JP2006116258A - 加温加湿容器 - Google Patents

Abstract

【課題】 人工呼吸器、麻酔器等において使用される酸素ガス、空気、亜酸化窒素ガス等の医療用ガスを患者に供給する前に、安全に加温加湿するための加温加湿容器に関するものである。
【解決手段】 人工呼吸器（図示せず）より送られる医療用ガスを、容器５の内部に係留させた水蒸気透過性チューブ４に導入し、容器５の内部に貯留した水を下部に設けた加温加湿器で適度に加温し、ガスの加温加湿を行い、容器出口６より気密的に導出することによって従来水位の上昇によって起こるガス流路閉鎖などの事故を防止すると同時に、水中に繁殖した細菌類からガスの汚染を防ぐことも可能にした。また、ガス流路と容器内水が膜で分離されたことにより、容器内を疎水性フィルター等の機構を通じて大気圧に開放することが可能となったため、外部より落差を用いて安定した給水が可能となり、水位不足または空焚きなどの事故を防止することが容易となった。
【選択図】 図１

Description

この発明は、人工呼吸器、麻酔器等において使用される酸素ガス、空気、亜酸化窒素ガス等の医療用ガスを患者に供給する前に、加温加湿するための加温加湿容器に関するものである。

一般に、人工呼吸器または麻酔器等に使用される酸素ガス、空気、亜酸化窒素ガス等の医療用ガスは、水分を含有しないか、あるいはごく僅かな水分を含有しているにすぎない。また、温度は常温である。このような医療用ガスをそのまま患者に供給、吸入させると、上気道粘膜が乾燥し、喀痰等が固化するために排出しにくくなるとともに、体温が低下するという問題を生じることが知られていた。

これを防止するため、従来より人工呼吸器または麻酔器の呼吸回路中において、医療用ガスを容器内の加湿水の水面上を通過させ加湿するとともに、容器底部の加熱板を加熱して加湿水の温度を上昇させることにより医療用ガスを加温するもの（特許文献１参照）が開示されている。

また、容器内の加湿水は使用とともに減少してくるため、適宜補給する必要があるが、この手間を省くために内部にフロート弁を設け、自動給水を可能にしたもの（特許文献２参照）が開示されている。

また、医療用ガスと加湿水が直接接触することがないように、水蒸気に対しては透過性がありかつ水に対しては不透過性を有する膜より構成される中空管を加湿水中に浸漬させ、中空管内を流れる医療用ガスを加湿するもの（特許文献３、特許文献４、および特許文献５参照）や、加湿水をヒーターにより加温するとともに、加湿水を吸収保持させた保水体に水蒸気透過性でありかつ水不透過性のチューブを接触させるもの（特許文献６参照）が開示されている。
特開２００２−３４５９６５号公報 特許３４３３３９７号 特開平２−１１１３７７号公報 実開平５−３８３０号公報 特開平８−２６６６３１号公報 特開２００１−３４０４６０号公報

しかしながら、人工呼吸器または麻酔器の呼吸回路中において、医療用ガスを容器内の加湿水の水面上を通過させ加湿するとともに、容器底部の加熱板を加熱して加湿水の温度を上昇させることにより医療用ガスを加温するものにおいては、医療用ガスと加湿水が直接接触するので、加湿水は滅菌された蒸留水または精製水を使用する必要があり、加温加湿容器の衛生管理を怠ると、加湿水に混入した細菌類の繁殖による感染の恐れがあった。
また、容器底部より電熱等で加熱するため、医療用ガスの流れが一時的に止まると、水面上に大きな容積を持った水蒸気を含んだガス部分の温度が上昇し、医療用ガスの流れを再開したときに患者へ高温のガスが大量に流れ、気道熱傷などの事故を起こす恐れがあった。
また、人工呼吸器を使用中に加温加湿容器に加湿水を補給するのは、容器内の圧力が患者呼吸抵抗に比例して上昇するので長時間を要し、一般には加温加湿容器を呼吸回路から切り離して給水を行うことが行われるため、給水を行っている間は加温加湿が行われないという問題があった。
また、容器外部より点滴ラインなどを利用して加湿水の補給をすると、気づかないうちに過剰に供給されてしまい、水位が上昇し、ガスの流れを阻害するという問題もおきた。このため医療従事者は常に水位レベルを監視する必要があるなど安全性に問題があった。

また、加湿水を適宜補給する手間を省くために内部にフロート弁を設け、自動給水を可能にしたものにおいては、フロート弁の構造が複雑であるためコストアップになるとともに、万が一フロート弁が故障した場合には、補給する加湿水が気づかないうちに過剰に供給されてしまい、加湿水が患者の気管内に流れ込む危険性があった。

また、医療用ガスと加湿水が直接接触することがないように、水蒸気に対しては透過性がありかつ水に対しては不透過性を有する膜より構成される中空管を加湿水中に浸漬させ、中空管内を流れる医療用ガスを加湿するものにおいては、水蒸気透過膜は細菌を通さないので、感染の問題は解決したが、加湿水を常温（２０℃〜２５℃）で使用しているため、加湿効果は不十分であり、加湿器において相対湿度１００％に加湿して患者に供給しても、吸入された医療用ガス温度が体温により約３７℃になると相対湿度は低下してしまうので、口元において温度３７℃で相対湿度１００％であることを要求される場合には使用できなかった。
また、常温の医療用ガスを吸入させることになるので、患者に寒気を感じさせたり、あるいは体温を低下させる恐れがあった。

また、加湿水をヒーターにより加温するとともに、加湿水を吸収保持させた保水体に水蒸気透過性があり、水に対しては不透過性のチューブを接触させるものにおいては、保水体を経由して熱を伝えるために熱交換効率が悪く、吸気ガスを充分に加温するためには、加湿水の温度を極めて高温にする必要があった。

そこで、この発明は、前記のような問題を生じることなく、人工呼吸器または麻酔器とともに使用し、医療用ガスを安全かつ簡便に加温加湿することができ、加湿水の補給を容易にかつ安全にまた最小限にすることができる加温加湿容器を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するため、この発明は、鋭意研鑚の結果得られたものである。すなわち、第一発明は、入口ポートと出口ポート、給水ポート、大気開放弁、および外部より加熱可能な加熱板を備えた密閉容器であり、容器内部において、該入口ポートと該出口ポートが水蒸気透過性でありかつ水不透過性のチューブによって気密的に接続していることを特徴とする加温加湿容器である。
また、第二発明は、入口ポートと出口ポート、給水ポート、および大気開放弁は、容器の上面に位置しており、外部より加熱可能な加熱板が容器の底面または側面に位置して、水の対流を妨げないことを特徴とする加温加湿容器である。
また、第三発明は、外部より加熱可能な加熱板が金属製であることを特徴とする加温加湿容器である。
また、第四発明は、水蒸気透過性でありかつ水不透過性のチューブが、容器内に螺旋状に配置することを特徴とする加温加湿容器である。
また、第五発明は、水蒸気透過性でありかつ水不透過性のチューブが、容器内の加熱板に直接触れないように係留されていることを特徴とする加温加湿容器である。
また、第六発明は、水蒸気透過性でありかつ水不透過性のチューブが、折れ曲がりを防止するためコイル状ばね材で補強された構造もしくは蛇管状に成型された構造をしていることを特徴とする加温加湿容器である。
また、第七発明は、水蒸気透過性でありかつ水不透過性のチューブが、熱可塑性樹脂であることを特徴とする加温加湿容器である。
また、第八発明は、熱可塑性樹脂が、ポリウレタンまたはシリコンゴムまたはエステル共重合体で成型されていることを特徴とする加温加湿容器である。
また、第九発明は、大気開放弁として疎水性多孔質部材またはポリエステル繊維を束ねフィルター状にしたものを用いることにより、気体は通過するが水は通過しない部分を設けることを特徴とする加温加湿容器である。
また、第十発明は、疎水性多孔質部材が、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）、シリコンゴム、またはポリオレフィン系樹脂を原材料とした多孔質構造のものであることを特徴とする加温加湿容器である。
また、第十一発明は、ポリオレフィン系樹脂が、ポリエチレンまたはポリプロピレンであることを特徴とする加温加湿容器である。
また、第十二発明は、大気開放弁の下端が容器内部に１０ミリメートル以上突出していることを特徴とする加温加湿容器である。

なお、水蒸気透過性でありかつ水不透過性のチューブとは、水分子を水蒸気のかたちのときのみ選択的に透過させる性質を持ち、液体である水のかたちでは透過させない性質を持つものであり、多孔性の構造ではないので、細菌類は透過することがないものを意味する。

また、大気開放弁とは、加温加湿容器内と外気を連通させているが加湿水の水位が規定以上に上昇すると連通しなくなるものであり、フロート弁等を包含する。

この発明の加温加湿器は、加温加湿する医療用ガスと加湿水とが水蒸気透過性でありかつ水不透過性のチューブを介して接触しており、このチューブは細菌を透過しないので、万が一加湿水内に細菌が繁殖しても、患者が感染する恐れがない。
また、医療用ガスの流れが一時的に止まっても、加温加湿容器内でガス部分の占める容積が小さいので、医療用ガス流れを再開したときに患者の口元まで高温のガスが大量に流れる危険性がない。
また、吸気流路と加湿水は膜により分画されているため、加温加湿容器は、大気開放弁により常に大気圧に維持することが可能であり、容器外部より点滴ラインなどを利用して加湿水の補給をする場合でも短時間で補給を完了させることが可能である。
また、万が一補給水が気づかないうちに過剰に供給されてしまった場合でも、加湿水が吸気回路内に流れ込む危険性がないので安全である。

また、この発明は、例えば容器上面に、気体は容易に通過するが水は通過しない部材で構成された大気開放弁を備えており、減少した加湿水を補給する補給水容器を加温加湿容器より高い位置に保持し、給水チューブにより補給水容器と加温加湿容器の給水ポートを接続することにより、自動給水機能を持たせることができる。すなわち、重力によって落下し加温加湿容器に流入する補給水の水位は、容器上部に設けられ、容器内部に１０ミリメートル以上突出している大気開放弁下端にほぼ一定に保たれる。従って、加湿水は従来技術による加温加湿容器を使用する場合より上部に水位を保つことが可能となり、容器内に十分な容量の加湿水を貯留できるのみならず、万が一大気開放弁に漏れが発生したとしても、加湿水は容器の外にこぼれるだけであり、吸気回路を閉塞したり、あるいは患者の気管内に流れ込む危険はないので安全性が高い。

また、患者の呼気は、温度３７℃で相対湿度１００％であるので、呼気回路内で温度が低下することにより水蒸気が結露して水が貯留することとなり、通常は呼気回路中に水トラップを設け、貯留した水を適宜捨てていたが、この発明の加温加湿容器は、呼気回路中に設けられた水トラップと容器の給水ポートを接続チューブで接続することにより、呼気回路内で結露した水を容器に戻し再び加湿水として使用することができる。これにより、従来は数時間ごとに行っていた結露水を捨てる操作を減少させることができるとともに、加湿水を頻繁に補充する手間を軽減することが可能である。

図１は、この発明に係る加温加湿容器の一実施形態を示したものであり、この実施の形態における加温加湿器１においては、人工呼吸器より送られる医療用ガスを接続する入口ポート２の内側に、リング状隔壁３を介して水蒸気透過性チューブ４を気密的に容器５の内部に係留させるとともに、該水蒸気透過性チューブ４は、出口ポート６の内側に、リング状隔壁３を介して気密的に保持されている。また、容器５の上面には給水ポート７が設けられており、給水しないときは栓をするようになっているとともに、容器底面は、外部より加熱可能な加熱板８を備えている。加熱板は熱伝導性がよく耐熱性に優れた材料である必要があり、加工性のよいアルミニウム等の金属が好ましい。また、容器５の上面には、大気開放弁９を備え、気体は通過できるが水は通過できない性質を持った疎水性多孔質部材１０が取り付けられており、気体は容易に通過するが水は通過しない。本図においては、疎水性多孔質部材１０は円筒状になっているが、膜状であってもよい。疎水性多孔質部材１０は容器内部に突出するように配置されており、これは容器全体が水で満たされた場合加熱による温度上昇で容器５内の水が膨張し、容器５を破損するのを防ぐ目的で、加湿水上部に空間を設けるためである。発明者の実験によると、１０ミリメートル以上突出させれば有効であることが確認できた。加温加湿容器１には、通常蒸留水等の加湿水３０を入れ、水蒸気透過性チューブ４が加湿水３０中に浸漬した状態で使用される。水蒸気透過性チューブ４は、加湿水との接触面積を増やすために必要な長さのものを容器内に螺旋状に配置されており、加熱されることにより高温度となる加熱板８に直接触れないように係留されている。また、水蒸気透過性チューブ４は、折れ曲がりを防止するために蛇管状に成型されている。

図２は、この発明に係る加温加湿容器１において自動給水を行う方法を示している。すなわち、加温加湿容器１の上面に、気体は容易に通過するが水は通過しない疎水性多孔質部材１０を有する大気開放弁９を備えており、加湿水として使用される蒸留水等の補給水容器１１を加温加湿容器より高い位置に保持し、給水チューブ１２により補給水容器１１と加温加湿容器１の給水ポート７を接続することにより、自動給水機能を持たせることができる。加湿により容器５内の水が減少すると補給水容器１１より落差圧により自動的に水が補給される。補給された水により容器５内の空気が大気開放弁９の疎水性多孔質部材１０より排出され水面が上昇する。水面が大気開放弁９の下端に達すると空気の排出が止まり水面上昇は無くなり、水位はほぼ一定に保たれる。これにより加湿水３０は、フロート弁等の従来技術により自動給水を行う加温加湿容器を使用する場合より、水位を上部に保つことが可能となり、容器５内に十分な容量の加湿水３０を貯留できるのみならず、万が一大気開放弁９に漏れが発生したとしても、加湿水３０は容器５の外にこぼれるだけであり、人工呼吸器側吸気回路１３又は患者側吸気回路１４を閉塞したり、あるいは患者側吸気回路１４を経由して患者の気管内に流れ込むことはないので安全性が高い。

水蒸気透過性チューブ４としては、熱可塑性樹脂が使用されるが、中でもポリウレタン、シリコンゴムあるいはエステル共重合体等が使用される。発明者の実験によると、厚さ０．０１ミクロン〜１ｍｍの薄膜状ポリウレタンが最適であった。

図３は、この発明による加温加湿容器１を、人工呼吸器とともに実際に使用している状況を示したものである。人工呼吸器３１より供給される医療用ガスは、人工呼吸器側吸気回路１３を介して加温加湿容器１の入口ポート２に接続される。該入口ポート２は気密的に水蒸気透過性チューブ４に接続しており、該水蒸気透過性チューブ４は、螺旋状に配置され容器５内の加湿水に浸漬されており、容器５の底面にある加熱板８に直接触れないように係留され、出口ポート６に気密的に接続している。該出口ポート６は、患者側吸気回路１４により患者に接続され、患者から排出される呼気ガスは呼気回路１５を介して人工呼吸器３１に戻される。患者の呼気は、温度３７℃で相対湿度１００％であるので、呼気回路１５内で温度が低下することにより水蒸気が結露して水が貯留することとなり、通常は呼気回路１５中に水トラップ１６を設け、貯留した水を適宜捨てていたが、この発明の加温加湿容器１は、呼気回路１５中に設けられた水トラップ１６と容器５の給水ポート７を接続チューブ１７で接続することにより、呼気回路１５内で結露した水を容器５に戻し、再び加湿水として使用することができる。これにより、従来は数時間ごとに行っていた結露水を捨てる操作を減少させることができるとともに、加湿水を頻繁に補給する手間を軽減することが可能である。なお、呼気回路１５中の水トラップ１６より戻される水のみでは加湿水補給が不十分である場合には、図２に示す蒸留水等の補給水容器に接続して加湿水を補給すればよい。
通常、加温加湿容器１は、加熱用のヒーターを内蔵した加温加湿装置１８に取り付けられ、容器５の底面にある加熱板８を伝熱して、加湿水３０が加温される。

この発明の加温加湿容器は、酸素ガス、空気、亜酸化窒素ガス等の医療用ガスを長時間にわたり極めて安全に加温加湿できるものであり、人工呼吸器または麻酔器を使用する際に、患者に供給する吸気ガスを加温加湿するための加温加湿容器として好適に利用できる。

この発明の一実施形態を示す図である。 自動給水方法を示す図である。 呼気回路より露滴した水を加温加湿器に戻す方法を示す図である。

符号の説明

１ 加温加湿容器
２ 入口ポート
３ リング状隔壁
４ 水蒸気透過性チューブ
５ 容器
６ 出口ポート
７ 給水ポート
８ 加熱板
９ 大気開放弁
１０ 疎水性多孔質部材
１１ 補給水容器
１２ 給水チューブ
１３ 人工呼吸器側吸気回路
１４ 患者側吸気回路
１５ 呼気回路
１６ 水トラップ
１７ 接続チューブ
１８ 加温加湿装置
３０ 加湿水
３１ 人工呼吸器
３２ 患者

Claims (12)

1. 入口ポートと出口ポート、給水ポート、大気開放弁、および外部より加熱可能な加熱板を備えた密閉容器であり、容器内部において、該入口ポートと該出口ポートが水蒸気透過性でありかつ水不透過性のチューブによって気密的に接続していることを特徴とする加温加湿容器。
2. 入口ポートと出口ポート、給水ポート、および大気開放弁が容器の上面に位置しており、外部より加熱可能な加熱板が容器の底面に位置していることを特徴とする請求項１に記載の加温加湿容器。
3. 外部より加熱可能な加熱板が金属製であることを特徴とする請求項２に記載の加温加湿容器。
4. 水蒸気透過性でありかつ水不透過性のチューブが、容器内に螺旋状に配置されていることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の加温加湿容器。
5. 水蒸気透過性でありかつ水不透過性のチューブが、容器内の加熱版に直接触れないように係留されていることを特徴とする請求項１、２、又は４に記載の加温加湿容器。
6. 水蒸気透過性でありかつ水不透過性のチューブが、折れ曲がりを防止するためコイル状ばね材で補強された構造もしくは蛇管状に成型された構造をしていることを特徴とする請求項５に記載の加温加湿容器。
7. 水蒸気透過性でありかつ水不透過性のチューブが、熱可塑性樹脂製であることを特徴とする請求項１、２、４、又は６に記載の加温加湿容器。
8. 熱可塑性樹脂が、ポリウレタン、シリコンゴム、またはエステル共重合体で成型されていることを特徴とする請求項７に記載の加温加湿容器。
9. 大気圧開放弁として疎水性多孔質部材またはポリエステル繊維を束ねフィルター状にしたものを用いることにより、気体は通過するが水は通過しない部分を設けることを特徴とする請求項１、２、３、４、６又は８に記載の加温加湿容器。
10. 疎水性多孔質部材が、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）、シリコンゴム、またはポリオレフィン系樹脂を原材料とした多孔質構造のものであることを特徴とする請求項９に記載の加温加湿容器。
11. ポリオレフィン系樹脂が、ポリエチレンまたはポリプロピレンであることを特徴とする請求項１０に記載の加温加湿容器。
12. 大気開放弁の下端が容器内部に１０ミリメートル以上突出していることを特徴とする請求項９又は１０に記載の加温加湿容器。

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