DE2430875C3 - Breathing air humidifiers for respiratory devices - Google Patents
Breathing air humidifiers for respiratory devicesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Atemluftanfeuchter für Bcatmungsvorrichtungen mitOberflächenverdunstung.The invention relates to a humidifier for breathing devices with surface evaporation.
Bei der künstlichen Beatmung von Patienten mit Hilfe einer Intubation, aber auch bei der Spontanatmung von tracheotomierten Patienten, gelangt die Atemluft nicht mehr durch den Hals- Nasen- Rachenraum, sondern direkt in die Bronchien. Dadurch, daß der Hals-Nasen-Rachenraum von der Atemluft nicht mehr berührt wird, kann die Atemluft nicht mehr ausreichend angewärmt und angefeuchtet werden. Die Folge ist ein Austrocknen der Atemluftwege mit Gefährdung der Funktion des Flimmer-Epithels.For artificial ventilation of patients with the help of intubation, but also for spontaneous breathing of tracheostomized patients, the air no longer passes through the ear, nose and throat area, but directly into the bronchi. Because the ear, nose and throat area is no longer touched by the breath, the air you breathe can no longer be warmed and humidified sufficiently. The result is drying out the respiratory airways endangering the function of the ciliated epithelium.
Um die Austrocknung der Atemluftwege zu verhindern, ist es bekannt Atemluftanfeuchter vorzusehen. Sie sollen die Einatemluft möglichst auf Körpertemperatur erwärmen und dabei bis auf einen Wert von möglichst 100 % relativer Feuchte bringen.In order to prevent the airways from drying out, it is known to provide humidifiers. she should warm the inhaled air as far as possible to body temperature and thereby to a value of as much as possible Bring 100% relative humidity.
Die bekannten Atemluftanfeuchter besitzen fast alle den wesentlichen Nachteil, daß das in ihnen verdunstende Wasser das Leerraumvolumen auf der Einatemseite vergrößert Durch die nicht zu vermeidende Kompression beim Einatemdruck, der bis zu 120 mm/WS betragen kann, kann es z. B. bei der Beatmung von Kleinkindern zu einer bereits kritischen Einatemvolumendifferenz zwischen Beatmung mit oder ohne Wasservorrat im Anfeuchter von etwa 20 % kommen.The known humidifiers almost all have the major disadvantage that the evaporates in them Water increases the void volume on the inhalation side due to the unavoidable compression the inhalation pressure, which can be up to 120 mm / WS, it can z. B. in the ventilation of Small children to an already critical inhalation volume difference between ventilation with or without water supply in the humidifier of about 20%.
Unterteilt nach dem prinzipiellen Aufbau sind die im folgenden beschriebenen Atemluftanfeuchter bekannt:The humidifiers described below are known, divided according to the basic structure:
Bei den Sprudlern wird die Einatemluft durch das erwärmte Wasser, das die Luft anfeuchten soll, geführt. Mitgerissene Wassertröpfchen werden von über der Wasseroberfläche befindlichem Granulat festgehalten. Nachteilig bei den Sprudlern ist, daß sich das kompressible Volumen mit der Wasserfüllmenge ändert. Darüber hinaus baut das Gerät so groß, daß es nicht kurz vor dem Mund des Patienten angeordnet werden kann. In langen Zuführungsleitungen kühlt die Luft aber ab. Dadurch wird ein Teil der in der Einatemluft enthaltenen Feuchtigkeit kondensieren. Das Kondensat muß durch entsprechende Maßnahmen vom Patienten ferngehalten werden. (Cascade-Humidifier der Firma Bennet, Santa Mario, Californien, 1971).With the bubblers, the inhaled air is passed through the heated water that is supposed to humidify the air. Entrained water droplets are held in place by granules above the surface of the water. The disadvantage of the bubblers is that the compressible volume changes with the amount of water filled. In addition, the device is so large that it cannot be placed just in front of the patient's mouth can. In long supply lines, however, the air cools down. This will make some of the air you breathe condense moisture contained. The patient must take appropriate measures to remove the condensate be kept away. (Cascade humidifier from Bennet, Santa Mario, California, 1971).
Die Anfeuchter mit einem Docht arbeiten ähnlich wie die Sprudler auch ils Oberflächenanfeuchter. Durch den Docht wird die Luft jedoch nicht so innig mit dem Wasser in Berührung gebracht. Sie streicht an angefeuchteten Dochten vorbei, die angewärmtes Wasser aus einem Vorratsbehälter ansaugen. Diese Luftanfeuchter besitzen die gleichen Nachteile wie die Sprudler. Da sie jedoch kleiner gebaut werden können, kann man sie dichter zum Patienten hin anordnen. Die Probleme der Kondensation werden dadurch günstiger, andererseits ist eine ausreichende Anfeuchtung der Atemluft jedoch problematischer.The humidifiers with a wick work in a similar way to the bubbler as a surface humidifier. Through the In the wick, however, the air is not brought into contact with the water so intimately. She paints moistened wicks that suck in heated water from a storage container. This Humidifiers have the same disadvantages as bubblers. However, since they can be built smaller, you can arrange them closer to the patient. The problems of condensation are thereby more favorable, on the other hand, sufficient humidification of the breathable air is more problematic.
Ein weiterer Luftanfeuchter benutzt eine Heißdampfinjektion in dem Einatemluftstrom. Zur Herstellung des heißen Dampfes befindet sich in dem Anfeuchter eine geheizte Platte, auf der eine einstellbare Wassermenge zum Verdampfen gebracht wird. Der entstandene Wasserdampf gelangt in das Einatemluftsystem und befeuchtet und erwärmt diese. Luftanfeuchter nach diesem System kann man sehr klein bauen.Another humidifier uses hot steam injection in the inhalation air stream. To manufacture the hot steam is a heated plate in the humidifier, on which an adjustable amount of water is made to evaporate. The resulting water vapor gets into the inhalation air system and moisturizes and warms them up. Humidifiers according to this system can be built very small.
Daher ist die Kondensation nicht problematisch. Schwierig ist jedoch die Einstellung der richtigen Wassefmenge zur Atemluftanfeuchtung. Bei geringer Atemvötumina kann es dadurch zu Überhitzungen, bei zu großer Atemminutenvolumina aber auch zu nicht ausreichender Anfeuchtung und zu niedrigen Temperaturen kommen.Therefore, condensation is not a problem. However, it is difficult to find the right one Amount of water for humidifying breathing air. In the case of low respiratory volumes, this can lead to overheating Breathing minute volumes that are too large, but also insufficient humidification and temperatures that are too low come.
Die Aufgabe der Erfindung ist ein Atemluftanfeuchter, in dem das kompressible Volumen unabhängig vom Wasserverbrauch konstant bleibt und der so klein gebaut werden kann, daß er zur Vermeidung vonThe object of the invention is a humidifier in which the compressible volume is independent of Water consumption remains constant and can be built so small that it can be used to avoid
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Kondensation nahe am Patienten in die Einatemluftzufuhr eingeschaltet werden kann.Condensation close to the patient in the inhalation air supply can be switched on.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verdunstungsfläche dur± eine wasserundurchlässige, aber wasserdampfdurchlässige Folie gebildet ist die auf der einen Seite mit warmem Wasser beaufschlagt ist, und an deren anderer gasbeaufschlagten Seite das anzufeuchtende Gas «orbeiströmtAccording to the invention, this object is achieved by that the evaporation surface is formed by a water-impermeable, but water-vapor-permeable film which is exposed to warm water on one side and gas on the other Side the gas to be moistened «flows through
Mit dieser Lösung werden die physikalischen Väs'gänge in einem Hak-Nasen-Rachenraum nachgebildet Ober eine große oberfläche tritt das verdunstete Wasser in den vorbeiströmenden Einatemluftstrom ein. Gleichzeitig wird dieser auf die Wassertemperatur erwärmt. Die für die Verdunstung und die Erwärmung der Atemluft notwendige Wärmemenge kann ohne Schwierigkeiten aus dem Wasser entnommen werden. In vorteilhafter Weise wird die für die Anfeuchtung der Einatemluft notwendige Wassermenge ohne Veränderung des kompressiblen Leerraumvolumens dem Wasservorrat entnommen.With this solution, the physical passages in a hook-nasopharynx are simulated The evaporated water enters the inhaled air stream flowing past over a large surface. At the same time, this is heated to the water temperature. Those for evaporation and warming The amount of heat required for breathing air can be extracted from the water without difficulty. The amount of water required for humidifying the inhaled air is advantageously unchanged of the compressible void volume taken from the water supply.
In Ausbildung der Erfindung besteht die Folie entweder aus einem hydrophoben oder hydrophobierten Material mit einer Makroporosität oder aus einem hydrophilen Material mit einer Mikroporosität.In an embodiment of the invention, the film consists either of a hydrophobic or a hydrophobized one Material with a macroporosity or of a hydrophilic material with a microporosity.
Beide Folienmaterialien trennen das Wasser von dem mit Wasserdampf anzureichernden Einatemluftstrom. Das warme Wasser befindet sich dabei in enger Berührung mit der dem Wasser zugekehrten Seite der Folie. Es fließt aber nicht durch die Folie hindurch. Das bei der Verdunstung als Wasserdampf hindurchtretende Wasser tritt in den vorbeiströmenden Einatemluftstrom ein und erhöht dessen Feuchtigkeit. Eine Änderung des Leerraumvolumens findet dabei nicht statt. Das verdunstete Wasser wird auf der Wasserseite der Folie kontinuierlich aus dem Wasservorrat ersetzt.Both film materials separate the water from the inhaled air flow to be enriched with water vapor. The warm water is in close contact with the side of the facing the water Foil. But it does not flow through the film. That which passes through as water vapor during evaporation Water enters the inhaled air stream flowing past and increases its humidity. A change in the There is no empty space volume. The evaporated water is on the water side of the foil continuously replaced from the water supply.
In A jsgestaltung der Erfindung ist die Verdunstungsfläche in einem Behälter angeordnet, wobei an der wasserbeaufschlagten Seite die Umkehrung eines thermostatisch geheizten Warmwasserkreislaufes erfolgt, der in einem Vorratsbehälter beginnt und endet, während die gasbeaufschlagte Seite in den Einatemluftstrom, der durch die Einatemleitung fließt, eingeschaltet ist. In dem Warmwasserkreislauf kann eine Wasserpumpe enthalten sein; es kann der Warmwasserkreislauf auch durch eine Wärmequelle in der Wasserablaufleitung ei zeugt werden. Durch diese Anordnung können der Atemluftanfeuchter und der notwendige Wasservorrat räumlich voneinander getrennt angeordnet sein. Der Atemluftanfeuchter kann sehr nahe. z. B. an den Mund des Patienten herangebracht werden. Damit wird die Einatemluftleitung hinter dem Lufnnfeuchter sehr kurz, so daß eine Abkühlung und daraus folgende ungewünschte Kondensation und damit eine erneute Trocknung der Atemluft verhindert wird.In an embodiment of the invention, the evaporation surface is arranged in a container, with the water-exposed side the reversal of a thermostatically heated hot water circuit takes place, which begins and ends in a storage container, while the gas-exposed side enters the inhalation air flow, that flows through the inhalation line is switched on. A water pump can be installed in the hot water circuit be included; the hot water circuit can also be run through a heat source in the water drainage pipe egg to be procreated. This arrangement allows the humidifier and the necessary water supply must be arranged spatially separated from one another. The humidifier can be very close. z. B. brought to the patient's mouth. So that will the inhalation air line behind the air humidifier is very short, so that a cooling and consequent result unwanted condensation and thus a renewed drying of the breathing air is prevented.
Zur sicheren Funktion der Beatmungsvorrichtung ist es vorteilhaft, den Vorratsbehälter so anzuordnen, daß der Druck des Wassers auf die Verdunstungsfläche größer ist als der maximale Druck im Einatemluftstrom. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Verdunstungsfläche während des ganzen Einatmungsvorganfees immer voll mit Wasser beaufschlagt und daher die Verdunstung optimal istFor the reliable functioning of the ventilation device, it is advantageous to arrange the storage container in such a way that the pressure of the water on the evaporation surface is greater than the maximum pressure in the inhalation air flow. In this way it is ensured that the evaporation surface is always fully exposed to water during the whole Einatmungsvorgan fe and therefore the evaporation is optimal
Aus Gründen der Raumersparnis können statt des statischen Wasserdruckes zwei miteinander gekuppelte Rückschlagventile vorhanden sein, die den Wasserkeislauf in der Wasserzulaufleitung zum Atemluftanfeuchter und der Wasserablaufleitung, vom Druck im Einatemluftstrom gesteuert, unterbrechen.In order to save space, instead of the static water pressure, two coupled Check valves should be present, which control the water circulation in the water supply line to the humidifier and the water drainage line, controlled by the pressure in the inhalation air flow, interrupt.
Einer möglichst großen Verdunstungsleistung des Atemluftanfeuchters dient die eine große Räche ermöglichende Anordnung der Verdunstungsfläche in Sternform. Dabei ist die wasserbeaufschlagte Seite der inneren Behälterwand zugekehrtThe greatest possible evaporation capacity of the respiratory air humidifier serves as a large area allowing the evaporation surface to be arranged in a star shape. The water-exposed side is the facing inner container wall
Zur weiteren Verbesserung kann die gasbeaufschlagte Seite der Verdunstungsfläche mit Turbulenzeinrichtungen versehen sein. Dadurch werden die feuchten Grenzschichten noch besser vom Einatemluftstrom erfaßtFor further improvement, the gas-exposed side of the evaporation surface can be equipped with turbulence devices be provided. As a result, the humid boundary layers are even better protected from the inhalation air flow recorded
Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit kann eine den Einatemluftstrom hinter der Verdunstungsfläche und unabhängig von dieser durchsetzende Folie gleichen Materials wie die Folie der Verdunstungsfläche dienen.To further increase safety, the inhalation air flow behind the evaporation surface and Irrespective of this penetrating film, the same material as the film of the evaporation surface is used.
Ein Alisführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn example of implementation of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below described. It shows
F i g. 1 den Atemluftanfeuchter in der Beatmungsvorrichtung, F i g. 1 the humidifier in the ventilation device,
F i g. 2 einen Querschnitt des Behälters und der Verdunstungsfläche,F i g. 2 shows a cross section of the container and the evaporation surface,
Fig.3 die Anordnung der Rückschlagventile im Wasserkreislauf.Fig. 3 the arrangement of the check valves in the water circuit.
Der Patient ist über die Einatemleitung 1 und die Ausatemleitung 2 an das Beatmungsgerät 3 angeschlossen. In die Einatemleitung 1 ist der Atemluftanfeuchter 4 eingeschaltet Dieser enthält in dem Behälter 5 eine Verdunstungsfläche 6. Der Raum zwischen der Behälterinnenwand und der Verdunstungsfläche, der mit Wasser gefüllt ist ist durch die Wasserzulaufleitung 7 und die Wasserablaufleitung 8 mit dem Vorratsbehälter 9 verbunden. Durch die Pumpe 10 wird das Wasser durch das System im Kreislauf bewegt. In dem Vorratsbehälter 9 wird das Wasser mittels der Heizung 11 und dem Thermostat 12 auf eine vorbestimmte Temperatur, vorzugsweise 36° C, aufgeheizt und gehalten. Der Trockengehschutz 13 verhindert durch Warnung oder Steuerung ein zu tiefes Absinken des Wasservorrates. Das Material, aus dem die Verdunstungsfläche 6 gebildet ist ist wasserundurchlässig, gegenüber dem Wasserdampf jedoch durchlässig.The patient is connected to the ventilator 3 via the inhalation line 1 and the exhalation line 2. The breathing air humidifier 4 is switched into the inhalation line 1. This contains a in the container 5 Evaporation surface 6. The space between the inner wall of the container and the evaporation surface, which is with Water is filled is through the water supply line 7 and the water drain line 8 with the reservoir 9 connected. The water is circulated through the system by the pump 10. By doing Reservoir 9 is the water by means of the heater 11 and the thermostat 12 to a predetermined Temperature, preferably 36 ° C, heated and maintained. The dry run protection 13 prevents through Warning or control that the water supply has dropped too low. The material that makes up the evaporation surface 6 is formed is impermeable to water, but permeable to water vapor.
Das verdunstete Wasser gelangt mit dem Einatemluftstrom der durch die Einatemleitung 1 zugeführt wird, und in den es beim Vorbeiströmen entlang der Innenseite der Verdunstungsfläche 6 eintritt, über das Y-Stück 14 zum Patienten. Das unverdunstete Wasser fließt im Kreislauf in den Vorratsbehälter 9 zurück. Durch den Kreislauf ist sichergestellt, daß der Atemluftanfeuchter 4 immer mit Wasser der gewünschten Temperatur durchströmt wird. Der Atemluftanfeuchter 4 ist direkt vor dem Y-Stück und damit nahe dem Patienten angeordnet. Eine Abkühlung der Einatemluft mit entsprechender Kondensation ist verhindert.The evaporated water arrives with the inhalation air flow which is supplied through the inhalation line 1, and in which it flows past along the Inside of the evaporation surface 6 enters, via the Y-piece 14 to the patient. The undevaporated water flows back into the storage container 9 in a circuit. The cycle ensures that the Breathing air humidifier 4 is always flowed through with water of the desired temperature. The humidifier 4 is arranged directly in front of the Y-piece and therefore close to the patient. Cooling off the Inhaled air with corresponding condensation is prevented.
Durch die Anordnung des Vorratsbehälters 9 über dem Atemluftanfeuchter 4 ist sichergestellt, daß auch bei dem maximalen Einatmongsdruck von etwa 120 mm/WS das Wasser an der Verdunstungsfläche 6 steht. Die sternförmige Anordnung der Verdunstungsfläche 6 in F i g. 2 ergibt eine Vergrößerung der Fläche, aus der eine entsprechende Verdunstungsmenge resultiert. The arrangement of the reservoir 9 above the humidifier 4 ensures that at the maximum inhalation pressure of about 120 mm / WS, the water at the evaporation surface 6 stands. The star-shaped arrangement of the evaporation surface 6 in FIG. 2 results in an increase in the area, from which a corresponding amount of evaporation results.
Es ist auch möglich, statt des statischen Wasserdrukkes auf der Verdunstungsfläche 6 Rückschlagventile im Wasserzulauf und Wasserablauf zu verwenden.It is also possible, instead of the static water pressure on the evaporation surface, to have 6 check valves in the Use water inlet and water outlet.
Die Fig.3 zeigt die Anordnung der gekoppelten Rückschlagventile 15 und 16 in der Wasserzulauf- 7 bzw. Wasserabiaufleitung 8. Durch die Membran 17, durch3 shows the arrangement of the coupled check valves 15 and 16 in the water inlet 7 or Wasserabiaufleitung 8. Through the membrane 17, through
die die Kopplungsstange 18 geführt ist, sind die beiden Wasserleitungen voneinander getrennt Durch den Einatmungsdruck, der sich über die Verdunstungsfläche 6 in das Wasser überträgt, werden die Rückschlagventile 15 und 16 geschlossen und damit der Wasserkreislauf unterbrochen. In der Ausatmungsphase mit dem niedrigen Druck werden sie wieder geöffnet, so daß der Atemluftanfeuchter 4 wieder mit erwärmtem Wasser versorgt werden kann. Der Druck der Pumpe 10 ist sowhich the coupling rod 18 is guided are the two Water pipes separated from each other by the inhalation pressure, which spreads over the evaporation surface 6 transfers into the water, the check valves 15 and 16 are closed and thus the water cycle interrupted. In the exhalation phase with the low pressure, they are opened again, so that the Respiratory air humidifier 4 can be supplied again with heated water. The pressure of the pump 10 is like this
niedrig ausgelegt, daß er die Funktion der Rückschlag ventile 15 und 16 nicht verhindert.designed low so that it can perform the function of kickback valves 15 and 16 not prevented.
Eine zusätzliche Folie aus dem gleichen Material wi< die Folie der Verdunstungsfläche 6 und hinter dieser it der Einatmungsleitung 1 angeordnet, ist eine Sicher heitsmaßnahme. Sie verhindert nach einer Undichtig keit in der Verdunstungsfläche 6 das Eindringen vor Wasser in die Atemwege des Patienten.An additional foil made of the same material wi < the film of the evaporation surface 6 and arranged behind this it the inhalation line 1, is a security security measure. It prevents penetration after a leak in the evaporation surface 6 Water in the patient's airways.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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