способ регулирования и контроля концентрации кислорода и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ регулирования и контроля концентрации кислорода при выработке гипоксических газовых смесей, включающий подачу сжатого воздуха в пространство, частично ограниченное полупроницаемой мембраной, регулирование не проникшего через мембрану потока с контролем концентрации кислорода, отличающийся тем, что задают давление подаваемого сжатого воздуха в соответствии с устанавливаемой концентрацией кислорода, разделяют не проникший через мембрану поток газовой смеси на два параллельных потока, один из которых регулируют, объединяют параллельные потоки, при этом вышеуказанное регулирование одного из параллельных потоков производят до достижения объединенным потоком его фиксированного значения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют контроль расхода по крайней мере одного из двух параллельных потоков.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление подаваемого сжатого воздуха задают путем двухступенчатой последовательной стабилизации, а для контроля процесса выработки гипоксических газовых смесей шунтируют вторую ступень стабилизации и перекрывают пневмолинию второго параллельного потока.

4. Устройство для регулирования и контроля концентрации кислорода при выработке гипоксических газовых смесей, содержащее мембранный модуль, к выходу которого подключена пневмолиния первого потока с первым пневморезистором, последовательно с которой установлен расходомер с выходной пневмолинией, отличающееся тем, что введены регулятор давления, манометр и пневмолиния второго потока со вторым пневморезистором, при этом расходомер выполнен в виде индикатора фиксированного значения расхода гипоксической газовой смеси, манометр и вход модуля подключены к выходу регулятора давления, а пневмолиния второго потока со вторым пневморезистором подключена параллельно пневмолинии первого потока с первым пневморезистором.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в пневмолинию первого потока последовательно с первым пневморезистором включен расходомер.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в пневмолинии первого или второго потоков последовательно с первым или вторым пневморезистором включен третий пневморезистор, соответственно.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в пневмолинию второго потока последовательно со вторым пневморезистором включен второй расходомер.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что введены два пневмоклапана, а регулятор давления выполнен в виде первого регулятора давления, последовательно с которым подключены параллельно соединенные второй регулятор давления и первый пневмоклапан, при этом второй пневмоклапан включен в пневмолинию первого потока последовательно с первым пневморезистором.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к медицинской технике, предназначенной для воздействия на дыхательную систему человека с помощью газов, и может быть использовано для лечения, профилактики и реабилитации, для тренировок спортсменов и других применений гипоксических газовых смесей.

Известен способ регулирования и контроля концентрации кислорода при выработке гипоксических газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран, включающий подачу сжатого воздуха в пространство, частично ограниченное полупроницаемой мембраной, регулирование не проникшего через мембрану потока с одновременным измерением концентрации кислорода [1, 2].

Недостатком данного способа является относительно низкая надежность и высокая стоимость. Поскольку вырабатываемая гипоксическая газовая смесь используется для медицинских целей, предъявляются повышенные требования к погрешности задания и стабильности концентрации кислорода в ней.

Выполнение этих требований отражается на надежности и стоимости газоаналитических средств, т. е. на надежности производства и стоимости вырабатываемой гипоксической газовой смеси.

Известен также способ регулирования и контроля концентрации кислорода при выработке гипоксических газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран, включающий подачу сжатого воздуха в пространство, частично ограниченное полупроницаемой мембраной, регулирование не проникшего через мембрану потока с определением концентрации кислорода по ее зависимости от входного давления и не проникшего через мембрану потока [3].

Этот способ, по сравнению с предыдущим, является более дешевым, поскольку не требует средств непосредственного измерения концентрации кислорода. Однако недостатком этого способа является низкая надежность. При изменении по какой-либо причине давления воздуха, параметров полупроницаемой мембраны или при появлении утечек в пневмосоединениях концентрация кислорода в вырабатываемой гипоксической газовой смеси, т.е. в не проникшем через мембрану потоке, изменяется. Изменение концентрации кислорода при этом способе не выявляется.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности задания и контроля концентрации кислорода в вырабатываемой гипоксической газовой смеси.

Для достижения этой цели в известном способе регулирования концентрации кислорода при выработке гипоксических газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран, включающем подачу сжатого воздуха в пространство, частично ограниченное полупроницаемой мембраной, регулирование не проникшего через мембрану потока, задают давление воздуха в соответствии с устанавливаемой концентрацией кислорода, разделяют поток газовой смеси, не проникшей через мембрану, на два потока, объединяют эти потоки, при этом поддерживают пневмосопротивление на пути одного потока постоянным, регулируют пневмосопротивление на пути второго потока до достижения суммарным потоком фиксированного значения.

Это дает возможность повысить надежность задания и контроля концентрации кислорода в вырабатываемой гипоксической газовой смеси.

Кроме того, контролируют расход по крайней мере одного из двух параллельных потоков. Это дает возможность дальнейшего повышения надежности.

Дополнительно к этому задают давление воздуха путем двухступенчатой последовательной стабилизации, для контроля процесса выработки гипоксических газовых смесей шунтируют вторую ступень стабилизации и размыкают пневмолинию второго потока. Это дает возможность быстрого контроля правильности выработки гипоксической газовой смеси.

Для осуществления предложенного способа предложено устройство, включающее регулятор давления, манометр, мембранный модуль, первый пневморезистор, второй пневморезистор, индикатор расхода, являющийся одновременно индикатором неисправности, манометр и вход модуля подключены к выходу регулятора давления, первый и второй пневморезисторы соединены параллельно, к выходу модуля подключены параллельно соединенные пневморезисторы и включенный последовательно с этим соединением индикатор расхода.

С целью облегчения регулировки концентрации кислорода в такое устройство введен расходомер, который установлен последовательно с первым пневморезистором.

Для еще большего облегчения регулировки концентрации кислорода в такое устройство введен третий пневморезистор, который установлен последовательно с одним из параллельно соединенных пневморезисторов.

Кроме того, в такое устройство введен второй расходомер, который установлен последовательно со вторым пневморезистором.

Для быстрой проверки исправности устройства в него введен второй регулятор давления и два пневмоклапана, причем второй регулятор давления подключен между выходом первого регулятора давления и входом модуля с подключенным к нему манометром, первый пневмоклапан подключен параллельно второму регулятору давления, а второй пневмоклапан подключен последовательно с одним из пневморезисторов.

Предложенное изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено:

на фиг. 1 - схема базового устройства для осуществления предложенного способа,

на фиг. 2 - то же, но с введением расходомера,

на фиг. 3- то же, что и на фиг. 2, но с введением третьего пневморезистора,

на фиг. 4 - то же, что и на фиг. 2, но с введением второго расходомера,

на фиг. 5 - то же, что и на фиг. 3, но с введением второго расходомера,

на фиг. 6 - то же, что и на фиг. 1, но с введением второго регулятора давления и двух пневмоклапанов.

Согласно предложенному способу в пространство, частично ограниченное полупроницаемой мембраной, подают сжатый воздух. Поток воздуха, не проникший через мембрану, содержит пониженную по сравнению с атмосферным воздухом концентрацию кислорода, т.е. является гипоксической газовой смесью. Давление сжатого воздуха задают в соответствии с устанавливаемой концентрацией кислорода в гипоксической газовой смеси. Например, для получения гипоксической газовой смеси с 10% кислорода задают давление 2,9 бар.

Разделяют поток воздуха, не проникший через мембрану, на два потока, которые затем объединяют. При этом во время движения гипоксической газовой смеси двумя параллельными потоками по-разному задают или регулируют пневмосопротивление каждому из этих потоков. Именно пневмосопротивление одному из этих потоков поддерживают постоянным, а пневмосопротивление на пути второго потока регулируют. Эту регулировку производят до тех пор, пока суммарный, объединенный поток не достигнет заранее определенного фиксированного значения. При этом концентрация кислорода в гипоксической газовой смеси принимает заданное значение.

При изменении по какой-либо причине давления воздуха, параметров мембраны или при появлении утечек в пневмосоединениях концентрация кислорода в вырабатываемой гипоксической газовой смеси изменится, однако при этом изменится и расход гипоксической газовой смеси, т.е. появится отклонение расхода суммарного, объединенного потока от заранее определенного фиксированного значения, что является признаком неисправности.

Таким образом, регулирование концентрации кислорода при выработке гипоксических газовых смесей по предложенному способу производится без использования каких-либо газоаналитических методов, путем контроля отклонения от косвенным методом заданной концентрации кислорода, и появление практически любой неисправности, в том числе отклонения от заданной концентрации кислорода, индицируется отклонением расхода от фиксированного значения. Это дает возможность повысить надежность задания и контроля концентрации кислорода.

На фиг. 1 изображена схема базового устройства для выработки гипоксической газовой смеси по предложенному способу. Устройство включает регулятор давления 1, к выходу которого подключен манометр 2 и вход мембранного модуля 3. К выходу мембранного модуля 3 подключены входы двух параллельно соединенных пневморезисторов - первого пневморезистора 4 и второго пневморезистора 5. Выходы этих пневморезисторов через индикатор расхода 6 подключен к выходной пневмолинии 7.

Вход регулятора давления 1 соединен с источником сжатого воздуха 8. В качестве источника сжатого воздуха 8 может использоваться больничная пневмосеть или же отдельный компрессор. Таким образом, источник сжатого воздуха 8 не является обязательной частью предложенного устройства.

На фиг. 2 последовательно с пневморезистором 4 включен расходомер 9.

На фиг. 3 последовательно с пневморезистором 4 включен третий пневморезистор 10.

На фиг. 4 последовательно с пневморезистором 5 включен второй расходомер 11.

На фиг. 5, по сравнению с фиг.4, последовательно с пневморезистором 4 включен третий пневморезистор 10.

На фиг. 6, по сравнению с фиг. 1, последовательно с первым регулятором давления 1 подключены параллельно соединенные второй регулятор давления 12 и первый пневмоклапан 13, второй пневмоклапан 14 подключен последовательно с пневморезистором 4.

Устройство работает следующим образом. Сжатый воздух от источника сжатого воздуха 8 поступает на вход регулятора давления 1. Давление на выходе регулятора давления 1 регулируется по манометру 2 в соответствии с заданной концентрацией кислорода в выходной гипоксической газовой смеси, воздух под этим давлением поступает на вход мембранного модуля 3. Гипоксическая газовая смесь с выхода мембранного модуля 3 поступает через два параллельных канала в виде параллельно соединенных пневморезисторов 4 и 5 и далее - через индикатор расхода 6 в выходную пневмолинию 7.

Если необходимо изменить концентрацию кислорода в вырабатываемой гипоксической газовой смеси, регулятором давления 1 по манометру 2 устанавливают соответствующее значение давления. Для удобства работы манометр 2 может быть отградуирован непосредственно в процентах концентрации кислорода. Далее с помощью одного из пневморезисторов, например, пневморезистора 4, регулируют расход гипоксической газовой смеси так, чтобы показания индикатора расхода 6 достигли фиксированного значения. Пневморезистор 10, предварительно отрегулированный на минимальное значение концентрации кислорода, обеспечивает плавность текущей регулировки пневморезистором 4. Расходомеры 9 и 11 обеспечивают визуализацию потоков гипоксической газовой смеси, тем самым повышается надежность работы и выявления неисправностей.

Для механизации или автоматизации процесса контроля исправности устройства нормально закрытым пневмоклапаном 13 замыкают второй регулятор давления 12, а нормально открытым вторым пневмоклапаном 14 размыкают пневмолинию, в которую включен пневморезистор 4. При этом создаются условия для проверки: заранее установленное давление на входе мембранного модуля 3 и заранее установленное пневмосопротивление на его выходе, в виде пневморезистора 5, должны при исправности устройства дать фиксированное показание индикатора расхода 6. Пневмоклапаны 13 и 14 могут входить в состав одного пневмораспределителя, что облегчает процесс контроля.

Следует отметить, что в устройстве для осуществления данного способа в качестве индикатора расхода или расходомера могут использоваться как непосредственно измерители расхода, так и комбинированные приборы, например, манометр, измеряющий падение давления на пневморезисторе с известной величиной пневмосопротивления.

Источники информации

1. Патент России N 2004261, кл. A 61 M 16/00, 1993 г.

2. Патент России N 2019199, кл. A 61 М 16/10, A 61 G 10/00, 1994 г.

3. Патент России N 2074742, кл. A 61 М 16/10, 1997 г.