FI74214B

FI74214B - VATTENAVSKILJNINGSSYSTEM.

Info

Publication number: FI74214B
Application number: FI862223A
Authority: FI
Inventors: Boerje Rantala; Matti Hakala
Original assignee: Instrumentarium Oy
Priority date: 1986-05-27
Filing date: 1986-05-27
Publication date: 1987-09-30
Also published as: FI74214C; FI862223A0

Description

1 742141 74214

Vedenerotusjärjestelmä - VattenavskiljningsystemWater separation system - Vattenavskiljningsystem

Keksinnön kohteena on kaasuanalysaattorin vedenerotusjärjestelmä, jossa näyteletkussa etenevän vesipisaran aiheuttaman alipaineen perusteella ohjataan magneettiventtiilejä, jotka puolestaan saavat aikaan laitteen sisäisten kaasuvirtausten onnistumisen siten, että näytekaasun virtaus johdetaan pääasiassa letkustoon liittyvän vedenkeräysastian kautta. Lisäksi toimintaan kuuluu yksi tai useampia jaksoja, jolloin kaasun virtaus on ohjattu kulkemaan mittauskammiossa normaaliin nähden päinvastaiseen suuntaan ja edelleen vedenkeräysastiaan, jolloin kammioon tai sinne johtavaan letkuun mahdollisesti jo joutuneet vesipisarat tulevat imetyksi vedenkeräysastiaan.The invention relates to a water separator system for a gas analyzer, in which solenoid valves are controlled on the basis of the vacuum caused by a drop of water in the sample hose, which in turn causes the gas flows inside the device to be successful. In addition, the operation includes one or more cycles in which the gas flow is directed to flow in the measuring chamber in the opposite direction to normal and further to the water collection vessel, whereby any water droplets that have already entered the chamber or the hose therein are sucked into the water collection vessel.

Esimerkiksi käytettäessä CO2- tai happianalysaattoria potilaan hengitysilman mittaukseen nukutuksen aikana on ongelmana uloshengitysilman sisältämä vesihöyry. Koska lämpötila näyte-kanavassa on alhaisempi kuin ihmisen ruumiinlämpö, vesihöyry tiivistyy mittauslaitteessa, ja vesipisaroiden joutuminen mittauskammioon aiheuttaa mittauksen epäonnistumisen. Ongelma on vielä suurempi tehohoidossa, missä potilaan sisäänhengitys-ilma lisäksi kostutetaan keuhkojen liiallisen kuivumisen estämiseksi. Nykyaikaisissa laitteissa pyritään yleensä samaan laitteeseen rakentamaan useita kaasumittauksia, jolloin yhdellä liitännällä potilaspiiriin saadaan mitatuksi mahdollisimman monen kaasun pitoisuudet. Tällöin anturien suojaus kastumiselta tulee entistä tärkeämmäksi.For example, when using a CO2 or oxygen analyzer to measure a patient's breathing air during anesthesia, the problem is the water vapor contained in the exhaled air. Since the temperature in the sample channel is lower than the human body temperature, water vapor condenses in the measuring device, and the entry of water droplets into the measuring chamber causes the measurement to fail. The problem is even greater in intensive care, where the patient's inhaled air is additionally humidified to prevent excessive drying of the lungs. Modern devices usually aim to build several gas measurements on the same device, so that the concentrations of as many gases as possible can be measured with one connection to the patient circuit. In this case, protecting the sensors from getting wet becomes even more important.

Vettä voi joutua näytejärjestelmään edelläkuvatun lisäksi myös siksi, että infrapunamittausyksiköiden näytekammioita joudutaan aika-ajoin pesemään, koska niiden ikkunoiden säteily n läpäisykyky heikkenee likaantumisen vuoksi. Pesun jälkeen ei järjestelmää yleensä saada täysin tyhjäksi vedestä ennen laitteen käynnistämistä, vaan loppukuivaus tapahtuu tuulettamalla näyteletkustoa laitteen oman näytepumpun avulla. Erityisen ongelman muodostavat tällöin kaasuanturit, esim. para- 2 74214 magneettinen happianturi, jotka kastuessaan tulevat hyvin pitkäksi aikaa, tai jopa pysyvästi toimintakyvyttömiksi.In addition to the above, water may enter the sampling system also because the sample chambers of the infrared measuring units have to be washed from time to time, because the radiation transmittance of their windows is reduced due to fouling. After washing, the system is usually not completely emptied of water before the device is switched on, but the final drying takes place by ventilating the sample line with the device's own sample pump. A particular problem in this case is gas sensors, e.g. a para-2 74214 magnetic oxygen sensor, which, when wet, become inoperable for a very long time or even permanently.

Nämä anturit pyritään sijoittamaan näytekaasun virtaustiellä viimeisiksi, jotta järjestelmään mahdollisesti pääsevä vesi ei pääsisi etenemään niihin asti. Tällöin ne kuitenkin ovat alttiina em. pesusta jääneelle vedelle sen lähtiessä pumpun imun vaikutuksesta liikkeelle.The aim is to place these sensors last in the sample gas flow path to prevent any water entering the system from advancing to them. In this case, however, they are exposed to the water left over from the above-mentioned wash when it starts to move due to the suction of the pump.

Tunnetuissa kaasyanalysaattoreissa on veden poistamiseksi näytekaasusta käytetty vedenerottimia, joissa kondenssivesi kerätään pieneen kuppiin. Tämän järjestelyn haittana on, että vedenkeräyskuppi on suoraan näytteen kulkukanavan osana ja aiheuttaa kanavaan ylimääräistä tilavuutta, mikä hidastaa mittausta. Tämän välttämiseksi vedenkeräysastian tilavuus on pidettävä pienenä, mistä aiheutuu tiheä tyhjennystarve, ja tyhjennyksen unohtuminen aiheuttaa välittömästi veden joutumisen mittauskammioon.Known gas analyzers have used water separators to remove water from the sample gas, in which condensate is collected in a small cup. The disadvantage of this arrangement is that the water collection cup is directly part of the sample passage channel and causes extra volume in the passage, which slows down the measurement. To avoid this, the volume of the water collection vessel must be kept small, which results in a frequent need for emptying, and the forgetting of emptying immediately causes the water to enter the measuring chamber.

Myös on tunnettu menetelmä (suomalainen patentti 60600), jossa näytevirtaus jaetaan vedenerottimesta kahteen osaan, joista toinen johdetaan kulkemaan vedenkeräysastian kautta veden viemiseksi sinne, ja toinen viedään varsinaiseen mittauskammioon. Vedenkeräysastian kautta kulkeva sivuvirtaus on kuitenkin pidettävä mahdollisimman pienenä, jotta se ei oleellisesti vaikuttaisi mittauksen nopeuteen, jolloin samalla vedenerotusteho heikkenee. Samoin varsinaisen vedenerotus-kammion tilavuus on tässäkin järjestelyssä pidettävä pienenä, josta samoin seuraa ongelmia erityisesti suurten vesimäärien erotuksessa.There is also a known method (Finnish patent 60600), in which the sample flow is divided from the water separator into two parts, one of which is passed through a water collection vessel to introduce water there, and the other is introduced into the actual measuring chamber. However, the side flow through the collecting vessel must be kept to a minimum so that it does not substantially affect the speed of the measurement, thereby reducing the water separation efficiency. Likewise, the volume of the actual water separation chamber must be kept small in this arrangement as well, which also causes problems, especially in the separation of large amounts of water.

Edelleen tunnetaan järjestelyjä, joissa joka määräajoin ja jonkinlaisen ilmaisimen ohjaamana virtauksen suunta käännetään päinvastaiseksi, jolloin siis näytteenottoletkuun joutunut vesi puhalletaan takaisin potilaaseen. Tämän tyyppinen järjestely on esitetty esim. US-patentissa n:o 4 270 564, jossa veden ilmaisu on esitetty suoritettavaksi veden sähkön- I: 3 74214 johtavuuteen perustuen. Tässä patentissa on esitetty eräänä toteutusmuotona järjestely, jossa vesi johdetaan potilaspii-rin sijasta erityiseen säilöön. Järjestelmän, jossa vesi puhalletaan takaisin potilaaseen, haittapuolena on se, että veden mukana pääsevät samalla laitteeseen edellisistä potilaista joutuneet bakteerit siirtymään valvottavana olevaan potilaaseen, mistä luonnollisesti aiheutuu infektiovaara, koska laitteen sisäosien sterilointi ei yleensä ole mahdollista. Se, että normaalitoiminnassa kaikki näytekaasu johdetaan mittauskammioon, aiheuttaa että pienet vesipisarat saattavat päästä ilmaisimen läpi. Veden ilmaiseminen sähkönjohtavuuden tms. perusteella edellyttää, että veden on päästävä laitteeseen asti ennen kuin se voidaan havaita. Tämä aiheuttaa vaaran, että vesi ehtii myös mittausjärjestelmään ennen kuin erotuslaitteisto ehtii toimia. Lisäksi vaadittu johtava kontakti aiheuttaa ongelmia potilasturvallisuuden suhteen.Furthermore, arrangements are known in which the direction of flow is reversed at regular intervals and under the control of some kind of detector, whereby the water entering the sampling hose is blown back into the patient. An arrangement of this type is disclosed, for example, in U.S. Patent No. 4,270,564, in which the detection of water is disclosed to be performed based on the electrical conductivity of water. In one embodiment, this patent discloses an arrangement in which water is directed to a special container instead of a patient circuit. The disadvantage of a system in which water is blown back into the patient is that the water that enters the device from previous patients enters the monitored patient at the same time, which naturally poses a risk of infection because sterilization of the device's interior is usually not possible. The fact that, in normal operation, all the sample gas is introduced into the measuring chamber may cause small droplets of water to pass through the detector. Detection of water on the basis of electrical conductivity, etc. requires that water must reach the device before it can be detected. This poses a risk that water will also reach the measuring system before the separation equipment has time to operate. In addition, the required conductive contact causes problems in terms of patient safety.

Systeemiin jäännyttä pesuvettä ei voida eliminoida perinteisillä menetelmillä lukuunottamatta viimeksimainittua, joka toimii, mikäli vettä on sattunut jäämään ilmaisimien kohdalle.The washing water left in the system cannot be eliminated by conventional methods, except for the latter, which works if water has happened to remain at the detectors.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen kaasuanaly-saattorin vedenerotusjärjestelmä, jossa edellä esitetyt ongelmat voidaan ratkaista.It is an object of the invention to provide a water separation system for a gas analyzer in which the above problems can be solved.

Keksinnön mukaisesti johdetaan normaalisti pääosa näytekaa-susta kulkemaan pienen vedenerotuskammion kautta mittauskammioon, jolloin saavutetaan mahdollisimman nopea mittauksen nousuaika. Toisaalta pieni sivuvirtaus johdetaan jatkuvasti vedenkeräysastian kautta kaasuvirtauksessa ajoittain esiintyvien pienten vesipisaroiden eliminoimiseksi. Suurempien vesimäärien eteneminen näyteletkussa todetaan paineen muutoksesta, joka johtuu siitä, että vesi etenee letkussa seinämien kitkan ja pintajännityksen vaikutuksesta hyvin hitaasti.According to the invention, the majority of the sample gas is normally passed through a small water separation chamber to the measuring chamber, whereby the fastest possible rise time of the measurement is achieved. On the other hand, a small side flow is continuously passed through the water collection vessel to eliminate the occasional small water droplets in the gas flow. The propagation of larger amounts of water in the sample hose is observed by the change in pressure due to the fact that the water in the hose progresses very slowly due to the friction and surface tension of the walls.

4 74214 Tällöin laitteen sisäisiä kaasuvirtauksia muutetaan siten, että keräysastian kautta kulkee suurin osa virtauksesta, jolloin myös vesi kulkee virtauksen mukana. Toiminnan varmistamiseksi käännetään määräajoin toimintajakson aikana ja lisäksi sen lopussa virtaukset laitteen sisäisessä letkustossa siten, että kaasu virtaa mittauskammion läpi normaalitointaan verrattuna takaperin, ja edelleen vedenkeräysastian kautta, jolloin mahdollisesti vedenerottimen läpi päässeet vesipisarat tulevat imetyksi takaisin. Edelläolevan lisäksi käytetään virtauskanavassa ensimmäisenä olevien kaasuanturien mittaustuloksia hyväksi siten, että kun niiden perusteella voidaan päätellä näytejärjestelmään päässeen vettä, suoritetaan mainitunlainen takaisinhuuhtelu jäljempänä olevien anturien suojaamiseksi. Järjestelmään jäänyt pesuneste voidaan eliminoida suorittamalla takaisinhuuhtelu välittömästi laitteen käynnistämisen jälkeen, jolloin neste tulee imetyksi vedenkeräysastiaan. Lisäksi käynnistyksen jälkeen tarkistetaan em. tavalla kanavassa ensimmäisinä olevien anturien läh-tösignaalit ja käynnistetään normaali näytteenotto vain, jos ne ovat oikealla alueella.4 74214 In this case, the internal gas flows of the device are changed so that most of the flow passes through the collecting vessel, in which case the water also passes with the flow. To ensure operation, the flows in the internal piping of the device are periodically reversed during and at the end of the operating cycle so that the gas flows backwards through the measuring chamber compared to normal operation and further through the water collecting vessel, sucking back any water droplets. In addition to the above, the measurement results of the first gas sensors in the flow channel are utilized so that when they can be used to conclude that water has entered the sample system, such back-flushing is performed to protect the downstream sensors. The washing liquid left in the system can be eliminated by performing a back-rinse immediately after starting the appliance, whereby the liquid is sucked into the water collection vessel. In addition, after start-up, the output signals of the first sensors in the channel are checked in the above-mentioned manner and normal sampling is started only if they are in the correct range.

Keksinnön etuna on erityisesti se, että vältetään bakteeripi-toisen kaasun ja veden puhallus potilaaseen; lisäksi normaalin mittaustoiminnan aikana virtaus vedenkeräysastian kautta voidaan pitää hyvin pienenä, jolloin sen vaikutus laitteen vasteaikaan on minimoitu, ja toisaalta virtauksia häiritään vain silloin kun näyteletkussa on vettä, jolloin laite on joka tapauksessa hetkellisesti toimintakyvytön.In particular, the invention has the advantage of avoiding the blowing of bacterial gas and water into the patient; moreover, during normal measuring operation, the flow through the water collection vessel can be kept very small, thus minimizing its effect on the response time of the device, and on the other hand the flows are disturbed only when there is water in the sample line, in which case the device is momentarily inoperable.

Seuraavassa keksinnön toimintaa selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheiseen piirustukseen (kuva 1), joka esittää keksinnön erästä sovellutusmuotoa.The operation of the invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawing (Figure 1), which shows an embodiment of the invention.

Näytekaasu johdetaan letkun 1 kautta vedenerottimeen 2, jossa virtaus jaetaan sinänsä tunnetulla tavalla kahteen osavir-taukseen 3a ja 3b. Päävirtaus 3a menee mittauskammioon 5 74214 13, pienempi sivuvirtaus 3b vedenerotusastian 4 ja kuristuksen 5 kautta suoraan pumppuun 6. Tällöin pienet kaasuvirtauksen mukana kulkeutuvat vesipisarat joutuvat sivuvirtauksen mukana vedenkeräysastiaan 4. Kaasun virtaukset letkustossa normaalitoiminnan aikana on esitetty kuvassa 2a.The sample gas is led through a hose 1 to a water separator 2, where the flow is divided into two partial flows 3a and 3b in a manner known per se. The main flow 3a enters the measuring chamber 5 74214 13, the smaller side flow 3b through the water separation vessel 4 and the throttle 5 directly to the pump 6. In this case, small water droplets entrained by the gas flow enter the water collection vessel 4.

Kun näyteletkuun tulee vesipisara, jonka halkaisija on letkun sisähalkaisijaa suurempi, sen imemiseksi letkun läpi tarvitaan pintajännityksen ja seinämien kitkan vuoksi suurempi alipaine, kuin pelkkä kaasun virtaus vaatii. Tämä paineen lasku mitataan letkun 15 kautta paineanturilla 7. Paineanturin lähtösignaali 16 on kytketty analogia/digitaalimuuntimen 8 kautta mikroprosessorille 9. Prosessori on ohjelmoitu siten, että kun paineanturin havaitsema paine laskee tietyn kynnysarvon alapuolelle, magneettiventtiili 10 avataan, jolloin virtaus 3b kasvaa oleellisesti (kuva 2b), ja vedenerot-timeen 2 saapuva vesipisara joutuu vedenkeräysastiaan 4.When a drop of water with a diameter larger than the inside diameter of the hose enters the sample hose, a higher vacuum than required by the gas flow alone is required to suck it through the hose due to surface tension and wall friction. This pressure drop is measured via hose 15 by pressure sensor 7. The output signal 16 of the pressure sensor is connected via analog / digital converter 8 to microprocessor 9. The processor is programmed so that when the pressure detected by the pressure sensor falls below a certain threshold, the solenoid valve 10 is opened ), and a drop of water entering the water separator 2 enters the water collection vessel 4.

Kun pisara on saavuttanut vedenerottimen, näyteletku avautuu jälleen, jolloin paine letkustossa nousee normaalille tasolle. Tämä paineen nousu todetaan jälleen paineanturin avulla, jolloin prosessori ohjaa myös venttiilin 11 hetkeksi auki. Koska virtausvastus venttiiliin 11, mittauskammion 13 ja letkun 12 kautta on paljon pienempi, kuin näyteletkun 1 kautta, kääntyy mittauskammion 13 kautta kulkevan virtauksen suunta päinvastaiseksi (kuva 2c), ja letkuun 12 ja mittaus-kammioon 13 mahdollisesti joutuneet vesipisarat tulevat imetyiksi takaisin vedenerottimeen 2 ja edelleen vedenkeräysastiaan 4. Sopivan ajan kuluttua molemmat venttiilit 10 ja 11 suljetaan ja laite palaa normaaliin mittaustoimintaan. Jos letkussa etenevä vesimäärä on suuri, kytketään mainittu ta-kaisinvirtaus myöskin toimintaan veden vielä edetessä letkussa, esimerkiksi määräajoin, jolloin vedenerotuskammion läpi mittauskammioon vievään letkuun mahdollisesti kulkeutunut vesi saadaan välittömästi imetyksi takaisin.When the droplet has reached the water separator, the sample hose opens again, causing the pressure in the hose to rise to a normal level. This increase in pressure is again detected by the pressure sensor, in which case the processor also controls the valve 11 open momentarily. Since the flow resistance to the valve 11, through the measuring chamber 13 and the hose 12 is much lower than through the sample hose 1, the direction of flow through the measuring chamber 13 is reversed (Fig. 2c), and any water droplets entering the hose 12 and the measuring chamber 13 further to the water collection vessel 4. After a suitable time, both valves 10 and 11 are closed and the device returns to normal measuring operation. If the amount of water advancing in the hose is large, said backflow is also switched on while the water is still advancing in the hose, for example periodically, so that any water which has passed through the water separation chamber into the measuring chamber is immediately sucked back.

6 742146,74214

Aikaisemmin mainittu järjestelmään jääneen pesunesteen eliminointi tapahtuu keksinnön mukaan siten, että kun laite käynnistetään, molemmat edellämainitut venttiilit 10 ja 11 aukeavat välittömästi määrätyksi ajaksi, jolloin neste tulee imetyksi vedenkeräysastiaan. Tämän jälkeen tutkitaan näytekana-vassa ensimmäisenä olevan anturin lähtösignaalia. Esimerkiksi fotometriperiaatteella toimivan kaasuanturin ulostulo on yleensä mittausalueen yläpuolella kun mittauskammiossa on vettä, koska veden valoabsorptio on moninkertainen kaasuihin verrattuna. Mikäli mainitun signaalin perusteella voidaan päätellä järjestelmässä vielä olevan nestettä, molemmat venttiilit pidetään auki, kunnes signaali on palanut normaalialueelle.According to the invention, the aforementioned elimination of the washing liquid remaining in the system takes place in such a way that when the device is started, both of the above-mentioned valves 10 and 11 open immediately for a certain time, at which time the liquid is sucked into the water collection vessel. The output signal of the first sensor in the sample channel is then examined. For example, the output of a gas sensor operating on the photometer principle is usually above the measuring range when there is water in the measuring chamber, because the light absorption of water is multiple compared to gases. If it can be deduced from said signal that there is still liquid in the system, both valves are kept open until the signal has returned to the normal range.

Kuvassa 1 on esitetty keksinnön mukainen järjestelmä sovellettuna monikaasuanalysaattoriin, jolla mitataan potilaan hengitysilmasta happea, hiilidioksidia ja typpioksiduulia. Tässä tapauksessa venttiilillä 11 on kaksinkertainen tehtävä, sillä kaasumittausten nollaus voidaan suorittaa imemällä huoneilmaa mainitun venttiilin kautta kuvan 2c mukaisesti. Samoin paineanturia 7 käytetään vedenerotustoiminnan ohjauksen lisäksi myös itse mittaussignaalien kompensointiin paineen-muutosten suhteen; kaasuanturien autosignaalit ovat yleensä verrannollisia ko. kaasun osapaineeseen, kun taas lukemat useimmiten halutaan saada tilavuusprosentteina. Tämä on luonnollisesti vain yksi mahdollinen sovellutusmuoto, eikä keksintö ole mitenkään sidottu siihen. Myöskään keksintö ei välttämättä edellytä mikroprosessorin käyttöä, vaan ohjaus voidaan järjestää muunlaisella sähköisellä tai pneumaattisella kytkennällä.Figure 1 shows a system according to the invention applied to a multi-gas analyzer for measuring oxygen, carbon dioxide and nitrous oxide from a patient's breathing air. In this case, the valve 11 has a double function, since the zeroing of the gas measurements can be performed by sucking room air through said valve as shown in Figure 2c. Similarly, in addition to controlling the water separation operation, the pressure sensor 7 is also used to compensate the measurement signals themselves with respect to pressure changes; the car signals of the gas sensors are usually proportional to the gas partial pressure, while readings are most often desired as volume percentages. This is, of course, only one possible embodiment, and the invention is in no way bound to it. The invention also does not necessarily require the use of a microprocessor, but the control can be provided by other types of electrical or pneumatic connection.

I:I:

Claims

7 74214

A water analyzer water separation system comprising a pipe for passing a gas sample to a water separator having a water separation chamber, the gas flow of which is first passed through a metering system and the second through a vessel into which the condensate is collected, a pressure measuring device for detecting internal pressure characterized in that when a pressure drop in said system is detected, said valves are controlled so as to increase said second gas flow, and further said said first gas flow is reversed at least once, said second gas flow remaining in the same direction to draw water from the duct into the metering chamber.

A water separation system according to claim 1, characterized in that when the device is started, said first gas flow is first directed from the measuring system to the water separator, and that it is controlled in a normal direction only when the gas sensor output signals indicate the system is free from the front.

Water separation system according to claim 1, characterized in that the solenoid valves used for controlling the gas flows are also used for sucking in ambient air to the device for setting the zero point of the gas sensors.

Water separation system according to claim 1, characterized in that the pressure measurement is performed by an electrically operated pressure sensor and the flow control valves are solenoid valves, wherein the output signal of said pressure sensor is also used to compensate the gas sensor output signals for the gas to be measured. β 74214

Water separation system according to Claim 1, characterized in that the flows are controlled by pneumatically controlled valves.

A water separation system according to claim 1, characterized in that the reversal of said first gas flow takes place periodically and further when a pressure rise is detected due to a blockage in the open water of the sampling line or other cause.

Water separation system according to claim 1, characterized in that the pressure measuring device (7) is arranged via a control unit such as a microprocessor (9) to control a first valve (10) opening and closing a hose bypassing said second gas flow (3b) and a second hose a valve (11) which opens and closes a hose (18), one end of which opens to the environment and the other end of which connects to the measuring system downstream of the measuring chamber (13). 9,74214