| 【発明の名称】 |
弁装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】ゲラン スコーク
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| 【要約】 |
【課題】弁装置の摩粍や閉鎖手段の付着の発生のような場合にも弁の開閉を正確に検出して正しい信号を出力する弁装置を提供する。
【解決手段】入口開口２、出口開口３及び流体チャンネル６を有する閉鎖手段４からなる弁１に於いて、弁の開放状態の流体チャンネル６に対向する上流側及び下流側位置に光源１３を有する光ファイバ１４及び光検出器１６を有する光ファイバ１５をそれぞれ配設する。弁の開閉状態をこの光源１３、光ファイバ１４、光検出器１６及び光ファイバ１５から構成される検出器で検出して、表示ユニット１０へ信号を出力する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 可変の開口（２，２８）を有する弁装置であって、前記開口を流体が流過するようになっており、前記開口（２，２８）のサイズを変化させるために調整可能な閉鎖手段（４，２５）と、開口サイズに応じて出力信号を生ぜしめるように適応させられたセンサユニット（９，２９，４６）とが設けられている形式のものにおいて、前記センサユニット（９，２９，４６）が、開口（２，２８）を通過させられた光を検出し、光の検出に応じて出力信号を生ぜしめるように適応させられていることを特徴とする、弁装置。
【請求項２】 前記センサユニットが、検出器（１６，２０，３２ａ〜ｎ，３３，４１）と相補的な放射源（１３，１４，３１，４２）とから成っており、前記検出器と放射源とが、開口（２，２８）の両側において一方を流体流れの上流に、他方を下流に位置決め可能である、請求項１記載の装置。
【請求項３】 検出器（３２ａ〜ｎ，３３，４１）が、開口サイズを決定するためにセンサユニット（２９，４６）内で使用可能な入射放射のレベルに比例した出力を提供するように適応させられており、センサユニットの出力信号が、少なくとも決定されたサイズを示す成分である、請求項２記載の装置。
【請求項４】 センサユニット（２９）によって決定された開口サイズを表す入力を受け取り、該入力から開口（２８）を通る流体の流れ値を計算し、計算された流れ値を表す信号を出力するために、開口（２８）の上流及び下流における圧力を測定するように適応させられた手段（３０）がさらに設けられている、請求項３記載の装置。
【請求項５】 前記検出器が、開口（２８）の関連する領域を通過させられた光に応じた別々の出力をそれぞれ提供するように間隔を置いて配置された複数のエレメント（３２ａ〜ｎ）から成っている、請求項２から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】 検出器（３２ａ〜ｎ）による検出から周囲放射を排除するために配置された光を通さないハウジング（３９，４０）から成る、周囲の光の効果を抑制するための手段がさらに設けられている、請求項２から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】 検出器（４１）が、光を通さないハウジング（４０）内において開口（２８）の下流に位置しており、光を通さないハウジング（４０）に、検出器（４１）によって検出するためにハウジング（４０）内の平均的な光の強さを提供するために入射光を多様に反射させるために配置された反射させる内面（４５）が設けられている、請求項６記載の装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、弁装置、特に弁の動作が自動的に監視されることができる弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】弁の操作、すなわち開閉の自動的な監視は、安全性が極めて重要な又は正確な制御条件において弁が使用される場合に特に役立つ。このような条件は、例えば、正確な用量の麻酔剤が患者へ供給されることを保証するために弁の動作が正確に制御されなければならない、患者人工呼吸システムに存在する。
【０００３】患者人工呼吸において使用可能な１つの弁装置は、米国特許第５２６５５９４号明細書（オルソンその他）に記載されており、流体が流過する可変の開口を有している。弾性的なダイヤフラム閉鎖手段も設けられており、このダイヤフラム閉鎖手段は、協働する弁ステムの動作に応答して開口のサイズを変化させるように調整可能である。前記弁ステムの一部は、可動なソレノイド鉄心を形成している。また、センサユニットが設けられており、このセンサユニットは、ソレノイド及び弁ステムを含む電気回路の電気的な特性を監視することによって開口サイズを検出する。このように、ソレノイド内の弁ステムの位置が決定され、これにより、開口の開きの程度が示されてよい。開口サイズ又は開口サイズの変化を示す信号がセンサユニットから出力され、この信号は、ソレノイドに供給される電流を制御するために使用される。
【０００４】防火スプリンクラシステムにおいて使用可能な別の弁装置が、米国特許第５５８４３１９号明細書（チョリン）に記載されており、光センサユニットを有しており、この光センサユニットから、弁が開放しているかどうかを示す信号が出力されてよい。センサユニットからの光は、弁ステムが開口を妨げなくなり弁を開放させるように移動させられた場合にのみ弁ステムから反射されて光検出器によって検出されるように配置されている。
【０００５】両弁装置は、弁ステムの位置を監視することによって働く。弁ステムの位置を監視することにより、閉鎖エレメントの位置ひいては開口のサイズが推測されてよい。ある環境においては、例えば弁装置が摩耗する場合には、弁ステムは、弁開口のサイズのあらゆる変化が生じる前に移動し、誤った信号をセンサユニットから出力させるおそれがある。さらに、閉鎖手段の付着もまた、弁ステムにおいて行われる測定が、センサユニットから出力される誤った信号をもたらすことを再び意味する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来の装置に関連した問題のうちの少なくとも１つを軽減することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するために、請求項１に記載されかつその特徴を有する弁装置が提供される。
【０００８】
【発明の効果】周囲の光であるか又は専用光源からの光であってよい、弁の開口を通過する光を検出することによって、弁の開閉が直接に監視されてよい。次いで、検出された光は、開口の実際のサイズ又は単に弁が開放しているか閉鎖しているかどうかを示す、センサユニットからの出力信号を提供するために使用される。
【０００９】センサユニットが、検出器と相補放射源とから成っており、検出器と放射源とが開口の両側において一方を流体流れの上流に他方に下流に位置決め可能であると有利である。これにより、弁装置は周囲の光がなくても使用されることができる。
【００１０】検出器が、入射放射のレベルに比例した出力を提供するように適応させられており、この出力自体は、流体の流れのために開放した開口のサイズを計算する場合に使用されてよいので有利である。
【００１１】センサユニットは、開口サイズの変化率を監視するためにも適応させられており、このことは、例えば弁の開放における望ましくない振動の存在を決定するために使用されてよい。
【００１２】検出器は、複数の出力を提供するように構成されていてよく、この場合、それぞれの出力が、開口の関連する領域を通過した光を示すようになっている。複数の出力は、開口の関連した領域の動作を監視するために使用されると有利であり、例えばサイズのより正確な計算を提供するか又は開口の不均一な開きを明らかにする。
【００１３】本発明による装置の有利な実施例は、所望の流れを得るために流体の流量の自動的な制御を提供する。このことは、センサユニットが開口の実際のサイズを示す信号を出力するように配置し、また、センサユニットから出力される信号を受け取り、測定された圧力差と入力開口サイズとから流れ弁を決定するために開口の上流と下流との圧力差を測定するように適応された手段から成る制御装置を提供することによって達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１には、開口２を有する弁１の一部が示されており、前記開口２を通って流体が導管３に流れ接続されている。液密なハウジング５から成る閉鎖手段４が、開口２と液密に接続されて設けられており、前記閉鎖手段を流体チャネル６が貫通している。閉鎖手段４は、流体チャネル６が、開口２を通る流体の流れ方向に対してほぼ垂直であるような閉鎖位置と、チャネル６が流れ方向に対してほぼ平行であり、ひいては流体が流過する開口２のサイズを変化させるような開放位置との間で開口２内で回転可能であるように取り付けられている。閉鎖手段４には突起７が設けられており、この突起７は、閉鎖手段４が回転するときに、弁１の壁部内に設けられた溝８内を走行する。突起７と溝８とは、完全に開放した位置及び完全に閉鎖した位置において閉鎖手段４の回転を停止させるように協働するように配置されている。
【００１５】完全に開放した弁１及び完全に閉鎖した弁に対応する開口２のサイズの変化を検出しかつ弁の動作状態（開放又は閉鎖）を表示する表示ユニット１０へ信号を出力するためにセンサユニット９が提供及び形成されている。表示ユニット１０は、単純に２つの視覚的なインジケータ１１，１２から成っており、これらのインジケータは、弁１がそれぞれ開放又は閉鎖されているときに相互排他形式で作動させられる。
【００１６】センサユニット９は、公知の周波数のパルス出力を提供するように操作される発光ダイオード（ＬＥＤ）の光源１３を有している。光をＬＥＤ１３から弁１内へ導くために第１の光ファイバ１４が配置されており、これにより、ＬＥＤ１３からの光が、完全に開放した又は完全に閉鎖した位置を占めている場合に閉鎖手段４のチャネル６を通過してよい。閉鎖手段４が回転させられて弁１を開放させた場合に、流体流れ方向に沿って第１の光ファイバから導管６を通過してくる光を捕捉するために、導管３内には第２の光ファイバ１５が配置されている。第２の光ファイバ１５は、捕捉した光を関連する光検出器１６へ搬送し、この光検出器において光の強さに比例した電気信号が発生させられる。光検出器１６からの電気信号は、ＬＥＤ１３のパルス周波数において操作される位相判別検出器及び増幅器ユニット１７へ送られる。次いで、正しい周波数及び位相の増幅された電気信号は、コンパレータ１８へ送られ、このコンパレータ１８において振幅が基準振幅と比較され、ユニット１７からの信号の振幅が基準振幅と一致するか超過した場合にのみ視覚的なインジケータ１１，１２のいずれか一方を作動させるように、コンパレータ１８から信号が出力される。このように、例えば弁１が部分的に開放しただけで生ぜしめられる誤信号に関する問題が低減される。
【００１７】また、閉鎖手段４が回転させられて弁１を閉鎖させた場合に、流体流れ方向に対して垂直に第１の光ファイバから導管６を通過してくる光を捕捉するために、第３の光ファイバ１９がセンサユニット９内に設けられており、この第３の光ファイバ１９は、弁１の壁部内に配置されている。第３の光ファイバ１９は、捕捉された光を関連する光検出器２０へ送り、この光検出器２０において光は光の強さに比例した電気信号を発生させる。光検出器２０からの電気信号は、ユニット１７へ、さらにコンパレータ１８へ送られ、弁１が開放している場合について上に説明したのと同様の形式で処理される。
【００１８】今度は、図２のソレノイドタイプの弁装置を説明する。弁装置の概略的な動作原理は、当該技術分野においてよく知られているので、実施例の新規の側面の理解を容易にするためにのみ十分に詳細に提供する。
【００１９】弁２１には開放端部２２が設けられており、開放端部の開放縁部を取り囲むように弾性的なシール部材２３が設けられており、このシール部材２３に対して閉鎖部材２５のシールヘッド２４が押し付けられて弁２１を閉鎖する。閉鎖部材２５の弁ステム２６は、シールヘッド２４に作用的に結合されており、ソレノイド２７の可動鉄心を形成している。したがって、ソレノイド２７を流れる電流を変化させることによって、弁ステム２６は移動させられ、これにより、シール部材２３に対するシールヘッド２４の相対的な位置を変化させる。したがって、この移動は、流体が流過するための開口２８のサイズの結果的な変化を生ぜしめる。
【００２０】弁装置はセンサユニット２９も有しており、このセンサユニット２９は、開口２８を通過する光を検出するように適用されており、これにより、光から開口２８の領域Ａａｐを計算し、計算された領域を流れ制御ユニット３０へ出力する。
【００２１】センサユニット２９は、光源３１と、検出手段３２ａ〜ｎ，３３と、マイクロプロセッサ３４とから成っている。光源３１は、弁２１の開放端部２２内に配置されており、開口２８全体に亘って均一な照明を提供するように配置されている。光源３１からの光が開口２８を通過した後にこの光を集めるために、複数の光ファイバ３２ａ〜ｎが設けられている。光ファイバ３２ａ〜ｎは、開口２８の異なる関連した領域を通過する光をそれぞれ集め、集められた光を検出ユニット３３（例えば単一の光検出器）へ送るために配置されている。検出ユニット３３は、全ての光ファイバ３２ａ〜ｎからの光の積分強度に比例した電気信号を提供する。検出ユニット３３は、（例えば単一の検出器を各光ファイバ３２ａ〜ｎのための検出器と交換することによって）それそれの光ファイバ３２ａ〜ｎからの光を区別するように適応させられてよく、これにより、各光ファイバ３２ａ〜ｎによって集められた光の強さの変化は、弁が正しく開放しているかどうか、例えば、シールヘッド２４のあらゆる部分が弾性的なシール部材２３に付着しているかどうかを決定するために使用されてよい。
【００２２】積分光強度を表す検出ユニット３３からの出力は、マイクロプロセッサ３４へ提供される。マイクロプロセッサ３４は、この出力を、開口２８の領域の計算において、光源３１からの光出力の強さの値と共に使用するように構成されている（この値は、光源３１の動作特性と光源に供給される電力との情報からマイクロプロセッサ３４内で予め決定されて、計算されてよいか、又は別の検出ユニットを使用して直接に測定されてよい）。
【００２３】流れ制御ユニット３０は、開口２８の両側における、流体の流れの上流の圧力Ｐｕｐ及び下流の圧力Ｐｄｏｗｎを個々に測定するために配置された圧力センサ３５，３６を有している。マイクロプロセッサ３７は、センサ３５，３６によって測定された２つの圧力の間の比、Ｐｒ＝Ｐｕｐ／Ｐｄｏｗｎを決定するように構成されている。明らかに、センサユニット２９と制御ユニット３０との個々のマイクロプロセッサ３４，３７の代わりに単一のマイクロプロセッサが使用されてよい。開口２８の計算されたサイズを表すセンサユニット２９からの出力は、制御ユニット３０のマイクロプロセッサ３７への入力でもあり、マイクロプロセッサ３７は、公知の関係を用いて流量Ｑｖｏｌを計算するようにプログラムされている。
【００２４】
Ｑｖｏｌ＝Ｋ．Ｐｒ．Ａａｐ （１）
この場合、Ｋは、使用されるガスと温度とに依存した定数である。
【００２５】マイクロプロセッサ３７は、計算された流れ値を所望の流れ値と比較し、制御信号をソレノイド電力源３８へ出力するようにもプログラムされている。これにより、ソレノイドを流れる電流を変化させ、開口２８の領域を変化させ、計算された流れ値を所望の流れ値と一致させる。弁装置の全体は、不要な周囲の光を排除するために、光を通さないハウジング３９内に収容されていてよい。
【００２６】ある状況においては、特に弁２１の内側の流体と外側の流体との間に小さな圧力差しか存在しない場合には、閉鎖部材の位置において振動が生じるおそれがあり、この振動は、弁２１からの流体の流れに望ましくない振動をもたらすおそれがある。例えば、ソレノイド電力源３８は、弁２１の内側の特定の圧力における流体が閉鎖部材２５を開放させ、これにより、所定サイズの開口ひいては所定の流れを生ぜしめるように働かされてよい。しかしながら、閉鎖部材２５が開放するように移動すると、弁２１内の流体圧力は低下する。このことは、閉鎖部材２５を、開口２８を閉鎖するように移動させ、これにより、弁２１内の流体の圧力を増大させる。次いで、増大した圧力は、再び開放するように閉鎖部材２５を移動させ、これにより、閉鎖部材２５における振動運動が生ぜしめられる。
【００２７】したがって、有利には、センサユニット２９は、例えば、マイクロプロセッサ３４が開口２８の領域の変化率を決定するように配置することによって、閉鎖部材２５の移動における振動を検出するように付加的に又は択一的に適応させられてよい。振動運動の検出に基づき、流れ制御ユニット３０が、ソレノイド電力源３８を制御して振動を排除するように働かされてよい。
【００２８】図３には、弁装置の一部が示されており、前に説明した装置に共通の特徴には、同一の参照符号が付与されている。図２のハウジング３９と同様の、光を通さないハウジング４０が、検出器４１から周囲の光を排除するために設けられている。この検出器４１は、弁４４の開放端部４３内に配置された光源４２から送られてくる光を集めるためにハウジング４０内に配置されている。（光の経路を示す破線によって図３（ｂ）に示したように）光源４２から、シール部材２３と閉鎖エレメント２５との間に形成された開口２８を通過する光が、多様な反射を行うように、ハウジング４０の内面には反射コーティング４５が提供されている。このように、検出器４１は、開口２８を通過する全ての光の積分強度又は平均の光の強さを検出する。したがって、検出される光の強さは、ハウジング４０内の検出器４１の配置にはほとんど依存せず、積分強度のの測定が、図２の装置において示したような多数の検出器光ファイバエレメント３２ａ〜ｎを必要とすることなく提供される。ハウジング４０内に位置した弁４４の外壁にも、多様な反射ひいては光強度の平均化効果を高めるために反射コーティング４５が設けられていてよい。検出器４１は、マイクロプロセッサ３４へ送られる、検出された光強さに比例した出力を提供する。このマイクロプロセッサ３４は、検出器４１及び光源４２と相俟ってセンサユニット４６を形成しており、このセンサユニット４６は、開口２８の領域を決定するために、ほぼ図２に関連して前に説明されたように働く。
【００２９】請求されたような本発明の範囲内で、上に記載された実施例に変更が行われてよいことは当業者によって認められるであろう。例えば、以下のことに制限されないが、センサユニット９が弁１の開放位置又は閉鎖した位置のどちらかのみを活発に検出するように検出器１６，２０と個々の光ファイバ１５，１９とが１つずつ省略されてよい。連続的な出力光源が、センサユニット９の検出回路に行われなければならない結果的な変化を備えて、パルス光源１３の代わりに用いられてよい。検出器１６，２０及び／又は光源１３は、光ファイバ１４及び／又は１５，１９を必要とせずに光を収集及び／又は搬送するように配置されてよい。光ファイバ３２〜ｎの代わりに適切に位置決めされた複数の光検出器が用いられてよい。弁装置は、弁１，２１から出る光の代わりに弁１，２１に進入する光が検出されるように構成されてよい。周囲の光は、専用光源１３，３１からの光の代わりに用いられてよい。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９３０５１２７２
【氏名又は名称】シーメンス−エレマ アクチボラゲット
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| 【出願日】 |
平成１１年６月１日（１９９９．６．１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６１８１５
【弁理士】
【氏名又は名称】矢野 敏雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１２０９１８（Ｐ２０００−１２０９１８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年４月２８日（２０００．４．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１５３８８５ |
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