DE2541300C3 - Anordnung zum Einsaugen und Ausblasen von Behandlungsgasen zu einem Patienten - Google Patents
Anordnung zum Einsaugen und Ausblasen von Behandlungsgasen zu einem PatientenInfo
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Einsaugen und forcierten Ausblasen zu einem Patienten
von dem einen oder anderen oder einer Mischung von mehreren Behandlungsgasen, von denen eines einem
drucklosen System entnommen wird, beispielsweise zur Ausführung von künstlicher Beatmung oder für
Narkosezwecke. Hierbei verwendet man eine sich selbst ausweitende Blase, d.h. eine Blase, die nach einer
Zusammendrückung automatisch wieder ihre Form annimmt, Die Blase ist mit einer Art Einsaugventil zur mi
Zufuhr von Luft und/oder einem anderen Gas in der Blase versehen sowie mit einem Dreiwegs- Beatmungsventil, das an eine Beatmungsmaske oder ähnliche
Vorrichtung entweder direkt oder über eine Verbindungsleitung angeschlossen ist Eine derartige, sich
selbst ausweitende Blase arbeitet grundsätzlich in folgender Weise:
Blase befindliche Gas durch ein Auslaßventil herausgepreßt, und zwar in die Luftwege des Patienten über die
Beatmungsnwjke. Hiernach wird die Blase losgelassen
und nimmt infolge ihres eigenen Ausdehnungsvermögens wieder ihre ursprüngliche Form an, wobßi ein
Unterdruck in der Blase gebildet wird. Infolge dieses Unterdruckes füllt sich die Blase wieder mit Gas durch
das Einsaugventil, worauf eine neue Einblasung erfolgen kann.
In Beatmungsanlagen dieser Art will man in vielen Fällen außer dem Hauptgas, das durch das Einsaugventil
zugeführt wird, auch ein Behandlungsgas, beispielsweise
Sauerstoff oder Narkosegas, zusetzen, wobei das Hauptgas und das Zusatzgas in beliebigen Verhältnissen
gemischt werden können sollen. In bekannten Anlagen wird ein solches Gas über ein besonderes Ventil
zugeführt das in der Blase mündet Da solche Zusatzgase mit verhältnismäßig hohem Druck (1—3
atfl) zugeführt wird, muß man besondere Sicherheitsmaßnahmen ergreifen, damit der Patient keinem
schädlichen Oberdruck infoige der Zufuhr des Zusatzgases
ausgesetzt wird. Dieses Problem ist bisher noch nicht in zufriedenstellender Weise gelöst worden.
Die Erfindung sucht also die Aufgabe zu lösen, eine Anordnung zum Einsaugen und forcierten Ausblasen zu
einem Patienten von dem einen oder anderen oder einer Mischung von mehreren Behandlungsgasen mit einer
sich selbst ausweitenden Lungenventilationsblase und einem Einsaugventil zu schaffen, die es ermöglicht, einen
Hauptgasstrom mit wenigstens einem Zusatzgasstrom in beliebigen Mengenverhältnissen, d. h. stufenlos von
100% Hauptgas bis 100% Zusatzgas zu mischen, ohne daß irgend eine Gefahr eines unzulässigen Oberdruckes
in der Anlage infolge des Zufuhrdruckes des Zusatzgases auftritt
Die für diesen Zweck vorgeschlagene Konstruktion, die näher nachstehend und in den beigefügten
Patentansprüchen definiert ist, ist auch in hohem Grad betriebssicher, da sie keine beweglichen Teile enthält
und sie ist außerdem sehr leicht zu reinigen.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst
In dem Einsaugventil der erfindungsgemäßen Anordnung bildet sich bei der Zufuhr von Zusatzgas unter
Druck ein Wirbelstrom zwischen dem tangential angeordneten Einlaßmundstück oder den Einlaßmundstücken
und der zentralen Auslaßöffnung. Da der Druckfall, den dieser Wirbel hervorruft, im wesentlichen
nur in dem Bereich zwischen der Auslaßöffnung und der Einsaugöffnung (oder einem Teil der Einsaugöffnung),
die sich radial zunächst der Auslaßöffnung befindet, auftritt, ist die Einsaugöffnung (oder die Einsaugöffnungen)
vorzugsweise entlang einem Kreisbogen mit dem gleichen Mittelpunkt wie die Auslaßöffnung angeordnet.
Es ist hierbei besonders zweckmäßig, die Einsaugöffnung oder -öffnungen, die vorzugsweise Schlitzform
hat, entlang des Umkreises der Wirbelkammer anzuordnen.
Das Einsaugventil gemäß der Erfindung arbeitet in folgender Weise;
Die Auslaßöffnung wird an den Einlaß einer sich selbst ausweitenden Ventilationsblase angeschlossen
und das Zufuhrmundstück (bzw. die Zufuhrmundstücke) wird an eine geeignete Zusatzgasquelle, beispielsweise
einen Druckbehälter für Oj, angeschlossen. Die Zufuhr
von Zusatzgas in dem Ventil wird in bekannter Weise mit Hilfe eines geeigneten Ventils, z. B. eines konventionellen
Drosselventils, geregelt.
Wenn die Ventilationsblase während ihrer Ausweitungsphase
Hauptgas, beispielsweise atmosphärische Luft, durch die Einsaugöffnung (oder -öffnungen)
einsaugt, wird das eingesaugte Hauptgas normalerweise — d. h. wenn kein Zusatzgas zugeführt wird — radial
durch die Wirbelkammer zu der zentralen Auslaßöffnung strömen und in die Ventilationsblase durch das
Rückschlagventil eintreten, ohne daß irgend ein nennenswerter Druckfall in der Wirbelkammer auftritt
Die sich selbst ausweitende Ventilationsblase wird dabei ausschließlich Hauptgas mit einer Geschwindigkeit
einsaugen, die durch die elastischen Eigenschaften der
sich selbst ausweitenden Blase und durch den Druckabfall in dem ganzen Einsaugventil bei unbehinderter
Strömung bestimmt wird.
Wenn man dagegen ein Zusatzgas (z. B. O2) von einer
Druckquelle durch das tangential angeordnete Mundstück zuführt, erzeugt das Zusatzgas einen Wirbel, der
spiralförmig von dem Mundstück (oder den Mundstükken) auf das Zentrum hin verläuft Wie bei Wirbelströmen
bekannt, entsteht hierbei ein Druckunterschied zwischen den Mundstücken und dem Zentrum, wo die
Auslaßöffnung angeordnet ist, so daß der Druck im Zentrum niedriger ist als entlang dem Umkreis, wo die
Mundstücke und Einsaugöffnungen angeordnet sind. Wenn die Dimensionen der Wirbelkammer und der
Zufuhrmundstücke sowie die Größe der Einsaugöffnungen und der zentralen Auslaßöffnung gegeben sind,
hängt die Größe dieses Druckunterschiedes ausschließlich von der Menge Zusatzgas ab, die durch das
tangentiale Zufuhrmundstück zugeführt wird.
Wenn ein solches Zusatzgas von einer Druckquelle durch das tangentiale Zufuhrmundstück (oder die
Zufuhrmundstücke) während der Einsaugphase der Ventilationsblase zugeführt wird, entsteht ein Gleichgewicht
zwischen der Menge des Hauptgases und der Menge des Zusatzgases, das in die Blase eingesaugt
wird, da die Elastizität der Blase einen kennzeichnenden Unterdruck an der zentralen Auslaßöffnung der
Wirbelkammer erzeugt An der Einsaugöffnung oder den Einsaugöffnungen, die sich weiter außen im
Verhältnis zur Auslaßöffnung, vorzugsweise an dem Umfang der Wirbelkammer befinden, ist dieser
Unterdruck jedoch kleiner infolge der Druckverteilung in dem Wirbel. In dieser Weise wird die Geschwindigkeit,
mit der das Hauptgas in die Wirbelkammer durch die Einsaugöffnungen eingesaugt wird und die durch die
Größe des an den Einsaugöffnungen herrschenden Unterdruckes bestimmt wird, abhängig von der Größe
der in der Wirbelkammer durch die tangentialen Zufuhrmundstücke zugeführten Menge des Zusatzgases;
je größer die zugeführte Menge Zusatzgas ist, desto kleiner wird der eingesaugte Anteil des Hauptgases und
desto größer der Anteil des in die Blase eingesaugten Anteiles des Zusatzgases. Infolge der beschriebenen
Druckverhältnisse wird auch die Zeit, die erforderlich ist, um die sich selbst ausweitende Ventilationsblase mit
einem bestimmten Volumen zu füllen, im Takt mit der Vermehrung der Zusatzgasmenge zunehmen.
Wenn die Zusatzgasmenge auf einen bestimmten Wert vermehrt worden ist, wird der Druckunterschied
zwischen den Einsaugöffnungen und der Auslaßöffnung gleich dem Unterdruck, der an der zentralen Auslaßöffnung
infolge der Elastizität der Blase erzeugt wird. Hierbei wird der Unterdruck an der Einsaugöffnung
= 0. Der durch das Zusatzgas gebildete Wirbel verhindert dabei, daß Hauptgas überhaupt in die Blase
eingesaugt wird, die in diesem Fall ausschließlich mit Zusatzgas gefüllt wird Die Füllzeit für die sich selbst
ausweitende Ventilationsblase ist in diesem Fall gleich der Zeit, die dazu notwendig ist, um die Menge
Zusatzgas zuzuführen, die zur Füllung der vollständig ausgeweiteten Ventilationsblase notwendig ist
Durch Änderung der zugeführten Menge Zusatzgas kann man also kontinuierlich die Konzentration
zwischen 0% und 100% Zusatzgas einstellen, und die Ausweitungszeit der Ventilationsblase ist bei 0%
tu Zusatzgas am kürzesten und bei 100% Zusatzgas am längsten.
Wenn die sich selbst ausweitende Ventilationsblase ihre Ausweitung abgeschlossen hat, tritt eine solche
Stromverteilung des Zusatzgases ein, daß ein Teil durch die zentrale Auslaßöffnung in die Ventilationsblase
hinein fließt während der Rest aus der Wirbelkammer durch die Einsaugöffnungen abgeht
Während der Zusammendrückphase der Ventilationsblase verschließt der Überdruck in der Blase das
zwischen der zentralen Auslaßöffm.^g und der Ventilationsblase
angebrachte Rückschlagventil. Hierbei wird der durch das Zusatzgas gebildete Wirbel zerstört
wobei das ganze Zusatzgas durch die Einsaugöffnungen ohne nennenswerten Druckfall ausströmt
In c\t erfindungsgemäßen Ventilkonstruktion können daher die Lungen des Patienten niemals einem
lebensgefährlich hohen Zufuhrdruck des Zusatzgases ausgesetzt werden. Wenn man auch den Teil des
Zusatzgases ausnützen will, der während der Ruhe- und
jo Zusammendrückphasen der Blase rückwärts durch die Einsaugöffnungen ausströmt, kann man das Einsaugventil
mit einem kleinen und leicht hantierbaren Gassammelbehälter ausrüsten, in dem das Zusatzgas während
der Ruhe- und Zusammendrückphasen angesammelt wird, um später statt (oder zusammen mit) dem
Hauptgas eingesaugt zu werden.
Einige besondere Ausführungsformen des im Rahmen der Erfindung angewandten Einsaugventils werden
nachstehend im Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben.
F i g. 1 und 2 zeigen in schematischen Längs- bzw. Querschnitt ein erfindungsgemäßes Einsaugventil;
Fig.3 zeigt schematisch im Längsschnitt das
Einsaugventil gemäß F i g. 1 und 2 aufgesetzt auf einer
■r> sich selbst ausweitenden Ventilationsblase mit Darstellung
des Stromverlaufes während der Ausweitungsphase der Blase, ohne daß Zusatzgas zugeführt wird;
Fig.4 ist ein Querschnitt durch das Einsaugventil
gemäß F i g. 3 mit Darstellung des Strömungsverlaufes;
"><> Fig.5 und 6 entsprechen den Fig.3 und 4, zeigen
jedoch den Strömungsverlauf während der Ausweitungsphase der Blase bei Zufuhr von Zusatzgas;
F: g. 7 und 8 entsprechen den F i g. 3 und 4, zeigen
jedoch den Strömungsverlauf für das Zusatzgas
r> während der Ruhephase der Blase;
Fig.9 und 10 entsprechen den Fig,3 und 4, zeigen
jedoch den Ströinungsverlauf des Zusatzgases während der Zusammendrückphase der Blase;
F i g. 11 zeigt in schematischem Längsschnitt ein
''i Einsaugventil, das mit einem Gassammelbehälter
versehen ist;
Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der
das Rückschlagventilelement auf der Ventilationsblase statt auf dem eigentlichen Einsaugventil vorgesehen ist,
und
Fi g. 13 zeigt ein Einsaugventil gemäß der Erfindung,
versehen mit zwei Zufuhrmundstücken für Zusätzgas und einer Anzahl Einsaugöffnungen.
Das in den F i g. 1 und 2 gezeigte Einsaugventil hat ein
zylindrisches Gehäuse 1 mit einer Wirbelkammer Γ, die eine am Umfang vorgesehene Einsaugöffnung 2 in Form
eines kreisbogenförmigen Schlitzes sowie eine zentrale Auslaßöffnung 4 aufweist. Ein Zufuhrmundstück 3
mündet tangential in der Wirbelkammer Γ und ist dazu bestimmt, an eine (nicht gezeigte) Druckquelle für
Zusatzgas angeschlossen zu werden. Die zentrale Auslaßöffnung 4 ist bei dieser Ausführungsform durch
einen rohrförmigen AnschluBstutzen 5 verlängert, in dem ein Rückschlagventil mit einem Ventilsitz 6 und
einem beweglichen Ventilelement 7 eingebaut ist. Dieses Rückschlagventil, das eine Strömung nur in der
Richtung von der Wirbelkammer Γ zuläßt, kann in gebräuchlicher Weise ausgeführt sein. In den F i g. 1 und
2 wird durch die Linie 8 schematisch der Strömungsverlauf des Zusatzgases von dem Mundstück 3 dargestellt,
wenn das Rückschlagventil 6. 7 während Her Anweitungsphase
der Ventilationsblase offen ist. In Fig.3 ist
das Einsaugventil an eine gebräuchliche, sich selbst ausweitende Ventilationsblase 9 angeschlossen, deren
Auslaßende 10 in gebräuchlicher Weise an die Luftwege des Patienten angeschlossen werden kann, beispielsweise
über ein (schematisch dargestelltes) Dreiwegs-Beatmungsventil
bekannter Art. Der Anschlußstutzen 5 des Einsaugventils ist hierbei dichtend an eine Einlaßöffnung
11 der Ventilationsblase 9 angeschlossen. Die F i g. 3 und 4 zeigen die Ausweitungsphase der
Ventilationsblase 9 (wie durch die Pfeile A angegeben) in dem Fall, in dem kein Zusatzgas durch das
Zufuhrmundstück 3 zugeführt wird. Während dieser Arbeitsphase ist das Rückschlagventil 6,7 offen und das
eingesaugte Hauptgas strömt hauptsächlich radial durch die Wirbelkammer Γ von der Einsaugöffnung 2 zu der
zentralen Auslaßöffnung 4 ohne nennenswerten Druckfall vom Umfang zum Zentrum. Danach strömt das
Hauptgas durch den Anschlußstutzen 5 und das Rückschlagventil 6, 7 in die Blase 9 hinein. Die
Strömungsbahn des Hauptgases ist in den Zeichnungen mit dem Bezugszeichen 12 versehen.
Auch die F i g. 5 und 6 veranschaulichen die Ausweiiungsphase der ventiiationsbiase % in diesem
Fall wird jedoch auch Zusatzgas durch das Mundstück 3 zugeführt. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, strömt
das Zusatzgas spiralförmig von dem Mundstück 3 zu der Auslaßöffnung 4. Auf Grund der Wirbelströmung des
Zusatzgases 8 wird auch das Hauptgas spiralförmig von der Einsaugöffnung 2 zu der zentralen Auslaßöffnung 4
strömen. Infolge der Wirbelströmung in der Wirbelkammer Γ tritt ein Druckunterschied zwischen der
Einsaugöffnung 2 und der zentralen Auslaßöffnung 4 auf. Je größer die durch das Mundstück 3 zugeführte
Menge Zusatzgas ist, desto größer wird der Druckunterschied zwischen der Einsaugöffnung 2 und der
Auslaßöffnung 4 und desto kleiner wird der treibende Unterdruck an der Einsaugöffnung 2, wobei ein
kleinerer Anteil Hauptgas der Blase 9 zugeführt wird. Gleichzeitig hiermit wächst auch die Zeit, die dazu
erforderlich ist, um die Blase 9 mit einer bestimmten Menge Gas zu füllen. Wenn die Menge des zugeführten
Zusatzgases so groß ist, daß der Druckunterschied in
dem Wirbel zwischen der Einsaugöffnung 2 und der Auslaßöffnung 4 gleich dem Unterdruck ist, der an der
zentralen Auslaßöffnung 4 infolge der Ausweitung der Blase 9 entsteht hört die Zufuhr von Hauptgas 12 zu der
Blase 9 auf, da der treibende Druck an der Einsaugöffnung 2 in diesem Augenblick 0 ist, und die
Blase wird statt dessen ausschließlich mit Zusatzgas
ι ο
gefüllt.
Die F i g. 7 und 8 zeigen den Strömungsverlauf, wenn
die Blase sich in ausgeweiteter Ruhelage befindet und für den Fall, daß Zusatzgas durch das Mundstück 3
zugeführt wird. Hierbei wird das Zusatzgas in zwei Strömungsteile aufgeteilt, von denen der erste — 8 —
durch die zentrale Auslaßöffnung 4 in die Blase 9 einströmt während der andere — 8' — durch die
»Hintertür«, d. h. die Einsaugöffnung 2 abgeht.
In den Fig.9 und 10 wird der Stromverlauf für das
Zusatzgas während der Zusammendrückphase der Blase 9 gezeigt, d. h. wenn Gas in den Patienten
eingeblasen wird. Der Überdruck in der Blase 9 verschließt hierbei das Rückschlagventil 6, 7, wobei da:
ganze Zusatzgas rückwärts durch die Einsaugöffnung 1 und ohne nennenswerten Druckfall abgeht.
15. Hpr PK prmncrlirht Hac 7ijcat7cra«
zurückzugewinnen, das während der Ruhe- und Zusammendrückphasen der Blase durch die Einsaugöff
nung 2 abgeht. Das Einsaugventil ist bei diesel Ausführungsform mit einer Vorkammer 13 versehen
durch die das Hauptgas strömt, ehe es während dei Einsaugphase durch die Einsaugöffnung 2 eintritt. Die
Vorkammer 13 ist mit einem Anschlußtstutzen 14 versehen, auf dem der Gassammelbehälter 15 dichtend
angeschossen ist. Der Behälter 15 kann beispielsweise in normaler Weise als ein am freien Ende offener
Schlauch ausgeführt sein. Wenn das Zusatzgas 8' während der Ruhe- und Zusammendrückphasen der
Blase durch die Einsaugöffnung 2 ausströmt, sammelt es sich in dem Behälter 15, um anschließend statt (oder
zusammen mit) dem Hauptgas während der Ausweitungsphase der Blase eingesaugt zu werden.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die oben besonders beschriebenen Ausführungsformen beschränkt,
sondern viele Änderungen und Abwandlungen sind denkbar im Rahmen des Grundgedankens der
Erfindung. Beispielsweise ist die Art und Weise, in der der Anschluß des Ventils an die Ventilationsblase
ausgeführt ist, nicht für die Arbeitsweise des Ventils Kritisch, bo ist es beispielsweise nicht erforderlich, daU
das Rückschlagventil, das eine Strömung nur in einer Richtung von dem Ventilauslaß in die Blase zuläßt, in
der eigentlichen Ventilkonstrukion vorgesehen ist, sondern es kann auch in dem Einsaugteil der
eigentlichen Blase angeordnet sein. Eine derartige andere Ausführungsform wird in Fig. 12 veranschaulicht,
in der die Ventilelemente 6' und T im Einsaugteil 11 der Blase 9 die gleiche Aufgabe erfüllen wv die
Ventilelemente 6, 7 in den in F i g. 1 — 11 gezeigten
Ausführungsformen.
Es ist auch nicht erforderlich, eine einzige, kreisbogenförmige
Einsaugöffnung zu verwenden, sondern die gleiche Wirkung kann mit zwei oder mehreren
Einsaugöffnungen erzielt werden, die in anderer Weise als der in F i g. 1 —12 gezeigte Schlitz 2 angeordnet sind,
wie dies der Fachmann ohne weiteres einsieht Das Wesentliche ist daß die Einsaugöffnung (oder -Öffnungen)
sich radial außerhalb der zentralen Auslaßöffnung 4 befinden, so daß sich ein Druckfall zwischen der
zentralen Auslaßöffnung und der Einsaugöffnung (oder den Einsaugöffnungen) ausbilden kann, wenn Zusatzgas
zugeführt wird, und daß die Einsaugöffnungen groß genug sind, um keinen bedeutenden Druckfal! zu
erzeugen. Die Einsaugöffnungen brauchen auch nicht in der Wand gegenüber der Auslaßcffnung angeordnet zu
sein, sonderen können in der gleichen Wand wie die
Auslaßöffnung oder in der zylindrischen Seitenwand der Wirbelkammer angebracht sein. Wie oben schon
angegeben wurde, kann man auch zwei oder mehre tangential Zufuhrmundstücke 3 für Zusatzgas verwen-.
den, ohne daß die grundsätzliche Arbeitsweise der Konstruktion geändert wird, und man kann dabei auch
verschiedene Arten von Zusatzgas durch die verschie-
denen Mundstücke zuführen. Um diese Abwandlungen zu veranschaulichen, wird in Fig. 13 eine andere
Ausführungsform einer Ventilkonstruktion gemäß der Erfindung gezeigt, die versehen ist einerseits mit zwei
tangential angeordneten Zufuhrmundstücken 3' für Zusatzgas und andererseits mit einer größeren Anzahl
Einsaugöffnungen 2'.
Claims (6)
1. Anordnung zum Einsaugen und forcierten Ausblasen zu einem Patienten von dem einen oder
anderen oder einer Mischung von mehreren Behandlungsgasen, von denen eines einem drucklosen
System entnommen wird, mit einer sich selbst ausweitenden Lungenventilationsblase o. dgU die
einen Einlaß mit darin wirksamem Rückschlagventil und einen zum Patienten führenden Auslaß hat, ι ο
gekennzeichnet durch ein mit einer zentralen Auslaßöffnung (4) an den Einlaß (11) der Blase (9)
angeschlossenes Einsaugventil (1) mit einem zylindrischen Gehäuse, versehen mit wenigstens einer im
Verhältnis zur Auslaßöffnung (4) radial nach außen versetzt gelegenen Einsaugöffnung (2) in offener
Verbindung mit dem drucklosen Gassystem, z. B. der Atmosphäre, und mit wenigstens einem Zufuhrmundstück
(3) für unter Druck zugeführtes Gas, das tangential in solcher Lage nahe der Einsaugöffnung
in dem Einsaugventii mündet, daß der Druckgasstrom (8) die Einsaugung durch die Einsaugöffnung
durch Änderung des Druckfalles zwischen der Einsaugöffnung (2) und der Auslaßöffnung (4)
beeinflußt
2. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einsaugöffnung (2) durch einen kreisbogenförmigen Schlitz gebildet wird, der
entlang dem Umfang der von dem zylindrischen Gehäuse gebildeten Wirbelkammer (V) angeordnet
ist
3. Anordnung gemäß Ansp-uch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsaugöffnung (2; 2') in der
zylindrischen Seitenwand der Einsaugventils angeordnet ist
4. Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsaugöffnung (2; 2') in der
Stirnwand des Einsaugventils angeordnet ist
5. Anordnung gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsaugöffnung (2; 2')
gegenüber der Auslaßöffnung (4) angeordnet ist
6. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit
einem Gassammelbehälter (15) versehen ist, dessen eines Ende in die Einsaugöffnung (2; 2') mündet,
während das andere Ende offen ist.
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