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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befeuchten eines Atemgasstromes
mit:
- – einem
Gaseinlass zum Einspeisen von zu befeuchtendem Eingangsgas,
- – einem
Gasauslass zur Abgabe von befeuchtetem Ausgangsgas,
- – einem
Flüssigkeitseinlass,
zum Einspeisen der zum Befeuchten verwendeten Flüssigkeit,
- – einer
mit dem Flüssigkeitseinlass
in Verbindung stehenden beheizbaren Flüssigkeitsaufnahme,
- – einem
mit dem Gaseinlass, dem Gasauslass und der Flüssigkeitsaufnahme in Verbindung
stehenden Mischraum, der zum Mischen des Eingangsgases mit dem Dampf
der Flüssigkeit
vorgesehen ist, und
- – einer
Heizvorrichtung zum Beheizen der Flüssigkeitsaufnahme, die an eine
Steuervorrichtung zur Steuerung der Heizvorrichtung angeschlossen
ist.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Befeuchten eines Atemgasstromes.
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Eine
derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind aus der
US 63 49 722 B1 bekannt.
Die Vorrichtung zum Befeuchten von Atemgas weist einen Behälter auf,
der einen Gaseinlass und einen Gasauslass aufweist. Über den
Gaseinlass kann zu befeuchtendes Atemgas mithilfe eines Gebläses in den
Behälter
eingespeist werden. Der Gasauslass ist an einen beheizbaren Schlauch
anschließbar,
der zu einem zu beatmenden Patienten führt und über den das befeuchtete Atemgas
dem zu beatmenden Patienten zugeführt werden kann. Der Behälter kann
ferner mit einer Flüssigkeit
gefüllt
werden, die zum Befeuchten des über
den Gaseinlass in den Behälter eingespeisten
Atemgases dient. Zum Beheizen der sich in dem Behälter befindenden
Flüssigkeit
ist eine Heizplatte vorgesehen, die von einer Steuervorrichtung
gesteuert ist. Im Normalbetrieb regelt die Steuervorrichtung die
Leistung der Heizplatte in Abhängigkeit
von der Ausgangstemperatur des befeuchteten Atemgases. Gleichzeitig überwacht
die Steuervorrichtung die von der Heizplatte aufgenommene Leistung.
Falls die Heizleistung unter einen vorgegebenen Schwellwert sinkt,
schaltet die Steuervorrichtung in einen modifizierten Betriebsmodus
um, in dem die Heizplatte ein Mindestmaß an Heizleistung zur Verfügung stellt.
Das Umschalten in den modifizierten Betriebsmodus findet in der
Regel dann statt, wenn das einströmende zu befeuchtende Atemgase eine
zu hohe Eingangstemperatur aufweist. In den Normalbetrieb wird erst
dann zurückgeschaltet,
wenn die Ausgangstemperatur des befeuchteten Atemgases unter den
Sollwert sinkt. Dies wird in der Regel dann der Fall sein, wenn
die Eingangstemperatur zurückgeht.
Durch den modifizierten Betriebsmodus soll verhindert werden, dass
eine zu hohe Eingangstemperatur des in den Behälter eingespeisten Atemgases
zu einer Reduzierung der Heizleistung führt, was eine zu geringe Feuchte
in dem aus dem Gasauslass ausströmenden
Atemgas zur Folge hätte.
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Ein
Nachteil der bekannten Vorrichtung und des bekannten Verfahrens
zeigt sich, wenn die in den Gaseinlass eingespeiste Atemluft neben
einer hohen Eingangstemperatur auch eine hohe Eingangsfeuchte aufweist.
Wenn die Steuervorrichtung in diesem Fall in den modifizierten Betriebsmodus
umschaltet und die Heizplatte ein Mindestmaß an Heizleistung an den Behälter abgibt,
kann ein übersättigtes
Atemgas entstehen, das im Beatmungsschlauch auskondensiert. Das
dabei entstehende Kondensat kann dabei auch zum zu beatmenden Patienten
gelangen und die Atmung des Patienten beeinträchtigen. Die Werte für das Mindestmaß an Heizleistung,
das die Heizplatte im modifizierten Betriebsmodus abgibt, müssen daher
in der Praxis so niedrig angesetzt werden, dass auch dann nicht übersättigtes
Atemgas aus dem Gasauslass austritt, wenn das über den Gaseinlass einströmende Atemgas
bereits ein beträchtliches
Maß an
Feuchte mitbringt. Das Einhalten eines Sicherheitsabstands bei der
Vorgabe des Mindestmaßes
an Heizleistung führt
aber andererseits dazu, dass bei trockenem einströmenden Gas
die erforderliche Feuchte nicht bereitgestellt werden kann, wenn das
einströmende
Atemgas eine zu hohe Temperatur, aber ein geringe Feuchte aufweist.
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Aus
der
DE 102 34 811
C1 ist eine weitere Vorrichtung zum Befeuchten von Atemgas
bekannt, die auch an einem Beatmungsschlauch ohne Schlauchheizung
betrieben werden kann. Die bekannte Vorrichtung umfasst einen Verdampfer,
von dem aus Dampf in die Atemgasleitung eingespeist wird. Das sich
im Verdampfer befindende Wasser wird dabei auf einer Temperatur
oberhalb der Siedetemperatur gehalten. Insbesondere ist die Verdampfungsleistung
des Verdampfers mithilfe eines ausgangsseitig angeordneten Feuchtesensors
auf einen Sollwert für
die Feuchtigkeit geregelt. Sich im Bereich des Feuchtesensors bildendes
Kondensat wird gesammelt und kann durch dazu vorgesehene Kanäle abfließen. Die
bekannte Vorrichtung zum Befeuchten von Atemgas eignet sich insbesondere
für die
Beatmung zu Hause, insbesondere zur Behandlung der Schlafapnoe.
Für den
klinischen Gebrauch ist die bekannte Vorrichtung. nicht geeignet,
da keine Temperaturführung
des angefeuchteten Gases vorhanden ist.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Befeuchten von Atemgas
zu schaffen, mit denen sich die Vorgaben bezüglich der Temperatur und der
Feuchte von Atemgas auch unter widrigen Umgebungsbedingungen einhalten
lassen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
In davon abhängigen
Ansprüchen
sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
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Bei
der Vorrichtung und dem Verfahren sind die Mischkammer, die Flüssigkeitsaufnahme
und die Heizvorrichtung dazu eingerichtet, beim Betrieb des Anfeuchters
ein mit Dampf übersättigtes
Gasgemisch zu erzeugen. Ferner ist zwischen Mischkammer und Gasauslass
ein Kondensierraum angeordnet, der dazu eingerichtet ist, beim Betrieb
des Anfeuchters das übersättigte Gasgemisch
durch Auskondensieren überschüssiger Feuchte
in das am Gasauslass ausströmende
Ausgangsgas umzuwandeln und das anfallende Kondensat abzuführen. Da beim
Betrieb des Anfeuchters im Mischraum ein mit Dampf übersättigtes
Gasgemisch erzeugt wird und die Temperatur und der Feuchtegehalt
des in die Atemgasleitung abgegebenen Ausgangsgases erst in dem
Kondensierraum eingestellt wird, kann der Fall einer zu geringen
Feuchte bei einer zu hohen Eingangstemperatur des einströmenden Gases
nicht eintreten. Denn in diesem Fall wird unabhängig von der Feuchte des Eingangsgases
ebenfalls übersättigtes
Atemgas im Mischraum erzeugt, dessen Temperatur dann im Kondensierraum
auf die Solltemperatur und den erforderlichen Feuchtegehalt eingestellt
wird. Insofern kann im Kondensierraum, unabhängig von den Umgebungsbedingungen
ein Feuchtegehalt in der Nähe
der Sättigungsgrenze
eingestellt werden. Mit der Vorrichtung und dem Verfahren lässt sich
daher auch bei widrigen Umgebungsbedingungen Ausgangsgas mit einer
Feuchte im Bereich der Sättigungsgrenze
erzeugen.
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Bei
einer Ausführungsform
der Vorrichtung und des Verfahrens wird die zum Verdampfen vorgesehene
Flüssigkeit
in der Flüssigkeitsaufnahme
dauerhaft oberhalb der Siedetemperatur der Flüssigkeit gehalten. Dadurch
ist es möglich,
eventuell in der Flüssigkeit
vorhandene Keime abzutöten.
Folglich ist es grundsätzlich
möglich,
als Flüssigkeit,
die zum Verdampfen vorgesehen ist, auch mit Keimen belastete Flüssigkeit,
insbesondere auch Brauchwasser, zu verwenden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
regelt die Steuervorrichtung die Leistung der Heizvorrichtung in
Abhängigkeit
von der Ausgangstemperatur des am Gasauslass ausströmenden Ausgangs gases.
Da bei gleichbleibender Eingangstemperatur die Ausgangstemperatur
im Wesentlichen von der Heizleistung der Heizvorrichtung abhängt, die
gleich der Befeuchtungsleistung ist, kann über die Ausgangstemperatur
der Feuchtegehalt der ausströmenden Luft
beeinflusst werden.
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Um
auf Änderungen
der Eingangstemperatur des Eingangsgases reagieren zu können, wird
die Eingangstemperatur gemessen. Bei einer Erhöhung der Eingangstemperatur
kann dann die Ausgangssolltemperatur erhöht werden, um trotz der erhöhten Eingangstemperatur
am Gasausgang Ausgangsgas zur Verfügung zu stellen, das einen
ausreichenden Feuchtegehalt aufweist.
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Um
auch bei ungünstigen
Umgebungsbedingungen die Ausgangstemperatur des am Gasausgang zur
Verfügung
gestellten Ausgangsgases nicht zu groß werden zu lassen, kann der
Kondensierraum aktiv gekühlt
sein. Durch die aktive Kühlung
der Kondensierkammer ist es möglich,
das vom Mischraum in den Kondensierraum einströmende Gasgemisch soweit abzukühlen, dass
die Ausgangstemperatur des am Gasausgang ausströmenden Atemgases unabhängig von
der Eingangstemperatur gleich einer vorgegebenen Ausgangssolltemperatur
entspricht.
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Der
Kondensierraum ist vorzugsweise so ausgerichtet, dass im Kondensierraum
anfallendes Kondensat zur Flüssigkeitsaufnahme
zurückgeführt wird.
Dadurch kann der Verbrauch an Flüssigkeit
gering gehalten werden.
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Weiterhin
kann die Flüssigkeitsaufnahme, der
Mischraum und der Kondensierraum als eine Baueinheit ausgebildet
sein, die beispielsweise zu Reinigungszwecken von einer Heizeinheit,
die den Gaseinlass, den Gasauslass und den Flüssigkeitseinlass sowie die
Heizvorrichtung umfasst, getrennt werden kann. Eine derartige Baueinheit
kann auch als Einwegartikel ausgebildet sein, der nach einmaligem
Gebrauch entsorgt wird.
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Weitere
Vorteile und Eigenschaften der Vorrichtung und des Verfahrens gehen
aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnung im Einzelnen erläutert
werden. Es zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch einen Anfeuchter; und
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2 einen
Querschnitt durch einen abgewandelten Anfeuchter.
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1 zeigt
einen Anfeuchter 1, der einen Gaseinlass 2 für zu befeuchtendes
Eingangsgas 3 aufweist. Der Gaseinlass 2 führt zu einer
Mischkammer 4, in der sich ein Gaswirbel 5 ausbilden
kann. Die Mischkammer 4 steht ferner in Verbindung mit
einem Kocher 6, in dem sich Flüssigkeit 7 befindet,
die durch einen Flüssigkeitseinlass 8 in
den Kocher 6 eingespeist wird. In der Regel wird es sich
bei der Flüssigkeit 7 um
Wasser handeln. Dem Wasser können
auch Mittel für
die Therapie oder Anästhesie
zugesetzt sein. Der Flüssigkeitseinlass 8 ist über eine Leitung 9 mit
einem Flüssigkeitsreservoir 10 verbunden.
Der Zufluss der Flüssigkeit 7 zum
Kocher 6 wird mithilfe eines Ventils 11 geregelt.
Das Ventil 11 steht vorzugsweise mit einem in 1 nicht
dargestellten im Kocher 6 angeordneten Schwimmer in Verbindung,
der den Füllstand
des Kochers 6 auf einem konstantem Niveau hält. Die
Flüssigkeit 7 wird
mithilfe einer Heizung 12 auf einer Temperatur oberhalb der
Siedetemperatur gehalten. Die Temperatur der Flüssigkeit 7 im Kocher 6 wird
dabei mithilfe eines Temperatursensors 13 überwacht.
Mit dem Temperatursensor 13 kann insbesondere eine Übertemperatur
des Kochers 6 bei fehlender Flüssigkeit 7 erfasst werden.
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Aus
dem Kocher 6 aufsteigender Dampf 14 wird von einer
im Inneren der Mischkammer 4 ausgebildeten Wand 15 in
einen oberen Bereich der Mischkammer 4 geleitet. Dort wird
er vom Gaswirbel 5 erfasst und vermischt sich mit dem Eingangsgas 3.
Dadurch entsteht ein Gasgemisch, das mit Dampf 14 übersättigt ist.
Das mit Dampf 14 übersättigte Gasgemisch
gelangt durch eine zentrale Öffnung 16 einer Blende 17 in
eine Kondensierkammer 18, in der sich ein weiterer Gaswirbel 19 ausbilden.
kann. In der Kondensierkammer 18 kondensiert überschüssige Feuchte
aus dem Gasgemisch aus. Das dabei entstehende Kondensat läuft über die
zur Öffnung 16 hin vertiefte
Blende 17 zur Öffnung 16 und
gelangt über die Öffnung 16 zurück in die
Mischkammer 4, wo das Kondensat auf einen zum Kocher 6 hin
geneigten Boden 20 trifft. Über den Boden 20 kann
das Kondensat durch eine Öffnung 21 in
der Wand 15 zum Kocher 6 zurücklaufen. Auf diese Weise wird
der Flüssigkeitsverbrauch
des Anfeuchters 1 gering gehalten. Die beim Auskondensieren
im Kondensierraum 18 oder die beim weiteren Abkühlen des
Gasgemisches entstehende Wärme 22 kann
auf aktivem oder passivem Wege abgeführt werden. Bei dem in 1 dargestellten
Anfeuchter 1 wird die Wärme 22 passiv über eine
Wand 23 des Kondensierraums 18 in die Umgebung
abgeführt.
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Die
Kondensierkammer 18 verfügt ferner über einen Gasauslass 24,
durch den befeuchtetes Ausgangsgas 25 in einen in 1 nicht
dargestellten beheizten Beatmungsschlauch strömt. Ferner ist im Bereich des
Gasauslasses 24 ein Ausgangstemperatursensor 26 angeordnet,
mit dem sich die Temperatur des Ausgangsgases 25 erfassen
lässt.
Der Ausgangstemperatursensor. 26 ist ebenso wie der Temperatursensor 13 und
die Heizung 12 an eine Steuervorrichtung 27 angeschlossen,
die insbesondere die Heizleistung der Heizung 12 in Abhängigkeit
von der vom Ausgangstemperatursensor 26 erfassten Ausgangstemperatur
regelt. Daneben überwacht
die Steuervorrichtung 27 die vom Temperatursensor 13 erfasste
Temperatur des Kochers 6 auf das Überschreiten einer vorbestimmten
Obergrenze, um ein Überhitzen
des Kochers 6 zu verhindern.
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Die
Verdampfungsleistung des Kochers 6 wird von der Steuervorrichtung 27 so
bemessen, dass das Eingangsgas 3 mit Dampf 14 übersättigt wird.
Da in der Mischkammer 4 ständig eine Übersättigung des Eingangsgases 3 stattfindet,
ist die Auf sättigung
des Eingangsgases 3 unabhängig von der Eingangsfeuchte
des Eingangsgases 3.
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Ein
weiterer Vorteil des Anfeuchters 1 ist, dass die Flüssigkeit 7 im
Kocher 6 auf einer Temperatur oberhalb der Siedetemperatur
gehalten wird. Sich in der Flüssigkeit 7 befindende
Keime werden dadurch abgetötet.
Gleiches gilt für
Keime, die in dem in den Kocher 6 zurücklaufenden Kondensat enthalten
sind. Dieses Kondensat kann grundsätzlich auch aus einem an den
Gasauslass 24 angeschlossenen Beatmungsschlauch stammen
und mit Keimen kontaminiert sein. Insofern sterilisiert sich der
Anfeuchter 1 weitgehend selbst, so dass der Anfeuchter 1 grundsätzlich auch
mit Brauchwasser betrieben werden kann.
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Der
Anfeuchter 1 weist daher den Vorteil auf, dass er auch
bei hoher Eingangstemperatur oder hoher Eingangsfeuchte ein weitgehend
keimfreies und mit Feuchte gesättigtes
Ausgangsgas 25 mit der gewünschten Ausgangstemperatur
bereitstellt.
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Ferner
ist der Anfeuchter 1 auf einfachem Wege herstellbar und
kann auf einfache Weise gewartet werden. So können sämtliche Teile des Anfeuchters 1,
die mit der Flüssigkeit 7 oder
dem Dampf 14 der Flüssigkeit 7 in
Berührung
kommen, als Wegwerfartikel für
den einmaligen Gebrauch ausgestaltet werden oder als wiederverwendbare
Teile in einer Geschirrspülmaschine
gereinigt werden. Beispielsweise können der Kocher 6,
die Mischkammer 4 und die Kondensierkammer 18 eine
Befeuchtungseinheit 28 bilden, die auf eine Heizeinheit 29 aufsetzbar
ist. Die Befeuchtungseinheit 28 ist dabei frei von elektrischen
Kontakten oder elektrischen Bauteilen, da die Heizung 12,
der Temperatursensor 13 und der Ausgangstemperatursensor 26 sowie
die Steuervorrichtung 27 in die Heizeinheit 29 integriert
sind. Die Befeuchtungseinheit 28 lässt sich daher auf einfache Weise
als Wegwerfartikel für
die einmalige Nutzung ausgestalten. Die Befeuchtungseinheit 28 kann
aber auch als wiederverwendbarer Artikel ausgestaltet sein, der
in einer Geschirrspülmaschine
gereinigt werden kann. Die Mineralien, die sich beim Betrieb des
Anfeuchters 1 insbesondere beim Kocher 6 abscheiden,
können
beim Reinigen der Befeuchtungseinheit 28 wieder entfernt
werden oder können
mit der als Wegwerfartikel ausgestalteten Befeuchtungseinheit 28 entsorgt
werden. Die Öffnungen
des Anfeuchters 1, insbesondere der Befeuchtungseinheit 28,
sind vorzugsweise so groß gestaltet,
dass die Mineralien durch eine mechanische Reinigung, zum Beispiel
mit einer Bürste,
wieder gelöst
und entfernt werden können.
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Das
Flüssigkeitsreservoir 10 ist
von dem Kocher 6 thermisch getrennt, so dass nur eine kleine Menge
Flüssigkeit 7 aufgeheizt
und verdampft wird. Folglich kann der Anfeuchter 1 bei
Inbetriebnahme schneller erwärmt
werden und bei Regeländerungen rasch
reagieren. Durch das kleine Volumen des Köchers 6 ist der Anfeuchter 1 auch
für den
Transport geeignet, weil die sich im Kocher 6 befindende
Flüssigkeit 7 nicht
in den am Gasauslass 24 angeschlossenen Beatmungsschlauch
schwappen kann und auch bei Schrägstellung
des Anfeuchters 1 noch verdampft werden kann.
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In 2 ist
eine weiterer Anfeuchter 30 dargestellt, der im Bereich
des Gaseinlasses 2 einen Eingangstemperatursensor 31 aufweist,
mit dem sich die Eingangstemperatur des Eingangsgases 3 erfassen
lässt.
Bei ansteigender Eingangstemperatur des Eingangsgases 3 kann
die Ausgangssolltemperatur angehoben werden, um eine Untersättigung
des Ausgangsgases 25 zu vermeiden. Denn durch das Anheben
der Ausgangssolltemperatur wird die Verdampfungsleistung des Kochers 6 erhöht, so dass mehr
Feuchte abgegeben wird. Es kann daher nicht der Fall eintreten,
dass bei zu hoher Eingangstemperatur des Eingangsgases 3 zu
wenig Dampf 14 erzeugt wird.
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Bei
einem weiteren abgewandelten Anfeuchter ist ein weiterer Temperatursensor
im Übergangsbereich
zwischen Mischkammer 4 und Kondensierkammer 18 im
Bereich der Öffnung 16 angeordnet.
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In
diesem Fall kann beispielsweise die Heizleistung des Anfeuchters
in Abhängigkeit
von der Temperatur im Bereich der Öffnung 16 geregelt
werden, während
eine aktive Kühlvorrichtung,
durch die das Gasgemisch in der Kondensierkammer 18 abgekühlt wird,
in Abhängigkeit
von der vom Ausgangstemperatursensor 26 erfassten Ausgangstemperatur geregelt
wird.
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Abschließend sei
noch darauf hingewiesen, dass Merkmale und Eigenschaften, die im
Zusammenhang mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel beschrieben
worden sind, auch mit einem anderen Ausführungsbeispiel kombiniert werden
können,
außer
wenn dies aus Gründen
der Kompatibilität
ausgeschlossen ist.
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Schließlich wird
noch darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung
der Singular den Plural einschließt, außer wenn sich aus dem Zusammenhang
etwas anderes ergibt. Insbesondere wenn der unbestimmte Artikel
verwendet wird, ist sowohl der Singular als auch der Plural gemeint.
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- 1
- Anfeuchter
- 2
- Gaseinlass
- 3
- Eingangsgas
- 4
- Mischkammer
- 5
- Gaswirbel
- 6
- Kocher
- 7
- Flüssigkeit
- 8
- Flüssigkeitseinlass
- 9
- Leitung
- 10
- Flüssigkeitsreservoir
- 11
- Ventil
- 12
- Heizung
- 13
- Temperatursensor
- 14
- Dampf
- 15
- Wand
- 16
- Öffnung
- 17
- Blende
- 18
- Kondensierkammer
- 19
- Gaswirbel
- 20
- Boden
- 21
- Öffnung
- 22
- Wärme
- 23
- Wand
- 24
- Gasauslass
- 25
- Ausgangsgas
- 26
- Ausgangstemperatursensor
- 27
- Steuervorrichtung
- 28
- Befeuchtungseinheit
- 29
- Heizeinheit
- 30
- Anfeuchter
- 31
- Eingangstemperatursensor