Тренажер-ингалятор

 

Изобретение предназначено для лечения легких и бронхов, а также для профилактики и тренировки здоровых людей. Тренажер-ингалятор содержит герметичный сосуд с отверстиями для вдоха воздуха, коаксиально установленную внутри него цилиндрическую аэрозольную камеру с отверстиями для распыления, расположенными в ее днище, размещенном с зазором относительно дна сосуда, дыхательную трубку с наконечником и дополнительную емкость с каналом для выхода воздуха. На внешней стороне днища аэрозольной камеры выполнены лопатки, опирающиеся в дно сосуда. Дополнительная емкость выполнена с возможностью изменения объема за счет одной или нескольких кольцевых вставок. Между наконечником и дыхательной трубкой установлен расширитель цилиндрической формы. Изобретение позволяет повысить эффективность и безопасность применения тренажера за счет предотвращения попадания капель жидкости в дыхательные пути. 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 15 ил.

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.

Известен дыхательный аппарат Стрелкова по патенту РФ на изобретение N 2 040 279, который содержит маску, канал вдоха-выдоха, фильтр и мешок.

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.

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.

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.

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.

Регулирование процентного содержания углекислого газа вообще невозможно.

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.

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.

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.

Патентные исследования показали, что предложенное решение обладает новизной и изобретательским уровнем, а также промышленной применимостью. Изготовлены опытные образцы устройства, запланировано его массовое производство.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

Расширитель 5 позволит уменьшить амплитуду колебания сопротивления гидровоздушного тракта устройства по сравнению с прототипом (фиг. 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.

22 - гидравлическое сопротивление предложенного устройства у спортсмена.

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.

Оптимальное соотношение площадей из условия обеспечения хорошего смешения и приемлемого гидравлического сопротивления системы:
F₀ / F₁ = 1,5 ... 3,0.

Графики, приведенные на фиг. 15, обозначают:
23 - сопротивление системы для взрослого человека,
24 - сопротивление системы для спортсмена,
25 - эффективность перемешивания.

Некоторые расчетные данные устройства:
1. Частота дыхания f = 16 ... 18 раз в минуту.

2. Объем вдоха взрослого человека V₁ = 3,5 л/вдох.

3. Объем вдоха у спортсмена V₂ = 5,0 л/вдох.

4. Время вдоха τ = 2 с.

5. Скорость воздуха в отверстиях

6. Сопротивление системы для взрослого человека:

7. Сопротивление системы для спортсмена:

8. Объемы устройств приведены в табл. 1.

9. Газовый состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха приведен в табл. 2.

При работе с устройством в режиме ингалятора аэрозольная камера 2 заправляется ингалируемой жидкостью, дополнительная емкость 11 снимается или полностью открывают канал 15.

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.

Хорошему перемешиванию также способствуют строго расчетный зазор между дном 3 и сосудом 1, имеющий стабильную величину, наличие лопаток 10 и наклон лопаток.

Расширитель 5 сглаживает пульсации давления при вдохе и выдохе.

Применение кольцевых вставок и/или регулирование каналов для выхода воздуха 15 делает возможным регулировать сопротивление тракта и содержание выдыхаемого углекислого газа.

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.

При этом происходит вдыхание смеси, богатой углекислым газом. Меняя сечение канала 15, изменяют нагрузку.

Таким образом, обеспечиваются безопасность, эффективность и широкие функциональные возможности устройства.

Формула изобретения

1. Тренажер-ингалятор, содержащий герметичный сосуд с отверстиями для входа воздуха, коаксиально установленную внутри него цилиндрическую аэрозольную камеру с отверстиями для распыления, расположенными в ее днище, размещенном с зазором относительно дна сосуда, дыхательную трубку с наконечником и дополнительную емкость с каналом для выхода воздуха, отличающийся тем, что на внешней стороне днища выполнены лопатки, опирающиеся в дно сосуда, дополнительная емкость выполнена с возможностью изменения объема за счет одной или нескольких кольцевых вставок, между наконечником и дыхательной трубкой установлен расширитель цилиндрической формы.

2. Тренажер-ингалятор по п.1, отличающийся тем, что лопатки выполнены наклонными.

3. Тренажер-ингалятор по п.1 или 2, отличающийся тем, что внутри расширителя и/или аэрозольной камеры установлен диспергатор в форме перфорированной пластины.

4. Тренажер-ингалятор по п.1 или 2, отличающийся тем, что внутри расширителя и/или аэрозольной камеры установлен диспергатор в форме перфорированного конуса.

5. Тренажер-ингалятор по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что канал выхода воздуха из дополнительной емкости выполнен регулируемым.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16