一种重症呼吸管路冷凝水自动排放装置及控制方法与流程

本发明涉及呼吸管道排放装置，尤其公开了一种重症呼吸管路冷凝水自动排放装置及控制方法。

背景技术：

1、重症呼吸机进行机械通气时，管路内温湿气体容易冷凝产生冷凝水，冷凝水积存后易发生返流、飞溅，引发患者气道感染，威胁临床使用安全。目前临床上使用的冷凝水收集排放装置多为被动式集水结构，排水自动化程度低，防返流防溢流防护手段单一，液位检测易受管路分泌物污染干扰，废液收集袋易出现憋压，管路内部残留残液水汽容易滋生微生物，缺少应急防护与管路灭菌处理能力，难以满足重症场景下高可靠性的使用要求。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种重症呼吸管路冷凝水自动排放装置及控制方法。

2、为实现上述目的，本发明的一种重症呼吸管路冷凝水自动排放装置，包括连通机构、储水机构、排放机构以及控制中心，控制中心分别与储水机构、排放机构电性连接；连通机构一端与外部呼吸机相连通，连通机构远离外部呼吸机的一端与储水机构相连通，储水机构远离连通机构的一端与排放机构相连通；

3、连通机构包括第一连通管道、第二连通管道以及万向头连通管道，第一连通管道用于对接外部呼吸机的送气输出端，第二连通管道用于连接人工气道的外部接头；第一连通管道与第二连通管道相互贯通形成通气主路径；万向头连通管道为集水通路，第一连通管道与第二连通管道均分别设置在万向头连通管道的上端，万向头连通管道与第一连通管道、第二连通管道相连通，万向头连通管道的下端与储水机构转动密封连接，外部呼吸机输出的气体经由通气主路径输送至人工气道，第一连通管道与第二连通管道内部析出的冷凝水通过万向头连通管道汇入储水机构，储水机构相对万向头连通管道转动并依靠自重保持竖直姿态。

4、本装置工作时，外部呼吸机产生的呼吸气体通过第一连通管道与第二连通管道构成的通气主路径稳定输送至患者人工气道，保障正常机械通气作业，管路通气过程中析出的冷凝水可在重力作用下通过万向头连通管道单独汇集至储水机构内进行集中储存，且储水机构能够相对万向头连通管道自适应多向转动，并依靠自重始终保持竖直姿态，不受管路弯折、角度偏移影响，有效保证冷凝水持续、稳定收集，同时通过控制中心与储水机构、排放机构的电性配合，可实时监测积水状态并自动完成冷凝水间歇排放，本装置通过将通气主路径与集水排水通路相互独立，实现通气功能与冷凝水收集排放功能分区工作，有效避免冷凝水积存、飞溅及返流至通气管路造成患者气道感染的问题，大幅提升了重症呼吸机通气治疗的安全性、稳定性与临床适配性，结构简洁、安装使用便捷，适配各类重症通气场景持续使用。

5、所述万向头连通管道包括上连接段、万向球头段以及下连接段，所述上连接段与第一连通管道、第二连通管道固定连通，所述万向球头段设置在上连接段与下连接段之间，下连接段通过万向球头段相对上连接段可多向转动，下连接段的下端与储水机构转动密封连接。

6、所述上连接段内腔底部设有一体成型的锥形导流斜面，所述锥形导流斜面由四周向中心向下收拢，锥形导流斜面的中心通孔与万向球头段相连通，锥形导流斜面用于将腔体内壁析出的冷凝水导向万向球头段。

7、本装置的万向头连通管道由上连接段、万向球头段和下连接段组成，工作时上连接段稳定对接第一连通管道与第二连通管道以保证通气主路径正常输气，依靠万向球头段实现下连接段相对上连接段的多向角度转动，使下方储水机构可自适应管路摆放角度、体位偏移，始终保持竖直集水状态，同时上连接段内腔一体成型的锥形导流斜面可将管路内壁析出的冷凝水由四周向中心快速聚拢，并精准导入万向球头段及下侧储水机构，有效避免冷凝水在管路拐角、内壁残留堆积，大幅提升冷凝水收集的流畅性与收集效率，同时完全隔离通气气流，杜绝冷凝水飞溅、返流进入通气主路径的情况，结构灵活、密封性好，极大提升了呼吸管路冷凝水收集的稳定性与临床适配性。

8、所述储水机构包括积液杯、设置在积液杯上的端盖部，端盖部与万向球头段转动连接；积液杯内侧壁设有环形密封槽，环形密封槽内容设有y型密封圈，下连接段外侧设有与环形密封槽相配合的环形凸起，所述环形凸起卡合限位于环形密封槽内部并压紧y型密封圈，实现下连接段与积液杯之间的转动密封装配，使积液杯可相对万向头连通管道自由旋转。

9、本储水机构装配时，积液杯通过端盖部与万向球头段转动连接，下连接段外侧的环形凸起卡入积液杯内侧壁的环形密封槽内并压紧槽内的y型密封圈，依靠y型密封圈实现下连接段与积液杯之间的转动密封，使得积液杯能够相对万向头连通管道自由旋转，在管路角度发生变化时积液杯可依靠自重维持竖直姿态，y型密封圈在积液杯旋转过程中持续保持密封状态，既可满足积液杯多角度姿态调节需求，又能够有效防止冷凝水从转动配合位置发生渗漏，兼顾转动灵活性与转动副处的密封可靠性，避免漏液风险，保障冷凝水稳定存入积液杯内部。y型密封圈的闭合根部朝向环形凸起，y型密封圈的开口双唇朝向环形密封槽的槽底；当积液杯内部存有冷凝水时，液体压力驱使y型密封圈的开口双唇向外扩张贴紧槽壁，实现压力自紧密封，在保证环形凸起可相对积液杯自由转动的同时，防止冷凝水从转动配合间隙渗漏。

10、所述积液杯包括积液部、防回流部以及排水部，所述积液部位于积液杯上段并与下连接段相连接，积液部用于承接并储存由万向头连通管道汇入的冷凝水；防回流部设置于积液部中段，用于阻挡积液杯内部冷凝水向上返流至通气主路径；排水部设置于积液杯最底端，用于配合排放机构实现积液杯内部冷凝水的自动排出。

11、所述积液部的内径大于防回流部内径，防回流部的内径大于排水部内径，积液部与防回流部的连接处设有第一防溢流部件，防回流部与排水部的连接处设有第二防溢流部件，所述第一防溢流部件用于阻挡积液部高位积水向上溢流、飞溅进入通气主路径，所述第二防溢流部件用于稳定下段水流、避免排水部排水时产生紊流、气泡上涌。

12、积液杯自上而下依次设置积液部、防回流部与排水部，积液部承接储存由下连接段汇入的冷凝水，中段的防回流部阻挡冷凝水向上返流，底部排水部配合排放机构完成自动排水，积液部、防回流部、排水部采用逐级缩小的内径设置，在积液部与防回流部连接处设置第一防溢流部件，在防回流部与排水部连接处设置第二防溢流部件，工作时第一防溢流部件可阻挡积液部高位积水向上溢流、飞溅，防止液体倒灌进入通气主路径，第二防溢流部件对向下流动的水流起到整流稳流作用，抑制排水过程产生的紊流与气泡上涌，通过分段变径配合两级防溢流部件，实现冷凝水稳定储存、分层挡水整流，有效降低液体返流、飞溅以及气泡干扰通气的风险，提升冷凝水收集储存过程的整体安全性。

13、所述排水部与排放机构相连接，所述排放机构包括电动球阀、出液导管、鸭嘴式单向防逆流瓣膜以及密闭废液收集袋；电动球阀密封装配于排水部的下端，电动球阀与控制中心电性连接，由控制中心驱动电动球阀阀芯旋转实现排水通路的开启与关闭；电动球阀的出水端连通出液导管，鸭嘴式单向防逆流瓣膜设置于出液导管内部且位于电动球阀的下游，鸭嘴式单向防逆流瓣膜的进水端朝向电动球阀，出水端朝向密闭废液收集袋，出液导管末端与密闭废液收集袋相连通。

14、排水部下端连接排放机构，排放机构由电动球阀、出液导管、鸭嘴式单向防逆流瓣膜以及密闭废液收集袋组成，电动球阀接收控制中心的电信号驱动阀芯旋转，以此控制排水通路的通断，排水时积液杯内的冷凝水依次流经电动球阀、出液导管，经进水端朝向电动球阀、出水端朝向密闭废液收集袋的鸭嘴式单向防逆流瓣膜单向导通后流入密闭废液收集袋，电动球阀关闭后鸭嘴式单向防逆流瓣膜自动闭合，可有效阻止废液收集袋内的废液、气体反向倒灌回流至积液杯，通过电动球阀实现排水通路的可控启闭，配合下游鸭嘴式单向防逆流瓣膜实现单向隔离，避免废液倒灌，实现冷凝水的可控自动排放，提升整个装置排水环节的可靠性与安全性。

15、所述积液杯外侧壁安装有液位检测组件，所述液位检测组件对应积液杯的积液部位置贴装于积液杯外侧壁；液位检测组件与控制中心电性连接，用于实时采集积液杯内部冷凝水的液位信号并传输至控制中心；控制中心内部预设高位液位阈值与低位液位阈值，当液位达到高位液位阈值时控制电动球阀打开执行排水，液位回落至低位液位阈值时控制电动球阀关闭，实现冷凝水自动间歇排放。

16、液位检测组件贴装于积液杯对应积液部的外侧壁位置，不接触内部冷凝水，工作时实时采集积液杯内部冷凝水的液位信号并传输至控制中心，控制中心将接收的液位信号与内部预设的高位液位阈值、低位液位阈值进行比对，当液位上升至高位液位阈值时控制电动球阀开启进行排水，液位下降至低位液位阈值时控制电动球阀关闭结束排水，以此实现冷凝水的自动间歇排放，采用外侧贴装的安装方式可避免冷凝水内的分泌物、污物污染检测部件，减少检测失效、误触发的问题，无需人工值守干预，实现积液杯积水状态的非接触式可靠监测与自动化排水控制。

17、所述出液导管侧边还连通有灭菌组件，灭菌组件包括加热壳体、电加热元件以及温度检测元件，电加热元件与温度检测元件均电性连接至控制中心；出液导管的侧壁开设有侧向连通孔，加热壳体通过侧向连通孔与出液导管内部相连通，加热壳体横向布置于出液导管外侧；控制中心控制电加热元件对加热壳体内的冷凝水以及管路内部残留水汽进行加热灭菌，温度检测元件实时采集加热壳体内温度信号反馈至控制中心，实现加热温度闭环控制。

18、灭菌组件通过出液导管侧壁的侧向连通孔与出液导管相连通，横向布置在出液导管外侧的加热壳体内装配有电加热元件与温度检测元件，二者均与控制中心电性连接，排水结束后，控制中心驱动电加热元件工作，对加热壳体以及出液导管内部残留的残液、管壁液膜和滞留水汽进行加热灭菌，温度检测元件实时采集加热壳体内的温度信号并反馈至控制中心，实现加热温度的闭环控制，可对排水管路内部残留介质进行烘干灭菌处理，抑制管路内细菌微生物滋生，降低交叉感染风险，提升装置使用的卫生安全性。

19、一种重症呼吸管路冷凝水自动排放装置的控制方法，步骤如下：

20、s1、通气集水待机：外部呼吸机通过第一连通管道、第二连通管道构成的通气主路径向患者人工气道持续输送呼吸气体，通气过程中管路内壁析出的冷凝水在重力作用下沿锥形导流斜面汇集至万向头连通管道，并最终流入积液杯的积液部内储存；

21、s2、实时液位监测：液位检测组件持续采集积液杯积液部内部的冷凝水液位信号，并将液位电信号实时传输至控制中心；控制中心实时比对采集液位与预设的高位液位阈值、低位液位阈值，持续判断积液杯积水状态；

22、s3、自动排水控制：当液位检测组件检测到积液杯内部冷凝水液位上升至高位液位阈值时，控制中心触发排水指令，控制电动球阀开启，积液杯排水部通路导通；积液杯内冷凝水经电动球阀、出液导管、鸭嘴式单向防逆流瓣膜后，最终排入密闭废液收集袋；

23、s4、排水截止复位：随着冷凝水持续排出，积液杯内部液位持续下降，当液位回落至控制中心预设的低位液位阈值时，控制中心控制电动球阀关闭，切断排水通路；

24、s5、排水后加热灭菌：电动球阀关闭、单次排水作业结束后，控制中心延时启动灭菌组件工作，电加热元件对加热壳体及相连通的出液导管内部残留残液、管壁液膜与滞留水汽进行加热烘干灭菌；温度检测元件实时采集加热壳体内温度并反馈至控制中心，实现闭环恒温灭菌。

25、本装置通过限定系统化的自动控制方法实现冷凝水全自动收集、监测、排水与灭菌作业，工作时呼吸机正常通气过程中产生的冷凝水依靠重力沿导流结构汇集储存于积液杯内，液位检测组件实时非接触采集液位信号并上传至控制中心，控制中心依据预设高低液位阈值智能判断积水状态，在液位达到高位阈值时自动开启电动球阀完成排水，液位回落至低位阈值时自动关闭球阀切断排水通路，实现间歇式全自动排水，无需人工操作干预，排水完成后控制中心延时启动灭菌组件，利用电加热元件对管路残留残液、管壁液膜及滞留水汽进行加热烘干，并配合温度检测元件实现温度闭环恒温灭菌，有效清除管路残留污物、抑制细菌滋生，整套控制流程逻辑连贯、自动化程度高，既保证了呼吸管路冷凝水及时、稳定、无返流排出，又能够持续保持排水管路洁净无菌，大幅提升重症通气治疗的安全性与卫生性，适配临床长期不间断通气使用场景。

26、所述防溢流部件包括环形挡水凸台以及导流坡面，所述环形挡水凸台一体成型于积液杯腔体内壁并向腔体中心凸起，所述导流坡面设于环形挡水凸台的上表面，导流坡面由外缘向中心向下倾斜；第一防溢流部件的环形挡水凸台设于积液部与防回流部的连接处，第二防溢流部件的环形挡水凸台设于防回流部与排水部的连接处；滴落的冷凝水顺着导流坡面往下汇集，环形挡水凸台阻挡液面波动、向上飞溅的液滴，削弱腔体内气流扰动带来的液体上窜，实现分层防溢流，且不阻碍液体向下流动。

27、积液杯腔体内壁一体成型设置带有导流坡面的环形挡水凸台构成防溢流部件，第一防溢流部件布置在积液部与防回流部的连接处，第二防溢流部件布置在防回流部与排水部的连接处，冷凝水滴落时可沿由外缘向中心向下倾斜的导流坡面顺利向下汇集流动，环形挡水凸台能够阻挡液面波动以及向上飞溅的液滴，削弱腔体内气流扰动造成的液体上窜现象，在不阻碍冷凝水向下流通的前提下实现分层防溢流，有效抑制液体向上返流飞溅，降低冷凝水倒灌进入通气主路径的风险，提升积液杯内部储水过程的稳定性与使用安全性。

28、所述液位检测组件包括高位检测单元与低位检测单元，所述高位检测单元安装于积液部靠近防回流部的侧壁位置，用于采集启动排水的高液位信号；所述低位检测单元安装于积液部靠近排水部的侧壁位置，用于采集结束排水的低液位信号；高位检测单元、低位检测单元分别与控制中心电性连接，双重点位检测降低单一检测点被污物覆盖导致的误触发风险。

29、所述液位检测组件为电容式液位传感器，电容式液位传感器贴装于积液杯的外侧壁，不与积液杯内部冷凝水直接接触，通过检测腔体介质变化识别液位高度，规避液体内部蛋白分泌物污染传感器探头造成检测失效。

30、液位检测组件采用高位检测单元与低位检测单元双点位布置，高位检测单元设于积液部靠近防回流部的侧壁位置用于采集排水启动的高液位信号，低位检测单元设于积液部靠近排水部的侧壁位置用于采集排水结束的低液位信号，二者分别与控制中心电性连接，该液位检测组件为贴装在积液杯外侧壁的电容式液位传感器，不与内部冷凝水直接接触，依靠检测腔体内部介质变化识别液位高度，双点位检测模式能够降低单一检测点被污物覆盖带来的误触发风险，同时非接触式的安装方式可有效规避冷凝水中蛋白分泌物污染传感器探头，避免传感器检测失效，提升液位采集的可靠性与抗污染能力，保障装置自动排水控制稳定运行。

31、所述密闭废液收集袋的袋体上部开设有泄压口，泄压口处密封设置泄压透气组件；所述泄压透气组件包括疏水透气膜以及支撑保护层；所述疏水透气膜为eptfe膨体聚四氟乙烯微孔膜；所述支撑保护层包括内侧无纺布层与外侧无纺布层，内侧无纺布层、疏水透气膜、外侧无纺布层经热复合形成一体式膜片；一体式膜片通过热压焊接密封固定于泄压口；内侧无纺布层朝向密闭废液收集袋内部，用于拦截废液中的絮状污物，保护疏水透气膜；外侧无纺布层朝向袋体外，用于防尘防护；疏水透气膜允许袋内气体向外排出，阻隔液态废液向外渗漏，使密闭废液收集袋内部压力与外界大气压平衡，避免排水过程袋内憋压造成鸭嘴式单向防逆流瓣膜启闭失效。

32、密闭废液收集袋的袋体上部设置泄压口，泄压口处热压焊接固定由内侧无纺布层、eptfe膨体聚四氟乙烯疏水透气膜、外侧无纺布层热复合而成的一体式泄压透气膜片，内侧无纺布层朝向袋内，可拦截废液中的絮状污物以保护疏水透气膜，外侧无纺布层朝向袋外起到防尘防护作用，工作时袋内气体能够透过疏水透气膜向外排出，而液态废液被阻隔无法渗出，以此平衡废液收集袋内外压力，防止排水过程中袋内憋压，避免因袋内压力异常导致鸭嘴式单向防逆流瓣膜启闭失效，保障排放机构正常工作，提升废液收集环节的密封性与工作可靠性。

33、所述第一连通管道与第二连通管道的内壁均设有螺旋导流析水纹路，所述螺旋导流析水纹路沿管道轴向螺旋延伸；呼吸机气流流经管道内部时，螺旋导流析水纹路扰动气流、增大管壁换热面积，使水汽快速凝结析出并沿纹路汇聚至万向头连通管道。

34、第一连通管道与第二连通管道的内壁设置沿管道轴向螺旋延伸的螺旋导流析水纹路，当呼吸机气流在管路内部流动时，螺旋导流析水纹路能够扰动气流并增大管壁换热面积，促进管路内水汽快速冷凝析出，析出的冷凝水可顺着螺旋导流析水纹路导向汇聚至万向头连通管道，提升管路冷凝水析出与汇集效率，减少冷凝水在管路内壁滞留堆积，降低冷凝水在管路局部积存、飞溅的风险，提升整体集水效果。

35、所述加热壳体内部设置有扰流导热筋，所述扰流导热筋一体成型于加热壳体内壁并向出液导管腔体内部延伸；扰流导热筋增大加热接触面积，扰乱内部滞留水汽气流，使热量均匀扩散，避免局部加热死角，提升管路残液、水汽的整体灭菌烘干效果。

36、加热壳体内壁一体成型设置向出液导管腔体内部延伸的扰流导热筋，在灭菌烘干作业过程中，扰流导热筋既可以增大加热接触面积，又能够扰乱内部滞留的水汽气流，促使热量均匀扩散，消除局部加热死角，提升管路内部残液与水汽的整体灭菌烘干效果，减少管路细菌滋生，保障排水管路的卫生安全。

37、所述防回流部内腔设置有悬浮式防浮溢浮片，所述悬浮式防浮溢浮片为密度小于冷凝水的扁平片状浮体；防回流部的内壁设置有竖向导向限位筋，悬浮式防浮溢浮片边缘与导向限位筋滑动配合，悬浮式防浮溢浮片仅可沿导向限位筋上下竖直滑动；防回流部上端设有环形密封阀座；悬浮式防浮溢浮片的上表面为完整光滑密封面，悬浮式防浮溢浮片的侧壁开设有若干过水通气孔；正常集水状态下悬浮式防浮溢浮片受重力下落，过水通气孔导通，冷凝水可向下流通；当积液杯内部液位异常骤升或受气流冲击时，悬浮式防浮溢浮片受浮力作用向上浮起，浮片完整的上表面压紧环形密封阀座，封堵防回流部向上的流道，此时过水通气孔被限制在环形密封阀座的下方，与上方通气主路径相互隔绝，阻挡冷凝水向上窜入通气主路径；当液位回落，悬浮式防浮溢浮片依靠重力自动下落复位，过水通气孔重新导通，恢复管路通流。

38、环形密封阀座的环形唇边内径小于浮片外径，浮片上浮时，整个上平面被唇边压住，侧壁过水通气孔完全处于唇边下方，不会和上部腔体连通。

39、防回流部内腔设有密度小于冷凝水的悬浮式防浮溢浮片，浮片边缘与防回流部内壁的竖向导向限位筋滑动配合，使其仅能够沿竖向做上下竖直滑动，防回流部上端设置环形密封阀座，浮片上表面为完整光滑密封面，侧壁开设若干过水通气孔，正常集水工况下悬浮式防浮溢浮片依靠重力下落，过水通气孔保持导通，冷凝水可顺利向下流通；当出现积液杯液位异常骤升或者气流冲击时，悬浮式防浮溢浮片受浮力向上浮起，浮片上表面压紧环形密封阀座实现流道封堵，过水通气孔被隔绝在环形密封阀座下方，与上方通气主路径断开，以此实现应急二次阻断，防止冷凝水向上窜入通气主路径，液位回落之后浮片依靠重力自动下落复位，过水通气孔重新导通恢复通流，通过该浮片式应急结构实现多重防返流保护，有效应对突发液位冲击，进一步提升装置临床使用的安全冗余。

40、本装置整体采用悬挂式安装，连通机构接入呼吸机通气回路并依托呼吸机管路作为上部支撑，储水机构吊挂于万向头连通管道下方，依靠自重自然下垂并可自适应转动以保持竖直姿态，排放机构的电动球阀装配于积液杯底部排水部，出液导管向下延伸，密闭废液收集袋悬挂于出液导管末端且整体位置低于积液杯，整套装置依靠重力实现冷凝水自上而下逐级流动，使用时需对管路做辅助承托，避免储水机构与废液收集袋的总重量拉扯万向接头，防止接头松脱漏液。

41、本发明的有益效果：本发明为一种重症呼吸管路冷凝水自动排放装置，整体采用悬挂式安装结构，依托连通机构接入呼吸机通气回路独立区分通气主路径与集水通路，通过在通气管道内壁设置螺旋导流析水纹路提升水汽冷凝析出效率，并借助万向头连通管道的锥形导流斜面、万向球头转动结构配合悬挂式积液杯，使积液杯可自适应管路角度变化、始终保持竖直集水姿态，搭配y型密封圈压力自紧式转动密封结构，在保证转动灵活性的同时彻底杜绝转动间隙漏液问题；积液杯采用逐级变径的积液部、防回流部、排水部三段式结构，配合两级环形挡水防溢流部件实现分层稳流防飞溅，同时依托防回流部内置的悬浮式防浮溢浮片构建重力自适应应急封堵结构，可在液位骤升、气流冲击时快速阻断液体上窜，形成多重防返流保护；装置通过外侧非接触式双点位电容式液位检测组件实时精准监测液位，有效避免污物污染导致的检测失效与误触发问题，由控制中心依据高低液位阈值智能控制底部电动球阀间歇启闭，配合出液导管内鸭嘴式单向防逆流瓣膜实现单向排水、杜绝废液倒灌，同时废液收集袋配备疏水透气泄压结构，可平衡袋内气压、避免瓣膜启闭失效，且排水结束后可通过带扰流导热筋的灭菌组件实现管路残液与滞留水汽的闭环恒温烘干灭菌，消除加热死角、抑制细菌滋生；本发明整体结构布局合理、自动化程度高，全程无需人工干预，在不影响呼吸机正常通气的前提下，实现了冷凝水高效析出、稳定收集、防返流防溢流、自动精准排放、管路灭菌的一体化作业，极大解决了传统呼吸管路冷凝水易积存、返流、污染气道、易滋生细菌、人工操作繁琐的问题，显著提升重症机械通气治疗的安全性、稳定性与卫生性，临床适配性强，适合长期不间断重症通气场景使用。