ES2343126T3 - Evaporador y procedimiento de evaporacion. - Google Patents
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Abstract
Evaporador con: un calefactor (7; 27); una carcasa (1; 21) con una entrada (4; 24) para la alimentación de un gas, así como una salida (5; 25) para la evacuación del gas suministrado; formando la carcasa (1; 21) una cámara de evaporación (2; 22), que en parte puede ser llenada por un líquido (16; 36); formando la carcasa (1; 21) una cámara de calentamiento (3; 23), que está en contacto térmico con el calefactor (7; 27), estando la entrada (4; 24) conectada neumáticamente con la cámara de calentamiento (3; 23), y la cámara de evaporación (2; 22) con la salida (5; 25) de modo que el gas puede fluir desde la entrada (4; 24) a través de la cámara de calentamiento (3; 23) a la cámara de evaporación (2; 22) y continuar fluyendo hacia la salida (5; 25); caracterizado porque la carcasa (1; 21) comprende una cuba interior abierta arriba y hermética abajo (10; 30) para recibir el líquido (16; 36), delimitando la superficie lateral de la cuba interior (10; 30) la cámara de evaporación (2; 22) de la cámara de calentamiento (3; 23).
Description
Evaporador y procedimiento de evaporación.
La invención se refiere a un evaporador del tipo
mencionado en los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 19, así
como a procedimientos del tipo mencionado en las reivindicaciones 13
y 21. Más específicamente, la invención se refiere en sentido
amplio a humectadores de aire para respiradores, o sea para el campo
de aparatos CPAP, BiLevel y antironquidos.
Un evaporador, así como un procedimiento de
evaporación de conformidad con los preámbulos de las
reivindicaciones independientes se conocen, por ejemplo, por los
documentos DE 199 36 499 A1, DE 200 10 553 U1 ó por el documento DE
101 51 397 C1.
Pertenecen a los aparatos respiradores los así
llamados aparatos CPAP, usados para el tratamiento de la apnea
(paros respiratorios) durante el sueño. Para ello se desarrolló la
terapia CPAP (continuous positive airway pressure). Un aparato CPAP
produce mediante un compresor o una turbina una sobrepresión de 30
mbar, aproximadamente, y la aplica a las vías respiratorias del
paciente, preferentemente por medio de un humectador de aire, a
través de una manguera y una mascarilla nasal. Dicha sobrepresión
debe garantizar que las vías respiratorias superiores permanecen
abiertas completamente durante toda la noche y, consecuentemente, no
se presentan apneas (DE 198 49 571 A1). Este proceso se denomina
estabilización neumática de las vías respiratorias. Un humectador de
aire aplicado en combinación con el aparato CPAP impide el
resecamiento de las mucosas del paciente.
Por el documento DE 101 05 383 C2 se conoce un
aparato antironquidos en el que en vez de una mascarilla nasal o
facial se usa una cánula nasal. Una ventaja de este aparato
antironquidos es su comodidad para transportar, resultante de
evitar una mascarilla nasal o facial y el uso de mangueras más
delgadas. Asimismo, las cánulas nasales son semejantes a las cánulas
para oxígeno que ya se fabrican económicamente en grandes
cantidades.
En el documento DE 199 36 499 A1 se describe un
dispositivo para la humectación de gases respiratorios en aparatos
CPAP. El dispositivo de humectación comprende una unidad de
rellenado compuesta por un elemento en forma de cuba y una parte en
forma de copa acoplada a este último, extraíble de una carcasa de
montaje. El elemento en forma de cuba y la parte en forma de copa
están unidos herméticamente uno con la otra. En la parte en forma
de cuba está formada una cámara de reserva de líquido en combinación
con una pared divisoria, que contiene la mayor parte de la reserva
de agua prevista para la humectación del gas respiratorio. En el
elemento en forma de cuba dispuesto debajo de la parte en forma de
copa se encuentra formada una zona de humectación separada que
contiene solamente una pequeña parte de la reserva de agua. La
profundidad del agua en el elemento en forma de cuba es mantenida a
un nivel predeterminado por medio de un dispositivo dosificador. En
el curso de una evaporación gradual del agua contenida en el
elemento en forma de cuba se produce de manera sucesiva o continua
el rellenado de agua desde la cámara de reserva de líquido. El gas
respiratorio es soplado pasando por una abertura de entrada de gas
respiratorio a través de la zona superior del elemento en forma de
cuba a la abertura de salida de gas respiratorio. La zona del fondo
del elemento en forma de cuba es calentada por medio de un
dispositivo calefactor.
El documento DE 200 10 553 U1 describe un
humectador de aire semejante para aparatos respiradores, tal como
está descrito en el documento DE 199 36 499 A1. También en el
humectador de aire del documento DE 200 10 553 U1 se conduce aire
por encima de la superficie de un reservorio de agua calentable. En
lugar de la unidad de rellenado, compuesta de un elemento en forma
de cuba y una parte en forma de copa, se usa un recipiente de agua
compuesto, en lo esencial, de una pieza.
Otros humectadores semejantes se conocen por el
documento DE 101 51 397 C1 y el modelo de utilidad alemán 20 2004
004 115.4.
Es el objetivo de la invención indicar un
evaporador y un procedimiento de evaporación en el que rápidamente
se consigue una disponibilidad de funcionamiento.
Este objetivo es solucionado por medio de la
información tecnológica de las reivindicaciones independientes.
Formas de realización preferentes de la
invención son objeto de las reivindicaciones secundarias.
En base a la reducida capacidad térmica del gas
aportado, comparado con la capacidad térmica de la reserva de
líquido, se consigue, virtualmente de inmediato después de la puesta
en marcha, una evaporación considerable.
Debido al calentamiento del gas entrante, se usa
toda la superficie del líquido, incluida la zona de entrada, para
la evaporación de moléculas o átomos de líquido. Si, por otra parte,
se calienta el líquido, como se hace en los humectadores de aire
convencionales, el gas en la zona de entrada es calentado a la
temperatura del líquido, de modo que la zona de entrada no es usada
efectivamente para la evaporación, porque el gas más frío acepta
absorber menos moléculas o átomos de líquido.
Una cuba interna extraíble, que sirve como
recipiente de reserva de líquido, facilita el rellenado del líquido
y la limpieza del evaporador.
La hermeticidad de la presión asegura que un
evaporador se comporte para el gas como un tramo de tubo.
La potencia calorífica necesaria es conducida a
través de una gran superficie mediante un calentamiento uniforme de
la cuba exterior. Ello produce una menor temperatura en el
calefactor.
Para una fabricación económica es preferente que
entre la cuba interna y la tapa no sea necesaria una junta, sino
que, incluso, puede quedar libre un resquicio estrecho. Más bien, la
diferente resistencia del gas entre el resquicio estrecho y el paso
es suficiente para que la mayor parte del gas fluya a través del
paso.
Además, en las formas de realización según la
invención no es necesaria ni en la entrada ni en la salida una junta
en movimiento, lo que mantiene reducidos los costes de producción y
aumenta la fiabilidad.
El transporte térmico desde la cuba exterior
calentada a la cuba interior por medio del líquido es soportado por
el movimiento del gas entre la cuba exterior y la cuba interior, o
sea, en lo posible, en todo el resquicio. Debido al transporte
lateral de material en un flujo de gas turbulento, la conductividad
térmica en gases en movimiento es mayor que en gases estáticos.
Adicionalmente, debido a que el calor es transportado por el flujo
de gas a través del paso y transferido del fondo de la cuba exterior
al fondo de la cuba interior. Todo ello asegura un buen
acoplamiento térmico entre el calefactor, el gas y el líquido, de
modo que son suficientes menores temperaturas de calefactor para
compensar un frío por evaporación. Menores temperaturas de
calefactor también reducen los problemas debidos a la
clasifi-
cación.
cación.
Mediante una disposición del paso delante de la
entrada, visto en el sentido de circulación del gas, se consigue que
el gas se mueva sobre toda la longitud del resquicio.
Una elevada velocidad relativa entre líquido y
gas favorece una evaporación de moléculas o átomos de líquido.
Una cuba interior con dos zonas cilíndricas y un
intervalo intermedio entallado encaja bien en una cuba exterior
ovalada. El resquicio entre la cuba interior y exterior puede ser
estrecho en las zonas cilíndricas, lo que asegura una buena
transferencia térmica debida a la distancia reducida entre cuba
interior y exterior y a la elevada velocidad de flujo de gas y de
las turbulencias resultantes. La distancia entre cuba interior y
exterior es mayor en la zona entallada, de modo que aquí el
resquicio es suficientemente ancho para un dedo normal para permitir
una remoción fácil de la cuba interior para la limpieza o rellenado
de agua.
Ambas cubas y la tapa pueden estar fabricadas,
preferentemente, de acero inoxidable. En comparación con plásticos,
el acero inoxidable resiste temperaturas elevadas y es, además,
biocompatible. En particular, los aditivos cortafuegos para
plásticos no son, en su mayoría, biocompatibles.
Las formas de realización preferentes de la
invención se explican a continuación en detalle, con referencia a
los dibujos anexos. En los dibujos muestran:
La figura 1, una vista en planta sobre un
evaporador según la invención;
la figura 2, una vista lateral del evaporador
mostrado en la figura 1;
la figura 3, una vista en planta sobre otro
evaporador según la invención;
la figura 4, una vista lateral del evaporador
mostrado en la figura 3; y
las figuras 5 a 7, secciones verticales a través
de diferentes formas de realización de la cuba interior según la
invención.
Las figuras 1 y 2 muestran una forma de
realización de un evaporador según la invención. La carcasa 1 del
evaporador se compone, en lo esencial, de tres piezas, o sea una
cuba exterior 8, una cuba interior 10 y una tapa 9. La cuba
interior 10 está parada en la cuba exterior 8, de modo que se tocan
ambos fondos de cuba y también puede transferirse calor a través de
los fondos. En la figura 1, la tapa 9 se muestra solamente en parte,
o sea en posición rebatida. La tapa 9 puede estar fijada a la cuba
exterior 8 mediante bisagras 17.
Entre las superficies laterales de ambas cubas
se forma un resquicio, denominado cámara de calentamiento 3. El
espacio encerrado por la cuba interior 10 y la tapa 9 es denominada
cámara de evaporación 2. En la parte inferior de la cámara de
evaporación se encuentra un líquido, la mayoría de las veces agua
16. Por fuera de la cuba exterior 8, es decir, tanto en la
superficie del fondo como en la superficie lateral, se encuentra
dispuesto un calefactor 7.
El gas, la mayoría de las veces aire, es
suministrado al evaporador a través de la entrada 4. En primer
lugar, el gas fluye a la cámara de calentamiento 3 donde circula
casi una vez en el sentido de las agujas del reloj alrededor de la
cuba interior 10. Con ello, el gas se calienta en la superficie
lateral de la cuba exterior 8 y transfiere una parte del calor
tambiéna la cuba interior 10. A continuación, el gas fluye a través
del paso 11 desde la cámara de calentamiento 3 a la cámara de
evaporación 2. Mediante incorporaciones 12 en la tapa 9, cuya
posición en la tapa 9 cerrada se muestra mediante líneas de trazos
en la figura 1, se consigue que el gas sea conducido, en lo
posible, sobre toda la superficie del líquido. Ello favorece la
evaporación del líquido. Finalmente, el gas es descargado a través
del canal de evacuación 13 y la salida 5.
Otra forma de realización puede estar
estructurada simétrica por reflexión respecto de las formas de
realización mostradas en las figuras 1 y 2, de modo que el gas
fluye en el sentido de las agujas del reloj alrededor de la cuba
interior 10 como, por ejemplo, en la forma de realización mostrada
en las figuras 3 y 4.
La única junta de calidad y en movimiento se
encuentra dispuesta entre la cuba exterior 8 y la tapa 9. O sea, el
resquicio visible en la figura 2 entre la cuba interior 10 y la tapa
9 debe, en lo posible, ser estrecho para que el gas fluya de forma
definida a través del paso 11. Por otra parte, no afecta
sustancialmente las funciones del evaporador si, por ejemplo, una
mitad del gas fluye a través del resquicio, mientras la otra mitad
fluye a través del paso 11.
Como puede verse bien en la figura 1, la cuba
interior 10 presenta un plano horizontal en forma de hueso con dos
zonas cilíndricas 14 y una zona intermedia entallada 15. El
propósito de la zona entallada 15 es, ante todo, que unos dedos
normales tengan espacio en la zona entallada 15 entre la cuba
interior y la cuba exterior. Por otra parte, ello asegura
que en la cuba interior pueda ser extraída cómodamente de la cuba exterior para el rellenado o para la limpieza.
que en la cuba interior pueda ser extraída cómodamente de la cuba exterior para el rellenado o para la limpieza.
La zona entallada 15 también asegura que el
flujo de gas en la cámara de calentamiento 3 se torna más
turbulento. Por ello, la transferencia de calor desde la superficie
lateral de la cuba exterior a través del gas en la cámara de
calentamiento 3 a la superficie lateral de la cuba interior no
empeora en la medida como lo haría suponer la mayor distancia entre
ambas superficies laterales en la zona entallada.
Para que, en lo posible, el gas barra toda la
superficie del líquido, el paso 11 está dispuesto en una zona
cilíndrica y el canal de evacuación 13 en la otra zona
cilíndrica.
Las figuras 3 y 4 muestran otra forma de
realización del evaporador según la invención. A diferencia del
evaporador mostrado en las figuras 1 y 2, la carcasa 21 de este
evaporador con la cuba exterior 28, cuba interior 30 y etapa 29
son, en lo esencial, simétrico por rotación. También en este caso,
el gas es soplado a través de la entrada 24 a una cámara de
calentamiento anular 23 entre las superficies laterales de la cuba
interior y la cuba exterior. Después que el gas fluye casi una vez
alrededor de la cuba interior 30, fluye a través del paso 31 a la
cámara de evaporación 22 dentro de la cuba interior 30, donde barre
la superficie de un líquido, por ejemplo, agua 36. A continuación,
el gas humedecido o enriquecido con moléculas o átomos del líquido
es conducido desde el centro de ambas cubas a través del canal de
evacuación 33 a la salida 25. También esta forma de realización
puede ser reflejada.
La tapa 29 puede presentar incorporaciones 32 en
forma de espiral, que en la figura 3 se muestran mediante líneas de
trazos, para permitir usar para la evaporación toda la superficie
del líquido.
Como se muestra en las figuras 1 a 4,
especialmente en las cubas pero también en las tapas, se evitan
esquinas vivas para facilitar la limpieza de las partes. En
especial, los cantos entre las superficies laterales y los fondos
de las cubas son redondeadas. Este comportamiento amigable con la
limpieza permite la instalación permanente del evaporador en un
aparato de tamaño mayor y evitar así juntas en movimiento en la
entrada y la salida.
Las cubas exteriores e interiores y la tapa
pueden fabricarse de acero inoxidable. El acero inoxidable es
biocompatible y soporta elevadas temperaturas. Contrariamente, los
agentes de prevención de fuego en plásticos no son, la mayoría de
las veces, biocompatibles.
El calefactor 7 puede estar compuesto, por
ejemplo, de alambre de calefacción arrollado fijado y aislado con
cinta adhesiva, o de un calefactor de láminas Kapton.
La cuba interior, mostrada sólo esquemáticamente
en las figuras 1 a 4, también puede estar realizada como mostrada
en una de las figuras 5 a 7. Las figuras 5 a 7 muestran secciones
verticales a través de cubas interiores 10 ó 30.
En las formas de realización mostradas en las
figuras 5 a 7, el fondo de la cuba interior está fabricada de un
material elástico biocompatible, por ejemplo, silicona. Ello tiene
la ventaja de que el fondo de la cuba interior se adapta al fondo
de la cuba exterior y que disminuye un resquicio de aire entre la
cuba interna y externa y, en el caso ideal, se reduce a cero en
toda la superficie del fondo. De este modo se reduce la resistencia
térmica entre ambos fondos y continúa reduciéndose la temperatura
del calefactor.
Si bien se quiere que el fondo de la cuba
interior sea blando para permitir su adaptación al fondo de la cuba
exterior, las paredes de la cuba interior deben presentar una cierta
rigidez para que la cuba interna pueda ser agarrada al removerla de
la cuba exterior.
También el fondo de la cuba exterior puede ser
fabricado de un material blando elástico, como silicona, o estar
revestido de un material de este tipo. Una cuba exterior de este
tipo puede combinarse con una cuba interior de acero inoxidable o
con una cuba interior cuyo fondo es de silicona.
La figura 5 muestra una forma de realización de
la cuba interior cuyo fondo 41 está fabricado de silicona, las
paredes 42, sin embargo, están fabricadas de acero inoxidable.
La figura 6 muestra una forma de realización de
la cuba interior cuyo fondo 51 y la parte inferior de la superficie
lateral 52 están hechos de silicona, mientras la parte superior de
la superficie lateral 53 está hecha de acero inoxidable. El borde
superior 54 de la superficie lateral puede estar plegado.
En las formas de realización mostrada en la
figura 7, toda la cuba interior se compone de silicona 61. El borde
superior de la cuba está ensanchado para aumentar la estabilidad.
Para aumentar aún más la estabilidad, en el borde superior puede
estar incorporado un alambre 62, en particular un alambre para
resortes.
Debido al calentamiento del gas se consigue,
virtualmente de inmediato después de la puesta en marcha, una
evaporación considerable del líquido. Después de la puesta en
marcha, el índice de evaporación aumenta hasta que el líquido ha
alcanzado su temperatura de equilibrio. Para acelerar este proceso
puede ser conveniente precalentar tres a cuatro minutos antes de la
puesta en marcha.
Los evaporadores según la invención se usan,
principalmente, como humidificadores. Esto, sin embargo, no es una
condición necesaria, debido a que por la solicitud de patente
alemana 103 22 964.7 se conoce usar una mezcla de gas diferente de
la composición del aire o adicionar al aire sustancias activas, como
aerosoles, sustancias aromáticas o medicamentos. También al agua
puede agregarse una sustancia activa como, por ejemplo, agua de mar,
de modo que está justificado el término genérico "líquido".
La invención se explicó anteriormente en detalle
mediante las formas de realización preferentes. Sin embargo, para
un experto en la materia es evidente que pueden realizarse
diferentes variaciones y modificaciones, sin apartarse del espíritu
de la invención. Por ello, el alcance de la protección es fijado por
medio de las reivindicaciones siguientes y sus equivalentes.
- 1
- carcasa
- 2
- cámara de evaporación
- 3
- cámara de calentamiento
- 4
- entrada
- 5
- salida
- 7
- calefactor
- 8
- cuba exterior
- 9
- tapa
- 10
- cuba interior
- 11
- paso
- 12
- incorporaciones
- 13
- canales de evacuación
- 14
- zonas cilíndricas
- 15
- zona entallada
- 16
- agua
- 17
- bisagra
- 21
- carcasa
- 22
- cámara de evaporación
- 23
- cámara de calentamiento
- 24
- entrada
- 25
- salida
- 27
- calefactor
- 28
- cuba exterior
- 29
- tapa
- 30
- cuba interior
- 31
- paso
- 32
- incorporaciones
- 33
- canal de evacuación
- 36
- agua
- 41
- fondo
- 42
- superficie lateral
- 51
- fondo
- 52
- superficie lateral inferior
- 53
- superficie lateral superior
- 54
- borde plegado
- 61
- silicona
- 61
- alambre
Claims (11)
1. Evaporador con: un calefactor (7; 27); una
carcasa (1; 21) con una entrada (4; 24) para la alimentación de un
gas, así como una salida (5; 25) para la evacuación del gas
suministrado; formando la carcasa (1; 21) una cámara de evaporación
(2; 22), que en parte puede ser llenada por un líquido (16; 36);
formando la carcasa (1; 21) una cámara de calentamiento (3; 23),
que está en contacto térmico con el calefactor (7; 27), estando la
entrada (4; 24) conectada neumáticamente con la cámara de
calentamiento (3; 23), y la cámara de evaporación (2; 22) con la
salida (5; 25) de modo que el gas puede fluir desde la entrada (4;
24) a través de la cámara de calentamiento (3; 23) a la cámara de
evaporación (2; 22) y continuar fluyendo hacia la salida (5; 25);
caracterizado porque la carcasa (1; 21) comprende una cuba
interior abierta arriba y hermética abajo (10; 30) para recibir el
líquido (16; 36), delimitando la superficie lateral de la cuba
interior (10; 30) la cámara de evaporación (2; 22) de la cámara de
calentamiento (3; 23).
2. Evaporador según la reivindicación 1,
caracterizado porque la carcasa (1; 21) comprende, además,
una cuba exterior (8; 28) y una tapa (9; 29), encerrando la cuba
exterior (8; 28) y la tapa (9; 29) en forma hermética.
3. Evaporador según la reivindicación 2,
caracterizado porque el calefactor (7; 27) está colocado por
fuera en la cuba exterior (8; 28), de modo que el calefactor (7; 27)
calienta la cuba exterior (8; 28) de modo ampliamente uniforme.
4. Evaporador según la reivindicación 3,
caracterizado porque la entrada (4; 24) está formada de modo
que el gas entrante en la cámara de calentamiento (3; 23) entra en
la cámara de calentamiento en forma tangencial, o sea
aproximadamente paralela a las paredes de la cuba interior y
exterior (10, 8; 30, 28), de modo que debido a la conformación de
la entrada (4; 24) se determina el sentido de circulación del gas
dentro de la cámara de calentamiento alrededor de la cuba interior
(10; 30).
5. Evaporador según la reivindicación 4,
caracterizado porque un paso (10; 31) se encuentra dispuesto
en la cuba interior (11; 30), comunicando el paso (11; 31) la
cámara de calentamiento (3; 23) con la cámara de evaporación (2;
22) y en el que el paso, visto en la dirección de circulación, se
encuentra apenas por delante de la entrada (4; 24).
6. Evaporador según una de las reivindicaciones
2 a 5, caracterizado porque la tapa (9; 29) presenta
incorporaciones (12; 32) para la conducción de gas, que en marcha
asegura una elevada velocidad relativa entre el líquido (16; 36) y
el gas suministrado.
7. Evaporador según la reivindicación 5 o
reivindicaciones 5 y 6, caracterizado porque la superficie
lateral de la cuba interior (10) presenta dos zonas cilíndricas
(14), conectadas por medio de una zona entallada (15),
encontrándose el paso (11) en una zona cilíndrica y se extiende un
canal de evacuación (13) desde el centro de la otra zona cilíndrica
hacia la salida (5).
8. Evaporador según la reivindicación 5 o
reivindicaciones 5 y 6, caracterizado porque las superficies
laterales de la cuba interior y exterior (10, 8) son cilíndricas y
se extiende un canal de evacuación (33) del centro de la cuba
interior (30) a la salida (25).
9. Evaporador según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque la cuba interior (10; 30),
la cuba exterior (8; 28) y/o la tapa (9; 29) están fabricadas de
acero inoxidable.
10. Evaporador según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque la cuba exterior (8; 28)
está fabricada de acero inoxidable y el fondo (41; 51; 61) de la
cuba interior (10; 30) de silicona.
11. Procedimiento de evaporación con: Calentar
(7; 27) un gas en una cámara de calentamiento 3; 33), conducir (2;
22) el gas encima de una superficie de líquido, después de haber
sido calentado en la cámara de calentamiento (3; 33);
caracterizado porque la cámara de calentamiento (3; 33) se
encuentra dispuesta entre una cuba interior (10; 30) y una cuba
exterior (8; 28); la cuba exterior (8; 28) es calentada; y el gas es
conducido a la cámara de evaporación (2; 22) encima de las
superficies de líquido; encontrándose dispuesta la cámara de
evaporación y el líquido (16; 36) dentro de la cuba interior (10;
30).
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