NL9301022A - Filters voor het uitwisselen van warmte en vocht. - Google Patents

Description

Filters voor het uitwisselen van warmte en vocht.

De uitvinding heeft betrekking op filters voor het vasthouden van warmte en vocht.

Bij mensen wordt ingeademde lucht gefilterd door de neusholten en het bovenste ademhalingskanaal. Bovendien bevat de ingeademde lucht in de meeste klimaten een gedeelte waterdamp en tijdens de passage daarvan naar de longen wordt de ingeademde lucht volledig verzadigd met damp die opgenomen is van het slijm dat afgescheiden wordt door de Goblet-cellen van de slijmvliezen die in de luchtwegen liggen. Bij bepaalde geneeskundige handelingen en bijvoorbeeld ook bij de aanvoer van lucht in afgesloten ruimten zoals vliegtuigcabines, kunnen de vochtigheidsniveaus in de ingeademde lucht kleiner dan optimaal zijn voor het op bevredigende wijze ademhalen.

Bij bijvoorbeeld werkwijzen zoals het invoeren van buizen of het doorsnijden van de luchtpijp wordt een bypass gelegd om deze bovenste luchtwegen en vindt derhalve geen filtratie of verzadiging plaats van gassen die ingeademd worden van het beademingsapparaat die in deze werkwijzen gebruikt worden. De klinische gevolgen van het inademen van ongefilterde en onverzadigde gassen is goed beschreven. Zie bijvoorbeeld het artikel "Filtration and Humidification" door Lloyd en Roe in deel 4, nummer 4, van de oktober/december 1991 editie van de publikatie "Problems in Respiratory Care". Gewezen wordt ook op het artikel met de titel "Humidification for Ventilated Patients” door Ballard, Cheeseman, Ripiner and Wells op biz. 2-9 van deel 8 (1992) van de publikatie "Intensive and Critical Care Nursing".

Om dit probleem te ondervangen is het in de praktijk gebruikelijk om in een beademingsapparaat een inrichting op te nemen die zowel de uitgeademde lucht en warmte filtert en de ingeademde gassen bevochtigt. Dergelijke inrichtingen worden besproken in de twee publikaties waar hierboven naar verwezen wordt en in het artikel "A Comparison of the Filtration Properties of Heat and Moisture Exchanges" door Hedley en Allt-Graham in Anesthesia 1992, deel 47, biz. 4l4 t/m 420, en in het artikel "An Alternative Strategy for Infection Control of Anesthesia Breathing Circuits: A Laboratory Assessment of the Pall HME Filter" door Berry en Nolte, biz. 651-655 van de publikatie "Anesth.Analg", 1991; 72.

De publikatie van Lloyd en Roe maakt onderscheid tussen drie categorieën filters voor het uitwisselen van warmte en vocht. De eerste cate gorie wordt genoemd "hygroscopische (eerste generatie)” filters voor het uitwisselen van warmte en vocht. Deze omvatten wol, schuim of papierachtige materialen die doorgaans met hygroscopische chemicaliën zoals lithiumchloride of calciumchloride geïmpregneerd zijn om op. chemische wijze waterdampmoleculen te absorberen die in de uitgeademde lucht aanwezig zijn. De tweede categorie wordt "hygroscopische (tweede generatie)" filters voor het uitwisselen van warmte en vocht genoemd. Deze zijn dezelfde als die van de eerste generatie maar zijn nu aangevuld met elek-treet-filtermateriaal van vilt. Elektreten zijn materialen die een constante elektrische polariteit houden en een elektrisch veld om zich vormen zonder een uitwendig elektrisch veld. Dergelijke materialen verwijderen micro-organismen door elektrostatische werking. Een voorbeeld hiervan wordt getoond in EP-A1-0011847.

Uit EP-A2-0265163 is het gebruik van een laag hydrofobisch filter-materiaal en een laag hydrofiele schuim in een huis bekend. De lagen worden gevormd door niet aan elkaar gehechte vlakke platen die elkaar aanraken. De hydrofobe laag is van polypropeenvezels die elektrostatisch geladen zijn om virale en bacteriale filtratie uit te voeren en werkt ook als een elektreet van de tweede categorie filters zoals hierboven beschreven staat. De schuimlaag wordt behandeld om vocht te absorberen. Deze werkt op vergelijkbare wijze als een materiaal van de inrichting van EP-A1-0011847 met de bijbehorende nadelen.

De derde categorie omvat het gebruik van een hydrofoob membraan dat micro-organismen door zuivere filtratie verwijdert en vocht op het oppervlak van het membraan vasthoudt ten gevolge van de hydrofobiliteit.

Al deze drie categorieën filters werken in het algemeen op dezelfde wijze. Bij het uitademen wordt uitgeademde waterdamp gecondenseerd op het filter en bij het inademen verzamelen de ingeademde gassen waterdampen (en warmte) van de inrichting door verdamping. Micro-organismen zoals bacteriën en virussen worden op hun respectieve wijze door de filters verwijderd van de uitgeademde en ingeademde lucht.

De eerste categorie filters wordt tegenwoordig weinig toegepast. Deze zijn weinig doelmatig in het verwijderen van bacteriën in de lucht, zelfs wanneer deze geïmpregneerd zijn met bactericide werkstoffen. Vanwege hun werkwijze behalen deze bovendien niet gelijktijdig de maximale doelmatigheid in het uitwisselen van vocht en warmte en hebben ze een naar verhouding lange acclimatisatie-periode voordat stabiele evenwichts-niveaus bereikt zijn. Bovendien hebben deze naar verhouding grote poriën en een naar verhouding grote dikte die het mogelijk maken dat vloeistoffen in de poriën dringen en door het materiaal gaan, hetgeen leidt tot een waterverzadigde toestand en bijgevolg tot een verhoging van de weerstand.

De tweede categorie filters geeft in verhouding tot de eerste generatie hygroscopische filters verbeterde niveaus van filtratie van micro-organismen. Het probleem van vervuilde vloeistoffen die door de lagen gaan, blijft echter nog bestaan ten gevolge van de naar verhouding grote afmetingen van de poriën. Zoals bovendien ook besproken is in de verwijzing van Lloyd en Roe, kunnen de filters geen doelmatigheid van 99.9977# behalen, die voorgesteld is als de minimale verwijderingsgraad voordat een filter geschikt is voor klinisch gebruik.

De filters van de derde categorie, waarbij gebruik gemaakt wordt van hydrofobische membranen, hebben buitengewoon kleine poriën op kenmerkende wijze met een alcohol bevochtigd bellenpunt groter dan 710 mm (28 inches) H20. Het bellenpunt wordt gemeten volgens de methode van de American Society of Testing Materials. Deze voorkomen het doorlaten van vervuilde vloeistoffen bij normale beademingsdrukken. Deze filters werken ook als een barrière voor in water aanwezige micro-organismen φη maken het mogelijk dat een doelmatigheid van groter dan 99.9977# behaald worden. In vele gevallen hebben hydrofobische membraanfilters aangetoond om te voorzien in een uitwisselen van warmte en vocht dat vergelijkbaar is met het normaal door de neus ademen. Een optimaal doelmatige bevochtiging treedt bijna direct op.

Uitgeademde lucht bevat niet alleen water in de vorm van waterdruppeltjes en bolletjes, maar ook water in de vorm van waterdamp. Het is mogelijk dat dergelijke waterdamp door het filter gaat en verloren raakt in het stelsel. Dit betekent dat bij het inademen niet alle uitgeademde water beschikbaar is voor het bevochtigen. In het algemeen vormt dit geen probleem. Zoals echter besproken is in het technisch rapport "Use of The Pall Heat and Moisture Exchange Filter (HMEF) with Cold Humidification'* van Belkowski and Brandwein van de Pall Corporation, gepubliceerd in 1992 als Pall Technical Publication PCC19210M, kan een klein deel van langdurige beademingspatiënten een grotere bevochtiging nodig kan hebben dan een filter voor het uitwisselen van warmte en vocht van de derde categorie kan leveren. Het technische rapport suggereert dat dit probleem ondervangen kan worden door het opnemen van een bevochtiger in het beade-mingscircuit. Een alternatieve poging om dit probleem te ondervangen is om het hydrofobe materiaal te combineren met een hygroscoop materiaal van het categorie dat gebruikt wordt in de eerste en tweede categorieën, om het water te absorberen.

Uit GB-A-2167307 is een filter bekend voor het uitwisselen van warmte en vocht, die afwisselend hydrofobe en hydrofiele wasinrichtingen omvat die gemonteerd zijn in een huis· waarbij de hydrofiele wasinrichtingen geïmpregneerd zijn met een hygroscopisch materiaal. Deze hebben waarschijnlijk te leiden van waterverzadiging.

Overeenkomstig een eerste aspect volgens de uitvinding wordt er voorzien in een filter voor het uitwisselen van warmte en vocht die een huis omvat met een eerste deel voor het verbinden aan een toevoer van gas dat ingeademd kan worden en een uitademingslijn en een tweede deel dat verbonden wordt aan een persoon die het gas in- en uitademt, waarbij het huis voorzien is van een plaat van hydrofiel medium en een plaat van hydrofoob filtermedium in serie aangebracht in een stromingsbaan tussen de eerste en tweede delen, waarbij het hydrofiel medium dichter bij het eerste deel in deze stromingsbaan is en het hydrofoob medium een bellen-punt voor alcohol heeft die groter is dan 710 mm (28 inches) H20 voor het verwijderen van micro-organismen.

In al deze drie categorieën filters is het noodzakelijk dat het filtermedium niet een zodanig grote drukval maakt dat het inademen en uitademen van lucht moeilijk gaat. Dit is normaal geen probleem bij filters van de eerste en tweede categorieën, omdat de poriegrootte van het filtermedia groot genoeg zijn om geen drukval te produceren die voldoende groot is om een probleem te veroorzaken. De filters van de derde categorie kunnen echter leiden onder dit probleem.

De platen van het filtermedium zijn bij voorkeur geplooid. Dit geeft een groter mediumoppervlak en vermindert derhalve de drukval.

Overeenkomstig een tweede aspect volgens de uitvinding is er voorzien in een werkwijze voor het vervaardigen van een filter voor het uitwisselen van warmte en vocht welke omvat een plaat van hydrofoob medium met een alcohol bellenpunt groter dan 710 mm (28 inches) H20 en twee tegenover elkaar gelegen oppervlakken, wordt verbonden met één vlak van een plaat van hydrofiel medium met twee tegenover elkaar gelegen vlakken met één vlak van het hydrofiel medium.

Het volgende is bij wijze van voorbeeld een meer gedetailleerde beschrijving van enkele uitvoeringsvoorbeelden volgens de uitvinding, waarbij verwezen wordt naar de bijgevoegde tekeningen, waarin:

Figuur 1 een schematisch eindaanzicht is van het filter voor het uitwisselen van warmte en vocht, gevormd uit gevouwen filtermedia,

Figuur 2 een schematisch aanzicht is een eerste uitvoering van een hydrofiel medium van het filter uit figuur 1, en

Figuur 3 een schematisch aanzicht is van een tweede uitvoering van een hydrofiel medium van het filter uit figuur 1.

Figuur 4 een schematisch aanzicht is van een kunstmatig patiënt om te gebruiken bij het testen van de doelmatigheid van het uitwisselen van warmte en vocht van een filter,

Figuur 5 de kunstmatige patiënt uit figuur 4 toont die verbonden is met een beademingsinrichting voor de tests,

Figuur 6 de kunstmatige patiënt uit figuur 4 toont die verbonden is met een beademingsapparaat in een tweede uitvoering voor het testen van de doelmatigheid van een warmte- en vochtuitwisselaar.

Figuur 7 een schematisch overzicht van de uitrusting geeft die gebruikt voor het bepalen van de doelmatigheid van een filter door aerosole beproevingstesten.

Onder verwijzing naar figuur 1 omvat het filter een plaat hydrofoob medium 10 geplooid met een plaat hydrofiel materiaal 11. De twee lagen kunnen afzonderlijk zijn, of met elkaar verbonden zijn, of aan elkaar gehecht zijn door middel van elke gebruikelijke werkwijze. De media worden omsloten door een huis 12 met poorten 13, 14 die leiden naar respectieve tegenover elkaar liggende zijden van de media. Zoals te zi^n is in de figuren 1 en 6, vullen de geplooide media het huis 12 zodanig dat de plooien aan één zijde van de media dicht grenzen aan de ene poort 13 en de plooien aan de andere zijde van de media dicht bij de andere poort 14 zijn.

Het hydrofoob medium 10 bestaat bij voorkeur uit met hars geïmpregneerde keramische vezels en verwijdert micro-organismen door directe mechanische onderschepping en heeft een alcohol bevochtigd bellenpunt groter dan 710 mm (28 inches) H20. Dit wordt gemeten volgens de methode van de American Society of Testing Materials voor een dergelijke test. Het hydrofielmedium is bij voorkeur een cellulosemateriaal. Het materiaal mag geen deeltjes afscheiden.

Bij voorkeur heeft het filter een drukval die niet groter is dan 3,0 cm H20 bij een luchtstroom van 60 1/min en een doelmatigheid in het verwijderen van aerosole bacteriën, zoals gemeten volgens de hieronder beschreven zogeheten aërosole beproevingstest (Aerosol Challenge Test), van > 99,999% is.

Het hydrofiel medium kan, zoals te zien is figuur 2 een ononderbroken plaat materiaal zijn. Zoals te zien is in figuur 3 kan het onderbroken zijn met een serie van rijen van evenwijdig op afstand aangebrachte sleuven die aangebracht zijn door het medium. Waar deze sleuven aange-bracht zijn, zorgen deze ervoor dat de maximale drukval over de inrichting geregeld wordt door het hydrofobe medium. De sleuven maken doorstroming door het hydrofiele medium mogelijk als deze doornat zou worden, dat wil zeggen verzadigd wordt met water.

De inrichting is gebruikt aan het "patiënt-einde" van open beade-mingsstelsels van het soort dat hoofdzakelijk gebruikt wordt in intensieve verpleegeenheden. Dergelijke stelsels worden gebruikt door patiënten die langdurige beademing ondergaan en door patiënten die, door de aard van hun klinische toestand extra bevochtiging nodig hebben, terwijl deze beademd worden.

Dergelijke stelsels omvatten een beademingsinrichting, een buis die de beademingsinrichting verbindt met één poort van de inrichting aan de zijde van de hydrofiele media 11 en een buis die de andere poort aan de zijde van de hydrofobe media verbindt met de patiënt die gas inademt en uitademt uit de beademingsinrichting. Een kleppenstelsel is aangebracht dat het mogelijk maakt dat uitgeademde lucht ontlucht wordt via een uit-ademingslijn nadat dit door de inrichting geleid is.

Tijdens het gebruik wordt het hydrofobe medium 10 niet verzadigd van de patiëntfluïda, biedt deze een lage luchtstromingsweerstand en biedt deze eveneens een hoge doelmatigheid in het verwijderen van micro-organismen door middel van mechanische onderschepping.

Het hydrofiele medium 11 werkt op de volgende wij2e. Water dat door het hydrofobe medium gaat, bijna geheel in de vorm van waterdamp, wordt door het hydrofiele medium dankzij de hydrofiele aard daarvan gevangen. Dit vocht spreidt zich dan uit over het gehele oppervlak van het hydrofiel medium 11. Op deze wijze gaan ingeademde gassen eerst door het hydrofiel medium 11, waar deze dit vocht opnemen voor het op de normale wijze opnemen van extra vocht uit het hydrofoob medium. Dit heeft derhalve het voordeel dat de bevochtigingsniveaus verhoogd worden, hetgeen de noodzaak voor het gebruik van een extra bevochtiger overbodig maakt.

Bovendien ondervangt het een ander probleem van het hydrofoob medium. Aangezien water zich namelijk niet gelijkmatig over een hydrofoob medium verspreidt, kunnen er gebieden van het medium zijn die niet bedekt zijn door water. Dit kan leiden tot een voorkeursdoorlaat voor ingeademde gassen door het hydrofobe medium, tijdens welke doorlaat er weinig of geen bevochtiging plaatsvindt. Aangezien vocht zich gelijkmatig over het hydrofiel medium verspreidt, wordt dit probleem ondervangen.

De mogelijkheid voor het blokkeren van het filter door het doornat worden van het hydrofiel medium - dat wil zeggen doordat het hydrofiel medium verzadigd wordt met water - wordt vermeden door het kiezen van een cellulosemateriaal met geschikte poriënafmetingen en dikte, zodat het een bellenpuntdruk heeft die laag genoeg is om het afvoeren van het overschot aan water tijdens de gasstroom mogelijk te maken. Er is bijvoorbeeld een cellulosemateriaal beschikbaar van de Pali Corporation met een alcohol bellenpunt van 64 mm tot 115 mm (2,5 inch tot 4,5 inch) H20. Dit wordt gemeten overeenkomstig de werkwijze van de American Institute of Testing Materials.

Het met elkaar verbinden van de lagen waar deze aangebracht zijn, maakt het makkelijker om de lagen te plooien zonder dat er tussenruimte tussen de lagen ontstaan waar water zich kan verzamelen. Bovendien is het hechten van voordeel in het opheffen of voorkomen van het door verzadigd raken van de hydrofiele laag 11.

Het feit dat de media 10, 11 het huis 12 vullen, verkleint de dode ruimte in het huis 12. Dit strekt tot voordeel omdat dit het volume van de opnieuw ingeademde gas vermindert.

Het volgende is een beschrijving van tests van een inrichting volgens het soort dat hierboven beschreven is onder verwijzing naar de tekeningen in vergelijking met twee in de handel verkrijgbare filters van de tweede categorie die beschreven staat in de inleiding van dit octrooi-schrift (respectievelijk aangeduid met 2A en 2B), twee filters, van de derde categorie waarnaar verwezen wordt in de inleiding van het octrooi-schrift (respectievelijk aangeduid met 3A en 3B) en twee filters van de derde categorie aangevuld met een hygroscoop materiaal om vocht vast te houden (aangeduid als M3A en M3B).

Het filter volgens de uitvinding dat dient als voorbeeld werd gevormd zoals hierboven beschreven staat met een oppervlakte van ongeveer 640 tot 65Ο cm2.

Het hydrofobe medium van het filter volgens de uitvinding dat dient als voorbeeld bestond uit voorgemengde keramische vezels die geïmpregneerd waren met een geschikt gedestabiliseerd hars en met een alcohol bevochtigd bellenpunt dat groter is dan 710 mm (28 inches) H20, gemeten op de wijze zoals hierboven beschreven is. De hoeveelheid hars was 10% ten opzichte van de vezels (gewicht/gewicht). De met hars geïmpregneerde vezels werden vervolgens hydrofoob gemaakt volgens één van de werkwijzen die bekend zijn uit de stand der techniek.

Het hydrofiel filtermedium van het filter volgens de uitvinding die dient als voorbeeld bestond uit cellulosevezels die gehecht zijn met een bindmiddel en de volgende samenstelling en eigenschappen hebben:

Vezels: 100# hennep

Bindmiddel: viscose

Drukval 74 (mm waterkolom) (2,9 inches waterkolom)

Treksterkte 92-115 (kg/mm) (8-10 lbs/inches)

Dikte 0,08l mm (3,2 inches x 10-3)

Treksterkte 103 kg/mm (8,9 lbs/inches) bevochtigd met olie

Treksterkte 44 kg/mm (3,8 lbs/inches) bevochtigd met water

Barststerkte 3520-4400 kg/mm2 (12-16 lbs/inches2) (Muller test).

Alle filters werden getest op waterverlies, doelmatigheid in het verwijderen van bacteriën en doelmatigheid in het verwijderen van virussen, onder gebruik van de tests die nu beschreven zullen worden.

WATERVERLIES-TEST

Deze test zal beschreven worden onder verwijzing naar de figuren 4- 6.

De kunstmatige patiënt die getoond is in figuur 4 omvat een bevoch-tiger 20 die in staat is in het toevoeren van uitgeademde lucht van een bepaalde vochtigheidsgehalte en temperatuur. Een eerste uitlaat 21 van de bevochtiger is verbonden met een rubberen long 22 met een capaciteit van 2 liter en verbonden met een aansluitbuis 23, via een keerklep die doorstroming van de uitlaat 21 naar de aansluitbuis 23 voorkomt en doorstroming in de andere richting toelaat.

De tweede uitlaat 25 van de bevochtiger 20 is verbonden met een T-verbinding 26 via een keerklep 27 en maakt doorstroming van de tweede uitlaat 25 naar de T-verbinding 26 mogelijk en verhindert doorstroming in de tegenovergestelde richting. De T-verbinding 26 is verbonden met het andere eind van de aansluitbuis, 23 door een derde keerklep 28 die doorstroming van de T-verbinding 26 naar de aansluitbuis 12 mogelijk maakt maar doorstroming in de tegenovergestelde richting verhindert.

De bevochtiger 20 omvat een temperatuur regeling 29 die de temperatuur regelt van de lucht die uit de bevochtiger 20 wordt voortgebracht.

In gebruik is de bevochtiger 20 gevuld met gedestilleerd water. Zoals te zien is in figuur 5 wordt de uitlaat 30 naar de T-verbinding 26 vervolgens verbonden met de poot 31 van een Y-verbinding 32. Eén tak 33 van de Y-verbinding is verbonden door een buis 34 met een inlaat naar een beademingsinrichting 35 en de tweede tak 36 van de Y-verbinding 32 is verbonden door buis 37 naar een uitlaat van de beademingsinrichting 35.

De beademingsinrichting levert beademingsgassen door middel van pulsen waarvan het volume en de frequentie geregeld kan worden. Het volume dat in een puls aangevoerd is, wordt het getij-volume (tidal volume) genoemd en de frequentie wordt gemeten in "ademhalingen/minuut".

Bij het testen van de doelmatigheid van de warmte- en vochtuitwis-selaar, is het getij-volume van de beademingsinrichting 35 op een bekende waarde ingesteld, bijvoorbeeld 660 ml en is de frequentie op een bepaalde waarde ingesteld, bijvoorbeeld 15 ademhalingen per minuut. Elke luchtvolume dat geleverd wordt door de beademingsinrichting 25 gaat langs de buis 37 naar de T-verbinding 26. Tengevolge van de keerkleppen 24, 27, 28 gaat dit gas rond de aansluitbuis 23 en in de rubberen long 22 die zich uitzet om de lucht te ontvangen. Als de luchtpuls eindigt, ademt de rubberen long 22 lucht uit die tengevolge van de keerklep door de bevocht!-ger 20 gaat en via de tweede uitlaat 25 en de T-verbinding 26 weggaat om terug te keren naar de inlaat van de beademingsinrichting 35 via. de buis 34.

De T-verbinding 26 is geïsoleerd om condensatievorming te voorkomen.

Het stelsel draait gedurende 30 minuten om het stelsel op te laten warmen met de temperatuur van de kunstmatige patiënt die ingesteld is op 30eC of 34°C. Na 30 minuten worden de beademingsinrichting 35 en de temperatuurregeling 39 van de kunstmatige patiënt uitgeschakeld.

Vervolgens wordt de buis 34 van de eerste tak 33 van de Y-verbinding 32 verwijderd en vervangen door een buis die een huis 38 heeft welke 100 g droogmiddel bevat. Het huis 38 is derhalve verbonden met de eerste tak 33 van de Y-verbinding 32 en met de inlaat naar de beademingsinrichting 35.

Bovendien wordt het te testen filter 39 voor het uitwisselen van de warmte en het vocht in de buis gebracht tussen de uitlaat 30 en de poot 31 van de Y-verbinding 32.

Vervolgens wordt de kunstmatige patiënt gewogen en worden de componenten tussen de T-verbinding 26 en de beademingsinrichting gewogen. Dit omvat het huis 38 en de inhoud daarvan en het filter 39· De gewichten worden genoteerd met één cijfer achter de komma.

De beademingsinrichting 35 en de kunstmatige patiënt worden dan aangezet en draaien gedurende één uur. Als tijdens deze periode de temperatuur van de omgevingslucht niet geregeld wordt, wordt de temperatuur van de uitademingslijn (dat wil zeggen de temperatuur in de buis 37) op regelmatige intervallen gecontroleerd. Deze moet ongeveer 20eC zijn en mag niet hoger zijn dan 23°C. Als de temperatuur stijgt boven 23°C* moet ijs of gekoeld water om de pijpen gelegd worden om zo de temperatuur te verminderen.

Na één uur worden de beademingsinrichting 35 en de temperatuurregeling 29 uitgeschakeld. De hierboven gewogen zaken worden opnieuw gewogen en hun gewichten worden genoteerd met één cijfer achter de komma.

Het waterverliee wordt dan uitgerekend door gebruik te maken van de onderstaande Formule:

waarin G = de gasstroom in liters per minuut, TV = het getij-volume in millimeters, F = de frequentie in ademhalingen per minuut, T = de tijd van de test in minuten.

Bovendien wordt het percentagegebied van dit circuit ook berekend in de formule:

J

waarin E = de doelmatigheid,

Wi = de gewicht van het testcircuit voor dè test in grammen,

Wf = het gewicht van het testcircuit na de test in grammen,

Wx = het gewichtsverlies van de kunstmatige patiënt in grammen.

Dit getal mag niet boven de 10# zijn, als dit boven de 10# ligt is het experiment ongeldig en moet dit overgedaan worden.

Tenslotte wordt het waterverlies van de patiënt berekend uit de volgende formule:

PL = Mi G

waarin PL = het waterverlies van de patiënt in milligram water per liter lucht, en

Wx en G = de betekenis hebben zoals hierboven gegeven is.

AEROSOL BEPROEVINGSSTEST

De inrichting omvat een vemevelinrichting 50 van het soort zoals verkocht wordt door Devilbiss als Model 40. De inlaat naar de vernevel-inrichting is verbonden door filter 51 en een regelklep 52 naar de omgevingslucht. De uitlaat van de vemevelinrichting 50 is verbonden met het test filter 53 via een buis 5^· D® buis ontvangt ook lucht uit een tweede inlaat via een luchtstroommeter 55, een regelklep 56 en een beschermend filter 57·

De uitlaat naar testfilter 53 is verbonden met een niet getoonde vacuümbron via een beschermend filter 58 en een vacuümdrukmeter 59· De uitlaat is ook verbonden met een botsingsbemonsteringsinrichting 60 voor vloeistoffen (a liquid impingement sampler) met een uitlaat 6l die door een klep geregeld wordt.

In gebruik is de eerste stap het prepareren van een bacteriële suspensie. Dit wordt verkregen door 100 ml trypton-soya vloeibaar medium met een enkele kolonie van een trypton-soya schuine agar kweek te enten. Deze kweek wordt gedurende één nacht geïncubeerd in een schudwaterbad bij 30 ± 2°C om van een optimale groei verzekerd te zijn.

Vervolgens worden twee gelijke delen van 5 om van de kweek die 's nachts ontstaan is, gecentrifugeerd (op ongeveer 2300 g gedurende 10 min). Het bovenstaande vloeistof wordt afgevoerd en de celbolletjes worden opnieuw gesuspendeerd in 3 ml steriel water. De gewassen cellen worden dan door opnieuw centrifugeren op ongeveer 2300 g gedurende 10 min verzameld. De gewassen celbolletjes worden dan opnieuw gesuspendeerd in voldoende steriel water om een celsuspensie van ongeveer 1 x 108 bacteri-ën/ml te geven.

Vervolgens wordt een gram-stam toebereid. Het preparaat wordt onderzocht met een samengestelde microscoop die uitgerust is met een gekalibreerde oculaire micrometer, en een in olie gedompelde objectieve lens (x 100). Verscheidene microscoopvelden worden bekeken voor organisme-grootte en rangschikking van de cellen. De pseudomonas diminuta moet gram-negatief zijn, waarbij kleine staafachtige organismen ongeveer 0,3-0,4 pm maal 0,6 -1,0 pm in grootte in hoofdzaak optreden als afzonderlijke cellen.

Vervolgens wordt de inrichting geldig gemaakt voor volumestroom-sterkte. Bij deze validatie wordt het beproevingsfilter 53 verwijderd en vervangen door een niet-getoonde stromingsmeter. De vemevelinrichting 50 wordt gevuld met 5 ml steriel water en de botsingsbemonsteringsinrichting met 20 ml steriel water. De regelklep 52 naar de vemevelinrichting 50 wordt gesloten en de regelklep 56 naar de luchtstroommeter 55 wordt geopend, er wordt een vacuüm aangebracht en lucht wordt gedurende 30 seconden in de inrichting gezogen. Bij 0,5 bar vacuüm of hoger moet de luchtstroom 28 1/min zijn, hetgeen gestuurd wordt door de kritische opening van de botsingsinrichting 60 (impinger).

De vemevelinrichting 50 wordt dan geactiveerd door het volledig openen van de bijbehorende regelklep 52. Gelijktijdig wordt de regelklep 56 van de luchtstroommeter gedeeltelijk gesloten om een luchtstroom van 28 1/min door de inrichting te handhaven. De volumestroomsterkte op de luchtstroommeter 55 door de bijbehorende regeling van klep 56 wordt genoteerd. De inrichting wordt 20 minuten in bedrijf gehouden om te waarborgen dat de luchtstroom van 28 1/min gehandhaafd blijft.

De inrichting wordt dan gevalideerd met betrekking tot het terugwinnen van de pseudonomas diminuta. Om dit te kunnen doen wordt het test-filter 53 uit figuur 7 verwijderd en vervangen door een zes-staps Anderson-bemonsteringsinrichting (a six stage Anderson sampler). Het glazen petrischaaltje dat bij de bemonsteringsinrichting hoort, wordt in elke stap gevuld met tryptone soya agar. De te bemonsteren lucht gaat de inlaat naar de bemonsteringsinrichting (sampler) binnen en gaat vervolgens trapsgewijs door de achter elkaar liggende openingsstappen met successievelijk hogere openingssnelheden van stap 1 naar stap 6. Successievelijke kleinere deeltjes worden aanvankelijk gestoten op de oppervlakten van agar-verzamelingen van elke stap.

Vervolgens wordt één ml van de ongeveer 1 x 108/ml pseudomonas diminuta-oplossing verdund tot 1 x lOVml door gebruik te maken van steriel water. De vernevelinrichting 50 wordt gevuld met 5 ml van deze suspensie .

Terwijl een keerklep 56 open en de keerklep 52 gesloten is, wordt er vacuüm opgelegd en wordt lucht gedurende 30 sec in de inrichting gezogen. Bij 0,5 bar vacuüm of hoger zal de luchtstroom 28 1/min zijn, hetgeen geregeld 2al worden door de botsingsinrichting van de kritische opening.

Vervolgens worden de vernevelinrichting 50 geactiveerd door het volledig openen van de bijbehorende keerklep 52. Gelijktijdig wordt de regelklep 5^ gedeeltelijk gesloten tot het bepaalde niveau zoals bepaald wordt door de geldigheidstest voor de volumestroomsterkte. Dit levert gebruikte lucht en handhaaft de luchtstroom op 28 1/min door de inrichting. Na een testperiode van 15 min wordt de klep 52 gesloten en de klep 56 volledig geopend. Na nog eens 30 sec om het systeem van aerosol te reinigen, wordt de vacuümbron uitgeschakeld.

De platen met agar-verzamelingen worden dan uit de Anderson-bemon-steringsinrichting verwijderd en geïncubeerd bij 30 ± 2°C. De kolonievor-mende eenheden (colony forming units; cfu's) worden geteld na 24 en 48 uur.

De inrichting is geldig als pseudomonas diminuta gevonden zijn op de Anderson-bemonsteringsinrichting bij stappen 6 of 5· Dit bevestigt dat monodisperse organismen geproduceerd worden door de inrichting.

Na deze geldigheidstests wordt de inrichting gebruikt om de doelmatigheid van filters op de volgende wijze te testen.

Een testfilter 53 wordt in de inrichting gebracht zoals getoond is in figuur 7· Er wordt 20 ml steriel water geplaatst in de bemonsterings-inrichting 60 voor vloeistoffen en de vemevelinrichting wordt gevuld met 5 ml van de ongeveer 1 x 108 ml nseudonomas diminuta suspensie.

Vervolgens wordt de keerklep 56 geopend en de keerklep 52 gesloten. Er wordt vacuüm aangebracht op de inrichting en gedurende 30 seconden wordt lucht in de inrichting gezogen. Bij 0,5 bar vacuüm of hoger zal de luchtstroom 28 1/min zijn en geregeld worden door de kritische opening van de bemonsteringsinrichting 60 voor vloeistoffen. Dan wordt de vemevelinrichting 50 geactiveerd door het volledig openen van de bijbehorende regelklep 52 en het gedeeltelijk sluiten van de regelklep 56 tot het niveau zoals bepaald is door de geldigheids test om een luchtstroom van 28 1/min te handhaven.

Na een testtijd van 15 minuten wordt de klep 52 gesloten en de klep 56 volledig geopend. Na nog eens 30 seconden om het stelsel van. aerosol te reinigen, wordt het vacuüm uitgeschakeld.

De vloeistof die achterblijft in de vemevelinrichting 50 wordt dan af gevoerd door gebruik te maken van een 5 ml injectienaald. Het volume dat achterblijft wordt gemeten door gebruik te maken van een glazen maat-cilinder van 10 ml en het volume wordt zevenmaal met water serieel tienvoudig verdund. Verdunningen die ongeveer 102 bacteriën ml bevatten worden dan gefilterd door 0,2 pm analysemembraan onder gebruikmaking van sterifielen. De analysemembranen worden dan geplaatst op de tryptone soya agar-platen die geïncubeerd zijn bij 30 * 2eC. De cfu's worden geteld na 24 en 48 uur en het aantal kolonies wordt opgeschreven van membranen die 20 tot 200 kolonies tonen. De titer van de test van de vemevelinrichting wordt vervolgens uitgerekend.

De vloeistof in de botsingsbemonsteringsinrichting (impingement sampler) wordt dan dus afgevoerd. Het volume wordt gemeten door gebruik te maken van een glazen maatcilinder van 20 ml in dit volume wordt driemaal tienvoudig serieel verdund in steriel water. De overblijvende onverdunde oplossing en de resulterende verdunningen worden gefilterd door een 0,2 μ® analysemembraan onder gebruikmaking van sterifielen. De analysemembranen zijn geplaatst op tryptone soya agar-platen en de opening van de botsingsbeproevingsinrichting wordt gecontroleerd om te waarborgen dat deze niet geocludeerd is.

De agar-platen worden dan geïncubeerd op 30 ± 2®C. De cfu's worden geteld na 24 en 48 uur en het aantal kolonies op membranen dat 20 tot 200 kolonies toont, worden genoteerd en het aantal bacteriën dat benedenstrooms teruggewonnen is van het filter wordt uitgerekend. De doelmatigheid van de inrichting wordt uitgerekend volgens de formule;

waarin Re = de doelmatigheid van de opstelling in procenten,

Bt = het totaal aantal teruggewonnen bacteriën,

Tf = de uiteindelijke vernevelde titer in cfu/ml,

Vn = het vernevelde volume.

De bacterische beproeving op het filter wordt dan uitgerekend volgens de formule;

waarin C = de totale beproeving, /

Vn en Re hebben de betekenis zoals boven gegeven, en Nt = de beproevingstiter van de vernevelinrichting in cfu/ml. Vervolgens wordt de afname van het gefiltreerde titer berekend uit de formule;

waarin TR = de afname van het filtertiter, en C en Bt de betekenis hebben zoals hierboven gegeven.

Hieruit kan de doelmatigheid van het filter in procenten uitgerekend worden volgens de formule:

Het waterverlies werd uitgerekend zoals hierboven beschreven. Het getij-voltime was 660 ml, de snelheid 15 ademhalingen per minuut, en de uitgangstemperatuur van de kunstmatige patiënt 32°C.

De doelmatigheid van het verwijderen van bacteriën werd getest door de aerosole beproevingstest, zoals hierboven beschreven, met pseudonomas diminuta. De doelmatigheid in het verwijderen van virussen werd getest door een aerosole beproevingstest van het soort zoals hierboven beschre- ven staat met M52 bacterofage.

De resultaten van de test staan in tabel 1.

] f ] ]

Zoals te zien is, heeft de tweede categorie filters ofwel een hoog waterverlies met een relatief hoge efficiëntie voor het verwijderen (2A) of een veel lager waterverlies, maar een overeenkomstige afname in de doelmatigheid in het verwijderen (2B) (namelijk de doelmatigheid van 99.9977# die voorgesteld werd door Lloyd en Roe als zijnde de ondergrens voor klinisch gebruik). De derde categorie filters haalt veel hogere doelmatigheden in het verwijderen, maar heeft naar verhouding hoge water-verliezen. De aangepaste derde categorie filters heeft veel lagere water-verliezen tengevolge van de aanwezigheid van hygroscopisch materiaal, maar had vergelijkbaar lagere doelmatigheden in het verwijderen. Het hierboven beschreven filter onder verwijzing naar de tekeningen had echter hun hoge doelmatigheid in het verwijderen en een naar verhouding laag waterverlies (minder dan 8,5 mg/1).

Het hierboven beschreven filter onder verwijzing naar figuur 1 en met de testresultaten die vermeld staan in Tabel 1 was ook opgenomen in een beademingsinrichting in een klinische test en vergeleken met de in de handel zijnde filter 3A van Tabel 2. De filters werden getest onder twee omstandigheden (A en B) en het waterverlies gebaseerd op een gebruik van 24 uur staat vermeld in Tabel 2. Bij de omstandigheid A was het getij-volume 480 ml bij 15 ademhalingen per minuut en bij een uitademingstemperatuur van 32,4 ± leC. In omstandigheid B was het getij-volume 780 ml bij 15 ademhalingen per minuut en een uitademingstemperatuur van 33.2 ± l'C.

Het is te zien dat in beide werkomstandigheden het hierboven beschreven filter onder verwijzing naar de tekeningen een sterk af genomen waterverlies heeft.

Deze afname in waterverlies wordt gehandhaafd over een breed gebied van werkomstandigheden. Tabel 3 hieronder geeft het waterverlies weer dat gevonden is bij specifieke verschillende werkomstandigheden van de beade-mingsinrichting. het is te zien dat over een wijd gebied van minuutvolu-mes (getij-volume maal frequentie) van 7*2 1/min tot 12 1/min ,er geen belangrijke variatie in het waterverlies (7 mg/1 tot 10 mg/1) optreedt bij constante temperatuur (32*C).

De hierboven gegeven voorbeelden zijn voorbeelden waarbij gebruik gemaakt wordt van specifieke media. Het zal echter duidelijk zijn dat andere geschikte hydrofobe en hydrofiele media gebruikt kunnen worden in filters van het soort dat hierboven beschreven staat.

Hoewel de hierboven gegeven voorbeelden betrekking hebben op geneeskundig gebruik, kan de combinatie van hydrofiele en hydrofobe media ook gebruikt worden in andere stelsels waar ingeademde en uitgeademde lucht gefilterd is en waar een probleem ontstaat welke het gebruik van een filter voor het vasthouden van warmte en vocht vereist. De lucht in een vliegtuigcabine wordt bijvoorbeeld door een filter aangevoerd en kan een niet geschikte temperatuur en vochtigheid bezitten. Het gebruik van een filter van het soort zoals hierboven beschreven staat, kan voorzien in een aanvoer van lucht in een vliegtuigcabine dat de vereiste temperatuur en vochtigheid bezit.

Claims (20)

1. Filter voor het uitwisselen van warmte en vocht, welke een huis omvat met een eerste deel voor het verbinden met een bron van beademings-gas en een uitademingslijn en een tweede deel voor het verbinden met een persoon die het gas in- en uitademt, waarbij het huis voorzien is van een plaat hydrofiel medium en een plaat hydrofoob filtermedium in serie aangebracht in een stromingsbaan tussen de eerste en tweede delen, waarbij de hydrofiele media dichter bij het eerste deel in de stromingsbaan zijn en het hydrofoob medium een alcohol bellenpunt hoger dan 710 mm (28 inches) H20 heeft voor het verwijderen van micro-organismen.

2. Filter overeenkomstig conclusie 1, met het kenmerk, dat de plaat hydrofiel medium in contact is met de plaat hydrofoob medium.

3· Filter overeenkomstig conclusie 2, met het kenmerk, dat de platen aan elkaar gehecht zijn.

4. Filter overeenkomstig conclusie 2, met het kenmerk, dat de platen met elkaar gelamineerd zijn.

5. Filter overeenkomstig één van de conclusies 1 tot en met 4, met het kenmerk, dat het hydrofoob medium van met hars geïmpregneerde keramische vezels is.

6. Filter overeenkomstig één van de conclusies 1 tot en met 5, met het kenmerk, dat het hydrofiel medium een cellulosemateriaal is.

7· Filter overeenkomstig één van de conclusies 1 tot en met 6, met het kenmerk, dat de platen van filtermedia geplooid zijn.

8. Filter overeenkomstig conclusie 7» met het kenmerk, dat het huis een kamer omvat die begrensd is door een omtrekswand en twee afsluitingen op respectieve tegenover elkaar liggende einden van het huis, waarbij één afsluiting voorziet in een deel voor het verbinden met de bron van beade-mingsgas en de uitademingslijn en de andere afsluiting het ene deel omvat dat verbonden wordt aan de persoon die het gas in- en uitademt, waarbij de geplooide platen de kamer zodanig vullen dat de plooien aan één zijde van de platen nabij een deel en de plooien aan de andere zijde van de platen nabij het andere deel zijn.

9. Filter overeenkomstig één van de conclusies 1 tot en met 8, met het kenmerk, dat de plaat hydrofiel medium ononderbroken is.

10. Filter overeenkomstig één van de conclusies 1 tot en met 8, met het kenmerk, dat de plaat van hydrofiel medium voorzien is van een groot aantal op afstand van elkaar aangebrachte evenwijdige sleuven die zich daardoor uitstrekken.

11. Filter overeenkomstig één van de conclusies 1 tot en met 10, met het kenmerk, dat het filter een drukval heeft die niet groter is dan 3,0 cm H20 bij een luchtstroom van 60 1/min.

12. Filter overeenkomstig één van de conclusies 1 tot en met 11, met het kenmerk, dat het filter een doelmatigheid in het verwijderen van aerosol-bacteriën gemeten volgens de aerosol-beproevingstest heeft van > 99.999#·

13· Filter overeenkomstig één van de conclusies 1 tot en met 12, mnt het kenmerk, dat het filter een waterverlies (zoals hier bepaald) heeft van tussen 7 mg/1 en 10 mg/1 over een gebied van minuutvolumes van 7 1/min tot 10 1/min bij een temperatuur van 32eC.

14. Beademingscircuit dat voorzien is van een beademingsinrichting, een buis voor het verbinden van de beademingsinrichting tot het eerste deel van het filter overeenkomstig één van de conclusies 1 tot en met 14, een uitademingslijn die wegvoert van het eerste deel en een buis die wegvoert van het tweede deel van het filter om gebruikt te worden door een persoon die gas van de beademingsinrichting in- en uitademt.

15. Werkwijze voor het vervaardigen van een filter voor het uitwisselen van warmte en vocht, waarbij één vlak van een plaat van hydrofoob medium met een alcohol bellenpunt van groter dan 710 mm (28 inches) H20 en met twee tegenover elkaar gelegen vlakken, wordt verbonden met één vlak van een plaat van hydrofiel medium met twee tegenover elkaar gelegen vlakken met één vlak van het hydrofiel medium.

16. Werkwijze overeenkomstig conclusie 15. met het kenmerk, dat het verbinden hechten omvat.

17. Werkwijze overeenkomstig conclusie 15. met het kenmerk, dat het verbinden lamineren omvat.

18. Werkwijze overeenkomstig één van de conclusies 15 tot en met 17. met het kenmerk, dat de hydrofobe media met hars geïmpregneerde keramische vezels zijn en de hydrofiele media een cellulosemateriaal is.

19. Werkwijze overeenkomstig één van de conclusies 15 tot en met 18, met het kenmerk, dat het filter een drukval heeft die niet groter is 3.0 cm H20 bij een luchtstroom van 60 1/min.

20. Werkwijze overeenkomstig één van de conclusies 15 tot en met 19, met het kenmerk, dat deze het plooien van de verbonden platen omvat.