Vorrichtung zur kontrollierten Erhöhung des relativen Feuchtigkeitsgehaltes eines Gases
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontrollierten Erhöhung des relativen Feuchtigkeitsgehaltes eines Gases mit einem Gehäuse mit einer Kammer mit Sumpf im unteren Teil; zum Sumpf hin offene Mittel für die Flüssigkeitszufuhr; zur Kammer hin offene Mittel für den Einlass von Gas in die Kammer und entsprechende Auslassmittel zur Fortführung des Gases aus der Kammer.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung dient insbesondere zur Erhöhung der relativen Feuchtigkeit von Narkosegasen, wodurch eine Austrocknung des Patienten während der Narkose verhindert werden soll.
Wenn einem Patienten während eines ärztlichen Eingriffs Narkosegase verabreicht werden, besteht die Gefahr, dass die Lungen und andere Organe des Patienten an Wasser verlieren bzw. austrocknen. Ein solcher Wasserverlust kann die Gesundheit des Patienten ernsthaft gefährden, und gemäss der herkömmlichen Praxis wird diesem Problem durch intravenöse Injektionen zu begegnen versucht. Die Austrocknung des Patienten rührt von der Tatsache her, dass die Narkosegase keinen Wasserdampf enthalten, wie er sonst in der normalen Atmosphäre vorhanden ist.
Bislang wurden keinerlei Vorrichtungen entwickelt, die in der Lage wären, eine gesteuerte Erhöhung der relativen Feuchtigkeit von Narkosegasen bei ihrer Verabreichung zu bewirken. Die Schwierigkeiten, die beim Versuch zur Entwicklung einer solchen Vorrichtung auftreten, bestehen darin, dass sie in der Lage sein muss, die Feuchtigkeit sehr rasch zu erhöhen, so dass die Gase bei ihrer Verabreichung wirksam angefeuchtet sind, und dass dieser Vorgang ohne irgendeine Beschränkung der Gasströmung zum Patienten hin stattfinden muss, da z. B. eine Vorrichtung, die einen merklichen Rückstau bedingen würde, ungeeignet wäre, weil es in diesem Fall für den Patienten schwierig wäre, bei Bedarf eine rasch gesteigerte Strömung bzw. Menge an Narkosemitteln aufzunehmen.
Die gegebenenfalls in den Narkosegasen erforderliche Feuchtigkeitsmenge kann abhängig von den Erfordernissen eines speziellen Falls bzw. Patienten veränderlich sein, und es ist mithin notwendig, dass die relative Feuchtigkeit des Gases mit Hilfe der Vorrichtung kontrolliert werden kann.
Aus den genannten Gründen muss die Kontrolle der relativen Feuchtigkeit des Gases über einen relativ weiten Bereich unterschiedlicher Zulieferungsvolumina möglich sein.
Wenngleich im folgenden stets nur von Feuchtigkeitsgehalt gesprochen wird, ist darunter auch der prozentuale Anteil irgendeiner Flüssigkeit oder eines flüssigen Stoffes in einem gasförmigen Medium zu verstehen.
Die Definition Flüssigkeit resp. flüssiger Stoff stützt sich dabei auf den Aggregatzustand, in welchem der Stoff zur Verarbeitung in der Vorrichtung gemäss der Erfindung vorliegt. ist also unabhängig davon, ob er dabei in ein Aerosol, einen Dampf oder ein Gas übergeht.
Das Problem der Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes in einem Gas bzw. in Luft tritt ausser in dem beschriebenen Fall in vielen anderen Bereichen auf. So sind beispielsweise zahlreiche industrielle Anwendungen denkbar, wie für die Verdampfung von Brennstoffen, das Feuchthalten oder Fermentieren von Tabak, Auswaschen und Befeuchten von Ventilationsluft mit Wasser und das Versprühen bzw. Verteilen von Chemikalien in Gasräume hinein. bei denen grosse Luftoder Gasvolumina verarbeitet werden und grosse Tröpfchengrössen erzielbar sind.
Herkömmliche Verdampfer bzw. Befeuchter, wie Haushaltsgeräte, machen ausschliesslich von Verdampfungsvorgängen Gebrauch. So wird beispielsweise bei einer bekannten Anordnung eine mit einem absorbierenden Material bedeckte Trommel im Lufteinlass eines Haushaltofens in Rotation versetzt. Die Befeuchtung erfolgt direkt durch Abdampfen von Flüssigkeit bzw. Wasser von der Trommeloberfläche und hängt in starkem Masse von der Geschwindigkeit ab, mit der die Luft über die feuchte Oberfläche der Trommel geleitet wird.
Diese Art von Vorrichtung ist für eine sehr rasche Erhöhung der relativen Feuchtigkeit der Luft unbrauchbar, und sie funktioniert im wesentlichen in der Weise, dass die für Anwendungen im Haushalt bestimmte Luft unter schrittweiser Erhöhung der Feuchtigkeit je Durchgang zahlreiche Male umgewälzt wird. Diese Art der allmählichen Erhöhung der Feuchtigkeit ist für viele industrielle Zwecke ungeeignet.
Ziel der Erfindung ist daher die Beseitigung der bislang bestehenden Schwierigkeiten auf diesem technischen Gebiet durch eine verbesserte Apparatur zur raschen Einführung von Flüssigkeit bzw. Dampf in einen Gasstrom, und zwar in Form feinster Nebeltröpfchen und/oder von Dampf.
Die zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemässe Vorrichtung der eingangs genannten Art ist gekennzeichnet durch in der Kammer drehbare Scheiben, von denen ein Abschnitt des äusseren Randes in den Sumpf hineinragt; Mittel für die Rotation der Scheiben mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit zur Zerstäubung der Flüssigkeit innerhalb des Kammerraumes, durch den das Gas geleitet wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann zur Regulierung der relativen Feuchtigkeit eines Gasstromes bei hohem Feuchtigkeitsniveau verwendet werden, wobei die Tröpfchengrössen bei Anwendungen, bei dem Nebel und übersättigte Luft unerwünscht sind, minimal gehalten werden. Die Vorrichtung ist minimalen Gasströmungsgeschwindigkeiten, wie sie klinisch bedingt sein können, gut anpassbar. Mit dieser Vorrichtung können auch Narkotika oder andere Arzneimittel in einen Gasstrom entweder allein oder zusammen mit Wasser eingeführt werden.
Die Rotation der Scheiben innerhalb der Kammer erfolgt mit einer Geschwindigkeit, die zur feinen Zerstäubung des Fluids bzw. Wassers innerhalb der Kammer durch die antreibende Wirkung des rotierenden Organs ausreicht, wodurch dem durch die Kammer hindurchtretenden Gas genügend Flüssigkeit bzw. Dampf zur Erhöhung der relativen Feuchtigkeit beigebracht wird.
Nachfolgend wird die Erfindung in Form von Beispielen unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung, in der Perspektive (teilweise aufgeschnitten),
Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch den eigentlichen Befeuchtungsteil der Vorrichtung von Fig. 1,
Fig. 2A eine Variante der in Fig. 2 gezeigten Anordnung mit fixierten Prallorganen,
Fig. 3 ein Scheibenpaar sowie den Gasein- und -auslass der Kammer in auseinandergerückter Form unter Andeutung des Gasströmungsweges,
Fig. 4 ein Schema für eine Narkoseanordnung mit eingebauter erfindungsgemässer Vorrichtung,
Fig. 5 schematisch den inneren Aufbau eines Ventils zur proportionalen Steuerung der durch die Vorrichtung gemäss Fig. 1 hindurchtretenden Gasmenge,
Fig. 6 eine andere Art einer Scheibe in der Perspektive und teilweise aufgeschnitten,
Fig. 7 bis 12 weitere Ausführungsformen rotierender Scheiben und
Fig. 13 einen Schnitt längs XIII-XIII durch die in Fig.
2A gezeigte B efeuchtungskammer.
Fig. 1 zeigt eine allgemein mit 10 bezeichnete erfindungsgemässe Vorrichtung zur gesteuerten Erhöhung der relativen Feuchtigkeit eines Gases. Diese Vorrichtung umfasst ein Gehäuse 12, einen Rahmen bzw. ein Stativ 14 und einen Motor 16. Der Rahmen 14 besteht aus einer horizontalen Platte bzw. Plattform 18 mit einem aufrecht stehenden Flansch oder Winkeleisen 20 am vorderen Ende und einem gebogenen Träger 22 am hinteren Ende. Das Winkeleisen 20 und der gebogene Träger 22 dienen zur Halterung des Motors 16. Dieser ist an seinem vorderen Ende am Winkeleisen 20 mit Hilfe von Feststellschrauben 24 festgelegt. Der Motor 16 besitzt vorzugsweise eine variable Geschwindigkeit, so dass die innerhalb der Kammer 12 herrschenden Zerstäubungsbedingungen durch Einstellung der Rotationsgeschwindigkeit des Motors, wie nachfolgend beschrieben wird, eingestellt werden können.
Das Gehäuse 12 hat eine zylindrische Wand 26 und sich gegenüberliegende scheibenartige Seitenwände 28 und 30. An der Wand 30 befindet sich ein als Dampffalle ausgebildeter Einlass 32 und an der Wand 28 ein entsprechender Auslass 34. Die Wand 30 hat einen Durchgang 36, der mit der Dampffalle 32 in Verbindung steht und die Wand 28 einen Durchgang 38, der mit der Dampffalle 34 in Verbindung ist.
In der Seitenwand der Falle 32 befindet sich ein Eingang 40, während der Ausgang 42 in der End- oder Stirnwand der Falle 34 vorgesehen ist.
Es ist zu bemerken, dass sich der Eingang 40 und der Ausgang 42 der Kammer 44 auf einem höheren Niveau befinden als die Durchgänge 36 und 38 in den Seitenwänden 30 und 28 des Gehäuses 12. Durch diese Anordnung der Dampffallen 32 und 34 und der Durchgänge bzw. Ein- und Ausgänge 36 und 38 in den Seitenwänden kann sichergestellt werden, dass keine Flüssigkeit von der Kammer 44 in irgendeine Richtung (nach vorn oder hinten) ausser bei Zerstäubung in genügend feine Teilchen durch das Gas ausgetragen wird, wie verständlich werden wird.
Das untere Ende des Gehäuses 12 kann auf der Plattform 18 ruhen, und das Gehäuse ist einer Montage zur Verhinderung von Drehbewegungen durch Festlegung an Armen 21 (von denen lediglich einer in Fig. 1 gezeigt ist) angepasst, die von der Basisplatte 18 nach oben vorstehen und an dem nach oben vorragenden Winkeleisen 20 befestigt sind.
Der Rahmen 14, das Gehäuse 12 und die Darnpffallen 32 und 34 können aus irgendeinem geeigneten Material, wie Kunststoff (Polyäthylen) gebildet oder auch aus einem geeignet gegen Korrosion geschützten Metall hergestellt sein.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung folgt, ist die vom Gehäuse 12 umschlossene Kammer 44 im allgemeinen zylindrisch. Wenn die Anforderungen an die Vorrichtung sehr hoch sind, kann die Kammer 44 mit einer wesentlichen Flüssigkeitsmenge gefüllt sein, so dass der untere Teil der Kammer als Sumpf 46 betrachtet werden kann, als welcher er nachfolgend bezeichnet wird.
Die vom Elektromotor vorragende Antriebswelle 48 ist über eine geeignete Kupplung 50 mit der Hauptantriebswelle 52 verbunden. Wie Fig. 2 zeigt, ist die Hauptantriebswelle 52 drehbar in den Seitenwänden 28 und 30 des Gehäuses 12 montiert. Die Welle ist gegenüber den Wänden 28 und 30 geeignet abgedichtet, um zu verhindern, dass Flüssigkeit aus dem Gehäuse austritt. Ein Paar Scheiben 56 und 57 sind mit dieser zusammen drehbar auf der Welle 52 montiert.
Diese Scheiben werden auf der Welle durch eine Schraubenfeder 58 voneinander entfernt gehalten.
Wie nachfolgend verständlich werden wird, sind die Scheiben für eine Zerstäubung von Wasser bzw. Flüssigkeit innerhalb der Kammer unter der Wirkung ihrer Bewegung, wenn sie mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden, konstruiert. In Fig. 2 ist auch schematisch das den Sumpf 46 des Gehäuses bildende Wasser 60 eingezeichnet sowie die Anordnung des Wassereinlasses 62. Es ist zu bemerken, dass dieser Einlass so angeordnet ist, dass das Wasser in enger Nachbarschaft zur Scheibe 56 in die Kammer gelangt. Dadurch wird sichergestellt, dass das in die Kammer durch die Zufuhrleitung 64 eintretende Wasser auf die Scheibe 56 trifft, was die Geschwindigkeit der Wasserzerstäubung bei Rotation der Scheibe 56 weiter unterstützt.
Fig. 3 zeigt schematisch einen typischen Strömungsweg für das Gas durch die Kammer 12. Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung hat eine besondere Scheibenform und Anordnung. Es ist jedoch klar, dass die in Fig. 6 bis 12 gezeigten unterschiedlichen Scheibenformen auch angewandt werden können.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform hat die Scheibe 56 halbkreisförmige Aussparungen 70 am äusseren Umfang und zwei auf Kreisen angeordnete Reihen von Durchlässen 72 und 74, die auf der Scheibe vom Rand radial einwärts in einem gewissen Abstand angeordnet sind. In ähnlicher Weise hat die Scheibe 57 Aussparungen 70a am äusseren Umfang und zwei Reihen von Durchlässen 72a und 74a. Jede(r) der Aussparungen 70 sowie der Durchlässe 72a und 74 hat einen kleinen Einlass-Öffnungsquerschnitt und einen grossen Auslassquerschnitt (bei kegelförmiger Seitenbegrenzung der Bohrung), während die Aussparungen 70a und Durchlässe 72 und 74a einen kleinen Auslassquerschnitt und grossen Einlassquerschnitt haben.
Bei den in Fig. 3 gezeigten Scheiben haben alle Aussparungen 70 bzw. 70a am äusseren Umfang der Scheibe einen kleinen Durchmesser auf der Zuströmseite der Scheibe 56 bzw. auf der Abströmseite der Scheibe 57. Die Durchlässe 72 und 72a sind in gleicher Weise angeordnet, so dass der kleine Öffnungsquerschnitt abwechselnd auf der Zuströmseite und auf der Abströmseite von jeder der Scheiben 56 und 57 angeordnet ist.
Der Gasströmungsweg durch das Gehäuse 12 wird in Fig. 3 durch Pfeile angedeutet. Das Gas tritt durch den Einlass 40 in die Falle 32 ein, durchquert diese und entweicht in das Gehäuse 12 durch den Durchgang 36. Nach Durchqueren des Gehäuses wird das Gas durch den Auslass 38 in die Falle 34 abgegeben. Das befeuchtete Gas entweicht dann aus der Falle 34 durch den Auslass 42. Während seines Aufenthaltes in der Kammer 44 und bei Rotation der Scheiben 56 und 57 in Richtung der Pfeile A neigt das Gas dazu, durch die verschiedenen Durchgänge 70, 70a, 72, 72a, 74 und 74a in Richtung vom Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich gesaugt bzw. geleitet zu werden.
Es wurde gefunden, dass es durch konische Gestaltung der Durchgänge in der weiter oben angegebenen Weise und alternierende Anordnung der Verjüngungsrichtung in aneinandergrenzenden Durchgängen möglich ist, eine bedeutende Turbulenz innerhalb der Zerstäubungskammer zu erzeugen, ohne dass irgendein wesentlicher Rückstau auftritt, der den Gasdurchgang durch die Vorrichtung (Zerstäuber) behindern würde.
Obgleich gefunden wurde, dass die Form und Anordnung der Durchgänge 70, 70a, 72, 72a, 74 und 74a bei niedrigen Geschwindigkeiten nicht kritisch ist, erscheint eine grosse Anzahl solcher Durchgänge durch die Scheiben 56 und 57 bei hohen Geschwindigkeiten zur Verhinderung der Erzeugung eines Rückstaus in der Durchgangsleitung zum und vom Zerstäuber 10 erwünscht, weil sonst die Zulieferung einer angemessenen Menge von zu befeuchtendem bzw. feuchtem Gas oder Dampf behindert würde.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung, die für die Zulieferung von Narkosegasen zu einem Patienten brauchbar ist. Das Gas wird in einer schematisch mit 80 bezeichneten herkömmlichen Speichervorrichtung aufbewahrt. Von der Speichervorrichtung 80 herkommendes Gas passiert ein Regelventil 82. Dieses dient der Zulieferung irgendeines bestimmten Anteils des ankommenden Gases durch die Zuleitung 85 zu der Zerstäubervorrichtung 10' bzw. zur Bypass-Leitung 84.
Der Ausstoss des Zerstäubers 10' mischt sich nach Durchqueren der Leitung 86 mit dem Gas der Bypass-Leitung 84 und gelangt zu einer Gesichtsmaske oder anderen Applikationseinrichtung 88. Bei Verwendung eines Regelventils 82, wie es in Fig. 4 gezeigt wird, kann der Zerstäubermotor mit einer konstanten Geschwindigkeit betrieben werden und das Ausmass der Erhöhung der relativen Feuchtigkeit durch entsprechende Einstellung des zum Zerstäuber hinströmenden Gasanteils zu dem durch die Bypass-Leitung durchströmenden Gas verändert werden.
Fig. 5 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein geeignetes Regelventil 82, bei dem das Ventilgehäuse 90 einen Einlass 92 und einen mit der Einlassleitung 85 in Verbindung stehenden Auslass 94 sowie einen mit der Bypass-Leitung 84 verbundenen Auslass 96 hat. Der Ventilkörper 98 ist innerhalb des Gehäuses 90 drehbar montiert und hat eine Aufnahmekammer 100 sowie einen zugeordneten Auslass 102.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Stellung des Ventilkörpers wird das gesamte durch den Einlass 92 in das Ventil eintretende trockene Gas durch die Auslässe 102 und 94 zum Zerstäuber 10' hingeleitet. Zur Einstellung bzw. Veränderung des zum Zerstäuber geleiteten Gasprozentsatzes wird der Ventilkörper 98 gedreht, so dass irgendein erforderlicher Anteil des Auslasses 96 für den Einlass von Gas in die Bypass-Leitung 84 geöffnet wird. Wie man sieht, kann das Ventil 82 von der in Fig. 5 gezeigten Einstellung in eine Position gedreht werden, bei der das gesamte in das Ventil eintretende trockene Gas durch den Auslass 96 in die Bypass Leitung 84 entlassen wird.
Fig. 6 zeigt eine Scheibe 110, die für die Verwendung in einer Vorrichtung gemäss der Erfindung geeignet ist. Diese Scheibe hat eine zentrale Öffnung 112, die der Antriebswelle 52 in einer ähnlichen Weise wie bei den früher beschriebenen Scheiben angepasst ist. Die Scheibe 110 hat eine rinnenförmige Umfangsausnehmung 114 mit V-förmigem Querschnitt. Eine Mehrzahl von Löchern 116 mit geringem Durchmesser durchsetzt die Scheibe im Bereich der V-förmigen Ausnehmung 114 mit Öffnung innerhalb des Grundes der Ausnehmung. Die Löcher 116 sind mit gleichmässigem Abstand und in einem bestimmten radialen Abstand von der Drehachse angeordnet. Eine zweite Reihe von Löchern 118 mit grösserem Durchmesser durchsetzt den Körper der Scheibe in einem bestimmten von den Löchern 116 aus radial nach innen weisenden Abstand.
Es wurde gefunden, dass eine Scheibe dieses Typs in der weiter oben beschriebenen Vorrichtung für eine wirksame Zerstäubung von Wasser verwendet werden kann, das in die Kammer 44 eingebracht wird oder in dieser enthalten ist.
Eine andere Scheibenart wird in Fig. 7 gezeigt. Bei dieser Ausführungsart hat die Scheibe 120 zwei peripher voneinander entfernte Reihen von Durchlässen 126 und 128 und eine Reihe von halbkreisförmigen Aussparungen 124 längs des Umfanges. Sowohl die Vorder- als auch die Rückseite der Scheibe zeigt angrenzend an die Aussparungen 124 und Durchlässe 126 und 128 Auskehlungen. Auch hier wurde gefunden, dass die Scheibe dieses Typs zur Zerstäubung von in der Kammer des Zerstäubers enthaltenem oder in diese eintretendem Wasser bei Rotation mit genügender Geschwindigkeit dienlich sein wird.
Fig. 8 zeigt eine weitere Form einer Scheibe 130 mit Aussparungen 134 und Durchlässen 136 und 138, die jeweils relativ zueinander umfangsmässig entfernt sind. Alle Aussparungen 134 und alle Durchlässe 136 und 138 haben eine konische Ausnehmung in der Vorderseite 133, die sich von vorn nach hinten erstreckt, so dass die Öffnung an der Rückseite der Scheibe kleiner ist als an der Vorderseite der Scheibe.
Die in Fig. 9 gezeigte Scheibe 140 hat wiederum Aussparungen 144 am äusseren Umfang und radial nach einwärts angeordnete Durchlässe 146 und 148. Bei dieser Ausführungsform liegt der verjüngte Teil der Ausnehmungen 144 alternierend an der Vorder- bzw. Hinterseite der Scheibe.
Eine ähnliche alternierende Anordnung der Verjüngungs richtung zeigen die Durchlässe 146, während der Durchmesser aller Durchlässe 148 von der Vorderseite zur Hinterseite der Scheibe hin abnimmt.
Bei Fig. 10 sind die Aussparungen 154 und Durchlässe 156 der Scheibe 150 wie bei Fig. 9 alternierend nach vorn bzw. hinten zu verjüngt, und die Durchlässe 158 zeigen ebenfalls eine alternierende Anordnung der Verjüngungsrichtung.
Fig. 11 zeigt eine Scheibe 160 mit Aussparungen 164 mit konischer Begrenzung, deren Durchmesser von der Vorderseite zur Hinterseite hin abnimmt. Die Durchlässe 166 und 168 zeigen keine konische Verjüngung.
Eine einfache Form von Scheibe 170 wird in Fig. 12 gezeigt. Bei dieser erstrecken sich die Ausnehmungen 174 und die Durchlässe 176 und 178 in gerader Weise durch den Körper der Scheibe, und sie zeigen keinerlei Verjüngung.
Bei allen diesen Scheiben können zahlreiche zusätzliche Abwandlungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann radial einwärts an den in Fig. 9 bis 12 gezeigten innersten Lochkranz eine zusätzliche Reihe von längs eines Kreises verteilten Durchlässen (z. B. 76, 76a; s. Fig. 3) angeordnet sein.
Bei Verwendung dieser Vorrichtung für medizinische oder chirurgische Zwecke wird das trockene Gas, das irgendeines der allgemein bekannten Narkosegase sein kann, wie 2, He oder N2O oder CO2 über das Regelventil 82 zum Zerstäuber geliefert. Wasser kann entweder vor Inbetriebnahme des Zerstäubers in den Sumpf 46 eingespeist oder kontinuierlich oder in Tropfenform über den Einlass 62 zugefügt werden. Selbstverständlich kann auch kombiniert Wasser im Sumpf gespeichert und kontinuierlich oder tropfenweise zugeliefert werden.
Bei Inbetriebnahme des Motors 16 werden die Scheiben 56, 57, 110, 120, 130, 140, 150, 160 bzw. 170 innerhalb der Kammer 44 in Rotation versetzt. Ein unteres Segment der Scheiben durchquert dabei die im Sumpf 46 enthaltene Flüssigkeit 60 (insbesondere Wasser). In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass lediglich ein sehr geringer Zwischenraum 49 zwischen dem äusseren Umfang der Scheiben und der Innenfläche der zylindrischen Wand 26 vorgesehen ist.
Es wurde gefunden, dass es bei Anwendung irgendeiner der weiter oben beschriebenen Scheiben möglich ist, näherungsweise 1,4 g Wasser zu zerstäuben und in den durch die Kammer mit einer Geschwindigkeit von 5 1/min strömenden Sauerstoff bzw. Gasstrom zu überführen, wenn die Kammer ursprünglich mit 20 g destilliertem Wasser gefüllt ist. Mit den einzelnen in den Zeichnungen dargestellten Scheiben wurden jeweils sehr ähnliche Ergebnisse erzielt.
Wie festgestellt wurde, ergibt eine (nicht gezeigte) Vollscheibe ohne irgendwelche Durchzugslöcher einen relativ geringen Anstieg der relativen Feuchtigkeit. Die Verwendung einer Vollscheibe kann für Anwendungszwecke von Vorteil sein, bei denen eine Apparatur gewünscht wird, durch welche die relative Feuchtigkeit eines Gases nicht über einen vorbestimmten Maximalwert erhöht werden soll. Eine solche Struktur ist jedoch ungeeignet, wenn eine höhere Steigerungsrate der relativen Feuchtigkeit im Gas erforderlich ist. Zudem kann das Gas bei der Vollscheibe weder in genügend hoher Volumenmenge oder Geschwindigkeit frei durch die Kammer hindurchtreten, noch wird eine ausreichende wirksame Mahlwirkung der Scheiben erreicht, durch welche die Flüssigkeit 60 zur raschen Erhöhung der Feuchtigkeit eines grossen durch Kammer 44 hindurchtretenden Gasvolumens angeregt würde.
Scheiben mit Löchern, wie sie in den Fig. 6 bis 12 gezeigt werden. sind zu einer wesentlichen Erhöhung der relativen Feuchtigkeit eines Gases befähigt und gestatten erhebliche Gasströmungen durch die Kammer. Es wurde gefunden, dass die konisch gestalteten Durchlässe von den Fig. 7 bis 10 als schwacher Ventilator wirken mit einer Tendenz zur Erhöhung der Turbulenz des durch die Kammer 44 hindurchtretenden Gases ohne wesentliche Erhöhung des Druckes innerhalb der Kammer 44. Diese Struktur ermöglicht eine sehr geringe Frischluft- bzw. Gaszirkulation von üblicherweise in der klinischen Praxis erforderlichem Typ ohne einen zusätzlichen
Umwälzventilator. So wird die Flüssigkeit zwischen der
Scheibe und der Kammerwand durch die unterschiedliche Ge schwindigkeit der Flüssigkeit an diesen Oberflächen einer
Scherwirkung ausgesetzt.
Diese Geschwindigkeitsdifferenz ist zur Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe proportional. Es wurde gefunden, dass die dabei erzeugte Mahlwirkung eine
Dispersion von Molekülen oder winzigen Tröpfchen der
Flüssigkeit, wie z. B. Wasser, in die Atmosphäre der Kammer hinein bewirkt, wo eine Mischung mit der hindurchtretenden
Gasströmung stattfindet.
Es wurde gefunden, dass die Flüssigkeitsmenge, die in den Gasstrom eingebracht werden kann, mit der Rotations geschwindigkeit und der Flüssigkeitstiefe in der Kammer zunimmt.
Es ist ebenfalls zu bemerken, dass der Einlass für das Gas benachbart zur Rotationsachse der Scheiben angeordnet ist.
Wenn die Scheiben in Rotation versetzt werden, verursachen die Zentrifugalkräfte innerhalb der Kammer einen Druck abfall im Bereich benachbart zur Rotationsachse, was die
Einspeisung von Gas oder Luft in die Kammer unterstützt.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Vor richtung, das diese von herkömmlichen Raumbefeuchtern un terscheidet, besteht darin, dass die Rotation der Scheiben bei der Flüssigkeit in der Kammer eine Art Mahlwirkung ausübt. Diese Mahlwirkung verursacht ein mechanisches
Aufreissen der molekularen Bindungskräfte in der Flüssig keit. Der durch die Kammer hindurchtretende Luft- oder
Gasstrom nimmt die in feine Teilchen zerrissene Flüssigkeit auf und führt sie mit sich, wodurch die relative Feuchtigkeit des Gases sehr rasch ansteigt.
Dabei ist zu bemerken, dass - wie bereits weiter oben angegeben wurde - nur ein sehr kleiner bzw. schmaler Zwi schenraum 49 zwischen der inneren Zylinderfläche 26 der
Kammer und der Aussenfläche der Rotationsscheibe vor handen ist. Das führt dazu, dass in der Kammer vorhandenes
Wasser durch Grenzschichtadhäsion aufgenommen und in
Bewegung versetzt wird und gleichzeitig der Einwirkung von
Zentrifugalkräften unterliegt; dabei wird Flüssigkeit zwischen die Scheibe und die Wand getrieben. Die Flüssigkeit 60 neigt an der Kammerwand 26 dazu, an dieser zu haften, während eng benachbart dazu Flüssigkeit durch die Scheibe zu einer
Kreisbewegung angeregt wird, wobei die Flüssigkeit an der
Scheibenoberfläche etwa die Geschwindigkeit der Scheibe an nimmt.
Zur Bestimmung der Flüssigkeitsmenge, die mit den er findungsgemässen Vorrichtungen in einer bestimmten Zeit dauer zerstäubt werden kann, wurden zahlreiche Versuche durchgeführt. Bei den ersten vier Versuchen waren zwei
Scheiben mit 15,2 cm Durchmesser und 3,18 mm Dicke auf der Welle des Zerstäubers montiert und wurden mit 1640
Upm in Rotation versetzt. Am äusseren Umfang hatten die
Scheiben 30 Aussparungen der in Fig. 8 gezeigten Art. Die
Durchlässe des ersten Lochkranzes waren jeweils zwischen zwei Randaussparungen versetzt angeordnet und in einer
Anzahl von 30 Stück vorhanden. Die Durchlässe des zweiten
Lochkranzes waren zwischen je zwei Durchlässen der ersten
Reihe versetzt und radial einwärts angeordnet und in einer
Anzahl von insgesamt 15 vorhanden. Die dritte Reihe von insgesamt 15 Löchern war versetzt zur zweiten Reihe ange ordnet.
Versuch 1
Der erste Versuch wurde mit 35 g destilliertem Wasser im Sumpf durchzeführt, und die Prüfergebnisse wurden nach 10 min aufgenommen. Durch die Vorrichtung wurde Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von 61/min geleitet, und als Mittel von drei Prüfungen wurde eine Wasseraufnahme durch den Sauerstoff von 5,4 g entsprechend etwa 91 mg/l ge funden. Als weiteres Merkmal dieser Prüfung wurde festgestellt, dass die Temperatur des mit Umgebungstemperatur von 24,4 C eintretenden Gases am Auslass des Zerstäubers auf 31,1 C angestiegen war.
Versuch 2
Ein weiterer Versuch wurde mit einer Scheibe durchgeführt, die einen kleinen Durchmesser (von 4,33 cm) hatte und mit dem Wasser im Sumpf 46 nicht in Kontakt war.
Durch die Vorrichtung 10 wurde Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von 5 1/min geleitet, und zu Beginn der Prüfung enthielt der Sumpf 46 5 g destilliertes Wasser. Nach einer Zeitdauer von 10 Minuten betrug die vom Sauerstoff aufgenommene Flüssigkeitsmenge 0,26 g.
Versuch 3
Bei diesem Versuch wurde eine Scheibe der in Fig. 12 gezeigten Art in der Kammer mit etwa 1400 bis 1750 Upm in Rotation versetzt, wobei jedoch genaue Messungen unmöglich waren. Durch die Kammer wurde Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von 5 1/min geleitet, und 5 g destilliertes Wasser befanden sich im Sumpf 46. Nach 10 Minuten waren 1,26 g Wasser in den Sauerstoff übergegangen.
Die obigen Versuche wurden mit zahlreichen Gasen wiederholt; die dabei erzielten Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefasst.
Tabelle 1 Gas Wasseraufnahme (mg/Liter) A 91,06 B 82,233 C 84,4 mit einem Gas A aus N2O (4 Liter/min) O2 (2 Üter/min) und Fluothane (1%)
Gas B aus N2O (4 Liter/min) O3 (2 Liter/min) und Penthrane (1%);
Gas C wurde durch N2O (6 Liter/min) gebildet.
Weiter wurden zusätzliche Versuche unter den in Versuch 3 angegebenen Bedingungen durchgeführt; die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle II zusammengefasst.
Tabelle II
Versuch-Nr. Scheibe nach N2O-Aufnahme
Fig. (g)
4 6 1,3
5 7 1,4
6 8 1,2
7 10 1,1
8 11 1,1
Aus diesen Versuchen geht hervor, dass die Feuchtigkeit des Sauerstoffs (und von anderen Gasen) durch Hindurchleiten durch die erfindungsgemässe Vorrichtung erheblich erhöht werden kann.
Wie Versuch 1 zeigt, wurde die relative Feuchtigkeit des Sauerstoffs auf etwa 400 % erhöht. Zwar waren Werte für die Wassersättigung von Sauerstoff nicht verfügbar, jedoch wurde angenommen, dass die Sättigungswerte bei Sauerstoff praktisch denjenigen von Luft gleichzusetzen sind. Danach wurde die relative Feuchtigkeit des bei Versuch 1 abgehenden Gases wie folgt bestimmt:
EMI5.1
mit R = Gas-Strömungsgeschwindigkeit (Liter/min) t = Zeit (min)
W = Wasseraufnahme (g)
E = Masse des Dampfes in gesättigtem Sauerstoff bei Prüftemperatur (24,4 C) Danach betrug die relative Feuchtigkeit des Sauerstoffs
EMI5.2
Die relative Feuchtigkeit des Gases wurde im Rahmen der vorliegenden Versuche allgemein gemäss obiger Formel bestimmt.
Wenn sich Wasserdampf über einer Wassermenge mit dieser im Gleichgewicht befindet, ist die relative Feuchtigkeit 100%. Die relative Feuchtigkeit von 100% ist temperaturabhängig, und die in irgendeinem Gas bei Sättigung vorhandenen Wassermengen können den üblichen Tabellenwerken entnommen werden. Diese relative Feuchtigkeit von 100% wird nun bei irgendeiner gegebenen Temperatur erhalten, wenn die Luft ruhig und die mit dem Dampf in Kontakt befindliche Wassermenge ebenfalls ruhig ist.
Wenn jedoch im Wasser z. B. durch Aufschleudern der Wassermasse auf eine Oberfläche infolge der mechanischen Kräfte eine Turbulenz hervorgerufen wird, ist das in der Umgebung befindliche Gas bzw. die Luft nicht mehr ruhig und wird selbst turbulent. Das neue turbulente Gleichgewicht kann als relative Feuchtigkeit von über 100% gemessen werden (d. h. über der relativen Feuchtigkeit von ruhendem Gas und damit im Gleichgewicht befindlicher Flüssigkeit liegen). In Wirklichkeit ist dieses neue Gleichgewicht zwischen turbulentem Gas (Luft) und bewegter Flüssigkeit (Wasser) durch einzelne Dampfmoleküle oder Ansammlungen solcher Moleküle, die entweder sichtbar oder für das blosse Auge unsichtbar sind, übersättigt. Bei den vorstehenden Prüfungen war das im Gas enthaltene Wasser für das blosse Auge unsichtbar.
Die vorstehenden Erläuterungen sollen nicht besagen, dass die bei den obigen Prüfungen erzielten Ergebnisse einem Gleichgewicht zwischen turbulentem Gas und Wasser entsprechen. Was gewiss erreicht werden kann, ist eine relative Feuchtigkeit, die höher ist, als dem Gleichgewicht zwischen ruhendem Gas und Flüssigkeit entspricht.
Weitere Prüfergebnisse besagen, dass nach 10 Minuten Betrieb mit 50 g Wasser im Sumpf 46, einer Scheibengeschwindigkeit von 1540 Upm und einem Sauerstoffstrom von 6 1/min 6,2 g Wasser abgegeben wurden und mithin 103,3 mg Wasser je Liter im durch die Vorrichtung 10 strömenden Sauerstoff dispergiert wurden. Die Dampftemperatur betrug bei der gesamten Prüfung 22,8 C.
Die Fig. 13 und 2A zeigen weitere Ausführungsarten gemäss der Erfindung. Der Zerstäuber 10' hat eine Reihe von festen in enger Nachbarschaft zu den rotierenden Scheiben 56 und 57 angeordneten Prallorganen. Beispielsweise kann das Prallorgan durch Ansätze 200 gebildet werden, die von der zylindrischen Wand der Kammer 44 an gerechnet nach innen versetzt sind bzw. vorspringen und insbesondere im oberen Teil derselben (oberhalb der Achse der Antriebswelle 52 für die Rotation der Scheiben) angeordnet sind.
Weiter kann bei Fig. 1 ein zusätzliches Prallorgan zwischen den Scheiben 56 und 57 beispielsweise als Stöpsel 27 vorgesehen sein, der eine genügende Länge besitzt, so dass er durch die zylindrische Wand 26 nach innen in den Raum zwischen den Scheiben 56 und 57 vorspringt. Vorzugsweise sind die Prallorgane in enger Nachbarschaft zu den rotieren den Schaufeln bzw. Scheiben angeordnet, beispielsweise in etwa 3 mm Abstand, so dass die Flüssigkeitsströmung benachbart zu den Oberflächen der rotierenden Scheiben aufgerissen wird. Bei dieser Ausführungsart kann irgendeine der in den Fig. 3 und 6 bis 12 dargestellten Scheiben verwendet werden.
PATENTANSPRUCH 1
Vorrichtung zur kontrollierten Erhöhung des relativen Feuchtigkeitsgehaltes eines Gases mit einem Gehäuse mit einer Kammer mit Sumpf im unteren Teil; zum Sumpf hin offene Mittel für die Flüssigkeitszufuhr; zur Kammer hin offene Mittel für den Einlass von Gas in die Kammer und entsprechende Auslassmittel zur Fortführung des Gases aus der Kammer, gekennzeichnet durch in der Kammer (44) drehbare Scheiben (56, 57), von denen ein Abschnitt des äusseren Randes in den Sumpf (46) hineinragt; Mittel (16) für die Rotation der Scheiben mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit zur Zerstäubung der Flüssigkeit innerhalb des Kammerraumes, durch den das Gas geleitet wird.
UNTERANSPRÜCHE
1. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ein- und Auslass (36 und 38) für das Gas an entgegengesetzten Seiten der rotierenden Scheiben (56, 57) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und Unteranspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (62, 64) zur gesteuerten Zufuhr von Flüssigkeit zum Sumpf (46).
3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und Unteranspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit der Scheiben.
4. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder einem der Unteransprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch zumindest zwei Scheiben (56, 57), die um eine gemeinsame Achse drehbar in der Kammer (44) montiert und in einem Abstand parallel zueinander angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder einem der Unteransprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (56, 57) eine Mehrzahl von vom Umfang her nach innen vorspringenden Aussparungen (70, 70a) in Kreisteilung angeordnet aufweisen.
6. Vorrichtung nach Unteransprüchen 4 und 5, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Durchlässen (72, 74, 76,), die durch den Scheibenkörper hindurchgehen und den Durch tritt von Gas von der einen Seite der Scheibe (56) zur anderen (57) ermöglichen.
7. Vorrichtung nach Unteranspruch 6, gekennzeichnet durch einen ersten Lochkranz von gleichmässig längs des Umfanges verteilten Durchlässen (72), die von der Aussenkante einer Scheibe (56) an gerechnet nach innen zu einen gewissen Abstand haben.
8. Vorrichtung nach Unteranspruch 7, gekennzeichnet durch einen zweiten Lochkranz von gleichmässig über den Umfang verteilten Durchlässen (74), die vom ersten Lochkranz an gerechnet radial einwärts angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (70) bzw. Durchlässe (72, 74, 76) je eine Einlassöffnung auf einer Seite der Scheibe und je eine Auslassöffnung auf der anderen Seite der Scheibe haben, wobei die Einlassöffnung wesentlich kleiner als die Auslassöffnung ist.
10. Vorrichtung nach Unteransprüchen 8 und 9, gekennzeichnet durch alternierende Anordnung der Verjüngungsrichtung der Aussparungen (70, 70a) bzw. Durchlässe (72, 72a, 74, 74a, 76, 76a) innerhalb eines Lochkranzes und/oder von einem Lochkranz zum benachbarten der Scheibe und/ oder von einer Scheibe zur anderen.
11. Vorrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlässe (72, 74) je eine Einlassöffnung und eine wesentlich grössere Auslassöffnung haben, wobei die Einlassöffnungen der Durchlässe (74) des zweiten Lochkranzes alle auf einer Seite der Scheibe (56) und die Auslassöffnungen auf der anderen Seite liegen, während die Einlass- und Auslassöffnungen der jeweils benachbarten Durchlässe (72) des ersten Lochkranzes auf entgegengesetzten Seiten der Scheibe liegen.
12. Vorrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangskante der Scheibe (110) eine V-förmige Umfangsrinne (114) aufweist, deren Boden genügend weit radial einwärts reicht, so dass die Durchlässe (116) des ersten Lochkranzes zur Rinne (114) hin offen sind, wobei die Durchlässe des ersten Lochkranzes wesentlich kleiner sind als die des zweiten.
13. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch senkrechte Anordnung der Scheiben innerhalb der Kammer.
14. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch ein relativ geringes Spiel (49) zwischen dem äusseren Umfang der Scheiben und der Kammerwand.
15. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch scheibenachsnahe Anordnung des Gaseinlasses (36).
16. Vorrichtung nach Unteranspruch 15 gekennzeichnet durch einen sich konisch nach dem Kammerinnenraum zu erweiternden Gaseinlass (36).
17. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und Unteran spruch 1 gekennzeichnet durch Flüssigkeitsfallen (34) am Gasauslass (38) zur Verhinderung eines Austritts schwerer Flüssigkeitsteilchen aus der Kammer.
18. Vorrichtung nach Unteranspruch 2, gekennzeichnet durch eine Flüssigkeitsfalle (32) am Gaseinlass (36) zur Verhinderung eines Entweichens von Flüssigkeit aus der Kammer über den Gaseinlass.
19. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und den Unteransprüchen 1, 2 und 8, gekennzeichnet durch Prallorgane (27; 200), die in die enge Nachbarschaft zu den rotierenden Scheiben reichen, so dass die Flüssigkeitsströmung angrenzend an die Oberflächen der rotierenden Scheiben aufgerissen wird.
20. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und Unteransprüchen 1, 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallorgane (27; 200) auf zumindest etwa 3 mm Abstand an die Oberfläche der rotierenden Scheiben heranreichen.
PATENTANSPRUCH II
Anwendung der Vorrichtung nach Patentanspruch 1 zum Befeuchten von Narkosegasen.
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.