Мембранный вакуумный насос
Изобретение относится к медицинской технике. Мембранный вакуумный насос оснащен электрическим приводным блоком и вакуумной мембраной, которая разделяет камеру насоса на отсек со стороны привода и отсек, удаленный от привода, и которую можно отклонять посредством подвижной части приводного блока. Приводной блок является электромагнитным приводным блоком, в котором подвижная часть выполнена с возможностью поступательного перемещения. Вакуумная мембрана способна отклоняться в направлении указанного поступательного перемещения, создаваемого в приводном блоке электромагнитным методом. Вакуумная мембрана жестко прикреплена к первому концу подвижной части. Предусмотрен вентиляционный клапан, имеющий вентиляционную мембрану, которая жестко прикреплена ко второму концу указанной части. Указанные мембраны образуют подвеску для подвижной части в приводном блоке. Подвижная часть функционально связана с вентиляционным клапаном для вентилирования мембранного вакуумного насоса. Поступательное перемещение, обеспечиваемое приводным блоком, способно активировать вентиляционный клапан. Управление подвижной частью посредством контроллера обеспечивает выполнение первого и второго ходов для создания вакуума в камере насоса и выполнение третьего хода для активирования вентиляционного клапана. Третий ход имеет то же направление, что и второй ход, но при большем перемещении.
Насос обеспечивает удобство пользования, оставляя руки свободными. 13 з.п. ф-лы, 17 ил.
Область техники
Изобретение относится к мембранному вакуумному насосу, охарактеризованному в ограничительной части п.1 формулы изобретения.
Уровень техники
Мембранные вакуумные насосы подобного типа используются в различных медицинских применениях, например для целей дренажа, такого как дренаж ран или дренаж грудной клетки. Данные насосы известны также как грудные насосы для отсасывания грудного молока; их примеры описаны в WO 96/22116, US 2009/0099511, US 2008/0287037, US 7094217 и US 2008/0039781.
Привод насоса обычно состоит из электродвигателя, вращение которого преобразуется посредством эксцентрика, соединительного штока или другого варианта силовой трансмиссии в циклические отклонения мембраны. Недостаток многих подобных насосов заключается в том, что они являются относительно большими и шумными. Однако, особенно для применений, «оставляющих руки свободными», насос должен быть сконструирован как можно менее заметным и поэтому, насколько это возможно, маленьким и тихим. В данном контексте это означает, что сразу же после включения все устройство функционирует без участия рук, т.е. ни насос, ни грудную насадку удерживать в руках не нужно.
Откачивающие устройства, оставляющие руки свободными, описаны также в WO 02/102437 и WO 2008/137678. В данном случае грудные насадки в каждом устройстве встроены в корпус насоса и в то же время выполняют функцию мембраны, создающей отрицательное давление. В качестве привода в данных устройствах использован шаговый двигатель.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в разработке вакуумного насоса, размеры которого уменьшены, насколько это возможно.
Данный технический результат достигнут созданием устройства с признаками, включенными в п.1 прилагаемой формулы изобретения.
Мембранный вакуумный насос согласно изобретению содержит электрический приводной блок и мембрану, которая разделяет камеру насоса на отсек со стороны привода и отсек, удаленный от привода. Мембрану можно отклонять посредством приводного блока. Согласно изобретению приводной блок является электромагнитным приводным блоком, а мембрана способна отклоняться в направлении поступательного перемещения, создаваемого в приводном блоке электромагнитным методом.
Приводные блоки такого типа могут иметь очень малые размеры. Благодаря непосредственной связи подвижной части с мембраной и отклонению мембраны в направлении перемещения подвижной части блока, связанной с приводом, отпадает необходимость в сложных, занимающих полезное пространство элементах силовой передачи.
Еще одним достоинством по сравнению с традиционными мембранными вакуумными насосами, применяющими вращающиеся приводные блоки, является то, что используемое поступательное движение генерирует меньше шумов (в том числе обусловленных конструкцией) и вибраций. Кроме того, по контрасту с известными мембранными вакуумными насосами, длина хода является варьируемой. Ею можно управлять, в частности с помощью электроники. В результате прецизионное управление обеспечивается даже при высоких уровнях разрежения (вакуума).
В предпочтительном варианте приводной блок содержит по меньшей мере один постоянный магнит и каркас с находящейся на нем обмоткой. Каркас вместе с обмоткой установлен с возможностью поступательного перемещения относительно магнита в двух направлениях вдоль своей продольной оси. При этом каркас обмотки прикреплен к вакуумной мембране и обеспечивает, при своем перемещении, ее отклонение в направлении своего перемещения.
Каркас обмотки предпочтительно функционирует как поршень для отклонения мембраны. Поршень имеет первый конец, на котором находится мембрана. Благодаря этому усилие передается самым прямым путем, т.е. с высокой точностью. Отклонение мембраны может четко контролироваться, так что вакуумный насос функционирует в пределах узкого поля допуска. Точность может быть повышена еще больше, если прикрепить мембрану к первому концу поршня центрально симметрично.
Каркас обмотки предпочтительно имеет длину, которая намного превышает его ширину. Он может быть выполнен в виде цельной детали или из нескольких частей. Мембрана предпочтительно имеет диаметр, существенно превышающий диаметр указанного поршня. Желательно придать ей, по существу, круглую форму и выполнить из тонкого материала, например силикона.
Вакуумный насос в типичном варианте функционирует при «отрицательном» давлении 0-40000 Па. Мембрану можно приводить в действие с частотой 5-120 циклов в минуту.
Поршень имеет второй конец, который согласно первому предпочтительному варианту установлен с возможностью поступательного перемещения.
Альтернативно, ко второму концу поршня прикреплена вторая, дополнительная мембрана. Эта мембрана предпочтительно выполняется идентичной первой мембране и устанавливается в камере насоса аналогичным образом. В результате образуется сдвоенный насос, имеющий зеркально-симметричную конструкцию, предпочтительно относительно средней плоскости, перпендикулярной продольной оси насоса.
В предпочтительном варианте подвижная часть насосного блока функционально связана с вентиляционным клапаном. В результате поступательное движение подвижной части блока можно одновременно использовать и для приведения в действие вентиляционного клапана. Для этого в предпочтительном варианте вентиляционный клапан устанавливают на том конце подвижной части, которая является противоположной по отношению к вакуумной мембране. Во время соответствующего хода подвижная часть открывает вентиляционный клапан. Для этой цели подвижная часть предпочтительно снабжена по меньшей мере одним пальцем, воздействующим по меньшей мере на одну клапанную заслонку таким образом, что она открывает вентиляционное отверстие. Клапанная заслонка предпочтительно является частью вентиляционной мембраны, т.е. она прикреплена к подвижной части.
Поскольку подвижная часть может использоваться также для приведения в действие вентиляционного клапана, упрощается конструкция блока, причем для него требуется относительно небольшое количество отдельных деталей. Достоинством в этом отношении является то, что не требуется отдельного двигателя и отдельного контроллера, чтобы привести в действие вентиляционный клапан. Это увеличивает надежность и уменьшает затраты.
Преимуществом является также то, что обе мембраны, т.е. вакуумная мембрана и вентиляционная мембрана, служат как подвески для подвижной части насосного блока, позволяя избежать трения. Поэтому насосный блок может использоваться без какого-либо обслуживания в течение относительно длительного периода.
В предпочтительном варианте, соответствующем приведенным примерам, обмотка является плоской, причем имеются по меньшей мере два постоянных магнита, расположенных с каждой стороны обмотки и ее каркаса. Предпочтительно с каждой стороны обмотки находится пара магнитов.
В другом предпочтительном варианте второй конец поршня установлен, с возможностью перемещения, между железным сердечником и магнитом.
Выполненная подвижной обмотка и постоянный магнит имеют вращательно-симметричную конструкцию, причем сквозь эту обмотку проведен железный сердечник.
Предпочтительно имеется также детектор положения для определения положения каркаса обмотки относительно постоянного магнита. Это позволяет однозначно определять отклонения мембраны. Детектором положения предпочтительно служит оптический датчик. При этом позиционная шкала, которая отслеживается оптическим датчиком, может находиться на каркасе обмотки. Данная шкала может состоять, например, из одной, двух или более полосок, соответствующих шкале оттенков серого, которая движется вместе с каркасом обмотки относительно датчика.
Если детектор положения генерирует сигнал, который используется для управления насосом в зависимости от относительного положения каркаса обмотки, обеспечивается возможность очень точного управления мембраной. Вакуумный насос функционирует в очень узком интервале частот и амплитуд, т.е. в узком интервале относительно получаемого вакуума.
Описанный вакуумный насос может применяться в очень многих областях, особенно для медицинских целей. Его конкретное предпочтительное применение состоит в отсасывании человеческого грудного молока, т.е. в функционировании в качестве грудного насоса. Другими предпочтительными применениями являются дренаж грудной клетки и дренаж ран.
Желательно, чтобы в грудном насосе, который содержит насосный блок согласно изобретению, имелся выход в удаленный от привода отсек, причем указанный выход соединен со второй камерой, в которой имеется вторая мембрана, разделяющая вторую камеру на два отсека. Эта мембрана служит для разделения различных сред и для переноса вакуума, создаваемого внутри камеры насоса. Использование второй мембраны открывает путь к созданию системы, которая после первоначального создания отрицательного давления в прилегающей к груди грудной накладке пневматическими средствами переходит к созданию отрицательного давления гидравлическим методом. В этом случае молоко, которое уже было откачано, действует как рабочая жидкость гидравлической системы, с помощью которой происходит дальнейшее откачивание молока из груди.
Однако вакуумный насос согласно изобретению можно также использовать для грудных насосов, которые циклически прикладывают вакуум к грудной накладке и в которых молоко проходит в сосуд для сбора молока по каналу, отделенному от линии подачи воздуха.
Дальнейшие предпочтительные варианты раскрыты в зависимых пунктах.
Краткое описание чертежей
Далее предпочтительные варианты изобретения будут описаны со ссылками на прилагаемые чертежи, которые служат только для пояснения изобретения, не ограничивая его объем.
На фиг.1 представлен, в продольном разрезе, вакуумный насос по изобретению.
На фиг.2 представлен, в продольном разрезе, второй вариант вакуумного насоса по изобретению.
На фиг.3 представлено, с пространственным разделением компонентов, устройство для отсасывания грудного молока с вакуумным насосом по фиг.1.
На фиг.4 представлен второй вариант устройства для отсасывания грудного молока.
На фиг.5 представлен, с пространственным разделением компонентов, первый вариант вакуумного насоса по изобретению вместе с частью устройства по фиг.3.
На фиг.6 показана, в продольном разрезе, часть насоса по фиг.5.
На фиг.7 схематично изображен третий вариант вакуумного насоса по изобретению вместе с блоком управления.
На фиг.8 вакуумный насос по фиг.7 показан с пространственным разделением компонентов.
На фиг.9 вакуумный насос по фиг.7 показан в частично собранном состоянии.
На фиг.10 изображенный в продольном разрезе вакуумный насос по фиг.7 представлен в процессе создания вакуума, в первом положении.
На фиг.11 показан, в увеличенном масштабе, фрагмент A насоса по фиг.10 с закрытой вентиляционной заслонкой.
На фиг.12 показан, в увеличенном масштабе, фрагмент E насоса по фиг.10 с открытой заслонкой выходного клапана и с закрытой заслонкой вакуумного клапана.
На фиг.13 представлен, в продольном разрезе, вакуумный насос по фиг.7 во втором состоянии, в процессе создания вакуума.
На фиг.14 показан, в увеличенном масштабе, фрагмент D насоса по фиг.13 с закрытой заслонкой выходного клапана и с открытой заслонкой вакуумного клапана.
На фиг.15 представлен, в продольном разрезе, вакуумный насос по фиг.7 в процессе вентилирования.
На фиг.16 показан, в увеличенном масштабе, фрагмент B насоса по фиг.15 с открытой заслонкой вентиляционного клапана.
На фиг.17 показан, в увеличенном масштабе, фрагмент C насоса по фиг.15.
Одинаковые части и элементы имеют на различных чертежах одинаковые обозначения.
Осуществление изобретения
На фиг.1 проиллюстрирован первый вариант вакуумного насоса согласно изобретению с насосным блоком, имеющим электромагнитный привод.
Насосный блок 9 имеет корпус 90, предпочтительно изготовленный из металла или пластика. Корпус 90 предпочтительно имеет кубоидную форму. На одной из сторон корпуса 90 размещены плоская железная пластина 911 и прикрепленный к ней постоянный магнит 91. Пластина 911 опирается на корпус 90 таким образом, чтобы магнит 91 находился в вырезе корпуса. Магнит 91 состоит из двух частей, пространственно отделенных одна от другой зазором 910.
Идентичная конструкция имеется и на противоположной стороне корпуса, где таким же образом установлена железная пластина 911 с прикрепленным к ней постоянным магнитом 91.
Между этими противолежащими парами постоянных магнитов 91 расположен каркас 92 с плоской обмоткой 921, выполненный, по существу, в виде стержня или пластины. У одного своего конца этот каркас удерживается в салазках 93, которые выполнены с возможностью смещения вместе с каркасом 92 и обмоткой 921 относительно корпуса 90 и, таким образом, относительно постоянного магнита 91 вдоль продольной оси корпуса 90. Для этого в корпусе 90 установлена линейная направляющая 900. На фиг.1 перемещение каркаса 92 обмотки показано двунаправленной стрелкой.
Другой конец каркаса 92 обмотки жестко прикреплен к мембране 94, создающей вакуум и именуемой далее вакуумной мембраной. Она опирается своими краями на торцовую сторону корпуса 90, надежно зажата между корпусом 90 и клапанной пластиной 95 клапана и отделяет камеру 96 насоса от каркаса 92 обмотки. Желательно придать периметру вакуумной мембраны 94 круглую форму, обычно предпочтительную для мембран вакуумных насосов такого типа. Клапанная пластина 95 зажата между корпусом 90 и крышкой 99. Эти три компонента желательно плотно соединить друг с другом разъемным или неразъемным образом, например посредством винтов, отверстия 991 для которых выполнены в крышке 99. В крышке 99 имеется выходное отверстие 990 для вакуумной линии 12′, сопряженное с камерой 96 насоса, а также входное отверстие 992 для воздуха, соединяющее окружающую среду с камерой 96 через клапанную пластину 95. Клапанная пластина 95 содержит по меньшей мере один клапан, а также входные и выходные отверстия. Все эти компоненты стандартны для мембранных вакуумных насосов и в данном случае подробно не описаны.
Когда через обмотку проходит переменный электрический ток, электромагнитное поле изменяется, перемещая каркас 92 обмотки относительно постоянного магнита 91. При этом каркас 92 действует как поршень или шток и смещает вакуумную мембрану 94 взад-вперед циклическим образом. В данном случае усилие, воздействующее на мембрану 94, пропорционально току, подаваемому на обмотку. Посредством смещения мембраны 94 в камере 96 насоса создается циклически изменяющийся вакуум, который, соответственно, присутствует у выходного отверстия 990.
Таким образом, вакуумная мембрана 94 насосного блока 9 приводится в движение посредством поступательного перемещения, вызванного электромагнитным полем. Преимуществом такого технического решения является тот факт, что по сравнению с традиционными вращающимися приводами в данном случае перемещение происходит более плавно, с меньшими вибрациями и пониженным уровнем звука, возникающего в конструкции. В отличие от уровня техники предусмотрена возможность изменять длину хода с управлением данным параметром с помощью электроники. Это позволяет обеспечить прецизионное управление даже при низких уровнях вакуума.
Чтобы иметь возможность управлять длиной хода требуемым образом, проводят соответствующий мониторинг перемещения и положения каркаса 92 обмотки с использованием датчиков положения и/или перемещения. В данном примере это происходит посредством оптического датчика, который детектирует положение шкалы 920, которую целесообразно установить на каркасе 92 обмотки. Источник 97 света посылает свое излучение перпендикулярно продольной оси каркаса 92 на установленный напротив детектор 98, причем свет проходит через шкалу 920. Каркас обмотки на этом участке прозрачен.
Позиционная шкала может быть образована, например, одной, двумя или более полосками, соответствующими шкале оттенков серого. Шкала движется вместе с каркасом обмотки относительно датчика. Если на шкале имеются две полоски указанного типа, расположенные взаимно параллельно, причем в направлении движения плотность одной полоски увеличивается, а плотность второй уменьшается, то, при использовании двух датчиков, различие между соответствующими сигналами датчиков можно использовать для очень чувствительного определения положения.
В предпочтительном варианте источник 97 света и детектор 98 размещены в зазоре 910 постоянного магнита. Предусмотрена возможность и других вариантов измерения положения. Измеренный сигнал отсылается на электронный контроллер вакуумного насоса, и в обмотку подается ток, зависящий от данного сигнала. В результате появляется возможность независимо регулировать положение, амплитуду отклонения и частоту. Значения вакуума обычно задают в интервале 0-40000 Па. Обычные частоты составляют 0-150 циклов в минуту.
В порядке альтернативы, салазки 93 можно заменить второй мембраной, которая сконструирована подобной или идентичной вакуумной мембране 94. В результате получают симметричную конструкцию, также задающую направление движения и, таким образом, поступательного перемещения каркаса 92 обмотки внутри корпуса 90. В добавление к сказанному, вторую мембрану также можно использовать для создания вакуума, что позволяет увеличить производительность.
На фиг.2 представлен второй вариант осуществления насосного блока 9′ с поступательным принудительным смещением мембраны, происходящим за счет электромагнитного поля. В отличие от плоской обмотки, описанной выше, в данном случае использована подвижная обмотка, которая, как и магнит, выполнена в виде кольца или цилиндра. Имеется также корпус 90′. Постоянный магнит 91′ закреплен у заднего конца подвижной обмотки (т.е. у конца, дистального по отношению к грудной насадке). Внутри магнита находится железный сердечник 911′, контактирующий с ним у одного своего конца. Противоположный торец магнита 91′ упирается в железное кольцо 912′. Железный сердечник 911′ охвачен каркасом 92′ обмотки и служит для данного каркаса направляющей в осевом направлении. Каркас 92′ находится между сердечником 911′ и постоянным магнитом 91′ или железным кольцом 912′, не соприкасаясь ни с магнитом, ни с кольцом. На этом участке каркас 92′ окружен навитой на него обмоткой 921′.
Кроме того, в данном варианте каркас 92′ обмотки жестко прикреплен к вакуумной мембране 94′, выполняя функцию поршня, обеспечивающего поступательное смещение мембраны 94′. Камера насоса, клапанная пластина и крышка обозначены соответственно, как 96′, 95′ и 99′. Соединительное отверстие и входное отверстие для воздуха обозначены, как 990′ и 992′. В этом варианте также предусмотрено наличие датчика положения, который передает в контроллер, управляющий вакуумом, данные о положении каркаса 92′ обмотки относительно магнита 91′ и, таким образом, о смещении и положении вакуумной мембраны 94′. Источник света, детектор и шкала обозначены соответственно, как 97′, 98′ и 920′. Предпочтительно выполнить данную шкалу прозрачной. В отличие от предыдущего примера, в данном варианте датчик помещен вне периметра постоянного магнита 91′.
В данном варианте значения вакуума также обычно задают в интервале 0-40000 Па. Обычные частоты составляют 0-150 циклов в минуту.
На фиг.7-17 представлен третий вариант вакуумного насоса согласно изобретению с поступательным приводом мембраны, использующим электромагнитное поле. Данный вариант, по существу, является развитием насосного блока по фиг.1.
На фиг.7 представлен насосный блок 9′′ согласно третьему варианту. Данный блок связан линиями 16, служащими для подачи тока и для передачи данных, с блоком 15 управления. Блок 15 управления содержит функциональные элементы 150 для приведения в действие грудного насоса.
На фиг.9 насосный блок 9′′ представлен в частично разобранном виде, так что хорошо видны отдельные части этого блока. У насосного блока 9′′ также имеется корпус 90′′, предпочтительно изготовленный из металла или пластика. Корпус 90′′, образованный двумя боковыми частями, закрыт с обоих концов планарными крышками 99′′, 902. На фиг.8 хорошо видны взаимно соответствующие крепежные отверстия 908 в корпусе 90′′ и в крышках 99′′, 902 (ассоциированные с ними винты не изображены).
В корпусе находится каркас 92′′ с прикрепленной к нему плоской обмоткой 921′′. Концевые витки 922 обмотки 921′′ охватывают конец каркаса 92′′ обмотки, выполненный в форме стержня, предпочтительно имеющего круглое поперечное сечение.
В центральной части каркаса имеется углубление, в которое помещена позиционная шкала 920′′. Положение каркаса 92′′ обмотки относительно корпуса может проверяться посредством взаимно противоположных передатчика и приемника, использующего позиционную шкалу 920′′. Детектор 98′′ (т.е. комбинация передатчика и приемника) предпочтительно содержит светодиод и фотодиод. Позиционная шкала 920" может являться, например, шкалой оттенков серого. Порты для ассоциированной измерительной платы обозначены на фиг.8, как 980. Применимы и другие средства измерения положения.
По одну сторону каркаса 92′′ обмотки расположена железная пластина 911′′. По другую его сторону расположены постоянные магниты 91′′ и другая железная пластина 911′′, которая контактирует с постоянными магнитами и соединяет их друг с другом. В этом варианте постоянные магниты 91′′ предпочтительно имеют кубоидную форму. Можно расположить их и по обеим сторонам обмотки 921′′, как и в варианте по фиг.1. Аналогично, магниты 91 в варианте по фиг.1 также могут находиться только на одной стороне обмотки.
По одну сторону удлиненного каркаса 92′′ обмотки находится жестко прикрепленная к нему вакуумная мембрана 94′′. Вакуумная мембрана 94′′ предпочтительно имеет обычную, т.е. круглую, форму и снабжена канавками или валиками. Поэтому целесообразно придать ей форму, близкую к пластинке. Желательно изготовить ее из упругого материала, например из силикона. Для прикрепления ее к каркасу 92" обмотки мембрана снабжена центральным отверстием, как это можно видеть на фиг.12.
Вакуумная мембрана 94′′ предпочтительно имеет боковые выступы (лепестки), диаметрально противоположные друг другу и составляющие одно целое с остальной частью мембраны 94′′. Эти лепестки образуют заслонку 942 входного (вакуумного) клапана и заслонку 943 выходного клапана.
Вакуумная мембрана 94′′ прикреплена к первому концу каркаса 92′′ обмотки посредством зажимного средства. Для этого используются первая проставка 940 и противолежащая ей деталь 941, как это показано на фиг.8 и 12. Деталь 941 имеет пластинку и стойку, которые составляют одно целое. Первая проставка 940 имеет кубоидную форму и снабжена отверстием для приема стойки. Деталь 941 расположена на нижней стороне мембраны 94′′, а стойка проходит через мембрану 94′′ и первую проставку 940 и входит в отверстие в нижнем конце каркаса 92" обмотки. Это отверстие и стойка предпочтительно снабжены резьбой.
Клапанная пластина 95′′ находится в крышке 99′′, причем она может быть помещена в соответствующее углубление, выполненное в крышке 99′′, или быть выполненной заодно с крышкой. Как это обычно имеет место в мембранных насосах, клапанная пластина 95" снабжена клапанными отверстиями и клапанными каналами, которые связаны с клапанными заслонками 942, 943.
Вакуумный порт 952, который хорошо показан на фиг.8 и 12, сообщается с окружающим пространством, так что вакуум, созданный в насосном блоке, или, точнее, в камере 96′′ насоса (см. фиг.12), может быть перенесен в наружный объем, например в накладку для сбора молока в составе грудного насоса. Камера 96′′ насоса и вакуумный порт 952 соединены между собой вакуумным каналом 953. В корпусе 90′′ имеется соответствующее отверстие 990 под порт, чтобы вывести вакуумный порт 952 (в данном варианте в виде сопла) наружу.
Согласно изобретению на том конце каркаса 92′′ обмотки, который противолежит вакуумной мембране 94′′, находится вторая мембрана 903. Эта мембрана вместе с задней крышкой 902 образует клапан, который предназначен для вентилирования насосного блока, или, более конкретно, вакуумного канала 953 и, следовательно, вакуумного порта 952. С помощью этой вентиляционной мембраны 903 создаваемый вакуум может быть понижен, быстро и стабильно, что приведет к повышению давления в вакуумном канале 953 и в вакуумном порте 952, которое, в зависимости от длительности вентилирования, может достичь атмосферного давления. Воздух для вентилирования поступает из внутреннего объема корпуса 90′′, который не является герметизированным относительно окружающего пространства, за исключением зон, имеющих отношение к созданию вакуума.
Вентиляционная мембрана 903 также жестко прикреплена к каркасу 92′′ обмотки. Она предпочтительно является круглой и снабжена канавками или валиками, т.е. имеет пластинчатую конструкцию, у которой также имеются два диаметрально противоположных лепестка, из которых по меньшей мере один (предпочтительно оба лепестка) образует клапанную заслонку 903′. Вентиляционная мембрана 903 может иметь конструкцию, по существу, идентичную конструкции вакуумной мембраны 94′′. Однако она может иметь и иные форму и/или размеры.
Вентиляционная мембрана 903 имеет центральное отверстие, так что ее можно прикрепить к задней крышке 902 подходящим зажимным средством. Этим средством предпочтительно является вторая проставка 904 и противолежащая ей деталь 909. Эти вторая проставка 904 и противолежащая ей деталь 909 предпочтительно имеют конструкции, идентичные соответствующим деталям для закрепления вакуумной мембраны 94′′. Стойка противолежащей детали 909 также входит в соответствующее отверстие, выполненное во втором конце каркаса 92′′.
По меньшей мере один приводной элемент (актуатор) 923 вентиляции (в данном примере используются два таких элемента) выступает (выступают) из второго конца каркаса 92′′ обмотки. В этом примере каждый актуатор выполнен в виде пальца, направленного в сторону клапанных заслонок 903′ и ориентированного параллельно оси каркаса 92′′ обмотки. Пальцы 923 расположены на каркасе 92′′ обмотки диаметрально противоположно друг другу и предпочтительно выполнены заодно с ним. При этом пальцы 923 расположены на таком расстоянии от оси каркаса 92′′, чтобы они могли касаться клапанных заслонок 903′. Допустимо и использование только единственного пальца, однако, из соображений симметрии и, особенно, для обеспечения равномерного движения каркаса 92′′ обмотки рекомендуется использовать два или более пальцев.
На фиг.10 изображен, в поперечном разрезе, собранный насосный блок. Данный блок представлен в первом крайнем положении своего хода, соответствующем созданию вакуума. Каркас 92′′ обмотки расположен рядом с вакуумной камерой 96′′ (см. фиг.12 - это положение каркаса именуется нижним). Из фиг.11 можно видеть, что вентиляционная мембрана 903 опирается на корпус 90′′, а клапанные заслонки 903′ перекрывают выполненный в корпусе 90′′ вентиляционный канал 901. Для упрощения изготовления вентиляционный канал 901 на одном своем конце (у отверстия 907 в корпусе 90′′) перекрыт пробкой 906. Другой конец этого канала перекрыт, аналогичным образом, пробкой 994 (см. фиг.12). Вентиляционная мембрана 903 предпочтительно подвергнута предварительному натяжению, чтобы обеспечить оптимальное перекрытие данного канала.
На фиг.12 представлена ситуация, в тот же момент времени, в нижней части блока, содержащей вакуумную мембрану 94′′. Эта мембрана находится в своем крайнем нижнем положении, в котором она максимально приближена к крышке 99′′. Заслонка 942 вакуумного клапана находится в запирающем положении, так что сообщение между камерой 96′′ насоса и вакуумным каналом 953 прервано. Заслонка 943 выходного клапана, напротив, открыта. В результате воздух, все еще находившийся в зоне камеры 96′′ насоса, примыкающей к крышке, выпускается в корпус 90′′ или в окружающую среду по выходному каналу 993, проходящему через клапанную пластину 95′ и крышку 99′′.
На фиг.13 представлен каркас 92′′ обмотки во втором положении своего хода. Как и раньше, вентиляционная мембрана 903 перекрывает вентиляционный канал 901, так что воздух не может пройти снаружи в вакуумный канал 953. Хотя актуатор 923 вентилятора приблизился к клапанной заслонке 903′, она еще не отведена (не приподнята).
На фиг.14 та же ситуация представлена в зоне вакуумной мембраны 94′′ в увеличенном масштабе. Поскольку вакуумная мембрана 94′′ приподнята, часть вакуумной камеры 96′ расширилась, так что в ней создано пониженное («отрицательное») давление. Заслонка 943 выходного клапана находится в положении запирания, а заслонка 942 вакуумного клапана, напротив, открыта, так что отрицательное давление передается по вакуумному каналу 953 к вакуумному порту 952. Следует отметить, что вентиляционный канал 901 создает дополнительное мертвое пространство, которое также должно быть откачано. Однако, поскольку вентиляционный канал имеет относительно малый объем, он практически не оказывает негативного влияния на эффективность насосного блока.
На фиг.15 представлен каркас 92′′ обмотки в третьем положении, в котором он поднят еще выше. В этом положении актуаторы 923 поднимают клапанные заслонки 903′ и тем самым обеспечивают сообщение с вентиляционным каналом 901. Воздух может проходить из корпуса 90′′ и из наружного пространства по каналу 901 к вакуумному порту 952; так что созданный вакуум снижается и давление повышается до атмосферного давления или желательного (низкого) уровня вакуума. Это иллюстрируется фиг.16, стрелка на которой обозначает поток поступающего воздуха.
Как показано на фиг.17, в этом положении вакуумная мембрана 94′′ поднята в еще большей степени, что делает ее готовой к следующему ходу, обеспечивающему создание вакуума. Заслонка 942 вакуумного клапана и заслонка 943 выходного клапана подняты, так что соответствующие отверстия открыты.
Таким образом, функционирование описанного насосного блока согласно изобретению предусматривает не только преобразование поступательного перемещения каркаса 92′′ обмотки соленоида в параллельное движение вакуумной мембраны. Тот же каркас 92′′ обмотки применяется также для открывания вентиляционного клапана, причем для этой цели используется движение данного каркаса в том же направлении, что и при перемещениях для создания вакуума. В зависимости от положения каркаса 92′′ обмотки относительно постоянного магнита 91′′ и, следовательно, корпуса 90′′ происходит создание вакуума или активация вентиляции. Для этого необходимы только три различных хода каркаса 92′′ обмотки. В этом случае третий ход, который активирует вентиляцию, больше любого из двух других ходов, или он по меньшей мере больше хода в том же направлении, который служит для создания вакуума. Указанные три хода могут генерироваться электронным контроллером 15 управляемым образом, в частности, в терминах их размеров.
Таким образом, третий ход, как и другие два, генерируется электронным контроллером (блоком управления) 15. Однако третий ход необязательно должен иметь место в каждом цикле. В результате могут генерироваться различные последовательности операций с различными и варьируемыми перемещениями и интервалами.
Благодаря наличию позиционной шкалы положение каркаса 92′′ обмотки относительно корпуса 90′′ может быть идентифицировано с требуемой точностью и использовано для управления его ходами. Однако возможны и другие средства точной идентификации положения каркаса 92′′ обмотки и размеров его ходов.
Желательно также, чтобы при перемещении каркаса 92′′ обе мембраны, т.е. вакуумная мембрана 94′′ и вентиляционная мембрана 903 служили в качестве подвески каркаса с устранением, тем самым, трения.
Вакуумный насос по изобретению, варианты которого были описаны выше, может использоваться, например, в устройствах для отсасывания человеческого грудного молока. Примеры подобных устройств проиллюстрированы на фиг.3-6.
На фиг.3 иллюстрируется первый вариант устройства этого типа. В его состав входят грудной насос 1, первая линия 2, сопрягающий элемент 3, грудная насадка 4, невозвратный клапан 5, вторая линия 6 и сосуд 7 для сбора молока.
Грудная насадка 4 присоединена к вакуумному насосу 1 через сопрягающий элемент 3 и первую гибкую линию 2. Вторая гибкая линия 6 проходит от насоса 1 к сосуду 7, причем данное соединение снабжено невозвратным клапаном 5. В качестве двух гибких линий 2, 6 предпочтительно применить трубки, выполненные из силикона.
Как показано на фиг.4, сосуд 7 для сбора молока в альтернативном варианте можно также прикрепить напрямую к вакуумному насосу 1. С этой целью на сосуде 7 предпочтительно установить надлежащим образом сконструированный адаптер 70, выполненный с возможностью разъемного присоединения к корпусу 10 насоса 1.
Грудной насос 1 имеет упомянутый корпус 10, внутри которого находятся вакуумный насос согласно изобретению (именуемый далее насосным блоком), а также контроллер. Насосный блок и контроллер могут работать от сети и/или от батарейки.
На корпусе 10 находятся элементы управления (не изображены), в состав которых могут входить, в частности, ключ включения/выключения, ключи или кнопки для выбора частоты работы насоса, уровня вакуума и длительности операции отсасывания. Может быть предусмотрен и дисплей.
Между углублением в корпусе 10 и крышкой 13, закрывающей это углубление, образована вторая камера 8 (см. фиг.6), которая также действует как камера насоса. Крышка 13 предпочтительно выполнена съемной. Во второй камере 8 находится мембрана 14, удерживаемая в нужном положении крышкой 13. Мембрана 14 разделяет камеру 8 насоса на отсек 80, расположенный со стороны насосного блока, и на отсек 81, удаленный от него, причем эти отсеки герметизированы относительно друг друга.
Как это показано на фиг.5, мембрана 14 предпочтительно имеет, по существу, круглый периметр, дополненный боковыми выступами (лепестками) 140. В данном случае имеются три таких выступа. Опорная пластина, которая предпочтительно является частью корпуса 10, имеет боковые упоры 110, между которыми зажаты лепестки 140. В результате мембрана 14 может удерживаться во второй камере 8 насоса точно в заданном положении. Такое выполнение облегчает сборку.
Крышка 13 имеет соединительные порты (выходные отверстия) 130 и 131 для первой и второй линий 2, 6 и для сосуда для сбора молока соответственно. Второй порт 131 предпочтительно снабжен невозвратным клапаном 5 с колпачком 60. Соединение с опорной пластиной, которая является частью корпуса 10, предпочтительно выполнить посредством защелок или винтов, отверстия для которых на фиг.5 обозначены, как 132 и 111.
Вакуум, который создается в насосном блоке, переносится по линии 12 к указанной второй камере 8 насоса. Линия 12 подведена к выходу 990. В результате изменений в давлении, передаваемых по вакуумной линии 12 во вторую камеру 8, мембрана 14 движется аналогично мембране 94.
В этом варианте насос может работать с циклом, неизменным во времени, или, как это известно из уровня техники, график отсасывания можно согласовать по форме, частоте и интенсивности с отсасывающим режимом младенца и/или исходя из требований, зависящих от матери.
У второй камеры 8 имеются входы и выходы, не все из которых видны на чертежах. Крышка 13 может быть выполнена в виде цельной детали или из нескольких частей. Она не только обеспечивает герметичное перекрытие, но служит также в качестве клапанной пластины для второй камеры 8 насоса. Таким образом, проходы и клапаны (не представленные на чертеже), обеспечивающие возможность создания вакуума в удаленном от насосного блока отсеке второй камеры насоса, т.е. в отсеке 81, расположенном со стороны грудной насадки, находятся в крышке 13.
Как было упомянуто, в крышке 13 выполнено первое выходное отверстие 130, соединяющее окружающую среду с тем отсеком 81 камеры насоса, который расположен со стороны крышки камеры 8 насоса. Это отверстие выполняет функцию первого порта, предназначенного для подключения первой линии 2. Второе выходное отверстие 131, также соединяющее с окружающей средой отсек 81 второй камеры 8 насоса, сконструировано, как второй порт. Этот, второй порт снабжен невозвратным клапаном 5. В данном случае это клапан со штуцером, прикрепляемым к соединительному элементу; однако, возможно также и применение клапанов другого типа.
Во время использования устройства грудную насадку 4 помещают на материнскую грудь таким образом, чтобы насадка окружала по меньшей мере сосок, а максимум - дополнительно еще и околососковый кружок, причем второй вариант предпочтительней. Включают грудной насос 1, который начинает функционировать описанным образом. Посредством вакуума, созданного в камере насоса, откачивается первая линия 2 с образованием отрицательного давления в насадке 4. В результате молоко откачивается из материнской груди и проходит через насадку 4 и сопрягающий элемент 3 в первую линию 2. Через первое отверстие 130 оно перетекает в отсек камеры насоса, расположенный со стороны крышки. Откачанное молоко покидает камеру насоса через второе отверстие 131 и невозвратный клапан 5, проходя в сосуд для сбора молока в зависимости от выбора варианта осуществления через вторую линию 6 (см. фиг.3) или напрямую (см. фиг.4). Таким образом, наличие отдельной линии для транспортировки молока не предусмотрено, и первая линия 2 выполняет одновременно функции отсасывающей линии и молокопровода, т.е. после исходной пневматической откачки устройство переходит в режим гидравлического откачивания. Все перечисленное является более точным приближением к естественному процессу отсасывания молока младенцами.
Мембрана 14 во второй насосной камере, выполняет две функции. Во-первых, она служит разделительной перегородкой между воздухом, находящимся в том отсеке камеры, который расположен со стороны насоса, и молоком, находящимся в том отсеке камеры насоса, который расположен со стороны крышки. Таким образом, она предотвращает возможность поступления молока в вакуумную линию 12 и, следовательно, в насосный блок. Вместе с тем, она предотвращает также попадание загрязнений из насосного блока в первую и вторую линии 2, 6. Во-вторых, циклическое смещение данной мембраны внутри второй камеры насоса приводит к указанной мембранной подаче и транспортировке молока. Выполнение этой, второй функции во время процедуры откачивания позволяет разместить сосуд 7 для сбора молока, грудную насадку 4 и вакуумный насос 1 во взаимно независимых позициях. Например, сосуд 7 можно установить над насосом 1 и/или над насадкой 4. Таким же образом насос 1 может находиться над сосудом 7 и/или над насадкой 4. Это позволяет матери младенца откачивать молоко даже лежа или, если она сидит, поместить сосуд 7 и насос 1 на полку или на другое возвышение, недоступное для маленьких детей.
Предпочтительно, чтобы невозвратный клапан 5 открывался только при достижении определенного давления, т.е. когда камера насоса заполняется молоком в достаточной степени. Соблюдение этого условия позволяет удерживать на минимальном уровне мертвый объем, из которого приходится откачивать воздух.
При этом мертвый объем можно уменьшить дополнительно, используя небольшую грудную насадку 4, окружающую только сосок и минимально возможную часть остальной площади груди (или только сосок). Пригодная грудная насадка 4 проиллюстрирована на чертежах. Применимы и альтернативные формы грудных насадок.
Элементы описанных вариантов можно комбинировать друг с другом индивидуально или в группах с получением дополнительных вариантов изобретения.
Вакуумный насос согласно изобретению является относительно малогабаритным (компактным) и работающим с низким уровнем шума. Он особенно эффективен в грудных насосах, работающих в режиме «без участия рук».
Перечень цифровых обозначений
| 1 | вакуумный насос | 903 | вентиляционная мембрана |
| 10 | корпус | 903′ | клапанная заслонка |
| 110 | боковой упор | 904 | вторая проставка |
| 111 | отверстие | 906 | пробка |
| 12 | вакуумная линия | 907 | отверстие |
| 13 | крышка | 908 | крепежные отверстия |
| 130 | первый порт | 909 | вторая противолежащая деталь |
| 131 | второй порт | 91, 91, 91′′ | постоянный магнит |
| 132 | отверстие | 910 | зазор |
| 14 | мембрана | 911′ | железный сердечник |
| 140 | боковой выступ | 911, 911′′ | железная пластина |
| 15 | блок управления | 912′ | железное кольцо |
| 150 | функциональные элементы | 92, 92′, 92′′ | каркас обмотки |
| 16 | линии | 920, 920′ | позиционная шкала |
| 920′′ | позиционная шкала | ||
| 2 | первая линия | 921, 921′ | обмотка |
| 921′′ | обмотка | ||
| 3 | сопрягающий элемент | 922 | концевые витки обмотки |
| 923 | актуатор вентиляции | ||
| 4 | грудная насадка | 93 | салазки |
| 94, 94′, 94′′ | вакуумная мембрана | ||
| 5 | невозвратный клапан | 940 | первая проставка |
| 941 | первая противолежащая деталь | ||
| 6 | вторая линия | 942 | заслонка вакуумного (входного) |
| 60 | колпачок клапана | клапана | |
| 943 | заслонка выходного клапана | ||
| 7 | сосуд для сбора молока | 95, 95′, 95′′ | клапанная пластина |
| 70 | адаптер | 952 | вакуумный порт |
| 953 | вакуумный канал | ||
| 8 | камера насоса | 96, 96′, 96′′ | камера насоса |
| 80 | отсек камеры со стороны | 97, 97′ | источник света |
| привода | 98, 98′, 98′′ | детектор | |
| 81 | отсек камеры со стороны | 980 | порт для измерительной платы |
| грудной насадки | 99, 99′, 99′′ | крышка | |
| 990 | отверстие под порт |
| 9, 9′, 9′′ | насосный блок | 991 | отверстие под винт |
| 90, 90′, 90′′ | корпус | 992 | входное отверстие для воздуха |
| 900 | линейная направляющая | 993 | выходной канал |
| 901 | вентиляционный канал | 994 | пробка |
| 902 | задняя крышка |
1. Мембранный вакуумный насос с электрическим приводным блоком и вакуумной мембраной (94, 94′ 94″), которая разделяет камеру (96, 96′, 96″) насоса на отсек со стороны привода и отсек, удаленный от привода, и которую можно отклонять посредством подвижной части (92, 92′, 92″) приводного блока, при этом приводной блок является электромагнитным приводным блоком, в котором подвижная часть (92, 92′, 92″) выполнена с возможностью поступательного перемещения, а вакуумная мембрана (94, 94′, 94″) способна отклоняться в направлении указанного поступательного перемещения, создаваемого в приводном блоке электромагнитным методом, причем вакуумная мембрана (94″) жестко прикреплена к первому концу подвижной части (92″), и предусмотрен вентиляционный клапан, имеющий вентиляционную мембрану (903), которая жестко прикреплена ко второму концу указанной части, при этом указанные мембраны образуют подвеску для подвижной части (92″) в приводном блоке, при этом подвижная часть (92″) функционально связана с вентиляционным клапаном для вентилирования мембранного вакуумного насоса, при этом поступательное перемещение, обеспечиваемое приводным блоком, способно активировать вентиляционный клапан, причем управление подвижной частью (92″) посредством контроллера обеспечивает выполнение первого и второго ходов для создания вакуума в камере (96″) насоса и выполнение третьего хода для активирования вентиляционного клапана, при этом третий ход имеет то же направление, что и второй ход, но при большем перемещении.
2. Вакуумный насос по п. 1, в котором первый конец подвижной части (92″) противоположен второму концу подвижной части (92″).
3. Вакуумный насос по п. 1, в котором приводной блок содержит по меньшей мере один постоянный магнит (91, 91′, 91″) и каркас (92, 92′, 92″) с находящейся на нем обмоткой, при этом указанный каркас (92, 92′, 92″) вместе с обмоткой установлен с возможностью поступательного перемещения относительно магнита (91, 91′, 91″) в двух направлениях вдоль своей продольной оси, причем каркас (92, 92′, 92″) обмотки, образующий подвижную часть, жестко прикреплен к вакуумной мембране (94, 94′, 94″) и обеспечивает при своем перемещении ее отклонение в обоих направлениях.
4. Вакуумный насос по п. 3, в котором подвижная часть содержит поршень, образованный каркасом (92, 92′, 92″) и содержащий первый конец и второй конец, причем вакуумная мембрана (94, 94′, 94″) находится на первом конце указанного поршня.
5. Вакуумный насос по п. 4, в котором вакуумная мембрана (94, 94′, 94″) имеет диаметр, превышающий диаметр указанного поршня (92, 92′, 92″).
6. Вакуумный насос по п. 5, в котором вакуумная мембрана (94, 94′, 94″) закреплена на первом конце поршня (92, 92′, 92″) центрально симметрично.
7. Вакуумный насос по п. 4, в котором второй конец поршня (92, 92′, 92″) установлен с возможностью поступательного перемещения.
8. Вакуумный насос по п. 4, в котором вентиляционная мембрана (903) прикреплена ко второму концу указанного поршня.
9. Вакуумный насос по п. 4, в котором обмотка (921, 921″) является плоской обмоткой и в котором имеется по меньшей мере один постоянный магнит (91, 91″), зафиксированный в корпусе (90, 90″) вакуумного насоса.
10. Вакуумный насос по п. 4, в котором второй конец поршня (92′) установлен с возможностью перемещения между железным сердечником (911′) и магнитом (91′).
11. Вакуумный насос по п. 4, в котором выполненная подвижной обмотка и постоянный магнит (91′) имеют вращательно-симметричную конструкцию, причем сквозь подвижную обмотку проведен железный сердечник (911′).
12. Вакуумный насос по п. 1, в котором имеется по меньшей мере один детектор (97, 97′; 98, 98′, 98″) положения для определения положения подвижной части (92, 92′, 92″) приводного блока относительно остальной его части, находящейся в фиксированном положении.
13. Вакуумный насос по п. 12, в котором детектор (97, 97′; 98, 98′, 98″) положения выполнен с возможностью генерирования сигнала, пригодного для управления вакуумным насосом в зависимости от положения каркаса (92, 92′, 92″) обмотки.
14. Вакуумный насос по любому из пп. 1-13, в котором имеется выход (990) в удаленный от привода отсек камеры (96, 96′, 96″) насоса, причем указанный выход соединен со второй камерой (8), при этом вторая камера (8) содержит третью мембрану (14), разделяющую вторую камеру (8) на два отсека (80, 81) и служащую для разделения различных сред и для переноса вакуума, создаваемого внутри камеры насоса.
