PL240295B1 - Urządzenie do utrzymania nasycenia i ciśnienia cząstkowego tlenu w hiperbarycznej ekologicznie zamkniętej atmosferze oddechowej - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest urządzenie do utrzymania nasycenia i ciśnienia cząstkowego tlenu w hiperbarycznej ekologicznie zamkniętej atmosferze oddechowej mające zastosowanie w inżynierii sanitarnej w zakresie wentylacji regeneracyjnej, zwłaszcza w odniesieniu do projektowania i eksploatacji komór hiperbarycznych - zarówno indywidualnych jak i kompleksów. Tlen ze zbiornika zewnętrznego podawany jest do urządzenia przez zawór odcinający (1) wysokiego ciśnienia a następnie w reduktorze (3) redukowane jest do poziomu akceptowalnego w tego rodzaju instalacji. Po przefiltrowaniu w filtrze (5) średniego ciśnienia magistrala tlenowa rozdzielana jest na dwie linie z których jedna kieruje tlen przez przełącznik do zespołu dysz dozujących (12), których geometria jest dobrana by przepływ przez nie realizowany był w parametrach nadkrytycznych. Druga linia tlenowa przechodzi przez sterowalny zawór elektromagnetyczny (7) oraz dyszę ograniczającą (6). Po czym obie linie na powrót się łączą w jedną magistralę i przez zawory odcinające (8) średniego ciśnienia tlen jest wtłaczany do wnętrza komory hiperbarycznej (11). Parametry tlenu dostarczanego do komory są monitorowane przez pomiarowe przetworniki, ciśnienia na zasilaniu (2), ciśnienia zredukowanego (4) oraz ciśnienia (10) wewnątrz komory (11). Dodatkowo wnętrze komory monitorowane jest przez pomiarowy przetwornik zawartości tlenu (9). Sygnały elektryczne z przetworników pomiarowych podłączone są do sterownika (14) zarządzającego dozowaniem tlenu do komory hiperbarycznej (11). Sterownik (14) posiada strukturę funkcjonalną otwartą umożliwiającą przejście z trybu pracy automatycznej na sterowanie manualne pozwalające na ingerencję obsługi. Bezpieczeństwo nad niekontrolowanym wzrostem ciśnienia w instalacji tlenowej zapewnia zawór bezpieczeństwa (13).

Description

PL 240 295 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do utrzymania nasycenia i ciśnienia cząstkowego tlenu w hiperbarycznej ekologicznie zamkniętej atmosferze oddechowej.

Dziedziny techniki, w których wynalazek może mieć praktyczne zastosowanie, to inżynieria sanitarna oraz wentylacja regeneracyjna, zwłaszcza w procesie eksploatacji komór hiperbarycznych używanych w medycynie oraz w nurkowaniach saturowanych.

Podczas prowadzenia nurkowań, zwłaszcza saturowanych, istotnym jest utrzymanie z wymaganą dokładnością stałego poziomu ciśnienia cząstkowego tlenu w atmosferze kompleksu hiperbarycznego. Utrzymanie ciśnienia cząstkowego nie jest sprawą łatwą, gdyż wymagane wartości są zmienne w czasie. Obecnie w wielu układach i urządzeniach dozowania tlenu w komorach hiperbarycznych używa się kosztownych systemów automatycznego utrzymania zawartości/ciśnienia cząstkowego tlenu lub utrzymuje się te parametry manualnie.

Procesy projektowania i eksploatowania komór hiperbarycznych, pojedynczych i kompleksów hiperbarycznych, są złożone. Zakres zastosowań komór hiperbarycznych jest ograniczony z uwagi na specyfikę wykorzystywania i z tego względu ilość wytwarzanych obiektów jest stosunkowo niewielka, jednakże są one produkowane w procesie przemysłowym, a poszczególne elementy i podzespoły wchodzące w ich skład mogą pochodzić z procesów produkcyjnych wielkoseryjnych. Znane ze stanu techniki, chronione rozwiązania, z reguły dotyczą niektórych podzespołów wchodzących w skład urządzeń. Przykładem są następujące rozwiązania: EP15714842 „Urządzenie do sygnalizowania ciśnienia wewnątrz instalacji, przewodu lub ogólnie przestrzeni”, EP15196657 „Urządzenie wskazujące ciśnienie” oraz EP15185141 „Wskaźnik ciśnienia z funkcją ograniczenia ciśnienia”. Znane jest także rozwiązanie EP12194642 „Urządzenie wentylacyjne dla pomieszczeń czystych oraz pomieszczenie czyste z takim urządzeniem”. Jednakże to ostatnie ma inny zakres zastosowania, wyłącznie w medycynie, i inną funkcję techniczną, polegającą na wytworzeniu we wnętrzu pomieszczenia medycznego sterylnej atmosfery oddechowej w niewielkim nadciśnieniu, by uniemożliwić wtargnięcie niesterylnego powietrza ze środowiska zewnętrznego. Problematyka zasilania komór hiperbarycznych tlenem i stabilizacja jego parametrów opisana jest także w literaturze fachowej. Jednym z przykładów jest publikacja zamieszczona pod adresem: https://journals.viamedica.pl/international_maritime_health/article/view/IMH.2017.0008/42128, jednakże ograniczająca się do aspektów medycznych wykorzystywania komór hiperbarycznych, zaś kwestia wentylacji jest tylko zasygnalizowana, ujawniając wyłącznie hasłowo, wykorzystanie złożonych systemów wentylacyjnych sterowanych z poziomu komputera, bez ujawniania szczegółów technicznych rozwiązania konstrukcyjnego. Podobnie, przedstawiony jest w publikacji magazynu branżowego „Crit Care Med.” Z 2011 roku tom 39 nr 7, artykuł autorstwa: Lindell K. Weaver pt. „Hyperbaric oxygen in the ill”. Również i w przypadku tej publikacji główny akcent autor stawia na kwestie medyczne, a problematyka techniczna realizacji wentylacji i zasilania tlenem jest jedynie zasygnalizowana bez ujawniania cech technicznych.

W urządzeniu będącym przedmiotem wynalazku, strumień tlenu z zewnętrznego zbiornika przepływa, kolejno przez zawór odcinający wysokiego ciśnienia, reduktor ciśnienia oraz filtr średniociśnieniowy, po czym magistrala rozdziela się na dwie magistrale. Pierwsza realizuje dostawę podstawową tlenu do komory hiperbarycznej przez zespół dysz z przełącznikiem, zaś druga magistrala dostarcza tlen uzupełniający i zawiera kaskadowo połączone, zawór elektromagnetyczny sterowalny oraz dyszę ograniczającą strumień, po czym magistrale łączą się ze sobą i poprzez zdublowane zawory odcinające średniociśnieniowe tlen jest wprowadzany do wnętrza komory hiperbarycznej. Zasadnicze znaczenie dla poprawnego i bezpiecznego funkcjonowania komory hiperbarycznej podczas nurkowania saturowanego jest praca zespołu dysz dozujących zintegrowanych z przełącznikiem i z tego też powodu geometria dysz jest tak zaprojektowana, by przy zadanym ciśnieniu strumień przepływającego tlenu wynosił: 0,35 dm³ min^-1 na każdego nurka przebywającego w komorze, zaś sam przepływ realizowany przez reduktor i współpracujące z nim dysze był realizowany w parametrach nadkrytycznych. Linia tlenowa jest zaopatrzona w przetworniki pomiarowe ciśnienia tlenu po stronie zasilania, za reduktorem ciśnienia oraz wewnątrz komory hiperbarycznej, która dodatkowo wyposażona jest w przetwornik pomiarowy stężenia tlenu. Sygnały elektryczne uzyskane z przetworników pomiarowych przekazywane są do sterownika, który na ich podstawie dokonuje sterowania nastawami poszczególnych podzespołów regulacyjnych, zwłaszcza zespołu dysz dozujących oraz dyszy ograniczającej. Dodatkowo układ zaopatrzony jest w zawór bezpieczeństwa osadzony w instalacji pomiędzy reduktorem a filtrem średniociśnieniowym.

Claims (3)

1. PL 240 295 B1

   Sterowanie pracą układu realizowane jest co do zasady w trybie automatycznym z otwartym na stałe kanałem sterowania ręcznego.

   Przedmiot wynalazku przedstawiony jest na rysunku w formie schematu.

   Nie jest możliwym, aby strumień konsumowanego tlenu wynosił zero. Przyjmuje się, że graniczną obserwowaną wartością średnią tego strumienia jest 0,35 dm³ min^-1. Można zatem zastosować dwie drogi uzupełniania tlenu w obiekcie hiperbarycznym celem zminimalizowania wahań jego ciśnienia cząstkowego. Jedną będzie stałe dozowanie tlenu. Drugą będzie automatyczny proces korekcji ciśnienia cząstkowego tlenu realizowany na podstawie wyników jego pomiarów. W przykładzie realizacji urządzenia według wynalazku, tlen ze zbiorników zewnętrznych podawany jest przez ręcznie sterowany zawór odcinający 1 na reduktor ciśnienia 3. Po redukcji ciśnienia tlen przechodzi przez filtr 5, po czym strumień zostaje rozdzielony na linię stałodozującą i linię korekty ciśnienia cząstkowego w obiekcie hiperbarycznym 11. Linie i armatura średniociśnieniowa zabezpieczone są przez zawór bezpieczeństwa 13 a ciśnienie w linii monitorowane jest czujnikiem 4. Wyboru dyszy linii stałego dozowania 12 dokonuje się poprzez ręcznie sterowany zawór przełączający. Dozowanie na linii korekty uruchamiane jest poprzez otwarcie zaworu elektromagnetycznego 7 sterowanego przez sterownik 14 realizujący pracę w trybie automatycznym. Przepływ w linii korekty ograniczony jest przez dyszę dozującą 6. Zgodnie z zasadami bezpieczeństwa zabudowy armatury kompleksu hiperbarycznego, instalacja zasilająca w tlen posiada odcięcie zaworami sterowanymi ręcznie 8, jeden przed komorą, a drugi wewnątrz komory hiperbarycznej 11. Pracę sterownika 14 utrzymującego stałe ciśnienie cząstkowego w obiekcie hiperbarycznym 11 umożliwia ciągłe monitorowanie ciśnienia zasilania 2, ciśnienia zredukowanego 4, ciśnienia w obiekcie hiperbarycznym 10 oraz zawartość tlenu w atmosferze obiektu 9. Na ich podstawie odbywa się opracowywanie decyzji o czasie otwarcia zaworu dozującego tlen 7.

   Urządzenie według wynalazku zbudowane jest z typowych, atestowanych i sprawdzonych elementów i podzespołów, gwarantujących niezawodność działania w horyzoncie długoczasowym, co ma podstawowe znaczenie podczas prowadzenia nurkowań saturowanych, w których uczestniczą ludzie.

   Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do utrzymania nasycenia i ciśnienia cząstkowego tlenu w hiperbarycznej ekologicznie zamkniętej atmosferze oddechowej zawierające elementy i podzespoły właściwe dla mechaniki płynów, w tym sterowalne zawory elektromagnetyczne, dysze dozujące, filtry oraz elektryczne przetworniki pomiarowe parametrów nieelektrycznych wraz z urządzeniem sterującym, znamienne tym, że zespół dysz dozujących (12), z przełącznikiem, w których przepływ, ich geometrią, realizowany jest w wartościach nadkrytycznych, zasilany jest tlenem przez kaskadowo połączone: wysokociśnieniowy zawór odcinający (1), reduktor ciśnienia (3) oraz filtr średniociśnieniowy (5), przy czym magistrala tlenowa za filtrem (5) rozdzielana jest na dwa oddzielne tory, jeden z zespołem dozującym zawierającym dysze dozujące (12) zintegrowanych z przełącznikiem i drugi ze sterowalnym zaworem elektromagnetycznym (7) i dyszą (6) ograniczającą przepływ tlenu, przy czym oba tory na powrót łączą się ze sobą w magistralę tlenową i poprzez zdublowane średniociśnieniowe zawory odcinające (8) magistrala wprowadza tlen do wnętrza komory hiperbarycznej (11).
2. 2. Urządzenie do utrzymywania nasycenia i ciśnienia cząstkowego tlenu według zastrz. 1, znamienne tym, że wyposażone jest w pomiarowe przetworniki mierzące: ciśnienie (2) w miejscu za zaworem odcinającym (1), przetwornik (4) włączony w magistralę tlenową za reduktorem (3) oraz przetwornik (10) mierzący ciśnienie wewnątrz komory hiperbarycznej (11), w której osadzony jest także przetwornik pomiarowy nasycenia tlenem (9), przy czym sygnały elektryczne z poszczególnych przetworników pomiarowych podłączone są do właściwych złącz sterownika (14), zaś bezpieczeństwo nad niekontrolowanym wzrostem ciśnienia po stronie zasilania komory hiperbarycznej (11) realizuje zawór bezpieczeństwa (13) włączony w magistralę tlenową za reduktorem (3).
3. 3. Urządzenie do utrzymywania nasycenia i ciśnienia cząstkowego tlenu według zastrz. 1, znamienne tym, że sterownik (14) ma strukturę funkcjonalną otwartą i co do zasady realizuje dozowanie tlenu do komory hiperbarycznej (11) w trybie automatycznym, jednakże operator może w każdej chwili ingerować w proces dozowania, manualnie, bez konieczności wyłączania - blokowania trybu automatycznego.