УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОТКАЧИВАНИЯ СИСТЕМЫ
APPARATUS AND METHOD FOR EVACUATING SYSTEMS

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству для откачивания системы, устройству молокоотсоса и способу управления устройством молокоотсоса.
Уровень техники
В различных применениях требуются вакуумные насосы для подачи (частичного) вакуума при использовании в разных областях промышленности, науки и медицины. В разных областях нужен разный уровень вакуума, что обеспечивается широким диапазоном различных типов вакуумных насосов и принципов вакууммирования.
Двумя основными параметрами вакуумного насоса является достижимый поток и достижимый уровень вакуума, т.е., уровень давления. Каждый из принципов откачивания обладает специфическими преимуществами и недостатками, и каждое применение обладает конкретными требованиями к насосу. Обычно насос, обеспечивающий более высокий уровень вакуума или более сильный поток, обладает большими размерами, и его труднее изготавливать. Таким образом, при выборе или изготовлении вакуумного насоса для конкретного применения необходимо найти компромисс между требуемым потоком, максимальным уровнем вакуума, затратами на изготовление, размером конструкции и другими параметрами.
Одной из областей применения вакуумных насосов являются устройства молокоотсосов, т.е., устройства для откачивания молока из молочной железы кормящей женщины. Такие устройства обычно содержат вакуумный насос для обеспечения (частичного) вакуума, который прикладывается к молочной железе женщины, чтобы откачивать молоко. В публикации WO 2012/127405 A1 предлагается устройство молокоотсоса, позволяющее создавать отрицательное давление. Максимальное отрицательное давление, которое может быть приложено посредством устройства молокоотсоса зависит от величины максимального давления, которое может обеспечивать используемый вакуумный насос (частичный вакуум). Если требуется более высокий уровень вакуума, обычно требуется другой тип насоса, что приводит к большему размеру устройства молокоотсоса и/или более дорогостоящему изготовлению.
В публикации US 2005/0283 112 A1 предлагается молокоотсос. Устройство содержит накладку на молочную железу, предназначенную для насаживания поверх соска молочной железы, и отводную трубку, присоединенную к накладке на молочную железу. Отводная трубка предназначена для обеспечения протекания воздуха через насос, присоединенный к накладке на молочную железу, через отводную трубку. Насос содержит заборный патрубок насоса и откачивающий патрубок насоса и используется для создания перепада давлений между соском и насосом, причем перепад давлений приводит к откачке у накладки молочной железы за счет снижения давления воздуха в отводной трубке. Обратный клапан расположен между отводной линией и насосом и обладает поршнем клапана в корпусе клапана. Корпус клапана содержит отверстие отводной линии, которое сообщается по потоку через отводную линию с накладкой молочной железы, впускной патрубок клапана предназначен для сообщения с окружающим пространством относительно отводной линии, и выпускной патрубок клапана предназначен для сообщения с окружающим пространством относительно выпускной линии. Поршень клапана предназначен для попеременного уплотнения впускного патрубка клапана и выпускного патрубка клапана.
В публикации US 2013/0165852 A1 предлагается электрический молокоотсос. Молокоотсос содержит электродвигатель, насос, приводимый в действие электродвигателем, чашечную присоску, приводимый в действие электрически первый трехходовой клапан в линии откачки, приводимый в действие электрически второй трехходовой клапан в линии подачи давления, электронную систему управления, которая устанавливает электродвигатель в рабочий режим или холостой режим в зависимости от приведения в действие переключателя. В рабочем режиме включается электродвигатель и циклически приводимые в действие электричеством первый и второй трехходовые клапаны, цикл включает фазу откачки, во время которой включается электродвигатель, впускной патрубок насоса присоединен к чашечной присоске посредством первого трехходового клапана и поплавкового клапана, выпускной патрубок насоса присоединен посредством второго трехходового клапана.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является создание устройства для откачивания системы и подачи соответствующего уровня вакуума, при этом обеспечивающего затрато-эффективное изготовление и осуществление в небольшом корпусе. Другой целью настоящего изобретения является создание устройства молокоотсоса и способа управления устройством молокоотсоса.
В первом аспекте настоящего изобретения предлагается устройство для откачивания системы, содержащее насос для создания пониженного давления между его впускным и выпускным патрубками, насос выполнен с возможностью соединения с системой его впускным патрубком, сосуд под давлением для поддержания значения приложенного давления и распределитель для переключения сосуда под давлением либо на впускной, либо на выпускной патрубок насоса, насос, переносящий среду из системы и сосуда под давлением наружу, когда сосуд под давлением присоединен к его впускному патрубку, причем распределитель предназначен для переключения сосуда под давлением с впускного патрубка на выпускной патрубок насоса, когда удовлетворяется заданное условие.
В другом аспекте настоящего изобретения предлагается устройство молокоотсоса, содержащее описанное выше устройство и систему, содержащую принимающую воронку для размещения молочной железы женщины и емкость для сбора молока.
В другом аспекте настоящего изобретения предлагается способ управления устройством молокоотсоса, согласно которому формируют насос для создания пониженного давления в системе и в емкости под давлением, причем насос переносит среду из системы и емкости под давлением наружу, когда емкость под давлением присоединена к его впускному патрубку, определяют, удовлетворено ли заданное условие, осуществляют конфигурацию распределителя для переключения емкости под давлением с впускного патрубка на выпускной патрубок насоса, если удовлетворено заданное условие.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленный способ и устройство молокоотсоса обладают аналогичными и/или идентичными предпочтительными вариантами осуществления по отношению к заявленному устройству и определенными в зависимых пунктах формулы изобретения.
Устройство соглпсно настоящему изобретению позволяет повысить достижимый уровень вакуума с использованием распределителя, а также дополнительной емкости под давлением. Насос переносит среду со стороны впускного патрубка на сторону выпускного патрубка и, тем самым, создает понижение давления между двумя сторонами. Переносимая среда, тем самым, может включать любой тип текучей среды, т.е., газ или жидкость, которая, при переносе из системы посредством насоса, вызывает понижение давления в системе. Если выпускной патрубок насоса соединен с окружающим пространством, чтобы выбрасывать переносимую среду в окружающее пространство, давление в системе понижается по сравнению с давлением в окружающем пространстве.
По настоящему изобретению насос не только переносит среду из системы, но также среду, содержащуюся в емкости под давлением, к выпускному патрубку, чтобы и давление в системе, и давление в емкости под давлением снижались. Таким образом, и система, и емкость под давлением откачиваются насосом.
Емкость под давлением (также называемая вакуумным сосудом), тем самым, позволяет поддерживать значение приложенного (пониженного) давления за счет обеспечения постоянного объема, который не меняется, несмотря на изменение значений давления на внутренней и наружной сторонах емкости. Одним возможным вариантом осуществления такой емкости под давлением может быть, например, жесткий воздухонепроницаемый и негнущийся металлический корпус с одним отверстием для присоединения к насосу. Кроме того, в этом контексте поддержание значения приложенного давления относится к приложению или получению значения давления, например, за счет откачки среды из емкости под давлением, а затем закрывания или уплотнения отверстия емкости под давлением, чтобы давление внутри емкости под давлением оставалось постоянным, пока не будет выполнена компенсация давления, например, путем открывания отверстия и выпускания среды из емкости в окружающее пространство, или обеспечение попадания среды из окружающего пространства в емкость.
Альтернативой изменению давления внутри емкости под давлением путем накачивания среды в или откачивания из емкости также может быть обеспечение (пассивного) приведения емкости под давлением к некоторому уровню давления, т.е., значению давления, а затем ее перенос в область с другим окружающим давлением, чтобы сохранять условие давления исходного окружающего пространства.
Емкость под давлением может быть использована в обоих направлениях, т.е., может поддерживать либо пониженное давление, либо повышенное давление по отношению к окружающему пространству.
По настоящему изобретению емкость под давлением присоединена к впускному патрубку или выпускному патрубку насоса посредством распределителя. Такой распределитель обеспечивает переключение различных путей, чтобы среду можно было направлять к разным портам в зависимости от настройки распределителя. По настоящему изобретению распределитель, в частности, обеспечивает функциональную возможность переключения емкости под давлением на впускной патрубок насоса при первой настройке или на выпускной патрубок насоса при второй настройке. Таким образом, можно присоединять отверстие емкости под давлением к любой стороне насоса.
Кроме того, по настоящему изобретению распределитель выполняет такую процедуру переключения, т.е., переключает емкость под давлением с одной стороны насоса на другую, когда удовлетворен заранее определенный критерий. Например, емкость под давлением исходно присоединена к впускному патрубку насоса, так что насос, помимо откачки среды из системы, также откачивает среду из емкости под давлением. Затем, когда удовлетворен заранее определенный критерий, емкость под давлением присоединяется к выпускному патрубку насоса. В этой компоновке, при первой настройке распределителя, насос переносит среду из системы и емкости под давлением в окружающее пространство. Затем, после переключения распределителя на вторую настройку, среда переносится из системы на впускном патрубке насоса в емкость под давление на выпускном патрубке насоса.
Одним из преимуществ устройства по настоящему изобретению является то, что полученное понижение или общее понижение давления больше. Исходно насос создает некоторое понижение давления между окружающим пространством и системой и емкостью под давлением. Когда удовлетворен заранее определенный критерий, т.е., уровень давления больше не может быть понижен, емкость под давлением переключается на выпускной патрубок насоса посредством распределителя. Непосредственно после переключения это приводит к уравновешиванию давлений на впускном и выпускном патрубках насоса. При этом используется то, что насос может генерировать даже более низкое давление в системе по сравнению с окружающим пространством, если уровень давления на выпускном патрубке насоса уже ниже, чем уровень давления в окружающем пространстве. Независимо от уровня давления в окружающем пространстве насос обеспечивает снижение давления между его впускным и выпускным патрубками. Таким образом, если уровень давления на выпускном патрубке уже ниже, чем уровень давления в окружающем пространстве, можно дополнительно понизить уровень давления на впускном патрубке насоса. Это используется в настоящем изобретении посредством распределителя, который может переключать емкость под давлением с впускного патрубка на выпускной патрубок насоса, когда удовлетворен заранее определенный критерий. В частности, достижимый уровень давления или уровень вакуума насоса повышается путем переключения на емкость под давлением, как указано выше. Достижимый уровень вакуума, т.е., самое низкое возможное давление, которое может быть получено с помощью насоса, выше по сравнению с исходно достижимым уровнем вакуума.
В первом аспекте настоящего изобретения устройство дополнительно содержит односторонний клапан, присоединенный между выпускным патрубком насоса и емкостью под давлением для предотвращения обратного потока текучей среды из окружающего пространства в насос и/или емкость под давлением. Односторонний клапан в основном позволяет среде проходить в одном направлении, но предотвращает прохождение среды в другом направлении. В первом варианте осуществления настоящего изобретения этот односторонний регулирующий клапан расположен на выпускном патрубке насоса.
Таким образом, даже если емкость под давлением присоединена к выпускному патрубку насоса посредством распределителя, обратный поток переносимой среды из окружающего пространства в емкость под давлением или насос предотвращается. Исходно, пока емкость под давлением присоединена к впускному отверстию насоса, односторонний клапан просто уплотняет выпускной патрубок насоса относительно окружающего пространства и позволяет среде, переносимой насосом, выходить в окружающее пространство. Однако среда не течет назад в насос или в систему из окружающего пространства против направления одностороннего клапана. Затем, когда емкость под давлением переключается с впускного патрубка на выпускной патрубок насоса, как указано выше, односторонний клапан также предотвращает любой поток среды назад из окружающего пространства в емкость под давлением.
В этой компоновке выпускной патрубок насоса и емкость под давлением отделены от окружающего пространства за счет однонаправленного потока. Одним из преимуществ этого одностороннего клапана является то, что давление может поддерживаться по сравнению с давлением в окружающем пространстве.
По другому варианту осуществления настоящего изобретения устройство содержит датчик для определения давления в емкости под давлением. Этот датчик давления может, например, быть основан на принципе измерения емкостных, электромагнитных, пьезоэлектрических или пьезорезистивных параметров и может обеспечивать информацию о давлении среды или текучей среды в емкости под давлением. Датчик может быть интеллектуальным датчиком, обеспечивающим цифровой и скорректированный выходной сигнал, содержащий информацию об абсолютном давлении в емкости под давлением, или аналоговым датчиком, обеспечивающим аналоговое считывание сигнала в зависимости от давления в емкости под давлением. Сигнал, генерируемый датчиками, позволяет управлять устройством по настоящему изобретению, например, путем обеспечения использования управления по замкнутому контуру, когда конкретный параметр устройства выбирается непосредственно на основе полученного сигнала датчика.
Один из примеров использования этого датчика более подробно описан в другом варианте осуществления настоящего изобретения, в котором распределитель предназначен для переключения емкости под давлением с впускного патрубка на выпускной патрубок насоса, когда давление в емкости под давлением ниже заранее определенного порогового давления. Таким образом, давление в емкости под давлением, определенное описанным выше датчиком, используется в качестве критерия для определения момента, когда следует выполнять переключение емкости под давлением с впускного патрубка на выпускной патрубок насоса. Путем определения конкретного уровня порога давления, т.е., заранее определенного порога, конструкция распределителя может быть непосредственно связана с текущим давлением в емкости под давлением, эквивалентным давлению в системе, когда емкость под давлением присоединена к впускному патрубку насоса. Этот заранее определенный порог может быть выбран в зависимости от характеристик насоса, например, максимального достижимого перепада давлений или максимального уровня вакуума.
В зависимости от выбранной настройки одним из преимуществ этого варианта осуществления является то, что управление переключением становится простым и может быть легко выполнено.
Кроме того, по другому варианту осуществления настоящего изобретения устройство дополнительно содержит датчик для определения производительности насоса. Такой датчик производительности может, например, представлять собой датчик потока, осуществленный в виде одного или нескольких датчиков давления, тепловой датчик потока, механический объемный расходомер или любой другой датчик потока или измеритель потока. Этот датчик потока в основном может использоваться в качестве альтернативы для описанного выше датчика для определения давления на емкости под давлением. Может быть реализована аналогичная функциональная особенность. Предпочтительно использование такого датчика для определения производительности насоса также позволяет автоматически запускать переключение без обязательного дополнительного ввода пользователя.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения распределитель предназначен для переключения емкости под давление с впускного патрубка на выпускной патрубок насоса, когда производительность насоса превышает заранее определенный порог производительности. Как указано выше, оцениваются показания этого датчика для определения производительности насоса, и полученное от датчика значение используется в качестве критерия для определения того, следует ли переключать емкость под давлением с впускного патрубка на выпускной патрубок насоса. В частности, этот принцип может быть использован, если пороговое значение, т.е., значение производительности, при котором должно осуществляться переключение, определяется на основе характеристик насоса. Одна возможная настройка этого порогового значения может, например, представлять собой некоторую процентную долю максимальной производительности, которая может быть осуществлена насосом. Таким образом, когда насос работает при сравнительно низкой эффективности, емкость под давлением переключается с впускного патрубка на выпускной патрубок, и производительность насоса возрастает. Когда достигнуто максимальное общее снижение давления, датчик снова будет регистрировать только малый поток.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения устройство дополнительно содержит выпускной клапан для сброса давления системы и/или емкости под давлением в окружающее пространство. При некоторых применениях нужно иметь возможность сбросить давление или, в частности, вакуум в системе в окружающее пространство для продолжения предусмотренного применения. Управление таким выпускным клапаном может осуществляться электрически или вручную и может быть в виде простого двухстворчатого клапана или любого другого типа клапана. В зависимости от точки присоединения этого выпускного клапана можно сбросить давление системы и давление емкости под давлением или только системы, например, если емкость под давлением в текущий момент присоединена к выпускному патрубку насоса. Выпускной клапан, тем самым, предпочтительно управляется автоматически, и не требуется какой-либо внешний входной сигнал, за исключением перепада давлений между системой или емкостью под давлением и окружающим пространством. Выпускной клапан затем может функционировать, как предохранительный клапан, предотвращающий создание в системе или в емкости слишком низкого/высокого давления в случае неисправности или неконтролируемого режима работы насоса. Если, например, откачанная система представляет собой емкость с молоком устройства молокоотсоса, такой предохранительный клапан может предотвращать причинение вреда пользователю.
Устройство для откачивания системы по настоящему изобретению может дополнительно содержать (необязательно регулируемый) ограничитель потока для управления потоком переносимой среды из емкости под давлением на выпускной патрубок насоса. Такой ограничитель потока обеспечивает более гладкую и/или пологую характеристику насоса, в частности, за счет ограничения максимальной производительности.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения насос представляет собой вытеснительный вакуум-насос для перемещения текучей среды, в частности, газа, от впускного патрубка к выпускному патрубку.
Этот насос может быть либо электрическим, либо механическим насосом с ручным приводом и/или ножным приводом в различных вариантах осуществления настоящего изобретения. В зависимости от применения различные типы насосов обладают своими преимуществами и недостатками.
В частности, если газ, т.е., молекулы газа, перекачиваются от впускного патрубка к выпускному патрубку насоса, вытеснительный вакуум-насос является предпочтительным. Такой вытеснительный вакуум-насос основан на расширении заданного объема, тем самым, давление в расширенном объеме падает. Затем часть объема отделяется и расширяется повторно. Эта процедура повторяется несколько раз, повышая уровень вакуума, и может быть легко осуществлена при откачке газа. Тогда основным вопросом является уровень вакуума, т.е., минимальное число оставшихся молекул на единицу объема, которое может обеспечивать насос. Одним из преимуществ таких вытеснительных вакуум-насосов является их простая конструкция и широкая доступность на рынке.
Не имеет значения, какой принцип откачки используется. Насос, содержащийся в устройстве, может быть электрическим насосом с питанием от батареи или от сети, которым может управлять, например, устройство с процессором или может быть предусмотрен прямой пользовательский интерфейс. В альтернативном варианте также возможно, чтобы устройство содержало механический насос, который не требует какой-либо электрической энергии, а питание может подаваться за счет преобразования физического усилия, например, за счет движения руки и/или ноги человека. Одной из возможностей для такого механического насоса является использование рукоятки, которая периодически приводится в действие, и которая переводит механические характеристики откачки, например, описанный выше принцип вытеснения, в движение. Преимущества механического насоса включают то, что не нужно заряжать батарею или использовать кабельное соединение. Также снижен риск неисправности и возможного вреда для пользователя, например, в случае устройства молокоотсоса.
С другой стороны, электрический насос может быть более удобен для использования.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения распределитель и односторонний клапан объединены в интеллектуальный клапан. Такой интеллектуальный клапан может составлять цельную часть, которая сочетает функциональные возможности управляющего клапана и одностороннего клапана в одном компоненте. Одно из преимуществ комбинации двух клапанов в одном компоненте состоит в том, что можно уменьшить пространство для конструкции. Также можно уменьшить затраты, если число компонентов в устройстве минимизировано. Такой интеллектуальный клапан также может включать выпускной клапан, таким образом, дополнительно сокращая число компонентов. Также возможно, чтобы функции предохранительного клапана, т.е., защита пользователя устройства или самого устройства, были включены в интеллектуальный клапан. Такой интеллектуальный клапан может быть полностью управляемым механически и функционировать на основе перепада давлений и их механического использования, т.е., некоторый перепад давлений вызывает деформацию материала и сброс давления в окружающее пространство. Интеллектуальный клапан также может включать ограничитель потока, который может быть регулируемым, для управления потоком между емкостью под давлением и насосом.
В другом варианте осуществления распределитель является клапаном 3/2 с тремя портами и двумя положениями переключения. Такой клапан 3/2 в основном представляет собой стандартный компонент, обеспечивающий функциональные особенности, требуемые для переключения емкости под давлением с впускного патрубка на выпускной патрубок насоса. Преимущество клапана 3/2 состоит в том, что функциональная возможность переключения емкости под давлением с впускного патрубка на выпускной патрубок насоса может быть осуществлена в одной единственной части.
Кроме того, этот клапан 3/2 может функционировать механически при изменении давления или электрически посредством запуска процедуры переключения, например, посредством устройства с контроллером или ввода пользователя.
По одному варианту осуществления настоящего изобретения распределитель может быть управляемым электрически или механически клапаном. Если это электрический клапан, становится возможным использовать процессор для управления насосом и автоматизировать процедуру переключения. В альтернативном варианте распределитель также может быть с механическим управлением. В этом случае, например, механическая конструкция может быть использована для запуска переключения распределителя из одного положения в другое, когда давление достигает или проходит указанный порог. Кроме того, механическое управление может быть предусмотрено заранее, что позволяет оператору вручную переключать емкость под давлением с впускного патрубка на выпускной патрубок насоса.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения устройство дополнительно содержит контроллер для управления насосом и/или распределителем. Такой контроллер может, например, представлять собой устройство микроконтроллера, запрограммированное для выполнения требуемых функций. Этот контроллер может быть использован для управления различными клапанами и/или всеми другими компонентами и их взаимодействием в устройстве по настоящему изобретению или в устройстве, содержащем такое устройство. Одно из преимуществ такого контроллера состоит в том, что он также может быть использован для выполнения других операций управления в устройстве молокоотсоса.
В другом аспекте настоящего изобретения предлагается устройство молокоотсоса, содержащее устройство для откачивания системы, описанной выше, и системы, включающей принимающую воронку для приема молочной железы женщины и емкость для сбора молока. Такое устройство молокоотсоса может быть использовано для сбора молока кормящей женщины в емкость, т.е., емкость для молока. В этом аспекте настоящего изобретения устройство для откачивания системы опорожняет емкость, которая присоединена к молочной железе женщины посредством воздухонепроницаемого соединения. Эта емкость функционирует, как емкость для сбора молока кормящей женщины при откачивании молочной железы посредством вакуума, создаваемого устройством по настоящему изобретению. Непроницаемое для воздуха присоединение емкости к молочной железе обычно достигается посредством воронки или напоминающей воронку части, например, изготовленной из пластмассы, для вмещения молочной железы женщины. Также можно использовать сменную воронку для вмещения молочных желез разной формы в зависимости от требований конкретного пользователя.
По другому аспекту предлагается способ использования устройства молокоотсоса, описанного выше. В зависимости от конструкции устройства молокоотсоса, насосом, различными клапанами и/или различными датчиками может управлять по меньшей мере один контроллер, выполняющий способ использования молокоотсоса. Таким контроллером может быть микропроцессор или цифровой процессор сигналов, подходящий для выполнения необходимых расчетов и операций управления. Контроллер может быть присоединен к соответствующим клапанам, устройствам и/или датчикам устройства по настоящему изобретению. Способ использования устройства молокоотсоса по настоящему изобретению может соответствовать управлению по замкнутому контуру, в котором определенные настройки непосредственно связаны со значениями датчика или также могут соответствовать управлению с разомкнутым контуром, включающим обратную связь с пользователем. Одно из преимуществ такого способа состоит в том, что функциональные возможности устройства по настоящему изобретению или устройства молокоотсоса могут регулироваться соответствующим образом и/или осуществляться автоматически. Для выполнения различных этапов управления требуется лишь незначительный ввод пользователем, или его не требуется вообще.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны и пояснены со ссылкой на вариант(ы) осуществления, описанные далее, со ссылкой на чертежи, на которых:
на фиг. 1 схематично показан первый вариант осуществления настоящего изобретения,
на фиг. 2 показан пример снижения давления в системе, созданной по настоящему изобретению,
на фиг. 3 схематично показан другой вариант осуществления настоящего изобретения,
на фиг. 4 схематично показан другой вариант осуществления настоящего изобретения,
на фиг. 5 представлена альтернативная иллюстрация устройства по настоящему изобретению,
на фиг. 6 показан способ использования устройства молокоотсоса, и
на фиг. 7 показано устройство молокоотсоса по одному аспекту настоящего изобретения.
Подробное описание
На фиг. 1 схематично показано устройство 1a для откачивания системы по первому варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство 1a содержит насос 5, который обеспечивает снижение давления между его впускным патрубком 7 и выпускным патрубком 9, и который присоединен к системе 3 посредством впускного патрубка 7. Насос 5, таким образом, переносит среду от впускного патрубка 7 к выпускному патрубку 9 и, тем самым, обеспечивает снижение давления. Устройство 1a дополнительно содержит емкость 11 под давлением, которая позволяет поддерживать приложенное давление в течение некоторого периода времени. Кроме того, оно содержит распределитель 13 для переключения емкости 11 под давлением либо на впускной патрубок 7, либо на выпускной патрубок 9 насоса 5. Чтобы обеспечить функциональные возможности по настоящему изобретению, т.е., обеспечить получение высокого уровня вакуума по сравнению с использованием одного насоса 5, распределитель 13 предназначен для переключения емкости 11 под давлением с впускного патрубка 7 на выпускной патрубок 9 насоса 5, когда удовлетворен заранее определенный критерий. Следовательно, распределитель 13 предусматривает различные соединительные порты, т.е., отверстия, которые обеспечивают поступление среды, и которые могут включаться вместе в различных компоновках.
В показанном варианте осуществления настоящего изобретения распределитель 13, в частности, имеет три порта. Эти три порта могут переключаться таким образом, чтобы либо впускной патрубок насоса 7, либо выпускной патрубок насоса 9 был присоединен к емкости 11 под давлением. В этом контексте "присоединен" относится к "присоединен таким образом, чтобы" среда могла протекать от одного порта распределителя 13 к другому, в зависимости от настройки потока распределитель 13. Чтобы обеспечить эту функциональную особенность переключения, распределитель может, например, содержать барабан внутри цилиндра, который механически или электрически перемещается из одного положения в другое и, тем самым, позволяет среде протекать по одному или другому пути.
Как указано выше, устройство по настоящему изобретению позволяет достичь более высокого уровня вакуума по сравнению с использованием только насоса 5. Обычно насос 5 отличается максимально достижимым снижением давления, которое может возникать между его впускным патрубком 7 и выпускным патрубком 9. Таким образом, если на выпускном патрубке 9 насоса 5 уже приложено более низкое значение давления, максимально достижимый уровень давления на впускном патрубке насоса 5 будет выше, чем, если выпускной патрубок 9 насоса 5 непосредственно соединяется с окружающим пространством. Это поведение используется посредством настоящего изобретения. Исходно и система 3, и емкость 11 под давлением откачиваются насосом 5, так что один и тот же уровень вакуума (уровень давления) генерируется и в системе 3, и в емкости 11 под давлением. Далее емкость 11 под давлением переключаются с впускного патрубка 7 насоса 5 на выпускной патрубок 9 насоса 5 посредством распределителя 13. Это позволяет генерировать даже более высокий уровень вакуума (более низкое давление) в системе 3 по сравнению с использованием только насоса 5.
На фиг. 2 показано типичное снижение давления, обеспечиваемое устройством по настоящему изобретению. Давление p показано в зависимости от времени t. Исходно давление в системе 3 и в емкости 11 под давлением уравновешено с давлением в окружающем пространстве pi. Затем насос 5 включается в момент времени t1 и обеспечивает снижение давления и в системе 3, и в емкости 11 под давлением. В некоторый момент времени t2 достигается максимально достижимый в этой компоновке уровень вакуума p2. Из-за параметров его конструкции насос 5 не может генерировать более высокий уровень вакуума (более низкое давление). Когда удовлетворено определенное заданное условие, распределитель 13 переключает емкость 11 под давлением с впускного патрубка 7 на выпускной патрубок 9 насоса 5. Этим определенным заранее критерием может быть, например, порог по давлению. За счет этого переключения уровень давления на впускном патрубке 7 и выпускном патрубке 9 насоса временно вновь уравновешиваются. Насос 5 затем может обеспечивать даже более высокий уровень вакуума (т.е., более низкое давление) в системе 3. Однако также в этой компоновке насос 5 работает с насыщением, когда достигнуто некоторое значение давления p3 в системе 3. На фиг. 2 насос 5 отключается, и/или выпускной клапан открывается в момент t3, что приводит к уравновешиванию давления с окружающим пространством.
На фиг. 3 показан другой вариант осуществления устройства 1b по настоящему изобретению. По сравнению с устройством 1a, показанным на фиг. 1, он дополнительно содержит односторонний клапан 15, присоединенный к выпускному патрубку 9 насоса 5 и емкости 11 под давлением. Этот односторонний клапан 15 может предотвращать обратный поток переносимой среды или любого типа текучей среды из окружающего пространства в насос 5 и/или в емкость 11 под давлением. Дополнительно показан первый датчик 17 для определения давления в емкости 11 под давлением. Этот первый датчик 17 позволяет выполнять переключение емкости 11 под давлением с впускного патрубка 7 на выпускной патрубок 9 насоса 5, когда давление в емкости 11 под давлением ниже заранее определенного порога, т.е., порога по давлению. Кроме того, в этом варианте осуществления показан второй датчик 19 для определения производительности насоса 5. Этот второй датчик 19 может быть использован альтернативно или в комбинации с датчиком 17 для инициации переключения распределителя 13. Одной из очевидных возможностей является определение производительности посредством датчика 19 пропускной способности и для непрерывного определения того, что производительность стала ниже заранее определенного порога, т.е., насос 5 переносит только незначительное количество текучей среды, указывающее, что насос 5 находится в состоянии, более или менее близком к насыщению, как указано выше.
На фиг. 3 дополнительно показан выпускной клапан 21 для сброса давления в системе 3 и/или емкости 11 под давлением в окружающее пространство. Этот выпускной клапан 21 может содержать управляющее соединение 22, обеспечивающее дистанционное управление.
Кроме того, на фиг. 3 показан контроллер 23 для управления насосом 5, распределителем 13, датчиками 17 и 19 и выпускным клапаном 21 посредством управляющего соединения 22. В другом варианте осуществления устройства по настоящему изобретению контроллер 23 также может управлять другими датчиками или другими компонентами с электронным управлением. В частности, насос 5 может представлять собой электрический насос или механический насос, требующий специальных управляющих импульсов или других сигналов, генерируемых контроллером 23.
Контроллер также может представлять собой комбинированный контроллер, управляющий другими функциональными возможностями устройства молокоотсоса по другому аспекту настоящего изобретения, такому как обеспечение изменения цикла всасывания или приложенного давления в ответ на обратную связь с пользователем, автоматически прерывая функциональную возможность в ответ на сигнал или ввод пользователя или другие функциональные возможности.
В другом варианте осуществления устройство 1c по настоящему изобретению схематично показано на фиг. 4. В этом варианте осуществления устройство 1c содержит интеллектуальный клапан 25, сочетающий функциональные возможности распределителя 13, одностороннего клапана 15 и выпускного клапана 21. Этот интеллектуальный клапан 25 присоединен к впускному патрубку 7 и выпускному патрубку 9 насоса 5, а также к емкости 11 под давлением. Одно из основных преимуществ использования интеллектуального клапана 25 для обеспечения различных требуемых функциональных возможностей состоит в том, что требуется только одна часть вместо нескольких частей. Это позволяет дешевле осуществить устройство по настоящему изобретению. Кроме того, может быть снижена частота неисправностей при такой комбинированной части. Интеллектуальный клапан 25 дополнительно может включать ограничитель потока для управления скоростью.
На фиг. 5 схематично показан другой вариант осуществления устройства 1d по настоящему изобретению. Показан распределитель 13, и дополнительно детально показаны различные части и возможные положения переключения. Такой клапан 3/2, т.е., распределитель с двумя положениями и тремя портами, обеспечивает требуемую функциональную возможность для переключения емкости 11 под давлением с впускного патрубка 7 на выпускной патрубок 9 насоса 5.
Кроме того, регулируемый ограничитель 26 потока расположен в этом варианте осуществления между распределителем и выпускным патрубком 9 насоса 5. Этот регулируемый ограничитель потока позволяет управлять потоком переносимой среды, в частности, путем регулируемого ограничения максимальной производительности.
В этом варианте осуществления откачиваемая система 3 содержит воронку 27 и емкость 29 для молока. Воронка 27 предназначена для вмещения молочной железы женщины. Частичный вакуум, генерируемый насосом 5, затем напрямую прикладывается к молочной железе, и молоко может быть откачано. Откачанное молоко собирается в емкости 29. Дополнительно показан односторонний клапан 15, чтобы предотвращать обратный поток текучей среды из окружающего пространства в распределитель 13 или насос 5. В частности, в представленном варианте осуществления насос 5 переносит воздух из емкости 29 и выпускает его в окружающее пространство через односторонний клапан 15.
На фиг. 6 показан способ управления устройством молокоотсоса по одному варианту осуществления аспекта настоящего изобретения. Такой способ может, например, быть осуществлен посредством контроллера, включенного в устройство молокоотсоса, описанного выше. Контроллер может управлять различными компонентами (например, клапанами, датчиками, насосом или другими), чтобы достичь более высокого уровня вакуума (т.е., более низкого давления).
В показанном на фиг. 6 варианте осуществления насос исходно предназначен (S10) для достижения снижения давления в системе и в емкости под давлением. В зависимости от насоса и типа соединения с контроллером, эта схема, в частности, нацелена на приведение в действие насоса. Если, например, насос может использоваться на разных уровнях, эта схема также может включать выбор соответствующего уровня. Затем определяется (S12), удовлетворен ли заранее определенный критерий. Предпочтительно это определение основано на показаниях датчика, полученных по меньшей мере от одного датчика, в частности, датчика давления или датчика расхода. Определение того, удовлетворен ли заранее определенный критерий, таким образом, включает получение показаний датчика (т.е., датчика расхода или давления). Затем может быть определено на основе показаний датчиков, возможно, в комбинации с вводом пользователя, удовлетворен ли заранее определенный критерий. Способ управления молокоотсосом по настоящему изобретению дополнительно включает переключение (S14) распределитель для присоединения емкости под давлением к выпускному патрубку насоса (емкость под давлением исходно была присоединена к впускному патрубку насоса), когда удовлетворено заданное условие. Например, переключение выполняется, когда показания датчиков превышают некоторый порог. Переключение распределителя, тем самым, относится к подаче необходимых сигналов управления на соединительные кабели, чтобы запустить процедуру переключения. Способ управления устройством молокоотсоса может дополнительно включать (не показано) определение настроек управления для других клапанов (например, распределителей и/или односторонних клапанов) и устройств (например, насоса) и компоновку клапанов и устройств на основе заранее определенных настроек управления. Кроме того, компоновка, в частности, относится к приложению необходимых управляющих сигналов к соединительным кабелям (или к передаче сигналов по беспроводному соединению). Способ, тем самым, представляет собой управление по замкнутому контуру или управление по разомкнутому контуру, как указано выше.
Кроме того, способ (не показано) откачивания системы по настоящему изобретению может включать обеспечение снижения давления в системе и в емкости под давлением, поддерживая приложенное значение давления в емкости под давлением и переключение емкости под давлением с впускного патрубка на выпускной патрубок насоса, когда удовлетворен заранее определенный критерий.
На фиг. 7 показано устройство 31 молокоотсоса по другому аспекту настоящего изобретения. Принимающая воронка 27 обладает формой для вмещения молочной железы женщины.
Как только пониженное давление, т.е., частичный вакуум, приложено к молочной железе, молоко откачивается.
Как показано на фиг. 7, откачанное молоко собирается в емкость 29. Эта емкость откачивается посредством насоса 5, присоединенного к емкости через интеллектуальный клапан 25.
Дополнительно включена емкость 11 под давлением и контроллер 23. Кроме того, показана батарея 33, обеспечивающая требуемую электрическую энергию для различных компонентов. Показанный интеллектуальный клапан 25 в этом варианте осуществления обладает функциональными возможностями распределителя, одностороннего клапана и выпускного клапана. Он также функционирует, как предохранительный клапан, предотвращающий вред для пользователя в случае неисправности насоса 5. Контроллер 23 управляет интеллектуальным клапаном 25, измеряет давление в емкости 11 под давлением и управляет насосом 5.
Хотя это не показано, возможно, что вместо электрического насоса используется механический насос. Это подразумевает, что контроллер 23 необязательно присоединять к насосу 5. Механический насос обычно содержит рукоятку для ручного приложения усилия для обеспечения снижения давления. Кроме того, обычно предусмотрено периферийное оборудование (не показано), такое как, например, пользовательский интерфейс (например, акустическое, визуальное или механическое средство обратной связи в комбинации с кнопками, сенсорной панелью, трекболом или механическим средством обратной связи в комбинации с кнопками, сенсорной панелью, трекболом или другими средствами ввода), источник питания (например, батарея, на основе солнечной или другой энергии или соединитель для питания от сети) или конструкционные элементы для улучшения визуального восприятия молокоотсоса.
Альтернативой переключению емкости под давлением с впускного патрубка на выпускной патрубок насоса также является возможность присоединить несколько насосов последовательно, чтобы выпускной патрубок одного насоса был непосредственно присоединен к впускному патрубку другого. Это также позволяет повысить уровень вакуума.
Хотя настоящее изобретение показано и описано подробно на чертежах и в последующем описании, такую иллюстрацию и описание следует считать иллюстративными или рассматривать в качестве примеров, не подразумевающих ограничения ими. Настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления.
Другие изменения описанных вариантов осуществления могут быть понятны и осуществлены специалистами в этой области при практическом осуществлении настоящего изобретения, по изучению чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения.
В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает других элементов или этапов, и неопределенный артикль "a" или "an" не исключает множественного числа. Одиночный элемент или другой блок могут выполнять функции нескольких позиций, упомянутых в формуле изобретения. Простой факт, что некоторые показатели упомянуты во взаимно различных зависимых пунктах формулы не указывает, что для достижения преимущества нельзя использовать комбинацию этих показателей.
Никакие символы для ссылок в формуле изобретения не следует рассматривать, как ограничивающие объем изобретения.