ES2233946T3 - Aparato para respirar. - Google Patents
Aparato para respirar.Info
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Abstract
SE PRESENTA UN APARATO RESPIRADOR DE AIRE FORZADO QUE INCLUYE UNA PIEZA PARA LA CARA (20A) PARA CUBRIR AL MENOS LA NARIZ O LA BOCA DEL USUARIO, UNA UNIDAD DE BOMBA (10) DISPUESTA PARA SUMINISTRA AIRE A UN ESPACIO DENTRO DE LA PIEZA PARA LA CARA (20A), UN FILTRO (13) PARA FILTRAR EL AIRE QUE PENETRA EN LA PIEZA PARA LA CARA Y MEDIOS DE VALVULA PARA CONTROLAR EL FLUJO DEL AIRE DESDE LA UNIDAD DE BOMBA (20) A LA PIEZA PARA LA CARA DURANTE LA INHALACION Y DESDE LA PIEZA PARA LA CARA DURANTE LA EXHALACION. LA UNIDAD DE BOMBA INCLUYE UN VENTILADOR (12) IMPULSADO POR UN MOTOR ELECTRICO (11). LOS MEDIOS DE VALVULA INCLUYEN UNA VALVULA DE ENTRADA DE AIRE (19) Y UNA VALVULA DE SALIDA DE AIRE (22), LA VALVULA DE SALIDA DE AIRE SE MANTIENE EN UNA POSICION CERRADA DURANTE LA INHALACION A TRAVES DE LA VALVULA DE ENTRADA DE AIRE (19) MEDIANTE LA PRESION DEL AIRE DE LA UNIDAD DE BOMBA (20) Y ES ABIERTA POR EL AIRE EXHALADO. EL AIRE EXHALADO TAMBIEN ACTUA CERRANDO LA VALVULA DE ENTRADA (19) Y EVITA LA ENTRADA DEL AIRE EXHALADO EN LA UNIDAD DE BOMBA (20). EL VENTILADOR (12) ES UN VENTILADOR CENTRIFUGO IMPULSADO A UNA VELOCIDAD SUBSTANCIALMENTE CONSTANTE. UNA VALVULA (14) SE DISPONE SOBRE LA ZONA DE ENTRADA DEL AIRE DE LA UNIDAD DE BOMBA (10) Y ESTA DISPUESTA PARA CERRARSE CUANDO UNA PRESION DE AIRE DEFINIDA ESTE PRESENTE DENTRO DE LA UNIDAD DE BOMBA (10) CORRIENTE ABAJO DEL VENTILADOR (12).
Description
Aparato respiratorio.
La presente invención se refiere a un aparato
respiratorio de presión superior a la atmosférica forzada por
ventilador del tipo en el se bombea aire filtrado a una pieza o
máscara facial que cubre al menos la nariz o la boca del usuario,
siendo el aire bombeado por medio de un ventilador accionado por un
motor eléctrico que, normalmente, está alimentado por baterías.
Se conocen bien aparatos respiratorios del tipo
al que se refiere la presente invención, y se han propuesto una
variedad de realizaciones diferentes, y las ventajas e
inconvenientes de dichos aparatos se discuten en muchas
especificaciones de patentes. Entre los requisitos para que un
aparato sea satisfactorio están el que suministre cantidades
adecuadas de aire cuando el usuario respira a fondo que, como
muestran las pruebas, necesita el suministro de un caudal
sustancialmente mayor que aquél con el que normalmente se cuenta.
Es deseable minimizar el consumo de energía por parte del motor que
acciona el ventilador, de acuerdo con los requisitos establecidos
anteriormente, para aumentar la vida de la batería.
Es también altamente deseable el que la presión
del aire dentro de la pieza o careta facial nunca pueda descender
por debajo de la presión atmosférica ambiente. Si esto sucediera,
podría entrar aire en el espacio interior de la pieza o careta
introduciendo en dicho espacio contaminantes del medio ambiente.
La patente DE 4.205.412 describe una careta de
gas y una disposición de equipo respiratorio con un tanque de
almacenamiento para un gas respiratorio licuado y un conducto de
circulación de aire destinado a transmitir calor de evaporación del
aire ambiente al gas respiratorio licuado. De acuerdo con la
descripción de la patente DE 4.205.412, se conseguirá un caudal
suficiente de aire ambiente en cualquier condición de uso si se
cuenta con un ventilador para el suministro del aire ambiente a
través del conducto de circulación del aire.
La presente invención consiste en un aparato
respiratorio de aire forzado que comprende una pieza o careta facial
que cubre al menos la nariz o boca de un usuario, una unidad de
bombeo preparada para suministrar aire a un espacio interior de la
pieza o careta facial, un motor eléctrico dentro de la unidad de
bombeo preparado para accionar un ventilador que forma parte de la
unidad de bombeo, un filtro para filtrar el aire que entra en la
pieza o careta facial y unos medios de válvulas que controlan el
flujo de aire desde la unidad de bombeo a la pieza o careta facial
durante la inhalación y desde la pieza o careta facial durante la
exhalación, incluyendo los medios de válvulas una válvula de
entrada de aire y una válvula de salida de aire, manteniéndose la
válvula de salida de aire en posición cerrada durante la inhalación
a través de la válvula de entrada de aire por la presión del aire
procedente de la unidad de bombeo, y abriéndose por el aire
exhalado que actúa también sobre la válvula de entrada para evitar
la entrada de aire exhalado a la unidad de bombeo;
en el que el aparato incluye además medios para
mantener y controlar la velocidad del motor de forma que el
ventilador gire a una velocidad sustancialmente constante con
independencia de si el usuario está inhalando o exhalando aire.
Es deseable controlar la velocidad del motor que
acciona el ventilador de forma que gire a una velocidad
sustancialmente constante. Esto contrasta con las propuestas
anteriores que requerían que la velocidad del ventilador aumentara
cuando se necesitaba más flujo de aire. Se ha encontrado que el
funcionamiento a velocidad constante da como resultado un ahorro de
la energía consumida cuando se compara con dejar que el ventilador
se pare lentamente y después se acelere de nuevo.
Se ha encontrado también que puede mejorarse el
funcionamiento de dicho aparato dotándole de una válvula que
controle la entrada de aire a la unidad de bombeo, estando situada
la válvula aguas arriba o aguas abajo del ventilador y estando
preparada para que cierre cuando dentro de la unidad de bombeo
exista una presión de aire definida. Con un aparato de este tipo es
más fácil asegurar que siempre existirá una presión superior a la
atmosférica dentro de la pieza o careta facial, evitando de este
modo la existencia de una presión inferior a la atmosférica que
podría dar lugar a la entrada de aire contaminado.
Se utiliza el término pieza o careta facial para
incluir cualquier dispositivo que cubra la nariz o la boca de un
usuario y que esté preparado para encajar con el cuerpo o con las
ropas del usuario alrededor de sus bordes. Puede cubrir solamente la
boca o la nariz o ambas. Si se desea, puede comprender un casco que
cubra la totalidad de la cabeza del usuario.
Cuando se usa en esta especificación, el término
filtro se considera que incluye cualquier dispositivo para la
eliminación de contaminantes corpusculares y/o gaseosos del aire
inhalado. Las partículas pueden ser sólidas, como en el caso del
humo, o líquidas, como en las pulverizaciones de insecticidas. El
filtro puede estar preparado para eliminar contaminantes gaseosos,
en cuyo caso el filtro puede ser carbón activado u otro absorbente
gaseoso.
El aparato de acuerdo con esta invención puede
incluir, aguas abajo del filtro, un dispositivo para la medida del
contenido de oxígeno en el aire inhalado. Este dispositivo
proporcionará, preferiblemente, un aviso al usuario cuando el
contenido de oxígeno del aire inhalado filtrado caiga por debajo de
un nivel predeterminado. En una realización de la invención
especialmente preferida, el aparato incluye una fuente de oxígeno
comprimido o de otro gas respirable que puede liberarse en el aire
inhalado a una velocidad suficiente para mantener el contenido de
oxígeno del aire inhalado por encima de un nivel
predeterminado.
Para diferentes aplicaciones del aparato
respiratorio se emplean diferentes tipos de filtros. Cada tipo de
filtro diferente altera la resistencia al flujo del aparato. Los
requisitos exigidos al aparato respiratorio pueden también variar
con cada tipo de filtro a medida que se usa progresivamente un
filtro. Se ha encontrado que la calibración del aparato con
anterioridad a su uso, de forma que la velocidad de giro del
ventilador se fije a valor de base óptimo da como resultado un
ahorro de energía y un aumento de la vida del filtro.
Un aparato respiratorio de presión superior a la
atmosférica puede comprender una pieza o careta facial que cubre al
menos la nariz o boca de un usuario, una unidad de bombeo preparada
para suministrar aire al espacio interior de la pieza o careta
facial, un motor eléctrico dentro de la unidad de bombeo preparado
para accionar un ventilador, en el que el aparato está dotado con
medios de control sobre los que se puede actuar adaptados para
hacer que el aparato pase por una fase de calibración de forma que
la velocidad de giro del ventilador se fije a un valor de base
óptimo predeterminado en relación con las condiciones de
funcionamiento que prevalezcan en ese momento en el aparato. El
valor de base se mantiene, preferiblemente, sustancialmente
constante durante un periodo de funcionamiento del aparato o hasta
que el aparato se recalibra.
En una realización preferida, el aparato incluye
unos medios electrónicos de procesamiento de datos que supervisan y
controlan la velocidad del motor para asegurar el flujo de aire
adecuado en la careta del aparato.
Preferiblemente, los medios de control sobre los
que se puede actuar tienen en cuenta el tipo de filtro y/o la
resistencia al flujo dentro del aparato para fijar el valor óptimo
de la velocidad de giro del ventilador.
En una realización, los medios de control sobre
los que se puede actuar serían accionados manualmente por un usuario
del aparato. En esta realización, los medios de control sobre los
que se puede actuar incluirían medios electrónicos de procesamiento
de datos introduciendo el usuario los parámetros aplicables al tipo
de filtro y/o a la resistencia al flujo para fijar la velocidad
óptima del ventilador con anterioridad a su uso.
En una segunda realización, los medios de control
sobre los que se puede actuar establecerían automáticamente que el
aparato pasara una fase de calibración. Una forma de funcionamiento
automático implicaría que los parámetros del tipo de filtro
estuvieran codificados sobre el filtro de forma que los detalles
fueran detectados por los medios electrónicos de procesamiento de
datos, que ajustarían automáticamente el flujo de aire a través del
aparato. La transmisión de la información codificada a los medios
electrónicos de procesamiento de datos puede realizarse mediante
transferencia óptica, eléctrica o magnética.
Unos segundos y más deseables medios de
funcionamiento automático implicarían el uso de un sensor de presión
y/o de un aparato de medida del flujo, cada uno de ellos bajo el
control de los medios electrónicos de procesamiento de datos. El
sensor de presión y/o el medidor de flujo estarían situados,
preferiblemente, próximos al y aguas abajo del filtro del aparato,
de forma que se miden automáticamente la caída de la presión y del
flujo siendo introducidos en la unidad electrónica de procesamiento
de datos los valores detectados de la presión y del flujo de aire.
La unidad electrónica de procesamiento de datos calcularía
entonces, automáticamente, la velocidad adecuada de giro del
ventilador en función de los parámetros medidos.
En una realización, el sensor de presión
comprende un transductor de presión de silicona. En una realización
preferida, el sensor de presión comprende una membrana flexible
preparada para flexionar con los cambios en la presión, un
transmisor de ultrasonidos preparado para dirigir ultrasonidos
hacia la membrana, un receptor de ultrasonidos preparado para
detectar los ultrasonidos reflejados desde la membrana, y unos
medios de análisis, siendo los medios de análisis capaces de
determinar un parámetro basado en el tiempo de propagación de los
ultrasonidos entre el transmisor, la membrana y el receptor, y
calibrado de forma que proporcione una indicación de la presión del
aire a los medios electrónicos de procesamiento de datos.
Para compensar los cambios en el tiempo de
propagación de los ultrasonidos entre el transmisor, la membrana y
el receptor producidos por las variaciones de temperatura, existe,
situada preferiblemente en las proximidades del sensor de
temperatura, una sonda de temperatura en comunicación con los medios
de análisis, aplicando los medios de análisis un algoritmo de
compensación al tiempo de propagación de acuerdo con la temperatura
medida.
En otra realización, el aparato de medida del
flujo comprende un reductor del flujo de aire, tal como una placa o
malla con orificio, y un sensor de presión adaptado para medir el
cambio de presión a través del reductor.
En otra realización, el aparato de medida del
flujo comprende un sensor de presión adaptado para medir el cambio
de presión entre la unidad de bombeo y la pieza o careta facial que
se produce por uno o más reductores del flujo de aire situados
entre la unidad de bombeo y la careta. El reductor del flujo de aire
comprende, preferentemente, una manguera de transferencia de aire
que permite el paso de aire entre la unidad de bombeo y la pieza o
careta facial.
En una realización adicional, el aparato de
medida del flujo comprende un transmisor de ultrasonidos y un
receptor de ultrasonidos adaptados para, respectivamente, transmitir
y detectar ultrasonidos que viajan a lo largo de una parte de la
manguera de transferencia de aire. El caudal es directamente
proporcional al desplazamiento temporal de los ultrasonidos que
viajan por la manguera. Una ventaja de este método es que no pone
obstáculos al flujo de aire en el aparato.
En aún otra realización adicional, el aparato de
medida del flujo comprende un termistor colocado en el flujo de aire
y calentado a una temperatura mayor que la temperatura ambiente,
siendo el caudal proporcional al efecto de enfriamiento del flujo
de aire sobre el termistor calentado.
Debido a razones higiénicas y de seguridad, la
careta se lava, preferiblemente, después de cada uso. Por estas
razones, es deseable no tener sistemas eléctricos, u otros aparatos
vulnerables a roturas, en la careta.
El aparato respiratorio de aire forzado de
acuerdo con la invención funciona, preferiblemente, a una presión
baja pero con un caudal relativamente elevado. En las realizaciones
preferidas, el aparato es capaz de entregar a un usuario al menos
150 litros de aire por minuto, preferiblemente 300 litros de aire
por minuto, y más preferiblemente al menos 500 litros de aire por
minuto. En las realizaciones preferidas, la presión de suministro
del aire a la válvula de entrada de aire que admite el aire a la
pieza o careta facial se encuentra entre 0 y 10 mbar,
preferiblemente no más de 6 mbar, por encima de la presión del
medio ambiente de referencia. También se prefiere que el ventilador
de la unidad de bombeo produzca una presión en este margen. No
obstante, es posible disponer un regulador entre una unidad de
bombeo que produce aire a una presión mayor y los medios de
válvulas asociados con la pieza o careta facial. En este caso, la
unidad de bombeo suministrará aire a una presión menor de 1 bar,
preferiblemente menor de 100 mbar, y más preferiblemente menor de
20 mbar. A estas presiones bajas, los diámetros de las mangueras
deben elegirse de forma que eviten restricciones excesivas al flujo
que producirían grandes caídas de presión en el sistema.
Con el fin de que pueda entenderse mejor la
naturaleza de la invención, se describen a continuación, a título de
ejemplo, formas preferidas de la misma con referencia a los dibujos
esquemáticos que la acompañan, en los que:
- la figura 1 es un dibujo esquemático de
aquellas partes del aparato a las que se refiere la presente
invención, en la configuración adoptada durante el periodo en que
el usuario inhala aire;
- la figura 2 es una vista similar a la de la
figura 1 mostrando el aparato en la configuración adoptada cuando
el usuario exhala aire;
- la figura 3 es una vista en sección transversal
de una forma de válvula de evacuación de acuerdo con la
invención;
- la figura 4 es una vista en planta desde debajo
de la válvula mostrada en la figura 3;
- la figura 5 es una vista en sección transversal
de otra forma de válvula de evacuación de acuerdo con la invención,
en la que:
- la figura 5(a) muestra la válvula
durante la inhalación,
- la figura 5(b) muestra la válvula en una
condición cerrada estable, y
- la figura 5(c) muestra la válvula
durante la exhalación;
- la figura 6 es una vista en sección transversal
de otra forma más de válvula de evacuación de acuerdo con la
invención, en la que:
- la figura 6(a) muestra la válvula
durante la inhalación,
- la figura 6(b) muestra la válvula en una
condición cerrada estable, y
- la figura 6(c) muestra la válvula
durante la exhalación;
- la figura 7 es un dibujo esquemático de otra
forma del aparato al que se refiere la presente invención, en la
que:
- la figura 7(a) muestra el aparato
durante la inhalación, y
- la figura 7(b) muestra el aparato
durante la exhalación;
- la figura 8 es un dibujo esquemático de otra
forma más del aparato al que se refiere la presente invención, en la
que:
- la figura 8(a) muestra el aparato
durante la inhalación, y
- la figura 8(b) muestra el aparato
durante la exhalación;
- la figura 9 es una vista esquemática de una
realización del aparato respiratorio de acuerdo con el cuarto
aspecto de la presente invención, y
- la figura 10 es una vista esquemática de una
realización de una interfaz de usuario para un aparato respiratorio
de acuerdo con el quinto aspecto de la presente invención.
El aparato mostrado en las figuras 1 y 2 consiste
en una unidad de bombeo 10 que encierra un espacio de aire y un
motor eléctrico 11 que acciona un ventilador centrífugo 12. Además
de las partes mostradas existe una fuente de energía para el motor,
normalmente una batería recargable, y además una unidad de control
de la velocidad del motor de construcción convencional. Esta unidad
supervisa la velocidad de giro del ventilador 12 y controla la
velocidad del motor para hacer que funcione a una velocidad
sustancialmente constante con independencia de si el usuario está
inhalando o exhalando aire.
El aire se introduce en la unidad de bombeo 10 a
través de un filtro convencional 13. La entrada del aire procedente
del filtro se controla por la válvula 14 asociada con el fuelle 15
que cierra la válvula durante la exhalación de aire como se muestra
en la figura 2 y que está ligeramente inclinada hacia la posición
de abierta por medio del muelle 20, como se muestra en la figura 1.
Durante la inhalación del aire, como se muestra en la figura 1, la
válvula 14 se desplaza debido al fuelle 15 y a la depresión dentro
de la unidad de bombeo para permitir que el aire entre en la unidad
de bombeo.
Pueden proporcionarse medios para ajustar la
presión a la que se cierra la válvula 14. Es deseable mantener esta
presión tan baja como sea posible y preparar la válvula para que
abra solamente durante el tiempo suficiente para permitir que entre
la cantidad necesaria de aire, tras lo cual se cierra la válvula.
El sistema se equilibra actuando la válvula como un regulador de
presión para minimizar todo lo posible las fluctuaciones de presión
en la unidad de bombeo para asegurar un suministro de aire más o
menos instantáneo desde el ventilador hasta el usuario tan pronto
como comienza la inhalación.
La unidad de bombeo está conectada por medio del
conducto 16 a una válvula de evacuación indicada con la referencia
numérica 17. El conducto 16 se divide en dos partes, un conducto 18
que conduce a través de un elemento de válvula 19 a la pieza o
careta facial 20a y también a una salida de evacuación 21 que se
cierra durante la inhalación por la válvula 22 que está ligeramente
inclinada hacia la posición de cerrada por el fuelle 23, tal y como
se muestra en la figura 1. En ciertas realizaciones de la invención
la válvula 22 puede reemplazarse por una sencilla válvula de
exhalación accionada por resorte.
La segunda rama 24 del conducto 16 conduce a la
parte posterior de la válvula 22 que tiende a mantener la válvula en
un estado de presión equilibrada.
El flujo de aire durante la inhalación se ilustra
por las flechas mostradas en la figura 1. El aire entra a través de
la válvula 14 abierta hacia el ventilador 12 que genera una presión
para producir un flujo de aire a través de los conductos 16 y 18
hacia la pieza o careta facial que lleva el usuario. Puede verse que
la válvula 19 se mantiene abierta por la presión del aire sobre
ella y el aire fluye libremente hacia el usuario. La presión del
aire en el conducto 24 actúa sobre la parte posterior de la válvula
22 para reforzar la acción del fuelle 23 y mantener la válvula
cerrada.
La configuración del aparato durante la
exhalación se muestra en la figura 2, en la que la válvula 14 está
cerrada. La válvula 19 está también cerrada debido a la exhalación
de aire por parte del usuario. El ventilador 12, que se mantiene a
una velocidad de giro constante por el motor 11, funciona en un
régimen estabilizado y la presión generada por él no es suficiente
para abrir la válvula 19 contra la presión del aire exhalado. No
obstante, aplica presión a la parte posterior de la válvula 22 pero
a un nivel inferior a la presión de exhalación, permitiendo de este
modo que la válvula 22 se mantenga abierta. El aire exhalado puede
escapar por la salida de evacuación 21. Mientras que el aparato se
muestra de una manera puramente esquemática en las figuras 1 y 2,
las figuras 3 y 4 muestran de una manera más realista una forma de
realización de la válvula de evacuación, que corresponde
funcionalmente a la válvula de evacuación 17 mostrada en las
figuras 1 y 2. En esta realización, el conducto 25 corresponde al
conducto 16 de las figuras 1 y 2, un par de válvulas
unidireccionales 26 corresponde a la válvula 19 de las figuras 1 y
2, y un par de aberturas de salida 27 corresponden al conducto 18
de las figuras 1 y 2, proporcionando una conexión a la pieza o
careta facial. De este modo, durante la inhalación el aire
procedente de la unidad de bombeo entra al conducto 25, pasa a
través de la válvula 26 y se suministra a la pieza o careta facial
a través de la salida 27.
En el centro de la válvula de salida existe una
válvula de diafragma 28 apretada ligeramente por un muelle 29 contra
un asiento 31. Esta válvula posee un tubo hueco central 32 que se
mueve con el diafragma. Este tubo tiene aperturas de entrada de
aire 33 en su extremo inferior y una salida de aire 34 en su extremo
superior. La válvula de diafragma 28 se corresponde con la válvula
22 de las figuras 1 y 2.
Durante la exhalación, el aire entra a través de
las entradas de aire 27. El aire exhalado ejerce presión sobre la
válvula de diafragma 28 y hace que se abra frente a la oposición
del muelle 29. El aire entonces pasa por la válvula de diafragma 28
y desemboca en la atmósfera a través de las válvulas
unidireccionales 35 en la parte superior de la caja. Las válvulas
35, que evitan el ingreso de aire contaminado en el caso de fallo
del ventilador, no son absolutamente esenciales para el
funcionamiento del sistema y pueden omitirse.
La válvula de evacuación mostrada en las figuras
3 y 4 tiene características no mostradas en las figuras 1 y 2, ya
que cuando el tubo hueco 32 se encuentra en la posición mostrada en
la figura 3, el aire a presión procedente de la unidad de bombeo
puede entrar por las aberturas 33 y ejercer presión sobre la
superficie superior de la válvula de diafragma 28 reforzando la
acción del muelle 29 y la situación es similar a la mostrada en las
figuras 1 y 2. Sin embargo, una vez que el diafragma 28 se mueve
hacia arriba, arrastra con él al elemento 32. Esto tiene el efecto
de cerrar las entradas de aire 33 y abrir la salida de aire 34,
eliminando de este modo cualquier presión del aire sobre el
diafragma 28 a través de las válvulas unidireccionales 35.
La válvula 40 incluye un conducto de entrada de
aire 41 conectado a una fuente de presión del aire superior a la
atmosférica (no mostrada), una primera válvula 42, una careta
facial 43 que cubre la boca y nariz de un usuario (como se muestra
en la figura 5(a)), una segunda válvula 44, y una abertura de
descarga 45 para la descarga a la atmósfera del aire exhalado.
La primera válvula 42 sirve para admitir aire
procedente del conducto de entrada 41 en la careta facial 43 cuando
la presión del sistema en el conducto de entrada 41 supera a la
presión en la careta facial 43. Cuando las presiones son iguales, la
válvula 42 se cierra.
La segunda válvula 44 sirve para permitir el paso
de aire exhalado desde la careta facial 43 a la atmósfera a través
de la abertura de descarga 45. La válvula 44 comprende un diafragma
que está expuesto por una primera cara 46 al conducto de entrada 41
y a la presión del aire en el mismo. Una segunda cara 47 del
diafragma de la válvula 44 se dispone para que se apoye contra un
asiento de válvula 48 de la segunda válvula 44. La superficie de la
segunda cara 47 del diafragma situada dentro del área definida por
el asiento de válvula 48 está expuesta, cuando la válvula está
cerrada, a la presión existente dentro de la careta facial 43. El
resto de la segunda cara 47 del diafragma estará expuesta, cuando
la válvula 44 está cerrada, a la presión atmosférica a través de la
abertura de descarga 45.
En funcionamiento, el flujo de aire desde el
conducto de entrada 41 hasta la careta facial 43, a través de la
válvula 42, es igual al flujo en el conducto de entrada 41. Después
la válvula 42 se cerrará. Si ahora el usuario exhala, aumentará la
presión en la careta facial 43. Una vez que el aumento es
suficiente para vencer la fuerza que mantiene la válvula 44 en
posición de cerrada, dicha válvula se abrirá y el aire se
descargará a la atmósfera desde la careta facial 43 a través de la
válvula 44 y de la abertura de descarga 45.
La fuerza que mantiene la válvula 44 en posición
de cerrada es la diferencia entre la presión sobre la primera cara
46 y sobre la segunda cara 47. Puesto que la presión aplicada al
diafragma desde el conducto de entrada 41 y desde la careta facial
43 es inicialmente igual, puede verse que la fuerza que mantiene
cerrada la válvula 44 es la diferencia entre la presión atmosférica
en la parte de la segunda cara que queda fuera del asiento de
válvula 48 y la presión del conducto de entrada sobre una
superficie similar. Puesto que esta superficie es pequeña en
comparación con la superficie del diafragma que queda dentro de la
superficie definida por el asiento de válvula 48, incluso un
pequeño aumento de la presión dentro de la careta facial es
suficiente para abrir la válvula de salida 44. Como la superficie
es pequeña, incluso un aumento sustancial en la presión del sistema
dentro del conducto de entrada no elevará fuertemente la presión de
exhalación requerida para abrir la segunda válvula 44.
La disposición que se muestra en las figuras
6(a) a 6(c) es esencialmente similar a la descrita
con referencia a las figuras 5(a) a 5(c) y a partes
similares se les asigna idéntica referencia numérica. En esta
realización, la primera válvula 42 se dispone dentro de la membrana
de la segunda válvula 44. La válvula trabaja de la manera descrita
con relación a las figuras 5(a) a 5(c).
La disposición que se muestra en las figuras
7(a) y 7(b) es similar a la disposición descrita con
referencia a las figuras 1 y 2, con dos diferencias importantes. La
primera diferencia es que la válvula 17 de las figuras 1 y 2 se ha
sustituido por la válvula 40 de las figuras 6(a) a
6(c). La segunda diferencia es que el filtro 13 se ha movido
desde delante del ventilador 12 a detrás del ventilador 12. La
presión que controla la válvula 14 se saca de un conducto 60 que
une el filtro 13 con la válvula 40. De esta forma, la apertura y
cierre de la válvula 14 refleja más exactamente los cambios en la
presión debidos a la respiración de un usuario por la inclusión en
la regulación de la caída de presión en el filtro.
Las figuras 8(a) y 8(b) muestran un
aparato respiratorio con presión del aire superior a la atmosférica
forzada mediante ventilador de acuerdo con la invención. La
disposición es similar a la disposición descrita con referencia a
las figuras 7(a) y 7(b) y a partes similares se les
asigna idéntica referencia numérica. En este caso, el ventilador
funciona a una presión elevada y alimenta de aire a una presión
elevada a un regulador 51. El aire procedente del regulador 51
fluye a través de la manguera 53 hacia la válvula 40.
En la figura 9, un respirador con presión del
aire superior a la atmosférica se indica globalmente con 110. El
aparato incluye una unidad de bombeo en la que se encuentra situado
un motor eléctrico 111 que acciona un ventilador centrífugo 112.
Además de las partes indicadas anteriormente, existe una fuente de
energía para el motor 111, normalmente una batería recargable (no
representada), y una unidad de control de la velocidad del motor
bajo control de un microprocesador 115.
El aire entra en el respirador 110 a través de un
filtro 113, pasa a través del ventilador 112 y sale del aparato 110
por la careta 114. La careta 114 está preparada para que cubra
completamente la boca y la nariz de un usuario y es ajustable para
que se ajuste cómodamente a los contornos de la cara del
usuario.
El control mediante microprocesador 115 en la
realización representada supervisa las entradas procedentes de un
transductor de presión 116 y de un medidor de flujo 117 y es capaz
con ello de determinar la resistencia al flujo del filtro 113 que se
está utilizando. En aquellos casos en los que la resistencia al
flujo sea elevada, el control mediante microprocesador 115 lo
advertirá y fijará la velocidad de giro del ventilador 12 a un
nivel superior para compensarla, asegurando con ello que durante la
inhalación por parte del usuario esté disponible el flujo adecuado
de aire en la careta 114.
En funcionamiento, el control mediante
microprocesador 115 realizará automáticamente una medida de la
resistencia al flujo y ajustará automáticamente la velocidad del
ventilador 112 al nivel necesario.
En la figura 10 se representa globalmente con 210
un respirador purificador de aire con presión superior a la
atmosférica. El aparato incluye una unidad de bombeo en la que se
encuentra situado un motor eléctrico que acciona un ventilador
centrífugo, una fuente de energía, normalmente una batería
recargable, y una unidad de control de la velocidad del motor bajo
control de un microprocesador (no representados ninguno de ellos).
El aire entra en el respirador 210 a través de un filtro, pasa a
través del ventilador y sale del aparato 210 a través de una
manguera de aire 211 y de la careta 212. La careta 212 está
preparada para que cubra completamente la boca y la nariz de un
usuario y es ajustable para que se ajuste cómodamente a los
contornos de la cara del usuario.
El funcionamiento del aparato 210 es supervisado
por un monitor de funcionamiento situado dentro de la unidad de
bombeo. El monitor de funcionamiento controla un transductor de
presión situado en las proximidades del ventilador, un medidor de
flujo situado en las proximidades del filtro, un voltímetro que
supervisa la carga de la batería y un transductor de presión 213
situado en el aparato 210 que mide la presión en el espacio
interior de la careta 212. El transductor de presión 213 está en
comunicación con el espacio interior de la careta 212 a través de
una manguera flexible 214. La manguera 214 está conectada,
preferiblemente, a la careta 212 mediante un adaptador que permite
una retirada sencilla de la manguera 214 una vez utilizado el
aparato.
Si la presión del aire en el ventilador o dentro
de la careta 212, el flujo de aire o la carga de la batería caen
por debajo de un valor predeterminado, el monitor de funcionamiento
emite al usuario una señal de alarma.
La señal de alarma comprende tanto un tono
audible como una luz indicadora. El tono audible lo genera un
altavoz 215 situado dentro del aparato 210, siendo transmitido el
tono a través de la manguera de transferencia de aire 211 a la
careta 212. La fuente de luz se genera por un diodo emisor de luz
(LED) 216 transmitiéndose la luz al campo de visión del usuario en
la careta 212 por una fibra óptica 217.
Tanto la fibra óptica 217 como la manguera de
aire 211 se conectan a la careta 212 mediante adaptadores que
permiten una retirada sencilla de estos elementos de la careta 212
con anterioridad a su limpieza.
Claims (10)
1. Un aparato respiratorio de aire forzado que
comprende una pieza o careta facial (20a) que cubre al menos la
nariz o boca de un usuario, una unidad de bombeo (10) preparada
para suministrar aire a un espacio interior de la pieza o careta
facial (20a), un motor eléctrico (11) dentro de la unidad de bombeo
(10) preparado para accionar un ventilador (12) que forma parte de
la unidad de bombeo (10), un filtro (13) para filtrar el aire que
entra en la pieza o careta facial (20a) y unos medios de válvulas
(40) que controlan el flujo de aire desde la unidad de bombeo (10)
a la pieza o careta facial (20a) durante la inhalación y desde la
pieza o careta facial (20a) durante la exhalación, incluyendo los
medios de válvulas (40) una válvula de entrada de aire (42) y una
válvula de salida de aire (44), manteniéndose la válvula de salida
de aire (44) en posición cerrada durante la inhalación a través de
la válvula de entrada de aire (42) por la presión del aire
procedente de la unidad de bombeo (10), y abriéndose por el aire
exhalado que actúa también sobre la válvula de entrada (42) para
evitar la entrada de aire exhalado a la unidad de bombeo (10);
en el que el aparato incluye además medios para
mantener y controlar la velocidad del motor (11) de forma que el
ventilador (12) gire a una velocidad sustancialmente constante con
independencia de si el usuario está inhalando o exhalando aire.
2. Un aparato respiratorio de aire forzado como
el reivindicado en la reivindicación 1, en el que el ventilador (12)
es un ventilador centrífugo.
3. Un aparato respiratorio de aire forzado como
el reivindicado en la reivindicación 1, en el que el aparato incluye
una válvula (14) que controla el flujo de aire a través de la
unidad de bombeo (11), estando preparada la válvula (14) para
cerrarse cuando la presión presente dentro del aparato respiratorio
aguas abajo del ventilador alcance un nivel predeterminado.
4. Un aparato respiratorio de aire forzado como
el reivindicado en la reivindicación 1, en el que el aparato está
dotado además con un sensor de presión (116) y/o con un aparato de
medida del flujo (117) adaptados para medir la presión del aire en
el aparato y el flujo de aire a través del aparato, preferiblemente
en un punto próximo al, y aguas abajo del, filtro; y una unidad de
control mediante microprocesador (115) para supervisar la entrada
desde el sensor de presión (116) y/o desde el aparato de medida
(117) y determinar con ello la resistencia al flujo del filtro.
5. Un aparato respiratorio de aire forzado como
el reivindicado en la reivindicación 4, en el que el sensor de
presión (116) comprende una membrana flexible preparada para
flexionar con los cambios en la presión, un transmisor de
ultrasonidos preparado para dirigir ultrasonidos hacia la membrana,
un receptor de ultrasonidos para detectar los ultrasonidos
reflejados desde la membrana y unos medios de análisis, siendo los
medios de análisis capaces de determinar un parámetro basado en el
tiempo de propagación de los ultrasonidos entre el transmisor, la
membrana y el receptor, y calibrado de forma que proporcione una
indicación de la presión del aire a la unidad de control mediante
microprocesador (115).
6. Un aparato respiratorio de aire forzado como
el reivindicado en la reivindicación 5, en el que una sonda de
temperatura se sitúa próxima al sensor de presión (116),
comunicando la sonda de temperatura a los medios de análisis una
señal indicativa de la temperatura medida para permitir a los medios
de análisis aplicar un algoritmo de compensación al parámetro
basado en el tiempo de propagación de acuerdo con la temperatura
medida.
7. Un aparato respiratorio de aire forzado como
el reivindicado en la reivindicación 1, en el que el aparato está
preparado para entregar a un usuario al menos 150 litros de aire
por minuto, preferiblemente al menos 300 litros de aire por minuto,
y más preferiblemente al menos 500 litros de aire por minuto.
8. Un aparato respiratorio de aire forzado como
el reivindicado en la reivindicación 1, en el que el aparato está
preparado para suministrar aire a la válvula de entrada de aire
(42) que admite aire en la pieza o careta facial (20a) a una
presión comprendida entre cero y 10 mbar, más preferiblemente no
superior a 6 mbar, sobre la presión de referencia del medio
ambiente.
9. Un aparato respiratorio de aire forzado como
el reivindicado en la reivindicación 1, en el que el filtro (13)
está situado entre la unidad de bombeo (10) y la pieza o careta
facial (20a).
10. Un aparato respiratorio de aire forzado como
el reivindicado en la reivindicación 9, en el que el aparato incluye
una válvula (14) que controla el flujo de aire a través de la
unidad de bombeo (10), estando preparada la válvula (14) para
cerrarse cuando la presión presente dentro del aparato respiratorio
entre el filtro (13) y la pieza o careta facial (20a) alcance un
nivel predeterminado.
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| AUPN190995 | 1995-03-23 | ||
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