EP2470247A1 - Vorrichtung zur atemgasbefeuchtung - Google Patents

Vorrichtung zur atemgasbefeuchtung

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EP2470247A1
EP2470247A1 EP10760236A EP10760236A EP2470247A1 EP 2470247 A1 EP2470247 A1 EP 2470247A1 EP 10760236 A EP10760236 A EP 10760236A EP 10760236 A EP10760236 A EP 10760236A EP 2470247 A1 EP2470247 A1 EP 2470247A1
Authority
EP
European Patent Office
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humidifier
chamber
heating element
breathing gas
humidifier chamber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10760236A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Schaller
Georg Mainusch
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F STEPHAN GmbH MEDIZINTECHNIK
Original Assignee
F STEPHAN GmbH MEDIZINTECHNIK
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Filing date
Publication date
Application filed by F STEPHAN GmbH MEDIZINTECHNIK filed Critical F STEPHAN GmbH MEDIZINTECHNIK
Publication of EP2470247A1 publication Critical patent/EP2470247A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61M2205/36—General characteristics of the apparatus related to heating or cooling
    • A61M2205/3653—General characteristics of the apparatus related to heating or cooling by Joule effect, i.e. electric resistance

Definitions

  • the invention relates to a device for Atemgasbefeuchtung, which consists of at least one control and regulating device, a humidification chamber for humidifying the breathing gas with molecular steam, a humidifier associated heating element for heating the humidification chamber, a humidifier chamber upstream breathing gas inlet and a humidifier downstream of the Atemgasausgang.
  • This humidifier chamber is heated by means of a sheet-like heating element, the back side of which is thermally insulated from the environment in order to avoid power losses.
  • the humidifier chamber has a relatively large surface exposed to ambient air, at which the respiratory gas partially condenses, thereby typically exiting the humidifier chamber in a saturated state for delivery to the patient via the inspiratory breathing tube.
  • This saturation state is the prerequisite for the regulation of the humidity via a regulation of the temperature.
  • This saturation state is also the reason why inexpensive temperature and humidity meters can not be used due to the risk of condensation.
  • the ventilated volume of the humidifier chamber increases the compressible volume of the patient circuit. That can lead to certain Ventilation forms, such as. As the high frequency oscillation, be limited in their effectiveness. For this reason, it is attempted to keep the chamber volume of breathing gas humidifiers as low as possible. However, this is limited by the demand for a high humidifier area.
  • the object of the invention is now to propose a device for Atemgasbefeuchtung that allows for low compressible volume direct regulation of the respiratory gas moisture.
  • the device for breathing gas humidification comprises at least one control and regulating device, a humidifier chamber for humidifying the respiratory gas with molecular steam, a heating element assigned to the humidifier chamber for heating the humidifier chamber, a respiratory gas inlet upstream of the humidifier chamber and a respiratory gas outlet downstream of the humidifier chamber.
  • a heatable Nachffyrange is disposed between the output of the humidifier and the Atemgasausgang, wherein in or after NachMap zone at least one temperature-humidity sensor is placed, which in conjunction with the control and regulating device, the humidifier chamber and the heating element to a humidity control loop added.
  • the saturated breathing gas leaving the humidifier chamber flows according to the invention through the reheating section whose temperature is above the
  • the temperature humidity sensor forms with the heating element of the humidification chamber and with a first humidity controller of the control and regulating device a control loop, which controls the temperature in the humidifier chamber via the heating power supplied to the heating element in such a way that the desired absolute humidity is established at the temperature humidity sensor.
  • the absolute humidity is naturally temperature independent. Although reheating in the reheating section increases the temperature of the respiratory gas, at the same time its relative humidity is reduced, while its absolute humidity remains constant.
  • the control law of the first humidity controller regulates the absolute humidity on the basis of known relationships between temperature and relative humidity. For reasons of redundancy, it is optionally possible to provide an additional, second temperature / humidity sensor, wherein one of the two temperature humidity sensors for the humidity control and the second temperature / humidity sensor are used for the monitoring.
  • the at least one temperature-humidity sensor is protected from radiant heat, so that it actually detects only the temperature of the moist breathing gas flowing around it. It is also possible to place this or these temperature-humidity sensors in a branch immediately after Nachrouzone, through which constantly flows a small flow of breathing gas into the open air.
  • the Nachsagenpiece can be formed by a pipe, a pipe system, multiple holes, a volume flowed through area or other known in the art flow systems.
  • their inner surfaces, which are in thermal contact with the respiratory gas have a higher temperature than the moist respiratory gas flowing into the reheating section.
  • the energy for heating the Nachsagenrange can advantageously be obtained directly from the waste heat of the heating element of the humidifier by, for example, a first side of the heating element heats the humidifier and a second side of the heating element at least partially the Nachflowerrange.
  • This has the advantage that the requirements for the thermal insulation of the heating element are lower.
  • the humidifier chamber in a cylindrical shape, wherein a second cylinder is concentrically placed around this cylinder and forms the reheating section.
  • the heating element On the inner cylinder jacket, the heating element is placed, which is partially thermally insulated from the Nachannezone. That's how it heats
  • Heating element with its inside the humidifier chamber and with its outside partially the Nachflowerzone.
  • the humidifier chamber is at least partially filled with water.
  • at least two heatable temperature sensors are provided whose resistance changes depending on whether they are surrounded by air or water. Above one located above the water level in the humidifier chamber Bore then flows the breathing gas from the humidifier chamber directly into the reheating section.
  • the humidifier chamber is filled to achieve a small compressible volume with a chamber filling in the form of an absorbent material having air-conducting channels through which the initially dry breathing gas flows to saturate during this passage.
  • This filling of the chamber increases the active surface which can be used for moistening, thereby improving the effectiveness of moistening.
  • absorbent material is preferably used an absorbent ceramic, for. B. a glass sintered ceramic, the air ducting channels, the z. B. meandering or annular, is traversed.
  • all other forms such. B. annular, spiral and other forms known in the art of flow channels possible.
  • the filling of the humidifying chamber with an absorbent ceramic granulate has also proved to be very advantageous. This is preferably spherical in the form of sintered glass spheres, so that the respiratory gas flows through this ball packing with a low flow resistance.
  • the humidifier water should only be directed to the surfaces around it by the suction of the absorbent material. It is disadvantageous if the water fills the channels themselves. With meandering channels, for this purpose, only the part of the chamber filling located below the channel bottom advantageously enters the humidifier water.
  • Humidifier preferably via an automatic refill system, which, for example, from solenoid valves and a reservoir for
  • Stock of sterile water is built up.
  • the water refill to Compensation of the water loss resulting from the evaporation can be done in different ways, for example via float valves, pinch valves and the like.
  • As an indicator of the water level at least two, but preferably three superimposed temperature sensors are provided in one embodiment of the invention. These are heated by an injected current to a temperature above 100 ° C, as long as they are surrounded by air. However, if it surrounds the humidifier water, it will be cooled down. This cooling is associated with a resistance change that is exploited for level detection.
  • the knowledge of the respiratory gas volume flow is required.
  • a volume flow sensor is used.
  • the flow resistance of the humidifier chamber and / or of the reheating section is used in conjunction with a differential pressure sensor for determining the respiratory gas volume flow.
  • the differential pressure sensor measures the pressure difference between the input and output og chambers, from which then the volumetric flow can be determined.
  • the bacteria filter fulfills the task of eliminating any particles of the chamber filling.
  • the inspiratory bacterial filter is additionally either from the waste heat the one or more of the above heating elements heater and / or an additional heating element heated.
  • Bacterial filter is also increased.
  • the waste heat of the heating element and / or an additional heating element is also used for this purpose.
  • a very convenient and cost-saving way to disinfect the Atemgasbefeuchters is to heat the humidifier and reheating after use on the patient so far that harmful bacteria are killed.
  • This measure has the advantage that the device for breathing gas humidification according to the invention is dry when not in use, as a result of which germ growth is hindered.
  • by coating the walls in the entire area through which both the humidifier chamber and the Nachelles using bacteriostatic materials such. As silver or copper, a germ growth can be prevented.
  • Fig. 1 a schematic representation of the device for
  • the dry respiratory gas is supplied via the breathing gas inlet 5 of the humidifier chamber 2.
  • This block filling 10 forming block is within the humidifier, but its water level is still below the bottom of the meandering channel.
  • the respiratory gas flows through this channel, saturates there to then be further heated in the NachMap zone 7.
  • two temperature humidity sensors 8.1 and 8.2 are arranged, which are flowed around by the breathing gas. They are electrically connected to the control unit 1.
  • the humidifier chamber 2 is the heating element 3 and the Nachsagenplex 7 associated with the heating element 9.
  • the two heating elements 3, 9 are formed as separate components and are independently controllable.
  • the first control loop is used for humidity control and includes the heating element 3, the first temperature-humidity sensor 8.1 and the controller 1.1 of the control and regulation unit 1.
  • This controller 1.1 controls the heating power of the heating element 3 in such a way that z. B. sets a desired absolute humidity of 44 mg / l.
  • the controller 1.1 takes into account the measured temperature and relative humidity of the first temperature-humidity sensor 8.1 and calculates the absolute humidity according to known algorithms.
  • the second control circuit is used to control the temperature of Nachmorezone 7 and is formed by the heating element 9, the temperature sensor of the second temperature-humidity sensor 8.2 and the controller 1.2.
  • This regulator 1.2 regulates the heating power for the Nachmorezone 7 associated heating element 9 in such a way that the breathing gas leaves the Nachsagenplex 7 at a temperature of 44 0 C.
  • the differential pressure sensor 8.4 determines the pressure difference across the humidifier 2. From this pressure difference is calculated using the control unit 1 according to a known pressure-volume flow characteristic of the humidifier 2 by flowing respiratory gas volume flow. This respiratory gas volume flow enters as another parameter in the control law for the absolute humidity of the controller 1.1.
  • the refill system 4 is formed by a reservoir for receiving sterile water 4.1, a solenoid valve 4.2 for the inlet to the humidifier chamber 2 and a solenoid valve 4.3 for the drain from the humidifier 2.
  • the water level is controlled by a system of three heated, stacked thermistors, which are shown as temperature sensor 8.3 determined. By heating the thermistors in the environment by air to a temperature above 100 0 C, they can only be cooled in the event of immersion in water The associated resistance change is evaluated in the control unit 1.
  • the solenoid valves 4.2 and 4.3 are switched by means of the control and regulating unit 1 accordingly and so kept the water level at a desired level.
  • the environment is heated by a part of the heating element 9 with. In this way, the condensation of humid inspiratory air in the bacterial filter 11 is avoided.
  • a humidifier chamber 2 in the form of a downwardly closed cylinder, which is surrounded by an equally cylindrical Nachmorenote 7.
  • an annular heating element 3 is placed on the outer wall of the humidifier chamber 2. So it heats inside the humidifier chamber 2 and to the outside of Nachmorenote 7.
  • the heating element 3 is partially surrounded by a thermal insulation against the Nachutzrange 7, via which the degree of reheating can be set.
  • the humidifier chamber 2 is filled with a chamber filling 10 in the form of highly absorbent ceramic balls.
  • the humidifier chamber 2 has a humidifier chamber inlet located at the cylinder entrance, one in the lower area, z.
  • an inlet for the water filling and a below the Befeuchtercros opening water overflow can drain over the excess water from the humidifier 2.
  • the humidifier water flows through the chamber filling 10 from top to bottom, whereby their constant humidification is ensured.
  • the dry respiratory gas flows via the humidifier chamber inlet into the humidifier chamber 2, and absorbs water vapor as it flows through the cavities between the ceramic balls. It leaves the humidifier chamber 2 via the humidifier chamber outlet and enters the reheating section 7. There it is heated further, it is drier and it comes in the area of the breathing gas outlet 6 not to condensation.
  • the one temperature and humidity sensor 8.1 of the control and the second temperature and humidity sensor 8.2 is used to monitor the humidity.
  • the bottom of the humidifier chamber 2 is connected by means of a hose with a transparent pipe section, in which the water level corresponds to the water level present in the interior of the humidifier 2. Using a tube, this tube piece is connected to the upper part of the humidifier chamber 2.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung, die zumindest aus einer Steuer- und Regeleinrichtung (1), einer Befeuchterkammer (2) zum Befeuchten des Atemgases mit molekularem Wasserdampf, einem der Befeuchterkammer zugeordneten Heizelement (3) zum Beheizen der Befeuchterkammer (2), einem der Befeuchterkammer (2) vorgeordneten Atemgaseingang (5) sowie einem der Befeuchterkammer (2) nachgeordneten Atemgasausgang (6) besteht. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Ausgang der Befeuchterkammer (2) und dem Atemgasausgang (6) eine beheizbare Nachheizstrecke (7) angeordnet, wobei in oder nach der Nachheizstrecke (7) zumindest ein Temperatur-Feuchtesensor (8.1, 8.2) platziert ist, der sich in Verbindung mit der Steuer- und Regeleinrichtung (1), der Befeuchterkammer (2) sowie dem Heizelement (3) zu einem Feuchte-Regelkreis ergänzt.

Description

Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung, die zumindest aus einer Steuer- und Regeleinrichtung, einer Befeuchterkammer zum Befeuchten des Atemgases mit molekularem Wasserdampf, einem der Befeuchterkammer zugeordneten Heizelement zum Beheizen der Befeuchterkammer, einem der Befeuchterkammer vorgeordneten Atemgaseingang sowie einem der Befeuchterkammer nachgeordneten Atemgasausgang besteht.
Gattungsgemäße Vorrichtungen zur Befeuchtung des Atemgases bei maschineller Beatmung weisen nach dem Stand der Technik eine mit Wasser gefüllte Befeuchterkammer auf, über die das zu befeuchtende Atemgas gemäß dem Overflow-Prinzip strömt.
Diese Befeuchterkammer wird mittels eines flächenartigen Heizelements beheizt, dessen Rückseite zur Vermeidung von Leistungsverlusten gegenüber der Umgebung thermisch isoliert ist. Die Befeuchterkammer verfügt über eine relativ große, der Umgebungsluft ausgesetzte Oberfläche, an der das Atemgas teilweise kondensiert, wodurch es üblicherweise in gesättigtem Zustand aus der Befeuchterkammer austritt, um dann über den inspiratorischen Atemgasschlauch dem Patienten zugeführt zu werden. Dieser Sättigungszustand ist die Voraussetzung für die Regelung der Luftfeuchtigkeit über eine Regelung der Temperatur. Dieser Sättigungszustand ist aber auch der Grund, weshalb preiswerte Temperatur- und Feuchtemesser wegen Kondensationsgefahr nicht verwendet werden können. Durch das belüftete Volumen der Befeuchterkammer wird das kompressible Volumen des Patientenkreises erhöht. Das kann dazu führen, dass bestimmte Beatmungsformen, wie z. B. die Hochfrequenzoszillation, in ihrer Effektivität eingeschränkt werden. Aus diesem Grunde wird versucht, das Kammervolumen von Atemgasbefeuchtern so gering wie möglich zu halten. Dem sind allerdings, durch die Forderung nach einer hohen Befeuchterfläche, Grenzen gesetzt.
Nachteilig bei allen aus dem Stand der Technik vorbekannten Lösungen ist das hohe kompressible Volumen und der Umstand, dass die Regelung der Luftfeuchtigkeit über eine Regelung der Temperatur auf der Annahme gesättigter Luft beruht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung vorzuschlagen, die bei niedrigem kompressiblen Volumen eine direkte Regelung der Atemgasfeuchte gestattet.
Nach der Konzeption der Erfindung besteht die Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung zumindest aus einer Steuer- und Regeleinrichtung, einer Befeuchterkammer zum Befeuchten des Atemgases mit molekularem Wasserdampf, einem der Befeuchterkammer zugeordneten Heizelement zum Beheizen der Befeuchterkammer, einem der Befeuchterkammer vorgeordneten Atemgaseingang sowie einem der Befeuchterkammer nachgeordneten Atemgasausgang. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Ausgang der Befeuchterkammer und dem Atemgasausgang eine beheizbare Nachheizstrecke angeordnet, wobei in oder nach der Nachheizstrecke zumindest ein Temperatur-Feuchtesensor platziert ist, der sich in Verbindung mit der Steuer- und Regeleinrichtung, der Befeuchterkammer sowie dem Heizelement zu einem Feuchte-Regelkreis ergänzt.
Das die Befeuchterkammer verlassende gesättigte Atemgas durchströmt erfindungsgemäß die Nachheizstrecke, deren Temperatur oberhalb der
Temperatur des die Befeuchterkammer verlassenden Atemgases liegt. Innerhalb dieser Nachheizstrecke erwärmt sich das Atemgas, es wird trockener und der Wasserdampf wird überhitzt. Dieser überhitzte Zustand des Wasserdampfes eröffnet wegen der fehlenden Kondensationsgefahr die Möglichkeit, Temperatur und Feuchte des nachgeheizten Atemgases mittels eines handelsüblichen Temperatur- Feuchtesensors zu messen und in Verbindung mit zumindest einem Regler eine Regelung für die absolute Luftfeuchtigkeit zu gewährleisten.
Der Temperatur-Feuchtesensor bildet mit dem Heizelement der Befeuchterkammer und mit einem ersten Feuchteregler der Steuer- und Regeleinrichtung einen Regelkreis, der über die dem Heizelement zugeführte Heizleistung die Temperatur in der Befeuchterkammer so regelt, dass sich die gewünschte absolute Feuchte am Temperatur-Feuchtesensor einstellt. Die absolute Feuchte ist naturgemäß temperaturunabhängig. Durch das Nachheizen in der Nachheizstrecke erhöht sich zwar die Temperatur des Atemgases, gleichzeitig verringert sich jedoch dessen relative Feuchte, wobei seine absolute Feuchte konstant bleibt. Das Regelgesetz des ersten Feuchtereglers regelt die absolute Feuchte auf der Basis bekannter Zusammenhänge zwischen Temperatur und relativer Feuchte. Aus Gründen der Redundanz kann optional ein zusätzlicher, zweiter Temperatur- Feuchtesensor vorgesehen werden, wobei einer der beiden Temperatur- Feuchtesensoren für die Feuchteregelung und der zweite Temperatur- Feuchtesensor für die Überwachung verwendet werden. Erfindungswesentlich ist, dass der zumindest eine Temperatur-Feuchtesensor vor Strahlungswärme geschützt wird, so dass dieser tatsächlich nur die Temperatur des ihn umströmenden feuchten Atemgases erfasst. Es ist ferner möglich, diesen oder diese Temperatur-Feuchtesensoren in einem Abzweig unmittelbar nach der Nachheizstrecke zu platzieren, durch den ständig ein geringer Atemgasstrom in das Freie abströmt. Die Nachheizstrecke kann durch ein Rohr, ein Rohrsystem, mehrere Bohrungen, ein flächenhaft durchströmtes Volumen oder andere dem Fachmann bekannte Strömungssysteme gebildet werden. Für die Erfindung ist jedoch wesentlich, dass deren innere, mit dem Atemgas in thermischen Kontakt stehende Flächen eine höhere Temperatur aufweisen, als das in die Nachheizstrecke einströmende feuchte Atemgas.
Die Energie zur Beheizung der Nachheizstrecke kann vorteilhafterweise direkt aus der Abwärme des Heizelements der Befeuchterkammer gewonnen werden, indem beispielsweise eine erste Seite des Heizelementes die Befeuchterkammer erwärmt und eine zweite Seite des Heizelements zumindest teilweise die Nachheizstrecke. Dies hat den Vorteil, dass die Anforderungen an die thermische Isolation des Heizelementes geringer sind. Es ist jedoch auch möglich, der Nachheizstrecke ein separates Heizelement zuzuweisen oder aber die Nachheizstrecke sowohl durch das Heizelement der Befeuchterkammer als auch durch ihr eigenes Heizelement zu beheizen.
In der Praxis hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Befeuchterkammer zylinderförmig auszubilden, wobei um diesen Zylinder konzentrisch ein zweiter Zylinder platziert wird, der die Nachheizstrecke bildet.
Auf dem inneren Zylindermantel ist das Heizelement platziert, welches gegenüber der Nachheizstrecke partiell thermisch isoliert ist. So beheizt das
Heizelement mit seiner Innenseite die Befeuchterkammer und mit seiner Außenseite partiell die Nachheizstrecke.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Befeuchterkammer zumindest partiell mit Wasser gefüllt. Zur Füllstandserkennung sind mindestens zwei beheizbare Temperatursensoren vorgesehen, deren Widerstand sich in Abhängigkeit davon, ob sie von Luft oder von Wasser umgeben sind, ändert. Über eine oberhalb des Wasserstandes in der Befeuchterkammer befindliche Bohrung strömt dann das Atemgas aus der Befeuchterkammer direkt in die Nachheizstrecke.
Die Befeuchterkammer ist zwecks Erreichens eines kleinen kompressiblen Volumens mit einer Kammerfüllung in Form eines saugfähigen Materials gefüllt, welches luftführende Kanäle aufweist, durch die das zu Beginn trockene Atemgas strömt, um sich während dieser Passage aufzusättigen. Durch diese Kammerfüllung wird die aktive, für die Befeuchtung nutzbare Oberfläche erhöht und dadurch die Effektivität der Befeuchtung verbessert. Als saugfähiges Material verwendet man vorzugsweise eine saugfähige Keramik, z. B. eine Glassinterkeramik, die von luftführenden Kanälen, die z. B. mäanderförmig oder ringförmig angeordnet sind, durchzogen ist. Dabei sind neben der mäanderförmigen Gestalt der Luftkanäle natürlich auch alle anderen Formen, wie z. B. ringförmige, spiralenförmige und andere dem Fachmann bekannte Formen von Strömungskanälen möglich. Als sehr vorteilhaft hat sich ebenfalls die Füllung der Befeuchterkammer mit einem saugfähigen Keramikgranulat erwiesen. Dieses ist vorzugsweise kugelförmig in Form von Sinterglaskugeln ausgebildet, so dass das Atemgas diese Kugelpackung mit einem geringen Strömungswiderstand durchströmt.
Das Befeuchterwasser sollte jedoch nur durch die Saugwirkung des saugfähigen Materials zu den umströmten Flächen geleitet werden. Es ist nachteilig, wenn das Wasser die Kanäle selbst ausfüllt. Zu diesem Zweck taucht bei mäanderförmigen Kanälen vorteilhafterweise lediglich der Teil der Kammerfüllung, der sich unterhalb des Kanalbodens befindet, in das Befeuchterwasser ein.
Aus praktischen Erwägungen erfolgt der Wasserzufluss zur
Befeuchterkammer vorzugsweise über ein automatisches Nachfüllsystem, welches beispielsweise aus Magnetventilen und einem Reservoir zum
Bevorraten von sterilem Wasser aufgebaut ist. Die Wassernachfüllung zum Ausgleich des durch die Verdunstung entstehenden Wasserverlustes kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, beispielsweise über Schwimmerventile, Quetschventile und ähnliches. Als Indikator für den Wasserstand werden in einer Ausgestaltung der Erfindung mindestens zwei, vorzugsweise jedoch drei übereinander angeordnete Temperatursensoren vorgesehen. Diese werden durch einen eingespeisten Strom auf eine Temperatur oberhalb 100 °C beheizt, so lange sie von Luft umgeben sind. Umgibt sie jedoch das Befeuchterwasser, werden sie abgekühlt. Diese Abkühlung ist mit einer Widerstandsänderung verbunden, die für die Füllstandserkennung ausgenutzt wird.
Für eine qualitativ hochwertige Feuchtereglung ist die Kenntnis des Atemgas- Volumenstromes erforderlich. Zu diesem Zwecke wird ein Volumenstromsensor eingesetzt. In einer besonders einfachen und dadurch vorteilhaften Ausführung wird der Strömungswiderstand der Befeuchterkammer und/oder der der Nachheizstrecke in Verbindung mit einem Differenzdrucksensor zur Bestimmung des Atemgas-Volumenstromes genutzt. Hierfür misst der Differenzdrucksensor die Druckdifferenz zwischen Eingang und Ausgang o. g. Kammern, aus der sich dann der Volumenstrom ermitteln lässt. Durch die erfindungsgemäße Lösung können die hygienischen Anforderungen an die Befeuchterkammer weitestgehend reduziert werden, so dass sie über einen längeren als üblichen Zeitraum nicht sterilisiert zu werden braucht, bzw. die Standzeit von Einwegmaterial um ein Mehrfaches erhöht werden kann. Die Ursache hierfür ist der überhitzte Zustand des Atemgases, welcher die nachträgliche Anordnung eines Bakterienfilters noch vor dem Beatmungsschlauch, erlaubt, ohne dass es zur Überfeuchtung des Bakterienfilters kommt. Das Bakterienfilter erfüllt gleichzeitig noch die Aufgabe der Elimination eventueller Partikel der Kammerfüllung. Um eine Kondensation des im Atemgas enthaltenen Wasserdampfes auch konstruktiv zu vermeiden, wird das inspiratorische Bakterienfilter zusätzlich entweder von der Abwärme des oder der vorbeschriebenen Heizelemente Heizers und/oder eines zusätzlichen Heizelementes beheizt.
Als sehr vorteilhaft erweist sich weiterhin, wenn auch der normalerweise vor dem Exspirationseingang des Beatmungsgerätes angeordnete Bakterienfilter beheizt wird. Dadurch wird ebenfalls die Kondensation des im Exspirationsgas enthaltenen Wasserdampfes vermieden, wodurch die Standzeit dieses
Bakterienfilters ebenfalls erhöht wird. Vorteilhafterweise wird hierfür ebenfalls die Abwärme des Heizelements und/oder eines zusätzlichen Heizelementes genutzt.
Eine sehr günstige und kostensparende Möglichkeit zur Desinfektion des Atemgasbefeuchters besteht darin, Befeuchterkammer und Nachheizstrecke nach dem Einsatz am Patienten so weit zu erhitzen, dass schädliche Keime abgetötet werden. Zu diesem Zweck kann vorteilhafterweise dass in der Befeuchterkammer befindliche Wasser bei einer Temperatur oberhalb 90 Grad über einen bestimmten Zeitraum, z. B. von 15 Minuten, restlos verdunstet werden. Diese Maßnahme weist den Vorteil auf, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung bei Nichtbenutzung trocken ist, wodurch ein Keimwachstum behindert ist. Zusätzlich kann durch Beschichtung der Wandungen im gesamten durchströmten Bereich sowohl der Befeuchterkammer als auch der Nachheizstrecke mittels bakteriostatischer Materialien, wie z. B. Silber oder Kupfer, ein Keimwachstum unterbunden werden.
Die Ziele und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltung der Erfindung mit der zugehörigen Zeichnung besser zu verstehen und zu bewerten, welche zeigt: Fig. 1 : eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur
Atemgasbefeuchtung als Funktionsprinzip.
Das trockene Atemgas wird über den Atemgaseingang 5 der Befeuchterkammer 2 zugeführt. Diese enthält eine Kammerfüllung 10 in Form eines Sinterglas-Klotzes, der von einem mäanderförmig verlaufenden Kanal durchzogen ist. Dieser die Kammerfüllung 10 bildende Klotz steht innerhalb des Befeuchterwassers, wobei sich dessen Wasserspiegel jedoch noch unterhalb des Bodens des mäanderförmig verlaufenden Kanals befindet. Das Atemgas durchströmt diesen Kanal, sättigt sich dort auf, um danach in der Nachheizstrecke 7 noch weiter erhitzt zu werden. Unmittelbar nach dem Ausgang der Nachheizstrecke 7 sind zwei Temperatur-Feuchtesensoren 8.1 und 8.2 angeordnet, die vom Atemgas umströmt werden. Sie sind elektrisch mit der Steuer- und Regeleinheit 1 verbunden. Der Befeuchterkammer 2 ist das Heizelement 3 und der Nachheizstrecke 7 das Heizelement 9 zugeordnet. Im dargestellten Beispiel sind die beiden Heizelemente 3, 9 als separate Bauteile ausgebildet und sind unabhängig voneinander steuerbar. In Verbindung mit der Steuer- und Regeleinheit 1 werden zwei Regelkreise gebildet. Der erste Regelkreis dient der Feuchteregelung und umfasst das Heizelement 3, den ersten Temperatur-Feuchtesensor 8.1 und den Regler 1.1 der Steuer- und Regeleinheit 1. Dieser Regler 1.1 regelt die Heizleistung des Heizelementes 3 in der Weise, dass sich z. B. eine gewünschte absolute Feuchte von 44 mg/l einstellt. Dabei berücksichtigt der Regler 1.1 die gemessene Temperatur und relative Feuchte des ersten Temperatur-Feuchtesensors 8.1 und berechnet daraus nach bekannten Algorithmen die absolute Feuchte.
Der zweite Regelkreis dient der Regelung der Temperatur der Nachheizstrecke 7 und wird gebildet durch das Heizelement 9, den Temperatursensor des zweiten Temperatur-Feuchtesensors 8.2 und den Regler 1.2. Dieser Regler 1.2 regelt die Heizleistung für das der Nachheizstrecke 7 zugeordnete Heizelement 9 in der Weise, dass das Atemgas die Nachheizstrecke 7 mit einer Temperatur von 44 0C verlässt. Durch eine separate Auswertung der durch die beiden Temperatur-Feuchtesensoren 8.1 , 8.2 erfassten Temperatur- und Feuchtewerte wird gleichzeitig auch die erforderliche Trennung von Regelung und Überwachung sichergestellt.
Der Differenzdruck-Sensor 8.4 bestimmt die Druckdifferenz über der Befeuchterkammer 2. Aus dieser Druckdifferenz wird unter Verwendung der Steuer- und Regeleinheit 1 nach einer bekannten Druck-Volumenstrom- Kennlinie der die Befeuchterkammer 2 durchströmende Atemgasvolumenstrom berechnet. Dieser Atemgasvolumenstrom geht als weiterer Parameter in das Regelgesetz für die absolute Feuchte des Reglers 1.1 ein.
Das Nachfüllsystem 4 wird gebildet durch ein Reservoir zur Aufnahme von sterilem Wasser 4.1 , ein Magnetventil 4.2 für den Zulauf zur Befeuchterkammer 2 sowie ein Magnetventil 4.3 für den Ablauf von der Befeuchterkammer 2. Der Wasserstand wird durch ein System von drei beheizten, übereinander angeordneten Thermistoren, die als Temperatursensor 8.3 dargestellt sind, bestimmt. Durch das Beheizen der Thermistoren bei Umgebung durch Luft auf eine Temperatur oberhalb 1000C, können sie im Falle des Eintauchens in Wasser nur abgekühlt werden Die damit verbundene Widerstandsänderung wird in der Steuer- und Regeleinheit 1 ausgewertet. In Abhängigkeit des Wasserstands in der Befeuchterkammer 2 werden die Magnetventile 4.2 und 4.3 mittels der Steuer- und Regeleinheit 1 entsprechend geschaltet und so der Wasserstand auf einem gewünschtem Niveau gehalten. In Strömungsrichtung des Atemgases nach dem Befeuchterausgang 6 ist ein Bakterienfilter 11 angeordnet, dessen Umgebung von einem Teil des Heizelementes 9 mit beheizt wird. Auf diese Weise wird die Kondensation der feuchten Inspirationsluft im Bakterienfilter 11 vermieden.
Bei einer nicht gezeigten weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die Vorrichtung zur Befeuchtung des Atemgases aus einer Befeuchterkammer 2 in Form eines nach unten geschlossenen Zylinders, der von einer ebenso zylinderförmigen Nachheizstrecke 7 umgeben ist. Auf der Außenwand der Befeuchterkammer 2 ist ein ringförmiges Heizelement 3 platziert. So beheizt es nach Innen die Befeuchterkammer 2 und nach Außen die Nachheizstrecke 7. Das Heizelement 3 ist teilweise von einer thermischen Isolation gegenüber der Nachheizstrecke 7 umgeben, über die der Grad der Nachheizung festgelegt werden kann. Die Befeuchterkammer 2 ist dabei mit einer Kammerfüllung 10 in Form von hoch saugfähigen Keramikkugeln gefüllt. Die Befeuchterkammer 2 hat einen am Zylindereingang befindlichen Befeuchterkammereingang, einen im unteren Bereich, z. B nach 1/3 der Zylinderhöhe befindlichen Befeuchterkammerausgang, einen Zulauf für die Wasserbefüllung und einen unterhalb des Befeuchterkammerausgangs mündenden Wasserüberlauf, über den überschüssiges Wasser aus der Befeuchterkammer 2 ablaufen kann. Das Befeuchterwasser durchströmt die Kammerfüllung 10 von oben nach unten, wodurch deren ständige Befeuchtung sichergestellt ist. Das trockene Atemgas strömt über den Befeuchterkammereingang in die Befeuchterkammer 2, und nimmt beim Durchströmen der Hohlräume zwischen den Keramikkugeln Wasserdampf auf. Es verlässt die Befeuchterkammer 2 über den Befeuchterkammerausgang und tritt in die Nachheizstrecke 7 ein. Dort wird es weiter erwärmt, es wird trockener und es kommt im Bereich des Atemgasausgangs 6 nicht zur Kondensation.
Unmittelbar vor dem Atemgasausgang 6 befinden sich zwei Temperatur- und Feuchtesensoren 8.1 , .2, von denen der eine Temperatur- und Feuchtesensor 8.1 der Regelung und der zweite Temperatur- und Feuchtesensor 8.2 der Überwachung der Luftfeuchte dient. Der Boden der Befeuchterkammer 2 ist mittels eines Schlauches mit einem transparenten Rohrstück verbunden, in dem der Wasserstand dem im Innern der Befeuchterkammer 2 vorhandenen Wasserstand entspricht. Unter Verwendung eines Schlauchs ist dieses Rohrstück mit dem oberen Teil der Befeuchterkammer 2 verbunden. LISTE DER BEZUGSZEICHEN
1 Steuer- und Regeleinrichtung
1.1 Regler
1.2 Regler
2 Befeuchterkammer
3 Heizelement
4 Nachfüllsystem
4.1 Reservoir
4.2 Magnetventil
4.3 Magnetventil
5 Atemgaseingang
6 Atemgasausgang
7 Nachheizstrecke
8 Sensoren
8.1 Temperatur-Feuchtesensor
8.2 Temperatur-Feuchtesensor
8.3 Temperatursensor
8.4 Differenzdruck-Sensor
9 Heizelement
10 Kammerfüllung
11 Bakterienfilter
12 Heizelement

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung, zumindest bestehend aus einer Steuer- und Regeleinrichtung (1), einer Befeuchterkammer (2) zum Befeuchten des Atemgases mit molekularem Wasserdampf, einem der Befeuchterkammer zugeordneten Heizelement (3) zum Beheizen der Befeuchterkammer (2), einem der Befeuchterkammer (2) vorgeordneten Atemgaseingang (5) sowie einem der Befeuchterkammer (2) nachgeordneten Atemgasausgang (6), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ausgang der Befeuchterkammer (2) und dem Atemgasausgang (6) eine beheizbare Nachheizstrecke (7) angeordnet ist, wobei in oder nach der Nachheizstrecke (7) zumindest ein Temperatur-Feuchtesensor (8.1 , 8.2) platziert ist, der sich in Verbindung mit der Steuer- und Regeleinrichtung (1), der Befeuchterkammer (2) sowie dem Heizelement (3) zu einem Feuchte-Regelkreis ergänzt.
2. Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass a. das Heizelement (3) der Befeuchterkammer (2) im thermischen Kontakt bzw. in thermischer Wirkverbindung zur Nachheizstrecke (7) steht, oder b. die Nachheizstrecke (7) sowohl von dem Heizelement (3) als auch von dem Heizelement (9) beheizt wird, oder c. die Nachheizstrecke (7) ein separates Heizelement (9) aufweist.
3. Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befeuchterkammer (2) eine aus einem saugfähigen Material gebildete Kammerfüllung (10) umfasst, wobei diese Kammerfüllung (10) Kanäle für die Durchleitung des Atemgases aufweist.
4. Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammerfüllung (10) aus einer saugfähigen Keramik, beispielsweise aus einer Sinterglaskeramik mit mäanderförmig oder ringförmig angeordneten Kanälen für das Atemgas besteht.
5. Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammerfüllung (10) aus einer Füllung eines Keramikgranulats besteht.
6. Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammerfüllung (10) aus einer Füllung von Keramikkugeln, vorzugsweise Sinterglaskugeln, besteht.
7. Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, dass die Befeuchterkammer (2) zumindest partiell mit Wasser gefüllt ist, wobei zur Füllstandserkennung mindestens zwei beheizbare Temperatursensoren (8.3) vorgesehen sind, deren Widerstand sich in Abhängigkeit davon, ob sie von Luft oder von Wasser umgeben sind, ändert.
8. Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserzufluss zur Befeuchterkammer (2) über ein Nachfüllsystem (4) erfolgt.
9. Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des Druckabfalls über der Befeuchterkammer (2) und/oder zur Erfassung des Druckabfalls über der Nachheizstrecke (7) ein Differenzdruck-Sensor (8.4) vorgesehen ist, dessen Signale der Steuer- und Regeleinrichtung (1) zum Zwecke der Ermittlung des Atemgasvolumenstroms zugeführt werden.
10. Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung nach einem der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme des Heizelementes (3) und/oder die Abwärme des Heizelementes (9) und/oder die Abwärme eines Heizelementes (12) zum Beheizen des inspiratorischen und/oder des exspiratorischen Bakterienfilters (11) verwendet wird.
11. Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung nach einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Desinfektion das in der Befeuchterkammer (2) befindliche Wasser - bezüglich Temperatur und Dauer - definiert verdunstet wird.
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