CN210861528U - 低流量氧气治疗加湿器 - Google Patents

Abstract

一种低流量氧气治疗加湿器，包括具有可变液体容积的储存器，使得所述储存器的即时液体容积基本上等于所述储存器中的液态水的即时容量，所述加湿器进一步包括管，所述管包括水蒸气可渗透膜，其中所述管的大部分包含在所述储存器中。

Description

低流量氧气治疗加湿器

技术领域

本实用新型涉及用于低流量氧气治疗的加湿器。

背景技术

对于患有呼吸疾病的患者，施用氧气以增加动脉氧合作用是常见的临床干预。补充氧气由氧气输送系统提供，该氧气输送系统在空气中夹带氧气。这些系统通常被分类为“低流量”或“高流量”。前一种类型的系统以低于患者吸气需求的速率提供氧气，而后者以更高的速率提供氧气。

在低流量治疗期间，成年患者每分钟接受约1-6升的氧气。未经处理的氧气是冷且干燥的，这将致使患者的气道失去水分，从而导致鼻子、喉咙、嘴唇和肺部的干燥。除了作为不适源之外，这种干燥还可能导致鼻组织创伤和感染。出于这些原因，通常通过被称为“起泡器”的装置将水蒸气添加到供应的氧气中以使其加湿。在标准的低流量氧气治疗中，加湿的空气不会被加热。

在受到启发之前，加湿氧气行进通过两个导管：鼻插管和向其输送氧气的导管。当它穿过这些管道时，加湿氧气会损失热量，从而导致所增加的水分中的一些的冷凝—也就是所谓的“滴水”。积聚在导管和插管中的液态水为细菌生长提供了介质。并且水中的细菌可以转移到氧气中并然后转移到患者身上。另外，流动的氧气可以将水滴直接带入患者的鼻子中。此外，由于水滴散落和未加热的起泡器，加湿水平低于使许多患者舒适所需的水平。为此，通常将加热元件合并在将氧气输送到鼻插管的导管中。

现有技术有很多用于氧气治疗的加湿系统。大多数需要氧气治疗的患者是相对不动的。因此，大多数用于氧气治疗的加湿系统不是便携式的。然而，有一些健康状况需要低流量的氧气治疗，治疗中患者在某种程度上是移动的，至少是短暂(即，几小时)移动的。在任何便携式现有技术的加湿系统存在的情况下，它们的商业接受度有限。这是由于各种技术和人体工程学问题。因此，仍然需要改进用于低流量氧气治疗系统的加湿解决办法。

实用新型内容

本实用新型提供了一种用于对氧气加湿以进行低流量氧气治疗并同时避免现有技术的缺点的系统和方法。本实用新型的一些实施方案能够以约0.5至约6升/分钟的流速提供加湿氧气，而不会在向患者输送加湿氧气的管线中滴水。系统具有小型便携的形状因素，该形状因素使得患者能够舒适地佩戴该系统。在一些实施例中，加湿系统足够自给自足以便携带。

根据本教导的加湿系统的一些实施例包括：(1)储存器，所述储存器包含(至少在系统的操作期间)水，以及此外(2)水蒸气可渗透(WVP)膜。在说明性实施例中以管路形式的WVP膜设置在储存器内。在操作期间，WVP膜流体联接到氧气源。WVP膜允许水蒸气而不是液态水从储存器进入WVP膜，由此对其中流动的氧气进行加湿。在说明性实施方案中，WVP膜包含Nafion^TM管线。

在一些实施例中，加湿系统被构造成使得WVP膜保持与液态水接触，只要在储存器中存在某个最小量的水即可。液态水与WVP膜的接触(与水蒸气相反)导致最佳加湿性能。为了实现这一点，储存器能够改变其容量/体积以基本上匹配储存器中存在的水的体积(加上储存器内的WVP膜的体积)。将在本说明书的后面描述促进这种能力的结构适配。在一些此类实施方案中，无论储存器的空间定向(例如，垂直相对水平等)如何，都保持WVP膜与水之间的接触。除了使得储存器能够改变其体积的结构适配之外，通过将WVP膜保持在储存器中的固定位置的限制来促进这一点。

在一些实施例中，储水器是可再填充的。在一些实施例中，系统包括加热元件，其用于加热储存器中的水，由此控制氧气被加湿的量。在一些实施例中，承载由系统加湿的氧气的出口导管包括用于加热加湿氧气的加热元件。在一些实施例中，提供给水储存器和出口导管的加热水平可以由用户改变。

加湿系统可能以各种形状因素实施。例如，在一些实施例中，加湿系统包括在外管内的管状WVP膜，外管用作储存器。

在一些其他实施例中，加湿系统包括具有薄的扁平轮廓的壳体，其中壳体至少包含储存器和WVP管状膜。当如此实施时，加湿系统被表征为“盒”。在盒内，储存器以多种不同形式中的任何一种实施，其中一些形式在本文中公开。在储存器被加热的一些实施例中，加热元件不包含在盒内。在一些此类实施例中，加热元件被包含在称为“接收器”的单独结构中，该单独结构在结构上被布置成物理地联接到盒。当这样联接时，接收器中的加热元件和盒中的储存器被定位以促进从加热元件到储存器的热传递。

总之，如所描绘和描述的，加湿系统包括：(i)储存器，和(ii)WVP膜，其中后者至少部分地设置在前者中。加湿系统的实施例还可以包括以下特征中的至少一个，以任何(非冲突的)组合，以及本文公开的其他特征：

·加湿系统在结构上被配置成确保储存器内的WVP膜保持与液态水接触。

·加湿系统在结构上被配置成确保储存器内的WVP膜保持与液态水接触，而不管储存器的空间定向如何。

·储存器在结构上被配置成其体积与其中包含的液态水的量相适配，其中所适配的储存器体积基本上等于储存器中的WVP膜的体积和储存器中剩余的液态水的体积。

·储存器包括两个间隔开的液态水不可渗透膜，其中两个膜中的第一膜包括比这两个膜中的第二膜更大的表面区域。

·储存器包括袋。

·储存器包括管，该管包括柔软、柔韧的材料。

·储存器被加热。

·用户可以控制施加到储存器的加热量。

·系统包括用户界面，用户通过该用户界面来调整储存器的温度。

·储存器是排气的。

·储存器是可再填充的。

·系统包括用于向储存器施加正压力的装置。

·WVP膜包含全氟磺酸聚合物。

·加湿系统包括氧气出口管线。

·氧气出口管线被加热。

·用户可以控制施加到氧气出口管线的加热量。

·加湿系统包括电源。

·储存器和管包含在壳体中，其中壳体、储存器和管共同限定出盒。

·盒包括电子读取的标识符。

·壳体包括可拆卸地联接到壳体的盖。

·系统包括接收器，其中接收器包括加热器，并且其中接收器和盒(如以上限定的)在物理上适配成彼此联接，并且在联接时，加热器与储存器对准并且充分靠近储存器以加热其中的水。

·加湿系统的一部分是一次性的/可更换的。

附图说明

图1描绘了示出根据本教导的与低流量氧气治疗系统结合使用的加湿系统100的框图。

图2描绘了根据本教导的加湿系统100。

图3A和图3B描绘了加湿系统300，其是图2的加湿系统100的实施例。

图3C描绘了加湿系统300’，其是图2的加湿系统100的实施例。

图3D描绘了加湿系统300”，其是图2的加湿系统100的实施例。

图4A和图4B描绘了加湿系统400的相应顶视图和侧视图，该加湿系统是图2的加湿100的实施例。

图5A和图5B描绘了加湿系统500的相应顶视图和侧视图，该加湿系统是图2的加湿100的实施例。

图5C和图5D描绘了加湿系统500的接收器530的相应顶视图和侧视图。

图5E和图5F描绘了用于覆盖加湿系统500的部分的相应壳体420’和420”的透视图。

图6A描绘了盒400(加湿系统400)和盒400’(加湿系统500)的内部元件的实施例在无壳体下的顶视图。

图6B描绘了图6A的顶视图，其整体示出了储存器的上膜650。

图6C描绘了图6A所描绘的实施例的在线A-A处的截面图，示出储存器202的实施例，其中储存器处于第一状态。

图6D描绘了处于第二状态的图6D的储存器。

图6E描绘了处于第三状态的图6C的储水器。

图6F描绘处于第三状态的如图6E所示的储水器，其中储水器垂直定向。

图7A和图7B描绘了储存器的另一实施例的相应顶视图和截面视图。

图8描绘了加湿系统800的侧视图，其是图2的加湿系统100的实施例。

图9A描绘了储存器902的侧视图，该储存器是储存器202的实施例。

图9B描绘了储存器902’的侧视图，该储存器是储存器202的另一个实施例。

图9C描绘了与储存器902和902’一起使用的壳体920的透视图。

图10A描绘了接收器1030的透视图，该接收器是加湿系统500的接收器530的实施例。

图10B描绘了接收器1030的局部透视图。

图11A描绘了加湿系统1100的实施例的顶部透视图，该加湿系统是加湿系统500的实施例，该视图示出了加湿系统的第一端和第一侧。

图11B描绘了加湿系统1100的顶部透视图，该视图示出了系统的第二端和第二侧。

图11C描绘了加湿系统1100的底视图。

具体实施方式

图1描绘了根据本教导的加湿系统100，在使用中，其从氧气源90接收凉的干燥氧气92，并将加湿氧气94或加热的加湿氧气96输送到鼻导管98。在说明性实施例中，加湿系统100为在约0.5至约6.0升/分钟(lpm)的范围内的氧气流速提供足够的加湿(如下所述)。氧气源90可以是氧气罐或氧气浓缩器。氧气源90或鼻插管98都不是本实用新型的一部分。

在一些实施例中，基于加湿系统100操作的方式，加湿氧气的露点是用于加湿的水的温度。在加湿系统100的一些实施例中，用于加湿氧气的水被加热，通常被加热到约28至约37℃范围内的温度。因此，在此类实施例中，加湿系统100提供露点在约28至约37℃范围内的加湿氧气94。在一些其他实施方案中，用于加湿氧气的水不被加热。由于液体(在这种情况下，水)的蒸发释放热量(即，潜能)，因此这种未加热的水冷却到低于其周围环境的温度。

在加湿后，将加湿氧气94传送到患者。为此，加湿系统100流体联接到标准鼻导管98，其在市场上广泛可获得。在一些实施例中，加湿系统100包括氧气出口管线，其联接到鼻插管98。在一些替代实施例中，使用专利插管，其起到氧气出口管线和鼻插管两者的功能。

在加湿系统100与患者之间通常至少有一米的插管。如果对氧气加湿的水未加热，则插管中不会发生滴水(冷凝)。这是因为加湿氧气94的露点(基于上述冷却现象)将低于环境温度，并因此低于插管中的温度。然而，如果水在加湿过程期间被加热，则加湿氧气94的露点将大于环境温度。因此，当加湿氧气94穿过插管时，它将冷却到露点以下并且将会发生滴水。

为了防止滴水，在一些实施例中，加湿氧气的温度经由热源增加到高于其露点温度(即高于28-37℃)。在一些实施方案中，加热发生在氧气出口管线中(在这种情况下，氧气出口管线通常称为“加热管线”)。在一些实施方案中，加湿氧气96的温度增加至约37至约40℃范围内的温度。

图2描绘了根据本教导的加湿系统100。加湿系统100包括储存器202、水蒸气可渗透(WVP)膜206、可选加热元件208和可选氧气出口管线210。

在操作期间，储存器202容纳液态水204，其可以是蒸馏水或去离子水。液态水204是向来自氧气源的氧气92添加湿气-水蒸气-的来源。

如本说明书中稍后所述，储存器202可能以各种方式实施。例如，在一些实施例中，储存器是填充有水的密封“袋”或“小袋”的形式。在一些实施例中，小袋的水是“单次使用”的，使得当储存器中的水量下降到阈值量以下时，将该小袋换成充满水的另一个小袋。在一些其他实施方案中，小袋包括可再密封的水填充端口，在液态水蒸发时，通过该水填充端口再填充小袋。在一段时间后，替换可再填充小袋以确保一致的性能。

在一些附加的实施方案中，储存器202是以管的形式。在又一些实施例中，储存器由框架实施，该框架具有中心开口(框架具有环形或环状形状等)，其中水不可渗透膜将框架的两个主侧面的每一个密封，由此在其间产生空隙。在一些实施方案中，经由可再密封的水填充端口用水填充空隙。

在说明性实施方案中，WVP膜206呈管形式，其整体或主要部分位于储存器202中。WVP管的一个端与氧气源90流体连通，从而从其接收干燥氧气，并且WVP管的另一个端与鼻插管98流体连通，从而向其提供加湿氧气。氧气流过WVP膜206的内部；WVP膜的外部暴露于储存器202内的水204。来源于液态水204的水蒸气穿过WVP膜206进入流动的氧气，由此对其进行加湿。重要的是，液态水不会穿过WVP膜。

在一些实施方案中，WVP膜206包含全氟磺酸(PFSA)聚合物。这种聚合物具有聚(四氟乙烯)主链，其全氟醚侧链被磺酸基团封端。与本实用新型结合使用的优选PFSA膜是Nafion^TM，其通过全氟化乙烯基醚磺酰氟共聚单体与四氟乙烯的自由基引发的共聚来生成：

Nafion^TM具有高选择性且极易渗透水蒸气，但不允许氧气和其他气体穿过膜。Nafion^TM可购自Lakewood,N.J的博纯有限责任公司(Perma Pure LLC)。

假设存在足够量的Nafion^TM(其充分性主要是氧气流速的函数)，加湿氧气的露点等于Nafion^TM表面处的水的温度。在主要的氧气流速(即0.5至约0.6LPM)下，至少约30厘米(cm)的TT-110Nafion^TM(http://permapure.com/products/nafion-tubing/)足以实现上述的加湿性能。

在一些实施方案中，WVP膜206包括多孔膜，其对于水蒸气可渗透但对于液态水相对不可渗透。此类WVP膜包括诸如Tyvek的烯烃纤维膜、诸如Gore-tex的多孔PTFE膜和聚砜中空纤维膜。当使用多孔膜时，需要附加的设计考虑以防止水穿透。这些考虑因素可以包括控制水压，增加膜厚度或各种吸水性涂层或表面改性。多孔膜通常对于氧气和其他气体可渗透，并且需要仔细管理从管路内部到外部的压差以防止氧气通过管线壁的过度转移。作为指导，参见例如美国专利号7,708,013，其中多个中空纤维膜用于对氧气加湿。

在一些实施方案中，WVP膜206包括可使水选择性渗透的固态壁渗透蒸发膜。这些材料包括例如乙酸纤维素、聚乙烯醇、聚酰亚胺和聚酰胺。与Nafion^TM相比，这些膜的缺点包括需要显著更多的表面积以实现相同的加湿水平，并且对最终加湿水平的控制更差。Nafion^TM可以使出口露点与水温相等，而由于其他渗透蒸发膜壁的渗透阻力，出口露点可能达不到相同的水平。此外，Nafion^TM的抑菌特性可以防止细菌生长，而这些材料中的许多材料可以积极促进细菌生长。

液态水接触WVP膜206(与水蒸气相反)具有最佳的加湿性能。为此，在一些实施例中，储存器202包括物理适配以确保当水离开储存器时(即，来自蒸发并且蒸气传送过WVP膜206)，储存器“坍塌”，从而使其体积与储存器中剩余的液态水的量相适配。除了任何其他物理适配之外，还确保了只要在储存器202中存在阈值量的液态水，WVP膜206就保持至少部分地与液态水204接触。在一些实施方案中，液态水的上述阈值或最小量是足以保持WVP膜206的至少约1/3的外表面积与液态水接触的一个量。

储存器202使其体积适配到液态水量的能力由一个或多个特征来实现。一个这样的特征是排气口的存在，该排气口可以排出进入储存器的任何空气。另一个这样的特征是形成储存器的方式。具体地，在储存器包括附接到框架的多个膜的实施例中，上膜被真空形成为导致储存器中的最小空间的形状，类似于图3B中所示的形状。因此，当从储存器中移除水时，上膜返回到这种形状。另外，“上”膜的面积因此大于其在框架上简单地拉紧时的面积。这种过量的膜足以使得储存器能够通过响应于水的体积而移动上膜来扩大或收缩(参见例如，图6D和图6E)，即使上膜是柔性但非弹性的也是如此。在又一个实施例中，波纹管(即其体积可通过压缩或膨胀而改变的柔性袋)可以用于使得储存器能够随着水量减少而收缩。

在一些实施例中，使得储存器202能够使其体积与存在的液态水量相适配的另一种结构适应是向储存器202施加恒定正压力的配置(参见例如图8)。除了其适用于储存器202的前述实施例之外，包括用于施加正压力的装置的实施例可以使用由两个间隔开的膜和框架形成的储存器，其中上膜包括弹性材料。膜将能够扩展以容纳最大体积的水，并且，当储存器中的液态水减少时，膜的表面由于正压力而将能够被迫向下(即朝向储存器的底部)，由此减小储存器的体积。

在一些实施方案中，相同的结构，且在一些实施方案中，一种或多种附加的结构适配确保，只要上述阈值量的液态水存在于储存器202中，无论储存器202的定向如何(例如，水平、垂直等)，WVP膜206与液态水204之间的接触都被保持。在一些实施方案中，为此目的的附加结构适配包括固定WVP膜206并将其保持在储存器内的预定位置的限动器。

作为加湿系统100的可选元件的加热元件208加热储存器202中的水204。加热元件可以采用适合于储存器202的形状因素的任何形式。加热元件可以是，例如但不限于，平板、柔性带/金属网或金属线、筒式加热器或其他常规加热装置。由加热元件208提供的热量控制氧气的加湿水平和露点。更具体地，加热储存器202中的水以及流过WVP膜206的氧气增加了加湿水平，并因此增加了流动氧气的露点。在一些实施例中，加热元件208由电流电阻性地加热，该电流可以来自外部电源(例如，适当转换为DC并降低电压的AC电源、电池等)，或经由加湿系统100中包括的电源(例如，可再充电或不可再充电电池、超级电容器等)。

作为加湿系统100的可选元件的氧气出口管线210从WVP膜206接收加湿氧气。在一些实施例中，氧气出口管线210将加湿氧气传送到鼻插管98。

在一些实施方案中，特别是其中储存器中的水204被加热的那些实施方案中，氧气出口管线210也经由加热元件(图2中未描绘)加热。加热元件可以采用适合于氧气出口管线210的形状因素的任何形式，诸如金属线、柔性带/网等。如在本说明书中稍后进一步详细描述的，在一些实施例中，用于氧气出口管线210的加热元件包括碳纤维线。在氧气出口管线210被加热的一些实施例中，它包括隔离层。在本说明书的后面提供了氧气出口管线210的进一步描述，具体是其中管线被加热的实施例。

如果标准鼻插管与氧气出口管线210结合使用，则可能存在过长的插管长度(即超过横跨氧气出口管线210的出口与患者鼻子之间的距离所需的米数)。在氧气出口管线210被加热的实施例中，应当处理这种过长的插管长度以防止热量损失和冷凝。在一些实施例中，插管被隔离以使热损失最小化，诸如可以通过缠绕插管的“保温罩”来实现。在一些其他实施例中，鼻插管本身被加热，例如通过将保温罩合并于插管中/上或保温罩内。

在一些实施例中，用于储存器202中的水204的加热元件208还用作用于氧气出口管线210中的加湿氧气的热源。在一些其他实施例中，使用单独的热源(其可以是相同类型或不同的热源)来加热水并加热氧气出口管线210中的加湿氧气。

图3A和图3B描绘了加湿系统300，其是加湿系统100的实施例。加湿系统包括储存器302和WVP膜206。储存器302包含柔软、柔韧、水不可渗透管，诸如但不限于软PVC管。WVP膜206的一个端部从其供应源接收氧气(参见例如图1)，并且另一个端部与鼻插管流体连通(参见例如图1)。

图3A描绘了充满液态水204的储存器302，而图3B描绘了在大量液态水丢失之后的储存器；也就是说，蒸发并作为水蒸气传输到WVP膜206中。图3B描绘了由于上述液态水损失而导致的储存器302的坍塌。由于储存器302坍塌，WVP膜206保持与液态水接触，而不管加湿系统的空间定向(例如，水平、垂直等)如何。

图3C描绘了加湿系统300’，其是加湿系统100的实施例。除了加湿系统300中的储存器302和WVP膜206之外，系统300’还包括具体为导管312的氧气出口管线210。如在系统300’中，储存器302包括柔软、柔韧、水不可渗透管(例如，软PVC管等)以促进储存器的塌陷。在一些实施方案中，导管312是标准PVC氧气管线。

图3D描绘了加湿系统300”，其是加湿系统100的又一个实施例。加湿系统300”类似于实施例300和300’，并且储存器302再次包括柔软、柔韧、水不可渗透管以促进储存器的塌陷。但加湿系统300”向储存器302和氧气出口管线210添加了加热。

特别地，加热线的幅材/带308包含有加热元件208(图2)。氧气出口管线210(其在该实施例中是“加热管线”)包括导管312、加热元件314和隔离体316。在图3D所描绘的实施例中，加热元件314是设置在导管312的外部的导线，其纵向延伸。在一些其他实施例中，加热线围绕导管312螺旋缠绕。在一些另外的实施例中，加热线嵌入导管312(其壁)中。在又一些另外的实施例中，加热线设置在导管(其内腔)内。在一些实施方案中，导管312是标准PVC氧气管线并且隔离材料316是氯丁橡胶。将在本说明书的后面进一步详细讨论氧气出口管线210的加热线实施方案。

图4A和图4B描绘了加湿系统400的相应顶视图和侧视图，该加湿系统是加湿系统100的实施例。在系统400中，储存器202和WVP膜206包含在壳体420内。WVP膜206设置在储存器202中，使得WVP膜的外表面暴露于液态水204。WVP膜206的一个端部流体联接到氧气入口端口422，并且另一个端部联接到氧气出口端口423。在该实施例中，具体为导管312的氧气出口管线210流体联接到氧气出口端口423，由此将WVP膜206和氧气出口管线210置于流体连通。在一些其他另外的相同实施例中，不包括氧气出口管线210。

在图4A所描绘的实施方案和本说明书中的其他实施方案中，WVP膜206作为单个管被实施。在一些其他实施方案中，WVP膜可以被实现为两个或更多个管。这是可以期望的，例如，基于加湿系统的形状因素/尺寸，或者它可能基于选择用作WVP膜的材料需要的。在使用多于一个管的实施例中，入口端口和出口端口可以具有多个连接件以联接到这样的多个管，或者入口集管和出口集管可以用于容纳多个管。

加湿系统400的形状因素使得其易于由患者携带。在一些实施例中，加湿系统接收在携带箱(未示出)中，该携带箱联接到患者的腰带，或另外由腰带或肩带支撑。加湿系统400(特别是壳体420)的形状因素的特征在于薄而扁平的轮廓。在说明性实施例中，形状因素进一步表征为四边形；矩形或方形。然而，在一些其他实施例中，形状是圆形、椭圆形、卵形等。如本文和所附权利要求中所使用的，术语“盒”用于指代加湿系统100的实施例，其中储存器202和WVP膜206在具有如上所述形状因素的结构(例如，壳体420等)中。在一些实施例中，壳体420(或壳体/外壳的其他相关实施例)的长度在约7.5至约13cm的范围内，宽度在约7至约10cm的范围内，并且厚度在约1.25至2.5cm的范围内。在一些实施例中，壳体420包括刚性材料，诸如但不限于注塑塑料，包括聚氨酯和聚丙烯等。在下文中，术语“加湿系统400”和“盒400”可互换使用。

图5A和图5B描绘了加湿系统500的相应顶视图和侧视图，该加湿系统是加湿系统100的实施例。加湿系统500的主要原件包括盒400’，接收器530和氧气出口管线210，其具体为加热管线。为清楚起见，图5A所描绘的某些元件(例如，WVP膜206等)在图5B中未示出。

盒400’包括与加湿系统400相同的主要元件(并且具有相同的形状因素)，包括WVP膜206和储存器202，并且以基本相同的方式起作用。然而，在该实施例中，热量被供应到储存器202；特别是经由接收器530的加热板508。

图5C和图5D描绘了接收器530的相应顶视图和侧视图，其中接收器与盒400’分离。这些图描绘了闩锁524和加热板508，其在该实施例中部分地嵌入在接收器530中。

在一些实施例中，盒400’可释放地固定到接收器530(诸如通过闩锁524)。当盒400’和接收器530彼此联接时，加热板508与储存器202对准并且充分接近储存器以与其热连通。并且当这样联接时，加热板508加热储存器202中的水204，由此控制流过WVP 206的氧气的加湿水平和露点。

应当理解，在图4A和图4B所描绘的加湿系统400的实施例中，加湿系统可以包括壳体(诸如壳体420)，该壳体基本上完全包围储存器202(除了必要的氧气入口端口422和出口端口423以及某些其他端口等)。然而，对于图5A和图5B所描绘的盒400’，可能不能接受完全包围储存器的壳体，因为包含在盒中的储存器必须能够有效地从接收器530的加热板508接收热量。

为此，在图5A和5B所描绘的盒400’的一些实施例中，储存器202的表面525(储存器的“下”表面，其靠近加热板508)与加热板508直接接近。换句话说，在壳体420’内加热板508与储存器的下表面525之间存在缝隙，使得储存器202的一部分邻近加热板508。(为清楚起见，在图5B中描绘了加热板与储存器之间的间隙。)

图5E描绘了壳体420’的实施例，其中壳体包括开口527，其被设置尺寸并布置使得当盒400’和接收器530彼此联接时，储存器202的下表面525的基本上所有表面区域与加热板508接触。为了能够在没有接收器530的情况下使用盒400’(诸如在不需要储存器加热或为方便起见而必须省略其的时间段内)，可移除盖528可以联接到壳体420’的“下”表面，从而覆盖开口527。在附接有盖528的情况下，壳体420’与加湿系统400的壳体420实质相同。在没有接收器530的情况下使用盒400’时，建议使用可经由压配、钩环紧固件或其他常规装置将盖528附接到壳体420’，因为如果形成储存器202的下表面525的材料暴露于外部环境，则其可能被刺穿，从而导致水的泄漏。在一些其他实施例(未示出)中，并非具有开口527，而是将壳体420’构造成使其仅具有上表面和四个侧面，其中没有“底”表面。

在又一些其他实施例中，诸如图5F所描绘的，壳体420”基本上完全包围储存器202。然而，壳体420”并非由单一材料(诸如注塑塑料)形成而是包括部分529，该部分包括具有高导热率的材料，诸如但不限于，金属(例如，铜、铝等)或导热塑料，例如可购自俄勒冈州Avon Lake的PolyOneCorp的THERMA-TECH^TM牌导热塑料、或可购自德克萨斯州达拉斯的Celanese Corp的

牌导热塑料。部分529镶嵌、嵌入、插入等在壳体420”中，位于与加热板508对准的区域中，从而促使热量从加热板508传递到储存箱202中的水204。如本文所用，术语“高导热率材料”是指导热率比常规未填充塑料(其通常具有约0.2W/mK的导热率)高至少5倍的材料。在使用导热塑料的实施方案中，导热塑料的导热率优选为至少10W/mK，更优选至少50W/mK。

继续参考图5A，由于加湿系统500包括用于加热储存器202中的水204的能力，因此氧气出口管线210应为加热管线(即以防止管线/鼻插管中滴水)。为此，氧气出口管线210包括导管312、加热元件314和隔离件316。如前所述，在一些实施方案中，导管312是标准PVC氧气管线，隔离件316包含氯丁橡胶，并且加热元件314是设置在导管312的外表面上的导线，其与导管312一起纵向延伸。

在一些替代性实施例中，加热元件314可以围绕导管312螺旋地缠绕。或者，加热元件314是围绕导管312螺旋缠绕的加热带。螺旋缠绕配置是有用的，例如，在需要加热元件314相对较长的长度以实现必要的加热瓦数的情况下。另一方面，使用纵向加热元件的益处是每单位长度施加的热量是恒定的。对于螺旋缠绕配置，螺旋间隔的变化导致区域接收相对更多或更少的热量。

在另外一些实施例中，加热元件314可以嵌入导管312的壁中或者设置在导管312的腔中。在一些实施例中，加热元件314包括碳纤维导线。在本说明书中结合图10A提供了加热元件314的进一步描述以及其与加湿系统的其他元件互连的方式。

隔离件316具有多种益处，包括均匀散布加热元件314产生的热量，显著降低加热管线所需的功率(通过最大限度地减少热量损失)，并且它对用户的皮肤是非常舒适的。

图6A至图6F描绘了具有“盒”形状因素的加湿系统(诸如系统400、500、800(图8)和1100(图11A-11C))的一些实施例的内部元件(即诸如壳体420、420’、420”的保护性壳体内的元件)的实施例。

在这些图中描绘的且特别参考图6A的实施例包括框架631，该框架像图片框架一样具有开放的中心区域(在图中标识为区域636)。在一些实施例中，框架631包括注模塑料，诸如聚氨酯、聚丙烯等。

多个保持器638向内延伸到区域636中。在一些实施例中，保持器638联接到框架631。更具体地，在一些实施例中，保持器638直接附接到框架631；在一些其他实施例中，保持器附接到与框架631附接的夹具(未示出)。在一些实施例中，夹具具有与框架相同的形状，并且具有适合于覆盖(或下覆)框架631的尺寸。保持器638接收WVP膜206并将其保持在预限定位置。如图6C至6F所示，在一些实施例中，WVP膜206的预限定位置靠近储存器的“底”。因此，保持器是另一种结构适配，无论储存器/盒的定向如何，该结构适应与储存器的可坍塌性一起确保WVP膜206保持至少部分地与液态水接触。

继续参考图6A，不可渗透的薄膜或膜650联接到框架631的“顶”表面634，并且不可渗透的薄膜或膜652联接到框架的“底”表面632。(为清楚起见，图6A中仅描绘了这些膜的一小部分。)在一些实施方案中，这些膜直接附接到框架631；在一些其他实施例中，膜附接到前述夹具。在一些实施例中，经由超声波焊接来实现附接。图6B描绘了附接到框架631的完整膜650“覆盖”WVP膜206(其在图6B中被遮蔽)。

如在图6C至图6F中最清楚地描绘的，膜650和652结合开放区域636以及框架631的内表面共同形成储存器402，该储存器是储存器202的实施方式。在一些实施方案中，不可渗透膜650和652都包括氨基甲酸酯。

在说明性实施例中，“下”不可渗透膜652保持平坦(即平行于框架631的底部632)，而不可渗透膜650必须能够朝向或远离膜652移动。这使得储存器402的体积能够随着其中的水204的量的改变而膨胀或收缩。在一些实施方案中，上膜650是真空形成的以为其提供有移动所需的表面区域。因为，在说明性实施例中，膜650和652由具有有限“拉伸”能力的弹性材料形成，因此在开口中心区域636中膜650多于膜652。这在图6D至图6F中最清楚地看到。

如图6D所示，当储存器402中存在最大量的水204时，膜650升高到框架631的上表面634以上以容纳水。如图6E所示，当在储存器中存在最少量的水204时，膜650朝向膜652落在框架631的上表面634以下以保持与水表面的接触。这使得WVP膜206的整个外表面区域的至少一部分与液态水接触。图6C描绘了包含中等量的水的储存器402，其中膜650有效地与框架631的上表面634共面。因此，在说明性实施例中，膜650的位置在上下极端之间完全可变，从而适当改变储存器402的有效体积以适应其中的水204的体积变化(由于蒸发和随后转移进WVP膜206中)。

图6F描绘了处于“垂直”位置的储存器402，诸如如果它被携带抵靠患者身体，而不是放在表面上(例如，桌子等)，并且其中存在最少量的水204。因为WVP膜206通过保持器638保持在预限定位置(例如，靠近膜652)，并且因为储存器402是可坍塌的，所以WVP膜206保持与储水器中的液态水接触。

返回图6A，该实施例还包括氧气入口端口422、氧气出口端口423、水位计640、恒温器644、填充端口642、电路板646和可选电源648。

具体为柔性管的WVP膜206在一个端部处联接到氧气入口端口422并且在其另一个端部处联接到氧气出口端口423。氧气入口端口422还连接到从氧气源90(图1)传送氧气的氧气管线(未示出)。并且氧气出口端口423还连接到氧气出口管线(诸如氧气出口管线210)。因此，氧气流过WVP膜206的内部，而管的外部暴露于水204。储存器402中的水位可经由水位计640来观察，该水位计可以具体为带浮球指示器的简单观测计。

填充端口642使储存器402能够用水来填充/再填充。在一些实施例中，填充端口642被实施为鲁尔(Luer)接头，其接纳对应的分配鲁尔接头以用于分配水204。在一些实施例中，填充端口642包括阀，以在不存在对应的分配鲁尔接头时防止空气或污染物进入。这种阀的非限制性实例是无针可擦拭阀，其可购自俄亥俄州Westlake的Nordson Medical。在这方面，可以提供填充有蒸馏水或去离子水的大“注射器”或小型可折叠瓶，以用于与加湿系统的这种实施例一起使用。在将初始剂量的水引入储存器402并加湿流动的氧气后，可以用蒸馏水/去离子水再填充注射器或瓶并将其接合到填充端口642以再填充储存器402。

在一些实施例中，填充端口642可以用于抽取可能进入储存器402’的空气，以及用水填充储存器。在这种实施例中，通过适当地定向储存器来将空气引导至填充端口642。在用水填充储存器之后，可以使用注射器或瓶来适当地抽取空气。

在一些实施例中，泵(未示出)与填充端口642结合使用以将水供应到储存器402。在一些此类实施例中，泵是手动泵，其中每个冲程提供预定量的水。为了避免过度加压或过度填充储存器402，在一些实施例中，将减压阀合并到泵中，其中任何额外的泵送的水被重新引导回水源(即外部水容器)。在一些其他实施例中，泵是电驱动和被控制的。当压力达到阈值时，泵控制器可以用于自动关闭，或者可以使用旁路功能。

在又一些实施例中，泵可以通过两个单独管线连接到两个端口；通过填充管线连接到填充端口和通过返回管线连接到返回端口(未示出)。填充端口(例如，填充端口642等)用于向储存器402供应水。返回端口被定位成使得在正常填充定向中，返回端口位于储存器402中的最高位置处。这将使返回端口与可能在储存器中的任何空气接触，并在填充循环期间将该空气返回到填充容器。一旦所有空气被排出，水将开始流过返回路径，其然后将向用户发出信号表明是时候停止泵送。这实现了从储存器中移除空气以保持WVP膜与液态水接触的目的，并且防止过度填充或过度加压储存器，因为过量的水将完全地返回到作为水源的容器。

在又一些进一步实施例中，填充端口642流体联接到(比储存器402)大得多的水容器(诸如无菌水袋)从而提供大得多的水容量。在WVP膜包含Nafion^TM的实施方案中，水的压力对性能的影响非常小(如果有的话)。因此，位于储存器402上方任何位置的简单可坍塌袋将随着其中的液态水蒸发并进入到流过WVP膜的氧气中而使水连续地流入储存器。这种布置在急性护理环境中特别有益，其中在长时间段内连续地将氧气治疗施加到不能活动的患者。

将在本公开中稍后描述图6a所描绘的附加元件，诸如恒温器644、电路板646和可选电源648。

图7A和图7B描绘了储存器402’的相应顶视图和截面图(在线B-B处)(其中为清楚起见而省略某些内部元件，诸如WVP膜206等)。在该实施例中，储存器包括排气口754，其合并在上膜650’中。该排气口是又一种结构适配，其有助于储存器的可坍塌性以用于与本实用新型的一些实施例结合使用。排气口的目的是使得任何可能进入储存器402’的空气逃逸，同时防止来自存储器的液态水的损失。

在图7A和图7B所描绘的实施例中，排气口754包括液态水不可渗透(但气体可渗透)的阻挡层756和阀758。在一些实施方案中，阻挡层756包括由高密度聚乙烯纤维或拉伸的聚四氟乙烯形成的织物，其非限制性实例可以商品名

从DuPont商购获得，或者以商品名Gore-

从W.L.Gore and Associates商购获得。

阀758用作单向止回阀，其在正压力的作用下(即储存器402’中的较高压力)向上(即远离膜650’)移动。阀758可以用于防止气体(或液体)进入储存器，并且还用来尽可能地限制通过排气口756的水蒸气损失。

在说明性实施例中，阀758是具有凸形隔膜形密封盘的微型伞形阀，该凸形隔膜形密封盘可针对负压力(即储存器402’中的压力低于周围环境)密封，但针对正压力(即储存器402’中的压力相对高于周围环境)提升和开启。这种阀可购自俄亥俄州克利夫兰的miniValve公司或其他公司。在一些其他实施例中，薄膜止回阀依赖于表面到表面的亲和力以将阀片粘附到膜650’以防止空气进入储存器402’，同时使得空气能够逸出。这种阀可购自马萨诸塞州奇科皮的Dielectrics Industries。在一些实施方案中，阀448包括与膜340相同的材料(例如，氨基甲酸乙酯等)。

图8描绘了加湿系统800，该加湿系统是加湿系统100的另一实施例。除了本文所讨论的其他实施例中存在的元件(例如，储存器202、WVP膜206、外壳或壳体，诸如壳体420、420’或420”等)之外，系统800的显著特征还包括用于向储存器202的上表面施加正压力的装置860。这是可用于促进储存器202的坍塌以使得WVP膜206保持与液态水接触的又一种结构适配。

在图8所描绘的实施例中，用于向储存器202施加正压力的装置860包括压力板862和弹性元件864。弹性元件通过在压力板864与壳体内部之间进行压缩而预加载。因此，弹性元件对压力板864施加力。因为液态水是不可压缩的，所以水抵抗施加的压力。然而，当水蒸发并进入WVP膜206内时，对储存器202施加的压力确保储存器的体积不会大于容纳剩余水所需的体积。当储存器处于垂直定向或其他非水平定向时，这对于保持最小储存器体积是特别有用的。

在说明性实施例中，弹性元件864是弹簧。在一些其他实施例中，弹性元件可以是弹性材料，诸如橡胶等。在一些实施例中，不是具有多个分立元件，而是将橡胶或其他弹性材料的片材放置在压力板862与壳体420、420’、420”的内表面之间。在储存器202包括排气口和/或填充端口的实施例中，必须为此类特征进行调节，诸如通过在压力板862中提供适当定位和设置尺寸的开口。

图9A描绘了储存器902，该储存器是储存器202的另一个实施例。在该实施方案中，储存器是以袋或小袋的形式。大部分的WVP膜206包含在储存器902内。在该实施例中，在其两端附近，一小节的WVP膜延伸超出储存器902的范围以联接到配件。(仅描绘了一个端部—个出口；入口被遮挡。)例如，WVP膜206的出口端联接到配件923，该配件是氧气出口端口423的实施例。氧气出口管线210也联接到配件923，使得来自WVP膜206的加湿氧气流动到氧气出口管线210并然后流向患者。在一些实施例中，配件923可移除地联接到储存器902以便于替换WVP膜206而无需替换储存器本身。在一些实施例中，储存器902包括排气口(图9A中未描绘)，诸如排气口754(图7A和图7B)。

储存器902可以是一次性使用的。当储存器中的水下降到阈值量(先前讨论过)时，储存器902被充满水的另一个储存器902替换。在一些实施方案中，当水蒸发并进入WVP膜206内时，使用用于施加正压力的装置860来促进储存器902的坍塌。

图9B描绘了储存器902’，该储存器是储存器202的另一实施例。与储存器902一样，储存器902’采用袋或小袋的形式。然而，与储存器902不同，所有WVP膜206都包含在储存器902内。相反，配件923延伸通过储存器902’的壁以用于联接到氧气出口管线210。在一些实施例中，储存器902包括排气口(图9B中未描绘)，诸如排气口754(图7A和图7B)。与储存器902不同，储存器902’经由填充端口942进行再填充。在一些实施例中，填充端口942被实现为鲁尔锁。

为了容易地替换和/或接近储存器902和902’，在一些实施例中，壳体920与这种储存器结合使用。壳体920包括提供进入盒内部的通路的可移除盖966。在说明性实施例中，壳体920被描绘为包括开口527或导热插入件529，诸如用于其中储存器被加热的加湿系统的一些实施例。在一些其他实施例中，诸如当不期望或不需要加热时，可省略这种开口或插入物(参见例如加湿系统400)。

在其中储存器202是袋/小袋形式的一些实施例(诸如储存器902和902’)中，袋/小袋由单一材料(例如聚氨酯或硅树脂)制成。

如前所述，为了确保最佳性能，储存器202应当在一定时间段后被丢弃。在一些实施例中，诸如其中储存器202具体为袋或小袋的实施例中的至少一些(参见例如图9A、图9B)，储存器可以从周围壳体移除。在一些其他实施例中，诸如图6A至图6F所描绘的实施例，以及图7A和图7B所描绘的实施例，整体盒(例如，盒400’等)是可替换的并且被认为是消耗品。而且，在其包括在任何给定实施例中的情况下，当替换储存器/盒时，通常替换氧气出口管线210。

图10a和图10B描绘了接收器1030，该接收器是加湿系统500的接收器530的实施例。接收器包括基部1070、加热板1008、控制部分1072、控制面板1074、可选电源1082、电子器件板1084、电源输入1086、可选弹簧触点1088、凸台1090和可选电触点1092。

基部1070被设置尺寸和布置成接收/对准如图5A和图5B所描绘的盒400’(或其他型式)并便于加湿操作。

至于对准，凸台1090(图10B)在接收器1030上对准并稳定盒400’并且支撑可选电触点1092。关于加湿操作，当盒和接收器1030联接时，加热板1008(其部分嵌入基部1070)与储存器402、402’等的膜652对准。在如此对准时，加热板1008加热储存器中的水204，由此控制氧气的加湿水平和露点。

加热板1008(其在一些实施例中包括铝)通过电流进行电阻加热，该电流源自通过电源输入1086联接的外部电源(例如，适当转换为DC并降低电压的AC电源、电池等)，或来自可选板载电源1082(例如，可充电或不可充电电池、超级电容器等)。

控制面板1074包括用户操作的控件器以用于控制加热水平(即加湿)以及状态指示器。在图10A和图10B所示的实施例中，用户控件器包括按钮1076和1078。例如，按压按钮1076增加了加热(加湿)水平，而按压按钮1078降低加热水平。在一些实施例中，当被按压时，按钮1076和1078在控制面板1074下面邻接向电子器件板1084发信号的开关(未示出)。在一些其他实施例中，具有与电子器件板1084的适当电连接的通常用于此类应用的其他控制装置(诸如旋转开关等)适合用于控制加热板1008。

在一些实施例中，由接收器1030提供的加热水平是离散的；例如，加热板1008可以被控制在几个不同的温度，诸如28℃、32℃和36℃。在此类实施例中，诸如指示灯1080(例如，LED等)的指示器可以用于指示所提供的加热(加湿)水平。例如，一个灯被照亮以用于低水平加热/加湿(例如，28℃)，两个灯被照亮以用于中水平(例如，32℃)，并且三个被照亮以用于高水平(例如，36℃)。

在一些其他实施方案中，加热/加湿是模拟的；也就是说，可以在低值与高值之间无限制地进行控制。在一些实施例中，温度计被包括在控制面板1074上。如先前所讨论的，在一些实施例中，氧气出口管线210被加热，并且在一些此类实施例中，控制面板1074包括用于控制该管线温度的控制装置。

包括一个或多个处理器、存储器等的电子器件板1088被适当地编程为将温度保持在安全操作范围内以防止对患者造成伤害。在一些实施例中，电子器件板与适当传感器的结合能够识别和发信号通知断电、流量限制、低氧气流量、高温或低温或其他故障。例如，氧气流量传感器可以用于防止缺氧，即使在加湿器本身没有故障的情况下(例如，氧气瓶用尽氧气等)也是如此。加热元件上的电阻感测可以感测电短路并且在机械故障的情况下防止不安全的操作。环境温度检测可以检测环境温度何时高于37℃并关闭加热以防止氧气流的过度加湿。例如，指示灯1080可以用于通过以特定模式“闪烁”来指示这些情况。

在电力联接在接收器1030与盒(例如，盒400’)之间的情况下，诸如用于加热出口氧气管线210，可以使用电触点1092来这样做。另外，电触点可以用于读取与盒相关联的标识符。根据该信息以及存储在电子器件板1084上的内存中的信息(例如，使用、年限等)，接收器1030可以根据需要发信号通知盒和/或储存器的替换，以及向用户和/或制造商提供更多信息。

在一些实施例中，特别是在接收器1030与盒400’之间存在相对最小的电力和信号联接的实施例中，可以使用弹簧触点1088而不是可选触点1092。

如前所述，在一些实施例中，加热元件314包括碳纤维导线。再次参见图5A，在导管312的远端(即，即最靠近患者的端)处，碳纤维导线经由标准电气压接连接器电连接到“返回”导线(未示出)，诸如标准铜导线(例如，28规格)。设置在加热元件314的最靠近盒400’的端部处的铲形连接器(未示出)和设置在盒400’的最靠近返回导线的端部处的铲形连接器(未示出)电联接到基部1030，例如经由弹簧触点1088(图10A)。在这种实施例中，接收器1030向加热元件314提供电力，并且测量返回导线中的电流以确定导线电阻。然后，电阻可以用于以已知的方式控制氧气出口管线210的温度。

继续参考图10A，并返回到图6A，并非从接收器1030获取电力，氧气出口管线210(在加热时)的电力可以源自盒400’内的可选电源648。如果温度超过设定值，则恒温器644用于阻止电流流向管线210。电路板646控制供给到管线210的电量或通过测量加热线314的电阻来直接控制温度。

图11A至11C描绘了加湿系统1100，该加湿系统是加湿系统100的另一个实施例，并且实际上是加湿系统500的具体实施方式(在图5A和图5B中描绘，没有氧气出口管线210)。图11A和图11B从其不同端部描绘了加湿系统100的“上”表面的透视图。这些图描绘了先前附图和随附描述中呈现的各种元件。

加湿系统1100非常紧凑且基于盒的形状因素。图11A和图11B描绘了壳体1194，该壳体是壳体420、420’、420”和920的实施例。这些图描绘了闩锁524、电源端口1086、氧气入口端口422、加湿氧气出口端口423、观测计640、填充端口642、基部1070、控制部分1072、以及用户温度/湿度控件1076和1078。

图11C描绘了加湿系统1100的“底部”视图。可包括泡沫材料的多个支脚1196设置在基部1070的底部上。闩锁524的下部在基部1070的底部上可见。应当注意，图11A至图11C中出现的多条线是“轮廓”线；它们实际上并不存在，它们用于示出表面轮廓。

定义。除了先前在上下文中提供的定义之外，以下定义将用于解释本公开和所附权利要求中使用的术语：

“约”或“基本上”表示在所述数字的+/-15％范围内。

“向上”、“向下”、“下”、“上”、“下方”、“上方”用于附图描绘的参考位置，并没有任何绝对的意义。也就是说，它们参照位置是基于加湿系统的特定定向(水平、垂直等)，如附图中描绘的。然而，基于此类描述，本领域技术人员将能够以绝对术语辨别此类元件相对于其他元件的位置。

Claims (15)

1.一种低流量氧气治疗加湿器，其具有储存器，所述储存器接收一定体积的液态水，其特征是：所述储存器的液体容积是可变的，使得所述储存器的即时液体容积基本上等于所述储存器中的液态水的即时容量，以及进一步具有管，所述管包括水蒸气可渗透(WVP)膜，其中所述管的大部分包含在所述储存器中。

2.根据权利要求1所述的加湿器，其中所述WVP膜包括全氟磺酸聚合物。

3.根据权利要求1所述的加湿器，其中所述储存器包括两个间隔开的液态水不可渗透膜，其中所述两个膜中的第一膜包括比所述两个膜中的第二膜更大的表面区域。

4.根据权利要求1所述的加湿器，其中所述储存器包括排气口。

5.根据权利要求1所述的加湿器，其特征是：还包括将所述管固定在所述储存器内的一个或多个限制器。

6.根据权利要求1所述的加湿器，其特征是：还包括用于加热所述储存器中的液态水的加热器。

7.根据权利要求1所述的加湿器，其特征是：还包括联接到所述管的端部的氧气出口管线。

8.根据权利要求7所述的加湿器，其特征是：还包括用于加热所述氧气出口管线的加热元件。

9.根据权利要求1所述的加湿器，其中所述储存器和所述管包含在壳体中，其中所述壳体、储存器和管共同限定出盒。

10.根据权利要求9所述的加湿器，其特征是：还包括接收器，其中所述接收器包括加热器，并且其中所述接收器和所述盒在物理上适配成彼此联接，并且在联接时，所述加热器与所述储存器对准并且充分靠近所述储存器以加热其中的水。

11.根据权利要求10所述的加湿器，其中所述盒的所述壳体包括开口，其中所述开口被定位成使得当所述接收器和所述盒彼此联接时，所述加热器邻近所述储存器的一部分。

12.根据权利要求11所述的加湿器，其中所述壳体还包括盖，所述盖在所述开口处可拆卸地联接到所述壳体。

13.根据权利要求10所述的加湿器，其中所述接收器包括用户界面，用户通过所述用户界面来调整所述储存器的温度。

14.根据权利要求1所述的加湿器，其中所述储存器包括用于向所述储存器填充水的填充端口。

15.根据权利要求9所述的加湿器，其中所述盒包括标识符，其中所述标识符是电读取的。

Images