ПЕРЕЖИМНОЙ КЛАПАН

Заявляемая полезная модель относится к электромеханическим устройствам (клапанам), предназначенным для открытия и перекрытия потока рабочей среды, и может быть применена, преимущественно, в медицинской технике, в частности, в аппаратах для экстракорпоральной очистки крови и других подобных устройствах.
Из уровня техники известны электромагнитные/соленоидные клапаны, применяемые в том числе в медицинской технике, изготавливаемые фирмой ASCO Numatics (Нидерланды), информация по которым выложена в Интернет-ресурсах на сайте http://www.adl.ru/index.phm?m=catalog&cat_con=762 (дата выкладки не указана). Электромагнитный соленоидный клапан содержит толкающий или втягивающий электромагнит (соленоид) с сердечником (поршнем) и клапан с проходным отверстием, в котором установлен диск или поршень, чтобы открывать или перекрывать поток. Клапан открывается или закрывается движением магнитного сердечника, который втягивается в соленоид, когда на катушку подается питание (напряжение).
Известны также пережимные клапаны медицинского назначения (pinch valve medical (англ.)), в которых механизм клапана не контактирует с продуктом, прокачиваемым по трубопроводу, а пережимает до полного перекрытия сечение трубопровода либо не пережимает его, в результате чего продукт не транспортируется либо транспортируется по трубопроводу. Конструкция такого пережимного клапана, выбранного в качестве прототипа, выложена в Интернет-ресурсах на сайте http://www.biochem-fluidics.com/Products/pinch-Valves.asp (дата выкладки не указана). Прототип содержит толкающий электромагнит с магнитным сердечником. Магнитный сердечник подпружинен посредством пружины, усилие которой на сердечник можно изменять посредством регулировочного винта. Сердечник жестко соединен с плунжером, на внешнем торце которого расположен выступ, взаимодействующий с трубопроводом, по которому прокачивается какой-либо продукт, например, кровь пациента. Плунжер и электромагнитная катушка заключены в корпус, в котором напротив внешнего торца плунжера с выступом выполнен сквозной паз для трубопровода, в качестве которого в медицинской технике используется виниловая либо силиконовая трубка. Выводы электромагнитной катушки подключаются к электрическому источнику питания.
По мнению заявителя, вышеописанный прототип имеет следующие недостатки:
- во-первых, по недосмотру обслуживающего персонала, трубка, по которой циркулирует кровь пациента, например, при ее установке на аппарате для экстракорпоральной очистки крови, может быть не вставлена в сквозной паз для трубопровода, т.е. клапан не сможет перекрыть трубку в определенные моменты времени согласно алгоритму работы аппарата, что может привести к фатальному исходу для пациента. Иными словами, в клапане-прототипе отсутствует контроль местоположения трубки относительно клапана, т.е находится ли трубка в пазу для трубопровода или расположена вне его;
- во-вторых, процедура очистки крови занимает довольно длительный промежуток времени (несколько часов), в связи с чем столь длительное удержание трубки в открытом состоянии и соответственно толкающего электромагнита под напряжением может привести к чрезмерному нагреву катушки электромагнита и выходу его из строя, что может привести к непоправимым последствиям для пациента. Увеличение диаметра провода обмотки катушки электромагнита, а возможно, и ее принудительное охлаждение, приводит к увеличению габаритов клапана и его себестоимости.
Задачей, решаемой полезной моделью, является создание такой конструкции пережимного клапана, которая исключает перегрев катушки электромагнита и позволяет контролировать нахождение трубки в сквозном пазе для трубопровода.
Технический результат заключается в повышении надежности работы клапана, исключении отрицательных последствий для пациента, проходящего процедуру очистки крови, уменьшении габаритов клапана и снижении энергопотребления.
Достигается это тем, что в известном пережимном клапане, содержащем корпус с установленной внутри него толкающим электромагнитом с магнитным сердечником, выполненным с возможностью перемещения вдоль оси, помещенным внутри катушки, пружину, установленную между торцовой поверхностью корпуса и коромыслом, выполненным в виде плоской пластины, жестко закрепленным на магнитном сердечнике, удлинитель магнитного сердечника, жестко связанный с последним с выполненной на его конце прижимной лапкой, и основание, установленное на торцовой поверхности корпуса, при этом пережимаемая трубка располагается между прижимной лапкой и основанием, согласно полезной модели:
- в клапане установлены два дополнительных удерживающих электромагнита, крепящихся к корпусу, взаимодействующих с прижимами, выполненными в виде плоских круглых пластин из материала с магнитными свойствами, закрепленными на коромысле;
- перед прижимной лапкой на входе в паз для размещения трубки расположен язычок, выполненный в виде подпружиненного стержня, установленного в отверстии основания перпендикулярно его поверхности с возможностью продольного перемещения;
- в пазах основания напротив паза для размещения пережимаемой трубки и перпендикулярно ее оси размещены две жесткие пластины, контактирующие с поверхностью трубки и выполненные с возможностью продольного перемещения, противоположный конец которых крепится к подпружиненному стержневому элементу, на конце которого жестко установлен металлический флажок, напротив которого на корпусе установлен датчик, детектирующий наличие флажка перед его чувствительным элементом;
- к коромыслу жестко крепится другой металлический флажок, напротив которого на корпусе установлен соответствующий датчик, детектирующий наличие флажка перед его чувствительным элементом, при этом датчики электрически связаны с блоком управления.
Суть полезной модели приведена на фиг. 1, на которой изображен пережимной клапан в продольном разрезе.
Заявляемый пережимной клапан содержит корпус 1, например, выполненный из металла, с установленной внутри него толкающим электромагнитом, состоящим из электромагнитной катушки 2 с магнитным сердечником 3, который выполнен в виде цилиндрического пальца и помещен внутри катушки в трубке (на фиг. 1 не показана). Сердечник 3 выполнен с возможностью перемещения (влево-вправо на фиг. 1) под воздействием магнитного поля катушки 2. Между торцовой поверхностью 4 корпуса 1 и коромыслом 5, выполненным в виде плоской пластины, закрепленным на сердечнике 3, установлена пружина 6. С магнитным сердечником 3 жестко связан удлинитель 7 с выполненной на его конце прижимной лапкой 8, выполненной, например, из полимерного материала (пластмассы). Лапка 8 контактирует с основанием 9, установленным на внешней стороне торцовой поверхности корпуса 1, а в зазоре между лапкой 8 и основанием 9 располагается пережимаемая трубка (на фиг. 1 трубка не показана, она проходит перпендикулярно плоскости чертежа). В клапане установлены два дополнительных удерживающих электромагнита 10, крепящихся к внутренней стороне торцовой поверхности 4 и расположенные симметрично относительно удлинителя 7. Дополнительные удерживающие электромагниты 10 взаимодействуют с прижимами 11, выполненным в виде плоских круглых пластин из материала с магнитными свойствами, например, железа, закрепленными на коромысле 5, например, с помощью винтов (на фиг. 1 не показаны). Перед прижимной лапкой 8 на входе в зазор для размещения трубки размещен язычок 12, выполненный в виде подпружиненного стержня, установленного в отверстии основания 9 перпендикулярно его поверхности с возможностью продольного перемещения (влево-вправо на фиг. 1). Язычок 12 предназначен для исключения выпадания трубки из под прижимной лапки 8 в состоянии «открыто» (трубка не прижата). В пазах основания 9 напротив зазора для размещения пережимаемой трубки и перпендикулярно ее оси размещены жесткие пластины 13 удлиненной формы, контактирующая с поверхностью трубки и выполненные с возможностью продольного перемещения, противоположный конец которых крепится к подпружиненному стержневому элементу, на конце которого жестко установлен металлический флажок 14, напротив которого на корпусе установлен датчик 15, детектирующий наличие флажка 14 перед его чувствительным элементов. В качестве датчика 15 может быть использован индуктивный датчик, реагирующий на металлический предмет, размещенный перед его чувствительным элементом. К коромыслу 5 жестко крепится другой металлический флажок 14, выполненный идентично флажку 14, установленному на конце стержневого элемента пластины 13. Напротив этого флажка также установлен на корпусе другой аналогичный первому датчик 15, детектирующий наличие флажка 14 перед его чувствительным элементом. Положение чувствительных элементов датчиков 15 относительно флажков 14 может регулироваться за счет выполнения в корпусе 1 щелевых отверстий для датчиков и резьбовых элементов крепежа датчиков 15. Датчики 15 электрически связаны с блоком управления (на фиг. 1 не показан). Крепление заявляемого пережимного клапана к аппарату, например, для экстракорпоральной очистки крови, осуществляется посредством установочной пластины 16, жестко соединенной с внешней стороной торцовой поверхности 4 корпуса 1.
Работает заявляемое устройство следующим образом. Одновременно подается с блока управления электрическое напряжение на электромагниты 2 и 10 (в отсутствии напряжения на них клапан находится в состоянии «трубка пережата»). При этом сердечник 3 придет в движение (вправо на фиг. 1), преодолевая усилие пружины 6, в результате чего придет в движение жестко закрепленное на сердечнике 3 коромысло 5 и жестко связанный с ним прижим 11, перемещающийся до соприкосновения с электромагнитами 10. После этого блок управления отключает напряжение на электромагните 2, и сердечник 3 удерживается в крайнем правом положении электромагнитами 10. При этом клапан находится в состоянии «трубка разжата». Путем легкого нажатия на язычок 12 он перемещается (влево на фиг. 1), в образовавшийся зазор между прижимной лапкой 8 и основанием 9 вставляется трубка, по которой транспортируется, например, кровь пациента. Отпустив язычок 12, т.е. сняв с него усилие, язычок 12 перекрывает зазор между лапкой 8 и основанием 9, исключая выпадение трубки из паза. Кроме этого, трубка, установленная в пазе, перемещает пластины 13 (влево на фиг. 1), вследствие чего получает перемещение флажок 14 (правый на фиг. 1), связанный посредством подпружиненного стержневого элемента с пластинами 13. При этом флажок 14 входит в зону действия чувствительного элемента датчика 15 (правого на фиг. 1), который выдает сигнал в блок управления о наличии пережимаемой трубки в зазоре клапана. В случае отсутствия сигнала блок управления формирует, например, звуковой или световой сигнал тревоги, что обязывает обслуживающий персонал принять адекватные меры. При движении сердечника 3 вправо флажок 14 (левый на фиг. 1), перемещаясь вместе с коромыслом 5, выходит из зоны действия чувствительного элемента датчика 15 (левого на фиг. 1), сигнал с него исчезает, и блок управления информирует персонал посредством световой или звуковой сигнализации о том, что трубка находится в разжатом состоянии. Аналогично, при наличии сигнала с этого датчика, когда флажок 14 находится в зоне действия чувствительного элемента датчика 15, блок управления формирует соответствующий сигнал о пережатом состоянии трубки. Таким образом, заявляемый пережимной клапан позволяет контролировать наличие трубки в пазе клапана и состояние пережатия или разжатия трубки, что устраняет возможные ошибки обслуживающего персонала, которые могут иметь непоправимые последствия для пациента. При снятии напряжения с электромагнита 10 пружина 6 перемещает сердечник 3 влево, и лапка 8 пережимает трубку. Электромагниты 10, удерживающие прижим 11 и обеспечивающие режим клапана «трубка разжата», развивают большое усилие прижатия прижимов 11 за счет довольно большой площади прижимов 11 при относительно малом токе, протекающем через катушки электромагнитов 10 и могут удерживать прижимы 11 сколь угодно долгое время (несколько часов), определяемое регламентом работы аппарата. При этом электромагниты 10 не нагревается до температур, критичных для его катушек. Электромагнит 2, рабочий цикл которого составляет несколько секунд за час работы (время его работы задается на блоке управления), также не подвергается интенсивному нагреву, что позволяет использовать электромагнит малых габаритов и увеличивает ресурс работы клапана и его долговечность.
Таким образом, предложенная конструкция пережимного клапана исключает отрицательные последствия для пациента за счет контроля наличия трубки с перекачиваемым по ней продуктом в пазе клапана, контроля пережатия либо непережатия трубки и невозможности выпадения трубки из паза клапана, уменьшает габариты и энергопотребление клапана за счет использования толкающего электромагнита с малым рабочим циклом, повышает надежность его работы за счет отсутствия нагрева катушек электромагнитов до критических температур.
Совокупность отличительных признаков заявляемой полезной модели показывает, что данное техническое решение не известно из уровня техники, следовательно, оно удовлетворяет критерию «новизна».
Полезная модель может быть воспроизведена промышленным способом на известном оборудовании, следовательно, она соответствует критерию «промышленная применимость».
Заявителем изготовлен опытный образец заявляемого пережимного клапана, который успешно прошел цикл лабораторных испытаний, подтверждающих высокую надежность его работы и безопасность для пациента за счет исключения возможных ошибок обслуживающего персонала.
Учитывая изложенное, заявитель считает, что предложенное техническое решение может быть защищено патентом на полезную модель.