NL8007074A - Beademingstoestel. - Google Patents

Description

4

W V

PHN 9924 1 N.V. Philips' Gloeilamperfabrieken te Eindhoven "Beademingstoestel"

De uitvinding heeft betrekking op een beademingstoestel voor het met een vooraf bepaalde doseringssnelheid toevoeren van een gasmengsel aan een patiënt, bevattende tenminste een regelorgaan voor het regelen van een gasstrocm in een gasleiding die zich van een gas-5 toevoerleiding naar een patiëntenleiding uitstrékt, welk regelorgaan is voorzien van een in de gasleiding opgenomen nauwe gasdoarstrocmopening.

Een dergelijk beademingstoestel is bekend uit het Nederlandse inzageschrift 77 07 259 (PHN 8839). Bij het békende beademingstoestel is de grootte van de gasstrocm afhankelijk van een betrékkelijk groot 10 aantal variabelen die alle gemeten en voor een deel geregeld moeten worden cm een goede besturing van de gasstrocm mogelijk te maken. Daardoor is dit beademingstoestel betrekkelijk ingewikkeld, omvangrijk en duur.

\

De uitvinding heeft tot doel, een beademingstoestel aan te 15 geven, waarbij de regeling van de gasstrocm zeer eenvoudig is en het aantal, te meten en te regelen grootheden betrekkelijk klein is. Het beademingstoestel volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat de gasdoarstrocmopening een kritische doorlaat is, die in serie geschakeld is met tenminste een klep die door een stuursignaal periodiek 20 geopend of gesloten kan warden, welk stuursignaal kan worden opgewekt door een stuur orgaan dat is ingericht cm de fractie van de tijd, waarin de klep geopend is, te variëren in afhankelijkheid van de gewenste gasvolumes trocm.

Onder kritische doorlaat wordt een vernauwing in een leiding 25 verstaan, waarvan de doorsnede zodanig is, dat in die vernauwing de gassnelheid gelijk is aan dégeluidssnelheid. Het zal duidelijk zijn, dat de gassnelheid afhangt van de druk in de gastoevoerleiding en van de doorsnede van de vernauwing en dat de geluidssnelheid afhangt van de eigenschappen van het gas en van de temperatuur.

30 Een voorkeursuitvoering van het beademingstoestel volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de gasleiding tenminste twee parallel geschakelde kleppen bevat en dat het stuurorgaan is ingericht cm de kleppen met een onderling faseverschil te besturen. Hiermee is een betere BAD ORIGINA0 Q 0 7 0 7 4 FHN 9924 2

V V

regeling en een grotere gelijkmatigheid van de gasstroon mogelijk en bovendien wordt bij het weigeren van een van de kleppen toch nog gas aan de patiënt toegevoerd, via de overige kleppen.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand 5 van de tekening. Hierin is

Fig. 1 een langsdoorsnede van een buis met een vernauwing,

Fig. 2 een grafiek ten behoeve van de verklaring van de werking van de in fig. 1 afgeheelde buis,

Fig. 3 een grafische voorstelling van doorstroomkarakteris-10 tieken van een aantal kritische doorlaten,

Fig. 4 een schema van een regelargaan voor het regelen van een gasstroom, bevattende een kritische doorlaat, en

Fig. 5 een schema van een uitvoeringsvoorbeeld van een be- ademingstoestel volgens de uitvinding.

15

Aan de hand van fig. 1 wordt eerst een korte beschouwing gegeven over enkele theoretische aspekten van een gasstrocm dcor een buis met een vernauwing. In een buis 1, die in fig. 1 in langsdcorsnede is weergegeven, bevindt zich een vernauwing 3. Door de buis 1 stroomt gas in de richting van de pijl 5. In de figuur zijn een drietal stroom-20 lijnen 7 aangegeven.

Volgens de vergelijking van Euler geldt voor een stationaire stroming langs een stroomlijn in een wrijvingsloos medium:

1 èp . _ èy , 1 èv2 _ n M

f 5t + grf + 2ïi“ -° (1) 25 Hierin is: ^ de dichtheid van het gas p de druk van het gas s de richtingsvector van de stroomlijn y de vertikale coördinaat (booste) g de versnelling van de zwaartekracht 30 v de snelheid van het gas

Wanneer men aanneemt, dat het gas geen energie uitwisselt met zijn omgeving (isentropisch proces), dan geldt verder: —^7 = constant = C. (2) f c 1 35 Hierin is K = ^

Cp =· soortelijke warmte bij constante druk

Cv = soort.elijke warmte bij constant volume

Neemt men verder aan, dat energievariaties door hoogtevariatie BAD ORIG^fl-0 7 0 7 4 i * v EHN 9924 3 verwaarloosbaar zijn en dat de doorsnede Fg in de vernauwing 3 (ter plaatse B in fig. 1) veel kleiner is dan de doorsnede FA bovenstroans van de vernauwing (ter plaatse A), zodat v<l< VA, dan volgt uit (1): 'var?

Voor de massastroon 0 geldt nu:__ \Γ^ fB * FB ‘ VB “ fBFB V K-1 ^?Α ~^ (4)

Uit (2) volgt: „ 1 10

jOB fK

Hierin is x = — en 0 <x < 1 fA

Indien mei verder veronderstelt, dat het gas een ideaal gas is, hetgeen voor de in beademingstoestellen meest gebruikelijke gassen 15 lucht, zuurstof en lachgas met goede benadering waar is, dan geldt: P - yORT (6)

Hierin is R de gasconstante T de absolute temperatuur van het gas.

„n Uit (4), (5) en (6) volgt dan: Γ- I 1ΞΓΛ /m - Vafe · m ^ - x K > <7>

r 2K IV

De tem \J -^.-y . ^ is constant voer een bepaald gas bij een bepaalde temperatuur en is bij benadering constant bij variërende ongevings- 25 tenperatuur omdat T de absolute temperatuur is èn onder het wortelteken

vóórkant. In de praktijk verandert deze tem ongeveer 1,7°/oo per °C

verandering in de arqevingstemperatuur.

\ I 2 R+1 \l K T/ï

De functie f (x) =i x - x is in fig. 2 grafisch weergegeven voor 0<x<1 en K = 1,40.

30

Deze waarde van K geldt voor lucht.

Het maximum van f (x) ligt bij _.K p v s / 2 v K-1 _ _m q

xm ( K+1 ' " PA

35 De druk Pc ter plaatse C is ongeveer gelijk aan de omgevings- druk. Wanneer P^ Pc gaat er gas stranen, waarbij volgens (7): \ fb -VtIΓ -w · pa · f »)

BAD ORIGINAL

8007074 PHN 9924 4

Deze formule is juist wanneer Pa< P .

n m

Wanneer P, = P . geldt voor P t&P =1 Bar.

Am m c dat de kritische waarden voor p,^en v gelijk zijn aan: _ pAkr = Ö7ST = 1,9 Bar 9

vBkr = = C

p _ , 2 K=T \

/Bkr 1 K+1 } . * RT

10 Bij verdere opvoering van de druk PA neemt f(x) niet af, maar blijft constant cp de maximale waarde. In de nauwste doorsnede 3 blijft de gassnelheid hierbij gelijk aan de geluidssnelheid. Een hogere waarde is immers niet mogelijk. Een dergelijke vernauwing noemt men een kritsche doorlaat. De massastroom in de nauwste doorsnede 15 3 wordt dan bepaald door de dichtheid van het gas en is evenredig met de druk P^.

In fig. 3 is voor een aantal kritische doorlaten de gemeten volumestrocm V weergegeven als functie van de druk P^. Bij elke kroime is de diameter van de vernauwing Dg in ma aangegeven. Uit deze figuur 20 is duidelijk, dat boven een gearceerd aangegeven drukgebied 9 de volumestrocm lineair verloopt met de toe voer druk P^. Uitgaande van de veronderstelling, dat de temperatuur van het uitstromende gas uiteindelijk een constante waarde van 293K en de druk een constante waarde van 1 Bar krijgt, geldt deze lineaire betrekking uiteraard ook voor de massa-25 stroom.

Uit het voorgaande blijkt, dat voor een kritische doorlaat een lineair verband bestaat tussen de druk van het toegevoerde gas en de massastroom door de kritische doorlaat. Dit verband wordt geheel bepaald door meetbare fysische grootheden, zoals de oppervlakte en 30 de geometrie van de nauwste doorsnede en de eigenschappen van het gas.

Fig. 4 laat een schema zien van een regelorgaan voor het regelen van een gasstroam in een gasleiding die zich van een gastoevoer leiding 11 naar een patiëntenleiding 13 uitstrekt. Het regelorgaan bevat een gasstrocmregelaar 15 en een stuurorgaan 17. De gasstroom-35 regelaar 15 is voorzien van twee parallel geschakelde kleppen 19, elk in serie geschakeld met een kritische doorlaat 21. De kritische doorlaten 21 -kunnen bijvoorbeeld gevormd worden door tussengevoegde leidinggedeelte met een vernauwing zoals in fig. 1 weergegeven of door BAD ORIG^^-q 7 0 7 4 » v EEN 9924 5 de nauwe uitstroarcpeningen van de kleppen 19. De diameter ter plaatse van de vernauwing is bij voorkeur ongeveer 1,5 mm.

De kleppen 19 worden geopend en gesloten door stuursignalen die vanuit het stuurorgaan 17 via stuurverbindingen 23 worden toegevoerd.

5 Wanneer een klep geopend is, is de gass troon door die klep lineair afhankelijk van de druk in de toevoerleiding 11/ zoals- in het voorgaande is aangetoond. Deze druk wordt gemeten door een drukopnemer 25 en via een meetverbinding 27 doorgegeven naar het stuurorgaan 17.

De gewenste gasstrocm kan, bijvoorbeeld via een (niet getekende) aan 10 het stuurorgaan 17 aanwezige instelkncp ingesteld worden. Het stuurorgaan varieert dan de fractie van de tijd, waarin de kleppen 19 geopend zijn afhankelijk van de druk in gastoevoerleiding 11 en de ingestelde gewenste gasstrocm. In beginsel is voor deze regeling één klep 19 met bijbehorende kritische doorlaat 21 voldoende maar het 15 parallel schakelen van een aantal kleppen heeft het voordeel, dat het regelbereik groter kan zijn en de doorgelaten gasstrocm gelijkmatiger (minder pulserend). Het laatste kan bereikt worden door de kleppen met een onderling faseverschil te besturen, in het uitvoeringsvoarbeeld volgens fig. 4 bijvoorbeeld zodanig, dat de periode, waarin de ene 20 klep. geopend is, valt in het midden van de periode, waarin de andere klep gesloten is. Ter illustratie zijn in fig. 4 voorbeelden van stuursignalen 29, respectievelijk 31 voor de beide kleppen 19 aangegeven. Gedurende elke positieve inpuls is de desbetreffende klep geopend.

25 De herhalingsf requentie van de beide impulsreeksen is bijvoorbeeld 15Hz.

Een verdere maatregel voor het onderdrukken van onregelmatigheden in de gasstrocm is het tussen de kritische doorlaat 21 en de patiëntenleiding 13 aanbrengen van een buffer, bijvoorbeeld in de 30 vorm van een akoestisch filter 33 dat tevens dient cm hinderlijk geluid te dempen.

Fig. 5 toont een schema van een beademingstcestel, waarin gebruik gemaakt wordt van regelorganen overeenkomstig het aan de hand van fig. 4 beschreven regelorgaan. Ter vereenvoudiging zijn in 35 fig. 5 slechts de delen weergegeven, waar gas doorstrocmt met weglating van de stuurarganen 17 en andere op zichzelf bekende elektronische hulporganen.

BAD ORIGINAL Het ^ ^ af'geheelde beademingstoestel bevat een behuizing 8 0070 7 4 « >.

EHN 9924 6 35,· waarin twee gassstrocmregelaars 15 zijn cndergebracht, die in beginsel overeenkomen met de in fig. 4 getoonde gasstroanregelaar, maar elk waarvan is voorzien van vier in plaats van twee parallel geschakelde kleppen 19, zodat de regelbaarheid en de gelijkmatigheid van de gasstroom 5 nog verder verbeterd zijn.

Een van de gasstroonregelaars 15 (de bovenste in fig. 5) is via een gaskoppeling 37 verbonden met een zuurstofleiding 39. Tussen de zuurstofleiding 39 en de gaskoppeling 37 bevinden zich een reduceerventiel 41 en een buffer 43. Het reduceerventiel 41 zorgt, dat de zuurstof 10 met een instelbare druk (bij voorkeur 3-6 Bar) aan de gasstroanregelaar 15 wordt toegevoerd en buffer 43 dempt door de gasstroamregelaar veroorzaakte impulsen in de gasstroom zodat deze geen storende invloed op het reduceerventiel hebben.

Een lachgasleiding 45 en een luchtleiding 47 zijn op 15 dezelfde wijze via reduceerventielen 41 en buffers 43 verbonden met gaskoppelingen 37. Deze laatstgenoemde gaskoppelingen staan via een wisselklep 49 in verbinding met de tweede gasstroanregelaar 15. De wisselklep 49 wordt naar behoefte zodanig bestuurd, dat lucht of lachgas naar de tweede gasstroanregelaar 15 gevoerd wordt. De eerste gas-20 strocmregelaar 15 regelt dus de zuurstof stroom en de tweede gasstroanregelaar de stroom lucht of N^Q. De verhouding tussen enerzijds de hoeveelheid zuurstof en anderzijds de hoeveelheid lucht of ^0 is regelbaar door een geschikte besturing van de beide gasstroonregelaars 15.

De uit de gasstroonregelaars 15 kanende gasstroom 25 wordt weer door een akoestisch filter 33 geleid, dat. voorzien is van geleideschotten 51 die de gasstroom (aangeduid met pijlen) door vezelachtig materiaal 53 dwingen. In dit filter vindt tevens een grondige vermenging van de gasstrcmen uit de beide gasstroonregelaars 15 plaats.

De uitgang van het filter 33 is via een gaskoppeling 30 55 verbonden met een mondstuk 57 dat voorzien kan zijn van een druk-opnemer 59 en een gasstrocmopnemer 61. Via dit mondstuk wordt de gasstroon toegevoerd aan een patiënt 63.

De uitgang van het filter 33 is verbonden met een veiligheidsklep 65 die zich automatisch opent, wanneer de patiënten-35 druk boven een vooraf ingestelde waarde (bijvoorbeeld 0,025 tot 0,12 Bar boven de atmosferische druk) stijgt.

Voor de uitademing is een uitademingsklep 67 aanwezig

die na gebruik kan worden weggeworpen. Deze uitademingsklep wordt BAD ORIGINAL

8 0 07 0 7 4 PHN 9924 7 pneumatisch bediend door middel van lucht uit de luchtleiding 47, die via een reduceerventiel 69 en een klep 71 wordt aangevoerd.

5 10 15 20 25 30 35 BAD ORIGINAL q Q 7 0 7 4

Claims (5)

1. Beademingstoestel voor het met een vooraf bepaalde doserings-snelheid toevoeren van een gasmengsel aan een patiëntr. bevattende tenminste een regelorgaan voor het regelen van een gasstrcan in een gasleiding die zich van een gastoevoerleiding (11) naai' een patiëntenleiding 5 (13) uit strekt, welk regelorgaan is voorzien van een in de gasleiding opgencmen nauwe gasdoorstrocmopening, met het kenmerk, dat de gasdoor-stroonopening een kritische doorlaat (21) is, die in serie geschakeld is met tenminste een klep (19) die door een stuursignaal (29, 31) periodiek geopend of gesloten kan worden, welk stuursignaal kan worden 10 opgewekt door een stuurorgaan (17) dat is ingericht cm de fractie van de tijd, waarin de klep geopend is, te variëren in afhankelijkheid van de gewenste gasvolumestrocm.

2. Beademingstoestel volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat tussen de gastoevoerleiding (11) en de kritische doorlaat (21) een druk- 15 opnemer (25) aanwezig is, die tevens verbonden is met het stuurorgaan (17), dat tevens is ingericht om de fractie van de tijd, waarin de klep (19) geopend is, te variëren in afhankelijkheid van de door de drukop-nemer gemeten druk.

3. Beademingstoestel volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, 20 dat de gasleiding tenminste twee parallel geschakelde kleppen (19) bevat en dat het stuurorgaan (17) is ingericht cm de kleppen met een onderling faseverschil te besturen.

4. Beademingstoestel volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat elke klep (19) in serie geschakeld is met een eigen kritische doorlaat 25 (21).

5. Beademingstoestel volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat tussen de kritische doorlaat (21) en de patiëntenleiding (13) een buffer (33) aanwezig is voor het onderdrukken van onregelmatigheden in de gasstrocm. 30 35 BADORg5W7 0 7 4