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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Luftbefeuchter zum Erzeugen von befeuchteter Atemluft für einen Patienten, einen Inkubator mit einem solchen Luftbefeuchter und ein Beatmungssystem mit einem solchen Luftbefeuchter.
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Um die Atemluft für einen Menschen zu befeuchten, sind Luftbefeuchter bekannt, welche Bestandteil eines Beatmungssystem oder eines Inkubators für die Versorgung von Früh- und Neugeborenen sein können. Ein Inkubator ist beispielsweise in
DE 103 18 384 B4 beschrieben, welche einen Anfeuchter (wobei die Ausrücke „Anfeuchter” und „Luftbefeuchter” in vorliegenden Anmeldung synonym verwendet werden) für die Versorgung des im Inneren des Inkubator gelagerten Patienten mit feuchter Atemluft beschreibt. Luftbefeuchter zum Erzeugen von befeuchteter Atemluft sind jedoch nicht auf medizinische Zwecke beschränkt, sondern die vorliegende Anmeldung umfasst auch Luftbefeuchter für nicht medizinische Zwecke.
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Ein Anfeuchter ist beispielhaft in
DE 10 2008 016762 B3 beschrieben. Der beschriebene Anfeuchter weist einen Kocher auf, welcher Wasser erhitzt und Wasserdampf erzeugt, welcher dem Patienten zugeleitet wird.
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Aus
DE 102 34 811 C1 ist ein Atemgasanfeuchtersystem bekannt, das einen Kocher mit einem über der Wasseroberfläche angeordneten Schild umfasst. Der Schild lenkt den aus dem Kocher aufsteigenden Wasserdampf um, sodass Wassertropfen oder -blasen nicht in das Atemgas gelangen können.
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Aus der
DE 93 07 380 U1 ist ein Atemluftanfeuchter bekannt, der eine Siedekammer umfasst. Oberhalb der Wasseroberfläche innerhalb der Siedekammer ist ein Deckel mit einer Öffnung angeordnet. Die Öffnung führt zu einer Nebelkammer, in der Wasserdampf kondensiert. Das Kondensat tropft durch die Öffnung zurück in die Siedekammer.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Luftbefeuchter, einen verbesserten Inkubator und einen verbessertes Beatmungssystem bereitzustellen.
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In einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen Luftbefeuchter zum Erzeugen von befeuchteter Atemluft für einen Patienten (bzw. Benutzer im Falle einer nicht-medizinischen Verwendung des Luftbefeuchters) mit einem Kochertopf zur Aufnahme eines bestimmten Wasservolumens, und einer Lochblende, wobei die Lochblende mindestens ein Loch aufweist und ausgestaltet ist, um oberhalb einer Wasseroberfläche des bestimmten Wasservolumens im Kochertopf angeordnet zu sein. Die Anordnung der Lochblende im Kochertopf wird durch ein klemmendes Fixieren in einer Ringnut der Kochertopf-Innenwand oder durch Auffliegen der Lochblende auf einen kreisförmigen Vorsprung der Kochertopf-Innenwand des Kochertopfes oder mehreren Vorsprüngen der Kochertopf-Innenwand erfolgen.
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Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, dass ein Überkochen des kochenden Wasservolumens in dem Kochertopf durch Verwendung einer Lochblende vermieden bzw. reduziert werden kann. Die Lochblende wird dabei so über dem Wasserspiegel angebracht, dass eine sich auf der Wasseroberfläche des kochenden Wasservolumens bildende Schaumschicht durch das Loch der Lochblende hindurchtreten kann. Erfindungsgemäß wird erreicht, dass ein Austritt von Flüssigkeit aus dem Luftbefeuchter und so ein Eintritt von Flüssigkeit in den Patientenraum eines Inkubators oder das Beatmungssystem eines Patienten durch das überkochende bzw.: überschäumende Wasser des im Kochertopf erhitzten Wasservolumens verhindert bzw. reduziert werden kann. Wird nämlich das im Kochertopf erhitzte Wasser zum Sieden gebracht, kann es – in Abhängigkeit von Kochertopf-Ausgestaltung und Verschmutzungsgrad des Wassers – zum Überkochen bzw. Überschäumen neigen. Solch überkochendes bzw. schäumendes Wasser kann zu einem Eintrag von heißem Wasser in den Patientenraum des Inkubators bzw. das Beatmungssystem des Patienten und auch zu Beschädigungen von anderen Einheiten des Inkubators oder Beatmungssystem zu führen. Erfindungsgemäß wird ein Austritt von Flüssigkeit aus dem Luftbefeuchter verhindert, indem sich mittels der Lochblende eine sich selbsthemmende Schaumbarriere aufbaut, welche im Folgenden erläutert wird.
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Durch Verwendung der Lochblende in einem Kochertopf, werden folgende Effekte erreicht: wird das im Kochertopf befindliche Wasser erhitzt, bilden sich Schaum- und Dampfblasen auf der Wasseroberfläche, die sich nach und nach zu einem Blasenteppich ausbilden. Die Blasen steigen nach und nach durch das Loch der Lochblende in den oberhalb der Lochblende befindlichen Teil des Kochertopfes. Die Blasen kühlen oberhalb der Lochblende ab und bilden eine dünne Wasserschicht auf der Lochblende. Anfänglich fließt diese dünne Wasserschicht durch das Loch der Lochblende zurück in den unteren Teil des Kochertopfes. Hat sich jedoch eine gewisse Dicke bzw. Höhe der Wasserschicht oberhalb der Lochblende ausgebildet, schließt diese das Loch der Lochblende, so dass der Siedevorgang im unteren Teil des Kochertopfes zum Erliegen kommt und das Wasser der Wasserschicht oberhalb der Lochblende wiederum zurück in den unteren Teil des Kochertopfes fließt. Ein Aufschäumen beginnt sich erneut auszubilden, so dass es zu einem pulsartigen Auf- und Abklingen des Blasenteppichs und der Wasserschicht oberhalb der Lochblende kommt.
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Wird die Heizleistung in dem Kochertopf erhöht, wird die Dampfblasen- und Schaumbildung so verstärkt, dass sich eine – während des Siedevorgangs dauerhaft – geschlossene Wasserschicht oberhalb der Lochblende ausbildet, die nicht mehr komplett in den unteren Teil des Kochertopfes zurückfließt. Folglich steigt der Druck unterhalb der Lochblende und die Siedetemperatur ist entsprechend erhöht.
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Die Dampfblasen steigen aus dem unteren Teil des Kochertopfes durch die Wasserschicht und werden in dieser einerseits abgekühlt und dadurch verflüssigt und andererseits mechanisch blockiert. Ein Aufschäumen des abgekühlten, nicht mehr siedenden Wassers der Wasserschicht oberhalb der Lochblende tritt nicht bzw. sehr reduziert auf. Durch Ausbilden einer geschlossenen Wasserschicht oberhalb der Lochblende kann so erfindungsgemäß ein Austritt von durch Dampf- und Schaumblasen verursachter Flüssigkeit aus dem Luftbefeuchteter reduziert bzw. vermieden.
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Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil besteht darin, dass der Kochertopf kleiner bzw. kompakter ausgestaltet werden kann, da ein Überschäumen bzw. -kochen mittels Verwendung der Lochblende reduziert bzw. verhindert wird. Eine kompakte Bauweise eines erfindungsgemäßen Luftbefeuchters ist insbesondere für transportable Inkubatoren und transportable Beatmungssysteme von besonderem Vorteil.
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In einer Ausführungsform weist das Loch eine Fläche von 50 mm2 bis 120 mm2 auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Loch eine Fläche von 70 mm2 bis 90 mm2 auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Loch beispielsweise einen Durchmesser von 10 mm auf und ist kreisförmig und zentral in der Lochblende ausgebildet. Erfindungsgemäß kann ein Überschäumen bzw. -kochen von Dampf- und Schaumblasen aus ein Luftbefeuchter besonders gut reduziert werden, wenn das Loch eine Fläche von 50 mm2 bis 120 mm2 aufweist. Diese Angaben sind jedoch nur auf bevorzugte Ausführungsformen bezogen und die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Flächen begrenzt. Vielmehr hängt es von der Dampfblasen- und Schaumblasengröße, dem kochenden Wasservolumen, dem Verschmutzungsgrad des Wassers, der Kochergröße, Druck und Temperatur im Luftbefeuchter ab, mit welcher Lochfläche eine besonders gute Reduzierung des Überschäumens bzw. -kochens erreicht werden kann. Ist das Loch der Lochblende zu groß, kann sich keine geschlossene Wasserschicht oberhalb der Lochblende ausbilden und die Lochblende verliert ihre Wirkung. Ist das Loch zu klein, wird zu wenig Dampf in dem Luftbefeuchter erzeugt, um die Atemluft des Menschen ausreichend zu befeuchten und es kann zu einer unerwünschten Geräuschbildung kommen. Soll die Dampfmenge, die durch das relativ kleine Loch tritt, erhöht werden, muss die Energiezufuhr im unteren Teil des Kochertopfes erhöht werden, wodurch sich gleichzeitig der Druck erhöht, was zu unerwünschten Nebenwirkungen auf andere Funktionsteile des Luftbefeuchters, wie zum Beispiel die Wasserzufuhr und die Wasserniveauregelung, führen kann. Wie bereits vorstehend erwähnt, hat sich eine Lochfläche von 70 mm2 bis 90 mm2 als besonders vorteilhaft erwiesen.
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In einer Ausführungsform ist das Loch der erfindungsgemäßen Lochblende kreisförmig ausgestaltet und weist einen Durchmesser von 8 mm bis 12 mm, und besonders bevorzugt einen Lochdurchmesser von 9,5 mm bis 10,5 mm, auf. Das Loch der Lochblende kann jedoch auch rechteckig, dreieckig, länglich, halbkreisförmig oder in jeder anderen Form ausgestaltet sein. Ferner kann die Lochblende auch mehrere Löcher aufweisen, welche in jeglicher Form ausgestaltet sein können. Das Loch kann in einem zentralen oder auch in einem dezentralen Bereich der Lochblende angeordnet sein.
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In einer Ausführungsform ist die Lochblende ausgestaltet, um im Wesentlichen parallel zu einer Wasseroberfläche des bestimmten Wasservolumens angeordnet zu sein. Eine solche Lochblende kann im Wesentlichen senkrecht zu der Kochertopf-Innenwand angeordnet sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die Lochblende jedoch auch in einem Winkel ungleich 90° gegenüber der Innenwand des Kochertopfes und somit geneigt gegenüber der Wasseroberfläche angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lochblende an der Innenwand des Kochertopfes fixiert.
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In einer Ausführungsform ist die Lochblende trichterförmig ausgestaltet. In einer solchen Ausführungsform kann die Lochblende in ihrem mittleren (d. h. zentralen) Bereich näher an oder weiter entfernt von der Wasseroberfläche als ein äußerer Randbereich der Lochblende angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der der Wasseroberfläche am nächsten gelegene zentrale Teil der trichterförmigen Lochblende das erfindungsgemäße Loch auf. Durch die geometrische Form einer trichterförmigen Lochblende wird das Zurückfließen der Wasserschicht unterstützt, so dass sich besonders rasch ein stabiler Zustand der geschlossenen Wasserschicht oberhalb der Lochblende im Kochertopf einstellen kann.
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In einer Ausführungsform weist der Luftbefeuchter ferner ein Heizelement zum Erhitzen des bestimmten Wasservolumens im Kochertopf auf. Das Heizelement kann unterhalb des Kochertopfes angeordnet sein oder auch um den Kochertopf herum bzw. in dessen Innenwand integriert ausgestaltet sein, um eine besonderes kompakte Bauweise zu ermöglichen.
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In einer Ausführungsform weist der Luftbefeuchter einen Wassertank und/oder der Kochertopf eine Markierung zum Bestimmen des bestimmten Wasservolumens aufweist. Das im Kochertopf zu erhitzende Wasservolumen kann beispielsweise dadurch bestimmt sein, dass ein im Wesentlichen neben dem Kochertopf angeordneter Wassertank dem Kochertopf Frischwasser zuführt, sobald der Wasserstand im Kochertopf durch Verdampfen des siedenden Wassers sinkt. Auch ist es möglich, dass der Kochertopf eine Markierung zum Bestimmen des bestimmten Wasservolumens aufweist, bis zu welcher der Kochertopf mit Wasser durch einen Nutzer des Luftbefeuchters befüllt wird.
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In einer Ausführungsform weist der Luftbefeuchter eine Tülle mit einem Dampfauslass auf, wobei die Tülle ausgestaltet ist, um mit einem Beatmungssystem und/oder Inkubator verbunden zu werden.
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In einer Ausführungsform ist die Lochblende in einem Abstand von 1 cm bis 4 cm, bevorzugt 2 cm bis 3 cm oberhalb der Wasseroberfläche des bestimmten Wasservolumens angeordnet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Lochblende 2,5 cm oberhalb der Wasseroberfläche des bestimmten Wasservolumens angeordnet. Ferner ist bevorzugt, dass die Lochblende in etwa mittig zwischen einem Dampfauslass des Luftbefeuchters und der Wasseroberfläche des bestimmten Wasservolumens angeordnet ist.
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In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen Inkubator mit einem Luftbefeuchter gemäß der vorliegenden Erfindung, einem Patientenraum mit einer Patientenliegefläche zur Aufnahme eines Patienten, und einer Atemluftzuführung zum Zuführen der befeuchteten Atemluft zu dem Patientenraum. Der Inkubator kann dabei als geschlossener Inkubator oder als offene Pflegeeinheit ausgestaltet sein. Der Inkubator kann ferner als stationäre oder als transportable Einheit ausgebildet sein.
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In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Beatmungssystem mit einem erfindungsgemäßen Luftbefeuchter, und einer Atemluftzuführung zum Zuführen der befeuchteten Atemluft zu einem Patienten oder zu einem Benutzer des Beatmungssystems. Insbesondere das erfindungsgemäße Beatmungssystem ist nicht auf medizinische Zwecke beschränkt, sondern kann auch in industriellen oder sicherheitstechnischen Bereichen, in denen ein Luftbefeuchter für die Atemluft des Benutzers vorteilhaft ist, verwendet werden.
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Nach einem Verfahren, das nicht Gegenstand der Erfindung ist, zum Herstellen eines Luftbefeuchter mit den Schritten: Vorsehen eines Kochertopfes zur Aufnahme eines bestimmten Wasservolumens, Vorsehen einer Lochblende mit mindestens einem Loch, und Anordnen der Lochblende im Kochertopf oberhalb einer Wasseroberfläche des bestimmten Wasservolumens ist anzumerken, dass die Anordnung der Lochblende im Kochertopf seitens des Herstellers oder seitens des Benutzers durchgeführt werden kann. Die Lochblende kann beispielsweise erfindungsgemäß ausgestaltet sein, um austauschbar in dem Kochertopf angeordnet zu sein, um eine leichte Reinigung des Kochertopfes zu ermöglichen und Hygieneanforderungen durch einen regelmäßigen Wechsel der Lochblende zu entsprechen. Im erfindungsgemäßen Umfang ist also auch ein Luftbefeuchter-Kit enthalten, welches einen Kochertopf zur Aufnahme eines bestimmten Wasservolumens aufweist, welcher ausgestaltet ist, um eine Lochblende in dem Inneren des Kochertopfes aufzunehmen, wobei das Kit ferner mindestens eine weitere Lochblende, welche zur Anordnung im Kochertopf ausgestaltet ist, aufweist.
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Im Folgenden werden bevorzugte Kombinationen von vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft beschrieben, wobei:
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1 einen Inkubator mit einem Luftbefeuchter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
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2a bis 2d Ansichten einer Ausführungsform eines Luftbefeuchters gemäß der Erfindung zeigen; und
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3a bis 3d die Funktionsweise einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftbefeuchters illustrieren.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Inkubators, welcher einen Luftbefeuchter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist. Unter einer Inkubatorhaube 2 ist eine Liegefläche 1 für einen Patienten angeordnet. Der Innenraum des Inkubators wird durch einen Frischgasstrom 3 mit frischem Gas bzw. Atemluft für den Patienten versorgt. Um einen genügenden Sauerstoffzufluss unter der Inkubatorhaube 2 sicherzustellen, misst ein Sauerstoffsensor 5 den Sauerstoffgehalt im Inkubatorinneren und gibt das Messergebnis an einen Sauerstoffregler 51 aus. Der Sauerstoffregler 51 steuert den Sauerstoffdosierer 7 an, der den Gehalt an Sauerstoff, welcher über den Sauerstoffkonzentrator 12 dem System zugeführt wird, regelt.
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Der dem Innenraum des Inkubators zugeführte Frischgasstrom 3 weist einen Anteil des durch den Sauerstoffkonzentrator 12 und den Sauerstoffdosierer 7 geleiteten Gasstroms sowie einen Anteil eines Frischluftstroms 13 auf, welche durch einen Keimfilter 11 und ein Gebläses 10 gefördert wird. Der kombinierte Frischgasstrom 3 wird. anschließend durch eine Heizung 6 geleitet, welche den Frischgasstrom 3 so erwärmt, wie es durch den Temperatursensor 4 als erforderlich gemessen und durch den Temperaturregler 41 geregelt wird.
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Der Sauerstoff angereicherte Frischgasstrom, der die Heizung 6 durchlaufen hat, wird anschließend mit Feuchtigkeit angereichert, bevor er in das Inkubatorinnere geleitet wird. Zur Befeuchtung der Atemluft ist ein (in 1 schematisch dargestellter) Anfeuchter 9 (welcher in der vorliegenden Anmeldung auch als „Luftbefeuchter” bezeichnet wird) vorgesehen, welcher mit einem Wassertank 8 verbunden ist, aus welchem Frischwasser in den Wasserdampf verdampfenden Kochertopf eingeleitet wird.
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In 2a bis 2d sind Ansichten eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftbefeuchters dargestellt. 2a zeigt eine Ausführungsform eines Luftbefeuchters 90 vor der Montage und 2b zeigt die Ausführungsform eines Luftbefeuchters 90 nach der Montage, wobei die Tülle 95 in 2b transparent dargestellt ist, um einen Einblick in des Innere des Luftbefeuchters 90 zu ermöglichen. 2c zeigt einen Querschnitt durch den Luftbefeuchter 90 der 2b mit nicht-transparenter Tülle 95. 2d zeigt eine weitere Perspektive eines Querschnitts durch den Luftbefeuchter 90 der 2b mit nicht-transparenter Tülle 95.
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Der Luftbefeuchter 90 (welcher beispielsweise dem Anfeuchter 9 entspricht) weist einen Kochertopf 92 zur Aufnahme eines bestimmten Wasservolumens auf. Ein Wassertank 8 führt dem Kochertopf 92 Frischwasser zu, so dass sich im Kochertopf 92 stets ein im Wesentlichen konstantes bestimmtes Wasservolumen 91 (nicht in 2 gezeigt) befindet. Durch Zuführen von Frischwasser aus dem Wassertank 8, welches zunächst im Kochertop 92 abgekocht wird bevor es als Dampf der Atemluft zugeführt wird, wird eine besonders hygienische Atemluftbefeuchtung, erreicht. Oberhalb der Wasseroberfläche des Wasservolumens 91 ist eine Lochblende 93 angeordnet ist. In einer Ausführungsform weist der Kochertopf beispielsweise einen Durchmesser von 35 mm auf und das bestimmte Wasservolumen 91 umfasst 10 cm3. An den Kochertopf 92 schließt sich eine Tülle 95 an, welche mit einem Beatmungssystem oder einem Inkubator verbunden werden kann. Die Tülle 95 weist einen Dampfauslass 98 auf, durch welchen der Wasserdampf dem Beatmungssystem oder Inkubator zugeführt werden kann.
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Der Luftbefeuchter 90 weist ferner ein Heizelement 94 auf, welches an einer Seite des Kochertopfes 92 angeordnet ist und das in diesem befindlicher Wasser erhitzt. Die Lochblende 93 ist mittels zwischen Vorsprüngen 99 an der Kochertopf-Innenwand, welche als Fixierungsmittel wirken, an der Innenwand des Kochertopfes 92 fixiert. Die Lochblende 93 der in 2 gezeigten Ausführungsform ist trichterförmig ausgestaltet und weist ein zentrales Loch 97 auf.
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In 3a bis 3d ist eine weitere Ausführungsform eines. erfindungsgemäßen Luftbefeuchters 90 dargestellt, die sich im wesentlichen von der Ausführungsform der 2 dadurch unterscheidet, dass die Lochblende 93 flach (also nicht trichterförmig) ausgestaltet ist. Soweit die Merkmale des Luftbefeuchters 93 der 3 mit denen der 2 im Wesentlichen übereinstimmen, wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
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Anhand der 3a bis 3d wird im Folgenden erläutert, wie eine Ausführungsform einer Lochblende ein Überschäumen bzw. -kochen verhindert bzw. reduziert.
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3a zeigt einen Kochertopf 92 mit leicht siedendem Wasser 91 und leichter Verschmutzung. Die Heizleistung des Heizelementes 94, welches beispielsweise als Heizpatrone ausgebildet ist, führt zu einer Dampfblasenbildung wie in 3a angedeutet.
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Durch weiteres Erhitzen des Wassers 91 bildet sich nach und nach mehr Schaum- bzw. Dampfblasen aus, welche schließlich durch die Blendenöffnung treten, dies in 3b gezeigt ist.
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Die durch das Loch 97 der Lochblende 93 tretenden Blasen kühlen oberhalb der Lochblende 93 ab und legen sich als dünner Wasserfilm auf die Lochblende 93. Ist das Loch 97 der Lochblende 93 durch die gebildete Wasserschicht verschlossen, kommt der Siedevorgang im unteren Teil des Kochertopfes 92 kurz zum Erliegen bis das Wasser dieser Wasserschicht zurück in den unteren Teil des Kochertopfes 92 geflossen ist. Eine Ausbildung von aufsteigenden Blasen und der Wasserschicht beginnt von vorn. Es ist ein pulsartiges Auf- und Abklingen zu erkennen.
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Durch Erhöhen der Heizleistung wird die Dampfblasen- und -schaumbildung so erhöht, dass sich schließlich eine geschlossene Wasserschicht auf der Lochblende 93 ausbilden kann, die nicht mehr komplett in den unteren Teil des Kochertopfes 92 zurückfließt, wie es in 3c und 3d dargestellt ist. In der Konsequenz steigt der Druck unterhalb der Lochblende 93, was auch in einer Erhöhung der Siedetemperatur zu messen ist. Mit dem erhöhten Druck steigen weiterhin Blasen durch die Wasserschicht, die allerdings in dieser zerplatzen. Ein Aufschäumen über der Wasserschicht wird so durch das leicht abgekühlte, nicht mehr siedende Wasser verhindert bzw. reduziert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Liegefläche
- 2
- Inkubatorhaube
- 3
- Frischgasstrom
- 4
- Temperatursensor
- 5
- Sauerstoffsensor
- 6
- Heizung
- 7
- Sauerstoffdosierer
- 8
- Wassertank
- 9
- Anfeuchter
- 10
- Gebläse
- 11
- Keimfilter
- 12
- Sauerstoffkonzentrator
- 13
- Frischluftstrom
- 41
- Temperaturregler
- 51
- Sauerstoffregler
- 90
- Luftbefeuchter
- 91
- Wasservolumen
- 92
- Kochertopf
- 93
- Lochblende
- 94
- Heizelement
- 95
- Tülle
- 96
- Markierung
- 97
- Loch
- 98
- Dampfauslass
- 99
- Fixierungsmittel
