JPH08299764A - 流体ろ過装置 - Google Patents

流体ろ過装置

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JPH08299764A
JPH08299764A JP7278271A JP27827195A JPH08299764A JP H08299764 A JPH08299764 A JP H08299764A JP 7278271 A JP7278271 A JP 7278271A JP 27827195 A JP27827195 A JP 27827195A JP H08299764 A JPH08299764 A JP H08299764A
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gas
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス流れに対して限られた干渉を有する構造
のガス分析器と結合して使用される流体ろ過装置を提供
すること。 【解決手段】 分析すべきガスから液体を分離する流体
ろ過装置であって、空間(4)を定める筒状ハウジング
(2)と、筒状ハウジング内に配置されるフィルタエレ
メント(18)とを備える。筒状ハウジングは、前記空
間と流体の連通状態となる流体通路(10、12)を定
める、流体源とガス分析器との間に接続可能な入口端部
(6)及び出口端部(8)を有する。フィルタエレメン
トは、ガス以外の物質が通過するのを妨げる疎水性の中
空ファイバフィルタからなる。筒状ハウジングとフィル
タエレメントとは、筒状ハウジング内に小体積を形成
し、流体ろ過装置は、配置方向または重力場から独立し
て操作可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は流体ろ過装置に関
し、特に、液体をガスから分離するろ過装置に関する。
特に、本発明はガス分析器またはモニターと共に利用で
きる流体ろ過装置に関する。この流体ろ過装置は、ガス
含量の変化に対する前記モニタの応答時間に及ぼす影響
が極めて少なく、流体ろ過装置の配置方向からまたは流
体ろ過装置に働く重力場から独立している。
【0002】
【従来の技術】ガス分析器のためのフィルタの現在の技
術状態は、2つのカテゴリに分けることができる。すな
わち、疎水性のマイクロポーラス膜に基づく技術と、機
械的セパレータに基づく技術とである。
【0003】第1の技術に基づくガスフィルタは、適当
なハウジング内に具体化された疎水性のマイクロポーラ
ス膜の平らなシートを共通的に使用している。前記ハウ
ジングの構造は、ドレン液体を集め、かつ、ガス分析器
またはモニタに接続するように設計されている。
【0004】多くの適用では、特に、キャプノグラフ(c
apnograph)つまり炭酸ガス呼吸モニタの適用では、ガス
の波形を乱すことなくガスがろ過媒体を通って流れるこ
とが必要である。これは、ガス成分の測定される時間的
変動が検査中の呼吸からのみ生じたもので、ガスを測定
領域に運ぶ流れ系の部分によって後に導入されたもので
はないことを保証するために必要である。ガスを自由に
運ぶ能力を反映する流体ろ過装置の評価基準は、流体ろ
過装置がもたらす応答時間によって定められる。一般
に、応答時間はガス成分の変動への応答測定である。長
い応答時間は、低い呼吸速度でも出力表示をゆがめるで
あろうし、そのようなゆがみは、ガス分析器若しくはモ
ニタに表示され、またはガス分析器若しくはモニタに記
録される患者の健康状態に関する検査情報の精度に影響
を及ぼすかもしれない。
【0005】キャプノグラフにおいて典型的であるよう
に、低いガス流速で作動するとき、ガス波形への最小の
ゆがみで短い応答時間のガスフィルタを作るためには、
前記ガスフィルタは層流に対する最小の乱れと抵抗とを
与えるべきであり、また、ガスフィルタの形状、寸法ま
たは材質によって前記波形を乱す、ガスが通過する流体
通路を持つべきではない。たとえば、前記流体通路の形
状や寸法は、前記ガスフィルタに入るとき、流体通路の
面積または体積の急激の変化を許さないようなものでな
ければならない。そうでないと、前記流体通路の拡大部
に入るガスは、そこから上流のガス流れ方向に直角な半
径に沿って非常に異なる流速を持つようになる。前記流
体通路の中央から最も離れた領域は、中央に比べて非常
に遅い流速を持つかもしれない。そのような流速の分布
は、患者から異なる時間に来るガスを混合し、応答時間
を損なうであろう。ある範囲まで、平滑流れの前記乱れ
は、拡大部の寸法と急激さとに依存する。ろ過目的のた
めに平らなシート膜を使用するとき、このシート膜の必
要とされるできるだけ大きな表面積を提供するために
は、面積の急激な変化を伴う大きな体積は避けられな
い。
【0006】さらに、ガスが、たとえば0.5mm より大き
な相当厚みを有する有孔壁であって液体を吸い込むため
に使用され、またはろ過媒体として使用される有孔壁の
間を、または有孔壁を通って通過しなければならない場
合、ガスの自由な損なわれていない流れは、前記有孔壁
の内部および外部で拡散するガスの部分によって乱され
るであろう。前記有孔壁では、前記ガス流れは、前記有
孔壁に入らないガス流れに対応して乱され、それによっ
てガスを混合させる。
【0007】このゆえに、従来技術の流体フィルタにお
ける平滑な損なわれていないガス流れへのゆがみは、3
つの主な要因によって引き起こされていた。すなわち、 a)ろ過膜の有孔材料および壁の有孔部分を含む、流体
ろ過装置の材料そのものによって、その厚みに比例する
範囲で、 b)入口と出口との間のガス通路内で急激な変形を呈す
る、流体ろ過装置そのものの形状または構造によって、
そして c)流体ろ過装置の入口から出口までのガス流れのため
の通路の体積すなわち空間の全体の大きさによって。
【0008】前記流体ろ過装置内でろ過されるべき流体
が横切る前記通路に関する前記3つの要因はまた、以降
「空間」として引用される。ろ過される流体の特性の有
効な分析を達成するために、前記流体ろ過装置はできる
だけ小さなデッドスペースを持つべきこと、つまり、前
記3つの要因が優勢であり、光学分析に有害である前記
空間が最小となるべきことが分った。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】前述の流体ろ過装置の
不利を除く試みにおいて、ある場合には、前記モニタの
分離特徴によって集められるべき、及び(又は)捨てら
れるべきドレン液を前記膜面から連続的に取り除く手段
を適用した。このさらに複雑化した解決は、より小さい
寸法の膜の使用を可能にするが、好ましくない寸法及び
形状の避けることのできない障害によって流れに高すぎ
る抵抗を生じさせないために、最小寸法の平らな膜をさ
らに必要とし、その正しい操作のために限定された配置
方向が必須となる。この前もって限定された配置方向
は、機械的ろ過装置では基本的な要件であるが、実施の
ためには必ずしも可能ではない。なぜなら、多くの適用
では、たとえば、可搬性モニタでは、ろ過装置は、モニ
タがどの方向に向けられていても作動しなければならな
いからである。
【0010】本発明の流体ろ過装置は、微小体積の流
体、たとえば、新生児または老人から分析のために抽出
した流体をろ過するのに特に有利である。
【0011】したがって、本発明の広い目的は、ガス流
れに対して限られた干渉を有する構造のガスモニタまた
はガス分析器と結合して使用されるべき流体ろ過装置を
提供することにある。
【0012】本発明の別の広い目的は、ガスモニタまた
は分析器と結合して使用されるべき流体ろ過装置であっ
てその配置方向が流体ろ過装置の適当な操作を妨げるこ
とがなく、流体ろ過装置がそこに働く重力場から独立し
ている流体ろ過装置を提供することにある。
【0013】本発明のさらに別の目的は、ろ過された非
ガス状成分を捕捉し、かつ、収集する手段であって捕捉
され、かつ、収集された成分がガス流れを損なうことが
ない手段を有する流体ろ過装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明に従って、分析さ
れるべきガスから液体を分離する流体ろ過装置が提供さ
れる。この流体ろ過装置は、空間を画定する筒状ハウジ
ングであって前記空間と流体の連通状態となる流体通路
を定める入口部分及び出口部分を有し、これら入口部分
及び出口部分が流体源とガス分析器との間に接続可能に
形成されている筒状ハウジングと、この筒状ハウジング
内に配置され、ガス以外の物質が通過するのを阻止する
液体及び(又は)気体の疎水性の中空ファイバフィルタ
のフィルタエレメントとを備え、前記筒状ハウジングと
フィルタエレメントとは前記ハウジング内に小体積を形
成しており、前記流体ろ過装置は、その配置方向または
流体ろ過装置に働く重力場から独立して有効に操作可能
である。
【0015】
【実施例】本発明を、本発明がもっと十分に理解できる
ように、添付の図面を参照していくつかの好ましい実施
例と関連して説明する。
【0016】図面を参照した詳細な説明では、図示した
事項は例示であって本発明の好ましい実施例の説明の目
的だけのものであり、本発明の原理及び概念の最も有用
であり、かつ、容易に理解される説明であると信じられ
たものを提供する過程で提示したものであることが強調
される。この点に関し、発明の基本的理解に必要である
詳細以上の詳細な構造を示す試みはされていない。ま
た、図面を参照した説明は、発明のいくつかの形態がい
かに実施に際し、具体化されうるかを当業者に明らかに
している。
【0017】分析されるべき、又は監視されるべきガス
から液体及び固体粒子を分離する流体ろ過装置の断面図
である図1に示すように、流体ろ過装置は比較的小さい
直径の筒状ハウジング2を含む。筒状ハウジング2はそ
の内部に空間4を画定しており、流体通路10を画定す
る入口端部6と、流体通路12を画定する出口端部8と
を有する。入口端部6と出口端部8とは、流体ろ過装置
を流体源とガス分析器またはモニタとの間に接続するの
に利用でき、この目的のための適当なコネクタを備える
ことができる。図に見られるように、入口端部6と出口
端部8とは、ハウジング2の比較的大きな空間4と入口
端部6及び出口端部8の流体通路10、12との間の、
平滑な徐々に断面積の変わる遷移部14、16をそれぞ
れ備えるように形成されている。
【0018】ハウジング2の内部には、疎水性の中空の
複数のファイバフィルタからなる流体のフィルタエレメ
ント18が配置されている。フィルタエレメント18
は、前記ファイバフィルタを折り曲げることによって形
成することが好ましく、このようにして閉じた第1の端
部19と、開いた第2の端部20とを与える。フィルタ
エレメント18は、閉じた第1の端部19が遷移部14
によって定められた空間に到達し、開いた第2の端部2
0が遷移部16によって定められた空間に到達するよう
に形成され、ハウジング2内に配置されている。ハウジ
ング2の内径と、入口端部6の内径と、出口端部8の内
径とは、ハウジング内の自由空間の断面積、すなわち、
フィルタエレメント18によって占められていない空間
の断面積と、流体通路10または流体通路12とが実質
的に同じとなるように算定されていることが有利であ
る。フィルタエレメント18の中空のファイバフィルタ
は、小直径の筒状ハウジング2と共同して流体ろ過装置
を形成する。この流体ろ過装置は、平らな膜タイプのフ
ィルタエレメントを利用することによって得られるデッ
ドスペースより、フィルタ材料のまたは有効フィルタ面
積の1平方センチ当り少なくとも4倍小さい体積を有す
る。ろ過されない流体が出口端部8に到達しないことを
確保するために、遮蔽材22が中空のファイバフィルタ
と開いた端部20におけるハウジング2の壁の内面との
間に挿入されている。流体ろ過装置は、ハウジング2内
のデッドスペースをさらに減らすための手段24を含む
ことができる。この手段24は、たとえば、図1に示す
ようにガラス粒子すなわちビーズである非浸透性の材料
によって具体化される。
【0019】ファイバフィルタの全長に沿う壁はもちろ
ん、フィルタエレメント18の閉じた端部19は薄い壁
を提供する。この薄い壁を通ってろ過されるべき流体の
ガスが最小の乱れで通過する。流体が入口から出口へ最
小の圧力と最小の乱れとで通過する効率的な流体ろ過装
置を提供する全体の努力において、これから後、前記達
成に共同する要素の組合せが提供される。前記要素は次
のものを含む。すなわち、 a)入口の流体通路10からハウジング内の空間4への
流体流れの急激の遷移を妨げる、部分的にフィルタエレ
メントによって占められた第1の遷移部14、 b)入って来る流体が、ファイバフィルタの内部の通路
であってろ過された流体を入口端部から出口端部まで平
滑に案内する通路に到達する前に、入って来る流体を薄
い壁だけに通過させるように、一端で閉じられ、他端で
開かれた中空のファイバフィルタからなるフィルタエレ
メント、 c)前記フィルタエレメントを出て行くろ過された流体
が出口の流体通路12に到達する前に第2の遷移部16
に到達すること。
【0020】平滑の、乱れのない流体流れをさらに向上
するために、前記フィルタエレメントの出口部であって
この出口部を通ってろ過された流体が前記複数のファイ
バフィルタ、すなわち、出口部にある複数のファイバフ
ィルタを徐々に出て行く前記フィルタエレメントの出口
部は、前記複数のファイバフィルタのエッジが1つの面
で終るのではなく、むしろ異なる交差断面で終るように
形成されている。これによって、ろ過された流体が複数
のファイバフィルタ内の通路を離れて遷移部16に入る
とき、ろ過された流体を複数のファイバフィルタのいく
つかの面を横切って出て行かせる。このように、ろ過の
全過程中、ろ過されるべき流体は、前記モニタに流れる
間のガス成分と流れ内の同様の乱れとの混合であって、
前記流体ろ過装置が接続される系の応答時間を非常に増
加させるガスの混合を避けるため非常に注意深く扱われ
る。換言すると、本発明に従うフィルタエレメントの構
造は、息を吐き出すとき、患者の息の連続性を可能な限
り保持する一方で、流体のろ過を果たす。
【0021】50ml/minより低い流速で試料を採るモニタ
では、筒状ハウジング2の平均直径は、デッドスペース
を減らす手段24がない場合、2.5mm より小さくすべき
であることが判明した。しかしながら、さらに高い流速
では、筒状ハウジング2の平均直径はそれに応じて増加
し、たとえば、約150ml/min の流速では、3.5 mmまでの
直径を使用することができる。
【0022】流体ろ過装置の使用中に集められた液体
は、フィルタエレメント18の部分を徐々に浸し、これ
ら部分を不活性にするであろう。やがては、フィルタエ
レメントの少なくとも主要部が水中に入ったとき、流体
ろ過装置は効果がなくなり、取り替えられる。
【0023】図2に示した本発明の別の実施例に従う流
体ろ過装置の有効寿命を延ばすために、筒状ハウジング
26またはその一部は、湿気や水蒸気、液体を通過させ
るがガスの通過を阻止する適当な液体透過材料で作られ
る。そのような材料の例はナフィオン(Nafion: 登録商
標)である。このゆえに、ろ過された液体または液体の
少なくとも幾分かは、ハウジング26の壁を通って流体
ろ過装置から連続的に除かれる。ナフィオン製のハウジ
ング壁を、平滑の流体流れに有害である曲がりから保護
するために、ハウジングの壁は、たとえば、プラスチッ
ク製スリーブである編上げスリーブ28で覆われてい
る。そのようなスリーブはナフィオン壁を曲がりと損傷
とから保護すると共に、ナフィオン壁の連続換気を可能
にする。
【0024】図3を参照すると、前述のように、湿気や
水分の通過を可能にする材料で作られたハウジング26
を備えるタイプの流体ろ過装置の実施例が示されてい
る。ハウジング26はジャケット30によって覆われ、
ハウジング26とジャケット30との間に液体保持空間
が形成されている。ジャケット30は、シリカゲルのよ
うな液体吸収材料32を包み込むことが有利である。液
体吸収材料32は、空間4内から外部へハウジング26
の壁を通って運ばれる液体を吸収するのに使用される。
この方法では、ハウジング26の壁は乾燥状態に保た
れ、それによってハウジング26の壁の液体通過能力を
高めている。
【0025】ろ過された液体の相当量が除かれる場合、
ろ過された液体をより積極的に除く別の手段を図4に示
すように設けることができる。そのような手段はノズル
34を含み、このノズル34は、囲みであるジャケット
30の内部を吸引する真空ポンプに接続できる。ノズル
34の入口には疎水性フィルタ36を置くことができ、
これによって液体が真空ポンプに到達するのを防止でき
る。ハウジング38の壁には溜った液体が通過する開口
40が開けられている。
【0026】図5に示した実施例は、Tピース42を組
み込んだ患者換気システムと共に利用できるように適合
されている。Tピース42の一方の開口44は患者の口
に、他方の開口46は換気装置に導かれる。第3の開口
48に中空ファイバフィルタのフィルタエレメント18
が連結されている。フィルタエレメント18はユニット
50に取り付けられている。ユニット50は、Tピース
42の開口48に挿入して保持されるように形成された
第1部分52と、ノズル部分54とを有し、ノズル部分
54はフィルタエレメント18を介してTピース42と
流体の連通状態にある。標準の接続ソケット58を一端
に有し、ガス分析器またはモニタに導かれるチューブ5
6は、ノズル部分54に簡単に取り付けることができ
る。ユニット50の全体は、したがって、取り外すこと
ができ、交換することができる。
【0027】図からさらに分るように、Tピース42の
空気通路は大きいため、比較的大きなろ過面積が得られ
る。サンプリング用チューブ56は清浄なガスだけを吸
引し、このため、チューブ56に接続されるガス分析器
またはモニタは凝縮された湿気ガスだけを処理し、一
方、唾液、血液その他の液体のような人の排泄物はチュ
ーブ56に入るのを阻止される。
【0028】さらに、非常に薄い膜壁を持つ中空のファ
イバフィルタは最小の抵抗を与え、Tピース42に沿う
ガスの速い流れを自由に通過させることができるため、
ガス分析器またはモニタの応答時間に及ぼす構造の影響
は、多数のファイバフィルタの束がフィルタエレメント
18に使用されるときでも、無視できる。疎水性のフィ
ルタエレメント18は、サンプリング用チューブ56が
前記空気通路に共通的に見出される患者の排泄物で遮断
されたり、充填されたりするのを妨げる利点を流体ろ過
装置の応答時間を損なうことなく前記タイプの構造が有
することもまた、述べるべきである。前記遮断または充
填は、別の構造の流体ろ過装置ではしばしば起こってい
る。
【0029】本発明は、図示した実施例についての前述
の詳細な説明に制限されるものではないこと、さらに、
本発明は発明の精神または本質的特質から離れることな
く別の形態でも具体化しうることは、当業者に明らかで
あろう。したがって、前記実施例は、制限するものでは
なく、説明のためのものとして考慮されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る流体ろ過装置に従う実施例の断面
図で、ろ過された液体は筒状のハウジングに集められて
いる。
【図2】本発明に係る流体ろ過装置に従う別の実施例の
断面図である。
【図3】ろ過された液体を集めるための別のコンパート
メントを図2の流体ろ過装置に備えている流体ろ過装置
の断面図である。
【図4】本発明に係る流体ろ過装置に従うさらに別の実
施例の断面図で、ろ過された液体を別のコンパートメン
トに集めて除くバイパス手段を設けている。
【図5】本発明に係る流体ろ過装置のさらに別の実施例
の断面図である。
【符号の説明】
2、26、38 筒状ハウジング 4 空間 6 入口端部 8 出口端部 10、12 流体通路 14、16 遷移部 18 フィルタエレメント

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分析すべきガスから液体を分離するため
    の流体ろ過装置であって、 空間を定める筒状ハウジングであって前記空間と流体の
    連通状態になる流体通路をそれぞれ定める入口端部及び
    出口端部を有し、これら入口端部及び出口端部が流体源
    とガス分析器との間に接続できるように形成されている
    筒状ハウジングと、 この筒状ハウジング内に配置されるフィルタエレメント
    であってガス以外の物質が通過するのを妨げる液体及び
    (又は)ガスの疎水性の中空ファイバフィルタのフィル
    タエレメントとを備え、 前記筒状ハウジングと前記フィルタエレメントとは、前
    記筒状ハウジング内に小さな体積を形成し、前記流体ろ
    過装置は、この流体ろ過装置の配置方向または流体ろ過
    装置に働く重力場から独立して有効に操作可能である、
    流体ろ過装置。
  2. 【請求項2】 前記入口端部及び出口端部のうちの少な
    くとも一方は、前記筒状ハウジング内の前記空間から伸
    びる内面の流路が徐々に限定される遷移部を備える、請
    求項1に記載の流体ろ過装置。
  3. 【請求項3】 前記筒状ハウジングと前記入口端部及び
    出口端部とは円筒状であり、前記2つの流体通路のうち
    の少なくとも一方の断面積は、前記空間内に配置される
    前記フィルタエレメントの断面積によって占められてい
    ない前記空間の断面積と同じである、請求項1に記載の
    流体ろ過装置。
  4. 【請求項4】 前記フィルタエレメントの一方の端部
    は、前記遷移部によって定められた前記空間に達してい
    る、請求項2に記載の流体ろ過装置。
  5. 【請求項5】 ろ過された液体を回収または排出するト
    ラップ手段を備える、請求項1に記載の流体ろ過装置。
  6. 【請求項6】 前記トラップ手段は、液体蒸気を透過で
    きる材料を備える、前記筒状ハウジングの少なくとも一
    部で形成されている、請求項5に記載の流体ろ過装置。
  7. 【請求項7】 前記トラップ手段は、前記筒状ハウジン
    グの壁に開けた少なくとも1つの開口を備える、請求項
    5に記載の流体ろ過装置。
  8. 【請求項8】 前記筒状ハウジングの少なくとも一部を
    囲む外側のジャケットを備え、該ジャケットは、前記筒
    状ハウジングの外側面と前記ジャケットの内側面との間
    に液体収集空間を定める、請求項5に記載の流体ろ過装
    置。
  9. 【請求項9】 前記液体収集空間は液体吸収材料を備え
    る、請求項8に記載の流体ろ過装置。
  10. 【請求項10】 前記ジャケットは、前記液体収集空間
    に吸引作用を与える真空ポンプに接続可能な手段を備え
    る、請求項8に記載の流体ろ過装置。
  11. 【請求項11】 液体が前記真空ポンプに到達するのを
    妨げる疎水性フィルタを備える、請求項10に記載の流
    体ろ過装置。
  12. 【請求項12】 前記フィルタエレメントの前記中空フ
    ァイバフィルタは、前記入口端部に隣接して配置される
    閉じた端部を形成するため折り曲げられている、請求項
    1に記載の流体ろ過装置。
  13. 【請求項13】 ろ過されない流体が前記出口端部に到
    達するのを妨げる流れ遮断手段を備える、請求項12に
    記載の流体ろ過装置。
  14. 【請求項14】 前記筒状ハウジングは、50ml/minより
    低い流速のために、2.5mm より小さい直径を有する、請
    求項12に記載の流体ろ過装置。
  15. 【請求項15】 前記筒状ハウジングは、実質的に150m
    l/min の流速のために、3.5mm より小さい直径を有す
    る、請求項12に記載の流体ろ過装置。
  16. 【請求項16】 前記筒状ハウジングは実質的にT形状
    であって3つの開口を有し、これら3つの開口のうちの
    第1の開口は患者の口に導かれ、第2の反対側の開口は
    換気装置に導かれ、さらに第3の開口はガス分析器に導
    かれ、前記フィルタエレメントはガス分析器に導かれる
    前記第3の開口に固定されている、請求項1に記載の流
    体ろ過装置。
  17. 【請求項17】 前記中空ファイバフィルタは第1の端
    部と第2の端部とを有し、前記第1の端部はガス分析器
    に導かれる前記第3の開口に固定され、前記第2の端部
    は、患者への実質的に乱されない換気を可能にする範囲
    で、前記第1の開口と前記第2の開口とを結ぶ線を横切
    っている、請求項16に記載の流体ろ過装置。
  18. 【請求項18】 前記フィルタエレメントはユニットに
    取り付けられ、該ユニットは、前記第3の開口に挿入す
    るように形成された第1部分と、該第1部分と流体の連
    通状態となるノズル部分とを有し、該ノズル部分はガス
    分析器に導くチューブに接続可能である、請求項16に
    記載の流体ろ過装置。
  19. 【請求項19】 前記ベースは取替のために取外し可能
    である、請求項16に記載の流体ろ過装置。
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