SE535849C2 - Ventil samt förfarande för att styra ett flöde - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en anordning för att styra flödet av enfluid genom en flödeskanal. Flödesstyrningen görs genom att(10, 11) varpå de flexibla ett flexibelt rör med cirkulara flexibla segmentkomprimeras i rörets langdriktning, elementen kollapsar mot en cirkular vagg. Att publiceras med Fig. 1

Description

25 30 35 535 849 applikationer är kraven stora pà rengörning av kontaminerade delar av ventilen. Vidare är det ofta önskvärt att konstruktionen är liten och lätt och att aktuatorn som styr ventilen kan göras liten och isolerad från flödeskanalen.

Exempel på lågtrycksventilapplikationer är exspirationsventiler, patientövertrycksventiler, blandningsventiler och flödesventiler i lágtryckssystem.

Den vanligaste designen på lågtrycksventiler idag består i en cirkulär skiva som ligger mot en ände av ett rör som bildar ett ventilsäte. Exempel på en sådan design kan läsas i patent US 5,l27,400. Nackdelarna med en sådan design är att flödeskanalen är komplex, vilket ger turbulens och problem med rengörning. Dessutom utsätts hela den cirkulära skivan för ett tryck, medan flödet endast är beroende skivans ytterkant. Detta leder till att en onödigt stark, tung och dyr aktuator behövs för att styra ut ventilen.

Syftet med uppfinningen är att göra en ventil som uppfyller tidigare nämnda viktiga designparametrar.

Sammanfattning av uppfinningen Dessa syften àstadkommes med hjälp av anordningen enligt de bifogade oberoende kraven, varvid särskilda utföringsformer behandlas i de beroende kraven Den föreliggande uppfinningen söker således framför allt motverka, förbättra eller eliminera en eller flera av ovan identifierade tillkortakommanden och nackdelar inom konventionell teknik, individuellt eller i någon kombination, och löser åtminstone delvis de ovan nämnda problem genom att erbjuda en utrustning enligt de vidlagda patentkraven.

Uppfinningen kan beskrivas som en ventil 1, 2, 3 som innefattar minst två flexibla element 310, 31) där vart flexibelt element 310, 311 innefattar minst en flexibel zon 320, 321; minst ett, till minst ett av de flexibla elementen 310, 311 korresponderande, ventilsäte 330, 331, 332 placerat antingen utanför och/eller innanför de minst 10 15 20 25 30 35 535 849 två flexibla elementen på ett sådan sätt att en fluid kan passera genom minst en kanal 340, 341, 342, 343, 344 mellan de flexibla elementen 310, 311 och ventilsätena; minst en aktuatorenhet som är anordnad att axiellt komprimera eller dekomprimera de minst två flexibla elementen 310, 3l1,varvid minst ett flexibelt element vinklas väsentligen radiellt mot eller rätas upp från ett ventilsâte och därmed kan ett flöde av minst en fluid genom ventilens kanaler 340, 341, 342, 343, I en utföringsform, när de flexibla elementen 344 styras. befinner sig i sitt normalläge är ventilen öppen och ett flöde, av minst en fluid, som kan beskrivas som väsentligen turbulensfritt, kan ske i minst en kanal mellan de flexibla elementen och minste ett ventilsäte. Ett flexibelt element består i denna uppfinning av ett eller flera flexibla zoner som fungerar som leder så att det flexibla elementet kan kontrollerat vinklas eller skjutas radiellt i riktning mot ett ventilsâte när det flexibla elementet utsätts för ett axiell komprimerande eller dekomprimerande rörelse från en aktuatorenhet. Vid ökande vinkling av det flexibla elementet vidrör minst ett område av det flexibla elementet ventilsätet. Företrädelsevis är det vidrörande området den flexibla zonen och företrädelsevis är området eller zonen konstruerad så att en tättslutande effekt uppstår mellan det vinklade flexibla elementet och ventilsätet.

Med axiell riktad rörelse menas här en riktning som är längsmed eller mot flödesriktningen som sker mellan två öppningar placerade pá vardera sida om en flödeskanal. Med radiell riktad rörelse menas här en rörelse i riktning väsentligen vertikalt mot flödesriktningen.

I vissa utföringsformer är ventilens flexibla element konstruerade så att de i minst ett läge har en sida med slät karaktär befinnandes på minst en kanals flödessida.

Genom denna konstruktion kan man få ett väsentligen turbulensfritt flöde i, för kanalen, öppet läge, vilket minskar flödesmotståndet för fluiderna genom flödeskanalen. 10 15 20 25 30 35 535 849 I vissa utföringsformer innefattar ventilen minst två flexibla element och där det första flexibla elementet är anordnat till att styra flödet medan det minst ena andra flexibla elementet är placerat så att den relativa axiella rörelsen kan utföras. Således undviker man en deformation eller slitage av det första flexibla elementet vid upprepade vikningar.

För att underlätta placeringen av en ventil mellan två icke flexibla in- och utflödeskanaler kan ytterligare flexibla element utnyttjas så att den axiella komprimerande eller dekomprimerande rörelsen på det, för ventilen, slutande flexibla elementet kan utföras. Detta medför att det inte blir nägra belastningar på materialet eller pà infästningarna mot de icke flexibla in- och utflödeskanalerna.

I ytterligare en utföringsform innefattar ventilen minst två flexibla element; där minst två flexibla element är anordnat till att styra flödet i minst en kanal medan övriga flexibla elementet år placerat så att den relativa axiella rörelsen kan utföras. Detta utförande har samma fördelar som det ovan nämnda men kan dessutom t ex användas för att växelvis styra flödet genom tvà kanaler och/eller delar av en kanal. Vid ett sådant utförande används det första flexibla elementet till att öppna och stänga den första flödeskanalen samtidigt som det andra flexibla elementet används till att öppna och stänga t ex en andra flödeskanal. Tillsammans hjälper de varandra att underlätta den axiella rörelsen och således undviks deformation och slitage pä bägge flexibla element. Detta utförande har också fördelen att flödet styrs simultant i de bägge flödeskanalerna. De flexibla elementen kan här använda samma ventilvâgg men även utföras i en konfiguration där varje flexibelt element som styr ett flöde har en separat ventilvägg. 10 15 20 25 30 35 535 849 Detta utförande kan utvidgas till att innerfatta, vid behov, fler än två flexibla element samt flera flödeskanaler.

I vissa utförande utgörs ventilsätet av en rotationssymetrisk cirkulär vägg placerat i centrum av minst ett av de flexibla elementen, såsom utsidan på en stav, insidan eller utsidan på ett rör.

I vissa utförande har ventilsätet en rotationssymetrisk konisk profil och är placerat i centrum av minst ett av de flexibla elementen nedströms.

Ventilen kan också konstrueras så att ventilsätet utgörs av en en rotationssymmetrisk cirkulär vägg som kan innefatta insidan på ett rör, placerat runtom minst ett av de flexibla elementen.

I ett annat utförande är ventilens konstruktionsmaterial för de flexibla elementen och ventilsäten autoklaverbart och eller konstruktionsmaterialet för de flexibla elementen och ventilsäten av engàngsmaterial eller innefattar konstruktionen delar av autoklaverbara material i kombination med delar av engångsmaterial. Exempel för autoklaverbara material är silikongummi, rostfritt stål, etc.

Valen av dessa material möjliggör att ventilen kan användas till medicintekniskutrustning såsom en andningsapparat. Av patienten kontaminerade ventiler kan således säkert rengöras och desinficeras mellan olika patienter.

I vissa utförande utgörs ventilens aktuatorenheten av minst en piezoelektrisk aktuator. I andra utföranden kan även aktuatorenheten utgöras av minst en talspole-aktuator. Även andra typer av aktuatorenheter kan vara lämpliga.

En annan fördel med konstruktionen är att ventilens aktuatorenhet kan anordnas utan att ha kontakt med med flödeskanalen, vilket medför att aktuatorn inte behöver 10 15 20 25 30 35 535 849 vara autoklaverbar. Detta förenklar hanteringen och ökar aktuatorns livslängd.

I vissa utföranden har ventilen en integrerad flödesmâtare. I synnerhet är minst två ultraljudstranceivers placerade längs, minst en av, flödeskanalerna för att mäta flödet genom kanalen. En kompakt enhet kan således tillhandahållas. Enheten ger en fördelaktig snabb styrning av flödet genom ventilen då avståndet mellan flödesmätaren och ventilen kan hållas kort och turbulens undvikas.

I ett andra aspekt innefattar uppfinningen en förfarande metod för att styra ett flöde genom minst en fluidpassage, varvid förfarandet innefattar att axiellt komprimera eller dekomprimera minst två flexibla element hos en ventil varvid det minst ena flexibla elementet vinklas väsentligen radiellt mot eller rätas upp från ett korresponderande ventilsâte för att styra nämnda flöde.

Företrädesvis är ventilen utformat enligt ovan.

Fördelarna med denna metod är som för ovan beskrivna utrustning. Ett väsentligen turbulensfritt flöde av en eller flera fluider kan skapas genom en eller flera flödeskanaler och på ett enkelt sätt strypa flödet vid behöv. Flödeskontrollen sker snabbt och tillförlitligt med en kompakt enhet. Piezoaktuatorer kan användas vilket ger en låg energiätgàng. Eftersom fler än ett element, för att styra ett flöde, kan styras med samma aktuator kan t ex en växelvis styrning av två kanaler ske simultant. Översiktlig beskrivning av ritningarna Dessa och andra aspekter, särdrag och fördelar som uppfinningen åtminstone partiellt innehar blir tydligare och specificerade genom följande beskrivning av utförandeformer av föreliggande uppfinning, där referens görs till de vidliggande figurerna, i vilka 10 15 20 25 30 35 535 849 Figur 1 och 2 visar i en schematisk vy ett utförandeexempel tvärsnittet av ett flexibelt rörsegment; Figur 3 visar i schematisk vy ett några utförandeexempel på ventilkonfigurationer; Figur 4 visar i schematisk vy ett exempel pà hur de flexibla rörsegmenten kan kombineras; Figur 5-6 visar i schematisk vy ett utförandeexempel pà en lágtrycksventil med ett flexibelt rör omslutande en rotationssymmetrisk kropp; och Figur 7 visar i schematisk vy ett utförandeexempel på en lágtrycksventil med ett omslutande hårt rör.

Beskrivning av utföranden Figur 1 visar i en schematisk vy ett utförandeexempel tvärsnittet av ett flexibelt rörsegment, enligt en princip av uppfinningen, 10 är i opàverkad form, medan 11 år i komprimerad form, vars cirkulära utbuktning 12 fungerar som ett mjukt ventilelement. I denna form år ventilanordningen normalt öppen (NO).

Figur 2 visar i en schematisk vy över ett utförandeexempel tvårsnittet av ett flexibelt rörsegment, enligt en princip av uppfinningen, 20 är i opàverkad form, medan 21 är i expanderad form; Figur 3 visar i schematisk vy ett några utförandeexempel på ventilkonfigurationer. 301 är innersidan eller yttersidan på ett hårt rör, 30 och 31 är flexibla rörsegment, 32 år en hård ring vars axiella rörelse styr ventilanordningen. Ett andra hårt rör 302 eller 301 bildar en andra ventilfunktion på ventilanordningen.

Figur 4 visar i schematisk vy ett exempel på hur de flexibla rörsegmenten kan kombineras på ett flertal sätt på ett och samma flexibla rör för att uppnå olika ventilfunktioner. Där 40 42 visar komprimerade flexibla element och 41 43 visar dekomprimerade element. 44 45 och 46 är omslutande fixeringsringar som antingen kan vara orörliga eller som kan skjutas en sträcka med hjälp av en 10 15 20 25 30 35 535 849 aktuatorenhet och därmed komprimera eller dekomprimera intilliggande flexibla element.

Figur 5 visar i schematisk vy ett utförandeexempel på en làgtrycksventil med ett flexibelt rör omslutande en rotationssymmetrisk kropp 51. Den högra skissen visar hur det flexibla rörsegmentet 50 kollapsar och pressas in mot den rotationssymmetriska kroppen 51 så att ventilanordningen blir i stängt läge då den cirkulära ringen 54 förflyttas en sträcka 55 samtidigt från fixeringsringen 53 och mot fixeringsringen 52.

Figur 6 visar i schematisk vy ett utförandeexempel på en variant av lågtrycksventilen enligt figur 5. I detta utförandeexempel på en lågtrycksventil med ett flexibelt rör omslutande en rotationssymmetrisk kropp 61. Den högra skissen visar hur det flexibla rörsegmentet 60 kollapsar och pressas in mot den rotationssymmetriska kroppen 61 så att ventilanordningen blir i stängt läge då den cirkulära ringen 64 förflyttas en sträcka 65 samtidigt från fixeringsringen 63 och mot fixeringsringen 62. I detta utförandeexempel har den nedre delen av det flexibla röret, det flexibla elementet 66, formats som en kon för att på detta sätt optimera flödeskanalen för vidare anslutning till exempelvis en slang. Denna konstruktion har även fördelen att flödesturbulensen minskar p g a konformen.

Figur 7 visar i schematisk vy ett utförandeexempel på en lågtrycksventil med ett hårt rör 70 omslutande en flexibelt rör 71. Då ringen 72 förflyttas sträckan 73 stängs ventilanordningen.

En anordning i enlighet med en utföringsform av uppfinningen erhålles genom att ett mjukt rör, fixerat i ändarna, tillverkat exempelvis av silikongummi, med flexibla segment enligt figur 1 eller 2 via en rörlig ring utsätter det flexibla röret för en axiell rörelse mellan ändarna så att de flexibla elementen påverkas. I figur S illustreras ett sådant exempel. Figuren visar en och samma ventilanordning i två olika tillstånd. Vänstra bilden visar ventilanordningen i öppet tillstànd, och höger bild i 10 15 20 25 30 535 849 stängt tillstånd. Centrerat inne i det flexibla röret finns en rotationssymmetrisk härd kropp 51, denna har utformats på ett aerodynamiskt fördelaktigt sätt för att minimera flödesmotståndet i ventilanordningen. Kroppen 51 är via stag som inte visas i figuren fixerad till fixeringsringarna 52 och 53. Då ventilanordningen är i öppet tillstånd enligt vänstra bilden, fig 5, är innersidan på det flexibla röret så gott som helt rak och slät. Detta i kombination med mittkroppens 51 utformning blir flödesmotståndet mycket lågt i en sådan här ventilanordning. Ventilanordningen bringas i stängt läge genom att ringen 54 förflyttas sträckan 55 i riktning mot fixeringsringen 52 så att det flexibla rörsegmentet 50 pressas mot kroppen 51. I detta läge är strömningsprofilen inte längre optimerad, men detta är utan betydelse eftersom inget flöde går igenom ventilanordningen i stängt läge.

Ringen kan även ha ett läge mellan stängt och öppet läge. I detta fallet fungerar ventilanordningen som en proportionalventil. Det flexibla rörsegmentet 50 har lättats genom att material tagits bort från utsidan för att minska yttre dimensioner och att förbättra responstiden i systemet. Givetvis fungerar anordningen även med ett flexibelt rörsegment enligt figur 1. responstiden kan också förbättras genom att material tas bort från det nedre flexibla rörsegmentet i figur 5.

Som redan nämnts âr det möjligt att åstadkomma olika sorts ventiler med principerna i enlighet med uppfinningen, t ex exspirationsventiler, patientövertrycksventiler, blandningsventiler och flödesventiler i lágtryckssystem, tvåvägs och flervägsventiler.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 535 849 /O PATENTKRAV Ventil (1, 2, 3), innefattandes: - minst två flexibla element (310, 311) där vart flexibelt element (310, 311) innefattar minst en flexibel zon (320, 321) som är en led; - minst ett, till minst ett av de flexibla elementen (310, 311) korresponderande, ventilsäte (330, 331, 332) placerat antingen utanför och/eller innanför de minst två flexibla elementen; - en kanal (340, 341, 342, 343, 344) mellan de flexibla elementen (310, 311) och det åtminstone ena ventilsätet (330, 331, 332) för passage av en fluid; - minst en aktuatorenhet som är anordnad att axiellt komprimera eller dekomprimera de minst två flexibla elementen (310, 311), varvid minst ett första flexibelt element (310) blir komprimerat samtidigt som minst ett andra flexibelt element (311) blir expanderat, och varvid minst ett av de flexibla elementen vinklas väsentligen radiellt mot eller rätas upp från det åtminstone ena ventilsätet och därmed kan ett flöde av minst en fluid genom ventilens kanaler (340, 341, 342, 343, 344) styras. Ventilen enligt krav l, där varje flexibelt element (310, 311) har minst en flexibel zon (320, 321) som är en led som är anordnad så att de flexibla elementen (310, 311) kan vinklas väsentligen radiellt. ventilen enligt krav l eller 2, där ett område av minst ett av de flexibla elementen (310, 311) har ett vidrörande område som är anordnat att, efter 10 15 20 25 30 35 535 849 /l att det flexibla elementet (310, 311) vinklats väsentligen radiellt en relativ stäcka, vidröra ett ventilsäte (330, 331, 332) med det vidrörande området. . Ventilen enligt krav 3, där det vidrörande området innefattar den flexibla zonen (320, 321). Ventilen enligt något av kraven l-4, där minst ett av de flexibla elementen (310, 311) har en zon konstruerad så att en tättslutande effekt uppstår när det vidrör ett ventilsäte (330, 331, 332). Ventilen enligt något av kraven 1-5, där de flexibla elementen (310, 311) och ventilsätena (330, 331, 332) är konstruerade och placerade relativt varandra så att de flexibla elementen (310, 311) befinner sig i minst en position som ger ett väsentligen turbulensfritt flöde genom minst en av ventilens flödeskanaler (340, 341, 342, 343, 344). Ventilen enligt något av kraven l-6, där de flexibla elementen (310, 311) är konstruerade så att de i minst ett läge har en sida med slät karaktär befinnandes på minst en kanals flödessida. Ventilen enligt krav 1 eller 2, som innefattar minst två flexibla element (310, 311) och där det första flexibla elementet (310) är anordnat till att styra flödet medan det minst ena andra flexibla elementet (311) är placerat så att den relativa axiella rörelsen kan utföras. Ventilen enligt krav 1 eller 2, som innefattar minst tre flexibla element; där minst två av de 10 15 20 25 30 35 535 849 12 flexibla elemenen är anordnade till att styra flödet i minst en kanal medan övriga flexibla element är placerade så att den relativa axiella rörelsen kan utföras. ' l0.Ventilen enligt något av kraven 1-9, där den axiella rörelsen är längs med eller mot flödesriktningen. 11. Ventilen enligt något av kraven 1-10, där den radiella rörelsen sker väsentligen vertikalt relativt flödesriktningen. 12. Ventilen enligt något av kraven l-ll, där ventilsätet (330, 331, 332) utgörs av en rotationssymetrisk cirkulär vägg placerat i centrum av minst ett av de flexibla elementen (310, 311), såsom utsidan på en stav, insidan eller utsidan på ett rör. 13. Ventilen enligt något av kraven 1-ll, där ventilsätet (330, 331, 332) har en rotationssymetrisk konisk profil och är placerat i centrum av minst ett av de flexibla elementen (310, 311) i riktning nedströms. 14. Ventilen enligt något av kraven 1-11, där ventilsätet (330, 331, 332) utgörs av en rotationssymmetrisk cirkulär vägg som kan innefatta insidan på ett rör, placerat runtom minst ett av de flexibla elementen (310, 311). 15. Ventilen enligt något av kraven 1-13, där konstruktionsmaterialet för de flexibla elementen (310, 311) och ventilsätena (330, 331, 332) är autoklaverbart och eller där konstruktionsmaterialet för de flexibla elementen 10 15 20 25 535 849 /3 (310, 311) och ventilsätena (330, 331, 332) är engångsmaterial eller där konstruktionen innefattar delar av autoklaverbara material i kombination med delar av engångsmaterial. 16. Ventilen enligt något av kraven 1-15, där aktuatorenheten utgörs av minst en piezoelektrisk aktuator. 17. Ventilen enligt något av kraven 1-16, där aktuatorenheten är anordnad utan kontakt med flödeskanalen. 18. Ventilen enligt något av kraven 1-16, där minst två ultraljudstranceivers är placerade längs, minst en av, flödeskanalerna för att mäta flödet genom kanalen. 19. Förfarande för att styra ett flöde genom minst en fluidpassage, varvid förfarandet innefattar att med minst en aktuatorenhet axiellt komprimera eller dekomprimera minst två flexibla element (310, 311) hos en ventil (1, 2, 3), varvid minst ett av de flexiba elementen (310) komprimeras och minst ett av de flexibla elementen expanderas (311), varigenom minst ett av de flexibla elementen vinklas väsentligen radiellt mot eller rätas upp från ett korresponderande ventilsäte (330, 331, 332) för att styra nämnda flöde.