DE3928530A1 - Waerme- und feuchtigkeitsaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher zum Anwärmen und Befeuchten von Beatmungsgasen, der zwischen einem Y-Stück oder Nichtrückatemventil eines Beatmungssystems und einem Patienten angeordnet ist und aus einem Gehäuse mit einem zylindrischen zwei Schichten aufweisenden Wärme- und Feuch­ tigkeitstauschelement besteht.

Die Atemgasanfeuchtung und -erwärmung ist eine der wichtigsten Aufgaben bei der künstlichen Beatmung von Patienten im Rahmen der Intensivtherapie, insbesondere dann, wenn die Patienten in­ tubiert oder tracheotomiert werden. Durch die Intubation und Tracheotomie werden die natürlichen Anfeuchtungs- und Erwärmungs­ organe des Menschen, der Nasen- und Rachenräume, eliminiert. Deshalb muß die Atemgasklimatisierung durch quasi künstliche Organe ersetzt werden.

Eine dafür charakteristische Gerätegruppe sind die sogenannten Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher. Nach der DE-OS 28 51 564 ist eine Vorrichtung zum Anwärmen und Befeuchten eines Beatmungs­ gases für einen Patienten bekannt, die in einem Gehäuse, welches in einer zum Patienten und zu einem Beatmungsgasbehälter führen­ den Gasleitung angeordnet ist, einen Feuchtigkeitsspeicher aus gasdurchlässigen, hygroskopischen Material enthält. Der Feuch­ tigkeitsspeicher ist als Hohlzylinder ausgebildet, dessen Innen­ raum mit der zum Patienten führenden Gasleitung verbunden ist. Der Hohlzylinder besteht aus zwei Schichten, bei denen das Mate­ rial der inneren Schicht größere Poren hat als das Material der äußeren Schicht. Die äußere Schicht besteht aus Visco-Zellulose und dient ausschließlich als Feuchtigkeitsspeicher. Die innere Schicht kann z. B. ein Acrylfilz sein und dient sowohl als Feuch­ tigkeitsspender und als Wärmespeicher, da das Material verhält­ nismäßig große Poren aufweist. Beim Ausatment des Patienten strömt das Ausatemgas durch die Gasleitung in das Innere des Hohlzylin­ ders und durch dessen beide Schichten, wobei an diese ein großer Teil der Feuchtigkeit und der Wärme das Ausatemgases abgegeben wird. Beim Einatmen strömt trockenes Einatemgas vom Beatmungs­ gasbehälter von außen durch den Hohlzylinder hindurch und nimmt die gespeicherte Wärme und Feuchtigkeit auf. Der Hohlzylinder ist bei Bedarf auswechselbar.

Ein Nachteil besteht darin, daß die innere vom Exspirations­ gas beaufschlagte Anströmfläche des Hohlzylinders gegenüber dessen äußerer Mantelfläche wesentlich kleiner ist, so daß die innere Anströmfläche insbesondere beim Eintritt von Sputum, das vom Exspirationsgas mitgeführt wird, schneller zusetzt und die Vorrichtung damit unbrauchbar wird.

Der Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher ist innerhalb des Sy­ stems technischer Mittel zur Realisierung der künstlichen Beatmung das Element, das dem Patienten am nächsten zugeordnet ist und damit durch Patientenreaktionen in seiner Funktion am stärksten gefährdet ist. Trotz intensiver und optimaler pflegerischer und chemotherapeutischer Maßnahmen bleibt es nicht aus, daß Patien­ ten während des Beatmungsprozesses Hustenreaktionen zeigen, in deren Verlauf es zum Abhusten von Sputum kommt. Da die Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher im Interesse eines kleinen Totrau­ mes und geringer Abmessungen im allgemeinen mit kleinen Quer­ schnitten versehen sind und sich im Grenzbereich des zulässigen Widerstandes befinden, besteht die Gefahr, daß das Sputum die Querschnitte alsbald irreversibel zusetzt. Dadurch ist der Pa­ tient auf das äußerste gefährdet und der Wärme- und Feuchtig­ keitsaustauscher muß sofort gewechselt werden. Im allgemeinen wird dieser Zustand nicht sofort durch das Monitoring des Beat­ mungssystems angezeigt, weil die dazu notwendigen Sensoren jen­ seits der Verbindung des Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschers angeordnet sind.

Des weiteren ist in der DE-OS 26 11 898 ein Wärme- und Feuchtig­ keitsaustauscher beschrieben, dessen Gehäuse mit einem im Durch­ messer größeren Mittelteil gegenüber dem Einlaß und Auslaß zu dessen beiden Seiten versehen ist. Im Mittelteil ist ein Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper angeordnet, der aus feuchtigkeits­ absorbierenden, wärmeleitenden, dünnen Platten und aus durchläs­ sigen, wärmeleitenden, dünnen Platten besteht. Die feuchtigkeits­ absorbierenden Platten sind aus Gaze oder einem Faservlies und die durchlässigen Platten bestehen aus einem Gitter aus Metall, z. B. Aluminium mit einer Maschengröße von ca. 1,5 mm. Die bei­ den Plattenarten sind scheibenförmig ausgebildet und wechsel­ weise etwa rechtwinklig zum Luftstrom angeordnet. Zwischen je­ weils zwei Platten bildet sich eine Luftschicht aus, die als Wärmeisolierschicht wirkt. Die Anordnung mehrerer Faservlies­ platten hintereinander hat zur Folge, daß trotz relativ geringer feuchtigskeitsabsorbierender Fläche der Atemwiderstand in den oberen Grenzbereich zu liegen kommt. Zum anderen ist die An­ strömfläche im Verhältnis klein und die Gefahr der Widerstands­ erhöhung und des Zusetzens des Wärme- und Feuchtigkeitstausch­ körpers durch abgehusteten Sputum ist sehr groß.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, während des Beatmungs­ vorganges unter Verwendung von Wärme- und Feuchtigkeitsaustau­ schern lebensbedrohliche Gefährdungen für den Patienten auszu­ schließen und ihm ein atemphysiologisch günstiges Atemgas zuzu­ führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, das in dem Wärme- und Feuchtig­ keitsaustauscher angeordnete Wärme- und Feuchtigkeitstauschele­ ment derart zu gestalten und anzuordnen, daß das Einatemgas op­ timal mit Feuchtigkeit angereichert und seine Grundfunktion ver­ bessert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die patien­ tennahe Schicht des Wärme- und Feuchtigkeitstauschelements ein Drahtgewebe und die zweite patientenferne Schicht das hygros­ kopische Material ist. Patientennah im Abstand zum Patientenan­ schluß und zur Gehäusewand ist ein im Innenraum des Wärme- und Feuchtigkeitstauschelements verschließender Einsatz angeordnet. Zwischen dem Gehäuse und dem zylindrischen Wärme- und Feuchtig­ keitstauschelement ist ein ringförmiger Luftraum gebildet, der mit dem Patientenanschluß verbunden ist.

Vorzugsweise kann der Einsatz mit einem in das Innere des Wärme- und Feuchtigkeitstauschelements ragenden Rippen aufweisenden Trichter versehen sein. Im Gehäuseboden kann eine den Patienten­ anschluß umschließende und mit Rippen versehene Ringkammer an­ geordnet sein. Der mit dem Geräteanschluß versehene Gehäusedec­ kel und/oder der Einsatz können das Wärme- und Feuchtigkeits­ tauschelement zentrierende Anlaufschrägen aufweisen. Das hygros­ kopische Material kann zum Beispiel ein ein- oder mehrlagiger Filtervlies sein.

Während der Exspiration prallt die am Patientenanschluß eintre­ tende Exspirationsluft zunächst in den Trichter des Einsatzes. Wenn die Exspirationsluft mit Masseteilchen beladen ist, kön­ nen sich diese in den Kammern des Trichters absetzen, was ins­ besondere bei Hustenstößen der Fall sein kann. In dem Trichter erfolgt eine Richtungsänderung des Luftstromes, der nun in die im Gehäuseboden angeordnete Ringkammer trifft. Hier kön­ nen weitere Masseteilchen abgeschieden werden. Gleichzeitig ist dieser Vorgang auch mit Feuchtigkeitsablagerungen verbun­ den. In der Ringkammer erfährt der Luftstrom wiederum eine Richtungsumkehr, gelangt durch den Gasdurchlaß zwischen Ge­ häuse und Einsatz in den Luftraum, der ringförmig das zylin­ drische Wärme- und Feuchtigkeitstauschelement umschließt. Das Exspirationsgas von 37°C und 100% relativer Feuchte durch­ strömt radial von außen nach innen zuerst das Drahtgewebe und dann das hygroskopische Material und gibt im Verlaufe des Hin­ durchströmens große Teile seiner Feuchte und Wärme an die käl­ ere und trockenere Funktionseinheit ab.

Aus dem Inneren des Wärme- und Feuchtigkeitstauschelements ver­ läßt das Exspirationsgas abgekühlt und feuchteentladen axial das Gehäuse durch den Geräteanschluß. Das trockene und kühle Inspirationsgas aus dem Beatmungsgerät oder der Umgebung pas­ siert in umgekehrter Richtung das Wärme- und Feuchtigkeits­ tauschelement. Es erwärmt sich zuerst in dem hygroskopischen Material und nimmt Feuchtigkeit auf. Beim Durchströmen des Drahtgewebes erwärmt die Luft sich weiter und nimmt erhöht Feuchtigkeit auf. Anschließend kann die bereits warme Luft nochmals zwischen Einsatz und Ringkammer mit Feuchtigkeit be­ aufschlagt werden, um maximal wärme- und feuchtebeladen am Pa­ tientenanschluß auszutreten.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher,

Fig. 2 einen Schnitt A nach Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt B nach Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher besteht aus einem Gehäuse 1 mit einem zylindrischen Wärme- und Feuchtigkeitstauschelement 2. Im Gehäuseboden 3 ist ein Patien­ tenanschluß 4 angeordnet. Das Gehäuse 1 ist mit einem Gehäuse­ deckel 5 lösbar verbunden. Die lösbare Verbindung kann zum Beispiel als Preß- oder Schnappverbindung ausgeführt sein. Der Gehäusedeckel 5 ist mit einem Geräteanschluß 6 versehen. Wie auch in Fig. 2 dargestellt ist im Gehäuseboden 3 eine den Patientenanschluß 4 umschließende Ringkammer 7 angeordnet, die mit mehreren Rippen 8 versehen ist. Fig. 3 zeigt einen Ein­ satz 9, der mittig einen in das Innere des Wärme- und Feuchtig­ keitstauschelements ragenden Trichter 10 zum Beispiel in Form eines Kegelstumpfes aufweist. In dem Trichter 10 sind ebenfalls Rippen 11 angeordnet. Der Einsatz 9 ist in dem Gehäuse 1 derart angeordnet, daß er zum Gehäuseboden 3 einen Gasdurchlaß 12 und zum Gehäuse 1 Gasdurchlässe 13 bildet. Zwischen dem Gehäuse 1 und dem zylindrischen Wärme- und Feuchtigkeitstauschelement 2 ist ein ringförmiger Luftraum 14 gebildet, der durch den Gehäuse­ deckel 5 verschlossen ist.

Die patientennahe, äußere Schicht des Wärme- und Feuchtigkeits­ tauschelements 2 ist ein Drahtgewebe 15 und die patientenferne, innere Schicht besteht aus einem hygroskopischen Material 16, z. B. aus einem Filtervlies. Das Filtervlies kann gleichzeitig als Bakterienfilter wirken. Auf der dem Wärme- und Feuchtigkeits­ tauschelement 2 zugewandten Seite des Gehäusebodens 3 und des Ge­ häusedeckels 5 sind Anlaufschrägen 17 angeordnet, die das Wärme- und Feuchtigkeitstauschelement 2 in seiner Lage zentrieren. Vorteilhafterweise ist der Gehäusedeckel 5 lösbar, z. B. durch eine Preß- oder Schnappverbindung, mit dem Gehäuse 1 verbunden. Die Gehäuseteile und der Einsatz können aus einem wärmebeständi­ gen, durchsichtigen Plast gefertigt sein. Ein Sterilisieren der Gehäuseteile erlaubt deren Wiederverwendung und nur das Wärme- und Feuchtigkeitstauschelement 2 wird ausgewechselt.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der gewählten Materialkombination für das Wärme- und Feuchtigkeits­ tauschelement 2 von Drahtgewebe 15 und hygroskopischen Material 16. Damit werden die Eigenschaften eines Kondensationsanfeuchtens mit denen eines hygroskopisch-hydrophob wirkenden sinnvoll ver­ bunden, der Herabsetzung des Wärmehaushaltes des Patienten durch optimale Ausnutzung der abgeatmeten Wärme für den Austausch ent­ gegengewirkt und bei entsprechender Wahl der Filtermaterialien eine Bakterienfilterung erreicht. Das Material mit der höheren Wärmeleitfähigkeit, das Drahtgewebe 15, ist patientennah ange­ ordnet, da warme Luft mehr absolute Feuchte in relative umwan­ delt als kalte und das Inspirationsgas bereits vorgewärmt in das Drahtgewebe 15 eintritt. Ein weiterer Vorteil liegt in der Exspi­ rationsgasführung radial von außen nach innen durch das zylindri­ sche Wärme- und Feuchtigkeitstauschelement 2.

Die äußere Mantelfläche eines Zylinders ist wesentlich größer als die innere, und damit ist die Gefahr des schnellen Zu­ setzens mit Masseteilchen in der Ausatemluft verringert. Gleichzeitig wirkt der Einsatz 9 zusammen mit der Ringkammer 7 als Sputumfalle und hält Masseteilchen zurück.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Gehäuse
2 Wärme- und Feuchtigkeitstauschelement
3 Gehäuseboden
4 Patientenanschluß
5 Gehäusedeckel
6 Geräteanschluß
7 Ringkammer
8 Rippen
9 Einsatz
10 Trichter
11 Rippen
12 Gasdurchlaß
13 Gasdurchlaß
14 Luftraum
15 Drahtgewebe
16 hygroskopisches Material
17 Anlaufschräge

Claims (5)

1. Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher, der zwischen einem Y-Stück oder Nichtrückatemventil eines Beatmungssystems und einem Patienten angeordnet ist und aus einem Gehäuse mit einem zwei Schichten aufweisenden zylindrischen Wärme- und Feuchtigkeitstauschelement aus einem gasdurchlässigen hygroskopischen Material sowie einem Patienten- und einem Geräteanschluß besteht, gekennzeichnet dadurch, daß die patientennahe Schicht des Wärme- und Feuchtigkeitstausch­ elements (2) ein Drahtgewebe (15) und die zweite patien­ tenferne Schicht das hygroskopische Material (16) ist, daß patientennah im Abstand zum Patientenanschluß (4) und zur Gehäusewand ein den Innenraum des Wärme- und Feuchtigkeits­ tauschelements (2) verschließender Einsatz (9) angeordnet ist und daß ein zwischen dem Gehäuse (1) und dem Wärme- und Feuchtigkeitstauschelement (2) gebildeter ringförmiger Luftraum (14) mit dem Patientenanschluß (4) verbunden ist.

2. Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet dadurch, daß der Einsatz (9) mit einem in das In­ nere des Wärme- und Feuchtigkeitstauschelements (2) ragen­ den Rippen (11) aufweisenden Trichter (10) versehen ist.

3. Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß im Gehäuseboden (3) eine den Patientenanschluß (4) umschließende und mit Rippen (8) ver­ sehene Ringkammer (7) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der mit dem Gehäuseanschluß (6) versehene Gehäusedeckel (5) und/oder der Einsatz (9) des Wärme- und Feuchtigkeits­ tauschelements (2) zentrierende Anlaufschrägen (17) auf­ weisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß das hygroskopische Material (16) ein ein- oder mehr­ lagiger Filtervlies ist.