DE102005054344B3

DE102005054344B3 - Flüssigkeitsverdampfer

Info

Publication number: DE102005054344B3
Application number: DE102005054344A
Authority: DE
Inventors: Klaus Radomski; Norbert Dr. Wruck; Jochim Dr. Koch
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2025-11-16
Also published as: US7992554B2; US20070107879A1

Abstract

Es wird ein in Bezug auf die Verdampfungsleistung verbesserter Flüssigkeitsverdampfer ohne bewegliche Teile für medizinische Anwendungen bereitgestellt mit DOLLAR A - einem Flüssigkeitsreservoir (3) mit einer zu verdampfenden Flüssigkeit, DOLLAR A - einem mittels einer Heizung (9) auf der Außenseite beheizten Verdampferrohr (12), welches mit angrenzenden Bereichen unterschiedlich poröser Materialien ausgestattet ist, wobei DOLLAR A - auf einer Stirnseite des Flüssigkeitsverdampfers ein oder mehrere mit der Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir (3) in Verbindung stehende Bereiche mit einem oder mehreren porösen Glas- oder Keramiksinterelementen (1) vorhanden sind und die andere Stirnseite zur Abgabe der verdampften Flüssigkeit dient, DOLLAR A - ein mittels der Heizung (9) beheizter Bereich des Verdampferrohrs (12) außerhalb des Flüssigkeitsreservoirs (3) ist mit einem porösen Metallsinter oder einem porösen Keramiksinter (2) ausgestattet, welcher nicht unmittelbar mit der Flüssigkeit in Verbindung steht, DOLLAR A - in Längsrichtung des Flüssigkeitsverdampfers sind zumindest zwei unterschiedlich Querschnittsverteilungen der unterschiedlich porösen Materialien vorhanden, DOLLAR A - die Bereiche im Flüssigkeitsverdampfer stehen mittels räumlich geformter Kontaktflächen angrenzend in Verbindung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsverdampfer, der zur Abgabe eines Anästhesiemittels oder als Beatmungsanfeuchter für einen Patienten dient.
Die bisher verwendeten Beatmungsanfeuchter weisen im Allgemeinen aktive Befeuchtungssysteme auf mit beheizten Verdampferkammern, über die das zu befeuchtende Atemgas geleitet wird. Diese Anfeuchter besitzen einen hohen Atemwiderstand (Resistance) und eine hohe Compliance, was einen störenden Einfluss auf die Qualität der maschinellen Beatmung hat. Hinzu kommt, dass diese Anfeuchtersysteme eine relativ lange Aufheizzeit haben, weil der Anfeuchter zunächst die gesamte, in der Verdampferkammer vorhandene Wassermenge aufheizen muss, bevor der Anfeuchter die gewünschte Anfeuchtungsleistung bringen kann. Dies kann bis zu 30 Minuten dauern, und bei jedem Nachfüllen von kaltem Wasser wird die Anfeuchtungsleistung relativ stark vermindert, was für die Beatmungstherapie nachteilig ist.
Auch bei der Verdampfung von volatilen Anästhesiemitteln werden mechanische Dosiereinheiten wie Pumpen und Ventile benutzt. Dabei ist nachteilig, dass die mechanischen Bauteile nach einer gewissen Zeit aufgrund des Verschleißes ausgetauscht werden müssen. Die Aktorik-Bauteile müssen aus anästhesiemittelfesten Werkstoffen aufgebaut sein, was hohe Kosten verursacht.

Ein Anfeuchter ist aus der DE 198 08 590 C2 bekannt geworden, wobei hier die Dosierung der vom Atemvolumenstrom abhängigen Wassermenge mit überhitztem Wasserdampf beschrieben wird. Nachteilig bei dieser Anordnung ist die erforderliche Pumpe, um die Wassermenge zu dosieren. Somit sind Verschleissteile vorhanden, die vom Anwender regelmäßig ausgetauscht werden müssen.

Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung in der Verbesserung eines Flüssigkeitsverdampfers, so dass dieser im Aufbau weiter vereinfacht wird und insbesondere keine Pumpe mehr für den Betrieb notwendig ist.

Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1 oder 2.

Die Unteransprüche geben vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Flüssigkeitsverdampfers nach Anspruch 1 oder 2 an.

Der Flüssigkeitsverdampfer nach Anspruch 1 oder 2 weist keine beweglichen Teile auf. Die zu verdampfende Flüssigkeit wird mit Kapillarkräften in das Verdampferrohr gefördert. Die Kapillarpumpe besteht aus einem porösen Material, insbesondere Glassinter oder Keramiksinter (Al₂O₃), der mit der zu verdampfenden Flüssigkeit in Verbindung steht. Um die Gegendruckunabhängigkeit von der stromabwärts nachfolgenden Beatmungsseite zu gewährleisten, muss der als Kapillardocht wirkende Abschnitt mit relativ feinen Poren ausgestattet sein. Um einem Beatmungsdruck von 100 Millibar zu widerstehen, können für den als Kapillardocht wirkenden Abschnitt bei Verwendung von Wasser als zu verdampfende Flüssigkeit beispielsweise Sinterelemente der Porosität P16 nach ISO 4793 mit einem mittleren Porendurchmesser von 10 bis 16 Mikrometer verwendet werden. Die Vergrößerung der Kontaktflächen zwischen dem als Kapillardocht wirkenden Abschnitt und dem von außen beheizten Verdampferrohr, der aus einem Metallsinter oder aus einem porösen Keramiksinter beispielsweise der Porosität P100 mit einem mittleren Porendurchmesser von 40 bis 100 Mikrometer besteht, wird insbesondere durch eine Verlängerung des als Kapillardocht wirkenden Abschnitts in den Verdampferabschnitt erreicht, beispielsweise in Kegelform. Somit wird die Verdampfungsenergie nicht nur vom oberen Abschnitt des Flüssigkeitsverdampfers übertragen, sondern auch durch die Seiten- oder Mantelfläche auf den als Kapillardocht wirkenden Abschnitt, so dass die Verdampfungsleistung wesentlich erhöht ist. Für eine gute Abdichtung gegenüber der Umgebung sorgt optional ein gasdichter Mantel im oberen Bereich des als Kapillardocht wirkenden Abschnitts des Flüssigkeitsverdampfers.

Im Folgenden werden mit Hilfe der Figuren mehrere Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen schematisch im Schnitt
1 einen ersten Flüssigkeitsverdampfer,
2 einen zweiten Flüssigkeitsverdampfer,
3 einen dritten Flüssigkeitsverdampfer,
4a, 4b einen vierten und fünften Flüssigkeitsverdampfer,
5a, 5b einen sechsten und siebten Flüssigkeitsverdampfer,
6 einen achten Flüssigkeitsverdampfer,
7a, 7b einen neunten und zehnten Flüssigkeitsverdampfer.
In 1 steht das poröse Glas- oder Keramiksinterelement 1, beispielsweise der Porosität P16 (mittlerer Porendurchmesser 10 bis 16 Mikrometer), das als Kapillardocht wirkt, mit dem Flüssigkeitsreservoir 3 in Verbindung. Im oberen Bereich des Verdampferrohres 12 aus einem Cr-Ni-Stahl befindet sich eine Heizung 9. Das Glas- oder Keramiksinterelement 1 ist im oberen Abschnitt von einem porösen Metall- oder einem porösen Keramiksinter 2 umgeben. Für die Regelung der Heizung 9 können zwei Temperatursensoren 10, 11 vorgesehen sein.
Gemäß 2 wird ein relativ langes poröses Keramiksinterelement 4 verwendet mit einer Porosität im Bereich zwischen P16 und P100, das im oberen Abschnitt von außen von dem mit Hilfe der Heizung 9 beheizten und in das Verdampferrohr 12 eingebrachten porösen Metall- oder porösen Keramiksinter 2 und im unteren Abschnitt von dem porösen Glas- oder Keramiksinterelement 1 umgeben ist, zum Beispiel der Porosität P16. Durch den Einsatz des relativ schlecht wärmeleitenden Glas- oder Keramiksinterelements 1 werden die Wärmeverluste zur Flüssigkeitsseite im Flüssigkeitsreservoir 3 reduziert.
In 3 wird ein als „Topfdocht" aus einem porösen Glas- oder Keramiksinterelement 1 beispielsweise der Porosität P16 ausgebildetes Element verwendet und direkt in die zu verdampfende Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir 3 eingebracht und eingetaucht. Auf der Innenseite von 1 liegt der mit Hilfe der Heizung 9 beheizte und in das Verdampferrohr 12 eingebrachte poröse Metall- oder poröse Keramiksinter 2 an. Dadurch werden die Kapillarkräfte durch den außen anliegenden Flüssigkeitsdruck unterstützt. Außerdem wird die effektive Kapillarlänge für die Strömung verkürzt.
Gemäß den 4a, 4b wird durch eine stetige Querschnittsänderung des als Kapillardocht wirkenden Abschnitts des Flüssigkeitsverdampfers die Verdampfungsleistung erhöht. Im oberen Abschnitt ist das poröse Glas- oder Keramiksinterelement 1, beispielsweise der Porosität P16, in Form eines konvexen oder konkaven Kreiskegels oder Kreiskegelstumpfes auf einem Zylinderabschnitt ausgebildet. Das Element 1 liegt direkt an dem mit Hilfe der Heizung 9 beheizten und in das metallische Verdampferrohr 12 eingebrachten porösen Metall- oder porösen Keramiksinter 2 an und taucht in die zu fördernde Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir 3 ein.
Gemäß den 5a, 5b ist die Grenzfläche zwischen den Elementen 1 und 2 in Form einer Halbkugel, eines Kugelabschnitts, eines Rotationsparaboloids oder eines abgestumpften Rotationsparaboloids ausgeführt. Wesentlich ist in jedem Fall, dass die dreidimensionale Kontaktfläche zwischen dem als Kapillardocht wirkenden Element 1 und dem Element 2 stetig vergrößert ist, so dass die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und deren Abgabe in den Abschnitt mit dem Verdampferrohr 12 annähernd konstant ist und die Verdampfungsleistung erhöht wird.
Gemäß der Ausführung in 6 hat der feinporöse Abschnitt des Kapillardochts nur eine kleine räumliche Ausdehnung und setzt dem Flüssigkeitstransport nur einen geringen Strömungswiderstand entgegen: Ein wie ein Sandwich aufgebauter Dochtabschnitt ist aus zwei porösen Glas- oder Keramiksinterelementen aufgebaut, wobei das obere Element 5 an dem mit Hilfe der Heizung 9 beheizten und in das Verdampferrohr 12 eingebrachten porösen Metall- oder porösen Keramiksinter 2 anliegt und eine relativ feine Porosität, beispielsweise P16 mit 10 bis 16 Mikrometern mittlerer Porengröße, aufweist. Das untere poröse Glas- oder Keramiksinterelement 1 steht mit der zu fördernden und verdampfenden Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir 3 in Berührung und weist eine relativ grobe Porenstruktur, beispielsweise P100 mit einer mittleren Porengröße von 40 bis 100 Mikrometern, auf. Mit Hilfe des oberen Elements 5 erfolgt die Trennung der Gasseite von der Flüssigkeitsseite, das heißt es stellt sich eine Gegendruck-Unabhängigkeit ein, weil der Kapillardruck den Beatmungsdruck deutlich übersteigt. Durch das untere Element 1 wird eine ausreichende Flüssigkeitsversorgung sichergestellt mit einem relativ geringen Strömungswiderstand.
In den 7a, 7b wird ein Flüssigkeitsverdampfer mit verbesserten Handhabungs- und Montageeigenschaften gezeigt mit der Abdichtung des als Kapillardocht wirkenden Abschnitts zur Umgebung. Mittels eines Konstruktions-Elements 7 wird der Spalt zwischen dem Verdampferrohr 12 und dem Element 1 unter Ausbildung einer glatten Manteloberfläche abgedichtet. Das untere Element 1, zum Beispiel der Porosität P16, weist außen einen solchen gasdichten Mantel 6 oder 8 auf, zum Beispiel durch Anschmelzen des Sinterwerkstoffs oder durch Anbringen einer gasdichtenden Beschichtung, zum Beispiel in Form eines Keramikklebers.
In allen Ausführungsformen ist die Heizung 9 vorzugsweise so angebracht, dass ihre Hauptwirkung im Bereich des porösen Metall- oder porösen Keramiksinters 2 bis in den Bereich der dreidimensionalen Kontaktfläche zum porösen Glas- oder Keramiksinterelement 1 liegt. Die Aufheizung des unteren Bereichs, also des porösen Glas- oder Keramiksinterelements 1, soll möglichst vermieden werden, um die Aufheizung der zu fördernden Flüssigkeit zu verhindern und somit die Dochtwirkung nicht zu beeinträchtigen.
Die Ausführungen gemäß den 1 bis 6 können ebenfalls mit einem gasdichten Mantel 6 gemäß 7a, 7b ausgestattet sein.
Bei einem Außendurchmesser des als Kapillardocht wirkenden Abschnitts von zum Beispiel 10 Millimetern sind bei gleicher Anwendung als Anästhesiemittel- oder Wasserverdampfer die Ausführungen gemäß 3; 4a, 4b; 5a, 5b bei hoher Verdampfungsleistung bevorzugt, bei kleiner und mittlerer Verdampfungsleistung ist die Version gemäß 1 bevorzugt.

Claims

Flüssigkeitsverdampfer mit – einem Flüssigkeitsreservoir (3) mit einer zu verdampfenden Flüssigkeit, – einem mittels einer Heizung (9) auf der Außenseite beheizten Verdampferrohr (12), welches mit angrenzenden Bereichen unterschiedlich poröser Materialien ausgestattet ist, wobei – auf einer Stirnseite des Flüssigkeitsverdampfers ein oder mehrere mit der Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir (3) in Verbindung stehende Bereiche mit einem oder mehreren porösen Glas-oder Keramiksinterelementen (1) vorhanden sind und die andere Stirnseite zur Abgabe der verdampften Flüssigkeit dient, – ein mittels der Heizung (9) beheizter Bereich des Verdampferrohres (12) außerhalb des Flüssigkeitsreservoirs (3) ist mit einem porösen Metallsinter oder einem porösen Keramiksinter (2) ausgestattet, welcher nicht unmittelbar mit der Flüssigkeit in Verbindung steht, – in Längsrichtung des Flüssigkeitsverdampfers sind zumindest zwei unterschiedliche Querschnittsverteilungen der unterschiedlich porösen Materialien vorhanden, – die Bereiche im Flüssigkeitsverdampfer stehen mittels räumlich geformter Kontaktflächen angrenzend in Verbindung.
Flüssigkeitsverdampfer mit – einem Flüssigkeitsreservoir (3) mit einer zu verdampfenden Flüssigkeit, – einem mittels einer Heizung (9) auf der Außenseite beheizten Verdampferrohr (12), welches mit angrenzenden Bereichen unterschiedlich poröser Materialien ausgestattet ist, wobei – auf einer Stirnseite des Flüssigkeitsverdampfers ein oder mehrere mit der Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir (3) in Verbindung stehende Bereiche mit einem oder mehreren porösen Glas- oder Keramiksinterelementen (1) vorhanden sind und die andere Stirnseite zur Abgabe der verdampften Flüssigkeit dient, – ein mittels der Heizung (9) beheizter Bereich des Verdampferrohres (12) außerhalb des Flüssigkeitsreservoirs (3) ist mit einem porösen Metallsinter oder einem porösen Keramiksinter (2) ausgestattet, welcher nicht unmittelbar mit der Flüssigkeit in Verbindung steht, – in Längsrichtung des Flüssigkeitsverdampfers sind zumindest zwei unterschiedliche Querschnittsverteilungen der unterschiedlich porösen Materialien vorhanden, – der oder die mit der Flüssigkeit in Verbindung stehenden Bereiche des Flüssigkeitsverdampfers sind mit einem gasdichten Mantel (6) ausgestattet oder so in das Verdampferrohr (12) eingefügt, dass die Flüssigkeit nicht nach außen entgegen der Abgaberichtung aus dem Verdampferrohr (12) austreten kann, wenn ein Beatmungsdruck an der Stirnseite zur Abgabe der verdampften Flüssigkeit anliegt.
Flüssigkeitsverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die mit der Flüssigkeit in Verbindung stehenden Bereiche des Flüssigkeitsverdampfers mit einem gasdichten Mantel (6) ausgestattet oder so in das Verdampferrohr (12) eingefügt sind, dass die Flüssigkeit nicht nach außen entgegen der Abgaberichtung aus dem Verdampferrohr (12) austreten kann, wenn ein Beatmungsdruck an der Stirnseite zur Abgabe der verdampften Flüssigkeit anliegt.
Flüssigkeitsverdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche im Flüssigkeitsverdampfer mittels räumlich geformter Kontaktflächen angrenzend in Verbindung stehen.
Flüssigkeitsverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Porengröße des Metall- oder Keramiksinters (2) größer als etwa 40 Mikrometer ist und die mittlere Porengröße des Glas- oder Keramiksinterelementes (1) bei Verdampfung von Wasser 10 bis 40 Mikrometer und bei Verdampfung von Anästhesiemittel 1 bis 40 Mikrometer beträgt.
Flüssigkeitsverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallsinter (2) aus einem rostfreien Stahl, aus einer Kupfer enthaltenden oder aus einer Chrom-Nickel-Legierung besteht.
Flüssigkeitsverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsverdampfer stromabwärts des mittels der Heizung (9) beheizten Abschnitts mit einem ersten Temperatursensor (11) versehen ist für die Regelung der Heizleistung der Heizung (9).
Flüssigkeitsverdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsverdampfer stromaufwärts des mittels der Heizung (9) beheizten Abschnitts mit einem zweiten Temperatursensor (10) versehen ist für die Regelung der Heizleistung der Heizung (9), so dass eine Überhitzung des Ab schnitts stromaufwärts des beheizten Abschnitts verhindert wird.
Flüssigkeitsverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite zur Abgabe der verdampften Flüssigkeit mit einer Verdampferkammer im Atemgasstrom eines Patienten verbunden ist, insbesondere als Teil eines Anästhesie- oder Beatmungsgerätes.
Flüssigkeitsverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit ein Anästhesiemittel oder Wasser ist, insbesondere eine Lösung mit einem Medikament.
Flüssigkeitsverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramiksinter aus Al₂O₃ besteht.
Flüssigkeitsverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die räumlich geformte Kontaktfläche in Form eines Kegels, einer Kugel oder eines Rotationsparaboloids ausgeführt ist, insbesondere konvex oder konkav.
Flüssigkeitsverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die mit der Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir (3) in Verbindung stehenden Bereiche des Flüssigkeitsverdampfers so in das Verdampferrohr (12) eingefügt sind, dass ein entstehender Spalt zwischen dem Verdampferrohr (12) und dem mindestens einen Glas- oder Keramiksinterelement (1) maximal das 10-fache der mittleren Porengröße dieses Elementes beträgt, so dass die Flüssigkeit nicht nach außen entgegen der Abgaberichtung aus dem Verdampferrohr (12) austreten und somit auch keine Gasleckage auftreten kann, wenn ein Beatmungsdruck an der Stirnseite zur Abgabe der verdampften Flüssigkeit anliegt.