呼吸系統加濕器的制作方法

專利名稱：呼吸系統加濕器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體分散系統，尤其涉及為病人或其他需要的人制備加 濕氣體的呼吸系統加濕器，但不僅限于此。
背景技術：
許多(但不是所有的)現有的為病人或其他需要的人提供濕潤氣體(如 氧氣、麻醉氣體)的呼吸系統加濕器超鵬控制器的作用。即在呼吸循環中 控帝咖濕器輸出氣體的、鵬，受控熱源響應St的變4戰到理想的加濕氣體 輸出^it。激n的在先申請美國專利No. 5， 558, 084公開了此種力口濕控制系統 的一個實例。這種控制方法有一些不足
在有高輸入氣#^顯度(接近理想的輸出氣體溫度)的情況下，氣體加濕 以達到理想溫度幾乎不需要熱量。因此，氣體幾乎得不到加濕。
在這種控帝仿式中對鵬探測器的依賴性意味著纟鵬探測器不正確的安 裝和連接方式會損害齡加濕和呼吸系統的性能。
缺少氣流傳感器，如果有的話，它能容易地辨認整個呼吸循環的狀況以 使加濕^g (和/或供氣系統)采取相應的行動。因為氣流傳 缺乏耐久強 度和在其上產生水蒸氣凝結會導致氣流讀取錯誤，所以力鵬系統以前沒有采 用氣流傳繊。
供給病人的氣體的壓力/濕度的匹配不適合。已知供給病人用的氣體需要 一定的濕度。非接觸式(如面罩)或支管式(插管輸送氣體)氣流輸,置 需要不同的濕度。^^蟲的^t探測器不能保證達至岍需理想的^g/ 破的匹 配。
一些現有的呼吸系統加濕裝置需要病人調節控制盤，但控制盤與所要控 制的實際的物理參數沒有或很少有直觀的聯系。控制盤經常地調整所需的輸 出氣體的纟驢和/或連接加濕器和病人的導管內的加熱絲樹共的熱量(有時連 接病人的導管回至愾懶俞送端)。輸燈合病人的加濕氣體的最重要的參數是氣 體的濕度，因為濕度不足會非常ffi3l地導致病人氣管脫水。而使用者不知道 在現有的氣,漣度下，把控制指針定在明哩會得到輸送氣體的最佳濕度。在 自動操作系統中，4頓者只需向加濕系統輸入病人是以非接角弒救路導管 方式接受加濕氣體，這是一個主要的進步。
許多現有的呼吸系統加濕器顯示供給病人的氣體溫度。如前面所述，在 呼吸系統加濕器中最重要的參數是氣#^顯度。因為在輸送管路中加熱，使顯 示的^t經常與供給病人的氣體的實際纟鵬沒有關系，因而會使一般的健康 護理人員感到困惑。因此如果顯示的^it在一定程度上與所供氣體濕度有關 或反日妙t濕度，這將是一^iS步。

發明內容
因此本發明的一個目的是提供一種至少在一定禾呈度上克服以上缺點的呼
吸系統加濕器，或它至少為:oik提《^用的選擇。
因而，在第一方面，本發明提供用于為病人或其他需要這種氣體的人提
供加濕氣體的加濕體，包括
可容納一定量水的加濕室，它有一個入口和一個出口，以便使上述氣流 通過所述的加濕室，
與上述加濕室相鄰的加熱裝置，它用于向上述加濕室中的水供熱，以便 為通過，加濕室的戶，氣流提供水蒸汽，
與上述加濕室的出口相連的氣體輸ia路裝置，它用來向上述病人或其
他需要這種氣體的其他人輸^1±述氣流，
氣流探測器裝置，用于檢測±^氣流的箭速， 鵬專感體，用于檢測上述氣流的鵬 用戶輸A^置，讓用戶設定所需的，氣流^^，
控制裝置，它接受由上述氣流探測器裝置、溫度傳感裝置和用戶輸A^ 置產生的輸入信息，并控制響應上述輸入的上述加熱裝置，以維持上述氣流 的所需溫度。
在第二方面，本發明提供用于為病人或其他需要這種氣體的人提供加濕 氣體的加濕裝置，包括
可容納一定量水的加濕室，它有一個入口和一個出口，以便使上述氣流
i!31戶;M的加濕室，
與上述加濕室相鄰的加熱裝置，它用于向上述加濕室中的水供熱，以便 為通過上述力鵬室的所述氣流提供水蒸汽，戶脫的加熱體禾傭了一可測定 量的功率，
與上述加濕室的出口相連的氣體輸送通路裝置，它用來向上述病人或其
他需要這種氣體的其他人輸itJ:述氣流，
氣流探測器裝置，用于檢測上述氣流的、M，
控制裝置，它接受由上述氣流探測器裝置產生的輸入，并儲存有一種程
序，此辦可使控制裝置
i) 計算上述加熱裝置所需的功率使用量，以便在可被上述氣流探測器檢 測的氣^3I度下將戰氣流加濕到一預定水平，
ii) 確定上述加熱體當前所利用的功率，以及
i i i)如果測出的上述加熱裝置當前的功率禾,量少于，需要的功率利 用量，它可向i^加熱裝置掛共戰預定的功率量。
第三方面，本發明Jlf共用于為病人或其他需要這種氣體的人^f共加濕氣
體的加濕裝置，包括
可容納一定量水的加濕室，它有一個入口和一個出口，以便使，氣流 aa所述的加濕室，
與上述加濕室相鄰的加熱裝置，它用于向上述加濕室中的水供熱，以便 為MJ^加濕室的戶，氣流樹共水蒸汽，
與上述加濕室的出口相連的氣體輸 路裝置，它用來向上述病人或其 他需要這種氣體的其他人輸i^t述氣流，
氣流探測器裝置，用于檢測id^氣流的箭遞， ^M專感，，用于檢測，氣流的^M， 用戶輸A^置，讓用戶選擇所需的，氣流的氣術Mit水平， 數據儲存裝置，它含有在不同加濕室出口平均^^情況下不同氣體流速 時目標氣術鵬的有劉言息，
控制裝置，它接受由上述M^傳感裝置和上述用戶輸A^置產生的輸入 信息，并利用從上述氣流探測器錢發出的氣流信息重復獲得來自戰數據 儲存裝置的與所需的氣體濕度水平相對應的目標皿信息，并且改變由上述 加熱裝置提供的熱量，直至檢測的溫度實際上等于上述目標t顯度，以獲得上 述氣術顯度水平。
第四方面，本發明提供用于為病人或其他需要這種氣體的人劍共加濕氣
體的加濕裝置，包括
可容納一定量水的加濕室，它有一個入口和一個出口，以便使上述氣流
Mii^M的加濕室，
與上述加濕室相鄰的加熱裝置，它用于向上述加濕室中的水供熱，以便
為通過，加濕室的戶;f^氣流Jlj共水蒸汽，
與上述加濕室的出口相連的氣體輸送通路裝置，它用來向上述病人或其
他需要這種氣體的其他人輸31±述氣流，
氣流探測器裝置，用于檢測JJS氣流的^3i，
皿傳感^g，用于檢測上述氣流的纟，，
用戶輸入裝置，它可以是與許多氣體輸送結構之一相對應的許多預定狀 態之一，每一結構包括最佳預定的氣體^it和濕度，
控制裝置，它接受由上述氣流探測器裝置，上述^it傳感裝置和上述用 戶輸入裝置產生的輸入信息，并在上述用戶輸入裝置顯示的纟鵬和濕度下控
制，加熱裝置向，需要這種氣體的病人或其它人Jil共Jl^^流。
第五方面，本發明提供用于為病人或其他需要這種氣體的人跑共加濕氣
體的加濕裝置，包括
可容納一定量水的加濕室，它有一個入口和一個出口，以便使上述氣流
fflil戶腿的加濕室，
與上述加濕室相鄰的加熱裝置，它用于向上述加濕室中的水供熱，以便
為通過，加濕室的戶;M氣流掛共水蒸汽，
與上述加濕室的出口相連的氣體送輸通路裝置，它用來向上述病人或其 他需要這種氣體的人輸送上述氣流，上述氣體運輸通路裝置有一病人端，它 遠離與，加濕室出口相連的端點，
第一^it傳感^S，用于檢測J^位于加濕室出口處的氣流溫度， 第二溫度傳感裝置，用于檢測上述位于氣體運輸通路裝置病人端的氣流
顯^置，用于向用戶顯示^it信息，
控制裝置，它接受由上述第一溫度傳感裝置產生的輸入信息，并向上述
顯示裝置輸出信號，以向用戶顯示用上述第一和第二^it傳感裝置測出的溫 度當中哪一個是較低的^g。
第六方面，本發明提供用于為病人或其他需要這種氣體的人Jlf共加濕氣 體的加濕裝置，包括
可容納一定量水的加濕室，它有一個入口和一個出口，以便使上述氣流 M所述的加濕室，
與上述加濕室相鄰的加熱裝置，它用于向上述加濕室中的水供熱，以便
為mi^加濕室的戶;M氣流掛共水蒸汽，
與上述加濕室的出口相連的氣懶俞織路裝置，它用來向上述病人或其 他需要這種氣體的其他人輸^M氣流，
氣流探測器裝置，用于檢測J^氣流的^i，
控制裝置，它接受由上述氣流探測器裝置產生的輸入信息，并將測出的 上述氣流的流速與預定需要的最小氣體流速進行比較，如果測出的速率小于
上述預定的最小速率，則將加濕裝置于操作的安全方式。
第七方面，本發明提供用于為病人或其他需要這種氣體的人掛共加濕氣 體的加濕裝置，包括
可容納一定量水的加濕室，它有一個入口和一個出口，以便使上述氣流 通過戶/M的加濕室，
與上述加濕室相鄰的加熱裝置，它用于向上述加濕室中的7jC供熱，以便 為通過，加濕室的戶皿氣流樹共水蒸汽，
與上述加濕室的出口相連的氣體運輸通路裝置，它用來向上述需要這種 氣體的病人或其他人輸送上述氣流，上述氣體運輸通路，有一病人端，它 遠離與，加濕室出口相連的端點，
濕度傳感體，測定上述用于病人的氣流濕度，
計時裝置，可用于給某種加濕^e計時，
警報裝置，給它提供能量后，可用于在一段預定警報時間后提供警告信
號，
儲存裝置，儲存有不同相關測定濕度值的警報時間，
儲存有一種辦的控制驢，lt鵬可使控制裝置
i)接受/AJJSMit傳感^g測定的濕度值的輸入信息，
i i)從戰儲存體獲得與上述測定的濕度值有關的警報時間，
iii) 啟動，計時裝置，
iv) —直等到JlM計時裝置所消耗的時間等于戰警報時間， V)向上述警手^S樹共能量以產生戰警告信號。
第八方面，本發明提供用于為病人或其他需要這種氣體的人掛共加濕氣 體的加濕裝置，包括
可容納一定量水的加濕室，它有一個入口和一個出口，以便使上述氣流
iM戶，的加濕室，
與上述加濕室相鄰的加熱裝置，它用于向上述加濕室中的水供熱，以便
為fflii，加濕室的戶;M氣流掛共水蒸汽， 力口熱裝置功率禾,傳感體，可監測戰加熱裝置洲頓的功率，
加熱裝置的傳感裝置，可測定戰加熱裝置的溫度，
與上述加濕室的出口相連的氣體運輸通路裝置，它用來向上述需要這種 氣體的病人或其他人輸送上述氣流，上述氣體運輸M^各裝置有一病人端，它 遠離與，加濕室出口相連的端點，
警報裝置，給它提供能量后，可用于在一段預定警報時間后提供警告信 號，以及
儲存有一種辦的控制驢，此辦可使控制裝置
i)通過從上述加熱裝置傳感裝置測定的加熱裝置溫度中減去由上述
氣流 傳感 測定的氣 ，來確定 差，
i i)由，加熱裝置功率利用傳感，來確定加熱裝置的功率需要量，
iii) 由戰功率需要量除以上述鵬差，計算出導熱系數，
iv) 如果上述計算的導熱系數小于預定最小可允許的導熱系數，則啟動上
第九方面，本發明包括用于為病人或其他需要這種氣體的人Mf共加濕氣
體的加濕裝置，包括
可容納一定量水的加濕室，它有一個入口和一個出口，以便使上述氣流 通過所述的加濕室，
與上述加濕室相鄰的加熱裝置，它用于向上述加濕室中的水供熱，以便 為M;上述力鵬室的所述氣流提供7jC蒸汽，戶腿的加熱裝置利用了一可測定 量的功率，
與上述加濕室的出口相連的氣體運輸通路裝置，將氣流傳送給病人或需 要此氣體的人，
氣體輸送路徑的加熱裝置，能夠至少為氣流輸送路徑長度的一部分提供 熱量，
氣術驢傳麟，其用于檢測MJ5腿加濕室輸出的戶脫氣流的鵬， 用戶輸入器，使用戶能輸入一所需的溫度補償值，此值是在測得的氣體 ^g和輸送給病人的氣流 之間所需的差值， 控制器，儲存禾號進行以下操作
i) 用氣術，探測激則定加濕器輸出的氣體溫度，
ii) 從用戶輸入離受驗補償值，
iii) 將氣術鵬和^JtlM嘗值相加，計算氣路中的纟鵬設定值，
iv) 沿氣^f俞皿置的長度，為氣MHi^徑的加熱^S掛糊糧，增加
氣流^g的^g補償值。
對于本領域的技術人員而言，不偏離本發明權禾腰求書限定的范圍盼瞎 況下，本發明可有結構方面的許多變化禾哆變的實施例和應用例。此處的闡 述和記載只是用于說明而不是要限定本發明。
本發明如前戶，，以下的實施例給出其結構設計。


將參考隨后的附圖描述本發明的最佳實施方式，其中 圖1為對應本發明的最佳實施方式構造的氣流探測器前視圖，
圖2為圖1所示氣流探測器的仰視圖，
圖3為呼吸環路的橫截面偵艦圖，示出了裝在導管中的如圖l所示的氣 流探測器，
圖4為如圖3所示的呼吸環路的仰視橫截面圖，示出了裝在導管中的如 圖1戶服的氣流探測器，
圖5為M圖1所示氣流探測器的呼吸加濕器的示意圖，
圖6為用于圖5所示的呼吸系統加濕器中的濕度和纟鵬控制系統的最佳 實施方式的流禾呈圖，
圖7為所需的出口Mit (為達到理想的纟破)與氣^0M之間的函數關 系曲線，用以說明用于圖5所示的呼吸系統加濕器中的M^和/^g控制系 統的最佳實施方式，
圖8為圖5所示的呼吸系統加濕器實例中溫度(露點)與報警時間之間 的函數l系曲線。
具體實施例方式
參考附亂尤其是圖5，示范了本發明的呼吸系統加濕器的一個最佳實施 例。呼吸系統加濕器包括一個通氣口即供氣^S，其中氣體(如氧氣、麻醉
劑或空氣)由氣體壓縮機1的出口 2經導管6至入口 3 iiA加濕室4。加濕 室4有一個密封在金屬基座7上的腔室，它可以是塑料制成的。加濕室4裝 有一定量的水8，在加濕器10的控制器11控制下，加熱板9將7jC加熱。
容器4中的水在加熱時慢慢蒸發，水蒸氣與從供氣,1 Mil加濕室的 氣流混合。然后，濕潤的氣體從出口12離開加濕室，通過導氣管即吸氣導管 14被病人和其他需要此氣體的人13吸入。為降低水蒸氣導氣管中的冷凝并 提高供給病人的氣體的溫度，可以安裝一個受控制器11控制的加熱絲15。
圖1顯示了一罩在病人鼻和口上的氣體面罩16 (作為非接觸式氣Mir送 裝置)，然而存在許多氣體輸魏置結構，如有這樣一種插管，其中一導氣管 安在病人的氣管內以形成病人氣體通路的旁路(插管ffl^各式氣^^，置)。 也可以為病人呼出的氣體掛共一回至鵬氣裝置1的回路。在這樣的方式中， 在病人13、吸氣導管14、和連接供氣裝置入口 (未畫出)的呼出氣體導管(未 畫出)之間安裝一 "Y"型管。
控制器ll可以含有一個與記[乙存儲器相聯的微機處理器或邏輯電路，存 儲器中含有軟件禾辨。當通過控制器ll執行時，該禾將根據設在軟件中的指
令，也可響應外部輸入信號來控帝咖濕系統的操作。例如，可以從加熱板9 向控制系統11輸入信號，控制系統11就得到加熱板9的St和/或能量j頓 割言息。另夕卜控制器ll可以得至愾流離的輸入信號，例如可以將一個驗 傳麟即纟鵬探測器17置于或tt病人身體，以顯示病人吸入的氣^ag， 可為控制器11樹共另一鵬探測器以指示從加濕器4的出口 12流出的加濕 氣流的，。進一步地，可以在呼吸循環的樹可部位("呼吸循環"包括氣流 通過的加濕系統的各部分)安裝氣流傳麟即氣流探測器19。圖5所示氣流 探測器19裕鵬探測器18同樣的位置，兩裝置可以如下戶腿安裝在一個探 針中。
向控制器11進一步的信號輸入可以是用戶輸A^g即開關20，它可以允 許^fOT者(健康護理專家或病人本人)選定一理想的氣流^t或氣術皿，
翻開關20選擇性地控制其他功能，如控審咖熱絲15釋放熱量^/人一些自
動氣體輸送曲線中(在后面描述)選擇一種。
在下面詳細記載以上戶，匕系統(或其中某部分)的一M^實施例。 氣流探測器
圖1和2顯示了氣流探測器19的雌形式。氣流探測器19 tt以塑料 材料如聚碳酸酯模塑帝喊。它有一個基座30用于安裝導線(圖3、 4的48)， 以向控制器ll傳入和從其傳出電信號。從基座30突出的結構是套管31，其 中至少有一個傳 外殼32和33， 32和33的^ig端從基座30突出。傳感 器外殼32和33的橫截面雌為圓形，縱剖面逐漸變細成為錐體，遠離基座 的一端(傳感末端36)有一圓尖。
圖1所示是兩個傳ii^外殼32和33。在這實施例中顯示， 一個傳，外 殼32作為纟^傳 ，另一為氣流速度傳感器。在32和33中是分別用于測 定加濕系統iy^和^I各自的性質的傳感器34和35，可以是熱敏電阻(依 賴鵬的電阻)。就傳繊34而言，控制器通過熱敏電阻輸出一個電壓，并 以通過熱敏電阻的電流的形式接受一個溫度信號，此電流依賴于氣^^it。 為了保護熱敏電阻34， 32#(專 ^包裹。盡管如此，在熱敏電阻和氣流
之間僅有一薄層塑料材料，所得Mit^^準確。
對于傳感器35，控制器可以間斷的向熱敏電阻傳輸電流一段時間，以加 熱熱敏電阻達到一個己知的第一溫度，然后斷路，監控熱敏電阻的溫度變化 (通過監控其電阻變化)。控制器11此時可以啟動計時器，測定熱敏電阻的 溫度降到第二預定^Jt所需的時間。由于氣流從被加熱的熱敏電阻將熱量帶 走，熱敏電阻的iOit在一已知氣流橫截面(如導管直徑12mm)上,，一預定 》鵬降到第二 頁定纟鵬的時間，為控制器11劍共了氣^^I附旨示指標。可 以看到熱敏電阻35沒有按34的方式被^tP包裹。因為在熱敏電阻35和氣流 之間的樹可一層物質將影響從熱敏電阻向氣體的熱量傳導速度，導致降低流 速讀數的精確度。
在Ht—步優選的實施例中，通過向熱敏電阻35輸送電流將^f提高 到高于氣流 鵬一預定的離差(如60°C)以測定氣體》髓。控制器11監
控熱敏電阻35保持預定溫度差而所消耗的能量。與氣流橫截面有關的^4^
用量(如氣流探測器導管直徑約為12mm)向控制器11掛共,速指示，{鵬 制器ll能確定氣體的實際^1。為使熱敏電阻35能保持此一，差，必須 間斷的測定熱敏電阻35的實際ag并將其加熱。這可以M從熱敏電阻臨時 斷開加熱電流，和施加一M熱敏電阻35的低感應電壓，并測定通過熱敏電 阻35的電流。按這種方式，可以很決地測定熱敏電阻35的電阻，從預先儲
存的指標溫度與熱敏電阻35的電阻的函數關系曲線推算出MMi:。如果實際
溫度差小于預定的溫度差，可以去除感應電壓和重新施加加熱電流，或實際 ^t差達到，出預定的^it差，控制器會延遲向熱敏電阻35供熱。
當氣流探測器19暴露的表面^低于通過它的加濕氣流的溫度時，在其 表面會產生冷凝。應認識到在氣流傳感熱敏電阻35上樹可液態水的積聚將不 利于讀取流速，因為液態水將吸收部分熱敏電阻產生的熱量。為降低或消除 液態水在傳繊上的積聚，本發明 實施例的氣流探測器魏至少一個凸 起的翼狀裝置。在圖1和2所示的實施例中每個傳繊外殼有兩個翼37、 38、 39和40 (當然每個傳自外殼可以有一個翼)。旨凸起翼的橫截面為矩形， 從套管31沿傳繊外殼長軸伸展至傳繊外殼的傳感末端(當然凸起翼不必 沿傳繊外殼的全長延伸)。在此雌的實施例中，在其 ^:度中凸起翼的 外緣與傳感器外殼中心線的距離恒定。由于傳繊外殼漸細，翼狀突起的縱 剖面tt^為垂直于傳感器外殼表面延展的三角形。雌翼狀突起與氣流探測 鵬術莫塑在一起，也可以與蹄臘翼狀突起，將其安裝至U傳繊外殼表面。
現在參考圖3、 4，在使用狀態，將氣流探測器插到導管連接器42的傳感 器輸入口 41中。傳繊輸入口 41的HA導管連接器垂直延伸成圓筒形。導 管連接器42連接呼吸循環的兩個導管43和44，或可以選掛每^i塑成導管 的一部分，如作為吸入導管14的一部分。從圖4可以清楚地看到，氣流探測 器19安裝在氣流中的位置應保證將翼狀突起37、 38、 39、 40調整到與氣流 平行的狀態(如箭頭所示)。在傳繊外赴產生冷凝時，由于在傳繊外殼 表面和翼狀突起的連接線周圍形成一低表面張力的局限區域，再加上氣流流 過傳感末端36的表面時因氣體的流動，冷凝液會從傳 的末端36流走。因此，冷凝液會沿交線(如線45)從傳感末端36向套管31自由地流走。
為保證做到這一點，將氣流探測器19安裝到傳麟輸入口 41時，要將 翼狀突起的位置與氣流作相應的調整(因為不作相應的調整不能達到從傳感 末端除去液體的理想效果)，本發明優選的實施例在tt套管處有一突出于基 座30的"V"型齒狀裝置鄰。在傳 輸入口 41的壁有一 "V"型的凹槽即 固定的定位凹槽47。相應地，用戶插入氣流探測器時要找到此凹槽，以使氣 流探測器全部而嚴密地插入到導管(或導管連接器)中，因此，必須轉動氣 流探測器直到46和47結合在一起，此時氣流探測器即l皮正確安裝，倉嫩使 冷凝氣如前臓從傳繊末端流走。
進一步，為保證氣流感應熱敏電阻35工作產生的熱量不會影響^j^感應 電阻34，在圖4可以看到，對于鄰和47的位置的調整，^^和氣流感應電 阻要橫穿過氣流(g環沿氣流的方向安裝)，因此它們不會相互影響。同樣， 將發熱的氣流感應電阻35安裝在^^感應電阻的上游，使其產生的熱量被氣 流從鵬感應器帶走。
本發明的，方式采用一個可靠的氣流探測器，其優點是加濕裝置可以 通過監控警戒指示狀態的流速和驗來識別損害力鵬裝置性能的狀態一 如發 生抽氣、斷路和噴霧。 一旦識別了一種發生的狀態，系統會采取適宜的反應 (如發出警號或切斷加熱板的熱量)。例如，檢測不到具有關聯的低(環境) 溫度的氣流時，加濕裝置可以判斷^S探測器是否被正確地安裝或被從回路 中除去。
以下是針對本發明的J雄形式的氣流探測器的一^M的應用例。 濕度控制系統一最小能量法
供給病人13 M他需要氣體者的氣體的一個重要的參數是濕度。已知過 于干燥的氣體(有介于60%—70%之間的低的相贈顯度)會i，人氣管快速 脫水引起不適。對應于本發明的 的實施例的加濕裝置的控制器11包括一 設法將氣流相贈鵬維持在理想水平(高于90%)的控制系統。采用這種控 審仿式所需的一種情況是將力鵬室4入口氣體的 鵬升高到近似于出口氣體 溫度。在這種情況下，由于只需少量能量供給氣體(以升高欺顯度)，在加濕 室中的水就不會得到足夠的能量，因此就不會得到足夠量的7jC蒸氣以加濕氣 體，相應地，當供給病人的氣體的t鵬誠時，相贈破就不統。當入口 氣體溫度比出口氣休^顯度低很多時，可以設想在Jlf共大量能量將氣，度提 高至鵬想值的過程中，會蒸發加濕室中的大量水，相應地氣體的相贈破將
會提咼。
為控制輸送給病人的氣流的濕度，本發明的加濕裝置需要涉及氣體^ii 的信息。如上戶，，可以通過將氣流探測器插入氣流達到這一目的。參考圖
6的流程示意圖描i^一控制系統。
此控制系統始于方框49，給加熱M電，加熱加濕室4中的水。在方框 50，控制器讀取一個預定的濕變，此纟Sit可以由制造者預先設定在存f諸器中， 或由用戶通過用戶輸A^置如圖5的輸入器20輸入。在方框51中，控制器 11從熱敏電阻傳感器得到信息以確定氣流速度(可以按前面所述的方式進 行)。在方框52中，控制器11確定在觀勝的箭速下為產^^需的氣流纟鵬需 要的最小能量。這可以通過iOT儲存在內存中的公式計算得到，或,與控 制器11關聯的 存儲器或記憶裝置中儲存有在一系列預定的濕度條件下 》髓和對應的所需最小能量的查詢表，i頓觀幌的^I和所需的濕度值，通 過控制器査詢對應的最小能量。控制器11可以通跡則定氣^M和得到一個 用戶輸入的預定的f破，計算(鵬擇從實驗或預冼計算所得的查詢表得到) 出一個在此^I下得到預定的t破所需的蒸魏率，最鄉彌定加熱板9所需 能量。控制器然后能計算出(或選擇從實驗或預先計算所得的査詢表得到) 需由加熱板9樹共的能量，以產生為達至IJ所需濕度而確定的蒸魏率。
在方框53中(在此方法中不是必需步驟)，氣體的出口，經^探測 器(或M氣流探測器19的^t傳感部分)反饋到控制器，引起加熱板鵬 或能量的改變，控制器18通過這種方式，將氣體離開加濕室出口時的、鵬控 制在一預定河以由用戶或制造商確定)值(如37'C)。
在方框54中，觀啶加熱板9的即時能獻擁量，確定加熱板的能獻, 量是否小于在方框52中計算所得值。控制器11可以iM測定供給加熱板的 電流，將其乘以加熱板的電壓，得到加熱板的即時能量利用量。另外，可通
過計算加熱feffi電時間百分率并乘以其額定功率，從而確定加熱板的平均能
量。例如，加熱板的通電時間為40%，其額定功率為150瓦，那么加熱板的 能量利用量將是60瓦。可以假定加熱板的電壓恒定，如果測得的即時育遣利 用量不小于提供預定濕度必需的最小能量，那么回到方框50，重復前皿程， 病人得到具有適宜加濕程度的氣體，直到方框54判斷顯示加熱板能量消耗量 已降低到劍共充分加濕的氣體所需的能量之下。
此時，轉向方框55的控制步驟，增加掛共給加熱板9的會糧(如艦改 變向加熱板提供的電壓的調制脈沖寬度或單純增加可變的供給電壓)達到方 框52確定的水平，以使氣體被充分加濕。這可導致出口氣^^^升高至高于 設定的^it，然而這是掛共充分的加t砂;f必需的。然后在方框56的步驟中檢 查(在此方法中此步驟也不是必需的)出口氣術，是否已降至預定的、， 之下。如果出口氣體溫度已降至預定的溫度之下，可以推測如同在一絕對高 于假定的入口氣體^it的溫度下，氣懶每達到所需的加濕程度。如果出口氣 ^^JS沒有降至預定的溫度之下，那么繼續向氣體提供計算所得的最小能量 水平。由此可以看出
1) 缺少纟鵬探測器時，控制系統繼續向加熱板提供達到充分加濕所需的 計算所得的最小能量，或
2) 當提供^探測器時，控制系統以兩種方式工作，第一種"正常"方 式為，按己知途徑控制出口鵬在一理想值，直至加熱板的能量利用量降至 顯示加濕不充分的水平；此時一新的控制方式開始工作，以保持加熱板能量 使用量在計算所得的最小水平，直至出口Mit降低到低于一預定鵬指示出 進口氣術鵬已經顯著降低到{妙離室能向氣流樹共充分的熱量和》破。 加濕控制系統一預定濕度法
以下參考圖7描述以上0M加MS制系統的另一可選擇的方集。根據這 一雌的控制系統，可以在任 速度下，將加濕室輸出的氣體的f鵬控
制在任一預定的水平。 {，上述氣流探測器，測定氣^ai度，參照加濕
室輸出^g對^I和或呼吸循環的函數曲線，達到控制氣#^驢的目的。 圖7顯示加濕室輸出特征曲線的一*仔，其中可艦于給定的所需濕
度，隨1^C體^I增加，力口濕室出口氣術鵬急劇地顯著降低至一固定《鵬。 可以用實驗方法得出一些出口氣體^U^和濕度關系的信息，并存在存儲器中 (如以一個或一些檢索表的形式)，可以ilil控制器11查詢。
根據這種控制系統，用戶艦用戶輸入器20向控制器11輸入一預定的
MS,所用的用戶輸入器有一指針控制盤或控帝iM^:。向加熱板9通電以加
熱加濕室4中的水，通過鵬探測器18 (或氣流探測器的驗傳感部分19) 向控審U器11輸送測出的輸出氣術鵬。^f頓氣流探測器19測得的即時氣流 速度和測得的》驢，控制器U向存儲器彭旬以確定在現有氣術鵬下，為達 到預定的濕度所需的出口氣術M的目標值。
此時，控制器11控制向加熱板9的供能，以得到在現有氣術鵬下為達 至顧定的濕度所需的預定出口氣^it目標值。例如，向加熱板9的供能方 式，可以用供給電壓的脈寬調制(PWM)的方法改變供給加熱板的能量，或可 選擇向加熱板掛共一可變的電壓。
當氣體箭魂鋼戶設定的濕度發生變化時，控制器ll從存儲器自動確定 一修正的出口氣術鵬目標值，并適當地控審咖熱板9掛共此出口氣術鵬。
例如，對于一用戶設定的氣體濕度為44mgH20/L，測得的氣流速度F1，控 制器11查詢存儲器中的檢索表確定出口氣體溫度的目標f，為37°C。然后 控制器ll向加熱板9供給會疆(如艦P麗控制供給的電壓或電流)，使溫 度傳感器34測得的出口氣體^g基本等于產生44mgH20/L的所需絕X^顯度的 鵬目標值37。C。
作為對控制系統的補充，也可以向與控制器ll關聯的內存，衛共涉及 呼吸循環冷繊寺征指數的信息。控制器11可以向加熱絲15供給能量，以控 審賺外加熱流經管路的氣體，從而降低管路中的水蒸氣冷凝。這也可以減少 流經管路的氣體濕度的變化(因為在冷凝過程中少量水分從氣體中分離出 來)。在此控制系統中控制器ll可以調働t]熱絲15衛共的熱量，使能夠在控 帝愾流鵬的同時控制》鵬(雖然實際加熱絲產生的升溫只能是幾度)。然而， 如果氣術顯度過量(為產^￡夠高溫的氣體)，控制器11也可以艦啟動結 露(rain-out)功能，設定加熱絲狀態以降低氣術顯度。控制器ll然后適當
地調控加熱板和加熱絲狀態，以最好地向病人提供所需氣術鵬和鵬(用 戶設定)。
加濕裝置的自動控制一"單按鈕式加濕器"
圖5所示的加濕裝置的任一控制系統的工作，可以^fra濕器的〗頓十分
簡便的，只需用戶最小限度的輸入。圖5展示了一個便于4頓的加濕體的
例子，只有唯一的用戶i!f入開關20。開關20 有一系列對應于預定氣體
輸送數據結構的狀態或位置。 一種氣體輸送方式是插管法，另一種是非接觸
法。開關20的每一位置或狀態，在與控制器11關聯的內存中都存儲有所對 應的最佳所需濕度和鵬值。例如，對于插管式氣體輸送方式，最佳^it可 能是37t:，最佳 鵬大約是44呢恥/1氣體，而對于非接觸式氣^ii送方式， 最佳，可能是32°C，最佳、 大約是30mgH20/L氣體。
通過使用以上所述的任一控制系統， 一旦氣體輸送方式確定，不需要用 戶進一步調整即可控制加濕體的運行。控制器11將重復測定出口氣^^it 和氣流速度，調整加熱板的能量并可能調整加熱絲狀態的設定，以自動向病 人13自動劍共最佳(或盡可能接近最佳)的氣術M和濕度，使之不受^il 和出口氣體^it變化的影響。 用戶輸出一溫度顯示
根據本發明另一方面的加濕裝置的進一步的特征是增加了顯示器60 (圖 5)，以向用戶顯示輸送給病人的氣體^it。需注意此特點不 于在呼吸環 路中插入的氣流探測器。顯示器60由控制器11控制。已知其他呼吸系統加 濕器也包括顯示器，但所顯示的^ug，是固定不變的，其可以是呼吸循環14 中病人端的Mit (如鵬探測器17所測得的)鄉Q濕室出口的氣^Jt (如 鵬探測器18所測得的)。
許多健康護理人員將顯示的溫度看作是在氣體中含有一定量水分的溫 度。只要供給病人的氣體的相X寸濕度是100 %時(即氣體盡可能多得含有在 現有溫度下所能含有的水蒸氣量)，供給病人的氣體的，在臨床上將是準確 的。然而，如果在現有^S下所輸送的氣體所含水分少于可能的最大值，那 么單純顯示所輸送的氣體溫度的加濕器將使護理人員誤認為病人正在接受高
于實際水平的M^。
在本發明的 方式中，顯示器60顯示的，是傳自17或傳感器18 所湖幌的》鵬值，不管它們誰是最低的一個。例如， 一個為37'C的氣體出口 ^it和絕對濕度44mgH20/L氣體(近似于相X^顯度100%)可以轉換成吸氣導 管病人端的Mit 35'C和病人接受的鄉Mf鵬35mgH20/L氣體。因此，當導管 中的氣體保持在約100%相贈顯度時，由于離的陶氐，有9mg恥/L氣粘 吸氣導管中凝結。在此瞎況下，顯示給病人的相應的^t是35。C，即在此溫 度下相對i顯度100%的氣體含有35'C所代表的水分量。
如果氣體出口溫度是37°C，鄉feX^顯度是44mgH20/L氣體(100%相)(^顯度)， 病人端的 鵬是39"C，纟M^鵬是44mg恥/L氣體，那么顯示的臨床上最相 關的^it^當是37"C。這是因為，雖然氣術鵬己經上升，至跶病人處的氣 吸氣導管中沒有得到另外的水分供給，所以其相X啦顯度不再是100%。 到達病人處的氣體的纟Mf顯度實際與37"C的氣傳》，相關聯，因為這，應 于加濕氣體中的水M量的溫度。在任何情況下，經常是在與病人相距30cm 以上的距離測定病人端M，氣體到達病人處時，溫度經常己降低，所以較 低的溫度37'C對于護理人員更相關。
自動的斷流待ia狀態
如前所述，在現有的許多加濕系統中，控制器單純檢測溫度以調整加熱 板9禾口/或管路中的加熱絲15提供的能量。當氣體^f，置或^UI 1與呼 吸循環斷離，這種控制方式將檢測不至W鵬，因為沒有氣流^3±鵬檢測器。 此時控制器通過增加供給加熱板9和/働鵬絲15的能量以設法增加氣鄉 度(控制器推測在呼吸循環中還有氣流)。^t檢測器不能測得這一實際不存 在的"氣流"^Jt的增加，控制器ll繼續增加用以加熱此不存在"氣流"的 能量直達危險的，號。如果此時重新提供氣體，供給病人的氣懶每達到危險 的鵬。
為避免發生以上一系列過程，加濕系統應安裝根據本發明 形式的氣 流檢測器。控制器隨后觀啶加濕器中是否有充足的氣流(如15L/倂中)保持 正常的安全運行。如果發現氣流不足，那么加濕器設置在一安全運行方式。
此安全方式包括對加熱板9的纟鵬限制和/頗供給加熱板9和/働Q熱絲15 的工作電壓的限制(即控制能量水平)。
力口濕系艦提微艮難置(如聲音報警或視微艮警)，以便當在一段時間 內供給病人的氣體低于或高于所需的濕度時提醒病人(或護理人員)。己經發 現應當設定報警器在某H^寺定時間之后發出警報，該時間取決于所需濕度和
實際提供給病人的f，之間的差li:。 二者之間的差《M大，報警時間越早。
圖8以一種可能的圖解方式顯示了如何根據病人生理所需的濕度設定報 警時間。內存中存有一些不同的"濕度曲線"，每一值分布于預定的所需濕度 值周圍(此例中示出37"C時所需濕度值。可以方便地用表格表示^^差和報 警時間之間的對應關系，將此表格存于例如可被控制器11讀取的R0M (只讀 存儲器)中，從而控制器測定濕度差，查閱表格中的差值(根據所需t雖值 選擇表格)，lt蹉值樹共等待發出警報的大約時間。測量所掛共氣體的纟破的 另一種方法可以是監測氣體實際的露點(產生水蒸氣凝聚的溫度)并測定實 際露點和所需或最佳露點(如37'C)之間的差值。例如，可以假設實際露點 是加濕室4》鵬和管路的》鵬中較低者。 水用盡警報器
在帶有加濕室4的呼吸加濕系統中，為了i妙鵬器離^^f共水蒸汽， 必須保持某一最低的水平面。因此，對病人給予加濕氣體的健康護理人員應 該偶爾檢查水平面，并在必要日中添加更多水。此工作有時被忽略了。
當水平面降至不足并發出警報時，可以利用加濕系統中的可自動測定的 氣流探測器19。 ^M加熱板9^Jt、力口濕室4^ (或室出口^)以及 加熱板9功率需要量(當前用于加熱板的功率數)都進行監測，將它們用于 下列等式而得到導熱系數值
導熱,系數=.力n^teft帛胃，:
加熱板溫度一加濕室溫度
控制器11將計算的導熱系數值與預定的閾值(其本身取決于氣流探測器
19測定的氣術 )進行比較，此閾值可在各種氣術腿下aiii微測得。 計算的導熱系數值可以每5併中更新一次，警報可在計算的導熱系數降至閾
值5-10射中后發出(或者立即發出警報)。下面^ffi過i，測定的導熱系數
值的實例和不同流速時的閾值的iM實例 箭d! = 10升/分
導熱系數=1. 26W/°C (加濕室4中有足夠7jC) 導熱系數=0. 26W/°C (加濕室4中沒有水) 預定閾二O. 5W/°C
臓=40升/分
導熱系數=1. 81W/°C (加濕室4中有足夠水) 導熱系數二O. 42W/°C (加濕室4中沒有水) 預定閾=0. 8W/°C
可將不同^I的預定閾itr:存在可l鵬制器11讀取的ROM中，以便控制 器11可簡單地測定氣體的當前、鵬、計算導熱系數的值、根據當前^3I讀取 ROM中的表格、以及讀出相關的預定閾值。如果計算的閾{直大于計算的導熱 系數值，則控制器ll將在發出警報前等候預定的一段時間(例如5或10分 鐘)，以便在輸送至病人的氣仿《顯度未損失的情況下水平面可以達到最高。 加濕室凝固點探測
在帶有導管加熱金屬絲的呼吸加濕系統中，通常要控制溫度和濕度，以 便使供給病人的氣體按所需的a^和濕度輸送。在一些情況下，導管加熱金 屬絲15供給足夠的能量以升高呼吸循環中氣體的溫度，^^人得到所需溫 度。有時，從導管加熱金屬絲(甚至100%工作循環)得至啲有限功率不足以 將氣術^t提高到病人需要的氣體溫度。更為特別地，在導管14的病人端這 些加濕系統不能維持所需的氣^^Jt，由于加濕氣體向導管壁釋放出太多熱
量，通常導致冷凝作用或導管中出現"結露(rain-out)"。根據本發明進一 步 的實施方式，本控制器包括一種M^，問題或使其最小化的系統。
因此，根據本發明的 形式的呼吸加濕系統是用來維持沿導管14長度 的"溫度梯度"并由此調節病人所需的溫度(或"氣管設定值")，而不是將 病人的氣體^Jt保持在所需水平。氣管設定值按如下計算
氣管設定值=力口濕室出口》Ug +韋M嘗值 其中"補償值"例如為3'C，等于沿導管14的所需纟，梯度。還應知it^， 擇的"彬嘗值"有賴于導管的物理特性和結構。
例如，補償為3'C和加濕室4出口氣體溫度為37'C時，適當地給加熱金 屬絲15掛共能量(如調節其工作循環)以將供給病人的氣術鵬維持在40
°c。類似地，如果加濕室出口溫度降至3rc，則將供給病人的氣術^jg控制
在34°C。在這兩種情況中，沿導管保持有+3"C的M^梯度或纟顯差以盡可能 降低或消除冷凝作用。
如發現不能維持所需的補償值(g卩，加熱金屬絲不能將導管中氣體的溫 度升高至所需的計算值，此計算值^I過導管14的病人端附近的溫度傳,
測定的)，夷卩么控制器ii^M^加濕室出口 鵬(例如，m^^用于加熱 板9的功率的工作循環)以便維持沿導管的所需補償值。例如，如果補徴顯
度值不能以至少2'C保持15^H中，剛雜制器設定一禾號，使其以將加濕室 出口、M以0.5'C的檔次開始降低(至最小值35.5'C)。例如，當補償值為3 'C和加濕室起始出口溫度為37'C時，應將供給病人的氣^制在40°C。然而， 若送至病人的氣體為38. 6°C (實際補償值或差值僅為1. 6°C)，那么15射中 后控制器11將使加濕室出口溫度降至36.5°C。然后重U:述計算，若到達 病人的氣術鵬不能維持在39.5'C，夷P么控制器將再次斷氐加濕室驢。此 過程將重復至達至脂g保持所需導管補償^g的加濕室出口^^。而且，控制 器ll然后將升高加濕室出口氣術驢，以將供給病人的氣體再次達到所需溫 度，但僅在補徵驢受限的情況下可以完成這一過程。如果外周環境發生改 變，也可能出現，情況。 '' 因此，至少在 形式中，本發明聯合所有或一些上述特征而提供一種
呼吸加濕系統，此系統倉繼至啦帝咖濕氣體的濕度和/^g的目的。依據本 發明一個實施方式的氣流探測器能確保、鵬測定準確，而沒有冷凝作用影響
傳感器。此準確性增強的部分原因是由于定位系統能保證氣流中的氣流和/
或 鵬探測器的正確定位。由于用這種氣流傳感器能準賺則定^i，本發明
的控制系統能給病人掛共一種控制在所需f鵬的氣流。本箭速傳繊也可"自 動"控制，這樣用戶不需要不斷地監觀咖濕器的輸出和改變輸入而達至lj所需 的改變，用戶僅僅需要將病人的氣體輸送狀況輸進加濕器，夷卩么加濕器在不 需要用戶進一步輸入的情況下就能提供所需的氣體溫度和濕度。加濕器也顯 示與送至病人的氣體具有臨床相關性的氣術鵬值。另外，根據本發明其它
ttit實施方式的呼吸加濕系統包含各種優于現有技術的安全性改進。
權利要求
1.用于為病人或其他需要這種氣體的人提供加濕氣體的加濕裝置，包括可容納一定量水的加濕室，它有一個入口和一個出口，以便使上述氣流通過所述的加濕室，與上述加濕室相鄰的加熱裝置，它用于向上述加濕室中的水供熱，以便為通過上述加濕室的所述氣流提供水蒸汽，所述的加熱裝置利用了一可測定量的功率，與上述加濕室的出口相連的氣體運輸通路裝置，將氣流傳送給病人或需要此氣體的人，氣體輸送路徑的加熱裝置，能夠至少為氣流輸送路徑長度的一部分提供熱量，氣體溫度傳感器，其用于檢測從所述加濕室輸出的所述氣流的溫度，用戶輸入器，使用戶能輸入一所需的溫度補償值，此值是在測得的氣體溫度和輸送給病人的氣流溫度之間所需的差值，控制器，儲存程序進行以下操作i)用氣體溫度探測器測定加濕器輸出的氣體溫度，ii)從用戶輸入器接受溫度補償值，iii)將氣體溫度和溫度補償值相加，計算氣路中的溫度設定值，iv)沿氣體輸送裝置的長度，為氣體輸送路徑的加熱裝置提供能量，增加氣流溫度的溫度補償值。
2. 根據權利要求1戶，的加濕裝置，其中所述的控制裝置還,執行以 下步驟的，，iv)確定沿氣體運輸鄉各，是否達到戶，補徵Ug，如果在一段預定時 間后還沒有達到所述補徵顯度，則控制，加熱裝置，以減少一預定量的用 戰氣術鵬專感體測定的鉱
3. 根據權利要求i戶皿的加濕^s，其中戶;M的控制裝置存有執行以下 步驟的辦Vi)重復步驟(i) - (vi)，直至保持沿戰氣體運輸m^各裝置的補^ag。
全文摘要
本發明公開了一種用于加濕系統的氣流探測器。該氣流探測器適用于在加濕的氣流中定位，以便此氣流被用于醫院的病人。本氣流探測器通過引入兩種傳感器檢測氣流的溫度和流速，探測器的形狀和定位因可以減少傳感器偶爾出現的冷凝作用，能夠保證讀數精確。還公開了許多可能的應用例，其中使用了氣流傳感器的加濕控制系統，可向病人提供所需的濕度量或簡化了病人需要的輸入項目，或者其中流動傳感器向控制器提供氣流信息，然后可將此信息用于判定某種可能是危急的情況。
文檔編號G01F1/688GK101112637SQ20071013661
公開日2008年1月30日 申請日期1998年6月17日 優先權日1997年6月17日
發明者L·G·格拉登, P·J·萊昂納德, P·J·西根斯, S·W·麥克菲 申請人:菲舍爾和佩克爾有限公司