CZ27799U1 - Mobilní hyperbarická minikomora - Google Patents

Description

Technické řešení spadá do oblasti vývoje experimentálních a testovacích zařízení a týká se konstrukce mobilní hyperbarické minikomory určené zejména k ověřování funkčnosti přístrojů nebo jejich komponentů a sledování změn vlastností biologických či jiných materiálů, popř. změn chování živých organismů nebo malých zvířat, a to za zvýšeného tlaku pracovního media, například vzduchu, plynu či jejich směsí.

Dosavadní stav techniky

V řadě technických, lékařských či jiných oborů se používají přetlakové nebo podtlakové komory, které jsou většinou konstruovány pro specifické účely, například léčebné zdravotnické účely, pro výcvik letců či kosmonautů ve stavu beztíže nebo pro trénink sportovců, záchranu potápěčů. Je známo např. řešení dekompresní komory pro potápěče dle spisu DE 3732167 nebo komory pro trénink sportovců a potápěčů popsané ve spise CZ 3077 Ul. Dalším známým řešením je například komora popsaná ve spise CA 2845398, která je sice relativně malá, přenosná několika osobami, ale je určena pouze pro terapeutické účely. Modifikované léčebné tlakové zařízení pro novorozence je popsáno ve spise CN 2382403 Y, kde je však řešena pouze optimální konstrukce vstupních dveří. Společnou nevýhodou těchto známých řešení je jejich konstrukce pro specifický účel s řadou technických a technologických aplikací, která znemožňuje jejich univerzální použití i na jiných experimentálních nebo testovacích pracovištích. Kromě velkých rozměrů jsou jejich další nevýhodou vysoké pořizovací náklady a náročnost na technické zázemí a zaškolení obsluhy.

Jsou rovněž známy přetlakové či podtlakové komory použitelné pro různé testovací a analytické metody, a to i v oblasti medicíny a biologie, mezi něž patří např. řešení dle spisu US 6247472, který popisuje metodu využití tepla vzniklého v prostorách hyperbarické komory k termodynamické práci, která je využívána k dalšímu zvyšování tlaku v komoře. Další známá řešení se většinou věnují konstrukci jednotlivých funkčních uzlů, např. spis CN 200953821 Y popisuje metodu ohřevu vnitřních prostor tlakové nádoby pomocí topné spirály. Spis JPH 04184138 pak popisuje tlakové zařízení s malým vnitřním prostorem pro experimenty za vysokých tlaků a teplot. Jeho konstrukce však neumožňuje vkládat větší objekty a řízení vnitřního klimatu komory. Ve spise CN 202251235 je řešení umístění LED zdroje v tlakové nádobě, a to pomocí speciální tlakuodolné kapsule, což zvyšuje pořizovací náklady na zařízení a má za následek zmenšení prostoru pro vkládání vzorků. Konečně je známo řešení popsané ve spise CZ 20118 Ul, kde je hypobarická a hyperbarická komora řešena ve formě oboustranně hermeticky uzavíratelného nekovového válce, který je napojen na vývěvu a kompresor a je propojen s ovládací jednotkou. Tato komora je určena pro experimenty s malými savci vyšetřovanými pomocí magnetické rezonance. Jedná se obecně o terapeutickou tlakovou nádobu, u níž není možno dosáhnout vysokých tlaků, velkého rozsahu teplot a nemá možnost regulace teploty uvnitř komory. Navíc není díky použitému nekovovému materiálu chemicky a mechanicky odolná, takže při experimentech nelze použít různých agresivních směsí plynů a různých druhů osvitů vnitřního prostoru.

Snahou představovaného technického řešení je předložit k využívání novou mobilní hyperbarickou minikomoru, která by svojí konstrukcí, rozměry a provozními parametry odstraňovala nedostatky známých řešení a byla bezproblémově použitelná pro širokou škálu experimentálních a testovacích oblastí, zejména při biomedicínských a biochemických experimentech, ale nevylučovala využití pro testování funkčnosti malých přístrojů a zařízení určených pro provoz za zvýšeného tlaku, například vybavení potápěčů, drobných přístrojů určených pro provoz ve velkých hyperbarických komorách, jako jsou EKG, oxymetry apod.

-1 CZ 27799 U1

Podstata technického řešení

Stanoveného cíle je dosaženo technickým řešením, kterým je mobilní hyperbarická minikomora tvořená nádobou, jejíž plášť je upraven pro hermetické uzavření víkem pomocí uzamykacího mechanizmu a je vybaven zaslepitelnými průchodkami pro umožnění propojení vnitřního prostoru minikomory s vnějším prostředím, kde v čelní části víka je upevněn horní kryt opatřený alespoň jedním horním průzorem do vnitřního prostoru minikomory, dno nádoby je opatřeno technologickým otvorem osazeným spodním krytem vytvářejícím spodní průzor do vnitřního prostoru minikomory, kde horní průzor i spodní průzor jsou vyrobeny z transparentního materiálu, přičemž alespoň jedna průchodka je osazena portem přívodního potrubí tlakového pracovního média a alespoň jedna průchodka je osazena portem výtokového potrubí osazeným pojistným ventilem.

Ve výhodném provedení je plášť nádoby opatřen v horní části osazením, velikost jehož vnějšího průměru odpovídá vnitřnímu průměru tubusové části víka, přičemž uzamykací mechanismus sestává ze sady bajonetových uzávěrů rozmístěných pravidelně po obvodu pláště nádoby, když na vnějším povrchu nádoby jsou vytvořeny čepy a na čelní hraně tubusové části víka tvarované drážky.

Je rovněž výhodné, když v horní části pláště je ve vnitřním prostoru umístěno alespoň jedno vnitřní osvětlovací těleso a nad horním průzorem horního krytu je umístěn minimálně jeden vnější světelný zdroj.

Konečně je výhodné, když ve vnitřním prostoru je na spodním krytu uložena nádobka vyrobená z nemagnetického materiálu a určená pro uložení zkušebního vzorku, přičemž pod spodním průzorem spodního krytu je umístěna magnetická míchačka a ve vnitřním prostoru je umístěn ventilátor s regulovatelnými otáčkami.

Představovaným technickým řešením se dosahuje nového a vyššího účinku v tom, že jeho koncepce umožňuje konstrukci komory malých rozměrů, která je svými provozními parametry výhodná pro použití v široké oblasti experimentů jak biochemických a biomedicínských, tak průmyslových dle požadavků na vytvoření specifických fyzikálních parametrů vnitřního tlakového prostředí. Minikomora je včetně příslušenství snadno přemístitelná, když její otestované základní válcové provedení má objem pracovního prostoru 5 litrů, průměr vnitřní pracovní plochy je 20 cm, maximální provozní přetlak je 10 barů, maximální rychlost průtoku tlakových pracovních médií, s výhodou plynů, je až 50 1/min, rychlost temperance pracovních médií průchodem tepelného výměníku až 2 °C/s, rychlost míšení pracovních médií až 5 litrů/min, pracovní rozsah teploty vnitřního prostředí je -5 až 60 °C a možná rychlost změny teploty vnitřního prostředí až 5 °C/min. Velkou výhodou předkládaného řešení je jednoduchá konstrukce minikomory, což se projevuje v poměrně malých pořizovacích nákladech, čímž se stává přístupná pro širokou výzkumně vývojovou oblast, zejména na univerzitách a výzkumných ústavech různého zaměření. Objasnění obrázků na výkresech

Konkrétní příklad provedení technického řešení je schematicky znázorněn na připojených výkresech, kde:

obr. 1 je celkový axonometrický pohled na minikomoru, obr. 2 je vertikální osový řez minikomorou z obr. 1 při pohledu šikmo zleva, obr. 3 je schematický vertikální osový řez základním provedením minikomory z obr. 1, obr. 4 je schematický vertikální řez minikomorou opatřenou funkčními doplňkovými přístroji a elektrickým vybavením, obr. 5 je detailní pohled na základní konstrukční prvek uzamykacího mechanizmu minikomory, a obr. 6 je axiální pohled na alternativní provedení minikomory s více jak jedním horním průzorem.

-2CZ 27799 Ul

Výkresy, které znázorňují představované technické řešení a následně popsané příklady konkrétních provedení v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, ale jen objasňují podstatu technického řešení.

Příklady uskutečnění technického řešení

Minikomora je v základním provedení, znázorněném na obr. 1 až obr. 3, tvořena válcovou nádobou 1, vyrobenou z materiálu vykazujícího dobrou chemickou a mechanickou odolnost, například z nerezové oceli, která je zakryta víkem 2 tak, že vytvářejí hermeticky uzavřený vnitřní prostor 3. Pro zajištění dokonalého utěsnění spoje víka 2 a pláště 11 nádoby i je plášť 11 opatřen v horní části osazením 111, velikost jehož vnějšího průměru odpovídá vnitřnímu průměru tubusové části 21 víka 2. Do čelní části 22 víka 2 vytvářejícího obvodový nákružek je zespodu vsazený horní kryt 4, vyrobený z transparentního chemicky a mechanicky odolného materiálu, například ze skla, polypropylenu (PP) nebo polymetylmetakrylátu (PMMA), a vytvářející horní průzor 41 do vnitřního prostoru 3 minikomory. Hermetičnost uzavření vnitřního prostoru 3 minikomory je zajištěna jednak tlaku odolným uzamykacím mechanismem 5 sestávajícím ze sady, například pěti nebo deseti, bajonetových uzávěrů 51 rozmístěných pravidelně po obvodu pláště H nádoby 1, když na vnějším povrchu nádoby 1 jsou vytvořeny čepy 511 a na čelní hraně tubusové části 21 víka 2 tvarované drážky 512, jak je detailně patrné z obr. 5, a jednak deformačním těsněním 6 uloženým mezi osazením 111 pláště H a spodní stěnou krytu 4. Dno 12 nádoby 1 je opatřeno kuželovým směrem vně se zužujícím technologickým otvorem 121, který je osazen spodním krytem 7 vyrobeným rovněž z transparentního chemicky a mechanicky odolného materiálu, například ze skla, PP nebo PMMA, a vytvářejícím spodní průzor 71 do vnitřního prostoru 3 minikomory. V plášti 11, převážně v jeho spodní části, je vytvořena sada průchodek 112, opatřených neznázoměnými závity a uzavíratelných záslepkami 8. Průchodky 112 slouží pro propojení vnitřního prostoru 3 minikomory s okolním prostředím a jsou určeny pro zabudování různých čidel, portů, konektorů a dalších komponent, jak bude popsáno níže.

Možné příkladné osazení minikomory různými technologickými komponenty je patrné z obr. 4, kde ve vnitřním prostoru 3 je na spodním krytu 7 uložena nádobka 90, která je vyrobena z magneticky nevodivého, tedy diamagnetického nebo paramagnetického materiálu, je určena pro uložení neznázoměného vzorku, například biologického roztoku, a je v ní volně uložena magnetická peleta 9L Pod spodním krytem 7, respektive jeho spodním průzorem 71 je umístěna magnetická míchačka 92. Dvě průchodky 112 jsou osazeny porty 93 přívodního potrubí 94 tlakového pracovního média osazenými ve vnitřním prostoru 3 tepelnými výměníky 95, například trubkovými, a jedna průchodka 112 je osazena portem 93 výtokového potrubí 96 opatřeného přetlakovým pojistným ventilem 961. V horní části pláště 11 jsou pak v neznázoměných úchytech umístěna vnitřní osvětlovací tělesa 97, z důvodu nízké tepelné emise a tlakové odolnosti s výhodou LED diody, a ventilátor 98 s regulovatelnými otáčkami. Nad horním průzorem 41 horního krytu 4 jsou umístěny vnější světelné zdroje 99 zajišťující požadované světelné vlastnosti ve vnitřním prostoru, jako jsou vlnová délka, zvolené světelné spektrum, intenzita osvitu, homogenita osvitu apod.

Pri testování nebo experimentálních měřeních lze měnit fyzikální parametry ve vnitřním prostoru 3 minikomory, a to zejména nastavení tlaku přiváděného pracovního média nebo směsi médií, s výhodou plynů, kdy je možno dosáhnout přetlaku řádově desítek barů, k čemuž slouží porty 93 přívodního potrubí 94, které umožňují plně regulovat průtok daných médií a dosahovat zvolených tlakových hodnot. Port 93 výtokového potrubí 96 osazený pojistným ventilem 961 slouží kromě regulace výstupu tlakových médií rovněž jako nezbytný bezpečnostní prvek provozu tlakové nádoby, za níž je možno minikomoru považovat. Dále je možno měnit teplotu atmosféry ve vnitřním prostoru 3, a to jednak pomocí tepelných výměníků 95 nebo rychlostí změn průtoku plynů vnitřním prostorem 3 pomocí tlakových změn regulovaných vstupními a výstupními porty 93. Složení vnitřní atmosféry je možno ovlivňovat vhodnou kombinací nastavení míšení vstupujících pracovních médií, například plynů, přívodními potrubími 94, když jejich homogenizace je zajišťována ventilátorem 98. Míchání zkoumaných roztoků je pak možno realizovat pomocí

-3 CZ 27799 U1 standardní magnetické míchačky 92 ovlivňující pohyb magnetické pelety 91 volně uložené ve vzorku.

Popsaná konstrukce minikomory není jediným možným řešením podle technického řešení, ale v závislosti na druhu testů nebo experimentů může být pro spojení nádoby I a víka 2 použito jiného druhu uzamykacího mechanizmu 5, nádoba I nemusí být bezpodmínečně válcového průřezu a horní kryt 4 nemusí být celý vytvořen z transparentního materiálu, ale může být neprůhledný a může být v něm vytvořen více jak jeden horní průzor 41, jak je patrné z obr. 6. Pokud bude minikomora určena k testování nebo experimenty s využitím kapalného tlakového média, může být opatřena pouze jedním přívodním potrubím 94 a v jejím vnitřním prostoru 3 nebude osazen ventilátor 98.

Průmyslová využitelnost

Mobilní hyperbarická minikomora podle technického řešení je určena především pro využití na experimentálních nebo testovacích pracovištích, kde je požadováno prověřovat chování biologických či jiných materiálů, živých organizmů nebo komponentů přístrojů za zvýšeného tlaku pracovních médií, kapalných či plynných, nebo jejich směsí.

Claims (4)

1. Mobilní hyperbarická minikomora, tvořená nádobou (1), jejíž plášť (11) je upraven pro hermetické uzavření víkem (2) pomocí uzamykacího mechanizmu (5) a je vybaven zaslepitelnými průchodkami (112) pro umožnění propojení vnitřního prostoru (3) minikomory s vnějším prostředím, vyznačující se tím, že v čelní části (22) víka (2) je upevněn horní kryt (4) opatřený alespoň jedním horním průzorem (41) do vnitřního prostoru (3) minikomory, dno (12) nádoby (1) je opatřeno technologickým otvorem (121) osazeným spodním krytem (7) vytvářejícím spodní průzor (71) do vnitřního prostoru (3) minikomory, kde horní průzor (41) i spodní průzor (71) jsou vyrobeny z transparentního materiálu, přičemž alespoň jedna průchodka (112) je osazena portem (93) přívodního potrubí (94) tlakového pracovního média a alespoň jedna průchodka (112) je osazena portem (93) výtokového potrubí (96), které je opatřeno pojistným ventilem (961).

2. Mobilní hyperbarická minikomora podle nároku 1, vyznačující se tím, že plášť (11) nádoby (1) je opatřen v horní části osazením (111), velikost jehož vnějšího průměru odpovídá vnitřnímu průměru tubusové části (21) víka (2), přičemž uzamykací mechanismus (5) sestává ze sady bajonetových uzávěrů (51) rozmístěných pravidelně po obvodu pláště (11) nádoby (1), když na vnějším povrchu nádoby (1) jsou vytvořeny čepy (511) a na čelní hraně tubusové části (21) víka (2) tvarované drážky (512).

3. Mobilní hyperbarická minikomora podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že v horní části pláště (11) je ve vnitřním prostoru (3) umístěno alespoň jedno vnitřní osvětlovací těleso (97) a nad horním průzorem (41) horního krytu (4) je umístěn minimálně jeden vnější světelný zdroj (99).

4. Mobilní hyperbarická minikomora podle nároku 3, vyznačující se tím, že ve vnitřním prostoru (3) je na spodním krytu (7) uložena nádobka (90) vyrobená z nemagnetického materiálu a určená pro uložení zkušebního vzorku, přičemž pod spodním průzorem (71) spodního krytu (7) je umístěna magnetická míchačka (92) a ve vnitřním prostoru (3) je umístěn ventilátor (98) s regulovatelnými otáčkami.