专利名称：气体供应系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可变容积容器(variable volume reservoir)以及一种利用可变容积容器来控制气流的方法。
背景技术：
本发明可变容器在控制气体方面的用途具有广泛应用，一个具体应用与医疗过程例如心脏外科和麻醉相结合。
用在例如手术室和重病监护室的许多麻醉机和机械通风机要消耗大量的气体。这通常不成为问题，因为使用的气体例如氧气、空气、一氧化二氮是低成本的。例如，机械通风机(mechanical ventilators)通常使用氧气/空气(即，氧气/氮气)的混合气体，麻醉机通常使用氧气和一氧化二氮或者氧气和空气。
某些情况下希望选择性气体在气流中与氧气结合。这种选择性气体例如包括氙气体一类的更昂贵气体，氙气体有利于麻醉和/或保护大脑，而每升氙气体需要花费大约10美元。
通常在压力下自壁装式管道或者压缩气瓶给许多医疗设备例如重病监护室的机械通风机、婴儿特别护理室的新生儿机械通风机以及麻醉机供应气体。此压力可变化但通常为4巴，且在此压力下把气体输入这些机器的后部。
在采用昂贵气体时为降低成本，就需要调节或控制所使用的气体，以防止这些气体被浪费。专利申请PCT/GB01/05288描述了一种实现此控制的方法及装置。
发明内容
我们现在已经想出了一种可变容积容器，该可变容积容器用于与气体控制系统相结合以改进此气体控制系统的操作。
根据本发明，提供了一种气体控制装置，其包括(i)可变容积容器，具有可与一气体循环回路连通的入口，(ii)过压释放装置，与该容器流体连接，以及(iii)负压安全装置，与该容器流体连接。
可变容积容器的一个实施例包括柔性袋或容器，例如一种由橡胶材料制成的袋，该袋能响应于其内的气体压力而膨胀和收缩其体积；另一个实施例包括风箱式构造；或者在第三实施例中，可变容积容器包括一种与大气相通的软管或导管，其长度适于为例如0.5米至2米，其直径为1.5至3cm，例如大约2.2cm。
过压释放装置的功能是在容器充满时允许超额气体逸出，以防止任何不注意的压力积聚在系统中。优选的，过压释放装置可包括某种类型的溢出阀且可作为过压安全阀。启动该过压阀操作的优选压力是高于10cm水柱、更优选高于5cm水柱且通常为5至10cm水柱的压力。
负压安全装置的功能是如果系统发生意外气体损耗就允许外界空气进入该系统。这将防止负压积聚该系统中。若容器内的压力下降到比外界低10cm水柱以下、更优选5cm水柱以下且通常在比外界低5至10cm水柱以下时，负压安全装置能够工作。
当可变容积容器是一种开口软管即容器分支时，能够自动地形成过压释放装置和负压安全装置，因为若气体自系统中损耗，空气将经由该软管的开口端部从外界抽入该系统。若出于某种原因系统内的气体超额，也不会积聚超额压力，因为超额气体将自软管的开口端部排出。
本发明还提供了一种气体供应系统，包括气体能够经由其流动的气体管回路，在该回路内具有(i)环绕气体管回路泵送气体的泵，(ii)回路的气体供应装置，(iii)用于连接外部机器及给该外部机器供应气体的供应管，(iv)使来自外部机器的气体回流以经由泵再循环的回流管，以及(v)如上所述的气体控制装置。该外部机器组成回路的一部分。
优选的，该泵生成环绕回路的气体流，以及具有储存加压气体并使供应给外部机器的气体的流量波动和压力波动变得平缓的蓄压器。
外部机器可以是例如婴儿或成人用机械通风机或者麻醉机，自该外部机器返回至本发明的气体可包含二氧化碳。这是自人体经由肺释放的。通过利用二氧化碳吸收单元可除去返回气体中的二氧化碳。此吸收单元通常充满利用化学反应吸收二氧化碳且普遍用在麻醉机中的碱石灰颗粒。若来自外部机器的废气不包含二氧化碳(例如，若该外部机器具有其自身的二氧化碳吸收装置)，那么就不需要存在二氧化碳吸收单元。
使用时，该泵环绕回路推进气体，当气体自所供应的外部机器的气路被病人吸入而离开回路时，就经由气体供应装置供应新鲜气体以弥补这种损耗。
优选的，具有氧气供应装置，若由于气体输送控制系统的故障导致可变容积容器基本完全空时，该氧气供应系统就使氧气而不是外界空气进入回路。就防止负压积聚在回路内而言，此氧气供应系统实现同负压安全装置相同的功能，但其是通过允许氧气而不是空气进入来实现该功能的。若回路的气体输送系统出现故障，那么氧气供应系统将提供安全保护，既防止回路负压，又防止回路内气体的氧气百分比过低。
这可通过例如在负压安全阀的外侧提供氧气流使得在该安全阀打开时把氧气吸入回路来实现，或者通过使该负压安全装置成为与斯库巴潜水用安全装置具有类似原理的需求阀，这样当给该阀施加负压时，其就打开并允许氧气自高压氧源以受控方式进入来实现。
过压释放装置和负压安全装置之一或两者可包括在可变容积容器内，或者它们可位于回路中的某位置。
使用时，泵与至外部机器的气体入口之间的回路区域部分加上蓄压器都处于预期工作压力(例如，4巴)下，同时回路的其它部分都位于更低的压力下。此低压区域通常处于外部压力下，因为外部压力将经由可变容积容器的存在而传递给回路的其它部分。
本发明的一个特征在于其采用一个循环气体通路，该通路包括将要供应气体的外部机器，且其提供处于外部机器的必需工作压力下的气体源。回路的绝大部分都处于外界压力下或其左右。可变容积容器允许回路内的体积有短期变化，而气体不会自回路损耗。
本发明表示在附图中，该附图示意性表示了本发明的一种实施例。
具体实施例方式
在图中，本发明用于给例如机械通风机供应含氧气体以及除去废气中的二氧化碳。该设备容纳在外壳9内且由一种包括气体管回路10的气体供应系统组成，把气体压缩至工作压力(例如，4巴)的压缩机1以及储存处于预期工作压力下的气体的蓄压器2位于该气体管回路10内。导管10经由机器入口4给将要供应气体的机器3或其它要供应气体的设备，自机器3排出的废气或气体在机器出口5处流入回路。6是用于除去气体内二氧化碳的二氧化碳吸收装置，7是可变容积容器。8处可添加额外供应的气体，以补充消耗的气体。
使用时，启动泵1，气体在气体入口8处流入回路10，在气体入口8处，气体经泵1压缩并在机器入口4处流入机器3。自外部机器3返回的废气在机器出口5处流入导管，经由与可变容积容器7流体连接的导管泵送该废气且该废气流过二氧化碳吸收装置6。可经由气体入口8供应额外气体，以补充被外部机器消耗的气体。
若回路气体体积增大，可变容积容器将自动膨胀，从而避免发生回路低压部内的压力增大，否则会这是将发生的；并在体积增大之前维持该压力于基本相同的水平。若由于某种原因回路体积过度增大导致可变容积容器充气至非常高的程度，容器7内的过压释放阀将自动启动以排出回路的气体，于是超额体积将被释放且压力维持在可接受的水平。若回路气体体积减少，容器7的体积将收缩以维持压力；若该体积减少至过低的水平，容器内的自动负压安全阀将启动以给回路输送外界空气或气体。若希望，此气体可以是纯氧。尽管回路气体体积减少，但此过程维持回路内的压力基本同以前一样。
在泵运行时，泵1与至机器的气体入口之间的区域加上蓄压器2都位于预期工作压力(例如，4巴)下，同时回路的其它部分都位于更低的压力下。此低压区域通常处于外部压力下，因为外部压力将经由可变容积容器7的存在而传递给回路的其它部分。
优选的，利用控制系统持续不断地调节泵速，以恰好匹配机器入口4处的平均气流量。于是，这就使得蓄压器2总是在预期工作压力(例如，4巴)下或其附近工作。
设想在气体控制系统的作用下新鲜气体流入回路。回路的气体入口点表示为8，但其也可是该回路内的任一点。设想利用适当仪器(例如连接在可变容积容器上的容积传感器)，维持该可变容积容器7总是部分填充气体，即，不完全空也不完全满。
整个系统的唯一气体损耗将是经由例如病人的肺从外部机器吸入病人血液内的气体，这里外部机器是麻醉机。
如果新鲜气体在8处流入气体回路的速率等于它们被病人消耗的速率，即，利用控制系统维持可变容积容器7内的气体体积恒定，那么这即是就新鲜空气的经济使用而言操纵机器的最有效方式。
例如，被麻醉病人的总气体消耗(例如，自肺吸入血液)通常是300毫升/分钟。这归因于利用外部机器供应给病人肺的混合气体中被从肺吸入血液内的气体。在正常情况下，绝大多数吸入气体实际上不经由肺吸入血液内，而是实际上再次呼出。这说明了为什么从直观来看300毫升/分钟的举例与每分钟实际吸入的气体体积相比似乎相当少，每分钟实际吸入的气体体积大约为5升/分钟。
用于这种病人的机械通风机(或其它机器)的气体消耗可能是5升/分钟或更大。但是，预计利用本发明供应气体的相同机器的总气体消耗率将下降至几乎等于病人的总气体吸入率，即，例如300毫升/分钟。由此，采用本发明将大幅度地降低新鲜气体消耗率，在需要昂贵气体时很有用。
可能的另一种操作模式是在8处以超过病人经由例如肺吸入气体的气体吸入率的速率给本发明回路供应新鲜气体。超额气体将经由包括在可变容积容器7内的溢出阀装置自本发明回路溢出。这仍然能经济地使用气体，只要在平常使用时(即，不与本发明结合时)8处的新鲜气体总流率小于机器的新鲜气体使用率。但经济程度不像前述操作模式那样强。
权利要求
1.一种气体控制装置，包括(i)可变容积容器，该容器具有可与一气体循环回路连接的入口，(ii)过压释放装置，与所述容器流体连接，以及(iii)负压安全装置，与所述容器流体连接。
2.如权利要求1所述的气体控制装置，其特征在于，所述可变容积容器包括一柔性袋或容器、一风箱式构造、或者一与大气相通的管或导管。
3.如权利要求1或2所述的气体控制装置，其特征在于，所述过压释放装置和负压安全装置之一或两者结合在所述可变容积容器内。
4.一种气体供应系统，包括气体能够经由其流动的气体管回路，在所述回路内具有(i)环绕所述气体管回路泵送所述气体的泵，(ii)至所述回路的气体供应装置，(iii)用于连接外部机器及给所述外部机器供应气体的供应管，(iv)使来自所述外部机器的气体回流以经由所述泵再循环的回流管，以及(v)如权利要求1，2或3所述的气体控制装置。
5.如权利要求4所述的气体供应系统，其特征在于，在所述泵与所述供应管之间具有用于储存加压气体的蓄压器。
6.如权利要求4或5所述的气体供应系统，其特征在于，所述供应管与所述回流管与一外部机器连接，所述外部机器内的气体通道自所述回路提供。
7.如权利要求6所述的气体供应系统，其特征在于，所述外部机器是机械通风机或麻醉机。
8.如权利要求4至7中任一项所述的气体供应系统，其特征在于，来自所述外部机器的已用气体回流入所述回路，然后流至所述可变容积容器。
9.如权利要求4至8中任一项所述用于给一机器供应气体并控制给所述机器的气体供应的气体供应系统，所述系统包括一连续气体管回路，在所述回路中顺序地具有(i)环绕所述回路泵送所述气体的泵或压缩机，(ii)气体蓄压器，(iii)用于连接所述机器及给所述机器供应气体的供应管，(iv)使来自所述机器的气体回流以经由所述泵再循环的回流管，(v)与所述回流管流体连接的可变容积气体容器，以及(vi)用于给所述回路供应气体的回路气体入口，由此在使用时，利用所述泵环绕所述管泵送气体，所述气体经由一进入所述机器的气体入口和一所述机器外的气体出口泵送过所述机器并回流入所述回路，其中，所述机器组成所述回路的一部分。
10.如权利要求4至9中任一项所述的气体供应系统，其特征在于，具有二氧化碳洗涤器，从所述外部机器的排出的气体通过所述二氧化碳洗涤器。
11.如权利要求4至10中任一项所述的气体供应系统，其特征在于，具有氧气供应装置，倘若所述可变容积容器基本完全排空，所述氧气供应装置使氧气进入所述回路。
12.一种用于给一机器供应气体并控制给所述机器的气体供应的方法，自一气体管回路在压力下经由一机器气体入口把所述气体泵送入所述机器，且所述气体经由一机器气体出口在所述机器外回流入所述回路，其中，所述机器形成了所述回路的一功能部分，环绕所述气体管回路泵送所述气体，在所述回路中顺序地具有一泵、一蓄压器、所述机器气体入口、所述机器气体出口和一可变容积容器，以及具有与所述容器流体连接的一过压释放装置和一负压安全装置。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述可变容积容器包括一柔性袋或容器、一风箱式构造、或者一与大气相通的管或导管。
14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述机器是机械通风机或麻醉机。
15.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述机器的排出气体通过二氧化碳洗涤器。
16.如权利要求12至15中任一项所述的方法，其特征在于，具有氧气供应装置，倘若所述可变容积容器基本完全排空，所述氧气供应装置使氧气进入所述回路。
17.如权利要求12至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述过压释放装置和负压安全装置之一或两者结合在所述可变容积容器内。
全文摘要
一种用于给外部机器例如麻醉机供应气体的方法和系统，其中，气体供应给并离开机器(3)，使得该机器(3)形成一种闭合气体管回路(10)的一部分，在所述管回路(10)内具有调节并维持所述管回路(10)内气体供应的压力的可变容积容器(7)。该可变容积容器(7)包括一过压安全阀和一负压安全阀。
文档编号A61M16/01GK1655839SQ03811631
公开日2005年8月17日 申请日期2003年5月23日 优先权日2002年5月23日
发明者约翰·丁利 申请人:科森工艺有限公司