АППАРАТ И СПОСОБ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ АНЕСТЕЗИРУЮЩЕГО ГАЗА
APPARATUS AND METHOD OF ANAESTHETISING GAS TREATMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение касается переработки отработанных анестезирующих газов, вырабатываемых одной или более системой подачи анестезии в медико-санитарном и другом оборудовании, применяющем ингалируемые анестетики для медицинских, стоматологических или ветеринарных целей. Для того чтобы предотвратить загрязнение атмосферы, изобретение касается удаления и переработки закиси азота, фторэфиров и других галокарбонов из потока отработанных анестезирующих газов перед выбросом в атмосферу.
Предшествующий уровень техники
Системы подачи анестезии в хирургическом оборудовании (медицинском, стоматологическом и ветеринарном) производят значительные количества отработанных анестезирующих газов. В настоящее время эти газы собирают из выдыхаемого пациентом воздуха посредством отдельной или общей вакуумной системы. В медицинском оборудовании обычно используется один или более центрально расположенных насосов для сбора отработанного газа от индивидуальных участков анестезии. Эти вакуумные насосы обычно имеют завышенные габариты, поскольку они сконструированы для сбора выдыхаемых анестетиков на всем диапазоне скорости потока. Поскольку эти насосы работают непрерывно, система втягивания отработанных анестезирующих газов увлекает большие количества окружающего воздуха в помещении для анестезирующего оборудования, таким образом значительно разбавляя отработанные анестезирующие газы. На центральном вакуумном насосе(ах) поток газа часто смешивается с дополнительным комнатным воздухом для дальнейшего разбавления перед выведением из оборудования. Эта разбавленная смесь анестезирующего газа и воздуха обычно выводится насосом в участок вне хирургического помещения, где выпускается в открытую атмосферу.
Отработанные анестезирующие газы обычно собирают при 20-30°С при относительной влажности от 10 до 60%. Средний состав отработанных газов достигает (в объемных процентах): 25-32% кислорода, 60-65% азота, 5-10% закиси азота и 0,1-0,5% летучих галокарбонов, включая фторэфиры, такие как изофлюран, десфлюран и севофлюран. Отработанный анестезирующий газ может также содержать следовые количества паров смазочного масла из вакуумных насосов.
Как все более значительный источник загрязнения окружающей среды, галокарбоны отработанного анестезирующего газа (сходные по составу с Фреоном-12 и другими охладителями) связаны с истощением озона и в меньшей степени, с глобальным потеплением. Галокарбоны, применяемые в анестезии (первично галогенированные метил-этил-эфиры), в настоящее время представляют значительный источник выделения, поскольку другие промышленные и коммерческие выделения галокарбонов значительно снижены благодаря законодательству и другим инициативам в последние годы. Хотя выделения отработанных анестезирующих газов до сих пор не рассматривались природоохранным законодательством в Соединенных Штатах в ближайшем будущем, вероятно, появятся законодательные инициативы, строго регулирующие выделение отработанного анестезирующего газа.
Предложены некоторые техники для обработки отработанных анестезирующих газов в попытке смягчить возрастающую проблему выделения отработанных анестезирующих газов. Например, патент США №4259303 описывает обработку закиси азота катализатором, патент США №5044363 описывает абсорбцию анестезирующих газов гранулами активированного угля, патент США №5759504 подробно излагает разрушение анестезирующих газов нагреванием в присутствии катализатора, патент США №5928411 описывает абсорбцию анестезирующих газов молекулярным фильтром, а патент США №6134914 описывает выделение ксенона из выдыхаемого анестезирующего газа. Криогенный способ очистки летучих галокарбонов из отработанного анестезирующего газа описан Berry в патенте США №6729329, который включен здесь в ссылку.
Фигура 1 иллюстрирует типичную систему переработки отработанного анестезирующего газа 10 в предшествующем уровне техники для медицинского оборудования. Система 10 включает ряд индивидуальных установок для анестезии 15А, 15В, 15С, каждая из которых имеет аппарат для анестезии 12А, 12В, 12С, который подает анестезию пациенту через маску 14А, 14В, 14С или подобные устройства. Избыток анестезирующих газов, выдыхания пациента и воздух собираются маской 14А, 14В, 14С аппарата для анестезии 12А, 12В, 12С и выводятся в общий коллектор 16. Коллектор отработанного анестезирующего газа 16 обычно жестко присоединен к медицинскому оборудованию, а аппараты для анестезии 12А, 12В, 12С пневматически присоединены к коллектору 16 с помощью стандартных соединителей отработанного анестезирующего газа 18А, 18В, 18С, например, анестетических соединителей диаметром 19 или 30 мм. Система переработки отработанного анестезирующего газа 10 работает под вакуумом, который создается одним или более центральным насосом 20. Собранный поток отработанного газа обычно пропускается через обратный клапан 35 к конденсаторному устройству 22, состоящему из одного или более теплообменников. Источник жидкого кислорода или другой подходящий радиатор отводит тепло из потока отработанного анестетика, конденсируя компоненты анестезирующего газа. Жидкий конденсат отработанных анестетиков улавливается собирающим сосудом 24, а весь жидкий водный конденсат улавливается собирающим сосудом 23. Поток оставшегося газа, очищенный от компонентов отработанного анестезирующего газа, проходит через приемник 26В и вакуумный насос(ы) 20, и затем выходит в атмосферу вне медицинского оборудования через клапан 46.
Имеющиеся в настоящее время способы улавливания отработанных анестезирующих газов от установок для анестезии 15А, 15В, 15С в медицинских учреждениях обычно включают вытягивание высоких потоков комнатного воздуха в отдельный или общий вакуумный коллектор 16 для вывода отработанных анестезирующих газов. Коллектор 16 может также постоянно выводить в воздух через ряд незанятых аппаратов для анестезии 12А, 12В, 12С. В среднем система коллектора 16 экстрагирует около 20-30 литров отработанного анестезирующего газа и/или комнатного воздуха в минуту от каждой установки для анестезии 15А, 15В, 15С. Подсчитано, что для больших госпиталей, имеющих около 20-30 операционных, скорость потока системы переработки отходов анестезии составляет 500-1000 л/мин (14-35 стандартных кубических фунтов/мин).
Преимущества системы высокопоточного разбавления отработанного газа состоят в том, что система легко приспосабливается к широкому диапазону потоков выходящего анестетика; эта система безопасна, поскольку мало анестетика может улетучиться из системы; и система более надежна, поскольку требует минимального обслуживания. Однако высокопоточные системы являются энергетически интенсивными, обычно требуют больших вакуумных насосов 20 для того, чтобы поддержать достаточную тягу для большого числа аппаратов для анестезии 15А, 15В, 15С. Например, для того чтобы поддержать вакуум примерно от 200 мм рт.ст. при скорости потока 1-2 кубических фута в минуту (кф/мин) на каждом аппарате для анестезии 15А, 15В, 15С нередко требуются вакуумные насосы мощностью 100-200 кф/мин. Таким образом, желательна низкопоточная система улавливания отработанных анестезирующих газов, которая безопасно концентрирует отработанные анестезирующие газы.
Кроме того, разбавленный поток отработанного анестезирующего газа является термически неэффективным. Удаление отработанного газового компонента требует снижения температуры всего потока до точки, при которой парциальное давление газообразных отработанных компонентов равно или выше, чем давление насыщенного пара (при данной температуре). Таким образом, чтобы охладить большой объем разбавленного отработанного анестезирующего газа до температуры ниже давления насыщенного пара его компонентов, требуется немалая охлаждающая мощность (например, большое количество жидкого кислорода, жидкого азота и т.д.).
Анестезирующие газы обычно являются высоко летучими соединениями. При данной температуре они имеют более высокое давление пара, чем давление пара воды и других летучих веществ. Вещества с более высоким давлением пара обычно требуют большего охлаждения для достижения того же самого или сходного выхода конденсата, чем вещества с более низким давлением пара. Так анестезирующие газы нуждаются в охлаждении до крайне низких температур, т.е. криогенных температур, для того чтобы получить существенные количества конденсата анестезирующих газов. Однако эти крайне низкие температуры приближаются и во многих случаях опускаются ниже точки замерзания многих анестетиков. В таких ситуациях поток отработанных анестезирующих газов может все еще содержать концентрации анестетиков, которые могут быть конденсированы, избегая нежелательного замораживания системы.
Давление в дополнение к температуре может оказывать значительное влияние на конденсацию. Повышение давления в системе конденсации является преимуществом, поскольку это позволяет осуществлять конденсацию при значительно более высоких температурах, чем при более низких давлениях. Это также устраняет риск и проблемы, связанные с замерзанием конденсата. Для этих типов систем равновесия фаз пар/вода наиболее выгодной термодинамической характеристикой является такое давление, которое значительно больше влияет на точку росы пара, чем на точку замерзания жидкости. Таким образом, температура точки росы типичного потока пара, нагруженного анестетиком, возрастает с повышением давления, в то время как его температура точки замерзания остается относительно постоянной при различных системных давлениях.
Увеличенный промежуток температуры между точкой росы пара и точкой замерзания конденсата, благодаря повышению системного давления, обеспечивает большую операционную гибкость систем конденсации. Например, для влияния на то же самое количество конденсата необходимо меньше криогенного охладителя, поскольку конденсация происходит при более высокой температуре. Далее, если необходимо более полное выделение анестетика из потока отработанного газа, системная температура может быть снижена при поддержании повышенного давления. Это позволяет конденсировать дополнительное количество анестетика из паровой фазы без связанного риска замерзания конденсата. Так, может быть разработана стратегия достижения оптимального отделения анестетика простой установкой давления в системе конденсации относительно температуры системы конденсации. Конечно, относительная стоимость охлаждения по сравнению с компрессией также должна быть рассмотрена в любых стратегиях оптимизации стоимости.
Использование низкопоточных систем улавливания анестезирующего газа и повышение давления потока газа перед конденсацией улучшает как эффективность, так и производительность переработки отработанного анестезирующего газа, однако, такие системы и способы должны быть также интегрированы с существующей инфраструктурой коммунальных сооружений медицинской службы. Как ранее упоминалось, эти системы предшествующего уровня техники сконструированы для грубого удаления отработанного анестезирующего газа. Например, вакуумные насосы, коллектор, клапаны и т.д. этих существующих систем удаления отработанного анестезирующего газа подобраны по размеру для обработки больших объемов вовлеченного комнатного воздуха с отработанными анестезирующими газами. Установление более эффективных улавливающих компонентов в большую систему обработки отработанного воздуха необязательно дает наилучшие результаты. Таким образом, также желательна сконструированная надлежащим образом система обработки отработанного воздуха, подогнанная по размеру для управления ожидаемой емкостью отработанных газов.
Более того, бесконечный рост использования анестезии вне традиционных госпитальных учреждений создает дополнительные проблемы. Анестезирующие газы, используемые в малых учреждениях, должны быть обработаны надлежащим образом. Однако существующие улавливание и переработка отработанного анестезирующего газа, используемые в госпиталях, не исполнимы в малых учреждениях из-за несовместимости размера и стоимости работы. Основная масса анестезирующих газов, применяемых в малых учреждениях, просто сбрасывается в атмосферу (или в операционную) без обработки и/или попытки восстановить ценные анестезирующие компоненты. Таким образом, для малых, обособленных лечебных учреждений желательна автономная система улавливания и переработки отработанного анестезирующего газа, обеспечивающая такую же пользу и/или характеристики, как и более крупные системы, применяемые в госпиталях и других традиционных лечебных учреждениях.
Определение задач изобретения
Первая задача изобретения - обеспечить экономичную систему и способ удаления фторэфиров, закиси азота и других летучих галокарбонов из отработанных анестезирующих газов из хирургического или другого лечебного учреждения перед тем, как эти газы выбрасываются в атмосферу.
Другая задача изобретения - обеспечить систему и способ для существенного предотвращения выброса в атмосферу фторэфиров и других летучих галокарбонов из отработанного анестезирующего газа, устраняя необходимость катализа, обработки активированным углем и нагревания, относящихся к предшествующему уровню техники.
Другая задача изобретения - обеспечить систему и способ, которые снижают связанные с анестезией выделения галокарбонов из лечебного учреждения в атмосферу на 99 процентов и выше.
Другая задача изобретения - обеспечить систему и способ, которые перерабатывают и позволяют осуществлять ре-дистилляцию и/или повторное использование основного процента закиси азота и/или анестезирующих галокарбонов, применяемых в лечебном учреждении.
Другая задача изобретения - обеспечить систему и способ, которые требуют минимальной дополнительной инвестиции для установки в лечебном учреждении.
Другая задача изобретения - обеспечить экономичную систему и способ, которые используют и усиливают существующие системы переработки отработанного анестезирующего газа лечебного учреждения с минимальным воздействием и затратами.
Другая задача изобретения - обеспечить экономичную систему и способ, которые повышают общую энергоэффективность лечебного учреждения путем использования существующих систем хранения и подачи жидкого газа.
Другая задача изобретения - обеспечить экономичную систему и способ, которые сводят к минимуму воздействие при установке системы переработки в лечебном учреждении путем использования существующих систем хранения и подачи жидкого газа.
Другая задача изобретения - обеспечить систему и способ разделения различных удаляемых закиси азота, фторэфиров и других летучих галокарбоновых компонентов на основе их физических характеристик, таких как их точка начала кипения и точка росы.
Другая задача изобретения - обеспечить экономичную систему и способ повышения действенности и эффективности систем улавливания отходов конденсационного типа.
Другая задача изобретения - обеспечить гибкую систему и способ повышения действенности и эффективности систем улавливания отходов конденсационного типа путем работы системы при различных значениях давления и температуры.
Другая задача изобретения - обеспечить систему и способ переработки анестезирующих газов из потока отработанного анестезирующего газа, не требующие интеграции с существующими системами переработки отработанного анестезирующего газа в лечебном учреждении.
Другая задача изобретения - обеспечить систему и способ переработки анестезирующих газов из потока отработанного анестезирующего газа, снижающие зависимость от инфраструктуры оборудования и снабжения лечебного учреждения.
Другие задачи, характеристики и преимущества изобретения станут понятны специалистам в данной области техники из следующих спецификаций и чертежей.
Краткое изложение сущности изобретения
1. Задачи, определенные выше, так же как и другие преимущества и характеристики, предпочтительно воплощаются в системе и способе удаления фторэфиров, закиси азота и галокарбоновых газовых компонентов из отработанных анестезирующих газов, которые включают способ по п.12, далее включающий этапы:
- одну или более черт из следующего: низкопоточное устройство улавливания анестезирующего газа; объемные процессы фракционирования замораживанием для сбора отработанных анестезирующих газов в виде инея на охлаждающих поверхностях охлаждаемой ловушки/фракционатора; компрессор, по крайней мере, с одной фазой компрессии; и автономное устройство, требующее минимального согласования с инфраструктурой оборудования и поставками лечебного учреждения.
В первом воплощении описывается низкопоточная система улавливания или переработки, которая включает ряд программируемых устройств сбора отработанного анестезирующего газа, расположенных на каждом отдельном аппарате для анестезии в лечебном или хирургическом учреждении, и пневматически соединена с объединенным коллектором. Каждое программируемое устройство сбора газа включает собирающую камеру выпускного клапана для избирательного отделения всасывания коллектора соответствующего аппарата для анестезии, когда отработанный анестезирующий газ не вырабатывается, и связанные датчики, схемы, контроли или механизмы для работы выпускного клапана.
Отработанный анестезирующий газ проходит из выхода аппарата для анестезии в собирающую камеру через стандартный анестезиологический соединитель для отработанного газа. Внутри собирающей камеры расположен чувствительный датчик давления, который предпочтительно электрическим способом соединен с управляемым соленоидом выпускным клапаном, расположенным на выходной стороне собирающей камеры. Давление, измеряемое датчиком давления, является разницей между давлением в собирающей камере и внешним давлением окружающего воздуха. Если давление внутри собирающей камеры превышает давление окружающего воздуха, датчиком давления определяется повышенное давление, что вызывает открывание выпускного клапана контрольной схемой, что приводит к быстрому снижению давления в собирающей камере. Как только давление в камере приближается к внешнему, датчик давления определяет падение давления и вызывает закрывание выпускного клапана.
Собирающая схема предпочтительно является контуром прямого тока низкого напряжения, а выпускной клапан предпочтительно конфигурирован как нормально открытый клапан. В собирающей камере в целях безопасности установлены механический прерыватель вакуума и механический предохранительный клапан.
Детектор давления, выпускной клапан и схема могут дополнительно быть выбраны и сконструированы, чтобы обеспечить пропорциональный ответ на изменения давления, так чтобы выпускной клапан открывался в малой степени при малом подъеме давления и в большей степени при большем подъеме давления. В альтернативных воплощениях датчик давления может быть пневматически или механически соединен с выпускным клапаном для его контроля, и/или программируемое устройство сбора отработанного анестезирующего газа может быть включена в усовершенствованный аппарат для анестезии взамен интеграции с коллектором отработанного анестезирующего газа лечебного учреждения. Усовершенствованный аппарат для анестезии, таким образом, включает аппарат для анестезии предшествующего уровня техники и программируемое устройство сбора отработанного анестезирующего газа в соответствии с воплощением настоящего изобретения.
Изолирование коллектора от окружающего воздуха комнаты, где не вырабатывается отработанный анестезирующий газ, снижает средний поток улавливаемых анестетиков приблизительно на 90%, таким образом, снижая необходимую мощность вакуумных насосов, труб и другого связанного оборудования.
Во втором воплощении описывается объемный процесс фракционирования, который применяет технологию холодного улавливания или улавливания жидкого воздуха для снижения температуры и давления фторэфиров и других анестезирующих галокарбонов до точки, где пары собирают как иней путем десублимации (отложения) на охлаждающих поверхностях охлаждаемой ловушки/фракционатора. Другими словами, фторэфиры и другие анестезирующие галокарбоновые компоненты в отработанном анестезирующем газе переводятся в твердое состояние путем замораживания на охлаждающей обмотке в теплообменнике для удаления компонентов из выходящего газа. Источником охлаждения является предпочтительно жидкий кислород, который доступен в хирургических учреждениях, таких как госпитали или амбулатории, и обычно должен быть нагрет для повседневного использования. Однако другие сжиженные газы, такие как жидкий азот и т.д., также обычно находятся в лечебных учреждениях и могут быть в равной степени использованы как источник охлаждения.
Охлаждаемая ловушка/фракционатор периодически проходит цикл через стадию оттаивания, во время которой охлаждающие поверхности, покрытые замороженными газовыми компонентами, уловленными из прошедшего отработанного анестезирующего газа, медленно нагреваются, чтобы последовательно отделить и собрать уловленные компоненты. При достаточно высоком давлении (т.е. обычном атмосферном давлении и выше), уловленные фторэфиры и другие анестезирующие галокарбоновые компоненты плавятся, и перешедшие в жидкую фазу компоненты дренируются в отдельные резервуары, в зависимости от их физических характеристик. При достаточно низком давлении (т.е. обычно ниже атмосферного давления), уловленные фторэфиры и другие анестезирующие галокарбоновые компоненты не сжижаются, но скорее возгоняются непосредственно в фазу пара. Эти переработанные испарения анестетиков предпочтительно собирают в газовую собирающую систему для анестетиков для дальнейшей переработки. Остаток анестезирующего газа предпочтительно сбрасывается в атмосферу.
В третьем воплощении компрессор, по крайней мере, с одной фазой компрессии используют для повышения давления в потоке отработанного анестезирующего газа до переработки анестетиков конденсацией. Предпочтительна компрессия отработанного анестезирующего газа до уровня давления выше атмосферного, поскольку высокое давление существенно повышает температуру, при которой происходит насыщение и конденсация анестезирующего газа. Так, компрессия газа выше атмосферного давления позволяет удалить ту же самую фракцию анестетика путем конденсации при высокой температуре, как и путем конденсации при атмосферном давлении при более низкой температуре. Более того, большая фракция анестетика может быть конденсирована из паровой фазы, если температура сжатого отработанного анестезирующего газа снижена от этой высокой температуры. Можно разработать стратегию для достижения оптимального разделения анестетика простой манипуляцией давлением системы конденсации относительно температуры системы конденсации. Далее, возможна экономия энергии и затрат, когда одним из факторов стратегии является относительная стоимость охлаждения против компрессии.
В предпочтительном воплощении изобретения компрессионное устройство, состоящее из одной или более фаз компрессии, расположено в пределах системы улавливания отработанного анестезирующего газа между собирающим устройством для отработанного анестезирующего газа и конденсирующим устройством. Компрессорное устройство подбирают по размерам, чтобы сжимать отработанный газ от собирающего устройства до давления 50 фунтов на квадратный дюйм, для последующей обработки в системе конденсации с использованием охладителя, т.е. жидкого кислорода, жидкого азота и т.д., подаваемого в госпитале или другом медицинском, зубоврачебном или ветеринарном учреждении. В альтернативном воплощении поток отработанного анестезирующего газа сжимают до давления значительно выше 50 фунтов на квадратный дюйм, чтобы получить преимущество в сопутствующем повышении эффективности разделения и фракциональной экстракции. Однако в этом альтернативном воплощении желательна отдельная подача охладителя для конденсатора, для того чтобы устранить риск контаминации источника газа лечебного учреждения при возможной внутренней утечке внутри конденсатора.
В четвертом воплощении описывается автономное устройство переработки отработанного анестезирующего газа, требующее минимальной зависимости от инфраструктуры оборудования и снабжения лечебного учреждения. Устройство требует только операционной мощности, источника отработанного анестезирующего газа и атмосферного вентиля. Таким образом, оно может быть легко приспособлено для маленьких хирургических центров, таких как кабинет терапевта, маленькая ветеринарная клиника или зубоврачебный кабинет. Система/способ применяет маленькое охлаждающее устройство, которое охлаждает промежуточный жидкий теплоноситель, такой как DuPont Suva или подобный низкотемпературный охладитель, до температуры приблизительно -90°С. В предпочтительном воплощении изобретения отработанный анестезирующий газ пропускают через многофазовый конденсатор/теплообменник, где тепло из потока отработанного анестезирующего газа обменивается с промежуточным жидким теплоносителем, охлаждаемым малым охлаждающим устройством. Так, система/способ не зависит от подачи жидкого кислорода или жидкого азота из лечебного учреждения для того, чтобы обеспечить необходимое криогенное охлаждение потока отработанного анестезирующего газа. Однако при желании жидкий кислород и/или жидкий азот, поставляемые лечебным учреждением, могут использоваться в теплообменнике/конденсаторе как промежуточный жидкий теплоноситель.
Краткое описание чертежей
Изобретение описывается в деталях в дальнейшем на основе воплощения, представленного в сопроводительных фигурах, в которых:
фигура 1 иллюстрирует в схематической форме систему высокопоточного улавливания и переработки отработанного анестезирующего газа предшествующего уровня техники, при которой фторэфиры и другие летучие анестезирующие газовые компоненты разделяются из потока собираемого газа путем конденсации перед тем, как поток отработанного газа сбрасывается в атмосферу;
фигура 2 иллюстрирует в схематической форме предпочтительное воплощение низкопоточной системы переработки отработанного анестезирующего газа в соответствии с изобретением, включающее программируемое устройство сбора отработанного анестезирующего газа, которое ограничивает эвакуацию воздуха в объединенную вакуумную систему;
фигура 3 является детальным схематическим чертежом с программируемым устройством сбора отработанного анестезирующего газа из фигуры 2, показывающим собирающую камеру при атмосферном давлении и детектор давления со связанной схемой, при закрытом положении управляемого соленоидом выпускного клапана;
фигура 4 является детальным схематическим чертежом с программируемым устройством сбора отработанного анестезирующего газа из фигуры 3, где собирающая камера находится под давлением, слегка превышающим атмосферное, и детектор давления со связанной схемой работают для установки управляемого соленоидом выпускного клапана в открытое положение;
фигура 5 иллюстрирует в схематической форме альтернативное воплощение низкопоточной системы переработки отработанного анестезирующего газа, где программируемое устройство для сбора отработанного анестезирующего газа комбинировано с аппаратом для анестезии из предшествующего уровня, для образования усовершенствованного аппарата для анестезии;
фигура 6 иллюстрирует в схематической форме альтернативное воплощение низкопоточной системы переработки отработанного анестезирующего газа, пригодное для модифицирования существующих систем, где программируемое устройство для сбора отработанного анестезирующего газа отделено как от коллектора, так и от аппарата для анестезии;
фигура 7 иллюстрирует в схематической форме процесс и систему, по которым фторэфиры и другие летучие галокарбоновые газовые компоненты разделяются и последовательно фракционируются путем последовательного оттаивания и сбора полученного жидкого галокарбона перед сбрасыванием отработанных анестезирующих газов в атмосферу, с применением для процесса сжиженного кислорода в качестве теплоотвода;
фигура 8 иллюстрирует в схематической форме альтернативное воплощение, включающее параллельные две или более охлаждаемых ловушки/фракционатора;
фигура 9 иллюстрирует в схематической форме альтернативное воплощение системы переработки из фигуры 7, включающее средства для сбора улавливаемых компонентов отработанного анестезирующего газа, которые испаряются из жидкой фазы или возгоняются прямо в паровую фазу;
фигура 10 иллюстрирует в схематической форме предпочтительное воплощение в соответствии с изобретением высокопоточной системы переработки отработанного анестезирующего газа, включающей одно или более высокопоточное устройство для сбора отработанного анестезирующего газа; компрессор, состоящий из одной или более фаз компрессии; одно- или многофазное устройство конденсатор/теплообменник; расширительный клапан для индукции дополнительной конденсации анестезирующего газа;
фигура 11 иллюстрирует в схематической форме процесс и систему, по которым галокарбоновые газовые компоненты отработанных анестезирующих газов сжижаются с применением источника сжиженного кислорода в лечебном учреждении, для удаления таких газовых компонентов до выброса отработанных анестезирующих газов в атмосферу;
фигура 12 иллюстрирует в схематической форме процесс и систему, по которым фторэфиры и другие летучие галокарбоновые газовые компоненты отработанных анестезирующих газов отделяются оттуда и фракционируются путем последовательного оттаивания и сбора полученного жидкого галокарбона до сброса отработанного анестезирующего газа в атмосферу, с использованием в процессе в качестве теплоотвода источника сжиженного кислорода;
фигура 13 иллюстрирует в схематической форме предпочтительное воплощение в соответствии с изобретением низкопоточной системы переработки отработанного анестезирующего газа, включающей одно или более низкопоточное устройство для сбора отработанного анестезирующего газа; компрессор, состоящий из одной или более фаз компрессии; одно- или многофазное устройство конденсатор/теплообменник; маленькую турбину, чтобы захватывать потенциальную энергию сжатого отработанного газа до сброса в атмосферу;
фигура 14 иллюстрирует в схематической форме теплообменник/конденсатор из предпочтительного воплощения изобретения, который охлаждает и конденсирует компоненты анестезирующего газа из потока отработанного анестезирующего газа через противоточный теплообмен с промежуточным жидким теплоносителем, который охлаждается в малом охлаждающем устройстве;
фигура 15 иллюстрирует в схематической форме предпочтительное воплощение низкопоточной системы переработки отработанного анестезирующего газа, включающей низкопоточное устройство для улавливания отработанного анестезирующего газа; компрессор, состоящий из одной или более фаз компрессии; одно- или многофазное устройство конденсатор/теплообменник для удаления компонентов анестезирующего газа из потока отработанного анестезирующего газа; малое охлаждающее устройство, используемое, чтобы охладить жидкий теплоноситель, используемый в качестве охладителя в конденсаторе; и малую турбину, чтобы захватывать потенциальную энергию сжатого отработанного газа до сброса в атмосферу;
фигура 16 иллюстрирует в схематической форме процесс и систему, по которым галокарбоновые газовые компоненты отработанного анестезирующего газа сжижаются с применением промежуточного жидкого теплоносителя, чтобы конденсировать эти газовые компоненты до сброса отработанных анестезирующих газов в атмосферу;
фигура 17 иллюстрирует в схематической форме процесс и систему, по которым фторэфиры и другие летучие галокарбоновые газовые компоненты отработанных анестезирующих газов отделяются от них и затем фракционируются путем последовательного оттаивания и сбора полученного жидкого галокарбона перед сбросом отработанных анестезирующих газов в атмосферу, с использованием в процессе в качестве теплоотвода жидкого теплоносителя, охлаждаемого в отдельном охлаждающем устройстве;
фигура 18 иллюстрирует в схематической форме предпочтительное воплощение автономной системы переработки отработанного анестезирующего газа, включающей низкопоточное устройство для улавливания анестетика; компрессор; конденсатор/теплообменник для удаления компонентов анестезирующего газа из потока отработанного анестезирующего газа; малое охлаждающее устройство, используемое, чтобы охладить жидкий теплоноситель, используемый в качестве охладителя в конденсаторе; расширительный клапан для индукции дополнительной конденсации анестезирующего газа.
Описание предпочтительного воплощения изобретения
Фигура 2 схематически иллюстрирует предпочтительное воплощение низкопоточной системы сбора и переработки отработанного анестезирующего газа 11 в соответствии с изобретением. Система переработки 11 почти идентична системе переработки отходов 10 предшествующего уровня техники из фигуры 1, описанной выше, за исключением добавления программируемых собирающих устройств для отработанного анестезирующего газа 30А, 30В, 30С, расположенных на/или рядом с каждым участком анестезии 15А, 15В, 15С в лечебном учреждении. Программируемые собирающие устройства для отработанного анестезирующего газа 30А, 30В, 30С предпочтительно пневматически соединены внутри индивидуальных колен коллектора 16 рядом со стандартными соединителями для отработанного анестезирующего газа 18А, 18В, 18С. Каждое программируемое собирающее устройство для газа 30А, 30В, 30С включает собирающую камеру 32А, 32В, 32С, выпускной клапан 34А, 34В, 34С для селективной изоляции втягивания коллектора 16 от соответствующего участка анестезии, когда отработанный анестезирующий газ не вырабатывается, и связанных датчиков, схемы, контролей или механизмов для управления выпускным клапаном 34А, 34В, 34С.
Собирающие камеры 32 могут быть жесткими, гибкими (такими как эластичный мешок) или комбинированными.
Изолирующий и собирающий коллектор 16 для вовлеченного комнатного воздуха, когда не производится отработанного анестезирующего газа, снижает средний поток улавливаемых анестетиков примерно на 90%, таким образом снижая необходимую мощность вакуумных насосов, труб и другого связанного оборудования. Так, установлено, что для большого госпиталя, имеющего около 20-30 операционных, скорость потока отработанного анестезирующего газа, составляющая 500-1000 л/мин для системы переработки 10 предшествующего уровня техники из фигуры 1, снижается до 50-100 л/мин для системы переработки 11 из фигуры 2, соответствующей предпочтительному воплощению изобретения. Система переработки 11, описанная выше, требует только добавления индивидуальных программируемых собирающих устройств для отработанного анестезирующего газа 30А, 30В, 30С для уже существующей системы переработки отработанного анестезирующего газа 10, таким образом обеспечивая простое и дешевое средство модернизации находящихся в обращении систем.
Фигура 3 иллюстрирует индивидуальное программируемое собирающее устройство для отработанного анестезирующего газа 30 в соответствии с предпочтительным воплощением изобретения. Что касается фигуры 3, отработанный анестезирующий газ поступает от выхода аппарата для анестезии 12 в камеру 32 через стандартные соединители 18 для отработанного анестезирующего газа 19 мм, 30 мм или им подобные. Внутри камеры 32 имеется чувствительный датчик давления 40, электрически соединенный с управляемым соленоидом выпускным клапаном 34, расположенным на выпускающей стороне камеры 32. Давление, измеряемое датчиком давления 40, является разницей между давлением в камере 32 и давлением внешнего (окружающего) воздуха. Если давление внутри камеры 32 поднимается, слегка превышая внешнее, повышенное давление обнаруживается датчиком давления 40, который посредством контрольной схемы вызывает открывание выпускного клапана 34. Открывающийся клапан 34 пневматически соединяет камеру 32 со средством вакуумирования на коллекторе 16, приводя к быстрому снижению давления в камере 32. Когда давление в камере достигает внешнего, датчик 40 определяет падение давления и вызывает закрывание выпускного клапана 34. В предпочтительном воплощении индивидуальное программируемое собирающее устройство для отработанного анестезирующего газа 30 снабжено электрическим приводом от источника постоянного тока низкого напряжения 6, для снижения опасности возгорания или взрыва.
Предпочтительно выпускной клапан 34 конфигурирован как нормально-открытый клапан так, чтобы, если в случае неисправности выпускной клапан 34 неспособен будет открыться, система будет в действительности обращена в систему улавливания с постоянным потоком при разбавлении воздухом из предшествующего уровня техники. Более того, собирающим устройством для отработанного анестезирующего газа 30 обеспечиваются средства предотвращения избыточного положительного или отрицательного давления, передаваемого аппаратом для анестезии 12, чтобы гарантировать безопасность пациента. Хотя и маловероятно, что выпускной клапан 34 протечет в своем месте или застрянет в открытом положении, приводя к значительному снижению давления в камере 32 по отношению к внешнему, в камере 32 имеется механический прерыватель вакуума 7, который открывается, чтобы восстановить давление до внешнего. Сходным образом, если давление в камере 32 значительно повышается по отношению к внешнему, открывается механический предохранительный клапан 8, чтобы сбросить избыточное давление в атмосферу. Собирающее устройство для отработанного анестезирующего газа 30 предпочтительно конструируют из материалов, которые соответствуют стандартам безопасности для применения в среде, обогащенной кислородом.
Что касается фигур 3 и 4, источник напряжения 6 предпочтительно соединен проводом последовательно с контактами переключателя 5 детектора давления 40 и с соленоидом 4 выпускного клапана 34. Амортизирующий конденсатор 9 может быть подключен параллельно с соленоидом выпускного клапана 4. Как иллюстрировано на фигуре 3, когда давление в камере 32 близко к внешнему давлению, контакт 5 детектора давления 40 закрыт, и постоянный ток от источника напряжения 6 идет к соленоиду 4, питая соленоид 4 и закрывая выпускной клапан 34. Когда давление в камере 32 слегка превышает внешнее, как показано на фигуре 4, контакты 5 детектора давления 40 открываются, обесточивая таким образом соленоид 4 и позволяя выпускному клапану 34 открыться. Схема, иллюстрированная на фигурах 3 и 4, является простейшей моделью, но могут применяться и другие более сложные схемы. Например, детектор давления 40, выпускной клапан 34 и сама схема могут быть выбраны и сконструированы так, чтобы обеспечить пропорциональный ответ на изменения давления, так чтобы клапан 34 открывался в небольшой степени при малом повышении давления и в большей степени при большем повышении давления. Альтернативно, могут применяться подходящие средства для детекции выдыхания, иные, чем повышение давления, такие как детекция галокарбонов, влажности или потока. И выбор, и дизайн детекторов давления, источников тока, и электрически управляемых клапанов, и дизайн основных электрических схем хорошо известны в данной области техники, поэтому дальнейшее обсуждение этих тем здесь не проводится.
Хотя фигура 3 иллюстрирует электрическую схему, соединяющую датчик давления 40 и выпускной клапан 34, датчик давления 40 может альтернативно быть пневматически или механически связанным с выпускным клапаном 34 для его контроля. Выбор и дизайн механических приводов, контролируемых давлением, механически управляемых клапанов, схем пневматического контроля, и пневматически управляемых клапанов хорошо известны в данной области техники, таким образом, дальнейшее обсуждение здесь не проводится.
В альтернативном воплощении, иллюстрированном на фигуре 5, программируемое собирающее устройство для отработанного анестезирующего газа 30 может быть включено в усовершенствованный аппарат для анестезии 50 вместо интегрированного с лечебным учреждением коллектора отработанного анестезирующего газа 16. Усовершенствованный аппарат для анестезии 50, таким образом, включает аппарат для анестезии 12 из предшествующего уровня техники и программируемое собирающее устройство для отработанного анестезирующего газа 30 в соответствии с воплощением изобретения, излагаемого здесь. Усовершенствованный аппарат для анестезии 50 пневматически связан со стандартным соединителем для отработанного анестезирующего газа 18 размером 19 мм, 30 мм или тому подобным. Лечебное учреждение, имеющее систему переработки отработанного анестезирующего газа, оборудованное усовершенствованными аппаратами для анестезии 50 на всех участках для анестезии 15, будет работать таким же образом, как система переработки отработанного анестезирующего газа 11 из фигуры 2.
Фигура 6 иллюстрирует альтернативное воплощение, где собирающие единицы 30А, 30В, 30С отделены и удалены как от коллектора 16, так и аппаратов для анестезии 12А, 12В, 12С. В этом воплощении каждое собирающее устройство 30А, 30В, 30С пневматически связано с коллектором 16 первым стандартным (например, 19 мм ил 30 мм) соединителем для отработанного анестезирующего газа 18А, 18В, 18С. Каждый аппарат для анестезии 12А, 12В, 12С, в свою очередь, пневматически связан со вторым стандартным соединителем для отработанного анестезирующего газа 19А, 19В, 19С. Таким образом, не требуется ни модификации коллектора 16, ни модификации аппаратов для анестезии 12А, 12В, 12С для перестраивания существующей системы улавливания отработанного анестезирующего газа в низкопоточную систему переработки в соответствии с изобретением.
Фигура 7 иллюстрирует предпочтительное воплощение объемного процесса фракционирования 1 в соответствии с изобретением для применения в госпитале, хирургическом учреждении или другом лечебном учреждении 110. Отработанный анестезирующий газ собирается и проходит через клапан 112 в учреждении 110 к поточной линии для отработанного газа 39. Поточная линия 27 для подачи кислорода в учреждение 110 предпочтительно включает клапан 114, к которому пневматически подсоединены напорные линии поставки кислорода внутри госпиталя 110. Источник жидкого кислорода схематически изображен в виде резервуара 120, который предпочтительно расположен поблизости от лечебного учреждения 110. В настоящее время госпитали и другие лечебные учреждения 110 пропускают жидкий кислород через теплообменник 122, чтобы поднять температуру жидкого кислорода (примерно -193°С) до комнатной температуры (около 25°С) перед достижением учреждения 110 через поточную линию 27. Обычно жидкий кислород нагревают с использованием теплообменников 122, расположенных рядом с каждым резервуаром 120, которые подвергают жидкий кислород воздействию температуры окружающего воздуха. Нагретый газ кислород затем подается поточной линией 27 и клапаном 114 на сервисные линии (не показаны) для распределения по участкам для использования пациентами в пределах лечебного учреждения 110.
В одном воплощении изобретения, как показано на фигуре 7, охлаждаемая ловушка/фракционатор 25, включающая камеру 130, содержащую охлаждающий змеевик, служит как теплообменник. Внутренний объем охлаждающего змеевика 36 пневматически изолирован от остаточного объема камеры 130, но эти два объема связаны термально/электрически. Охлаждаемая ловушка/фракционатор 25 производит теплообмен от отработанного анестезирующего газа в камере 130 к жидкому кислороду в охлаждающем змеевике 36. Отработанный анестезирующий газ поставляется в учреждении 110 поточной линией 39, а жидкий кислород поставляется источником жидкого кислорода 120 через поточную линию 21. Камера 130 предпочтительно является двустенной конструкцией, которая обеспечивает улучшенную изоляцию от условий окружающей среды и таким образом облегчает теплообмен только между отработанным анестезирующим газом и жидким кислородом.
Источник поточной линии 21 для жидкого кислорода предпочтительно пневматически связан с вводом 47 охлаждающего змеевика 36 термостатическим контрольным клапаном 33. Вывод 48 охлаждающего змеевика пневматически соединен с поточной линии 126 и с поточной линии 27 для источника кислорода учреждения 110. Существующий теплообменник 122, используемый для нагревания жидкого кислорода, предпочтительно остается на месте, пневматически соединяясь в параллели с охлаждаемой ловушкой/фракционатором 25 между резервуаром жидкого кислорода 120 и поточной линией кислорода 27, чтобы нагревать кислород, когда потребность учреждения в кислороде выше, чем потребность охлаждаемой ловушки/фракционатора 25, когда охлаждаемая ловушка/фракционатор 25 работает в ее цикле оттаивания, как описано ниже, или когда охлаждаемая ловушка/фракционатор 25 не работает, находясь на обслуживании или ремонте.
Поточная линия отработанного анестезирующего газа 39 и отсечной клапан 112 пневматически соединены с собирающими поточными линиями (не показано) в учреждении 110. Предпочтительно поточная линия отработанного анестезирующего газа 39 избирательно пневматически связана с выводом 31 камеры 130 или клапаном выпуска в атмосферу 46 с помощью 3-ходового перепускного клапана 29. При нормальной работе поточная линия 39 направлена только на ввод 31 камеры 130 3-ходовым перепускным клапаном 29. Отработанный анестезирующий газ течет через камеру 130 охлаждаемой ловушки/фракционатора 25 по направлению к выходному патрубку 37, при этом газовые компоненты удаляются десублимацией (отложением) на охлаждающем змеевике 36, и от выходного патрубка 37 отработанный анестезирующий газ течет в атмосферу через вентиль 46. Поточная линия отработанного анестезирующего газа 39 предпочтительно только прямо расположена по направлению к клапану выпуска в атмосферу 46, обходя охлаждаемую ловушку/фракционатор 25, для системного обслуживания, ремонта, или когда это желательно, если система переработки не используется.
Отработанный анестезирующий газ (обычно содержащий азот, кислород, закись азота, водяной пар и фторэфиры) обычно поступает через поточную линию 39 при примерно 20-30°С и относительной влажности от 10 до 60 процентов. Отработанный анестезирующий газ может также включать следовые количества испарений смазочного масла из вакуумных насосов (не показано). Жидкий кислород (примерно -193°С) поступает в охлаждаемую ловушку/фракционатор 25 через ввод 47 к охлаждающему змеевику 36, тогда как отработанный анестезирующий газ (примерно 20-30°С) поступает в камеру 130 охлаждаемой ловушки/фракционатора через входной патрубок 31. Это противоточное устройство теплообменника приводит к градиенту температуры, где вершина охлаждаемой ловушки/фракционатора 25 является наиболее теплой, а дно охлаждаемой ловушки/фракционатора 25 является наиболее холодным. Верхняя часть 60 охлаждающего змеевика 36 охлаждаемой ловушки/фракционатора 25 охлаждает отработанный анестезирующий газ от примерно 20°С до примерно -5°С, чтобы экстрагировать водяной пар в виде инея в змеевике 36. Верх средней части 62 охлаждающего змеевика 36 дальше охлаждает отработанный анестезирующий газ, чтобы экстрагировать севофлюран примерно при -60° путем десублимации/отложения на змеевике 36. Далее, низ средней части 63 экстрагирует закись азота путем десублимации/отложения при примерно -90°С, и окончательно нижняя часть 64 охлаждающего змеевика экстрагирует изофлюран и десфлюран между -100 и -110°С путем десублимации/отложения на змеевике 36. Десублимация/отложение анестезирующих компонентов прямо на змеевике 36 обычно происходит только при низких температурах и давлении. Например, закись азота десублимируется/откладывается при температурах и давлениях ниже его тройной точки -90°С и 0,88 бар. Альтернативно, один или более анестезирующих компонентов могут конденсироваться в виде жидкости или твердого вещества на змеевике 36 в температурном регионе 62, 63, 64, соответствующем их индивидуальным физическим характеристикам.
Остаток отработанного газа (главным образом, азота и кислорода примерно при -110°С) затем выбрасывается в атмосферу через линию 46 или обрабатывается дальше, например, с помощью существующих каталитических технологий. Жидкий кислород, который поступает в охлаждаемую ловушку/фракционатор 25 примерно при -193°С, покидает охлаждаемую ловушку/фракционатор 25 при примерно 0°С. Кислород может быть далее нагрет в последующем процессе или смешан с нагретым кислородом, выходящим из теплообменника 122 до достижения комнатной температуры или другой подходящей температуры для использования в лечебном учреждении.
Охлаждаемая ловушка/фракционатор 25 периодически проходит цикл через процесс оттаивания. Во время цикла оттаивания охлаждаемая ловушка/фракционатор 25 медленно нагревается до примерно 0°С для разморозки охлаждающего змеевика 36. Нагревание достигается путем снижения или прекращения потока жидкого кислорода через охлаждающий змеевик 36 посредством термостатического контрольного клапана 33 и оставления охлаждаемой ловушки/фракционатора 25 до нагревания до комнатной температуры переносом тепла из окружения. В альтернативном воплощении теплый кислород из теплообменника 122 может быть направлен через охлаждающий змеевик 36 путем открывания клапана 59 для увеличения скорости оттаивания. В третьем воплощении другая жидкость (не показана) может быть направлена через охлаждающий змеевик 36 для достижения контролируемого оттаивания.
Нижний конец 57 камеры 130 является воронкообразным и работает как бункер. Нижняя точка предпочтительно дренируется в 4-ходовой селекторный клапан 58, который, в свою очередь, пневматически соединен с тремя осушающими резервуарами 23, 24А, 24В. При достаточно высоком давлении (т.е. типичном атмосферном давлении и выше), переведенные в твердую форму анестезирующие компоненты тают как удаляемые жидкости. Таким образом, когда температура нагревается выше примерно -100°С, десфлюран (точка плавления примерно -108°С) и изофлюран (точка плавления примерно -103°С) плавятся в нижней части 64 охлаждаемой ловушки/фракционатора 25 и собираются в бункере 57. Селекторный клапан 58 одновременно расположен так, чтобы позволить жидкому десфлюрану и изофлюрану за счет силы тяжести поступать в собирающий резервуар низкой точки плавления 24В. Альтернативно, десфлюран или изофлюран могут быть собраны в резервуар 24А с севофлюраном. В то время как жидкие десфлюран и изофлюран предпочтительно собирают в тот же самый резервуар 24В, могут также быть использованы два отдельных собирающих резервуара (не показаны), по одному для каждого компонента.
Когда охлаждаемая ловушка/фракционатор нагревается до -90°С, уловленная закись азота (точка плавления примерно -90°С) плавится внизу средней части 63 охлаждаемой ловушки/фракционатора 25 и собирается в бункере 57. Селекторный клапан 58 противоточно расположен, чтобы позволить жидкой закиси азота под действием силы тяжести поступать в собирающий резервуар для веществ со средней точкой плавления 24А. Альтернативно, закись азота может быть собрана в резервуар 24В с десфлюраном и/или изофлюраном или может быть использован отдельный резервуар для сбора закиси азота (не показан). Если температура повышается дальше, селекторный клапан 58 поворачивается к бункеру 57 с собирающим резервуаром для веществ со средней точкой плавления 24А. Когда температура превышает примерно -65°С, севофлюран (точка плавления примерно -67°С) плавится в верхней части среднего участка 62 охлаждающего змеевика 36 охлаждаемой ловушки/фракционатора 25, собирается в бункере 57 и стекает под действием силы тяжести в резервуар 24А. Таким же образом, когда охлаждаемая ловушка/фракционатор 25 нагревается после замораживания, замерзший водяной пар плавится в верхнем участке 60 и направляется селекторным клапаном 58 в собирающий резервуар для веществ с высокой точкой плавления 23. Контейнеры 24А и 24В могут быть охлаждены и/или подвергнуты давлению для поддержания собранных фторэфиров при низком давлении пара для снижения потерь при испарении. Контейнеры 23, 24А и 24В могут иметь любую подходящую прочность и/или емкость, например, быть стальным цилиндром на 55 галлонов.
Таким образом, фторэфиры фракционируются путем десублимации/отложения и/или конденсации/застывания, при которых они удаляются из отработанного анестезирующего газа и затем по отдельности восстанавливаются избирательным оттаиванием отложившегося инея. В дополнение к фторэфирам этот способ и система переработки могут также применяться для удаления других подходящих газовых компонентов из потока отработанного газа. Далее, поскольку данное воплощение описывает фракционирование анестезирующих компонентов с использованием трех основных диапазонов точек плавления, может быть использовано большее число диапазонов точек плавления или избирательно суженный диапазон точек плавления.
Установлено, что для большого госпиталя 110, имеющего до 20-30 операционных, скорость массового потока отработанного анестезирующего газа через поточную линию 39 составляет от 500 до 1000 л/мин (14-35 кв. фунтов/мин) при давлении менее чем 2 фута на кв.дюйм. При температуре примерно -150°С поток кислорода через поточную линию 21 того же самого большого госпиталя 110 составляет в среднем 1,00-2,00 л/мин (60-100 кв. фунтов/мин) при давлении примерно 50 фунтов на кв.дюйм. На основании этих скоростей потока охлаждаемую ловушку/фракционатор 25 предпочтительно конструируют и располагают, чтобы достичь емкости для улавливания 8 литров (10 кг) замороженных галокарбоновых газов и 20 литров (20 кг) замороженной воды до требуемого цикла оттаивания. Альтернативно, система отработанного газа может работать при повышенном давлении, например, до примерно 50 фунтов на кв.дюйм, для повышения эффективности, однако при этом повышенном давлении десублимация/отложение анестезирующих компонентов, вероятно, невозможны.
Поскольку потребность учреждения 110 в кислороде может изменяться в течение дня, система переработки 1 в соответствии с предпочтительным воплощением изобретения использует термостатически контролируемый перепускной клапан 59, в соединении с существующим теплообменником 122 и охлаждаемой ловушкой/фракционатором 25, для поддержания оптимальной температуры подаваемого кислорода на поточной линии 27 в учреждении 110. Контрольная система (не показана), которая включает приборы для измерения потока, приборы для измерения температуры и/или приборы для измерения давления (не показаны), применяется для автоматического контроля установки клапанов термостатического контроля 33, 59. Контрольная система также включает схему для контроля цикла оттаивания, которая дополнительно контролирует перепускной клапан 59 и селекторный клапан 58 при необходимости. Как выбор измерительных приборов, так и дизайн и конструкция контрольных систем хорошо известны в данной области техники, и они не будут обсуждаться в дальнейшем. Патент США №6134914, поданный Eschwey et al., и патент США №6729329, поданный Berry, включены здесь в ссылку.
Для системы переработки 1, описанной выше, требуются только три дополнительных компонента для реализации в большинстве лечебных учреждений 110: (1) охлаждаемая ловушка/фракционатор 25, расположенная рядом с источником жидкого кислорода 120 и связанная с ним, (2) коллектор для подачи отработанных анестезирующих газов к охлаждаемой ловушке/фракционатору 25 и (3) осушающие резервуары 23, 24А и 24В для сбора воды и фракционированных жидких галокарбонов из системы переработки 1. В дополнение к сжиженному кислороду в качестве источника охлаждения могут быть использованы другие обычно используемые сжижаемые газы, такие как жидкий азот и т.д. Коллектор 39 для подачи отработанного анестезирующего газа к системе 1 может быть сконструирован для относительно низких значений давления, хотя содержание кислорода в этом потоке может достигать 40-50%. Однако высокий процент кислорода в поточной линии отработанного анестезирующего газа 39 требует установки предохраняющих устройств, удаляющих кислород. Все кислородные пути предпочтительно являются свободными от загрязнений, а кислород - безопасным по стандарту 99 Национальной ассоциации защиты от пожаров (NFPA 99). Путь кислорода через теплообменник 122 должен также быть достаточно безопасным для обеспечения потока кислорода к учреждению 110. Так в предпочтительном воплощении при отключении напряжения, когда термостатический перепускной клапан 33 не может закрыться для предотвращения потока кислорода через охлаждаемую ловушку/фракционатор 25, кислород от резервуара 120 протекает через теплообменник 120 к поточной линии 27 и учреждению 100.
Фигура 8 иллюстрирует альтернативное воплощение изобретения. Система переработки 2 в основном идентична системе переработки 1 из фигуры 7, за исключением того, что система 2 включает две охлаждаемых ловушки/фракционатора 25А, 25В, конфигурованные в параллельном размещении. Когда первая охлаждаемая ловушка/фракционатор 25А находится в цикле оттаивания, вторая охлаждаемая ловушка/фракционатор 25В - в режиме охлаждающего улавливания, и наоборот. Эта конфигурация позволяет осуществлять непрерывную обработку отработанного анестезирующего газа. В разновидности этого альтернативного воплощения третья охлаждаемая ловушка/фракционатор (не показана) может быть добавлена в параллели для избытков.
Как показано на фигуре 8, каждая охлаждаемая ловушка/фракционатор 25А, 25В имеет свой собственный соответствующий клапан термостатического контроля 33А, 33В. Каждая охлаждаемая ловушка/фракционатор 25А, 25В также имеет связанный клапан для подачи отработанного газа 82А, 82В, который работает в координации с перепускным клапаном отработанного газа для направления потока отработанного анестезирующего газа к охлаждаемой ловушке/фракционатору 25А, 25В, работающей в это время в цикле улавливания. При желании каждая охлаждаемая ловушка/фракционатор 25А, 25В может также иметь выпускной клапан отработанного газа 86А, 86В. Дополнительно спускные краны 84А, 84В работают совместно с селекторным клапаном 58 для осушения охлаждаемой ловушки/фракционатора 25, работающей в это время в режиме оттаивания. Работа системы переработки 2, включая положения клапанов 33А, 33В, 82А, 82В, 84А, 84В, 86А, 86В, 58 и 59, предпочтительно координируется контрольной системой (не показана). Поскольку дизайн и конструкция контрольных систем хорошо известны в данной области техники, они не обсуждаются далее.
Фигура 9 иллюстрирует третье воплощение изобретения. При достаточно низких значениях давления (т.е. обычно ниже атмосферного давления) один или более затвердевших анестезирующих компонентов могут сублимироваться непосредственно в паровую фазу. Альтернативно, один или более из этих затвердевших анестетиков могут испаряться во время цикла оттаивания в зависимости от рабочей температуры и давления в охлаждаемой ловушке/фракционаторе 25. Система переработки 3 в основном идентична системе переработки 1 из фигуры 7 за исключением того, что система 3 расположена и сконструирована для повторного улавливания анестезирующих газов, уловленных из потока отработанного анестезирующего газа, которые сублимируются или испаряются во время цикла оттаивания.
Как показано на фигуре 9, система переработки 3 включает дополнительное оборудование, такое как собирающий резервуар для газообразных анестетиков 24С, и 3-ходовой собирающий клапан 56, дополнительный вакуумный насос 92 и дополнительный источник азота или другого газа 89 с сопровождающим изолирующим клапаном 90. Собирающий клапан 56, 3-ходовой селекторный клапан 29 и изолирующий клапан для азота 90 (если имеется) предпочтительно контролируются контрольной системой (не показана), предварительно описанной для применения в воплощении 1 из фигуры 7. Во время работы в режиме улавливания собирающий клапан 56 установлен таким образом, что выходной патрубок 37 пневматически соединен с вентилем выпуска в атмосферу 46. Отработанный анестезирующий газ поступает в охлаждаемую ловушку/фракционатор 25 через ввод 31, проходят через охлаждающий змеевик 36 для улавливания паров воды, закиси азота, фторэфиров и других летучих галокарбонов, и затем проходят в атмосферу через выход 37, собирающий клапан для закиси азота 56, и вентиляционную линию 46. Поскольку фторэфиры и другие галокарбоновые анестетики обычно более плотные, чем азот или кислород, эти сублимированные анестезирующие газы собираются под любым существующим воздухом (главным образом, азотом и кислородом) в охлаждаемой ловушке/фракционаторе 25. Таким образом, во время цикла оттаивания, эти сублимированные анестезирующие газы собираются прямо над любыми жидкостями на дне камеры 130. Собирающий клапан 56 расположен так, что выходной патрубок пневматически связан с резервуаром для сбора газообразных анестетиков 24С. Твердые анестезирующие компоненты, которые скорее плавятся в виде жидкости, а не сублимируются в виде пара, собираются через бункер 57, селекторный клапан 58 и собирающие резервуары 24А, 24В, как описывалось раньше.
Сублимированный анестезирующий газ перерабатывают одним из нескольких способов. Во-первых, сублимированный анестезирующий газ, расположенный прямо над уровнем жидкости на дне камеры 130, может быть перемещен и собран в резервуар 24С с применением атмосферы азота. Азоту или другому подходящему пластовому газу позволяют течь через клапан изоляции азота 90 к вершине охлаждаемой ловушки/фракционатора 25 через входной патрубок 31. 3-ходовой селекторный клапан 23 закрывается для изоляции камеры 130 от вентиля 46 и отработанного анестезирующего газа, поступающих от учреждения 110. Когда газообразный азот течет к вершине охлаждаемой ловушки/фракционатора 25, он заставляет более плотный анестезирующий газ вытекать из охлаждаемой ловушки/фракционатора 25, через выходной патрубок 37 и в собирающий резервуар 24С. Клапан изоляции азота 90 закрывается, когда весь сублимированный анестезирующий газ удаляется из охлаждаемой ловушки/фракционатора 25. Остатки газообразного азота выходят из охлаждаемой ловушки/фракционатора 25 через вывод 37, клапан 56 и вентиль 46.
Во-вторых, сублимированный анестезирующий газ, расположенный прямо над любым уровнем жидкости на дне камеры 130, может быть втянут из охлаждаемой ловушки/фракционатора 25 и собран в резервуар 24С с применением вакуумного насоса 92. Опять 3-ходовой селекторный клапан 23 закрывается для изоляции камеры 130 от вентиля 46 и отработанного анестезирующего газа, поступающего от учреждения 110. Вакуумный насос 92 выводит сублимированный анестезирующий газ путем всасывания со дна камеры 130, через вывод 37 и в собирающий резервуар 24С. Когда весь анестезирующий газ удален из охлаждаемой ловушки/фракционатора 25, работу вакуумного насоса 92 прекращают и положение селекторного клапана 56 возвращают для предотвращения потока в резервуар 24С.
Сублимированные анестезирующие газы могут смешиваться с другими газами внутри охлаждаемой ловушки/фракционатора 25 во время цикла оттаивания, таким образом делая ранее описанные способы переработки неэффективными. В этих обстоятельствах для разделения закиси азота от других газов могут применяться дополнительные способы, такие как адсорбция при переменном давлении, мембранная сепарация и т.д. Различные техники разделения газа от газа хорошо известны в предшествующем уровне техники и не будут описываться далее. Собранный анестезирующий газ предпочтительно готовят для повторного использования с помощью какого-либо способа переработки.
В другом воплощении изобретения средства сбора газообразных анестетиков из системы переработки 3 (фигура 9) встроены во множественные охлаждаемые ловушки/фракционаторы 25А, 25В из системы переработки 2 (фигура 8).
Фигура 10 иллюстрирует предпочтительное воплощение высокопоточной системы сбора и переработки отработанного анестезирующего газа 200, имеющей компрессор, по крайней мере, с одной фазой повышения давления отработанного анестезирующего газа перед переработкой анестетика конденсацией. Система переработки 200 подобна ранее описанной системе переработки отработанного анестезирующего газа 10 предшествующего уровня техники из фигуры 1, за исключением добавления расширительного клапана 43 и одной или более фаз компрессии, обеспечиваемых компрессором 42. Компрессор 42 предпочтительно располагается между устройством для сбора отработанного анестезирующего газа 15А, 15В, 15С и конденсатором 22. Расширительный клапан 43 предпочтительно располагается между конденсатором 22 и приемником 45.
Как показано на фигуре 10, избыток анестезирующих газов, выдыхания пациента и воздух собираются в маску 14А, 14В, 14С аппаратами для анестезии 12А, 12В, 12С и перемещаются в общий коллектор 16. Коллектор отработанного анестезирующего газа 16 обычно жестко закреплен в лечебном учреждении, а аппараты для анестезии 12А, 12В, 12С пневматически соединены с коллектором 16 стандартными соединителями для отработанного анестезирующего газа 18А, 18В, 18С, например, анестезиологическими соединителями 19 мм или 30 мм. Коллектор отработанного анестезирующего газа 16 работает при легком отрицательном давлении, например 5 см, генерируемом компрессором 42. От коллектора 16 собранный отработанный анестезирующий газ проходит через обратный клапан 35 на первую фазу однофазного или многофазного компрессора 42.
В предпочтительном воплощении компрессор 42 сконструирован по размеру, чтобы сжимать отработанный анестезирующий газ из собирающих устройств 15А, 15В, 15С при давлении до 50 фунтов на кв.дюйм для последующей обработки в устройстве для конденсации 22. Предпочтительно давление выше 50 фунтов на кв.дюйм, для того чтобы получить преимущество повышения эффективности разделения и фракционной экстракции. Многофазные компрессоры применяют для устранения проблем, связанных с высоким коэффициентом уплотнения, таких как высокие температуры нагнетания и повышенные поломки механизмов. В результате производители компрессоров рекомендуют коэффициент уплотнения не более 10:1, особенно для низкотемпературного применения. Многофазные компрессоры могут также быть более экономичными, чем однофазные компрессоры, поскольку фазам компрессии, имеющим меньший коэффициент уплотнения, приписывается сопровождающая экономия затрат энергии. Однако компрессор 42 из системы 200 требует только единственной фазы компрессии, поскольку ожидается коэффициент уплотнения не более 10:1.
Конденсатор 22 предпочтительно использует жидкий кислород, жидкий азот или сходные охладители, полученные из общего источника этих сжиженных газов, обычно доступного в госпитале или другом медицинском, зубоврачебном или ветеринарном учреждении. Если отработанный анестезирующий газ сжимается выше давления источника газа учреждения (например, 50 фунтов на кв.дюйм), возможна контаминация общего источника охладителя за счет внутренней утечки, происходящей внутри конденсирующего устройства 22. В альтернативном предпочтительном варианте поток отработанного анестезирующего газа сжимают до давления гораздо выше 50 фунтов на кв.дюйм, для того чтобы получить преимущество повышения эффективности разделения и фракционной экстракции. Для компрессии выше 50 фунтов на кв.дюйм, однако, рекомендуется отдельный источник жидкого кислорода, жидкого азота или подобного охладителя, для того чтобы предотвратить риск контаминации общего источника газа лечебного учреждения отработанным анестезирующим газом, вызванной внутренней утечкой в конденсирующем устройстве 22.
После сжатия отработанный анестезирующий газ течет через собирающий сосуд или приемник 26А, который позволяет удалить и отделить от сжатого потока отработанного анестезирующего газа любую жидкость, конденсированную компрессией. Перед восстановлением конденсацией анестезирующих компонентов, весь водяной пар в потоке газа удаляют для предотвращения замерзания жидкого водного конденсата в конденсаторе 22. Предпочтительным способом удаления водяного пара из потока отработанного анестезирующего газа является применение первой фазы конденсатора 222А (фигура 11), однако могут применяться альтернативные процессы удаления воды (не показаны), такие как эксикация, адсорбция, фильтрация, полупроницаемые или гидрофобные мембраны и т.д. Эти различные способы осушения газа могут применяться в любой точке перед конденсацией анестезирующих газов, включая стадии до компрессии.
Сжатый поток отработанного анестезирующего газа затем охлаждается в одно- или многофазном конденсаторе 22, так чтобы температура закиси азота и других анестезирующих галокарбонов снижалась до точки, где испарения или конденсировались, как удаляемая жидкость на охлаждающем змеевике 236В (фигура 11), или собирались, как иней на охлаждающем змеевике 136 (фигура 12). Температура и давление, при которых проводятся процессы конденсации, контролируют, конденсируются ли компоненты анестезирующего газа в виде удаляемой жидкости или откладываются в виде инея.
После того как анестезирующие компоненты удалены конденсацией, остающийся отработанный анестезирующий газ (в основном состоящий из вовлеченного воздуха) может быть сброшен в атмосферу 46. Предпочтительно сжатый отработанный газ сначала пропускают через расширительный клапан 43 и приемник 45 до сброса в атмосферу 46. Расширительный клапан 43 снижает давление сжатого отработанного газа до атмосферного давления и далее охлаждает сжатый отработанный газ посредством эффекта Джоуля-Томпсона. Любые дополнительные анестезирующие компоненты в отработанном газе могут быть конденсированы через адиабатическое расширение Джоуля-Томпсона. Эти анестезирующие конденсаты собираются в приемник 45 до сброса отработанного газа в атмосферу 46. Наиболее предпочтительно, однако, чтобы сжимаемый отработанный газ вначале пропускался через малую турбину 44 (фигура 13) или подобный прибор и приемник 45 перед выбросом в атмосферу 46 (фигура 13) для того, чтобы уловить потенциальную энергию сжатого отработанного газа. Уловленная энергия может затем быть использована для снабжения энергией компрессора 42 или удовлетворения других потребностей в энергии способа и системы. Любые анестезирующие компоненты, конденсируемые расширением отработанного газа в турбине 44, также собираются в приемник 45 для сброса отработанного анестезирующего газа в атмосферу 46.
Кроме того, до сброса в атмосферу тепловая интеграция охлажденного отработанного газа с потоком, который нужно охладить, может снижать общую охлаждающую пользу способа и системы. Например, компрессия потока отработанного анестезирующего газа вызывает повышение температуры потока газа. Охлажденный поток отработанного газа, предназначенный для сброса 46, может быть использован для охлаждения этого сжатого потока отработанного анестезирующего газа до конденсации, чтобы снизить общую потребность в охлаждении теплообменника/конденсатора 22.
Berry описаны два криогенных способа восстановления летучих галокарбонов из отработанного анестезирующего газа. Во-первых, патент США №6729329, включенный здесь в ссылку, описывает применение жидкого кислорода для конденсации компонентов анестезирующего газа в возвратимый жидкий конденсат. Фигура 11 в целом иллюстрирует систему и способ '329 патента, который модифицирован для входа потока сжатого отработанного анестезирующего газа. Поскольку температура точки росы типичного потока пара, нагруженного анестетиком, увеличивается при возрастании давления, на первый способ восстановления значительно и выгодно влияет повышенное давление потока отработанного анестезирующего газа.
Обеспечивается конденсирующее устройство 22, которое включает первый и второй конденсаторы 222А и 222В. Выводная линия 221 для жидкого кислорода из подающего резервуара 220 пневматически соединена с конденсирующим змеевиком 236В из второго сосуда 222В. Вывод конденсирующего змеевика 236В пневматически соединен через поточную линию 225 с вводом змеевика 236А из первого сосуда 222А. Вывод змеевика 236А пневматически соединен через поточную линию 227 с клапаном 214 и поточными линиями, также связанными (не показано) с лечебным учреждением.
Поточная линия 239 соединяет линии потока газа от приемника 26А (фигуры 10 и 13) лечебного учреждения с вводом теплообменника/конденсатора 222А. Температура кислорода, текущего на ввод змеевика 236А, контролируется термостатически клапаном 233 так, что температура подачи кислорода на клапане 214 приближается к комнатной температуре, т.е. около 25°С. Отработанный анестезирующий газ поступает в теплообменник/конденсатор 222А через поточную линию 239 при температуре, повышенной из-за компрессии. Сжатый отработанный анестезирующий газ поступает к вершине или входу теплообменника/конденсатора 222А и проходит вниз поверх змеевика 236А, где отдает тепло жидкому кислороду, текущему противоточно через змеевик 236А. Водяной пар в сжатом отработанном анестезирующем газе конденсируется до жидкой воды при специфической температуре (выше 0°С), в зависимости от давления потока сжатого отработанного анестезирующего газа. Жидкая вода затем стекает под действием силы тяжести в резервуар 23 для хранения и удаления.
Охлажденный сжатый газ рядом с дном сосуда 222А проводится через поточную линию 241 к вершине или входу теплообменника/конденсатора 222В, где он используется при температуре выше 0°С. Охлажденный сжатый газ, проходящий на вершине теплообменника/конденсатора 222В, проходит поверх змеевика 236В, где он отдает тепло жидкому кислороду, текущему противоточно через змеевик 236В. Кислород из поточной линии 221 проходит в змеевик 236В при температуре примерно -150°С и покидает змеевик 236В через поточную линию 225 при повышенной температуре. Если необходимо, промежуточный перепускной клапан 235 может быть обеспечен на линии 221 для установления температуры примерно 0°С на линии 225 при вводе в змеевик 236А. Температура сжатого отработанного анестезирующего газа из поточной линии 241 снижается при прохождении через змеевик 236В таким образом, что галокарбоны из отработанного газа сжижаются и отводятся в собирающий резервуар 24. Остаток сжатого отработанного газа, т.е. те компоненты, которые не приносят вреда атмосфере, сбрасываются в атмосферу через поточную линию 46, пропускаются через расширительный клапан 43 (фигура 10) для индукции дополнительной конденсации анестетиков, пропускаются через малую турбину 44 (фигура 13) для улавливания потенциальной энергии сжатого газа или подвергаются дальнейшей обработке с помощью существующих каталитических техник (не показано).
Во-вторых, одновременно рассматриваемая заявка, озаглавленная «Система и способ переработки анестезирующего газа» и включенная здесь в ссылку, описывает применение объемного процесса фракционирования замораживанием, при котором температуры отдельных анестезирующих газов снижают до точки, в которой они собираются в виде инея на охлаждающих поверхностях охлаждаемой ловушки/фракционатора. Охлаждаемая ловушка/фракционатор периодически проходит цикл через стадию оттаивания, во время которой охлаждающие поверхности, покрытые замороженными газовыми компонентами, отложившимися из ранее прошедшего отработанного анестезирующего газа, мягко нагревают до последующего разделения и собирают уловленные компоненты. Фигура 12 в целом иллюстрирует систему и способ одновременно поданной заявки на патент, которая модифицирована для входа потока сжатого отработанного анестезирующего газа. Однако поскольку температура точки замерзания типичного потока пара, нагруженного анестетиком, остается относительно постоянной при различном системном давлении, на эту вторую систему и способ переработки отработанных анестетиков не оказывает значительного влияния повышение давления потока отработанного анестезирующего газа.
Как показано на фигуре 12, обеспечено конденсирующее устройство 22, состоящее из охлаждаемой ловушки/фракционатора 125 с охлаждающим змеевиком 136. Выводная линия 121 для жидкого кислорода из подающего резервуара 120 пневматически соединена с конденсирующим змеевиком 136 охлаждаемой ловушки/фракционатора 125. Поток кислорода на вводе змеевика 136 контролируется термостатически клапаном 133. Существующий теплообменник 122, используемый для нагревания жидкого кислорода, предпочтительно остается на месте, пневматически соединяясь в параллели с охлаждаемой ловушкой/фракционатором 125 между резервуаром жидкого кислорода 120 и поточной кислородной линией 127, чтобы нагревать кислород, когда охлаждаемая ловушка/фракционатор 125 не отвечает потребности учреждения в кислороде, находится в своем цикле оттаивания, как описано ниже, или не работает, например, по причине обслуживания или ремонта. Клапан 129 в норме остается закрытым, когда теплообменник 122 не используется. Кислород из поточной линии 121 поступает в змеевик 136 при температуре примерно -150°С и покидает змеевик 136 примерно при 0°С. Кислород, предназначенный для применения в лечебном учреждении, может далее быть нагрет путем последующей обработки или смешан теплым потоком кислорода из теплообменника 122 до достижения комнатной температуры или подходящей температуры. Вывод змеевика 136 пневматически соединен через поточную линию 127 с клапаном 114 и поточными линиями, также связанными (не показано) с лечебным учреждением.
Поточная линия 139 соединяет поточные линии отработанного анестезирующего газа из приемника 26А (фигуры 10 и 13) лечебного учреждения с вводом 131 теплообменника/конденсатора 125. Температура отработанного анестезирующего газа, поступающего в теплообменник/конденсатор 125 через поточную линию 139, повышена из-за компрессии. Сжатый отработанный анестезирующий газ поступает к вершине или входу 131 теплообменника/конденсатора 125 и проходит вниз поверх змеевика 136, где передает тепло жидкому кислороду, текущему противоточно через змеевик 136. Отработанный анестезирующий газ покидает теплообменник/конденсатор 125 через патрубок 137 и выбрасывается в атмосферу через поточную линию 46.
Это противоточное расположение теплообменника приводит к созданию температурного градиента, где вершина охлаждаемой ловушки/фракционатора 125 наиболее теплая, а дно охлаждаемой ловушки/фракционатора 125 наиболее холодное. Верхний участок 160 охлаждающего змеевика 136 охлаждаемой ловушки/фракционатора 125 охлаждает сжатый отработанный анестезирующий газ до температуры примерно -5°С для экстракции водяного пара в виде инея на змеевике 136. Верх среднего участка 162 охлаждающего змеевика 136 далее охлаждает сжатый отработанный анестезирующий газ до температуры приблизительно -60°С, что позволяет севофлюрану конденсироваться и затвердеть на змеевике 136. Далее, нижняя часть среднего участка 163 экстрагирует закись азота путем конденсации и затвердевания при температуре приблизительно -90°С, наконец, нижний участок 164 охлаждающего змеевика экстрагирует изофлюран и десфлюран путем конденсации и затвердевания на змеевике 136 при самой низкой температуре (между приблизительно -100°С и -110°С). Альтернативно, если теплообменник/конденсатор 125 работает при низком давлении (например, отрицательном давлении), то анестезирующие компоненты могут быть десублимированы/отложены прямо на змеевике 136 без первого перехода в жидкую фазу. Остаток сжатого отработанного анестезирующего газа, т.е. те компоненты, которые не являются вредными для атмосферы, сбрасывается в атмосферу через поточную линию 46, пропускается через расширительный клапан 43 (фигура 10) для индукции дополнительной конденсации анестетиков, пропускается через малую турбину 44 (фигура 13) для улавливания потенциальной энергии сжатого газа или подвергается дальнейшей обработке с помощью существующих каталитических техник.
Охлаждаемая ловушка/фракционатор 125 периодически проходит цикл через процесс оттаивания, для того чтобы разморозить охлаждающий змеевик 136. Оттаивание змеевика 136 выполняется путем снижения или остановки потока жидкого кислорода через термостатический контрольный клапан 133. Это позволяет охлаждаемой ловушке/фракционатору 125 нагреться до комнатной температуры посредством переноса тепла от окружающей внешней среды. В альтернативном воплощении нагретый кислород из теплообменника 122 может частично или полностью направляться через охлаждающий змеевик 136 путем одновременного открывания клапана 159 и закрывания клапанов 133, 154. В третьем воплощении другая жидкость (не показано) может быть направлена через охлаждающий змеевик 136 для достижения контролируемого оттаивания.
Воронкообразный бункер 157 образует нижнюю точку теплообменника/конденсатора 125 и предпочтительно осушается 4-ходовым селекторным клапаном 158, который, в свою очередь, пневматически соединен с собирающими резервуарами для анестетиков 24А, 24В и собирающим резервуаром для воды 23. Если температура змеевика 136 повышается до приблизительно -100°С во время фазы оттаивания, десфлюран (точка плавления приблизительно -108°С при атмосферном давлении) и изофлюран (точка плавления приблизительно -103°С при атмосферном давлении) тают в нижнем участке 164 охлаждаемой ловушки/фракционатора 125 и собираются в бункер 157. Селекторный клапан 158 одновременно расположен так, чтобы позволить жидкому десфлюрану под действием силы тяжести стекать в один из собирающих резервуаров 24А, 24В. Если охлаждаемая ловушка/фракционатор продолжает нагреваться до -90°С, уловленная закись азота плавится в нижней части среднего участка 163 теплообменника/конденсатора 125 и собирается в бункер 157. Селекторный клапан 158 одновременно расположен так, чтобы позволить жидкой закиси азота под действием силы тяжести стекать в один из собирающих резервуаров 24А, 24В. Если температура поднимается выше -65°С, севофлюран (точка плавления приблизительно -67°С при атмосферном давлении) плавится в верхней части среднего участка 162 охлаждающего змеевика 136 и собирается в бункер 157. Селекторный клапан 158 одновременно расположен так, чтобы позволить жидкому севофлюрану под действием силы тяжести стекать в один из собирающих резервуаров 24А, 24В. Так же, если охлаждаемая ловушка/фракционатор продолжает нагреваться, замерзший водяной пар плавится при температуре выше 0° в верхнем участке 160 и направляется селекторным клапаном 158 в собирающий резервуар для воды 23. С помощью этого способа фторэфиры фракционируются по мере удаления из отработанного анестезирующего газа.
Фигура 13 иллюстрирует низкопоточную систему сбора и переработки отработанного анестезирующего газа 500 в соответствии с альтернативным предпочтительным воплощением настоящего изобретения для применения в госпитальном, хирургическом, зубоврачебном, ветеринарном или другом лечебном учреждении. Система переработки 500 является той же самой, что и ранее описанная система переработки 200 из фигуры 10, за исключением замены расширительного клапана 43 турбиной 44 и включением программируемых собирающих устройств для анестезирующего газа 30А, 30В, 30С, расположенных на/или рядом с участком анестезии 15А, 15В, 15С лечебного учреждения. Как описано в одновременно поданной заявке на патент 11/266,96 Berry, программируемые собирающие устройства для анестезирующего газа 30А, 30В, 30С предпочтительно пневматически соединены внутри индивидуальных колен коллектора 16 рядом со стандартными соединителями для отработанного анестезирующего газа 18А, 18В, 18С. Каждое программируемое собирающее устройство для анестезирующего газа 30А, 30В, 30С включает собирающую камеру 32А, 32В, 32С, выпускной клапан 34А, 34В, 34С для избирательной изоляции всасывания коллектора 16 на соответствующем участке анестезии, когда отработанный анестезирующий газ не вырабатывается, и связанные датчики давления 40А, 40В, 40С, схему, контроли или механизмы для управления выпускным клапаном 34А, 34В, 34С. Собирающие камеры 32А, 32В, 32С могут быть жесткими, гибкими (такими как эластичный мешок) или комбинированными.
Касательно фигуры 13 отработанный анестезирующий газ проходит от вывода аппарата для анестезии 12А, 12В, 12С в камеру 32А, 32В, 32С через 19 мм, 30 мм или сходный стандартный соединитель для отработанного анестезирующего газа 18А, 18В, 18С. Внутри камеры 32А, 32В, 32С имеется датчик давления 40А, 40В, 40С, электрически связанный с управляемым соленоидом выпускным клапаном 34А, 34В, 34С, расположенным на выходной стороне камеры 32А, 32В, 32С. Давление, измеряемое датчиком давления 40А, 40В, 40С, является разницей между давлением в камере 32А, 32В, 32С и внешним (окружающим) давлением воздуха. Если давление внутри камеры 32А, 32В, 32С слегка повышается по отношению к окружающему, повышенное давление обнаруживается датчиком давления 40А, 40В, 40С, который с помощью контрольной схемы вызывает открывание выпускного клапана 34А, 34В, 34С. Открывание клапана 34А, 34В, 34С, пневматически соединяющего камеру 32А, 32В, 32С со средством вакуумирования в коллекторе 16, приводит к быстрому снижению давления в камере 32А, 32В, 32С. Если давление в камере достигает окружающего, датчик 40А, 40В, 40С давления и вызывает закрывание выпускного клапана 34А, 34В, 34С.
Коллектор отработанного анестезирующего газа 16 работает при легком отрицательном давлении, например 5 см, которое генерируется компрессором 42. Таким образом, изоляция коллектора 16 от увлекаемого комнатного воздуха при отсутствии продукции отработанного анестезирующего газа снижает средний поток улавливаемых анестетиков примерно на 90 процентов и, следовательно, снижает необходимую мощность компрессора 42, теплообменника/конденсатора 22, коллектора и другого связанного оборудования. Установлено, что для большого госпиталя, имеющего до 20-30 операционных, скорость потока отработанного анестезирующего газа, составляющая 500-1000 л/мин для системы переработки 10 предшествующего уровня техники из фигуры 1, снижается до 50-100 л/мин для системы переработки 500 из фигуры 13. Далее, низкопоточная улавливающая система обеспечивает более эффективные средства восстановления отработанного анестезирующего газа путем конденсации, поскольку нужно охлаждать меньший объем газа до температур конденсации индивидуальных анестезирующих газов.
От вакуумного коллектора 16 поток собранного отработанного газа проходит через обратный клапан к компрессору 42. Компрессор 42 имеет единственную фазу компрессии для повышения давления отработанного анестезирующего газа из собирающих устройств 30А, 30В, 30С до давления, превышающего атмосферное, для последующей обработки в конденсирующем устройстве 22. После компрессии отработанный анестезирующий газ течет через собирающий сосуд или приемник 26А, который позволяет удалять и отделять из сжатого потока отработанного анестезирующего газа жидкость, конденсированную путем компрессии. Поток сжатого отработанного анестезирующего газа затем охлаждают в многофазном конденсаторе 22 так, чтобы температура закиси азота и других анестезирующих галокарбонов снижалась до точки, при которой пары конденсируются в конденсирующем змеевике 236В (фигура 11) в виде удаляемой жидкости (см. описание в отношении фигуры 11). Альтернативно, однофазная охлаждаемая ловушка/фракционатор 125 (фигура 12) может применяться, чтобы конденсировать и собрать пары в виде инея конденсирующем змеевике 136 (фигура 12) (см. описание по отношению к фигуре 12). Температура и давление, при которых проводится процесс конденсации, контролируют, конденсируются ли компоненты анестезирующих газов в виде удаляемой жидкости или отлагаются в виде инея. Жидкий конденсат анестетиков улавливается в собирающий контейнер 24А, 24В, а жидкий водный конденсат улавливается в собирающий контейнер 23.
Как описано ранее, сжатый отработанный газ предпочтительно вначале пропускается через малую турбину 44 или сходный прибор до высвобождения в атмосферу 46, для того чтобы уловить потенциальную энергию сжатого отработанного газа. Уловленная энергия может быть использована для снабжения энергией компрессора 42 или удовлетворения других потребностей в энергии способа и системы. Снижение давления сжатого передвигаемого потока анестезирующего газа через турбину 44 может вызывать дополнительную конденсацию анестезирующих компонентов. Таким образом, обеспечивается приемник 45 для сбора этого конденсата анестетиков до выброса в атмосферу 46 остатков отработанного газа.
Предпочтительное воплощение автономной системы переработки отработанного анестезирующего газа сконструировано для работы с минимальной зависимостью от инфраструктуры сооружения и снабжения лечебного учреждения. В отличие от других систем, которые требуют жидкого кислорода и/или жидкого азота, поставляемого лечебным учреждением, для конденсации газообразных анестезирующих компонентов, система, описанная здесь, требует только наличия механической или электрической мощности для работы. Далее, представляемая система требует просто атмосферного вентиля для выброса отработанного газа, очищенного от его анестезирующих компонентов, и не требует большой системы обработки отработанного воздуха. Так, предпочтительное воплощение является сравнительно автономным и может быть легко приспособлено для кабинета врача, ветеринарной клиники или зубоврачебного кабинета. [Более того, более обычные системы переработки отработанного анестезирующего газа, такие как те, которые традиционно применяются в госпиталях, являются невыполнимыми в данных случаях по причине излишних размеров и затрат.]
Фигура 14 иллюстрирует теплообменник/конденсатор 222 из предпочтительного воплощения изобретения, который охлаждает и конденсирует компоненты анестезирующего газа из потока отработанного анестезирующего газа посредством противоточного теплообмена и с промежуточным жидким теплоносителем. Жидкий теплоноситель, такой как DuPont Suva 95 или подобный охладитель для ультранизкой температуры, последовательно охлаждается с применением обычного, электрически или механически управляемого охлаждающего устройства 270 перед тем, как возвратиться в теплообменник/конденсатор 222. Применение отдельного охлаждающего устройства 270 для охлаждения жидкого теплоносителя или охладителя устраняет необходимость в жидком азоте и/или жидком кислороде, поставляемом лечебным учреждением.
DuPont Suva 95 является предпочтительным охладителем, поскольку он является индустриальным стандартом для использования в медицинских замораживателях и другого низкотемпературного применения (между -40°С и -101°С), имеет значительно более низкие температуры производительности компрессора, что позволяет повысить надежность системы и долговечность компрессора, и является экологически приемлемым охладителем.
Как показано на фигуре 14, жидкий теплоноситель течет через змеевик 236 теплообменника/конденсатора 222 и испаряется, поглощая тепло из компонентов анестезирующих газов, конденсирующихся на внешней поверхности змеевика 236. Промежуточный жидкий теплоноситель затем охлаждается посредством обычного парокомпрессионного процесса с использованием одной или более фаз охлаждения. Насыщенный (или слегка перегретый) жидкий теплоноситель, теперь, по крайней мере, частично испарившийся, сжимается компрессором 272 до высокого давления. Компрессия заставляет жидкий теплоноситель перегреваться (т.е. достигать большей температуры, чем температура насыщения жидкости при повышенном давлении) на выводе компрессора 272. Перегретая жидкость последовательно охлаждается и конденсируется на теплообменнике/конденсаторе 274 с применением подходящего охладителя, предпочтительно воздуха. Конденсированная жидкость при повышенном давлении затем пропускается через расширительный клапан 276 для понижения давления. В этой точке жидкий теплоноситель, состоящий в основном их жидкого пара с низким массовым паросодержанием, вновь готов поглощать тепло из конденсированных компонентов анестезирующего газа в теплообменнике/конденсаторе 222.
В качестве альтернативы обычным системам охлаждения может применяться криогенное охлаждающее устройство (не показано), чтобы охладить промежуточный жидкий теплоноситель до даже более низких температур (т.е. гораздо ниже -73°С), чем те, которые достигаются обычными системами охлаждения. Чтобы влиять на конденсацию анестезирующих компонентов с очень высокими давлениями пара (т.е. анестетиков, имеющих точку замерзания ниже -73°С), используют криогенно охлаждаемый жидкий теплоноситель для того, чтобы охладить и конденсировать эти анестезирующие компоненты, как описано ранее. Процессы криогенного охлаждения, такие как простой цикл Линда или Джоуля-Томпсона, хорошо известны в предшествующем уровне техники и не будут обсуждаться далее.
Фигура 15 иллюстрирует низкопоточную систему сбора и переработки отработанного анестезирующего газа 300, соответствующую предпочтительному воплощению изобретения для применения в кабинете врача, зубоврачебном кабинете, маленькой клинике для животных или другом лечебном учреждении. Система переработки 300 подобна системе переработки отработанного анестезирующего газа 10 предшествующего уровня техники из фигуры 1, за исключением добавления малой турбины 344, одной или более фаз компрессии, обеспечиваемых компрессором 342, и программируемого собирающего устройства для отработанного анестезирующего газа 330, расположенного на/ или рядом с участком анестезии 315 в лечебном учреждении. Компрессор 342 предпочтительно расположен между программируемым собирающим устройством для отработанного анестезирующего газа 330 и конденсатором 332. Малая турбина 344 предпочтительно расположена между конденсатором 322 и атмосферным вентилем 346.
Как описано в одновременно поданной заявке на патент 11/266,966 Berry, программируемое собирающее устройство для отработанного анестезирующего газа 330 предпочтительно пневматически соединено с собирающим приемным устройством 316 рядом со стандартным соединителем для отработанного анестезирующего газа 318. Программируемое собирающее устройство для газа 330 включает собирающую камеру 332, выпускной клапан 334 для избирательной изоляции всасывания собирающего ввода 316 соответствующего участка анестезии, когда отработанный анестезирующий газ не вырабатывается, и связанный датчик давления 340, схемы, контроли или механизмы для управления вытяжным клапаном 334. Собирающая камера 332 может быть жесткой, гибкой (такой как эластичный мешок) или комбинированной.
Касательно фигуры 15, отработанный анестезирующий газ поступает из выхода аппарата для анестезии 312 в камеру 332 через 19 мм, 30 мм или подобный стандартный соединитель для отработанного анестезирующего газа 318. Внутри камеры 332 имеется чувствительный датчик давления 340, электрически соединенный с управляемым соленоидом выпускным клапаном 334, расположенным на выходной стороне камеры 332. Давление, измеряемое датчиком давления 340, является разницей между давлением в камере 332 и внешним (окружающим) давлением воздуха. Если давление внутри камеры 332 слегка поднимается над окружающим, повышенное давление определяется датчиком давления 340, который контролирует схему, вызывающую открывание выпускного клапана 334. Открывание клапана 334, пневматически соединяющего камеру 332 со средством вакуумирования в собирающем вводе 316, приводит к быстрому снижению давления в камере 332. Как только давление в камере достигает окружающего, датчик 340 определяет падение давления и вызывает закрывание выпускного клапана 334.
Собирающий ввод отработанного анестезирующего газа 316 работает при легком отрицательном давлении, например 5 см, которое создается компрессором 342. Если компрессор 342 не используется в системе 300, необходимо установить вакуумный насос (не показан) между собирающим вводом 316 и атмосферным вентилем 346, для того чтобы создать легкое отрицательное в собирающем вводе 316. Предохранение собирающего ввода 316 от вовлекаемого комнатного воздуха, когда отработанные анестезирующие газы не вырабатываются, снижает средний поток улавливаемых анестетиков приблизительно на 90 процентов, и, следовательно, снижает необходимую мощность компрессора 342, теплообменника/конденсатора 322, труб и другого связанного оборудования (не показано). Установлено, что для большого госпиталя, имеющего до 20-30 операционных, при применении системы переработки 10 из фигуры 1, относящейся к предшествующему уровню техники, можно ожидать скорости потока отработанного анестезирующего газа 500-1000 л/мин. Низкопоточная система улавливания снижает эту скорость потока отработанного анестезирующего газа до 50-100 л/мин. Система 300, показанная на фигуре 15, для применения в маленьких лечебных учреждениях, сконструирована для скорости потока анестезирующего газа 1-20 л/мин. Тем не менее, низкопоточная система улавливания обеспечивает более эффективные средства восстановления отработанного анестезирующего газа путем конденсации при любой скорости потока анестезирующего газа, поскольку должен охлаждаться меньший объем газа до температур конденсации отдельных анестезирующих газов.
Из собирающего ввода 316 поток собранного отработанного газа проходит через обратный клапан 335 к компрессионному устройству 342. В предпочтительном воплощении компрессор 342 подобран по размеру, чтобы сжимать отработанный анестезирующий газ из собирающего устройства 330 до давления, превышающего атмосферное, для последующей обработки в конденсирующем устройстве 322. Предпочтительно давление выше 50 фунтов на кв.дюйм, для того чтобы получить преимущество в сопутствующем повышении эффективности разделения и фракциональной экстракции. Многофазные компрессоры используют, чтобы устранить проблемы, связанные высокими коэффициентами уплотнения, такие как высокие температуры нагнетания и повышенные поломки механизмов. В результате производители компрессоров рекомендуют коэффициент уплотнения не более 10:1, в особенности для низкотемпературного применения. Многофазные компрессоры также могут быть более экономичными, чем однофазные компрессоры, поскольку фазам компрессии, имеющим меньший коэффициент уплотнения, приписывается сопровождающая экономия затрат энергии. Однако компрессор 342 из системы 300 требует только одной фазы компрессии, поскольку ожидается коэффициент уплотнения не более 10:1.
После компрессии отработанный анестезирующий газ течет в собирающий сосуд или приемник 326, который позволяет удалить и отделить от потока сжатого отработанного анестезирующего газа любую жидкость, конденсированную благодаря компрессии. Перед восстановлением анестезирующих компонентов путем конденсации нужно удалить любой водяной пар из потока газа для предотвращения замерзания жидкого водного конденсата в конденсаторе 322. Предпочтительным способом удаления водяного пара из потока отработанного анестезирующего газа является использование первой фазы конденсатора 422А (фигура 16), однако могут применяться альтернативные процессы удаления воды (не показаны), такие как эксикация, адсорбция, фильтрация, полупроницаемые или гидрофобные мембраны и т.д. Эти различные способы осушения газа могут применяться в любой точке до конденсации анестезирующих газов, в том числе до стадии компрессии.
Поток сжатого отработанного анестезирующего газа затем охлаждается в однофазном или многофазном конденсаторе 322 таким образом, что температура закиси азота и других анестезирующих галокарбонов снижается до точки, где пары или конденсируются в конденсирующем змеевике 436В (фигура 16) в виде удаляемой жидкости, или собираются в виде инея на конденсирующем змеевике 536 (фигура 17). Температура и давление, при которых проводится процесс конденсации, контролируют, конденсируются ли компоненты анестезирующего газа в виде удаляемой жидкости, или отлагаются в виде инея. Для системы 300, показанной на фигуре 15, предпочтителен конденсатор 322, по крайней мере, с двумя фазами 422А, 422В (фигура 16). Первая фаза 422А (фигура 16) используется для удаления водяного пара из потока отработанного анестезирующего газа, тогда как последующие фазы 422В (фигура 16) используются для конденсации анестетиков. Жидкие конденсаты анестетиков (нефракционированные) собирают в контейнер 324, а жидкий водный конденсат собирают в контейнер 323, оба контейнера регулярно осушают.
Предназначенный жидкий теплоноситель, который течет через змеевик 436А, 436В, 536 (фигуры 16 и 17) конденсатора 322, используется для того, чтобы охладить и конденсировать компоненты отработанного анестезирующего газа. Жидкий теплоноситель, такой как DuPont Suva 95 или подобный ультранизкотемпературный охладитель, далее охлаждается с применением обычного, снабжаемого электроэнергией охлаждающего устройства 370 перед возвращением в теплообменник/конденсатор 322. Как описано ранее и иллюстрировано на фигуре 14, промежуточный жидкий теплоноситель охлаждается путем обычного парокомпрессионного процесса с использованием одной или более фаз охлаждения. Применение отдельного охлаждающего устройства 370 для охлаждения жидкого теплоносителя или охладителя устраняет необходимость в жидком азоте и/или жидком кислороде, поставляемом лечебным учреждением. Однако жидкий кислород, жидкий азот или подобные охладители, полученные из общего источника этих сжиженных газов, обычно имеющегося в госпитале или другом медицинском, зубоврачебном или ветеринарном учреждении, могут быть использованы вместо назначенного жидкого теплоносителя. Если отработанный анестезирующий газ сжимается выше давления из источника газа учреждения (например, 50 фунтов на кв.дюйм), возможна контаминация общего источника охладителя отработанными анестетиками из-за внутренней утечки, происходящей внутри конденсирующего устройства 322. Таким образом, когда используют жидкий кислород, жидкий азот или подобный охладитель, рекомендуется отдельный источник при давлении отработанного анестезирующего газа выше 50 фунтов на кв.дюйм, для того чтобы устранить риск контаминации общего источника газа лечебного учреждения отработанным анестезирующим газом.
После того как анестезирующие компоненты удалены путем конденсации, оставшийся отработанный газ (в основном состоящий из вовлеченного воздуха) может быть сброшен в атмосферу 346. Наиболее предпочтительно, однако, чтобы сжатый отработанный газ вначале пропускался через малую турбину 344 или подобный прибор до высвобождения в атмосферу 346, для того чтобы уловить потенциальную энергию сжатого отработанного газа. Уловленная энергия может затем быть использована для снабжения энергией компрессора 342 или удовлетворения других потребностей в энергии способа и системы. Дополнительные анестезирующие компоненты в отработанном газе могут также быть конденсированы расширением в турбине 344. Эти анестезирующие конденсаты собирают в приемник 345 до выброса в атмосферу 346 отработанного газа.
Кроме того, до сброса в атмосферу тепловая интеграция охлажденного отработанного газа с потоком, который нужно охладить, может снижать общую охлаждающую пользу способа и системы. Например, компрессия потока отработанного анестезирующего газа вызывает повышение температуры потока газа. Охлажденный поток отработанного газа, предназначенный для сброса 346, может быть использован для охлаждения этого потока сжатого отработанного анестезирующего газа до конденсации, чтобы снизить общую потребность в охлаждении теплообменника/конденсатора 322.
Berry описаны два криогенных способа восстановления летучих галокарбонов из отработанного анестезирующего газа. Во-первых, патент США №6729329, включенный здесь в ссылку, описывает применение жидкого кислорода для конденсации компонентов анестезирующего газа в возвратимый жидкий конденсат. Фигура 16 в целом иллюстрирует систему и способ '329 патента, который модифицирован для приспособления входа потока сжатого отработанного анестезирующего газа, так же как и замены жидкого кислорода на предназначенный жидкий теплоноситель, такой как DuPont Suva 95 или подобный ультранизкотемпературный охладитель. Поскольку температура точки росы типичного потока пара, нагруженного анестетиком, увеличивается при возрастании давления, на первый способ восстановления значительно и выгодно влияет повышенное давление потока отработанного анестезирующего газа.
Обеспечивается конденсирующее устройство 422, которое включает первый и второй конденсаторы 422А и 422В. Выводная линия 421 для охлажденного жидкого теплоносителя от охлаждающего устройства 270 (фигура 14) пневматически соединена с конденсирующим змеевиком 436В второго сосуда 422В. Вывод конденсирующего змеевика 436В пневматически соединен через поточную линию 425 с вводом змеевика 436А первого сосуда 422А. Вывод змеевика 436А пневматически соединен через поточную линию 427 с вводом малого охлаждающего устройства 270 (фигура 14).
Поточная линия 439 соединяет поточную линию для отработанного анестезирующего газа от приемника 326, 626 (фигуры 15 и 18) лечебного учреждения с вводом теплообменника/конденсатора 422. Отработанный анестезирующий газ поступает в теплообменник/конденсатор 422 через поточную линию 439 при температуре, повышенной из-за компрессии. Сжатый отработанный анестезирующий газ поступает к вершине или входу теплообменника/конденсатора 422А и проходит вниз поверх змеевика 436А, где отдает тепло жидкому теплоносителю, текущему противоточно через змеевик 436А. Водяной пар в сжатом отработанном анестезирующем газе конденсируется до жидкой воды при специфической температуре (выше 0°С), которая зависит от давления потока сжатого отработанного анестезирующего газа. Жидкая вода затем стекает под действием силы тяжести в резервуар 423 для хранения и удаления.
Охлажденный сжатый газ рядом с дном сосуда 422А проводится через поточную линию 441 к вершине или входу теплообменника/конденсатора 422В, где он используется при температуре выше 0°С.Охлажденный сжатый газ, поступающий к вершине теплообменника/конденсатора 422В, проходит поверх змеевика 436В, где он отдает тепло жидкому теплоносителю, текущему противоточно через змеевик 436В. Жидкий теплоноситель из поточной линии 421 поступает в змеевик 436В при температуре приблизительно -90°С и покидает змеевик 436В через поточную линию 425 при повышенной температуре. Если необходимо, промежуточный перепускной клапан 437 может быть обеспечен на линии 421, чтобы доводить температуру на линии 425 во вводе змеевика 436А до приблизительно 0°С. Температура сжатого отработанного анестезирующего газа из поточной линии 441 снижается при прохождении поверх змеевика 436В так, что галокарбоны из отработанного газа сжижаются и переходят в собирающий резервуар 424. Остаток отработанного анестезирующего газа, т.е. те компоненты, которые не вредны для атмосферы, предпочтительно пропускается через малую турбину 344 (фигура 15) для улавливания потенциальной энергии сжатого газа. Альтернативно, этот сжатый отработанный газ может быть сброшен в атмосферу через поточную линию 446, пропущен через расширительный клапан 643 (фигура 18) для индукции дополнительной конденсации анестетиков или подвергнут дальнейшей обработке с помощью существующих каталитических техник (не показано).
Во-вторых, одновременно поданная заявка на патент озаглавленная «Система и способ переработки анестезирующего газа» и включенная здесь в ссылку описывает применение объемного процесса фракционирования замораживанием, где температуры отдельных анестезирующих газов снижаются до точки, в которой они конденсируются и собираются в виде инея на охлаждаемых поверхностях охлаждаемой ловушки/фракционатора. Охлаждаемая ловушка/фракционатор периодически проходит цикл через стадию оттаивания, во время которой охлаждаемые поверхности, перемежаемые замерзшими газовыми компонентами, отложившимися из прошедших здесь отработанного анестезирующего газа, мягко нагреваются до последовательного разделения и сбора уловленных компонентов. Фигура 17 в целом иллюстрирует систему и способ одновременно поданной заявки на патент, которая была модифицирована, чтобы приспособить ввод потока сжатого отработанного анестезирующего газа, а также заменить жидкий кислород заданным жидким теплоносителем, таким как Suva95 или сходный ультранизкотемпературный охладитель. Однако поскольку температура точки замерзания типичного потока пара, нагруженного анестетиком, остается относительно постоянной для различных значений давления в системе, на этот второй способ восстановления отработанного анестезирующего газа не оказывает значительного влияния повышение давления потока отработанного анестезирующего газа.
Как показано на фигуре 17, охлаждаемая ловушка/фракционатор или конденсирующее устройство 522 обеспечивается охлаждающим змеевиком 536. Выводная линия 521 для охлаждаемого жидкого теплоносителя из охлаждающего устройства 570 пневматически соединена с конденсирующим змеевиком 536 охлаждаемой ловушки/фракционатора 522. Поток охлажденного жидкого теплоносителя на вводе змеевика 536 контролируется термостатически клапаном 533. Охлажденный жидкий теплоноситель из поточной линии 521 поступает в змеевик 536 при температуре приблизительно -90°С и покидает змеевик 536 при температуре приблизительно 0°С. Вывод змеевика 536 пневматически соединен через поточную линию 527 с вводом малого охлаждающего устройства 570.
Поточная линия 539 соединяет поточные линии для отработанного анестезирующего газа от приемника 326, 626 (фигуры 15 и 18) лечебного учреждения с вводом 531 теплообменника/конденсатора 522. Температура отработанного анестезирующего газа, поступающих в теплообменник/конденсатор 522 через поточную линию 539, является повышенной температурой из-за компрессии. Сжатый отработанный анестезирующий газ поступает к вершине или входу 531 теплообменника/конденсатора 522 и проходит вниз поверх змеевика 536, где отдает тепло жидкому теплоносителю, текущему противоточно через змеевик 536. Отработанный газ покидает змеевик 522 через патрубок 537 и выбрасывается в атмосферу через поточную линию 546.
Это противоточное расположение теплообменника приводит к температурному градиенту, где вершина охлаждаемой ловушки/фракционатора 522 является наиболее теплой, а дно охлаждаемой ловушки/фракционатора 522 является наиболее холодным. Верхний участок 560 охлаждающего змеевика 536 охлаждаемой ловушки/фракционатора 522 охлаждает сжатый отработанный анестезирующий газ до температуры примерно -5°С, чтобы экстрагировать водяной пар в виде инея на змеевике 536. Средний участок 562, 563 охлаждающего змеевика 536 далее охлаждает сжатый отработанный анестезирующий газ до температуры примерно -60°С, что позволяет севофлюрану конденсироваться и затвердеть на змеевике 536. Наконец, нижний участок 564 экстрагирует закись азота путем конденсации и затвердевания при температуре примерно -90°С. Альтернативно, если теплообменник/конденсатор 522 работает под низким давлением (т.е. вакуумным давлением), анестезирующие компоненты могут быть десублимированы/отложены прямо на змеевике 536 без первого перехода в жидкую фазу. Далее, если отработанный анестезирующий газ содержит изофлюран (точка плавления приблизительно -108°С), требуется криогенно охлажденный жидкий теплоноситель или сжиженный газ, такой как жидкий кислород или жидкий азот, чтобы конденсировать и привести в твердое состояние эти анестезирующие компоненты в нижнем участке 564 змеевика 536.
Остаток сжатого отработанного газа, т.е. те компоненты, которые не являются вредными для атмосферы, предпочтительно пропускается через малую турбину 344 (фигура 15) для улавливания потенциальной энергии сжатого газа. Альтернативно, этот сжатый отработанный газ может быть сброшен в атмосферу через поточную линию 546, пропущен через расширительный клапан 643 (фигура 18), чтобы индуцировать дополнительную конденсацию анестетиков, или подвергнут дальнейшей обработке с помощью существующих каталитических техник (не показано).
Охлаждаемая ловушка/фракционатор 522 периодически проходит цикл через процесс оттаивания, чтобы разморозить охлаждающий змеевик 536. Оттаивание змеевика 536 выполняется путем снижения или остановки потока жидкого теплоносителя через термостатический контрольный клапан 533. Это позволяет охлаждаемой ловушке/фракционатору 522 нагреваться до комнатной температуры через теплоперенос от окружения, находящегося при комнатной температуре. В альтернативном воплощении другая жидкость (не показано) может быть направлена через охлаждающий змеевик 536, чтобы достичь контролируемого оттаивания.
Воронкообразный бункер 557 образует нижнюю точку теплообменника/конденсатора 522 и предпочтительно дренируется через 4-ходовой селекторный клапан 558, который, в свою очередь, пневматически соединен с собирающими резервуарами для анестетиков 524А, 524В и собирающим резервуаром для воды 523. Когда температура змеевика 536 возрастает, превышая приблизительно -90°С во время цикла оттаивания, закись азота плавится в нижнем участке 564 охлаждаемой ловушки/фракционатора 522 и собирается в бункер 557. Селекторный клапан 558 противоточно расположен, чтобы позволить жидкой закиси азота под действием силы тяжести собираться в один из собирающих резервуаров 524А, 524В. Когда температура продолжает нагреваться, превышая приблизительно -65°С, севофлюран (точка плавления приблизительно -67°С при атмосферном давлении) плавится в средней части 562, 563 охлаждающего змеевика 536 и собирается в бункер 557. Селекторный клапан 558 противоточно расположен, чтобы позволить жидкому севофлюрану собираться в один из собирающих резервуаров 524А, 524В. Подобным образом, когда охлаждаемая ловушка/фракционатор продолжает нагреваться, замерзший водяной пар плавится при температуре выше 0°С в верхней части 560 и направляется селекторным клапаном 558 в собирающий резервуар для воды 523. С помощью этого способа фторэфиры фракционируются по мере удаления из отработанного анестезирующего газа.
Фигура 18 иллюстрирует систему улавливания и переработки отработанного анестезирующего газа 600 в соответствии с предпочтительным воплощением изобретения для применения в кабинете врача, зубоврачебном кабинете, маленькой клинике для животных или другом лечебном учреждении. Система переработки 600 является подобной ранее описанной системе переработки отработанного анестезирующего газа 300 из фигуры 15, в которой система 600, как система 300, требует только рабочей мощности (не показано), источника потока 615 отработанных анестезирующих газов и атмосферного вентиля 646. Дополнительно, однако, система 600 расположена и сконструирована так, чтобы быть компактным, автономным устройством для облегчения ее помещения в палату пациента поблизости от аппарата для анестезии 612. Предпочтительно система 660 является комплексным устройством 602, которое занимает общий объем приблизительно один кубический фут. Система 600 включает теплообменник/конденсатор 622, который охлаждает и конденсирует компоненты анестезирующего газа из потока отработанного анестезирующего газа через противоточный теплообмен с промежуточным жидким теплоносителем, который охлаждается в малом охлаждающем устройстве 670. По выбору система 600 может включать малый компрессор 642 и приемник 626 и/или расширительный клапан 643 (или малую турбину 344 (фигура 15)) и приемник 645. Дополнительно система 600 может включать низкопоточное устройство для сбора отработанного анестезирующего газа 630.
В предпочтительном воплощении, как показано на фигуре 18, система 600 включает компрессор 642 и приемник 626, так же как и расширительный клапан 643 и приемник 645. Сконструированная для поддержания потока анестезирующего газа 1-20 л/мин, система сбора и переработки отработанного анестезирующего газа 600 подсоединяется через прикрепляемую поточную линию 606 к существующему высокопоточному 615 или наиболее предпочтительно низкопоточному собирающему устройству 630 для отработанного анестезирующего газа. Собирающий ввод для отработанного анестезирующего газа 616 работает при легком отрицательном давлении, например 5 см, генерируемом компрессором 642, который предпочтительно расположен между вводом 616 и теплообменником/конденсатором 622. От собирающего ввода 616 поток собранного отработанного анестезирующего газа проходит через обратный клапан 635 к компрессору 642. Компрессор 642, имеющий одну фазу компрессии, подогнан по размеру, чтобы повышать давление отработанного анестезирующего газа из собирающего устройства 615, 630 до давления выше атмосферного для последующей обработки в конденсаторе 622.
После сжатия отработанный анестезирующий газ течет через собирающий сосуд или приемник 626, что позволяет любой жидкости, конденсируемой благодаря компрессии, быть удаленной и отделенной от потока сжатого отработанного анестезирующего газа. Поток сжатого отработанного анестезирующего газа затем охлаждается в многофазном компрессоре 622, так что температура закиси азота и других анестезирующих галокарбонов снижается до точки, в которой пары конденсируются в конденсирующем змеевике 436В (фигура 16) в виде удаляемой жидкости (см. описание по отношению к фигуре 16). Альтернативно, может применяться однофазный компрессор 522 (фигура 17), чтобы конденсировать и собрать пары в виде инея на конденсирующем змеевике 536 (фигура 17) (см. описание по отношению к фигуре 17). Температура и давление, при которых проводятся процессы конденсации, контролируют, конденсируются ли компоненты анестезирующего газа в виде удаляемой жидкости или отлагаются в виде иней. Для системы 600, показанной на фигуре 18, предпочтителен конденсатор 622, по крайней мере, с двумя фазами 422А, 422В (фигура 16). Первая фаза 422А (фигура 16) используется, чтобы удалить водяной пар из потока отработанного анестезирующего газа, в то время как вторая фаза 422В (фигура 16) используется, чтобы конденсировать анестетики. Жидкие конденсаты анестетиков (нефракционированные) собираются в контейнер малого объема (т.е. 1 литр) 624, а жидкий водный конденсат - в контейнер малого объема 623, оба из которых регулярно осушаются.
Заданный жидкий теплоноситель, который течет через змеевик 436А, 436В, 536 (фигуры 16 и 17) конденсатора 622, используется, чтобы охладить и конденсировать компоненты отработанного анестезирующего газа. Жидкий теплоноситель, такой как DuPont Suva или подобный ультранизкотемпературный охладитель, последовательно охлаждается с использованием обычного, снабжаемого электроэнергией охлаждающего устройства 670 перед возвращением в теплообменник/конденсатор 622. Как ранее описано и иллюстрировано на фигуре 14, промежуточный жидкий теплоноситель охлаждается посредством обычного парокомпрессионного процесса с применением одной или более фаз охлаждения. Применение отдельного охлаждающего устройства 670 для охлаждения жидкого теплоносителя или охладителя устраняет необходимость в жидком азоте и/или жидком кислороде, поставляемом лечебным учреждением. Однако жидкий кислород, жидкий азот или подобный охладитель, полученный из общего источника этих сжиженных газов, обычно имеющегося в госпитале или другом медицинском, зубоврачебном или ветеринарном учреждении, может быть использован вместо назначенного жидкого теплоносителя.
После того как анестезирующие компоненты удалены конденсацией, остаток сжатого отработанного газа (в основном состоящий из вовлеченного воздуха) предпочтительно пропускается через расширительный клапан 643 и приемник 645 до выброса в атмосферу 646. Расширительный клапан 643 доводит сжатый отработанный газ до атмосферного давления и далее охлаждает отработанный газ посредством эффекта Джоуля-Томпсона. Дополнительные анестезирующие компоненты, остающиеся в отработанном газе, могут быть конденсированы за счет адиабатического расширения Джоуля-Томпсона. Эти конденсаты анестетиков собирают в приемник 645 до выброса в атмосферу 646 отработанного газа.
Охлажденный отработанный газ, предназначенный для сброса в атмосферу 646, затем предпочтительно используется для охлаждения потока сжатого отработанного анестезирующего газа из поточной линии 639 в противоточном теплообменнике 680. Это снижает потребность в охлаждении теплообменника/конденсатора 622 и, таким образом, общую рабочую затрату системы 600. Отработанные газы, прошедшие через клапан 643 и нагретые в обменнике 680, пропускаются через присоединяемую поточную линию 637 к вентилю выброса в атмосферу 646 лечебного учреждения.
Краткое изложение сущности изобретения написано исключительно для предоставления Патентному ведомству США и публике в целом, чтобы быстро определить при беглом прочтении природу и сущность технического открытия, и представляет исключительно предпочтительное воплощение и не показывает природу изобретения в целом.
В то время как некоторые воплощения изобретения были иллюстрированы в деталях, изобретение не ограничивается показанными воплощениями, возможны изменения и приспособления вышеуказанного воплощения специалистами в данной области техники. Такие изменения и приспособления соответствуют сущности и объему изобретения, как далее установлено.