RU2490034C1

RU2490034C1 - Anaesthetic evaporator

Info

Publication number: RU2490034C1
Application number: RU2012102635/14A
Authority: RU
Inventors: Александр Зиновьевич Берлин; Леонид Александрович Берлин
Original assignee: Александр Зиновьевич Берлин
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2013-08-20

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention relates to medical equipment. An evaporator comprises a chamber 1 with the number of vertical evaporating elements 2,3 made of a capillary active material and an in-built horizontal gas distributor in the form of a rotary tubular slide valve 5 with a concentration scale 6, clearances 7,8 opposite inlets 9 and outlets 10 of the chamber and an in-built bellow valve 11 with longitudinally movable cowl 12 on the input 13 and a cone 14 on the output 15. The evaporator is provided with an additional slide valve 16 in the form of a convergent tube 17 represented in the conical form and movable longitudinally depending on an angle of rotation of the tubular slide valve 5 and providing the annular gap adjustment between the convergent tube and the cone 14 ensuring stable waterjet-assisted mechanical resistance of the evaporator. The chamber 1 is provided with the inlet 19 and outlet 20 arch boxes with side walls and a front partition coated by the capillary active material from the inside and outside; the boxes are spaced from the body of the tubular slide valve 5 and connected through the end clearances from the inside walls of the chamber 1 with the number of the evaporating elements 2,3.

EFFECT: more stable anaesthetic dosing.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к испарителям анестетиков и аппаратам ингаляционного наркоза (ИН). Испаритель насыщает поток газа-носителя (атмосферный воздух или сжатые медицинские газы) парами анестетика, после чего сформированную парогазовую смесь подают пациенту.The invention relates to medical equipment, namely to anesthetics vaporizers and apparatus for inhalation anesthesia (IN). The evaporator saturates the carrier gas stream (atmospheric air or compressed medical gases) with anesthetic vapors, after which the formed vapor-gas mixture is supplied to the patient.

Известны различные конструкции испарителей (патенты РФ №№2436600, 2329832, 2329069, 2178314, 2000817, 1810061; патенты США №№6526297, 6816669).Various designs of evaporators are known (RF patents Nos. 2436600, 2329832, 2329069, 2178314, 2000817, 1810061; US patents Nos. 6526297, 6816669).

Испаритель по патенту РФ №2436600 содержит газораспределитель с термокомпенсатором и теплообменником, камеру анестетика с набором испарительных элементов из капилляроактивного материала и термостабилизатор с жидким парафином. Однако дополнительные составляющие (теплообменник на входе и термостабилизатор с парафином) увеличивают массу и гидромеханическое сопротивление испарителя, что затрудняет его использование в чрезвычайных ситуациях и отдаленных регионах при отсутствии сжатого кислорода.The evaporator according to RF patent No. 2436600 contains a gas distributor with a temperature compensator and a heat exchanger, an anesthetic chamber with a set of evaporation elements from capillary-active material, and a temperature stabilizer with liquid paraffin. However, additional components (inlet heat exchanger and heat stabilizer with paraffin) increase the mass and hydromechanical resistance of the evaporator, which makes it difficult to use in emergency situations and remote regions in the absence of compressed oxygen.

Испаритель по патенту РФ №2329069 («МИНИВАП-20») является наиболее близким по технической сущности и выбран в качестве прототипа патентуемого изобретения. Он содержит камеру анестетика с набором вертикально расположенных испарительных элементов из капилляроактивного материала и расположенный внутри нее газораспределитель в виде поворотного трубчатого золотника со шкалой концентраций, щелевыми каналами напротив входных и выходных отверстий камеры и размещенного внутри него сильфона с продольно перемещаемыми обтекателем на входе и конусом на выходе. Два ряда испарительных элементов расположены по обе стороны корпуса трубчатого золотника и разделяют камеру анестетика на входной и выходной отсеки.The evaporator according to the patent of the Russian Federation No. 2329069 ("MINIVAP-20") is the closest in technical essence and is selected as a prototype of the patented invention. It contains an anesthetic chamber with a set of vertically arranged evaporative elements made of capillary-active material and a gas distributor located inside it in the form of a rotary tubular valve with a concentration scale, slotted channels opposite the chamber inlet and outlet openings and a bellows placed inside it with longitudinally moving fairing at the inlet and cone at the output . Two rows of evaporation elements are located on both sides of the tubular valve body and divide the anesthetic chamber into the inlet and outlet compartments.

Испаритель отличается минимальными размерами (меньше полкило), низким сопротивлением дыханию (порядка 100 Па) и стабильностью дозирования при низких и средних газотоках и концентрациях.The evaporator is characterized by its minimum size (less than half a kilo), low breathing resistance (about 100 Pa) and dosing stability at low and medium gas flows and concentrations.

Однако производительность по анестетику этого мини-испарителя ограничена, с одной стороны, минимальными размерами и теплоемкостью камеры анестетика, с другой стороны, недостаточной относительной подачей газа в нее посредством газораспределителя. Так, при повороте трубчатого золотника со шкалой концентраций от нуля до максимума уменьшается сопротивление камеры анестетика (проходное сечение щелевых каналов увеличивается, а длина уменьшается), но сопротивление байпаса (параллельного камере) остается постоянным и при ограниченном общем сопротивлении испарителя относительный поток газа в камеру на превышает 15-20% от общего газотока.However, the anesthetic performance of this mini-evaporator is limited, on the one hand, by the minimum size and heat capacity of the anesthetic chamber, and on the other hand, by insufficient relative gas supply to it through the gas distributor. So, when the tubular slide valve with a concentration scale from zero to maximum is rotated, the resistance of the anesthetic chamber decreases (the passage section of the slotted channels increases and the length decreases), but the resistance of the bypass (parallel to the chamber) remains constant and with a limited total resistance of the evaporator the relative gas flow exceeds 15-20% of the total gas flow.

Кроме того, испарительная поверхность внутренних стенок входного и выходного отсеков камеры анестетика практически выключена из массообменного процесса, так как расположена в стороне от траектории потоков газа. Все это ограничивает производительность испарителя по анестетику, которая пропорциональна произведению концентрации анестетика на газоток.In addition, the evaporation surface of the inner walls of the inlet and outlet compartments of the anesthetic chamber is practically switched off from the mass transfer process, since it is located away from the trajectory of gas flows. All this limits the performance of the evaporator according to the anesthetic, which is proportional to the product of the concentration of anesthetic on the gas stream.

Настоящее изобретение решает задачу повышения стабильности дозирования анестетика при больших газотоках и концентрациях.The present invention solves the problem of increasing the stability of the dosage of anesthetic at high gas flows and concentrations.

Решение поставленной задачи достигается совокупностью новых схемотехнических и конструктивных решений, реализованных в патентуемом испарителе.The solution to this problem is achieved by a combination of new circuitry and design solutions implemented in a patented evaporator.

Испаритель анестетиков аналогичный конструкции по патенту №2329832, содержащий камеру с набором вертикально расположенных испарительных элементов из капилляроактивного материала и расположенный внутри нее газораспределитель в виде поворотного трубчатого золотника со шкалой концентраций, щелевыми каналами на его наружной поверхности напротив входных и выходных отверстий камеры и размещенного внутри него сильфона с продольно перемещаемыми обтекателем на входе и конусом на выходе, согласно настоящему изобретению, он снабжен дополнительным золотником в виде конфузора, выполненного по форме конуса сильфона и установленного с возможностью продольного перемещения в зависимости от угла поворота трубчатого золотника и регулировки кольцевого зазора между конфузором и конусом, обеспечивающей стабильное гидромеханическое сопротивление испарителя.An anesthetics vaporizer similar to the design of patent No. 2329832, containing a chamber with a set of vertically arranged vaporizing elements made of capillary-active material and a gas distributor located inside it in the form of a rotary tubular valve with a concentration scale, slotted channels on its outer surface opposite the chamber inlet and outlet openings and placed inside it bellows with longitudinally movable cowl at the inlet and cone at the outlet, according to the present invention, it is equipped with nym spool in the form of a converging tube, taken along a cone shape and a bellows mounted for longitudinal movement in function of the angle of rotation of the sleeve valve and the adjustment of the annular gap between the cone and confuser providing stable resistance hydromechanical evaporator.

Изобретением предусмотрено, что камера снабжена экранами в виде пластинчатых арок, покрытых внутри и снаружи капилляроактивным материалом и установленных с зазором над корпусом трубчатого золотника и на расстоянии от внутренних стенок камеры.The invention provides that the camera is equipped with screens in the form of plate arches, coated inside and outside with capillary-active material and installed with a gap above the housing of the tubular spool and at a distance from the inner walls of the camera.

При этом сопрягаемые поверхности трубчатого и дополнительного золотников выполнены в виде резьбовой пары, шаг которой выбран исходя из угла раскрытия конуса сильфона и параметров щелевых каналов при максимальном расходе газа. Предусмотрено, что капилляроактивный материал выполнен в виде мелкоячеистой сетки или пористых пластин, соединенных с каркасом испарительных элементов вертикальными швами.Moreover, the mating surfaces of the tubular and additional spools are made in the form of a threaded pair, the step of which is selected based on the opening angle of the bellows cone and the parameters of the slotted channels at the maximum gas flow rate. It is envisaged that the capillary-active material is made in the form of a fine mesh or porous plates connected to the frame of the evaporation elements by vertical seams.

Медико-технический результат патентуемого изобретения заключается в следующем:The medical-technical result of the patented invention is as follows:

- повышается максимальная концентрация анестетика (включая севофлюран до 6 об. %) при максимальных расходах газа во время индукции пациентов и соответственно сокращается время и уменьшается вероятность возможных осложнений этой наиболее ответственной фазы анестезии;- increases the maximum concentration of anesthetic (including sevoflurane up to 6 vol.%) at maximum gas flow during induction of patients and, accordingly, time is reduced and the likelihood of possible complications of this most critical phase of anesthesia is reduced;

- сохраняется минимальная масса и габариты изделия;- the minimum weight and dimensions of the product are maintained;

- обеспечивается удобное размещение ингаляционной аппаратуры вблизи пациента благодаря миниатюрности испарителя;- provides convenient placement of inhalation equipment near the patient due to the miniature vaporizer;

- обеспечивается качественная анестезия даже при отсутствии источников сжатого кислорода высокого давления, благодаря относительно низкому сопротивлению испарителя.- high-quality anesthesia is ensured even in the absence of high pressure compressed oxygen sources, due to the relatively low resistance of the evaporator.

Сущность изобретения поясняется описанием примера конструктивной реализации патентуемого испарителя и чертежами, на которых представлены осевое - рис.1 и поперечное - рис.2 сечения испарителя.The invention is illustrated by the description of an example of a constructive implementation of the patented evaporator and by drawings, which show the axial - Fig. 1 and transverse - Fig. 2 section of the evaporator.

Испаритель анестетиков содержит камеру 1 с набором вертикально расположенных испарительных элементов 2, 3 из капилляроактивного материала 4 и горизонтально расположенный внутри нее газораспределитель в виде поворотного трубчатого золотника 5 со шкалой 6 концентраций, щелевыми каналами 7, 8 на его наружной поверхности напротив входных 9 и выходных 10 отверстий камеры 1 и размещенного внутри него сильфона 11 с продольно перемещаемыми обтекателем 12 на входе 13 и конусом 14 на выходе 15.The anesthetic vaporizer contains a chamber 1 with a set of vertically arranged vaporizing elements 2, 3 of capillary-active material 4 and a gas distributor horizontally located inside it in the form of a rotary tubular valve 5 with a scale of 6 concentrations, slotted channels 7, 8 on its outer surface opposite input 9 and output 10 the holes of the chamber 1 and the bellows 11 located inside it with a longitudinally movable fairing 12 at the inlet 13 and a cone 14 at the outlet 15.

Испаритель снабжен дополнительным золотником 16 в виде конфузора 17, выполненного по форме конуса 14 сильфона 11 и установленного с возможностью продольного перемещения в зависимости от угла поворота трубчатого золотника 5 и регулировки кольцевого зазора между ними, обеспечивающей стабильное гидромеханическое сопротивление испарителя ламинарному потоку газа. Камера 1 снабжена входным 19 и выходным 20 арочными коробами с боковыми стенками и торцевой перегородкой, покрытыми внутри и снаружи капилляроактивным материалом 4, установленными на расстоянии от корпуса 21 трубчатого золотника 5 и сообщенными через торцевые зазоры 22, 23 со стороны внутренних стенок камеры 1 с набором испарительных элементов 2, 3.The evaporator is equipped with an additional spool 16 in the form of a confuser 17, made in the shape of a cone 14 of the bellows 11 and mounted with the possibility of longitudinal movement depending on the angle of rotation of the tubular spool 5 and adjusting the annular gap between them, providing stable hydromechanical resistance of the evaporator to the laminar gas flow. The chamber 1 is equipped with an inlet 19 and an outlet 20 arched ducts with side walls and an end wall, covered inside and outside with capillary-active material 4, installed at a distance from the housing 21 of the tubular spool 5 and communicated through the end gaps 22, 23 from the side of the inner walls of the chamber 1 with a set evaporation elements 2, 3.

Сопрягаемые поверхности трубчатого 5 и дополнительного 16 золотников выполнены в виде резьбовой пары 24 (левая резьба), преобразующей поворот шкалы 6 против часовой стрелки от 0 до максимума в поступательное перемещение конфузора 17 относительно конуса 14. При этом шаг резьбы подбирают исходя из угла раскрытия конуса 14 (конфузора 17) и параметров (длины, ширины и высоты) щелевых каналов 7, 8 на линий камеры 1 и параллельного кольцевого канала 18 так, чтобы гидромеханическое сопротивление испарителя оставалось постоянным при максимальном расходе газа.The mating surfaces of the tubular 5 and an additional 16 spools are made in the form of a threaded pair 24 (left-hand thread), which converts the rotation of the scale 6 counterclockwise from 0 to maximum into the translational movement of the confuser 17 relative to the cone 14. In this case, the thread pitch is selected based on the opening angle of the cone 14 (confuser 17) and parameters (length, width and height) of the slotted channels 7, 8 on the lines of the chamber 1 and of the parallel annular channel 18 so that the hydromechanical resistance of the evaporator remains constant at the maximum flow rate behind.

Капилляроактивный материал 4 выполнен в виде мелкоячеистой сетки (размер ячейки порядка 50 мкм, диаметр нержавеющей или латунной проволоки порядка 30 мкм) или пористых нержавеющих пластин (размер пор порядка 10 мкм), соединенных с медным каркасом испарительных элементов 2 и 3, коробов 19, 20 и внутренними стенками камеры 1 вертикальными швами 25 (шаг 5-10 мм) с образованием оптимального зазора порядка 0,1 мм для максимальной подачи жидкого анестетика к поверхности испарения. Швы могут быть выполнены механическим путем (заклепки или проволочные скрепки), с помощью конденсационной сварки или пайки.Capillary-active material 4 is made in the form of a fine-mesh mesh (cell size of the order of 50 microns, diameter of a stainless or brass wire of about 30 microns) or porous stainless plates (pore size of the order of 10 microns) connected to the copper frame of the evaporation elements 2 and 3, boxes 19, 20 and the inner walls of the chamber 1 with vertical seams 25 (5-10 mm pitch) with the formation of an optimal gap of the order of 0.1 mm for the maximum supply of liquid anesthetic to the evaporation surface. Seams can be made mechanically (rivets or wire clips), using condensation welding or soldering.

Испаритель анестетиков работает следующим образом.The vaporizer of anesthetics works as follows.

Поток газа-носителя (кислород + закись азота, или кислород + ксенон, или атмосферный воздух) поступает в испаритель, а затем делится на две части соответственно требуемой концентрации анестетика, которая обеспечивается заданным соотношением проходных сечений щелевых каналов 7, 8 на линий камеры 1 и параллельного кольцевого канала 18. Первая часть газа поступает через щелевые каналы 7 и входные отверстия 9 в короб 19, испаряет с его внутренних стенок жидкий анестетик, проходит во входной отсек камеры 1, растекается по параллельным каналам между испарительными элементами 2, 3 (основная массообменная зона) и через выходной отсек поступает в короб 20, где насыщается до равновесной концентрации р_ан/p (десятки об.%). Затем через щелевые каналы 8 золотника 5 поступает на выход 15 испарителя, где разбавляется до требуемой клинической концентрации второй частью газа, проходящего в обход испарительной камеры 1 через кольцевой канал 18 между конусом 14 и конфузором 17.The carrier gas stream (oxygen + nitrous oxide, or oxygen + xenon, or atmospheric air) enters the evaporator, and then is divided into two parts, respectively, of the required concentration of anesthetic, which is ensured by the given ratio of the passage sections of the slotted channels 7, 8 on the lines of chamber 1 and parallel annular channel 18. The first part of the gas enters through the slotted channels 7 and inlet 9 into the duct 19, liquid anesthetic evaporates from its inner walls, passes into the inlet compartment of the chamber 1, spreads along parallel channels between and pair of elements 2, 3 (the main mass transfer zone) and through the outlet compartment enters the box 20, where it is saturated to an equilibrium concentration p _an / p (tens of vol.%). Then, through the slotted channels 8, the spool 5 enters the outlet 15 of the evaporator, where it is diluted to the required clinical concentration with the second part of the gas passing around the evaporation chamber 1 through the annular channel 18 between the cone 14 and the confuser 17.

При максимальном расходе через камеру 1 газ, на выходе из короба 19, перпендикулярно ударяется в испарительную поверхность внутренней стенки и омывает ее, обеспечивая максимальную массоотдачу.At the maximum flow rate through the chamber 1, the gas, at the outlet of the duct 19, perpendicularly hits the evaporation surface of the inner wall and washes it, providing maximum mass transfer.

Жидкий анестетик поступает к поверхностям испарения через пристеночные щелевые зазоры каркаса (более 95% общего расхода) и капилляры материала 4 за счет сил поверхностного натяжения анестетика. При этом вертикальные швы 25 обеспечивают плотное прилегание капилляроактивного материала 4 к «теплому» каркасу испарительных элементов, обеспечивая максимальную подачу жидкого анестетика к поверхности испарения.Liquid anesthetic enters the evaporation surfaces through the near-wall crevice gaps of the carcass (more than 95% of the total consumption) and the capillaries of material 4 due to the surface tension of the anesthetic. In this case, the vertical seams 25 provide a snug fit of the capillary-active material 4 to the “warm” frame of the evaporation elements, providing the maximum supply of liquid anesthetic to the evaporation surface.

Таким образом, предлагаемый испаритель обеспечивает стабильное дозирование современных анестетиков (изофлюрана, или фторотана-галотана, или энфлюрана, или севофлюрана) в широких диапазонах постоянных и пульсирующих потоков газа от 0,5 до 10 л/мин, температур от 5 до 35°C и давлений окружающей среды благодаря оптимальному использованию ограниченного сопротивления дыханию (до 100 Па) и испарительных поверхностей камеры 1. При этом диапазон концентраций анестетика увеличен в 1,5-2 раза благодаря:Thus, the proposed evaporator provides a stable dosage of modern anesthetics (isoflurane, or fluorotane-halothane, or enflurane, or sevoflurane) in a wide range of constant and pulsating gas flows from 0.5 to 10 l / min, temperatures from 5 to 35 ° C and environmental pressure due to the optimal use of limited breathing resistance (up to 100 Pa) and the evaporation surfaces of chamber 1. At the same time, the concentration range of anesthetic is increased by 1.5-2 times due to:

- увеличению относительного потока газа в камеру 1 за счет перемещения дополнительного золотника 16 при повороте шкалы 6, обеспечивающего стабильное гидромеханическое сопротивление ламинарному потоку газа;- increase the relative gas flow into the chamber 1 due to the movement of the additional spool 16 when the scale 6 is rotated, providing stable hydromechanical resistance to the laminar gas flow;

- повышению коэффициентов массообмена вследствие направленного обдува испарительных элементов с помощью арочных коробов 19, 20;- increase the mass transfer coefficients due to directional blowing of the evaporation elements using arched ducts 19, 20;

- максимальной подаче жидкого анестетика к поверхности испарения через двухслойные испарительные элементы, соединенные вертикальными швами 25.- the maximum supply of liquid anesthetic to the evaporation surface through two-layer evaporation elements connected by vertical seams 25.

Испаритель экономичен и экологичен (только 3 мл жидкого анестетика остается на фитилях после слива). Его можно эффективно использовать вне (VOC) и внутри (VIC) дыхательного контура.The evaporator is economical and environmentally friendly (only 3 ml of liquid anesthetic remains on the wicks after draining). It can be used effectively outside (VOC) and inside (VIC) of the respiratory circuit.

Благодаря низкому сопротивлению и минимальным размерам (масса 400 г вместо 6-8 кг у лучших аналогов), испаритель совместим с любыми аппаратами ИВЛ и может работать также от источников кислорода низкого давления (концентраторов кислорода) как в стационаре (больницы и госпитали), так и в полевых условиях (МЧС, скорая помощь, военно-полевая хирургия, ветеринария).Due to its low resistance and minimal size (the best analogues have a weight of 400 g instead of 6-8 kg), the evaporator is compatible with any ventilator and can also work from low-pressure oxygen sources (oxygen concentrators) both in a hospital (hospitals and hospitals), and in the field (Ministry of Emergencies, ambulance, military surgery, veterinary medicine).

Claims

1. Anesthetics vaporizer containing a chamber with a set of vertically arranged vaporizing elements of capillary-active material and a gas distributor horizontally located inside it in the form of a rotary tubular valve with a concentration scale, slotted channels on its outer surface opposite the inlet and outlet openings of the chamber and a longitudinally mounted bellows with it movable fairing at the inlet and cone at the exit, characterized in that it is equipped with an additional spool in the form of a confuser, a bellows cone shaped in shape and installed with the possibility of longitudinal movement depending on the angle of rotation of the tubular spool and adjusting the annular gap between the confuser and the cone, providing stable hydromechanical resistance of the evaporator, and the chamber is equipped with inlet and outlet arched ducts with side walls and end walls covered inside and outside with capillary-active material installed at a distance from the tubular spool housing and communicated through end gaps from the side the internal walls of the chamber with a set of evaporation elements.

2. The evaporator according to claim 1, characterized in that the mating surfaces of the tubular and additional spools are made in the form of a threaded pair, the step of which is selected based on the opening angle of the bellows cone and the parameters of the slotted channels at the maximum gas flow rate.

3. The evaporator according to claim 1, characterized in that the capillary-active material is made in the form of a fine mesh or porous plates connected to the frame of the evaporation elements, ducts and the inner walls of the chamber with vertical seams.