(57)【特許請求の範囲】
【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た筒状ハウジングと、
この筒状ハウジング内に配置された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複数の疎水性中空ファイバからなる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実質的に同じである、流体ろ過装置。
【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前記流体通路に通ずる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。
【請求項３】
前記フィルタエレメントは複数の端部を有し、該フィルタエレメントの１つの端部は、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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
前記トラップ手段は、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４に記載の流体ろ過装置。
【請求項６】
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４に記載の流体ろ過装置。
【請求項７】
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４に記載の流体ろ過装置。
【請求項８】
前記液体収集空間は液体吸収材料を備える、請求項７に記載の流体ろ過装置。
【請求項９】
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７に記載の流体ろ過装置。
【請求項１０】
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９に記載の流体ろ過装置。
【請求項１１】
前記フィルタエレメントの前記中空ファイバは、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。
【請求項１２】
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１１に記載の流体ろ過装置。
【請求項１３】
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１１に記載の流体ろ過装置。
【請求項１４】
前記筒状ハウジングは、実質的に150ml/min の流速のために、3.5mm より小さい直径を有する、請求項１１に記載の流体ろ過装置。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
前記中空ファイバは第１の端部と第２の端部とを有し、前記第１の端部は前記第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１５に記載の流体ろ過装置。
【請求項１７】
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１５に記載の流体ろ過装置。
【請求項１８】
前記フィルタエレメントは取替のために取外し可能である、請求項１５に記載の流体ろ過装置。
【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い。
【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(capnograph)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の間の小スペースは前記ハウジング内に小体積を形成している。
【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２０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５６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
【図１】
0003727698.tif 000002
【図２】
0003727698.tif 000003
【図３】
0003727698.tif 000004
【図４】
0003727698.tif 000005
【図５】
0003727698.tif 000006