CN112351806A

CN112351806A - 用于提供可呼吸气体流的系统的加湿器

Info

Publication number: CN112351806A
Application number: CN201980044021.4A
Authority: CN
Inventors: H·K·罗思玛; T·斯托尔克
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2021-02-09
Also published as: EP3813919B1; EP3813919A1; WO2020002199A1; EP3586897A1; US20210113802A1; JP7232270B2; JP2021528187A; US11648366B2

Abstract

本发明涉及一种用于向患者的气道提供可呼吸气体流的系统的加湿器(10)，其中，该加湿器(10)包括：被配置成容纳液体存储器(20)的壳体(12)；被布置在壳体(12)处的空气入口(14)；被布置在壳体(12)处的空气出口(16)；将空气入口(14)与空气出口(16)连接的流动通道(18)，其中流动通道(18)与液体存储器(20)流体连通，并且加湿器(10)包括具有热端(26)和冷端(28)的热管(24)，其中热管(24)的热端(26)被布置在壳体(12)的外部，且热管(24)的冷端(28)被布置在液体存储器(20)内。

Description

用于提供可呼吸气体流的系统的加湿器

技术领域

本发明涉及一种用于向患者的气道提供可呼吸气体流的系统的加湿器。本发明还涉及包括这种加湿器的系统。

背景技术

用于向患者的气道提供可呼吸气体流的系统适用于患者需要(例如，取决于一天中的时间，)辅助性通气或要求永久性通气的多种疾病和慢性功能障碍的处置和治疗。在这样的系统中，诸如空气、净化的空气、纯氧或其任何变体的气体经由患者界面装置被以加压或未加压的方式输送给患者。

根据呼吸疾病的类型，患者需要通过承担患者呼吸功能的所谓的通气机或通气系统进行主动通气，或者患者的呼吸功能仅需要通过加压的可呼吸气体流来支持。本发明针对上述两种情况。

主动为患者通气的通气机经常用在医院中。然而，越来越多的通气机装置也被实现并且针对家庭使用，以治疗多种慢性呼吸疾病。

不能为患者提供主动通气而仅提供呼吸支持的呼吸疾病的一个示例是阻塞性睡眠呼吸暂停或阻塞性睡眠呼吸暂停综合症(OSA)。OSA通常是由上气道阻塞引起的。它的特征是睡眠期间的呼吸中反复暂停，并且通常与血氧饱和度降低有关。这些呼吸中暂停(被称为呼吸暂停)通常持续20到40秒。上气道阻塞通常是由于睡眠期间身体肌肉的张力降低引起的。人的气道由软组织形成的壁组成，这些壁会塌陷，因此在睡眠期间中阻塞呼吸。响应于此，舌头组织在睡眠期间朝着喉咙的后部移动，从而阻塞了空气通道。因此，OSA通常伴随着打鼾。

已知用于OSA的不同的侵入性和非侵入性处置方法。最有效的非侵入性处置方法之一是使用持续气道正压通气(CPAP)或双正压气道通气(BiPAP)，其中患者界面装置，例如，面罩，被附接到软管组件和机器(即，压力发生器)，该机器将加压气体(优选地，空气)吹入患者界面装置并通过患者的气道，以使气道保持打开状态。

为了最小化脱水的可能性，用于永久性通气的通气系统以及CPAP和BIPAP系统优选包括加湿器，以用于在将空气输送到患者的气道之前对其进行加湿。对于非便携式器具来说，加湿器通常使用加热单元(即，加热板)来增强水的蒸发，并因此增强可呼吸的空气的湿度。这样的加热单元的缺点通常是其尺寸以及将加热单元连接到电源的必要性，这使得系统较不方便且移动性差。然而，特别是具有永久性通气需求的患者需要更小和更轻的器具，这些器具优选是便携式的以支持其日常活动，并且因此更能容忍通过疾病带来的限制，而不仅是在家庭情况下。

用于呼吸治疗装置的现有技术的加湿器可分为逾越式或非逾越式加湿器。两种类型都可以主动加热或不主动加热，其中不加热的逾越式加湿器通常被称为冷逾越式(CPO)加湿器。在没有附加的加热单元的冷逾越式加湿器中，水被容纳在存储器中。在允许水蒸发以在存储器内产生蒸汽的同时，使可呼吸的气体以周围环境的温度或略高于周围温度的温度(即，由于治疗装置内部的压力发生器的加热作用)在水表面上通过。由于蒸发，水冷却，因此也冷却了上方通过的治疗气流。这种冷却发生直到在蒸发引起的热量损失与通过周围环境进入系统的热量之间达到平衡为止，当系统在正常的房间/环境条件下运行并且真正干燥的空气必须加湿时，该平衡可以在12-14℃之间。如果环境温度较高(即，在赤道附近的区域内)，则较暖的水温导致产生平衡状态，因此，较暖的空气离开加湿器。因此，离开加湿器的新鲜空气通常比环境温度低几度，并且蒸发过程受到系统可从环境中提取的热量(对于商用CPO来说通常为4-6W)的限制。在非逾越式加湿器中，水通过雾化、喷雾、汽化或其组合被输送到气流中。

从EP 2 219 720 B1中已知一种用于家庭使用或医院使用的CPAP装置的示例性加湿系统。

申请人以名称“Trilogy 100”出售包括加湿器的示例性便携式通气机。然而，这样的系统仍然需要在尺寸、重量和加湿速率方面的进一步改进。另外，需要使功率消耗最小化，以使器具能够在优选地小的电池组上运行，因此能够以最大的舒适度实现灵活使用。

为了满足这些要求，尤其是加湿器的加热以提高加湿速率是一个具有挑战性的方面，因为这种加热系统既需要加热单元又需要电源(即电池)，因此表面上与尺寸和重量的减小相矛盾。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于向患者的气道提供可呼吸气体流的系统的加湿器，其克服了常规加湿系统的缺点。

在本发明的第一方面中，提出了一种用于向患者的气道提供可呼吸气体流的系统的加湿器，其中该加湿器包括：

被配置成容纳液体存储器的壳体；

被布置在壳体处的空气入口；

被布置在壳体处的空气出口；和

连接空气入口和空气出口的流动通道，其中流动通道与液体存储器流体连通，并且加湿器包括具有热端和冷端的热管，其中热管的热端被布置在壳体的外部，且热管的冷端被布置在液体存储器内。

在本发明的另一方面中，提出了一种用于向患者的气道提供可呼吸气体流的系统，该系统包括上述的加湿器。

在所提出的加湿器中热管的使用能够实现一种易于携带的系统，且无需连接到外部电源。由于根据应用和环境条件，热管的热端可以布置在几乎任何选定的(最好是温暖的)位置，因此本发明还能够实现更大的设计自由度，从而可以以更合适的方式从环境中捕获热量。

在所提出的加湿器中，通过热管从环境中提取的热量加热了液体存储器内的液体，并且因此在不使用外部电源的情况下保持高速率的蒸发。热管优选地提供5-15W的加热功率。液体存储器的液体优选是水。因此，在较高的水温下达到蒸发过程的平衡，在此可以蒸发更多的液体。结果，通过流动通道并在空气出口离开加湿器的可呼吸气体(优选地，空气)会积聚更多的液体，并且冷却较少，从而与没有通过热管进行附加加热的情况相比高出几度离开加湿器。

取决于具体的应用，被配置成容纳液体存储器的壳体可以在尺寸和形状上不同，并且可以由优选地透明或不透明的塑料、金属或任何其他可行的材料制成。优选的是，壳体包括可密封的开口以重新填充液体存储器，以确保介于最小填充水平和最大填充水平之间某处的一定的填充水平。

空气入口和空气出口可以设置于或布置在壳体处任何合适的位置(即，在侧壁或盖板处)，其中，优选的是，其位置被布置成使得没有液体可以从液体存储器流入或进入空气入口或空气出口。

流动通道优选地被布置在加湿器的壳体内部且在空气入口和空气出口之间。流动通道优选地被壳体的壁包围。

术语“流体连通”是指液体存储器被配置成引导可呼吸气体流通过液体存储器的表面，或者液体存储器被配置成以任何其他方式确保允许可呼吸性气体流与来自液体存储器的蒸发液体形成接触。

热管的冷端被布置在液体存储器内部(优选地，完全被液体包围)，并被配置成将热量传递到周围的液体。热管的热端被布置在加湿器的壳体的外部，从而例如通过外部环境中的环境空气加热。因此，热量在热管内部从热端传递到冷端，并且在冷端处，热量从热管传递到待蒸发且存储在液体存储器内的液体。

根据本发明的实施例，热管的热端被布置成与加湿器的壳体相距一定距离。

这样的实施例的优点在于，热管的热端与冷端的相距一定距离的布置结构提供了设计的自由度，并且能够实现在与加湿器的实际布置结构相距一定距离的另一位置处捕获热量(即，从环境中)。例如，可以将热管的热端安装在壳体的侧壁之一附近而不是壳体的底部，以保持底部表面可用于附加的能量清除(即，通过壳体的壁/底部的直接热传递引起的)。换句话说，该实施例使得可以在任何位置“收集”热量，在此发生暴露于环境的大量热量。被配置成“与加湿器的壳体相距一定距离”在这种情况下是指“不与加湿器的壳体直接接触”。

根据本发明的另一实施例，热交换器被布置在热管的热端处。

该实施例的优点在于，通过在被布置在加湿器外部的热管的端部放置附加的热交换器，可以进一步提高通过热管的内部和外部的总体有效热传输。因此，热管的外部部分由导热材料构成，例如，金属，以迅速吸收和释放热量。因此，热管的外部也充当热管的冷端和热端之间的导体。这样的热交换器与热管的表面直接热接触(更有利的方式是可以使边界表面处的热损失最小化)。利用这种热交换器，可以最大化用于从环境收集热量的表面积，这导致增强的性能。

根据本发明的另一实施例，热交换器包括冷却翅片。

虽然仅布置一个冷却翅片是可以的，但是在热管的热端布置多个冷却翅片是有利的。这样的冷却翅片用作热交换器，其使用于收集热量的表面积最大化。冷却翅片(一个或多个)优选与热管直接热接触。

可以方便地选择在热管的端部处的冷却翅片和热交换器的位置，例如在加湿器的背面而不是底部。代替冷却翅片，可以使用具有不同形状和大小的其他几何形状，从而增加用于热量收集的整个表面。

在本发明的另一实施例中，热管容纳在第一压力下加压的流体，其中该流体被配置成在第一压力下在10至40℃的蒸发温度下蒸发。

热管内部的加压流体被认为在蒸发温度下在热管的热端处蒸发。受热管的热端和冷端之间的温度差驱动，汽化的流体流到热管的冷端，在此发生冷凝。在蒸发的流体冷凝期间，热量通过热管的周围壁传递到周围的液体中。冷凝的流体优选地通过毛细管作用力(有利地由重力支持)部分地回流到热管的热端，在此流体由于围绕在热管的热端处的环境所提供的热量而再次蒸发。

在本发明的另一实施例中，热管具有基本上管状的形状。

这种形状对于热管的表面上的均匀热通量是有利的。

在本发明的另一实施例中，热管的热端的部分和/或冷端的部分具有基本上板状的形状。

该实施例的优点在于，分别在热管的热端和/或冷端处与液体和/或环境的表面接触面积可以最大化。由此，可以提高热交换速率。此外，可以延伸热管的热端和/或冷端，以便进一步最大化用于传导的表面积。

在本发明的另一实施例中，热管的热端被定位于热管的冷端下方。

该实施例的优点在于，由于热管的热端被定位于热管的冷端下方，因此热管内的冷凝流体的回流可以由重力来支持。

在本发明的另一实施例中，热管的纵向横截面是基本上U形的。

这样的U形热管节省空间并且仍然提供上述优点。然而，根据具体的应用，热管的其他形状和几何形状也可能是有利的。

在本发明的另一实施例中，用于向患者的气道提供可呼吸气体流的系统包括所提供的加湿器、压力发生器、患者界面装置以及将压力发生器连接到患者界面装置的软管组件。

该系统被配置成通过将压力发生器连接到患者界面装置的软管组件将来自压力发生器的加压空气输送到患者界面装置。所提出的加湿器通常可以放置在压力发生器的上游或下游。所提出的加湿器有利地与软管组件的部分气密地连接，以使加湿的可呼吸气体到达患者的气道。因此，患者界面装置可以是覆盖患者的鼻子、口部和/或面部的面罩。然而，患者界面装置也可以被实现为插入患者的口部和/或鼻孔中或直接插入患者的气管中的装置。

在本发明的另一实施例中，该系统还包括外壳，该外壳被配置成容纳压力发生器和加湿器。

这样的外壳可以是容纳压力发生器和加湿器的箱或盒，其中，外壳的设计可以优选地确保(即，压力发生器的)电子部件可以与壳体内的湿部件(即，与加湿器)分开布置，以防止发生短路，从而使患者能够安全使用。这样的实施例的优点在于，该装置的患者或用户仅需要搬运单个外壳，这增加了舒适度。

在本发明的另一实施例中，加湿器被布置在压力发生器与患者界面装置之间的流动路径中。

由此，加湿器经由软管组件的部分气密地连接到压力发生器和患者界面装置，以确保可呼吸气体到达患者的气道。应当提及的是，可以相应地在两个不同的壳体中将加湿器布置在压力发送器的外部或者在同一壳体中将加湿器布置成与压力发生器分开。

在本发明的另一实施例中，该系统还包括排气出口，其中，热管的热端被布置在排气出口处或附近。

这种设置使“收集”温热的排气流成为可能，这增加了能够向液体存储器传递的热的量。应当提及的是，根据装置的整体布置，可以将热管的热端的布置确定直接在排气出口处或与之相距一定距离。这样的排气出口可以设置于装置的外壳处，以确保热的排气(即，来自压力发生器的电动机或来自电子装置)离开外壳，并且保持外壳内部的预定温度。

在本发明的另一实施例中，该系统还包括风扇或鼓风机，该风扇或鼓风机被配置成将离开排气出口的对流的排气流引导到热管的热端。

这样的配置不是纯被动系统，需要一些电力才能使风扇或鼓风机运行。所需的电力可以由小型电池提供，该电池优选是可以经由外部电源充电的。

附图说明

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得明显并得到阐明。在以下附图中，

图1示出了根据本发明的加湿器的第一实施例；

图2示出了根据本发明的加湿器的第二实施例；

图3示出了根据本发明的加湿器的第三实施例；

图4示出了根据本发明的系统的第一实施例；和

图5示出了根据本发明的系统的第二实施例。

具体实施方式

图1示出了用于向患者的气道提供可呼吸气体流的系统的加湿器的第一实施例。其中加湿器整体上由附图标记10来表示。

加湿器10包括壳体12，其具有布置在壳体12的左侧壁上的空气入口14和布置在壳体12的右侧壁上的空气出口16(就平面图视角而言)。空气入口14和空气出口16通过流动通道18连接，流动通道18设置于壳体12内部并且与液体存储器20流体连通。

在图1中，这种流体连通主要发生在流动通道18与液体存储器20之间的边界表面22处，并且因此直接在液体存储器20的表面22上或略高于液体存储器20的表面22。

液体存储器20可以例如容纳作为液体的水。可呼吸气体流，在这种情况下为空气，可以通过空气入口14进入加湿器10，积聚来自液体存储器20的蒸发水，并以较高的湿度水平通过空气出口16离开壳体12。

由于蒸发，液体存储器20内的液体冷却。为了防止水的温度下降过于严重，在加湿器10处布置具有热端26和冷端28的热管24，使得热管24的冷端28被布置在液体存储器20的内部，且热管24的热端26被布置在壳体12的外部。

在图1中，热管24具有基本上管状的形状，并且还示出了U形设计，其中热端26被设置于热管24的冷端28之间。热管24的热端26被定位在热管24的冷端28的下方。热端26的这种设置通过重力增强了热管24内的加压流体的回流。

热管24容纳在第一压力p1下加压的流体，其中，流体在热管24的热端26处在蒸发温度T1下蒸发，并以汽化状态沿着第一流动方向30流至热管24的冷端28，在此发生加压流体的冷凝。冷凝的流体使其热量通过热管24的壁到达到液体存储器20的周围的水，并沿第二流动方向32流回，在此，加压流体再次蒸发。

当从热管24的热端26(在其位于壳体12外部的位置中)的周围收集一定量的热量时，能够使热管24内的加压流体循环。

在图2中，与图1中的热管24不同，热管24示出了热端26和冷端28的板状U形设计。通过这种形状，热管24的表面积增加，这增加了热管24的冷端28以及热管24的热端26处的热传递速率。图2所示的加湿器10的功能性与图1类似。

图3示出了根据本发明的加湿器10的第三实施例。在该实施例中，热管24的热端26从加湿器10的壳体12以矩形角度突出，其中，热管24显示为基本上管状的形状。另外，在热管24的热端26的端部处，布置有翅片36的形式的热交换器34，这些翅片36与热管24的热端26的表面热接触。显然，热管24的热端26和壳体12之间的角度不必一定是直角。然而，优选地，热端26从壳体12突出，使得热端26的至少部分被布置成与壳体12相距一定距离并且暴露于周围环境。热管24的热端26被定位于热管24的冷端28下方。

图4示出了用于向患者的气道提供可呼吸气体流的系统100的第一实施例，其中系统100包括根据本发明的加湿器10。

在该实施例中，加湿器10与由电动机42驱动的压力发生器40一起设置于外壳38内。压力发生器40通过软管组件44的部分气密地连接至加湿器10的空气入口14。加湿器10的空气出口16经由软管组件44的部分与患者界面装置46连接，该患者界面装置46被配置成经由鼻子和/或口部向患者的气道输送可呼吸气体。

压力发生器40通过入口48(即，从周围)吸入可呼吸气体，并通过电动机24的驱动力对吸入气体加压。加压空气流过加湿器，积聚来自液体存储器20的水。被加湿的可呼吸气体流通过空气出口16从加湿器10流出，流经软管组件44进入患者界面装置46，从而向患者的气道输送加湿的可呼吸气体流。

在图4中，与外壳38的外部的周围环境相比，用于使压力发生器40运行的电动机42产生具有更高温度的排气，其中排气通过排气出口50离开外壳38。在这种情况下，排气出口50被设置于外壳38的后壁的底部处。热管24的热端26暴露于外壳38内部的位于加湿器10的壳体12外部的空间。在这种布置结构中，热管24的热端26可以从电动机42产生的排气中收集热量。由于这种热的排气，在热管24的热端26处的吸热量增加，这进而增加了热管24内的加压流体的蒸发速率，以及因此可以增加通过热管24的壁传递到液体存储器20的周围液体的热的量。

图5示出了装置100的实施例，其中加湿器10被设置于外科38的外部。压力发生器14经由软管组件44的部分连接到加湿器10。在该实施例中，热管24的热端26被设置于加湿器10的壳体12的上侧上，并且呈板状形状。在其他实施例中，取决于压力发生器40的排气出口50的位置和加湿器10相对于压力发生器40的相对位置，热管24的热端26也可以设置于壳体12下方。在这种布置结构中，沿排气出口50的流动方向布置有风扇52，以迫使排气流穿透热管24的热端26的表面，以增加向加湿器10内部的液体存储器20的热传递。显然，这种风扇52可以类似地用于图4所示的布置结构中，其中，将增湿器10与压力发生器40一起布置在外壳38内。还应提及的是，图5所示的实施例也可以在没有附加的风扇52的情况下工作，即，在热管24的热端26设置于压力发生器40的排气出口50附近的情况下。

尽管已经在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应被认为是例示说明性或示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现权利要求中记载的多项的功能。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不意味着不能有利地使用这些措施的组合。

权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制范围。

Claims

1.一种用于向患者的气道提供可呼吸气体流的系统(100)的加湿器(10)，其中所述加湿器(10)包括：

被配置为容纳液体存储器(20)的壳体(12)；

被布置在所述壳体(12)处的空气入口(14)；

被布置在所述壳体(12)处的空气出口(16)；和

连接所述空气入口(14)和所述空气出口(16)的流动通道(18)，其中，所述流动通道(18)与所述液体存储器(20)流体连通；

其特征在于，所述加湿器(10)包括具有热端(26)和冷端(28)的热管(24)，其中所述热管(24)的热端(26)被布置在所述壳体(12)的外部，且所述热管(24)的冷端(28)被布置在所述液体存储器(20)内。

2.根据权利要求1所述的加湿器，其中，所述热管(24)的热端(26)被布置成与所述加湿器(10)的壳体(12)的外部相距一定距离。

3.根据权利要求1或2所述的加湿器，其中，在所述热管(24)的热端(26)处布置有热交换器(34)。

4.根据权利要求3所述的加湿器，其中，所述热交换器(34)包括冷却翅片(36)。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的加湿器，其中，所述热管(24)包含在第一压力下加压的流体，其中，所述流体被配置为在所述第一压力下在10至40℃的蒸发温度下蒸发。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的加湿器，其中，所述热管(24)具有基本上管状的形状。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的加湿器，其中，所述热管(24)的热端(26)的部分和/或冷端(28)的部分具有基本上板状的形状。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的加湿器，其中，所述热管(24)的热端(26)被定位于所述热管(24)的冷端(28)下方。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的加湿器，其中，所述热管(24)的横截面是基本上U形的。

10.一种用于向患者的气道提供可呼吸气体流的系统(100)，包括根据权利要求1至9中的任一项所述的加湿器。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述系统还包括：

压力发生器(40)；

患者界面装置(46)；和

将所述压力发生器(40)连接到所述患者界面装置(46)的软管组件(44)。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述系统还包括外壳(38)，所述外壳(38)被配置成容纳所述压力发生器(40)和所述加湿器(10)。

13.根据权利要求11或12所述的系统，其中，所述加湿器(10)被布置在所述压力发生器(40)和所述患者界面装置(46)之间的流动路径中。

14.根据权利要求10至13中的任一项所述的系统，其中，所述系统还包括排气出口(50)，其中，所述热管(24)的热端(26)被布置在所述排气出口(50)处或其附近。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述系统还包括风扇(52)或鼓风机(52)，所述风扇(52)或鼓风机(52)被配置成将离开所述排气出口(50)的对流的排气流引导到所述热管(24)的热端(26)。