DE10232605C1 - Vorrichtung und Verfahren zur Narkosemitteldosierung - Google Patents

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dosiervorrichtung und ein Dosierverfahren für Narkosemittel anzugeben, um mit kostengünstigen Komponenten reproduzierbare Flüssigkeitsvolumina dosieren zu können. Die Lösung der Aufgabe ist gekennzeichnet durch DOLLAR A einen das Narkosemittel (2) aufnehmenden Vorratsbehälter (3), DOLLAR A eine das Narkosemittel (2) im Vorratsbehälter (3) erwärmende Heizvorrichtung (4), DOLLAR A eine das flüssige Narkosemittel (2) aus dem Vorratsbehälter (3) ableitende Auslassleitung (8), DOLLAR A ein ansteuerbares Dosierventil (10) in der Auslassleitung (8) und DOLLAR A eine am Dosierventil (10) oder anströmseitig des Dosierventils (10) angeordnete Kühlvorrichtung (9).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Dosierung von flüssigem Narkosemittel.

Eine Vorrichtung zur Dosierung von flüssigem Narkosemittel, insbesondere einer Narkoseflüssigkeit die bei Raumtemperatur siedet, ist aus der DE 41 10 253 A1 bekannt geworden.

In einem mit einer Kühlvorrichtung versehenen Vorratsbehälter wird flüssiges Narkosemittel auf eine Temperatur unterhalb des Siedepunktes gekühlt. Eine Dosierpumpe, die über eine Förderleitung mit dem Vorratsbehälter verbunden ist, fördert mit jedem Förderhub ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumen, das einem aus Sauerstoff und Lachgas bestehenden Trägergasstrom zugemischt wird. Dabei hat sich gezeigt, dass durch die Förderhübe, insbesondere bei Narkosemitteln die bei Raumtemperatur sieden, ein derartiger Unterdruck in dem flüssigem Narkose­ mittel erzeugt wird, dass Gasblasen entstehen, die die Dosiergenauigkeit in Frage stellen. Zur Unterbindung derartiger Gasblasenbildung wird der Pumpenraum mittels einer zusätzlichen Kühlvorrichtung soweit abgekühlt, dass die Dosierung aus der Flüssigkeitsphase heraus erfolgt.

Dosierpumpen für die Förderung von Narkosemittel sind technisch sehr aufwendig und damit teuer. Das hängt damit zusammen, dass konventionelle Elastomer- Dichtungen unter der Einwirkung von Narkosemittel aufquellen und daher bei sich bewegenden Teilen, wie zum Beispiel einem Pumpenkolben, nicht einsetzbar sind. Üblicherweise wird bei derartigen Dosierpumpen ohne Dichtungen mit eng tolerierten Passungen gearbeitet, die einen hohen Fertigungsaufwand erfordern, verschleißanfällig sind und zum Teil starke Betriebsgeräusche verursachen.

Bei einer aus der EP 231 513 B1 bekannten Dosiervorrichtung wird flüssiges Narkosemittel mittels einer Druckquelle aus einem Vorratsbehälter heraus in eine Verdampferkammer gefördert und in der Gasphase mittels eines elektrisch an­ steuerbaren Dosierventils einem Trägergasstrom zugemischt. Mit einem Puls- Pause modulierten Steuersignal für das Dosierventil lässt sich das dosierte Volumen an Narkosemitteldampf verändern. Die bekannte Dosiervorrichtung erfordert eine separate Druckquelle, die das Narkosemittel in die Verdampfer­ kammer fördert, wobei in der Verdampferkammer das flüssige Narkosemittel in die Gasphase überführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dosiervorrichtung und ein Dosier­ verfahren anzugeben, um mit kostengünstigen Komponenten reproduzierbare Flüssigkeitsvolumina dosieren zu können.

Die Lösung der Aufgabe für die Vorrichtung erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die Lösung der Aufgabe für das Verfahren erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.

Der Vorteil der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass der für die Förderung des Narkosemittels erforderliche Druck durch Erwärmung des Narkosemittels in einem druckfesten Vorratsbehälter erzeugt wird, wobei die Dosierung des Narkosemittels über ein als Auf-Zu-Ventil ausgeführtes Dosier­ ventil erfolgt. Dieses Dosierventil enthält nur wenige bewegte Teile und lässt sich aufgrund der einfachen Funktion kostengünstig fertigen. Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, das Narkosemittel vor dem Dosierventil mit einer Kühlvorrichtung so weit abzukühlen, dass es sich bei der Dosierung unterhalb des Siedepunktes befindet. Damit kann die Dosierung aus der Flüssigkeitsphase heraus erfolgen. Die Kühlvorrichtung ist hierbei als ein Konvektionskühler ausgeführt, mit dem das Narkosemittel in etwa auf Umgebungstemperatur-Niveau gebracht wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In zweckmäßiger Weise ist die Kühlvorrichtung als ein erster Wärmetauscher ausgeführt und in einem gasdurchströmten Kanal angeordnet. Durch die erzwungene Konvektion im Bereich des Wärmetauschers lässt sich der Wirkungs­ grad der Kühlung beträchtlich erhöhen.

Besonders vorteilhaft ist es, den Wärmetauscher innerhalb des gasdurchströmten Kanals im Ausströmbereich des Dosierventils zu positionieren. Durch die am ersten Wärmetauscher hierbei entstehende Verdunstungskälte aufgrund der Verdampfung des Narkosemittels, lässt sich die Kühlleistung weiter steigern. So muss beispielsweise für eine Abkühlung um 20 Kelvin nur ein Fünftel des dosierten Narkosemittels auf den ersten Wärmetauscher aufgebracht werden.

Besonders vorteilhaft ist es, die Kühlvorrichtung in Form eines zweiten Wärme­ tauschers am oder auch im Boden einer Verdunsterkammer zu befestigen und von der Oberseite der Verdunsterkammer her das flüssige Narkosemittel einzuspritzen. Sofern das Narkosemittel hierbei nicht vollständig verdampfen kann, insbesondere bei hohen Narkosemittelkonzentrationen, kann die Verdunstungsleistung durch eine Zusatzheizung in Form einer Strahlungsheizung innerhalb der Verdunsterkammer erhöht werden.

Besonders vorteilhaft ist es, als Kühlvorrichtung ein Peltier-Element zu benutzen, bei dem die kalte Seite zur Kühlung der Auslassleitung aus dem Vorratsbehälter benutzt wird, während die warme Seite des Peltier-Elementes über einen Metall­ bügel in wärmeleitender Verbindung mit dem Ausströmbereich des Dosierventils steht. Wenn flüssiges Narkosemittel aus dem Dosierventil austritt, verdunstet es an dem Metallbügel, so dass die Abwärme des Peltier-Elementes zur Verdunstung des Narkosemittels ausgenutzt werden kann.

Das erfindungsgemäß angegebene Verfahren besteht darin, Narkosemittel in einem druckfesten Vorratsbehälter zu erwärmen, das unter Druck stehende flüssige Narkosemittel einem Dosierventil zuzuführen und das Narkosemittel vor oder im Dosierventil so weit abzukühlen, dass die Dosierung aus der Flüssigkeits­ phase heraus erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur gezeigt und im Folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung nach der Erfindung mit einem Konvektionskühler,

Fig. 2 eine alternative Ausführungsform zur Fig. 1 mit einem in einem gasdurch­ strömten Kanal angeordneten Wärme­ tauscher,

Fig. 3 eine Vorrichtung zur Dosierung von Narkosemittel mit einer Verdunster­ kammer,

Fig. 4 eine Vorrichtung zur Dosierung von Narkosemittel mit einem Peltier- Element.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zur Dosierung von flüssigem Narkosemittel 2, welches sich in einem Vorratsbehälter 3 befindet. Das Narkosemittel 2 wird von einer Heizvorrichtung 4 erwärmt, so dass sich im Vorratsbehälter 3 ein entsprechender Dampfdruck aufbaut. Der Vorrats­ behälter 3 ist zur Vermeidung von Wärmeverlusten mit einer Isolierung 5 versehen. Die Temperatur des Narkosemittels 2 wird von einem ersten Temperatursensor 6 erfasst, der zusammen mit der Heizvorrichtung 4 an eine Steuereinheit 7 angeschlossen ist. Entsprechend einer Sollwertvorgabe "S" wird mit der Heizvorrichtung 4 eine vorbestimmte Temperatur des Narkosemittels 2 ein­ gestellt. Über eine vom Vorratsbehälter 3 abzweigende Auslassleitung 8 und eine um die Auslassleitung 8 herum angeordnete Kühlvorrichtung 9 gelangt das flüssige Narkosemittel 2 zu einem Dosierventil 10 mit nachgeschalteter Dosier­ blende 11. Die Temperatur vor dem Dosierventil 10 wird mit einem zweiten Tem­ peratursensor 12 gemessen. Der zweite Temperatursensor 12 und das Dosierven­ til 10 sind ebenfalls an die Steuereinheit 7 angeschlossen. Die Kühlvorrichtung 9 dient dazu, das erwärmte Narkosemittel 2 aus dem Vorratsbehälter 3 in freier Konvektion in etwa auf Umgebungstemperaturniveau abzukühlen, damit am Dosierventil 10 die Dosierung aus der Flüssigkeitsphase heraus erfolgen kann. Anhand empirischer Untersuchungen wurde ermittelt, dass der erforderliche Differenzdruck zwischen dem Innenraum des Vorratsbehälters 3 und dem Ausgang des Dosierventils 10 in der Größenordnung von 100 Millibar liegt.

Reicht bei der in der Fig. 1 veranschaulichten Vorrichtung 1 die Abkühlung des Narkosemittels 2 nicht aus, so kann, wie in der Fig. 2 veranschaulicht, die Kühl­ vorrichtung als erster Wärmetauscher 13 in einem gasdurchströmten Kanal 14 angeordnet werden. Gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugsziffern der Fig. 1 versehen. Der erste Wärmetauscher 13 ist dabei innerhalb des Kanals 4 im Ausströmbereich des Dosierventils 10 positioniert, so dass durch das Ver­ dunsten des Narkosemittels 2 am Wärmetauscher 13 eine zusätzliche Tem­ peraturabsenkung erreicht wird. Gemäß einer Überschlagsrechnung muss für eine Abkühlung von etwa 20 Kelvin nur ein Fünftel des dosierten Narkosemittels auf den Wärmetauscher 13 aufgebracht werden.

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der gegenüber der Fig. 2 die Kühlvorrichtung als ein zweiter Wärmetauscher 15 am Boden einer Verdunster­ kammer 16 angebracht ist. Die Verdunsterkammer 16 ist an den Kanal 14 angeschlossen und wird von dem mit Narkosemittel 2 anzureichernden Trägergas durchströmt. Um eine vollständige Verdunstung des Narkosemittels 2 in der Verdunsterkammer 16 zu erreichen, ist dort eine Zusatzheizung in Form einer Strahlungsheizung 17 angeordnet.

Ist eine über 20 Kelvin hinausgehende Abkühlung des Narkosemittels 2 erfor­ derlich, kann, wie in der Fig. 4 veranschaulicht, ein Peltier-Element 18 eingesetzt werden, dessen kalte Seite 19 an der Auslassleitung 8 anliegt und dessen warme Seite 20 die Abwärme durch Verdunstung des Narkosemittels 2 abführt. Hierzu ist die warme Seite 20 mit einem Metallbügel 21 verbunden, und an der anderen Seite des Metallbügels 21 befindet sich ein dritter Wärmetauscher 22, der im Ausströmbereich des Dosierventils 10 befestigt ist. Wenn Narkosemittel aus dem Dosierventil 10 austritt, verdunstet dieses unmittelbar an dem dritten Wärmetauscher 22. Mit dem Peltier-Element 18 lässt sich eine Abkühlung des Narkosemittels 2 in der Auslassleitung 8 im Bereich von 30 bis 50 Kelvin realisieren.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Dosierung von flüssigem Narkosemittel mit
einem das Narkosemittel (2) aufnehmenden Vorratsbehälter (3),
einer das Narkosemittel (2) im Vorratsbehälter (3) erwärmenden Heizvorrichtung (4),
einer das flüssige Narkosemittel (2) aus dem Vorratsbehälter (3) ab­ leitenden Auslassleitung (8),
einem ansteuerbaren Dosierventil (10) in der Auslassleitung (8),
einer am Dosierventil (10) oder anströmseitig des Dosierventils (10) angeordneten Kühlvorrichtung (9, 13, 15).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühl­ vorrichtung als ein in einem gasdurchströmten Kanal (14) angeordneter erster Wärmetauscher (13) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärme­ tauscher im Ausströmbereich des Dosierventils (10) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Verdunsterkammer (16) der Wärmetauscher als ein zweiter Wärmetauscher (15) am Boden der Verdunsterkammer (16) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvor­ richtung an der kalten Seite (19) eines Peltier-Elementes (18) befestigt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der warmen Seite (20) des Peltier-Elementes (18) Mittel (21, 22) vorgesehen sind, durch die eine wärmeleitende Verbindung mit dem Ausströmbereich des Dosierventils (10) hergestellt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel einen im Ausströmbereich des Dosierventils (10) angeordneten dritten Wärmetauscher (22) umfasst.

8. Verfahren zur Dosierung von flüssigem Narkosemittel, gekennzeichnet durch die Schritte,
das Narkosemittel (2) in einem druckfesten Vorratsbehälter (3) zu erwärmen,
das unter Druck stehende flüssige Narkosemittel (2) einem Dosierventil (10) zuzuführen,
das Narkosemittel (2) vor oder im Dosierventil (10) mit einer Kühlvorrichtung (9, 13, 15) soweit abzukühlen, dass die Dosierung aus der Flüssigkeitsphase heraus erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, als Kühlvorrichtung einen ersten Wärmetauscher (13) in einem gasdurchströmten Kanal (14) anzuordnen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, den ersten Wärme­ tauscher (13) im Ausströmbereich des Dosierventils (10) anzuordnen.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, den Wärmetauscher als einen zweiten Wärmetauscher (15) am Boden einer Verdunsterkammer (16) vorzusehen.

12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, als Kühlvorrichtung ein Peltier-Element (18) zu verwenden, die kalte Seite (19) des Peltier-Elementes (18) an der Auslassleitung (8) anzuordnen und die warme Seite (20) des Peltier-Elementes (18) wärmeleitend mit einem im Ausströmbereich des Dosierventils (10) angeordneten dritten Wärmetauscher (22) zu verbinden.