JP2006504460A - ガス特に呼吸気の温調と加湿とを行なうための装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明はガス特に呼吸ガスの温調と加湿とを行なうための装置および方法に関する。その際、液体は液体貯蔵タンクから散水チャンバに供給され、同所で液体は加湿さるべきガスを通して誘導される。この場合に重要な点は、液体が制御式加熱装置を介して所望の温度にもたらされることである。本装置のほかに、本装置で実施される方法も開示する。

Description

本発明は、液体貯蔵タンクとガス流出入口を有する加湿チャンバとガスを通して液体を運動させる運動装置とを備える、ガス特に呼吸気の温調と加湿とを行なう装置に関する。さらに本発明はこの装置に採用されている対応する方法にも関する。

この種の装置および方法は特に患者への吸入に利用される。この場合、本願明細書に記載した発明の範囲内で、“吸入”とはあらゆる種類の吸入療法も含むものとして理解されかつ“患者”とは人ならびに動物として理解されることとする。

患者へのこの種の吸入は通例、呼吸ガス用の吸入チューブと、呼吸気流発生器と、呼吸ガス加湿器とから成る装置を用いて実施される。呼吸ガスは貯蔵器から呼吸気流発生器に供給され、該呼吸気流発生器は吸入チューブ用の接続口も有している。
この場合、呼吸気流発生器とは実質的に、患者に供給される呼吸ガスの圧力および／または体積流量をたとえば弁またはベローによって制御する機能ユニットとして理解される。ただしこの機能ユニットはより大きな装置の一部であってもよい。
呼吸ガスとは通例、空気／酸素混合気であるが、ただしその他の特別な混合気も投与することが可能である。

液体貯蔵タンクに貯蔵されてガスないし空気の加湿に使用される液体はふつう水である。ただしこれについては、本発明の範囲内で、その他の液体または混合液ならびに薬剤の添加された液体または混合液も考えることができる。

装置による吸入が行なわれる患者には、ほとんどの場合、吸入用の管が気管内に挿し込まれる。この管は呼吸気流発生器がそれを通して患者に呼吸ガスを供給する吸入チューブの末端に位置している。この場合、この管は複数の吸入チューブの末端を形成していてもよい。
呼吸気流発生器を介して行なわれる呼吸ガスの供給は通例種々のパラメータに応じて行なわれる。このパラメータは、呼吸気流発生器に必要に応じて設定され、その後はこの装置によって自動的に維持されるかあるいはまた必要に応じて変更される。装置あるいは設定されたパラメータに応じ呼吸気流は吸入相の時間的経過で見て非常に多様に変化する。従来公知の吸入システムにおいてこれはかなりの問題を生ずることとなる。

つまり、気管内に挿し込まれた管により、通常の呼吸時に呼吸ガスを温めると共に加湿する鼻腔、口腔および咽腔の自然機能が排除されることとなる。吸入療法たとえば吸入マスクを用いた持続的陽圧吸入療法（ＣＰＡＰ）の場合にも確かに鼻咽腔は呼吸ガスによって貫流されるとはいえ、患者の自然の自己呼吸に比較して遥かに多量かつまた多くの場合に持続的なガス流が発生し、特に乾燥した低温ガスが使用される場合には、望ましくない副作用が生ずることが多い。こうした副作用とは上気道の刺激、炎症ならびに乾燥、殻皮化である。

こうした問題を回避するため、貯蔵器たとえばガスボンベまたは圧縮ガス管から取り出されるかあるいはまたブロワー、ベローなどを通じて貯蔵器としての周囲から取り込まれて吸入に使用される、通例比較的乾燥したガスは人工的に加湿、調温される。
この場合、可能な限り自然の状態を実現すること、したがって呼吸ガスを体温に応じた温度に調節すると共にほぼ飽和状態になるまで加湿することが試みられ、その際、特に約９５〜１００％の相対湿度の達成が要求される。
これは自然呼吸時あるいは人工呼吸時に生ずるような、流量が大きく変動する上述したガス流の場合には特に困難である。

同様な問題は本発明による装置の使用が可能なその他の医療分野たとえば腹腔鏡検査に際しても認められる。この検査時にはガス（多くの場合二酸化炭素）が体腔を拡張するために体内たとえば腹腔に注入される。この場合および類似のその他のケースにおいても、使用されるガスの温調と好ましくはほぼ飽和状態に達するまでの加湿とによって、従来多く発生した粘膜の刺激ならびに乾き、冷えを防止することが可能である。
この場合、体孔への器具の装着または体孔からの器具の取外しに際して体腔内圧力を一定に保つためにガス流量の速やかな再調節が必要となるため、この適用時にもガス流量の大きな変動が認められることが考慮されなければならない。

実質的に各種の技術および方法が前述した一連の適用ケースにおいてガスを所定の値に調温／加湿するために知られている。以下、そのための幾つかの方法と装置を述べることとする。

パスオーバ蒸発器（たとえばドイツ特許第３８ ３０ ３１４号）
この公知の装置において、調温／加湿されるガスは加熱された水浴の表面を流過させられて温度調節されると同時に加湿される。この場合、水の気化によって液体表面は冷え、次いで、上昇してくる暖かい水によって液体表面はようやくゆっくりと交換される。
吸入システムへの使用によって構造サイズが制限されるため、液体とその表面を流過するガスとの間の交換面積は非常に小さい。また、この種の加湿器においては、前述した液体表面の冷却とそれに対する、暖かい水による液体表面への緩慢なエネルギ輸送が行なわれるにすぎない点からしても、流出するガスはガス流量に応じ液体に対して相対的に小さなまたは相対的に大きな温度差を有する。それゆえ、この種の装置において液体温度の調節はもっぱら平均ガス流量に合わされるにすぎないことから、従来の装置では液体温度は約４０℃から約８０℃の間を変動することとなる。したがって、前述したように吸入の場合に通例であるような流量が大きく変動するガス流は、瞬時値で見て過度に高いかまたは過度に低い温度とともに過度に高いかまたは過度に低い湿度を有することとなる。これは理論的にのみ可能であるにすぎない水温の衝撃的な変化によってのみ再調整される。

フィルム蒸発器（たとえばドイツ特許第４３ ０３ ６４５号）
この種の装置において、ガスは温度調節された液体から突き出した構造体の表面に沿って流過させられる。この場合、この構造体は所要の液体をたとえば毛管力によって吸上げるが、その際、その都度気化した液体分が新たな液体によって補充されるにすぎない。この装置では、特に、気化による冷却と暖かな水による僅かなエネルギ補給が行なわれるにすぎないことによって前述したパスオーバ蒸発器の場合と同様な問題が生じ、流量が可変的なガス流は結局のところコンスタントに加湿されることもコンスタントに温度調節されることもないという点が短所である。さらに、前述した構造体は多くの場合に耐用性に制限があり、医療使用にとって望ましいオートクレーブ滅菌性も非常に限定されていることが付記される。

ハローファイバ加湿器（たとえばドイツ特許第１９７ ２７ ８８４号［ＤＥ １９７ ２７ ８８４］）
この場合、部分透過性を有するハローファイバ（たとえばＰＴＦＥ製）は調温／加湿されるガスがたとえばハローファイバの内腔を通って流れるように束ねて配置され、ハローファイバの外部には加湿に必要な液体が配されている。この加湿器の短所は、多くの場合にハローファイバの耐用性及びその機械的かつ熱的負荷能力も限定されている点にある。さらに、ハローファイバの壁面によって十分な熱伝導が行なわれないため、気化による冷却を補償するための熱補給も不十分にしか行なわれない。したがって、特に、ガス流量が相対的に多量な場合には、所望のガス調温は保証されず、同時にガスの加湿も十分ではない。この場合にも理論的には水を加熱することによって再調節することが可能であるが、ただしガス流量が激しく変動する場合には、発熱体のエネルギ供給をガスの流量変動速度に応じて調節することは技術的な理由からしてほとんど不可能であるため、ハローファイバの強制加熱によってもコンスタントな加湿を実現することはできない。

高温蒸発器（たとえばドイツ特許第４３ １２ ７９３号）
この種の装置では、約８０℃から約１３０℃までの温度で少量の液体が蒸発させられて流過するガスと混合される。これによって、ガス調温用の所要エネルギも、所要の湿気も補給されることとなる。ただしこの装置の短所は特に技術コストが高い点にあり、これはさらに圧力と熱による危険の点からする高い技術リスクと結びついている。さらにこの装置は所要の蒸発量の制御にタイムラグが伴うという短所を有している。したがってこの種の装置によってもガス流量が激しく変動する場合にはコンスタントな調温と加湿を実現することはできない。

噴射式加湿器（たとえばドイツ特許第３７ ３０ ５５１号）
この種の装置では、温度調節された液体中にガスが噴射（貫流）され、これによって加湿と調温が行なわれる。この方法の短所は特に、常に少なくともガスの液中流入深度に対応する差圧が克服されなければならないために生ずる、方法自体に起因する高いガス流れ抵抗である。これはとりわけ患者が自然呼吸している場合には短所となることは明らかである。

超音波霧化器（たとえばドイツ特許第１９７ ２６ １１０号）
この種の装置において、液体は超音波ゾーンで振動励起され、これによって液体から極微な液体粒子が形成され、これがガス流によって連行されることとなる。この場合、特に、これらが分子の形で存在する液体粒子ではなく、それよりも遥かに大きな単位体（エアロゾル）である点が短所である。これによって、好ましくないことに、極めて多様な病原菌が運搬される恐れがある。さらにこの方法にあっては、特にガス流が断続的であるかまたはガス流量が変動する場合に、湿度が過大または過少となる危険も存在する。

加圧霧化器（たとえばドイツ特許第２８ ３４ ６２２号）
この種の装置において、液体は気化され、これによって同じく極微の粒子が形成されるが、ただしたとえば分子レベルの水蒸気は発生しない。したがって、この加圧霧化器の短所は前述した超音波霧化器の場合と同じである。

人工鼻腔（“熱／水分交換器”；ＨＭＥ、たとえばドイツ特許第９４ １７ １６９号）、フィルタマット等、
人工鼻腔では、ガスは非常に大きな湿潤表面に沿って誘導され、これによって実質的にガス流の飽和湿度が達成される。人工鼻腔において、熱と水分の供給は患者の呼気を介して行なわれる。他方、たとえば空調技術から公知のフィルタマットの場合には、熱と水分の供給はたとえば水浴を介して行なわれ、同時にこのフィルタマットを介してガスの濾過が実施される。
これらの公知の装置の短所は、特に、気化による冷却がガス流量に依存した冷却を生じるために、ガス流量が可変的な場合には調温・加湿性能はコンスタントではあり得ないということである。さらにこれらの装置の短所は、濾過時に捕集された物質が使用時間の経過につれてガスのフィルタマット通過抵抗を高めることとなり、これは特に医療分野において望ましくないという点である。また、HMEがその原理からして患者の吸気・呼気エリアに配置されることによりデッドスペースが増大する点も短所である。これにより、患者は呼吸に際し、まさに直前に吐出した空気の大部分を吸込むことともなる。

ブースタシステム（たとえばドイツ特許第４４ ３２ ９０７号）
このシステムでは、人工鼻腔（ＨＭＥ）の不十分な効率を液体と熱とを供給することによって補償することが試みられる。これには技術的にかなり複雑な制御が必要である。さらにこの場合にも、非常に優れた制御が行われようとも気化による冷却をタイムラグなしに補償することはほとんど不可能であるため、ガス流量が激しく変動する場合にはシステム上からして温度と湿度とを一定に保つことはできない。短所となる前述したデッドスペースならびに構造サイズおよび重量はこのシステムにおいて、ここで詳細に述べることのないその他の手段によってさらに増大する。

従来論じられた方法のコンビネーション（ドイツ特許第２９６ １２ １１５号）
このコンビネーションされた方法において、ガスは最初に過熱、加湿され、次いで後続する第二の工程で、定温調節された金属リブなどによって目標温度に冷却される。この場合、ガス中の過剰な水分は調温された金属リブから凝水として滴下され、再び加湿器に供給される。この方法の短所は、とりわけ、ガスに先ず最初に吸入に必要とされる以上のエネルギが湿度と温度の形で供給される点である。
また、これがエネルギ的に見て不適である点を無視してもなお、冷却ステップの機能にエラーが生ずる場合に後まで影響する害が患者にもたらされる恐れがあるという危険も存在する。

回転式パネル積み重ね体による室内空気加湿器（たとえばドイツ特許第３７ ３５ ２１９号）
この種のシステムにおいてパネル積み重ね体は、パネルがその回転サイクルの一時期に水中に浸漬し、これによってパネルが湿潤されるようにして回転する。ガスはベンチレータによってこの積み重ねられたパネルの脇を通過させられ、こうして粒子が除去浄化されると同時に加湿される。この装置では、実際に十分なパネル湿潤を達成するため、表面張力を低下させる不揮発性の薬剤が液体に添加されなければならない。この装置および類似の装置は特に居住空間の空調用に設けられ、ガスの温度調節を行なう可能性を備えていない。さらに、パネルの寸法ならびに回転速度は流量の可変的なガス流をコンスタントに加湿しもしくは液体で飽和させるにはまったく不適である。

したがって総じて、流量が激しく変動するガス流あるいは間欠的なガス流に好適に適用し得るガスの調温と加湿の方法またはシステムは従来の技術に存在しないと言わざるを得ない。従来公知の装置によれば、供給されるガスの温度と湿度は大きく変動することとなる。
従来の装置のさらなる短所は、それらの装置が吸入に所望される測定／制御プロセスの精度を一部大幅に低下させまたはそれをまったく実現不能としさえすることである。たとえば、患者に所要の呼吸ガスを所定のコンスタントな質と量、特にまた正確な体積流量で供給するために、呼吸気流発生器ないしセンサを患者にできるだけ直結させることが必要な吸入方法とセンサシステムが存在する。
呼吸気流発生器と患者との間に配置される現在公知の加湿器はそれによって部分的にかなりの大きさの付加的な圧縮性スペースが呼吸循環系に持ち込まれる限りで不適である。
公知の加湿器のさらなる短所はまた、従来のほとんどの加湿器に認められる入口と出口との間の支配的な圧力勾配である。患者に供給される呼吸ガスの圧力（呼吸ガスレベル）は周囲圧力を僅かに（通例最大で約０．１バール）上回っているにすぎないため、この圧力勾配により、呼吸気流発生器自体に患者側の支配的な圧力が正確に印加されないこととなる。これは機能エラーの危険を孕むと共に、結果として、制御に不正確性を招来することとなる。

そこで本発明の目的は、前述した類の装置を発展改良して前記の一連の短所を取り除くと共に、特にガスがガス流量変動とは無関係に常に所定の値に温度調節され、しかも特にこの温度で液体によってほぼ飽和、つまり相対湿度約９５〜１００％まで飽和されるようにすることである。

前記課題は、本発明では、液体貯蔵タンクと、ガス流出入口を有する加湿チャンバと、ガスを通して液体を運動させる運動装置とを含むガス温調・加湿装置に液体用の制御式加熱装置が備えられることによって解決される。

本発明は従来の技術に比較して複数の利点を有する。
一方で、運動装置と制御式加熱装置とにより、温調と加湿の制御を達成するための２つの手段を有する可能性が得られる。
他方で、互いに独立に制御可能なこれら２つの手段を介して十分集中的な温調と加湿とを達成することができるため、装置を比較的コンパクトに形成することが可能である。
さらにこの種の装置は堅牢で、安定した運転を保証する仕様とすることができるため、連続運転中にも高い信頼度を実現することができる。
また、エアロゾルは発生せずに、ガスは蒸気状の液体で飽和される。また、温調と加湿の制御は運動装置と制御式加熱装置とを介して容易に再調節可能である点も重要である。

この場合、加湿チャンバは散水チャンバとして形成されるのが好適である。この散水チャンバ内で液体はガスを通して運動させられる。その際、貫流するガスの温度は容易に水温に近づけることが可能であり、同時に、貫流するガスは気化する液体によって飽和させられる。したがって散水チャンバから流出するガスは飽和湿度を有しており、つまり、ガスは約９５〜１００％の相対湿度を有すると共に所定の水温に近い温度を有している。

散水チャンバには大きな表面積を有した充填体も設けられているのが好適である。この充填体は液体がそれを不断に流通することにより液体の温度と同じ温度にもたらされる。したがってこの充填体は、ガス流量が激しく変動し、それと共に気化エネルギ需要も激しく変化する際に、気化エネルギ需要の高まりに応じ再びエネルギを速やかに供給することのできる緩衝体として機能することができる。
したがって、この充填体にはたとえばアルミニウム製編織組織または特殊鋼ウールあるいはまた金属球とくに鋼球から成る充填体も特に好適であることが判明した。これらの材料は、エネルギを再び速やかに放出する特性と結びついた高度なエネルギ蓄積能力を有している。
ただしその他の連続気泡構造物も充填材料として使用することが考えられる。
重要な点は、呼吸ガスの体積流れが流れ技術的に大幅に妨げられず、したがって最大体積流量時にもガスの流入口と流出口との間に顕著な圧力差が認められないように充填体を選択することである。

この種の充填体は、さらに好適な実施形態の１つにおいて、交換または殺菌のために散水チャンバから容易に取り外すことも可能である。
さらに、ガスを通して液体を運動させる運動装置、好ましくは、ポンプは、温度調節された液体を、流通するガスの温度を高めあるいはまた所要の気化エネルギを実質的に供給し得る限りの量で、ガス中ならびに場合により散水チャンバ内の充填体を通すようにすることが重要である。これによって、最大体積流量時にも散水手段を経て流通するガスをほぼ液体温度にまで加熱し、ほぼ１００％の相対湿度で流出させることが実現可能となる。

一定の適用ケースでは散水チャンバを加圧するのが好適であることが判明した。
これにより、後置された呼吸気流発生器にすでに加湿された空気を供給し、呼吸気流発生器と患者との間で加湿が行なわれる必要がないようにすることができる。これによって、呼吸気流発生器と患者との間の領域におけるデッドスペース（圧縮性スペース）が回避されるのみならず、呼吸気流発生器と患者との間をつなぐ吸入チューブに、同所に付加的な望ましくない圧力勾配を生じさせる恐れのある装置を取り付けることも回避される。

さらに、加圧下での加湿により、呼吸気流発生器と患者との間の低圧域に配置された加湿器に比較して、遥かに多量のガスを装置内で加湿し、また蓄積することも可能である。これによって、加熱・加湿されたガスの好適な緩衝作用が生じ、したがって体積流量が短時間に変動する場合の補償を実現することが可能である。
複雑な制御は不要である。つまりこれは大幅な構造的単純化をも意味しており、これによってコスト節減も実現される。
この場合、呼吸気流発生器から患者に向かって流れるガスの温度を所要の値に正確に調節するため、さらに、吸入チューブ自体にたとえばチューブ内側に付される適切な発熱体を設けることが提案される。また、発熱体を特に吸入チューブの壁面に埋め込むことも可能である。発熱体を吸入チューブに組込むことにより、当該発熱体を呼吸ガスと直接に接触させて、直接に所望の最終温度に調節することができ、これによって、体積流量が激しく変動する場合にも常に一様な温度のガスを患者に供給することが容易になるという利点が得られる。

なお、加圧される加湿チャンバにおいて、液体と共に加湿プロセスも − 加湿・調温されたガスがその後に吸入圧力ないし周囲圧力に減圧された後も所望の温度（吸入温度）で所定の湿度を保持するように − 選択された温度に調節される旨触れておくこととする。所定の湿度とは吸入ケースにおいて、好ましくは同じく飽和限度近傍の湿度である。
この場合、加圧された加湿チャンバ内の温度は実質的に、加湿器内の支配的圧力ならびに患者側からする所望の温度および患者側からする呼吸ガスの所望相対湿度に依存している。その際、適用ケース次第で、１００％を下回る相対湿度が患者にとって望ましいこともある。
この場合、ガス流量が変動する際に当該変動に応じて圧力を変化させ、こうして患者側に減圧後も一定の温度と湿度に調節された呼吸ガスを供給するようにすることも本発明の枠内にある。

呼吸ガス自体の加湿には必要とされず、呼吸ガスの加熱に使用されるだけであって、したがって散水手段内で温度を失う液体は、好適な実施形態の１つにおいて、液体貯蔵タンクに返送される。液体は同所から、制御式加熱装置を経て新たに加熱された後、再び散水手段に供給されることができる。
前記のように形成された循環系には、循環する液体も呼吸ガスも共に実質的に無菌状態に維持することを保証するフィルタを組込むのが好適である。

好適な実施形態の１つにおいて、液体用の制御式加熱装置も備える液体貯蔵タンクは無圧であり、（液体用運動装置としての）ポンプを経て散水手段と連結されている。このポンプを制御することにより、循環される液体量を当該需要に適合させることが可能である。循環系内に場合によりさらに減圧器を設けることにより、加湿チャンバが加圧される場合にも、液体貯蔵タンクに所要量の液体が補充される間も中断されることのない調温・加湿装置の運転が可能である。

前記の散水式加湿器は低圧域においても使用可能であることはいうまでもない。その場合、略述した一連の利点は引き続き維持される。ただし、呼吸装置に組込む場合にそれによって望ましくないデッドスペースが生ずることがある。

さらに別な実施形態は液体用運動装置としてポンプではなく、液体貯蔵タンク内で液体中に部分的に浸漬する回転体を有している。この回転体は互いに離間して配置されたパネルから成る積み重ね体であるのが好適である。これらのパネルは１本の水平軸を中心にして回転し、その際、液体貯蔵タンクから液体をガス流中に連行し、同所で液体は気化してガスの加湿を実現する。この種の装置は特にコンパクトに形成することができると共に電動機を介してパネル積み重ね体の回転を特に容易に制御することが可能であり、これにより、ガス流量が変動する場合にも、ガスの加湿に要される液体需要量の変化に速やかに対応することができる。

そのほかに本装置は、容易に実現することのできる液体貯蔵タンク内液位の監視ならびに、患者に供給される呼吸ガスの温度と場合により相対湿度の測定と連携した、加湿チャンバ内温度と圧力との監視によって目標パラメータの遵守を達成し得る点で卓越している。
以下、一連の実施形態の説明により本発明のその他の利点および特徴を明らかにする。

図１は本発明による加湿装置の実施形態の１つを示しており、この場合、該装置は呼吸気流発生器の上流側に配置されている。
図示した実施形態において、呼吸ガスは貯蔵器１たとえば圧縮ガスボンベまたは圧縮ガス管から取り出される。通例非常に乾燥したこの圧縮ガスは加湿器２を経て呼吸気流発生器３に供給される。供給された呼吸ガスは同所において、吸入または吸入療法にとって必要とされ、かつ周囲圧力を若干上回ることになる圧力に減圧される（呼吸ガスレベル）。この呼吸ガスは次いで温度調節されて、呼吸気流発生器に接続された加熱式吸入チューブ４を経て患者５に供給される。
この場合、呼吸気流発生器３から患者５への給気は非常に僅かな圧縮性スペースの呼吸システムで行なわれる。

重要なことは、患者に供給される呼吸ガスが正確にかつ常に、一般に飽和限度に近い、したがって約３７℃の温度でほぼ１００％の目標湿度・温度を有することである。さらに、患者への吸入は中断なく実施可能でなければならない。
そのため、加湿器２には管６を経て加熱された液体 − これは本実施形態において約７２℃の温水である − が供給され、該液体は加湿器２内の環状チャンバ７に達する。ちなみにここで温水という場合、専門家がその知見に基づいて選択することのできるその他の適切な液体の使用も可能である旨再度指摘しておくこととする。またこの液体または − 本実施形態においては − 温水に薬剤等を添加することも可能であり、この点については以下でその都度あらためて言及しないこととする。

温度調節された温水は環状チャンバ７から濾板底８を経て充填体１０を内蔵した散水チャンバ９に流入する。この充填体はこの実施形態において、大きな表面積と大きな間隙とを有する強固な構造体から成っている。
温水は環状チャンバ７から大きな表面積を経由して下方に流れ、加湿器２の底部チャンバ１１に達するまでの間に充填体１０を温めると共にそれを湿潤させる。これと同時に、貯蔵器１から到来する呼吸ガスが逆方向から充填体１０を貫流する。その際、この呼吸ガスは温められると同時に水分を吸収し、その結果、呼吸ガスはほぼ飽和状態で集収チャンバ１２を経て呼吸気流発生器３に誘導される。
ここで、加湿器に供給される温水の体積流量は加湿器内で呼吸ガスを水分で飽和させるためにのみ必要と考えられる体積流量を大幅に上回っている旨も指摘しておくこととする。これによりガスと液体との接触域において温水が有意に冷えることが回避され、その結果、呼吸ガス流の所要の温度上昇が保証されることとなる。

図示した実施形態において上記のプロセスは加圧下で行なわれ、つまり、温水と共に呼吸ガスは約７２℃の温度にて約４．５バールの圧力を有している。
呼吸ガスが約７２℃で、約４．５バールの圧力から周囲圧力をやや上回る程度の圧力と約３７℃の温度とに減圧・冷却されることにより呼吸ガスはほぼ１００％の相対湿度を保持することとなる。
呼吸圧力レベルへの減圧後にも呼吸ガスが、所定のパラメータに応じ、設定された目標温度で目標湿度を有することが保証される限り、加湿器内において他の温度・圧力モジュールの組み合わせを適用することも可能である。

すでに述べたように、加湿器２内において充填体１０を経て流れる液体は底部チャンバ１１に集められる。この液体は同所から、弁１３を経て制御されて、還流管１４を通って貯蔵タンク１５に還流する。この場合、還流管１４に減圧器１６が設けられているため、貯蔵タンク１５自体は無圧である。ここに図示した実施形態において、減圧器は絞り弁として形成されている。

貯蔵タンク１５では制御式加熱装置１７によって水温は − 本実施形態において − ７２℃に保たれるが、この種の温度制御は構造的に比較的簡単に解決することが可能である。こうして保温された温水はオプショナルフィルタ１８を経てポンプ１９により管６を通って再び加湿器２の環状チャンバ７へ送出される。
この場合、オプショナルフィルタ１８により、循環された温水からの粒子および微生物の除去が保証されるため、呼吸気流発生器３に供給される呼吸ガスも実質的に無菌であると見なすことができる。
ポンプ１９と弁１３ないし減圧器１６とによって貯蔵タンク１５は無圧に形成することが可能であり、いつでも液体を補充することができる。

図２は別な実施形態を示したものである。この場合、加湿器２は、先述した従来の技術による方法と同様に、呼吸気流発生器３と患者５との間に配置されている。
圧縮性スペースと構造サイズを小さくするため、この装置は吸入技法において通例のガス流量（０から約１８０ｌ／ｍｉｎまで）と規格に一致した加湿性能向けに設計されている。
加湿器２には管６を経て温度調節された液体 − これはこの実施形態においても約３７℃の温水である − が供給され、該液体は加湿器２内の分配チャンバ７に達する。
温度調節された温水は分配チャンバ７から濾板底８を経て充填体１０を内蔵した散水チャンバ９に流入する。この充填体はこの実施形態において、大きな表面積と大きな間隙とを有する強固な構造体から成っている。

装置を簡易化する趣旨で、充填体１０を使用せず、濾板底８から流出する液滴をそのまま散水チャンバ９を通して流すことも可能である。これは場合により浄化及び調水にとって好適と見なすことができるが、ただし、加湿性能に同じ要件が求められる場合には、場合により、散水チャンバの容積ならびに単位時間当たりの循環液体流量が大幅に増大されなければならないとの点が顧慮されなければならない。

温水は分配チャンバ７から大きな表面積を経由して下方に流れ、加湿器２の底部チャンバ１１に達するまでの間に充填体１０を温めると共にそれを湿潤させる。これと同時に、呼吸気流発生器３から到来する呼吸ガスが逆方向から充填体１０を貫流する。その際、この呼吸ガスは温められると同時に水分を吸収し、その結果、相対湿度が約９５〜１００％のほぼ飽和状態となった呼吸ガスが集収チャンバ１２を経て患者５に供給される。

凝縮水の形成を回避するため、技術的に公知の制御加熱式吸入チューブ４を使用するのが好適である。この場合に重要なことは、凝縮を回避するため、ガス導通域壁面のいかなる箇所もガスの飽和温度以下であってはならないことである。ガスはこの吸入チューブ４内でも、患者に到達する最後の区間、特に非加熱の管部でも凝縮が生じないようにするため、なおわずかにたとえば４０℃に温め続けられるのが通例である。

なお、それぞれの呼吸気流発生器３の機能方式に応じ単一または複数の吸入チューブ４が使用され、その場合、場合により患者の呼気も呼吸気流発生器に供給することができる旨触れておくこととする。こうした場合には、前述した吸入チューブ加熱の必要性ないし可能性に関する記述は凝縮問題が生じ得るその他のすべてのチューブおよびチューブ区域にも当てはまる。

すでに述べたように、加湿器２内において充填体１０を経て流れる液体は液体貯蔵器として機能する底部チャンバ１１に集められる。
ここで液体は制御式加熱装置１７により − 本実施形態において − ３７℃の水温に保たれるが、この種の温度制御は構造的に比較的簡単に解決することが可能である。こうして保温された温水はオプショナルフィルタ１８を経てポンプ１９により管６を通って再び加湿器２の分配チャンバ７へ送出される。
この場合、オプショナルフィルタ１８により、循環された温水からの粒子および微生物の除去が保証されるため、患者５に供給される呼吸ガスも実質的に無菌であると見なすことができる。別形態としてまたは前記の形態を補完する形で、装置に抗微生物表面を備えることも可能である。

底部チャンバ１１内の液位は弁２１により液体貯蔵タンク２０たとえば注入ボンベを介して一定レベルに保たれる。そのため、この弁は特にフロート弁として形成されていてもよい。この場合に重要なことは、液体貯蔵タンク２０と底部チャンバ１１との間の静液圧差が実際に生ずる最も高い吸入圧力よりも常に大きいことである。この点からして実際に貯蔵タンクを底部チャンバよりも少なくとも１ｍ高い位置に配置するのが好ましい。
もう１つの弁２２は加湿器２のガス流入口とガス流出口との間のバイパス弁として機能する。これはたとえば加湿器の故障に起因して過大な差圧が生ずる場合にも吸入が妨げられないように保証し、したがって患者の安全性に寄与することとなる。
集収ゾーン１２に組込まれたトラップ２３を経て過剰な、空気に連行された水分が分離されて、底部チャンバ１１に戻される。

加湿プロセスの制御と機能監視のために、各種センサおよび制御線を経て制御・監視器２９が加湿器２および患者５と接続されている。たとえば一般市販の温度プローブとして形成されていてよい温度センサ２４を経て患者体温が検出される。これは加湿プロセスに目標数値として投入することができる。別法としてこの目標温度はその他の装置たとえば監視モニタとのコミュニケーションによって設定することも可能である。さらにもう１つの温度センサ２６を経て液体温度が検出され、こうして発熱体１７によって液温が調節される。
第３の温度センサ２５は流入するガスの温度を検出する。弁２１の故障またはポンプ１９の停止によって底部チャンバ１１内の液位が高くなりすぎる場合に、調節・監視器２９はこのセンサ２５によって検出される温度変化を介して過大な液位を認識することができる。こうした障害発生時にはバイパス弁２２が開き、これにより、流出ガス温度を検出する温度センサ２７に著しい温度減少が認められることとなる。この安全メカニズムはポンプ１９の意図的な停止とそれから生ずる液位上昇によってチェックすることが可能である。

調節・監視器２９は加湿器２に固定取付けされたＩＤタグ２８を経て加湿器２と連結されており、これによって加湿器を識別すると共にその寿命を監視する。

調節・制御器２９によりポンプ１９の電力消費も監視することができる。この電力消費は底部チャンバ１１内の液位高さと関連しているため、同時に、たとえば貯蔵タンク２０が空であるかまたは弁２１の故障に起因する過少な液位あるいはたとえば濾板底８の目詰まりによる液体循環の障害も認識することが可能である。

さらに別な実施形態として図３に示したシステムも考えられる。
この場合、加湿器２は、図２に示した実施形態と同様に、呼吸気流発生器３と患者５との間に配置されている。液体は底部チャンバ１１内に収容され、加熱装置１７によって一定温調節される。
底部チャンバ１１内の液位は、図２に示した実施形態と同様に、貯蔵タンク２０と弁２１によって定レベルに保たれる。

交換手段３０の強固な構造体は周期的に、特に回転によって、少なくとも部分的に液体中に浸漬し、これによって接触域における十分な頻度の水分交換が行なわれる。この場合、浸漬時に連行される液体量は構造要素の幾何的形状たとえば半径方向リブ等によって大幅に影響される。さらに、高い回転速度によってエネルギ輸送を増大させることができる。

たとえば前述した図１，２および３に示した実施形態において正しい寸法設計が行なわれれば、激しい流量変動と断続を示すガス流も、たとえば中断後にガスが過熱される危険またはガス流量の突然の増加時に湿度が減少する危険なしに、実質的に定温かつ飽和状態にもたらすことが可能である。
そのため、本発明による前記課題の解決には、液体とガスとの接触域の寸法を稼働時に生ずる最大ピークガス流量時にも目標−物質／エネルギ交換がほぼ完全に行なわれるように設計すると共にそのための幾何的構造を備えることが必要である。こうした寸法設計は最大ピークガス流量が本発明による装置を通してコンスタントに誘導されることによってチェックすることができる。寸法設計が正しければ、加湿チャンバ貫流後のガス温度は加湿チャンバ流入前の液体温度にほぼ等しい。

ガス流による水滴の連行は適切な対策によって防止される（たとえば、流れ断面積の拡大）。
ガスをさらに輸送するために加熱式チューブを接続することにより、チューブ内での凝水形成を効果的に防止することができる。

１００％を下回る相対湿度が所望される場合には、加湿されたガス用の適切な発熱体を後備することによってそれを実現することができる。ガスは本発明による加湿器内で要件に合致した絶対水分含有量を示す温度と飽和状態にもたらされる。その後、加湿器を離れるガスは後備されたガス加熱装置を経てまたは乾燥ガスの混和によって今や本来の目標温度と相対目標湿度にもたらされる。これによってさまざまなガスの温度と湿度をつくり出すことが実現可能である。
本発明による装置は吸入技法に適しているだけでなく、可変的なガス流が粒子除去浄化されること、および／または、一定の温度と湿度にされることを要求されるあるあらゆる運用ケースに適している。その種の適用例は、たとえば体腔内ガス注入法（たとえば腹腔鏡検査時のＣＯ_２）、呼吸保護のための呼吸ガス供給（たとえば塗装時）、あらゆる種類の吸入適用、単独または空調装置と組み合わせた空間（たとえば建物、自動車、航空機、・・・・）の温湿度調整などである。

加圧下での加湿による患者吸入ガス温調・加湿装置の概略図 高圧域のないガス温調・加湿装置の別な実施形態を示す概略図 パネル積み重ね体の形の運動装置を備えるさらに別な実施形態を示す概略図

Claims (10)

1. − 液体貯蔵タンク（１１，１５，２０）と、
   − ガス流出入口を有する加湿チャンバ（９）と、
   − ガスを通して液体を運動させる運動装置（１９，３０）と、
   を含むガス温調・加湿装置において、
   液体用の制御式加熱装置（１７）が備えられていることを特徴とする装置。
2. 前記加湿チャンバ（９）は散水チャンバとして形成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記散水チャンバ（９）内に大きな表面積を有する充填体（１０）が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記加湿チャンバ（９）は加圧されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記運動装置は前記液体貯蔵タンク（１１，１５）から散水チャンバ（９）に液体を供給するポンプ（１９）であり、前記散水チャンバ（９）と前記液体貯蔵タンク（１１，１５）とは連結されて循環系を成すことを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記運動装置は液体貯蔵器（１１）内で液体中に部分的に浸漬する回転体（３０）であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記回転体（３０）は互いに離間して配置されたパネルから成る積み重ね体であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 貯蔵器からのガス供給ステップと、制御されたガス流発生ステップと、ガスの加熱・加湿ステップと、患者へのガス供給ステップとから成るガス加湿方法において、
   前記加湿は散水によって行なわれることを特徴とする方法。
9. 前記加湿はガス流の発生前に行なわれることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記加湿は加圧下で、好ましくは約４．５バールの圧力でかつ患者への供給温度に比較して高い温度で、好ましくは約７２℃の温度で行なわれ、呼吸ガスは呼吸ガスレベル好ましくは約３７℃の温度で好ましくは周囲圧力を最大で０．１バール上回る圧力に減圧されて、前もって選択された好ましくは約１００％の相対湿度を有することを特徴とする請求項８に記載の方法。

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