CN111594753A - 一种维持吹入压力和流量的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种维持吹入压力和流量的结构，属于压力调节的技术领域。一种维持吹入压力和流量的结构包括调节阀、固定容积容器、排气阀以及第一压力传感器和第二压力传感器；本发明通过将调节阀的三个接口分别与气源、固定容积容器以及供应端连接，通过调节阀开启气源为固定容积容器充气的通道或切换至开启固定容积容器为供应端供气的通道，且通过控制调节阀开启固定容积容器为供应端供气的通道的持续时间，实现压力调节和流量创建，使得排入供应端的气体量由调节阀开启通道的持续时间和频率控制。

Description

一种维持吹入压力和流量的结构
技术领域
本发明涉及气体压力和流量调节的技术领域，具体是涉及一种维持吹入压力和流量的结构。
背景技术
随着技术的发展，部分行业对于压力调节的需求也越来越高，精确的压力调节作为核心环节，往往起到决定性的作用。
目前，使用压力调节的行业包括了医疗器械行业，特别是在内窥镜外科手术过程中，需要维持吹入法压力和流量。但是，现有的设备或结构往往是使用基于孔口和大量传感器的模拟压力调节器来检测流量，如美国专利US4207887，公开了一种使用模拟压力调节器来实现吹入法压力和流量调节的结构，参见附图1，附图1为现有技术中使用模拟压力调节器来实现吹入法压力和流量调节的结构图，包括了设置管路上的模拟压力调节器8、带有体积容器排气阀的体积容器，通过模拟压力调节器8控制压力并检测流量。同时，附图2为现有技术中模拟压力调节器的结构图，公开了一种现有的模拟压力调节器8，为两阶段压力调节器，包括第一阶段调节结构81和第二阶段调节结构82，且第一阶段调节结构81和第二阶段调节结构82之间设置有连通口83，第一阶段调节结构81包括第一阶段阀体811和第一阶段调节螺丝812，第二阶段调节结构82包括第二阶段阀体821和第二阶段调节螺丝822，且第一阶段阀体811和第二阶段阀体821通过连通口83连通，同时，第一阶段阀体811还设置有流入口813，第二阶段阀体821还设置有流出口823，同时，第一阶段阀体811内且位于流入口813和连通口83之间设置有带第一阶段孔口814的隔挡，第二阶段阀体821内且位于连通口83和流出口823之间设置有带第二阶段孔口824的隔挡，同时第一阶段调节螺丝812的一端伸入第一阶段阀体811内并弹性连接有一与第一阶段孔口814配合的活塞84，第二阶段调节螺丝822的一端伸入第二阶段阀体821内并连接有一与第二阶段孔口824配合的活塞84，通过调节第一阶段调节螺丝812和第二阶段调节螺丝822实现对第一阶段孔口814和第二阶段孔口824大小的调节，从而实现对压力和流量的控制。因此，上述通过模拟压力调节器来控制压力和流量的结构不仅笨重，还使得调节压力受到孔口孔径大小的限制，导致最大输出流量受到模拟压力调节器的限制，存在限制性较大的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现旨在提供一种维持吹入压力和流量的结构，以设置调节阀，从而在关闭调节阀的时候来连接气源和固定容积容器，而在打开调节阀的时候来连接固定容积容器和供应端，通过调节阀的反复切换来逐渐增加供应端的压力，实现压力的调节和流量的创建，且排入供应端的气体量也由调节阀的开启持续时间控制，且持续时间根据供应端压力和设备最大所需流速计算。
具体技术方案如下：
一种维持吹入压力和流量的结构，具有这样的特征，包括：
一固定容积容器；
一调节阀，所述调节阀连接气源、所述固定容积容器，且所述调节阀的一输出端连接至供应端，所述调节阀用于向所述固定容积容器充入气体，和/或用于从所述固定容积容器向所述供应端输出气体；
一排气阀，优选的为排气二通阀，所述排气二通阀设置于所述输出端和大气之间，用于降低所述供应端的压力；在另一种情况下，排气阀也可以是一接口被堵住的三通阀；
一第一压力传感器，用于测量所述固定容积容器的瞬时压力；以及
一第二压力传感器，用于测量所述供应端的瞬时压力。
上述的一种维持吹入压力和流量的结构，其中，所述调节阀为调节三通阀。
上述的一种维持吹入压力和流量的结构，其中，所述调节阀包括：并联设置的第一二通阀和第二二通阀，其中，所述气源和所述固定容积容器通过所述第一二通阀相连，所述固定容积容器和所述供应端通过所述第二二通阀连接。
上述的一种维持吹入压力和流量的结构，其中，还包括压力调节器，所述压力调节器设置于所述气源和所述调节阀之间。
上述的一种维持吹入压力和流量的结构，其中，还包括压力安全释放阀，所述压力安全释放阀设置于所述压力调节器和所述调节阀之间。
上述的一种维持吹入压力和流量的结构，其中，还包括供应端压力释放阀，所述供应端压力释放阀设置于所述输出端和所述供应端之间。
上述的一种维持吹入压力和流量的结构，其中，所述调节阀和所述排气二通阀均为电磁阀。
上述的一种维持吹入压力和流量的结构，其中，一个节流孔形成于所述调节三通阀和所述供应端之间。
上述的一种维持吹入压力和流量的结构，其中，一个节流孔形成于所述调节三通阀和所述供应端之间，且所述节流孔于所述第二压力传感器之前与所述供应端相连通。
上述的一种维持吹入压力和流量的结构，其中，所述调节阀设置有多个，且多个所述调节阀串联连接，且每一所述调节阀均连接有一所述固定容积容器，即具有多个所述调节阀和对应的多个所述固定容积容器。
上述的一种维持吹入压力和流量的结构，其中，所述调节阀设置有多个，且多个所述调节阀串联连接，且每一所述调节阀均与同一所述固定容积容器连接，即具有多个所述调节阀和一个所述固定容积容器。
上述的一种维持吹入压力和流量的结构，其中，所述排气二通阀为常闭阀。
上述的一种维持吹入压力和流量的结构，其中，还包括一控制器，所述控制器信号连接于所述调节阀和所述排气二通阀上。
上述的一种维持吹入压力和流量的结构，其中，通过由所述第二压力传感器所测得的压力随时间推移发生的变化来计算输送的气体的体积和流量。
上述的一种维持吹入压力和流量的结构，其中，其中，输送的气体的总体积通过对所述第二压力传感器所测得的压力变化计算出的增量体积进行积分来估算。
上述技术方案的积极效果是：
上述的维持吹入压力和流量的结构，通过在气源和固定容积容器之间设置调节阀，使得可通过打开调节阀开启气源给固定容积容器充气的通道或切换至通过打开调节阀来开启固定容积容器为供应端供气的通道，通过控制调节阀开启固定容积容器为供应端供气的通道的持续时间和频率，来控制供应端的压力和流量，且排入供应端的气体量由调节阀开启通道的持续时间和频率控制。
附图说明
图1为现有技术中使用模拟压力调节器来实现吹入压力和流量调节的示意图；
图2为现有技术中模拟压力调节器的结构图；
图3为本发明的一种维持吹入压力和流量的结构的示意图；
图4说明了使用两个二通阀配置为调节三通阀的情况；
图5说明了体积计算。
附图中：1、气源；2、压力调节器；3、调节三通阀；31、第一接口；32、第二接口；33、第三接口；34、固定容积容器；4、供应端；5、排气二通阀；6、压力安全释放阀；7、供应端压力释放阀；8、模拟压力调节器；81、第一阶段调节结构；82、第二阶段调节结构；83、连通口；84、活塞；811、第一阶段阀体；812、第一阶段调节螺丝；813、流入口；814、第一阶段孔口；821、第二阶段阀体；822、第二阶段调节螺丝；823、流出口；824、第二阶段孔口；9、第一压力传感器。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图3至附图5对本发明提供的技术方案作具体阐述，但以下内容不作为本发明的限定。
图3为本发明的一种维持吹入压力和流量的结构的实施例的结构图。如图3所示，本实施例提供的维持吹入压力和流量的结构包括：固定容积容器34、压力调节器2、调节三通阀3、排气二通阀5、压力安全释放阀6和供应端压力释放阀7。
具体的，压力调节器2连接于气源1上并连通，通过压力调节器2将气源1的入口压力调节至安全使用范围，实现初步调压，提高保护性能。
具体的，调节三通阀3连接气源1和固定容积容器34，且调节三通阀3的一输出端(例如第三接口33)连接至供应端4，调节三通阀3用于从气源1向固定容积容器34充入气体，和/或用于从固定容积容器34向供应端4输出气体。此时，调节三通阀3包括三个接口，三个接口分别为第一接口31、第二接口32以及第三接口33，且第三接口33为固定容积容器34连接至供应端4的一输出端，同时，第一接口31选择性与第二接口32或第三接口33连通，使得在第一接口31与第二接口32连通时，则第一接口31与第三接口33处于断开状态，而在第一接口31与第三接口33连通时，则第一接口31和第二接口32处于断开状态。同时，第一接口31与固定容积容器34连通，第二接口32与连接气源1的压力调节器2连通，第三接口33为一输出端并与供应端4连通，实际上，第一接口31具有输入和输出功能，第二端口32具有输入功能。第三接口33具有输出功能。具体地，当气体从气源1进入固定容积容器34时，第一端口31具有输入功能，当气体从固定容积容器34进入供应端4时，第一端口31具有输出功能。
此处的供应端为需要供气的客体，如在内窥镜手术过程中采用体腔吹入法时的患者腔体，即通过调节三通阀3将压力调节器2与固定容积容器34连通后，固定容积容器34则与供应端4处于断开状态，此时，通过调节三通阀3将气源1的气体充入固定容积容器34，而通过调节三通阀3将固定容积容器34与供应端4连通后，固定容积容器34与压力调节器2处于断开状态，通过调节三通阀3将固定容积容器34内的气体输出至供应端4，且通过控制调节三通阀3开启固定容积容器34与供应端4连通的持续时间和频率，达到控制供应端4的压力和流量的目的，实现压力和流量的调节，并且，调节三通阀3开启固定容积容器34与供应端4连通的持续时间根据供应端4的需求压力以及整个结构的最大允许流速计算获得，更好的满足了精确压力调节需求，避免了现有结构中调节压力受到孔口孔径大小限制的问题，提高了适应性，将现有连续性压力调节的方式转化为通过调节三通阀3的反复切换形成的离散型调节方式，通过离散单元容积排出容积来维持压力，通过固定容积的减少来计算排出的容积大小，从而不再需要用到其它流量计量或测量装置。并且，第一接口31与第二接口32的连通为常开通路，第一接口31与第三接口33的连通为常闭通路，保证了安全性。
具体的，排气二通阀5设置于调节三通阀3的第三接口33和供应端4之间，使得在供应端4的实际压力增加到超过需求压力时，排气二通阀5启动，将供应端4的气体释放至大气中，使得供应端4的实际压力不高于需求压力，结构设计更合理，安全性更高。
具体的，还设置有第一压力传感器9，用于测量固定容积容器34的瞬时压力，实现对流经固定容积容器34的气体产生的瞬时压力进行测量，提供数据支撑，并且计算得到输送到供应端4的流量。优选的，第一压力传感器9设置于调节三通阀3与固定容积容器34之间。
同样的，还设置有第二压力传感器，第二压力传感器设置于调节三通阀3与供应端4之间。因此，调节三通阀3和排气二通阀5可以被自动且精确地控制，从而实现压力和流量的控制。
此外，压力安全释放阀6设置于调节三通阀3和压力调节器2之间。
根据供应端4的需求压力计算得到压力阀值，使得在调节三通阀3的第二接口32处检测到超过阀值大小的压力时，则排气二通阀5开启，实现泄压操作；类似的，当调节三通阀3的第一接口31和气源1之间检测到超过阀值大小的压力时，压力安全释放阀6开启，实现泄压操作，进一步提升了安全性。
更加具体的，调节三通阀3和排气二通阀5均为电磁阀，可实现远程智能控制，实现调节三通阀3和排气二通阀5启闭的自动化调节，结构设计更为简单，安全性更高。
更加具体的，调节三通阀3的第三接口33和供应端4之间还可设置有一个或多个节流孔，节流孔与供应端4连通。因为节流孔与供应端4连通，可有效减少供应端4压力的压力峰值，保护性更高，安全性更好。
更加具体的，为减少对固定容积容器34的填充时间，可设置多个调节三通阀3，且多个调节三通阀3串联连接，且每一调节三通阀3均连接有一固定容积容器34，使得效率，响应更迅速。
更加具体的，还提供了另一种替代常规调节三通阀3的结构。图4说明了使用两个二通阀配置为调节三通阀的情况。如图3和图4所示，两个二通阀被构造成作为三通阀使用。两个二通阀各自的其中一接口连接后与固定容积容器34连通，两个二通阀剩下的两个接口分别与供应端4和连接有气源1的压力调节器2连通，实现常规三通阀的作用，结构灵活性更高。
更加具体的，设置于调节三通阀3的第三接口33和供应端4之间的排气二通阀5为常闭阀，使得通过第二压力传感器检测的供应端4的实际压力不大于需求压力时，排气二通阀5为常闭状态，而通过第二压力传感器检测的供应端4的实际压力大于需求压力时，排气三通阀5自动切换为开启状态，实现泄压操作，结构设计更合理，安全性更高。
更加具体的，还设置有一控制器，且控制器信号连接于调节三通阀3和排气二通阀5上，通过控制器控制调节三通阀3和排气二通阀5的动作，实现对压力和流量的智能调节和控制，控制更方便，精确性更高。
更加具体的，排气二通阀5可以是一接口被堵住的三通阀，提高了设备的灵活性和适应性。
另外，还提供了一种通过瞬时压力测量来计算气体流的流量的方式，定义压力调节器2的输入压力为Pin，固定容积容器34的瞬时压力为Pc,供应端4的瞬时压力为Ppat，同时，还定义Ccham为固定容积容器34的容积。如图3所示，图3为本发明的一种维持吹入压力和流量的结构的示意图。压力调节器2具备一定的输入压力Pin，气体流先通过调节三通阀3进入到固定容积容器34，并在固定容积容器34内产生瞬时压力Pc，再由调节三通阀3将固定容积容器34内的气体释放至供应端4，从而增加供应端4的压力Ppat。当固定容积容器34在固定的持续时间Tc内被充气，气体转移到供应端4的持续时间为Tp，此时的Tp+TC为调节三通阀3完成一个充气和排气周期的持续时间。当Ppat小于调节三通阀在相对较短的周期内循环Pset,使得Ppat递增。而当Ppat大于Pset，以类似方式打开排气二通阀5时，也是如此。当Ppat大于Pset一定量时(该量超过固定或可变限值)，打开排气二通阀5，直到Ppat减小至小于Pset为止。该限值可以是一固定量，或者可以是基于Pset的值的一个量。具体请参见附录A。
可以通过每个周期的输送量的积分来近似输送给患者的气体的体积。具体计算理论在附录B中进行了描述。
本实施例提供的维持吹入压力和流量的结构，包括调节三通阀3、固定容积容器34、排气二通阀5以及第一压力传感器9和第二压力传感器；通过将调节三通阀3的三个接口分别与气源1、固定容积容器34以及供应端4连接，并于三通阀3和供应端4之间设置有排气二通阀5。通过调节三通阀3提供气源1为固定容积容器34充气的通道或切换调节三通阀3至固定容积容器34为供应端4供气的通道。通过控制调节三通阀3开启固定容积容器34为供应端4供气的通道的持续时间，来控制供应端4的压力和流量，实现压力和流量的调节。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
附录A控制方案
用户在图形用户界面(GUI)中输入所需的患者压力(Pset)。
通过控制板上的压力传感器感测患者实际压力(Ppat)。
控制器内的控件将患者实际压力(Ppat)与患者压力(Pset)进行比较，并计算误差。
控制器内的控件根据比较值和误差符号计算输出到调节三通阀3或排气二通阀5的脉冲宽度调制。
为了消除误差接近零时控件的波动，可以合并一个死区。
通过图形用户界面GUI输入所需的患者流量(MAX)。
当所需的患者(MAX)流量满足要求的流量时，患者压力(Pset)将受到限制。
图形用户界面GUI呈现实际的患者压力和患者流量以及所需的患者压力和患者流量。
控件集成计算得到的增量流量(请参见附录B)一并显示在GUI中。
在患者有可能受到伤害的情况下启动警报。
对警报作出反应，从而缓解这一情况。
附录B体积计算的讨论
假设气体质量恒定，并且气体体积增大导致气体压力发生变化。这近似于输送的气体体积并且可随时间推移而整合以估计流量和输送的体积。
因此，由于每个阀循环的腔室压力出现变化，增量流量可近似于体积。此时，可通过整合每个周期输送的容积估算输送到患者的容积。
由气体状态方程PV＝MRT可知，
此时，P1V1＝M1RT1
以及P2V2＝M2RT2
其中，
P1是气体的初始绝对压力；
V1是气体的初始体积；
M1、M2相等且表示气体质量；
P2是气体的最终绝对压力；
V2是气体的最终体积；
R为常量，为理想气体常数；
假设M1和M2相等时，且条件是等温条件下，
则，
如果质量和温度恒定，则P1V1＝P2V2，
P1V1/P2V2＝1，
或者
V2＝P1V1/P2，
同时，ΔV＝V1-V2，且表示体积变化
如果V1已知，则：
对于ΔP＝P1-P2，ΔV＝F×Q＝(V1-V2)，
其中，Q为流量；
则ΔV＝(P1V1/P2)-V1，
或者
ΔV＝V1(P1/P2-1)。

Claims (14)

1.一种维持吹入压力和流量的结构，其特征在于，包括：
一固定容积容器；
一调节阀，所述调节阀连接气源、所述固定容积容器，且所述调节阀的一输出端连接至供应端，所述调节阀用于向所述固定容积容器充入气体，和/或用于从所述固定容积容器向所述供应端输出气体；
一排气阀，所述排气阀设置于所述输出端和大气之间，用于降低所述供应端的压力；
一第一压力传感器，用于测量所述固定容积容器的瞬时压力；以及
一第二压力传感器，用于测量所述供应端的瞬时压力。
2.根据权利要求1所述的维持吹入压力和流量的结构，其特征在于，所述调节阀为调节三通阀。
3.根据权利要求1所述的维持吹入压力和流量的结构，其特征在于，所述调节阀包括：并联设置的第一二通阀和第二二通阀，其中，所述气源和所述固定容积容器通过所述第一二通阀相连，所述固定容积容器和所述供应端通过所述第二二通阀连接。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的维持吹入压力和流量的结构，其特征在于，还包括压力调节器，所述压力调节器设置于所述气源和所述调节阀之间。
5.根据权利要求4所述的维持吹入压力和流量的结构，其特征在于，还包括压力安全释放阀，所述压力安全释放阀设置于所述压力调节器和所述调节阀之间。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的维持吹入压力和流量的结构，其特征在于，还包括供应端压力释放阀，所述供应端压力释放阀设置于所述输出端和所述供应端之间。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述的维持吹入压力和流量的结构，其特征在于，所述调节阀和所述排气阀均为电磁阀。
8.根据权利要求2所述的维持吹入压力和流量的结构，其特征在于，一个节流孔形成于所述调节三通阀和所述供应端之间。
9.根据权利要求2所述的维持吹入压力和流量的结构，其特征在于，一个节流孔形成于所述调节三通阀和所述供应端之间，且所述节流孔于所述第二压力传感器之前与所述供应端相连通。
10.根据权利要求1所述的维持吹入压力和流量的结构，其特征在于，所述调节阀设置有多个，且多个所述调节阀串联连接，且每一所述调节阀均连接有一所述固定容积容器。
11.根据权利要求1所述的维持吹入压力和流量的结构，其特征在于，所述排气阀为常闭阀。
12.根据权利要求5所述的维持吹入压力和流量的结构，其特征在于，还包括一控制器，所述控制器信号连接于所述调节阀和所述排气阀上。
13.根据权利要求1所述的维持吹入压力和流量的结构，其特征在于，通过由所述第二压力传感器所测得的压力随时间推移发生的变化来计算输送的气体的体积和流量。
14.根据权利要求1所述的维持吹入压力和流量的结构，其特征在于，其中，输送的气体的总体积通过对所述第二压力传感器所测得的压力变化计算出的增量体积进行积分来估算。
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