RU2124368C1

RU2124368C1 - Trainer-inhaler

Info

Publication number: RU2124368C1
Application number: RU97103829A
Authority: RU
Inventors: Николай Алексеевич Сазонов; Василий Алексеевич Сазонов
Original assignee: Николай Алексеевич Сазонов; Василий Алексеевич Сазонов
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 1999-01-10

Abstract

FIELD: treatment of lungs and bronchi. SUBSTANCE: trainer-inhaler has airtight vessel with holes for air inhalation and cylindrical aerosol chamber positioned coaxially inside vessel. Chamber is provided with spraying holes located in its bottom spaced from bottom of vessel. Trainer-inhaler has also respiratory tube with mouthpiece and auxiliary reservoir with air outlet channel. Blades resting on bottom of vessel are provided on external side of aerosol chamber bottom. Auxiliary reservoir is made for changing its volume due to one or several circular inserts. Cylindrical-form dilator is positioned between mouthpiece and respiratory tube. EFFECT: enhanced efficiency and safety. 5 cl, 2 tbl, 5 dwg

Description

Аппарат может использоваться для излечения заболеваний легких и бронхов, а также применяться как ингалятор или как тренажер для здоровых людей в целях профилактики и для повышения результативности тренировок спортсменов. The device can be used to cure diseases of the lungs and bronchi, and can also be used as an inhaler or as a simulator for healthy people in order to prevent and to increase the effectiveness of training athletes.

Известен дыхательный аппарат Стрелкова по патенту РФ на изобретение N 2 040 279, который содержит маску, канал вдоха-выдоха, фильтр и мешок. Known breathing apparatus Strelkova according to the patent of the Russian Federation for the invention N 2 040 279, which contains a mask, channel inspiration, expiration, filter and bag.

Аппарат предназначен в основном для использования в условиях стационара: он громоздок, имеет неэстетичный внешний вид, не приспособлен для массового производства и очень дорог из-за сложности конструкции. Как тренажер не используется. The device is intended mainly for use in a hospital: it is bulky, has an unaesthetic appearance, is not suitable for mass production and is very expensive due to the complexity of the design. As a simulator is not used.

Известен ингалятор по пат. ГДР N 55 757, кл. 30 K 12/01 от 1967 г., представляющий собой сосуд, в котором коаксиально расположена перфорированная по боковой стенке трубка, выполняющая функцию аэрозольной камеры, однако аэрозоль формируется в основном в пристеночном слое у верхних щелевых отверстий камеры - трубы. Это подтверждается тем, что для усиления эффекта предложено ввести зубчатую вставку. Как тренажер этот аппарат тоже не используется. Known inhaler according to US Pat. GDR N 55 757, cl. 30 K 12/01 of 1967, which is a vessel in which a tube is perforated along the side wall and acts as an aerosol chamber, however, the aerosol is formed mainly in the wall layer at the upper slotted openings of the chamber — the tube. This is confirmed by the fact that to enhance the effect, it was proposed to introduce a gear insert. As a simulator, this device is also not used.

Известен также дыхательный аппарат (ингалятор) по патенту Швеции на пром. образец N 92 - 2609, содержащий цилиндрический корпус, образованный двумя частями: крышкой и дном, и короткую прямоугольную трубку. Аппарат не предназначен для работы как тренажер и не удобен в эксплуатации из-за малых габаритов и короткой трубки. Also known breathing apparatus (inhaler) according to the patent of Sweden for prom. sample N 92 - 2609, containing a cylindrical body formed by two parts: a cover and a bottom, and a short rectangular tube. The device is not intended to operate as a simulator and is not convenient to use due to its small size and short tube.

Наиболее близким является ингалятор Фролова по патенту СССР N 1 790 417, кл. A 61 M 15/02, содержащий герметичный сосуд с отверстием для вдоха воздуха, коаксиально установленную внутри него цилиндрическую аэрозольную камеру с отверстиями для распыления, которые расположены в дне аэрозольной камеры, размещенной в свою очередь с зазором относительно дна сосуда. Кроме того, ингалятор снабжен дополнительной емкостью, охватывающей сосуд ингалятора и имеющей отверстие, в котором с зазором размещена дыхательная трубка. Однако возможно попадание в дыхательные пути крупных капель ингаляционной жидкости в случае интенсивного вдоха при нормальном (рекомендуемом) уровне ингаляционной жидкости либо при нормальном вдохе, но повышенном уровне ингаляционной жидкости. Попаданию капель жидкости в дыхательные пути способствует и то, что жидкость после 3-7 мин дыхания сильно вспенивается. При использовании ингалятора возникают затруднения с регулированием его характеристики индивидуально для каждого пользователя. Регулирование уровня нагрузок методом увеличения уровня жидкости недопустимо, т.к. даже незначительное повышение уровня жидкости приводит к попаданию крупных капель в дыхательные пути, что небезопасно. The closest is the Frolov inhaler according to the patent of the USSR N 1 790 417, class. A 61 M 15/02, containing a sealed vessel with an opening for inhaling air, a coaxially mounted inside of it a cylindrical aerosol chamber with spray holes, which are located in the bottom of the aerosol chamber, which in turn is placed with a gap relative to the bottom of the vessel. In addition, the inhaler is equipped with an additional container covering the inhaler vessel and having an opening in which the breathing tube is placed with a gap. However, large drops of inhalation liquid may get into the respiratory tract in case of intensive inhalation at a normal (recommended) level of inhalation liquid or during normal inspiration, but an increased level of inhalation liquid. Drops of liquid in the respiratory tract are also facilitated by the fact that the liquid foams strongly after 3-7 minutes of breathing. When using an inhaler there are difficulties with regulating its characteristics individually for each user. Regulation of the load level by the method of increasing the liquid level is unacceptable, because even a slight increase in the level of liquid leads to the ingress of large drops into the respiratory tract, which is unsafe.

Регулирование процентного содержания углекислого газа вообще невозможно. Regulation of the percentage of carbon dioxide is generally impossible.

Кроме того, и при вдохе и при вдохе наблюдается резкое колебание сопротивления системы - пики давления и разрежения, обусловленные тем, что перфорация дна аэрозольной камеры оказывает различное сопротивление при перетекании жидкости и продавливании воздуха, а компенсационного объема трубки недостаточно, чтобы устранить эти вредные явления. In addition, during inhalation and when inhaling, there is a sharp fluctuation in the resistance of the system - peaks of pressure and rarefaction, due to the fact that the perforation of the bottom of the aerosol chamber exhibits different resistance when fluid flows and the air is forced through, and the compensation volume of the tube is not enough to eliminate these harmful effects.

Задачей создания изобретения является повышение эффективности и безопасности применения тренажера-ингалятора путем предотвращения попадания капель жидкости в дыхательные пути и расширения его функциональных возможностей как тренажера за счет регулирования нагрузок и состава газовой смеси. The objective of the invention is to increase the efficiency and safety of the simulator-inhaler by preventing droplets of liquid from entering the respiratory tract and expanding its functionality as a simulator by regulating the loads and composition of the gas mixture.

Указанная задача решается тем, что в тренажере-ингаляторе, содержащем герметичный сосуд с отверстиями для вдоха воздуха, коаксиально установленную внутри него цилиндрическую аэрозольную камеру с отверстиями для распыления, расположенными в ее дне, размещенном с зазором относительно дна сосуда и дыхательную трубку с наконечником и дополнительную емкость с каналом для выхода воздуха, предложено выполнить на дне аэрозольной камеры лопатки, саму дополнительную емкость - с возможностью изменения ее объема за счет кольцевых вставок, а между наконечником и дыхательной трубкой установить цилиндрический расширитель. Лопатки можно выполнить наклонными, а внутри расширителя и/или аэрозольной камеры установить диспергатор в форме перфорированной пластины или корпуса. This problem is solved in that in the simulator-inhaler containing a sealed vessel with holes for inhaling air, a coaxially mounted inside of it a cylindrical aerosol chamber with spray holes located in its bottom, placed with a gap relative to the bottom of the vessel and a breathing tube with a tip and an additional it is proposed to perform a container with a channel for air outlet at the bottom of the aerosol chamber of the blade, the additional container itself - with the possibility of changing its volume due to ring inserts, and between install a cylindrical expander with the tip and breathing tube. The blades can be made inclined, and inside the expander and / or aerosol chamber to establish a dispersant in the form of a perforated plate or body.

Патентные исследования показали, что предложенное решение обладает новизной и изобретательским уровнем, а также промышленной применимостью. Изготовлены опытные образцы устройства, запланировано его массовое производство. Patent studies have shown that the proposed solution has novelty and inventive step, as well as industrial applicability. Prototypes of the device were manufactured, and mass production was planned.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:
на фиг. 1 - тренажер-ингалятор без дополнительной емкости;
на фиг. 2 - сосуд с аэрозольной камерой;
на фиг. 3 - вид А;
на фиг. 4 - тренажер-ингалятор;
на фиг. 5 - тренажер-ингалятор с кольцевой вставкой;
на фиг. 6 - регулируемый канал выдоха воздуха на торце дополнительной емкости;
на фиг. 7 - регулируемый канал выдоха воздуха на боковой поверхности дополнительной емкости;
на фиг. 8 - вид по Г на лопатки;
на фиг. 9 - вид по Г на наклонные лопатки;
на фиг. 10 - диспергатор;
на фиг. 11 - вид по Г второго варианта лопаток;
на фиг. 12 - вид Д;
на фиг. 13 - вид Д наклонных лопаток;
на фиг. 14 - графики зависимости сопротивления системы на вдохе от времени;
на фиг. 15 - графики зависимости сопротивления системы на вдохе от зазора.The invention is illustrated in the drawings, where:
in FIG. 1 - inhaler simulator without additional capacity;
in FIG. 2 - a vessel with an aerosol chamber;
in FIG. 3 - view A;
in FIG. 4 - inhaler simulator;
in FIG. 5 - inhaler simulator with a ring insert;
in FIG. 6 - adjustable channel for exhaling air at the end of the additional capacity;
in FIG. 7 - adjustable channel for exhaling air on the side surface of the additional capacity;
in FIG. 8 is a view along D of the blades;
in FIG. 9 is a view along G of inclined blades;
in FIG. 10 - dispersant;
in FIG. 11 is a view in G of the second version of the blades;
in FIG. 12 - view D;
in FIG. 13 is a view D of the inclined blades;
in FIG. 14 is a graph of inspiratory system resistance versus time;
in FIG. 15 - graphs of the dependence of the resistance of the system on inspiration from the gap.

Тренажер-ингалятор (фиг. 1) содержит следующие основные детали: сосуд 1, внутри которого установлена аэрозольная камера 2 с днищем 3, дыхательную трубку 4, расширитель цилиндрической формы 5 и наконечник 6. Аэрозольная камера 2 имеет отверстие для выдоха (вдоха) воздуха 7. Внутри аэрозольной камеры 2 (фиг. 2) может быть установлен диспергатор 8 с перфорацией. На днище 3 (фиг. 3) выполнены отверстия 9 и лопатки 10. Центральная часть днища не перфорируется. Рекомендуемое соотношение диаметров неперфорируемого и перфорируемого участков
d/D = 0,2 ... 0,4.The inhaler simulator (Fig. 1) contains the following main details: a vessel 1, inside which an aerosol chamber 2 with a bottom 3 is installed, a breathing tube 4, a cylindrical expander 5 and a tip 6. The aerosol chamber 2 has an opening for exhaling (inhaling) air 7 Inside the aerosol chamber 2 (Fig. 2) can be installed dispersant 8 with perforation. On the bottom 3 (Fig. 3), holes 9 and blades 10 are made. The central part of the bottom is not perforated. Recommended ratio of diameters of non-perforated and perforated areas
d / D = 0.2 ... 0.4.

Сосуд 1 установлен в дополнительную емкость 11 (фиг. 4), состоящую как минимум из двух деталей: днища 12 и крышки 13. Между днищем 12 и крышкой 13 (фиг. 5) может быть установлена одна или несколько кольцевых вставок 14 для изменения объема дополнительной емкости и как следствие процентного содержания углекислого газа. На торце или боковой стенке дополнительной емкости 11 имеется канал для выхода воздуха 15. The vessel 1 is installed in an additional container 11 (Fig. 4), consisting of at least two parts: a bottom 12 and a cover 13. Between the bottom 12 and the cover 13 (Fig. 5) one or more ring inserts 14 can be installed to change the volume of the additional capacity and, as a consequence, the percentage of carbon dioxide. At the end or side wall of the additional tank 11 there is a channel for the exit of air 15.

Канал 15 можно выполнить регулируемым одним из двух способов: применением вращающейся втулки 16 с отверстиями 17 (фиг. 6), которые полностью или частично совмещаются с каналом 15, или выполнением кроме каналов 15 на боковой стенке днища 12 (фиг. 7) таких же каналов 19 на боковой стенке крышки 13 (или кольцевой вставки 14). Channel 15 can be made adjustable in one of two ways: by using a rotating sleeve 16 with holes 17 (Fig. 6), which are fully or partially aligned with the channel 15, or by performing, in addition to the channels 15 on the side wall of the bottom 12 (Fig. 7), the same channels 19 on the side wall of the cover 13 (or ring insert 14).

Существенный элемент в конструкции тренажера-ингалятора - это лопатки 10, которые могут быть выполнены радикальными (фиг. 8) или наклонными (фиг. 9) и размещены на торце днища 3. Диспергатор 8 лучше всего выполнить коническим (фиг. 10), вершиной конуса в сторону аэрозольной камеры 2, что позволит отбрасывать к стенкам крупные капли. An essential element in the design of the inhaler simulator is the blades 10, which can be made radical (Fig. 8) or inclined (Fig. 9) and placed on the end of the bottom 3. The dispersant 8 is best made conical (Fig. 10), the top of the cone towards the aerosol chamber 2, which will allow large droplets to be thrown to the walls.

Возможно выполнение лопаток 10 на боковой поверхности днищ 3 (фиг. 11) также в двух вариантах: прямыми (фиг. 12) или наклонными (фиг. 13). Дополнительная закрутка потока увеличит интенсивность аэрации. Особенностью предложенного устройства в отличие от прототипа является то, что торцы лопаток 10 упираются в дно сосуда 1, образуя зазор h. При постоянной, строго калиброванной ширине зазора, не зависящего от перекосов при неаккуратной сборке или дефектах изготовления центрального выступа дна у прототипа, гидравлические характеристики предложенного аппарата при его массовом производстве будут строго стабильными. It is possible to perform blades 10 on the lateral surface of the bottoms 3 (Fig. 11) also in two versions: straight (Fig. 12) or inclined (Fig. 13). Additional swirling flow will increase the intensity of aeration. A feature of the proposed device in contrast to the prototype is that the ends of the blades 10 abut against the bottom of the vessel 1, forming a gap h. With a constant, strictly calibrated gap width that does not depend on distortions during inaccurate assembly or manufacturing defects in the central protrusion of the bottom of the prototype, the hydraulic characteristics of the proposed device during its mass production will be strictly stable.

Расширитель 5 позволит уменьшить амплитуду колебания сопротивления гидровоздушного тракта устройства по сравнению с прототипом (фиг. 13). The expander 5 will reduce the amplitude of the fluctuation of the resistance of the hydraulic path of the device compared with the prototype (Fig. 13).

Это поясняется на графиках зависимости сопротивления системы (фиг. 14), где позиции обозначают:
19 - гидравлическое сопротивление прототипа для взрослого человека,
20 - гидравлическое сопротивление прототипа у спортсмена,
21 - гидравлическое сопротивление предложенного устройства для взрослого человека.This is illustrated in the graphs of the resistance of the system (Fig. 14), where the positions indicate:
19 is the hydraulic resistance of the prototype for an adult,
20 - hydraulic resistance of the prototype of the athlete,
21 - hydraulic resistance of the proposed device for an adult.

22 - гидравлическое сопротивление предложенного устройства у спортсмена. 22 - hydraulic resistance of the proposed device in an athlete.

На фиг. 15 доказана необходимость строгого соблюдения условия соотношения кольцевой площади зазора F₁ и площади отверстий F₀, которые определяются по формулам:

F₁= πDh,
где
Z - число отверстий;
d₀ - диаметр отверстий;
D - диаметр дна;
h - высота зазора.In FIG. 15 proved the need for strict compliance with the conditions for the ratio of the annular gap area F ₁ and the area of the holes F ₀ , which are determined by the formulas:

F ₁ = πDh,
Where
Z is the number of holes;
d ₀ is the diameter of the holes;
D is the diameter of the bottom;
h is the height of the gap.

Оптимальное соотношение площадей из условия обеспечения хорошего смешения и приемлемого гидравлического сопротивления системы:
F₀ / F₁ = 1,5 ... 3,0.The optimal ratio of areas from the condition of ensuring good mixing and acceptable hydraulic resistance of the system:
F ₀ / F ₁ = 1.5 ... 3.0.

Графики, приведенные на фиг. 15, обозначают:
23 - сопротивление системы для взрослого человека,
24 - сопротивление системы для спортсмена,
25 - эффективность перемешивания.The graphs shown in FIG. 15 denote:
23 - system resistance for an adult,
24 - resistance system for the athlete,
25 - mixing efficiency.

Некоторые расчетные данные устройства:
1. Частота дыхания f = 16 ... 18 раз в минуту.Some calculated device data:
1. Respiratory rate f = 16 ... 18 times per minute.

2. Объем вдоха взрослого человека V₁ = 3,5 л/вдох.2. The inspiratory volume of an adult V ₁ = 3.5 l / inspiration.

3. Объем вдоха у спортсмена V₂ = 5,0 л/вдох.3. The inspiratory volume of the athlete V ₂ = 5.0 l / inspiration.

4. Время вдоха τ = 2 с. 4. Inspiration time τ = 2 s.

5. Скорость воздуха в отверстиях

6. Сопротивление системы для взрослого человека:

7. Сопротивление системы для спортсмена:

8. Объемы устройств приведены в табл. 1.5. Air velocity in the holes

6. Resistance system for an adult:

7. System resistance for the athlete:

8. The volumes of the devices are given in table. 1.

9. Газовый состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха приведен в табл. 2. 9. The gas composition of the inhaled and exhaled air is given in table. 2.

При работе с устройством в режиме ингалятора аэрозольная камера 2 заправляется ингалируемой жидкостью, дополнительная емкость 11 снимается или полностью открывают канал 15. When working with the device in inhaler mode, the aerosol chamber 2 is filled with inhaled liquid, the additional container 11 is removed or the channel 15 is completely opened.

При вдохе ингаляционная жидкость через данный зазор и отверстия 9 и в дне 3 засасывается в аэрозольную камеру 2, а вслед за жидкостью поступает воздух. Пройдя отверстия 9, воздух барботирует жидкость, находящуюся под разрежением всасывания, увлекает ее вверх, создавая во всем объеме состояние кипения. Крупные капли задерживаются в расширителе 5 и в одном из двух диспергаторов 8. Коническая форма диспергаторов и отсутствие отверстия в его центральной части способствуют отбрасыванию крупных капель к стенке. When inhaling, the inhalation liquid through this gap and the openings 9 and in the bottom 3 is sucked into the aerosol chamber 2, and air flows after the liquid. Having passed the openings 9, air sparges the liquid under the suction vacuum, carries it up, creating a boiling state in the entire volume. Large droplets are trapped in the expander 5 and in one of the two dispersants 8. The conical shape of the dispersants and the absence of a hole in its central part contribute to the dropping of large droplets to the wall.

Хорошему перемешиванию также способствуют строго расчетный зазор между дном 3 и сосудом 1, имеющий стабильную величину, наличие лопаток 10 и наклон лопаток. Good mixing is also facilitated by a strictly calculated gap between the bottom 3 and the vessel 1, which has a stable value, the presence of blades 10 and the inclination of the blades.

Расширитель 5 сглаживает пульсации давления при вдохе и выдохе. Expander 5 smoothes out the pressure pulsations during inspiration and expiration.

Применение кольцевых вставок и/или регулирование каналов для выхода воздуха 15 делает возможным регулировать сопротивление тракта и содержание выдыхаемого углекислого газа. The use of ring inserts and / or the regulation of the channels for the exit of air 15 makes it possible to adjust the resistance of the tract and the content of exhaled carbon dioxide.

При использовании устройства в качестве тренажера ингалятор 2 заправляется водой. Потом собирают дополнительную емкость 11 с использованием только днища 12 и крышки 13 или, кроме того, и кольцевых элементов 15. When using the device as a simulator, the inhaler 2 is filled with water. Then collect additional capacity 11 using only the bottom 12 and the cover 13 or, in addition, and the ring elements 15.

При этом происходит вдыхание смеси, богатой углекислым газом. Меняя сечение канала 15, изменяют нагрузку. In this case, the mixture is rich in carbon dioxide. Changing the cross section of the channel 15, change the load.

Таким образом, обеспечиваются безопасность, эффективность и широкие функциональные возможности устройства. Thus, the safety, efficiency and wide functionality of the device are ensured.

Claims

1. The inhaler simulator containing a sealed vessel with openings for air inlet, a cylindrical aerosol chamber coaxially mounted inside it with spray holes located in its bottom, placed with a gap relative to the bottom of the vessel, a breathing tube with a tip and an additional container with an exit channel air, characterized in that on the outer side of the bottom there are blades resting on the bottom of the vessel, the additional capacity is made with the possibility of changing the volume due to one or more core inserts, between the tip and the breathing tube is a cylindrical expander.

2. The inhaler simulator according to claim 1, characterized in that the blades are made inclined.

3. The inhaler simulator according to claim 1 or 2, characterized in that a dispersant in the form of a perforated plate is installed inside the expander and / or aerosol chamber.

4. The inhaler simulator according to claim 1 or 2, characterized in that a dispersant in the form of a perforated cone is installed inside the expander and / or aerosol chamber.

5. Inhaler simulator according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the air outlet channel from the additional container is made adjustable.