血液透析用小型A浓缩液供液装置设计*

2022-06-23张小明周盾白詹春毅姚凯纯陈学思赖兴余

机电工程技术 2022年5期

张小明，文豪，周盾白，詹春毅，姚凯纯，陈学思，王斌，赖兴余

（珠海市先进装备制造与材料成型技术重点实验室∕∕广东科学技术职业学院，广东珠海 519090）

0 引言

在尿毒症病人由于肾脏功能的恶化，体内酸碱平衡被打乱，产生严重的代谢性酸中毒[1]。透析治疗的作用之一就是纠正酸中毒，因此，在透析液中含有30～38 mmol∕L的碳酸氢根。含有碳酸氢根的透析浓缩液称为B 浓缩液（Bicarbonate），另外含有其他离子的浓缩液称为A 浓缩液（Acetate），透析液就是由A 浓缩液、B 浓缩液按一定比例加水稀释而成[2]。

中国肾脏疾病数据网络2020 年底发表的数据显示：截止2017 年，我国透析人群再创新高，达到了58 万人。尿毒症透析病人平均年龄为53 岁，比日本、美国的透析病人年轻了10 多岁[3-4]。但是，现有透析干粉产品单一，层次单一，竞争优势很难长期保持[5-6]。因此，必须实现有自主知识产权、少机台透析和具有竞争力的干粉产品升级换代与增加多层次产品以适应不同的客户需求。

传统技术中，血液透析机[7-8]有联机B粉和联机氯化钠，其中氯化钠占干粉重量的90%以上，联机B粉和联机氯化钠大大节约了使用A浓缩液带来的运输量、运输成本问题，减缓了医院仓库不足的限制，解决了医院女护士提浓缩液的劳动强度问题[9-10]。现有联机氯化钠溶解装置利用纯化水充入干粉筒形成饱和溶液，在血透机吸液泵的作用下边吸出溶液边充水，操作繁琐，不利于A浓缩液的制作使用。

基于此，本文旨在针对现有联机氯化钠溶解装置操作繁琐且只有少数血液透析机才能使用，不利于A 浓缩液制作使用的问题，设计一种小型A 浓缩液现场配液供液装置。

1 设计方案

小型供A 液装置[11]现场配制NaCl 溶液，且与A 溶液（NaCl 除外）和反渗水3 种按比例现场配制成A 浓缩液。如图1 所示，小型A 浓缩液供液装置，通过混液装置在配液容器200 中对氯化钠原料及纯化水进行充分搅拌，利用配液容器内部上下分层过滤，获得较为纯净的氯化钠溶液，配合吸液泵310、320、330、液位检测装置220、230 及供液检测装置420，使得配置好的氯化钠溶液在混液管300 中与离子液、纯化水实时进行混合配制成A 浓缩液，并进入储液容器200 中以供血液透析机使用。整个过程全自动进行，制作装置根据存储的氯化钠溶液以及配制而成的A 浓缩液的容量，实时控制中吸液泵的启动与关闭，使得效率提高到最大化。

图1 小型A浓缩液供液装置的原理结构

2 小型供A液装置结构设计

图2 所示为小型A 浓缩液供液装置的前视局部剖视结构。图3 所示为小型A 浓缩液供液装置的左视结构。图4所示为小型A浓缩液供液装置的俯视结构。图5所示为小型A浓缩液供液装置的配液桶立体结构。

图3 小型A浓缩液供液装置的左视结构

2.1 定时搅拌模块

如图2 所示，供A 液系统中，混液装置210 将从配液容器200 顶部经由进液管100 加入配液容器200 中的氯化钠原料及纯化水，搅拌配制形成一定浓度的氯化钠溶液，且氯化钠溶液上层为饱和溶液。使用磁力搅拌器进行电磁搅拌，磁力搅拌器可搅拌上层溶液以加速氯化钠溶解，从而能够较好地将氯化钠原料及纯化水搅拌配制形成氯化钠溶液。且磁力搅拌器上的搅拌子可分离设置，该搅拌子采用聚四氟乙烯材料包覆制作，具有防腐蚀功能。

图2 小型A浓缩液供液装置的前视局部剖视结构

2.2 NaCl溶液配制流动过程

如图1所示，供A液系统中，配液容器200包括相互隔离的第一配液腔201、第二配液腔202，第一配液腔201 与第二配液腔202 上下设置。配液容器200 还设置有下液阀250 和第一呼吸器240，第一呼吸器240 设置于配液容器200 顶部，第一配液腔201 通过第一呼吸器240 与外界连通。通过在配液容器200 上添加一个第一呼吸器240，以保证容器内部有气流进出，保证液体流动顺畅，即可以使溶液顺畅地流入混液管300中。第一配液腔201通过下液阀250 连接至第二配液腔202，下液阀250 和第一呼吸器240配合作用下，能够保证第一配液腔201中溶液正常下液到第二配液腔202中。

如图4～5 所示，配液容器200 内设有配液桶700，配液桶700 将配液容器200 分隔为第一配液腔201 和第二配液腔202，该配液桶700具有侧壁，侧壁环绕形成第一配液腔201。下液阀250 设置于配液桶700 的侧壁上。在另一实施例中，如图5所示，配液桶700为底部和侧壁均匀设有小孔的过滤桶，这样方便装置在搅拌完成后进入第二配液腔202 时进行第一次过滤，将由氯化钠原料带来的固体杂质阻隔在配液桶700 中，从而得到更加纯净的氯化钠溶液。

图4 小型A 浓缩液供液装置的俯视结构

图5 小型A 浓缩液供液装置的配液桶立体结构

如图1 所示，配液容器200 还包括设置于进液管100上的单向阀110 和供水阀120，设置单向阀110 保证只从进液管100上面向配液容器200进液，而不会使配液容器200 从下面往进液管100 上面溢液。供水阀120 可以调节进液流量大小，保证配液均匀速度可控。此外，在配液容器200与第一吸液泵310连接之间，通常还可以考虑加入一个小型的过滤器312，在配液容器200和第一吸液阀310 之间还设置过滤器312，可用于过滤输送到混液管300 中的氯化钠溶液中的杂质和大氯化钠颗粒。通过设置过滤器312 可以对氯化钠溶液进行二次过滤，以获得更加纯净的氯化钠溶液，提高产品的质量。

2.3 NaCl溶液配制实时监控

如图1 所示，NaCl 溶液控制监测包括设置于配液容器200侧壁上的液位检测装置，进液管100与第一配液腔201相连外，还与第三吸液泵330相连。故一方面进液管100可以直接给混液管300提供纯化水，另一方面也能同时给配液容器200 提供配制氯化钠溶液的足够的纯化水，优化装置结构设置。液位检测装置包括用于检测配液容器200液位的最高刻度的第一液位检测机构220、以及用于检测配液容器200 液位的最低刻度的第二液位检测机构230，与供水阀120相互配合控制纯化水进入第一配液腔201，通过时刻检测配液桶700中溶液的液位高低，控制进液管100的纯化水是否加入，使得装置更加智能化。

2.4 A液混合模块

如图1和图3所示，储液容器400 包括用于检测储液容器液位的供液检测装置420，供液检测装置420与液位检测装置相互配合控制第一吸液泵310、第二吸液泵320、第三吸液泵330，其中，第一吸液泵310、第二吸液泵320、第三吸液泵330均为由步进电机驱动的微型蠕动泵。而且，储液容器400还包括设置于储液容器400顶部的第二呼吸器410，通过在储液容器400上添加一个第二呼吸器410，以保证容器内部有气流进出，保证液体流动顺畅，即可以使溶液顺畅地从供液管500 流出。此外，储液容器400 还包括设置于储液容器400 底部的排空管600，设置于排空管600 上的排空阀610，以及设置于储液容器400 内部的清洗装置。配合第二呼吸器，排空管600 可用于排空配液容器200 及混液管300中的溶液。

2.5 清洗模块

清洗装置用于手动或自动清洗该供液装置。在使用完该装置后，配液容器200 中会残留部分氯化钠溶液及过滤出的固体杂质；同时，混液管300 中会存在部分未用完的A 浓缩液，不及时清除会反应形成结晶。排空管600 可以较好地将残留液体排出来，并用清洗装置进行干净的清洗。

3 小型A浓缩液供液装置动作流程

如图1和图6所示，小型A浓缩液供液装置动作流程包括如下步骤。

图6 A 浓缩液制作方法的步骤流程

（1）打开配液容器200 的顶盖，将氯化钠固体拆包后倒入配液容器200 中，然后盖上配液容器200 的顶盖，启动总电源开关，然后启动小型A浓缩液供液装置。

（2）启动液位检测装置，通过第一液位检测机构220检测当前配液容器200的液位是否超过预设的最高刻度，当配液容器200 的液位不高于最高刻度，并且下液阀250 保持关闭时，开启进液管100 上的供水阀110，控制纯化水进入配液容器200的第一配液腔201；当第一液位检测机构220检测当前配液容器200的液位达到或超过预设的最高刻度时，关闭供水阀110停止进水。

（3）启动设置于配液容器200 底部的混液装置210，即启动磁力搅拌器在配液容器200 中进行搅拌6 min 后停机；

（4）启动下液阀250，在第一配液腔201上的第一呼吸器240的作用下，控制氯化钠溶液从配液容器200的第一配液腔201流向第二配液腔202。

（4）启动液位检测装置的第二液位检测机构230，检测当前配液容器200 的液位是否低于预设的最低刻度，当配液容器200 的液位不低于最低刻度，获取到供液检测装置420发出的供液信号，启动第一吸液泵310、第二吸液泵320 及第三吸液泵330、实现纯化水与氯化钠溶液、离子液按一定比例混合均匀后进入储液容器400中。

（5）当第二液位检测机构230 检测到配液容器200的液位低于最低刻度，控制第一吸液泵310、第二吸液泵320 及第三吸液泵330 停机。即第二液位检测机构230检测到第二配液腔202 中无液体后,第一吸液泵310、第二吸液泵320、第三吸液泵330 停机；并回到步骤（2），继续进行配液。

（6）血液透析机开始从储液容器400 中吸液，打开供液管500上的供液阀510开始供液；同时，供液检测装置420对储液容器400中的液体液位进行监测，当储液容器400 中的液体液位达到警报液位时，循环到步骤（4）以继续进行混液。

（7）血液透析机一直没吸液超过15 min 时，自动或由操作人员关闭整个供液装置；而且，在关闭系统时，先利用排空管600 自动进行排空操作：即先关闭供水阀120，并打开下液阀2 min 后，开启第一吸液泵310 直至第二液位检测机构230 检测不到液体时停机，并在开启第一吸液泵310 的同时开启排空管600 上的排空阀610，排空5 min后关闭排空阀610。