ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН (ВАРИАНТЫ)
SHUT-OFF VALVE (VERSIONS)

Область техники
Настоящее изобретение в целом имеет отношение к созданию запорных клапанов, которые могут быть использованы для того, чтобы позволить флюиду протекать в одном направлении и не позволить флюиду протекать в противоположном направлении.
Уровень техники
Обычные запорные клапаны представляют собой устройства, которые позволяют газам, жидкостям или другим флюидам протекать в одном направлении. В частности, обычные запорные клапаны позволяют флюиду протекать в желательном направлении, когда достаточное давление или сила воздействуют на запорный клапан. Следует иметь в виду, что обычные запорные клапаны не позволяют флюиду протекать через клапан в нежелательном направлении. В частности, когда воздействующие на запорный клапан давления или силы имеют такие уровни, что поток флюида может протекать в нежелательном направлении, запорный клапан автоматически закрывается, что приводит к прекращению потока в этом нежелательном направлении.
В некоторых известных запорных клапанах используют гибкую мембрану, которая работает как диафрагма. Эта диафрагма может деформироваться или изгибаться для того, чтобы позволить потоку флюида протекать в желательном направлении. Эта диафрагма может также возвращаться в исходное состояние (положение), чтобы предотвращать поток в противоположном направлении.
Запорные клапаны имеют положительный перепад давления, когда имеется более высокое давление выше по течению относительно запорного клапана, в желательном направлении потока, чем давление ниже по течению относительно запорного клапана. Наоборот, запорные клапаны имеют отрицательный перепад давления, когда имеется более высокое давление ниже по течению относительно запорного клапана, чем давление выше по течению. Если существует положительный перепад давления и он имеет достаточную величину, то тогда диафрагма может изгибаться для создания пространства или прохода, через которые флюид может протекать через запорный клапан в желательном направлении. Минимальное давление или минимальный перепад давления, которые требуются для открывания запорного клапана, иногда называют давлением срабатывания (открывания). Если отсутствует перепад давления или существует отрицательный перепад давления, или же существует положительный перепад давления недостаточной величины, то тогда диафрагма предотвращает протекание флюида через запорный клапан. В частности, диафрагма изгибается или отклоняется от своего исходного или нормального положения, чтобы позволить флюиду протекать через клапан, когда существует достаточный положительный перепад давления. Когда больше не существует достаточного положительного перепада давления, тогда диафрагма будет возвращаться в ее исходное или нормальное положение, чтобы предотвращать протекание флюида через клапан.
Известные запорные клапаны имеют множество недостатков. В частности, некоторые обычные запорные клапаны имеют высокое давление срабатывания (открывания), то есть эти запорные клапаны требуют наличия большого положительного перепада давления для их открывания. Запорный клапан с нежелательно высоким давлением срабатывания не позволяет пропускать поток в желательном направлении, несмотря на то, что приложенные к клапану усилия (силы) и давления нормально позволяют пропускать этот желательный поток. Более того, некоторые обычные запорные клапаны не закрываются до тех пор, пока не возникнет относительно большой отрицательный перепад давления. Запорный клапан, который требует существенного отрицательного перепада давления для закрывания, позволяет иметь нежелательную или неприемлемую величину обратного потока или потока, противоположного желательному направлению, когда существует отрицательный перепад давления небольшой величины.
Кроме того, некоторые обычные запорные клапаны имеют компоненты или структуры, которые мешают протеканию флюида или тормозят протекание флюида в желательном направлении, когда запорный клапан открыт. Эти известные запорные клапаны, которые создают сопротивление протеканию флюида в желательном направлении, могут нежелательным образом понизить эффективность системы. Более того, некоторые обычные запорные клапаны имеют утечку, когда клапан открыт, что позволяет некоторой доле флюида протекать в направлении, противоположном желательному направлению.
Некоторые обычные запорные клапаны могут создавать шумы при их открывании и закрывании или в случае их утечки. В некоторых применениях шум является крайне нежелательным и создающим дискомфорт. Более того, многие известные запорные клапаны не являются эстетически приятными по их дизайну. Кроме того, некоторые известные запорные клапаны имеют большие размеры и/или являются трудными для изготовления. Например, некоторые обычные запорные клапаны могут иметь компоненты, которые должны быть изготовлены с относительно жесткими допусками и соединены друг с другом очень тщательно и с большой осторожностью.
Более того, некоторые обычные запорные клапаны имеют сложную конструкцию с множеством деталей и компонентов, что может усложнять и удорожать производство запорного клапана. Обычные запорные клапаны, которые имеют сложную конструкцию, трудно чистить, ремонтировать, заменять и производить их техническое обслуживание. Кроме того, наличие множества деталей и компонентов известных запорных клапанов, имеющих сложную конструкцию, делает их более склонными к выходу из строя.
Таким образом, существует необходимость в создании запорного клапана, который не имеет указанных выше недостатков и проблем.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается запорный клапан, который имеет относительно низкое давление срабатывания. Следовательно, запорный клапан может открываться для пропускания потока флюида в желательном направлении, когда имеется положительный перепад давления, даже если величина положительного перепада давления является небольшой.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается запорный клапан, который предотвращает нежелательный обратный поток через клапан. Например, запорный клапан может полностью или в разумных пределах предотвращать обратный поток через клапан.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается запорный клапан, который не имеет утечки в закрытом положении. Таким образом, когда запорный клапан закрыт, предотвращено протекание флюида через клапан.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается запорный клапан, который имеет мембрану или диафрагму. Размер и конфигурация мембраны или диафрагмы выбраны так, чтобы создавать малое сопротивление потоку флюида через клапан в желательном направлении.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается запорный клапан, который работает тихо. Это преимущественно позволяет использовать такой запорный клапан в различных ситуациях и режимах работы.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается запорный клапан, который является эстетически приятным по дизайну. Кроме того, запорный клапан имеет достаточно простую конструкцию, что позволяет его легко и эффективно изготавливать, эксплуатировать и чистить.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается запорный клапан, который может быть изготовлен с относительно широким диапазоном допусков. Важно, что широкий диапазон допусков позволяет рентабельно изготавливать клапан. Кроме того, запорный клапан имеет низкую интенсивность отказов.
Предлагается запорный клапан, который содержит главным образом гибкую мембрану и главным образом жесткий участок. Главным образом гибкая мембрана имеет в целом куполообразную форму и может действовать как диафрагма. Главным образом гибкая мембрана может изгибаться или деформироваться для открывания запорного клапана. Главным образом жесткий участок имеет в целом куполообразную форму и имеет поверхность, с которой контактирует главным образом гибкая мембрана. Главным образом жесткий участок имеет такие размер и конфигурацию, которые позволяют удерживать заданное положение главным образом гибкой мембрана и/или обеспечивать ее управляемое перемещение. Например, главным образом жесткий участок имеет такие размер и конфигурацию, которые позволяют закрывать или уплотнять клапан. Главным образом жесткий участок также обеспечивает конструктивную поддержку главным образом гибкой мембраны.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается запорный клапан, который содержит главным образом гибкую мембрану с уплотняющей кромкой или с внешней кромкой по ее периметру и главным образом жесткий участок с уплотнительным кольцом. Главным образом гибкая мембрана может быть естественно смещена так, чтобы ее внешняя кромка стремилась прижаться к уплотнительному кольцу главным образом жесткого участка. Когда внешняя кромка главным образом гибкой мембраны входит в контакт с уплотнительным кольцом главным образом жесткого участка или прижимается к нему, тогда запорный клапан закрывается и флюид не может протекать через запорный клапан. Клапан открывается, когда главным образом гибкая мембрана изгибается так, что ее внешняя кромка отходит (разделяется) от уплотнительного кольца главным образом жесткого участка. Когда происходит такое разделение, создается отверстие или проход, через которые может протекать флюид.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается запорный клапан, который содержит главным образом гибкую мембрану, которая может деформироваться, если существует положительный перепад давления достаточной величины. В частности, гибкая мембрана может иметь конфигурацию куполообразной формы, причем вершина купола расположена в направлении, противоположном направлению желательного потока. Таким образом, флюид может нажимать вниз на вершину мембраны куполообразной формы и внутрь по бокам или по периметру мембраны куполообразной формы, когда имеется положительный перепад давления. Если величина перепада давления является достаточной, давление может побуждать боковые стороны и/или внешние кромки главным образом гибкой мембраны двигаться внутрь, за счет чего создается зазор между внешней кромкой главным образом гибкой мембраны и уплотнительным кольцом главным образом жесткого участка. Если нет перепада давления или если величина положительного перепада давления является недостаточной, внешняя кромка главным образом гибкой мембраны возвращается в ее нормально смещенное положение, в котором она преимущественно контактирует с уплотнительным кольцом главным образом жесткого участка. Кроме того, если существует отрицательный перепад давления, то тогда флюид может создавать нажим в направлении вверх на основание и создавать нажим в направлении наружу по сторонам и по внешней кромке главным образом гибкой мембраны. Это давление толкает внешнюю кромку главным образом гибкой мембраны в контакт с уплотнительным кольцом главным образом жесткого участка, в результате чего клапан закрывается. Закрывание клапана создает уплотнение, так что флюид не может протекать между главным образом гибкой мембраной и главным образом жестким участком в направлении, противоположном желательному направлению потока.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается запорный клапан, который содержит главным образом гибкую мембрану с уплотняющей кромкой по ее периметру и главным образом жесткий участок с уплотнительным кольцом. Так как внешняя кромка главным образом гибкой мембраны может отходить (отделяться) от уплотнительного кольца главным образом жесткого участка, то внешняя кромка главным образом гибкой мембраны не прикреплена надежно или постоянно к уплотнительному кольцу главным образом жесткого участка. Скорее, главным образом гибкая мембрана может быть соединена, в ее центре, с центральным главным образом жестким участком запорного клапана. Когда запорный клапан открыт, флюид может проходить через клапан скорее вдоль кромки или периметра клапана, а не через его центр.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается запорный клапан, который содержит главным образом жесткий участок с множеством главным образом жестких перекладин. Например, перекладины могут идти от в целом твердого основания, которое может иметь уплотнительное кольцо, к центральному участку запорного клапана. Эти перекладины служат для крепления основания к центральному участку главным образом жесткого участка. Между соседними парами этих перекладин предусмотрено отверстие или зазор, через которые может проходить флюид. Если клапан открыт, флюид может проходить через эти отверстия или зазоры и затем через пространства или каналы между внешней кромкой главным образом гибкой мембраны и уплотнительным кольцом главным образом жесткого участка.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается запорный клапан, который содержит главным образом гибкую мембрану с множеством относительно тонких секций и с множеством относительно толстых секций, которые могут быть выполнены как единое целое с главным образом гибкой мембраной. Относительно толстые секции идут от внешнего обода главным образом гибкой мембраны до центрального участка главным образом гибкой мембраны, причем эти толстые секции похожи на указанные выше перекладины. Эти относительно толстые секции обеспечивают конструктивную поддержку для главным образом гибкой мембраны куполообразной формы. Преимущественно, главным образом гибкая мембрана может иметь множество относительно толстых секций, равное числу главным образом жестких перекладин, предусмотренных на главным образом жестком участке запорного клапана. Более того, главным образом гибкая мембрана может быть соединена с главным образом жестким участком так, что каждый из этих относительно толстых участков может быть расположен между двумя соответствующими главным образом жесткими перекладинами. Дополнительная поддержка, создаваемая за счет относительно толстых секций главным образом гибкой мембраны, позволяет изготавливать главным образом гибкую мембрану в целом, и относительно тонкие секции главным образом гибкой мембраны в частности, более тонкими и более гибкими. Гибкость этих относительно тонких секций позволяет открывать клапан при наличии небольшого положительного перепада давления, в результате чего создается запорный клапан с очень низким давлением срабатывания (открывания). Гибкость этих относительно тонких секций позволяет также клапану закрываться при отсутствии перепада давления или в случае отрицательного перепада давления, что позволяет создать запорный клапан с небольшим обратным потоком или с небольшой утечкой, или же при их отсутствии.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается запорный клапан, который содержит главным образом жесткий участок с множеством частичных перекладин. Эти перекладины могут идти от главным образом твердого основания в направлении центрального участка, однако эти перекладины преимущественно не входят в контакт с центральным участком главным образом жесткого участка. Запорный клапан также может иметь главным образом жесткие перекладины, которые идут от основания к центральному участку. Каждая из частичных перекладин преимущественно расположена между двумя соответствующими главным образом жесткими перекладинами. Преимущественно, частичные перекладины имеют размер и конфигурацию, которые повышают устойчивость запорного клапана. Например, частичные перекладины не позволяют выталкивать главным образом гибкую мембрану в обратном направлении и выводить ее из контакта с твердым основанием и уплотнительным кольцом. Кроме того, частичные перекладины незначительно блокируют поток флюида через клапан.
Указанные ранее и другие аспекты, характеристики и преимущества изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1А показан вид в перспективе участка примерного варианта запорного клапана, где можно видеть главным образом жесткий верхний колпачок.
На фиг.1В показан вид сбоку, в разрезе по линии 1В-1В фиг.1C, главным образом жесткого верхнего колпачка, показанного на фиг.1А.
На фиг.1C показан вид сверху главным образом жесткого верхнего колпачка, показанного на фиг.1А.
На фиг.1D показан вид сбоку главным образом жесткого верхнего колпачка, показанного на фиг.1А.
На фиг.2А показан вид в перспективе другого участка примерного варианта запорного клапана, где можно видеть главным образом гибкую мембрану.
На фиг.2В показан вид сбоку главным образом гибкой мембраны, показанной на фиг.2А.
На фиг.2С показан вид снизу главным образом гибкой мембраны, показанной на фиг.2А.
На фиг.2D показан вид сбоку, в разрезе по линии 2D-2D фиг.2С, главным образом гибкой мембраны, показанной на фиг.2А.
На фиг.3 показан вид в перспективе примерного варианта запорного клапана, где можно видеть главным образом гибкую мембрану, прикрепленную к главным образом жесткому верхнему колпачку.
На фиг.4А показан вид в перспективе участка другого примерного варианта запорного клапана, где можно видеть главным образом жесткий верхний колпачок.
На фиг.4В показан вид сбоку, в разрезе по линии 4 В-4 В фиг.4С, главным образом жесткого верхнего колпачка, показанного на фиг.4А.
На фиг.4С показан вид сверху главным образом жесткого верхнего колпачка, показанного на фиг.4А.
На фиг.4D показан вид сбоку главным образом жесткого верхнего колпачка, показанного на фиг.4А.
На фиг.5А показан вид снизу участка еще одного примерного варианта запорного клапана, где можно видеть главным образом гибкую мембрану.
На фиг.5В показан вид сбоку главным образом гибкой мембраны, показанной на фиг.5А.
На фиг.6 показан вид сбоку в разрезе еще одного примерного варианта запорного клапана, где можно видеть главным образом гибкую мембрану, прикрепленную к главным образом жесткому верхнему колпачку.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Легко можно понять, что компоненты настоящего изобретения, которые в целом описаны и показаны на чертежах, могут быть расположены самым различным образом и спроектированы в самых различных конфигурациях. Следовательно, приведенное далее более подробное описание предпочтительных вариантов изобретения не предназначено для ограничения объема патентных притязаний, а просто служит для пояснения некоторых предпочтительных в настоящее время вариантов настоящего изобретения.
Настоящее изобретение в целом направлено на создание запорного клапана, который может быть использован, например, как дыхательный клапан для комплекта маски для подводного плавания и как трахеостомный разговорный клапан. Однако следует иметь в виду, что этот запорный клапан может быть использован и с устройствами других типов и в других походящих областях применения. Например, этот запорный клапан может быть использован для регулировки потока флюида любого типа или таких текучих сред, как воздух, вода, кровь и т.п. Например, указанный запорный клапан может быть использован совместно с искусственным клапаном сердца, с внутривенным клапаном, с клапаном орошения и т.д. Таким образом, несмотря на то, что запорный клапан обсуждается здесь со ссылкой на дыхательный клапан для комплекта маски для подводного плавания или на трахеостомный разговорный клапан, следует иметь в виду, что этот клапан может быть использован в любой подходящей ситуации, в которой желательно регулировать поток.
Кроме того, в описании запорного клапана, проведенном со ссылкой на сопроводительные чертежи, использованы такие слова, как вверх, вниз, вперед, назад, влево, вправо, и производные от них. Однако следует иметь в виду, что устройство в соответствии с настоящим изобретением может иметь различные желательные положения, в том числе оно может быть расположено под различными углами и даже может быть перевернуто. Далее следует подробное описание запорного клапана.
Как уже было упомянуто здесь выше и показано на сопроводительных чертежах, запорный клапан может быть использован в комплекте маски для подводного плавания. Например, запорный клапан может быть дыхательным клапаном в комплекте маски для подводного плавания, причем этот клапан может быть установлен сверху на вертикальной трубке комплекта маски для подводного плавания. Запорный клапан может открываться, когда пользователь комплекта маски для подводного плавания совершает вдох, чтобы позволить пользователю комплекта маски для подводного плавания дышать поверхностным (находящимся над поверхностью воды) воздухом. Клапан затем закрывается, когда пользователь комплекта маски для подводного плавания не делает вдоха, например, при выдохе или между вдохами. Когда клапан закрыт, он не позволяет брызгам воды входить в дыхательную (через которую делают вдох) трубку комплекта маски для подводного плавания и не позволяет выдыхаемому воздуху проходить назад через дыхательную трубку, за счет чего этот воздух направляется через надлежащую выпускную трубку.
Как это лучше всего показано на фиг.1A-1D, запорный клапан содержит главным образом жесткий участок 12, который также можно называть как главным образом жесткий верхний колпачок. Главным образом жесткий участок 12 может быть сконструирован из в целом твердого и жесткого материала, такого как пластик, чтобы снабдить запорный клапан конструктивной поддержкой. Запорный клапан также содержит главным образом гибкую мембрану 14, которая лучше всего показана на фиг.2A-2D. Главным образом гибкая мембрана 14 может быть сконструирована из гибкого или мягкого материала, такого как силиконовый каучук или резина, так что она может изгибаться или деформироваться. Главным образом гибкая мембрана 14 может также действовать как диафрагма и позволяет клапану открываться и закрываться. Кроме того, главным образом гибкая мембрана может быть смещена, при необходимости, так чтобы клапан стремился оставаться в открытом или закрытом положении. Специалисты легко поймут, что главным образом жесткий участок 12 преимущественно является более жестким, чем главным образом гибкая мембрана 14. Специалисты также легко поймут, что жесткость главным образом жесткого участка и гибкость главным образом гибкой мембраны 14 могут изменяться, например, в зависимости от желательных характеристик запорного клапана. Кроме того, специалисты легко поймут, что главным образом жесткий участок 12 и главным образом гибкая мембрана могут быть изготовлены из других (кроме указанных здесь) подходящих материалов с желательными свойствами.
Как это показано на фиг.3, запорный клапан 10 содержит главным образом жесткий участок 12 и главным образом гибкую мембрану 14. Как это обсуждается далее более подробно, запорный клапан 10 может быть использован для управления потоком флюида в конструкции или устройстве любого подходящего типа.
Более подробно, как это показано на фиг.1A-1D, главным образом жесткий верхний колпачок 12 содержит главным образом твердое (жесткое) основание 16, которое преимущественно имеет форму кольца. Внутренняя поверхность главным образом твердого основания 16 содержит уплотняющую поверхность 18, которую иногда называют уплотнительным кольцом 18, причем внешняя поверхность главным образом твердого основания 16 может иметь внешний обод (ободок) 20. Уплотняющая поверхность 18 является поверхностью главным образом жесткого верхнего колпачка 12, с которой контактирует главным образом гибкая мембрана 14, чтобы закрыть запорный клапан и предотвратить прохождение воздуха или воды между главным образом гибкой мембраной 14 и уплотнительным кольцом 18. Внешний обод 20 является участком главным образом жесткого верхнего колпачка 12, который прикреплен к дыхательной трубке комплекта маски для подводного плавания или связан с ней, чтобы удерживать запорный клапан на месте.
Как это показано на фиг.1A-1D, главным образом жесткий верхний колпачок 12 содержит множество главным образом жестких перекладин 22. Несмотря на то, что главным образом жесткий верхний колпачок 12, показанный на фиг.1A-1D, содержит пять жестких перекладин 22, специалисты легко поймут, что может быть использовано любое число главным образом жестких перекладин, от единственной главным образом жесткой перекладины до большего числа главным образом жестких перекладин. Множество главным образом жестких перекладин 22 соединены с главным образом твердым основанием 16 главным образом жесткого верхнего колпачка 12 и идут в направлении вверх и внутрь и встречаются или контактируют с центральным участком 24 главным образом жесткого верхнего колпачка 12. Множество главным образом жестких перекладин 22 придают главным образом жесткому верхнему колпачку 12 в целом куполообразную форму, когда они идут с изгибом в направлении вверх и внутрь от главным образом твердого основания 1 6 к центральному участку 24. Перекладины 22 при необходимости могут быть образованы в виде единого целого с жестким верхним колпачком 12, как часть унитарной конструкции из одной детали. Перекладины 22 также могут быть отдельными компонентами, которые прикреплены к верхнему колпачку 12.
Форма и расположение главным образом жестких перекладин 22 преимущественно позволяет создать в целом куполообразный главным образом жесткий верхний колпачок 12. Преимущественно, в целом куполообразный верхний колпачок 12 может лучше поддерживать главным образом гибкую мембрану 14 и может лучше сопрягаться с главным образом гибкой мембраной 14, которая также имеет в целом куполообразную форму. Однако следует иметь в виду, что главным образом жесткий верхний колпачок 12 и/или главным образом гибкая мембрана 14 могут иметь и другие подходящие формы и конфигурации.
Как это показано на фиг.1A-1D, главным образом жесткий верхний колпачок 12 может иметь множество зазоров 26. Каждый из этих зазоров 26 расположен между соседними двумя из множества главным образом жестких перекладин 22, так что каждый зазор 26 ограничен по сторонам двумя главным образом жесткими перекладинами 22, а на дне ограничен главным образом твердым основанием 16. Эти зазоры 26 преимущественно имеют такие размеры и конфигурацию, которые позволяют флюиду проходить через главным образом жесткий верхний колпачок 12 запорного клапана. В частности, если запорный клапан находится в открытом положении, то флюид может проходить через пространство между главным образом гибкой мембраной 14 и уплотнительным кольцом 18 главным образом жесткого верхнего колпачка 12 и в зазоры 26.
Как это показано на фиг.1A-1D, главным образом жесткий верхний колпачок 12 может содержать множество частичных перекладин 28. Эти частичные перекладины 28, подобно главным образом жестким перекладинам 22, также являются главным образом жесткими и также идут в направлении вверх от главным образом твердого основания 16 главным образом жесткого верхнего колпачка 12. Однако частичные перекладины 28 идут в направлении вверх и внутрь на небольшое расстояние, причем частичные перекладины преимущественно не контактируют друг с другом или с центральным участком 24 главным образом жесткого верхнего колпачка 12. Так как они выступают из твердого основания 16, эти частичные перекладины 28 могут создавать дополнительную опору для главным образом гибкой мембраны 14. Например, частичные перекладины 28 могут создавать дополнительную опору для главным образом гибкой мембраны 14 в тех зонах, где главным образом гибкая мембрана не прикреплена к главным образом жесткому верхнему колпачку 12. Так как частичные перекладины 28 преимущественно не доходят до центрального участка 24 главным образом жесткого верхнего колпачка 12, то частичные перекладины главным образом не ограничивают поток флюида через зазоры 26. Следует иметь в виду, что главным образом жесткий верхний колпачок 12 может иметь любое подходящее число перекладин 22 и частичных перекладин 28 соответствующей конфигурации, что зависит, например, от заданного использования клапана. Например, в некоторых случаях может быть желательно использовать большее или меньшее число перекладин 22 и/или частичных перекладин 28, или не использовать их вовсе.
Как это показано на фиг.1A-1D, главным образом жесткий верхний колпачок 12 может иметь центральный участок 24. Главным образом жесткий верхний колпачок 12 может также иметь центральный цилиндр 30, преимущественно в целом цилиндрической конфигурации, который идет вниз от центрального участка 24 главным образом жесткого верхнего колпачка 12. Этот центральный цилиндр 30 позволяет прикреплять главным образом гибкую мембрану 14 к центральному участку 24 главным образом жесткого верхнего колпачка 12. Как это показано на сопроводительных чертежах, центральный участок 24 и центральный цилиндр 30 имеют отверстие для свободного прохода флюида. Однако центральный участок 24 и центральный цилиндр 30 при необходимости могут иметь такие размеры и такую конфигурацию, которые не пропускают поток флюида. Таким образом, в зависимости от заданного использования запорного клапана, центральный участок 24 и центральный цилиндр 30 могут обеспечивать любую желательную степень прохождения потока флюида. Кроме того, центральный участок 24 и центральный цилиндр 30 могут иметь другие подходящие размеры и конфигурации, которые зависят, например, от заданного использования запорного клапана.
Как уже было упомянуто здесь выше, один примерный вариант этого клапана может быть использован как дыхательный клапан для комплекта маски для подводного плавания. Комплект маски для подводного плавания, с которым может быть использован этот запорный клапан, содержит выпускную трубку (трубку для выпуска выдыхаемого воздуха) внутри более широкой дыхательной трубки. Когда предлагаемый дыхательный клапан вводят в комплект маски для подводного плавания, дыхательную трубку соединяют с внешним ободом 20 главным образом твердого основания 16 главным образом жесткого верхнего колпачка 12, причем дыхательная трубка может быть надета на центральный цилиндр 30 главным образом жесткого верхнего колпачка 12. Когда дыхательный клапан соединен с комплектом маски для подводного плавания указанным образом, запорный клапан позволяет пользователю вдыхать поверхностный воздух через дыхательную трубку только тогда, когда он открыт, и только в желательном направлении потока запорного клапана. Однако выдыхаемый воздух, выходящий через выпускную трубку, может свободно проходить через запорный клапан, в противотоке с желательным направлением потока запорного клапана. Следует иметь в виду, что этот клапан также может быть использован при соединении с другими устройствами и конструкциями, и в других условиях эксплуатации. Более того, этот клапан также может быть использован при соединении с клапанами других типов, а не обязательно с запорными клапанами.
Несмотря на то, что главным образом жесткий верхний колпачок 12, как это показано на фиг.1A-1D, имеет идущий вниз полый центральный цилиндр 30, при помощи которого главным образом гибкая мембрана 14 может быть прикреплена к центральному участку 24 главным образом жесткого участка 12 запорного клапана, специалисты легко поймут, что могут быть использованы и другие конструкции. Например, центральный цилиндр 30 может выступать вверх или может быть не полым. Альтернативно, главным образом жесткий участок 12 запорного клапана может просто иметь отверстие, проходящее через его центральный участок 24, через которое обеспечена посадка или крепление части главным образом гибкой мембраны 14. Механическое крепежное средство, такое как заклепка или винт, также может быть использовано для крепления главным образом гибкой мембраны 14 к главным образом жесткому участку 12 запорного клапана.
Как уже было упомянуто здесь выше и как это показано на фиг.2A-2D, запорный клапан может также иметь главным образом гибкую мембрану 14. Главным образом гибкая мембрана 14 является преимущественно в целом куполообразной и может быть изготовлена из гибкого, сгибаемого и/или упругого материала, такого как резина или силиконовый каучук. Главным образом гибкая мембрана 14 может иметь центральный участок 32, при помощи которого главным образом гибкая мембрана может быть соединена с главным образом жестким верхним колпачком 12. Главным образом гибкая мембрана 14 может также иметь внешнюю кромку 34, которую иногда называют уплотняющей кромкой 34, которая предназначена для контактирования с уплотняющей поверхностью 18 главным образом жесткого верхнего колпачка 12, когда запорный клапан находится в закрытом положении, чтобы исключить течение в направлении, противоположном желательному направлению течения в запорном клапане.
Как это показано на фиг.2A-2D, главным образом гибкая мембрана 14 также содержит множество относительно толстых секций 36, которые иногда называют главным образом гибкими перекладинами 36. Преимущественно, главным образом гибкие перекладины 36 образованы как часть главным образом гибкой мембраны 14. Кроме того, главным образом гибкие перекладины 36 идут в целом от внешней кромки 34 к центральному участку 32. Главным образом гибкая мембрана 14 может также иметь множество относительно тонких секций 38, которые иногда называют зонами 38 смятия (или сплющивания, collapse), которые также образованы как часть главным образом гибкой мембраны 14. Преимущественно, зоны 38 смятия расположены между главным образом гибкими перекладинами 36 главным образом гибкой мембраны 14.
Главным образом гибкая мембрана 14 запорного клапана, показанная на фиг.2A-2D, имеет пять главным образом гибких перекладин 36 и пять зон 38 смятия. Однако специалисты легко поймут, что главным образом гибкая мембрана 14 может иметь любое число главным образом гибких перекладин 36, в том числе и не иметь их вовсе или иметь большее (чем пять) число главным образом гибких перекладин 36. Более того, специалисты легко поймут, что главным образом гибкая мембрана 14 может иметь любое число зон 38 смятия. Например, в то время как число зон 38 смятия преимущественно является дополняющим к числу главным образом гибких перекладин 36, также может быть использовано любое число главным образом гибких перекладин и/или зон смятия. Таким образом, число использованных зон 38 смятия не ограничено пятью, причем гибкая мембрана 14 может иметь любое число зон смятия, в том числе и не иметь их вовсе или иметь большее (чем пять) число зон смятия.
За счет использования этих относительно толстых секций 36 и относительно тонких секций 38, полная толщина главным образом гибкой мембраны 14 может быть уменьшена, например, без снижения ее структурной (конструктивной) устойчивости. Кроме того, относительно толстые секции 36 главным образом гибкой мембраны 14 могут сильнее сопротивляться деформации и изгибу, чем относительно тонкие секции 38 главным образом гибкой мембраны. Таким образом, эти относительно толстые секции 36 позволяют сохранять в целом куполообразную форму запорного клапана и удерживать главным образом гибкую мембрану 14 в целом на месте, при контакте с главным образом жестким верхним колпачком 12. Важно, что это препятствует разрушению запорного клапана. Относительно толстые секции 36 главным образом гибкой мембраны 14 также позволяют уменьшить толщину относительно тонких секций 38 главным образом гибкой мембраны 14 по сравнению с однородной толщиной главным образом гибкой мембраны 14, не имеющей указанных секций.
Относительно тонкие секции 38 главным образом гибкой мембраны 14 могут деформироваться или изгибаться легче, чем относительно толстые секции 36 главным образом гибкой мембраны 14. Это позволяет этим относительно тонким секциям 38 сминаться, когда давление выше по течению от запорного клапана становится всего немного больше, чем давление ниже по течению от запорного клапана. Этот относительно малый перепад давления может побуждать уплотнительную кромку 34 главным образом гибкой мембраны 14 отходить (разделяться) от уплотнительного кольца 18 главным образом жесткого верхнего колпачка 12 при относительно малой величине силы или давления. Таким образом, относительно тонкие секции 38 позволяют главным образом снизить давление срабатывания запорного клапана. Следует иметь в виду, что относительно толстые секции 36 и относительно тонкие секции 38 главным образом гибкой мембраны 14 могут иметь другие подходящие размеры и конфигурации, которые зависят, например, от заданного использования запорного клапана.
Как это лучше всего показано на фиг.2A-2D, главным образом гибкая мембрана 14 также может иметь стакан 40, который идет вниз от центрального участка 32 главным образом гибкой мембраны 14. Этот стакан 40 может иметь такой размер и конфигурацию, которые позволяют охватывать центральный цилиндр 30 главным образом жесткого верхнего колпачка 12, для соединения центрального участка 32 главным образом гибкой мембраны 14 с центральным участком 24 главным образом жесткого верхнего колпачка 12.
Несмотря на то, что главным образом гибкая мембрана 14 запорного клапана, показанная на сопроводительных чертежах, содержит идущий вниз полый стакан 40, предназначенный для соединения главным образом гибкой мембраны 14 с главным образом жестким участком 12 запорного клапана, специалисты легко поймут, что могут быть использованы и другие конструкции, позволяющие получить тот же самый результат. Например, если центральный цилиндр 30 главным образом жесткого участка 12 запорного клапана идет скорее вверх, а не вниз, то главным образом гибкая мембрана 14 может иметь идущую вверх стойку, которая входит внутрь идущего вверх центрального цилиндра. Аналогично, если главным образом жесткий участок 12 запорного клапана содержит отверстие в его центральном участке 24 вместо идущего вниз центрального цилиндра 30, то главным образом гибкая мембрана 14 может иметь палец или другой выступ, который входит в указанное отверстие, для крепления главным образом гибкой мембраны 14 к главным образом жесткому участку 12. Механическое крепежное средство, такое как заклепка или винт, также может быть использовано для крепления главным образом гибкой мембраны 14 к главным образом жесткому участку 12 запорного клапана. Таким образом, другие подходящие средства или конструкции могут быть использованы для крепления главным образом гибкой мембраны 14 к главным образом жесткому участку 12 запорного клапана.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.3, на которой показан запорный клапан 10, который содержит главным образом гибкую мембрану 14, соединенную с главным образом жестким верхним колпачком 12 таким образом, что каждая главным образом гибкая перекладина 36 расположена в целом между двумя главным образом жесткими перекладинами 22 в целом при совмещении с одной из частичных перекладин 28. Следует иметь в виду, что главным образом гибкая мембрана 14 может быть соединена с главным образом жестким верхним колпачком 12 и в других желательных ориентациях и конфигурациях, например, в зависимости от заданного использования запорного клапана.
В рабочем режиме, когда положительный перепад давления приложен к запорному клапану 10, зоны 38 смятия главным образом гибкой мембраны 14 могут первоначально сминаться (сплющиваться), в результате чего по меньшей мере участок уплотняющей кромки 34 отходит (разделяется) от уплотнительного кольца 18 главным образом жесткого верхнего колпачка 12. Это позволяет флюиду любого подходящего типа протекать через запорный клапан. В зависимости от перепада давления, по меньшей мере часть главным образом гибких перекладин 36 также может разделяться в области уплотняющей кромки 34 от уплотнительного кольца 18 главным образом жесткого верхнего колпачка 12. Так как зоны 38 смятия могут деформироваться или изгибаться больше, чем главным образом гибкие перекладины 36, то главным образом гибкая мембрана 14 в целом получает форму в виде зонта. В том случае, когда запорный клапан находится в открытом положении, зоны 38 смятия могут деформироваться или изгибаться больше, чем главным образом гибкие перекладины 36, при этом главным образом гибкая мембрана 14 в целом получает форму закрытого зонта.
Преимущественно, так как только одна зона 38 смятия должна сминаться для того, чтобы пропускать поток через запорный клапан, размер и конфигурация зон 38 смятия и/или главным образом гибких перекладин 36 могут быть выбраны так, чтобы обеспечивать желательный объем потока флюида. Например, если главным образом гибкая мембрана 14 изготовлена так, что относительно тонкие секции 38 главным образом гибкой мембраны 14 в целом имеют постоянную толщину, то тогда зоны 38 смятия могут сминаться в целом в одно и тоже время и/или в одной и той же степени. С другой стороны, толщина относительно толстых секций 36 и/или относительно тонких секций 38 может быть различной в зависимости от заданного использования запорного клапана. Например, если необходим или желателен существенный поток через запорный клапан, все зоны 38 смятия могут сминаться, даже если положительный перепад давления является достаточно малым.
Как уже было упомянуто здесь выше, запорный клапан может быть использован как трахеостомный разговорный клапан. Этот трахеостомный разговорный клапан может быть размещен в трахеостоме такого пациента, который, например, имеет непроходимость верхней трахеи, которая мешает нормальному дыханию. Этот запорный клапан нормально находится в закрытом положении, но открывается при вдохе пациента, чтобы позволить воздуху войти в легкие через трахею, минуя непроходимость. После вдоха клапан может вновь закрываться. Это не позволяет воздуху при выдохе покидать трахеостомный разговорный клапан. Так как воздух при выдохе не может проходить через трахеостомный разговорный клапан, он принудительно подается глубже в трахею пациента, где он проходит через голосовые связки пациента, позволяя ему разговаривать.
Трахеостомный разговорный клапан во многих отношениях является аналогичным ранее описанному здесь дыхательному клапану для комплекта маски для подводного плавания. Например, главным образом жесткий участок 12 примерного варианта клапана, показанного на фиг.4A-4D, может быть сконструирован из твердого и жесткого материала, такого как пластик, чтобы снабдить трахеостомный разговорный клапан конструктивной поддержкой. Запорный клапан также содержит главным образом гибкую мембрану 14. Главным образом гибкая мембрана 14 показана на фиг.5А и 5В и может быть сконструирована из гибкого или мягкого материала, такого как силиконовый каучук или резина. Главным образом гибкая мембрана 14 преимущественно имеет такие размер и конфигурацию, которые позволяют ей изгибаться или деформироваться, чтобы трахеостомный разговорный клапан мог открываться и закрываться. Примерный вариант трахеостомного разговорного клапана с главным образом гибкой мембраной 14, соединенной с главным образом жестким верхним колпачком 12, показан на фиг.6.
Как это показано на фиг.4A-4D более подробно, главным образом жесткий участок 12 трахеостомного разговорного клапана имеет конфигурацию и компоновку, аналогичные обсуждавшемуся здесь выше дыхательному клапану для комплекта маски для подводного плавания. Например, главным образом жесткий участок 12 может иметь главным образом твердое основание 16 с уплотняющей поверхностью или с уплотнительным кольцом 18, внешний обод 20, множество главным образом жестких перекладин 22, множество зазоров 26 и множество частичных перекладин 28.
Как это показано на фиг.4A-4D, главным образом твердое основание содержит выступ или фланец 42, который идет внутрь от уплотнительного кольца 18 главным образом твердого основания 16. Размер и конфигурация этого выступа 42 выбраны так, чтобы он контактировал с внешней кромкой 34 главным образом гибкой мембраны 14, чтобы главным образом гибкая мембрана 14 была соединена в заданном положении с главным образом жестким участком 12 трахеостомного разговорного клапана. Например, выступ 42 не позволяет главным образом гибкой мембране 14 скользить или перемещаться наружу относительно главным образом жесткого участка 12. Однако следует иметь в виду, что главным образом гибкая мембрана 14 может быть соединена с главным образом твердым основанием 16 и другим подходящим образом.
Как это показано на фиг.4A-4D, главным образом жесткий участок 12 трахеостомного разговорного клапана также содержит центральную стойку 44, которая идет вниз от центрального участка 24 главным образом жесткого участка 12. Как и центральный участок 30 дыхательного клапана для комплекта маски для подводного плавания, центральная стойка 44 трахеостомного разговорного клапана служит для крепления главным образом гибкой мембраны 14 к главным образом жесткому участку 12. Стакан 40 главным образом гибкой мембраны 14 может скользить поверх центральной стойки 44 главным образом жесткого участка 12 и охватывать ее, так что главным образом гибкая мембрана 14 может сохранять заданное положение относительно главным образом жесткого участка 12.
Центральная стойка 44 трахеостомного разговорного клапана также имеет зубец 46 на своем нижнем конце. Размер и конфигурация этого зубца 46 выбраны так, чтобы он контактировал со стаканом 40 главным образом гибкой мембраны 14, для того, чтобы главным образом гибкая мембрана 14 оставалась соединенной с главным образом жестким участком 12 трахеостомного разговорного клапана и сохраняла заданное положение относительно него. Более конкретно, зубец 46 не позволяет стакану 40 главным образом гибкой мембраны 14 случайно соскальзывать с центральной стойки 44 главным образом жесткого участка 12.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.5А и 5В, на которых показана главным образом гибкая мембрана 14 трахеостомного разговорного клапана, которая аналогично описанной здесь выше мембране дыхательного клапана для комплекта маски для подводного плавания имеет внешнюю или уплотнительную кромку 34, множество относительно толстых секций или главным образом гибких перекладин 36, множество относительно тонких секций или зон 38 смятия, и стакан 40. Следует иметь в виду, что трахеостомный разговорный клапан может также иметь другие подходящие конфигурации и компоновки, например, в зависимости от специфической конструкции и/или специфического использования трахеостомного разговорного клапана.
Как это показано на фиг.5А и 5В, главным образом гибкая мембрана 14 также имеет щель 48. В этом примерном варианте щель 48 проходит через одну главным образом гибкую перекладину 36. Однако специалисты легко поймут, что множество щелей 48 могут проходить через главным образом гибкую мембрану 14, причем щели 48 могут быть предусмотрены в главным образом гибкой мембране 14 в других местах, а не в главным образом гибких перекладинах 36.
Щель 48 служит для сброса давления в случаях нежелательного или опасного роста отрицательного перепада давления. Например, трахеостомный разговорный клапан позволяет проходить через него вдыхаемому воздуху, но не позволяет выходить наружу выдыхаемому воздуху. Если, например, пациент, который использует этот трахеостомный разговорный клапан, кашляет, то возникающее при этом усилие может повреждать клапан или может вывести весь узел клапана из его надлежащего положения в горле пациента. Щель 48, имеющая надлежащие размер и положение, позволяет несколько выравнивать давления в случаях чрезмерного отрицательного перепада давления, без создания существенной утечки или обратного течения. Следует иметь в виду, что любое число и расположение щелей 48 могут быть использованы, например, в зависимости от заданного использования трахеостомного разговорного клапана. Следует также иметь в виду, что в некоторых случаях щель 48 может не потребоваться.
Несмотря на то, что был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят за рамки формулы изобретения.