專利名稱：氣體供應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可變?nèi)莘e容器(variable volume reservoir)以及一種利用可變?nèi)莘e容器來(lái)控制氣流的方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明可變?nèi)萜髟诳刂茪怏w方面的用途具有廣泛應(yīng)用，一個(gè)具體應(yīng)用與醫(yī)療過(guò)程例如心臟外科和麻醉相結(jié)合。
用在例如手術(shù)室和重病監(jiān)護(hù)室的許多麻醉機(jī)和機(jī)械通風(fēng)機(jī)要消耗大量的氣體。這通常不成為問題，因?yàn)槭褂玫臍怏w例如氧氣、空氣、一氧化二氮是低成本的。例如，機(jī)械通風(fēng)機(jī)(mechanical ventilators)通常使用氧氣/空氣(即，氧氣/氮?dú)?的混合氣體，麻醉機(jī)通常使用氧氣和一氧化二氮或者氧氣和空氣。
某些情況下希望選擇性氣體在氣流中與氧氣結(jié)合。這種選擇性氣體例如包括氙氣體一類的更昂貴氣體，氙氣體有利于麻醉和/或保護(hù)大腦，而每升氙氣體需要花費(fèi)大約10美元。
通常在壓力下自壁裝式管道或者壓縮氣瓶給許多醫(yī)療設(shè)備例如重病監(jiān)護(hù)室的機(jī)械通風(fēng)機(jī)、嬰兒特別護(hù)理室的新生兒機(jī)械通風(fēng)機(jī)以及麻醉機(jī)供應(yīng)氣體。此壓力可變化但通常為4巴，且在此壓力下把氣體輸入這些機(jī)器的后部。
在采用昂貴氣體時(shí)為降低成本，就需要調(diào)節(jié)或控制所使用的氣體，以防止這些氣體被浪費(fèi)。專利申請(qǐng)PCT/GB01/05288描述了一種實(shí)現(xiàn)此控制的方法及裝置。

發(fā)明內(nèi)容
我們現(xiàn)在已經(jīng)想出了一種可變?nèi)莘e容器，該可變?nèi)莘e容器用于與氣體控制系統(tǒng)相結(jié)合以改進(jìn)此氣體控制系統(tǒng)的操作。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種氣體控制裝置，其包括(i)可變?nèi)莘e容器，具有可與一氣體循環(huán)回路連通的入口，(ii)過(guò)壓釋放裝置，與該容器流體連接，以及(iii)負(fù)壓安全裝置，與該容器流體連接。
可變?nèi)莘e容器的一個(gè)實(shí)施例包括柔性袋或容器，例如一種由橡膠材料制成的袋，該袋能響應(yīng)于其內(nèi)的氣體壓力而膨脹和收縮其體積；另一個(gè)實(shí)施例包括風(fēng)箱式構(gòu)造；或者在第三實(shí)施例中，可變?nèi)莘e容器包括一種與大氣相通的軟管或?qū)Ч?，其長(zhǎng)度適于為例如0.5米至2米，其直徑為1.5至3cm，例如大約2.2cm。
過(guò)壓釋放裝置的功能是在容器充滿時(shí)允許超額氣體逸出，以防止任何不注意的壓力積聚在系統(tǒng)中。優(yōu)選的，過(guò)壓釋放裝置可包括某種類型的溢出閥且可作為過(guò)壓安全閥。啟動(dòng)該過(guò)壓閥操作的優(yōu)選壓力是高于10cm水柱、更優(yōu)選高于5cm水柱且通常為5至10cm水柱的壓力。
負(fù)壓安全裝置的功能是如果系統(tǒng)發(fā)生意外氣體損耗就允許外界空氣進(jìn)入該系統(tǒng)。這將防止負(fù)壓積聚該系統(tǒng)中。若容器內(nèi)的壓力下降到比外界低10cm水柱以下、更優(yōu)選5cm水柱以下且通常在比外界低5至10cm水柱以下時(shí)，負(fù)壓安全裝置能夠工作。
當(dāng)可變?nèi)莘e容器是一種開口軟管即容器分支時(shí)，能夠自動(dòng)地形成過(guò)壓釋放裝置和負(fù)壓安全裝置，因?yàn)槿魵怏w自系統(tǒng)中損耗，空氣將經(jīng)由該軟管的開口端部從外界抽入該系統(tǒng)。若出于某種原因系統(tǒng)內(nèi)的氣體超額，也不會(huì)積聚超額壓力，因?yàn)槌~氣體將自軟管的開口端部排出。
本發(fā)明還提供了一種氣體供應(yīng)系統(tǒng)，包括氣體能夠經(jīng)由其流動(dòng)的氣體管回路，在該回路內(nèi)具有(i)環(huán)繞氣體管回路泵送氣體的泵，(ii)回路的氣體供應(yīng)裝置，(iii)用于連接外部機(jī)器及給該外部機(jī)器供應(yīng)氣體的供應(yīng)管，(iv)使來(lái)自外部機(jī)器的氣體回流以經(jīng)由泵再循環(huán)的回流管，以及(v)如上所述的氣體控制裝置。該外部機(jī)器組成回路的一部分。
優(yōu)選的，該泵生成環(huán)繞回路的氣體流，以及具有儲(chǔ)存加壓氣體并使供應(yīng)給外部機(jī)器的氣體的流量波動(dòng)和壓力波動(dòng)變得平緩的蓄壓器。
外部機(jī)器可以是例如嬰兒或成人用機(jī)械通風(fēng)機(jī)或者麻醉機(jī)，自該外部機(jī)器返回至本發(fā)明的氣體可包含二氧化碳。這是自人體經(jīng)由肺釋放的。通過(guò)利用二氧化碳吸收單元可除去返回氣體中的二氧化碳。此吸收單元通常充滿利用化學(xué)反應(yīng)吸收二氧化碳且普遍用在麻醉機(jī)中的堿石灰顆粒。若來(lái)自外部機(jī)器的廢氣不包含二氧化碳(例如，若該外部機(jī)器具有其自身的二氧化碳吸收裝置)，那么就不需要存在二氧化碳吸收單元。
使用時(shí)，該泵環(huán)繞回路推進(jìn)氣體，當(dāng)氣體自所供應(yīng)的外部機(jī)器的氣路被病人吸入而離開回路時(shí)，就經(jīng)由氣體供應(yīng)裝置供應(yīng)新鮮氣體以彌補(bǔ)這種損耗。
優(yōu)選的，具有氧氣供應(yīng)裝置，若由于氣體輸送控制系統(tǒng)的故障導(dǎo)致可變?nèi)莘e容器基本完全空時(shí)，該氧氣供應(yīng)系統(tǒng)就使氧氣而不是外界空氣進(jìn)入回路。就防止負(fù)壓積聚在回路內(nèi)而言，此氧氣供應(yīng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同負(fù)壓安全裝置相同的功能，但其是通過(guò)允許氧氣而不是空氣進(jìn)入來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能的。若回路的氣體輸送系統(tǒng)出現(xiàn)故障，那么氧氣供應(yīng)系統(tǒng)將提供安全保護(hù)，既防止回路負(fù)壓，又防止回路內(nèi)氣體的氧氣百分比過(guò)低。
這可通過(guò)例如在負(fù)壓安全閥的外側(cè)提供氧氣流使得在該安全閥打開時(shí)把氧氣吸入回路來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)使該負(fù)壓安全裝置成為與斯庫(kù)巴潛水用安全裝置具有類似原理的需求閥，這樣當(dāng)給該閥施加負(fù)壓時(shí)，其就打開并允許氧氣自高壓氧源以受控方式進(jìn)入來(lái)實(shí)現(xiàn)。
過(guò)壓釋放裝置和負(fù)壓安全裝置之一或兩者可包括在可變?nèi)莘e容器內(nèi)，或者它們可位于回路中的某位置。
使用時(shí)，泵與至外部機(jī)器的氣體入口之間的回路區(qū)域部分加上蓄壓器都處于預(yù)期工作壓力(例如，4巴)下，同時(shí)回路的其它部分都位于更低的壓力下。此低壓區(qū)域通常處于外部壓力下，因?yàn)橥獠繅毫⒔?jīng)由可變?nèi)莘e容器的存在而傳遞給回路的其它部分。
本發(fā)明的一個(gè)特征在于其采用一個(gè)循環(huán)氣體通路，該通路包括將要供應(yīng)氣體的外部機(jī)器，且其提供處于外部機(jī)器的必需工作壓力下的氣體源?；芈返慕^大部分都處于外界壓力下或其左右?？勺?nèi)莘e容器允許回路內(nèi)的體積有短期變化，而氣體不會(huì)自回路損耗。


本發(fā)明表示在附圖中，該附圖示意性表示了本發(fā)明的一種實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在圖中，本發(fā)明用于給例如機(jī)械通風(fēng)機(jī)供應(yīng)含氧氣體以及除去廢氣中的二氧化碳。該設(shè)備容納在外殼9內(nèi)且由一種包括氣體管回路10的氣體供應(yīng)系統(tǒng)組成，把氣體壓縮至工作壓力(例如，4巴)的壓縮機(jī)1以及儲(chǔ)存處于預(yù)期工作壓力下的氣體的蓄壓器2位于該氣體管回路10內(nèi)。導(dǎo)管10經(jīng)由機(jī)器入口4給將要供應(yīng)氣體的機(jī)器3或其它要供應(yīng)氣體的設(shè)備，自機(jī)器3排出的廢氣或氣體在機(jī)器出口5處流入回路。6是用于除去氣體內(nèi)二氧化碳的二氧化碳吸收裝置，7是可變?nèi)莘e容器。8處可添加額外供應(yīng)的氣體，以補(bǔ)充消耗的氣體。
使用時(shí)，啟動(dòng)泵1，氣體在氣體入口8處流入回路10，在氣體入口8處，氣體經(jīng)泵1壓縮并在機(jī)器入口4處流入機(jī)器3。自外部機(jī)器3返回的廢氣在機(jī)器出口5處流入導(dǎo)管，經(jīng)由與可變?nèi)莘e容器7流體連接的導(dǎo)管泵送該廢氣且該廢氣流過(guò)二氧化碳吸收裝置6?？山?jīng)由氣體入口8供應(yīng)額外氣體，以補(bǔ)充被外部機(jī)器消耗的氣體。
若回路氣體體積增大，可變?nèi)莘e容器將自動(dòng)膨脹，從而避免發(fā)生回路低壓部?jī)?nèi)的壓力增大，否則會(huì)這是將發(fā)生的；并在體積增大之前維持該壓力于基本相同的水平。若由于某種原因回路體積過(guò)度增大導(dǎo)致可變?nèi)莘e容器充氣至非常高的程度，容器7內(nèi)的過(guò)壓釋放閥將自動(dòng)啟動(dòng)以排出回路的氣體，于是超額體積將被釋放且壓力維持在可接受的水平。若回路氣體體積減少，容器7的體積將收縮以維持壓力；若該體積減少至過(guò)低的水平，容器內(nèi)的自動(dòng)負(fù)壓安全閥將啟動(dòng)以給回路輸送外界空氣或氣體。若希望，此氣體可以是純氧。盡管回路氣體體積減少，但此過(guò)程維持回路內(nèi)的壓力基本同以前一樣。
在泵運(yùn)行時(shí)，泵1與至機(jī)器的氣體入口之間的區(qū)域加上蓄壓器2都位于預(yù)期工作壓力(例如，4巴)下，同時(shí)回路的其它部分都位于更低的壓力下。此低壓區(qū)域通常處于外部壓力下，因?yàn)橥獠繅毫⒔?jīng)由可變?nèi)莘e容器7的存在而傳遞給回路的其它部分。
優(yōu)選的，利用控制系統(tǒng)持續(xù)不斷地調(diào)節(jié)泵速，以恰好匹配機(jī)器入口4處的平均氣流量。于是，這就使得蓄壓器2總是在預(yù)期工作壓力(例如，4巴)下或其附近工作。
設(shè)想在氣體控制系統(tǒng)的作用下新鮮氣體流入回路?；芈返臍怏w入口點(diǎn)表示為8，但其也可是該回路內(nèi)的任一點(diǎn)。設(shè)想利用適當(dāng)儀器(例如連接在可變?nèi)莘e容器上的容積傳感器)，維持該可變?nèi)莘e容器7總是部分填充氣體，即，不完全空也不完全滿。
整個(gè)系統(tǒng)的唯一氣體損耗將是經(jīng)由例如病人的肺從外部機(jī)器吸入病人血液內(nèi)的氣體，這里外部機(jī)器是麻醉機(jī)。
如果新鮮氣體在8處流入氣體回路的速率等于它們被病人消耗的速率，即，利用控制系統(tǒng)維持可變?nèi)莘e容器7內(nèi)的氣體體積恒定，那么這即是就新鮮空氣的經(jīng)濟(jì)使用而言操縱機(jī)器的最有效方式。
例如，被麻醉病人的總氣體消耗(例如，自肺吸入血液)通常是300毫升/分鐘。這歸因于利用外部機(jī)器供應(yīng)給病人肺的混合氣體中被從肺吸入血液內(nèi)的氣體。在正常情況下，絕大多數(shù)吸入氣體實(shí)際上不經(jīng)由肺吸入血液內(nèi)，而是實(shí)際上再次呼出。這說(shuō)明了為什么從直觀來(lái)看300毫升/分鐘的舉例與每分鐘實(shí)際吸入的氣體體積相比似乎相當(dāng)少，每分鐘實(shí)際吸入的氣體體積大約為5升/分鐘。
用于這種病人的機(jī)械通風(fēng)機(jī)(或其它機(jī)器)的氣體消耗可能是5升/分鐘或更大。但是，預(yù)計(jì)利用本發(fā)明供應(yīng)氣體的相同機(jī)器的總氣體消耗率將下降至幾乎等于病人的總氣體吸入率，即，例如300毫升/分鐘。由此，采用本發(fā)明將大幅度地降低新鮮氣體消耗率，在需要昂貴氣體時(shí)很有用。
可能的另一種操作模式是在8處以超過(guò)病人經(jīng)由例如肺吸入氣體的氣體吸入率的速率給本發(fā)明回路供應(yīng)新鮮氣體。超額氣體將經(jīng)由包括在可變?nèi)莘e容器7內(nèi)的溢出閥裝置自本發(fā)明回路溢出。這仍然能經(jīng)濟(jì)地使用氣體，只要在平常使用時(shí)(即，不與本發(fā)明結(jié)合時(shí))8處的新鮮氣體總流率小于機(jī)器的新鮮氣體使用率。但經(jīng)濟(jì)程度不像前述操作模式那樣強(qiáng)。
權(quán)利要求
1.一種氣體控制裝置，包括(i)可變?nèi)莘e容器，該容器具有可與一氣體循環(huán)回路連接的入口，(ii)過(guò)壓釋放裝置，與所述容器流體連接，以及(iii)負(fù)壓安全裝置，與所述容器流體連接。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體控制裝置，其特征在于，所述可變?nèi)莘e容器包括一柔性袋或容器、一風(fēng)箱式構(gòu)造、或者一與大氣相通的管或?qū)Ч堋?br> 3.如權(quán)利要求1或2所述的氣體控制裝置，其特征在于，所述過(guò)壓釋放裝置和負(fù)壓安全裝置之一或兩者結(jié)合在所述可變?nèi)莘e容器內(nèi)。
4.一種氣體供應(yīng)系統(tǒng)，包括氣體能夠經(jīng)由其流動(dòng)的氣體管回路，在所述回路內(nèi)具有(i)環(huán)繞所述氣體管回路泵送所述氣體的泵，(ii)至所述回路的氣體供應(yīng)裝置，(iii)用于連接外部機(jī)器及給所述外部機(jī)器供應(yīng)氣體的供應(yīng)管，(iv)使來(lái)自所述外部機(jī)器的氣體回流以經(jīng)由所述泵再循環(huán)的回流管，以及(v)如權(quán)利要求1，2或3所述的氣體控制裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，在所述泵與所述供應(yīng)管之間具有用于儲(chǔ)存加壓氣體的蓄壓器。
6.如權(quán)利要求4或5所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述供應(yīng)管與所述回流管與一外部機(jī)器連接，所述外部機(jī)器內(nèi)的氣體通道自所述回路提供。
7.如權(quán)利要求6所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述外部機(jī)器是機(jī)械通風(fēng)機(jī)或麻醉機(jī)。
8.如權(quán)利要求4至7中任一項(xiàng)所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，來(lái)自所述外部機(jī)器的已用氣體回流入所述回路，然后流至所述可變?nèi)莘e容器。
9.如權(quán)利要求4至8中任一項(xiàng)所述用于給一機(jī)器供應(yīng)氣體并控制給所述機(jī)器的氣體供應(yīng)的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一連續(xù)氣體管回路，在所述回路中順序地具有(i)環(huán)繞所述回路泵送所述氣體的泵或壓縮機(jī)，(ii)氣體蓄壓器，(iii)用于連接所述機(jī)器及給所述機(jī)器供應(yīng)氣體的供應(yīng)管，(iv)使來(lái)自所述機(jī)器的氣體回流以經(jīng)由所述泵再循環(huán)的回流管，(v)與所述回流管流體連接的可變?nèi)莘e氣體容器，以及(vi)用于給所述回路供應(yīng)氣體的回路氣體入口，由此在使用時(shí)，利用所述泵環(huán)繞所述管泵送氣體，所述氣體經(jīng)由一進(jìn)入所述機(jī)器的氣體入口和一所述機(jī)器外的氣體出口泵送過(guò)所述機(jī)器并回流入所述回路，其中，所述機(jī)器組成所述回路的一部分。
10.如權(quán)利要求4至9中任一項(xiàng)所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，具有二氧化碳洗滌器，從所述外部機(jī)器的排出的氣體通過(guò)所述二氧化碳洗滌器。
11.如權(quán)利要求4至10中任一項(xiàng)所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，具有氧氣供應(yīng)裝置，倘若所述可變?nèi)莘e容器基本完全排空，所述氧氣供應(yīng)裝置使氧氣進(jìn)入所述回路。
12.一種用于給一機(jī)器供應(yīng)氣體并控制給所述機(jī)器的氣體供應(yīng)的方法，自一氣體管回路在壓力下經(jīng)由一機(jī)器氣體入口把所述氣體泵送入所述機(jī)器，且所述氣體經(jīng)由一機(jī)器氣體出口在所述機(jī)器外回流入所述回路，其中，所述機(jī)器形成了所述回路的一功能部分，環(huán)繞所述氣體管回路泵送所述氣體，在所述回路中順序地具有一泵、一蓄壓器、所述機(jī)器氣體入口、所述機(jī)器氣體出口和一可變?nèi)莘e容器，以及具有與所述容器流體連接的一過(guò)壓釋放裝置和一負(fù)壓安全裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述可變?nèi)莘e容器包括一柔性袋或容器、一風(fēng)箱式構(gòu)造、或者一與大氣相通的管或?qū)Ч堋?br> 14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述機(jī)器是機(jī)械通風(fēng)機(jī)或麻醉機(jī)。
15.如權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述機(jī)器的排出氣體通過(guò)二氧化碳洗滌器。
16.如權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，具有氧氣供應(yīng)裝置，倘若所述可變?nèi)莘e容器基本完全排空，所述氧氣供應(yīng)裝置使氧氣進(jìn)入所述回路。
17.如權(quán)利要求12至16中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述過(guò)壓釋放裝置和負(fù)壓安全裝置之一或兩者結(jié)合在所述可變?nèi)莘e容器內(nèi)。
全文摘要
一種用于給外部機(jī)器例如麻醉機(jī)供應(yīng)氣體的方法和系統(tǒng)，其中，氣體供應(yīng)給并離開機(jī)器(3)，使得該機(jī)器(3)形成一種閉合氣體管回路(10)的一部分，在所述管回路(10)內(nèi)具有調(diào)節(jié)并維持所述管回路(10)內(nèi)氣體供應(yīng)的壓力的可變?nèi)莘e容器(7)。該可變?nèi)莘e容器(7)包括一過(guò)壓安全閥和一負(fù)壓安全閥。
文檔編號(hào)A61M16/01GK1655839SQ03811631
公開日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2003年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月23日
發(fā)明者約翰·丁利 申請(qǐng)人:科森工藝有限公司