專利名稱：呼吸補助設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種加濕系統的使用，該加濕系統被特別用于為接受機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。
現有技術中已經有了數種向需要呼吸補助的病人提供加濕氣體的方法。這些現有技術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管。
例如美國專利No.4,038,980描述了一個“急驟蒸發”加濕器，其中水滴落在一個下部熱塊加熱器上，從而產生用于呼吸的濕氣。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生響應，從而自動調節水的供應速率”，然而他們推薦對水的流動速率進行手動控制。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用。該發明描述了一個高頻換氣系統，該系統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。該發明公開了一個為供應向導氣管的混合氣體加濕的設備，并且一個微處理器對供給混合氣體的濕氣量進行控制。盡管該專利公開了一個位于病人導氣管處的濕度傳感器，但沒有對將被采用的加濕設備的實際結構進行描述。
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、加熱元件和濕度傳感器。該濕度傳感器可以通過水的供應速率或者溫度(通過加熱元件)對濕度進行控制。在該專利中，濕度傳感器也被布置在病人的導氣管處。
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管系統。這種系統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，或通過一個導管中的溫熱的再循環水進行加熱。該發明還描述了一種根據相對濕度傳感器的輸出值對電加熱絲或熱水管進行控制的方法。
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備的重量、熱量和復雜程度，這不但不方便，而且還可能會使病人感到不適。在上面提及的現有技術中，只有美國專利No.5,988,164特別描述了放置在距離病人較遠處的加濕容器。
采用了距離病人較遠的加濕容器的現有技術系統中也存在著一些缺點。人們通常認為當氣體離開這種現有技術加濕器時，該氣體中的水蒸汽已達到飽和(100％相對濕度)。然而沒有任何根據可以保證離開這種加濕器的氣體確實己達到了水蒸汽的飽和。在某些情況下(例如，當進口的氣體已經被加熱時)，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。
現有技術系統中的另一個缺點是在用于將病人與呼吸輔助設備相連接的導管(有時被加熱)中可能出現凝結現象。如果溫度沿這種導管的分布不均勻并且使該導管的某些部位的溫度低于這些部位的氣體溫度，那么就容易產生這種凝結現象。
這種現有技術系統的第三個缺點是，當氣體以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管加熱器的加熱，否則其中的熱量將通過導管壁散失掉，這將導致水分的凝結，并因此導致氣體中所含的絕對濕度量的下降。
現有技術系統的第四個缺點是需要一個距離病人很近的傳感器，這將會增加病人導氣管處的設備的重量和體積。
現有技術系統的第五個缺點是，不連續的或變化的流動速率將會使加濕器產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，很難保證這種現有技術系統中的導管在輸送這些高濕度的氣團時不產生水分凝結以及由此導致的絕對濕度的降低。
因此，本發明的一個目的是提供一種加濕系統，該加濕系統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，本發明的要點是一種用于對氣流進行加濕的加濕設備，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所述加濕容器裝置的一個進口和一個出口，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水汽化，從而向流經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，和濕度傳感裝置，該裝置被用于對穿過所述設備的所述氣流的流道內的至少一點處的絕對濕度進行指示。
在第二方面，本發明的要點是一種用于對氣流進行加濕的加濕設備，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所述加濕容器裝置的一個進口和一個出口，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，該裝置包括用于使所述加濕容器裝置中的液態水汽化，從而向流經所述加濕容器裝置的所述氣流提供水蒸汽的濕加熱裝置，和用于對流經所述加濕容器裝置的所述氣流進行直接加熱的干加熱裝置，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，和控制裝置，該控制裝置用于導通所述濕加熱裝置和所述干加熱裝置，從而獲得理想的絕對濕度。
在第三方面，本發明的要點是一種用于對氣流進行加濕的加濕設備，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所述加濕容器裝置的一個進口和一個出口，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水汽化，從而向流經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，和受控導管加熱裝置，該裝置被用于調節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定的分布。
在第四方面，本發明的要點是一種用于對氣流進行加濕的加濕設備，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所述加濕容器裝置的一個進口和一個出口，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水汽化，從而向流經所述加濕容器裝置的所述氣流提供水蒸汽，和容器復式接頭裝置，該容器復式接頭裝置包括安裝裝置，而該安裝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，所述容器復式接頭裝置被用于使所述加濕容器裝置的所述進口與一個供應導管裝置相連接，所述供應導管裝置在使用中與一個氣體供應裝置之間有氣體相通，以便使所述氣流具有理想的壓力，和/或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。
本發明所涉及的領域內的普通技術人員應該知道，可以對本發明進行各種結構上的修改，并且可以設計出大量的不同實施例或應用實例，然而這都不脫離本發明的范圍。此處的公開和說明僅僅是為了說明上的方便，而不對本發明構成任何意義上的限制。
本發明的要點在于上述結構，下文將對本發明的設想結構進行舉例說明。
下面將結合附圖對本發明的一個推薦實施例進行說明，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，該可變閥用于調節旁通氣體的比率，圖6表示了一個帶有一個可調節閥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過了預熱，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管相連接，圖10表示了一個導管的結構，該導管包括以并聯導線結構布置的彈性PTC元件，圖11表示了一個采用了圖10所示的導管的加濕器的結構配置，和圖12表示了容器復式接頭。
圖1表示了一個典型的呼吸加濕系統，該系統包括以下三個部分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它的氣體進行加熱，并使該氣體基本達到飽和；2)一個輸送系統，該系統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的表面上流經而被加熱和加濕，這樣，當這些氣體在出口10處離開容器1時，就能夠基本達到水蒸汽的飽和。熱水6由加熱盤9進行加熱，并且加熱量受到控制，從而使氣體在出口10處達到一個預定的溫度。該溫度由傳感器7進行測量。因此，加濕容器1被用于對醫用氣體進行加熱和加濕，從而使該氣體在容器1的出口處基本達到飽和，并且達到一個預定溫度。
氣體輸送系統2(也被稱為輸送導管或呼吸管路)包括一個彈性導管11，該彈性導管11內容納有一個可以由加熱電阻絲構成的加熱器12。從加濕容器1流出的氣流流經導管11的同時受到加熱器12的加熱，從而對通過導管11的壁散失掉的熱量進行補償。加熱器12的加熱量受到控制，從而使氣體在氣體出口5處能夠達到一個預定溫度，該溫度將由傳感器8進行測量。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管11受到加熱，從而保證該導管中不會出現凝結現象。
上述系統中的氣體從一個連續流動氣體源(未示出)進入氣體進口4，并且通過氣體出口5離開該系統。然而該系統同樣適用于所述氣體源是一個呼吸器的情況，該呼吸器產生間歇的流動模式，從而為病人提供呼吸。在此情況下，氣體出口5直接與氣體進口16相連接。病人通過一個插入氣管內的導管或類似器件(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口4處進入該系統，流經容器1、輸送系統2，然后流經Y形連接件13并通過開口17抵達病人。在病人呼氣過程中，氣體通過開口17回流，流經Y形連接件13、導管14，并通過氣體出口18流出。導管14也可以由加熱器15進行加熱，從而避免出現凝結現象。絕對濕度感應采用了用于顯示或控制的濕度傳感器的加濕器在現有技術中已有所描述，然而所有被采用的濕度傳感器都被布置在病人的導氣管處。本發明描述了新型加濕器的結構配置，該新型加濕器包括一個處在遠離病人的位置上的用于產生濕氣的容器、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。該系統的優點是在容器出口10處產生了一個受到控制的絕對濕度水平，然而如果導管11中出現凝結現象，那么該絕對濕度水平在抵達病人之前就會有所下降。
可以克服該缺點的另一種系統在檢測點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了凝結現象。如果傳感器7和8所顯示的絕對濕度值相同，則表明導管內沒有產生凝結。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凝結的比率。
一種控制策略是對加熱器12產生的加熱量進行控制，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物的比率，而不表示導管中凝結物的絕對量，所以導管中依舊可能含有流動的凝結物。另一個控制策略是通過使用加熱器12除去凝結物，并因此使導管干燥，這樣測得的凝結比率將為負值(例如，凝結物在導管11中被汽化)，直到加熱至測得的凝結比率達到零，即表示所有的凝結物都已被除去。然后可以減小加熱量，直至傳感器顯示出又有凝結現象開始出現時為止，然后可以使加熱量略微增加到最優的水平。對導管進行干燥加熱可以是一個連續過程，也可以按一定的時間間隔間歇進行。
在如圖1所示的經過了另外一種變動的系統中，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。該系統與在檢測點7和8處皆采用絕對濕度傳感器的系統相比，結構更加簡單。在工作過程中，控制器將對加熱器12和加熱盤9的加熱量進行控制，從而使輸送導管11中達到適當的絕對濕度水平，而不發生凝結現象。實際上將需要兩種獨立的控制算法，一種用于控制導管11中的加熱量，從而避免凝結現象的產生，另一種用于控制加熱盤9，從而使容器1中產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的響應速度慢，所以絕對濕度的迅速變化將是加熱器12動作的結果。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。低相對濕度的容器上述所有的系統中采用的容器1都試圖通過加濕使流出氣體出口10的氣體達到一個相當高的相對濕度水平。這種條件對于上述新型的加濕器結構的恰當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，但這種條件對現有技術中的加濕器而言則是必須的，因為現有技術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的絕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，因此該氣體未達到飽和)的容器還是可以獲得一些優點的。
第一個優點是便于設計一個加熱的輸送系統，用于在不產生凝結的條件下對這種氣體進行輸送，這是因為該氣體不必在剛剛進入輸送導管時為防止凝結而立即被加熱。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，從而在氣體在導管12中發生凝結現象之前，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的加熱進行控制的情況，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構。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。在這種結構中，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節。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，確實表現出了能夠減輕凝結現象的優點。
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的水25產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，不能夠被簡單地調節，除非限制水的供應量。
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允許我們對經干燥旁通導管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行調節。旁通導管在水中穿過，以便對氣體進行加熱。這兩股氣流在出口29處匯合。這是“并聯”系統的一個例子，其中氣體被分為兩股并通過兩條不同的通道進行加熱和加濕。在圖6中，氣體也通過一個可調節閥30被分入了兩條氣體通道中。其中一部分氣流經容器32中的水31而被加濕，而另一部分氣體則由繞在導管33周圍的加熱器58進行加熱。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的角度可以被設置為恒定值、可以被手動調節、或者可以被自動調節。自動調節閥的優點是當與不連續的流動速率相配合時，例如當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獲得的濕度較小，所以會導致呼吸循環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的流速傳感器對瞬時流速進行測量，然后迅速調節可變閥的角度。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進行彈簧加載。這意味著低流動速率的氣體將主要流經旁通導管，而高流動速率的氣體將操縱經過彈簧加載的閥，從而允許更多的氣流經加濕容器中的水。加濕器還可以利用經過彈簧加載的可變閥的角度對氣體的流動速率進行測量。
圖7和8表示了低相對濕度容器的串聯結構，其中進入貯有熱水36的容器35的干燥氣體可以通過圖7中的加熱器37進行預熱，或者也可以在流出容器之后由圖8中的加熱器38進行加熱。在這兩種情況下，加熱器都只對氣體進行干加熱，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協同使用，但不能夠成功地與現有技術中的加濕器配合使用，這是因為現有的加濕器基于溫度控制，而不是濕度控制。絕熱的輸送導管本發明的另一方面如圖9所示。此處，圖8所示的低相對濕度、高溫度的加濕系統與一個不受加熱的、絕熱性良好的輸送導管結合在了一起。氣體在進口35處進入裝有水37的標準加濕容器36中，其中水37由加熱盤38進行加熱。氣體在該容器內基本達到飽和，然后通過氣體出口39離開該容器，從而進入加熱導管部分40，該加熱導管部分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。然后該氣流經一個外面包有絕熱層42的導管41。推薦該絕熱層采用一個可用于減小熱量散失的內部充有不流動空氣的薄外套。當高溫度、低相對濕度的氣流流經該絕熱導管時，一小部分熱量通過導管壁被散失掉，并因此使氣體溫度有所下降。然而通過對加熱器40產生的熱量進行控制，就可以使氣體的溫度一直保持在其露點以上，從而避免在導管41中產生凝結現象。
本發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，那么導管41中就不會出現凝結現象。然而當加濕器被打開時，導管41中可能原本就會存在凝結物。如果傳感器45采用一個濕度傳感器代替一個溫度傳感器，那么就可以對導管41中產生凝結現象的程度進行控制。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。不帶有任何病人導氣管傳感器的加濕器結構本發明的另一方面涉及取消在病人導氣管處安裝傳感器的必要性。為了安全地取消該傳感器，我們必須確保進入輸送導管的氣體具有安全的溫度和絕對濕度，并確保輸送導管的內表面的溫度不超過安全溫度。這即是說要使輸送導管具有恒定的內壁溫度。
因此，我們所需要的是一種能夠通過自調溫從而保持理想溫度的加熱的輸送導管。加熱器既可以被嵌在輸送導管的管壁中，也可以貼靠在該輸送導管的內腔上，或者還可以包在該輸送導管的外面。這種加熱器可以由正溫度系數(PTC)材料(例如美國加州Menlo Park的Raychem公司生產的“Winterguard”)加工而成，以便使該加熱器的電阻隨溫度的升高而增大，從而導致功率的減小。然而該輸送導管可以延伸經過多種環境，或者可以在該導管的某些位置上設有局部通風裝置。如果PTC元件以并聯形式布置，那么就可以想象出該加熱器所具有的全部優點。如果PTC元件以并聯形式布置，那么該導管的低溫部分將具有較低的電阻，這將導致更多熱量的散出。這樣，該導管就傾向于對自己的溫度進行控制。PTC管概念可以進一步延伸到一個自加熱和溫度控制的氣管內導管中。
圖10表示了一個導管的結構，該導管采用了以并聯導線結構布置的彈性PTC元件。導管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體46和47之間的并聯連接的短導體管段組成。這些管段在圖10中用環繞該導管的虛線進行了表示。導體46和47與一個可調電壓的電源49相連接，該電源可以是交流電源或直流電源。該導管具有一個使該導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行獨立調節，而不受該導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。
盡管上文設想和描述了一種具體的PTC加熱導管的設計方案，但同樣可以使用其它的PTC導管的設計方案。另外一種可能有利的方案是，使PTC導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的設計方案還可以進一步擴展，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)和病人氣管內的導管之間的彈性導管處。
圖10所示的PTC導管使我們能夠加工出一種不在病人的導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管的加濕器結構。氣體通過進口51進入加濕容器52，并且由水53和加熱盤54分別進行加濕和加熱。絕對濕度傳感器55控制加熱盤54的溫度，從而使流經傳感器55的氣體具有理想的絕對濕度。PTC導管56由一個外部電壓(未示出)進行加熱，從而使內表面具有恒定的理想溫度，該溫度應高于氣體的露點。因此，從出口57流出導管56的氣體將具有與導管溫度相近的溫度，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。具有恒溫內壁的導管的另一個變化是一種使用經過加熱的水或其它流體進行加熱的輸送導管，其中所述水或其它流體在泵壓的作用下流過該輸送導管的管壁內部的較小管道。由于加熱的流體與空氣相比具有較高的比熱，所以當流體流經輸送導管的壁內管道時，可以保持相當穩定的溫度。傳感器/加熱器復式接頭的使用傳統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計的孔被插入呼吸管路的側壁，從而進行溫度的測量。然而本發明中所述的加濕器結構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，同時它的進口和出口63和64分別與復式接頭59內部的孔67和68相接觸。將被加濕的干燥空氣經開口65進入該復式接頭，經開口63流出該復式接頭，并且流經開口63進入容器60，在容器60內被加濕。
離開容器60之后，濕氣體穿過容器開口64進入復式接頭開口68。最后該濕氣體經開口66離開復式接頭59，從而進入呼吸管路。
該復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式接頭59內的位置72和73處。復式接頭59可以被加熱，從而防止濕氣體的凝結。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。使用復式接頭的一個優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。復式接頭的另一個優點是進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。對所述結構的更改盡管本專利所描述的所有不同的加濕系統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。或者，一個相對濕度傳感器也可以與一個溫度傳感器聯合使用。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都可以與附加的溫度傳感器結合使用。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，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，對流經加濕器的氣流速率進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。因此，前面所述的任何系統中都可以采用流速傳感器。現有技術中的一種有用的流速傳感器結構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。
感染控制是設計醫療器件時應考慮的首要問題。為了避免在該加濕系統的組件中產生細菌繁殖，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。這種保護鞘可以是可拋棄呼吸管路中的一個整體部分。
權利要求
1．一種用于對氣流進行加濕的加濕設備，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所述加濕容器裝置的一個進口和一個出口，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水汽化，從而向流經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，和濕度傳感裝置，該裝置被用于對穿過所述設備的所述氣流的流道內的至少一點處的絕對濕度進行指示。
2．如權利要求1所述的加濕設備，其特征在于，還包括以濕度傳感裝置的輸出值作為自己的輸入的控制裝置，并且所述控制裝置被用于估算所述氣體輸送通道裝置中的所述氣體中的蒸汽的凝結率。
3．如權利要求2所述的加濕設備，其特征在于，其中所述濕度傳感裝置包括一個第一絕對濕度傳感器，所述第一絕對濕度傳感器基本位于所述加濕容器裝置的所述出口的附近。
4．如權利要求3所述的加濕設備，其特征在于，其中所述氣體輸送通道裝置具有一個病人端，所述病人端位于與所述加濕容器裝置的所述出口相連接的所述端的遠側，并且所述加濕容器裝置還包括一個基本位于所述氣體輸送通道裝置的所述病人端附近的第二絕對濕度傳感器。
5．如權利要求4所述的加濕設備，其特征在于，其中所述對凝結率的估算基于在所述第一絕對濕度傳感器的輸出所顯示的所述加濕容器裝置的所述出口處的絕對濕度與所述第二絕對濕度傳感器的輸出所顯示的所述氣體輸送通道裝置的所述病人端處的絕對濕度之間的差值。
6．如權利要求1至5之一所述的加濕設備，其特征在于，其中還包括導管加熱裝置，所述導管加熱裝置被用于對所述氣體輸送通道裝置內的所述氣體和/或所述氣體輸送通道裝置進行加熱，并且所述控制裝置至少根據所述凝結率的估算值導通所述導管加熱裝置，從而盡可能減小所述氣體輸送通道裝置中的所述氣體中的蒸汽的凝結率。
7．如權利要求1至5之一所述的加濕設備，其特征在于，還包括導管加熱裝置，所述導管加熱裝置被用于對所述氣體輸送通道裝置內的所述氣體和/或所述氣體輸送通道裝置進行加熱，并且所述控制裝置被用于ⅰ)至少根據所述凝結率的估算值導通所述導管加熱裝置，加熱至一個適當的水平，從而基本使所述氣體輸送通道裝置中的所有液態凝結物全部蒸發；和ⅱ)至少根據所述凝結率的估算值導通所述導管加熱裝置，加熱至一個適當的水平，從而盡可能減小所述氣體輸送通道裝置中的所述氣體中的蒸汽的凝結率。
8．如權利要求7所述的加濕設備，其特征在于，所述步驟(ⅰ)和(ⅱ)按照一定的時間間隔連續重復。
9．如權利要求7所述的加濕設備，其特征在于，所述步驟(ⅰ)和(ⅱ)按照一定的時間間隔相互交替。
10．如權利要求2所述的加濕設備，其特征在于，其中所述氣體輸送通道裝置具有一個病人端，所述病人端位于與所述加濕容器裝置的所述出口相連接的所述端的遠側，所述濕度傳感裝置包括一個基本位于所述加濕容器裝置的所述出口附近的第一溫度傳感器和一個基本位于所述氣體輸送通道裝置的所述病人端附近的絕對濕度傳感器。
11．如權利要求10所述的加濕設備，其特征在于，還包括導管加熱裝置，所述導管加熱裝置被用于對所述氣體輸送通道裝置內的所述氣體和/或所述氣體輸送通道裝置進行加熱，并且所述控制裝置被用于至少根據所述凝結率的估算值導通所述導管加熱裝置，并加熱至一個適當的水平，從而盡可能減輕所述氣體輸送通道裝置中的所述氣體中的蒸汽的凝結現象，同時使輸送向病人或需要這種氣體的其他人的所述氣流具有預定的絕對濕度值。
12．如權利要求1所述的加濕設備，其特征在于，其中所述濕度傳感裝置包括至少一個溫度傳感器和至少一個相對濕度傳感器，用于對穿過所述設備的所述氣流的流道內的至少一點處的溫度和相對濕度進行指示。
13．如上述所有權利要求之一所述的加濕設備，其特征在于，其中還包括流速傳感裝置，該裝置被用于對穿過所述設備的所述氣流的流動速率進行指示。
14．如權利要求13所述的加濕設備，其特征在于，其中所述流速傳感裝置包括一個基本保持恒溫的加熱元件，所述加熱元件被設置在穿過所述設備的所述氣流的流道內，所述加熱元件的熱損失可以顯示出所述氣流的流動速率。
15．如上述所有權利要求之一所述的加濕設備，其特征在于，其中所述濕度傳感裝置還包括可拋棄的遮蓋裝置，用于在所述氣流和所述溫度傳感器之間提供一個阻擋微生物的屏障。
16．如權利要求1至14之一所述的加濕設備，其特征在于，其中所述濕度傳感裝置還包括多孔的可拋棄的遮蓋裝置，所述遮蓋裝置使用多孔材料在所述氣流和所述溫度傳感器之間形成一個阻擋微生物的屏障。
17．一種用于對氣流進行加濕的加濕設備，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所述加濕容器裝置的一個進口和一個出口，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，該裝置包括用于使所述加濕容器裝置中的液態水汽化從而向流經所述加濕容器裝置的所述氣流提供水蒸汽的濕加熱裝置，和用于對流經所述加濕容器裝置的所述氣流進行直接加熱的干加熱裝置，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，和控制裝置，該控制裝置用于導通所述濕加熱裝置和所述干加熱裝置，從而獲得理想的絕對濕度。
18．如權利要求17所述的加濕設備，其特征在于，其中所述設備還包括濕度傳感裝置，該裝置被用于對穿過所述設備的所述氣流的流道內的至少一點處的絕對濕度進行指示。
19．如權利要求17或18所述的加濕設備，其特征在于，其中所述容器加熱裝置包括一個金屬螺旋元件。
20．如權利要求17或18所述的加濕設備，其特征在于，其中所述容器加熱裝置包括一個加熱的多孔陶瓷件，用于與所述液態水和所述氣流相接觸。
21．如權利要求17或18所述的加濕設備，其特征在于，其中加熱裝置包括一個加熱的半透膜，用于與所述液態水和所述氣流相接觸。
22．如權利要求17至21之一所述的加濕設備，其特征在于，其中所述加濕容器裝置還包括一個加濕旁通裝置，用于允許一部分所述氣體在從所述加濕容器裝置的所述進口流至所述加濕容器裝置的所述出口的過程中基本不被加濕。
23．如權利要求22所述的加濕設備，其特征在于，其中所述加濕旁通裝置包括一個至少部分地從所述水中穿過的旁通導管，用于將一部分所述氣流從所述加濕容器裝置的所述進口輸送至所述加濕容器裝置的所述出口，并且一個設置在所述旁通導管裝置中的閥裝置對流經所述旁通導管裝置的所述氣流的流動速率進行控制，流經所述旁通導管裝置的氣體的溫度受到所述水溫的影響。
24．如權利要求22所述的加濕設備，其特征在于，其中所述加濕容器裝置包括一個旁通導管裝置，用于將一部分所述氣流從所述加濕容器裝置的所述進口輸送至所述加濕容器裝置的所述出口，所述旁通導管裝置包括一個用于對所述旁通導管裝置中的所述氣流和/或所述旁通導管裝置進行加熱的旁通加熱裝置，并且所述旁通導管裝置中設置有一個閥裝置，所述閥裝置被用于對所述旁通導管裝置中的所述氣流的流動速率進行控制。
25．如權利要求23或24所述的加濕設備，其特征在于，其中所述閥裝置對所述旁通導管裝置中的所述氣流的流動速率的節流限制在使用中被恒定設置。
26．如權利要求23或24所述的加濕設備，其特征在于，其中所述閥裝置對所述旁通導管裝置中的所述氣流的流動速率的節流限制在使用中可以被手動調節。
27．如權利要求23或24所述的加濕設備，其特征在于，還包括用于對瞬時流速進行指示的流速傳感裝置，其中所述控制裝置被用于根據流經所述加濕容器裝置的所述氣流的瞬時流動速率的所述指示值，控制所述閥裝置對所述旁通導管裝置中的所述氣流的流動速率的節流限制，從而使從所述加濕容器裝置中流出的氣流具有基本恒定的濕度。
28．如權利要求23至27之一所述的加濕設備，其特征在于，其中所述閥裝置包括一個與一個閥件相連接的機電執行器，其中所述機電執行器的動作能夠改變所述所述閥件的位置，從而改變所述閥裝置對所述旁通導管裝置中的所述氣流的流動速率的節流限制。
29．如權利要求23至27之一所述的加濕設備，其特征在于，其中所述閥裝置包括一個與一個彈性件相連接的閥件或者包括一個彈性閥件，其中所述閥被布置在所述加濕容器裝置的所述進口處的所述氣流中，因此所述閥件或所述彈性閥件的位置就決定了流入所述旁通導管裝置的所述氣流的量。
30．如權利要求29所述的加濕設備，其特征在于，其中所述閥件或所述彈性閥件的位置表示了在所述進口處流入所述加濕容器裝置的氣流的流動速率。
31．如權利要求17所述的加濕設備，其特征在于，還包括位于所述加濕容器裝置的所述進口附近的氣體加熱裝置，用于在所述氣流被加濕之前對所述氣流進行加熱。
32．如權利要求17至21之一所述的加濕設備，其特征在于，其中所述裝置還包括位于所述加濕容器裝置的所述出口附近的氣體加熱裝置，用于在所述氣流被加濕之后對所述氣流進行加熱。
33．如權利要求17至32之一所述的加濕設備，其特征在于，其中所述氣體輸送通道裝置包括絕熱裝置，用于盡可能減小所述氣體輸送通道裝置內的所述氣流中的熱量散失速率，所述控制裝置被用于導通所述容器加熱裝置，從而盡可能減輕所述氣體輸送通道裝置中的所述氣體中的蒸汽的凝結現象，同時使所述氣流具有預定的絕對濕度值。
34．一種用于對氣流進行加濕的加濕設備，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所述加濕容器裝置的一個進口和一個出口，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水汽化，從而向流經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，和受控導管加熱裝置，該裝置被用于調節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定分布。
35．如權利要求34所述的加濕設備，其特征在于，其中所述受控導管加熱裝置包括至少一個正溫度系數材料段，其中每個所述段的局部電阻都與局部溫度成正比關系。
36．如權利要求34所述的加濕設備，其特征在于，其中所述受控導管加熱裝置包括至少一個負溫度系數材料段，其中每個所述段的局部電阻都與局部溫度成反比關系。
37．如權利要求34所述的加濕設備，其特征在于，其中所述受控導管加熱裝置包括數個正溫度系數材料段，其中每個所述段的局部電阻都與局部溫度成正比關系，還包括至少兩個沿所述氣體輸送通道裝置布置的導體件，每個所述導體件都與每個所述段的一個獨立部分進行電氣連接，并且每個所述段除了通過每個所述導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。
38．如權利要求34至37之一所述的加濕設備，其特征在于，其中所述氣體輸送通道裝置還包括一個與所述加濕容器的所述出口之間有氣體相通的呼吸導管裝置、一個與所述呼吸導管裝置之間有氣體相通的連接裝置、一個與所述連接裝置之間有氣體相通的彈性導管裝置以及與所述彈性導管裝置之間有氣體相通的病人接口裝置，所述病人接口裝置被用于將所述氣流輸送給所述病人。
39．如權利要求38所述的加濕設備，其特征在于，其中所述彈性導管裝置包括彈性導管延伸加熱裝置，所述彈性導管延伸加熱裝置至少包括一個正溫度系數材料段，其中每個所述材料段的局部電阻都與局部溫度成正比關系。
40．如權利要求38或39所述的加濕設備，其特征在于，其中所述病人接口裝置包括病人接口加熱裝置，所述病人接口加熱裝置至少包括一個正溫度系數材料段，其中每個所述材料段的局部電阻都與局部溫度成正比關系。
41．如權利要求34至40之一所述的加濕設備，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行指示。
42．如權利要求34至41之一所述的加濕設備，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行指示。
43．如權利要求34所述的加濕設備，其特征在于，其中所述氣體輸送通道裝置包括一個雙層壁的呼吸導管，并且所述受控導管加熱裝置包括循環流動在所述雙層壁呼吸導管的內壁和外壁之間的熱流體的供應。
44．如權利要求34至43之一所述的加濕設備，其特征在于，其中所述預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。
45．一種用于對氣流進行加濕的加濕設備，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所述加濕容器裝置的一個進口和一個出口，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水汽化，從而向流經所述加濕容器裝置的所述氣流提供水蒸汽，和容器復式接頭裝置，該容器復式接頭裝置包括安裝裝置，而該安裝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，所述容器復式接頭裝置被用于使所述加濕容器裝置的所述進口與一個供應導管裝置相連接，所述供應導管裝置在使用中與一個氣體供應裝置之間有氣體相通，以便使所述氣流具有理想的壓力，和/或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。
46．如權利要求45所述的加濕設備，其特征在于，其中所述容器復式接頭裝置還包括容器復式接頭加熱裝置，用于對穿過所述容器復式接頭裝置的所述氣流和/或所述容器復式接頭裝置進行加熱。
47．如權利要求45或46所述的加濕設備，其特征在于，其中所述容器復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。
48．一種用于對氣流進行加濕的加濕設備，所述氣流被輸送向病人或需要這種氣體的其他人，所述加濕設備的特征在于，正如此處結合附圖的說明所述，并且正如附圖所示。
全文摘要
本發明公開了一種與一種呼吸補助設備協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行獨立控制的裝置。另外,本發明公開了一個容器復式接頭,該復式接頭有利于使加濕器簡便地與各種出口、進口和傳感器相連接。另外描述了一個受到加熱的導管,該導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A61M16/10GK1314192SQ01109868
公開日2001年9月26日 申請日期2001年3月20日 優先權日2000年3月21日
發明者保羅·約翰·西科因斯, 馬爾科姆·戴維·史密斯, 穆罕默德·圖德爾 申請人:菲什爾·派克爾公司