JP4184746B2 - ガス分析器用水分離器 - Google Patents
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Description
【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CO2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 (11)
- 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。
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