一种高精密通气流量控制系统及医用呼吸机的制作方法

本发明属于医疗器械领域，具体为一种高精密通气流量控制系统及医用呼吸机。

背景技术：

在现代临床医学中，呼吸机作为一项能人工替代自主通气功能的有效手段，已普遍用于各种原因所致的呼吸衰竭、大手术期间的麻醉呼吸管理、呼吸支持治疗和急救复苏中，在现代医学领域内占有十分重要的位置。呼吸机是一种能够起到预防和治疗呼吸衰竭，减少并发症，挽救及延长病人生命的至关重要的医疗设备。

传统的呼吸机大多采用比例阀对输出压力及流量进行控制，其缺点在于，结构复杂，生产成本高，释放口的气体排放面积不可调，压力及流量的控制精度低；此外，大多数比例阀使用噪声较大的电磁阀来对释放口进行控制，影响病人的休息；同时当患者流速或压力需求量比较小时，无法快速排除患者呼出的气体，使得病人呼气时压力偏离了设定值，影响治疗效果。

通过专利检索，可得到以下对比文件：

专利1：

申请号：CN201110310467.2，申请日：2011.10.13，申请人:苏州凯迪泰医学科技有限公司，公开日：2012.06.20。本发明公开了一种电磁控制三通流量阀及医用呼吸机，电磁控制三通流量阀包括气源口、释放口和呼吸口。气源口与呼吸口之间设置有吸气阀门，呼吸口与释放口之间设置有呼气阀门，吸气阀门和呼气阀门以联动关系进行调节，吸气阀门和呼气阀门均为镂空圆筒嵌套结构，包括嵌套在一起的固定筒和滑动筒，吸气阀门和呼气阀门的滑动筒连接有电磁驱动器，以实现对吸气阀门和呼气阀门开启程度的同步控制。医用呼吸机连接有上述的电磁控制三通流量阀后，可以通过调节吸气阀门和呼气阀门的开启程度，对吸气和呼气的压力和流量进行控制，从而在吸气和呼气阶段维持适当压力或流量，实现医用呼吸机双水平的压力控制和流量控制，结构简单、使用方便、控制精确、节省功耗。

专利2：

申请号：201410072610.2，申请日：2014-02-28，申请人:北京谊安医疗系统股份有限公司，公开日：2015-09-02。本发明公开了一种呼气阀及具有它的呼吸机，该呼气阀包括：阀体、气阻、不锈钢阀口、活瓣膜片和阀盖。阀体内形成有进气通道和可与进气通道连通的出气通道，且进气通道具有进气通道进气口和进气通道出气口；气阻设在进气通道内；不锈钢阀口设在阀体的进气通道出气口处，且不锈钢阀口的一端伸出阀体的进气通道出气口；活瓣膜片在打开和封闭不锈钢阀口的位置之间可活动地设在阀体上；阀盖设在阀体上，且阀盖与阀体配合压紧活瓣膜片的边沿，阀盖上设有通孔。根据本发明实施例的呼气阀，提高了活瓣膜片与不锈钢阀口的密封性能，阀口打开和关闭准确可靠，可以精确计算呼气阀呼入和呼出潮气量值，给病人以舒适的呼吸模式。

专利3：

申请号：201010562279.4，申请日：2010.11.21，申请人:浙江玉升医疗器械股份有限公司，公开日：2011-03-09。本发明涉及一种用于呼吸机气路压力和流量调节的控制阀，它包括阀体、阀芯、配气滑套、电机和风机排气管，其特征在于电机上设有电机防震套及电机套，电机轴上设有磁圈及霍尔传感器，所述阀芯外侧设有配气滑套，二者之间有一定的活动间隙，配气滑套上固接有齿条，齿条下方设有导轨，该齿条与电机齿轮相啮合，配气滑套上设有定位传感器和密封圈及盖，所述中空的阀芯中间设有隔板，隔板两侧的阀芯上分别设有排气孔和进气孔，配气滑套的同一圆周上至少设有两个配气孔，所述配气孔能够与阀芯上的排气孔和进气孔分别相对应；具有结构简单、成本低廉、使用时噪声小、安全可靠，能实现无级调压的优点。

对比文件中的专利没有公开本专利的技术方案，不能破坏本专利的新颖性，同时以上对比文件的组合也不能破坏本专利的创造性。

技术实现要素：

本发明的目的是针对以上问题，提供一种高精密通气流量控制系统及医用呼吸机，结构简单、生产成本低、噪音小、能够逐步调节及维持释放口气体的排放面积，对呼吸机的压力及流量实现精密控制，将压力及流量调节至最佳状态，提高呼吸机的治疗效果。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种高精密通气流量控制系统，它包括底座1，其左上端设置有三通座3；所述三通座3的上端设置有三通2；所述三通2包括左端的进气口201、上端的呼吸口202和右端的释放口203；所述三通2通过抱箍9固定在三通座3上；所述底座1的右上端设置有电机支架4；所述电机支架4的右端设置有步进电机5；所述步进电机5的左端连接有滚珠丝杆6；所述滚珠丝杆6上连接有推动轴7；所述推动轴7的左端设置有与释放口203相对接的活塞8；所述活塞8为圆台形结构，并与释放口203之间为同轴设置。

进一步的，所述推动轴7包括左轴段701和右轴段702；所述活塞8固定在左轴段701的左端；所述右轴段702的右端设置有圆孔703；所述滚珠丝杆6设置在圆孔703内。

进一步的，所述活塞8采用35度硅胶，它包括圆台侧面801、圆台上底面802和圆台下底面803；所述圆台侧面801上设置有多个均匀布置的通气槽804；所述通气槽804的槽口大小从圆台上底面802至圆台下底面803的方向逐渐收拢至一点。

进一步的，所述释放口203内固定有弹簧座13；所述弹簧座13包括法兰1302和连接在法兰1302左端的圆筒1301；所述圆筒1301的外壁与三通2管道内壁之间设置有压缩弹簧12；所述压缩弹簧12右端连接有滑块11；所述滑块11与三通2的管道内壁相互接触；所述滑块11的右端设置有橡胶垫10。

进一步的，所述滑块11包括金属环1101和橡胶环1102；所述橡胶环1102设置在金属环1101的内部，且与金属环1101呈一体设置；所述橡胶环1102的内侧面设置有锥度，且该锥度与活塞8圆台侧面的锥度一致匹配。

进一步的，所述橡胶垫10为环体结构，该环体结构由外侧面1001、内右侧面1002和内左侧面1003组成；所述外侧面1001固定在三通2的内壁上，其右端面与释放口203的端面平齐；所述内右侧面1002设置有锥度，且该锥度与活塞8圆台侧面的锥度一致匹配；所述内左侧面1003与水平方向的夹角为3～5°。

进一步的，所述三通座3为长方体结构，其上端设置有用于三通2定位及锁定的三通固定槽301。

一种医用呼吸机，该医用呼吸机连接有上述高精密通气流量控制系统，该医用呼吸机的气体出口与进气口201连接，该医用呼吸机的呼吸面罩与呼吸口202连接。

进一步的，所述呼吸口202内设置有气流传感器。

进一步的，所述呼吸口202内的气流传感器与所述步进电机5的控制单元电连接。

本发明的有益效果：本发明提供的一种高精密通气流量控制系统及医用呼吸机，结构简单，生产成本低，可通过步进电机控制活塞的圆台侧面与三通的释放口端面之间的开合以及活塞的圆台侧面与橡胶环锥面之间的开合，实现呼吸流量及压力的开环控制；同时释放口气体的排放面积可以逐步进行调节及维持，实现了精准控制；活塞上通气槽的设置，有助于气体均匀排出，同时具有降低噪声的作用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中的局部放大视图A。

图3为本发明中推动轴与活塞的结构示意图。

图4为本发明中活塞的俯视示意图。

图5为图1中的剖面视图B-B。

图6为本发明中三通座的结构示意图。

图7为本发明中弹簧座的结构示意图。

图8为本发明中滑块的结构示意图。

图9为本发明中橡胶垫的结构示意图。

图中所述文字标注表示为：1、底座；2、三通；3、三通座；4、电机支架；5、步进电机；6、滚珠丝杆；7、推动轴；8、活塞；9、抱箍；10、橡胶垫；11、滑块；12、压缩弹簧；13、弹簧座；201、进气口；202、呼吸口；203、释放口；301、三通固定槽；701、左轴段；702、右轴段；703、圆孔；801、圆台侧面；802、圆台上底面；803、圆台下底面；804、通气槽；1001、外侧面；1002、内右侧面；1003、内左侧面；1101、金属环；1102、橡胶环；1301、圆筒；1302、法兰。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1-图9所示，本发明的具体结构为：

一种高精密通气流量控制系统，它包括底座1，其左上端设置有三通座3；所述三通座3的上端设置有三通2；所述三通2包括左端的进气口201、上端的呼吸口202和右端的释放口203；所述三通2通过抱箍9固定在三通座3上；所述底座1的右上端设置有电机支架4；所述电机支架4的右端设置有步进电机5；所述步进电机5的左端连接有滚珠丝杆6；所述滚珠丝杆6上连接有推动轴7；所述推动轴7的左端设置有与释放口203相对接的活塞8；所述活塞8为圆台形结构，并与释放口203之间为同轴设置。

优选的，所述推动轴7包括左轴段701和右轴段702；所述活塞8固定在左轴段701的左端；所述右轴段702的右端设置有圆孔703；所述滚珠丝杆6设置在圆孔703内。

优选的，所述活塞8采用35度硅胶，它包括圆台侧面801、圆台上底面802和圆台下底面803；所述圆台侧面801上设置有多个均匀布置的通气槽804；所述通气槽804的槽口大小从圆台上底面802至圆台下底面803的方向逐渐收拢至一点。

优选的，所述释放口203内固定有弹簧座13；所述弹簧座13包括法兰1302和连接在法兰1302左端的圆筒1301；所述圆筒1301的外壁与三通2管道内壁之间设置有压缩弹簧12；所述压缩弹簧12右端连接有滑块11；所述滑块11与三通2的管道内壁相互接触；所述滑块11的右端设置有橡胶垫10。

优选的，所述滑块11包括金属环1101和橡胶环1102；所述橡胶环1102设置在金属环1101的内部，且与金属环1101呈一体设置；所述橡胶环1102的内侧面设置有锥度，且该锥度与活塞8圆台侧面的锥度一致匹配。

优选的，所述橡胶垫10为环体结构，该环体结构由外侧面1001、内右侧面1002和内左侧面1003组成；所述外侧面1001固定在三通2的内壁上，其右端面与释放口203的端面平齐；所述内右侧面1002设置有锥度，且该锥度与活塞8圆台侧面的锥度一致匹配；所述内左侧面1003与水平方向的夹角为3～5°。

优选的，所述三通座3为长方体结构，其上端设置有用于三通2定位及锁定的三通固定槽301。

一种医用呼吸机，该医用呼吸机连接有上述高精密通气流量控制系统，该医用呼吸机的气体出口与进气口201连接，该医用呼吸机的呼吸面罩与呼吸口202连接。

优选的，所述呼吸口202内设置有气流传感器。

优选的，所述呼吸口202内的气流传感器与所述步进电机5的控制单元电连接。

一种高精密通气流量控制系统呼气时的工作原理，如图1-9所示，释放口气体压力及流量在排放时，步进电机正转，滚珠丝杆带动推动轴及活塞向右移动，使活塞的圆台侧面脱离三通位于释放口的端面，滑块在活塞向右移动的同时在压力弹簧弹力的作用下，使橡胶环时刻保持与活塞的圆台侧面相互接触及挤压，气体从活塞的通气槽中得到释放；当活塞继续向右移动时，滑块同时向右移动，但滑块与其右端橡胶垫的内左侧面产生挤压，挤压产生的摩擦力阻碍滑块向右移动，使得滑块向右移动的速度减缓，减缓的同时滑块与活塞的圆台侧面相对移动，逐步加大了释放口气体排放的面积，气体仍由通气槽释放；当活塞继续向右移动时，滑块与其右端橡胶垫的内左侧面继续挤压，当挤压时产生的摩擦力足以阻挡压缩弹簧的弹力时，滑块停止移动，滑块与活塞脱节，实现更大的气体释放；以上可以看出，释放口气体排放量由小逐步变大，其压力逐步降低，达到精密控制；同时释放口的气体在排放时，通过通气槽得到了均匀的扩散，降低了噪音；一种高精密通气流量控制系统吸气时的工作原理与上述相反。

一种医用呼吸机的工作原理：气体由医用呼吸机中的风机提供，自进气口进入高精密通气流量控制系统内。

需要呼吸口提供吸气压力时，步进电机反转，活塞向左移动，当活塞移动至与三通位于释放口端面完全密封时，实现了最大流量及压力供给；对闭环控制的呼吸机系统，根据呼吸口内气流传感器的反馈信号，可以对实施步进电机的正转与反转控制，最终达到目标的压力及流量。

需要呼吸口提供呼气压力时，步进电机正转，活塞向右移动，当活塞移动至与三通的释放口完全脱离时，实现最大流量及压力的释放；同样，对闭环控制的呼吸机系统，根据呼吸口内气流传感器的反馈信号，可以对实施步进电机的正转与反转控制，最终达到目标的压力及流量。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。