DE102009024040A1

DE102009024040A1 - Wasserfalle mit verbesserter Schutzfunktion

Info

Publication number: DE102009024040A1
Application number: DE102009024040A
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr. Peter; Thomas Maxeiner; Thomas Wuske
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2010-12-16
Anticipated expiration: 2029-06-06
Also published as: FR2946264B1; US8221530B2; US20100307341A1; FR2946264A1; DE102009024040B4

Abstract

Eine in Bezug auf Handhabbarkeit und Gebrauchssicherheit verbesserte Wasserfalle (1) weist folgende Merkmale auf: Zwei semipermeable Membranen (2) und mindestens einen Tank (7), wobei die Membranen (2) einen Wassereindringdruck größer 750 hPa aufweisen und aus gleichen oder unterschiedlichen PTFE-Laminaten bestehen, wobei mittels der Membranen (2) und in Gasströmungsrichtung nachgeschalteten Filterelementen (3) über das Material und den Formfaktor der Gasstrom im Verhältnis 10 : 90 bis 25 : 75 auf den Spül-/Purge- und Analysegaszweig zu den Sensoren (12) und parallel zu den Sensoren (12) aufgeteilt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wasserfalle mit den Merkmalen von Anspruch 1.
Derartige Wasserfallen gehen beispielsweise aus den Patenten DE 199 01 590 C1 und DE 10 2007 046 533 B3 der Anmelderin hervor.
Bei den bisher für Anästhesiegase in bzw. für Anästhesiegeräte verwendeten Wasserfallen für die absaugende Patientengasmessung werden zur Wasserabscheidung und -rückhaltung entweder ausschließlich gasdurchlässige und flüssigkeitsundurchlässige PTFE-(Polythetrafluorethylen)-Membranen benutzt oder neben einer PTFE-Membran zusätzlich Filterelemente, die bei Kontakt mit Wasser ihren Gasflusswiderstand deutlich erhöhen und ein Durchschlagen von Wasser verhindern sollen.
Nachteilig bei den Wasserfallen der ersten Art ohne zusätzliches Filterelement ist, dass sich auf der Oberfläche der PTFE-Membranen im Laufe der Betriebszeit Fremdsubstanzen ansammeln, die mit dem Probengasstrom transportiert und dort abgeschieden werden. Diese Fremdsubstanzen setzten die hydrophobe Wirkung der PTFE-Membranen herab und führen schließlich zu einer Durchnässung (wetting) der PTFE-Membranen und zu einem Durchschlag von Flüssigkeiten bzw. Kondensat.
Bei Wasserfallen der genannten zweiten Art (beispielsweise Wasserfallen der Firma Criticare) ist nachteilig, dass die zusätzlichen Filterelemente strukturbedingt bereits im trockenen Zustand einen erheblichen Druckabfall verursachen. Der für die Patientengasmessung zur Verfügung stehende Druckbereich wird dadurch deutlich einschränkt.
Schlägt im Fehlerfall Wasser durch die Membranen und gelangt in die Filterelemente, so steigt der Druckabfall über diese Elemente auf Grund der feinporigen Struktur deutlich an. Jedoch besteht auch weiterhin die Gefahr, dass bei entsprechenden Druckbedingungen Flüssigkeiten durch diese Filterelemente hindurchgelangen, insbesondere bei Druckdifferenzen größer als 500 hPa.
Es besteht deshalb Bedarf für eine in den Produkteigenschaften verbesserte Wasserfalle, die folgende Anforderungen erfüllt:
Unter der Einwirkung des vom Mundstück des Patienten abgesaugten Probengasstromes sollen mit den verwendeten Filterelementen keine oder nur eine geringe Änderung ihrer Gasflusswiderstände erfolgen.
Bei Kontakt mit Wasser oder wasserhaltigen Flüssigkeiten sollen sich die Filterelemente permanent versiegeln und keinen weiteren Probengasfluss vom Patienten zur Gasmessapparatur erlauben, so dass ein Eindringen von Flüssigkeiten und damit einhergehend eine Beschädigung der angeschlossenen Gasmesssensoren wirksam verhindert wird.
Ein Kontakt der Filterelemente mit Flüssigkeiten soll über einen Farbumschlag angezeigt werden, so dass es für einen Anwender einfach möglich ist, den Zustand dieser Filterelemente („nass”-„trocken”) zu beurteilen.
Die in der Wasserfalle zusätzlich angeordneten Filterelemente dürfen keinen negativen Einfluss auf die Systemantwortzeit der angeschlossenen Gasmesssensoren verursachen, etwa durch ein Verschleifen der Messsignale bei einem abrupten Gaskonzentrationswechsel.
Die Filterelemente sollen möglichst biokompatibel sein, so dass das durch die Filterelemente hindurch geströmte Probengas anschließend wieder zum Atemkreis/Patienten zurückgeführt werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen von Anspruch 1.
Die Unteransprüche geben bevorzugte Aus- und Weiterbildungen der Wasserfalle nach Anspruch 1 an.
Die Lösung der genannten Aufgabenstellung wurde durch den Einsatz von Filterelementen aus einem Kunststoffsinterkörper erreicht, dem zusätzlich ein Superabsorber Polymer (SAP) und ein Farbstoffindikator beigefügt wurden. Dabei wurde ein (Polyethylen)PE-Granulat versintert, welches eine Partikelgröße zwischen 300 und 400 μm (XM-1213, Fa. Porex) aufweist, dem ein SAP-Granulat mit einer Partikelgröße < 300 μm (Luquasorb 1030, Fa. BTC/BASF) und einem Anteil zwischen 10% und 20%, vorzugsweise 15%, beigemischt wurde. Der SAP-Zusatz nimmt Feuchtigkeit im gasförmigen Zustand nur moderat auf und ändert damit den Gasflusswiderstand der Filterelemente maximal um einen Faktor 3 (bei Raumtemperatur und 100% Feuchte).
Die resultierenden Gasflusswiderstände bei dem verwendeten Probengasfluss von 200 ml/min steigen damit von 2 bis etwa 4 hPa im Trockenzustand auf max. 12 hPa im Betrieb bei Begasung mit feuchtem Messgas.
Trifft dagegen Wasser auf das Filterelement, so steigt der Widerstand sprunghaft an und das Filterelement versiegelt sich hermetisch, so dass auch bei einem längeren Einwirken von über 24 Stunden und einer Wassersäule größer 8 m entsprechend einem Differenzdruck von über 800 hPa kein Wasser durchschlägt und eine Beschädigung der angeschlossenen Gassensoren durch eingedrungene wasserhaltige Flüssigkeiten damit wirksam verhindert wird.
Zusätzlich wurde vorzugsweise ein wasserlöslicher Farbstoff mit einem Gewichtsanteil von etwa 0,1% zugefügt. Dieser Farbstoff liegt in dem Filterelement fein verteilt in kleinen Farbstoffpigmenten vor, und ist, solange das Filterelement nicht nass geworden ist, unsichtbar. Erst bei Kontakt mit Wasser oder wasserhaltigen Lösungen löst sich der Farbstoff auf und färbt das Filterelement deutlich sichtbar durch.
In dem Fall, dass ein Patient mit großen inspiratorischen-exspiratorischen Atemwegsdruckdifferenzen beatmet wird (Pdiff = Paw – Ppeep) erweist es sich bei den bekannten Wasserfallen als nachteilig, dass abhängig von der Höhe des auftretenden Differenzdruckes Pdiff im Moment des Umschaltens von der Inspirations- auf die Exspirationsphase Artefakte in den Gaskonzentrationsverläufen auftreten, welche insbesondere sichtbar sind auf dem CO2-Konzentrationsverlauf, das heißt in einem Kapnogramm.
Diese Artefakte entstehen durch das im Tank mit der aufgefangenen Flüssigkeit gespeicherte Patientengas mit einer Zusammensetzung, die sich als zeitliches Mittel über mehrere Inspirations- und Exspirationsphasen ergibt. Während der Inspirationsphase, charakterisiert durch einen erhöhten Atemwegsdruck, erhöht sich der Gasdruck im Tank entsprechend. Im Moment des Übergangs auf die Exspirationsphase mit einem niedrigeren Atemwegsdruck expandiert das Gas aus dem Tank und gelangt in den Analysezweig. Dadurch kommt es kurzeitig zu einer Störung im Zeitverlauf der Messwerte für die ermittelten Gaskonzentrationen. Die Größe dieser Artefakte skalieren mit der Atemwegsdruckdifferenz und dem Tankvolumen.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der Wasserfalle ist eine zusätzliche Vorkammer integriert, die zwischen Tank und Drainageöffnung der Analysemembran angebracht ist. Das Volumen dieser Kammer wurde so gewählt, dass es ca. 1/100 des Tankvolumens beträgt bei einem Vorkammervolumen von ca. 0,15 ml und einem Tankvolumen von ca. 15 ml. Treten nun die oben beschriebenen Druckausgleichsvorgänge auf, so wird wirksam verhindert, dass das Gas aus dem Tank direkt in den Analysezweig gelangt. Stattdessen gelangt im Wesentlichen nur das in der Vorkammer gespeicherte Gas in den Analysezweig. In diesem Fall werden Störungen auf die Konzentrationsverläufe verhindert, da die Gaskonzentration in der Vorkammer immer gut mit denen im Analysezweig übereinstimmt.
Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Wasserfalle im Gegensatz zu den bisherigen Wasserfallen mit Gehäusen aus hochtransparenten Kunststoffen wie z. B. Polycarbonaten (PC) oder PMMA (Polymethylmethacrylat) besteht in der nunmehr verbesserten Ablesbarkeit des Füllstandes bei dem zumeist klarsichtigen Kondensat/Wasser, was bisher nur schlecht möglich ist.
Die verbesserte Ablesbarkeit wird dadurch erreicht, dass der Tank aus einem klarsichtigen Vorderteil (Polypropylen, PP) und einem dunkel, insbesondere dunkelblau eingefärbten rückwärtigen Teil vorzugsweise ebenfalls aus PP zusammengesetzt wird bzw. ist. Weiterhin wird die Innenseite des Vorderteiles mit einer Oberflächenstruktur versehen, Frostung, so dass es bei Beleuchtung des leeren Tanks von vorne, entsprechend den typischen Betriebsbedingungen, zu einer vermehrten Rückstreuung des einfallenden Lichtes und damit zu einem weißlich-hellen visuellen Eindruck kommt. Dabei kann die Strukturierung vorzugsweise in einer Frostung oder in prismenförmigen Strukturen mit einem brechenden Winkel von 45° erfolgen. Die Rückstreuung des einfallenden Lichts aufgrund der schräg zur Lichteinfallsrichtung stehenden strukturierten Kunststoffflächen durch teilweise Totalreflexion und ist abhängig von dem Brechungsindex-Sprung an der Grenzfläche Kunststoffmaterial (PP, n_PP ≅ 1,5) – Luft (n_Luft ≅ 1). Wird der Tank nun teilweise mit Kondensat/Wasser gefüllt, so vermindert sich der Brechungsindex-Sprung an dieser Grenzfläche (n_Wasser ≅ 1,33) und damit der Anteil des rückgestreuten Lichtes. Da durch den dunkel eingefärbten rückwärtigen Tankteil bzw. durch den lichtdicht ausgeführten Halter auch kein Licht direkt von hinten aus dem Tank fallen kann, zeigt sich nun die Füllhöhe über einen deutlichen hell-dunkel Kontrast zwischen dem gefüllten (dunkel) und leerem (hell) Tankteil.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Wasserfalle besteht in Folgendem im Vergleich zu den bisherigen Wasserfallen:
Wenn die bisherige Wasserfalle voll ist oder eine teilgefüllte Wasserfalle entsprechend horizontal gehalten wird, kann das im Tank gesammelte Kondensat auf die mit einer Purge-Membran verschlossene Öffnung laufen. Aufgrund von Adhäsionskräften zwischen dem verwendeten Kunststoff (PP) und dem Kondensat bzw. Wasser kommt es zur Ausbildung einer Wasserlinse vor dieser Öffnung, so dass diese Membran gasdicht verschlossen wird und durch die Gasflussrichtung im Betrieb auch verschlossen bleibt. Die Folge dieser Wasserlinse ist dann eine Verstopfung der Wasserfalle bei anfallendem Kondensat im Gasstrom, da eine Drainage des Kondensats in den Tank nicht mehr stattfindet; denn diese wird ja nur durch den Gasstrom über die Purge-Membran sichergestellt.
Zur zusätzlichen Lösung dieses bekannten Problems bei den bisherigen Wasserfallen wird eine senkrechte Kanalstruktur unterhalb der Purge-Membran-Öffnung und einem die entsprechende Öffnung umfassenden Teil vorgesehen, der das Wasser trichterförmig in den Kanal leitet. Die Funktionsweise einer solchen Vorrichtung ist dadurch charakterisiert, dass gleichzeitig mit dem Entstehen der Wasserlinse die Kanalstruktur mit Wasser befüllt wird, etwa, wenn die Wasserfalle komplett mit Wasser gefüllt ist, und dann mit dem Entleeren der Wasserfalle das Wasser der Schwerkraft folgend in dem Kanal nach unten läuft. Dabei wird das Wasser in der Wasserlinse auf Grund der wirkenden Kohäsionskräfte ebenfalls in den Kanal gezogen und damit die Öffnung wieder frei gegeben.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Wasserfalle mit Hilfe der Figuren erläutert.
Es zeigen:
1 einen Schnitt durch eine Wasserfalle an einem Halter mit angeschlossenem Gasmessmodul
2 eine Detailansicht der Wasserfalle nach 1
Die Wasserfalle 1 in 1 ist lösbar an dem Halter 8 befestigt. Der Halter 8 ist stromabwärts mit dem Gasmessmodul 11 über drei Ports, das heißt Anschlüsse verbunden, nämlich einen Analyse-Port 9, einen Purge-Port 10 und einen Service-Port 14. Das Gasmessmodul 11 weist einen oder mehrere Gassensoren 12 auf, um das zu analysierende Atemgas zu messen, sowie eine Pumpe 13 zur Beförderung des Messgases. Die Gassensoren 12 sind beispielsweise infrarotoptische Sensoren zur Konzentrationsbestimmung ausgewählter Atemgasbestandteile. Das Messgas strömt von einem nicht dargestellten Absaugort in einer Patienten-Atemgasleitung über den Messgas-Eingang 4 in die Wasserfalle 1. Mittels zweier semipermeabler PTFE-Membranen 2 wird der Messgas von enthaltener Feuchte getrennt, wobei die Flüssigkeit im Tank 7 aufgefangen wird. Die Wasserfalle 1 ist mit einer Vorkammer 5 versehen für die Verminderung von Atemwegsdruck-induzierten Artefakten.
Eine Ablaufschneide 6 mit beispielsweise 0,7 mm Breite und 12,5 mm Länge stellt sicher, dass das in den Tank 7 beförderte Wasser an der Tankrückseite, in der 1 rechts, abläuft, ohne die Tankfront, in der 1 links, zu bespritzen. Die Tankfront bzw. Vorderseite 15 des Tanks 7 ist aus einem transparenten Werkstoff wie Polypropylen gefertigt. Der rückwärtige Teil 16 ist dunkel eingefärbt, vorzugsweise dunkelblau, so dass durch eine strukturierte Oberfläche der Vorderseite 15 eine Füllhöhen-abhängige Rückstreuung des einfallenden Lichts entsteht für eine verbesserte Füllhöhen-Ablesbarkeit.
Die Filterelemente 3 bestehen aus Kunststoffsinterkörpern, denen zusätzlich ein Superabsorber Polymer (SAP) und ein Farbstoffindikator beigefügt wurden. Dabei wurde ein (Polyethylen)PE-Granulat versintert, welches eine Partikelgröße zwischen 300 und 400 μm (XM-1213, Fa. Porex) aufweist, dem ein SAP-Granulat mit einer Partikelgröße < 300 μm (Luquasorb 1030, Fa. BTC/BASF) und einem Anteil zwischen 10% und 20%, vorzugsweise 15%, beigemischt wurde. Der SAP-Zusatz nimmt Feuchtigkeit im gasförmigen Zustand nur moderat auf und ändert damit den Gasflusswiderstand der Filterelemente 3 maximal um einen Faktor 3 (bei Raumtemperatur und 100% Feuchte).
Die resultierenden Gasflusswiderstände bei dem verwendeten Probengasfluss von 200 ml/min steigen damit von 2 bis etwa 4 hPa im Trockenzustand auf max. 12 hPa im Betrieb bei Begasung mit feuchtem Messgas.
Trifft dagegen Wasser auf ein Filterelement 3, so steigt der Widerstand sprunghaft an und das Filterelement 3 versiegelt sich hermetisch, so dass auch bei einem längeren Einwirken von über 24 Stunden und einer Wassersäule größer 8 m entsprechend einem Differenzdruck von über 800 hPa kein Wasser durchschlägt und eine Beschädigung der angeschlossenen Gassensoren 12 durch eingedrungene wasserhaltige Flüssigkeiten damit wirksam verhindert wird.
Zusätzlich wird vorzugsweise ein wasserlöslicher Farbstoff mit einem Gewichtsanteil von etwa 0,1% zugefügt. Dieser Farbstoff liegt in den Filterelementen 3 fein verteilt in kleinen Farbstoffpigmenten vor, und ist, solange das bzw. die Filterelemente 3 nicht nass geworden sind, unsichtbar. Erst bei Kontakt mit Wasser oder wasserhaltigen Lösungen löst sich der Farbstoff auf und färbt das Filterelement 3 deutlich sichtbar durch.
In 2 ist schematisch die Ausbildung einer Vorrichtung zur Entfernung einer Wasserlinse dargestellt, die sich vorzugsweise vor der Purge-Membran 20 ausbildet, wobei die Vorrichtung einen Kanal 22 bzw. eine Kanalstruktur aufweist sowie ein Teil, der das Wasser trichterförmig mittels einer Trichterstruktur 21 in den Kanal 22 leitet.
Die Purge-Membran 20 ist eine der beiden Membranen 2 der 1 und ist dem Purge-Port 10 stromaufwärts vorgeschaltet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19901590 C1 [0002]
- DE 102007046533 B3 [0002]

Claims

Wasserfalle mit zwei semipermeablen Membranen (2) und mindestens einem Tank (7), wobei die Membranen (2) einen Wassereindringdruck größer 750 hPa aufweisen und aus gleichen oder unterschiedlichen PTFE-Laminaten bestehen, wobei mittels der Membranen (2) und in Gasströmungsrichtung nachgeschalteten Filterelementen (3) über das Material und den Formfaktor der Gasstrom im Verhältnis 10:90 bis 25:75 auf den Spül-/Purge- und Analysegaszweig zu den Sensoren (12) und parallel zu den Sensoren (12) auftgeteilt ist.
Wasserfalle nach Anspruch 1, wobei die Membranen (2) von einem Elastomer-Ring umgeben sind und wobei Kunststoffgehäuseteile, die die Membranen (2) einschließen, durch einen Fügeprozess miteinander verbunden sind, vorzugsweise mittels eines Kunststoff-Laserschweißprozesses, so dass die Fügeverbindung die nötige Verpressung der die Membranen (2) umgebenden Elastomer-Ringe erzeugt mit der erforderlichen Gas- und Wasser-Dichtigkeit.
Wasserfalle nach Anspruch 1, wobei die Membranen (2) mit einem Kleberand umgeben sind, so dass die Wasser-Dichtigkeit durch den Kleberand der Membranen (2) sichergestellt ist und die nötige Gas-Dichtigkeit nach außen durch ein lasergeschweißtes Zwischenteil sichergestellt ist, das die Filterelemente (3) trägt.
Wasserfalle nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein Zwischenteil vorgesehen ist mit – selbstversiegelnden Filterelementen (3) für Analyse- und Spül-/Purge-Zweig, die sich bei Kontakt mit Wasser versiegeln und gleichzeitig einen Farbumschlag zeigen, wobei die Filterelemente (3) aus einem versinterten PE-Granulat mit Partikelgößen von 300–400 μm mit einem Superabsorberzusatz von 10 bis 20 Gewichts% bestehen und vorzugsweise zusätzlich einen wasserlöslichen Farbstoff enthalten, insbesondere einen Lebensmittel-Farbstoff, besonders bevorzugt in etwa 0,1 Gewichts% und mit – zwei Anschlüssen mit den Anschlussmaßen für Analyse- und Purge-Port (9, 10), insbesondere mit einem Durchmesser von etwa 4,7 mm und einem Achsabstand von etwa 13 mm.
Wasserfalle nach einem der Ansprüche 2 bis 4 mit einer Vorrichtung zur Entfernung einer Wasserlinse, die sich vorzugsweise vor der Purge-Membran (20) ausbildet, wobei die Vorrichtung einen Kanal (22) aufweist sowie ein Teil, der das Wasser trichterförmig in den Kanal (22) leitet.
Wasserfalle nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Vorkammer (5) stromaufwärts vom Tank (7) zur Verminderung von Atemwegsdruck-induzierten Artefakten
Wasserfalle nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Vorderseite (15) des Tanks (7) aus einem überwiegend transparenten Werkstoff, insbesondere Polypropylen (PP), und einem eingefärbten rückwärtigen Teil (16), so dass durch eine Strukturierung der Vorderseite (15) des Tanks (7) eine Füllhöhen-abhängige Rückstreuung des einfallenden Lichtes entsteht für eine vereinfachte Füllhöhen-Ablesbarkeit.
Wasserfalle nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Service-Port (14), welcher direkt mit einem in dem Gehäuse der Wasserfalle (1) integrierten gasdichten Kanal verbunden ist, der bis auf den Tankboden reicht und über den die Wasserfalle (1) mit einer Spritze mit LuerLock-Anschluss entleerbar ist.
Wasserfalle nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Ablaufschneide (6), so dass das in den Tank (7) beförderte Wasser an der Tankrückseite abläuft, ohne die Tankfront zu bespritzen.