CN1958087B - 用于呼吸回路的室温热交换器 - Google Patents

Abstract

一种用于需进行呼吸换气的病人的呼吸回路(14)，其包括从呼吸气体中除去水气以防止水气在呼吸回路中冷凝的热交换器(48)。该热交换器设置在CO₂吸收器(42)的下游，并位于将呼吸气体输送给到病人回路的吸气支路(22)之前，以便接收来自CO₂吸收器的呼吸气体。该热交换器包括多根流入管(88)和流出管(102)，每根管朝向可拆卸地装接在热交换器上的水槽(112)是畅通的。该水槽收集从热交换器中的呼吸气体冷凝出的水分。

Description

用于呼吸回路的室温热交换器

技术领域

本发明总体上涉及一种呼吸回路，其具有用于从呼吸回路的呼吸气体中去除夹带的水蒸气的装置。更明确地说，本发明涉及一种设置在呼吸回路中的热交换器，以减少在呼吸回路中其它区域中出现冷凝。

背景技术

机械呼吸机经常用于供应或排出来自病人的呼吸气体。呼吸机的运行可帮助和/或替代病人的自然呼吸活动，或者单独的或者伴随有给病人提供麻醉药剂。典型的机械呼吸机具有用来为病人提供呼吸气体的吸气支路，和接收病人呼吸气体的呼气支路。吸气支路和呼气支路与Y形连接器的臂相连接。病人支路从Y形连接器的第三支管延伸到受治疗者的插管或面罩。

通常类型的机械呼吸机使得病人呼出的呼吸气体经CO₂吸收器回到吸气支路而重复循环，以便让受治疗者再呼吸。封闭的呼吸回路防止麻醉药剂泄漏到周围空气中。然而，CO₂吸收器在这样的循环中引起放热反应，其加热呼吸气体并且夹带附加的水蒸气进入呼吸气体。例如，在封闭的呼吸回路中每一次呼吸附加的15mg水夹带在循环流经CO₂吸收器的呼吸气体中。

尽管优选的是病人呼吸的呼吸气体是带有水分且较暖的(即湿热的)，但是呼吸回路中存在的蒸汽仍会带来一些不利。特别地，当被病人呼出的处于体温的湿热的呼吸气体流经室温下的呼吸回路时，呼吸气体中的水蒸气在呼吸回路的部件上冷凝。由于病人持续的呼吸，因此冷凝水聚集，这可能干扰阀门、传感器或呼吸回路中的其它部件的运行。另外，离开CO₂吸收器的呼吸气体处于相对于室温而言的高温下。由于呼吸气体在呼吸回路中进一步移动，因此呼吸气体被冷却并且呼吸气体中夹带的水蒸气冷凝并在呼吸回路中聚集。

已经提出各种解决方案来解决这个问题。集水器可以插入在呼吸回路的问题区域附近，以有效地聚集水并阻止水到达关键部件。这种集水器仅仅对上述问题做出反应，而且必须经常检查并当集水器变满时排空。

另一种解决方案是加热呼吸回路以阻止水蒸气冷凝。对呼吸回路的加热可以通过电阻加热器进行，例如缠绕着支管和缠绕着传感器和阀的电导线。加热装置增加了呼吸回路的复杂性，并且经常不是所希望的。

美国专利No.6,619.289揭示和描述了一种设计成用于从呼吸回路的呼吸气体中除去水蒸气的特定示例，其公开内容在此引入以作参考。在上述’289号专利中，二氧化碳吸收器罐包括整体水槽，所述水槽从呼吸回路中排水困难的区域收集冷凝水，例如二氧化碳吸收器罐本身。

尽管二氧化碳吸收器罐中的整体水槽是除去一些水蒸气的有效方法，但仍然非常期望提供一种从呼吸气体中除去额外的水蒸气量的方法。特别地，尤其期望提供一种不利用任何额外的运行部件而降低CO₂吸收器之后的呼吸气体温度的方法。

发明内容

本发明涉及一种用于病人的呼吸回路，其包括用于除去呼吸回路中的水蒸气和热量的热交换器。

该呼吸回路包括为病人提供呼吸气体的吸气支路。来自病人的呼吸气体由呼气支路接收，其将来自病人的呼吸气体引导到CO₂吸收器中。CO₂吸收器设置在呼吸回路中，以接收来自呼气支路的呼吸气体，并且在病人再呼吸之前从呼吸气体中除去CO₂。CO₂吸收器借助放热反应除去CO₂，所述放热反应向呼吸回路中的呼吸气体提供热量和水蒸气。

该呼吸回路包括设置在CO₂吸收器下游的热交换器，以接收来自CO₂吸收器的呼吸气体。热交换器可用于在呼吸气体输送到吸气支路之前降低呼吸气体的温度，并且从呼吸气体中除去水分。热交换器包括多根流入管，每根流入管接收来自CO₂吸收器的呼吸气体。流入管将呼吸气体引导到流出管中，所述流出管将呼吸气体输送给吸气支路。当呼吸气体流过流入管和流出管时，管与周围环境温度的空气接触，室温空气的温度低于呼吸空气温度。热交换器管允许热量从呼吸气体传递至周围空气，从而降低了呼吸气体的温度，并且导致水蒸气沿着流入管和流出管的内表面冷凝。

每根流入管和流出管与位于热交换器底端的水槽相通。当呼吸气体流过热交换器时，水槽布置成用来收集由呼吸气体冷凝出来的水。水槽可拆卸地与热交换器连接，并且包括允许收集的水从水槽中排放的排水装置。

在呼吸气体接触呼吸回路中位于热交换器下游的各种传感器和部件之前，设置在呼吸回路中的热交换器除去水蒸气，并降低呼吸气体的温度。这样，热交换器避免了在呼吸回路不同区域出现不希望的凝结。

附图说明

附图说明了目前设想的执行本发明的最佳模式。其中：

图1是示出了热交换器优选布置的呼吸机呼吸回路的总体图；

图2是包括热交换器的呼吸机的局部侧视图；

图3是图2描绘的热交换器的局部分解剖视图；

图4是沿图2的4-4线的剖视图。

具体实施方式

图1描述了为病人12机械换气的呼吸换气系统10。呼吸换气系统10包括封闭的呼吸回路14。封闭的呼吸回路14包括病人支路16，其从Y形连接器20的第一支腿18向病人12输送呼吸气体。

呼吸回路14包括与Y形连接器20的入口支管24连接的吸气支路22。吸气支路22接收经过止回阀26提供给病人12的呼吸气体流。在本发明描述的实施例中，氧气传感器28和流量传感器30设置在吸气支路22和止回阀26之间。

封闭的呼吸回路14包括与Y形连接器20的出口支管34连接的呼气支路32，其用以接收病人呼出的呼吸气体。呼出的呼吸气体经过流量传感器36和止回阀38。呼气支路32与二氧化碳(CO₂)吸收器42的入口40连接。在传统的封闭呼吸回路中，CO₂吸收器42的出口44连接到吸气支路22，以完成封闭的呼吸回路。在图1描述的本发明的实施例中，CO₂吸收器42的出口44连接到热交换器48的入口46，其细节将在下面进行详细的描述。

CO₂吸收器42是可以容纳碱石灰或其它合适的CO₂吸收剂的常规部件。当病人呼出的呼吸气体经过CO₂吸收器42时，放热反应发生，这既加热了呼吸气体，又带走呼吸气体中额外的水分。

如图1所示，来自热交换器48出口50的呼吸气体流过止回阀26，并且最终进入吸气支路22。麻醉机52可以通过导管54与吸气支路22连接，以提供并保持麻醉药剂进入该回路14中的呼吸气体。

图1所示的呼吸回路14包括用于在整个系统中使得呼吸气体进行循环的装置56。本发明描述的实施例中，该装置56是包括波纹管组件58的呼吸换气机。波纹管组件58包括通过导管62连接到呼气支路32上的可伸展且折叠的波纹管60。导管62包括切换阀64，其允许在波纹管60和手动包66之间选择对于呼吸气体的驱动力。

在病人呼气期间，波纹管组件58的壳体68中的驱动气体被允许排出，当病人12呼出时，能使波纹管60向上伸展并且接收呼出的气体。呼出气体经过呼气支路32和切换阀64供应给波纹管60。

在病人12下一次呼吸时，波纹管60被壳体68中的驱动气体压缩，以便经过过CO₂吸收器42、热交换器48和吸气支路22向病人提供呼吸气体。患者先前呼出的呼吸气体中的的CO₂被CO₂吸收器42除去。

呼吸回路可以包括各种传感器，例如流量传感器30、36，诸如氧气传感器28的定性气体传感器，以及监测呼吸回路14运行的各种压力传感器。病人支路16通常包括用于传感器的呼吸气体采样管、细菌过滤器和其它元件，由附图标记70总体表示。

如图1所示，呼吸回路14包括设置在呼吸回路14中的热交换器48，其位于CO₂吸收器42的下游和吸气支路22的上游。如在先描述的那样，热交换器48包括接收湿热的呼出气体的入口46，所述呼出气体已被CO₂吸收器42洗涤清除过CO₂。在代表性的实施例中，离开CO₂吸收器出口44的呼吸气体在37℃的温度范围内。由于通常的室温大约是21℃，因此当在CO₂吸收器的出口44测量时，呼吸回路14中的呼吸气体和房间的温差大约是16℃。

在不包括热交换器48的封闭呼吸回路中，来自CO₂吸收器42的湿热的呼吸气体经过各种传感器和包括在吸气支路22和病人支路16中的管子的相对较冷的室温表面，所述室温表面使得呼吸气体被冷却，并导致呼吸气体中的水分冷凝并聚集在传感设备上。热交换器48设置在CO₂吸收器42和吸气支路22之间，以降低呼吸气体的温度和从水蒸气中除去水分。

图2示出了一种集成的呼吸换气和麻醉机72。该麻醉机72包括多个能使麻醉机72易于搬运的轮76的底座74。麻醉机72包括如上所述的用于从呼吸气体中除去CO₂的CO₂罐78。如图所示，麻醉机包括设置于CO₂吸收器42下游的热交换器48，用以从呼吸气体中除去水分，并在将呼吸气体供给到吸气支路之前降低该呼吸气体的温度。

现在参见图3，其显示了热交换器48的细节。热交换器48包括带有柔性密封的接口法兰80，以形成与CO₂吸收器出口和呼吸回路的吸气支路二者的气密密封。接口法兰80形成为顶盖84的一部分，其包括与热交换器的入口46流体相通的内部通道。顶盖84接纳多根流入管88的位于上部的第一端部86。每根流入管88从第一端部86延伸到第二端部90。尽管不同数目的流入管88被认为是在本发明描述的实施例范围内，但是在本发明描述的实施例中，热交换器48包括六根流入管。

每根流入管88的第二端部90被接纳在热交换器的下部底座92中。下部底座92包括环绕下部壁96的柔性密封环94，下部壁96带有与一系列流入管88尺寸一致的开口98。

热交换器48的顶盖84还包括热交换出口50，以使流体与多根流出管102中每根的第二端部100相连。在本发明图3描述的实施例中，热交换器48包括设置有与六根流入管88直接相邻的六根流出管102。流入管与流出管88、102的定位和数目可以根据热交换器48的具体需要而变化。

每根流出管102的第一端部104被接纳在下部底座92中，并且与包括在下部壁96中的其中一个开口98对准。如图3清楚地所示，密封环94完全包围形成在下部壁96中的每个开口98。

在如图3和图4所描述的本发明实施例中，每根流入管88和流出管102由外壁106形成，所述外壁限定出畅通的内部108。在本发明描述的实施例中，六根管88、102截面流通面积的总和是471mm²。所述截面面积使表面积最大化，并使穿过每根管88、102的呼吸气体的流动阻力最小化。

稳定状态的热流动通过傅立叶方程表示：

$Q=\mathrm{kA}\frac{\mathrm{\ΔT}}{d}$

Q＝热流率

k＝导热率

A＝接触面积

ΔT＝温差

d＝热流路程

如上述公式指出的，热流率Q由接触面积A和热流路程d决定。因而，长度、管的数量和每根管的尺寸影响热交换器48中的热流率。在本发明描述的实施例中，每根管88、102具有大约270mm的长度和78.5mm²的横截面积。

在如图3和图4描述的本发明实施例中，每根管88、102由聚酯材料形成，例如从Smooth-Bor可获得的hytrel。用于形成每根热交换器管88、102的聚酯材料提供了管内包含的呼吸气体和周围空气之间的高效热传递。尽管聚酯被描述为优选的实施例，但是根据本发明也可以使用其它材料。此外，尽管每根流入管88和流出管102示为具有光滑的外壁，但是也可以构想到每根管可以包括褶皱部分以增加管的表面积，从而提高从呼吸气体到大气的热流率。

退回到参考图3，热交换器48包括在顶盖84和下部底座92之间延伸的外壳110，以便为热交换器48提供视觉上吸引人的外观。

如图3所示，热交换器48设置有水槽112，其被设置成用以收集和保存当呼吸气体流过流入管88和流出管102时从呼吸气体中冷凝出的水分。水槽112包括在顶部法兰116下面延伸的下部容器114。顶部法兰116收纳于形成在下部底座92中的外边缘118中。形成为形成密封环94一部分的密封使得开口与下部容器114接合，以提供水槽112和热交换器48之间的流体密封和气体密封。水槽112包括能与软管或盘连接的排水口120，以便用于排空容器114。排水口按钮122属于容器114的一部分，并且能被按压，以允许水通过排水口120流出。优选的是，形成容器114的外壁由透明的塑料材料形成，以使操作人员能确定何时水已经充满容器114。

在热交换器48的工作过程中，来自CO₂吸收器42的呼吸气体经过入口46流入热交换器。呼吸气体流过顶盖84并进入多根流入管88的每个流入管的第一端部86。当呼吸气体向下流过流入管88时，每根流入管88的外表面与周围的室温空气接触。由于离开CO₂吸收器的呼吸气体在36℃-38℃的温度范围内，并且室温通常是21℃，那么可以从流入管88中的呼吸气体流动中除去热量。如图4所示，由于呼吸气体的温度降低，那么呼吸气体中的水蒸气从呼吸气体中冷凝出来，并且沿着流入管88的内表面124聚集。

如图3所示，由于每根流入管88在垂直方向延伸，容纳在每根流入管88内表面上的冷凝水向下流向第二端部90，并且最终收集在水槽112的容器114中。

在呼吸气体离开流入管88之后，呼吸气体进入水槽112，并流进多根流出管102中的每个流出管的第一端部104。然后，呼吸气体朝着每根流出管102的第二端部100沿向上方向运动。当呼吸气体在该向上方向流动时，从呼吸气体中进一步除去热量，额外的水蒸气沿着每根流出管102的内表面124冷凝。同样，流出管102的垂直定位导致水气向下流动，并聚集到水槽112中。

现在参见图4，外壳110限定了畅通的内部126，其包围每根流入管88和流出管102。在本发明描述的实施例中，畅通的内部126接纳周围室温空气流动，以帮助从呼吸气体中除去热量。作为替换的是，畅通的内部126能接纳低于室温的空气的流动，以便进一步帮助从呼吸气体中除去热量和水分。

除了降低呼吸气体的温度并从呼吸气体中除去水分，热交换器48也充当在呼吸回路呼出过程中来自麻醉机52的新鲜空气的保存区。特别地，在呼出过程中，来自麻醉机52的新鲜空气沿着最小阻力路径导出，并向着波纹管组件58流动。在不包括热交换器48的封闭呼吸回路中，来自麻醉机的新鲜空气回流到CO₂吸收器42中。由于麻醉机52的输出气体通常非常干燥，并且可能包括麻醉药剂，因此进入CO₂吸收器42的这些气体的回流会造成不希望有的问题。

当热交换器42设置在封闭的呼吸回路14中，在病人呼气时，来自麻醉机52的输出气体首先被导入热交换器48的流出管和流入管88。热交换器48中的流入管和流出管的组合容积足够接收和储存在呼吸回路呼出过程中来自麻醉机52的气体量。该热交换器避免了来自麻醉机52的气体进入CO₂吸收器42。因此，在呼吸回路的呼出过程中，热交换器48作为麻醉机52和CO₂吸收器42之间的缓冲器。

如图3所知，可选择地，水槽112能够从热交换器48的其余部分中取出，以用于清理或其它目的。另外，具有更大容器114的水槽112可用来收集来自热交换器48的更多水量，这将使得可以更低频率地倒空水槽112。

不同的替代方案和实施例被认为是在下面的权利要求的保护范围之内，所述权利要求特别地指出了本发明的主题并且清楚地要求保护本发明的主题。

部件表

部件号	部件名称		部件号	部件名称
					10	换气系统		46	入口
12	病人		48	热交换器
					14	封闭的呼吸回路		50	出口
16	病人支路		52	麻醉机
					18	第一支管		54	导管
20	Y形连接器		56	用于循环的装置
					22	吸气支路		58	波纹管组件
24	入口支管		60	波纹管
					26	止回阀		62	导管
28	氧气传感器		64	切换阀
					30	流量传感器		66	手包
32	呼气支路		68	壳体
					34	出口支管		70	采样管
36	流量传感器		72	麻醉机
					38	止回阀		74	底座
40	入口		76	轮
					42	CO2吸收器		78	CO2罐
44	出口		80	接口法兰

Claims (7)

1.一种用于病人的呼吸回路(14)，该呼吸回路包括：

提供供应给病人的呼吸气体的吸气支路(22)；

接收来自病人的呼吸气体的呼气支路(32)；

用于使得呼吸气体在呼吸回路中循环以便向病人提供呼吸气体并且接收来自病人的呼吸气体的装置(56)；

设置在呼吸回路的吸气支路和呼气支路之间的CO₂吸收器(42)，其用以从病人呼出的呼吸气体中除去CO₂；

设置在CO₂吸收器(42)下游的热交换器(48)，该热交换器用以降低呼吸气体的温度，并在该呼吸气体经过CO₂吸收器后且在将该呼吸气体输送给该吸气支路之前除去该呼吸气体中的水分；

其中，该热交换器包括多根管(88、102)，以便接收来自CO₂吸收器的呼吸气体，并将呼吸气体引导至吸气支路，夹带在该呼吸气体中的水蒸气在该热交换器的所述多根管中冷凝；

与该热交换器整体地形成和与该热交换器可拆卸地连接的水槽，所述水槽定位成用来收集当呼吸气体流过热交换器时从呼吸气体中冷凝出的水分，该水槽包括排水阀，使收集的水分排出水槽。

2.如权利要求1的呼吸回路，其特征在于，多根管(88、102)均是由聚酯形成的。

3.如权利要求1的呼吸回路，其特征在于，该热交换器中的多根管包括：

多根流入管(88)，每根流入管均具有与CO₂吸收器流体相通的第一端部(86)和与水槽流体相通的第二端部(90)；以及多根流出管(102)，每根流出管均具有与水槽流体相通的第一端部(104)和与吸气支路流体相通的第二端部(100)。

4.如权利要求3的呼吸回路，其特征在于，呼吸气体从该流入管的第二端部流入水槽，并从该水槽流入该流出管的第一端部。

5.如权利要求3的呼吸回路，其特征在于，该流入管和该流出管沿相反的方向延伸。

6.如权利要求3的呼吸回路，其特征在于，还包括：

定位成与呼吸回路的吸气支路相通的麻醉机(72)，其中每根流出管的第二端部与麻醉机流体相通。

7.如权利要求6的呼吸回路，其特征在于，在患者呼吸时，来自麻醉机(72)的气体被热交换器的流出管和流入管接收。

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