CN110841164B - 一种自适应蒸发温度变化的麻醉剂蒸发器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及内科麻醉设备领域，具体的说是一种自适应蒸发温度变化的麻醉剂蒸发器。包括多个用于容纳液体麻醉剂并可供液体麻醉剂蒸发形成麻醉蒸气的蒸发室、用于收集多个蒸发室排出的麻醉蒸气的集气室以及控制机构；蒸发室的一端均连接有供载气进入的载气管，蒸发室的另一端均设有供载气携带麻醉蒸气由蒸发室排出的排气管，所有排气管均通过控制机构与集气室相连，并可通过控制机构使经过蒸发降温的蒸发室断开与集气室的连通，并在蒸发室吸收环境热量升温后再次与集气室连通。本发明可克服液体麻醉剂蒸发降温后，蒸发速度持续降低，使得蒸发器输出麻醉蒸气浓度减小，导致蒸发器输出麻醉蒸气浓度不稳定的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及内科麻醉设备领域，具体的说是一种自适应蒸发温度变化的麻醉剂蒸发器。
背景技术
吸入式麻醉是以麻醉剂挥发后的蒸气从呼吸道通过进入人体内形成麻醉作用，药物有乙醚、异氟烷、氧化亚氮等。麻醉剂经过肺泡动脉进入血液随着血液循环透过血脑屏障最后到达脑部。进入中枢神经系统后，它能够阻断神经传递的功能，引起麻醉作用。在麻醉后，吸入性麻醉剂极少被肝脏代谢或肾脏排泄，主要以原形经呼吸道排出体外。因此，吸入性麻醉剂具有较易排出，麻醉苏醒快，对手术患者身体机能损伤小等优点。
麻醉剂蒸发器是吸入性麻醉系统中的重要组成部分。常规的麻醉剂蒸发器通常包括蒸发室和设置在蒸发室中的药芯。蒸发室中盛装有一定量的液体麻醉剂，药芯呈螺旋状并包覆有棉料，并部分浸泡在液体麻醉剂中。在液体麻醉剂的挥发过程中，配合药芯的细管吸附作用使得蒸发室内充满麻醉饱和蒸气。由于其浓度较高，不能直接供应患者吸入，且运动性较差，故通常在蒸发室一端通入新鲜空气作为载气，载气贯穿蒸发室后携带麻醉蒸气由蒸发室的另一端排出，接入呼吸系统中，与另一路新鲜空气混合后供患者吸取。同时，与另一路新鲜空气的混合也便于医师根据不同的应用场合调节其浓度。
然而液体麻醉剂蒸发为麻醉蒸气并由载气带走的过程为吸热过程，蒸发室及其中的液体麻醉剂的温度也会随着蒸发的进行持续降低。由热力学常识可知，蒸发室温度的降低会导致麻醉剂蒸发速度降低。从而导致从蒸发室排出的麻醉蒸气浓度的降低。进而导致蒸发器输出的麻醉蒸气浓度不稳定，不便于计量控制患者的实际吸入量。为了克服由于蒸发降温导致的麻醉蒸气浓度变化，现有技术中通常在蒸发室的外部设置恒温装置，通过水浴或电热丝的形式对蒸发室进行加热。但是在实际应用中发现，此种方式不仅结构复杂，而且加热响应速度较慢，容易过热导致液体麻醉剂或麻醉蒸气温度过高，患者吸入后引起口鼻吼部位的不适，或者加热速度跟不上蒸发室蒸发降温的速度，导致起不到明显的稳定蒸发蒸气的效果。
发明内容
本发明旨在提供一种自适应蒸发温度变化的麻醉剂蒸发器，以克服液体麻醉剂蒸发降温后，蒸发速度持续降低，使得蒸发器输出麻醉蒸气浓度减小，导致蒸发器输出麻醉蒸气浓度不稳定的技术问题。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种自适应蒸发温度变化的麻醉剂蒸发器，包括多个用于容纳液体麻醉剂并可供液体麻醉剂蒸发形成麻醉蒸气的蒸发室、用于收集多个蒸发室排出的麻醉蒸气的集气室以及用于控制多个蒸发室顺次与集气室通断连接的控制机构；蒸发室的一端均连接有供载气进入的载气管，蒸发室的另一端均设有供载气携带麻醉蒸气由蒸发室排出的排气管，所有排气管均通过控制机构与集气室相连，并可通过控制机构使经过蒸发降温的蒸发室断开与集气室的连通，并在蒸发室吸收环境热量升温后再次与集气室连通。
优选的，集气室的形状为圆盘状，集气室的顶部通过软管与呼吸系统相连，集气室的底部开设有数量与蒸发室相对应的多个装配孔，且所有装配孔在集气室的底部呈圆环形分布，多根排气管远离蒸发室的端部分别一一对应插设在装配孔中；控制机构包括可转动设置在集气室内腔底部位置并用于封堵装配孔的封堵盘，在封堵盘上贯穿开设有连通孔，连通孔可在随封堵盘转动过程中与部分装配孔照应连通，以使对应的蒸发室与集气室连通。
优选的，连通孔的数量为多个，多个连通孔在封堵盘上形成弧形孔阵，弧形孔阵的通气量沿对应封堵盘转动方向前方的一端至对应封堵盘转动方向后方的一端的方向逐渐增大。
优选的，弧形孔阵中对应封堵盘转动方向后方的端部所对应的连通孔的孔径与装配孔的孔径相同。
优选的，麻醉剂蒸发器共包括3xN个蒸发室，N为非0的自然数；在封堵盘上设有N个弧形孔阵，且N个弧形孔阵在封堵盘上均匀间隔分布。
优选的，麻醉剂蒸发器还包括一个圆筒状的底座，在底座的外周部位设有用于固定蒸发室的卡扣，在底座中固定设有电机减速器总成，电机减速器总成的输出轴伸入集气室内腔中并与封堵盘的转动中心连接。
优选的，控制机构还包括浓度传感器和单片机控制器，浓度传感器设置在集气室中并用于检测麻醉蒸气浓度，单片机控制器与浓度传感器和电机减速器总成分别信号电连接，并可在浓度传感器检测到的麻醉蒸气浓度低于设定值后控制电机减速器总成的输出轴转动固定角度，以使封堵盘上的连通孔转动至下一个装配孔位置。
优选的，在集气室内腔的底部设有供封堵盘转动配合的轴承，封堵盘的底部间隔设有多个采用橡胶材料制作并用于封堵装配孔的封堵条。
有益效果
本发明中包括一个集气室和多个蒸发室，多个蒸发室通过控制机构与集气室依次通断连接。在使用状态下，仅一个或多个蒸发室与集气室连接，剩余蒸发室与集气室隔断。在与集气室连接的蒸发室蒸发出麻醉蒸气后，麻醉蒸气随载气进入集气室内，并通过集气室最终进入呼吸系统供患者吸入达到麻醉效果。当与集气室连通的一个或多个蒸发室因持续蒸发降温，使得麻醉蒸气的输出浓度降低后，可通过控制机构断开连接，并将其它处于室温常温状态的蒸发室与集气室相连，从而进行连续的麻醉蒸气输出，且输出麻醉蒸气的浓度始终维持稳定。经过蒸发降温的蒸发室在断开与集气室的连接后，其内部的麻醉蒸气在封闭腔内达到饱和平衡状态，不再继续蒸发吸热，并可从外部环境吸收热量后逐渐恢复至常温，从而可与其它蒸发室间隔与集气室连接，形成连续稳定的麻醉蒸气输出。
由于与集气室断开的蒸发室在恢复升温后，其内腔中的麻醉蒸气会达到饱和蒸气压。其与集气室再次连接后，内部饱和麻醉蒸气瞬时随载气通入集气室内，容易造成集气室中瞬时浓度过大的情况。本发明通过电机减速器总成驱动封堵盘缓速转动，且封堵盘上的连通孔设置为多个并形成弧形孔阵，通过弧形孔阵通气量由小到大的变化，配合矩形孔阵的缓速移动使得恢复升温后的蒸发室中的麻醉蒸气缓速进入到集气室内，避免集气室内麻醉蒸气浓度过大对患者产生的不利影响。
本发明中在集气室内设置有用于检测麻醉蒸气浓度的浓度传感器，通过浓度传感器直接检测到的麻醉气体浓度数值来判定是否启动控制机构来更换接入集气室的蒸发室。通过浓度判定控制机构启动的判定方式相比于通过蒸发室温度判定控制机构的判定方式更为简单直观，提高了控制机构的相应速度，更有利于维持蒸发器输出稳定浓度的麻醉蒸气。
附图说明
图1为本发明的纵向剖面结构示意图；
图2为图1中一个具体实施例的A-A向剖视图；
图3为图1中另一个具体实施例的A-A向剖视图；
图中标记：1、载气管，2、底座，3、卡扣，4、电机减速器总成，5、蒸发室，6、排气管，7、装配孔，8、封堵条，9、集气室，10、封堵盘，11、浓度传感器，12、连通孔，13、弧形孔阵，14、麻醉蒸气，15，液体麻醉剂。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种自适应蒸发温度变化的麻醉剂蒸发器，包括圆筒状的底座2、卡装在底座2外周位置的多个蒸发室5以及固定在底座2顶部位置的集气室9。底座2的外周位置间隔设有多个供蒸发水配合安装的卡扣3。蒸发室5与常规蒸发器中的蒸发室相同，均具有用于容纳液体麻醉剂15的内腔和设置在内腔中并部分浸泡于液体麻醉剂15中的药芯，液体麻醉剂15在药芯的配合下蒸发并在蒸发室5的内腔中形成麻醉蒸气14。在蒸发室5的一端位置设有载气管1，所有载气管1共同连接在同一个载气泵的出口位置，从而持续向全部的蒸发室5内通入新鲜空气作为载气。
在蒸发室5通过排气管6与集气室9连通的状态下，蒸发室5内的液体麻醉剂15持续蒸发并降温，载气携带麻醉蒸气14进入集气室9中，并由设置在集气室9上端位置的出口经软管进入呼吸系统，与另一路新鲜空气汇流并调整浓度后供患者吸入，达到麻醉的效果。在蒸发室5的排气管6与集气室9封闭的状态下，麻醉蒸气14在蒸发室5内腔中达到饱和状态，蒸发室5不再进行蒸发降温，并可吸收环境热量逐步恢复至常温状态。所有蒸发室5的排气管6均通过控制机构与集气室9进行通断连接，使多个蒸发室5分批次与集气室9顺次相连，从而可在某个或某些蒸发室5经过蒸发后降温，浓度输出达不到要求后进行切换，进而使本发明进行连续且稳定浓度的麻醉蒸气14的输出。
集气室9为圆盘状并具有圆形的内腔，在集气室9的底部间隔开设有多个呈环形分布的装配孔7，排气管6以过盈插接的方式插设在装配孔7中。控制机构包括可转动设置在集气室9内腔底部位置并用于封堵装配孔7的封堵盘10。在集气室9内腔的底部设有供封堵盘10转动配合的轴承，封堵盘10的底部间隔设有多个采用橡胶材料制作并用于封堵装配孔7的封堵条8。封堵盘10为圆形，在底座2中部设置有电机减速器总成4，电机减速器总成4的输出轴伸入集气室9中并与封堵盘10的圆心位置固定连接，从而由电机减速器总成4驱动封堵盘10转动，进行蒸发室5的切换调整。在封堵盘10上贯穿开设有连通孔12，连通孔12可在随封堵盘10转动过程中与部分装配孔7照应连通，以使对应的蒸发室5与集气室9连通。
本发明中蒸发室5的数量最低设置为两个，两个蒸发室5在控制机构的作用下，一个与集气室9连通，进行持续的蒸发并输出麻醉蒸气14，另一个与集气室9隔绝，保持常温状态。在输出麻醉蒸气14浓度不达标后进行切换，使降温的蒸发室5开始吸取环境热量升温，另一个常温状态的蒸发室5开始蒸发麻醉蒸气14并输出。本发明优选的实施方式中，蒸发室5的数量设置为3xN个，N为非0的自然数。在封堵盘10上均匀间隔设置N个连通孔12，使得蒸发室5总量的1/3个与集气室9连通处于蒸发工作状态，另外2/3个隔绝于集气室9并处于吸热升温状态。随着封堵盘10朝向一个方向的间隔转动实现所有蒸发室5依次轮流进行蒸发降温和吸热升温。蒸发室5的数量设置为3xN个的方式增加了吸热升温状态的蒸发室5的数量，有利于确保其在恢复期间升温至室温状态，进一步有利于维持本发明持续输出的麻醉蒸气14的浓度。
为了便于说明，本实施例中的蒸发室5数量为3个，在封堵盘10上开设有1个供其中1个蒸发室5与集气室9相连的弧形孔阵13，弧形孔阵13与装配孔7在封堵盘10转动过程中的相对轨迹部分重合。如图2所示，位于下方的两个装配孔7（虚线所示）被封堵盘10封堵，位于上方的1个装配孔7与弧形孔阵13左端重合，从而使上方装配孔7对应的蒸发室5与集气室9相连通。弧形孔阵13由多个不同孔径的连通孔12组成，多个不同孔径的连通孔12的排列组合方式使得弧形孔阵13的通气量沿对应封堵盘10转动方向前方的一端至对应封堵盘10转动方向后方的一端的方向逐渐增大，且弧形孔阵13中对应封堵盘10转动方向后方的端部所对应的连通孔12的孔径与装配孔7的孔径相同。
在图2所示状态下，当位于上方装配孔7对应的蒸发室5温度降低，需要切换至右下角装配孔7所对应的蒸发室5时。随着封堵盘10顺时针转动，封堵盘10开始将上方位置装配孔7封堵，弧形孔阵13的前端随即与右下角位置的装配孔7重合，对应蒸发室5中达到饱和的麻醉蒸气14随载气进入集气室9。由于弧形孔阵13前端位置的连通孔12的孔径较小，孔间距较大，故通气量较小，由此可避免蒸发室5中达到饱和状态的麻醉气体瞬时涌入集气室9内，造成集气室9内麻醉气筒浓度瞬时过大的情况。随着封堵盘10沿顺时针方向的持续转动，蒸发室5内分压逐渐减小，弧形孔阵13的透气量逐渐变大，直至封堵盘10转动120°后，位于弧形孔阵13左端一个最大的连通孔12与右下角位置的装配孔7重合，达到平衡状态。本实施例中为配合上述饱和麻醉蒸气14的缓释，电机减速器总成4中的电机为伺服电机，便于精确控制转动角度；其中的减速器便于控制封堵盘10缓慢转动。本发明的弧形孔阵13也可通过如图3所示的方式实现，即由连续的多个孔径不同的连通孔12组成，多个连通孔12的圆心连接形成的弧线段与封堵盘10同心。
在本发明的其他实施例中，蒸发室5的数量为6个或9个，在封堵盘10上设置的弧形孔阵13的数量为2个或3个，封堵盘10每次转动的角度为60°或40°，弧形孔阵13在封堵盘10上均匀间隔分布，避免导致所有蒸发室5一侧过冷的现象。
本实施例中，控制电机减速器总成4启动以带动封堵盘10转动的信号源为设置在集气室9中的浓度传感器11。浓度传感器11检测到的麻醉蒸气14浓度的信号输出端连接于单片机控制器，单片机控制器的信号输出端与电机减速器总成4的控制电路相连。在单片机控制器中设置有需要的麻醉蒸气14浓度设定值。当浓度传感器11发回的麻醉蒸气14浓度小于设定值后，即由单片机控制器发出电机减速器总成4启动的启动信号，并使得电机减速器总成4的输出轴转动120°，在图2所示状态下将上方位置的装配孔7封堵，将右下方位置的装配孔7释放，达到蒸发室5切换的目的。此外，电机减速器总成4的启动也可由蒸发室5的温度变化所控制。即在蒸发室5内设置温度传感器并与单片机控制器相连，当其中一个温度传感器传回的温度低于单片机控制器内的设定温度后，即控制电机减速器总成4输出轴转动，同样达到蒸发室5输出蒸发蒸气14浓度不达标后即切换的技术效果。
Claims (6)
1.一种自适应蒸发温度变化的麻醉剂蒸发器，其特征在于：包括多个用于容纳液体麻醉剂(15)并可供液体麻醉剂(15)蒸发形成麻醉蒸气(14)的蒸发室(5)、用于收集多个蒸发室(5)排出的麻醉蒸气(14)的集气室(9)以及用于控制多个蒸发室(5)顺次与集气室(9)通断连接的控制机构；蒸发室(5)的一端均连接有供载气进入的载气管(1)，蒸发室(5)的另一端均设有供载气携带麻醉蒸气(14)由蒸发室(5)排出的排气管(6)，所有排气管(6)均通过控制机构与集气室(9)相连，并可通过控制机构使经过蒸发降温的蒸发室(5)断开与集气室(9)的连通，并在蒸发室(5)吸收环境热量升温后再次与集气室(9)连通；
集气室(9)的形状为圆盘状，集气室(9)的顶部通过软管与呼吸系统相连，集气室(9)的底部开设有数量与蒸发室(5)相对应的多个装配孔(7)，且所有装配孔(7)在集气室(9)的底部呈圆环形分布，多根排气管(6)远离蒸发室(5)的端部分别一一对应插设在装配孔(7)中；控制机构包括可转动设置在集气室(9)内腔底部位置并用于封堵装配孔(7)的封堵盘(10)，在封堵盘(10)上贯穿开设有连通孔(12)，连通孔(12)可在随封堵盘(10)转动过程中与部分装配孔(7)照应连通，以使对应的蒸发室(5)与集气室(9)连通；
连通孔(12)的数量为多个，多个连通孔(12)在封堵盘(10)上形成弧形孔阵(13)，弧形孔阵(13)的通气量沿对应封堵盘(10)转动方向前方的一端至对应封堵盘(10)转动方向后方的一端的方向逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的一种自适应蒸发温度变化的麻醉剂蒸发器，其特征在于：弧形孔阵(13)中对应封堵盘(10)转动方向后方的端部所对应的连通孔(12)的孔径与装配孔(7)的孔径相同。
3.根据权利要求1所述的一种自适应蒸发温度变化的麻醉剂蒸发器，其特征在于：麻醉剂蒸发器共包括3xN个蒸发室(5)，N为非0的自然数；在封堵盘(10)上设有N个弧形孔阵(13)，且N个弧形孔阵(13)在封堵盘(10)上均匀间隔分布。
4.根据权利要求1所述的一种自适应蒸发温度变化的麻醉剂蒸发器，其特征在于：麻醉剂蒸发器还包括一个圆筒状的底座(2)，在底座(2)的外周部位设有用于固定蒸发室(5)的卡扣(3)，在底座(2)中固定设有电机减速器总成(4)，电机减速器总成(4)的输出轴伸入集气室(9)内腔中并与封堵盘(10)的转动中心连接。
5.根据权利要求4所述的一种自适应蒸发温度变化的麻醉剂蒸发器，其特征在于：控制机构还包括浓度传感器(11)和单片机控制器，浓度传感器(11)设置在集气室(9)中并用于检测麻醉蒸气(14)浓度，单片机控制器与浓度传感器(11)和电机减速器总成(4)分别信号电连接，并可在浓度传感器(11)检测到的麻醉蒸气(14)浓度低于设定值后控制电机减速器总成(4)的输出轴转动固定角度，以使封堵盘(10)上的连通孔(12)转动至下一个装配孔(7)位置。
6.根据权利要求1所述的一种自适应蒸发温度变化的麻醉剂蒸发器，其特征在于：在集气室(9)内腔的底部设有供封堵盘(10)转动配合的轴承，封堵盘(10)的底部间隔设有多个采用橡胶材料制作并用于封堵装配孔(7)的封堵条(8)。
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