Клапанная система

Изобретение направлено на получение клапана, который имеет закрывающий отверстие элемент,расположенный рядом с отверстием, через которое может проходить текучая среда, смещающий элемент, имеющий первую часть и вторую часть, причем первая часть расположена рядом с закрывающим отверстие элементом, когда клапан находится в открытом положении, первый магнит и второй магнит, при этом первый и второй магниты расположены достаточно близко к смещающему элементу для приложения силы магнитного поля к смещающему элементу, и привод для генерирования магнитного поля для перемещения смещающего элемента к первому магниту,вызывающего нажим первой части на закрывающий отверстие элемент и вызывающего закрывание отверстия закрывающим отверстие элементом.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ФРЕЗЕНИУС МЕДИКАЛ КЕА ХОЛДИНГС, ИНК. (US) Область техники Настоящее изобретение в целом относится к области клапанов и, более определенно, к магнитному клапану с электрическим приводом для использования в системах почечного диализа, где низкое потребление энергии, низкое генерирование тепла, высокая надежность и малые размеры и вес являются функциональными требованиями. Предпосылки создания изобретения Клапаны широко используются для регулирования потока текучей среды через системы. Требования к клапанам сильно изменяются в зависимости от природы и области применения. В системе почечного диализа, в частности в портативных системах почечного диализа, функциональные требования для клапана содержат низкое потребление энергии, низкое генерирование тепла, высокую надежность и малые размеры и вес. Как правило, автоматизированные клапаны в системах почечного диализа требуют подачи энергии для сохранения по меньшей мере одного состояния, а именно открытого состояния или закрытого состояния. Однако текущая потребность в подаче энергии для сохранения состояния имеет существенные недостатки. Во-первых, система требует большего количества энергии, таким образом уменьшая портативность системы. Во-вторых, отказ системы может вызвать прерывание электропитания, таким образом неблагоприятно воздействуя на состояние клапана и вызывая существенный вторичный отказ системы,который может причинить боль пациенту при почечном диализе. Известны клапаны, которые работают между двумя состояниями (открытым и закрытым), когда требуется подача энергии для изменения состояния, но не для сохранения состояния. Например, патенты США 6836201, 5322258, 6517045 и 7314208, которые включены сюда в качестве ссылочного материала, описывают клапаны, в которых требуется подача энергии для изменения состояния, но не сохранения состояния. Однако эти клапанные системы не применялись или не были предложены для применения в области почечного диализа. Кроме того, в типичном случае они непригодны для надежного сохранения закрытого состояния клапана при уровнях размеров, надежности и сил, требуемых для систем почечного диализа. В целом клапаны, описанные в области медицины и, более определенно, в области почечного диализа, непригодны для эффективного соответствия вышеупомянутым функциональным потребностям. Соответственно в данной области существует потребность в улучшенном клапане с указанными выше признаками. Сущность изобретения В одном варианте его осуществления настоящее изобретение направлено на получение клапана,имеющего открытое положение и закрытое положение и содержащего закрывающий отверстие элемент,смежный с отверстием, через которое может проходить текучая среда, смещающий элемент, имеющий первую часть и вторую часть, причем указанная первая часть примыкает к закрывающему отверстие элементу, когда клапан находится в указанном открытом положении, первый магнит и второй магнит,причем указанные первый и второй магниты расположены достаточно близко к указанному смещающему элементу для варианта применения силы магнитного поля к указанному смещающему элементу, и привод для генерирования магнитного поля для перемещения указанного смещающего элемента к указанному первому магниту, вызывая нажим указанной первой частью на закрывающий отверстие элемент и вызывая закрывание указанного отверстия закрывающим отверстие элементом. Первая часть может содержать корпус, податливый материал, такой как пружина, шток и промежуток между податливым материалом и штоком. Клапан также содержит оптический датчик, приспособленный для определения того, существует ли промежуток в указанном клапане или отсутствует. Первая часть содержит шток, и вторая часть смещающего элемента также содержит металлический элемент с диаметром, который больше диаметра указанного штока. Шток связан с указанным цилиндром. Первый магнит больше указанного второго магнита. Закрывающий отверстие элемент содержит по меньшей мере одно из диафрагмы, упругого материала, податливого материала и сжимаемого материала. Отверстие представляет собой часть коллектора для системы почечного диализа. Закрывающий отверстие элемент прижимается к седлу клапана для закрывания указанного отверстия. Седло клапана представляет собой часть коллектора для системы почечного диализа. Закрывающий отверстие элемент является частью коллектора для системы почечного диализа. В другом варианте осуществления изобретения клапан содержит а) закрывающий отверстие элемент, смежный с отверстием, через которое может проходить текучая среда, причем указанный закрывающий отверстие элемент прижимается к седлу клапана, когда клапан находится в закрытом положении, b) подвижный элемент, который физически подвижен относительно указанного закрывающего отверстие элемента, причем указанный подвижный элемент движется из первого положения, когда указанный клапан находится в открытом положении, во второе положение, когда указанный клапан находится в указанном закрытом положении, причем в указанном втором положении подвижный элемент прижимается к закрывающему отверстие элементу, вызывая примыкание указанного закрывающего отверстие элемента к седлу клапана, с) первый магнит и второй магнит, имеющие промежуток, причем указанные первый магнит и второй магнит генерируют магнитное поле в промежутке, при этом указанное магнит-1 023681 ное поле имеет направление; и d) привод, способный генерировать электромагнитную силу, причем указанная электромагнитная сила реверсирует направление указанного магнитного поля. Клапан также может содержать оптический датчик, приспособленный для определения, существует ли промежуток или отсутствует. Подвижный элемент содержит шток и цилиндр с диаметром, который больше диаметра штока, наряду с податливым материалом, таким как пружина. Первый магнит больше,чем второй магнит. Закрывающий отверстие элемент и седло клапана являются частью коллектора одноразового использования для системы почечного диализа. В другом варианте осуществления изобретения клапан содержит а) диафрагму, b) седло клапана,расположенное рядом с диафрагмой, причем, когда клапан находится в закрытом состоянии, указанная диафрагма прижимается к седлу клапана и вызывает закупоривание отверстия, через которое может проходить текучая среда, при этом, когда клапан находится в открытом состоянии, диафрагма не прижимается к седлу клапана, с) смещающий элемент, содержащий шток, связанный с цилиндром, причем указанный смещающий элемент подвижен относительно диафрагмы, причем шток не нажимает на диафрагму, когда клапан находится в открытом положении, и шток нажимает на диафрагму, когда клапан находится в закрытом положении, d) первый магнит и второй магнит, причем первый магнит больше, чем второй магнит, при этом первый магнит прилагает большую силу магнитного поля к цилиндру, чем второй магнит, когда клапан находится в закрытом положении, при этом второй магнит прилагает большую силу магнитного поля к цилиндру, чем первый магнит, когда клапан находится в открытом положении, и е) привод для генерирования силы магнитного поля, прилагаемой указанным первым магнитом к указанному цилиндру. Краткое описание чертежей Эти и другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут оценены и будут более понятны при ознакомлении с нижеследующим подробным описанием в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых: фиг. 1 - вариант выполнения клапана, соответствующего настоящему изобретению, когда клапан находится в открытом состоянии; фиг. 2 - вариант выполнения клапана, соответствующего настоящему изобретению, когда клапан находится в закрытом состоянии; фиг. 3 - вид одного варианта выполнения привода; фиг. 4 - схематический вид другого варианта выполнения смещающего элемента и механизма, соответствующего настоящему изобретению; фиг. 5 - схематический вид одного варианта выполнения системы смещения, соответствующей настоящему изобретению, когда клапан находится в открытом состоянии; фиг. 6 - график, показывающий типичную зависимость между силой, воздействующей на один вариант выполнения закрывающего отверстие элемента, и его смещением; фиг. 7 - схематический вид одного варианта выполнения системы смещения, соответствующей настоящему изобретению, когда клапан находится в закрытом состоянии; фиг. 8 - блок-схема, описывающая этапы открывания и закрывания клапана. Подробное описание изобретения Хотя настоящее изобретение может быть осуществлено во многих различных формах, для содействия пониманию принципов изобретения теперь будут сделаны ссылки на варианты осуществления изобретения, показанные на чертежах, и для их описания будет использоваться специфический язык. Тем не менее, следует понимать, что таким образом не предусматривается какое-либо ограничение объема изобретения. Любые альтернативные варианты и дальнейшие модификации описанных вариантов осуществления изобретения и другие варианты применения описанных здесь принципов изобретения рассматриваются как нормально представляемые специалистом в данной области техники, к которой относится изобретение. Настоящее изобретение содержит систему, которая действует как гидравлический клапан в системе почечного диализа, такой как портативная система почечного диализа. Система содержит систему магнитного смещения, которая легка и потребляет минимальную мощность, что делает ее идеальный, даже когда в портативной системе почечного диализа используется коллектор одноразового использования для контуров текучей среды. Система может использоваться в связи с отверстием в любой конструкции. В частности, отверстие представляет собой любое отверстие, проход, полость или перегородку в материале любого типа. Оно включает проходы в системе трубок, коллекторах, коллекторах одноразового использования, каналах и другие проходы. Патенты США 12/324924, 12/237914 и 12/245397, совместно принадлежащие настоящему заявителю, описывают типичные коллекторы, с которыми может быть осуществлено настоящее изобретение, и включены сюда в качестве ссылочного материала. Специалисту в данной области техники будет понятно, что описанная здесь клапанная система может быть осуществлена с коллектором одноразового использования благодаря расположению смещающего элемента и магнитов, как дополнительно описано ниже, снаружи от коллектора в желательном местоположении клапана. Привод также является отдельным и независимым от коллектора одноразового использования и в целом является частью части многоразового использования системы почечного диализа. Функционально клапан, соответствующий настоящему изобретению, имеет два устойчивых состояния: открытое и закрытое. Он работает с использованием сил магнитного поля для перемещения смещающего элемента к диафрагме и, таким образом, создания достаточной силы для прижимания диафрагмы к седлу клапана и закрывания диафрагмой отверстия. Закрывание отверстия перекрывает поток текучей среды. Обратный процесс, а именно, использование сил магнитного поля для перемещения смещающего элемента от диафрагмы и, таким образом, прекращения нажатия диафрагмы на седло клапана открывает отверстие и допускает прохождение текучей среды. Следует понимать, что хотя настоящее изобретение будет описано относительно предпочтительного варианта его осуществления, изображенного на фиг. 1 и 2 и не являющегося предпочтительным вариантом, изображенным на фиг. 4, настоящее изобретение в целом направлено на любое использование клапана в системе почечного диализа, имеющей следующие признаки: а) два устойчивых состояния: открытое и закрытое, b) изменение состояний требует подачи энергии, с) поддержание состояния не требует подачи энергии, d) состояние изменяется при помощи сил магнитного поля для изменения положения смещающего элемента, который при этом изменении заставляет клапан или открываться, или закрываться. В одном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, клапанная система 100, соответствующая настоящему изобретению, используется для регулирования потока текучей среды через канал 102 для потока текучей среды, который ограничен седлами 104 клапана для создания, таким образом, круглого отверстия 103 клапана. Как указано выше, отверстие 103 является любым отверстием, каналом, полостью или перегородкой в материале любого типа, в частности в коллекторах, коллекторах одноразового использования, каналах и других проходах 110. Клапан 100 показан в открытом состоянии. Компоненты клапанной системы содержат закрывающий отверстие элемент, смещающий элемент, механизм для перемещения смещающего элемента, дополнительный оптический датчик, цепь возбуждения катушки и привод, имеющий катушку. В одном варианте осуществления изобретения закрывающий отверстие элемент содержит диафрагму 106, которая при нажатии смещающим элементом, как указано ниже, прижимается к седлам 104 клапана, таким образом вызывая закрывание круглого отверстия 103 клапана. В открытом состоянии основной корпус диафрагмы 106 отделен от седел 104 клапана промежутком 198. В одном варианте осуществления изобретения диафрагма 106 выполнена из мягкого материала, такого как силиконовый каучук. Диафрагма 106 должна сохранять свою форму независимо от времени, температуры и количества приведений в действие. Клапан 100 зависит от способности материала диафрагмы 106 возвращаться к его несжатой форме, когда смещающий элемент (прижимающая сила) удален, то есть в открытое состояние. Специалисту в данной области техники будет понятно, что закрывающий отверстие элемент может содержать любую комбинацию пружины, сжимаемых или несжимаемых конструкций, которые, когда они нажаты смещающим элементом, закрывают отверстие. В одном варианте осуществления изобретения седла 104 клапана могут быть отформованы в коллекторе. Пригодными материалами для седла клапана являются поликарбонат, акрилонитрил-бутадиен-стирол и подобные пластмассы. Отверстие 103 клапана в предпочтительном варианте осуществления изобретения имеет размер от 0,1 до 0,3 дюйма в диаметре (и более конкретно 0,190 дюйма). Размеры отверстия могут быть увеличены для увеличения потока для альтернативных вариантов применения изобретения или, в альтернативном варианте, уменьшены для уменьшения потока в других вариантах применения. В одном варианте осуществления изобретения смещающий элемент содержит колпачок плунжера или корпус 110, который, когда клапан находится в открытом состоянии, выровнен относительно диафрагмы 106, но, по существу, не нажимает на диафрагму 106. Внутри колпачка 110 плунжера расположен податливый компонент, такой как пружина 112, и головка плунжера 199, которые отделены воздушным зазором 114. Колпачок 110 плунжера ограничен снаружи уплотнением 120 для текучей среды, которое в одном варианте осуществления изобретения представляет собой тонкую мягкую прокладку из силиконового каучука. В одном варианте осуществления изобретения колпачок 110 плунжера нагружен к прокладке из силиконового каучука и сжимает прокладку, формируя уплотнение 120 для текучей среды. В закрытом положении колпачок 110 плунжера не нагружен к прокладке, которая, таким образом, не сжата и расположена свободно относительно торцевой крышки 130. Пружина 112 является любым упругим или податливым материалом и в одном варианте осуществления изобретения содержит волнистую пружину. Колпачок 110 плунжера, внутренняя пружина 112, воздушный зазор, головка 199 плунжера, корпус 140 плунжера и сердечник 142 являются компонентами предпочтительного смещающего элемента, соответствующего настоящему изобретению. В одном варианте осуществления изобретения корпус 140 плунжера имеет внешний диаметр внутри 0,1-0,2 дюйма (более конкретно 0,122 дюйма) и длину приблизительно 0,5-2,5 дюйма. Следует понимать, что корпус 140 плунжера является любой стержневой конструкцией любой длины в зависимости от варианта применения. Корпус 140 плунжера расположен внутри кольцевого сердечника 14 2, который имеет один больший конец и один меньший конец, и прикреплен к сердечнику любым способом, известным специалисту в данной области техники, включая использование эпоксидной смолы, винтового крепления, штифтового крепления и сварки. Внешний диаметр большего конца сердечника 142 находится в пределах от 0,3 дюйма до 0,5 дюйма (и более конкретно 0,395 дюйма),толщина находится в пределах от 0,03 до 0,15 дюйма (и более конкретно 0,05-0,10), и длина находится в пределах от 0,50 до 1,75 дюйма (и более конкретно 1,05 дюйма). Малый конец сердечника 142 имеет диаметр 0,1-0,4 дюйма и более конкретно 0,25 дюйма. По меньшей мере, частично малый конец сердечника охватывает каркас 195 катушки, который удерживает катушку 148 на месте и обеспечивает размерную устойчивость катушки 148. Между каркасом 195 катушки и сердечником 142 предпочтительно существует промежуток. Размер промежутка составляет приблизительно 0,01-0,03 дюйма (и более конкретно 0,02 дюйма). Каркас 195 катушки в одном варианте осуществления изобретения представляет собой конструкцию из нейлона со стеклонаполнителем, которая должна быть неметаллической и неферромагнитной. Каркас 195 катушки является кольцевой конструкцией с внешним диаметром размера, достаточного для обеспечения плотной посадки в отверстие корпуса, и внутренним диаметром, достаточным для охвата сердечника таким образом, что он имеет пространство для перемещения и некоторой величины теплового расширения. Две торцевые крышки 130, 160 заклинивают катушку 148 на месте и предотвращают ее движение или скольжение, в частности, когда она подвергается воздействию электромагнитных сил. Корпус плунжера выполнен из металла или неметаллического материала, таких как медь или стекловолокно, и сердечник также выполнен из металла, в частности стали 1018 или 1117. Предпочтительно корпус плунжера является немагнитным, и корпус сердечника является ферромагнитным. Как указано ниже, корпус 140 плунжера и сердечник 142 перемещаются механизмом для перемещения смещающего элемента, как описано ниже. Механизм для перемещения смещающего элемента содержит большой магнитный компонент, малый магнитный компонент и корпус, внутри которого содержатся магниты и часть смещающего элемента, а именно, корпус 140 плунжера и сердечник 142. Более конкретно, как показано на фиг. 1, механизм для перемещения смещающего элемента содержит торцевую крышку большого магнита для удерживания и выравнивания большого магнита 132, большой магнит 132, упругий материал 134, промежуток 197, катушку 148, малый магнитный компонент 162, торцевую крышку 160 для крепления малого магнита и упругий материал 164. Торцевая крышка 130 большого магнита удерживает и выравнивает большой магнитный компонент 132 и каркас 195 катушки на месте внутри корпуса 170, названного корпусом привода, который имеет отверстие, через которое помещаются описанные здесь компоненты. Большой магнитный компонент 132 должен быть должным образом выровнен относительно сердечника 142, корпуса 140 плунжера и малого магнитного компонента 162 для обеспечения должного перемещения смещающего элемента. Обе торцевые крышки 130 и 160 удерживают каркас 195 катушки и катушку 148 в нужном положении. Дополнительно может использоваться крепежная пластина для удерживания торцевой крышки 130. В одном варианте осуществления изобретения крепежная пластина расположена вертикально и заподлицо со стороной торцевой крышки и между торцевой крышкой и отверстием. Крепежная пластина имеет отверстие с диаметром, приблизительно равным малому диаметру торцевой крышки. Фиксирующий механизм удерживает корпус относительно пластины; в альтернативном варианте пластина может быть неподвижно зафиксированной с использованием любой техники крепления, известной специалистам в данной области техники. В отличие от предшествующего уровня техники, такого как патент США 6836201, в предпочтительном варианте осуществления изобретения магниты расположены внутри, а не снаружи отверстия и образуют опоры для плунжера, как указано ниже. Большой магнитный компонент 132 отделен от сердечника 142 промежутком 197 и упругим материалом 134, таким как прокладка из силиконового каучука, которая в одном варианте осуществления изобретения имеет внешний диаметр 0,3-0,5 дюйма (и более конкретно 0,37 дюйма), внутренний диаметр 0,1-0,3 дюйма (и более конкретно 0,188 дюйма), толщину 0,005-0,015 дюйма (и более конкретно 0,01 дюйма) и твердость по дюрометру 35-45 (и более конкретно 40). Малый магнитный компонент 162 отделен от сердечника упругим материалом 164, таким как прокладка из силиконового каучука, который в одном варианте осуществления изобретения имеет внешний диаметр 0,1-0,4 дюйма (и более конкретно 0,24 дюйма), внутренний диаметр 0,1-0,3 дюйма (и более конкретно 0,188 дюйма), толщину 0,005-0,015 дюйма (и более конкретно 0,01 дюйма) и твердость по дюрометру 35-45 (и более конкретно 40). Малый магнитный компонент 162 удерживается и остается должным образом выровненным внутри корпуса 170 при помощи крепления малого магнита и торцевой крышки 160. Винты 172 торцевой крышки малого магнита также служат для захвата и удерживания на месте торцевых крышек 160 малого магнита. Как показано на фиг. 1, клапанная система, соответствующая настоящему изобретению, также содержит монтажную плату 150 возбуждения катушки, которая возбуждает привод, содержащий катушку 148, и предпочтительно установлена на корпусе 170 привода при помощи небольших винтов, разъем 154 возбуждения катушки и оптический датчик 152, который считывает положение большого конца сердечника 196. Катушка 148 служит для выполнения изменений магнитных полей для вызова перемещения сердечника 142 и корпуса 140 плунжера. В одном варианте осуществления изобретения катушка имеет длину приблизительно 0,05-1,5 дюйма (и более конкретно 1 дюйм), имеет внешний диаметр 0,35-0,55 дюйма (и более конкретно 0,46 дюйма) и внутренний диаметр 0,15-0,35 дюйма (и более конкретно 0,26 дюйма), с шестью слоями провода 29 Американского сортамента проводов. Различные упругие материалы используются в смещающем элементе и механизме для перемещения смещающего элемента для обеспечения "мягкой" остановки перемещения штока, когда клапан открывается или закрывается. В частности, они служат для обеспечения того, что перемещение сердечника не повреждает магниты. Большой магнитный компонент 132 может быть одним унитарным магнитом или в предпочтительном варианте осуществления изобретения может состоять из множества магнитов, например трех. Малый магнитный компонент 162 также может быть унитарным или состоять из множества магнитов. В одном варианте осуществления изобретения магниты выполнены предпочтительно из алнико, самаристого кобальта, неодима, редкоземельного элемента или могут быть керамическими магнитами. В одном варианте осуществления изобретения большой магнит 132 является кольцеобразным магнитом из неодима с внешним диаметром 0,2-0,5 дюйма (и более конкретно 0,375 дюйма), внутренним диаметром 0,050,3 дюйма (и более конкретно 0,125 дюйма) и длиной 0,2-0,5 дюйма (и более конкретно 0,375 дюйма). В одном варианте осуществления изобретения малый магнит 162 выполнен как кольцеобразный магнит из неодима с внешним диаметром 0,15-0,4 дюйма (и более конкретно 0,25 дюйма), внутренним диаметром 0,05-0,3 дюйма (и более конкретно 0,125 дюйма) и длиной 0,15-0,4 дюйма (и более конкретно 0,25 дюйма). Больший магнит 132 используется ближе к закрывающему отверстие элементу, поскольку размер нужен для генерирования достаточной силы противостояния седлу клапана. Кроме того, сила срабатывания, вызванная катушкой приведения в действие, по существу, равна даже при том, что магниты имеют разный размер, таким образом позволяя использовать простую цепь возбуждения катушки. В одном варианте осуществления изобретения центральные отверстия магнитов используются как линейные опоры для штока, плунжера или другого удлиненного элемента. Соответственно центральные отверстия магнитов предпочтительно должны иметь несущую поверхность, например, из хрома или любую гладкую твердую поверхность с минимальным трением. Между каркасом 195 катушки и сердечником 142 расположен промежуток, необходимый в связи с тепловым расширением катушки, ползучестью катушки со временем и допусками катушки, сердечника и магнитов. Однако во всех рабочих условиях промежуток должен быть достаточным таким образом, чтобы корпус 140 плунжера мог двигаться свободно и не заедать в отверстиях магнитов и катушки. В предпочтительном варианте осуществления изобретения промежуток составляет приблизительно 0,01-0,06 дюйма (и более конкретно 0,02 дюйма) при комнатной температуре. Когда клапан закрыт, как показано на фиг. 2, клапанная система 200, соответствующая настоящему изобретению, регулирует поток текучей среды через канал 202, который ограничен седлами 204 клапана,посредством нажима на закрывающий отверстие элемент, например диафрагму 206, и, таким образом,перекрывая круглое отверстие 203 клапана. В закрытом состоянии основной корпус диафрагмы 206 прижат к седлам 204 клапана и соответственно, по существу, устраняет промежуток 198 (видимый на фиг. 1). Примыкая к диафрагме 206, смещающий элемент теперь сжимает диафрагму 206. В частности, колпачок 210 плунжера перемещен так, что эн сжимает диафрагму 206. Колпачок 210 плунжера, перемещаемый из-за изменения магнитных полей, заставляет основной корпус 242 двигаться к большому магнитному компоненту 232. Основной корпус 242 прекращает движение, когда головка 296 сердечника проходит через промежуток 197 (на фиг. 1) и останавливается на упругом материале 234, расположенном рядом с большим магнитным компонентом 232. Перемещение сердечника 242 вызывает также перемещение корпуса 240 плунжера, с которым связан сердечник 242. Перемещение корпуса 240 плунжера заставляет головку 299 плунжера двигаться внутри колпачка 210 плунжера, проходить промежуток 114(на фиг. 1) и сжимать пружину 212. После определенного сжатия колпачок 210 плунжера перемещает и сжимает диафрагму 206. Перемещение колпачка 210 плунжера создает новый промежуток 292 между корпусом 210 и упругим материалом 220, который расположен рядом с торцевой крышкой 230 большого магнита. Как показано на фиг. 2, другие компоненты клапана остаются теми же, включая корпус 270 привода, цепь 250 возбуждения катушки, разъем 254 катушки, катушку 248, каркас 293 катушки, крепежные винты 272 малой торцевой крышки, оптический датчик 252, торцевую крышку 260 малого магнита. Однако следует понимать, что благодаря перемещению сердечника 242 создается промежуток 295 между меньшим концом сердечника 294 и упругим материалом 264, который расположен рядом с малым магнитным компонентом 262. Следует понимать, что для закрывания клапана смещающий элемент прилагает силу к закрывающему отверстие элементу, например, диафрагме 206. Сила, требуемая от смещающего элемента для деформации диафрагмы до точки, где диафрагма касается седла клапана, по существу, линейна и может моделироваться как линейная пружина. Однако потребность в силе увеличивается по экспоненте, когда диафрагма вжимается в седло клапана. Таким образом, профиль силы для смещающего элемента становится нелинейным и значительно более сложным. Соответственно существует несколько уникальных проблем, связанных с конструкцией клапана и допусками между различными компонентами смещающего элемента, закрывающим отверстие элементом и жестким стопором механизма смещения. Механизм смещения должен быть способен создавать нелинейный профиль силы без постоянной деформации диа-5 023681 фрагмы. Это означает, что механизм должен выдавать только необходимую силу. Как указано выше, смещающий элемент содержит шток, плунжер или другой удлиненный элемент,который связан с другой конструкцией, названной сердечником, который имеет больший диаметр и может действовать как стопор, когда он нагружен к другой конструкции, такой как поверхность магнита. Специалисту в данной области техники будет понятно, что смещающий элемент или подвижный элемент не ограничен конфигурацией штока и цилиндра. Напротив, он может включать нецилиндрические конструкции, унитарные части или множество частей, которые приварены или любым другим образом связаны друг с другом. В итоге, смещающий элемент может содержать много различных конструкций, если перемещение элемента может прилагать необходимую силу к закрывающему отверстие элементу надежно и соответственно. Например, на фиг. 4 показан альтернативный менее предпочтительный вариант осуществления изобретения. Для почечного диализа этот вариант осуществления изобретения, в типичном случае, не обеспечивает надежное удерживание клапана в закрытом состоянии. Смещающий элемент 400 содержит корпус 405, который включает электромагнит 410, по существу, цилиндрической конструкции с проходящим сквозь него отверстием 415. Электромагнит 410 неподвижно установлен в центральном положении внутри корпуса 405 при помощи немагнитных распорных элементов 420, которые в одном варианте осуществления изобретения являются торцевыми крышками. Торцевые крышки имеют два назначения, а именно, удерживают магниты на месте и являются прослойкой для удерживания катушки на месте. В одном варианте осуществления изобретения элементы 431 и 420 содержат первую унитарную часть, и элементы 405 и 420 содержат вторую унитарную часть. Цилиндрический ферромагнитный сердечник 425, имеющий первую поверхность 423 и вторую поверхность 424, расположен так, что часть сердечника 425 между первой поверхностью 423 и второй поверхностью 424 может быть посажена в отверстие 415 с возможностью линейного скольжения. Вторая поверхность 424 достаточно больше, чем отверстие 415,таким образом ограничивая прямолинейное движение сердечника 425. В одном варианте осуществления изобретения вторая поверхность имеет размер, отличающийся от размера первой поверхности для генерирования достаточной магнитной силы для удерживания клапана в закрытом положении. Сердечник 425 способен совершать линейное скользящее движение влево и вправо внутри отверстия 415. Два магнита 430, 435 разных размеров также прикреплены внутри двух торцевых крышек 431, 432 корпуса 405. Первая поверхность 423 сердечника 425 входит в контакт с первым магнитом 430 для формирования первого устойчивого состояния системы 400 смещения, и вторая поверхность 424 сердечника 425 входит в контакт с большим магнитом 435 для формирования второго устойчивого состояния системы 400 смещения. Постоянные магниты 430, 435 расположены внутри диаметра корпуса 405, поскольку это уменьшает размер системы 400 смещения. Первый шток 440, соединенный с первой поверхностью 423 сердечника 425, проходит через первый магнит 430, таким образом выступая от корпуса 405 на одном конце, и второй шток 445, соединенный со второй поверхностью 424 сердечника 425, проходит через второй магнит 435, таким образом выступая от корпуса 405 на другом конце. Штоки 440, 445 могут быть выполнены из известного в данной области техники нержавеющего немагнитного материала, такого как латунь, но не ограниченного ею. Хотя один вариант осуществления изобретения имеет два штока,связанных с двумя поверхностями сердечника, в альтернативном варианте осуществления изобретения применяют только один шток, соединенный с одной из поверхностей челнока. Специалистам в данной области техники будет понятно, что сила магнитного поля, прилагаемая электромагнитом 410 к сердечнику 425, достаточно высока для преодоления удерживающей силы постоянных магнитов 430, 435 таким образом, что система 400 смещения может перемещаться из первого устойчивого состояния во второе. Кроме того, специалисту в данной области техники будет понятно, что шток/плунжер 445 перемещается с сердечником 425, таким образом создавая движущую силу для нажима или освобождения закрывающего отверстие элемента. Однако этот вариант осуществления изобретения был определен как менее предпочтительный относительно первого варианта осуществления изобретения, поскольку он не в состоянии достаточно поддерживать закрытое состояние. Должны быть оценены несколько признаков конструкции закрывающего отверстие элемента, действующего в сочетании со смещающим элементом и механизмом. Во-первых, как показано на фиг. 5 и как указано выше относительно фиг. 1 и 2, существует промежуток между колпачком 504 плунжера и закрывающим отверстие элементом 505, в частности первой поверхностью 505 диафрагмы. Промежуток находится в диапазоне 0,040-0,070 дюйма и, более конкретно, составляет приблизительно 0,055 дюйма. Диафрагма содержит силикон предпочтительно толщиной 0,040 дюйма и может моделироваться как пружина (KV2), имеющая жесткость 270 фунт-силы на 1 дюйм. Поверхность 506 второй диафрагмы отделена от седла 507 клапана и подвергается воздействию сил магнитного поля, моделируемых как пружинаKV1, имеющая жесткость приблизительно 22,5 фунт-силы на 1 дюйм и толщину приблизительно 0,047 дюйма. Шток 504 передает силу, генерируемую магнитным притяжением сердечника 501, магниту 503, моделированному как пружина Kp, которая отделена от головки 501 сердечника прокладкой из силикона,например, толщиной 0,010 дюйма в закрытом состоянии и отделена от головки 501 сердечника прибли-6 023681 зительно на 0,110 дюйма в открытом состоянии. Эта прокладка из силиконового каучука создает силы,которые моделированы как пружина KSL. Сердечник 501 связан со штоком 504. Когда клапан приведен в действие, шток 504 перемещается в направлении седла 507 клапана, поскольку сердечник, с которым связан шток, перемещается в направлении большого магнита 503. Как показано на фиг. 5, KV2 и KSL соответствуют упругому материалу, такому как силикон, который моделирован как жесткие пружины. Следует понимать, что когда клапан находится в закрытом состоянии, существует два важных положения. Первым является положение штока против диафрагмы, и вторым является положение поверхности сердечника против большого магнита. Когда клапан закрыт, шток нажимает на диафрагму клапана с достаточной силой для сопротивления противодавлению, составляющему по меньшей мере 600 мм рт. ст., генерируемому внутри канала для текучей среды системы почечного диализа. В этом варианте осуществления изобретения давления текучей среды могут достигать 2600 мм рт. ст., и эта система приспособлена для удерживания диафрагмы прочно прижатой к седлу клапана для уплотнения отверстия до давления 2600 мм рт. ст. и включая его. Дополнительно, когда клапан закрыт, большая поверхность сердечника притягивается близко к большому магниту или непосредственно к нему. Магнитное протяжение сердечника к большому магниту генерирует силу, которую шток прилагает к закрывающему отверстие элементу, например к диафрагме. Для генерирования соответствующей и надежной силы интервал между поверхностью сердечника и поверхностью большого магнита должен быть совместимым. Таким образом, предпочтительно размещать упругий материал 502, 503 между поверхностью 501 сердечника и поверхностью 504 магнита. Упругий материал имеет нелинейную жесткость пружины и будет сжиматься, пока равнодействующие силы для упругого материала не сравняются с силами магнитного поля. Корда шток прилагает силу к диафрагме через сердечник, сердечник испытает равнодействующую силу. Для возникновения статического состояния сумма этих сил, воздействующих на сердечник, должна быть равной нулю. Кроме того, упругий материал служит для защиты поверхности магнита от скалывания или разрушения во время приведения в действие. Как показано на фиг. 7, когда клапан 700 находится в закрытом состоянии, головка 705, 702 сердечника перемещена от малой поверхности 701 магнита (из положения 702 а в положение 702). В положении 702 головка сердечника отделена от малого магнита 701 упругим материалом 717, таким как прокладка из силиконового каучука, имеющая толщину приблизительно 0,015 дюйма. В положении 705 головка сердечника будет перемещена приблизительно на 0,140+/-0,20 дюйма, включая расстояние 0,45+/-0,005 дюйма, на протяжении которого шток 708 не движется, и сстановлена на упругом материале 716 (например, прокладке из силиконового каучука, имеющей толщину приблизительно 0,015 дюйма), который отделяет головку 705 сердечника от поверхности 706 большого магнита. Большой магнит 706, в свою очередь, отделен от головки 707 штока. Когда клапан находится в открытом состоянии, большой магнит 706 отделен от головки 707 штока упругим материалом 715, таким как прокладка из силиконового каучука, имеющим толщину приблизительно 0,015 дюйма. Когда клапан находится в закрытом состоянии, большой магнит 706 отделен от головки 707 штока упругим материалом 715, таким как прокладка из силиконового каучука, имеющим толщину приблизительно 0,015 дюйма и расстоянием приблизительно 0,055+/-0,10 дюйма. Когда клапан закрыт, головка 7 07 штока перемещена от положения вблизи большого магнита 706 и упругого материала 715 в положение вблизи седла 710 клапана. В частности, головка 707 штока перемещается для нажима на диафрагму 708 и, таким образом, нажима на упругий материал 709 (например, силикон, имеющий толщину приблизительно 0,040 дюйма), который, в свою очередь, прижимается к седлу 710 клапана. Это вызывает закрывание клапана с силой приблизительно 14 Н. Следует понимать, что конфигурация смещающего элемента и механизма относительно закрывающего отверстие элемента и описанные здесь допуски предусматривают профиль 600 смещения диафрагмы, показанный на фиг. 6, который пригоден для вариантов применения, которые должны противостоять противодавлению по меньшей мере 600 мм рт. ст., как в почечных системах диализа. На фиг. 6 показан типичный профиль смещения диафрагмы, где сила 602, прилагаемая смещающим элементом, показана на оси Y, и соответствующее смещение диафрагмы показано на оси X. Точка 603 перегиба на этой кривой указывает момент, когда диафрагма начинает прижиматься к седлу клапана. Слева от точки 603 перегиба диафрагма нагружена и изгибается к седлу клапана, но, по существу, не прижимается к седлу клапана. Справа от точки 603 перегиба диафрагма изогнута к седлу клапана с деформацией материала диафрагмы и создает хорошее уплотнение против давления текучей среды. Другой важный компонент системы механизма смещения представляет собой систему привода. Как показано на фиг. 3, во время процесса приведения в действие катушки 305 возбуждены и создают магнитное поле, таким образом создавая силу магнитного поля, противостоящую силе притяжения малого магнита. Когда создается сила, описанный выше сердечник начинает двигаться в закрытое положение(большой магнит). Как только сердечник проходит точку необратимости, силы притяжения, воздействующие на сердечник большого магнита, преодолевают силы притяжения малого магнита. Для обеспечения того, что противостоящие силы, создаваемые диафрагмой клапана, не преодолеют силу притяжения большого магнита, образован промежуток, как указано выше. Конструкция катушки состоит из каркаса катушки и обмоточного провода. Размер каркаса катушки предпочтительно основан на доступных на рынке каркасах катушки максимального импульсного тока источника питания и, в частности, требуемой силы приведения в действие и напряжения источника питания. Сила приведения в действие пропорциональна параметру силы тока и количества витков катушки. В одном варианте осуществления изобретения предпочтительно ограничить ток катушки 6 амперами или меньше. Факторы, важные для конструкции катушки, включают количество слоев, плотность намотки, диаметр провода и сопротивление катушки. В одном варианте согласно настоящему изобретению используется каркас с 6 слоями провода и пространство приблизительно 0,010 дюйма между диаметром фланца каркаса и последним слоем. С требованием изоляции для тяжелого полинейлона и сопротивлением катушки 3,5+/-0,5 Ом калибр проволоки составляет приблизительно 29 по Американскому стандарту проводов. Может использоваться каркас катушки любого размера. Цепь, используемая для возбуждения катушки, является Н-образной мостовой схемой, которая позволяет реверсировать ток для операций открывания и закрывания. Н-образная мостовая схема возбуждается уникальным широтномодулированным сигналом. Широтномодулированный сигнал используется для генерирования косинусоидального импульса тока через катушку. Период косинусоидального импульса относится к массе сердечника и противодействующей силе. В предпочтительном варианте осуществления изобретения не используется биполярный выключатель источника питания постоянного тока или программно-опрашиваемый переключатель; предпочтительнее, работает оптический датчик для определения положения сердечника, окончательного определения состояния клапана и генерирования косинусоидального сигнала электронного привода для перемещения плунжера в желательном направлении,таким образом изменяя состояние клапана. В возможном варианте, как показано на фиг. 1 и 2 в форме элементов 152, 252, в клапанной системе используется датчик, предпочтительно оптический датчик, для определения состояния клапана (открытого или закрытого). Это может быть достигнуто посредством расположения оптического датчика в местоположении, в котором существует достаточная разность коэффициентов отражения или других оптических свойств между открытым состоянием клапана и закрытым состоянием клапана. Например, когда клапан закрыт, в одном варианте осуществления изобретения большой конец сердечника 296 находится против упругого материала 234 и большого магнитного компонента 232. Большой конец сердечника 296 имеет ширину, достаточную для считывания отражательным оптическим датчиком, но не слишком большую ширину, чтобы оптический датчик обладал пространственным разрешением. Оптический датчик будет размещен за пределами элемента/механизма смещения и считывает сквозь свой корпус, который предпочтительно выполнен из прозрачного поликарбоната. Длина волны оптического датчика будет в пределах ближней ИК-области спектра для хорошего просвечивания через корпус из поликарбоната. Специалисту в данной области техники будет понятно, что датчик может быть выбран для удовлетворения любой материальной конструкции, если она содержит соответствующие фильтры. Здесь оптический датчик предпочтительно встроен в пропускающий в длинноволновой области спектра оптический фильтр для обеспечения чувствительности в ближней ИК-области спектра. Функционально, когда сердечник находится в открытом положении, как показано на фиг. 1, большой конец сердечника 196 перемещается из поля зрения оптического датчика 152 таким образом, что очень небольшая величина отражения будет регистрироваться оптическим датчиком. Когда большой конец сердечника 296 будет находиться в поле зрения, как показано на фиг. 2, будет существовать отражение, которое датчик будет регистрировать, таким образом указывая, что сердечник находится в закрытом положении. Специалисту в данной области техники будет понятно, что датчик может быть расположен таким образом, что он считывает значительную величину отражения от сердечника, когда клапан находится воткрытом положении, и намного меньшую величину отражения (поскольку сердечник перемещен из поля зрения), когда клапан находится в закрытом положении. Кроме того, специалисту в данной области техники будет понятно, что датчик может быть расположен вблизи промежутка для определения, когда промежуток присутствует и когда промежуток отсутствует, таким образом указывая состояние клапана. В рабочем состоянии, как показано на фиг. 8, клапан первоначально находится в одном из двух состояний: открытом или закрытом. Предполагая, что клапан находится в открытом состоянии 801, первый этап закрытия клапана предусматривает подачу энергии в цепь 802 возбуждения катушки и, таким образом, прохождение магнитного поля, генерируемого катушкой, через сердечник, создавая противодействующую силу магнитного поля между сердечником и малым магнитом и создавая слабую силу притяжения между большим магнитом и большим концом сердечника. Когда смещающий элемент начинает двигаться 803, сила притяжения малого магнита уменьшается, тогда как сила притяжения большого магнита увеличивается. Смещающий элемент перемещается 803 до точки необратимости, после которой смещающий элемент 804 закрывает промежуток 804 и прижимает закрывающий отверстие элемент, а именно диафрагму 805, к седлу 806 клапана. Прижимание к диафрагме 806 вызывает закрывание диафрагмой отверстия 807 и закрывание клапана 808. Как показано на фиг. 8, предполагая, что клапан находится в закрытом состоянии 809, первый этап открывания клапана состоит в подаче 810 энергии в цепь возбуждения катушки и, таким образом, прохождении магнитного поля, генерируемого катушкой, через сердечник, создавая противодействующую силу магнитного поля между сердечником и большим магнитом и создавая слабую силу притяжения между малым магнитом и малым концом сердечника. Когда смещающий элемент начинает двигаться 811,сила притяжения большого магнита уменьшается, тогда как сила притяжения малого магнита увеличивается. Смещающий элемент перемещается 811 до точки необратимости, после которой смещающий элемент снимает нажим на диафрагму 812 от седла 813 клапана. Отверстие открывается на основании того,что оно больше не накрыто диафрагмой 814. Смещающий элемент возвращается к его первоначальному положению и восстанавливает промежуток 815. Так как первое и второе устойчивые состояния сердечника сохраняются, даже когда питание электромагнита выключено, это допускает более низкое потребление энергии системой смещения и низкое генерирование тепла относительно приводов предшествующего уровня техники, где требуется непрерывная подача питания для сохранения состояний, дополнительно приводящая к большому генерированию тепла. Хотя выше было описано и показано то, что в настоящее время представляется предпочтительным вариантом осуществления изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть выполнены различные изменения и модификации, и их элементы могут быть заменены эквивалентами, не отступая от сущности изобретения. Кроме того, могут быть выполнены многие модификации для приспособления конкретной ситуации или материала к сущности изобретения, не отступая от его объема. Таким образом, предполагается, что это изобретение не ограничено конкретным описанным вариантом его осуществления как лучшим вариантом осуществления изобретения, но что изобретение будет включать все варианты его осуществления, входящие в объем прилагаемой формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Магнитный клапан для использования в системах почечного диализа, имеющий открытое положение и закрытое положение, содержащий:a) закрывающий отверстие элемент (106), расположенный рядом с отверстием (103), через которое проходит текучая среда;b) смещающий элемент, имеющий первую часть и вторую часть, причем указанная первая часть расположена рядом с закрывающим отверстие элементом (106), когда клапан находится в указанном открытом положении;c) первый магнит (132) и второй магнит (162), причем указанные первый и второй магниты расположены рядом с указанным смещающим элементом для приложения силы магнитного поля к указанному смещающему элементу;d) привод для генерирования магнитного поля для перемещения указанного смещающего элемента к указанному первому магниту (132), вызывая нажим указанной первой частью на закрывающий отверстие элемент (106) и вызывая закрывание закрывающим отверстие элементом (106) указанного отверстия(103),при этом вторая часть содержит шток (140), а первая часть содержит упругий элемент (112) и вмещает головку (199) штока и упругий элемент (112); причем упругий элемент (112) расположен между головкой (199) штока (140) и закрывающим отверстие (103) элементом (106), при этом между головкой (199) штока и упругим элементом (112) имеется промежуток (114). 2. Клапан по п.1, также содержащий оптический датчик (152), приспособленный для определения,существует или отсутствует промежуток (198) между закрывающим отверстие элементом (106) и седлом(104) клапана. 3. Клапан по п.1, в котором указанная вторая часть указанного смещающего элемента также содержит металлический корпус (142) с внутренним диаметром, который больше диаметра указанного штока(140). 4. Клапан по п.3, в котором указанный шток (140) связан с указанным металлическим корпусом(142), причем металлический корпус (142) представляет собой полый цилиндр, причем шток (140) размещен в полости указанного полого цилиндра. 5. Клапан по п.1, в котором указанный первый магнит (132) больше указанного второго магнита(162). 6. Клапан по п.1, в котором закрывающий отверстие элемент (106) содержит по меньшей мере одно из диафрагмы, упругого материала и сжимаемого материала. 7. Клапан по п.1, в котором закрывающий отверстие элемент (106) выполнен с возможностью прижиматься к седлу (104) клапана для закрывания указанного отверстия (103). 8. Магнитный клапан для использования в системах почечного диализа, содержащий:a) закрывающий отверстие элемент (106), расположенный рядом с отверстием (103), через которое проходит текучая среда, причем указанный закрывающий отверстие элемент (106) выполнен с возмож-9 023681 ностью прижиматься к седлу (104) клапана, когда клапан находится в закрытом положении, причем закрывающий отверстие элемент (106) содержит по меньшей мере одно из диафрагмы, упругого материала и сжимаемого материала;b) смещающий элемент, имеющий первую часть и вторую часть, который выполнен подвижным относительно указанного закрывающего отверстие элемента (106), причем указанный смещающий элемент выполнен с возможностью движения от первого положения, когда указанный клапан находится в открытом положении, ко второму положению, когда указанный клапан находится в указанном закрытом положении, и в указанном втором положении смещающий элемент прижимается к закрывающему отверстие элементу (106) для прижимания указанного закрывающего отверстие элемента (106) к седлу (104) клапана;c) первый магнит (132) и второй магнит (162), разделенные промежутком, причем указанные первый магнит (132) и второй магнит (162) генерируют магнитное поле, которое прилагает магнитную силу к смещающему элементу в разделяющем промежутке, при этом указанное магнитное поле имеет направление для удерживания смещающего элемента в первом или втором положении;d) привод, способный генерировать магнитное поле, причем указанное магнитное поле реверсирует направление указанной магнитной силы для перемещения смещающего элемента между первым и вторым положением,при этом между первой частью и закрывающим отверстие элементом (106) существует промежуток(114). 9. Клапан по п.8, также содержащий оптический датчик (152), расположенный для определения того, существует или отсутствует промежуток (198) между закрывающим отверстие элементом (106) и седлом (104) клапана. 10. Клапан по п.8, в котором указанный первый магнит (132) и второй магнит (162) образуют несущую поверхность для перемещения указанного смещающего элемента. 11. Клапан по п.8, в котором указанный первый магнит (132), имеющий первый полюс, больше, чем указанный второй магнит (162), имеющий второй полюс. 12. Клапан по п.11, в котором первый полюс и второй полюс отталкивают друг друга и в котором первый магнит (132) и второй магнит (162) конфигурированы таким образом, чтобы указанные первый полюс и второй полюс были обращены друг к другу. 13. Система почечного диализа, включающая клапан по п.1 или 8. 14. Система почечного диализа по п.13, также содержащая коллектор одноразового использования,причем отверстие (103), выполненное в коллекторе, закрыто для потока текучей среды, когда указанный клапан находится в первом устойчивом состоянии, и указанное отверстие (103) открыто для потока текучей среды, когда указанный клапан находится во втором устойчивом состоянии. 15. Система почечного диализа по п.14, в которой указанное отверстие (103) закрыто для потока текучей среды, когда указанный смещающий элемент вжимает закрывающий отверстие элемент (106) в указанное отверстие (103).