呼吸系统加湿器的制作方法

专利名称：呼吸系统加湿器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体分散系统，尤離及为病人或其他需要的人制备加 湿气体的呼吸系统加湿器，但不仅限于此。
背景技术：
许多(但不^M有的)现有的为病人或其他需要的人^i共湿润气体(如 氧气、麻醉气体)的呼吸系乡効卩湿器起驢控制器的作用。即在呼吸循环中 控制加湿器输出气体的鹏，雜繊响应驢的变4战到理想的加湿气体 输出驢。我们的在先申请美国专利No. 5， 558， 084公开了此种加 鹏制系统 的一个实例。这种控制方法有一些不足
在有高输入气員度(接近理想的输出气皿度)的情况下，气体加湿 以达到逸想鹏几乎不需要热量。因此，气体几乎得不到加湿。
在这种控制方式中对鹏探测器的依赖性意赠、鹏探测器不正确的安 装和连接方式会损害W^加湿和呼縣统的性能。
缺少气流传麟，如果有的话，它能容易地辨认齡呼吸循环的状况以 ^J鹏，(和/或供气系统)采取相应的行动。因为气流4专^ ￡耐久强 度和在其上产生水蒸气凝结会导致气流读取错误，所以加湿系统以前没有采 用气流传自。供给病人的气体的压力/温度的匹配不适合。已知供给病人用的气体需要
一定的f鹏。非接鹏(如面罩)救管式(插管输送气体)气流输ii^g 需要不同的纟鹏。#^虫的驗探测器不能保证达到所需理想的^/鹏的匹 配。
一些现有的呼吸系统加湿装置需要病人调节控制盘，但控制盘与所難 制的实际的物理参数没有或很少有直观的联系。控制盘经常地调^^需的输 出气体的，和/^i接加湿器和病人的导管内的加热丝掛共的热量(有时连 ^i人的导管回到气^ii送端)。输邀合病人的加湿气体的最重要的参数是气 体的湿度，因为湿度不足会非常Mi也导致病人气管脱水。而使用者不知道 在现有的气^Ut下，，制指针定在哪里会得到输送气体的最佳旨。在 自动操作系统中，4顿者只需向加湿系统输入病人是以非接角拭救路导管 方式接受加湿气体，这是一个主要的进步。
许多现有的呼吸系统加湿器显示供给病人的气体温度。如前面所述，在 呼吸系统加湿器中最重要的参数是气術雖。因为在输送管路中加热，{顿 示的温度经常与供给病人的气体的实际M^没有关系，因而会使一般的健康 护理人员感到困惑。因此如果显示的皿在一定程度上与所供气術，有关 或反日^1:，，这将是一，步。

发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种至少在一定程度上克服以上缺点的呼 吸系统加湿器，或它至少为:oik^W用的选择。
因而，在第一方面，本发明Mi共用于为病人鹏他需要这种气体的人提 供加湿气体的加湿體，包括
可容纳一定量水的加湿室，它有一个入口和一个出口，以便iti^气流 m戶，的加M^，
与上述加湿室相邻的加热装置，它用于向，加湿室中的水供热，以便 为MJi^加驢的臓气^l^水蒸汽，
与上述力鹏室的出口相连的气#^^ 1装置，它用来向J^病A^他需要这种气体的其他人输mi^气流，
气流探测^g，用于检测J^气流的 BI，
鹏专感驢，用于检测战气流的驢，
用户输A^置，让用户设定所需的±^气纟荒^，
控制装置，它接受由上述气流探测器装置、？鹏传感装置和用户输A^ 置产生的输入信息，并控制响应J^输入的，加热装置，以维持J^气流 的所需温度。
在第二方面，本发明提供用于为病人或其他需要这种气体的人JI^加湿
气体的加湿装置，包括
可容纳一定量水的加湿室，它有一个入口和一个出口，以便使，气流
M31爿;M的加湿室，
与，加湿室相邻的加热装置，它用于向Ji^加湿室中的水供热，以便
为M，加湿室的所述气^^共水蒸汽，戶，的加热^a禾,了一可测定
量的功率，
与上述加湿室的出口相连的气体输《]^各装置，它用来向上述病人或其
他需要这种气体的期t!lA输iJLL^气流，
气流探测器,，用于检测Ji^气流的箭遞，
控制，，它接受由J^气流探测器装置产生的输入，并储存有一种程 序，此辦可鹏制體
i) 计算上述加热装置所需的功率使用量，以便在可MJ^气流探测器检 观啲气^Mt下将Ji^气流加湿到一预定7K平，
ii) 确定J^加热装置当前戶麻拥的功率，以及
iii) 如果湖拙的战加热體当前的功率利用量少于上述需要的功率利 用量，它可向战加热體麟Ji^预定的功率量。
第三方面，本发明^i共用于为病A^其他需要这种气体的A^加湿气 体的加湿體，包括
可容纳一定量水的加湿室，它有一个入口和一个出口，以便使上述气流 M^f述的加湿室，与±^加湿室相邻的加热装置，它用于向，加湿室中的水供热，以便
为ffliii^加湿室的戶;M气》^li共水蒸汽，
与上述加湿室的出口相连的气体输iiil^装置，它用来向，病A^其 他需要这种气体的其J也人输^J:M气流，
气流探测器装置，用于检测J^气流的^1， 、M传感,，用于检测J^气流的at，
用户输A^置，让用户选择所需的上述气流的气体皿水平， {诸存装置，它含有在不同加湿室出口平均M情况下不同气術tt 时目标气^Mit的有^f言息，
控制装置，它接受由上述皿传感装置和，用户输A^S产生的输入 信息，并利用AUd^气流探测器装置发出的气流信息重复获得来自上述 储存装置的与所需的气^M水平相对应的目标驗信息，并且改变由战 加热装置提供的热量，直至检测的 驢实际上等于上述目标鹏，以获得上 述气#^，水平。
第四方面，本发明提供用于为病人^他需要这种气体的人掛共加湿气
体的加湿装置，包括
可容纳一定量水的加湿室，它有一个入口和一个出口，以便使上述气流
M戶;M的加Mg，
与上述加湿室相邻的加热装置，它用于向，加湿室中的水供热，以便 为MJ^加湿室的戶;^气流衝共水蒸汽，
与上述加湿室的出口相连的气体输i^I^装置，它用来向，病人或其 他需要这种气体的其^A输i^L^气流，
气流探测器^g，用于检测i^气流的^il， ^传感 ，用于检测JiM气流的，，
用户输A^置，它可以是与许多气体输送结构之一相对应的许多预定状 态之一，每一结构包括最佳预定的气#^和，，
控制装置，它接受由，气流探测器装置，，皿传感^g和i^&用 户输A^置产生的输入信息，并SJ^用户输A^置显示的皿和M下控制上述加热装置向，需要这种气体的病人或其它人提供上述气流。
第五方面，本发明提供用于为病人其他需要这种气体的人提供加湿气
体的加湿装置，包括
可容纳一定量水的加湿室，它有一个入口和一个出口，以便使上述气流
通过所述的加湿室，
与上述加湿室相邻的加热装置，它用于向上述加湿室中的水供热，以便
为通过上述加湿室的所述气流掛共水蒸汽，
与上述力卩湿室的出口相连的气体送输鹏装置，它用来向战病AJm
他需要这种气体的人输ilLh^气流，J^气体运输MJ 各皿有一病人端，它
远离与，加湿室出口相连的端点，
第一^!t传感装置，用于检测，位于加湿室出口处的气流温度， 第二M传感装置，用于检测，位于气体运输ffi^各装置病人端的气流
驢，
显^置，用于向用户显示M信息，
控制装置，它接受由上述第一#传感装置产生的输入信息，并向上述 显^g输出信号，以向用户显示用战第一和第二鹏传感装置测出的温 度当中哪一个是较低的，。
第六方面，本发明^t共用于为病A^他需要这种气体的人J^加湿气 体的加湿装置，包括
可容纳一定量水的加湿室，它有一个入口和一个出口，以便使上述气流通过所述的加湿室 ，
与上述加湿室相邻的加热装置，它用于向上述加湿室中的水供热，以便 为通过上述的加湿室的所述气流提供水蒸汽，
与，加湿室的出口相连的气体输送通路装置，它用来向上述病人或其 他需要这种气体的其他输送上述输气流，
气流探测装置，用于检测上述气流的流速，
控制装置，它接受由上述气流探测器装置产生的输入信息，并将测出的 上述气流的流速与预定需要的最小气体流速进行比较，如果测出的速率小于，预定的最小速率，则将加湿，于操作的安全方式。
第七方面，本发明掛共用于为病A^他需要这种气体的人Jli乓加湿气
体的加湿装置，包括
可容纳一定量水的加湿室，它有一个入口和一个出口，以便使，气流
iii^腿的加湿室，
与战加湿室相邻的加热装置，它用于向上述力鹏室中的水供热，以便 为通^M加湿室的戶;M气流^f共水蒸汽，
与上述加湿室的出口相连的气体运输ilS各装置，它用来向上述需要这种 气体的病人或其他人输itJ^气流，上述气体运输m,有一病人端，它 远离与，加湿室出口相连的端点，
M传感^fi，测定J^ffl于病人的气流M，
计时装置，可用于会合某种加湿,计时，
警报装置，给它ilf共能量后，可用于在一段预定警报时间后提供警告信
号，
储存装置，储存有不同相关测定纟鹏值的警报时间，
储蹄一种辦的控制體，lt鹏可鹏制體
i) 接^UiM鹏传感體观啶的、鹏值的输入信息，
ii) ^h^储存體获得与i:^测定微破值有关的警报时间，
iii) 启动战计时體，
iv) —直等到上述计时^fi所消耗的时间等于，警报时间，
v) 向J^警m^S麟能量以产生战警告信号。
第八方面，本发明提供用于为病A^其他需要这种气体的A^加湿气
体的加湿装置，包括
可容纳一定量水的加湿室，它有一个入口和一个出口，以便使J^气流
M:戶，的加湿室，
与J^加湿室相邻的加热装置，它用于向，加湿室中的水供热，以便 为M3im[J鹏室的臓气繊共水蒸汽，
加热體功率利用传感體，可监测i^加热^fi^f舰的功率，加热驢鹏专感體，可测定透口热體的驢，
与上述加湿室的出口相连的气体运输鹏體，它用来向战需要这种
气体的病人或其他人输i!Lt:述气流，，气体运输通路装置有一病人端，它 远离与，加湿室出口相连的端点，
警报装置，给它提供能量后，可用于在一段预定警报时间后JI^警告信 号，以及
储存有一种辦的控制體，ithe^可使控制驢 i) M从上述加热體鹏传感體湖啶的加热装置 鹏中减去由战 气流鹏传感體观!l定的气^^it，来确定驗差，
i i)由上述加热装置功斜,传感,来确定加热装置的功率需要量，
iii) 由，功率需要量除以上述皿差，计算出导热系数，
iv) 如果战计算的导热系数小于预定最小可允许的导热系数，则启动上 述警 2。
第九方面，本发明包括用于为病人或其他需要这种气体的人Mi共加湿气 体的加湿装置，包括
可容纳一定量7K的加湿室，它有一个入口和一个出口，以便使，气流 M;戶，的加湿室，
与，加湿室相邻的加热装置，它用于向上述加湿室中的水供热，以便 为MJi^加湿室的所述气流掛共水蒸汽，戶M的加热，禾,了一可测定 量的功率，
与上述加湿室的出口相连的气体运输鹏装置，将气流传送给病A^需 要此气体的人，
气^r鄉射5的加热装置，肯激至少为气流输^&径长度的1分麟 热量，
气#^传,，其用于检测w;M加湿室输出的戶;M气流的皿，
用户输入器，^ffi户肯巨输入一所需的^u^补偿值，此值是在测得的气体
^g和输邀合病人的气流^之间所需的對直， 、 控制器，储存辦进行以下操作i) 用气^jg探测^i定加湿器输出的气，度，
ii) 測户输入離受鹏卜偿值，
iii) 将气^jg和鹏补偿值相加，计算气路中的驢设定值，
iv) 沿气^if^S的长度，为气体输^^径的加热,^會遣，增加 气流鹏的鹏卜偿值。
对于本领域的技术人员而言，不偏离本发明权禾腰求书限定的范围的情 况下，本发明可有结构方面的许多变化和多变的实施例和应用例。此处的阐 述和记载只是用于说明而不是要限定本发明。
本发明如前戶，，以下的实施例给出其结构设计。


将参考随后的附图描述本发明的最佳实施方式，其中
图1为对应本发明的最佳实施方式构造的气流探测器前视图，
图2为图1所示气流探测器的仰视图，
图3为呼吸环路的横截面侧井见图，示出了装在导管中的如图1戶^的气 流探测器，
图4为如图3所示的呼吸环路的仰视横截面图，示出了装在导管中的如 图1戶腿的气流探测器，
图5为竊图1所^流探测器的呼吸加湿器的示意图，
图6为用于图5戶标的呼吸系鄉鹏器中的 破和鹏控制系统的最佳 实施方式的流程图，
图7为所需的出口温度(为iii瞎想的温度)与气^0I^之间的函数关 系曲线，用以说明用于图5所示的呼吸系勵B湿器中的 破和/^^制系 统的最佳实施方式，
图8为图5所示的呼吸系统加湿器实例中纟破(露点)与报警时间之间 的函数l系曲线。
具体实施方式
参考附图，尤其是图5，示范了本发明的呼吸系鄉口湿器的一^ht佳实施 例。呼吸系统加湿器包括一个通气口即供气装置，其中气体(如氧气、麻醉 剂或空气)由气体JBi机1的出口 2经导管6至入口 3 JSA加湿室4。加湿 室4有一个密封在金属基座7上的腔室，它可以是塑料制成的。力口驢4装 有一定量的水8，在加湿器10的控制器11控制下，加热板9将水加热。
容器4中的水在加热时慢漫蒸发，水蒸气与从供气錢1乡551加湿室的
气流混合。然后，湿润的气体从出口 12离开加湿室，m导气管即吸气导管
14被病人和其他需要此气体的人13 (^A。为降《氏水蒸气导气管中的冷凝并 提高供给病人的气体的鹏，可以安装一个魏制器11控制的加热丝15。
图1显示了一罩在病人辭阳上的气体面罩16 (作为非^i^气^r送 装置)，然而存在许多气体输il^置结构，如有这样一种插管，其中一导气管 安在病人的气管内以形成病人气体 的旁路(插管淑各式气^1皿置)。 也可以为病人呼出的气^JIf共一回到供气装置1的回路。在这样的方式中， 在病人13、吸气导管14、和连接供气装置入口 (未画出)的呼出气体导管(未 画出)之间安装一 "Y"型管。
控制器ll可以含有一个与记f乙存储器相联的微机处理器^^辑电路，存 储器中含有软件禾辦。当iliffi制器ll执行时，该辦根据设在软件中的指 令，也可响应外部输入信号来控帝咖湿系统的操作。例如，可以M卩热板9 向控制系统11输入信号，控制系统11就得到加热板9的鹏和/或倉遣{顿 對言息。另夕卜控制器ll可以得到气流鹏的输入信号，例如可以将一个驢 传繊即驢探测器17置于或^fi病人身体，以显示病人ftA的气^j^， 可为控制器11掛共另一驢探测器以J标抛,器4的出口 12流出的力PM 气流的皿。进一步地，可以在呼吸循环的樹可部位("呼吸循环"包括气流 il31的加湿系统的各部分)安装气流传繊即气流探测器19。图5所^流 探测器19在鹏探测器18同样的健，两體可以如下戶腿安驗一个探 针中。
向控制器11进一步的信号输入可以翻户输A^S即开关20，它可以允 剤OT者( 护理专家自人本人)选定一理想的气流，或气術:M，鋼开关20选择性地控制其他功能，如控制加热丝15释放热量或从一些自 动气体输送曲线中(在后面描述)选择一种。
在下面详细记载以上戶; 1:系统(或其中某部分)的一i^实施例。
图1和2显示了气流探测器19的雌形式。气流探测器19雌以塑料 材料如聚碳酸酯模塑审喊。它有一个基座30用于安装导线(图3、 4的48)， 以向控制器ll传入和从其传出电信号。从基座30突出的结构是套管31，其 中至少有一个传自外壳32和33， 32和33的:1^端从基座30突出。传感 器外壳32和33的l纖面雌为圆形，纵剖面逐渐变细成为锥体，远离基座 的一端(传感彩瑞36)有一圆尖。
图1所示是两个传 外壳32和33。在这实施例中显示， 一个传自外 壳32作为g传li^，另一为气流5M传感器。在32和33中是分别用于测 定加湿系统鹏和流速各自的'顿的传離34和35，可以是热敏电阻(依 赖鹏的电阻)。就传繊34而言，控制器M热敏电阻输出一个电压，并
以m热敏电阻的电流的形式接受一个鹏信号，此电流依赖于气^^。
为了f娥热敏电阻34， 32劍专ii^顿够。尽管如此，在热敏电阻和气流 之间仅有一薄层塑料材料，所fm^JM准确。
对于传離35，控制器可以间断的向热敏电阻传输电流一段时间，以加 热热敏电阻达到一个已知的第一温度，然后断路，监控热敏电阻的，变化 (舰监控其电阻变化)。控制器11此时可以启动计时器，测定热敏电阻的 驢降到第二预定鹏所需的时间。由T^綠鄉鹏的热敏电阻将热量带 走，热敏电阻的鹏在一已知气流麟面(如导管直径12mm) J^m-^定 驢降到第二预定離的时间，为控制器11衝共了气^^I的J际指标。可 以看到热敏电阻35没有按34的方式被，M。因为在热敏电阻35和气流 之间的任何一层物质将影响从热敏电阻向气体的热量传导速度，导致斷氐流 速读数的精确度。
在HS—步雌的实施例中，M向热敏电阻35输送电繊^ag提高
、z
到高T^流皿一预定的皿差(如60'C)以测定气術皿。控制器11监控热敏电阻35保，定，差而所消耗的能量。与气流^面有关的會,U 用量(如气流探测器导管直4強勺为12咖)向控制器11衝共、繊指示，《鹏 制器11能确定气体的实P示^1。为使热敏电阻35能保持此一皿差，必须 间断的测定热敏电阻35的实际皿并将其加热。这可以il31从热敏电阻临时 断开加热电流，和施加一M:热敏电阻35的低感应电压，并测定M热敏电 阻35的电流。按这种方式，可以很快地测定热敏电阻35的电阻，从!!5fef诸 存的指标温度与热敏电阻35的电阻的函数关系曲线推算出M值。如果实际 驗差小于预定的鹏差，可以去除感应电压和重新施加加热电流，或实际 ，差超喊超出预定的皿差，控制器会皿向热敏电阻35供热。
当气流探测器19暴露的表面驢低TMii它的加湿气流的鹏时，在其 表面会产生冷凝。应认识到在气流传感热敏电阻35上《勤可、液态水的积聚将不 利于读取 忠塞，因为液态水将吸收部分热敏电阻产生的热量。为降低或消除 液态水在传自上的积聚，本发明,实施例的气流探测器^W至少一个凸 起的翼状 。在图1和2所示的实施例中每个传S^外壳有两个翼37、 38、 39和40 (当然^M专,外壳可以有一个翼)。每个凸起翼的横截面为矩形， 从套管31沿传離外壳长轴伸輕传離外壳的传感彩瑞(当然凸起翼不必 沿传麟外壳的錄延伸)。砂匕雌的鄉例中，在其^t^中凸起翼的 外缘与传麟外壳中心线的距离恒定。由于传離外壳綱，翼状魏的纵 剖面优选为垂直于传自外壳表面延展的三角形。,翼状，与气流探测 :^Wi塑在一起，也可以對蚰隨翼状魏，将其安装到传麟外歸面。
现在参考图3、 4，在j顿状态，将气流探测器插到导管连接器42的传感 器输入口 41中。传繊输入口 41的離导f^接器垂M伸成圆筒形。导 t^接器42连接呼吸循环的两个导管43和44，或可以选荆每^iW导管 的一部分，如作为吸入导管14的一部分。从图4可以清MJ&看到，气流探测 器19安驗气流中的^SS保证将翼状魏37、 38、 39、 40调整到与气流 平行的状态(如箭头所示)。在传離外赴产生冷凝时，由于在传繊卜壳 表面和翼状魏的连接线周围形成一低表面张力的局限区域，再加上气滩流 过传感*^ 36的表面时因气体的流动，冷凝液会从传ii^的^ 36流走。因此，冷凝液会沿魏(如线45)从传感末端36向套管31自由地流走。
为保证做到这一点，将气流探测器19安装到传麟输入口 41时，要将 翼状突起的位置与气流作相应的调整(因为不作相应的调整不肯,lj从传感 末端除去液体的理想效果)，本发明优选的实施例在,套管处有一突出于基 座30的"V"型齿状装置46。在传自输入口 41的壁有一 "V"型的凹槽即 固定的定位凹槽47。相魁也，用户插入气流探测器时要找至呲凹槽，以使气 流探测器全 严密地插入到导管(或导管连接器)中，因此，必须转动气 流探测器直到46和47结合在一起，此时气流探测器即被正确安装，會镞使 冷鹏如前戶鹏人传離繊流走。
进一步，为保证气流感应热敏电阻35工作产生的热量不絲响驢感应 电阻34，在图4可以看到，对于46和47的位置的调整，^和气流感应电 阻要横穿过气流(即不m流的方向安装)，因此它们不会相互影响。同样，
将发热的气流感应电阻35安^^a^感应电阻的上游，使其产生的热量被气
流从離感应器带走。
本发明的i雄方叙用一个可靠的气流探测器，其优点是加湿體可以 M^控警淑旨示状态的箭速和鹏来识别损害加湿體性能的状态—如发 生抽气、断路和喷雾。 一旦i朋i汀一种发生的状态，系统会采取适宜的反应 (如发出警号或切断加热板的热量)。例如，检测不到具有关联的低(环境) 温度的气流时，加湿,可以判断，探测器是否被正确地安装或被从回路 中除去。
以下是针对本发明的雌形式的气流探测器的一^1M的应用例。 湿度控制系统—最小能量法
供给病人13 ，他需要气##的气体的一个重要的参数是湿度。已知过 于^P燥的气体(有介于60%—70%之间的低的相赠显度)会4摘人气管十M !^K引起不适。对应于本发明的雌的实施例的加湿體的控制器11包括一 鹏每气流相对鹏维持在理想水平(高于90%)的控制系统。翻这种控 制方颇需的一种情况是将加湿室4入口气体的驢升高到近似于出口气体 驢。在这种情况下，由于只需少量能量供^体(以升高m^)，翁鹏室中的7jC就不会得到足够的肖遣，因此就不会得到足够量的水蒸气以加湿气 体，相艇也，当供给病人的气体的離雜时，相对鹏就不誠。当入口 气^^比出口气MM氏很多时，可以设想在樹共大量能量将气術鹏提
高到理想值的过程中，会蒸发加湿室中的大量水，相iSi也气体的相赠鹏将
会提高。
为控制输送给病人的气流的湿度，本发明的加湿装置需要涉及气#
的信息。如上戶脱，可以M:将气流探测器插入气流达到这一目的。参考图 6的流程示意图描縱一控制系统。
Jt啦制系统始于方框49,给加热顿电，加热加湿室4中的水。在方框 50，控制器读取一^f页定的f破，此鹏可以由制造^f跌设定在存储器中， 或由用户M:用户输A^fi如图5的输入器20输入。在滩51中，控制器 11从热敏电阻传感器得至瞻息以确定气流速度(可以按前面戶腿的方式进 行)。在方框52中，控制器11确定在测得的繊下为产:i^需的气流鹏需 要的最小能量。这可以M3KOT储存在内存中的公式计算得到，或,与控 制器11关联的,存储器或记忆装置中储存有在一系列预定的湿度条件下 箭魂和对应的所需最小能量的査询表，《顿领!l得的箭遞和所需的 鹏值，通
鹏制器彭旬对应的最小能量。控制器ii可以M:测定气^M和得到一个
用户输入的预定的旨，计算(m择从实验或!l5fe计算所得的查询表得到) 出一个赵匕箭速下得到予腕的、M^需的蒸^I率，最终确定加热板9所需 育瞳。控制器然后能计算出(^^择从实验或予跣计算所得的彭旬表得到)
需由加热板9 Hi共的育讀，以产生为达至岍需M而确定的蒸魏率。
在，53中(&tk方法中不是必需歩骤)，气体的出口，经M^探测 器(或M气流探测器19的驗传感部分)反馈到控制器，引起加^fe驗 或能量的改变，控审蜷18ilM^种方式，将气体离开加湿室出口时的驢控 制在一预定(可以由用户或制造商确定)值(如37"C)。
在方框54中，测定加热板9的即时倉斷拥量，确定加热板的旨激, 量是否小于在滩52中计算所得值。控制器11可以ffi3l测定供给加繊的 电流，将其乘以加热板的电压，得至咖热板的即时能穀拥量。另外，可通过计算加热鄉电时间百分率并乘以其额定功率，从而确定加热板的平均能
量。例如，加热板的通电时间为40%， ^^、定功率为150瓦，那么加热板的 會衝佣量将是60瓦。可以假定加热板的电压恒定，如果测得的即时倉衝廿 用量不小于Jlf共预定湿度必需的最小能量，那么回到方框50，重复前皿程， 病人得到具有适宜加湿程度的气体，直到方框54判断显示加皿育遣消耗量 已斷氏到劍共充分加湿的气体所需的能量之下。
此时，转向方框55的控制步骤，增加皿给加热板9的會遣(如通过改 变向加热板鹏的电压的调制脉冲宽度或单纯增加可变的供给电压)超仿 框52确定的水平，以使气術M分加湿。这可导致出口气，度升高至高于 设定的纟,，然而这是,充分的加MM必需的。然后在方框56的步骤中检 査(在此方法中此步骤也不是必需的)出口气#^是否己降至预定的驢 之下。如果出口气mS已降至预定的鹏之下，可以鄉咖同在一纟树高
于假定的入口气^as的 鹏下，气铜每达至IJ所需的力口湿禾號。如果出口气
MJt没有降至预定的驗之下，男卩么继续向气#$^计算所得的最小能量 水平。由此可以看出
1) 缺少驢探测器时，控制系统继续向加热板提供达到充分加鋤万需的 计算所得的最小旨讀，或
2) 当提供鹏探测器时，控制系统以两种方式工作，第一种"正常"方 式为，按已知途4统制出口驗在一理想值，直至加热板的會巨量禾,量降至 显示力鹏不充分的水平；此时一新的控制方式开始工作，以保持加繊能量 1顿量在计算所得的最小水平，赶出口驢降低到低于一预定驗f际出 进口气^^已经显著斷氐至lH数口湿室能向气^^f共充分的热量和^J^ 加湿控制系统—预定湿度法
以下参考图7描述以上戶腿加纟鹏审孫统的另一可选择的方案。鹏这 一雌的控制系统，可以在任i^I^下，将加湿室输出的气体的鹏控 制在任一预定的水平。雌i顿J^气流探测器，观啶气^M，参照加湿
室输出、ia^t^i和或呼吸循环的函数曲线，超啦帝忾m^的目的。
图7显示加湿室输出特征曲线的一*仔，其中可舰B合定的所禱湿度，随^術Jf速增加，力鹏室出口气#^急剧地显著斷氐至一固定驗。 可以用实验方法得出一 些出口气M^和^^关系的信息，并存在存储器中
(如以一个或一些检索表的形式)，可以M:控制器ii^i旬。 根据这种控制系统，用户舰用户输入器20向控制器11输入一職的
湿度，所用的用户输入器有一指针控制盘或控制键盘。向加热板9通电以加 热加湿室4中的水，il31驢探测器18 (或气流探测器的 鹏传感部分19) 向控制器11输送测出的输出气^g。 4顿气流探测器19测得的即时气流 鹏和测得的鹏，控制器ll向存储器彭旬以确定在现有气術繊下，为达 到预定的纟1^所需的出口气^SJt的目标值。
此时，控制器11控审晌加热板9的供能，以得至赃现有气#^1下为达 到预定的M^^f需的预定出口气^Jt目标值。例如，向加热板9的供能方 式，可以用供给电压的脉宽调制(PWM)的方法改变供给加热板的會遣，或可 选择向加热板徵共一可变的电压。
当气体箭速或用户设定的 显度发生变化时，控制器ll /人存储器自动确定 一修正的出口气1^鹏目标值，并适当i鹏制加热板9衛共此出口气^ag。
例如，对于一用户设定的气術破为44mg即/L，观U得的气、^I度F1，控 制器11查询存储器中的检索表确定出口气m度的目标ffi为37°C。然后 控制器ll向加 9供给會讀(如MPWM控制供给的电压或电流)，使温 度传感器34测得的出口气#^基本等于产生44mg恥/L的所需乡fe^显度的 鹏目标值37。C。
作为对控制系统的补充，也可以向与控制器11关联的内^SM^涉及 呼吸循环冷 Ht征指数的信息。控制器11可以向加热丝15供给會糧，以控 制嫩卜加热流经管路的气体，从而斷氏管路中的水蒸气冷凝。这也可以M^、 流经管路的气体湿度的变化(因为在冷凝过程中少量水分从气体中分离出 来)。舰控审係统中控制器11可以调動卩热丝15 Jlf共的热量，使會嫩碰 制气流鹏的同时控制離(虽然实际加热丝产生的升^R能是/LjS)。然而， 如果气#^过量(为产生足够高温的气体)，控制器11也可以皿启动结 露(rain-out)功能，设定加热丝状态以斷氐气術破。控制器ll然后适当地调控加热板和加热丝状态，以驗地向病Ailf共所需气^M和驢(用 户设定)。
加湿體的自动控制 一 "单按钮式力鹏器"
图5所示的加湿錢的{5~控制系统的工作，可以<妙卩湿器的1顿十分 简便的，只需用户最小卩艘的输入。图5展示了一个便于^顿的加湿縫的 例子，只有唯一的用户输入开关20。开关20雌有一系列对应于预定气体
输送 结构的状态或位置。 一种气Mir送方式是插管法，另一种是非接触
法。开关20的每一位置或状态，在与控制器11关联的内存中者瞎储有所对
应的最f舒万需纟破和鹏值。例如，对于插管式气体输送方式，最佳驗可
能是37。C，最佳^t大约是44mgH20/L气体，而对于非接触式气Wf送方式， 最佳,可能是32。C，最佳旨大约是30mgH20/L气体。
通过^f顿以上所述的任一控审係统，一旦气Mlr送方式确定，不需要用 户进一步调整即可控制加湿體的运行。控制器11将重复测定出口气^fflt 和气流速度，调整加热板的能量并可能调整加热丝状态的设定，以自动向病 人13自动衝共最佳(或尽可能接iat佳)的气^g和^g，使之不受皿 和出口气#^变化的影响。 用户输出一纟^it显示
根据本发明另一方面的加湿装置的进一步的特征是增加了显示器60 (图 5)，以向用户显示输送给病人的气，度。需注意此特点不依赖于在呼吸环 路中插入的气流探测器。显示器60由控制器ll控制。已知其他呼縣鄉口 湿器也包括显示器，但所显示的g，是固定不变的，其可以是呼吸循环14 中病人端的鹏(如離探测器17所测得的)锄口湿室出口的气#^ (如 驢探测器18所测得的)。
许多健康护理人员将显示的温度看作是在气体中含有一定量水分的温 度。只要供给病人的气体的相赠破是100%时(即气体尽可能多得含有在 现有温度下所育给有的水蒸气量)，供给病人的气体的温度在临床上将是准确 的。然而，如果在现有驢下所输送的气体所含水分少于可能的最大值，那 么单纟^M示所输送的气m度的加湿器将使护理人员误认为病人正在接受高于实际水平的Mit。
在本发明的ttit方式中，显示器60显示的離是传感器17或传感器18 所测得的驢值，不管它们谁^S低的一个。例如， 一个为37'C的气体出口 ^J^和乡fe^ffi 44mgH20/L气体(近似于相X^M 100%)可以转,吸气导 管病人端的 鹏35-C和病人接受的乡^t鹏35mg恥/L气体。因此，当导管 中的气体保持在约100%相对鹏时，由于驢的P射氐，有9mgH^/L气條 吸气导管中凝结。 1:情况下，显示给病人的相应的温度是35'C，即^jlffl 度下相^JtM^ 100%的气体含有35'C所f^的水分量。
如果气体出口温度是37°C ，绝)(^ffi是44mgH20/L气体(100 %相对湿度)， 病人端的驢是39"C， ^^鹏是44mgH20/L气体，那么显示的临床Jlt相 关的iagiS当是37t:。这是因为，虽然气術mB^i:升，妾腿病人处的气 ,吸气导管中没有得到另外的水分供给，所以其相赠M^不再是100%。 至腿病人处的气体的纟^jm^实际与37'C的气術，相关联，因为这^f应 于加湿气体中的水^4的温度。在倒可情况下，经常是在与病人相距30cm 以上的距离测定病人端温度，气体到达病人处时，温度经常已降低，所以较 低的驗37'C对于护理人员更相关。 自动的断》^寺机4犬态
如前所述，在现有的许多加湿系统中，控制器单纯检测鹏以调整加热 板9和/或管路中的加热丝15鹏的能量。当气#$|(媒置^ 1与呼 吸循环断离，这种控制方式将检测不至IJ鹏，因为没有气流M 鹏检测器。 此时控制器ilil增加供给加繊9和/锄B热丝15的倉瞳以设法增加气鹏 度(控制離测在呼吸循环中还有气流)。驢检测器不能测得这一实际不存 在的"气流"温度的增加，控制器11继续增加用以加热此不存在"气流"的 能量直达危险的離。如》匕时重新$1^气体，供给病人的气俐每达至脆险 的鹏。
为避免发生以上一系列过程，加湿系，安装根据本发明皿形式的气 流检测器。控制器,测定加湿器中是否有充足的气流(如15L/溯〉麟 正常的安顿行。如果发现气流不足，另，么加湿器體在一安^i行方式。此安全方式包括对加热板9的鹏限制和/舰供给加热板9和/锄卩热丝15
的工作电压的限制(即控制肖遣水平)。
鹏报難置
加湿系^aii^m警装置(如声音报警或视對艮警)，以便当在一段时间
内供给病人的气体低于或高于所需的、MJS日t^醒病人(或护理人员)。已经发 J，当设定报警器在某—待定时间之后发出警报，该时间取决于所需M和
实际掛共给病人的湿度之间的差值。二者之间的^i:ra大，报警时间越早。
图8以一种可能的图解方式显示了如何根据病人生理所需的M^设定报
警时间。内存中蹄一些不同的"破曲线"，每一值分布于予跪的所需纟破
值周围(此例中示出37-C时所需湿度值。可以方便地用表格表示，差和报 警时间之间的对应l系，将此表格存于例如可，鹏制器11读取的R0M (只读 存储器)中，从而控制翻IJ定湿度差，査阅表格中的差值(根据所蕭破值 选择表格)，Jt瞎值掛共等待发出警报的大约时间。测量所^i共气体的鹏的 另一种方法可以^1^测气体实际的露点(产生水蒸气凝聚的温度)并测定实 际露点和所需或最佳露点(如37'C)之间的差值。例如，可以假设实际露点 是加驢4驢和管路的驢中较低者。 水用尽警报器
在带有加湿室4的呼吸加湿系统中，为了使加湿器倉,^i共水蒸汽， 必须保持某一最低的水平面。因此，对病人给予加湿气体的麟护臥员应 该偶尔检査7jC平面，并在必要时添加更多水。itbx作有时被忽略了。
当7jC平面降至不足并发出警报时，可以禾,加湿系统中的可自动测定的 气流探测器19。 ^W加热板9鹏、力口、驢4驢(或室出口離)以及 加热板9功率需要量(当前用于加舰的功率数)都进行监测，将它们用于 下列等式而得到导热系数值
^种，数—加热板功率需要量
加热板温度一加湿室温度控制器11将计算的导热系数值与预定的阈值(其本身取决T^流探测器
19观啶的气# )进行比较，此阈值可在各种气術鹏下舰微测得。
计算的导热系数值可以每5 5H中Mi —次，^m可在计算的导热系数降至阈
值5-10射中后发出(或者立即发出警报)。下面^iMi離测定的导热系数
值的实例和不同臓时的阈值的雌实例
》1Eil = 10升/分
导热系数二l. 26W/°C (加湿室4中有足够水) 导热系数=0.26W/°C (加湿室4中没有水) 予页定阈O. 5W/°C
繊=40升/分
导热系数=1.81W/°C (加湿室4中有足够水) 导热系数=0. 42W/°C (加湿室4中没有7jC) 预定阈=0. 8W/°C
可将不同M的预定阈itt存在可l鹏制器11读取的ROM中，以便控制 器ll可简单地测定气体的当前^Oi、计算导热系数的值、根据当前^I读取 ROM中的表格、以及读出相关的预定阈值。如果计算的阈值大于计算的导热 系数值，则控制器11将在发出警报前割i夷预定的一段时间(例如5或10分 钟)，以便在输送至病人的气術破未损失的情况下水平面可以达至嘬高。 加湿室凝固点探测
在带有导管加热金属丝的呼吸加湿系统中，通常要控制鹏和湿度，以 便使供给病人的气体按所需的皿和 输送。在一些瞎况下，导管加热金 属丝15供给足够的能量以升高呼吸循环中气体的鹏，j魏人得到所需温 度。有时，从导管加热金属丝(甚至100%工作循环)得到的有限功^F足以 将气#^提高到病人需要的气#^。更为特另哋，在导管14的病人驗 些力鹏系统不能维持所需的气#^，由于加湿气体向导管壁释放出太多热量，通常导致冷凝作用或导管中出现"结露(rain-out)"。根据本发明进一 步雌的实施方式，本控制器包括一种^1>战问鹏使其最小化的系统。
因此，根据本发明的雌形式的呼吸加湿系统翻来维持沿导管14做 的"温度梯度"并由此调节病人所需的温度(或"气管设定值")，而不是将 病人的气m^保持^0f需7jC平。气管设定值按如下计算
气管设定值=加湿室出口， +韦hi尝值 其中"补偿值"例如为3"C，等于沿导管14的所需旨梯度。还应知it^， 择的"补偿值"繊于导管的物理特性和结构。
例如，补偿为3'C禾叻口湿室4出口气^Jt为37'C时，适当i魁合加热金 属丝15樹共倉遣(如调节其工作f盾环)以将供给病人的气^it维持在40
°c。类似也，如果加湿室出口鹏降至3rc，贝鹏供给病人的气#^$制
在34°C。在这两种情况中，沿导管保持有+3X:的皿梯度，差以尽可能 陶氐或消除冷凝作用。
如发现不能维持所需的补偿值(即，力口热金属丝不能将导管中气体的温 度升高舒万需的计算值，此计算《MiM;导管14的病人端附近的^传 测定的)，另卩么控制器11^M^加湿室出口鹏(例如，船 >用于加热 板9的功率的工作循环)以便维持沿导管的所需W尝值。例如，如果彬織 度值不能以至少2'C保持15射中，可夂維制器设定一禾骄，使其以将加湿室 出口驗以0.5'C的档次开始降低(至最小值35.5'C)。例如，当彬尝值为3 。C和加湿魏始出口鹏为37。C时，应将供给病人的气鹏制在4(TC。然而， 若送至病人的气体为38. 6°C (实际IM尝值皿值仅为1.6。C)，那么15， 后控制器11将4妙口湿室出口鹏降至36.5°C0然后重SJ:^计算，若到达 病人的气^^不離隹持在39.5。C，那么控制器将再次斷氐加MS驗。此 过程将重錢达至脂巨保持所需导管补{#^的加湿室出口驢。而且，控制 器11然后将升高加湿室出口气#^，以将供给病人的气体再次超IJ所需温 度，但仅在补^^受限的情况下可以完成这一过程。如果外周环境发生改 变，也可能出HJt^情况。
因此，至少在雌形式中，本发明齢所有或一些±^特征而麟一种呼吸加湿系统，雌统倉继至啦制加湿气体的 破和/^a^的目的。依据本 发明一个实施方式的气流探测器能确保繊测定准确，而没有冷凝作用影响 传感器。此准确性增强的部分原因是由于定位系统能保证气流中的气流和/
^S探测器的正确定位。由于用这种气流传感器能准确观l淀箭dl，本发明
的控制系统離合病A^共一种控制^0 需纟破的气流。本繊传離也可"自 动"控制，这样用户不需要不断itt观咖湿器的输出和改变输入而达到所需 的改变，用户仅仅需要将病人的气^f送状况输进加湿器，另卩么加湿驗不 需要用户进一步输入的情况下就能^i共所需的气^^和湿度。加湿器也显
示与送至病人的气体具有临床相关性的气^ae值。另外，根据本发明其它
皿实施方式的呼吸加湿系统包含各种优于现有技术的^^性Bfcl。
权利要求
1.用于为病人或其他需要这种气体的人提供加湿气体的加湿装置，包括可容纳一定量水的加湿室，它有一个入口和一个出口，以便使上述气流通过所述的加湿室，与上述加湿室相邻的加热装置，它用于向上述加湿室中的水供热，以便为通过上述加湿室的所述气流提供水蒸汽，与上述加湿室的出口相连的气体输送通路装置，它用来向上述病人或其他需要这种气体的其他人输送上述气流，气流探测器装置，用于检测上述气流的流速，温度传感装置，用于检测上述气流的温度，用户输入装置，让用户选择所需的上述气流的气体湿度水平，数据储存装置，它含有在不同加湿室出口平均温度情况下不同气体流速时目标气体温度的有关信息，控制装置，它接受由上述温度传感装置和上述用户输入装置产生的输入信息，并利用从上述气流探测器装置发出的气流信息重复获得来自上述数据储存装置的与所需的气体湿度水平相对应的目标温度信息，并且改变由上述加热装置提供的热量，直至检测的温度实际上等于上述目标温度，以获得上述气体湿度水平。
2. 根据权利要求1所述的加湿装置，其中皿的气^F^1^S包括一种加热金属丝装置，根据控帝ma决定的设定值，lt,向上述加湿装置出口与，病A^其它需要这种气体的人t间的气流供热，其中所述的控制装置可控制J^气^iria路中的气流的皿变化，±^制,还调节上 述加热金属丝的状态设定，以便将输送至，病A^其它需要这种气体的人的气流，控审l底用户设定的所需温度。
3. 根据权利要求1或2戶，的加^g，其中戶，的气流探测^^包括用于在，气流中定位的传^^卜壳，所述的传 外壳的纵向轴线与 加口湿气流基本上垂直，將一个传感総传感體駄在位于战传感雜麟附近的传麟外壳中，以及 至少一个;f^U^传自外壳横向伸出的凸起翼状装置，戶万述的至少一个凸起翼状装置Jli共了能使液体冷凝物/AJ^的传繊外壳的传感糊分散出 去的表面。
4. 根据权利要求3戶腿的加湿體，其中戶诚的气流探测器縫包括两 个，凸起翼状装置。
5. 根据权利要求4戶腐的加湿^a，其中戶脱的两个凸起翼状^fi相对地位于Jl^传li^外壳的周围。
6. 根据权利要求3或4 g的力口湿^a，其中m^M凸起翼状,都与上述气流平行排列。
7. 根据权利要求3所述的加湿，，其中液体冷凝物是^，的传感 器外壳和上述凸起翼状装置的交线分散，沿戶，的交线有一W氐表面张力的 局部区域。
8. 根据权利要求3戶腿的加湿装置，其中戶腿的气流探测器體包括一 个鹏专鹏外壳和一个,传ii^卜壳。
9. 根据权利要求s戶;M的加 ^a，其中戶;^，传 外壳和戶腿流速传ii^外壳的传感装置中針均包拾鹏繊性电阻。
10. 根据权利要求8戶腐的加湿體，其中戶腿的、鹏传iifl外壳的传感装置偶尔!鈔n热魏出战气流驢的预定差值,，战^il传麟外壳的传感装置维持上悉的预定差值^^需要的功率提供了上述气# 的一 个指征。
11. 根据权利要求8舰的加湿體，其中臓的繊传麟外壳的传感装置暴1^^I传感器外壳的传感^^附近，而上述皿传 外壳的 传感體爐在鹏专麟外壳的传感糊或其亂
12. 根据权利要求8戶腐的加M^g，其中臓盼驄传/i^外壳和、繊 传麟外壳穿iiJ:述气流时留有间隔，这样是为了使战、^I传繊外壳的传感装5^产生的热量对±^^传 外壳的传感装置的实际影响最小。
13. 根据权利要求8所述的加湿装置，其中所述的流速传自外壳位于上述鹏传感器外壳的下游，这样是为了4肚述》髓传繊外壳的传感^sm 产生的热量对i^as传if^外壳的传感,不产生影响。
14. 根据权利要求3所述的加湿装置，其中所述的气体送输aiE各，有一 个已知横断面区域，至少是在上述气流探测器装置邻近的范围内，且该體 具有一个用于接受，气流探测器装置的传自入口，戶皿的传sn入口有 一个固定的定位凹槽，戶诚的气流探测器装置有一个互补的固定定位齿，上 述的温度和流速传感器外壳相对于气流的定位由，定位凹槽和定位齿共同 控制。
全文摘要
本发明公开了一种用于加湿系统的气流探测器。该气流探测器适用于在加湿的气流中定位，以便此气流被用于医院的病人。本气流探测器通过引入两种传感器检测气流的温度和流速，探测器的形状和定位因可以减少传感器偶尔出现的冷凝作用，能够保证读数精确。还公开了许多可能的应用例，其中使用了气流传感器的加湿控制系统，可向病人提供所需的湿度量或简化了病人需要的输入项目，或者其中流动传感器向控制器提供气流信息，然后可将此信息用于判定某种可能是危急的情况。
文档编号F24F6/00GK101306217SQ200710136620
公开日2008年11月19日 申请日期1998年6月17日 优先权日1997年6月17日
发明者L·G·格拉登, P·J·莱昂纳德, P·J·西根斯, S·W·麦克菲 申请人:菲舍尔和佩克尔有限公司