DE2134947A1

DE2134947A1 - Vorrichtung zur kontrollierten Erhöhung des relativen Dampfgehalts in einem Gas

Info

Publication number: DE2134947A1
Application number: DE19712134947
Authority: DE
Inventors: Nikodem N. Brantford Ontario Urbanowicz (Kanada)
Original assignee: Air & Health Scient Ltd
Current assignee: Air & Health Scient Ltd
Priority date: 1970-07-30
Filing date: 1971-07-13
Publication date: 1972-02-03
Also published as: AU3116871A; BE770229A; IT941578B; US3711071A; CH528309A; SE7109697L; NL7109354A

Description

dr.-in^. r-. r-s - ·.■- [ * 1^Γ·_ 022-17.276P( 17.277H) 13.7

AIR & HEALTH SCIENTIFIC LIMITED, Brantford, Ontario (Kanada)

Vorrichtung zur kontrollierten Erhöhung des relativen Dampfgehalts in einem Gas

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontrollierten Erhöhung des relativen Dampfgehaltes eines Gases mit einem Gehäuse mit einer Kammer mit Sumpf im unteren Teil; zum Sumpf hin offene Mittel für die Flüssigkeitszufuhr; zur Kammer hin offene Mittel für den Einlaß von Gas in die Kammer und entsprechende Auslaßmittel zur Fortführung des Gases aus der Kammer.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient insbesondere zur Erhöhung der relativen Feuchtigkeit von Narkosegasen, wodurch eine "Austrocknung" des Patienten während der Narkose verhindert werden soll*

O22-(62-1-9)-Nö-r (15)

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JT>

Wenn einem Patienten während eines ärztlichen Eingriffs Narkosegase verabreicht werden, besteht die Gefahr, da/3 die Lungen und andere Organe des Patienten an Wasser verlieren bzw. austrocknen. Ein solcher Wasserverlust kann die Gesundheit des Patienten ernsthaft gefährden, und gemäß der herkömmlichen Praxis wird diesem Problem durch intravenöse Injektionen zu begegnen versucht. Die Austrocknung des Patienten rührt von der Tatsache her, daß die Narkosegase keinen Wasserdampf enthalten, wie er sonst in der normalen Atmosphäre vorhanden ist.

Bislang wurden keinerlei Vorrichtungen entwickelt, die in der Lage wären, eine gesteuerte Erhöhung der relativen Feuchtigkeit von Narkosegasen bei ihrer Verabreichung zu bewirken. Die Schwierigkeiten, die beim Versuch zur Entwicklung einer solchen Vorrichtung auftreten, bestehen darin, daß sie in der Lage sein muß, die Feuchtigkeit sehr rasch zu erhöhen, so daß die Gase bei ihrer Verabreichung wirksam angefeuchtet sind, und daß dieser Vorgang ohne irgendeine Beschränkung der Gasströmung zum Patienten hin stattfinden muß, da z, B. eine Vorrichtung, die einen merklichen Rückstau bedingen würde, ungeeignet wäre, weil es in diesem Fall für den Patienten schwierig wäre, bei Bedarf eine rasch gesteigerte Strömung bzw. Menge an Narkosemitteln aufzunehmen«

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Die gegebenenfalls in den Narkosegasen erforderliche Feuchtigkeitsmenge kann abhängig von den Erfordernissen eines speziellen Falls bzw. Patienten veränderlich sein, und es ist mithin notwendig, daß die relative Feuchtigkeit des Gases alt Hilfe der Vorrichtung kontrolliert werden kann. Aus den genannten Gründen muß die Kontrolle der relativen Feuchtigkeit des Gases über einen relativ weiten Bereich unterschiedlicher Zulieferungsvolumina möglich sein.

Das Problem der Erhöhung des Dampfgehaltes in einem Gas bzw. in Luft tritt außer in dem beschriebenen Fall in vielen anderen Bereichen auf. So sind beispielsweise zahlreiche industrielle Anwendungen denkbar, wie für die Verdampfung von Brennstoffen, das Feuchthalten oder Fermentieren von Tabak, Auswaschen und Befeuchten von Ventilationsluft nit Wasser und das Versprühen bzw. Verteilen von Chemikalien in Gasräume hinein, bei denen große Luft- oder Gasvolumina verarbeitet werden und große Tröpfchengrößen erzielbar sind.

Herkömmliche Verdampfer bzw. Befeuchter, wie Haushaltsgeräte, machen ausschließlich von Verdampfungsvorg&ngen Gebrauch. So wird beispielsweise bei einer bekannten Anordnung eine mit einem absorbierendem Material be-

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deckte Trommel im Lufteinlaß eines Haushaltofens in Rotation versetzt. Die Befeuchtung erfolgt direkt durch Abdampfen von Flüssigkeit bzw. Wasser von der Trommeloberflache und hängt in starkem Maße von der Geschwindigkeit ab, mit der die Luft über die feuchte Oberfläche der Trommel geleitet wird. Diese Art von Vorrichtung ist für eine sehr rasche Erhöhung der relativen Feuchtigkeit der Luft unbrauchbar, und sie funktioniert im wesentlichen in der Weise, daß die für Anwendungen im Haushalt bestimmte Luft unter schrittweiser Erhöhung der Feuchtigkeit je Durchgang zahlreiche Male umgewälzt wird. Diese Art der allmählichen Erhöhung der Feuchtigkeit ist für viele industrielle Zwecke ungeeignet.

Ziel der Erfindung ist daher die Beseitigung der bislang bestehenden Schwierigkeiten auf diesem technischen Gebiet durch eine verbesserte Methode und Apparatur zur raschen Einführung von Flüssigkeit bzw. Dampf in einen Gasstrom, und zwar in Form feinster Nebeltropfchen und/oder von Dampf.

Die zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs genannten Art ist gekennzeichnet durch in der Kammer drehbare Scheiben- bzw. Schaufelmittel, von denen ein Abschnitt des äußeren Randes in den Sumpf hin-

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einragt; Mittel für die Rotation der Scheibe mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit zur Zerstäubung der Flüssigkeit innerhalb des Kammerraumes, durch den das Gas geleitet wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zur Regulierung der relativen Feuchtigkeit eines Gasstromes bei hohem Feuchtigkeitsniveau verwendet werden, wobei die Tröpfchengrößen bei Anwendungen, bei dem Nebel und übersättigte Luft unerwünscht sind, minimal gehalten werden. Die Vorrichtung ist minimalen Gasströmungsgeschwindigkeiten, wie sie klinisch bedingt sein können, gut anpaßbar· Mit dieser Vorrichtung können auch Narkotika oder andere Arzneimittel in einen Gasstrom entweder allein oder zusammen mit Wasser eingeführt werden«

Gemäß der Erfindung werden mithin die weiter oben angegebenen Schwierigkeiten der bislang bekannten Technik durch eine Vorrichtung zur kontrollierbaren Erhöhung der relativen Feuchtigkeit eines Gase« Überwunden.

Die Rotation dee Scheiben- oder Schaufelorgans inner halb der Kammer erfolgt mit einer Geschwindigkeit., die zur feinen Zerstäubung des Fluide bzw« Wassers innerhalb der Kammer durch die antreibende Wirkung des rotierenden Organs

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ausreicht, wodurch dem durch die Kammer hindurchtretenden Gas genügend Flüssigkeit bzw. Dampf zur Erhöhung des Dampfgehaltes (bzw. der relativen Feuchtigkeit) beigebracht wird.

Nachfolgend wird die Erfindung in Form von Beispielen unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, in der Perspektive (teilweise aufgeschnitten);

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch den eigentlichen Befeuchtungsteil der Vorrichtung von Fig. i;

Fig. 2 A eine Variante der in Fig. 2 gezeigten Anordnung mit fixierten Prallorganen;

Fig. 3 ein Scheibenpaar sowie den Gasein- und -auslaß der Kammer in auseinandergerückter .Form unter Andeutung des Gasströmungsweges;

Fig. k ein Schema für eine Narkoseanordnung mit eingebauter erfindungsgemäßer Vorrichtung;

Fig. 5 schematisch den inneren Aufbau eines Ventils

zur proportionalen Steuerung der durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1 hindurchtretenden G_asmenge;

Fig. 6 eine andere Art von Scheibe in der Perspektive und teilweise aufgeschnitten;

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Fig, 7 bis 12 veitere Ausführungsformen für rotierende Scheiben; und

Fig. 13 einen Schnitt längs XIII-XIII durch die in
Fig. 2 A gezeigte Befeuchtungskammer.

Fig. 1 zeigt eine allgemein mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Vorrichtung zur gesteuerten Erhöhung der relativen Feuchtigkeit bzw. des Dampfgehalts eines Grases. Diese Vorrichtung umfaßt ein Gehäuse 12, einen Rahmen bzw. ein
Stativ Ik und einen Motor 16. Der Rahmen Ik besteht aus einer horizontalen Platte bzw. Plattform 18 mit einem aufrecht stehenden Flansch oder Vinkeleisen 20 am vorderen Ende und einem gebogenen Träger 22 am hinteren Ende. Das Winkeleisen 20 und der gebogene Träger 22 dienen zur Halterung des Motors 16, Dieser ist an seinem vorderen Ende am Winkeleisen 20 mit Hilfe von Feststellschrauben 2k festgelegt. Der Motor 16 besitzt vorzugsweise eine variable Geschwindigkeit, so daß die innerhalb der Kammer 12 herrschenden Zerstäubungsbedingungen durch Einstellung der Rotationsgeschwindigkeit des Motors, wie nachfolgend beschrieben wird, eingestellt werden können.

Das Gehäuse 12 hat eine zylindrische Wand 26 und sich gegenüberliegende scheibenartige Seitenwände 28 und 30. An der Wand 30 befindet sich ein als Dampffalle ausgebildete

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Einlaß 32 und an der Wand 28 ein entsprechender Auslaß 3k. Die Wand 30 hat einen Durchgang 36, der mit der Dampffalle 32 in Verbindung steht und die Wand 28 einen Durchgang 30, der mit der Dampffalle 3^ iⁿ Verbindung ist. In der Seitenwand der Falle 32 befindet sich ein Eingang kO, während der Ausgang kZ in der End- oder Stirnwand der Falle 3^ vorgesehen ist.

ψ Es ist zu bemerken, daß sich der Eingang kO und der

Ausgang 42 der Kammer kk auf einem höheren Niveau befinden als die Durchgänge 36 und 38 in den Seitenwänden 30 und des Gehäuses 12» Durch diese Anordnung der Dampffallen 32. und 3k und der Durchgänge bzw. Ein- und Ausgänge 36 und in den Seitenwänden kann sichergestellt werden, daß keine Flüssigkeit von der Kammer kk in irgendeine Richtung (nach vorn oder hinten) außer bei Zerstäubung in genügend feine Teilchen durch das Gas ausgetragen wird, wie verständlich werden wird.

Das untere Ende des Gehäuses 12 kann auf der Plattform 18 ruhen, und das Gehäuse ist einer Montage zur Verhinderung von Drehbewegungen durch Festlegung an Armen 21 (von denen lediglich einer in Fig. 1 gezeigt ist) angepaßt, die von der Basisplatte 18 nach oben vorstehen und an dem nach oben vorragenden Winkeleisen 20 befestigt sind.

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Der Rahmen Ik, das Gehäuse 12 und die Dampffallen 32 und Jk können aus irgendeinem geeigneten Material, wie Kunststoff (Polyäthylen) oder dgl. gebildet oder auch aus einem geeignet gegen Korrosion geschützten Metall hergestellt sein,

Wie aus der vorstehenden Beschreibung folgt, ist die vom Gehäuse 12 umschlossene Kammer kk im allgemeinen zylindrisch* Venn die Anforderungen an die Vorrichtung sehr hoch sind, kann die Kammer kk mit einer wesentlichen Flüssigkeit smenge gefüllt sein, so daß der untere Teil der Kammer als Sumpf 46 betrachtet werden kann, als welcher er nachfolgend bezeichnet wird*

Die vom Elektromotor vorragende Antriebswelle 48 ist über eine geeignete Kupplung 50 mit der Hauptantriebswelle 52 verbunden. Vie Fig. 2 zeigt, ist die Hauptantriebswelle 52 drehbar in den Seitenwänden 28 und 30 des Gehäuses 12 montiert. Die Velle ist gegenüber den Vänden 28 und 30 ge eignet abgedichtet, zur Verhinderung, daß Flüssigkeit aus dem Gehäuse austritt· Ein Paar Sexheiben 56 und 57 sind mit dieser zusammen drehbar auf der Velle 52 montiert. Diese Scheiben werden auf der Velle durch eine Schraubenfeder 58 voneinander entfernt gehalten.

Vie nachfolgend verständlich werden wird, sind die

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- to -

Scheiben für eine Zerstäubung von Wasser bzw. Flüssigkeit innerhalb der Kammer unter der Wirkung ihrer Bewegung, wenn sie mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden, konstruiert. In Fig. 2 ist auch schematisch das den Sumpf k6 des Gehäuses bildende Wasser 60 eingezeichnet sowie die Anordnung des Wassereinlasses 62. Es ist zu bemerken, daß dieser Einlaß so angeordnet ist, daß das Wasser in enger Nachbarschaft zur Scheibe 56 in die Kammer gelangt. Dadurch wird sichergestellt, daß das in die Kammer durch die Zufuhrleitung 64 eintretende Wasser auf die Scheibe bzw. das Blatt 56 trifft, was die Geschwindigkeit der Wasserzerstäubung bei Rotation der Scheibe 56 weiter unterstützt.

Fig. 3 zeigt schematisch einen typisc hen Strömungsweg für das Gas durch die Kammer 12. Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung hat eine besondere Scheibenform und Anordnung. Es ist jedoch klar, daß die in Fig. 6 bis 12 gezeigten unterschiedlichen Scheibenformen auch angewandt werden können.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform hat die Scheibe 56 halbkreisförmige Ausschnitte bzw. Aussparungen 70 am äußeren Umfang und zwei auf Kreisen angeordnete Reihen von Löchern bzw. Durchlässen 72 und 7¹*, die auf der Scheibe vom Rand radial einwärts in einem gewissen Abstand

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angeordnet sind. Xn ähnlicher Weise hat die Scheibe 57 Aussparungen 70a am äußeren Umfang und zwei Reihen von Durchlässen 72a und 7**a. Jede(r) der Aussparungen 70 sowie der Durchlässe 72a und 7k hat einen kleinen Einlaß-Öffnungsquerschnitt und einen großen Auslaßquerschnitt (bei kegelförmiger Seitenbegrenzung der Bohrung), während die Aussparungen 70a und Durchlässe 72 und 7k& einen kleinen Auslaßquerschnitt und großen Einlaßquerschnitt haben.

Bei den in Fig. 3 gezeigten Scheiben haben alle Aussparungen 70 bzw. 70a am äußeren Umfang der Scheibe einen kleinen Durchmesser auf der Zuströmseite der Scheibe 56 bzw. auf der Abströmseite der Scheibe 57· Die Durchlässe 72 und 72a sind in gleicher Weise angeordnet, so daß der kleine Öffnungsquerschnitt abwechselnd auf der Zuströmseite und auf der Abströmseite von jeder der Scheiben 5& und 57 angeordnet ist.

Der Gasströmurlgsweg durch das Gehäuse 12 wird in Fig. durch Pfeile angedeutet. Das Gas tritt durch den Einlaß kO in die Falle 32 ein, durchquert diese und entweicht in das Gehäuse 12 durch den Durchgang j6. Nach Durchqueren des Gehäuses wird das Gas durch den Auslaß 38 in die Falle 3k abgegeben· Das befeuchtete Gas entweicht dann aus der Falle 3k durch den Auslaß k2. Während seines Aufenthaltes in der

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Kammer kk und bei Rotation der Scheiben 56 und 57 in. Richtung der Pfeile A neigt das Gas dazu, durch die verschiedenen Durchgänge 70, 70a, 72, 72a, Ik und 7^a in Richtung vom Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich gesaugt bzw. geleitet zu werden.

Es wurde gefunden, daß es durch konische Gestaltung der Durchgänge in der weiter oben angegebenen Weise und alternierende Anordnung der Verjüngungsrichtung in aneinandergrenzenden Durchgängen möglich ist, eine bedeutende Turbulenz innerhalb der Zerstäubungskammer zu erzeugen, ohne daß irgendein wesentlicher Rückstau auftritt, der den Gasdurchgang durch die Vorrichtung (Zerstäuber) behindern würde.

Obgleich gefunden wurde, daß die Form und Anordnung der Durchgänge 7o, 70a, 72, 72a, 7 k und 74a bei niedrigen Geschwindigkeiten nicht kritisch ist, erscheint eine große Anzahl solcher Durchgänge durch die Scheiben 56 und 57 bei hohen Geschwindigkeiten zur Verhinderung der Erzeugung eines Rückstaus in der Durchgangsleitung zum und vom Zerstäuber 10 erwünscht, weil sonst die Zulieferung einer angemessenen Menge von zu befeuchtendem bzw« feuchtem Gas oder Dampf behindert würde,

Fig. k zeigt eine Anordnung, die für die Zulieferung

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von Narkosegasen zu einem Patienten brauchbar ist. Das Gas wird in einer schematisch mit 80 bezeichneten herkömmlichen Speichervorrichtung aufbewahrt. Von der Speichervorrichtung 80 herkommendes Gas passiert ein Proportional-Kontrollventil 82. Dieses dient der Zulieferung Irgendeines bestimmten Anteils des ankommenden Gases durch die Zuleitung 85 zu der Zerstäubervorrichtung 10* bzw» zur Bypaß-Leitung 8k, Der Ausstoß des Zerstäubers 10* mischt sich nach Durchqueren der Leitung 86 mit dem Gas der Bypaß-Leitung 8k und gelangt zu einer Gesichtsmaske oder anderen Applikationseinrichtung 88. Bei Verwendung eines Proportional-Kontrollventils 82, wie es in Fig. k gezeigt wird, kann der Zerstäubermotor mit einer konstanten Geschwindigkeit betrieben werden und das Ausmaß der Erhöhung der relativen Feuchtigkeit durch entsprechende Einstellung des zum Zerstäuber hinströmenden Gasanteils zu dem durch die Bypaß-Leitung durchströmenden Gas verändert werden.

5 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein geeignet·· Proportions-Kontrollventil 82, bei dem das Ventilgehäuse 90 einen Einlaß 92 und einen Mit der Einlaßleitung 85 In Verbindung stehenden Auslaß 9k sowie einen »it der Bypaß-Leitung 84 verbundenen Auelaß 96 hat. Der Ventil körper 98 let innerhalb de· Gehäuses 90 drehbar montiert und hat fine AufnahmekawB«r 100 sowi« «inen zugeordneten Au·IaB 102.

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Bei der in Fig. 5 gezeigten Stellung des Ventilkörpers wird das gesamte durch den Einlaß 92 in das Ventil eintretende trockene Gras durch die Auslässe 102 und 9k zum Zerstäuber 10· hingeleitet. Zur Einstellung bzw. Veränderung des zum Zerstäuber geleiteten Gasprozentsatzes wird der Ventilkörper 98 gedreht, so daß irgendein erforderlicher Anteil des Auslasses 96 für den Einlaß von Gas in die Bypaß-Leitung 8k geöffnet wird« Vie man sieht, kann das Ventil 82 von der in Fig. 5 gezeigten Einstellung in eine Position gedreht werden, bei der das gesamte in das Ventil eintretende trockene Gas durch den Auslaß 96 in die Bypaß-Leitung 84 entlassen wird,

Fig. 6 zeigt eine Scheibe 110, die für die Verwendung in einem Zerstäuber gemäß der Erfindung geeignet ist. Diese Scheibe hat eine zentrale öffnung 112, die der Aufpassung über di· Antriebewelle 52 in einer ähnlichen Weise wie bei den früher beschriebenen Scheiben angepaßt ist. Die Scheibe 110 hat eine rinnenförmige Umfangsauanehmung 11k mit vförmigem Querschnitt. Einer Mehrzahl von Löchern 116 mit geringem Durchmesser durchsetzt die Scheibe im Bereich.der V-förmigen Ausnehmung Wk mit Öffnung innerhalb der "Sohle" der Ausnehmung· Die Löcher ti6 sind mit gleichmäßigem Abctand und in einem bestimmten radialen Abstand von der Drehaohs· angeordnet. Eine zweite Reihe von Löchern 118

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mit größerem Durchmesser durchsetzt den Körper der Scheibe in einem bestimmten von den Löchern 116 aus radial nach innen weisenden Abstand. Es wurde gefunden, daß eine Scheibe dieses Typs in der weiter oben beschriebenen Vorrichtung für eine wirksame Zerstäubung von Wasser verwendet werden kann, das in die Kammer 44 eingebracht wird oder in dieser enthalten ist*

Eine andere Scheibenart wird in Fig. 7 gezeigt. Bei . dieser Ausführungsart hat die Scheibe 120 zwei peripher voneinander entfernte Reihen von Löchern bzw. Durchlässen 126 und 128 und eine Reihe von halbkreisförmigen Aussparungen 124 längs des Umfanges. Sowohl die Vorder- als auch die Rückseite der Scheibe zeigt angrenzend an die Aussparungen 124 und Durchlässe bzw. Löcher 126 und 128 Auskehlungen. Auch hier wurde gefunden,* daß die Scheibe dieses Typs zur Zerstäubung von in der Kammer des Zerstäubers enthaltenem oder in diese eintretendem Wasser bei Rotation mit genügender Geschwindigkeit dienlich sein wird.

Fig. 8 zeigt eine weitere Form einer Scheibe 130 mit Aussparungen 134 und Löchern bzw. Durchlässen I36 und 138, die jeweils relativ zueinander umfangsmäßig entfernt sind. Alle Aussparungen 134 und alle Durchlässe I36 und 138 ha ben eine konische Ausnehmung in der Vorderseite 133, die

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sich von vorn nach hinten erstreckt, so daß die Öffnung an der Rückseite der Scheibe kleiner ist als an der Vorderseite der Scheibe.

Die in Fig. 9 gezeigte Scheibe 14O hat wiederum Aussparungen 144 am äußeren Umfang und radial nach einwärts angeordnete Durchlässe bzw. Löcher 146 und 148. Bei dieser Ausführungsform liegt der verjüngte Teil der Ausnehmungen 144 alternierend an der Vorder- bzw. Hinterseite der Scheibe. Eine ähnliche alternierende Anordnung der Verjüngungsrichtung zeigen die Löcher 146,, während der Durchmesser aller Löcher bzw. Durchlässe 148 von der Vorderseite zur Hinterseite der Scheibe hin abnimmt.

Bei Fig. 10 sind die Aussparungen 154 und Durchlässe 15^ der Scheibe 150 wie bei Fig. 9 alternierend nach vorn bzw. hinten zu verjüngt, und die Durchlässe 158 zeigen ebenfalls eine alternierende Anordnung der Verjüngungsrichtung.

Fig. 11 zeigt eine Scheibe I60 mit Aussparungen 164 mit konischer Begrenzung:, deren Durchmesser von der Vorderseite zur Hinterseite hin abnimmt· Die Durchlässe bzw. Löcher 166 und 168 zeigen keine konische Verjüngung.

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Eine einfache Form von Scheibe 170 wird in Fig» 12 gezeigt. Bei dieser erstrecken sich die Ausnehmungen 17h und die Durchlässe 176 und 1?8 in gerader Weise durch den Körper der Scheibe und sie zeigen keinerlei Verjüngung.

Bei allen diesen Scheiben können zahlreiche zusätzliche Abwandlungen vorgenommen werden» Beispielsweise kann radial einwärts an den in Fig. 9 bis 12 gezeigten innersten Lochkranz eine zusätzliche Reihe von längs eines Kreises verteilten Durchlässen (as, B, 76, 76a? «, Fig. 3) angeordnet sein·

Bei Verwendung dieser Vorrichtung für medizinische oder chirurgische Zwecke wird das trockene Gas, das irgendeines der allgemein bekannten Narkosegase «ein kann, wie O₂, He oder N₂O oder CO₂ über da« Proportional-Kontrollventil 82 zum Zerstäuber geliefert· Wasser kann entweder vor Inbe triebnahme de· Zerstäubers in den Sumpf k6 eingespeist oo>r kontinuierlich oder in Tropfenform über den Einlaß 62 zugefügt w#rden. Selbstverständlich kann auch kombiniert-Wasser im Sumpf gespeichert und kontinuierlich oder tropfenweise zugeliefert werden·

Bei Inbetriebnahme des Motor· 16* werden die Scheiben 56, 57, 110, 120, 130, 14O, 150, 16O baw. 170 innerhalb der

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ORIGINAL INSPECTED

Kammer kk in Rotation versetzt. Ein unteres Segment der Scheiben durchquert dabei die im Sumpf h6 enthaltene Flüssigkeit 60 (insbesondere Wasser). In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß lediglich ein sehr geringer Zwischenraum k9 zwischen dem äußeren Umfang der Scheiben und der Innenfläche der zylindrischen Wand 26 vorgesehen ist.

Es wurde gefunden, daß es bei Anwendung irgendeiner der weiter oben beschriebenen Scheiben möglich ist, nähe rungsweise 1,*f g Wasser zu zerstäuben und in den durch die Kammer mit einer Geschwindigkeit von 5 l/min strömenden Sauerstoff bzw. Gasstrom zu überführen» wenn die Kammer ursprünglich mit 20 g destilliertem Wasser gefüllt ist. Mit den einzelnen in den Zeichnungen dargestellten Scheiben wurden jeweils sehr ähnliche Ergebnisse erzielt.

Wie festgestellt wurde, ergibt eine (nicht gezeigte) ' Vollscheibe ohne irgendwelche Durchzugslöcher einen relativ geringen Anstieg der relativen Feuchtigkeit. Die Verwendung einer Vollscheibe kann für Anwendungszwecke von Vorteil sein, bei denen eine Apparatur gewünscht wird, durch welche die relative Feuchtigkeit eines Gases nicht über einen vorbestimmten Maximalwert erhöht werden soll. Ein· solch· Struktur ist jedoch ungeeignet, wenn eine hö here Steigerungsrate der relativen Feuchtigkeit im Gas er-

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forderlich ist. Zudem kann das Gas bei der Vollscheibe weder in genügend hoher Volumenmenge oder Geschwindigkeit frei durch die Kammer hindurchtreten, noch wird eine ausreichende wirksame Mahlwirkung der Scheiben erreicht, durch welche die Flüssigkeit 60 zur raschen Erhöhung der Feuchtigkeit eines großen durch Kammer kk hindurchtretaiden Gasvolumene angeregt würde.

Scheiben Hit Löchern, wie si· in den Figuren 6 bis 12 gezeigt werden, sind zu einer wesentlichen Erhöhung der relativen Feuchtigkeit eines Gases befähigt und gestatten erhebliche Gasströmungen durch die Kammer. Es'wurde gefunden, daß die konisch gestalteten Löcher bzw· Durchlässe von den Fig· 7 bis 10 als schwacher Ventilator wirken mit einer Tendenz zur Erhöhung der Turbulenz des durch die Kammer kk hindurchtretenden Gases ohne wesentliche Erhöhung des Drukkes innerhalb der Mahlkammer kk. Diese Struktur ermöglicht eine sehr geringe Frischluft- bzw· Gaszirkulation von üblicherweise in der klinisohen Praxis erforderlichem Typ ohne einen zusätzlichen Umwälzventilator· So wird das Fluid zwisc hen der Scheibe und der Kammerwand durch die unterschiedliche Geschwindigkeit des Fluide an diesen Oberflächen einer Scherwirkung ausgesetzt. Diese Differentialgeschwindigkeit 1st zur Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe proportional. Es wurde gefunden, daß die dabei erzeugte

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Mahlwirkung eine Dispersion von Molekülen oder winzigen Tröpfchen des Fluids wie z. B. fasser in die Atmosphäre der Kammer hinein, bewirkt, wo eine Mischung mit der hin-durchtretenden Gasströmung stattfindet.

Es wurde gefunden, daß die Flüssigkeitsmenge, die in den Gasstrom eingebracht werden kann, mit der Rotationsgeschwindigkeit und der Flüssigkeitstiefe in der Kammer zunimmt.

Es ist ebenfalls zu bemerken, daß der Einlaß für das Gas benachbart zur Rotationsachse der Scheiben angeordnet ist. W_enn die Scheiben in Rotation versetzt werden, verursachen die Zentrifugalkräfte innerhalb der Kammer einen Druckabfall im Bereich benachbart zur Rotationsachse, was die Einspeisung von Gas oder Luft in die Kammer unterstützt.

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das diese von herkömmlichen Raumbefeuchtern unterscheidet, besteht darin, daß die Rotation der Scheiben bei der Flüssigkeit in der Kammer eine Art Mahlwirkung ausübt. Diese Mahlwirkung verursacht ein mechanisches Aufrei ßen der molekularen Bindungekräfte im Fluid. Der durch die Kammer hindurchtretende Luft- oder Gasstrom nimmt die in

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feine Teilchen zerrissene Flüssigkeit auf und führt sie mit sich, wodurch die relative Feuchtigkeit des Gases sehr rasch ansteigt.

Dabei ist zu bemerken, daß - wie bereite weiter oben angegeben wurde - nur ein sehr kleiner bzw* schmaler Zwischenraum k9 zwischen der inneren Zylinderfläche 26 der K mer und der Außenfläche der Rotationsecheibe vorhanden ist. Das führt dasu, daß in der Kass*er vorhandenes Wasser durch Grensschichtadhäsion aufgenoasten und in Bewegung versetzt wird und gleichseitig der Einwirkung von Zentrifugalkräften unterliegt} dabei wird Flüssigkeit «wischen die Scheibe und die Wand getrieben. Die Flüssigkeit 6o neigt an der KajMnerwand 26 dasu, an dieser zu haften, während eng benachbart dasu Flüssigkeit durch die Scheibe au einer Kreisbewegung angeregt wird, wobei die Flüssigkeit an der Scheibenoberfläche etwa die Geschwindigkeit der Scheibe annimmt.

BestiNBung der Flüssigkeitsmenge, die Mit den er-

findungstgeMäflen Vorrichtungen lnj einer bestirnten Zeitdauer

sere täub!t werden kann, wurden sahlreiohe Versuche durchgeführt« Bei den «raten vier Versuchen waren swei Scheiben «it 15,2i cm Durchmesser und 3,18 mm Dicke auf der Welle des Zerstäuber* Montiert und werden Mit \6kO Vpm in Rotation versetzt. Am äufteren UMfang hatten die Scheiben

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30 Auseparungen der in Fig· 8 gezeigten Art. Die Durchlässe dee ereten Lochkranzes waren jeweils zwischen zwei Randauseparungen versetzt angeordnet und in einer Anzahl von 3O Stück vorhanden. Die Durchlässe des zweiten Lochkranzes waren zwischen je zwei Durchlässen der ersten Reihe versetzt; und radial einwärts angeordnet und in einer Anzahl von insgesamt 15 vorhanden» Die dritte Reihe von insgesamt 15 Löchern war versetzt zur zweiten Reihe angeordnet.

Versuch 1

Der ere te Versuch wurde mit 35 g destilliertem Wasser im Sumpf durchgeführte und die Prüfergebnisse wurden nach 10 min aufgenommene Durch die Vorrichtung wurde Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von 6 l/min geleitet und ale Mittel von drei Prüfungen wurde eine ¥ae β er auf nähme durch den Sauerstoff von 5»b g entsprechend etwa 91 mg/l gefunden. Als weiteres Merkmal dieser Prüfungen wurde festgestellt, dad die Temperatur des mit umgebungstemperatur von 2k,k ⁰C eintretenden Gases an Auslaß des Zerstäubers auf 31,1 ⁰C angestiegen war·

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Versuch 2

Ein weiterer Versuch wurde mit einer Scheibe durchgeführt, die einen kleinen.Durchmesser (von 4,33 cm) hatte und ait dem Wasser im Sumpf k6 nicht in Kontakt war. Durch die Vorrichtung IO wurde Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von 5 l/min geleitet, und zu Beginn der Prüfung enthielt der Sumpf k6 5g destilliertes Wasser. Nach einer Zeitdauer von 10 Minuten betrug die vom Sauerstoff aufgenommene Flüssigkeitsmenge 0,26 g.

Versuch 3

Bei dieses! Versuch wurde eine Scheibe der in Fig. 12 gezeigten Art in der Kammer mit etwa 14OO bis 1750 Upm in Rotation versetzt« wobei jedoch genaue Messungen unmöglich waren« Durch die Kammer wurde Sauerstoff mit einer Ge schwindigkeit von 5 l/min geleitet, und 5 g destilliertes Wasser befanden sich im Sumpf k6. Nach 10 Minuten waren 1,26 g Vasser in den Sauerstoff übergegangen·

Di· obigen Versuche wurden mit zahlreichen Gasen wiederholt t die dabei erzielten Ergebnisse sind in der nach folgenden Tabelle I zusammengefaßt.

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Tabelle I

Gas Wasseraufnahme (mg/Liter)

A 91,06

B 82,233

C Bk₉k

mit einem Gas A aus ^2^ ^ Liter/min)

O₂ (2 Liter/min) und "Flauthane* (1 ^)

Gas B aus N.,0 {k Liter/min)

O₂ (2 Liter/nin) und "Penthrane" {1 ?t) ;

Gas C wurde durch N₂O (6 Liter/ein) gebildet.

Veiter wurden zusätzliche Versuche unter den in "Versuch 3* angegebenen Bedingungen durchgeführt; die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle IZ zusammengefaßt.

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	Tabelle II	N₀O-Aufnahme *² ie)*
Versuch-Nr.	Scheibe nach Fig.	1.3
4	6	1,4
5	7	1.2
6	8	1,1
7	1O	1,1
8	11

Aue diesen Versuchen geht hervor» daß die Feuchtigkeit des Sauerstoffs (und von anderen Gasen) durch Hindurchleiten durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erheblich erhöht werden kann,

VIe Versuch 1 zeigt, wurde die relative Feuchtigkeit des Sauerstoffs auf etwa 400 % erhöht. Zwar waren Werte für die Vassersättigung von Sauerstoff nicht verfügbar, jedoch wurde angenomen, daß die Sättigungswerte bei Sauerstoff praktisch denjenigen von Luft gleichxusetaen sind. Danach wurde die relative Feuchtigkeit de· bei Versuch 1 abgehen den Gase· wie folgt bestirnts

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w 26 ..

Relative Feuchtigkeit = 1000 W χ 100

RtE

mit R = Gas-Strömungsgeschwindigkeit (Liter/rain) t = Zeit (min) W = Wasserauf nähme (g)

£ = Masse des Dampfes in gesättigtem Sauerstoff bei Prüftemperatür {2k,k °C)

Danach betrug die relative Feuchtigkeit des Sauerstoffs

IQ³ χ 5Λ

6 χ 10 χ (22,8) = etwa 400 %

Die relative Feuchtigkeit des Gases wurde Im Rahmen der vorliegenden Versuche allgemein gemäß obiger Formel bestimmt· Wenn sich Wasserdampf über einer Yassermenge mit dieser im Gleichgewicht befindet» 1st die relative Feuchtigkeit 1OO $. Die relative Feuchtigkeit von 1OO £ ist temperaturabhängig, und die in irgendeinem Gas bei Sättigung vorhandenen Wassermengen können den üblichen Tabellenwerken entnommen werden· Diese relative Feuchtigkeit von 100 i» wird nun bei irgendeiner gegebenen Temperatur erhalten, wenn die Luft "ruhig¹* und die mit de« Dampf raum in Kontakt befindliche Wassermenge ebenfalle "ruhig" iafc. Wenn

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jedoch ie Vasser ζ. B. durch Ausschleudern der Waeeermasse auf eine Oberfläche infolge der mechanischen KrKfte eine Turbulenz hervorgerufen wird» ist das In der Umgebung befindliche Gas bzw. Luft nicht mehr ruhig und wird selbst turbulent« Das neue "turbulente Gleichgewicht*¹ kann als relative Feuchtigkeit von über 1OO jt gemessen werden (d. h. Über der relativen Feuchtigkeit von ruhenden Gas und damit 1« Gleichgewicht befindlicher Flüssigkeit liegen). In Wirk-•lichkelt 1st dieses neue Gleichgewicht zwischen turbulentem Gas (Luft) «aid bewegter Flüssigkeit (Wasser) durch einzelne Dampf«olekttle oder Ansammlungen solcher Moleküle , die entweder sichtbar oder für das bloße Auge unsichtbar sind, ttbersftttlgt· Bei den vorstehenden Prüfungen war das im Gas enthaltene Hasser für das blo0e Auge unsichtbar.

Die vorstehenden Erläuterungen sollen nicht besagen, daß dl· bei den obigen Prüfungen erzielten Ergebnisse einest Gleichgewicht zwischen turbulentem Gas und Vasser entsprechen· Was gewifi erreicht werden kann, 1st eine relative Feuchtigkeit, die hoher 1st, als de« Gleichgewicht zwischen runemde« Gas und Flüssigkeit entspricht,

Weitere Prüfergebnlsse gemäß der Erfindung besagen, daß mach IO Minuten Betrieb «it 50 g Wasser 1« Sumpf 46, einer Schelbengeschwlndigkeit von IJiK) Up« und einem Sauer-

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BAD ORIGINAL

stoffstrom von 6 l/min 6,2 g Wasser "abgegeben" wurden und mithin 103,3 mg Wasser je Liter im durch die Vorrichtung 10 strömenden Sauerstoff dispergiert wurden. Die Dampftemperatur betrug bei der gesamten Prüfung 22,8 C.

Die Figuren 13 und Z A zeigen weitere Ausführungsarten gemäß der Erfindung. Der Zerstäuber 10· hat eine Reihe von festen in enger Nachbarschaft zu den rotierenden Scheiben 56 und 57 angeordneten Prallorganen. Beispielsweise kann das Prallorgan durch Ansätze 200 gebildet werden, die von der zylindrischen Wand der Kammer kk an gerechnet nach innen versetzt sind bzw· vorspringen und insbesondere im oberen Teil derselben (oberhalb der Achse der Antriebswelle für die Rotation der Scheiben) angeordnet sind.

Veiter kann bei Fig· 1 ein zusätzliches Prallorgan w zwischen den Scheiben 56 und 57 beispielsweise als Stöpsel 27 vorge ehen sein, der eine genügende Länge besitzt, so daß er durch die zylindrische Wand 26 nach innen in den Raum zwischen den Scheiben 56* und 57 vorspringt. Vorzugsweise sind die Prallorgane in enger Nachbarschaft zu den rotierenden Schaufeln bzw. Scheiben angeordnet, beispielsweise in etwa 3 nun Abstand, so daß die Flüssigkeitsströmung benachbart zu den Oberflächen der rotierenden Scheiben

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aufgerissen wird. Bei dieser Ausführungsart kann irgendeine der in den Fig. 3 und 6 bis 12 dargestellten Scheiben verwendet werden.

Durch diese und weitere Abwandlungen der Erfindung, die innerhalb der Fähigkeiten des Fachmanns liegen, wird der Rahmen der Erfindung nicht verlassen.

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Claims

Patentansprüche

JiI Vorrichtung zur kontrollierten Erhöhung des relativen Dampfgehaltes eines Gases' mit einem Gehäuse mit einer Kammer mit Sumpf im unteren Teil; zum Sumpf hin offene Mittel für die Flüssigkeitszufuhr; zur Kammer hin offene Mittel für den Einlaß von Gas in die Kammer und entsprechende Auelaßmittel zur Fortführung des Gases aus der Kammer, gekennzeichnet durch in der Kammer (44) drehbare Scheiben- bzw. Schaufelmittei (56, 57) , von denen ein Abschnitt des äußeren Randes in den Sumpf (46) hineinragt} Mittel (i6) für die Rotation der Scheibe mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit zur Zerstäubung der Flüssigkeit innerhalb des Kaamerrauwes, durch den das Gas geleitet wird.

2* Vorrichtung nach Anspruch 1 _t dadurch gekennzeichnet, daß ein Ein- und Auslaß (36 und 38) für das Gas an entgegengesetzten Seiten d«r rotierend·» Scheiben- bzw. Schaufelnittel (56, 57) angeordnet sind.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Mittel (62, 64) sur gesteuerten Zufuhr von Flüssigkeit zum Suapf (46).

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k. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Mittel zur Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit der Schaufel- bzw. Scheibenmittel,

5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis k, gekennzeichnet durch zumindest zwei Scheiben (56, 57)» die um eine geraeinsame Achse drehbar in der Kammer (44) montiert und in einen gewissen Abstand parallel zueinander angeordnet sind,

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben- oder Schaufelmittel (56, 57) eine Mehrzahl von vom Umfang her nach innen vorspringenden Aussparungen (70, 70a) in Kreisteilung angeordnet aufweisen·

7· Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Durchlässen oder Löchern (72, 7k ...), die durch den Scheibenkörper hindurchgehen und den Durchtritt von Gras von der einen Seite der Scheibe (56 ...) zur anderen ermöglichen,

8. Vorrichtung nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch

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" ³² - 213Λ947

einen ersten Lochkranz von gleichmäßig längs des Umfanges verteilten Durchlässen (72), die von der Außenkante der Scheibe (56) an gerechnet nach innen zu einen gewissen Abstand haben,

9, Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen zweiten Loehkranz von gleichmäßig über den Umfang " verteilten Durchlässen (7*0» ^{die vom} ersten Loehkranz an gerechnet radial einwärts angeordnet sind.

10, Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (70) und Löcher bzw. Durchlässe (72, Tk . ..) eine Einlaßöffnung auf einer Seite der Scheibe und eine Auslaßöffnung auf der anderen Seite der Scheibe haben, wobei die Einlaßöffnung wesentlich kleiner als die Auslaßöffnung ist.

11, Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, gekennzeichnet durch alternierende Anordnung der Verjüngungarichtung der Aueeparungen (70, 70a) bzw. Durchlässe (72, 72a, 74, 74a *..) innerhalb eines Lochkranzeβ und/oder von einem Loehkranz zum benachbarten innerhalb der Scheibe und/oder von einer Scheibe zur anderen·

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12. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher bzw. Durchlässe (72, 74) eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung haben, wobei die Einlaßöffnungen
der Durchlässe (7^) des zweiten Lochkranzes alle auf einer Seite der Scheibe (56) und die Auslaßöffnungen auf der anderen Seite liegen, während die Einlaß- und AuslaßÖffnungen der jeweils benachbarten Durchlässe (72) des ersten Lochkranzes auf entgegengesetzten Seiten der Scheibe liegen,
wodurch die Gasströmung durch eine Öffnung in ersten Lochkranz in einer entgegengesetzten Richtung zur Gasströmung
durch benachbarte Öffnungen der zweiten Lochreihe ist.

13» Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangskante der Scheibe (IIO) eine V-förmige Urafangsrinne (11U) aufweist, deren Boden genügend weit ra dial einwärts reicht, so daß die Durchlässe (116) des ersten Lochkranzes zur Rinne (114) hin offen sind, wobei die
Durchlässe des ersten Lochkranzes wesentlich kleiner sind
als die des zweiten.

i4t Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch senkrechte Anordnung der Scheibe(n)
innerhalb der Kammer.

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15« Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein relativ geringes Spiel (49) zwischen dem äußeren Umfang der Scheibe(n) und der Kammerwand.

i6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch achsnahe Anordnung des Gaseinlasses (36).

17» Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen eich konisch nach dem Kammerinnenraum zu erweiternden Gaseinlaß (36).

l8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch FlUssigkeitsfallen (34) am Gasauslaß (38) zur Verhinderung eines Austritts schwerer FlUssigkeitsteilchen aus der Kammer.

19· Vorrichtung nach Anspruch 3_t gekennzeichnet durch eine Flüssigkeitsfalle (32) am Gaseinlaß (36) zur Verhin derung eines Entweichens von Flüssigkeit aus der Kammer über den Gaseinlaß,

20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 19,

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gekennzeichnet durch Prallorgane (27; 200), die in die enge Nachbarschaft zu den rotierenden Scheiben reichen, so daß die Flüssigkeitsströmung angrenzend an die Oberflächen der rotierenden Scheiben aufgerissen wird.

21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Prallorgane (27; 200) auf zumindest etwa 3 nun Abstand an die Oberfläche der rotierenden Scheiben heranreichen.

22. Anwendung der Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Befeuchten von Narkosegasen,

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