WO2013117542A2 - Beatmungssystem - Google Patents

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WO2013117542A2 PCT/EP2013/052240 EP2013052240W WO2013117542A2 WO 2013117542 A2 WO2013117542 A2 WO 2013117542A2 EP 2013052240 W EP2013052240 W EP 2013052240W WO 2013117542 A2 WO2013117542 A2 WO 2013117542A2
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Jürgen Unger
David Cheesman
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Definitions

  • the invention relates to a ventilation system with a tank, located in the by an exothermic chemical reaction of a Reakti ⁇ onsmaterials CO2 from the respiratory air or oxygen is he ⁇ evidence, and with a display for the consumption of the reac tion ⁇ materials.
  • Ventilation systems are, for example zered Kreislaufatemschut, which is understood independent of the ambient atmosphere ⁇ respiratory protection devices in which the breathing gas circulates. They are used in areas where expected hazard caused by toxic contamination of the breathing air or oxygen-deficient ⁇ the need.
  • the maximum periods of use of the Ge ⁇ boards are different and depend on the amount of the entrained or the respiratory gas produced in the device as well as the air ⁇ consumption of the equipment carrier. With these devices, the oxygen supply in the device is carried either as pressure oxygen or as chemical oxygen (eg potassium superoxide).
  • the exhaled by the equipment wearer breathing gas flows in circuit ⁇ devices in a regeneration cartridge in which the carbon dioxide contained in the breathing gas (CO2) is chemically bonded. Since ⁇ when produced include water and a significant Reakti ⁇ onstage (about 113 kJ / mol).
  • exhaled CO2 is bound by means of a chemical reaction.
  • potassium superoxide it reacts with the gleichzei ⁇ tig with the CO2 exhaled moisture to oxygen, potassium hydroxide and potassium carbonate ⁇ .
  • oxygen produced just ⁇ if heat (169 kJ / mol).
  • heat 169 kJ / mol
  • other hydroxides are known which also come into question for the binding of CO2 from the exhaled air. These reactions also produce H 2 O and heat.
  • Ventilators which are used in medical technology as anesthesia ⁇ equipment, put a carbon dioxide absorber to remove the carbon dioxide exhaled by the patient from the breathing gas ⁇ .
  • Such absorbers are offered in different designs. There are disposable absorbent known to be completely disposed of after use, and infill ⁇ bare devices are known again. In this, the absorbent (soda lime) is filled as bulk material; After use, the absorbent is disposed of and fresh soda lime it sets ⁇ .
  • the term “consumption” will be used in a general sense and shall also include quantities derived therefrom, such as the residual capacity of the reaction material, i.e. the complement of the amount of material consumed.
  • a color indicator is added to the soda lime, which signals the exhaustion of the soda lime on the basis of the resulting reaction moisture by a color change.
  • the color change is visually
  • ⁇ read but the limit of the color change is often not clearly recognizable, which is why the absorbers are usually exchanged according to a fixed rhythm, regardless of whether their capacity is already fully utilized or not.
  • An additional disadvantage of the color indicators is their reversibility, ie after drying the spent soda lime, the color indicator returns to its original state. It can then not be clearly distinguished between fresh and spent (dried) soda lime.
  • the smell and taste of the added color indicator are often perceived as at least unpleasant and annoying.
  • a respiratory system of the type mentioned is known for example from DE 10 2005 015 275 AI, wherein a method for determining the residual capacity of Chemikalkanistern for use in oxygen-generating Kreislaufatemschut zuzen is described. After that, in certain time intervals determines the number of breaths, the pressure level and the inhalation tempera ⁇ ture, from which the current breathing air consumption is determined and subtracted from the total capacity.
  • the consumption indicator has a predetermined amount of material which can be melted by the heat of reaction of the exothermic chemical reaction and which is thermally held in contact with the container interior, for example by being attached to a container. ner wall of the container.
  • the apparent degree of melting of the given amount of fusible material is a measure of the integrated heat of reaction that has acted upon the fusible material as a whole, thereby providing a measure of the consumption of reactive material.
  • the consumption indicator comprises a tube, one end of which adjoins the reaction material container and in which a rod of the fusible material is held in thermal contact with the outer wall of the container.
  • a spring which acts on the rod of fusible material to this with one end against the container to drü ⁇ CKEN.
  • the outer wall of the tube is at least partially transparent, so that the remaining ⁇ ne (unmelted) length of the bar of fusible material is visible.
  • the solid but meltable material has a melting point selected to melt the fusible material at the temperatures generated by the exothermic chemical reaction.
  • the meltable material is thermally held in contact with the container in which the chemical reaction to absorb CO 2 or to produce oxygen occurs.
  • the meltable material is progressively melted, so that the amount of ge ⁇ molten material and the remainder of the yet unmelted material is a measure of the integrated heat of reaction and thus a measure of the degree of consumption of the reaction material.
  • the amount of meltable material may be selected so that the total heat generated from the complete consumption of the reaction material is so great that it completely melts the meltable material. When the meltable material has completely melted, this is an indication that the reaction material has completely reacted and thus the residual capacity is zero.
  • the relative proportion of unmelted meltable material therefore provides information about the degree of consumption of the reaction material and is at the same time irreversible.
  • Fig. 1 is a perspective view of a respiratory gas flows from the through ⁇ container with reaction material
  • FIG. 2 is a sectional view of the container of FIG. 1; FIG.
  • Fig. 4 shows a sectional view of the lid of Fig. 3,
  • FIG. 5 is a perspective view of a tube for a beat ⁇ ment system with consumption display.
  • Fig. 6 shows an enlarged view of the lid of an alternative embodiment of the container.
  • a container 1 is shown, which is traversed by breathing gas, which enters at the entrance 5 and exits at the outlet 3 again.
  • reaction material 2 in the present example soda lime for binding CO 2.
  • a tube 4 of transparent, thermally poorly conductive material is attached to the container 1, for example a plastic tube.
  • a rod 7 or a rod 7 of meltable material for example of stearin, which melts at about 50 ° C.
  • the fusible material is held in thermal contact with the container interior with one end located at the open end of the tube, here in contact with the wall at the outlet 3 for the respiratory gas.
  • the end of the rod 7 which has thermal contact with the reaction material can, for example, be attached to a probe tip 9 made of thermally highly conductive material. lie, which is in contact with the housing wall 10. Alterna tively ⁇ the probe tip can also be designed and extended up to the reaction material in the container interior rei ⁇ chen with one end.
  • the tube 4 is provided at its end, which is in thermal contact with the container interior, with one or more outbreaks 11.
  • the outbreaks 11 allow molten material to flow out of the tube 4.
  • a pressure ⁇ spring 8 is arranged in the tube 4, which presses the rod 7 of meltable material with one end against the container wall 10, so that as the melting of the rod advances by the spring in the direction of the rod end is pressed with thermal contact. In this way, the length of the rod 7 from still unmelted material continuously reduces as the chemical reaction progresses in the container.
  • markers 6 may be provided, with which one can read the remaining length of the rod 7 of meltable material.
  • sensors with which the change in length or the remaining length of the rod 7 can be detected from meltable material. This change in length can then be evaluated and displayed.
  • a second tube 4 ' is provided adjacent to the tube 4, the end facing the outlet 3 being thermally insulated from the container material, for example by a thermal insulator.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beatmungssystem mit einem Behälter (1), in dem durch eine exotherme chemische Reaktion eines Reaktionsmaterials CO2 aus der Atemluft entfernt oder Sauerstoff erzeugt wird, und einer Anzeige für den Verbrauch des Reaktionsmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrauchsanzeige eine vorgegebene Menge (7) von durch die Reaktionswärme der exothermen chemischen Reaktion schmelzbarem Material aufweist, das in thermischem Kontakt mit dem Behälterinneren gehalten ist, so dass aus dem Grad des Abschmelzens des schmelzbaren Materials ein Maß für die Gesamtreaktionswärme und damit des Verbrauchs von reaktivem Material ablesbar ist.

Description

BeatmungsSystem
Die Erfindung betrifft ein Beatmungssystem mit einem Behälter, in dem durch eine exotherme chemische Reaktion eines Reakti¬ onsmaterials CO2 aus der Atemluft entfernt oder Sauerstoff er¬ zeugt wird, und mit einer Anzeige für den Verbrauch des Reak¬ tionsmaterials .
Beatmungssysteme sind zum Beispiel Kreislaufatemschut zgeräte, worunter man von der Umgebungsatmosphäre unabhängige Atem¬ schutzgeräte versteht, in denen Atemgas zirkuliert. Sie kommen dort zum Einsatz, wo mit Gefährdungen durch toxische Verunreinigungen der Atemluft oder mit Sauerstoffmangel gerechnet wer¬ den muss. Die frei tragbaren Kreislaufatemschut zgeräte versor¬ gen den Geräteträger mit Atemgas, das im Gerät mitgeführt, er¬ zeugt und gereinigt wird. Die maximalen Einsatzzeiten der Ge¬ räte sind unterschiedlich und hängen von der Menge des mitgeführten bzw. des im Gerät erzeugten Atemgases sowie dem Luft¬ verbrauch des Geräteträgers ab. Bei diesen Geräten wird der Sauerstoffvorrat im Gerät entweder als Drucksauerstoff oder als Chemikalsauerstoff (z.B. Kaliumsuperoxid) mitgeführt. Das von dem Geräteträger ausgeatmete Atemgas strömt bei Kreislauf¬ geräten in eine Regenerationspatrone, in der das im Atemgas enthaltene Kohlenstoffdioxid ( CO2 ) chemisch gebunden wird. Da¬ bei entsteht unter anderem Wasser und eine erhebliche Reakti¬ onswärme (ca. 113 kJ/mol) .
In einem anderen Anwendungsfall wird mittels einer chemischen Reaktion ausgeatmetes CO2 gebunden. Wird als Reaktionsmittel Kaliumsuperoxid verwendet, reagiert dieses mit der gleichzei¬ tig mit dem CO2 ausgeatmeten Feuchte zu Sauerstoff, Kalium¬ hydroxid und Kaliumcarbonat . Neben Sauerstoff entsteht eben¬ falls Wärme (169 kJ/mol). Im Gegensatz zur Regenerationspatro¬ ne kann dieser Vorgang nicht unterbrochen werden. Daneben sind weitere Hydroxide bekannt, die ebenfalls zur Bindung von CO2 aus der ausgeatmeten Luft infrage kommen. Bei diesen Reaktionen entstehen ebenfalls H20 und Wärme. Beatmungsgeräte, die in der Medizintechnik als Anästhesie¬ geräte verwendet werden, setzen Kohlendioxidabsorber ein, um das vom Patienten ausgeatmete Kohlenstoffdioxid aus dem Atem¬ gas zu entfernen. Solche Absorber werden in unterschiedlichen Bauformen angeboten. Es sind Einwegabsorber bekannt, die nach Gebrauch komplett entsorgt werden, und es sind wieder auffüll¬ bare Geräte bekannt. In diese wird das Absorptionsmittel (Atemkalk) als Schüttgut eingefüllt; nach Gebrauch wird das Absorptionsmittel entsorgt und durch frischen Atemkalk er¬ setzt .
Bei allen Anwendungen ist es von großer Bedeutung, eine Anzeige für den Verbrauch bereitzustellen. Im Folgenden wird der Begriff „Verbrauch" in einem allgemeinen Sinne verwendet und soll auch daraus abgeleitete Größen umfassen, wie z.B. die Restkapazität des Reaktionsmaterials, d.h. das Komplement der verbrauchten Materialmenge.
Bei bekannten CC>2-Absorbern in der Medizintechnik wird dem Atemkalk ein Farbindikator zugesetzt, der die Erschöpfung des Atemkalks anhand der entstehenden Reaktionsfeuchte durch einen Farbumschlag signalisiert. Der Farbumschlag wird visuell abge¬ lesen, die Grenze des Farbumschlags ist jedoch häufig nicht eindeutig zu erkennen, weshalb die Absorber in der Regel nach einem festen Rhythmus getauscht werden, unabhängig davon, ob deren Kapazität schon voll ausgeschöpft ist oder nicht. Ein zusätzlicher Nachteil der Farbindikatoren ist deren Reversibilität, d.h. nach dem Trocknen des verbrauchten Atemkalks kehrt der Farbindikator in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Es kann dann nicht zweifelsfrei zwischen frischem und verbrauchtem (getrocknetem) Atemkalk unterschieden werden. Außerdem werden der Geruch und Geschmack des zugefügten Farbindikators oftmals als zumindest unangenehm und lästig empfunden.
Ein Beatmungssystem der eingangs genannten Art ist zum Beispiel aus DE 10 2005 015 275 AI bekannt, worin ein Verfahren zur Ermittlung der Restkapazität von Chemikalkanistern zur Anwendung in Sauerstoff erzeugenden Kreislaufatemschut zgeräten beschrieben ist. Danach werden in bestimmten ZeitIntervallen die Anzahl der Atemhübe, die Druckhöhe und die Einatemtempera¬ tur ermittelt, daraus der aktuelle Atemluftverbrauch ermittelt und von der Gesamtkapazität subtrahiert wird.
In U.S. 6,618,687 ist ein Beatmungssystem beschrieben, das den Durchgang der bei der CC>2-Absorption entstehenden Wärmefront über eine Anordnung von Temperaturmessfühlern erkennt und daraus Aussagen über den Verbrauchszustand des Atemkalkabsorbers zulässt .
Bei beiden Systemen wird eine entsprechende Elektronik benö¬ tigt, und eine Unterscheidung zwischen verbrauchtem und unverbrauchtem Material ist beispielsweise nach einer Zwischenlage¬ rung nicht oder nur mit erheblichem Aufwand möglich. Darüber hinaus müssen kabelgeführte Temperatursensoren möglichst gas¬ dicht durch Gehäusewände geführt werden, um die Funktion der Geräte zu gewährleisten.
In DE 10 2005 026 838 B3 wird ein Speicherchip vorgeschlagen, auf dem aus den Betriebsdaten des Beatmungssystems der aktuel¬ le Verbrauchszustand berechnet, gespeichert und aktualisiert wird .
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beatmungssystem mit einer Verbrauchsanzeige, die den Verbrauchszustand von Kohlendioxidabsorbern oder von Sauerstoff erzeugenden Chemi- kalpatronen anzeigt, so auszugestalten, dass der Grad des Verbrauchs des Reaktionsmaterials sicher erkennbar ist, dass die Verbrauchsanzeige irreversibel ist und unabhängig von elektrischer Energie.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Beatmungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungs¬ formen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Erfindungsgemäß weist die Verbrauchsanzeige eine vorgegebene Menge von durch die Reaktionswärme der exothermen chemischen Reaktion schmelzbarem Material auf, das thermisch in Kontakt mit dem Behälterinneren gehalten ist, z.B. durch Anlage an ei- ner Wand des Behälters. Der sichtbare Grad des Abschmelzens der vorgegebenen Menge von schmelzbarem Material ist ein Maß für die integrierte Reaktionswärme, die insgesamt auf das schmelzbare Material eingewirkt hat, und liefert damit ein Maß des Verbrauchs von reaktivem Material.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Verbrauchsanzeige eine Röhre auf, deren eines Ende an dem Behälter für das Reaktionsmaterial angrenzt und in der eine Stange des schmelzbaren Materials in thermischen Kontakt mit der Außenwand des Behälters gehalten ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist in der Röhre eine Feder vorgesehen, die auf die Stange aus schmelzbarem Material einwirkt, um diese mit einem Ende gegen den Behälter zu drü¬ cken .
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Außenwand der Röhre wenigstens teilweise transparent, so dass die verbliebe¬ ne (ungeschmolzene) Länge der Stange aus schmelzbarem Material sichtbar ist.
Das feste, aber schmelzfähige Material hat einen Schmelzpunkt, der so gewählt ist, dass das schmelzbare Material bei den durch die exotherme chemische Reaktion erzeugten Temperaturen schmilzt. Das schmelzfähige Material wird thermisch in Kontakt mit dem Behälter gehalten, in dem die chemische Reaktion zur Absorption von CO2 oder zur Erzeugung von Sauerstoff abläuft. Bei fortlaufender chemischer Reaktion wird das schmelzfähige Material zunehmend geschmolzen, so dass die Menge des ge¬ schmolzenen Materials bzw. der Rest des noch ungeschmolzenen Materials ein Maß für die integrierte Reaktionswärme und damit ein Maß für den Grad des Verbrauchs des Reaktionsmaterials ist. Die Menge des schmelzfähigen Materials kann zum Beispiel so gewählt werden, dass die beim vollständigen Verbrauch des Reaktionsmaterials erzeugte Wärme insgesamt so groß ist, dass das schmelzfähige Material vollkommen geschmolzen wird. Wenn das schmelzfähige Material vollständig geschmolzen ist, ist dies daher eine Anzeige dafür, dass das Reaktionsmaterial vollständig reagiert hat und somit die Restkapazität Null ist. Der relative Anteil von noch ungeschmolzenen schmelzfähigem Material gibt daher Aufschluss über den Grad des Verbrauchs des Reaktionsmaterials und ist gleichzeitig irreversibel.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbei¬ spiels in den Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines vom Atemgas durch¬ strömten Behälters mit Reaktionsmaterial ist,
Fig. 2 eine Schnittansicht des Behälters aus Fig. 1 ist,
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des Deckels des Behälters zeigt ,
Fig. 4 eine Schnittansicht des Deckels aus Fig. 3 zeigt,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Röhre für ein Beat¬ mungssystem mit Verbrauchsanzeige ist und
Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht des Deckels einer alternativen Ausführungsform des Behälters zeigt.
In den Figuren 1 und 2 ist ein Behälter 1 gezeigt, der von Atemgas durchströmt wird, das am Eingang 5 eintritt und am Ausgang 3 wieder austritt. In dem Behälter 1 befindet sich Reaktionsmaterial 2, im vorliegenden Beispiel Atemkalk zur Bindung von CO2 · Am Ausgang 3 ist an dem Behälter 1 eine Röhre 4 aus transparentem, thermisch schlecht leitfähigem Material angebracht, z.B. eine KunstStoffröhre . In der Röhre 4 befindet sich ein Stab 7 oder eine Stange 7 aus schmelzfähigem Material, zum Beispiel aus Stearin, das bei etwa 50°C schmilzt. Das schmelzfähige Material wird mit einem Ende, das an dem offenen Ende der Röhre liegt, in thermischem Kontakt mit dem Behälterinneren gehalten, hier in Kontakt mit der Wand am Auslass 3 für das Atemgas. Dasjenige Ende des Stabes 7, das thermischen Kontakt mit dem Reaktionsmaterial hat, kann z.B. an einer Tastspitze 9 aus thermisch sehr gut leitfähigem Material an- liegen, die in Kontakt mit der Gehäusewand 10 steht. Alterna¬ tiv kann die Tastspitze auch verlängert ausgebildet und mit einem Ende bis zum Reaktionsmaterial im Behälterinneren rei¬ chen .
Wie in Fig. 5 dargestellt, ist die Röhre 4 an ihrem Ende, das mit dem Behälterinneren in thermischen Kontakt ist, mit einem oder mehreren Ausbrüchen 11 versehen. Die Ausbrüche 11 erlauben es, dass geschmolzenes Material aus der Röhre 4 abfließen kann .
Wie in Figuren 2 und 4 gezeigt ist in der Röhre 4 eine Druck¬ feder 8 angeordnet, die den Stab 7 aus schmelzfähigem Material mit einem Ende gegen die Behälterwand 10 andrückt, so dass bei fortschreitendem Schmelzen des Stabes dieser durch die Feder in Richtung des Stabendes mit thermischem Kontakt gedrückt wird. Auf diese Weise reduziert sich die Länge des Stabes 7 aus noch ungeschmolzenem Material bei fortschreitender chemischer Reaktion in dem Behälter fortlaufend. An der Röhre 4 können Markierungen 6 vorgesehen sein, mit denen man die verbleibende Länge des Stabes 7 aus schmelzfähigem Material ablesen kann.
Es können auch Sensoren vorgesehen sein, mit denen sich die Längenänderung bzw. die verbleibende Länge des Stabes 7 aus schmelzfähigem Material erfassen lässt. Diese Längenänderung kann dann ausgewertet und angezeigt werden.
Werden die Behälter mit Verbrauchsanzeige bei Temperaturen eingesetzt oder gelagert, die dem Schmelzpunkt des schmelzfä¬ higen Materials nahekommen, kann vorgesehen sein, dass eine weitere Menge von dem gleichen schmelzfähigen Material bereitgehalten wird, das aber nicht in thermischem Kontakt mit dem Behälterinneren und dem Reaktionsmaterial ist. In Fig. 6 ist eine zweite Röhre 4 ' neben der Röhre 4 vorgesehen, wobei das dem Ausgang 3 zugewandte Ende gegenüber dem Behältermaterial thermisch isoliert ist, z.B. durch einen thermischen Isolator. Durch eine solche redundante „Verbrauchsanzeige" kann der An¬ teil der Abschmelzung, der nicht auf der Reaktionswärme des Reaktionsmaterials beruht, durch Vergleich der schmelzfähigen Materialien mit und ohne thermischen Kontakt mit dem Behälter bestimmt werden. Weiterhin kann damit gleichzeitig festge¬ stellt werden, ob und wie lange z.B. eine maximale zulässige Lagertemperatur überschritten wurde.
Bezugs zeichenliste :
1 Behälter
2 Reaktionsmaterial
3 Ausgang
4 Röhre
5 Eingang
7 Schmelzbares Material
8 Feder
9 Tastspitze
10 Behälterwand
11 Ausbrüche

Claims

Patentansprüche
Beatmungssystem mit einem Behälter (1), in dem durch eine exotherme chemische Reaktion eines Reaktionsmaterials CO2 aus der Atemluft entfernt oder Sauerstoff erzeugt wird, und einer Anzeige für den Verbrauch des Reaktionsmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrauchsanzeige eine vorgegebene Menge (7) von durch die Reaktionswärme der exothermen chemischen Reaktion schmelzbarem Material aufweist, das in thermischem Kontakt mit dem Behälterinneren gehalten ist, so dass aus dem Grad des Abschmelzens des schmelzbaren Materials ein Maß für die Gesamtre¬ aktionswärme und damit des Verbrauchs von reaktivem Mate¬ rial ablesbar ist.
Beatmungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrauchsanzeige eine Röhre (4) aufweist, deren eines Ende an dem Behälter (1) für das Reaktionsmaterial anliegt und in der eine Stange (7) des schmelzbaren Mate¬ rials in thermischen Kontakt in Anlage an einer Wand des Behälters gehalten ist.
Beatmungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Röhre (4) eine Feder (8) vorgesehen ist, die auf die Stange aus schmelzbarem Material einwirkt, um dieses mit einem Ende gegen den Behälter zu drücken.
Beatmungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand der Röhre (4) wenigstens teilweise transparent ist.
Beatmungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den transparenten Teilen Außenwand der Röhre (4)
Markierungen als Längeneinteilung entlang der Röhre angeordnet sind. Beatmungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite vorgegebene Menge von durch die Reaktionswärme der exothermen chemischen Reaktion schmelzbarem Material in einer Röhre (4') vorhanden ist, die nicht in thermischem Kontakt mit dem Behälterinneren ist .
Beatmungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzfähige Material über einer Tastspitze (9) aus thermisch gut leitfähigem Material in thermischem Kontakt mit dem Behälterinneren ist .
Beatmungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastspitze bis ins reaktionsfähige Material im Behälterinneren reicht.
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