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Gebiet der Erfindung:
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Ein erster Aspekt der vorliegenden
Erfindung betrifft eine Vorrichtung der Art, wie sie im Oberbegriff von
Anspruch 1 beschrieben ist.
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Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1 ist aus der GB-A-2 255 912 bekannt.
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Obwohl die Erfindung in mehreren
unterschiedlichen Anwendungen zur Versorgung von Menschen und Tieren
mit Behandlungsgas verwendet werden kann, findet sie besonders nützliche
Anwendung in der Anästhesie
von Patienten, in dem Fall, wenn es vorgesehen ist, dass die Vorrichtung
an das System von Schläuchen
und Geräten
angeschlossen wird, durch das der Patient mit Atemgas versorgt wird,
und das Anästhetikum
dem betreffenden Patienten in gasförmigem Zustand zuzuführen.
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Stand der Technik:
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Verdampfer für Anästhetika sind in der Fachwelt
gut bekannt, und eine große
Zahl unterschiedlicher Methoden ist beschrieben worden. Bezüglich bekannter
und in Verwendung befindlicher Verdampfer wird verwiesen auf Anaesthetic
Equipment, C. S. Ward, herausgegeben von Bailliere Tindall, 2. Ausg., 1987,
Seiten 78–103,
und auf Anaesthesia Vaporisers von J. B. Eisenkraft in Anaesthesia
Equipment, Principles and Applications, von Jan Ekrenwerth, James
B. Eisenkraft, herausgegeben von Mosby, 1993, Seiten 57–58.
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Die früher beschriebenen Verdampfer
basieren auf dem Prinzip der Speicherung von flüssigem Anästhetikum in einem Behälter, in
den ein Atemgas eingeführt
wird, das über
die Flüssigkeitsoberfläche geht
oder durch das flüssige
Anästhetikum
perlt.
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Während
dieses Durchgangs des Atemgases wird ein Teil des Anästhetikums
verdampft und mit dem Atemgas zum Patienten befördert. Diese Methode leidet
aber unter zahlreichen Problemen.
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- 1. Beim Verdampfen des Anästhetikums wird dem verflüssigten
Gas Energie entzogen, welches dadurch abkühlt. Dieses Abkühlen kann
eine Änderung
des Dampfdrucks oberhalb der Oberfläche der Flüssigkeit zur Folge haben und
damit auch die Menge des Anästhetikums ändern, das
vom Atemgas mitgeführt
wird.
Dieses Problem wurde in einigen Konstruktionen durch
die Zuführung
zusätzlicher
Wärme oder durch
Variieren der über
die Flüssigkeitsoberfläche streichenden
Atemgasmenge und anschließender
Kombination unterschiedlicher Gasströme zur Ermöglichung eines konstanten Anästhetikumgehalts
im Atemgas zu lösen
versucht.
- 2. Das Verdampfen des Anästhetikums
hängt von der
Durchflussmenge des Atemgases ab. Versuche, diese Abhängigkeit
zu kompensieren, wurden durch die Verwendung unterschiedlicher ausgeklügelter durchflussabhängiger Ventile
und Gasmischsysteme im Verdampfer unternommen. Die Durchflussabhängigkeit
kann problematisch werden, insbesondere im Fall niedriger Frischgasströme, die
in sogenannten Niedrigdurchflusssystemen Verwendung finden.
- 3. Unterschiedliche Anästhetika
besitzen unterschiedliche Verdampfungsmerkmale und müssen für eine optimale
Anästhesie
in unterschiedlichen Konzentrationen benützt werden. Versuche, dies zu
kompensieren, wurden mit der Konzeption von Verdampfern unternommen,
die zur Verwendung mit nur einem Anästhetikum angepasst sind. Ein Nachteil
dieser Methode besteht in dem Risiko, einen Verdampfer mit dem falschen
Anästhetikum zu
befüllen,
d. h. mit einem Anästhetikum,
für den er
nicht vorgesehen ist. Dies hätte
katastrophale Folgen. Die Notwendigkeit, mehrere unterschiedliche
Verdampfer gemeinsam an einer einzigen Anästhesievorrichtung zu montieren,
bringt auch das Risiko mit sich, dass alle Verdampfer gleichzeitig
in Betrieb sind, mit dem begleitenden Risiko, eine anästhetische Überdosis
zu verabreichen.
- 4. Anästhetika
haben in unterschiedlichen Gasmischungen unterschiedliche Verdampfungsmerkmale.
Dies kann zur Folge haben, dass einem Patienten infolge der Zusammensetzung
der Gasmischung eine andere Anästhetikummenge
verabreicht wird als die, für
die der Verdampfer eingestellt ist.
- 5. Mehrere Systeme basieren auf dem Eintauchen eines Dochts
in das Anästhetikum.
Das Anästhetikum
wird vom Docht hochgezogen und an seiner Oberfläche verdampft. Der Nachteil
dieses Systems liegt jedoch in der Tatsache, dass die Geschwindigkeit,
mit der das Anästhetikum
im Docht hochgezogen wird, von der Höhe und der Temperatur der Flüssigkeitsoberfläche abhängig ist,
weshalb der Verdampfer mit einem Ausgleichssystem ausgestattet werden
muss.
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In der DE-A 4 105 163 wird ein Verdampfungssystem
für ein
Anästhetikum
offenbart, bei dem ein poröser,
von anästhetischen
Gasen durchzogener Körper
mit einem Anästhetikum
gesättigt
ist.
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Der Nachteil dieses Systems liegt
darin, dass die Menge des Anästhetikums,
die verwendet werden soll, durch die Absorptionsfähigkeit
des Körpers beschränkt ist
und dass die Verdampfung des Anästhetikums
im durchgehenden Gas infolge der Senkung der Temperatur des Körpers (aufgrund
der Verdampfung des Gases) mit der Zeit variiert. Dies bedeutet, dass
ein getrennter Temperaturregelkreis vorgesehen sein muss, damit
das System zufriedenstellend funktioniert. Es gibt keine Pumpe oder
aktives Mittel zur Versorgung des Absorptions-Desorptionsmaterials
mit verflüssigtem
gasförmigem
Anästhetikum.
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In der US-A 4,015,599 wird beschrieben, dass
das Absorptionsmittel das Anästhetikum
in einem zweidimensionalen Zustand hält (es wird nicht offenbart,
was damit eigentlich gemeint ist). Das Anästhetikum wird mittels eines
Dochts in einem flüssigen
Zustand gehalten. Dieses System benützt auch ein vordotiertes Absorptionsmittelbett,
durch das Gase passieren. Der Nachteil dieses Systems ist, dass
es auch den Einsatz von Mitteln zur Temperaturregelung erfordert
und dass mit unterschiedlichen anästhetischen Gasen unterschiedliche
Verdampfungs-Absorptionsraten erzielt werden.
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In der US-3,540,445 wird ein Verdampfer
beschrieben, in dem die faserigen Dochte mit porösen, synthetischen Kunststoffen
ersetzt wurden, die das Anästhetikum
mittels Kapillarkräften
aus einem Behälter
absorbieren. Zwar kann der Behälter
aufgefüllt werden,
doch die Menge von Anästhetikum,
die vom vorbeiströmenden
Gas aufgenommen wird, wird in erster Linie durch die Verdampfung
aus den porösen Kunststoffstangen
und den Kapillarkräften
in diesen Stangen bestimmt (wenn der Pegel in einem mit Anästhetikum
gefüllten
Gefäß konstant
gehalten wird), wodurch die Vorrichtung temperaturabhängig und auch
abhängig
von dem zu verdampfenden Anästhetikum
wird.
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In der GB 2 255 912 wird ein System
beschrieben, in dem poröse
Stangen verwendet werden, die einerseits vom Gas durchströmt werden
und an denen das Gas andererseits vorbeiströmt. Diesen Stangen werden gasförmige Anästhetika
zugeführt, indem
die Stangen in das Anästhetikum
getaucht werden. Der Pegel des Anästhetikums im Verhältnis zu
den Stangen wird von einem Pegelregulator bestimmt. Es ist notwendig,
die Stangen und die Temperatur des Anästhetikums und des Gases zu
regeln, um eine stabile Konzentration von Anästhetikum im Gas zu erhalten.
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In der GB 2 279 015 wird eine Vorrichtung beschrieben,
in der die zu verdampfende Flüssigkeit teilweise
durch Porositäten
und teilweise durch die freie Flüssigkeitsoberfläche dem
Gas ausgesetzt wird, wodurch ebenfalls Mittel zur Temperaturregelung
erforderlich sind. Die Vorrichtung besitzt keine Einrichtung zur
Regelung der Flüssigkeitsmenge.
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Zusammenfassung der Erfindung:
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Es ist das Ziel der vorliegenden
Erfindung, mehrere Nachteile der oben beschriebenen Systeme zu eliminieren
und ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die ein gleichförmiges Verdampfen einer
großen
Zahl unterschiedlicher Anästhetika
bezüglich
einer großen
Zahl unterschiedlicher Gasmischungen und Ströme ermöglicht.
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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale
dieses Anspruchs erreicht.
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Die Erfindung basiert somit auf der
aktiven Zuführung
der zu verdampfenden Flüssigkeit
zu der flüssigkeitsabgebenden
Einrichtung und weist nicht die Nachteile auf, die mit der Art von
Systemen verbunden sind, bei denen der Verdampfer mit einer Anfangsmenge
an Flüssigkeit
befüllt
wird, die während des
Verfahrens verbraucht wird, wodurch der Verdampfungsprozess beeinflusst
wird, also Systemen, wie sie in den drei ersten oben erwähnten Patentveröffentlichungen
beispielhaft genannt werden.
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Die Erfindung basiert auf dem selben
Flüssigkeitsverzögerungsprinzip,
das in der genannten Veröffentlichung
GB 2 255 912 beschrieben ist, demgemäß die flüssigkeitsabgebende Vorrichtung
von einer externen Flüssigkeitsquelle
konstant mit Flüssigkeit
versorgt wird. Allerdings werden die Probleme, welche mit der Konstruktion
dieser Vorrichtung verbunden sind, insbesondere mit der Einbeziehung
poröser
Stangen, die teilweise in eine Flüssigkeit getaucht sind, und
mit der freien Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt
mit dem vorbeiströmenden
Gas und wobei der Verdampfungsprozess in den Stangen empfindlich
auf Veränderungen
des Flüssigkeitspegels
reagiert, mittels der kennzeichnenden Merkmale der vorliegenden
Erfindung überwunden.
Die Flüssigkeit
in der flüssigkeitsabgebenden
Einrichtung wird ausschließlich
durch deren Porositäten
ausgesetzt, um die Auswirkungen des Pegels einer freien Flüssigkeitsoberfläche zu eliminieren.
Da die Flüssigkeit
nur über
die Porositäten
ausgesetzt wird, wird die Zuführung
von verdampftem Medium ausschließlich durch die Zuführungsrate
der Pumpe bestimmt. Des weiteren besteht eine große und konstante
Aussetzungsoberfläche,
so dass die Verdampfungsrate mindestens gleich der Geschwindigkeit
der Flüssigkeitsabgabe ist
und auch auf sichere und zweckmäßige Weise kontrolliert
und reguliert werden kann.
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Dank der Einrichtung, welche es ermöglicht, die
Flüssigkeit
mit Hilfe der Erwärmungseinrichtung zu
erwärmen,
kann die Temperatur der Flüssigkeit
in Bezug auf die Art der zu verdampfenden Flüssigkeit angepasst werden,
um damit optimale Bedingungen bezüglich des Verdampfungsverfahrens
zu erreichen.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das Erwärmungsmittel
in der flüssigkeitsabgebenden
Einrichtung untergebracht und schafft somit eine wirksame Erwärmung.
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Nach einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Erwärmungseinrichtung
außerhalb,
aber angrenzend an die flüssigkeitsabgebende Einrichtung
untergebracht, wodurch eine einfache Anordnung der Bauteile ermöglicht wird.
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Ein schnelles und einfaches Verfahren
zur Erwärmung
der Flüssigkeit
ist die Verwendung einer Erwärmungseinrichtung
in Form eines elektrischen Widerstands; dieses Ausführungsbeispiel
bildet ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
können
die flüssigkeitsabgebenden Einrichtungen
so kontrolliert werden, dass sie sich schnell an veränderte Anforderungen
anpassen können,
beispielsweise als Reaktion auf unterschiedliche Arten von Flüssigkeiten,
die zu verdampfen sind.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die Flüssigkeit
mittels einer Pumpe, vorzugsweise einer motorbetriebenen Pumpe,
zugeführt,
um eine sichere und gleichförmige
Flüssigkeitsversorgung
zu schaffen und es zu ermöglichen,
die Flüssigkeitsversorgung
einfach zu regeln.
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Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die Konzentration der verdampften Flüssigkeit
in der abgehenden Luft vorzugsweise von einem optischen Sensor erfasst, der
die Regelung der zugeführten
Flüssigkeitsmenge entsprechend
kontrolliert.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
und andere bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
beschrieben.
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Die Erfindung wird im folgenden detaillierter und
unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung
sowie auf die beigefügte
Zeichnung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung:
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1 zeigt
eine schematische Grunddarstellung einer Vorrichtung gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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1a zeigt
einen Querschnitt gemäß der Linie
I-I in 1.
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Die 2–5 zeigen schematisch unterschiedliche
Möglichkeiten,
die erfindungsgemäße Vorrichtung
anzuschließen,
wenn die Vorrichtung in einem Anästhesiesystem
Verwendung findet.
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Die 6–8, 6a–8a zeigen alternative Ausführungsbeispiele
in einer der 1 entsprechenden Art
und Weise.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele:
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Die in 1 dargestellte
Vorrichtung umfasst eine Verdampfungskammer 1, die von
einem Behälter 2 gebildet
wird. Obwohl der Behälter
röhrenförmig dargestellt
ist, kann dieser auch jede andere gewünschte Form besitzen. Die Verdampfungskammer 1 hat
eine Einlassöffnung 3,
die mit einer (nicht dargestellten) durch den Pfeil A symbolisierten
Gasversorgungseinlassleitung verbunden ist, und eine Auslassöffnung 4,
die mit einer (nicht dargestellten) Gasabführungsauslassleitung verbunden
ist, die mit dem Pfeil B symbolisiert ist. Die Auslassleitung ist dazu
vorgesehen, mit den Atemorganen eines Patienten verbunden zu werden,
um diesen – in
diesem Fall – mit
einem Anästhesiegas
zu versorgen. Angeordnet in der Verdampfungskammer 1 ist
eine flüssigkeitsabgebende
Einrichtung 5 in Form eines porösen Körpers. Der poröse Körper weist
eine zylindrische Form auf und ist für gewöhnlich aus einem Kunststoffmaterial
gefertigt. Eine Versorgungsleitung 6 für die Zuführung eines Anästhetikums
in flüssiger
Form ist mit der flüssigkeitsabgebenden
Einrichtung 5 verbunden.
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Wenn das Gas vom Einlass 3 und
durch die Kammer 1 zum Auslass 4 strömt, passiert
es die flüssigkeitsabgebende
Einrichtung 5 und kommt in Kontakt mit der in den Porositäten dieser
Einrichtung vorhandenen Flüssigkeit.
Wenn die Flüssigkeit
dem vorbeiströmenden
Gas ausgesetzt wird, wird sie verdampft. Von der Versorgungsleitung 6 wird
konstant frische Flüssigkeit
durch die von den inneren Porositäten des porösen Körpers gebildeten Kanäle zu den Oberflächenporositäten abgegeben,
so dass der Prozess im Prinzip ein kontinuierlicher ist. Das ausströmende Gas
B enthält
deshalb eine bestimmte Menge an verdampftem Anästhetikum.
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Die von der Versorgungsleitung 6 abgegebene
Flüssigkeit
wird direkt zu den Porositäten
in der flüssigkeitsabgebenden
Einrichtung 5 geführt.
Die Versorgung ist somit eine aktive und findet nicht über einen
in der Nähe
der flüssigkeitsabgebenden
Einrichtung angeordneten Tank statt, von dem die Flüssigkeit
durch Kapillarkräfte
in die Porositäten
gezogen wird. So werden die Kontrollprobleme und die Probleme bezüglich einer
gleichförmigen
Strömung vermieden,
die sich aus einer Kapillarwirkungsversorgung ergeben. Da die Flüssigkeit
direkt in die Porositäten
abgegeben wird, wird die Flüssigkeit
auch am Gas ausschließlich über die
Porositäten
ausgesetzt, und nicht über
eine freie Flüssigkeitsoberfläche.
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Im dargestellten Beispiel wird flüssiges Anästhetikum
mit Hilfe einer Pumpe 7 von einem externen Anästhetikumbehälter 8 in
die flüssigkeitsabgebende
Einrichtung 5 abgegeben.
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Der äußere Behälter 8 kann aber auch
in einer Höhe
positioniert sein, die ausreicht, um die Flüssigkeit mittels Gravitationskraft
bereitzustellen. Im Fall dieses alternativen Ausführungsbeispiels
wird die Pumpe 7 durch ein Regelventil ersetzt.
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Ein Sensor 9 ist in der
Strecke des Gasstroms montiert, und zwar stromabwärts von
der flüssigkeitsabgebenden
Einrichtung 5. Der Sensor kann ein optischer Sensor sein,
der die optische Absorption des Gases bei unterschiedlichen Lichtwellenlängen erfasst.
Alternativ dazu kann der Sensor zur Entnahme einer Gasprobe die
Form einer Öffnung
aufweisen, die mit einem Schlauch verbunden ist. Der Sensor 9 ist
mit einer Signaleinheit 10 verbunden, die über eine
Signalleitung 11 Signale an eine Kontrolleinheit 12 sendet,
welche die Pumpe 7 regelt.
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Wenn ein optischer Sensor verwendet
wird, umfasst die Signaleinheit 10 einen Signalwandler, der
je nach Sensormesswert, ein relevantes Signal an die Kontrolleinheit 12 weiterleitet.
Wenn der Sensor 9 die Form einer Gasentnahmevorrichtung
hat, umfasst die Signaleinheit 10 Analyseinstrumente, welche
den Gasgehalt analysieren und auf der Grundlage dieser Analyse Signale
an die Kontrolleinheit 12 senden.
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Die Kontrolleinheit 12 kann
eine elektrische, elektronische oder elektromechanische Einheit
sein, obwohl eine mikroprozessorgesteuerte Einheit bevorzugt wird.
Die Kontrolleinheit beeinflusst die Pumpenströmung nur durch Variieren des
Arbeitswiderstands des Motors oder durch direkte Variation des Betriebszustands
der Pumpe. Die Reglereinheit 12 und die Pumpe 7 können praktischerweise
als gemeinsame Einheit ausgeführt
sein. die Pumpe kann eine Injektorpumpe sein.
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Die oben beschriebene Kontrollvorrichtung ist
wirksam in der Regelung der Menge von flüssigem Anästhetikum, das auf der Basis
der Anästhetikum-Konzentration
im abgehenden Gas B pro Zeiteinheit an die flüssigkeitsabgebende Einrichtung 5 abgegeben
wird.
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Ein elektrischer Widerstand 50 mit
Anschlussleitungen 51, 52 ist zwischen der flüssigkeitsabgebenden
Einrichtung 5 und der Wand des Behälters 2 angeordnet.
Der Widerstand 50 bewirkt eine Erwärmung der in der flüssigkeitsabgebenden
Einrichtung vorhandenen Flüssigkeit.
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In 2 bis 5 sind unterschiedliche Arten des
Anschlusses der erfindungsgemäßen Verdampfungsvorrichtung
in einem System zur Versorgung eines Patienten mit anästhetischem
Gas dargestellt.
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Im Ausführungsbeispiel der 2 umfasst das durch die
Gasversorgungsleitung 13 in den Behälter 2 strömende Gas
eine Mischung aus frischem Gas, das von einer Leitung 15 zugeführt wird,
und rezykliertem Gas, das von einer Leitung 14 zugeführt wird.
Das anästhetikumhaltige
Gas wird auf der Auslassseite durch die Leitung 17 über eine
Y-Kupplung 18 zu einer Leitung 19 geführt, die
zum Patienten führt.
Der andere Arm der Y-Kupplung 18 besteht aus der Leitung 16 für das Ausatmungsgas.
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Die in 3 dargestellte
Kupplung wird so modifiziert, dass der Behälter 2 zwischen der Y-Kupplung 22 und
der Patientenversorgungsleitung 21 angeschlossen ist. Das
Bezugszeichen 24 bezeichnet den Einatmungsschlauch, 26 bezeichnet den
Frischgasschlauch, Bezugszeichen 26 bezeichnet den Schlauch
für das
rezyklierte Gas und 23 den Ausatmungsschlauch.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist der Behälter 2 im
Frischgasschlauch 31 angeordnet. In 3 bezeichnet das Bezugszeichen 32 den
Patientenversorgungsschlauch, 33 bezeichnet die Y-Kupplung, 34 bezeichnet
den Schlauch für
rezykliertes Gas, 35 den Ausatmungsschlauch und 36 den
Einatmungsschlauch.
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In der in 5 dargestellten Alternative ist der Behälter 2 im
Ausatmungsschlauch 41 untergebracht. Das Bezugszeichen 42 bezeichnet
den Patientenversorgungsschlauch, 44 bezeichnet den Einatmungsschlauch, 45 den
Frischluftschlauch und 46 bezeichnet den Schlauch für rezykliertes
Gas. Im Fall dieser Kupplung ist der Sensor 9 getrennt
von anderen Komponenten in der Verdampfungsvorrichtung untergebracht,
obwohl er natürlich
in Signalkommunikation zu diesen steht.
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Im Fall des Ausführungsbeispiels gemäß 5 wird das Gas im Ausatmungsschlauch 41 mit Anästhetikum
angereichert, damit der Rezirkulationsschlauch 46 gasförmiges Anästhetikum
mitführt.
Dieser Teil des Ausatmungsschlauches 41 stromabwärts des
Behälters 2,
der Rezirkulationsschlauch 46 und der Einatmungsschlauch 44 bilden
sämtlich
Teile der Behälterauslassleitung.
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Die in 6–8, 6a–8a dargestellten Vorrichtungen
stellen beispielhaft modifizierte Ausführungsbeispiele der flüssigkeitsabgebenden
Einrichtung 5 dar, obwohl diese Vorrichtungen im allgemeinen identisch
mit dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1, 1a sind. Im Ausführungsbeispiel gemäß 6, 6a hat der Körper 5 eine Segmentform,
in 7, 7a eine Form, die verlängert quer
zur Strömungsrichtung
ist, und in 8, 8a eine blockartige Form,
die zur Anpassung an die Innenfläche
des Behälters 2 abgerundet
ist. Wie dargestellt, kann das Erwärmungsmittel 50 in
beiden zuletzt genannten Ausführungsbeispielen
innerhalb der flüssigkeitsabgebenden
Einrichtung 5 angeordnet sein.