CN101239214B - 用于提供已加湿的呼吸气体的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

呼吸加湿器(1)具有入口(3)，待加湿的输入气体(2)可以输入到该入口中。在混合室(4)里，给输入气体(2)混入蒸气(21)。从出口(6)流出已加湿的输出气体(5)。当输入气体(2)的温度如此地高，使得输出气体(5)的温度在额定值之上时，使内部的额定值匹配。在经过吸气软管(7)的途中，就可以使输出气体(5)冷却到额定值。

Description

用于提供已加湿的呼吸气体的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于提供已加湿的呼吸气体的设备，具有气体入口，通过该气体入口可以输入待加湿的输入气体，还具有用于已加湿的输出气体的气体出口，以及具有蒸气或湿气供给装置，可以将待蒸发的液体输入到该蒸气或湿气供给装置中，并且该蒸气或湿气供给装置设有蒸发器或者汽化装置，其由控制装置来控制，该控制装置调整输出气体的输出温度和输出湿度
背景技术
这种设备和方法已在DE 198 08 590 A1中公开。已公开的设备尤其是指一种呼吸加湿器。已公开的呼吸加湿器具有呼吸气体管路，它带有气体入口，可以将待加湿的输入气体输入到气体入口里；还具有气体出口，从这里将已加湿的呼吸气体引出。所述设备还具有蒸发装置，可以将一种待蒸发的液体输入其中。输入的液体通过计量泵被送至蒸发器，该蒸发器将待蒸发的液体蒸发，并将所产生的蒸汽输送给在呼吸气体管路里流动的呼吸气体。蒸发装置连接于控制装置，这个控制装置调节从气体出口里流出的呼吸气体的输出温度和输出湿度。输出温度和输出湿度可以相互独立无关地调节。蒸发装置例如可以包括有计量泵，它将与通过呼吸气体管路的呼吸气体的体积流量成正比的液体量输送至蒸发单元。输出气体的输出温度则可以与输入的液体量无关地进行调整，其措施是调节蒸发单元的温度，使得由蒸发器所产生的蒸气达到特定温度，并形成一种由呼吸气体和蒸气组成的、具有所希望的输出温度的混合气。
然而应该注意到：蒸气的温度不能低于液体的沸点。除此之外还有卫生方面的规程，它们要求蒸气温度高于液体的沸点。这可能导致：当输入温度值过大时，就在设备的气体出口处产生过高的输出温度。如果借助于风机或其他泵送装置将呼吸气体输送给加湿呼吸器的气体入口，这种情况就可能产生。
发明内容
根据这种技术背景，因此本发明的任务是提出用于提供已加湿的呼吸气体的设备和方法，它们可以使加热的呼吸气体实现输入。
该任务通过具有独立权利要求所述特征的设备和方法来解决。在从属于此的从属权利要求中，说明了有利的构造方案和改进方案。
在这设备和方法中，由控制装置为预定的额定湿度确定所期望的输出温度。如果所期望的温度高于输出温度的预先预定的额定值，那就将输出温度调整至高于额定温度的温度。因为呼吸气体从设备的气体出口直至所谓的Y型件，必须经过吸气软管的路程，因此输出温度在气体出口处升高是无害的。因为在从气体出口至Y型件的路程中可以冷却输出气体，从而在Y型件处又达到额定温度。
所期望的输出温度优选根据输入温度的测量值来确定。虽然原则上可以对输入温度应用经验值，但输入温度的测量具有附带的可靠性特征，因为输入温度会根据环境温度而发生波动。
此外所期望的温度优选取决于蒸气温度来确定，蒸气温度由控制装置来调整，或者借助于温度传感器来检测。后者的优点是可以对蒸气的温度波动给予考虑。
所期望的温度的确定还可以基于最小允许的蒸气温度。如果实际的蒸气温度低于最小允许的蒸气温度，那就因此将此最小允许的蒸气温度用来确定所期望的温度。因此可以根据卫生方面的规程，来避免所期望温度的不允许值。
为了确保输出气体的温度一直到所谓Y型件处达到额定值，可以在吸气软管的靠近身体的端部借助于温度传感器来检测输出气体的温度。
如果输出气体在吸气软管的靠近身体的端部处的温度超过了预定的额定值，那么可以逐步降低内部额定值-输出气体的输出温度被调节至该额定值，一直降低到输出气体在吸气软管的靠近身体的端部处的温度基本上相当于输出气体的预定额定值。
除此之外可以减小热量进入到输出气体里，其措施是逐步地减少加入到输出气体里的水量，一直到输出气体在吸气软管的靠近身体的端部处的温度基本上相当于输出气体的额定值。
附图说明
本发明的其它特性和优点可以见以下的说明，在该说明中，根据附图对本发明的实施例进行了详细的说明。附图所示为：
图1呼吸加湿器，其中输出湿度和输出温度或者共同地或者分开地进行调节；
图2对图1所示呼吸加湿器进行控制的方法的流程图。
附图标记列表
1    加湿器
2    流入的呼吸气体
3    气体入口
4    混合室
5    流出的呼吸气体
6    气体出口
7    吸气软管
8    远离身体的端部
9    靠近身体的端部
10   呼吸气体
11   蒸气管路
12   蒸发器
13   计量泵
14   液体储箱
15   控制装置
16   蒸气温度传感器
17   输入温度传感器
18   输出温度传感器
19   温度传感器
20   流量计
21   蒸气
22   读入步骤
23   计算步骤
24   判断步骤
25   赋值步骤
26   赋值步骤
27   判断步骤
28   减小降低步骤
具体实施方式
图1示出了加湿器1，用它可以对流入的呼吸气体2加湿。流入的呼吸气体2经过气体入口3到达至混合室4。由混合室4流出的呼吸气体5经过气体出口6进入吸气软管7。流出的呼吸气体5因此经过吸气软管7的远离身体的端部8直至吸气软管7的靠近身体的端部9，该吸气软管7用其靠近身体的端部连接于在图1中未示出的Y型件上。最后制备成的呼吸气体10从吸气软管7的靠近身体的端部9出来，经过Y型件进入病人的呼吸道。
在混合室4上连接有蒸气管路11，它通向蒸发器12。在蒸发器12前面接有计量泵13，它将液体从液体储箱14输送至蒸发器12。对于液体而言通常是指水或者麻醉剂。计量泵13和蒸发器12连接于控制装置15。控制装置15对输送给流入呼吸气体2的液体量和蒸汽温度进行调整，从而使流出的呼吸气体5具有预定的湿度和预先预定的输出温度。因为吸气软管7一般被加热了，因此可以使流出的呼吸气体的湿度和温度在经过吸气软管7的路程上保持住，因而在吸气软管7的靠近身体的端部9处的呼吸气体10的湿度和温度等于流出的呼吸气体5的湿度和温度。
为了监测由蒸发器12所产生的蒸气的温度，设有蒸气温度传感器16，它布置在蒸气管路11里并连接在控制装置15上。另外在气体入口3的区域里布置有输入温度传感器17，用于检测流入的呼吸气体2的温度。布置在气体出口6的区域里的输出温度传感器18用于测定流出的呼吸气体5的温度。通过位于吸气软管7的靠近身体的端部9的区域里的温度传感器19，最后可以检测到呼吸气体10的温度。
最后还设有流量传感器或流量计20，它检测流入呼吸气体的体积流量。流量传感器20同样也可以布置在气体出口6的范围里，或者布置在其他合适的位置上，用于测定呼吸气体的体积流量。
加湿器1可以用不同的调节方案使其运行。第一种方案是：对流出的呼吸气体5的湿度和温度分开地进行调节。在这种情况下，由控制装置15来调整计量泵13，从而使与呼吸气体的体积流量成正比的水量输送至蒸发器12。另外还对蒸发器12的加热管路这样进行控制，从而使输入的水量蒸发，并产生具有蒸气温度的蒸气，这种蒸气在与流入的呼吸气体2混合时就形成了具有预定的温度和湿度的流出的呼吸气体5。
在另一种调节方案中，相应于流出的呼吸气体5的温度与额定值的偏差，使每个单位时间输送给蒸发器的水量发生变化。这种调节方案的先决条件是：从蒸发器12流出的蒸气21具有保持不变的蒸气温度。其先决条件又在于：蒸发器12的温度只有小的误差，并且从蒸发器12里流出的蒸气21具有蒸发器12的温度。两个条件在实践中一般都满足。在这种调节方案中，可以通过改变每单位时间输送给蒸发器12的水量来校正流出的呼吸气体5的温度的变化。
然而，如果流入的呼吸气体2的温度值过大，以至于不能再遵守流出的呼吸气体5的温度的额定值，那么这两种调节方案就受到限制。因为水蒸气21的温度无论如何都不能降低到水的沸点之下。除此之外在实践中也必须重视卫生方面的规程，该规程例如要求：水蒸气21的温度不得降低到130℃以下。
原则上虽然也可以减少每单位时间输送给蒸发器12的水量，并因此减少输送给流入的呼吸气体2的热量，但这造成流出的呼吸气体5中湿度的下降，从而可能使呼吸病人的肺部变干燥。
为了避免这种危险，对图2所示的各种调节方案进行修改。在图2中示出了一种修改的调节方法的主要步骤，其中可以选择地涉及两种调节方法中的任一种。
图2所示的对调节方法的变型方案开始于读入步骤22，在该步骤中读入不同的参数，只要这些参数并没有在前面的在图2中未示出的方法步骤中被读入。详细地将流出的呼吸气体5的温度的预定的额定值Ta_set读入。其它要读入的参数是输送给蒸发器12的液体量的质量m1、流入的干燥的呼吸气体2的质量mgd，以及以蒸气形式包含在流入的呼吸气体2里的液体量mgl。这些测量参数在一定条件下由适合的测量传感器来检测。此外还由输入温度传感器17读入流入的呼吸气体2的温度Ti。此外还测定加热温度Th，该加热温度原则上等于那个为使流出的呼吸气体5达到额定值Ta_set所必需的加热温度，但它至少等于液体的沸点温度，或者根据卫生方面的原因所规定的最低温度。
根据这些参数可以计算出流出的呼吸气体5的所期望的混合温度Ta_calc：
T a _ calc = m l · c l · T h + m gd · c d · T i + m gl · c l · T i m l · c l + m gd · c d + m gl · c l
其中C1为液体的蒸气21的比热，Cd为干燥的流入的呼吸气体2的比热。
所期待的混合温度Ta_calc的计算基于以下情况：流出的呼吸气体5的热函由于混合过程而等于流入的呼吸气体2的热函和输入的蒸气21的热函之和。
接着计算步骤23进行判断步骤24，在这步骤里确定：所预期的输出温度Ta_calc是否大于待输出的呼吸气体5的额定值Ta_set。
如果所预期的温度Ta_calc小于等于预定的额定值，那么将内部额定值在赋值步骤25里设定为预定的额定值Ta_set，接着可以继续进行调节方法。
相反如果所预期的温度Ta_calc大于预定的额定值Ta_set，那就使内部额定值在赋值步骤26中设定等于所预期的温度Ta_calc。
如果是这种情况，那就应用流出的呼吸气体5的预期的温度Ta_calc作为用于流出的呼吸气体5的温度调节的内部额定值。由气体出口6流出的呼吸气体5则有高于预定的额定值Ta_set的温度。相反如果所预期的输出温度Ta_calc不大于额定值Ta_set，那就将由输出温度传感器18所检测到的流出的呼吸气体5的温度调节至预定的额定值Ta_set。
因此，如果流入的呼吸气体2的温度值Ti太高，那么流出的呼吸气体5的温度可能高于额定值Ta_set。然而，如果对吸气软管7的加热相应地进行了调节，那么在经过吸气软管7的路程中，流出的呼吸气体5将散出热量。因此有可能直至达到吸气软管7的靠近身体的端部9时，使流出的呼吸气体5的温度可以降低到额定值Ta_set。
此外为了监测在吸气软管7的靠近身体的端部9处的呼吸气体10的温度，由温度传感器19来确定呼吸气体10的温度Ty。在后置于赋值步骤26的判断步骤27里，询问：所检测到的呼吸气体温度Ty是否大于呼吸气体温度的额定值Ty_set。如果不是这样，那就继续进行调节方法。否则在减小降低步骤28里，或者减小输送给蒸发器12的液体量，或者降低蒸气21的温度，并接着继续进行调节方法。
应该指出：图1所示的方法步骤可以成周期间距地重复。
与用来控制输出气体的湿度和温度的调节方法的结构无关，有利的是：已知在气体入口3处流入的呼吸气体2的输入温度Ti。此外应该测定体积流量，由该体积流量在压力已知时就可以毫无困难地确定质量流量。除此之外也可以直接借助于热线式气体质量测量仪或热膜式气体质量测量仪来测定质量流量。除此之外，可以由呼吸设备提供流入的呼吸气体2的质量流量。输入蒸发器12里的液体的质量流量，或者根据计量泵13的输送功率得出，或者由特性曲线得出，该特性曲线示出了在假定一定的输入温度Ti时，蒸气21的温度与流出的呼吸气体5的温度之间的关系。
此外应该指出：也可以代替计量泵13和蒸发器12而应用一种蒸发装置，它具有带着集成的蒸发器的毛细泵和后置的加热装置。在这种情况下，在毛细泵里进行蒸发。蒸发的液体量取决于毛细泵的蒸发功率。蒸气的温度在一定条件下可以由后置的加热装置加热到预定的值。
这里所述的设备和这里所述的方法有一系列的优点。通过这种设备和方法避免了不必要的报警动作，这是因为，即使流出的呼吸气体5的温度高于设定的额定温度，加湿器1还是继续工作。另一方面，加湿器1也可以在高的环境温度和湿度时工作运行。尤其是它可以借助于鼓风机输入流入的呼吸气体2。即使由于物理方面的原因还只能输入有限的湿气水份，在设备中也避免了过分干燥的呼吸气体，这是因为总是还有足够的湿气水分被输入，只要在靠近身体的端部9处呼吸气体10的温度没有超过允许的极限值。
按照本发明的一种方案，蒸气供给装置11、12、13构造为湿气供给装置，在该湿气供给装置中可以输入待汽化的液体量，并且该湿气供给装置设有汽化装置，此汽化装置由控制装置15来控制，该控制装置调整设定输出气体5的输出温度和输出湿度，其中控制装置15确定在预定额定湿度的情况下所预期的输出气体5的温度，并且其中控制装置15在预期的温度高于额定值时，将输出温度调整至高于额定温度的温度。控制装置15专门地连接在输入温度传感器17上，通过此输入温度传感器，可以检测流入的呼吸气体2的输入温度。可选择地附带检测呼吸气体流量。
最后应该指出：那些与特定的实施例联系起来进行说明的特征和特性，也可以与其他实施例相组合，除了由于相容性的原因而排除之外。最后还要指出：在权利要求和说明书之中，单数包括了复数，除非根据这种关系得出例如不同的结果。尤其是如果使用的是不定冠词，那么既是指单数也指复数。

Claims (20)

1.用于提供已加湿的呼吸气体的设备，具有气体入口(3)，通过该气体入口可以输入待加湿的输入气体(2)，还具有用于已加湿的输出气体(5)的气体出口(6)，以及具有蒸气供给装置(11-13)，可以将待蒸发的液体输入该蒸气供给装置中，并且该蒸气供给装置设有蒸发装置(12，13)，该蒸发装置由控制装置(15)来控制，该控制装置调整输出气体(5)的输出温度和输出湿度，其特征在于，控制装置(15)确定输出气体(5)的在给定的额定湿度时所预期的温度；并且控制装置(15)在预期的温度高于额定值的情况下，将输出温度调整至超过额定温度的温度。
2.按权利要求1所述的设备，其特征在于，控制装置(15)连接到输入温度传感器(17)上，通过此输入温度传感器，可以检测待加湿的输入气体(2)的输入温度。
3.按权利要求1或2所述的设备，其特征在于，控制装置(15)调整由蒸发装置(12，13)所产生的蒸气(21)的温度。
4.按权利要求1至3中之一所述的设备，其特征在于，控制装置(15)在考虑最小允许的蒸气温度的条件下确定预期的温度。
5.按权利要求1至4中之一所述的设备，其特征在于，控制装置(15)在预期的温度高于额定值的情况下将输出温度调节至预期的温度。
6.按权利要求1至5中之一所述的设备，其特征在于，控制装置(15)与温度传感器(19)相连，通过该温度传感器，可以测取从连接到气体出口(6)上的吸气软管(7)的靠近身体侧的端部(9)流出的呼吸气体(10)的呼吸气体温度。
7.按权利要求6所述的设备，其特征在于，当在吸气软管(7)的端部所检测到的呼吸气体温度超过预先预定的极限值时，控制装置(15)就降低由蒸发装置(12，13)所产生的蒸气(21)的温度。
8.按权利要求6或7所述的设备，其特征在于，当在吸气软管(7)的端部所检测到的呼吸气体温度超过预先预定的极限值时，控制装置(15)就减少输送给蒸发装置(12，13)的液体量。
9.按权利要求7或8所述的设备，其特征在于，控制装置(15)逐步地控制蒸发装置(12，13)。
10.提供已加湿的呼吸气体的方法，具有以下方法步骤：
-将待加湿的输入气体(2)输入到加湿器(1)的气体入口；
-将液体输入到加湿器(1)的蒸气供给装置(11-13)中，并借助于蒸发装置(12，13)使液体蒸发；
-将输入气体(2)与蒸气(21)混合成已加湿的输出气体(5)；
-将已加湿的呼吸气体(5)从加湿器(1)的气体出口(6)引出；
-借助于连接在蒸发装置(12，13)上的控制装置(15)调整输出气体(5)的输出温度和输出湿度；
其特征在于，控制装置(15)为输出气体(5)的预定的额定湿度确定预期的输出温度；并且输出气体的输出温度通过控制装置(15)在所预期的输出温度超过额定值的情况下被调整至高于额定值的温度。
11.按权利要求10所述的方法，其特征在于，由控制装置(15)来测取输入气体(2)的输入温度。
12.按权利要求10或11所述的方法，其特征在于，由控制装置(15)来调整由蒸发装置(12，13)所产生的蒸气(21)的温度。
13.按权利要求10至12中之一所述的方法，其特征在于，在考虑由蒸发装置(12，13)所产生的蒸气(21)的最小允许温度的情况下计算出输出气体(5)的预期温度。
14.按权利要求10至13中之一所述的方法，其特征在于，将输出气体(5)的温度调节至所预期的温度。
15.按权利要求10至14中之一所述的方法，其特征在于，借助于温度传感器测取在连接于气体出口(6)的管路(7)的靠近身体的端部(9)范围里的呼吸气体温度。
16.按权利要求15所述的方法，其特征在于，当呼吸气体温度高于预先预定的极限值时，就降低由蒸发装置(12，13)产生的蒸气(21)的温度。
17.按权利要求15或16所述的方法，其特征在于，当呼吸气体温度超过预先预定的极限值时，就减少在蒸发装置(12，13)里蒸发的液体量。
18.按权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述降低减小过程逐步地进行。
19.用于提供已加湿的呼吸气体的设备，具有气体入口(3)，通过该气体入口可以将待加湿的输入气体(2)输入，并具有用于已加湿的输出气体(5)的气体出口(6)，以及具有湿气供给装置(11-13)，在该湿气供给装置里可以输入待汽化的液体量，并且该湿气供给装置设有汽化装置，该汽化装置由控制装置(15)来控制，该控制装置调整输出气体(5)的输出温度和输出湿度，其中控制装置(15)确定输出气体(5)的在给定的额定湿度时所预期的温度，并且其中控制装置(15)在预期的温度高于额定值的情况下，将输出温度调整至高于额定温度的温度。
20.按权利要求19所述的设备，其特征在于，控制装置(15)连接在输入温度传感器(17)上，通过该输入温度传感器可以测取到待加湿的输入气体(2)的输入温度。
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