ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН
SAFETY VALVE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к клапану для регулирования потока среды из первой системы во вторую систему. Настоящее изобретение дополнительно относится к насосному устройству и к устройству молокоотсоса, содержащему такой клапан.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Механизмы предохранительных клапанов, как правило, относятся к механическим или электрическим компонентам, позволяющим автоматически выбрасывать среду из любого типа сосуда под давлением или иной системы, когда давление превышает заданный предел. Путем сброса давления, сосуд или система под давлением могут быть защищены от повреждения или даже от взрыва. Более того, любое оборудование или человек, соединенные с этим сосудом или системой под давлением, также могут быть защищены от повреждений, вызванных слишком высоким или слишком низким давлением.
Устройства молокоотсоса, как правило, используются кормящими женщинами для извлечения молока из их груди. Такие устройства молокоотсоса могут представлять собой ручные устройства, приводимые в действие движениями руки или ноги, или электрические устройства с питанием от сети или от батареи. Обычно молоко извлекается путем оказания на грудь давления разрежения. Это давление разрежения создается насосом или вакуумным насосом, создающим (частичный) вакуум в резервуаре для молока, напрямую или не напрямую соединенным с грудью. Собранное молоко протекает в резервуар для молока, в котором оно затем хранится. В зависимости от типа устройства молокоотсоса, устройство может быть предназначено для обеспечения колеблющегося профиля вакуума для имитации всасывающего цикла младенца. Этот колеблющийся профиль вакуума может быть создан с помощью определенной регулировки насоса или с помощью подходящей конструкции клапана.
Одним важным аспектом при проектировании устройства молокоотсоса является безопасность пользователя. В зависимости от типа используемого насоса, возможно, что насос будет создавать слишком высокий уровень вакуума, причиняя пользователю вред или увечье. Возможными причинами этого могут являться механические или электрические сбои отдельных компонентов, например, насоса или соленойдного клапана. Следовательно, устройства молокоотсоса зачастую оборудуются предохранительным клапаном. Этот предохранительный клапан предназначен для открытия и ослабления вакуума, если предел вакуума был превышен, и для повторного закрытия после падения вакуума ниже заданного предела.
В документе US 2008/017224A1 описана программируемая система электрического молокоотсоса, включая в себя вакуумный насос, пневматически соединенный с чашами для груди, и клапан сброса вакуума, позволяющий обойти вакуумный насос. Этот клапан сброса вакуума циркулирует с помощью контроллера между минимальной и максимальной точками вакуума для создания периодической пульсации вакуума в чашах для груди, т.е. для имитации всасывающего цикла младенца. Клапан сброса также предотвращает нанесение вреда пользователю, поскольку заданный максимальный уровень вакуума не может быть превышен.
В документе US 6 024 120 A1 описан клапан сброса давления с подвижной диафрагмой. Клапан содержит диафрагму с внутренним периметром и наружным периметром и привод, имеющий поршень, простирающийся по оси от него, который вводится во внутренний периметр диафрагмы. Для сброса чрезмерного отрицательного давления диафрагма приводится в одно из двух положений. В первом положении, смещающие элементы вынуждают внутренний периметр диафрагмы создавать герметичное зацепление вокруг окружности поршня так, чтобы сохранялось герметичное уплотнение. Когда отрицательное давление повышается, внутренний периметр диафрагмы перемещается в герметичном зацеплении вокруг поршня так, что вокруг окружности поршня действует постоянная герметизирующая сила до тех пор, пока он не достигнет множества ножек на свободном конце поршня. Таким образом, окружающий воздух может проходить от одной стороны клапана к другой.
В документе EP 1 479 521 A1 описан чернильный картридж. Чернильный картридж обеспечивает стабильную подачу чернил на головку принтера с помощью простой клапанной конструкции. В одном предпочтительном воплощении путь чернил преграждается участком выступа резинки клапана, зацепляющейся с фланцем, и угол, образуемый внутренней поверхностью отверстия в участке выступа и зацепляющей поверхностью фланца представляет собой острый угол.
В документе DE 20 2006 012 645 U1 описан обратный клапан. Этот клапан является вращательно симметричным и имеет седло клапана, содержащее центральный участок, впускной канал и выпускной канал. Гибкое уплотнение покрывает наружный канал, формируя закрывающий элемент клапана. Центральный участок имеет коническую форму и изогнут по направлению к выпускному каналу в осевом направлении. Уплотнение имеет подходящую форму. Уплотнение ограничено верхним участком центрального участка и примыкает к нему.
В документе US 2003/0188790 A1 описан перепускной клапан. Данный клапан имеет корпус, состоящий из нескольких частей, и закрывающий корпус в форме диска, который имеет по меньшей мере одно отверстие, при этом участок, на котором нет отверстия, выровнен с каналом потока в корпусе.
Тем не менее, традиционные предохранительные клапаны зачастую имеют проблему, связанную с тем, что они открываются пропорционально действующему уровню вакуума, т.е. они открываются, как только превышается максимальный уровень вакуума, но вновь закрываются сразу после того, как уровень вакуума упал ниже заданного максимального уровня. Такая конструкция может лишь гарантировать, что не будет превышен максимальный уровень вакуума, однако, не обеспечивает, что вакуум может быть ослаблен, если система вышла из-под контроля.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, задачей настоящего изобретения является преодоление вышеописанных проблем и обеспечение предохранительного клапана, позволяющего вернуться к контрольному режиму насоса, в частности устройства молокоотсоса, если система вышла из-под контроля. Дополнительной задачей настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованного предохранительного клапана, обеспечивающего надежный контроль уровня вакуума. Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение эффективно производимого клапана.
Согласно первому объекту настоящего изобретения обеспечивается клапан для регулирования потока среды из первой системы во вторую систему, содержащий деформируемую куполообразную конструкцию, формирующую резервуар и включающую в себя отверстие для пути потока, крышку клапана, включающую в себя первое соединительное отверстие для соединения клапана с первой системой, и контактный элемент для взаимодействия с отверстием для пути потока для его открытия и закрытия, и основание клапана, герметично соединенное с крышкой клапана и с куполообразной конструкцией, и включающее в себя второе соединительное отверстие для соединения клапана со второй системой, и сообщающееся с резервуаром, отличающийся тем, что деформируемая куполообразная конструкция выполнена так, чтобы в открытом состоянии клапана деформируемая куполообразная конструкция деформировалась в вогнутую форму, и отверстие пути потока не соединялось с контактным элементом так, чтобы обеспечивать среде возможность протекать из первой системы во вторую систему через первое и второе соединительные отверстия и отверстие пути потока, и в закрытом состоянии клапана, деформируемая куполообразная конструкция занимает свою исходную куполообразную форму, и отверстие пути потока соединено с контактным элементом и, таким образом, закрыто.
Согласно дополнительному объекту настоящего изобретения представлено насосное устройство для транспортировки среды из первой системы, соединенной с его входом, во вторую систему, соединенную с его выходом, при этом по меньшей мере один клапан, как описано выше, расположен между по меньшей мере одной из первой системы и второй системы и входом и выходом насоса.
Согласно еще одному объекту настоящего изобретения представлено устройство молокоотсоса для извлечения молока из груди кормящей женщины, содержащее резервуар для сбора извлекаемого молока, воронку, соединяемую с резервуаром для молока для приема груди женщины, вакуумный насос для создания давления разрежения в резервуаре для молока и клапан, как описано выше, соединенный с резервуаром для молока для предотвращения того, что давление, оказываемое на грудь женщины, превысит порог снятия давления и для обеспечения колебаний давления между порогом снятия давления и порогом поддержания давления, имитируя всасывающий цикл младенца.
В зависимости от области применения клапана в соответствии с настоящим изобретением можно контролировать поток различных сред. Например, среда может представлять собой газ, такой как воздух, кислород или азот и пр., например, в медицинских применениях. Более того, среда также может представлять собой жидкость, например воду, кровь, топливо, пиво и пр., например, при транспортировке таких жидкостей в контейнерах под давлением через различные температурные зоны. В целом, термин «среда», используемый здесь, может означать любой тип текущего вещества, т.е. газ или жидкость.
Клапан, таким образом, как правило, располагается между двух систем, первая система, как правило, относится к окружающей среде, вторая система, как правило, относится к резервуару под давлением для поддержания уровня вакуума. Например, один из примеров может включать в себя вакуумный резервуар, представляющий вторую систему, в котором создано разрежение с помощью вакуумного насоса. Этот резервуар или любое устройство или пользователь, контактирующие с данным резервуаром, защищены от повреждений при помощи клапана в соответствии с настоящим изобретением. Окружающий воздух вокруг резервуара под давлением представляет собой первую систему. Клапан обеспечивает соединение указанных двух систем и, таким образом, уравновешивает или постепенно уравновешивает уровни давления в двух указанных системах.
Клапан в соответствии с настоящим изобретением содержит деформируемую куполообразную конструкцию, крышку клапана и основание клапана. Три указанных компонента взаимодействуют друг с другом для обеспечения желаемой функции. Деформируемая куполообразная конструкция, таким образом, является деформируемой, т.е. эластичной в том смысле, что она может быть деформирована, если к ней приложить силу, но также может восстанавливать свою исходную форму, если сила ослабевает, или если применяется вторая (противоположно направленная) сила. Одним из преимуществ деформируемой куполообразной конструкции является то, что в случае применения к ней силы, т.е. давления или разницы давлений, не будет возникать механических повреждений. Крышка клапана включает в себя первое соединительное отверстие, формирующее сторону впуска клапана. Это первое соединительное отверстие обеспечивает поток среды из первой системы в клапан. Дополнительно оборудован контактный элемент, взаимодействующий с отверстием для пути потока в деформируемой куполообразной конструкции для того, чтобы открывать и закрывать его. Эта функция может, например, быть реализована путем такого расположения контактного элемента, чтобы он прижимался к отверстию пути потока, или чтобы отверстие пути потока прижималось к контактному элементу, так чтобы отверстие пути потока было герметизировано. Если, однако, отверстие пути потока не соединено с контактным элементом, среда может протекать сквозь него.
Основание клапана предназначено для взаимодействия с крышкой клапана. В частности, основание клапана и крышка клапана могут быть собраны так, чтобы деформируемая куполообразная конструкция была включена в корпус, образованный крышкой клапана и основанием клапана. Основание клапана дополнительно включает в себя вторые соединительные отверстия, представляющие соединение клапана со второй системой. Таким образом, среда может входить в клапан из второй системы через второе соединительное отверстие и наоборот. Основание клапана механически выполнено так, чтобы второе соединительное отверстие напрямую соединяло вторую систему с резервуаром, образованным деформируемой куполообразной конструкцией. Основание клапана дополнительно содержит приспособления для механической поддержки и воздухонепроницаемого соединения с деформируемой куполообразной конструкцией. Поэтому, если среда проникает в клапан через второе соединительное отверстие, она напрямую попадает в резервуар, образованный деформируемой куполообразной конструкцией, то она сможет покинуть деформируемую куполообразную конструкцию лишь через отверстие для пути потока. В зависимости от того, находится ли клапан в открытом положении, отверстие пути потока не соединено с контактным элементом и поэтому среда может протекать через него. Наоборот, если отверстие пути потока соединено с контактной поверхностью, клапан занимает закрытое положение и среда не может проходить.
Особым преимуществом настоящего изобретения является то, что в зависимости от разницы давлений между первой и второй системами может быть реализована функциональность предохранительного клапана. Среда может либо входить в клапан через первое соединительное отверстие, проходить через отверстие пути потока и покидать клапан через второе соединительное отверстие, либо входить в клапан через второе соединительное отверстие, проходить через отверстие пути потока и покидать клапан через первое соединительное отверстие. Отверстие пути потока, таким образом, имеет ключевое значение для обеспечения возможности прохождения среды или блокировки пути потока, в зависимости от положения клапана.
В соответствии с одним воплощением настоящего изобретения, деформируемая куполообразная конструкция деформируется, и отверстие пути потока не соединяется с контактным элементом, если разница давлений между первой системой и второй системой превышает порог сброса давления, и деформируемая куполообразная конструкция принимает свою исходную куполообразную форму, и отверстие пути потока контактирует с контактным элементом, если разница давлений между первой системой и второй системой ниже порога поддержания давления.
Таким образом, в соответствии с этим воплощением, деформируемая куполообразная конструкция вынуждена деформироваться, когда между первой и второй системами возникает перепад давлений. Эта деформируемая куполообразная конструкция может лишь сохранять свою исходную куполообразную форму в случае, если сила, т.е. давление, прилагаемая к ней, ниже определенного порога давления, т.е. порога поддержания давления. Если разница давлений выше, возникает деформация деформируемой куполообразной конструкции. Отверстие пути потока расположено так, чтобы такая деформация деформируемой куполообразной конструкции вынуждала его терять контакт с контактным элементом. Это приводит клапан в открытое положение, и среда может перетекать между двумя системами.
Одним из важных преимуществ настоящего воплощения является то, что не требуется какого-либо внешнего контроля, например электрического контроля, за клапаном. Клапан может выполнять свою функцию лишь на основании разницы давлений между первой и второй системами. Дополнительное преимущество настоящего изобретения заключается в том, что клапан состоит всего из трех компонентов, т.е. деформируемой куполообразной конструкции, крышки клапана и основания клапана, что обеспечивает дешевое и эффективное производство клапана, а также его интеграцию в небольшой объем.
Таким образом, пороги сброса и поддержания давления предпочтительно зависят от механической конструкции или формы, и от свойств материала деформируемой куполообразной конструкции.
В соответствии с другим предпочтительным воплощением настоящего изобретения, деформируемая куполообразная конструкция деформируется, и отверстие пути потока отсоединяется от контактного элемента, когда разница давлений между первой системой и второй системой превышает порог сброса давления, и деформируемая куполообразная конструкция восстанавливает свою исходную куполообразную форму, и отверстие пути потока входит в контакт с контактным элементом, когда разница давлений между первой системой и второй системой падает ниже порога поддержания давления.
В соответствии с данным воплощением, клапан работает динамически. Он приводится в открытое положение, если разница давлений превышает первый порог. Когда разница давлений падает вновь ниже указанного порога, деформируемая куполообразная конструкция возвращается в свою исходную форму так, чтобы отверстие пути потока контактировало с контактным элементом и путь потока герметизировался. В зависимости от конфигурации системы, это может позволить вновь увеличить разницу давлений до тех пор, пока вновь не будет превышен порог сброса давления.
В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, порог сброса давления выше, чем порог поддержания давления, и клапан имеет такую конфигурацию, чтобы обеспечивать задержку переключения. Давление повышается до тех пор, пока не будет превышен порог сброса давления, и деформируемая куполообразная конструкция деформируется так, чтобы отверстие пути потока было проходимым, и среда могла проходить через клапан, т.е. через первое и второе соединительные отверстия и отверстие пути потока. Затем, как только среда начинает протекать, разница давлений, как правило, снова падает. В соответствии с данным воплощением настоящего изобретения, однако, деформируемая куполообразная конструкция не восстанавливает свою исходную куполообразную форму до тех пор, пока не будет пройден порог поддержания давления. Если этот порог поддержания давления ниже порога сброса давления, клапан, таким образом, обеспечивает задержку переключения, в том, что после открытия, клапан остается открытым в течение определенного времени, хотя давление уже упало ниже порога, изначально вынудившего клапан открыться.
Одно из преимущества настоящего воплощения заключается в том, что можно достигнуть задержки. Эта задержка может, с одной стороны, быть использована для конфигурации клапана в соответствии с настоящим изобретением так, чтобы он обеспечивал колеблющийся уровень давления, который может, например, применяться в устройстве молокоотсоса для имитации всасывающего цикла младенца. С другой стороны, данное поведение также может быть использовано для обеспечения в некотором роде безопасной работы, а именно - когда большая доля вакуума уходит до того, как уровень вакуума будет вновь подниматься. Таким образом, если например вакуумный насос выходит из-под контроля, и обеспечивает очень высокий уровень вакуума, пользователь устройства молокоотсоса, оснащенного таким клапаном, будет защищен от повреждений, благодаря обеспечению задержки, позволяющей ему отдалить устройство молокоотсоса в ходе периода низкого уровня вакуума.
В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, порог сброса давления находится в диапазоне от 250 мм рт. ст. до 450 мм рт. ст., предпочтительно от 330 мм рт. ст. до 360 мм рт. ст., и/или порог поддержания давления находится в диапазоне от 50 мм рт.ст до 200 мм рт.ст, предпочтительно от 90 мм рт.ст. до 120 мм рт.ст. Эти значения для порога сброса и поддержания давления обеспечивают мягкое приложение устройства молокоотсоса, содержащего клапан в соответствии с настоящим изобретением, к пользователю. Допустимы и другие величины пороговых значений.
В соответствии с еще одним воплощением настоящего изобретения, деформируемая куполообразная конструкция содержит полимерный или эластомерный материал, в частности силикон или (жидкий или твердый) силиконовый каучук. При помощи такого полимерного или эластомерного материала можно достигнуть желаемой функциональной деформации. Эластомерный материал обеспечивает возможность изготовления эластичных деталей, которые могут быть эффективно изготовлены в виртуально произвольных конфигурациях. Деформируемая куполообразная конструкция, составляющая клапан в соответствии с настоящим изобретением, может, например, быть изготовлена путем формования или литья под давлением.
В соответствии с другим воплощением настоящего изобретения, деформируемая куполообразная конструкция включает в себя цилиндрическую часть и полусферическую часть, полусферическая часть содержит отверстие пути потока и имеет диаметр, больший либо равный диаметру цилиндрической части. Подобная конфигурация деформируемой куполообразной конструкции такова, когда она включает в себя цилиндрическую часть и полусферическую часть, обеспечивает простое соединение деформируемой куполообразной конструкции с основанием клапана. Предпочтительно отверстие пути потока располагается в высшей точке полусферы. Более предпочтительно основание клапана содержит выступ цилиндрической формы для соединения с куполом для приема цилиндрической части деформируемой куполообразной конструкции герметизации соединения. Если, например, радиус цилиндрической части деформируемой куполообразной конструкции будет слегка меньше, чем радиус цилиндрического выступа для соединения с куполом, герметичное соединение деформируемой куполообразной конструкции с цилиндрическим выступом для соединения с куполом может быть достигнуто просто путем расширения деформируемой куполообразной конструкции и помещения ее поверх цилиндрического выступа для соединения с куполом. Благодаря своим свойствам, эластомерные материалы, например, силикон или силиконовый каучук, могут быть соединены без необходимости в дополнительных соединительных средствах, таких как клей. Тем не менее, также возможно использование клея или других механических соединительных средств, таких как зажимы или ремни и пр. для воздухонепроницаемого соединения деформируемой куполообразной конструкции с соответствующими соединительными средствами или соединительным выступом основания клапана.
В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения, отверстие пути потока располагается в верхней точке деформируемой куполообразной конструкции. Центровка отверстия пути потока позволяет избежать воздействия боковых сил на деформируемую куполообразную конструкцию, которые могут вызывать высокие напряжения в соединении деформируемой куполообразной конструкции с основанием клапана. Более того, расположение отверстия пути потока в верхней точке деформируемой куполообразной конструкции также обеспечивает возможность размещения контактного элемента напротив отверстия пути потока, так чтобы трубные части прижимались друг к другу, и отверстие пути потока герметизировалось.
В соответствии с еще одним воплощением настоящего изобретения, контактный элемент включает в себя плоскую область поверхности по меньшей мере такой же величины, как отверстие пути потока в деформируемой куполообразной конструкции, которая предназначается для герметизации отверстия пути потока в деформируемой куполообразной конструкции при его прижатии к плоской области поверхности. Эта плоская область поверхности может быть изготовлена из того же материала, что и крышка клапана, но может также содержать альтернативный материал, такой как эластомер, например, силикон или силиконовый каучук. Путем обеспечения плоской области поверхности по меньшей мере такой же величины, как отверстие пути потока, можно обеспечить данную функцию.
В соответствии с еще одним воплощением настоящего изобретения, первое соединительное отверстие, соединяющее клапан с первой системой, представлено четырьмя вентиляционными отверстиями, расположенными по квадрату вокруг контактного элемента. Расположение вентиляционных отверстий вокруг контактного элемента и, таким образом, отверстие пути потока позволяет среде плавно перетекать из первой системы в клапан и наоборот. Альтернативно, можно расположить больше или меньше вентиляционных отверстий в других местах в крышке клапана, если этого потребует применение. Если, например, применение требует соединения первой системы под прямым углом к соединению второй системы, это можно просто осуществить путем обеспечения вентиляционных отверстий в другом положении.
В соответствии с другим воплощением, второе соединительное отверстие, соединяющее клапан со второй системой, представлено выступом цилиндрической формы для соединения с системой, соединяющим резервуар со второй системой. Для второго соединительного отверстия действуют те же принципы, что и для первого соединительного отверстия. В частности, предпочтительно использовать выступ цилиндрической форы для соединения с куполом. Такой цилиндрический выступ может быть легко присоединен ко второй системе, например, путем формирования винтовой головки, позволяющей вкрутить клапан в подходящее резьбовое отверстие для соединения со второй системой. Предпочтительно этот цилиндр напрямую соединяет резервуар, образованный деформируемой куполообразной конструкцией, со второй системой.
В соответствии с другим воплощением настоящего изобретения, крышка клапана и основание клапана выполнены как одно целое. Объединение двух указанных частей позволяет дополнительно снизить производственные затраты и повысить надежность элемента, поскольку не потребуется какого-либо герметичного соединения между крышкой клапана и основанием клапана.
В соответствии с другим объектом настоящего изобретения, насосное устройство, включающее в себя клапан, расположенный между по меньшей мере одной из первой и/или второй систем и входом и/или и выходом насоса, может обеспечить преимущество, заключающееся в автоматическом предотвращении обратного течения среды через насос. Таким образом, насос может быть защищен от повреждений в случае возникновения неисправности.
Устройство молокоотсоса, содержащее клапан в соответствии с настоящим изобретением, и как описано выше, позволяет осуществлять функцию предохранительного клапана. Даже если насос работает неправильно и обеспечивает слишком высокий уровень вакуума, клапан позволяет защитить пользователя от повреждений. При возникновении такой ситуации, деформируемая куполообразная конструкция деформируется и вакуум выбрасывается в окружающую среду.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и прочие объекты изобретения станут понятны и будут объяснены со ссылкой на воплощения, описанные ниже. На чертежах:
Фиг. 1 изображает схематичное представление клапана в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения в покомпонентном виде;
Фиг. 2 изображает разрез клапана в открытом положении;
Фиг. 3 изображает разрез клапана в закрытом положении;
Фиг. 4 изображает схему, демонстрирующую задержку переключения, обеспечиваемую одним воплощением настоящего изобретения;
Фиг. 5 изображает схему, противопоставляющую профиль вакуума, создаваемого с помощью воплощения настоящего изобретения, профилю вакуума, создаваемого с помощью традиционного насоса; и
Фиг. 6 изображает воплощение устройства молокоотсоса в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг. 1 показан клапан 1 в соответствии с настоящим изобретением. Клапан 1 содержит деформируемую куполообразную конструкцию 3, крышку 5 клапана и основание 7 клапана. В проиллюстрированном примере деформируемая куполообразная конструкция 3 включает в себя отверстие 9 пути потока, расположенное в высшей точке полусферической части 11 деформируемой куполообразной конструкции 3. Конструкция 3 дополнительно содержит цилиндрическую часть 13, имеющую диаметр меньший, чем диаметр полусферической части 11. Крышка 5 клапана включает в себя первое соединительное отверстие 15, представленное четырьмя вентиляционными отверстиями, расположенными по квадрату на верхней стороне крышки клапана. На показанном покомпонентном виде не изображен контактный элемент. Основание 7 клапана включает в себя второе соединительное отверстие 17, представленное цилиндрическим выступом для соединения с системой. Второе соединительное отверстие 17, и, соответственно, цилиндрический выступ для соединения с системой, выполнены так, чтобы обеспечивать опорную конструкцию 19 для поддержания цилиндрической части деформируемой куполообразной конструкции на ее верхней стороне.
Фиг. 1 дополнительно изображает два винта 21 для соединения основания 7 клапана и крышки 5 клапана и для формирования из них корпуса. В соответствии с одним предпочтительным воплощением настоящего изобретения, крышка 5 клапана и основание 7 клапана представляют собой пластиковые детали, изготавливаемые с помощью процесса литья под давлением. Однако можно использовать альтернативные материалы и другие способы обработки материалов для изготовления крышки 5 клапана и основания 7 клапана.
Фиг. 2 изображает открытое положение воплощения клапана 1 в соответствии с настоящим изобретением. Деформируемая куполообразная конструкция 3 деформирована так, чтобы отверстие 9 пути потока не было соединено с контактным элементом 23. Контактный элемент 23 выполнен как одно целое с крышкой 5 клапана и изготовлен из того же материала. В показанном открытом положении клапана среда может протекать через вогнутое соединительное отверстие 15, проходить через отверстие 9 пути потока и выходить из клапана, т.е. входить во вторую систему через второе соединительное отверстие 17, выполненное в основании 7 клапана, как показано стрелками 16. Среда может, таким образом, протекать из первой системы 24 ко второй системе 26.
Фиг. 3 изображает воплощение клапана 1 в соответствии с настоящим изобретением в закрытом положении. Отверстие 9 пути потока соединено с контактным элементом 23 так, чтобы среда не могла протекать через отверстие пути потока, и отверстие 9 пути потока герметизировано. Деформируемая куполообразная конструкция 3 принимает свою исходную куполообразную форму, образующую резервуар 25. Этот резервуар напрямую соединен со второй системой с помощью второго соединительного отверстия 17.
Фиг. 4 изображает задержку переключения, которая может быть обеспечена с помощью воплощения клапана в соответствии с настоящим изобретением. На оси х показан ход, т.е. протяженность деформации деформируемой куполообразной конструкции. На оси y показано давление, т.е. уровень вакуума, вызывающий деформацию. Можно видеть, что деформация купола следует по некоему закону упругой деформации, когда уровень вакуума во второй системе повышается. При нормальной работе, уровень вакуума в первой системе, и, соответственно, разница давлений, находятся ниже пороговых значений, и возникает лишь небольшая деформация. Клапан работает в состоянии нормальной работы 27. Если, однако, уровень вакуума покинет это нормальное рабочее состояние и вырастет выше порога сброса давления р1, купол деформируется, как только будет пройдена предельная точка 29. Отверстие пути потока отсоединяется от контактного элемента (когда достигается соответствующих ход s1), и деформируемый купол сокращается вдоль кривой сокращения 31, хотя уровень вакуума уже опустился ниже порога р1 сброса давления. Благодаря механическим свойствам купола, даже несмотря на то, что вакуум опускается ниже порога р1 сброса давления, благодаря утечке через отверстие пути потока, купол продолжает сжиматься до тех пор, пока не будет достигнута обратная точка 33. Эта обратная точка 33 соответствует порогу р2 поддержания давления и ходу s2. Как только обратная точка 33 пройдена, купол вновь деформируется вдоль обратной кривой 35 и восстанавливает свою исходную куполообразную форму. По сравнению с традиционным предохранительным клапаном, который открывается пропорционально текущему уровню вакуума, новый клапан в соответствии с настоящим изобретением открывается на более продолжительное время, т.е. обеспечивает задержку, так, чтобы вакуум мог существенно ослабнуть.
На Фиг. 5 поведение клапана в соответствии с настоящим изобретением сравнивается с поведением традиционного клапана. По оси х обозначено время, по оси y обозначено давление, т.е. уровень вакуума. Профиль вакуума 37, создаваемого воплощением клапана в соответствии с настоящим изобретением во взаимодействии с вакуумным насосом колеблется между порогом р1 сброса давления и порогом р2 поддержания давления. Деформируемая куполообразная конструкция деформируется, как только достигается порог р1 сброса давления, и отверстие для пути потока отсоединяется от контактного элемента. После деформации среда может протекать через отверстие для пути потока и постепенно выравнивать уровень давления между первой и второй системами. Когда достигается порог р2 поддержания давления, т.е. определенная сила давления слишком мала для поддержания деформации, деформируемая куполообразная конструкция восстанавливается, т.е. расширяется, до своей исходной куполообразной формы, и вновь герметизирует отверстие для пути потока. Затем уровень вакуума может вновь повыситься до повторного достижения порога р1 сброса давления.
В сравнении с этим поведением, профиль вакуума 39 традиционного клапана, который открывается пропорционально текущему уровню вакуума, показывает отличающееся поведение. При конфигурации, подобной проиллюстрированному примеру клапана в соответствии с настоящим изобретением, при котором создается профиль вакуума 37, традиционный клапан, создающий профиль вакуума 39, также сбрасывает давление при достижении порога р1 сброса давления. Однако, поскольку традиционные клапаны открываются лишь пропорционально текущей разнице давлений, точка поворота достигается уже на уровне давления р3, который представляет уровень вакуума, более высокий, чем порог р2 поддержания давления. Если, например, система находится в ненормальном состоянии, и вакуум превышает (безопасный) предел, традиционный клапан может лишь поддерживать вакуум между порогом р1 сброса давления и нижним пределом давления р3. Однако, при этом уровне вакуума р3, вакуум уже может наносить вред, т.е. приставать к груди пользователя. Клапан в соответствии с настоящим изобретением может ослаблять уровень вакуума до порога поддержания давления, что позволяет пользователю отвести устройство молокоотсоса от груди безболезненно и без травм.
Клапан в соответствии с настоящим изобретением, таким образом, обеспечивает по меньшей мере два режима работы. Если вакуумный насос работает при нормальных условиях работы, он не будет создавать уровень вакуума, близкий к порогу сброса давления, определенному механическими свойствами деформируемой куполообразной конструкции. Однако, если насос выходит из-под контроля из-за сбоя управления или электрики, достигается больший вакуум, чем предполагалось, и клапан открывается и ослабляет вакуум. В этом случае вакуум не только ослабляется до уровня, существенно ниже, чем порог сброса давления, но до значительное более низкого предела поддержания давления. Такое поведение достигается с помощью механических свойств деформируемой куполообразной конструкции, которая, после деформации, восстанавливает свою исходную форму лишь тогда, когда давление падает ниже порога поддержания давления, как показано на Фиг. 4. Больший уровень давления, создаваемый традиционным клапаном, как показано на Фиг. 5, может не позволить пользователю оторвать устройство молокоотсоса от груди для предотвращения повреждений.
Альтернативно, клапан в соответствии с настоящим изобретением также может быть использован для специального создания колеблющегося уровня вакуума. Такой колеблющийся уровень вакуума может, например, быть использован для приведения в действие устройства молокоотсоса с колеблющимся поведением вакуума, что имитирует всасывающий цикл младенца. Колеблющийся уровень вакуума, как правило, создается с помощью комбинации насоса и соленоидного клапана, но клапан в соответствии с настоящим изобретением может быть использован в качестве альтернативы соленоидному клапану. Порог поддержания давления и порог сброса давления зависят от механических свойств и размеров клапана в соответствии с настоящим изобретением. Примеры приемлемых порогов для данной области применения могут составлять для порога поддержания давления около 250 мм рт. ст., и порог сброса низкого давления может лежать в диапазоне от 0 до 90 мм рт.ст. Также может быть предпочтительно обеспечить приспособления, например, механическую подключаемую конструкцию, для регулирования порога сброса давления в зависимости от предпочтений пользователя или от медицинских требований.
На Фиг. 6 показано устройство 41 молокоотсоса для извлечения молока из груди кормящей женщины. Устройство 41 молокоотсоса содержит резервуар 43 для молока, в котором собирается извлеченное молоко. Дополнительно в нем содержится воронка 45, т.е. структура подушки, соединенная с резервуаром 43 для молока, которая принимает грудь женщины. Вакуумный насос 47 создает давление разрежения в резервуаре для молока 43 и соединяется с ним с помощью диафрагмы 49. Эта диафрагма 49 предотвращает высасывание молока из резервуара 43 для молока в вакуумный насос 47. Насос 47 присоединен к предохранительному клапану 1а и резервуару 43 для молока с помощью трубки 51, например силиконовой трубки. Дополнительно в нем содержится клапан 1а в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения, как описано выше. Устройство 41 молокоотсоса может приводиться в действие механически с помощью движения руки или ноги, либо электронно с приводом от сети или от батарейки. Устройство 41 молокоотсоса может содержать дополнительные компоненты, например такие, как обратный клапан на входе насоса 47, или дополнительный клапан, или конструкцию бака для оптимизации созданного уровня вакуума, или другие компоненты.
Как правило, изобретение может применяться в различных типах насосных устройств для транспортировки среды из первой системы, соединенной с его входом, ко второй системе, соединенной с его выходом, при этом по меньшей мере один клапан, как описано выше, помещен между по меньшей мере одной из первой и/или второй систем и входом и/или выходом насоса для предотвращения обратного течения транспортируемой среды через насос.
Несмотря на то что изобретение было проиллюстрировано и описано подробно на чертежах и в вышеприведенном описании, такие иллюстрации и описание должны рассматриваться лишь как иллюстративные или примерные, а не как ограничивающие; изобретение не ограничивается описанными воплощениями. Специалистам в данной области техники на основании изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения будут понятны другие варианты описанных воплощений при выполнении на практике защищаемого изобретения.
В формуле изобретения, термин «содержащий» не исключает прочих элементов или этапов, и неопределенный артикль «a» или «an» не исключает множественного числа. Единый элемент или другой блок могут выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Тот факт, что определенные меры перечислены во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована с преимуществом.
Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничение его пределов.