ТРЕНАЖЕР-ИНГАЛЯТОР Российский патент 1999 года по МПК A61M15/00 

Аппарат может использоваться для излечения заболеваний легких и бронхов, а также применяться как ингалятор или как тренажер для здоровых людей в целях профилактики и для повышения результативности тренировок спортсменов.

Известен дыхательный аппарат Стрелкова по патенту РФ на изобретение N 2 040 279, который содержит маску, канал вдоха-выдоха, фильтр и мешок.

Аппарат предназначен в основном для использования в условиях стационара: он громоздок, имеет неэстетичный внешний вид, не приспособлен для массового производства и очень дорог из-за сложности конструкции. Как тренажер не используется.

Известен ингалятор по пат. ГДР N 55 757, кл. 30 K 12/01 от 1967 г., представляющий собой сосуд, в котором коаксиально расположена перфорированная по боковой стенке трубка, выполняющая функцию аэрозольной камеры, однако аэрозоль формируется в основном в пристеночном слое у верхних щелевых отверстий камеры - трубы. Это подтверждается тем, что для усиления эффекта предложено ввести зубчатую вставку. Как тренажер этот аппарат тоже не используется.

Известен также дыхательный аппарат (ингалятор) по патенту Швеции на пром. образец N 92 - 2609, содержащий цилиндрический корпус, образованный двумя частями: крышкой и дном, и короткую прямоугольную трубку. Аппарат не предназначен для работы как тренажер и не удобен в эксплуатации из-за малых габаритов и короткой трубки.

Наиболее близким является ингалятор Фролова по патенту СССР N 1 790 417, кл. A 61 M 15/02, содержащий герметичный сосуд с отверстием для вдоха воздуха, коаксиально установленную внутри него цилиндрическую аэрозольную камеру с отверстиями для распыления, которые расположены в дне аэрозольной камеры, размещенной в свою очередь с зазором относительно дна сосуда. Кроме того, ингалятор снабжен дополнительной емкостью, охватывающей сосуд ингалятора и имеющей отверстие, в котором с зазором размещена дыхательная трубка. Однако возможно попадание в дыхательные пути крупных капель ингаляционной жидкости в случае интенсивного вдоха при нормальном (рекомендуемом) уровне ингаляционной жидкости либо при нормальном вдохе, но повышенном уровне ингаляционной жидкости. Попаданию капель жидкости в дыхательные пути способствует и то, что жидкость после 3-7 мин дыхания сильно вспенивается. При использовании ингалятора возникают затруднения с регулированием его характеристики индивидуально для каждого пользователя. Регулирование уровня нагрузок методом увеличения уровня жидкости недопустимо, т.к. даже незначительное повышение уровня жидкости приводит к попаданию крупных капель в дыхательные пути, что небезопасно.

Регулирование процентного содержания углекислого газа вообще невозможно.

Кроме того, и при вдохе и при вдохе наблюдается резкое колебание сопротивления системы - пики давления и разрежения, обусловленные тем, что перфорация дна аэрозольной камеры оказывает различное сопротивление при перетекании жидкости и продавливании воздуха, а компенсационного объема трубки недостаточно, чтобы устранить эти вредные явления.

Задачей создания изобретения является повышение эффективности и безопасности применения тренажера-ингалятора путем предотвращения попадания капель жидкости в дыхательные пути и расширения его функциональных возможностей как тренажера за счет регулирования нагрузок и состава газовой смеси.

Указанная задача решается тем, что в тренажере-ингаляторе, содержащем герметичный сосуд с отверстиями для вдоха воздуха, коаксиально установленную внутри него цилиндрическую аэрозольную камеру с отверстиями для распыления, расположенными в ее дне, размещенном с зазором относительно дна сосуда и дыхательную трубку с наконечником и дополнительную емкость с каналом для выхода воздуха, предложено выполнить на дне аэрозольной камеры лопатки, саму дополнительную емкость - с возможностью изменения ее объема за счет кольцевых вставок, а между наконечником и дыхательной трубкой установить цилиндрический расширитель. Лопатки можно выполнить наклонными, а внутри расширителя и/или аэрозольной камеры установить диспергатор в форме перфорированной пластины или корпуса.

Патентные исследования показали, что предложенное решение обладает новизной и изобретательским уровнем, а также промышленной применимостью. Изготовлены опытные образцы устройства, запланировано его массовое производство.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:
на фиг. 1 - тренажер-ингалятор без дополнительной емкости;
на фиг. 2 - сосуд с аэрозольной камерой;
на фиг. 3 - вид А;
на фиг. 4 - тренажер-ингалятор;
на фиг. 5 - тренажер-ингалятор с кольцевой вставкой;
на фиг. 6 - регулируемый канал выдоха воздуха на торце дополнительной емкости;
на фиг. 7 - регулируемый канал выдоха воздуха на боковой поверхности дополнительной емкости;
на фиг. 8 - вид по Г на лопатки;
на фиг. 9 - вид по Г на наклонные лопатки;
на фиг. 10 - диспергатор;
на фиг. 11 - вид по Г второго варианта лопаток;
на фиг. 12 - вид Д;
на фиг. 13 - вид Д наклонных лопаток;
на фиг. 14 - графики зависимости сопротивления системы на вдохе от времени;
на фиг. 15 - графики зависимости сопротивления системы на вдохе от зазора.

Тренажер-ингалятор (фиг. 1) содержит следующие основные детали: сосуд 1, внутри которого установлена аэрозольная камера 2 с днищем 3, дыхательную трубку 4, расширитель цилиндрической формы 5 и наконечник 6. Аэрозольная камера 2 имеет отверстие для выдоха (вдоха) воздуха 7. Внутри аэрозольной камеры 2 (фиг. 2) может быть установлен диспергатор 8 с перфорацией. На днище 3 (фиг. 3) выполнены отверстия 9 и лопатки 10. Центральная часть днища не перфорируется. Рекомендуемое соотношение диаметров неперфорируемого и перфорируемого участков
d/D = 0,2 ... 0,4.

Сосуд 1 установлен в дополнительную емкость 11 (фиг. 4), состоящую как минимум из двух деталей: днища 12 и крышки 13. Между днищем 12 и крышкой 13 (фиг. 5) может быть установлена одна или несколько кольцевых вставок 14 для изменения объема дополнительной емкости и как следствие процентного содержания углекислого газа. На торце или боковой стенке дополнительной емкости 11 имеется канал для выхода воздуха 15.

Канал 15 можно выполнить регулируемым одним из двух способов: применением вращающейся втулки 16 с отверстиями 17 (фиг. 6), которые полностью или частично совмещаются с каналом 15, или выполнением кроме каналов 15 на боковой стенке днища 12 (фиг. 7) таких же каналов 19 на боковой стенке крышки 13 (или кольцевой вставки 14).

Существенный элемент в конструкции тренажера-ингалятора - это лопатки 10, которые могут быть выполнены радикальными (фиг. 8) или наклонными (фиг. 9) и размещены на торце днища 3. Диспергатор 8 лучше всего выполнить коническим (фиг. 10), вершиной конуса в сторону аэрозольной камеры 2, что позволит отбрасывать к стенкам крупные капли.

Возможно выполнение лопаток 10 на боковой поверхности днищ 3 (фиг. 11) также в двух вариантах: прямыми (фиг. 12) или наклонными (фиг. 13). Дополнительная закрутка потока увеличит интенсивность аэрации. Особенностью предложенного устройства в отличие от прототипа является то, что торцы лопаток 10 упираются в дно сосуда 1, образуя зазор h. При постоянной, строго калиброванной ширине зазора, не зависящего от перекосов при неаккуратной сборке или дефектах изготовления центрального выступа дна у прототипа, гидравлические характеристики предложенного аппарата при его массовом производстве будут строго стабильными.

Расширитель 5 позволит уменьшить амплитуду колебания сопротивления гидровоздушного тракта устройства по сравнению с прототипом (фиг. 13).

Это поясняется на графиках зависимости сопротивления системы (фиг. 14), где позиции обозначают:
19 - гидравлическое сопротивление прототипа для взрослого человека,
20 - гидравлическое сопротивление прототипа у спортсмена,
21 - гидравлическое сопротивление предложенного устройства для взрослого человека.

22 - гидравлическое сопротивление предложенного устройства у спортсмена.

На фиг. 15 доказана необходимость строгого соблюдения условия соотношения кольцевой площади зазора F₁ и площади отверстий F₀, которые определяются по формулам:
F₁= πDh,
где
Z - число отверстий;
d₀ - диаметр отверстий;
D - диаметр дна;
h - высота зазора.

Оптимальное соотношение площадей из условия обеспечения хорошего смешения и приемлемого гидравлического сопротивления системы:
F₀ / F₁ = 1,5 ... 3,0.

Графики, приведенные на фиг. 15, обозначают:
23 - сопротивление системы для взрослого человека,
24 - сопротивление системы для спортсмена,
25 - эффективность перемешивания.

Некоторые расчетные данные устройства:
1. Частота дыхания f = 16 ... 18 раз в минуту.

2. Объем вдоха взрослого человека V₁ = 3,5 л/вдох.

3. Объем вдоха у спортсмена V₂ = 5,0 л/вдох.

4. Время вдоха τ = 2 с.

5. Скорость воздуха в отверстиях

6. Сопротивление системы для взрослого человека:

7. Сопротивление системы для спортсмена:

8. Объемы устройств приведены в табл. 1.

9. Газовый состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха приведен в табл. 2.

При работе с устройством в режиме ингалятора аэрозольная камера 2 заправляется ингалируемой жидкостью, дополнительная емкость 11 снимается или полностью открывают канал 15.

При вдохе ингаляционная жидкость через данный зазор и отверстия 9 и в дне 3 засасывается в аэрозольную камеру 2, а вслед за жидкостью поступает воздух. Пройдя отверстия 9, воздух барботирует жидкость, находящуюся под разрежением всасывания, увлекает ее вверх, создавая во всем объеме состояние кипения. Крупные капли задерживаются в расширителе 5 и в одном из двух диспергаторов 8. Коническая форма диспергаторов и отсутствие отверстия в его центральной части способствуют отбрасыванию крупных капель к стенке.

Хорошему перемешиванию также способствуют строго расчетный зазор между дном 3 и сосудом 1, имеющий стабильную величину, наличие лопаток 10 и наклон лопаток.

Расширитель 5 сглаживает пульсации давления при вдохе и выдохе.

Применение кольцевых вставок и/или регулирование каналов для выхода воздуха 15 делает возможным регулировать сопротивление тракта и содержание выдыхаемого углекислого газа.

При использовании устройства в качестве тренажера ингалятор 2 заправляется водой. Потом собирают дополнительную емкость 11 с использованием только днища 12 и крышки 13 или, кроме того, и кольцевых элементов 15.

При этом происходит вдыхание смеси, богатой углекислым газом. Меняя сечение канала 15, изменяют нагрузку.

Таким образом, обеспечиваются безопасность, эффективность и широкие функциональные возможности устройства.

Изобретение предназначено для лечения легких и бронхов, а также для профилактики и тренировки здоровых людей. Тренажер-ингалятор содержит герметичный сосуд с отверстиями для вдоха воздуха, коаксиально установленную внутри него цилиндрическую аэрозольную камеру с отверстиями для распыления, расположенными в ее днище, размещенном с зазором относительно дна сосуда, дыхательную трубку с наконечником и дополнительную емкость с каналом для выхода воздуха. На внешней стороне днища аэрозольной камеры выполнены лопатки, опирающиеся в дно сосуда. Дополнительная емкость выполнена с возможностью изменения объема за счет одной или нескольких кольцевых вставок. Между наконечником и дыхательной трубкой установлен расширитель цилиндрической формы. Изобретение позволяет повысить эффективность и безопасность применения тренажера за счет предотвращения попадания капель жидкости в дыхательные пути. 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 15 ил.

1. Тренажер-ингалятор, содержащий герметичный сосуд с отверстиями для входа воздуха, коаксиально установленную внутри него цилиндрическую аэрозольную камеру с отверстиями для распыления, расположенными в ее днище, размещенном с зазором относительно дна сосуда, дыхательную трубку с наконечником и дополнительную емкость с каналом для выхода воздуха, отличающийся тем, что на внешней стороне днища выполнены лопатки, опирающиеся в дно сосуда, дополнительная емкость выполнена с возможностью изменения объема за счет одной или нескольких кольцевых вставок, между наконечником и дыхательной трубкой установлен расширитель цилиндрической формы. 2. Тренажер-ингалятор по п.1, отличающийся тем, что лопатки выполнены наклонными. 3. Тренажер-ингалятор по п.1 или 2, отличающийся тем, что внутри расширителя и/или аэрозольной камеры установлен диспергатор в форме перфорированной пластины. 4. Тренажер-ингалятор по п.1 или 2, отличающийся тем, что внутри расширителя и/или аэрозольной камеры установлен диспергатор в форме перфорированного конуса. 5. Тренажер-ингалятор по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что канал выхода воздуха из дополнительной емкости выполнен регулируемым.