 시트와 접촉되는 두꺼운 부분을 포함하며, 예를 들어 멤브레인은 밸브 시트와 접촉되게 작용하는 두꺼운 중앙 부분을 포함한다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재의 영역은 밸브 시트의 영역보다 더 크다.
일부 실시형태에서, 유입구 압력은 밸브 시트 영역에 걸쳐서 밸브 부재에 작용하고, 밸브 부재가 밸브 시트로부터 변위되는 경우, 배출구 압력은 밸브 시트 영역의 외부의 영역에 걸쳐서 밸브 부재에 작용한다.
일부 실시형태에서, 유입구 압력은 밸브 시트 영역의 외부의 영역에 걸쳐서 밸브 부재에 작용하고, 밸브 부재가 밸브 시트로부터 변위되는 경우, 배출구 압력은 밸브 시트 영역에 걸쳐서 밸브 부재에 작용한다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재의 영역과 밸브 시트의 영역의 비율은 1.2 내지 1600의 범위에 있다.
일부 실시형태에서, 유입구는 유입구 튜브를 포함하고, 밸브 부재는 유입구 튜브의 종축에 대략적으로 수직이다.
일부 실시형태에서, 유입구는 배출구 챔버 내로 연장되는 유입구 튜브를 포함한다.
일부 실시형태에서, 밸브 시트는 배출구 챔버 내의 유입구 튜브의 배출구 단부에 제공된다.
일부 실시형태에서, 배출구는 배출구 챔버의 벽의 적어도 하나의 개구, 및/또는 밸브 부재를 통하는 적어도 하나의 개구를 포함한다.
일부 실시형태에서, 적어도 하나의 개구는 배출구 챔버의 벽에 있고 유입구 튜브에 인접한다.
일부 실시형태에서, 유입구 튜브의 배출구 단부는 밸브 시트를 형성한다.
일부 실시형태에서, 유입구 튜브의 배출구 단부는 경사지고, 유입구 튜브의 배출구 단부의 경사진 에지는 밸브 시트를 형성한다.
일부 실시형태에서, 배출구는 밸브 부재의 외측 둘레와 밸브 시트 및/또는 유입구 및/또는 유입구 튜브의 외측 둘레 사이에서 반경 방향으로 위치된다.
일부 실시형태에서, 장치는 배출구 챔버를 둘러싸는 유입구 튜브를 포함하고, 밸브 시트는 배출구 챔버로의 유입구에 제공된다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재는 배출구 챔버의 벽에 의해 지지되거나 배출구 챔버의 벽과 접촉되어 밀봉하거나, 또는 밸브 유입구는 유입구 튜브를 포함하고, 밸브 부재는 유입구 튜브의 벽에 의해 지지되거나 유입구 튜브의 벽과 밀봉을 형성한다.
일부 실시형태에서, 장치는 변위 챔버를 포함하고, 밸브 부재가 밸브 시트로부터 변위되는 경우, 밸브 부재가 변위 챔버 내로 변위된다.
일부 실시형태에서, 변위 챔버는 주위(대기) 압력으로 개방되어, 밸브 부재가 변위 챔버 내로 변위되는 경우, 변위 챔버의 압력은 실질적으로 주위(대기압)에서 유지되거나, 또는 변위 챔버는 주위 환경으로부터 밀봉되거나 밀봉 가능하다.
일부 실시형태에서, 변위 챔버는 주위 환경으로부터 밀봉되거나 밀봉 가능하다.
일부 실시형태에서, 장치는 변위 챔버의 압력을 증가 또는 감소시키기 위해 예를 들어, 발 또는 손으로 작동 가능한 펌프와 같이, 변위 챔버 내의 압력을 변경하기 위한 가압 장치를 포함한다.
일부 실시형태에서, 장치는 예를 들어 포핏(poppet) 밸브와 같이, 변위 챔버 압력을 주위 압력으로 리셋시키기 위한 압력 리셋 장치를 포함한다.
일부 실시형태에서, 유입구, 밸브 부재, 밸브 시트, 및 배출구는, 가스의 유동이 챔버에 유입됨에 따라 배출구 챔버를 통하는 가스의 유동이 밸브 부재로 지향되어 90도보다 더 큰 각도로 밸브 부재로부터 반사됨으로써 배출구를 통해 챔버에서 배출되도록 배치된다.
일부 실시형태에서, 배출구는 밸브 부재에 대향하는 배출구 챔버의 벽의 적어도 하나의 개구를 포함한다.
일부 실시형태에서, 배출구 챔버는 밸브 시트를 둘러싼다(예를 들어, 밸브 시트는 배출구 챔버 내에 위치된다).
일부 실시형태에서, 주위 압력은 밸브 부재의 비-압력 측면에 작용한다.
일부 실시형태에서, 배출구의 영역은 가변적이다.
일부 실시형태에서, 배출구는 배출구 챔버의 벽의 하나 이상의 개구를 포함하고, 하나 이상의 개구는 배출구의 영역을 가변시키도록 선택적으로 개방되거나 폐쇄되거나 부분적으로 폐쇄될 수 있다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재와 밸브 시트의 상대적인 위치는 밸브 시트와 접촉되는 부재의 편향을 조정하도록 조정 가능하다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재는 플런저 또는 피스톤이고, 장치는 밸브 시트와 접촉되어 밀봉하도록 밸브 부재를 편향시키기 위한 편향 부재를 포함한다. 편향 부재는 스프링 또는 탄성 격막 또는 (탄성 중합체) 멤브레인 또는 다른 스프링 요소일 수 있다.
일부 실시형태에서, 배출구는 밸브 부재의 주변부와 배출구 챔버의 벽 사이의 갭을 포함하거나/포함하고, 배출구는 밸브 부재를 통하는 하나 이상의 개구를 포함한다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재는 배출구 챔버의 벽과의 슬라이딩 밀봉부를 포함하는 피스톤이고, 배출구는 배출구 챔버의 벽 또는 피스톤을 통하는 하나 이상의 개구이다.
일부 실시형태에서, 편향 부재는 스프링이고, 스프링의 인장력 또는 압축력은 밸브 시트와 접촉되어 밀봉하도록 플런저 또는 피스톤을 편향시키는 편향의 양을 가변시키도록 조정 가능하다.
일부 실시형태에서, 장치는 장치를 통하여 30 L/m의 유량 범위에 걸쳐서 5 cmH2O 미만의 릴리프 압력 범위를 유지하도록 적응된다.
일부 실시형태에서, 장치는 직렬 또는 병렬의 적어도 2개의 배출구 챔버를 포함한다.
일부 실시형태에서, 청구항 제1항의 배출구 챔버는 제1 배출구를 갖는 제1 배출구 챔버이고, 장치는 제2 배출구를 갖는 제2 배출구 챔버를 포함하며, 제2 배출구 챔버는 제1 배출구로부터 가스의 유동을 수신하도록 적응되고,
밸브 부재는 제1 배출구 챔버, 제1 배출구 및 제2 배출구 챔버를 통해 유입구로부터 제2 배출구로 가스의 유동을 가능하게 하기 위해, 압력 임계값을 초과하여 증가하는 유입구에서의 유입구 압력에 의해 밸브 시트로부터 변위되도록 적응되며, 제1 배출구 및 제2 배출구를 통하는 가스의 유동은 제1 배출구 챔버에서의 배출구 압력(배압)이 유입구 압력과 함께 밸브 부재에 작용하게 하여, 밸브 부재를 밸브 시트로부터 (추가로) 변위시킨다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재 및 밸브 시트는 유입구 압력 및 배출구 압력에 좌우되는, 유입구와 배출구 챔버 사이의 동적으로 가변적인 유동 제한부를 제공하며, 동적으로 가변적인 유동 제한부는 유입구 및/또는 배출구 압력을 증가시키기 위해 감소된다.
일부 실시형태에서, 배출구는 유입구 및 배출구 압력과 관계가 없는 유동에 대한 배출구 제한부를 제공한다.
일부 실시형태에서, 유동에 대한 배출구 제한부는 동적으로 가변적인 유동 제한부보다 더 크다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재는 제1 밸브 부재이고, 장치는 제1 밸브 부재에 결합된 제2 밸브 부재를 포함하며, 제1 부재는 호기 가스의 유동을 배출하고, 제2 밸브 부재는 분무기 포트를 개방 및 폐쇄하며,
호기 가스를 배출하는 경우, 제1 밸브 부재가 밸브 시트로부터 변위되어 분무기 포트를 폐쇄시키도록 제2 밸브 부재를 변위시키고,
밸브 부재가 밸브 시트와 접촉되는 경우, 제2 밸브 부재가 분무기 포트로부터 변위되어 약물이 분무기로부터 유동할 수 있게 한다.
본원에 개시되는 실시형태 중 적어도 하나에 따라, 환자 인터페이스 시스템 또는 호흡 시스템은,
환자의 기도와 밀봉되기 위한 환자 인터페이스;
분무기 포트를 포함하는 환자 인터페이스로의 유입구 도관 또는 유동 경로;
이전의 설명에서 기술된 바와 같은 장치를 포함하며, 유입구는 환자 인터페이스로부터 호기 가스의 유동을 수신하도록 배치된다.
본원에 개시되는 실시형태 중 적어도 하나에 따라, 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치는,
유입구;
배출구;
유입구와 배출구 사이의 밸브 시트; 및
밸브 시트와 접촉되어 밀봉하도록 편향되고, 유입구로부터 배출구로의 가스의 유동을 가능하게 하기 위해 압력 임계값을 초과하여 증가하는 유입구에서의 유입구 압력에 의해 밸브 시트로부터 변위되도록 적응되는 밸브 부재를 포함하며,
밸브 부재는 멤브레인(격막)이거나 멤브레인(격막)을 포함하고, 멤브레인은 멤브레인의 인장력이 멤브레인을 편향시켜서 밸브 시트와 접촉되어 밀봉하도록 밸브 시트 위로 신장되거나 인장된다.
본원에 개시되는 실시형태 중 적어도 하나에 따라, 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치는,
유입구;
배출구;
유입구와 배출구 사이의 밸브 시트; 및
밸브 시트와 접촉되어 밀봉하도록 편향되고, 유입구로부터 배출구로의 가스의 유동을 가능하게 하기 위해 압력 임계값을 초과하여 증가하는 유입구에서의 유입구 압력에 의해 밸브 시트로부터 변위되도록 적응되는 밸브 부재; 및
밸브 시트와 접촉되게 밸브 부재를 편향시키도록 밸브 부재 또는 밸브 시트 위로 신장되거나 인장되는 멤브레인(격막)을 포함한다.
이전의 설명에 따른 장치는 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치와 관련된 전술한 설명 중 어느 하나 이상의 특징 또는 특징들을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재는 멤브레인(격막)이거나 멤브레인(격막)을 포함하고, 멤브레인은 멤브레인의 인장력이 멤브레인을 편향시켜서 밸브 시트와 접촉되어 밀봉하도록 밸브 시트 위로 신장되거나 인장된다.
본원에 개시되는 실시형태 중 적어도 하나에 따라, 압력 릴리프 장치는,
유입구;
배출구를 갖고, 유입구와 유체 연통되는 배출구 챔버;
유입구와 배출구 챔버 사이의 동적으로 가변적인 유동 제한부; 및
배출구 챔버 및 동적 유동 제한부를 통해 유입구로부터 배출구로 밸브를 통하는 유동 경로를 포함하며,
배출구 챔버로부터의 배출구는 장치로부터의 유동에 대한 배출구 제한부를 포함하거나 제공하여 배출구 챔버에서의 배출구 압력(배압)을 유발하고,
동적으로 가변적인 유동 제한부는 유입구에서의 유입구 압력 및 배출구 챔버에서의 배출구 압력에 좌우되며, 동적으로 가변적인 유동 제한부는 유입구 및/또는 배출구 압력을 증가시키기 위해 감소되고, 배출구 제한부는 유입구 압력 및 배출구 압력과 관계가 없다.
이전의 설명에 따른 장치는 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치와 관련된 전술한 설명 중 어느 하나 이상의 특징 또는 특징들을 포함할 수 있다.
본원에서 개시되는 실시형태 중 적어도 하나에 따라, 가스의 유동을 제공하는 시스템을 위한 유량 보정 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치는,
가스 소스로부터 가스의 유동을 수신하기 위한 메인 유입구, 및 메인 유입구에 의해 수신된 가스의 유동의 적어도 일부분을 장치로부터의 유동에 제공하기 위한 메인 배출구;
가스의 유동의 압력이 압력 임계값을 초과하여 증가하는 경우, 유입구에 의해 수신된 가스의 유동의 적어도 일부분을 배출하도록 적응된 압력 릴리프 밸브; 및
메인 배출구로부터 환자로의 가스의 유동의 유량에 기초하여 압력 임계값을 동적으로 조정하기 위한 감지 기기를 포함한다.
일부 실시형태에서, 압력 릴리프 밸브는,
메인 유입구와 유체 연통되는 밸브 유입구;
배출구(vent outlet);
밸브 유입구와 배출구 사이의 밸브 시트; 및
가스의 유동의 적어도 일부분을 밸브 유입구로부터 배출구로 배출하기 위해, 압력 임계값을 초과하여 증가하는 밸브 유입구에서의 유입구 압력에 의해 밸브 시트로부터 변위되고 밸브 시트와 접촉되어 밀봉하도록 편향되는 밸브 부재를 포함하며,
감지 기기는,
메인 배출구를 통하는 가스의 유동의 유량을 나타내는 차압을 감지하기 위한 감지 부재; 및
메인 배출구를 통하는 가스의 유동의 유량에 반응하여 밸브 시트와 접촉되는 밸브 부재의 편향을 조정하기 위해, 감지 부재에 의해 인가된 작용력을 밸브 부재로 이송하도록 감지 부재와 밸브 부재 사이에서 작용하는 기계식 링크를 포함한다.
일부 실시형태에서, 감지 기기는, 메인 배출구를 통하는 가스의 유량에 반응하여 감지 부재를 변위시키도록 감지 부재에 의해 감지되는 차압을 발생시키기 위한 유동 제한부 또는 수축부를 포함한다.
일부 실시형태에서, 감지 기기는,
밸브 유입구의 하류의 유동 수축부 또는 제한부;
감지 챔버를 포함하며, 감지 부재는 감지 챔버에 위치되어 감지 챔버를 제1 챔버 및 제2 챔버로 분할하고, 제1 챔버는 유동 수축부 또는 제한부의 상류에서 가스의 유동과 유체 연통되며, 제2 챔버는 유동 제한부의 하류 또는 유동 수축부에서 가스의 유동과 유체 연통되고, 감지 부재에 의해 감지되는 결과적인 차압은 메인 배출구 및 유동 수축부 또는 제한부를 통하는 가스의 유동으로 인해 유발된다.
일부 실시형태에서, 기계식 링크는 메인 배출구를 통하는 유동 가스의 유량에 반응하여 밸브 시트와 접촉되게 밸브 부재를 편향시키도록 밸브 부재 및 감지 부재에 결합된다.
일부 실시형태에서, 기계식 링크는 밸브 부재 또는 감지 부재로부터 결합 해제되거나, 또는 밸브 부재 및 감지 부재로부터 결합 해제되며,
메인 배출구를 통하는 가스의 유동이 없는 상태에서, 밸브 부재가 밸브 시트와 접촉되게 편향되고, 기계식 링크는 밸브 부재 및 감지 부재에 지탱되며,
메인 배출구를 통하는 가스의 유동이 증가함에 따라, 메인 배출구를 통하는 가스의 유동의 유량이 임계값을 초과하여 증가하는 경우, 기계식 링크가 밸브 부재 또는 감지 부재 또는 둘 모두와의 접촉이 끊어질 때까지, 밸브 시트와 접촉되는 밸브 부재의 편향을 감소시키기 위해 기계식 링크에 의해 밸브 부재에 인가되는 작용력을 감소시키도록, 감지 부재에 걸치는 차압이 증가한다.
일부 실시형태에서, 압력 릴리프 밸브는,
배출구를 포함하는 배출구 챔버를 포함하며,
밸브 부재는, 메인 유입구에 의해 수신되는 가스의 유동의 적어도 일부분을 배출구 챔버를 통해 밸브 유입구로부터 배출구로 배출하기 위해, 압력 임계값을 초과하여 증가하는 밸브 유입구에서의 유입구 압력에 의해 밸브 시트로부터 변위되도록 적응되고, 배출구를 통하는 가스의 유동은 배출구 챔버에서의 배출구 압력(배압)이 유입구 압력과 함께 밸브 부재에 작용하게 하여, 밸브 부재를 밸브 시트로부터 (추가로) 변위시킨다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재는 밸브 시트와 접촉되게 편향되는 멤브레인을 포함한다.
일부 실시형태에서, 감지 부재는 멤브레인을 포함한다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재 및/또는 감지 부재는 인장된 상태의 멤브레인을 지지하는 프레임을 포함한다.
일부 실시형태에서, 프레임은 (멤브레인의 인장력을 크게 변경하지 않으면서) 밸브 부재 또는 감지 부재를 장치의 본체에 클리핑하기 위한 하나 이상의 클리핑 피처를 포함한다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재의 둘레 부분은 주위 또는 변위 챔버로부터 배출구 챔버를 밀봉하기 위한 밀봉부를 제공하거나/제공하고, 감지 부재의 둘레 부분은 제1 감지 챔버를 제2 감지 챔버로부터 밀봉하기 위한 밀봉부를 제공한다.
일부 실시형태에서, 멤브레인은 멤브레인의 인장력이 멤브레인을 편향시켜서 밸브 시트와 접촉되어 밀봉하도록 밸브 시트 위로 신장되거나 인장된다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재는 플런저 또는 피스톤이다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재의 영역은 밸브 시트의 영역보다 더 크다.
일부 실시형태에서, 유입구 압력은 밸브 시트 영역에 걸쳐서 밸브 부재에 작용하고, 밸브 부재가 밸브 시트로부터 변위되는 경우, 배출구 압력은 밸브 시트 영역의 외부의 영역에 걸쳐서 밸브 부재에 작용한다.
일부 실시형태에서, 유입구 압력은 밸브 시트 영역의 외부의 영역에 걸쳐서 밸브 부재에 작용하고, 밸브 부재가 밸브 시트로부터 변위되는 경우, 배출구 압력은 밸브 시트 영역에 걸쳐서 밸브 부재에 작용한다.
일부 실시형태에서, 밸브 유입구는 배출구 챔버 내로 연장되는 유입구 튜브를 포함한다.
일부 실시형태에서, 밸브 시트는 배출구 챔버 내의 유입구 튜브의 배출구 단부에 제공된다.
일부 실시형태에서, 배출구는 배출구 챔버의 벽을 통하는 적어도 하나의 개구, 및/또는 밸브 부재를 통하는 적어도 하나의 개구를 포함한다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재는 배출구 챔버의 벽에 의해 지지되거나 배출구 챔버의 벽과 밀봉을 형성하거나, 또는 밸브 유입구는 유입구 튜브를 포함하고, 밸브 부재는 유입구 튜브의 벽에 의해 지지되거나 유입구 튜브의 벽과 밀봉을 형성한다.
일부 실시형태에서, 감지 부재는 감지 챔버에 위치되고, 유동 제한부는 감지 부재와 감지 챔버의 측벽 사이의 갭에 의해 제공되거나/제공되고, 유동 제한부는 감지 부재를 통하는 하나 이상의 개구에 의해 제공되며, 메인 유입구로부터 메인 배출구로의 가스의 유동을 위한 유동 경로는 감지 챔버를 통한다.
일부 실시형태에서, 감지 부재는 피스톤이고, 감지 챔버는 피스톤이 이동하는 실린더이며, 피스톤은 제1 챔버를 제2 챔버로부터 공압식으로 밀봉한다.
일부 실시형태에서, 기계식 링크는 인장력 및/또는 압축력을 전달한다.
일부 실시형태에서, 기계식 링크는 로드 또는 샤프트이고, 장치는 밸브 부재와 감지 부재 사이의 기계식 링크를 지지하는 링크 가이드를 포함하며, 메인 유입구는 링크와 링크 가이드 사이의 환형 공간을 통해 감지 챔버와 유체 연통된다.
일부 실시형태에서, 장치는 메인 유입구와 감지 챔버 사이에 개구부를 포함하고, 기계식 링크는 개구부를 통해 연장되며, 개구부를 통하여 수용된 기계식 링크와 함께 개구부는 메인 유입구와 감지 챔버 사이에 환형 개구부를 제공한다.
일부 실시형태에서, 기계식 링크는 리브형(ribbed) 로드 또는 샤프트이다.
일부 실시형태에서, 기계식 링크는 밸브 시트와 접촉되어 밸브 부재를 지지하기 위한 일 단부의 플랜지를 포함한다.
일부 실시형태에서, 플랜지는 밸브 시트의 직경보다 더 큰 직경을 가짐으로써, 밸브 부재가 밸브 시트와 접촉되게 안착되는 경우, 밸브 부재는 플랜지와 밸브 시트 사이에서 밸브 시트와 접촉되어 지지된다.
일부 실시형태에서, 기계식 링크는 길이 조정 가능하다.
일부 실시형태에서, 장치는 사용자가 사용 중에 기계식 링크의 길이를 조정할 수 있게 하기 위한 사용자 인터페이스를 포함한다.
일부 실시형태에서, 장치는 밸브 부재가 밸브 시트로부터 멀어지게 변위될 수 있는 변위 챔버를 포함한다.
일부 실시형태에서, 변위 챔버는 주위 환경으로부터 밀봉되거나 밀봉 가능하다.
일부 실시형태에서, 장치는 변위 챔버의 압력을 증가 또는 감소시키기 위해 예를 들어, 발 또는 손으로 작동 가능한 펌프와 같이, 변위 챔버 내의 압력을 변경하기 위한 가압 장치를 포함한다.
일부 실시형태에서, 장치는 예를 들어 포핏 밸브와 같이, 변위 챔버 압력을 주위 압력으로 리셋시키기 위한 압력 리셋 장치를 포함한다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재와 밸브 시트의 상대적인 위치는 밸브 시트와 접촉되는 부재의 편향을 조정하도록 조정 가능하다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재와 밸브 시트의 상대적인 위치는 사용 중에 조정 가능하다.
일부 실시형태에서, 장치는,
유동 수축부, 및 유동 수축부로부터 제2 챔버로의 압력 탭을 포함하거나, 또는
장치는 오리피스 유동 제한부, 및 오리피스의 하류 측면으로부터 제2 챔버로의 압력 탭을 포함한다.
일부 실시형태에서, 유동 수축부 또는 제한부는 조정 가능하다.
일부 실시형태에서, 장치는 유량과 관계가 없는 압력 임계값에 대한 압력 상한을 설정하기 위해 감지 부재의 변형 또는 이동의 양을 제한하도록 구성된다.
일부 실시형태에서, 장치는 감지 부재의 변형 또는 이동의 양을 제한하기 위한 기계식 제한부를 포함한다.
일부 실시형태에서, 기계식 제한부는 기계식 링크 또는 감지 부재와 접촉되게 작용하는 종단 정지부(end stop)이다.
일부 실시형태에서, 감지 챔버의 벽은 감지 부재의 이동 또는 변형의 양을 제한한다.
일부 실시형태에서, 감지 기기는,
장치의 메인 배출구를 통해 유동하는 가스의 유량(예를 들어, 차압) 및 메인 유입구와 메인 배출구 사이의 가스의 유동의 압력을 검출하기 위한 하나 이상의 전자 센서;
작동기; 및
센서(들)로부터 신호를 수신하고, 검출된 유량에 기초하여 압력 릴리프 밸브의 압력 임계값을 조정하도록 작동기를 구동시키기 위한 출력을 제공하는 제어기 또는 프로세서를 포함한다.
일부 실시형태에서, 작동기는 압력 릴리프 밸브의 밸브 시트를 향하는 밸브 부재의 편향의 양을 조정하도록 압력 릴리프 밸브의 밸브 부재에 부착된 부재를 구동시킨다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재는 플런저 또는 격막이다.
일부 실시형태에서, 장치는 압력 릴리프 밸브 및 감지 기기를 둘러싸는 하우징을 포함한다.
일부 실시형태에서, 장치는, 메인 유입구와 메인 배출구, 및 감지 챔버의 제1 챔버와 장치의 적어도 배출구 챔버를 포함하는 본체를 포함하며, 하우징은 본체를 실질적으로 둘러싼다.
일부 실시형태에서, 하우징은 본체의 둘레에 공간 또는 공동을 제공하고, 배출구 챔버 및/또는 장치의 변위 챔버는 공동 또는 공간과 유체 연통된다.
일부 실시형태에서, 하우징은 하우징 공간으로부터의 하우징 배출구를 포함한다.
일부 실시형태에서, 하우징은 배출구 챔버로부터의 배출구와 연통되는 하우징 배출구를 포함하고, 하우징 배출구는 메인 유입구 또는 메인 배출구와 동축이다.
일부 실시형태에서, 하우징은 변위 챔버와 유체 연통되는 배출구를 포함하고, 개구는 메인 유입구 또는 메인 배출구와 동축이다.
일부 실시형태에서, 유동 수축부 또는 제한부는 제1 유동 수축부 또는 제한부이며, 장치는,
밸브 유입구의 상류의 제2 유동 수축부 또는 제한부; 및
제1 유동 제한부의 하류 및 제1 유동 제한부와 인접하는 위치 또는 제2 챔버와 제1 유동 수축부 사이의 제1 포트; 및
제2 유동 제한부의 상류 및 제2 유동 제한부와 인접하는 위치 또는 제2 챔버와 제2 유동 수축부 사이의 제2 포트를 포함하며,
메인 유입구로부터 메인 배출구로의 가스의 유동에 대해, 제2 포트는 도관 또는 커넥터에 의해 차단되고,
메인 배출구로부터 메인 유입구로의 가스의 유동에 대해, 제1 포트는 도관 또는 커넥터에 의해 차단된다.
일부 실시형태에서, 제1 유동 수축부 또는 제한부는 제2 유동 수축부 또는 제한부보다 더 큰 차압을 나타내거나, 또는 제2 유동 수축부 또는 제한부는 제1 유동 수축부 또는 제한부보다 더 큰 압력 차이를 나타낸다.
일부 실시형태에서, 장치는 가스의 유동이 압력 릴리프 밸브로부터 배출되는 경우에 표시하기 위한 표시기를 포함한다.
일부 실시형태에서, 표시기는 가스가 압력 릴리프 밸브로부터 배출되는 경우 시각적으로 관찰 가능하다.
일부 실시형태에서, 표시기는 배출/배출 없음(no venting)에 대한 이원적 표시, 또는 배출의 비율을 표시하는 배출의 비례적 표시를 제공한다.
일부 실시형태에서, 표시기는 예를 들어 압력 릴리프 밸브 및 감지 기기를 둘러싸는 하우징과 같은, 하우징 또는 가이드 내에 위치된 셔틀 또는 플런저 또는 플랩과 같은 이동 가능한 부재를 포함한다.
일부 실시형태에서, 이동 가능한 부재는 장치의 배출구 근처에 위치된다.
일부 실시형태에서, 장치는 장치의 메인 배출구로부터 제공되는 가스의 유량 또는 가스의 유동을 표시하기 위한 표시기를 포함한다.
일부 실시형태에서, 표시기는 장치의 메인 배출구에 위치된 임펠러 또는 플랩을 포함한다.
일부 실시형태에서, 장치는 밸브 유입구의 하류의 유동 제한부를 포함하고, 표시기는 가이드 튜브에 수용된 셔틀 또는 플런저를 포함하며, 가이드 튜브의 유입구 단부는 유동 제한부의 상류에서 메인 유입구와 유체 연통되고, 가이드 튜브의 배출구 단부는 유동 제한부의 하류에서 메인 배출구와 유체 연통된다.
본원에서 개시되는 실시형태 중 적어도 하나에 따라, 가스의 유동을 제공하는 시스템을 위한 유량 보정 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치는,
가스 소스로부터 가스의 유동을 수신하기 위한 메인 유입구, 및 메인 유입구에 의해 수신된 가스의 유동의 적어도 일부분을 장치로부터의 유동에 제공하기 위한 메인 배출구;
압력 릴리프 밸브로서,
메인 유입구와 유체 연통되는 밸브 유입구,
배출구,
밸브 유입구와 배출구 사이의 밸브 시트, 및
가스의 유동의 적어도 일부분을 밸브 유입구로부터 배출구로 배출하기 위해, 압력 임계값을 초과하여 증가하는 밸브 유입구에서의 유입구 압력에 의해 밸브 시트로부터 변위되도록, 밸브 시트와 접촉되어 밀봉하도록 편향된 밸브 부재를 포함하는, 압력 릴리프 밸브;
메인 배출구를 통하는 가스의 유동의 유량을 나타내는 차압을 감지하기 위한 감지 부재; 및
메인 배출구를 통하는 유동 가스의 유량에 반응하여 밸브 시트와 접촉되는 밸브 부재의 편향을 조정하기 위해, 감지 부재에 의해 인가되는 작용력을 밸브 부재로 이송하도록 감지 부재와 밸브 부재 사이에 작용하는 기계식 링크를 포함한다.
일부 실시형태에서, 장치는 밸브 유입구의 하류의 유동 수축부 또는 제한부,
감지 챔버를 포함하며, 감지 부재는 감지 챔버에 위치되어 감지 챔버를 제1 챔버 및 제2 챔버로 분할하고, 제1 챔버는 유동 수축부 또는 제한부의 상류에서 가스의 유동과 유체 연통되며, 제2 챔버는 유동 제한부의 하류 또는 유동 수축부에서 가스의 유동과 유체 연통되고, 감지 부재에 의해 감지되는 결과적인 차압은 유동 수축부 또는 제한부 및 메인 배출구를 통하는 가스의 유동으로 인해 유발된다.
일부 실시형태에서, 압력 릴리프 밸브는,
배출구를 포함하는 배출구 챔버를 포함하며,
밸브 부재는, 메인 유입구에 의해 수신되는 가스의 유동의 적어도 일부분을 배출구 챔버를 통해 밸브 유입구로부터 배출구로 배출하기 위해, 압력 임계값을 초과하여 증가하는 밸브 유입구에서의 유입구 압력에 의해 밸브 시트로부터 변위되도록 적응되고, 배출구를 통하는 가스의 유동은 배출구 챔버에서의 배출구 압력이 유입구 압력과 함께 밸브 부재에 작용하게 하여, 밸브 부재를 밸브 시트로부터 변위시킨다.
본원에서 개시되는 실시형태 중 적어도 하나에 따라, 가스의 유동을 제공하는 시스템을 위한 유량 보정 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치는,
가스 소스로부터 가스의 유동을 수신하기 위한 메인 유입구, 및 메인 유입구에 의해 수신된 가스의 유동의 적어도 일부분을 장치로부터의 유동에 제공하기 위한 메인 배출구;
유입구에 의해 수신된 가스의 유동의 적어도 일부분을 배출하거나 또는 메인 유입구로부터 메인 배출구로 유동하는 가스의 유동을 폐색하도록 적응된 밸브;
장치의 메인 배출구를 통해 유동하는 가스의 유량 및 가스의 유동의 압력을 검출하기 위한 하나 이상의 전자 센서;
작동기; 및
센서(들)로부터 신호 또는 신호들을 수신하고, 검출된 압력이 압력 임계값을 초과하는 경우, 유입구에 의해 수신된 가스의 유동의 적어도 일부분을 배출하거나 또는 메인 유입구로부터 메인 배출구로 유동하는 가스의 유동을 적어도 부분적으로 폐색하도록 밸브를 조정하기 위해, 작동기를 구동시키기 위한 출력을 제공하는 제어기 또는 프로세서를 포함하며, 압력 임계값은 검출된 유량에 좌우된다.
일부 실시형태에서, 밸브는 메인 유입구로부터 메인 배출구로의 가스의 유동을 폐색하도록 적응되고, 장치는 밸브의 하류에 배출 개구를 포함한다.
일부 실시형태에서, 장치는 유입구에 의해 수신된 가스의 유동의 적어도 일부분을 배출하기 위한 제1 밸브 및 메인 유입구로부터 메인 배출구로 유동하는 가스의 유동을 폐색하기 위한 제2 밸브, 제1 밸브를 구동하기 위한 제1 작동기, 및 제2 밸브를 구동하기 위한 제2 작동기를 포함하며, 제2 밸브는 제1 밸브의 하류에 있고,
제어기는 검출된 압력이 압력 임계값을 초과하는 경우, 유입구에 의해 수신된 가스의 유동의 적어도 일부분을 배출하기 위한 제1 밸브, 및 메인 유입구로부터 메인 배출구로 유동하는 가스의 유동을 적어도 부분적으로 폐색하기 위한 제2 밸브를 조정하도록 제1 및 제2 작동기를 구동시키며, 압력 임계값은 검출된 유량에 좌우된다.
본원에서 개시되는 실시형태 중 적어도 하나에 따라, 호흡 가스 시스템은 위의 설명 중 어느 하나 이상에서 설명된 바와 같은, 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치, 또는 유량 보정 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치를 포함한다.
일부 실시형태에서, 시스템은, 상기 유량 보정 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치, 압력 가스 소스, 및 밀봉 환자 인터페이스를 포함하는 이중-레벨(bi-level) 압력 시스템이고, 유량 보정 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치는,
메인 유입구에 의해 수신되는 가스의 유동의 실질적으로 전부가 흡기 동안에 메인 배출구로 유동하여 흡기 압력이 압력 소스의 압력 설정에 의해 결정되며,
메인 유입구에 의해 수신되는 가스의 유동의 일부분이 호기 동안에 배출구로부터 배출되어 호기 압력이 장치의 배출 압력에 의해 결정되도록 구성된다.
일부 실시형태에서, 장치는 환자 인터페이스에 인접하여 위치되거나 환자 인터페이스 근처에 위치된다.
일부 실시형태에서, 압력 가스 소스는 유동 가스 소스, 및 제2 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치의 압력 릴리프 밸브가 흡기 및 호기 동안에 메인 유입구에 의해 수신되는 가스의 유동의 일부분을 배출구로부터 연속적으로 배출시키도록 조정되는 위에서 설명된 바와 같은 제2 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치를 포함한다.
일부 실시형태에서, 시스템은 비강 캐뉼라와 같은 비-밀봉형 환자 인터페이스 및 유동 소스를 포함하는 고유량 호흡 가스 시스템이다.
일부 실시형태에서, 호흡 가스 시스템은 유동 가스 소스 및 밀봉 환자 인터페이스를 포함하는 CPAP 시스템이며, 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치는 압력 릴리프 밸브가 흡기 및 호기 동안에 메인 유입구에 의해 수신되는 가스의 유동의 일부분을 배출구로부터 연속적으로 배출시키도록 조정된다.
일부 실시형태에서, 호흡 가스 시스템은 인공 호흡 또는 CPAP 시스템이며, 시스템은, 인공 호흡기(ventilator) 또는 유동 가스 소스 및 밀봉 환자 인터페이스를 포함하고, 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치는 환자 인터페이스에 위치되거나 또는 환자 인터페이스에 인접하여 위치되며, 질식 방지 밸브로서 작동하도록 조정되고,
메인 유입구에 의해 수신되는 가스의 유동의 실질적으로 전부가 흡기 동안에 메인 배출구로 유동하며,
인공 호흡기 또는 압력 가스 소스가 고장이거나 기능을 정지하는 경우, 상당 부분의 환자의 날숨은 배출구로부터 배출된다.
일부 실시형태에서, 호흡 가스 시스템은 인공 호흡 또는 이중-레벨 압력 시스템이며, 시스템은 유동 가스 소스 및 밀봉 환자 인터페이스를 포함하고, 압력 릴리프 밸브가 제1 압력 임계값에서 흡기 동안에 메인 유입구에 의해 수신된 가스의 유동의 일부분을 배출구로부터 연속적으로 배출하며, 압력 릴리프 밸브가 제2 임계값에서 호기 동안에 메인 유입구에 의해 수신된 가스의 유동의 일부분을 배출구로부터 연속적으로 배출하도록, 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치가 조정되고, 제1 임계값은 제2 임계값보다 더 크다.
일부 실시형태에서, 시스템은 흡기 도관, 흡기 도관에 제공된 위에서 설명된 바와 같은 제1 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치, 및 호기 유동 경로에 제공된 위에서 설명된 바와 같은 제2 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치를 포함하며, 제1 장치는 흡기 압력을 제공하도록 구성되고, 제2 장치는 호기 압력을 제공하도록 구성된다.
일부 실시형태에서, 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치는 메인 유입구와 감지 부재 사이에 유효 공압식 커플링을 포함함으로써, 제1 및 제2 임계값에 의해 결정되는 흡기 압력과 호기 압력 사이에서 환자의 압력이 신속하게 변경되도록, 밸브가 신속한 반응을 포함하고 제공한다.
본원에서 개시되는 실시형태 중 적어도 하나에 따라, 통기 시스템은 선행하는 설명 중 어느 하나에서 설명된 바와 같은 유량 보정 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치를 포함한다. 유량 보정 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치는 압력 릴리프 밸브가 메인 유입구에 의해 수신되는 가스의 유동의 일부분을 배출구로부터 연속적으로 배출하도록 구성된다. 시스템은 사용 중에 환자(복강)로부터 연속적으로 배출시킨다. 시스템은 필터를 통해 환자로부터 배출시키는 것이 바람직하다.
본원에서 사용되는 바와 같은 "높은 가스 유량" 또는 "높은 가스 유량들"은 피크 흡기 유동 요구시에 흡기 산소 요건의 분율을 초과하는 비율로 환자의 기도 내로 들어가는 가스의 혼합물 또는 가스의 일부분/무리의 체적 이동으로서 정의된다. 특히, 일 실시형태에서, 높은 가스 유량(또는 높은 가스 유량들)은, 15 L/min(분당 리터) 초과, 약 20 L/min 이상, 약 30 L/min 이상, 약 40 L/min 이상, 약 50 L/min 이상, 약 60 L/min 이상, 약 70 L/min 이상, 약 80 L/min 이상, 약 90 L/min 이상, 약 100 L/min 이상, 약 110 L/min 이상, 약 120 L/min 이상, 약 130 L/min 이상, 약 140 L/min 이상, 또는 최대 약 150 L/min의 가스 유량을 지칭한다. 특정 실시형태에서, 높은 가스 유량의 유용한 범위는, 약 40 L/min 내지 약 80 L/min, 약 50 L/min 내지 약 80 L/min, 약 70 L/min 내지 약 100 L/min, 약 70 L/min 내지 약 80 L/min, 약 100 L/min 내지 약 150 L/min, 및 약 15 L/min 초과 내지 약 150 L/min, 및 약 30 L/min 내지 약 150 L/min을 포함하지만, 이에 한정되지 않는 임의의 전술한 유량들 사이에서 선택될 수 있다. 이러한 유량들은 환자 인터페이스를 사용하여 제공될 수 있고, 특정 실시형태에서는 비강 인터페이스를 통해 제공될 수 있다. 바람직한 고유량 요법에서, 성인 환자를 치료하기 위해, 30 내지 70 L/min의 작동 유량 범위가 바람직하고 30 내지 100 L/min도 가능하다. 유아를 치료하는 경우, "고유량" 요법은 약 1 내지 50 L/min의 유량이 필요할 수 있다.
맥락상 달리 제시되지 않는 한, 유동 소스는 설정 유량으로 가스의 유동을 제공한다. 설정 유량은 일정한 유량일 수 있거나, 또는 예를 들어 정현파형 유량과 같은, 진동형 유량일 수 있다. 맥락상 달리 제시되지 않는 한, 압력 소스는 설정 압력으로 가스의 유동을 제공한다. 설정 압력은 정압일 수 있거나, 또는 예를 들어 정현파형 압력과 같은, 진동형 압력일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "포함하는(comprising)"이란 용어는 "적어도 일부를 구성하는"을 의미한다. 본 명세서에서 "포함하는(comprising)"이라는 용어를 포함하는 각각의 설명을 해석할 때, 그 이외의 특징들 또는 용어의 서문에 기재된 특징들이 존재할 수도 있다. "포함하다(comprise)" 및 "포함한다(comprises)"와 같은 관련 용어들은 동일한 방식으로 해석되어야 한다.
본 발명에 관련되는 기술 분야의 당업자에게는, 본 발명의 매우 상이한 실시형태들 및 적용예들과 구조에서의 많은 변경들이 첨부된 청구범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 자체적으로 제시될 것이다. 본원의 개시물 및 설명은 단지 예시적인 것이며 어떠한 의미로도 제한하려는 의도가 아니다.
본 발명은 전술한 내용으로 이루어지며, 이하는 실시예들만을 제공하는 구성을 또한 구상한다.
바람직한 실시형태들은 단지 예시로서 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 압력 릴리프 또는 조절 밸브(PRV)를 포함하는 고유량 호흡 시스템을 도시한다.
도 1a는 압력 릴리프 또는 조절 밸브(PRV)를 포함하는 유아 소생 시스템을 도시한다.
도 1aa는 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 포함하는 고유량 호흡 시스템을 도시한다.
도 1ba 및 도 1bb는 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 포함하는 지속 기도 양압 호흡 시스템을 도시하고, 도 1bc는 FCPRV에서의 압력 대 환자로의 가스의 유량의 차트를 도시한다.
도 1ca 및 도 1cb는 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 포함하는 이중-레벨 압력 호흡 시스템을 도시하고, 도 1cc는 환자 압력 대 환자로의 가스의 유량의 차트를 도시한다. 도 1cd는 다수의 호흡 사이클에 걸친 시스템의 환자 압력 특성을 도시한다.
도 1ce는 2개의 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 포함하는 대안적인 이중-레벨 압력 호흡 시스템을 도시한다.
도 1d는 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 포함하는 수술용 통기 시스템을 도시한다.
도 1ea 및 도 1eb는 질식 방지 밸브로서 구성된 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 포함하는 지속 기도 양압 호흡 시스템 또는 인공 호흡기 시스템을 도시한다.
도 1fa 및 도 1fb는 인공 호흡기로서 작동하도록 구성된 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 포함하는 시스템을 도시하고, 도 1fc는 FCPRV에서의 압력 대 환자로의 가스의 유량의 차트를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 PRV 단면도 및 해당하는 개략도를 각각 도시한다. 도 2a는 밀봉된 위치의 밸브 부재를 갖는 PRV를 도시한다. 도 2b는 밸브 시트로부터 변위된 밸브 부재를 도시한다. 도 2c는 밸브 시트로부터 추가로 변위된 밸브 부재를 도시한다.
도 2d는 병렬로 된 2개의 출력 챔버를 갖는 PRV의 단면도를 도시한다.
도 3은 본원에서 설명되는 실시형태에 따라, PRV의 유입구 압력 및 배출구 챔버 압력 대 PRV를 통하는 배출 유량의 차트를 도시한다.
도 4는 PRV의 유입구 압력 및 배출구 챔버 압력 대 도 3의 PRV와 동일한 구성이지만 도 3의 PRV의 배출구 영역의 2배의 배출구 영역을 갖는 PRV를 통하는 배출 유량의 차트를 도시한다.
도 5는 PRV의 유입구 압력 및 배출구 챔버 압력 대 도 3의 PRV와 동일한 구성이지만 도 3의 PRV의 배출구 영역의 3배의 배출구 영역을 갖는 PRV를 통하는 배출 유량의 차트를 도시한다.
도 6은 배출구 챔버가 없는 종래기술의 플런저 유형 밸브와 설명된 실시형태에 따른 배출구 챔버를 갖는 PRV 사이의 배출 압력 대 배출 유량의 비교에 대한 그래프 도면이다.
도 7은 설명된 실시형태에 따른 PRV의 성능(배출 압력 대 배출 유량)에 대한 상이한 배출구 영역들의 영향에 대한 그래프 도면이다.
도 8은 PRV의 릴리프 또는 배출 압력 대 PRV의 배출 유량에 대한 멤브레인 밸브 부재의 상이한 인장력의 영향을 예시하는 차트를 도시한다.
도 9a 내지 도 9c는 PRV 단면도 및 해당하는 개략도를 각각 도시한다. 도 9a는 밀봉된 위치의 밸브 부재를 갖는 PRV를 도시한다. 도 9b는 밸브 시트로부터 변위된 밸브 부재를 도시한다. 도 9c는 밸브 시트로부터 추가로 변위된 밸브 부재를 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 피스톤 유형 밸브 부재를 각각 갖는 대안적인 PRV의 단면도이다.
도 11a 및 도 11b는 멤브레인 밸브 부재의 인장력의 양을 변경하기 위해 유입구 튜브의 상이한 양의 연장을 각각 갖는 PRV를 도시한다.
도 12a 내지 도 12e는 PRV에 대한 추가적인 예시적인 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 13a 내지 도 13c는 PRV 단면도를 각각 도시한다. 도 13a는 밀봉된 위치의 밸브 부재를 갖는 PRV를 도시한다. 도 13b는 밸브 시트로부터 변위된 밸브 부재를 도시한다. 도 13c는 밸브 시트로부터 추가로 변위된 밸브 부재를 도시한다.
도 14a 및 도 14b는 유량 보정 압력 릴리프 밸브의 개략도이다. 도 14a는 유동이 없는 구성의 FCPRV를 도시하고, 도 14b는 유동 구성의 FCPRV를 도시한다.
도 15a는 시스템 압력(강하) 대 유량 곡선 및 FCPRV에 대한 릴리프 압력 대 유량 곡선을 도시하며, 유량은 FCPRV의 메인 배출구로부터 또는 환자에게 제공되는 가스의 유량이다.
도 15b는 시스템 압력(강하) 대 유량 곡선 및 FCPRV에 대한 릴리프 압력 대 유량 곡선, 및 FCPRV의 다양한 작동 단계의 도면을 도시하며, 유량은 FCPRV의 메인 배출구로부터 또는 환자에게 제공되는 가스의 유량이다.
도 16a 내지 도 16c는 유량 보정 압력 릴리프 밸브의 개략도이다. 도 16a는 배출 유량 구성의 FCPRV를 도시하고, 도 16b는 저유량 구성의 FCPRV를 도시하며, 도 16c는 더 높은 또는 더 높은 유량 압력 제한 구성의 FCPRV를 도시한다. 도 16d는 시스템 압력(강하) 대 유량 곡선 및 FCPRV에 대한 릴리프 압력 대 유량 곡선을 도시하며, 유량은 FCPRV의 메인 배출구로부터 또는 환자에게 제공되는 가스의 유량이다.
도 17은 도 15b와 동일한 차트를 도시하지만, 추가적인 2개의 유량 보정 릴리프 압력 대 유량 곡선들을 갖는다.
도 18은 FCPRV에 대한 조정 루틴을 도시한다.
도 18a 내지 도 18c는 FCPRV의 릴리프 밸브 배출 압력 특성을 조정하기 위한 조정 메커니즘을 각각 포함하는 유량 보정 압력 릴리프 밸브의 개략도이다.
도 19는 시스템 압력(강하) 대 유량 곡선 및 FCPRV에 대한 릴리프 압력 대 유량 곡선을 도시하며, 여기서 릴리프 압력은 최대 릴리프 압력으로 제한된다.
도 20은 FCPRV의 단면도를 도시한다.
도 21은 다른 FCPRV의 자유-본체 도면을 도시한다.
도 22는 다른 FCPRV의 단면도를 도시한다.
도 23a 및 도 23b는 도 22의 FCPRV의 개략도이다. 도 23a는 유동이 없는 구성 또는 저유량 구성을 도시하고, 도 23b는 유동 구성 또는 고유량 구성을 도시한다.
도 24는 다른 FCPRV의 단면도를 도시한다.
도 25a 및 도 25b는 도 24의 FCPRV의 개략도이다. 도 25a는 유동이 없는 구성 또는 저유량 구성을 도시하고, 도 25b는 유동 구성 또는 고유량 구성을 도시한다.
도 26a 및 도 26b는 개구를 갖는 감지 피스톤을 포함하는, 도 24의 FCPRV와 유사한 FCPRV의 개략도이다. 도 26a는 유동이 없는 구성 또는 저유량 구성을 도시하고, 도 26b는 유동 구성 또는 고유량 구성을 도시한다.
도 27a 및 도 27b는 다른 FCPRV의 단면도를 도시한다. 도면들은 밸브의 감지 부재 및 밸브 부재의 중심축을 통하는 축 상의 단면이다. 도 27a의 단면 평면은 도 27b의 단면 평면과 직각을 이룬다.
도 27c 및 도 27d는 탄성 격막 또는 멤브레인, 및 강성 프레임을 포함하는 밸브 부재 또는 감지 부재를 도시한다. 도 27d는 도 27c의 밸브 부재 또는 감지 부재의 단면도이다.
도 27e는 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 위한 밸브 본체, 밸브 부재 및 감지 부재 조립체의 단면도이다.
도 27f는 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 위한 밸브 본체, 밸브 부재 및 감지 부재 조립체의 단면도이다. 도 27e의 조립체와 비교하여, 도 27f의 조립체는 메인 유동 경로와 감지 챔버 사이에 증가된 공압식 커플링을 갖는다.
도 28a 내지 도 28c는 도 27a 및 도 27b의 FCPRV의 밸브 본체의 도면이다.
도 29a 및 도 29b는 도 27a 및 도 27b의 FCPRV의 기계식 링크를 도시한다.
도 30은 가역적으로 적응되는 다른 FCPRV의 자유-본체 도면을 도시한다.
도 31a 및 도 31b는 전기 기계식 FCPRV의 개략도이다. 도 31a는 보다 저유량 구성의 FCPRV를 도시하고, 도 31b는 보다 고유량 구성의 FCPRV를 도시한다.
도 32a 및 도 32b는 다른 전기 기계식 FCPRV의 개략도이다. 도 32a는 보다 저유량 구성의 FCPRV를 도시하고, 도 32b는 보다 고유량 구성의 FCPRV를 도시한다.
도 33a 및 도 33b는 다른 전기 기계식 FCPRV의 개략도이다. 도 33a는 보다 저유량 구성의 FCPRV를 도시하고, 도 33b는 보다 고유량 구성의 FCPRV를 도시한다.
도 34a는 PRV의 유입구 압력 및 배출구 챔버 압력 대 유량 보정 PRV로서 사용되도록 조정된 PRV를 통하는 배출 유량의 차트를 도시한다.
도 34b는 시스템 압력(강하) 대 유량 곡선 및 FCPRV로서 사용되도록 조정된 PRV에 대한 릴리프 압력 대 유량 곡선을 도시한다. 수평 축은 PRV 유입구의 하류에서 환자에게 전달되는 유량이다.
도 35a 및 도 35b는 날숨 호흡 가스를 배출시키고, 환자로의 가스의 유동 내로 약물을 제공하는 분무기 포트의 개방 및 폐쇄를 제어하도록 배치된 압력 릴리프 밸브의 개략도이다.
도 36 내지 도 40은 설명된 하나 이상의 PRV 또는 FCPRV 실시형태에서 구현될 수 있는 배출 유동 표시기를 도시한다. 도 30 내지 도 32는 FCPRV의 일부분의 단면도이다. 도 33 및 도 34는 배출 유동 표시기를 포함하는 FCPRV의 본체의 단면도이다.
도 41a는 임펠러 유동 표시기를 도시하고, 도 41b는 FCPRV의 배출구로부터의 유동을 표시하기 위해 배출구에 임펠러를 포함하는 FCPRV를 도시한다.
도 42a는 플랩 유동 표시기를 도시한다. 도 42b는 유동이 없는 상태에서 보이지 않는 플랩 유동 표시기를 포함하는 FCPRV를 도시한다. 도 42c는 유동 상태로 이동된 플랩에 의해 표시되는 FCPRV의 배출구로부터의 가스의 유동을 갖는 도 42b의 FCPRV를 도시한다.
도 43은 가이드 튜브 및 셔틀 또는 플런저를 포함하는 유동 표시기를 포함하는 FCPRV를 도시한다.
도 1은 압력 릴리프 또는 조절 밸브(PRV)를 포함하는 고유량 호흡 시스템을 도시한다.
도 1a는 압력 릴리프 또는 조절 밸브(PRV)를 포함하는 유아 소생 시스템을 도시한다.
도 1aa는 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 포함하는 고유량 호흡 시스템을 도시한다.
도 1ba 및 도 1bb는 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 포함하는 지속 기도 양압 호흡 시스템을 도시하고, 도 1bc는 FCPRV에서의 압력 대 환자로의 가스의 유량의 차트를 도시한다.
도 1ca 및 도 1cb는 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 포함하는 이중-레벨 압력 호흡 시스템을 도시하고, 도 1cc는 환자 압력 대 환자로의 가스의 유량의 차트를 도시한다. 도 1cd는 다수의 호흡 사이클에 걸친 시스템의 환자 압력 특성을 도시한다.
도 1ce는 2개의 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 포함하는 대안적인 이중-레벨 압력 호흡 시스템을 도시한다.
도 1d는 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 포함하는 수술용 통기 시스템을 도시한다.
도 1ea 및 도 1eb는 질식 방지 밸브로서 구성된 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 포함하는 지속 기도 양압 호흡 시스템 또는 인공 호흡기 시스템을 도시한다.
도 1fa 및 도 1fb는 인공 호흡기로서 작동하도록 구성된 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 포함하는 시스템을 도시하고, 도 1fc는 FCPRV에서의 압력 대 환자로의 가스의 유량의 차트를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 PRV 단면도 및 해당하는 개략도를 각각 도시한다. 도 2a는 밀봉된 위치의 밸브 부재를 갖는 PRV를 도시한다. 도 2b는 밸브 시트로부터 변위된 밸브 부재를 도시한다. 도 2c는 밸브 시트로부터 추가로 변위된 밸브 부재를 도시한다.
도 2d는 병렬로 된 2개의 출력 챔버를 갖는 PRV의 단면도를 도시한다.
도 3은 본원에서 설명되는 실시형태에 따라, PRV의 유입구 압력 및 배출구 챔버 압력 대 PRV를 통하는 배출 유량의 차트를 도시한다.
도 4는 PRV의 유입구 압력 및 배출구 챔버 압력 대 도 3의 PRV와 동일한 구성이지만 도 3의 PRV의 배출구 영역의 2배의 배출구 영역을 갖는 PRV를 통하는 배출 유량의 차트를 도시한다.
도 5는 PRV의 유입구 압력 및 배출구 챔버 압력 대 도 3의 PRV와 동일한 구성이지만 도 3의 PRV의 배출구 영역의 3배의 배출구 영역을 갖는 PRV를 통하는 배출 유량의 차트를 도시한다.
도 6은 배출구 챔버가 없는 종래기술의 플런저 유형 밸브와 설명된 실시형태에 따른 배출구 챔버를 갖는 PRV 사이의 배출 압력 대 배출 유량의 비교에 대한 그래프 도면이다.
도 7은 설명된 실시형태에 따른 PRV의 성능(배출 압력 대 배출 유량)에 대한 상이한 배출구 영역들의 영향에 대한 그래프 도면이다.
도 8은 PRV의 릴리프 또는 배출 압력 대 PRV의 배출 유량에 대한 멤브레인 밸브 부재의 상이한 인장력의 영향을 예시하는 차트를 도시한다.
도 9a 내지 도 9c는 PRV 단면도 및 해당하는 개략도를 각각 도시한다. 도 9a는 밀봉된 위치의 밸브 부재를 갖는 PRV를 도시한다. 도 9b는 밸브 시트로부터 변위된 밸브 부재를 도시한다. 도 9c는 밸브 시트로부터 추가로 변위된 밸브 부재를 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 피스톤 유형 밸브 부재를 각각 갖는 대안적인 PRV의 단면도이다.
도 11a 및 도 11b는 멤브레인 밸브 부재의 인장력의 양을 변경하기 위해 유입구 튜브의 상이한 양의 연장을 각각 갖는 PRV를 도시한다.
도 12a 내지 도 12e는 PRV에 대한 추가적인 예시적인 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 13a 내지 도 13c는 PRV 단면도를 각각 도시한다. 도 13a는 밀봉된 위치의 밸브 부재를 갖는 PRV를 도시한다. 도 13b는 밸브 시트로부터 변위된 밸브 부재를 도시한다. 도 13c는 밸브 시트로부터 추가로 변위된 밸브 부재를 도시한다.
도 14a 및 도 14b는 유량 보정 압력 릴리프 밸브의 개략도이다. 도 14a는 유동이 없는 구성의 FCPRV를 도시하고, 도 14b는 유동 구성의 FCPRV를 도시한다.
도 15a는 시스템 압력(강하) 대 유량 곡선 및 FCPRV에 대한 릴리프 압력 대 유량 곡선을 도시하며, 유량은 FCPRV의 메인 배출구로부터 또는 환자에게 제공되는 가스의 유량이다.
도 15b는 시스템 압력(강하) 대 유량 곡선 및 FCPRV에 대한 릴리프 압력 대 유량 곡선, 및 FCPRV의 다양한 작동 단계의 도면을 도시하며, 유량은 FCPRV의 메인 배출구로부터 또는 환자에게 제공되는 가스의 유량이다.
도 16a 내지 도 16c는 유량 보정 압력 릴리프 밸브의 개략도이다. 도 16a는 배출 유량 구성의 FCPRV를 도시하고, 도 16b는 저유량 구성의 FCPRV를 도시하며, 도 16c는 더 높은 또는 더 높은 유량 압력 제한 구성의 FCPRV를 도시한다. 도 16d는 시스템 압력(강하) 대 유량 곡선 및 FCPRV에 대한 릴리프 압력 대 유량 곡선을 도시하며, 유량은 FCPRV의 메인 배출구로부터 또는 환자에게 제공되는 가스의 유량이다.
도 17은 도 15b와 동일한 차트를 도시하지만, 추가적인 2개의 유량 보정 릴리프 압력 대 유량 곡선들을 갖는다.
도 18은 FCPRV에 대한 조정 루틴을 도시한다.
도 18a 내지 도 18c는 FCPRV의 릴리프 밸브 배출 압력 특성을 조정하기 위한 조정 메커니즘을 각각 포함하는 유량 보정 압력 릴리프 밸브의 개략도이다.
도 19는 시스템 압력(강하) 대 유량 곡선 및 FCPRV에 대한 릴리프 압력 대 유량 곡선을 도시하며, 여기서 릴리프 압력은 최대 릴리프 압력으로 제한된다.
도 20은 FCPRV의 단면도를 도시한다.
도 21은 다른 FCPRV의 자유-본체 도면을 도시한다.
도 22는 다른 FCPRV의 단면도를 도시한다.
도 23a 및 도 23b는 도 22의 FCPRV의 개략도이다. 도 23a는 유동이 없는 구성 또는 저유량 구성을 도시하고, 도 23b는 유동 구성 또는 고유량 구성을 도시한다.
도 24는 다른 FCPRV의 단면도를 도시한다.
도 25a 및 도 25b는 도 24의 FCPRV의 개략도이다. 도 25a는 유동이 없는 구성 또는 저유량 구성을 도시하고, 도 25b는 유동 구성 또는 고유량 구성을 도시한다.
도 26a 및 도 26b는 개구를 갖는 감지 피스톤을 포함하는, 도 24의 FCPRV와 유사한 FCPRV의 개략도이다. 도 26a는 유동이 없는 구성 또는 저유량 구성을 도시하고, 도 26b는 유동 구성 또는 고유량 구성을 도시한다.
도 27a 및 도 27b는 다른 FCPRV의 단면도를 도시한다. 도면들은 밸브의 감지 부재 및 밸브 부재의 중심축을 통하는 축 상의 단면이다. 도 27a의 단면 평면은 도 27b의 단면 평면과 직각을 이룬다.
도 27c 및 도 27d는 탄성 격막 또는 멤브레인, 및 강성 프레임을 포함하는 밸브 부재 또는 감지 부재를 도시한다. 도 27d는 도 27c의 밸브 부재 또는 감지 부재의 단면도이다.
도 27e는 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 위한 밸브 본체, 밸브 부재 및 감지 부재 조립체의 단면도이다.
도 27f는 유량 제어식 압력 릴리프 밸브를 위한 밸브 본체, 밸브 부재 및 감지 부재 조립체의 단면도이다. 도 27e의 조립체와 비교하여, 도 27f의 조립체는 메인 유동 경로와 감지 챔버 사이에 증가된 공압식 커플링을 갖는다.
도 28a 내지 도 28c는 도 27a 및 도 27b의 FCPRV의 밸브 본체의 도면이다.
도 29a 및 도 29b는 도 27a 및 도 27b의 FCPRV의 기계식 링크를 도시한다.
도 30은 가역적으로 적응되는 다른 FCPRV의 자유-본체 도면을 도시한다.
도 31a 및 도 31b는 전기 기계식 FCPRV의 개략도이다. 도 31a는 보다 저유량 구성의 FCPRV를 도시하고, 도 31b는 보다 고유량 구성의 FCPRV를 도시한다.
도 32a 및 도 32b는 다른 전기 기계식 FCPRV의 개략도이다. 도 32a는 보다 저유량 구성의 FCPRV를 도시하고, 도 32b는 보다 고유량 구성의 FCPRV를 도시한다.
도 33a 및 도 33b는 다른 전기 기계식 FCPRV의 개략도이다. 도 33a는 보다 저유량 구성의 FCPRV를 도시하고, 도 33b는 보다 고유량 구성의 FCPRV를 도시한다.
도 34a는 PRV의 유입구 압력 및 배출구 챔버 압력 대 유량 보정 PRV로서 사용되도록 조정된 PRV를 통하는 배출 유량의 차트를 도시한다.
도 34b는 시스템 압력(강하) 대 유량 곡선 및 FCPRV로서 사용되도록 조정된 PRV에 대한 릴리프 압력 대 유량 곡선을 도시한다. 수평 축은 PRV 유입구의 하류에서 환자에게 전달되는 유량이다.
도 35a 및 도 35b는 날숨 호흡 가스를 배출시키고, 환자로의 가스의 유동 내로 약물을 제공하는 분무기 포트의 개방 및 폐쇄를 제어하도록 배치된 압력 릴리프 밸브의 개략도이다.
도 36 내지 도 40은 설명된 하나 이상의 PRV 또는 FCPRV 실시형태에서 구현될 수 있는 배출 유동 표시기를 도시한다. 도 30 내지 도 32는 FCPRV의 일부분의 단면도이다. 도 33 및 도 34는 배출 유동 표시기를 포함하는 FCPRV의 본체의 단면도이다.
도 41a는 임펠러 유동 표시기를 도시하고, 도 41b는 FCPRV의 배출구로부터의 유동을 표시하기 위해 배출구에 임펠러를 포함하는 FCPRV를 도시한다.
도 42a는 플랩 유동 표시기를 도시한다. 도 42b는 유동이 없는 상태에서 보이지 않는 플랩 유동 표시기를 포함하는 FCPRV를 도시한다. 도 42c는 유동 상태로 이동된 플랩에 의해 표시되는 FCPRV의 배출구로부터의 가스의 유동을 갖는 도 42b의 FCPRV를 도시한다.
도 43은 가이드 튜브 및 셔틀 또는 플런저를 포함하는 유동 표시기를 포함하는 FCPRV를 도시한다.
다양한 실시형태들이 도면들을 참조하여 설명된다. 도면 및 명세서 전반에 걸쳐서, 동일하거나 유사한 구성 요소들을 지정하기 위해 동일한 참조 번호들이 사용될 수 있으며, 이들의 중복적인 설명은 생략될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시형태에 따른 압력 릴리프 장치는 예를 들어 마취 수술에 사용하기 위한 고유량 시스템과 같은, CPAP 또는 고유량 호흡 가스 시스템과 같은 호흡 시스템에 사용하기에 특히 적합하다. 압력 릴리프 밸브가 특히 유용할 수 있는 호흡 시스템은 CPAP, BiPAP, 고유량 요법, 가변 고유량 요법, 저유량 공기, 저유량 O2 전달, 버블 CPAP, 무호흡성(apnoeic) 고유량(즉, 마취된 환자로의 고유량), 침습성 인공 호흡 및 비-침습성 인공 호흡이다. 또한, 본원에서 설명되는 바와 같은 압력 릴리프 밸브는 호흡 시스템 이외의 시스템에 유용할 수 있다.
예를 들어, 고유량 호흡 시스템(10)은 도 1을 참조하여 설명된다. 고유량 요법은 산소 및/또는 다른 가스의 전달을 통해, 그리고 환자의 기도로부터 CO2의 제거를 통해, 가스 교환 및/또는 호흡 지원을 촉진시키기 위한 수단으로서 사용될 수 있다. 고유량 요법은 의료 수술 전에, 중에 또는 후에 특히 유용할 수 있다.
의료 수술 전에 사용되는 경우, 높은 가스 유량은 산소와 함께 환자를 예압(pre-load)할 수 있으므로, 환자가 의료 수술 중에 무호흡 상태에 있는 동안 산소 완충을 제공하도록 폐에서의 산소의 체적 및 이들의 혈액 산소 포화 레벨이 더 높다.
호흡 기능이 손상(예를 들어, 감소 또는 정지)될 수 있는 의료 수술 동안(예를 들어, 마취 동안) 건강한 호흡 기능을 유지시키기 위해서는 산소의 연속적인 공급이 필수적이다. 이러한 공급이 손상되는 경우, 저산소증 및/또는 고탄산증이 발생할 수 있다. 환자가 의식을 잃는 마취 및/또는 전신 마취와 같은 의료 수술 동안, 이것이 언제 발생하는지를 검출하기 위해 환자가 모니터링된다. 산소 공급 및/또는 CO2 제거가 손상되는 경우, 임상의는 의료 수술을 중지하고 산소 공급 및/또는 CO2 제거를 원활하게 한다. 이는 예를 들어, 마취약 백 및 마스크를 통해 환자를 수동으로 인공 호흡함으로써, 또는 고유량 요법 시스템을 사용하여 환자의 기도에 고유량의 가스를 제공함으로써 달성될 수 있다.
높은 가스 유량의 추가적인 장점은, 높은 가스 유량이 환자의 기도의 압력을 증가시킴으로써, 기도, 기관, 폐/폐포 및 세기관지를 개방시키는 압력 지원을 제공한다는 점을 포함할 수 있다. 이러한 구조체들의 개방은 산소화를 향상시키고, CO2를 제거하는데 다소 도움이 된다.
또한, 증가된 압력은 삽관 동안에 후두와 같은 구조체들이 성대의 시야를 차단하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 가습되는 경우, 높은 가스 유량은 기도가 건조해지는 것을 방지할 수 있어서, 점액섬모 손상을 완화하고, 후두 경련의 위험, 및 코 출혈, 흡인(코 출혈에 따른) 및 기도 장애와 같은 기도 건조와 연관된 위험, 팽창 및 출혈을 감소시킬 수 있다. 높은 가스 유량의 다른 장점은 공기 통로에서 수술 중에 생성된 연기를 유동이 제거할 수 있다는 점이다. 이러한 실시형태에서, 연기는 레이저 및/또는 소작 장치에 의해 생성될 수 있다.
압력 릴리프 또는 조절 장치는 시스템에 대한 압력 상한을 제공하기 위해, 비-밀봉형 환자 인터페이스를 포함하는 고유량 시스템과 같은 호흡 시스템에 사용하기에 특히 바람직하다. 가장 중요하게는, 압력 상한은 환자 안전 한계를 제공하도록 구성될 수 있거나, 또는 튜브, 유체 연결부 또는 다른 구성 요소들에 대한 손상을 방지하도록 구성될 수 있다. 압력 릴리프 또는 조절 장치는 환자에게 제공되는 압력을 조절하기 위해 CPAP 시스템에서 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 시스템/장치(10)는 도 1에서 점선 박스(11)로 대략적으로 도시된 일체형 또는 개별 구성 요소 기반의 장치를 포함할 수 있다. 일부 구성예에서, 시스템(10)은 구성 요소들의 모듈식 장치를 포함할 수 있다. 이하에서, 이는 시스템으로 지칭되지만, 이는 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다. 시스템은 벽내 산소 소스, 산소 탱크, 송풍기, 유동 요법 장치, 또는 산소나 다른 가스의 임의의 다른 소스와 같은, 유동 소스(12)를 포함할 수 있다. 또한, 이는 유동 소스와 결합될 수 있는, 하나 이상의 다른 가스를 포함하는 첨가 가스 소스를 포함할 수 있다. 유동 소스(12)는 전달 도관(14) 및 환자 인터페이스(15)(예를 들어, 비강 캐뉼라)를 통해 환자(16)에게 전달될 수 있는 가압된 높은 가스 유량(13)을 제공할 수 있다. 제어기(19)는 유량, 및 고유량 가스(13)의 압력, 조성, 농도, 부피 중 어느 하나 이상과 같은 다른 특성을 제어하기 위해 밸브 등을 통해 유동 소스(12) 및 첨가 가스를 제어한다. 또한, 제어기의 제어 하에서 가스를 가습할 수 있고 가스의 온도를 제어할 수 있는 가습기(17)가 선택적으로 제공된다. 유량, 산소, 압력, 습도, 온도 또는 다른 센서들과 같은 하나 이상의 센서(18a, 18b, 18c, 18d)는 시스템 전반에 걸쳐서, 및/또는 환자(16)에, 환자(16) 상에 또는 환자(16) 근처에 배치될 수 있다. 센서는 혈액 중의 산소 농도를 결정하기 위해 환자 상의 맥박 산소측정기(18d)를 포함할 수 있다.
제어기(19)는 유동 소스(12), 가습기(17) 및 센서들(18a 내지 18d)에 결합될 수 있다. 제어기(19)는 가스의 전달되는 유동을 제공하도록 유동 소스를 작동시킬 수 있다. 이는 센서로부터의 피드백에 기초하여 유동 소스에 의해 제공되는 가스의 유량, 압력, 조성(하나 보다 많은 가스가 제공되고 있는 경우), 부피, 및/또는 다른 파라미터들을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(19)는 산소화 요건을 충족시키도록 유동 소스의 임의의 다른 적절한 파라미터들을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(19)는 센서들(18a 내지 18d)로부터의 피드백에 기초하여 가습기(17)를 제어할 수 있다. 센서들로부터의 입력을 사용하여, 제어기는 필요에 따라 유동 소스 및/또는 가습기의 제어 파라미터들 및 산소화 요건들을 결정할 수 있다. 입력/출력 인터페이스(20)(예를 들어, 디스플레이 및/또는 입력 장치)가 제공된다. 입력 장치는 산소화 요건을 결정하기 위해 사용될 수 있는 사용자(예를 들어, 임상의 또는 환자)로부터의 정보를 수신하기 위한 것이다. 일부 실시형태에서, 시스템은 제어기 및/또는 I/O 인터페이스가 없을 수 있다. 간호사 또는 기술자와 같은 의료 전문가는 필요한 제어 기능을 제공할 수 있다(예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이).
또한, 압력이 제어될 수 있다. 위에서 상술된 바와 같이, (선택적으로 가습된) 높은 가스 유량은 전달 도관(14), 및 캐뉼라, 마스크, 비강 또는 구강 장치 또는 이들의 조합체와 같은 환자 인터페이스(15) 또는 "인터페이스"를 통해 환자(16)에게 전달될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 비강 인터페이스는 캐뉼라, 비강 마스크, 비강 받침대, 또는 다른 유형의 비강 장치 또는 이들의 조합체와 같은 장치이다. 환자 또는 비강 인터페이스는 실질적으로 밀봉형일 수 있거나, 부분적으로 밀봉형일 수 있거나, 또는 실질적으로 비-밀봉형일 수 있다. 또한, 비강 인터페이스는 비강 인터페이스에 부착 및/또는 탈거될 수 있는 마스크 또는 구강 장치(예를 들어, 구강 내로 삽입된 튜브), 및/또는 마스크 또는 구강 장치(예를 들어, 구강 내로 삽입된 튜브)와 결합하여 사용될 수 있다. 비강 캐뉼라는 환자의 비강 통로 내로 삽입되도록 구성된 하나 이상의 프롱(prong)을 포함하는 비강 인터페이스이다. 마스크는 환자의 비강 통로 및/또는 구강을 커버하는 인터페이스를 지칭하며, 환자의 구강을 커버하는 마스크의 부분이 착탈 가능한 장치, 또는 후두 마스크 기도 또는 기관내 튜브와 같은 다른 환자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 또한, 마스크는 환자의 비공과 실질적인 밀봉을 생성하는 비강 받침대를 포함하는 비강 인터페이스를 지칭한다. 제어기는 필요한 산소화를 제공하도록 시스템을 제어한다.
본원의 실시형태에 따른 시스템(10)은 압력 릴리프 또는 조절 장치, 또는 압력 제한 장치(100)(본원에서 압력 릴리프 밸브 또는 PRV)를 포함한다. PRV는 가스 소스(12)와 환자(16) 사이의 시스템의 임의의 장소에 배치될 수 있다. 바람직하게는, PRV는 유동 소스(12)의 배출구에 제공되거나, 또는 유동 소스(12)와 가습기(17) 사이에 제공되거나, 예를 들어 가습기의 유입구 근처에 제공된다. 일부 실시형태에서, PRV는 가습기의 배출구 및/또는 도관(14)으로의 유입구에 제공될 수 있거나, 또는 적절한 하우징 또는 결합 장치를 통하여 도관(14)을 따르는 임의의 지점에 제공될 수 있다. PRV(100)는 시스템의 임의의 장소에 위치될 수 있으며, 예를 들어 PRV는 환자 인터페이스 조립체의 일부일 수 있다. 시스템은 부가적으로 또는 대안적으로 도 1aa에 도시된 바와 같이, 유량 제어식 압력 릴리프 또는 압력 조절 장치(FCPRV)(300)를 포함할 수 있다.
본원에서 설명되는 실시형태에 따른 PRV(100)는 주어진 유량 범위에 걸쳐서 대략적으로 일관된 압력으로 압력을 조절한다. PRV(100)는 환자 안전을 위한 상한을 제공하기 위해, 및/또는 과압으로 인해 유발되는 시스템 구성 요소들에 대한 손상을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템에서의 폐색은 폐색의 상류에서 시스템에 상당한 배압을 유발할 수 있으며, PRV는 배압이 환자 및/또는 시스템 구성 요소를 손상으로부터 보호하기 위한 한계를 초과하여 증가하지 않게 보장하도록 작동될 수 있다. 환자의 비공 또는 날숨 도관에서의 폐색은 증가된 환자 압력을 유발할 수 있다. 시스템에서의 폐색은 예를 들어, 도관(14)의 의도하지 않은 접힘 또는 압착으로 인해 유발될 수 있거나, 또는 예를 들어 도관(14)을 폐색함으로써(예를 들어, 도관의 일부분을 핀칭하여 폐쇄됨) 의도적으로 유발될 수 있어서, 가스의 유동이 환자에 도달하는 것을 막는다.
도 2a 및 도 12a를 참조하면, 일부 실시형태에서, PRV(100)는 유입구(101), 배출구(103)를 갖는 배출구 챔버(102), 유입구(101)와 배출구 챔버(102) 사이의 밸브 시트(104), 및 밸브 시트(104)와 접촉되어 밀봉하도록 편향된 밸브 부재(105)를 포함한다. 밸브 부재는 압력 임계값을 초과하여 증가하는 유입구에서의 압력(Pc)에 의해 밸브 시트로부터 변위되도록 적응된다. 압력(Pc)은 예를 들어 도 2b에 도시된 바와 같이, 압력(Pc)이 임계값에 도달하면, 밸브 시트(104)로부터 멀어지게 밸브 부재를 가압하도록 밸브 부재(105)에 작용한다. 부재가 밸브 시트로부터 변위됨에 따라, 가스의 유동은 유입구로부터 배출구 챔버(102) 내로 유동한 다음, 배출구 챔버로부터 배출구(103)를 통해 주위 압력/대기압으로 유동한다. 챔버로부터의 배출구는, 예를 들어 도 2c에 도시된 바와 같이, 배출구를 통하는 가스의 유동으로 인해, 밸브 부재(105)에 작용하는 배출구 챔버에서의 압력(배압)(Pb)이 밸브 부재를 밸브 시트로부터 추가로 변위시키게 하도록 구성된다. 부재가 밸브 시트로부터 추가로 변위됨에 따라, 밸브 부재와 밸브 시트 사이의 갭(109)이 증가된다. 밸브 작동에 대한 추가적인 설명은 아래에 제공된다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 일부 실시형태에서, 밸브 부재는 탄성 중합체 멤브레인(105)이다. 멤브레인은 배출구 챔버(102)에 걸쳐서 매달릴 수 있다. 멤브레인은 바람직하게는 밸브 시트(104) 위로 신장되거나 인장됨으로써, 멤브레인의 인장력으로 인해 멤브레인이 밸브 시트와 접촉되게 편향되어 밸브 시트와 밀봉을 형성하고 유입구로부터 배출구 챔버로의 유동 경로를 폐쇄시킨다. 대안적으로, 별도의 편향 부재 또는 스프링이 밸브 시트와 접촉되게 멤브레인을 편향시키도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 밸브 시트와 접촉되게 또는 밸브 시트를 향하여 멤브레인을 가압하도록 멤브레인의 비-압력 측면(비-시스템 압력 측면)에 작용하기 위한 압축 스프링이 제공될 수 있다. 대안적으로, 멤브레인의 시스템 압력 측면에 작용하도록 인장된 상태의 스프링이 제공될 수 있다. 멤브레인의 주변부는 멤브레인이 밸브 시트 위로 신장되거나 인장된 상태에서 배출구 챔버의 벽(106)에 의해 지지되거나 유지될 수 있다. 예를 들어, 밸브는 하우징을 포함할 수 있다. 하우징은 배출구 챔버를 형성하는 제1 하우징 부분 및 제2 하우징 부분, 제1 하우징 부분과 제2 하우징 부분 사이에 끼워진 멤브레인의 주변부를 포함할 수 있다. 제2 하우징 부분은 변위 챔버(107)를 형성할 수 있다. 밸브 부재는 하우징에 접합/접착될 수 있거나 용접될 수 있다.
일부 실시형태에서, PRV는 밸브 부재가 밸브 시트로부터 멀어지게 변위될 수 있는 변위 챔버(107)를 포함할 수 있다. 멤브레인은 배출구 챔버와 변위 챔버를 분리시킨다. PRV는 배출구 챔버 및 변위 챔버로 분리되는 하우징을 포함할 수 있다. 배출구 챔버는 하우징의 압력 측면으로 간주될 수 있으며, 변위 챔버는 하우징의 주위 측면으로 간주될 수 있다. 바람직하게는, 변위 챔버는 대기압/주위 압력으로 개방된다(예를 들어, 변위 챔버는 밀봉되거나 폐쇄되지 않는다). 예를 들어, 변위 챔버는 변위 챔버 내에서 주위 압력을 유지시키는 상대적으로 큰 개구부(예를 들어, 도 12a의 개구부(112))를 가질 수 있다. 변위 챔버가 주위 압력으로 있는 상태에서, 밸브 부재가 밸브 시트로부터 변위되는 경우, 변위 챔버가 주위 압력으로 유지됨으로써, 변위 챔버 내로의 밸브 부재의 변위는 밸브 시트로부터 멀어지는 멤브레인의 변위에 대항하여 작용할 변위 챔버에서의 압력의 증가를 유발하지 않는다. 변위 챔버는 멤브레인을 둘러쌀 수 있지만 변위 챔버 내에서 대기압을 유지시키기 위한 개구부를 가질 수 있다. 변위 챔버의 개구부는 밸브 부재가 밸브 시트로부터 변위되는 경우 변위 챔버에서 압력 증가가 발생하지 않도록 하기에 충분한 영역이다. 주위(대기) 압력은 밸브 부재의 비-압력 측면(112)에 작용한다. 비-압력 측면은 밸브 시트 위로 밀봉하는 부재의 측면에 대향하는 밸브 부재의 측면이다. 대기로의 개구부의 크기는 밸브 진동을 감소하기 위해/밸브 반응을 변경하기 위해 감소될 수 있다. 개구부가 더 작으면 밸브의 반응 시간이 감소된다. 대안적으로, 변위 챔버는 밀봉될 수 있다. 대기/주위로 개방된 변위 챔버를 구비하는 한가지 장점은, 밸브 부재에 걸치는 임의의 누출이 변위 챔버에서의 증가된 압력으로 인한 밸브의 작동 고장을 유발하지 않는다는 점이다.
바람직한 실시형태에서, 배출구는 유입구로부터 배출구 챔버를 통해 대기/주위 환경으로 가스의 유동을 배출한다.
일부 실시형태에서, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 유입구는 배출구 챔버(102) 내로 연장되는 유입구 튜브(108)를 포함한다. 밸브 시트(104)는 바람직하게는 유입구 튜브의 단부에 제공된다. 일부 실시형태에서, 유입구 튜브(108)의 단부는 밸브 시트를 형성한다. 일부 실시형태에서, 멤브레인(105)은 유입구 튜브에 대략적으로 수직이다(예를 들어, 유입구 튜브의 종축에 수직임). 일부 실시형태에서, 유입구 튜브는 밸브 시트와 접촉되는 경우 탄성 중합체 멤브레인이 편향되게 하도록 멤브레인에 접함으로써, 멤브레인은 밸브 시트와 밀봉을 생성하도록 멤브레인의 인장력에 의해 밸브 시트와 접촉되게 편향된다.
배출구 챔버(102)는 밸브 시트(104)를 둘러싼다. 밸브 부재(즉, 멤브레인(105))가 밸브 시트와 접촉되어 밀봉하는 경우, 유입구 압력은 밸브 시트(104)의 기하학적 구조에 의해 결정되는 밸브 부재의 제1 영역 또는 부분에 걸쳐서 작용한다. 밸브 부재가 밸브 시트로부터 변위되는 경우, 유입구 압력(Pc)은 밸브 시트 영역(제1 영역)에 걸쳐서 밸브 부재에 작용하고, 배출구 챔버에서의 배압(Pb)은 밸브 시트 영역의 외부의 밸브 부재의 영역인 제2 영역에 걸쳐서 작용한다. 일부 실시형태에서, 밸브 부재의 제2 영역은 밸브 부재의 제1 영역보다 더 크다. 유입구 압력(Pc)과 배압(Pb) 사이의 압력 차이는 밸브 부재(105)와 밸브 시트(104) 사이의 갭(109)을 통과하는 가스의 유동의 압력 강하에 의해 생성된다. 밸브 부재의 영역은 밸브 시트의 영역보다 더 크므로, 밸브 부재가 밸브 시트로부터 변위되는 경우, 유입구 압력 및 배출구 압력은 밸브 부재의 더 넓은 영역에 작용한다.
일부 실시형태에서, 유입구 튜브(108)의 인접 단부(104)는 밸브 시트(104)를 형성하도록 이의 주변부를 중심으로 경사진다. 경사면(104a)은 탄성 중합체 멤브레인과 접촉되는 유입구 튜브의 단부의 표면적의 양을 감소시켜서, 밸브 시트와 멤브레인 사이의 기밀 밀봉을 보장하는 것을 보조할 수 있다. 튜브의 경사진 에지는 멤브레인에 대한 손상을 유발할 수 있을 정도로 뾰족하지 않다. 경사면은 튜브의 외측 주변부 상에 있을 수 있다. 튜브의 인접 단부(104)는 곡선형, 평면형, 삼각형, 경사형 또는 이들의 조합을 포함하는 임의의 수의 형상일 수 있다.
멤브레인(즉, 밸브 부재)(105)은 적절한 탄성 중합체 재료, 예를 들어 고무 또는 실리콘 재료 또는 다른 탄성 재료로 형성될 수 있다. 재료는 열가소성 또는 열경화성 재료일 수 있거나, 또는 열가소성 필름일 수 있다. 멤브레인 재료는 비-다공성일 수 있거나 또는 일부 실시형태에서, 예를 들어 임계값을 초과하는 압력에 대해 밸브 부재를 통하는 연속적인 배출 유동을 가능하게 하도록 다공성일 수 있다. 하나의 프로토타입 밸브는 약 0.4 mm의 두께를 갖는 고무 재료를 사용하여 구성되었다. 다른 프로토타입은 0.1 mm 내지 0.3 mm의 두께를 가지며, 0.3 mm가 바람직하다. 상이한 재료 조성 및/또는 기하학적 구조의 대안적인 멤브레인이 사용될 수도 있음을 인식해야 한다. 상이한 재료는 예를 들어, 상이한 각각의 탄성 계수를 갖는 고무, 열가소성, 실리콘 등을 포함할 수 있다. 상이한 기하학적 구조는 상이한 두께, 형상 또는 이들의 조합의 멤브레인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 멤브레인은 두꺼운 영역을 포함할 수 있다. 두꺼운 영역은 멤브레인의 두꺼운 원형 중심 또는 두꺼운 방사상 리브로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 밸브 시트(104)에 지탱되는 두꺼운 중심부(105a)를 갖는 멤브레인은 도 12b 및 도 12c에 도시된다. 두꺼운 중심부(105a)의 둘레로 연장되는 멤브레인의 부분(105b)은 PRV의 원하는 특성을 제공하기 위한 적절한 두께이다. 더 얇은 부분(105b)은 밸브 시트(104)와 접촉되게 밸브 부재(105)의 필요한 편향을 제공할 수 있다. 도 12b에서, 더 얇은 부분(105b)의 단면 두께는 이의 반경 길이에 걸쳐서 일정하다. 도 12c에서, 더 얇은 부분(105b)의 두께는 배출구 챔버(102)의 벽(106)에서 두꺼운 중심부(105a)로부터 멤브레인(105)의 외측 둘레로 이의 반경 길이를 따라 감소한다. 도 12d 및 도 12e의 예시적인 실시형태는 멤브레인(105)에 리브(105c, 105d)를 제공한다. 도 12d에서, 리브(105c)는 방사상 리브(105c)이다. 방사상 리브는 이들의 반경 길이를 따라 일정한 폭을 가질 수 있거나, 또는 도시된 바와 같이, 멤브레인의 외측 둘레를 향하여 이들의 길이를 따라 폭이 증가할 수 있다. 도 12e에서, 리브(105d)는 동심 리브(105d)이다. 리브(105d)는 예를 들어 멤브레인이 탄성적으로 변형되는 방식에 영향을 주도록, PRV의 원하는 특성을 달성하기 위해 적용될 수 있다.
배출구 챔버(102)로부터의 배출구(103)는 PRV의 배출구 챔버로부터의 유동에 대한 저항을 제공한다. 유동에 대한 저항은 밸브 부재를 밸브 시트(104)로부터 멀어지게 푸시하거나 가압하도록 밸브 부재에 작용하는 배출구 챔버(102)에서의 압력(Pb)(배압)을 발생시킨다. 일부 실시형태에서, 하나보다 많은 배출구가 있을 수 있거나, 또는 달리 말하면 배출구(103)는 복수의 배출구 홀 또는 개구(103)를 포함할 수 있다. 챔버 압력(Pb)은 챔버(102)를 통하는 유동으로 인해 그리고 챔버(102)로부터의 배출구(103)의 구성에 의해 제공되는 제한으로 인해 배출구 챔버(102)에서 유발되는 배압이다. 일부 실시형태에서, 챔버(102)에서 배압을 유발하기 위해, 챔버로부터의 배출구(103)는 밸브 시트(104)와 밸브 부재(105) 사이의 갭(109)보다 더 큰 유동 저항을 갖도록 구성된다. 유입구 압력(Pc)과 배압(Pb) 사이의 압력 차이는 밸브 부재(105)와 밸브 시트(104) 사이의 갭(109)을 통해 유동하는 가스의 유동에서의 압력 강하에 의해 생성된다.
밸브 부재 및 밸브 시트는 유입구(101)와 배출구 챔버(102) 사이에 동적으로 가변적인 유동 제한부(109)를 제공한다. 동적으로 가변적인 유동 제한부는 PRV의 유입구에서의 유입구 압력, 및 배출구 챔버에서의 배출구 압력 또는 배압에 좌우된다. 유입구 압력 및/또는 배출구 압력이 증가함에 따라, 동적으로 가변적인 유동 제한부(109)는 감소된다. 배출구(103)는 "고정된" 유동 제한부, 또는 유입구 및 배출구 압력과 관계가 없는 유동 제한부를 제공한다. 즉, 배출구 제한부는 유입구 또는 배출구 압력의 변경에 따라 변경되지 않는다. 그러나, 일부 실시형태에서, 배출구의 제한부는 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 사용자에 의해 조정될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c의 실시형태에서, 밸브 시트는 유입구(101)의 단부에 있어서, 유입구 압력(Pc)이 밸브 시트의 직경(도 12a의 D)에 의해 한정된 밸브 시트 영역에 걸쳐서 밸브 부재에 작용한다. 밸브 부재(105)가 밸브 시트(104)로부터 변위되면, 유입구 압력은 밸브 시트 영역에 걸쳐서 밸브 부재(105)에 계속 작용하고, 배압(Pb)은 밸브 시트의 외부의 영역에 걸쳐서 밸브 부재에 작용한다. 따라서, 배압(Pb)은 밸브 부재 영역 마이너스 밸브 시트 영역과 동일한 밸브 부재의 영역에 대하여 작용한다.
도 13a 내지 도 13c는 밸브 시트(104)가 배출구 챔버(102)로의 유입구에 있는 대안적인 실시형태를 제시한다. 유입구 튜브는 배출구 챔버를 둘러싸고 있다. 밸브 부재 멤브레인(105)의 주변부는 멤브레인이 밸브 시트(104) 위로 신장되거나 인장된 상태로 유입구 튜브의 벽(108)에 의해 지지되거나 유지될 수 있다. 밸브 부재(105)가 밸브 시트(104)와 접촉되게 안착되는 경우, 유입구(101)에서의 유입구 압력(Pc)은 밸브 시트(104)의 외부의 영역(즉, 밸브 부재 영역 마이너스 밸브 시트 영역)에 걸쳐서 밸브 부재(105)에 작용한다. 밸브 부재(105)가 밸브 시트(104)로부터 변위되면, 유입구 압력은 밸브 시트 영역의 외부의 영역에 걸쳐서 밸브 부재(105)에 대하여 계속 작용하고, 배출구(103)에 의해 생성되는 배출구 챔버에서의 배압(Pb)은 밸브 시트 영역에 걸쳐서 밸브 부재에 작용한다. 여기서, 장치는 배출구 챔버를 둘러싸는 유입구 튜브를 포함하고, 밸브 시트는 배출구 챔버로의 개구부에 제공된다.
PRV가 작동 유량의 범위에 걸쳐서 (압력 대역 내에서) 대략적으로 일정한 릴리프 압력을 달성하는 것이 바람직할 수 있다. 밸브가 한정된 압력 대역 내에서 릴리프 압력을 조절할 수 있는 유량의 범위는 밸브의 유효 작동 범위로서 지칭될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 일 실시형태에서, PRV는 약 5 L/min 내지 35 L/min의 유량 범위에 걸쳐서 약 18 내지 20 cmH2O의 압력 대역을 달성한다. 원하는 압력 대역 및 유량 범위를 달성하기 위해 특정한 밸브가 전개될 수 있다. 설명된 바와 같은 PRV의 추가적인 이점은 더 높은 범위외 유량에 대해 릴리프 압력을 감소시킴으로써, 원하는 작동 범위보다 더 높게 설정되는 시스템 유량의 경우에도 PRV가 안전하게 작동된다는 점이다. 밸브의 성능에 영향을 미치는 요인은 아래에서 보다 상세히 설명된다.
일정한 릴리프 압력을 갖는 PRV는 시스템 내의 압력 및/또는 사용자에게 전달되는 압력이 주어진 작동 유량 범위에 대한 압력 대역을 초과하여 상승하지 않도록 보장하기 때문에, 실질적으로 일정한 반응이 바람직하다. 이는 시스템에 의해 전달되는 유량이 작동 범위의 상한에 있는 경우 과압으로부터 사용자를 위한 안전성을 향상시킨다. 또한, 본원에서 설명되는 실시형태에 따른 PRV는 종래기술의 밸브와 비교하여 유량 범위에 걸쳐서 압력이 일정하게 유지되기 때문에, 더 큰 작동 유량 범위를 가능하게 할 수 있다. 이는 더 큰 유량 범위가 고유량 요법과 같은 호흡 요법에서 사용될 수 있기 때문에 유리하다.
본원에서 설명되는 실시형태에 따른 PRV의 작동은 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명된다. 유입구(101)에서의 압력(Pc)이 멤브레인의 작용력을 극복하기에 충분한 경우, 멤브레인(105)이 밸브 시트(104)로부터 변위됨으로써, 밸브 시트(104)와 밸브 부재(105) 사이의 갭(109)을 통해 유입구(101)로부터 배출구 챔버(102) 내로 가스가 전달될 수 있다. 그 다음, 가스는 배출구 챔버로부터 배출구(103) 또는 배출구들을 통해 대기로 전달될 수 있다.
가스가 배출구 챔버(102)를 통해 유동함에 따라, 멤브레인(105)에 작용하는 압력(PB)이 배출구 챔버에서 발생된다. 유량이 증가됨에 따라, 배출구 챔버에서의 이러한 압력은 "제곱 법칙"에 따라 점진적으로 증가할 수 있다: 압력은 유량 제곱에 대략적으로 비례한다. 배출구 챔버에서의 압력 증가율은 밸브 부재의 이동으로 인해 챔버의 체적이 팽창됨에 따라, 제곱 법칙에 비해 감소된 비율로 증가할 수 있다.
밸브(100)를 통하는 유량이 증가함에 따라, 배출구 챔버(102)에서의 압력이 증가하고, 멤브레인(105)과 밸브 시트(104)(예를 들어, 유입구 튜브의 인접 단부) 사이의 갭(109)이 추가로 확대되어, 약 35 L/min 내지 약 80 L/min로 도 3에 도시된 바와 같이, 갭(109)에 의해 제공되는 유동에 대한 저항을 점진적으로 감소시켜서 유입구 튜브에서의 압력(Pc)을 감소시키는 효과를 갖는다. 즉, 유입구(101)로부터 배출구(103)로의 PRV를 통하는 전체 압력 강하가 감소된다.
유량이 추가로 증가됨에 따라, 멤브레인(105)과 밸브 시트(104) 사이의 갭(109)은, 유입구 튜브(108)에서의 압력(Pc) 및 배출구 챔버(102)에서의 압력(PB)이 결국 균등해지기 시작하는 시점까지, 추가로 더 확대된다. 즉, 밸브 시트(104)와 밸브 부재(105) 사이의 갭(109)에 걸치는 압력 강하가 제로에 근접한다. 유입구 및 챔버 압력은 작동시에 실제로 균등화를 달성하지 못할 수 있지만, 균등해지는 경향이 있다. 도 3에서, 유입구 압력 및 배출구 챔버 압력은 약 120 L/min의 유량에서 대략적으로 균등해진다. 이러한 유량은 PRV의 "일정한" 유효 작동 범위를 벗어난다.
배출구 챔버에서의 압력(Pb) 및 유입구 압력(Pc)이 균등해지는 경향이 있기 때문에, 유입구(101)로부터 배출구 챔버(102)로의 압력 강하는 감소되고, PRV(100)를 통하는 압력 강하는 배출구 챔버(102)로부터 주위로 배출구(103)에 걸쳐서 주로 이루어진다. 즉, PRV를 통하는 압력 강하는 주로 배출구 챔버(102)로부터 주위로 이루어진다. 배출구 챔버로부터 주위로의 압력 강하가 지배적이게 되면, 유입구 압력(Pc)은 "제곱 법칙"에 따라 증가한다. 즉, 배출구 챔버(102) 압력(Pb)이 지배적이게 되면, PRV(100)에 걸치는 전체 압력 강하는 "제곱 법칙"에 따라 증가하기 시작한다. 도 3에 제시된 예시적인 밸브 특성에서, 이는 약 100 L/min에서 발생한다. PRV에 걸치는 압력 강하는 밸브의 유효 작동 유량 범위를 벗어나서 제곱 법칙에 따라 증가하기 시작한다. 도 3에 제시된 데이터는 예시적인 밸브에 대해 제공되며, 본원에서 설명되는 실시형태에 따른 다른 밸브는 상이한 유량/압력 특성을 나타낼 것이다. 제곱 법칙에 따라 압력이 증가하기 시작하는 시점을 포함하는 특정 밸브의 성능은 다양한 요인에 좌우된다. 이러한 요인은 아래에서 보다 상세히 설명된다.
종래기술의 밸브에서, 밸브에 걸친 압력 강하는 밸브 시트와 밸브 부재 사이의 갭에 걸쳐서 주로 이루어진다. 밸브 부재가 밸브 시트로부터 멀어지게 이동하면서 밸브가 "갈라지거나" 개방되면, 밸브 시트와 밸브 부재 사이의 갭에 걸치는 압력 강하는 유량에 비례하여 점진적으로 증가하고, 선형적으로 증가할 수 있다. 이에 비해, 본원에서 설명되는 실시형태에 따른 PRV는 실질적으로 유량의 제곱에 비례하여 증가하지만, PRV에 걸치는 압력 강하가 증가하기 시작하는 시점을 오프셋시킨다. 본원에서 설명되는 실시형태에 따른 PRV와 종래기술의 밸브 사이의 이러한 비교는 도 6에 개략적으로 나타낸다. 본원에서 설명되는 실시형태에 따른 밸브(도 4의 압력 곡선(121))는 넓은 유량 범위에 걸쳐서 실질적으로 일관된 릴리프 압력을 유지한다. 밸브에 걸치는 압력 강하(Pc)가 제곱 법칙에 따라 증가하기 시작하는 대략적인 시점은 차트 상에 화살표로 표시된다. PRV는, 제곱 법칙에 따라 압력이 증가하기 시작하는 시점이 밸브의 유효 작동 유량 범위를 벗어나서, 밸브가 밸브의 의도된 유량 범위에 대해 비교적 일정한 릴리프 압력을 나타내도록 설계될 수 있다. 도 6의 그래프는 단지 예시적인 것이며, 압력 곡선의 형상은 설명된 실시형태에 따른 PRV의 효과를 강조하기 위해 과장되어 있다.
배출구 챔버로부터의 배출구들의 크기 및 수(즉, 전체 배출구 영역)는 배출구 챔버에서 생성되는 압력(PB)에 영향을 준다. 예를 들어, 더 작은 배출구 개구들에 따라, 배출구 챔버에서의 압력은 증가하는 유량에 걸쳐서 더 큰 비율로 점진적으로 증가한다. 반대로, 더 큰 배출구 개구들에 따라, 배출구 챔버에서의 압력은 증가하는 유량에 걸쳐서 더 작은 비율로 점진적으로 증가한다. 따라서, 배출구 개구들의 크기 및/또는 수(즉, 전체 배출구 영역)에 대한 조정은 결과적으로 밸브의 유효 작동 범위를 조정하는 효과를 갖는다. PRV의 특성을 변경하기 위한 이러한 메커니즘은 도 3 내지 도 5에 도시된다. 도 3에서, 테스트 PRV는 배출구 챔버로부터의 단일 배출구 개구를 포함한다. 도 4에서, 테스트 PRV는 동일한 크기의 2개의 배출구 개구를 가지므로, 도 4의 테스트 PRV의 배출구 영역은 도 3의 테스트 밸브에 대한 배출구 영역의 2배이다. 배출구 영역이 더 크면, 배출구 챔버에서의 압력은 증가하는 유량에 걸쳐서 더 작은 비율로 점진적으로 증가한다. 결과적으로, 도 4의 유효 유량 작동 범위가 확대되어, 도 3에 비해 더 넓은 유량 범위에 걸쳐서 대략적으로 일관된 압력으로 압력이 조절된다. 또한, 도 5에서, 테스트 PRV는 3개의 배출구 개구를 가지므로, 도 5의 테스트 PRV의 배출구 영역은 도 3의 테스트 밸브에 대한 배출구 영역의 3배이다. 도 3 및 도 4에서 테스트된 밸브들에 비해 배출구 영역이 더 커지면, 배출구 챔버에서의 압력은 증가하는 유량에 걸쳐서 더 작은 비율로 점진적으로 증가한다. 결과적으로, 유효 유량 작동 범위가 추가로 확대되어, 더 넓은 유량 범위에 걸쳐서 대략적으로 일관된 압력으로 압력이 조절된다.
일부 실시형태에서, PRV는 예를 들어 미리 결정된 수 및/또는 크기의 배출구 개구를 갖는 조립체에 의해, 제조시에 특정 유효 작동 범위로 조정될 수 있다. 대안적으로, 최종 사용자는 예를 들어 베출구 챔버로부터의 배출구 영역을 선택적으로 조정하기 위한 수단에 의해, 밸브를 특정 유효 작동 범위로 조정할 수 있다. 이러한 수단은 예를 들어, 다수의 배출구 홀을 선택적으로 개방/폐쇄하기 위한 피처일 수 있다. 일 실시형태에서, 배출구 챔버는 하나 이상의 배출구 개구를 포함할 수 있으며, 해당하는 하나 이상의 개구를 포함하는 커버링 부재가 챔버에 이동 가능하게 결합될 수 있다. 부재는 배출구 챔버의 개구 및 커버링 부재의 개구를 정렬시켜서 챔버로부터의 배출구 영역을 최대화하도록 배출구 챔버에 대해 이동될 수 있다. 커버링 부재는 챔버 및 부재의 개구들이 부분적으로 정렬되어 배출구 영역이 최대 배출구 영역보다 더 작도록 챔버에 대해 이동될 수 있다. 예를 들어, 커버링 부재는, 챔버(102)로부터의 배출구 개구들(103) 및 부재의 홀들이 정렬되는 위치(최대 배출구 영역)와, 챔버(102)로부터의 배출구 개구들(103) 및 부재의 홀들이 정렬되지 않아서 배출구 개구들이 부분적으로 커버되는 제2 위치(최소 배출구 영역) 사이에서 이동하기 위해, 배출구 챔버에 대해 회전하도록 회전식으로 결합되는 홀들을 갖는 링 부재일 수 있다. 대안적으로, 착탈식 커버를 갖는 복수의 배출구 개구(103)가 있을 수 있고, 배출구 영역은 하나 이상의 배출구 개구(103)로부터 커버를 탈거함으로써 가변된다.
작은 배출구 영역은 유동에 대한 비교적 더 높은 저항을 생성하여, 배출구 챔버(102)에서 비교적 더 높은 배압을 유발함으로써, 인접한 유입구 튜브 또는 밸브 시트(104)로부터 멀어지게 부재를 추가로 "푸시"하도록 밸브 부재(105)에 작용한다. 결과적으로, 밸브는 밸브가 얼마나 신속하게 이의 미리 결정된 최대 릴리프 압력에 도달하는지를 나타내는 비교적 짧고 급격한 "굴곡부(knee)"를 포함하는 압력 곡선과 함께 짧은 유효 작동 범위를 갖는다. 반대로, 큰 배출구 영역은 유동에 대한 더 낮은 저항을 생성하여, 인접한 유입구 튜브로부터 멀어지게 부재를 추가로 "푸시"하도록 밸브 부재에 작용하는 배압이 더 작아진다. 더 큰 배출구 영역은 비교적 더 길고 완만한 "굴곡부"를 포함하는 압력 곡선과 함께 넓은 유효 작동 범위를 제공한다. 이러한 개념은 도 7에 추가로 도시되며, 여기서 123은 정적인 누출, 급격한 "굴곡부" 및 일정한 릴리프 압력을 갖지 않는 이상적인 밸브 압력 곡선을 도시한다. 곡선(124)은 비교적 더 큰 출구 영역을 포함하는 밸브에 대한 압력 곡선을 도시하는 것으로서, 압력 곡선은 넓은 유효 유량 작동 범위 및 비교적 긴 완만한 "굴곡부"를 갖는다. 이에 비해, 곡선(125)은 비교적 더 작은 출구 영역을 포함하는 밸브에 대한 압력 곡선을 도시하는 것으로서, 압력 곡선은 더 짧은 유효 유량 작동 범위 및 비교적 더 짧고 덜 완만한 "굴곡부"를 갖는다.
배출구 챔버(102)로부터의 배출구 또는 배출구들(103)은 챔버(102)로부터의 유동에 대한 저항의 양을 제공하므로, 밸브 부재를 밸브 시트로부터 이동시키도록 작용하는 챔버에서의 압력의 양에 영향을 준다. 위에서 설명된 것은 배출구의 영역의 영향이다. 또한, 배출구 챔버로부터의 배출구의 길이는 배출구 챔버에서의 압력에 영향을 줄 수 있다. 일부 실시형태에서, 배출구는 예를 들어 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 배출구 챔버의 벽에 하나 이상의 개구를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, PRV는 배출구 챔버로부터 연장되는 배출구 튜브(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 배출구 튜브의 길이는 배출구 챔버에서 발생되는 압력 레벨에 영향을 줄 수 있는 유동에 대한 저항을 제공할 수 있다.
또한, 배출구 챔버로부터의 배출구(들)의 위치는 PRV의 가스 유동 역학에 영향을 줄 수 있다. 이와 같이, 배출구(들)의 위치는 배출구 챔버에서 발생되는 압력의 양에 후속적으로 영향을 줄 수 있는 유동에 대한 약간의 저항을 제공할 수 있다. 또한, 배출구들의 형상은 PRV의 성능에 영향을 줄 수 있다.
도 2a 내지 도 2c 및 도 12a의 실시형태에 도시된 바와 같이, 배출구는 바람직하게는 밸브 부재의 외측 둘레와 밸브 시트 및/또는 유입구 및/또는 유입구 튜브의 외측 둘레 사이에서 반경 방향으로 위치된다. 밸브 시트와 밸브 부재의 외측 둘레 사이에 배출구를 위치시키는 것은 밸브 부재와 접촉되는 배출구 챔버에서의 유동 경로를 생성하는 것을 보조한다. 일부 실시형태에서, 유입구, 밸브 부재, 밸브 시트 및 배출구는, 가스의 유동이 챔버에 유입됨에 따라 배출구 챔버를 통하는 가스의 유동이 밸브 부재로 지향되어 90도보다 더 큰 각도로 밸브 부재로부터 반사됨으로써 배출구를 통해 챔버에서 배출되도록 배치된다. 일부 실시형태에서, 도시된 바와 같이, 유입구는 배출구 챔버 내로의 가스의 유동을 밸브 부재에 수직으로 지향시키도록 배치된다. 챔버 내로의 유동의 방향은 배출구 챔버 밖으로의 가스의 유동 방향과 실질적으로 대향할 수 있다(예를 들어, 배출구로부터의 유동의 방향은 유입구로부터의 유동의 방향에 약 180도이다). 일부 실시형태에서, 배출구는 밸브 부재에 대향하는 배출구 챔버의 벽에 위치된다. 일부 실시형태에서, 배출구(103)에는 유입구 튜브(101)와 동심인 배출구 튜브가 제공될 수 있다. 일부 실시형태에서, 배출구는 밸브 부재의 둘레에 인접하여 위치될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 일부 실시형태에서, 배출구 또는 배출구들(103)은 밸브 부재를 통해, 예를 들어 밸브 부재를 통하는 개구들을 통해 제공될 수 있거나, 또는 밸브 부재가 다공성일 수 있다. 예를 들어, 밸브 시트 영역의 외부의 영역에서 밸브 부재를 통하는 하나 이상의 개구를 갖거나 다공성이다. 밸브 부재 전체가 다공성일 수 있어서, 밸브 부재가 밸브 시트와 접촉되는 경우에도 밸브 부재를 통해 일정한 누출 유동을 유발할 수 있다.
또한, 배출구 챔버(102)의 크기는 밸브의 성능에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 매우 큰 배출구 챔버는 가압하는데 더 오래 걸리기 때문에, '부드러운' 개방 특성을 갖는 밸브 특성이 유발될 수 있다. 대조적으로, 작은 체적의 배출구 챔버는 더 신속하게 가압될 수 있어서, 밸브 시트로부터 멤브레인을 더 신속하게 상승시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 배출구 챔버는 밸브 부재가 밸브 시트와 접촉되는 경우 제로 체적을 가질 수 있고, 밸브 부재가 밸브 시트로부터 멀어지게 이동되면 제로보다 더 큰 체적을 가질 수 있다. 제로 체적 챔버에서, 밸브 부재(105)가 밸브 시트(104)와 접촉되는 경우, 밸브 부재는 챔버(102)의 벽과 접촉되어 놓일 수 있다. 벽은 곡선형 또는 평면형일 수 있다. 밸브 부재(105)가 상승함에 따라, 밸브 부재는 배출구 홀들을 노출시킬 수 있어서, 배출구 챔버에서 발생되는 압력에 따라 배출구 영역이 가변적이다. 대안적으로 또는 부가적으로, 밸브 부재(105)가 밸브 시트(104)로부터 멀어지게 상승하여 배출구 챔버(102) 내로의 가스의 유동을 가능하게 함에 따라, 밸브 부재는 배출구 챔버로부터의 배출구의 유동에 대한 저항을 가변시킬 수 있다. 예를 들어, 밸브 부재와 배출구 챔버로부터의 배출구 사이의 갭은 밸브 부재가 밸브 시트로부터 멀어지게 이동함에 따라 가변될 수 있어서, 배출구를 통하는 유동에 대한 저항을 가변시킬 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 밸브 챔버는 챔버 내의 가스 유동의 속도가 밸브 시트와 밸브 부재 사이의 갭을 통하는 가스 유동의 속도보다 실질적으로 더 작도록 하기에 충분한 체적을 갖는다. 일부 실시형태에서, 챔버 내의 가스 유동의 속도는 챔버로부터의 배출구를 통하는 가스 유동의 속도보다 실질적으로 더 작다.
위에서 설명된 바와 같이, 일부 실시형태에서, 유입구 튜브(108)는 밸브 시트를 제공하는 튜브의 단부에 멤브레인이 접하도록 배출구 챔버(102) 내로 연장된다. 밸브의 특성을 조정할 수 있는 대안적인 또는 부가적인 수단은 유입구 튜브가 챔버 내로 연장되는 거리, 및 이에 따라 멤브레인이 밸브 시트 위로 신장되거나 인장되는 양을 가변하는 것이다. 멤브레인을 밸브 시트로부터 멀어지게 상승시키는데 필요한 유입구 압력은 멤브레인이 밸브 시트 위로 인장되는 양과 직접적으로 관련이 있다. 일부 실시형태에서, 유입구 튜브(108)는 예를 들어 슬라이딩 맞물림으로 배출구 챔버(102)에 이동 가능하게 결합될 수 있으므로, 유입구 튜브 및 이에 따른 밸브 시트(104)는 밸브 시트(104)와 접하는 경우에 멤브레인의 인장력을 조정하기 위해 멤브레인(105) 및 배출구 챔버(102)에 대해 이동될 수 있다. 도 11a는 멤브레인(105)이 더 적게 인장된 상태로 제1 더 적게 연장된 위치에 위치된 유입구 튜브를 도시하고, 도 11b는 멤브레인이 더 많이 인장된 상태로 제2 연장된 위치에 위치된 유입구 튜브를 도시한다. 배출구 챔버 내로의 상이한 튜브 연장에 대한 실험 데이터가 도 8에 제시된다. 압력 곡선(126)은 유입구 튜브가 비-연장된 위치에 있는 PRV에 대한 유입구 압력(Pc)이고, 곡선(127)은 유입구 튜브가 제1 위치를 넘어서 제1 연장된 PRV에 대한 것이며, 곡선(128)은 유입구 튜브가 제1 연장된 위치를 넘어서 연장된 PRV에 대한 것이고, 129는 유입구 튜브가 제2 연장된 위치를 넘어서 연장된 PRV에 대한 것이며, 곡선(130)은 유입구 튜브가 제2 연장된 위치를 넘어서 추가로 연장된 위치로 연장된 PRV에 대한 것이다. 도 8은 유입구 튜브가 배출구 챔버 내로 연장됨으로써 유발되는 멤브레인의 인장력이 더 높아질수록, 달성되는 릴리프 압력이 더 커진다는 것을 나타낸다. 실제로는, 챔버(102) 또는 밸브 부재(105)에 대한 유입구 튜브의 이동은 챔버(102) 및/또는 밸브 부재를 튜브에 대해 이동시킴으로써 달성될 수 있으며, 즉 여기서 유입구 튜브의 위치는 다른 시스템 또는 밸브 구성 요소들에 대해 고정된다. 예를 들어, 밸브 부재는 나사 인터페이스를 통해 챔버에 끼워 맞춰질 수 있고, 챔버 내에서 밸브 부재의 위치를 조정하면 밸브 시트에 대한 밸브 부재의 상대적인 위치가 또한 조정된다. 챔버(102)는 예를 들어 도 18b의 FCPRV에 도시된 바와 같이, 밸브 시트에 대해 밸브 부재를 이동시키기 위한 조정 메커니즘을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 유입구 튜브는 호흡 가스 공급 시스템에 고정될 수 있다. 밸브 시트 및 멤브레인의 상대적인 위치를 조정하기 위해, 가스 공급 시스템의 제 위치에 끼워 맞춰진 상태로 유지되는 튜브에 대해 멤브레인이 배출구 챔버와 함께 이동될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 밸브 부재는 챔버(102)에 고정될 수 있고, 챔버(102)는 유입구 튜브(108)와 슬라이딩 맞물림으로 맞물릴 수 있지만, 다른 구성들이 가능할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 유입구 튜브는 나사산 장치 또는 베이어닛(bayonet)-유형 끼워 맞춤을 통해 배출구 챔버에 맞물릴 수 있다. 사용자는 유입구 튜브에 대해 배출구 챔버를 회전시켜서 배출구 챔버 및 멤브레인이 유입구 튜브에 대해 종방향으로 이동하게 함으로써, 멤브레인이 유입구 튜브의 인접 단부 위로 추가로 가압되도록 할 수 있다. 조정 메커니즘은 별개의 조정 단계들(예를 들어, 공지된 압력 설정에 해당함), 또는 단계들 없이 연속적인 조정 범위를 제공할 수 있다.
유입구 튜브 단면적 및/또는 밸브 시트 영역은 PRV의 성능에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 더 작은 유입구 튜브 영역 또는 밸브 시트 영역은 유입구 압력이 작용하는 멤브레인 상의 더 작은 영역을 유발하고, 더 작은 영역은 멤브레인을 밸브 시트로부터 멀어지게 상승시키기 위한 더 큰 유입구 압력을 필요로 한다. 또한, 멤브레인의 전체 영역에 대한 유입구 튜브 또는 밸브 시트의 영역의 비율은 멤브레인의 주어진 인장력에 대한 PRV의 성능에 영향을 줄 수 있다; 멤브레인의 크기를 변경하면 인장력의 변경을 또한 유발할 수 있어서, 밸브 성능을 추가로 변경할 수 있다.
본원에서 설명된 실시형태에서, 배출구 챔버에서의 압력이 작용하는 밸브 부재의 영역은 밸브 시트/유입구의 영역(밸브 부재가 밸브 시트와 접촉되게 안착되는 경우 유입구 압력이 대항하여 작용하는 영역)보다 더 크다. 밸브 부재의 영역이 더 클수록, 배출구 챔버에서의 압력(Pb)에 의해 밸브 부재에 가해지는 작용력이 더 커지므로, 밸브 부재를 밸브 시트로부터 푸시하는데 미치는 배출구 챔버에서의 압력의 영향이 더 커진다. 또한, 유입구 튜브 단면 또는 밸브 시트의 형상이 PRV의 성능에 영향을 줄 수 있다.
멤브레인의 재료 및/또는 기하학적 구조는 특정 밸브 특성을 달성하도록 결정될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인의 스프링 상수 또는 인장력을 결정하기 위해, 멤브레인의 기하학적 구조, 단면 형상 및 면적이 모두 조합된다. 또한, 멤브레인의 인장력의 양은 PRV의 조립 동안에 멤브레인의 신장력의 양을 설정함으로써, 제조 동안에 설정될 수 있다. 부가적으로, 이동 가능한 유입구 튜브와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 밸브 시트와 접촉되는 멤브레인의 인장력의 양은 PRV의 성능에 영향을 준다.
위에서 설명된 실시형태에서, 밸브 부재는 멤브레인이다. 대안적인 실시형태에서, 밸브 부재는 플런저 유형의 밸브 부재를 포함할 수 있다. 도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 도시된 PRV(200)는 유입구(201), 배출구 챔버(202), 유입구와 배출구 사이의 밸브 시트(204), 밸브 시트(204)와 접촉되어 밀봉하도록 편향되는 플런저 유형의 밸브 부재(205)를 포함한다. 플런저 유형의 밸브 부재는 편향 부재(210)(스프링)에 의해 밸브 시트와 접촉되어 밀봉하도록 편향된다. 배출구 챔버로부터의 배출구(203)는 밸브 부재(205)의 주변부와 배출구 챔버의 벽(206) 사이에 제공된다. 배출구(203)는 주위 또는 대기압으로 개방되며, 즉 밸브 부재가 이동하는 챔버의 개방 측면 또는 변위 측면(207)은 변위 챔버(207)로서 지칭될 수 있고, 변위 챔버는 대기압으로 개방된다. PRV(200)는 하우징(206)을 포함할 수 있다. 배출구 챔버는 하우징의 압력 측면(202)으로 간주될 수 있으며, 변위 챔버는 하우징의 주위 측면(207)으로 간주될 수 있다. 플런저가 이동함에 따라 하우징의 압력 측면과 주위 측면 사이의 경계가 전환된다. 주위 압력(대기압)은 플런저의 비-압력 측면(212)에 작용한다. 비-압력 측면은 밸브 시트 위로 밀봉하는 플런저의 측면에 대향하는 플런저의 측면이다. 유입구(201)는 예를 들어 멤브레인 밸브 부재를 포함하는 이전의 실시형태들을 참조하여 설명된 바와 같이, 배출구 챔버 내로 연장되는 유입구 튜브(208)를 포함할 수 있다.
밸브 부재(205)는 압력 임계값을 초과하여 증가하는 유입구에서의 압력(Pc)에 의해 밸브 시트로부터 변위되도록 적응된다. 압력(Pc)은 예를 들어 도 9b에 도시된 바와 같이, 압력(Pc)이 임계값에 도달하면, 밸브 시트(204)로부터 멀어지게 밸브 부재를 가압하도록 밸브 부재에 작용한다. 부재가 밸브 시트(204)로부터 변위됨에 따라, 가스의 유동은 유입구(201)로부터 배출구 챔버(202) 내로 유동한 다음, 배출구 챔버로부터 플런저(205)와 챔버 벽(206) 사이에 한정된 배출구(203)를 통해 유동한다. 챔버(202)로부터의 배출구(203)는, 배출구(203)를 통하는 가스의 유동으로 인해, 밸브 부재(205)에 작용하는 배출구 챔버(202)에서의 압력(배압)(Pb)이 예를 들어 도 9c에 도시된 바와 같이, 밸브 부재(205)를 밸브 시트(204)로부터 추가로 변위시키게 하도록 구성된다. PRV를 통하는 유동이 증가함에 따라, 배출구 챔버에서의 배압이 증가되고, 밸브 시트(204)와 밸브 부재(205) 사이의 갭(209)이 추가로 증가된다. 결국, 유입구 튜브(208)에서의 압력(Pc), 및 배출구 챔버(202)에서의 압력(PB)은 동일해지는 경향이 있다. 배출구 챔버에서의 압력(Pb) 및 유입구 압력(Pc)이 균등해지는 경향이 있기 때문에, 유입구(201)로부터 배출구 챔버로의 압력 강하는 감소하고, PRV를 통하는 압력 강하는 배출구 챔버(202)로부터의 배출구(203)에 걸쳐서 주로 이루어진다. 즉, PRV를 통하는 압력 강하는 주로 배출구 챔버(202)로부터 주위로 이루어진다. 배출구 챔버로부터 주위로의 압력 강하가 지배적이게 되면, PRV의 유입구에서의 압력(Pc)(즉, PRV에 걸치는 압력 강하)은 "제곱 법칙"에 따라 점진적으로 증가한다. 따라서, 도 9a 내지 도 9c의 실시형태는 도 3 내지 도 5를 참조하여 위에서 설명된 특성들을 달성할 수 있다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 대안적인 플런저 유형의 압력 릴리프 밸브에서, PRV로부터의 배출구는 밸브 부재(205)를 통하는 하나 이상의 개구(203b)에 의해 제공될 수 있거나(도 10a), 또는 PRV는 배출구 챔버(202)로부터의 배출구(203c)를 포함할 수 있다. 도 10a 및 도 11b의 실시형태에서, 플런저 밸브 부재(205)는 배출구 챔버(202)의 벽(206)과 슬라이딩 밀봉을 형성하는 피스톤이다. 그러나, 실린더 하우징과 슬라이딩 관계를 갖는 피스톤을 포함하는 실시형태에서, 예를 들어 실린더 벽의 채널을 통해 또는 피스톤의 둘레의 컷아웃 또는 노치를 통해, 피스톤과 실린더 사이에 유동 경로가 존재할 수 있다. 피스톤과 실린더 사이의 이러한 유동 경로는 피스톤을 통하는 개구들과 더불어 이루어질 수 있다.
위에서 설명된 멤브레인 밸브의 다른 특징들은 도 9a 내지 도 10b를 참조하여 설명된 PRV의 특징들과 같이, 플런저 유형 밸브에 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 스프링의 일 단부는 챔버(202)에 대해 고정될 수 있으며, 유입구 튜브(208)는 스프링(210)에 의해 플런저(205)에 인가되는 인장력을 변경하기 위해 챔버(202)에 대해 조정 가능할 수 있다. 도 10a 및 도 10b의 실시형태를 참조하면, 플런저를 통하는 또는 챔버 벽을 통하는 배출구 개구(203b, 203c)의 영역은 조정 가능할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 편향 부재(예를 들어, 스프링)의 인장력 또는 압축력은 조정 가능할 수 있다. 도면에서, 스프링(210)은 인장 상태의 스프링(이는 밸브 부재에 연결된 코일 스프링 또는 격막 부재일 수 있거나 또는 임의의 다른 스프링 요소일 수 있음)으로 도시되지만, 대안적인 실시형태에서, 압축 상태의 스프링(압축 상태의 코일 스프링, 고무 블록 또는 리프 스프링 또는 임의의 다른 스프링 요소)이 밸브 부재 상의 대향 측면에 작용할 수 있다.
도 12a는 프로토타입 밸브의 단면도를 도시한다. 설명된 일부 실시형태에 따른 밸브의 실시예로서, 이러한 밸브는 이하의 치수를 갖는다.
밸브 시트 직경 및/또는 유입구 직경 20 mm. 일부 실시형태에서, 밸브 시트 직경 및/또는 유입구 직경은 5 mm 내지 100 mm의 범위일 수 있다. 밸브 시트 영역은 밸브 시트 직경(도 13a의 D)에 의해 한정된 영역인 것으로 간주된다는 점을 유의한다. 따라서, 20 mm의 밸브 시트 직경인 경우, 밸브 시트 영역은 약 315 mm2이다.
따라서, 20 mm의 밸브 시트 직경 및 60 mm의 밸브 부재 직경인 경우, 밸브 부재 영역 대 밸브 시트 영역의 비율은 약 9이다.
멤브레인 외경 60 mm. 일부 실시형태에서, 멤브레인 직경은 10 mm 내지 200 mm의 범위일 수 있다.
챔버로부터의 배출구에 대한 배출구 영역은 54 mm2, 108 mm2 및 162 mm2이다(8.3 mm 직경 개구들). 개구는 라운드형/원형일 필요는 없다. 이러한 영역들은 도 3, 도 4 및 도 5에 각각 제시된 데이터를 제공하는 밸브들에 해당한다. 일부 실시형태에서, 배출구 영역은 12 mm2 내지 200 mm2의 범위일 수 있다.
실리콘 멤브레인 또는 유사한 특성들을 갖는 재료인 경우, 멤브레인 두께 0.3 mm. 일부 실시형태에서, 멤브레인 두께는 0.05 mm 내지 1 mm의 범위일 수 있다.
배출구 챔버의 체적 32 mL.
변위 챔버의 체적 55 mL(이것이 바람직한 경우가 아니라면 밸브 부재를 제한하지 않을 정도로 충분해야 함).
일부 실시형태에서, 멤브레인 직경 대 멤브레인 두께의 비율은 20 내지 2000의 범위일 수 있다(예를 들어, 20 mm의 멤브레인 직경 및 1 mm의 두께 내지 200 mm의 멤브레인 직경 및 0.1 mm의 두께). 멤브레인 직경 대 멤브레인 두께의 다른 표시 비율은 10 mm의 직경 및 0.5 mm의 두께에 대한, 50이다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재(105, 205) 영역 대 유입구 또는 밸브 시트(104, 204) 영역의 비율은 1.2 내지 1600의 범위일 수 있다(예를 들어, 20 mm의 멤브레인 직경 및 18 mm의 유입구 직경 내지 200 mm의 멤브레인 직경 및 5 mm의 유입구 직경).
일부 실시형태에서, PRV는 PRV를 통하는 100 L/m의 유량 범위에 걸쳐서 5 cmH2O 미만의 릴리프 압력 범위를 유지하도록 적응된다.
일부 실시형태에서, PRV는 직렬로 된 적어도 2개의 배출구 챔버를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, PRV는 제1 배출구를 갖는 제1 배출구 챔버, 및 제2 배출구를 갖는 제2 배출구 챔버를 포함할 수 있다. 제2 배출구 챔버는 제1 배출구로부터 가스의 유동을 수신한다.
밸브 부재는 압력 임계값을 초과하여 증가하는 유입구에서의 유입구 압력에 의해 밸브 시트로부터 변위되어 유입구로부터 제1 배출구 챔버로의 가스의 유동을 가능하게 한다. 그 다음, 가스의 유동은 제1 배출구 챔버로부터 제1 배출구를 통해 제2 배출구 챔버로 전달된 다음, 제2 배출구를 통해 제2 배출구 챔버에서 배출된다. 제1 및 제2 배출구는 각각의 제1 또는 제2 배출구 챔버의 벽에 복수의 개구를 각각 포함할 수 있다. 제1 배출구 및 제2 배출구를 통하는 가스의 유동은 제1 배출구 챔버에서의 배출구 압력(배압)이 유입구 압력과 함께 밸브 부재에 작용하게 하여 밸브 부재를 밸브 시트로부터 추가로 변위시킨다. 2개 이상의 배출구 챔버를 직렬로 구비하면, 원하는 압력 릴리프 프로파일을 달성하기 위한 PRV의 조정시에 추가적인 이점을 제공할 수 있다. 각각의 제1 및 제2 배출구에 의해 제공되는 배출구 저항은 단일 배출구 챔버 실시형태를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 일부 실시형태에서 조정 가능할 수 있다.
일부 실시형태에서, PRV는 예를 들어 도 2d에 도시된 바와 같이, 병렬로 된 적어도 2개의 배출구 챔버를 포함할 수 있다. 밸브 부재(105)가 제1 밸브 시트(104-1)로부터 상승되는 경우, 배출 유동은 초기에 제1 챔버(102-1)의 배출구 또는 배출구들(103-1)을 통해 유동할 수 있다. 제1 챔버에서의 압력(Pb-1)이 임계값에 이르면, 밸브 부재가 제2 밸브 시트(104-2)로부터 상승될 수 있어서, 제2 배출구 챔버(102-2) 내로 유동할 수 있고 제2 배출구 챔버(102-2)의 적어도 하나의 배출구(103-2)를 통해 배출될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 밸브는 제1 배출구 챔버와 제2 배출구 챔버 사이에 개구 또는 유동 경로(102a)를 포함할 수 있다. 제1 배출구(103-1)를 통하는 유동은 밸브 부재에 작용하는 제1 챔버(102-1)에서의 배압(Pb-1)을 생성한다. 제2 배출구(103-1)를 통하는 유동은 밸브 부재에 작용하는 제2 챔버(102-2)에서의 배압(Pb-2)을 생성한다.
위에서 설명된 실시형태에 따른 PRV는 종래기술의 밸브에 비해 몇 가지 이점을 가질 수 있다. 종래의 밸브에서, 압력 릴리프 임계값을 초과하고, 유량이 증가됨에 따라, 시스템에서의 압력은 유량에 비례하여 점진적으로 증가한다. 결과적으로, 시스템의 구성 요소들 및 환자는 유량이 증가됨에 따라 점점 더 큰 압력에 노출될 수 있다. 본원에서 설명된 실시형태에 따른 PRV에서는, 밸브 부재가 밸브 시트로부터 멀어지게 상승되면, 배출구 챔버에서의 압력(PB)이 발생되어 밸브 시트에 걸쳐서 유동에 대한 제한을 추가로 감소시키도록 밸브 부재에 작용한다. 이는 PRV에 걸치는 압력 강하가 증가하기 시작하는 시점을 오프셋시키는 유리한 효과를 가질 수 있다. 이와 같이, 밸브의 "유효 작동 범위"는 종래기술의 밸브보다 더 넓은 유량 범위에 걸쳐서 확장될 수 있다.
멤브레인 밸브 부재를 포함하는 실시형태에서, 멤브레인은 매우 긴 연질 스프링과 유사한 방식으로 이루어지는 낮은 스프링 상수를 갖는다. 낮은 스프링 상수는 밸브를 통하는 유동에 대한 저항을 실질적으로 감소시키기 위해 바람직할 수 있다. 또한, 멤브레인은 설계의 유연성을 제공하며, 예를 들어 낮은 스프링 상수를 달성하기 위해 긴 스프링을 사용하는 밸브에 비해 더 짧은 길이의 밸브를 가능하게 한다.
부가적으로, 멤브레인은 유리하게는 밸브 부재, 밸브 작동 또는 편향 부재(예를 들어, 밸브 부재 이외에 스프링의 필요성을 대체함, 및 밀봉 부재로서 동시에 작용한다. 결과적으로, 제조 비용이 실질적으로 감소될 수 있고, 이동식 부품들의 윤활이 필요하지 않으므로, 오염을 방지하는데 유용하며, 멤브레인은 인장력 하에서(낮은 인장력에서도) 견고한 밀봉을 제공한다.
사용시, 낮은 멤브레인 질량으로 인해(즉, 멤브레인은 경량임), 멤브레인의 진동은 최소화된다. 특히, 멤브레인의 낮은 질량은 진동 또는 채터링/플러터링될 수 있는 플런저 유형의 밸브 부재를 갖는 종래기술의 밸브와 비교하여 멤브레인의 이동시에 낮은 관성을 제공한다. 또한, 낮은 관성은 중력을 의미하므로, 배향은 밸브의 작동에 최소한의 영향을 준다.
본원에서 설명된 일부 실시형태에서, PRV의 특성은 조절 또는 조정될 수 있다. 예를 들어, 배출구 챔버로부터의 배출구 영역 및/또는 멤브레인 또는 편향 부재에서의 인장력은 밸브의 성능을 조정하기 위해 조절될 수 있다(예를 들어, 밸브 부재 및 유입구 튜브/밸브 시트의 상대적인 위치를 조절함으로써). 밸브의 압력 릴리프 특성이 유량의 범위에 걸쳐서 대략적으로 일정하도록 밸브를 조정하는 것이 바람직할 수 있다. 조정 기능은 시스템의 사용자에게 더 많은 유연성을 제공한다. 일부 실시형태에서, 밸브의 2개 이상의 피처가 동시에 조정될 수 있다. 예를 들어, 밸브 본체의 일부분을 밸브 시트에 대해 나사 결합함으로써 멤브레인 인장력을 조정하면 밸브 본체로부터의 배출구의 크기가 동시에 변경될 수 있다. 예를 들어, 더 높은 압력을 설정하는 경우, 배출구 영역을 증가시킴으로써 작동 유량 범위가 확장될 수도 있다. 추가적인 실시예에서, 유입구 튜브(101)를 이동시켜서 밸브 시트의 위치를 변경함으로써 멤브레인 인장력을 변경하면 유동 제한부(152)의 크기가 동시에 변경될 수 있다.
위에서 설명된 실시형태에서, 배압(Pb)은 밸브 부재에 작용한다. 배압은 배출구 또는 배출구들(103)에 의해 제공되는 유동 제한에 의해 발생된다. 일부 실시형태에서, 배출구들은 밸브 부재 상에 배압이 거의 발생되지 않거나 배압이 전혀 발생되지 않을 정도로 충분히 클 수 있으며, 이 경우 주위 압력은 밸브 시트 영역의 외부의 밸브 부재에 작용하거나(도 2a) 또는 밸브 시트 영역에 걸쳐서 작용한다(도 13a). 이러한 밸브에서, 밸브 부재를 상승시키는데 필요한 압력은 밸브 시트와 접촉되는 밸브 부재의 편향에 의해 결정된다. 멤브레인 밸브 부재를 포함하는 바람직한 실시형태에서, 멤브레인은 비교적 "평탄한" 또는 "일정한" 배출 압력이 달성될 수 있도록 낮은 스프링 상수를 나타낸다. 또한, 작은 밸브 높이에서 낮은 스프링 상수가 달성된다. 일부 실시형태에서, 밸브 부재는 격막 멤브레인에 의해 밸브 시트와 접촉되게 편향될 수 있거나, 또는 밸브 부재는 격막/멤브레인이거나 격막/멤브레인을 포함한다. 이러한 밸브는 도 12a에 도시된 바와 같이 구성될 수 있지만, 배출구(103)로부터의 유동이 배압(Pb)을 발생시키지 않도록 하는 큰 배출구 개구(103)를 갖도록 구성될 수 있다.
밸브는 상이한 기도 유동 제한들을 나타낼 수 있는 상이한 환자 그룹들(즉, 성인, 신생아 등)을 위한 "안전" 압력으로 조정되거나 설정될 수 있다. 이는 사용 전에, 의사에 의해 설정될 수 있거나 또는 제조 동안에 설정될 수 있다. 또한, 밸브 특성을 조정하면, 밸브가 다른(비-호흡) 시스템에서 사용될 수 있게 할 수 있다.
일부 실시형태에서, PRV는 예를 들어 유아 소생에 사용하기 위해, 호기말 피크 압력(peak end expiratory pressure: PEEP) 및 피크 흡기 압력(peak inspiratory pressure: PIP)을 제공하는 압력 조절 장치로서 사용하기 위해 적응될 수 있다. 도 1a는 유동 소스(12), 환자 안전 압력 한계를 제공하는 선택적인 PRV(100-1), 의료 전문가(예를 들어, 간호사)에게 압력을 표시하기 위한 압력계, 및 마스크(115)에 제공되거나 마스크(115) 근처에 제공되는, PEEP 및 PIP를 제공하도록 구성된 PRV(100-2)를 포함하는 시스템을 도시한다. PEEP 및 PIP를 제공하도록 구성된 PRV(100)는 전문가에 의해(즉, 손가락으로) 폐색 가능한 적어도 하나의 배출구(103a), 및 폐쇄 가능하지 않은 적어도 하나의 배출구(103b)를 포함한다. 배출구(103b)가 전문가에 의해 차단/폐색될 수 없도록 배출구(103b) 위에 커버 또는 배플(103c)이 있을 수 있다. 도 1a에 제공된 흐름도는 PEEP 및 PIP를 제공하도록 밸브를 조정하거나 구성하기 위한 방법을 설명한다. 단계(41)에서 마스크(115)에 마스크 밀봉이 생성되고, 단계(42)에서 마스크(115)에 가스의 유동을 제공하도록 유동 소스에 대해 입력 유량이 설정된다. 단계(43)에서, 전문가는 밸브 부재에 대한 배압으로 인해 밸브의 릴리프 압력을 감소시키도록 작용하는 접근 가능한/폐색 가능한 배출구(103a)를 손가락으로 차단한다. 그 다음, 밸브는 단계(44)에서, 예를 들어 밸브 부재 편향을 조정함으로써 및/또는 폐색 가능하지 않은 배출구(103b)의 크기를 조정함으로써, 원하는 PEEP를 달성하도록 조정된다. 단계(45)에서 배출구(103a)가 차단 해제되고, 단계(46)에서 폐색 가능한 배출구(103a)가 원하는 PIP 압력을 달성하도록 조정된다. 따라서, 사용시에, 의료 전문가는 PEEP를 제공하기 위해 폐색 가능한 배출구를 차단하고, PIP를 제공하기 위해 폐색 가능한 배출구를 차단 해제한다. PEEP 및 PIP를 제공하도록 사용하기 위해 적응된 PRV는 예를 들어 국제 특허 공보 WO 03/066146에 기술된 바와 같은 장치와 같이, 이러한 목적을 위해 사용된 종래기술의 장치를 대체할 수 있다.
본 밸브에서, 밸브로부터의 누출은 누출이 단지 상응하는 추가적인 배출구 영역만을 제공하기 때문에 밸브의 작동에 거의 영향을 미치지 않을 수 있다. 이와 같이, 누출은 배출구 홀들의 영향에 추가로 기여한다; 즉, 배출구 챔버로부터의 누출은 배출구 챔버 밖으로의 유동에 대한 더 작은 저항을 제공하고, 밸브 멤브레인에 작용하는 배압의 양을 감소시켜서 멤브레인을 인접한 유입구 튜브로부터 멀어지게 추가로 "푸시"한다. "누출"의 일 예는 비록 가능성이 없긴 하지만, 조립 동안에 의도하지 않게 형성되는 멤브레인의 에지들 둘레의 작은 유체 통로(즉, 멤브레인이 밸브 챔버의 절반부들 사이에 끼워지는 경우), 또는 밸브 부재를 통한 누출, 또는 압력 조정을 제공하기 위한 베이어닛/나사 피처를 통한 누출을 포함할 수 있다.
유량 보정 압력
릴리프
밸브(
FCPRV
)(300)
최대 압력 및 이에 따라 환자에게 전달될 수 있는 유량은 압력 릴리프 밸브의 설정 릴리프 압력에 의해 제한된다. 시스템을 통한 압력 강하는 주어진 유량에서 사용시에 가변할 수 있다. 예를 들어, 사용시에 튜브가 만곡되거나, 굽혀지거나, 접히거나 또는 압착될 수 있거나, 또는 상이한 환자들이 상이한 기도 제한 특성들을 나타낼 수 있다. 튜브가 접히거나 압착되거나 달리 부분적으로 폐색되는 경우, 부분적인 폐색은 시스템에서의 추가적인 유동 제한을 제공한다. 부분적인 폐색에 걸쳐서 추가적인 압력 강하가 생성되고, 시스템을 통하는 유량은 감소된다. 예를 들어 고유량 시스템과 같은, (특정 압력이 아닌) 특정 유량을 전달하도록 구성된 시스템에서, 유동 소스는 부분적인 폐색으로 인해 유발되는 추가적인 압력 강하를 고려하여 시스템 압력을 증가시킴으로써 설정 유량 또는 원하는 유량을 유지시킬 수 있다. 원하는 유량을 유지시키기 위해 시스템 또는 구동 압력이 증가될 수 있는 양은 PRV에 의해 제공되는 릴리프 압력에 의해 제한된다. 시스템을 통하는 최대 유량이 PRV의 릴리프 압력에 의해 제한되지 않도록, 시스템에서의 압력 강하를 보정하는 압력 릴리프 밸브를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 밸브는 환자에게 전달 가능한 유량의 범위를 확장시킨다. 따라서, 일부 실시형태에서, 시스템에서의 유량에 좌우되는 릴리프 압력을 갖는 PRV를 구비하는 것이 바람직할 수 있다; 유량이 증가됨에 따라, 호흡 시스템에서의 추가적인 또는 가변적인 압력 강하를 고려하여 릴리프 압력이 증가된다. 일부 실시형태에서, 압력 릴리프 밸브는, 과압으로부터 환자가 보호되도록 보장하면서도 시스템을 통하는 최대 유량이 PRV의 릴리프 압력에 의해 제한되지 않도록, 시스템에서의 압력 강하를 보정한다.
도 14a 및 도 14b는 시스템을 통하는 유량에 비례하여 이의 릴리프 압력을 동적으로 조정하는 유량 보정 압력 릴리프 밸브 또는 장치(300)(FCPRV)를 도시한다. FCPRV(300)의 예시적인 특성은 도 15a에 도시된다. 도 15a를 참조하면, 이상적인 릴리프 밸브의 릴리프 압력은 라인(140)으로 표시된 20 cmH2O일 수 있다. 예를 들어 도 1의 시스템(10)과 같은 호흡 시스템은 도 15a의 곡선(141)으로 나타낸 시스템 압력 강하 대 유량 특성을 갖는다; 시스템을 통하는(예를 들어, 유동 소스로부터 환자 및 주위로의) 유량이 증가됨에 따라, 시스템을 통하는 압력 강하가 증가된다. 압력 강하 곡선(141)은 FCPRV로부터 비강 캐뉼라로의 시스템 압력 강하(임의의 폐색이 없는)를 나타내거나, 또는 달리 말하면 FCPRV에서의 압력(Pc)을 나타낸다. 20 cmH2O의 릴리프 압력에 대해, 시스템이 환자에게 전달할 수 있는 최대 유량은 약 75 L/min로서, 시스템 압력 대 유량 곡선(141)이 20 cmH2O 릴리프 압력 라인(140)과 교차하는 지점으로 표시된다. 시스템에서 추가적인 폐색이 있는 경우, 시스템을 통하는 압력 강하는 곡선(141) 위로 증가하고, 환자에게 전달 가능한 최대 유량은 20 cmH2O의 주어진 최대 릴리프 압력에 대해 감소된다.
도 15a에서, 압력 대 유량 곡선(142)은 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이 구성된 FCPRV의 예시적인 압력 릴리프 대 유량 곡선을 도시한다. 도시된 바와 같이, 도 14a 및 도 14b에 도시된 구성에서, 릴리프 압력(곡선(142))은 유량이 증가함에 따라 증가한다. 도 15a에서, 릴리프 압력(142)은 시스템 압력 대 유량 곡선(141)의 그것을 따른다. 이는 밸브가 유동에 대한 저항으로 인한 시스템 압력 강하와 매칭된다는 것을 나타낸다. 도시된 실시형태에서, 압력 릴리프 레벨은 시스템 압력 강하보다 20 cmH2O만큼 일관되게 더 높다. 곡선들(141 및 142) 사이의 오프셋(도 15a에서 20 cmH2O)은 도 15b를 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 환자가 노출될 수 있는 최대 압력이다.
도 14a 및 도 14b에 도시된 FCPRV(300)는 앞서 설명된 바와 같은 PRV(100)를 포함한다. FCPRV(300)는, FCPRV(300)를 통과하는 가스의 유량에 기초하여 PRV(100)가 압력을 배출하는, 압력 임계값을 동적으로 조정하기 위한 압력 감지 기기(150)를 더 포함한다. 도시된 실시형태에서, 감지 기기(150)는 FCPRV의 메인 유입구(151)와 메인 배출구(153) 사이에 유동 제한부 또는 유동 수축부(152)를 포함한다. 참조의 편의를 위해, "유동 제한부"라는 용어는 오리피스 판과 같은 유동 제한부, 및 벤투리관(venturi)에 사용되는 바와 같은 유동 수축부를 모두 설명하기 위해 본원에서 사용될 수 있다. 작동시, 호흡 시스템에서의 가스의 유동은 장치(300)를 통해 메인 유입구(151)로부터 메인 배출구(153)로 유동한다. 유동 제한부(152)는 압력 릴리프 밸브(100)의 밸브 유입구(101)의 하류에 있으므로, 밸브의 메인 배출구를 통하는 또는 환자로의 유동을 감지한다. 또한, 감지 기기(150)는 감지 챔버(154), 및 감지 챔버(154)에 위치된 감지 부재(155)를 포함한다. 감지 부재(155)는 감지 챔버(154)를 제1 챔버(154a) 및 제2 챔버(154b)로 분할한다. 제1 챔버(154a)는 유동 제한부(152)의 상류에서 가스의 유동과 유체 연통되며, 예를 들어 제1 챔버(154a)는 제한부(152)의 상류에서 밸브 유입구(101) 및 메인 유입구(151)와 유체 연통된다. 제2 챔버(154)는 유동 제한부(152)의 하류에서 또는 유동 제한부(152)에서 가스의 유동과 유체 연통된다. 도시된 실시형태에서, 장치는 벤투리관으로서 구성된 유동 수축부를 포함하며, 제2 챔버(154b)는 압력 "탭" 또는 연통 라인(156)을 통해 수축부와 유체 연통된다. 그러나, 대안적인 구성예에서, 장치는 예를 들어 오리피스 판과 같은 유동 제한부(152)를 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 챔버는 오리피스 판의 어느 한 측면을 탭 오프(tap off)할 수 있다. 압력 차이는 임의의 다른 적절한 방식으로 발생될 수 있으며, 예를 들어 투과성 멤브레인 또는 공지된 압력 강하를 갖는 필터(유동 제한부)에 의해 발생될 수 있다.
따라서, 장치의 메인 유입구(151)로부터 메인 배출구(153)로 전달되어 제한부(152)를 통과하는 가스의 유동으로 인해 유발되는 결과적인 압력 강하는 감지 챔버(154) 내에 위치된 감지 부재(155)에 의해 감지된다. 호흡 시스템을 통하는 유량을 증가시키기 위해, 유동 소스(12)에 의해 제공되는 압력이 증가되어, PRV 유입구(101)에서 그리고 또한 감지 챔버(154)의 제1 챔버(154a)에서 압력을 증가시키며, 이러한 압력은 도 14a에서 Pc로 표시된다. 또한, 유량이 증가함에 따라, 제한부(152)를 통과하는 가스의 증가 속도로 인해 제한부(152)에 의해 더 큰 압력 강하가 생성되고, 감지 챔버(154)의 제2 챔버(154b)에서의 압력(Pv)이 감소된다. 따라서, 장치(300)를 통해 메인 유입구(151)로부터 메인 배출구(153)로의 증가하는 유량은 감지 부재(155)에 걸쳐서 증가하는 차압을 유발하며, 제1 챔버(154a)는 감지 챔버(154)의 높은(더 높은) 압력 측면이고, 제2 챔버(154b)는 감지 챔버(154)의 낮은(더 낮은) 압력 측면이다. 이는 감지 부재(155)로 하여금 압력 릴리프 밸브(100)로부터 멀어지게 감지 챔버(154)의 낮은 압력 측면을 향해 이동하게 한다.
감지 부재(155)가 압력 릴리프 밸브의 밸브 부재에 기계식으로 결합됨으로써, 감지 부재(155)가 감지 챔버(154)의 더 낮은 압력 측면을 향해 이동함에 따라, 감지 부재(155)는 밸브 시트(104)와 접촉되게 PRV(100)의 밸브 부재(105)를 당기거나 편향시킨다. 따라서, 감지 부재(155)는 장치(300)를 통해 메인 유입구(151)로부터 메인 배출구(153)로의 가스 유동의 유량에 반응하여 밸브 시트(104)와 접촉되게 밸브 부재(105)를 편향시킨다. 일부 실시형태에서, 감지 부재(155)는, 예를 들어 코드 또는 와이어(예를 들어, 나일론 라인)와 같은 가요성 부재, 또는 로드 또는 샤프트와 같은 강성 부재와 같은, 기계식 링크(157)에 의해 밸브 부재(105)에 결합된다. 일부 실시형태에서, 기계식 링크는 인장력만을 전달할 수 있거나(예를 들어, 와이어 또는 결합 해제된 샤프트), 또는 인장력 및 압축력 모두를 전달할 수 있다(예를 들어, 샤프트).
바람직한 실시형태에서, 감지 부재는 앞서 설명된 압력 릴리프 밸브의 밸브 부재(105)와 유사한 방식으로 구성될 수 있지만 감지 챔버(154)에 밸브 시트 또는 유입구 튜브를 갖지 않는, 멤브레인(155)이다. 대안적으로, 감지 부재(105)는, 제1 및 제2 챔버를 공압식으로 분리시키고 유동 수축부 또는 제한부에 의해 제공된 차압에 따라 감지 챔버(154) 내에서 이동하는 플런저 또는 피스톤일 수 있다.
멤브레인 감지 부재를 포함하는 바람직한 실시형태에서, 제1 및 제2 챔버(154a, 154b) 사이의 증가하는 차압은 감지 멤브레인(155)이 감지 챔버의 낮은 압력 측면을 향해 그리고 밸브 부재(105)와의 기계식 링크(157)를 통해 팽창 또는 확장하게 하고, 도 14b에 도시된 바와 같이 PRV 밸브 부재(105)에 인장력을 제공함으로써, PRV(100)에 의해 제공되는 릴리프 압력은 메인 유입구(151)로부터 제한부(152)를 통해 메인 배출구(153)로 FCPRV를 통하는 유량에 비례하여 증가한다.
FCPRV(300)의 4개의 작동 단계는 도 15b를 참조하여 설명된다. 시스템 압력 강하 라인(141) 상의 지점 1로 표시된 단계 1에서, 호흡 시스템은 환자에게 가스의 유동을 제공하고, 유동 소스(12)로부터 FCPRV(300)의 메인 유입구(151)로 제공되는 모든(또는 실질적으로 모든) 유동은 FCPRV(300)의 메인 배출구(153)로부터 시스템으로 전달된다. 지점 1에서, 모든 압력이 시스템을 통하여 강하되고 있기 때문에, 매우 낮은 압력 또는 주위 압력이 환자에게 전달되고 있다. 환자에게 전달되는 유량이 예를 들어 사용자에 의해, 증가 및 감소로 조정됨에 따라, PRV(100)의 압력 릴리프 임계값은 릴리프 압력 대 유량 곡선(142)을 따라 가변한다; 환자로의 유량이 증가함에 따라, 감지 부재(155)에 의해 감지되는 증가하는 차압은 PRV 배출 임계 압력(142)을 증가시키도록 밸브 부재(105)에 작용한다.
주어진 유량 설정(도 15b에서 90 L/min)에 대해, 단계 2에서, 예를 들어 환자의 흡기 도관(14)의 부분적인 폐색, 또는 비강 캐뉼라 환자 인터페이스(15)의 압착된 비강 프롱, 또는 보다 중요하게는 예를 들어, 비강 프롱과 환자의 비공 사이에서와 같은 환자에서의 폐색에 의해, 유동 제한이 시스템(12)에 도입되는 상황에서, 유량은 순간적으로 감소될 수 있다. 그러나, 설정 유량 시스템에서, 유동 소스(12)는 시스템에서의 압력을 증가시켜서 유량을 원하는 레벨로 유지시키도록 (신속하게) 조정한다. FCPRV에 대한 설정 유량을 유지시키기 위한 유동 소스 반응에 의한 유량의 감소 및 그 다음 압력의 증가는 본질적으로 순간적으로, 즉 매우 신속하게 발생할 수 있으며, 이에 따라 무시 가능하다. 유량이 유지됨에 따라, FCPRV(300)의 유동 수축부 또는 제한부(152)로 인해 유발된 차압이 일정하게 유지되고, 감지 부재(155)에 의해 밸브 부재(105)에 제공된 편향이 일정하게 유지되므로, PRV(100)에 대한 릴리프 압력 임계값이 일정하게 유지된다. 그러나, 시스템 압력이 증가함에 따라(예를 들어, 환자의 기도/비공에서의 증가된 압력으로 인해), 밸브 부재(105)(및 감지 챔버(154)의 높은 압력 측면 상의 감지 부재(155))에 작용하는 압력(Pc)은 PRV(100)의 릴리프 압력을 향해 증가된다. 이러한 상황은 도 15b에서 수직 화살표 2로 표시된다. 부분적인 폐색이 유지되고 평형 상태에 도달한 경우, 도 15b에서 곡선(141b)으로 나타낸 더 높은 시스템 압력 대 유량 곡선이 유발되고, 더 높은 시스템 압력 대 유량 곡선(141b)과 PRV 릴리프 압력 대 유량 곡선(142) 사이의 더 작은 오프셋을 갖는다. 예를 들어, 증가된 시스템 압력(141b)을 유발하는 비강 프롱과 환자의 비공 사이의 부분적인 폐색에 대해, 환자의 비공에 발생된 압력은 곡선(141b)과 곡선(141) 사이의 오프셋이다.
단계 3에서, 도입된 유동 제한(예를 들어, 환자의 비공에서의 폐색 또는 압착된 도관(14))이 일정 레벨로 증가됨으로써, 원하는 유량을 유지시키기 위해 필요한 시스템 압력은 주어진 유량(도 15b에서 약 90 L/min)에 대한 유량 보정 릴리프 밸브의 릴리프 압력(142)을 초과한다. FCPRV(300)에서의 시스템 압력(예를 들어, Pc)이 유량 보정 릴리프 압력(142)을 초과함에 따라, PRV(100)는 배출을 시작하고, 메인 유입구(151)에 제공된 유동의 일부분은 PRV(100)를 통해 배출되며, 유동의 일부분은 제한부(152)를 통과하여 메인 배출구(153)로부터 배출된다. 유동 소스는 FCPRV의 메인 유입구로의 설정 유량을 유지한다. 따라서, PRV(100)가 배출을 시작함에 따라, 수축부 또는 제한부(152)를 통하는 유량은 감소하고, 감지 부재(155)에 작용하는 압력 차이는 감소한다. 이는 기계식 링크(157)를 통해 감지 부재(155)에 의해 밸브 부재(105)에 제공되는 편향이 감소하게 하고, 이에 따라 PRV(100)에 대한 압력 릴리프 임계값이 감소하게 한다. 이러한 상황은 도 15b에서 압력 릴리프 대 유량 곡선(142) 상의 화살표 3으로 표시된다. 이상적인 상황에서는, 평형 상태에 도달함으로써, 압력 릴리프 임계값을 초과하지 않으면서 또는 환자 인터페이스에서 최대 전달 압력을 초과하지 않으면서, 환자가 가급적 많은 유량을 수신한다.
도 15b에서 지점 4로 표시된 단계 4에서, 시스템에 도입된 유동 제한은 시스템을 완전히(또는 실질적으로 완전히) 차단할 수 있으며, 예를 들어, 도관(14)이 완전히 폐색되거나(완전 압착되거나 핀칭되어 폐쇄됨) 또는 환자의 비공이 완전히 차단된다. FCPRV(300)의 메인 유입구(151)로 전달된 모든 유동은 PRV(100)를 통해 배출된다. 장치(300)를 통한 유입구(151)로부터 배출구(153)로의 유동은 없으며, 이에 따라 수축부/제한부(152)를 통하는 유동이 없으므로, 제1 및 제2 챔버(154a, 154b)에서의 압력들은 동일하고, 감지 부재(155)는 밸브 부재(105)에 최소 편향을 제공한다. 압력(Pc)의 변화는 감지 멤브레인(155)에 걸치는 압력 차이를 변화시키지 않는다. PRV(100)는 감지 부재(155)와의 결합으로 인해 더 높은 압력 임계값을 가질 수는 있지만, 감지 기기(150)가 없는 이전의 실시형태들(예를 들어, 도 2a 내지 도 2c를 참조하여)과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 작동한다. 이러한 상태에서, 2개의 멤브레인은 직렬로 된 2개의 스프링으로 작용한다.
따라서, 환자의 비공이 차단된 상황에서, 환자가 수신할 수 있는 최대 압력은 릴리프 압력 곡선(142)과 시스템 압력 강하 곡선(141) 사이의 오프셋이 되어, 과압으로부터 환자를 보호한다. 예를 들어, 도 15b에서, 이러한 최대 환자 압력은 20 cmH2O이다. 따라서, FCPRV는 유량에 좌우되는 배출 압력 임계값을 제공하는 동시에 환자가 받게 될 압력 상한을 여전히 설정한다. FCPRV가 환자로의 제로 유동으로 곡선(142)에 따라 시스템을 다시 배출시킬 수 있도록 보장하기 위해, FCPRV(300)는 유동 소스(12)에 의해 제공되는 최대 유량을 배출할 수 있어야 하며, 그렇지 않으면 표시된 오프셋 압력보다 더 높은 환자 압력이 결국 발생할 수 있다.
위에서 설명된 FCPRV의 작동은 환자의 비공과 밀봉되지 않는 비강 캐뉼라와 같은, 비-밀봉형 환자 인터페이스를 통해 사용자에게 가스의 유동을 제공하는 시스템을 위한 것이다. 이러한 시스템의 가스 소스는 압축 가스 탱크 또는 병원 벽의 유량계 공급기, 또는 충분한 유량을 제공할 수 있는 송풍기, 또는 시스템에 대한 설정 유량을 유지시키도록 시스템 저항의 변동에 대한 신속한 반응을 제공할 수 있는 능력을 갖는 다른 적절한 소스일 수 있다. FCPRV(300)를 통해 환자에게 설정 유량의 가스를 제공하는 유량계(12), 가습기(17), 필터(5), 및 비-밀봉형 비강 캐뉼라(15)를 포함하는 시스템이 도 1aa에 도시된다. 이러한 시스템은 특히 비강 고유량 요법을 제공하도록 적응된다.
또한, FCPRV는 지속 기도 양압을 제공하기 위해 유동 소스와 함께 호흡 시스템에 사용될 수도 있다. FCPRV를 포함하는 CPAP 시스템은 도 1ba 및 도 1bb에 도시되고, 이러한 시스템에서의 FCPRV의 특성은 도 1bc의 차트로 나타낸다. 시스템은, 압축 가스 탱크 또는 병원 벽의 유량계 공급기와 같은 유동 소스(12), FCPRV(300), 가습기, 및 환자의 입과 코 위로 밀봉하는 안면 마스크와 같은 밀봉형 환자 인터페이스, 및 상호 연결 호스 또는 도관을 포함한다. 밀봉형 마스크는 CO2/날숨 가스를 배출하기 위해, 마스크로부터의 가스의 편향 유동을 가능하게 하는 편향 유동 홀들을 갖는다. CPAP 시스템에서, 입력 유량은 피크 흡기 요구량 및 마스크 누출량 및 편향 유량을 초과하도록 설정되고, FCPRV는 유동 소스에 의해 제공되는 가스의 일부분을 연속적으로 배출하도록 구성된다. 유동 소스(12)에 의해 제공되는 유량은 정상 CPAP 요법 동안에 가스의 일부분의 배출을 가능하게 하기 위해, 밸브 시트로부터 밸브 부재(105)를 상승시키기에 충분한 PRV에서의 압력(Pc)을 유발한다. 따라서, CPAP 요법 동안에 FCPRV에서의 압력(Pc)은 도 1bc에서 라인(142)으로 표시된 FCPRV 배출 압력이다. 환자가 들숨을 쉼에 따라, 도 1ba에 나타낸 바와 같이, FCPRV의 메인 유동 경로를 통하는 환자로의 유동은 이의 최고점에 도달하여, 감지 부재(155)에 의해 감지되는 비교적 높은 차압을 유발함으로써, FCPRV의 상응하는 더 높은 릴리프 압력을 유발한다. 유동에 대한 시스템 저항과 FCPRV의 배출 압력 사이에 대략적으로 일정한 오프셋 압력이 있도록 FCPRV가 조정됨에 따라, 도 1bc에서 라인들(141 및 142) 사이의 압력 차이로 표시되는 환자에서의 압력은 일정하게 유지된다. 도 1bc에서, 곡선(141)은 FCPRV로부터 환자 인터페이스로의 압력 강하를 도시한다. 들숨 동안에, 비교적 낮은 유량이 FCPRV에서 배출되고, FCPRV 압력은 도 1bc에서 라인(142) 상의 화살표의 우측 단부를 향한다.
환자가 들숨을 종료함에 따라, 밸브를 통하는 유량은 환자 인터페이스에서의 누출 유량 및/또는 편향 유량과 동일한 낮은 레벨로 감소한다. FCPRV에서의 배출 압력은 낮은 유량으로 인해 유발되는 감지 부재에서의 감소된 차압으로 인해 감소한다. 또한, 시스템 압력 강하는 감소된 유량으로 인해 감소한다. 따라서, 비교적 높은 유량이 FCPRV에서 배출되고, FCPRV에서의 압력은 도 1bc에서 라인(142) 상의 화살표의 좌측 단부를 향한다. 라인(142) 상의 화살표의 좌측 단부를 향해, FCPRV의 메인 유입구에 의해 수신되는 거의 모든 유량은 FCPRV에서 배출되며, 편향 유량 및/또는 시스템 누출량으로 인해 작은 유량만이 FCPRV 메인 배출구에서 배출된다.
환자가 날숨을 쉼에 따라, 편향 홀/마스크 누출을 통한 배출(해당되는 경우) 뿐만 아니라 FCPRV를 통한 유동이 반전된다. FCPRV 결과로서의 날숨 역류는 메인 배출구에서의 압력 증가를 유발할 수 있어서, FCPRV 벤투리관으로 인한 임의의 압력 감소를 상쇄시키고 감지 부재에 낮은 차압을 유발함으로써, FCPRV에서 비교적 고유량 배출을 유발하여, FCPRV에서의 압력이 라인(142) 상의 화살표의 좌측 단부를 향하게 한다.
따라서, 환자에게 정압을 제공하기 위해 연속적으로 배출되도록 조정되는 본원에서 설명된 바와 같은 FCPRV와 함께, 설정 유동 가스 소스가 사용될 수 있다. 도 1bc에서 라인들(141 및 142) 사이의 차이로서 표시된 환자로의 압력은 화살표로 표시된 바와 같은 라인(142)을 따르는 밸브 사이클에서의 압력으로 유지된다. FCPRV에서의 배출 유동의 변동은 환자로의 가변하는 유동을 유발하여 호흡 사이클 동안 일정한 환자 압력을 달성한다.
CPAP 시스템에서, 유동 소스는 최대 흡기 유량을 초과하여 제공할 수 있어야 하며, 그렇지 않으면 FCPRV에서의 압력이 설정 배출 압력 아래로 강하되고 환자로의 압력이 감소될 것이다. 도 1bc의 수직 점선은 유동 소스에 의해 제공되는 최대 유량, 및 시스템으로부터의 누출량(즉 환자 인터페이스에서의 누출량) 및/또는 편향 유량인 최소 유량으로 표시되는 FCPRV의 경계들, 및 이러한 경계들 사이의 FCPRV 릴리프 압력 사이클을 나타낸다.
또한, FCPRV는 이중-레벨 지속 기도 양압을 제공하기 위해 호흡 시스템에 사용될 수 있다. FCPRV를 포함하는 이중-레벨 압력 시스템은 도 1ca 및 도 1cb에 도시되고, 이러한 시스템에서의 FCPRV의 특성은 도 1cc의 차트로 나타낸다. 시스템은, CPAP 소스 가스 소스(12a)(즉, 정압 소스 CPAP 송풍기), FCPRV(300), 가습기, 및 환자의 입과 코 위로 밀봉하는 안면 마스크와 같은 밀봉형 환자 인터페이스, 및 상호 연결 호스 또는 도관을 포함한다. 밀봉형 마스크는 CO2/날숨 가스를 배출하기 위해, 마스크로부터의 가스의 편향 유동을 가능하게 하는 편향 유동 홀들을 가질 수 있다. FCPRV는 FCPRV와 환자 사이에 유동에 대한 낮은 저항이 존재하도록 환자 인터페이스 근처에 위치된다.
FCPRV 릴리프 압력(142)과 FCPRV로부터 환자로의 시스템 압력 강하(141) 사이에 일정한 오프셋을 달성하도록 FCPRV가 조정되는 도 1ba 및 도 1bb의 시스템과 달리, 도 1ca 및 도 1cb의 시스템에서, FCPRV는 도 1cc에 도시된 바와 같이, 유량을 증가시키기 위해 릴리프 압력 곡선(142)이 시스템 압력 강하 곡선(141)으로부터 벗어나도록 조정된다.
환자가 들숨을 쉼에 따라, FCPRV를 통하는 유동은 감지 부재로 하여금 밸브 시트와 접촉되어 밀봉된 밸브 부재를 유지하게 함으로써 FCPRV가 배출하지 않도록 하며, 가스 소스에 의해 제공된 CPAP 압력과 동일한 흡기 기도 양압이 환자에게 제공된다. 이러한 압력 레벨은 도 1cc에서 최상단 수평 압력 라인으로 표시된다.
환자가 들숨을 쉼에 따라, 초기에 최대 흡기 유동을 받게 되고, 환자에서 IPAP가 달성된다. 환자가 계속 들숨을 쉼에 따라, 환자의 유량은 자연적으로 감소하고, 밸브를 통하는 유량은 이에 따라 감소한다. FCPRV에서의 배출 압력은 FCPRV 유동 제한부를 통하는 감소된 유량으로 인해 유발되는 감지 부재에서의 감소된 차압으로 인해 감소하고, FCPRV가 유동을 배출한다. 따라서, FCPRV에서의 압력은 도 1cc에서 수직 압력 축과 수평 IPAP 라인 사이의 곡선인 배출 압력이다.
흡기가 종료될 때까지, FCPRV를 통한 환자로의 유량은 환자 인터페이스에서의 편향 유량 및/또는 누출 유량과 동일한 낮은 레벨로 훨씬 더 감소되고, FCPRV에서의 압력 및 이에 따른 환자에서의 압력은 수직 압력 축을 향해 도 1cc의 좌측으로 계속 이동하며, FCPRV는 압력 가스 소스로부터 더 많은 유량을 배출한다. 날숨이 시작됨에 따라, 호기가 편향 유동을 제거함에 따라 FCPRV를 통하는 유동이 없으며, FCPRV에서의 압력은 도 1cc의 수직 압력 축에서 교차점으로 표시되고, FCPRV는 시스템으로부터의 유동을 계속 배출한다. 환자가 계속 날숨을 쉼에 따라, FCPRV에서의 압력 및 이에 따라 FCPRV가 환자와 가깝기 때문에 본질적으로 환자에서의 압력은 FCPRV의 배출 압력이다. 따라서, FCPRV의 배출 압력은 이중-압력 시스템을 위한 호기 기도 양압 레벨을 설정한다. 이러한 시스템은 환자 소생술, 예를 들면 유아 소생술을 위해 사용될 수 있다.
흡기로 시작하여 호기로 종료되는 호흡은 도 1cc의 우측으로부터 좌측으로 이동한다. 다수의 호흡을 위한 환자 인터페이스에서의 압력의 표현은 시간 축이 우측으로부터 좌측으로 연장되는 도 1cd에서 나타낸다.
이중-레벨 압력 요법을 위해 구성된 추가적인 시스템은 도 1ce에 도시되며, 여기서 CPAP 시스템에 대해 도 1ba 및 도 1bb를 참조하여 위에서 설명된 바와 같은 정압 소스를 달성하기 위해, 도 1ca 및 도 1cb의 시스템의 CPAP 정압 소스는 FCPRV(300)와 결합된 유동 소스(12)로 대체된다.
또한, 이중-레벨 압력 시스템에서 사용하기 위해 조정되거나 구성된 FCPRV는 환자로의 유동이 고장 나는 경우, 예를 들어 유동 또는 압력 소스가 작동 불능이 되는 경우, 질식 방지 밸브로서 작동하도록 구성될 수 있다. EPAP 압력 레벨은 FCPRV를 통한 환자로의 특정 유동(즉, 편향 유동 레벨로 전달됨)을 위해 설정될 수 있으며, FCPRV를 통하는 환자로의 유동이 없는 경우에 환자가 날숨을 쉴 수 있도록 설정될 수도 있다.
또한, FCPRV는 수술 통기법에서 지속 양압을 제공하기 위해 유동 소스와 함께 사용될 수도 있다. 수술 통기 시스템은 도 1d에 도시된다. 시스템은, 압축 가스 탱크 또는 병원 벽의 유량계 공급기와 같은 유동 소스(12), FCPRV(300), 가습기(17), 시스템으로부터 환자의 복강으로 가습된 가스 유동을 제공하기 위한 투관침(215), 및 가스의 유동이 복강에서 배출되도록 하기 위한 필터(216)를 포함한다. 설정 유동 소스와 FCPRV의 조합은 도 1bc에 도시된 바와 같은 유동 특성을 갖는, 도 1ba를 참조하는 CPAP 시스템 및 밀봉형 환자 인터페이스에 대해 위에서 설명된 바와 같은 정압을 제공한다.
또한, FCPRV는 질식 방지 밸브로서 호흡 시스템에서 사용될 수 있다. 질식 방지 밸브로서 FCPRV를 포함하는 인공 호흡 또는 CPAP 시스템은 도 1ea 및 도 1eb에 도시된다. 시스템은 CPAP 소스 가스 소스(즉, 정압 소스 CPAP 송풍기), 또는 환자의 입과 코 위로 밀봉하는 안면 마스크와 같은 환자 인터페이스를 통해 사용자에게 가스의 유동을 제공하기 위한 인공 호흡기를 포함한다. 밀봉형 마스크는 CO2/날숨 가스를 배출하기 위해, 마스크로부터의 가스의 편향 유동을 가능하게 하는 편향 유동 홀들을 갖는다. FCPRV(300)는 바람직하게는 FCPRV와 환자 사이에 유동에 대한 낮은 저항이 존재하도록 환자 인터페이스 근처에 위치된다. 치료 동안에, 인공 호흡기 또는 CPAP 가스 소스는 지속 양압 또는 교번하는 이중-레벨 압력을 제공한다. 밸브는 정상 흡기 기간의 적어도 일부분 동안에 폐쇄된 상태로 유지되도록 조정된다. 환자가 날숨을 쉬는 경우, 밸브는 이중-레벨 시스템에 대해 도 1cb를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 작동한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 호기 림(expiratory limb)이 제공될 수 있다. 인공 호흡기 또는 CPAP 소스가 고장나거나 기능을 정지하는 경우, CPAP 소스 또는 인공 호흡기 유동 경로는 도 1ea에 도시된 바와 같이, 환자가 인공 호흡기/CPAP 소스, 전달 도관, 및 환자 인터페이스를 통하여 흡기 공기를 "당길 수 있도록" 개방된다. FCPRV가 환자 인터페이스에 가깝게 위치되기 때문에, 환자로부터 FCPRV로의 유동에 대한 저항(R1)은 FCPRV로부터 CPAP 소스 또는 인공 호흡기로의 유동에 대한 저항(R2)에 비해 낮다. 따라서, 도 1eb에 도시된 바와 같이, 환자가 날숨을 쉬는 경우, 환자의 날숨의 상당 부분이 FCPRV로부터 배출된다. 종래기술의 호흡 시스템은 환자 인터페이스의 밸브와 같은 질식 방지 밸브를 포함할 수 있다. 종래기술의 질식 방지 밸브는 압력의 부재시에 개방되는 플랩 밸브 장치를 포함할 수 있으며, 이러한 밸브는 마스크의 배향에 따른 중력에 의해 영향을 받을 수 있다. 본 발명에 따른 FCPRV는 중력 또는 배향에 의해 영향을 받지 않는다.
이중-레벨 압력을 제공하기 위한 또는 무호흡(즉, 자가-호흡을 하지 않는) 환자를 위한 인공 호흡기 시스템으로서 작동하기 위한 다른 시스템 구성은 도 1fa 및 도 1fb에 도시되며, 이러한 시스템에서 FCPRV의 특성은 도 1fc의 차트로 나타낸다. 시스템은, 압축 가스 탱크 또는 병원 벽의 유량계 공급기와 같은 유동 소스(12), FCPRV(300), 가습기(17), 및 환자의 입과 코 위로 밀봉하는 안면 마스크, 또는 후두 마스크 기도(LMA) 또는 기관내 삽관기와 같은 밀봉형 환자 인터페이스(115), 및 상호 연결 호스 또는 도관을 포함한다. 밀봉형 마스크(115)는 CO2/날숨 가스를 배출하기 위해, 마스크로부터의 가스의 편향 유동을 가능하게 하는 편향 유동 홀들을 가질 수 있다. FCPRV는 FCPRV와 환자 사이에 유동에 대한 낮은 저항이 존재하도록 환자 인터페이스 근처에 위치된다. 그러나, FCPRV는 가습기의 상류에 위치될 수 있거나 또는 시스템의 임의의 장소에 위치될 수 있다.
도 1fa 및 도 1fb의 시스템에서, FCPRV는 도 1ba, 도 1bb 및 도 1bc의 CPAP 시스템에 대해 위에서 설명된 바와 같이, 정압을 제공하기 위한 시스템에 사용되는 FCPRV와 대체로 동일한 방식으로 기능한다. 도 1fa 및 도 1fb의 시스템에서, FCPRV가 연속적으로 배출하도록 조정되어, FCPRV에서의 압력은 배출 압력이 되고, 환자 압력은 FCPRV 배출 압력 마이너스 FCPRV로부터 환자로의 시스템 압력 강하와 동일하며, 즉 도 1fc의 곡선들(142 및 141) 사이의 차이와 동일하다. 그러나, FCPRV 릴리프 압력(142)과 시스템 압력 강하(141) 사이에서 일정한 오프셋을 달성하도록 FCPRV가 조정되는 도 1ba 및 도 1bb의 시스템과 달리, 도 1fa 및 도 1fb의 시스템에서, 도 1fc에 도시된 바와 같이, 유량을 증가시키기 위해 릴리프 압력 곡선(142)이 시스템 압력 강하 곡선(141)으로부터 벗어나도록 FCPRV가 조정된다. 따라서, FCPRV에서의 시스템 압력이 도 1fa의 압력 유량 곡선(142)을 따라 앞뒤로 순환함에 따라, 환자로의 압력은 비교적 낮은 압력(P1)과 비교적 높은 압력(P2) 사이에서 순환한다. 도 1bc를 참조하여 설명된 바와 같이, 환자가 들숨을 쉼에 따라, 환자로의 유동이 이의 최고점에 도달함으로써, 감지 부재(155)에 의해 감지되는 비교적 높은 차압을 유발하여, FCPRV의 상응하는 더 높은 릴리프 압력을 유발한다. 비교적 낮은 유량이 FCPRV에서 배출되고, FCPRV에서의 압력은 도 1fc에서 라인(142) 상의 화살표의 우측 단부를 향한다. FCPRV 압력은 환자가 흡기를 종료하고 날숨을 쉬기 시작함에 따라, 도 1fc의 릴리프 밸브 압력 곡선(142) 상의 화살표의 좌측 단부를 향해 이동한다. 벗어나는 FCPRV 압력 곡선으로 인해, 환자가 흡기 동안에 더 높은 압력을 받고 호기 동안에 더 낮은 압력을 받음으로써, 인공 호흡을 보조한다. 또한, 본 발명자는 감지 부재(155)와 메인 가스 유동 경로(158) 사이에 유효한 공압식 커플링을 제공함으로써, FCPRV가 비교적 신속한 반응 구성으로 작동하도록 제조될 수 있으므로, FCPRV에서의 압력이 흡기 압력(P2) 및 호기 압력(P1)으로부터 신속하게 급등하여, 무호흡 환자를 인공 호흡하기 위해 특히 유용하다. 감지 부재와 메인 가스 유동 경로의 공압식 커플링은 도 27e 및 도 27f를 참조하여 보다 상세히 설명된다.
도 1fa 내지 도 1fc를 참조로 설명된 바와 같은 이중-레벨 압력을 위해 구성된 FCPRV는 또한 예를 들어 국제 특허 공보 WO 03/066146에 기술된 바와 같은 장치와 같은, 유아 소생 PEEP/PIP 장치와 함께 사용될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, FCPRV(300)는 연속적으로 배출하도록 조정된다. 호기말 피크 압력을 제공하기 위해, 의료 전문가는 환자 인터페이스(안면 마스크)에서 소생 장치(예를 들어, Fisher and Paykel Healthcare의 Neopuff® 장치)의 배출구를 차단한다. 이는 유동에 대한 저항을 증가시키도록 작용하여 FCPRV 릴리프 압력이 감소되게 함으로써, FCPRV가 호기말 피크 압력(예를 들어, 도 1fc의 P1)을 달성하기 위해 유아로의 유동을 감소시키도록 배출한다. 피크 흡기 압력을 제공하기 위해, 의료 전문가는 Neopuff® 장치의 배출구를 차단 해제함으로써, FCPRV에서의 릴리프 압력을 감소시켜서, 예를 들어 도 1fc의 압력(P2)을 달성한다. 이러한 용도로 FCPRV를 조정하기 위해, 환자 인터페이스 안면 마스크가 밀봉되고, 유동 소스로부터의 입력 유량이 설정된다. Neopuff® 배출구는 폐색되고, FCPRV는 예를 들어, 원하는 PEEP를 달성하도록 밸브 부재 편향을 조정함으로써 조정된다. 그 다음, Neopuff® 배출구는 폐색 해제되고 원하는 PIP 압력을 달성하도록 조정된다.
일부 실시형태에서, 유량 보정 압력 릴리프 밸브(300)는 예를 들어 도관의 폐색과 같은 시스템에 추가되는 유동에 대한 임의의 추가적인 저항 없이, 정상 작동 조건 하에서 시스템의 압력 강하에 매칭될 수 있다. 이러한 방식은 도 15b 및 도 1bc에 제시된 특성들에 의해 도시된다. 이는 예를 들어 도 15b에 도시된 바와 같이, 밸브 릴리프 압력이 시스템에 걸치는 압력 강하로부터 일관되게 오프셋되어, 압력 릴리프 라인(142)이 시스템 압력 강하 라인(141) 위에서 일정한 20 cmH2O가 되도록 보장한다.
일부 적용예에서, 예를 들어 이중-레벨 압력 시스템에 대한 도 1cc 및 인공 호흡기 시스템에 대한 도 1fc를 참조하여 위에서 설명된 바와 같은, 시스템 압력 대 유량 곡선(141)과 릴리프 압력 대 유량 곡선(142) 사이에 일정한 오프셋이 존재하지 않을 수 있다.
도 17은 시스템 압력 강하(141)와 FCPRV 릴리프 압력(142) 사이의 일정한 오프셋이 없는 설정 유량 비-밀봉형 환자 인터페이스 시스템에 대한 FCPRV 특성의 추가적인 실시예를 제공한다. 도 17에서, 곡선(143 및 144)은 시스템 압력 강하와 매칭되지 않는 FCPRV 릴리프 압력을 나타낸다. 상부 라인(143)은 유동이 증가함에 따라 점진적으로 증가하는 동적 조정 릴리프 압력을 나타낸다. 이러한 특성은 만곡과 같은 예상된 부분적인 회로 폐색을 보정하기 위해 바람직할 수 있다. 하부 라인(144)은 유동이 증가함에 따라 점진적으로 감소하는 동적 조정 릴리프 압력을 도시하며, FCPRV(300)에 의해 감지된 시스템 압력 강하(Pc)와 결국 교차한다. 이러한 경우, 시스템은 약 105 L/min 유량의 전달로 제한되며, 더 높은 유량은 배출구를 통한 FCPRV 배출 유동을 야기한다. 이는 유동에 대한 시스템 저항이 매칭될 수 없는 경우에 실용적인 옵션이다. 예를 들어, 유동에 대한 상이한 저항을 각각 갖는 다양한 상이한 시스템들에서 사용하기 위해 단일 밸브 구성이 제공되는 경우, 밸브를 이러한 시스템들의 유동에 대한 저항에 매칭시키는 것은 실현 가능하지 않을 수 있다. 따라서, 낮은 곡선은 안전한 압력을 유지하지만, 유량 한계가 원하는 치료상의 유량보다 더 큰 경우 수용 가능한 유량을 제한한다. 어느 경우에도, 매칭되지 않은 릴리프 압력 대 유량 곡선(143 및 144)은 매칭된 곡선(142)보다 덜 바람직할 수 있다. 일부 실시형태에서, FCPRV의 유입구로부터 배출구로 유량이 증가함에 따라, 점진적으로 감소하는 동적 조정 릴리프 압력이 바람직할 수 있다. 전달되는 유량이 증가함에 따라, 시스템에서의 압력은 증가한다(즉, 압력 유량 곡선(141)). 시스템에서의 압력이 계속 증가하는 경우, 과압으로 인해 시스템 구성 요소(예를 들어, 밀봉부, 가습기 챔버, 튜브 또는 회로 연결부 등)가 결국 고장날 수 있다. 따라서, 시스템을 보호하기 위해 몇몇 상한을 제공하는 것이 바람직하다. 보다 중요하게는, 곡선(144)이 압력 유량 곡선(141)과 교차하는 지점은 압력 상한을 제공함으로써, 환자로의 유량을 제한하고 이에 따라 환자 압력을 안전한 레벨로 제한한다. 압력 유량 곡선(141)은 상이한 시스템들에 대해 가변적이다. 예를 들어, 성인용 캐뉼라를 갖는 시스템은 유아용 캐뉼라보다 유동에 대한 더 작은 저항을 갖는다. 이와 같이, 유아용 캐뉼라를 갖는 시스템에 대한 압력 유량 곡선은 성인용 캐뉼라를 갖는 시스템에 대한 압력 유량 곡선보다 더 "급격하다". 이와 같이, FCPRV에 대한 적절한 상한을 결정하기 위해, 특정 시스템에 대한 시스템 압력 강하 특성이 결정되어야 한다(즉, 압력 릴리프 대 유량 임계값 곡선(142)의 형상은 압력 릴리프 대 유량 곡선(142)이 원하는 압력 상한에서 특정 시스템에 대한 시스템 압력 대 유량 곡선(141)과 교차하도록 조정될 필요가 있다).
FCPRV의 구성과 관련된 다수의 요소가 FCPRV의 작동 특성에 영향을 준다. 예를 들어, 유동 제한부(152) 벤투리관 또는 오리피스는 감지 부재(155)에 의해 감지되는 압력 차이에 역할을 하므로, 릴리프 압력 대 유량 곡선(142)의 형상은 벤투리관 통로 또는 오리피스 직경의 크기에 의해 결정될 수 있다.
릴리프 압력 특성을 조정하기 위해, 이하에서 설명되는 가변적인 피처들 중 어느 하나 이상이 FCPRV(300)에 제공될 수 있다.
유량 보정 압력 릴리프 밸브 장치(300)는 유동에 대한 알려진 저항의 시스템에서 사용될 수 있다. 이러한 상황에서, 벤투리관 또는 오리피스는 고정된 크기일 수 있으며, 특정 시스템의 유동에 대한 알려진 저항의 시스템과 함께 사용하기 위해 결정될 수 있다.
대안적으로, FCPRV가 사용될 시스템이 알려지지 않은 경우, 사용자가 FCPRV를 특정 적용예로 "조정"할 수 있도록 하기 위해, 조정 가능한 벤투리관 또는 오리피스(예를 들어, 조정 가능한 면적 및/또는 길이)가 FCPRV에 제공될 수 있다. 예를 들어, 상이한 크기의 오리피스를 각각 갖는 다양한 상이한 오리피스 판들이 FCPRV(300)에 제공될 수 있다. 오리피스 판들은 교환 가능하며, 각각은 알려진 저항을 갖는다. 예를 들어, 비강 고유량 시스템은 "성인용" 및 "소아용" 캐뉼라 간에 교환될 수 있다. 각각의 캐뉼라는 유동에 대한 상이한 알려진 저항을 나타낸다. 예를 들어, 하나의 오리피스는 유량 보정 압력 릴리프 밸브를 "성인용" 캐뉼라를 위해 구성된 시스템에 맞게 "조정"할 수 있으며, 다른 오리피스는 유량 보정 압력 릴리프 밸브를 "소아용" 캐뉼라를 위해 구성된 시스템에 맞게 "조정"할 수 있다. 상이한 오리피스들은 슬라이딩 가능한 판 상에 위치될 수 있으며, 여기서 슬라이딩 가능한 판은 각각의 오리피스를 유량 보정 압력 릴리프 밸브의 유동 경로 내로 슬라이딩시킬 수 있다. 벤투리관 통로 또는 오리피스/유동 제한부의 크기를 조정하기 위한 다른 수단이 사용될 수 있다. 예를 들어, 최대 유동 제한부가 되도록 하는 크기를 갖는 오리피스(즉, 최소 오리피스 크기)가 제공될 수 있으며, 이는 더 큰 오리피스 크기/더 작은 유동 제한부를 달성하도록 천공될 수 있다. 대안적으로, 큰 오리피스 크기가 제공될 수 있고, 더 작은 오리피스 크기를 각각 갖는 인서트 또는 인서트들이 큰 오리피스에 인접하도록 또는 큰 오리피스 내로 끼워 맞춰지도록 제공될 수 있다. 유동 제한부는 예를 들어 게이트 밸브 유형 장치와 같은 밸브 장치에 의해 제공될 수 있다. 게이트 밸브 유형 장치의 경우, 밸브는 유동 제한부의 크기를 조정하도록 밸브의 게이트를 이동시키기 위한 나사산 조정부를 가질 수 있다. 나사산은 FCPRV의 정밀 조정을 달성하기 위해 비교적 미세한 조정을 제공하도록 많은 회전을 제공할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 유동에 대한 동일한 저항이 다양한 상이한 환자 인터페이스들에 각각 제공될 수 있어서, 다양한 인터페이스들의 모든 환자 인터페이스들이 동일한 FCPRV 셋업으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 각각의 환자 인터페이스가 유동에 대한 동일한 총 제한을 갖도록 다양한 인터페이스들의 각각의 환자 인터페이스에 유동 제한이 제공될 수 있다. 유동 제한부는 필터, 오리피스, 튜브의 좁은 섹션 또는 임의의 다른 적절한 장치에 의해 제공될 수 있다.
일부 실시형태에서, FCPRV는 직렬 및/또는 병렬로 된 하나보다 많은 유동 제한부를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 유동 제한부는 제한부를 통하는 제1 유동 방향으로의 유동에 대한 제1 저항, 및 유동 제한부를 통하는 제2 대향 유동 방향으로의 유동에 대한 제2 저항을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 유동 제한부는 오리피스 내로의 유동을 채널링 또는 퍼널링하기 위한 각진 인입부(lead in)를 포함할 수 있으며, 이는 오리피스를 더 크게 하는 효과를 갖는다. 각진 인입부는 역 유동(negative flow) 반응을 평탄화하는 이점을 제공한다. 일부 실시형태에서, 유동 제한부(152)는 오리피스로부터의 유동을 완만하게 지향시킴으로써, 오리피스를 더 크게 하는 효과를 또한 갖는 각진 인출부(lead out)를 포함할 수 있다. 이는 정 유동(positive flow) 반응을 평탄화하는 이점을 갖는다. 일반적으로, 인출부는 인입부보다 유동 반응에 대한 더 큰 영향을 받는다. 환자가 날숨을 쉴 때(역 유동) 인입부가 인출부로 되기 때문에, 인입부는 이중-레벨 PAP를 위해 특히 유용할 수 있다.
또한, FCPRV를 통한 시스템에서의 유동에 대한 저항의 영향은 시스템에서의 FCPRV의 위치에 좌우될 수 있다. 따라서, FCPRV는 시스템 내의 특정 위치에 대해 조정되는 것이 바람직하다. 가습 시스템에서, FCPRV에서의 응축물의 가능성을 방지하기 위해, FCPRV는 가습기의 상류의 시스템에 위치되는 것이 바람직하다. 그러나, FCPRV는 예를 들어 가습기의 하류와 같이, 시스템의 다른 곳에 위치될 수 있다.
도 18은 본원에 설명된 바와 같은 유량 보정 압력 릴리프 밸브에 대한 조정 방법을 도시한다. 단계(160)에서, 시스템은 시스템 유량(예를 들어, 환자에게 전달되는 유량) 대 시스템에 대한 압력 강하 반응 곡선을 결정하기 위해 압력 테스트된다. 단계(161)에서, 예를 들어 시스템 압력 대 유량 곡선에 오프셋 압력을 부가함으로써, 원하는 릴리프 압력 대 유량 곡선이 결정된다. 단계(162)에서, 본원에서 설명된 실시형태에 따른 FCPRV가 시스템에 설치된다. 단계(163)에서, 유동 제한부가 FCPRV(300)의 하류의 시스템에 점진적으로 부가되고, 유량 범위에 대한 결과적인 릴리프 압력이 결정된다. 단계(164)에서, 실제 압력 릴리프 대 유량 곡선이 원하는 곡선과 비교된다. 단계(165)에서, 실제 곡선이 원하는 곡선과 매칭되지 않는 경우, 유동 제한부의 크기가 조정되고, FCPRV가 성공적으로 조정된 단계(166)의 지점에서, 원하는 압력 릴리프 특성이 달성될 때까지, 단계(163 및 164)가 다시 반복된다. 유동 제한부는 연속적인 상태로 동적으로 조정될 수 있으며, 즉 제한부를 연속적으로 가변시키도록 전후로 이동할 수 있는 홀 내의 테이퍼형 플러그로, 또는 예를 들어 위에서 설명된 바와 같은 나사산 조정으로 구동되는 게이트를 갖는 게이트 밸브와 같은 밸브의 위치를 변경하여 동적으로 조정될 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 배출 압력 임계값은 PRV(100, 200)와 관련하여 위에서 설명된 피처들 중 어느 하나 이상을 조정함으로써 조정될 수 있다. 예를 들어, 밸브 멤브레인(105)의 인장력은 예를 들어, 밸브 부재(105)와 밸브 유입구 튜브(108)의 상대적인 위치, 또는 배출구(103)의 크기를 조정함으로써 조정될 수 있다. PRV(100)에서, 배출구의 크기는 도 3 내지 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같은 압력 릴리프 밸브의 릴리프 압력 대 유량 곡선의 형상을 결정하고, 이에 따라 유량 범위에 걸쳐서 배출 압력 임계값을 결정한다. 시스템이 완전히 차단/폐색되는 경우, FCPRV는 감지 부재가 밸브 부재(105)에 약간의 추가적인 편향을 제공할 수 있다는 점을 제외하고는, 앞서 설명된 PRV(100)로서 작동한다. 또한, 감지 부재(155)에 의해 밸브 부재(105)에 제공되는 편향력은 조정 가능할 수 있다. 예를 들어, 감지 부재와 밸브 부재 사이의 기계식 링크(157)의 길이는 조정 가능할 수 있고, 더 짧은 길이의 링크는 편향력 및 이에 따른 배출 압력을 증가시킬 수 있다.
릴리프 밸브 배출 압력을 조정하기 위한 추가적인 조정 메커니즘은 도 18a 내지 도 18c에 도시된다. 일부 실시형태에서, 도 18a에 도시된 바와 같이, 변위 챔버(107)는 주위 환경으로부터 밀봉될 수 있거나 밀봉 가능할 수 있다. 도시된 실시형태에서, 변위 챔버 내의 압력을 변경하기 위한 장치(107a)가 FCPRV에 제공된다. 또한, PRV(100)(즉, 유량 제어되지 않는 것)가 이러한 장치에 제공될 수 있다. 예를 들어, 장치(107a)는 변위 챔버의 압력을 증가 또는 감소시키도록 발 또는 손으로 작동 가능한 펌프일 수 있다. 변위 챔버의 유효 체적은 변위 챔버(107)의 체적 및 장치(107a)의 체적을 포함할 수 있다. 예를 들어, 장치(107a)는 공기 충전식 흡입기 또는 다른 실린더 및 플런저 장치, 또는 공기 충전식 백/벌룬일 수 있다. 장치의 체적을 감소시킴으로써, 변위 챔버의 유효 체적이 감소되어, 변위 챔버(107)의 압력이 증가된다. 변위 챔버의 변경된 압력은 FCPRV의 PRV에 대한 릴리프 압력을 변경시키며, 증가하는 변위 챔버 압력은 릴리프 압력을 증가시키고, 감소되는 변위 챔버 압력은 릴리프 압력을 감소시킨다. 장치(107a)는 밸브 시트(104)로부터 밸브 부재를 상승시키지 않도록 적응되어야 한다(이것이 바람직한 경우가 아니라면). 압력 조정 장치(107a)는 변위 챔버에, 즉 FCPRV 상에 위치될 수 있거나, 호스 또는 도관을 통해 변위 챔버에 원격 연결될 수 있다. 장치(107a)는 손 또는 발로 조정 가능할 수 있거나, 솔레노이드와 같은 전기 기계식 수단에 의해 구동될 수 있거나, 또는 전기식으로 구동되는 기계식 펌프일 수 있다. 또한, 변위 챔버 압력을 주위 압력으로 리셋하기 위한 리셋 장치(107b)가 PRV(100)에 제공될 수 있다. 리셋 장치는 포핏 밸브 또는 다른 유사한 장치와 같은 수동식으로 또는 전기식으로 작동되는 릴리프 밸브일 수 있다. 도 18a에서, 변위 챔버의 압력에 의해 밸브 부재(105)가 밸브 시트(104)와 접촉되게 편향된 상태로, 유동이 없는 상태의 FCPRV(300)가 도시된다.
일부 실시형태에서, 밸브 시트와 밸브 부재(104)의 상대적인 위치는 릴리프 압력을 조정하도록 조정 가능할 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, 밸브 시트에 대한 밸브 유입구의 위치는 조정 가능할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 일부 실시형태에서, 밸브 시트에 대한 밸브 부재의 위치는 조정 가능하다. 도 18b에 도시된 바와 같이, 밸브 부재는 하우징 부분에 의해 지지될 수 있고, 유입구에 대한 하우징 부분의 위치는 예를 들어, 변위 챔버(107) 하우징과 배출구 챔버(102) 하우징 사이의 나사산 장치(102a)를 통해 조정 가능하다. 대안적으로 또는 부가적으로, 밸브 시트와 접촉되게 감지 부재에 의해 밸브 부재에 제공되는 편향을 조정하기 위해, 감지 부재(155)는 밸브 유입구에 대해 조정 가능할 수 있다. 예를 들어, 감지 챔버 하우징은 밸브 시트(104)에 대한 감지 부재의 상대적인 위치를 이동시키기 위한 나사산 장치를 포함할 수 있다. 사용자는 릴리프 압력을 조정하기 위해, 예를 들어 손으로 하우징 부분을 회전시킴으로써, 나사산형 장치를 조작할 수 있다. 하우징은 릴리프 압력 설정과 관련된 하우징 위치의 표시를 제공할 수 있다.
이전에 설명된 바와 같이, 감지 부재와 밸브 부재 사이에 연결되는 기계식 링크(157)는 길이 조정 가능할 수 있다. 일부 실시형태에서, 기계식 링크의 길이는 FCPRV의 사용 중에 조정될 수 있다. 예를 들어, 도 18c에 도시된 바와 같이, 일부 실시형태에서, 기계식 링크는 제1 부분(157a)과 제2 부분(157b), 및 링크(157)의 총 길이를 조정하기 위한, 제1 부분(157a)과 제2 부분(157b) 사이의 나사산형 맞물림부(157c)를 포함할 수 있다. 제어 손잡이 또는 노브(157d)는 나사산형 맞물림부(157c)를 통해 링크(157)의 총 길이를 조정하기 위해, 사용자가 다른 링크 부분(157b)에 대해 하나의 부분(157a)을 회전시킬 수 있게 하도록 제공될 수 있다.
일부 실시형태에서, FCPRV는 압력 상한을 포함할 수 있거나 제공할 수 있다. 압력 상한은 시스템 구성 요소들을 보호하기 위한 시스템에 대한 안전 압력 상한에 해당할 수 있다. 감지 부재의 이동량을 제한함으로써, 예를 들어 감지 멤브레인의 변형을 제한하거나 감지 플런저 또는 피스톤의 이동량을 제한함으로써, 압력 상한이 설정될 수 있다. 감지 부재의 이동량을 제한함으로써, 감지 부재가 밸브 부재에 제공할 수 있는 인장력의 양이 제한되고, 이는 결과적으로 FCPRV의 유동 제한부를 통하는 유량이 밸브 부재에 미치는 영향에 대한 상한을 제공한다. 일부 실시형태에서, 제2 챔버는 감지 멤브레인의 변형을 제한할 수 있거나 감지 플런저 또는 피스톤의 이동을 제한할 수 있다. 예를 들어, 감지 멤브레인이 제2 챔버의 벽과 접촉되게 팽창되면, 감지 멤브레인은 최대 팽창된 구성으로 제한될 수 있다. 또는 감지 피스톤 또는 플런저에 대한 최대 이동은 제2 챔버의 벽에 부딪치는 피스톤 또는 플런저에 의해, 또는 제2 챔버의 기계식 정지부(예를 들어, 도 21의 물품(271)으로 나타낸 바와 같은, 제2 챔버의 벽으로부터 연장되는 견부 또는 돌출부)에 의해 설정될 수 있다. 대안적으로, 기계식 정지부는 감지 부재와 밸브 부재 사이의 기계식 링크(157, 257)와 맞물리도록 제공될 수 있다. 이러한 실시형태의 도면은 도 14a 및 도 14b에 제공되며, FCPRV의 벽으로부터 돌출하는 견부(272)는 감지 부재의 이동을 제한하기 위해 기계식 링크 상의 플랜지 또는 돌출부(273)로 제공된 견부와 맞물리도록 적응된다.
기계식 링크 또는 감지 부재의 이동을 제한하는 영향은 도 19에 나타낸다. 환자에게 전달되는 유량이 증가함에 따라, 시스템(141)을 통하는 압력 강하가 증가하고, 감지 부재에 걸치는 압력 차이가 증가함으로써, FCPRV의 릴리프 압력(142)이 증가한다. 그러나, 감지 부재의 이동이 최대 이동에 도달하면, 유량의 임의의 추가적인 증가 및 감지 부재에 걸치는 결과적인 증가하는 압력 차이의 영향이 밸브 부재로 전달되지 않으며, 이에 따라 릴리프 압력은 최대 압력에 도달한다. 도 19에서, 최대 릴리프 압력은 라인(145)으로 표시되며, 50 cmH2O 미만이다.
도 19에 도시된 개념, 즉 감지 부재의 이동 또는 변형을 제한하면 최대 레벨이 되는 개념은 FCPRV가 사용되는 시스템의 유형과 관계없이 또는 무관하게 최대 시스템 압력 한계가 달성될 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 최대 시스템 압력을 수동으로 설정하려면 시스템을 통하는 유동에 대한 저항에 관한 지식이 필요하지만, 설명된 바와 같은 구성은 FCPRV가 사용되는 시스템의 유형과 관계없이 시스템 압력을 제한할 수 있게 한다.
일부 실시형태에서, 기계식 링크는 밸브 부재 또는 감지 부재로부터 결합 해제됨으로써, 또는 밸브 부재 및 감지 부재 모두로부터 결합 해제됨으로써, 압축력 만으로 작동한다. 이러한 실시형태는 도 16a 내지 도 16c에 나타낸 개략도로 도시되며, 도 16c에서 기계식 링크(157)의 단부가 밸브 부재(105) 및 감지 부재(155)에 결합되지 않는다. 가스가 밸브(158)의 메인 유동 경로를 통해 유동하지 않는 상태에서(즉, FCPRV 유입구(151) 내로의 제로 유동), 기계식 링크(157)의 일 단부는 밸브 부재(105)에 지탱되고, 기계식 링크(157)의 다른 단부는 감지 부재에 지탱된다. 기계식 링크의 길이는 밸브 부재와 감지 부재 사이의 간격보다 더 크다(이들이 편향되지 않은 상태에 있는 경우). 밸브 부재는 감지 부재보다 더 큰 편향을 가짐으로써 밸브 부재가 밸브 시트(104)에 지탱된다. 예를 들어, 멤브레인 밸브 부재 및 멤브레인 감지 부재를 포함하는 실시형태에서, 밸브 부재 멤브레인은 감지 부재 멤브레인보다 더 큰 인장력을 가짐으로써, 밸브 부재가 감지 부재의 편향에 대항하여, 밸브 시트와 접촉되게 편향된다. 유입구(151)로부터 배출구(153)로 FCPRV를 통하는 유동이 증가함에 따라, 감지 부재에 걸치는 차압이 증가하여, 기계식 링크(157)에 의해 밸브 부재에 인가되는 작용력을 감소시키도록 감지 부재의 편향에 대항하여 작용한다. 유동이 계속 증가함에 따라, 기계식 링크에 의해 밸브 부재에 제공되는 작용력은 점진적으로 감소하고, 이에 따라 릴리프 압력은 점진적으로 증가한다. 도 16b는 기계식 링크가 밸브 부재(105) 및 감지 부재(155) 모두에 지탱되는 상태에서, 메인 유동 경로 및 유동 제한부(152)를 통하는 유동이 기계식 링크(157)에 의해 밸브 부재(105)에 인가되는 작용력을 감소시킨 밸브 상태를 도시한다. 유동이 계속 증가함에 따라, 감지 부재가 편향되어 기계식 링크는 감지 부재(155), 밸브 부재(105) 중 어느 하나 또는 둘 모두와 접촉이 끊어진다. 도 16c는 링크가 밸브 부재 및 감지 부재와 더 이상 접촉되지 않는 고유량 상태를 도시한다. 이러한 단계에서, 감지 부재의 편향은 기계식 링크를 통한 임의의 작용력을 밸브 부재(105)에 더 이상 제공하지 않는다. 따라서, 미리 결정된 유량 임계값을 초과하면, 릴리프 압력은 밸브 시트(104)와 접촉되는 밸브 부재의 편향만으로 결정되며, FCPRV는 유량 보정 없는 PRV로서 작용한다. 밸브 시트와 접촉되는 밸브 부재의 편향은 유량과 관계없이 시스템에 대한 압력 한계를 설정하고, 이는 도 16d의 유량 대 압력 곡선에서 수평 점선으로 표시된다. 도 16d에 도시된 바와 같이, 밸브 부재의 편향에 의해 설정된 바와 같은 압력 한계에 도달하는 지점에서, 밸브 부재 및 감지 부재 중 하나 또는 둘 모두와 기계식 링크 사이의 접촉이 끊어질 때까지(도 16c에 도시된 바와 같이), 유량을 증가시키기 위해 릴리프 압력이 점진적으로 증가한다.
유동 제한부가 FCPRV의 하류에서 시스템에 도입되는 경우(예를 들어, 부분적으로 접힌 도관), 유동 소스(도 1aa의 12)는 FCPRV에 대한 설정 유량을 유지하고, FCPRV에서의 압력(Pc)은 감지 부재에 걸치는 차압의 상응하는 증가 없이 증가한다. 이러한 상황에서, 도 16d에서 수직 라인으로 나타낸 릴리프 압력에 도달할 때까지 압력(Pc)이 증가하며, 감지 부재, 기계식 링크, 및 밸브 부재는 일 방향으로 이동하여, 배출구 개구부(103) 및 배출구 챔버를 통해 유동을 배출하도록 밸브 부재가 밸브 시트로부터 상승된다.
도 16a는 FCPRV의 하류에서의 완전한 폐색으로 인해 FCPRV 유입구(151)에 제공된 모든 유동이 PRV 배출구(103)를 통해 배출되는 결과를 갖는 상태를 도시한다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재는 예를 들어 도 9a 및 도 10a를 참조하여 설명된 바와 같이, 멤브레인 밸브 부재 또는 편향 스프링 부재의 인장력에 의해 밸브 시트와 접촉되게 편향된다. 밸브 부재를 밸브 시트로부터 멀어지게 상승시키는데 필요한 압력을 변경하기 위해, 추가적인 양의 편향(양 또는 음)이 기계식 링크를 통해 감지 부재에 의해 제공된다. 일부 실시형태에서, 밸브 부재는 예를 들어 도 23a에 도시된 바와 같은, 감지 부재에 의해 제공되는 편향 이외에 밸브 시트와 접촉되게 편향되지 않는다. 멤브레인이 감지 부재에 의해 당겨져서 밸브 시트와 접촉될 때까지 멤브레인이 밸브 시트와 접촉되게 편향되지 않도록, 멤브레인 밸브 부재가 밸브 시트 위로 신장되지 않을 수 있다. 일부 실시형태에서, 감지 부재는 밸브 부재에 양의 편향을 제공하며, 즉 감지 부재는 밸브 시트와 접촉되게 밸브 부재를 당긴다. 일부 실시형태에서, 도 16a 내지 도 16d를 참조하여 설명된 바와 같이, 감지 부재는 밸브 부재에 음의 편향을 제공하며, 즉 감지 부재는 밸브 시트로부터 멀어지게 밸브 부재를 푸시한다. 문맥상 달리 제시하지 않는 한, 밸브 시트와 접촉되는 밸브 부재의 편향 또는 편향 이동(biasing)은 밸브 부재 멤브레인의 인장력에 의해, 또는 스프링 요소에 의해, 또는 기계식 링크를 통한 감지 부재에 의해 제공되는 밸브 시트와 접촉되는 밸브 부재의 전체 편향 이동을 의미하는 것으로 의도된다.
도 14a 및 도 14b의 도면은 FCPRV에 대한 하나의 가능한 구성을 도시한다. 이러한 장치에서, 감지 챔버(154)의 제1 챔버(154a) 및 밸브 유입구(101)는 "T자형" 구획을 통해 메인 유입구(151), 메인 배출구(153) 및 유동 저항(152)을 포함하는 메인 유동 경로(158)에 연결되며, "T자형" 구획의 하부는 메인 유동 경로에 연결되고, PRV(100) 및 감지 챔버(154) 장치는 "T자형" 구획의 상부의 각각의 측면에서 대향한다.
유량 보정 압력 릴리프 밸브에 대한 대안적인 실시형태는 도 20에 도시된다. 도 14a 및 도 14b의 구성과 비교하여, 도 20의 실시형태는 적은 공간을 차지하고 보다 미적으로 외관이 좋은 단일 밸브 장치(400)로 구성된다.
도 20에서, 밸브 본체(110)는 감지 챔버(154)의 제1 챔버(154a) 및 배출구 챔버(102)를 형성한다. 제1 챔버(154a) 및 배출구 챔버(102)는 벽(106b)에 의해 분할된다. 메인 유입구(151)로부터 메인 배출구(153)로 전달되는 가스의 유동이 제1 챔버(154a)를 통과하도록 하기 위해, 메인 유입구(151) 및 메인 배출구(153)는 제1 챔버(154a)와 직접 연통되도록 본체(110)에 형성되거나 또는 본체(110)와 함께 형성된다. 메인 배출구(153)의 본체(110)의 벽(106)에 오리피스(152)가 제공되고, 본체(110)의 단부에 부착된 캡(110a)에 의해 제공되는 제2 챔버(154b)와 연통되도록, 오리피스의 하류 및/또는 배출구에 압력 탭(156)이 제공된다. 제1 및 제2 챔버(154a, 154b)는 그 내부에 감지 부재(155)를 갖는 감지 챔버(154)를 형성한다. 도시된 실시형태에서, 감지 부재(155)는 제2 챔버(154b)를 형성하는 캡(110a)과 제1 챔버(154a)를 형성하는 본체(110) 사이에 고정되는 멤브레인이다. 밸브 유입구 튜브(108)는 제1 챔버(154a)로부터 배출구 챔버(102) 내로 연장되고, 유입구 튜브의 단부(104)는 밸브 시트(104)를 제공하며, 밸브 부재(105)는 밸브 시트(104)와 접촉되어 밀봉한다. 밸브 부재(105)는 제2 캡(110b)이 본체(110)에 부착된 상태로 본체(110)에 고정된다. 배출구 개구(103)는 배출구 챔버(102)를 형성하는 본체(110)의 벽(106)에 제공된다. 밸브 부재(105) 및 감지 부재(155)는 강성 로드(157)에 의해 결합된다.
도 21은 도 20의 것과 유사한 FCPRV(500)의 실시형태의 자유 본체 도면이지만, 감지 부재(155)는 감지 챔버(154)를 형성하는 실린더 내에서 이동하는 피스톤(280)이다. 이러한 실시형태에서, 밸브 부재(105)는 멤브레인이다.
도 22는 FCPRV(600)에 대한 추가적인 대안적인 실시형태를 도시한다. 도 22의 실시형태는 도 20의 실시형태와 유사하지만, 도 22에서 밸브 부재(205)는 멤브레인이 아니라 비-밀봉형 플런저(205)이며, 이는 플런저가 배출구 챔버(202)의 벽(206)과 밀봉을 형성하지 않는다는 것을 의미한다. 이러한 실시형태에서, 밸브 부재(205)는 도 9a 내지 도 9c를 참조하여 설명된 밸브 부재와 유사하다. 도 22에서, 밸브 부재(205)와 감지 부재(155) 사이의 기계식 링크(257)는 조정 가능한 길이이고, 예를 들어 신축식 부분들을 포함할 수 있다. 링크 길이의 조정은 제1 및 제2 챔버(154a, 154b) 사이의 압력 차이에 기인한 작용력과 더불어 감지 부재(155)가 밸브 부재(205)에 제공하는 작용력의 양을 조정한다. 메인 유입구(151)로부터 메인 배출구(153)로의 유동은 도관(167)을 통해 이루어진다. 도관(167)은 제1 챔버(154a)와 교차함으로써(예를 들어, 도관은 제1 챔버와 접선 방향에 있을 수 있음), 메인 유입구로부터 메인 배출구로의 가스의 유동은 제1 챔버(154a)의 벽의 개구부(170)를 통해 제1 챔버(154a)와 연통된다. 연통 라인(도시되지 않음)은 유동 제한부의 하류 측면(오리피스 또는 벤투리관과 같은 유동 제한부는 개구부(170)로부터 하류에 있음)으로부터 니플(159) 또는 다른 적절한 연결부를 통해 제2 챔버(154b)에 연결될 수 있다.
도 22의 FCPRV의 개략도는 도 23a 및 도 23b에 제공된다. 도 23a는 감지 멤브레인에 걸치는 차압이 없거나 작은 차압을 갖는, 유량이 없는 구성 또는 저유량 구성을 도시한다. 도 23b는 증가된 유량 또는 고유량 구성을 도시하며, 감지 부재(155)가 감지 챔버의 제2 챔버(154b)를 향해 변형되도록 감지 부재에 걸치는 압력 차이가 존재한다. 감지 부재의 변형은 감지 부재로 하여금 기계식 링크(257)를 통해 밸브 시트(204)와 접촉되게 밀봉 부재(205)를 편향시키도록 한다. 도 23a는 유량이 없는 구성 또는 저유량 구성인 경우 중립상태(비-변형 또는 비-신장)로부터 변형되는 감지 멤브레인(155)을 도시한다. 이러한 변형은 예를 들어 일부 실시형태에 따른 PRV(100)에 대해 위에서 설명된 바와 같이, 밸브 시트(204)와 접촉되는 밸브 부재(205)에 초기 또는 최소 편향력을 제공하는 초기 변형 또는 예비하중이다.
도 24는 FCPRV(700)에 대한 추가적인 대안적인 실시형태를 도시한다. FCPRV는 가스 소스로부터 가스의 유동을 수신하고 예를 들어 도 1의 호흡 시스템(12)과 같은 시스템에 가스의 유동을 전달하기 위한, 메인 유입구(251) 및 메인 배출구(253)를 갖는다. PRV(100)는 압력 임계값을 초과하는 압력을 완화시키기 위해 제공되며, 도시된 실시형태에서, 멤브레인 밸브 부재(105), 및 밸브 유입구(101), 배출구 챔버(102) 및 밸브 시트(104)를 포함하는 이전의 실시형태들을 참조하여 설명된 바와 같은 다른 피처들을 포함한다. 배출구 챔버(102)로부터의 배출구(예를 들어, 도 2a의 배출구(103))는 도 24의 도면에서 가려지지만 배출구 챔버(102)의 벽(206)에 제공된다. FCPRV(700)는 메인 유입구(251)로부터 메인 배출구(253)로 전달되는 가스의 유동의 유량에 기초하여 PRV(100)의 압력 임계값을 동적으로 조정하기 위한 감지 기기를 포함한다. 감지 기기는 감지 챔버(254)를 포함하고, 감지 부재(255)가 감지 챔버(254)에 위치된다. FCPRV(700)의 본체(210)는 감지 챔버(254) 및 배출구 챔버(102) 둘 모두를 형성하고, 분할 벽(206b)은 이 둘을 분리시킨다.
이전에 설명된 실시형태들과 달리, 도 24의 실시형태에서, 메인 유입구(251)로부터 메인 배출구(253)로의 가스의 유동은 감지 챔버(254)를 통하여 제1 챔버(254a)로부터 제2 챔버(254b)로 유동하고, 메인 배출구(253)는 제2 챔버(254b)로부터 비롯된다. 감지 부재(255)는 비-밀봉형 플런저이며, 이는 플런저가 감지 챔버의 벽(206c)과 밀봉을 형성하지 않는다는 것을 의미한다. 감지 플런저(255)는 기계식 링크(257)에 의해 밸브 부재(105)에 기계식으로 결합된다. 도시된 실시형태에서, 링크(257)는 길이 조정 가능한 2개의 신축식 부재를 포함한다. 플런저(255)의 외측 둘레와 감지 챔버의 벽(206c) 사이의 환형 갭(252)은 메인 유입구로부터 메인 배출구로의 가스의 유동에 대한 제한을 제공한다. 부가적으로, 일부 실시형태에서, 플런저는 플런저를 통하는 개구(도시되지 않음)를 포함할 수 있으므로, 플런저와 챔버 벽 사이의 환형 갭(252) 및 플런저를 통하는 개구가 유동에 대한 원하는 저항을 제공한다. 대안적인 실시형태에서, 플런저는 피스톤일 수 있으며, 예를 들어, 감지 챔버의 벽과 밀봉을 형성하지만, 피스톤을 통하는 하나 이상의 개구를 구비하여 유동 제한부(252)를 제공한다. 유동 제한부(252)를 통과하는 가스의 유동 이전에 밸브 유입구(101)가 메인 유입구(251)로부터 가스의 유동을 수신하기 때문에, 갭 또는 유동 제한부(252)는 밸브 유입구(101)의 하류에 있거나, 또는 달리 말하면, 밸브 유입구(101)가 제한부(252)에 의해 생성된 압력 강하를 겪지 않기 때문에, 밸브 유입구(101)는 유동 제한부(252)의 상류에 있다. 유동이 환형 갭(252)을 통과함에 따라, 플런저(255)의 하류 측면(254b)을 통한 감지 챔버에서의 압력이 플런저(255)의 상류 측면(254b)을 통한 감지 챔버(254)에서의 압력보다 더 낮도록, 압력 강하가 생성된다. 감지 부재(255)의 상류 측면은 감지 챔버(254)의 제1 챔버(254a)로서 지칭될 수 있고, 감지 부재(255)의 하류 측면은 제2 챔버(254b)로서 지칭될 수 있다; 감지 플런저(255)는 제1 및 제2 챔버(254a, 254b)를 분할하지만, 제1 챔버로부터 제2 챔버로 가스의 유동이 전달되기 때문에 2개의 챔버를 공압식으로 분리시키지 않는다. 제1 챔버(254a)는 감지 부재(255)와 감지 챔버 벽(206c) 사이의 갭에 의해 제공되는 유동 제한부(252)의 상류에서 가스의 유동과 유체 연통되며, 제2 챔버(254b)는 감지 부재(255)와 챔버 벽(206c) 사이의 갭(252)에 의해 제공되는 유동 제한부(252)의 하류에서 가스의 유동과 유체 연통된다. 감지 챔버(254)를 통해 메인 유입구로부터 메인 배출구로 전달되는 가스의 유량에 따라, 감지 부재(255)에 걸치는 압력 차이는 감지 부재(255)로 하여금 밸브 유입구(101)로부터 멀어지게 이동하게 하며, 링크(257)를 통해 밸브 시트(104)를 향하여 밸브 부재(101)를 편향시키게 한다.
도 24의 FCPRV의 개략도는 도 25a 및 도 25b에 제공된다. 도 25a는 감지 플런저(255)에 걸치는 차압이 없거나 작은 차압을 갖는, 유량이 없는 구성 또는 저유량 구성을 도시한다. 도 25b는 증가된 유량 또는 고유량 구성을 도시하며, 감지 플런저(255)가 감지 챔버의 제2 챔버(254b)를 향해 가압되도록 감지 플런저에 걸치는 압력 차이가 존재한다. 감지 플런저의 이동은 감지 플런저로 하여금 기계식 링크(257)를 통해 밸브 시트(104)와 접촉되게 밀봉 부재(105)를 편향시키게 하고, 메인 유입구(251)로부터 메인 배출구(253)로의 FCPRV를 통하는 유동은 플런저(255)와 감지 챔버(254)의 벽 사이의 환형 갭(252)에 의해 제공되는 유동 제한부를 통과한다.
도 24의 FCPRV와 유사한 FCPRV의 개략도는 도 26a 및 도 26b에 제공된다. 이러한 실시형태에서, 감지 부재는 감지 챔버의 벽과 밀봉을 형성하는 피스톤(280)이다. 피스톤은 개구(281)를 포함한다. 개구(281)는 감지 챔버를 통하는 유동에 대한 제한을 제공한다. 도 26a는 감지 피스톤(280)에 걸치는 차압이 없거나 작은 차압을 갖는, 유량이 없는 구성 또는 저유량 구성을 도시한다. 도 26b는 증가된 유량 또는 고유량 구성을 도시하며, 감지 피스톤(255)이 감지 챔버의 제2 챔버(254b)를 향해 가압되도록 감지 피스톤에 걸치는 압력 차이가 존재한다. 감지 피스톤의 이동은 감지 피스톤으로 하여금 기계식 링크(257)를 통해 밸브 시트(104)와 접촉되게 밀봉 부재(105)를 편향시키게 하고, 메인 유입구(251)로부터 메인 배출구(253)로의 FCPRV를 통하는 유동은 피스톤(280)을 통하는 개구(281)에 의해 제공되는 유동 제한부를 통과한다. 또한, 실린더 하우징(254)과 슬라이딩 관계에 있는 피스톤 감지 부재(255)를 포함하는 실시형태에서, 예를 들어 실린더 벽의 채널을 통해, 또는 피스톤의 둘레의 컷아웃 또는 노치를 통해, 피스톤(255)과 실린더(254) 사이의 유동 경로가 존재할 수 있다. 피스톤과 실린더 사이의 이러한 유동 경로는 피스톤을 통하는 개구들과 더불어 이루어질 수 있다. 추가적인 실시형태에서, 도 26a 및 도 26b의 장치는 멤브레인을 통하는 개구를 갖는 멤브레인 감지 부재로 구현될 수 있거나, 또는 다공성 멤브레인을 사용하여 구현될 수 있다. 유동 경로는 감지 부재를 통하는 개구 및 기계식 링크를 통해 제공될 수 있으며, 예를 들어 감지 부재를 통하여 연장되는 단부를 갖는 중공 기계식 링크를 통해 제공될 수 있다.
일부 실시형태에서, FCPRV는 멤브레인(105, 155)과 같은 FCPRV의 구성 요소들을 둘러싸기 위한 하우징 엔클로저 또는 외측 하우징을 포함한다. 도 27a 및 도 27b는 하우징(180)을 포함하는 FCPRV(800)를 도시한다. 하우징은 밸브 부재(105) 및 감지 부재(155)를 둘러싼다. FCPRV는 본체(110)를 갖는다. 일부 실시형태에서, 본체는 감지 챔버(154)의 제1 챔버(154a) 및 배출구 챔버(102)를 제공하거나 형성한다. 일부 실시형태에서, 본체는 또한 예를 들어 일체로 형성된 본체(110)에서, 메인 유입구(151) 및 메인 배출구(153)를 포함한다. 도 27a에 도시된 실시형태의 본체(110)는 도 28a 및 도 28b에 도시된다. 일부 실시형태에서, 하우징(180)은 함께 조립되는 2개의 부분(180a, 180b)(예를 들어, 2개의 절반부)을 포함한다. 2개의 하우징 부분은 상보형 설부 및 홈 장치와 함께 고정될 수 있거나, 또는 나사식 또는 볼트식 장치를 사용하여 고정될 수 있거나, 또는 예를 들어 초음파 용접 또는 임의의 다른 적절한 방법으로 함께 용접될 수 있다. 예를 들어, 가스킷과 같은 밀봉 부재가 2개의 하우징 부분들 사이에 제공될 수 있지만, 하우징의 내부 및 외부에 주위 압력이 존재하기 때문에, 밀봉이 불필요할 가능성이 있다. 본체(110)와 밸브 부재 및 감지 부재는 2개의 하우징 부분들 내에 수용되어 2개의 하우징 부분들에 의해 둘러싸인다. 일부 실시형태에서, 하우징 부분들 중 하나(180a)(제1 하우징 부분)는 밸브 부재가 밸브 시트(104)로부터 변위되는 변위 챔버(107)를 제공한다. 일부 실시형태에서, 하우징 부분들 중 하나(180b)(제2 하우징 부분)는 감지 챔버(154)의 제2 챔버(154b)를 제공한다. 일부 실시형태에서, 밸브 부재 및/또는 감지 부재는 또한 감지 챔버의 제1 챔버(154a) 또는 배출구 챔버(102)를 밀봉하기 위한 밀봉 부재로서 작용하거나 밀봉 부재를 제공한다. 예를 들어, 하우징(예를 들어, 제1 하우징 부분(180a))은 하우징의 측벽으로부터 내향하게 연장되는 환형 부재(182)를 포함한다. 환형 부재(182)는 밸브 부재(105)(격막)의 둘레 부분에 지탱되어 밸브 부재가 하우징과 본체(110) 사이에 끼워짐으로써, 주위 또는 변위 챔버(107)로부터(그러나 밸브 부재를 통해 제공될 수 있는 임의의 유동 경로에 대해) 배출구 챔버(102)를 밀봉한다. 본체는 환형 견부 또는 플랜지(183), 및 본체 환형 플랜지와 하우징 환형 부재 사이에 끼워진 밸브 부재를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 밸브 부재는 환형 플랜지(183)의 외측 에지를 수용하는 반경 방향으로 내향하는 채널 또는 홈을 포함할 수 있다. 하우징 환형 부재(182), 및 환형 부재(182)의 반경 방향으로 내향하는 하우징 벽은 변위 챔버를 형성한다. 환형 부재(182) 및 본체 플랜지(183)는 원형 또는 다른 형상일 수 있다. 감지 챔버의 제2 챔버(154b)는 유사하게 형성될 수 있으며, 본체(110)는 하우징(180)의 측벽으로부터 연장되는 하우징 환형 부재(182) 및 환형 플랜지(184)를 포함하고, 감지 부재가 그 사이에 포획되거나/끼워진다.
일부 실시형태에서, 본체(110)는 2개의 하우징 부분들 사이에 체결된다. 도 27b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 본체(110)는 하우징 부분들(180a, 180b)의 환형 벽들(182) 사이에 체결된다. 또한, 밸브 부재 및 감지 부재는 각각의 하우징 부분(180a, 180b)과 본체(110) 사이에 체결된다.
일부 실시형태에서, 밸브 부재 및/또는 감지 부재는 강성 프레임 및 격막 또는 멤브레인을 포함한다. 강성 프레임은 격막 또는 멤브레인의 둘레를 지지 또는 유지하거나, 또는 격막 또는 멤브레인의 둘레에 결합된다. 앞서 설명된 바와 같이, 일부 실시형태에서, 멤브레인(105, 155)은 탄성 중합체 멤브레인이다. 도 27c 내지 도 27e를 참조하면, 멤브레인(105)은 멤브레인이 미리 결정된 인장력을 갖도록 인장된 상태로 프레임(105e)에 의해 유지될 수 있다. 강성 프레임(105e)은 멤브레인(105)에 오버몰딩될 수 있거나, 또는 바람직한 실시형태에서, 멤브레인이 프레임에 오버몰딩될 수 있다. 오버몰딩 공정에서, 강성 프레임은 주형 공동에 유지될 수 있고, 경화되지 않은 재료가 공동 내로 주입되어 프레임에 오버몰딩된 멤브레인을 형성할 수 있다. 멤브레인 재료가 경화됨에 따라, 멤브레인의 재료가 예를 들어 2 내지 3%로 수축되어, 프레임 내에서 멤브레인의 프리텐셔닝을 유발한다. 멤브레인을 본체에 조립하기 위해 프레임(105e)은 밸브 본체(110)와 맞물린다. 프레임은 프레임을 본체에 클리핑하기 위한 클리핑 인터페이스(105f)를 포함할 수 있다. 프레임은 FCPRV의 조립 동안에 멤브레인에서 달성되어 유지될 정확한 인장력을 유발한다. 멤브레인(105 및 155)의 편향을 유발하는 본체(110) 상의 피처들을 사용하여 추가적인 프리텐셔닝이 추가될 수 있다. 멤브레인이 밸브 본체에 조립되기 위해 신장될 필요가 없기 때문에, 밸브 본체에 대한 프레임(105e)의 결합은 정확한 인장력이 유지되도록 보장한다. 프레임이 없는 실시형태(예를 들어, 도 27b에 도시된 바와 같은)에서, 멤브레인은 밸브 본체에 끼워 맞춰지도록 신장되거나 달리 변형될 필요가 있을 수 있으며, 이는 밸브 본체에 조립되는 경우 멤브레인의 인장력의 변동을 유발할 수 있어서, 상이한 밸브들 간에 성능의 변동을 유발한다. 예를 들어, 도 27a에 도시된 압력 포트(156 및 185)와 같은 포트가 밸브 부재를 통하여 제공되는 경우, 포트는 강성 프레임을 통하여 또는 프레임에 오버몰딩된 멤브레인 재료 및 프레임을 통하여 연장될 수 있다. 포트에 대한 이러한 배치는 포트가 멤브레인의 인장력을 방해하지 않는다는 것을 의미한다. 프레임에 걸쳐서 오버몰딩된 멤브레인 재료의 영역(105g)은 예를 들어 감지 챔버 또는 배출구 챔버 또는 변위 챔버와 같은, 밸브의 챔버 벽과 밀봉을 형성할 수 있다.
감지 부재(155) 및 밸브 부재(105)의 비교적 강성 프레임(105e)은 당업계에 공지된 폴리카보네이트 또는 다른 플라스틱 재료와 같은 플라스틱 재료 또는 금속과 같은, 임의의 적절한 강성 재료로 형성될 수 있다. 또한, 본체(110)는 비교적 강성 재료로 구성되며, 밸브 부재 및 감지 부재의 프레임과 동일한 재료 또는 당업계에 공지된 다른 강성 재료로 제조될 수 있다. 또한, 바람직하게는, 하우징은 비교적 강성 재료로 구성되며, 밸브 본체와 동일한 재료 또는 당업계에 공지된 다른 재료로 제조될 수 있다. 밸브 멤브레인 또는 밸브 본체와 같은 밸브의 부분들은 증기 투과성 재료로 형성될 수 있다.
하우징(180)은 환형 벽(182) 및 밸브 부재(105)의 둘레의 외부로 연장되어, 변위 챔버의 외부 및 하우징 내부에 공동 또는 공간(186)(제1 공간)을 생성한다. 일부 실시형태에서, 하우징(180) 내의 하우징 공간(186)은 변위 챔버 및 배출구 챔버(102)를 둘러싼다. 일부 실시형태에서, 하우징(180) 내의 하우징 공간(186)은 변위 챔버(107), 배출구 챔버(102) 및 감지 챔버(154)를 둘러싼다. 연통 도관 또는 라인(185)은 변위 챔버(107)와 하우징 공간(186) 사이에 제공될 수 있다. 공간(186)은 개구(112 및 188)를 통해 주위 환경으로 개방된다. 일부 실시형태에서, 연통 도관은 주위 환경과 직접 유체 연통된다. 일부 실시형태에서, 개구(112)는 메인 유입구 및 메인 배출구 중 하나와 동축이다. 도 27a의 도시된 실시형태에서, 변위 챔버(107)와 유체 연통되는 개구는 개구(112)가 환형 개구가 되도록 메인 배출구(153)와 동축이다. 일부 실시형태에서, 변위 챔버(107)를 하우징 공간(186)과 유체 연결하는 포트(185)는 하우징(180)의 환형 벽(182)의 반경 방향으로 내부 및 밸브 부재(105)의 둘레에 인접하여 밸브 부재(105)를 통해 연장된다.
일부 실시형태에서, 연통 포트 또는 라인(156)은 감지 챔버(154)의 제2 챔버(154b)와 메인 배출구(153) 사이에 제공된다. 일부 실시형태에서, 포트(156)는 하우징(180)의 환형 벽(182)의 반경 방향으로 내부 및 감지 부재(155)의 둘레에 인접하여 감지 부재(155)를 통해 유체 연장된다. 유동 제한부 또는 오리피스(152)의 하류 또는 메인 배출구에서의 압력은 위치(156a)(도 27a)에서 감지된다. 이는 유동 수축부에서 동일하게 이루어질 수 있다. 이러한 압력 샘플링 지점이 메인 가스 유동에 있기 때문에, 감지 챔버(154)의 제2 챔버에서 감지 부재(155)에 의해 감지된 압력은 난류 압력/동압을 겪을 수 있다. FCPRV는 감지 부재에 의해 감지되는 압력 변동을 안정화시키도록 가스의 메인 흐름으로부터 포트(156)를 차폐시키기 위한 배플을 선택적으로 포함할 수 있다. FCPRV는 감지 부재에 의해 감지되는 압력 변동을 안정화시키도록 감지 챔버 및 메인 가스 유동 경로로부터 유동 경로를 차폐시키기 위한 배플을 선택적으로 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 하우징(180)은 배출구 챔버(102)의 외부에 공동 또는 공간(187)(제2 공간)을 제공한다. 배출구(103)는 본체(110)의 벽(106)(도 27a에 도시됨)을 통하여 제공될 수 있으므로, 밸브 부재가 밸브 시트(104)로부터 멀어지게 상승되는 경우 압력 릴리프 밸브(100)를 통과하는 가스가 배출구 챔버(102)로부터 하우징 공간(187) 내로 배출될 수 있다. 배출구 챔버(102)는 제1 배출구 챔버일 수 있고, 하우징 공간(187)은 제2 배출구 챔버일 수 있으며, 제1 및 제2 배출구 챔버는 직렬로 배치되고, 배출 가스는 제1 배출구 챔버 및 제2 배출구 챔버를 통과하여 주변 환경으로 배출된다. 또한, 배출 또는 하우징 공간(187)으로부터 주변의 주위 환경으로의 배출구(188) 또는 배출구들은 배출구들(vent outlets)로서 기술될 수 있다. 배출구(103, 188)는 특정 밸브 특성을 달성하도록 조정될 수 있다. 일부 실시형태에서, 배출구(103)는 배출구(188)와 비교하여, 배출구(188)에서 실질적인 압력 강하가 달성되도록 충분히 클 수 있거나, 또는 대안적으로, 일부 실시형태에서, 배출구(103)는 배출구 챔버(102)로부터의 배출구(103)에서 실질적인 압력 강하가 달성되도록 충분히 작을 수 있다. 일부 실시형태에서, 위에서 설명된 하우징 공간들(186, 187)은 감지 챔버(154), 배출구 챔버(102) 및 변위 챔버(103)를 둘러싸는 단일 하우징 공간으로서 결합된다. 일부 실시형태에서, 하우징은 2개의 별개의 하우징 공간(186, 187)을 제공한다. 일부 실시형태에서, 본체 또는 하우징은 배출구 챔버로부터 하우징 배출구(188)로 배출되는 가스를 채널링하기 위해, 배출구(103)와 하우징 배출구(188) 사이로 연장되는 보호판(shroud) 또는 덕트(duct)(189)를 포함한다. 덕트는 변위 챔버와 유체 연통되는 하우징 공간(186)에 위치될 수 있다. 덕트(189)의 내부는 가스가 배출구 챔버로부터 배출되는 하우징 공간(187)을 제공할 수 있다. 덕트는 배출구 챔버로부터 배출되는 가스를 변위 챔버와 연통되는 하우징 공간(186)으로부터 실질적으로 분리시킬 수 있다. 도시된 실시형태에서, 덕트(189)는 본체로부터 연장된다.
일부 실시형태에서, 하우징 공간(187)으로부터 주위로의 하우징 배출구(188)는 메인 유입구 및 메인 배출구 중 하나와 동축이다. 도 27a의 도시된 실시형태에서, 배출구(188)는 배출구(188)가 환형이 되도록 메인 유입구(151)와 동축이다.
일부 실시형태에서, 메인 유입구 및 메인 배출구는 도 27a에 가장 잘 도시된 바와 같이 정렬된다. 위에서 설명된 바와 같이, 일부 실시형태에서, 변위 챔버 배출구(112)(제1 하우징 배출구) 및 배출구(188)(제2 하우징 배출구)는 메인 유입구 및 메인 배출구 각각과 동축이다.
도 27a에 도시된 바와 같이, 일부 실시형태에서, 밸브는 메인 유입구(151)와 밸브 시트(104) 사이의 유동 경로에 만곡부를 포함한다. 도 27a의 실시형태에서, 만곡부는 90도 만곡부이다. 밸브 부재(105)에 의해 감지되는 압력은 도 27a의 위치(151a)에서, 만곡부의 하류 측면에서 샘플링된다. 만곡부는 밸브 부재(105)에 작용하는 샘플링 지점(151a)에서의 난류 동압을 감소시킬 수 있다. 샘플 지점(151a)은 메인 유입구(151)로부터 메인 배출구(153)로의 직선-관통형 유동 경로인 메인 가스 유동 경로(158)의 외부에 있다.
이전의 실시형태들을 참조하여 앞서 설명된 바와 같이, 밸브 부재 및 감지 부재는 기계식 링크(157)에 의해 결합될 수 있다. 기계식 링크(157)는 강성 로드 또는 샤프트일 수 있거나, 또는 라인 또는 코드와 같은 가요성 부재일 수 있다. 기계식 링크는 예를 들어 관형 가이드(181)와 같은 가이드에 수용된다. 도 27a의 실시형태에서, 링크는 관형 가이드(181) 내에서 슬라이딩되는 강성 로드 또는 샤프트이다. 일부 실시형태에서, 감지 챔버(154)의 제1 챔버(154a)는 기계식 링크 가이드(181)를 통해 메인 유입구와 유체 연통됨으로써, 감지 부재가 기계식 링크 가이드를 통해 메인 유입구 내의 압력을 감지할 수 있다. 가이드(181)는 링크(157)를 위치시키고 메인 유입구(151)와 감지 챔버(154a) 사이에 유체 연통을 제공한다. 메인 유입구 또는 메인 유동 경로는 링크(157)와 링크 가이드(181) 사이의 환형 공간을 통해 감지 챔버와 유체 연통된다. 공간은 비교적 작은 단면적을 가지며, 메인 가스 유동 경로로부터 감지 챔버(154)로의 비교적 긴 경로를 가질 수도 있다. 링크와 링크 가이드 사이의 작은 면적의 공간은 유동에 대한 의도적인 저항을 제공하여, 메인 가스 유동 경로(158)에서의 압력 변동이 감지 챔버 및 감지 부재(155)에 도달하는데 걸리는 시간을 지연시킨다. 결과적으로, 밸브 반응의 시간 상수가 길어짐으로써, 밸브가 압력 변동에 덜 반응하게 하고, 이는 CPAP와 같은 일부 적용예에서 이로운 것이다. 일부 실시형태에서, 링크(157)는 리브형 외측 표면을 포함한다. 리브는 난류 유동 경로를 생성하여 유입구와 감지 챔버 사이의 유동에 대한 추가적인 저항을 생성한다. 리브는 링크와 링크 가이드 사이에 적당한 공간을 유지하면서, 즉 유동에 대한 원하는 저항을 생성하기 위해 샤프트와 샤프트 가이드 사이에 긴밀한 공차 끼워 맞춤을 필요로 하지 않으면서, 난류로 인한 유동에 대한 저항을 생성할 수 있다.
일부 실시형태에서, 기계식 링크는 도 29a 및 도 29b에 도시된 바와 같은 리브형 구조체를 포함하는 강성 샤프트 또는 로드이다. 리브는 재료의 양을 감소시키기 위해 샤프트에 충분한 강성을 제공한다. 샤프트의 일 단부에는 플랜지(157b)가 제공된다. 링크를 감지 부재에 결합시키기 위한 로킹 와셔(157c) 또는 다른 수단이 대향 단부에 제공된다. 로킹 와셔는 외측 둘레 부분으로부터 내향하게 연장되는 다수의 돌출부를 포함한다. 돌출부의 반경 방향으로 내향하는 단부는 샤프트의 단부와 맞물린다. 와셔는 견부 또는 와셔 수용 부분에 의해 샤프트의 단부 상에 유지된다. 와셔 및 플랜지는 밸브 부재(105) 및 감지 부재(155) 각각에 지탱되어, 도 29b에 도시된 바와 같이, 2개의 부재를 함께 결합시킨다. 일부 실시형태에서, 와셔는 밸브 부재 또는 감지 부재 내로 오버몰딩될 수 있어서, 부재가 링크에 클리핑된다. 일부 실시형태에서, 와셔 또는 로킹 와셔는 샤프트의 양 단부에 제공될 수 있다. 와셔는 이하에서 설명되는 바와 같이 플랜지(157b)를 제공할 수 있다.
일부 실시형태에서, 기계식 링크는 밸브 시트와 접촉되게 밸브 부재(105)를 지지하기 위한 플랜지(157b)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 도 27e 및 도 27f에 도시된 바와 같이, 플랜지(157b)는 밸브 시트의 직경보다 더 큰 직경을 가지므로, 밸브 부재가 밸브 시트와 접촉되게 안착되는 경우, 밸브 부재는 플랜지와 밸브 시트 사이에서 밸브 시트와 접촉되게 지지된다. 감지 부재가 밸브 시트와 접촉되게 밸브 부재를 당기는 경우, 플랜지는 도 27e 및 도 27f에 도시된 바와 같이, 밸브 시트의 외경에 의해 한정된 영역보다 더 큰 영역에 걸쳐서 밸브 부재를 지지하고 당긴다. 플랜지는 밸브 시트에 걸쳐서 밸브 부재의 평탄한 영역을 유지시키도록 작용한다. 일부 실시형태에서, 플랜지는 밸브 시트(104)와 접촉되는 측면에 대향하는 밸브 부재의 측면 상에서 밸브 부재를 지지한다. 일부 실시형태에서, 플랜지는 밸브 부재 내에 오버몰딩될 수 있다. 플랜지의 직경은 밸브 시트의 직경보다 더 작을 수 있거나(도 27a 및 도 27b), 밸브 시트의 직경보다 더 클 수 있거나(도 27e 및 도 27F), 또는 밸브 시트의 직경과 동일할 수 있다. 일부 실시형태에서, 플랜지는 밸브 시트와 접촉되게 안착될 수 있으며, 이 경우 플랜지는 밸브 부재의 일부이다.
도 27e의 실시형태는 메인 가스 유동 경로(158)와 감지 부재(155) 사이에 비교적 제한된 공압식 커플링을 포함한다. 도 27a를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 이는 감지 부재(155)에 도달하는 메인 가스 유동 경로(158)에서의 압력 변동에 대한 댐핑 효과를 제공하고, 이에 따라 안정한 밸브 작동을 제공한다. 그러나, 일부 적용예에서, 바람직한 더 작은 시간 상수/더 신속한 반응 밸브가 바람직할 수 있다. 더 신속한 반응 특성은 유동 제한부의 상류의 메인 가스 유동 경로(즉, 메인 유입구)와 감지 부재(155) 사이에 증가된 또는 유효한 공압식 커플링을 제공함으로써 달성될 수 있다. 도 27e는 메인 가스 유동 경로(158)와 감지 부재(155) 사이에 증가된 공압식 커플링을 포함하는 실시형태를 도시한다. 도 27f의 FCPRV는 도 27e의 실시형태와 동일하지만, 기계식 링크 가이드 튜브(181)가 없다. 메인 유입구 또는 메인 가스 유동 경로(158)와 기계식 링크가 연장되는 감지 챔버 사이에 개구부(158a)가 제공된다. 따라서, 링크가 개구부를 통해 수용되면서, 개구부(158)는 감지 챔버 및 이에 따른 감지 부재와 메인 가스 유동 사이에 환형 공간을 제공한다. 도 27e의 링크와 링크 가이드(181) 사이의 환형 공간에 비해 개구부(158a)의 환형 공간의 증가된 면적은 더 신속한 반응을 유발함으로써, 도 27f의 밸브가 메인 가스 유동 경로(158)의 압력 변화에 더 신속하게 반응한다. 대안적으로, 가이드 튜브에는 가이드 튜브(181)와 꼬임부(157) 사이의 더 큰 간극이 제공될 수 있다. 개구부(158a)의 증가된 면적은 메인 가스 유동과 감지 챔버 사이의 감소된 유동 제한부를 유발한다. 결과적인 더 신속한 반응 밸브는, 예를 들어 도 1fa, 도 1fb 및 도 1fc를 참조하여 위에서 설명된 시스템과 같이, 인공 호흡기로서 작용하도록, 압축 가스 탱크 또는 병원 벽의 유량계 공급기와 같은 설정 유동 소스와 함께 사용하기 위해 특히 유용하다. 더 신속한 반응 밸브에서, FCPRV 및 또한 이에 따른 환자에서의 시스템 압력은 도 1fc에 도시된 이중-레벨 압력들(P1 및 P2) 사이에서 급격하게 변화하는 경향이 있다. 이와 같이 구성된 밸브는 예를 들어, 구급차 수송시에, 한정된 수의 종래의 인공 호흡기가 이용 가능할 수 있는 집단 환자 발생시에, 현장 병원에서, 그리고 개발 도상국에서와 같이, 종래의 인공 호흡기가 이용 가능하지 않은 상황들에서 유용할 수 있는 매우 저렴한 비용의 휴대용 인공 호흡기를 유리하게 제공한다.
도 27f의 실시형태에서, 메인 가스 유동(158)과 감지 챔버(154)의 제1 챔버(154a) 사이의 유동 제한부는 메인 가스 유동과 제1 챔버 사이의 공압식 커플링을 증가시키기 위해 감소된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 메인 가스 유동(158)과 감지 챔버(154) 사이의 공압식 커플링은 메인 가스 유동(158)과 감지 챔버(154)의 제2 챔버(154b) 사이의 공압식 커플링을 증가시킴으로써 더 신속한 반응 밸브를 달성하기 위해 증가될 수 있다. 예를 들어, 메인 유동 경로(158)와 제2 챔버(154b) 사이의 압력 포트(156)의 영역이 증가될 수 있거나/증가될 수 있고, 압력 포트(156)의 길이가 감소될 수 있다. 또한, 더 신속한 반응 밸브는 변위 챔버(107)로부터 압력 포트(185)의 영역을 증가시킴으로써 또는 감지 챔버의 제1 및/또는 제2 챔버의 체적을 감소시킴으로써 달성될 수 있다.
다양한 FCPRV 실시형태들이 위에서 설명되었다. 2개의 바람직한 실시형태에 대한 밸브 본체(110), 밸브 부재(105) 및 감지 부재(155)가 도 27e 및 도 27f에 도시된다. 이들 실시형태에서, 몇몇 예시적인 대략적인 밸브 치수는 아래에 제공된다.
밸브 시트 직경 20 mm/PRV 유입구 튜브(101) 영역 315 mm2(즉, 밸브 부재가 밸브 시트(104)와 접촉되게 안착되는 경우, 유입구 압력(Pc)에 노출된 밸브 부재(105)의 영역).
밸브 부재 및 감지 부재 0.3 mm 두께의 고무 재료, 예를 들어 약 0.1 GPa의 탄성 계수(예를 들어, 실리콘 고무).
약 60 mm의 밸브 부재 및 감지 부재 직경.
약 1 mm의 밸브 시트와 접촉되는 밸브 부재 편향.
밸브 시트와 접촉되는 밸브 부재와의 약 1 mm의 감지 부재 편향, 감지 부재는 약 1 mm만큼 변위될 것이다.
유동 제한부 오리피스(152) 영역 37 mm2.
유동 방향으로의 배출구 개구(103) 80 mm2(예를 들어, 각각 40 mm2의 2개의 홀들).
일부 실시형태에서, FCPRV는 가역적으로 구성될 수 있으므로, FCPRV는, 유입구(151)로서 메인 유동 경로(158)의 제1 연결부 및 배출구(153)로서 메인 유동 경로(158)의 제2 연결부를 갖는 제1 구성, 및 배출구(153)로서 메인 유동 경로(158)의 제1 연결부 및 유입구(151)로서 메인 유동 경로(158)의 제2 연결부를 갖는 제2 구성으로 시스템에서 연결될 수 있다. 도 30에 도시된 바와 같이, FCPRV는 메인 유입구(151)로서 시스템에서 연결된 메인 유동 경로(158)의 제1 연결부(158a)와 연결된다. 메인 유동 경로(158)의 제2 연결부(158b)는 메인 배출구(153)로서 연결된다. 메인 유동 경로의 제1 연결부(158a)와 감지 챔버(154b) 사이의 제1 압력 포트 또는 연통 라인(156-1), 및 메인 유동 경로(158)의 제2 연결부(158b)와 감지 챔버(154b) 사이의 제2 압력 포트 또는 연통 라인(156-2)이 가역적 밸브(500')에 제공된다. 또한, 메인 유동 경로(158)의 제1 연결부(158a)에 인접한 제1 유동 제한부(152-1)(예를 들어, 오리피스 또는 벤투리관), 및 메인 유동 경로(158)의 제2 연결부(158b)에 인접한 제2 유동 제한부(152-2)(예를 들어, 오리피스 또는 벤투리관)가 가역적 FCPRV에 제공된다. 시스템의 유입구 도관 및 배출구 도관은, 유입구 도관이 메인 유동 제1 연결부(158a) 또는 메인 유동 제2 연결부(158b)에 부착되는 경우, 제1 압력 포트(156-1) 또는 제2 압력 포트(156-2)가 유입구 도관에 의해 차단되도록 적응된다. 대안적으로, 메인 유동 경로 제1 연결부(158a) 또는 메인 유동 경로 제2 연결부(158b) 중 어느 하나에 선택적으로 끼워 맞춰져서, 각각의 압력 포트(156-1 또는 156-2)를 차단하고 메인 유동 경로에 대한 유입구(151)로서 제1 연결부(158a) 또는 제2 연결부(158b)를 구성하기 위한 커넥터(168)가 FCPRV에 제공될 수 있다. 제1 및 제2 메인 유동 연결부(158a, 158b) 중 다른 하나는 메인 배출구(153)로서 구성되고, 각각의 제1 또는 제2 압력 포트(156-1, 156-2)는 차단 해제된다. 예를 들어, 도 30에 도시된 바와 같이, 유입구 도관 또는 커넥터(168)가 제1 메인 유동 연결부(168a)에 연결되는 경우, 제1 압력 포트(156-1)는 차단되고, 제1 제한부(152-1)에서의 압력 강하는 감지 부재(280)에 의해 감지되지 않는다. 감지 부재(280)는 메인 배출구(153)로서 구성된 메인 유동 연결부(158b)에 인접하는 제2 압력 부분(156-2)을 통해 압력 차이를 감지한다. 시스템 도관이 유입구 및 배출구 도관으로서 구성되어, 유입구 도관이 압력 포트(156-1, 156-2)를 차단하고, 배출구 도관이 압력 포트(156-1, 156-2)를 차단하지 않는 경우, FCPRV는 어떤 방식으로든 시스템에 끼워 맞춰질 수 있고 동일한 성능 특성을 달성할 수 있으며, 여기서 FCPRV는 제1 연결부(158a)로부터 밸브 시트(104)로 그리고 제2 연결부(158b)로부터 밸브 시트(104)로 동일한 유동 경로를 갖도록 구성된다(즉, 동일한 제1 및 제2 유동 제한부(156-1, 156-2)를 가짐). 이러한 배치는 의도하지 않게 FCPRV를 잘못된 방식으로 시스템에 연결하는 것을 방지한다. 대안적으로, FCPRV는 밸브를 통하는 메인 유동의 방향에 따라 상이한 특성을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 30의 실시형태에서, 제1 유동 제한부(156-1)는 제2 유동 제한부(156-2)와 상이할 수 있어서, 감지 부재에 의해 감지되는 제1 또는 제2 유동 제한부가 밸브의 연결 방향에 의해 선택적으로 선택되도록 한다. 도 30에 도시된 가역적 밸브는 피스톤 감지 부재(280)를 포함하는 도 21의 실시형태를 반영한다. 그러나, 도 30을 참조하여 설명된 제1 및 제2 제한부(152-1, 152-2)와 제1 및 제2 압력 포트(156-1, 156-2)를 포함하는 가역적 구성은 본원에서 설명된 임의의 실시형태에 따른 임의의 FCPRV에서, 예를 들어 멤브레인 감지 부재(155)를 포함하는 FCPRV에서 구현될 수 있다.
일부 실시형태에서, 예를 들어 FCPRV로부터 환자로의 가스의 유동을 제공하기 위한 도관과 같은, 도관 또는 튜브가 FCPRV에 제공된다. 도관은 FCPRV에 영구적으로 부착될 수 있다. 도관과 함께 FCPRV를 제공함으로써, 의도하지 않게 FCPRV를 잘못된 방식으로 시스템에 연결하는 위험이 감소된다.
일부 실시형태에서, 본원에 설명된 바와 같은 PRV 또는 FCPRV는 가습기를 포함하는 시스템에 사용하기 위해 적응될 수 있거나/적응될 수 있고, 환자 근처의 시스템에 위치될 수 있다. 따라서, 일부 적용예에서, 환자의 호흡 또는 가습된 가스로부터의 응축물이 PRV 또는 FCPRV에 축적될 수 있다. 일부 실시형태에서, 응축물의 축적을 감소시키거나 방지하기 위해, PRV 또는 FCPRV는, PRV 또는 FCPRV에서 응축물 형성을 감소시키거나 제거하도록 장치 또는 장치의 부분들을 가열하기 위한 히터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 밸브 본체(110)는 본체에 제공되거나 본체 내에 있는 와이어 또는 다른 저항성 요소와 같은, 전기 히터에 의해 가열될 수 있다. 밸브는 응축물을 제거하기 위한 워터 트랩 또는 다른 수단을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, PRV 또는 FCPRV는 가습기가 없는 시스템에서 사용될 수 있다.
추가적인 대안적인 실시형태에서, FCPRV는, FCPRV의 메인 유입구로부터 메인 배출구로 유동하는 가스의 유량(예를 들어, 유동 제한부에 걸치는 압력 강하 또는 제한부를 통하는 유량)을 검출하기 위한 하나 이상의 전자 센서를 포함하는 전기식 감지 장치인 감지 기기를 포함할 수 있다. 적합할 수 있는 센서의 몇몇 실시예는 핫 필름 센서 또는 초음파 센서, 또는 오리피스 또는 벤투리관을 통해 유량을 측정하기 위한 차동 센서 또는 압력 센서의 사용을 포함하는 임의의 다른 적합한 센서이다. 센서(들)로부터 신호를 수신하는 전기 제어기/프로세서는 FCPRV의 PRV의 릴리프 압력 임계값을 조정하도록 FCPRV의 PRV를 제어하기 위해 작동기를 구동하기 위한 출력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 작동기는 PRV의 밸브 시트(104, 204)를 향하는 부재(105, 205)의 편향의 양을 조정하기 위해, PRV의 밸브 부재(105, 205)에 부착된 링크(157, 257)와 같은 부재를 구동시키는 서보를 포함할 수 있다. 솔레노이드가 밸브 부재를 이동시키도록 제어될 수 있다.
다양한 PRV 및 FCPRV 실시형태들은 원형 밸브 및 감지 부재들과 함께 예시되었다. 그러나, 원하는 특성을 달성하기 위해 다른 형상이 바람직할 수 있다.
도 31a 및 도 31b는 전기식 감지 장치를 포함하는 FCPRV(901)를 도시한다. 전기식 감지 장치는 유량 및/또는 압력 감지 장치(950), 프로세서 또는 제어기(951)(예를 들어, 디지털 및/또는 아날로그 전자 장치, 및/또는 전기 기계식 장치), 및 작동기(952)를 포함한다. 감지 장치는 벤투리관 통로에서 그리고 벤투리관 통로에 인접하여 유량을 측정하기 위한 제1 및 제2 압력 센서와 벤투리관을 포함할 수 있거나, 상류 및 하류 압력 센서 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 유량 감지 장치와 함께 오리피스를 포함할 수 있다. 제어기(951)는 센서(950)로부터 신호를 수신하고, 예를 들어 메인 배출구(153)를 통해 유동하는 가스의 유량에 기초하여 기계식 링크(157)를 통해, 밸브 시트(104)와 접촉되게 밸브 부재(205)(즉, 플런저)에 인가되는 작용력 또는 하중의 양을 가변시키도록 작동기(952)를 제어한다. 도 31a 및 도 31b의 실시형태에서, 밸브 부재는 밸브 시트(104)에 지탱되도록 적응된 플런저이다. 작동기는 예를 들어 스프링(953)과 같은, 편향 부재 또는 요소(953)를 통해 밸브 부재(205)에 연결될 수 있다. 작동기는, 센서(950)에 의해 제공된 신호로부터 제어기에 의해 결정된 유량에 따라, 밸브 부재(205)를 밸브 시트(104)로부터 상승시키는데 필요한 압력을 조정하기 위해, 편향 부재(953)에 의해 제공되는 편향의 양을 조정하도록 제어기에 의해 구동될 수 있다. 도 31b는 PRV의 릴리프 압력을 증가시키기 위해, 편향 부재(953)를 신장시킴으로써 편향을 증가시키도록 구동된 작동기를 도시한다. 또한, 커플링 부재(157)는 강성일 수 있어서, 작동기가 밸브 부재를 직접 개방 및 폐쇄시킨다. 이러한 실시형태에서, 센서는 압력 및 유량을 모두 측정하고, 압력과 유량 사이의 관계에 기초하여 배출 밸브를 개방시킨다; 측정된 유량 및 측정된 압력에 대해, 밸브는 도 15b에 도시된 특성을 달성하도록 환자에서의 압력을 제어하기 위해, 미리 결정된 양으로 개방된다.
도 32a 및 도 32b는 전기식 감지 장치를 포함하는 FCPRV를 도시한다. 전기식 감지 장치는 유량 및/또는 압력 센서(950), 프로세서 또는 제어기(951)(예를 들어, 디지털 및/또는 아날로그 전자 장치), 및 작동기(952)를 포함한다. 제어기(951)는 센서(950)로부터 신호를 수신하고, 예를 들어 기계식 링크(157)를 통해, 밸브 시트(104)와 접촉되게 밸브 부재(105)에 인가되는 작용력 또는 하중의 양을 가변시키도록 작동기(952)를 제어한다. 도 32a 및 도 32b의 실시형태에서, 밸브 부재(104)는 밸브 시트(104)에 지탱되도록 적응된 가요성 격막이다. 작동기는, 센서(950)에 의해 제공된 신호로부터 제어기에 의해 결정된 유량에 따라, 밸브 부재(105)를 밸브 시트(104)로부터 상승시키는데 필요한 압력을 조정하기 위해, 밸브 부재에 인가되는 작용력 또는 하중의 양을 조정하여, 가요성 격막이 밸브 시트와 접촉되게 당겨질 때 가요성 격막의 만곡의 양을 가변시키도록 구동될 수 있다. 밸브 시트와 접촉되는 편향은 가요성 격막의 탄성에 의해 제공된다. 도 32b는 격막을 밸브 시트(104)와 접촉되게 당김으로써 편향을 증가시키도록 구동된 작동기를 도시한다.
도 33a 및 도 33b는 환자에게 제공되는 유량과 압력 사이의 관계에 기초하여 환자에서의 압력을 안전 레벨로 제어하는 유량 제어식 압력 조절 장치들을 도시한다. 장치들은 전기식 감지 장치를 각각 포함한다. 전기식 감지 장치는 유량 및 압력 센서(들)(950), 프로세서 또는 제어기(951)(예를 들어, 디지털 및/또는 아날로그 전자 장치), 및 작동기(952)를 포함한다. 제어기(951)는 센서(950)로부터 신호를 수신하고, 환자로의 유동의 양을 조정하기 위해 제한부 또는 개구부/오리피스의 크기를 가변시키도록 작동기(952)를 제어한다. 센서(950)는 환자에 대한 압력의 표시를 제공하기 위해, 가변적 유동 제한부(954)(예를 들어, 밸브)의 하류(즉, 환자 측면 상에)에 위치된다. 가변적 제한부 또는 밸브(954) 이후에 난류가 발생할 수 있다. 감지 장치(950)에 대한 난류의 영향을 감소시키기 위해, 배플 또는 베인이 제공될 수 있거나/제공될 수 있고, 센서는 가변적 유동 제한부/밸브의 충분히 하류에 위치될 수 있다. 도 33a에서, 가변적 유동 제한부(954)는 메인 유입구(151)로부터 메인 배출구(153)로의 메인 유동 경로에 있다. 유동 제한이 가변적 제한부(954)의 하류에서 시스템(또는 예를 들어 환자의 비공)에 도입되는 경우, 제어기는 주어진 유량에 대한 증가된 압력을 감지하고, 시스템을 통하는 설정 유량(예를 들어, 도 15b의 차트에서 수직 라인으로 나타낸 바와 같이)을 유지시키기 위해 오리피스 또는 개구부(954)의 크기를 증가시키도록 작동기(952)를 이동시킴으로써, 유동 제한부(954)를 감소시킬 수 있다. 유동에 대한 제한으로 인해 장치에서의 압력이 압력 대 유량 관계(즉, 도 15b의 곡선(142))에 기초하여 압력 한계에 도달하는 경우, 제어기는, 장치에서의 압력 및 이에 따른 환자에서의 압력 및 유량을 제한하기 위해(즉, 장치에서의 압력 및 유량이 도 15b의 지점 3에 있도록 제어되는 유동 제한부), 오리피스 또는 개구부의 크기를 감소시키도록 작동기(952)를 이동시킴으로써 유동 제한부(954)를 증가시키기 시작할 수 있다. 따라서, 밸브 또는 가변적 유동 제한부(954)는 압력과 유량 사이의 관계에 기초하여 제어된다. 작동기가 충분히 신속하게 반응할 수 없는 빠른 폐색의 경우에, 배출구 튜브의 압력을 감소시키기 위해 추가적인 배출구(955)가 사용될 수 있다.
도 33b에서, 가변적 유동 제한부(954)는 시스템으로부터의 유동의 일부분을 배출시키기 위한 배출 경로에 있다. 유동 제한이 밸브 또는 가변적 제한부(954)의 하류에서 시스템에 도입되는 경우, 제어기는 증가된 압력을 감지하고, 압력 조절 장치에서 그리고 이에 따른 환자에서 최대 설정 압력을 유지시키기 위해, 시스템으로부터의 유동을 배출하도록 오리피스 또는 개구부(954)의 크기를 증가시키기 위해 작동기(952)를 이동시킴으로써 유동 제한부(954)를 감소시킨다. 따라서, 밸브 또는 가변적 유동 제한부(954)는 압력과 유량 사이의 관계에 기초하여 제어된다. 일부 실시형태에서, 도 33a의 장치는 개구(955)로부터 배출되는 가스의 유량을 제어하기 위한 제2 작동기 및 밸브(954)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 33a의 배출 개구(955)는 도 33b에 도시된 바와 같은 밸브 장치에 의해 제어될 수 있다. 제어기는 도 33a에 도시된 바와 같이, 메인 유입구로부터 메인 배출구로의 유동을 폐색하도록 (제1) 작동기 및 밸브를 제어할 수 있고, 도 33b에 도시된 바와 같이, 제1 밸브의 하류에서 개구(955)로부터의 배출 유량을 제어하도록 제2 작동기 및 밸브를 제어할 수 있다. 제1 밸브는 위에서 설명된 바와 같이 제어될 수 있지만, 제1 밸브가 빠른 압력 증가에 반응할 수 없는 경우에, 제2 밸브가 유량 및 압력을 배출하도록 작동할 수 있다.
유량에 따라 밸브의 릴리프 압력을 조정하기 위한 감지 기기를 포함하는 FCPRV의 다양한 실시형태들이 설명되었다. 그러나, 유량 감지 기기가 없는 PRV, 예를 들어 도 2a 내지 도 12e를 참조하여 위에서 설명된 실시형태들은 고정된 입력 유량에 대한 유량 보정 압력 릴리프 밸브로서 작동하도록 구성될 수 있다. 도 34a의 차트를 참조하면, PRV는 도 3 내지 도 8을 참조하여 앞서 설명된 바와 같은, "굴곡부"를 갖도록 조정될 수 있다. Pc 곡선의 굴곡부로부터, 예를 들어 도 34a의 A 지점과 B 지점 사이에서, 배출 유량의 증가를 위해 Pc 압력은 감소된다. 환자로의 유량이 PRV로의 유량 마이너스 배출 유량과 동일해짐에 따라, A 지점과 B 지점 사이의 배출 유량 곡선의 음의 구배는 동일한 압력 대역(이러한 실시예에서 약 18 cmH2O 내지 약 30 cmH2O)에서 환자로의 유량에 대한 양의 구배에 해당한다.
도 34b는 환자로의 유량에 대한 릴리프 압력 유량 곡선(142b)을 도시하며, 이는 PRV로의 유량 마이너스 PRV에 대한 배출 유량 곡선(142a)이다. 따라서, 환자로의 유량에 대한 밸브에서의 시스템 압력(Pc)이 증가함에 따라, 릴리프 압력(142b)도 증가한다. PRV는 밸브가 밸브의 작동 범위에서 연속적으로 배출하도록 조정되므로, PRV에서의 시스템 압력(Pc)은 PRV에서의 배출 압력(142b)과 동일하다. 환자로의 임의의 유량에 대한 환자로의 압력은 배출 압력(Pc)(곡선(142b)) 마이너스 해당 유량에서의 PRV로부터 환자로의 시스템 압력 강하(곡선(141))와 동일하며, 즉 곡선(142b)과 곡선(141) 사이의 오프셋과 동일하다. 유동에 대한 알려진 시스템 저항(141) 및 고정된 입력 유량인 경우, 안전한 환자 압력을 달성하기 위해 과잉 유량을 배출하는데 필요한 구동 압력(142a)을 달성하도록 필요한 밸브 반응을 설계하는 것이 가능하다. 환자로의 주어진 유량(x)에 대한 배출 압력(142b)은 해당 유량에서의 유동에 대한 시스템 저항(141) 플러스 안전한 환자 압력(Ppatient)과 동일하다. 환자로의 주어진 유량에 대한 환자 압력은 배출 유량(입력 유량 마이너스 환자 유량과 동일한 유량)에 대한 배출 압력(142a) 마이너스 환자 유량에서의 유동에 대한 시스템 저항으로서 결정될 수 있다.
PRV(100)에 대한 다양한 실시형태들은 환자 인터페이스를 통해 사용자에게 제공되는 가스의 유동으로부터 압력을 배출시키는 것에 대해 위에서 설명되었다. 본원에서 설명된 실시형태에 따른 PRV에 대한 추가적인 사용 및 배치가 도 35a 및 도 35b에 도시된다. 도시된 바와 같이, PRV(100)의 밸브 부재(105-1)는 기계식 링크(157)를 통해 제2 밸브 부재(105-2)에 결합된다. 제2 밸브 부재(105-2)는 환자로의 가스의 호흡 유동 내에 위치된 분무기(116)의 포트를 밀봉하도록 배치된다. 도 35a에 도시된 바와 같이, 환자가 날숨을 쉴 때, 날숨 가스는 환자 인터페이스(115)로부터 PRV(100)를 통해 유동하여 PRV(100)의 배출구(103)로부터 배출된다. PRV(100)를 통해 날숨 가스를 배출하는 경우, 밸브 부재는 밸브 시트(104)로부터 상승되고, 밸브 부재(105-1)의 변위는 제2 밸브 부재(105-2)를 분무기(116)의 밸브 시트(104-2)와 접촉되게 유지시킨다. 따라서, 환자가 날숨을 쉼에 따라, 분무기(116)에 의해 제공되는 약물은 환자로의 가스의 유동 내로 방출되지 않도록 밀봉된다. 도 35b에 도시된 바와 같이, 환자가 들숨을 쉴 때, PRV는 밸브 부재(105-1)가 밸브 시트(104-1)와 접촉되는 폐쇄형 또는 비-배출 구성이다. 밸브 시트(104-1)와 접촉되는 밸브 부재(105-1)의 변위는 분무기 밸브 시트(104-2)로부터 제2 밸브 부재(105-2)를 상승시키므로, 환자 인터페이스(115)를 통해 환자에게 제공되는 가스의 유동 내로 약물이 분무기(116)로부터 방출된다. 따라서, 위와 같은 배치는 대기 중으로의 약물 배출을 방지하고, 이에 따라 약물이 낭비되는 것을 방지한다.
일부 실시형태에서, PRV(예를 들어, PRV(100)) 또는 FCPRV(예를 들어, FCPRV(800))는 배출구 챔버(102) 및 배출구(103)를 통해 PRV 또는 FCPRV로부터 유동이 배출되는 경우를 표시하기 위한 배출 표시기를 포함한다. 다수의 배출 표시기 실시형태들은 도 36 내지 도 40을 참조하여 아래에서 설명된다.
일부 실시형태에서, 도 36에 도시된 바와 같이, FCPRV는 배출구 챔버(102)에서 배출되는 가스의 유동에 반응하여 튜브(1001)를 따라 이동하는 셔틀(1002), 및 가이드 또는 시야 튜브(1001)를 포함한다. 튜브(1001)는 배출구 개구(103)와 정렬될 수 있다. 셔틀이 배출구 개구(103)를 통한 유동과 함께 이동하는 경우, 셔틀은 예를 들어, 하우징의 투명한 부분 및/또는 시야 튜브를 통해 하우징(180)의 외부에서 보이게 된다.
일부 실시형태에서, 도 37에 도시된 바와 같이, FCPRV는, 예를 들어 화살표(A)로 표시된 방향으로, 배출구 챔버(102)에서 배출되는 가스의 유동에 반응하여 힌지 축을 중심으로 이동하는 플랩(1003)을 포함한다. 플랩(1003)은 배출구(103)에 인접하여 또는 근접하여 위치된다. 하우징은 시야 개구(1004)를 가질 수 있어서, 배출구(103)로부터의 유동에 반응하여 플랩이 만곡되는 경우, 플랩은 하우징의 외부에서 보이게 될 시야 개구를 커버한다. 개구(1004)를 통해 플랩은 만곡 또는 배출 구성인 경우 유색의 "점(dot)"으로서 나타난다.
일부 실시형태에서, 도 38에 도시된 바와 같이, FCPRV는 배출구 챔버(102)에서 배출되는 가스의 유동에 반응하여 이동하도록 가이드에 수용된 플런저 또는 셔틀을 포함한다. 셔틀(1005)은 하우징 배출구(188)에 수용되는, 예를 들어 하우징 배출구(188)에 동축으로 수용되는 환형 부분 또는 커프(cuff)를 포함할 수 있다. 환형 하우징 배출구(188)는 셔틀을 가이드할 수 있다. 배출 구성에서, 셔틀은 하우징의 외부에서 보이도록 이동하고, 예를 들어 하우징으로부터의 외부로 연장될 수 있거나, 또는 하우징의 투명한 부분을 통해 보이게 될 수 있다. 예를 들어, 하우징 배출구(188)는 투명할 수 있다. 하우징의 나머지 부분은 불투명할 수 있다. 도 39는 배출구 챔버에서 배출되는 가스에 반응하여 이동하는 셔틀(1005)을 포함하는 유사한 실시형태를 도시한다. 도 39의 실시형태에서, 셔틀은 배출구 챔버 배출구(103)에 수용된 부재를 포함하며, 예를 들어 2개의 신장형 부재(1006)가 있고, 각각의 신장형 부재는 각각의 배출구(103)에 수용된다.
일부 실시형태에서, 도 40에 도시된 바와 같이, FCPRV는 배출구 챔버의 압력에 반응하여 이동하도록 가이드(예를 들어, 가이드 튜브(1008))에 수용된 플런저 또는 셔틀(1007)을 포함한다. 배출구 챔버(102)의 압력은 배출구 챔버로부터 배출되는 가스의 유량에 비례하며, 이에 따라 FCPRV로부터 배출되는 가스의 비율의 표시이다. 셔틀이 가이드를 따라 이동하는 경우, 예를 들어, 하우징의 투명한 부분 및/또는 시야 튜브/가이드(1008)를 통해 하우징(180)의 외부에서 보이게 된다. 도 40에 도시된 바와 같이, 가이드 튜브는 가이드 튜브를 따르는 셔틀의 위치를 유량과 관련시키는 스케일로 표시될 수 있다. 환형 공간은 셔틀의 외측 표면과 가이드(1008)의 내측 표면 사이에 형성될 수 있다. 배출 가스는 배출구(103)를 통해 시야 튜브(1008)로 유입되어 가이드를 따라 셔틀(1007) 주위로 이동할 수 있으며, 튜브의 배출구 단부를 통해 가이드에서 배출될 수 있다. 튜브의 배출구 단부에 캡(1008a)이 끼워 맞춰질 수 있으며, 캡은 홀 또는 개구(1008b)를 포함한다. 홀은 가이드(1008)의 단면보다 더 작을 수 있으며, 배출 가스의 유량을 표시하기 위해 셔틀을 보정하도록 하는 크기를 가질 수 있다.
설명된 배출 표시기 장치에서, 예를 들어 (임계값을 초과하는) 배출 또는 배출이 없음을 표시하는, PRV/FCPRV로부터의 배출 유동의 이원적 표시를 제공할 수 있다. 이러한 장치는 유동이 밸브로부터 배출되는 경우 하우징의 외부에서 보이도록 "팝업"되는 부재를 포함하는 "팝업" 표시기로서 설명될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시형태에서, 배출 표시기는 배출구 챔버로부터 배출되는 가스의 유량의 비율을 나타내는 배출의 비례적 표시를 제공할 수 있다. 예를 들어, 하우징 또는 셔틀 가이드(1001, 1008) 또는 하우징(180)의 부분은 배출 유량을 나타내는 셔틀의 이동량을 표시하는 마킹 또는 표시를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, PRV 또는 FCPRV는 PRV/FCPRV의 배출구로부터 환자 또는 사용자로 제공되는 가스의 유동을 표시하기 위한 표시기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 41a 및 도 41b를 참조하면, 일부 실시형태에서, 유동 표시기는 FCPRV의 배출구(153)에 위치되는 임펠러(1009)를 포함한다. 가스의 유동이 배출구(153)를 따라 전달됨에 따라, 유동은 임펠러가 유동을 표시하도록 회전되게 한다. 임펠러는 배출구(153)의 단부로부터 보일 수 있거나, 또는 배출구(153)는 임펠러가 배출구의 벽을 통해 보이도록 투명할 수 있다. 임펠러(1009)는 임펠러 하우징(1010)에 회전식으로 장착될 수 있고, 임펠러 하우징(1010)은 배출구(153)에 수용될 수 있다.
도 42a 내지 도 42c를 참조하면, 일부 실시형태에서, 유동 표시기는 PRV의 배출구(153)에 위치되는 플랩(1011)을 포함할 수 있다. 플랩은 배출구를 적어도 부분적으로 폐색하는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 이동 가능하다. 유동으로 인해 플랩이 개방 위치로 이동하여 배출구를 통하는 환자로의 유동의 표시를 제공한다. 플랩은 배출구(153)의 단부로부터 보일 수 있거나, 또는 배출구(153)는 플랩이 배출구의 벽을 통해 보이도록 투명할 수 있다.
도 43에 도시된 바와 같이, 일부 실시형태에서, 유동 표시기는 가이드 튜브(1008)에 수용된 플런저 또는 셔틀(1012)을 포함할 수 있다. 가이드 튜브의 유입구 단부(1008c)는 FCPRV의 유입구(151)와 유체 연통될 수 있고, 배출구 단부(1008d)는 FCPRV의 배출구(153)와 유체 연통될 수 있으므로, 가이드 튜브는 FCPRV의 유입구(151)와 배출구(153) 사이의 유동 제한부(152)(예를 들어, 도 27a에 도시된 바와 같은)에 걸치는 압력 차이를 감지한다. 셔틀(1012)은 FCPRV를 통하는 환자로의 유동의 표시를 제공하기 위해, 유동 제한부(152)에 걸치는 압력 차이에 반응하여 가이드 튜브 내에서 이동하도록 적응된다. 도 43에 도시된 바와 같이, 가이드 튜브는 가이드 튜브를 따르는 셔틀의 위치를 유량과 관련시키는 스케일로 표시될 수 있다. 스프링(도 43에 도시되지 않음)은 증가하는 유량에 반응하는 이동에 대항하여 셔틀 또는 플런저를 편향시킬 수 있다. 즉, 스프링은 제로 유량 표시를 향해 플런저 또는 셔틀을 편향시킬 수 있다. 유동이 증가함에 따라, 유동은 FCPRV를 통하는 유량을 표시하기 위해 스프링의 편향에 대항하여 셔틀 또는 플런저를 이동시킨다.
일부 실시형태에서, 도 2a 내지 도 12e를 참조하여 위에서 설명된 바와 같은 PRV는 댐퍼를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 도 14a 내지 도 26b를 참조하여 위에서 설명된 FCPRV는 댐퍼를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 댐핑 부재(댐퍼)는 감지 부재(155, 255, 280) 및/또는 밸브 부재(105, 205)와 접촉되게 배치되거나 위치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 댐퍼는 밸브 부재(105, 205)와 접촉되게 위치된다. 댐퍼는 밸브 부재(105, 255)에 부착될 수 있다. 댐퍼는 변위 챔버(107, 207)에 위치될 수 있거나, 또는 감지 부재와 접촉되는 경우, 제2 챔버(154b, 254b)에 위치될 수 있다. 댐퍼는 발포 또는 코튼 패드, 스펀지 또는 티슈와 같은 댐핑 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 댐퍼는 바람직하게는 연질의 스펀지 재료로 형성된다. 일부 실시형태에서, 댐퍼는 복수의 기공을 갖는 다공성 재료를 포함한다. 일부 실시형태에서, 댐퍼는 다양한 이동식 밸브 구성 요소들의 노이즈를 감쇠 또는 소음하도록 구성된 소음기로서 작용한다. 또한, 일부 실시형태에서, 댐퍼는 더 넓은 작동 유량 범위에 걸쳐서 밸브의 안정성을 증가시킨다. 일부 실시형태에서, 댐퍼는 PRV 또는 FCPRV의 이동식 부분들의 기계적 진동을 감쇠시키고, 이는 결과적으로 더 넓은 작동 유량 범위에 걸쳐서 밸브의 안정성을 증가시킬 수 있거나/증가시킬 수 있고 노이즈를 감소시킬 수 있다.
일부 실시형태에서, 유량 보정 압력 릴리프 밸브의 압력 릴리프 밸브는 배출구 챔버가 없을 수 있다.
일부 실시형태에서, 본원에서 설명된 PRV 또는 FCPRV는 PRV 또는 FCPRV의 세정이 필요하지 않도록, 단시간 사용 후에 폐기되는 일회용품 또는 소모품으로서 제공될 수 있다. PRV 또는 FCPRV가 도관에 제공되는 경우, 도관은 PRV 또는 FCPRV와 함께 사용 후 폐기될 수도 있다. 대안적으로, 본원에 설명된 PRV 또는 FCPRV는 재사용 가능한 장치로서 제공될 수 있다. 이러한 물품은 바람직하게는 세정 가능하며, 예를 들어 오토클레이브를 통해 살균 가능하다. 장치는 세정을 위해 해체될 수 있고, 예를 들어 의료 전문가에 의해 세정 후 재조립될 수 있다.
본 발명의 전술한 설명은 이의 바람직한 형태를 포함한다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 이에 대해 변형이 이루어질 수 있다.
전술한 설명에서, 이의 알려진 등가물을 갖는 완전체 또는 구성 요소에 대해 언급된 경우, 그러한 완전체는 개별적으로 상술된 것처럼 본원에 통합된다.
또한, 본 발명은 부분들, 요소들 또는 피처들 중 둘 이상의 임의의 조합 또는 모든 조합으로, 개별적으로 또는 집합적으로, 본 출원의 명세서에서 언급되거나 나타낸 상기 부분들, 요소들 및 피처들로 이루어지는 것으로 광범위하게 가정될 수 있다.
Claims (52)
- 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치로서,
유입구;
배출구를 갖고, 상기 유입구와 유체 연통되는 배출구 챔버;
상기 유입구와 상기 배출구 사이의 밸브 시트; 및
상기 밸브 시트와 접촉되어 밀봉하도록 편향된 밸브 부재를 포함하며,
상기 밸브 부재는 상기 배출구 챔버를 통해 상기 유입구로부터 상기 배출구로의 가스의 유동을 가능하게 하기 위해, 압력 임계값을 초과하여 증가하는 상기 유입구에서의 유입구 압력에 의해 상기 밸브 시트로부터 변위되도록 적응되고,
상기 배출구를 통하는 상기 가스의 유동은 상기 배출구 챔버에서의 배출구 압력이 상기 유입구 압력과 함께 상기 밸브 부재에 작용하게 하여, 상기 밸브 부재를 상기 밸브 시트로부터 변위시키는,
압력 조절 또는 압력 릴리프 장치. - 제1항에 있어서,
상기 밸브 부재는 상기 밸브 시트와 접촉되게 편향된 멤브레인을 포함하는, 장치. - 제2항에 있어서,
상기 밸브 부재는 인장된 상태의 상기 멤브레인을 지지하는 프레임을 포함하는, 장치. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 멤브레인은 상기 멤브레인의 인장력이 상기 멤브레인을 편향시켜서 상기 밸브 시트와 접촉되어 밀봉하도록 상기 밸브 시트 위로 신장되거나 인장되는, 장치. - 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 멤브레인은 탄성 또는 탄성 중합체 재료인, 장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 부재의 영역은 상기 밸브 시트의 영역보다 더 큰, 장치. - 제6항에 있어서,
상기 유입구 압력은 밸브 시트 영역에 걸쳐서 상기 밸브 부재에 작용하고, 상기 밸브 부재가 상기 밸브 시트로부터 변위되는 경우, 상기 배출구 압력은 상기 밸브 시트 영역의 외부의 영역에 걸쳐서 상기 밸브 부재에 작용하는, 장치. - 제6항에 있어서,
상기 유입구 압력은 밸브 시트 영역의 외부의 영역에 걸쳐서 상기 밸브 부재에 작용하고, 상기 밸브 부재가 상기 밸브 시트로부터 변위되는 경우, 상기 배출구 압력은 밸브 시트 영역에 걸쳐서 상기 밸브 부재에 작용하는, 장치. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유입구는 상기 배출구 챔버 내로 연장되는 유입구 튜브를 포함하는, 장치. - 제9항에 있어서,
상기 밸브 시트는 상기 배출구 챔버 내의 상기 유입구 튜브의 배출구 단부에 제공되는, 장치. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배출구는 상기 배출구 챔버의 벽의 적어도 하나의 개구 및/또는 상기 밸브 부재를 통하는 적어도 하나의 개구를 포함하는, 장치. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 상기 배출구 챔버를 둘러싸는 유입구 튜브를 포함하고, 상기 밸브 시트는 상기 배출구 챔버로의 유입구에 제공되는, 장치. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 부재는 상기 배출구 챔버의 벽에 의해 지지되거나 상기 배출구 챔버의 벽과 접촉되어 밀봉하거나, 또는 상기 밸브 유입구는 유입구 튜브를 포함하고 상기 밸브 부재는 상기 유입구 튜브의 벽에 의해 지지되거나 상기 유입구 튜브의 벽과 밀봉을 형성하는, 장치. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
변위 챔버를 포함하고, 상기 밸브 부재가 상기 밸브 시트로부터 변위되는 경우, 상기 밸브 부재는 상기 변위 챔버 내로 변위되는, 장치. - 제14항에 있어서,
상기 변위 챔버는 주위(대기) 압력으로 개방되어, 상기 밸브 부재가 상기 변위 챔버 내로 변위되는 경우, 상기 변위 챔버에서의 압력은 실질적으로 주위(대기압)로 유지되거나, 또는
상기 변위 챔버는 상기 주위 환경으로부터 밀봉되거나 밀봉 가능한, 장치. - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배출구 챔버는 상기 밸브 시트를 둘러싸는, 장치. - 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배출구의 영역은 가변적인, 장치. - 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 시트 및 상기 밸브 부재의 상대적인 위치는 상기 밸브 시트와 접촉되는 상기 부재의 편향을 조정하도록 조정 가능한, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 밸브 부재는 플런저 또는 피스톤이고, 상기 장치는 상기 밸브 시트와 접촉되어 밀봉하도록 상기 밸브 부재를 편향시키기 위한 편향 부재를 포함하는, 장치. - 제19항에 있어서,
상기 배출구는 상기 밸브 부재의 주변부와 상기 배출구 챔버의 벽 사이의 갭을 포함하거나/포함하고, 상기 배출구는 상기 밸브 부재를 통하는 하나 이상의 개구를 포함하는, 장치. - 가스의 유동을 제공하는 시스템을 위한 유량 보정 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치로서,
가스 소스로부터 가스의 유동을 수신하기 위한 메인 유입구, 및 상기 메인 유입구에 의해 수신된 상기 가스의 유동의 적어도 일부분을 상기 장치로부터의 유동에 제공하기 위한 메인 배출구;
상기 가스의 유동의 압력이 압력 임계값을 초과하여 증가하는 경우, 상기 유입구에 의해 수신된 상기 가스의 유동의 적어도 일부분을 배출하도록 적응된 압력 릴리프 밸브; 및
상기 메인 배출구로부터 환자로의 상기 가스의 유동의 유량에 기초하여 상기 압력 임계값을 동적으로 조정하기 위한 감지 기기를 포함하는,
가스의 유동을 제공하는 시스템을 위한 유량 보정 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치. - 제21항에 있어서,
상기 압력 릴리프 밸브는,
상기 메인 유입구와 유체 연통되는 밸브 유입구;
배출구;
상기 밸브 유입구와 상기 배출구 사이의 밸브 시트; 및
상기 가스의 유동의 적어도 일부분을 상기 밸브 유입구로부터 상기 배출구로 배출하기 위해, 압력 임계값을 초과하여 증가하는 상기 밸브 유입구에서의 유입구 압력에 의해 상기 밸브 시트로부터 변위되고, 상기 밸브 시트와 접촉되어 밀봉하도록 편향된 밸브 부재를 포함하며,
상기 감지 기기는,
상기 메인 배출구를 통하는 상기 가스의 유동의 유량을 나타내는 차압을 감지하기 위한 감지 부재; 및
상기 메인 배출구를 통하는 상기 가스의 유동의 상기 유량에 반응하여 상기 밸브 시트와 접촉되는 상기 밸브 부재의 편향을 조정하기 위해, 상기 감지 부재에 의해 인가되는 작용력을 상기 밸브 부재로 이송하도록 상기 감지 부재와 상기 밸브 부재 사이에 작용하는 기계식 링크를 포함하는, 장치. - 제22항에 있어서,
상기 감지 기기는 상기 메인 배출구를 통하는 상기 가스의 상기 유량에 반응하여 상기 감지 부재를 변위시키도록 상기 감지 부재에 의해 감지되는 상기 차압을 발생시키기 위한 유동 제한부 또는 수축부를 포함하는, 장치. - 제22항에 있어서,
상기 감지 기기는,
상기 밸브 유입구의 하류의 유동 수축부 또는 제한부;
감지 챔버를 포함하며,
상기 감지 부재는 상기 감지 챔버에 위치되어 상기 감지 챔버를 제1 챔버 및 제2 챔버로 분할하고, 상기 제1 챔버는 상기 유동 수축부 또는 제한부의 상류에서 상기 가스의 유동과 유체 연통되며, 상기 제2 챔버는 상기 유동 제한부의 하류 또는 상기 유동 수축부에서 상기 가스의 유동과 유체 연통되고, 상기 감지 챔버에 의해 감지되는 결과적인 차압은 상기 메인 배출구 및 상기 유동 수축부 또는 제한부를 통하는 상기 가스의 유동으로 인해 유발되는, 장치. - 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기계식 링크는 상기 메인 배출구를 통하는 상기 유동 가스의 유량에 반응하여 상기 밸브 시트와 접촉되게 상기 밸브 부재를 편향시키도록 상기 밸브 부재 및 상기 감지 부재에 결합되는, 장치. - 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기계식 링크는 상기 밸브 부재 또는 상기 감지 부재로부터 결합 해제되거나 또는 상기 밸브 부재 및 상기 감지 부재로부터 결합 해제되며,
상기 메인 배출구를 통하는 가스의 유동이 없는 상태에서, 상기 밸브 부재는 상기 밸브 시트와 접촉되게 편향되고, 상기 기계식 링크가 상기 밸브 부재 및 상기 감지 부재에 지탱되며,
상기 메인 배출구를 통하는 상기 가스의 유동이 증가함에 따라, 상기 메인 배출구를 통하는 상기 가스의 유동의 상기 유량이 임계값을 초과하여 증가하는 경우, 상기 기계식 링크가 상기 밸브 부재 또는 상기 감지 부재 또는 둘 모두와의 접촉이 끊어질 때까지, 상기 밸브 시트와 접촉되는 상기 밸브 부재의 편향을 감소시키기 위해 상기 기계식 링크에 의해 상기 밸브 부재에 인가되는 작용력을 감소시키도록, 상기 감지 부재에 걸치는 상기 차압이 증가하는, 장치. - 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 릴리프 밸브는,
상기 배출구를 포함하는 배출구 챔버를 포함하며,
상기 밸브 부재는, 상기 메인 유입구에 의해 수신되는 상기 가스의 유동의 적어도 일부분을 상기 배출구 챔버를 통해 상기 밸브 유입구로부터 상기 배출구로 배출하기 위해, 상기 압력 임계값을 초과하여 증가하는 상기 밸브 유입구에서의 상기 유입구 압력에 의해 상기 밸브 시트로부터 변위되도록 적응되고,
상기 배출구를 통하는 상기 가스의 유동은 상기 배출구 챔버에서의 배출구 압력이 상기 유입구 압력과 함께 상기 밸브 부재에 작용하게 하여, 상기 밸브 부재를 상기 밸브 시트로부터 변위시키는, 장치. - 제22항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 부재는 멤브레인을 포함하거나/포함하고, 상기 감지 부재는 멤브레인을 포함하는, 장치. - 제28항에 있어서,
상기 밸브 부재 및/또는 상기 감지 부재는 인장된 상태의 상기 멤브레인을 지지하는 프레임을 포함하는, 장치. - 제28항 또는 제29항에 있어서,
상기 밸브 부재의 둘레 부분은 주위 또는 변위 챔버로부터 상기 배출구 챔버를 밀봉하기 위한 밀봉부를 제공하거나/제공하고, 상기 감지 부재의 둘레 부분은 상기 제2 감지 챔버로부터 상기 제1 감지 챔버를 밀봉하기 위한 밀봉부를 제공하는, 장치. - 제22항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감지 부재는 감지 챔버에 위치되고, 상기 유동 제한부는 상기 감지 부재와 상기 감지 챔버의 측벽 사이의 갭에 의해 제공되거나/제공되며, 상기 유동 제한부는 상기 감지 부재를 통하는 하나 이상의 개구에 의해 제공되고, 상기 메인 유입구로부터 상기 메인 배출구로의 상기 가스의 유동을 위한 유동 경로는 상기 감지 챔버를 통하는, 장치. - 제22항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감지 부재는 피스톤이고, 상기 감지 챔버는 상기 피스톤이 이동하는 실린더이며, 상기 피스톤은 상기 제2 챔버로부터 상기 제1 챔버를 공압식으로 밀봉하는, 장치. - 제22항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기계식 링크는 로드 또는 샤프트이고, 상기 장치는 상기 밸브 부재와 상기 감지 부재 사이의 상기 기계식 링크를 지지하는 링크 가이드를 포함하며, 상기 메인 유입구는 상기 링크와 상기 링크 가이드 사이의 환형 공간을 통해 상기 감지 챔버와 유체 연통되는, 장치. - 제22항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기계식 링크는 상기 밸브 시트와 접촉되게 상기 밸브 부재를 지지하기 위한 일 단부의 플랜지를 포함하는, 장치. - 제34항에 있어서,
상기 밸브 부재가 상기 밸브 시트와 접촉되게 안착되는 경우, 상기 밸브 부재가 상기 플랜지와 상기 밸브 시트 사이에서 상기 밸브 시트와 접촉되게 지지되도록, 상기 플랜지는 상기 밸브 시트의 직경보다 더 큰 직경을 갖는, 장치. - 제22항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기계식 링크는 길이 조정 가능한, 장치. - 제23항에 있어서,
상기 유동 수축부 또는 제한부는 조정 가능한, 장치. - 제22항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 유량과 관계가 없는 상기 압력 임계값에 대한 압력 상한을 설정하기 위해 상기 감지 부재의 변형 또는 이동의 양을 제한하도록 구성되는, 장치. - 제38항에 있어서,
상기 장치는 상기 감지 부재의 변형 또는 이동의 양을 제한하기 위한 기계식 제한부를 포함하는, 장치. - 제22항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 릴리프 밸브 및 상기 감지 기기를 둘러싸기 위한 하우징을 더 포함하는, 장치. - 제40항에 있어서,
본체를 포함하며, 상기 본체는 상기 메인 유입구와 상기 메인 배출구, 및 상기 감지 챔버의 제1 챔버 및 상기 장치의 적어도 배출구 챔버를 포함하고, 상기 하우징은 상기 본체를 실질적으로 둘러싸는, 장치. - 제41항에 있어서,
상기 하우징은 상기 본체의 둘레에 공간 또는 공동을 제공하며, 상기 장치의 변위 챔버 및/또는 상기 배출구 챔버는 상기 공동 또는 공간과 유체 연통되는, 장치. - 제42항에 있어서,
상기 하우징은 상기 하우징 공간으로부터의 하우징 배출구를 포함하는, 장치. - 제42항에 있어서,
상기 하우징은 상기 배출구 챔버로부터의 배출구와 연통되는 하우징 배출구를 포함하며, 상기 하우징 배출구는 상기 메인 유입구 또는 상기 메인 배출구와 동축인, 장치. - 제42항에 있어서,
상기 하우징은 상기 변위 챔버와 유체 연통되는 배출구를 포함하며, 상기 개구는 상기 메인 유입구 또는 상기 메인 배출구와 동축인, 장치. - 제21항에 있어서,
상기 감지 기기는,
상기 장치의 상기 메인 배출구를 통해 유동하는 가스의 유량(예를 들어, 차압) 및 상기 메인 유입구와 메인 배출구 사이의 상기 가스의 유동의 압력을 검출하기 위한 하나 이상의 전자 센서;
작동기; 및
상기 센서(들)로부터 신호를 수신하고, 상기 검출된 유량에 기초하여 상기 압력 릴리프 밸브의 상기 압력 임계값을 조정하도록 상기 작동기를 구동시키기 위한 출력을 제공하는 제어기 또는 프로세서를 포함하는, 장치. - 제40항에 있어서,
상기 작동기는 상기 압력 릴리프 밸브의 밸브 시트를 향하는 밸브 부재의 편향의 양을 조정하도록 상기 압력 릴리프 밸브의 상기 밸브 부재에 부착된 부재를 구동시키는, 장치. - 제41항에 있어서,
상기 밸브 부재는 플런저 또는 격막인, 장치. - 제1항 내지 제48항 중 어느 한 항에 따른 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치 또는 유량 보정 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치를 포함하는 호흡 가스 시스템.
- 제49항에 있어서,
상기 시스템은 상기 유량 보정 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치, 압력 가스 소스, 및 밀봉 환자 인터페이스를 포함하는 이중-레벨 압력 시스템이며,
상기 유량 보정 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치는,
상기 메인 유입구에 의해 수신된 상기 가스의 유동의 실질적으로 전부가 흡기 동안에 상기 메인 배출구로 유동하여 흡기 압력이 상기 압력 소스의 압력 설정에 의해 결정되고,
상기 메인 유입구에 의해 수신된 상기 가스의 유동의 일부분이 호기 동안에 상기 배출구로부터 배출되어 호기 압력이 상기 장치의 배출 압력에 의해 결정되도록 구성되는, 호흡 시스템. - 제49항에 있어서,
상기 시스템은 비강 캐뉼라와 같은 비-밀봉형 환자 인터페이스 및 유동 소스를 포함하는 고유량 호흡 가스 시스템인, 호흡 가스 시스템. - 통기 시스템으로서,
제21항 내지 제48항 중 어느 한 항에 따른 유량 보정 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치를 포함하고,
상기 유량 보정 압력 조절 또는 압력 릴리프 장치는 상기 압력 릴리프 밸브가 상기 메인 유입구에 의해 수신된 상기 가스의 유동의 일부분을 상기 배출구로부터 연속적으로 배출하도록 구성되며, 상기 시스템은 사용 중에 상기 환자로부터 연속적으로 배출시키는,
통기 시스템.
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