CN110225771A - 用于分离冷凝水的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从气动脉动系统的工作气体中分离冷凝水的装置。该装置包括气体管线段(1)，其具有进气口(2)以及第一出气口(3)和第二出气口(4)。本发明的特征还在于，该装置包括用于从所述工作气体中提取冷凝水的冷凝容器(5)，该冷凝容器被连接至所述第二出气口(4)。从所述第二出气口(4)到所述冷凝容器(5)的过渡区具有横截面扩大，并且所述冷凝容器(5)具有用于排出提取冷凝水的机构。本发明还涉及气动脉动系统和心脏支持系统。

Description

用于分离冷凝水的装置

本发明涉及从气动系统且尤其是用于心脏支持系统的隔膜泵的气动脉动系统的工作气体中分离冷凝水的装置。

当自然心脏即便在处于药物治疗下或因为侵入性重症监护措施而无法维持足够患者需要的血液流动和血压时，这样的心脏支持系统设置用于左侧或右侧或双侧心脏支持。每个这些系统由一个或两个带有驱动管和插管的隔膜泵(也称为血泵或心脏泵)和驱动系统(气动脉动系统)组成，并且打算用在临床环境和家庭环境中。此外，所述系统打算用于中远期机械支持。

血泵由血液室和空气室组成，它们通过由聚氨酯制造的柔性多层隔膜相互分隔开。驱动管将血泵的空气室连通至驱动机构。由气动驱动机构产生的抽吸压力或驱动压力使隔膜移动，填充和排空该血泵。血液从心房或心室流出而经由入口套管流入血泵的血液室，并且从那里经由血管插管流入肺动脉或主动脉。在血泵的入口区或出口区内的阀保证了定向血液流动。在气动驱动机构中，负压和过压交替作用于血泵隔膜地形成，填充和排空该血泵。压力能以不同的方式来产生。例如，马达可以通过杆驱使活塞在缸筒内来回移动。该活塞运动产生交替的负压和过压。平衡阀控制缸筒内的空气质量。另一驱动机构如此设计，两个容器通过相应的压缩机被恒定供应负压和过压，且使用一个特殊阀，它通过驱动管将隔膜泵交替连通至两个容器之一。

当空气例如在用于制造压缩空气的活塞式压缩机中被压缩时，能以冷凝物形式从中出现水。冷凝水也可以在冷表面接触到温暖潮湿空气时出现。两种效应也出现在上述的心脏支持系统用气动脉动系统中。先前已知的气动系统不具备让人满意的用于排出出现的冷凝水的机制。

在这些气动脉动系统中，冷凝水优选例如集中在驱动活塞与隔膜泵之间的气动管中。如果冷凝水形成，在所述管必须被拆开且水必须被人工排走。这些情况可能不时地打扰与该装置相连的患者且对其造成负担。

在一些系统中，在一些情况下可在驱动机构内部观察到冷凝水。在从主气动支腿到压力传感器的供应管线中，冷凝液可能在功能上妨碍了传感器。

可得到如下的传统的冷凝水分离装置，其原则上被用在压缩空气制造中。这些分离装置的缺点是，它们需要许多空间，某些型号耗用附加能量，并且不希望有的潜在泄漏源(在故障情况下)被加入所述系统中。

还知道了如下的被动系统，其以一个管工作，该管是气密的但允许水蒸汽经其扩散。但是，为了允许扩大，需要高压差(约4-5巴)。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于分离冷凝水的装置，其解决了上述的现有技术问题。尤其是，本发明的一个目的是提供一种装置，其允许有效的冷凝水分离，不需要附加能量且结构很紧凑，并且显现出很低的泄漏风险。另一目的是提供具有这种装置的气动脉动系统和心脏支持系统。

该目的通过一种根据权利要求1的装置、一种根据权利要求15的气动脉动系统和一种根据权利要求16的心脏支持系统来实现。从属权利要求2至14描述了本发明装置的有利改进方案。

本发明的用于从气动系统的工作气体中分离冷凝水的装置具有气体管线段，其连接至该气动系统并且具有进气口以及第一和第二出气口。该气体管线段可以在其进气口和其第一出气口连接至用于引导气动系统的工作气体且最好是空气的气体管线，从而工作气体能经由进气口进入气体管线段并能经由第一出气口离开气体管线段。

本发明的装置还包括用于从工作气体中提取冷凝水且收集冷凝水的冷凝容器。为了排出冷凝水，该冷凝容器具有透水材料且尤其是半透性塑料、含氟聚合物和/或烧结金属。

冷凝容器的透水材料例如尤其是半透性塑料、含氟聚合物或烧结金属容许冷凝水扩散出冷凝容器，于是允许从冷凝容器排出冷凝水。尤其优选的是该冷凝容器的透水材料是不透气的，以防止工作气体泄漏。此外，尤其有利的是所述材料可以被水连续润湿。在此情况下，冷凝水甚至能在低压下被排出。可以通过试验确认此原理的效力。

为了更有效地提取和收集冷凝水，从第二出气口到冷凝容器的过渡区具有横截面扩大部。这是通过发挥如下所述的热力学效应做到的。该气动驱动机构产生周期性的过压或负压，经由气体管线将所述过压或负压通至与气体管线相连的隔膜泵。因为工作气体从气体管线过渡至泵，故它快速膨胀并且观察到了相比于室温的冷却。因此缘故，保留在工作气体中的水优选在此处冷凝。例如当压力传感器被连接至气动脉动系统(也称为气动管线或驱动管线)时出现同样的效果，造成在气体管线至压力传感器的过渡处的横截面的变化。本发明特意发挥了此原理，做法是将从出气口至冷凝容器的过渡区成型为具有横截面扩大。这样一来，冷凝水被收集在冷凝容器中且无法在不希望的地方凝结。已经在试验中确认了该原理可起作用并且冷凝水原则上出现在为此所设的冷凝容器中。

本发明的装置尤其可以被用在固定不动的和非固定不动的心脏支持系统用气动驱动机构中，用于可靠防止冷凝水积蓄。该装置完全独立地工作并且大多数情况下是免维护的，因而它为患者提供高附加值。也可以想到在其它系统中采用本发明，在这里，脉动压力条件居主导地位，且冷凝水应该被排走。例如可以想到在用于接受人工呼吸的患者的管内采用该系统。

在本发明的一个有利实施例中，冷凝容器可以具有壁，该壁的至少一个小区域含有透水材料或由透水材料构成，尤其是半透性塑料、含氟聚合物和/或烧结金属。与壁面尺寸相关的该小区域的尺寸通常取决于所用材料和待排水量。在本发明的一个优选实施例中，具有透水材料的小区域的尺寸约为5平方厘米。

在本发明的一个替代实施例中，阀或泵可以布置在冷凝容器中以提供用于排出冷凝水的机构。也应该可以想到通过可分离的连接部件将冷凝容器连接至第二出气口。

为了强化冷凝效果，从第二出气口至冷凝容器的过渡区可以在横截面扩大之前具有横截面缩窄。这将在工作气体膨胀前压缩流过过渡区的工作气体。压缩该工作气体容许保留在工作气体中的至少一部分水蒸汽冷凝，于是增加从工作气体中提取到的水量。尤其可以在第二出气口和冷凝容器之间布置气体管线连接件，其最小横截面小于第二出气口的最小横截面和/或冷凝容器的最大横截面。在第二出气口和冷凝容器之间的气体管线连接件的横截面可以是恒定的。但尤其有利的是该气体管线连接件具有喷嘴，其横截面在从第二出气口朝向冷凝容器的方向上缩窄。喷嘴允许工作气体在其在冷凝容器内膨胀之前被压缩，改善了分离能力。

尤其有利的是，尤其在横截面缩窄区域内的过渡区的内表面的一个或多个区域是角形的和/或具有涡旋元件。所述边和涡旋元件允许保留在工作气体中的水蒸汽的至少一部分更好地冷凝。

在本发明的另一个有利实施例中，该气体管线段具有第一气体管线段和第二气体管线段，它们通过T接头的对齐延伸的连接臂连接在一起，并且第二出气口由T接头的基本垂直于连接臂分支出的部分形成。T接头的使用简化了气体管线段与冷凝容器的连接，尤其在冷凝容器是另一气体管线段的情况下。也可以使用如下T接头，其在第二出气口处的过渡区内渐缩或呈喷嘴状并因此具有有利的喷嘴功能。

在本发明的另一可能实施例中，冷凝容器可以具有带有进气口和出气口的另一气体管线段。如果该气体管线段连接至又一个部件例如像压力传感器，则这是尤其有利的，该又一个部件的功能在某些情况下被集中在部件即压力传感器中的冷凝水阻碍。如果另一气体管线段呈冷凝容器形式，则冷凝水集中在气体管线段中并且可以直接从中被排出而没有进入其它部件即例如压力传感器中。

冷凝容器优选具有一个区域，该区域的横截面比在从第二出气口到冷凝容器的过渡区内的横截面大了10至100000倍，尤其是大了16倍、400倍、1600倍或者40000倍。还有利的是这些区域之间的距离至少是50毫米，尤其是50至100毫米，或者75毫米。

在从第二出气口到冷凝容器的过渡区内的最小直径优选为0.5-5毫米，尤其是1毫米或2.5毫米，冷凝容器的最大直径优选为20-100毫米，尤其是50毫米或75毫米。

所述气体管线段和/或另一气体管线段可具有5-10毫米的、尤其6毫米或8毫米的直径。所述气体管线段和/或另一气体管线段可以呈管状或塑料管状。

本发明装置尤其可能适于从气动脉动系统的工作气体中分离冷凝水。

此外，本发明包括一种用于心脏支持系统隔膜泵的气动脉动系统，具有气动驱动机构、工作气体和用于引导工作气体的气体管线，该气体管线可连接至该隔膜泵。本发明的脉动系统的特点是，该气体管线被连接至上述的用于从工作气体中分离冷凝水的装置。

本发明也包括心脏支持系统，其具有隔膜泵和与隔膜泵相连的如上所述的气动脉动系统。

以下利用附图来描述本发明的冷凝水分离装置的一些例子。这些例子提到各种不同的零部件，它们对本发明是重要的或表明有利的进一步改进，其中一些零部件可被用于本发明的进一步改进，即便是在各自例子的上下文和各自例子的其它特征之外。此外，在附图中，相同的或相似的零部件用相同的或相似的附图标记来标示，因此部分省掉其解释。附图如下：

图1是本发明的用于分离冷凝水的装置的第一实施例的示意图，

图2是本发明的用于分离冷凝水的装置的第二实施例的示意图，

图3示出用于证明本发明的装置的效力的试验设计，和

图4是用于表明在图3的试验设计中分离出的冷凝水量随时间的表现的曲线图。

附图采用以下附图标记：

1 气体管线段

1a,1b 第一、第二气体管线段

2 进气口

3,4 第一、第二出气口s

4a 第二出气口的横截面

5 冷凝容器

5a 冷凝容器的横截面

5b 壁

5d 末端

6 气体管线连接件

6a 气体管线连接件的横截面

6b 喷嘴

7 冷凝水

8 水蒸汽

9 T接头

9a,9b 连接臂

9c T接头的垂直部段

10 插塞

11 气动驱动机构

12 隔膜泵的气体管线

图1示出了本发明的用于从气动脉动系统的工作气体中分离冷凝水的装置的第一实施例。该装置具有带有进气口2和第一出气口3的气体管线段1。气体管线段1是气动脉动系统的气体管线的一部分。在进气口侧，该装置可连接至气动驱动机构(未示出)。这样的气动驱动机构例如是缸筒，活塞通过马达在缸筒中来回移动，在气体管线中定期产生过压和负压。在带有隔膜泵的心脏支持系统情况下，所述装置可以在第一出气口3处连接至隔膜泵。于是，气体管线段1将在气动驱动机构中产生的过压和负压连通至隔膜泵的隔膜。大约垂直于气体管线段1的纵向延伸范围地，气体管线段1具有带有横截面4a的第二出气口4。第二出气口4通过具有横截面6a的气体管线连接件6连接至具有恒定横截面5a的冷凝容器5。气体管线连接件6的横截面6a对应于第二出气口4的横截面4a。冷凝容器5的横截面5a明显大于气体管线连接件6的横截面6a。冷凝容器5还具有壁5b，该壁包含有半透性材料。该材料允许透过水和/或水蒸汽但不透工作气体。

本发明装置的第一实施例的机制可以定性大致描述如下：如果工作气体流过气体管线段1，一部分工作气体经过第二出气口4和气体管线连接件6进入冷凝容器5。在从气体管线连接件6到冷凝容器5的过渡处，工作气体遇到横截面扩大，即从较小的横截面6a到明显较大的横截面5a。这导致工作气体在冷凝容器中快速膨胀，进而工作气体明显冷却。这造成工作气体所含的水蒸汽在冷凝容器中冷凝成水7。冷凝水7润湿冷凝容器5的壁5b的下部并且以水蒸汽或水的形式经由冷凝容器的透水壁5b被排出冷凝容器5，进而被排出气动脉动系统。

图2示出了本发明的用于从气动脉动系统中分离冷凝水的装置的第二实施例。在此实施例中，气体管线段1被分为第一气体管线段1a和第二气体管线段1b。气体管线段1具有进气口2和第一出气口3。第一气体管线段1a和第二气体管线段1b通过T接头9连接在一起。T接头9具有对齐延伸的两个连接臂9a和9b，连接臂9a在出气口侧被插入第一气体管线段1a，连接臂9b在进气口侧被插入第二气体管线段9b。通过T接头9，工作气体能从进气口2流到第一出气口3，或在相反方向上流动。此外，T接头9具有垂直部段9c，其基本上布置在连接臂9a和9b之间的中间并且形成第二出气口4。垂直部段9c如此取向，即它允许工作气体基本垂直于气体管线段1的纵向延伸范围地流过第二出气口4。垂直部段9c还与形成一冷凝容器的另一气体管线段5相连。另一气体管线段5在其背对气体管线段1的末端5d以插塞10被关闭。或者可以想到的是将压力传感器接设在末端5d而不是插塞10上。从出气口4起，垂直部段9c具有渐缩的横截面，因此起到喷嘴作用，喷嘴能强化在另一气体管线段5中的冷凝效果。就像在第一实施例中那样，冷凝容器的横截面5a明显大于在第二出气口4处垂直部段9c余部中的横截面。另一气体管线段具有壁5b，所述壁含有半透性材料。所述材料允许透过水和/或水蒸汽但不透工作气体。

装置的第二实施例的机制可以被大致定性描述如下：流过气体管线段1的一部分工作气体经过第二出气口4进入T接头9的垂直部段9c。由于垂直部段9c的渐缩的横截面而在垂直部段9c中压缩这一部分的工作气体。这种压缩允许工作气体所含的部分水蒸汽以水的形式冷凝且进入作为一个冷凝容器的另一气体管线段5。在T接头9的垂直部段9c的末端，工作气体在进入另一气体管线段5中时遇到横截面扩大，造成工作气体膨胀和快速冷却。所述冷却造成保留在工作气体中的另一部分的水蒸汽冷凝且被收集在另一气体管线段5中。收集的冷凝水7能以水蒸汽8或水的形式经由半透性壁5b被排出另一气体管线段5，进而被排出气动脉动系统，随后它能到达可能连接在末端9d处的压力传感器。

图3示意性示出了用于证明本发明的装置在带有隔膜泵的心脏支持系统中的效力的试验计划。所示的试验计划只包括心脏支持系统的驱动管线。气体管线段1在其进气口2连接至气动驱动机构11。它在其第一出气口3附接至与隔膜泵相连的气体管线12。第一气体管线段1与气体管线12一起也被称为驱动管。在第二出气口4，通过气体管线连接件6装接上冷凝容器5。在此，冷凝容器5如图所示呈球形容器状。气体管线连接件6具有喷嘴6b。此外，空气用作试验设计中的工作气体。在气动驱动机构11内的每个活塞做功行程压迫一些潮湿空气经过喷嘴6b，空气随后膨胀。在此过程中，存储在空气中的水冷凝并集中在冷凝容器5里。这允许在驱动管1、12内的空气除湿。

为了试验，气动驱动机构11以循环模式利用具有80毫升排量的隔膜泵工作运行。在约2小时热身期之后，蒸馏水经注射器被加入驱动管1、12中。在所用的试验设计中，气体管线连接件的喷嘴6b由鲁尔接头形成。冷凝容器5由与鲁尔接头相连的注射器形成，注射器活塞的位置已被固定。

为了确定已被分离成的冷凝水量，该冷凝容器从鲁尔接头中被取下和称重。试验开始前的重量为40.0克。分离水量随时间变化的表现如图4所示。

在21.5小时之后，试验结束。分离出的水量为1.6毫升，驱动管1、12完全干燥。因此，分离率大于每天1.8毫升。

这确认了通过喷嘴和附接的冷凝容器分离冷凝水的效力。

本发明还包括如下方案：

1.一种用于从气动系统的工作气体中分离冷凝水的装置，该装置包括具有进气口与第一和第二出气口的气体管线段，其特征是，该装置包括从工作气体中提取冷凝水的冷凝容器，该冷凝容器被连接至第二出气口，从第二出气口至冷凝容器的过渡区具有横截面扩大，并且该冷凝容器具有用于排出所提取的冷凝水的机构。

2.根据前一方案的装置，其特征是，作为用于排出所提取的冷凝水的机构的冷凝容器具有透水材料，尤其是半透性塑料、含氟聚合物和/或烧结金属。

3.根据前述方案之一的装置，其中从所述第二出气口到冷凝容器的过渡区在该横截面扩大之前具有横截面缩窄。

4.根据前述方案之一的装置，其中气体管线连接件布置在第二出气口和冷凝容器之间，该气体管线连接件的最小横截面小于第二出气口的最小横截面和/或冷凝容器的最大横截面。

5.根据前一方案的装置，其特征是，在第二出气口和冷凝容器之间的气体管线连接件的横截面是恒定的。

6.根据方案4的装置，其特征是，该气体管线连接件具有喷嘴，该喷嘴的横截面在从第二出气口至冷凝容器的方向上缩窄。

7.根据前述方案之一的装置，其特征是，气体管线段具有通过T接头的对齐延伸的连接臂连接在一起的第一气体管线段和第二气体管线段，且第二出气口由该T接头的基本垂直于该连接臂分支出的部分形成。

8.根据前述方案之一的装置，其中该冷凝容器是带有进气口和出气口的另一气体管线段。

9.根据前一方案的装置，其特征是，该另一气体管线段的出气口连接至压力传感器。

10.根据前述方案之一的装置，其特征是，该冷凝容器具有一个区域，该区域的横截面比在从第二出气口到冷凝容器的过渡区内的横截面大了10至100000倍、尤其是16倍、400倍、1600倍或40000倍，并且这些区域之间的距离至少是50毫米，尤其是50至100毫米或者是75毫米。

11.根据前述方案之一的装置，其特征是，在从第二出气口至冷凝容器的过渡区内的最小直径是0.5-5毫米，尤其是1毫米或2.5毫米，并且该冷凝容器的最大直径为20-100毫米，尤其是50毫米或者75毫米。

12.根据前述方案之一的装置，其特征是，所述气体管线段和/或另一气体管线段具有5-10毫米的、尤其是6毫米或8毫米的直径。

13.根据前述方案之一的装置，其特征是，所述气体管线段和/或另一气体管线段是软管或塑料管。

14.一种用于心脏支持系统隔膜泵的气动脉动系统，具有气动驱动机构、工作气体和用于载运工作气体的气体管线，该气体管线能连接至该隔膜泵，其特征是，该气体管线被连接至根据前述方案中任一项所述的装置。

15.一种心脏支持系统，其具有隔膜泵和根据前一方案的且与该隔膜泵相连的气动脉动系统。

Claims (16)

1.一种用于从气动系统的工作气体中分离冷凝水的装置，包括：

气体管线段，其连接至所述气动系统并具有进气口以及第一出气口和第二出气口；和

用于从所述工作气体中提取冷凝水并收集所述冷凝水的冷凝容器，该冷凝容器被连接至所述第二出气口；

其特征是，为了排出所述冷凝水，所述冷凝容器具有透水材料、尤其是半透性塑料、含氟聚合物和/或烧结金属。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，从所述第二出气口到所述冷凝容器的过渡区具有横截面扩大。

3.根据权利要求2所述的装置，其中从所述第二出气口到所述冷凝容器的过渡区在所述横截面扩大之前具有横截面缩窄。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中气体管线连接件布置在所述第二出气口和所述冷凝容器之间，所述气体管线连接件的最小横截面小于所述第二出气口的最小横截面和/或所述冷凝容器的最大横截面。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，在所述第二出气口和所述冷凝容器之间的气体管线连接件的横截面是恒定的。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述气体管线连接件具有喷嘴，该喷嘴的横截面在从所述第二出气口至所述冷凝容器的方向上缩窄。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征是，所述气体管线段具有通过T接头的对齐延伸的连接臂连接在一起的第一气体管线段和第二气体管线段，且所述第二出气口由所述T接头的基本垂直于所述连接臂分支出的部分形成。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述冷凝容器是带有进气口和出气口的另一气体管线段。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征是，所述另一气体管线段的所述出气口连接至压力传感器。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的装置，其特征是，所述冷凝容器具有一个区域，该区域的横截面比在从所述第二出气口到所述冷凝容器的所述过渡区内的横截面大了10至100000倍、尤其是16倍、400倍、1600倍或40000倍，并且这些区域之间的距离至少是50毫米，尤其是50-100毫米或者是75毫米。

11.根据权利要求2至10中任一项所述的装置，其特征是，在从所述第二出气口至所述冷凝容器的所述过渡区内的最小直径是0.5-5毫米，尤其是1毫米或2.5毫米，并且所述冷凝容器的最大直径为20-100毫米，尤其是50毫米或者75毫米。

12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征是，所述气体管线段和/或所述另一气体管线段具有5-10毫米的、尤其是6毫米或者8毫米的直径。

13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征是，所述气体管线段(1)和/或所述另一气体管线段是软管或塑料管。

14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征是，所述装置适用于从气动脉动系统的工作气体中分离冷凝水。

15.一种用于心脏支持系统的隔膜泵的气动脉动系统，该气动脉动系统具有气动驱动机构、工作气体和用于引导工作气体的气体管线，该气体管线能连接至所述隔膜泵，其特征是，所述气体管线被连接至根据前述权利要求中任一项所述的装置。

16.一种心脏支持系统，该心脏支持系统具有隔膜泵和根据权利要求15所述的且与所述隔膜泵相连的气动脉动系统。