用于控制流量和压力释放的隔膜阀的制作方法

本发明的领域

本发明涉及用于控制流量和压力释放的隔膜阀的构思，该隔膜阀具有遵循括约肌作用的解剖学和生理学机制的形式，以便对流体流没有约束点。

阀是通过其控制液压（或气体）系统的装置，一般用于引导流、提供阻挡、控制流率或压力强度。阀可关于它们被操作的方式或关于其功能来分类。关于功能，阀可分类为流率控制阀、方向控制阀或压力控制阀。

若干类型的流率控制器阀作用，从而调整泵送的流率。已知速度随流率以及流动发生处的截面而变。因而，可通过流率控制器阀来进行流率控制，从而改变流体经过处的截面。

这些阀通常分类为：

a.非补偿流量控制阀，其是通过节流或约束来控制流量的最简单的阀。经过孔的流量和其中的装料损失直接相关，使得如果压力增大，阀中的流量增大；

b.补偿流量控制阀。它们独立于回路中的压力变化保持流率值，且类似于非补偿单元，具有孔（或节流）以调节流率。控制可以是自动的或手动的，其是远程或本地的。控制阀根据控制信号打开和关闭流体的内部通路。当控制信号来自控制器时，执行阀的自动控制。当控制信号由过程操作者通过手动控制站手动地生成时，执行远程手动控制。而且，控制可连续地或通-断地进行。在连续或模拟模式下，阀可采用在完全关闭和完全打开之间的稳定、不定的位置。在数字或“通-断”模式下，阀仅到达两个离散的位置：完全关闭或者完全打开。此控制可通过手动键、由压力（压力开关）、温度（温度调节装置）、水平、流率控制的键或更简单的控制器执行。到达阀促动器的控制信号可为气动或电子的。

本发明的背景

具有气动促动器的控制阀是流动网的绝大多数的最终控制元件。甚至在电子仪器的越来越多的密集且广泛的应用的情况下，与具有电子促动器的阀（ribeiro,1999）相比，具有气动促动器的阀仍是最多应用的、更简单的、更可靠的、经济且有效的最终元件。

压力控制阀是具有释放超过系统的压力的功能的装置，或者是运输或储存高压下的液体或气体的管。安装安全阀的目的是保护系统免于过大的压力作用（其中存在损坏系统的风险、爆炸和生命威胁的风险）。该保护在阀能够排放足以将系统的压力降低至一定安全水平的一定流率时发生。

其是非常广泛地应用于工业中的装置，然而，在市场上没有专门为血流控制中的应用设计的模型，即，该模型保持这些特性且没有对血液的侵害。

在体外循环（cec）中使用的若干报告装置需要具有该保护功能的构件。在cec中，在比5升每分钟大的流量下泵送血液。这些流量生成能够超过300mmhg的高压力，这产生了对装置（诸如血液浓缩器和血液过滤器）的损害的风险。血液浓缩器是在cec中使用的具有移除血液液体的功能的装置，由具有微观厚度的壁的中空和微孔纤维的束形成。例如，聚砜纤维具有30μm的厚度且具有低的压力耐性。一旦超过压力耐性阈值，纤维可破裂且泄漏其内部中的血液。

因此，为了设计可对血液浓缩器提供保护且同时不会对从血液注意到的血液成分造成侵害（尤其是对于cec应用）的阀模型，开发了本发明的用于控制流量和压力释放目标的隔膜阀。

本发明的描述

根据本发明的用于控制流量和压力释放的隔膜阀具有与括约肌、尤其与幽门瓣类似的内部形式，幽门瓣是消化道的最重要的括约肌之一。

括约肌是由环状地布置的同心圆形纤维的肌肉结构形成的动物解剖部分，其用于控制壶状物、通道或管的节段中的确定的孔的幅度和入口或出口流量。在人体中有至少43个不同的括约肌，其中的一些为微观大小，诸如血液微循环的前毛细管括约肌。前毛细管括约肌工作，从而根据由毛细管网络灌溉的组织的需要来调整毛细管网络中的血液流量。

如下公开的描述将参照所附的示意图，其不用于限制本发明的阀物体的范围和影响。在附图中的一些中，某些元件将不用数字标出以简化且提供其结构以及其中可应用所述阀从而执行不同功能的回路和装置的示例的清楚理解。

因此，根据图1（a）-（f），本发明的用于控制流量和压力释放目标的隔膜阀（1）包括为圆形大体形式的主体（2），设有较大直径的终端区段（3、4），终端区段（3、4）设有端部（5、6）以用于连接所使用的设备，诸如液压回路或血液回路和其他装置。在这些附图中，应注意的是，所述阀（1）在内部包括折叠隔膜（7），即，设有内部褶皱（7a、7b、7c等），其大体上以柔性材料制成。大体上，根据本发明的用于控制流量和压力释放的隔膜阀包括至少三个折叠部或内部褶皱（7a、7b、7c），但取决于特定用途的方案，其可具有多于三个折叠部。

由此构造，所述折叠隔膜（7）组装在阀本体（1）内，以便形成两个不同的包围体，所述折叠隔膜（3）的一个内包围体（8），类似于流动管线节段，以及另外的包围体（9），其形成所述隔膜（7）与本体（2）的内壁之间的另一空间，从而构成一种空气室。必须注意的是，所述隔膜（7）气密地在端部（3、4）中束紧且固定，以避免本体（2）内的包围体（8、9）之间的任何连通。

图2例示了根据本发明的阀(1)，不同之处在于具有用于在所述包围体（9）中直接起作用的外连接器或控制门（10），从而与隔膜（7）的包围体（8）轴向地相关。所述包围体（9）在其内部配备有气体或液体已知容积，该容积通过安装在所述控制门（10）中的作用元件（未示出）供给或移除，以便允许直接或者远程地打开或关闭阀（1）的气动或液压控制。箭头例示待控制的关注的流体的流动路径，以及在所例示的包围体（9）的内容物上的作用的形式。

如所例示的那样，本发明的用于控制流量和压力释放目标的隔膜阀（1）具有模仿前毛细管括约肌的解剖学构造和作用机制的解剖学形式，从而允许利用相同的功能来作用，而不产生比由前毛细管括约肌施加的侵害度大的侵害。因此，如果以生物相容性材料制造，其可用在血液回路中。

本发明的用于控制流量和压力释放目标的隔膜阀（1）不具有对流动的约束点。此外，由于隔膜（7）以柔性材料制作，故在一些颗粒或固体材料经过其内部时，其允许其形式上的调节。该可能性可通过图3的例示来研究，图3连续地示出了从完全关闭的位置（a）打开直到完全打开的位置（f）的隔膜（7）的构造。

将图3中解释的构造认作基础且作用为释放阀，当迟缓地加压使得其被正常地关闭（a）直到预定压力时，如果压力随后大于流动管线中的预定压力，则其将在位置（b-f）中打开，从而允许体积排放以用于管线中的压力正常化。包围体（9）内的压力随着入口管线中的流量或压力增大。这导致根据本发明的隔膜阀（1）作为可变的阻力而工作，关于流量和压力降低。该能力可用于限制管线中的流量，或者一旦处于低流量中，用于一个管线中的流量和压力的自动调整；阻力高，从而增大管线中的压力。然而，在流量增大时，压力也增大，从而打开阀，且因此，降低管线中的阻力和压力。

本发明的用于控制流量和压力释放目标的隔膜阀的若干应用和用途中的一些将在下面描述，但完全不意图限制其影响和发明范围。

管节段：

本发明的用于控制流量和压力释放目标的隔膜阀的其他功能在完全打开时发生，诸如图3（f）中例示的那样。在该情况下，隔膜阀（1）作为管节段工作，具有与入口连接器（5、6）相同的直径，从而允许通过其的自由流动。归因于此，根据本发明的阀可用于大体上控制气体和液体的流量，包括具有悬浮颗粒的粘性、浆状液体，且尤其，具有在血液流量控制中的应用，只要阀满足由血液组织施加的要求。

双向回流阀：

本发明的隔膜阀（1）物体当与主回路并行地组装在回路中时，具有由出口压力控制的可能性。在阀的功能测试期间，应注意的是，如果控制门（10）保持打开以用于大气压力，则阀作为双向回流阀工作，即，阀如果侧部（5、6）中的一者中有任何正压（p+）则在两个方向上打开，且如果在侧部（5、6）中的一者中应用负压（p-）则关闭。该可能性由图4和图5示意性地例示。应注意的是，阀在负压（p-）下可与正压（p＋）不同。而且，在该条件下，阀不作用为具有压力梯度，而是具有绝对压力。例如，如果一侧应用正压(p+)且另一侧应用负压（p-），则将仅在正压的绝对值（模）高于负压（p-）值时存在流动。否则，将没有流动。因此，在所描述的功能中，如果控制门（10）通向空气，则阀将具有更好的性能。

在图6中例示的另一方式中，如果入口连接器（6）连接至控制门或连接器（10），则当对阀入口（6）施加正压（p+）时，其关闭，且当对阀入口（6）施加负压（p-）时，其打开，从而允许如由箭头指示的流动路径。例如，当对控制门（10）施加压力p1时，其限定阀打开压力。在该条件下，如果大于p1的压力p2应用于阀入口（6），则其将打开。如果p2＜p1，则阀保持关闭。

可调节释放阀：

本发明的用于控制流量和压力释放目标的隔膜阀（1）可用作可调节释放阀，因为其入口中的压力始终施加控制门（10）中应用的压力，阀将打开，从而释放压力。该功能允许使其作为可调节释放阀，如图7中例示的那样。

流率控制阀：

当在控制门（10）中应用正压（p＋）或负压（p-）时，阀可打开或关闭，以便中断或控制通过阀的流率。该控制可包括在一定距离处，通过空气或流体，或通过直接连接于阀（1）的促动器进行，如图8中例示的那样。该可能性构造流率控制阀的功能。

流率限制阀：

当控制门（10）关闭使得包围体（9）内的空气保持受限时，在通过阀的流量增大时，压力使得阀打开，从而压缩包围体（9）内的空气。因此，只要包围体（9）内的压力增大，阀打开变得更难。这导致通过阀的流量降低至比在阀完全打开的情况下将经过的流量低的值。可改变包围体（9）内的空气体积来设定最大流量，因为包围体（9）与压缩机无关，其不是内部。即，改变最大阀打开压力。

在该构造中，本发明的阀还作为变化的阻力而作用，关于压力增大而降低，因为在流动管线中的低压的情况下，阀几乎关闭。当管线中的压力增大时，其与压力成比例地打开，从而允许较高的流动路径。因此，通过理想气体方程导出阀功能：

p1.v1＝p2.v2

其中：

p1＝大气压力

v1＝大气压力下的空气室内的初始体积

p2＝空气压缩之后的最终压力

v2＝空气压缩之后的最终体积。

在根据本发明的阀的示例、实施例测试中，

p1＝760mmhg

v1＝2.42ml(关闭的阀）

v2＝1.57ml(完全打开的阀）

p2＝（760×2.5/0.5）－760＝411mmhg。

因此，为了阀完全打开，需要在其入口处应用大约411mmhg的压力。在该条件下，阀构造为流率限制。

而且，在利用本发明的用于控制流量和压力释放目标的示例性隔膜阀模型执行的测试中，应注意的是，通过阀的流量与包围体（9）中的压缩空气体积直接成比例，且因此，与其内部中的压力直接成比例。

液压回路中的压力隔离器：

本发明的用于控制流量和压力释放目标的隔膜阀还可用作压力隔离器，该压力隔离器通常用于利用液压回路中的压力计测量压力，而不使压力计与容纳在回路中的液体接触。压力隔离器将压力变化从回路传递至压力计，但隔离压力计与回路的直接接触。为此，根据本发明的阀（1）必须具有开口，以便截面面积至少等于阀所连接的管的截面，以便不在管线中形成阻力。由隔膜移动的空气的内部体积必须足够导致压力计读取系统的完全偏转。例如，当与水银压力计一起使用时，折叠隔膜(7)必须能够移动至少等于压力计刻度中的水银体积的空气体积。例如，为了利用具有300mmhg的刻度的常规水银压力计，在图3（a）中例示的关闭位置与图3（f）中例示的完全打开位置之间的20ml的体积的空气将是必要的。该系统的优点是，在现有的压力隔离器中，需要用液体填充隔膜的其中一侧以允许读数，但该过程是慢且消耗的。在本发明的阀的情况下，不需要用液体填充其中一侧，因为其将被组装在管线中，且流将在其内侧经过。

由于阀的已描述的特性，其可应用在血液回路中，特别是cec回路中。本申请的优点之一是，现有的压力隔离器侧向地安装，通常安装在具有“鲁尔锁”输出的连接器中，其中没有流动且因此将其自身暴露于到室中或管内侧的血液凝固的风险。在根据本发明的阀的情况下，将没有血液凝固的风险，因为血流将经过阀，如之前所述，该阀是生理学地定形的。

比例控制器阀：

本发明的用于控制流量和压力释放目标的隔膜阀还可作为比例控制器阀来操作。在阀的控制门（10）关闭的情况下，其将作用为使得补偿如图10中所例示的并行安装在分支中的装置的阻力变化。在该使用构思中，变得可能独立于管线中的装置中的阻力、流量和压力的变化，将分支(r1、r2)二者中的流动比例保持几乎恒定。由于两个分支（r1、r2）的入口和出口连接，入口和出口压力相同。因此，当并行管线r1中的装置的阻力增大时，总流量增大，且出口处的压力将由于增大的流量而增大。结果，阀将打开，也降低其分支r2中的阻力，从而保持比例恒定。如果并行的分支r1中的装置的阻力增大，则总流量减小。结果，出口中的压力减小且阀关闭，从而增大其分支r2中的阻力，且因此保持比例恒定。

真空限制阀：

当如图11中所示的那样安装在负压管线中时，根据本发明的阀可作用为稳定管线中的压力水平。在该功能中，控制门（10）必须连接至阀入口管线。以此方式，当真空处于低负压时，阀保持关闭。当真空压力增大时，阀打开，从而允许空气进入。因此，负压管线中的空气流量在给定的限制内。

用于瓶的自密封盖：

本发明的阀物体可用作用于图12中例示的瓶(12)的自密封盖（1）。因此，在此用途中，如果瓶（12）被保持在竖直位置中，则阀关闭，从而防止其内容物接触空气。如果瓶（12）倒转地放置，或受压，则阀（1）打开，从而释放其内容物。这在储存当与空气接触时氧化的液体或当不正确地受限时蒸发的液体（诸如牛奶、橄榄油、果汁、酒精、醚等）方面可为非常有用的。该用途的另一优点是为了填充瓶（12），不需要移除盖，即，阀（1）。简单地通过阀（1）注射液体，其中，一旦液体被注射，则阀（1）将自动地关闭。因此，如果瓶是柔性的，或者例如具有袋形式，且如果容器从袋最初是空的且其内部没有空气的状态开始填充，则在填充结束时，袋将在其内部仍没有空气。因此，不需要在真空下包装产品以避免其与空气接触。

s形管：

如图13中例示的，本发明的阀组装在s形管系统（13）中，其引起非常有趣的效果。阀（1）之后的水柱（l）生成负压，如果在其入口（y）处没有压力，则该负压保持其关闭。这避免到出口（s）的空气通路和到其入口（y）的气味通路。此外，阀（1）防止在入口（y）中存在的液体排泄到低于该水平。以此方式，在s形管内将始终有液体（l），这确保不会有气味进入阀的入口（y）。

该系统可用在住宅水槽和脸盆的s形管中，或水箱通风口中，以在排空之后或在系统关闭以用于一些维护时防止空气进入管路。

显然，本发明的用于控制流量和压力释放目标的隔膜阀可适用于若干情形中，而不需要在上面限定的其基本结构中的调节。因此，本领域技术人员将知道探索以上描述的之外的其他应用和用途，它们将始终在本文中描述和要求保护的范围内。