JPS6253193B2

JPS6253193B2 -

Info

Publication number: JPS6253193B2
Application number: JP54087557A
Authority: JP
Inventors: Aaru Jatsukusun Richaado
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-07-12
Filing date: 1979-07-12
Publication date: 1987-11-09
Also published as: JPS5538190A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、呼吸気流路に対し、入口及び出口接
続部材２８によつて平行に接続したコンパクトな
束を形成しかつ水蒸気に対して透過性の物質の壁
を有する長い個々の通気性中空繊維１２の束１０
を有する水充填室２０からなり、水充填室２０が
該繊維の有効全長を包囲する給湿器に関する。本
発明は、本出願人の米国特許第3616796号明細
書；同第3871373号明細書；同第3912795号明細書
ならびにドブリツツ（Dobritz）の米国特許第
4010748号明細書及び同第4086305号明細書に記載
の装置の改良に関する。

この本出願人の特許によれば、給水からの水蒸
気が壁又は膜を透過して呼吸気の流れに入り、給
水が壁によつて気流とは離れて維持される、拡散
原理によつて操作する新型の給湿器が得られる。
このような拡散型の給湿器は、他の給湿法よりも
数多くの重要な利点を提供する。が、その製造に
対する満足な方式は見い出されていない。製造及
び広範な使用に適当であるためには、数多くの困
難な基準を充足しなければならないことが判明し
た。給湿器が患者の気道に直接接続し、生命維持
空気が給湿器を通過する場合、該給湿器は低い気
流抵抗、有利に患者が補助装置なしに（例えば標
準の呼吸管と同様の流れ抵抗）給湿器を通して呼
吸することができる程度に低い気流抵抗を有しな
ければならない。この給湿器は、患者が多量の濃
い（すなわち液体の）水を吸入する重大な危険を
すべて回避するために安全に操作することができ
なければならない。この給湿器は、流路への多量
の圧縮空気の導入を避け、かつ例えば呼吸回路の
管状部材として口に接近させて配置しうるように
小型でなければならない。この給湿器は長い貯蔵
寿命を有しなければならない。更に、この給湿器
は、簡単で丈夫な構造を有し、使い捨てできるよ
うな低いコストでなければならない。

米国特許第4098852号明細書には、液体とガス
との間の熱交換を促進するために中空繊維を使用
することが記載されている。このような配置は、
蒸発型冷却器、空気調和装置及び恐らく室給湿器
に使用されているはずである。この古典的な明細
書には、液体の絶対圧がガスの絶対圧よりも実質
的に大きい程度に中空繊維の壁を横切る正圧が教
示されている。このような配置を呼吸気流路に転
置することは、好ましくないであろう。それとい
うのも、この構造は、多数の本質的な基準に適合
することができず、繊維に突発的な破裂が起こつ
た場合に肺の中に水が入る危険を排除することが
できなかつたからである。

西ドイツ国特許公開公報第2617985号には、呼
吸気流路に対して湿潤剤の配合なしにただほんの
小さい内径の繊維だけを有する給湿器が開示され
ており、繊維を水に比較的負圧下で暴露すること
は、全く教示されていない。

西ドイツ国特許公開公報第2703892号（特許請
求の範囲に記載された発明の優先日後に発行され
た）には、呼吸気流路に対して水が流れるＵ字状
中空繊維の束を有する通気性ハウジングを有する
給湿器が示されているが、このような配置も能率
及び安全性に対して必要とされる条件を満たすこ
とができなかつた。

本発明によれば、繊維１２が湿潤剤を配合して
おり、繊維１２が1.27mmよりも大きい内径を有
し、装置Ｐが繊維１２の外側を水に比較的負圧下
で暴路するために設けられている給湿器が得られ
る。この繊維は、患者に対して乾燥吸気（この場
合“吸気”は純粋な又は希釈された酸素を包含す
るものである）を、繊維壁を透過する周囲の水か
らの水蒸気によつて給湿するため、多数の線状気
流に分割するように配置されている。繊維は、患
者の生命維持の必要に相応する全空気流量を普通
の気流条件下で自由に通過させ、かつほぼ体温に
加熱された水によつてこの空気を普通の流速で飽
和するまで加湿する水蒸気を通過させる大きさの
有効繊維表面積を得るように十分な寸法及び数で
備えられる。出口接続部材は、こうして給湿され
た線状気流を集め、この単一流を患者の方向に流
すために配置されている。この方法の場合、低い
流れ抵抗の実用的コンパクトな使い捨てユニツト
の形で、患者への空気の完全な給湿を達成するこ
とができる給湿器が得られる。

更に、本発明の重要な実施態様によれば、繊維
物質は、該繊維の外側の負圧137.3ミリバールで
37.5℃の水及び長さ127mmの繊維束を平行に流れ
るように導入された速度毎分200の水を含まな
い酸素の流れを用いて試験する場合、乾燥安定性
であり、かつ肉厚0.127mmにつき繊維壁面積１m²
当り水毎時4.8Kgの透過率を有し；繊維の全空気
給湿能力は平均的な成人に対して流量50／min
以上である。繊維は、中空繊維の端部から端部へ
５cm水柱の圧力降下で約180〜450／minの全空
気流量を有し；繊維は、平均的な成人に対して
0.045m²の水蒸気透過性の全有効表面積を有し；
中空繊維は繊維内径の10％以下の肉厚を有する。
繊維は、1.78mm未満の内径を有し；繊維物質は、
ポリスルホン及びアクリル共重合体からなる群か
ら選択され；繊維物質は、湿潤剤、有利にグリセ
リン又はスルホコハク酸ジオクチルナトリウムを
配合する。

優れた実施態様によれば、空気の流れ抵抗値Ｒ
は、52〜134の範囲内であり、（９mm及び７mmの標
準呼吸管それぞれの抵抗値に相当）、現在の優れ
た標準はＲ＝79（８mmの標準呼吸管の抵抗値）で
ある。一定の寸法の繊維に対しては、抵抗はＲ＝
Ｌ／Ｄ^４×１／Ｎ（但し、Ｌはcmで表わす通気性繊維の
全長であり、Ｄはcmで表わす繊維の内径であり、Ｎは
繊維の本数である）で表わされる。

次に本発明を図面により説明する。

第１図〜第４図について言えば、給湿器５０
は、水蒸気に対して透過性及び水に対して不透過
性の物質（グリセリン化ポリスルホン）から作ら
れた長い直線繊維束１０からなる。繊維束は、繊
維の外側にわたつて水路１３（第３図及び第４
図）を備える主中央部１２中に弛く配置され、束
の端部１４及び１６は、不透水性接着材料（エポ
キシ樹脂）１８中に埋込まれ（一緒に結合され）
ている。同様に、埋込まれた端部１４，１６の側
部は、硬質の円筒壁（高密度ポリスチレン）によ
つて仕切られる室２０の端部に結合している。こ
の端部間のケーシングは、負圧に耐えうる水室を
形成する。端蓋２２及び２４は、ケーシングの各
端部に設けられ、テーパー外側部材２８を末端部
とする。これらは、標準雄型呼吸回路接続部材と
して雌型接続相手部材又はホースに嵌め込むため
に使用される。

給湿器のユニツトは、呼吸装置の任意の適当な
流路に接続している。第５図においては、Ｙ型接
続部材の周囲に排気する端部の呼吸装置で制御さ
れる呼気弁３１とともに、給湿器が呼吸装置から
患者までの吸入管中に示される。

第１図に示すように、端蓋２２及び２４はそれ
ぞれ繊維束の端部より外側に空所３０及び３２を
備え、この空所は吸気口及び排気口を表わす。第
５図の呼吸装置３６からの空気は、第１図の右側
の雄型接続部材２８に入り、給気口３０を充填
し、繊維束の端面全体にわたつて分布し、その場
で分布され、線状気流として数多くの中空繊維に
入る。この線状気流は、呼吸装置の圧力下に繊維
を通つて流れ、第１図の左手の空気出口３２に達
し、その場で再び合流する。この単一流は、接続
部材を通つて患者へ流れる。

水室２０は、第１図の右手及び左手にそれぞれ
（混乱を避けるために異なつて配置した）給水接
続部材２１及び排水接続部材２３を有する。この
接続部材及びその導管２１ａ，２３ａも、負圧に
十分耐えるように剛性材料からなる。入口管２１
ａは、水タンク４０（第６図）に伸び、管の端部
は水中に浸漬している。発熱体４２は、検知器４
１及び恒温制御スイツチ４３の制御下に水を所望
の温度に維持する。排水管２３ａは、過剰水を水
タンク４０に排出する排出ポンプＰの入口に接続
している。水は、ポンプによつて入口管２１ａに
吸込まれ、弛い繊維束の間の間隙を通過し、こう
して例えば0.14Kg／cm²（2psi）の負圧下の水が室
２０の全自由空間を充填する。水は、排水ポンプ
Ｐにより排水管２３ａに吸込まれる。

リリーフバルブ６０（第２図）は、ケーシング
の壁に取付けられる。第２図及び第２ａ図に示す
ように、この弁は、公知の、所謂きのこ形弁であ
る。この弁は、室２０の内側から大気に通ずる逃
げ孔６４に重なるリーフレツト６２からなる。ス
テム６６はリーフレツト６２と１体に結合し、拡
大した内側端部６８に終り、この端部はステム６
６が貫通する孔より大きいので、リーフレツトが
保持される。第２図に図示したように負水圧の条
件下で、リーフレツトは通路６４を密封する。し
かし、第２ａ図の拡大図について言えば、事故に
より正圧が室２０の水にかかる場合、この正圧は
通路６４を介してリーフレツト６２をそらせるよ
うに作用し、正圧を除去するまで液体を逃出させ
る。

繊維は、内径約0.15cm（0.06inch）及び肉厚約
0.13cm（0.005inch）を有する。この繊維は、親
水性にするために繊維を紡糸する間にポリスルホ
ンがまた軟質である段階でグリセリンに浸漬する
ことによつてグリセリン化される（例えば
Amicon Corporation社による製品）。

繊維は、接着材料に密閉された約0.95cm（3/8
inch）〜約1.27cm（1/2inch）の各端部を含んで
全長が約7.62cm（3inch）であり、約5.08cm
（2inch）〜約5.72（２ 1/4inch）の範囲内の端部
間に蒸気透過性の有効全長が得られる。

この実施態様の場合、178本繊維は一緒に束ね
られ、埋込んだ端部領域の長さに応じて約29m²
（67inch²）〜約4.9m²（84inch²）の範囲内の全水蒸
気透過面積及び約85〜95／minの気流速度で37
℃（98.6〓）の周囲空気を飽和まで給湿する能力
を有する。

この繊維束モジユールの流れ抵抗は、有効値Ｒ
＝Ｌ／Ｄ^４×１／Ｎ＝79の数で表わされ、この場合Ｌは
cmで表わした繊維の空気透過（全）長であり、Ｄはcm
で表わした繊維の内径であり、Ｎは繊維の数であ
る。このモジユールを使用すると、中空繊維の端
部から端部へ５cm水柱の圧力降下によつて気流速
度300／minが達成される。

これは、８mmの標準呼吸管の抵抗と同等の気流
抵抗を生じる。この標準管について言えば、給湿
器は呼吸装置の種々の循環路及び流路のいずれか
に配置することができ、実際に患者は人工呼吸装
置の助けを借りずに自発的に給湿器を通して吸入
することができる。

実際にコンパクトなモジユールの好適な気流特
性は、内径が約0.13cm（0.05inch）〜約0.18cm
（0.07inch）の範囲内の繊維を用いて達成され、
この繊維の全長はその内径及び使用される繊維数
のＮに依存する。繊維の数Ｎは、繊維材料の蒸気
透過率及び選択された肉厚にも依存する。場合に
よつては長いモジユールのものが有利であり、こ
の場合にはなお一層大きい孔径の中空繊維を使用
することができる。

グリセリン化繊維は、高い蒸気透過率及び長い
乾燥貯蔵寿命を有し、正圧のリリーフバルブとと
もにこの繊維を使用する場合には安全な操作を提
供する。なお一層の安全性が望まれる場合には、
偶然に正圧が水室に適用される場合にも液体の水
の透過に対しもつと安定な繊維を使用することが
できる。この場合有利に繊維は硬化段階に阻水性
ポリスルホン繊維として製造され、その後にスル
ホコハク酸ジオクチルナトリウム（Mead
Johnsonによつて市販の便軟化剤）のような湿潤
剤及び／又はグリセリンを用いて処理される。こ
の場合、繊維によつて提供される付加的な保護の
ために、原則的に正水圧のリリーフバルブを省略
することが可能であるが、特に若干低い蒸気透過
能力の材料を使用する場合に使用される繊維の数
が比較的大きいという点で、バルブの使用は装置
の安全性を最高にするためにそれでもなお有利で
ある。繊維が、アミコン・コーポレーシヨン
（Amicon Corporation）社製のXMコンパウンド
のようなアクリル共重合体から形成される場合に
も、同じことが言える。

水室２０は、前記のように医療用に使用される
任意の適当な硬質プラスチツク、例えば耐衝撃性
ポリスチレンの射出成形によつて有利に成形する
ことができる。接続部材を含め空気口を仕切る端
蓋は、同一又は同様の材料からなり、例えば前記
方法でケーシング２０の外側に溶剤接着していて
もよい。典型的な構造の場合、ケーシングよりも
長い全長を有する繊維集合体は、ケーシング中に
強く嵌め込まれ、密封材料、エポキシ樹脂又はシ
リコーンゴムのような他の材料は、時々遠心力を
用いて繊維に平行な毛管作用によつて端部領域に
導入される。密封材料が硬化した後、密封材料の
マトリツクスの端縁及び中空繊維をナイフで切断
し、ケーシング２０端部をそろえると、空気を通
すように開放された繊維端部を有する滑らかな端
面を得ることができる。得られる繊維束は容易に
約464.5cm²（0.5ft²）程度の拡散壁表面積を得るこ
とができ、これは人工呼吸装置の作業周期の間に
流れがピークに達すると同時に毎分50〜75程度
の全空気量を給湿するために有効である。

図面に関して言えば、呼吸装置３６（第６図）
からの吸気Ａ（第１図）の全流量を数多くの繊維
の束によつて第３図及び第４図の線状気流B₁，
B₂、等に分配する。第３図及び第４図に略示し
たように、温水は該繊維の外側にわたつて流れ、
この給水によつて得られる水蒸気は繊維薄壁を差
圧と反対に透過し、乾燥線状空気に給湿する。繊
維１２の全長を移動した後の線状気流B₁，B₂、
等は、体温における飽和点まで加湿される。更
に、線状空気は出口３２で再び単一気流Ｃにな
り、患者に向つて流れる。

典型的な操作の場合、第５図の呼吸装置３６
は、呼気を呼気弁３１を通して大気に排出する開
放周期系として操作される。周期の吸気段階の間
に、呼吸装置は少しずつ管５４の圧力を高め、給
湿器５０を通して患者の気道に挿入された呼吸管
５２の端部に空気を供給する。Ｙ形接続部の排出
脚５６の弁３１は、この段階の間に呼吸装置から
の制御系によつて閉鎖され、それ故に呼吸装置か
らの全気流は給湿器５０を通つて患者へと流れ
る。呼気段階の間に患者は自発的に息を吐き出
す。この場合、吐出弁３１は吐出空気を大気に排
出するために呼吸装置の制御系によつて開放され
る。呼気段階の間、逆止め弁（図示されていな
い）は、吐出空気の給湿器を通る逆流を阻止す
る。

内側から外側へ減少する圧力勾配を有する中空
繊維は繊維壁が大きい引張強さを有するので、破
裂しないことが保証される。水は負圧下にあるの
で、偶然に繊維壁体が破裂した場合に液体の水
は、殆んど気道に浸入しない。ポンプの誤接続に
よつて逆差圧を生じる場合にも、中空繊維がその
小さい寸法のため、患者に対する気流を遮断する
圧漬に抗する十分な構造上の硬さを示すことは重
要である。

前記した特別な繊維を使用することによつて、
蒸気透過表面積対容積の十分な比が得られ、なお
かつ100〜200の優れた範囲内の少数の繊維を使用
することができる十分な空気通過能力が得られ
る。この特徴は、小さい幾可学的容積で大きい拡
散面を得ることを可能にする。このような小型化
は、給湿器を患者に接近して取付けることを許容
し、給湿器が安価な使い捨ての材料であることを
許容し、管を普通に交換する場合と同時に周期的
に、例えば１日１回交換することができる。この
構造は、人工呼吸装置から給湿器への入口管が湿
り温風を含まず、したがつてこの管が細菌を急速
に繁殖させる場所でないので、該管の滅菌時間間
隔を延長することができる。

本発明の一部の特徴は、本発明の他の特徴を用
いることなく使用することができる。例えば、圧
漬しうる外壁を使用する場合と同様に大気圧の静
水を使用する給湿器は、場合により本発明の繊維
構造とともに良好な結果をもつて使用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の優れた実施態様の縦断面
図、第２図は、第１図２−２線断面図、第２ａ図
は、第２図の１部拡大図、第３図は、第１図の３
−３線断面図、第４図は、第３図の４−４線断面
図、第５図は患者が使用する状態を示す斜視図、
第６図は給湿器の接続回路を示す図である。１０……繊維束、１２……束の主中央部、１３
……水路、１４，１６……束の端部、１８……水
不透過性結合材料、２０……水室、２１……給水
接続部材、２２，２４……端蓋、２３……排水接
続部材、３１……吐出弁、３６……呼吸装置、４
０……水タンク、４２……発熱体、４３……恒温
制御スイツチ、５０……給湿器、５２……呼吸
管、６０……リリーフバルブ、Ｐ……ポンプ、
B₁，B₂……線状気流。

Claims

【特許請求の範囲】１呼吸気流路に対し、入口及び出口接続部材２
８によつて平行に接続したコンパクトな束を形成
しかつ水蒸気に対して透過性の物質の壁を有する
長い個々の通気性中空繊維１２の束１０を有する
水充填室２０からなり、水充填室２０が該繊維の
有効全長を包囲する給湿器において、繊維１２が
湿潤剤を配合しており、繊維１２が1.27mmよりも
大きい内径を有し、装置Ｐが繊維１２の外側を水
に比較的負圧下で暴露するために設けられている
ことを特徴とする、給湿器。２中空繊維１２が該繊維の内径の10％以下であ
る肉厚を有する、特許請求の範囲第１項記載の給
湿器。３中空繊維１２が1.78mm未満の内径を有する、
特許請求の範囲第１項記載の給湿器。４繊維１２の物質が該繊維の外側の負圧137.3
ミリバールで37.5℃の水及び長さ127mmの繊維束
を平行に流れる全流量毎分200の無水酸素の流
れを用いて、肉厚0.127mmにつき繊維壁面積１m²
当り水毎時4.8Kgの透過率を有する、特許請求の
範囲第３項記載の給湿器。５繊維１２の物質がポリスルホン及びアクリル
共重合体の群から選択されている、特許請求の範
囲第１項記載の給湿器。６湿潤剤がグリセリンである、特許請求の範囲
第１項又は第５項に記載の給湿器。７湿潤剤がスルホコハク酸ジオクチルナトリウ
ムである、特許請求の範囲第１項記載の給湿器。８繊維束が52〜134の間の空気流れ抵抗値Ｒ
（但し、Ｒ＝Ｌ／Ｄ^４×１／Ｎ、Ｌ及びＤはcmで表わす
繊維１２の有効全長及び内径であり、Ｎは繊維１２の
数である）を有する、特許請求の範囲第１項記載
の給湿器。９繊維１２の数が100〜200の範囲内にある、特
許請求の範囲第１項又は第８項に記載の給湿器。１０繊維１２の有効全長が12.7cmである、特許
請求の範囲第１項から第９項までのいずれか１項
に記載の給湿器。１１水充填室２０が水充填室２０の内側から大
気に開放する正圧リリーフバルブ６０を有する、
特許請求の範囲第１項記載の給湿器。１２繊維の壁が、該壁が肉厚0.127mm以下であ
り、該繊維内の空気圧が実質的に大気圧であり、
かつ該繊維の外側の水圧が負圧137.3ミリバール
であるような操作条件下で液体の水に対して不透
過性である、特許請求の範囲第１項から第１１項
までのいずれか１項に記載の給湿器。１３繊維束が空気を繊維束に180〜450／min
の速度で流す際に繊維の有効全長にわたつて５cm
水柱（５ミリバール）の圧力降下を有する、特許
請求の範囲第１項から第１２項までのいずれか１
項に記載の給湿器。１４平均的な成人に対して50／min以上の有
効流量を有する、特許請求の範囲第１３項記載の
給湿器。１５平均的な成人に対して繊維が0.045m²の全
水蒸気透過面積を有する、特許請求の範囲第１項
から第１４項までのいずれか１項に記載の給湿
器。