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，尤其涉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(但不是所有的)现有的为病人或其他需要的人提供湿润气体(如 氧气、麻醉气体)的呼吸系统加湿器起^Jt控制器的作用。即在呼吸循环中 控希咖湿器输出气体的温度，受控热源响应温度的变化达到理想的加湿气体 输出驢。劍门的在先申请美国专利No. 5， 558， 084公开了此种加湿控制系统 的一个实例。这种控制方法有一些不足
在有高输入气#^显度(接近理想的输出气 度)的情况下，气体加湿 以达到理想^^几乎不需要热量。因此，气体几乎得不到加湿。
在这种控制方式中赠鹏探测器的依赖性意n據纟鹏探测器不正确的安 装和连接方式会损害齡加湿和呼吸系统盼性能。
缺少气流传感器，如果有的话，它能容易地辨认，呼吸循环的状况以 使加湿装置(和/或供气系统)采取相应的行动。因为气流传自缺乏耐久强 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 。供给病人的气体的压力/湿度的匹配不适合。已知供给病人用的气体需要 一定的湿度。非接触式(如面罩)或支管式(插管输送气体)气流输,置 需要不同的f破。#^虫的^鹏探测器不能保证达至1術需理想的》鹏/湿度的匹 配。
一些现有的呼吸系统加湿装置需要病人调节控制盘，但控制盘与所要控 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^^f需的输 出气体的温度和/或连接加湿器和病人的导管内的加热丝提供的热量(有时连 接病人的导管回至忾MH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iM地导致病人气管脱水。而使用者不知道 在现有的气流速度下，，E^制指针定在哪里会得到输送气体的最佳湿度。在 自动操作系统中，使用者只需向加湿系统输入病人是以非接触式^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显度。因为在输送管路中加热，使显 示的温度经常与供给病人的气体的实际湿度没有关系，因而会使一般的健康 护理人员感到困惑。因此如果显示的纟鹏在一定禾號上与所供气術显度有关 或反日妙l:湿度，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:Qlkil^^用的选择。
因而，在第一方面，本发明提供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 M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ffiil上述加湿室的戶;fM气流提供水蒸汽，
与上述加湿室的出口相连的气体输m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i^h述气流，
气流探测器^S，用于检测上述气流的、^01， Mit传感，，用于检测，气流的^g， 用户输A^置，让用户设定所需的i^气流纟显度，
控制装置，它接受由上述气流探测器装置、温度传感装置和用户输A^
置产生的输入信息，并控制响应上述输入的战加热装置，以维持上述气流 的所需^Jt。
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^f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 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，加湿室的所述气流提供水蒸汽，所述的加热装置利用了一可测定 量的功率，
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i^Jl述气流，
气流探测器装置，用于检测±^气流的^31，
控制装置，它接受由上述气流探测器装置产生的输入，并储存有一种程
序，此辦可鹏制装置
i) 计算上述加热装置所需的功率使用量，以便在可被上述气流探测器检 测的气》髓度下将Jd^气流加湿到一预定水平，
ii) 确定上述加热装置当前所利用的功率，以及
i ii)如果测出的上述加热装置当前的功率利用量少于上述需要的功率利 用量，它可向战加热装置衛共J^预定的功率量。
第三方面，本发明提供用于为病人或其他需要这种气体的人^f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 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，加湿室的戶，气流提供水蒸汽，
与上述加湿室的出口相连的气体输iiil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^i:述气流，
气流探测器装置，用于检测±^气流的涼速， ^^传感，，用于检测上述气流的纟^t， 用户输A^置，让用户选择所需的，气流的气体Mit水平， 数据储存装置，它含有在不同加湿室出口平均，情况下不同气体箭遞 时目标气術M的有刘言息，
控制装置，它接受由上述^^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M 储存装置的与所需的气体湿度水平相对应的目标，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纟显度，以获得上 述气術显度水平。
第四方面，本发明提供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 M戶，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ffiil，加湿室的戶，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iti^气流，
气流探测器装置，用于检测上述气流的流速，
鹏专感體，用于检测上述气流的鹏
用户输入装置，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W^和MiS，
控制装置，它接受由上述气流探测器装置，上述、皿传感装置和，用 户输入装置产生的输入信息，并在上述用户输A^置显示的纟显度和湿度下控制，加热装置向，需要这种气体的病人或其它人掛共上述气流。
第五方面，本发明提供用于为病人或其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 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±^加湿室的戶皿气流提供水蒸汽，
与上述加湿室的出口相连的气体送输通路装置，它用来向上述病人或其
他需要这种气体的人输]^J:述气流，上述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，
第一^传感装置，用于检测，位于加湿室出口处的气流温度， 第二温度传感装置，用于检测上述位于气体运输通路装置病人端的气流
驗，
显示装置，用于向用户显示M信息，
控制装置，它接受由上述第一温度传感装置产生的输入信息，并向上述 显示装置输出信号，以向用户显示用上述第一和第二M^传感装置测出的温 度当中哪一个是较低的Mit。
第六方面，本发明提供用于为病人或其他需要这种气体的人衛共加湿气
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
fflil戶;M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aa，加湿室的戶;M气流掛共水蒸汽， 与上述加湿室的出口相连的气体输M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^:述气流，
气流探测^l装置，用于检测上述气流的^31，
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^I与预定需要的最小气体^IS行比较，如果测出的速率小于上述预定的最小速率，则将加湿體于操作的安全方式。
第七方面，本发明提供用于为病人或其他需要这种气体的人樹共加湿气 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 通过所述的加湿室，
与上述加湿室相邻的加热装置，它用于向上述力鹏室中的水供热，以便 为通过J^加湿室的戶，气流Jlf共水蒸汽，
与上述加湿室的出口相连的气体运输通路装置，它用来向上述需要这种 气体的病人或其他人输送上述气流，上述气体运输通路装置有一病人端，它 远离与上述加湿室出口相连的端点，
湿度传感，，测定，用于病人的气流湿度，
计时装置，可用于给某种加湿，计时，
警报装置，给它提f共能量后，可用于在一段预定警手艮时间后提f共警告信
号，
储存装置，储存有不同相关测定湿度值的警报时间， 储存有一种辦的控制體，Jt鹏可使控制装置-
i) 接受从上述 驢传感驢测定的 驢值的输入信息，
ii) 从J^储存體获得与上述测定的湿度值有关的警报时间，
iii) 启动，计时装置，
iv) —直等到战计时装置所消耗的时间等于战警报时间，
v) 向上述警矛^g掛共能量以产生战警告信号。
第八方面，本发明提供用于为病人或其他需要这种气体的人樹共加湿气 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 通过戶，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^ji述加湿室的戶;M气流掛共水蒸汽，
加热装置功率利用传感體，可监测上述加热装置所^顿的功率，加热装置^it传感^S，可测定iJS加热装置的^^，
与上述加湿室的出口相连的气体运输通路装置，它用来向上述需要这种
气体的病人或其他人输^J:述气流，上述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提供警告信 号，以及
储存有一种禾聘的控制體，此禾辦可使控制装置
i)通过从上述加热装置^g传感装置观啶的加热装置温度中减去由上述 气流驢传感體测定的气術鹏，来确定》鹏差，
i i)由，加热装置功率利用传感装置来确定加热装置的功率需要量，
iii) 由上述功率需要量除以上述^差，计算出导热系数，
iv) 如果上述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
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^f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
aa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 为通过上述力鹏室的所述气流提供水蒸汽，戶服的加热體利用了一可测定 量的功率，
与上述加湿室的出口相连的气体运输通路装置，将气流传送给病人或需 要此气体的人，
气体输送路径的加热装置，能够至少为气流输送路径长度的一部分提供 热量，
气術，传 ，其用于检测/A^M加湿室输出的戶;M气流的，， 用户输入器，使用户能输入一所需的^^补偿值，此值是在测得的气体 温度和输送给病人的气流st之间所需的差值，
控制器，储存禾骄进行以下操作i) 用气体^it探测激则定加湿器输出的气傳^t，
ii) 从用户输入離受鹏卜偿值，
iii) 将气術驢和^t,M尝值相加，计算气路中的 鹏设定值，
iv) ^体输,置的长度，为气体输i^各径的加热，劍共會糧，增加 气流,邻鹏卜偿值。
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。
本发明如前所述，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视图，示出了装在导管中的如图l所示的气
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戶舰的气流探测器，
图5为魏图1所示气流探测器的呼吸加湿器的示意图，
图6为用于图5所示的呼吸系统加湿器中的湿度和Mit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(为达到理想的湿度)与气流速度之间的函数关 系曲线，用以说明用于图5所示的呼吸系统加湿器中的f鹏和/^S控制系 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湿度(露点)与报警时间之间 的函数关系曲线。
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统加湿器的一个最佳实施 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)由气体压縮机1的出口 2经导管6至入口 3 itA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。加湿室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中的水在加热时漫慢蒸发，水蒸气与从供气體1经过加湿室的 气流混合。然后，湿润的气体从出口12离开加湿室，通过导气管即吸气导管 14被病人和其他需要此气体的人13吸入。为降低水蒸气导气管中的冷凝并 提高供给病人的气体的纟鹏，可以安装一个受控制器11控制的加热丝15。
图1显示了一罩在病人鼻和口上的气体面罩16 (作为非^i虫式气^^俞送 装置)，然而存在许多气体输魏置结构，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通路的旁路(插管通路式气体输i^e)。
也可以为病人呼出的气体掛共一回至鹏气装置1的回路。在这样的方式中， 在病人13、吸气导管14、和连接供气體入口 (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r乙存储器相联的微机处理器鹏辑电路，存 储器中含有软件禾號。当通过控制器ll执行时，该禾聘根据设在软件中的指 令，也可响应外部输入信号来控制加湿系统的操作。例如，可以从加热板9 向控制系统11输入信号，控制系统11就得到加热板9的，和/或能量^ffl 割言息。另夕卜控制器ll可以得到气流離的输入信号，例如可以将一个鹏 传麟即t鹏探测器17置于或靠近病人身体，以显示病人吸入的气術驢， 可为控制器11提供另一鹏探测器以指示从加湿器4的出口 12流出的加湿 气流的，。进一步地，可以在呼吸循环的任何部位("呼吸循环"包括气流 舰的力口湿系统的各部分)安装气流传繊即气流探测器19。图5所示气流 探测器19在Sf探测器18同样的位置，两體可以如下戶脱安装在一个探 针中。
向控制器11进一步的信号输入可以是用户输A^置即开关20，它可以允 许^ffl者(健康护理专家或病人本人)选定一理想的气流，或气^^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，匕系统(或其中某部分)的一^iM实施例。 气流探测器
图1和2显示了气流探测器19的tte形式。气流探测器19雌以塑料 材料如聚碳酸酯模塑帝喊。它有一个基座30用于安装导线(图3、 4的4S)， 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 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的織面雌为圆形，纵剖面逐渐变细成为锥体，远离基座 的一端(传感末端36)有一圆尖。
图1所示是两个传繊外壳32和33。在这实施例中显示， 一个传繊外 壳32作为纟鹏传繊，另一为气^il度传繊。在32和33中是分别用于测 定加湿系统温度和流速各自盼性质的传感器34和35，可以是热敏电阻(依 赖 驢的电阻)。就传 34而言，控制器通过热敏电阻输出一个电压，并 以通过热敏电阻的电流的形式接受一个St信号，此电流依赖于气術显度。 为了f尉户热敏电阻34， 32榭专繊顿爐。尽管如此，在热敏电阻和气流
之间仅有一薄层塑料材料，所ff^it仍然准确。
对于传繊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己知的第一温度，然后断路，监控热敏电阻的温度变化 (通过监控其电阻变化)。控制器11此时可以启动计时器，测定热敏电阻的 温度降到第二预定温度所需的时间。由于气流从被加热的热敏电阻将热量带 走，热敏电阻的St在一已知气流横截面(如导管直径12mm)上,AB—预定 鹏降到第二预定纟鹏的时间，为控制器ll樹共了气術fL3I附旨示指标。可 以看到热敏电阻35没有按34的方式被^P包裹。因为在热敏电阻35和气流 之间的倒可一层物质将影响从热敏电阻向气体的热量传导速度，导致降低流 速读数的精确度。
在一进一步优选的实施例中，通过向热敏电阻35输送电流将^it提高 到高于气流鹏一 页定的^it差(如60°C)以测定气体涼速。控制器l卜监控热敏电阻35保^f页定温度差而所消耗的能量。与气流横截面有关的^MflJ 用量(如气流探测器导管直径约为12ram)向控制器11 Jif對繊指示，使控 制器ll能确定气体的实际箭速。为使热敏电阻35能保持此一驢差，必须 间断的测定热敏电阻35的实际^^并将其加热。这可以通过从热敏电阻临时 断开加热电流，和施加一通过热敏电阻35的低感应电压，并测定通过热敏电 阻35的电流。按这种方式，可以很决地测定热敏电阻35的电阻，从预先储 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，值。如果实际 温度差小于预定的温度差，可以去除感应电压和重新施加加热电流，或实际 驢差达到鹏出预定的纟鹏差，控制器会延迟向热敏电阻35供热。
当气流探测器19暴露的表面離低于通过它的加湿气流的纟鹏时，在其 表面会产生冷凝。应认识到在气流传感热敏电阻35上任何液态水的积聚将不 利于读取流速，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 液态水在传感器上的积聚，本发明 实施例的气流探测器装有至少一个凸 起的翼状装置。在图1和2所示的实施例中每个传 外壳有两个翼37、 38、 39和40 (当然每个传 外壳可以有一个翼)。每个凸起翼的横截面为矩形， 从套管31沿传繊外壳长轴伸展至传繊外壳的传感末端(当然凸起翼不必 沿传繊外壳的全长延伸)。在此雌的实施例中，在其^H^:度中凸起翼的 外缘与传感器外壳中心线的距离恒定。由于传 外壳渐细，翼状突起的纵 剖面 为垂直于传麟外壳表面延展的三角形。雌翼状突起与气流探测 ，術莫塑在一起，也可以#4虫制造翼状突起，将其安装至U传自外壳表面。
现在参考图3、 4，在4顿状态，将气流探测親翻J导管连接器42的传感
器输入口 41中。传麟输入口 41的M/人导管连接器垂直延伸成圆筒形。导 管连接器42连接呼吸循环的两个导管43和44，或可以选择将^li塑成导管 的一部分，如作为吸入导管14的一部分。从图4可以清楚地看到，气流探测 器19安装在气流中的位置应保证将翼状突起37、 38、 39、 40调整到与气流 平行的状态(如箭头所示)。在传繊外針产生冷凝时，由于在传繊外壳 表面和翼状突起的连接线周围形成一低表面张力的局限区域，再加上气流流 过传感末端36的表面时因气体的流动，冷凝液会从传自的末端36流走。因此，冷凝液会沿交线(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安装至帷繊输入口 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會继到从传感
末端除去液体的理想效果)，本发明iM的实施例在靠近套管处有一突出于基
座30的"V"型齿状装置46。在传,输入口 41的壁有一 "V"型的凹槽即 固定的定位凹槽47。相应地，用户插入气流探测器时要找到此凹槽，以使气 流探测器全部而严密地插入至l博管(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，倉,使 冷凝气如前所述从传繊末端流走。
进一步，为保证气流感应热敏电阻35工作产生的热量不会影响，感应 电阻34，在图4可以看到，对于46和47的位置的调整，温度和气流感应电 阻要横穿过气流(即不沿气流的方向安装)，因此它们不会相互影响。同样， 将发热的气流感应电阻35安装在Mit感应电阻的上游，使其产生的热量l^气 流从鹏感应器带走。
本发明的优选方式采用一个可靠的气流探测器，其优点是加湿装置可以 通过监控警戒指示状态的^I和^g来识别损害加湿装置性能的状态—如发 生抽气、断路和喷雾。 一旦识别了一种发生的状态，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，加湿装置可以判断皿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 形式的气流探测器的一^ 的应用例。 湿度控制系统—最小會糧法
供给病人13或其他需要气体者的气体的一个重要的参数是湿度。已知过 于^B喿的气体(有介于60%_70%之间的低的相对湿度)会使病人气管'1^1 胁JC弓虚不适。对应于本发明的雌的实施例的加湿體的控制器11包括一 设法将气流相赠Sit维持在理想水平(高于90%)的控制系统。采用这种控 制方式所需的一种情况是将加湿室4入口气体的温度升高到近似于出口气体 》鹏。在这种情况下，由于只需少量能量供给气体(以升高欺鹏)，鄉嗨室中的水就不会得到足够的能量，因此就不会得到足够量的水蒸气以力口湿气 体，相应地，当供给病人的气体的纟鹏魏时，相X^破就不合适。当入口 气体温度比出口气mit低很多时，可以设想在提供大量能量将气術^提 高到理想值的过程中，会蒸发加湿室中的大量水，相应地气体的相赠显度将 会提咼。
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体^il 的信息。如上戶脱，可以通过将气流探测器插入气流达到这一目的。参考图
6的流程示意图描腿一控制系统。
此控制系统始于方框49，给加热丰腿电，加热加湿室4中的水。在方框 50，控制器读取一个预定的 鹏，此》破可以由制造者预先设定在存储器中， 或由用户通过用户输A^置如图5的输入器20输入。在方框51中，控制器 11从热敏电阻传感器得到信息以确定气流速度(可以按前面所述的方式进 行)。在方框52中，控制器11确定在领幌的》髓下为产^^需的气流纟鹏需 要的最小能量。这可以通过^M诸存在内存中的公式计算得到，或 与控 制器11关联的数据存储器或记忆装置中储存有在一系列预定的湿度条件下 流速和X寸应的所需最小能量的査询表，j顿观幌的》髓和所需的》鹏值，通 过控制器査询对应的最小能量。控制器11可以通过测定气^iM和得到一个 用户输入的预定的Mit，计算(皿择从实验或预先计算所得的查询表得到) 出一个 匕^1下得到预定的湿度所需的蒸，率，最终确定加热板9所需
能量。控制器然后能计算出(或选择从实验或预先计算戶;f得的查询表得到)
需由加热板9掛共的能量，以产生为达至lj所需f鹏而确定的蒸魏率。
在，53中(在此方法中不是必需步骤)，气体的出口^^经，探测 器(或通过气流探测器19的纟鹏传感部分)反馈到控制器，引起加热板驢 或能量的改变，控制器18通过这种方式，将气体离开加湿室出口时的^it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的即时能獻佣量，确定加热板的能穀拥 量是否小于在滩52中计算所得值。控制器11可以通过测定供给加热板的 电流，将其乘以加热板的电压，得到加热板的即时能獻U用量。另外，对通过计算加热板通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%，其额定功率为150瓦，那么加热板的 能量利用量将是60瓦。可以假定加热板的电压直定，如果观幌的即时會歸!J 用量不小于提供预定》鹏必需的最小能量，那么回到方框50，重复前舰程， 病人得到具有适宜加湿禾號的气体，直到方框54判断显示加热板能量消耗量 己斷氏到樹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，增加掛共给加热板9的倉糧(如fflil改 变向加热板提供的电压的调制脉冲宽度或单纯增加可变的供给电压)达到方 框52确定的水平，以使气体被充分加湿。这可导致出口气術M升高至高于 设定的^Jt，然而这是掛共充分的力口湿所必需的。然后在方框56的步骤中检 查(在此方法中此步骤也不是必需的)出口气体^it是否己降至预定的温度 之下。如果出口气術鹏已降至预定的鹏之下，可以推测如同在一乡树高 于假定的入口气傳^it的温度下，气俐每达至IJ所需的加湿程度。如果出口气 術鹏没有降至预定的 鹏之下，另卩么继续向气体提供计算所得的最小能量 水平。由此可以看出
1) 缺少温度探测器时，控制系统继续向加热板提供达到充分加湿所需的 计算所得的最小能量，或
2) 当提供^^探测器时，控制系统以两种方式工作，第一禾中"正常"方 式为，按已知途径控制出口^it在一理想值，直至加热板的倉讀禾,量降至 显示加湿不充分的水平；此时一新的控制方式开始工作，以保持加热板能量 使用量在计算所得的最小水平，直至出口^g降低到低于一预定M^指示出 进口气術鹏已经显著降低到使加湿室能向气流掛共充分的热量和》驢。 加湿控制系统—预定湿度法
以下参考图7描述以上戶;M加Ml空制系统的另一可选择的方案。根据这
一雌的控帝係统，可以在任一气^3I度下，将加湿室输出的气体的湿度控 制在任一预定的水平。雌^顿JlM气流探测器，测定气^I度，参照加湿 室输出纟鹏对^I和或呼吸循环的函数曲线，达到控制气#^破的目的。 图7显示加湿室输出特征曲线的一刊列子，其中可舰于给定的所需湿度，随着气体》髓增加，加湿室出口气術鹏急居哋显著降低至一固定鹏。 可以用实验方法得出一些出口气術鹏和湿度关系的信息，并存在存储器中 (如以一个或一些检索表的形式)，可以M31控制器11査询。
根据这种控制系统，用户M用户输入器20向控制器11输入一预定的 湿度，所用的用户 俞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，通a^Jt探测器18 (或气流探测器的纟鹏传感部分19) 向控审U器11输送测出的输出气術鹏。使用气流探测器19观!l得的即时气流 速度和领时都邻驢，控制器ll向存储器^i旬以确定在现有气^^01下，为达 到预定的湿度所需的出口气体温度的目标值。
此时，控制器11控制向加热板9的供能，以得到在现有气^^I下为达 到预定的湿度所需的预定出口气術鹏目标值。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能量，或可 选择向加热板掛共一可变的电压。
当气体》髓鹏户设定的湿度发生变化时，控制器11从存储器自动确定 一修正的出口气術鹏目标值，并适当i鹏制加热板9樹共此出口气術鹏。
例如，对于一用户设定的气術破为44mgH20/L，观幌的气^3I度F1，控 制器11查询存储器中的检索表确定出口气術鹏的目标f鹏为37°C。然后 控制器ll向加热板9供给能量(如舰P丽控制供给的电压或电流)，使温 度传感器34测得的出口气術，基本等于产生44mgH20/L的所需绝X^显度的 離目标值37。C。
作为对控制系统的补充，也可以向与控制器ll关联的内存装置樹共涉及 呼吸循环冷 辦寺征指数的信息。控制器11可以向加热丝15供给能量，以控 制额外加热流经管路的气体，从而斷氐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)。在此控帝係统中控第幡11可以调整加热丝15 ^f共的热量，使會,在控 帝忾流湿度的同时控制》鹏(虽然实际加热丝产生的升^R能是几度)。然而， 如果气術显度过量(为产4^够高温的气体)，控制器11也可以通过启动结 露(rain-out)功能，设定加热丝状态以降低气#^显度。控制器ll然后适当地调控加热板和加热丝状态，以最好地向病人提供所需气術显度和鹏(用 户设定)。
加湿装置的自动控制一"单按钮式加湿器"
图5所示的加湿装置的任一控帝係统的工作，可以使加湿器的^顿十分 简便的，只需用户最小限度的输入。图5展示了一个便于f顿的加湿體的
例子，只有唯一的用户输入开关20。开关20 ,有一系列对应于预定气体 输送数据结构的状态或位置。 一种气体输送方式是插管法，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关联的内存中都存储有所对 应的最佳所需湿度和温度值。例如，对于插管式气体输送方式，最佳温度可 能是37。C，最佳 破大约是44呢H20/L气体，而对于非接触式气^f俞送方式， 最佳^t可能是32t:，最佳Mit大约是30mgH20/L气体。
通过使用以上所述的任一控制系统， 一旦气体输送方式确定，不需要用 户进一步调整即可控帝咖湿體的运行。控制器11将重复测定出口气術鹏 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^f共最佳(或尽可能接近最佳)的气術，和M^，使之不受箭遞 和出口气体^jt变化的影响。 用户输出一、温度显示
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 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。已知其他呼吸系统加 湿器也包括显示器，fl^显示的鹏，是固定不变的，其可以是呼吸循环14 中病人端的纟鹏(如》鹏探测器17所测得的)或加湿室出口的气#^鹏(如 St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显度是100%时(即气体尽可能多得含有在 现有温度下所會给有的水蒸气量)，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SS下所输送的气体所含水分少于可能的最大值，那 么单纯显示所输送的气体温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 方式中，显示器60显示的，是传自17或传感器18 所测得的、鹏值，不管它们谁是最低的一个。例如， 一个为37"C的气体出口 ^Jt和纟叙啦显度44mgH20/L气体(近似于相X^显度100%)可以转换成吸气导 管病人端的 鹏35'C和病人接受的^X^破35mgH20/L气体。因此，当导管 中的气体保持在约100%相对湿度时，由于》驢的斷氐，有9mgH20/L气{枯 吸气导管中凝结。祀比情况下，显示给病人的相应的温度是35'C，即在此温 度下相对 显度100X的气体含有35。C所^^的水分量。
如果气体出口温度是37°C，乡MM度是44mgH20/L气体(100%相)(^显度)， 病人端的Mit是39"C，纟叙^破是44mg恥/L气体，那么显示的临床上最相 关的》鹏应当是37"C。这是因为，虽然气術鹏已经上升，至U达病人处的气 体在吸气导管中没有得到另外的水分供给，所以其相赠显度不再是100%。 到达病人处的气体的纟MM度实际与37"的气術，相关联，因为这，应 于加湿气体中的水分含量的温度。在ftf可情况下，经常是在与病人相距30cm 以上的距离测定病人端^Jt，气体到达病人处时，温度经常已降低，所以较 低的温度37"对于护理人员更相关。 自动的断流待机状态
如前所述，在现有的许多加湿系统中，控制器单纯检测温度以调整加热 板9和/或管路中的加热丝15提供的能量。当气^f共，或直M器1与呼 吸循环断离，这种控制方式将检测不至U驗，因为没有气流,L^鹏检测器。 此时控制器通过增加供给加热板9和/或加热丝15的能量以设法增加气体温 度(控制器推测在呼吸循环中还有气流)。離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，號。如果此时重新提供气体，供给病人的气俐每达到危险 的鹏。
为避免发生以上一系列过程，加湿系统应安装根据本发明 形式的气 流检测器。控制器随后则定加湿器中是否有充足的气流(如15L/辦中)保持 正常的安全运行。如果发现气流不足，那么加湿器设置在一安全运行方戎。此安全方式包括对加热板9的Mit限制和/舰供给加热板9和/鄉卩热丝15
的工作电压柳蹄lj (即控制能量tK平)。
湿度报難置
加湿系统应^j財艮警装置(如声音报警或视觉报警)，以便当在一段时间 内供给病人的气体低于或高于所需的湿度时提醒病人(或护理人员)。己经发 现应当设定报警器在某Ht定时间之后发出警报，该时间取决于所需湿度和 实际撤共给病人的湿度之间的差值。二者之间的差《翻大，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戶万需的湿度设定报 警时间。内存中存有一些不同的"鹏曲线"，每一值分布于预定的所需湿度
值周围(此例中示出37"时所需M^值。可以方便地用表格表示，差和报 警时间之间的对应关系，将此表格存于例如可I鹏制器11读取的R0M (只读 存储器)中，从而控制器测定湿度差，查阅表格中的差值(根据所需》破值 选择表格)，It瞎值掛共等待发出警报的大约时间。测量所掛共气体的f破的 另一种方法可以是监测气体实际的露点(产生水蒸气凝聚的Mit)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 是加湿室4鹏和管路的Mit中樹氐者。 水用尽警报器
在带有加湿室4的呼吸加湿系统中，为了使加湿器離合气体掛共水蒸汽， 必须保持某一劇氐的水平面。因此，对病人给予加湿气体的健康护理人员应 该偶尔检査水平面，并在必要时添加更多7K。 ithx作有时被忽略了。
当水平面降至不足并发出警报时，可以利用加湿系统中的可自动测定的 气流探测器19。 tt^t加热板9^jt、加湿室4驗(或室出口t驢)以及 加热板9功率需要量(当前用于加热板的功率数)都进行监测，将它们用于 下列等式而得到导热系数值
导热系数二力口^&力帛，，:
加热板温度一加湿室温度控帝U器11将计算的导热系数值与预定的阈值(其本身取决于气流探测器 19测定的气術f速)进行比较，此阈值可在各种气体^il下M试验测得。 计算的导热系数值可以每5 ^H中更新一次，警报可在计算的导热系数降至阈
值5-10 ^H中后发出(或者立即发出警报)。下面^Mit验测定的导热系数
值的实例和不同流速时的阈值的 实例 》101 二 10升/分
导热系数=1. 26W/°C (加湿室4中有足够水) 导热系数=0. 26W/T (加湿室4中没有水) 预定阈=0. 5W/°C
臓二40升/分
导热系数=1. 81W/°C (加湿室4中有足够7jC) 导热系数=0. 42W/°C (加湿室4中没有水) 预定阈=0. 8W/°C
可将不同箭速的预定阈{顱亡存在可被控制器11读取的ROM中，以便控制
器ii可简单地测定气体的当前^ii、计算导热系数的值、根据当fmai读取
ROM中的表格、以及读出相关的预定阈值。如果计算的阈M^于计算的导热 系数值，则控制器ll将在发出警报前等候预定的一段时间(例如5或10分 钟)，以便在输送至病人的气術显度未损失盼瞎况下7jC平面可以达到最高。 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，通常要控制纟显度和湿度，以 便使供给病人的气体按所需的温度和湿度输送。在一些情况下，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温度，使病人得到所需温 度。有时，从导管加热金属丝(甚至100%工作循环)得到的都艮功率不足以 将气術，提高到病人需要的气体温度。更为特别地，在导管14的病人端这 些加湿系统不能维持所需的气体温度，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 步优选的实施方式，本控制器包括一种 >上述问题或使其最小化的系统。
因此，根据本发明的 形式的呼吸加湿系统是用来维持沿导管14长度 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 病人的气術^M呆持在所需水平。气管设定值按如下计算
气管设定值二加湿室出口， +补偿值
其中"补偿值"例如为3t:，等于沿导管14的所需^jt梯度。还应知it^， 择的"补偿值"有赖于导管的物理特性和结构。
例如，补偿为3"C和加湿室4出口气体温度为37'C时，适当地给加热金 属丝15提供能量(如调节其工作循环)以将供给病人的气術显度维持在40
°c。类似地，如果加湿室出口温度降至3rc，则将供给病人的气術，控制
在34°C。在这两种情况中，沿导管保持有+3'C的温度梯度或温差以尽可能 降低或消除冷凝作用。
如发现不能维持所需的补偿值(g卩，力Q热金属丝不能将导管中气体的温 度升高至所需的计算值，此计算值^il过导管14的病人端PfM的M^传自 测定的)，那么控制器ll将M^加湿室出口^it (例如，MM^用于加热 板9的功率的工作循环)以便维持沿导管的所需补偿值。例如，如果彬t^ 度值不能以至少2。C保持15辦中，可将控制器设定一禾im使其以将加湿室 出口 鹏以0.5t:的档次开始降低(至最小值35.5'C)。例如，当补偿值为3 "C和加湿室起始出口纟鹏为37'C时，应将供给病人的气i確制在40°C。然而， 若送至病人的气体为38. 6°C (实际补偿值或差值仅为1. 6°C)，那么15 ^H中 后控制器11将使加湿室出口^t降至36.5°C。然后重复上述计算，若到达 病人的气術鹏不能维持在39.5'C，那么控制器将再次斷氐加湿室》破。此 过程将重复至达至脂巨保持所需导管补偿^^的加湿室出口^S。而且，控制 器11然后将升高力鹏室出口气術鹏，以将供给病人的气体再次达到所需温 度，但仅在补徵鹏受限盼瞎况下可以完成这一过程。如果外周环境发生改 变，也可能出lLt述瞎况。
因此，至少在优选形式中，本发明联合所有或一些上述特征而提供一种呼吸加湿系统，此系统會继至啦制加湿气体的^破和/^g的目的。依据本 发明一个实施方式的气流探测器能确保^il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/ 或》驢探测器的正确定位。由于用这种气流传感器能准确观l淀^1，本发明 的控制系统能给病人掛共一种控制在所需湿度的气流。本箭速传繊也可"自 动"控制，这样用户不需要不断地监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^^送状况输进加湿器，那么加湿器在不 需要用户进一步输入的情况下就能提供所需的气体温度和湿度。加湿器也显 示与送至病人的气体具有临床相关性的气術驢值。另外，根据本发明其它 l腿实施方式的呼吸加湿系统包含各种优于现有技术的安全性改进。
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，所述的加热装置利用了一可测定量的功率，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，控制装置，它接受由上述气流探测器装置产生的输入，并储存有一种程序，此程序可使控制装置i)计算上述加热装置所需的功率使用量，以便在可被上述气流探测器检测的气流速度下将上述气流加湿到一预定水平，ii)确定上述加热装置当前所利用的功率，以及iii)如果测出的上述加热装置当前的功率利用量少于上述需要的功率利用量，它可向上述加热装置提供上述预定的功率量。
2. 根据权利要求1戶細勺加湿體，其中计算战加热體为使战气 流加湿所需的功率4顿量的上述步骤包括用上述气流探测器装置检测当前 气流，在数据储存装置中查寻与上述检观啲气体箭速相关的功率预存值，所 述的数据储存，予^feM^I和相关的功率使用量。
3. 根据权利要求1或2戶腿的加湿装置，其中计算上述加热装置为使上 述气流加湿所需的功率1顿量的上述步^S包括计算为达至赃测出气体流 速下的所说预定水平而所需的蒸发率，然后确定，加热装置达到所需上述 蒸发率而所需的功率。
4. 根据权利要求1或2所述的加湿装置，其中所述的加湿装置还包括一 种温度传感装置，lt燥置用于检测气流离开上述加湿室的温度和向上，制 装置提供驢信号，上述控制装置储存的禾聘还包括步骤(ii)和(iii)之间的一个步骤iia)控制上述加热装置的育糧供给以便保持在预定^t下上述加湿室排 出的气体》充速。
5. 根据权利要求1或2戶，的加湿装置，其中戶，的由J^制装置储 存的程序还包括下列步骤iv)探测气体离开加湿室时的纟鹏，当检测的^Jt小于预定驗时贝腿回 到步骤(i)。
6. 根据权利要求1或2所述的加湿装置，其中所述的气流探测器，包括用于在上述气流中定位的传感器外壳，所述的传感器外壳的纵向轴线与 上述加湿气流基本上垂直，并有一个传感末端，传感装置^A在位于上述传感末端或其附近的传,外壳中，以及至少一个从上述传感器外壳横向伸出的凸起翼状装置，所述的至少一个 凸起翼状装置樹共了能使液体冷凝物从上述的传麟外壳的传感末端分散出 去的表面。
7. 根据权利要求6所述的加湿装置，其中所述的气流探测器，包括两 个上述凸起翼状装置。
8. 根据权利要求7所述的加湿装置，其中所述的两个凸起翼状，相对 地位于，传感器外壳的周围。
9. 根据权利要求6或7所述的加湿装置，其中每个所述凸起翼状装置都 与上述气流平行排列。
10. 根据权禾腰求6或7戶腿的加湿装置，其中液体冷凝物是沿着上述的 传 外壳和上述凸起翼状装置的交线分散，沿所述的交线有一个低表面张 力的局部区域。
11. 根据权利要求6或7所述的加湿装置，其中所述的气流探测器装置包括一个鹏传繊外壳和一个i^I传繊外壳。
12. 根据权利要求11朋述的加湿装置，其中朋述，传，外壳和戶， 箭遞传 外壳的传感装置中每个均包括，^#、性电阻。
13. 根据权利要求11戶腿的加湿装置，其中戶诚的^3I传繊外壳的传感装置偶尔被加热至超出上述气流St的预定差值温度，上述^il传iill外壳的传感装置维持上述的预定差值皿所需要的功率提供了，气体箭Li!的一个指征。 '
14. 根据权利要求11戶脱的加湿装置，其中戶服的^I传繊外壳的传 感装置暴露在 鹏传感器外壳的传感末端或其附近，而上述纟鹏传感器外壳 的传感體包封在^it传麟外壳的传感末端或其附近。
15. 根据权利要求11戶腿的加湿装置，其中戶腿的纟鹏传 |外壳和流 速传感器外壳穿过上述气流时留有间隔，这样是为了使上述^il传繊外壳 的传感装置所产生的热量对上述温度传感器外壳的传感装置的实际影响最 小。
16. 根据权利要求11戶腿的加湿装置，其中所述的,遞传繊外壳位于 上述^it传麟外壳的下游，这样是为了使上述箭速传麟外壳的传感装置 所产生的热量对±^鹏传繊外壳的传感装置不产生影响。
17. 根据权利要求6 0M的加湿装置，其中戶，的气体输i^l^装置有一 个已知的横断面区域，至少是在上述气流探测器装置邻近的范围内，且该装 置具有一个用于接受上述气流探测器装置的传感器入口 ，所述的传 入口 有一个固定的定位凹槽，所述的气流探测器，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G01F1/688GK101306218SQ20071013662
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