DE4432907A1

DE4432907A1 - Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher

Info

Publication number: DE4432907A1
Application number: DE4432907A
Authority: DE
Inventors: Hans Lambert; Jan Grebius
Original assignee: Gibeck Respiration AB
Current assignee: Gibeck Respiration AB
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1994-09-15
Publication date: 1995-03-23
Also published as: GB2281962B; GB2281962A; US5462048A; FR2709967A1; SE9303044L; SE501042C2; SE9303044D0; GB9418035D0; FR2709967B1; JPH07163664A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher, der an einen Patienten anschließbar ist, um die eingeatmetete Luft zu befeuchten und zu erwärmen. Auf der vom Patienten am weitesten entfernten Seite ist der Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher normalerweise mit einem Respirator verbunden.

Stand der Technik

Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher der oben erwähnten Art sind bereits bekannt. Ein Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher dieser Art ist in der US-A 5 109 471 offenbart. Dieser Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher umfaßt zwei passive Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscherelemente sowie eine dazwischenliegende Heiz- und Befeuchtungseinrichtung. Die Befeuchtung erfolgt, indem in Kanäle dieser Einrichtung eingebrachtes Wasser eine perforierte Kartonscheibe benetzt, welche die Stirnfläche eines der Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscherelemente abdeckt. Die Erwärmung des Wassers im Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher erfolgt durch Widerstände und von diesen beheizte Wärmeverteilorgane, die eine perforierte, zwischen den beiden passiven Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscherelementen angeordnete perforierte Scheibe umfassen.

Bei der Befeuchtungseinrichtung des bekannten Geräts wird die durch den Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher strömende Luft einem beträchtlichen Strömungswiderstand ausgesetzt, der die Luftgeschwindigkeit verlangsamt und den Durchfluß an Inhalations- und Exhalationsluft verringert. Dies beruht vor allem auf der perforierten Scheibe, die große Bereiche des Strömungsquerschnittes abdeckt.

Die Heizeinrichtung des bekannten Geräts ist so ausgebildet, daß die durchströmende Luft nur teilweise und außerdem nur ungleichmäßig erwärmt wird. Die in einem Bereich zwischen den beiden passiven Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschern angeordnete Heizeinrichtung bedingt eine große axiale Länge des Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschers.

Ein anderes aus US-A 4 601 287 bekanntes Gerät umfaßt eine Maske, die den Anwender vor dem Einatmen kalter Luft schützt. Es umfaßt ein Gehäuse mit Heizwicklungen, die in ein Zwirnmaterial eingebettet sind. Dieses Gerät ist kein echter Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher. Es besitzt keine Befeuchtungseinrichtung und erzeugt eine eher heiße und trockene Inhalationsluft. Außerdem ist die Erwärmung der Inhalationsluft ungleichmäßig und unvollständig.

Aus DE-A1 4 126 028 ist ein Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher bekannt, der ein Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscherelement umfaßt, in welches eine Vielzahl von Leitungen vorragt, die dem Element Wasser zuführen und es so befeuchten. Das Gerät umfaßt auch eine Heizeinrichtung, die ein ringförmiges Heizelement aufweist, das vom Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscherelement sowohl radial als auch axial im Abstand angeordnet ist. Der Hauptnachteil dieses Geräts liegt darin, daß sowohl die Erwärmung als auch die Befeuchtung der Atemluft ungenügend ist, u. zw. hauptsächlich wegen der großen Entfernung zwischen der Heizeinrichtung sowie dem Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscherelement und somit aufgrund der Tatsache, daß Wasser lediglich zu wenigen getrennten Flächen des Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscherelementes gelangt. Außerdem verursacht der große Abstand zwischen der Heizeinrichtung und dem Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscherelement unnötig große axiale und radiale Abmessungen des Geräts.

Aus W 091/19527 ist ein Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher bekannt, der ein Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscherelement in Form einer Scheibe und eines Widerstandes aufweist, der im Abstand von der Scheibe zur Erwärmung der Atemluft angeordnet ist. Das Gerät umfaßt ferner einen Kanal der sich an der Oberfläche des Widerstandes öffnet und diesem Wasser zuführt. Die wesentlichen Nachteile dieses Gerätes liegen darin, daß die Befeuchtung ungenügend ist, weil das Wasser zum Widerstand und nicht zum Wärme- und Feuchtigkeits austauscherelement geführt wird, und daß die Erwärmung unvollständig ist, wo der Widerstand als Stange ausgebildet ist oder der Luftstrom beeinträchtigt ist, wo der Widerstand als Gitter ausgebildet ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile von bisher bekannten Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschern zumindest teilweise zu beseitigen und einen Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher zu schaffen, der eine wirkungsvolle Befeuchtung und Erwärmung der Atemluft sowie einen geringen Strömungswiderstand der Luft und kleine Abmessungen des Geräts ermöglicht.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, indem das erfindungsgemäße Gerät mit den im charakteristischen Abschnitt der Patentansprüche dargelegten Merkmalen ausgeführt wird.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Gerätes teilweise im Schnitt,

Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 ist eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 2 und

Fig. 4 ist eine Ansicht des Gerätes nach Fig. 1 von unten gesehen.

Bevorzugte Ausführungsform

Das Gerät nach den Fig. 1 bis 3 umfaßt ein Gehäuse 2, das vorzugsweise aus einem transparenten steifen Kunststoffmaterial besteht und einen kreisförmig zylindrischen Zwischenabschnitt 4, einen rohrförmigen Einlaßabschnitt 6, der dazu quer ausgerichtet ist und dessen kreisförmiger Querschnitt kleiner ist als derjenige des Zwischenabschnittes 4, sowie einen rohrförmigen Auslaßabschnitt 8 aufweist, der mit dem Zwischenabschnitt 4 konzentrisch ist und dessen kreisförmiger Querschnitt kleiner als derjenige des Zwischenabschnittes ist, jedoch im wesentlichen dem Querschnitt des Einlaßabschnittes entspricht. Falls erforderlich, kann der Einlaßabschnitt 6 anstatt dessen mit den Abschnitten 4 und 8 konzentrisch sein. Am unteren Teil des Zwischenabschnittes 4 ist ein rohrförmiges Einlaßverbindungsstück 10 in Form eines sogenannten "Luer mount" befestigt, das mit der Innenseite des Gehäuses über eine Öffnung in der Seitenwand des Zwischenabschnittes in Verbindung steht.

Das Gehäuse 2 ist zweckmäßigerweise in zwei getrennten Teilen ausgebildet, d. h. ein Teil der den Zwischenabschnitt 4 sowie den Einlaßabschnitt 6 umfaßt, sowie der zweite Teil, der den Auslaßabschnitt 8 umfaßt, welche beiden Bauteile nach Einbringung der erforderlichen Komponenten in diese miteinander verbunden wurden.

Das Gehäuse 2 enthält eine kreisförmig zylindrische Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschereinheit 12. Die Mantelfläche der Einheit 12 ruht an der Innenwandung des Zwischenabschnittes 4 oder ist in geringem Abstand von dieser angeordnet. Eine radial äußere Fläche der oberen Endfläche der Einheit 12 liegt an einem einwärts gerichteten Teil 14 des Einlaßabschnittes 6 an, um die Einheit an ihrer Verschiebung innerhalb des Gehäuses 2 zu hindern. Die Einheit 12 ist aus einem Material mit guten Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscheigenschaften hergestellt und als Band ausgebildet, welches spiralenförmig gewickelt ist, um eine Vielzahl von im wesentlichen konzentrischen Lagen zu bilden, welche im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung der Atemluft liegen. Eine zweckmäßige Einheit dieser Art könnte z. B. die in einem Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher enthaltene Einheit sein, der durch Gibeck Respiration AB unter dem Markennamen Humid-Vent 2S vertrieben wird, welche Einheit ein spiralenförmig zu einem Zylinder gewickeltes Band umfaßt und aus einer Papierlage 13 mit glatter Oberfläche sowie einer an dieser angebrachten Lage 15 aus gewelltem Papier besteht, welche Lagen wahlweise mit einem Germicid oder einer anderen Substanz behandelt sind. Das Band kann beispielsweise eine Länge von 1000 mmm und eine Dicke von 1 mm aufweisen.

In die Einheit 12 ist eine Heizeinrichtung 16 integriert, die zwischen mehrere Lagen derselben eingesetzt ist. Die Einrichtung 16 besteht aus einem Band, das ein oder mehrere Widerstandselemente enthält und zusammen mit der Einheit 12 spiralenförmig gewickelt ist, so daß jede zweite Lage vom Band 16 und jede zweite Lage von jenem Band gebildet ist, aus der die Einheit 12 besteht. Das Band 16 weist eine geringe Dicke, beispielsweise ca. 0,2 mm, und eine Breite von beispielsweise 10 mm auf, die weniger ist als die Höhe der Einheit 12. Der Höhe der Einheit 12 kann etwa 40 mm und ihr Durchmesser etwa 37 mm betragen. Die Länge des Bandes kann etwa 800 mm sein. Das Band 16 ist im unteren Teil der Einheit 12 angeordnet, wobei eine Längskante desselben mit der unteren Stirnfläche der Einheit im wesentlichen ausgerichtet ist. Das Band 16 besteht zweckmäßigerweise aus einem elektrisch leitenden Kunststoff und ist als PTC-Element ausgebildet, d. h. es ist selbst regulierend und erzeugt Wärme von etwa 45°C. Anstelle eine Bandes können ein oder mehrere Drähte verwendet werden.

Ein Ende des Bandes, in Fig. 1 das äußere, ist mit zwei Verbindungsdrähten 16a versehen, die durch Öffnungen in der Seitenwandung des Zwischenabschnittes 4 zwecks Verbindung mit einer elektrischen Stromquelle (nicht gezeigt) vorragen.

Innerhalb des Gehäuses 2 ist eine Befeuchtungseinrichtung 18 in Berührung mit der unteren Stirnfläche der Einheit 12 angeordnet. Diese Einrichtung 18 besteht aus einem Diffusionsstab mit zylindrischem oder rechteckigem Querschnitt, dessen Abmessungen 3×3×37 mm betragen können und welcher aus einem hydrophilen Material, wie porösem Polyäthylen- oder Polypropylen-Kunststoff, oder einem Fasermaterial, wie Polyester oder Zellulose, hergestellt ist. Der Stab 18 hat etwa die gleiche Länge wie die radiale Ausdehnung, d. h. der Durchmesser der Einheit 12 und ist zwischen der Einheit und dem konischen oberen Teil des Auslaßabschnittes 8 eingepreßt. Ein Ende des Stabes 18 ist unmittelbar gegenüber der Öffnung in der Seitenwandung des Zwischenabschnittes 4 angeordnet und steht mit dem Verbindungsstück 10 in Verbindung oder ist in dieses eingesetzt. Der Stab 18 erstreckt sich über den Durchmesser der Einheit 12, wobei er einen geringen Teil der Durchströmfläche des Zwischenabschnittes 4 einnimmt. Das Verbindungsstück 10 ist an eine Wasserversorgung anschließbar, von der Wasser entweder durch Schwerkraft oder durch eine Pumpe zum Stab 18 geführt wird. Auf diese Weise wird der Stab befeuchtet, ohne Wasser in Form von Tropfen abzugeben. Da der Stab 18 im wesentlichen mit sämtlichen Lagen der Einheit 12 in Berührung steht, diffundiert das Wasser an zwei Stellen jeder Lage in das Material derselben. Das wasserabsorbierende Material wird dadurch auf solche Weise befeuchtet, daß im wesentlichen der gesamte untere Teil der Einheit 12 benetzt wird.

Das Gerät nach der Erfindung ist zum Anschluß an ein System zur Verbesserung des Beatmungszustandes eines Patienten vorgesehen. So ist z. B. der Einlaßabschnitt 6 an einen Respirator (nicht gezeigt) und der Auslaßabschnitt 8 an den Patienten angeschlossen. Während der Inhalationsphase des Patienten strömt die Inhalationsluft vom Respirator durch den Einlaßabschnitt 6 und über den Zwischenabschnitt 4 durch den Auslaßabschnitt 8 zum Patienten. Die Luft wird dabei durch die Einheit 12 erwärmt und befeuchtet. Die Luft wird erwärmt, indem während der darauffolgenden Ausatmungsphase die Einheit 12 durch die ausgeatmete Luft aufgewärmt worden ist und indem der untere Teil der Einheit durch die Einrichtung 16 erwärmt worden ist. Die von der Vorrichtung 16 abgegebene Wärme wird auf die benachbarten Lagen der Einheit und die Zwischenräume zwischen diesen im wesentlichen über die gesamte Querschnittsfläche der Einheit verteilt, was bedeutet, daß die inhalierte Luft im wesentlichen gleichmäßig erwärmt wird. Die Luft wird befeuchtet, indem die Einheit durch die während der vorhergehenden Ausatmungsphase ausgeatmete Luft befeuchtet worden ist und indem zumindest der untere Teil der Einheit durch die Einrichtung 18 befeuchtet worden ist. Das durch die Einrichtung 18 zugeführte Wasser wird im wesentlichen über die gesamte Querschnittsfläche der Einheit auf alle Lagen verteilt, was bedeutet, daß die Inhalationsluft im wesentlichen gleichmäßig befeuchtet wird.

Während der Ausatmungsphase des Patienten strömt die ausgeatmete Luft in entgegengesetzter Richtung durch das Gerät, wobei der obere Teil der Einheit 12 die Luft kühlt und entfeuchtet, bevor sie beispielsweise in einen Respirator eintritt.

Voranstehend wurde eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt, doch sind auch andere Ausführungsformen sowie Abänderungen der gezeigten Ausführungsform ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken möglich. Anstelle der Verwendung von spiralenförmig gewickelten Lagen in der Einheit 12 ist es möglich, Lagen zu verwenden, die zieharmonikaförmig sind oder aus separaten parallelen Lagen bestehen, in welchem Fall jedoch die Konstruktion der Heizeinrichtung 16 entsprechend angepaßt werden muß.

Die Erfindung ist lediglich durch die Angaben in den Patentansprüchen begrenzt.

Claims

1. Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher, der an einen Patienten anschließbar ist, um die von ihm eingeatmete Luft zu befeuchten und zu erwärmen, umfassend eine Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschereinheit, welche aus einer Vielzahl von im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung der Luft ausgerichteten Lagen sowie einer zu diesen benachbart angeordneten Heizeinrichtung besteht, um die Wärmezufuhr zur inhalierten Luft zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (16) zwischen wenigstens zwei der Lagen der Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschereinheit (12) angeordnet ist.

2. Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (16) band- oder drahtförmig ausgebildet ist.

3. Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher nach Patentanspruch 1 oder 2, bei dem die Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschereinheit (12) aus wenigstens einem Band aus wärme- und feuchtigkeitsaustauschendem Material besteht, das spiralenförmig gewickelt ist, um einen Zylinder zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (16) zwischen wenigstens zwei Lagen des Bandes angeordnet ist.

4. Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Band oder Draht gebildete Heizeinrichtung (16) zusammen mit dem Band zu einem spiralenförmigen Zylinder gewickelt ist.

5. Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Zylinders (12) länger als die axiale Breite des Bandes oder Drahtes (16) ist und daß das Band oder der Draht in jenem Teil des Zylinderendes angebracht ist, das dem Patienten am nächsten liegt.

6. Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (16) aus einem PTC-Element besteht.

7. Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher, der an einen Patienten anschließbar ist, um die durch ihn eingeatmete Luft zu befeuchten und zu erwärmen, umfassend eine Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschereinheit sowie eine an diese anschließend angeordnete Befeuchtungseinrichtung zur Erhöhung der Feuchtigkeit der inhalierten Luft, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtungseinrichtung (18) einen Diffusionsstab (18) aufweist, der bei einer Endfläche der Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschereinheit (12) angebracht ist und dessen Länge vorzugsweise im wesentlichen der radialen Ausdehnung der Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschereinheit entspricht.

8. Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (18) mit einem Wassereinlaßverbindungsstück (10) verbunden ist, das am Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher angebracht ist.

9. Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher nach einem der Patentansprüche 1 bis 6 und einem der Patentansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (16) sowie der Diffusionsstab (18) unmittelbar nebeneinander am Ende der Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschereinheit (12) angeordnet sind, das dem Patienten am nächsten liegt.