具有螺杆压缩机的可变压力舱的制作方法

专利名称：具有螺杆压缩机的可变压力舱的制作方法
技术领域：
本发明涉及压力舱。更具体地说，本发明涉及具有可反转压縮机的可变压力舱。
背景技术：
高压氧疗法(HBOT)成功用于多种医学疾病的治疗。已经表明HBOT对于多种疾病的治疗都是有益的，如某些难愈合伤口、 一氧化碳中毒、减压病、多种厌氧菌引起的严重感染、严重贫血和气体栓塞和其他疾病。
另一方面，耐力运动员和高纬度登山队员常常需要低压舱来刺激身体对纬度的自然适应，包括增加红细胞和酶的数量。由于红细胞将氧运送到组织，运动员可因运送到肌肉的氧的增加而受益，登山队员则可通过更好地利用高纬度的较少的氧而免患高原病。此外，采用低压疗法对于哮喘和慢性支气管炎、肝脏和胰脏疾病、炎症性疾病和睡眠障碍和其他疾病可能都有益处。
在一个典型的多人高压艙中， 一台医疗级压縮机以高达125磅/平方英寸(psi)的压力提供初气体。然后该气体穿过一系列空调设备诸如后冷却器、油分离器、气体干燥器和某些种类的过滤包，被以高压保持在一系列的储气装置中。为了保证正确操作，储气装置通常具有容纳压力舱所需的至少两倍空气体积的容量。
从储气装置，压縮空气通过另一个空气干燥器以去除可能是在空气冷却过程收集并潜伏在储气装置中的冷凝水，通过水分离器以去除空气干燥器产生的冷凝水，并通过某种微粒过滤系统。在最后一步，使用一个流量调节阀，空气压力被下调到操作舱所需的操作压
5力。 一旦压力舱被加压，压力舱就没有其他的、新鲜的空气供给。因此，为了保持空气质量保持在医疗指南的范围内，同时为了患者某些程度上的舒适，压力舱内的空气必须洗涤除去二氧化碳并通过某种形式的内部空调单元来循环。
上述方法除了需要多个阶段的设备以及多个减压阀、控制阀和泄放阀把压縮空气从储存装置运输到压力舱外，还会引起患者的严重不适。当压力舱升高到操作压力时，压力舱内的空气的再压缩也会产生隔绝热。反过来，在压力舱的减压过程中，空气迅速冷却。温度的这些剧烈变化对于舱内的人来说极不舒服。
如果典型的高压舱被用作低压舱时，还需要诸如真空泵等一套不同的装置。
因此，现有技术中需要一种改进的可变压力舱。

发明内容
一方面，本发明提供了一种可变压力舱。该可变压力舱包括充分气密的舱体、可密封开口、锁合机械装置、可反转压縮机和出口流量调节器，其中所述的舱体具有足以容纳病人的容量，所述开口用于提供进入舱体的入口，所述机械装置适合封闭可密封开口，所述可反转压缩机与舱体出口以流体相连接。
所述的可变压縮机优选螺杆压縮机。它具有使舱体增压至压力为1到6大气压之间的能力，或使舱体减压至大气压为大约0.1大气压的能力。因此，该舱体应既适合承受高压又适合承受低压。
另一方面，本发明还提供了一种给所述压力舱中放置的需要的受治疗者的治疗方法。该方法包括将该受治疗者置于所述的可变压力舱，根据该受治疗者所需要达到的效果调节压力舱中的压力，以及在保持目标压力的同时向压力舱中吹入新鲜空气换气。
为了达到促进伤口愈合、增加运送到创伤组织的氧、保护损伤组织，改善感染控制、消除或减少有毒物质的效应、消除或减少放疗所致的损伤、改善循环、烧伤愈合，可将可变压力舱中的压力调节到至少1.5个大气压。或者，为了提高健身水平、提高能量、改善肺和循环功能，可将可变压力舱中的压力调节到小于至多0.1个大气压。
在另一个实施方式中，本发明还提供了一种给压力舱加压的方法。该方法包括给压力舱加压并同时持续给压力舱吹入新鲜空气进行换气以保持压力舱的压力，。第二步可以通过将空气持续泵入压力舱；持续将空气从压力舱排出到大气；以及持续监测压力舱的压力并调整输入和输出从而保持压力舱的压力而实现。


图1是可变压力舱一种实施方式的侧视图2显示一种具有双锁入口和气锁的可变压力舱的一种实施方式；图3代表一种实施方式的流程图。
具体实施例方式
可变压力舱10如图l所示。这种压力舱包括一个充分气密的舱体12、 一个可密封开口14、 一个锁合机械装置16、 一个可反转压縮机18a和一个出口流量调节器18b，其中所述的舱体12具有足以容纳病人的容量，所述开口 14用于提供进入舱体的入口，所述机械装置16适合封闭可密封开口，所述可反转压縮机18a与舱体12的入口以流体相连接，并且所述出口流量调节器18b与舱体12的出口以流体相连接。
舱体12优选为垂直方向的，通常是圆筒结构。该舱体应当按照美国机械工程师协会规定的压力容器指导规范来制造。符合这些指导规范可以保证舱体12既能承受高压又能承受低压环境。优选地，该容器可用钢或铝制造。
舱体12适于容纳患者。虽然该舱体可以设计成用于单个患者的，但优选的方式是，该舱体具有足够的容量以允许同时治疗多名患者。在某些实施方式中，该舱体还可以具有
医疗人员室，以便医疗人员能在治疗中观察或帮助患者。由于患者可能需要在舱体中度过很长时间，舱室最好放置有椅子以增加患者舒适度。另外，为了容纳更多危重患者，即长
7期卧床的患者，舱体还可以包括病床或担架。在某些实施方式中，舱室中还可以配备健身器材。
如图1，舱室12可以进一步包括至少一个沿舱体12的壁设置的窗13。在某些实施方式中，窗还可以设置在舱体顶部。重要的是，当舱体处于低压状态时，外界空气不能从窗进入舱体，或者当在高压状态操作时，窗不会允许空气从舱体中泄漏。压力容器的窗是众所周知的，如在专利号为6,639,745或4,986,636的美国中所描述的结构。二者在此并入本文作为参考。
可以通过一个可密封开口 14进入舱室12。优选地，该可密封开口的设计允许轻松进入舱室12。因此，优选地，该可密封开口足够大，可允许使用者不用过度弯腰低头就能直立进入。而且，优选地，舱室足够宽以便如有必要的话，医疗人员可以将担架上的患者带入舱室。
该密封开口 14可以由多年来开发出来的不同类型的锁合机械装置16来封闭。适合的锁合机械装置公开于例如专利号为5,433,334、 5,327,904和6,352,078的美国专利中，在此以其整体并入本文作为参考。另外，专利号为7,100,604的美国专利提供了一种特别为兼用式压力舱室设计的锁合系统和方法，在此并入本文作为参考。
在某些实施方式中，该舱室可以包括一个双锁入口。在舱室处于非大气压的压力时，该双锁入口允许轻松出入舱室。如图2，该可变舱室20包括一个主舱室22和一个出入舱室24。 一旦使用者进入主舱室22，就可以使用内部锁合机械装置26关闭。之后就可以采用可反转压縮机21给该主室以预期的压力。如果某些使用者需要离开而其他使用者还在接受治疗，那么可以通过关闭外部锁合机械装置28封闭出入舱室24，而出入室24也可以设置成和主舱室22相同的压力。然后可以打开该内部锁合机械装置26以便患者从主舱室22进入出入舱室24。该内部锁合机械装置26然后关闭，出入舱室24的压力变成大气压。之后，该外部锁合机械装置28打开，允许使用者离开出入舱室24。为了使患者在治疗时能够进入主舱室22，该过程可以反向操作。在某些实施方式中，如果主舱室人满，主出入舱室可以用来容纳患者。
在某些实施方式中，除了双锁入口，或者为了替代双锁入口，可变压力舱还可以包括一个气锁。如图2所示的气锁29允许小物体通过，进入或离开压力舱，而在压力舱维持在非大气压的压力时不会改变舱室压力。该气锁29的操作原理和双锁入口的原理相同。 由于气锁的容量比出入舱室的容量小得多，所以采用气锁来传递小物件，如食物、水、药 品或医疗仪器进出操作舱更为经济。
为了降低火灾或爆炸的风险，压力舱优选地可以用空气而不是纯氧加压。在某些实施 方式中，可以给予使用者单独的氧气面罩来提供纯氧，并将呼出的气体从压力舱中排出。 适合的氧气面罩可以是简单地盖住口鼻的，或者可以是环绕颈部密封的柔性、透明的头盔。 因此，该压力舱还可能需要包括一个纯氧源，诸如储存在舱室内部或外部的氧气筒。
优选地，该压力舱还包括能保证患者安全和舒适的装置。这些装置是已知的，可以包 括但不限于灯光、温度控制装置、适度控制装置、压力安全阀、消防系统、通讯装置或其 组合。
再如图l，发射室10还包括一个可反转压縮机18a和气流调节器18b,可反转压縮机 与舱室12通过软管或管道19a以液体相连，气流调节器通过软管或管道19a与舱室12 相连。适合的压縮机具有将舱室加压到l-6个大气压的压力的能力，以及将舱室的压力降 低到大约0.1个大气压的能力，这在特殊应用中是需要的。优选地，应使用高速调节阀以 便它能在小于l秒的时间内完全打开或关闭。流量调节器是本领域已知的，公开于例如 Control Valve Handbook, 4th edition, Fisher Controls International, (2005)，在此以其全体并 入本文作为参考。出口调节阀的一个适合的例子是Radius, LLS, Milford， MI (part # RX-1000 series; R-AD-012)生产的电气阀门定位器。本领域的普通技术人员都可以毫无疑 问地选择压縮机和进口流量调节器，其组合可以实现并维持舱室的目标压力，同时供给舱 室新鲜空气以保证舱室持续换气。
在优选的实施方式中，可反转压縮机包括螺杆压縮机。螺杆压縮机通常用于输送大块 干性材料诸如水泥、面粉、盐和奶粉，以及运输、推进或压縮化学工厂或冶炼厂内的大量 惰性、腐蚀性和易爆气体。然而，申请人却意外地发现，在压力舱使用螺杆压縮机有多种 益处。这些益处包括但不限于使得压力舱操作能够在低压或高压环境进行而不需要其它 设备；使得使用者用一步连续动作及就可以给舱室的空气加压并使用空气，而不需要将空 气加压到较高PSI、储存并采用多阶段空调设备才能使人类使用者感到舒适；降低所需设 备的数量；消除患者不适感；允许新鲜空气循环。通常， 一个螺杆压縮机可以提供恒定的高容量的空气，可以克服任何限制而保持它的 流量曲线直至达到它的高压限。在一个实施方式中，通过使用高速调节阀以恒定流速给压 力舱提供环境空气并限定其通过舱室的排气能力，其最终结果就是高度可控和持续的加压 速率。或者，排气能力可以维持在一个恒定值，压力舱可以通过改变来自螺杆压縮机的空 气的流速而加压。 一旦达到目标压力值，它就可以通过使用可用计算机编程的工业自动化 控制来实现。
优选地，通过螺杆压缩机在整个治疗压力曲线中提供恒定流量(CFM)的空气，系统 计算机可以持续地将目标压力控制在±0.01 PSI，同时舱室以持续供给地新鲜空气进行换 气。换句话说，当系统达到稳定加压状态时，它可以通过调节压縮机和出口流量调节器来 维持，因此进入舱室的量和体积与从舱室流出并排出系统的空气量相同。术语"新鲜空气" 是指由压縮机提供的之前尚未用于给加压舱室加压的空气。
因此，在一个实施方式中，压力舱的压力可以通过将空气持续泵入舱室；将舱室空 气持续地排出到大气中；和持续地监控舱室压力并调节入量或出量来维持。
螺杆压縮机还可以被用作真空泵。通过简单地将螺杆旋转方向反转，高压舱就可以变 成低压舱。
螺杆压縮机提供温度高达340°F的干燥无油的消毒空气，它可通过使用流量控制冷却 水源而被冷却。将冷却水源送入高效换热器，从而将压缩绝热热降低到舒适的55到85°F。 任何该过程中产生的冷凝水都可容易地收集和去除。优选地，水汽过滤去除99.9%的任何 1/10微米或更大的颗粒物质。通过预调节空气进入高压舱前的温度，使用者就不会感觉 舱室内温度上升或下降的不适。
可以使用任何已知的螺杆压縮机。 一个适合的例子包括但不限于AerzenUSA, Coatesville, PA生产和销售的Aerzen Screw Compressor units DELTA SCREW VM/VML。 这些压縮机是为干燥和清洁压縮空气和中性气体而特别设计的。它们可以将空气和惰性气 体无油压缩到高达8500 cfm (14,400 mVh)和将30 psig或5600 cfm (9500 m3/h)的无油空气 和惰性气体压縮到高达51 psig。这些设备还可以被用于非常高效的干燥螺杆式真空泵， 降低85%的持续真空或25.5 "Hg。图3代表具有螺杆压缩系统30的可变压力舱工艺流程图的一个非限制性的实施方式。 无油空气可以在大约340QF和30 psi的条件下从压縮机31离开，该压縮机可以包括一个 减压阀32。高温可以即刻杀死空气中任何的生物或微生物生命。然后空气可以通过非限 制性的换热器33，它将空气温度降低到大约65。F。反过来，在该工艺的减压循环中，空 气供给可以预热以维持舱室的内部温度在舒适的70到72。F。空气温度可以通过调节阀34 控制，它可控制冷却水供给35的流量。以这种方式控制温度是可能的，因为空气在舱室 中只压縮一次，然后通过恒流控制维持在该压力。相反，在通常的压力舱，压力舱中空气 的温度不能调控，因为压力舱的空气是再次被压縮的。
然后供给空气通过一个预过滤器36以去除在快速冷却过程中形成的任何冷凝水，然 后通ii除雾器37去除亚微米颗粒，降低残留湿气含量。为了此用途，最好使用能去除 99.98%的1/10微米或更大的颗粒，并将任何残留湿度含量降低到0.5ppm的除雾器。或 者，空气流可以通过声衰减器，消音器38，可以将任何在压缩或过滤过程产生的声音降 低到低于70 dB。空气然后通过如下所述的一系列控制器39，通过压力计41和止回阀42 进入舱室40。离开舱室后，空气通过空气流速熔断器室43、分离阀44、 一系列二级控制 器45、消音器46、出口流量调节阀47和另一个消音器48从系统排出。压力舱的压力可 以通过出口调节阀47以及压縮机31来实现和调节。优选地，使用高速调节阀以便它能在 低于1秒的时间内充分开启和关闭。压力舱还可以包括紧急泄放阀49。
空气的流速和物理特性可以通过两组控制器39和45来控制。第一组控制器39包括 温度传感器39a和压力感受器39b。第二组控制器45包括温度传感器45a和压力传感器 45b。另外，也可采用空气质量系统51抽样检验排出空气中的氧和二氧化碳百分率。这些 数据提供给控制单元(未显示)，可以调节空气流速达到理想压力、温度等。本发明所述 的方法可以使用任何类型的控制器。优选地，反馈控制器诸如，例如可以使用比例积分(PI) 控制器或比例积分衍生控制器(PID控制器)。优选地，处理器以5ms的速度连续校正可以 精确控制气流。
另一方面，本发明还提供了一种需要置于压力舱中的受治疗者的治疗方法。该方法包 括将该受治疗者置于上述的可变压力舱，根据对该受治疗者作用所需要达到的效果调节压 力舱中的压力，以及在保持目标压力的同时使压力舱通风。术语"治疗"的意思是增加受治
11疗者的身体健康的各种治疗。它包括治疗存在的疾病或损伤和预防损伤或疾病。它还包括 使用压力舱来进一步改善健康人诸如耐力运动员或登山队员的健康状况的改善。
可变压力舱中的压力可以根据在受治疗者身上的期望效果来设定。这种压力此处可称 之为目标压力。可变压力舱中的压力可以增加到高达6个大气压，优选地，为1.5到3个 大气压，更优选地，为大约2.0到2.4个大气压，这是为了促进伤口愈合、增加递送到组 织的氧、保护损伤组织、改善感染控制、消除或减少毒性物质的作用、消除或减少放疗损 害、改善窒息或溺水、氰化物或一氧化氮中毒的循环、脑损害、愈合热烧伤或其组合。目 前，全世界有13种已批准的医学适应症和65到70种正在治疗的适应症，只提其中的几 种，包括中风、自闭症、多发性硬化症、痴呆和莱姆症。或者，可变压力舱中的压力可以 降低到0.1个大气压，优选地，为0.2个大气压，例如，可以促进健身、增加能量、改善 肺和循环功能，包括采取使患者产生低压状态的任何医学治疗。
在另一个实施方式中，可变压力舱可以与化疗联合使用。研究表明，在化疗前、化疗 中或化疗后采用高压氧治疗患者可以提供益处，诸如增加化疗效率或縮短治疗后的愈合时 间。因此，本发明提供了一种在化疗前、化疗中或化疗后的治疗患者的方法。该方法包括 将该受治疗者置于上述的可变压力舱，提高压力舱中的压力，以及在保持目标压力的同时 使压力舱换气。
本说明书中所引用的文献，包括专利文献和非专利文献，都属于本领域的普通技术人 员熟知的技术。所有这些文献在此全部并入本文作为参考，其程度和将每一篇特别地、单 独地并入本文作为参考一样。
虽然用具体实施方式
描述了本发明，但是应当理解，这些实施方式只是本发明的原理 和应用的例子。因此，应当理解，可以对这些举例性地实施方式进行大量的改进和其他设 计而不会偏离由以下权利要求定义的本发明的精神和范围。
权利要求
1、一种可变压力舱，其特征在于它包括充分气密的舱体、可密封开口、锁合机械装置、可反转压缩机和出口流量调节器，其中所述的舱体具有足以容纳病人的容量，所述开口用于提供进入舱体的入口，所述锁合机械装置适合封闭可密封开口，所述可反转压缩机与舱体出口以流体相连接。
2、 如权利要求l的压力舱，其特征在于所述的可反转压縮机和出口流量调节器在压力 舱持续吹入新鲜空气换气时共同调节舱室中的压力保持在目标压力。
3、 如权利要求1或2的压力舱，其特征在于所述的可反转压縮机是螺杆压縮机。
4、 如权利要求1-3的任一权利要求的压力舱，其特征在于所述的舱室适于承受高于大 气压或低于大气压的压力。
5、 如权利要求1-4的任一权利要求的压力舱，其特征在于所述的可反转压縮机具有给 舱室加压到大约1到大约6大气压的能力。
6、 如权利要求1-5的任一权利要求的压力舱，其特征在于所述的可反转压縮机具有给 舱室减压到大约0.1大气压的能力。
7、 如权利要求1-6的任一权利要求的压力舱，其特征在于所述的可密封开口包括一个 可密封门。
8、 如权利要求1-6的任一权利要求的压力舱，其特征在于它还进一步包括进入舱室的 气锁。
9、 一种需要该舱室的受治疗者的治疗方法，其特征在于，包括以下步骤将该受治疗者 置于可变压力舱中，可变压力舱包括充分气密的舱体、可密封开口、锁合机械装置、 一个 可反转压縮机和出口流量调节器，其中所述的舱体具有足以容纳病人的容量，所述可密封 开口用于提供进入舱体的入口，所述锁合机械装置适合封闭可密封开口，所述可反转压縮 机与舱体入口以流体相连接，所述出口流量调节器与舱体出口以流体相连接；根据该受治疗者所需要达到的效果调节压力舱中的压力达到目标压力，以及在保持舱体目标压力的同 时向压力舱中吹入新鲜空气换气。
10、 如权利要求9的方法，其特征在于所述的可反转压縮机包括螺杆压缩机。
11、 如权利要求9或10的方法，其特征在于当在舱体内保持目标压力的同时持续向压 力舱中吹入新鲜空气以通风，包括调节可反转压縮机和出口流量调节器以便进入舱室的空 气量和流出舱室的空气量相等。
12、 如权利要求9-11的任一权利要求的方法，其特征在于根据该受治疗者所需要达到 的预期效果调节压力舱中的压力的步骤包括将可变压力舱中的压力增加到至少1.5个大气压。一
13、 如权利要求9-12的任一权利要求的方法，其特征在于根据该受治疗者所需要达到 的效果调节压力舱中的压力的步骤包括将可变压力舱中的压力降低到至少低于0.5个大气压。
14、 如权利要求9-13的任一权利要求的方法，其特征在于所述的期望效果选自促进健 身、增加能量、改善肺或循环功能。
15、 一种在化疗前、化疗中或化疗后的治疗患者的方法，包括将该患者置于可变压力舱 中，其中可变压力舱包括充分气密的舱体、可密封开口、锁合机械装置、可反转压縮机和出口流量调节器，其 中所述的舱体具有足以容纳患者的容量，所述开口用于提供进入舱体的入口，所述机械装 置适合封闭可密封开口，所述可反转压縮机与舱体入口以流体相连接，所述出口流量调节 器与舱体出口以流体相连接；根据该患者所需要达到的效果调节压力舱中的压力，以及在 保持目标压力的同时向压力舱中吹入新鲜空气以换气。
16、 如权利要求15的方法，其特征在于所述的压力增加到至少1.5-3个大气压。
17、 如权利要求15或16的方法，其特征在于将所述的患者一次置于加压后压力中大约 30分钟。
18、 如权利要求15-17的任一权利要求的方法，其特征在于所述的可反转压縮机包括螺 杆压縮机。
19、 一种给压力舱加压的方法，包括a)给压力舱加压，b)保持压力舱的压力，同时持续给压力舱吹入新鲜空气以换气。
20、 如权利要求19的方法，其特征在于所述的步骤b)包括将空气持续泵入压力舱； 持续将空气从压力舱排放到大气；以及持续检测压力舱的压力并调整输入和输出从而保持 压力舱的压力。
全文摘要
本发明提供了一种用于在低压或高压下手术的可变压力舱。该可变压力舱包括充分气密的舱体、可密封开口、锁合机械装置、可反转压缩机和出口流量调节器，其中所述的舱体具有足以容纳病人的容量，所述开口用于提供进入舱体的入口，所述机械装置适合封闭可密封开口，所述可反转压缩机与舱体以流体相连接。本发明还提供了一种需要使用置于可变压力舱的受治疗者的治疗方法。
文档编号A61G10/02GK101668504SQ200880009742
公开日2010年3月10日 申请日期2008年2月12日 优先权日2007年2月12日
发明者威廉姆·J·奥伯里恩, 约瑟夫·E·安德伍德 申请人:威廉姆·J·奥伯里恩;约瑟夫·E·安德伍德