ВАКУУМНЫЙ НАСОС
VACUUM PUMP

Область техники
Настоящее изобретение относится к вакуумному насосу, охарактеризованному в ограничительной части п. 1 формулы.
Уровень техники
Вакуумные насосы применяются для создания пониженного давления. В частности, их можно использовать в качестве молокоотсосов для откачивания (сцеживания) грудного молока, а также как медицинские дренажные насосы, причем в особенности это касается направления, связанного с дренированием грудной клетки и ран. К относительно небольшим и сравнительно недорогим устройствам этого назначения можно отнести диафрагменные (мембранные) вакуумные насосы.
В WO 2011/035447 описан молокоотсос с приводом от двигателя, предназначенный для откачивания грудного молока и имеющий вакуумирующую мембрану, которая одновременно с созданием и переносом вакуума используется для разделения сред (для разделения воздуха и молока), а также служит средством для транспортировки откачанного молока. Мембрана приводится в действие непосредственно двигателем и механическим приводным средством или присоединена к создающему вакуум насосу через вакуумную линию.
WO 2008/057218 также описывает вакуумирующую мембрану молокоотсоса. Данная мембрана присоединена к насосному блоку через вакуумную линию, которая снабжена встроенной заслонкой клапана.
Как известно, причем в особенности при применении дренажных насосов, созданный вакуум или вакуум, приложенный к телу пользователя, часто требуется измерять. Обычно пониженное давление измеряют на участке вакуумной линии внутри вакуумного насоса или в наружной отсасывающей или вакуумной линии, используя для этого датчики известного, например пьезоэлектрического, типа. Однако при использовании молокоотсосов измерение созданного пониженного давления в настоящее время широкого распространения не получило.
Из уровня техники известно огромное количество датчиков давления. Так, в US 20030116702 описан оптический датчик давления, содержащий корпус, удерживаемую в корпусе мембрану с устройством блокировки излучения, светодиод, фотодетектор и призмы, направляющие излучение от светодиода к фотодетектору. Позиция мембраны и, таким образом, позиция устройства блокировки излучения на траектории пучка между светодиодом и фотодетектором зависят от давления в корпусе.
WO 03/034014 описывает датчик, определяющий давление текучей среды, которое передается на датчик через мембрану.
К датчику давления, в котором для передачи давления использована мембрана, относится также WO 2011/027117.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в разработке усовершенствованного вакуумного насоса, снабженного датчиком давления и выполненного с возможностью использования, в частности, в качестве молокоотсоса, откачивающего человеческое грудное молоко.
Эта задача решается посредством вакуумного насоса, признаки которого приведены в п. 1 формулы.
Вакуумный насос согласно изобретению предназначен для создания пониженного давления и имеет камеру с входным и выходным отверстиями, причем выходное отверстие снабжено клапаном, предпочтительно невозвратным. Согласно изобретению камера насоса снабжена установленным в ней датчиком давления.
Размещение датчика давления на камере насоса (именуемой также вакуумной камерой) или внутри нее позволяет выполнить вакуумный насос небольшим, компактным и не требующим подведения дополнительной линии для датчика. В таком варианте установки сенсорного элемента пониженное давление измеряется in situ, т.е. на месте своего формирования, что позволяет не принимать во внимание потери и утечки. Таким образом, обеспечивается относительно прецизионное измерение пониженного давления.
Измеренное значение вакуума можно использовать для управления насосом или для показа пользователю на дисплее насоса. Возможны и другие варианты использования этого значения.
Датчик давления предпочтительно содержит мембрану, которая прогибается в соответствии с давлением, созданным в камере насоса и, в результате, передает это давление или степень его изменения на фотодетектор. Таким образом, мембрана датчика является сенсорным элементом.
В предпочтительном варианте на мембране датчика установлен пластинчатый выступ, выполненный с возможностью детектирования его положения относительно камеры насоса. Предпочтительно сформировать его заодно с остальной частью мембраны и более жестким, чем эта часть. Таким образом, пластинчатый выступ представляет собой элемент, передающий информацию о прогибе мембраны датчика, т.е. об изменении давления.
Прогиб мембраны датчика и, конкретно, изменение положения пластинчатого выступа могут быть детектированы известным средством, например емкостного или индукционного типа. В предпочтительном варианте положение мембраны детектируется оптическим детекторным средством.
Оптическое детекторное средство предпочтительно содержит источник оптического излучения и соответствующий фотодетектор, а пластинчатый выступ выполнен с возможностью введения, посредством прогиба мембраны датчика, на оптическую траекторию между указанным источником и фотодетектором. Детектируемый уровень излучения зависит от того, насколько далеко пластинчатый выступ продвинут на эту траекторию. Таким образом, этот уровень после надлежащего преобразования индицирует величину прогиба мембраны датчика и, следовательно, значение давления, созданного в камере насоса.
Предпочтительно использовать данный датчик в таком мембранном вакуумном насосе, в котором вакуумирующая мембрана формирует стенку камеры насоса, а объем этой камеры уменьшается и увеличивается при смещении вакуумирующей мембраны. В результате в камере насоса пониженное давление создается в циклическом режиме.
В предпочтительном варианте вакуумирующая мембрана и мембрана датчика сформированы в виде одной цельной детали. Желательно, чтобы в этом случае мембрана датчика являлась продолжением одной из сторон вакуумирующей мембраны, находясь в ее краевой зоне.
В другом предпочтительном варианте вакуумирующая мембрана и мембрана датчика представляют собой две детали, сформированные отдельно одна от другой. В этом случае желательно придать каждой из них круглую форму.
Предпочтительно мембрану датчика и вакуумирующую мембрану выполнить из силикона или термопластичного эластомера (ТПЭ). По сравнению с вакуумирующей мембраной мембрана датчика может быть тоньше или толще, но желательна одинаковая толщина мембран, например равная 0,8 мм.
Вакуумирующей мембране предпочтительно придать форму пластины с кольцевыми углублениями и выступами.
В предпочтительном варианте камера насоса разделена на первый отсек и второй отсек, сообщающийся с первым через сквозное отверстие. Уровень давления в обоих отсеках одинаков. Первый и второй отсеки выполняют функцию соответственно откачивающей и сенсорной частей. Если в конструкции насоса используются мембраны, предпочтительно, чтобы в камере насоса вакуумирующая мембрана и мембрана датчика перекрывали соответственно первый отсек и второй отсек. Входное отверстие желательно выполнить в первом отсеке камеры, а выходное - в ее втором отсеке.
Сквозное отверстие имеет меньшие размеры, чем поверхность первого отсека, и в предпочтительном варианте образовано соединительным каналом между первым и вторым отсеками камеры. Второй отсек может иметь тот же диаметр, что и соединительный канал, но предусмотрена возможность выполнить его более широким или с увеличенным объемом. Кроме того, при движении мембраны датчика и вакуумирующей мембраны объем соединительного канала и/или диаметр сквозного отверстия остаются постоянными, а объемы первого и второго отсеков камеры изменяются. Первый отсек камеры предпочтительно существенно больше второго.
В предпочтительном варианте вакуумная мембрана имеет центральную зону, которую для активирования данной мембраны можно присоединить к приводному узлу. Для присоединения к приводному узлу желательно в центральной зоне установить соединительную головку.
Предусмотрена возможность использовать вакуумный насос согласно изобретению, в частности, как молокоотсос, откачивающий грудное молоко, или в качестве дренажного насоса, например для дренирования раны или грудной клетки. Вакуумирующую мембрану можно приводить в движение непосредственно двигателем или используя механический приводной компонент, например соединительный шток. Однако эта мембрана может работать и в ручном режиме, причем предусмотрена также возможность ее присоединения по вакуумной линии к создающему вакуум насосному блоку с приводом от двигателя или с приведением в действие вручную.
В частности, предлагаемым датчиком давления можно оснастить камеру насоса, которая расположена со стороны грудной насадки и содержит мембрану, разделяющую среды и выполненную согласно WO 2011/035447.
Другие варианты изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы.
Краткое описание чертежей
Ниже, со ссылками на чертежи, описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, приведенные исключительно с целью его иллюстрации. Их не следует интерпретировать в ограничительном смысле.
На фиг. 1 в перспективном изображении представлен вакуумный насос согласно изобретению, используемый в качестве молокоотсоса.
На фиг. 2 насос по фиг. 1 показан с пространственным разделением некоторых компонентов.
На фиг. 3 фрагмент насоса по фиг. 2 показан в увеличенном масштабе.
На фиг. 4 фрагмент насоса по фиг. 2 показан в еще более увеличенном масштабе и с сенсорным блоком, имеющим немного отличающуюся конструкцию.
На фиг. 5 в продольном сечении представлена насосная камера вакуумного насоса по фиг. 1, в которой мембрана находится в первом положении.
На фиг. 6 в продольном сечении представлена насосная камера вакуумного насоса по фиг. 1, в которой мембрана находится во втором положении.
На фиг. 7 в перспективном изображении и с пространственным разделением компонентов представлен второй вариант вакуумного насоса согласно изобретению, используемого в качестве молокоотсоса.
На фиг. 8 вакуумный насос по фиг. 7 показан с пространственным разделением компонентов и в другом перспективном изображении.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показан первый иллюстративный вариант вакуумного насоса согласно изобретению, выполненного в виде молокоотсоса, откачивающего человеческое грудное молоко. Насос имеет корпус 1 с электродвигателем 10. Блок 5 грудной насадки содержит грудную насадку 51, снабженную воронкой 52, которая выполнена с возможностью герметичной установки на материнскую грудь. В комплект блока 5 входит также первая линия 50, для которой предусмотрена возможность разъемного присоединения к корпусу 1 вакуумного насоса через первый сопрягающий элемент 53. Блок 4 сбора молока содержит сосуд 44 соответствующего назначения, снабженный соединителем 43, а также вторую линию 41, оканчивающуюся вторым сопрягающим элементом 40, посредством которого ее можно разъемным образом присоединить к корпусу 1 вакуумного насоса. На противоположном конце второй линии 41 установлен третий сопрягающий элемент 42, который можно плотно вставить в соединитель 43 или натянуть поверх него.
Как показано на фиг. 2, на наружной стенке корпуса 1 закреплена крышка 13. Предпочтительно выполнить крышку съемной, например привинчивающейся. В крышке 13 сформирована камера насоса, обращенная в сторону корпуса 1 и состоящая из двух отсеков 14, 15. Оба отсека 14, 15 имеют, по существу, круглую форму, причем каждый из них образует вырез в крышке 13. У первого отсека 14 диаметр существенно больше, чем у второго отсека 15. Отсеки 14, 15 сообщаются друг с другом через соединительный канал 18, который, за исключением двух своих отверстий, ведущих в отсеки 14, 15 камеры, полностью изолирован от внешней среды. В стандартной конструкции клапаны в нем не предусмотрены.
В первом отсеке 14 камеры имеется входное отверстие 143, к которому может быть подсоединен (плотно вставлен в него) первый сопрягающий элемент 53 блока 5 грудной насадки. Во втором отсеке 15 камеры имеется выходное отверстие 150 (см. фиг. 3, 4), которое с наружной стороны крышки 13 снабжено клапаном 3. Предпочтительно поместить это выходное отверстие 150 по центру круглого отсека 15 камеры. Предпочтителен невозвратный клапан, например клапан типа "утиный нос", но возможно также и применение клапана другого типа.
Первый отсек 14 камеры имеет кольцевую герметизирующую кромку 140, а на некотором расстоянии от нее - замкнутое кольцо 141 предпочтительно с плоской внутренней задней поверхностью 144. Через кольцо 141 проходят радиальные канавки 142, соединяющие его заднюю поверхность 144 с пространством, окружающим кольцо. Между кромкой 140 и кольцом 141 находятся входное отверстие 143 и ближний конец соединительного канала 18, предпочтительно расположенные диаметрально противоположно, как это наглядно показано на фиг. 3.
При применении насоса в качестве молокоотсоса желательно поместить входное отверстие 143 выше соединительного канала 18 или первый отсек 14 камеры выше второго отсека 15 камеры.
Между крышкой 13 и наружной стенкой корпуса 1 расположена мембрана 2. Предпочтительно выполнить мембрану 2 из силикона или из ТПЭ. Она имеет круглое тело 21, которое фактически полностью охвачено кромкой 20. Телу 21 мембраны вместе с его кромкой 20 предпочтительно придать форму пластины, причем желательно выполнить это тело с выступами и углублениями. На теле 21 мембраны в ее центральной зоне сформирована соединительная головка 22, выполненная заодно с телом или прикрепленная к нему. Она разъемно или неразъемно присоединена к приводному штоку 11 привода через сопрягающий элемент 7 (см. фиг. 4).
Как наглядно показано на фиг. 3, в конструкцию привода входит упомянутый электродвигатель 10, снабженный поворотным диском 16. На диске 16 установлена головка 110 приводного компонента, пригодная для присоединения штока, конкретно для присоединения приводного штока 11. Конец штока 11, удаленный от головки 110, сконструирован в виде соединительного звена 111, которое присоединено к мембране 2 через сопрягающий элемент 7. Для этого в корпусе 1 выполнено первое сквозное отверстие 12. Таким образом, вращение оси двигателя 10 преобразуется посредством приводного штока 11 в линейное перемещение мембраны 2 (точнее тела 21 мембраны).
Тело 21 мембраны перекрывает первый отсек 14 камеры, причем конкретно перекрывается кольцо 141 и заключенная в нем полость. Посредством линейного перемещения мембраны 2 по продольной оси соединительной головки 22 можно создавать пониженное давление во внутреннем объеме этой полости и, соответственно, в первом отсеке 14 камеры. Таким образом, тело 21 мембраны и ее кромка 20 формируют вакуумирующую мембрану для создания пониженного давления, а первый отсек 14 камеры образует рабочую зону насоса, в которой создается вакуум.
У одного своего конца мембрана 2, кроме того, имеет продолжение в виде язычка 23, выполненного в данном примере, по существу, прямоугольным и плоским. На нем и заодно с ним сформирован пластинчатый выступ 24, перпендикулярно отходящий от язычка 23 в сторону корпуса 1. По сравнению с язычком 23 и с остальными участками мембраны 2, т.е. с участками 20, 21, выступ 24 предпочтительно выполнить более жестким. Такую же или еще более высокую жесткость имеет только соединительная головка 22.
Язычок 23 перекрывает второй отсек 15 камеры, причем желательно, чтобы в собранном насосе пластинчатый выступ 24 прилегал к выходному отверстию 150. По меньшей мере выступ 24 расположен во втором отсеке 15 камеры. Кроме того, вся поверхность язычка 23 герметично удерживается между крышкой 13 и наружной стороной стенки корпуса 1, так что камера насоса, образованная двумя своими отсеками 14, 15, изолирована от корпуса 1. Наружную сторону стенки корпуса 1 предпочтительно выполнить плоской. Часть язычка 23, перекрывающая второй отсек 15 камеры, образует мембрану датчика. Как будет разъяснено далее, второй отсек 15 камеры формирует рабочую зону датчика.
В зоне выступа 24 корпус 1 имеет второе сквозное отверстие 17, сквозь которое может проходить данный выступ. Внутри корпуса 1 по обе стороны от отверстия 17 установлен оптический сенсорный блок 6. В его конструкцию входят источник 60 оптического излучения (излучатель), например светодиод, и фотодетектор 62, например фотодиод. Излучатель 60 и фотодетектор 62 предпочтительно разместить вместе с управляющей и измерительной электроникой 61 на общей печатной плате. Они установлены диаметрально противоположно друг другу у кромки второго сквозного отверстия 17 и задают оптическую траекторию, которая проходит перпендикулярно выступу 24 и которую этот выступ может пересекать.
Характер смещения мембраны проиллюстрирован на фиг. 5 и 6. На обоих чертежах видно, каким образом кромка 20 и периферия язычка 23 герметично зажимаются между корпусом 1 и крышкой 13.
На фиг. 5 тело 21 мембраны 2 посредством сопрягающего элемента 7 и привода оттянуто в сторону корпуса 1, увеличивая объем первого отсека 14 камеры. Воздух из первой линии 50 блока 5 грудной насадки всасывается в камеру. Невозвратный клапан 3 закрыт. За счет пониженного давления, созданного в отсеке 14, мембрана датчика, а именно участок язычка 23, наложенный на второй отсек 15 камеры, также втягивается в отсек 15. В результате язычок 23 смещается в сторону выходного отверстия 150, т.е. от излучателя 60 и фотодетектора 62. Таким образом, по меньшей мере частично язычок 23 отводится от оптической траектории.
На фиг. 6 мембрана 2 (конкретно, тело 21 мембраны) отжата (отжато) в сторону задней поверхности 144 крышки. В своем предпочтительном положении тело 21 мембраны лежит на этой поверхности. Сообщение с первой линией 50 блока 5 грудной насадки предпочтительно заблокировать мембраной 2, закрывающей входное отверстие 143. Клапан 3 открыт. Язычок 23 (т.е. мембрана датчика) находится в ненапряженном плоском состоянии, в котором выступ 24 введен на оптическую траекторию и, таким образом, по меньшей мере частично перекрывает излучатель 60, что по шкале измерения вакуума соответствует нулевому положению.
В зависимости от созданного уровня вакуума/пониженного давления мембрана датчика с выступом 24, как видно из фиг.5, отодвигается от траектории пучка на различное расстояние, так что от излучателя к расположенному напротив фотодетектору может пройти определенная часть излучения, соответствующая созданному вакууму. Эта часть измеряется управляющей и измерительной электроникой 61 и соотносится со значением уровня вакуума. Измеренное значение точно соответствует уровню вакуума в камере насоса, т.к. из-за наличия соединительного канала 18 уровень давления является общим для первого и второго отсеков 14, 15 камеры. Положение выступа 24 на оптической траектории также может быть передано в блок управления насосом (причем без соотнесения с конкретным значением уровня вакуума) и использовано для управления насосом. Кроме того, для детектирования положения выступа 24 предусмотрена возможность применить, вместо оптического сенсорного блока 6, какое-либо другое средство.
На фиг. 7 и 8 представлен другой иллюстративный вариант осуществления изобретения. В данном случае вакуумный насос согласно изобретению также используется в качестве молокоотсоса, откачивающего человеческое грудное молоко. Идентичные части на чертежах отмечены теми же цифровыми обозначениями, как и в первом иллюстративном варианте осуществления, и далее подробно не описываются. В отличие от первого примера, мембрана 2 здесь уже не представляет собой цельную деталь. В данном случае вакуумирующая мембрана и мембрана датчика - это две мембраны, сформированные отдельно друг от друга. Вакуумирующая мембрана имеет круглую форму и образована своим телом 21 и кромкой 20. Мембрана 23' датчика в данном случае тоже круглая, предпочтительно имеет плоскую форму и снабжена пластинчатым выступом 24. Она также может иметь кольцевую герметизирующую кромку.
В обоих рассмотренных вариантах молоко откачивается в вакуумную камеру (камеру насоса), как это ранее было описано в WO 2011/035447. Таким образом, мембрана 2 выполняет функцию мембраны, создающей вакуум, а также используется для транспортировки молока и разделения сред (разделения молока и воздуха, находящегося в корпусе насоса). Согласно другим иллюстративным вариантам осуществления, приведенным в WO 2011/035447, эту мембрану 2 можно также присоединить к насосному блоку, создающему вакуум, в результате чего мембрана будет смещаться под воздействием циклического пониженного давления, приложенного к ней через соответствующую линию. В этом случае мембрана опять-таки создает в камере насоса пониженное давление, которое пропорционально приложенному циклическому пониженному давлению вакуумирующего блока. Таким же образом выполняются и другие перечисленные функции.
Вакуумный насос согласно изобретению снабжен относительно прецизионным и сравнительно недорогим датчиком вакуума. Преимуществом является также тот факт, что (поскольку он встроен в камеру насоса) датчик не подвержен поломкам и занимает мало места.
Перечень цифровых обозначений
1 - корпус
10 - электродвигатель
11 - приводной шток
110 - головка, присоединяющая шток
111 - соединительное звено
12 - первое сквозное отверстие
13 - крышка
14 - первый отсек камеры
140 - герметизирующая кромка
141 - кольцо
142 - радиальная канавка
143 - входное отверстие
144 - задняя поверхность крышки
15 - второй отсек камеры
150 - выходное отверстие
16 - поворотный диск
17 - второе сквозное отверстие
18 - соединительный канал
2 - мембрана
20 - кромка мембраны
21 - тело мембраны
22 - соединительная головка
23 - язычок
23' - мембрана датчика
24 - пластинчатый выступ
3 - клапан
4 - блок сбора молока
40 - второй сопрягающий элемент
41 - вторая линия
42 - третий сопрягающий элемент
43 - соединитель
44 - сосуд для сбора молока
5 - блок грудной насадки
50 - первая линия
51 - грудная насадка
52 - воронка грудной насадки
53 - первый сопрягающий элемент
6 - оптический сенсорный блок
60 - источник оптического излучения
61 - управляющая и измерительная электроника
62 - фотодетектор
7 - сопрягающий элемент