DE69510222T2

DE69510222T2 - Wärme- und feuchtigkeitstauscher

Info

Publication number: DE69510222T2
Application number: DE69510222T
Authority: DE
Inventors: Billy Nilson
Original assignee: Louis Gibeck AB
Current assignee: Louis Gibeck AB
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 2000-02-03
Anticipated expiration: 2015-12-01
Also published as: WO1996016689A1; ATE180981T1; DK0794809T3; JPH10509619A; AU4275596A; EP0794809A1; GR3031158T3; SE9404182D0; NZ297572A; US5906201A; SE9404182L; CA2206208A1; EP0794809B1; SE503771C2; AU701050B2; JP3707791B2; DE69510222D1; ES2133835T3; CA2206208C

Description

ERFINDUNGSGEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft Feuchtigkeits-/Wärmeaustauschanordnungen zur Verbindung mit einem Patienten zum Befeuchten und Erwärmen der Einatemluft des Patienten. Der Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher ist normalerweise an die von dem Patienten entfernte Seite eines Beatmungsgeräts angeschlossen.

BESCHREIBUNG DES ALLGEMEINEN STANDES DER TECHNIK

Feuchtigkeits-/Wärmeaustauscher der obengenannten Art sind in der Technik bekannt. Ein derartiger Feuchtigkeits-/Wärmeaustauscher ist in US-A 5,109,471 offenbart. Dieser bekannte Feuchtigkeits- /Wärmeaustauscher besteht aus zwei passiven Feuchtigkeits-/Wärmeaustauscherelemeüten und einer dazwischenliegenden Luftbefeuchtungs- und Heizanordnung. Das Befeuchten der Einatemluft wird mit Wasser erreicht, das in Wasserdurchgänge eingeführt wird, um eine Lochplatte aus Karton, die die Endfläche auf der Innenseite eines Feuchtigkeits- /Wärmeaustauscherelements bedeckt, zu benetzen. Das Wasser wird in dem Feuchtigkeits-/Wärmeaustauscher mittels Widerständen erwärmt, die dahingehend funktionieren, daß sie Wärmeübertragungsmittel erwärmen, die eine Lochplatte enthalten und zwischen den beiden passiven Feuchtigkeits- /Wärmeaustauscherelementen angebracht sind.
Das Luftbefeuchtungsmittel der bekannten Vorrichtung stellt für den Luftstrom durch den Feuchtigkeits-/Wärmeaustauscher einen beträchtlichen Widerstand dar und reduziert dadurch die Geschwindigkeit des Luftstroms und auch die Durchströmung von Einatem- und Ausatemluft. Dieser Widerstand für den Luftstrom wird hauptsächlich durch die Tatsache bewirkt, daß die Lochplatten große Teile des Durchstrombereichs bedecken.
Aufgrund der Konstruktion des Heizmittels der bekannten Vorrichtung wird die durch das Heizmittel strömende Luft nur teilweise und außerdem ungleichmäßig erwärmt. Da sich das Heizmittel in einem Gebiet zwischen zwei passiven Feuchtigkeits-/Wärmeaustauschelementen befindet, weist der Feuchtigkeits/Wärmeaustauscher eine große axiale Erstreckung auf.
DE-A 41 26 028 lehrt eine Feuchtigkeits-/Wärmeaustauschervorrichtung, die ein Feuchtigkeits/Wärmeaustauscherelement enthält, in dem mehrere Rohre untergebracht sind, durch die Wasser zu dem Element befördert wird und welche dadurch selbiges benetzen. Diese bekannte Vorrichtung enthält auch ein Heizmittel, das ein ringförmiges Heizelement umfaßt, das sowohl radial als auch axial von dem Feuchtigkeits- /Wärmeaustauscherelement beabstandet ist. Bei dieser Vorrichtung liegt der größte Nachteil darin, daß Wasser innerhalb des Feuchtigkeits-/Wärmeaustauscherelements nur zu wenigen vereinzelten Gebieten befördert wird, was zu einer ungleichmäßigen Befeuchtung der Einatemluft führt.
WO91/19527 lehrt eine Feuchtigkeits-/Wärmeaustauschervorrichtung, die ein Feuchtigkeits-/Wärmeaustauscherelement in Form einer Platte und einen von der Platte beabstandeten, Einatemluft erwärmenden Heizwiderstand enthält. Die Vorrichtung enthält auch ein Rohr, dessen Auslaßöffnung sich neben der Oberfläche des Widerstands befindet und diesem Wasser zuführt. Bei dieser Vorrichtung liegen die größten Nachteile hauptsächlich darin, daß das Befeuchten der Luft ineffektiv ist, da Wasser dem Widerstand zugeführt wird, was auch die Gefahr eines Kurzschlusses entstehen läßt, und weil das Erwärmen der Luft unvollständig ist, wenn der Widerstand die Form eines Stabs aufweist, bzw. der Durchtritt von Luft wird behindert, wenn der Widerstand die Form eines Gitters oder Rostes aufweist.
SE-C 501 042 lehrt einen Feuchtigkeits- /Wärmeaustauscher, bei dem ein bandartiges oder drahtartiges Heizelement zwischen Schichten angebracht ist, die parallel zu der Strömungsrichtung der Einatemluft positioniert sind. Die Herstellung dieser Vorrichtung ist kompliziert, und die Vorrichtung stellt für den Luftstrom einen relativ hohen Widerstand dar. Ein Luftbefeuchtungsmittel in Form eines Diffusionsstabs liegt an einem Ende des Feuchtigkeits- /Wärmeaustauschers an und führt ihm Feuchtigkeit zu. Die Zuführung von Feuchtigkeit zu dem Feuchtigkeits- /Wärmeaustauscher ist jedoch ungleichmäßig und oft unvollständig, wodurch die Vorrichtung weniger effektiv ist.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile von früheren bekannten Feuchtigkeits-/Wärmeaustauschern zumindest teilweise zu beseitigen und eine Feuchtigkeits-/Wärmeaustauschanordnung bereitzustellen, mit der Einatemluft gleichmäßig und effektiv befeuchtet und erwärmt wird und mit der Einatemluft erwärmt wird, ohne daß das Heizmittel mit der feuchten Luft in Berührung kommt und das für den Einatemluftstrom einen geringen Widerstand darstellt.
Diese Aufgabe wird mit einer erfindungsgemäßen Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen in den kennzeichnenden Teilen der folgenden Ansprüche erfüllt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 2 ist eine Stirnansicht der Anordnung bei Betrachtung in Fig. 1 von links; und
Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht, die der Ansicht von Fig. 1 entspricht, wobei aber die Bestandteile der Anordnung voneinander getrennt dargestellt sind.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die in Fig. 1-3 dargestellte Anordnung enthält ein erstes, zweites und drittes Gehäuse 2, 3 und 4, die alle eine kreisrunde Querschnittsform aufweisen und aus starrem Kunststoffmaterial, vorzugsweise transparentem Material, hergestellt sind. Das erste Gehäuse 2, das kreiszylindrisch ist, wird nach dem Einsetzen einer kreiszylindrischen Wärmeaustauschereinheit 5 in das Gehäuse 2 und nach dem Einsetzen eines aus wasserabsorbierendem Material hergestellten konischen Elements 11 vorzugsweise dauerhaft mit dem zweiten Gehäuse 3 verbunden.
Das Gehäuse 2 ist ein doppelwandiges isolierendes Gehäuse und ist mit einem Einlaßrohr 6 zur Verbindung beispielsweise mit einem nicht gezeigten Beatmungsgerät und einer Auslaßöffnung 7 versehen. Ein röhrenförmiges Auslaß-Verbindungsstück, das zu Gasmeßzwecken ein Luer-Anschlußstück aufnimmt, ist neben dem Einlaß-Verbindungsstück 6 vorgesehen und steht über ein in dem Gehäuse 2 vorgesehenes Loch mit dem Innern des Gehäuses in Verbindung.
Die äußere Zylinderfläche der Feuchtigkeits- /Wärmeaustauschereinheit 5 stößt an die Innenwand des Gehäuse 2 an bzw. ist von dieser geringfügig beabstandet. Die Einheit 5 besteht aus einem hygroskopischen Material, das gute Feuchtigkeits- und Wärmeaustauscheigenschaften aufweist und in Form eines Bands vorliegt, das schraubenförmig gewickelt ist, um mehrere im allgemeinen konzentrische Schichten zu bilden, die allgemein parallel zu der Strömungsrichtung der Einatemluft verlaufen. Die Einheit kann beispielsweise von der Art sein, die in einem von der Firma Gibeck Respiration AB unter dem Markennamen Humid-Vent 2S vertriebenen Feuchtigkeits- /Wärmeaustauscher enthalten ist und ein Band enthält, das schraubenförmig zu einer zylindrischen Form gewickelt ist und aus einer Papierschicht mit glatter Fläche und einer daran befestigten gewellten Papierschicht besteht, wobei die Schichten wahlweise mit einer bakterien- oder keimtötenden Substanz oder einer anderen Substanz behandelt sind.
Das zweite Gehäuse 3 ist konisch und enthält eine Einlaßöffnung 9 und ein Auslaßverbindungsrohr 10, das zum Anschluß an einen Patienten vorgesehen ist. Ein konisch geformtes Element 11 stößt zwischen der Öffnung 9 und dem Auslaßverbindungsrohr 10 an die Innenfläche des Gehäuses 3 an. Das konische Element 11 bedeckt vorzugsweise die gesamte Innenfläche des Gehäuses, berührt aber vorzugsweise nicht die Einheit 5. Das konische Element 11 hat die Form einer Lage aus einem Material, das Wasser aufnimmt bzw. absorbiert. Das Element 11 kann aber auch die Form einer halbdurchlässigen Membran haben, zum Beispiel einer Polypropylenmembran, die für Feuchtigkeit/Wasserdampf durchlässig ist. Durch den großen Flächeninhalt des Elements 11 und seine konische Form ist sichergestellt, daß ein Großteil der Einatemluft des Patienten das absorbierende Material berührt. Da sich kein Teil des Materials 11 im Strömungsweg der Einatemluft befindet und weil die Einatemluft das Material nur überstreicht, ist der Strömungswiderstand gering.
Das Gehäuse 3 ist mit einem Einlaßrohr 12 versehen, das Wasser an einer Position neben der Öffnung 9 in das Gehäuse transportiert. Das Wasser wird zwischen der Innenfläche des Gehäuses 3 und dem Material 11 und in das Material verteilt, um selbiges zu benetzen.
Das dritte Gehäuse 4 ist ein doppelwandiges Gehäuse, dessen Innenwand zweckmäßig aus Metall hergestellt ist und die gleiche Konizität wie die Außenfläche des Gehäuses 3 aufweist. Die axiale Erstreckung des Gehäuses 4 ist derart, daß das Auslaßmetallrohr 10 von dem Gehäuse 4 vorsteht, wenn das Gehäuse lösbar an dem Gehäuse 3 angebracht ist. Zwischen den beiden Wänden des Gehäuses 4 ist ein Heizelement 13 angeordnet. Das Element 13 kann aus einem zu einem Ring gewickelten Streifen aus elektrisch leitendem Kunststoffmaterial mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) oder einer Metallspule mit einem Widerstandseffekt, zum Beispiel Aluminiumfolie, bestehen. Das Element 13 ist abgedichtet in dem Gehäuse 4 eingeschlossen und mit einem Leiter 14 verbunden, der wiederum mit einer nicht gezeigten Stromquelle verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist zum Anschluß in einem System vorgesehen, um die Atmungsbedingungen eines Patienten zu verbessern. Das Einlaßrohrverbindungsstück 6 ist somit an ein nicht gezeigtes Beatmungsgerät und das Auslaßrohrverbindungsstück 10 ist an den Patienten angeschlossen. Während der Einatemphase des Patienten strömt Einatemluft von dem Beatmungsgerät durch das Rohrverbindungsstück 6 und durch das Auslaßrohrverbindungsstück 10 zu dem Patienten hinaus, und zwar über das Gehäuse 2, 3 und 4, mit der die Einheit 5 die Luft erwärmt und befeuchtet. Das Erwärmen und Befeuchten der Luft wird dadurch erzielt, daß die Einheit 5 in der vorausgegangenen Ausatemphase durch die Ausatemluft erwärmt und befeuchtet wird, und auch deshalb, weil das Heizelement 13 die Wärme über die Innenwand des Gehäuses 4 und die Wand des Gehäuses 3 zu dem konisch geformten Material 11 und dem darin enthaltenen Wasser weiterleitet. Das Material 11 und sein Wassergehalt werden auf eine Temperatur erwärmt, die sicherstellt, daß ausreichend Dampf durch das Material und in das Gehäuse 3 tritt. Dieser Dampf Vermischt sich mit der Einatemluft und erwärmt und befeuchtet die Luft im allgemeinen gleichmäßig.
Die Ausatemluft strömt, wenn der Patient ausatmet, in der entgegengesetzten Richtung durch die Anordnung und kühlt auf diese Weise denjenigen Teil der Einheit 5, der am nächsten zu dem Einlaßrohr 6 liegt, und entfeuchtet die Luft, bevor die Luft beispielsweise einem Beatmungsgerät zugeführt wird.
Die Erfindung ist zwar anhand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben und dargestellt worden, doch versteht es sich, daß innerhalb des Konzepts der Erfindung andere Ausführungsformen und Modifikationen daran denkbar sind. Die Erfindung wird somit lediglich durch den Inhalt der folgenden Ansprüche beschränkt.

Claims

1. Feuchtigkeits-/Wärmeaustauschanordnung zur Verbindung mit einem Patienten zum Befeuchten und Erwärmen der von dem Patienten eingeatmeten Luft, wobei die Anordnung eine Feuchtigkeits- /Wärmeaustauschereinheit (5) und ein Befeuchtungsmittel (11, 12) enthält, das mit der Einheit (5) verbunden ist und den Feuchtigkeitsgehalt der Einatemluft erhöht, dadurch gekennzeichnet, daß das Befeuchtungsmittel (11, 12) ein Gehäuse (3) enthält, das mit der Feuchtigkeits- /Wärmeaustauschereinheit (5) verbunden ist und das eine erste Öffnung (9), die mit der Feuchtigkeits- /Wärmeaustauschereinheit in Verbindung steht, und eine gegenüberliegende Öffnung (10), die mit dem Patienten in Verbindung steht, aufweist; und daß an der Innenfläche des Gehäuses ein wasseraufnehmendes und/oder wasserdampfdurchlässiges Material (11) vorgesehen ist, das der von dem Patienten eingeatmeten Luft Feuchtigkeit zuführt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (11) einen wesentlichen Teil der Innenfläche des Gehäuses (3), vorzugsweise die gesamte Innenfläche, bedeckt und vorzugsweise eine röhrenförmige Konfiguration aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) konisch ist und die erste Öffnung (9) größer als die gegenüberliegende Öffnung (10) ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (11) eine konische Konfiguration hat und mit dem Gehäuse (3) konzentrisch ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (11) eine halbdurchlässige Membran ist, die vorzugsweise aus Polypropylen oder einem ähnlichen Material besteht.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Heizmittel (4, 13, 14), das an der Außenseite des Gehäuses (3) angeordnet und vorzugsweise von diesem lösbar ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizmittel (4, 13, 14) ein doppelwandiges Gehäuse (4) enthält, wobei ein Heizelement (13) zwischen den Wänden angeordnet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des doppelwandigen Gehäuses (4) röhrenförmig ist und das mit der Feuchtigkeits-/Wärmeaustauschereinheit (5) verbundene Gehäuse (3) umgibt.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des doppelwandigen Gehäuses (4) konisch ist und die gleiche Konizität wie die Außenfläche des mit der Feuchtigkeits- /Wärmeaustauschereinheit (5) verbundenen Gehäuses (3) aufweist und an diese Außenfläche anstößt.