СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ NO-СОДЕРЖАЩЕГО ГАЗОВОГО ПОТОКА ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ Российский патент 2002 года по МПК A61M11/00 

Изобретение относится к медицинской технике, более конкретно, к средствам для обеспечения воздействия на биологический объект газовыми смесями, содержащими оксид азота. Изобретение может быть использовано для лечения различных патологических процессов в общей, абдоминальной, торакальной, гнойной, сосудистой и реконструктивно-пластической хирургии, онкологии, гинекологии, урологии, комбустиологии, стоматологии, офтальмологии, нейрохирургии и других областях медицины.

Известен способ выработки смеси, содержащей воздух и оксид азота, для лечения медицинских патологий путем прямой подачи смеси на определенный орган пациента, заключающийся в том, что вводят воздух через входное отверстие в искроразрядную камеру системы, подают потенциал высокого напряжения на набор электродов, разделенный воздушным промежутком и расположенный в упомянутой искроразрядной камере, причем указанный потенциал высокого напряжения имеет пиковое значение, достаточное для выработки искрового разряда в воздушном промежутке, вырабатывают смесь воздуха и оксида азота посредством искрового разряда между электродами под воздействием потенциала высокого напряжения и немедленно подают выработанную смесь оксида азота и воздуха через выходную систему, сконструированную для немедленной подачи газовой смеси к определенному органу тела пациента (см. патент США 5396882, кл. А 61 М 11/00, опубл. 14.03.1995).

Известный способ реализован в системе для непрерывной выработки смеси, содержащей воздух и оксид азота и предназначенной для лечения медицинских патологий, требующих непосредственной доставки смеси к органу тела пациента, при этом указанная система содержит искроразрядную камеру с парой электродов, разделенных воздушным промежутком для обеспечения выработки оксида азота посредством искрового разряда между электродами, электрическую схему для подачи потенциала высокого напряжения на указанные электроды, причем потенциал высокого напряжения имеет пиковое значение, достаточное для формирования искрового разряда в воздушном промежутке, впускное отверстие для подачи воздуха в искроразрядную камеру, где производится смесь воздуха и оксида азота, выходную систему для направления выработанной смеси воздуха и оксида азота к органу тела пациента, причем выходная система и искроразрядная камера имеют размеры и расположение, обеспечивающие немедленное распределение выработанной смеси из выходного отверстия.

Недостатки известных способа и устройства определяются тем, что их практическая реализация возможна только при использовании в качестве электрического разряда, продуцирующего смесь воздуха и оксида азота, искрового разряда.

К недостаткам известных способа и устройства относятся:
1. Продуцирование оксида азота в прерывистом режиме, т.к. питающее электрический разряд высокое напряжение подается на электроды с частотой 50 или 60 Гц.

2. Неизбежная в искровых разрядах высокая эрозия электродов, что приводит к малому ресурсу работы устройства, а также к загрязнению продуцированной смеси воздуха и оксида азота частицами материала электродов.

3. Образование в искровом разряде молекул озона как за счет ультрафиолетового излучения, так и за счет электронных ударов (т.к. энергия электронов достаточно высока) в соответствии со следующими реакциями
(М - любая частица, участвующая в реакции)
е+O₂--->O+O^-
е+O₂--->O+O+е
O+O₂+М--->О₃+М
которые (молекулы озона) будут присутствовать в продуцируемой газовой смеси, т.к. искровой разряд не способен нагреть газ до температуры разложения озона и превращения его обратно в кислород.

4. Устройство, в котором для продуцирования смеси воздуха и оксида азота используется искровой разряд, неизбежно будет являться источником радиопомех (эфирных и сетевых), что приведет к проблеме его электромагнитной совместимости с электронной аппаратурой, используемой в реанимационных отделениях и операционных помещениях.

5. Ограниченное содержание оксида азота в газовой смеси, продуцируемой искровым разрядом, может приводить к снижению эффективности лечения ряда патологических процессов, например гнойных и хронических ран, язвенно-некротических поражений тканей и т.п.

Отмеченные недостатки могут быть устранены использованием в устройстве вместо искрового разряда стационарного дугового разряда, поддерживаемого высокочастотным или постоянным током, причем предпочтительным является использование дугового разряда постоянного тока вследствие облегчения решения проблемы электромагнитной совместимости.

Однако использование в известном устройстве дугового разряда постоянного тока (равно как и высокочастотного) невозможно вследствие отсутствия системы принудительного охлаждения электродов и продуцируемой таким разрядом смеси воздуха и оксида азота.

Задачей изобретения является создание такого устройства для формирования NО-содержащего газового потока (NO-СГП) для воздействия на биологический объект, которое за счет конструктивного выполнения электродов и выводящего канала позволило бы для генерации оксида азота в межэлектродном пространстве использовать стационарный дуговой разряд постоянного тока и одновременно обеспечить вывод из межэлектродного пространства полученной газовой смеси с приемлемыми для осуществления воздействия на биологический объект уровнями температуры и концентрации NO, которые могут обеспечить требуемый лечебный эффект.

Указанный технический результат достигается посредством устройства для формирования NО-содержащего газового потока для воздействия на биологический объект, которое содержит корпус, по меньшей мере два электрода, размещенные внутри корпуса таким образом, что между упомянутыми электродами имеется межэлектродное пространство для формирования дугового разряда постоянного тока, причем электроды электрически изолированы друг от друга. Устройство содержит также средство для подачи на электроды напряжения, обеспечивающего формирование и поддержание между электродами дугового разряда постоянного тока, причем на один из электродов, являющийся анодом, подается положительный потенциал, а на другой из электродов, являющийся катодом, подается отрицательный потенциал. С межэлектродным пространством сообщены впускной канал, обеспечивающий поступление в это пространство исходного газа, содержащего по меньшей мере кислород и азот, и канал для вывода NO-содержащего газового потока из межэлектродного пространства, причем канал для вывода также направляет NО-содержащий поток для воздействия на биологический объект. NO-содержащий газовый поток формируется в межэлектродном пространстве из исходного газа под действием дугового разряда постоянного тока, который формируют и поддерживают между упомянутыми по меньшей мере двумя электродами, причем при прохождении сформированного NО-содержащего газового потока по каналу для вывода, который охлаждается средством для охлаждения, происходит фиксация содержания оксида азота в NО-содержащем газовом потоке и охлаждение всего потока до температуры, пригодной для воздействия на биологический объект.

Дуговой разряд между электродами может быть сформирован посредством обеспечения на электродах постоянного напряжения холостого хода и формированием одного или серии высоковольтных импульсов, при которых между электродами возникает искровой разряд. Величину напряжения холостого хода выбирают такой, чтобы обеспечить переход искрового разряда в стационарный дуговой, который поддерживается путем обеспечения прохождения через катод к аноду тока определенной величины в течение всей продолжительности работы устройства.

Изобретение поясняется на примерах вариантов его осуществления, иллюстрируемых чертежами, на которых:
Фиг.1 - заявляемое устройство для формирования NO-СГП для воздействия на биологический объект, ручной вариант (при эксплуатации удерживается в руке пользователя), общий вид, продольный разрез, согласно изобретению.

Фиг. 2 - то же устройство, разрез по линии II-II на фиг.1, согласно изобретению.

Фиг. 3 - то же устройство, разрез по линии III-III на фиг.1, согласно изобретению.

Фиг. 4 - то же устройство, разрез по линии IV-IV на фиг.1, согласно изобретению.

Фиг. 5 - то же устройство, разрез по линии V-V на фиг.1, согласно изобретению.

Фиг.6 - заявляемое устройство для формирования NО-СГП для воздействия на биологический объект, стационарный вариант, общий вид, продольный разрез, согласно изобретению.

Фиг. 7 - то же устройство, разрез по линии VII-VII на фиг.6, согласно изобретению.

Фиг. 8 - то же устройство, разрез по линии VIII-VIII на фиг.6, согласно изобретению.

Фиг.9 - то же устройство, разрез по линии IX-IX на фиг.6, согласно изобретению.

Фиг. 10 - то же устройство, разрез по линии Х-Х на фиг.6, согласно изобретению.

Фиг. 11 - уровни и формы электрического напряжения, питающего заявляемое устройство для формирования NO-СГП для воздействия на биологический объект, согласно изобретению.

Фиг. 12 - уровни и формы электрического тока, потребляемого заявляемым устройством для формирования NO-СГП для воздействия на биологический объект, согласно изобретению.

Фиг. 13 - распределение температуры газа вдоль оси NO-СГП, формируемого устройством, изображенным на фиг.1-5, согласно изобретению.

Фиг. 14 - распределение содержания (концентрации) оксида азота вдоль оси NO-СГП, формируемого устройствами, представленными на фиг.1-10, согласно изобретению.

Устройство, изображенное на фиг. 1-5, содержит цилиндрический тонкостенный корпус 7, выполненный из электропроводящего материала, анод 2, электрически соединенный с этим корпусом, катод 3 и канал 4 для вывода из межэлектродного пространства 5 NO-содержащего газового потока.

Анод 2 выполнен из оловянной бронзы в виде цилиндрического диска со сквозным осевым отверстием 6, соосным с входом канала 4 для вывода NO-содержащего газового потока, причем анод электрически связан с упомянутым каналом.

Катод 3 расположен коаксиально в корпусе 1 и запрессован заподлицо в цилиндрическом катододержателе 7, выполненном из электро- и теплопроводящего материала, например меди. Внутри катододержателя 7 имеется цилиндрический канал 8, с одной стороны соединенный с нагнетателем 9 для подачи исходного газа, а с другой стороны сообщающийся посредством радиальных отверстий 10 с межэлектродным пространством 5. Катод 3 представляет собой термохимический катод, выполненный из материала IV группы периодической системы химических элементов, подгруппа титана IV В, например из гафния.

Катододержатель 7 установлен коаксиально в корпусе 1 с помощью изолирующей вставки 11, выполненной из диэлектрического материала, например из органического стекла.

В корпусе 1 коаксиально между изолирующей вставкой 11 и изолирующей втулкой 72 установлен радиатор 13, служащий для отвода тепла от катододержателя 7, выполненный в виде втулки из теплопроводящего материала, например меди, и охватывающий цилиндрическую поверхность катододержателя 7 в непосредственной близости от катода 3 с минимальными радиальными зазорами для обеспечения оптимального теплового контакта между ними. Для предотвращения электрического контакта между радиатором 13, находящимся под потенциалом катода, и корпусом 1, находящимся под потенциалом анода, в устройстве предусмотрен цилиндрический тонкостенный экран 14, изготовленный из диэлектрического материала, например органического стекла, и установленный коаксиально между радиатором 13 и корпусом 1.

В межэлектродном пространстве 5 коаксиально между катодом 3 и анодом 2 размещен электрод 15 со сквозным цилиндрическим отверстием 16, предназначенный для стабилизации дугового разряда и выполненный из электро- и теплопроводящего материала, например меди, причем электрод для стабилизации дугового разряда электрически изолирован от катода и анода с помощью изолирующей втулки 12, тонкостенного цилиндрического экрана 14 и диэлектрического, предпочтительно высокотемпературного, уплотнения 17, изготовленного, например, из кремний-органической резины.

Канал 4 для вывода из межэлектродного пространства NО-содержащего газового потока образован внешней 18 и внутренней 19 цилиндрическими втулками, выполненными из теплопроводящего материала, например меди, коаксиально расположенными в корпусе 1. Упомянутый канал содержит осевую цилиндрическую камеру 20 "закалки" оксида азота и осевой цилиндрический выходной газовый канал 21, разделенные поперечной перегородкой 22. Камера 20 и выходной канал 21 связаны между собой трактом охлаждения газового потока, состоящим из диаметрально противоположно расположенных каналов 23 и 24 (фиг.2, 4, 5), связанных друг с другом кольцевой проточкой 25 (фиг.1), при этом канал 23 соединен с камерой 20 "закалки" оксида азота радиальным отверстием 26, а канал 24 соединен с выходным газовым каналом 21 кольцевой проточкой 27 (фиг.1) и радиальным отверстием 28.

В центре перегородки 22 для формирования осевого светового пятна может быть выполнен сквозной цилиндрический канал 29 малого диаметра (0,6...0,8 мм).

На наружных цилиндрических поверхностях изолирующей вставки 11, радиатора 13, изолирующей втулки 12, электрода 15 для стабилизации дугового разряда, анода 2, внешней втулки 18 канала 4 для вывода из межэлектродного пространства NО-содержащего газового потока имеются по две диаметрально противоположно расположенных лыски (фиг. 2-5), образующие с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 каналы 30 и 31, соединенные между собой кольцевой полостью 32 (фиг. 1) и предназначенные для циркуляции в системе охлаждения устройства охладителя, подвод и отвод которого осуществляется нагнетателем 33 через цилиндрические каналы 34 и 35 (фиг.2), соединенные с штуцерами 36 и 37 подачи и отвода охладителя.

В качестве охладителя предпочтительно использовать смесь дистиллированной воды и этилового спирта, например, в соотношении 50:50 (по объему).

Напряжение электропитания подается на анод 2 подключением корпуса 1 к положительному выводу, а на катод 3 - подключением катододержателя 7 к отрицательному выводу источника 38 электропитания.

Еще один вариант осуществления устройства представлен на фиг.6-10. В соответствии с этим вариантом осуществления устройство содержит корпус 39, выполненный из диэлектрического материала, анод 40, катод 41 и канал 42 для вывода из межэлектродного пространства 43 NO-coдержащего газового потока.

Корпус 39, выполненный, например, из органического стекла, имеет осевую цилиндрическую полость 44 и снабжен герметичной крышкой 45.

Анод 40 выполнен из оловянной бронзы в виде цилиндрического диска со сквозным осевым отверстием 46, соосным с входом канала 42 для вывода NO-содержащего газового потока, причем анод электрически связан с упомянутым каналом.

Катод 41 расположен на оси корпуса 39 и запрессован заподлицо в цилиндрическом катододержателе 47, выполненном из электро- и теплопроводящего материала, например меди. Внутри катододержателя 47 имеется цилиндрический канал 48, с одной стороны соединенный с нагнетателем 49 для подачи исходного газа, а с другой стороны сообщающийся (посредством радиальных отверстий 50) с межэлектродным пространством 43. Катод 41 представляет собой термохимический катод, выполненный из материала IV группы периодической системы химических элементов, подгруппа титана IV В, например из гафния.

Катододержатель 47 установлен на оси корпуса 39 с помощью крышки 45, которая может быть выполнена из любого материала.

В корпусе 39 соосно между крышкой 45 и изолирующей втулкой 51 установлен радиатор 52, служащий для отвода тепла от катододержателя 47, выполненный в виде втулки из теплопроводящего материала, например меди, и охватывающий цилиндрическую поверхность катододержателя 47 в непосредственной близости от катода 41 с минимальными радиальными зазорами для обеспечения оптимального теплового контакта между ними.

В межэлектродном пространстве 43 между катодом 41 и анодом 40 и соосно с ними размещен электрод 53 для стабилизации электрической дуги со сквозным цилиндрическим отверстием 54, выполненный из электро- и теплопроводящего материала, например меди, электрически изолированный от них соответственно с помощью изолирующей втулки 51 и диэлектрического, предпочтительно высокотемпературного, уплотнения 55, изготовленного, например, из кремнийорганической резины.

Канал 42 для вывода из межэлектродного пространства NO-содержащего газового потока является двухступенчатым и выполнен во вставке 56, состоящей из одной внешней 57 и двух внутренних 58 и 59 цилиндрических втулок, выполненных из тепло- и электропроводящего материала, например меди, и расположенных соосно в корпусе 39. Первая ступень упомянутого канала содержит осевую цилиндрическую камеру 60 "закалки" оксида азота и тракт промежуточного охлаждения газового потока, состоящий из диаметрально противоположных каналов 61 и 62, связанных друг с другом кольцевой проточкой 63 (фиг.6), при этом канал 61 соединен с камерой 60 "закалки" оксида азота радиальным отверстием 64, а канал 62 соединен с пространством камеры 65 тепловой развязки.

Вторая ступень упомянутого канала содержит осевой цилиндрический выходной газовый канал 66 и тракт окончательного охлаждения газового потока, состоящего из диаметрально противоположно расположенных каналов 67 и 68, связанных друг с другом кольцевой проточкой 69 (фиг.6), при этом канал 68 соединен с пространством камеры 65 тепловой развязки, а канал 67 соединен с выходным газовым каналом 66 радиальным отверстием 70.

На наружных цилиндрических поверхностях радиатора 52, изолирующей втулки 51, электрода 53 для стабилизации дугового разряда, анода 40, внешней втулки 57 вставки 56, в которой выполнен канал для вывода NO-содержащего газового потока, имеются по две диаметрально противоположно расположенных лыски (фиг. 7-10), образующие с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 39 каналы 71 и 72, соединенные между собой кольцевой полостью 73 (фиг.6) и предназначенные для циркуляции в системе охлаждения устройства охладителя, подвод и отвод которой осуществляется нагнетателем 74 через цилиндрические каналы 75 и 76, соединенные со штуцерами 77 и 78 подачи и отвода охладителя.

В качестве охладителя предпочтительно использовать смесь дистиллированной воды и этилового спирта, например, в соотношении 50:50 (по объему).

Напряжение электропитания подается на анод 40 подключением вставки 56 к положительному выводу, а на катод 41 - подключением катододержателя 47 к отрицательному выводу источника 79 электропитания.

Устройство, изображенное на фиг.1-5, предназначено в основном для лечения раневой патологии, при эксплуатации находится в руке пользователя и работает следующим образом.

Перед началом эксплуатации устройство подключают к гибким электро-гидро-газовым магистралям длиной ~ 1,5 м, коммутирующим его с расположенным в сервисном блоке (не показан) источником 38 электропитания, нагнетателем 33 охладителя и нагнетателем 9 для подачи исходного газа, в качестве которого используется атмосферный воздух.

Производят подачу охладителя с расходом 1,5...2,0 л/мин, который через штуцер 36 и цилиндрический канал 34 поступает в канал 30, по которому протекает вдоль радиатора 13, электрода 15 для стабилизации дугового разряда, анода 2, канала 4 для вывода из межэлектродного пространства NО-содержащего газового потока, охлаждает их и через кольцевую полость 32, диаметрально противоположно расположенный канал 31, цилиндрический канал 35 и штуцер 37 выводится из устройства.

Объединение систем охлаждения катода 3 (путем охлаждения радиатора 13 и катододержателя 7), электрода 15 для стабилизации дугового разряда, анода 2, канала 4 для вывода NО-содержащего газового потока в единую, гидравлически связанную систему позволяет при минимальном поперечном габарите устройства и малом расходе охладителя осуществить эффективный отвод тепла от всех упомянутых элементов конструкции, что обеспечивает их работоспособность и большой ресурс работы, а также поддерживать "комфортную" для руки пользователя температуру наружной поверхности корпуса 1.

Сервисный блок содержит средство проверки исправности системы охлаждения, осуществляющее по меньшей мере проверку работоспособности и герметичности этой системы. При выдаче средством проверки исправности сигнала исправности системы охлаждения производят подачу исходного газа - атмосферного воздуха и одновременно включают источник электропитания устройства.

Исходный газ с расходом 1...4 л/мин через цилиндрический канал 8 и радиальные отверстия 10 в катододержателе 7 поступает в межэлектродное пространство 5, в осевое отверстие 6 анода 2 и в канал 4 для вывода NO-СГП.

Одновременно с подачей исходного газа на корпус 1 и катододержатель 7 от источника электропитания подают постоянное напряжение ~400 В, величина которого недостаточна для возникновения разряда в межэлектродном пространстве. Такое напряжение называется также напряжением холостого хода. Затем от источника электропитания на электроды подают высоковольтное импульсное напряжение величиной порядка 5 кВ, посредством которого между торцем катододержателя 7 с запрессованным в него катодом 3 и внутренней цилиндрической поверхностью отверстия 6 анода 2 инициируется искровой разряд. Обычно для инициирования искрового разряда достаточно одного импульса высоковольтного напряжения. Под действием напряжения холостого хода происходит переход искрового разряда в стационарный дуговой с током порядка 2,3 А и напряжением порядка 120 В, обеспечиваемыми геометрическими размерами электродов и характеристикой источника питания. Графики этого процесса представлены на фиг.11-12. Если при первом высоковольтном импульсе искровой разряд не перешел в стационарный дуговой, то от источника электропитания подают следующий высоковольтный импульс.

Электрод 15 для стабилизации дугового разряда, находясь под "плавающим" потенциалом, фиксирует среднюю длину дуги, обеспечивая таким образом стабильное горение разряда при длине, большей, чем длина самоустанавливающейся дуги, и исключает развитие процесса шунтирования, обеспечивая при заданных расходах исходного газа устойчивую генерацию в межэлектродном пространстве воздушной плазмы с температурой 3500...4000 К, оптимальной для осуществления в ней процесса синтеза оксида азота в соответствии с плазмохимической реакцией:
N₂+O₂⇔2NO-180,9 кДж
Из осевого отверстия 6 анода 2 воздушно-плазменный поток с температурой 3000. . . 3500 К и содержанием оксида азота ~(4...5)% поступает в осевую цилиндрическую камеру 20 "закалки" оксида азота, на начальном участке которой происходит его быстрое остывание до температуры ~1000 К, что обеспечивает фиксацию в газовом потоке оксида азота, синтезированного в плазменном разряде. Далее из камеры 20 "закалки" через радиальное отверстие 26 газовый поток проходит по каналам 23 и 24 охлаждения, через радиальное отверстие 28 попадает в выходной газовый канал 21, через который поступает наружу.

Форма и геометрические размеры канала 4 для вывода из межэлектродного пространства NО-СГП выбраны таким образом, чтобы осевая температура газового потока на выходе из канала 21 составляла ~150^oС и достаточно быстро спадала до комнатной температуры при удалении от выхода канала 21 (фиг.13). Это дает возможность при необходимости использовать для лечения, например, раневой патологии не только оксид азота, но и тепловую составляющую газового потока, например, для коагуляции диффузного кровотечения.

На фиг.14 представлен график зависимости содержания оксида азота на оси газового потока от расстояния от выхода канала 21.

При воздействии на биологический объект ось газового потока визуализируется световым пятном, формируемым сквозным цилиндрическим каналом 29 в центре перегородки 22, через который частично проходит излучение из межэлектродного пространства 5.

Устройство, изображенное на фиг.6-10, предназначено для терапевтического лечения различных патологий NО-содержащим газовым потоком, охлажденным по существу до температуры охладителя. Устройство стационарно встроено в сервисный блок, подключено к расположенным в нем источнику 79 электропитания, нагнетателю 74 охладителя и нагнетателю 49 для подачи исходного газа, в качестве которого используется атмосферный воздух, и работает следующим образом.

Производят подачу охладителя с расходом 1,5...2,0 л/мин, который через штуцер 77 и цилиндрический канал 75 поступает в канал 71, по которому протекает вдоль радиатора 52, электрода 53 для стабилизации дугового разряда, анода 40, канала 42 для вывода из межэлектродного пространства NO-содержащего газового потока, охлаждает их и через кольцевую полость 73, диаметрально противоположно расположенный канал 72, цилиндрический канал 76 и штуцер 78 выводится из устройства.

Сервисный блок содержит средство проверки исправности системы охлаждения, осуществляющее по меньшей мере проверку работоспособности и герметичности этой системы. При выдаче сигнала исправности средством проверки исправности системы охлаждения производят подачу исходного газа - атмосферного воздуха и одновременно включают источник электропитания устройства.

Исходный газ с расходом 1...4 л/мин через цилиндрический канал 48 и радиальные отверстия 50 в катододержателе 47 поступает в межэлектродное пространство 43, оттуда в осевое отверстие 46 анода 40 и в канал 42 для вывода NO-СГП.

Одновременно с подачей исходного газа от источника электропитания на вставку 56 и катододержатель 47 подают постоянное напряжение порядка 400 В (напряжение холостого хода) и высоковольтное импульсное напряжение порядка 5 кВ, посредством которого между торцем катододержателя 47 с запрессованным в него катодом 41 и внутренней цилиндрической поверхностью отверстия 46 анода 40 инициируется искровой разряд. Под действием напряжения холостого хода происходит переход искрового разряда в стационарный дуговой с током порядка 2,3 А и напряжением порядка 120 В, обеспечиваемыми геометрическими размерами электродов и характеристикой источника электропитания (см. фиг.11, 12). Электрод 53 для стабилизации дугового разряда, находясь под "плавающим" потенциалом, фиксирует среднюю длину дуги, обеспечивая таким образом стабильное горение разряда при длине, большей чем длина самоустанавливающейся дуги, и исключает развитие процесса шунтирования, обеспечивая при заданных расходах рабочего газа устойчивую генерацию в межэлектродном пространстве воздушной плазмы с температурой 3500...4000 К, оптимальной для осуществления в ней процесса синтеза оксида азота в соответствии с плазмохимической реакцией:
N₂+O₂⇔2NO-180,9 кДж
Из осевого отверстия 46 анода 40 воздушно-плазменный поток с температурой 3000. . . 3500 К и содержанием оксида азота ~(4...5)% поступает в осевую цилиндрическую камеру 60 "закалки" оксида азота, на начальном участке которой происходит его быстрое остывание до температуры ~1000 К, что обеспечивает фиксацию в газовом потоке оксида азота, синтезированного в плазменном разряде. Далее из камеры 60 "закалки" через радиальное отверстие 64 газовый поток проходит по каналам 61 и 62 тракта промежуточного охлаждения и с температурой ~ 150^oС попадает в камеру 65 тепловой развязки. Из упомянутой камеры газовый поток поступает в каналы 68 и 67 тракта окончательного охлаждения и через радиальное отверстие 70 в осевой цилиндрический выходной канал 66.

Форма и геометрические размеры канала 42 для вывода из межэлектродного пространства NО-СГП выбраны таким образом, чтобы газовый поток выходил из канала 66 охлажденным до температуры порядка 20...30^oС, что дает возможность по гибкой трубке, выполненной, например, из силикона и присоединенной к выходному каналу 66 (на чертежах не показана), транспортировать его к практически любому биологическому объекту.

Изобретение относится к области медицины, NO-содержащий газовый поток формируют из исходного газа, содержащего по меньшей мере кислород и азот, в корпусе, в котором имеется по меньшей мере два изолированных друг от друга электрода, между которыми сформирован и поддерживается стационарный дуговой разряд постоянного тока. NO-содержащий газовый поток формируется под действием дугового разряда и выводится по охлаждаемому каналу, что обеспечивает возможность фиксации в потоке оксида азота, доведение температуры выходящего потока и содержания в нем NO до значений, необходимых для эффективного лечебного воздействия на биологический объект. 2 с. и 34 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Устройство для формирования NO-содержащего газового потока для воздействия на биологический объект, содержащее корпус, по меньшей мере два электрода, размещенные внутри упомянутого корпуса таким образом, что между упомянутыми электродами имеется межэлектродное пространство для формирования дугового разряда постоянного тока, причем упомянутые электроды электрически изолированы друг от друга, средство для подачи на упомянутые электроды напряжения, обеспечивающего формирование и поддержание между электродами дугового разряда постоянного тока, причем на один из электродов, являющийся анодом, подается положительный потенциал, а на другой из электродов, являющийся катодом, подается отрицательный потенциал, впускной канал, сообщенный с межэлектродным пространством и обеспечивающий поступление в это пространство исходного газа, содержащего по меньшей мере кислород и азот, канал для вывода NO-содержащего газового потока из межэлектродного пространства и направления указанного NO-содержащего потока для воздействия на биологический объект, причем указанный NO-содержащий газовый поток формируется из упомянутого исходного газа под действием упомянутого дугового разряда постоянного тока, и средство для охлаждения упомянутого канала для вывода и по меньшей мере одного из упомянутых анода или катода. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит нагнетатель для подачи исходного газа во впускной канал. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что по меньшей мере один из упомянутых каналов расположен внутри упомянутого корпуса. 4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что по меньшей мере часть упомянутого канала для вывода выполнена непрямолинейной. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что упомянутая непрямолинейная часть канала имеет форму, выбранную из группы, включающей в себя лабиринтную, спиралеобразную и улиткообразную. 6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что канал для вывода имеет переменную площадь поперечного сечения. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что канал для вывода содержит по меньшей мере одну перегородку с отверстием, причем площадь этого отверстия существенно меньше площади поперечного сечения канала для вывода. 8. Устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что катод установлен в катододержателе, причем упомянутый впускной канал выполнен в упомянутом катододержателе. 9. Устройство по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что анод выполнен с отверстием, через которое канал для вывода сообщается с межэлектродным пространством. 10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что между анодом и катодом расположен электрод для стабилизации упомянутого дугового разряда, имеющий сквозное отверстие, соосное с катодом и отверстием в аноде, причем указанный электрод для стабилизации дугового разряда электрически изолирован от упомянутых анода и катода. 11. Устройство по любому из пп. 1-10, отличающееся тем, что упомянутый корпус выполнен из электропроводящего материала и электрически соединен с анодом. 12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что электрод для стабилизации дугового разряда установлен с зазором относительно катода и изолирован от корпуса и от анода с помощью экрана из диэлектрического материала и с помощью диэлектрического уплотнения соответственно. 13. Устройство по п. 11 или 12, отличающееся тем, что катододержатель установлен в корпусе с помощью вставки из диэлектрического материала. 14. Устройство по любому из пп. 8-13, отличающееся тем, что внутри корпуса размещен радиатор для отвода тепла от катододержателя, причем радиатор по меньшей мере частично охватывает наружную поверхность катододержателя и изолирован от электрода для стабилизации дугового разряда. 15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что радиатор выполнен из меди, при этом между радиатором и корпусом установлен экран из диэлектрического материала. 16. Устройство по любому из пп. 1-10, отличающееся тем, что упомянутый корпус выполнен из диэлектрического материала и дополнительно содержит вставку из теплопроводящего и электропроводящего материала, в которой выполнен упомянутый канал для вывода NО-содержащего газового потока, причем упомянутая вставка электрически соединена с анодом. 17. Устройство по п. 16, отличающееся тем, что электрод для стабилизации дугового разряда установлен с зазором относительно катода и изолирован от анода с помощью диэлектрического уплотнения. 18. Устройство по любому из пп. 16 и 17, отличающееся тем, что внутри корпуса размещен радиатор для отвода тепла от катододержателя, причем радиатор по меньшей мере частично охватывает наружную поверхность катододержателя и изолирован от электрода для стабилизации дугового разряда. 19. Устройство по п. 18, отличающееся тем, что радиатор выполнен из меди. 20. Устройство по любому из пп. 1-19, отличающееся тем, что упомянутое средство для охлаждения содержит образованные в корпусе каналы для циркуляции охладителя. 21. Устройство по п. 20, отличающееся тем, что дополнительно содержит нагнетатель для принудительной циркуляции охладителя. 22. Устройство по любому из пп. 10-21, отличающееся тем, что катод и отверстия в аноде и в электроде для стабилизации дугового разряда выполнены цилиндрическими, причем диаметр отверстия в электроде для стабилизации дугового разряда больше или равен диаметру катода и меньше или равен диаметру отверстия в аноде. 23. Устройство по любому из пп. 8-22, отличающееся тем, что катододержатель выполнен из меди. 24. Устройство по любому из пп. 8-23, отличающееся тем, что катод является термохимическим и запрессован в катододержатель. 25. Устройство по п. 24, отличающееся тем, что термохимический катод выполнен из материала IV группы Периодической системы химических элементов. 26. Устройство по п. 25, отличающееся тем, что термохимический катод выполнен из гафния. 27. Устройство по любому из пп. 10-26, отличающееся тем, что электрод для стабилизации дугового разряда выполнен из меди. 28. Устройство по любому из пп. 1-27, отличающееся тем, что в качестве исходного газа использован атмосферный воздух, а в качестве охладителя использована смесь дистиллированной воды и этилового спирта. 29. Способ формирования NO-содержащего газового потока для воздействия на биологический объект, включающий в себя следующие этапы: обеспечивают корпус по меньшей мере с двумя электродами, размещенными внутри упомянутого корпуса, причем упомянутые электроды электрически изолированы друг от друга и между электродами обеспечено межэлектродное пространство, обеспечивают канал для вывода газового потока из межэлектродного пространства и направления указанного NO-содержащего потока для воздействия на биологический объект, охлаждают упомянутый канал для вывода газового потока и по меньшей мере один из упомянутых электродов,
подают исходный газ, содержащий по меньшей мере кислород и азот, в межэлектродное пространство и формируют и поддерживают дуговой разряд постоянного тока между упомянутыми по меньшей мере двумя электродами в межэлектродном пространстве для образования NO-содержащего газового потока, для фиксации содержания оксида азота в NO-содержащем газовом потоке и охлаждения до температуры, пригодной для воздействия на биологический объект, обеспечивают прохождение NO-содержащего газового потока по упомянутому каналу для вывода газового потока. 30. Способ по п. 29, отличающийся тем, что для формирования дугового разряда между электродами на этих электродах обеспечивают постоянное напряжение холостого хода и формируют по меньшей мере один высоковольтный импульс, при котором между электродами возникает искровой разряд, причем величину напряжения холостого хода выбирают такой, чтобы обеспечить переход искрового разряда в стационарный дуговой. 31. Способ по п. 30, отличающийся тем, что напряжение холостого хода выбирают равным по меньшей мере 400 В, а высоковольтное импульсное напряжение выбирают равным по меньшей мере 5 кВ. 32. Способ по п. 29, отличающийся тем, что стационарный дуговой разряд постоянного тока поддерживают током, равным по меньшей мере 2,3 А. 33. Способ по любому из пп. 29-32, отличающийся тем, что дуговой разряд стабилизируют с помощью электрода для стабилизации дугового разряда для обеспечения устойчивой генерации в межэлектродном пространстве воздушной плазмы с заданной температурой. 34. Способ по п. 29, отличающийся тем, что в качестве исходного газа используют атмосферный воздух. 35. Способ по п. 29, отличающийся тем, что в качестве охладителя используют смесь дистиллированной воды и этилового спирта, при этом расход охладителя выбирают в пределах от 1,5 до 2 л в минуту. 36. Способ по п. 29, отличающийся тем, что расход исходного газа выбирают в пределах от 1 до 4 л в минуту.