УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГИПОКСИЧЕСКИХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ Российский патент 1994 года по МПК A61M16/12 

Изобретение относится к устройствам для получения газовых смесей, в частности, смесей азота с кислородом, и может быть использовано в медицинской технике.

Известно устройство для получения гипоксических газовых смесей, содержащее источник азота, источник кислорода, емкость переменного объема и газоанализатор.

Известно также устройство для получения гипоксических газовых смесей, содержащее источник азота, соединенный с первым входом смесителя, второй вход которого соединен с атмосферным воздухом, а выход подключен к емкости переменного объема.

Недостатком этого устройства является трудность его эксплуатации, связанная с его большой массой, зависимость процентного содержания кислорода в смеси от производительности смесителя, относительно невысокая надежность, большая масса высокого давления, в которой хранится сжатый газообразный азот. Зависимость процентного содержания кислорода в смеси от производительности смесителя обусловлена использованием в известных устройствах эжекторного типа. Относительно невысокая надежность связана с тем, что эжектирующее отверстие смесителя имеет малый (порядка 1 мм) диаметр и поэтому перио- дически засоряется.

Целью изобретения является снижение массы устройства, снижение погрешности смешения, повышение надежности и удобства его эксплуатации.

Для достижения этой цели в устройство введены вторая емкость переменного объема, датчики наполнения емкостей переменного объема, блок управления и сигнализации, смеситель выполнен в виде трехлинейного двухпозиционного электропневмораспределителя, выход которого подключен ко входу насоса, выход которого подключен ко входу первой емкости переменного объема, первый вход смесителя соединен с выходом второй емкости перемен- ного объема, вход которой соединен с выходом источника азота, выход датчика наполнения первой емкости переменного объема соединен с первым входом блока управления и сигнализации, выход датчика наполнения второй емкости переменного объема соединен со вторым входом блока управления и сигнализации, второй и третий выходы блока управления и сигнализации соединены соответственно с управляющим входом источника азота, с управляющим входом трехлинейного двухпозиционного электропневмораспределителя и со входом управления насосом.

Устройство отличается тем, что один из входов смесителя снабжен средством для регулирования проходного сечения, это дает возможность изменения состава газовой смеси.

Устройство отличается также тем, что в него введен датчик частоты вращения электродвигателя насоса, выход которого подключен к третьему входу блока управления и сигнализации. Это дает возможность повысить надежность устройства.

Устройство отличается, кроме того, тем, что первая емкость переменного объема снабжена грузом. Это дает возможность повысить удобство эксплуатации.

Дополнительным отличием предложенного устройства является введение двухлинейного двухпозиционного электропнев- мораспределителя, проход которого включен между выходом первой емкости переменного объема и выходом устройства, а управляющий вход подключен к четвертому выходу блока управления и сигнализации. Это дает возможность экономии азота.

На фиг. 1 изображена структурная схема предложенного устройства, на фиг. 2 - временная диаграмма производительности устройства, на фиг. 3 - упрощенная схема блока управления и сигнализации.

Устройство содержит первую емкость переменного объема 1 с грузом 2, связанную с датчиком наполнения первой емкости переменного объема 3, вход первой емкости переменного объема 1 соединен с выходом насоса 4, входящего в состав смесителя 5. Выход датчика наполнения первой емкости переменного объема 3 двухпроводной связью соединен с первым входом блока управления и сигнализации 6, второй вход которого соединен с выходом датчика наполнения второй емкости переменного объема 7, а третий вход соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя насоса 8.

Первый выход блока управления и сигнализации 6 подключен к управляющему входу источника азота 9. Второй выход блока управления и сигнализации 6 подключен к управляющему входу трехлинейного двухпозиционного электропневмораспределителя 10, первый вход которого соединен с выходом второй емкости переменного объема 11, а второй вход трехлинейного двухпозиционного электропневмораспреде- лителя 10 через средство для регулирования проходного сечения 12 сообщается с атмосферой. Третий выход блока управления и сигнализации 6 подключен ко входу управления насосом, а четвертый его выход соединен с управляющим входом двухлинейного двухпозиционного электропневморас- пределителя 13.

Источник азота 9 содержит криогенный сосуд 14, связанный с питателем 15, выполненным, например, в виде электронагревательного элемента. Выход криогенного сосуда 14 соединен со входом термостата 16, выход которого является выходом источника азота 9.

На фиг. 3 изображена упрощенная схема блока управления и сигнализации 6. Входы и выходы этой схемы изображены соответственно таковым на фиг. 1, соответственно показаны и сигналы:
U_вх11 - первый из сигналов по двухпроводной связи от датчика наполнения первой емкости переменного объема 3; U_вх11 = 1 при минимальном наполнении первой емкости переменного объема 1;
U_вх12 - второй из сигналов по двухпроводной связи от датчика наполнения первой емкости переменного объема 3; U_вх12 = 1 при максимальном наполнении первой емкости переменного объема 1;
U_вх - выходной сигнал датчика наполнения второй емкости переменного объема 11;
U_вх3 - выходной сигнал датчика частоты вращения электродвигателя насоса 8;
U_вых1 - сигнал управления источником азота 9;
U_вых2 - сигнал управления трехлинейным двухпозиционным электропневмораспределителем 10;
U_вых3 - сигнал управления насосом 4;
U_вых4 - сигнал управления двухлинейным двухпозиционным электропневмораспределителем 13.

На фиг. 3 провод, маркированный сигналом U_вх11, соединен с первым входом схемы 2И 17, второй вход которой соединен с инвертирующим входом схемы НЕ-И 18 и с проводом, маркированным сигналом U_вх2. Неинвертирующий вход схемы НЕ-И 18 соединен с первым выходом таймера 19. Выход схемы НЕ-И 18 подключен к выходу, маркированному U_вых1. Выход схемы 2И 17 соединен со входом установки единицы триггера 20, выход которого соединен с выходным проводом, маркированным U_вых3. Вход установки нуля триггера 21 и со входным проводом, маркированным U_вх12. Вход установки единицы триггера 21 соединен со входным проводом, маркированным U_вх3, а выход этого триггера соединен с выходным проводом, маркированным U_вых2. К выходам таймера 19 подключены элементы сигнализации: светодиоды 22, 23, 24 и звонок 25. Нижний по схеме выход таймера 19 соединен с проводом, маркированным U_вых4. К выходу таймера 19 подключена пусковая кнопка 26.

Устройство работает следующим образом. После включения устройства в сеть сигнал U_вых4 включает двухлинейный двухпозиционный электропневмораспределитель 13, который соединяет выход первой емкости переменного объема 1 с потребителями. Датчик наполнения второй емкости переменного объема 7 вырабатывает сигнал U_вх2 = 0, информирующий, что вторая емкость переменного объема 11 пуста. При поступлении этого сигнала на вход схемы НЕ-И 18, на втором входе которой имеется разрешающая "1", на ее выходе вырабатывается "1", включающая питатель 15, азот в криогенном сосуде 14 нагревается, парогазовая азотная смесь проходит через термостат 16, где подогревается, и азот, имеющий комнатную температуру, поступает на вход второй емкости переменного объема 11. Вторая емкость переменного объема 11 наполняется до тех пор, пока датчик наполнения второй емкости переменного объема не выработает сигнал наполнения U_вх2 = 1, который через блок управления и сигнализации 6 (схемы НЕ-И 18) дает U_вых1 = 0, т. е. прекращает поступления азота от источника азота 9. Одновременно с этим сигнал U_вх2 = = 1 через схемы 2И 17 (на втором входе которой U_вх11 = 1) включает триггер 20, выходной сигнал которого U_вых3 включает насос 4. Когда электродвигатель насоса 4 достигнет номинальной частоты вращения, датчик частоты вращения электродвигателя насоса 8 вырабатывает сигнал U_вх3, который через блок управления и сигнализации 6 (триггер 21) вырабатывает сигнал U_вых2 включения трехлинейного двухпозиционного электропневмораспределителя 10. После включения трехлинейного двухпозиционного электропневмораспределителя 10 его выход через первый вход сообщается с выходом второй емкости переменного объема 11, а через второй его вход и средство для регулирования проходного сечения 12 сообщается с атмосферой. Насос 4 начинает подсасывать смесь газов: азота (из первого входа трехлинейного двухпозиционного электропневмораспределителя 10) и воздуха (из второго входа трехлинейного двухпозиционного электропневмораспределителя 10) в первую емкость переменного объема 1. Объем первой емкости переменного объема 1 под действием поступающей гипоксической газовой смеси увеличивается, при этом груз 2 поднимается. С выхода первой емкости переменного объема 1 гипоксическая газовая смесь поступает потребителям. При нажатии оператором на пусковую кнопку 26 таймер 19 начинает отсчет времени, о чем сигнализируют светодиоды 22-24 и звонок 25. Груз 2, наложенный на первую емкость переменного объема 1, создает стабильное давление вырабатываемой гипоксической газовой смеси.

При увеличении объема первой емкости переменного объема 1 до максимума датчик наполнения первой емкости переменного объема 3 вырабатывает сигнал U_вх12, под действием которого блок управления и сигнализации 6 (его триггеры 20 и 21) выключает трехлинейный двухпозиционный электропневмораспределитель 10 и насос 4. Поступление газов через трехлинейный двухпозиционный электропневмораспределитель 10 в первую емкость переменного объема 1 прекращается. Однако, поскольку гипоксическая газовая смесь из первой емкости переменного объема 1 потребляется, объем первой емкости переменного объема 1 уменьшается. При уменьшении этого объема ниже заданного уровня датчик наполнения первой емкости переменного объема 3 вырабатывает сигнал U_вх11, под действием которого, как описано выше, последовательно включается насос 4 и трехлинейный двухпозиционный электропневмораспределитель 10, и первая емкость переменного объема 1 снова наполняется.

Таким образом, первая емкость переменного объема 1 с грузом 2, датчик наполнения первой емкости переменного объема 3 совместно с блоком управления и сигнализации 6, образующие контур авторегулирования, позволяют поддерживать необходимую производительность смесителя 5 при стабильном давлении гипоксической газовой смеси на выходе устройства.

По мере потребления азота из второй емкости переменного объема 11 ее объем уменьшается. При снижении этого объема ниже заданного уровня датчик наполнения второй емкости переменного объема 7 вырабатывает сигнал U_вх2, включающий, через блок управления и сигнализации 6 (его триггер 21), питатель 15 источника азота 9. Таким образом, вторая емкость переменного объема 11 совместно с блоком управления и сигнализации 6 и источником азота 9, образующие контур авторегулирования, позволяют поддерживать необходимый объем азота во второй емкости переменного объема 11.

По истечении заданного времени, например, 5 мин, по сигналу таймера 19 (с его верхнего выхода) через схему НЕ-И 18 прекращается подача напряжения на питатель 15, т. е. поступление азота из источника азота 9. Одновременно таймер 19 (с его нижнего выхода) выключает двухлинейный двухпозиционный электропневмораспреде- лител 13, т. е. отключает подачу гипоксической газовой смеси потребителям. По истечении фиксированного времени, например, также 5 мин, указанные сигналы таймера 19 возвращаются в исходное состояние, и устройство снова продолжает вырабатывать гипоксическую газовую смесь, как было описано ранее. Временная диаграмма производительности устройства (в относительных единицах) приведена на фиг. 2. Такая циклическая работа устройства необходима, например, для удобства реализации некоторых лечебно-профилактических методик.

Используемое в устройстве средство для регулирования проходного сечения 12 служит для изменения или фиксации состава смеси, получаемой на выходе устройства. Этот состав зависит как от соотношения проходных сечений трехлинейного двухпозиционного электропневмораспределителя 10, так и от давления азота во второй емкости переменного объема 11.

Используемые в устройстве емкости переменного объема могут быть выполнены в виде дыхательных мешков (мешок Дугласа). При этом вторая емкость переменного объема 11 может быть выполнена из тонкой синтетической пленки, чтобы ее собственный вес и, следовательно, создаваемое ею давление было минимальным. Первая емкость переменного объема 1 связана с грузом 3. Груз 2 и первая емкость переменного объема 1 могут быть конструктивно совмещены тем, что сама первая емкость переменного объема 1 выполняется из резины или прорезиненного материала, имеющего большой собственный вес.

Использование в предложенном устройстве датчики выполнены на основе известных измерительных преобразователей неэлектрических величин, описанных, например, в книге Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. Справочное пособие, Л. , 1976, с. 76-81, 225-227. Выходной сигнал датчиков может быть как одно-, так и многоразрядным.

Блок управления и сигнализации 6 может быть выполнен как без использования, так и с использованием микропроцессора. Это достигается очевидными инженерными методами (см. , например. ДЖ. Кофрон. Технические средства микропроцессорных систем. М. : Мир, 1983).

В качестве насоса 4 в смесителе 5 может быть использован, например, лопастной осевой вентилятор. В качестве электродвигателя вентилятора может быть использован отличающийся надежностью асинхронный электродвигатель, при этом непостоянство его механической характеристики компенсируется наличием датчика частоты вращения электродвигателя насоса 8, вследствие чего в рабочем состоянии насос 4 всегда обеспечивает достаточно высокое давление гипоксической газовой смеси, наполняющей первую емкость переменного объема 1.

Приведем сравнение массы устройства-прототипа с массой предложенного устройства (с газификатором жидкого азота). Пусть в качестве устройства-прототипа используется наркозный аппарат АН-8 (масса 12 кг) и 6 баллонов с азотом (масса 86х6 = 516 кг), общая масса комплекта - 528 кг.

Устройство-прототип заменяется пред- ложенным устройством, содержащим газификатор жидкого азота - сосуд Дьюара типа СК-40 вместимостью 40 л, массой 46 кг, и термостат массой 20 кг; блоки, описанные в формуле изобретения, общей массой 10 кг. Общая масса комплекта 76 кг.

Сравнение показывает, что масса предложенного устройства меньше массы устройства-прототипа в 528/76= 7 раз. Снижение массы устройства способствует удобству его эксплуатации. (56) Стрелков Р. Б. и др. Нормобарическая гипокситерапия. Методические рекомендации МЗ СССР, 1988, с. 6-8.

Использование: в медицине, в дыхательных аппаратах для получения газовых дыхательных смесей, в частности, смесей азота с кислородом. Сущность изобретения: устройство содержит источник азота, смеситель, две емкости переменного объема, датчики наполнения емкости, блок управления и сигнализации, смеситель выполнен в виде трехлинейного двухпозиционного электропневмораспределителя, выход которого подключен ко входу насоса, выход которого подключен ко входу первой емкости переменного объема, первый вход смесителя соединен с выходом источника азота. Выходы датчиков наполнения емкостей соединены с входами блока управления и сигнализации, выходы которого связаны с управляющим входом источника азота, управляющим входом трехлинейного двухпозиционного электропневмораспределителя и с входом управления насосом. Первая емкость снабжена грузом, один из входов смесителя оборудован средством для регулирования вращения двигателя и подключен к входу блока управления и сигнализации, а двухлинейный двухпозиционный электропневмораспределитель включен между первой емкостью и входом устройства. 4 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГИПОКСИЧЕСКИХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ, содержащее источник азота, соединенный с первым входом смесителя, второй вход которого соединен с атмосферным воздухом, а выход подключен к первой емкости переменного объема, отличающееся тем, что, с целью снижения погрешности смешения, в него введены вторая емкость переменного объема, датчики наполнения емкостей переменного объема, блок управления и сигнализации, смеситель выполнен в виде трехлинейного двухпозиционного электропневмораспределителя, выход которого подключен к входу насоса, выход которого подключен к входу первой емкости переменного объема, первый вход смесителя соединен с выходом второй емкости переменного объема, вход которой соединен с выходом источника азота, выход датчика наполнения первой емкости переменного объема соединен с первым входом блока управления и сигнализации, выход датчика наполнения второй емкости переменного объема соединен с вторым входом блока управления и сигнализации, первый, второй и третий выходы блока управления и сигнализации соединены соответственно с управляющим входом источника азота, с управляющим входом трехлинейного двухпозиционного электропневмораспределителя и с входом управления насосом. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью изменения состава газовой смеси, один из входов смесителя снабжен средством для регулирования проходного сечения. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, в него введен датчик частоты вращения электродвигателя насоса, выход которого подключен к третьему входу блока управления и сигнализации. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения удобства в эксплуатации, первая емкость переменного объема снабжена грузом. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения расхода азота, в него введен двухлинейный двухпозиционный электропневмораспределитель, включенный между выходом первой емкости переменного объема и выходом устройства, а управляющий вход подключен к четвертому выходу блока управления и сигнализации.