JP2023512444A - 湿度制御を用いた酸化窒素生成のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

様々な換気および／または医療装置と共に用いるための、湿度制御システムが関連付けられた、酸化窒素生成のためのシステム、方法および装置が提供される。いくつかの実施形態では、酸化窒素を生成するためのシステムが、反応ガスから酸化窒素を含有する生成ガスを生成するように構成された少なくとも１対の電極と、生成ガスから二酸化窒素ＮＯ２を除去するように構成されたスクラバと、システム内の湿度を制御するように前記反応ガスおよび前記生成ガスのうちの少なくとも一方の水含有量を変更するように構成された湿度制御装置とを備える。

Description

連邦政府による資金提供を受けた研究開発
本発明は、米国国立衛生研究所（ＮＩＨ：Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）によって授与された助成金番号第Ｒ４４ ＨＬ１３４４２９号および助成金番号第Ｒ４４ ＴＲ００１７０４号の下で政府の支援を受けてなされたものである。政府は本発明に一定の権利を有する。

関連出願
本出願は、２０２０年１月１１日付で出願された米国仮出願第６２／９５９，９２９号および２０２１年１月１１日付で出願された米国実用特許出願第１７／１４６，４６８号の利益および優先権を主張する。これらの出願のそれぞれの内容は、引用することによってそれらの全体が本明細書の一部をなすものとする。

本開示は、酸化窒素を生成し、酸化窒素（ＮＯ）生成中のシステム内の湿度レベルを制御するためのシステムおよび方法に関する。

本開示は、様々な換気および／または医療装置と共に用いるための、湿度制御システムが関連付けられた、酸化窒素生成のためのシステム、方法および装置に関する。

いくつかの実施形態では、酸化窒素を生成するためのシステムが、反応ガスから酸化窒素を含有する生成ガスを生成するように構成された少なくとも１対の電極と、生成ガスからＮＯ_２を除去するように構成されたスクラバと、システム内の湿度を制御するように反応ガスおよび生成ガスのうちの少なくとも一方の水含有量を変更するように構成された湿度制御装置とを備える。

いくつかの実施形態では、システムは、少なくとも１つのコントローラであって、コントローラへの入力として１つまたは複数のパラメータを用いて少なくとも１対の電極によって生成された生成ガスにおける酸化窒素の量を調整するように構成され、１つまたは複数のパラメータは、反応ガス、生成ガス、および生成ガスの少なくとも一部が流れ込む吸気ガスのうちの少なくとも１つに関係する、少なくとも１つのコントローラを更に備えることができる。湿度制御装置は、湿度情報がコントローラへのパラメータとなるようにコントローラと通信するように構成することができる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の湿度センサは、コントローラおよび湿度制御装置のうちの少なくとも一方と通信するように構成することができる。１つまたは複数の湿度センサは、システムにおいて湿度を調節するように湿度制御装置と通信するように構成することができる。

いくつかの実施形態では、湿度制御装置はウォータトラップの形態である。いくつかの実施形態では、湿度制御装置は湿度交換材料の形態である。いくつかの実施形態では、湿度制御装置は湿度管理材料の形態である。いくつかの実施形態では、湿度管理材料は乾燥剤である。いくつかの実施形態では、湿度制御装置は分子篩の形態である。いくつかの実施形態では、湿度制御装置は、湿ったガスおよび乾燥ガスを滴定し、ターゲットガス湿度レベルを達成するように構成される。いくつかの実施形態では、湿度制御装置は、能動加熱器および受動加熱器のうちの少なくとも一方の形態である。いくつかの実施形態では、湿度制御装置は、スクラバの乾燥を防ぐように構成される。

いくつかの実施形態では、システムは、コントローラに対するパラメータとして用いられる、反応ガス、生成ガス、および吸気ガスのうちの少なくとも１つに関する情報を検知するように構成された１つまたは複数のセンサを更に備えることができ、湿度制御装置は、１つまたは複数のセンサの乾燥を防ぐように構成される。

いくつかの実施形態では、酸化窒素を生成するためのシステムが、反応ガスから酸化窒素を含有する生成ガスを生成するように構成された少なくとも１対の電極と、少なくとも１つのコントローラであって、コントローラへの入力として１つまたは複数のパラメータを用いて少なくとも１対の電極によって生成された生成ガスにおける酸化窒素の量を調整するように構成され、１つまたは複数のパラメータは、反応ガス、生成ガス、および生成ガスの少なくとも一部が流れ込む吸気ガスのうちの少なくとも１つに関係する、少なくとも１つのコントローラとを備える。反応ガスおよび生成ガスのうちの少なくとも一方の温度および圧力のうちの少なくとも一方は、システム内の温度を調節するように変更されるように構成される。

いくつかの実施形態では、システムは、必要に応じて湿度を変更する能力に対するフィードバックを利用することができる。いくつかの実施形態では、システムは、生成ガスからＮＯ_２を除去するように構成されたスクラバを更に備えることができ、湿度制御装置は、スクラバの乾燥を防ぐように構成される。いくつかの実施形態では、システムは、コントローラに対するパラメータとして用いられる、反応ガス、生成ガス、および吸気ガスのうちの少なくとも１つに関する情報を検知するように構成された１つまたは複数のセンサを更に備えることができ、湿度制御装置は、１つまたは複数のセンサの乾燥を防ぐように構成される。いくつかの実施形態では、湿度制御装置は、湿度情報がコントローラへのパラメータとなるようにコントローラと通信するように構成することができる。

いくつかの実施形態では、酸化窒素を生成するためのシステムが、反応ガスから酸化窒素を含有する生成ガスを生成するように構成された少なくとも１対の電極と、少なくとも１つのコントローラであって、コントローラへの入力として１つまたは複数のパラメータを用いて少なくとも１対の電極によって生成された生成ガスにおける酸化窒素の量を調整するように構成され、１つまたは複数のパラメータは、反応ガス、生成ガス、および生成ガスの少なくとも一部が流れ込む吸気ガスのうちの少なくとも１つに関係する、少なくとも１つのコントローラとを備える。少なくとも１つのパラメータは、ターゲットＮＯ生成レベルを達成するための、反応ガスおよび生成ガスのうちの少なくとも一方における湿度情報である。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のパラメータは、ＮＯ生成を制御するための、地理的場所、高度、大気圧情報のうちの少なくとも１つを含む。

本開示は、言及する複数の図面を参照して、例示的な実施形態の非限定的な例として、以下の詳細な説明において更に説明される。図面において、同様の参照符号は、図面の幾つかの図を通して同様の部分を表す。

ＮＯ富化生成ガスを生成するためのシステムの例示的な実施形態を示す図である。 ＮＯ富化生成ガスを生成するためのシステムの別の例示的な実施形態を示す図である。 ＮＯ生成システムの例示的な実施形態を示す図である。 ＮＯ生成システムのコントローラの概略の一実施形態を示す図である。 空気圧回路の実施形態を示す図である。 空気圧回路の別の実施形態を示す図である。 再循環アーキテクチャを有するＮＯ生成システムの実施形態を示す図である。 再循環アーキテクチャを有するＮＯ生成システムの実施形態を示す図である。 再循環アーキテクチャを有するＮＯ生成システムの実施形態を示す図である。 ＮＯ生成システムから凝縮水を除去する手動の方法の実施形態を示す図である。 排水弁が空気圧システムからスポンジ上へ凝縮水を放出するシステムの実施形態を示す図である。 ポンプおよび加圧リザーバを含む空気圧設計の実施形態を示す図である。 反応ガスから凝縮を除去するためにポンプ後の水分離器を利用する実施形態を示す図である。 熱電装置を用いて、流入する反応ガスの冷却およびリザーバガスの加熱を同時に行う電気ＮＯ生成装置の実施形態を示す図である。 リザーバに適用されている加熱器の実施形態を示す図である。 リザーバ内に熱生成構成要素を有するガスリザーバの例示的な実施形態を示す図である。 リザーバ内に熱生成構成要素を有するガスリザーバの例示的な実施形態を示す図である。 筐体が熱生成構成要素を取り囲んだ再循環アーキテクチャを有するＮＯ生成装置を示す図である。 デュアルチャンバ往復ポンプの実施形態を示す図である。 乾燥剤の近傍に選択性湿度交換膜材料を含むシステムの例示的な実施形態を示す図である。 圧縮ガスを保温し、システムの外部で循環する空気との湿度交換を可能にするシステムの例示的な実施形態を示す図である。 並列に利用されている複数の長さの選択性湿度交換膜を含むシステムの例示的な実施形態を示す図である。 ＳＨＥＭチュービングの周りの筐体を通じてガスを取り出すことにより、ガスフローから出る水移動を増大させるように湿度交換チュービングの周りの圧力を低下させるシステムの例示的な実施形態を示す図である。 掃引フローを利用して一次フローから湿度を除去するポンプからの分岐ガスフローの実施形態を示す図である。 掃引フローを利用して一次フローから湿度を除去するポンプからの分岐ガスフローの実施形態を示す図である。 外面が加熱されているＳＨＥＭチュービングを含むシステムの例示的な実施形態を示す図である。 異なる湿度を有する２つのガスを混合することによって反応ガスの湿度を制御することができるシステムを示す図である。 ＮＯ生成システムの反応ガスに湿度を加えることができる実施形態を示す図である。 ファン、湿度交換チュービングおよび任意選択の加熱器を利用して、生成ガスを用いて湿度を調整する実施形態を示す図である。 ガスが湿度制御媒体と直接接触する、湿度制御媒体を有する湿度制御チャンバをガスに通過させる実施形態を示す図である。 ガスが湿度交換膜を用いることによって湿度制御媒体と間接的に接触する、この媒体を有する湿度チャンバを用いた実施形態を示す図である。 スクラバを並列に利用して、ＮＯ生成システム内の圧力を低減させる実施形態を示す図である。 静的混合要素を利用してＮＯ含有ガスを別のガスフローに混合するＮＯ生成システムの実施形態を示す図である。 動的混合要素を利用してＮＯ含有ガスを別のガスフローに混合するＮＯ生成システムの実施形態を示す図である。 生成ガスを混合するＮＯ生成の実施形態を示す図である。 低圧で動作する実施形態を示す図である。 低圧で動作する実施形態を示す図である。 受動熱および能動熱を利用してシステム内の凝縮を防ぐ再循環ループアーキテクチャを有するＮＯ生成システムを示す図である。 スクラバおよびフローコントローラを迂回することによって低圧でＮＯ経路をパージすることができる再循環ループアーキテクチャを有するＮＯ生成システムを示す図である。 再循環アーキテクチャと、ＮＯ生成イベント間にシステムの高圧領域をパージする能力とを有するＮＯ生成システムの実施形態を示す図である。 再循環アーキテクチャと、ＮＯ生成イベント間にシステムの高圧領域をパージする能力とを有するＮＯ生成システムの実施形態を示す図である。 再循環アーキテクチャと、ＮＯ生成イベント間にシステムの高圧領域をパージする能力とを有するＮＯ生成システムの実施形態を示す図である。 再循環アーキテクチャと、ＮＯ生成イベント間にシステムの高圧領域をパージする能力とを有するＮＯ生成システムの実施形態を示す図である。 湿度管理再循環ループの例示的な実施形態を示す図である。 湿度管理再循環ループの例示的な実施形態を示す図である。 湿度上昇に起因したＮＯ生成抑制の代表的データを示す図である。 ＮＯ生成に関連する場合のガスの水含有量の例示的なグラフである。 再循環アーキテクチャにおけるガス湿度に関連する測定値のための例示的な場所のオプションを示す図である。

上記特定の図面は、本開示の実施形態を示すものの、以下の論考に示すように、他の実施形態も考えられる。本開示は、代表として例示的な実施形態を提示するが、何ら限定するものではない。当業者であれば、本開示の実施形態の原理の範囲および主旨に含まれる他の多くの改良例および実施形態を考案可能である。

以下の説明は、例示的な実施形態を提供するにすぎず、本開示の範囲、適用可能性、または構成の制限を意図したものではない。むしろ、例示的な実施形態の以下の説明は、当業者に対して、１つまたは複数の例示的な実施形態を実現する実施可能説明を提供することになる。本開示の実施形態の主旨および範囲から逸脱することなく、要素の機能および配置の様々な変更が可能であることが理解されよう。

以下の説明においては、具体的詳細を与えることにより、実施形態の十分な理解が得られるようにする。ただし、当業者であれば、これらの具体的詳細なく実施形態を実行可能であることが理解されよう。例えば、本開示の実施形態のシステム、プロセス、および他の要素は、実施形態の詳細が無駄に不明瞭となることがないように、ブロック図の形態の構成要素として示す場合がある。他の例では、実施形態が不明瞭となることがないように、既知のプロセス、構造、および技術を無駄な詳細なく示す場合がある。

また、個々の実施形態は、フローチャート、フロー図、データフロー図、構造図、またはブロック図として示されるプロセスとして説明される場合もあることに留意されたい。フローチャートは、逐次プロセスとして動作を説明し得るが、これら動作の多くは、並列または同時に実行可能である。加えて、動作の順序は、並び替えが可能である。プロセスは、その動作が完了した場合に終了となり得るが、論じられることも図面に含まれることもない追加のステップを有することも可能である。更に、詳細に説明する任意のプロセスの全ての動作が全ての実施形態において行われ得るわけではない。プロセスは、方法、関数、手順、サブルーチン、サブプログラム等に対応し得る。プロセスが関数に対応する場合、その終了は、呼び出し元関数またはｍａｉｎ関数に関数を返すことに対応する。

以下、本明細書の一部を構成すると共に例示として本開示の具体的で例示的な態様および実施形態を示す添付の図面を参照して、主題を更に詳しく説明する。ただし、主題は、多様な異なる形態で具現化されるようになっていてもよく、したがって、網羅または請求される主題は、本明細書に記載の如何なる例示的な実施形態にも限定されないとの解釈が意図されるものである。例示的な実施形態は、例示を目的として提供されるにすぎない。したがって、以下の詳細な説明は、限定的に捉えられることを意図したものではない。

一般的に、専門用語は、文脈中の使用から少なくとも部分的に理解され得る。例えば、「および（ａｎｄ）」、「または（ｏｒ）」、または「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」等の用語は、本明細書において用いられるとき、これらの用語が使用される文脈に少なくとも部分的に応じ得る多様な意味を含んでいてもよい。通常、「Ａ、Ｂ、またはＣ」等のリストの関連付けに用いられる場合の「または（ｏｒ）」は、包括的な意味で使用される「Ａ、Ｂ、およびＣ」のほか、排他的な意味で使用される「Ａ、Ｂ、またはＣ」の意味が意図される。また、「１つまたは複数（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」は、本明細書において用いられるとき、文脈に少なくとも部分的に応じて、単数の意味で任意の特徴、構造、または特性を表すのに用いられる場合もあるし、複数の意味で特徴、構造、または特性の組合せを表すのに用いられる場合もある。同様に、「１つの、或る（ａ、ａｎ）」または「その（ｔｈｅ）」などの用語も、文脈に少なくとも部分的に応じて、単数使用を伝えるように理解されてもよいし、複数使用を伝えるように理解されてもよい。加えて、「に基づいて（ｂａｓｅｄｏｎ）」と言う用語は、必ずしも排他的な要素のセットを伝えることを意図していないものとして理解されてもよく、代わりに、ここでもまた、文脈に少なくとも部分的に応じて、必ずしも明示的に記載されていない追加の要素の存在を許容するものとして理解されてもよい。

本開示は、様々な用途、例えば、病室内、救急処置室内、診察室内、クリニック内、およびポータブル装置または移動型装置として病院外において使用される酸化窒素（ＮＯ）送達のシステムおよび方法に関する。ＮＯ生成システムおよび／またはＮＯ送達システムは、多くの形態をとることができ、これらの形態には、限定的ではないが、生成ガスを利用する既存の医療装置と連動するように構成された装置、スタンドアローン（移動可能）装置、既存の医療装置と統合可能なモジュール、ＮＯシステムの様々な機能を実行することができる１つまたは複数のタイプのカートリッジ、および電子ＮＯタンクが含まれる。ＮＯ生成システムは、限定的ではないが、周囲空気を含む反応ガスを使用してＮＯが富化された生成ガスを生成する。

ＮＯ生成装置は、ＮＯを利用することができる任意の装置と共に使用され得る。任意の装置には、限定的ではないが、換気装置、麻酔装置、室内空気（ｈｏｕｓｅ ａｉｒ）、除細動器、心室補助装置（ＶＡＤ）、持続気道陽圧（ＣＰＡＰ）装置、二段階気道陽圧（ＢｉＰＡＰ）装置、非侵襲性陽圧換気装置（ＮＩＰＰＶ）、鼻カニューレ装置、ネブライザー、体外式膜型人工肺（ＥＣＭＯ）、バイパスシステム、自動ＣＰＲシステム、酸素送達システム、酸素濃縮装置、酸素生成システム、自動体外式除細動器ＡＥＤ、ＭＲＩ、および患者モニタが含まれる。更に、生成された酸化窒素の送り先は、任意の医療装置に付随する任意のタイプの送達装置とすることができ、送達装置には、限定的ではないが、鼻カニューレ、手動換気装置、フェイスマスク、吸入器、または他の任意の送達回路が含まれる。ＮＯ生成機能は、これらの装置のうちの任意のものに組み込むこともできるし、これらの装置は、本明細書に記載されるようなＮＯ生成装置と共に使用することもできる。

電気的なＮＯは、窒素および酸素を含有する反応ガスから生成することができる。医療用圧縮ガスシリンダまたは空気圧縮機システムから得られるような乾燥したまたは大部分が乾燥した反応ガスからのＮＯ生成は、水含有量変動に由来するＮＯ生成における変動がほとんどあるいは全くない。酸化窒素生成システムが制御された環境の外で動作するかまたは室内の反応ガス供給部につながるには、反応ガス内の湿度レベルの知識および／または湿度レベルの管理を必要とする。例えば、所与の周波数および持続時間における電気ＮＯ生成は、反応ガスの水含有量にのみ基づいて、最大５０％変動し得る。水含有量は、多くの場合、相対湿度（ＲＨ）、すなわち、所与の温度における凝縮前に可能な最大水含有量に対しガスが有する水含有量のパーセンテージにおいて測定される。湿度および水含有量は、本明細書において時として交換可能に用いられるが、これらは異なっていてもよいことを理解すべきである。

単独または連携して用いることができる湿度制御の２つの手法、１）湿度補償および２）湿度管理、が存在する。湿度補償は、周囲条件、反応ガスおよび／または生成ガスの湿度の測定、ならびに結果としてターゲット量の酸化窒素を生成するようにＮＯシステム内の条件を調節することを含む。調節可能なＮＯシステム内の条件は、限定的ではないが、プラズマエネルギー、プラズマ電圧、プラズマ周波数、プラズマ持続時間、プラズマデューティサイクル、反応ガス流量、プラズマチャンバ温度、反応ガス温度および反応ガス圧力を含むことができる。図３３は、例示的な湿度補償テーブルを示し、以下でより詳細に論じられる。

湿度管理は、酸化窒素生成システムが、システム内の水凝縮の防止、システム内の凝縮水の管理、ＮＯ_２の存在下で酸性になる凝縮水からのシステム構成要素の保護、限定的ではないが、ＮＯ、ＮＯ_２およびＯ_２センサを含む様々なセンサに必要とされる範囲内でのガス湿度の維持、および正確で反復可能なＮＯ生成のための特定の範囲における反応ガス湿度の維持のうちの１つまたは複数を達成することを可能にする。これらの手法は、ガスに対し水を追加／除去して水含有量を調節すること、ならびに／または温度および圧力を調節して所与の水含有量レベルの露点を変更することを含むことができる。湿度をターゲット範囲内に維持することは、周囲条件およびシステム構成要素の要件に依拠してガスに対し水を除去または水を追加することを含むことができる。いくつかの実施形態では、例えば、ガスセンサは、２０％ＲＨ～７０％ＲＨのガス湿度を必要とする。このため、非常に乾燥した条件において、水は、センサを保護するためにガスに追加され、水は非常に湿った条件においてガスから除去される。

湿度管理は、ＮＯ生成システム内の様々なポイントで行うことができる。いくつかの実施形態では、水は、ＮＯシステムに入った後すぐに反応ガスから除去される。他の実施形態において、水は、ポンプ後もしくは再循環ループ内、または湿度検知構成要素の直前等、システム内のより深くの他の領域において除去される。

水は、液体の形態で凝縮し除去することができるか、または蒸気として除去することができる。いくつかの実施形態では、水は、システムに入った後すぐに液体の形態に凝縮される。この手法により、排水するか、蒸発させるか、または他の形で管理するための水が１日あたり数十ｍｌに達し得る。他の実施形態では、水は蒸気の形態に保たれ、流入するガスから、圧力、湿度および／または温度の勾配を利用して追い出される。他の実施形態では、システム動作温度は、水の凝縮を防ぐのに十分高いレベルに維持される。いくつかの実施形態は、動作圧力が低く、システム内の水凝縮の可能性を最小にすることから選択される。

ＮＯ生成器内の湿度管理は、受動制御、能動制御または２つの組合せによるものを含む、様々な技法を用いて達成することができる。

受動制御は、物理的手段によって自動的に湿度を制御することを含む。以下に記載の実施形態のうちの任意のものを、システムにおける湿度を受動制御するために用いることができることが理解されよう。例えば、反応ガスは、湿度レベルを特定の湿度に向けて駆動するように乾燥剤の上を反応ガスに通過させることによって事前調整することができる。この手法の有効性は、乾燥剤（表面エリア）の量および露出時間（流量、ガス経路長、乾燥剤チャンバ容積等）に依拠する。水含有量は、追加の制御なしでガスと乾燥剤との間で交換される。別の例では、ＮＯ生成器空気圧経路内の１つまたは複数のゾーンを加熱して、相対湿度が１００％未満となるのに十分温かい周囲よりも高圧にガスを保持することができる。受動制御設計において、全ての動作条件について機能することができ、常に用いられる熱レベルが利用される。

能動湿度制御は、ＮＯ生成システムが、反応ガスおよび／または生成ガス内の水含有量を必要に応じて変更することを可能にする。以下に記載の実施形態のうちの任意のものを、システムにおける湿度を能動制御するために用いることができることが理解されよう。

能動制御の例は、反応ガスがチューブの外側の可変の対流との湿度交換チュービングを通過することを含む。いくつかの実施形態では、コントローラは、流入する反応ガスの湿度含有量を測定し、システム内の後のより高圧の領域における凝縮を防ぐために十分な水が反応ガスから除去されるようにすることができる対流流量（例えば、ファン速度）を選択する。この開ループ制御手法を用いて、コントローラは、反応ガス湿度、ターゲットガス湿度、動作温度、システム内のピーク圧力、対流ガス温度、対流ガス湿度、対流ガス圧力、および湿度交換チュービングにわたる水分交換に関する他のパラメータのうちの１つまたは複数を用いてルックアップテーブルまたは数学式に基づいてファン速度を決定することができる。

能動湿度制御の別の例では、コントローラは、センサを有するシステムの湿度除去ゾーンの下流のガスの湿度を測定する。センサは、ガスセンサにおけるターゲットガス湿度を達成するために湿度除去ゾーン内の条件を変動させる閉ループ制御システム（例えば、ＰＩＤ）への入力として用いられる。例えば、ガスの湿度が受容可能な範囲内にある場合、コントローラは湿度除去ゾーン（例えば、加熱器、ファンまたは真空ポンプ）の動作を停止させる。湿度除去装置の下流の測定湿度が受容不能なレベルに向けて増大しているとき、能動制御方式は、湿度除去装置における水の除去を増大させる。別の例において、ＮＯ生成システムがより高いＮＯ生成率に遷移する際、反応ガスの流量および圧力は増大し、凝縮の可能性を増大させる場合がある。湿度コントローラは、ＮＯ生成コントローラからのＮＯ生成の増大の通知を受信し、このより高い生成率に関連付けられたより高い圧力および／または流量における凝縮を防ぐために水の除去を増大させることができる。このようにして、湿度コントローラは、反応ガスおよびＮＯ生成システムの条件に基づいて水除去の速度を調整する。

湿度除去装置の能動制御の別の例において、加熱器を用いて、反応ガスを含有する湿度交換チュービングにわたって流れる対流ガスの温度を上昇させる。湿度センサによって測定される反応ガスの湿度が上昇すると、能動湿度コントローラは、加熱器温度を上昇させて、反応ガスから更なる水を除去する。開ループ解決策において、加熱器の温度は装置特性によって予め決定され、ルックアップテーブルまたは数学式において反応ガス湿度を調べることによって得られる。閉ループ解決策において、加熱器の温度は、ターゲットレベルに向けて湿度を駆動するために、湿度交換装置の下流で測定されるガス湿度に基づいて調整される。双方の能動制御シナリオにおいて、流入するガスの湿度がターゲットレベルまたはその付近にある場合、湿度管理は利用されず、それによってエネルギーが節減され、バッテリ寿命が延びる。

１つの例において、ＮＯ生成装置は、５～４０℃および１５～９５％の相対湿度の動作環境において動作することが必要とされる。ＮＯ生成装置は、ガス湿度が２０％ＲＨ～７０％ＲＨとなることを必要とするＮＯガスセンサを備える。湿度スペクトルの下端において、ソーダ石灰スクラバからガスに加えられる相対湿度および水含有量を上昇させる反応ガスの凝縮に起因して、湿度管理は必要とされない。しかしながら、湿度スペクトルの上端において、ＮＯ生成システム内の圧縮を防ぎ、ＮＯガスセンサを湿度範囲外で動作させることを防ぐために、水を除去しなくてはならない。需要に基づいて湿度管理を能動的に動作させることによって、ＮＯ生成装置は、エネルギー消費を低減させ、バッテリ寿命を延ばすことができる。

ガス内の水含有量を追加、除去および維持するために様々な方法が本明細書に提示される。これらの解決策の各々は、限定的ではないが、装置吸気口、再循環ループ、プラズマチャンバとスクラバとの間の場所、ＮＯ生成器の高圧領域、湿度検知構成要素の前の場所および要求に応じた他の場所を含む、ＮＯ生成システムを有する様々な場所で展開することができることを理解すべきである。

ＮＯ生成システム内のガスの湿度は、変動する環境条件について仕様内の装置の動作を可能にすることができる制御アルゴリズムを通じて上記で述べたメカニズムを展開することによって、凝縮を防ぎ、および／または除湿を減少させるように制御される。

ＮＯ生成装置における湿度の管理は、以下の利点を提供する。１）水の凝縮を防ぎ、水滴、および／または液体の水が二酸化窒素に曝されるときに形成される腐食性硝酸からの、センサおよび他のシステム要素に対する損傷のリスクをなくすことができる。２）プラズマに露出される反応ガス湿度範囲が低いことに起因して、ＮＯ生成精度における湿度変動の影響が減少する。

図１は、ＮＯ生成システム１０の例示的な実施形態を示している。ＮＯ生成システム１０は、反応ガス吸気１２用の構成要素と、プラズマチャンバ２２への送達用の構成要素とを含む。プラズマチャンバ２２は、高電圧回路（プラズマ生成器）２８を使用して、反応ガスからの所望の量のＮＯを含有する生成ガス３２を生成するように構成される１つまたは複数の電極２４をその内部に含む。システムは、プラズマ生成器２８および電極（複数の場合もある）２４と導通するコントローラ３０を含み、このコントローラは、システム内の条件および／または生成ガスを患者に送達する別個の装置に関する条件および／または生成ガスを受け取る患者に関する条件に関係した１つまたは複数の制御パラメータを使用して、生成ガス３２内のＮＯの濃度を制御するように構成される。更に、コントローラ３０は、本明細書に記載の様々な湿度制御装置または機構のうちの任意のものと通信して、システムにおける湿度を変更することもでき、湿度、温度および／または圧力センサ等の１つまたは複数のセンサからの測定値等の様々な情報を用いることができる。いくつかの実施形態では、プラズマ生成器回路は、電極ギャップにわたって電位差を発生させる高電圧回路である。いくつかの実施形態では、ＡＣおよび／またはＤＣ高電圧は、３０００～３０，０００ボルトの範囲をとる。いくつかの実施形態では、プラズマ生成器回路は、無線周波数（ＲＦ）電力を１つまたは複数のＲＦ電極に送達するＲＦ発電機である。いくつかの実施形態では、ＲＦ電力は、５０Ｗ～１００Ｗの範囲内の電力を有する約１３～１４ＭＨｚにおいて動作するが、他の電力範囲も、電極設計、生産目標および反応ガス条件に応じて効果的なものとすることができる。いくつかの実施形態では、ＲＦ電力は、Ｎ_２分子の結合および励起を改善するために約２．４５ＧＨｚにおいて動作する。コントローラ３０は、ユーザがシステムとインタラクトし、システムおよびＮＯ生成についての情報を視認し、ＮＯ生成に関連したパラメータを制御することを可能にするユーザインタフェース２６とも通信する。

いくつかの実施形態では、ＮＯシステム空気圧経路は、マニホールド３６を通して空気を押し出すポンプを含む。マニホールドは、バイナリ弁、三方弁、および比例オリフィスを用いて構成される。高電圧回路２８は、ポンプのフロー、プラズマ活性（電力、デューティサイクル、周波数、電流、電圧）および放電後のガスフローの方向を制御する。弁を構成することによって、高電圧制御回路は、生成ガス内のＮＯ、ＮＯ_２およびＯ_２のレベルの直接測定用の手動呼吸経路、換気装置経路またはガスセンサチャンバにガスを誘導することができる。

プラズマチャンバ２２内で生成されるＮＯで富化された生成ガス３２の形態のＮＯ生成システムからの出力は、患者に送達するために呼吸装置または他の装置に誘導することもできるし、ＮＯ生成システムの自己診断または較正用に設けられた複数の構成要素に誘導することもできる。いくつかの実施形態では、システムは、ガスを収集し、２つの方法でサンプリングする。すなわち、１）ガスは、患者の近くの患者吸気回路から収集され、サンプルライン４８、フィルタ５０、およびウォータトラップ５２を通過するか、または２）ガスは、プラズマチャンバと注入器との間の場所から出るときに、空気圧回路から直接分流される。いくつかの実施形態では、生成ガスは、スクラブ後であって患者エアストリーム内への希釈前にシャント弁４４を用いてガスセンサに分流される。いくつかの実施形態では、生成ガスは、装置の近くでおよび／または希釈後に装置内で吸気エアストリームから収集される。いくつかの実施形態では、生成ガスおよび吸気ガスは、サンプリング前にガスを混合させるミキサ４７を通過する。装置のガス分析部内において、生成ガスは、生成ガス内の様々なガスの濃度、圧力、および流量を測定する１つまたは複数のセンサを通過する。

図２は、ＮＯ生成送達システム６０の実施形態を示している。反応ガス６２は、ガスフィルタ６４（例えば、活性炭フィルタ）を通ってシステムに入る。ポンプ６６は、システム内を通ってガスを進ませるのに使用される。システムがポンプを含むか否かは、反応ガス供給の圧力によって決めることができる。反応ガスが加圧されている場合には、ポンプは必要とされない場合がある。反応ガスが大気圧付近または大気圧の場合には、ポンプまたは反応ガスを、システム内を通って移動させる他の手段が必要とされる。ポンプ後の任意選択のリザーバ６８は、ポンプからの圧力および／またはフローの急速な変化を減衰させる。「リザーバ」という用語は、その圧力を、大気圧を上回るおよび／または下回る特定の圧力に制御することができる容積を指すことに留意されたい。２つの構成要素間の空気圧経路の容積は、リザーバとしての役割を果たすことができる。いくつかの実施形態では、リザーバは、チュービング、マニホールド等のみからなる。他の実施形態では、リザーバは、チャンバと流体連通する空気圧経路に加えて、このチャンバからなる別個のリザーバ構成要素からなる。いくつかの実施形態では、リザーバは、他のシステム構成要素（すなわち、ポンプ、弁、回路基板等）によって占有されない筐体内の容積からなる。加圧されているときに、リザーバは、フローコントローラ７０と結合されると、システムがポンプ６６の流量よりも大きな流量をプラズマチャンバ７２に提供することを可能にすることができる。プラズマチャンバ７２内の電極７４は、治療コントローラ８０から受信される所望の治療条件に基づいて高電圧入力を生み出すプラズマ生成回路７８によって通電される。ユーザインタフェース７６は、所望の治療条件（投与量、治療モード等）をユーザから受信し、それらを治療コントローラ８０に通信する。更に、治療コントローラ８０は、本明細書に記載の様々な湿度制御装置または機構のうちの任意のものと通信して、システムにおける湿度を変更することもでき、湿度、温度および／または圧力センサ等の１つまたは複数のセンサからの測定値等の様々な情報を用いることができる。反応ガス６２は、プラズマチャンバ７２を通過するときに生成ガス８２に変換され、一部は酸化窒素および二酸化窒素に変換される。通常１つまたは複数の弁からなる任意選択の高度補償器８４が、酸化窒素生成における追加の制御用の背圧をプラズマチャンバ７２内に提供するために任意選択で使用される。生成ガスは、必要に応じてマニホールド８６を通過し、生成ガスから二酸化窒素を除去するフィルタスカベンジャフィルタ８８アセンブリに到達する。フィルタスカベンジャフィルタ８８から、生成ガスは、患者治療フローに直接、または注入器カートリッジ９０を通って間接的に導入される。いくつかの実施形態では、注入器カートリッジ９０は、治療フロー９３を測定するフローセンサ９２を含む。フローセンサ９２からの治療フロー測定値は、治療コントローラ８０を介して反応ガスフローコントローラ７０内への入力としての役割を果たす。生成ガス８２は、治療フローに導入された後、吸気チュービングを通過する。患者の近くでは、継手９６が、サンプルライン９８、フィルタ１００、ウォータトラップ１０２および選択式湿度交換膜チュービング（例えば、Ｎａｆｉｏｎ）を通じて吸気フローから吸入ガスのごく少量を取り出し、ガスサンプルを準備し、ガスセンサ１０４に搬送するのに使用される。サンプルガスは、ガス分析センサパック１０４から周囲空気に出て行く。いくつかの実施形態では、システム６０は、任意選択で、ガスを、シャント弁９４および分流ガス経路９５を通ってガスセンサパックおよびシステムの外部に直接誘導することができる。シャント弁９４を伴う幾つかの実施形態では、マニホールド８６は、シャント弁９４が開放しているときにフィルタスカベンジャフィルタへのフローを阻止する弁（図示せず）を含む。

ＮＯ生成システムの別の例示的な実施形態が図３に示されている。このシステムは、キャリングハンドル１１０、ユーザインタフェース１１２、高電圧ファラデーケージ１１４、制御盤１１６、１つまたは複数の冷却ファン１１８、およびウォータトラップＰＣＢ１２０を含む。システムは、ガスセンサパック１２２、下側マニホールド１２４、空気ポンプ１２６、高電圧ＰＣＢ１２８、上側マニホールド１３０、比例弁１３２、ＤＣ電力エントリ１３４、ＨＶ変圧器１３６、ＡＣ電力エントリ１３８、リザーバ１４０、およびフローディレクタ（フローディレクタ）弁１４２も含む。

図４は、制御盤１５２、電力管理回路１５４、１つまたは複数の電極アセンブリ１５６、および周辺機器インタフェース１５８を含むＮＯ装置１５０の実施形態の全ての構成要素を示す概略図を示している。プラズマチャンバは、コントローラの一部とすることもできるし、カートリッジの一部とすることもできる。

図５および図６は、冗長なＮＯ生成器を有するＮＯ生成送達システムの実施形態を示している。図５は、ＮＯ生成送達システムの例示的な空圧設計１６０を示している。この図の左上では、治療回路（図５の右下のラベル「Ａ」）を源とするサンプルガス１６２が、フィルタ１６４を通ってシステムに入り、ウォータトラップ１６６を通って進む。いくつかの実施形態では、このフィルタ１６４は、詰まったときにユーザが必要に応じて交換することができるように使い捨て式である。ウォータトラップ１６６の後の追加のフィルタ１６８は、ガス分析センサを汚染物質から保護する。サンプルガスは、その後、ポンプ１７０を通って流れ、その後、センサを通じてガス流量を制限すると共にサンプルガスフロー内の拍動性を減少させる固定オリフィス１７２を通って流れる。その後、サンプルガスが非常に乾燥している場合には、ガスは、大気からサンプルに湿度を加えるために選択式湿度交換チュービング１７４（例えば、Ｎａｆｉｏｎ）を通って流れる。次に、サンプルガスは、１つまたは複数のガス分析センサを通って流れる。センサ１７６はＮＯ_２を測定し、センサ１７８はＮＯを測定し、センサ１８０はＯ_２を測定する。ＮＯ_２は最も重要な安全測定であり、濃度が経時的に変化するため、最初に測定される。センサマニホールドブロックの左側に示された加熱ワイヤ等の差圧センサまたは他の装置は、ガスセンサマニホールド１８２を通る流量を測定するのに使用される。この流量は、サンプルポンプが機能していることを確かめるのに使用することができる。センサマニホールドの端部（底部）の近くの絶対圧力センサは、大気圧を測定するのに使用される。ガスは、センサマニホールドを出て、一方の脚部が大気圧に接続されると共に他方の脚部が装置内の外部ポートに接続されるＴ継手を通って流れる。第１の脚部は、大気に接続され、病院真空設備（ｈｏｓｐｉｔａｌ ｖａｃｕｕｍ）がガスセンサマニホールドを通る流量に影響を与えるのを防止し、場合によっては患者治療に影響を与えるのを防止する。外部ポートは、病院真空設備に接続することもできるし、大気中に放出するだけとすることもできる。

図５を更に参照すると、吸気口１８４が、反応ガスをシステム内に受け入れるように構成される。いくつかの実施形態では、これは２２ｍｍの医療空気接続部である。入ってくる反応ガスは、微粒子を除去するフィルタ１８６を通って流れ、その後、２つの並列のＮＯ生成経路に分岐する。いくつかの実施形態では、各ＮＯ生成経路は独立した反応ガス経路およびフィルタを有する。各経路は、ポンプ１８８ａ、１８８ｂ、リザーバ１９０ａ、１９０ｂ、リザーバ圧力センサ１９２ａ、１９２ｂ、比例フロー弁１９４ａ、１９４ｂ、固定オリフィス、プラズマチャンバ圧力センサ１９６ａ、１９６ｂ、およびプラズマチャンバ１９８ａ、１９８ｂからなる。プラズマチャンバ１９８ａ、１９８ｂの後に、各流路は、ガスをガスセンサマニホールド１８２へまたは患者吸気空気に向けて誘導することができるフローディレクタ２００ａ、２００ｂを有する。ガスセンサマニホールド１８２へのこれらの側路は、システムが生成されるガスを評価しおよび／またはプラズマチャンバ内のガスを患者から離れるように向け直すことを可能にする。ガス分析側路の後、ガス経路のうちの一方は、フローディレクタ２０２を利用して、生成ガスが換気装置回路（図におけるＢ）へ流れるのかまたは手動バッグ排気口（ｍａｎｕａｌ ｂａｇ ｏｕｔｌｅｔ）（図におけるＣ）へ流れるのかを選択する。ガスは、その後、使い捨てカートリッジ２０４内の３つの並列スクラバ流路を通って流れる。スクラバ流路は、フィルタ、スクラバ材、第２のフィルタおよび一方向弁からなる。一方向弁は、システムの外部の圧力および物質がカートリッジおよびコントローラに入らないことを確実にする。

図５は、治療セットアップの描写も含む。換気装置回路２０６では、吸気ガスが換気装置を出て、換気装置カートリッジ２０８に入る。ガスは、２つのフローセンサ２１０、２１２を通って流れる。いくつかの実施形態では、複数のセンサを用いることができる。いくつかの実施形態では、フローセンサは、フローに加えて圧力、湿度および温度のうちの１つまたは複数を測定する。ＮＯ含有生成ガスは、フローセンサの後に吸気フローと合流される。吸気フローは、ＨＥＰＡフィルタ２１４、加湿器２１６を通って「Ｔ」継手２１８に続き、「Ｔ」継手において、サンプルガスが取り出され、その後、患者に送られる。また、図５は、手動バギング（ｍａｎｕａｌ ｂａｇｇｉｎｇ）回路２２０を含む。吸気ガスが、ブレンダ／壁排気口／シリンダ２２２から供給され、換気装置カートリッジ２０８に入る。フローが、ＮＯ含有ガスを加える前に換気装置カートリッジ２０８内で測定される。ガスは、任意選択の加湿器２２４を通って「Ｔ」継手２２６に流れ、「Ｔ」継手において、サンプルガスが取り出され、その後、患者に送られる。

図６は、図５に示すシステムの実施形態と同様のシステムを示している。上記で説明したように、図５は、フィルタスクラバフィルタアセンブリをカートリッジ２０４にどのようにグループ化することができるのかを示し、図５は、ガスセンサ（１７６、１７８、１８０）、選択式湿度交換チュービング１７４（例えば、Ｎａｆｉｏｎ）、マニホールド、および圧力／フローセンサをガスセンサアセンブリ１８２にどのようにグループ化することができるのかも示している。図６では、ガスセンサアセンブリ２３２は、ポンプ２３４およびフローセンサ２３６を含む。図５は、換気フローセンサ２１０、２１２、バッグフローセンサ２２３、圧力センサ、およびＮＯ注入器を換気カートリッジ２０８にどのようにグループ化することができるのかを示している。任意選択のＨＥＰＡフィルタ２１４は、換気カートリッジ２０８に接続して、換気カートリッジを清潔な状態に保つことができる。図５および図６は、プラズマチャンバ後の空圧設計が更に異なる。図５では、双方のＮＯ生成チャネルにおいて、第１のフローディレクタ（２００ａ、２００ｂ）が、生成ガスをガスセンサパック１８２またはガススクラバカートリッジ２０４のいずれかに誘導する。２次チャネルでは、第２のフローディレクタが、生成ガスを換気回路（経路Ｂ）またはバッグ回路（経路Ｃ）にいずれかに誘導する。図６では、空気圧経路は、第１のフローディレクタが換気回路およびセンサのいずれかを選択する一方、第２のフローディレクタがセンサおよびバッグ回路へのいずれかの分流を選択する点が異なる。図６における空圧設計は、プラズマチャンバと換気フロー注入器との間の双方のチャネルにおいて等しい流量制限（flow restriction）を有することに起因して図５のフロー設計を上回る利点を有する。これは、流路長を最小にすることと、２つの経路が同一でなくても類似の較正設定およびＮＯ生成を有することができるように２つの経路の流量制限を実質的に同一にすることとに関係する。

いくつかの実施形態では、スクラバカートリッジを実証目的で使用することができる。デモ装置は、ＲＦＩＤ、メモリデバイス、２Ｄバーコード、機械インタフェース、光インタフェース、またはトレーニング目的のデモモードを可能にするコントローラによる他の手段によって識別することができる。いくつかの実施形態では、デモスクラバカートリッジは臨床目的では機能しない。

ポータブルＮＯ生成装置を含むＮＯ生成装置は、無数の環境条件で動作することが予期される。高湿度周囲空気は、ポンプによって圧縮されると、システム内で凝縮する可能性がある。凝縮は、システム内のセンサに損傷を与え、場合によってはシステムの空気圧挙動が影響を受けるポイントまで蓄積するリスクを呈する。例えば、反応ガスリザーバが凝縮水で満たされ、圧縮ガスのリザーバの容積が事実上低減する可能性がある。更なる関心事は、凝縮水において硝酸を発生させ、内部構成要素の腐食および劣化に寄与し得る二酸化窒素の水溶性である。これは、システムが外部ソースから乾燥した空気を提供されるときは問題でない。

いくつかの実施形態では、ＮＯシステムは、ＮＯ富化ガスの再循環ループを含むことができる。ガスは絶えず循環することができ、一部のみが吸気リムに送達される。再循環は滞留時間を制限するため、ＮＯ_２形成を制限することができる。更に、ＮＯソースに戻るガスは、ＮＯ_２の蓄積を制限するために「再スクラブ」することができる。図７Ａに示すように、いくつかの実施形態では、ＮＯソース２５０と注入ポイント２５２との間のガスの再循環を達成することができる。これは、本明細書に記載の全てのタイプのＮＯ生成システムと共に、例えばリモートＮＯ注入器と共に用いることができる。図７Ｂは、ＮＯ含有ガスからＮＯ_２を継続的に除去する再循環ループ２６０の実施形態を示す。ＮＯ生成器２６２によって指示されるように、弁はＮＯ含有ガスを注入するように開く。いくつかの実施形態では、弁は患者の吸気のために開く。図７Ｃは、再循環したガス２７０がＮＯ生成器２７２を通って後方に流れるシステムの実施形態を示す。これは、Ｎ_２およびＯ_２のごく少量のみがプラズマチャンバにおいてＮＯに変換されるため、受容可能である。このため、同じ空気から追加のＮＯを生成することができる。ＮＯ富化ガスのフローは、リターンレッグ上の注入弁を閉じることによって吸気リムに向けることができ、そうでない場合、ＮＯ富化ガスはループ内を連続して再循環している。

湿度管理
湿度除去
いくつかの実施形態では、湿度管理は、治療に影響を与えることなく凝縮水を反応ガス経路から安全に除去することができるように、凝縮水を収集および制御することによって達成することができる。これは、多岐にわたる技法を用いて達成することができる。例えば、ＮＯ生成システムは、システムにおいて凝縮水を収集するように構成された湿度凝縮リザーバを備えることができる。いくつかの実施形態では、反応ガス湿度凝縮リザーバは、凝縮水を排水することができるように除去可能とすることができる。湿度凝縮リザーバは、システムの様々な構成要素内に位置するかまたはこれに関連付けることができる。例えば、いくつかの実施形態では、反応ガスリザーバは、スクラバカートリッジ構成要素の一部とすることができる。

いくつかの実施形態では、凝縮水を除去するための反応ガス経路内にドレインを配置することができる。ドレインは、手動で活性化することができるか（例えば、停止コック）、または自動的に活性化することができる（例えば、電力起動バイナリ弁）。図８は、排水弁３００を用いてＮＯ生成システムから凝縮水を除去する手動方法の実施形態を示す。いくつかの実施形態では、排水弁は電気的に制御される。いくつかの実施形態では、弁は周期的に開放される。いくつかの実施形態では、弁は、凝縮水がシステム内で検知されるとき、開放される。いくつかの実施形態では、弁は、周囲条件および／または治療の指示がシステム内の凝縮の可能性を提示するときにのみ開放される。

いくつかの実施形態では、凝縮水は、装置冷却システムの排気フロー内に位置することができるスポンジ等の吸収装置内に排水することができる。例えば、ボックス冷却システムからのガスフローは、装置筐体を出る前に水を取り込む。図９は、排水弁３１２が空気圧システムからスポンジ３１４上へ凝縮水を放出するシステム３１０の実施形態を示す。放出は、示すように水滴とすることができるか、またはスポンジ３１４に達するようにチューブ内で管理することができる。ファン３１６は、装置筐体を通じて周囲空気を動かして装置を冷却する。周囲空気はシステム内で温まり、混水量を上昇させる。水はスポンジの上を通り、蒸発により収集された水を取り込み、筐体内のベントを通じて装置から外に水を搬送する。

いくつかの実施形態では、システムは、蓄積された水が出るための出口を提供するリザーバの底部に弁を含むことができる。リザーバ内の圧力により水を押し出す。水は、ホットプレート等の装置、または水を蒸発させるように構成された暖気流に向けることができる。いくつかの実施形態では、弁はリザーバ内、通常、最も低い場所に位置する。弁は手動で、時間に基づいて自動で、水分検出に基づいて自動で、および／または凝縮を引き起こすことが知られた周囲もしくは反応ガス湿度に基づいて自動的に開くことができる。

凝縮した水分を、ユーザが排水するために容器内に収集することも可能となり得る。いくつかの実施形態では、容器は、満杯になると破棄される使い捨て構成要素とすることができる。いくつかの実施形態では、容器は、サンプルガスウォータトラップ、スクラバカートリッジまたは換気装置カートリッジ等の既存の使い捨て構成要素の一部である。

いくつかの実施形態では、凝縮した水分は、システム内のより温かいおよび／またはより乾燥した場所に位置するパンまたはスポンジに方向付け、水が蒸発できるようにすることができる。いくつかの実施形態では、スポンジは、装置冷却システムからの排気ガスフロー内に配置することができる。

いくつかの実施形態では、リザーバは、圧力の一定の放出を提供するオリフィスを含むことができる。このオリフィスをリザーバの底部に配置することによって、凝縮水が発生すると凝縮水をリザーバから押し出すことができる。いくつかの実施形態では、放出空気は反応ガスフローよりもはるかに低速で患者に向かって流れ、フローコントローラ較正または動作プログラムのいずれかに計上される。図１０は、ポンプ３２０および加圧リザーバ３２２を含む空気圧設計の実施形態を示す。リザーバの底部におけるオリフィス３２６は、空気および任意の凝縮水を継続的に漏出させる。オリフィスから出るフローは、通常、フローコントローラ３２４を通るフローのごく少量である。いくつかの実施形態では、フローコントローラは、制御入力としてプラズマチャンバを通る反応ガス流量を有する閉ループフロー制御を用い、したがってオリフィスを通じたフロー損失と無関係である。

図１１は、反応ガスがシステムに入る際に反応ガスから水を除去する水分離器３３０を有するＮＯ生成設計を示す。水分離器は、圧力の増大に起因したポンプ後等のシステム内の凝縮に陥りやすい場所において有効であり得る。水分離器は、温度の低下に起因して凝縮が起こり得る圧力降下後に用いることもできる。ＮＯ生成システムにおける大きな圧力降下は、スクラバ内、または弁および重大なオリフィスを横切って生じ得る。水分離器は、固定羽根分離器、サイクロン分離器、マルチサイクロン分離器、疎水性膜、慣性遠心分離器またはこれらの組合せを含む多くのタイプとすることができる。

湿気防止
いくつかの実施形態では、反応ガス内の水含有量が凝縮することを防ぐことによって湿度管理を達成することができる。湿った周囲空気が圧縮すると、相対湿度が上昇する。ＮＯ生成システム内で湿ったガスが凝縮するのを防ぐ１つの方法は、流入する反応ガスを加熱し、それによって相対湿度を低下させることである。反応ガスおよび生成ガスが十分に高い温度に維持されている限り、凝縮は生じない。

湿度管理への別の手法は、反応ガスがシステムに入る際に、流入する反応ガスから過剰な水分を除去することである。いくつかの実施形態では、熱電装置（Ｐｅｌｔｉｅｒ装置）を用いて、システム内に流入する空気を冷却し、凝縮を発生させ、流入するガスを乾燥させることができる。いくつかの実施形態では、熱電装置の高温側を用いて、ガス流路（例えばポンプ後）の高圧部分を温め、凝縮を防ぐ。熱電装置は周囲温度に基づいて調整することができる。いくつかの実施形態では、熱電装置は、反応ガス湿度およびシステム動作温度がシステム内の凝縮の可能性を提示するときにのみ給電される。図１２は、熱電装置３４２を用いてポンプ３４６の前に流入する反応ガスを冷却し、ポンプ後に反応ガスを加熱する電気ＮＯ生成装置３４０の実施形態を示す。反応ガス内の湿度は、冷却されると凝縮し、ウォータトラップ３４４内に収集される。ガスは、引き続きポンプを通り、リザーバ３４８に入る。熱電ホットプレートは、ポンプ、リザーバへの導管、リザーバまたはこれらの組合せと熱連通することができる。更なる凝縮の可能性は、圧力下にあるときに反応ガスを高温に保つことによって軽減される。凝縮水の収集は、上記で説明した任意の数の方法によって管理することができる。

いくつかの実施形態では、加熱素子を用いて、ＮＯ生成システムの高圧部分内のガスを高温に保ち、凝縮を防ぐことができる。加熱素子の例は、限定的ではないが、１つまたは複数のニクロム線、抵抗性フレックス回路、発熱化学反応（例えば、鉄粉の酸化）、および／または熱電回路から構築された抵抗性加熱器を含む。本明細書に記載のシステムの任意の構成要素に対する加熱器の任意のものを、能動制御、受動制御、または双方で用いて、システムの少なくとも一部における湿度を変更することができることが理解されよう。例えば、加熱器のうちの任意のものは連続して機能することができ、センサまたは他の制御情報を用いて手動または自動で調整することができる。

いくつかの実施形態では、システム内のガスは、ポンプによって加圧し、加熱器を用いて高温に保つことができる。温度を高く保つことによって、ガスが水を保持する容量が高く維持され、水はシステム内で凝縮しない。加熱器３５２は、図１３に示すようにリザーバ３５０の外側に、および／またはチュービングの外側に適用することができる。チュービングおよび／またはリザーバの周りの断熱により、熱損失を低減し、ひいては加熱エネルギー消費を低減することができる。加熱レベルは、相対湿度、ガスの圧力、およびガスの温度に基づいて調整することができる。いくつかの実施形態では、加熱器は、リザーバへの熱的接触を有するフレックス回路である。いくつかの実施形態では、加熱器はリザーバ内およびまたは空気圧経路内に配置される。抵抗性加熱器および／または熱交換器を含む様々な熱源を用いることができる。いくつかの実施形態では、温められた流体がリザーバ内に配置された交換器を通過し、リザーバ内のガスを温める。いくつかの実施形態では、熱交換器は、大きな表面積および熱接触を有するラジエータに類似している。

いくつかの実施形態では、酸化窒素生成器の内部冷却システムは、反応ガス経路内の湿度凝縮を防ぐために閾値を超える内部筐体温度を維持するように調整することができる。いくつかの実施形態では、システム冷却ファン速度は、周囲温度よりも１０℃超高い内部ボックス温度を維持するように調整される。いくつかの実施形態では、ガス経路内のより高い圧力に起因してより高い温度差が維持される。いくつかの実施形態では、反応ガスの温度は、フローコントローラがターゲット質量流量を維持するように圧力の増大を能動的に補償するため、圧力を増大させることなく上昇させることができる。

いくつかの実施形態では、ガス経路は、システム内の水含有量の凝縮を防ぐために能動的に加熱される。いくつかの実施形態では、ガス加熱器は、以下のパラメータ、ガス相対湿度、ガス温度、ガス圧力、周囲空気温度および／または周囲空気相対湿度のうちの１つまたは複数に基づいて通電される。ＮＯ生成器アーキテクチャに依拠して、これらの技法は反応ガス、生成ガスまたは双方に適用される。

いくつかの実施形態では、空気圧経路内の水凝縮を抑止するために、システムの他の構成要素からの排熱によってガス経路の温度を上昇させる。排熱を発生させる構成要素は、限定的ではないが、ポンプ、プラズマチャンバ、弁、加熱器およびフローコントローラを含む。いくつかの実施形態では、リザーバは、リザーバを加熱するためにポンプおよび／またはプラズマチャンバと熱的に接触している。いくつかの実施形態では、図１４に示すように、リザーバおよびポンプおよび／またはプラズマチャンバは、熱を保持するために装置の他の部分から熱的に分離されている。いくつかの実施形態では、ポンプ、フローコントローラおよびプラズマチャンバは、リザーバ３６０としての役割を果たすチャンバ内に存在する。いくつかの実施形態では、リザーバ内の熱を維持するためにリザーバおよびプラズマチャンバおよび／またはポンプの全てまたは一部の周りに断熱材が巻かれる。いくつかの実施形態では、図１５に示すように、ガスは、チャンバ内のチューブもしくは熱交換器３７０、または装置構成要素の排熱によって少なくとも部分的に加熱されるゾーンを通って流れる。いくつかの実施形態では、加熱ゾーンを通過するガスチューブは、ガスからチューブの外側に水を移送する湿度交換膜材料から構成される。図１６は、システム内のガスの温度を上昇させ、凝縮を防ぐために熱生成構成要素を取り囲む熱筐体３８０を用いた再循環アーキテクチャを有するＮＯ生成装置を示す。

図１７は、デュアルチャンバ往復ポンプ３９０の両端に入る際の周囲空気を示す。任意のタイプのポンプを用いることができ、理想的なガスの法則により、ガス温度は、ガス圧力が増大するときに上昇することが理解されよう。圧縮ガスは、ポンプの各端部を出る。凝縮を防ぐためにガス内の熱を保つように、ポンプの外側に断熱材３９２が配置される。排気口を通ってポンプを出た後、圧縮ガスは湿度交換膜チュービングを通過する。ここで、水蒸気は、チューブの外側に対し、チューブ内の蒸気含有量が高いことに起因してチュービングを出る。非凝縮ガスはチュービングを出て、リザーバ内に格納するか、またはフローコントローラもしくはプラズマチャンバ等のシステムの他の部分に直接移送することができる。

いくつかの実施形態では、選択式湿度交換膜チュービング（例えば、Ｎａｆｉｏｎ）を用いて、ポンプからリザーバにガスを移送して、吸気の相対湿度に依拠してガスを加湿または除湿することができる。以下の実施形態の多くにおけるリザーバは、任意選択の構成要素とすることができることが留意される。湿度交換膜チュービングは、１つの表面（例えば、内面）から別の表面（例えば外面）に水を移送して、各側の水の分圧を等化することによって機能する。いくつかの実施形態では、断熱された継手が連結継手に配置され、更なる凝縮を防ぐためにガス内のポンプおよびガス圧縮によって生成される熱を保つ。選択式湿度交換膜および反応ガスに関する様々な要因がチュービングの使用に影響を及ぼす。例えば、湿度交換膜チュービングの長さは、水分交換のための表面積を管理する。ガスからの水移動の増大に伴い、膜内のガスの温度が上昇する。ガスからの水移動の増大に伴い、湿度交換膜の外面の換気が増大する。ガスからの水移動の増大に伴い、膜外の圧力が低下する。ガスからの水移動の増大に伴い、凝縮が発生しない限り、膜内の圧力が上昇する。ガスからの水移動は、乾燥剤に膜チュービングを埋め込むことによって増大させることができる。いくつかの実施形態では、選択式湿度交換膜４００（ＳＨＥＭ）材料は、図１８に示すように乾燥剤４０２に近接するか、または乾燥剤によって乾燥された空気に近接することができる。乾燥ガスは、ＳＨＥＭの表面から水を収集し、それによってＳＨＥＭ内のガスを乾燥させる。

図１９は、断熱された継手を用いて圧縮ガスを保温し、その後、選択式湿度交換膜によって水を圧縮ガスから換気フローに移送する例示的なシステムを示す。図１９に示すように、非凝縮ガスはＳＨＥＭチューブ４１０を出て、圧力でリザーバ４１２内に格納するか、またはシステムの他の部分に直接送ることができる。いくつかの実施形態では、ＳＨＥＭチューブは、ボックス冷却空気が筐体を出る場所等の装置筐体の高換気フロー領域に配置される。

いくつかの実施形態では、図２０に示すように、複数の長さの選択式湿度交換膜４２０を並列に利用して表面積を増大させ、流量制限を低減させる。対流フローはＳＨＥＭ表面から水蒸気を集め、これを搬送して装置筐体から出す。ＮＯ生成装置の内部は、通常、発熱する電気構成要素に起因して、周囲よりも高温である。周囲よりも温度が上昇することにより、換気ガスが更なる水を搬送することが可能になる。

いくつかの実施形態では、図２１に示すように、真空ポンプ４３２を用いてＳＨＥＭ４３０チュービングの周りの筐体を通じてガスを取り出すことができる。筐体の給気口におけるオリフィスはガス流を制限し、それによって筐体内の圧力を周囲を下回る圧力に低減する。この効果により、膜にわたる圧力勾配が増大し、加圧反応ガスから換気フローへの水移送が増大する。筐体内の真空レベルは、ポンプの働きおよび／または１つまたは複数のオリフィスのサイズによって調整することができる。初めに周囲空気が十分乾燥しているとき、真空ポンプをオフにして反応ガスからの水の除去を低減することができる。いくつかの実施形態では、反応ガスからの水の除去が必要とされていないとき、真空ポンプをオフにすることに加えて、オリフィスが閉じられる。いくつかの実施形態では、真空ポンプは、様々な度合いの水の除去を提供するように調整される。

いくつかの実施形態では、図２２Ａに示すように、ポンプ４４０からのガスフローは、一次フローおよび掃引フローに分岐させることができる。加圧された一次フローは、筐体４４４内に配置された選択式湿度交換チューブ４４２を通過する。掃引ガスフローは、筐体内に放出され、筐体４４４を通過し、ＳＨＥＭチュービングの表面から水含有量を取り込む。掃引ガスは湿度制御弁４４６を通って筐体を出る。湿度制御が必要とされない場合、弁を閉じ、それによってＳＨＥＭチュービングの内側および外側の圧力を等化し、水移送を停止させることができる。弁タイプは変動し得る。例えば、弁はバイナリ弁または比例弁とすることができる。掃引ガスフローは、弁を有する筐体排気口を通るフローを調整することによって制御することができる。いくつかの実施形態では、掃引ガスフローは、ＳＨＥＭ（図示せず）後に主ガスフローから逸らされ、掃引ガスがより低い水含有量を有することに起因して、改善された性能をもたらすことができる。図２２Ｂは、一次フローおよび掃引フローならびに湿度制御弁を有する図２２Ａのシステムに類似しているが、水含有量が減少した代替の掃引フローも含むシステムを示す。

時として、周囲条件はＮＯ生成システムに対し乾燥した反応ガスを提示する。乾燥した反応ガスは、ＮＯ_２隔離プロセスの一部として水を必要とする、ソーダ石灰スクラバ等のスクラバの寿命を短くする可能性がある。そのような場合、反応ガス内に存在する水含有量を保持し、これを更に乾燥させないことが望ましい。いくつかの実施形態では、ポンプは周囲空気を収集し、これを圧縮し、ＳＨＥＭチュービング４５０に送る。ＳＨＥＭチュービングの外面は、図２３に示すように、表面加熱器４５２を用いて加熱され、ＳＨＥＭポリマーがより多くの水を保持するようにし、反応ガスから出る水移送を低下させる。周囲湿度が高い場合、加熱器はオフにされ、ＳＨＥＭチュービングが水を移送して反応ガスから出す。チュービングの表面からの水蒸発は、ボックス冷却を介してＮＯ生成装置の外で行われる。

いくつかの実施形態では、ＮＯ生成システムは、窒素および酸素を含有する乾燥ガス源に接続することができる。乾燥ガスは、ＮＯ生成に対する制御を提供するのに有益であるが、ソーダ石灰スクラバ等の水分に依拠するスクラブ構成要素にとって有害となり得る。ソーダ石灰スクラバを乾燥したガスが通過することにより、水分が除去され、スクラバの消耗が加速する。ＮＯ生成器が反応ガスおよび／または生成ガス内のＮＯおよび／またはＮＯ_２を測定するガスセンサを含むとき、更なる複雑性が生じ得る。例えば、電気化学センサの場合、センサは多くの場合、最適湿度範囲を有し、乾燥したガスがセンサを通過する場合、経時的に時期尚早に乾燥する可能性がある。例えば、１つの電気化学センサは２５～９０％ＲＨの湿度範囲を有するのに対し、別の電気化学センサは１５～９５％の湿度範囲を有する。このため、反応ガス源として乾燥したガスを利用する用途において、時期尚早のスクラバおよび／またはガスセンサの消耗に対し保護するために、システムにおける様々なポイントにおいてガスに湿度を加えることが有利であり得る。図２４は、乾いたガスが、ＮＯ生成器４６４に入る前に、ブレンダ４６２を用いて加湿器４６０からの湿ったガスと既知の湿度レベルまで混合される実施形態を示す。いくつかの実施形態では、システム内の凝縮を引き起こすのに十分な水含有量を提供しないが、スクラバおよびガスセンサが保護されるように、十分な湿度が加えられる。いくつかの実施形態では、ターゲット湿度は２０％である。いくつかの実施形態では、ターゲット湿度は、例えば１５％～７０％ＲＨの範囲をとることができる。いくつかの実施形態では、１５％～９５％の湿度ターゲットが利用される。

図２５に示す実施形態では、１つまたは複数のプラズマチャンバ内の乾燥した反応ガスにおいてＮＯが生成される。ＮＯ生成後、生成ガスは湿度交換チュービング４７０を通って流れ、加湿器４７２からの湿ったガスに曝される。ポンプとスクラバとの間の高圧領域内の凝縮を引き起こすのに十分な湿度となることなく、下流のＮＯセンサおよびスクラバ材料を保護するのに十分な湿度が生成ガスに加えられる。

いくつかの実施形態では、ガスはチューブ内に配置された湿度交換チュービングを通過する。ファンは空気を吹き込み、チューブを通過させる。任意選択の加熱器に通電し、装置内のガスから出てファンガスフローへの水移動を増大させる。図２６は、生成ガスが湿度交換チュービング４８０を通じてポンピングされる実施形態を示す。温度、圧力および水容量の差に起因して、生成ガスから対流ガスへ水が移動する。ポンプ後の断熱４８２により、水交換が発生することができるまでガスを保温する。この手法は、システム内の他の場所で利用され得ることに留意されたい。いくつかの実施形態では、反応物の湿度は、再循環ループおよび／またはプラズマチャンバに入る前に変更される。

いくつかの実施形態では、ＮＯ_２スクラバを用いてＮＯ生成装置に湿度を提供する。いくつかの実施形態では、ＮＯ生成システム内の低い湿度測定値は乾燥したスクラバを示す。いくつかの実施形態では、ＮＯ生成システムは、システム内の湿度レベルが特定のレベル未満に下がり、スクラバが乾燥していることを示すとき、ユーザにＮＯ_２スクラバを交換するように促す。

いくつかの実施形態では、システムの動作圧力は、反応ガス湿度の上昇に応じて低減され、水蒸気による吸気の飽和が減少する。
いくつかの実施形態では、吸気は、ポンプおよび／または反応チャンバに入る前にシステムによって処理される。いくつかの実施形態では、ポンプへの吸気は、凝縮を回避するためにより高温に加熱される。いくつかの実施形態では、吸気は乾燥剤を用いて乾燥される。

シリカゲル、粘土系乾燥剤および／または分子篩を含む様々な材料を用いて湿度を管理することができる。例えば、シリカゲル、アルミナおよび分子篩のような乾燥剤は、高い親水性を有し、表面または孔における吸収および／または吸着を通じて水を保持することができる。乾燥剤の水保持容量は、表面積および／または孔サイズを変化させることによって制御することができる。いくつかの実施形態では、乾燥剤材料（例えば、シリカ）を利用して、ガスの湿度を所望の範囲に駆動する。例えば、特定の湿度を維持するように設計された乾燥剤シリカゲルビーズを利用して、ＮＯ生成器に入る前に、過度に乾燥した反応ガスを湿らせ、過度に湿った反応ガスを乾燥させることができる。いくつかの実施形態では、５０％ＲＨの湿度を維持するように設計された湿度調整ゲルが利用されるが、他のターゲット湿度レベルも機能することができる。図２７Ａは、ＮＯ生成装置の残りの部分に入る前に、反応ガスが、ビーズ４９２の形態の湿度制御材料で満たされたチャンバ４９０を通過する設計を示す。ビーズが示されているが、シート、畝付きシート、顆粒、六角形の押出成形品等を含む多くの他のフォームファクタが機能することができる。いくつかの実施形態では、湿度制御媒体は乾燥剤である。いくつかの実施形態では、湿度制御媒体は、チャンバ内の湿度を特定の湿度（例えば、５０％ＲＨ）に駆動するように選択される。いくつかの実施形態では、チャンバは乾燥剤材料を含み、ＮＯ装置から分離することができる使い捨て構成要素である。いくつかの実施形態では、乾燥剤チャンバは、乾燥剤材料に対し水を追加／除去することによって「再チャージ」することができる。図２７Ｂは、反応ガスが湿度管理材料と間接的に接触する代替的な設計を示す。ガスは湿度交換チュービングを通過し、乾燥剤材料と直接接触しない。いくつかの実施形態では、ガスはチャンバ５００の片側を通過し、湿度交換膜がガスを他方の側の湿度管理材料から分離する。これにより、有利には、反応ガスをＶＯＣおよび／または微粒子で汚染する可能性を低減することができる。これらの例は、乾燥剤を用いてガス湿度を所望の範囲にどのように駆動することができるかを実証する。本原理を、ポンプ後、再循環ループ内、または湿度検知センサ付近等のＮＯ生成システム内の他の場所において利用して、凝縮を防ぎ、および／またはシステム構成要素の受容可能な湿度レベルを確保することができる。いくつかの実施形態では、乾燥剤材料および関連するガス経路は、ウォータトラップまたはスクラバカートリッジ等のＮＯ生成システムの別の構成要素と組み合わされる。いくつかの実施形態では、湿度交換材料を通るガス経路は再利用可能であるが、湿度管理材料（例えば乾燥剤）は、使い捨ておよび／または取り外し可能構成要素の一部である。いくつかの実施形態では、湿度交換材料は、リセットおよび再利用することができる。例えば、乾燥剤を含有するチャンバは、高温の／乾燥した場所（例えば、オーブン）に配置されたＮＯ生成装置から除去し、再利用前に乾燥させることができる。いくつかの実施形態では、乾燥剤は、モンモリロナイト粘土としても知られるケイ酸アルミニウム・マグネシウム等の粘土材料から作製される。

ＮＯ生成システムのいくつかの実施形態において、湿度管理材料のモジュールは、特定の天候のために設計される。例えば、空気が乾燥している南極において用いられるモジュールは、反応ガスに湿度を加える湿度管理材料を有し、熱帯地方において用いられるモジュールは、流入するガスを乾燥させる湿度管理材料を有する。いくつかの実施形態では、湿度管理モジュールは、使用前に、ＮＯ生成装置によって有線または無線手段により識別される。湿度管理モジュールは、限定的ではないが、製造日、ロット番号、プラント番号、ターゲット湿度、容量、使用期限、使用時間、最初に使用した日、残容量、再チャージされた回数等を含む関連情報をラベル付けの一部としてまたはメモリ装置内に含むこともできる。ＮＯ生成器は、湿度管理モジュールに対し読み出しおよび／または書き込みを行うことができる。

ガスにおける圧力が増大すると、混水量が減少する。このため、ＮＯ生成システム内の最大圧力を減少させる労力により、システム内の凝縮の傾向を低減することができる。ＮＯ_２スクラバは、ガス流路におけるかなりの流量制限を引き起こし、これによってスクラバの上流におけるガスの圧力を増大させる可能性がある。したがって、スクラバの流量制限を低減する労力により、いくつかの場合に、凝縮の傾向を低減し、湿度制御の必要性をなくすことができる。図２８に示す実施形態において、並列なスクラバ５１０を用いて流量制限を低減する。いくつかの実施形態では、スクラバは、最小限に閉塞的なフローチャネルを有する層状またはコイル状のシートから構築される。

ＮＯがガスフローに導入されると、流動するガスに混ざるのにかなりの時間および距離を要する可能性がある。これは、組み合わされたガスフローが完全に混合する前に分岐するとき、問題を呈する可能性がある。例えば、ガスフローチューブの側面に配置されたＮＯセンサが高ＮＯまたは低ＮＯの領域内に配置され、それによってＮＯ濃度の不正確な測定を示す場合がある。このため、ＮＯをより短い期間および／または距離にわたって一次フローガスと混合することが有益であり得る。いくつかの実施形態では、静的混合器を用いてガスフローを分断し、２つのフロー間の更なる相互作用を発生させるための乱流を発生させる。図２９は、ＮＯの注入後にガスを均質化するための静的混合要素５２０の例を示す。高濃度のＮＯが上からチューブに入り、上壁付近に留まる。チューブ内の混合要素はＮＯフローを分断し、乱流を発生させて、混合されたフローを均質化する。図３０に示す別の実施形態において、動的混合要素５３０を利用してガスを混ぜる。動的ミキサは、限定的ではないが、ファン、ブロワおよびポンプを含むことができる。いくつかの実施形態では、ＮＯをガスフロー内でより均一に分散させるために、注入されたＮＯは、シャワーヘッドのように複数のオリフィスを通じて一次ガスフローに導入される。ＮＯ酸化率はＮＯの濃度と共に増大する。このため、ＮＯの混合は、他の場合に生じるよりも迅速にＮＯの濃度を低減させ、それによってＮＯ酸化をＮＯ_２に還元するという更なる利点を有する。

図３１は、動的混合要素５４０を用いてＮＯ生成後にＮＯガスを能動的に混合し、ガスを均質化し、ガス内のピーク濃度を減少させ、ＮＯ酸化速度を低下させる実施形態を示す。いくつかの実施形態では、生成ガスフロー経路に、乱流を発生させ、混合または生成ガスを促進する機構が加えられる。いくつかの実施形態では、ＮＯ_２スクラバは、生成ガスを均質化する静的ミキサとして機能する。

図３２Ａおよび図３２Ｂは、低圧ＮＯ生成の実施形態を示す。図３２Ａは、概ね大気圧のＮＯを生成する。生成ガスは、プラズマチャンバ５５０を出て、スクラバ５５２を通過した後に、ポンプ５５４およびフローコントローラ５５６を通過する。この実施形態において、プラズマチャンバとスクラバとの間の圧力は、大気レベル未満であり、温度は通常、プラズマ生成からの熱エネルギーに起因して大気レベルを超え、それによって水の凝縮を防ぐ。ポンプは、フローコントローラにフローを提供し、生成ガスを患者に向けるのに十分なレベルまで圧力を増大させる。この実施形態において、ポンプヘッド（デルタ圧力）を用いて、一方の側において真空を引き込み、空気圧経路の始端または始端付近にポンプを有するアーキテクチャよりも低い合計圧力まで圧力を上昇させる。図３２Ｂは、ポンプ５６０が、システム全体内の圧力がソース反応ガスのレベル未満であり、それによって反応ガス内の水の凝縮を防ぐようにフローコントローラ５６６の後に配置される実施形態を示す。図３２Ｂに示すシステムは、ＮＯを吸気経路に送達し、吸気経路において、生成ガスは医療ガスのフローによって希釈される。

再循環アーキテクチャ
図３３は、ポンプおよびプラズマチャンバから生成された熱を利用して流入するガスを乾燥させる再循環アーキテクチャを示す。反応ガスは、湿度移送チューブ５７０に入り、加熱されたチャンバ５７２を通過する。加熱されたチャンバ５７２は、プラズマチャンバ５７４、ポンプ５７６および／または他の熱生成構成要素を収容する。ファン５７８は、ガスを吹き込んでチャンバに通し、反応ガスから湿度を吸収するための新鮮なガスの供給をもたらす。いくつかの実施形態（図示せず）では、ファンは加熱されたゾーンから空気を引き出し、それによって、チャンバ内の圧力を低減し、反応ガス経路からの水の除去を増大させる。

図３４は、システムをパージするためにスクラバ５８０をバイパスするＮＯ生成器を示す。ＮＯ生成ガスは、ＮＯ_２の除去のためにスクラバを通過する。ＮＯ生成が終了すると、システムは、反応ガス（例えば、空気）に空気圧経路を通過させ、ＮＯのシステムをパージする。スクラバは、ガスフロー経路への流量制限を呈する。ガスがスクラバを通過すると、対応する圧力降下が生じる。圧力降下により、ガスの温度が降下する可能性があり、ガスが高い水含有量を有する場合、凝縮を引き起こす可能性がある。スクラバを迂回することにより、パージ中のガスの圧力が低減し、それによって、水がシステム内で凝縮してシステム湿度を低下させる傾向が低減する。

図３５Ａは、外部ガス源から直接、または外部から供給されたガスにスクラバ５９０とフローコントローラ５９２との間のゾーンを通過させることにより、ガスを調達する能力を有するＮＯ生成システムを示す。図３４に示す構成に類似して、スクラバを通るフローはより少なく、パージガスは、システム内の湿度を低く保つために低圧力である。図３５Ｂにおいて破線の矢印で示すように、初期ＮＯボーラスは、再循環ループ内に生成することができる。装置がＮＯ送達を開始する準備ができているとき、システムは、図３５Ｃに示すように、システム内の弁を、反応ガスが外部ソースから調達され、プラズマチャンバ、ポンプおよびスクラバを通過した後、フローコントローラを通じて送達される、開放した空気圧経路に変換するように構成する。反応ガス吸気口は、スクラバとフローコントローラとの間の空間に非常に近く、ＮＯ生成および送達中に空間内に存在し得るＮＯの量を最小限にする。システムは、プラズマチャンバを利用して、この開放した空気圧経路により更なるＮＯを生成することができる。十分なＮＯが生成されると、システムは、図３５Ｄに示すように、システム内の弁を、流入するガスに、スクラバとフローコントローラとの間の空間を通過させるように構成する。この流入するパージガスは、システムを通過する際、スクラバの下流に凝縮した任意の水を収集する。パージガス内の圧力は、スクラバ流量制限を通過しないため、低く保たれる。

図３６は、ＮＯ送達カニューレを備える再循環ループを示す。この手法は、吸気の時点に患者により近くＮＯを配置することができる。提示されるように、プラズマチャンバ６００、スクラバ６０２および任意選択のフローコントローラ６０４は、システム内の凝縮を防ぐ、大気未満の圧力である。生成ガスの圧力の増大につれ、ポンプ後の凝縮の可能性が存在する。このため、限定的ではないが、ウォータトラップ、水分離器、湿度管理材料または本明細書に記載の他のステージを含む任意の水分離器６０６を、カニューレの前に水を管理するように配置することができる。いくつかの実施形態では、ポンプは、外部ループを通じて空気を循環させるように運転することができる。任意選択で、呼吸を検出することができる。ＮＯはプラズマチャンバによって生成され、ＮＯはカニューレまで進み、ポンプによって押し引きされる。ＮＯが接合部に達すると、三方向弁をトグルして外側から空気を調達することができる。プラズマはＮＯパルスの終了時にオフにすることができ、ポンプはカニューレがパージされた後にオフにすることができ、三方向弁は閉ループ設定に戻してトグルすることができる。

図３７は、再循環ループ６１０に入り、プラズマチャンバ６１２に入り、および／または加圧される前に、流入する反応材に対し湿度管理が実行されるＮＯ生成システムを示す。この手法は、反応ガスから、システム内の他の場所での凝縮を防ぐレベルまで水を除去する。明確にするために、水除去量は１００％である必要はなく、システム内の凝縮を防ぐのに十分であればよい。限定的ではないが、乾燥剤材料、湿度交換チュービング、ウォータトラップ、水分離器等を含む、本明細書に提示される水分除去の概念のうちの任意のものを適用することができる。

湿度補償
反応ガス内の水含有量は、ＮＯ生成およびＮＯ対ＮＯ_２の比率に影響を与える可能性がある。湿度制御を有するシステムでは、周囲湿度または水含有量の測定は、ＮＯ生成コントローラへの入力として十分でない場合がある。いくつかの実施形態では、ＮＯ生成システムは、プラズマチャンバに入る反応ガス内の水含有量の正確な測定を有するように、除湿プロセス後の湿度を測定することができる。いくつかの実施形態では、センサは高圧側にあり得る。反応ガスにおける水蒸気の凝縮の傾向は、高圧側においてより高いため、高圧ガス経路に湿度センサを配置することは、凝縮の検出を高速にするのに役立つ。しかしながら、凝縮水に起因したセンサ飽和のリスクも増大する。いくつかの高圧プラズマの実施形態では、センサは、フローコントローラの後であるがプラズマチャンバの前に、低圧側にあり得る。プラズマチャンバ前の湿度を測定することによって、反応ガス湿度に起因したＮＯ生成の変化を計算し、補償することができる。また、高度に腐食性のＮＯガス経路における動作の特殊制御は必須ではない。いくつかの実施形態では、湿度はプラズマチャンバ後に測定され、プラズマチャンバ前湿度を計算するのに用いられる。これは、センサがプラズマチャンバの温度がより高いことに起因した損傷、および高圧側における凝縮に起因した潜在的飽和を回避するのに役立つ。

容量性、抵抗性および熱伝導性を含む多くのタイプの湿度センサが存在する。容量性センサは、最も一般的なタイプの湿度センサである。これらは、容量が２つの電極の間の水蒸気量によって決まる２つの電極からなる（本発明によるウォータトラップセンサも同様に機能する）。これらの間の薄い誘電層は、周囲の空気から水蒸気を吸収する。これにより、誘電定数が変化し、このため容量が変化する。空気における相対湿度と、誘電材料に含まれる水分量と、センサの容量との間に直接的な関係が存在する。容量性湿度センサは、経時的に安定した読み値を提供し、相対湿度において広範囲を検出することが可能である。これらはまた、湿度範囲にわたって信号振幅にほぼ線形性を提供する。これらは、センサとシグナリング回路との間の距離によって制限される。

抵抗性センサも２つの電極からなる。装置は、基板の上に装着されたポリマー湿度検知フィルムの形態の吸湿性導電性層からなる。導電性フィルムは、電極と導電性材料との間の接触エリアの量を増大させるために互いに噛み合わされたパターンにレイアウトされた金、銀またはプラチナのような貴金属から通例堆積された、くし型電極のセットを含む。導電性材料の抵抗性は、吸収される水分量に反比例して変動する。より多くの水蒸気が吸収されると、非金属導電性材料の導電性は上昇し、このため抵抗性が減少する。抵抗性湿度センサは、小さなフットプリントの低コストの装置であり、容易に交換可能である。容量性湿度センサと異なり、抵抗性湿度センサは、センサ素子とシグナリング回路との間の距離が大きい遠隔のモニタリング用途において機能することができる。

熱伝導性センサは、（相対湿度ではなく）絶対湿度を測定するのに用いられる。これらは、乾燥した空気と湿った空気との間の熱伝導性の差を計算する。

いくつかの実施形態では、ＮＯ生成システムは、システム内の１つまたは複数の場所において湿度レベルを能動的に管理する。１つまたは複数の温度、圧力および湿度センサからのデータは、ガス湿度管理制御アルゴリズムへの入力を提供する。ＮＯ生成システムは、以下の場所、周囲空気の場所、反応ガスの場所、生成ガスの場所、スクラバ前の場所、スクラバ後の場所、注入器前の場所、再循環ループの場所、ガスセンサ前の場所、のうちの１つまたは複数における１つまたは複数の湿度センサの使用によって直接的に湿度を測定することができる。いくつかの実施形態では、周囲湿度が測定され、制御アルゴリズムが、システム内の既知の圧力で凝縮を防ぐのに十分な水を除去するための湿度除去構成要素の温度および流量を決定する。いくつかの実施形態では、反応ガスの湿度は、ＮＯ生成システムに入る際に測定される。ＮＯ生成システムは、除去される必要がある水の量を調べ、電気化学ガスセンサが過度に湿ったガスに曝されていないことを確実にし、それに応じて反応ガス乾燥機構を調整する。いくつかの実施形態では、ＮＯ生成システム内の加圧ガスの湿度が測定される。コントローラは、反応ガスに対する水の追加／除去を調整して、閉ループ形式における凝縮レベル未満の加圧ガスの湿度を維持する。例えば、加圧ガスの湿度が８０％ＲＨを超えるとき、反応ガス湿度除去システムは、相対湿度が１００％に達しないことを確実にするために起動される。いくつかの実施形態では、ＮＯ生成システムは、外部装置またはウェブインタフェースから湿度測定値を受信する。

図３８は、Ｘ軸に沿ったデューティサイクルおよびＹ軸に沿った湿度を有する湿度補償ルックアップテーブルの例を示す。より暗い色合いは、湿度上昇に起因したより高いレベルのＮＯ生成損失を示す。用途に依拠して、ルックアップテーブルは、システム内の１つまたは複数の圧力または温度等の追加の次元を必要とする場合がある。表内に提示される別個の測定値間の条件は、ＮＯ生成コントローラによって補間することができる。この同じ情報は、様々なデューティサイクルにおける反応ガス湿度に起因して損失したＮＯ生成を決定するために数学式に捕捉することもできる。ＮＯ生成装置の制御方式に依拠して、パルスエネルギー、パルス周波数等の他の生成制御パラメータについて類似のチャートが作製され得る。ＮＯ生成装置内のコントローラは、プラズマチャンバ内の特性を変更することによって、湿度に起因したＮＯ生成損失を補うことができる。これらの特性は、限定的ではないが、反応ガス流量、プラズマ放電エネルギー、プラズマ放電デューティサイクル、反応ガス圧力、プラズマ放電周波数を含む。

空気の水飽和容量は、圧力および温度に依拠する。センサを用いてガスの圧力、温度および相対湿度を測定することによって、ガスの水含有量を標準的な湿度図ルックアップテーブルを用いて計算することができる。いくつかの実施形態では、ＮＯ生成システムは、周囲空気圧力、温度および相対湿度を測定し、反応ガスの水含有量を計算する。次に、ＮＯ生成システムは、ガスがシステム内で圧縮された後に凝縮のリスクが存在する可否かを判断する。凝縮のリスクが存在する場合、湿度管理システムが起動され、そうでない場合、湿度管理システムは起動されない。いくつかの実施形態では、湿度管理システムは、全ての動作中起動しており、ＮＯ生成コントローラが湿度管理方法を能動的に制御する必要がなくなる。エネルギー消費を最小限にし、ガスを過度に乾燥させないように、湿度管理システムの調整も可能である。いくつかの実施形態では、湿度管理システムは、パルス幅変調手法において調整される。いくつかの実施形態では、湿度管理システムは、アナログ方式で変動する。

図３９に示すように、湿度補償は、生成速度と空気の絶対水含有量（g/m^3）との間で観測される密な相関に依拠することができる。湿度の感度を特徴付けることができ、複数のプラズマデューティサイクルの補償曲線を、指数曲線 a*exp(-b*x)+c*x+d に当てはめることができる。ここで、ｘは、反応ガスのg/m^3 単位の水含有量である。図３９は、８．４％デューティサイクルの場合の曲線６２０、１１．２％デューティサイクルの場合の曲線６２２、１４．８％デューティサイクルの場合の曲線６２４、１９．８％デューティサイクルの場合の曲線６２６、２６．３％デューティサイクルの場合の曲線６２８、３５％デューティサイクルの場合の曲線６３０、４６．６％デューティサイクルの場合の曲線６３２、および６２％デューティサイクルの場合の曲線６３４を示す。いくつかの実施形態では、この補償はスクラバ前に行うことができ、他の場合、スクラバ後に行うことができる。

いくつかの実施形態では、システムが較正されるとき、標準較正曲線（生成対デューティおよびフロー）を標準化湿度および温度（例えば、３０％ＲＨおよび２０℃）に正規化することができるか、または較正を制御された環境で行うことができる。動作中、システムは、ターゲット生成レートを達成するための正しい、湿度補償されたデューティサイクルを以下のように決定する。
１．所望の生成レートを決定する
２．反応ガスの水含有量を決定する
３．湿度補償曲線を用いて、各デューティサイクルにおける正規化された生成レートを決定する
４．較正テーブル（生成対デューティ、フロー）内の未加工の生成率値に正規化された生成レートを乗算し、湿度補償された較正テーブルを生成する
５．湿度補償された較正テーブルを用いて、いずれのデューティサイクルが所望の生成レートを生成するかを決定する。

低ＮＯ生成は、多くの場合、プラズマエネルギーおよび持続時間における制限に起因して課題を呈する可能性がある。湿度を反応ガスに加える（または湿度をあまり除去しない）ことは、ＮＯ生成を抑制する効果を有することができる。この手法は、ＮＯシステム内の凝縮が依然として保持される限り有用であり得る。

他の実施形態も（例えば、回帰関数または３次元テーブルを用いて、デューティ、フロー、湿度の関数として生成レートを直接計算することによって）同じ効果を達成することができる。しかしながら、上記の手法は、よりメモリ集約的でなく、アルゴリズムに容易に加えることができ、環境チャンバ内で各システムを較正することなく機能することができる。

図４０は、再循環アーキテクチャを有するＮＯ生成システムの実施形態を示す。図４０に示すように、ＮＯ生成システム内に湿度関連測定のために用いることができる様々な場所が存在する。各場所において、湿度、温度および圧力のうちの１つまたは複数を測定することができる。いくつかの事例において、下流流量制限が十分理解される場合、流量測定は、圧力測定のためのプロキシとしての役割を果たすことができる。場所Ａは周囲空気条件を測定する。場所Ｂは、吸気口と再循環ループとの間のガス特性を測定する。場所Ｃは、流入空気と再循環ガスとの混合後の再循環ループ内のガス特性を測定する。この場所における測定は、周囲空気と再循環した空気との可変混合に属するガス湿度における変動を検知可能であることから利益を受ける。これは、ガスがループを通って循環する際にスクラバによって吸収／追加される可変量の水も計上することができる。場所Ｄは、プラズマチャンバ後のガス特性を測定する。場所Ｅは、ポンプとスクラバとの間のガス特性を測定する。この場所は、水凝縮が起きる可能性が最も高い、最高圧力となる傾向にある。場所Ｆは、フローコントローラの前に、スクラバの下流でガス特性を測定する。この場所は、大気圧よりも高く、スクラバからの水放出から上昇した湿度を有する可能性がある。場所Ｇは、ガスセンサ要件に等しい湿度レベルを維持するのを支援するためにガスセンサ付近のガス特性を測定する。ガスセンサは、通常、ＮＯおよび／またはＮＯ_２を測定する。場所Ｈは、ループの始まりに戻る際に再循環ガスの湿度を測定する。センサの場所Ｉは、システムを出る前にガスの湿度を測定する。これらの場所の各々を用いて、システム内の他の場所における湿度レベルを推測することができる。コントローラによって展開される湿度レベル制御アルゴリズムは、これらの場所における１つまたは複数のガス特性測定値を、サブシステムを制御するための入力として用いて、ガスへの水の追加、ガスからの水の除去、ガス温度および圧力特性の調節のうちの１つまたは複数を行うサブシステムを制御して凝縮を防ぐことができる。

本明細書で言及した全ての刊行物、特許出願および特許は、各々の刊行物または特許が詳細にかつ個々に参照により引用されると示されているかのように、その内容全体が引用することによって本明細書の一部をなすものとする。２０１８年２月２７日付けで出願された米国出願第１５／９０７，２４１号、２０１９年４月１８日付けで出願された米国出願第１６／３８８，４６４号、２０１９年１１月２７日付けで出願された米国出願第１６／６９７，４９８号、２０１８年２月２７日付けで出願された米国出願第１５／９０７，２５８号、２０１９年３月２５日付けで出願された米国出願第１６／３６３，５０５号、および２０１９年１２月２１日付けで出願された米国出願第１６／７２４，２３３号が参照される。これらの米国出願は、それらの全体が引用することによって本明細書の一部をなすものとする。

上記で開示したおよび他の特徴および機能またはその代替のうちのいくつかを、望ましくは多くの他の異なるシステムまたは用途に組み合わせることができることが理解されよう。これに対する様々な代替、変更、変形または改善を当業者によって後に行うことができる。

Claims (21)

1. 酸化窒素を生成するためのシステムであって、
   反応ガスから酸化窒素を含有する生成ガスを生成するように構成された少なくとも１対の電極と、
   前記生成ガスから二酸化窒素（ＮＯ_２）を除去するように構成されたスクラバと、
   前記システム内の湿度を制御するように前記反応ガスおよび前記生成ガスのうちの少なくとも一方の水含有量を変更するように構成された湿度制御装置と、
   を備える、システム。
2. 少なくとも１つのコントローラであって、前記コントローラへの入力として１つまたは複数のパラメータを用いて前記少なくとも１対の電極によって生成された前記生成ガスにおける酸化窒素の量を調整するように構成され、前記１つまたは複数のパラメータは、前記反応ガス、前記生成ガス、および前記生成ガスの少なくとも一部が流れ込む吸気ガスのうちの少なくとも１つに関係する、少なくとも１つのコントローラを更に備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記湿度制御装置は、湿度情報が前記コントローラへのパラメータとなるように前記コントローラと通信するように構成される、請求項２に記載のシステム。
4. 前記コントローラおよび前記湿度制御装置のうちの少なくとも一方と通信するように構成された１つまたは複数の湿度センサを更に備える、請求項２に記載のシステム。
5. 前記システムにおいて前記湿度を調節するように前記湿度制御装置と通信するように構成された１つまたは複数の湿度センサを更に備える、請求項１に記載のシステム。
6. 前記湿度制御装置はウォータトラップの形態である、請求項１に記載のシステム。
7. 前記湿度制御装置は湿度交換材料の形態である、請求項１に記載のシステム。
8. 前記湿度制御装置は、湿度管理材料の形態である、請求項１に記載のシステム。
9. 前記湿度管理材料は乾燥剤である、請求項８に記載のシステム。
10. 前記湿度制御装置は分子篩の形態である、請求項１に記載のシステム。
11. 前記湿度制御装置は、湿ったガスおよび乾燥ガスを滴定し、ターゲットガス湿度レベルを達成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
12. 前記湿度制御装置は、能動加熱器および受動加熱器のうちの少なくとも一方の形態である、請求項１に記載のシステム。
13. 前記湿度制御装置は、前記スクラバの乾燥を防ぐように構成される、請求項１に記載のシステム。
14. 前記コントローラに対する前記パラメータとして用いられる、前記反応ガス、前記生成ガス、および前記吸気ガスのうちの少なくとも１つに関する情報を検知するように構成された１つまたは複数のセンサを更に備え、前記湿度制御装置は、前記１つまたは複数のセンサの乾燥を防ぐように構成される、請求項１に記載のシステム。
15. 酸化窒素を生成するためのシステムであって、
    反応ガスから酸化窒素を含有する生成ガスを生成するように構成された少なくとも１対の電極と、
    少なくとも１つのコントローラであって、前記コントローラへの入力として１つまたは複数のパラメータを用いて前記少なくとも１対の電極によって生成された前記生成ガスにおける酸化窒素の量を調整するように構成され、前記１つまたは複数のパラメータは、前記反応ガス、前記生成ガス、および前記生成ガスの少なくとも一部が流れ込む吸気ガスのうちの少なくとも１つに関係する、少なくとも１つのコントローラと、
    を備え、
    前記反応ガスおよび前記生成ガスのうちの少なくとも一方の温度および圧力のうちの少なくとも一方は、前記システム内の温度を調節するように変更されるように構成される、システム。
16. 必要に応じて湿度を変更する能力に対するフィードバックを利用する、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記生成ガスから二酸化窒素（ＮＯ_２）を除去するように構成されたスクラバを更に備え、前記湿度制御装置は、前記スクラバの乾燥を防ぐように構成される、請求項１５に記載のシステム。
18. 前記コントローラに対する前記パラメータとして用いられる、前記反応ガス、前記生成ガス、および前記吸気ガスのうちの少なくとも１つに関する情報を検知するように構成された１つまたは複数のセンサを更に備え、前記湿度制御装置は、前記１つまたは複数のセンサの乾燥を防ぐように構成される、請求項１５に記載のシステム。
19. 前記湿度制御装置は、湿度情報が前記コントローラへのパラメータとなるように前記コントローラと通信するように構成される、請求項１５に記載のシステム。
20. 酸化窒素を生成するためのシステムであって、
    反応ガスから酸化窒素を含有する生成ガスを生成するように構成された少なくとも１対の電極と、
    少なくとも１つのコントローラであって、前記コントローラへの入力として１つまたは複数のパラメータを用いて前記少なくとも１対の電極によって生成された前記生成ガスにおける酸化窒素の量を調整するように構成され、前記１つまたは複数のパラメータは、前記反応ガス、前記生成ガス、および前記生成ガスの少なくとも一部が流れ込む吸気ガスのうちの少なくとも１つに関係する、少なくとも１つのコントローラと、
    を備え、
    少なくとも１つのパラメータは、ターゲット酸化窒素生成レベルを達成するための、前記反応ガスおよび前記生成ガスのうちの少なくとも一方における湿度情報である、システム。
21. １つまたは複数のパラメータは、酸化窒素生成を制御するための、地理的場所、高度、大気圧情報のうちの少なくとも１つを含む、請求項２０に記載のシステム。

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