CN117122787A - 一种稳定精准混合气体潮气量发生控制装置及呼吸机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稳定精准混合气体潮气量发生控制装置及呼吸机，包括：稳压混合储气模块和通气模块，稳压混合储气模块为通气模块提供压力稳定的多种气体混合后的气源；稳压混合储气模块包括：储气主体，其上设有气源混合通道以及与通气模块连通的气体输出通道，气体输出通道上设有旁路排气口；与气源混合通道连通且与多种气体分别对应的进气组件，用于依据储气主体内需要的目标气压和每种气体的目标浓度，实时监测并控制每种气体的通入量。呼吸机可以配备多个并联设置的上述潮气量发生控制装置，每个潮气量发生控制装置均采用定容、定压存储和释放，多个潮气量发生控制装置可交替工作，解决高频呼吸的需求；并联模块化设置，便于安装和维修。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学工程技术领域，更具体地说，本发明涉及一种稳定精准混合气体潮气量发生控制装置及呼吸机。
背景技术
潮气量是指平静呼吸时每次吸入或呼出的气量，设定的潮气量通常指吸入气量。目前，呼吸机产生潮气流的四种主要方式为气动、涡轮、bellow和活塞式。
第一种气动，是通过调节供气压力(例如，来自墙壁的管道气体或钢瓶气体压力)的方式，其中阀门36用于协调来自外部储罐37的流量；此类别包括医院使用的绝大多数呼吸机。该系统依赖于来自一些中央存储或压缩气瓶的新鲜气体供应，这在医院中很容易获得。
该供应气体处于相当可观的压力下，大约为400-415KPa，这相当于3040mmHg(毫米汞柱)或4132cmH2O(厘米水柱)，如果以0到40-50cmH2O的压力为患者通气，需要一种降低压力的机制，这些通常采用电磁阀的形式，通过一个精心控制的小开口将加压供应气体释放到气体混合室中，由于供应气体管路和呼吸回路之间的压差足够接近环境大气压，因此会产生流量。
在如此高的供气压力下，这些呼吸机通常可以达到非常高的流速，例如迈柯唯的Servo-I(婴儿型)呼吸机，将3.3L/sec(198L/min)的流速作为可达到的最大流速。
显然，产生这些高流量的能力取决于医院供气的可靠性，如果中央供气不足，呼吸机将无法产生如此高的流量；这些设备的技术规格通常引用120L/min的最小供气流速，或200KPa的最小供气压力(以Servo-I为例)，如果呼吸机检测到较低的流速，通常会发出“供气故障”警报。
这类呼吸机的优点是，可产生高达200L/min的流量，此设计使用最少的电池电量，缺点是，流量取决于加压气体的稳定供应，最低流量为120-150L/min，最低压力约为200KPa。
第二种涡轮，不依赖于供应气体压力的通风机，是通过涡轮机38产生气流，涡轮机38通常被称为“鼓风机”，例如瑞士哈美顿C2型呼吸机。鼓风机可能是涡轮式的(即气流沿着旋转轴)，也可能是离心式的，如附图2所示；另一个(更重、更耗能)的选择是气体压缩机，它基本上是大型工业级压缩机的缩小版，用于将压缩空气供应到医院的中央管网，在这些设计中，鼓风机较弱；它们能够产生相对适中的压力，最大压力为2psi(磅力/平方英寸)，仍约为140cmH2O，因此足以满足工作要求。
涡轮机产生的负压将室内空气通过过滤器吸入呼吸机的背面，在涡轮机的上游，新鲜的氧气被输送到回路中，涡轮机随后压缩这种气体混合物并产生可能高达240L/min的流量；然而，即使这种压缩机可以产生快速的流量，也并非完全不依赖压缩供应，除非打算只用室内空气进行通风，否则需要将一些氧气供入机器中。大多数此类呼吸机可以接受15升/分钟的“低流量”氧气，但要提供100％的FiO2(Fraction of inspiration O2，吸入气中的氧浓度分数)，需要为这些呼吸机提供至少120升/分钟的氧气，不需要压缩空气供应，但仍然需要氧气。
这类呼吸机的优点是，可能产生更高的流速且高达240L/min，可以弥补大量泄漏，需要更少的气体(即不依赖压缩空气供应)；缺点是，仍然需要压缩氧气供应39(能够达到120L/min的流量)。
第三种Bellow(风箱，波纹管)，如附图3所示，柔性储气罐(风箱或波纹管等)40被压缩以产生吸气流，或者通过第二个气体回路41，或者通过电动杠杆，或重力等。
这种设计有单回路或双回路变体，但最常见的是双回路。“风箱”是一个灵活的手风琴式储气罐，用于储存打算向患者吹气的气体混合物，通过向该储气罐施加外部压力，产生吸气流。施加这种外部压力的方法有很多种(通过杠杆、马达、使用重力的重物等)，但到目前为止，最流行的是第二个气体回路41的压力。
这种设计的优点是不再依赖呼吸气体混合器来提供吸气流的驱动压力；因此，人们可以对气体混合物进行更大程度的控制；例如，麻醉气体(以微量浓度存在，占气体混合物的1％-2％)以非常缓慢的流速供应，这永远不适合气动通气。
另一方面，吸气流是由第二回路的压力产生的，因此这种设计仍然依赖于一些加压气源。这可以是气动的(例如管道供气)或通过使用压缩机涡轮机，这使设计更加复杂，并引入了更多可能的故障点；此外，这些呼吸机不能有“ZEEP”模式(零PSV和零PEEP称为ZEEP模式，PSV为压力支持通气，PEEP为呼气末正压)；零PEEP是不可能的，因为在任何时候都应该在回路中存在一些正压，需要在两次呼吸之间给储气罐(波纹管或风箱)充气。
波纹管系统的另一个问题是波纹管可能被损坏，波纹管产生的任何孔都会让驱动气体与吸入气体混合，这完全破坏了气体混合物成分的精度，此外，驱动气体的压力可能远远超过患者通气所需的压力，如果这种高压气体不受管制地进入患者的呼吸道，可能会导致气压伤。
这类呼吸机的优点是，能够精确控制混合气体的成分，适用于低流量气体供应(即不需要200KPa供应)；缺点是，具有更复杂、更多活动的部件和故障点，无法补偿大泄漏，因此不适合NIV(无创通气)。
第四种活塞式，一个刚性腔室，其体积经过机械控制以产生吸气流。这是波纹管系统的常用替代结构；在活塞设计中，柱塞不是为手风琴式储气罐充气的回路气体，而是在刚性气缸内拉动和推动气体混合物；这种设计对潮气量的控制比其他设计都更精确，不依赖任何气动动力，因此使用气体更经济(即气体不会浪费，在可以更有效地外包给电动机的机械工作上)，电路中没有PEEP要求，ZEEP是可能的，可使呼吸机更安静；但是如果出现严重泄漏，该呼吸机将无法补偿，输送的潮气量将显着减少，就像波纹管一样，不适用于NIV的设计。
这类呼吸机的优点是，更好地控制运行噪音，提升经济性和更安静的运行能力，缺点是无法弥补泄漏。
因此，在上述现有技术中仍然存在以下问题：
第一，潮气量供气不稳定，由于涡轮驱动受影响的因素较多，如气道压力变化、供电电压的稳定、不能完全适应病人的大或小的潮气量需求、病人的呼吸频率的变化等；
第二，气路的设计直通病人，局限了气体混合，使气流供给差异大；
第三，由于供气要求的定容、定压通气模式，要满足这两项要求，在气路设计时往往会造成气路结构复杂，对于设备稳定性的影响较大；
第四，气路的结构复杂会使得呼吸机体积较大，维修难度较大。
因此，有必要提出一种稳定精准混合气体潮气量发生控制装置及呼吸机，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种稳定精准混合气体潮气量发生控制装置，包括：稳压混合储气模块和通气模块，稳压混合储气模块为通气模块提供压力稳定的多种气体混合后的气源；
所述稳压混合储气模块包括：储气主体，其上设有气源混合通道以及与通气模块连通的气体输出通道，所述气体输出通道上设有旁路排气口；与气源混合通道连通且与多种气体分别对应的进气组件，用于依据储气主体内需要的目标气压和每种气体的目标浓度，实时监测并控制每种气体的通入量。
优选的是，所述储气主体内设有定容的储气腔，所述气源混合通道和气体输出通道均与储气腔连通；所述储气主体上还设有用于检测储气腔内气压的气压检测器。
优选的是，所述气体输出通道上设有气体浓度检测器，用于检测储气腔内的多种气体的浓度；所述旁路排气口处设有排气阀。
优选的是，所述气源混合通道通过具有进气组件的进气通道与进气口连通；所述进气组件包括：依次设置在进气通道上的止逆阀、进气阀以及进气流量计。
优选的是，其特征在于，所述气源混合通道靠近进气通道的一端还设有气源混合装置。
优选的是，所述储气主体上还设有用于连接储气腔和泄压出口的泄压通道，所述泄压通道上设有泄压阀。
优选的是，还包括：控制模块，用于控制稳压混合储气模块的工作；所述控制模块的控制过程为：
步骤1、依据储气腔内需要的目标气压以及每种气体的目标浓度，分别确定每种气体的目标储气量；
步骤2、依据每种气体的目标储气量向储气腔内通气，并实时检测储气腔内的当前气压以及每种气体的当前浓度，并获得每种气体的当前储气量；
步骤3、分别判断每种气体的当前储气量是否大于目标储气量，若至少有一种气体的当前储气量大于目标储气量，则打开旁路排气口，并回到执行步骤2的操作；若每种气体的当前储气量均小于或等于目标储气量，则分别获得每种气体的当前储气量和目标储气量的当前差值；
步骤4、依据每种气体的当前差值，确定每种气体需要补充的量；
步骤5、依据每种气体需要补充的量，控制此种气体对应的进气组件工作，实时监测对应气体的输入量，在此种气体的输入量满足其需要补充的量时，停止进气组件工作；
步骤6、询问稳压混合储气模块是否要终止储气工作，若否，则回到执行步骤1的操作，若是，则打开旁路排气口进行排气。
优选的是，所述通气模块的气流通道的两端分别为气源进口和通气输出口，在气源进口和通气输出口之间依次设有通气开关、射流均衡组件、通气流量计以及通气压力检测器；所述气源进口通过连接管与气体输出通道的供气口连通。
优选的是，所述射流均衡组件包括：
第一筒体，其一端与气源进口连通，另一端为封闭端；
与第一筒体连通的第二筒体，其轴线与第一筒体的轴线垂直设置；
设置在第一筒体内的锥形体，其靠近气源进口的一端直径小于其另一端直径；所述锥形体的外侧沿其周向均匀布置有多个叶片，多个叶片的外侧壁形成的外环面与第一筒体的内侧壁之间形成与第二筒体连通的环形通道。
一种呼吸机，包括：至少一个上述任一项所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置。
相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：
第一，本发明所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置及呼吸机，在呼吸机使用时，通过通气模块来进行出气控制，形成潮气流，实现稳压混合储气模块定容、定压存储和释放混合气体，从而给使用者提供稳定的潮气量，呼吸机可以配备多个并联设置的上述潮气量发生控制装置，每个潮气量发生控制装置均采用定容、定压存储和释放，多个潮气量发生控制装置可以交替工作，解决高频呼吸的需求，也可以依据病人的大或小的潮气量需求、病人的呼吸频率的变化等，设定工作的潮气量发生控制装置的数量，提升呼吸机的适应性；
第二，本发明所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置及呼吸机，多种气体能够通过气源混合通道进行混合，然后在储气主体内进行储存，储气过程中，实时对储气主体内的每种气体浓度和气压进行监测，及时补充多种气体，以保证压力的稳定和每种气体浓度的精准控制；这样，多种气体不会通过气路直通病人，解决了气流供给差异大的问题；
第三，本发明所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置及呼吸机，储气主体采用定容、定压存储和释放，不需要复杂的气路设计，并且供气稳定性较好；
第四，本发明所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置及呼吸机，呼吸机配备多个并联设置的上述潮气量发生控制装置，气路结构简单，能够减小呼吸机的体积，多个潮气量发生控制装置为模块化设置，更便于安装和维修，且不影响使用者的正常使用。
本发明所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置及呼吸机，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为现有技术中呼吸机产生潮气流时所采用气动方式的原理示意图；
图2为现有技术中呼吸机产生潮气流时所采用涡轮方式的原理示意图；
图3为现有技术中呼吸机产生潮气流时所采用Bellow(风箱，波纹管))方式的原理示意图；
图4为本发明所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置的模块框图；
图5为本发明所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置的结构示意图；
图6为本发明所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置中稳压混合储气模块的工作流程图；
图7为本发明所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置中射流均衡组件的结构示意图；
图8为本发明所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置中第一筒体内部的锥形体和叶片的结构示意图；
图9为本发明所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置中中气源混合通道的第一种通道结构的剖面示意图；
图10为本发明所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置中气源混合通道的第二种通道结构的剖面示意图；
图11为本发明所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置中锥形体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图4和图5所示，本发明提供了一种稳定精准混合气体潮气量发生控制装置，包括：稳压混合储气模块和通气模块，稳压混合储气模块为通气模块提供压力稳定的多种气体混合后的气源；
所述稳压混合储气模块包括：储气主体27，其上设有气源混合通道14以及与通气模块连通的气体输出通道20，所述气体输出通道20上设有旁路排气口24；与气源混合通道14连通且与多种气体分别对应的进气组件，用于依据储气主体27内需要的目标气压和每种气体的目标浓度，实时监测并控制每种气体的通入量。
稳压混合储气模块和通气模块分别设置在稳压混合储气模块基座26和通气模块基座35上，为两者提供稳定支撑。
稳压混合储气模块为通气模块提供稳定压力和精准混合的气源，通气模块用于提供潮气量的输出动作，当然，通气模块也可被替换为适合高频通气、或小气量通气等通气需求的通气模块。
储气主体27内需要的目标气压、气源的成分和每种气体的目标浓度依据使用者的需要进行设定；每种气体均对应有一进气通道，进气组件设置在进气通道上，多个进气通道与气源混合通道14连通，使多种气体在气源混合通道14处进行混合后再储存至储气主体27内，使得储气主体27储存的多种气体形成的气源更加均匀，从而为使用者提供气体成分稳定且均匀的气源；
在稳压混合储气模块终止储气工作时，旁路排气口24打开，将储气主体27内的气体排出；或者在储气过程中，若是检测到某种气体的当前浓度大于目标浓度，则打开旁路排气口24将多余的气体排出，以保证储气主体27内每种气体浓度的准确性；
进气组件用于控制进气通道的打开或关闭以及检测每种气体的流量，依据气体的流量和通入时间可以获得其通入至储气主体27内的总量即通入量，而每种气体在储气主体27内的目标储气量即为通入量，目标储气量可以依据储气主体27内需要的目标气压和每种气体的目标浓度获得，从而可以依据每种气体的目标储气量来获得与其对应的流量和通入时间，以保证储气主体27内储存的多种气体浓度和压力的准确性。
在呼吸机使用时，通过通气模块来进行出气控制，形成潮气流，实现稳压混合储气模块定容、定压存储和释放混合气体，从而提供给使用者，并且在此过程中，实时对储气主体27内的每种气体浓度和气压进行监测，及时补充多种气体，以保证压力的稳定和每种气体浓度的精准控制；使每次使用者吸入的潮气量更精准；这样，呼吸机在工作时，就不需要同时控制使用者吸入气体时的压力，降低呼吸机控制的复杂性；
另外，呼吸机可以配备多个并联设置的上述潮气量发生控制装置，每个潮气量发生控制装置均采用定容、定压存储和释放，多个潮气量发生控制装置可以交替工作，可以解决高频呼吸的需求；并且，不同的潮气量发生控制装置中的多种气体的成分可以设置为不同的，便于需要切换不同成分气源的使用者临时且高效率的切换气源，使用便利；多个潮气量发生控制装置为并联模块化设置，更便于安装和维修，且不影响使用者的正常使用。
如图5所示，进一步地，所述储气主体27内设有定容的储气腔15，所述气源混合通道14和气体输出通道20均与储气腔15连通；所述储气主体27上还设有用于检测储气腔15内气压的气压检测器17。
储气腔15为定容设置，通过气源混合通道14后的多种气体储存至储气腔15内，通过气压检测器17实时检测储气腔15储存的多种气体的压力是否达到目标气压，以保证多种气体混合后的气源实现定压定容存储，以为通气模块提供稳定的混合气体。
如图5所示，进一步地，所述气体输出通道20上设有气体浓度检测器，用于检测储气腔15内的多种气体的浓度；所述旁路排气口24处设有排气阀23。
气体浓度检测器用于检测每种气体的浓度，以判断每种气体的当前浓度是否达到目标浓度；排气阀23用于控制旁路排气口24打开或者关闭，在每种气体的当前浓度大于其对应的目标浓度时，需要控制排气阀23将旁路排气口24打开，以排除多余浓度的气体，或者在稳压混合储气模块终止储气也就是停止工作时，需要控制排气阀23将旁路排气口24打开，以将储气主体27内的气体排出；
例如，当向储气腔15内存储的多种气体为氧气、空气以及二氧化碳时，所述气体浓度检测器包括：氧气浓度传感器21和二氧化碳浓度传感器22，分别检测储气腔15内当前的氧气浓度和二氧化碳浓度，从而对通入的每种气体的量进行精准控制，以使每种气体的当前浓度均满足其对应的目标浓度。
在一个实施例中，所述气源混合通道14通过具有进气组件的进气通道与进气口连通；所述进气组件包括：依次设置在进气通道上的止逆阀、进气阀以及进气流量计。
止逆阀用于防止气体逆流而从进气口逃逸，进气阀用于控制进气通道的打开或关闭，流量计用于监测进气通道内气体的流量，以获得气体的通入量。
如图5所示，每种气体均由对应的进气口通入，当向储气腔15内存储的多种气体为氧气、空气以及二氧化碳时，进气口按照多种气体种类和数量包括：高压氧气入口1、高压空气入口5以及高压二氧化碳入口9；止逆阀按照多种气体种类和数量包括：氧气止逆阀2、空气止逆阀6以及二氧化碳止逆阀10；进气阀按照多种气体种类和数量包括：氧气开关3、空气开关7以及二氧化碳开关11；进气流量计按照气体种类数量包括：氧气入口流量计4、空气入口流量计8以及二氧化碳入口流量计12。
如图5所示，在一个实施例中，所述气源混合通道14靠近进气通道的一端还设有气源混合装置13。
在现有技术中，未设置稳压混合储气模块和通气模块的呼吸机，混合气体的气路会直通使用者，这样使得不同种气体气流的供给存在差异，不同时间使用者吸入的混合气体中每种气体的浓度不稳定且不精确；
而在本发明中，多种气体会预先存储至储气腔15内，但是多种气体不经过混合也会导致不同种气体浓度的供给差异；
因此，为了提升存储至储气腔15内的多种气体的混合均匀性，由不同进气通道通入的不同气体先通过气源混合装置13进行第一次混合，然后再经过气源混合通道14进行第二次混合，提升气体混合的均匀性，保证不同种气体的供给浓度精确且稳定。
气源混合装置13可以为与后面实施例中通气模块内设置的射流均衡组件31相同的结构；
气源混合通道14除了可以为通道结构之外，还可以是多孔结构或筛孔结构。
如图9和图10所示，进一步地，气源混合通道14包括：
混合流道141，形成于气源混合通道14内，混合流道141靠近气源混合装置13的一端设有气流进口142，且另一端设有气流出口143；
扰流块144，设置在混合流道141内，使进入的气体能够被扰流块144重复打散再混合。
气体由气流进口142进入至混合流道141内，然后气流被多个扰流块144重复打散混合，然后再从气流出口143排出至储气腔15内；具体提供了以下两种气源混合通道14的通道结构：
如图9所示，第一种通道结构为，所述混合流道141包括：至少两个连续设置且相互连通的桃心形通道单元1411，一个桃心形通道单元1411尺寸大的一端与气流进口142连通，另一个桃心形通道单元1411尺寸小的一端与气流出口143连通；
所述扰流块144为与桃心形通道单元1411对应的形状，且扰流块144与桃心形通道单元1411的侧壁形成气流间隙，扰流块144与气流方向相对的一端形成凹面。
由气流进口142进入的混合气体首先对扰流块144的凹面形成冲击被分散，并在扰流块144的导流作用下分别从扰流块144两侧的气流间隙流动至下一个扰流块144的凹面处进行混合，再通过此扰流块144进行导流，利用简单结构实现混合气体被重复打散再混合的效果。
如图10所示，第二种通道结构为，所述扰流块144的截面为菱形或正方形，所述扰流块144的菱形截面或正方形截面的对角线与气流方向平行；在所述混合流道141内均匀排列，使混合流道141内形成多个相互交叉的气流间隙。
由气流进口142进入的混合气体首先对扰流块144的一个角形成冲击，而混合气体被分散，并在气流间隙的导流作用下，接着对下游的扰流块144进行冲击，如此被多个扰流块144进行多次打散，而在气流间隙内又重新汇流，实现重复打散再混合的效果。
如图5所示，在一个实施例中，所述储气主体27上还设有用于连接储气腔15和泄压出口19的泄压通道16，所述泄压通道16上设有泄压阀18。
在储气腔15内的气压大于目标气压时，通过泄压阀18自动使泄压通道16和泄压出口19连通，排出一定量的气体后，泄压阀18自动关闭，以维持储气腔15内的气压满足目标气压。
如图6所示，在一个实施例中，还包括：控制模块，用于控制稳压混合储气模块的工作；所述控制模块的控制过程为：
步骤1、依据储气腔15内需要的目标气压以及每种气体的目标浓度，分别确定每种气体的目标储气量；
其中，目标储气量的确定方法为：
根据理想气体状态方程，其中C为常数，P为气体压力值，V为气体体积，T为温度值(绝对温度)；
假设温度一定时间内不发生大幅度变化，即温度值T稳定，设定目标气压为n倍的标准大气压Atm，则目标气压Pt表示为：Pt＝n*Atm；
则等效为标准大气压下的目标储气总量Qt为：
Qt＝n*V腔，
其中，V腔为储气腔15的容积；
设定气体x的目标浓度为kxt，x表示气体的种类，则可计算气体x等效为标准大气压下目标储气量Qxt为：
Qxt＝kxt*Qt；
以向储气腔15内存储的多种气体为氧气、空气以及二氧化碳为例，设定氧气和二氧化碳的目标浓度分别为和/>则可计算出其等效为标准大气压下的氧气的目标储气量/>为：
二氧化碳的目标储气量为：
空气的目标储气量Q空t为：
步骤2、依据每种气体的目标储气量向储气腔15内通气，并实时检测储气腔15内的当前气压以及每种气体的当前浓度，并获得每种气体的当前储气量；
其中，当前储气量的计算方法为：
假设检测到储气腔15内的当前气压为m倍的标准大气压，检测到气体x的当前浓度为kxc，则参考步骤1中目标储气量的计算过程，可得出等效为标准大气压下的当前储气总量Qc为：
Qc＝n*V腔，
气体x的当前储气量Qxc为：
Qxc＝kxc*Qc；
以向储气腔15内存储的多种气体为氧气、空气以及二氧化碳为例，检测到的氧气和二氧化碳的当前浓度分别为和/>则氧气的当前储气量/>为：
二氧化碳的当前储气量为：
空气的当前储气量Q空c为：
步骤3、分别判断每种气体的当前储气量是否大于目标储气量，若至少有一种气体的当前储气量大于目标储气量，则打开旁路排气口24，并回到执行步骤2的操作；若每种气体的当前储气量均小于或等于目标储气量，则分别获得每种气体的当前储气量和目标储气量的当前差值；
其中，每种气体的当前储气量和目标储气量的当前差值的计算过程为：
依据气体x的当前储气量和目标储气量计算该气体的当前差值ΔQx为：
ΔQx＝Qxt-Qxc；
步骤4、依据每种气体的当前差值，确定每种气体需要补充的量；
气体x需要补充的量即为当前储气量和目标储气量的当前差值；
以向储气腔15内存储的多种气体为氧气、空气以及二氧化碳为例，需要补充的二氧化碳的量为：
需要补充的空气的量ΔQ空为：
ΔQ空＝(Q空t-Q空c)/0.79，
其中0.79为空气中氧气以外气体体积比例的计算数；
需要补充的氧气的量为：
其中0.21为空气中氧气体积比例的计算数；
步骤5、依据每种气体需要补充的量，控制此种气体对应的进气组件工作，实时监测对应气体的输入量，在此种气体的输入量满足其需要补充的量时，停止进气组件工作；
以向储气腔15内存储的多种气体为氧气、空气以及二氧化碳为例，对氧气、二氧化碳以及空气的通入流量进行实时监测，通过时间积分即得到每种气体的输入量(补充量)，当每种气体的输入量满足其需要补充的量时，停止此种气体的通入；
步骤6、询问稳压混合储气模块是否要终止储气工作，若否，则回到执行步骤1的操作，若是，则打开旁路排气口24进行排气。
通过上述控制过程，能够实现对储气过程的精准控制，保证每种气体通入浓度的准确性，为使用者提供更准确和更稳定的可吸入的混合气体。
如图5所示，在一个实施例中，所述通气模块的气流通道的两端分别为气源进口29和通气输出口34，在气源进口29和通气输出口34之间依次设有通气开关30、射流均衡组件31、通气流量计32以及通气压力检测器33；所述气源进口29通过连接管28与气体输出通道20的供气口25连通。
在本实施例中提供了一种通气模块的形式，通过通气开关30控制气源进口29与通气输出口34的连通或不连通，以实现依据需要向呼吸机提供使用者所需的潮气量；通过通气流量计32检测气流通道内的流量，以判断提供的潮气量是否满足要求；
由于通气流量计32检测流量的精确度受到通气流量计32两端气流的稳定性影响，在现有技术中，通常是采用延长通气开关30和通气流量计32之间的气流通道的长度，来减缓由通气开关30进入至气流通道内的射流，使靠近通气流量计32的气流趋于稳定，以提升通气流量计32检测的精确度，但是，采用这种方式会增加气流通道的长度，理论上气流通道的长度越长则通气流量计32检测的越准确，同时也会使潮气量发生控制装置的体积增加，占用空间；
因此，本实施例中在通气开关30和通气流量计32之间设置射流均衡组件31，以实现减缓射流、均匀气流的作用，能够使得通气流量计32上游的气流趋于稳定，保证其检测的准确性，同时能够大大的缩短气流通道的长度，以减小潮气量发生控制装置的体积。
如图5、图7和图8所示，在一个实施例中，所述射流均衡组件31包括：
第一筒体311，其一端与气源进口29连通，另一端为封闭端；
与第一筒体311连通的第二筒体312，其轴线与第一筒体311的轴线垂直设置；
设置在第一筒体311内的锥形体313，其靠近气源进口29的一端直径小于其另一端直径；所述锥形体313的外侧沿其周向均匀布置有多个叶片314，多个叶片314的外侧壁形成的外环面与第一筒体311的内侧壁之间形成与第二筒体312连通的环形通道。
在本实施例中，提供了一种射流均衡组件31的结构，由气源进口29进入的气体经过通气开关30形成的射流首先由第一筒体311的开放端进入，然后射流被第一筒体311内的锥形体313进行分散，起到减缓射流的作用，并且射流在多个叶片314的作用下又被均匀分成了多个气流分支，进一步起到均衡气流的效果，并在环形通道内再次汇集，然后由第二筒体312排出，流向通气流量计32；
通过上述设计，能够使得射流在较短的行程下被分散减缓，起到均衡输出的效果，提升通气流量计32的检测准确性，同时可缩短气流通道的长度；并且结构简单。
另外，上述射流均衡组件31还可作为气源混合装置13进行使用，也就是多种气体从不同的进气通道由第一筒体311的开放端进入，然后在锥形体313的分散导流作用下打散，分散至各相邻的叶片314之间，然后又在环形通道内再次汇集形成混合，再由第二筒体312排出至气源混合通道14再次进行混合，提升混合效果。
如图11所示，在一个实施例中，所述锥形体313内为空腔结构，锥形体313的顶端与第一筒体311的进气通孔相对应处设有多个进气孔3131，锥形体313位于相邻的两个叶片314的侧壁上设有多个出气孔3132，所述出气孔3132的轴线与锥形体313的侧壁垂直设置。
在本实施例中提供可锥形体313的一种结构，形成射流的气流一部分在锥形体313侧壁的导流作用下被多个叶片314分散，另一部分由锥形体313的进气孔3131进入至锥形体313的空腔内，然后由锥形体313的侧壁上的多个出气孔3132排出，由出气孔3132排出的气流与沿着锥形体313侧壁导流的气流在环形通道内产生碰撞，形成更好的混合效果，由出气孔3132排出的气流对环形通道内的气体形成均匀的扰流作用，以提升对射流的均衡性。
一种呼吸机，包括：至少一个上述任一项所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置。
呼吸机可以配置多个并联设置的潮气量发生控制装置，每个潮气量发生控制装置均采用定容、定压存储和释放，多个潮气量发生控制装置可以交替工作，可以解决高频呼吸的需求；并且，不同的潮气量发生控制装置中的多种气体的成分可以设置为不同的，便于需要切换不同成分气源的使用者临时且高效率的切换气源，使用便利；多个潮气量发生控制装置为并联模块化设置，更便于安装和维修，且不影响使用者的正常使用。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种稳定精准混合气体潮气量发生控制装置，其特征在于，包括：稳压混合储气模块和通气模块，稳压混合储气模块为通气模块提供压力稳定的多种气体混合后的气源；
所述稳压混合储气模块包括：储气主体(27)，其上设有气源混合通道(14)以及与通气模块连通的气体输出通道(20)，所述气体输出通道(20)上设有旁路排气口(24)；与气源混合通道(14)连通且与多种气体分别对应的进气组件，用于依据储气主体(27)内需要的目标气压和每种气体的目标浓度，实时监测并控制每种气体的通入量。
2.根据权利要求1所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置，其特征在于，所述储气主体(27)内设有定容的储气腔(15)，所述气源混合通道(14)和气体输出通道(20)均与储气腔(15)连通；所述储气主体(27)上还设有用于检测储气腔(15)内气压的气压检测器(17)。
3.根据权利要求2所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置，其特征在于，所述气体输出通道(20)上设有气体浓度检测器，用于检测储气腔(15)内的多种气体的浓度；所述旁路排气口(24)处设有排气阀(23)。
4.根据权利要求1所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置，其特征在于，所述气源混合通道(14)通过具有进气组件的进气通道与进气口连通；所述进气组件包括：依次设置在进气通道上的止逆阀、进气阀以及进气流量计。
5.根据权利要求4所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置，其特征在于，所述气源混合通道(14)靠近进气通道的一端还设有气源混合装置(13)。
6.根据权利要求2所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置，其特征在于，所述储气主体(27)上还设有用于连接储气腔(15)和泄压出口(19)的泄压通道(16)，所述泄压通道(16)上设有泄压阀(18)。
7.根据权利要求2所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置，其特征在于，还包括：控制模块，用于控制稳压混合储气模块的工作；所述控制模块的控制过程为：
步骤1、依据储气腔(15)内需要的目标气压以及每种气体的目标浓度，分别确定每种气体的目标储气量；
步骤2、依据每种气体的目标储气量向储气腔(15)内通气，并实时检测储气腔(15)内的当前气压以及每种气体的当前浓度，并获得每种气体的当前储气量；
步骤3、分别判断每种气体的当前储气量是否大于目标储气量，若至少有一种气体的当前储气量大于目标储气量，则打开旁路排气口(24)，并回到执行步骤2的操作；若每种气体的当前储气量均小于或等于目标储气量，则分别获得每种气体的当前储气量和目标储气量的当前差值；
步骤4、依据每种气体的当前差值，确定每种气体需要补充的量；
步骤5、依据每种气体需要补充的量，控制此种气体对应的进气组件工作，实时监测对应气体的输入量，在此种气体的输入量满足其需要补充的量时，停止进气组件工作；
步骤6、询问稳压混合储气模块是否要终止储气工作，若否，则回到执行步骤1的操作，若是，则打开旁路排气口(24)进行排气。
8.根据权利要求1所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置，其特征在于，所述通气模块的气流通道的两端分别为气源进口(29)和通气输出口(34)，在气源进口(29)和通气输出口(34)之间依次设有通气开关(30)、射流均衡组件(31)、通气流量计(32)以及通气压力检测器(33)；所述气源进口(29)通过连接管(28)与气体输出通道(20)的供气口(25)连通。
9.根据权利要求8所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置，其特征在于，所述射流均衡组件(31)包括：
第一筒体(311)，其一端与气源进口(29)连通，另一端为封闭端；
与第一筒体(311)连通的第二筒体(312)，其轴线与第一筒体(311)的轴线垂直设置；
设置在第一筒体(311)内的锥形体(313)，其靠近气源进口(29)的一端直径小于其另一端直径；所述锥形体(313)的外侧沿其周向均匀布置有多个叶片(314)，多个叶片(314)的外侧壁形成的外环面与第一筒体(311)的内侧壁之间形成与第二筒体(312)连通的环形通道。
10.一种呼吸机，其特征在于，包括：至少一个根据权利要求1-9任一项所述的稳定精准混合气体潮气量发生控制装置。
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