專利名稱：平衡閥裝置以及包含此平衡閥的呼吸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及平衡閥裝置并且尤其涉及用于控制加壓呼吸氣體向呼吸調(diào)節(jié)器的流動的平衡閥裝置。本發(fā)明還涉及這種呼吸調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
潛水設備包含一種所謂的呼吸調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器與一個或多個潛水罐或它們技術(shù)上的等同物相連并且所述調(diào)節(jié)器用于將所述罐的壓力調(diào)節(jié)至預定的調(diào)節(jié)壓。為此向呼吸調(diào)節(jié)器提供一個閥裝置。圖1概略地圖解了一種根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造的這類閥裝置。如同將被了解的，該閥包括處于罐壓P入口下的入口側(cè)11以及處于調(diào)節(jié)壓P出口下的出口側(cè)12。錐形閥體14可移動的位于閥座15中。出口側(cè)12由一個連接彈簧17的柔性隔板或隔膜16限定，所述彈簧17在隔板16上施加一個彈性力F彈簧。由此，隔板的一側(cè)受到一個來自調(diào)節(jié)壓力P出口的力，同時隔板的另一側(cè)受到一個來自環(huán)境壓力P環(huán)境的力。彈性力和例如由隔板16施加時力作用在桿18上，所述桿連接閥體并由此施加力F桿到所述閥體上。
這種已知的閥具有以下的工作方式。閥體14的運動取決于其受到的力。這些力包括(如圖所示)由罐壓決定的一個向上指向的力F入口。此力基本由向下作用的力F出口補償，所述向下作用的力通常包括調(diào)節(jié)壓P出口在閥體上的作用和桿力F桿。當具有連接到出口側(cè)管口的潛水者吸氣時，隨之導致調(diào)節(jié)壓力的降低，作用在隔板16上的壓力降低以及隔板在桿18上施加一個增加的力。由此所述力F桿增加并且在活動閥的情況中，閥體將向下移動，從而罐內(nèi)的氣體穿過閥座15流入，直到調(diào)節(jié)壓力增加到閥體返回圖1所示位置的范圍。
這種已知閥裝置的一個問題是閥體的移動取決于罐的壓力，所述壓力在滿罐的情況下可以相當于大約300巴的超大氣壓力，并且在使用中可能下降至接近0巴。反過來這意味著，閥的性能將和調(diào)節(jié)的壓力一起變化。
此問題的幾種解決方案已被提出。這些被建議方案的一個例子在圖2中說明。圖2所示的閥在許多方面與圖1所示的閥相應，盡管在后者的情況中，相應的閥體14已經(jīng)被具有貫通通道14a’的閥體14’替代。這個通道連接出口12和空間19，借助一個O形環(huán)所述空間19相對于入口11被密封。因此，那些來自入口側(cè)作用在閥體上的力F入口基本沒有軸向分量，從而設置一個提供基本不依賴于P入口的調(diào)節(jié)壓力的平衡閥。
然而，這種構(gòu)思的閥體的使用具有這樣的缺點，即閥體和閥座之間的密封表面最終易于滲漏。這有若干原因?？缀烷y體圓錐之間的配合必須是理想的一不能允許不規(guī)則。在長時期的使用之后，所述錐體以孔限定邊緣和圓錐中的刮痕或溝槽的形式變?yōu)槭軗p的，該損傷導致密封滲漏。而且閥體必須是直的，意味著閥體必須以最大限度的精度被引導。由于損傷和其它形式的磨損，所述O形環(huán)會開始滲漏，因此阻礙了預設的平衡和密封作用的獲得。
當使用球形密封體時，這些與使用錐形閥體聯(lián)系在一起的缺點得以避免。球形體是自引導的，因此省去了錐形閥體所需的精確引導的必要。
然而，可以明白，當球形體被用作閥關(guān)閉裝置時，圖2圖解的平衡解決方案不適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種通用平衡閥裝置，換句話說是，一個閥裝置，利用它出口側(cè)的壓力與入口側(cè)壓力無關(guān)地保持基本恒定。
本發(fā)明基于以下認識通過使其上設置閥關(guān)閉件的閥座在所述閥入口側(cè)和出口側(cè)的壓力影響下移動，可以獲得閥裝置的平衡。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種如權(quán)利要求1所限定的閥裝置。
根據(jù)本發(fā)明還提供一種包括該閥裝置的呼吸調(diào)節(jié)器。
本發(fā)明的閥裝置和本發(fā)明的呼吸調(diào)節(jié)器提供基本恒定的閥性能，同時還提供簡單的機械解決方案。
在一個特別優(yōu)選的實施方案中，一個球形體，或球，被用作一個閥關(guān)閉構(gòu)件。所述閥關(guān)閉構(gòu)件由此有利地自引導。
其它優(yōu)選實施方案在各從屬權(quán)利要求中限定。


現(xiàn)在將通過示例并參照附圖對本發(fā)明進行詳細的說明，在附圖中
圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種非平衡閥裝置的概略性示圖；圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種平衡閥裝置的概略性示圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一種閥裝置的概略性性示圖；圖4圖解了包含發(fā)明的閥裝置的一種呼吸調(diào)節(jié)器，當高壓處于入口側(cè)時所述閥被關(guān)閉；圖5示出了圖4的呼吸調(diào)節(jié)器，其具有打開的閥；圖6示出了圖4的呼吸調(diào)節(jié)器以及當?shù)蛪褐鲗肟趥?cè)時所述閥關(guān)閉；圖7示出了所述閥打開的圖6的呼吸調(diào)節(jié)器。
具體實施例方式
現(xiàn)在將首先參照附圖3，闡述創(chuàng)新閥裝置和創(chuàng)新呼吸調(diào)節(jié)器的一個優(yōu)選實施方案。應當注意，在說明書中提及的方向，例如上，下等，僅指如圖所示的那些方向，并且由此在解釋所附的權(quán)利要求時，其不應當被視為發(fā)明范圍的限定。
圖3是創(chuàng)新閥裝置的原理圖。所述閥裝置包括入口側(cè)111，出口側(cè)112，隔板或隔膜116，隔板彈簧117和桿118。這些閥構(gòu)件與圖1所示的閥構(gòu)件相應。所述閥裝置還包括一個球體114形式的閥關(guān)閉件，所述球體位于閥座115中的開口115a上。與用于所述的現(xiàn)有閥技術(shù)中的閥座不同，閥座115可以上下移動，如圖3中的雙頭箭頭所指。入口和出口側(cè)之間的密封通過一個O形環(huán)115b實現(xiàn)，所述O形環(huán)鄰接于所述可移動閥座和調(diào)節(jié)器外殼(在圖3中未示出)。閥座彈簧119與閥座連接。由此，閥座可以相應于入口側(cè)111和出口側(cè)112之間的壓力差移動，并且與彈簧119的彈出特性相一致。為了獲得所述的基本平衡的閥功能，必須滿足相關(guān)面積和彈出特性之間的下述比率k(119)=k(117)·A(115a)-A(115b)A(115b)]]>其中k(119)＝閥座彈簧119的剛度；k(117)＝隔板彈簧117剛度；A(115a)＝閥座115中的開口115a的面積；以及A(115b)＝被O形環(huán)115b密封的面積。
應當注意到這是略微簡化的關(guān)系，它沒有考慮例如O形環(huán)的摩擦和密封力。
因為閥座可以移動，當所述球體位于閥座中時，彈簧的作用力將相應于閥座的位置改變。這使在入口側(cè)上的氣體壓力由于“自動”變化的彈簧力可以被補償。例如，如果罐的壓力應當下降，其導致更小的向上作用力F入口，閥座115將會向圖中的下方移動。由于閥座的這個向下運動，彈簧伸展，導致向下作用的力F桿的減小。此特指的技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以容易地給所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件定尺寸，以便球體上向上或向下指向的力的改變將彼此補償，由此獲得閥裝置的平衡；參見上述公式。
現(xiàn)在將參照附圖4-7，闡述包含創(chuàng)新閥裝置的呼吸調(diào)節(jié)器100的一個實施方案。所述調(diào)節(jié)器包括一個外殼101，所述外殼的內(nèi)部借助隔板116相對于周圍環(huán)境密封。外殼包括一個蓋子或罩102，其用作彈簧117的一個抗壓力裝置。罐聯(lián)接器103也密封地與所述外殼相連。
所述呼吸調(diào)節(jié)器包括適于連接一個或多個潛水罐的入口側(cè)111以及適于連接呼吸管口(未示出)的出口側(cè)112。所述入口和出口側(cè)通過一個閥座115彼此分開。該閥座可以向上和相下移動并且借助一個O形環(huán)115b相對于外殼101密封。閥座具有一個軸向貫通的圓形橫截面的開口115a，所述開口在入口和出口側(cè)之間形成一個連接通道。閥座的移動由彈簧119調(diào)節(jié)。
球體114用作一個閥關(guān)閉件。所述球體位于閥座115內(nèi)，并且在如圖4所述的位置封閉通道115a。球體作在桿118上，該桿順次作用在隔板116上并由此作用在被彈簧117向下彈性偏壓的壓板120上。桿借助一個滑動軸承(未示出)安裝在一個支架121中。支架121的作用是在其他物件中引導桿118并握持閥座彈簧119。所述支架還被設計成用于限制閥座向上運動的上端位置。壓板120設置在其中的空間被柔性隔板116分隔成一個下腔123a和一個上腔123b，所述下腔與出口側(cè)112相連接。
所述閥座基本由金屬構(gòu)成，盡管它在表面具有一個鄰接于所述球體的塑料外套。所述球體由鋼或陶瓷材料制成。在優(yōu)選實施方案的情況中，隔板116是一個卷曲隔板。
圖4顯示處于關(guān)閉狀態(tài)的呼吸調(diào)節(jié)器100，其在入口處具有高壓，其中，借助該圖可以看出閥座115已經(jīng)背離底部腔室112向上略微移動。這與潛水開始時的狀態(tài)相對應。圖5示出了處于相同狀態(tài)的呼吸調(diào)節(jié)器，但是具有閥裝置打開時的吸氣。吸氣抽空空氣的入口處，下腔123a由此也抽空，其導致所述腔室的壓力下降。這使柔性隔板116向下移動并由此在桿118上施加力，所述桿順次向下作用在球體114上。由于在此位置作用在球體上的向下作用力超過了向上作用的力，所述球體將離開它在閥座中的密封位置并允許空氣穿過通道115a。這種狀態(tài)一直持續(xù)到作用在球體上向上指向的力超過向下作用的力，換句話說當入口側(cè)以及下腔123a的壓力增加到預期的調(diào)節(jié)壓力。由此致使隔板返回如圖4所示的位置。在使用一段時間后，潛水罐中的超大氣壓力下降，入口側(cè)111的壓力由此也下降。然而，出口側(cè)112的調(diào)節(jié)壓力應當保持在預期的調(diào)節(jié)壓力。這意味著閥座115逐漸向下移動，并最終處于如圖6和7所示的下端部位置。這表示由桿118作用在球體上的力變得更小，該力平衡潛水罐中由壓力下降導致的變小的力。在其他方面，閥在圖6和7所示位置的開閉正如上述參照圖4和5描述的狀態(tài)進行。
本發(fā)明的呼吸調(diào)節(jié)器獲得與以前相同的平衡效果，以前通過使用O形環(huán)密封的錐形閥體作為閥關(guān)閉裝置來獲得平衡效果，參見圖2。與此同時，獲得了通過使用球體作為閥關(guān)閉件產(chǎn)生的那些優(yōu)點，例如自引導效應。
盡管已經(jīng)參照閥裝置的優(yōu)選實施方案和呼吸調(diào)節(jié)器的優(yōu)選實施方案對本發(fā)明進行了說明，但是該特定技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白這些實施例可以在所附權(quán)利要求的精神范圍內(nèi)變化或改進。例如，閥座可以全部由金屬構(gòu)成，以及球體可以由塑料制成。為避免磨損，通道115a的表面邊緣可以用塑料材料包覆，所述表面邊緣用作閥座115上抵靠球體114的鄰接表面。
在使用中，球體114抵靠桿118。為了補償球體的重力并由此確保球體不會落向底部落到調(diào)節(jié)器上的一定位置——例如由于P入口非常慢或非?？斓脑黾?，重力將導致球體在閥座內(nèi)錯誤定位——可以在球體和調(diào)節(jié)器外殼底部之間具有一個彈簧(未示出)。在此情況中，彈性力應當足夠小到使其力附加值可忽略不計，或者，作為選擇，當計算調(diào)節(jié)器尺寸時可以包括該力附加值。
已經(jīng)示出了在入口和出口側(cè)的壓力作用下可移動的閥座。已經(jīng)闡述了一個閥座彈簧119，其用于獲得預期的移動特性。替換地，例如螺旋彈簧或板簧的數(shù)個彈簧可以被設置在閥座和支架121之間。替換地，閥座的固有彈性，即其在壓力下的彎曲性能，可以被用于獲得閥座的預期移動。在此情況中，閥座彈簧119的功能被一個固定安裝的閥座替代，其中閥座材料的向外彎曲或壓縮替代了閥座彈簧119的功能。
已經(jīng)示出了作用在壓板120上的彈簧117。作為選擇，由隔板116施加的力可以替代所述由彈簧施加的力，由此可以省去彈簧。
盡管球體已經(jīng)被說明用作一個閥關(guān)閉件，但是可以理解，可移動閥座也可以與作為閥關(guān)閉裝置的錐形閥體一起使用。
隨動裝置可以包括一個替代柔性隔板的活塞。
盡管所述閥裝置首先被提出用于潛水者，但是可以明白，本發(fā)明構(gòu)思也包括相似的用途，例如涉及煙塵潛入者的裝備、醫(yī)療保健裝備等。
權(quán)利要求
1.一種特別用于潛水者呼吸調(diào)節(jié)器(100)的閥裝置，包括一個可以與超大氣壓力(P入口)下的氣體源連接的入口腔(111)；一個處于調(diào)節(jié)壓力(P出口)下的出口腔(112)；一個密封地設置在所述入口腔和所述出口腔之間的閥座(115)，所述閥座包括連接所述入口腔和所述出口腔的一個貫通的通道(115a)；一個閥構(gòu)件(114)，其可移動地設置在所述閥座內(nèi)并且用于打開或關(guān)閉所述通道，所述閥構(gòu)件受到力作用，所述力包括來自所述超大氣壓力和調(diào)節(jié)壓力的力；以及一個用于調(diào)節(jié)所述閥構(gòu)件的隨動構(gòu)件(116，117，118)，其特征在于，所述閥座在所述超大氣壓力和所述調(diào)節(jié)壓力的影響下可以移動；以及所述隨動構(gòu)件在所述閥構(gòu)件上施加一個力，該力取決于所述可移動閥座的位置，以便來自所述超大氣壓力的影響所述閥構(gòu)件活動的變化力被來自所述隨動構(gòu)件的相應變化力補償；其中所述調(diào)節(jié)壓力被保持為與所述超大氣壓力無關(guān)地基本恒定。
2.如權(quán)利要求1所述的閥裝置，其中所述閥構(gòu)件(114)是一個球體。
3.如權(quán)利要求1所述的閥裝置，所述閥構(gòu)件(114)是一個錐形閥體。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的閥裝置，其中所述隨動構(gòu)件包括可以被所述調(diào)節(jié)氣壓(P出口)影響的一個柔性隔板(116)；以及連接到所述隔板的一個桿(118)；其中所述桿在閥座中的所述閥構(gòu)件上作用一個力，所述力取決于環(huán)境壓力(P環(huán)境)和所述調(diào)節(jié)壓力(P出口)之間的差異。
5.如權(quán)利要求1-4中任何一所述的閥裝置，其中閥座(115)由金屬構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求5所述的閥裝置，其中所述通道(115a)的邊緣表面用塑料材料覆蓋，所述邊緣表面用作所述閥座(115)上抵靠所述閥關(guān)閉件(114)的鄰接表面。
7.如權(quán)利要求1-6中任何一項所述的閥裝置，其中彈簧(119)的功能被一個固定安裝的閥座替代，其中閥座材料的向外彎曲或壓縮替代彈簧(119)的功能。
8.如權(quán)利要求1-7中任何一項所述的閥裝置，其包括與所述閥座連接的一個彈簧(119)。
9.如權(quán)利要求1-8中任何一項所述的閥裝置，其中閥關(guān)閉件(114)由塑料和金屬的任何一種構(gòu)成。
10.一種具有外殼(101，102)的呼吸調(diào)節(jié)器(100)，其包括根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項所述的閥裝置。
全文摘要
一種特別用于潛水者的呼吸調(diào)節(jié)器(100)的閥裝置，包括一個可以與超大氣壓力(P
文檔編號B63C11/22GK1571687SQ02820638
公開日2005年1月26日 申請日期2002年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月18日
發(fā)明者A·凱爾斯特倫 申請人:海神工業(yè)公司