DE4312793A1

DE4312793A1 - Vorrichtung zur Bereitstellung warmen befeuchteten Atemgases

Info

Publication number: DE4312793A1
Application number: DE19934312793
Authority: DE
Inventors: Gerd Domisch; Walter Beckfeld
Original assignee: Devilbiss Medizinische Produkte (deutschland) 63225 Langen De GmbH; DEVILBISS MEDIZINISCHE PRODUKT
Current assignee: Sunrise Medical GmbH and Co KG
Priority date: 1993-04-20
Filing date: 1993-04-20
Publication date: 1994-10-27
Anticipated expiration: 2013-04-21
Also published as: DE4312793C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bereitstellten warmen befeuchteten Atemgases.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Aufbau unaufwendige, be dienungsfreundliche Vorrichtung zur Bereitstellung warmen be feuchteten Atemgases zu schaffen, die bei hoher Befeuchtungs leistung lageunabhängig arbeitet und somit patientennah in be liebiger Orientierung installiert werden kann.

Die diese Aufgabe lösende Vorrichtung hat einen Verdampfer, der sich auf eine Temperatur über 100°C aufheizen läßt und eine Verdampfungskammer aufweist, die über eine Verengung (Stenose) mit einer Atemgasleitung kommuniziert. Des weiteren gehört zu der Vorrichtung eine Pumpe, die portionsweise Wasser in die Ver dampfungskammer fördert. Der Fördervolumenstrom der Pumpe und die Heizleistung des Verdampfers sind darauf ausgelegt, daß eine prompte Verdampfung des in die Verdampfungskammer eintretenden Wassers erfolgt.

Die erfindungsgemäße Atembefeuchtung durch Wasserdampfung gewährleistet eine hohe Befeuchtungsleistung. Das Atemgas wird durch den heißen Wasserdampf zugleich befeuchtet und erwärmt. Da das in die Verdampfungskammer eingebrachte Wasser prompt ver dampft und die sehr klein bemessene Verengung (Stenose) in be liebiger Orientierung der Vorrichtung nur Dampf, nicht aber Wasser passieren läßt, ist ein lageunabhängiger Betrieb möglich, bei dem garantiert nur Dampf und kein heißes Wasser in die Atemgas leitung gelangt. Die portionsweise Einbringung des Wassers in die Verdampfungskammer trägt zu einer sicheren restlosen Ver dampfung bei.

Vorzugsweise läßt sich der Verdampfer auf eine Temperatur von ca. 120°C aufheizen. Es empfiehlt sich eine Proportionalregelung der Verdampfertemperatur. Führungsgröße ist die Verdampfer temperatur, und geführte Größe die Heizleistung. Die Regelung paßt die Heizleistung proportional zu Temperaturabweichungen von einer vorgegebenen Solltemperatur an. Bei Unterschreiten der Solltemperatur wird die Heizleistung proportional erhöht und bei Überschreiten der Solltemperatur proportional herab gesetzt. Die Regelung ist vorzugsweise so träge, daß kleine Temperaturschwankungen, die sich durch die portionsweise Ver dampfung des Wassers ergeben, des Regelverhalten nicht beein flussen.

Die Temperatur des Verdampfers wird vorzugsweise mit einem Temperaturfühler erfaßt, anhand von dessen Signal die Proportio nalregelung erfolgt. Der Temperaturfühler kann zugleich in einer Sicherheitsschaltung liegen, die eine Inbetriebnahme der Pumpe verhindert bzw. den Betrieb der Pumpe unterbricht, wenn der Ver dampfer eine Temperatur unterhalb einer vorgegebenen Mindest temperatur hat. Damit ist unter allen Umständen eine prompte, restlose Verdampfung des in die Verdampfungskammer eintretenden Wassers gewährleistet.

Der Verdampfer kann jenseits der Verengung (Stenose) eine geheizte trichterförmige Erweiterung haben. Dadurch ist sichergestellt, daß sich direkt nach dem Durchtritt durch die Verengung bildendes Kondensat gesammelt und erneut verdampft wird.

Der Verdampfer kann mit einer die Verdampfungskammer bildenden Sackbohrung versehen sein. Die Sackbohrung ist vorzugsweise im Durchmesser abgestuft und in eine äußere Durchmessererweiterung der Sackbohrung ein zylindrisches Röhrchen (Stenoseröhrchen) lösbar eingefügt, dessen Zylinderöffnung die Verengung (Stenose) bildet. Dieser Aufbau ist für Reinigungs- und Entkalkungszwecke von Vorteil.

Die Zylinderöffnung des Stenoseröhrchens kann zu der Atemgas leitung hin konisch erweitert sein. Die Erweiterung hat die schon erwähnte Sammelfunktion für sich unmittelbar nach dem Durchtritt durch die Verengung (Stenose) bildendes Kondensat.

Das Wasser wird vorzugsweise durch eine radiale Stichbohrung in die Verdampfungskammer eingebracht. Hierzu kann eine Injektionska nüle dienen, mit der Wasser durch die Stichbohrung in die Verdamp fungskammer injiziert wird. Vorzugsweise ist in eine äußere Durch messererweiterung der Stichbohrung ein zylindrisches Röhrchen lös bar eingefügt, in dessen Zylinderöffnung die Nadel der Injektions kanüle aufgenommen und geführt ist. Diese Anordnung ist für Reini gungs- und Entkalkungszwecke bevorzugt.

Zur Regelung der Befeuchtung und Erwärmung des Atemgases dient vorzugsweise ein stromab von dem Verdampfer in der Atemgasleitung angeordneter Gastemperaturfühler, anhand von dessen Meßsignal der Fördervolumenstrom der Pumpe geregelt wird. Die Befeuchtung und Erwärmung des Atemgases mit heißem Wasserdampf sind gekoppelt. Das mag zu einer unerwünscht hohen relativen Feuchte des Atemgases führen. Bei einer bevorzugten Variante der Erfindung ist daher in der Atemgasleitung ein in seiner Heizleistung regelbares Heizag gregat angeordnet, und zwar vorzugsweise stromauf von dem Verdamp fer. Mit dem Heizaggregat erfolgt eine trockene Erwärmung des Atem gases. Das Atemgas wird somit durch die kumulierte Heizleistung der Wasserverdampfung und des Heizaggregats auf die gewünschte Temperatur gebracht. Der Feuchtigkeitsgrad des Atemgases läßt sich dadurch beeinflussen, daß man die Beiträge der Aufheizung durch Wasserverdampfung und trockene Erwärmung variiert. Dazu wird bei der Regelung des Fördervolumenstroms der Pumpe die Heizleistung des Heizaggregats berücksichtigt. Man kann so die relative Feuchte des Atemgases in einem Bereich von ca. 70% bis über 95% einstel len. Da diese Einstellung gänzlich unabhängig vom Volumen der Atem gasleitung ist, kann so auch eine effektive Befeuchtung bei der Hochfrequenzbeatmung erreicht werden.

Der Verdampfer ist von einem Thermoschutzgehäuse umgeben, das vorzugsweise Luftlöcher hat, durch die zu Kühlzwecken eine Luft konvektion erfolgt. Dadurch ist sichergestellt, daß die Außen temperatur des Thermoschutzgehäuses im Betrieb 38°C nicht über schreitet.

Die Erfindung wird in folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Bereit stellung warmen befeuchteten Atemgases mit einem Wasser verdampfer, der in einem Thermoschutzgehäuse aufgenommen ist;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach II-II von Fig. 1;

Fig. 3 eine Explosionszeichnung von Teilen der Vorrichtung in einer Fig. 1 entsprechenden längsseitigen Ansicht, zum Teil im Längsschnitt;

Fig. 4 eine Explosionszeichnung des Thermoschutzgehäuses in querseitiger Ansicht;

Fig. 5 einen Schnitt durch den Verdampfer nach V-V von Fig. 3;

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Deckelteil des Thermoschutzge häuses mit Blick in Richtung VI von Fig. 3; und

Fig. 7 das Prinzipschaltbild einer Temperatur- und Feuchtigkeits regelung des Atemgases.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitstellung warmen be feuchteten Atemgases hat einen Verdampfer 10, der in einem kreis zylindrischen Thermoschutzgehäuse 12 aufgenommen ist. Das Thermo schutzgehäuse 12 ist einenends mit einem runden Deckelteil 14 von einiger Dicke, und andernends mit einem runden Flachdeckel 16 verschlossen. Das Deckelteil 14 hat einen Führungsansatz 18, der in die Zylinderöffnung 20 des Thermoschutzgehäuses 12 paßt. Deckelteil 14 und Flachdeckel 16 sind mit dem Thermoschutzgehäuse 12 verschraubt 22, 24.

Durch das Deckelteil 14 führt eine diametrale, quer zu der Zy linderachse gerichtete Bohrung großen Durchmessers, die als Atem gasleitung 26 dient. Die Bohrung ist an beiden Enden im Durch messer erweitert und mit einem Innengewinde 28 versehen, in die sich ein Normanschlußkonus 30, 32 einschrauben läßt. Bei Fig. 1 sind die Anschlußkonen 30 baugleich. Bei Fig. 3 ist atemgas eintrittsseitig ein männlicher 30 und atemgasaustrittsseitig ein weiblicher Anschlußkonus 32 vorgesehen.

Der Verdampfer 10 ist ein im wesentlichen kreiszylindrischer Block aus Metall, der einenends im Durchmesser abgestuft ist. Ein dadurch gebildeter kurzer Abschnitt kleinen Durchmessers ist mit einem Außengewinde 34 versehen ist. Das Deckelteil 14 weist auf der dem Thermoschutzgehäuse 12 zugewandeten Seite eine Stich bohrung 36 auf, die auf der Zylinderachse liegt und die Atemgas leitung 26 trifft. Der Durchmesser der Stichbohrung 36 entspricht im wesentlichen dem der Atemgasleitung 26. Die Stichbohrung 36 ist mit einem Innengewinde 38 versehen, in das der Verdampfer 10 bis zum Anschlag an seiner Durchmesserstufe 40 eingeschraubt wird.

Der Verdampfer 10 kommt auf der Zylinderachse des Thermoschutzge häuses 12 zu liegen. Zwischen seinem Mantel 42 und der Innenwand 44 des Thermoschutzgehäuses 12 besteht ein großer Luftspalt 46. Desgleichen ist die freie Stirnfläche 48 des Verdampfers 10 be trächtlich von dem Flachdeckel 16 beabstandet.

Der Verdampfer 10 ist mit einer mittigen, axialen Sackbohrung versehen, die von seiner einschraubseitigen Stirnfläche 50 ausgeht und als Verdampfungskammer 52 dient. Ein äußerer Abschnitt 54 der Sackbohrung ist mit einem Innengewinde versehen und ein zy lindrisches Röhrchen 56 darin eingeschraubt, das ein über seine volle Länge sich erstreckendes Außengewinde 58 hat. Die Zylinder öffnung 60 des Röhrchens 56 bildet eine Verengung (Stenose) sehr kleinen Durchmessers und einiger Länge, durch die Wasserdampf, nicht aber heißes Wasser hindurchtreten kann.

Der das Stenoseröhrchen 56 aufnehmende Gewindeabschnitt 54 der Sackbohrung geht zu der einschraubseitigen Stirnfläche 50 des Verdampfers 10 hin in eine trichterförmige Erweiterung 62 über. Sich nach dem Durchtritt durch die Stenose 60 bildendes Kondensat wird in der Erweiterung 62 gesammelt und erneut verdampft. Die Zylinderöffnung 60 des Stenoseröhrchens 56 hat dampfaus trittsseitig eine konische Erweiterung 64 mit entsprechender Kondensatsammel- und -verdampfungsfunktion. Das Volumen der Ver dampfungskammer 52 ist sehr klein. Das an die Atemgasleitung 26 heranreichende Ende des Verdampfers 10 gibt nur wenig Wärme energie an den Atemgasstrom ab.

Von der der Einschraubseite gegenüberliegenden freien Stirnfläche 48 her sind drei axiale Sackbohrungen 66, 68 in dem Verdampfer 10 ausgenommen. Die Sackbohrungen 66, 68 befinden sich unter einem Winkelabstand von 90° auf einem gemeinsamen Lochkreis (vgl. Fig. 5). Die beiden einander diametral gegenüberliegenden Sack bohrungen 66 (vgl. Fig. 2) erstrecken sich über einen beträcht lichen Teil der Verdampferlänge und nehmen je eine elektrische Heizpatrone auf. Die Sackbohrung 68 in Umfangsrichtung dazwischen ist kürzer und dient zur Aufnahme eines Thermofühlers 106. Für die elektrischen Anschlüsse der Heizpatronen und des Thermofüh lers 106 ist in der Wand des Thermoschutzgehäuses 12 nahe dem Flachdeckel 16 ein Rundloch 70 vorgesehen.

Der Verdampfer 10 ist auf der der Sackbohrung 68 für den Thermo fühler 106 gegenüberliegenden Seite mit eine radialen Stichbohrung 72 versehen, die die Verdampfungskammer 52 etwas oberhalb von deren Boden 74 trifft. Ein äußerer Abschnitt 76 der Stichbohrung 72 ist mit einem Innengewinde versehen und ein zylindrisches Röhrchen 78 darin eingeschraubt, das ein über seine volle Länge sich erstreckendes Außengewinde 80 hat. Die Zylinderwand des Thermoschutzgehäuses 12 ist mit einer radialen Gewindebohrung 82 versehen, die mit der Stichbohrung 72 bzw. der Zylinderöffnung 84 des Röhrchens 78 fluchtet. Die Gewindebohrung 82 kommt oberhalb des Rundlochs 70 zu liegen. Wie man am besten in Fig. 3 erkennt, ist in die Gewindebohrung 82 eine Injektionskanüle 86 einge schraubt, deren Nadel 88 in der Zylinderöffnung 84 des Röhrchens 78 geführt ist und in die Verdampfungskammer 52 hineinragt. Am Kopf der Injektionskanüle 86 ist ein Normanschluß 90 vorgesehen.

Durch die Injektionskanüle 86 wird Wasser in die Verdampfungs kammer 52 injiziert, das dort verdampft. Der erzeugte Wasserdampf gelangt durch die Stenose 60 in die Atemgasleitung 26. Durch die Atemgasleitung 26 hindurchströmendes Atemgas, insbesondere Luft, wird so befeuchtet und erwärmt.

Das Deckelteil 14 ist auf der dem Thermoschutzgehäuse 12 abge wandten Seite mit einer Stichbohrung 92 versehen, die die Atemgas leitung 26 stromab von dem Verdampfer 10 trifft. Durch die Stich bohrung 92 ragt ein Gastemperaturfühler 94 in den Atemgasstrom. Wie in Fig. 7 angedeutet, ist zwischen den Verdampfer 10 und dem Gastemperaturfühler 94 ein Heizaggregat 96 in der Atemgas leitung 26 angeordnet, mit dem eine trockene Erwärmung des Atem gases erfolgt. Als Heizaggregat 96 kommt eine elektrische Heiz spirale in Betracht.

An die Injektionskanüle 86 ist eine Wasserpumpe 98 z. B. in Form einer Rollenpumpe angeschlossen, die Wasser aus einem Reservoir 100 fördert. Die Heizleistung des Heizaggregats 96 und der För dervolumenstrom der Pumpe 98 werden mit einer Regeleinheit 102 geregelt, der Sollwerte für die Temperatur T₁ und Feuchte ϕ des Atemgases überstellt werden und die das Meßsignal des Gastem peraturfühlers 94 empfängt. Die Regelung berücksichtigt, daß das Atemgas durch die kumulierte Heizleistung des Heizaggregats 96 und des Verdampfers 10 befeuchtet wird. Die Verdampfertempe ratur wird unabhängig mit einer Regeleinheit 104 geregelt, der ein Sollwert für die Verdampfertemperatur T₂ überstellt wird und die das Meßsignal des Thermofühlers 106 empfängt. Die Ver dampfertemperatur beträgt 100°C bis 150°C und vorzugsweise ca. 120°C. Die Heizleistung des Verdampfers 10 wird proportional zu Abweichungen von der Solltemperatur geregelt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gleichermaßen geeignet für die Befeuchtung von Atemgas mit intermittierendem Gasstrom, z. B. bei der Respiration, und permanentem Gasstrom, z. B. bei der Anfeuchtung intubierter Patienten über eine Verzweigung der Atem gasversorgung.

Bezugszeichenliste

10 Verdampfer
12 Thermoschutzgehäuse
14 Deckelteil
16 Flachdeckel
18 Führungsansatz
20 Zylinderöffnung
22 Schraube
24 Schraube
26 Atemgasleitung
28 Innengewinde
30 männlicher Normanschlußkonus
32 weiblicher Normanschlußkonus
34 Außengewinde
36 Stichbohrung
38 Innengewinde
40 Durchmesserstufe
42 Mantel
44 Innenwand
46 Luftspalt
48 Stirnfläche
50 Stirnfläche
52 Verdampfungskammer
54 Abschnitt
56 Stenoseröhrchen
58 Außengewinde
60 Zylinderöffnung
62 Erweiterung
64 Erweiterung
66 Sackbohrung
68 Sackbohrung
70 Rundloch
72 Stichbohrung
74 Boden
76 äußerer Abschnitt
78 Röhrchen
80 Außengewinde
82 Gewindebohrung
84 Erweiterung
86 Injektionskanüle
88 Nadel
90 Normanschluß
92 Stichbohrung
94 Gastemperaturfühler
96 Heizaggregat
98 Wasserpumpe
100 Reservoir
102 Regeleinheit
104 Regeleinheit
106 Thermofühler.

Claims

1. Vorrichtung zur Bereitstellung warmen befeuchteten Atemgases mit einem Verdampfer (10), der auf eine Temperatur über 100°C aufheizbar ist und eine Verdampfungskammer (52) aufweist, die über eine Verengung (60) (Stenose) mit einer Atemgas leitung (26) kommuniziert, und mit einer Pumpe (98), die portionsweise Wasser in die Verdampfungskammer (52) fördert, wobei der Fördervolumenstrom der Pumpe (98) und die Heiz leistung des Verdampfers (10) darauf ausgelegt sind, daß eine prompte Verdampfung des in die Verdampfungskammer (52) ein tretenden Wasser erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (10) auf eine Temperatur von ca. 120°C aufheizbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Proportionalregelung der Verdampfertemperatur.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Temperatur des Verdampfers (10) mit einem Thermofühler erfaßbar ist, der in einer Sicherheitsschaltung liegt, die eine Inbetriebnahme der Pumpe (98) verhindert bzw. den Betrieb der Pumpe (98) unterbricht, wenn der Verdampfer (10) eine Temperatur unterhalb einer vorgegebenen Mindest temperatur hat.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Verdampfer (10) jenseits der Verengung (60) (Stenose) eine geheizte trichterförmige Erweiterung (62) hat.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Verdampfer (10) mit einer die Verdampfungs kammer (52) bildenden Sackbohrung versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sackbohrung im Durchmesser abgestuft ist, und daß in eine äußere Durchmessererweiterung (54) der Sackbohrung ein zylin drisches Röhrchen (56) (Stenoseröhrchen) lösbar einfügbar ist, dessen Zylinderöffnung (60) die Verengung (Stenose) bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderöffnung (Stenose) zu der Atemgasleitung (26) hin konisch erweitert (64) ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß das Wasser durch eine radiale Stichbohrung (72) in die Verdampfungskammer (52) einbringbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das Wasser mit einer Injektionskanüle (86) in die Verdampfungskammer (52) injizierbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß in eine äußere Durchmessererweiterung (76) der Stichbohrung (72) ein zylindrisches Röhrchen (78) lösbar ein fügbar ist, in dessen Zylinderöffnung (84) die Nadel (88) der Injektionskanüle (86) aufgenommen und geführt ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Atemgasleitung (26) stromab von dem Ver dampfer (10) ein Gastemperaturfühler (94) angeordnet ist, anhand von dessen Meßsignal der Fördervolumenstrom der Pumpe (98) regelbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Atemgasleitung (26) vorzugsweise stromauf von dem Verdampfer (10) ein in seiner Heizleistung regelbares Heizaggregat (96) liegt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeich net, daß die Regelung des Fördervolumens der Pumpe (98) unter Berücksichtigung der Heizleistung des Heizaggregats (96) erfolgt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (10) von einem Thermo schutzgehäuse (12) umgeben ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoschutzgehäuse (12) Löcher hat.