CN104010688A - 呼吸系统的改进 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于从呼吸气体流中冷凝水的换热装置(26)。该装置(26)包括具有进口(28)的第一部分和具有出口(30)的第二部分，进口(28)和出口(30)可与呼吸系统(10)连接，且第一和第二部分布置成流动串联，其中，第一部分包括冷凝器(64)，第二部分包括在冷凝器下游的加热器(64)，用于在出口(30)之前增加呼吸气流的温度。

Description

呼吸系统的改进

技术领域

本发明涉及呼吸系统，特别是涉及在呼吸系统中的水蒸汽和冷凝水的处理。

背景技术

在健康的人中，呼吸功能完全自发进行。脑检测在血液中的二氧化碳积累，并立即要求更多氧气。该氧气通过自发吸气而吸入身体内，且二氧化碳在呼吸的被动呼出阶段除去。健康的人产生一定量的湿度，该湿度在肺中用于阻止分泌物的积累。

自发呼吸的能力可能由于多种原因而丧失。例如由于外科手术处理过程(手术后)、由于影响肺的某些肌肉疾病、或者由于临床医生的镇静作用。因此受影响的患者必须通过机械装置来吸氧，以便实现充氧和除去二氧化碳。

当患者进行机械方式吸氧时，空气的湿度基本保持在足够高水平。这通常使用热-湿气交换器(HME)或加热水浴加湿器实现。HME保持呼气中的湿气，并通过下一个吸气阶段而将该湿气送回至肺。在水浴系统中，吸入气体在进入肺之前经过加热水腔室和获得湿度。

当潮湿的呼吸气体经过呼吸系统时，在呼吸回路的吸气分支或呼气分支中，一定量的水蒸汽将冷却和开始冷凝，从而形成水滴，该水滴将开始积累，从而引起所谓的“冲洗”。

重要的是从呼吸系统中除去冷凝水，以便使它不会阻碍呼吸气流或者使它不会往回排入患者的肺内(从而使得患者有溺死的危险)，或者不会排入呼吸机/麻醉设备内(因此引起损伤)。如果它允许积累较长时间，那么由于它的不可压缩特性，水将有效阻挡呼吸系统。

用于在这种系统中处理湿气的普通装置是通过使用称为聚水器的装置。这样的装置大致布置在呼吸系统的中点处，并位于最低点，因此液体将排入其中。积累的冷凝液定期排空，并更换聚水器。不过，这种结构并不完全令人满意，因为冷凝水仍然形成于呼吸系统中，且该冷凝水可能干扰系统的阀、传感器或呼吸机的操作。特别是，在普通结构中，冷凝水通常积累在例如呼吸机的呼气阀处。这可能引起流量测量、阻碍流动、错误激发警报和管实际阻塞的问题。

还已知试图使得在呼吸回路中的呼吸气体除湿，例如在呼吸气体送回至呼吸机之前。一种这样的装置是具有包围壁的呼气呼吸管，它允许水蒸汽通过，但是防止呼吸气体通过。不过，这些呼气呼吸管制造昂贵，并且通常只从呼吸气体中除去一部分水蒸汽含量。当在除湿后仍然在呼吸气体中保留大量的水蒸气时，有该保留的水蒸气可能随后在呼吸系统的其它部分中冷凝的问题。

发明内容

现在设计了一种装置，它克服或明显减少了至少一些与现有技术相关的上述缺点。

根据本发明的第一方面，设有一种用于从呼吸气体流中冷凝水的换热装置，该装置包括具有进口的第一部分和具有出口的第二部分，进口和出口可与呼吸系统连接，且第一和第二部分布置成流动串联，其中，第一部分包括冷凝器，第二部分包括在冷凝器下游的加热器，用于在出口之前增加呼吸气体流的温度。

根据本发明的换热装置很有利，主要是因为装置升高在冷凝器下游的呼吸气体流的温度，这升高了呼吸气体流在气体通过出口之前的能量水平，从而降低了在气流中的任何剩余蒸汽在呼吸系统的其它部分内从气流中冷凝出来的可能性。

加热器可以包括加热器腔室，呼吸气体流过该加热器腔室，且加热器布置成加热在该加热器腔室内的呼吸气体。加热器可以用于使得呼吸气体流在通过出口之前的温度升高至高于它的露点的温度。

加热器可以用于被动地加热呼吸气体，但是加热器优选是用于主动地加热呼吸气体。加热器可以用于产生热量，该热量传递给呼吸气体流。加热器可以产生基本恒定的热量，从而没有加热器的控制，例如加热器设有恒定电源。也可选择，装置可以包括用于加热器的控制器，例如以便使得呼吸气体流在出口处设有预定温度或温度范围。这种控制器可以控制向加热器的供电，并可以利用一个或多个传感器，以便能够反馈控制。

冷凝器可以包括冷凝腔室，呼吸气体流过该冷凝腔室。冷凝器可以布置成降低在进口下游和在加热器上游的呼吸气体流的温度。冷凝器可以用于冷却在冷凝腔室内的呼吸气体。冷凝器可以用于促进热量从呼吸气体向周围的传递，即提供被动冷却，例如通过使得冷凝腔室相对于基本圆形截面的单个流动通道设有增加表面面积的外部(对于给定容积)。也可选择或者另外，冷凝器可以包括冷却器，该冷却器布置成主动冷却呼吸气体。冷却器可以与电源连接，并可以提供从冷凝器向加热器和/或散热器的传热。

通过出口的气体的温度可以大于在冷凝器中的气体的温度。冷凝器可以布置成使得呼吸气体流的温度降低至低于或等于它的露点的温度，加热器可以用于使得呼吸气体流的温度升高至高于它的露点的温度。

冷凝腔室和加热器腔室可以包括公共腔室或壳体的不同区域。冷凝腔室和加热器腔室可以设置于公共壳体内。公共壳体可以是换热模块，例如成盒的形式，该盒可以是整体结构。冷凝腔室和加热器腔室可以包括多个导热壁。

装置可以包括布置成从冷凝器向加热器传递热能的换热介质。加热器和冷凝器可以共用公共换热介质。这样的结构很有利，其中，通过使用由冷凝器从流体流取出的热能来重新加热气流而减小由装置在使用中消耗的能量。

装置包括可以热电部件。冷凝器和/或加热器可以包括热电部件。热电部件可以布置在单个整体壳体中。热电部件可以布置成提供在冷凝器和加热器之间的热连通。热电部件可以与电源连接，以使得它布置成驱动热量从冷凝器向加热器传送。冷凝器可以包括热电部件的冷侧，加热器可以包括热电部件的热侧。

热电部件可以包括Peltier装置。

第一和/或第二部分中的任意一个可以包括换热部件，该换热部件布置成凸出至通过该装置的流动通路中。换热部件可以包括一个或多个竖立壁，该竖立壁布置成确定通过第一和/或第二部分的一个或多个流动通道。竖立壁可以采取导流板的形式，该导流板可以布置成确定通过第一部分和/或第二部分的曲折流动通路。在一个实施例中，第一和第二部分由具有至少一个壁的腔室来确定，该壁形成有向内凸出的部件，例如至少一个壁可以包括波纹形部分。

冷凝腔室和加热器腔室中的一个可以有比另一个更大的容积。一个腔室的长度、宽度或深度尺寸可以大于另一腔室。因此，流体流通过一个腔室花费的时间可以大于流体流通过另一腔室花费的时间。一个腔室可以有暴露于通过的流体流中的换热表面区域，该换热表面区域大于另一腔室的换热表面区域。也可选择，容积、尺寸和/或流动周期可以对于腔室都相等。

即使当装置包括用于从冷凝器向加热器传热的换热介质或热电部件时，装置也可以产生多余热量。装置可以包括用于从该装置除去多余热量的散热器。散热器可以在装置的任意冷凝器和/或加热器腔室的外部。散热器可以包括多个换热元件，这些换热元件可以暴露于周围空气中。散热器可以包括风扇，该风扇布置成在换热元件上面产生周围空气流。散热器可以布置成从系统向周围空气发散热能。

根据一个实施例，装置还可以包括基部单元，该基部单元用于帮助从冷凝器除去热能和/或帮助向加热器提供热能。基部单元可以包括上述换热介质或热电元件。第一和/或第二部分可以与基部单元可释放地接合。第一和第二部分可以包括换热模块。换热模块可以与基部单元可释放地接合，从而基部单元可以是可重新使用的，而换热模块可以是可更换和/或一次性的。

这种装置很有利，因为装置从换热部件内的呼吸气体中冷凝水，这使得水能够从呼吸系统中除去。因此，本发明减小了冷凝水将在呼吸系统中形成的危险，形成冷凝水将干扰系统的阀、传感器或呼吸机的操作。还有，基部单元直接在冷凝腔室的下游加热气流，以便使得气流的温度能够在离开装置之前升高。

而且，换热部件的模块式和可更换的特征使得基部单元能够设置成避免与呼吸气体或冷凝水接触，从而使得基部单元能够成为可重新使用的部件，而换热部件为一次性的部件。这很有利，因为它意味着基部单元能够通过在患者之间更换换热部件而安全和具有成本效益地由多个患者使用。另外，与整个装置为一次性的结构相比，本发明更便宜。

实际上，当装置和/或基部单元包括用于在使用中主动冷却通过冷凝腔室传送的呼吸气体的装置(例如通过从换热部件的壁传热)时，该换热部件的可更换特性提供了特别的成本效益。特别是，传热装置例如Peltier装置优选是设置于本发明的基部单元中，因此可以重新使用。而且，本发明的换热部件优选是简单结构，例如由两个模制部件形成，因此制造便宜。

换热装置的进口和出口优选是各自有普通管形连接器的形式，用于与呼吸系统的其它部件连接。进口和出口可以设置于用于第一和第二部分的壳体的公共壁上。进口和出口可以面对基本相同方向。

装置可以包括用于收集冷凝液以便除去的结构。第一部分可以包括液体出口或排出口。进口和出口优选是与排出口间隔开。排出口优选是形成于第一部分的下壁中。进口可以设置于第一部分的上壁中。这样的结构用于防止冷凝液流入连接的呼吸系统中。

装置可以包括液体容器，该液体容器可拆卸地附接在排出口上。排出口或容器可以包括阀，例如用于防止气体通过该口逸出。浮动阀(或类似件)可以提供为允许冷凝液选择地从第一部分逸出，而并不允许患者的气体逸出。

基部单元可以包括用于换热器件的电源。

根据本发明的装置用于从呼吸气体中冷凝液体(例如水)。装置可以包括用于从呼吸系统中收集和/或除去冷凝水的结构。

优选是，冷凝和/或加热腔室相对于具有大致圆形截面的单个流动通道具有增加的内部表面面积。冷凝和/或加热器腔室优选是包括多个流动通道，在使用中，这些流动通道各自用于传送呼吸气体。这种结构可以提供用于向/从通过的气流传热的增加的表面面积。例如，流动通道的内部宽度与流动通道的内部深度的比例优选为至少1:2、更优选至少1:7，最优选大约1:10或更大。

优选是，换热部件是一次性部件，它优选是由塑料材料形成，但是也可以由金属形成，或者至少包括金属部分，以便帮助向和/或从换热部件传导。换热部件优选是相对于基部单元形成封闭系统，从而在呼吸系统的呼吸气体和基部单元之间没有接触。

换热部件和基部单元优选是包括配合成使得换热部件相对于基部单元安装的一个或多个构造。换热部件和基部单元可以包括相应形状的构造。配合构造可以包括换热部件或元件，例如一个或多个凸出壁部分以及布置成接收该凸出壁的一个或多个凹口。

上述方面的装置和/或换热部件可与呼吸系统连接，从而在使用中，呼吸气体通过第一和第二部分来传送。因此，根据本发明的还一方面，提供了一种包括上述装置的呼吸系统。

优选是，呼吸系统是呼吸回路，该呼吸回路通常将包括至少一个呼吸机或麻醉机以及吸气分支。不过，本发明特别有利的是用于从呼出气体中除去水，因此呼吸回路优选是还包括呼气分支，且根据本发明的装置优选是连接在呼吸回路中，以使得它形成呼气分支的一部分。特别是，呼气分支优选是包括至少两个呼吸管，且换热装置连接在这些呼吸管之间，优选是在呼气分支的最低点处。

呼吸系统可以是麻醉回路，即用于向患者提供麻醉气体的呼吸回路。麻醉回路可以包括一个或多个传感器。传感器通常设置于麻醉回路中，以便监测相关参数。来自呼吸气体的冷凝液可能干扰该传感器。因此本发明的还一优点是可以降低在麻醉回路内的冷凝液对传感器的干扰程度。

呼吸系统可以包含二氧化碳吸收剂。因为一些类型的二氧化碳吸收剂的效率可能受到气体(吸收剂对该气体产生作用)的湿度降低的不利影响，因此换热装置可以用于使得离开换热装置的呼吸气体流的湿度足够允许呼吸回路中的二氧化碳吸收剂高效地起作用。换热装置因此可以设有控制器，用于控制换热装置的效率，例如通过控制向冷凝器和/或加热器的供电。这可以简单地采取降低电设置的形式(用于麻醉回路中)。控制换热装置的效率使得用户能够控制气体的湿度。因此，能够选择合适的效率，这使得离开换热装置的气体有一定湿度，二氧化碳吸收剂能够在该湿度下高效地起作用。效率可以通过改变供给冷凝器的电量来控制。

还应当知道，根据本发明的上述装置可以用作热和湿气交换(HME)装置，它通常将布置在呼吸回路的患者端处。特别是，呼吸气体传送通过换热部件，该换热部件可释放地与基部单元接合，从而换热部件可更换，将在这种结构中特别有利。这使得基部单元可以布置成并不与呼吸气体或冷凝水接触，因此基部单元能够是可重新使用的部件，而换热部件是一次性的部件。这很有利，因为它意味着装置能够通过在患者之间更换换热部件而安全和具有成本效益地由多个患者使用。另外，与整个装置为一次性的结构相比，本发明更便宜。

当装置用作热和湿气交换(HME)装置时，该装置可以用于从装置的呼气通道内的呼出气体中除去水和热量，并将该热量和水传递给在装置的吸气通道中的吸气气体。换热部件的可更换特性大大降低了这种装置的成本(相对于使用热电装置的其它HME装置，例如Peltier装置)，因为基部单元可重新使用，且换热部件可以是简单结构。

因此，根据本发明的还一方面，设有一种热和湿气交换装置，它包括：换热部件，该换热部件有进口、出口和冷凝腔室和/或加热器腔室，该进口和出口可与呼吸系统连接，从而在使用中，呼吸气体传送通过冷凝腔室；以及基部单元，该基部单元用于帮助从冷凝腔室的壁除去热量和/或向加热器腔室提供热能，其中，换热部件能够与基部单元可释放地接合，以使得换热部件可更换。

根据本发明的还一方面，提供了一种与热和湿气交换装置一起使用的换热部件，该换热部件有进口、出口和冷凝腔室和/或加热器腔室，该进口和出口可与呼吸系统连接，从而在使用中，呼吸气体传送通过冷凝腔室和/或加热器腔室，其中，换热部件能够与基部单元可释放地接合，以便帮助从冷凝腔室的壁除去热量和/或向加热器腔室提供热能。

根据本发明的还一方面，提供了一种与换热部件一起使用的基部单元，以便形成热和湿气交换装置，该基部单元用于与换热部件可释放地接合，且该基部单元用于帮助从冷凝腔室的壁除去热量和/或帮助向加热器腔室提供热能。

本发明该方面的换热部件可以只有冷凝腔室，因此只确定呼气流动通路，或者可以只有加热器腔室，因此只确定吸气流动通路。实际上，装置可以设有两个换热部件，一个确定呼气流动通路，一个确定吸气流动通路。也可选择，换热部件可以有冷凝腔室和加热器腔室，因此可以确定呼气流动通路和吸气流动通路。不过，在所有这些结构中，热和湿气交换装置优选是包括用于将从呼出气体中冷凝的水在冷凝腔室中传递至加热器腔室(用于使得吸入气体增湿)的装置。这种传递结构可以采取合适导管的形式。

只要可实现，上面对于本发明的任意一个方面所述的任意优选特征可以用于本发明的任意其它方面。

附图说明

下面将参考附图仅通过示例说明来更详细地介绍本发明的可工作实施例，附图中：

图1是包括根据本发明的装置的呼吸回路的示意图；

图2是根据本发明的换热装置的第一实施例从前面看的三维视图；

图3是图2的换热装置从后面看的三维视图；

图4是图2的装置的仰视图；

图5是图2的装置的侧视图；

图6是图2的装置的俯视图；

图7是图2的装置的仰视图，其中盒已经除去；

图8是与根据本发明的装置一起使用的收集结构的示意剖视图；

图9是与根据本发明的装置一起使用的可选收集结构的示意剖视图；

图10是根据本发明的换热装置的第二实施例从前面看的三维视图；

图11是图10的装置的基部单元从前面看的三维视图；

图12是图10的装置的盒从上面看的三维视图；以及

图13是图10的装置的盒从下面看的三维视图。

具体实施方式

本发明可以认为大致来源于这样的前提，即并不是增加气流的除湿以避免在呼吸系统的不希望区域中冷凝，而是能够加热或重新加热气流(通常紧接在除湿之后)，从而在下游气流中的任何水蒸气都几乎不可能冷凝。另外或者也可选择，本发明可以认为来源于这样的前提，即它能够有利地重新使用在除湿过程中从气流中除去的热能。

图1是示例呼吸回路10的示意图，该呼吸回路10包括根据本发明的除湿装置。呼吸回路包括：呼吸机12；吸气分支，用于将呼吸气体供给患者14用于吸气；以及呼气分支，用于将呼出的呼吸气体送回至呼吸机12。吸气分支包括两个呼吸管16、18和在这两个呼吸管16、18之间的增湿器20，该增湿器20用于使得呼吸气体在由患者14吸气之前增湿。布置在增湿器20和患者14之间的呼吸管18通常被加热，以便使得呼吸气体的温度和湿度保持在用于吸气的所需水平。

呼气分支包括两个呼吸管22、24和连接在这两个呼吸管22、24之间的本发明除湿装置26，该除湿装置26用于在呼吸气体返回至呼吸机12之前从呼出的呼吸气体中除去水蒸气。通过除湿装置26来从呼出的呼吸气体中除去水蒸气将减小由水蒸气使得呼吸机12受损的危险，还减小在呼气分支的呼吸管内产生的冷凝量，该冷凝可能限制或阻塞呼吸管的流动通道。

普通的患者接口19提供了在患者的气道和管18、22之间的所需连接。

在使用中，当患者14呼气时，呼出的空气沿第一呼吸管22运送，并通过空气进口28而进入除湿装置26。当气流通过除湿装置26的本体时从该气流中除去水汽，且气流在通过管24来通向呼吸机12的途中通过出口30而离开除湿装置。

技术人员应当知道，其它普通的阀和连接器可以存在于呼吸系统中，例如，在呼吸机12和管24之间的连接处的呼气阀和/或在患者接口19和一个或两个管18、22之间的连接器。为了简明，将省略呼吸回路的这些装置和任意其它普通装置的详细说明。

图2至7各自表示了根据本发明的除湿装置的第一实施例，该除湿装置总体表示为26。装置包括基部单元32和可拆卸/可更换的盒34。盒34可以另外认为构成气流容器或流动腔室。

盒34大致包括薄壁和空心的部件，形成为确定内部的充气空隙。盒34提供了气密腔室(除了口28、30和36)。在使用中，口28和30提供了用于呼吸气体流入盒34内和从盒34中流出的相应进口和出口。口36是液体排出口，它的细节将在后面介绍。

口28和30设置于盒34的公共外壁38中，该壁在使用中通常布置成提供盒34的上部或朝上的壁。还提供了相对的下部壁39，该下部壁39在使用方位中构成盒34的基部，如图2和3中所示。口28和30设有相应的竖直连接器构件40，各竖直连接器构件40采取从壁38悬垂的环向壁的形式。连接器40为普通尺寸，以便与呼吸管22和24的端部紧密和牢固地配合，如图1中所示。当这样连接时，盒34的内部腔室与周围空气和/或任何外部装置密封，从而盒34的内部形成图1中所示的呼吸系统的封闭流动通路的一部分。

盒34优选是由合适刚性的塑料材料来形成，例如通过注射模制。

盒34在平面图中为大致矩形，具有基本连续的前部壁42，当盒安装在基部单元32上以便使用时，该前部壁42的朝向背离该基部单元32。

盒的相对(后部)壁44(该壁44面对基部单元32)有在其中的一系列纵向狭槽或凹口。在该方面，盒34的壁结构形成为提供多个壁凸起48，这些壁凸起48从后部壁44凸出至盒34的内部容积中。因此，这些凸起48减少或“消耗”了盒34的内部容积。壁凸起48能够在图6中通过口28、30而从上面看见。

因此，流动槽道具有对于经过盒的流体流的较大内壁表面面积，以便增加在使用中可用于向/从流体传递热量的面积。

下面参考图3和5，图中表示了基部单元32的进一步细节，该基部单元32包括散热结构，该散热结构包括悬在支承板54上的一系列大致平面形的翅片52。翅片52从支承板大致竖立，通常与支承板垂直。翅片52沿板54间隔开，并大致平行对齐，使得各翅片52通过气隙而与相邻翅片52间隔开。

各翅片52只沿一个边缘由板54支承，使得散热结构的其它侧(包括翅片的对齐边缘)敞开。翅片和支承板由金属形成为整体结构，并可以整体形成。

风扇单元56安装在散热结构的后侧上。后侧是该结构的、与支承板54相反或背离该支承板54的敞开侧。风扇单元56包括风扇58，该风扇58布置成用于在风扇壳体60内旋转，风扇单元56通过该风扇壳体60而附接在散热结构上。风扇单元56为电力驱动，以便驱动风扇沿这样的方向旋转，即它通过翅片吸入周围空气和通常沿背离装置26的方向将空气排到周围环境中。在图3所示的方位中，风扇56逆时针方向旋转。

下面参考图4和7，图中表示了基部单元32的相应视图，其中附接有或没有盒34。传热结构62设置于散热结构和盒34之间。传热结构沿背离风扇单元56的方向来悬挂在支承板54上。

传热结构62包括传热元件或热泵64，该传热元件或热泵64布置在热导体66和68之间。在该实施例中，热泵64是热电加热/冷却装置，它采取Peltier装置的形式。这种装置可以另外介绍为固态主动热泵。Peltier装置具有：相对的主面，该主面为板状导体；以及在该对主面之间的多个热电元件(未示出)，这些热电元件布置成在相对的板导体之间电串联但是热并联。因此，向装置供电将驱动在导体板之间的温度差，使得第一板导体包括装置的冷侧，相对导体包括装置的热侧。

Peltier装置64的冷侧与导体装置66连接。该导体装置66包括离开Peltier装置悬挂的多个凸起70。凸起70以串联方式间隔开或者间隔开成与在盒的后壁中的凹口46相对应的结构。凸起70为细长形状，并竖立成与翅片或指状结构类似，它们的形状为与盒34的壁凸起形成紧密配合，从而与其形成良好的热接触。凸起70悬挂在大致平面形支持(backing)部分上，该支持部分与在Peltier装置的冷侧的区域上形成热接触，用于与其传热。

Peltier装置64的热侧与导体构造68连接，该导体构造68包括相对薄壁形或平面形本体72，该本体72夹在Peltier装置64的热侧和散热结构的背板/支承板54之间。朝向本体72的边缘(即朝向右手侧边缘，如图7中所示)设有另外的竖立凸起74。凸起74沿与凸起70相同的方向从本体72向外凸出。在该实施例中，凸起74以与凸起74相对应的方式成形和间隔开。因此凸起70和74为基本相同形状。

不过可以看见，凸起74比凸起70少。在该实施例中，在凸起70和74之间的比例为3:1，使得有六个“冷”凸起70，只有两个“热”凸起74。不过，可以根据需要提供不同比例和/或数量的凸起70、74。凸起70和74的组合阵列布置成用于插入在盒中的凹口46内，使得一些凹口由凸起70填充，其它凹口由凸起74填充。可以知道，凸起70类集在一起，凸起74也是这样，因此，并不散布有那些不同类型的凸起。

通过使得凸起70、74与盒34的后壁中的凹口对齐和然后使盒34向后运动(沿图4和5中箭头A的方向)以使得凸起插入凹口中，盒34安装成用于基部单元32。在可选实施例中，盒34可以沿纵向方向在凸起70、74上面滑动。在任一实施例中，盒34和/或凸起70、74可以设有一个对齐槽或脊，以便保证在盒34和基部单元32之间紧密/紧配合。

在准备使用时，口28和30与呼吸系统中的相应管22和24连接，如图1中所示。基部单元32也与电源连接，这通常包括通过合适的引线(未示出)而与电力网供电系统连接，使得电力供给Peltier装置64和风扇单元56。向Peltier装置64供电将通过热电效应而驱动在装置的相对侧之间的温度差，从而冷却凸起70，同时加热凸起74。

因此，在使用中，当盒34布置在装置上，以使它与凸起70、74导热接触时，多个第一内壁部分48通过凸起70而冷却，同时盒的多个第二壁部分通过凸起74而加热。这导致盒的内部空腔在使用中有在加热区域上游的冷却区域。因此，在进口28处进入盒34的气体首先通过盒34的壁而冷却，从而促使在从患者呼出的气流中的蒸汽冷凝。在该方面，气流通常冷却至它的露点或低于它的露点，使得在盒的内壁上很容易产生冷凝。

尽管盒由大致薄壁结构形成，但是应当知道，限定盒中的凹口的后壁44和/或壁凸起48是特别薄的壁，且壁厚度可以低于盒的其余部分的厚度。这保证从气流向基部单元凸起70、74/从基部单元凸起70、74向气流传热的低阻抗。

一旦气流经过在盒中的最终冷却内壁凸起，气体再进入由下游内部盒壁限定的加热流动通道，该下游内部盒壁由基部单元加热器凸起74来加热。因此，由Peltier装置64从气流中除去的热能通过导体72和凸起74而传导回盒的下游壁，以便在气体通过出口离开盒之前重新加热气流至高于它的露点。返回给气流的热能小于在冷凝器中从气流除去的热能。这通过在盒内提供比用于冷却的表面面积更小的、用于加热的表面面积来进行控制。还有，在基部单元内提供散热结构保证从气流中取出的热能比例损失至周围空气。不过，气流的部分重新加热有利地降低了在气体离开盒进入导管30内之后产生随后冷凝的可能性。

由盒34中的内部导流板引起的多个流动槽道提供了用于从气流中抽取热能的较大表面面积。还有，在盒34内的槽道限定了用于气体的流动通络，使得盒腔室的加热部分流动串联地布置在冷却盒部分的下游。这帮助保证热量并不通过传导或对流而传递给冷却部分。

已经发现，由Peltier装置从气流中取出的热量大于将气流重新加热至高于它的露点所需的热能的量。因此，在Peltier装置的热侧上的本体72和散热结构32之间的连接允许多余热量损失至周围空气。因此，散热结构用作系统的散热器。向周围空气损失热量的速率通过由风扇58引起的气流而增加。

明显有利地是，盒34的内部由基部单元32关闭，以使得在盒34内获得上述传热功能，同时避免基部单元32的其余部分暴露于呼吸气流中。这使得盒34能够提供为可更换的和通常为一次性的部件，它能够在使用后从基部单元32上拆卸。基部单元32因此能够通过以上述方式将新盒附接于其上而被重新使用。

在盒内部的冷凝部分内的冷凝液聚集在内壁上，并在重力作用下向下到达盒的基部壁39。因此提供了冷凝液收集结构，该冷凝液收集结构通过图2中所示的口连接器36而与盒连通。

图8中示意表示了一种这样的收集结构。在该结构中，盒34的基部包括扩大的中心孔142，且竖立的喷管144从中心孔142伸出，当水的高度低于界限高度时，该中心孔142由密封部件27a关闭。在中心孔142和液体排出口36内，盒34还设有阀装置，该阀装置通过收集容器110与液体排出口36的接合而打开，并通过除去收集容器110而关闭。

阀装置包括上部鸭嘴形阀120、下部鸭嘴形阀130和中心连接部件140。下部鸭嘴形阀130包括向外凸出的凸缘132，该凸缘132用于与收集容器110的上端接合，该收集容器110与液体排出口36连接，以使得下部鸭嘴形阀130的向外凸出凸缘132被向上推压。该作用使得下部鸭嘴形阀130打开。另外，该作用使得中心连接部件140向上运动，从而使得上部鸭嘴形阀120打开。上部和下部鸭嘴形阀120、130的打开结构确定了从竖立的喷管144的内部进入液体排出口36和收集容器110内的出口通道142。

在该实施例中，收集容器110用于通过卡口连接件而与液体排出口36连接。另外，收集容器110具有波纹管结构，以使得收集容器110可以在使用之前基本排空，且在使用过程中当冷凝水收集在容器110内时膨胀。

图9中示意表示了可选的收集结构。在该结构中，盒34的基部也包括扩大的中心孔152和从该中心孔152伸出的竖立喷管154，当水的高度低于界限高度时，该中心孔152由密封部件27a关闭。不过，在该结构中，液体排出口36具有减小的直径，并用于与一段小孔径的管160的一端连接，该管160通常用于传送医疗装置中的流体。小孔径的管160在它的另一端处与收集袋170连接，冷凝水收集在该收集袋170内。管夹180设置于该小孔径管160的各端处，该管夹180使得管160在更换收集袋170时关闭。在其它情况下，小孔径的管160在使用过程中保持打开。鸭嘴形阀162也设置于小孔径管160的、与收集袋170连接的端部内。

上面介绍的装置将构成为有基部单元32，该基部单元32装入外壳(图中未示出)内。外壳将包括用于与盒34可释放地接合的结构。特别是，导体结构的凸起70、74将露出，使得盒34将与这些凸起70、74可替换地接合。外壳还将包括用于使得由风扇58放出的空气离开装置的流动出口。

图10表示了根据本发明的除湿装置的第二实施例，该除湿装置总体表示为226。装置226与上述第一实施例类似。不过，在该实施例中，基部单元232表示为有外壳，该外壳装有与上面关于第一实施例26所述的基部单元32几乎相同的结构，因此包括换热装置(Peltier装置)、相关连的导体装置、风扇单元以及相关连的散热器。

在第二实施例的基部单元232和第一实施例的基部单元之间的主要区别在于：基部单元232设有多个凸起274，这些凸起274与换热装置(Peltier装置)的热侧连通，它们的数目与凸起270的数目相等，该凸起270与换热装置(Peltier装置)的冷侧连通。这些凸起270、274在图11中可见。

如图11中所示，基部单元232在它的上壁中包括基本均匀深度的大致矩形凹口233，用于接收盒234。与换热装置(Peltier装置)连通的两组凸起270、274从在凹口233的底板中的相应开口凸出，因此，这些凸起270、274在凹口233内竖立。凹口233相对于表面(基部单元232置于该表面上)布置成倾斜角度，以使得盒234在使用中相对于水平方向布置成倾斜角度，且水向下排出至液体排出口236。

基部单元232还包括在其前壁上的一系列平行的矩形开口，该矩形开口用作由基部单元232的风扇产生的气流的出口。

如图12和13中所示，盒234由两个注射模制部件形成，这两个注射模制部件限定了在进口228和出口230之间延伸的流动腔室。进口和出口228和230相互平行地从盒234的上表面的一端伸出，从而当盒234与基部单元232接合时，这些口从装置226向上凸出。在盒234的另一端处，液体排出口236沿与进口和出口228、230相反的方向延伸，从而当盒234与基部单元232接合时，液体排出口236在基部单元232的一端处向下延伸。

盒的下部壁(在图13中可见)形成有多个平行的凹口246，这些凹口246再使得流动腔室包括多个相应凸起。这些凸起246的数目与在基部单元232的上壁中的凹口233中的凸起270、274的数目相同，即8个，并有相应的形状，从而当盒与凹口233接合时，这些凹口246通过紧密配合来接收凸起270、274。特别是，具有这些凹口246的盒234的下部壁的外表面与基部单元232的凸起270、274的外表面接触，以便能够在盒234和基部单元232之间有效传热。

如上所述，与换热装置(Peltier装置)连通的两组凸起270、274从凹口233的底板中的相应开口凸出，并接触盒234的下部壁。各组凸起270、274包括四个平行凸起270、274，它们与盒234的下部壁的相应一半接合。特别是，与换热装置(Peltier装置)的冷侧连通的凸起270与盒234的、进口228伸入的一半接触，与换热装置(Peltier装置)的热侧连通的凸起274与盒234的、出口230伸入的一半接触。在这种结构中，如在第一实施例的结构中那样，通过进口228进入盒的呼吸气体首先通过经由盒234的下部壁向“冷”组凸起270传热而冷却，从而使得水冷凝和向下流向液体排出口。然后，呼吸气体通入盒234的另一半，并通过从“热”组凸起270经由盒234的下部壁传热而加热，以使得水不再冷凝。然后，呼吸气体通过出口230离开盒234。

Claims (28)

1.一种用于从呼吸气体流中冷凝水的换热装置，所述换热装置包括具有进口的第一部分和具有出口的第二部分，进口和出口能与呼吸系统连接，第一部分和第二部分以流动串联布置，其中，第一部分包括冷凝器，第二部分包括在冷凝器下游的加热器，用于在出口之前增加呼吸气体流的温度。

2.根据权利要求1所述的换热装置，其中：在使用中，加热器用于在出口之前使得呼吸气体流的温度升高至高于它的露点的温度。

3.根据权利要求1或2所述的换热装置，其中：冷凝器布置成降低在进口下游和在加热器上游的呼吸气体流的温度。

4.根据前述任意一项权利要求所述的换热装置，其中：经过出口的气体的温度大于在冷凝器中的气体的温度。

5.根据前述任意一项权利要求所述的换热装置，其中：冷凝器布置成在使用中使得呼吸气体流的温度降低至低于或等于它的露点的温度，加热器用于在使用中使得呼吸气体流的温度升高至高于它的露点的温度。

6.根据前述任意一项权利要求所述的换热装置，其中：加热器包括加热器腔室，呼吸气体流过所述加热器腔室，冷凝器包括冷凝腔室，呼吸气体流过所述冷凝腔室，所述冷凝腔室和加热器腔室包括公共腔室或外壳的不同区域。

7.根据权利要求6所述的换热装置，其中：冷凝腔室和加热器腔室设置于公共壳体内。

8.根据前述任意一项权利要求所述的换热装置，其中：换热装置包括布置成从冷凝器向加热器传递热能的换热介质。

9.根据前述任意一项权利要求所述的换热装置，其中：换热装置包括热电部件。

10.根据权利要求9所述的换热装置，其中：所述热电部件布置成在冷凝器和加热器之间提供热连通。

11.根据权利要求9或10所述的换热装置，其中：热电部件能与电源连接，以使得它布置成驱动热量从冷凝器向加热器传送。

12.根据权利要求9至11中任意一项所述的换热装置，其中：冷凝器包括热电部件的冷侧，加热器包括热电部件的热侧。

13.根据前述任意一项权利要求所述的换热装置，其中：第一部分和/或第二部分中的任意一个包括换热部件，所述换热部件布置成凸出至通过所述换热装置的呼吸气体流的通路中。

14.根据权利要求13所述的换热装置，其中：换热部件包括一个或多个竖立壁，所述竖立壁布置成限定通过第一部分和/或第二部分的一个或多个流动通道。

15.根据权利要求14所述的换热装置，其中：竖立壁能够采取导流板的形式，所述导流板能够布置成限定通过第一部分和/或第二部分的曲折流动通路。

16.根据前述任意一项权利要求所述的换热装置，其中：换热装置包括散热器，用于从所述换热装置除去多余热量。

17.根据前述任意一项权利要求所述的换热装置，其中：换热装置还包括基部单元，所述基部单元用于帮助从冷凝器除去热能和/或帮助向加热器提供热能。

18.根据权利要求17所述的换热装置，其中：基部单元用于与换热部件可释放地接合，基部单元包括换热器件，所述换热器件具有冷侧和热侧，所述冷侧布置成与换热部件的第一部分热接触，用于帮助从第一部分的壁除去热量，所述热侧布置成与换热部件的第二部分热接触。

19.根据权利要求18所述的换热装置，其中：第一部分和/或第二部分包括换热模块或盒，所述换热模块或盒能够与基部单元可释放地接合。

20.根据权利要求19所述的换热装置，其中：换热模块能够与基部单元可释放地接合，以使得基部单元能重新使用，而换热模块能更换和/或为一次性的。

21.根据前述任意一项权利要求所述的换热装置，其中：换热装置包括换热部件，用于从呼吸气体中冷凝水，所述换热部件有具有进口的冷凝腔室部分和具有出口的加热器腔室部分，进口和出口能与呼吸系统连接，其中，冷凝腔室部分和加热器腔室部分流体连通，从而在使用中，呼吸气体在通过出口之前从进口传送通过冷凝腔室部分和加热器腔室部分，换热部件能够与基部单元可释放地接合，用于帮助从冷凝腔室部分除去热能和/或帮助向加热器腔室部分提供热能。

22.根据前述任意一项权利要求所述的换热装置，其中：换热装置包括用于从呼吸系统中收集和/或除去冷凝水的结构。

23.一种用于与可更换的换热部件一起使用的基部单元，所述换热部件用于从呼吸气体中冷凝水，所述基部单元用于与换热部件可释放地接合，所述基部单元包括换热器件，所述换热器件具有冷侧和热侧，所述冷侧布置成与换热部件的第一部分热接触，所述热侧布置成与换热部件的第二部分热接触。

24.根据权利要求23所述的基部单元，其中：所述基部单元包括用于换热器件的电源。

25.一种呼吸系统，包括如权利要求1至22中任意一项所述的换热装置。

26.根据权利要求25所述的呼吸系统，其中：所述呼吸系统是呼吸回路，所述呼吸回路包括至少一个呼吸机或麻醉机、吸气分支和呼气分支。

27.根据权利要求26所述的呼吸系统，其中：换热装置连接在呼吸回路中，以使得它形成呼气分支的一部分。

28.根据权利要求27所述的呼吸系统，其中：呼气分支包括至少两个呼吸管，其中，换热装置连接在这些呼吸管之间。