DE2512607A1

DE2512607A1 - Verfahren und vorrichtung zur anfeuchtung und erwaermung eines gases

Info

Publication number: DE2512607A1
Application number: DE19752512607
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Higelin; Hans-Peter Hirt; Peter Vogel
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: Kontron Instruments Holding NV
Priority date: 1974-03-28
Filing date: 1975-03-21
Publication date: 1975-10-02
Also published as: IT1034183B; DK134875A; CH576791A5; NL159885C; JPS50130294A; DD117036A5; JPS547392B2; FR2265352B1; NL7502668A; SE7503305L; GB1509011A; NL159885B; FR2265352A1; DE2512607C2

Description

DR. ING. F. WUESTHOFF _{8 MÜNCnE}N 9Ο Dn.E.T.PEOHMANN SCIIWEIGEnsTRASSE 2 DH. ING. D. BKHKENS 2512607 tklkpow (0811) 66 80 31 DIPL. ING. R. GOETZ «'" 3 a* 070 PATENTANWÄLTE PflOTKOTPATKKT MÜNCHKN

Beschreibung zu der Patentanmeldung

F. Hoffmann-La Roche & Co., Aktiengesellschaft, Basel, Schweiz

Verfahren und Vorrichtung; zur Anfeuchtung und Erwärmung eines Gases.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Anfeuchtung und Erwärmung eines Ganes, insbesondere des für die künstliche Patientenbeatmung verwendeten Atemgases, bei welchem das trockene Gas in einem erwärmten Wasserbad angefeuchtet und auf eine vorgegebene Temperatur eingeregelt wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, umfassend einen von dem A+fimga« durchströmten, boclenseitig beheizten topfartigen Behälter, in welchem ein Wasserbad gespeichert ist, init einem Zufuhranschluss für das trockene und einem Austraganschluss für das angefeuchtete und erwärmte Gas sowie mit einer Anordnung zur Temperaturregelung des Wasserbades.

Bu/9.1.1975

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Das für die künstliche Patientenbeatmung benötigte Atemgas sollte idealerweise eine relative Luftfeuchtigkeit besitzen, die bei JJOO/o liegt, und ausserdem möglichst unabhängig von der Betriebsweise der für die Therapie eingesetzten Geräte, insbesondere unabhängig von den bei der Beatmung auftretenden Fluss- und Druckwechseln, auf einer vorbestimmten Temperatur, gehalten werden können. Ferner sollte das Anfeuchtungsmedium dampfförmig und nicht als Aerosol im Gas enthalten sein. Mit den bislang bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Anfeuchtung und Erwärmung von Gasen lassen sich diese Idealanforderungen aus verschiedenen Gründen nicht erfüllen»

Ein wesentlicher Nachteil ergibt sich bei bekannten Verdampfer-Geräten einerseits daraus, dass für den Betrieb ein relativ grosses Wasservoluinen in der Grössenordnung von 0,5 "bis 1\ verwendet wird, da bei derart grossen Volumina die Temperaturregelung des angefeuchteten Atemgases nur unter Berücksichtigung eines vergleichsweise hohen thermischen Trägheitsgrades vorgenommen werden kann. Vor allem dann, wenn bei einer Beatmung die Aenderung des Gasdurchflusses (Atemminutenvolumen) grössere Werte annimmt, kann eine Temperaturregelung bei bekannten Verdampfersystemen die sich dabei einstellende vorübergehende Temperaturabweichung nur wenig reduzieren und nur sehr langsam ausregeln, was zu grossen und sehr lange anhaltenden Temperaturschwankungen am patientenseitigen Anschluss des Beatmungsgerätes führt, von denen vor allem die Temperaturüberhöhungen schädliche

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Folgen für den Patienten haben können. Ebenfalls bedingt durch die grosse Wassermenge ergeben sich relativ grosse Betriebsbereitschaftszeiten, sowie vergleichsweise grössere Druckabfälle über dem Verdampfersystem. Auch ist es bei bekannten Verdampfergeräten üblich, den gesamten Wasservorrat für den Anfeuchtungsvorgang heranzuziehen, so dass nach dessen Verbrauch der Betrieb der Anlage unterbrochen werden muss,um den Wasservorrat wieder nachfüllen zu können.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Anfeuchtung und Erwärmung von Atemgas zu schaffen, bei welchem iiiöuesoiidere die vorstehenden I-Tachleile vermieden und mil dem die Idealanforderungen für die Aufbereitung von Atemgasen möglichst weitgehend erfüllt werden, so dass am patientenseitigen Anschluss des Beatmungsgerätes ein Atemgas mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von etwa 100?$ bei einer vorgegebenen Temperatur zur Verfügung steht, und bei welchem vor allem auch Aenderungen des Gasdurchflusses.(Atemminutenvolumen) keinen nachteiligen Einfluss auf die Austragtemperatur des angefeuchteten Atemgases ausüben können, ferner eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens zu schaffen, welche konstruktiv möglichst einfach aufgebaut und funktionell zuverlässig im Betrieb ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs definierten Art erfindungsgeiiiäss dadurch gelöst, dass das Gas in eine Wasservorlage geringen Volumens fein vertex]t eingeblasen wird, dass die aus der Wasservorlage während des Betriebs ver-

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brauchte Wassermenge aus einem Wasservorrat über einen von der Wasservorlage abgeschiedenen Nachfüllbereich unter gleichzeitiger Regulierung des Wasservorlageniveaus kontinuierlich zugegeben wird, und dass die der Wasservorlage zugeführte Wärmemenge in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des angefeuchteten und erwärmten Gases geregelt wird.

Bei diesem erfindungsgemässen Verfahren wird zur Anfeuchtung und Erwärmung des Gases eine Wasservorlage mit einem geringen Volumen verwendet, welches in der Grössenordnung von etwa 30 ml liegt. Durch die Verwendung einer derart geringen Wassermenge kann ein sehr regulierempfindliches dynamisches Temperaturverhalten erzielt werden, was dann, wenn sich aufgrund von Plussänderungen, beispielsweise beim Beatmungsvorgang, Temperaturerhöhungen am Austragabschnitt einstellen, eine rasche Regelung der der Wasservorlage zugeführten Wärmemenge gestattet.

Ferner wird durch die Einleitung des trockenen Gases in die Wasservorlage in feinverteilter Form erreicht, dass einerseits das Gas nahezu vollständig mit Wasserdampf gesättigt werden kann und anderseits der Druckabfall über der Anfeuchtungseinrichtung sehr klein bleibt. Das Gas verlässt die Wasservorlage mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von nahezu 100$ und erfährt auf seinem weiteren Weg durch das Gerät bis zum Ausgang ein Temperaturgefälle. Dabei bleibt die gewünschte hohe relative Luftfeuchtigkeit erhalten, so dass nach der Anfeuchtung und Erwärmung des Gases nur noch eine Temperaturregelung vorgenommen zu werden braucht,

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währenddessen sich eine Regulierung des Feuchtigkeitsgehaltes vorteilhafterweise erübrigt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ist ausgehend von den eingangs definierten Vorrichtungsmerkmalen erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum des Behälters ein zu dessen Bodenfläche hin offener, mit dem Austraganschluss verbundener Gehäuseteil eingesetzt ist, dessen Seitenwandung einen gegenüber der Behälterwand zurückgesetzten Querschnitt besitzt, dass die. Seitenwandung an ihrer auf der Bodenfläche abgestützten Stirnfläche eine Vielzahl kerbförmiger Ausnehmungen aufweist, dass im Mittelabschnitt der Behälterbodenfläche ferner ein den Nachfüllbereich umgrenzendes, in den Innenraum des Gehäuseteils hineinragendes Wandelement vorgesehen ist, welches den Nachfüllbereich von dem WasserVorlagebereich abscheidet, wobei jedoch in diesem Wandelement zur Verbindung der- Bereiche mindestens ein Drosseldurchlaß ausgebildet ist und daß eine von der Behälteroberseite her den Gehäuseteil durchsetzend in den Nachfüllbereich hineinragende Halterungshülse für einen Wasservorratsbehälter vorgesehen ist, deren untere, eine verschließbare Austrittsöffnung ausbildende Hülsenstirnfläche in einem Abstand von der Behälterbodenfläche endet.

Eine konstruktiv besonders einfache Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ferner dadurch erhalten, daß die Seitenwandungen des Gehäuseteils und die

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Behälterwand zylinder förirdg ausgebildet sind, daß der Gehäuseteil im Innenraum des Behälters konzentrisch zur

Behälterlängsachse unter Ausbildung eines kroisringförmigen Zwischenraumes zwischen den einander benachbarten Wandungen abgestützt ist und daß das Wandelement ein ebenfalls zylinderförmiger, an seiner Oberseite offener Ringteil ist, der konzentrisch zur Behälterlängsachsc auf der Behälterbodenfläche befestigt ist.

Bei der vorgenannten Vorrichtung, welche mit ihrem Zufuhranschluß an einen herkömmlichen Respirator angeschlossen werden kann, wird das trockene Atemgas während des Inspiriums von dem Zufuhranschluß in den kreisringförmigen Zwischenraum zwischen den benachbarten Wandungen des Behälters und des Gehäuseteiles eingeleitet. Aus diesem Zwischenraum strömt das Atemgas durch den Gasverteiler, der durch die Vielzahl der kerbförmigen Ausnehmungen an der auf der Bodenfläche des Behälters abgestützten Stirnfläche des Gehäuseteils gebildet wird, in den Wasservorlagebereich, in|dem das Atemgas erwärmt und angefeuchtet wird. Dabei wird im Anfangsstadium des Inspiriums das über die kerbförmigen Ausnehmungen in ö.en kreisringförmigen Zwischenraum eingeflossene Wasser in den Wasservorlagetaereich hineingedrückt, so daß der Wasserstand in diesem Bereich, gemessen von der Behälter-Bodenfläche, etwa fünf bis sieben Millimeter im betriebsbereiten Zustand beträgt.

Das aus dem Wasservorlagebereich austretende, angefeuchtete und erwärmte Atemgas strömt über den

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Innenraum des Gehäuseteils zu dessen Austraganschluß und weiter über einen dort angebrachten, zum Benutzer hinführenden Schlauch. Da dieser Schlauch gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur eine Länge von etwa einem Meter besitzt, sind zur Abscheidung des Kondenswasser im Schlauchabschnitt vorteilhafterweise keine Kondenswasserkugeln erforderlich, welche sonst periodisch entleert werden müßten, da das Kondenswasser ohne den Betrieb der Anlage nachteilig beeinflussen zu können in den Gehäuseteil zurückfließen kann. Ferner besitzt das beschriebene Funktionsprinzip nur einen äußerst geringen Druckabfall, der bei einem Durchfluß von 30 l/min nur etwa 2 cm HpO-Säule beträgt.

Aus der Wasservorlage wird während des Betriebs ständig Wasser verbraucht, welches zur Aufrechterhaltung eines möglichst gleichbleibenden Wasservorlageniveaus kontinuierlich nachgefüllt werden muß, wozu der vom Wasservorlagebereich abgeschiedene Nachfüllbereich und ein mit diesem verbundener Wasservorratsbehälter dient. Dieser Wasservorratsbehälter ist über seinen Halsabschnitt •in die in den Nachfüllbereich hineinragende Halterungs-, hülse,- die kurz vor der Bchältcrbodcnflache endet, von der Behälteroberscite her einsetsbar, so daß das im Vorratsbehälter enthaltene Wasser in den Nachfüllbereich

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einströmen kann, bis der Wasserstand etwa mit der Stirnfläche der Halterungshülse abschließt. Gleichzeitig kann das Wasser aus dem Nachfüllbereich über den im Wandelement ausgebildeten Drosseldurchlaß in den Wasservorlagebereich einlaufen, bis dort ebenfalls der vorgenannte Wasserstand erreicht ist.

Während des Betriebs der Vorrichtung wird mit der Atemfrequenz auch der Druck im Innenraum des Gehäuseteils entsprechend verändert, was bewirkt, daß zu Beginn einer Druckwechselperiode bei ansteigendem Druck (Inspirium) der Wasserstand im Nachfüllbereich zunächst abgesenkt wird, wodurch das den Druckanstieg verursachende Atemgas an der Stirnfläche der Halterungshülse vorbei in den Innenraum des Vorratsbehälters hineinströmen kann. Dadurch erhöht sich entsprechend der Innendruck im Vorratsbehälter, was bewirkt, daß bei einem sich an den Druckanstieg anschließenden Druckabfall im Innenraum des Gehäuseteiles (Expirium) durch den Behälterüberdruck ein entsprechender Wasseranteil aus dem Vorratsbehälter in den Nachfüllbereich gefördert wird, wodurch das Niveau im Nachfüllbereich ansteigt. Durch diese Pumpwirkung zwischen dem Vorratsbehälter und dem Nachfüllbereich wird der Viasserstand im Nachfüllbereich mit der Atemfrequenz ständig angehoben und abgesenkt, wobei ab einem gewissen Füllstand im Nachfüll-

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bereich bei einem Druckanstiegmaximum kein Atemgas mehr in den Vorratsbehälter einströmen kann, wobei sich ein Gleichgewicht zwischen dem Gasdruck im Gehäuseteil-Innenraum und dem Druck im Vorratsbehälter zuzüglich dem Druck der Wassersäule des Vorratsbehälters einstellt.

Von den im Nachfüllbereich erfolgenden Niveauschwankungen bleibt das Niveau der Wasservorlage weitgehend unberührt, da durch den Drosseldurchlaß, welcher bevorzugterweise aus mindestens einer kleinen Bohrung besteht, die das Wandelement nahe der Behälter-Bodenfläche durchsetzt, gerade diejenige Viassermenge hindurchtreten kann, die beim Betrieb aus dem Wasservorlagebereich durch Spritzer in den Nachfüllbereich und durch Verdampfen verbraucht wird. Ferner dient der Drosseldurchlaß auch zur Abscheidung des den Wasservorlage~ bereich durchsetzenden Atemgases von dem im Nachfüllbereich zirkulierenden Viasservorrat, damit ein möglichst beruhigtes Nachfüllniveau aufrecht erhalten bleibt, da ansonsten keine definierte Regulierung über dieses Niveau vorgenommen werden könnte.

Damit aus dem Gehäuseteil möglichst wenig Spritzwasser ausgetragen wird, kann bevorzugterweise im Innenreim des Gehäuseteils oberhalb des V/andelcnientes ein von der Seitenwandung radial nach innen gerichtetes Abfangblech vorgesehen sein, dessen innere Randfläche die Halterungshülse auf Abstand umgibt. 509840/07 7 4

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Zwischen dem Vorratsbehälter und dem Nachfüllbereich kann ferner auch eine Ventilanordnung ausgebildet sein, die beim Einsetzen des Vorratsbehälters in die Halterungshülse automatisch geöffnet und beim Herausziehen des Behälters wieder verschlossen wird. Eine derartige Ventilanordnung ermöglicht eine Herausnahme des Vorratsbehälter z.B. um diesen nachfüllen zu können, ohne daß der Betrieb der gesamten Vorrichtung unterbrochen werden muß.

Die für die Erwärmung und Anfeuchtung des

Atemgases verwendete Wasservorlage umfaßt - wie erläutert ein vergleichsweise geringes Volumen, wodurch vor alleu ein günstiges, d.h. insbesondere rasch nachregclbares dynamisches Temperaturverhalten erzielt wird.· Diesem Erfordernis ist insbesondere deshalb eine entscheidende Bedeutung beizumessen, weil sich unter gex^issen Betriebsbedingungen, wie einem raschen Anstieg j3es _Atemminutenvoiumens "während des Inspiriums,vas eine entsprechend rasche Verkleinerung des Temporaturgefälles zwischen dem Austraganschluss und dem benutzerseitigen Ende des Schlauches, an welchem die Temperaturmeßsonde vorgesehen ist, zur Folge hat, eine plötzliche Temperaturüberhöhung an diesem benutzerseitigen Anschluß einstellen kann, was wiederum für die Therapie schädliche Folgen haben kann. Bei dein erfinctungsgc Verfahren sowie bei der vorgenannten Vorrichtung zu

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dessen Durchführung können nun derartige Temperatur-Überhöhungen wesentlich eingeschränkt werden, da mit einer vorzugsweise verwendeten elektronischen Regelanordnung zur Regelung der über die Heiaplattenanordnung erfolgenden Zufuhr von Wärmemenge zur Wasservorlage in Abhängigkeit von Meßdaten der am benutzerseitigen Abschnitt des Beatmungsgerätes ausgebildeten Meßsonde bei einer an dieser Meßsonde festgestellten, schon geringfügigen Temperaturüberhöhung eine Reduzierung der Heizleistung erfolgt. Da das kleine Volumen der Wasservorlage bei einer Verringerung der Heizleistung sehr rasch abkühlen kann, wird die an der Meßsonde festgestellte Temperaturüberhöhung auch entsprechend schnell wieder auf den vorgegebenen Temperaturwert heruntergeregelt.

Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung nach der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläiitert. Es zeigen:

Pig. 1. eine teilperspektivische Darstellung einer Vorrichtung zur Anfeuchtung und Erwähnung von Atemgas mit den Merkmalen der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung verwendbaren Temperaturmeß- und -regelanordnung. ""

Die in Fig. 1 dargestellte Verrichtung aur Anfeuchtung und Erwärmung von Atemgas umfaßt einen

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topfförmigen Behälter 1 rait einer zylindrischen Behälterwand 6, einer Bodenfläsche 2 sowie mit einer Deckelfläche 36, an deren gemäß Fig. 1 rechtem Flächenabschnitt ein Zufuhranschluß 27, der an einen nicht dargestellten Respirator angeschlossen werden kann, ausgebildet ist. Im Innenraum des Behälters 1 ist ein Gehäuseteil 4 vorgesehen, der aus einer ebenfalls zylinderförmigen Seitenwandung 5 und einer oberen Abschlußfläche 37 gebildet wird, an deren gemäß Fig. 1 linkem Flächenabschnitt ein Austraganschluß 3 angebracht ist, der die Deckelfläche 36 des Behälters 1 durchsetzt. Der Gehäuseteil k ist bezüglich der Behälterlängsachse konzentrisch im Behälter abgestützt, wodurch zwischen den einander benachbarten Wandungen 5» 6 ein kreisringförmiger Zwischenraum ausgebildet wird, der mit einem weiteren, zwischen der Deckelfläche 36 und der oberen Abschlußfläche 37 liegenden Raumabschnitt in Verbindung steht.

.Die Seitenwandung 5 steht mit ihrer gernäß Fig. 1 unteren Stirnfläche 7 auf der Bodenfläche 2 auf und weist an dieser Stirnfläche eine Vielzahl von über den Stirnflächenumfang verteilten kerbförmigen Ausnehmungen 8 auf, die einen Gasverteiler darstellen, über den aus einem Respirator über den Zufuhransehluß 27 eingebrachtes trockenes Atemgas, welches durch den kreis™

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ringförmigen Zwischenraum zwischen Behälter 1 und Gehäuseteil 4 gefördert wird, in feinverteilter Form in den Innenraum des Gehäuseteils 4 eingeleitet werden kann. Eine besonders feine Verteilung und damit wirksame Funktionsweise des Gasverteilers ist dann gegeben, wenn etwa 120 kerbförmige Ausnehmungen auf dem Stirnflächenumfang gleichmäßig verteilt vorgesehen sind.

Im Mittelabschnitt der Behälterbodenfläche 2 ist ein den Nachfüllbereich 9 umgrenzendes, in den Innenraum des Gehäuseteils 4 hineinragendes Wandelement vorgesehen, welches gemäß der Darstellung ein ebenfalls Zylinderförmiger, an seiner· Oberseite offener Ringteil ist, der konzentrisch zur Behälterlängsachse an der Behälterbodenfläche angebracht ist. Im Innenbereich dieses Wandelementes 10 ist der Nachfüllbereich 9 ausgebildet, während in dem Ringabschnitt zxfischen der Außenwandung des Wandelementes und dem Gehäuseteil 4 der Wasservorlageber eich 11 vorgesehen ist. Das Wandelement 10 besitzt ferner an seiner der Bodenfläche 2 zugewandten Randseite einen Drosseldurchlaß 12, der aus einer oder mehreren Bohrungen 17 bestehen kann, über welche Wasser aus dem Nachfüllbereich 9 in den Viasservorlagebereich einlaufen kann. Die Querschnittsweite der Bohrungen 17 ist derart bemessen, daß durch diese Bohrungen gerade so viel Wasser in den Wasservorlagebereich 11 hineinlaufen

kann, wie während des Betriebs (durch Spritzer in den Nachfüllbereich und durch Verdampfen) verbraucht wird.

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In dem Behälterinnenraum ragt von der Behälteroberseite her eine Halterungshülse 13 in den Nachfüllbereich 9 hinein, welche, die obere Abschluß fläche 37 des Gehäuseteiles 4 durchsetzt und zur Aufnahme eines Wasservorratsbehälters 14 dient. An dem der Behälterbodenfläche 2 zugewandten Ende besitzt die Halterungshülse 13 eine Austrittsöffnung 15, welche in einer etwa parallel zur Behälterbodenfläche 2 verlaufenden Hülsenstirnfläche 16 endet. Diese Hülsenstirnfläche 16 besitzt einen Abstand von der Behälterbodenfläche 2, der etwa fünf bis sieben Millimeter betragen kann. Die Austrittsöffnung 15 ist über eine Ventilanordnung verschließbar, die aus einem Ventilteller 22 besteht, x^elcher auf einem Führungszapfen 20 gleitend verschieboar gelagert ist, der an dem der Austrittsöffnung 15 gegenüberliegenden -Abschnitt der Behälterbodenfläche 2 befestigt ist. Der Ventilteller 22 weist einen zentralen hohlen Ansatz 38 auf, der den Führungszapfen 20 umgreift und in seinem Hohlraum zwischen dem freien Ende des Führungszapfens und seiner inneren Stirnfläche eine Feder 21 aufnimmt, welche den Ventilteller 22 in Richtung auf die Hülsenstirnfläche 16 federnd vorbelastet.

Im Innenraum des Gehäuseteils 4 ist oberhalb des Wandelementes 10 ein von der Seitenwandun«⁷ 5 des Gehäuseteiles radial nach innen gerichtetes Abfangblech

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vorgesehen, dessen innere Randfläche 19 die Halterungshülse 13 auf Abstand umgibt, wobei der die Randfläche tragende Ringabschnitt des Abfangbleches 18 in Richtung auf den Nachfüllbereich 9 abgebogen ausgeführt ist.

Der Wasservorratsbehälter 14, welcher von der Oberseite des Behälters 1 in die Halterungshülse 13 eingesetzt werden kann, besitzt einen Halsabschnitt 23, dessen Außendurchmesser an die lichte Weite der Halterungs hülse 13 derart angepaßt ist, daß eine gleitfähige Verbindung zwischen diesen beiden Teilen aufrechterhalten werden kann. Zwischen dem Behälterkragenbereich 39 und dem Halsabschnitt 23 ist ein Behälterverschlußventil 25 vorgesehen, welches über einen im Innenraum des Halsabschnittes 23 verlagerbar geführten Ventilstößel 24 betätigt werden kann. Am Ventilstößel 24 greift ein Federeloment 26 an, welches den Ventilstößel in Schließrichtung des Behälterverschlußventils 25 vorbelastet und dessen Federkraft größer ist als die Federkraft der den Ventilteller 22 vorbelastenden Feder 21.

Das Behälterverschlußventil 25 bildet gemeinsam mit der den Ventilteller 22 umfassenden Ventilanordnung eine aus einfachen Bauteilen bestehende, doppelt wirksame Verschlußeinrichtung. Wenn der Viasservorratsbehälter 14 mit seinem Haisabschnitt 23 aus der Halterungshülse 13 herausgezogen ist, wiixl aufgrund der* Vorbelastung der

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Feder 21 der Ventilteller 22 gegen die Hülsenstirnfläche 16 angedrückt, wodurch der Nachfüllbereich 9 abgeschlossen ist, so daß kein Wasser aus diesem Nachfüllbereich in die Halterungshülse 13 eintreten kann. Bereits während des Herausziehens des Wasservorratsbehälters aus der Haiterungshülse 13 wird auch dessen InnenraAim vom Behälterverschlußventil 2 5 abgeschlossen, da das Federelement 26 den Ventilstößel 24 gemäß Fig. 1 nach unten verlagert. Wenn nun der Wasservorratsbehälter 14 beispielsweise nach erfolgtem Auffüllen seines Wasservorrats wieder in die Halterungshülse 13 eingeschoben werden soll, trifft zunächst der Ventilstößel auf die Oberseite des Ansatzes 38 auf und verlagert beim weiteren Einschieben den Ventilteller 22 in Richtung auf die Behälterbodenfläche 2, bis der Ventilteller fest auf der Bodenfläche anliegt. Im Velauf des weiteren Einschiebens des Itfasservorratsbehälters 14 wird die Vorbelastungskraft des Federelementes 26 überwunden, so daß auch das Behälterverschlußventil 25 von seinem Ventilsitz abgehoben wird und damit ein Einströmen des im Vorratsbehälter enthaltenen Wassers in den Nachfüllbereich 9 zuläßt. Das aus dem Vorratsbehälter 14 ausströmende Wasser sammelt sich im Nachfüllbereich 9 und läuft ferner über die Öffnungen 1? in den Wasservorlagc-· bereich 11 ein, bis der Wasserstand irn Nachfüllbereich

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und im Wasservorlagebereich etwa mit der Hülsenstirnfläche 16 abschließt bzw. um den Betrag des Druckes der Wassersäule des Wasservorratsbehälters etwas höher liegt als die Hülsenstirnfläche. Da - wie eingangs erläutert - während des Betriebs der Vorrichtung insbesondere innerhalb des Nachfüllbereiches 9 ein wechselweises Ansteigen und Absinken des Wasserstandes entsprechend der Atemfrequenz auftritt, ist es erforderlich, die Höhe des das Wandelement 10 bildenden Ringteiles von der Bodenfläche 2 derart zu bemessen, daß der Viasserspiegel bei seinen Schwankungen innerhalb des Nachfüllbereiches nicht über den oberen offenen Rand dieses Ringteiles hinaustritt. Die Bemessung der Höhe des Ringteiles hängt von den zu ermittelnden Druckwechselwerten der Vorrichtung ab, die erfahrungsgemäß während des Inspiriums bis zu 100 cm HpO-Säule betragen können, wobei dieser Druck während des Expiriums wieder auf Atmosphärendruck oder sogar auf einen etwas darunter liegenden Viert absinkt.

Der Behälter 1 kann an seiner Behälterwand etwa in der Höhe der in Fig. leingezeichneten Doppelpfeile teilbar ausgeführt sein und gemeinsam mit dem Wasservorratsbehälter 1 J^ über ein nicht dargestelltes Spannmittel auf der Fläche der Heizplattenanordnung aufgespannt sein. Durch die Teilbarkeit des Behälters

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sind die innerhalb dieses Behälters liegenden Vorrichtungsteile leicht zugänglich, damit der von der Heizplattenanordnung abgenommene, geöffnete Behälter sowie.auch der Wasservorratsbehälter auf einfache Weise, z.B. in Dampf sterilisierbar sind. Der Wasservorratsbehälter 14 kann ferner aus einem durchsichtigen Material bestehen, womit eine leichte optische Kontrolle des Wasserstandes möglich ist.

"Dazu können mit Vorteil in Krankenhäusern gebräuchliche Infusionsflaschen aus Glas oder starrem Kunststoff gebraucht werden, wozu z.B. das Gewinde am Behälterkragenteil 39 des Halsabschnitts 23 nach für solche Flaschen normierten Massen ausgeführt ist. Ferner können solche Vorratsflaschen vor Inbetriebnahme mit dem Halsabschnitt 23 und mit einer dichten Schutzkappe, z.B. aus Kunststoff, die leicht abnehmbar ist, versehen, schon steril bereitgehalten werden".

Am Austraganschluß 3 des Gehäuseteils 4 ist ein zum patientenseitigen Ende führender Schlauch 28 angebracht, dessen Länge etwa 1 m betragen kann. Nahe dem benutzerseitigen Schlauchende ist eine Meßsonde 31 vorgesehen, über welche die Tempercvtur des auszutragenden angefeuchteten und erwärmten Atemgases, welches vom Innenraum des Gehäuseteils 4 abgezogen wurde, gemessen wird und vor welcher die entsprechenden Meßdaten an eine elektronische Regelanordnung 29 zur Regelung der über die Heizplattenanordnung 30 erfolgenden Zufuhr von

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Wärmemenge zum Wasservorlagebereich 11 abgegeben werden.

Die Regelanordnung 29 ist in einem Gehäuse untergebracht, welches über einen thermischen Isolationskörper 33 mit der Heizplattenanordnung 30 verbunden ist. Im thermischen Kontaktbereich zwischen der Heizplattenanordnung 30 und der Regelanordnung 29 ist ein Thermostat 34 vorgesehen, über welches die Temperatur der Heizplattenanordnung gemessen und die entsprechenden Werte der Regelanordnung 29 zugeführt werden«

Die elektronische Regelanordnung 29 umfaßt einen nichtlinearen Regler mit einer automatischen Sollwert-Umschaltung, womit bezweckt wird, daß die verbleibende Regelabweichung möglichst klein gehalten werden kann, so daß die relative Luftfeuchtigkeit des angefeuchteten und erwärmten Atemgases in bezug auf den Temperatursollwert auf einem hohen Wert gehalten werden kann, welcher den Idealanforderungen von. 100 % relativer Luftfeuchtigkeit weitgehend angenähert ist. Die hohe Regelgenauigkeit ist auch deshalb notwendig, damit die vorwählbare Temperatur des Atemgases,

welche wahlweise 32°C, 3k°C und 36°C betragen kann, am austragseitigen Ende auch zur Verfügung steht. In der Startphase der Vorrichtung kommt es - wie eingangs ausgeführt - sehr leicht zu Temperaturüberschvingungen, welche über die elektronische Regelanordnung 29 gedämpft \-t?.s auf einf s.che ^Art ct'i^^Vi **ί^η** >»o-? -t-i ·ΐ γ·υ> 509840/0774

begrenzte Unterbrechung der Zufuhr von Wärmeenergie zum Wasservorlagebereich bei Überschreiten einer bestimmten vorgegebenen Temperatur vorgenommen wird. Damit ferner bei möglichen Betriebsstörungen jegliches Risiko für den Patienten ausgeschaltet werden kann, umfaßt die Regelanordnung einen unabhängigen Überwachungsschaltkreis, über welchen die Vorrichtung bei bestimmten Betriebsstörungen wie z.B. bei einem Überschreiten der Austrittstemperatur des angefeuchteten und erwärmten Atemgases um einen gewissen Betrag und Tür eine

gewisse Zeit, vonJder Netzspeisung unterbrochen ,wird._.'

Anstelle der vorstehend beschriebenen elektronischen Regelanordnung 29 kann xiivterhalb der Heizplattenanordnung 30 auch die in Fig. 2 dargestellte manuell verstellbare Temperaturmeß- und steueranordnung angebracht werden.

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Claims

Patentansprüche

Γ)

\ l.i Verfahren zur Anfeuchtung und Erwärmung eines Gases insbesondere des für die künstliche Patientenbeatmung verwendeten Atemgases, bei welchem das trockene Gas in einem erwärmten Wasserbad angefeuchtet und auf eine vorgegebene Temperatur gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas in eine Wasservorlage fein verteilt und praktisch ohne Druckabfall eingeblasen wird, dass die aus der Wasservorlage während des Betriebs verbrauchte Wassermenge aus einem Wasservorrat über einen von der Wasservorlage getrennten Nachfüllbereich unter gleichzeitiger Regulierung des Wasservorlageniveaus kontinuierlich zugegeben wird, und dass die der Wasservorlage zugeführte Wärmemenge in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des angefeuchteten und temperierten Gases geregelt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend einen Behälter zur Aufnahme eines Wasserbades mit einem Zufuhranschluss für das angefeuchtete und temperierte Gas sowie mit einer Anordnung zur Temperaturregelung des Wasserbades, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum des Behälters (l) ein zu dessen Bodenfläche (2) hin offener, mit dem Austraganschluss (3) verbundener Gehäuseteil (4) eingesetzt ist, dessen Seitenwandung (5) einen gegenüber der Behälterwand (6) zurückgesetzten Querschnitt

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besitzt, dass die Seitenwandung (5) an ihrer auf der Bodenfläche (2) abgestützten Stirnfläche (7) kerbförmige Ausnehmung (8) aufweist, und dass eine von der Behälteroberseite her in - den Gehäuseteil (4) hineinragende Halterungshülse (13) für einen Wasservorratsbehälter (14) vorgesehen ist, deren untere, die Austrittsöffnung (15) bildende Hülsenstirnfläche (16) in einem Abstand von der Behälterbodenfläche (2) endet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass im Mittelabschnitt der Behälterbodenfläche (2) ferner ein den Nachfüllbereich (9) umgrenzendes, in den Innenraum des Gehäuseteils (4) hineinragendes WändeIelement (10) vorgesehen ist, "welches" den Kachfüllbereich (9) von dem Wasservorlagebereich (ll) abscheidet, wobei in diesem Wandelelement zur Verbindung der Bereiche (9;ll) mindestens ein Drosseldurchlass (12) ausgebildet ist
4. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwandungen (5) des Gehäuseteiles (4) und die Behälterwand (6) zylinderförmig ausgebildet sind, dass der Gehäuseteil (4) im Innenraum des Behälters (l) konzentrisch zur Behälterlängsachse unter Ausbildung eines kreisringförmigen Zwischenraumes zwischen den einander benachbarten Wandungen (5,6) abgestützt ist und dass das Wandelelement (10) ein ebenfalls zylinderförmiger, an seiner Oberseite offener Ringteil ist, der konzentrisch zur Behälterlängsachse auf der Behälterbodenfläche (2) befestigt ist.

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5. Vorrichtung einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosseldurchlass (12) des Wandelelementes (10) aus mindestens einer kleinen Bohrung (17) besteht, die das Wandelelement nahe der Behälterbodenfläche (2) durchsetzt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum des Gehäuseteils (4) oberhalb des Wandelelementes (10) ein von der Seitenwandung (5) des Gehäuseteiles radial nach innen gerichtetes Abfangblech (18) vorgesehen ist, dessen innere Randfläche (19) die HalterungehülsG (13) auf Abstand umgibt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungshülse (13) konzentrisch im Behälter (l) befestigt ist, dass deren Hülsenstirnfläche (l6) von der Behälterbodenfläche (2) etwa 5 bis 7 mm entfernt angeordnet ist und dass an dem der Austrittsöffnung (15) gegenüberliegenden Abschnitt der Behälterbodenfläche (2) ein Pührungüzapfen (20) befestigt ist, auf welchem ein von einer Feder (21) in Richtung auf die Austrittsöffnung (15) vorbelasteter Ventilteller (22) verschiebbar gelagert ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnt, dass der Wasservorrat sbehälter (.14) einen in die Halte rungs-

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hülse (13) einschiebbaren Halsabschnitt (23) aufweist, in welchem ein Ventilstössel (24) zur Betätigung eines Behälterverschlussventils (25) und des die Austrittsöffnung (15) verschliessenden Ventiltellers (22) während der Relativverlagerung des Halsabschnittes in der Halterungshülse längsverschiebbar geführt ist,
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstössel (24) in Schliessrichtung des Behälterverschlussventils (25) über ein Federelement (26) vorbelastet ist und dass dieses Federelement eine grössere Federkraft besitzt als die den Ventilteller (22) vorbelastende Feder (21)
10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, "dass an der der Behälterbodenfläche (2) zugewandten Stirnfläche

(7) des Gehäuseteils- (4) etwa 120 auf dem Stirnflächenumfang gleichmässig verteilte kerbförmige Ausnehmungen (8) vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (l) an seiner Behälterwand (6) teilbar ausgeführt und gemeinsam mit dem Wasservorratsbehälter (14) über ein Spannmittel auf der Heizplattenfläche aufgespannt ist.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasservorratsbehälter (14) aus einem durchsichtigen Material besteht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Halsabschnitt (23) so ausgeführt ist, dass er auf in Kliniken gebräuchliche Flaschen aufgesetzt werden kann, welche Flaschen somit als Wasservorratsbehälter (14) verwendet werden können.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasservorratsbehälter (14) mit dem daran befestigten Halsabschnitt (23) vor Gebrauch mit einer darüber dicht angelegten und leicht abnehmbaren Schutzkappe versehen ist, welche erlaubt, den Halsabschnitt (23), zusammen mit dem Inhalt des Behälters (14), unter dieser Schutzkappe steril zu halten.
15. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Austraganschluss (3) des Gehäuseteils (4) ein zum Benutzer fahrender Schlauch (28) angebracht ist, dessen länge etwa 1 m beträgt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Regelanordnung (29) zur Regelung der über die Heizplattenanordnung (30) erfolgenden Zufuhr von

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Wärmemenge zum Wasservorlagebereich (11) in Abhängigkeit von Messdaten der am benutzerseitigen Abschnitt des Beatmungsgerätes auggebildeten Messsonde (31) vorgesehen ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet _f dass die Regelanordnung (29) einen nicht linearen Regler mit einer automatischen Sollwert-Umschaltung aufweist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelanordnung (29) einen Uberwachungsschaltkreis zur Unterbrechung der Hetzspeisung des Gerätes bei bestimmten Betriebsstörungen aufweist,
19r Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16-18, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelanordnung (29) in einem Gehäuse· (32) untergebracht ist, welches über einen thermischen Isolationskörper (33) mit der Heizplattenanordnung (30) verbunden ist und dass im thermischen Kontaktbereich zwischen der Heizplattenanordnung und der Regelanordnung ein Thermostat (34) vorgesehen ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, .dass an der Heizplattenanordnung (30) eine manuell verstellbare Temperaturmess- und -steueranordnung (35) vorgesehen ist.

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