DE202018002140U1

DE202018002140U1 - Vorrichtung zur Herstellung eines Kalibriergases und eine Kalibriereinheit

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Publication number: DE202018002140U1
Application number: DE202018002140.7U
Authority: DE
Original assignee: FILT LUNGEN- und THORAXDIAGNOSTIK GmbH; FILT LUNGEN und THORAXDIAGNOSTIK GmbH
Current assignee: FILT LUNGEN- und THORAXDIAGNOSTIK GmbH; FILT LUNGEN und THORAXDIAGNOSTIK GmbH
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2018-04-23
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2028-04-24

Abstract

Vorrichtung zur Herstellung eines Kalibriergases aus gefilterter Druckluft, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konditionierungsschlauch (18) für die Druckluft durch eine Kalibrierkammer (15) geführt ist in der sich eine Wasser enthaltende Kalibrierlösung (17) befindet, wobei der Konditionierungsschlauch (18) einen Mantel aus einer wasserdampf- und/oder wasserdurchlässigen Membran aufweist und der Konditionierungsschlauch (18) mindestens abschnittsweise durch die Kalibrierlösung (17) kontaktiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kalibriergases und eine derartige Kalibriereinheit gekoppelt insbesondere mit einem H2O2 Messsystem zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens.
Ein medizinisches Gerät zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens und ein Verfahren zu dessen Betrieb ist aus der DE 10 2015 006 817 A1 bekannt. Hier wird zum Zwecke der Kalibrierung bei einem geöffnetem Ventil in einen Luftverteiler eine Kalibrierflüssigkeit oder ein Kalibriergas aus einer Kalibriereinheit vor einen Durchströmsensor abgegeben und zusammen mit gefilterter Umgebungsluft durch einen Flowgenerator durch den Durchströmsensor gesaugt. Das dabei verwendete Kalibriergas wurde durch einen Vernebler hergestellt - ist somit ein Aerosol, was zu Problemen bei der Reproduzierbarkeit führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kalibriereinrichtung zur reproduzierbaren Erzeugung von Kalibriergasen z. B. mit niedrigem H2O2 Anteilen vorzuschlagen, wobei vorzugsweise ein breiter Bereich von Konzentrationen mit der Kalibrierlösung abgedeckt werden soll und kann.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1 betreffend eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kalibriergases und mit Anspruch 10 betreffend eine Kalibriereinheit für ein Messsystem zur Bestimmung von Bestandteilen des Atemkondensats. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Kalibriergases aus gefilterter Druckluft sieht vor, dass ein Konditionierungsschlauch für die Druckluft durch eine Kalibrierkammer geführt ist in der sich mindestens ein im Wasser enthaltendes Kalibrierelement, nachfolgend als Kalibrierlösung bezeichnet, befindet, wobei der Konditionierungsschlauch einen Mantel aus einer wasserdampf- und/oder wasserdurchlässigen Membran aufweist und der Konditionierungsschlauch mindestens abschnittsweise durch die Kalibrierlösung kontaktiert ist.
Als wasserdampf- und/oder wasserdurchlässige Membran wird bevorzugt eine Nafion (Geschütztes Warenzeichen der Firma E. I: DuPont) Schlauchmembran eingesetzt. Nafion® ist ein Kopolymer aus Perfluoro - 3,6-dioxa-4-methyl-7-octen-Sulfansäure und Tetrafuoretylen. Die Sulfansäuregruppen bilden innerhalb des Polymers Ionenkanäle, durch die Wassermoleküle zusammen mit dem mindestens einen Kalibrierelement transportiert werden. Dabei erfolgt der Transport immer in Richtung des geringeren Wasserdampfpartialdruckes - hier also aus der Kalibrierkammer in den Konditionierungsschlauch und steht damit als Kalibriergas zur Verfügung, in dem die diffundierte Kalibrierlösung in die Druckgasströmung aufgenommenen wird, was einer gesättigten Befeuchtung entspricht.
Bei der gefilterten Druckluft handelt es sich bevorzugt um komprimierte Umgebungsluft, die mittels einer Pumpe direkt über ein steuerbares Ventil in den Konditionierungsschlauch leitbar oder in einem Druckbehälter zwischenspeicherbar ist.
Damit stehen zwei Möglichkeiten für die Beschickung des Konditionierungsschlauches mit Druckluft zur Verfügung, nämlich einmal gesteuert über die Pumpleistung und einmal über die im Druckbehälter gespeicherte Druckluft, die ebenfalls gesteuert nachfüllbar und/oder abgebbar ist.
Von wesentlicher Bedeutung ist die Beherrschung der Anreicherung der Druckluft mit der Kalibrierlösung, was unter Verwendung des o. a. Konditionierungsschlauches erfolgt.
Die Kalibrierkammer verfügt bei einer bevorzugten Ausführung über ein Temperierungselement für die Kalibrierlösung und damit einhergehend für den Kalibrierungsschlauch. Bei Bedarf lässt sich über diese Temperierung Einfluss auf eine mögliche Temperaturabhängigkeit der Diffusion durch die Membran des Mantels des Kalibrierungsschlauches, die Eigenschaften der Kalibrierlösung und/oder die Befeuchtung der Gasströmung nehmen.
Die Temperierung wird dadurch unterstützt, dass in der Kalibrierkammer ein Temperatursensor angeordnet ist. Über diesen und die Steuereinrichtung ist z. B. die Temperatur der Kalibrierlösung einstellbar und damit die Bedingungen des Übertritts von Kalibrierlösung in das Innere des Konditionierungsschlauches.
Für die Kalibrierlösung kann so ein weiter Bereich der Konzentration von ca. 10 µ Mol - zu ca. 10 m Mol realisiert werden.
Vorteilhaft ist es weiter, wenn die Kalibrierkammer eine Aufwickeleinheit für den Konditionierungsschlauch aufweist. So ist es möglich, sowohl auf die Konzentration der Kalibrierlösung in der Gasströmung der Druckluft als auch auf den Druck- bzw. Saugwiderstand des Konditionierungsschlauches Einfluss zu nehmen. Weiter lässt diese Aufwickeleinheit eine Reaktion auf das Ausdehnen bzw. Zusammenziehen des Konditionierungsschlauch in Abhängigkeit vom Durchtritt der Kalibrierlösung zu.
Um Verunreinigungen und/oder Veränderungen in der Konzentration des Kalibriergases auszuschließen, sieht eine weitere Ausgestaltung vor, dass die Kalibrierkammer aus einem oder mehreren inerten Materialien besteht.
Zum Filtern der verwendeten Luft wird bevorzugt ein Scrubber-Filter eingangsseitig vor der Drucklufterzeugung eingesetzt. Ein solcher Filter hat den Vorteil, dass eventuell vorhandene Konzentrationen der Messgröße in der Umgebungsluft vermieden werden. Ferner wird die Gasfeuchte der Umgebungsluft reduziert, was die Aufnahmegenauigkeit der Kalibrierlösung in dem Gasstrom der dann erzeugten Druckluft verbessert.
Die Erfindung soll anhand der Zeichnung gemäß 1 bei einer Kalibriereinheit für ein medizinisches Gerät zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens erläutert werden. Es handelt sich dabei um ein Gerät, wie es in der DE 10 2015 006 817 A1 im Wesentlichen beschrieben wurde. Das medizinische Gerät verfügt mindestens über strömungstechnisch miteinander verbundene Gerätebauteile in Form

- eines Luftverteilers 21, aufweisend mindestens eine inspiratorisch wirksame Klappe 24 für einen Lufteinlass für gefilterte Umgebungsluft, einen Anschluss zu einem Atmungsrohr mit Mundstück 20, ein Verschlussmittel 19 zum Mundstück 20 und einen Auslass für das gesamte Exspirationsvolumen,
- einer am Auslass des Luftverteilers 21 oder in einem am Auslass des Luftverteilers 21 angeschlossenen Strömungsleitrohr eingerichtet, in einem Sensoraufnehmer angeordneten Durchströmsensoreinheit 8 mit mindestens einem Durchströmsensor 7 zur Bestimmung mindestens eines Bestandteils des Exspirationsvolumens,
- eines in Strömungsrichtung hinter der Durchströmsensoreinheit 8 angeordneten Flowgenerators 30 mindestens zum gesteuerten Absaugen des gesamten Exspirationsvolumens durch den Durchströmsensor 7,
- einer Steuereinheit 4 mindestens zur Steuerung des Flowgenerators 30 sowie
- mindestens einer Kalibiergaszuführung 11 vor dem mindestens einen Durchströmsensor 7.

Der Konditionierungsschlauch 18 der Vorrichtung wie vorab beschrieben ist ausgangsseitig mit mindestens einer Kalibriergaszuführung 11 abgedichtet gekoppelt.
Dabei ist das Durchströmen des Kalibriergases durch den mindestens einen Durchströmsensor 7 über die Steuereinrichtung 4 des Flowgenerators 30 steuerbar.
Die Kopplung der Kalibriergaszuführung 11 mit dem Konditionierungsschlauch 18 erfolgt lösbar über einen Adapter, vorzugsweise in Form einer Steckverbindung oder eines Klauenverschluss.
Ebenso sollte die Verbindung zwischen der Kalibriereinheit und dem medizinischen Gerät lösbar ausgeführt sein.
In der 1 wird weiter gezeigt, dass auch mehrere Kalibrierkammern 15, 15.2 parallel angeordnet sein können - versorgt mit Druckluft wie eingangs geschildert aus jeweils einer Quelle oder einer gemeinsamen Quelle. Diese Kalibrierkammern 15, 15.2 können unterschiedliche Kalibrierlösung bzw. auch unterschiedliche Konzentrationen enthalten, so dass die Kalibrierung auch unterschiedlicher Durchströmsensoren 7 realisierbar ist, in dem die Konditionierungsschläuche 8 der einzelnen Kalibrierkammern 15, 15.2 über einen eigenen Anschluss an jeweils eine Kalibriergaszuführung 11 bzw. 12 verfügen.
Wird anstelle von einer Kalibierlösung nur Wasser verwendet, ist eine Nullpunkteinstellung für den Durchströmsensor 7 auf einfache Weise realisierbar.
Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Herstellung eines Kalibriergases ist ein leichter Austausch der Kalibrierlösung möglich. Die bevorzugt zylindrische Form der Kalibrierkammer 15 lässt eine einfache Reinigung zu und die Adaption an die Messeinheit in Form des Druckflusssensors 7 ist problemlos realisierbar.
Bezugszeichenliste

1: Pneumotachograph
2: Pneumotachographenrohr
3: Mittel zur Druckmessung
4: Steuerungseinheit
5: Kalibriergas-Filter
6: Einatemgas-Filter
7: Druckflusssensor
8: Durchströmsensoreinheit
9: reine geregelte Druckluft
10: Ventil
10.2: zweites Ventil
11: Kalibriergaszuführung
12: zweite Kalibriergaszuführung
13: Pumpe
14: Druckregelung
15: Kalibrierkammer
15.2: zweite Kalibrierkammer
16: Temperatursensor
17: Kalibierlösung
17.2: zweite Kalibrierlösung
18: Konditionierungsschlauch
19: Verschlussmittel
20: Mundstück
21: Luftverteiler
22: Manometer
23: Lamellen, Blende oder Sieb
24: inspiratorisch wirksame Klappe (Ventil)
25: Behälter
26: Abluft
27: n. b.
28: b. b.
29: n. b.
30: Flowgenerator
31: Schalldämpfer
32: n. b.
33: n. b.
34: Temperierungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015006817 A1 [0002, 0016]

Claims

Vorrichtung zur Herstellung eines Kalibriergases aus gefilterter Druckluft, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konditionierungsschlauch (18) für die Druckluft durch eine Kalibrierkammer (15) geführt ist in der sich eine Wasser enthaltende Kalibrierlösung (17) befindet, wobei der Konditionierungsschlauch (18) einen Mantel aus einer wasserdampf- und/oder wasserdurchlässigen Membran aufweist und der Konditionierungsschlauch (18) mindestens abschnittsweise durch die Kalibrierlösung (17) kontaktiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gefilterte Druckluft komprimierte Umgebungsluft ist, die mittels einer Pumpe (13) direkt in den Konditionierungsschlauch (18) leitbar oder in einem Druckbehälter (25) zwischenspeicherbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierkammer (15) ein Temperierungselement (34) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kalibrierkammer (15) ein Temperatursensor (16) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Konditionierungsschlauch (18) als Einzel- oder Parallelstrang ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierkammer (15) eine Aufwickeleinheit für den Konditionierungsschlauch (18) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierkammer (15) aus einem oder mehreren inerten Materialien besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Filtern der verwendeten Luft ein Scrubber-Filter (5) eingangsseitig vor der Drucklufterzeugung eingesetzt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck der Druckluft mittels einer Steuereinrichtung (4) regelbar ist.
Kalibriereinheit für ein medizinisches Gerät zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens, wobei das Gerät mindestens verfügt über strömungstechnisch miteinander verbundene Gerätebauteile in Form - eines Luftverteilers (21), aufweisend mindestens eine inspiratorisch wirksame Klappe (24) für einen Lufteinlass für gefilterte Umgebungsluft, einen Anschluss zu einem Atmungsrohr mit Mundstück (20), ein Verschlussmittel (19) zum Mundstück (20) und einen Auslass für das gesamte Exspirationsvolumen, - einer am Auslass des Luftverteilers (21) oder in einem am Auslass des Luftverteilers (21) angeschlossenen Strömungsleitrohr eingerichtet, in einem Sensoraufnehmer angeordneten Durchströmsensoreinheit (8) mit mindestens einem Durchströmsensor (7) zur Bestimmung mindestens eines Bestandteils des Exspirationsvolumens, - eines in Strömungsrichtung hinter der Durchströmsensoreinheit (8) angeordneten Flowgenerators (30) mindestens zum gesteuerten Absaugen des gesamte Exspirationsvolumens durch den Durchströmsensor (7), - einer Steuereinheit (4) mindestens zur Steuerung des Flowgenerators(30) sowie - mindestens einer Kalibiergaszuführung (11) vor dem mindestens einen Durchströmsensor (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Konditionierungsschlauch (18) der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgangsseitig mit der Kalibriergaszuführung (11) gekoppelt und nach außen abgedichtet ist.
Kalibriereinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchströmen des Kalibriergases durch den mindestens einen Durchströmsensor (7) über die Steuereinrichtung (4) des Flowgenerators (30) einstellbar ist.
Kalibriereinheit nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung der Kalibriereinheit an das medizinische Gerät und die Kalibriergaszuführung (11) bzw. (12) mit einem Konditionierungsschlauch (18) lösbar ist.
Kalibriereinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung der Kalibriergaszuführung (11) bzw. (12) mit einem Konditionierungsschlauch (18) über einen Adapter vorgenommen ist, vorzugsweise eine Steckverbindung oder ein Klauenverschluss ist.
Kalibriereinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kalibrierkammern (15, 15.2) parallel angeordnet sind, versorgt mit Druckluft durch eine gemeinsame Pumpe (13) oder separate Pumpen (13), wobei die Kalibrierkammern (15, 15.2) unterschiedliche Kalibrierlösungen (17) oder Konzentrationen enthalten oder eine Kalibrierkammer (15.2) auch nur mit Wasser gefüllt ist.
Kalibriereinheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierungsschläuche (18) der Kalibrierkammern (15, 15.2) über jeweils eine eigene Kalibriergaszuführung (11 bzw. 12) verfügen.