NO763597L - - Google Patents

Description

Blandeventil.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en blandeventil av den i den innledende del av krav 1 angitte type.

Oksygenbindingskurven for blod er en opptegnelse av oksygenkonsentrasjonen for den atmosfære, som blodet utsettes for, som funksjon av de resulterende optiske egenskaper for blodet.

I denne forbindelse minnes det om at blod som er veloksygenert, er rødlig, mens blod som mangler oksygen er blålig.

Oksygenbindingskurvens form er av vesentlig fysiologisk og klinisk betydning, idet denne kurve frembringer informasjon om oksygentransportevnen, samt om blodets sunnhet.

Innen kjent teknikk har det vært alminnelig å utsette

en blodprøve i et kammer for en atmosfære som varieres ved først å fylle prøvekammeret med en første gass, for eksempel nitrogen, hvoretter blodprøven innsettes i kammeret som deretter renses eller utskylles med en andre gass, oksygen. En instrumentering som reagerer på oksygenkonsentrasjonen i kammeret, styrer en skrivers X-akse, mens optiske innretninger som avføler blod-egenskapene, styrer skriverens Y-akse.

Blandeventilen ifølge oppfinnelsen, som særlig, men ikke utelukkende, er beregnet til styring av oksygenkonsentrasjonen i et slikt prøvekammer, kjennetegnes ved det som er an-gitt i den kjennetegnende del av krav 1.

Blandeventilen ifølge oppfinnelsen har således to innløp og to utløp, samt fire passasjer som hver er styrbar for strøm-ningsregulering og som muliggjør strømning av hvert av innløpene til hvert av utløpene.

En første del av ventilen kan gli på en annen ventildel, og de fire passasjer løper henover de glidende flater på en slik måte at et første par passasjer lukker opp mens det annet par lukker, og slik at andelen av den ene av de to gasser som til-føres fra innløpene varierer fra 100% til 0% ved det ene utløp, mens andelen varierer omvendt ved det annet utløp fra 0% til 100%.

Proporsjoneringen eller blandingsforholdet styres av den spesielle form for åpninger på de glidende flater, og involverer en overlagring av en spiss trekantet åpning med en på denne vinkelrett stående trang spalte, hvorved det dannes en sammensatt åpning hvis areal varierer med spaltens overløpende bevegelse langs lengden av den spisse, trekantete åpning.

Ved hjelp av blandeventilen ifølge oppfinnelsen er det således mulig å styre oksygenkonsentrasjonen i et prøvekammer direkte og nøyaktig ad mekanisk vei istedenfor indirekte og ved rensing eller utskylling av kammeret og måling av den resulterende konsentrasjon som ifølge den ovenfor omtalte kjente teknikk. I blandeventilen ifølge oppfinnelsen er de mekaniske styreinnretningers bevegelse dessuten lineært forbundet med den oppnådde oksygenkonsentrasjon slik at det er enkelt å styre en skrivers X-akse i overensstemmelse med denne bevegelse.

Med andre ord tilføres to gasser til en blandeventil ifølge oppfinnelsen, hvilken som nevnt har to utløp, og de to gassers proporsjon eller blandingsforhold ved hver av de to utløp varieres omvendt i overensstemmelse med stillingen til en bevegelig del av blandeventilen. Dersom mottrykket ved de to utløp er like store, og dersom de to gassers tilførsels-trykk er like store, vil proporsjoneringen av de to gasser bli bestemt nøyaktig av ventilens innstilling. I et automatisk styrt system, som krever nærvær av gasser i tidsvariable propor-sjoner, kan en riktig proporsjonering således oppnås ved bruk av en mekanisk ventil uten det i en vanlig proporsjonerende blandeventil anvendte gassanalyseapparat og tilbakekoplings-system.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i det etterfølgende ut fra konkrete utførelsesformer under henvisning til de med-følgende tegninger, hvori:

Fig. 1 viser et utspilt perspektivriss, delvis i snitt,

av en blandeventil ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 viser et diagram som viser hvordan arealet av en sammensatt åpning varierer når en trang, tverrgående spalte løper hen langs lengden av en trekantet eller vinkelformet spalte. Fig. 3 viser et diagram over spissområdet av en trekant-spalte, hvor diagrammet er anvendbart til forklaring av for-skjellen i laminar strømning ved vinkelspissen og turbulent strømning bort fra vinkelspissen. Fig. 4 viser et langsgående snitt gjennom en første ut-førelsesform av ventilen, tatt langs linjen 4-4 i fig. 5.

Fig. 5 viser et tverrsnitt av ventilen langs linjen 5-5

i fig. 4.

Fig. 6 viser et planriss av en basisdel for blandeventilen, sett ovenfra. Fig. 7 viser et tverrsnitt langs linjen 7-7 i fig. 6. Fig. 8 viser et planriss av et berylliumkobberbelegg for blandeventilens basisdel. Fig. 9 viser et langsgående og partielt snitt i større målestokk, som viser strukturer ved en overløpende spalteport. Fig. 10 viser et tverrgående og partielt snitt i større målestokk, som viser strukturer av en avmålingsport. Fig. 11 viser et sideriss, delvis i snitt, av den utfør-elsesform av blandeventilen ifølge oppfinnelsen.

Fig. 12 viser et snitt langs linjen 12-12 i fig. 11.

I fig. 1 har en basisdel 1 et oksygeninnløp 2 som ved hjelp av en oksygenkanal 3 er forbundet med avmålingsporter 4 og 5. Disse to porter er spisse, og deres bredde varierer motsatt slik at spissene har likhet med pilespisser som peker mot hverandre.

Basisdelen 1 har også et nitrogeninnløp 6, som ved hjelp av en nitrogenkanal 7 er forbundet med avmålingsporter 8 og 9. Disse to porter er også spisse med bredder som varierer motsatt, men spissene har i dette tilfelle likhet med pilespisser som peker bort fra.hverandre.

Oversiden av basisdelen 1, som er planbearbeidet, er utstyrt med et berylliumkobberbelegg 10 som er limt på basisdelen 1 ved hjelp av et bindende laminat 11, som for eksempel kan være en silikongummisubstans.

Avmålingsportenes 4, 5, 8 og 9 spesielle form er bestemt av åpninger i berylliumkobberbelgget 10. Et planriss av dette belegg er vist i fig. 8. De aktuelle åpninger 4', 5', 8' og 9' er utformet i berylliumkobberbelegget 10 ved etsing gjennom fotobestandige maskeringer. Det har vist seg å være hensiktsmessig å etse fra begge sider av belegget 10 for å oppnå åpninger med skarpe kanter. Formen på åpningene 4', 5', 8' og 9' bestemmer egenskapene for avmålingsportene 4, 5, 8 og 9, noe som vil fremgå tyceligere av det etterfølgende.

Basisdelen 1 omfatter som vist i fig. 6 og 7 kanalene

3 og 7, som har grener 4", 5", 8" og 9", som løper hen til den av basisdelens 1 overflater som berylliumkobberbelegget 10 er festet til. Hver av grenene 4", 5", 8" og 9" er på den aktuelle overflate omgitt av et spor 12. Et slikt spor 12 muliggjør ved anordning av en strømningsbane i nærheten av en gren en lett-vintere festing av kobberberylliumbelegget 10 på basisdelen 1.

Med avmålingsportene 4, 5, 8 og 9 samvirker det et glide-legeme 14 som vanligvis trykkes nedad av et fjærtrykk mot berylliumkobberbelegget 10, men som i fig. 1 er vist løftet for å vise delene bedre. Undersiden av glidelegemet 14 er utstyrt med et belegg 17 med lav friksjon, såsom polytetrafluoretylen, som er festet til glidelegemet 14 ved hjelp av et lag 16 av silikongummi og et lag 15 av et bindemiddel.

Glidelegemet 14 har et utløp 20 for "blanding A", som gjennom en boring 21 er forbundet med trang, overløpende spalteport 22. Glidelegemet 14 har også et utløp 23 for "blanding B", som gjennom en boring 27 er forbundet med en trang, overløpende spalteport 25. Når glidelegemet 14 senkes nedad, slik at poly-tetraf luoretylen- eller PTFE-belegget 17 bringes i berøring

med berylliumkobberbelegget 10, vil spalteporten 22 bli senket ned til en stilling 22', mens spalteporten 25 blir anbrakt i en stilling 25'. Hver av spalteportene 22 og 25 kan gli i lengderetningen fra den tilnærmete midtstilling ved 22' og 25', og i den retning som er antydet med en dobbelpil merket "glide-bevegelse" i fig. 1, og det totale bevegelsesintervall er til-nærmet lik lengden av spissen på avmålingsportene 5 og 9.

Virkningen av den overløpende spalteport 22, når denne glir langs avmålingsportene 5 og 9, vil fremgå av fig. 2. De felles arealer som avgrenses ved skjæringen mellom avmålingsporten og spalteporten er vist skravert. Når spalteporten 22 befinner seg i stilling A, er skjæringsarealet mellom 5 og A stort, mens skjæringsarealet mellom 9 og A er lite. En stor mengde oksygen strømmer derfor inn i spalteporten 22 gjennom boringen 21 og til utløpet 20 for "blanding A". Samtidig strøm-mer en liten mengde nitrogen inn i spalteporten 22 gjennom boringen 21 og til utløpet 20.

Dersom spalteporten befinner seg i stilling B i fig. 2, mottar utløpet for "blanding A" derimot en blanding som hoved-sakelig er nitrogen med en liten mengde oksygen.

Den overløpende spalteport 25 beveger seg langs sine avmålingsporter 4 og 8 sammenkoplet med bevegelsen av den over-løpende spalteport 22 langs dennesavmålingsporter 5 og 9. Idet portene 4 og 8 peker motsatt i forhold til avmålingsportene 5 respektivt 9, vil andelene i blandingen ved utløpet for "blanding B" imidlertid variere omvendt med bevegelse av glidelegemet 14, mens andelene i blandingen ved utløpet for "blanding A" varierer direkte med bevegelsen av glidelegemet 14.

Når andelene for oksygen og nitrogen ved utløpet for "blanding A" således varierer i rekkefølgene 100% og 0%, 50% og 50%, 0% og 100%, vil andelene ved utløpet for "blanding B" samtidig variere med omvendte andeler, nemlig 0% og 100%, 50% og 50%, 100% og 0%.

For å sikre den ovenfor angitte proporsjonering er det nødvendig å tilføre nitrogenet og oksygenet ved trykk som er konstante og like, samt å tømme eller blåse ut de to utløp til mottakerinnretninger som frembyr konstante og like mottrykk. Utløpet for "blanding A" kan for eksempel være forbundet med et forsøkskammer som tømmes ut til atmosfæren, og i så fall vil utløpet for "blanding B" kunne være forbundet med et liknende attrapkammer som også tømmes til atmosfæren, hvorved det oppnås like mottrykk.

Med konstante og like tilførselstrykk og med konstante

og like mottrykk, samt ved bruk av de spisse eller trekant-formete avmålingsporter, vil proporsjoneringen av oksygen og nitrogen nesten nøyaktig være en lineær funksjon av forskyv-ningen av glidelegemet 14. Den variable og strupende åpning som dannes ved skjæringsområdene mellom avmålingsporten og den overløpende spalteport, virker meget lik en skarpkantet åpning på gasstrømmene. Den skarpe kant kan sees i fig. 9 og 10, som ikke viser noen strømlinjeform. Idet trykkfallet over den strupende åpning er konstant, og idet de skarpe kanter frembringer turbulent strømning, følger det at gjennomstrøm-ningen primært avhenger av den strupende åpnings areal for gasser med lav molekylvekt.

Når den overløpende spalteport beveger seg til akkurat den i fig. 3 viste stilling i forhold til avmålingsporten, vil strupeåpningens sider rykke inn på gasstrømmen. Som følge av dette virker strupeåpningen ikke lenger så meget som en skarpkantet åpning, og gasstrømmen forandrer seg fra en turbulent strøm til en laminær strøm ved det konstante trykkfall. Det følger av dette at det for samme enhetsareal av strupeåpningen vil strømme mer gass gjennom under laminære strøm-ningstilstander, når strupeåpningen er nesten lukket, enn når den er mer åpen og turbulent strømning er fremherskende. Følgelig vil det dersom trykkfallet velges hensiktsmessig, og dersom avmålingsportens sider profileres hensiktsmessig, strømme like mye gass gjennom den avskårne trekant C i fig. 3 under laminære strømningstilstander, som det vil strømme gjennom den komplette trekant C + D dersom strømningen var turbulent.

For å oppnå nøyaktig proporsjonslinearitet for blandingen ved forskyvning av glideren 14, kan avmålingsportenes sider "avblendes". I praksis har det vist seg at rette sider for trekantåpningen med en lett oppnåelig radius med ikke mer enn 0,07 mm ved vinkelspissen gir resultater som i tilstrekkelig grad tilfredsstiller linearitetskravene under biologiske for-søk .

Konstruksjonen av en funksjonerende utførelsesform er vist i fig. 4 og 5, hvori den allerede beskrevne basisdel 1 samt glidelegemet 14 sees. En nedadrettet trykkinnretning som inneholder en konsoll 32 er anbrakt over glideren 14. Konsollen 32 er fastklemt på to førestenger 30 og 31 ved hjelp av et klemstykke 33. Klemstykket 33 og konsollen 32 er forspent mot hverandre for fastklemming av førestengene 30 og 31 ved hjelp av to skruer som sees i fig. 5. Førestengene 30 og 31 er festet til stativet for det utstyr som blandeventilen benyttes sammen med, og førestengene er derfor faste i rommet. Konsollen 32 bærer basisdelen 1 ved hjelp av skruer samt avstandsbøssinger 46 som sees i fig. 5.

Konsollen 3 2 er utstyrt med spor hvori det er anbrakt fjærer 35, og disse fjærer trykker ned på glidelegemet 14 ved hjelp av kuler 34. Glidelegemet 14 blir holdt fast, slik det fremgår av fig. 5, stramt mellom avstandsbøssingene eller av-standskragene 46, og glidelegemet kan derfor ikke vandre i tverretningen. Glidelegemet beveges derimot i lengderetningen ved hjelp av en kule 39 som sitter i en tettsluttende spalte ved den venstre ende av glidelegemet, sett -i fig. 4. Denne kule er festet til en trykk/trekk-stang 40, som er festet til en vogn 36 ved hjelp av en klemskrue 41. Vognen 3 6 løper på føre-stengene 3 0 og 31 ved bruk av lineære og resirkulerende kule-lagre 37, og vognen drives av en ledeskrue 38.

Oksygeninnløpet 2 og nitrogeninnløpet 6 kan forbindes med en kilde for disse gasser ved hjelp av stive rørledninger, idet disse innløp ikke beveger seg sammen med vognen 36. Innløpet 20 for "blanding A" samt innløpet 23 for "blanding B" (fig. 1) beveger seg sammen med vognens 3 6 bevegelse. Disse utløp forbindes derfor méd deres respektive mottakerinnretninger ved hjelp av fleksible rør. I fig. 11 og 12 vises en annen utfør-elsesform av blandeventilen ifølge oppfinnelsen. I denne utfør-elsesform har ventilens basisdel form av en dreibar kjerne 50, mens glidelegemet har form av et hus 51 med en åpning 52 som danner sete for kjernen . En strømningskontroll oppnås ved hjelp av motsatt spisse avmålingsporter 53 og 54, som er anbrakt over hverandre på diametralt motsatte steder på kjernens side, som samvirker med spalteliknende og overløpende porter 55 og 56 som er anbrakt på liknende måte på sideveggen for åpningen 52.

Oksygen tilføres til de to avmålingsporter 53 ved hjelp av en passasje 57, hvor det er anbrakt en aksial del som er forbundet med oksygenkilden, samt to radiale deler som er forbundet med hver sin av avmålingsportene for oksygen. Nitrogen tilføres på liknende måte til de to avmålingsporter 54 ved hjelp av en passasje 58, hvori det er anordnet en aksial del som er forbundet med nitrogenkilden, samt to radiale deler som er forbundet med hver sin av avmålingsportene for nitrogen. Passasjer 59 og 60 i huset 51 forbinder de overløpende porter med et utløp for "blanding A", respektivt et utløp for "blanding

B".

Kjernen 50 blir holdt fast i damptett berøring med huset 51 ved hjelp av en konvensjonell pakning 61 og en pakningsmutter 62 som kan være festet til en bøssing som er utstyrt med gjenger og som er anordnet på huset. En pakning 63 og en pakningsmutter 67 kan være anordnet ved husets motstående ende for å fullsten-diggjøre forseglingen. For å lette uttakning av kjernen 50 fra åpningen 52 kan kjernen ha kjeglestumpform, og åpningen kan være utformet komplementært til dette. En ikke vist dreiningsstopper av konvensjonell utforming er fortrinnsvis anordnet for å be-grense dreiningen av kjernen 50 til mindre enn 180°.

For å lette dreining av kjernen 50 i forhold til huset 51 er kjernen fortrinnsvis utstyrt med en skaftdel 65 hvorpå det er festet en knapp 66 ved hjelp av en settskrue 67 eller ved hjelp av et annet passende festemiddel. Når huset 51 er festet i stilling, for eksempel ved montering på en stasjonær plattform eller en annen ikke vist bæreinnretning, vil dreining av knappen 66 bringe kjernen 50 til å dreie seg, og de to par av avmålingsporter blir satt i forbindelse med hver sin av de overløpende porter. Idet det areal av den oksygenavmålende port 53, som åpnes til den overløpende port 59, avtar progressivt ved en dreining av kjernen 50 i urviserretningen (sett ovenfra) mens arealet av den nitrogenavmålende port 54 øker progressivt, vil en dreining av knappen 66 i urviserretningen bevirke : en minsk-ning av oksygenandelen og en økning av nitrogenandelen ved "blanding A"-utløpet. Et liknende arrangement for det annet par av avmålingsporter resulterer i en økende oksygenandel og en avtagende nitrogenandel ved "blanding B"-utløpet.

Det må bemerkes at funksjonen for den i fig. 11 og 12 viste blandeventil er den samme som for den i fig. 1-10 viste ventil, samt at liknende prinsipper er involvert med hensyn til dimensjonering av avmålingsportene med henblikk på linearitet i blandingsandelene med forskyvning av kjernen. Dessuten vil det være mulig å innbefatte en foring på overflaten av kjernen 50 og/eller på veggen i åpningen 52, for eksempel i form av en tynn plate av berylliumkobber eller en tynn plate av polytetrafluoretylen sammen med et lag av et passende elastomert bindende materiale.

Selv om konkrete utførelsesformer er beskrevet ovenfor

må det forstås at oppfinnelsen omfatter nærliggende varianter.

For eksempel kan de to innløp byttes om med de to utløp uten å forandre hovedfunksjonen, idet ventilen er fullstendig reversibel og vil funksjonere like godt som en proporsjonerende ventil, enten kanalene i glidelegemet 14 eller kanalene i basisdelen 1 anvendes som innløp for de to gasser som skal blandes.

Det er heller ikke nødvendig at avmålingsportene er anordnet som vist stort sett rektangulært. En annen anbringelse, såsom 1en enkelt rekke, kan benyttes ved å utstyre hver av de fire avmålingsporter med en individuell overløpende spalteport og ved å anordne et passende kanalarrangement.

Dessuten kan blandeventilen, selv om den er blitt beskrevet i forbindelse med blanding av oksygen og nitrogen, selvfølgelig anvendes med andre gasser, såsom oksygen og helium (f.eks. ved dypvannsdykking), og ventilen kan også anvendes med fluider.

Når det anvendes gasser med høy molekylvekt, såsom karbondioksyd, vil ventilens kalibrering og proporsjonering imidlertid forandre seg, og dette vil skje i enda høyere grad dersom to væsker blandes. Under disse omstendigheter kan ventilen selvfølgelig omkalibreres, slik at blandingsforholdet som en funksjon av gliderforskyvningen, som ikke lenger er lineær, vil være kjent.

Claims (12)

1. Blandeventil til blanding av to fluider i et vilkårlig ønsket forhold i overensstemmelse med bevegelse av en del av ventilen, karakterisert ved

et første og et andre organ som hvert har en samvirkende flate som danner anlegg mot den annen flate, anordninger til bevegelse av det første og det andre organ i forhold til hverandre gjennom et begrenset betjenings-intervall og med flatene som danner anlegg mot hverandre glidende på hverandre i fluidumtett berøring, en første, en andre, en tredje og en fjerde avmålingsport i den glatte overflate av det første organ, hvor hver av disse avmålingsporter har spiss form og løper i lengderetningen og hvor avmålingsportene langs en funksjonsstrekning har en bredde som målt i en retning på tvers av lengderetningen varierer jevn langs denne lengderetning, idet variasjonsmåten for den første og den tredje avmålingsport er lik, mens variasjonsmåten for den andre og den fjerde port er motsatt variasjonsmåten for den første og den tredje port, overløpende portinnretninger i det andre organ, innrettet til å samvirke med hver av avmålingsportene og omfattende flere trange spalter som løper på tvers av lengderetningen og som er anbrakt slik at hver av avmålingsportene samtidig eller side-lø pende overløpes langs portens funksjonsstrekning av den med porten samvirkende spalte, når det første og det andre organ beveger seg relativt og rettlinjet i forhold til hverandre gjennom det begrensete intervall, og hvor hver av de første, andre, .tredje og fjerde avmålingsporter samt dennes samvirkende trange spalte avgrenser en første, en andre, en tredje og en fjerde variabel strupeventil, hvor den hydrauliske motstand for hver av disse varierer jevnt ved relativ bevegelse av det første og det andre organ gjennom det begrensete intervall, idet den hydrauliske motstand for den første og den tredje variable strupeventil varierer på en måte, mens motstanden for den andre og den fjerde variable strupeventil varierer på den motsatte måte under den relative bevegelse.

2. Blandeventil i samsvar med krav 1, karakterisert ved kanalinnretninger til forbindelse av et første innløp med den første og den fjerde variable strupeventil, kanalinnretninger til forbindelse av et andre innløp med den andre og den tredje variable strupeventil, kanalinnretninger til forbindelse av et første utløp med den første og den andre strupeventil, kanalinnretninger til forbindelse av et andre utløp med den tredje og den fjerde strupeventil, hvor hver strupeventil er forbundet med både et innløp og et utløp, slik at to fluider som tilføres til hvert sitt av det første og det andre innløp blandes variabelt i overensstemmelse med den relative og rettlinjete bevegelse av det første organ og det andre organ, og hvilke to fluider avgis til det første utløp i en blanding som varierer direkte propor-sjonalt med nevnte bevegelse, mens fluidene avgis til det andre utløp i en blanding som varierer omvendt i forhold til nevnte bevegelse.

3. Blandeventil i samsvar med krav 2, karakterisert ved at det ene av nevnte første og andre organ er belagt på sin glatte overflate med et tynt lag av berylliumkobber.

4. Blandeventil i samsvar med krav 3, karakterisert ved at et lag av elastomert materiale binder berylliumkobberlaget til den glatte flate.

5. Blandeventil i samsvar med krav 2, karakterisert ved at det ene av organene er belagt på sin glatte overflate med et lag av polytetrafluoretylen.

6. Blandeventil i samsvar med krav 5, karakterisert ved at et lag av elastomert materiale binder polytetrafluoretylenlaget til den glatte flate.

7. Blandeventil i samsvar med krav 2, karakterisert ved at det ene av organene er belagt på sin glatte flate med et lag av berylliumkobber, mens det andre organ er belagt på sin glatte flate med et glidelag av poly-tetraf luoretylen .

8. Blandeventil i samsvar med krav 2, karakterisert ved at anordninger til forsyning av hvert av det første og det andre innløp med en individuell fluidumkilde ved samme trykk, samt anordninger til forbindelse av hvert av det første og det andre utløp med individuelle mottakerinnretninger med samme mottrykk.

9. Blandeventil i samsvar med krav 8, karakterisert ved at hvert av fluidene er en gass.

10. Blandeventil i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det andre organ omfatter et hus som avgrenser en utsparing, hvor de overløpende porter er anordnet i utsparingens sidevegg og hvor det første organ omfatter en kjerne innsatt dreibart i utsparingen damptett i forhold til huset, samt at avmålingsportene er anordnet i kjernens sidevegg på en slik måte at avmålingsportene kommuniserer med de over-løpende porter i en varierende grad når kjernen dreies i forhold til huset.

11. Blandeventil i samsvar med krav 10, karakterisert ved at de overløpende porter er anordnet stort sett parallelt med kjernens akse, og at avmålingsportene er anordnet i plan som stort sett står vinkelrett på kjernens akse.

12. Blandeventil i samsvar med krav 11, karakterisert ved at kjernen og utsparingen er stort sett kjeglestumpformet.