ИНГАЛЯТОР

Полезная модель относится к устройствам для воздействия на дыхательную систему пациента с помощью газов.
В медицинской практике ингаляторы используются для подачи распыленных лекарственных средств в дыхательную систему пациента.
В настоящее время предлагаются водородные дыхательные аппараты, вырабатывающие водород методом электролиза воды. Обоснованием использования водорода в лечебных целях японские и китайские ученые считают выведение из организма свободных радикалов (нестабильных форм кислорода) посредством реагирования свободных радикалов с вдыхаемым водородом и выделения образующейся воды. Такими аппаратами являются предлагаемые на рынке японские изделия La Briller Elan, Н2 Aroma Generator Dr. Shuto, корейский дыхательный аппарат PREMIUM-3.
Технические решения представлены в опубликованных патентах Японии, Китая, США, России и международных заявках на выдачу патентов. Общим признаком этих технических решений является способ получения водорода путем воздействия металла на воду.
Известен терапевтический водородный аппарат по патенту CN 109224237, 2018 г., содержащий корпус, в котором размещены ячейки электролиза с водой, система мониторинга безопасности, охлаждающее устройство, насос для подачи воды и устройства для очистки и увлажнения газа. Аппарат конструктивно сложен и предназначен для использования в медицинском учреждении под наблюдением специалиста.
Такое же сложное устройство для получения газовой смеси водорода с распыленным газом представлено в патенте России №2701736, 2018 г. (приоритет 14.10.2015, Китай).
В заявках на выдачу патентов WO2018047889 и WO2018151286 (Яп. пат. №6530151) представлен аппарат для водородной ингаляции, в котором кроме электролизной ячейки содержится устройство управления блоком питания.
В патенте США №9623204, 2017 г. (приоритет 2013 г.) представлено электролизное устройство для получения водорода из воды. Кроме электролизной ячейки, в нем предусмотрена емкость для ограниченного объема получаемого газа, модуль ограничения ионного потока в виде разделительной перегородки из металлической сетки, устройство контроля температуры электролита и подключаемый источник постоянного электрического тока.
Все перечисленные аппараты не только сложны конструктивно и трудны в использовании, но и очень дороги.
Более простая конструкция переносного электролитического ингалятора представлена в патенте CN 110408948, 2019 г., и принята в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Это устройство содержит корпус резервуара и электролитический модуль, размещенный в нижней части корпуса. Блок электропитания установлен под резервуаром и включает в себя аккумулятор и блок управления, содержащий схему зарядки аккумулятора, переключатели, выходной разъем и индикатор тока. Электролитический модуль содержит анод с сеткой из никеля или никелированного сплава, катод с решеткой из сплава титан-платина. В качестве электролита используется щелочной водный раствор гидроксида калия или гидроксида натрия. В верхней части корпуса предусмотрены отверстие для впрыска воды и патрубок для выхода газовой смеси. В ингаляторе используется модуль для очистки газов, содержащий каталитический слой активного керамзита и водонепроницаемую мембрану. Этот модуль, помимо очистки газов водорода и кислорода от следов электролита, генерирует отрицательные ионы кислорода.
При всей простоте конструкции ингалятора нельзя утверждать, что устройство доступно по цене для пользователя, учитывая стоимость используемых материалов. Кроме того, в материалах патента не указано соотношение объема резервуара и объема, занятого электролитом, то есть неизвестен допустимый объем газа в свободном пространстве резервуара, что не гарантирует безопасность для пользователя.
Перед автором заявляемой полезной модели стояла задача создания устройства, простого по конструкции, удобного и безопасного в использовании и доступного по цене.
Поставленная задача была решена следующим образом.
Ингалятор содержит герметичный корпус с электролитом, анод и катод, погруженные в электролит, и электрический блок питания. В качестве электролита использована вода. Корпус выполнен в виде полого закрытого цилиндра с патрубком. В полости корпуса размещен шток, имеющий в сечении форму креста по всей длине. Анод выполнен из нержавеющей стальной проволоки, и катод выполнен из обожженной стальной проволоки. Проволоки анода и катода намотаны на шток в виде двух чередующихся спиралей с постоянным зазором между витками. Первые концы проволок закреплены на верхней части штока, а вторые концы проволок выведены на клеммы электрического разъема, закрепленного на корпусе. Корпус заполнен очищенной от примесей водой на 99% объема корпуса. Кроме того, корпус и шток выполнены из нейтрального прозрачного материала - полипропилена. Подключаемый к электрическому разъему блок питания является низковольтным источником постоянного электрического тока.
Сущность заявляемого технического решения состоит в активации металла, пассивированного оксидной пленкой, в воде при пропускании постоянного электрического тока. Оксидную пленку на катоде получают в результате обжига стальной проволоки.
Технический эффект полезной модели состоит в простоте конструкции и доступности используемых материалов - чистой воды, стальной проволоки и стандартного блока питания. Кроме того, устройство компактно и безопасно благодаря малому объему газа и может быть использовано в любом помещении при наличии стандартной электросети.
Техническое решение поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства.
На фиг. 2 показан схематически шток с намотанными по спирали проволоками анода (красный) и катода (синий).
На фиг. 3 показан вид сверху штока с намотанными проволоками. На чертежах обозначены:
1 - корпус устройства
2 - шток
3 - анод
4 - катод
5 - электрический разъем
6 - уплотнительный диск
7 - патрубок
8 - вода
9 - емкость для газа
Конкретная реализация заявленного устройства состояла в следующем.
В качестве корпуса 1 устройства был использован медицинский шприц вместимостью 150 мл, изготовленный из полипропилена. С поршня шприца был удален уплотнительный диск, а на ребрах штока 2 были нанесены насечки по всей высоте с зазором 2 мм для укладки проволок анода 3 и катода 4. Три тонких проволоки (диаметр 0,5 мм) из нержавеющей стали марки AISI 304 были скручены вместе и получена скрутка длиной 1,25 м для анода 3. Для катода 4 была таким же образом изготовлена скрутка из трех проволок той же марки длиной 1,25 м и подвергнута обжигу на газовой горелке: обжиг позволил получить равномерную оксидную пленку на поверхности стальной скрутки. Первые концы изготовленных скруток закреплялись на верхней части штока 2. Затем скрутки поочередно навивались на ребра штока 2 по нанесенным ранее насечкам так, чтобы скрутка анода 3 чередовалась со скруткой катода 4, при этом между соседними витками сохранялся постоянный зазор 2 мм, а шаг навивки каждой спирали составлял 4 мм. Всего было сделано по 12 витков каждой спирали, по высоте это равнялось примерно 65 мм. После этого шток 2 был вставлен в корпус 1 и вторые концы скруток анода 3 и катода 4 выведены на клеммы электрического разъема 5 (плюс и минус соответственно). Разъем 5 закреплен на корпусе 1. Далее корпус 1 снизу плотно закрывался уплотнительным диском 6 и через патрубок 7 заполнялся водой 8 на 98-99% объема корпуса 1 так, чтобы оставалось небольшое свободное пространство 9 под верхней крышкой корпуса 1 для газовой смеси. К патрубку 7 присоединялась отводная трубка, а именно назальная канюля.
Собранное устройство устанавливалось вертикально на поверхности стола, и к разъему подключался блок питания (не показан).
Были проведены испытания устройства с целью определения оптимального режима работы при использовании воды различного качества.
Получены следующие результаты.
При использовании обычной водопроводной воды процесс выделения газов протекал очень интенсивно и быстро (3-5 мин.), на внутренней поверхности корпуса возникал налет, вода становилась мутной, и через 15 минут корпус значительно нагревался.
При использовании очищенной фильтром или бутилированной воды процесс был менее интенсивным, вода становилось мутной через 15-20 минут, и корпус нагревался незначительно через 25-30 минут.
При использовании дистиллированной воды процесс выделения газовой смеси был спокойным, вода оставалась прозрачной и не нагревалась в течение 40 минут.
Из практики известно, что терапевтические процедуры проводятся с постепенным увеличением длительности. Поэтому можно сделать вывод, что предпочтительно применение в таком ингаляторе очищенной или дистиллированной воды.
Кроме того, выяснилось, что процесс выделения газовой смеси происходит более спокойно при подключении блока питания с напряжением 12 В и током 1А, чем блока питания с напряжением 9В и током 3А.
Таким образом, заявленная полезная модель ингалятора является работоспособной и пригодной для использования в терапевтической практике.
Технический результат состоит в осуществлении получения газовой смеси для дыхания посредством очень простой конструкции ингалятора, отличающегося удобством в пользовании, безопасностью и доступностью по цене.