УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОТОКА ГАЗА
GAS FLOW CONTROL DEVICE

Предпосылки создания изобретения
Настоящее раскрытие, в основном, относится к устройству для регулирования потока газа. Более конкретно, оно относится к устройствам для регулирования потока газообразных образцов из дыхательной системы пациента и подходящих для различных применений, требующих постоянного потока воздуха или другого газообразного вещества независимо от создаваемых объема и давления.
Воздух, выдыхаемый пациентом, является важным для диагностирования многих заболеваний при помощи анализа концентраций определенных веществ в выдыхаемом воздухе. Например, часто желательно анализировать воздух, выдыхаемый пациентом, для определения того, что содержит или нет выдыхаемый воздух определенное соединение, такое как этиловый спирт или углекислый газ, или нехимическое вещество, такое как определенный микроорганизм. Однако, так как давление выдыхаемого воздуха изменяется от пациента к пациенту и, кроме того, во время процесса выдыхания, объем воздуха, проходящего через испытательную установку во время заданного отрезка времени, будет значительно изменяться, приводя к противоречивым и недостоверным результатам. Следовательно, существует необходимость в устройстве, которое будет создавать постоянный поток выдыхаемого воздуха в испытательном механизме, независимо от давления выдыхаемого воздуха.
С учетом вышеизложенного существует необходимость в усовершенствованных устройствах для регулирования потока газа, используемых для отбора проб воздуха пациента.
Сущность изобретения
Одним аспектом является создание устройства для регулирования потока газа для использования в качестве части медицинской системы для отбора проб выдыхаемого воздуха пациента, включающего в себя узел корпуса, узел впускной трубки и устройство смещения. Узел корпуса содержит основной корпус, корпус седла клапана и дистальную пластину и образует среднюю камеру и камеру постоянного давления. Узел впускной трубки образует проксимальный впускной конец и включает в себя впускную трубку, образующую полость, и фланец. Узел впускной трубки расположен с возможностью скольжения внутри средней камеры, причем устройство смещения смещает узел впускной трубки в открытое состояние, в котором полость открывается в камеру постоянного давления. В случае такой конструкции относительно постоянный поток из камеры постоянного давления через выпускное отверстие в дистальной пластине обеспечивается узлом впускной трубки, перемещающимся с возможностью скольжения в закрытое состояние, в котором полость герметически закрывается со стороны камеры постоянного давления в ответ на увеличение давления в камере постоянного давления для создания силы, большей постоянной смещения устройства смещения, и возвращающимся в первое состояние в ответ на уменьшение давления в камере постоянного давления.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид в разрезе устройства для регулирования потока в соответствии с принципами настоящего раскрытия;
фиг.2 - перспективный вид в разрезе устройства для регулирования потока на фиг.1;
фиг.3 - перспективный вид сбоку устройства для регулирования потока на фиг.1;
фиг.4 - перспективный вид с торца устройства для регулирования потока на фиг.1;
фиг.5 - вид в разрезе другого устройства для регулирования потока в соответствии с принципами настоящего раскрытия в открытом состоянии; и
фиг.6 - вид в разрезе устройства для регулирования потока на фиг.5 в закрытом состоянии.
Подробное описание
Некоторые аспекты в соответствии с настоящим раскрытием относятся к устройству для регулирования потока для использования при регулировании потока воздуха от пациента в качестве части медицинской системы. Один вариант осуществления устройства 10 для регулирования потока в соответствии с настоящим раскрытием изображен на фиг.1 и включает в себя узел 12 корпуса, узел 14 впускной трубки и механизм 16 смещения. Подробное описание различных элементов приведено ниже. В общих чертах, однако, узел 14 впускной трубки и механизм 16 смещения расположены в узле 12 корпуса. Кроме того, две камеры образованы в узле 12 корпуса, камера 18 постоянного давления и средняя камера 20. Механизм 16 смещения смещает узел 14 впускной трубки в открытое состояние, как показано, причем узел 16 впускной трубки способен селективно перемещаться внутри средней камеры 20 в закрытое состояние (не показано) под действием давления внутри камеры 18 постоянного давления.
Учитывая вышеизложенное, узел 12 корпуса включает в себя основной корпус 22, корпус 24 седла клапана и дистальную пластину 26. Как показано на фиг.1, основной корпус 22 может быть в основном цилиндрическим, образующим внутреннюю поверхность 28 и наружную поверхность 30. Как показано на фиг.2 и 3, основной корпус 22 включает в себя расходное отверстие 46, которое выполнено с возможностью соединения непосредственно со ртом пациента, воздуховод пациента или другое медиальное устройство. Расходное отверстие 46 может быть образовано как одно целое с основным корпусом 22 или собрано позже. Основной корпус 22 может также включать в себя внутреннее направляющее устройство 52, проходящее на расстояние от непосредственной близости от корпуса 24 седла клапана к дистальной пластине 26. Основной корпус 22 образует, по меньшей мере, одно спускное отверстие 32, проходящее от внутренней поверхности 28 к наружной поверхности 30 и, таким образом, открытое в окружающую среду. Основной корпус 22 может быть образован из любой пластмассы, металла или эбонита, или другого подходящего материала.
Как показано на фиг.1 и 2, внутренняя поверхность 28 основного корпуса 22 необязательно образует канал 34, канавку 36 и/или периферийную выемку 38. Канал 34 и канавка 36 могут проходить по периметру внутренней поверхности 28, причем канавка 36 образована радиально на наружной стороне канала 34. Периферийная выемка 38 также может проходить по периметру внутренней поверхности 28 и выполнена с возможностью соединения с дистальной пластиной 26. Дистальная пластина 26 описана более подробно ниже и, в основном, сформирована для съемного узла в основном корпусе 22 на периферийной выемке 38. Дистальная пластина 26 может содержать резьбу (не показана) или иначе сформирована (например, с защелкой) на периферийной выемке 38 для образования герметичного соединения с основным корпусом 22. В других конструкциях дистальная пластина 26 постоянно закреплена на основном корпусе 22 и/или выполнена как одно целое с ним. Кроме того, дополнительные элементы, используемые для установки и поддержания желаемого герметичного соединения, такие как муфта, уплотняющая прокладка, уплотнительное кольцо и т.д., могут быть включены в узел 12 корпуса.
Корпус 24 седла клапана и дистальная пластина 26 расположены на противоположных концах основного корпуса 22. Как показано на фиг.3, корпус 24 седла клапана дополнительно образует сквозные отверстия 44 для входящего воздушного потока. Корпус 24 седла клапана образует гнездо 48 с размером для вмещения и уплотнения по текучей среде конца узла 14 впускной трубки, как описано ниже. Таким образом, корпус 24 седла клапана и, в частности, гнездо 48 выполнены из материала, способного образовать уплотнение по текучей среде, такого как резина или подобные материалы.
Возвращаясь к фиг.1 и 2, дистальная пластина 26 может содержать, по меньшей мере, одну выступающую часть (удлинение) 40, которая при сборке с основным корпусом 22 выступает в основной корпус 22. Дистальная пластина 26 также образует выпускное отверстие 42. Как описано ниже, воздух из камеры постоянного давления выпускается через выпускное отверстие 42. Таким образом, диаметр выпускного отверстия 42 определяет скорость потока выходящего воздуха. Иначе говоря, заданная скорость потока воздуха, выпускаемого из устройства 10, может быть достигнута за счет использования дистальной пластины, содержащей подходящее с соответствующим размером выпускное отверстие 42. В некоторых вариантах осуществления устройство 10 настоящего раскрытия включает в себя две или более дистальных пластин 26, каждая с выпускным отверстием 42, имеющим разный диаметр. Затем, необходимая дистальная пластина 26 выбирается пользователем и собирается на основном корпусе 22 с диаметром соответствующего выпускного отверстия 42, имеющего соответствующий размер для создания заданного выпускного давления/скорости потока. В качестве альтернативы или дополнительно, дистальная пластина 26 может необязательно включать в себя один или более регулировочных элементов (не показаны), соединенных с выпускным отверстием 42, которые позволяют пользователю изменять или выбирать эффективный диаметр выпускного отверстия 42. Дистальная пластина 26 может включать в себя один или более дополнительных элементов, таких как втулка 43, проходящая рядом с наружным периметром дистальной пластины 26 на расстояние, в основном, на такое же расстояние, на которое проходит, по меньшей мере, одна выступающая часть 40.
Узел 12 корпуса имеет размер для вмещения узла 14 впускной трубки. Узел 14 впускной трубки образует проксимальный конец 50 и включает в себя трубку 54 и фланец 56. Как показано на фиг.1 и 2, трубка 54 имеет цилиндрическую форму и образует полость 58, которая открыта на проксимальном конце 50 и дистальном конце 60 узла 14 впускной трубки. В одном варианте осуществления полость 58 имеет постоянный диаметр. Проксимальный конец 50 узла 14 впускной трубки ориентирован для соответствия гнезду 48 корпуса 24 седла клапана и селективного уплотнения по текучей среде с гнездом 48 корпуса 24 седла клапана. Трубка 54 содержит проксимальный участок 62, оканчивающийся на проксимальном конце 50. В одном варианте осуществления проксимальный участок 62 образует уступ 64 для сборки с гибким корпусом мембраны, как описано ниже.
На дистальном конце 60 узла 14 впускной трубки фланец 56 содержит радиальную стенку 68, дистальную поверхность 70, проксимальную поверхность 70 и наружную канавку 72, образованную на дистальной поверхности 70. Радиальная стенка проходит проксимально от проксимальной поверхности 72 и радиально расположена на расстоянии от трубки 54 для образования поверхности для зацепления с возможностью скольжения с внутренней поверхностью 28 основного корпуса 22. Дистальная поверхность 70 может быть гладкой или включать в себя изменения на поверхности.
Узел 14 впускной трубки предпочтительно выполнен из того же материала (жесткого или полужесткого материала, такого как, например, пластмасса, металл или эбонит) и выполнен в виде одного элемента.
Механизм 16 смещения также выполнен с возможностью установки в узле 12 корпуса. Механизмом 16 смещения может быть цилиндрическая винтовая пружина или другое устройство, которое оказывает воздействие. Механизм 16 смещения предварительно натянут с силой (например, постоянная k пружины), соответствующей заданному давлению в камере 18 постоянного давления, и не будет сжиматься до тех пор, пока давление в камере 18 постоянного давления не превысит постоянную k пружины.
Как указано выше, один или более уплотняющих корпусов могут быть использованы с устройством 10 для регулирования потока для образования уплотнения по текучей среде в камерах 18, 20. Например, в одном варианте осуществления нижняя мембрана 66 и верхняя мембрана 76 могут быть включены. Нижняя мембрана 66 и верхняя мембрана 76 являются гибкими мембранами, расположенными в кольцеобразных конфигурациях. Верхняя и нижняя мембраны 66, 76 способны расширяться и/или сжиматься. В одном варианте осуществления верхняя и нижняя мембраны 66, 76 выполнены с шириной, которая позволяет верхней и нижней мембранам 66, 76 перекрываться по окружности. Верхняя и нижняя мембраны 66, 76 выполнены с диаметром, подходящим для уплотнения узла 14 впускной трубки с внутренней поверхностью 28 узла 12 корпуса. На внутреннем и наружном периметрах верхней и нижней мембран 66, 76 могут использоваться клеи, упоры, зажимы или другие средства закрепления верхней и нижней мембран 66, 76 внутри узла 12 корпуса.
Устройство 10 для регулирования потока образует камеру 18 постоянного давления и среднюю камеру 20 внутри узла 12 корпуса. Средняя камера 20 образована внутри основного корпуса 22 между корпусом 24 седла клапана узла 12 корпуса и фланцем 56 узла 14 впускной трубки. Средняя камера 20 открыта в окружающую среду через, по меньшей мере, одно спускное отверстие 32. В качестве ссылки фиг.1 и 2 показывают, что средняя камера 20 уплотнена на внутренней поверхности 28 основного корпуса между верхней и нижней мембранами 66, 76. В одном варианте осуществления нижняя мембрана 66 соединяется с внутренней поверхностью 28 основного корпуса 22, а также уступом 64 на проксимальном участке 62 трубки 54. В другом варианте осуществления нижняя мембрана 66 закреплена на расходном отверстии 46 вместо основного корпуса 22. Это может иметь место, когда расходное отверстие 46 и основной корпус 22 выполнены отдельно и позже собраны. Это обеспечивает нижнее уплотнение по текучей среде средней камеры 20.
Кроме того, средняя камера 20 изолирована по текучей среде от камеры 18 постоянного давления за счет верхней мембраны 76. Фланец 56 узла 14 впускной трубки дополнительно уплотнен с внутренней поверхностью 28 узла 12 корпуса при помощи верхней мембраны 76. Верхняя мембрана 76 закреплена в канавке 36 основного корпуса 22 и канавке 72 фланца 56. Верхняя мембрана 76 может быть дополнительно закреплена на узле 12 корпуса при помощи втулки 43 дистальной пластины 26. Кроме того, верхняя мембрана 76 может быть дополнительно закреплена на фланце 56 при помощи уплотнительного кольца 78.
Камера 18 постоянного давления дополнительно образована при помощи дистальной пластины 26 и фланца 56 узла 14 впускной трубки напротив средней камеры 20. Дистальная пластина 26 соединена с возможностью уплотнения и съема с основным корпусом 22 на периферийной выемке 38. Камера 18 постоянного давления расположена между фланцем 56 узла 14 впускной трубки и дистальной пластиной 26. По меньшей мере, одна выступающая часть 40 выступает в камеру 18 постоянного давления и предотвращает полную герметизацию между дистальной пластиной 26 и дистальной поверхностью 70 фланца 56. Как описано выше, верхняя мембрана 76 обеспечивает уплотнительный корпус между камерой 18 постоянного давления и средней камерой 20, образованными внутри узла 12 корпуса.
При сборке узел корпуса 12 выполнен с возможностью вмещения рабочих элементов устройства 10 для регулирования потока. В частности, узел 14 впускной трубки расположен внутри узла 12 корпуса. Узел 14 впускной трубки ориентирован внутри узла 12 корпуса таким образом, что проксимальный конец 50 находится рядом с корпусом 24 седла клапана, а фланец 56 находится рядом с дистальной пластиной 26. В том виде как ориентировано, радиальная стенка 68 фланца 56 проходит за канал 34 вдоль внутренней поверхности 28 основного корпуса 22 и перемещается с возможностью скольжения вдоль внутренней поверхности 28 при повторном позиционировании узла 14 впускной трубки. Закрепленная на фланце 56 вдоль наружной кромки 72 и канавки 36 основного корпуса 22 верхняя мембрана 76 расширяется и/или сжимается внутри канала 34 по необходимости для обеспечения расположения узла 14 впускной трубки. Верхняя мембрана 76 уплотнена по текучей среде как с фланцем 56, так и узлом 12 корпуса. Нижняя мембрана 66 также обеспечивает уплотнение по текучей среде и расширяется и/или сжимается в ответ на перемещение узла 14 впускной трубки.
Кроме того, механизм 16 смещения размещен внутри средней камеры 20 устройства 10 для регулирования потока. Соответствующие концы механизма 16 смещения могут прилегать к проксимальной поверхности 71 фланца 56 и корпусу 24 седла клапана. В одном варианте осуществления радиальная стенка 68 и внутреннее направляющее устройство 52 поддерживают положение соответствующих концов механизма 16 смещения внутри узла 12 корпуса. В другом варианте осуществления внутренняя краевая стенка 74 размещает механизм 16 смещения на фланце 56. Механизм 16 смещения может также окружать трубку 54.
Устройство 10 для регулирования потока, описанное выше, работает следующим образом. В общих чертах, узел 14 впускной трубки скользит между первым, открытым положением (фиг.1), в котором обеспечивается воздушный поток в камере 18 постоянного давления, и вторым, закрытым положением, в котором предотвращен воздушный поток в камере 18 постоянного давления при установлении потока воздуха с почти постоянным давлением из выпускного отверстия 42. В контексте медицинских процедур тестирования выдыхаемый воздух пациента проходит в устройство 10 для регулирования потока через расходное отверстие 46 при помощи воздуховода (не показан) или непосредственно изо рта пациента и направляется к проксимальному концу 50 полости 58 через сквозные отверстия 44 (фиг.3) в корпусе 24 седла клапана. Неравномерный поток выдыхаемого воздуха пациента регулируется до постоянного потока, который выходит из устройства 10 для регулирования потока через выпускное отверстие 42, обеспечивая сбор проб для анализа и тестирования (например, при помощи пробирки (не показана), установленной на дистальной пластине 26 на выпускном отверстии 42). Более конкретно и как показано стрелками 80 потока на фиг.2, выдыхаемый воздух пациента входит в устройство 10 для регулирования потока через сквозные отверстия 44 и в полость 58 на проксимальном конце. Выдыхаемый воздух выходит из полости 58 на дистальном конце 60 узла 14 впускной трубки и направляется в камеру 18 постоянного давления. Узел 14 впускной трубки повторно позиционируется с возможностью скольжения внутри узла 12 корпуса при увеличении объема воздуха (и, таким образом, давления) в камере 18 постоянного давления.
В одном варианте осуществления диаметр выпускного отверстия 42 меньше диаметра полости 58 узла 14 впускной трубки. Таким образом, только часть подаваемого воздуха выходит из камеры 18 постоянного давления через выпускное отверстие 42. Внутри камеры 18 постоянного давления увеличивается давление, когда объем воздуха в камере 18 постоянного давления увеличивается со скоростью, большей скорости, с которой содержащийся воздух может выходить через выпускное отверстие 42. Давление внутри камеры 18 постоянного давления увеличивается до тех пор, пока усилие, действующее на фланец 56 подвижного узла 14 впускной трубки, не станет больше постоянной k механизма 16 смещения, заставляя узел 14 впускной трубки скользить проксимально к корпусу 24 седла клапана. Спускное отверстие 32 уменьшает увеличение давления внутри средней камеры 20 в ответ на перемещение узла 14 впускной трубки. При уплотнении проксимального конца 50 полости 58 с гнездом 48 предотвращен воздушный поток в узел 14 впускной трубки (и, таким образом, в камере 18 постоянного давления).
Напротив, когда воздух непрерывно выпускается из камеры 18 постоянного давления, соответствующее давление (и, таким образом, усилие, действующее на фланец 56) будет уменьшаться. Когда усилие становится меньше постоянной k пружины, устройство 16 смещения перемещает узел впускной трубки обратно в открытое состояние. В результате, скорость воздушного потока, выходящего из выпускного отверстия 42, является постоянной и не зависит от колебаний со стороны пациента. Таким образом, достигается более постоянный объем воздуха, проходящего через устройство 10 для регулирования потока за единицу времени. Таким образом, поток воздуха через основное отверстие 42 регулируется при постоянной скорости, несмотря на колебания давления воздуха, входящего в устройство 10 для регулирования потока в сквозных отверстиях 44.
Альтернативный вариант осуществления устройства 10' изображен на фиг.5 и 6, который дополнительно иллюстрирует необязательные аспекты настоящего раскрытия. Устройство 10' подобно устройству 10 (фиг.1) и включает в себя узел 12' корпуса, поддерживающий с возможностью скольжения узел 14' впускной трубки относительно камеры 18' постоянного давления и средней камеры 20' между первым, открытым состоянием (фиг.5) и вторым, закрытым состоянием (фиг.6).
В первом открытом состоянии узел 14' впускной трубки обеспечивает соединение полости 58' с камерой 18' постоянного давления. Фланец 56' узла 14' впускной трубки смещается к открытому состоянию при помощи механизма 16' смещения. По сравнению с фланцем 56 (фиг.1), описанным выше, фланец 56' может иметь внутреннюю краевую стенку 74, расположенную радиально внутри радиальной стенки 68', которая обеспечивает направление и/или устойчивость механизма 16' смещения, когда он взаимодействует с фланцем 56'. Воздух выходит через дистальную пластину 26' из выпускного отверстия 42', образованного выпускным отверстием 45, которое иначе проходит от основной поверхности дистальной пластины 26' для обеспечения удобного соединения с трубкой или медицинским устройством (не показано).
В закрытом положении на фиг.6 давление внутри камеры 18' постоянного давления оказывает усилие F на фланец 56', большее постоянной k пружины механизма 16' смещения. Таким образом, механизм 16' смещения сжимается фланцем 56' узла 14' впускной трубки, и узел 14' впускной трубки проксимально скользит в герметичное положение с гнездом 98' корпуса 24' седла клапана. Таким образом, полость 58' изолирована от сквозных отверстий (не показаны, но подобны сквозным отверстиям 44 на фиг.3), так что выдыхаемый воздух пациента не может проходить в камеру 18' постоянного давления из полости 58'.
Хотя конкретные варианты осуществления были проиллюстрированы и описаны в данном документе, специалисты в данной области техники должны понимать, что множество альтернативных и/или эквивалентных выполнений может быть использовано вместо конкретных вариантов осуществления, изображенных и описанных без отхода от объема настоящего раскрытия. Подразумевается, что данная заявка включает в себя любые модификации или изменения конкретных вариантов осуществления, описанных в данном документе. Следовательно, подразумевается, что данное раскрытие ограничивается только формулой изобретения и ее эквивалентами.