NO874309L - Varme-fuktighets-utveksler. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en kombinasjon av en varme-fuktighets-utveksler og et filter for anvendelse i systemer for åndedrettspleie og anestesiologi.

Når en person puster på normal måte gjennom nesen eller munnen, oppvarmes og fuktes den innåndede luft eller annen gass av. vevet i munnen, nesen og svelget. Ved det tids-punkt da gassen når frem til bronkiene, ligger den normalt på kroppstemperatur og på en fuktighet på ca. 99%.

Når imidlertid en pasient er tilkoplet til et ånde-drettspleiesystem og et tracheal- eller tracheotomirør er innført i luftrøret, mates gassen direkte inn i bronkiene. Gassen ledes således forbi vevene, og den blir ikke tilstrekkelig oppvarmet og fuktet. Dersom den innåndede gass som går inn i luftrøret, er tørr og kjølig, vil det foregå et varme-og fuktighetstap fra luftrørslimhinnen, slik at denne bringes til å tørke og bli tykkere og fremkalle pusteproblemer.

Det er tidligere blitt tilveiebrakt anordninger for å tilføre varme og fuktighet til den innåndede gass. Fuktere og fordampere for dette formål er vanligvis forholdsvis kost-bare og krever pass eller betjening av vanntilførselen og av temperatur- og fuktighetskontrollene.

Et alternativ til fuktere og fordampere som beskrevet ovenfor er en varme- og fuktighetsutveksler (HME = heat and moisture exchanger). En utveksler inneholder et innlegg som fjerner varme og fuktighet fra utåndet gass og deretter retur-nerer i det minste en del av varmen og fuktigheten til den senere innåndede gass. Én type av utveksler oppsamler fuktighet ved kondensasjon på innleggets overflater under utånding og frigjør fuktighet ved fordampning under innånding.

En varmeutvekslingsprosess opptrer også under drift av en sådan utveksler. En del varme går tapt på grunn av kon-veksjon gjennom veggene i rørene og utveksleren. Videre avgis kondensasjonsvarmen fra fuktigheten til utvekslerens vegger (hvor en del varme går tapt), og fordampningsvarmen opptas av fuktigheten fra veggene.

I tillegg til den foregående kjente teknikk angår følgende patenter fuktighetssystemer:

US-PS 443 191 viser et luftfilter omfattende bomull/ ull som er gjennomvætet med medisin eller glyserin. US-PS 3 491 754 viser en pusteluftvarmer omfattende lag av skum, metallfolie og nylonnett. US-PS 3 814 094 viser en pusteluftvarmer omfattende lag av aluminiumskjerm og skumgummi. US-PS 3 932 153 viser et bakteriefilter omfattende en skive av porøs Teflon som er impregnert med mikroglassfiber på den ene side og nylon- eller glassduk på den andre side. Kanten av skiven er fastspent mellom to husdeler. US-PS 3 941 862 viser en gassdiffusor for bruk i en fukter. US-PS 4 063 913, 4 133 656 og 4 171 962 viser et bakteriefilter som inneholder filtrer-papir. US-PS 4 318 398 viser en fuktighetsutveksler omfattende dampgjennomtrengelige fiberrør. GB-PS 2 053 694 viser en utveksler som inneholder rørformede fibrer.

Det er et generelt formål med oppfinnelsen å tilveie-bringe en forbedret varme- og fuktighetsutveksler som også er et bakterie- og virusfilter.

Innretningen ifølge oppfinnelsen omfatter første og andre husdeler som er festet til hverandre for å danne et hult hus. Porter eller åpninger er dannet i huset for forbindelse med en pasient og med en kilde for pustegass, og husets hule indre danner en passasje for innåndings- og utåndingsgas-ser som strømmer til og fra pasienten. Et innlegg er montert i huset og tvers over passasjen og omfatter første og andre materialer. Det første materiale danner et stort overflateareal for utveksling av varme og fuktighet ved hjelp av kondensasjon og fordampning. Det andre materiale er hydrofilt og absorberer fuktighet og avgir deretter fuktigheten ved fordampning. Innlegget virker videre som et filter for bakterier og virus.

De foregående og andre formål og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende, nærmere beskrivelse under henvisning til tegningen, der fig. 1 viset en utveksler ifølge oppfinnelsen som er i bruk av en pasient, fig. 2 viser et forstørret, utspilt bilde av utveksleren, fig. 3 viser et snittriss av utveksleren, fig. 4 viser et riss etter linjen 4-4 på fig. 2, og fig. 5 viser et riss etter linjen 5-5 på fig. 2.

Fig. 1 viser en varme- og f uktighetsutveksler 10 som er i bruk av en pasient som er betegnet generelt med henvis-ningstallet 11. Et endotrachealrør 12 er innkoplet mellom en adapter 9 og pasienten, idet røret 12 strekker seg inn i pasientens luftrør, og adapteren er tilkoplet til utveksleren. Den andre side av utveksleren 10 er tilkoplet til det midtre ben av et Y-stykke 8, idet Y-stykkets to andre ben ved hjelp av rør 14 er tilkoplet til en maskin 13, såsom en anestesigass- eller ventilasjonsmaskin som er konstruert for å tilføre en pustbar gass til paisenten 11. Gassen kan eksem-pelvis være oksygen eller et bedøvelsesmiddel. Under sådan anvendelse strømmer både de innåndede og de utåndede gasser gjennom utveksleren 10. Under utånding blir en del av varmen og fuktigheten i den utåndede gass fjernet fra gassen av utveksleren 10, og under innånding overføres varme og fuktighet fra utveksleren 10 til gassen før innånding av pasienten.

Varme- og fuktighetsutveksleren 10 omfatter første og andre husdeler 16 og 17 som er i hovedsaken traktformet og har yttervegger 28 og 24. Delen 16 har en åpning 18 dannet ved sin ende 15 med minst diameter, idet denne ende 15 er tilpasset til å tilkoples til adapteren 9 og endotrachealrøret 12. På liknende måte har den andre del 17 en åpning 19 dannet ved sin ende 25 med minst diameter, hvilken ende er tilpasset til å tilkoples til Y-stykket 8 og gassmaskinen 13. De to enheter 16 og 17 har videre ender 21 hhv. 22 med stor diameter, hvilke ender er anbrakt mot hverandre og festet til hverandre. De to husdeler kan være dannet av støpt polyetylen og er festet til hverandre ved hjelp av sådanne midler som sonisk sveising. Husdelene 16 og 17 danner således et hult indre som tjener som en passasje for gass som strømmer mellom de to åpninger 18 og 19, og et innlegg 20 er montert tvers over passasjen.

Idet det spesielt henvises til fig. 3 og 5, er snittet gjennom delen 17 som er vist på fig. 3, tatt langs, linjen

B-B på fig. 5. Det indre av delen 17 har fire innvendige ribber 23 som strekker seg radialt innover fra ytterveggen 24 til diameteren for den minste åpning 19, idet ribbene 23 er anord-net for å styrke veggen 24. Dessuten strekker en diagonalt forløpende ribbe eller avstiver 26 seg tvers over åpningen 19, hvilken hindrer et tilkoplingsrør fra å føres for langt inn i huset. Ribben 26 frembringer også luftturbulens i huset og øker dermed utvekslerens effektivitet.

På liknende måte er snittet gjennom delen 16 som er vist på fig. 3, tatt langs linjen A-A på fig. 4. Husdelen 16 omfatter et antall radialt forløpende ribber 27 som strekker seg fra veggen 28 til åpningens 18 indre diameter. Mellomlig-gende, kortere ribber 29 kan også være dannet på det indre av veggen 28. En annen diagonal ribbe 30 kan være dannet på det indre av husdelen 16 og strekke seg tvers over åpningen 18, idet ribben 30 har samme funksjon som ribben 26.

Innlegget 20 er skiveformet og er dannet av to side om side anbrakte lag 31 og 32. De to lag 31 og 32 har i hovedsaken samme ytterdiameter, og denne diameter er noe mindre enn diametrene av de to husdelers ender 21 og 22 med størst diameter. Sirkulære klemringer 33 og 34 er også dannet ved endene 21 og 22 og er adskilt radialt innover en kort avstand fra husdelenes ytterste kanter. Delens 16 sirkulære klemring 33 er forsenket aksialt innover fra den nedre kant av enden 21 med størst diameter, mens den andre dels 17 klemring 34 strekker seg oppover en kort avstand ut av den åpne ende 22 med størst diameter. Når endene 21 og 22 bringes i anlegg mot hverandre som vist på fig. 3, er de tilgrensende ender av de to klemringer 33 og 34 adskilt en kort avstand fra hverandre, og innleggets 20 ytre omkrets er beliggende mellom disse tilgrensende ender, og som vist på fig. 3 griper klemringene 33 og 34 fast rundt den ytre omkrets åv innlegget 20 og holder dette på plass. Ribbene 23 og 29 på de to husdeler ligger dessuten i umiddelbar nærhet av innleggets 20 motsatte sider og hindrer for stor bevegelse av innlegget.

Selv om et spesielt eksempel på et materiale for huset og en metode for montering av husdelene.er beskrevet, må man være klar over at oppfinnelsen omfatter andre lette husmateria-

ler og monteringsmetoder.

Innleggets 20 lag 31 er dannet av naturlige polypropylenfibrer med en tett vevning eller maskevidde. Fibrene er permanent elektrostatisk ladet og danner således et bakterie- og virusfilter. Et sådant materiale er kommersielt til-gjengelig for dette formål, og et lag med en vekt på ca. 200 gram pr. m 2foretrekkes. Et tyngre (og derfor tykkere og tet-tere) materiale, såsom 300 gram pr. m 2, kan frembringe et for stort trykkfall for en gitt strømningshastighet av gass. På den annen side vil et lettere materiale, såsom 100 gram pr. m 2, kanskje ikke ha tilstrekkelig overflateareal. Det andre lag 32 er et åpencellet uretanplastskum som er forbehand-let for å absorbere fuktighet. Et passende hydrofilt skum selges av Scott Foam Company under varemerket "Acguell", og denne type skum kan absorbere omtrent 30 ganger sin vekt av fuktighet. Skummet frigjør fuktighet ved fordampning når tørr gass fra maskinen 13 strømmer gjennom dette til pasienten. Det foretrekkes at skum med en tykkelse på ca. 6,5 mm benyttes, og et slikt lag frembringer praktisk talt ikke noe trykkfall selv om det absorberer en stor mengde fuktighet.

For å fremstille den utveksler som er vist på tegningen, dannes de to husdeler 16 og 17 og de to lag 31 og 32 skjæres til riktig størrelse og anbringes nær opp til hverandre. Ved én monteringsmåte anbringes husdelen 16 med enden 21 med størst diameter vendende oppover, og de to lag 31 og

32 anbringes i den åpne ende 21. Den ytre omkrets av innlegget 20 er i hovedsaken lik veggens 28 innvendige diameter ved enden 21 med størst diameter. Som vist på fig. 3, er innleggets 20 diameter noe større enn diametrene av klemringene 33 og 34, og innlegget 20 anbringes med sin ytre omkrets på klemrin-gen 33. Den andre del 17 anbringes deretter over den åpne ende 21, og de to klemringer 33 og 34 klemmer og griper innleggets ytre omkrets. Endene 21 og 22 festes deretter til hverandre ved hjelp av f.eks. en ultrasonisk sveiseprosess, slik som foran nevnt.

Ved bruk av enheten tilkoples enden 15 til adapteren 9 og endotrachealrøret 12, og enden 25 tilkoples til Y-stykket

8. Når den "utåndede gass passerer gjennom rørene og gjennom utveksleren 10, oppsamler lagene 31 og 32 fuktighet. Fiberlaget 31 har et stort overflateareal og fuktighet i gassen kondenseres på fiberoverflåtene. Dessuten absorberer det behandlede skumlag 32 fuktighet når den utåndede gass passerer gjennom dette..En del av fuktigheten som kondenseres på fibrene, over-føres til og absorberes av skumlaget 32 på grunn av den tette side-om-side-forbindelse mellom lagene 31 og 32, slik at effek-tiviteten av begge lag økes. Noe av fuktigheten kondenseres også på de indre overflater av de to husdeler 16 og 17. Etter hvert som fuktigheten kondenseres, frigjøres den latente kon-densasjonsvarme i fuktigheten og oppvarmer lagene og huset. Når pasienten puster inn, beveger gassen seg i den andre ret-ning gjennom huset og inn i pasienten 11. Fuktigheten i de to lag 31 og 32 frigjøres og fordampes av den tørre gass, og gassen oppvarmes også av utveksleren.

Fiberlaget 31 tjener dessuten som et filter og oppfan-ger bakterier og virus (og andre partikler) både under innånding og under utånding.

Ut fra det foregående vil det være klart at det er tilveiebrakt en ny og effektiv varme-fuktighet-utveksler-og filterenhet. Det er en rekke faktorer som må tas i betrakt-ning ved konstruksjonen av en varme- og fuktighetsutveksler. For det. første må utveksleren ha tilstrekkelig størrelse og kapasitet til å tilføre den nødvendige varmemengde og fuktighet til luften som strømmer til pasienten. De andre og tredje faktorer begrenser imidlertid utvekslerens størrelse. Den andre faktor er at utveksleren må være liten og lett av vekt på grunn av at den ofte understøttes av pasienten på tracheal-røret. For det tredje må dens indre være lite på grunn av at dødsonen i huset må holdes på et minimum. I det: spesielle eksempel som er vist og beskrevet, er diameteren av endene 21 og 22 ca. 6,3 cm, og den totale dødsone i huset er ca. 40 cm 3. En ytterligere faktor er at trykkfallet, eller motstan-den mot luftstrøm, over utveksleren må være så lavt/liten som mulig, slik at det/den ikke hindrer pasientens pusting.

Den foreliggende utveksler oppfyller disse motstrid-ende krav. De to lag i innlegget samvirker for å utveksle en tilstrekkelig mengde varme og fuktighet selv om de er tynne og har forholdsvis liten diameter. Det er et lite trykkfall over skumlaget, og fiberlaget er tilstrekkelig tynt til at det ikke i vesentlig grad hindrer pusting. Utvekslerens deler er forholdsvis små og er fremstilt av lette materialer. Videre frembringer ribbene inne i husdelene gassturbulens som fordeler gasstrømmen over hele innlegget. Innlegget virker dessuten som et filter i tillegg til sine andre funksjoner.

Claims (6)

1. Varme-fuktighets-utveksler omfattende et hus som danner et hult indre og har to strømningsåpninger dannet i dette, idet det indre og åpningene danner en toretnings-gasstrømpas-sasje gjennom huset mellom åpningene, og et innlegg som er montert i huset og strekker seg over passasjen, KARAKTERISERT VED at innlegget omfatter et første lag av fibrer som danner et bakterie- og virusfilter, og et andre lag av hydrofilt materiale, idet hvert av lagene har i hovedsaken flate sider og er anbrakt i tett side-om-side-forhold idet de flate sider strekker seg tvers over og vinkelrett på gasstrømpassasjen, idet de flate sider er i innbyrdes kontakt, og all den nevnte gass strømmer gjennom innlegget i begge gasstrømretninger.

2. Varme-fuktighets-utveksler ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at det første lag omfatter polypropylenfibrer.

3. Varme-fuktighets-utveksler ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at det andre lag omfatter et åpencellet uretanplastskum og et middel for å øke absorbsjon av fuktighet.

4. Varme-fuktighets-utveksler ifølge ett av kravene 1-3, KARAKTERISERT VED at huset omfatter første og andre deler som hver er forsynt med én av de nevnte strømningsåpninger, idet de første og andre deler er festet til hverandre og fast-spenner innlegget mellom seg.

5. Varme-fuktighets-utveksler ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at det på de første og andre deler av huset er utformet klemringer og innlegget er fastspent mellom klemringene.

6. Varme-fuktighets-utveksler.ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at huset har utformet ribber inne i huset, idet ribbene forsterker huset og i det minste noen av ribbene forårsaker turbulens av gass som strømmer gjennom innlegget.