DE102017007575A1 - Filterdesign - Google Patents

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Abstract

Bei der Erfindung wird der Gasweg des zu filternden, anzufeuchtenden, anzuwärmenden und/oder mit therapeutischem Gas anzureichernden axialen Atemgases durch den Gaseingang (2) aus der Strömungslängstrichtung in einem koaxialen Aufbau um 90° auf radial umgelenkt, auf die Länge des Filtermediums (4) aufgeteilt mit einem über der Länge des Filtermediums abnehmenden Flusswiderstand (6), so dass auf der gesamten Länge des Filtermediums die radialen Teilflüsse (7) annähernd gleich groß sind. Das Filtermedium (4) ist zylindrisch ausgeführt und ist wahlweise im Inneren (innliegend) des inneren Gehäuses (5) eingeführt oder über das innere Gehäuse geführt (außenliegend). Ein äußeres Gehäuse (3) stellt den äußeren Gasweg dar. Inneres (5) und äußeres (3) Gehäuse sind koaxial aufgebaut. Diese Einheit wird in das äußere Gehäuse (3) eingeführt und mit diesem proximal zum Gaseingang (2) gasdicht verbunden. Der Gaseingang (2) des inneren Gehäuses (5) kann konusförmig ausgelegt sein. Das Ende (8) des rohrförmigen, inneren Gehäuses (5) ist gasdicht abgeschlossen. In der Wandung des inneren Gehäuses (5) sind Öffnungen (6) angeordnet, die den Durchflusswiderstand in Längstrichtung verkleinern, woraus eine annähernd gleiche Größe der radialen Teilflüsse (7) durch das Filtermedium (4) hindurch resultiert. Der Gasausgang (1) des äußeren Gehäuses (3) kann konusförmig ausgelegt sein. Das Ende (9) des rohrförmigen, äußeren Gehäuses (3) ist gasdicht mit dem inneren Gehäuse (5) abgeschlossen.

Description

  • Hintergrund
  • In der heutigen Medizintechnik ist bei der spontanen Atmung und der maschinellen Beatmung von intubierten und tracheotomierten Patienten durch die Wahl der Atemwegsicherung (nasaler, endotrachealer, trachealer Tubus) die Funktion der menschlichen Nase zur Filtration, Anwärmung und Anfeuchtung der inspirierten Atemgase ausgeschaltet und wird mittels, in den gemeinsamen, inspiratorischen und exspiratorischen, Atemweg eingeschalteten Wärme und Feuchte Austauscher und Filter, sogenannten „künstliche Nasen“, ersetzt. Diese „künstlichen Nasen“ müssen dabei bauartbedingt einen Kompromiss zwischen dem künstlich erhöhten Atemwegswiderstand, dem zusätzlich erzeugtem Totraum, der Filtereffektivität und den Fertigungskosten ausbalancieren, wobei bei den meisten, auf dem Markt befindlichen Systeme dieser Kompromiss bauartbedingt nicht eingehalten wird und in der Regel zu entweder einem totraumoptimierten, aber leistungsschwachen System oder zu einem leistungsstarken System mit ungünstigem Totraum und hohem Atemwegswiderstand führt.
  • Weiterhin wird neben der Funktion dieses Wärme und Feuchte Austauschers auch die Filtration von Partikeln, Bakterien, Viren und Pilzsporen zum Schutze des Patienten gewünscht. Hierbei ist die hohe Filtrationsrate kleinster Partikel im konstruktiven Widerstreit mit niedrigen Atemwegswiderständen zu sehen, was dazu führt, das entweder Filter in ihrer Abscheiderate hocheffektiv sind, aber dann für den Patienten eine hohe Atemwegswiderstandsbelastung darstellen, oder die Atemwegswiderstände akzeptabel sind, nicht aber die Filterabscheideraten. Als drittes wirddas partielle Wiederverwenden bereits vom Patienten nicht substanziell veränderter, abgeatmeter, therapeutischer Gase (z.B. Narkosegase) gefordert, um zum einen die Umweltbelastung durch diese Gas insgesamt zu reduzieren, aber gleichzeitig auch die Verbrauchskosten dieser Gase zu senken. Dazu werden Filtermedien eingesetzt, die während der Ausatmung das therapeutische Gas adsorbieren und bei der nächsten Einatmung desorbieren und damit das Einatemgas anreichern.
  • Aufgabenstellung
  • Der weiter unten beschriebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mechanischen Konzept mit einem optimalen Kompromiss aller aufgeführten Prämissen zu entwickeln und dabei folgende Punkte abzudecken:
    • • der zusätzlich durch das Filter verursachte funktionelle Totraum muss minimal sein.
    • • der zusätzlich durch das Filter verursachte Atemwegswiderstand muss minimal sein
    • • die Filtrations-, Anwärmungs-, Anfeuchtungs-, Ad- und Desorptions - Leistung soll maximal sein.
    • • die Bauart soll eine kostengünstige Fertigung erlauben
    • • die Bauart soll für unterschiedlich zu adsorbierende Massen leicht skalierbar sein.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Bei der Erfindung wird der Gasweg des zu filternden, anzufeuchtenden, anzuwärmenden und/oder mit therapeutischem Gas anzureichernden axialen Atemgases durch den Gaseingang (2) aus der Strömungslängtsrichtung in einem zylindrischen koaxialen Aufbau um 90° auf radial umgelenkt, auf die Länge des Filtermediums (4) (innenliegend oder aussenliegend) aufgeteilt mit einem über der Länge des Filtermediums abnehmenden Flusswiderstand (6), so dass auf der gesamten Länge des Filtermediums die radialen Teilflüsse (7) annähernd gleich groß sind. Dadurch wird die Flussgeschwindigkeit des axialen Atemgases als radiales Atemgas gesenkt. Durch die Senkung der Flussgeschwindigkeit steigt die Kontaktzeit zwischen Gas und dem Filtermedium (4), was die Effizienz des Filter-, Anfeuchtungs-, Anwärmungs-, Ad-und Desorptions-Vorganges verbessert.
  • Das Filtermedium (4) ist zylindrisch ausgeführt und ist wahlweise im Inneren (innliegend) des inneren Gehäuses (5) eingeführt oder über das innere Gehäuse geführt (außenliegend). Ein äußeres Gehäuse (3) stellt den äußeren Gasweg dar.
  • Inneres (5) und äußeres (3) Gehäuse sind koaxial aufgebaut.
  • Die Aufbauart erlaubt die einfache Montage des zylindrischen Filtermediums (4) im Inneren des inneren Gehäuses (5) oder außen auf dem inneren Gehäuse. Diese Einheit wird in das äußere Gehäuse (3) eingeführt und mit diesem proximal zum Gaseingang (2) gasdicht verbunden.
  • Der Gaseingang (2) des inneren Gehäuses (5) kann konusförmig ausgelegt sein. Das Ende (8) des rohrförmigen, inneren Gehäuses (5) ist gasdicht abgeschlossen. In der Wandung des inneren Gehäuses (5) sind mehrere Öffnungen (6) angeordnet, die durch ihre, in Längstrichtung ansteigende Größe den Durchflusswiderstand in Längstrichtung verkleinern, woraus eine annähernd gleiche Größe der radialen Teilflüsse (7) durch das Filtermedium (4) hindurch resultiert. Der Gasausgang (1) des äußeren Gehäuses (3) kann konusförmig ausgelegt sein. Das Ende (9) des rohrförmigen, äußeren Gehäuses (3) ist gasdicht mit dem inneren Gehäuse (5) abgeschlossen.
  • Die Längenvarianz des zylindrischen Filtermediums zusammen mit der dazu passenden Längenvarianz des inneren und äußeren Gehäuses erlaubt die einfache Anpassung an unterschiedliche Filtermassenvorgaben, z.B. zwischen der Erwachsenen und der Pädiatriebeatmung.

Claims (1)

  1. Koaxiales Filterdesign zur Filtration und/oder zur Gasanreicherung mit Wasser, Wärmeenergie, therapeutischen Gases (z.B. Narkosegasen) von einem einzuatmenden Gas und zur partiellen Rückgewinnung von patientenseits ausgeatmetem Wasser, Wärmeenergie und therapeutischen Gasen (z.B. Narkosegasen), (insgesamt Ad- und Desorption) dadurch gekennzeichnet, dass: 1. der Gaswegseingang von axial nach radial vor und/oder im Filtermedium und von radial nach axial hinter dem Filtermedium zum Gaswegsausgang geführt wird, dabei ein konstanter Gasfluss entlang der Länge der Kontaktfläche des Filtermediums durch eine definierte Flusswiderstandsanordnung erzeugt wird und die Filtergaskontaktfläche im Vergleich zur Gaseintrittsfläche größer ist. 2. das Filtermedium auf die Rückhaltung von Atemgaspartikeln, Bakterien und Viren ausgelegt ist 3. das Filtermedium auf die Ad- und Desorption von Wasser ausgelegt ist. 4. das Filtermedium auf die Ad- und Desorption von therapeutischen Gasen (z.B. Narkosegasen) ausgelegt ist 5. das Filtergehäuse aus zwei koaxialen Gehäuseteilen besteht, einem inneren und einem äußeren Teil. 6. das Filtermedium als Zylinder ausgeführt ist. 7. das Filtermedium in dem inneren Gehäuse eingesetzt oder auf dem inneren Gehäuse aufgesteckt wird. 8. die Einheit aus Filtermedium und innerem Gehäuse mit dem äußeren Gehäuse gasdicht verbunden ist. 9. das Filter zur Anpassung an unterschiedliche, zu ad- und desorbierende Massen in seiner Baulänge entlang der koaxialen Achse variiert werden kann.
DE102017007575.1A 2017-01-23 2017-08-11 Filterdesign Withdrawn DE102017007575A1 (de)

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