WO2004045695A1 - Device and method for the generation of respirational air - Google Patents

Device and method for the generation of respirational air Download PDF

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Abstract

The invention relates to a device (1) and a method for the generation of respirational air (7). Said device (1) permits the optimal humidification of the air. The problem of humidification is resolved by means of a tapering passage (9), in particular by means of a nozzle (3). The nozzle (3) is contained in a tube (2), in which the mixture of air and water flows. There is a raised pressure to one side in the nozzle (3), which gives rise to a local increase in the flow speed in the nozzle (3) and to a reduced temperature. These conditions lead to the water from the air in the nozzle (3) to further condense out. The condensed water is carried off by the airflow and can be separated off in a water separator connected directly after the nozzle (3), before the gas or air (post-nozzle) can be re-saturated.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Beatmungsluft
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung der Beatmungsluft.
Es gab bisher mehrere Bestrebungen, trockene Beatmungsluft zu erzeugen. Es ist bekannt, dass wenn Gas bzw. Luft in einem Raum komprimiert wird, ihr Feuchtigkeitsaufnahmevermόgen gross ist und beim Abkϋhlen der Luft z.B. in einem Speicherbehalter ein Teil der aufgenommenen Feuchtigkeit kondensieren kann, was unerwϋnscht ist. Auch ist fur die Beatmung selbst nur eine gewisse Luftfeuchtigkeit erwϋnscht. Beatmungsluft aus einem Kompressor muss daher sowohl aus technischen wie auch aus gesundheitlichen Grϋnden entfeuchtet werden.
(Definitionen)
Unter Beatmungsluft im Sinne der Erfindung ist jene Gas oder Luftmischung zu verstehen, die einem Patienten maschinell zugefϋhrt werden kann.
Unter Feuchtigkeit im Sinne der Erfindung ist Wasser oder eine andere
Flϋssigkeit oder Flϋssigkeitsmischung im flϋssigen oder gas- oder luftfόrmigen Aggregatszustand zu verstehen. - Als Dϋsenform ist die Form der Ausflussόffnung zu verstehen, die verschiedene Ausfϋhrungsmόglichkeiten aufweisen kann.
Unter Durchgangsverjϋngung im Sinne der Erfindung ist aufgrund eines verjϋngten Durchflusses insbesondere eine Blende oder eine Dϋse in einem Rohr zu verstehen, in der wegen des einseitig hόheren Drucks einerseits eine lokale Erhόhung der Strόmungsgeschwindigkeit, andererseits eine lokale, tiefere Temperatur der Beatmungsluft nach der
BESTATIG N K PIE Durchgangsverjϋngung im Verhaltnis zur Temperatur vor der Durchgangsverjϋngung produziert wird.
Zum Stand der Technik gehόren Vorrichtungen, welche das obengenannte Entfeuchtungsproblem durch mechanische Abscheider mit Mikrofilter, durch Warmebehandlung der Luft oder mit der Hilfe von chemischen Trocknungssystemen (z.B. mit Salz) teilweise gelόst haben.
Der Erfinder erkannte, dass die bekannten Systeme nachteilig sind in Bezug auf die folgenden Punkte:
a) Die bisherigen Vorrichtungen erzielten eine aufwendige oder ungenϋgende Entfeuchtung von Beatmungsluft. Bei vielen kann die Abscheidung vom Wasser aus dem Gas bzw. der Luft nur teilweise verwirklicht werden. Das bedeutet, dass eine optimale Luftfeuchtigkeit durch die bekannten Methoden bisher nur mit grossem Aufwand oder gar nicht zustandegebracht wurde.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu entwickeln, bei denen die Beatmungsluft mit guter Qualitat erzeugt wird und durch die der Feuchtigkeitsgehalt ein Optimum erreichen kann, ohne den Aufwand zu weit zu treiben.
Gelόst wird diese Aufgabe durch
i) eine Durchgangsverjϋngung in einem Rohr der Vorrichtung mit einer
Dϋse und anschliessender Wasserabscheidung mittels herkόmmlichem Wasserabscheiders. Die Dϋse kann auch nach dem Wasserabschneider montiert werden. ii) den physikalischen Effekt, nach dem im Bereich der Dϋse die
Mischung von Gas bzw. Luft und Wasser wegen des Temperaturabfalls nach der Dϋse - der infolge des Druckabfalls nach der Verjϋngung entsteht - in einen physikalischen Zustand kommt, in dem das Wasser aus dem Gas bzw. aus der Luft besser auskondensiert bzw. abgeschieden werden kann.
iii) den Effekt, bei dem das auskondensierte Wasser durch den Luftstrom mitgerissen und unmittelbar nach der Dϋse in einem
Wasserabscheider abgeschieden werden kann, noch bevor sich die Beatmungsluft mit dem auskondensierten Wasser wieder sattigen kann.
iiii) Bevor die Mischung von Gas bzw. Luft und Wasser in der Dϋse ankommt, wird sie zuerst in einem Radiator von Ventilatoren abgekϋhit, um auf eine niedrigere Temperatur zu kommen.
Durch den vorgangig beschriebenen Entfeuchtungsprozess von Beatmungsluft werden in den folgenden Schritten die nachstehenden Verbesserungen erreicht:
Wegen der Durchgangsverjϋngung (mit einer Dϋse) im Rohr ergibt sich vor der Dϋse ein hόherer Druck und eine Erhόhung von der Strόmungsgeschwindigkeit in der Verjϋngung sowie danach ein Druckabfall durch den entsprechend die Temperatur der Gas oder Luftmischung fallt, wodurch eine optimale Wasserabscheidung ermόglicht wird.
Der von dem Abscheidevorgang benόtigte Druck wird z.B. bei einem Versuchsaufbau von Manometem und die Temperatur von Temperatursensoren im Rohr gemessen. Die Lόsung des grundsatzlichen Erfindungsgedankens kann in verschiedenen Ausfϋhrungsformen realisiert werden.
Die Dϋsenverjϋngung, welche die bestimmendste Rolle bei der erfindungsgemassen Vorrichtung spielt, kann verschiedene Formen aufweisen, die einen Einfluss auf die Geschwindigkeit des Durchflusses ausϋben kόnnen.
Falls die Dϋse eine scharfkantige Form hat, ist der Geschwindigkeitsbeiwert beim Durchfluss hoch (0,97 φ).Bei dieser Ausfϋhrungsmόglichkeit sind die Breiten von Eingang und Ausgang gleich.
Nach einer anderen Variante ist die Dϋsenform abgerundet, der Durchgang ist ziemlich lang und die Breite vom Eingang ist etwa doppelt so gross wie die vom Ausgang, dementsprechend eine noch hόhere Durchflussgeschwindigkeit (0,97-0,99 φ) erzeugt wird.
Als Alternative kann die Dϋse ϋber eine zylinder oder eckige Form verfϋgen, bei der der Durchgang im Vergleich mit den vorherigen Lόsungen am langsten ist und der Eingang eine grossere Breite aufweist, als der Ausgang. Bei dieser Variante erreicht die Geschwindigkeit beim Durchfluss einen niedrigeren Wert (0,82 φ).
Die Bezugszeichenliste und die Zeichnung sind zusammen mit den in den Ansprϋchen beschriebenen, beziehungsweise geschϋtzten Gegenstanden integrierender Bestandteil der Offenbarung dieser Anmeldung. Figurenbeschreibung
Die Figuren werden zusammenhangend und ϋbergreifend beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile, Bezugszeichen mit unterschiedlichen Indices geben funktionengleiche Bauteile an.
Es zeigen dabei:
Fig.1 die erf indungsgemasse Vorrichtung zur Erzeugung von Beatmungsluft als Blockschaltbild dar;
Fig.2 eine ausfϋhrliche Darstellung des Entfeuchtungsprozesses mit der erfindungsgemassen Vorrichtung;
Fig.3 die verschiedenen Ausfϋhrungsformen von der Dϋse dar;
Fig.1 stellt ein Schaltdiagramm (Blockdiagramm) eines erfindungsgemassen Kompressors 4 dar. Auf der linken Seite befindet sich ein Luftansaugeinlass mit einem Schalldampfer 13 (FIL1). Im Anschluss daran ist der Kompressor 4 dargestellt mit einem Uberdruckventil 5, an dessen Ausgang ein Kϋhlerradiator 12 angeschlossen ist, der durch Ventilatoren 5a, 5b (FAN1 , FAN 2) mit Kϋhlluft beblasbar ist und damit die Temperatur der Druckluft sinken kann.
Im Anschluss an den Radiator 12 befindet sich ein Mikrofilter mit Wasserabscheider 6 (FIL2), der die Aufgabe hat, ϋberschϋssiges Wasser, das aus der komprimierten Luft auskondensiert ist, aus der Luftleitung zu entfernen. Das mit „RES" bezeichnete Bauteil 1 beinhaltet die Erfindung, namlich die Durchgangsverjϋngung die Feuchtigkeit aus dem Raum nach der erfindungsgemassen Dϋse entfernt. Fig. 2 stellt den Entfeuchtungsprozess mit der erfindungsgemassen Vorrichtung 1 dar. Bevor die im Rohr 2 fliessende Mischung von entweder Gas oder Luft und Wasser die Durchgangsverjϋngung 9 - die eine Dϋsenform 3 aufweisen kann - erreichen wϋrde, wird sie bevorzugt zuerst von Ventilatoren 5a, 5b im Radiator 12 abgekϋhit (Fig. 1 ). Durch die Verjϋngung 9 in der Dϋse 3 bietet sich vor ihr ein hόherer Druck und eine lokale Erhόhung der Strόmungsgeschwindigkeit sowie danach ein Druckabfall, dem zufolge ein weiterer, wesentlich grόsserer Temperaturabfall in der Gas- oder Luftmischung. Das Wasser kondensiert durch die lokale, tiefe Temperatur in der Dϋse 3 aus dem Gas aus. Das auskondensierte Wasser wird durch den Luftstrom mitgerissen und kann unmittelbar nach der Dϋse 3 in einem weiteren Wasserabscheider 6 mit einem Filter 16 abgeschieden werden, bevor sich entweder das Gas oder die Luft aufgrund der Umgebungstemperatur wieder sattigt.
Fig. 3 - 5 zeigen eine Darstellung von Ausfϋhrungsformen der Dϋse 3. Die Dϋse 3, die als Verjϋngung 9 vom Rohr 2 beinhaltet ist, kann - wie schon weiter oben ausgefϋhrt - verschiedene Formen aufweisen, von denen die Durchflussgeschwindjgkeit und damit die Gas- oder Luftmischung abhangig ist.
Bei dem Aufbau gemass Fig. 3 verfϋgt die Dϋse 3 ϋber eine scharfkantige Form, bei der sowohl der Eingang 10 als auch der Ausgang 11 die gleiche Grόsse haben. Der Durchgang ist weiterhin dadurch charakterisiert, dass seine Lange und Breite ziemlich kurz sind. Bei dieser Ausfϋhrungsmόglichkeit ist die Geschwindigkeit des Durchflusses relativ hoch.
Aus der Fig. 4 ist eine abgerundete Dϋsenform 3 zu sehen, bei welcher der Eingang 10 doppelt so gross ist als der Ausgang 11. Der Durchgang ist wesentlich langer und breiter, als bei der Fig.3. Wegen der vorher erwahnten Eigenschaften vom Durchgang ist die Strόmungsgeschwindigkeit bei dieser Ausfϋhrungsform besonders hoch.
Fig. 5 stellt eine zylinderfόrmige oder eckige Dϋse 3 dar, bei der sowohl die Breite als auch die Lange vom Durchgang ziemlich hoch sind. Der eckigen, breiten und langen Form infolge ist die Geschwindigkeit des Durchflusses im Verhaltnis der vorherigen Lόsungen viel langsamer.
Bezugszeichenliste
1 - Vorrichtung
2- Rohr
3- Dϋse
4- Kompressor
5- Ventilator 5a, 5b
6- Wasserabscheider
7- Beatmungsluft
8- Feuchtigkeitsgehalt
9- Durchgangsverjϋngung
10- Eingang
11 - Ausgang
12- Radiator
13- Schalldampfer

Claims

Patentansprϋche
1 . Vorrichtung (1 ) zur Erzeugung von Beatmungsluft (9) mit einem Kompressor (4), aus dem komprimiertes Gas in einem Rohr (2) geliefert wird, mit einer Vorrichtung zur Abkϋhlung (5) und mit wenigstens einem Wasserabscheider (6), dadurch gekennzeichnet, vor dass das Rohr (2) eine Durchgangsverjϋngung (9) beinhaltet, nach der der Wasserabscheider (6) unmittelbar angeschlossen ist, wobei die Durchgangsverjϋngung (9) im Betriebszustand einen Abkϋhleffekt auf das Gas bewirkt.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rohr (2) als Durchgangsverjϋngung (9) eine Dϋse (3) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dϋse (3) verschiedene Formen aufweisen kann.
4. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorgehenden Ansprϋche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchgangsverjϋngung (9) ein zweiter Wasserabscheider (6) angeschlossen ist.
5. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung (1 ) vor der Durchgangsverjϋngung (9) eine weitere
Kϋhlvorrichtung (5) fϋr das Gas vorgesehen ist.
6. Verfahren zur Erzeugung von Beatmungsluft (7) mit einem Kompressor (4), der komprimiertes Gas anliefert, wonach dieses Gas durch eine Durchgangsverjϋngung (9) geschickt wird, in der das Gas abgekϋhit wird, wobei Wasser ausfallt, das mittels Wasserabscheiders (6) ausgeschieden wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Gas oder Luftmischung am Weg zur Durchgangsverjϋngung (9) von wenigsten einem Ventilator (5) abgekϋhit wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprϋche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass schon vor der Durchgangsverjϋngung (9) auskondensiertes Wasser im Wasserabscheider (6) abgeschieden wird.
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