JP4184746B2

JP4184746B2 - ガス分析器用水分離器

Info

Publication number: JP4184746B2
Application number: JP2002292271A
Authority: JP
Inventors: リンドストロムクリストフ
Original assignee: インストルメンタリウムコーポレイション
Priority date: 2001-10-08
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2022-10-04
Also published as: DE60104551D1; DE60104551T2; EP1300112B1; ATE271831T1; EP1300112A1; JP2003175017A; US6773493B2; US20030066428A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハウジングと、該ハウジング内に配設された第１のチャンバと、該ハウジング内に配設された第２のチャンバと、ガス透過性且つ液体非透過性材料から形成されておりこれらチャンバを分離している第１の壁と、液体を含有するガスサンプルを第１のチャンバに導入し、ガスの第１の部分が第１の壁を通って第２のチャンバに通り抜け、ガスの第２の部分及び液体が第１のチャンバ内に残留するようにするための手段と、第２のチャンバから測定ユニットへガスの第１の部分を流動させるための手段と、ハウジング内に取り付けられており、ガスの第２の部分を受容しガスの第２の部分から液体を分離するために第１のチャンバに接続されている受水手段と、受水手段に接続されている第３のチャンバと、第４のチャンバと、ガス透過性且つ液体非透過性の材料から形成されており第３のチャンバと第４のチャンバとを分離している第２の壁と、第４のチャンバからガスの第２の部分を排出すると共に受水手段を真空供給源と接続するための排出手段とを備えており、ガスの第２の部分が第２の壁を通って第４のチャンバに通り抜けるようになっているガス分析器用水分離器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、肺胞気を測定するためにＣＯ_２分析器を使用するときに遭遇する問題には、呼気中に含まれる水蒸気がある。サンプリング通路内の温度は人体の体温よりも低いため、水蒸気が測定装置内で凝縮し、測定センサ内へ水滴が侵入すると、測定の失敗を招く。さらに、ガスサンプルは、多くの場合、粘液や血液並びに埃を伴っており、水分離器はこれらもガスから除去することができなければならない。
【０００３】
従来の公知のガス分析器では、水分離チャンバを備えた水分離器を使用することによってガスサンプルから水分を除去していた。この水分離チャンバは、流れを２つの部分流に分割し、水分離チャンバと接続されているチューブにより主流を吸引して測定センサを通過させ、上記水分離チャンバの底部分と接続されているチューブによりガスサンプル中に含まれている水を保持するための受水容器に何倍も小さい側方流を連続的に吸引し、さらにポンプへと吸い込むようになっている。
【０００４】
従来技術においては、水分均等化チューブを使用することが知られている。この場合、分析器は通常個々の水分離器に接続されず、代わりに、患者と機器との間のサンプリングチューブ並びに機器内のサンプリングコネクタと測定センサとの間のチューブが、チューブ内のガスの水分を外部の水分と同じとなるように均等化させる材料から形成されており、水分は常に相対的に乾燥した側へ進む傾向を有し、ガスサンプルの水分が周囲空気の水分と同じとなるように均等化し、チューブの壁で凝縮が起きないようになっている。
【０００５】
従来技術の解決策は、以下の欠点を伴っている。チューブ材料は、単位時間当たりに壁を通して限られた水しか移動させることができず、呼吸装置の配管から跳ね散った水、患者の粘液又は血液が測定センサにかかる結果となる。また、空気中の埃も測定センサに進み、測定センサで問題を生じさせる。
【０００６】
上述した問題を解決するために、特別なタイプの水分離器が開発された（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第４８８６５２８号明細書
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に示されている装置は、通常通り直立した姿勢で配置されているときには、極めて申し分なく動作する。しかしながら、上記装置が直立姿勢になっていないときには、水の一部が側方流に通じるフィルタ領域を塞ぐやいなや性能が妨げられていた。フィルタ領域が塞がれると、粘液その他液体を容器に押し流すために必要とされる真空（負圧）が得られなくなる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、従来技術の欠点を解消することができる水分離器を提供することにある。これは、本発明の水分離器によって達成される。本発明は、第３のチャンバの少なくとも一部がハウジングの断面領域周りに約３６０°に亘って延びるように形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の利点は、装置がほとんど姿勢に依存しない、すなわち、如何なる実際の装置の姿勢においても、害を与える粘液その他液体を容器側に押し流す流れが完全には遮断されないことである。本発明の他の利点は、使用の簡単さ及び非常に低コストで使用され得ることである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。
図１は、水分離器の基本原理を示している。患者から導管１を経てガスサンプルがもたらされる。ガスサンプルは、疎水性フィルタ２を使用することによって、２つの部分流れに分割される。第１の流れ部分は、ポンプ３によって、フィルタ２を通って測定センサ５に至る導管４内に吸引される。第２の流れ部分は、ポンプによって、導管６を通って受水手段７内に吸引される。受水手段７は導管８によってポンプ３と接続されており、導管８も液体が受水手段７から導管８（すなわち、排出手段）を通ってポンプ３に流れることを防止する疎水性フィルタ２を備えている。
【００１２】
この点に関して、患者からもたらされたガスサンプルは粘液その他液体を含有する恐れがあり、これら液体は測定センサ５に至る導管４の疎水性フィルタ２を詰まらせ得ることを理解することが重要である。測定センサ５へ至る流れが遮られると、導管８及び６を通る流れ（すなわち、クリーニング流れ）が真空（負圧）を作り出し、この真空により粘液その他液体を受水手段へ強制的に流れさせ、したがって、導管４を通って測定センサ５に至る流れがそれ以上遮られなくさせる。このシステムを姿勢に依存しないようにさせるためには、クリーニング流れ（掃除流れ）、すなわち導管８を通る流れが完全に遮られることがあってはならない。クリーニング流れが疎水性フィルタを通して受水手段へのアクセスを常に有していれば、流れは患者回路と測定センサとの間の経路を掃除するのに十分な真空（負圧）を作り出すことができる。図２は、上述した問題、すなわち水分離器が傾けられた場合にどのように測定センサへの流れを遮断し得るかを示している。粘液その他液体の表面の高さが参照符号Ｌで示されている。
【００１３】
上述した原理は米国特許第４８８６５２８号明細書に既に記載されているので、上記公知原理の詳細についてはここではこれ以上詳細に説明しない。
【００１４】
図３は図２に示されている問題の解決策の原理を示している。図３は、装置が傾いているにも関わらずクリーニング流れが遮断されていないことを示している。この原理は、ほとんどの一般的な環境においては非常に上手く動作するが、極端な条件において使用することはできない。
【００１５】
図４は、図３に示されている原理が使用されている場合に依然として存在する問題を示している。図４では、装置が上下逆に傾けられており、これによりクリーニング流れが遮断されている。
【００１６】
図５及び図６は、図４に示されている問題をいかにして解決できるかの原理を示している。すなわち、図５及び図６は、姿勢と完全に無関係な水分離器を作るための原理を示している。図６は、２つの姿勢のときの装置を示している。点線で示されている姿勢は通常の動作姿勢であり、実線で示されている姿勢は上下逆の転倒姿勢である。図５及び図６は、受水手段７から導管８を通って流れるクリーニング流れが完全には遮断されず、したがって、粘液その他液体を導管１から受水手段７へ押し流すために必要とされる真空（負圧）が常に生成されることを示している。
【００１７】
図７〜図１１は、本発明の１つの実用的実施形態を示している。この実施形態は、図３に示されている原理を利用している。図７〜図１１では、対応する詳細部に関して図１〜図４と同じ参照番号が使用されている。
【００１８】
図７は、下側部分９と上側部分１０とから構成されているハウジングを示しており、下側部分９と上側部分１０とは互いに気密となるように取り付けられている。下側部分９と上側部分１０との間には、ガスケット１１並びに疎水性フィルタ２が存在する。疎水性フィルタ２は、後述するように、ガス透過性且つ液体不透過性の壁を形成している。上記疎水性フィルタ２に使用される材料は、例えば、１００％連続多孔質（１００％延伸）ポリテトラフルオロエチレンとすることができる。すなわち、疎水性フィルタ２は、厚さ０．２ｍｍの膜とすることができる。上記フィルタは図７に関連して示されている。
【００１９】
図７〜図１１の実施形態では、下側部分９及び上側部分１０の境界表面は溝１２、１３、１４を備えている。これら溝１２、１３、１４は疎水性フィルタ２と共にそれぞれチャンバを形成し、これらチャンバによって、患者から延びる導管１と測定センサ５へ延びる導管４との間の流れ接続部並びに導管１と導管８との間の流れ接続部がそれぞれ形成されている。
【００２０】
第１のチャンバは溝１２と第１の壁２（すなわちフィルタ）とによって形成され、第２のチャンバは溝１３と上記第１の壁２とによって形成されている。上記第１の壁を形成しているフィルタ２は、ガス透過性且つ液体不透過性である材料からなり、各チャンバを互いから分離させ、患者から得たガスサンプルのガスの第１の部分がフィルタ２を通って第１のチャンバから第２のチャンバへ通り抜け、さらにセンサ５まで流れる。第１のチャンバに残存するガス及び液体の第２の部分は、図５に矢印で示されているように、第１のチャンバに沿って導管１５を通って受水手段７まで流れ、ここで液体がガスから分離される。
【００２１】
本発明の基本原理によれば、水分離器は第３のチャンバを備えており、この第３のチャンバは、これの少なくとも一部がハウジングの断面領域周りに約３６０°にわたって延びるように形成されている。前記文章は、第３のチャンバの少なくとも一部がハウジングの断面領域の広い領域にわたって延びるように第３のチャンバが形成、配置されていることを意味する。上記第３のチャンバ又はその一部は、例えば、ハウジングの水平断面を見たときにハウジングの外壁の極めて近くに位置するように配置され得る。図７〜図１１の実施形態では、第３のチャンバが互いから所定間隔をおいて配置された複数のチャンネル（流路）１６から形成されている。図面から分かるように、上記チャンネル１６は、ハウジングの外壁の極めて近くに位置し、したがって、ハウジングの断面領域の周りに延びるように配置されている。上記構成は図８、図９及び図１０に明確に示されている。しかしながら、この点に関し、図示されている実施形態は唯一の可能な実施形態ではないことを理解することが重要である。各チャンネル１６がハウジング等の中心付近又はその中心に対して偏心して位置するように、各チャンネル１６を配置することが可能である。
【００２２】
第３のチャンバは、ガス透過性且つ液体不透過性のフィルタ２によって形成されている第２の壁を介して、第４のチャンバと連通している。すなわち、第２の壁は、第１のチャンバ及び第２のチャンバに関して前記で記載したのと同じように、第３のチャンバと第４のチャンバとを互いから分離している。図７〜図１１の実施形態では、第４のチャンバが溝１４によって形成されており、その詳細は図１１に示されている。フィルタ２は、液体が受水手段７から導管８を通ってポンプ３に流れることを防止する。本実施形態において、フィルタ２は、第１のチャンバと第２のチャンバとの分離璧、第３のチャンバと第４のチャンバとの分離壁をそれぞれ形成する平坦な材料片である。ポンプ３は、第１のチャンバから受水手段７へ液体や可能性として粘液等を押し流す真空（負圧）を生成させる。
【００２３】
本発明の要旨は、受水手段からフィルタを通ってポンプへ至る流れ経路、すなわち第３のチャンバが水分離装置の実際に取り得る任意の姿勢において常に開いている状態となるようにクリーニング流れ経路が形成されており、したがって、粘液等を第１のチャンバから受水手段へ押し流すために必要とされる真空が如何なる実際の環境においても生成され得ることである。換言すれば、本発明を使用することによって、実際の情況のほとんどにおいてポンプへ至る流れが開いた状態（すなわち、通じている状態）となり、したがって、流れは、患者回路とセンサとの間の経路を掃除するのに十分な真空を作り出すことができるようになる。
【００２４】
上述した実施形態は、本発明の唯一の実施形態ではなく、本発明の精神の範囲内において、例えば複数のチャンネル１６を１つに結合して、単一の湾曲したチャンネルがハウジングの断面領域の周りに約３６０°にわたって延びているにすることによって、第３のチャンバを形成することも可能である。フィルタ２を通して第４のチャンバと流体連通しているこの湾曲したチャンネルは、例えば１つのチャンネル、或いはまた、複数のチャンネルによって受水手段７に接続され得る。すなわち、例えば、図９に示されているような複数のチャンネルを使用することによって、上記湾曲したチャンネルが受水手段７に接続され得る。
【００２５】
さらに、図７〜図１１の実施形態の第３のチャンバと同様にして、すなわち複数のチャンネル１７を形成し、これら複数のチャンネル１７を第３のチャンバを形成するチャンネル１６と整列して配置することによって、第４のチャンバを形成することも当然に可能である。チャンネル１７は、当然にハウジングの上側部分１０に結合されており、導管８へ至る流れ接続部が存在するようになっている。この実施形態が図１２に示されている。また、チャンネル１７は、湾曲したチャンネルによって形成されている第３のチャンバと組み合わせて使用されることも可能であることはもちろんである。
【００２６】
各チャンネル、例えばチャンネル１６は、水分離器の主線（基準線）、例えば図７の実施形態の対称線と平行担っている必要はなく、主線に対して角度を形成した位置にすることもできる。チャンネルの位置はハウジング及び受水手段の形態及びサイズに従って変動し得る。姿勢に依存しないという特徴を改善させるためには、図７〜図１１に示されている本発明の基本実施形態を僅かに改変することが好ましいことが分かっている。上記改善は、図５及び図６に示されている原理を使用することによって達成される。改変された実施形態の動作原理が図１３及び図１４に詳細に示されている。図１３及び図１４では、対応する詳細部において、図１〜図１２に関して前述したものと同じ参照番号が使用されている。
【００２７】
図１３及び図１４の実施形態では、第２の壁２がハウジング９、１０から受水手段７の底部分まで延びるように配置されており、第２の壁２が受水手段７を２つの空間７ａ及び７ｂに分割している。図１３及び図１４における第２の壁の材料は、例えば、前述した実施形態に関して記載したものと同じものとすることができる。図１３及び図１４の実施形態において、第２の壁２は、第３のチャンバのうち、ハウジングの断面領域周りに約３６０°にわたって延びている部分を形成している。第１のチャンバ１２が一方の空間７ａと流体連通しており、他方の空間７ｂはチャンネル１６を通して導管（排出手段）８と連通している。第２の壁は、例えばハウジング及び受水手段の底部分に対して気密性の接続部１９と接続されている管状形態壁とすることができる。上記気密性接続部１９は、例えば接着、溶接、インサート成形等によって形成され得る。上記管状壁は、図１３及び図１４に示されているように受水手段７の底部分まで延びている必要はない。管状壁はハウジングから受水手段の底部分へ向かって延びているカップ状構造とすることもできる。
【００２８】
上述した図１３及び図１４の実施形態では、ガス透過性且つ液体不透過性の材料から形成されている第３の壁１８を任意選択で使用することがさらに好ましい。この材料は、例えば１００％連続多孔質（１００％延伸）ポリテトラフルオロエチレンとすることができる。第３の壁は、図７に関して前記で記載したフィルタ又は壁と一体的な部分として形成されていることが非常に好ましくなり得る。しかしながら、図１３及び図１４に示されている水分離器は管状の第２の壁２のみの場合でも非常に良好に動作するので、図１３及ぶ図１４の実施形態では、第３の壁１８は選択自由な配置構成に過ぎない。
【００２９】
この実施形態の動作原理は図１３及ぶ図１４に示されている。すなわち、ガスにとっては、空間７ａから第２の壁２を通って空間７ｂへ至り、さらに導管８、ポンプ３へ至るまでの流れ接続部が常に（水分離器の全ての姿勢において）存在する。水は、第２の壁２のために、空間７ａに留まり、空間７ｂに流入することができないが、ガスは図１３及び図１４に矢印によって示されているように第２の壁２を通って流れるので、空間７ｂからチャンネル１６を通るガスにとっての流れ接続部が装置の任意の姿勢において常に存在する。このため、ポンプは常に導管１と接続されている患者回路とセンサ５との間の経路を掃除するのに十分な真空（負圧）を生成することができる。
【００３０】
真空作用を改善させるためには、空間７ａ及び７ｂの両方から真空を生成させるポンプに至る流れ接続部が存在するように装置を形成することが有利である。この配置構成が図１３及び図１４に示されており、これら図中では、１つ又は複数のチャンネル１６が空間７ｂの代わりに空間７ａと流体連通するように構成されている。空間７ａからポンプへの流体連通は、図１３及び図１４に示されているように、下側部分８と上側部分との間に配置されている壁２を通して形成される。これらチャンネルは、装置が上下逆になっている場合（図１４）には機能できないが、装置が正常な動作姿勢になっているとき（図１３）には真空作用を改善させる。空間７ｂと流体連通しているチャンネル１６は、装置が任意の姿勢のときに機能することができ、したがって、この実施形態は完全に姿勢に依存しなくなる。
【００３１】
空間７ａの水は、適宜の手法によって、例えば受水手段７の底部分に取り付けられている排水装置２０を使用することによって、除去され得る。
【００３２】
図１５〜図１８は、図１３及び図１４に示されている原理を使用している実際の装置の例を示している。図１６は図１５の矢印Ａ−Ａに従った矢視図である。図１７は図１５の矢印Ｂ−Ｂに従った矢視図である。図１８は図１５の矢印Ｃ−Ｃに従った矢視図である。
【００３３】
上述の実施形態は、本発明を限定することを意図したものではなく、本発明は特許請求の範囲内で極めて自由に改変され得る。したがって、本発明又はその詳細部は必ずしも図面に示されているのと全く同様になっている必要はなく、他の種類の解決策も可能である。例えば、ガス透過性且つ液体不透過性である材料から形成されておりチャンバを分離している壁、すなわちフィルタは、平坦な材料片を使用することによって形成されている必要はなく、上記壁は、例えば米国特許第４８８６５２８号明細書の教示を使用することによって、すなわち管状構成等を使用することによって、具体化されることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】水分離器の基本原理を示している。
【図２】水分離器の基本問題を示している。
【図３】図２に示されている問題の解決策の原理を示している。
【図４】図３に示されている原理を使用する場合に依然として存在する問題を示している。
【図５】図４に示されている問題の解決策を示している。
【図６】図５に記載されている解決策が異なる姿勢においてどのようにして機能するかを示している。
【図７】本発明の一実施形態による水分離器を示している。
【図８】受水手段のない状態で下方から見た図７の水分離器を示している。
【図９】図７の実施形態において使用されているハウジングの下側部分を下側から見た図を示している。
【図１０】図７の実施形態において使用されているハウジングの下側部分を上側から見た図を示している。
【図１１】図７の実施形態において使用されているハウジングの上側部分を示している。
【図１２】ハウジングの上側部分の代替実施形態を示している。
【図１３】本発明の第２の代替実施形態の動作原理を示している。
【図１４】本発明の第２の代替実施形態の動作原理を示している。
【図１５】図１３及び図１４の動作原理を使用した実際の装置の例を示している。
【図１６】図１３及び図１４の動作原理を使用した実際の装置の例を示している。
【図１７】図１３及び図１４の動作原理を使用した実際の装置の例を示している。
【図１８】図１３及び図１４の動作原理を使用した実際の装置の例を示している。
【符号の説明】
１…導管
２…フィルタ
３…ポンプ
５…測定センサ
７…受水手段
８…導管
９…下側部分
１０…上側部分
１２…溝
１３…溝
１４…溝
１６…チャンネル

Claims

ハウジング（９，１０）と、該ハウジング内に配設された第１のチャンバ（１２，２）と、該ハウジング内に配設された第２のチャンバ（１３、２）と、ガス透過性且つ液体非透過性の材料から形成されておりこれらチャンバを分離している第１の壁（２）と、液体を含有するガスサンプルを前記第１のチャンバに導入し、ガスの第１の部分が前記第１の壁（２）を通って前記第２のチャンバに通り抜け、ガスの第２の部分及び液体が前記第１のチャンバ内に残留するようにするための手段（１）と、前記第２のチャンバから測定ユニット（５）へガスの第１の部分を流動させるための手段（４）と、前記ハウジング（９，１０）内に取り付けられており、ガスの第２の部分を受容しガスの第２の部分から液体を分離するために前記第１のチャンバ（１２，２）に接続されている受水手段（７）と、前記受水手段（７）に接続されている第３のチャンバと、第４のチャンバと、ガス透過性且つ液体非透過性の材料から形成されており前記第３のチャンバと前記第４のチャンバとを分離している第２の壁と、前記第４のチャンバからガスの第２の部分を排出すると共に前記受水手段を真空供給源（３）と接続するための排出手段（８）とを備えており、ガスの第２の部分が前記第２の壁を通って前記第４のチャンバに通り抜けるようになっているガス分析器用水分離器において、前記第３のチャンバの少なくとも一部が、前記ハウジングの断面領域の周りに約３６０°にわたって延びるように形成されていることを特徴とするガス分析器用水分離器。
前記第３のチャンバが複数のチャンネル（１６）から形成されており、該複数のチャンネル（１６）は互いに対して所定距離を離間して配置されている、請求項１に記載のガス分析器用水分離器。
前記第３のチャンバが少なくとも３つのチャンネル（１６）から形成されている、請求項２に記載のガス分析器用水分離器。
前記第３のチャンバが少なくとも１つのチャンネルによって前記受水手段（７）に接続されている湾曲したチャンネルから形成されている、請求項１に記載のガス分析器用水分離器。
前記第２の壁（２）が前記ハウジング（９，１０）から前記受水手段（７）の底部分へ向けて延びるように配置され、前記受水手段（７）を２つの空間（７ａ，７ｂ）に分割し、前記ハウジングの断面領域の周りに約３６０°にわたって延びている前記第３のチャンバの一部を形成しており、前記第１のチャンバ（１２，２）が一方の空間（７ａ）と流体連通しており、少なくとも他方の空間（７ｂ）が前記排出手段（８）と流体連通している、請求項１から請求項４の何れか一項に記載のガス分析器用水分離器。
他方の空間（７ｂ）がガス透過性且つ液体不透過性の材料から形成されている第３の壁（１８）を通して前記排出手段（８）と流体連通している、請求項５に記載のガス分析器用水分離器。
前記第４のチャンバ（１４，２）が前記ハウジングの断面領域の周りに延びている湾曲した通路を形成するように構成されており、前記第３のチャンバが前記湾曲した通路のほぼ全長にわたって前記湾曲した通路の領域において開口するように構成されている、請求項１から請求項４の何れか一項に記載のガス分析器用水分離器。
前記第４のチャンバが前記第３のチャンバを形成する前記チャンネル（１６）と整列して配置されている複数のチャンネルから形成されている、請求項２又は請求項３に記載のガス分析器用水分離器。
前記第２の壁が管状形態壁である、請求項５又は請求項６に記載のガス分析器用水分離器。
前記第２の壁が前記ハウジング（９，１０）及び前記受水手段（７）の底部分に対して気密性の接続部で接続されている、請求項９に記載のガス分析器用水分離器。
前記受水手段（７）において前記第２の壁によって形成された両方の空間が前記排出手段と流体連通している、請求項５又は請求項６に記載のガス分析器用水分離器。