專利名稱：用于呼吸器裝置的泵和呼氣閥控制的制作方法
技術領域：
本發明涉及泵，并且特別地涉及用于呼吸器裝置或通風機裝置的泵。本發明還涉及用于這種泵和呼吸器裝置或通風機裝置的呼氣閥組件。
背景技術：
呼吸器裝置，有時稱為通風機裝置并且在本文中因此可互換地指代，廣泛地用于向病人施行人工呼吸或通風輔助。借助于普通的背景，下面的US專利公開了這種裝置或者用于這種裝置中的泵和/ 或呼氣閥的實施例。US 4，807，616，、4，823，787和4，941，469公開了通風機裝置，所述通風機裝置包括泵；遞送導管，其用于將增壓空氣遞送到病人；安全閥，其防止遞送導管中的壓力上升到預定峰值以上；傳感器，其用于感測遞送導管中的壓力；存儲裝置，其用于存儲感測的峰值壓力；以及比較器，其用于將感測的壓力與存儲的峰值壓力進行連續地比較并且實現 每當感測的壓力在存儲的峰值壓力以下時，向泵供給能量，并且每當感測的壓力基本等于存儲的峰值壓力時，不向泵供給能量。US 6，073，630，、US 5，484，270和US 5，683，232公開了尤其用于通風機裝置的往
復式泵，所述往復式泵包括活塞，其可在氣缸內軸向地往復運動并且將其內部劃分成入口室和出口室；壁，其固定到所述入口室內；以及驅動殼體，其固定到所述壁。驅動殼體包括電機、可由電機轉動的轉子、可在驅動殼體內轉動的螺母、和在一端處以螺紋連接耦合到螺母且在其相對端處固定到活塞的螺桿。活塞的軸向運動和旋轉運動基本不受約束，以使通過電機實現的螺母的正向轉動和反向轉動使螺桿和活塞沿氣缸的軸向往復運動并且還容許螺桿和活塞相對于氣缸轉動，從而平滑活塞和氣缸之間的磨損。US 6，283, 122公開了呼氣組件，所述呼氣組件包括空心流通體，所述空心流通體具有入氣口和出氣口。入氣口布置為接收用于供給到病人的空氣，并且出氣口布置為將空氣提供給病人。裝置還包括連接至流通體的呼氣閥，以便于由正在被供給空氣的病人可選擇的呼氣。呼氣閥包括呼氣口，其布置為容許呼出氣通過其中流出；以及閥部件，其布置為響應于施加到其的閉合壓力而可選擇地覆蓋呼氣口并且響應于通過呼氣口從流通體施加到其的呼氣壓力而露出呼氣口。還包括壓力源，所述壓力源用于可選擇地向閥部件施加閉合壓力，其中，所述閥部件是可操作的以至少響應于最小閉合壓力而覆蓋呼氣口，所述最小閉合壓力具有比相對呼氣壓力小的量值。進一步通過普通的背景，US 5，762，480公開了一種往復式機器，所述往復式機器將直線運動轉換成旋轉運動或者反之亦然，并且往復式機器與工作流體的供給相關聯，并且往復式機器包括旋轉動力裝置，其具有旋轉運動傳遞部件；氣缸，其限定縱軸線并且具有第一端，工作流體輸入和輸出裝置位于所述第一端處，并且氣缸進一步具有第二端；活塞，其位于氣缸內并且布置為在第一端和第二端之間沿著縱軸線直線地、往復式行進；連
5桿，其具有連接至活塞的第一端并且進一步具有第二端部；以及聯動裝置。
發明內容
根據本發明的方案，提供尤其用于呼吸器裝置的泵裝置，所述泵裝置為雙動式呼吸器泵裝置，所述雙動式呼吸器泵裝置包括限定兩個泵室的殼體和可相對于所述泵室往復運動的泵部件，并且所述雙動式呼吸器泵裝置配置為在所述泵部件的每個往復運動循環中相對于每個所述室提供吸入沖程和抽出沖程，其中，用于每個泵室的所述吸入沖程和所述抽出沖程為各個泵室限定通過泵部件在一個往復運動循環中在各個吸入沖程和各個抽出沖程之間往復運動而在各個泵室中位移的位移量容積，并且其中，在其各個所述抽出沖程的末端處至少一個所述泵室的容積為各個所述位移量的第一比例，其中，所述第一比例不小于約50%，并且其中，所述泵部件包括活塞，所述活塞經由沿周向接合到所述活塞的滾動卷折隔膜相對于所述泵室可往復運動地安裝并且相對于每個所述泵室被錨固，并且其中， 所述隔膜配置為避免在每個所述泵室的抽出沖程期間塌縮或反向。根據本發明的這個方案的泵裝置可以包括以任何期望組合的一個或多個下列特征A至K (A)所述隔膜可以配置為具有部分，在所述泵運行期間無論所述活塞在所述往復運動循環內的位置或行進方向如何所述部分沿著朝向一個所述泵室且遠離另一所述泵室的方向凸出。(B)泵包括泵入口和泵出口，其中，所述泵入口經由具有第一容積的至少一個入口室與至少一個泵室的入口閥流體連通，并且其中，所述泵出口經由具有第二容積的至少一個出口室與至少一個泵室的出口閥流體連通，并且其中，所述第一容積和所述第二容積中的每一個至少約為所述各個泵室的所述位移量容積的50%。(C)參考特征(B)，每個所述泵室可以包括各個所述入口室和各個所述出口室，并且其中，一個所述泵室的所述出口室與另一所述泵室的所述出口室流體連通，并且其中，一個所述泵室的所述入口室與另一所述泵室的入口室流體連通。(D)隔膜可以具有卷折直徑，即，沿著與所述活塞的往復運動方向基本正交的第一方向突出的尺寸，也就是，在所述活塞的直徑的約5%和約15%之間。(E)關于特征(D)，隔膜可以由例如具有在約50肖氏A(肖氏A級)和約70肖氏 A之間的硬度的撓性材料制成。例如，這種撓性材料可以為基于橡膠的化合物。(F)活塞可以在與一個所述泵室的抽出沖程的末端對應的上止點位置和與另一所述泵室的抽出沖程的末端對應的下止點位置之間具有沿所述活塞的往復運動方向的軸向位移量，其中，所述軸向位移量或軸向平移量在沿著與所述往復運動方向基本正交的方向突出的所述活塞的直徑的約10%和約20%之間。(G)活塞由電機借助于曲柄和活塞軸布置驅動。(H)關于特征(G)，曲柄和活塞軸布置可以容納在與一個所述泵室流體連通的軸殼體中，并且其中，所述電機容納在電機殼體中并且以提供所述各個泵室關于所述電機殼體的密封的方式可操作地連接至所述曲柄。(I)關于特征(H)，電機可以包括可操作地連接至所述曲柄的驅動軸，并且所述驅動軸經由軸承布置相對于所述軸殼體安裝，其中，所述軸承布置包括用于相對于所述電機殼體密封所述各個泵室的密封件。該密封件可以為整體式密封件，即與電機軸軸承一體。(J)至少關于特征(C)，殼體可以包括第一端部，其包括一個所述泵室的所述入口室和所述出口室；第二端部，其包括另一所述泵室的所述入口室和所述出口室 ’第一氣缸部和第二氣缸部，其中，所述隔膜錨固到所述第一氣缸部和所述第二氣缸部之間以在所述第一氣缸部和所述第二氣缸部中的每一個中限定一個所述泵室，并且其中，所述第一端部和所述第二端部可分別安裝到所述第一氣缸部和所述第二氣缸部上。(K)至少關于特征 (C)，所述裝置包括泵入口和泵出口，其中，所述泵入口與每個所述泵室的所述入口室流體連通，并且其中，所述泵出口與每個所述泵室的所述出口室流體連通。注意的是，特征(J)本身被視為是新穎的并且加以必要修改可應用于其它類型和構造的泵。還注意的是，特征(I)本身被視為是新穎的并且加以必要修改可應用于其它類型和構造的泵。根據本發明的另一寬泛方案，提供尤其用于呼吸器裝置的泵裝置，所述泵裝置為雙動式呼吸器泵裝置，所述雙動式呼吸器泵裝置包括殼體，其限定兩個泵室；以及泵部件，其可相對于所述泵室往復運動且配置為在所述泵部件的每個往復運動循環中相對于每個所述室提供吸入沖程和抽出沖程，其中，用于每個泵室的所述吸入沖程和所述抽出沖程為各個泵室限定了在通過各個吸入沖程和各個抽出沖程之間一個往復運動循環中泵部件的往復運動而通過各個泵室位移的位移量容積，并且其中，在其各個所述抽出沖程的末端處至少一個所述泵室的容積不小于所述位移量容積的約50%，并且其中，所述泵部件包括相對于所述泵室可往復運動地安裝的活塞，其中，所述活塞在與一個所述泵室的抽出沖程的末端對應的上止點位置和與另一所述泵室的抽出沖程的末端對應的下止點位置之間具有沿所述活塞的往復運動方向的軸向位移量或軸向平移量，其中，所述軸向平移量在沿著與所述往復運動方向基本正交的方向突出的所述活塞的直徑的約10%和約20%之間。根據本發明該方案的泵裝置可以包括以任何期望組合的上面列出的特征B、C和F 至K中的一個或多個。根據本發明的寬泛方案，提供尤其用于呼吸器裝置的泵裝置，所述泵裝置包括殼體，其限定兩個泵室；以及活塞，其可相對于所述泵室往復運動并且配置為在所述活塞的每個往復運動循環中相對于每個所述室提供吸入沖程和抽出沖程，其中，所述活塞經由滾動卷折隔膜可往復運動地安裝到所述殼體上，所述滾動卷折隔膜沿周向接合到所述活塞并且相對于每個所述室被錨固。根據本發明的該方案的泵裝置可以包括以任何期望組合的上面列出的特征A至K 中的一個或多個。根據本發明的另一寬泛方案，提供尤其用于呼吸器裝置的泵裝置，所述泵裝置包括殼體，其限定兩個泵室；以及泵部件，其可相對于所述泵室往復運動且配置為在所述活塞的每個往復運動循環中相對于每個所述室提供吸入沖程和抽出沖程，其中，所述殼體包括第一端部，其包括一二所述泵室的所述入口室和所述出口室；第二端部，其包括另一所述泵室的所述入口室和所述出口室；第一氣缸部和第二氣缸部，其中，所述泵部件安裝為相對于所述第一氣缸部和所述第二氣缸部往復運動以在所述第一氣缸部和所述第二氣缸部中的每一個中限定一個所述泵室，并且其中，所述第一端部和所述第二端部可分別安裝到
7所述第一氣缸部和所述第二氣缸部。例如，泵部件可以包括活塞，所述活塞經由滾動卷折隔膜可往復運動地安裝到所述殼體，所述滾動卷折隔膜沿周向接合到所述活塞且相對于每個所述室被錨固，其中，所述隔膜錨固到所述第一氣缸部和所述第二氣缸部之間。根據本發明的該方案的泵裝置可以適當地包括任何期望組合的上面列出的特征A 至K中的一個或多個。根據本發明的上述方案的至少一個的泵裝置的至少一些實施方案提供一個或多個特征，尤其包括噪聲減小、易于裝配、拆卸和零件的更換。根據本發明的另一寬泛方案，提供便于連接至呼吸器裝置的病人呼氣的呼吸器呼氣系統，所述呼吸器呼氣系統包括呼氣閥和泵單元，所述泵單元可操作地連接至所述呼氣閥并且配置為選擇性地生成足以當所述呼氣系統在呼氣模式下運行時對所述閥部件的一側進行增壓以便使所述閥部件閉合的空氣壓力。呼吸器呼氣系統包括呼氣閥組件，所述呼氣閥組件包括遞送管，所述遞送管包括 入口，其用于連接至呼吸泵裝置；出口，其用于連接至病人；呼氣閥排出口，其引導至大氣； 以及閥部件，其用于在呼吸器呼氣系統的作用下將出口可選擇地連接至所述入口和所述呼氣口中的一個或另一個。泵單元可以包括泵控制部件和具有座的殼體，其中，增壓室限定在所述泵控制部件和所述座之間，其中，在所述泵單元操作時，所述增壓室包括受限量的可壓縮空氣，并且其中，所述增壓室與包括所述閥部件的控制室流體連通，并且其中，所述泵單元配置為選擇性地使所述泵控制部件緊靠近所述殼體座，以便壓縮所述量的可壓縮控制且從而生成用于對所述閥部件的所述側進行增壓的泵壓力。泵控制部件可以包括電樞，并且所述殼體可以包括電線圈，并且其中，泵單元的操作向所述線圈供給能量并且以磁力吸引所述電樞以使所述泵控制部件緊靠近所述殼體座， 從而壓縮封閉在所述增壓室中的空氣并且生成所述泵壓力。電樞經由撓性彈性隔膜連接至所述殼體座，其中，所述隔膜配置為提供所述泵單元的基本無磁滯的操作。隔膜可以在電樞和殼體座之間延伸，防止當線圈被完全供給能量時電樞和殼體座之間接觸并且當所述線圈不被供給能量時，即線圈一停止被供給能量就提供電樞和殼體座之間的快速分離。隔膜可以偏置以便當線圈不被供給能量時將電樞與殼體座隔離開。泵單元可以配置為通過選擇性可變地對線圈供給能量來調制泵壓力。例如，泵控制部件可以任何期望預設壓力調制以減輕作用于所述呼氣閥的閥部件的所述側上的壓力。呼吸器系統可以進一步包括與所述增壓室和所述閥部件的所述側流體連通的雙向控制閥并且配置為選擇性地使所述閥部件的所述側通氣。根據本發明的另一寬泛方案，提供呼吸裝置，所述呼吸裝置包括如本文中限定的根據本發明的其它方案的呼吸泵，所述呼吸泵可操作地連接至呼吸器呼氣系統，以便于連接至所述呼吸裝置的病人呼氣。根據本發明的又一寬泛方案，提供呼吸裝置，所述呼吸裝置包括用于將增壓的氣體遞送給連接至所述呼吸裝置的病人的呼吸泵裝置，所述呼吸泵裝置可操作地連接至根據
8如本文中限定的本發明的方案的呼吸器呼氣系統。本發明的呼吸器系統的至少一些實施方案具有下述特征的一個或多個。泵單元使得閥部件在吸氣循環中快速地閉合，而不受呼吸器泵裝置作用的支配， 并且因此當泵裝置開始吸氣循環時使得氣體通過呼吸器呼氣系統的逸出最小化。這使得泵裝置能將一定量的空氣按照需要遞送到病人并且使可能嚴重的泄漏最小化，尤其當遞送小量的空氣時或者當以高頻率向嬰兒遞送吸氣呼吸時。雙向控制閥的設置增強了呼吸器呼氣系統的可靠性并且避免設備故障。在呼吸器中，允許呼氣的閥的故障將導致病人窒息，相應地兩個閥同時執行呼氣閥的釋放以使得一個的故障將不妨礙呼氣。本發明的至少一些實施方案指向雙向作動式呼吸器泵裝置，其包括泵部件，所述泵部件可相對于兩個泵室往復運動以經由呼吸器呼氣系統將空氣遞送給病人，所述泵部件還有助于病人的呼氣。呼氣系統具有泵單元，所述泵單元可操作地連接至呼氣閥部件并且配置為選擇性地生成足以當所述呼氣系統在吸氣模式中運行時對閥部件的一側進行增壓以使所述閥部件閉合的空氣壓力，并且所述呼氣系統可被操作而打開以允許病人通過其呼氣。
為了理解本發明并且明白在實際中如何可實施本發明，現在參考附圖僅通過非限制性實施例對實施方案進行說明，其中圖1在剖視圖中示意性地示出了包括根據本發明的實施方案的泵和呼氣閥組件的系統，其中呼氣閥組件在吸氣模式中運行。圖2在剖視圖中示意性地示出了圖1的呼氣閥組件的實施方案，其中呼氣閥組件在呼氣模式中運行。
具體實施例方式參考圖1和圖2，以附圖標記600表示的根據本發明的實施方案的呼吸器裝置包括泵100和呼氣閥組件200。泵100包括殼體110，殼體110包括第一端20、氣缸120、和第二端23。第一端20 包括入口 14和出口 17，并且入口 14可以包括過濾器(未示出)，所述過濾器用于從進入到殼體中的空氣中去除固態顆粒。在該實施方案的變型例中，完全可以省略過濾器，而在該實施方案的其它變型例中，可以附加地或可選擇地設置細菌過濾器以便過濾出例如諸如細菌的污染物，并且這種細菌過濾器可以設置在例如出口 17和軟管50之間。在使用時，入口 14可以與直接地或者經由過濾器與大氣流體連通，或者可選擇地經由適合的耦合器件連接至氧氣源或富氧空氣源。出口 17接受用于將出口 17耦合到呼氣閥組件200的軟管50。氣缸120具有縱軸線199并且在各縱向端處由各個分隔壁122和124關閉以限定內室125。在這個實施方案中，氣缸由如下兩個部分構成氣缸部21，其包括約一半長度的氣缸120加上分隔壁122 ；另一氣缸部22，其包括其余的氣缸120加上分隔壁124。氣缸部21和22可各自由整體式件制成，或者可選擇地由以適當方式在接合平面
9129處接合到一起的單獨部件制成。錨固的活塞布置150包括活塞4和接合到活塞4的周向卷折隔膜5。活塞桿3在活塞4的一側處附接至活塞布置150，經由分隔壁124中的開口 1 延伸出室125。周向隔膜5具有密封地接受到設置在活塞4的邊緣處的周向凹槽151中的內周凸緣或珠承152， 以及密封地接受到設置在氣缸120的圓筒形壁155中的環形凹槽153處的外周凸緣或珠承 18。在這個實施方案中，環形凹槽153在平面1 處或靠近平面1 軸向地定位在氣缸部 21、22匯合的位置。因此，活塞布置150的外周端密封地錨固到氣缸120中的固定軸向位置處，同時借助于下面將更加詳細說明的相對于軸線199的活塞軸向位移和隔膜5的滾動允許活塞布置 150的其余部分可往復操作。活塞布置150將內室125劃分成兩個室8和9，在活塞的往復運動循環中室8和9的容積根據其中的活塞4和隔膜5的位置是可變的，并且隔膜5的外周端相對于各泵室8、9密封地錨固。分隔壁122與殼體110的端20鄰接并且包括相對于室9的單向入口閥132和單向出口閥134。當打開時入口閥132經由入口室12與入口 14流體連通，并且當打開時出口閥1；34 經由出口室15與出口 17流體連通。室12和15整體地形成在殼體110的端20處并且通過分隔件133彼此分隔開。第二端23包括通過電機殼體160的軸室162彼此分隔開的入口室13和出口室 16。入口導管10連通并提供入口室13和入口室12之間的流體連通，而出口導管11連接并提供出口室16和出口室15之間的流體連通。下面將變得更清楚，入口室12和13以及出口室15和16各自用作消聲器室以降低由泵100產生的噪聲，并且這些室中的每一個具有比通向其的開口大的內部尺寸，尤其提供與各個泵室8或9的對應入口閥或出口閥相對的至少一些壁表面。分隔壁124與殼體110的端23鄰接并且包括相對于室8的單向入口閥142和單向出口閥144。當打開時入口閥142經由入口室13、導管10和室12與入口 14流體連通，并且當打開時出口閥134經由室16、導管11和室15與出口 17流體連通。電機殼體160與端23整體地形成并且包括其中容納有旋轉式電機1的電機室 164，所述旋轉式電機1的輸出軸165經由軸承19穿過孔166進入軸室162中，軸室162包括適合的密封布置169，用于防止增壓的空氣從泵100的其它部分尤其從室8中穿過軸室 162并且通過電機室164逸出到大氣中。蓋167關閉電機室164。通常，電機為電動機。活塞桿3容納在室162中并且連接至曲柄2，曲柄2也在室162中依次安裝到輸出軸165上。泵室8和室162之間不需要密封，活塞軸3和室162或泵室8之間也不需要密封，而是，通過密封布置169在下游的遠處有效地實現泵室8相對于活塞軸3的密封。在操作時，適合的動力源(未示出)可操作地連接至電機1用以向電機1提供動力，并且適當的監測控制裝置還可以連接至泵100，例如變換器可以連接至出口 17，用于監測和控制泵100的輸出。這種動力源可以包括例如電池和/或干線供電。泵100作為雙動式泵運行并且因此配置為對活塞4的每個往復運動循環生成兩個抽出沖程。在電機1工作而轉動輸出軸165時，曲柄2使活塞桿3往復運動，致使活塞桿3在上止點位置(TDC)和下止點位置(BDC)之間沿著活塞4的軸線199直線往復行進。因此， 活塞4相對于室9沿著軸線199往復地驅動卷折隔膜5，在吸入沖程中通過入口閥132(經由入口 14和入口室12)交替地將空氣吸入泵室9，并且在抽出沖程中通過出口閥134將容積V的空氣轉移到出口 17 (經由出口室15)，并且，相對于室8，在其吸入沖程中也是通過入口閥142(經由入口 14、室12、入口導管10和室13)交替地將空氣吸入泵室8中，并且在其抽出沖程中通過出口閥144將另一容積V的空氣轉移到出口 17(經由出口室16、出口導管 11、出口室15)。室8的操作與室9的操作為相反關系，因此一個室8的吸入沖程與另一室 9的抽出沖程同時發生，并且反之亦然。在各個室8或9的每個抽出沖程中，各個室中的空氣或氣體變得增壓到遞送壓力以上(例如，在環境空氣以上)，因此各吸入的容積V的空氣以增壓的方式遞送到出口 17。因此，往復式活塞布置150的連續操作產生連續的氣流，并且電機的每次增量轉動引起經由出口 17的增壓空氣的相應增量遞送。卷折隔膜5為滾壓型并且可以由例如橡膠或其它適當的撓性材料制成。卷折隔膜 5采用如下構造裝配到氣缸120中卷折隔膜5的接近珠承18的外周部分與圓筒形壁的靠近凹槽153的對應部分鄰接，并且卷折隔膜5的接近珠承152的內周部分采用了凸出式構造，即使得在活塞4的整個完全往復運動平移中活塞4具有朝向室9的凸形表面5a(即，具有大致凸形剖面的表面)和朝向室8的凹形表面恥(即，具有大致凹形剖面的表面)。在活塞4從TDC位置行進到BDC位置時，卷折隔膜5的外周部分展開并且漸進地采用凸出式構造，而卷折隔膜5的內周部分漸進地采用大致圓筒形構造。因此，在每個往復運動循環中， 卷折隔膜5的一個部分或另一部分總是在相同的軸向上，即總是在朝向室9的方向上凸出。 注意的是，隔膜5還可以配置為總是在室8(而不是室9)的方向上凸出，因此，即使當室8 處于其抽出沖程時，隔膜5不塌縮。因此，在泵的操作過程中固定隔膜5朝向其凸出的方向或泵室。而卷折隔膜5因而具有足夠的撓性以便在每個往復運動循環中沿著軸線199在兩個軸向上翻轉，從而從隔膜5的一個周向端到另一周向端卷起凸出部分，并且隔膜5同時配置為避免當向凸形側如施加壓力時隔膜5的凸出部分塌縮，諸如在泵室9的抽出沖程期間和其中的空氣正在被增壓期間。在這個實施方案中，這是通過保持隔膜的截面小來實現的， 即，使用具有小卷折半徑且為緊密V形的隔膜，同時由具有例如約50肖氏A和約70肖氏A 之間的硬度的例如橡膠合成物的相對撓性材料制成隔膜。與活塞4的尺寸相比，相對小截面的隔膜5連同隔膜5的硬度一起有助于使活塞4在氣缸120內居中并且因此沿著軸線 199。盡管隔膜5具有足夠的撓性以用于沿著軸線199在任一方向上卷起和展開，大致弓形且相對小截面的隔膜5提供了當在凸形側fe上受到正向壓力時瞬間塌縮的抵抗力。在這個實施方案中，在室9的抽出沖程中完全避免了隔膜5的塌縮，通過將基本剛性的活塞4配置為占據活塞布置150的增壓區域的大部分有助于實現這點。特別地，隔膜 5的卷折直徑t在活塞4的直徑D的約5%和約15%之間，其中，卷折直徑t取為圓筒形壁 155的直徑Deyl和活塞4的周向邊緣的直徑D之間的線性差的一半。因此，在平面1 中氣缸120的直徑Deyl為。這種構造在活塞4的末端處將隔膜5限制為相對窄的環形區域或空間，從而在作用于隔膜5上的抽出沖程的正向壓力下向隔膜5施加足以防止隔膜 5塌縮且倒置而在相反方向上凸出的剛性。在操作時，換句話說，活塞4可以視為實質上在 TDC位置和BDC位置之間“浮動”，并且隔膜5因此用作活塞4的軸承。因此，與在氣缸中滑
11動而引起活塞密封圈和氣缸之間的一定摩擦的活塞/密封布置不同，卷折隔膜5幾乎不向活塞4的往復運動提供摩擦力或阻力，同時保持活塞4的兩側的完全密封，且因此泵室8和 9之間的完全密封。本發明的至少一些實施方案的特征在于為泵提供噪聲減小特征。例如，在這個實施方案中，當活塞4分別處于BDC位置或TDC位置時，泵室8和9各自包括相對大的最小容積，并且各個這樣的最小容積大于在BDC和TDC之間平移的過程中由活塞4轉移或旋刮的容積的約50%，在本文總稱為活塞4的旋刮容積。各個室8、9中的該附加最小容積，盡管有助于降低泵效率，但是使得在活塞4分別到達BDC位置和TDC位置時在它們各自的抽出沖程處室8和9中的每個中的適度壓力變化，并且在BDC位置和TDC位置處使其行進方向反向。各個室的對應的入口閥和出口閥打開和關閉的越不突然，壓力變化越適度，從而減小由閥產生的噪聲水平。當然，考慮到這些適度的增壓水平，所述單向入口閥和出口閥配置為恰當地打開和關閉。在這個實施方案的可選變型例中，室8和9的越過TDC位置和BDC位置的前述最小容積可以基本大于活塞4的旋刮容積的約50%，并且可各自為例如活塞4的旋刮容積的約75%、100%、125%、150%或大于150%中的任一個。在這個實施方案中通過設置入口室12和12以及出口室15和16進一步增強了噪聲減小，在這個實施方案中入口室12和12以及出口室15和16中的每一個具有至少約為活塞4的旋刮容積的約50%的內容積。在這個實施方案的可選變型例中，入口室12、13中的一個或兩個和/或出口室15、16中的一個或兩個的內容積可以各自大于活塞4的旋刮容積的約50%，例如為約75%、100%、125%、150%中的任一個或者大于150%。因此，室12、 13用作防止由打開和關閉閥132和142產生的重大比例的噪聲經由入口 14退出的消聲器， 并且室15、16類似地用作防止由打開和關閉閥134和144產生的重大比例的噪聲經由出口 17退出的消聲器。特別地，各個室12、13、15、16可以設計為用于對由對應閥產生的聲波進行噪聲抵消，其中，反射的聲波使產生的聲波擴散。本發明的至少一些實施方案進一步的特征在于活塞的結構參數。例如，在這個實施方案中，活塞4從TDC到BDC的相對小的平移允許使用比本來應當使用的較小的隔膜卷折，增加了對在作用于其凸形表面M上的正向壓力下塌縮的抵抗力，同時使其磨損最小化。因此，由泵100產生的容積位移量V是通過使用活塞布置來實現的，所述活塞布置具有與軸線199成法向的相對大的表面區域而具有相對小的活塞平移量r。此外，在這種實施方案中，活塞直徑D與活塞平移量r的比率D/r至少約為5，并且最優地可以設定為約5和約 10之間的任何適當值，但是在這個實施方案的可選變型例中比率D/r可以大于10。太多的減小軸向位移量r可需要非常大的活塞直徑D來提供活塞4所需的旋刮容積。盡管這樣增大了比率D/r，得到的較大尺寸的活塞可引起由于增加活塞質量導致振動問題，同時增加了泵100的整體尺寸。另一方面，增加r使得增加了活塞4的沖程，即TDC和BDC之間的軸向位移量，這反過來需要較長的隔膜卷折來容納增加的沖程。因此，實際上認為所有這些因素對于泵100的特定設計達到了泵100的D/r的最優值。本發明的至少一些實施方案進一步的特征在于泵的結構布局。例如，在這種實施方案中，泵殼體110主要由四個部分組裝而成第一端20、氣缸部21和22、和第二端23，這些部分關于軸線199堆置到一起，并且各部分經由布置在各相鄰對部分之間的0形圈密封件M相對于相鄰部分密封。在這個實施方案中，珠承18也用作密封件，因此，兩個氣缸部21,22的連接不需要附加的密封件。盡管導管10和11在圖1中圖示為連接至端20和23 的單獨部件，導管10、11可以形成在氣缸部21、22的壁內并且連接至各個入口室和出口室。 因此，堆置第一端20、氣缸部21和22以及第二端23將使得一方面兩個入口室且另一方面兩個出口室連接。這種簡單的結構布局可視為模塊化形式，并且允許低制造成本(例如，作為成型部件，例如由適當的塑料材料制成)并且易于部分的組裝、拆卸和替換。在這個實施方案的可選變型例中，活塞布置150經由例如活塞圈等的滑動密封件由相對于圓筒形壁巧5滑動密封的往復運動活塞來代替，并且因此不包括卷折隔膜。否則， 這種泵裝置在所有其它方面與圖1中所示的實施方案基本相似并且可以提供類似的性能， 但是相對于該泵裝置效率降低。泵100經由軟管50連接至呼氣閥組件200，呼氣閥組件200配置為將出口 17耦合到呼氣閥組件200的遞送管40，并且實際上呼氣閥組件200可以相對長以使泵100遠離病人。呼氣閥組件200包括呼氣閥700和控制閥組件500，控制閥組件500用于控制呼氣閥700的操作以便于容許病人吸氣和呼氣。控制閥組件500包括螺線管泵單元300和雙向控制閥400。呼氣閥700包括具有大致T形結構的遞送管40，所述遞送管40具有入口 41和出口 28 ；呼氣閥排出口 25，其引導至大氣；以及閥部件沈，其用于選擇性地容許出口觀和呼氣口 25之間的流體連通。閥入口 41配置為耦合到軟管50并因此耦合到泵100。呼氣閥出口 28配置為連接至正在呼吸的病人并且經由適當接口將由泵100泵送的空氣(或其它氣體，例如氧氣或富氧空氣)遞送到病人，所述適當接口例如為病人空氣遞送軟管或面罩或插管(未示出)。閥部件沈隔膜四的形式，隔膜四座落于閥座27上并且由隔膜的一側入口 41處的隔膜四和在隔膜四的相對側的控制室55之間的壓力差來控制。控制室55由管56連接至螺線管泵單元300，使得控制閥組件500的操作控制室55內的壓力，從而控制閥部件沈的操作。螺線管泵單元300包括閥殼體33，所述閥殼體33包括螺線管，所述螺線管包括線圈32和控制部件30，所述控制部件30包括與線圈32對準的電樞或樞軸銜鐵39。控制部件30進一步包括彈性隔膜31，所述彈性隔膜31沿周向附接至電樞39且附接至殼體33上的座48，以在控制部件30和殼體座48之間限定容積可變的閥室34。隔膜31具有相對于室34的大致凹形形式和彈性，使得隔膜31沿著遠離座48的方向偏置電樞39，但是盡管如此當螺線管泵單元300被致動時可以允許電樞39朝向座48移動。在這個實施方案中，螺線管泵單元300配置為防止當螺線管線圈32被供給能量時控制部件30和殼體座48之間的抵接接觸，并且因此允許當線圈不被供給能量時而快速釋放。這是通過控制供給螺線管線圈32的動力以產生足夠的磁力吸引而僅局部地克服由隔膜31提供的偏置來實現的，使得控制部件30更靠近殼體座48，但是仍與殼體座48間隔開。在這個實施方案中，隔膜31 還延伸到電樞39的下方，防止電樞39和殼體座48之間接觸。螺線管泵單元300進一步包括經由第一通路62連接至控制口 35的入口 61，控制口 35經由管56連接至呼氣閥700的控制室55。第二通路63將閥室34與第一通路62連接。雙向控制閥400可以包括能夠選擇性地打開和關閉的任何適當的雙向可控閥，并且在這個實施方案中對細節做必要的修改具有與螺線管泵單元300相似的構造，包括閥殼
13體73 (包含座78)、包括線圈72的螺線管、控制部件70 (包括電樞36和彈性隔膜)、閥室 74,對細節做必要的修改與螺線管泵單元300公開的部件相似。然而，在雙向控制閥400中， 電樞36包括孔隙38，當電樞38與殼體座78間隔開時，所述孔隙38提供大氣和閥室74之間的流體連通，但是當電樞38與殼體座78抵接接觸時所述孔隙38閉合；此外，雙向控制閥 400包括將閥室74與出口 66連接的通路77。導管48將出口 66與入口 61連接。在系統600運行時，呼氣閥組件200在如下兩個模式中運行吸氣模式和呼氣模式。在吸氣模式中，尤其參考圖1，控制閥組件500被控制以相對于閥座27提供閥部件 26的快速關閉，從而確保由泵100泵送的空氣(或其它氣體)不受干擾地經由遞送管40提供給病人。為了實現這點，適當的控制單元(未示出)以如下方式控制控制閥組件500的運行。首先，關于控制閥400，根據由穿過線圈72的電流產生的磁力，螺線管72被選擇性供給電能并且電樞36被磁力朝向殼體座78吸引。這使得控制部件70定位為抵接接觸到座78上，密封地閉合孔隙38。然后，關于螺線管泵單元300，根據由穿過線圈32的電流產生的磁力，螺線管32被選擇性供給電能并且電樞39被磁力朝向殼體座48吸引。這使得空氣被捕集到室34中并且在控制閥系統500的空氣通道75中(空氣通道75包括通道62、63 和77、導管56和控制室55)，被增壓，將控制室55中的壓力增大到高于入口 41處的壓力， 因此使得閥部件26關閉。因此，控制部件30主要作為泵而運行，提供對控制室55進行增壓和關閉閥部件26的壓力沖程。如果雙向控制閥400配置為比螺線管泵單元300能夠運行快得多地關閉，可以可選擇地同時致動線圈32和72。注意的是，由于雙向控制閥400首先被關閉，捕集到空氣通道75內的空氣的壓力將處于環境大氣壓力，因此螺線管泵單元300隨后的操作將這些空氣通道增壓至環境以上的壓力，通常在環境大氣壓力處開始增壓。在呼氣模式中，參考圖2，兩個線圈32和72不被供給能量，并且各個隔膜31和71 的彈性分別將各個電樞39和36返回到它們的不活動位置，與各個殼體座48和78間隔開。 因此，孔隙38通過將空氣通道75向大氣通氣而對空氣通道75進行降壓，然后通過從病人遞送到遞送管40的呼氣空氣的較高壓力使閥部件沈離開閥座，容許病人經由出口觀和引導至大氣的呼氣口沈呼氣。本發明的至少一些實施方案的特征在于提供用于呼氣閥組件的安全增強特征。例如，在圖1和圖2中所示的實施方案中，控制閥組件500包括兩個可致動部件、螺線管泵單元300和雙向控制閥400，這些部件串聯地鏈接以便經由通道62、63和導管49、56將閥室 74、閥室34和控制部件55相互連接。在控制閥組件500的正常操作過程中，在呼氣模式中， 兩個部件不被供給能量，并因此而打開。然而，控制閥組件500的結構使得即使部件中的一個具有故障并且不能夠打開，然而另一部件處于打開位置將確保控制室陽中的壓力將返回到環境大氣壓力，從而容許病人呼氣。例如，如果控制閥400打開而螺線管泵單元300 保持關閉，則控制部件陽經由導管56、通道62、導管49、通道77、閥室74和孔隙38直接向大氣通氣。另一方面，如果螺線管泵單元300打開而控制閥400保持關閉，由于閥室34中的容積增加并且空氣通道75中的狀況恢復到在先前的吸氣模式中螺線管泵單元300致動之前普通存在的狀況，即處于環境大氣壓力，控制部件55被有效地降壓至大氣壓力，由于控制部件55中的壓力再次處于大氣壓力，這還使得閥部件沈被打開。因此，這種布置提供了高度的安全性并且避免了否則如果在呼氣期間閥部件四保持關閉而可能引起的與病人有關的可能的危險情況。兩個部件300和400的故障在統計上為比單個控制閥的故障少見得多的事件，并且最終的冗余可通過幾次折疊來提高控制閥組件500的可靠性。在這個實施方案的可選變型例中，呼氣閥組件的前述安全性特征可以省略，因此呼氣閥組件僅包括一個與螺線管泵單元300相似的部件，但是沒有通道62，并且因此不可通過通道向大氣通氣，因此通道63提供泵室34和出口 35之間的流體連通并且經由導管56 到達控制室55。該實施方案的操作基于在吸氣模式中關閉螺線管泵單元以對控制室55進行增壓，并且在呼氣期間打開控制閥以使閥部件沈從座27離開。這種布置可以滿意的方式起作用，可能除了通道63存在泄漏的情況之外，例如在管56或隔膜31或閥部件沈中存在泄漏，其中，每次閥打開時，通過來自大氣的流來抵消/恢復泄漏。本發明的至少一些實施方案進一步的特征在于控制閥組件500的結構布局。例如，在圖1和圖2中所示的實施方案中，控制閥300和控制閥400中的每一個包括各個控制部件30、70，各個控制部件30、70具有包括各個電樞36、39的結構，各個電樞36、39通過各個撓性的、彈性隔膜31、71安裝到各個殼體座48、78上。隔膜31、71允許各個電樞36、39相對于各個殼體座48、78的基本無摩擦的、浮動式移動，或者與其它類型的結構相比至少具有小得多的摩擦力，允許通過螺線管泵單元300的致動精確控制在空氣通道75中引起的壓力，螺線管泵單元300不具有磁滯或者與其它類型的結構相比至少具有最小化的磁滯。因此，這種結構提供了一種產生為呼氣閥組件200的實質上無磁滯的控制的控制閥布置。系統600的運行如下。在病人吸氣期間，如上所述呼氣閥組件200在吸氣模式中運行，并且如上所述泵100產生增壓空氣并且經由呼氣閥組件200的出口觀向病人提供增壓空氣。在病人呼氣期間，如上所述呼氣閥組件200在呼氣模式中運行，并且泵100停止。 可選擇地，泵100可以設定為連續地運動，甚至在呼氣模式期間，使得盡管在呼氣模式中由泵產生的增壓空氣的大部分具有呼氣口 25被排出而低的壓力仍保持在病人的肺中(通常稱為“正端呼氣壓力”或PEEP)。適當的控制器(未示出)控制泵100和呼氣閥組件200的操作并且使二者之間的運行同步。在本發明的可選實施方案中，泵100可選擇地用于本領域本身公知的其它類型的呼氣閥以及以適當的方式控制以使病人能夠吸氣和呼氣的合成系統。在本發明的可選實施方案中，呼氣閥組件200可選擇地用于本領域本身公知的其它類型的泵以及以適當的方式控制以使病人能夠吸氣和呼氣的合成系統。最后，應當注意的是，在所附的權利要求中通篇使用的詞語“包括”應當解釋為意指“包括但不限于”。盡管已經示出并且公開了依據本發明的示例性實施方案，應當領悟的是，在不偏離本發明的主旨的情況下可以對實施方案進行許多改動。
1權利要求
1.雙動式呼吸器泵裝置，包括殼體，所述殼體限定兩個泵室和可相對于所述泵室往復運動的泵部件，并且所述雙動式呼吸器泵裝置配置為在所述泵部件的每個往復運行循環中提供相對于各所述室的吸入沖程和抽出沖程，其中，各個泵室的所述吸入沖程和所述抽出沖程為各個泵室限定通過在一個往復運行循環中泵部件的往復運動各個泵室在各個吸入沖程和各個抽出沖程之間位移的位移量容積，并且其中，在其各個所述抽出沖程的末端處至少一個所述泵室的容積為各個所述位移量容積的第一比例，其中，所述第一比例不小于約50 %，并且其中，所述泵部件包括活塞，所述活塞經由滾動卷折隔膜相對于所述泵室可往復運動地安裝，所述滾動卷折隔膜沿周向接合到所述活塞并且相對于各所述泵室被錨固， 并且其中，所述隔膜配置為避免在各個所述泵室的抽出沖程期間塌縮。
2.根據權利要求1所述的泵裝置，其中，所述隔膜配置為具有沿著朝向一個所述泵室且遠離另一所述泵室的方向凸出的部分，無論在所述泵運行期間所述往復運動循環內所述活塞的位置如何。
3.根據權利要求1所述的泵裝置，包括泵入口和泵出口，其中，所述泵入口經由具有第一容積的至少一個入口室與至少一個所述泵室的入口閥流體連通，并且其中，所述泵出口經由具有第二容積的至少一個出口室與至少一個所述泵室的出口閥流體連通，并且其中， 所述第一容積和所述第二容積中的每一個至少為所述各個泵室的所述位移量容積的第二比例，其中所述第二比例不小于約50%。
4.根據權利要求3所述的泵裝置，其中，各個所述泵室包括各自的所述入口室和各自的所述出口室，并且其中，一個所述室的所述出口室與另一所述泵室的所述出口室流體連通，并且其中，一個所述室的所述入口室與另一所述泵室的所述入口室流體連通。
5.根據權利要求1所述的泵裝置，其中，所述隔膜具有卷折直徑，所述卷折直徑在沿所述第一方向突出的所述活塞的直徑的約5%和約15%之間。
6.根據權利要求5所述的泵裝置，其中，所述隔膜由具有約50肖氏A和約70肖氏A之間的硬度的撓性材料制成。
7.根據權利要求1所述的泵裝置，其中，所述活塞在與一個所述泵室的抽出沖程的末端對應的上止點位置和與另一所述泵室的抽出沖程的末端對應的下止點位置之間具有沿所述活塞的往復運動方向的軸向平移量，其中，所述軸向平移量在所述活塞的直徑的約 10%和約20%之間。
8.根據權利要求1所述的泵裝置，其中，電機通過曲柄和活塞軸布置來驅動所述活塞。
9.根據權利要求8所述的泵裝置，其中，所述曲柄和活塞軸布置容納在與一個所述泵室流體連通的軸殼體中，并且其中，所述電機容納在電機殼體中并且以提供所述各個泵室相對于所述電機殼體的密封的方式可操作地連接至所述曲柄。
10.根據權利要求9所述的泵裝置，其中，所述電機包括可操作地連接至所述曲柄的驅動軸，并且其中，所述驅動軸經由軸承布置相對于所述軸殼體安裝，并且其中，所述軸承布置包括用于相對于所述電機殼體密封所述各個泵室的整體式密封件。
11.根據權利要求4所述的泵裝置，其中，所述殼體包括第一端部，其包含一個所述泵室的所述入口室和所述出口室；第二端部，其包含另一所述泵室的所述入口室和所述出口室；第一氣缸部和第二氣缸部，其中，所述隔膜錨固到所述第一氣缸部和所述第二氣缸部之間以在所述第一氣缸部和所述第二氣缸部的每一個中限定一個所述泵室，并且其中，所述第一端部和所述第二端部可分別安裝到所述第一氣缸部和所述第二氣缸部上。
12.根據權利要求4所述的泵裝置，包括泵入口和泵出口，其中，所述泵入口與各個所述泵室的所述入口室流體連通，并且其中，所述泵出口與各個所述泵室的所述出口室流體連通。
13.雙動式呼吸器泵裝置，包括殼體，所述殼體限定兩個泵室和可相對于所述泵室往復運動的泵部件，并且所述雙動式呼吸器泵裝置配置為在所述泵部件的每個往復運行循環中提供相對于各所述室的吸入沖程和抽出沖程，其中，各個泵室的所述吸入沖程和所述抽出沖程為各個泵室限定通過在一個往復運行循環中泵部件的往復運動各個泵室在各個吸入沖程和各個抽出沖程之間位移的位移量容積，并且其中，在其各個所述抽出沖程的末端處至少一個所述泵室的容積為各個所述位移量容積的第一比例，其中，所述第一比例不小于約50 %，并且其中，所述泵部件包括活塞，所述活塞相對于所述泵室可往復運動地安裝，其中，所述活塞在與一個所述泵室的抽出沖程的末端對應的上止點位置和與另一所述泵室的抽出沖程的末端對應的下止點位置之間具有沿所述活塞的往復運動方向的軸向平移量，其中，所述軸向平移量在沿著與所述往復運動方向基本正交的方向突出的所述活塞的直徑的約10%和約20%之間。
14.便于連接至呼吸裝置的病人呼氣的呼吸器呼氣系統，所述呼吸器呼氣系統包括呼氣閥和泵單元，所述泵單元可操作地連接至所述呼氣閥并且配置為選擇性地產生足以當所述呼氣系統在吸氣模式中運行時對所述閥部件的一側進行增壓以關閉所述閥部件的空氣壓力。
15.根據權利要求14所述的呼吸器系統，其中，所述泵單元包括泵控制部件和具有座的殼體，其中，泵室限定在所述泵控制部件和所述座之間，其中，在所述泵單元運行室時所述泵室包括受限制容積的可壓縮空氣，并且其中，所述泵室與包括所述閥部件的控制室流體連通，并且其中，所述泵單元配置為選擇性地使所述泵控制部件與所述殼體座緊靠近以便壓縮所述容積的可壓縮空氣并且從而產生用于對所述閥部件的所述側進行增壓的泵壓力。
16.根據權利要求15所述的呼吸器系統，其中，所述泵控制部件包括電樞，并且所述殼體包括電線圈，并且其中，對所述線圈供給能量通過磁力吸引所述電樞，以使所述泵控制部件與所述殼體座緊靠近，從而壓縮封閉在所述泵室中的空氣并且產生所述泵壓力。
17.根據權利要求16所述的呼吸器系統，其中，所述泵單元配置為通過選擇性地可變地對所述線圈供給能量調制所述泵壓力。
18.根據權利要求16所述的呼吸器系統，其中，所述電樞經由撓性彈性隔膜連接至所述殼體座，其中，所述隔膜配置為用于提供所述泵單元的基本無磁滯操作。
19.根據權利要求18所述的呼吸器系統，其中，所述隔膜在所述電樞和所述殼體座之間延伸，防止當所述線圈被完全供給能量時所述電樞和所述殼體座之間的接觸并且當所述線圈不被供給能量時提供所述電樞和所述殼體座之間的快速分離。
20.根據權利要求18所述的呼吸器系統，其中，當所述線圈不被供給能量時，所述隔膜被偏置以將所述電樞與所述殼體座隔離開。
21.根據權利要求14所述的呼吸器系統，進一步包括雙向控制閥，所述雙向控制閥與所述泵室和所述閥部件的所述側流體連通，并且所述雙向控制閥配置為選擇性地對所述閥部件的所述側通氣。
22.包括如權利要求1中限定的呼吸泵的呼吸裝置，所述呼吸裝置可操作地連接至呼吸器呼氣系統，以便于連接至所述呼吸裝置的病人進行呼氣。
23.包括呼吸泵裝置的呼吸裝置，所述呼吸泵裝置用于將增壓空氣遞送到連接至所述呼吸裝置的病人，所述呼吸泵裝置可操作地連接至如權利要求14限定的呼吸器呼氣系統。
全文摘要
雙動式呼吸器泵裝置，包括泵部件，所述泵部件可相對于兩個泵室往復運動以經由呼吸器呼氣系統將空氣遞送給病人，所述呼吸器呼氣系統也有助于病人的呼氣。呼氣系統具有泵單元，所述泵單元可操作地連接至呼氣閥部件并且配置為選擇性地產生足以當所述呼氣系統在吸氣模式中運行時對閥部件的一側進行增壓以關閉所述閥部件的空氣壓力，并且所述呼氣系統可被操作而打開以允許病人通過其進行呼氣。
文檔編號A61M16/20GK102227230SQ200980148179
公開日2011年10月26日 申請日期2009年9月23日 優先權日2008年12月10日
發明者C·安達瀚 申請人:紐邦醫療儀器公司