ИСПАРИТЕЛЬ АНЕСТЕТИКОВ
ANAESTHETIC EVAPORATOR

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к испарителям анестетиков и аппаратам ингаляционного наркоза (ИН). Испаритель насыщает поток газа-носителя (атмосферный воздух или сжатые медицинские газы) парами анестетика, после чего сформированную парогазовую смесь подают пациенту.
Известны различные конструкции испарителей (патенты РФ №№2436600, 2329832, 2329069, 2178314, 2000817, 1810061; патенты США №№6526297, 6816669).
Испаритель по патенту РФ №2436600 содержит газораспределитель с термокомпенсатором и теплообменником, камеру анестетика с набором испарительных элементов из капилляроактивного материала и термостабилизатор с жидким парафином. Однако дополнительные составляющие (теплообменник на входе и термостабилизатор с парафином) увеличивают массу и гидромеханическое сопротивление испарителя, что затрудняет его использование в чрезвычайных ситуациях и отдаленных регионах при отсутствии сжатого кислорода.
Испаритель по патенту РФ №2329069 («МИНИВАП-20») является наиболее близким по технической сущности и выбран в качестве прототипа патентуемого изобретения. Он содержит камеру анестетика с набором вертикально расположенных испарительных элементов из капилляроактивного материала и расположенный внутри нее газораспределитель в виде поворотного трубчатого золотника со шкалой концентраций, щелевыми каналами напротив входных и выходных отверстий камеры и размещенного внутри него сильфона с продольно перемещаемыми обтекателем на входе и конусом на выходе. Два ряда испарительных элементов расположены по обе стороны корпуса трубчатого золотника и разделяют камеру анестетика на входной и выходной отсеки.
Испаритель отличается минимальными размерами (меньше полкило), низким сопротивлением дыханию (порядка 100 Па) и стабильностью дозирования при низких и средних газотоках и концентрациях.
Однако производительность по анестетику этого мини-испарителя ограничена, с одной стороны, минимальными размерами и теплоемкостью камеры анестетика, с другой стороны, недостаточной относительной подачей газа в нее посредством газораспределителя. Так, при повороте трубчатого золотника со шкалой концентраций от нуля до максимума уменьшается сопротивление камеры анестетика (проходное сечение щелевых каналов увеличивается, а длина уменьшается), но сопротивление байпаса (параллельного камере) остается постоянным и при ограниченном общем сопротивлении испарителя относительный поток газа в камеру на превышает 15-20% от общего газотока.
Кроме того, испарительная поверхность внутренних стенок входного и выходного отсеков камеры анестетика практически выключена из массообменного процесса, так как расположена в стороне от траектории потоков газа. Все это ограничивает производительность испарителя по анестетику, которая пропорциональна произведению концентрации анестетика на газоток.
Настоящее изобретение решает задачу повышения стабильности дозирования анестетика при больших газотоках и концентрациях.
Решение поставленной задачи достигается совокупностью новых схемотехнических и конструктивных решений, реализованных в патентуемом испарителе.
Испаритель анестетиков аналогичный конструкции по патенту №2329832, содержащий камеру с набором вертикально расположенных испарительных элементов из капилляроактивного материала и расположенный внутри нее газораспределитель в виде поворотного трубчатого золотника со шкалой концентраций, щелевыми каналами на его наружной поверхности напротив входных и выходных отверстий камеры и размещенного внутри него сильфона с продольно перемещаемыми обтекателем на входе и конусом на выходе, согласно настоящему изобретению, он снабжен дополнительным золотником в виде конфузора, выполненного по форме конуса сильфона и установленного с возможностью продольного перемещения в зависимости от угла поворота трубчатого золотника и регулировки кольцевого зазора между конфузором и конусом, обеспечивающей стабильное гидромеханическое сопротивление испарителя.
Изобретением предусмотрено, что камера снабжена экранами в виде пластинчатых арок, покрытых внутри и снаружи капилляроактивным материалом и установленных с зазором над корпусом трубчатого золотника и на расстоянии от внутренних стенок камеры.
При этом сопрягаемые поверхности трубчатого и дополнительного золотников выполнены в виде резьбовой пары, шаг которой выбран исходя из угла раскрытия конуса сильфона и параметров щелевых каналов при максимальном расходе газа. Предусмотрено, что капилляроактивный материал выполнен в виде мелкоячеистой сетки или пористых пластин, соединенных с каркасом испарительных элементов вертикальными швами.
Медико-технический результат патентуемого изобретения заключается в следующем:
- повышается максимальная концентрация анестетика (включая севофлюран до 6 об. %) при максимальных расходах газа во время индукции пациентов и соответственно сокращается время и уменьшается вероятность возможных осложнений этой наиболее ответственной фазы анестезии;
- сохраняется минимальная масса и габариты изделия;
- обеспечивается удобное размещение ингаляционной аппаратуры вблизи пациента благодаря миниатюрности испарителя;
- обеспечивается качественная анестезия даже при отсутствии источников сжатого кислорода высокого давления, благодаря относительно низкому сопротивлению испарителя.
Сущность изобретения поясняется описанием примера конструктивной реализации патентуемого испарителя и чертежами, на которых представлены осевое - рис.1 и поперечное - рис.2 сечения испарителя.
Испаритель анестетиков содержит камеру 1 с набором вертикально расположенных испарительных элементов 2, 3 из капилляроактивного материала 4 и горизонтально расположенный внутри нее газораспределитель в виде поворотного трубчатого золотника 5 со шкалой 6 концентраций, щелевыми каналами 7, 8 на его наружной поверхности напротив входных 9 и выходных 10 отверстий камеры 1 и размещенного внутри него сильфона 11 с продольно перемещаемыми обтекателем 12 на входе 13 и конусом 14 на выходе 15.
Испаритель снабжен дополнительным золотником 16 в виде конфузора 17, выполненного по форме конуса 14 сильфона 11 и установленного с возможностью продольного перемещения в зависимости от угла поворота трубчатого золотника 5 и регулировки кольцевого зазора между ними, обеспечивающей стабильное гидромеханическое сопротивление испарителя ламинарному потоку газа. Камера 1 снабжена входным 19 и выходным 20 арочными коробами с боковыми стенками и торцевой перегородкой, покрытыми внутри и снаружи капилляроактивным материалом 4, установленными на расстоянии от корпуса 21 трубчатого золотника 5 и сообщенными через торцевые зазоры 22, 23 со стороны внутренних стенок камеры 1 с набором испарительных элементов 2, 3.
Сопрягаемые поверхности трубчатого 5 и дополнительного 16 золотников выполнены в виде резьбовой пары 24 (левая резьба), преобразующей поворот шкалы 6 против часовой стрелки от 0 до максимума в поступательное перемещение конфузора 17 относительно конуса 14. При этом шаг резьбы подбирают исходя из угла раскрытия конуса 14 (конфузора 17) и параметров (длины, ширины и высоты) щелевых каналов 7, 8 на линий камеры 1 и параллельного кольцевого канала 18 так, чтобы гидромеханическое сопротивление испарителя оставалось постоянным при максимальном расходе газа.
Капилляроактивный материал 4 выполнен в виде мелкоячеистой сетки (размер ячейки порядка 50 мкм, диаметр нержавеющей или латунной проволоки порядка 30 мкм) или пористых нержавеющих пластин (размер пор порядка 10 мкм), соединенных с медным каркасом испарительных элементов 2 и 3, коробов 19, 20 и внутренними стенками камеры 1 вертикальными швами 25 (шаг 5-10 мм) с образованием оптимального зазора порядка 0,1 мм для максимальной подачи жидкого анестетика к поверхности испарения. Швы могут быть выполнены механическим путем (заклепки или проволочные скрепки), с помощью конденсационной сварки или пайки.
Испаритель анестетиков работает следующим образом.
ан
Поток газа-носителя (кислород + закись азота, или кислород + ксенон, или атмосферный воздух) поступает в испаритель, а затем делится на две части соответственно требуемой концентрации анестетика, которая обеспечивается заданным соотношением проходных сечений щелевых каналов 7, 8 на линий камеры 1 и параллельного кольцевого канала 18. Первая часть газа поступает через щелевые каналы 7 и входные отверстия 9 в короб 19, испаряет с его внутренних стенок жидкий анестетик, проходит во входной отсек камеры 1, растекается по параллельным каналам между испарительными элементами 2, 3 (основная массообменная зона) и через выходной отсек поступает в короб 20, где насыщается до равновесной концентрации р/p (десятки об.%). Затем через щелевые каналы 8 золотника 5 поступает на выход 15 испарителя, где разбавляется до требуемой клинической концентрации второй частью газа, проходящего в обход испарительной камеры 1 через кольцевой канал 18 между конусом 14 и конфузором 17.
При максимальном расходе через камеру 1 газ, на выходе из короба 19, перпендикулярно ударяется в испарительную поверхность внутренней стенки и омывает ее, обеспечивая максимальную массоотдачу.
Жидкий анестетик поступает к поверхностям испарения через пристеночные щелевые зазоры каркаса (более 95% общего расхода) и капилляры материала 4 за счет сил поверхностного натяжения анестетика. При этом вертикальные швы 25 обеспечивают плотное прилегание капилляроактивного материала 4 к «теплому» каркасу испарительных элементов, обеспечивая максимальную подачу жидкого анестетика к поверхности испарения.
Таким образом, предлагаемый испаритель обеспечивает стабильное дозирование современных анестетиков (изофлюрана, или фторотана-галотана, или энфлюрана, или севофлюрана) в широких диапазонах постоянных и пульсирующих потоков газа от 0,5 до 10 л/мин, температур от 5 до 35°C и давлений окружающей среды благодаря оптимальному использованию ограниченного сопротивления дыханию (до 100 Па) и испарительных поверхностей камеры 1. При этом диапазон концентраций анестетика увеличен в 1,5-2 раза благодаря:
- увеличению относительного потока газа в камеру 1 за счет перемещения дополнительного золотника 16 при повороте шкалы 6, обеспечивающего стабильное гидромеханическое сопротивление ламинарному потоку газа;
- повышению коэффициентов массообмена вследствие направленного обдува испарительных элементов с помощью арочных коробов 19, 20;
- максимальной подаче жидкого анестетика к поверхности испарения через двухслойные испарительные элементы, соединенные вертикальными швами 25.
Испаритель экономичен и экологичен (только 3 мл жидкого анестетика остается на фитилях после слива). Его можно эффективно использовать вне (VOC) и внутри (VIC) дыхательного контура.
Благодаря низкому сопротивлению и минимальным размерам (масса 400 г вместо 6-8 кг у лучших аналогов), испаритель совместим с любыми аппаратами ИВЛ и может работать также от источников кислорода низкого давления (концентраторов кислорода) как в стационаре (больницы и госпитали), так и в полевых условиях (МЧС, скорая помощь, военно-полевая хирургия, ветеринария).