СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ПЛАСТИКОВЫХ КОНТЕЙНЕРОВ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ КОМПОНЕНТОВ КРОВИ Российский патент 2002 года по МПК B65B51/22 B65B57/00 A61J1/05 

Описание патента на изобретение RU2192375C2

Изобретение относится к области медицинских технологий, связанных со сбором, хранением и переработкой крови, а именно к способам герметизации пластиковых контейнеров, предназначенных для сбора, хранения и переработки крови, и может быть использовано для создания современной материально-технической базы станций и отделений переливания крови.

Широкое применение препаратов крови обуславливает специальные требования и особенности их сбора и хранения. Исключение из технологии заготовки и переработки крови стеклянной тары и повсеместное применение пластиковых контейнеров (гемоконтейнеров) потребовало перевооружения всей материально-технической базы станций и отделений переливания крови.

Одна из основных проблем материально-технического обеспечения технологии сбора, переработки и хранения препаратов крови - это проблема надежной герметизации пластиковых контейнеров.

До настоящего времени в нашей стране эта проблема решается механическим пережатием подводящих к контейнеру полимерных трубок и их фиксации в пережатом состоянии специальными металлическими клипсами. Для реализации такого способа требуется большое количество одноразовых клипс, а качество герметизации зависит от ряда субъективных факторов, таких как квалификация медицинского персонала, качество клипс, создаваемое вручную усилие сжатия, и не всегда отвечает существующим требованиям.

Перечисленные факторы приводят к тому, что способ, основанный на механическом пережатии подводящих полимерных трубок, не отвечает существующим современным требованиям.

В связи с этим все более широкое распространение получают аппаратные автоматизированные способы герметизации пластиковых контейнеров для хранения и переработки крови, основанные на термическом запаивании подводящих полимерных трубок в непосредственной близости (на расстоянии не более 10 мм) от их ввода в гемоконтейнер.

За рубежом широкое распространение получил способ управления процессом герметизации пластиковых контейнеров для хранения и переработки крови, заключающийся в том, что за счет подвода высокочастотной энергии нагревают участок подводящей трубки до температуры, достаточной для формирования термического шва, пережимают трубку в зоне энергетического воздействия, охлаждают, удерживают трубку в пережатом состоянии до стабилизации термического шва и затем отделяют неиспользуемую часть подводящей трубки. Поскольку при этом герметизация осуществляется за счет образования термического шва, металлические клипсы не применяются. Для реализации способа применяются диэлектрические запаиватели типа Hematron 2, Biosealer CR2, Biosealer CR3 и др. [1, 2, 3, 4].

Анализ и сравнение технических возможностей диэлектрического и ультразвукового способов сварки применительно к решению проблемы герметизации контейнеров с препаратами крови позволил выявить несомненные достоинства ультразвукового способа.

Выявленные достоинства ультразвукового способа герметизации контейнеров с препаратами крови позволили предложить и разработать ультразвуковой запаиватель пластиковых контейнеров с препаратами крови [5], в котором реализуется способ управления процессом герметизации, принятый за прототип.

Способ управлении процессом ультразвуковой герметизации пластиковых контейнеров, принятый за прототип, заключается в следующем.

Устанавливают участок полимерной трубки, находящийся в непосредственной близости от ее ввода в контейнер, между двумя плоскими поверхностями, одна из которых акустически связана с источником ультразвуковых колебаний, подают электрическое напряжение на обмотку электромагнита и осуществляют сжатие трубки до касания противоположных внутренних поверхностей трубки между собой. Затем включают генератор электрических колебаний ультразвуковой частоты, преобразуют с помощью колебательной системы электрические колебания в упругие ультразвуковые с частотой 44 кГц и вводят их в стенку трубки, осуществляя ультразвуковое воздействие до перехода материала трубки в вязкопластичное состояние в зоне формирования шва. В процессе ультразвуковой сварки осуществляют перестройку собственной частоты электрических колебаний генератора в соответствии с изменениями собственной механической частоты колебательной системы, демпфируемой изменяющейся акустической нагрузкой. После перевода материала трубки в вязкопластичное состояние отключают генератор электрических колебаний, продолжая удерживать трубку в пережатом состоянии до стабилизации герметизирующего шва. Одновременно со сваркой осуществляют разрезку трубки перпендикулярно ее оси по центру зоны ультразвукового воздействия. После стабилизации герметизирующего шва отключают электромагнит, освобождают полимерную трубку и разделяют одновременно загерметизированные контейнер и неиспользуемую систему трубок.

Для реализации способа управления, принятого за прототип, требуется применение блоков раздельного питания электронного генератора и системы сжатия полимерной трубки (электромагнита). Последовательное включение электромагнита, электрического генератора, выключение генератора и затем выключение электромагнита должно осуществляться через определенные интервалы времени. Длительность этих интервалов времени зависит от свойств герметизируемой полимерной трубки (материала, его пластичности, плотности, толщины стенок, диаметра трубки).

Кроме того, в процессе работы генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты необходимо непрерывно измерять собственную частоту механических колебаний ультразвуковой колебательной системы и осуществлять перестройку генератора в соответствии с изменениями частоты колебательной системы.

Таким образом, для каждого типа используемого на практике гемоконтейнера управление процессом ультразвуковой герметизации требует ручной или автоматизированной перестройки большого числа временных характеристик процесса (времени включения и выключения электромагнита и генератора; времени, необходимого для сжатия полимерной трубки до момента касания внутренних поверхностей между собой; времени, необходимого и достаточного для перевода материала трубки в вязкопластичное состояние) и частотных характеристик ультразвукового воздействия.

Ввиду большого разброса параметров полимерных трубок, даже в пределах одного типа гемоконтейнера, отсутствия автоматических способов определения этих параметров в процессе герметизации, автоматизация управления процессом герметизации практически невозможна, а ручное управление процессом (путем подбора и ручной одновременной регулировки большого числа временных интервалов) часто приводит к ошибкам. При этом не обеспечивается надежная герметизация и происходит потеря большого количества ценных препаратов крови.

Таким образом, способ управления процессом ультразвуковой герметизации пластиковых контейнеров, принятый за прототип, не обеспечивает надежной герметизации пластиковых контейнеров всех используемых типов.

В предлагаемом способе решается задача по устранению недостатков существующего способа управления процессом ультразвуковой герметизации пластиковых контейнеров для хранения и переработки крови и создание способа управления, обеспечивающего надежную герметизацию всех типов контейнеров.

Технический результат изобретения выражается в повышении надежности герметизации всех типов гемоконтейнеров за счет исключения необходимости определения и перестройки большого числа временных интервалов, перечисленных выше, и частотных характеристик генератора в соответствии с изменениями собственной частоты колебательной системы.

Суть предлагаемого способа управления заключается в том, что в известном способе управления устанавливают участок полимерной трубки, находящийся в непосредственной близости от ее ввода в контейнер, между двумя плоскими поверхностями, одна из которых акустически связана с источником ультразвуковых колебаний, осуществляют сжатие трубки до касания противоположных внутренних поверхностей трубки между собой, осуществляют ультразвуковое воздействие до перехода материала трубки в вязкопластичное состояние и формируют термический шов. После размещения участка подводящей полимерной трубки между двумя плоскими поверхностями подают электрическое напряжение на обмотку электромагнита от генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты, настроенного на рабочую частоту, более высокую, чем собственная частота механических колебаний ультразвуковой колебательной системы. В процессе сжатия трубки осуществляют перестройку частоты генератора с высокой частоты на более низкую, приближают рабочую частоту генератора к собственной резонансной частоте колебательной системы, при совпадении частот генератора и колебательной системы эффективно преобразуют электрические колебания в упругие ультразвуковые и формируют термический шов. Перестройкой генератора уменьшают частоту и прекращают ультразвуковое воздействие, продолжая подавать электрическое напряжение от генератора на обмотку магнита до стабилизации герметизирующего шва, причем скорость изменения рабочей частоты генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты в заданном диапазоне устанавливается в зависимости от типа герметизируемого контейнера.

Таким образом, в предложенном методе управления процессом герметизации вместо управления временными интервалами включения и выключения большого количества отдельных узлов осуществляется только управление скоростью изменения рабочей частоты генератора в заданном диапазоне.

Основными достоинствами предложенного способа управления процессом герметизации являются исключение из состава ультразвукового запаивателя блоков автоматической подстройки частоты, узла обратной связи, блока отдельного питания электромагнита, а также блоков установки и регулирования временных интервалов сварки, прижима и охлаждения.

Это значительно снизило массогабаритные характеристики ультразвукового запаивателя и увеличило надежность работы всей системы в целом.

В соответствии с предложенным способом управления был разработан и изготовлен ультразвуковой запаиватель гемоконтейнеров, содержащий следующие узлы:
- узел прижима (сжатия полимерной трубки);
- генератор электрических колебаний;
- ультразвуковая колебательная система;
- блок автоматики.

Важнейшим узлом запаивателя является ультразвуковая колебательная система. Она служит для преобразования электрической энергии в энергию механических ультразвуковых колебаний и передачи этих колебаний через плоскую рабочую поверхность в зону сварки (т.е. в стенку трубки из полимерного материала).

Колебательная система выполнена по полуволновой схеме и состоит из пьезокерамического преобразователя, механического концентратора энергии ультразвуковых колебаний и рабочего инструмента, имеющего плоскую рабочую поверхность. Выбранная конструктивная схема позволила создать колебательную систему длиной 60 мм и диаметром 30 мм, обеспечивающую на рабочем инструменте амплитуду колебаний не менее 20 мкм.

Для питания ультразвуковой колебательной системы используется ультразвуковой генератор электрических колебаний, преобразующий электрическую энергию промышленной частоты (50 Гц) в электрическую энергию электрических колебаний ультразвуковой частоты (44 кГц).

Генератор электрических колебаний включает в себя задающий генератор, предварительный усилитель, усилитель мощности и узел, обеспечивающий автоматическую перестройку рабочей частоты в заданном диапазоне.

Блок автоматики предназначен для автоматизации цикла герметизации и обеспечивает запуск генератора после установки трубки и перестройку его рабочей частоты с заданной скоростью в установленном диапазоне.

Для создания необходимого усилия сжатия (сварочного усилия) полимерной трубки служит узел прижима. Узел прижима выполнен в виде цилиндра, внутри которого размещена ультразвуковая колебательная система, и само устройство, обеспечивающее сжатие полимерной трубки и состоящее из прижимной планки, направляющих, крепежной планки с плоской рабочей поверхностью, электромагнита и возвратной пружины. Разработанное устройство сжатия создает статическое давление при сварке не менее 160 кг, что обеспечивает надежный герметизирующий шов.

Проведенные исследования функциональных возможностей созданного ультразвукового запаивателя позволили установить:
1. При задании различной скорости перестройки рабочей частоты генератора созданный ультразвуковой запаиватель обеспечивает надежную герметизацию всех типов существующих гемоконтейнеров отечественного и зарубежного производства.

2. Созданный ультразвуковой запаиватель обеспечивает герметизацию не менее 10 гемоконтейнеров в минуту, что позволяет удовлетворить потребности станций и отделений переливания крови.

В настоящее время Бийским технологическим институтом Алтайского государственного технического университета ведется подготовка к серийному производству ультразвуковых запаивателей, реализующих предложенный способ управления процессом ультразвуковой герметизации. Планируется начать мелкосерийное производство в 2000 году.

Литература
1. HEMATRON 11. Baxter Healthcare Corporation. Техническое описание. 1992 г.

2. BIOSEALER CR2. Baxter Healthcare Corporation. Техническое описание. 1995 г.

3. BIOSEALER CR3. Baxter Healthcare Corporation. Техническое описание. 1995 г.

4. Службы крови: приглашение к сотрудничеству. Екатеринбург: Ассоциация ДЕЛЬРУС, ГМПО "САНГВИС". 1995. 64 стр.

5. Хмелев В. Н., Беляков А.В., Бокслер А.И. Ультразвуковой запаиватель контейнеров с препаратами крови. Информационный бюллетень "Новое в трансфузиологии", М., 1996 г., вып. 15, с.69-73.

Похожие патенты RU2192375C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ПЛАСТИКОВЫХ КОНТЕЙНЕРОВ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ КРОВИ 1999
  • Хмелев В.Н.
  • Барсуков Р.В.
  • Цыганок С.Н.
RU2171669C2
УСТРОЙСТВО УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ГЕРМЕТИЗАЦИИ И СЕГМЕНТАЦИИ ТРАНСФУЗИОННЫХ СИСТЕМ 2004
  • Хмелев Владимир Николаевич
  • Барсуков Роман Владиславович
  • Цыганок Сергей Николаевич
  • Сливин Алексей Николаевич
  • Хмелев Максим Владимирович
RU2267316C1
СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ПЛАСТИКОВЫХ КОНТЕЙНЕРОВ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ КРОВИ 2004
  • Хмелев Владимир Николаевич
  • Барсуков Роман Владиславович
  • Цыганок Сергей Николаевич
  • Сливин Алексей Николаевич
RU2269334C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ 1998
  • Хмелев В.Н.
  • Барсуков Р.В.
  • Цыганок С.Н.
RU2131794C1
Устройство ультразвуковой герметизации и сегментации трансфузионных систем 2022
  • Генне Дмитрий Владимирович
  • Нестеров Виктор Александрович
  • Тертишников Павел Павлович
  • Хмелев Владимир Николаевич
  • Хмелев Максим Владимирович
RU2776569C1
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА 1997
  • Барсуков Р.В.
  • Хмелев В.Н.
  • Цыганок С.Н.
RU2141386C1
УПЛОТНЕННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЫЖЕЙ И ПРОКЛАДОК 1999
  • Некрасов Ю.Г.
  • Титов И.А.
RU2163340C2
СУШИЛКА 2000
  • Светлов С.А.
RU2191333C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТОВ НА ИЗОБРАЖЕНИИ 1997
  • Леонов Г.В.
  • Мещеряков Р.В.
RU2111478C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТОЙКИХ ХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ 1999
  • Идрисов И.Г.
  • Ковалев В.В.
RU2148109C1

Реферат патента 2002 года СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ПЛАСТИКОВЫХ КОНТЕЙНЕРОВ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ КОМПОНЕНТОВ КРОВИ

Изобретение относится к области медицинских технологий, связанных со сбором, хранением и переработкой крови. Способ предусматривает установку участка полимерной трубки, находящегося в непосредственной близости от места ее ввода в контейнер, между двумя плоскими поверхностями, одна из которых акустически связана с источником ультразвуковых колебаний, сжатие трубки до касания ее противоположных внутренних поверхностей, ультразвуковое воздействие до перехода материала трубки в вязкопластичное состояние и формирование шва. При этом, после размещения участка подводящей полимерной трубки между двумя плоскими поверхностями подают электрическое напряжение на обмотку электромагнита от генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты, настроенного на рабочую частоту, более высокую, чем собственная частота механических колебаний ультразвуковой колебательной системы. В процессе сжатия трубки осуществляют перестройку частоты генератора на более низкую, приближают рабочую частоту генератора к собственной резонансной частоте колебательной системы, преобразуют электрические колебания в упругие ультразвуковые при совпадении частот генератора и колебательной системы и формируют термический шов, затем перестройкой генератора уменьшают частоту и прекращают ультразвуковое воздействие, продолжая подавать электрическое напряжение от генератора на обмотку магнита до стабилизации герметизирующего шва, причем скорость изменения рабочей частоты генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты в заданном диапазоне устанавливается в зависимости от типа герметизируемого контейнера. Способ позволяет обеспечить надежную герметизацию всех типов существующих гемоконтейнеров отечественного и зарубежного производства.

Формула изобретения RU 2 192 375 C2

Способ управления процессом ультразвуковой герметизации пластиковых контейнеров для хранения и переработки компонентов крови, заключающийся в установке участка полимерной трубки между двумя плоскими поверхностями, одна из которых акустически связана с источником ультразвуковых колебаний, сжатии трубки до касания противоположных внутренних поверхностей ее между собой, ультразвуковом воздействии до перехода материала трубки в вязкопластичное состояние и формировании термического шва, отличающийся тем, что после размещения участка полимерной трубки между двумя плоскими поверхностями подают электрическое напряжение на обмотку электромагнита от генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты, настроенного на рабочую частоту, более высокую, чем собственная частота механических колебаний ультразвуковой колебательной системы, в процессе сжатия трубки осуществляют перестройку частоты генератора с высокой частоты на более низкую, приближают рабочую частоту генератора к собственной резонансной частоте колебательной системы, преобразуют электрические колебания в упругие ультразвуковые при совпадении частот генератора и колебательной системы и формируют термический шов, перестройкой генератора уменьшают частоту и прекращают ультразвуковое воздействие, продолжая подавать электрическое напряжение от генератора на обмотку магнита до стабилизации герметизирующего шва, причем скорость изменения рабочей частоты генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты в заданном диапазоне устанавливается в зависимости от типа герметизируемого контейнера.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2002 года RU2192375C2

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
БЕЛЯКОВ А.В
и др
Ультразвуковой запаиватель контейнеров с препаратами крови
Информационный бюллетень Новое в трансфузиологии
- М.: НКО Вирус-тест Ассоциации больных гемофилией, 1996, вып
Прибор для нагревания перетягиваемых бандажей подвижного состава 1917
  • Колоницкий Е.А.
SU15A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Диэлектрический запаиватель HEMATRON II, Baxter Healthcare Corporation, техническое описание, 1995
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды 1921
  • Богач Б.И.
SU4A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1

RU 2 192 375 C2

Авторы

Хмелев В.Н.

Барсуков Р.В.

Цыганок С.Н.

Сливин А.Н.

Даты

2002-11-10Публикация

2000-02-28Подача