Устройство управления потоком кислорода

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно, к устройствам управления потоком кислорода в узлах регулировки расхода последнего аппаратов озонотерапии с низкой концентрацией кислородно-озоновой смеси, используемой в медицинских целях.

Предложено устройство, в котором поток кислорода отводится через клапан вспомогательного выпуска на выхлоп при перекрытии клапана входа аппарата, содержащее корпус со штуцерами (подачи газа, выхода газа, выхлопа), клапанов подачи, вспомогательного выпуска и выхода O₂, датчика давления, блока управления и управляемого источника питания; причем выхода клапанов подачи O₂ и вспомогательного выпуска соединены с входом клапана выхода O₂, выход которого соединен с блоком управления через датчик давления. Когда с датчика давления поступает в блок управления электрический сигнал положительной обратной связи о росте давления O₂ на выходе устройства, который сравнивается с входным управляющим сигналом, управляемый источник питания вырабатывает сигналы на открытие клапана вспомогательного выпуска на выхлоп и закрытие клапана выхода газа при неизменных давлении и потоке O₂ на входе устройства (входном сигнале).

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к устройствам управления потоком кислорода в узлах регулировки расхода последнего на входе аппаратов озонотерапии с низкой концентрацией кислородно-озоновой смеси, используемой в медицинских целях.

Принцип действия аппарата озонотерапии (в дальнейшем - аппарата") основан на создании аллотропной модификации озона (O₃), получаемой при синтезе кислорода (O ₂) в барьерном электрическом разряде, при рабочем давлении на входе системы газообеспечения аппарата медицинского O ₂ в пределах 0,3÷1,5 кГс/см², поступающего из кислородного баллона высокого давления, либо по местной кислородной линии через кислородный редуктор, обеспечивающий необходимое давление [Аппарат для газовой озонотерапии с деструктором озона Квазар". Руководство по эксплуатации ШИУЯ. 941589. 001 РЭ - Н. Новгород., Квазар", 1996, - С.6-7]. Система газообеспечения аппарата регулирует постоянство потока (объемный расход) O₂ , что дает возможность получения на выходных штуцерах кислородно-озоновой смеси с заданной концентрацией O₃. Основным элементом устройства управления потоком O₂ в аппарате служит расходомер с постоянным перепадом давления и чувствительным элементом в виде поплавка (ротаметр), который под действием динамического давления потока газа (O₂), протекающего снизу вверх, открывает проходное отверстие, при этом ход поплавка служит мерой расхода [Физический энциклопедический словарь, Изд. Сов. Энциклопедия, - М., 1963, Т.4, - С.375-376]. Отработанная (неиспользованная) кислородно-озоновая смесь поступает во внешний деструктор, причем концентрация O₃ в смеси на выходе деструктора значительно ниже предельно допустимой концентрации (ПДК) [Аппарат озонотерапии с низкой концентрацией и деструктором озона АОТ-Н-01-Арз-01. Руководство по эксплуатации ЛГФИ. 941134.002 РЭ - Арзамас, 2008, - С.13-16]. Организация подобных систем газообеспечения аппаратов связана с проведением достаточно затратных монтажно-технических работ в лечебно-профилактических учреждениях и применением дорогостоящих материалов, а при эксплуатации этих систем требуются выполнения требований правил безопасности для оборудования, работающего с газообразным O₂ и сосудов, работающих под давлением. В условиях амбулаторной практики более эффективны медицинские кислородные концентраторы, например [Медицинский кислородный концентратор серии «New Life» AirSep Corporation, USA, 2008, - С 7-8], мобильный, свободно перемещаемый, основным элементом устройства управления потоком O₂ в котором служит расходомер с постоянным перепадом давления. Степень чистоты O ₂, получаемого в концентраторе посредством очистки сжатого компрессором окружающего воздуха, пропускаемого через адсорбционные колонки (молекулярное сито), зависит от степени сжатия и давления O₂ во внутреннем накопителе (ресивере), обеспечивается чистота кислорода на выходе до 95%. Это допускает его использование в физиотерапевтических процедурах озонации и получении озоно-кислородной смеси для парентерального использования с поддержкой стабильного давление O₂ на выходе при отсутствии дросселирования на выходе ротаметра концентратора (входе аппарата).

В связи с тем, что конструкции устройств управления потоком O ₂ (ротаметров) в узлах собственной регулировки расхода последнего аппаратов и концентратора практически одинаковы, в качестве прототипа согласующего элемента между аппаратом и кислородным концентратором выбрано устройство управления потоком газа на основе электромеханического преобразователя [Компактный электромеханический преобразователь ITV 0000. Компоненты пневмоавтоматики. Каталог С5 фирмы SMC, www.smc-pneumatic.ru]. Устройство используется в пневмосхемах для регулировки и стабилизации давления проходящего через него потока газа с преобразованием электрического управляющего сигнала в пропорциональное по величине давление на выходе и содержит корпус с тремя штуцерами (подачи газа, выхода газа, вспомогательного выпуска), клапаны подачи и вспомогательного выпуска, датчик давления и блок управления с управляемым источником питания. Общий выход клапанов подачи и вспомогательного выпуска газа соединен с выходным штуцером корпуса и через датчик давления с блоком управления, формирующим электрический сигнал, пропорциональный давлению на выходе преобразователя, который сравнивается с входным управляющим сигналом, причем изменение давления на выходе продолжается до тех пор, пока эти два сигнала не оказываются равными по величине. Клапан вспомогательного выпуска преобразователя открывается напряжением с управляемого источника питания на время коррекции величины давления в сторону уменьшения величины входного сигнала, поступившего на блок управления прототипа, соединяя штуцер вспомогательного выпуска газа корпуса с атмосферой.

К недостаткам конструкции прототипа следует отнести то, что:

- блок управления кислородным потоком не учитывает возможности перекрытия электропневмоклапана, регулирующего расход O₂ , поступающего на вход разрядной камеры аппарата, при срабатывании реле времени задания длительности процедуры, т.е. резкого повышения (скачка) давления газа на входе преобразователя при определенной величине входного сигнала;

- перекрытие электропневмоклапана на входе аппарата приводит к многократному периодическому срабатыванию предохранительного клапана внутреннего накопителя кислородного концентратора и разрушению, вследствие этого, адсорбционных колонок в результате резкого изменения давления (перекрытия выходного отверстия ротаметра);

- блок управления преобразователя стабилизирует давление на выходе при отклонении величины последнего от входного, а переключение потока O₂ на выхлоп через клапан вспомогательного выпуска происходит только при регулировке величины входного сигнала в сторону уменьшения. Перекрытие электропневмоклапана на входе аппарата приводит к увеличению входного сигнала в блоке управления преобразователя и, через датчик давления, к перекрытию клапана вспомогательного выпуска газа.

Нами впервые предложено устройство управления потоком кислорода, отводящее этот поток через клапан вспомогательного выпуска при перекрытии клапана входа аппарата, содержащее корпус со штуцерами (подачи газа, вспомогательного выпуска, выхода газа), клапанов подачи, вспомогательного выпуска и выхода O₂, датчика давления, блока управления и управляемого источника питания, причем выхода клапанов подачи O₂ и вспомогательного выпуска соединены с входом клапана выхода O₂, выход которого соединен с блоком управления через датчик давления. Когда с датчика давления поступает в блок управления электрический сигнал о росте давления O₂ на выходе устройства, который сравнивается с входным управляющим сигналом, управляемый источник питания вырабатывает сигналы на открытие клапана вспомогательного выпуска и закрытие клапана выхода газа при скачке повышения давления на входе устройства. Коррекция направления потока O₂ через клапан вспомогательного выпуска продолжается до тех пор, пока с датчика давления при открытии входного клапана аппарата не поступит в блок управления сигнал об уменьшении значения выходного давления до совпадения его с входным, при этом закрывается клапан вспомогательного выпуска газа и открывается клапан выхода газа.

Предлагаемое устройство изображено на Фиг 1, где:

1 - корпус устройства;

2 - клапан выхода кислорода; d

3 - датчик давления;

4 - клапан вспомогательного выпуска (выхлопа);

5 - клапан подачи кислорода;

6 - блок управления;

7 - управляемый источник питания;

8 - штуцер.

Устройство управления потоком кислорода (в дальнейшем - устройство") представляет собой конструкцию, содержащую клапан подачи кислорода (ПК) (5) и клапан вспомогательного выпуска газа в атмосферу (ВВ) (4), объединенный выход которых соединен с входом клапана выхода кислорода (ВК) (2), к выходу которого подключен датчик давления (ДД) (3), сигнал с которого введен через блок управления (БУ) (б) в управляемый источник питания (УЮТ) (7), величины напряжений которого, управляемые БУ (6), поданы на клапана (5,4,2). На корпусе устройства (1) установлены штуцера - подачи кислорода из концентратора (вход 8.1), вспомогательного выпуска (8.2), выхода (8.3).

Устройство работает следующим образом (Фиг.1): в нормальном рабочем режиме кислородный концентратор обеспечивает через открытые клапана ПК (5) и ВК (2) постоянство потока O₂ и получение на выходных штуцерах аппарата кислородно-озоновой смеси с заданной концентрацией О₃, при этом с ДД (3) в БУ (6) поступает электрический сигнал, пропорциональный входному управляющему сигналу, а клапан ВВ (4) закрыт. Изменение состояния потока О₂ (величины давления) на входе аппарата (выходе клапана ВК (2)) приводит к возрастанию сигнала с ДД (3) по сравнению с входным управляющим сигналом и в БУ (6) формируется сигнал рассогласования (триггерный эффект), компенсация которого посредством изменения величин управляющих напряжений УИП (7) закрывает клапан ВК (2) и открывает клапан ВВ (4). Поскольку выхода клапанов ПК (5) и ВВ (4) соединены с входом клапана ВК (2), сохраняется постоянство потока О₂ через клапан ВВ (4) выхлопа в атмосферу, не нарушающего непрерывную подачу потока газа с концентратора (условный диаметр проходного отверстия ротаметра). Коррекция направления потока O₂ через клапан ВВ (4) продолжится до тех пор, пока с ДД (3) при открытии входного клапана аппарата не поступит в БУ (6) сигнал об уменьшении значения выходного давления О₂ до совпадения его с величиной входного сигнала, а с УИП (7) не поступят сигналы (управляющие напряжения) на открытие клапана ВК (2) и закрытие клапана ВВ (4) выхлопа газа в атмосферу.

Предложенная конструкция исключает недостатки прототипа, поскольку:

- введение в конструкцию клапана выхода кислорода и изменение характера обратной связи датчика давления с блоком управления расширяют возможности применения преобразователя при управлении срабатыванием клапана вспомогательного выпуска в атмосферу за счет компенсации сигнала рассогласования;

- предложенная конструкция заявленного устройства позволяет в автоматическом режиме устранять скачки давления газа, возникающие в результате перекрытий электропневмоклапана, регулирующего расход О₂ , поступающего на вход разрядной камеры аппарата, при срабатывании реле времени задания длительности процедуры;

- своевременное открытие клапана вспомогательного выпуска устройства сохраняет постоянство потока кислорода через условный диаметр проходного отверстия ротаметра концентратора, предотвращая выход из строя элементов конструкции последнего.

Таким образом, конструкция полезной модели заявленного устройства позволяет достичь требуемых результатов - достижения высокой надежности срабатывания аппарата озонотерапии за счет сохранения постоянства потока поступающего кислорода, предотвращения внезапных отключений аппарата и выхода из строя элементов конструкции концентратора, снижения травматизма при проведении курса озонотерапии за счет своевременного срабатывания клапана вспомогательного выпуска в атмосферу устройства, и, как следствие, улучшения качества лечения больных.

Устройство управления потоком кислорода, содержащее корпус со штуцерами, клапаны подачи и вспомогательного выпуска кислорода, имеющие общий выход, соединенный с блоком управления через датчик давления и управляемый источник питания, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено клапаном выхода кислорода, вход которого соединен с общим выходом клапанов подачи кислорода и вспомогательного выпуска, а выход клапана выхода кислорода соединен с блоком управления через датчик давления, а блок управления выполнен с возможностью управления напряжениями управляемого источника питания, подаваемыми на клапаны.