DE2929615A1 - Feuchtigkeitsaustauscher in einrichtungen fuer die atmung - Google Patents
Feuchtigkeitsaustauscher in einrichtungen fuer die atmungInfo
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Description
Feuchtiqkeitsaustauscher in Einrichtungen für die Atmung
Die Erfindung betrifft einen Feuchtigkeitsaustauscher in
Einrichtungen für die Atmung entsprechend dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.
In Einrichtungen für die Atmung muß sichergestellt sein,
daß die Atemwege des Patienten nicht austrocknen und seine Wärmebilanz nicht gestört wird. Diese Gefahr besteht besonders
dann, wenn die kalte Einatemluft durch eine Tracheotomiekanüle oder durch einen Intratrachealkatheter dem Patienten
zugeführt wird. In diesen Fällen ist der Nasen-Rachen-Raum, der normalerweise die Einatemluft anfeuchtet und erwärmt,
ausgeschaltet.
Um die Austrocknung und Abkühlung zu verhindern, ist es bekannt, Atemluftanfeuchter vorzusehen. Sie sollen die Einatemluft
auf einen Wert von mehr als 70 % relativer Feuchte bringen und auf etwa Körpertemperatur einstellen.
Unterteilt nach dem prinzipiellen Aufbau sind Atemluftanfeuchter mit Anfeuchtunq der Atemluft aus einem Wasservorrat
und über einen Feuchtiqkeitsaustausch aus der
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feuchten Ausatemluft in die relativ trockene Einatemluft bekannt.
In einem der Atemluftanfeuchter aus einem Wasservorrat
erfolgt die Zufuhr der Atemluft aus einem Luftversorgungsgerät durch einen gewellten Schlauch zum Patienten. Innerhalb dieses Schlauches ist ein gefalteter WasserfUhrungsschlauch angeordnet, der mit seinen Anschlüssen mit dem
Wasservorrat verbunden ist. Die Wand des WasserfUhrungsschlauches ist wasserundurchlässig, Jedoch wasserdampfdurchlässig. Die durch den gewellten Schlauch geführte Atemluft umspült den WasserfUhrungsschlauch. Sie wird dabei durch
das dampfförmig hindurchtretende Wasser angefeuchtet. In weiterer Ausbildung kann der atemgasführende Schlauch in
einem um den Hals des Benutzers hängenden und in die Atemgasverbindung zum Atemgerät oder direkt aus der umgebenden Atmosphäre zum Benutzer eingeschalteten Wasserbeutel
angeordnet sein. Dabei kann der in auf- und abgeführten Windungen geführte Atemschlauch mit Polytetrafluoräthylen-Wänden Teil des Wasserbeutels sein. Sein Einlaß kann entweder direkt mit der Atmosphäre oder mit einem gleichfalls
tragbaren Behälter mit flüssigem Sauerstoff verbunden sein. Sein Auslaß führt zu einer Tracheotomiekanüle oder zu einem
Nasenkatheter. Es wird angegeben, daß der Wasservorrat durch die Körperwärme aufgewärmt wird.
Nachteilig ist der verhältnismäßig große Wasservorrat, dessen
Temperatur kontrolliert werden muß und dessen großes Volumen in der Nähe des Patienten immer eine potentielle Gefahr darstellt, wenn der Wasservorrat ausläuft. Zur ausreichenden Anfeuchtung der Atemluft oder des Atemgases sind größere Durchmesser für die Atemluftführung notwendig. Diese bekannten
Atemluftanfeuchter bauen daher sehr groß. Die Erwärmung der Einatemluft durch die Körpertemperatur über den Wasservorrat
dürfte außerdem problematisch sein. (US-PS 3,871,373)
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Ein anderer bekannter Atemluftanfeuchter für Beatmungsvorrichtungen mit Anfeuchtung aus einem Wasservorrat enthält
auch eine wasserundurchlässige»aber wasserdampfdurchlässige
Folie, die auf der einen Seite mit warmem Wasser beaufschlagt ist und an deren anderer gasbeaufschlagten
Seite das anzufeuchtende Atemgas vorbeiströmt. Für die
Anordnung der Verdunstungsfläche in Sternform soll eine größere Verdunstungsleistung erzielt werden. Zwecks weiterer
räumlicher Verkleinerung des Atemluftanfeuchters, ohne
dabei die Verdunstungsfläche und damit die Verdunstungsleistung zu verringern, wurde in einem Zusatzpatent die
wasserdampfdurchlässige Folie durch die Wände von Hohlfasern
gebildet. Die Hohlfasern sind ars Bündel parallel
zueinander in einem Gehäuse angeordnet. Sie sind dabei zusammen mit einem Wasserzuführungs- und einem Wasserablaufrohr
an den Stirnseiten in einer Dichtmasse befestigt. Das zu verdunstende Wasser wird dur-n die Wasserführungsrohre
zu- bzw. abgeführt. Es umspült dabei die Hohlfasern.
Auch dieser Atemluftanfeuchter ist direkt von einem verhältnismäßig
großen Wasservorrat abhängig. Die Erwärmung verlangt besondere Maßnahmen (DE-PS 24 30 875 mit Zusatz
DE-PS 26 17 985)
In einem bekannten Feuchtigkeitsaustauscher in Geräten für Atmung und Narkose, in dem sich die in der Atemluft enthaltene
Feuchtigkeit abscheidet und das abgeschiedene Wasser in die Einatemluft hinein verdampft wird, besitzen
die im Gegenstrom geführten Aus- und Einatemkanäle als gemeinsame Trennwand eine Diffusionsfolie. Damit soll das
in der Ausatemluft in Dampfform enthaltene Wasser durch Diffusion durch die Diffusionsfolie hindurch in die Einatemluft
gelangen. Um die in der Ausatemluft enthaltene
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Wärme nicht in die umgebende Atmosphäre entweichen zu lassen, kann der Feuchtigkeitsaustauscher von einer
WMrmeisolation umhüllt sein.
Feuchtigkeitsaustauscher dieser Bauart bauen sehr groß. Ein ausreichender Wasserdampfdurchgang verlangt eine entsprechend
große FolienflSche in langen Aus- und Einatemkanälen. Die WMrmeisolation muß diese KanMle, damit die
Einatemluft ausreichend erwärmt wird, gut gegenüber der Atmosphäre isolieren. (DE-OS 25 29 050)
Aufgabe der Erfindung ist ein Feuchtigkeitsaustauscher in Einrichtungen für die Atmung mit besonderer Beachtung der
Anwendungsmöglichkeit an tracheotomierten Benutzern, der keinen Wasservorrat benötigt, die Erwärmung der Einatemluft
sichert und klein und leicht baut.
Die Lösung erfolgt gemäß den Kennzeichen der Ansprüche 1 und 2.
Die mit dieser Lösung erzielten entscheidenden Vorteile liegen in der wesentlich größeren Verdunstungsfläche, die
auf kleinem Raum unterzubringen ist. Damit wird es möglich, die Feuchtigkeit der Ausatemluft in die Einatemluft zu
überführen. Eine zusätzliche Wasserzufuhr erfolgt nicht. Durch die kompakte Anordnung wird die Wärmeenergie in den
Hohlfasern gespeichert und erwärmt bei der Einatmung die Einatemluft. Der notwendige Wärmeübergang in die Einatemluft
ist durch die dünnen Wandungen der Hohlfasern nicht behindert. Der Durchströmungswiderstand ist bedingt
durch die Menge der Hohlfasern außerordentlich klein. Die Inspirationsluft bzw. die Exspirationsluft kann
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sowohl durch die Hohlfasern als auch durch den Raum um die Hohlfasern geführt werden.
Der in seinem gesamten Aufbau einfache Feuchtigkeitsaustauscher erlaubt die Ausbildung des Austauschkörpers als
Wegwerfartikel.
Vorteilhafte Weiterbildungen, in denen ausgeatmete Mikroorganismen
sich trotz günstiger Lebensbedingungen nicht vermehren oder sogar ganz abgetötet werden, beschreiben
die Ansprüche 3 bis 8.
Das Hohlfasermaterial bleibt in seiner Struktur unverändert. Damit sind die Eigenschaften in bezug auf die WasserdampfdurchlSssigkeit
voll erhalten geblieben.
Der Feuchtigkeitsaustauscher nach der Erfindung eignet sich
ausgezeichnet für kürzere Beatmungen, z.B. für postoperative Anwendungen. Er erspart vorteilhaft sonst in den Beatmungssystemen notwendige Wasserfallen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 einen Feuchtigkeitsaustauscher mit freier
Ausatmung
Fig. 2 einen Feuchtigkeitsaustauscher zum Einbau
Fig. 2 einen Feuchtigkeitsaustauscher zum Einbau
in ein Beatmungssystem.
Der Feuchtigkeitsaustauscher 1 nach Fig. 1 besteht aus einem Austauschkörper 2 mit einem 1. Anschlußstück 3.
Das 1. Anschlußstück 3 kann sich, um ein Herausnehmen des Austauschkcrper? 2 zu ermöclichen, mittels eines Haftsitzes
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auf dem Irnengehäuse 4 halten. In dem InnengehMuse 4 sind
parallel zueinander als Bündel die Hohlfasern 5 in den Abdichtungen 6 und 7 gehalten. Die oberen Hohlfaseröffnungen
8 weisen in den Stirnraum 9, die unteren Hohlfaseröffnungen 10 zur Anschlußöffnung 11.
Das Innengehäuse 4 besitzt innen nahe der Abdichtung 6
die oberen Öffnungen 12 und nahe der Abdichtung 7 die unteren Öffnungen 13. Die oberen Öffnungen 12 verbinden
den Raum 14 um die Hohlfasern 5 mit dem Innern des 1. Anschlußstückes 3, die unteren Öffnungen 13 den Raum 14 mit der
umgebenden Atmosphäre. Der Stirnraum 9 ist mittels des von ihm weg in das Innere des 1. Anschlußstückes 3 hinein Öffnenden Rückschlagventils 15 abgeschlossen.
Auf der Süßeren und inneren oder nur der fiußeren Oberfläche der Hohlfasern 5 befindet sich im Vakuum aufgedampftes
Kupfer und/oder Silber. Diese Metalle können auch durch Kathodenzerstäubung aufgebracht sein.
Der Feuchtigkeitsaustauscher 1 funktioniert wie folgt: Die trockene und kalte Inspirationsluft 16 wird über die
Anschlußöffnung 11 durch die Hohlfasern 5 und nach dem
Öffnen des Rückschlagventils 15 durch das 1. Anschlußstück zum Patienten geleitet. Beim Durchströmen der Hohlfasern
hat sie die aus der Exspirationsluft 17 in den Hohlfaserwä'nden gespeicherte WSrme und die durch die Hohlfaserwa'nde
transportierte Feuchtigkeit aufgenommen. Die Exspirationsluft 17 strömt wegen des geschlossenen Rückschlagventils
über das Innere des 1. Anschlußstückes 3 durch die oberen
öffnungen 12 in Richtung der Pfeile 18 durch den Raum 14 und die unteren Öffnungen 13 in die umgebende Atmosphäre.
Der Feuchtlgkeltsaustauscher 19 nach Fig. 2 besitzt zusätzlich
ein 2. AnschlußstUck 20. Es 1st auf einer Verstärkung 21 des
InnengehKuses 4 befestigt. Die unteren Öffnungen 11 sind
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als Kanäle 22 zur Stirnfläche 23 geführt. Sie enden innerhalb des Kraters 24 des ringförmigen Rückschlagventils 25. Es
öffnet von der Stirnfläche 23 weg in das Innere des 2. Anschlußstückes 20 hinein.
Die Funktion dieses Feuchtigkeitsaustauschers 19 ist die gleiche wie die des Feuchtigkeitsaustauschers 1. Es wird
jedoch die Inspirationsluft 16 ebenso wie die Exspirationsluft
17 jeweils durch die 1. und 2. Anschlußstücke 3, 20 zu- wie abgeführt. Die Durchströmungsrichtung kann frei gewählt
werden. Es kann damit je nach Wunsch entweder das Innere der Hohlfasern 5 oder der Raum 14 um die Hohlfasern 5 herum
von der aufzufeuchtenden und zu erwärmenden Inspirationsluft 16 durchströmt werden; die Exspirationsluft fließt
jeweils den anderen Weg.
Eine zweckmäßige Hohlfaser besteht aus einer dünnen Permeationsmembran, die von einer Stützkonstruktion getragen
wird. Die Membrandicke liegt in der Größenordnung von !-wenigen p, sie richtet sich nach den Erfordernissen der
Permeation; die Dicke der Stützkonstruktion nach der mechanischen Belastung.
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Claims (8)
1. das Innengehäuse(4) innen nahe der Abdichtung (6) obere Öffnungen (12), durch die der Raum (14) um die
Hohlfasern (5) mit dem Innern des '.. Anschlußstückes (3), und untere Öffnungen (13), durch die er mit der umgebenden
Atmosphäre verbunden ist, besitzt und
2. ein durch die Abdichtung (6) mi*, dem Innern der Hohlfasern
(5) verbundener Stirnraum (9) mittels eines von diesem weg öffnenden Rückschlagventils (15) abgeschlossen
ist.
2. Feuchtigkeitsaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die unteren Öffnungen (13) durch eine Verstärkung (21) des Innengehäuses (4) als Kanäle (22)
zur Stirnfläche (23) geführt sind, die dort innerhalb eines Kraters (24) eines ringförmigen, die Hohlfaseröffnungen
(10) freilassenden, von der Stirnfläche (23) weg öffnenden Rückschlagventils (25) enden und ein
2. Anschlußstück (20) auf der Verstärkung (21) befestigt ist.
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3. Feuchtigkeitsaustauscher nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sich Kupfer und/oder Silber innen und außen auf der Oberfläche der Hohlfasern (5)
befinden.
4. Feuchtigkeitsaustauscher nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich Kupfer und/oder Silber
außen auf der Oberfläche der Hohlfasern (5) befinden.
5. Verfahren zur Herstellung der Austauschkörper, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer und/oder Silber im
Vakuum aufgedampft werden.
6. Verfahren zur Herstellung von Teilen der Austauschkörper,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer und/oder Silber im Vakuum aufgedampft werden.
7. Verfahren zur Herstellung der Austauschkörper, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kupfer und/oder Silber durch Kathodenzerstäubung aufgebracht werden.
8. Verfahren zur Herstellung von Teilen der Austauschkörper,
dadurch gekennzeichnet, daß das kupfer und/oder Silber durch Kathodenzerstäubung aufgebracht werden.
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