ГАЗОВЫЙ СМЕСИТЕЛЬ С ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМ ВЫПУСКОМ СМЕШАННОГО ГАЗА
GAS-MIXER WITH AUXILIARY MIXED GAS OUTLET

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение, в целом, относится к устройству смешивания и управления газами и, более конкретно, к устройству смешивания газов, в частности, предназначенному для подачи смешанного газа в медицинское устройство обеспечения постоянного положительного давления в дыхательных путях (CPAP).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Кислородная терапия используется для лечения пациентов, страдающих широким разнообразием болезней, и для оказания помощи в многочисленных случаях лечения. Одним из наиболее важных аспектов такой терапии является получение смеси кислорода с правильным составом и давлением лечебного газа. Обычная форма кислородной терапии осуществляется с помощью устройства обеспечения постоянного положительного давления в дыхательных путях (CPAP). Специалисты в области кислородной терапии могут подтвердить, что в сочетании с CPAP-терапией используются многочисленные другие вспомогательные терапевтические устройства. К таким вспомогательным устройствам относятся аэрозольные аппараты и мешки для искусственного дыхания.
Медицинский сжатый воздух и кислород смешиваются или перемешиваются, чтобы получить кислородную смесь лечебного или смешанного газа нужного состава и давления. Хотя многие устройства кислородной терапии имеют возможность внутри устройства должным образом смешивать медицинский сжатый воздух и кислород, некоторые устройства такой возможности не имеют и требуют подключения к внешнему газовому смесителю, так чтобы устройство снабжалось заранее смешанным газом. Устройства, обладающие способностью смешивать газы внутри себя, содержат газовый смеситель. Газовый смеситель является устройством, должным образом смешивающим медицинский сжатый воздух и кислород, чтобы получить смешанный газ с точно определенным процентным содержанием кислорода и давлением. Желательно иметь встроенный газовый смеситель, который содержит вспомогательный выпуск смешанного газа, пригодный для подачи смешанного газа в оборудование, не имеющее встроенного смесителя. Наличие в составе такого вспомогательного выпуска смешанного газа устраняет потребность во внешнем газовом смесителе для многих частей оборудования.
В настоящее время лишь ограниченное число коммерчески доступных устройств содержит вспомогательный выпуск смешанного газа, но эти устройства обладают рядом недостатков. Во-первых, считается, что предлагаемые в настоящее время газовые смесители, имеющие вспомогательный выпуск газа, могут подавать смешанный воздух через выпуск для лечения или через вспомогательный выпуск, но не через оба выпуска одновременно. Во-вторых, предлагаемые в настоящее время выпуски газа часто могут обеспечивать подачу смешанного газа при очень низких расходах, тем самым ограничивая типы вспомогательного оборудования, которое может обеспечиваться смешанным газом от вспомогательного газового выпуска.
В технике необходим газовый смеситель, который может обеспечивать подачу смешанного воздуха на лечебный выпуск и на вспомогательный газовый выпуск одновременно. Дополнительно, желателен газовый смеситель, который автоматически регулирует во время использования вспомогательный газовый выпуск, чтобы не влиять на расход смешанного газа на лечебном выпуске. Дополнительно, идеальный газовый смеситель не должен чрезмерно ограничивать расход по вспомогательному газовому выпуску.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В своей наиболее общей конфигурации настоящее изобретение продвигает состояние техники на новый, более высокий уровень с различными новыми возможностями и преодолевает многие из недостатков предшествующих устройств новыми и новаторскими способами. В наиболее общем смысле, настоящее изобретение преодолевает недостатки и ограничения предшествующего состояния техники в его самых разных многочисленных, в целом эффективных конфигурациях. Настоящее изобретение демонстрирует такие возможности и преодолевает многие из недостатков предшествующих способов новыми и новаторскими способами.
Настоящее изобретение является газовым смесителем со вспомогательным выпуском смешанного газа. Газовый смеситель смешивает первичный газ и вторичный газ особым образом, чтобы получить смешанный газ, обладающий несколькими управляемыми характеристиками. Газовый смеситель, соответствующий настоящему изобретению, может встраиваться в устройство обеспечения постоянного положительного давления в дыхательных путях (CPAP). В таком варианте осуществления первичным газом обычно является медицинский сжатый воздух, а вторичным газом - кислород.
Первичный газ поступает в газовый смеситель при давлении источника первичного газа, а вторичный газ поступает в газовый смеситель при давлении источника вторичного газа. Хотя газы могут быть любыми газами и давления источников могут быть любыми давлениями, в отрасли здравоохранения газы чаще всего являются воздухом и кислородом и давления источников обычно составляют 40-66 фунтов/кв. дюйм. Газовый смеситель управляет смешиванием, чтобы создавать смешанный газ, имеющий заданную рабочую точку смеси, обычно выраженную в процентном содержании кислорода, и заданную рабочую точку управления, обычно являющуюся рабочей точкой по давлению или рабочей точкой по расходу.
Газовый смеситель обеспечивает вспомогательный источник смешанного газа при давлении, составляющем, по меньшей мере, пятьдесят процентов любого газа для выборочного использования вспомогательной частью оборудования. Снова со ссылкой на отрасль здравоохранения, чаще всего вспомогательной частью оборудования, использующего смешанный газ при давлении, составляющем, по меньшей мере, пятьдесят процентов от исходного давления, являются аэрозольные аппараты, мешки для искусственного дыхания и прочее.
Газовый смеситель содержит канал впуска первичного газа, канал впуска вторичного газа, устройство смешивания газов, канал распределения смешанного газа со вспомогательным выпуском смешанного газа, газовый датчик, датчик подачи, управляющий клапан подачи смешанного газа, канал отрегулированного смешанного газа и контроллер.
Канал впуска первичного газа имеет впускное отверстие первичного газа для приема первичного газа от внешнего источника и выпуск канала впуска первичного газа. Канал впуска вторичного газа имеет впускное отверстие вторичного газа для приема вторичного газа от внешнего источника, и выпуск канала впуска вторичного газа. Канал распределения смешанного газа имеет вспомогательный выпуск смешанного газа для подачи смешанного газа с заданной рабочей точкой смеси и давлением, составляющим, по меньшей мере, пятьдесят процентов от давления источника первичного газа, для использования вспомогательной частью оборудования. Наконец, канал отрегулированного смешанного газа имеет впуск канала отрегулированного смешанного газа и выпуск канала отрегулированного смешанного газа.
Устройство смешивания газов находится в пневмогидравлическом сообщении с каналом впуска первичного газа, каналом впуска вторичного газа и каналом распределения смешанного газа. Устройство смешивания газов принимает первичный газ через канал впуска первичного газа и принимает вторичный газ через канал впуска вторичного газа. Устройство смешивания газов смешивает первичный газ со вторичным газом в соответствии с сигналом управления смешиванием, чтобы получить смешанный газ с заданной рабочей точкой смеси и давлением, составляющим, по меньшей мере, пятьдесят процентов от давления источника первичного газа.
Заданная рабочая точка смеси является процентным содержанием первичного газа или вторичного газа, которое желательно иметь в смешанном газе. Смешанный газ затем выходит из устройства смешивания газов через канал распределения смешанного газа. Канал распределения смешанного газа согласно настоящему изобретению имеет вспомогательный выпуск смешанного газа для подачи смешанного газа с заданной рабочей точкой смеси и давлением, составляющим, по меньшей мере, пятьдесят процентов давления источника первичного газа, для использования вспомогательной частью оборудования. Эта возможность подавать смешанный газ с давлением, равным, по меньшей мере, пятидесяти процентам давления источника первичного газа и вторичного газа, в то же время обеспечивая подачу смешанного газа через другой выпуск при сниженном давлении или расходе, является значительным преимуществом.
Управляющий клапан подачи смешанного газа находится в пневмогидравлическом сообщении с каналом распределения смешанного газа и каналом отрегулированного смешанного газа. Управляющий клапан подачи смешанного газа принимает поток смешанного газа после устройства смешивания газов и, следовательно, смешанный газ имеет заданную рабочую точку смеси. Управляющий клапан подачи смешанного газа осуществляет регулирование в соответствии с сигналом управления подачей, тем самым поддерживая смешанный газ при заданной рабочей точке управления, в дополнение к уже полученной заданной рабочей точке смеси. Смешанный газ, теперь уже при заданной рабочей точке смеси и при заданной рабочей точке управления, выходит из управляющего клапана подачи смешанного газа через канал смешанного газа.
Газовый датчик находится в пневмогидравлическом сообщении с каналом распределения смешанного газа. Газовый датчик создает сигнал газа, представляющий свойство смешанного газа в канале распределения смешанного газа. Газовый датчик обычно воспринимает количество первого газа или второго газа, содержащееся в смешанном газе. Измеряемое датчиком количество предпочтительно бывает в форме процентного содержания первого газа или второго газа, содержащегося в смешанном газе.
Датчик подачи находится в пневмогидравлическом сообщении с каналом смешанного газа после того, как смешанный газ выходит из управляющего клапана подачи смешанного газа для создания сигнала измерения подачи. В этой точке смешанный газ уже присутствует в желаемой смеси и датчик подачи измеряет давление или расход.
Наконец, контроллер (a) сравнивает заданную рабочую точку смеси и сигнал газа и создает сигнал управления смешиванием, и (b) сравнивает заданную рабочую точку и сигнал подачи газа и создает сигнал управления подачей. Другими словами, контроллер принимает входной сигнал от пользователя или заданную, заранее определенную рабочую точку смеси, а также сигнал газа от газового датчика, сравнивает сигналы и создает корректирующий сигнал или сигнал управления смешиванием, который управляет устройством смешивания газов для обеспечения того, что смешанный газ в канале распределения смешанного газа, в сущности, соответствует количественному соотношению смеси, представленному заданной рабочей точкой смеси. Дополнительно, контроллер принимает входной сигнал от пользователя или заданную, заранее определенную рабочую точку управления, а также сигнал подачи от датчика подачи, сравнивает сигналы и создает корректирующий сигнал или сигнал управления подачей. Сигнал управления подачей управляет управляющим клапаном подачи смешанного газа, чтобы гарантировать, что значение характеристики, обычно давления или расхода смешанного газа в канале отрегулированного смешанного газа, в сущности, равно значению характеристики, обычно давления или расхода, представленному заданной рабочей точкой управления.
Настоящее изобретение может также содержать калибровочный клапан (1500), чтобы управлять тем, какой газ (10, 20, 30) измеряется газовым датчиком (600); продувочный клапан (1600) смешанного газа, находящийся в пневмогидравлическом сообщении с каналом (800) отрегулированного смешанного газа; предохранительный клапан (1700), находящийся в пневмогидравлическом сообщении с каналом (800) отрегулированного смешанного газа; и различные запорные клапаны впусков и выпусков.
Эти вариации, модификации, альтернативы и изменения различных предпочтительных вариантов осуществления, конструкции и конфигурации могут использоваться в одиночку или в комбинации друг с другом, как должно быть достаточно очевидно специалистам в данной области техники из последующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на сопроводительные чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Без ограничения объема настоящего изобретения, как заявлено ниже, и ссылаясь на чертежи:
фиг.1 - схема соединений, соответствующая настоящему изобретению, не в масштабе;
фиг.2 - схема соединений, соответствующая настоящему изобретению, не в масштабе;
фиг.3 - схема соединений, соответствующая настоящему изобретению, не в масштабе;
фиг.4 - схема соединений, соответствующая настоящему изобретению, не в масштабе;
фиг.5 - схема соединений, соответствующая настоящему изобретению, не в масштабе;
фиг.6 - схема соединений, соответствующая настоящему изобретению, не в масштабе;
фиг.7 - схема соединений, соответствующая настоящему изобретению, не в масштабе;
фиг.8 - вид в перспективе настоящего изобретения, не в масштабе;
фиг.9 - вид сборочного узла в разобранном виде с отделенными несколькими компонентами в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 8, не в масштабе;
фиг.10 - вид сборочного узла в разобранном виде с отделенными несколькими компонентами в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 8, не в масштабе;
фиг.11 - вид сверху настоящего изобретения, не в масштабе;
фиг.12 - вид в разрезе настоящего изобретения по линии сечения 12-12 на фиг. 11, не в масштабе;
фиг.13 - вид в разрезе настоящего изобретения по линии сечения 13-13 на фиг. 11, не в масштабе;
фиг.14 - вид в разрезе настоящего изобретения по линии сечения 14-14 на фиг. 11, не в масштабе; и
фиг.15 - вид в разрезе настоящего изобретения по линии сечения 15-15 на фиг. 11, не в масштабе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Газовый смеситель (100) со вспомогательным выпуском смешанного газа в соответствии с настоящим изобретением позволяет получить существенный прогресс в развитии уровня техники. Предпочтительные варианты осуществления устройства позволяют добиться этого новыми и новаторскими конструкциями элементов, выполненными уникальными и новаторскими способами, которые демонстрируют ранее недоступные, но предпочтительные и желательные возможности. Подробное описание, приведенное ниже со ссылкой на чертежи, предназначено быть просто описанием текущих предпочтительных вариантов осуществления изобретения и не предназначено представлять единственную форму, в которой настоящее изобретение может быть сконструировано или использоваться. В описании изложены конструкции, функции, средства и способы осуществления изобретения в сочетании с показанными на чертежах вариантами осуществления. Следует понимать, однако, что те же самые или эквивалентные функции и особенности могут быть осуществлены другими вариантами осуществления, которые также должны считаться попадающими в рамки объема и сущности изобретения.
Со ссылкой, в целом, на фиг.1-15, настоящее изобретение является газовым смесителем (100) со вспомогательным выпуском смешанного газа для смешивания первичного газа (10) и вторичного газа (20) конкретным способом для получения смешанного газа (30), обладающего несколькими управляемыми характеристиками. Первичный газ (10) входит в газовый смеситель (100) при давлении источника первичного газа, а вторичный газ (20) входит в газовый смеситель (100) при давлении источника вторичного газа. Хотя газы (10, 20) могут быть любыми газами и давления источников могут быть любыми давлениями, в отрасли здравоохранения газы (10, 20) наиболее часто бывают воздухом и кислородом, а давления источников наиболее часто лежат в пределах 40-66 фунтов/кв. дюйм (2,75-4,55 бар). Газовый смеситель (100) управляет смешиванием, чтобы получать смешанный газ (30), обладающий заданной рабочей точкой (32) смеси и заданной рабочей точкой (34) управления. Дополнительно, газовый смеситель (100) обеспечивает вспомогательный источник смешанного газа (30) с давлением, составляющим, по меньшей мере, пятьдесят процентов от давления любого из газов (10, 20), для выборочного использования, по меньшей мере, одной вспомогательной частью оборудования. Снова со ссылкой на отрасль здравоохранения, по меньшей мере, одной вспомогательной частью оборудования, которая использует смешанный газ (30) при давлении, составляющем, по меньшей мере, пятьдесят процентов от давления источника, являются, чаще всего, аэрозольные аппараты, мешки для искусственного дыхания или подобное им.
Со ссылкой на фиг.1, газовый смеситель (100) содержит канал (200) впуска первичного газа, канал (300) впуска вторичного газа, устройство (400) смешивания газов, канал (500) распределения смешанного газа с вспомогательным выпуском (510) смешанного газа, газовый датчик (600), датчик (900) подачи, управляющий клапан (700) подачи смешанного газа, канал (800) отрегулированного смешанного газа и контроллер (1000). Каждый из этих элементов будет сначала кратко обсужден, чтобы составить общее представление о соединении различных элементов газовыми соединительными линиями и о том, как функционирует газовый смеситель (100).
Сначала, в отношении каналов (200, 300, 500, 800), показанных на фиг.2, канал (200) впуска первичного газа имеет впускное отверстие (210) первичного газа для приема первичного газа (10) от внешнего источника и выпуск (220) канала впуска первичного газа. Точно так же, канал (300) впуска вторичного газа имеет впускное отверстие (310) вторичного газа для приема вторичного газа (20) от внешнего источника и выпуск (320) канала впуска вторичного газа. Далее, канал (500) распределения смешанного газа имеет вспомогательный выпуск (510) смешанного газа для подачи смешанного газа (30) с заданной рабочей точкой (32) смеси и давлением, составляющим, по меньшей мере, пятьдесят процентов от давления источника первичного газа, для использования вспомогательной частью оборудования. Канал (500) распределения смешанного газа также имеет впуск (520) канала распределения смешанного газа и выпуск (530) канала распределения смешанного газа. Наконец, канал (800) отрегулированного смешанного газа имеет впуск (810) канала отрегулированного смешанного газа и выпуск (820) канала отрегулированного смешанного газа.
Далее, снова обращаясь к фиг.2, устройство (400) смешивания газов находится в пневмогидравлическом сообщении с каналом (200) впуска первичного газа, каналом (300) впуска вторичного газа и с каналом (500) распределения смешанного газа. Устройство (400) смешивания газов принимает первичный газ (10) через канал (200) впуска первичного газа и принимает вторичный газ (20) через канал (300) впуска вторичного газа. Устройство (400) смешивания газов смешивает первичный газ (10) со вторичным газом (20) в соответствии с сигналом (1010) управления смешиванием, чтобы получить смешанный газ (30) с заданной рабочей точкой (32) смеси и давлением, составляющим, по меньшей мере, пятьдесят процентов от давления источника первичного газа, как видно на фиг.3. Заданная рабочая точка (32) смеси является процентным содержанием первичного газа (10) или вторичного газа (20), которое желательно в смешанном газе (30). Смешанный газ (30) затем выходит из устройства (400) смешивания газов через канал (500) распределения смешанного газа. Канал (500) распределения смешанного газа согласно настоящему изобретению имеет вспомогательный выпуск (510) смешанного газа для подачи смешанного газа (30) с заданной рабочей точкой (32) смеси и давлением, составляющим, по меньшей мере, пятьдесят процентов от давления источника первичного газа, для использования вспомогательной частью оборудования. Эта возможность подавать смешанный газ (30) с давлением, составляющим, по меньшей мере, пятьдесят процентов от давления источника первичного газа (10) и вторичного газа (20), в то же время обеспечивая также подачу смешанного газа (30) через другой выпуск при пониженном давлении или расходе, является существенным достижением.
Снова со ссылкой на фиг. 2, управляющий клапан (700) подачи смешанного газа находится в пневмогидравлическом сообщении с каналом (500) распределения смешанного газа и с каналом (800) отрегулированного смешанного газа. Управляющий клапан (700) подачи смешанного газа принимает смешанный газ (30) от устройства (400) смешивания газов и поэтому смешанный газ (30) обладает заданной рабочей точкой (32) смеси. Управляющий клапан (700) подачи смешанного газа осуществляет регулирование в соответствии с сигналом (1020) управления подачей, там самым поддерживая смешанный газ (30) при заданной рабочей точке (34) управления в дополнение к уже полученной заданной рабочей точке (32) смеси. Смешанный газ (30), теперь имеющий заданную рабочую точку (32) смеси и заданную рабочую точку (34) управления, выходит из управляющего клапана (700) подачи смешанного газа через канал (800) отрегулированного смешанного газа.
Теперь, снова со ссылкой на фиг. 3, в отношении датчиков (600, 900), газовый датчик (600) находится в сообщении с каналом (500) распределения смешанного газа. Газовый датчик (600) создает газовый сигнал (610), представляющий свойство смешанного газа (30) в канале (500) распределения смешанного газа. Газовый датчик (600) обычно измеряет количество первого газа (10) или второго газа (20), содержащееся в смешанном газе (30). Определенное датчиком количество предпочтительно выражается в форме процентного содержания первого газа (10) или второго газа (20) в смешанном газе (30). Например, в отрасли здравоохранения, если первым газом (10) является сжатый воздух, а вторым газом (20) является по существу чистый кислород, то обычно желательно определять количество кислорода в смешанном газе (30), часто выражаемое как процентное содержание кислорода в смешанном газе (30).
Датчик (900) подачи находится в пневмогидравлическом сообщении со смешанным газом (30) после того, как смешанный газ проходит управляющий клапан (700) подачи смешанного газа, и служит для получения сигнала (910), представляющего подачу газа. В этой точке смешанный газ (30) уже является желательной смесью и датчик (900) подачи воспринимает давление или расход. Таким образом, датчик подачи может быть датчиком (920) давления или датчиком (930) расхода. Дополнительно, датчик (900) подачи не ограничивается местами, определенными в рамках настоящего изобретения, и может быть включен в газовую соединительную линию смешанного газа (30) значительно дальше после газового смесителя (100). Например, снова обращаясь к отрасли здравоохранения, в вариантах осуществления, использующих настоящее изобретение в устройстве обеспечения постоянного положительного давления в дыхательных путях (CPAP), давление смешанного газа (30) предпочтительно измеряется датчиком (920) давления или датчиком (930) расхода, расположенным около маски лица пациента. В большинстве вариантов осуществления датчик (920) давления измеряет давления ниже 250 см водного столба, а датчик (930) расхода измеряет расходы меньше 20 литров/минуту.
Наконец, контроллер (1000) (a) сравнивает заданную рабочую точку (32) смеси и газовый сигнал (610) и создает сигнал (1010) управления смешиванием, и (b) сравнивает заданную рабочую точку (34) управления и сигнал (910) измерения подачи и создает сигнал (1020) управления подачей. Другими словами, в отношении сигнала (1010) управления смешиванием контроллер (1000) принимает входной сигнал от пользователя или заранее установленную, заданную рабочую точку (32) смеси, а также газовый сигнал (610) от газового датчика (600), сравнивает сигналы и создает корректирующий сигнал или сигнал (1010) управления смешиванием, который регулирует устройство (400) смешивания газов, чтобы обеспечить, что состав смешанного газа (30) в канале (500) распределения смешанного газа, в сущности, равен количественному составу смеси, представленному заданной рабочей точкой (32) смеси. Дополнительно, в отношении сигнала (1020) управления подачей контроллер (1000) принимает входной сигнал от пользователя или заранее установленную, заданную рабочую точку (34) управления, а также сигнал (910) измерения подачи от датчика (900) подачи, сравнивает сигналы и создает корректирующий сигнал или сигнал (1020) управления подачей, который регулирует управляющий клапан (700) подачи, чтобы обеспечить, что значение точки, обычно давления или расхода, смешанного газа (30) в канале (800) отрегулированного смешанного газа, в сущности, равно значению точки, обычно давлению или расходу, представленному заданной рабочей точкой (34) управления.
Устройство (400) смешивания газов может быть любым из устройств управления расходом, которые могут точно измерять количество газа, проходящее через устройство (400), и смешивать первичный газ (10) и вторичный газ (20) с известным максимальным падением давления, чтобы обеспечивать, что смешанный газ (30) в канале (500) распределения смешанного газа находится под давлением, составляющим, по меньшей мере, пятьдесят процентов от давления источника первичного газа (30). В одном варианте осуществления, показанном на фиг. 1, устройство (400) смешивания газов содержит управляющий клапан (410) первичного газа и управляющий клапан (460) вторичного газа. Термин "управляющий клапан", используемый здесь, означает клапан и совместимое с ним устройство привода, способное реагировать на соответствующий сигнал управления, чтобы регулировать или просто направлять поток, как указывается сигналом управления. В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг. 2, управляющий клапан (410) первичного газа является пропорциональным электромагнитным клапаном (420) первичного газа, а управляющий клапан (460) вторичного газа является пропорциональным электромагнитным клапаном (470) вторичного газа. Термин "пропорциональный электромагнитный клапан" здесь означает электромагнитный клапан, способный осуществлять регулирование клапана в диапазоне от полностью открытого состояния до полностью закрытого состояния.
В одном частном варианте осуществления, показанном на фиг. 3 и 4, пропорциональный электромагнитный клапан (420) первичного газа является 2-ходовым пропорциональным электромагнитным клапаном (430) первичного газа, а пропорциональный электромагнитный клапан (470) вторичного газа является 2-ходовым пропорциональным электромагнитным клапаном (480) вторичного газа. Здесь, 2-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (430) первичного газа находится в сообщении с каналом (200) впуска первичного газа и каналом (1100) отрегулированного первичного газа так, что 2-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (430) первичного газа, принявший первичный газ (10) из канала (200) впуска первичного газа, осуществляет его регулирование в соответствии с сигналом (1010) управления смешиванием и выпускает отрегулированный первичный газ (10) в канал (1100) отрегулированного первичного газа, который соединен с каналом (500) распределения смешанного газа. Точно так же, 2-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (480) вторичного газа находится в сообщении с каналом (300) впуска вторичного газа и каналом (1200) отрегулированного вторичного газа так, что 2-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (480) вторичного газа принимает вторичный газ (20) от канала (300) впуска вторичного газа, осуществляет его регулирование в соответствии с сигналом (1010) управления смешиванием и выпускает отрегулированный вторичный газ (20) в канал (1200) отрегулированного вторичного газа, который соединен с каналом (500) распределения смешанного газа. 2-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (430) первичного газа и 2-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (480) вторичного газа работают совместно под управлением сигнала (1010) управления смешиванием, так чтобы смесь отрегулированного первичного газа (10) и отрегулированного вторичного газа (20) в канале (500) распределения смешанного газа соответствовала заданной рабочей точке (32) смеси.
В этом варианте осуществления, введенном в иллюстративный пример применения CPAP, заданная рабочая точка (34) управления часто бывает предпочтительным для лечения давлением между приблизительно 5 см водного столба и приблизительно 10 см водного столба, с давлением источника первого газа (10), являющегося сжатым воздухом, приблизительно 50 фунтов/кв. дюйм (3,45 бар) и давлением источника второго газа (20), являющегося кислородом, приблизительно 50 фунтов/кв. дюйм, когда смешанный газ (30) выходит из вспомогательного выпуска (510) смешанного газа с расходом приблизительно 7 литров/мин, а смешанный газ (30) выходит из канала (800) отрегулированного смешанного газа с расходом приблизительно 8 литров/мин. По мере того как расход смешанного газа (30) по вспомогательному выпуску (510) смешанного газа увеличивается до 15 литров/мин, давление источников газов (10, 20) снижается приблизительно до 41 фунтов/кв. дюйм. Более высокий расход приводит к давлению в канале (500) распределения смешанного газа приблизительно 21 фунтов/кв. дюйм, тогда как более низкий расход создает давление в канале (500) распределения смешанного газа приблизительно 42 фунтов/кв. дюйм. Также, смешанный газ (30) в канале (500) распределения смешанного газа имеет заданную рабочую точку (32) смеси и давление, составляющее, по меньшей мере, пятьдесят процентов от самого низкого давления источника газа. Точно так же, в приведенном выше примере с применением CPAP заданная рабочая точка (34) управления часто бывает предпочтительным для лечения расходом меньше 20 литров/мин.
В альтернативном варианте осуществления, показанном на фиг. 5, пропорциональный электромагнитный клапан (420) первичного газа является 2-ходовым пропорциональным электромагнитным клапаном (430) первичного газа, а пропорциональный электромагнитный клапан (470) вторичного газа является 3-ходовым пропорциональным электромагнитным клапаном (490) вторичного газа. Здесь, 2-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (430) первичного газа находится в сообщении с каналом (200) впуска первичного газа и каналом (1100) отрегулированного первичного газа так, что 2-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (430) первичного газа принимает первичный газ (10) от канала (200) впуска первичного газа и регулирует его в соответствии с сигналом (1010) управления смешиванием, только когда заданная рабочая точка (32) смеси соответствует или выше заданной рабочей точки (36) верхней концентрации. Когда заданная рабочая точка (32) смеси ниже заданной рабочей точки (36) верхней концентрации, 2-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (430) первичного газа полностью открыт. Выпуск 2-ходового пропорционального электромагнитного клапана (430) первичного газа в этом варианте осуществления происходит в канал (1100) отрегулированного первичного газа, который находится в сообщении с 3-ходовым пропорциональным электромагнитным клапаном (490) вторичного газа. Следовательно, 3-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (490) вторичного газа находится в сообщении с каналом (300) впуска вторичного газа, каналом (1100) отрегулированного первичного газа и каналом (500) распределения смешанного газа, так что 3-х ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (430) вторичного газа принимает вторичный газ (20) от канала (300) впуска вторичного газа и принимает первичный газ (10) от канала (1100) отрегулированного первичного газа. 3-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (430) вторичного газа осуществляет регулирование в соответствии с сигналом (1010) управления смешиванием и выпускает газ (30) в канал (500) распределения смешанного газа с заданной рабочей точкой (32) смеси.
В этом варианте осуществления заданная рабочая точка (36) верхней концентрации может быть фактически любой концентрацией первичного газа (10) или вторичного газа (20). Снова со ссылкой на пример из области здравоохранения, в котором первичный газ (10) является сжатым воздухом и вторичный газ (20) является кислородом, заданная рабочая точка (36) верхней концентрации смешанного газа (30), по существу, составляет шестьдесят процентов кислорода. Это значение выбрано таким, поскольку при заданном равном объеме передачи, принимая равными давления источников каждого газа (10, 20) и равные размеры отверстий каждого клапана (410, 460), сжатый воздух с содержанием кислорода 21% и кислород с содержанием кислорода 100% должны смешиваться в равных частях. Здесь, разность в процентном содержании кислорода в первичном газе (10) и вторичном газе (20) составляет приблизительно 80%. Таким образом, при полностью открытом 2-ходовом пропорциональном электромагнитном клапане (430) первичного газа 3-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (490) вторичного газа может регулировать концентрацию полученного смешанного газа (30) в пределах между 21% и приблизительно 60% по объему. Затем, если желательна концентрация кислорода больше 60%, 2-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (430) первичного газа начинает закрываться или уменьшать количество вторичного газа (20), то есть сжатого воздуха, которое поступает к 3-ходовому пропорциональному электромагнитному клапану (490).
Специалист в данной области техники должен признать, что равно возможен вариант осуществления, являющийся точной инверсией вышеописанного варианта осуществления, показанного на фиг.5. В этом инверсном варианте осуществления, показанном на фиг.6, пропорциональный электромагнитный клапан (420) первичного газа является 3-ходовым пропорциональным электромагнитным клапаном (440) первичного газа, а пропорциональный электромагнитный клапан (470) вторичного газа является 2-ходовым пропорциональным электромагнитным клапаном (480) вторичного газа. 2-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (480) вторичного газа газовыми соединительными линиями соединен с каналом (300) впуска вторичного газа и с каналом (1200) отрегулированного вторичного газа. 2-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (480) вторичного газа принимает вторичный газ (20) от канала (300) впуска вторичного газа, осуществляет регулирование в соответствии с сигналом (1010) управления смешиванием, только когда заданная рабочая точка (32) смеси соответствует или выше заданной рабочей точке (36) верхней концентрации, в противном случае, 2-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (480) вторичного газа полностью открыт и выпускает вторичный газ (20) в канал (1200) отрегулированного вторичного газа. Канал (1200) отрегулированного вторичного газа газовой соединительной линией соединен с 3-ходовым пропорциональным электромагнитным клапаном (440) первичного газа. 3-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (440) первичного газа находится в сообщении с каналом (200) впуска первичного газа, каналом (1200) отрегулированного вторичного газа и каналом (500) распределения смешанного газа. 3-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (440) первичного газа принимает первичный газ (10) из канала (200) впуска первичного газа и принимает вторичный газ (20) из канала (1200) отрегулированного вторичного газа. 3-ходовой пропорциональный электромагнитный клапан (440) первичного газа осуществляет регулирование в соответствии с сигналом (1010) управления смешиванием и выпускает смешанный газ (30) в канал (500) распределения смешанного газа с заданной рабочей точкой (32) смеси.
Настоящее изобретение может также содержать калибровочный клапан (1500), чтобы управлять тем, какой газ (10, 20, 30) измеряется газовым датчиком (600), как показано на фиг.5 и 7. Введение калибровочного клапана (1500) позволяет газовому смесителю (100) проверить, что газовый датчик (600) функционирует должным образом. Например, в одном из приведенных выше примеров, относящихся к здравоохранению, газовый датчик (600) является датчиком кислорода. Здесь газовый смеситель (100) соединен с источником 100-процентного кислорода. Поэтому, направляя 100-процентный кислород к газовому датчику (600) через калибровочный клапан (1500), газовый смеситель (100) может проверить газовый датчик (600), чтобы увидеть, создает ли он показание кислорода 100%. Калибровочный клапан (1500) обычно является 3-ходовым 2-позиционным электромагнитным клапаном. Другими словами, калибровочный клапан (1500) имеет два впуска и один выпуск и клапан просто управляет тем, какой впуск перекрывается и какой впуск дает возможность газу свободно проходить к выпуску.
Этот вариант осуществления содержит канал (1300) калибровки вторичного газа, канал (1400) измерения смешанного газа и калибровочный клапан (1500). Канал (1300) калибровки вторичного газа соединен с каналом (300) впуска вторичного газа. Канал (1400) измерения смешанного газа находится в сообщении с каналом (500) распределения смешанного газа. Калибровочный клапан (1500) направляет газовый поток от канала (1300) калибровки вторичного газа или от канала (1400) измерения смешанного газа к газовому датчику (600) по команде сигнала (1030) выполнения калибровки, созданного контроллером (1000). Контроллер (1000) может создавать сигнал (1030) выполнения калибровки при возникновении любых событий. Например, контроллер (1000) может создавать сигнал (1030) выполнения калибровки и, таким образом, проверять газовый датчик (600) при каждом включении газового смесителя (100) или после установленного периода эксплуатации, который может быть часами работы, числом циклов и т.д. Дополнительно, контроллер (1000) может предотвращать работу газового смесителя (100), если газовый сигнал (610), созданный газовым датчиком (600), неточно определяет вторичный газ (20).
Настоящее изобретение может также содержать продувочный клапан (1600) смешанного газа, находящийся в пневмогидравлическом сообщении с каналом (800) отрегулированного смешанного газа, как показано на фиг.7. Продувочный клапан (1600) смешанного газа выпускает смешанный газ (30) из канала 800 отрегулированного смешанного газа в соответствии с сигналом (1040) управления продувкой, создаваемым контроллером (1000). Сигнал (1040) управления продувкой создается путем сравнения заданной рабочей точки (38) продувки смешанного газа с сигналом (910) измерения подачи. Заданная рабочая точка (38) продувки смешанного газа, по существу, является предохранительной установкой по превышению давления. Снова со ссылкой на применение CPAP, заданная рабочая точка (38) продувки смешанного газа обычно составляет примерно 12 см водяного столба. В одном варианте осуществления продувочный клапан (1600) смешанного газа является 2-ходовым электромагнитным клапаном, который просто открывается, когда датчик (900) подачи определяет, что давление в канале (800) отрегулированного смешанного газа больше, чем заданная рабочая точка (38) продувки смешанного газа, тем самым выпуская смешанный газ (30) из канала (800) отрегулированного смешанного газа, и просто закрывается, когда давление в канале (800) отрегулированного смешанного газа падает ниже заданной рабочей точки (38) продувки смешанного газа.
Настоящее изобретение может дополнительно содержать предохранительный клапан (1700), находящийся в сообщении с каналом (800) отрегулированного смешанного газа. Предохранительный клапан (1700) сбрасывает смешанный газ (30) в канале (800) отрегулированного смешанного газа, если давление смешанного газа (30) в канале (800) отрегулированного смешанного газа превышает заданную рабочую точку (40) сброса смешанного газа. Заданная рабочая точка (40) сброса смешанного газа обычно значительно выше, чем заданная рабочая точка (38) продувки смешанного газа. Фактически, в примере с применением CPAP, используемом по всему этому разделу, заданная рабочая точка (40) сброса смешанного газа составляет приблизительно 210 см водяного столба. В этом варианте осуществления предохранительный клапан (1700) является автоматическим механическим предохранительным клапаном.
Специалисты в данной области техники должны принять во внимание, что различные впуски и выпуски газового смесителя (100) могут содержать запорные клапаны, чтобы ограничивать поток газа в конкретном направлении. Такие запорные клапаны могут устанавливаться в газовой соединительной линии с различными впусками и выпусками и не входить в состав газового смесителя (100) или же запорные клапаны могут быть частью газового смесителя (100). Поэтому один вариант осуществления смесителя газа (100) содержит запорный газовый клапан (230) в канале (200) впуска первичного газа, запорный газовый клапан (330) в канале (300) впуска вторичного газа и вспомогательный запорный клапан (512) выпуска смешанного газа на вспомогательном выпуске (510) смешанного газа, как показано на фиг. 7. Дополнительно, специалисты в данной области техники должны принять во внимание, что в газовый смеситель (100) могут быть встроены многочисленные фильтры, такие как фильтр (240) первичного газа и фильтр (340) вторичного газа, также показанные на фиг. 7. Фильтры (240, 340) обычно являются 5-50-микронными фильтрами и могут содержать водоотделитель, особенно на стороне первичного газа (10) газового смесителя (100), когда первичный газ (10) является сжатым воздухом.
Один частный вариант осуществления показан на фиг.8-15. Эти чертежи, в целом, соответствуют схеме соединений, показанной на фиг.7. На газовом смесителе (100), показанном на фиг.8, видны места расположения различных клапанов этого варианта осуществления, а именно запорный клапан (410) первичного газа, запорный клапан (460) вторичного газа, запорный клапан (700) подачи смешанного газа, калибровочный клапан (1500) и продувочный клапан (1600) смешанного газа. Вспомогательный выпуск (510) смешанного газа также виден на фиг.8. Газовый смеситель (100), показанный на фиг.8, показан в сборе на фиг.9. Канал (800) отрегулированного смешанного газа и, таким образом, выпуск (820) канала отрегулированного смешанного газа, который обычно считается выпуском, который обслуживает пациента, выходит из газового смесителя (100) снизу, как видно на фиг. 9 и 13. Два впускных соединения, а именно впускное отверстие (210) первичного газа (210) и впускное отверстие (310) вторичного газа, лучше видны на фиг. 10, как и газовый датчик (600).
Газовые каналы, соответствующие настоящему варианту осуществления, лучше видны на виде сверху на фиг.11 и на сопутствующих сечениях, показанных на фиг.12-15. Например, можно проследить путь прохождения потока первичного газа (10), наблюдая впускное отверстие (210) первичного газа на фиг.11 и обращаясь к сечению, показанному на фиг.14, выполненному по линии сечения 14-14 на фиг.11. Первичный газ (10) входит во впускное отверстие (210) первичного газа и затем направляется через фильтр (240) первичного газа, не видимый на фиг.11-15, но видимый на фиг.8 и 10. Первичный газ (10) затем направляется в камеру, которая содержит запорный клапан (230) первичного газа, не показанный для ясности, и выходит из основного корпуса газового смесителя (100), чтобы попасть к запорному клапану (410) первичного газа, показанному схематично на фиг.14 и 15. Первичный газ (10) затем направляется обратно в основной корпус газового смесителя (100) через канал (1100) отрегулированного первичного газа, показанный на фиг.15, который соединен с каналом (500) распределения смешанного газа. Канал (500) распределения смешанного газа проходит почти по всей длине газового смесителя (100), как показано на фиг.11, и имеет сечение, показанное на фиг.15, по линии сечения 15-15, проходящей посредине канала (500).
Дополнительно, можно также проследить путь прохождения потока вторичного газа (20), обратившись сначала к фиг.11. Вторичный газ (20) входит в газовый смеситель (100) через впускное отверстие (310) вторичного газа и проходит через канал (300) впуска вторичного газа, который соединен с камерой, содержащей запорный клапан (330) вторичного газа, не показанный для ясности. Хотя для канала (300) вторичного газа не показано сечение, как сечение 14-14 канала (200) впуска первичного газа, путь прохождения приблизительно тот же самый, за исключением того, что канал (300) впуска вторичного газа не содержит большого фильтра водоотделителя, показанного в канале (200) впуска первичного газа, потому что в этой конструкции вторичным газом (20) является кислород, который был предварительно отфильтрован. Подобно пути прохождения первичного газа (10) вторичный газ (20) выходит из основного корпуса газового смесителя (100) сверху, чтобы войти в запорный клапан (460) вторичного газа, видимый на фиг.8. Вторичный газ (20) затем возвращается в основной корпус газового смесителя (100) через канал (1200) отрегулированного вторичного газа, как видно на фиг. 15, который соединен с каналом (500) распределения смешанного газа.
Смешанный газ (30) затем проходит вниз по каналу (500) распределения смешанного газа, пока не достигнет точки линии сечения 13-13 на фиг.11. Линия сечения 13-13 является точкой, в которой клапан (700) подачи газа соединен с каналом (500) распределения смешанного газа, как видно на фиг. 13. Смешанный газ (30) выходит из основного корпуса газового смесителя (100), проходит через клапан (700) подачи смешанного газа и возвращается в основной корпус газового смесителя (100) через канал 800 отрегулированного смешанного газа, также видимый на фиг. 13. Смешанный газ (30) теперь с заданной рабочей точкой (32) смеси и с заданной рабочей точкой управления выходит из газового смесителя (100) снизу.
Снова со ссылкой на фиг.11, канал (500) распределения смешанного газа выходит за линию сечения 13-13 к вспомогательному выпуску (510) смешанного газа, показанному сбоку на фиг. 9 и схематично на фиг. 15. Вдоль пути прохождения смешанного газа (30) по каналу (500) распределения смешанного газа к запорному клапану (700) подачи газа на линии сечения 13-13 смешанный газ (30) проходит линию сечения 12-12, которая является точкой, в которой калибровочный клапан (1500) соединен с каналом (500) распределения смешанного газа. Калибровочный клапан (1500) отбирает смешанный газ (30) из канала (500) распределения смешанного газа через канал (1400) измерения смешанного газа и отбирает вторичный газ (20) из канала (300) впуска вторичного газа через калибровочный канал (1300) вторичного газа, как показано на фиг. 12. Выпуск калибровочного клапана (1500) затем направляется на газовый датчик (600).
Дополнительно, смешанный газ (30) проходит через место расположения продувочного клапана (1600) смешанного газа по пути из канала (800) отрегулированного смешанного газа, как показано на фиг. 13. Продувочный клапан (1600) смешанного газа виден спереди газового смесителя (100) на фиг. 8, и место соединения с каналом (800) отрегулированного смешанного газа видно на фиг. 13.
Многочисленные изменения, модификации и вариации предпочтительных вариантов осуществления, раскрытых здесь, будут очевидны специалистам в данной области техники и все они принимаются во внимание и считаются попадающими в пределы сущности и объема настоящего изобретения. Например, хотя конкретные варианты осуществления были описаны здесь подробно, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что предшествующие варианты осуществления и вариации могут быть изменены, чтобы содержать другие типы заменяющих и/или дополнительных или альтернативных материалов, относительное расположение элементов и размерные конфигурации. Соответственно, несмотря на то, что здесь описаны только несколько вариаций настоящего изобретения, следует понимать, что практическое воплощение таких дополнительных модификаций и вариаций и их эквивалентов находится в пределах сущности и объема изобретения, определенных в последующей формуле изобретения.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Газовый смеситель с вспомогательным выпуском смешанного газа отвечает давно ощущавшейся потребности в газовом смесителе для устройства обеспечения постоянного положительного давления в дыхательных путях (CPAP), способного обеспечивать подачу смешанного газа для внешнего, не относящегося к CPAP, оборудования. Введение вспомогательного выпуска источника смешанного газа, способного обеспечивать подачу смешанного газа на вспомогательное оборудование при относительно высоком расходе и давлении, значительно большем, чем конечное управляемое давление смешанного газа, позволяет исключить внешние газовые смесители, обычно требующиеся для вспомогательного оборудования, такого как аэрозольные аппараты или мешки для искусственного дыхания.