CH687297A5

CH687297A5 - Heat and moisture exchange filter, process for its preparation and its use.

Info

Publication number: CH687297A5
Application number: CH01755/93A
Authority: CH
Inventors: Graham Desmond Lowe; Keith Stuart Morris; Roger Edward Page; Richard Guy Gutman
Original assignee: Pall Corp
Priority date: 1992-06-11
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 1996-11-15
Also published as: GB9311889D0; FR2749173B1; NO932126L; AU4018493A; SE510976C2; NL9301022A; CA2098132A1; DK70193D0; ITTO930424A1; ES2074002R; GB9212399D0; ES2074002A2; AU667538B2; GB2267661A; ES2074002B1; NO932126D0; JPH0663141A; DE4319458B4; ATA112593A; GR930100236A

Description

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Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärme- und Feuchtigkeits-Austauschfilter. The present invention relates to a heat and moisture exchange filter.

Bei Menschen wird eingeatmete Luft durch die Nasenhöhlen und den oberen Atmungstrakt gefiltert. Zudem enthält in den meisten Klimazonen eingeatmete Luft eine gewisse Menge an Wasserdampf, wobei diese Luft bei ihrem Weg in die Lungen mit Feuchtigkeit völlig gesättigt wird, wobei diese Feuchtigkeit dem Schleim entzogen wird, welcher von Zellen in den im Luftweg liegenden Schleimmembranen abgesondert wird. Bei gewissen medizinischen Behandlungen und auch in geschlossenen Räumen, wie beispielsweise Flugzeugkabinen, kann der Feuchtigkeitsgehalt der eingeatmeten Luft geringer sein als für eine optimale Atmung förderlich ist. In humans, inhaled air is filtered through the nasal cavities and upper respiratory tract. In addition, in most climates, inhaled air contains a certain amount of water vapor, which air is completely saturated with moisture on its way into the lungs, which moisture is extracted from the mucus, which is secreted by cells in the mucous membranes in the airway. With certain medical treatments and also in closed rooms, such as, for example, aircraft cabins, the moisture content of the inhaled air can be lower than is necessary for optimal breathing.

Bei Intubationen oder Luftröhrenschnitten werden beispielsweise die oberen Luftwege umgangen, so dass keine Filtration oder Saturation von eingeatmeten Gasen erfolgt, welche von bei derartigen ärztlichen Schritten verwendeten Beatmungsgeräten stammen. Die klinischen Konsequenzen des Einatmens von ungefilterten und unsaturierten Gasen ist hinlänglich bekannt. Siehe z.B. im Artikel «Filtration and Humidification» von Lloyd und Roe in Vol. 4, Nr. 4, von Oktober/ Dezember 1991, Ausgabe im Rahmen der Publikation «Problems in Respiratory Care». Verwiesen sei auch auf den Artikel betitelt «Humidification for Ventilated Patients» durch Ballard, Cheeseman, Ripiner und Wells, Seiten 2-9 von Vol. 8 (1992) der Publikation «Intensive and Criticai Care Nursing». In the case of intubations or tracheal cuts, for example, the upper air passages are bypassed, so that there is no filtration or saturation of inhaled gases which come from respirators used in such medical steps. The clinical consequences of inhaling unfiltered and unsaturated gases are well known. See e.g. in the article “Filtration and Humidification” by Lloyd and Roe in Vol. 4, No. 4, from October / December 1991, edition as part of the publication “Problems in Respiratory Care”. Reference is also made to the article entitled "Humidification for Ventilated Patients" by Ballard, Cheeseman, Ripiner and Wells, pages 2-9 of Vol. 8 (1992) of the publication "Intensive and Criticai Care Nursing".

Um diesem Problem entgegenzutreten, wurde üblicherweise dem Beatmungsgerät eine Vorrichtung zugeordnet, welche einerseits den ausgeatmeten Atem filtert und andererseits eingeatmete Gase aufwärmt und befeuchtet. Solche Vorrichtungen werden in den vorstehend genannten Publikationen und im Artikel «A Comparison of the Filtration Properties of Heat and Moisture Exchangers» von Hedley und Allt-Graham in Anesthesia 1992, Vol 47, Seiten 414-420 und im Artikel «An Alternative Strategy for Infection Control of Anesthesia Breathing Circuits: A Laboratory Assessment of the Pali HME Filter» von Berry und Nolte, Seiten 651-655 der Publikation «Anesth. Anaig» 1991, beschrieben und diskutiert. In order to counter this problem, the respirator has usually been assigned a device which, on the one hand, filters out the exhaled breath and, on the other hand, warms and humidifies inhaled gases. Such devices are described in the aforementioned publications and in the article “A Comparison of the Filtration Properties of Heat and Moisture Exchangers” by Hedley and Allt-Graham in Anesthesia 1992, Vol 47, pages 414-420 and in the article “An Alternative Strategy for Infection Control of Anesthesia Breathing Circuits: A Laboratory Assessment of the Pali HME Filter ”by Berry and Nolte, pages 651-655 of the publication“ Anesth. Anaig »1991, described and discussed.

Die Lloyd und Roe Publikation erwähnt dabei drei Kategorien von Wärme- und Feuchtigkeits-Aus-tauschfiltern. Die erste Kategorie betrifft «hygroskopische (erste Generation)» Wärme- und Feuchtigkeits-Austauschfilter. Diese enthalten Wolle und Schaum- oder Papiermaterialien, welche üblicherweise mit hygroskopischen Chemikalien imprägniert werden, wie beispielsweise Lithiumchlorid oder Kalziumchlorid, um im ausgeatmeten Atem vorhandene Wasserdampfmoleküle chemisch zu absorbieren. Die zweite Kategorie betrifft sogenannte «hygroskopische (zweite Generation)» Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschfilter. Diese sind im Grunde genommen gleich aufgebaut wie die erste Generation, enthalten aber zusätzlich Elektret-Filtermaterialien. Elektrete sind Materialien, welche eine permanente elektrische Polarität aufrechterhalten und in ihrer Umgebung ein elektrisches Feld aufrechterhalten, ohne dass dazu ein externes elektrisches Feld erforderlich wäre. Solche Materialien können durch elektrostatische Wirkung Mikroorganismen ausfiltern. Ein Beispiel eines solchen Materials ist in EP-A1 0 011 847 gezeigt. The Lloyd and Roe publication mentions three categories of heat and moisture exchange filters. The first category concerns «hygroscopic (first generation)» heat and moisture exchange filters. These contain wool and foam or paper materials, which are usually impregnated with hygroscopic chemicals, such as lithium chloride or calcium chloride, in order to chemically absorb water vapor molecules present in the exhaled breath. The second category concerns so-called "hygroscopic (second generation)" heat and moisture exchange filters. Basically, these have the same structure as the first generation, but additionally contain electret filter materials. Electrets are materials that maintain permanent electrical polarity and maintain an electrical field in their environment without the need for an external electrical field. Such materials can filter out microorganisms through electrostatic action. An example of such a material is shown in EP-A1 0 011 847.

EP-A2 0 265 163 offenbart die Verwendung einer Schicht aus hydrophobem Filtermaterial und einer Schicht aus hydrophilem Schaum in einem Gehäuse. Die Schichten werden durch nicht miteinander verbundene, aneinander liegende flache Filterblätter gebildet. Die hydrophobe Schicht besteht aus Polypropylenfasern, welche elektrostatisch aufgeladen werden, um Viren und Bakterien auszufiltern. Sie wirken somit als Elektret gemäss der zweiten Kategorie von Filtern, wie oben beschrieben. Die Schaumschicht wird behandelt, um Feuchtigkeit zu absorbieren. Sie wirkt ähnlich wie ein Material gemäss EPA1 0 011 847 und weist auch die damit zusammenhängenden Nachteile auf. EP-A2 0 265 163 discloses the use of a layer of hydrophobic filter material and a layer of hydrophilic foam in a housing. The layers are formed by flat filter sheets which are not connected to one another and lie against one another. The hydrophobic layer consists of polypropylene fibers, which are electrostatically charged to filter out viruses and bacteria. They thus act as an electret according to the second category of filters, as described above. The foam layer is treated to absorb moisture. It acts similarly to a material according to EPA1 0 011 847 and also has the associated disadvantages.

Die dritte Kategorie umfasst die Verwendung einer hydrophoben Membrane, welche Mikroorganismen durch reine Filtration ausscheidet und Feuchtigkeit auf der Membranenoberfläche zurückhält, dies als Folge von deren hydrophoben Eigenschaft. The third category includes the use of a hydrophobic membrane, which eliminates microorganisms by pure filtration and retains moisture on the membrane surface, as a result of their hydrophobic properties.

Alle drei Kategorien von Filtern arbeiten im weitesten Sinne auf dieselbe Weise. Beim Ausatmen wird ausgeatmeter Wasserdampf auf dem Filter kondensiert und beim Einatmen werden die eingeatmeten Gase den Wasserdampf (und Wärme) durch Verdampfung wieder vom Gerät aufnehmen. Mikroorganismen, wie z.B. Bakterien und Viren, werden von den aus- und eingeatmeten Gasen durch die im Strömungsdurchgang angeordneten Filter ausgefiltert. All three categories of filters work in the broadest sense in the same way. When exhaling, exhaled water vapor is condensed on the filter and when inhaled, the inhaled gases will absorb the water vapor (and heat) from the device again through evaporation. Microorganisms, e.g. Bacteria and viruses are filtered out by the exhaled and inhaled gases through the filters arranged in the flow passage.

Die erste Kategorie von Filtern findet derzeit wenig Anwendung. Sie haben einen geringen Wirkungsgrad bezüglich Ausfilterung von Bakterien, sogar dann, wenn sie mit bakteriziden Wirkstoffen imprägniert sind. Zudem, dies wegen ihrer Arbeitsweise, wird damit keine sofortige maximale Austauschwirkung bezüglich Wärme und Feuchtigkeit erzielt, und es braucht eine relativ lange Akklimatisierungsperiode, bevor stabile Arbeitsverhältnisse entstehen. Zudem haben sie relativ grosse Poren und eine relativ grosse Dicke, was ermöglicht, dass Flüssigkeit durch die Poren durchdringt, was wiederum zu einer Verstopfung durch Wasser führt und damit den Widerstand erhöht. Die zweite Kategorie von Filtern führt zu wesentlich besseren Wirkungsgraden beim Ausfiltern von Mikroorganismen, dies im Vergleich mit der ersten Generation von hygroskopischen Filtern. Es verbleibt jedoch trotzdem das Problem von kontaminierten Flüssigkeiten, welche durch die Schichten durchzudringen vermögen, dies wegen der relativ grossen Porengrösse. Zudem, wie in der Abhandlung von Lloyd und Roe aufgeführt, vermögen die Filter den Wirkungsgrad von 99,9977% nicht zu erreichen, was als minimaler Wirkungsgrad vorgeschlagen wird, um einen Filter für klinische Verwendung geeignet zu machen. The first category of filters is currently of little use. They have a low efficiency with regard to filtering out bacteria, even if they are impregnated with bactericidal active ingredients. In addition, because of the way they work, there is no immediate maximum exchange effect in terms of heat and moisture, and it takes a relatively long acclimatization period before stable working relationships are created. In addition, they have relatively large pores and a relatively large thickness, which allows liquid to penetrate through the pores, which in turn leads to blockage by water and thus increases resistance. The second category of filters leads to significantly better efficiencies when filtering out microorganisms, compared to the first generation of hygroscopic filters. However, there still remains the problem of contaminated liquids that can penetrate through the layers, because of the relatively large pore size. In addition, as noted in the Lloyd and Roe paper, the filters fail to achieve 99.9977% efficiency, which is suggested as the minimum efficiency to make a filter suitable for clinical use.

Die dritte Kategorie von Filtern, welche hydrophobe Membranen verwenden, weisen extrem kleine The third category of filters that use hydrophobic membranes have extremely small ones

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Poren auf, mit einem Alkoholsiedepunkt von grösser als 710 mm Wassersäule. Der Siedepunkt wird gemäss der von der American Society of Testing Materials entwickelten Methode gemessen. Bei diesen Filtern wird der Durchgang von kontaminierten Flüssigkeiten bei normalen Ventilationsdrucken (des Beatmungsgerätes) verhindert. Diese Filter wirken auch als Barriere für im Wasser entstandene Mikroorganismen, und es werden Wirkungsgrade von grösser als 99,9977% erreicht. In vielen Fallen haben Filter mit hydrophoben Membranen gezeigt, dass sie in der Lage sind, Wärme und Feuchtigkeit in vergleichbarem Ausmass wie bei der normalen Nasenatmung zu bewerkstelligen. Eine optimale Befeuchtung erfolgt meistens sofort, d.h. ohne Verzögerung. Pores with an alcohol boiling point greater than 710 mm water column. The boiling point is measured according to the method developed by the American Society of Testing Materials. These filters prevent the passage of contaminated liquids at normal ventilation pressures (of the ventilator). These filters also act as a barrier to water-borne microorganisms, and efficiencies greater than 99.9977% are achieved. In many cases, filters with hydrophobic membranes have shown that they are able to handle heat and moisture to a degree comparable to normal nasal breathing. Optimal humidification usually takes place immediately, i.e. without delay.

Ausgestossener Atem enthält Wasser nicht nur in Form von Wassertröpfchen, sondern auch in Form von Wasserdampf. Dieser Wasserdampf kann durch den Filter dringen und in das System gelangen. Dies bedeutet, dass beim Einatmen nicht sämtliches ausgeatmetes Wasser für die Befeuchtung zur Verfügung steht. Dies stellt im allgemeinen kein Problem dar. Wie im technischen Bericht «Use of The Pali Heat and Moisture Exchange Filter (HMEF) with Cold Humidification» von Belkowski und Brandwein der Pali Corporation, publiziert 1992 als Pali Technica Publication PCC19210M, diskutiert, mag es für eine geringe Anzahl von längere Zeit an Beatmungsgeräte angeschlossene Patienten notwendig sein, Luft mit grösserer Feuchtigkeit zu erhalten, als ein Wärme- und Feuchtigkeits-Austauschfilter der dritten Kategorie zu liefern vermag. Der technische Bericht schlägt vor, dieses Problem durch Einbau eines Befeuchters in den Beatmungskreislauf zu lösen. Es wurde auch versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, hydrophobes Material mit einem hygroskopen Material entsprechend den Filtern der ersten und zweiten Kategorie zu kombinieren, um Wasser zu absorbieren. Expelled breath contains water not only in the form of water droplets, but also in the form of water vapor. This water vapor can penetrate through the filter and enter the system. This means that not all exhaled water is available for humidification when inhaled. This is generally not a problem. As discussed in the technical report “Use of The Pali Heat and Moisture Exchange Filter (HMEF) with Cold Humidification” by Belkowski and Brandwein of Pali Corporation, published in 1992 as Pali Technica Publication PCC19210M, it may be for a small number of patients connected to ventilators for a longer period of time may be required to receive air with greater humidity than a heat and moisture exchange filter of the third category can deliver. The technical report suggests solving this problem by installing a humidifier in the ventilation circuit. Attempts have also been made to solve this problem by combining hydrophobic material with a hygroscopic material according to the filters of the first and second categories in order to absorb water.

GB-A 2 167 307 beschreibt Wärme- und Feuchtigkeits-Austauschfilter, welche alternierend hydrophobe und hydrophile Abscheider in einem Gehäuse aufweisen, wobei die hydrophilen Abscheider mit einem hygroskopen Material imprägniert sind. Diese wiederum können durch Wasser blockiert werden. GB-A 2 167 307 describes heat and moisture exchange filters which have alternating hydrophobic and hydrophilic separators in a housing, the hydrophilic separators being impregnated with a hygroscopic material. These in turn can be blocked by water.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Filter zu schaffen, welcher die bestehenden Nachteile nicht aufweist. Dieser Filter zeichnet sich erfindungsgemäss durch die Merkmale des Kennzeichens von Anspruch 1 aus. The object of the present invention is to provide a filter which does not have the existing disadvantages. According to the invention, this filter is characterized by the features of the characterizing part of claim 1.

Bei allen drei Kategorien von Filtern ist es besonders wichtig, dass die Filtermedien keinen derart wesentlichen Druckverlust erzeugen, dass die Ein- und Ausatmung von Luft schwierig wird. Dies bietet in der Regel bei Filtern der ersten und zweiten Kategorie keine Probleme, da die Grösse der Poren der Filtermedien gross genug ist, um keinen solchen Druckverlust aufkommen zu lassen, dass es ein Problem darstellen würde. Die Filter der dritten Kategorie hingegen sind mit diesem Problem konfrontiert. With all three categories of filters, it is particularly important that the filter media do not generate such a significant pressure drop that it becomes difficult to inhale and exhale air. This usually presents no problems with filters of the first and second categories, since the size of the pores of the filter media is large enough not to cause such a pressure loss that it would be a problem. The filters of the third category, however, face this problem.

Vorzugsweise werden die Filtermedienblätter gefaltet. Damit wird die Oberfläche des Filtermediums grösser und der Druckabfall damit reduziert. The filter media sheets are preferably folded. This increases the surface area of the filter medium and reduces the pressure drop.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Wärme* und Feuchtigkeits-Austauschfilters, welches durch die Merkmale von Anspruch 14 gekennzeichnet ist, sowie die Verwendung des Filters in einem Atmungskreislaufgerät. Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt: The invention also relates to a method for producing the heat and moisture exchange filter according to the invention, which is characterized by the features of claim 14, and the use of the filter in a breathing circuit device. The invention is described below with reference to exemplary embodiments and with reference to the drawing. It shows:

Fig. 1 eine Ansicht, rein schematisch, eines Wärme- und Feuchtigkeits-Austauschfilters, dessen Filtermedien gefaltet sind; Figure 1 is a view, purely schematically, of a heat and moisture exchange filter, the filter media are folded.

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des hydrophilen Mediums des Filters nach Fig. 1; FIG. 2 shows a schematic view of a first embodiment of the hydrophilic medium of the filter according to FIG. 1;

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des hydrophilen Mediums des Filters nach Fig. 1; 3 shows a schematic view of a second embodiment of the hydrophilic medium of the filter according to FIG. 1;

Fig. 4 rein schematisch einen künstlichen Patienten zum Testen des Wirkungsgrades eines Wärme-und Feuchtigkeits-Austauschfilters; 4 shows, purely schematically, an artificial patient for testing the efficiency of a heat and moisture exchange filter;

Fig. 5 den künstlichen Patienten von Fig. 4, angeschlossen an eine erste Ausführungsform eine Ventilators (Beatmungsgerät) zur Durchführung von Tests; 5 shows the artificial patient from FIG. 4, connected to a first embodiment of a ventilator (respirator) for carrying out tests;

Fig. 6 den künstlichen Patienten von Fig. 4, angeschlossen an eine zweite Ausführungsform eines Ventilators zum Testen des Wirkungsgrades eines Wärme- und Feuchtigkeits-Austauschfilters, und 6 shows the artificial patient of FIG. 4 connected to a second embodiment of a fan for testing the efficiency of a heat and moisture exchange filter, and

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Bestimmung des Wirkungsgrades eines Filters durch Testen eines Aerosols. Fig. 7 is a schematic representation of a device for determining the efficiency of a filter by testing an aerosol.

Gemäss Fig. 1 der Zeichnung umfasst der Filter ein Blatt eines hydrophoben Mediums 10, welches zusammen mit einem Blatt aus hydrophilem Material 11 Ziehharmonika-artig gefaltet sind. Die beiden Schichten können getrennt voneinander oder miteinander verbunden sein, beispielsweise aufeinander laminiert oder mittels bekannter Techniken miteinander verklebt. Die Filtermedien sind in einem Gehäuse 12 untergebracht, welches zwei Verschlüsse 13, 14 aufweist, welche zu entgegengesetzten Seiten der Filtermedien führen. Wie aus Fig. 1 und 6 hervorgeht, füllen die gefalteten Filtermedien das Gehäuse 12 derart aus, dass die Falten auf einer Seite der Filtermedien unmittelbar dem Verschluss 13 gegenüberliegen, während die Falten auf der anderen Seite der Filtermedien dem Verschluss 14 direkt ausgesetzt sind. 1 of the drawing, the filter comprises a sheet of a hydrophobic medium 10 which, together with a sheet of hydrophilic material 11, are folded like an accordion. The two layers can be separated from one another or connected to one another, for example laminated to one another or glued to one another using known techniques. The filter media are housed in a housing 12 which has two closures 13, 14 which lead to opposite sides of the filter media. 1 and 6, the pleated filter media fill the housing 12 such that the pleats on one side of the filter media are directly opposite the closure 13, while the pleats on the other side of the filter media are directly exposed to the closure 14.

Das hydrophobe Medium 10 besteht vorzugsweise aus harzgebundenen Keramikfasern und vermag The hydrophobic medium 10 preferably consists of resin-bonded ceramic fibers and is capable of

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Mikroorganismen direkt mechanisch abzufangen. Dieses Medium weist einen Alkohol befeuchteten Siedepunkt von mehr als 710 mm Wassersäule auf. Dieser wird nach einer für solche Tests üblichen Methode der American Society of Testing Materials gemessen. Das hydrophile Medium besteht vorzugsweise aus Cellulosematerial. Das Material darf keine Partikel verlieren. Catch microorganisms directly mechanically. This medium has an alcohol-humidified boiling point of more than 710 mm water column. This is measured using a method commonly used by the American Society of Testing Materials for such tests. The hydrophilic medium is preferably made of cellulose material. The material must not lose any particles.

Vorzugsweise weist der Filter einen Druckabfall von nicht grösser als 30 mm Wassersäule bei einem Luftdurchfluss von 60 l/min und einem Bakterienrückhalte-Wirkungsgrad in Aerosol von grösser als 99,999% auf, wenn mit dem AEROSOL CHALLENGE TEST gemäss untenstehender Beschreibung durchgeführt. The filter preferably has a pressure drop of not more than 30 mm water column with an air flow of 60 l / min and a bacterial retention efficiency in aerosol of more than 99.999% when carried out with the AEROSOL CHALLENGE TEST as described below.

Das hydrophile Medium kann, wie Fig. 2 zeigt, aus einem einzigen vollen Materialblatt bestehen. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, könnte es jedoch mit einer Anzahl von parallelen Reihen von im Abstand voneinander angeordneten, durch das Medium hindurchführenden Schlitzen versehen sein. Die Schlitze, falls vorhanden, geben Gewähr dafür, dass der maximale Druckabfall über das Gerät hauptsächlich vom hydrophoben Medium abhängt. Die Schlitze erlauben einen Gasdurchfluss durch das hydrophile Medium auch dann, wenn es durchgenässt ist (d.h. wenn es mit Wasser gesättigt ist). Das Gerät wird am Patientenende eines offenen Beatmungssystems verwendet, wie solche insbesondere in Intensivstationen verwendet werden. Solche Systeme werden bei Patienten eingesetzt, welche während längerer Zeit zu beatmen sind und bei Patienten, die aufgrund ihres klinischen Zustandes während der Beatmung eine zusätzliche Befeuchtung benötigen. As shown in FIG. 2, the hydrophilic medium can consist of a single full sheet of material. As can be seen from Fig. 3, however, it could be provided with a number of parallel rows of slots spaced apart and extending through the medium. The slots, if any, guarantee that the maximum pressure drop across the device depends primarily on the hydrophobic medium. The slots allow gas to flow through the hydrophilic medium even when it is wet (i.e. when it is saturated with water). The device is used at the patient end of an open ventilation system, as is used in particular in intensive care units. Such systems are used in patients who have to be ventilated for a long time and in patients who, due to their clinical condition, require additional humidification during ventilation.

Solche Systeme umfassen einen Ventilator (Luftförderer), einen Schlauch, welcher den Ventilator mit einem Anschluss des Gerätes verbindet, welcher auf Seiten des hydrophilen Mediums 11 liegt und einen Schlauch, welcher den anderen Verschluss bzw. Anschluss auf Seiten des hydrophoben Mediums mit dem Patienten verbindet, welcher vom Ventilator her Gas ein- und ausatmet. Eine Ventilanordnung sorgt dafür, dass ausgeatmeter Atem über eine Ausatmungsleitung nach Durchströmen des Gerätes abgeführt wird. Im Betrieb wird das hydrophobe Medium 10 nicht mit vom Patienten kommenden Flüssigkeiten übersättigt, bietet einen geringen Durchflusswiderstand für die Luft und ebenfalls einen hohen Wirkungsgrad zum Ausfiltern von Mikroorganismen durch mechanisches Abfangen. Such systems include a fan (air conveyor), a hose which connects the fan to a connection of the device which is on the side of the hydrophilic medium 11 and a hose which connects the other closure or connection on the side of the hydrophobic medium to the patient which breathes gas in and out from the fan. A valve arrangement ensures that exhaled breath is discharged via an exhalation line after flowing through the device. In operation, the hydrophobic medium 10 is not oversaturated with liquids coming from the patient, offers a low flow resistance for the air and also a high efficiency for filtering out microorganisms by mechanical trapping.

Das hydrophile Medium 11 wirkt in folgender Weise. Wasser, welches durch das hydrophobe Medium durchdringt, meist in Form von Wasserdampf, wird durch das hydrophile Medium aufgefangen, und zwar wegen dessen hydrophiler Natur. Diese Feuchtigkeit verteilt sich dann über die gesamte Fläche des hydrophilen Mediums 11. Auf diese Weise strömen eingeatmete Gase zuerst durch das hydrophile Medium 11, wo sie diese Feuchtigkeit aufnehmen, bevor sie zusätzliche Feuchtigkeit aus dem hydrophoben Medium in üblicher Weise aufnehmen. Dies hat den Vorteil, dass die Befeuchtungsgrade zunehmen, so dass sich die Verwendung von zusätzlichen Befeuchtungsgeräten erübrigt. The hydrophilic medium 11 acts in the following way. Water that penetrates through the hydrophobic medium, usually in the form of water vapor, is collected by the hydrophilic medium, because of its hydrophilic nature. This moisture is then distributed over the entire surface of the hydrophilic medium 11. In this way, inhaled gases first flow through the hydrophilic medium 11, where they absorb this moisture before they absorb additional moisture from the hydrophobic medium in the usual way. This has the advantage that the degrees of humidification increase, so that the use of additional humidification devices is unnecessary.

Ein weiteres Problem im Zusammenhang mit dem hydrophoben Medium wird dabei gelöst. Aus der Tatsache, dass sich Wasser nicht gleichmässig über ein hydrophobes Medium verteilen wird, können gewisse Zonen entstehen, welche nicht durch Wasser bedeckt sind. Diese Zonen können bevorzugte Durchgangswege für eingeatmete Gase durch das hydrophobe Medium bilden, wobei während des Durchströmens eine nur geringe oder gar keine Befeuchtung stattfindet. Da Feuchtigkeit gleichmässig durch das hydrophile Medium verteilt wird, ist dieses Problem gelöst. Another problem related to the hydrophobic medium is solved. Due to the fact that water will not be evenly distributed over a hydrophobic medium, certain zones can arise which are not covered by water. These zones can form preferred passageways for inhaled gases through the hydrophobic medium, with little or no humidification taking place during the flow. Since moisture is evenly distributed through the hydrophilic medium, this problem is solved.

Das Risiko des Blockierens des Filters durch gesättigtes Befeuchten des hydrophilen Mediums, d.h. durch ein mit Wasser gesättigtes hydrophiles Medium, wird dadurch vermieden, dass ein Zellulosematerial mit geeigneten Porengrössen und Dicke gewählt wird, so dass es einen Siedepunktdruck aufweist, welcher tief genug ist, um überschüssiges Wasser während des Durchströmens des Gases abzugegeben. Pali Corporation stellt z.B. ein Zellulosematerial zur Verfügung, welches einen Alkoholsiedepunkt von 64 mm bis 114 mm Wassersäule aufweist. Dies wird wiederum mittels der genannten Methode des American Institute of Testing Materials gemessen. The risk of the filter blocking due to saturated moistening of the hydrophilic medium, i.e. through a water-saturated hydrophilic medium, is avoided by choosing a cellulosic material with suitable pore sizes and thickness so that it has a boiling point pressure that is deep enough to release excess water as the gas flows through it. For example, Pali Corporation a cellulose material is available which has an alcohol boiling point of 64 mm to 114 mm water column. This is measured using the American Institute of Testing Materials method.

Die Verbindung der Schichten, falls vorgesehen, erleichtert die Faltung der Schichten ohne zur Wasseransammlung neigende Zwischenräume zwischen den Schichten zu bilden. Die Verbindung der Schichten trägt zudem dazu bei, dass die Gefahr der Übersättigung mit Flüssigkeit der hydrophilen Schicht 11 abgeschwächt oder vermieden wird. Die Tatsache, dass die Filtermedien 10, 11 das Gehäuse 12 ausfüllen, trägt zur Verminderung der Entstehung von toten Räumen im Gehäuse 12 bei. Damit wird selbstverständlich das Volumen von ausgeatmetem Gas reduziert, welches wieder eingeatmet werden könnte. The connection of the layers, if provided, facilitates the folding of the layers without forming spaces between the layers which tend to accumulate water. The connection of the layers also contributes to weakening or avoiding the risk of oversaturation with liquid of the hydrophilic layer 11. The fact that the filter media 10, 11 fill the housing 12 helps to reduce the formation of dead spaces in the housing 12. This naturally reduces the volume of exhaled gas that could be inhaled again.

Nachstehend folgt eine Beschreibung von Tests eines Gerätes der vorstehend beschriebenen Art mit Bezug auf die Zeichnung, im Vergleich mit zwei im Handel erhältlichen Filtern der zweiten Kategorie wie im einleitenden Teil der Beschreibung beschrieben (bezeichnet 2A und 2B), zwei Filtern der dritten Kategorie, auf welche in der Einleitung der Beschreibung hingewiesen wurde (bezeichnet 3A und 3B) und zwei Filtern der dritten Kategorie mit zusätzlichem hygroskopischem Material zum Rückhalten von Feuchtigkeit (bezeichnet mit M3A und M3B). The following is a description of tests of an apparatus of the type described above with reference to the drawing, in comparison with two commercially available filters of the second category as described in the introductory part of the description (designated 2A and 2B), two filters of the third category which was mentioned in the introduction to the description (designated 3A and 3B) and two filters of the third category with additional hygroscopic material for retaining moisture (designated M3A and M3B).

Ein erfindungsgemässer Filter wurde wie obenstehend beschrieben gebildet und weist eine Oberfläche von etwa 640 bis 650 cm2 auf. A filter according to the invention was formed as described above and has a surface area of approximately 640 to 650 cm 2.

Das hydrophobe Medium des beispielsweisen Filters gemäss der Erfindung wurde aus vorgemischten keramischen Fasern und einem geeigneten destabilisierten Harz gebildet. Der Filter hat einen Alkohol benetzten Siedepunkt von grösser als 710 mm Wassersäule, gemessen gemäss der beschriebenen Methode. Der Anteil an Harz war 10% im Vergleich zu den Fasern (Gewicht/Gewicht). Die harzgebun4 The hydrophobic medium of the exemplary filter according to the invention was formed from premixed ceramic fibers and a suitable destabilized resin. The filter has an alcohol-wetted boiling point greater than 710 mm water column, measured according to the method described. The proportion of resin was 10% compared to the fibers (weight / weight). The Harzgebun4

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denen Fasern wurden anschliessend hydrophob gemacht, und zwar mittels irgendeiner der dem Fachmann bestbekannten Methoden. the fibers were then made hydrophobic using any of the methods well known to those skilled in the art.

Das hydrophile Filtermedium des beispielsweisen erfindungsgemässen Filters wurde aus Zellulosefasern hergestellt, welche mit einem Bindemittel miteinander verbunden wurden und folgende Zusammensetzung und Eigenschaften aufweisen: The hydrophilic filter medium of the filter according to the invention, for example, was produced from cellulose fibers which were connected to one another with a binder and have the following composition and properties:

Fasern: 100% Hanf, Binder: Viskose Druckabfall: 74 mm Wassersäule Zugfestigkeit: 92-115 kg/mm Dicke: 0,081 mm Fibers: 100% hemp, binder: viscose Pressure drop: 74 mm water column Tensile strength: 92-115 kg / mm Thickness: 0.081 mm

Zugfestigkeit nach Benetzung mit Öl: 103 kg/mm Zugfestigkeit benetzt mit Wasser: 44 kg/mm Berstfestigkeit (Muller-Test): 3520-4400 kg/cm2 Tensile strength after wetting with oil: 103 kg / mm Tensile strength wetted with water: 44 kg / mm burst strength (Muller test): 3520-4400 kg / cm2

Alle Filter wurden getestet auf Wasserverlust, Wirkungsgrad zum Rückhalten von Bakterien und Viren, dies alles unter Einsatz der nachstehend beschriebenen Tests. All filters were tested for water loss, bacterial and virus retention efficiency, all using the tests described below.

Wasserverlust-Test Water loss test

Dieser Test wird mit Bezugnahme auf die Fig. 4-6 beschrieben. This test is described with reference to Figures 4-6.

Der künstliche Patient nach Fig. 4 umfasst einen Befeuchter 20, welcher ausgeatmete Luft mit einem vorbestimmten Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur abzugeben vermag. Ein erster Ausgang 21 aus dem Befeuchter wird an eine Gummilunge 22 von zwei Litern Kapazität und an einen Verbindungsschlauch 23 über ein Ventil angeschlossen, welches verhindert, dass eine Strömung aus dem Auslass 21 in den Verbindungsschlauch 23 gelangen kann, jedoch eine Strömung in umgekehrter Richtung zulässt. The artificial patient according to FIG. 4 comprises a humidifier 20, which is able to deliver exhaled air with a predetermined moisture content and temperature. A first outlet 21 from the humidifier is connected to a rubber lung 22 of two liters capacity and to a connecting hose 23 via a valve which prevents a flow from the outlet 21 from entering the connecting hose 23, but allows a flow in the opposite direction .

Der zweite Auslass 25 aus dem Befeuchter 20 ist an ein T-Stück 26 über ein Ventil 27 angeschlossen und erlaubt einen Durchfluss vom zweiten Auslass 25 zum T-Stück 26, verhindert jedoch einen Durchfluss in der entgegengesetzten Richtung. Das T-Stück 26 ist an das andere Ende des Verbindungsschlauches 23 angeschlossen, und zwar über ein drittes Ventil 28, welches den Durchfluss vom T-Stück 26 zum Verbindungsschlauch 23 erlaubt, jedoch einen Durchfluss in umgekehrter Richtung verhindert. The second outlet 25 from the humidifier 20 is connected to a tee 26 via a valve 27 and allows flow from the second outlet 25 to the tee 26, but prevents flow in the opposite direction. The T-piece 26 is connected to the other end of the connecting hose 23, specifically via a third valve 28, which allows the flow from the T-piece 26 to the connecting hose 23, but prevents flow in the opposite direction.

Der Befeuchter 20 umfasst eine Temperatursteuerung 29, welche die Temperatur der vom Befeuchter 20 abgegebenen Luft regelt. The humidifier 20 comprises a temperature control 29 which regulates the temperature of the air emitted by the humidifier 20.

Im Betrieb wird der Befeuchter 20 mit destilliertem Wasser gefüllt. Dann, wie aus Fig. 5 hervorgeht, wird der Ausgang 30 des T-Stückes 26 mit dem Eingang 31 eines Y-Stückes 32 verbunden. Ein Arm 33 des Y-Stückes wird über einen Schlauch 34 an den Einlass eines Ventilators 35 angeschlossen, während der zweite Arm 36 des Y-Stückes 32 über den Schlauch 37 an einen Auslass des Ventilators 35 angeschlossen wird. In operation, the humidifier 20 is filled with distilled water. Then, as can be seen from FIG. 5, the output 30 of the T-piece 26 is connected to the input 31 of a Y-piece 32. One arm 33 of the Y-piece is connected via a hose 34 to the inlet of a fan 35, while the second arm 36 of the Y-piece 32 is connected via hose 37 to an outlet of the fan 35.

Der Ventilator liefert zur Atmung geeignetes Gas in pulsierenden Schüben, wobei das Volumen und die Frequenz gesteuert werden können. Das in jedem Impuls zugeführte Volumen wird als «Flutvolumen» und die Frequenz wird in «Atmungsstösse/Minute» gemessen. The fan delivers gas suitable for breathing in pulsating bursts, whereby the volume and frequency can be controlled. The volume delivered in each pulse is called "flood volume" and the frequency is measured in "breaths / minute".

Beim Testen des Wirkungsgrades des Wärme- und Feuchtigkeits-Austauschers wird das Flutvolumen des Ventilators 35 auf einen bestimmten bekannten Wert eingestellt, z.B. 660 ml und die Frequenz wird ebenfalls auf einen bestimmten Wert eingestellt, z.B. 15 Atemzuge pro Minute. Jedes Volumen von durch den Ventilator 35 ausgestossener Luft führt durch den Schlauch 37 zum T-Stück 26. Als Folge der Rückschlagventile 24, 27, 28 strömt dieses Gas durch den Verbindungsschlauch 23 und in die Gummilunge 22, welche die Luft unter Ausdehnung aufnimmt. Sobald die pulsierenden Luftstösse aufhören, wird die Gummilunge 22 Luft ausatmen, und zwar wird diese wegen den Rückschlagventilen durch den Befeuchter 20 führen und diesen über den zweiten Auslass 25 und das T-Stück 26 verlassen, um über den Schlauch 34 zum Ventilator 35 zurückzukehren. When testing the efficiency of the heat and moisture exchanger, the flood volume of the fan 35 is set to a certain known value, e.g. 660 ml and the frequency is also set to a certain value, e.g. 15 breaths per minute. Each volume of air expelled by the fan 35 leads through the hose 37 to the T-piece 26. As a result of the check valves 24, 27, 28, this gas flows through the connecting hose 23 and into the rubber lung 22, which absorbs the air under expansion. As soon as the pulsating air blows cease, the rubber lung 22 will exhale air, and this will lead through the humidifier 20 because of the check valves and leave it via the second outlet 25 and the T-piece 26 in order to return to the fan 35 via the hose 34.

Das T-Stück 26 ist isoliert, damit keine Kondensation entsteht. The T-piece 26 is insulated so that no condensation occurs.

Das System wird während 30 Minuten im Betrieb gehalten, um warmzulaufen auf die Temperatur des künstlichen Patienten, welche auf 30°C oder 34°C eingestellt wurde. Nach 30 Minuten wird sowohl der Ventilator 35 als auch die Temperatursteuerung für den künstlichen Patienten ausgeschaltet. The system is held for 30 minutes to warm up to the artificial patient temperature set at 30 ° C or 34 ° C. After 30 minutes, both the fan 35 and the temperature control for the artificial patient are switched off.

Als nächstes wird der Schlauch 34 vom ersten Arm 33 des Y-Stückes 32 abgenommen und durch einen Schlauch ersetzt, in welchem ein Gehäuse 38 mit 100 g eines Austrocknungsmittels eingesetzt ist. Das Gehäuse 38 ist somit mit dem ersten Arm 33 des Y-Stückes 32 und dem Einlass in den Ventilator 35 verbunden. Next, the hose 34 is removed from the first arm 33 of the Y-piece 32 and replaced by a hose in which a housing 38 with 100 g of a desiccant is inserted. The housing 38 is thus connected to the first arm 33 of the Y-piece 32 and the inlet into the fan 35.

Zusätzlich wird der zu testende Wärme- und Flüssigkeits-Austauschfilter 39 in das Rohr zwischen dem Auslass 30 und dem Stützen 31 des Y-Stückes 32 eingesetzt. In addition, the heat and liquid exchange filter 39 to be tested is inserted into the tube between the outlet 30 and the support 31 of the Y-piece 32.

Danach wird der künstliche Patient gewogen und die Komponenten zwischen dem T-Stück 26 und dem Ventilator werden ebenfalls gewogen. Diese umfassen das Gehäuse 38 und dessen Inhalt sowie den Filter 39. Die Gewichte werden gespeichert (auf Dezimalzahlen genau). The artificial patient is then weighed and the components between the T-piece 26 and the fan are also weighed. These include the housing 38 and its contents as well as the filter 39. The weights are stored (accurate to decimal numbers).

Der Ventilator 35 und der künstliche Patient werden dann angeschaltet und laufen für eine Stunde. Wenn während dieses Zeitraums keine Temperaturkontrolle der Umgebungsluft erfolgt, wird die Tempe- The fan 35 and the artificial patient are then turned on and run for one hour. If there is no temperature control of the ambient air during this period, the temperature is

5 5

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15 15

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25 25th

30 30th

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CH 687 297 A5 CH 687 297 A5

ratur der Ausatmungsleitung (d.h. die Temperatur im Rohr 37) in regelmässigen Abständen gemessen und festgehalten. Sie sollte etwa 20°C betragen und 23°C nicht überschreiten. Wenn die Temperatur 23°C überschreitet, sollte der Schlauch in Eis oder kaltes Wasser gepackt werden, um die Temperatur des Schlauches zu reduzieren. The temperature of the exhalation line (i.e. the temperature in tube 37) is measured and recorded at regular intervals. It should be around 20 ° C and not exceed 23 ° C. If the temperature exceeds 23 ° C, the hose should be packed in ice or cold water to reduce the temperature of the hose.

Der Wasserverlust wird dann unter Verwendung folgender Formel ermittelt: The water loss is then determined using the following formula:

G = TV.f.t. G = TV.f.t.

1 000 1,000

worin wherein

G = Gasdurchfluss in Litern pro Minute TV = Flutvolumen in Millilitern f = Frequenz in Atmungszügen pro Minute t = Testzeit in Minuten G = gas flow in liters per minute TV = flood volume in milliliters f = frequency in breaths per minute t = test time in minutes

Zusätzlich wird auch der prozentuale Bereich des Kreislaufes aufgrund der folgenden Formel berechnet: In addition, the percentage area of the circulation is also calculated using the following formula:

100 * (WL - Wf) 100 * (WL - Wf)

E = E =

Wx worin Wx where

E = Wirkungsgrad E = efficiency

Wi = Gewicht des Testkreises vor dem Test in Gramm Wf = Gewicht des Testkreises nach dem Test in Gramm Wi = Gewichtsverlust des künstlichen Patienten in Gramm Wi = weight of the test circuit before the test in grams Wf = weight of the test circuit after the test in grams Wi = weight loss of the artificial patient in grams

Dieser Wert sollte 10% nicht überschreiten. Falls der Wert 10% überschreitet, ist der Versuch ungültig und sollte wiederholt werden. This value should not exceed 10%. If the value exceeds 10%, the attempt is invalid and should be repeated.

Schliesslich wird der Wasserverlust des Patienten auf Grund folgender Formel berechnet: Finally, the patient's water loss is calculated using the following formula:

PL = W, PL = W,

worin wherein

PL = Wasserverlust des Patienten in Milligramm Wasser pro Liter Luft und Wi und G gleiche Bedeutung wie oben, haben. PL = water loss of the patient in milligrams of water per liter of air and Wi and G have the same meaning as above.

Aerosol Challenge Test Aerosol Challenge Test

Die Ausrüstung umfasst einen Vernebier 50, der beispielsweise von der Firma Devilbiss als Model 40 erhältlich ist. Der Einlass des Vernebiers wird über einen Filter 51 und ein Steuerventil 52 an die Umgebungsluft angeschlossen. Der Auslass des Vernebiers 50 ist über den Schlauch 54 an den Einlass des Testfilters 53 angeschlossen. Das Rohr erhält ebenfalls Luft aus einem zweiten Einlass über einen Luftdurchflussmesser 55, ein Steuerventil 56 und einen Schutzfilter 57. The equipment includes a nebulizer 50, which is available as a model 40 from Devilbiss, for example. The nebulizer inlet is connected to the ambient air via a filter 51 and a control valve 52. The outlet of the nebulizer 50 is connected to the inlet of the test filter 53 via the hose 54. The tube also receives air from a second inlet via an air flow meter 55, a control valve 56 and a protective filter 57.

Der Auslass zum Testfilter 53 ist an eine Vakuumquelle angeschlossen (nicht dargestellt), und zwar über einen Schutzfilter 58 und einen Vakuummesser 59. Der Auslass ist ebenfalls an ein Flüssigkeits-sammelgefäss 60 angeschlossen, welches einen gesteuerten Auslass 61 aufweist. Die erste Stufe bei der Durchführung des Tests ist die Vorbereitung einer Bakteriensuspension. Dies wird durch Beimpfung von 100 ml einer Trypton-Soja-Brühe einer Einzelkolonie aus einem Trypton-Soja-Agar-Stamm bewerkstelligt. Diese Kultur wird über Nacht inkubiert, und zwar in einem geschüttelten Wasserbad bei 30 + 2°C, um ein optimales Wachstum zu gewährleisten. The outlet to the test filter 53 is connected to a vacuum source (not shown), specifically via a protective filter 58 and a vacuum gauge 59. The outlet is also connected to a liquid collecting vessel 60 which has a controlled outlet 61. The first step in performing the test is to prepare a bacterial suspension. This is accomplished by inoculating 100 ml of a trypton soy broth from a single colony from a trypton soy agar strain. This culture is incubated overnight, in a shaken water bath at 30 + 2 ° C to ensure optimal growth.

Danach werden 5 ml der über Nacht erhaltenen Kultur zentrifugiert (bei etwa 2300 g während 10 Minuten). Die obenaufschwimmenden Teile werden entfernt und die Zellkügelchen werden in 3 ml sterilem Wasser erneut suspendiert. Die gewaschenen Zellen werden dann eingesammelt, und zwar durch erneutes Zentrifugieren bei etwa 2300 g während 10 Minuten. Die gewaschenen Zellkügelchen werden dann erneut in genügend sterilem Wasser suspendiert, um eine Zellsuspension von etwa 1 x 108 Bakterien/ml zu ergeben. 5 ml of the culture obtained overnight are then centrifuged (at about 2300 g for 10 minutes). The floating parts are removed and the cell beads are resuspended in 3 ml of sterile water. The washed cells are then collected by centrifuging again at about 2300 g for 10 minutes. The washed cell beads are then resuspended in enough sterile water to give a cell suspension of approximately 1 x 108 bacteria / ml.

Danach wird ein Gramm davon mit Farbe präpariert. Die Präparation wird mit einem normalen Mikroskop geprüft, welches mit einem kalibrierten Okularmikrometer ausgerüstet ist und welches eine in Öl eingetauchte Ojektivlinse (x 100) aufweist. Die mikroskopische Prüfung lässt Schlüsse auf die Grösse der Organismen zu und deren Zellanordnung. Die festgestellten Pseudomonas diminuta sollten kleine Then one gram of it is prepared with paint. The preparation is examined with a normal microscope, which is equipped with a calibrated eyepiece micrometer and which has an objective lens (x 100) immersed in oil. The microscopic examination allows conclusions to be drawn about the size of the organisms and their cell arrangement. The Pseudomonas diminuta found should be small

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10 10th

15 15

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CH 687 297 A5 CH 687 297 A5

stabförmige Organismen von 0,3 bis 0,4 ^m über 0,6 bis 1,0 jim in der Grösse aufweisen und hauptsächlich als Einzelzellen auftreten. rod-shaped organisms from 0.3 to 0.4 ^ m over 0.6 to 1.0 jim in size and occur mainly as single cells.

Danach wird die Gerätschaft auf die Durchflussmenge geeicht. Für diese Eichung wird der Testfilter 53 weggenommen und durch ein Durchflussmessgerät (nicht dargestellt) ersetzt. The device is then calibrated to the flow rate. For this calibration, the test filter 53 is removed and replaced by a flow meter (not shown).

Der Vernebier 50 wird mit 5 ml von sterilem Wasser gefüllt und das Sammelgefäss 60 mit 20 ml sterilem Wasser. Das Steuerventil 52 des Vernebiers 50 wird geschlossen und das Steuerventil 56 des Durchflussmessers 55 geöffnet, Vakuum wird appliziert und Luft wird in das Gerät während 30 Sekunden eingeführt. Bei 0, 5 bar Vakuum oder grösser sollte der Luftstrom 28 l/min betragen, reguliert durch die kritische Öffnung im Sammelgefäss 60. The nebulizer 50 is filled with 5 ml of sterile water and the collecting vessel 60 with 20 ml of sterile water. The control valve 52 of the nebulizer 50 is closed and the control valve 56 of the flow meter 55 is opened, vacuum is applied and air is introduced into the device for 30 seconds. At 0.5 bar vacuum or greater, the air flow should be 28 l / min, regulated by the critical opening in the collecting vessel 60.

Der Vernebier 50 wird dann aktiviert indem das zugehörige Steuerventil 52 voll geöffnet wird. Gleichzeitig wird das Steuerventil 56 des Luftdurchflussmessers 55 teilweise geschlossen, um einen Luft-durchfluss von 28 l/min durch den Apparat zu gewährleisten. Die Durchflussmenge am Luftmessgerät 55 durch das zugehörige Steuerventil 56 wird festgehalten. Der Apparat wird während 20 Minuten laufengelassen, um sicher zu sein, dass der Luftdurchfluss 28 l/min beibehalten wird. The nebulizer 50 is then activated by fully opening the associated control valve 52. At the same time, the control valve 56 of the air flow meter 55 is partially closed in order to ensure an air flow of 28 l / min through the apparatus. The flow rate at the air measuring device 55 through the associated control valve 56 is recorded. The apparatus is left running for 20 minutes to be sure that the air flow is maintained at 28 l / min.

Die Einrichtung wird dann bezüglich der Ausfilterung von Pseudomonas diminuta geeicht. Zu diesem Zweck wird der Testfilter 53 von Fig. 7 weggenommen und durch ein sechsstufiges Anderson Sammelgerät ersetzt. Die zum Sammelgerät gehörenden Glasteile werden mit Trypton-Soja-Agar in jeder Stufe gefüllt. Die zu prüfende Luft gelangt durch den Einlass in das Sammelgerät und strömt nacheinander durch die verschiedenen Stufen mit zunehmend höheren Durchtrittsgeschwindigkeiten von Stufe 1 bis Stufe 6. Zunehmend kleinere Partikel werden ursprünglich auf die Agar-Auffangflächen jeder Stufe auftreffen. The device is then calibrated to filter out Pseudomonas diminuta. For this purpose, the test filter 53 is removed from FIG. 7 and replaced by a six-stage Anderson collecting device. The glass parts belonging to the collecting device are filled with trypton soy agar in each stage. The air to be tested passes through the inlet into the collecting device and flows successively through the various stages with increasingly higher passage speeds from stage 1 to stage 6. Increasingly smaller particles will originally hit the agar collecting surfaces of each stage.

Danach wird ein ml der ungefähr 1 x 108/ml Pseudomonas diminuta-Susoension verdünnt auf 1 x 104/ml unter Verwendung von sterilem Wasser. Der Vernebier 50 wird mit 5 ml dieser Suspension gefüllt. Then one ml of the approximately 1 x 108 / ml Pseudomonas diminuta susoension is diluted to 1 x 104 / ml using sterile water. The nebulizer 50 is filled with 5 ml of this suspension.

Mit offenem Steuerventil 56 und geschlossenem Steuerventil 52 wird Vakuum in die Einrichtung geführt und Luft wird durch das Gerät gezogen, dies während 30 Sekunden. Bei 0,5 bar Vakuum oder grösser wird der Luftdurchsatz 28 l/min betragen, gesteuert durch die gelochten Aufschlagflächen. With the control valve 56 open and the control valve 52 closed, vacuum is drawn into the device and air is drawn through the device for 30 seconds. At a vacuum of 0.5 bar or greater, the air throughput will be 28 l / min, controlled by the perforated impact surfaces.

Danach wird der Vernebier 50 durch vollständiges Öffnen des zugehörigen Steuerventils 52 aktiviert. Gleichzeitig wird das Steuerventil 56 teilweise geschlossen, und zwar in dem Mass als die Eichung der Durchflussmenge erfolgte. Dadurch wird ein Luftdurchfluss von 28 l/min durch den Apparat gewährleistet. Nach einer Testzeit von 15 Minuten wird das Ventil 52 geschlossen und das Ventil 56 vollständig geöffnet. Nach weiteren 30 Sekunden, welche dazu dienen, Aerosol vollständig aus dem System zu entfernen, wird die Vakuumquelle abgeschaltet. The nebulizer 50 is then activated by completely opening the associated control valve 52. At the same time, the control valve 56 is partially closed, to the extent that the flow rate was calibrated. This ensures an air flow of 28 l / min through the device. After a test time of 15 minutes, valve 52 is closed and valve 56 is opened completely. After a further 30 seconds, which serve to completely remove aerosol from the system, the vacuum source is switched off.

Die die Agar-Kollektion enthaltenden Plättchen werden dann aus dem Anderson-Prüfgerät entfernt und bei 30 ± 2 °C inkubiert. Die eine Kolonie bildenden Einheiten (cfu) werden nach 24 und 48 Stunden gezählt. The platelets containing the agar collection are then removed from the Anderson tester and incubated at 30 ± 2 ° C. The colony-forming units (cfu) are counted after 24 and 48 hours.

Die Einrichtung gilt als geeicht, sobald Pseudomonas diminuta im Anderson-Gerät in den Stufen 6 oder 5 festgestellt werden. Damit wird bestätigt, dass monodisperse Organismen von der Einrichtung produziert werden. The device is deemed to be calibrated as soon as Pseudomonas diminuta is detected in the Anderson device in stages 6 or 5. This confirms that the facility produces monodisperse organisms.

Nach diesen Tests wird die Einrichtung dazu verwendet, den Wirkungsgrad der Filter in nachstehender Weise zu testen. Ein Testfilter 53 wird wie in Fig. 7 gezeigt in die Einrichtung eingefügt. 20 ml von sterilem Wasser werden in das Flüssigkeitsauffanggerät 60 eingegeben und der Vernebier wird mit 5 ml der etwa 1 x 108 ml Pseudomonas diminuta-Suspension gefüllt. After these tests, the facility is used to test the efficiency of the filters in the following manner. A test filter 53 is inserted into the device as shown in FIG. 7. 20 ml of sterile water are introduced into the liquid collecting device 60 and the nebuliser is filled with 5 ml of the approximately 1 x 108 ml Pseudomonas diminuta suspension.

Danach wird das Steuerventil 56 geöffnet und das Steuerventil 52 geschlossen. Die Einrichtung wird an Vakuum angeschlossen und Luft wird während 30 Sekunden in den Apparat einfliessen. Bei 0,5 bar Vakuum oder grösser wird sich der Luftdurchfluss bei 28 l/min einstellen, geregelt durch die kritische Öffnung im Auffanggefäss 60. Danach wird der Vernebier 50 aktiviert, indem das zugehörige Steuerventil 52 voll geöffnet wird und das Steuerventil 56 teilweise geschlossen wird, und zwar auf den bei der Eichung festgestellten Wert, welcher die Aufrechterhaltung eines Luftdurchflusses von 28 l/min erlaubt. The control valve 56 is then opened and the control valve 52 is closed. The device is connected to vacuum and air will flow into the apparatus for 30 seconds. At a vacuum of 0.5 bar or greater, the air flow rate will be 28 l / min, regulated by the critical opening in the collecting vessel 60. The nebuliser 50 is then activated by fully opening the associated control valve 52 and partially closing the control valve 56 , namely to the value determined during the calibration, which allows an air flow of 28 l / min to be maintained.

Nach einer Testzeit von 15 Minuten wird das Ventil 52 geschlossen und das Ventil 56 voll geöffnet. Nach weiteren 30 Sekunden, während welchen dem System der Rest an Aerosol entzogen wird, wird das Vakuum abgestellt. After a test time of 15 minutes, valve 52 is closed and valve 56 fully opened. After a further 30 seconds, during which the rest of the aerosol is removed from the system, the vacuum is switched off.

Die im Vernebier 50 verbleibende Flüssigkeit wird dann abgezogen, dies unter Verwendung eines 5 ml Nadelhebers. Das verbleibende Volumen wird unter Ve Wendung eines 10 ml Glasmesszylinders gemessen und das Volumen wird mit Wasser in sieben Schritten zehnfach verdünnt. Das verdünnte Volumen enthält etwa 102 Bakterien/ml und wird dann durch 0,2 um Analysenmembranen gefiltert. Die Analysenmembranen werden dann auf die Platten mit Trypton-Soja-Agar aufgelegt und bei 30 + 2°C inkubiert. Die Einheiten (cfu) werden nach 24 und 48 Stunden gezählt und die Anzahl Kolonien werden für Membranen mit 20 bis 200 Kolonien notiert. Der Vernebler-Titer wird dann berechnet. The liquid remaining in the nebulizer 50 is then drawn off using a 5 ml needle lifter. The remaining volume is measured using a 10 ml glass measuring cylinder and the volume is diluted ten times with water in seven steps. The diluted volume contains about 102 bacteria / ml and is then filtered through 0.2 µm analysis membranes. The analysis membranes are then placed on the plates with tryptone soy agar and incubated at 30 + 2 ° C. The units (cfu) are counted after 24 and 48 hours and the number of colonies are noted for membranes with 20 to 200 colonies. The nebulizer titer is then calculated.

Die Flüssigkeit im Aufprallgerät wird dann ebenfalls abgezogen. Das Volumen wird gemessen unter Verwendung eines 20 ml fassenden Glasmesszylinders und dieses Volumen unter sieben Mal mit sterilem Wasser zehnfach verdünnt. Die verbleibende Lösung und die resultierenden Verdünnungen werden dann durch einen 0,2 um Membranenfilter gefiltert. Die Analysenmembranen werden auf Trypton-Soja-Agar-Platten plaziert und die Öffnung im Aufprallgerät dahingehend überprüft, ob sie nicht verstopft ist. The liquid in the impact device is then also drawn off. The volume is measured using a 20 ml glass measuring cylinder and this volume is diluted ten times with sterile water seven times. The remaining solution and the resulting dilutions are then filtered through a 0.2 µm membrane filter. The analysis membranes are placed on trypton soy agar plates and the opening in the impactor is checked to ensure that it is not blocked.

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5 5

10 10th

15 15

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25 25th

30 30th

35 35

40 40

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50 50

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CH 687 297 A5 CH 687 297 A5

Die Agar-Plättchen werden dann bei 30 ± 2°C inkubiert. Die gebildeten Kolonien (cfu) werden nach 24 und 48 Stunden gezählt und die Anzahl der Kolonien auf Membranen mit 20 bis 200 Kolonien werden aufgezeichnet und die Anzahl von Bakterien, welche stromabwärts des Filters aufgefangen werden, werden berechnet. Der Wirkungsgrad der Einrichtung wird aufgrund folgender Formel berechnet: The agar plates are then incubated at 30 ± 2 ° C. Colonies formed (cfu) are counted after 24 and 48 hours and the number of colonies on membranes with 20 to 200 colonies are recorded and the number of bacteria collected downstream of the filter is calculated. The efficiency of the facility is calculated using the following formula:

Re = Bt X 100 Te • Vn worin Re = Bt X 100 Te • Vn where

Re = Wirkungsgrad in Prozent Bt = Gesamtzahl der gesammelten Bakterien Tf = Schlusstiter (vernebelt) in cfu/ml Vn = vernebeltes Volumen Re = efficiency in percent Bt = total number of bacteria collected Tf = final titer (nebulized) in cfu / ml Vn = nebulized volume

Danach wird der bakterielle Challenge an den Filter aufgrund folgender Formel berechnet: Then the bacterial challenge to the filter is calculated using the following formula:

C = Vn Re nt worin C = Vn Re nt where

C = Gesamt-Challenge C = overall challenge

Vn und Re haben die gleiche Bedeutung wie vorstehend, und nt der Challenge-Titer des Vernebiers in cfu/ml Vn and Re have the same meaning as above, and nt the challenge titer of the nebuliser in cfu / ml

Danach wird die gefilterte Titerreduktion aufgrund folgender Formel berechnet: The filtered titer reduction is then calculated using the following formula:

TR = Ç TR = Ç

worin wherein

TR = Filtertiterreduktion C und Bt gleiche Bedeutung wie oben. TR = filter title reduction C and Bt same meaning as above.

Aufgrund dieser Werte kann nun der Wirkungsgrad in Prozent des Filters aufgrund folgender Formel berechnet werden: Based on these values, the efficiency in percent of the filter can now be calculated using the following formula:

Filterwirkungsgrad = 1 - 1 x 100 Filter efficiency = 1 - 1 x 100

TR TR

Der Wasserverlust wurde wie oben beschrieben berechnet. Das Flutvolumen betrug 600 ml, die Frequenz 15 Atemzüge pro Minute und die Ausatmungstemperatur des künstlichen Patienten 32°C. The water loss was calculated as described above. The flood volume was 600 ml, the frequency 15 breaths per minute and the exhalation temperature of the artificial patient 32 ° C.

Der Ausfilterungsgrad für Bakterien wurde wie oben beschrieben mit dem Aerosol-Test durchgeführt, mit Pseudomonas diminuta. Der Aufanggrad für Viren wurde durch einen Aerosoltest gemäss obiger Beschreibung mit M52-Gerät durchgeführt. The degree of filtering out for bacteria was carried out as described above with the aerosol test, with Pseudomonas diminuta. The degree of capture for viruses was carried out by an aerosol test as described above with an M52 device.

Die Resultate des Tests sind in Tabelle 1 wiedergegeben. The results of the test are shown in Table 1.

Tabelle 1 Table 1

Filter filter

Wasserverlust Water loss

Ausfilterungswirkungsgrad Filtering efficiency

Typ mg/l Type mg / l

Bakterien (%) Bacteria (%)

Viren (%) Viruses (%)

2A 2A

10,1 10.1

99,9976 99.9976

99,999 99.999

2B 2 B

5,3 5.3

99,91 99.91

keine Werte No values

3A 3A

8,9 8.9

99,9992 99.9992

(Anforderung) 99,999 (Requirement) 99.999

3B 3B

10,8 10.8

99,999 99.999

M3A M3A

4,2 4.2

99,95 99.95

99,1 99.1

M3B M3B

7,0 7.0

99,981 99.981

keine Werte No values

Erfindung invention

8.4 ± .4 (n = 18) 8.4 ± .4 (n = 18)

99,999 99.999

8 8th

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

CH 687 297 A5 CH 687 297 A5

Aus der Tabelle geht hervor, dass die zweite Kategorie von Filtern entweder einen hohen Wasserverlust mit einem relativ hohen Ausfilterungswirkungsgrad (2A) aufweist oder einen wesentlich geringeren Wasserverlust mit entsprechend geringerem Ausfilterungswirkungsgrad (2B). Verwiesen sei in diesem Zusammenhang auf den von Lloyd und Roe für klinische Verwendung vorgeschlagenen Minimalwert von 99,997%. Die dritte Kategorie von Filtern hat wesentlich höhere Ausfilterungsgrade, aber vergleichsweise hohe Wasserverluste. Die modifizierte dritte Kategorie von Filtern hatte wesentlich geringere Wasserverluste dank des vorhandenen hygroskopischen Materials, hatte jedoch vergleichsweise geringere Ausfilterungswirkungsgrade. Im Gegensatz dazu hatten die weiter oben anhand der Zeichnung beschriebenen Filter einen hohen Ausfilterungswirkungsgrad und vergleichsweise niedrige Wasserverluste (weniger als 8,5 mg/l). The table shows that the second category of filters either has a high water loss with a relatively high filtering efficiency (2A) or a significantly lower water loss with a correspondingly lower filtering efficiency (2B). In this context, reference is made to the minimum value of 99.997% proposed by Lloyd and Roe for clinical use. The third category of filters has much higher degrees of filtering, but comparatively high water losses. The modified third category of filters had significantly lower water losses thanks to the existing hygroscopic material, but had comparatively lower filtering efficiencies. In contrast, the filters described above with the aid of the drawing had a high filtering efficiency and comparatively low water losses (less than 8.5 mg / l).

Der oben anhand der Fig. 1 beschriebene Filter, welcher die in Tabelle 1 wiedergegebenen Testre-sultate aufweist, wurde auch in einem Ventilator in einem klinischen Test eingebaut und mit im Handel erhältlichen Filtern 3A gemäss Tabelle 2 verglichen. Die Filter wurden unter zwei Bedingungen getestet (A und B) und der Wasserverlust basierend auf einen Gebrauch während 24 Stunden ist in Tabelle 2 wiedergegeben. Gemäss Bedingung A betrug das Flutvolumen 480 ml bei 15 Atemzügen/Min. und einer Ausatmungstemperatur von 32,4 ± 1,0°C. Unter Bedingung B betrug das Flutvolumen etwa 780 ml bei 15 Atemzügen/min und einer Ausatmungstemperatur von 33,2 ± 1,0°C. The filter described above with reference to FIG. 1, which has the test results shown in Table 1, was also installed in a ventilator in a clinical test and compared with commercially available filters 3A according to Table 2. The filters were tested under two conditions (A and B) and water loss based on 24 hour use is shown in Table 2. According to condition A, the flood volume was 480 ml after 15 breaths / min. and an exhalation temperature of 32.4 ± 1.0 ° C. Under condition B, the flood volume was approximately 780 ml at 15 breaths / min and an exhalation temperature of 33.2 ± 1.0 ° C.

Tabelle 2 Table 2

Filter-Typ Filter type

Wasserverlust (mg (H20)/1uitt) Water loss (mg (H20) / 1uitt)

Bedingung A Condition A

B B

3A 3A

7.2 ± 1.1 (n = 12) 7.2 ± 1.1 (n = 12)

12.1 ± 1.2 (n = 12.1 ± 1.2 (n =

12) 12)

Erfindung invention

5.3 ± 1.0 (n = 12) 5.3 ± 1.0 (n = 12)

8.8 ± 1.2 (N = 8.8 ± 1.2 (N =

12) 12)

Aus der Tabelle ergibt sich, dass unter beiden Betriebsbedingungen der im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschriebene Filter einen wesentlich geringeren Wasserverlust aufweist. The table shows that under both operating conditions the filter described in connection with the drawings has a significantly lower water loss.

Dieser reduzierte Wasserverlust wird über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen aufrechterhalten. Tabelle 3 unten gibt den Wasserverlust bei verschiedenen spezifischen Betriebsbedingungen des Ventilators wieder. Es zeigt sich, dass über einen weiten Bereich von Durchflussvolumina (Flutvolumen x Frequenz) vpm 7,2 l/min bis 12 l/min der Wasserverlust nicht wesentlich variiert (7 mg/l bis 10 mg/l) bei konstanter Temperatur (32°C). This reduced water loss is maintained over a wide range of operating conditions. Table 3 below shows the water loss under different specific operating conditions of the fan. It turns out that over a wide range of flow volumes (flood volume x frequency) vpm 7.2 l / min to 12 l / min the water loss does not vary significantly (7 mg / l to 10 mg / l) at constant temperature (32 ° C).

Die vorstehenden Beispiele wurden mit spezifischen Medien durchgeführt. Es versteht sich von selbst, dass auch andere geeignete hydrophobe und hydrophile Medien in Filtern der beschriebenen Art verwendet werden könnten. The above examples were carried out with specific media. It goes without saying that other suitable hydrophobic and hydrophilic media could also be used in filters of the type described.

Die Beispiele wurden mit bezug auf medizinische Anwendungen durchgeführt, wobei die Kombination von hydrophilen und hydrophoben Medien auch in anderen Systemen verwendet werden könnte, wo Luft ein- und ausgeatmet wird und dabei gefiltert wird und bei denen sich die Verwendung eines Wärme- und Feuchtigkeit-Austauschfilters aufdrängt. So kann beispielsweise die Luft in einer Flugzeugkabine durch einen Filter angeliefert werden und dabei keine geeignete Temperatur und Feuchtigkeit aufweisen. Die Verwendung eines Filters der obenstehend beschriebenen Art kann diesem Problem abhelfen und auch für eine Flugzeugkabine Luft anliefern, welche die verlangte Temperatur und Feuchtigkeit aufweist. The examples were made with medical applications in mind, where the combination of hydrophilic and hydrophobic media could also be used in other systems where air is inhaled and exhaled while being filtered and where the use of a heat and moisture exchange filter is required imposes. For example, the air in an aircraft cabin can be delivered through a filter and have no suitable temperature and humidity. The use of a filter of the type described above can remedy this problem and can also supply air for an aircraft cabin which has the required temperature and humidity.

Tabelle 3 Table 3

1. Flutvolumen (ml) 1. flood volume (ml)

480 480

660 660

800 800

1000 1000

660 660

Frequenz (bpm) Frequency (bpm)

15 15

10 10th

15 15

Temp. °C Temp. ° C

32 32

30 30th

34 34

Min.Vol. 1/min Min.Vol. 1 / min

7,2 7.2

9,9 9.9

12,0 12.0

10,0 10.0

9,9 9.9

Wasserverlust (mg (H2 0)1 Luft) Water loss (mg (H2 0) 1 air)

8,1 ± 0,2 8.1 ± 0.2

8,4 ± 0,4 8.4 ± 0.4

8,6 ± 0,8 8.6 ± 0.8

9,4 ± 0,5 9.4 ± 0.5

7,3 ± 0,5 7.3 ± 0.5

10,05 10.05

(n = 5) (n = 5)

(n = 18) (n = 18)

(n = 3) (n = 3)

(n = 4) (n = 4)

(n = 3) (n = 3)

(n = 2) (n = 2)

Claims

1. Heat and moisture exchange filter, characterized by a housing with a first component, which is provided for connection to a supply line for gas suitable for inhalation and an exhalation line, furthermore with a second component for connection to a gas inhaling and exhaling Person, being in the housing in a flow passage for the gas between the

9

5

10th

15

20th

25th

30th

35

40

45

50

55

60

65

CH 687 297 A5

a leaf-shaped hydrophilic filter medium and a leaf-shaped hydrophobic filter medium are arranged in series in the first and the second component and the hydrophilic medium is located closer to the first component in the flow passage and the hydrophobic medium has an alcohol boiling point of greater than 710 mm water column in order to filter out microorganisms from the gas stream .

2. Filter according to claim 1, characterized in that the hydrophilic filter sheet is arranged in contact with the hydrophobic filter sheet.

3. Filter according to claim 2, characterized in that the filter sheets are connected to each other, in particular glued together.

4. Filter according to claim 2, characterized in that the filter sheets are laminated to form a composite.

5. Filter according to any one of claims 1-4, characterized in that the hydrophobic filter medium consists of resin-bonded ceramic fibers.

6. Filter according to any one of claims 1-5, characterized in that the hydrophilic filter medium consists of cellulose material.

7. Filter according to any one of claims 1-6, characterized in that the filter media sheets are folded.

8. The filter according to claim 7, characterized in that the housing has a chamber surrounded by a wall and two closures provided at opposite ends of the housing, the one closure forming a connecting part to the supply line for gas suitable for inhalation and the exhalation line and the Another closure has a part for connection to the person inhaling and exhaling the gas, and the folded filter media fill the chambers such that the folds on one side of the sheets face the one component and the folds on the other side of the sheets face the other component are.

9. Filter according to any one of claims 1-8, characterized in that the hydrophilic filter medium sheet is a coherent sheet.

10. Filter according to any one of claims 1-8, characterized in that the hydrophilic filter medium sheet has a plurality of spaced-apart, parallel to each other through slots.

11. Filter according to any one of claims 1-10, characterized in that the filter has a pressure drop of not greater than 30 mm water column with an air passage of 60 l / min.

12. Filter according to one of claims 1-11, characterized in that the filter has a filtering efficiency for bacteria distributed in a gas of greater than 99.999%, measured with the aerosol challenge test.

13. Filter according to any one of claims 1-12, characterized in that the filter has a water loss of 7 mg / l to 10 mg / l for a flow volume of 7 l / min to 12 l / min at 32 ° C.

14. A method for producing a heat and moisture exchange filter according to one of claims 1-13, characterized in that a sheet of a hydrophobic filter medium with an alcohol boiling point greater than 710 mm water column and with two opposite surfaces and a sheet of a hydrophilic filter medium with two opposite surfaces are connected to each other with one of their surfaces.

15. The method according to claim 14, characterized in that the connection of the filter sheets is carried out by gluing.

16. The method according to claim 14, characterized in that the connection of the filter sheets is carried out by lamination.

17. The method according to any one of claims 14-16, characterized in that the hydrophobic filter medium consists of resin-bonded ceramic fibers and the hydrophilic filter medium consists of cellulose material.

18. The method according to any one of claims 14-17, characterized in that the filter has a pressure loss of not more than 30 mm water column with an air flow of 60 l / min.

19. The method according to any one of claims 14-18, characterized in that the interconnected filter media sheets are folded.

20. Use of a filter according to any one of claims 1-13 in a breathing circuit device with an air conveyor, a hose connecting the air conveyor to the first component of the filter, an exhalation line leading away from the first component and a hose leading away from the second component of the filter and to Inhaling and exhaling by one person serves gas conveyed by the fan.

10th