JPH02111377A - 中空系型加湿器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は空気または酸素のような気体を加湿し。

これを患者または健康な人に供給する加湿器、特に人口
呼吸の際患者によって呼吸される空気を湿潤するのに適
した加湿器に関するものである。

（従来の技術） 挿管法による患者の人工呼吸や気管切開した患者の自律
呼吸の場合、呼吸気は鼻−首一咽頭腔を通らずに直接気
管支に達するため、呼吸気通路が乾燥して繊毛上皮の機
能を危険にさらす。この危険を避けるため加湿器を使用
して、吸気の相対湿度をできるだけ１００％近くまで加
湿することが行われている。

かかる加湿器として従来より、木表面上および／または
飽和した吸湿紙を含むリザ−バーの中を気体を流す方式
（特公昭４８−４２０号など）、気体を小さなバブルに
分散させて水中を透過させる方式（特開昭６２−１３９
６７１号など）、中空糸膜を介して加湿する方式（特公
昭６２−４７５４８号など）が知られている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら水と気体が直接接触するタイプの加湿器は
、蒸発した水分量だけの気体が容器の中に残るため気体
流量が変動する。さらに水中に含まれる細菌などを気体
が体内に運び込む危険性があり、また蒸発面を拡大する
ために例え蒸発面を襞状に形成したとしても大きい蒸発
室を必要とするため装置全体が大きくなるという１１１
′ｉ題がある。

バブルタイプの加湿器では気体を小さなパズルに分散さ
せることが困難で加湿効率が低い。一方。

中空糸膜を介して加湿するタイプの加湿器はガス流路が
規制されるため気体流量に変動がなく、また・蒸発面積
を拡大することも容易で、細菌の透過しないような中空
糸膜を使用すれば気体中への細菌の進入が防げるなどの
特恵を有している。しかし、中空糸の内外部に気体また
は水を均一に分配することが困難なため、気体または水
のチャンネリングによる加湿不足が生じ易いという問題
がある０ したがって本発明の目的は、加湿効率が高く、しかも圧
力損失が小さくて、コンパクトな加湿器を提供すること
である。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは気体流量の変動がなく、かつ細菌の進入が
防止できる中空糸型加湿器に着目１７、中空糸型加湿器
の欠点である中空外部の気体または水のチャンネリング
を恍消するため鋭意検討した結果本発明に到達したもの
である。

すなわち本発明は、水または気体の入口と出口を有する
円筒状ハウジング内に、ロール状に巻回された旋状の中
空糸シートを収容して、該中空糸をその両端が開口する
ように・・ウジングの両端を閉塞する隔壁で支持すると
ともに、該ハウジングの−４に中空糸内部と連通ずる気
体または水の入口を有する第１のヘッドカバーを設け、
かつ該・・ウジングの他端に中空糸内部と連通ずる気体
または水の出口を有する第２のヘッドカバーを設けた中
空糸型加湿器であって、該旋状の中空糸シートが１本ま
たは複数本の中空糸の束を縦糸で連結して々す、該１本
の中空糸または複数の中空糸の束の外径をＤ（μ）、１
本の中空糸または複数の中空糸の束を旋状に形成する縦
糸の密度をＷ（本／百）。

旋状に形成された中空糸シートの単位長さ当りの１本の
中空糸または複数の中空糸の束の密度をＦ（本／　ｃｍ
　）、半径方向の単位長さ当りの１本の中空糸または複
数本の中空糸の束の平均密度を工（本／帰）とすると。

０．１≦　Ｗ　≦２．０ ０．２≦Ｉ／Ｆ≦２．０ １０８／（３，５０Ｘ　Ｄ）２≦Ｆｘ　Ｉ　＜　１０８
／（０，９３１×Ｄ）２なる関係をもつことを特徴とす
る中空糸型加湿器である。

（作用） 本発明の中空糸型加湿器は特定の密度で配列した中空糸
と縦糸で形成された旋状中空糸シートを特定の条件でロ
ール状に巻回して円筒状ノ・ウジング内に収容すること
により、縦糸と中空糸で水または気体経路が規制される
ため、水またはガスのチャンネリングが防止でき、かつ
圧力損失を減少させることができる。

（実施例） 次に本発明の中空糸型加湿器の一実施例を図面にて説明
する。第１図には本発明の中空糸型加湿器の断面図が示
されている。円筒状ハウジング１内に第３図に示すよう
なロール状に巻回された旋状中空糸シート、例えば５０
−５０００本程度０中空糸４が収容されていみ。該中空
糸はその両端が開口するようにハウジングの両端を閉塞
する樹脂隔壁５．５′によって液密に支持されている。

ハウジングの下部側壁には、中空糸とハウジングにより
形成される空間と連通ずる水または気体の入口２が設け
られ、該ハウジングの上部側壁には水゛または気体の出
口３が設けられている。またハウジング１の一端は中空
糸の内部と連番する気体または水の入口６を有する第１
のヘッドカバー８で榎われ、該ハウジングｌの他端は中
空糸の内部と連通ずる気体ま／ζは水の出ロアを哨する
ヘッドカバー９で覆われている。

簾状に形成される中空糸は水蒸気に対して透過性及び水
に対して不透過性でおれば特に限定はなく１例えばポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリ−４−メチルペンテン
−１などのポリオレフィン系４！！１脂や、ポリテトラ
フロオロエチレン、ポリスルフォンを素材とした疎水性
の中空糸やエチレンビニルアルコール共１合体、再生セ
ルロースなどの親水性の中空糸が用いられる。中でもポ
リスルフォンからなる中空糸は膜厚が薄くても原状に形
成した儒の中空糸の圧潰や変形が少なく好適である。

中空糸の外径ＣＤ）は２００〜１０ｏＯｏμ、膜圧は３
〜１０００μである。外径や膜厚がこれよシフトさいと
簾を形成する際に糸折れや糸割れが発生し品＜１反対に
これより大きいと装置としてのコンパクト性が実現し難
い。通常中空糸の外径（Ｄ）が５００〜５０００μ、膜
厚がｌＯ〜１０００μのものが好ましく用いられる。

中空糸の有効＆は通常３〜３０ｃｍである。有効長がこ
れよシ小さいと装置の組立工程での中空糸切断ロスが過
大となシ経済性が悪く、反対にこれより大きいと装置と
してのコンパクト性を実現し難い。

本発明では１本また―複数本の中空糸の束を単位の横糸
として縦糸で旋状に形成される。複数本の中空糸の束を
旋状に形成する場合には３５本以下、好ましくは２４本
以下の中空糸の束が用いられる。３５本以上の中空糸の
束では１つの束の中の各中空糸が水または気体と十分に
接触できなくなって好ましくない。通常は一本一本の中
空糸を横糸として簾状のシートが形成される。この場合
には各中空糸の表面積がほぼ１００％が水蒸気の透過に
活用されるだけでなく、縦横の糸によって形成されるほ
ぼ四角の小さい均一なスリットによって微小な単位で水
または気体の分割、混合が極めて効率よく行われるため
か、小さい膜面積で予想外に高い加湿効率が達成でき、
圧力損失も小さい０ 中空糸を縦糸で旋状に形成するには縦糸で中空糸を編組
しても、あるいは縦糸を中空糸に接着してもよい。中空
糸を縦糸で編組する方法は旋状の中空糸シートの製作が
容易で好ましい。中空糸を縦糸で旋状に編組するにはど
のような編み方を用いても構わないが、第２図（ａ）、
（ｂ）に示すくさ＃）編↓ みのように各中空糸を一本づつ縦ｌ都固定する翻ごとが
好ましい。このように各中空糸を縦糸で固定すると、使
用時における中空糸のずれが防止できて、常に隣接する
中空糸間の間隙を一定間隔に保持することができる。

本発明で用いる中空糸を旋状に形成する縦糸の素材は適
度な柔らかさと機械的強度を備えていれば特に限定され
ないが、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリアクリ
ロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ボリアリ
レート、ポリビニルアルコール、ポリウレタンなどが用
いられる。′また、縦糸の種類としてはスパン糸、フィ
ラメント糸でも加工糸でもよく、用途に応じて使い分け
ることが出来る。さらに、経糸の太さは約１５〜約１０
００デニール、好ましくは約１５〜約１０００デニール
である。

本発明の加湿器を医療用途に用いる場合には縦糸への油
剤の使用はできるだけ避けるべきであるが、旋状に形成
する際などにやむを得ず使用する場合には、安全性が確
認されているもの、もしくは洗浄除去が可能な油剤を用
いる必要がある。

１本の中空糸または複数本の中空糸の束を旋状に形成す
る縦糸の密度Ｗ（本／菌）は、水または気体を均一に膜
面に分配して高い水蒸気透過能を有し、かつ水または気
体のチャンネリングを防止するために重要な要件であシ
、 ０．２≦　Ｗ　≦２．０ の条件を満たす必要がある。

すなわち縦糸の密度Ｗが０．２よりも小さいときには、
縦糸間に納まる中空糸の長さが長いために、その間で中
空糸のたるみが起こり易い。その結果中空糸を実質上一
定の間隔で平行に配列するよう規制することが困難とな
シ、中空糸の分布密度が不均一になシ装置として使用す
る際に水または気体が中空糸のたるみの多い疎なところ
を多く流れて、高い水蒸気透過能が達成できない。縦糸
の密度Ｗが２．０よυも大きいときには、中空糸は極め
て均一な間隔で平行に規制され、その結果として中空糸
間の間隙をながれる流量は均一化される。

しかしながら縦糸の密度が大きくなるにつれて。

縦糸と中空糸の接触面積が増加し、中空糸と水または気
体の接触面積（有効膜面積）が減少するほか、縦糸と中
空糸の接触部分（織り目）には水または気体が流れにく
いため、水蒸気透過能の低下と圧力損失の上昇が起る。

さらに縦糸である中空糸の長手方向の単位長さ当りの中
空糸密度Ｆ（本／σ）、半径方向の中空糸平均密度工（
本／））も重要な要件であり、本発明者らの実験によれ
ばＦおよび／または工が増加するにつれて同時に水また
は気体の圧力損失が増加し、Ｉ／Ｆが上記範囲を越える
につれて同時に水蒸気透過能が低下する。したがって低
圧損で高い水蒸気透過能を有する装置を実現するために
は １　ｏ８／（ａ、５　ｏ　ｘ　Ｄ）２≦ＦＸ　Ｉ　＜　
１０８／（０，９３１×Ｄ）２０．２≦Ｉ／Ｆ≦２．０ の関係が存在していることが必要である。

ＦｘＩがこの範囲より小さいと水蒸気透過能が低すぎる
し％またＦｘＩがこれ以上だと圧力損失が大きくなυす
ぎる。またＩ／Ｆが０．２より小さいかり、０より大き
いと水蒸気透過能が低すぎる。

本発明において気体は中空糸の内部または外部のどちら
を流しても良いが、圧力損失を考慮すると温感として使
用することができる。

実験例１ 外径１５００μ、内径１２００μのポリスルフォン中空
糸を１本づつ長さ方向の密度（Ｆ）が３本／−となるよ
うに配列した。一方縦糸として１８００デニールの綿を
用いて密度（Ｗ）が１本／ｃ！ｎとなるように中空糸を
旋状Ｋｍ組した。この簾状中空糸シートをロール状に巻
いて内径３４ｍの円筒状・・ウジング内に収納した。こ
の時のＩ／Ｆは１．０であり、ＦｘＩは１６であった。

一方旋状に形成していない中空糸束をノ・ウジング内に
収納した装置を別に作成した。上記２株類の装置におい
て、中空糸の有効長は６ｃｒｎ、有効膜面積は２１５ｄ
であった。

次に２種類の装置の中空糸の外部に２５℃、３０ＲＨ％
の空気を流し、中空糸の内部に３７℃の温水を０．４　
ｊ／ｍｉｎで供給し、３７℃、１００ＲＨ％の出口空気
が得られる最大の流量を測定した結果を表−１に示す。

なお、以下の評価において最大ガス流量が１０　ｊ／ｍ
ｉｎ／　１００　ａＡ以下またはガス流量１００　ｍｌ
／ｍｉｎの時の圧力損失が５０１ａＩＨｆは実用上問題
があり本発明の範囲外とし右端に木印を記したＯ 表　　−１ 実験例２ 縦糸の密度（Ｗ）を変えた４種類の簾状中空糸シートを
作製して、実験例１と同一のノ・ウジングに収納して、
実験例１と同一の試験を行った結果を表−２に示す。

実験例３ 実験例１と同一の中空糸を用いて、該中空糸の長さ方向
の密度（Ｆ）を変えて配列し、実験例１と同様に縦糸密
度（Ｗ）が１本／けとなるように旋状に編組した。そし
て該旋状中空糸シート’ｔロール状に巻回する際に半径
方向の単位長さ当りの平均密度（Ｉ）を変えた４種類の
ロール状シートを作製して、円筒状ハウジング内に収容
して実験例１と同様の装置を作製した。そして実験例１
と同一の実験を行った結果を表−３に示す。

５゛４下系白 実験例４ 実験例１に示された中空糸を複数本束ね、かつ中空糸の
配列を変えて実験例１と同様に縦糸で簾状中空糸シート
を形成した。そして半径方向の単位長さ当りの中空糸平
均密度ＣＩ）を変えて実験例１と同様の装置を作製して
、同様の試験を行った結果（ｌ−表−４に示す。

ｊ′・′下余白 実験例５ 中空糸として外径３６０μ、内径２８０μのポリスルフ
ォン多孔性中空糸を１本づつ縦糸で旋状に形成した中空
糸シートを用い、表−５に示すように各パラメータを変
えて実験例１と同様な４種類の装置を作製し、実験例１
と同様な試験を行った結果を表−５に示す。

以下余白 〔発明の効果〕 以上のように本発明の中空糸型加湿器は、中空糸が実質
上一定の間隔で平行に配列するよう規制されているので
、水または気体を均一に膜面に分配することが出来、優
れた水蒸気透過性能を発揮できる。また、容易に製作が
できるため安価で、かつコンパクトであるという利点を
有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の中空糸型加湿器の断面図であり、第２
図（ａ）　ｓ　（ｂ）は旋状に編組された中空糸シート
の断面図であシ、第３囚は旋状の中空糸シートをロール
状に巻回した状態を示す斜視図である。 １・・・・・・・円筒状ハウジング ２・・・・・・・・水または気体の入口３・・・・・・
・・水または気体の出口４・・・・・・・・・中循六 ５．５１・・・・・・隔　壁 ６・・・・・・・気体址たは水の入ロ ア・・・・・・・・気体または水の出口８・・・・・・
・・・第１のへラドカバー９　・・・・・ 第２のヘラ ドカバー 特許出血人　　株式会社　り

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水または気体の入口と出口を有する円筒状ハウジン
   グ内に、ロール状に巻回された簾状の中空糸シートを収
   容して、該中空糸をその両端が開口するようにハウジン
   グの両端を閉塞する隔壁で支持するとともに、該ハウジ
   ングの一端に中空糸内部と連通する気体または水の入口
   を有する第１のヘッドカバーを設け、かつ該ハウジング
   の他端に中空糸内部と連通する気体または水の出口を有
   する第２のヘッドカバーを設けた中空糸型加湿器であつ
   て、該簾状の中空糸シートが１本または複数本の中空糸
   の束を縦糸で連結してなり、該１本の中空糸または複数
   の中空糸の束の外径をＤ（μ）、１本の中空糸または複
   数の中空糸の束を簾状に形成する縦糸の密度をＷ（本／
   ｃｍ）、簾状に形成された中空糸シートの単位長さ当り
   の１本の中空糸または複数の中空糸の束の密度をＦ（本
   ／ｃｍ）、半径方向の単位長さ当りの１本の中空糸また
   は複数本の中空糸の束の平均密度をＩ（本／ｃｍ）とす
   ると、０．１≦Ｗ≦２．０ ０．２≦Ｉ／Ｆ≦２．０ １０＾８／（３．５０×Ｄ）＾２≦Ｆ×Ｉ＜１０＾８／
   （０．９３１×Ｄ）＾２なる関係をもつことを特徴とす
   る中空糸型加湿器。