Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для испытания дыхательного аппарата

Изобретение относится к устройствам для испытаний дыхательных аппаратов. Известно устройство - стенд для испытания дыхательных аппаратов, содержащее соединенное со средством передачи данных, имитирующее дыхание человека исполнительное устройство, выполненное в виде поршневого насоса, к выходному каналу рабочей камеры которого подсоединен дыхательный аппарат, в котором имеются редуктор и баллон с газом. Устройство содержит систему датчиков, соединенных со средством передачи данных для управления процессом испытания (патент Германии №19627388, МПК A62B 27/00, 1998).

Недостаток этого устройства заключается в сложности конструкции. Кроме того, в этом устройстве невозможно воспроизвести реальную дыхательную среду, состав которой в процессе испытаний изменяется из-за сброса в атмосферу части потока, так как при работе регенеративного продукта обычно выделяется больше кислорода, чем поглощается пользователем (коэффициент регенерации обычно находится в пределах от 1,1 до 1,2).

Известно устройство для испытания дыхательного аппарата, содержащее побудитель расхода дыхательной смеси, системы дозирования диоксида углерода и воды, измерители содержания диоксида углерода и кислорода, температуры, сопротивления дыханию и влажности, побудитель расхода - основной насос сильфонного, мембранного или поршневого типа, создающий пульсирующий поток дыхательной смеси с изменением объемного расхода, близким к синусоидальному (ГОСТ Р 12.4.220-2001).

Данное устройство характеризуется следующими недостатками: невозможность воспроизводства работы устройства без сброса части ГДС в окружающую среду; невозможность воспроизведения динамики дыхания человека; невозможность бесступенчатого регулирования глубины дыхания в процессе работы устройства; невозможность воспроизводства различных нагрузок при работе устройства, что в итоге снижает эксплуатационные характеристики устройства для испытания дыхательных аппаратов.

Эти недостатки частично устранены в устройстве для испытания дыхательного аппарата (пат. РФ №2524906, МПК A62B 27/00, опубл. 2014 г.). Устройство для испытания дыхательного аппарата содержит блок имитации дыхания в виде побудителя расхода дыхательной смеси (ГДС), вход и выход которого соединены с дыхательным аппаратом, образуя циркуляционный контур, соединенный с системами дозирования диоксида углерода и воды, на базе расходомеров, измерителями содержания диоксида углерода и кислорода, температуры, сопротивления дыханию и влажности, побудитель расхода дыхательной смеси, систему дозирования диоксида углерода и воды, измерители содержания диоксида углерода и кислорода, температуры, сопротивления дыханию и влажности. Побудитель расхода дыхательной смеси выполнен в виде соединенной с циркуляционным контуром рабочей среды емкости, в которой помещен рукав из эластичного материала, полость которого связана с испытываемым аппаратом. Циркуляционный контур рабочей среды содержит насос и ресиверы, соединенные с емкостью через управляемые клапаны, между которыми установлен дифференциальный манометр. Побудитель расхода дыхательной смеси соединен с входом испытываемого аппарата через управляющий клапан и увлажнитель, а выход - с линией дозирования диоксида углерода, управляющий клапан и побудитель расхода, образуя циркуляционный контур дыхательной смеси. Перед управляющим клапаном установлены датчик температуры и измерители концентрации кислорода и диоксида углерода в дыхательной смеси. После управляющего клапана установлены датчик температуры и измерители концентрации кислорода и диоксида углерода.

Недостатком такого устройства являются невозможность изменения формы дыхательной кривой, что не позволяет имитировать различные психофизиологические состояния человека, и реализации математическим и программным обеспечением автоматизированной системы управления комплекса дыхательного коэффициента меньше 1, т.к. в процессе испытаний производительность регенеративного патрона ИДА снижается, что приводит к уменьшению данного коэффициента до 0,5-0,8.

Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик.

Технический результат заключается в создании устройства, обеспечивающего возможность имитации работы устройства при различных психофизиологических состояниях человека путем сброса части дыхательной смеси в окружающую среду, а также воспроизведение динамики дыхания человека и возможности бесступенчатого регулирования глубины дыхания в процессе работы, обеспечение возможности воспроизводства различных нагрузок при проведении испытаний.

Задача решается тем, что в устройстве для испытания дыхательного аппарата, содержащем блок имитации дыхания в виде побудителя расхода дыхательной смеси (ГДС), вход и выход которого соединены с дыхательным аппаратом, образуя циркуляционный контур, соединенный с системами дозирования диоксида углерода и воды, на базе расходомеров, измерителями содержания диоксида углерода и кислорода, температуры, сопротивления дыханию и влажности, согласно изобретению устройство дополнительно снабжено блоком имитации потребления кислорода в виде насоса с выходным клапаном, соединенным с атмосферой через расходомер, система дозирования диоксида углерода соединена через обратный клапан с побудителем расхода и дополнительно содержит блок дозирования азота.

В блоке имитации на выходе побудителя расхода ГДС могут быть последовательно установлены подогреватель воздуха с узлом дозирования воды, газоанализатор определения содержания диоксида углерода, расходомер и клапан подачи ГДС в ИДА, а на входе побудителя расхода ГДС могут быть последовательно установлены обратный клапан, холодильник, газоанализатор и соединенный с выходом ИДА клапан.

Насос блока имитации потребления кислорода может быть снабжен байпасными линиями с установленными управляемым вентилем и клапаном.

Блок дозирования азота может содержать запорный орган, счетчик расхода газа и может быть соединен с побудителем расхода через обратный клапан.

Устройство может дополнительно содержать блок управления на базе персонального компьютера, соединенного модулями аналогового вывода МВУ и ввода МВА через сетевой адаптер АС3.

Модуль аналогового вывода МВУ может быть соединен с клапаном подачи диоксида углерода, клапаном подачи азота блока дозирования, клапанами на входе и выходе из ИДА блока имитации дыхания и клапанами блока имитации потребления кислорода, а модуль аналогового вывода МВА соединен со счетчиками расхода газа блока дозирования, побудителем расхода газа, газоанализаторами и расходомером блока имитации дыхания и расходомером блока имитации потребления кислорода.

Дополнительное снабжение устройства блоком имитации потребления кислорода в виде насоса с выходным клапаном, соединенным с атмосферой через расходомер, выполнение системы дозирования диоксида углерода соединенной через обратный клапан с побудителем расхода и дополнительно содержащей блок дозирования азота обеспечивает имитацию различных нагрузок на ИДА, сходных с реальными психофизиологическими состояниями человека, в том числе потреблением кислорода и выделением диоксида углерода, частотой и глубиной дыхания (легочной вентиляцией).

Последовательная установка в блоке имитации на выходе побудителя расхода ГДС подогревателя воздуха с узлом дозирования воды, газоанализатора определения содержания диоксида углерода, расходомера и клапана подачи ГДС в ИДА, а на входе побудителя расхода ГДС - последовательная установка обратного клапана, холодильника, газоанализатора и соединенного с выходом ИДА клапана обеспечивает подачу ГДС в ИДА с характеристиками, близкими к реальным, что позволяет получить достоверную информацию о реальных свойствах ИДА. Это очень важно для производителя изолирующих дыхательных аппаратов, так как от каждой партии выпускаемых аппаратов отбираются образцы для проведения испытаний на искусственных легких.

Снабжение насоса блока имитации потребления кислорода байпасными линиями с установленными управляемым вентилем и клапаном позволяет более точно дозировать нагрузку на аппарат путем сброса части ГДС в атмосферу.

Выполнение блока дозирования азота содержащим запорный орган, счетчик расхода газа и соединение его с побудителем расхода через обратный клапан обеспечивает поддержание состава ГДС при работе ИДА.

Дополнительное введение в устройство блока управления на базе персонального компьютера, соединенного с модулями МВУ и МВА через сетевой адаптер АС3, позволяет снизить затраты на проведение испытаний ИДА за счет уменьшения нагрузки на операторов, обслуживающих устройство.

Соединение модуля МВУ с клапаном подачи диоксида углерода, клапаном подачи азота блока дозирования, клапанами на входе и выходе из ИДА блока имитации дыхания и клапанами блока имитации потребления кислорода и соединение модуля МВА со счетчиками расхода газа блока дозирования, побудителем расхода газа, газоанализаторами и расходомером блока имитации дыхания и расходомером блока имитации потребления кислорода обеспечивает управление устройством в автоматическом режиме.

На фиг. 1 показана схема устройства.

Перечень позиций, указанных на чертежах

1. Блок имитации дыхания.

2. Блок подачи диоксида углерода и азота.

3. Блок имитации потребления кислорода.

4. Блок управления.

5. Изолирующий дыхательный аппарат (ИДА).

6. Побудитель расхода (имитатор дыхания).

7. Нагреватель потока ГДС с испарителем воды.

8. Газоанализатор, измеритель содержания кислорода на вдохе.

9. Расходомер.

10. Управляемый клапан.

11. Управляемый клапан.

12. Газоанализатор, измеритель содержания диоксида углерода на выдохе.

13. Холодильник.

14. Обратный клапан.

15. Управляемый клапан.

16. Счетчик расхода диоксида углерода.

17. Обратный клапан.

18. Управляемый клапан.

19. Счетчик расхода азота.

20. Насос сброса ГДС.

21. Управляемый клапан.

22. Управляемый клапан.

23. Управляемый клапан.

24. Счетчик расхода ГДС.

25. Управляемый клапан.

Устройство для испытания дыхательного аппарат содержит блок имитации дыхания 1, блок подачи диоксида углерода и азота 2, блок имитации потребления кислорода 3 и блок управления 4.

Блок имитации дыхания 1 содержит циркуляционный контур, образованный изолирующим дыхательным аппаратом (ИДА) 5, побудителем расхода (имитатором дыхания) 6, нагревателем потока ГДС с испарителем воды (не показан) 7, газоанализатором-измерителем содержания кислорода на вдохе 8, расходомером 9 и управляемым клапаном 10, соединенными пневматически последовательно с входом ИДА 5. Вторая половина циркуляционного контура образована установленными на выходе ИДА 5 управляемым клапаном 11, газоанализатором - измерителем содержания диоксида углерода на выдохе 12, холодильником 13 и обратным клапаном 14, соединенными с побудителем расхода (имитатором дыхания) 6.

Блок подачи диоксида углерода и азота 2 содержит управляемый клапан 15, счетчик расхода диоксида углерода 16, обратный клапан 17, управляемый клапан 18 и счетчик расхода азота 19. Блок подачи диоксида углерода и азота 2 через обратный клапан 17 соединен с побудителем расхода 6 через обратный клапан 17.

Блок имитации потребления кислорода 3 содержит насос сброса ГДС 20, управляемый клапан 21, управляемый клапан 22, управляемый клапан 23, счетчик расхода ГДС 24 и управляемый клапан 25, соединенный с атмосферой. Блок имитации потребления кислорода 3 соединен с входом побудителя расхода 6 через управляемый клапан 21.

Устройство работает следующим образом.

Блок имитации дыхания 1 с помощью побудителя расхода (имитатора дыхания) 6 создает пульсирующий поток газовой дыхательной смеси (ГДС), аналогичный воздушному потоку, формируемому легкими человека. Блок работает поочередно в режиме вдоха и выдоха. При вдохе датчик положения поршня побудителя расхода 6 (не показан) открывает клапан 25 и закрывает клапан 10, при выдохе - наоборот. Работа блока имитации дыхания заключается в следующем.

На вход ИДА 5 поступает выдыхаемый воздух с относительной влажностью, близкой к 100%, и температурой 37-38°C, содержанием диоксида углерода около 4% и содержанием кислорода около 17-18% при расходе от 10 до 70 дм³/мин, что соответствует степени тяжести выполняемой пользователем работы. В ИДА 5 выдыхаемый воздух за счет химического взаимодействия с регенеративным продуктом (надпероксид калия) очищается от диоксида углерода и обогащается кислородом. Кратко процесс регенерации заключается во взаимодействии паров воды с надпероксидом калия, при котором образуется кислород и щелочь, которая вступает в реакцию с диоксидом углерода, образуя карбонаты. Содержание кислорода при этом увеличивается до 21% и выше, а содержание диоксида углерода снижается ниже предельной допустимой концентрации 2-3%. Однако при этом отрегенерированная ГДС, поступающая на вдох пользователя не обеспечивает комфортность дыхания из-за пониженной влажности и повышенной температуры. В блоке имитации дыхания циркулирующая ГДС после ИДА 5 поступает в холодильник 13, в котором температура ГДС снижается до 42-45°C, а после нагревателя с испарителем воды 7 влажность ГДС становится близкой к 100%.

Блок имитации потребления кислорода 3 аналогично блоку имитации дыхания 1 работает в двух режимах. При вдохе клапаны 21 и 25 открываются, 23 - закрывается, при выдохе - наоборот. Управляемый вентиль 22 регулирует величину сброса ГДС для обеспечения имитации потребления кислорода.

При запуске испытательного стенда происходит включение привода (не показан) побудителя расхода 6 и электромагнитных клапанов 10, 11, 21, 22, 23. Данный режим является режимом холостого хода. В блок управления IV вводятся данные о режиме испытания и подается сигнал на включение нагревателя 14, холодильника 13, регулируемых клапанов 15, 18 и управляемого вентиля 22. Из линий подачи диоксида углерода и азота через регулируемые клапаны 16 и 18 поступают диоксид углерода и азот согласно заданному режиму, контролируемому расходомерами - газовыми счетчиками 16 и 19, на вход побудителя расхода 6, в котором они смешиваются с основным потоком ГДС.

Испытания начинаются с момента подключения ИДА 5 к испытательному стенду. На стадии вдоха осуществляется подача ГДС из ИДА 5 в побудитель расхода (имитатор дыхания) 6 через клапан 11, газоанализатор 12, холодильник 13 и обратный клапан 14.

Отбор ГДС ведется блоком имитации потребления кислорода 3, а подача смеси диоксида углерода и азота происходит через обратный клапан 17. На стадии вдоха вычислительным устройством подается сигнал на открытие регулируемых клапанов 15, 18 и управляемого вентиля 22 в соответствии с заданным режимом испытания. Газоанализатором 12 определяется объемная доля кислорода и диоксида углерода во вдыхаемой ГДС. По результатам анализа происходит сброс части ГДС из участка циркуляционного контура между холодильником 13 и обратным клапаном 14 через клапаны 21 и 25 в атмосферу. Потребление кислорода осуществляется циклически на стадии вдоха.

На стадии выдоха обратные клапаны 14 и 17 отсекают от побудителя расхода (имитатора дыхания) 6 блок подачи диоксида углерода и азота 2 и холодильник 13. Подготовленная ГДС из побудителя расхода 6 подается в ИДА 5 через нагреватель 7, газоанализатор 8, расходомер 9 и клапан 10.

Устройство обеспечивает сброс части дыхательной смеси в окружающую среду и воспроизводит динамику дыхания человека с поглощением кислорода и выделением диоксида углерода, а также обеспечивает возможность бесступенчатого регулирования глубины дыхания в процессе испытания дыхательных аппаратов.