CN109455780A - 具有主动排水功能的水汽分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明具有主动排水功能的水汽分离装置，包括：真空水汽分离容器，在真空水汽分离容器内设有积水膜；第一真空管的一端与真空水汽分离容器的底部连通，另一端与大气压连通；第二真空管的一端与真空水汽分离容器的侧部连通，另一端与中空纤维管连通；第二常闭电磁阀的进气端与真空水汽分离容器的顶部连通；第一两位三通电磁阀的第一端口与第二常闭电磁阀的出气端连通；真空泵的进气端与第一两位三通电磁阀的第二端口连通；第二两位三通电磁阀的第二端口与真空泵的出气端连通；第二常开电磁阀的进气端与第二两位三通电磁阀的第三端口连通，第二常开电磁阀的出气端与真空水汽分离容器的顶部连通。本发明解决了积水快速排出和水汽分离不够彻底的问题。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械领域，特别是一种具有主动排水功能的水汽分离装置。
背景技术
超声肿瘤治疗系统的，相控阵列超声换能器发出的超声波必须通过介质水才能耦合入组织内聚焦，因脱气水声透性好、廉价，常用脱气水做介质水使用，当治疗头高强度、高功率工作时，脱气水的脱气完全程度由于受中空纤维脱气膜中水温高低及真空泵真空压力值高低和真空泵真空流量大小影响，治疗过程中中空纤维膜内介质水温度上升导致脱气水溶解氧含量降低，真空度不足会导致脱气不彻底，溶解氧值高，真空泵流量不够也会导致溶解氧值偏高，脱气水中溶解氧值偏高严重影响了换能器的声阻抗，治疗头发出超声波被衰减于介质水内而导致体内聚焦的超声能量不足和焦点形态不好，导致临床辐射剂量未出现预期性变化，及旁瓣大小不可控制。介质水的脱气程度及供给量成为影响治疗关键，为了满足相关国标标准及性能要求，当前行业内常采用两种方法，一是加热雾化抽真空方法，二是过滤芯和反渗透膜脱气膜配合抽真空。
目前常规的设备，通常存在如下缺陷：真空泵负压高，增压泵数量多体积大功率大，噪音大，管路设计复杂，缺乏管路单一故障风险分析及风险措施处理，配件之间安装位置有严格位置要求，不便于集成小型便携化，集水器设计不合理不具有积水膜，水汽分离效率低，无积水主动排水功能，排水功能适应环境能力差，无溶解氧值恒定基于(真空压力值、真空泵流量、脱气水温度、)真空泵调速闭环控制。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有主动排水功能的水汽分离装置。
为解决上述技术问题，本发明具有主动排水功能的水汽分离装置，包括：真空水汽分离容器，在所述真空水汽分离容器内设有积水膜；第一真空管，所述第一真空管的一端与所述真空水汽分离容器的底部连通，所述第一真空管的另一端与大气压连通；第一常开电磁阀及止回阀，所述第一常开电磁阀及所述止回阀设置在所述第一真空管上；第二真空管，所述第二真空管的一端与所述真空水汽分离容器的侧部连通，所述第二真空管的另一端与中空纤维管连通；第一常闭电磁阀，所述第一常闭电磁阀设置在所述第二真空管上；第二常闭电磁阀，所述第二常闭电磁阀的进气端与所述真空水汽分离容器的顶部连通；第一两位三通电磁阀，所述第一两位三通电磁阀的第一端口与所述第二常闭电磁阀的出气端连通；真空泵，所述真空泵的进气端与所述第一两位三通电磁阀的第二端口连通；第二两位三通电磁阀，所述第二两位三通电磁阀的第二端口与所述真空泵的出气端连通；第二常开电磁阀，所述第二常开电磁阀的进气端与所述第二两位三通电磁阀的第三端口连通，所述第二常开电磁阀的出气端与所述真空水汽分离容器的顶部连通。
优选地，还包括电接点可调压力表，所述电接点可调压力表与所述真空泵的出气端连通。
优选地，还包括液位触发开关，所述液位触发开关设置在所述真空水汽分离容器的侧部。
优选地，还包括真空压力表，所述真空压力表通过波纹管与所述真空水汽分离容器的顶部连通。
优选地，还包括消音器，所述消音器与所述第二两位三通电磁阀的第一端口连通。
优选地，还包括控制电路板，在所述控制电路板上集成有控制电路，所述控制电路分别与所述第一常闭电磁阀、所述第一常开电磁阀、所述第二常闭电磁阀、所述第二常开电磁阀、所述第一两位三通电磁阀、所述第二两位三通电磁阀、所述真空压力表、所述电接点可调压力表及真空泵电连接。
优选地，所述控制电路包括：中央处理器模块，所述真空压力表及所述电接点可调压力表分别与所述中央处理器模块电连接；多路输出电源管理系统，所述多路输出电源管理系统与所述中央处理器模块电连接；功率驱动放大模块，所述功率驱动放大模块与所述多路输出电源管理系统电连接，所述第一常闭电磁阀、所述第一常开电磁阀、所述第二常闭电磁阀、所述第二常开电磁阀、所述第一两位三通电磁阀、所述第二两位三通电磁阀及真空泵分别与所述中央处理器模块电连接；电源，所述电源分别与所述多路输出电源管理系统及所述功率驱动放大模块电连接。
优选地，还包括上位机串口通信模块，所述上位机串口通信模块与所述中央处理器模块电连接。
优选地，还包括LCD显示器，所述LCD显示器与所述中央处理器模块电连接。
优选地，还包括按键开关，所述按键开关与所述中央处理器模块电连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)通过采用特殊设计的真空水汽分离容器，其内嵌入了积水膜，解决积水快速排出和水汽分离不够彻底的问题，延长了真空泵的寿命，增加了系统可靠性。
(2)通过采用中央处理器模块和功率驱动放大模块、两位三通电磁阀、真空泵及，解决抽真空和排水动作需要数个真空泵和压缩机，排水动作和抽真空动作切换时间隔较长时间；由于真空泵和压缩机不能问题反复启停，反复启停会导致真空泵和压缩机堵转条件下无法正常启动且电流过大，易烧毁线圈。本设计使用外围器件少，故障率低、成本低，抽真空动作和排水动作可即时切换，动作切换灵敏，系统工作寿命长、可靠性高。
(3)通过采用上位机串口通信、中央处理器模块和功率驱动放大模块、两位三通电磁阀、真空泵、真空压力表、电接点可调压力表，不但解决了器件单一故障下，真空管路、容器、真空泵内压力过高引起的爆炸，还实现上位机通信实现调剂真空度压力值，真空度压力值和真空泵调速的闭环控制。
(4)通过采用中央处理器模块和功率驱动放大模块、两位三通电磁阀、真空泵、真空压力表、电接点可调压力表，解决真空泵和水泵等设备需要严格的特殊位置安装问题，实现与大气压相连真空管积液排水口、真空泵、各类电磁阀任意位置安装，抗环境能力强，便宜设备小型化设计。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明具有主动排水功能的水汽分离装置原理图；
图2为本发明具有主动排水功能的水汽分离装置控制电路原理图；
图3为本发明具有主动排水功能的水汽分离装置工作流程图。
图中：
1-真空压力表 2-波纹管 3-真空水汽分离容器
4-第一常闭电磁阀 5-第二真空管 6-液位触发开关
7-第一常开电磁阀 8-止回阀 9-第一真空管
10-第二常闭电磁阀 11-第二常开电磁阀 12-消音器
13-积水膜 14-第一两位三通电磁阀 15-真空泵
16-电接点可调压力表 17-第二两位三通电磁阀
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1～图3所示，本发明具有主动排水功能的水汽分离装置，包含：真空水汽分离容器3，排水真空泵，排水真空泵与真空水汽分离容器3连接的管路，电气控制系统。
真空水汽分离容器3包含液位触发开关6，积水膜13，与真空水汽分离容器3底部相连的第一常开电磁阀7，与第一常开电磁阀7相连的止回阀8，与止回阀8相连的第一真空管9，大气压相连第一真空管9与标准大气压连接，与真空水汽分离容器3进气口相连的第一常闭电磁阀4，与第一常闭电磁阀4相连的来自中空纤维管连接的第二真空管5，来自中空纤维管的第二真空管5内富含水气，与真空水汽分离容器3进顶部相连的波纹管2，与波纹管2相连的真空压力表1，与真空水汽分离容器3进顶部相连的第二常闭电磁阀10，与第二常闭电磁阀10相连的两位第一两位三通电磁阀14上第一端口，与第一两位三通电磁阀14上第二端口相连的真空泵15进气端，真空泵15排气端与电接点可调压力表16和第二两位三通电磁阀17上第二端口相连，与第二两位三通电磁阀17上第一端口相连的消音器12，与第二两位三通电磁阀17上第三端口相连的第二常开电磁阀11，第二常开电磁阀11与真空水汽分离容器3相连。
电气控制系统包含：与市电AC220相连多路电源管理系统、中央处理器模块、上位机串口通信模块、LCD显示器、真空压力表1、按键开关、与电源(市电AC220)相连功率驱动放大模块、第一常闭电磁阀4、第一常开电磁阀7、第二常开电磁阀10、第二常开电磁阀11、第一两位三通电磁阀14和第二两位三通电磁阀17、真空泵15，多路电源管理系统为系统提供5V/24，分别为中央处理器模块和功率驱动放大模块使用，中央处理器模块IO端口分别和电接点可调压力表16信号、上位机串口通信模块、LCD显示器、真空压力表1相连，中央处理器模块通过多路光耦与功率驱动放大模块连接，功率驱动放大模块通过MOS管对各类电磁阀进行独立时序控制，功率驱动放大模块通过SCR对真空泵进行调速控制。
工作流程
系统上电，中央处理器模块执行串口及LCD初始化后，按照串口通信或按键开关操作预定参数输入，电接点可调压力表16进入压力侦测处理，压力侦测过程为了防止电磁阀或管路出现单一故障，真空泵15持续工作系统压力持续升高，导致真空水汽分离容器3或管路及真空泵15出现过压爆炸，当判定真空泵15输出管路压力超过电接点压力表16设定压力时，电接点压力表16将其信号传送至中央处理器模块，中央处理器模块通过板载多路光耦控制功率驱动放大模块，将电各磁阀和真空泵15关断，当判定真空泵15输出管路压力不超过电接点压力表16设定压力时，进入真空水汽分离容器3上液位触发开关6液位侦测处理过程，当真空水汽分离容器3上液位触发开关6出现超液位触发时，液位触发开关6将触发信号传至中央处理器模块，系统执行自动排水动作。
主动排水动作：中央处理器模块通过多路光耦与功率驱动放大模块连接控制第一常闭电磁阀4关断、第二常闭电磁阀10关断、第一常开电磁阀7开通、第二常开电磁阀11开通、第一两位三通电磁阀14不上电，第二端口通第三端口、第二两位三通电磁阀17不上电，第二端口通第三端口、真空泵15上电工作、电接点压力表16触发信号连接至中央处理器模块，真空泵15将来自第一两位三通电磁阀14不上电，第二端口通第三端口大气压进行快速增压，压缩过的空气通过第二两位三通电磁阀17第二端口通第三端口连接至第二常开电磁阀11，压缩空气通过第二常开电磁阀11进入真空水汽分离容器3，由于第二常闭电磁阀10关断和第一常闭电磁阀4关断，第一常开电磁阀7开通，压缩空气将真空水汽分离容器3底部的积液推送出排出，流进第一常开电磁阀7后流过止回阀8，通过与止回阀8相连的与大气压相连第一真空管9，最后积液由于压缩空气的推力通过与大气压相连第一真空管9排至大气环境中，止回阀8功能是防止自动排水动作和抽真空动作模式切换时，由于压力变化导致积液倒灌。
抽真空动作：中央处理器模块通过多路光耦与功率驱动放大模块连接控制第一常闭电磁阀4开通、第二常闭电磁阀10开通、第一常开电磁阀7关断、第二常开电磁阀11关断、第一两位三通电磁阀14上电，第二端口通第一端口、第二两位三通电磁阀17上电，第二端口通第一端口、真空泵15上电工作，电接点压力表16触发信号连接至中央处理器模块，来自中空脱气膜的水汽混合体通过与中空纤维管连接的第二真空管5后，流经开通的第一常闭电磁阀4，进入真空水汽分离容器3，水汽混合流入容器底部，积液流入底部，空气通过与积水膜13接触，进行第二次水汽分离，积水膜13由高分子材料制成，不但可以将气体中水分收集回来，还可以用于防止用于压力变化，导致真空水汽分离容器3内积液喷洒倒灌，液体进入真空泵15及其管路，损坏真空泵。真空水汽分离容器3顶部安装了波纹管2，波纹管2上安装了真空压力表1，波纹管2用于缓解压力冲击，让真空压力表1值更稳定，真空压力表1将采集到的压力值传送至中央处理器模块，中央处理器模块根据开关按键输入指令或串口数据通过功率驱动放大模块，调节真空泵15转速，LCD显示器模块显示开关按键输入指令值或串口数据值和当前真空压力值，实现真空泵15流量控制，从而实现了真空度调节闭环反馈控制。通过积水膜13后不含水的气体通过真空水汽分离容器3顶部管道，流入已上电开通第二常闭电磁阀10后，进入第一两位三通电磁阀14，第一端口通第二端口，通过两位第一两位三通电磁阀14第二端口后进入真空泵15抽气口，真空泵15排气口分别同时连接已上电第二两位三通电磁阀17上第二端口和电接点可调压力表16，电接点可调压力表16及时压力状况将触发信号返回中央处理器模块，来自真空泵输出端空气通过第二两位三通电磁阀17第二端口通后，流经消音器12，消音器12内高分子颗粒对来自管路的空气噪音进行衰减，实现设备低噪音要求，最后通过消音器12处理后的空气进入大气环境中，从而实现了低噪音、真空度可调、可靠的抽真空动作。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种具有主动排水功能的水汽分离装置，其特征在于，包括：
真空水汽分离容器，在所述真空水汽分离容器内设有积水膜；
第一真空管，所述第一真空管的一端与所述真空水汽分离容器的底部连通，所述第一真空管的另一端与大气压连通；
第一常开电磁阀及止回阀，所述第一常开电磁阀及所述止回阀设置在所述第一真空管上；
第二真空管，所述第二真空管的一端与所述真空水汽分离容器的侧部连通，所述第二真空管的另一端与中空纤维管连通；
第一常闭电磁阀，所述第一常闭电磁阀设置在所述第二真空管上；
第二常闭电磁阀，所述第二常闭电磁阀的进气端与所述真空水汽分离容器的顶部连通；
第一两位三通电磁阀，所述第一两位三通电磁阀的第一端口与所述第二常闭电磁阀的出气端连通；
真空泵，所述真空泵的进气端与所述第一两位三通电磁阀的第二端口连通；
第二两位三通电磁阀，所述第二两位三通电磁阀的第二端口与所述真空泵的出气端连通；
第二常开电磁阀，所述第二常开电磁阀的进气端与所述第二两位三通电磁阀的第三端口连通，所述第二常开电磁阀的出气端与所述真空水汽分离容器的顶部连通。
2.根据权利要求1所述的具有主动排水功能的水汽分离装置，其特征在于，还包括电接点可调压力表，所述电接点可调压力表与所述真空泵的出气端连通。
3.根据权利要求1所述的具有主动排水功能的水汽分离装置，其特征在于，还包括液位触发开关，所述液位触发开关设置在所述真空水汽分离容器的侧部。
4.根据权利要求1所述的具有主动排水功能的水汽分离装置，其特征在于，还包括真空压力表，所述真空压力表通过波纹管与所述真空水汽分离容器的顶部连通。
5.根据权利要求1所述的具有主动排水功能的水汽分离装置，其特征在于，还包括消音器，所述消音器与所述第二两位三通电磁阀的第一端口连通。
6.根据权利要求1所述的具有主动排水功能的水汽分离装置，其特征在于，还包括控制电路板，在所述控制电路板上集成有控制电路，所述控制电路分别与所述第一常闭电磁阀、所述第一常开电磁阀、所述第二常闭电磁阀、所述第二常开电磁阀、所述第一两位三通电磁阀、所述第二两位三通电磁阀、所述真空压力表、所述电接点可调压力表及真空泵电连接。
7.根据权利要求6所述的具有主动排水功能的水汽分离装置，其特征在于，所述控制电路包括：
中央处理器模块，所述真空压力表及所述电接点可调压力表分别与所述中央处理器模块电连接；
多路输出电源管理系统，所述多路输出电源管理系统与所述中央处理器模块电连接；
功率驱动放大模块，所述功率驱动放大模块与所述多路输出电源管理系统电连接，所述第一常闭电磁阀、所述第一常开电磁阀、所述第二常闭电磁阀、所述第二常开电磁阀、所述第一两位三通电磁阀、所述第二两位三通电磁阀及真空泵分别与所述中央处理器模块电连接；
电源，所述电源分别与所述多路输出电源管理系统及所述功率驱动放大模块电连接。
8.根据权利要求7所述的具有主动排水功能的水汽分离装置，其特征在于，还包括上位机串口通信模块，所述上位机串口通信模块与所述中央处理器模块电连接。
9.根据权利要求7所述的具有主动排水功能的水汽分离装置，其特征在于，还包括LCD显示器，所述LCD显示器与所述中央处理器模块电连接。
10.根据权利要求7所述的具有主动排水功能的水汽分离装置，其特征在于，还包括按键开关，所述按键开关与所述中央处理器模块电连接。
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