ES2564979T3 - Dispositivo de humidificación y sistema de concentración de oxígeno - Google Patents

Abstract

Un dispositivo (10, 20) de humidificación para humidificar un gas, con el vapor de agua contenido en el aire, que comprende: un haz (14, 24) de fibras huecas formado por la agrupación de una pluralidad de fibras (14a, 24a) huecas permeables por el vapor de agua, estando orientadas las fibras huecas en una dirección de un eje predeterminado; un alojamiento (12, 22) que tiene un espacio para acomodar el haz (14, 24) de fibras huecas en el mismo, y que tiene un orificio (12a, 22a) de introducción para el gas a humedecer, que comunica con las perforaciones de las fibras (14a, 24a) huecas, un orificio (12b, 22b) de descarga para el gas a humedecer, que comunica con las perforaciones de las fibras (14a, 24a) huecas, una entrada (12c, 22c) de aire que comunica con el espacio en la carcasa (12, 22) externo de las fibras (14a, 24a) huecas para introducir el aire exterior, y una salida (12d, 22d) de aire que comunica con el espacio en la carcasa (12, 22) externo de las fibras (14a, 24a) huecas; y caracterizado por que un ventilador (16, 26) se dispone en la entrada de aire de la carcasa (12, 22) para introducir el aire exterior en la carcasa (12, 22), y la relación entre la suma de las áreas de las secciones transversales de las fibras (14a, 24a) huecas tomadas a lo largo de un plano perpendicular al eje, y el área de la sección transversal del paso de aire, se encuentra dentro de un intervalo de 0,1 a 0,7, obteniéndose el área de la sección transversal del paso del aire restando la suma (SShy) de las áreas de las secciones transversales de las fibras (14a, 24a) huecas del área (Sap) del área de la sección transversal del espacio de la carcasa (12, 22) tomada a lo largo de un plano perpendicular al eje.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

DESCRIPCION

Dispositivo de humidificacion y sistema de concentracion de oxlgeno CAMPO TECNICO

La presente invencion se refiere a un dispositivo de humidificacion para suministrar la humedad contenida en el aire a un gas seco, para humidificar el gas, y un sistema de concentracion de oxlgeno que utiliza un dispositivo de este tipo de humidificacion.

ANTECEDENTES DE LA TECNICA

Como un dispositivo de humidificacion para humidificar un gas seco medico, un dispositivo de humidificacion de un tipo de burbuja de gas o un tipo de evaporacion, que utiliza agua llquida, se describe en, por ejemplo, la publication de la patente japonesa (Kokai) sin examinar 06-238002. Sin embargo, un dispositivo de humidificacion de este tipo que utiliza agua llquida tiene problemas porque es necesario rellenar de agua periodicamente un recipiente, o el uso durante mucho tiempo puede permitir que se propaguen bacterias en el recipiente o puede hacer que el agua para la humidificacion se ensucie. Por lo tanto, el dispositivo de humidificacion debe lavarse periodicamente.

Por otra parte, las publicaciones de las patentes japonesas (Kokai) sin examinar numeros 5-049697 y 8-141087 describen dispositivos de humidificacion, de tipo membrana, que humedecen un gas medico utilizando membranas permeables al agua. Un dispositivo de humidificacion de tipo membrana resuelve los problemas antes mencionados, ya que utiliza agua contenida en el aire. Sin embargo, el dispositivo de humidificacion como se describe en las publicaciones anteriores utiliza un aire comprimido, lo que puede hacer diflcil controlar la humedad, y puede aparecer un problema en que, en particular, cuando la velocidad del flujo del gas medico a humidificar es baja, el gas se humidifica excesivamente.

Ademas, las publicaciones de las patentes japonesas (Kokai) sin examinar numeros 2000-237317 y 2000-237318 describen dispositivos de humidificacion, de tipo membrana, que utilizan aire a presion atmosferica. En los dispositivos de humidificacion como los descritos en las publicaciones antes mencionadas, sin embargo, es diflcil llevar una cantidad de aire suficiente en contacto con una membrana permeable a la humedad, lo que da lugar a un problema en el que el rendimiento de la humidificacion de los dispositivos varia de acuerdo con las condiciones ambientales tales como la humedad en el aire de la habitation en la que se ha instalado el dispositivo de humidificacion.

Un dispositivo de acuerdo con el preambulo de la revindication 1 se conoce a partir de la JP-A-8 141 087. DESCRIPCION DE LA INVENCION

Por consiguiente, un objeto de la presente invencion es resolver los problemas de la tecnica anterior descritos anteriormente, y proporcionar un dispositivo de humidificacion capaz de humidificar un gas para humidificar y, en particular, un gas medico seco, con el mismo grado que el aire atmosferico, sin necesidad de utilizar agua llquida.

Para conseguir el objeto anteriormente mencionado, de acuerdo con la presente invencion, se proporciona un dispositivo de humidificacion para humidificar un gas, con el vapor de agua contenido en el aire, que comprende: un haz de fibras huecas formado por la agrupacion de una pluralidad de fibras huecas permeables al vapor de agua, estando las fibras huecas orientadas en la direction de un eje predeterminado; un alojamiento que tiene un espacio para acomodar el haz de fibras huecas en el mismo, y que tiene un orifico de introduction para el gas que se humidifica, que comunica con las perforaciones de las fibras huecas, un orificio de descarga para el gas a humedecer, que comunica con las perforaciones de las fibras huecas, una entrada de aire que comunica con el espacio en la carcasa externa de las fibras huecas, y una salida de aire que comunica con el espacio en la carcasa externa de las fibras huecas; y medios de soplado dispuestos en la entrada de aire de la carcasa para introducir aire en la carcasa, en el que la relation entre la suma de las areas de la section transversal de las fibras huecas tomadas a lo largo del plano perpendicular al eje, y el area de la seccion transversal del paso de aire, se establece dentro de un rango de 0,1 a 0,7, obteniendose el area de la seccion transversal del paso del aire por diferencia de la suma de las areas de las secciones transversales de las fibras huecas del area de la seccion transversal del espacio de la carcasa tomada a lo largo del plano perpendicular al eje.

Ademas, el dispositivo de humidificacion de acuerdo con la presente invencion podrla utilizarse para humidificar el gas concentrado en oxlgeno producido por un sistema de concentracion de oxlgeno para un uso medico, sistema de adsorcion del nitrogeno contenido en el aire y elimination del mismo para producir un gas concentrado en oxlgeno para uso medico, y que comprende: una seccion de concentracion de oxlgeno del tipo adsorcion a presion oscilante que tiene una pluralidad de columnas de adsorcion, columnas adsorbentes que se acomodan respectivamente que tienen una capacidad de adsorcion de nitrogeno selectiva; un conducto para introducir el gas concentrado en oxlgeno producido en la seccion de concentracion de oxlgeno a un usuario; medios para el ajuste de la presion dispuestos en el conducto para ajustar la presion en la salida de la seccion de concentracion de oxlgeno a un valor constante; y medios para regular el caudal para regular el caudal del gas concentrado en oxlgeno que fluye a traves del conducto a un valor constante.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

La figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de concentracion de oxlgeno para uso medico al que se aplica la presente invencion;

La figura 2 es una vista en seccion transversal esquematica de un dispositivo humidificador segun una primera realizacion de la presente invencion;

La figura 3 ilustra una seccion transversal tomada a lo largo de la llnea III-III de la figura 2;

La figura 4 es un grafico que ilustra el resultado de experimentos llevados a cabo utilizando el dispositivo de humidificacion mostrado en las figuras 2 y 3;

La figura 5 es una vista en seccion transversal esquematica de un dispositivo de humidificacion segun una segunda realizacion de la presente invencion; y

La figura 6 ilustra una seccion transversal tomada a lo largo de la llnea VI-VI de la figura 5.

MEJOR MODO DE LLEVAR A CABO LA INVENCION

Las realizaciones preferentes de la presente invencion se describiran con referencia a los dibujos adjuntos.

Haciendo referencia a la Figura 1, se ilustra un sistema de concentracion de oxlgeno para uso medico como un ejemplo de sistema de suministro de gas medico al que se puede aplicar un dispositivo de humidificacion segun la presente invencion. El sistema 100 de concentracion de oxlgeno comprende una seccion 110 de concentracion de oxlgeno del tipo de adsorcion con oscilacion de presion, un tanque 120 tampon, una valvula de ajuste de presion o una valvula 122 reductora de presion para regular la presion de salida del tanque 120 tampon a un valor constante, una seccion 140 de regulacion de caudal, una seccion 160 de ajuste de caudal, un dispositivo 170 de humidificacion, y una seccion 150 de control para controlar la operation de la seccion 110 de concentracion de oxlgeno, la seccion 140 de regulacion de caudal y el dispositivo 170 de humidificacion. El gas de oxlgeno concentrado producido se suministra de esta forma a un paciente (no mostrado) a traves de un tubo 180 y una canula nasal cN. La seccion 110 de concentracion de oxlgeno es un concentrador de oxlgeno del tipo cuatro columnas provisto de cuatro columnas 112 de adsorcion, un compresor 114 capaz de comprimir/descomprimir, y una valvula 116 giratoria, y genera un gas que contiene aproximadamente un 90% de oxlgeno absolutamente seco.

La columna 112 de adsorcion puede estar provista de un elemento tubular hueco formado de un material, tal como un metal, diflcilmente permeable por un gas y se llena el mismo con un adsorbente que tenga una capacidad selectiva de adsorcion del nitrogeno. El adsorbente puede ser un tamiz molecular de zeolita cristalina. Estas zeolitas son preferentemente aquellas que tienen elementos metalicos como cationes y pueden incluir zeolita X de sodio, zeolita X de litio o similares.

La seccion 140 de regulacion de caudal comprende un sensor 142 de caudal del tipo supersonico, una valvula 144 automatica reguladora, y un sensor 146 de presion que conforma un medio de detection de la fase de respiration. La valvula 144 automatica reguladora comprende una valvula lineal de tipo solenoide que tiene un orificio de 1,7 mm de diametro maximo. El sensor 146 de presion utiliza un sensor de presion que tiene un intervalo de ±75 Pa, y el inicio de la fase de inspiration se determina en un punto en el que la salida del sensor 146 de presion cambia de una presion positiva a una presion negativa.

A continuation, se describira un dispositivo de humidificacion segun una primera realizacion de la presente invencion con referencia a las figuras 2 y 3.

El dispositivo 10 de humidificacion comprende una carcasa 12 cillndrica circular hueca y un haz 14 que comprende una pluralidad de fibras 14a huecas dispuestas dentro de la carcasa 12. Tambien se proporcionan en la carcasa 12 los tabiques 16a y 16b de separation, para dividir el espacio interior de la carcasa 12 en una camara 13 de introduction para el gas a humedecer, que se ubica adyacente al extremo aguas arriba del haz 14 de fibra hueca y se comunica a los espacios interiores de las fibras 14a huecas, una camara 15 de descarga para el gas a humedecer, que se ubica adyacente al extremo aguas abajo del haz 14 de fibra hueca y se comunica a los espacios interiores de las fibras 14a huecas, y una camara 17 de operacion dispuesta entre la camara 13 de introduccion y la camara 15 de descarga.

La carcasa 12 tiene un orificio 12a de introduccion para el gas a humedecer, que esta formado en el tabique del extremo aguas arriba y comunica con la camara 13 de introduccion, y un orificio 12b de descarga para el gas a humedecer, que esta formado en el tabique del extremo aguas abajo y comunica con la camara 15 de descarga. El orificio 12a de introduccion y el orificio 12b de descarga estan conectados al tubo 180. En la pared lateral de la carcasa 12, se proporcionan una entrada 12c de aire y una salida 12d de aire que comunican con la camara 17 de operacion que es un espacio exterior de las fibras 14a huecas, y se proporciona un ventilador 16 en la entrada 12c de aire para suministrar el aire del exterior en la camara 17 de operacion. Se dispone un sensor 18 de humedad en el tubo 180 aguas debajo de la carcasa 12, y la seccion 150 de control controla la velocidad de rotation del ventilador 16 para hacer la humedad detectada por el sensor 18 de humedad igual a un valor predeterminado.

El haz 14 de fibra hueca tiene de 50 a 1.000 fibras 14a huecas permeables a la humedad. Las correspondientes

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

fibras 14a huecas estan formadas preferiblemente de membrana de pollmero fluorado que tiene acido sulfonico como un grupo funcional, tal como una membrana Nafion disponible en E. I. du Pont de Nemours & Company, una, membrana de poliimida o una membrana de polieter-imida. En particular, una membrana de poliimida disponible en Ube Industries, Ltd. y una membrana de polieter-imida disponible en Kuroda Precision Industries Ltd. tienen un velocidad de permeacion del vapor de agua correspondiente que diflcilmente cambia con el tiempo y, en consecuencia, son preferibles. El numero de fibras 14a huecas se selecciona de acuerdo con el caudal de gas a humedecer, la humedad objetivo, la tasa de permeacion del vapor de agua de la fibra 14a, la longitud y el diametro de la fibra 14a o el caudal de aire del ventilador 16, o similar.

La figura 4 es un grafico obtenido mediante experimentos, llevados a cabo utilizando el dispositivo de humidificacion mostrado en las figuras 2 y 3, que ilustra la relacion de la humedad del gas concentrado en oxlgeno, como un gas a humedecer, con respecto a la relacion (la relacion del area de la seccion transversal = SShy/Sap) entre la suma de las areas de las secciones transversales de las fibras 14a (SShy) huecas y el area de la seccion transversal del paso de aire. El area de la seccion transversal del paso de aire se obtiene restando la suma de las areas de las secciones transversales de las fibras 14a huecas del area Sap de la seccion transversal de la camara 17 de operacion. Los experimentos se llevaron a cabo utilizando el haz 14 de 200 a 1.000 fibras 14a huecas formadas por membranas de poliimida, teniendo cada una de ellas un diametro interior de aproximadamente 400pm, un diametro exterior de aproximadamente 500pm, una longitud de 150 mm y una tasa de permeacion de vapor de agua de aproximadamente 200x10-5 cm3 (STP) / (cm2 seg cm Hg). Como gas a humedecer, se suministro gas concentrado en oxlgeno a 23°C a un caudal de 5000 cm3 / min. El ventilador 16 era de un tamano pequeno, ventilador de flujo axial, mediante el cual se suministro aire a 23°C y 50% HR.

Con referencia a la figura 4, cuando la relacion de areas de secciones transversales esta dentro de un intervalo de 0,1 a 0,7, el gas concentrado en oxlgeno aproximadamente en un estado absolutamente seco se humidifica para tener una humedad relativa de aproximadamente un 40% o mas, y es utilizable en un sistema de suministro de gas medico. En particular, cuando la relacion de areas de secciones transversales esta dentro de un intervalo de 0,2 a 0,6, el gas concentrado en oxlgeno aproximadamente en un estado absolutamente seco se podrla humidificar para ser la humedad relativa de aproximadamente 45% HR.

A continuacion, el dispositivo de humidificacion segun una segunda realization de la presente invention se describira con referencia a las figuras 5 y 6.

El dispositivo 20 de humidificacion segun la segunda realizacion se estructura generalmente de la misma manera como en el dispositivo 10 de humidificacion segun la primera realizacion, y comprende un hueco, carcasa 22 cillndrica circular y una pluralidad de haces 24 de fibras huecas dispuestas en la carcasa 22, cada uno de la pluralidad de haces 24 de fibras huecas comprende una pluralidad de fibras 24a huecas. En el interior de la carcasa 22, los tabiques de partition 16a y 16b se proporcionan para dividir el espacio interior de la carcasa 22 en una camara 23 de introduction para el gas a humedecer, que se encuentra adyacente al extremo aguas arriba de los haces 24 de fibras huecas y se comunica a los espacios interiores de las fibras 24a huecas, una camara 25 para el gas a humedecer, que se encuentra adyacente al extremo aguas debajo de los haces 24 de fibras huecas y se comunica a los espacios interiores de las fibras 24a huecas, y una camara 27 de operacion dispuesta entre la camara 23 de introduccion y la camara 25 de descarga.

La carcasa 22 tiene un orificio 22a de introduccion para el gas a humedecer, que esta formado en la pared del extremo aguas arriba y se comunica con la camara 23 de introduccion, y un orificio 22b de descarga para el gas a humedecer, que esta formado en la pared del extremo aguas abajo y se comunica con la camara 25 de descarga. El orificio 22a de introduccion y el orificio 22b de descarga estan conectados al tubo 180. En la pared lateral de la carcasa 22, se proporcionan una entrada 22c de aire y una salida 22d de aire que comunican a la camara 27 de operacion que es un espacio exterior de las fibras 24a huecas, y se proporciona un ventilador 26 en la entrada 22c de aire para suministrar el aire exterior a la camara 27 de operacion. Se dispone un sensor 28 de humedad en el tubo 180 aguas abajo de la carcasa 22, y la seccion 150 de control controla la velocidad de rotation del ventilador 26 para hacer la humedad detectada por el sensor 28 de humedad igual a un valor predeterminado.

En la realizacion mostrada en las figuras 5 y 6, se proporcionan siete haces 24 de fibras huecas, cada haz 24 tiene 100 fibras 24a huecas. La fibra 24a hueca puede ser de la misma estructura como la de la fibra 14a hueca de la primera. Se selecciona el numero de fibras 24a huecas de acuerdo con el caudal de gas a humedecer, una humedad objetivo, una tasa de permeacion de vapor de agua, una longitud y un diametro de la fibra 24a hueca o un caudal de aire del ventilador 26, o similares, y el numero de haces 24 de fibra hueca depende del numero de fibras 24a huecas a utilizar. Por ejemplo, cuando son necesarias 500 fibras 24a huecas, cada uno de los haces 24 de fibra hueca puede incluir de 50 a 100 fibras 24a huecas; cuando son necesarias 1.000 fibras 24a huecas, cada uno de los haces 24 de fibra hueca puede tener de 50 a 250 fibras 24a huecas; cuando son necesarias 2.000 fibras 24a huecas, cada uno de los haces 24 de fibra hueca puede tener de 100 a 500 fibras 24a huecas; y cuando son necesarias 5.000 fibras 24a huecas, cada uno de los haces 24 de fibra hueca puede tener de 200 a 1.000 fibras 24a huecas.

Ademas, si los haces 24 de fibra hueca se alojan en la carcasa 22 con una excesiva gran holgura entre los haces 24 de fibra hueca adyacentes, se produce un denominado camino preferente en el que el aire suministrado por el ventilador 26 no entra en los haces 24 de fibra hueca sino que se descarga desde la carcasa 22, por lo que el rendimiento de humidificacion se deteriora de forma significativa. En consecuencia, es necesario que los haces 24 5 de fibra hueca esten dispuestos en la carcasa 22 con una holgura de varios millmetros o menos entre haces adyacentes.

Aunque las realizaciones preferentes de la presente invencion se han descrito anteriormente, sera, por supuesto, evidente para las personas con una experiencia normal en la tecnica que la presente invencion no debe limitarse a 10 las mismas sino que pueden incluir varios cambios y modificaciones de las mismas.

Aunque el sistema de suministro de gas concentrado en oxlgeno para uso medico se describe como un sistema de suministro de gas medico representativo aplicado a la presente invencion, la presente invencion no debe limitarse al mismo sino que puede utilizarse para humidificar otros gases medicos tales como el gas oxido nitroso. Ademas, el 15 dispositivo de humidificacion de la presente invencion puede utilizarse no solo para humidificar gas concentrado en oxlgeno obtenido mediante la separacion del nitrogeno del aire como gas medico sino que tambien puede humidificar oxlgeno gas producido mediante vaporizacion de oxlgeno llquido.

Claims (6)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   REIVINDICACIONES

   1. - Un dispositivo (10, 20) de humidificacion para humidificar un gas, con el vapor de agua contenido en el aire, que comprende:

   un haz (14, 24) de fibras huecas formado por la agrupacion de una pluralidad de fibras (14a, 24a) huecas permeables por el vapor de agua, estando orientadas las fibras huecas en una direction de un eje predeterminado;

   un alojamiento (12, 22) que tiene un espacio para acomodar el haz (14, 24) de fibras huecas en el mismo, y que tiene un orificio (12a, 22a) de introduction para el gas a humedecer, que comunica con las perforaciones de las fibras (14a, 24a) huecas, un orificio (12b, 22b) de descarga para el gas a humedecer, que comunica con las perforaciones de las fibras (14a, 24a) huecas, una entrada (12c, 22c) de aire que comunica con el espacio en la carcasa (12, 22) externo de las fibras (14a, 24a) huecas para introducir el aire exterior, y una salida (12d, 22d) de aire que comunica con el espacio en la carcasa (12, 22) externo de las fibras (14a, 24a) huecas; y

   caracterizado por que

   un ventilador (16, 26) se dispone en la entrada de aire de la carcasa (12, 22) para introducir el aire exterior en la carcasa (12, 22), y

   la relation entre la suma de las areas de las secciones transversales de las fibras (14a, 24a) huecas tomadas a lo largo de un plano perpendicular al eje, y el area de la section transversal del paso de aire, se encuentra dentro de un intervalo de 0,1 a 0,7, obteniendose el area de la seccion transversal del paso del aire restando la suma (SShy) de las areas de las secciones transversales de las fibras (14a, 24a) huecas del area (Sap) del area de la seccion transversal del espacio de la carcasa (12, 22) tomada a lo largo de un plano perpendicular al eje.
2. 2. - Un dispositivo (10, 20) de humidificacion como se ha definido en la reivindicacion 1, en el que la relacion de las areas de las secciones transversales se encuentra dentro de un intervalo de 0,2 a 0,6.
3. 3. - Un dispositivo (10, 20) de humidificacion como se ha definido en la reivindicacion 1, en el que la fibra hueca se compone de una membrana de poliimida o una membrana polieter-imida.
4. 4. - Un dispositivo (10, 20) de humidificacion como se ha definido en la reivindicacion 1, que comprende ademas:

   un sensor (18, 28) de humedad proporcionado en el orificio de descarga para detectar la humedad del gas a humedecer; y

   una seccion (150) de control para controlar el ventilador (16, 26) para hacer la humedad del gas a humedecer, detectada por el sensor de humedad, igual a un valor predeterminado.
5. 5. - Un dispositivo (10) como se ha definido en la reivindicacion 1, en el que el gas a humedecer es un gas concentrado en oxlgeno.
6. 6. - Un sistema (100) de concentration de oxlgeno, adsorbiendo el sistema el nitrogeno contenido en el aire y evacuandolo del mismo para producir un gas concentrado en oxlgeno para uso medico, y que comprende:

   una seccion (110) de concentracion de oxlgeno del tipo de adsorcion a presion oscilante que tiene una pluralidad de columnas de adsorcion, las columnas con respectiva capacidad adsorbente que tienen una capacidad de adsorcion selectiva para el nitrogeno;

   un tubo (180) para introducir el gas concentrado en oxlgeno producido en la seccion de concentracion en oxlgeno a un usuario;

   medios (122) para ajustar previamente la presion dispuestos en el tubo (180) para ajustar la presion en la salida de la seccion (110) de concentracion en oxlgeno a un valor constante;

   medios (140) de regulation del caudal para regular un caudal de gas concentrado en oxlgeno que fluye a traves del tubo a un valor constante; y

   el dispositivo (10, 20) de humidificacion como se ha definido en la reivindicacion 1