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DE102023004178B3 - Rückatemsystem mit Kohlendioxidabsorbern - Google Patents

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DE102023004178B3 DE102023004178.5A DE102023004178A DE102023004178B3 DE 102023004178 B3 DE102023004178 B3 DE 102023004178B3 DE 102023004178 A DE102023004178 A DE 102023004178A DE 102023004178 B3 DE102023004178 B3 DE 102023004178B3
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Georg Switala
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Abstract

Es wird ein System und Verfahren angemeldet, dass es erlaubt, die mit Kohlendioxidgas behaftete Atemluft in einem Rückatemgerät in einem Absorber zu binden wobei der Absorber durch Atemkalk und/oder Natronlauge ausgebildet und mittels einer überwiegend für Kohlendioxid durchlässigen Membran getrennt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Rückatemsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Solche Systeme sind z.B. bekannt aus den Publikationen US 2019/0038859 A1 , WO 2022/096147 A1 , DE 103 00 141 A1 und US 2 966 235 A .
  • Rückatemsysteme sind bekannt. Es handelt sich um Systeme, die z.B. bei Tauchern, bei der Feuerwehr und bei Narkosesystemen im Einsatz sind. Bei dem System wird ein Teil des einzuatmenden Gases zuvor mittels eines Absorbers von Kohlendioxid zumindest zum Teil befreit und hiernach ein Teil des ausgeatmeten Gases vom Nutzer wieder eingeatmet wird.
  • Bei Narkosesystemen wird ein Teil des vom Patienten ausgeatmeten Gases ebenfalls mittels eines Absorbers von Kohlendioxid zumindest zum Teil befreit, mit einem Inhalationsanesthetikum versehen und hiernach ein Teil des ausgeatmeten Gases vom Patienten wieder eingeatmet.
  • In www.abfallmanager-medizin.de/ ist zu lesen:
    • „Übernimmt ein Narkose-Rückatemsystem während der Operation die Beatmung, müssen Patientinnen und Patienten nicht nur Sauerstoff zugeführt, sondern auch das abgegebene Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Atemluft entfernt werden. Dazu wird die ausgeatmete Luft innerhalb des Narkosegeräts durch einen Kohlendioxidabsorber geleitet, in dem sich Atemkalk befindet. Der Atemkalk fungiert als Filter, der die Luft vom CO2 befreit, um sie anschließend angereichert mit Frischgas erneut dem Patienten zuzuführen. Die Füllung des Absorbers muss regelmäßig gewechselt und der verbrauchte Atemkalk entsorgt werden.“
  • Damit sind das Verfahren und seine Nachteile bestens erklärt.
  • Weiterhin erläutert die Seite: „Atemkalk ist ein feinkörniges Medizinprodukt mit hoher Absorptionskapazität, Die in Deutschland gebräuchlichsten Atemkalkprodukte enthalten vor allem Kalziumdihydroxid (Ca(OH)2). Zusätzlich sind zum Teil Natriumhydroxid (NaOH) und Kaizlumchiorid (CaC12) beigemischt, Hinzukommen durchschnittlich 16 Prozent Wasser. Atemkalk ist in geschlossenen Behältern trocken und bei gleichmäßigen Temperaturen zu lagern und vor direkter Sonneneinstrahlung zu schützen. Einmal geöffnete Gebinde sind sofort oder spätestens innerhalb von vier Wochen zu verbrauchen.“
  • Austausch und Entsorgung von Atemkalk.
  • Die Atemkalkfüllung des Absorbers ist regelmäßig zu wechseln. Dies ist zwingend erforderlich, wenn die CO2-Konzenzentration 1 Prozent einreicht. Darüber hinaus greift bei täglich eingesetzten Narkosegeräten ein festes Zeitschema, auch wenn der Atemkalk noch keine Erschöpfungsanzeichen aufweist. Spätestens einmal im Monat sollte ein routinemäßiger Wechsel stattfinden. Aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung zählt Atemkalk zu den gefährlichen Abfällen und muss entsprechend der Abfallschlüsselnummer 180106* entsorgt werden.
  • Die Nachteile des Verfahrens sind neben dem oben erwähnten Problem der Entsorgung als Sondermüll, da aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung Atemkalk zu den gefährlichen Abfällen zählt und weiterhin der Atemkalk trocken und bei gleichmäßigen Temperaturen zu lagern und vor direkter Sonneneinstrahlung zu schützen ist.
  • Ferner ist von Nachteil, dass die Belastung des Atemkalkes nicht messbar ist und daher ein „... festes Zeitschema ..." den Austausch des Atemkalkes erfordert, auch wenn „...noch keine Erschöpfungsanzeichen aufweist."
  • Weitere Quellen machen die Nachtelle von Atemkalk ebenfalls deutlich.
  • Erschöpfung der Absorptionskapazität des Atemkalkes - Erschöpfung und Abblassen des Farbindikators bei intensiver Lichteinstrahlung - Austrocknung des Atemkalkes, dadurch zunehmende Gefahr der Absorption und/oder der chemischen Reaktion von Inhalationsanästhetika mit dem Kalk.
  • Während der Absorption von CO2 erwärmt sich der Atemkalk, Erschöpfter Atemkalk wird hart und trocken und kann sich nicht mehr erwärmen, aber mit Inhalationsanästhetika reagieren.
  • Der Atemstrom des Patienten kommt mit dem Atemkalk bislang in direkte Verbindung.
  • Der Atemkalk muss trocken und bei gleichmäßigen Temperaturen gelagert und vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt werden.
  • Spätestens einmal im Monat sollte ein routinemäßiger Wechsel stattfinden auch, wenn er noch keine Erschöpfungsanzeichen aufweist.
  • Aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung zählt Atemkalk zu den gefährlichen Abfällen und muss unter sorgfältiger Weise und entsprechend der Abfallschlüsselnummer 180106* entsorgt werden.
  • Einmal geöffnete Gebinde sind sofort oder spätestens innerhalb von vier Wochen zu verbrauchen.
  • Der Einsatz eines Farbindikators ist eine ausgesprochen unsichere Methode zur Überwachung der Absorptionskapazität des Atemkalkes.
  • Folgende Aspekte sind für den Anwender bei der Wahl eines für ihn geeigneten Produkts relevant: Risiken der Anwendung (vor allem Erschöpfung, Freisetzung toxischer Substanzen), CO2-Absorptionskapazität (z.B. „Standzeit”), Absorption von Inhalationsanästhetika (z.B. bei der Anflutung), Staubbildung.
  • Quelle: https:/www.dgai.de/alle-docman-dokumente/entschliessungenvereinbarungen/939-januar-2019-atemkalk-hinweise-zu-korrektem-umgang-und-fachgerechter-nutzung-in-rueckatemsystemen-stellungnahme-der-kommission-fuernormung-und-technische-sicherheit-der-dgai/file.html
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung zu entwickeln, die die vorgenannten Nachteile nicht besitzt.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Dazu ist es vorgesehen mittels Einsatz von wenigstens einer Membran, die sichere Trennung von Absorbern und Atemluft zu realisieren und als Absorber für das CO2 aus der Atemluft eine trockene Substanz, z.B. Atemkalk und/oder eine flüssige Substanz, vorzugsweise Natronlauge zu nutzen.
  • Natronlauge hat den Vorteil, dass sie auch unter robusten Bedingungen gut lagerbar ist und unter Temperatur- und Lichteinwirkung keine Veränderungen zu erwarten sind.
  • Die Natronlauge wird in stabilen Behältern aus Kunststoff geliefert und kann als Flüssigkeit gut angewendet werden. Bleiben die Behälter dicht verschlossen, kann sie nahezu unbegrenzt gelagert werden.
  • Die Lauge muss nicht regelmäßig gewechselt werden, wenn Leitfähigkeit gemessen wird. Das Maß der Leitfähigkeit dient dem Anästhesisten als Test bei den Vorbereitungen und während einer Operation als eindeutige Informationsquelle.
  • Die Laugenfüllung des Absorberbehälters ist naturgemäß bei nachlassender Absorptionsfähigkeit zu wechseln. Dies ist, unabhängig vom Absorbermaterial zwingend erforderlich, wenn die CO2-Konzentration der dem Patienten zugeführte Atemluft 1 % erreicht. Wird die Leitfähigkeit der Lauge gemessen, steht dem Anästhesisten zusätzlich eine Informationsquelle über die Sättigung des Absorbers zur Verfügung.
  • Eine automatisch erfolgende optische und/oder akustische Warnung ist daher sehr gut zu realisieren. Dem Qualitätsmanagement steht damit eine speicherbare Dokumentation zur Verfügung.
  • Bei einem lang andauernden Einsatz des Rückatemsystems wird die Lauge durch Zufluss frischer und Abzug beladener Lauge verbessert, bzw. ausgetauscht werden ohne den Normalbetrieb, die Beatmung des Patienten, zu unterbrechen. Dies vorzugsweise mit Schwerkraft, wobei hier auch der Einsatz von Pumpen und einer Regelung des Austausches denkbar und gut zu bewerkstelligen ist.
  • Die Atemluft wird über die wenigstens eine Membrane, vorzugsweise ein Membranbündel (11), geleitet und das CO2 diffundiert durch das semipermeable Membranmaterial, vorzugsweise Silikonmaterialien, in den Absorber auf der anderen Seite der wenigstens einen Membran, vorzugsweise in die Lauge (5) oder in den Atemkalk (13 und 14) und wird dort chemisch gebunden.
  • Die Membranen sind in geometrisch beliebige Formen, vorzugsweise Schlauchmembranen gestaltbar wobei auch Flach- oder Rechteckmembranen anwendbar sind. Bei Schlauchmembranen kann es vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Atemluft durch das Innere der Schlauchmembran geführt wird und der Absorber außen um die Membran herum angeordnet ist. Alternativ kann die Atemluft außen um die Schlauchmembran geführt werden, wobei der Absorber in der Schlauchmembran angeordnet ist.
  • Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens erlaubt es weiterhin als Absorber von CO2 den bekannten Atemkalk (13 und 14) zu nutzen. Auch hier erfolgt die Trennung der Atemluft von dem Absorber durch die vor beschriebene wenigstens eine Membran (11).
  • Dazu ist es vorgesehen, den Atemkalk beispielsweise in eine Schüttbox zu füllen, wobei die Außenfläche der Schüttbox aus porösem Material gestaltet ist. Die Schüttbox erhält ein Fenster aus Glas oder klarem Kunststoff, damit kann der bekannte Farbumschlag des Absorbers verfolgt werden,
  • Die nötige Anzahl Schüttboxen stehen in einem Behälter (4) in dem die Membranen (11) so angeordnet sind, dass der Atem des Patienten durch oder, je nach Konstruktion, an den Membranen vorbeifließt. Der Atemkalk schafft nach kurzer Wirkungszeit durch Absorption um die Membranen oder dem Membranbündel einen CO2-freien Raum (15). Damit entsteht eine Potentialdifferenz, die die CO2-Moleküle durch die semipermeable Membran treibt oder zieht und entzieht sie somit der Atemluft.
  • Ferner ist vorgesehen, die Membrane, die Membranen oder vorzugsweise das Membranbündel mit einer Schüttung (14) von Atemkalk zu umgeben, wobei hier dann auch der Vorteil der konsequenten Trennung der Atemluft von dem Absorbermaterial zur Geltung kommt.
  • Ein weiterer Vorteil von Natronlauge ist, dass sie in bekannter Weise einfach und preiswert aus Ätznatronperlen und destilliertem Wasser herstellbar ist. Die Ätznatronperlen sind als Trockenmasse einfach zu lagern und haben eine lange Nutzungsdauer. Gibt es Lieferschwierigkeiten bei der Natronlauge oder entsteht durch Notfälle ein hoher Bedarf, steht das Ätznatron umgehend zur Verfügung um die erforderliche Natronlauge anzufertigen.
  • Ausführungsbeispiele.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Sammelraum der CO2-freien Atemluft
    2
    Ausgang der CO2-freien Atemluft
    3
    Fließrichtung der CO2-freien Atemluft
    4
    Gehäuse aus festen, starren oder flexiblen Material
    5
    Flüssiges Absorbens, vorzugsweise Natronlauge
    6
    Zulauf Absorbens
    7
    Zuströmung der mit CO2-behafteten Atemluft
    8
    Sammelraum Kondensat
    9
    Sammelraum und Verteiler der CO2-behaftete Atemluft
    10
    Abfluss flüssiges Absorbens
    11
    Membranen, vorzugsweise Schlauchmembranen
    12
    Leitfähigkeitssensor
    13
    Atemkalk in porösen Behältern
    14
    Membranen in loser Schüttung von Atemkalk
  • Die 1 zeigt ein Beispiel des beschriebenen Verfahrens. Über (7) strömt die Luft in den Sammelraum und Verteiler (9) und dann in die Schlauchmembranen (11). Das CO2 der Luft diffundiert durch die Membranen (11) in das im Behälter (4) befindliche, flüssige Absorbens (5) und wird dort gebunden. Die CO2-freie Luft fließt in Richtung (3) in den Sammelraum (1) zum Ausgang (2) und steht zur Weiterverwendung zur Verfügung. Der Leitfähigkeitssensor (12) gibt Auskunft über die Sättigung des Absorbers. Über den Abfluss (10) kann kontinuierlich gesättigter Absorber abfließen und über den Zulauf (6) kann kontinuierlich frischer Absorber nachfließen.
  • Die 2 zeigt ein Beispiel des beschriebenen Verfahrens. Über (7) strömt die Luft in den Sammelraum und Verteiler (9) und dann in die Schlauchmembranen (11). Das CO2 der Luft diffundiert durch die Membranen (11) in den mit Atemkalk gefüllten, porösen Behältern (13) und wird im Atemkalk gebunden. Die CO2-freie Luft fließt in Richtung (3) in den Sammelraum (1) zum Ausgang (2) und steht zur Weiterverwendung zur Verfügung.
  • Die 3 zeigt ein Beispiel des beschriebenen Verfahrens, Über (7) strömt die Luft in den Sammelraum und Verteiler (9) und dann in die Schlauchmembranen (11). Das CO2 der Luft diffundiert durch die Membranen (11) in den locker geschütteten Atemkalk in Behälter (14) und wird im Atemkalk gebunden, Die CO2-freie Luft fließt in Richtung (3) in den Sammelraum (1) zum Ausgang (2) und steht zur Weiterverwendung zur Verfügung.

Claims (7)

  1. Rückatemsystem mit einem Gehäuse (4) durch welches ausgeatmete Atemluft hindurchleitbar ist, wobei in dem Gehäuse (4) ein Kohlendioxidabsorber (13) angeordnet ist, insbesondere mit dem Kohlendioxid in der durchleitbaren Atemluft reduzierbar ist, wobei das Gehäuse (4) mittels wenigstens einer für Kohlendioxid durchlässigen Membran (11), insbesondere die für den Absorber (13) undurchlässig ist, in zwei Gehäuseteilbereiche unterteilt ist, wobei ein erster Gehäuseteilbereich den Absorber umfasst und durch den zweiten Gehäusebereich die Atemluft leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im erstem Gehäusebereich der Absorber (13) kontaktfrei zur Membranoberfläche der wenigstens einen Membran (11) angeordnet ist, wofür ein fester Absorber (13) in wenigstens einem gasdurchlässigen Behälter im ersten Gehäusebereich angeordnet ist.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (13) ausgebildet ist durch Atemkalk.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Membran (11) als Schlauchmembran (11) ausgestaltet ist, wobei die Atemluft durch das Innere der wenigstens einen Schlauchmembran (11) leitbar ist, insbesondere alle inneren Lumen von mehreren Schlauchmembranen (11) den zweiten Gehäusebereich bilden, und der Absorber (13) im um die wenigstens eine Schlauchmembran (11) gebildeten ersten Gehäusebereich angeordnet ist oder die Atemluft durch den um die wenigstens eine Schlauchmembran (11) gebildeten zweiten Gehäusebereich leitbar ist, und der Absorber (13) im inneren Lumen der wenigstens einen Schlauchmembran (11) angeordnet ist, insbesondere wobei alle inneren Lumen von mehreren Schlauchmembranen (11) den ersten Gehäusebereich bilden.
  4. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Membran (11) aus Silikon, insbesondere als Silikonschlauch ausgebildet ist.
  5. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, den Absorber (13) umfassende Gehäusebereich einen Quellenanschluß aufweist, durch den Absorber (13) in den ersten Gehäusebereich einleitbar ist und einen Senkenanschluß aufweist, durch den Absorber aus dem ersten Gehäusebereich herausleitbar ist, insbesondere wobei eine Fördervorrichtung vorgesehen ist, mit der Absorber (13) von Quellenanschluß zum Senkenanschluß durch den ersten Gehäusebereich hindurchförderbar ist, insbesondere intermittierend oder kontinuierlich, vorzugsweise die Fördervorrichtung schwerkraftbetrieben ist oder eine Pumpe umfasst.
  6. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Gehäusebereich eine Messvorrichtung angeordnet ist, mit der die Beladung des Absorbers (13) mit Kohlendioxid messbar ist, insbesondere damit einem Anästhesisten eine chemisch-elektronische Informationsquelle über die Sättigung des Absorbers (13) zur Verfügung steht, vorzugsweise wobei eine automatisch erfolgende optische und/oder akustische Warnung auslösbar ist, wenn ein Beladungsgrenzwert überschritten ist..
  7. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem festen Absorber (13), insbesondere Atemkalk durch Absorption das CO2 im ersten Gehäusebereich bindbar ist und damit ein CO2-freier Raum (12) im ersten Gehäusebereich erzeugbar ist, wobei durch die entstandene CO2-Potentialdifferenz das Atem-CO2 durch die semipermeable Membran (11) in das entstandene CO2-Vakuum zieht und an den Absorber (13) bindet.
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