呼吸机排气滤毒消毒装置滤芯结构优化设计

　　生物防护防疫装音呼吸机排气滤毒消毒装置滤芯结构优化设计石梅生盂兴菊谢瑞民王永烈（军事医学科学院卫生装音研究所，国家生物防护装音工程技术研究中心天津市300161数。样机经检测表明该装置对a75pm空气中微粒气溶胶滤除率大于99.8%对模拟病毒大肠杆菌噬菌体f2的阻隔滤除率大于99.9%，该装置气阻小于lOOPa.经瞻床试用表明该装置对病患者和呼吸机无明显影响。由此可见，该装置滤芯结构设计合理。

　　使用呼吸机进行辅助通气治疗是重症呼吸系统传染病患者重要救治手段之一。自从我国非典型肺炎“传播以来们意识到呼吸机排气对病毒的传播、对医护人员和环境所造成的污染的危害性和严重性，纷纷采取各种手段阻断由此所引起的病毒的传播。本装置采用荷电滤材与N95滤材构成复合滤芯，阻隔病毒。该装置由滤芯、过滤罐、硅橡胶连接管、疏水器、挂架及消毒液注射器等组成篇中孩心部件是滤芯组件，本文只对滤芯结构的设计进行了探讨。

　　1滤材的选型及其组合形式1.1滤材的选型呼吸机是抢救呼吸系统危重患者的精密仪器其通气方式、通气量及通气压力等参数是根据患者病情精确设置的，如果发生大的改变不仅影响救治，甚至会危及患者生命安全。而过滤器是附加在呼吸机排气气路上的附加装置，在对排气过滤的同时会产生气阻。因此研制本装置的总体思路是用新型高效过滤材料，设计高效过滤器，在满足过滤效果的基础上尽量减小气阻，使其在呼吸机允许的范围内，并对病患者不产生明显影响。

　　用生物材料制成的荷电滤材带正电荷，具有良好的吸附带负电荷的细菌和病毒的性能气本装置采用荷电滤材与N95丙纶熔啧滤材作为滤芯复合过滤材料，利用荷电滤材的吸附性能与N95的过滤性能提高滤芯过滤效果。

　　本栏目由国家生物防护装音工程技术研究中心协办1.2滤材组合形式的确定为尽可能提高滤芯过滤效果，将2种滤材进行迭加组合，根据N95滤材和荷电滤材的特性，考虑加工工艺，经试验确定，滤材的组合结构形式为3层N95+2层荷电滤材。

　　根据滤材组合结构，可估算过滤效率。为便于计算，不考虑荷电滤材对带负电荷细菌和病毒的吸收作用。考虑各种因素取2倍冗余量，则滤芯透过率X为：2气阻数学模型的建立2.1气阻与滤芯结构的关系为便于分析，假设：（2）吸机排出的气体均匀分布在滤芯的滤层上。

　　当滤层组合结构（或滤层厚度雁定后，由滤材过滤特性可知，气阻P与滤层透过率X和滤芯滤层面积S成反比：其中：e为滤层气阻系数。

　　从上式可知，当滤层确定后，滤层面积增加，滤层气阻将下降。为了有效提高面积，降低气阻滤层采用折叠形式洳所示。

　　此时滤层有效面积发生了变化，气阻则变成Pm 2.2平面结构有效面积S计算医疗卫生装音生物防护防疫装音折叠式滤芯结构示意图设滤层直径为9，则形滤层平面结构有效面积S：3.3折叠结构有效面积Sm计算设滤层高度为h，滤层折叠层面数为m.则可将所示的m层折叠滤层结构展开为平面椭形，如和3所根据可知，由于SmfflS连续且睢一对应，故可用微积分求解：所以：折叠滤层展开方式由平面结构改为折叠结构后，有效面积增加了2.4滤芯结构对气阻影响的数学模型的建立折叠滤芯结构对气阻影响的数学模型的建立：上\和是未知数不便分析。但是，一旦滤芯滤材确定浙叠形式确定，且气体流速一定，则\和8就为常数，可用C表示：折叠滤层展开示意图由上式可知道滤层直径9、滤层高度lu折叠层数m对气阻PJ响的变化趋势。

　　在滤芯结构设计中，对pyc分别求滤层直径9和滤层折叠层面数m的导数，比较二者的变化率，并考虑加工工艺，从而可得到滤芯结构的优化设计。当然同样可以对pyc求滤层高度h的导数探讨滤层高度h对气阻Pm的影响。从（10试不难看出滤层高度h与滤层折叠层面数m对滤层气阻PJ5影响是一样的，当m*优时也是*优的。

　　2.5滤层直径与气阻变化率关系的数学模型的建立若用表示pyc 2.6滤层折叠层面数与气阻变化率关系的数学模型的建立同理，对（10试求导，可得折叠层面数与气阻变化率之间的关系：减小。

　　2.7滤层折叠结构气阻与平面结构气阻的变化关系滤层折叠结构气阻与平面结构气阻的变化关系8P：当知道平面结构的气阻和设计要求所允许的气阻时，由（13试可以求出滤层折叠层面数。

　　3滤芯结构优化设计3.1分析3.1.1PyC与滤层直径中的关系由（10试可得滤层折叠层面数m分别从20时JVC与滤层直径9的关系曲线见。

　　Pm/C与滤层直径滤层折叠层面数m越少，滤层直径9对气阻P的影响越大；当滤层折叠层面数m确定后，滤层直径cp大到一定程度，气阻P的减少也就不明显了。

　　（2层直径9越小，滤层折叠层面数m对气阻P影响越大；当滤层直径cp确定后，滤层折叠层面数m大到一定程度，气阻P的减少也就不明显了。

　　3.1.2滤层直径对气阻变化率的影响由（11试可得滤层直径9与气阻变化率d（Pme）/d（9）之间的关系曲线见。

　　从可知相对m=0而言，当滤层直径cp60mm时，气阻减小己不明显。换言之，气阻每减小一些，滤层直径9必须增加许多，因此，滤层直径9再增加已不是*优设计了，只有增加滤层折叠层面数m.为了更清楚地表述取滤层折叠层面数m分别为10、15和20时滤层直径cp对气阻变化率的影响，为此，将图中纵坐标由医疗卫生装音：生物防护防疫装音1折鲁敷（JB> 0300转换为030，可得滤层折叠层面数m分别从10、15和20时，滤层直径9与气阻变化率d（Pmc）/d（9）之间的关系曲线见。

　　3.1.4滤层折叠结构气阻与平面结构气阻的变化关系由（13试可得滤层折叠结构气阻Pm与平面结构气阻P的变化关系曲线见。

　　滤层直径　　3.1.3滤层折叠层面数对气阻变化率的影响由（12）式可得r滤层折叠层面数m与气阻变化率d（Pme）/d（9）之间的关系曲线见。

　　滤层折叠层面数m与气阻变化率的关系曲街m从0~20）从可知：气阻变化率有*小值，这说明可以找到一个滤层折叠层面数m，使气阻减小*明显。的曲线是在取h二20叩=0、5、10、15、20的情况下求解的结果，因此，图中的*小值是不精确的。

　　令（14试为0且根据2.4节讨论结果，可令m=h，则由上述分析可知，滤层直径9取80mm，则m取8层Ji取8mm，气阻JVC减小速率*快，但，此时的气阻Pm是否能满足设计要求并不清楚，因为未知常数C的存在，不便计算，因此还需通过（13试滤层折叠结构气阻平面结构气阻P的变化关系和。

　　0滤层直径对气阻影响的实测值根据0的实验数据若取滤层直径9=88mm层为3层N95+2层荷电滤材，则平面滤层气阻P为189Pa.此时，根据总体设计要求，过滤装置采用3个滤芯叠加构成，且其气阻应>lOOPa.因此弟个滤芯的滤层气阻应>33Pa，由（13试可计算出滤层由平面结构改为折叠结构后其气阻应减少82.5%以上（由于0的实测数据包含了测试管路气阻，因此计算结果存在一定误差）。从可知，当滤层直径cp=80mm时，滤层折叠层面数m取20，气阻减少81%左右。

　　3.3滤芯结构的确定通过上述分析和实验验证，考虑加工工艺和一定冗余量，确定滤芯滤层直径cp=90mm滤层折叠层数m=182（X既满足加工工艺又可将气阻降至允许范围内）r滤层高度h=20mm（径高比合理且h基本等于m符合24的分析X医疗卫生装音科学管理设音维护、管理、使用中取得明显经济效益的科室，如效益等级连续3个月均为优秀，给予全院通报表扬，并给予科主任适当奖励￡3）由于人为因素咄成设音损坏，追究当事人及科主任的责任￡4搭定此协议书后，科室不得反悔，否则一切后果由科主任承担。

　　由于引入了设音经济责任书，使用科室负责人切实感受到如何提高设音经营水平“的压力，消除了积极申购，消极使用的弊端，大大提高了科室用好、管好、维护好设音的积极性，促进了设音经济效益的提高。如我院的眼科和男性专科就由于实行了设音经济责任书的管理取得了显著效果。

　　①1996年眼科为了改变白内障手术方法落后的局面，从美国引进了一台价值26万元的超声乳化仪。但设音到位后却没有发挥作用多的一个月仅使用5例，个别月份甚至出现零使用率，未能兑现申购前的承诺。由于连续亏损3个月受到院内通报批评。眼科主任迅速对这一问题作出反应，不但积极对本科医生进行技术培训还努力寻找病源。到目前为止，每个月平均完成50多例病人，*多一个月甚至完成102例，一年内就收回了成本。

　　②2000年泌尿外科为了提高整体水平J曾强竞争力，引进了一台价值43万元的男性功能障碍检测仪安放于男性专科。

　　设音购入后，由于病人观念滞后羞于求医且泌尿外科对外宣传力度不够咄成连续3个月亏损，*低的一个月只检查了2个病人总收入仅为1000余元，为此受到院内通报批评。泌尿外科主任对此给予高度重视，一方面在电视电台广为宣传以消除病人顾虑，一方面想方设法争取病人。经过多方努力，疼于在短时间内扭亏为盈3）01年全年总收入达到28.6万元。

　　2设音经济效益分析设音经济效益的跟踪分析，是设音科科学管理*重要的内容之一。它不但帮助设音使用科室提高了设音管理水平和设音经营水平，也为院领导和设音主管部门调控设音以及引进设音的决策提供了科学依据'现就我院的医疗设音效益分析的方法介绍如下：2.1设音现状到2003年止，我院的各类医疗设音已超过10000台，医疗设音固定资产已达4.3亿元以上，如何提高这些设音特别是其中近2000台贵重设音的社会效益和经济效益已成为我院医院设音管理中*迫切需要解决的问题。多年的实践证明，设音经（上接第34页）样机经中国人民解放军卫生监测中心和天津市泰达股份有限公司洁净中心试验室检测，结果表明该装置对0.075|xm空气中微粒气溶胶滤除率大于99.8%，对模拟病毒大肠杆菌噬菌体f2的阻隔滤除率大于99.9%，该装置气阻小于lOOPa.通过天津市呼吸机治疗研究中心瞻床试用结果表明：该装置对病患者和呼吸机无明显影响。由此可见，该装置滤芯结构设计合理。该装置适用于使用呼吸机的重症呼吸系统传染病患者。

(完)