DE2345677A1 - Verfahren zum erzeugen eines gases mit bestimmter relativer feuchtigkeit und temperatur und vorrichtung zu dessen durchfuehrung - Google Patents

Verfahren zum erzeugen eines gases mit bestimmter relativer feuchtigkeit und temperatur und vorrichtung zu dessen durchfuehrung

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DE2345677A1 DE19732345677 DE2345677A DE2345677A1 DE 2345677 A1 DE2345677 A1 DE 2345677A1 DE 19732345677 DE19732345677 DE 19732345677 DE 2345677 A DE2345677 A DE 2345677A DE 2345677 A1 DE2345677 A1 DE 2345677A1
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Description

Anmelder: Graham Gameron Grant, Australien
Verfahren zum Erzeugen eines Gases mit bestimmter relativer" Feuchtigkeit und !Temperatur und Vorrichtung zu dessen
Durchführung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Gases, das an einer Ausgabestelle eine vorbestimmte relative Feuchtigkeit und Temperatur besitzt, und eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung. Die Erfindung ist insbesondere, aber nicht ausschließlich anwendbar bei luft= befeuchtern für medizinische Zwecke.
Wenn eine normale,gesunde Person atmosphärische Luft atmet, ergänzen seine Luftdurchgangswege die inhalierte Luft mit V/arme und Feuchtigkeit. Der menschliche Körper ist also in der Lage, die erforderliche Zunahme der wärme und der Feuchtigkeit zu bewirken. Unter bestimmten Bedingungen ist es in der medizinischen Praxis erforderlich, auf den Mechanis= mus der Ergänzung von Wärme und Feuchtigkeit im Körper eines Patienten einzuwirken, sodaß künstliche Mittel benötigt werde,
A09813/08S4
BAD ORIGINAL
um das eingeatmete Gas (Luft oder Sauerstoff) auf normale Körpertemperatur zu erwärmen, und das Gas nahezu oder ganz bis zu voller Sättigung (I005& relative Feuchtigkeit) anzu= feuchten, "bevor das Gas an den Patienten abgegeben wird·
Temperatur- und feuchtigkeitskontroliierte Luft ist insbesondere erforderlich bei unter Schock stehenden und bei sehr kranken Patienten,, wie beispielsweise einem Patienten, dessen Luftdurchgangswege durch eine Röhre oder einen Luftröhren= schnitt überbrückt wurden, um für künstliche Beatmung zu sorgen, weiterhin bei einem neugeborenen Patienten, der eine nur kleine Reserve an Wärme und Feuchtigkeit hat, um eine intensive Pflege zu umgehen, oder bei einem Patienten, der aus einer Gasflasche beatmet wird.
Die üblichen Geräte zum Konditionieren eines Gases, insbesondere von Luft, das einem Patienten zugeführt wird, beruhen normaler= weise entweder auf dem Prinzip der Zerstäubung von Y<asser oder dessen Verdampfung unter Wärmezufuiir. Zerstäübungs= apparate erzeugen eine Suapension aus feinen Y/assertröpfchen in erwärmtem Gas. Sie sind ziemlich geräuschvoll im Gebrauch und nicht ungefährlich, da ein Verstopfen der Zerstäuberdüse nicht mit Sicherheit zu vermeiden ist. Bei den Verdampfungs= apparaten wird Wärme und Seuciitigkeit an das Gas abgegeben, indem das Gas durch oder über ein erwärmtes Wasserbad oder eine Abdampfungsfläche strömt.
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BAD ORIGINAL
Bei einem bekannten Luftbefeuchter einfacher Bauart wird das Gas über erhitztes v'/asser, das sich in einem Behälter befindet, geleitet und dem Patienten mit Hilfe eines flexiblen Schlauches zugeführt. Während des Durchgangs des Gases durch den Schlauch gibt das feuchte Gas eine beachtliche Y/arm em enge an die Atmosphäre ab.. Um eine Abgäbetemperätur des feuchten Gases sicherzustellen, die mit der Körper= temperatur des Menschen völlig oder fast vollständig übereinstimmt, muß das Y/asser im Befeuchtungsbehälter auf eine sehr viel höhere Temperatur erwärmt werden. IJas verursacht eine sehr starke Wasserkondensation längs des Schlauches und erfordert.die ständige Abführung des Kondensates, damit eine Gefährdung des Patienten vermieden wirde
Bei einer bekannten verbesserten Ausführungsform wird auch der Zuführungsschlauch zum Patienten selbst erwärmt, um das aus dem Wasserbehälter des Luftbefeuchters ausgelassene Gas auf einer konstanten Temperatur zu halten und eine Kondensation im Schlauch zu verhindern. Dabei besteht ein' wesentliches Merkmal darin, daß die Temperatur des Luft= befeuchters selbst auf oder in der Iahe der menschlichen Körpertemperatur gehalten wird. Ein wesentlicher Hachteil . wird darin erblickt, daß für hohe Feuchtigkeitsgehalte eine sehr große Verdampfungsfläche erforderlich ist und selbst dann nur eine relative Feuchtigkeit bis etwa Qocfo erreichbar ist.
Das Gerät ist kompliziert aufgebaut und schwierig in der Bedienung und Reinigung.
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Demgegenüber besteht bei dem Verfahren der Erfindung die Auf= gäbe darin, das zu verbrauchende Gas zunächst zu erwärmen und anzufeuchten und den nachfolgenden Temperaturverlust dazu auszunutzen, um das Gas an der Abgabestelle auf die dort erwünschte Temperatur und relative Feuchtigkeit einstellen zu können.
Nach Anspruch 1 besteht die erfindungsgemäße. Lösung darin, daß das Gas auf eine Temperatur T- erwärmt und auf eine relative Feuchtigkeit W. unterhalb der Sättigung ange= feuchtet wird, daß das feuchte und erwärmte Gas der Ausgabe= stelle über eine Auslaßleitung zugeleitet wird, deren Tempera= tür derart geregelt wird, daß an der Ausgabestelle eine niedrigere Gastemperatur Tp vorliegt, die die erforderliche höhere relative Gas feuchtigkeit Yi2 an der Ausgabestelle bedingt.
Demgegenüber bestand die bisherige bekannte Arbeitsweise darin, daß das Gas bereits am Ort der Erwärmung und Befeuchtung auf die an der Abgabestelle erforderlichen Zustandswerte, insbesondere auf hohe Feuchtigkeitsgehalte, gebracht wurde, so daß in der Ausgabeleitung entweder gefährliche Wasserkondensation auftrat oder ein Temperatur= verlust vermieden werden mußte.
Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist eine Vorrichtung besonders geeignet, deren Luftbefeuchter eine
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Auslaßleitung zur Ausgabestelle "besitzt und ein zusätzliches Heizelement an der Auslaßleitung aufweist und die sich gegenüber bekannten Geräten dadurch auszeichnet, daß innerhalb des Luftbefeuchters das Gas auf eine Temperatur T^ erwärmt und auf eine relative Feuchtigkeit Y/-, unter loofo angefeuchtet wird, und daß das Heizelement die Temperatur des durch die Auslaßleitung strömenden Gases derart beeinflußt, daß an der Ausgabestelle eine wählbare niedrigere Temperatur T2 und eine dementsprechende höhere relative Feuchtigkeit Wp des Gases vorliegt.
Die Erfindung findet bevorzugt Anwendung in der Abgabe von luft oder Sauerstoff an einen Patienten, wobei es in der Regel geboten ist, die relative Feuchtigkeit Wp des Gases an der Ausgabestelle gänzlich oder nahezu auf Sättigung einzuregeln.
Das Heizelement für die Vfärmezufuhr an das Gas in der Auslaßleitung kann aus einem üblichen Wärmetauscher oder einem elektrischen Widerstandsheizelement bestehen, die innerhalb oder um die Auslaßleitung herum angebracht sind.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist im Gasstrom am Ende der Auslaßleitung ein Temperaturfühler angebracht, der über einen Regler die dem Gas durch das
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Heizelement zugeführte Wärmemenge zur teilweisen Kompensation der Wärmeverluste in der Aiislaßleitung beeinflußt. Das erlaubt den Getrauen eines einfachen Luftbefeuchters, der am Verdampfungsort mit einer relativ hohen Temperatur ϊ-j und einer relativ niedrigen relativen Feuchtigkeit W1 (deutlich unterhalb der.Sättigung) arbeitet.
Weitere zweckmäßige Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungs= beispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Prinzips der
Erfindung,
Pig. 2 eine perspektivische Ansicht des Gerätes, wie es
für medizinische Anwendungen benutzt wird, Fig. 3 einen Yertikalschnitt des Hauptteils des Gerätes nach Pig.2 und
Fig. 4 ein schematisches elektrisches Schaltbild der Regelungs- und Versorgungsorgane des Gerätes.
Wie in Figur 1 gezeigt, wird ein Gas, z.B. Luft oder Sauerstoff, durch ein ZuIeitungsrohr 1o dem aus einem erwärmten Behälter bestehenden Luftbefeuchter 11 zugeführt,
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in dem die Feuchtigkeit des Gases auf einen gewünschten Wert erhöht werden kann» Aus dem luftbefeuchter 11 wird das Gas in der flexiblen Auslaßleitung 13 zu der Ausgabe= stelle 12 geleitet, beispielsweise zu einem Patienten.
Der Luftbefeuchter 11 wird derart kontrolliert, daß das Gas eine relative Feuchtigkeit W^ unterhalb der Sättigung aufweist, vorzugsweise im Bereich von 8o - 9o$ relative Feuchtigkeit. Außerdem sorgt der luftbefeuchter für eine Erwärmung des feuchten Gases bis auf eine Temperatur T-,, die höher liegt als eine Temperatur T?, die das Gas bei seiner Übergabe an den Patienten haben muß.
Um bei der Abgabe des Gases an den Patienten die erwünschte höhere Luftfeuchtigkeit Wp, beispielsweise volle Sättigung, zu gewährleisten, wird die Temperatur entlang der Auslaß= leitung 13 so beeinflußt, daJ3 die gewünschte niedrigere Tomperatur T2 3^ ^er Ausgabestelle 12 des Gases sicher erreicht wird. Das wird erzielt, indem der Temperaturverlust entlang der Auslaßleitung 13 mittels eines in der Leitung angebrachten elektrischen Widerstandsheizelementes 14. teilweise kompensiert wird.
Ein wichtiges Erfordernis des erzindungsgemäßen Gerätes besteht darin, das es sowohl bei Erwachsenen als- auch in der Kinderheilkunde verwendbar sein soll. Daraus ergeben sich
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Ventils, das während der Druckphase (Einatmungsphase) schließt und das während der Aus at inungs phase Wasser aus dem Reservoir in die Verdampfungskammer einströmen läßt.
Wie in Figur 2 und 3 gezeigt, enthält das Gerät ein Wasserreservoir 15» das in die Verdampfungskammer 16 bei eingeschraubt ist. Das untere Ende des Wasserreservoirs bildet ein Boden 18 über dessen Öffnung 19 das Reservoir mit der Verdampfungskammer 16 verbunden ist. Der gewünschte gleichbleibende Wasserstand in der Verdampfungskammer wird durch ein schwimmendes Nadelventil 2o eingestellt, das in einem Käfig 21 unterhalb des Bodens 18 gehalten ist. Das schwimmende nadelventil 2o schließt die Öffnung 19, wenn der Wasserstand in der Verdampfungskammer 16 .steigt und wenn v/ährend der Einatmungsphase eine G-askompression in der Verdampfungskammer auftreten sollte. Ein luftdichter Deckel 22 verschließt das ?/asserreservoir 15» so daß - wenn das schwimmende Nadelventil 2o versagen sollte - der Wasserstand in der Verdampfungskammer 16 daran gehindert wird, über das untere Ende der Öffnung 19 anzusteigen^ dadurch wird eine Behinderung des Atmungsvorganges verhütet. Außerdem ist - was in der Zeichnung nicht dargestellt ist in die Wand der Abdampfungskammer 16 ein ausfallsicherer Grenzwertfühler für den Wasserstand eingebaut.
Luft (oder Sauerstoff), die erhitzt und befeuchtet werden
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die folgenden Forderungen:
a) I1Ur die Gas-, insbesondere die Luftversorgung von
Erwachsenen, muß die Verdampfungsfläche groß genug sein, sodaß auch "bei hoher Gasströmung die erforderliche hohe relative Luftfeuchtigkeit ständig und gleichmäßig gesichert ist j außerdem muß das Passungsvermögen des Wasserbehälters genügend groß sein, damit dessen Wiederauffüllung nicht in zu kurzen Zeit ah ständen erforderlich ist?
Id) Für die Versorgung von Kindern muß das Druckvolumen des
Behälters so klein wie möglich sein, um den Atmungswider= stand niedrig zu halten.
Ein einfacher Luftbefeuchtungsbehälter vermag die "beiden vorstehenden, sich widersprechenden Forderungen nicht zu erfüllen. Ein erfindungswesentliches Merkmal "besteht nun darin, daß in der Verdampfungskammer ein gleichbleibender Wasser= stand aufrecht erhalten wird und der Wasserbedarf aus einem von der Verdampfungskammer getrennten Reservoir gedeckt wird. Die Verdampfungskammer kann dann ganz klein gehalten werden, so daß auch das Gasdruck-Volumen entsprechend niedrig ist. Dabei muß allerdings die Verbindung zwischen dem Yiasser= reservoir und der Verdampfungskammer dergestalt sein, daß die Luft innerhalb des "Wasserreservoirs nicht komprimiert wird.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Verwendung eines
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soll, gelangt durch den Einlaßstutzen 23 in die Verdampfungs= kammer 16$ die erwärmte und "befeuchtete Luft ("bzw. der Sauerstoff) verläßt die Kammer 16 durch den Aus gangs stutzen 24 und die Auslaßleitung 25.
Die Wärmemenge, die in der Verdampfungskammer 16 dem Wasser und der durchströmenden luft zuzuführen ist, wird durch eine Heizspirale 26 aufgebracht, auf der normalerweise die Verdampfungskammer sitzt. Die Heizspirale ist in einer Tasche 27 des Gehäuses 28 angeordnet, das die Regelungsund die Versorgungsorgane des Luftbefeuchters aufnimmt.
Die Auslaßleitung 25 wird von einem flexiblen Plastikschlauch gebildet, in dessen Wandung ein spiralenförmiges, elektrisches Widerstandsheizelement 14 (Sig.1) eingebettet ist, das als zusätzliche Heizquelle dient, wie es oben im Zusammenhang mit der Figur 1 erläutert worden ist. An der Auslaßleitung 25 ist weiterhin eine Kupplung 3o angeordnet, an die "beispiels= weise eine Zuleitung 29 für die Luftröhre des Patienten angeschlossen sein kann. Im Innern der Kupplung 3o ist ein Fühler 31 angeordnet, beispielsweise ein Heißleiter oder ein Platinwiderstandselement. Der Fühler mißt die Temperatur T2 des die Auslaßleitung 25 verlassenden G-ases und regelt die elektrische Leistung des Widerstandsheizelementes 14.
Figur 4 zeigt die Eegelungs- und Versorgungsorgane des Gerätes
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Der Netzanschluß 32 ist über einen manuell einstellbaren Temperaturregler 33 mit dem Luft-/ Wassererhitzer (Heizspirale 26) verbunden. Der Netzanschluß versorgt weiterhin einen Transformator 34, der seinerseits einen weiteren einstellbaren Temperaturregler 35 speist. Der Regler 35 "beeinflußt die elektrische Spannung an dem Widerstandsheizelement 14, sodaß der Heizstrom auswählend einstellbar ist auf die erforderliche Wärmeabgabe an das durch die Auslaßleitung 25 strömende Gas. Die Einstellung des Reglers 35 erfolgt zweckmäßig von Hand auf den gewünschten Sollwert der Temperatur, die dann vorzugsweise automatisch über den Meßwert des.Fühlers 31 aufrechterhalten wird. Der Temperatur-Meßwert des -Fühlers iat an dem Ableseinstrument 36 sichtbare Die gewünschte Gastemperatur T2 des Gases am Ende der Auslaßleitung 25 ist somit von Hand und/oder automatisch sicher erreichbare
Durch die Einstellung des Reglers 33 wird die Temperatur der Heizspirale 26 beeinflußt, so daß die erforderliche Temperatur T^ des Gases in der Verdampfungskammer 16 und die zugehörige relative Feuchtigkeit W^ erreicht wird.
Die geschilderte Ausbildung des Gerätes ermöglicht'es, daß entlang der Auslaßleitung 25 ein genau regelbarer Temperaturverlust (T1 - T») eintritt, und mithin die Luft an der Ausgabestelle am Leitungsende bei bestimmter Temperatur Tp &i-e gewünschte relative Feuchtigkeit, Vorzugs= weise die volle Sättigungsfeuchte, aufweist. Durch diese
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Steuerung des Temperaturabfalls, bei der die volle Sättigung nicht vor der Ausgabestelle eintritt, wird eine Wasser=
kondensation in der Auslaßleitung 25 verhindert.
Eine weitere wichtige Eigenschaft des Gerätes besteht darin, daß der Deckel 22 des Wasserreservoirs 15 entfernt werden
kann, um den Wasservorrat zu ergänzen, ohne daß die
Notwendigkeit bestünde, das Gerät von einem es gebrauchenden Patienten zu läsen.
Patentansprüche:
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Claims (1)

  1. Essen, den 4. September 1973 Im Rheinstahlhaus 1
    Λ (AG· 73/15)
    Pat ent ansprüche
    1.J Verfahren zum Erzeugen eines Gases, das an einer Ausgabestelle eine vorbestimmte relative Feuchtigkeit und Temperatur "besitzt, dadurch g e k e ii η = zeichnet, daß das Gas auf eine Temperatur T^ erwärmt und auf eine relative !Feuchtigkeit W1 unterhalb der Sättigung angefeuchtet wird, daß das feuchte und erwärmte Gas der Ausgabestelle (12) über eine Auslaß= leitung (13) zugeleitet wird, deren Temperatur derart geregelt wird, daß an der Ausgabestelle eine niedrigere . Gastemperatur Tp vorliegt, die die erforderliche höhere relative Gasfeuchtigkeit W2 an der Ausgabestelle bedingt. . .
    ο Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
    Anspruch 1, deren luftbefeuchter (11) eine Auslaßleitung (13) zur Ausgabestelle 12 besitzt und ein zusätzliches Heizelement (14) an der Auslaßleitung (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Luftbefeuchters (11) das Gas auf eine Temperatur T^ erwärmt und auf eine relative Feuchtigkeit W^ unter 1oo$ angefeuchtet wird, und daß das Heizelement (14) die Temperatur des durch die Auslaßleitung (13) strömenden Gases derart beeinflußt, daß an der Ausgabestelle eine 409813/0884
    wählbare niedrigere !Temperatur Tp und eine dementsprechende höhere relative Feuchtigkeit Wp des Gases vorliegt.
    3. Yorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn = zeichnet, daß am Ende der Auslaßleitung (13» 25) ein Slihler (31) angeordnet ist, der die !Temperatur des durch die JLnalaßleitung (13) strömenden Gases mißt und über einen Regler (35) die dem Gas durch das Heizelement (H) zugeführte Wärmemenge beeinflußt.
    4· Yorrichtung nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η = zeichnet , daß der !fühler (31) an ein Anzeige= instrument (36) für die Gastemperatur angeschlossen ist.
    5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2-4 dadurch gekennzeichnet, daß der Luftbefeuchter (11) eine Verdampfungskammer (16) enthält, die über eine Öffnung (19) mit einem Wasserreservoir (15) in Verbindung steht, und daß ein an der Öffnung (19) angeordnetes Ventil (2o) Wasser aus dem Reservoir (15) in die Verdampfungskammer (16) derart begrenzt einläßt, daß der Wasserstand einen Grenzwert nicht überschreitet, oberhalb dessen der Gasdurchgang zwischen dem Einlaß- (23) und dem Auslaßstutzen (24) behindert wird.
    6. ' Yorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn =
    zeichnet , daß das Ventil (2o) von einem Schwimmer
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    im Wasser der Verdampfungskammer (16) getragen wird und in Schließlage gelangt, wenn eine Gas kompression in der Verdampfungskammer auftritt»
    7· Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn = zeichnet , daß das -.Yasser reservoir (15) gegen die Atmosphäre durch.einen luftdichten Deckel (22) verschlossen ist.
    S. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2—7 dadurch gekennzeichnet , daß die der Verdampf ungskammer (16) zugeführte Wärmemenge durch ein einstellbares Heizelement (26) beeinflußt ist.
    4Q9813/Q884
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