CN115151183A - 具有湿度控制的用于一氧化氮生成的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于一氧化氮生成的系统、方法和设备，用于与各种通风和/或医疗设备一起使用并具有与其相关联的湿度控制系统。在一些实施例中，用于生成一氧化氮的系统包括被配置为从反应气体生成含有一氧化氮的产物气体的至少一对电极，被配置为从产物气体中去除二氧化氮NO₂的洗涤器，以及被配置为更改反应气体和产物气体中至少一个的含水量以控制系统内的湿度的湿度控制设备。

Description

具有湿度控制的用于一氧化氮生成的系统和方法

联邦资助的研究或开发

本发明是在由美国国立卫生研究院(NIH)授予的拨款号R44 HL134429和拨款号R44 TR001704下在政府支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

相关申请

本申请要求于2020年1月11日提交的美国临时申请序列No.62/959,929和2021年1月11日提交的美国实用程序申请序列No.17/146,468的权益和优先权，这两个申请都通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及用于生成一氧化氮和在一氧化氮(NO)生成期间控制系统内的湿度水平的系统和方法。

发明内容

本公开针对用于与各种通风和/或医疗设备一起使用并具有与其相关联的湿度控制系统的一氧化氮生成系统、方法和设备。

在一些实施例中，用于生成一氧化氮的系统包括被配置为从反应气体生成含有一氧化氮的产物气体的至少一对电极、被配置为从产物气体中去除NO₂的洗涤器，以及被配置为更改反应气体和产物气体中的至少一个的含水量以控制系统内的湿度的湿度控制设备。

在一些实施例中，该系统还可以包括至少一个控制器，该控制器被配置为使用一个或多个参数作为控制器的输入来调节由至少一对电极生成的产物气体中一氧化氮的量，该一个或多个参数与反应气体、产物气体和产物气体的至少一部分流入其中的吸气气体中的至少一个相关。湿度控制设备可以被配置为与控制器通信，使得湿度信息是控制器的参数。在一些实施例中，一个或多个湿度传感器可以被配置为与控制器和湿度控制设备中的至少一个通信。一个或多个湿度传感器可以被配置为与湿度控制设备通信以调整系统中的湿度。

在一些实施例中，湿度控制设备是集水器的形式。在一些实施例中，湿度控制设备是湿度交换材料的形式。在一些实施例中，湿度控制设备是湿度管理材料的形式。在一些实施例中，湿度管理材料是干燥剂。在一些实施例中，湿度控制设备是分子筛的形式。在一些实施例中，湿度控制设备被配置为滴定潮湿和干燥的气体以达到目标气体湿度水平。在一些实施例中，湿度控制设备是主动加热器和被动加热器中的至少一个的形式。在一些实施例中，湿度控制设备被配置为防止洗涤器变干。

在一些实施例中，系统可以包括一个或多个传感器，传感器被配置为感测与反应气体、产物气体和吸气气体中的至少一个相关的信息，以用作控制器的参数，并且其中湿度控制设备被配置为防止一个或多个传感器变干。

在一些实施例中，用于生成一氧化氮的系统包括被配置为从反应气体生成含有一氧化氮的产物气体的至少一对电极，至少一个控制器，控制器被配置为使用一个或多个参数作为控制器的输入来调节由至少一对电极生成的一氧化氮的量，一个或多个参数与反应气体、产物气体和产物气体的至少一部分流入其中的吸气气体中的至少一个相关。反应气体和产物气体中的至少一个的温度和压力中的至少一个被配置为被更改以调整系统内的湿度。

在一些实施例中，系统可以根据需要利用对更改湿度的能力的反馈。在一些实施例中，该系统可以包括被配置为从产物气体中去除NO₂的洗涤器，并且其中湿度控制设备被配置为防止洗涤器变干。在一些实施例中，该系统可以包括一个或多个传感器，传感器被配置为感测将用作控制器参数的与反应气体、产物气体和吸气气体中的至少一个相关的信息，并且其中湿度控制设备被配置为防止一个或多个传感器变干。在一些实施例中，湿度控制设备可以被配置为与控制器通信，使得湿度信息是控制器的参数。

在一些实施例中，用于生成一氧化氮的系统包括被配置为从反应气体生成含有一氧化氮的产物气体的至少一对电极和至少一个控制器，控制器被配置为使用一个或多个参数作为控制器的输入来调节由至少一对电极生成的产物气体中的一氧化氮的量，一个或多个参数与反应气体、产物气体和产物气体的至少一部分流入其中的吸气气体中的至少一个相关。至少一个参数是反应气体和产物气体中的至少一个的湿度信息，以达到目标NO产生水平。在一些实施例中，一个或多个参数包括地理位置、海拔和大气压力信息中的至少一个以控制NO产生。

附图说明

在下面的详细描述中通过示例性实施例的非限制性示例参考所指出的多个附图进一步描述本公开，其中相像的附图标记在附图的若干视图中表示相似的部分，并且其中：

图1是用于生成富含NO的产物气体的系统的示例性实施例；

图2是用于生成富含NO的产物气体的系统的另一个示例性实施例；

图3是NO生成系统的示例性实施例；

图4图示了NO生成系统的控制器的示意图的实施例；

图5是气动回路的实施例；

图6是气动回路的另一个实施例；

图7A、图7B和图7C图示了具有再循环体系架构的NO生成系统的实施例；

图8示出了从NO生成系统中去除冷凝水的手动方法的实施例；

图9示出了其中排水阀将冷凝水从气动系统释放到海绵上的系统的实施例；

图10示出了包括泵和加压储存器的气动设计的实施例；

图11描绘了利用泵后面的水分离器以从反应气体中去除冷凝物的实施例；

图12示出了电NO生成设备的实施例，其使用热电设备同时冷却进入的反应气体和储热气体；

图13示出了应用于储存器的加热器的实施例；

图14示出了在储存器内具有发热部件的气体储存器的示例性实施例；

图15示出了在储存器内具有发热部件的气体储存器的示例性实施例；

图16描绘了具有再循环体系架构的NO₂生成设备，该设备具有包围发热部件的外壳；

图17示出了双室往复泵的实施例；

图18示出了包括靠近干燥剂的选择性湿度交换膜材料的系统的示例性实施例；

图19示出了使压缩气体保持温暖并允许与在系统外循环的空气进行湿度交换的系统的示例性实施例；

图20示出了包括平行使用的多段选择性湿度交换膜的系统的示例性实施例；

图21示出了降低湿度交换管周围的压力以通过将气体拉过SHEM管周围的外壳来增加水从气流中的转移的系统的示例性实施例；

图22A和图22B示出了来自泵的分叉气流的实施例，该泵利用吹扫流从主流中去除湿度；

图23示出了包括具有加热的外表面的SHEM管的系统的示例性实施例；

图24描绘了可以通过混合具有不同湿度的两种气体来控制反应气体的湿度的系统；

图25描绘了可以向NO生成系统的反应气体添加湿度的实施例；

图26描绘了利用风扇、湿度交换管和可选的加热器来用产物气体调制湿度的实施例；

图27A描绘了使气体通过具有湿度控制介质的湿度控制室的实施例，其中气体与湿度控制介质直接接触；

图27B描绘了具有带湿度控制介质的湿度室的实施例，其中气体通过使用湿度交换膜与介质间接接触；

图28描绘了其中洗涤器被并联使用以降低NO生成系统内的压力的实施例；

图29描绘了利用静态混合元件将含NO的气体混合到另一个气流中的NO生成系统的实施例；

图30描绘了利用动态混合元件将含NO的气体混合到另一个气流中的NO生成系统的实施例；

图31描绘了混合产物气体的NO生成的实施例；

图32A和图32B描绘了在低压下操作的实施例；

图33描绘了具有再循环回路体系架构的NO生成系统，该结构利用被动和主动热量来防止系统内的冷凝；

图34描绘了具有再循环回路体系架构的NO生成系统，该结构可以通过绕过洗涤器和流量控制器以低压净化NO路径；

图35A、图35B、图35C和图35D描绘了具有再循环体系架构和在NO生成事件之间吹扫系统是高压区域的能力的NO生成系统的实施例；

图36是湿度管理再循环回路的示例性实施例；

图37是湿度管理再循环回路的示例性实施例；

图38描绘了由于湿度升高引起的NO产生抑制的代表性数据；

图39图示了气体的含水量的示例性曲线图，因为它与N02产生有关；以及

图40图示了用于与再循环体系架构中的气体湿度相关的测量的示例性位置选项。

虽然上述附图阐述了当前公开的实施例，但如讨论中所指出的，也可以设想其它实施例。本公开通过表示而非限制的方式呈现了说明性实施例。本领域技术人员可以设计许多其它修改和实施例，它们落入当前公开的实施例的原理的范围和精神内。

具体实施方式

以下描述仅提供示例性实施例，并不旨在限制本公开的范围、适用性或配置。更确切地说，示例性实施例的以下描述将为本领域技术人员提供用于实现一个或多个示例性实施例的有效描述。将理解的是，在不脱离当前公开的实施例的精神和范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

在以下描述中给出具体细节以提供对实施例的透彻理解。但是，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。例如，当前公开的实施例中的系统、过程和其它元件可以被示为框图形式的部件，以免不必要的细节模糊实施例。在其它情况下，可以在没有不必要细节的情况下示出众所周知的过程、结构和技术，以避免混淆实施例。

而且，注意各个实施例可以被描述为被描绘为流程图、流图、数据流图、结构图或框图的过程。虽然流程图可以将操作描述为顺序过程，但许多操作可以并行或并发执行。此外，可以重新布置操作的次序。过程可以在其操作完成时终止，但可以具有未讨论或未包括在图中的其它步骤。此外，并非任何特定描述的过程中的所有操作都可以在所有实施例中发生。过程可以与方法、函数、过程、子例程、子程序等对应。当过程与函数对应时，其终止与函数返回到调用函数或主函数对应。

现在将参考附图更全面地描述主题，附图形成其一部分并且通过说明的方式示出了本公开的具体示例方面和实施例。但是，主题可以以多种不同的形式实施，因此，覆盖或要求保护的主题旨在被解释为不限于本文阐述的任何示例实施例；提供示例实施例仅仅是为了说明。因此，以下详细描述不旨在被理解为限制性意义。

一般而言，术语可以至少部分地从上下文中的使用来理解。例如，本文使用的诸如“和”、“或”或“和/或”之类的术语可以包括多种含义，这些含义可以至少部分地取决于使用这些术语的上下文。通常，“或”如果用于关联列表，诸如A、B或C，那么旨在表示A、B和C，此处在包容性意义上使用，以及A、B或C，此处在排他的意义上使用。此外，如本文所使用的，至少部分取决于上下文，术语“一个或多个”可以用于在单数意义上描述任何特征、结构或特点，或者可以用于在复数意义上描述特征、结构或特点的组合。类似地，诸如“一个”、“一种”或“该”之类的术语可以被理解为传达单数用法或传达复数用法，这至少部分地取决于上下文。此外，术语“基于”可以被理解为不一定旨在传达因素的排他集合，而是可以允许存在不一定明确描述的附加因素，这再次至少部分地取决于上下文。

本公开涉及用在各种应用中的一氧化氮(NO)输送系统和方法，例如，在病房内、急诊室、医生办公室、诊所和医院设置之外作为便携式或移动设备。NO生成和/或输送系统可以采用多种形式，包括但不限于被配置为与使用产物气体的现有医疗设备一起工作的设备、独立(移动)设备、可以与现有医疗设备集成的模块、可以执行NO系统的各种功能的一种或多种类型的筒，以及电子NO罐。NO生成系统使用反应气体，包括但不限于环境空气，以产生富含NO的产物气体。

NO生成设备可以与可以利用NO的任何设备一起使用，包括但不限于呼吸机、麻醉设备、室内空气、除颤器、心室辅助设备(VAD)、持续气道正压通气(CPAP)机器、双水平正压通气(BiPAP)机器、无创正压呼吸机(NIPPV)、鼻导管应用、雾化器、体外膜肺氧合(ECMO)、旁路系统、自动CPR系统、氧气输送系统、氧气浓缩器、氧气产生系统和自动体外除颤器AED、MRI和患者监护仪。此外，产生的一氧化氮的目的地可以是与任何医疗设备相关联的任何类型的输送设备，包括但不限于鼻插管、手动通气设备、面罩或任何其它输送回路。NO生成能力可以集成到这些设备中的任何一个中，或者这些设备可以与本文所述的NO生成设备一起使用。

电NO可以由含有氮和氧的反应气体生成。正如从医用压缩气瓶或空气压缩机系统中发现的那样，从干燥或大部分干燥的反应气体的NO生成几乎没有因含水量变化而产生的NO变化。对于在受控环境之外操作或与室内反应气体供应系统相连的一氧化氮生成系统，需要了解和/或管理反应气体内的湿度水平。例如，取决于反应气体的含水量，给定频率处和持续时间下的电NO生成可以变化多达50％。含水量常常以相对湿度(RH)来测量，即，气体在给定温度下含水量与冷凝前可能的最大含水量的百分比。在本文档中，湿度和含水量有时可以互换使用，但应当理解它们可以不同。

有两种湿度控制方法，可以单独使用或串联使用：1)湿度补偿和2)湿度管理。湿度补偿涉及测量环境条件、反应气体和/或产物气体的湿度，并调整NO系统内的条件以产生目标量的一氧化氮。NO系统内可以被调整的条件可以包括但不限于以下各项中的一项或多项：等离子体能量、等离子体电压、等离子体频率、等离子体持续时间、等离子体占空比、反应气体流速、等离子体室温度、反应气体温度，和反应气体压力。图33描绘了示例性湿度补偿表，并将在下面更详细地讨论。

湿度管理使一氧化氮生成系统能够实现以下一项或多项：防止系统内的水冷凝、管理系统内的冷凝水、保护系统部件免受在NO₂存在下变成酸性的冷凝水的影响、维持气体湿度在包括但不限于NO、NO₂和O₂传感器的各种传感器所需的范围内、以及将反应气体湿度维持在特定范围内以实现准确和可重复的NO生成。这些方法可以涉及从气体中添加/去除水以调整含水量和/或调整温度和压力以更改给定含水量水平的露点。根据环境条件和系统部件要求，将湿度维持在目标范围内可以涉及去除水或者向气体中添加水。在一些实施例中，例如，气体传感器要求20％RH和70％RH之间的气体湿度。因此，在非常干燥的条件下将水添加到气体以保护传感器，并且在非常潮湿的条件下从气体中去除水。

湿度管理可以在NO生成系统内的各个点进行。在一些实施例中，水在进入NO系统之后很快从反应气体中去除。在其它实施例中，在系统内更深的其它区域中去除水，诸如在泵之后或在再循环回路内，或恰好在湿度敏感部件之前。

水可以被冷凝并且以液体形式被去除或以蒸汽形式去除。在一些实施例中，水在进入系统之后不久就冷凝成液体形式。这种方法每天能够使得数十毫升或更多的水排放、蒸发或以其它方式管理。在其它实施例中，水保持蒸气形式并借助于压力、湿度和/或温度的梯度从进入的气体中被驱除。在其它实施例中，系统操作温度维持在足够高的水平以防止水冷凝。选择一些实施例是因为它们的使系统内的水冷凝的可能性最小化的低操作压力。

NO生成器内的湿度管理可以使用各种技术来完成，包括被动控制、主动控制或两者的组合。

被动控制涉及通过物理手段来自动控制湿度。将理解的是，下文描述的任何实施例都可以被用于被动地控制系统中的湿度。例如，可以通过将反应气体通过干燥剂来对反应气体进行预调节，以将湿度水平推向特定湿度。这种方法的效果取决于干燥剂的数量(表面积)和暴露时间(流速、气体路径长度、干燥剂室体积等)。含水量在气体和干燥剂之间交换，无需附加控制。在另一个示例中，NO生成器气动路径内的一个或多个区可以被加热以保持比环境压力更高的气体足够温暖以至于相对湿度小于100％。在被动控制设计中，使用可以在所有操作条件下工作并始终使用的热量水平。

主动湿度控制使NO生成系统能够根据需要更改反应物和/或产物气体内的含水量。将理解的是，下文描述的任何实施例都可以用于主动地控制系统中的湿度。

主动控制的示例包括通过湿度交换管的反应物气体在管的外部具有可变的对流流动。在一些实施例中，控制器测量进入的反应气体的湿度含量并选择可以提供从反应气体中充分去除水以防止在系统内随后的更高压力区域冷凝的对流流速(例如，风扇速度)。使用这种开环控制方法，控制器可以使用反应气体湿度、目标气体湿度、操作温度、系统内的峰值压力、对流气体温度、对流气体湿度、对流气体压力以及与跨湿度交换管的水分交换相关的其它参数中的一个或多个基于查找表或数学方程来确定风扇速度。

在主动湿度控制的另一个示例中，控制器用传感器测量系统的除湿区下游的气体的湿度。该传感器被用作闭环控制系统(例如，PID)的输入，该系统改变除湿区内的条件以在气体传感器处实现目标气体湿度。例如，如果气体的湿度在可接受的范围内，那么控制器将停用除湿区(例如，加热器、风扇或真空泵)。当除湿设备下游的测得的湿度正朝着不可接受的水平增加时，主动控制方案增加除湿设备中的除水量。在另一个示例中，随着NO生成系统过渡到更高的NO产生速率，反应气体流速和压力会增加，从而增加冷凝的可能性。湿度控制器可以从NO生成控制器接收到NO生成量增加的通知，并增加水去除以防止在与该较高生产速率相关联的较高压力和/或流速下的冷凝。以这种方式，湿度控制器基于反应气体和NO生成系统的条件调制除水率。

在除湿设备的主动控制的另一个示例中，使用加热器来提高流过包含反应气体的湿度交换管的对流气体的温度。随着反应气体的湿度增加，如湿度传感器所测得的，主动湿度控制器增加加热器温度以从反应气体中去除附加的水。在开环解决方案中，加热器的温度已通过设备特点预先确定并通过在查找表或数学公式中查找反应气体湿度来获得。在闭环解决方案中，加热器的温度基于在湿度交换设备下游测得的气体湿度进行调制，以便将湿度驱动到目标水平。在这两种主动控制场景中，如果进入的气体的湿度最初处于或接近目标水平，那么不使用湿度管理，从而节省能量并延长电池寿命。

在一个示例中，NO生成设备要求在从5到40摄氏度和15-95％相对湿度的操作环境中操作。NO生成设备包括NO气体传感器，该传感器要求气体湿度在20％RH和70％RH之间。在湿度谱的低端，由于反应气体的压缩提高了从碱石灰洗涤器添加到气体中的含水量和相对湿度，因此不要求湿度管理。但是，在湿度谱的高端，必须去除水以防止NO生成系统内的冷凝和NO气体传感器在湿度范围之外操作。通过根据需要主动操作湿度管理，NO生成设备可以减少能量消耗并延长电池寿命。

本文提出了各种方法来添加、去除和保持气体中的含水量。应当理解的是，这些解决方案中的每一个都可以部署在NO生成系统的不同位置，包括但不限于设备入口、再循环回路、等离子体室和洗涤器之间的位置、NO生成器的高压区域、湿度敏感部件之前的位置及其它需要的位置。

通过控制算法部署上述机制，NO生成系统内的气体湿度被控制以防止冷凝和/或减少除湿，该控制算法可以使设备在变化的环境条件的规范内操作。

NO生成设备中的湿度管理提供以下益处：1)可以防止水的冷凝，从而消除液态水暴露于二氧化氮时形成的液态水分和/或腐蚀性硝酸对传感器和其它系统元件造成损坏的风险。2)由于将暴露于等离子体的反应气体湿度范围较低，因此湿度变化对NO生成精度的影响降低。

图1图示了NO生成系统10的示例性实施例，其包括用于反应物气体吸入12和输送到等离子体室22的部件。等离子体室22在其中包括一个或多个电极24，电极被配置为使用高压电路(等离子体发生器)28产生含有来自反应气体的期望量的NO的产物气体32。该系统包括与等离子体发生器28和(一个或多个)电极24电连通的控制器30，控制器30被配置为使用一个或多个控制参数控制产物气体32中NO的浓度，所述一个或多个控制参数与以下相关：系统内的条件和/或与用于将产物气体输送给患者的单独设备相关的条件和/或与接收产物气体的患者相关的条件。此外，控制器30还可以与本文所述的各种湿度控制设备或机构中的任何一种通信以更改系统中的湿度，并且可以使用各种信息(诸如来自一个或多个传感器(诸如湿度、温度和/或压力传感器)的测量)。在一些实施例中，等离子体发生器电路是在电极间隙上生成电位差的高压电路。在一些实施例中，AC和/或DC高压范围为3000至30,000伏。在一些实施例中，等离子体发生器电路是向一个或多个RF电极输送RF功率的射频(RF)功率发生器。在一些实施例中，RF功率以50-100W范围内的功率在13-14MHz附近操作，但是取决于电极设计、生产目标和反应气体条件，其它功率范围可以是有效的。在一些实施例中，RF功率在2.45GHz附近操作以改进N₂分子的耦合和激发。控制器30还与用户接口26通信，用户接口26使用户能够与系统交互、查看关于系统和NO生产的信息以及控制与NO生产相关的参数。

在一些实施例中，NO系统气动路径包括推动空气通过歧管36的泵。歧管配置有二元阀、三通阀和比例孔口。高压控制电路28控制泵的流量、等离子体活动(功率、占空比、频率、电流、电压)以及放电后气流的方向。通过配置阀门，高压控制电路可以将气体指引到手动呼吸通路、呼吸机通路或气体传感器室，以直接测量产物气体中的NO、NO₂和O₂水平。

以富含在等离子体室22中产生的NO的产物气体32为形式的NO生成系统的输出可以被指引到呼吸或其它设备以输送给患者，或者可以被指引到提供用于NO生成系统的自测试或校准的多个部件。在一些实施例中，系统以两种方式收集气体以进行采样：1)从患者附近的患者吸气回路收集气体并通过采样管线48、过滤器50和集水器52，或2)气体被直接从气动回路分流，来自等离子室和注射器之间的位置。在一些实施例中，产物气体在被洗涤之后但在稀释成患者气流之前通过分流阀44分流到气体传感器。在一些实施例中，从设备附近和/或设备内稀释后的吸入空气流收集产物气体。在一些实施例中，产物气体和吸气气体通过混合器47以在采样之前混合气体。在设备的气体分析部分内，产物气体通过一个或多个传感器以测量其中各种气体的浓度、压力和流速。

图2描绘了NO生成和输送系统60的实施例。反应气体62通过气体过滤器64(例如，活性炭过滤器)进入系统。泵66被用于推动气体通过系统。系统是否包括泵可以取决于反应气体供应的压力。如果反应气体被加压，那么可能不需要泵。如果反应气体接近或处于大气压，那么需要泵或其它装置来移动反应气体通过系统。泵之后的可选储存器68减弱来自泵的压力和/或流量的快速变化。应当注意的是，术语“储存器”是指其压力可以被控制为高于和/或低于大气压的特定压力的体积。两个部件之间的气动通路的体积可以用作储存器。在一些实施例中，储存器仅由管道、歧管等组成。在其它实施例中，储存器由分立的储存器部件组成，该部件由腔室以及与所述腔室流体连通的气动通路组成。在一些实施例中，储存器由外壳内未被其它系统部件(即，泵、阀门、电路板等)占据的体积组成。与流量控制器70耦合，储存器在被加压时可以使系统能够向等离子体室72提供大于泵66流速的流速。等离子体室72内的电极74由等离子体生成电路78通电，等离子体生成电路78基于从治疗控制器80接收的期望的治疗条件产生高电压输入。用户接口76从用户接收期望的治疗条件(剂量、治疗模式等)并将它们传送到治疗控制器80。此外，治疗控制器80还可以与本文所述的各种湿度控制设备或机构中的任何一种通信以更改系统中的湿度，并且可以使用各种信息(诸如来自一个或多个传感器(诸如湿度、温度和/或压力传感器)的测量)。反应气体62在通过等离子体室72时转化为产物气体82并且部分地转化为一氧化氮和二氧化氮。可选的高度补偿器84，通常由一个或多个阀门组成，可选地用于在等离子体室72内提供背压，用于对一氧化氮产生的附加控制。根据需要，产物气体通过歧管86到达过滤器-清除器-过滤器88组件，该组件从产物气体中去除二氧化氮。从过滤器-清除器-过滤器88，产物气体直接或通过注射器筒90间接地引入患者治疗流。在一些实施例中，注射器筒90包括测量治疗流量93的流量传感器92。来自流量传感器92的治疗流量测量经由治疗控制器80用作反应气体流量控制器70的输入。在产物气体82被引入治疗流之后，它通过吸气管。在患者附近，使用接头96从吸气流中抽取一部分吸气气体，使其通过样本管线98、过滤器100、集水器102和选择性湿度交换膜管(例如，Nafion)以制备气体样本并将其传送到气体传感器104。样本气体离开气体分析传感器组104到环境空气中。在一些实施例中，系统60可以可选地将气体指引通过分流阀94和分流气体路径95直接到达气体传感器组并流出系统。在涉及分流阀94的一些实施例中，歧管86包括阀门(未示出)以在分流阀94打开时阻止流向过滤器-清除器-过滤器。

图3中示出了NO生成系统的另一个示例性实施例，其包括提手110、用户接口112、高电压法拉第笼114、控制板116、一个或多个冷却风扇118及集水器PCB 120。该系统还包括气体传感器组122、下部歧管124、气泵126、高电压PCB 128、上部歧管130、比例阀132、DC电源入口134、HV变压器136、AC电源入口138、储存器140和导流阀142。

图4描绘了示出NO设备150的实施例的所有部件的示意图，包括控制板152、电源管理电路154、一个或多个电极组件156和外围接口158。等离子体室可以是控制器的一部分或药筒的一部分。

图5和图6描绘了具有冗余NO发生器的NO生成和输送系统的实施例。图5描绘了用于NO生成和输送系统的示例性气动设计160。在该图的左上角，源自治疗回路的样本气体162(图5的右下角标记为“A”)通过过滤器164进入系统并通过集水器166。在一些实施例中，这个过滤器164是一次性的，因此当它堵塞时用户可以根据需要更换它。在集水器166之后的附加过滤器168保护气体分析传感器免受污染物。然后样本气体流过泵170，然后流过固定孔口172，该孔口限制通过传感器的气体流速并减少样本气体流中的脉动。然后气体流过选择性湿度交换管174(例如，Nafion)以在样本气体非常干燥的情况下从大气中向样本添加湿度。接下来，样本气体流过一个或多个气体分析传感器。传感器176测量NO₂，传感器178测量NO，传感器180测量O₂。首先测量NO₂，因为它是最重要的安全测量并且浓度随时间改变。显示在传感器歧管块左侧的压差传感器或其它设备(诸如加热丝)被用于测量通过气体传感器歧管182的流速。这个流速可以被用于确保采样泵正常工作。传感器歧管末端(底部)附近的绝对压力传感器被用于测量大气压力。气体离开传感器歧管并流过T型接头，其中一条腿连接到大气压力并且另一条腿连接到设备的外部端口。第一条腿连接到大气，以防止医院真空吸尘器影响通过气体传感器歧管的流速并可能影响患者治疗。外部端口可以连接到医院真空吸尘器或直接排放到大气中。

进一步参考图5，入口184被配置为将反应气体接收到系统中。在一些实施例中，这是22mm的医用空气连接。进入的反应气体流过过滤器186以去除微粒，然后分叉成两条平行的NO生成路径。在一些实施例中，每个NO生成路径具有独立的反应气体通路和过滤器。每条路径由泵188a、188b、储存器190a、190b、储存器压力传感器192a、192b、比例流量阀194a、194b、固定孔口、等离子体室压力传感器196a、196b和等离子体室198a、198b组成。在等离子室198a、198b之后，每条流路径具有可以将气体指引到气体传感器歧管182或指引到患者吸入空气的导流器200a、200b。到气体传感器歧管182的这些侧路径使系统能够评估所产生的气体和/或将等离子体室内的气体重新导向远离患者。在气体分析侧路径之后，气体路径之一利用导流器202来选择产物气体将流向呼吸机回路(图中的B)还是流向手动袋出口(图中的C)。然后气体流过一次性筒204中的三个平行洗涤器通道。洗涤器通路由过滤器、洗涤器材料、第二过滤器和单向阀组成。单向阀确保系统外部的压力和材料不会进入筒和控制器。

图5还包括治疗设置的描绘。在呼吸机回路206中，吸气气体离开呼吸机并进入呼吸机筒208。气体流过两个流量传感器210、212。在一些实施例中，可以使用多个传感器。在一些实施例中，除了流量之外，流量传感器还测量压力、湿度和温度中的一项或多项。含NO的产物气体在流量传感器之后与吸气流量合并。吸气流继续通过HEPA过滤器214、加湿器216并流向“T”型接头218，在那里拉取样本气体，然后流向患者。图5还包括手动装袋回路220。吸气气体来自搅拌器/壁出口/气缸222并进入呼吸机筒208。在添加含NO气体之前测量呼吸机筒208内的流量。气体流过可选的加湿器224并流向“T”型接头226，在该“T”型接头226处拉取样本气体，然后流向患者。

图6图示了与图5中所示系统的实施例类似的系统。如上面所解释的，图5描绘了过滤器-清除器-过滤器组件如何可以分组到筒204中，并且图5还描绘了气体传感器(176、178、180)、选择性湿度交换管174(例如，Nafion)、歧管和压力/流量传感器如何可以分组成气体传感器组件182。在图6中，气体传感器组件232包括泵234和流量传感器236。图5描绘了排气流量传感器210、212、袋流量传感器223、压力传感器和NO喷射器如何可以分组到排气筒208中。可选的HEPA过滤器214连接到排气筒208以保持排气筒清洁。图5与图6在等离子室之后的气动设计方面进一步不同。在图5中，在两个NO生成通道中，第一导流器(200a、200b)都将产物气体指引到气体传感器组182或者气体洗涤器筒204。在二级通道中，第二个导流器将产物气体引导到排气回路(路径B)或者袋回路(路径C)。在图6中，气动通路的不同之处在于，第一个导流器在排气回路和传感器之间进行选择，而第二个导流器在分流到传感器和袋回路之间进行选择。图6中的气动设计比图5的流动设计具有优势，因为在等离子室和排气流动注射器之间的两个通道中具有相同的流动限制。这涉及最小化流动路径长度和使两条路径的流动限制基本完全相同，从而它们可以具有相似(如果不完全相同)的校准设置和NO产生。

在一些实施例中，洗涤器筒可以用于演示目的。演示设备可以通过RFID、存储器设备、二维条形码、机械接口、光学接口或控制器的其它手段进行识别，以启用用于训练目的的演示模式。在一些实施例中，示范洗涤器筒对于临床目的是无功能的。

包括便携式NO生成设备在内的NO生成设备预计在多种环境条件下操作。高湿度环境空气在被泵压缩时有可能在系统内冷凝。冷凝存在损坏系统内传感器的风险，并可能累积到影响系统的气动行为的程度。例如，反应气体储存器可以充满冷凝水，从而有效地减少用于压缩气体的储存器的体积。更令人担忧的是二氧化氮的水溶性，它在冷凝水中产生硝酸并且会导致内部部件的腐蚀和降解。当系统由外部源提供干燥空气时，这不是问题。

在一些实施例中，NO系统可以包括富含NO气体的再循环回路。气体可以不断循环，并且只有一部分被转移到吸气肢。再循环限制停留时间，因此可以限制NO₂形成。而且，返回到NO源的气体可以被“重新洗涤”以限制NO₂的积累。如图7A中所示，在一些实施例中，可以实现NO源250和注入点252之间的气体再循环。这可以与本文所述的所有类型的NO生成系统一起使用，例如，与远程NO喷射器一起使用。图7B图示了从存储的含NO气体中连续去除NO₂的再循环回路260的实施例。按照NO发生器262的指示，阀门打开以注入含NO的气体。在一些实施例中，阀门为患者吸气而打开。图7C图示了其中再循环气体270流回NO发生器272的系统的实施例。这是可接受的，因为在等离子体室中只有一小部分N₂和O₂转化为NO。因此，可以从相同的空气中生成附加的NO。通过关闭返回腿上的喷射阀，可以将富含NO的气体流引导到吸气肢，否则富含NO的气体会在回路中不断地再循环。

湿度管理

除湿

在一些实施例中，可以通过收集和控制冷凝水来实现湿度管理，从而可以安全地将其从反应气体通路中去除而不影响治疗。这可以使用多种技术来实现。例如，NO生成系统可以包括湿度冷凝储存器，其被配置为收集系统中的冷凝水。在一些实施例中，反应物气体湿度冷凝储存器可以是可移除的，从而可以排出冷凝水。湿度冷凝储存器可以位于系统的各种部件中或与系统的各种部件相关联。例如，在一些实施例中，反应气体储存器可以是洗涤器筒部件的一部分。

在一些实施例中，排放口可以位于反应气体通路中以除去冷凝水。排放可以被手动激活(例如，截止阀)或自动激活(例如，电源激活的二元阀)。图8示出了使用排水阀300从NO生成系统中去除冷凝水的手动方法的实施例。在一些实施例中，排放阀是电控的。在一些实施例中，阀门周期性地打开。在一些实施例中，当在系统内感测到冷凝水时阀门打开。在一些实施例中，阀门仅在环境条件和/或治疗指示存在系统内冷凝的可能性时打开。

在一些实施例中，可以将冷凝水排入吸收设备(诸如海绵)，其可以位于设备冷却系统的排气流中。例如，来自机箱冷却系统的热气流在水离开设备外壳之前将其吸收。图9描绘了其中排放阀312将来自气动系统的冷凝水释放到海绵314上的系统310的实施例。释放可以是水滴，如图所示，或在管内进行管理以到达海绵314。风扇316使环境空气移动通过设备外壳以冷却设备。系统内的环境空气变暖，从而增加它的载水能力。水流过海绵，经由蒸发吸收所收集的水，并通过外壳中的通风口将水带出设备。

在一些实施例中，系统可以包括位于储存器底部的阀门，该阀门为积聚的水提供离开的出口。储存器中的压力将水推出。水可以被指引到被配置为蒸发水的设备，诸如热板或暖空气流。在一些实施例中，阀门位于储存器中，通常位于最低位置。阀门可以手动打开、基于时间自动打开、基于湿度检测自动打开和/或基于已知会导致冷凝的环境或反应气体湿度条件自动打开。

还可以有可能将冷凝的水分收集在容器内以供用户排出。在一些实施例中，容器可以是一次性部件，一旦装满就丢弃。在一些实施例中，容器是现有一次性部件(诸如样本气体集水器、洗涤器筒或呼吸机筒)的一部分。

在一些实施例中，冷凝的水分可以被指引到位于系统内较温暖和/或较干燥位置的盘或海绵，从而水可以蒸发。在一些实施例中，海绵可以放置在来自设备冷却系统的废气流中。

在一些实施例中，储存器可以包括提供恒定压力泄放的孔口。通过将这个孔定位在储存器底部，冷凝水可以在储存器产生时被推出储存器。在一些实施例中，泄放气体以比反应气体流向患者慢得多的速率流动并且在流量控制器校准或操作程序中被考虑。图10描绘了包括泵320和加压储存器322的气动设计的实施例。储存器底部的孔口326不断泄漏空气和任何冷凝水。流出孔口的流量通常是通过流量控制器324的流量的一部分。在一些实施例中，流量控制器使用闭环流量控制，其中反应气体通过等离子体室的流量作为控制输入，从而独立于通过孔口的流量损失。

图11描绘了具有水分离器330的NO生成设计，水分离器330在反应气体进入系统时将水从反应气体中去除。水分离器在系统内容易发生冷凝的位置可以是有效的，诸如由于压力增加而在泵后面。水分离器也可以在压力下降之后使用，因为温度下降可能会出现冷凝。NO生成系统中的显著压降可以发生在洗涤器内或阀门和关键孔口之间。水分离器可以是多种类型，包括固定叶片分离器、旋风分离器、多旋风分离器、疏水膜、惯性离心分离器或它们的组合。

防湿

在一些实施例中，湿度管理可以通过防止反应气体中的含水量冷凝来实现。当潮湿的环境空气被压缩时，相对湿度增加。防止潮湿环境气体在NO生成系统内冷凝的一种方法是加热进入的反应气体，从而降低相对湿度。只要反应物和产物气体维持在足够高的温度，就不会发生冷凝。

湿度管理的另一种方法是在进入的反应气体进入系统时从进入的反应气体中去除多余的水分。在一些实施例中，热电设备(珀耳帖设备)可以被用于冷却进入系统的进入空气以生成冷凝并使进入的气体干燥。在一些实施例中，热电设备的暖侧被用于加热气体流动路径的高压部分(例如，泵后)以防止冷凝。热电设备可以基于环境湿度进行调制。在一些实施例中，热电设备仅在反应气体湿度和系统操作温度存在系统内冷凝的可能性时才被供电。图12描绘了电NO生成设备340的实施例，其使用热电设备342在泵346之前冷却进入的反应气体并在泵之后加热反应气体。反应气体内的湿度在冷却时冷凝并收集在集水器344中。气体继续通过泵进入储存器348。热电热板可以与泵、到储存器的导管、储存器或其组合热连通。通过在压力下保持反应气体温暖，减轻了附加冷凝的可能性。冷凝水的收集可以通过上述任何数量的方法进行管理。

在一些实施例中，加热元件可以被用于使NO生成系统的高压部分内的气体保持温暖以防止冷凝。加热元件的示例包括但不限于由一根或多根镍铬合金线构成的电阻式加热器、电阻式柔性电路、放热化学反应(例如，铁粉的氧化)和/或热电电路。将理解的是，与本文所述的系统的任何部件相关的任何加热器都可以与主动控制、被动控制或两者一起使用，以更改系统的至少一部分中的湿度。例如，任何加热器都可以连续运行，可以或者手动或者使用传感器或其它控制信息自动调制。

在一些实施例中，系统内的气体可以通过泵加压并用加热器保持温暖。通过保持温度高，气体保持水的能力保持高并且水不会在系统内冷凝。如图13中所示，加热器352可以应用在储存器350和/或管道的外部。管道和/或储存器周围的绝缘可以减少热损失，从而减少加热器能量消耗。加热的水平可以基于气体的相对湿度、压力和气体温度来调制。在一些实施例中，加热器是与储存器热接触的六角电路。在一些实施例中，加热器位于储存器和/或气动通道内。可以使用各种热源，包括电阻式加热器和/或热交换器。在一些实施例中，被加热的流体通过位于储存器内的热交换器以加热储存器内的气体。在一些实施例中，热交换器类似于具有用于大表面积和热接触的翅片的散热器。

在一些实施例中，可以调制一氧化氮发生器的内部冷却系统以将内部外壳温度维持在阈值以上，以防止反应气体通路内的湿度冷凝。在一些实施例中，系统冷却风扇速度被调制以维持高于环境温度10摄氏度的内部箱体温度。在一些实施例中，由于气体通路内的较高压力而维持较高的温差。在一些实施例中，可以在不增加压力的情况下增加反应气体的温度，因为流量控制器将主动补偿压力的增加以维持目标质量流速。

在一些实施例中，气体通路被主动加热以防止系统内的含水量冷凝。在一些实施例中，气体加热器基于以下参数中的一个或多个来通电：气体相对湿度、气体温度、气体压力、环境空气温度和/或环境空气相对湿度。取决于NO发生器体系架构，这些技术适用于反应气体、产物气体或两者。

在一些实施例中，气体通路的温度通过来自系统的其它部件的废热而升高，以抑制气动通路内的水冷凝。生成废热的部件包括但不限于泵、等离子室、阀门、加热器和流量控制器。在一些实施例中，储存器与泵和/或等离子体室热接触以加热储存器。在一些实施例中，如图14中所示，储存器和泵和/或等离子体室与设备的其它部分热隔离以保持热量。在一些实施例中，泵、流量控制器和等离子体室位于用作储存器360的室内。在一些实施例中，绝缘体被包裹在全部或部分储存器和等离子体室和/或泵周围以维持储存器内的热量。在一些实施例中，如图15中所示，气体流过腔室或区内的管或热交换器370，该腔室或区至少部分地由设备部件的废热加热。在一些实施例中，穿过加热区的气体管由将水从气体输送到管外部的湿度交换膜材料构成。图16描绘了具有再循环体系架构的NO生成设备，其具有围绕发热部件的热外壳380，以提高系统内气体的温度并防止冷凝。

图17图示了进入双室往复泵390的两端时的环境空气。将理解的是，可以使用任何类型的泵，并且由于理想气体定律，气体温度随着气体压力增加而增加。压缩气体从泵的每一端离开。绝缘层392位于泵的出口处以保持气体内的热量以防止冷凝。在通过出口离开泵之后，压缩气体通过湿度交换膜管，其中由于管内相对于管外的蒸汽含量升高，水蒸汽从管中排出。非冷凝气体离开管道并且可以存储在储气罐中或直接转移到系统的其它部分(诸如流量控制器或等离子室)。

在一些实施例中，选择性湿度交换膜管(例如，Nafion)可以被用于将气体从泵输送到储存器，以根据进气的相对湿度对气体进行加湿或除湿。将注意的是，在许多以下实施例中的储存器可以是可选部件。湿度交换膜管通过将水从一个表面(例如，内表面)运输到另一个表面(例如，外表面)来平衡每一侧上的水的部分压力而起作用。在一些实施例中，绝缘配件放置在连接配件处以保持由泵生成的热量和气体内的气体压缩以进一步防止冷凝。与选择性湿度交换膜和反应气体相关的各种因素都影响管道的使用。例如，湿度交换膜管的长度决定用于水分交换的表面积。随着膜内气体温度的升高，水从气体中的转移增加。随着湿度交换膜外表面的通风，水从气体中的转移增加。随着膜外压力的减小，水从气体中的转移增加。只要不发生冷凝，从气体中转移出来的水就会随着膜内压力的增加而增加。通过将膜管嵌入干燥剂中可以增加水从气体中的转移。在一些实施例中，选择性湿度交换膜400(SHEM)材料可以靠近干燥剂402(如图18中所示)，或已被干燥剂干燥的空气。干燥气体从SHEM的表面收集水，从而干燥SHEM内的气体。

图19图示了示例性系统，该系统用绝缘配件保持压缩气体温暖，随后是选择性湿度交换膜以将水从压缩气体转移到通风流。如图19中所示，非冷凝气体离开SHEM管410并且可以在压力下存储在储存器412中或直接发送到系统的其它部分。在一些实施例中，SHEM管位于设备外壳的高通风流动区域(诸如箱冷却空气离开外壳的位置)。

在一些实施例中，平行使用多段选择性湿度交换膜420，如图20中所示，以增加表面积并减少流动限制。对流流动从SHEM表面收集水蒸气并将其带出设备外壳。由于产生热量的电子元件，NO生成设备的内部通常比环境温度高。温度高于环境温度使通风气体能够携带附加的水。

在一些实施例中，如图21中所示，真空泵432可以被用于通过围绕SHEM 430管的外壳抽吸气体。外壳入口上的孔口限制气流，从而将外壳内的压力降低到环境压力以下。这种效应增加了跨膜的压力梯度，增加了从加压反应气体到通风流的水传输。外壳内的真空水平可以通过泵的作用力和/或一个或多个孔口的尺寸来调制。当开始时环境空气足够干燥时，可以关闭真空泵以减少从反应气体中去除水。在一些实施例中，当不需要从反应气体中去除水时，除了关闭真空泵之外，还关闭孔口。在一些实施例中，调制真空泵以提供不同程度的水去除。

在一些实施例中，如图22A中所示，来自泵440的气流可以分叉成主流和吹扫流。加压初级流通过位于外壳444内的选择性湿度交换膜管442。吹扫气流被释放到外壳中并通过外壳444，从而从SHEM管的表面吸收含水量。吹扫气体通过湿度控制阀446离开外壳。在不要求湿度控制的情况下，可以关闭阀门，从而平衡SHEM管道内外的压力并停止水运输。阀门类型可以变化。例如，阀门可以是二元阀或比例阀。可以通过用阀门调制通过外壳出口的流量来控制吹扫气流量。在一些实施例中，吹扫气流可以在SHEM(未示出)之后从主气流转向，从而提供改进的性能，因为吹扫气流具有较低的含水量。图22B图示了与图22A中的系统类似的系统，其具有初级和吹扫流以及湿度控制阀，但还包括具有降低的含水量的替代吹扫流。

有时，环境条件向NO生成系统提供干燥的反应物气体。干燥的反应气体会缩短洗涤器(诸如碱石灰洗涤器)的使用寿命，它要求水作为NO₂封存过程的一部分。在此类情况下，期望保持反应气体中的含水量而不是进一步干燥它。在一些实施例中，泵收集环境空气，将其压缩并将其送入SHEM管450。如图23中所示，SHEM管的外表面使用表面加热器452被加热，从而使SHEM聚合物保留更多的水，从而减慢水运输出反应气体。在环境湿度高的情况下，关闭加热器并且SHEM管将水运输出反应气体。来自管道的表面的水蒸气经由箱式冷却带出NO生成设备。

在一些实施例中，NO生成系统可以连接到含有氮和氧的干燥气体的源。虽然干燥气体有利于控制NO的产生，但它会对依赖水分的洗涤部件(诸如碱石灰洗涤器)有害。将干燥气体通过碱石灰洗涤器去除水分，加速洗涤器的耗尽。当NO发生器包括测量反应物和/或产物气体内的NO和/或NO₂的气体传感器时，会产生进一步的复杂性。例如，在电化学传感器的情况下，传感器常常具有最优湿度范围，并且如果干燥气体经过传感器，那么传感器会随着时间的推移而过早变干。例如，一个电化学传感器的湿度范围为25-90％RH，而另一个电化学传感器的湿度范围为15-95％。因此，在使用干燥气体作为反应气体源的应用中，在系统中的各个点向气体中添加湿度以防止洗涤器和/或气体传感器过早耗尽可以是有益的。图24描绘了的实施例，其中使用混合器462将干燥气体与来自加湿器460的潮湿气体混合到已知湿度水平，然后再进入NO发生器464。在一些实施例中，添加足够的湿度使得洗涤器和气体传感器受到保护，同时不提供足够的含水量来引起系统内的冷凝。在一些实施例中，目标湿度为20％。在一些实施例中，目标湿度可以在例如15％至70％RH的范围内。在一些实施例中，使用15％至95％的湿度目标。

在图25中所描绘的实施例中，在一个或多个等离子体室内的干燥反应气体中生成NO。在NO生成之后，产物气体流过暴露于来自加湿器472的潮湿气体的湿度交换管470。将足够的湿度添加到产物气体中以保护下游的NO传感器和洗涤器材料，而不会产生足够的湿度以造成泵和洗涤器之间的高压区域发生冷凝。

在一些实施例中，气体通过放置在管内的湿度交换管。风扇将空气吹过管子。可选的加热器可以通电以增加从设备内的气体到风扇气流的水传递。图26描绘了其中产物气体被泵送通过湿度交换管480的实施例。由于温度、压力和水容量差异，水从产物气体转移到对流气体。泵之后的绝缘层482使气体保持温暖，直到可以进行水交换。将注意的是，这种方法可以在系统内的其它位置使用。在一些实施例中，反应物湿度在进入再循环回路和/或等离子体室之前改变。

在一些实施例中，NO₂洗涤器被用于向NO生成设备提供湿度。在一些实施例中，NO生成系统内的低湿度测量指示干式洗涤器。在一些实施例中，当系统内的湿度水平下降到特定水平以下时，这指示洗涤器是干燥的，NO生成系统提示用户更换NO₂洗涤器。

在一些实施例中，系统的操作压力响应于升高的反应物气体湿度而降低，以降低进气中的水蒸气的饱和度。在一些实施例中，进气在进入泵和/或反应室之前由系统处理。在一些实施例中，泵的进气被加热到更高的温度以避免冷凝。在一些实施例中，使用干燥剂对进气进行干燥。

可以使用各种材料来管理湿度，包括硅胶、粘土干燥剂和/或分子筛。例如，硅胶、氧化铝和分子筛等干燥剂对水具有高亲和力，可以通过吸附和/或吸附在表面或孔隙上来保留水。干燥剂的保水能力可以通过改变表面积和/或孔径来控制。在一些实施例中，使用干燥剂材料(例如，二氧化硅)来将气体的湿度驱动到期望的范围。例如，被设计未维持特定湿度的干燥剂硅胶珠可以被用于在进入NO发生器之前加湿过度干燥的反应气体和干燥过度潮湿的反应气体。在一些实施例中，使用设计为维持50％RH的湿度的湿度调节凝胶，但是其它目标湿度水平也可以起作用。图27A描绘了一种设计，其中反应气体在进入NO生成设备的其余部分之前通过填充有珠子492形式的湿度控制材料的室490。描绘了珠子，但许多其它形状因素也可以使用，包括片材、脊状片材、颗粒、六边形挤压件等。在一些实施例中，湿度控制介质是干燥剂。在一些实施例中，选择湿度控制介质以将腔室内的湿度驱动到特定湿度(例如，50％RH)。在一些实施例中，腔室包含干燥剂材料并且是可以与NO设备分离的一次性部件。在一些实施例中，可以通过将水添加到干燥剂材料中/从干燥剂材料中去除水来“再充电”干燥剂室。图27B描绘了一种替代设计，其中反应气体与湿度管理材料间接接触。气体通过湿度交换管，不直接接触干燥剂材料。在一些实施例中，气体通过腔室500的一侧，其中湿度交换膜将其与另一侧的湿度管理材料隔开。这对于降低反应气体被VOC和/或微粒污染的可能性可以是有利的。这些示例展示了如何使用干燥剂将气体湿度驱动到期望的范围。这个原理可以被用在NO生成系统内的其它位置，诸如泵后、再循环回路内或湿度敏感传感器附近，以防止冷凝和/或确保系统部件的可接受湿度水平。在一些实施例中，干燥剂材料和相关联的气体通路与NO生成系统的另一个部件(诸如集水器或洗涤器筒)组合。在一些实施例中，通过湿度交换材料的气体路径是可重用的，而湿度管理材料(例如，干燥剂)是一次性和/或可移除部件的一部分。在一些实施例中，湿度交换材料可以被重置并重用。例如，可以将含有干燥剂的腔室从NO生成设备中取出，放置在温暖/干燥的位置(例如，烤箱)并在重用之前进行干燥。在一些实施例中，干燥剂由粘土材料制成，诸如硅酸镁铝，也称为蒙脱石粘土。

在NO生成系统的一些实施例中，湿度管理材料的模块被设计用于特定气候。例如，在空气干燥的南极洲使用的模块将具有向反应气体增加湿度的湿度管理材料，而在热带地区使用的模块将具有干燥进入气体的湿度管理材料。在一些实施例中，湿度管理模块在使用前由NO生成设备经由有线或无线装置识别。湿度管理模块还可以包含作为其标签的一部分或存储设备内的相关信息，包括但不限于制造日期、批号#、工厂#、目标湿度、容量、到期日期、使用时间、首次使用日期、剩余容量、已经再充电的次数等。NO生成器可以读取和/或写入湿度管理模块。

随着气体中的压力增加，载水能力降低。因此，努力降低NO生成系统内的最大压力可以降低系统内冷凝的倾向。NO₂洗涤器会在气体流动路径中引入相当大的流量限制，从而增加洗涤器上游气体的压力。因此，减少洗涤器流量限制的努力可以减少冷凝的倾向，并在一些情况下消除对湿度控制的需要。在图28中所描绘的实施例中，平行洗涤器510被用于减少流动限制。在一些实施例中，洗涤器由分层或卷曲的片材构成，具有最小的阻塞流动通道。

当将NO引入气流中时，可能需要相当长的时间和/或距离来被动地混合到流动的气体中。当组合气流在完全混合之前分叉时，这会出现问题。例如，放置在气流管侧面的NO传感器可以位于高NO或低NO区域，从而指示NO浓度的不准确测量。因此，在更短的时间和/或距离内将NO与主流气体混合可以是有益的。在一些实施例中，静态混合器用于剪切气流并产生湍流以在两种流之间产生更多的相互作用。图29描绘了在注入NO后使气体均质化的静态混合元件520的示例。高浓度NO从上方进入管并留在上壁附近。管内的混合元件剪切NO流并产生湍流以使混合流均匀。在图30中所示的另一个实施例中，动态混合元件530用于混合气体。动态混合器可以包括但不限于风扇、鼓风机和泵。在一些实施例中，注入的NO通过多个孔口(如喷头)被引入主气流，以在气流中更均匀地分布NO。NO氧化的速率随着NO浓度的增加而增加。因此，与其它情况相比，NO的混合在降低NO浓度方面具有附加的好处，从而减少NO氧化为NO₂。

图31描绘了在NO生成之后使用动态混合元件540主动混合NO气体以使气体均质化并降低气体内的峰值浓度并减慢NO氧化速率的实施例。在一些实施例中，向产物气体流动路径添加特征以引起湍流并促进混合或产物气体。在一些实施例中，NO₂洗涤器充当静态混合器以均质化产物气体。

图32A和图32B描绘了低压NO生成的实施例。图32A在大致大气压下产生NO。产物气体离开等离子体室550并在通过泵554和流量控制器556之前通过洗涤器552。在这个实施例中，等离子体室和洗涤器之间的压力低于大气水平，并且由于来自等离子体生成的热能，温度通常超过大气水平，从而防止水冷凝。泵将压力升高到足够的水平，以向流量控制器提供流量并将产物气体指引到患者。在这个实施例中，泵头(增量压力)被用于在一侧抽真空并将压力升高到比在气动路径的起点处或附近具有泵的体系架构更低的总压力。图32B描绘了其中泵560位于流量控制器566之后的实施例，使得整个系统内的压力低于源反应气体的水平，从而防止反应气体内的水冷凝。图32B中描绘的系统将NO输送到吸气通路，在吸气通路中，产物气体被医用气体的流动稀释。

再循环体系架构

图33描绘了利用从泵和等离子体室生成的热量来干燥进入的反应气体的再循环体系架构。反应气体进入湿度传输管570并通过容纳等离子体室574、泵576和/或其它发热部件的加热室572。风扇578将气体吹过腔室以提供新鲜气体供应以从反应气体中吸收湿度。在一些实施例(未示出)中，风扇将空气抽出加热区，从而降低室内的压力并增加从反应气体通路中的水去除。

图34描绘了绕过用于净化系统的洗涤器580的NO发生器。NO产物气体通过洗涤器以去除NO₂。当NO生成结束时，系统将反应气体(例如，空气)通过气动路径以清除系统中的NO。洗涤器对气体流动路径提供流动限制。当气体通过洗涤器时，存在对应的压降。当气体含水量高时，压力下降会降低气体的温度并使得冷凝发生。绕过洗涤器降低吹扫期间的气体的压力，从而降低水在系统内冷凝的倾向，从而降低系统湿度。

图35A描绘了具有直接从外部气体源或通过使外部来源的气体通过洗涤器590和流量控制器592之间的区域来获取气体的能力的NO生成系统。与图34中所示的布置类似，通过洗涤器的流量较少，并且吹扫气体处于低压状态以保持系统中的低湿度。如图35B中的虚线箭头所示，可以在再循环回路中生成初始NO推注。当设备准备好开始NO输送时，系统将系统中的阀门配置为转换成开放式气动通路，其中反应气体从外部来源获得，通过等离子室、泵和洗涤器，然后通过流量控制器输送，如图35C中所示。反应气体入口非常靠近洗涤器和流量控制器之间的空间，以最小化在NO生成和输送期间可以驻留在那个空间内的NO的量。该系统可以利用等离子室通过这种开放的气动路径产生附加的NO。当已经生成足够的NO时，系统配置系统中的阀门以使进入的气体通过洗涤器和流量控制器之间的空间，如图35D中所示。这种进入的吹扫气体收集在洗涤器下游通过系统时冷凝的任何水。吹扫气体中的压力保持低，因为它不通过洗涤器限流装置。

图36描绘了包括NO输送套管的再循环回路。这种方法可以在吸入时将NO定位在更靠近患者的位置。如所呈现的，等离子体室600、洗涤器602和可选的流量控制器604处于低于大气压的压力下，这防止系统内的冷凝。随着产物气体中的压力增加，泵之后有发生冷凝的可能。因此，任何水分离器606，包括但不限于集水器、水分离器、湿度管理材料或本文所述的其它阶段，都可以定位成在套管之前管理水。在一些实施例中，可以运行泵以使空气循环通过外部回路。可选地，可以检测呼吸。NO由等离子体室生成，NO进入套管，被泵推拉。当NO到达连接处时，可以切换三通阀以从外部获取空气。等离子体可以在NO脉冲结束时关闭，泵可以在插管被吹扫之后关闭，并且三通阀可以切换回闭环设置。

图37描绘了NO生成系统，其中在进入再循环回路610、进入等离子体室612和/或被加压之前对进入的反应物执行湿度管理。这种方法将反应气体中的水去除到防止系统其它地方冷凝的水平。需要明确的是，除水量不需要是100％，只要足以防止系统内的冷凝即可。可以应用本文提出的任何除湿概念，包括但不限于：干燥剂材料、湿度交换管、集水器、水分离器等。

湿度补偿

反应气体内的含水量可以影响NO的产生和NO与NO₂的比率。在具有湿度控制的系统中，环境湿度或含水量的测量可能不足以作为NO生成控制器的输入。在一些实施例中，NO生成系统可以在除湿过程之后测量湿度，以准确测量进入等离子体室的反应气体中的含水量。在一些实施例中，传感器可以在高压侧。由于高压侧反应气体中的水蒸气冷凝倾向更大，因此将湿度传感器放置在高压气体路径中有助于更快地检测冷凝。但是，由于冷凝水导致传感器饱和的风险也会增加。在一些高压等离子体实施例中，传感器可以在低压侧，在流量控制器之后，但在等离子体室之前。通过测量预等离子体室的湿度，可以计算和补偿由于反应气体湿度引起的NO生成的改变。而且，用于在高腐蚀性NO气体通道中操作的特殊控制是不必要的。在一些实施例中，在等离子体室后测量湿度并用于计算等离子体室前的湿度。这将有助于传感器避免由于等离子体室的较高温度和由于高压侧的冷凝而导致的潜在饱和而造成的损坏。

存在许多类型的湿度传感器，包括电容式、电阻式和导热的。电容式传感器是最常见的湿度传感器类型。它们由两个电极组成，其电容取决于它们之间的水蒸气量(我们的集水器传感器以类似的方式工作)。它们之间的薄介电层吸收周围空气中的水蒸气。这改变介电常数，从而改变电容。空气中的相对湿度、介电材料中所含的水分的量以及传感器的电容之间存在直接关系。电容式湿度传感器随着时间的推移提供稳定的读数，并且能够检测较宽范围的相对湿度。它们还在湿度范围内提供接近线性的信号振幅。它们受到传感器和信令电路之间的距离的限制。

电阻式传感器也由两个电极组成。该设备由安装在基板上的聚合物湿度传感薄膜形式的吸湿导电层组成。导电膜包含梳状电极的集合，通常由贵金属(如金、银或铂)沉积而成，这些电极以叉指状图案布局，以增加电极和导电材料之间的接触面积。导电材料的电阻率将与吸收的水分量成反比。随着更多的水蒸气被吸收，非金属导电材料的电导率增加，因此电阻率降低。电阻式湿度传感器是低成本设备，占地面积小，并且易于互换。与电容式湿度传感器不同，电阻式湿度传感器可以在传感器元件和信号电路之间距离较大的远程监视应用中发挥作用。

热导传感器被用于测量绝对湿度(与相对湿度相反)。它们计算干燥空气与潮湿空气之间的热导率差异。

在一些实施例中，NO生成系统主动管理系统内一个或多个位置处的湿度水平。来自一个或多个温度、压力和湿度传感器的数据为气体湿度管理控制算法提供输入。NO生成系统可以通过在以下一个或多个位置使用一个或多个湿度传感器直接测量湿度：环境空气位置、反应气体位置、产物气体位置、洗涤器前位置、洗涤器后位置、预喷射器位置、再循环回路位置、预气体传感器位置。在一些实施例中，测量环境湿度，并且控制算法确定湿度去除部件的温度和流速以去除足够的水以防止系统内已知压力下的冷凝。在一些实施例中，反应气体的湿度在其进入NO产生系统时被测量。NO生成系统查找需要去除的水量，以确保电化学气体传感器不会暴露在过湿的气体中，并相应地调节反应气体干燥特性。在一些实施例中，测量NO生成系统内的加压气体的湿度。控制器调制反应气体中的水添加/去除，以便以闭环方式将加压气体的湿度保持在冷凝水平以下。例如，当加压气体的湿度超过80％RH时，激活反应气体除湿系统，以确保相对湿度不会达到100％。在一些实施例中，NO生成系统从外部设备或web接口接收湿度测量。

图38描绘了湿度补偿查找表的示例，其中占空比沿着X轴并且湿度沿着Y轴。较深的颜色阴影指示由于湿度升高导致的NO产生损失水平较高。取决于应用，查找表可以要求附加的维度，诸如系统内的一个或多个压力或温度。表中呈现的离散测量之间的条件可以由NO生成控制器插值。同样的信息也可以在数学方程中捕获，以确定在各种占空比下由于反应气体湿度而引起的NO产生损失。根据NO生成设备的控制方案，可以为其它生产控制参数制作类似的图表，诸如脉冲能量、脉冲频率等。NO生成设备内的控制器可以通过更改等离子体室内的特性来弥补由于湿度造成的NO产生损失。这些特性包括但不限于反应气体流速、等离子体放电能量、等离子体放电占空比、反应气体压力和等离子体放电频率。

空气的水饱和容量取决于压力和温度。通过使用传感器测量气体的压力、温度和相对湿度，可以使用标准湿度查找表计算气体的含水量。在一些实施例中，NO生成系统测量环境气压、温度和相对湿度并计算反应气体的含水量。然后确定气体在系统内压缩后是否存在冷凝风险。如果存在冷凝风险，那么激活湿度管理系统，否则不激活湿度管理系统。在一些实施例中，湿度管理系统在所有操作期间都是有效的，从而消除了对NO生成控制器主动控制湿度管理方法的需要。湿度管理系统的调制也是可能的，以便最小化能量消耗并且不会过度干燥气体。在一些实施例中，湿度管理系统以脉宽调制方法进行调制。在一些实施例中，湿度管理系统以模拟方式变化。

湿度补偿可以依赖于观察到的生产率和空气的绝对含水量(g/m³)之间的紧密相关性，如图39中所示。可以表征湿度敏感性，并且可以将多个等离子体占空比的补偿曲线拟合到指数曲线a*exp(-b*x)+c*x+d，其中x是反应气体的含水量，以g/m³为单位。图39图示了8.4％占空比的曲线620、11.2％占空比的曲线622、14.8％占空比的曲线624、19.8％占空比的曲线626、26.3％占空比的曲线628，35％占空比的曲线630，46.6％占空比的曲线632，以及62％占空比的曲线634。在一些实施例中，这种补偿可以在洗涤器前执行；在其它情况下，它可以在洗涤器后执行。

在一些实施例中，当系统被校准时，标准校准曲线(生产对负荷和流量)可以被归一化为标准湿度和温度(例如，30％RH和20摄氏度)，或者，校准可以在受控环境中执行。在操作期间，系统确定正确的湿度补偿占空比，以实现其目标生产率，如下所示：

1.确定期望的生产率

2.确定反应气体的含水量

3.使用湿度补偿曲线确定每个占空比的归一化的生产率

4.将校准表中的未加工生产率值(生产对负荷、流量)乘以归一化的生产率，以产生湿度补偿的校准表

5.湿度补偿的校准表被用于确定哪个占空比将产生期望的生产率。

由于等离子体能量和持续时间的限制，低NO生成常常带来挑战。向反应气体中增加湿度(或不去除太多)可以具有抑制NO产生的效果。只要NO系统内的冷凝仍能被阻止，这种方法就可以有用。

其它实施例也可以实现相同的效果(例如，使用回归函数或3维表来直接计算作为占空比、流量、湿度的函数的生产率)。但是，上述方法可以不太存储器密集，易于添加到算法中，并且无需在环境室中校准每个系统即可工作。

图40描绘了具有再循环体系架构的NO生成系统的实施例。如图40中所示，NO生成系统中有多个位置可以用于与湿度相关的测量。在每个位置，都可以测量湿度、温度和压力中的一个或多个。在一些情况下，如果下游流量限制得到充分理解，那么流量测量可以作为压力测量的代理。位置A测量环境空气条件。位置B测量入口和再循环回路之间的气体特性。位置C在进入空气和再循环气体混合后测量再循环回路内的气体特性。这个位置处的测量受益于能够感测归因于环境空气和再循环空气的可变混合的气体湿度变化。它还可以解释当气体循环通过回路时洗涤器吸收/添加的可变水量。位置D测量等离子室后的气体特性。位置E测量泵和洗涤器之间的气体特性。这个位置往往是最高压力，最有可能发生水冷凝。位置F测量洗涤器下游、流量控制器之前的气体特性。这个位置高于大气压，并且可以因洗涤器释放的水而导致湿度升高。位置G测量气体传感器附近的气体特性，以帮助维持与气体传感器要求相称的湿度水平。气体传感器通常测量NO和/或NO₂。位置H测量再循环气体返回循环起点时的湿度。传感器位置I在离开系统之前测量气体的湿度。这些位置中的每一个都可以被用于推断系统内其它位置的湿度水平。由控制器部署的湿度水平控制算法可以使用这些位置处的一个或多个气体特性测量作为输入来控制子系统，该子系统执行以下一项或多项操作：向气体中添加水、从气体中去除水或调整气体温度和压力特性以防止冷凝。

本文提及的所有出版物、专利申请和专利在此通过引用整体并入，就好像每个单独的出版物或专利被具体地和单独地指示通过引用并入一样。参考2018年2月27日提交的美国申请No.15/907,241、2019年4月18日提交的美国申请No.16/388,464、2019年11月27日提交的美国申请No.16/697,498、2018年2月27日提交的美国申请No.15/907,258、2019年3月25日提交的美国申请No.16/363,505和2019年12月21日提交的美国申请No.16/724,233，其全部内容通过引用并入本文。

将认识到的是，以上公开的及其它特征和功能中的一些或者其替代可以期望地组合到许多其它不同的系统或应用中。本领域技术人员随后可以在其中做出各种替代、修改、变化或改进。

Claims (21)

1.一种用于生成一氧化氮的系统，包括：

至少一对电极，被配置为从反应气体生成含有一氧化氮的产物气体；

洗涤器，被配置为从产物气体中去除二氧化氮(NO₂)；以及

湿度控制设备，被配置为更改反应气体和产物气体中的至少一个的含水量以控制系统内的湿度。

2.如权利要求1所述的系统，还包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置为使用一个或多个参数作为控制器的输入来调节由所述至少一对电极生成的产物气体中一氧化氮的量，所述一个或多个参数与反应气体、产物气体和产物气体的至少一部分流入其中的吸气气体中的至少一个相关。

3.如权利要求2所述的系统，其中湿度控制设备被配置为与控制器通信，使得湿度信息是控制器的参数。

4.如权利要求2所述的系统，还包括一个或多个湿度传感器，所述一个或多个湿度传感器被配置为与控制器和湿度控制设备中的至少一个通信。

5.如权利要求1所述的系统，还包括一个或多个湿度传感器，所述一个或多个湿度传感器被配置为与湿度控制设备通信以调整系统中的湿度。

6.如权利要求1所述的系统，其中湿度控制设备是集水器的形式。

7.如权利要求1所述的系统，其中湿度控制设备是湿度交换材料的形式。

8.如权利要求1所述的系统，其中湿度控制设备是湿度管理材料的形式。

9.如权利要求8所述的系统，其中湿度管理材料是干燥剂。

10.如权利要求1所述的系统，其中湿度控制设备是分子筛的形式。

11.如权利要求1所述的系统，其中湿度控制设备被配置为滴定潮湿和干燥的气体以达到目标气体湿度水平。

12.如权利要求1所述的系统，其中湿度控制设备是主动加热器和被动加热器中的至少一个的形式。

13.如权利要求1所述的系统，其中湿度控制设备被配置为防止洗涤器变干。

14.如权利要求1所述的系统，还包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置为感测与反应气体、产物气体和吸气气体中的至少一个相关的信息，以用作控制器的参数，并且其中湿度控制设备被配置为防止所述一个或多个传感器变干。

15.一种用于生成一氧化氮的系统，包括：

至少一对电极，被配置为从反应气体生成含有一氧化氮的产物气体；

至少一个控制器，被配置为使用一个或多个参数作为控制器的输入来调节由所述至少一对电极生成的产物气体中一氧化氮的量，所述一个或多个参数与反应气体、产物气体和产物气体的至少一部分流入其中的吸气气体中的至少一个相关；以及

其中反应气体和产物气体中的至少一个的温度和压力中的至少一个被配置为被更改以调整系统内的湿度。

16.如权利要求15所述的系统，其中系统根据需要利用对更改湿度的能力的反馈。

17.如权利要求15所述的系统，还包括洗涤器，所述洗涤器被配置为从产物气体中去除二氧化氮(NO₂)，并且其中湿度控制设备被配置为防止洗涤器变干。

18.如权利要求15所述的系统，还包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置为感测将用作控制器的参数的与反应气体、产物气体和吸气气体中的至少一个相关的信息，并且其中湿度控制设备被配置为防止所述一个或多个传感器变干。

19.如权利要求15所述的系统，其中湿度控制设备被配置为与控制器通信，使得湿度信息是控制器的参数。

20.一种用于生成一氧化氮的系统，包括：

至少一对电极，被配置为从反应气体生成含有一氧化氮的产物气体；以及

至少一个控制器，被配置为使用一个或多个参数作为控制器的输入来调节由所述至少一对电极生成的产物气体中一氧化氮的量，所述一个或多个参数与反应气体、产物气体和产物气体的至少一部分流入其中的吸气气体中的至少一个相关；

其中所述至少一个参数是反应气体和产物气体中的至少一个的湿度信息，以达到目标一氧化碳产生水平。

21.如权利要求20所述的系统，其中一个或多个参数包括地理位置、海拔和大气压力信息中的至少一个以控制一氧化碳产生。

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