呼吸補助設(shè)備的制作方法

專利名稱：呼吸補助設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加濕系統(tǒng)的使用，該加濕系統(tǒng)被特別用于為接受機(jī)械呼吸換氣或 呼吸支持的病人提供呼吸補助，但是并不僅限于這種功用。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)有了數(shù)種向需要呼吸補助的病人提供加濕氣體的方法。這些現(xiàn) 有技術(shù)中的加濕器通常包括一個壓縮空氣(或其它混合氣體)源、一個容納一個水源和一 個用于使水汽化的加熱裝置的加濕容器、和一個用于將加濕氣體輸送給病人或使用者的導(dǎo)管。例如美國專利No. 4，038，980描述了一個“急驟蒸發(fā)”加濕器，其中水滴落在一個 下部熱塊加熱器上，從而產(chǎn)生用于呼吸的濕氣。該專利提到“可以采用一種裝置，使之對相 對濕度的傳感裝置產(chǎn)生響應(yīng)，從而自動調(diào)節(jié)水的供應(yīng)速率”，然而他們推薦對水的流動速率 進(jìn)行手動控制。這樣，該專利包括一個濕度傳感器和對水流速率的控制，而不是對電加熱量 進(jìn)行控制。美國專利No. 5，092，326也描述了一個濕度傳感器在加濕器中的應(yīng)用。該發(fā)明描 述了一個高頻換氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用了一個加熱的加濕器和一個濕度傳感器，其中這些組 件都與一個中心微處理器相連接。該發(fā)明公開了一個為供應(yīng)向?qū)夤艿幕旌蠚怏w加濕的設(shè) 備，并且一個微處理器對供給混合氣體的濕氣量進(jìn)行控制。盡管該專利公開了一個位于病 人導(dǎo)氣管處的濕度傳感器，但沒有對將被采用的加濕設(shè)備的實際結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。美國專利No. 5，769，071描述了一種加濕器，該加濕器包括一個熱濕交換器 (HME)、水向HME的供應(yīng)、加熱元件和濕度傳感器。該濕度傳感器可以通過水的供應(yīng)速率或 者溫度(通過加熱元件)對濕度進(jìn)行控制。在該專利中，濕度傳感器也被布置在病人的導(dǎo) 氣管處。美國專利No. 5，988，164描述了一種與一個加濕器配合使用的加熱呼吸導(dǎo)管系 統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用了一個相對濕度傳感器(位于病人附近)，用于對加熱呼吸回路所提供的 加熱量進(jìn)行控制，從而使氣體具有恒定的相對濕度。該加熱呼吸回路可以使用電加熱，或通 過一個導(dǎo)管中的溫?zé)岬脑傺h(huán)水進(jìn)行加熱。該發(fā)明還描述了一種根據(jù)相對濕度傳感器的輸 出值對電加熱絲或熱水管進(jìn)行控制的方法。上述美國專利No. 4，038，980和5，769，071所描述的加濕器中的加濕容器都被 布置在病人的附近。其不利之處在于，增加了病人附近的設(shè)備的重量、熱量和復(fù)雜程度， 這不但不方便，而且還可能會使病人感到不適。在上面提及的現(xiàn)有技術(shù)中，只有美國專利 No. 5，988，164特別描述了放置在距離病人較遠(yuǎn)處的加濕容器。采用了距離病人較遠(yuǎn)的加濕容器的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中也存在著一些缺點。人們通常認(rèn)為當(dāng)氣體離開這種現(xiàn)有技術(shù)加濕器時，該氣體中的水蒸汽已達(dá)到飽和(100%相對濕 度)。然而沒有任何根據(jù)可以保證離開這種加濕器的氣體確實已達(dá)到了水蒸汽的飽和。在 某些情況下(例如，當(dāng)進(jìn)口的氣體已經(jīng)被加熱時)，離開這種加濕器的氣體的相對濕度就會 明顯小于100%。這是因為該氣體通常被控制達(dá)到一個理想的出口氣體溫度，而在此情況下 該出口氣體溫度與入口空氣的溫度相差不大?，F(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中的另一個缺點是在用于將病人與呼吸輔助設(shè)備相連接的導(dǎo)管 (有時被加熱)中可能出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象。如果溫度沿這種導(dǎo)管的分布不均勻并且使該導(dǎo)管的 某些部位的溫度低于這些部位的氣體溫度，那么就容易產(chǎn)生這種凝結(jié)現(xiàn)象。這種現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的第三個缺點是，當(dāng)氣體以100%的相對濕度離開加濕器時，該 氣體必須立即受到某種形式的導(dǎo)管加熱器的加熱，否則其中的熱量將通過導(dǎo)管壁散失掉， 這將導(dǎo)致水分的凝結(jié)，并因此導(dǎo)致氣體中所含的絕對濕度量的下降。現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的第四個缺點是需要一個距離病人很近的傳感器，這將會增加病人 導(dǎo)氣管處的設(shè)備的重量和體積。現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的第五個缺點是，不連續(xù)的或變化的流動速率將會使加濕器產(chǎn)生的 絕對濕度不均勻。這是因為流動速率的變化比任何可以應(yīng)用在這種加濕器中的控制回路的 變化都要迅速。以較高的流動速率流經(jīng)加濕器的氣體幾乎沒有時間被加熱或加濕，而以較 低的流動速率流經(jīng)加濕器的氣體的溫度和絕對濕度都將會過高。因此，很難保證這種現(xiàn)有 技術(shù)系統(tǒng)中的導(dǎo)管在輸送這些高濕度的氣團(tuán)時不產(chǎn)生水分凝結(jié)以及由此導(dǎo)致的絕對濕度 的降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種加濕系統(tǒng)，該加濕系統(tǒng)可以通過某種方式克 服上述的缺點，或者至少能夠為公眾提供一個有用的選擇。在第一方面，本發(fā)明的要點是一種用于對氣流進(jìn)行加濕的加濕設(shè)備，所述氣流被 輸送向病人或需要這種氣體的其他人，該加濕設(shè)備包括加濕容器裝置，該加濕容器裝置具有允許所述氣流流經(jīng)所述加濕容器裝置的一個 進(jìn)口和一個出口，容器加熱裝置，該容器加熱裝置被布置在所述加濕容器附近，用于使所述加濕容 器裝置中的液態(tài)水汽化，從而向流經(jīng)所述加濕容器裝置的所述氣流提供水蒸汽，氣體輸送通道裝置，該裝置與所述加濕容器裝置的所述出口相連接，從而將所述 氣流輸送向病人或需要這種氣體的其他人，和受控導(dǎo)管加熱裝置，該裝置被用于調(diào)節(jié)所述氣流沿所述氣體輸送通道裝置的溫度 分布和/或所述氣體輸送通道裝置的溫度分布，從而使之基本符合一個預(yù)定的分布。優(yōu)選的是，所述受控導(dǎo)管加熱裝置包括至少一個正溫度系數(shù)材料段，其中每個所 述段的局部電阻都與局部溫度成正比關(guān)系。優(yōu)選的是，所述受控導(dǎo)管加熱裝置包括數(shù)個正溫度系數(shù)材料段，其中每個所述段 的局部電阻都與局部溫度成正比關(guān)系，還包括至少兩個沿所述氣體輸送通道裝置布置的導(dǎo) 體件，每個所述導(dǎo)體件都與每個所述段的一個獨立部分進(jìn)行電氣連接，并且每個所述段除 了通過每個所述導(dǎo)體件與其它所述段相連接外，其余部分皆與其它所述段相絕緣。
優(yōu)選的是，還包括濕度傳感裝置，用于對所述加濕容器裝置的所述出口處的所述 氣流的絕對濕度進(jìn)行指示。優(yōu)選的是，還包括溫度傳感裝置，用于對所述加濕容器裝置的所述出口處的所述 氣流的溫度進(jìn)行指示。優(yōu)選的是，所述預(yù)定分布涉及一種沿所述氣體輸送通道裝置的長度方向的基本恒 定的溫度分布。在第二方面，本發(fā)明的要點是一種用于對氣流進(jìn)行加濕的加濕設(shè)備，所述氣流被 輸送向病人或需要這種氣體的其他人，該加濕設(shè)備包括加濕容器裝置，該加濕容器裝置具有允許所述氣流流經(jīng)所述加濕容器裝置的一個 進(jìn)口和一個出口，容器加熱裝置，該容器加熱裝置被布置在所述加濕容器附近，用于使所述加濕容 器裝置中的液態(tài)水汽化，從而向流經(jīng)所述加濕容器裝置的所述氣流提供水蒸汽，和容器復(fù)式接頭裝置，該容器復(fù)式接頭裝置包括傳感器安裝裝置，而該容器復(fù)式接 頭裝置在使用中至少容納有一個緊靠所述加濕容器裝置的所述出口的傳感裝置，所述容器 復(fù)式接頭裝置被用于使所述加濕容器裝置的所述進(jìn)口與一個供應(yīng)導(dǎo)管裝置相連接，所述供應(yīng)導(dǎo)管裝置 在使用中與一個氣體供應(yīng)裝置之間有氣體相通，以便使所述氣流具有理想的壓力，和使所述加濕容器裝置的所述出口與一個氣體輸送通道裝置相連接，從而將所述氣 流輸送向病人或需要這種氣體的其他人。優(yōu)選的是，所述容器復(fù)式接頭裝置還包括容器復(fù)式接頭加熱裝置，用于對穿過所 述容器復(fù)式接頭裝置的所述氣流和/或所述容器復(fù)式接頭裝置進(jìn)行加熱。優(yōu)選的是，所述容器復(fù)式接頭裝置可以相對于所述加濕容器裝置被裝上或被拆 下。優(yōu)選的是，所述容器加熱裝置被裝在加濕器底座上，以及所述容器復(fù)式接頭裝置 可裝到所述加濕器底座上以及可從所述加濕器底座上拆下?？商鎿Q的是，所述容器加熱裝置被裝在加濕器底座上，以及所述容器復(fù)式接頭裝 置與加濕器底座成為一個整體。本發(fā)明所涉及的領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員應(yīng)該知道，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種結(jié)構(gòu)上 的修改，并且可以設(shè)計出大量的不同實施例或應(yīng)用實例，然而這都不脫離本發(fā)明的范圍。此 處的公開和說明僅僅是為了說明上的方便，而不對本發(fā)明構(gòu)成任何意義上的限制。


本發(fā)明的要點在于上述結(jié)構(gòu)，下文將對本發(fā)明的設(shè)想結(jié)構(gòu)進(jìn)行舉例說明。下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個推薦實施例進(jìn)行說明，附圖包括圖1表示了一個由三個部分組成的加濕系統(tǒng)的例子，圖2表示了一個包含一個金屬元件的容器，圖3表示了一個使用了一種能夠提供加熱或加濕功能的多孔材料的容器，
圖4表示了 一個采用了 一個半透膜的容器，圖5表示了一個帶有一個可變閥的容器，該可變閥用于調(diào)節(jié)旁通氣體的比率，
6
圖6表示了一個帶有一個可調(diào)節(jié)閥30的容器，其中一部分氣體被加濕，而另一部 分被加熱，圖7表示了一個容器，其中流入該容器的干燥氣體經(jīng)過了預(yù)熱，圖8表示了一個容器，其中流入該容器的干燥氣體在離開該容器后才被加熱，圖9表示了一個容器，該容器與一個未被加熱的、絕熱性良好的輸送導(dǎo)管相連接，圖10表示了一個導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)管包括以并聯(lián)導(dǎo)線結(jié)構(gòu)布置的彈性PTC元件，圖11表示了一個采用了圖10所示的導(dǎo)管的加濕器的結(jié)構(gòu)配置，和圖12表示了容器復(fù)式接頭。
具體實施例方式圖1表示了一個典型的呼吸加濕系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括以下三個部分1) 一個與病人相隔一定距離的加濕容器，該容器被用于對流經(jīng)它的氣體進(jìn)行加 熱，并使該氣體基本達(dá)到飽和；2) 一個輸送系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個將加濕氣體從加濕容器1輸送至氣體出口 5的 彈性管；和3) 一個加熱底座，該加熱底座對加濕容器1進(jìn)行加熱，并且提供測量和控制功能。將要被加濕的氣體從開口 4流入容器1，并在氣體出口 5處離開輸送系統(tǒng)2。從出 口 5流出的氣體通過一個面罩或類似器件(未示出)流向病人。該系統(tǒng)通過使用布置在7 和8處的傳感器而受到控制，所述傳感器一般為溫度傳感器。氣體進(jìn)口 4處的干燥氣體通 過從容器1中的熱水6的表面上流經(jīng)而被加熱和加濕，這樣，當(dāng)這些氣體在出口 10處離開 容器1時，就能夠基本達(dá)到水蒸汽的飽和。熱水6由加熱盤9進(jìn)行加熱，并且加熱量受到控 制，從而使氣體在出口 10處達(dá)到一個預(yù)定的溫度。該溫度由傳感器7進(jìn)行測量。因此，加 濕容器1被用于對醫(yī)用氣體進(jìn)行加熱和加濕，從而使該氣體在容器1的出口處基本達(dá)到飽 和，并且達(dá)到一個預(yù)定溫度。氣體輸送系統(tǒng)2 (也被稱為輸送導(dǎo)管或呼吸管路)包括一個彈性導(dǎo)管11，該彈性導(dǎo) 管11內(nèi)容納有一個可以由加熱電阻絲構(gòu)成的加熱器12。從加濕容器1流出的氣流流經(jīng)導(dǎo) 管11的同時受到加熱器12的加熱，從而對通過導(dǎo)管11的壁散失掉的熱量進(jìn)行補償。加熱 器12的加熱量受到控制，從而使氣體在氣體出口 5處能夠達(dá)到一個預(yù)定溫度，該溫度將由 傳感器8進(jìn)行測量。傳感器8處的控制溫度通常高于傳感器7處的控制溫度，這樣就可以 使氣體沿導(dǎo)管11受到加熱，從而保證該導(dǎo)管中不會出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象。上述系統(tǒng)中的氣體從一個連續(xù)流動氣體源(未示出)進(jìn)入氣體進(jìn)口 4，并且通過氣 體出口 5離開該系統(tǒng)。然而該系統(tǒng)同樣適用于所述氣體源是一個呼吸器的情況，該呼吸器 產(chǎn)生間歇的流動模式，從而為病人提供呼吸。在此情況下，氣體出口 5直接與氣體進(jìn)口 16相 連接。病人通過一個插入氣管內(nèi)的導(dǎo)管或類似器件(未示出)與開口 17相連接。在病人 吸氣過程中，來自呼吸器的干燥氣體在進(jìn)口 4處進(jìn)入該系統(tǒng)，流經(jīng)容器1、輸送系統(tǒng)2，然后 流經(jīng)Y形連接件13并通過開口 17抵達(dá)病人。在病人呼氣過程中，氣體通過開口 17回流， 流經(jīng)Y形連接件13、導(dǎo)管14，并通過氣體出口 18流出。導(dǎo)管14也可以由加熱器15進(jìn)行加 熱，從而避免出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象。絕對濕度感應(yīng)
7
采用了用于顯示或控制的濕度傳感器的加濕器在現(xiàn)有技術(shù)中已有所描述，然而所 有被采用的濕度傳感器都被布置在病人的導(dǎo)氣管處。本發(fā)明描述了新型加濕器的結(jié)構(gòu)配 置，該新型加濕器包括一個處在遠(yuǎn)離病人的位置上的用于產(chǎn)生濕氣的容器、一個將濕氣輸 送給病人的加熱的呼吸管路、和用于對提供給病人的絕對濕度或相對濕度進(jìn)行控制的濕度 傳感器。這些濕度傳感器將按照以下位置之一進(jìn)行布置1)只布置在容器出口處，2)同時布置在容器出口處和病人的附近，或3)只布置在病人的附近。本發(fā)明的一方面將是使用一個濕度傳感器作為傳感器7。濕度傳感器7的作用是 確定容器1正在產(chǎn)生的濕度的絕對量。因此，盡管此處可以采用一個與溫度傳感器配合使 用的相對濕度傳感器，但理想的方案是采用一個絕對濕度傳感器。該系統(tǒng)的優(yōu)點是在容器 出口 10處產(chǎn)生了一個受到控制的絕對濕度水平，然而如果導(dǎo)管11中出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象，那么該 絕對濕度水平在抵達(dá)病人之前就會有所下降。可以克服該缺點的另一種系統(tǒng)在檢測點8處使用了一個第二絕對濕度傳感器，從 而取代一個溫度傳感器。傳感器7和8之間的絕對濕度差使加濕器能夠確定這兩個檢測點 之間是否出現(xiàn)了凝結(jié)現(xiàn)象。如果傳感器7和8所顯示的絕對濕度值相同，則表明導(dǎo)管內(nèi)沒 有產(chǎn)生凝結(jié)。如果傳感器7處的絕對濕度大于傳感器8處的絕對濕度，則二者的差值就表 示了出現(xiàn)凝結(jié)的比率。一種控制策略是對加熱器12產(chǎn)生的加熱量進(jìn)行控制，從而將上述絕對濕度差值 減小為零。然而由于濕度差值只表示了凝結(jié)物的比率，而不表示導(dǎo)管中凝結(jié)物的絕對量，所 以導(dǎo)管中依舊可能含有流動的凝結(jié)物。另一個控制策略是通過使用加熱器12除去凝結(jié)物， 并因此使導(dǎo)管干燥，這樣測得的凝結(jié)比率將為負(fù)值(例如，凝結(jié)物在導(dǎo)管11中被汽化)，直 到加熱至測得的凝結(jié)比率達(dá)到零，即表示所有的凝結(jié)物都已被除去。然后可以減小加熱量， 直至傳感器顯示出又有凝結(jié)現(xiàn)象開始出現(xiàn)時為止，然后可以使加熱量略微增加到最優(yōu)的水 平。對導(dǎo)管進(jìn)行干燥加熱可以是一個連續(xù)過程，也可以按一定的時間間隔間歇進(jìn)行。在如圖1所示的經(jīng)過了另外一種變動的系統(tǒng)中，在傳感器7處采用了一個溫度傳 感器，而在傳感器8處采用了一個絕對濕度傳感器。該系統(tǒng)與在檢測點7和8處皆采用絕 對濕度傳感器的系統(tǒng)相比，結(jié)構(gòu)更加簡單。在工作過程中，控制器將對加熱器12和加熱盤 9的加熱量進(jìn)行控制，從而使輸送導(dǎo)管11中達(dá)到適當(dāng)?shù)慕^對濕度水平，而不發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象。 實際上將需要兩種獨立的控制算法，一種用于控制導(dǎo)管11中的加熱量，從而避免凝結(jié)現(xiàn)象 的產(chǎn)生，另一種用于控制加熱盤9，從而使容器1中產(chǎn)生理想的絕對濕度水平。這兩種算法 可以同時工作，這是因為加熱盤9比加熱器12的響應(yīng)速度慢，所以絕對濕度的迅速變化將 是加熱器12動作的結(jié)果。傳感器7為加熱盤9提供了一個控制點，但也可以不需要該控制 點ο低相對濕度的容器上述所有的系統(tǒng)中采用的容器1都試圖通過加濕使流出氣體出口 10的氣體達(dá)到 一個相當(dāng)高的相對濕度水平。這種條件對于上述新型的加濕器結(jié)構(gòu)的恰當(dāng)工作而言是不重 要的，這是因為上述新型加濕器采用的是濕度控制，但這種條件對現(xiàn)有技術(shù)中的加濕器而 言則是必須的，因為現(xiàn)有技術(shù)中的加濕器中只采用了溫度控制。然而使用一個通過加熱使氣體具有適當(dāng)?shù)慕^對濕度但具有較低的相對濕度(例如，氣體的溫度高于該氣體的露點， 因此該氣體未達(dá)到飽和)的容器還是可以獲得一些優(yōu)點的。第一個優(yōu)點是便于設(shè)計一個加熱的輸送系統(tǒng)，用于在不產(chǎn)生凝結(jié)的條件下對這種 氣體進(jìn)行輸送，這是因為該氣體不必在剛剛進(jìn)入輸送導(dǎo)管時為防止凝結(jié)而立即被加熱。第 二，采用具有較低相對濕度的流出容器的氣體意味著加熱器12的額定功率可以低于其它 的情況，這是因為該氣體中已含有了較高的能量含量，從而在氣體在導(dǎo)管12中發(fā)生凝結(jié)現(xiàn) 象之前，容許有較多的能量散失。如果氣體在容器中能夠獲得足夠的能量，那么就甚至可以 使用一個未被加熱的、絕熱性良好的呼吸管路代替一個加熱的呼吸管路。應(yīng)該注意的是，低 相對濕度的容器只適用于使用絕對濕度傳感器對容器內(nèi)的加熱進(jìn)行控制的情況，而不適用 于采用溫度傳感器的情況，否則絕對濕度的輸出值將會過低。為此，圖2-8表示了一些可以提供高溫度、低相對濕度的輸出氣體的加濕容器的 結(jié)構(gòu)。圖2表示了一個采用了一個不帶有虹吸紙的金屬元件20 (例如，一個螺旋卷狀的金 屬)的加濕容器。這樣就既提供了干加熱(通過金屬元件)，又提供了來自熱水21的加熱 的濕氣。在這種結(jié)構(gòu)中，容器19所提供的是未飽和的氣體，這是因為某些提供給氣體的加 熱量來自于通過金屬卷的干加熱。容器中產(chǎn)生的相對濕度受到氣流通道、金屬卷形狀、尺寸 以及水位的影響，所以在使用中不便于任意調(diào)節(jié)。然而容器19通過使輸出氣體具有較低的 相對濕度和受控的絕對濕度，確實表現(xiàn)出了能夠減輕凝結(jié)現(xiàn)象的優(yōu)點。圖3和4表示了在出口處提供低相對濕度、高溫度氣體的加濕容器的其它例子。圖 3表示了一個使用了一種多孔材料22 (例如一種多孔陶瓷)的容器，該多孔材料22中含有 水23，從而可以提供加熱或加濕功能，而圖4表示了一個采用了一個對容器內(nèi)的水25產(chǎn)生 障礙作用的半透膜24的容器。在這兩個例子中，這些容器通過多孔材料或半透材料提供干 加熱，同時通過水提供加熱的濕氣。在這兩種情況下，加熱和加濕的比率是固定的，不能夠 被簡單地調(diào)節(jié)，除非限制水的供應(yīng)量。圖5-8所表示的容器可以提供具有不同相對濕度水平和溫度的氣體。在圖5中， 一個可變閥26允許我們對經(jīng)干燥旁通導(dǎo)管27流過的氣體量和從水28的表面上流過的氣 體量的比值進(jìn)行調(diào)節(jié)。旁通導(dǎo)管在水中穿過，以便對氣體進(jìn)行加熱。這兩股氣流在出口 29 處匯合。這是“并聯(lián)”系統(tǒng)的一個例子，其中氣體被分為兩股并通過兩條不同的通道進(jìn)行加 熱和加濕。在圖6中，氣體也通過一個可調(diào)節(jié)閥30被分入了兩條氣體通道中。其中一部分 氣流經(jīng)容器32中的水31而被加濕，而另一部分氣體則由繞在導(dǎo)管33周圍的加熱器58進(jìn) 行加熱。這兩條氣體通道在連接點34處匯合。圖5和6中所示的可變閥26和30的角度可以被設(shè)置為恒定值、可以被手動調(diào)節(jié)、 或者可以被自動調(diào)節(jié)。自動調(diào)節(jié)閥的優(yōu)點是當(dāng)與不連續(xù)的流動速率相配合時，例如當(dāng)與一 個呼吸器配合使用時，從容器中流出的氣體可以具有恒定的濕度。這些流動模式可能會帶 來的問題是，由于流速較高的氣體在容器內(nèi)獲得的濕度較小，所以會導(dǎo)致呼吸循環(huán)中一些 部分的濕度低于另一些部分的濕度。解決這一問題的一種途徑是使用一個快速響應(yīng)的流速 傳感器對瞬時流速進(jìn)行測量，然后迅速調(diào)節(jié)可變閥的角度。一種可以獲得這種效果的更加 實用的方法是使用彈簧70和71對閥26和30進(jìn)行彈簧加載。這意味著低流動速率的氣體 將主要流經(jīng)旁通導(dǎo)管，而高流動速率的氣體將操縱經(jīng)過彈簧加載的閥，從而允許更多的氣 流經(jīng)加濕容器中的水。加濕器還可以利用經(jīng)過彈簧加載的可變閥的角度對氣體的流動速率
9進(jìn)行測量。圖7和8表示了低相對濕度容器的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中進(jìn)入貯有熱水36的容器35的 干燥氣體可以通過圖7中的加熱器37進(jìn)行預(yù)熱，或者也可以在流出容器之后由圖8中的加 熱器38進(jìn)行加熱。在這兩種情況下，加熱器都只對氣體進(jìn)行干加熱，從而使從出口 39中流 出的氣體具有較低的相對濕度和較高的溫度。圖2-8中所示的任何一種低相對濕度、高溫度的容器都可以與本專利中前面所述 的濕度控制系統(tǒng)協(xié)同使用，但不能夠成功地與現(xiàn)有技術(shù)中的加濕器配合使用，這是因為現(xiàn) 有的加濕器基于溫度控制，而不是濕度控制。絕熱的輸送導(dǎo)管本發(fā)明的另一方面如圖9所示。此處，圖8所示的低相對濕度、高溫度的加濕系統(tǒng) 與一個不受加熱的、絕熱性良好的輸送導(dǎo)管結(jié)合在了一起。氣體在進(jìn)口 35處進(jìn)入裝有水37 的標(biāo)準(zhǔn)加濕容器36中，其中水37由加熱盤38進(jìn)行加熱。氣體在該容器內(nèi)基本達(dá)到飽和， 然后通過氣體出口 39離開該容器，從而進(jìn)入加熱導(dǎo)管部分40，該加熱導(dǎo)管部分40將濕氣體 加熱到較高的溫度，從而使其具有較低的相對濕度。然后該氣流經(jīng)一個外面包有絕熱層42 的導(dǎo)管41。推薦該絕熱層采用一個可用于減小熱量散失的內(nèi)部充有不流動空氣的薄外套。 當(dāng)高溫度、低相對濕度的氣流流經(jīng)該絕熱導(dǎo)管時，一小部分熱量通過導(dǎo)管壁被散失掉，并因 此使氣體溫度有所下降。然而通過對加熱器40產(chǎn)生的熱量進(jìn)行控制，就可以使氣體的溫度 一直保持在其露點以上，從而避免在導(dǎo)管41中產(chǎn)生凝結(jié)現(xiàn)象。本發(fā)明推薦了幾種不同的傳感器配置方案。首先，傳感器43可以是一個絕對濕度 傳感器，用于控制加熱盤38，從而使容器36產(chǎn)生理想的濕度。在一個實施例中，傳感器45 是一個溫度傳感器，用于控制加熱器40，從而使流經(jīng)傳感器45的氣體保持具有一定的理想 溫度。如果該溫度高于傳感器43處的氣體的露點溫度，那么導(dǎo)管41中就不會出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn) 象。然而當(dāng)加濕器被打開時，導(dǎo)管41中可能原本就會存在凝結(jié)物。如果傳感器45采用一個 濕度傳感器代替一個溫度傳感器，那么就可以對導(dǎo)管41中產(chǎn)生凝結(jié)現(xiàn)象的程度進(jìn)行控制。 本專利中前面所述的用于雙濕度傳感器控制的算法也可以用在本系統(tǒng)中。絕對濕度傳感器的一個替代布置位置是位置44，從而取代位置43。位置44處的 絕對濕度應(yīng)該與43處相同，這是因為氣體受到了加熱，從而沒有失去任何水分。然而將絕 對濕度傳感器布置在44處是十分有利的，例如傳感器在一個相對濕度較低的環(huán)境中可以 更好地工作。絕對濕度傳感器的這種布置位置可以與布置在45處的一個溫度或絕對濕度 傳感器配合使用。不帶有任何病人導(dǎo)氣管傳感器的加濕器結(jié)構(gòu)本發(fā)明的另一方面涉及取消在病人導(dǎo)氣管處安裝傳感器的必要性。為了安全地取 消該傳感器，我們必須確保進(jìn)入輸送導(dǎo)管的氣體具有安全的溫度和絕對濕度，并確保輸送 導(dǎo)管的內(nèi)表面的溫度不超過安全溫度。這即是說要使輸送導(dǎo)管具有恒定的內(nèi)壁溫度。因此，我們所需要的是一種能夠通過自調(diào)溫從而保持理想溫度的加熱的輸送導(dǎo) 管。加熱器既可以被嵌在輸送導(dǎo)管的管壁中，也可以貼靠在該輸送導(dǎo)管的內(nèi)腔上，或者還可 以包在該輸送導(dǎo)管的外面。這種加熱器可以由正溫度系數(shù)(PTC)材料(例如美國加州Menlo Park的Raychem公司生產(chǎn)的“Winterguard”)加工而成，以便使該加熱器的電阻隨溫度的 升高而增大，從而導(dǎo)致功率的減小。然而該輸送導(dǎo)管可以延伸經(jīng)過多種環(huán)境，或者可以在該
10導(dǎo)管的某些位置上設(shè)有局部通風(fēng)裝置。如果PTC元件以并聯(lián)形式布置，那么就可以想象出 該加熱器所具有的全部優(yōu)點。如果PTC元件以并聯(lián)形式布置，那么該導(dǎo)管的低溫部分將具 有較低的電阻，這將導(dǎo)致更多熱量的散出。這樣，該導(dǎo)管就傾向于對自己的溫度進(jìn)行控制。 PTC管概念可以進(jìn)一步延伸到一個自加熱和溫度控制的氣管內(nèi)導(dǎo)管中。圖10表示了一個導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)管采用了以并聯(lián)導(dǎo)線結(jié)構(gòu)布置的彈性PTC元 件。導(dǎo)管48由一種彈性PTC材料加工而成，它具有兩個分別布置在其兩側(cè)的低電阻的連接 條46和47。這就使該管件的每一部分都由位于導(dǎo)體46和47之間的并聯(lián)連接的短導(dǎo)體管 段組成。這些管段在圖10中用環(huán)繞該導(dǎo)管的虛線進(jìn)行了表示。導(dǎo)體46和47與一個可調(diào) 電壓的電源49相連接，該電源可以是交流電源或直流電源。該導(dǎo)管具有一個使該導(dǎo)管絕緣 和絕熱的外部層(未示出)。沿縱向的每個管段都可以對自己的溫度進(jìn)行獨立調(diào)節(jié)，而不受 該導(dǎo)管的其它部分的影響。為了提高這種工作性能，有必要加工一些與該導(dǎo)管的軸線相垂 直的平行縫隙50，從而消除不同PTC管段之間的電氣交叉連接。盡管上文設(shè)想和描述了一種具體的PTC加熱導(dǎo)管的設(shè)計方案，但同樣可以使用其 它的PTC導(dǎo)管的設(shè)計方案。另外一種可能有利的方案是，使PTC導(dǎo)管沿其長度方向具有不 同的溫度分布，從而代替恒溫度分布。PTC的設(shè)計方案還可以進(jìn)一步擴(kuò)展，從而將PTC加熱 器布置在病人呼吸管路的其它部分處，例如，布置在通常連接在Y形連接件(圖1中的開口 17)和病人氣管內(nèi)的導(dǎo)管之間的彈性導(dǎo)管處。圖10所示的PTC導(dǎo)管使我們能夠加工出一種不在病人的導(dǎo)氣管處使用任何傳感 器的加濕器。圖11表示了一個采用了這種導(dǎo)管的加濕器結(jié)構(gòu)。氣體通過進(jìn)口 51進(jìn)入加濕 容器52，并且由水53和加熱盤54分別進(jìn)行加濕和加熱。絕對濕度傳感器55控制加熱盤 54的溫度，從而使流經(jīng)傳感器55的氣體具有理想的絕對濕度。PTC導(dǎo)管56由一個外部電 壓(未示出)進(jìn)行加熱，從而使內(nèi)表面具有恒定的理想溫度，該溫度應(yīng)高于氣體的露點。因 此，從出口 57流出導(dǎo)管56的氣體將具有與導(dǎo)管溫度相近的溫度，并且具有由絕對濕度傳感 器55所控制的理想絕對濕度。圖11所示系統(tǒng)的一個變化是在位置55處使用了一個溫度傳感器。具有恒溫內(nèi)壁 的導(dǎo)管的另一個變化是一種使用經(jīng)過加熱的水或其它流體進(jìn)行加熱的輸送導(dǎo)管，其中所述 水或其它流體在泵壓的作用下流過該輸送導(dǎo)管的管壁內(nèi)部的較小管道。由于加熱的流體與 空氣相比具有較高的比熱，所以當(dāng)流體流經(jīng)輸送導(dǎo)管的壁內(nèi)管道時，可以保持相當(dāng)穩(wěn)定的 溫度。傳感器/加熱器復(fù)式接頭的使用傳統(tǒng)的加濕器傾向于使用探針狀的傳感器，這樣傳感器就可以穿過特意設(shè)計的孔 被插入呼吸管路的側(cè)壁，從而進(jìn)行溫度的測量。然而本發(fā)明中所述的加濕器結(jié)構(gòu)在加濕容 器周圍使用了多個傳感器，所以采用一個如圖12所示的復(fù)式接頭59將會很有幫助。加濕容器60是一個可拆卸件，它可以被滑裝在加濕器底座61上，如圖12所示。當(dāng) 容器60被滑裝在加濕器底座61上時，它的底與加熱盤62相接觸，同時它的進(jìn)口和出口 63 和64分別與復(fù)式接頭59內(nèi)部的孔67和68相接觸。將被加濕的干燥空氣經(jīng)開口 65進(jìn)入 該復(fù)式接頭，經(jīng)開口 63流出該復(fù)式接頭，并且流經(jīng)開口 63進(jìn)入容器60，在容器60內(nèi)被加 濕。離開容器60之后，濕氣體穿過容器開口 64進(jìn)入復(fù)式接頭開口 68。最后該濕氣體經(jīng)開口 66離開復(fù)式接頭59，從而進(jìn)入呼吸管路。該復(fù)式接頭可以是一個獨立的可拆卸的組件，或者也可以是加濕器底座的一個整 體部分。它可以容納有溫度傳感器、濕度傳感器、流速傳感器、或一個加熱元件。這些組件將 被布置在復(fù)式接頭59內(nèi)的位置72和73處。復(fù)式接頭59可以被加熱，從而防止?jié)駳怏w的凝 結(jié)。它可以如上所述同時與開口 63和64相連接，或者也可以只與出口 64相連接。使用復(fù) 式接頭的一個優(yōu)點是許多傳感器或加熱器可以被合并入一個簡單的、可清潔的組件中，而 不需要必須被插入呼吸管路中的彼此獨立的探針。這就簡化了使用者的連接和安裝操作。 復(fù)式接頭的另一個優(yōu)點是進(jìn)來的干燥氣體的溫度和流動速率可以被方便地測得，而不需要 附加的探針傳感器和連接。對所述結(jié)構(gòu)的更改盡管本專利所描述的所有不同的加濕系統(tǒng)中都采用了絕對濕度傳感器，但是也可 以使用相對濕度傳感器。這可能包括與本專利中所述的控制算法略有不同的控制算法?；?者，一個相對濕度傳感器也可以與一個溫度傳感器聯(lián)合使用。這樣絕對濕度值就可以通過 相對濕度值和溫度值被計算出來，而不是被直接測量出來。本專利中所述的所有新型的加濕系統(tǒng)都可以與附加的溫度傳感器結(jié)合使用。這將 會帶來附加的好處，例如在濕度傳感器失效時提供一個后備保險裝置。另一個好處是能夠 使輸送給病人的氣體的溫度保持在一定的限度范圍內(nèi)，從而避免相對濕度過低，即便此時 的絕對濕度可以接受。與之類似，對流經(jīng)加濕器的氣流速率進(jìn)行測量也是很有用的，因為這是一個影響 加濕器控制的重要參數(shù)。因此，前面所述的任何系統(tǒng)中都可以采用流速傳感器?，F(xiàn)有技術(shù) 中的一種有用的流速傳感器結(jié)構(gòu)是使用一個基于熱元件在氣流中的熱損失的傳感器。如果 使用一個加熱的濕度傳感器，那么該傳感器為了達(dá)到一定溫度而所需的加熱量可以被用于 確定氣體的流速。感染控制是設(shè)計醫(yī)療器件時應(yīng)考慮的首要問題。為了避免在該加濕系統(tǒng)的組件中 產(chǎn)生細(xì)菌繁殖，任何與氣流相接觸的部分都可以采用抗菌塑料。為了防止傳感器探針被污 染，探針部分可以使用一個可拋棄的鞘，從而保護(hù)探針免受呼吸管路中的病原體的沾染。這 將特別適用于溫度傳感器的探針。一般而言，濕度傳感器需要與氣流直接接觸，所以可拋棄 的鞘將不適用于濕度傳感器，除非該濕度傳感器基于光學(xué)原理工作，或者除非該鞘由一種 允許水蒸汽透過但不允許病原體通過的材料加工而成。這種保護(hù)鞘可以是可拋棄呼吸管路 中的一個整體部分。
權(quán)利要求
一種用于對氣流進(jìn)行加濕的加濕設(shè)備，所述氣流被輸送向病人或需要這種氣體的其他人，包括加濕容器裝置，該加濕容器裝置具有允許所述氣流流經(jīng)所述加濕容器裝置的一個進(jìn)口和一個出口，容器加熱裝置，該容器加熱裝置被布置在所述加濕容器(52)附近，用于使所述加濕容器裝置中的液態(tài)水汽化，從而向流經(jīng)所述加濕容器裝置的所述氣流提供水蒸汽，氣體輸送通道裝置，該裝置與所述加濕容器裝置的所述出口相連接，從而將所述氣流輸送向病人或需要這種氣體的其他人，以及，受控導(dǎo)管加熱裝置，該裝置被用于調(diào)節(jié)所述氣流沿所述氣體輸送通道裝置的溫度分布和/或所述氣體輸送通道裝置的溫度分布，從而使之基本符合一個預(yù)定分布。
2.如權(quán)利要求1所述的加濕設(shè)備，其特征在于，其中所述受控導(dǎo)管加熱裝置包括至少 一個正溫度系數(shù)材料段，其中每個所述段的局部電阻都與局部溫度成正比關(guān)系。
3.如權(quán)利要求1所述的加濕設(shè)備，其特征在于，其中所述受控導(dǎo)管加熱裝置包括數(shù)個 正溫度系數(shù)材料段，其中每個所述段的局部電阻都與局部溫度成正比關(guān)系，還包括至少兩 個沿所述氣體輸送通道裝置布置的導(dǎo)體件，每個所述導(dǎo)體件都與每個所述段的一個獨立部 分進(jìn)行電氣連接，并且每個所述段除了通過每個所述導(dǎo)體件與其它所述段相連接外，其余 部分皆與其它所述段相絕緣。
4.如權(quán)利要求1所述的加濕設(shè)備，其特征在于，還包括濕度傳感裝置，用于對所述加濕 容器裝置的所述出口處的所述氣流的絕對濕度進(jìn)行指示。
5.如權(quán)利要求1所述的加濕設(shè)備，其特征在于，還包括溫度傳感裝置，用于對所述加濕 容器裝置的所述出口處的所述氣流的溫度進(jìn)行指示。
6.如權(quán)利要求1所述的加濕設(shè)備，其特征在于，其中所述預(yù)定分布涉及一種沿所述氣 體輸送通道裝置的長度方向的基本恒定的溫度分布。
7.一種用于對氣流進(jìn)行加濕的加濕設(shè)備，所述氣流被輸送向病人或需要這種氣體的其 他人，包括加濕容器裝置，該加濕容器裝置具有允許所述氣流流經(jīng)所述加濕容器裝置的一個進(jìn)口 和一個出口，容器加熱裝置，該容器加熱裝置被布置在所述加濕容器裝置附近，用于使所述加濕容 器裝置中的液態(tài)水汽化，從而向流經(jīng)所述加濕容器裝置的所述氣流提供水蒸汽，以及容器復(fù)式接頭裝置，該容器復(fù)式接頭裝置包括傳感器安裝裝置，而該容器復(fù)式接頭裝 置在使用中至少容納有一個緊靠所述加濕容器裝置的所述出口的傳感裝置，所述容器復(fù)式 接頭裝置被用于使所述加濕容器裝置的所述進(jìn)口與一個供應(yīng)導(dǎo)管裝置相連接，所述供應(yīng)導(dǎo)管裝置在使 用中與一個氣體供應(yīng)裝置之間有氣體相通，以便使所述氣流具有理想的壓力，和使所述加濕容器裝置的所述出口與一個氣體輸送通道裝置相連接，從而將所述氣流輸 送向病人或需要這種氣體的其他人。
8.如權(quán)利要求7所述的加濕設(shè)備，其特征在于，其中所述容器復(fù)式接頭裝置還包括容 器復(fù)式接頭加熱裝置，用于對穿過所述容器復(fù)式接頭裝置的所述氣流和/或所述容器復(fù)式 接頭裝置進(jìn)行加熱。
9.如權(quán)利要求7所述的加濕設(shè)備，其特征在于，其中所述容器復(fù)式接頭裝置可以相對 于所述加濕容器裝置被裝上或被拆下。
10.如權(quán)利要求7所述的加濕設(shè)備，其特征在于，所述容器加熱裝置被裝在加濕器底 座上，以及所述容器復(fù)式接頭裝置可裝到所述加濕器底座上以及可從所述加濕器底座上拆 下。
11.如權(quán)利要求7所述的加濕設(shè)備，其特征在于，所述容器加熱裝置被裝在加濕器底座 上，以及所述容器復(fù)式接頭裝置與加濕器底座成為一個整體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種與一種呼吸補助設(shè)備協(xié)同使用的加濕器和濕度傳感器。推薦該濕度傳感器包括病人端和加濕器端的絕對濕度、相對濕度和/或溫度傳感裝置。該加濕器還可以包括對氣體的濕度和溫度進(jìn)行獨立控制的裝置。另外，本發(fā)明公開了一個容器復(fù)式接頭，該復(fù)式接頭有利于使加濕器簡便地與各種出口、進(jìn)口和傳感器相連接。另外描述了一個受到加熱的導(dǎo)管，該導(dǎo)管提供了一種沿其長度方向的更為有效的溫度分布。
文檔編號A61M16/08GK101972507SQ20101012485
公開日2011年2月16日 申請日期2001年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月21日
發(fā)明者保羅·約翰·西科因斯, 穆罕默德·圖德爾, 馬爾科姆·戴維·史密斯 申請人:菲舍爾和佩克爾保健有限公司