DE3741729A1

DE3741729A1 - Verfahren und geraet zur konzentrationsverminderung von gasen, insbesondere sauerstoff

Info

Publication number: DE3741729A1
Application number: DE19873741729
Authority: DE
Inventors: Richard Bruce Waite
Original assignee: Waite and Co Pty Ltd
Current assignee: Maersk Indoplas Pty Ltd
Priority date: 1986-12-09
Filing date: 1987-12-09
Publication date: 1988-06-23
Anticipated expiration: 2007-12-10
Also published as: GB2200167B; GB2200167A; US4848333A; AU614731B2; AU8228587A; GB8728309D0; DE3741729C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zur Kon zentrationsverminderung von Gasen, insbesondere Sauerstoff. Derartige Sauerstoff-Verdünnungsgeräte werden für die Sauerstoffversorgung bei der Inhalationstherapie verwendet.

Bekannte Sauerstoff-Verdünnungsgeräte, wie sie in der US-PS 39 13 607 beschrieben sind, saugen einen Sauerstoffstrom durch eine Düsenöffnung in eine Kammer. Die Kammer steht in Verbindung mit der Umgebungsluft. Wenn der Sauerstoff aus der Düse in die Kammer strömt, wird die den Sauerstoffstrom umgebende Luft mitgerissen und Frischluft wird in die Kammer durch einen Schlitz in der Kammerwandung hineingezogen. Die Schlitzöffnung ist einstellbar, wodurch das Verhältnis der der Kammer zugeführten und mit dem Sauerstoffstrom vereinigten Luft über einen gewissen Bereich eingestellt werden kann. Die Mischung von Luft und Sauerstoff wird von einer Kammerauslaßöffnung zu einer Inhalationsmaske geleitet. Die Schlitzöffnung wird eingestellt durch Verdrehung eines rohrförmigen Kammer-Teiles ("Selector") mit einem Fenster gegenüber einem anderen rohrförmigen Kammer- Teil ("Hülse") mit einem überlappenden Fenster, wobei der Überlappungsbereich die Öffnung begrenzt, durch welche die Luft zum Mischen zugeführt wird.

Das bekannte Sauerstoff-Verdünnungsgerät der oben beschriebenen Art weist eine Anzahl von Nachteilen auf.

Ein Selector ist erforderlich für die Zuführung des Verdünnungs anteils von 24 bis 30% Luft zu dem Sauerstoff, während ein zweiter Selector mit einer größeren Strahldüse und einem kleineren Lufteintrittsschlitz erforderlich ist für Anteile von 35 bis 50%. So werden zwei Selectoren benötigt, um den gesamten Anteilsbereich abzudecken, was eine getrennte Aufbewahrung des jeweils unbenutzten Teils erforderlich macht und daher unbequem ist. Außerdem ist es ratsam, die Sauerstoff-Durchflußmenge ebenso einzustellen wie die Luftöffnung. Beispielsweise wird ein Sauerstoffdurchsatz von drei Litern pro Minute (l/min) empfohlen zur Anwendung mit Selector-Öffnungen A oder B, um 24% bzw. 26% Verdünnung zu erreichen, während 6 l/min empfohlen sind, wenn die Öffnungen C, D eingestellt werden, um 28% bzw. 30% Verdünnung zu erreichen. Auf diese Weise ist die Möglichkeit für Irrtümer durch Fehlkombinationen einer Luftzutrittsöffnung mit einem gegebenen Sauerstoffdurchfluß oder umgekehrt geschaffen.

Darüber hinaus besteht, wenn eine zu kleine Luftzuführungsöffnung benutzt wird, das Risiko, daß, wenn die Spitzen-Einatmungs menge eines Patienten die Durchflußmenge des gemischten Gases übersteigt, der Patient zusätzliche Luft durch den Schlitz ansaugt, wodurch sich eine stärkere als die voreingestellte Verdünnung ergibt.

Ein anderer Nachteil des Bekannten ist es, daß ein Verstellschritt von etwa 24% auf 26% Verdünnung durch eine sehr kleine Verdrehung des Selectors bewirkt werden kann. Obwohl Einrastanschläge vorgesehen sind, haben diese keine ausreichende formschlüssige Wirkung und der Verdünnungsgrad kann leicht irrtümlich falsch eingestellt werden oder kann durch zufälliges Anstoßen ungenau verstellt werden.

Ein weiterer Nachteil des Bekannten ist, daß Toleranzen der feinen Öffnungen der Düse notwendigerweise kritisch sind, wenn genaue Verdünnungen erreicht werden müssen, wodurch sowohl die Herstellung als auch die Wartung und Benutzung des Gerätes kompliziert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Konzentrationsverminderung von Gasen, insbesondere Sauerstoff, anzugeben, durch das eine genaue und fehlerfreie Einstellung der Verdünnung erreichbar ist, sowie ein Gerät zur Konzentrations verminderung zu schaffen, das einfach herstellbar, betriebssicher, insbesondere stoßunempfindlich, sowie einfach in der Wartung und Benutzung ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Einstellen der Luftverdünnung an einer Sauerstoffzuführung für eine Inhalationsmaske gelöst, das folgende Schritte umfaßt:

- Zuführung von Sauerstoff in eine Kammer durch eine Öffnung,
- Zuführung von Luft in eine Kammer durch einen Einlaß,
- Einstellung des Öffnungsquerschnitts, wodurch die Sauerstoff geschwindigkeit durch die Öffnung geändert und das Verhältnis der dem Sauerstoff zugemischten Luft verändert wird.

Erfindungsgemäß wird der Sauerstoff der Kammer in einer Durchflußmenge zugeleitet, die größer als 2 l/min ist und vorzugsweise zwischen 4 und 6 l/min liegt. Luft wird der Kammer durch Öffnungen mit festen Abmessungen zugeführt und die Geschwindigkeit des in die Kammer strömenden Sauerstoffs wird eingestellt durch Verstellung des Querschnitts der Einströmöffnung, durch die der Sauerstoff in die Kammer eingeleitet wird, wo er Verdünnungen von 24 bis 50% erzeugt. Vorzugsweise wird außerdem die Geschwindigkeit des Sauerstoff stromes in der Eintrittsöffnung nicht kontinuierlich eingestellt, sondern wird in Stufen verstellt, von denen jede einer Zunahme der Anreicherung oder Verdünnung entspricht.

Der zweite Teil der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Gasverdünnungsgerät gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch

- eine Kammer mit einem Lufteinlaß und einem Auslaß, der für das Zusammenwirken mit einer Inhalationsmaske ausgelegt ist,
- Mittel, die eine Öffnung für die Zufuhr von Sauerstoff zu der Kammer begrenzen, und
- Mittel zur Veränderung des Querschnitts dieser Öffnung zur Änderung der Eintrittsgeschwindigkeit des Sauerstoffs in diese Kammer.

In vorteilhafter weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Gerätes erfolgt die Luftzuführung in die Kammer durch mindestens ein Fenster mit festgelegtem Querschnitt. Der Querschnitt der Sauerstoff-Einlaßöffnung ist durch Einführen oder Herausziehen eines Ventilschaftes von kleinerem Durchmesser als die Öffnung einstellbar. Der Durchmesser des Ventilschaftes wird in Achsrichtung größer. Vorzugsweise ändert sich der Durchmesser des Ventilschaftes stufenweise und die Einführtiefe desselben ist mittels Gewinde einstellbar.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des zusammengebauten Gerätes,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das zusammengebaute Gerät in Fig. 1 nach der Schnittlinie 2-2,

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Gerät nach der Schnittlinie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt nach der Schnittlinie 4-4 in Fig. 2,

Fig. 5 einen Querschnitt nach der Schnittlinie 5-5 in Fig. 2.

In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Sauerstoff-Ver dünnungsgerät dargestellt mit einem Hülsen-Teil, das mit dem allgemeinen Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, und einem Reglerteil 20.

Der rohrförmige Körper 2 der Hülse 1 weist eine Außenwand mit zylindrischer Innenfläche 3 auf und ein offenes Auslaßende 4. Der Durchmesser der rohrförmigen Hülse 1 verringert sich an einer mit einem Abstand vom Auslaßende 4 vorgesehenen Schulter 5 und bildet eine Verteilerkammer, welche durch eine Wandung 6 mit zylindrischer Innenfläche 7 begrenzt und durch eine Stirnwand 8 abgeschlossen ist.

Eine Vielzahl von im Abstand voneinander äquiradial angeordneten Öffnungen 14 durchdringen die Wandung 6 als Luftzuführung in die Verteilerkammer.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Öffnungen 14 mit einer Gesamtfläche von 300 qmm vorgesehen.

Ein starres Einlaßrohr 9 erstreckt sich konzentrisch von einem außerhalb der Verteilerkammer befindlichen Einlaßende 10 durch die Stirnwand 8 hindurch zu einem Auslaßende 11 innerhalb des Körpers 2 der Hülse 1.

Das Einlaßrohr 9 ist an seinem Einlaßende 10 vorzugsweise auf der Außenseite mit konischen Halteringen 12 versehen, wie sie zum Festhalten eines aufgeschobenen Schlauches verwendet werden, der im Gebrauch mit einer Sauerstoffzufuhr verbunden ist.

Wahlweise können auch Zusatzöffnungen 14 A in der Wandung der Hülse vorgesehen sein.

Der Regler 20 hat eine im wesentlichen rohrförmige Wandung 21, deren Außendurchmesser in die Wand-Innenfläche 3 der Hülse 1 eingepaßt ist, und ist mit einem Schraubengewinde 22 versehen, welches in ein Gewinde 17 eingreift, das in die Innenfläche 3 des rohrförmigen Körpers 2 geschnitten ist. Das Ineinandergreifen der Schraubenelemente 22, 17 ergibt je Umdrehung eine Axialverschiebung des Reglers 20 gegenüber der Hülse 1 um etwa 7 mm.

Der Regler 20 ist an seinem Ausströmende 26 derart ausgebildet, daß er durch Steckverbindung an den Einlaß einer in der Zeichnung nicht dargestellten Plastik-Beatmungsgerätmaske anschließbar ist.

Ein Ventilschaft 23 ist in Achsrichtung im Inneren des Reglers 20 mittels radial gerichteter Speichen oder Arme 24 befestigt.

Der Ventilschaft 23 ist im Durchmesser abgestuft und weist den kleinsten Durchmesser D 1 anschließend an seine Anströmspitze 25 und progressiv zunehmende Durchmesser D 2, D 3, D 4, D 5, D 6 in Strömungsrichtung auf. Vorzugsweise betragen die Durchmesser D 1 = 2,5 mm, D 2 = 2,8 mm, D 3 = 3,2 mm, D 4 = 3,5 mm, D 5 = 3,7 mm und D 6 = 4 mm.

Entweder der Ventilschaft 23 oder die Innenwandung des Einlaßrohres 9 oder beide können, wenn gewünscht, konische Oberflächen haben. Der Ventilschaft 23 ist derart angeordnet, daß jede halbe Schraubumdrehung des Reglers 20 gegenüber der Hülse 1 den Ventilschaft 23 um ein Maß in das Einlaßrohr 9 hinein oder aus demselben herausbewegt, durch das der Querschnitt des Spalts zwischen dem Außendurchmesser des Ventilschafts 23 und dem Innendurchmesser des Einlaßrohres 9 verändert wird. Auf diese Weise kann während des Gebrauchs die Fläche der Sauerstoffzufuhröffnung verstellt werden mit daraus folgender Änderung der Sauerstoffgeschwindigkeit bei gegebenem Durchsatz, der beispielsweise in Litern pro Minute gemessen wird.

Die Hülse 1 weist zwei langgestreckte Schlitze 15 auf, die sich auf diametral entgegengesetzten Seiten der Wandung des rohrförmigen Körpers 2 achsparallel erstrecken. Die Schlitze 15 sind im Ausführungsbeispiel gebildet durch das Einarbeiten von Abflachungen 16 in die Außenwand der Hülse 1 bis in eine Sehnen-Ebene, welche die Innenfläche 3 des Rohrkörpers 2 schneidet.

Der Regler 20 ist mit radial nach außen vorspringenden Nasen 30 versehen, die auf federnden Laschen 31 angeordnet sind, welche aus einem Teil der Regler-Wandung 21 gebildet sind. Die Nasen 30 sind in radialer Richtung zusammendrückbar auf einen Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser der Innenfläche 3 des rohrförmigen Körpers 2, aber sie werden durch die Laschen 31 federnd nach außen zurückgedrückt in Anlage an diese Innenfläche 3 oder in formschlüssigen Eingriff in den Schlitz 15 der Hülse 1.

Die Einregulierung der Luftverdünnung erfolgt durch Zusammendrücken der Nasen 30. Dadurch können die Nasen 30 die Schlitze 15 freigeben und ermöglichen das Verdrehen des Reglers 20 um eine halbe Umdrehung, während der die Nasen 30 entlang der Innenwand 3 des rohrförmigen Körpers 2 gleiten, worauf die Nasen 30 von den federnden Laschen 31 wieder in formschlüssigen Eingriff mit den Schlitzen 15 zurückgedrückt werden.

Die Schlitze 15 können in der Nähe ihrer Enden mit Vorsprüngen 32 (nur in Fig. 1 dargestellt) versehen sein, wodurch unbeabsichtigtes Zurückziehen des Reglers 20 über seinen Verstellbereich hinaus erschwert wird.

Wie in Tabelle 1 gezeigt, stellt das erfindungsgemäße Gerät einen brauchbaren Luftanteil zur Sauerstoffmischung zur Verfügung, ohne daß ein Austausch von Teilen des Gerätes erforderlich ist und ohne Veränderung des Sauerstoffdurchsatzes. Tatsächlich scheint die Verdünnung im wesentlichen unabhängig vom Durchsatz zu sein, wenn die Sauerstoff-Förderleistung in der Größenordnung von 4 bis 8 l/min. liegt.

Tabelle I

Prozentuale Luftverdünnung bei verschiedenen Sauerstoff-Durchsätzen

Es hat sich gezeigt, daß durch sorgfältige Auswahl geeigneter Dimensionen, die in einfacher Weise auf der Basis der Lehre der Erfindung durch Routineprüfung bestimmbar sind, andere Ausführungsformen der Erfindung es ermöglichen, einen breiteren Bereich von Luft/Sauerstoffverdünnungen mit einem einzigen Gerät zu erhalten.

Es ist selbstverständlich, daß, obgleich ein abgestufter Ventilschaft 23 zu bevorzugen ist und zufriedenstellendere Herstellungstoleranzen ergibt, auch ein konischer Ventilschaft verwendet werden kann. Alternativ kann ein konisch oder stufenförmig aufgebohrtes Einlaßrohr 9 mit einem zylindrischen Ventilschaft oder eine Kombination von derart zu sammenwirkenden Teilen benutzt werden. Gleicherweise können andere Ventilanordnungen verwendet werden zur Veränderung der Sauerstoffgeschwindigkeit am Kammereinlaß für eine vorbestimmte Lufteinlaßöffnung.

Die Hülse ist zweckmäßigerweise geeicht, so daß sie % Verdünnung bei den verschiedenen Einstellungen angibt. Andere Mittel für stufenweise Einstellung der Teile und/oder für Einrast-Verriegelung können vorgesehen sein.

Das Gerät kann aus beliebigem geeigneten Material hergestellt sein. Die Teile eines vorliegenden Prototyps sind gegossen aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (Regler) und Polypropylen (Hülse).

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ergeben einfache Mittel zur Einstellung des Sauerstoff:Luftverhältnisses.

Da in diesen Ausführungsformen mindestens eine halbe Drehung erforderlich ist, um eine Einstellung zu ändern, ist es schwierig, Einstellungen irrtümlich vorzunehmen und es ist äußerst unwahrscheinlich, wenn nicht unmöglich, daß eine Einstellung infolge eines plötzlichen Stoßes verändert wird.

Darüber hinaus kann ein weiter Bereich von gewünschten Einstellungen erreicht werden mit einem Gerät, ohne die Notwendigkeit, die Einstellung des Sauerstoff-Durchsatzes an einem Zufuhrregler zu verändern oder Teile zu ersetzen.

Obwohl durchweg auf Sauerstoff Bezug genommen wurde, kann das Gerät und das Verfahren auch für andere Gase oder Gasmischungen, beispielsweise mit Sauerstoff angereicherte Luft, verwendet werden.

Bezugszeichenliste 1 Hülse
2 rohrförmiger Körper
3 Innenfläche
4 Auslaßende
5 Schulter
6 Wandung
7 zylindrische Innenfläche
8 Stirnwand
9 Einlaßrohr
10 Einlaßende
11 Auslaßende
12 konische Halteringe
14 Öffnungen (äquiradial)
14 A Zusatzöffnungen
15 langgestreckte Schlitze
16 Abflachung
17 Gewinde
19 Öffnung
20 Reglerteil
21 Wandung
22 Schraubengewinde
23 Ventilschaft
24 Speichen oder Arme
25 Anströmspitze
26 Ausströmende
30 Nase
31 federnde Lasche
32 Vorsprung

Claims

1. Verfahren zum Einstellen der Luft-Verdünnung an einer Sauerstoffzuführung für eine Inhalationsmaske mit folgenden Schritten:

- Zuführung von Sauerstoff in eine Kammer durch eine Öffnung,
- Zuführung von Luft in eine Kammer durch einen Einlaß,
- Einstellung des Öffnungsquerschnitts, wodurch die Sauerstoff geschwindigkeit durch die Öffnung geändert und das Verhältnis der dem Sauerstoff zugemischten Luft verändert wird,
- und Einleiten des Luft/Sauerstoff-Gemisches in die Maske.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff der Kammer in einer Durchflußmenge zugeleitet wird, die größer als zwei Liter pro Minute ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff der Kammer in einer Durchflußmenge zwischen vier und sechs Liter pro Minute zugeleitet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des in die Kammer einströmenden Sauerstoffs eingestellt wird durch Verstellung des Querschnitts der Einströmöffnung, durch die der Sauerstoff in die Kammer eingeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffverdünnung von 24 bis 50% veränderlich ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoff-Durchflußgeschwindigkeit in Stufen eingestellt wird, von denen jede einer Zunahme der Anreicherung oder Verdünnung entspricht.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft der Kammer durch Öffnungen unveränderlicher Größe zugeführt wird.

8. Gas-Verdünnungsgerät, gekennzeichnet durch

9. Gas-Verdünnungsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft der Kammer durch mindestens ein Fenster (14) mit festgelegtem Querschnitt eingeleitet wird.

10. Gas-Verdünnungsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Sauerstoff-Einlaßöffnung (11) durch Einführen oder Herausziehen eines Ventilschaftes (23) von kleinerem Durchmesser als die Einlaßöffnung (11) einstellbar ist.

11. Gas-Verdünnungsgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Ventilschaftes (23) in Achsrichtung größer wird.

12. Gas-Verdünnungsgerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Ventilschaftes (23) sich stufenweise ändert und die Einführtiefe des Ventilschaftes (23) mittels Gewinde (17) einstellbar ist.

13. Gas-Verdünnungsgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer durch zwei ineinanderschiebbare Hülsen (2, 20) abgegrenzt ist, von denen die eine (2) die Öffnung (11) enthält und an der anderen (20) der Ventilschaft (23) angeordnet ist, und die beide mit Gewinden (17, 22) versehen sind, die derart zusammenwirken, daß durch ein Verdrehen der Hülsen gegeneinander der Ventilschaft (23) in die Öffnung hinein- oder aus dieser herausbewegt wird.

14. Gas-Verdünnungsgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere der beiden Hülsen, der Körper (2), mindestens einen Schlitz (15) aufweist und von der Oberfläche der inneren Hülse (20) eine federnde Nase (30) nach außen vorspringt, wobei der Schlitz (15) und die Nase (30) derart ausgebildet sind, daß, sobald sie beim Gegeneinanderverdrehen der Hülsen (2, 20) übereinanderstehen, die Nase (30) in den Schlitz (15) einrastet und weitere Drehung verhindert.

15. Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 bis 7 zur Einstellung der Luftverdünnung für eine Sauerstoffzuleitung für eine Inhalationsmaske.