CN218003434U - 一种呼气试验气体处理与回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种呼气试验气体处理与回收装置，包括呼气面罩、呼气泵、采样器、干燥器、捕集单元、解吸收集器和电磁阀组，呼气面罩通过呼气泵分别连通采样器和干燥器，干燥器与捕集单元相连通再连通外界或解吸收集器，捕集单元包括若干个捕集器，通过控制电磁阀组中各电磁阀的启闭实现气体采样和气体捕集的切换以及捕集器之间的串联或并联。本实用新型提供的呼气试验气体处理与回收装置，可实现呼气试验中呼出多余特征气体的捕获和回收，减少这些特征气体对测试环境造成的气体污染，同时，还可以回收一些有用的核素资源。

Description

一种呼气试验气体处理与回收装置

技术领域

本实用新型属于气体处理技术领域，具体涉及一种呼气试验气体处理与回收装置。

背景技术

呼气试验是通过口服或静脉注射的方式给予受检者一定量的实验底物，该底物在机体内分解代谢后产生某种特定气体并呼出体外，通过检测受检者呼出特定气体的速率、含量等参数，将其与健康人群相同检测情况下的参数对比，从而判断受检者某器官组织的代谢状况。呼气诊断是一种医学诊断方法，可分为直接呼气检测和指示剂呼气检测两种形式，其中，直接呼气检测包括单指标测定分析和呼气指纹识别两种方式，指示剂呼气检测包括核素示踪和非核素示踪两种形式。近些年来，呼气试验被广泛研究并应用于胃肠病学、肾病学、血液病学中，其中，临床应用较多的是胃幽门螺杆菌(Helicobacter pylori，Hp)的检测、肝功能评估和胰腺分泌功能评估。目前已被FDA批准的呼吸诊断包括呼气中乙醇浓度的检测、呼气中氢检测、13C/14C尿素呼气试验、呼气中一氧化氮浓度检测等。

最常见的CO₂呼气试验是尿素呼气试验(urea breath test，UBT)，因具有操作简单、无创、灵敏度高等优点而在临床广泛使用。其他一些CO₂呼气试验，如氨基比林呼气试验(aminopyrine breath test，ABT)、美沙西汀呼气试验(methactin breath test，MBT)、蛋氨酸呼气试验(methionine breath test，MeBT)、苯丙氨酸呼气试验(phenylalaninebreath test， PheBT)等，常应用于肝功能检测；¹³C-辛酸呼气试验用于固体胃排空测试；葡萄糖呼气试验用于胰岛素抵抗的检测；¹³C-Hiolein呼气试验等被用于胰腺外分泌功能检测的临床应用研究。另外，其他气体的呼气试验也在快速发展，例如H₂呼气试验(hydrogenbreath test， HBT)，用于诊断乳糖吸收不良症和检测小肠细菌过度生长等；NO和CO可作为嗜酸性炎症的哮喘、慢阻肺等气道疾病的检测手段；CH₄作为诊断多种由肠道菌群变化引起的胃肠疾病等。

上述这些呼气试验在检测过程中会持续产生一定量的特征气体，而只需少部分特征气体被收集进行检测，其余大部分释放到空气中，对检测场所环境造成一定的影响，例如，¹⁴CO₂气体浓集可能带来环境辐射污染等。此外，¹⁴C和¹³C等又是重要的核素资源。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种呼气试验气体处理与回收装置。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本实用新型采用的技术方案为：

一种呼气试验气体处理与回收装置，包括呼气面罩、呼气泵、采样器、干燥器、捕集单元和解吸收集器，所述呼气面罩通过呼气泵分别连通采样器和干燥器，所述干燥器与捕集单元相连通再连通外界或解吸收集器，所述捕集单元包括若干个捕集器，捕集器之间能够串联或并联。

进一步的，还包括操作面板及与其相连的电磁阀组，所述电磁阀组包括采样电磁阀组和捕集电磁阀组，所述采样电磁阀组包括若干个电磁阀，采样电磁阀组中的电磁阀不同时打开，所述呼气面罩通过呼气泵和采样电磁阀组分别连通采样器和干燥器，所述捕集电磁阀组包括若干个电磁阀，通过控制各电磁阀的启闭实现气体采样和气体捕集的切换以及捕集器之间的串联或并联。

进一步的，所述采样电磁阀组包括两个电磁阀，分别记为第一电磁阀、第二电磁阀，所述第一电磁阀与第二电磁阀不同时打开，所述呼气泵与采样器之间设置有第一电磁阀，所述呼气泵与干燥器进气端之间设置有第二电磁阀，所述捕集电磁阀组包括四种电磁阀，分别记为第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀，每个捕集器的相对的两端分别设置有第四电磁阀和第五电磁阀，干燥器通过第四电磁阀和/或串联连通的第三电磁阀与第四电磁阀与捕集器相连，捕集器通过捕集电磁阀组中的至少一种电磁阀连通外界或解吸收集器。

进一步的，所述捕集单元的尾气出口处设置有第一出口电磁阀和第二出口电磁阀，所述捕集单元的尾气出口处还设置有解吸收集器，所述解吸收集器与第二出口电磁阀相连通，所述解吸收集器包括气泵和气袋。

进一步的，所述采样器采用采样气袋、液体吸收池或固体吸收柱。

进一步的，所述干燥器内装入吸水材料，所述吸水材料采用吸水硅胶、吸水分子筛或高分子吸水材料。

进一步的，所述捕集器通过低温冷凝进行气体的捕集，低温冷凝温度控制在 -150～-78℃。

8、根据权利要求1所述的一种呼气试验气体处理与回收装置，其特征在于，所述捕集器内装入捕集吸附材料，所述捕集吸附材料采用固体分子筛、固体碱、金属骨架材料、液体碱液或离子液体。

进一步的，所述捕集器的数量为1～10个，每个所述捕集器外部选择性设置有控温夹套。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型公开了一种呼气试验气体处理与回收装置，可实现呼气试验中呼出多余特征气体的捕获和回收，减少这些特征气体对测试环境造成的气体污染，同时，还可以回收一些有用的核素资源。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

如图1所示，一种呼气试验气体处理与回收装置，包括呼气面罩1、呼气泵2、采样器3、干燥器4、捕集单元、电磁阀组、解吸收集器和操作面板12，呼气面罩1与用户面部轮廓相适配，贴合度较好，捕集单元包括若干个捕集器5，电磁阀组包括采样电磁阀组和捕集电磁阀组，采样电磁阀组包括若干个电磁阀，采样电磁阀组中的电磁阀不同时打开，捕集电磁阀组包括若干个电磁阀，通过控制各电磁阀的启闭实现气体采样和气体捕集的切换。

采样电磁阀组包括两种电磁阀，分别记为第一电磁阀6、第二电磁阀7，捕集电磁阀组包括四种电磁阀，分别记为第三电磁阀8、第四电磁阀9、第五电磁阀10、第六电磁阀 11，呼气泵2与采样器3之间设置有第一电磁阀6，呼气泵2与干燥器4进气端之间设置有第二电磁阀7，第一电磁阀6与第二电磁阀7联锁控制且二者中的一个打开时，另一个则关闭，也即第一电磁阀6与第二电磁阀7不同时打开，每个捕集器5相对的两端分别设置有第四电磁阀9和第五电磁阀10，干燥器4出气端与捕集单元相连通，干燥器4出气端通过第四电磁阀9和/或串联连通的第三电磁阀8与第四电磁阀9与捕集器5相连，通过控制捕集电磁阀组中第三电磁阀8、第四电磁阀9、第五电磁阀10、第六电磁阀11的不同启闭状态实现捕集器5之间的串联或并联，捕集单元的尾气出口处设置有第一出口电磁阀13 和第二出口电磁阀14，捕集单元的尾气出口处还设置有解吸收集器，其与第二出口电磁阀 14相连通，解吸收集器包括气泵15和气袋16，捕集器5可通过第五电磁阀10和/或串联连通的第五电磁阀10与第六电磁阀11与第一出口电磁阀13或第二出口电磁阀14相连通，捕集器5还可通过第四电磁阀9和/或串联连通的第三电磁阀8与第四电磁阀9与第一出口电磁阀13相连通，操作面板12分别与第一电磁阀6、第二电磁阀7、第三电磁阀8、第四电磁阀9、第五电磁阀10、第六电磁阀11、第一出口电磁阀13、第二出口电磁阀14、气泵15相连，第一电磁阀6、第二电磁阀7、第三电磁阀8、第四电磁阀9、第五电磁阀10、第六电磁阀11、第一出口电磁阀13、第二出口电磁阀14、气泵15的启闭均受操作面板12 的控制。

采样器3可以是采样气袋、液体吸收池或固体吸收柱。

干燥器4的干燥管内可以通过低温冷凝或通过装入吸水材料等方式进行除水，吸水材料可以是吸水硅胶、吸水分子筛或高分子吸水材料等，低温冷凝温度控制在-30～25℃，优选为0～10℃。

捕集器5可以通过低温冷凝进行CO₂等特征气体的捕集，也可以通过内置捕集吸附材料进行吸附捕集，低温冷凝温度控制在-150～-78℃，优选-80～-100℃，捕集吸附材料可以是固体分子筛、固体碱、金属骨架材料(MOFs)、液体碱液或离子液体等，液体碱液中的碱性物质包括无机碱及有机碱。当捕集吸附材料采用固体分子筛时，解吸温度为200～400℃，优选300～350℃。

捕集器5的数量为1～10个，每个捕集器5外部选择性设置有控温夹套17，可以控制捕集器5的温度，实现温度控制或进行解吸操作。

本实用新型的工作原理为：

呼气试验的受试者服用药剂后配带口套式呼气面罩1，启动呼气泵2，第一电磁阀6关闭，第二电磁阀7打开，受试者呼出的气体经干燥器4干燥后进入捕集单元的捕集器5，通过控制第三电磁阀8、第四电磁阀9、第五电磁阀10、第六电磁阀11的不同启闭状态可实现各捕集器5之间的串并联及将某个捕集器5断开的操作，在捕集器5中，受试者呼出的所需特征气体被捕集下来，净化后的尾气排出到大气中；呼气泵2启动一段时间后，第一电磁阀6打开，第二电磁阀7关闭，进入采样环节，受试者呼出的气体进入采样器3中，采样一段时间后，第一电磁阀6与第二电磁阀7再次进行切换工作状态，第二电磁阀7打开，第一电磁阀6关闭，受试者呼出的气体再次经过干燥器4进入捕集单元中，所需特征气体被捕集下来，净化的尾气排回大气；呼气泵2持续运行一段时间后关闭，该受试者呼气净化过程结束；

在运行过程中，可根据捕集单元中各捕集器5的捕集饱和程度对捕集器5进行切换。当某捕集器5饱和后，将其余捕集器5相连通的第四电磁阀9、第五电磁阀10关闭，用对应的控温夹套17对该捕集器5进行加热，同时联锁打开第二出口电磁阀14、气泵15，关闭第一出口电磁阀13，对该捕集器5解吸出来的气体进行收集，解吸下来的气体收集到气袋16中，经解吸操作后，该捕集器5实现了再生，可再接入系统进行吸收操作。

实施例1

如图1所示，一种呼气试验气体处理与回收装置，包括呼气面罩1、呼气泵2、采样器3、干燥器4、捕集单元、电磁阀组、解吸收集器和操作面板12，呼气面罩1与用户面部轮廓相适配，贴合度较好，捕集单元包括若干个捕集器5，电磁阀组包括采样电磁阀组和捕集电磁阀组，采样电磁阀组包括两个电磁阀，分别记为第一电磁阀6、第二电磁阀7，捕集电磁阀组包括四种电磁阀，分别记为第三电磁阀8、第四电磁阀9、第五电磁阀10、第六电磁阀11，呼气泵2与采样器3之间设置有一个第一电磁阀6，呼气泵2与干燥器4 进气端之间设置有一个第二电磁阀7，第一电磁阀6与第二电磁阀7联锁控制且二者中的一个打开时，另一个则关闭，也即第一电磁阀6与第二电磁阀7不同时打开，通过控制各电磁阀的启闭实现气体采样和气体捕集的切换。

每个捕集器5相对的两端分别设置有一个第四电磁阀9和一个第五电磁阀10，本实施例中，捕集单元中只有位于a点的一个捕集器5参与气体捕集，余下捕集器5不工作且对应的第四电磁阀9和第五电磁阀10关闭，第三电磁阀8关闭，此时，干燥器4出气端通过第四电磁阀9与位于a点的捕集器5相连通，a点处的捕集器5的相对两端(即进气端口和出气端口)分别连通有一个第四电磁阀9和一个第五电磁阀10，气流沿图1中箭头方向流动，第五电磁阀10沿气流方向依次与两个第六电磁阀11连通，捕集单元的尾气出口处设置有第一出口电磁阀13和第二出口电磁阀14，捕集单元的尾气出口处还设置有解吸收集器，其与第二出口电磁阀14相连通，解吸收集器包括气泵15和气袋16，捕集器5通过串联连通的第五电磁阀10与第六电磁阀11与第一出口电磁阀13或第二出口电磁阀14 相连通，操作面板12分别与第一电磁阀6、第二电磁阀7、第三电磁阀8、第四电磁阀9、第五电磁阀10、第六电磁阀11、第一出口电磁阀13、第二出口电磁阀14、气泵15相连，第一电磁阀6、第二电磁阀7、第三电磁阀8、第四电磁阀9、第五电磁阀10、第六电磁阀 11、第一出口电磁阀13、第二出口电磁阀14、气泵15的启闭均受操作面板12的控制。

本实施例的工作原理为：

1)干燥器4内填入高分子吸水树脂作为吸水材料，约100g，a点处的捕集器5内装入13X分子筛作为捕集吸附材料，捕集器5为CO₂捕集器，用于实现CO₂的捕集，本实施例中只有a点处的捕集器5参与气体捕集工作；

2)受试者服用13C检测药剂后佩戴好呼气面罩1，第一电磁阀6、第二出口电磁阀14和气泵15关闭，第二电磁阀7、第一出口电磁阀13打开，与a点处的捕集器5相连通的第四电磁阀9和第五电磁阀10打开，一键启动呼气泵2，流速为20L/min，受试者呼出的气体经干燥器4除湿干燥后通过第四电磁阀9进入a点处的捕集器5，CO₂被捕集下来，净化的空气通过第五电磁阀10和两个第六电磁阀11及第一出口电磁阀13返回大气中；

3)运行15min后，第一电磁阀6打开，第二电磁阀7关闭，切换至采样模式，采样器3为一个20L容量的采样气袋，采样气袋充满后，第一电磁阀6和第二电磁阀7重新切换至CO₂捕集模式，即第一电磁阀6关闭，第二电磁阀7打开，受试者呼出的气体经干燥器4除湿干燥后进入捕集器5，CO₂被捕集下来，净化的空气返回大气中；

4)呼气泵2继续工作至30min后关闭，呼气采样和捕集工作结束，受试者取下呼气面罩1离开；

5)若a点的捕集器5达到饱和，则对该捕集器5进行解吸和再生操作，具体为：关闭第一电磁阀6、第二电磁阀7、第一出口电磁阀13及余下捕集器5相连通的第三电磁阀8、第四电磁阀9、第五电磁阀10，将a点的捕集器5的控温夹套17升温至350℃，打开第二出口电磁阀14和气泵15，流速为1L/min，加热解析3h，将吸附或吸收在捕集吸附材料中的CO2气体解析出来收集到气袋16中，集中在定点场所，利用碳分离系统将¹³C或¹⁴C 等分离出来，经解吸操作后，该a点的捕集器5实现了再生，可再接入系统进行操作。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的捕集单元中只有a点和b点的两个捕集器5参与气体捕集，且a点和b点的两个捕集器5串联连接，此时，a点处的捕集器5的相对两端(即进气端口和出气端口)分别连通有一个第四电磁阀9和一个第五电磁阀10， b点处的捕集器5的相对两端(即进气端口和出气端口)分别连通有一个第五电磁阀10和一个第四电磁阀9，两个第五电磁阀10之间连通有一个第六电磁阀11，b点处的捕集器5 的第四电磁阀9通过第三电磁阀8与第一出口电磁阀13或第二出口电磁阀14连通。

本实施例的工作原理为：

1)干燥器4内填入吸水硅胶作为吸水材料，约150g，位于a点和b点的两个捕集器5内分别装入4A分子筛作为捕集吸附材料，捕集器5为CO₂捕集器，用于实现CO₂的捕集，两个捕集器5串联连接；

2)受试者服用14C检测试剂后佩戴好呼气面罩1，第一电磁阀6、第二出口电磁阀14和气泵15关闭，第二电磁阀7打开，与a点处的捕集器5连通的第四电磁阀9和第五电磁阀10打开，与b点处的捕集器5连通的第四电磁阀9和第五电磁阀10打开，第一出口电磁阀13打开，一键启动呼气泵2，流速为15L/min，受试者呼出的气体经干燥器4除湿干燥后先进入位于a点的捕集器5，CO₂被捕集下来，净化的空气再进入位于b点的捕集器5 继续进行CO₂的捕集，再次净化的空气通过第四电磁阀9、第三电磁阀8与第一出口电磁阀13返回大气中，气流沿图1中箭头方向流动；

3)运行15min后，第一电磁阀6打开，第二电磁阀7关闭，切换至采样模式，采样器3为碱液吸收池，吸收1min后，第一电磁阀6与第二电磁阀7重新切换至捕集模式，即第一电磁阀6关闭，第二电磁阀7打开，受试者呼出的气体经干燥器4除湿干燥后依次进入串联的两个捕集器5，CO₂被捕集下来，净化的空气返回大气中；

4)呼气泵2继续工作至30min后停止，呼气采样和捕集工作结束，受试者取下呼气面罩1离开；

5)若需要对a点和b点的捕集器5进行解吸和再生操作，则关闭与余下捕集器5连通的第四电磁阀9、第五电磁阀10，将a点和b点的捕集器5的控温夹套17升温至350℃，关闭第一出口电磁阀13，打开第二出口电磁阀14和气泵15，流速为1L/min，加热解析3h，将吸附或吸收在捕集吸附材料中的CO₂气体解析出来收集到气袋16中，集中在定点场所，利用碳分离系统将¹³C或¹⁴C等分离出来，经解吸操作后，该a点和b点的捕集器5实现了再生，可再接入系统进行操作。

余同实施例1。

本实用新型未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种呼气试验气体处理与回收装置，其特征在于，包括呼气面罩、呼气泵、采样器、干燥器、捕集单元和解吸收集器，所述呼气面罩通过呼气泵分别连通采样器和干燥器，所述干燥器与捕集单元相连通再连通外界或解吸收集器，所述捕集单元包括若干个捕集器，捕集器之间能够串联或并联。

2.根据权利要求1所述的一种呼气试验气体处理与回收装置，其特征在于，还包括操作面板及与其相连的电磁阀组，所述电磁阀组包括采样电磁阀组和捕集电磁阀组，所述采样电磁阀组包括若干个电磁阀，采样电磁阀组中的电磁阀不同时打开，所述呼气面罩通过呼气泵和采样电磁阀组分别连通采样器和干燥器，所述捕集电磁阀组包括若干个电磁阀，通过控制各电磁阀的启闭实现气体采样和气体捕集的切换以及捕集器之间的串联或并联。

3.根据权利要求2所述的一种呼气试验气体处理与回收装置，其特征在于，所述采样电磁阀组包括两个电磁阀，分别记为第一电磁阀、第二电磁阀，所述第一电磁阀与第二电磁阀不同时打开，所述呼气泵与采样器之间设置有第一电磁阀，所述呼气泵与干燥器进气端之间设置有第二电磁阀，所述捕集电磁阀组包括四种电磁阀，分别记为第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀，每个捕集器的相对的两端分别设置有第四电磁阀和第五电磁阀，干燥器通过第四电磁阀和/或串联连通的第三电磁阀与第四电磁阀与捕集器相连，捕集器通过捕集电磁阀组中的至少一种电磁阀连通外界或解吸收集器。

4.根据权利要求1所述的一种呼气试验气体处理与回收装置，其特征在于，所述捕集单元的尾气出口处设置有第一出口电磁阀和第二出口电磁阀，所述捕集单元的尾气出口处还设置有解吸收集器，所述解吸收集器与第二出口电磁阀相连通，所述解吸收集器包括气泵和气袋。

5.根据权利要求1所述的一种呼气试验气体处理与回收装置，其特征在于，所述采样器采用采样气袋、液体吸收池或固体吸收柱。

6.根据权利要求1所述的一种呼气试验气体处理与回收装置，其特征在于，所述干燥器内装入吸水材料，所述吸水材料采用吸水硅胶、吸水分子筛或高分子吸水材料。

7.根据权利要求1所述的一种呼气试验气体处理与回收装置，其特征在于，所述捕集器通过低温冷凝进行气体的捕集，低温冷凝温度控制在-150～-78℃。

8.根据权利要求1所述的一种呼气试验气体处理与回收装置，其特征在于，所述捕集器内装入捕集吸附材料，所述捕集吸附材料采用固体分子筛、固体碱、金属骨架材料、液体碱液或离子液体。

9.根据权利要求1所述的一种呼气试验气体处理与回收装置，其特征在于，所述捕集器的数量为1～10个，每个所述捕集器外部选择性设置有控温夹套。

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