SE522056C2 - Gasmatningsanordning för andnings- och narkosapparater - Google Patents

Description

n u: u. 00 o» a o o 522 o5åJ?"”* n | n o nu u ....., ..,,_; -O-"g- Syftet med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma en gasmatningsanordning för andnings- och narkosapparater, som är enkelt uppbyggd och därmed extremt kompakt, inte behöver ytter- ligare ventiler, snabbt kan uppnå ett angivet andningsvägtryck och som kan styras så snabbt att den kan sättas in för spontant andningsunderstöd för en patient.

Lösningen av uppgiften erhålles med särdragen i patentkrav 1.

De beroende patentkraven avser föredragna utföringsformer av gasmatningsanordningen enligt patentkrav 1. En fördel med upp- finningen består av att det ej är erforderligt med någon tryck- gasförsörjning för att använda gasmatningsanordningen enligt uppfinningen. En ytterligare påtaglig fördel med uppfinningen består av att en extremt kompakt centrifugalkompressor åstad- kommes, som består av få, delvis på marknaden befintliga bygg- komponenter, och som gör det möjligt att inom några få milli- sekunder täcka ett stort hastighet- och tryckområde via styr- ningen av den elektriska drivmotorn. Tack vare dessa egenskaper är gasmatningsanordningen enligt uppfinningen lämplig för många olika praktiska insatsändamål vid patientandning, såväl i narkos- som också i andningsapparater. Olika utföringsexempel för gasmatningsanordningen enligt uppfinningen och dess använd- ning för narkos eller andning kommer att beskrivas med hjälp av figurerna.

Figurerna visar: figur 1 är ett tvärsnitt av en utföringsform av en centrifugalkompressor enligt uppfinningen, figur 2 är kurvdiagrammet för en centrifugalkompressor enligt uppfinningen, 'O I 1 oc nn ,. .. .. I | n a « nu n o n n oo u so: ' u 522 osäi' :"“”“* figur 3 är en koppling av centrifugalkompressorn enligt uppfinningen för användning vid nödfallsandning eller i en andningsapparat för hushállsomràdet, figur 4 är en koppling för intensivandningen, figur 5 är en första koppling för narkosandningen och figur 6 är en andra koppling för narkosandningen.

Figur 1 visar ett tvärsnitt av en centrifugalkompressor 10 enligt uppfinningen. Kompressorhjulet ll roterar medurs, varvid gas sugs in genom gasinloppet 12 i området av rotationsaxeln och accelereras utát via de bakátböjda skovlarna 13 och centri- fugalfältet. I det fasta, som spiralhölje utformade höljet 14 och i det som diffusör utformade gasutloppet 15 fördröjs gasen och höjs trycket. I utföringsexemplet befinner sig de bakåt- böjda skovlarna 13 på en plan löphjulsskiva av aluminium eller plast med en väggtjocklek på omkring 1 till 2 mm. Rotations- axeln är anordnad mitt på löphjulsskivan, och gasinloppet 12 följer i rotationsaxelns område från en sida genom en gasled- ning. Kompressorhjulet ll, dvs. löphjulsskivan med skovlarna 13 sluts genom planparallella skivor med avstånd till den roteran- de löphjulsskivan med skovlar 13 och höljet 14 med gasutloppet 15. För att uppnå snabba tryckförändringar på omkring 1 mbar per ms som erfordras för insats vid andning eller narkos har man fastställt att radien för kompressorhjulet 11 inte får vara större än 40 mm, varvid kompressorhjulets 11 tröghetsmoment är maximalt omkring 4 x 10* kg x af. För särskilt kompakt använd- ning är kompressorhjulets 11 radie inte större än omkring 25 mm och dess tröghetsmoment maximalt omkring 2 x 10* kg x mä Mæd hjälp av en borstlös, elektronisk kommuterad likströmsmotor tillverkades en drivning vars livslängd endast begränsas av n usu- n lagringen, och vars pneumatiska insatsdelar alla kan gjutas eller formsprutas i de enklaste "öppna-stänga-verktyg". Den enkla konstruktionen av byggdelarna som genomströmmas av gas möjliggör att delarna kan demonteras i fält, rengöras, sterili- seras och åter monteras, så att en insats i patientdelen av ett narkoskretssystem är möjlig. För användning i andningssystem vid intensivandning och narkos är kurvorna för centrifugal- kompressorn 10 mycket fördelaktiga (se figur 2). Denna egenskap för centrifugalkompressorn 10 uppnås bland annat genom den starka bakàtböjningen av skovlarna 13 pà löphjulsskivan. Skov- larna 13 slutar vid den yttersta omkretsen av kompressorhjulet ll nästan tangentiellt, dvs. i området från 20°, företrädesvis omkring lO° avvikelse från tangenten. Det ringa fallet av trycket vid leverans av det för andningen nödvändiga gasflödet gör det möjligt att förverkliga alla tryckkontrollerande and- ningsmönster via en mycket enkel hastighetsstyrning. Hastig- hetsstyrningen är så enkel, eftersom den elektroniskt kommuni- terade motorn förfogar över hastighetssensorer för styrning av sitt roterande fält. Därvid är systemet helt öppet, dvs. pati- enten kan andas godtyckligt spontant på varje trycknivå. Också vid stillestånd för kompressorhjulet ll är systemet öppet så att ingen luftventil är erforderlig. För att uppnå egenskapen med "öppen genomandningsbarhet" är centrifugalkompressorns 11 tryckförlust vid en genomströmning på 60 liter per minut och stillastående kompressorhjul ll mindre än 4 mbar. Därvid är en skovelhöjd på åtminstone 4 mm i mitten, en avrundning av den rätvinkliga strömningsstyrningen vid insugningsstöden för gas- inloppet 12 och en smal diffusör som gasutlopp 15 med en öpp- ningsvinkel på maximalt 6° av betydelse, vilket försök har visat. Sammanfattningsvis åstadkommas en ytterst variabel gas- matningsanordning i form av en centrifugalkompressor 10, som kan sättas in mångsidigt som dynamiskt hastighetsvariabel 522 0 5 styrning för en andnings- resp. narkosapparat utan ytterligare doseringsventil.

Figur 2 visar kurvan för en centrifugalkompressor 10. vad som visas är skillnadstrycket mellan gasinloppet 12 i omradet för rotationsaxeln och gasutloppet 15 i förhållande till genom- strömningen genom centrifugalkompressorn 10 för fyra olika hastigheter. Det streckade omrâdet 20 visar det tryck som är nödvändigt i andningsapparater (0 till 100 mbar) och genom- strömningarna (0 till 200 liter per minut). Man känner igen att kurvorna i det intressanta området nästan löper vågrätt, dvs. trycket beror praktiskt endast på hastigheten och inte pá den levererade genomströmningen.

Figur 3 visar en koppling för centrifugalkompressorn 10 för användning inom akutfallsmedicinering eller för Homecare- området. Centrifugalkompressorn 10 suger upp omgivningsluft ur atmosfären 30 via ett bakteriefilter 31 och en gaslagringsvolym 32. Syre tillförs trycklöst kontinuerligt via ledningen 33.

Eftersom centrifugalkompressorn 10 inte matar under patientens 34 utandning strömmar det syre som matas vid denna tidpunkt till gaslagringsvolymen 32 och står till förfogande för nästa inandningsslag. Inandningsflödet mäts av genomströmningssensorn 35 och det uppmätta datat kan användas i kompressorelektroniken 36 med drivmotorn för styrning av volymorienterade andnings- former. Inandningsgasen når genom en backventil 37 till patien- ten 34, såtillvida trycket i inandningsledningen 42 och styr- ledningen 43 är högre än i patientlungan, eftersom ventiltall- rikens 39 membran 38 trycker pá kratern 40 i detta tillstànd.

Sá fort tryckförhàllandena mellan inandningsledningen 42 och patienten 34 ändras antingen genom hastighetssänkning i centri- fugalkompressorn 10 eller genom utandningsansträngning hos patienten 34 så öppnar ventiltallriken 39 och patienten 34 kan . A | u ao n o nya I I n :nun n. u 522 osšií 6 andas ut via backventilen 41 till atmosfären 30, tills trycket i inandningsledningen 42 underskrids. Med denna koppling kan patienten 34 andas spontant pà varje trycknivá.

Figur 4 visar en koppling för intensivandning. Utandnings- ventilen 44 motsvarar patientventilen 38, 39, 40 i figur 3.

Utandningsventilen 44 genomströmmas endast av utandningsgas, varvid alla andra funktionerna är samma som de i figur 3.

Figur 5 visar en koppling för centrifugalkompressorn 10 för narkos. Centrifugalkompressorn 10 med drivmotorn suger under inandning en blandning av syre, lustgas och föràngat narkos- medel ur friskgasledningen 50 med backventilen och andningsgas ur handandningspàsen 51 via koldioxidabsorberaren 52. Inand- ningsgasen när genom backventilen 53 till patienten 34, såvida trycket där är lägre än i kompressorn och därmed utandnings- ventilen 44 är sluten via styrledningen 54. Sá snart tryckför- hällandena ändras öppnas utandningsventilen 44 och gasen ström- mar genom backventilerna 55 och 56 in i handandningspásen 51 tills denna är helt och hållet fylld och trycket däri överskri- der 2 mbar. Sedan strömmar utandningsgas via backventilen 59 i narkosgasledningen 57 tills nästa inandning börjar. Under hand- andningen drivs kretsloppet från handandningspásen 51, varvid ventilen 58 begränsar andningsvägstrycket. Manuell andning på förhöjd trycknivá är möjlig vid löpande centrifugalkompressor 10. Inandningsflödet mäts i genomströmningssensorn 35 och det uppmätta datat kan användas i kompressorelektroniken 36 med drivmotorn för styrning av volymorienterade andningsformer. Med denna koppling kan patienten 34 andas spontant på varje tryck- nivå.

Figur 6 visar en andra koppling för centrifugalkompressorn 10 för narkos. Centrifugalkompressorn 10 suger under inandningen un: v :uno - 522 Ûsåxnfijmw- 7 in en blandning av syre, lustgas och förångat narkosmedel ur friskgasledningen 50 och andningsgas ur handandningspåsen 51.

Inandningsgasen når via koldioxidabsorberaren 52 och genom backventilen 53 till patienten 34, såvida trycket där är lägre än vid centrifugalkompressorn 10. Så snart tryckförhållandena är omvända strömmar gasen genom backventilen 55 och genom cen- trifugalkompressorn 10 in i handandningspåsen 51. Kretsens avlastning sker via motståndet 61 i narkosgasledningen 57, dvs. för automatisk andning måste omkopplaren 60 vara i den strecka- de positionen. Under handandningen drivs kretsloppet av hand- andningspåsen 51, varvid ventilen 58 begränsar andningsvägs- trycket. Handandning på en förhöjd trycknivà är möjlig med lö- pande centrifugalkompressor 10. Inandningsflödet mäts i genom- strömningssensorn 35 och det uppmätta datat kan användas i kom- pressorelektroniken 36 med drivmotor för styrning av volym- orienterade andningsformer. Också med denna koppling kan pati- enten 34 andas spontant på varje trycknivå.

Claims (7)

1. l. 522 Û5ëffTWfiÜw.: u u v coon p PAT.

2. ENTKRAV Gasmatningsanordning för andnings- och narkosapparater i form av en centrifugalkompressor med bakåtböjda skovlar med följande särdrag: a) b) G) 2D kompressorhjulet (11) är anordnat i ett fast hölje (14), varvid gasinloppet (12) befinner sig i området för kompressorhjulets (ll) rotationsaxel och skovlarna (13) löper från gasinloppet (12) i området av rotationsaxeln till den cirkelformade ytterkanten av kompressorhjulet (11) och slutar väsentligen tangentiellt vid den cirkel- formade ytterkanten, den fria gasströmningsvägen mellan ytterkanten av kompres- sorhjulet (ll) och höljets (14) innervägg övergår i gas- strömningsriktningen i gasutloppet (15) av gasmatnings- anordningen, och kompressorhjulet (ll) som drivs av en elektromotor uppvisar en radie på maximalt 40 mm och ett tröghetsmoment på maximalt omkring 4 x 10* kg x ml.

3. Gasmatningsanordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone sex, företrädesvis åtta till tolv skovlar (13) av centrifugalkompressorn (10) har en höjd, parallell med rotationsaxeln av kompressorhjulet (ll), på åtminstone 4 mm och att kompressorhjulet (11) har en radie på maximalt 25 mm och ett tröghetsmoment på maximalt omkring 2 x 10* kg x m2. 3G Gasmatningsanordning enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att tryckskillnadsområdet, som mäts mellan gasinloppet (12) i området av kompressorhjulets (11) a n o n nu o annu 522 05ešJ%?”"' 9 rotationsaxel och gasutloppet (15) använder högst 100 mbar vid ett gasvolymflöde pà maximalt 200 liter per minut.

4. Gasmatningsanordning enligt patentkrav l till 3, _ k ä n n e t e c k n a d av att den är anordnad i en and- ningsapparat, är förbunden med en förkopplad gasmatningsvolym (32) med förbindelse till omgivningsluften (30), uppvisar en syretillförsel mellan lagringsvolymen (32) och centrifugal- kompressorn (10) via en ledning (33), är försedd med en efter- kopplad genomströmningssensor (35) med en tillhörande centrifu- galkompressorelektronik (36) för styrning av centrifugalkom- pressorn (10) samt är förbunden med patienten (34) via en back- ventil (37) med efterföljande utandningsventil (38, 39, 40), varvid en via utandningsventilen (38, 39, 40) anslutande backventil (41) består som förbindelse med omgivningsluften (30) för utandning av patienten (34).

5. Gasmatningsanordning enligt patentkrav 1 till 3, k ä n n e t e c k n a d av att den är anordnad i en andnings- apparat, är förbunden med en förkopplad gaslagringsvolym (32) med förbindelse till omgivningsluften (30), uppvisar en syre- tillförsel mellan lagringsvolymen (32) och centrifugalkompres- sorn (10) via en ledning (33), är försedd med en efterkopplad genomströmningssensor (35) med en tillhörande centrifugalkom- pressorelektronik (36) för styrning av centrifugalkompressorn (10) samt är förbunden med en inandningsledning som ansluter till genomströmningssensorn (35) med backventil till patienten (34) samt med en utandningsledning med backventil till utand- ningsventilen (44), som endast genomströmmas av utandningsgas och är förbunden med omgivningsluften (30) samt med centrifu- galkompressorns (10) utgång.

6. Gasmatningsanordning enligt patentkrav l till 3, o u o o en 522 oss °;;f=::=-a_f f 10 k ä n n e t e c k n a d av att den är anordnad i en narkos- apparat, är försedd med en friskgasledning (50) med backventil till centrifugalkompressorn (10), en genomströmningssensor (35) med en tillhörande centrifugalkompressorelektronik (36) för styrning av centrifugalkompressorn (10) och som är kopplad efter centrifugalkompressorn (10), varvid en inandningsledning ansluter till genomströmningssensorn (35) med backventil (53) till patienten (34), en utandningsledning med backventill (55) är förbunden med utandningsventilen (44), som för utandning genom patienten (34) är förbunden via åtminstone en backventil (59) med narkosgasledningen (57) samt parallell därtill via en handandningspåse (51) samt en koldioxidabsorberare (52) med friskgasledning (50).

7. Gasmatningsanordning enligt patentkrav 1 till 3, k ä n n e t e c k n a d av att den är anordnad i en narkos- apparat, varvid såväl friskgasledningen (50) med en backventil och med en handandningspàse (51) som också en narkosgasledning (57) med en backventil (58) och ett parallellt strömningsmot- stånd (61) är förkopplade på ingångssidan av centrifugalkom- pressorn (10) och att en genomströmningssensor (35) med en tillhörande centrifugalkompressorelektronik (36) för styrning av centrifugalkompressorn (10) samt en till patienten (34) ledande inandningsledning med en koldioxidabsorberare (52) och en backventil (53) samt en från patienten bortledande utandningsledning med en backventil (55) är kopplade efter centrifugalkompressorn (10) på utgàngssidan.