ДЕТСКИЙ ИНКУБАТОР Российский патент 1995 года по МПК A61G11/00 

Изобретение относится к детским инкубаторам и может быть использовано в медицинской технике в устройствах для создания искусственного микроклимата.

Известен детский инкубатор, содержащий контейнер для ребенка с линией нагнетания, входные воздушную и кислородную линии, вентилятор, нагреватель и увлажнитель [1]
В этом инкубаторе с объемом контейнера 110 л вентилятор обеспечивает 20-кратный обмен воздуха в контейнере в час, т. е. расход 37 л/мин. Вследствие того, что система подачи воздуха в инкубаторе разомкнутая, воздух, проходящий через вентилятор, теплообменник и арматуру, поступает в контейнер и оттуда выбрасывается в окружающую среду через неплотности контейнера, благодаря чему в этом инкубаторе уменьшена вероятность заражения проточных линий инкубатора болезнетворными организмами (бактериями, грибками и пр.).

Однако указанная величина расхода 37 л/мин, с одной стороны мала для быстрого разогрева контейнера до температуры порядка 37^оС, необходимой для выхаживания ребенка, вследствие чего в инкубаторе велико время подготовки его к работе, а, с другой стороны, слишком велика при работе на режиме создания в контейнере повышенной до 40% концентрации кислорода и требует неэкономного расходования кислорода, которого всегда не хватает в родильных домах и других лечебных учреждениях (для поддержания 40% концентрации кислорода расход кислорода должен составлять примерно треть от расхода воздуха, в данном случае 12 л/мин).

Известен также детский инкубатор, включающий контейнер для ребенка с линией нагнетания, входные воздушную и кислородную линии, вентилятор, линию циркуляции, содержащую радиатор и увлажнитель в виде проточного сосуда с водой, и два нагревателя [2]
В этом инкубаторе обеспечивается малый расход свежего воздуха (10-20 л/мин) благодаря наличию в инкубаторе линии циркуляции, замыкающей вентилятор, радиатор, увлажнитель на контейнер, с расходом циркулирующего воздуха 150-200 л/мин. Малый расход свежего воздуха позволяет экономить кислород, а большой расход в циркуляционной линии быстро разогреть контейнер в начале работы.

Однако недостатком инкубатора является то, что содержащийся в контейнере теплый газ многократно проходит по линии циркуляции и через установленные в ней вентилятор, радиатор и увлажнитель, вследствие чего эти агрегаты могут оказаться зараженными болезнетворными организмами, которые размножаются за время многосуточного сеанса лечения, что повредит выхаживанию ребенка и потребует периодической дезинфекции проточной части агрегатов. Кроме того, увеличивается пожарная опасность вследствие того, что проходящий по линии циркуляции воздух имеет повышенную концентрацию кислорода и температуру, а как известно, повышение концентрации кислорода сверх 21% (нормальная концентрация кислорода в воздухе) на каждые 2% увеличивает скорость горения материалов в 2 раза. Указанные агрегаты должны соответствовать повышенным требованиям на кислородное оборудование, что увеличивает стоимость инкубатора.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Это достигается тем, что детский инкубатор, включающий контейнер для ребенка с линией нагнетания, входные воздушную и кислородную линии, первый вентилятор, первую линию циркуляции, содержащую первый радиатор и первый увлажнитель в виде проточного сосуда с водой, и первый и второй нагреватели, снабжен смесителем с первым и вторым входами и одним выходом, вторым вентилятором, включенным параллельно первому вентилятору, второй циркуляционной линией, включающей второй радиатор и второй увлажнитель, выполненный в виде проточного сосуда с водой, и четырьмя дросселями, причем первая и вторая циркуляционные линии подключены своими выходами к входной воздушной линии, а своими входами к выходам соответственно первого и второго вентиляторов, при этом выходы вентиляторов через первый и второй, выполненный переменным, дроссели подключены соответственно к первому и второму входам смесителя, выход которого соединен с линией нагнетания, а третий и четвертый дроссели установлены соответственно в первой и второй линии циркуляции, кроме того, первый и второй радиаторы, первый и второй увлажнители и первый и второй нагреватели помещены в общий теплообменник.

Инкубатор снабжен третьим увлажнителем, выполненным в виде проточного сосуда с водой, и третьим радиатором, установленными последовательно в линии между вторым дросселем и вторым входом смесителя, а также третьим нагревателем, подключенным к третьему увлажнителю, причем третий радиатор помещен в общий теплообменник.

Третий радиатор размещен выше третьего увлажнителя.

Увлажнители соединены общей гидравлической линией.

Кислородная линия снабжена четвертым увлажнителем, который соединен с общей гидравлической линией.

Заявленное техническое решение имеет по сравнению с прототипом следующие отличительные существенные признаки:
инкубатор снабжен смесителем с первым и вторым входами и одним выходом;
инкубатор снабжен вторым вентилятором, включенным параллельно первому вентилятору;
инкубатор снабжен второй циркуляционной линией;
инкубатор снабжен четырьмя дросселями;
вторая циркуляционная линия включает второй радиатор и второй увлажнитель, выполненный в виде проточного сосуда с водой;
первая и вторая циркуляционные линии подключены своими выходами к входной воздушной линии, а своими входами к выходам соответственно первого и второго вентиляторов;
выходы вентиляторов через первый и второй дроссели подключены соответственно к первому и второму входам смесителя;
второй дроссель выполнен переменным;
выход смесителя соединен с линией нагнетания;
третий и четвертый дроссели установлены соответственно в первой и второй линии циркуляции;
первый и второй радиаторы, первый и второй увлажнители и первый и второй нагреватели помещены в общий теплообменник;
инкубатор снабжен третьим увлажнителем, выполненным в виде проточного сосуда с водой, и третьим радиатором, установленными последовательно в линии между вторым дросселем и вторым входом смесителя, а также третьим нагревателем, подключенным к третьему увлажнителю, причем третий радиатор помещен в общий теплообменник;
третий радиатор размещен выше третьего увлажнителя;
увлажнители соединены общей гидравлической линией;
кислородная линия снабжена четвертым увлажнителем;
четвертый увлажнитель соединен с общей гидравлической линией, вследствие чего техническое решение является новым.

Предложенное техническое решение является промышленно применимым, так оно может быть изготовлено в промышленности и использовано в здравоохранении и других отраслях хозяйства.

На чертеже приведена конструктивная схема инкубатора.

Детский инкубатор выполнен в виде основания 1 на колесах 2, на которых размещен контейнер 3 с ложем 4 для ребенка. Контейнер содержит линию нагнетания 5, соединенную с коллекторами 6 и 7.

На стенке 8 основания 1 выполнено заборное отверстие 9 входной воздушной линии 10, в котором установлен фильтр 11, а на стенке основания 1 укреплен штуцер 13 входной кислородной линии 14.

В основании установлены два вентилятора 15 и 16, четыре увлажнителя 17-20, три радиатора 21-23, а также общий теплообменник 24 и теплообменник 25.

Входная воздушная линия 10 раздваивается на две линии 26 и 27, в которых установлены вентиляторы 15 и 16; потоки по линиям сходятся в смесителе 28.

Выход 29 вентилятора 15 через дроссель 30 соединен линией 31 со входом 32 смесителя 28.

Выход 33 вентилятора 16 через переменный дроссель 34 (вентиль) и ротаметр 35, укрепленный на стенке 12 основания 1, увлажнитель 19 и радиатор 23 соединен линией 36 со входом 37 смесителя 28.

Вентилятор 15 закольцован линией циркуляции 38, вход 39 которой подключен к выходу 29 вентилятора, а выход 40 линии к входу 41 вентилятора; в линии последовательно по потоку установлены дроссель 42, радиатор 21 и увлажнитель 17.

Вентилятор 16 закольцован линией циркуляции 43, вход 44 которой подключен к выходу 33 вентилятора, а выход 45 линии к входу 46 вентилятора; в линии последовательно по потоку установлены дроссель 47, радиатор 22 и увлажнитель 18.

Входная кислородная линия 14 через вентиль 48, ротаметр 49 и увлажнитель 20 соединена с линией нагнетания 5, которая в свою очередь соединена с выходом 50 смесителя 28.

Увлажнители 17-20 выполнены в виде проточных сосудов, частично заполненных дистиллированной водой, размещены в основании 1 на одной высоте и соединены общей гидравлической линией 51, которая соединена с мерным стеклом 52, укрепленным на стенке 8 основания 1 и имеющим заправочную горловину 53 и сливной штуцер 54.

Радиаторы 21-23 и увлажнители 17 и 18 помещены в общий теплообменник 24, в котором установлены нагреватель 55 сравнительно большой мощности, к примеру; мощностью 500 Вт, и нагреватель 56 малой мощности, к примеру мощностью 50 Вт.

Увлажнитель 19 помещен в теплообменник 25, в котором установлен нагреватель 57 средней мощности, к примеру мощностью 100 Вт.

Радиатор 23 размещен выше увлажнителя 19, причем линия 58, соединяющая радиатор и увлажнитель, и каналы в радиаторе выполнены вниз в направлении вверх по потоку (со стоком в направлении от радиатора к увлажнителю).

Детский инкубатор работает следующим образом.

В начале работы (в выключенном состоянии) температура в контейнере равна температуре воздуха того помещения, в котором находится инкубатор, например, 20^о. Для быстрого разогрева инкубатора включают оба вентилятора 15 и 16 и нагреватели 55 и 57 (подают на них электрическое напряжение). Вентиляторы засасывают воздух из заборного отверстия 9, прогоняют его через фильтр 11, в котором воздух очищается от пыли и бактерии, и по линиям 10, 26, 27, 31 36 и 58 подают его в линию нагнетания 5, откуда через коллекторы 6 и 7 воздух поступает в контейнер 3 и выбрасывается в окружающую среду через неплотности контейнера.

Расходы воздуха в линиях 26 и 27 ограничиваются дросселями 30 и 34 и могут быть равны, к примеру, соответственно 300 и 20 л/мин, при во много раз большем расходе через каждый вентилятор, к примеру 1200 л/мин.

Расход воздуха в каждой линии циркуляции 38 и 43, ограничиваемый также сопротивлением дросселей 42 и 47, равен разности расхода через вентилятор и расхода в соответствующей линии, к которой подключена линия циркуляции:
в линии 26 расход 1200-200 1000 л/мин,
в линии 27 расход 1200-20 1180 л/мин.

Пока воздух из линии 26 попадает в линию 31, он успевает 1000/20 5 раз пройти по линии циркуляции 38; аналогично, пока воздух из линии 27 попадает в линию 36, он успевает 1180/20 59 раз пройти по линии циркуляции 43. Подбором сопротивлений дросселей 30, 34, 42 и 47 можно обеспечить требуемое соотношение расходов, причем дросселем 34 можно оперативно регулировать расход линии 27.

Нагреватель 55 начинает повышать температуру общего теплообменника 24 вместе с помещенными в него радиаторами 21, 22 и 23 и увлажнителями 17 и 18, включая и залитую в увлажнители воду.

Нагреватель 57 начинает повышать температуру теплообменника 25 вместе с помещенным в него увлажнителем 19, включая и залитую в него воду.

Воздух, проходя через радиаторы 21 и 22, нагревается и принимает температуру радиаторов, а многократно проходя через нагретые увлажнители 17 и 18, увлажняется. Часть воздуха, проходящая через увлажнитель 19, увлажняется дополнительно.

Теплый воздух смешивается в смесителе 28 и по линии нагнетания 5 через коллекторы 6 и 7 поступают в контейнер 3, постепенно нагревая находящийся там газ, контейнер 3 и ложе 4.

В течение короткого времени, порядка 10 мин, инкубатор выходит на рабочий режим, когда температура газа в контейнере достигает заданной величины, например, 37^оС. При этом температура общего теплообменника 24 оказывается выше температуры газа в контейнере на несколько градусов (может равняться, к примеру, 40^оС). Мощность нагревателя 57 выбирается такой, чтобы температура теплообменника 25 была выше температуры теплообменника 24 (она может равняться, к примеру, 50 градусов).

После выхода на рабочий режим нагреватель 55 отключается (например, автоматически) и включается нагреватель 56 малой мощности, который поддерживает заданную температуру газа в контейнере путем компенсации потерь тепла на теплоотдачу, нагрев поступающего свежего воздуха, постепенный разогрев стенок контейнера и т. д. Обычно используется пропорциональный закон регулирования напряжения, подаваемого на нагреватель. Одновременно отключается и вентилятор 15 и подача свежего воздуха в контейнер продолжает осуществляться только при одной линии 27 с малым расходом воздуха (до 20 л/мин). При этом смеситель обеспечивает проход воздуха только в одном направлении со входа 37 на выход 50 (без закольцовки на не работающий в данный момент вентилятор 15).

Так как температура увлажнителя 19 выше температуры общего теплообменника 24, то давление насыщенного пара в увлажнителе 19 выше давления насыщенного пара, соответствующего температуре теплообменника 24. Влажный воздух из увлажнителя 19, проходя через радиатор 23, охлаждается, при этом из воздуха может конденсироваться влага, которая осаждается в каналах радиатора и стекает обратно в увлажнитель 19. Поступающий в контейнер 3 влажный воздух постепенно доводит относительную влажность в контейнере до 70-98% Если из лечебных показаний требуется поддержание относительной влажности в контейнере до 70% нагреватель 57 выключается (или не включается при выходе на рабочий режим).

При необходимости повышения в контейнере концентрации кислорода (до 40%) открывают вентиль 48 и сухой кислород от внешней сети по линии 14 через ротаметр 49, увлажняясь в увлажнителе 20, поступает в линию нагнетания 5 и далее в контейнер 3, смешиваясь с находящимся там воздухом. Требуемая относительная влажность газа в контейнере при этом сохраняется. Так как расход воздуха на рабочем режиме мал (до 20 л/мин), то расход кислорода (примерно треть от расхода воздуха) также невелик (до 7 л/мин).

Благодаря тому, что увлажнители 17, 18, 19 и 20 соединены общей гидравлической линией 51, уровень воды в увлажнителях одинаков, как в сообщающихся сосудах, поэтому при неравномерном испарении воды в увлажнителях уровень воды в них остается одинаковым вследствие перетекания воды из одного увлажнителя в другой, при этом исключается случайное опустошение одного из увлажнителя.

Преимуществом предложенного инкубатора является экономное расходование кислорода.

В инкубаторе уменьшен риск заражения линий инкубатора от выделений ребенка вследствие того, что, несмотря на наличие циркуляционных линий, подача воздуха в инкубатор остается в общем прямоточной в том смысле, что газ из контейнера не может попасть обратно в систему подачи и в агрегаты. Дезинфекции подлежит только внутренний объем контейнера 3.

В инкубаторе уменьшена пожарная опасность благодаря тому, что кислород подмешивается в воздух на самом конечном этапе на входе в линию нагнетания контейнера, при этом большая часть системы подачи, включая вентиляторы, увлажнители (кроме кислородного увлажнителя 20), нагреватели, остается воздушной. Кроме того, уменьшается стоимость инкубатора, так как не требуется выполнения этих агрегатов по правилам производства кислородного оборудования.

Пропуск проходящего через теплообменник 25 воздуха через радиатор 23, размещенный в общем теплообменнике 24, предотвращает выпадение влаги внутри контейнера 3 (например, на прозрачных стенках контейнера и их запотевание), а также предотвращает перегрев воздуха при случайном разогреве теплообменника 25 с находящейся в нем водой (вследствие большой теплоты фазового перехода при выпадении излишней влаги в радиаторе 23) и исключает случайный перегрев ребенка.

Многократная продувка воздуха по линиям циркуляции позволяет простым способом обеспечить увлажнение воздуха при невысокой температуре общего теплообменника и подводимого газа (порядка 40^оС), что также исключает перегрев ребенка и облегчает эксплуатацию инкубатора.

Использование: изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в устройствах для создания искусственного микроклимата. Технический результат: снижение риска заражения линий инкубатора болезнетворными микробами, уменьшение расходования кислорода и пожарной опасности, облегчение эксплуатации инкубатора. Сущность изобретения: детский инкубатор выполнен в виде основания 1 с контейнером 3 и ложем 4 для ребенка. Контейнер содержит линию нагнетания 5. В основании 1 выполнено заборное отверстие входной воздушной линии 10 и укреплен штуцер входной кислородной линии 14, а также установлены два вентилятора 15 и 16, четыре увлажнителя 17 20, три радиатора 21 23, общий теплообменник 24 и теплообменник 25, причем радиаторы 21, 22, 23 и увлажнители 17 и 18 помещены в общий теплообменник 24 с нагревателями сравнительно большой мощности 55 и малой мощности 56, а увлажнитель 19 помещен в теплообменник 25 с нагревателем средней мощности 57. Увлажнители 17 20 выполнены в виде проточных сосудов, частично заполненных дистиллированной водой. Входная воздушная линия 10 раздваивается на две линии 26 и 27, потоки по линиям сходятся в смесителе 28, в линиях установлены вентиляторы 15 и 16. Вентилятор 15 закольцован линией 38 циркуляции, вентилятор 16 линией 43 циркуляции. Входная кислородная линия 14 соединена с линией 5 нагнетания, которая в свою очередь соединена с выходом 50 смесителя 28. 1 ил.

1. ДЕТСКИЙ ИНКУБАТОР, включающий контейнер для ребенка с линией нагнетания, входные воздушную и кислородную линии, первый вентилятор, первую линию циркуляции, содержащую первый радиатор и первый увлажнитель в виде проточного сосуда с водой, и первый и второй нагреватели, отличающийся тем, что он снабжен смесителем с первым и вторым входами и одним выходом, вторым вентилятором, включенным параллельно первому вентилятору, второй циркуляционной линией, включающей в себя второй радиатор и второй увлажнитель, выполненный в виде проточного сосуда с водой, и четырьмя дросселями, причем первая и вторая циркуляционные линии подключены своими выходами к входной воздушной линии, а своими входами к выходам соответственно первого и второго вентиляторов, при этом выходы вентиляторов через первый и второй, выполненный переменным, дроссели подключены соответственно к первому и второму входам смесителя, выход которого соединен с линией нагнетания, а третий и четвертый дроссели установлены соответственно в первой и второй линиях циркуляции, кроме того, первый и второй радиаторы, первый и второй увлажнители и первый и второй нагреватели помещены в общий теплообменник. 2. Инкубатор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен третьим увлажнителем, выполненным в виде проточного сосуда с водой, и третьим радиатором, установленным последовательно в линии между вторым дросселем и вторым входом смесителя, а также третьим нагревателем, подключенным к третьему увлажнителю, причем третий радиатор помещен в общий теплообменник. 3. Инкубатор по п.2, отличающийся тем, что третий радиатор размещен выше третьего увлажнителя. 4. Инкубатор по пп. 1 3, отличающийся тем, что увлажнители соединены общей гидравлической линией. 5. Инкубатор по пп. 1 3, отличающийся тем, что кислородная линия снабжена четвертым увлажнителем. 6. Инкубатор по п.4, отличающийся тем, что четвертый увлажнитель соединен с общей гидравлической линией.