CN116159344A - 从液体流中分离气泡的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从液体流中分离气泡的装置，其包括带有进口通道(10)和出口通道(12)的供液体流通过的脱气室(1)，以及与脱气室(1)相通并具有用于气泡的气体出口开口(113)的收集室(112)，其中，脱气室(1)包括将进口通道(10)与出口通道(12)在流动方向上连接起来、并在垂直平面内呈弧形延伸的环形通道(11)，并且收集室被布置在环形通道(11)的垂直上部区域。本发明还给出了一种相应的从液体流中去除气泡的方法。

Description

从液体流中分离气泡的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种从液体流中分离气泡的装置，其包括带有进口通道和出口通道的供液体流通过的脱气室，以及与脱气室相通并具有用于气泡的气体出口开口的收集室。本发明还涉及一种从液体流中分离气泡的方法。

背景技术

这种装置和方法是已知的，并用于分离液体流中所携带的气泡形式的不希望的气体部分，并将其与液体流分开排放。例如，在为患者将由注射器提供的液体注射到血管中的医疗应用中，这种气泡的分离特别重要，因为气泡注入血液循环中可能会导致威胁患者生命的并发症。用注射器施用的这种液体流的例子包括在医学成像检查中注射造影剂和/或食盐溶液，例如计算机断层扫描(CT)或磁共振断层扫描(MRT)。

在这种应用情形中，需要一种装置和方法，其能可靠地确保将气泡从液体流中分离出来，能被医务人员轻易地处理，而且尤其是在作为一次性物品使用时能以较低的生产成本制造，其中，此外由于普遍存在的强磁场，在磁共振断层扫描仪的环境中必须避免使用金属材料。

发明内容

本发明的目的是提出一种开头提到的类型的装置和方法，其尤其适合于所描述的医疗环境中的应用目的。

为了解决这个目的，根据本发明提出了一种根据权利要求1的特征的装置。解决所提出目的的方法是权利要求8的主题。

本发明的有利实施方案和进一步扩展分别是从属权利要求的主题。

根据本发明提供了一种装置，其中脱气室包括将进口通道与出口通道在流动方向上连接起来、并在垂直平面内呈弧形、优选圆弧形延伸的环形通道，并且收集室被布置在环形通道的垂直上部区域，即邻接最高点或在最高点中。

在本发明的范围内已经表明，用这样一个在垂直平面中布置、并以弧形方式连接进口通道和出口通道的环形通道，可以特别有效地将夹带的气泡从液体流中分离出来。

这是由于通过进口通道提供的含有气泡的液体流在在流动方向上连接的环形通道中以特定的最小流速对应于该环形通道的走向在垂直平面内弧形偏转，其中在通过环形通道的流动截面宽度上建立了液体流和夹带的气泡的速度梯度。包括夹带的气泡在内的液体流的流速在圆弧形延伸的环形通道的径向外部区域，即与环形通道的外径相邻或邻接的区域中比环形通道的径向内部区域，即与环形通道的内径相邻的区域中更高。在此可以看到，基于在垂直平面上弧形延伸的环形通道，由于与液体流相比密度较低，夹带的大体积气泡迅速垂直向上升至环形通道的外径，并在此处进入布置在环形通道垂直上方区域中的收集室。从那里，从液体流中离开的气泡可以通过相应的气体出口开口与液体流分开地排放。

这样清除了大体积气泡的液体流在环形通道中被引导向出口通道的方向。

然而，与此同时，由于普遍存在的液体流速度梯度，仍然包含的、由于体积小而没有在液体流中以很高的速度上升并被直接送入收集室的小体积气泡，在普遍的离心力和密度差的结合下，在弧形延伸的环形通道内径向向内偏转，从而使其流动速度沿流动方向进一步降低。一旦小体积气泡接触到弧形延伸的环形通道的形成其内径的表面，它们就会聚集在这个表面上，并逐渐积聚成由大量小体积气泡组成的大体积气泡，这些气泡最终具有如此大的体积，使得能够自动向上垂直上升，并从那里进入收集室。

借助试验可以证明，液体流中各种体积大小的气泡都可以通过这种方式可靠地去除，其中，液体流通过环形通道的流速越高，效果越好。这对例如借助于注射的医疗应用非常有用，因为例如血管造影检查是在最高83bar的注射压力和相应的高液体流流速下进行的，例如最高40ml/s。

大体积和小体积气泡之间的区分取决于各自的密度比。本发明所说的大体积气泡，是指那些在液体流中自动上升并进入收集室的气泡。如果较小的气泡的浮力不足进行这种自动上升到收集室，那么这些气泡就是本发明意义上的小体积气泡。小体积气泡的下限是在可以注入患者血液循环而不发生危险的尺寸范围内。

为了进一步提高流速，根据本发明的建议，规定环形通道的横截面在流动方向上变细，以便流速从进口通道开始直至出口通道增加。

根据本发明的另一个方案，环形通道在垂直平面内贯通延伸360°，其中进口通道在流动方向上在收集室之前沿切向汇入环形通道，而出口通道从流动方向看在收集室之后和进口通道的汇入口之前从环形通道径向向外引出。这样的布置只允许环形通道中引导的部分量的液体流在通过进口通道输入后立即从出口通道再次排出。与此相对，在环形通道中引导的剩余液体在环形通道中被引导过一个完整的360°循环，并至少经过其两次，直到最后通过出口通道排出。根据本发明，这种布置可以再次显著提高夹带的气泡的分离效率。

为了确保在环形通道中通过完整循环引导的部分量的液体流与通过进口通道送入环形通道的新液体流的均匀混合，还可以从流动方向看优选直接在进口通道的汇入口之前构造溢流级，其与进口通道汇入口邻接，并且将在完整循环中引导的液体流以分层的方式在通过进口通道送入的液体流的上方或下方与其集合。

根据本发明的另一个方案，环形通道由基本为弧形的内壁和与之同心布置的弧形外壁限定，其中后者在入口通道和出口通道以及收集室的汇入口区域中被打断。另一方面，弧形的内壁优选是连续的。

根据本发明的另一个方案，上述脱气室被布置在插入壳体中，该插入壳体例如可以作为可更换的一次性部件插入医疗注射器的相应接收壳体中，并且在插入接收壳体时，在进口通道、出口通道和气体出口开口区域中与医疗注射器的相应连接处相连。

在本发明范围内提出的用于从液体流中分离气泡的方法是基于：液体流在环形通道中沿流动方向以弧形，优选基本上圆弧形，在垂直平面中从进口通道开始引导至出口通道。在此，根据本发明设定，由于液体流连同夹带的气泡在环形通道中在垂直平面内进行的弧形引导，大体积的气泡在垂直方向上上升到位于垂直上部区域中、即与环形通道的最高点相邻或邻接布置的脱气室中，并由此处排出，而剩余的小体积气泡则径向向内偏转，并积聚在环形通道的内壁区域，并聚结成大体积气泡，然后上升到脱气室并被排出。

在此，根据本发明可以设定，液体流在流动方向上被加速，例如通过逐渐改变环形通道中的可用流动截面。

最后，可以设定，在环形通道中引导的液体流中只有部分量直接通过出口通道从环形通道中排出，其中剩余的部分量则留在环形通道中进行完整的循环，并再次流经该环形通道。

附图说明

下面参照附图中的实施例，对根据本发明的装置和方法的进一步设计方案和细节进行解释。图中：

图1示出了根据本发明的装置的俯视图；

图2示出了根据图1的装置的透视图。

具体实施方式

图中示出了用于从液体流中分离气泡的装置，其例如可以用注塑、印刷或铣削的塑料作为一次性部件一体制造，并且尤其适合在相应的卫生条件下用于医疗应用。

图中所示装置的基本组成部分是下面将进一步详细解释的脱气室1，它被这里是长方体形状的插入壳体2所包围，该插入壳体包括在所示安装位置中在垂直平面上延伸的后壁20和这里被移除并在孔21中固定的前壁，脱气室1布置在其间。该装置是在图示的该垂直方向上使用的。

该脱气室1包括穿过后壁20的用于液体流的进入开口100，例如在医疗注射器的情况下，用于由其向患者方向注射的造影剂溶液和/或食盐溶液，其根据箭头E通过进口通道10进入脱气室1。接着进口通道10，脱气室1包括与进口通道10相通的环形通道11，在图示的实施例中，该环形通道在垂直平面上呈圆弧状首先向上、然后向下延伸。进口通道10在大约3点的位置上切向汇入与此相对形成有明显扩大的流动截面的环形通道11中，并垂直向上指向。

环形通道11一方面被不间断的圆柱形内壁110和与之同心布置的外壁111所限定，其中后者一方面被进口通道10的汇入口打断，另一方面也被下面更详细描述的出口通道12的汇入口打断，并且在垂直的上部区域，即环形通道首先向上的延伸变为向下的延伸的区域中，被收集室112打断，该收集室在此范围内位于进口通道10和出口通道12的汇入口之间。

收集室112以近似圆顶的形状布置在环形通道11的垂直上部区域中，并邻接其外周和其最高点，并在设置有开口的情况下由接片115与环形通道11分开。在大约5点位置的垂直下部区域中，出口通道12从环形通道11径向向外引出。出口通道12通过从插入件2及其后壁20引出的出口孔120与这里没有示出的通向患者的连接导管相通。

同样地，垂直布置在上面的收集室112也设置有穿过后壁20的气体出口开口113。

当脱气室1被施加有通过进口通道10提供的液体流时，该液体流进入环形通道11，并因此在垂直平面内在环形通道11的走向中以圆弧形被强迫进入在垂直平面内延伸的圆形路径。具有由于密度差可以在液体流中自动上升的体积的被夹带的大体积气泡B1按照箭头P1直接进入垂直布置在环形通道11上方的收集室112，并通过气体出口开口113排出。另一方面，液体流沿着接片115进一步在圆形路径上、并在沿着环形通道11的流动方向上向着出口通道12的方向引导。

其浮力不足以直接上升到收集室112中的被携带的小体积气泡B2被环形通道11中出现的液体流的流速的速度梯度逼向环形通道11的内壁110，其最终粘附在上面。速度梯度由环形通道11中的不同箭头长度表示，其中在环形通道11的径向外部区域中的流速比环形通道的径向内部区域中的流速大，并且在内壁110的区域几乎停滞。因此，小体积气泡B2逐渐积聚在内壁110上，并流动在一起，即它们聚集在一起，其中其体积越来越大，直到它们最终的总体积使得其可以按照箭头P1自动上升到收集室112。

在通过环形室11的循环过程中，去除了气泡的液体流在经过大约3/4的循环后，至少部分地按照箭头A通过径向向外延伸的出口通道12和所连接的出口孔120排出，而剩余部分的液体流按照箭头R在环形通道11中通过一个完整的循环，并再次与通过进口通道10提供的液体流相遇，以便与后者一起在环形通道11中完成一个新的循环，并分离其他气泡。

为了防止在根据箭头R完成完整循环的部分流和根据箭头E通过进口通道10提供的进一步液体流的汇合区域中发生湍流，在环形通道11中，从流动方向看直接在进口通道10向环形通道11的汇入口之前，形成溢流级114，其确保了在环形通道11中形成两层，即一方面是根据箭头E通过进口通道10流入的液体流的层，在此之上是根据箭头R在环形通道11中完成完整循环的部分流的另外的层。

已经证明，利用这样一个简单且不需要任何可移动部件的装置，就可以可靠地将液体流与夹带的气泡分离，尤其是在高流速下，其中，所需的能量可以完全从液体流的流速中获得。

Claims (12)

1.用于从液体流中分离气泡的装置，其包括带有进口通道(10)和出口通道(12)的供液体流通过的脱气室(1)，以及与所述脱气室(1)相通并具有用于气泡的气体出口开口(113)的收集室(112)，其中，所述脱气室(1)包括将进口通道(10)与出口通道(12)在流动方向上连接起来、并在垂直平面内呈弧形延伸的环形通道(11)，并且收集室被布置在环形通道(11)的垂直上部区域。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环形通道(11)在垂直平面内呈圆弧形延伸。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述环形通道(11)的横截面在流动方向上变细。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的装置，其特征在于，环形通道(11)贯通延伸360°，并且进口通道(10)沿切向汇入环形通道(11)中，并且出口通道(12)从流动方向看在进口通道(10)的汇入口之前从环形通道(11)径向向外引出。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述环形通道(11)从流动方向看在进口通道(10)的汇入口之前构造有溢流级(114)，所述溢流级与所述进口通道(10)的汇入口邻接。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的装置，其特征在于，所述环形通道(11)由基本为弧形的内壁(110)和与之同心布置的外壁(111)限定，所述外壁在入口通道和出口通道(10、12)以及收集室(112)的汇入口的区域中被打断。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的装置，其特征在于，所述脱气室(1)被布置在插入壳体(2)中。

8.用于将液体流注入患者体内的医疗注射器，包括根据前述权利要求中任意一项所述的装置。

9.用于从液体流中分离气泡的方法，在所述方法中，含有气泡的液体流在环形通道(11)中沿流动方向以弧形在垂直平面中并且从进口通道(10)开始引导至出口通道(12)，其中，大体积的气泡在垂直方向上上升到脱气室(112)中并排出，并且剩余的小体积气泡径向向内偏转，并积聚在环形通道(11)的内壁区域，并聚结成大体积气泡，并且上升到脱气室(112)并被排出。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，含有气泡的液体流在环形通道(11)中以基本上圆弧形在垂直平面中引导。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，液体流在流动方向上被加速。

12.根据权利要求9至11中任意一项所述的方法，其特征在于，在环形通道(11)中引导的液体流中只有部分量通过出口通道(12)从环形通道(11)中排出，并且剩余的部分量留在所述环形通道(11)中进行完整的循环，并再次流经所述环形通道。

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