-
Die
Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Gewinnung von Atemluftkondensat.
-
Eine
gattungsgemäße Vorrichtung offenbart die
SU 627 820 A1 .
Es handelt sich dabei um eine Atemmaske für eine Person.
Diese besteht aus zwei Halbschalen, welche entlang ihres Umfangs
miteinander verbunden sind, so dass dazwischen ein schmaler Hohlraum
verbleibt. Die innere Halbschale weist eine nach außen
gerichtete, rohrförmige Ausstülpung auf, welche
die äußere Halbschale durchsetzt und nach außen
mündet. In den abgeschlossenen Hohlraum zwischen den beiden
Halbschalen kann ein flüssiges Kühlmedium eingefüllt
werden. Beim Tragen überdeckt diese Atemmaske Mund und Nase
eines Patienten; sie wird mit einem Gurt am Kopf fixiert und schließt
dabei dicht ab. Der Patient atmet ausschließlich durch
die rohrförmige Ausstülpung; seine Atemluft erfüllt
den Raum innerhalb der inneren Maske und kondensiert an der gekühlten
Innenschale. Entlang der Innenschale rinnt das Kondensat aufgrund
der Schwerkraft herab bis zum Bereich des Kinns. Dort ist ein Schlauch
angeschlossen, der in einen Behälter zum Auffangen des
Kondensats mündet. Diese Anordnung hat den schwerwiegenden
Nachteil, dass nur ein geringer Anteil der Atemluft an der Innenschale
entlangströmt und sich dort abkühlen kann; der überwiegende
Anteil strömt direkt vom Mund des Patienten zu der rohrförmigen Ausstülpung.
Daher ist diese Anordnung äußerst ineffektiv.
-
Aus
den Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert
das die Erfindung initiierende Problem, eine gattungsgemäße
Vorrichtung derart weiterzubilden, dass ein möglichst großer
Teil der ausgeatmeten Luft gekühlt werden kann und Gelegenheit
hat, zu kondensieren.
-
Die
Lösung dieses Problems gelingt im Rahmen einer Vorrichtung
zur Gewinnung von Atemluftkondensat durch wenigstens eine rohrförmige
Leitung von etwa U-förmig gebogenem Verlauf, welche von
der ausgeatmeten Luft durchströmt wird und an ihrer Außenseite
mit einer Kühleinrichtung gekoppelt ist.
-
Anstelle
eine gesamte Atemmaske zu kühlen, wird nach der Lehre der
Erfindung die Atemluft durch eine rohrförmige Leitung geführt,
die sie von einem bis zum anderen Ende durchströmt. Dabei
verbleibt sie relativ lange in dieser Leitung. Dort findet sie außerdem
eine große Oberfläche vor, mit der sie komplett
und daher höchst effizient in thermischer Wechselwirkung
steht. Daher hat die Kühleinrichtung ausreichend Zeit und
Gelegenheit, um die Atemluft abzukühlen und zu kondensieren.
-
Wie
die Erfindung weiterhin vorsieht, ist die etwa U-förmig
gebogene Rohrleitung derart ausgerichtet, dass sich ihr Bogen bzw.
Scheitel unten befindet, während sich die Schenkel zu beiden
Seiten des Bogens von dort etwa vertikal nach oben erstrecken. Eine
solche Anordnung bietet den Vorteil, dass an den Innenseiten der
rohrförmigen Leitung kondensierende Flüssigkeit
unter dem Einfluß der Gewichtskraft an dieser inneren Oberfläche
nach unten fließen kann und sich im Bereich des Bogens
sammelt.
-
Es
hat sich als günstig erwiesen, dass die etwa U-förmig
verlaufende Leitung einen rohrförmigen, etwa konstanten
Querschnitt aufweist, so dass die Strömungsgeschwindigkeit
der Atemluft in dieser Leitung etwa konstant ist. Vorzugsweise hat
der Querschnitt eine kreisringförmige Gestalt.
-
Vorzugsweise
besteht die rohrförmige Leitung aus einem thermisch gut
leitenden Material, bspw. aus einem Metall. Die Herstellung aus
nichtmetallischen Werkstoffen, bspw. aus Glas oder Kunststoff, ist
jedoch ebenfalls denkbar.
-
Ein
weiteres, vorteilhaftes Merkmal ist, dass die rohrförmige
Leitung im Bereich des Bogens nicht fixiert ist, so dass Längenausdehnungen
infolge von Temperaturveränderungen möglich sind.
Die Erfindung sieht statt dessen vor, die rohrförmige Leitung nur
im Bereich der beiden freien Schenkelenden zu fixieren. Dazwischen
mag die rohrförmige Leitung völlig frei verlaufen,
insbesondere ohne Kontakt zu Festkörpern.
-
Die
rohrförmige Leitung kann in einem Gehäuse gehalten
sein, welches neben der Leitung zusätzlich auch die Kühleinrichtung
bzw. ein Kühlmittel enthält.
-
Besonders
bewährt hat sich eine Anordnung, bei der das Gehäuse
ein unteres, etwa becherförmiges Teil aufweist, welches
mit einem Kühlmittel gefüllt werden kann.
-
Als
Kühlmittel kann entweder eine weitgehend beliebige Flüssigkeit
verwendet werden mit einer möglichst großen Wärmekapazität;
diese Flüssigkeit wird unmittelbar vor dem Gebrauch in
einem Kühl- oder Gefrierschrank oder -fach auf die gewünschte
Temperatur abgekühlt und hält diese Temperatur
sodann über einen gewissen Zeitraum näherungsweise
konstant.
-
Andererseits
können auch Flüssigkeiten verwendet werden, welche
sich – bspw. infolge einer chemischen, bspw. endotherm
ablaufenden Reaktion zwischen mehreren unmittelbar vor der Verwendung zusammengemischten
Substanzen – bei Bedarf von selbst abkühlen.
-
Die
Erfindung empfiehlt die Verwendung von Ammoniumchlorid als Kühlmittel.
-
Die
Erfindung läßt sich dahingehend weiterbilden,
dass die Gestalt des becherförmigen Gehäuseteils
zumindest bereichsweise der äußeren Gestalt der
rohrförmigen Leitung folgt, von dieser jedoch durch einen
spaltförmigen Zwischenraum getrennt. Bevorzugt ist die
Breite dieses Spaltes etwa konstant.
-
In
diesen Bereichen umgibt das Kühlmittel die rohrförmige
Leitung daher in Form einer Schicht von etwa konstanter Stärke.
-
Um
die rohrförmige Leitung – bspw. zur Entnahme des
Kondensats – leicht aus dem Gehäuse lösen
zu können, folgt das becherförmige Gehäuseteil nur
bereichsweise der Gestalt der Rohrleitung, nämlich an deren
Unter- und Außenseite (außerhalb des Zwischenraums
zwischen den beiden Schenkeln), jedoch nicht an deren Ober- und
Innenseite zwischen den beiden Schenkeln.
-
Eine
unterseitige, ebene Aufstandsfläche erlaubt das Abstellen
des Kondensationsgerätes auf einer ebenen Fläche,
bspw. einer Tischplatte.
-
Das
etwa becherförmige Gehäuseteil kann an seiner
offenen Oberseite mit einem Deckel verschlossen werden, damit ein
in den Zwischenraum zwischen rohrförmiger Leitung und Gehäuse
eingefülltes Kühlmittel nicht entweichen kann.
-
Die
Erfindung empfiehlt, die Bauhöhe des becherförmigen
Gehäuseteils gleich oder geringer auszuführen
als die Bauhöhe der rohrförmigen Leitung, so dass
die beiden freien Enden der Rohrschenkel oben aus dem Becher herausragen.
Damit der Deckel dennoch aufgesetzt werden kann, verfügt dieser über
zwei Ausnehmungen zum Hindurchstecken der beiden Rohrenden.
-
In
dem Zwischenraum zwischen den beiden Ausnehmungen ist der Deckel
vorzugsweise nach unten, also in das becherförmige Gehäuseteil
hinein, ausgestülpt. Diese Ausstülpung verringert
das Volumen innerhalb des becherförmigen Gehäuseteils,
so dass weniger Kühlmittel benötigt wird. Die
Form dieser Ausstülpung kann etwa der Form der angrenzenden
Oberflächen der U-förmigen Rohrleitung einerseits
und des Gehäusebechers andererseits angepaßt sein.
Dabei sollte gegenüber der Rohrleitung ein ausreichender
Abstand für das Kühlmittel eingehalten werden,
was gegenüber der Innenwand des Gehäusebechers
nicht erforderlich ist.
-
Der
Deckel kann mittels Schraubverschlüssen an dem becherförmigen
Gehäuseteil fixiert werden. Zu diesem Zweck verfügt
das becherförmige Gehäuseteil an zwei oder mehr
Stellen über je einen Schraubanschluß. Dieser
kann bspw. als wahlweise nach oben oder nach außen schwenkbarer
Gewindeschaft ausgebildet sein. Ist er nach oben geschwenkt, ragt
er durch einen randseitigen Schlitz im Deckel und erlaubt das fixierende
Festklemmen des letzteren mittels (je) einer auf das Gewinde aufgeschraubten
Mutter. Im solchermaßen festgeklemmten Zustand kann ein
dazwischen liegender, elastischer Bereich als Dichtung dienen, um
das Austreten von Kühlflüssigkeit auch bei Bewegungen
der Anordnung zu vermeiden.
-
Außerdem
kann die rohrförmige Leitung unterhalb der freien Enden
der beiden Schenkel jeweils wenigstens einen rundumlaufenden Bund
aufweisen. Ein solcher Bund jedes Schenkels untergreift den Deckel
von unten, vorzugsweise über einen dazwischen eingelegten
Dichtungsring, so dass auch an dieser Stelle der Austritt von Kühlflüssigkeit
unterbunden ist.
-
Oberhalb
des Deckels verfügt jeder Rohrschenkel jeweils über
zwei oder mehrere, vorzugsweise äquidistant über
den Umfang verteilte, nach außen ragende Fortsätze.
Darüber kann ein Bajonett-Ring gestülpt werden,
der sich seinerseits auf dem Deckel abstützt. An der Innenseite
des Bajonett-Ringes befinden sich etwa radial nach außen
erstreckende Einkerbungen, die je nach Drehstellung in einer gemeinsamen
Flucht mit den radialen Fortsätzen an dem betreffenden
Rohrstutzen liegen, um diesen ein Hindurchtreten zu ermöglichen,
oder gegenüber letzteren versetzt sind, so dass die radialen Fortsätze
des Rohrstutzens vor einem Durchtritt zurückgehalten werden.
-
Anstelle
eines solchen Bajonett-Ringes könnte jeweils auch eine
Mutter oder ein Gewindering verwendet werden, die auf ein Gewinde
am Außenumfang des Rohrschenkels aufgeschaubt werden kann
und den Rand einer Durchsteckausnehmung übergreift.
-
Auf
das nach oben ragenden Ende eines Rohrschenkels kann ein Schlauch
gesteckt – und ggf. durch eine Rohrschelle od. dgl. fixiert – werden,
an dessen anderem Ende sich bspw. ein Mundstück oder eine
Atemmaske befindet.
-
Schließlich
entspricht es der Lehre der Erfindung, dass in dem Schlauch oder
einer sonstigen Zuleitung ein Ventil angeordnet ist, bspw. ein Rückschlagventil,
welches beim Ausatmen öffnet, beim Einatmen dagegen schließt.
Dadurch wird das wiederholte Einatmen der ausgeatmeten Luft vermieden.
Die frische Luft kann entweder über die Nase eingeatmet
werden, oder es kann stromaufwärts eines Rückschlagventils
eine Frischluftöffnung vorgesehen sein, ggf. mit einem
zweiten Rückschlagventil, welches beim Ausatmen schließt,
jedoch Einatmen erlaubt. Ggf. können die verschiedenen
Anschlüsse – Mundöffnung – Zuleitung
zum Kondensationsgerät – Frischluftöffnung
zusammen mit den beiden Rückschlagventilen durch ein Mehrwegeventil
mit entsprechender Funktion ersetzt werden.
-
Weitere
Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung.
Hierbei zeigt:
-
1 eine
Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Anordnung
zum Sammeln von Kondensat aus der Atemluft einer Person;
-
2 einen
Vertikalschnitt durch die 1 entlang
der Linie A-A;
-
3 einen
Horizontalschnitt durch die 2 entlang
der Linie B-B;
-
4 einen
Horizontalschnitt durch die 2 entlang
der Linie C-C; sowie
-
5 ein
für Tiere, insbesondere Hunde, geeignetes Mundstück
zur Verwendung in Verbindung mit einer Vorrichtung nach 1 bis 4.
-
Das
Kernstück der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur
Gewinnung eines Kondensats aus der Atemluft einer Person ist eine
Kondensationseinrichtung 2 in einem Gehäuse 3 mit
einer unterseitigen Aufstandsfläche 4 zum Aufstellen
auf einer ebenen Unterlage. Das Gehäuse 3 besteht
aus einem Unterteil 5 und einem oberseitigen Deckel 6.
Durch diesen Deckel 6 hindurch münden zwei Rohrstutzen 7 nach außen.
Auf einen dieser Rohrstutzen 7 ist ein Ende eines Schlauchs 8 aufgesteckt.
An dem freien Ende des Schlauchs 8 ist ein Mundstück 9 angeschlossen, das
von einem Patienten ähnlich wie das Mundstück einer
Taucherflasche in den Mund genommen werden kann.
-
Die
Atemluft des Patienten strömt somit durch den Schlauch 8 zu
der Kondensationseinrichtung 2 und verläßt
dieselbe durch deren zweiten oberseitigen Rohrstutzen 7.
Bevorzugt fließt nur die ausgeatmete Luft durch die Kondensationseinrichtung 2;
dies kann bspw. durch ein Rückschlagventil in dem Schlauch 8 sichergestellt
werden. Die Einatmung erfolgt entweder durch die Nase oder durch eine
zusätzliche Frischluftöffnung oberhalb dieses Rückschlagventils.
-
Der
innere Aufbau der Kondensationseinrichtung 2 ist aus den 2 bis 4 zu
entnehmen. Darin erkennt man insbesondere, dass die beiden oberseitigen
Rohrstutzen 7 durch eine Leitung 10 mit einem
rohrförmigen Querschnitt und einem etwa U-förmigen
Verlauf miteinander kommunizieren. Insbesondere hat die rohrförmige
Leitung 10 einen konstanten, kreisringförmigen
Querschnitt. Diese Leitung 10 ist innen hohl und wird ausschließlich
von der ausgeatmeten Luft durchströmt.
-
Die
etwa U-förmig gebogene Rohrleitung 10 ist derart
ausgerichtet, dass sich ihr Bogen 11 bzw. Scheitel unten
befindet, während sich die Schenkel 12 zu beiden
Seiten des Bogens 11 von dort etwa vertikal nach oben erstrecken.
Die rohrförmige Leitung 10 besteht aus einem thermisch
gut leitenden Material, bspw. aus einem Metall, insbesondere aus rostfreiem
Edelstahl.
-
Die
rohrförmige Leitung 10 ist im Bereich ihres Bogens 11 nicht
fixiert, so dass Längenausdehnungen infolge von Temperaturveränderungen
möglich sind. Statt dessen ist sie ausschließlich
im Bereich der beiden freien Enden der Schenkel 12, d.
h., der Rohrstutzen 7, an dem Deckel 6 fixiert.
-
Da
die Bauhöhe des Gehäuseunterteils 5 gleich
oder geringer ist als die Bauhöhe der rohrförmigen
Leitung 10, ragen die beiden freien Enden 7 der
Rohrschenkel 12 als Rohrstutzen 7 oben aus dem
Gehäuse 3 heraus. Damit der Deckel 6 dennoch aufgesetzt
werden kann, verfügt dieser über zwei Ausnehmungen 13 zum
Hindurchstecken der beiden Rohrenden 7.
-
In
dem Zwischenraum zwischen den beiden Ausnehmungen 13 ist
der Deckel 6 vorzugsweise nach unten, also in das untere
Gehäuseteil 5 hinein, ausgestülpt. Diese
Ausstülpung 14 verringert das Volumen innerhalb
des Gehäuses 3. Die Form dieser Ausstülpung 14 ist
etwa der Form der angrenzenden Oberflächen der U-förmigen
Rohrleitung 10 einerseits und des Gehäuseunterteils 5 andererseits
angepaßt sein. Dabei sollte gegenüber der Rohrleitung 10 ein
ausreichender Abstand für das Kühlmittel eingehalten
werden, was gegenüber der Innenwand des Gehäuseunterteils 5 nicht
erforderlich ist.
-
Der
Deckel 6 kann mittels Schraubverschlüssen an dem
Gehäuseunterteil 5 fixiert werden. Zu diesem Zweck
verfügt das Gehäuseunterteil 5 im Bereich
seiner Oberseite an zwei oder mehr Stellen über je einen
Schraubanschluß 15. Zwischen je zwei benachbarten,
zueinander parallel nach außen ragenden Fortsätzen 16 des
Gehäuseunterteils 5 ist eine quer bzw. horizontal
verlaufende Schwenkachse 17 gelagert oder fixiert. An dieser
befindet sich ein um die Schwenkachse 17 wahlweise nach
oben oder nach außen schwenkbarer Gewindeschaft 18.
Ist dieser Gewindeschaft 18 nach oben in eine etwa vertikal aufwärts
gerichtete Position geschwenkt, so ragt er durch einen randseitigen
Schlitz 19 im Deckel 6 und erlaubt das fixierende Festklemmen
des letzteren mittels (je) einer auf das Gewinde des Schaftes 18 aufgeschraubten
Mutter 20. Im solchermaßen festgeklemmten Zustand
wirkt ein zwischen dem Gehäuseunterteil 5 und
dem Deckel 6 befindlicher, elastischer Bereich 21 als
Dichtung.
-
Außerdem
weist die rohrförmige Leitung 10 unterhalb der
freien Enden 7 der beiden Schenkel 12 jeweils
wenigstens einen rundumlaufenden Bund 22 auf. Der Bund 22 jedes
Schenkels 12 untergreift den Deckel 6 von unten,
vorzugsweise über einen dazwischen eingelegten Dichtungsring 23.
-
Oberhalb
des Deckels 6 befinden sich zwei oder mehrere, vorzugsweise äquidistant über
den Umfang verteilte, nach außen ragende Fortsätze 24. Darüber
kann ein Bajonett-Ring 25 gestülpt werden, der
sich seinerseits auf dem Deckel 6 abstützt. Ein solcher
Bajonett-Ring 25 verfügt an seiner Innenseite über
mehrere, sich etwa radial nach außen erstreckende Einkerbungen 26.
Diese korrespondieren jeweils mit je einem Fortsatz 24,
so dass je nach Drehstellung des Bajonett-Rings 25 die
Fortsätze 24 durch die Einkerbungen 26 hindurchtreten
können oder von den zwischen den Einkerbungen 26 liegenden,
radial nicht erweiterten Bereichen vor einem Durchtritt zurückgehalten
werden.
-
Das
Unterteil 5 des Gehäuses 3 hat etwa die Form
eines Bechers, d. h., sie ist ausschließlich oben offen,
ansonsten jedoch vollständig geschlossen.
-
Die
Gestalt des becherförmigen Gehäuseteils 5 folgt
zumindest bereichsweise der äußeren Gestalt der
rohrförmigen Leitung 10, ist von dieser jedoch
durch einen spaltförmigen Zwischenraum 27 getrennt.
Bevorzugt ist die Breite dieses Spaltes 27 etwa konstant.
Allerdings folgt das becherförmige Gehäuseteil 5 nur
bereichsweise der Gestalt der Rohrleitung 10, nämlich
an deren Unter- und Außenseite außerhalb des Zwischenraums
zwischen den beiden Schenkeln 12, jedoch nicht an deren
Ober- und Innenseite zwischen den beiden Schenkeln 12.
-
Wie
sich aus 3 ergibt, wird das Gehäuseunterteil 5 in
dem Bereich zwischen den beiden Schenkeln 12 durch die
Ausstülpung 14 des Deckels 6 fortgesetzt,
so dass der Hohlraum 27 die rohrförmige Leitung 10 auf
deren gesamten (querschnittlichen) Umfang mit etwa konstanter Stärke
umgibt. Während die Ausstülpung 14 deshalb
von der rohrförmigen Leitung 10 einen angemessenen
Abstand einhält, bspw. von 10 mm oder mehr, ist dies gegenüber
der Innenseite des Gehäuseunterteils 5 nicht erforderlich.
Dort gibt es entweder nur einen kleineren Abstand von bspw. 1 mm
oder gar keinen Abstand.
-
Als
Kühlmittel 28 können unterschiedliche Flüssigkeiten
verwendet werden. Bewährt hat sich bspw. eine wässrige
Lösung mit NH4Cl und KNO3, insbesondere mit einem Mischungsverhältnis
von etwa 25 g bis 35 g NH4Cl je 100 ml H2O, und/oder von mit etwa 15 g bis 25 g KNO3 je 100 ml H2O.
-
Vor
der Verwendung wird diese Lösung in einem Kühlschrank
gekühlt; aufgrund von Phasenübergängen
(phase change material) bleibt die Temperatur bei etwa –3,9°C
unverändert. Sodann wird der Deckel 6 geöffnet
und die Kühlflüssigkeit 28 in den Hohlraum 27 eingefüllt;
anschließend wird der Deckel 6 wieder aufgesetzt
und die Muttern 20 wieder festgezogen. Sodann nimmt der
Patient das Mundstück 9 in den Mund und atmet
regelmäßig ein und aus.
-
Die
Atemluft strömt durch die rohrförmige Leitung 10;
dabei schlagen sich an deren durch den innigen Kontakt mit dem Kühlmittel 28 stark
gekühlten Innenseite dampfförmige Bestandteile
der Atemluft als flüssiges Kondensat nieder. Dieses Kondensat
fließt sodann entlang der Innenseite der Schenkel 12 der
rohrförmigen Leitung 10 herab bis zu dem unterseitigen
Bogen 11 und sammelt sich dort an. Nach einer gewissen
Zeit kann die Behandlung beendet und das im Bereich des Bogens 11 angesammelte Kondensat
ausgegossen oder anderweitig entnommen und einer oder mehreren Untersuchungen
unterzogen werden.
-
Das
Mundstück 9 aus 1 eignet
sich sogar für Patienten, welche während der Untersuchung bspw.
auf einem Laufband laufen. Alternativ dazu kann auch eine Atemmaske
verwendet werden.
-
5 zeigt
außerdem, dass die Kondensationseinrichtung 2 auch
bei Tieren, insbesondere Hunden 29, zur Gewinnung von Atemluftkondensat
eingesetzt werden kann. Hierbei wird eine spezielle Atemmaske 30 verwendet,
die nach Art eines Maulkorbes gestaltet ist und mit ihrem Rand gegenüber der
Schnauze 31 des Hundes 29 (weitgehend) abgedichtet
ist.
-
An
der vorderen Stirnseite der Atemmaske 30 befindet sich
ein Anschluß 32 für den Schlauch 8, der
zu der Kondensationseinrichtung 2 führt. Damit der
Hund genügend Frischluft bekommt, sind im Bereich des Mantels
der Atemmaske ein oder mehrere Frischluftöffnungen 33 vorgesehen.
Dass die Frischluft durch diese Frischluftöffnungen 33 angesaugt wird,
die ausgeatmete Luft jedoch durch den Anschluß 32 und
den Schlauch 8 zur Kondensationseinrichtung 2 strömt,
wird gewährleistet durch ein Rückschlagventil
in dem Anschluß 32 einerseits und in/an den Frischluftöffnungen 33 andererseits.
Während letztere beim Einatmen öffnen, ist ersteres
nur beim Ausatmen offen.
-
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
-