CN102974021B - 一种以氢为有效成分的紧凑式混合气体呼吸医疗装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以氢为有效成分的紧凑式混合气体呼吸医疗装置，包括反应器与混合腔；所述反应器的内部装填有固态金属氢化物，并且设置有换热介质回路；反应器的气体出口通过管道与混合腔的氢气入口相连通，且两者之间的管道上设置有阀门；所述混合腔还设置有一个气体入口以及至少一个气体出口。本发明通过设置反应器，并通过换热介质回路加热或者冷却对反应器内部的固态金属氢化物，达到控制反应器制备氢气的流量及浓度；同时，在管路上设置阀门用来控制氢气供给的开关；再有，混合腔的氢气入口与气体入口是氢气与其他混合气体在混合腔中充分混合，结合反应器，可以连续、安全可靠的制取有效成分为氢气的具有治疗作用的多组分混合气体。

Description

一种以氢为有效成分的紧凑式混合气体呼吸医疗装置

技术领域

本发明属于临床辅助治疗设备，涉及一种气体呼吸医疗装置，尤其是一种以氢为有效成分的紧凑式混合气体呼吸医疗装置。

背景技术

众所周知，氧疗如今已经成为一种重要的常规治疗手段，各种类型的给氧技术也已非常成熟，达到了很高的市场化水平；与此相反，对于其它种类气体的临床作用的研究起步较晚，相应的医学供气方案的报道则更为少见。

最近的医学研究表明（张威，蔡建美，康志敏，孙学军.氢分子医学研究进展.第二军医大学学报,2009,30(10):1203-1205），氢分子具有弱还原作用，且选择性强，无毒无残留，是一种理想的清除生物体内自由基的抗氧化物质，而自由基正是导致多种病症发生的罪魁祸首。国内外研究者开展的一些实验显示(Ohsawa.I,Ishikawa.M,Takahashi.Ketal.Hydrogenactsasatherapeuticantioxidantbyselectivelyreducingcytotoxicoxygenradicals.Nat.Med.,2007,13:688-694;Hayashida.K,Sano.M,Ohsawa.Ietal.Inhalationofhydrogengasreducesinfaretsizeintheratmodelofmyocardialischemia-reperfusioninjury.Biochem.Biophys.Res.Commun.,2008,373:30-35)，吸入浓度为2%的氢气即可对某些炎症和器官缺血再灌注损伤等产生显著的治疗作用；此外注射生理盐水的饱和氢溶液(Cai.J,Kang.Z,Liu.Ketal.Neuroprotectiveeffectsofhydrogensalineinneonatalhypoxia-ischemiaratmodel.BrainRes.,2009,1256:129-137;Mao.Y.F,Zheng.X.F,Cai.J.Metal.Hydrogen-richsalinereduceslunginjuryinducedbyintestinalischemia/reperfusioninrats.Biochem.Biophys.Res.Commun.,2009,381:602-605.)也能够产生类似的效果。尽管氢分子清除体内自由基的机理还不十分清楚，且目前主要用在一些动物模型上，但氢气输入作为一种辅助医疗手段已经显示了良好的发展前景，值得对其临床使用进行一些前瞻性的探索。

如上文所述，目前给氢方式主要包括呼吸气态氢和服用（或注射）氢的溶液两种，后者尽管输入过程安全可靠，却难以规模化制取，且氢气分子小、保存过程中易从溶液中逸出导致泄漏，造成安全隐患的同时也使得溶液的治疗效果降低；再者氢气无法如氧气一样直接从空气中分离制取，由于在较长时间的存储过程中难以保证低泄漏量，所以不能满足临床应用的需要；同时，氢气易燃、易爆，在与其它气体（特别是空气或纯氧）混合过程中的安全性也很难得到保证。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种以氢为有效成分的紧凑式混合气体呼吸医疗装置，该装置可以连续制取具有治疗作用的多组分混合气体，设备结构紧凑，实现安全、可靠、高效的临床供气。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：包括反应器以及与反应器相连通的混合腔；所述反应器内设置有固态金属氢化物和换热介质回路；在反应器与混合腔相连通的管道上设置有阀门；所述混合腔上还开设有一个提供空气或预混气体的气体进口以及至少一个气体出口。

所述混合腔与阀门之间设置有一个三通阀，该三通阀的另一个接口通过管道与为固态金属氢化物注入氢气的氢气瓶相连通。

所述混合腔的氢气入口处设置有一个渐缩喷管，且该渐缩喷管深入到混合腔的内部。

所述混合腔的气体进口设置在氢气入口上方。

所述混合腔氢气入口的管道上还设置有防止气体倒流的单向阀。

所述反应器的出口处设置有防止固态金属氢化物粉体进入外部管路的滤网。

所述反应器为一个密封腔体，其内部的固态金属氢化物与腔体顶部之间形成空余容积。

所述反应器包括壳体以及通过螺栓与壳体相连形成密封腔的法兰盘，且在法兰盘上开设有与阀门相连的氢气进出口。

所述混合腔的内部设置有引导各组分气体形成被动旋转流动的螺旋状结构。

所述混合腔的出口处设置有将气体均匀分配到各个出口的出口气体分配组件。

本发明通过换热介质回路加热或者冷却反应器内的固态金属氢化物，达到控制反应器制备氢气的流量及浓度；同时，在管路上设置阀门用来控制氢气供给的开关；再有，氢气与空气或预混气体在混合腔中充分混合，安全可靠的制取有效成分为氢气的具有治疗作用的多组分混合气体。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的反应器的结构剖面图；

图3为本发明的混合腔的结构剖面图。

其中：1为反应器；1-1为壳体；1-2为空余容积；1-3为法兰盘；1-4为氢气进/出口管；2为固态金属氢化物；3为换热介质回路；4为滤网；5为阀门；6为三通阀；7为单向阀；8为渐缩喷管；9为混合腔；9-1为气体进口；9-2为螺旋状结构；9-3为出口气体分配组件；10为氢气瓶，11面罩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1～3，本发明包括反应器1及与反应器相连通的混合腔9；所述反应器1内设置有固态金属氢化物2和换热介质回路3；反应器1的出口通过管道与混合腔9的氢气入口相连通，且在该管道上设置有阀门5；所述混合腔9还设置有一个空气或预混气气体入口9-1以及至少一个气体出口。混合腔9与阀门5之间设置有一个三通阀6，该三通阀6的另一个接口通过管道与为固态金属氢化物注入氢气的氢气瓶10相连。混合腔9的氢气入口处设置有一个渐缩喷管8，且该渐缩喷管8深入到混合腔9的内部。混合腔9的气体入口9-1设置在氢气入口上方。三通阀6与混合腔9氢气入口之间的管道上还设置有防止气体倒流的单向阀7。反应器1的出口处设置有防止固态金属氢化物粉体进入外部管路的滤网4。反应器1为一个密封腔体，其内部的固态金属氢化物2与腔体顶部之间形成空余容积1-2。反应器1包括壳体1-1以及通过螺栓相壳体1-1相连形成密封腔体的法兰盘1-3，且在法兰盘1-3上开设有与阀门5相连的氢气进出口1-4。混合腔9的内部设置有引导各组分气体形成被动旋转流动的螺旋状结构9-2。混合腔9的出口处设置有将气体均匀分配到各个出口的出口气体分配组件9-3。

本发明的具体操作方法是这样实现的：

参见图1，平时将储存有氢气的固态金属氢化物2填充在反应器1中，反应器1内布置换热介质回路3，可对固态金属氢化物2进行冷却或加热；反应器的气体进出口1-4布置滤网4（300目以上），防止氢化物粉体被氢气夹带进入外部管路；经由一个三通阀6，氢气使用完毕后可方便地通过气瓶重新注入，同时产生的反应热由换热介质回路3的冷却介质流经回路带走；使用氢气时，在换热介质回路3（列管或蛇管结构）中通入较高温度的介质加热固态金属氢化物释放氢气，氢气由渐缩喷管8进入圆柱形混合腔9，与其它所需成分气体在腔体出口处达到均匀的混合，最终通过导管和面罩11被病人吸入。

参见图2，氢化物反应器为圆筒状容器，该容器中包括固体金属氢化物2，上部留出约20%的空余容积1-2，降低材料发生膨胀后对反应器1造成破坏的风险；法兰盘1-3通过螺栓的连接与圆筒构成封闭的反应空间，换热介质回路3管穿过法兰盘对固态金属氢化物2进行冷却或加热，氢气进出口管1-4与法兰盘1-3通过螺栓连接，中间布置滤网4防止氢化物粉末的带出。反应器外部包覆保温材料，仅通过内插换热介质回路实现换热。

参见图3，渐缩喷管8开在圆柱形腔体前端下部，伸入腔内一段距离，保证氢气被其它吸入气体包裹；另一气体进口9-1开在腔体前端上部，可通入空气或给定成分的预混气体；混合腔内壁布置螺旋状结构9-2，引导各组分气体形成被动旋转流动，达到充分混合的效果；位于混合腔出口处的出口气体分配组件9-3的结构将气体均匀分配到各个支路中；流出腔体的混合气体中的氢气浓度通过超声手段进行实时检测，接近爆炸极限时可通过调节氢气流量进行稀释，避免产生危险；混合腔为卧式布置，混合腔还设置有支座。

本发明通过以下几个环节保证安全性：即时释放氢气及进行混合，混合气体马上投入使用而不存储；选择平台特性适当的储氢材料（如LaNi₅），在较低温度（60℃）下加热即可释放氢气，利用不同密度成分气体的自然对流及螺旋结构引导的旋转流动进行被动混合强化，最大限度减少电气元件和产生高温引燃混合气体的可能；选择具有合适流量特性的阀门，保证氢化物达到峰值平台压力（对应于加热过程中换热介质的进口温度）、氢气流量也达到最高时，仍可通过调节引流气体流量保证混合气中氢气浓度在爆炸极限以外；对病人呼出气体专门收集后排空，以免所含氢气成分在室内空间局部（如天花板）聚集，造成安全隐患；使用完毕后先关闭氢气阀门，利用引流气体吹净混合腔中残余氢气，待出口气体中氢浓度降至很低后再关闭引流气体阀门，系统停机。

本发明的装置可以连续制取具有治疗作用的多组分混合气体（有效成分为氢气），设备结构紧凑（按照成人每天吸入的气量15m³计算，进行24h不间断供气所需的LaNi₅型储氢合金质量约为2.7kg，体积约为0.5l，当采用储氢容量更大的合金材料时，可望进一步减小设备尺寸；本发明氢气的储存本质安全（隔热保温条件下泄漏量低），通过换热介质温度和流量控制可在一定范围内方便地调节氢气流量及浓度，电气元件少且与氢气相隔离，工作安全可靠。

Claims (7)

1.一种以氢为有效成分的紧凑式混合气体呼吸医疗装置，其特征在于：包括反应器(1)以及与反应器(1)相连通的混合腔(9)；所述反应器(1)内设置有固态金属氢化物(2)和换热介质回路(3)，通过换热介质回路(3)加热或者冷却反应器(1)内的固态金属氢化物，达到控制反应器(1)制备氢气的流量及浓度；在反应器(1)与混合腔(9)相连通的管道上设置有阀门(5)，为用来控制氢气供给的开关；所述混合腔(9)上还开设有一个提供空气的气体进口(9-1)以及至少一个气体出口；

所述混合腔(9)与阀门(5)之间设置有一个三通阀(6)，该三通阀(6)的另一个接口通过管道与为固态金属氢化物注入氢气的氢气瓶(10)相连通；

所述混合腔(9)的氢气入口处设置有一个渐缩喷管(8)，且该渐缩喷管(8)深入到混合腔(9)的内部；

所述混合腔(9)的内部设置有引导各组分气体形成被动旋转流动的螺旋状结构(9-2)。

2.根据权利要求1所述的以氢为有效成分的紧凑式混合气体呼吸医疗装置，其特征在于：所述混合腔(9)的气体进口(9-1)设置在氢气入口上方。

3.根据权利要求1所述的以氢为有效成分的紧凑式混合气体呼吸医疗装置，其特征在于：所述混合腔(9)氢气入口的管道上还设置有防止气体倒流的单向阀(7)。

4.根据权利要求1所述的以氢为有效成分的紧凑式混合气体呼吸医疗装置，其特征在于：所述反应器(1)的出口处设置有防止固态金属氢化物粉体进入外部管路的滤网(4)。

5.根据权利要求1所述的以氢为有效成分的紧凑式混合气体呼吸医疗装置，其特征在于：所述反应器(1)为一个密封腔体，其内部的固态金属氢化物(2)与腔体顶部之间形成空余容积(1-2)。

6.根据权利要求1所述的以氢为有效成分的紧凑式混合气体呼吸医疗装置，其特征在于：所述反应器(1)包括壳体(1-1)以及通过螺栓与壳体(1-1)相连形成密封腔的法兰盘(1-3)，且在法兰盘(1-3)上开设有与阀门(5)相连的氢气进出口(1-4)。

7.根据权利要求1所述的以氢为有效成分的紧凑式混合气体呼吸医疗装置，其特征在于：所述混合腔(9)的出口处设置有将气体均匀分配到各个出口的出口气体分配组件(9-3)。