НАСОСНОЕ УСТРОЙСТВО, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ПОДАЧИ ДЫХАТЕЛЬНОГО ГАЗА Российский патент 2024 года по МПК A61M16/00 A61M16/10 F04C18/12 F04C23/00 F04C29/00 

Изобретение относится к насосному устройству в смысле вытеснительного насоса, выполненного в частности для подачи газов.

Далее изобретение относится к устройству для вентиляции легких, включающему в себя подобное насосное устройство.

Кроме того, изобретение относится к способу подачи дыхательного газа при помощи устройства для вентиляции легких.

При искусственной вентиляции легких пациентов при помощи устройств для вентиляции легких для эффективной реализации вентиляции легких существуют различные особые требования.

В экстремальных ситуациях вентиляции легких, например при минутном объеме дыхания V=10 л/мин и максимальном повышении давления Δр=60 гПа, средняя пневматическая мощность составляет Вт, вследствие чего затрата пневматической мощности низка. Требования усугубляются пульсирующим режимом работы, при котором короткий вдох сопровождается быстрыми повышениями давления и высокими потоками (объемными потоками). И хотя необходимые при этом пиковые потоки до V=180 л/мин и повышения давления до Δр=180 гПа/с требуют более высоких пневматических пиковых мощностей, тем не менее средняя пневматическая мощность остается на низком уровне в несколько ватт.

Известные устройства для вентиляции легких для создания необходимых потоков и давлений обычно имеют нагнетатели, которые при помощи вращающейся в корпусе крыльчатки вентилятора всасывают воздух через впуск и подают его через выпуск. Подобные нагнетатели предоставляют различные преимущества, как например компактную и простую конструкцию, высокую мощность потока и высокую динамику, и представляют собой помимо этого практически идеальный источник давления. Тем не менее для создания давления необходим большой диапазон частоты вращения, пригодность в качестве источника потока довольно низка, сильно турбулентный поток выходящей текучей среды затрудняет последующее измерение потока, и средний пневматический общий коэффициент полезного действия находится значительно ниже 10%. В частности, быстрые увеличения частоты вращения с сопутствующими повышениями давления приводят к существенному изменению накопленной в крыльчатке вентилятора энергии вращения, для чего необходимы высокие мощности. Эти необходимые мощности находятся в диапазоне выше 4 0 Вт и могут быть существенно выше при очень быстрых необходимых повышениях давления. Кроме того, при высокой частоте вращения существует потребность в высокой статической мощности. В результате при использовании нагнетателей в устройствах для вентиляции легких вследствие этого образуется очень много тепла, которое должно отводиться, так что меры по охлаждению обязательны.

Уровень техники включает в себя в качестве альтернативы нагнетателям, в частности поршневые насосы и мембранные насосы для использования в устройствах для вентиляции легких, которые хотя и создают условия для частично меньших турбулентностей вытекающей текучей среды и для меньших потерь тепла, тем не менее благодаря своей конструкции предъявляют наиболее высокие требования к допускам конструктивных элементов, так что производственные расходы на соответствующее точное соблюдение размеров конструктивных элементов повышены.

Задачей изобретения является создание Устройства для вентиляции легких, включающего в себя по меньшей мере одно насосное устройство, которое по сравнению с нагнетателем имеет улучшенные свойства в отношении потребления мощности и отдачи тепла.

Эта задача решается согласно изобретению с помощью Устройства для вентиляции легких согласно пункту 1 формулы изобретения.

Дальнейшая задача изобретения - создать Устройство для вентиляции легких с насосным устройством, которое по сравнению с нагнетателем создает условия для меньших турбулентностей выходящей текучей среды.

Эта задача решается согласно изобретению с помощью Устройства для вентиляции легких с по меньшей мере одним насосным устройством согласно пункту 1 формулы изобретения.

Дальнейшая задача изобретения - создать Устройство для вентиляции легких с насосным устройством, которое предъявляет более низкие требования к допускам конструктивных элементов.

Эта задача решается согласно изобретению с помощью Устройства для вентиляции легких с по меньшей мере одним насосным устройством согласно пункту 1 формулы изобретения.

Дальнейшая задача изобретения - создать улучшенный способ подачи дыхательного газа.

Эта задача решается согласно изобретению с помощью способа подачи дыхательного газа согласно пункту 11 формулы изобретения.

В зависимых пунктах формулы изобретения указаны предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Раскрытые в дальнейшем признаки насосного устройства являются как по отдельности, так и во всех исполнимых комбинациях частью изобретения.

Соответствующее изобретению насосное устройство выполнено в виде вытеснительного насоса и имеет по меньшей мере одну насосную камеру и на каждую насосную камеру имеет расположенный в ней бегунок.

Насосная камера расположена в корпусе и выполнена в виде статора насосного устройства.

Насосная камера имеет впуск и выпуск, через которые текучая среда может втекать в насосную камеру или вытекать из нее.

Бегунок может перемещаться внутри насосной камеры, проходя вдоль внутренней стенки насосной камеры.

В варианте осуществления изобретения бегунок может перемещаться внутри насосной камеры без вращения, в том смысле, что хотя положение бегунка внутри насосной камеры может изменяться, тем не менее его ориентация может не изменяться.

В варианте осуществления изобретения бегунок или точка бегунка может перемещаться с направлением по орбитальной траектории.

В варианте осуществления изобретения бегунок установлен на вращающемся валу привода эксцентрично и с отсоединением от вращательного движения при помощи устройства отсоединения, так что может реализовываться орбитальное движение бегунка.

В варианте осуществления изобретения устройство отсоединения выполнено в виде подшипника качения.

Бегунок может перемещаться внутри насосной камеры таким образом, что в насосной камере в направлении движения позади бегунка может образовываться полость всасывания, в которую благодаря движению бегунка может всасываться через впуск текучая среда. В направлении движения перед бегунком может образовываться внутри насосной камеры полость нагнетания, из которой текучая среда может благодаря движению бегунка подаваться через выпуск из насосной камеры.

При этом в качестве полости всасывания в зависимости от углового положения бегунка в насосной камере за вычетом объема бегунка тот объем насосной определен камеры, который имеет соединение с впуском, а в качестве полости нагнетания определен за вычетом объема бегунка тот объем насосной камеры, который не имеет соединения с впуском.

В варианте осуществления изобретения впуск и выпуск насосной камеры расположены на общем, соединенном с насосной камерой канале. Канал разделен разделительным элементом на согласованную с впуском область и согласованную с выпуском область.

В варианте осуществления изобретения разделительный элемент соединен с бегунком.

В варианте осуществления изобретения разделительный элемент выполнен в виде имеющего по меньшей мере частично стержнеобразную форму шатуна, который соединен с бегунком.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения соединенный с бегунком шатун выступает из насосной камеры в область впуска и выпуска насосной камеры и изолирует впуск относительно выпуска.

В варианте осуществления изобретения шатун бегунка линейно направляется на обращенном к остальному бегунку конце.

В варианте осуществления изобретения статор, в частности стенка насосной камеры, изготовлена из металла, так что обеспечена высокая устойчивость формы и теплопроводность.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения стенка насосной камеры выполнена из алюминия, который наряду с высокой устойчивостью формы и теплопроводностью обладает относительно низкой массой.

В варианте осуществления изобретения бегунок выполнен из скользкого пластика, так что реализовано незначительное трение между бегунком и внутренней стенкой насосной камеры.

Ход потока поступающей из выпуска насосной камеры текучей среды при этом непосредственно связан с изменением объема полости всасывания или нагнетания насосного устройства в зависимости от углового положения бегунка внутри насосной камеры.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения бегунок имеет по меньшей мере одно пустое пространство для уменьшения массы бегунка. Чем меньше масса бегунка, тем меньше необходимая для адаптации скорости движения бегунка энергия.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения бегунок выполнен по отношению к внутренней стенке насосной камеры таким образом, что он на реализованной при помощи эксцентрикового привода орбитальной траектории движения бегунка ровно в одном положении на траектории движения в поперечном сечении имеет две точки контакта с внутренней стенкой насосной камеры, в то время как во всех других положениях в поперечном сечении бегунок имеет только одну точку контакта с внутренней стенкой насосной камеры.

В зависимости от трехмерного исполнения бегунка и насосной камеры реализована в итоге одна линия контакта или две линии контакта в зависимости от положения бегунка. В случае дисковой конструкции, при которой бегунок и насосная камера распространяются в каждом случае имеющей постоянную форму поверхностью по высоте h, линии контакта являются прямыми или участками прямых.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения разделительный элемент расположен в окружном направлении бегунка между обеими точками контакта бегунка и внутренней стенки насосной камеры, причем в окружном направлении важным является меньшее расстояние между точками контакта.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения в том положении, в котором бегунок имеет две точки контакта с внутренней стенкой насосной камеры, и путь от впуска, и путь от выпуска в остальной объем насосной камеры заблокированы, так что объем внутри насосной камеры замкнут.

Положение, в котором бегунок и внутренняя стенка насосной камеры имеют две точки контакта, следует определять как нулевое положение или угловое положение в 0° в отношении орбитальной траектории движения. Угол увеличивается в зависимости от положения бегунка в направлении его движения, пока при угловом положении в 360° снова не будет достигнуто нулевое положение.

В варианте осуществления изобретения в области бегунка расположена по меньшей мере одна пружина, при помощи которой бегунок может прижиматься к внутренней стенке насосной камеры, так что уплотнение между бегунком и внутренней стенкой насосной камеры улучшено по меньшей мере в одной точке контакта. Вследствие этого созданы условия, в частности для более высоких производственных допусков.

В другом варианте осуществления изобретения стенка корпуса выполнена таким образом, что стенка корпуса является упругой относительно установленного неподвижно бегунка, так что созданы условия, в частности для более высоких производственных допусков.

В варианте осуществления изобретения стенка корпуса насосной камеры выполнена несколько меньшей, чем идеальный контур для соответствующего бегунка и может бегунком незначительно выдавливаться наружу в точке контакта/в точках контакта.

В дальнейшем варианте осуществления изобретения корпус насосной камеры имеет выступающие в нее вовнутрь лепестки, которые проходят поперек к направлению движения бегунка в насосной камере и которые контактируют с бегунком в области точки контакта или точек контакта. Возникающее в насосной камере давление прижимает при этом лепестки к бегунку, причем прижимное давление лепестков очень низко без существенного выходного давления.

В дальнейшем варианте осуществления изобретения установка бегунка с подпружиниванием и одно из вышеописанных исполнений корпуса насосной камеры скомбинированы друг с другом.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения форма насосной камеры и бегунка согласованы друг с другом таким образом, что при постоянной скорости бегунка реализован плавный без скачков ход потока поданной текучей среды на выпуске насосной камеры.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения форма насосной камеры и бегунка согласованы друг с другом таким образом, что при постоянной скорости бегунка реализован приблизительно синусоидальный ход потока поданной текучей среды на выпуске насосной камеры, причем минимум потока равен примерно 0 (поток в противоположном направлении отсутствует).

В варианте осуществления изобретения бегунок выполнен круглым. Однако из-за прочности разделительной стенки между впуском и выпуском, реализованной в вариантах осуществления изобретения, посредством разделительного элемента,

выполненного, например, в виде шатуна, ход потока текучей среды на выпуске несколько отличается от синусоиды.

Чем тоньше разделительный элемент или стержень шатуна, тем ближе ход потока текучей среды на выпуске к форме синусоиды. В вариантах осуществления изобретения разделительный элемент или шатун выполнен поэтому не жестким, а в виде тонкого разделительного слоя, который на противоположном от бегунка конце соединен, с корпусом насосного устройства изолируя впуск от выпуска.

При этом разделительный элемент или шатун и/или уплотняющее соединение разделительного элемента или шатуна и корпуса выполнено гибким, так что движение бегунка по орбитальной траектории не нарушено.

Подаваемый насосным устройством за один оборот бегунка объем зависит от эксцентриситета бегунка, причем прокачиваемый объем увеличивается с увеличением эксцентриситета. Это связано с тем, что орбитальная траектория бегунка увеличивается при увеличении эксцентриситета, так что также размер насосной камеры должен соответствующим образом адаптироваться.

Недостатком круглого бегунка является то, что для максимально синусоидального хода потока вытекающей из выпуска текучей среды возможен лишь незначительный эксцентриситет, так что может реализовываться лишь незначительный прокачиваемый объем. Для решения этих проблем форма бегунка изменена с круглой в предпочтительных вариантах осуществления изобретения.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения бегунок имеет круглую основную форму, которая расширена расположенными в каждом случае сбоку рядом с разделительным элементом и выступающими частично за круглую основную форму бегунка окружностями с меньшим диаметром, чем круглая основная форма. Переходы между основной формой и меньшими окружностями выполнены при этом по меньшей мере на отвернутых от разделительного элемента сторонах плавными.

В дальнейшем варианте осуществления изобретения бегунок имеет согласно вышеописанному варианту осуществления вместо круглой основной формы эллиптическую основную форму, причем обращенная к разделительному элементу половина эллипса модифицирована двумя частично пересекающимися окружностями, и переход эллипса в окружности выполнен плавным.

В другом варианте осуществления изобретения форма бегунка выполнена в соответствии со сплайн-функцией.

Сплайн-функции могут предпочтительно использоваться для придания формы бегунку, так как они делают возможным ход кривой без скачков. Посредством генерации сплайн-функции в декартовых координатах и ее перевода в полярные координаты (радиус по углу) можно образовывать любое количество кривых бегунка без скачков, которые могут дополнительно оптимизироваться в отношении хода потока.

Приблизительно синусоидальный ход потока вытекающей текучей среды реализован в варианте осуществления изобретения проходящим приблизительно по синусоиде свободным поперечным сечением в области выпуска или соединения выпуска с насосной камерой во время обращения бегунка в насосной камере.

Форма бегунка и форма насосной камеры симметричны в предпочтительных вариантах осуществления изобретения в угловых положениях в 0° и 180° бегунка относительно оси, соединяющей углы 0°-180°.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения насосное устройство имеет два бегунка, двигающихся со сдвигом по фазе на 180° в отношении углового положения на своих орбитальных траекториях, в каждом случае в отдельной насосной камере для практически постоянного в целом объемного потока текучей среды на общем выпуске.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения это реализовано наложением двух сдвинутых по фазе на 180° и примерно синусоидальных ходов потока отдельных систем бегунок/насосная камера.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения бегунки могут приводиться в движение эксцентрично на общем валу, так что созданы условия для очень хорошего уравновешивания масс и для общего потока практически без пульсаций.

Благодаря уравновешиванию масс сокращаются помимо этого вибрации насосного устройства.

Соответствующее изобретению устройство для вентиляции легких имеет для подачи дыхательного газа по меньшей мере одно насосное устройство, соответствующее вышеприведенному описанию.

В предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению устройства для вентиляции легких оно имеет насосное устройство с двумя бегунками, ориентированными со сдвигом на 180° в отношении их углового положения, в каждом случае в отдельной насосной камере, при помощи которых реализован ход потока дыхательного газа на общем выпуске практически без пульсаций.

В варианте осуществления соответствующего изобретению устройства для вентиляции легких оно имеет далее устройство измерения потока для измерения объемного потока дыхательного газа. В предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению устройства для вентиляции легких оно имеет регулировочное устройство для регулирования потока дыхательного газа на выпуске насосного устройства. В частности, для этого может регулироваться при помощи блока управления частота вращения эксцентрикового привода по меньшей мере одного бегунка насосного устройства.

Раскрытые далее признаки способа подачи дыхательного газа являются частью изобретения как по отдельности, так и во всех исполнимых комбинациях.

Соответствующий изобретению способ подачи дыхательного газа включает в себя по меньшей мере следующие этапы способа:

Перемещение бегунка в насосной камере из углового положения в 0°, в котором бегунок имеет две точки контакта с внутренней стенкой насосной камеры и вследствие этого изолирует область впуска и выпуска относительно остальной насосной камеры (полости нагнетания), в направлении движения бегунка по орбитальной траектории в положение, в котором бегунок и внутренняя стенка насосной камеры имеют ровно одну точку контакта, разделение полости нагнетания в направлении движения перед бегунком и полости всасывания в направлении движения позади бегунка точкой контакта бегунка и внутренней стенки насосной камеры, всасывание дыхательного газа из впуска в полость всасывания и подача дыхательного газа из полости нагнетания через выпуск за счет непрерывного перемещения бегунка в насосной камере, причем при помощи второго бегунка во второй насосной камере реализуются такие же этапы способа в сдвинутой по фазе на 180° последовательности, так что при круговом по соответствующим орбитальным траекториям движении бегунков внутри соответствующих насосных камер с постоянной скоростью движения реализуется на общем выпуске максимально плавный ход потока дыхательного газа.

В предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению способа поток дыхательного газа регулируется за счет управления скоростью движения бегунков.

В предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению способа используется соответствующее изобретению насосное устройство или соответствующее изобретению устройство для вентиляции легких, имеющее соответствующее изобретению насосное устройство, согласно вышеприведенному описанию.

В предпочтительных вариантах осуществления изобретение обладает по меньшей мере следующими преимуществами и свойствами:

- низкая инерция (масс) в системе для низкоэнергетического изменения давления/потока;

- низкое потребление мощности при постоянном давлении или потоке;

возможность контролируемой в отношении давления и/или потока вентиляции легких;

- компактная конструкция с малым весом;

- реализуемое повышение давления по меньшей мере Δр=60 гПа;

- реализуемое увеличение давления Δр=180 гПа/с;

- пиковый поток V=180 л/мин.

Благодаря низкой энергии вращения в соответствующей изобретению системе созданы условия для высокодинамичной и одновременно энергосберегающей системы. В идеальном случае удержание давления возможно без движения бегунка или бегунков. Требования к охлаждению системы ниже, чем при нагнетателе, так как максимальное потребление энергии требуется для изменения энергии вращения, которая в соответствующей изобретению системе меньше. В отличие от нагнетателя поток вытекающей текучей среды менее турбулентный, вследствие чего обеспечены преимущества для последующего измерения потока.

Вышеописанный соответствующий изобретению конструктивный принцип может также опционально применяться для компрессоров или вакуумных насосов.

На чертежах изображены примерные варианты осуществления изобретения. На чертежах показаны:

фиг. 1 - поперечное сечение соответствующего изобретению насосного устройства в области насосной камеры в угловом положении бегунка в 0°;

фиг. 2 - поперечное сечение соответствующего изобретению насосного устройства в области насосной камеры в угловом положении бегунка в 60°;

фиг. 3 - поперечное сечение соответствующего изобретению насосного устройства в области насосной камеры в угловом положении бегунка в 180°;

фиг. 4 - поперечное сечение соответствующего изобретению насосного устройства в области насосной камеры в угловом положении бегунка в 300°;

фиг. 5 - диаграмма ходов потока текучей среды на выпуске двух насосных камер и на общем выпуске обеих насосных камер;

фиг. 6 - вид в перспективе поперечного сечения соответствующего изобретению насосного устройства;

фиг. 7 - вид в перспективе разреза в продольном направлении соответствующего изобретению насосного устройства с двумя насосными камерами и двумя бегунками;

фиг. 8 - схематичное изображение поперечного сечения бегунка соответствующего изобретению устройства;

фиг. 9 - радиальный ход радиуса r изображенного на фиг. 8 бегунка в зависимости от угла α;

фиг. 10 - схематичное изображение поперечного сечения бегунка в насосной камере соответствующего изобретению устройства;

фиг. 11 - поперечное сечение дальнейшего соответствующего изобретению варианта осуществления насосного устройства; и

фиг. 12 - блок-схема соответствующего изобретению способа подачи дыхательного газа.

Фиг. 1 показывает на схематичном изображении разрез соответствующего изобретению варианта осуществления насосного устройства 1. Насосное устройство 1 имеет насосную камеру 2, которая интегрирована в корпус 3. В насосной камере 2 расположен бегунок 4. Бегунок 4 имеет стенку 4а бегунка, сердечник 4b бегунка и перемычки 4 с, которые соединяют сердечник 4b бегунка со стенкой 4а бегунка. Благодаря этой конструкции возможно выполнять бегунок 4 внутри полым, так что масса бегунка 4 мала. Насосная камера 2 имеет впуск 5 и выпуск 6, причем текучая среда может втекать через впуск 5 в насосную камеру 2 и вытекать через выпуск 6 из насосной камеры 2. Бегунок 4 может перемещаться при помощи привода 7 внутри насосной камеры 2. Привод 7 выполнен предпочтительно в виде эксцентрикового привода, так что бегунок 4 может перемещаться в насосной камере 2 по орбитальной траектории. На правой стороне бегунок 4 имеет выполненный в виде шатуна разделительный элемент 8, при помощи которого область впуска 5 отделена от области выпуска б. На своем обращенном от остального бегунка 4 конце разделительный элемент 8 имеет уплотнительный элемент 10, который линейно направляется в направляющей 9. При помощи уплотнительного элемента 10 область выпуска 5 изолирована в области направляющей 9 от области выпуска б. Стрелкой в области привода 7 обозначено угловое положение бегунка 4, которое задано здесь нулевым положением. В нулевом положении или уловом положении в 0° бегунок 4 имеет две точки А, А' контакта с внутренней стенкой насосной камеры 2. Образованная в этом положении в насосной камере 2 между стенкой 4а бегунка и внутренней стенкой насосной камеры 2 полость 12 нагнетания отделена первой точкой А контакта от выпуска 6 и второй точкой А' контакта от впуска 5.

Формы бегунка 4 и насосной камеры 2 согласованы друг с другом таким образом, что ход объемного потока или потока поступающей из выпуска 6 насосного устройства 1 текучей среды имеет примерно синусоидальную форму при постоянной скорости движения бегунка 4. На левой стороне контур стенки 4а бегунка соответствует приблизительно контуру эллипса с первым диаметром, а на правой стороне двум пересекающимся окружностям с меньшим диаметром. Первая окружность переходит при этом в обе меньшие окружности.

На фиг. 2 показанное на фиг. 1 насосное устройство 1 изображено в угловом положении примерно в 60°. Бегунок 4 и внутренняя стенка насосной камеры 2 имеют всего лишь одну точку А контакта. В направлении движения, которое задано направлением движения часовой стрелки, перед точкой А контакта образована между бегунком 4 и внутренней стенкой насосной камеры 2 полость 12 нагнетания, а в направлении движения позади точки А контакта полость 11 всасывания. Благодаря движению бегунка 4 в насосной камере 2 текучая среда может всасываться через впуск 5 в насосную камеру 2. Соединенный с бегунком 4 и выполненный в виде шатуна разделительный элемент 8 немного наклонен в соответствии с положением бегунка 4.

На фиг. 3 показанное на фиг. 1 и 2 насосное устройство 1 изображено в угловом положении в 180°. В этом положении полость 11 всасывания и полость 12 нагнетания равны друг другу. Объемный поток поступающей из выпуска 6 насосного устройства 1 текучей среды достигает в этом положении своего максимума.

На фиг. 4 показанное на фиг. 1-3 соответствующее изобретению насосное устройство 1 изображено в угловом положении в 300°. Полость 11 всасывания занимает теперь большую часть объема насосной камеры 2, в то время как полость 12 нагнетания составляет всего лишь очень малую часть. Объемный поток вытекающей из насосного устройства 1 через выпуск 6 текучей среды приближается почти к минимуму.

Формы бегунка 4 и насосной камеры 2 согласованы друг с другом таким образом, что только в угловом положении в 0° на орбитальной траектории бегунка 4 заданы две точки А, А' контакта между стенкой 4а бегунка и внутренней стенкой насосной камеры 2, в то время как во всех других угловых положениях задана лишь одна точка А контакта.

На фиг. 5 изображен ход потока соответствующего изобретению насосного устройства 1 с двумя насосными камерами 2, в которых в каждом случае расположен бегунок 4, причем бегунки 4 приводятся в движение со сдвигом по фазе на 180° друг относительно друга. Ход потока в зависимости от углового положения соответствует в каждом случае примерно синусоиде, причем для каждой насосной камеры 2 минимум составляет 0%, а максимум более 95% от общего объемного потока. Кроме того, изображен кумулированный ход потока (общий объемный поток) общего выпуска 6, к которому присоединены обе насосные камеры 2. Общий поток насосного устройства 1 практически постоянен и варьируется лишь между примерно 95% и 100%.

Фиг. 6 показывает вид в перспективе соответствующего изобретению насосного устройства 1, причем запорный элемент, например такой, как герметичный запорный колпак, изолирующий насосную камеру 2 сверху, не смонтирован, так что насосная камера 2 открыта. Бегунок 4 находится примерно в угловом положении в 180°.

От привода 7 можно увидеть конец вала 13, с которым через соединительный механизм 20 соединено выполненное в виде подшипника качения устройство 15 отсоединения. При этом вал 13 расположен эксцентрично внутри устройства 15 отсоединения, так что реализован эксцентриковый привод бегунка 4. С соединительным механизмом 20 соединен помимо этого элемент 16 уравновешивания масс, при помощи которого может уравновешиваться неравномерное распределение масс, которое в противном случае обеспечило бы при вращении вала 13 дисбаланс. Сердечник 4b бегунка соединен перемычками 4 с со стенкой 4а бегунка. Внутри бегунка 4 расположены ребра 4d, которые вместе с элементом 16 уравновешивания масс служат для того, чтобы смещать центр тяжести бегунка 4 в центр использованного подшипника качения и/или в центр оси двигателя или вала 13. Вследствие этого вибрации в максимальной степени предотвращаются или по меньшей мере сильно подавляются. На противоположном от бегунка 4 конце разделительного элемента 8 расположен составной уплотнительный элемент 10, который имеет пружинящую контропору 10а и ходовой ролик 10b. Благодаря этой системе разделительный элемент 8 может прижиматься давлением на выпуске 6 в случае сомнения к стенке корпуса на противоположной стороне, так что разделительный элемент 8 уплотнен относительно корпуса. Подпружиненная рабочая поверхность или пружинящая контропора 10а обеспечивает таким образом минимальное прижимное давление, а выходное давление оказывает также содействие в случае сомнения.

Фиг. 7 показывает на схематичном изображении разрез в продольном направлении соответствующего изобретению варианта осуществления насосного устройства 1, имеющего две насосные камеры 2', 2'' в каждом случае с одним согласованным бегунком 4', 4''. Первый бегунок 4 '' расположен в первой насосной камере 2'' и находится в угловом положении примерно в 180°. Второй бегунок 4'' расположен во второй насосной камере 2'' и находится в угловом положении примерно в 0°. Первая насосная камера 2' отделена от второй насосной камеры 2'' разделительной стенкой 19. Кроме того, под насосными камерами 2', 2'' расположен двигатель 14, при помощи которого может приводиться в движение вал 13. Вал 13 используется для привода обоих бегунков 4', 4''. На валу 13 в каждом случае в области насосной камеры 2', 2'' эксцентрично соединено при помощи соединительного механизма 20 выполненное в виде шарикового подшипника устройство 15 отсоединения, так что бегунки 4', 4'' могут перемещаться внутри насосных камер 2', 2'' по орбитальным траекториям. Благодаря ориентации бегунков 4', 4'' на валу 13 сдвиг по фазе между бегунками 4', 4'' жестко установлен на 180°. Благодаря использованию общего вала 13 исключено при этом изменение сдвига по фазе во время эксплуатации насосного устройства 1. Элементы 16', 16'' уравновешивания масс также расположены со сдвигом в 180° друг относительно друга.

Бегунки 4', 4'' имеют в каждом случае на своих концах в осевом направлении кольцо 21 скольжения, которое в области разделительного элемента 8 имеет выступ. Кольца 21 скольжения вставлены при этом в каждом случае в проходящий по периметру паз, причем кольца 21 скольжения не полностью утоплены в пазу. Кольца 21 скольжения двигаются по ограничивающим насосные камеры 2', 2'' в осевом направлении стенкам и изолируют при этом насосную камеру 2', 2'' относительно внутреннего пространства соответствующего бегунка 4', 4''. Для улучшения уплотняющего действия также при повышенных допусках конструктивных элементов кольца 21 скольжения подпружинены пружинными элементами 22 таким образом, что они прижимаются к стенке корпуса. В изображенном варианте осуществления изобретения пружинные элементы 22 находятся за кольцами 21 скольжения в соответствующем пазу. Вал 13 уплотнен при помощи сальникового уплотнения 23.

В других вариантах осуществления изобретения возможны также другие положения двигателя 14 привода, например между насосными камерами 2', 2''.

На фиг. 8 показано схематичное изображение поперечного сечения бегунка 4 соответствующего изобретению устройства 1. Форма бегунка 4 определена сплайн-функцией. Кроме того, указан радиус Rr и угол α, при помощи которых может описываться форма бегунка 4 в изображенной системе координат с осью X и осью Y.

Фиг. 9 показывает ход радиуса r в зависимости от угла α изображенного на фиг. 8 бегунка. Треугольники показывают, какие значения (радиус по углу) были установлены для сплайн-функции (маркеры). Кривая является кубической сплайн-функцией в декартовой системе координат, которая переводится в полярную систему координат.

Кривая не симметрична относительно середины 180°. Это означает, что бегунок 4 соответствующего варианта осуществления соответствующего изобретению устройства также не симметричен относительно оси X. Благодаря оптимизации формы он выполнен таким образом, что поток вытекающей текучей среды максимально постоянен.

На фиг. 10 показано схематичное изображение поперечного сечения выполненного согласно сплайн-функции бегунка 4 в выполненной ответным образом насосной камере 2. Контур насосной камеры 2 складывается при этом из огибающей формы бегунка, которая по углу поворота кривошипа согласно эксцентриковому приводу перемещается на полный оборот (0°-360°).

Показанная внутри бегунка 4 окружность является окружностью центральной точки эксцентрика.

Фиг. 11 показывает поперечное сечение варианта осуществления соответствующего изобретению насосного устройства 1 с корпусом 3 насосной камеры 2, который выполнен упругим относительно бегунка 4.

Для этого корпус 3 имеет на своей внутренней стороне выступающие в насосную камеру 2 лепестки 24.

Лепестки 24 установлены в показанном варианте осуществления с незначительным наклоном в направлении движения бегунка 4. Вследствие этого реализована низкая противодействующая движению бегунка 4 сила трения при одновременно хорошем уплотняющем действии.

В подобном варианте осуществления изобретения в зависимости от углового положения бегунка 4 в насосной камере реализована больше не строго одна точка А контакта или больше не строго две точки контакта, а область контакта вокруг этой точки или этих точек, в которых бегунок 4 контактирует с множеством лепестков 24.

Далее изображенный вариант осуществления соответствующего изобретению насосного устройства 1 имеет реализуемую также для всех других показанных вариантов осуществления модификацию уплотнительного элемента 10, который с уплотняющим действием соединяет разделительный элемент 8 на его обращенной от бегунка 4 стороне с корпусом 3 насосной камеры 2. При этом уплотнительный элемент 10 имеет установленный с возможностью поворота вокруг первой оси поворота на корпусе 3 рычаг 10 с, который соединен с возможностью поворота вокруг второй оси поворота с концом разделительного элемента 8, так что в отличие от исполнения в виде установленного с уплотняющим действием в направляющей 9 шатуна возникает меньшее трение в этой области.

На фиг. 12 схематично показана блок-схема соответствующего изобретению способа подачи дыхательного газа. При использовании соответствующего изобретению насосного устройства с упругим относительно бегунка корпусом реализованы вместо точки контакта или точек контакта проходящие вокруг этих точек области контакта между бегунком и корпусом.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к устройству для вентиляции легких и способу подачи дыхательного газа. Устройство включает насосное устройство (1). Насосное устройство (1) включает в себя насосную камеру (2) и расположенный в насосной камере (2) бегунок (4). Насосная камера (2) имеет впуск (5) и выпуск (6), выполненные таким образом, что текучая среда может втекать через впуск (5) в насосную камеру (2) и вытекать через выпуск (6) из насосной камеры (2). Впуск (5) и выпуск (6) соединены общим каналом с насосной камерой (2). Впуск (5) отделен расположенным в канале разделительным элементом (8) от выпуска. Бегунок (4) выполнен с возможностью приводиться в движение внутри насосной камеры (2) по орбитальной траектории, и форма бегунка (4) и форма насосной камеры (2) выполнены и согласованы друг с другом таким образом, что за счет движения бегунка (4) в насосной камере (2) с постоянной скоростью реализован синусоидальный ход потока вытекающей из выпуска (6) текучей среды. Форма бегунка (4) в поперечном сечении образована посредством генерации сплайн-функции в декартовых координатах и ее перевода в полярные координаты с обеспечением возможности хода кривой без скачков. Форма бегунка (4) и форма насосной камеры (2) выполнены и согласованы друг с другом таким образом, что при рассмотрении поперечного сечения в угловом положении бегунка (4) в 0° в отношении орбитальной траектории движения внутри насосной камеры (2) реализованы две точки (А, А') контакта или две расположенные вокруг этих точек (А, А') контакта области контакта между бегунком (4) и внутренней стенкой насосной камеры (2), а во всех других угловых положениях реализована только одна точка (А) контакта или одна расположенная вокруг этой точки (А) контакта область контакта между бегунком (4) и внутренней стенкой насосной камеры (2). Способ включает этап перемещения бегунка в насосной камере из углового положения в 0° в отношении орбитальной траектории движения, в котором бегунок имеет две точки (А, А') контакта или две расположенные вокруг этих точек (А, А') контакта области контакта с внутренней стенкой насосной камеры и вследствие этого изолирует область впуска и выпуска относительно остальной насосной камеры, в направлении движения бегунка по орбитальной траектории в положение, в котором бегунок и внутренняя стенка насосной камеры имеют ровно одну точку (А) контакта или одну расположенную вокруг этой точки (А) контакта область контакта. Способ включает этап разделения полости нагнетания в направлении движения перед бегунком и полости всасывания в направлении движения позади бегунка точкой контакта бегунка и внутренней стенки насосной камеры. Способ предусматривает этап всасывания дыхательного газа из впуска в полость всасывания и подачу дыхательного газа из полости нагнетания через выпуск за счет непрерывного перемещения бегунка в насосной камере. При помощи второго бегунка во второй насосной камере реализуются такие же этапы способа в сдвинутой по фазе движения на 180° последовательности, так что при круговом движении бегунков по соответствующим орбитальным траекториям внутри соответствующих насосных камер с постоянной скоростью движения реализуется на общем выпуске ход потока дыхательного газа. Техническим результатом является создание устройства для вентиляции легких, включающего в себя по меньшей мере одно насосное устройство, которое по сравнению с нагнетателем имеет улучшенные свойства в отношении потребления мощности и отдачи тепла. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство для вентиляции легких, включающее в себя по меньшей мере одно насосное устройство (1), при этом насосное устройство (1) включает в себя по меньшей мере одну насосную камеру (2) и на каждую насосную камеру (2) расположенный в насосной камере (2) бегунок (4), по меньшей мере одна насосная камера (2) имеет впуск (5) и выпуск (6), выполненные таким образом, что текучая среда может втекать через впуск (5) в насосную камеру (2) и вытекать через выпуск (6) из насосной камеры (2), причем впуск (5) и выпуск (6) соединены общим каналом с насосной камерой (2), причем впуск (5) отделен расположенным в канале разделительным элементом (8) от выпуска, и причем бегунок (4) выполнен с возможностью приводиться в движение внутри насосной камеры (2) по орбитальной траектории, и форма бегунка (4) и форма насосной камеры (2) выполнены и согласованы друг с другом таким образом, что за счет движения бегунка (4) в насосной камере (2) с постоянной скоростью реализован синусоидальный ход потока вытекающей из выпуска (6) текучей среды, отличающееся тем, что форма бегунка (4) в поперечном сечении образована посредством генерации сплайн-функции в декартовых координатах и ее перевода в полярные координаты с обеспечением возможности хода кривой без скачков, при этом форма бегунка (4) и форма насосной камеры (2) выполнены и согласованы друг с другом таким образом, что при рассмотрении поперечного сечения в угловом положении бегунка (4) в 0° в отношении орбитальной траектории движения внутри насосной камеры (2) реализованы две точки (А, А') контакта или две расположенные вокруг этих точек (А, А') контакта области контакта между бегунком (4) и внутренней стенкой насосной камеры (2), а во всех других угловых положениях реализована только одна точка (А) контакта или одна расположенная вокруг этой точки (А) контакта область контакта между бегунком (4) и внутренней стенкой насосной камеры (2).

2. Устройство для вентиляции легких по п. 1, отличающееся тем, что бегунок (4) выполнен с возможностью перемещаться по орбитальной траектории за счет эксцентрикового привода.

3. Устройство для вентиляции легких по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что разделительный элемент (8) соединен с бегунком (4) и выступает от него в область впуска (5) и выпуска (6).

4. Устройство для вентиляции легких по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что бегунок (4) установлен с подпружиниванием относительно корпуса (3) насосной камеры (2).

5. Устройство для вентиляции легких по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что корпус (3) насосной камеры выполнен упругим относительно бегунка (4).

6. Устройство для вентиляции легких по п. 5, отличающееся тем, что корпус (3) насосной камеры имеет лепестки (24), выступающие вовнутрь в насосную камеру (2) и проходящие поперек к направлению движения бегунка (4).

7. Устройство для вентиляции легких по любому из предшествующих пунктов, включающее в себя две насосных камеры (2', 2'') и на каждую насосную камеру (2' 2'') расположенный в насосной камере (2', 2'') бегунок (4', 4''), причем они имеют общий выпуск (6), так что с помощью обеих насосных камер (2', 2'') и бегунков (4', 4'') обеспечивается возможность создания получаемых синусоидальных потоков кумулятивного общего объемного потока.

8. Устройство для вентиляции легких по п. 7, отличающееся тем, что бегунки (4', 4'') расположены со сдвигом по фазе движения на 180° друг относительно друга в насосных камерах (2', 2'').

9. Устройство для вентиляции легких по любому из пп. 7 или 8, отличающееся тем, что бегунки (4', 4'') выполнены с возможностью приводиться в движение при помощи общего вала (13).

10. Способ подачи дыхательного газа, включающий в себя этапы способа: - перемещение бегунка в насосной камере из углового положения в 0° в отношении орбитальной траектории движения, в котором бегунок имеет две точки (А, А') контакта или две расположенные вокруг этих точек (А, А') контакта области контакта с внутренней стенкой насосной камеры и вследствие этого изолирует область впуска и выпуска относительно остальной насосной камеры, в направлении движения бегунка по орбитальной траектории в положение, в котором бегунок и внутренняя стенка насосной камеры имеют ровно одну точку (А) контакта или одну расположенную вокруг этой точки (А) контакта область контакта, -разделение полости нагнетания в направлении движения перед бегунком и полости всасывания в направлении движения позади бегунка точкой контакта бегунка и внутренней стенки насосной камеры, - всасывание дыхательного газа из впуска в полость всасывания и подача дыхательного газа из полости нагнетания через выпуск за счет непрерывного перемещения бегунка в насосной камере, причем при помощи второго бегунка во второй насосной камере реализуются такие же этапы способа в сдвинутой по фазе движения на 180° последовательности, так что при круговом движении бегунков по соответствующим орбитальным траекториям внутри соответствующих насосных камер с постоянной скоростью движения реализуется на общем выпуске ход потока дыхательного газа, отличающийся тем, что

используется устройство для вентиляции легких по любому из пп. 1-9.