Гидросистема для приготовления и подачи диализирующего раствора Советский патент 1984 года по МПК A61M1/03 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при разработке систем для гемодиализа, предназначенных для лечения больных с острой и хронической почечной недостаточностью в условиях нефрологических центров и лабораторий «Искусственная почка.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является гидроистема для приготовления и подачи диализирующего раствора, содержащая источник холодной воды, систему ее подготовки, включающую фильтр, редуктор давления и нагреватель, источники концентрированного солевого раствора с соединительными магистралями, смесительный бак с датчиком давления, датчики давления воды и концентрированного раствора, расходный бак с подогревателем 1 .

Недостатками данного диализатора являются относительно малая надежность за счет конструктивной сложности системы приготовления и контроля состава диализирующего раствора, а также пульсации давления, вызванные дискретностью метода разбавления концентрированного раствора. Цель изобретения - повышение надежности, упрощение конструкции и уменьшение пульсации давления диализирующего раствора.

Поставленная цель достигается тем, что в гидросистеме для приготовления и подачи диализирующего раствора, содержащей источник холодной воды, сис1ему ее подготовки, включающую фильтр, редуктор давления и нагреватель, источники концентрированных солевых растворов с соединительными магистралями, смесительный бак с датчиком давления, датчики давления воды в магистрали и расходный бак с подогревателем, каждый источник концентрированного солевого раствора выполнен в виде ос.мотической ячейки, представляющей собой закрытый резервуар, разделенный по высоте на две части полупроницаемой мембраной, одна из частей резервуара соединена с источником холодной воды, а другая заполнена насыщенным солевым раствором, в который помещена соль в твердой фазе, на выходных магистралях источников концентрированных солевых растворов установ.юн сильфон, который имеет на свободном конце капилляр, между нагревателем и смесительным бако.м установлен дроссель, а все выходные магистрали источников концентрированных солевых растворов соединены с ним.

На фиг. 1 дано схематическое изображение диализатора (гидросистемы для приготовления и подачи диализирующего раствора «Искусственная почка); на фиг. 2 - устройство осмотической ячейки и ее подключение к дросселю в линии холодной воды.

К источнику холодной воды 1 (фиг. 1) подключены последовательно фильтр 2, редуктор 3 (регулятор давления водопроводной воды), нагреватель 4 и дроссель 5

5 к которому через сильфон 6 и капилляры 7 подсоединены осмотические ячейки 8. Выход дросселя 5 соединен со смесительным баком 9, на котором установлено реле давления 10 и датчик давления 11, электромагнитные клапаны 12 и 13, к выходу которых в зависимости от режима работы через расходный бак 14 подключен индивидуальный пост диализа 15.

Осмотические ячейки 8 через байпасную линию 16 соединены с источником холодной

5 воды 1. В линии воды установлены датчики давления воды 17. Насыщенный водный раствор соли находится в сильфоне 6 и в емкости 18 (фиг. 2), которые сообщаются между собой. Емкость 18 содержит соль 19 в твердой фазе и отделена от ем кости 20 с водой полупроницаемой мембраной 21.

Гидросистема для приготовления и подачи диализирующего раствора (фиг. 1) работает .следующим образом.

Из источника 1 холодная вода поступает в фильтр 2, предназначенный для очистки воды от механических частиц размером более 30 мкм, и редуктор давления 3, который поддерживает давление воды на

0 его выходе 1,5 кгс1см. Вода из редуктора поступает в нагреватель 4, где ее температура повышается до 36-49°С, а далее в дроссель 5. Насыщенный раствор соли через сильфон 6 и капилляры 7 поступает из осмотических ячеек. В дросселе 5 насыщенный раствор соли с.мешивается с водой и поступает в смесительный бак 9. В смесительном баке вода и насыщенный раствор полностью смешиваются, образуя диализирующий раствор, который

0 через открытый электро.магнит:;ьш клапан 12 под избыточным давлением 0,2- 0,3 кгс/см, измеряемым датчиками 11, поступает в магистраль диализа для питания индивидуальных постов 15. Реле давления 10 перекрывает вход раствора в бак 9 при увеличении давления в нем . выще 0,3 кгс/см. Электромагнитный клапан 13 в р ежиме диализа закрыт, в режиме стерилизации он открывается и вода через него и через расходный бак 14 подается

0 к индивидуальным постам 15.

Осмотическая ячейка работает следующим образом (фиг. 2).

При контакте насыщенного .водного

раствора соли с водой через мембрану 21,

5 проницаемую для воды и непроницае.мую

адя соли, возникает осмотический поток

воды с давлением:

Р CRT,

где С - молярная концентрация сил в воде;

R - универсальная газовая постоянная;

Т - температура.

.Под давлением осмотически.х сил вода через полупроницаемую мембрану 21 попадает в емкость 18 с раствором. Для поддержания постоянства концентрации раствора на уровне насыщения при данной температуре раствор контактирует с солью 19 в твердой фазе. Так, например, при Т 288 К для насыщенного раствора в воде осмотическое давление может достигать 136 ата.

Постоянство концентрации соли в растворе имеет место до тех пор, пока не будет исчерпан весь запас твердой соли 19.

За счет того, что мембрана 21 .может в незначительных количествах быть проницаема и для соли, для поддержания концентрации соли в емкости 20 с водой, близкой нулю, через емкость 20 создается поток ВОДЬ из байпасной линии 16 холодной воды.

Постоянство концентрации соли и давления в линии диализирующего раствора обеспечивается за счет постоянства концентрации насыщенного раствора соли и постоянства величины потока раствора в дросселе 5. Величина потока насыщенного раствора определяется величиной поверхности и величиной удельной проницаемости селективно полупроницаемой мембраны 21. Поэтому для выбранных геометрии и материала мембраны, а также температуры концентрация и величина потока постоянны. Постоянство температуры осмотической ячейки 8 обеспечивается за счет того, что водопроводная вода в пределах сезона незначительно изменяет свою температуру, поэтому сосуд с проточной водой является термостато.м.

Редуктор 3 в линии воды хорошо поддерживает давление на выходе при медленном изменении давления на входе. Однако быстро изменяющееся давление воды на входе может вызывать изменение расхода воды через дроссель 5. В этом случае концентрация диализирующего раствора практически не изменится за счет того, что увеличение скорости потока приведет к увеличению потока раствора (в соответствии с уравнением Бернулли произойдет пропорциональный подсос раствора) и, наборот, уменьщение потока воды через дроссель 5 приведет к пропорциональному уменьшению потока раствора.

Постоянство концентрации раствора в дросселе поддерживается наиболее эффективно при выборе проходного сечения из условия

Q - объемный расход воды; р - плотность воды; р - избыточное давление воды на входе дросселя.

Диализирующий раствор должен содержать, г: NaCI 5,7; КС 0,19; CaCUO,33; CHjCOONa (ацетат натрия) 3,28 в литре раствора.

Учитывая, что концентрация насыщенного водного раствора солей при темпера туре водопроводной воды Т 284К составляет 358 г/л для NaCl, 651 г/л для CaCli, 312 г/л для КС1, 410 г/л для NaCHjCOO и минимальный расход диализирующего раствора 8 л/мин (через дроссель объемный

5 расход воды 8 л/мин), то объемные расходы насыщенных растворов солей, поступающих из осмотрических ячеек, равны: л/мин: NaCl 0,022; CaCl20,012; KCl 0,005; ЫаСНэСОО 0,064. Указанные величины расходов обеспечиваются с помощью отечест0 венных ацетат-целлюлозных мембран, например МГА-80. Водопроницаемость мембраны МГА-80 составляет 600 л/с.м в сутки, или 0,4 л/м мин.Необходимые расходы для приготовле5 ния диализирующего раствора обеспечивают мембраны, выполненные в форме круга, радиусами 126, 60, 100, 220 мм соответственно для осмотической ячейки с насыщенными растворами NaCl, KCl, CaClj, NaCHjCOO.

0 Естественно, может быть использована мембрана в виде трубы, если возникнет необходимость в увеличении расхода диализирующего раствора и уменьщении габаритов осмотической ячейки. В этом случае можно значительно увеличить поверх ность селективно проницаемой мембраны. При длительной работе предложенной системы концентрация диализирующего раствора практически постоянна, отклонение от заданной величины не превы0 щает ±2% (в прототипе концентрация изменяется в пределах ±6%). Пульсации давления в предлагаемой системе отсутствуют, их не удалось зарегистрировать с помощью записывающего манометра, в прототипе пульсации давления в линии воды

превышают 25% от абсолютного значения давления.

Внедрение предложенного устройства в практику медицинского машиностроения и приборостроения позволит получить знаQ чительный экономический эффект за счет снижения себестоимости при изготовлении, повышения надежности, отсутствия пульсаций и повышения точности поддержания концентрации диализирующего раствора, исключения сложного контролирующего

5 и управляющего пропорциональным насосом автоматического оборудования. Надежность повышается, так как в предложенном аппарате отсутствуют движущиеся

детали и уменьшено число узлов (элементов) системы для приготовления диализирую цегс )аствора, приводящие к упрощению конструкции. Исключается необходимость включения в систему деаэрационных узлов, достигается уменьшение энергетических затрат, так как в основном используется энергия растворения соли.

ГИДРОСИСТЕМА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ПОДАЧИ ДИАЛИЗИРУЮЩЕГО РАСТВОРА, содержащая источник холодной воды, систему ее подготовки, включающую фильтр, редуктор давления и нагреватель, источники концентрированных солевых растворов с соединительными магистралями, смесительный бак с датчиком давления, датчики давления воды в магистрали и рас.чодный бак с подогревателем, отличающаяся тем, что, с целью повыщения надежности, упрощения конструкции и уменьшения пульсации давления диализирующего раствора, каждый источник концентрированного солевого раствора выполнен в виде осмотической ячейки, представляющей собой закрытый резервуар, разделенный но высоте на. две части полупроницаемой мембраной, одна из частей резервуара соединена с источником холодной воды, а другая заполнена насыщенным солевым раствором, в который помещена соль в твердой фазе, на выходных магистралях источников концентрированных солевых растворов установлен сильфон, который имеет на свободS ном конце капилляр, между нагревателем и смесительным баком установлен дроссель, (Л а все выходные магистрали источников концентрированных солевых растворов соединены с ним. гр// Ьсь:

л л л л л ЛЛЛЛ 21 ЛЛЛЛЛЛАЛЛАЛА

16

т

20

Фиг.2