DE2611898A1

DE2611898A1 - Aerme- und feuchtigkeitstauscher fuer ein atemgeraet

Info

Publication number: DE2611898A1
Application number: DE19762611898
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Togawa
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1975-03-20
Filing date: 1976-03-20
Publication date: 1976-09-23
Also published as: SE419165B; CA1076918A; SE7603396L; SE7908070L; FR2304359A1; US4090513A; GB1539217A; FR2304359B1; SE436682B; JPS51118296U; JPS523911Y2; BE839840A; AU1217676A

Description

Ur.-lng.K.RuD

Patentanwälte Dipl.-Ing. W. Scherrmann Dr.-Ing. R. Roger

7300 Esslingen (Neckar). Webergasse 3. Postfach 348

19. März 1976 Telefon

__ _Λ , Stu ttg art (0711) 356539

PA 1 naeh

Telex 07 256610 smfu

Telegramme Patentschulz Esslingenneckar

Terumo Corporation, 44-1, 2-chome, Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo, Japan

Wärme- und Feuchtigkeitstauscher für ein Atemgerät

Die Erfindung betrifft einen Wärme- und Feuchtigkeitstauscher für ein Atemgerät, wie es z.B. bei Herbeiführung einer Vollnarkose oder einer künstlichen Beatmung verwendet wird.

Wenn einem Patienten eine Vollnarkose erteilt oder eine künstliche Beatmung an ihm vorgenommen wird, wird das eine Ende einer Luftröhrenkanüle in die Luftröhre eingeführt und das andere Ende mit einem Narkosegerät oder einem Gerät zur künstlichen Beatmung verbunden. In diesen Fällen verliert die Schleimhaut in dem oberen Teil des Atmungsweges ihre physiologische Funktion der Luftzubereitung, die sie bei der normalen Atmung ausübt. Hierbei werden die Wärme und die Feuchtigkeit der ausgeatmeten Luft von den Innenwänden der Nasenhöhlen,der Mundhöhle und des Schlundkopfes absorbiert, und der größte Teil der der absorbierten Wärme und Feuchtigkeit wird der eingeatmeten Luft mitgeteilt, um sie für ihre Zwecke brauchbar zu machen.

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Wenn jedoch eine Luftröhrenkanüle zum Atmen in die Luftröhre eingeführt wird, kommt die ausgeatmete Luft warm und feucht aus dem menschlichen Körper, und die eingeatmete Luft ist kaum erwärmt oder befeuchtet, weil die Innenwand der Kanüle glatt ist und daher keine Eignung zur Feuchtigkeitsabsorption und zum Wärmetausch besitzt. Hieraus folgt, daß die Verwendung eines Narkosegerätes oder eines Beatmungsgerätes über eine längere Zeit die Atmungswege des Patienten austrocknet und dem Patienten heftige Beschwerden macht. In manchen Fällen können sogar Lungenleiden verursacht werden.

Um die mit Vorstehendem zusammenhängenden Probleme zu lösen, werden bei den bekannten Geräten zur Herbeiführung einer Vollnarkose oder einer künstlichen Beatmung Befeuchtungsvorrichtungen , z.B. Vernebelungsvorrichtungen, verwendet, um die einzuatmende Luft in geeigneter Weise zu befeuchten. Soweit jedoch z.B. eine Vernebelungsvorrxchtung in einem Narkosegerät mit einer geschlossenen Zirkulation verwendet wird, ist es unerwünscht, der eingeatmeten Luft eine größere Feuchtigkeitsmenge hinzuzufügen, v/eil das in dem Narkosegerät verwendete Agens zum Absorbieren des Kohlendioxyds von Natur hygroskopisch ist. Bei Verwendung in einem Beatmungsgerät ist es schwierig^ zu erreichen, daß die Vernebelungsvorrichtung jeweils die geeignete Feuchtigkeitsmenge der eingeatmeten Luft beimischt.

Es ist auch bereits eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung der Feuchtigkeit und der Wärme der ausgeatmeten Luft bekannt, bei der hierzu Aluminiumfolien verwendet werden (Acto anaesth, Scandinav. 1960, 4, Seiten 105-124 "POSTOPERATIVE CARE AND COMPLICATIONS AFTER TRACHEOTOMY IN INFANTS AND CHILDREN"). Bei dieser Vorrichtung ergibt sich jedoch kein ausreichend großer Temperaturgradient an dem Wärmetauschkörper. Aus diesem Grunde ist zur ausreichenden Wiedergewinnung von Feuchtigkeit und Wärme aus der ausgeatmeten

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Luft ein großer toter Raum erforderlich.

Wenn eine Luftröhrenkanüle bei einer Operation verwendet wird oder einem Patienten mit einem fortgeschrittenen Leiden eingesetzt wird, ist es notv/endig, die Zahl der Atemzüge in der Zeiteinheit, das eingeatmete Luftvolumen und das Volumen der bei einem gewöhnlichen Atemzug ein- und ausgeatmeten Luft zu bestimmen, und zwar neben der Lösung der beschriebenen Wärme- und Feuchtigkeitsprobleme. Für die Überwachung der Zahl der Atemzüge in der Zeiteinheit ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Thermistor verwendet wird, der innerhalb der Nasenhöhlen angebracht wird oder an dem äußeren Ende einer Luftröhrenkanüle befestigt ist. In diesem Falle wird die Zahl der Atemzüge durch die Temperaturänderungen der Atemluft gemessen, die von dem Thermistor festgestellt werden. Dieses Verfahren versagt jedoch beim Messen des bei einem Atemzug ein- und ausgeatmeten Luftmenge. Zur Messung dieses Luftvolumens sind Heißdraht-anemometer od. dgl. bekanntgeworden. Alle die vorgenannten bekannten Vorrichtungen sind jedoch für eine Anwendung über eine längere Zeit ungeeignet. Insbesondere stellen auch Schwierigkeiten bei ihrer Sterilisation eine Belästigung dar.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärme- und Feuchtigkeitstauscher für ein Atemgerät zu schaffen, der klein bezüglich seines toten Raums und seiner Gesamtausdehnung, einfach im Aufbau und in der Lage ist, Luftzubereitungsfunktionen auszuüben, die diejenigen vergleichbar sind, die während des normalen Atmens von dem physiologischen Luftzubereitungsorganismus ausgeübt v/erden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung in einem Gehäuse mit einem Einlaß, der mit einer Luftröhrenkanüle verbunden ist, und einem Aulaß, von dem ein Schlauch für die Atemluft abgeht, zwischen dem Einlaß und dem Auslaß rechtwinklig zu der Strömungsrichtung der Atemluft durchlässige

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Wärme- und Feuchtigkeitstauschschichten angeordnet sind, durch welche die Wärme und die Feuchtigkeit der ausgeatmeten Luft absorbiert und der eingeatmeten Luft mitgeteilt werden.

Zweckmäßig ist mit dem Einlaß und dem Auslaß des Gehäuses des Wärme- und Feuchtigkeitstauschers ein Differenzdruckmesser verbunden, der die Druckdifferenz zwischen dem Einlaß und dem Auslaß elektrisch anzeigt. Vorteilhaft weist der Wärme- und Feuchtigkeitstauscher weiterhin auf? einen Verstärker zur Verstärkung des elektrischen Signals des DifferBnzdruckmessers, ein dieses Signal aufnehmendes Sichtbildgerät zur Wiedergabe der Informationen, insbesondere der Zahl der Atemzüge pro Zeiteinheit, des Atemluftvolumens und des Volumens der bei einem Atemzug ein- und ausgeatmeten Luft sowie ein Registriergerät zur Aufzeichnung der Informationen.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Einen Wärme- und Feuchtigkeitstauscher gemäß der Erfindung, in dem Zustand der Verwendung für eine künstliche Beatmung, in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 einen Wärme- und Feuchtigkeitstauscher gemäß der Erfindung, in einem senkrechten axialen Schnitt,

Fig. 3 den Wärme- und Feuchtigkeitstauscher gemäß Fig.2 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung

Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Wärme- und Feuchtigkeitstauschers gemäß der Erfindung, in einem senkrechten axialen Schnitt,

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Fig. 5 den Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Fig.4 in einer Vorderansicht,

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärme- und Feuchtigkeitstauschers gemäß der Erfindung, in einem senkrechten axialen Schnitt,

Fig. 7 die Feuchtigkeitsrückgewinnung in %, in Abhängigkeit von dem Volumen der bei einem Atemzug ein- und ausgeatmeten Luft (ml) in einer graphischen Darstellung,

Fig. 8 die Wärmerückgewinnung in %, in Abhängigkeit von dem Volumen der bei einem Atemzug ein- und ausgeatmeten Luft (ml) in einer graphischen Darstellung,

Fig. 9 den Strömungswiderstand in zwei Wärme- und Feuchtigkeitstauschern gemäß der Erfindung, in Abhängigkeit von der Zeit (Std),

Fig.10 einen bei einem Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Fig. 2 verwendbaren Differenzdruckmesser mit dem zugehörigen Schaltbild, in einem senkrechten Schnitt bzw. in graphischer Darstellung,

Fig.11 den Differenzdruckmesser gemäß Fig.10, in einer perspektivischen Explosionsdarstellung und

Fig.12 eine Anordnung zur Messung und überwachung der Daten der Atmung eines Patienten, die mit einem Wärme- und Feuchtigkeitstauscher gemäß der Erfindung zusammenwirkt, in einem Blockdiagramm.

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Fig. 1 zeigt den Zustand, bei dem eine Luftröhrenkanüle 3 in die Luftröhre 2 eines Patienten 1 eingeführt ist. An dem äußeren Ende der Luftröhrenkanüle 3 ist ein Verbindungsstück 4 vorgesehen. Bei den bisher verwendeten Vorrichtungen zur Herbeiführung einer Vollnarkose oder zur künstlichen Beatmung ist es üblich, einen einzioen oder mehrere Schläuche 5, die mit einem Narkosegerät oder einem Gerät zur künstlichen Beatmung in Verbindung stehen, unmittelbar an das Verbindungsstück 4 anzuschließen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 1 ist jedoch zwischen dem Verbindungsstück 4 und dem Schlauch 5 ein Wärme- und Feuchtigkeitstauscher 6 vorgesehen. Gemäß Fig. 2 besteht der Wärme- und Feuchtigkeitstauscher aus einem Gehäuse mit einem größeren Mittelteil 7 und einem Einlaß 8 sowie einem Auslaß 9, die zu beiden Seiten des Mittelteiles 7 ausgebildet sind. In dem Mittelteil 7 ist ein Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper 12 angeordnet, der aus feuchtigkeitabsorbieren, wärmeisolierenden, dünnen Platten 10 und durchlässigen, wärmeleitenden, dünnen Platten 11 besteht. Die wärmeisolierenden_/dünnen Platten 10 und die wärmeleitenden,dünnen Platten 11 folgen wechselweise aufeinander und bilden den Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper 12. Die die Wärmeisolierung bewirkenden dünnen Platten 10, die eine scheibenförmige Gestalt besitzen, bestehen z. B. aus Gaze oder einem Faservlies. Andererseits bestehen die die Wärmeleitung bewirkenden dünnen Platten 11, die ebenfalls eine scheibenförmige Gestalt aufweisen, aus einem Gitter aus Metall, z. B. aus Aluminium. Die Luftröhrenkanüle 3 und der Schlauch 5 sind mit dem Einlaß 8 bzw. dem Auslaß 9 des Gehäuses lösbar verbunden. Weiterhin sind an den Wänden des Einlasses 8 und des Auslasses 9 Schlauchbefestigungslöcher 13 und 14 vorgesehen. Wie später erläutert werden wird, steht ein Differenzdruckmesser über diese Löcher 13 und 14 mit der Lufteinstelleinrichtung in Verbin duna.

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Es empfiehlt sich, den Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper 12 unter voller Berücksichtigung des Alters, des Gewichtes usw. des Patienten zu gestalten, z. B. werden vorzugsweise abwechselnd mehrere feuchtigkeitabsorbierende, wärmeisolierende dünne Platten 10 oder Sätze von diesen übereinander gelegt.und das gleiche geschieht mit den wärmeleitenden dünnen Platten 11, wobei jede Platte einen Durchmesser von 30 - 50 nun aufweist. Die die Feuchtigkeitsabsorption und die Wärmeisolierung bev/irkenden dünnen Platten 10 sind deswegen von Vorteil, v/eil der Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper 12 infolge ihres Einflusses eine verhältnismäßig große Wärmeisolierwirkung ausübt, so daß an ihm ein großer Temperaturgradient zustande kommt und weil sie außerdem bewirken, daß der Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper 12 aus der ausgeatmeten Luft die Feuchtigkeit gut zurückgewinnt. Es ist jedoch auch möglich, die wärmeisolierenden dünnen Platten 10 wegzulassen und den Tauschkörper 12 nur aus den wärmeleitenden dünnen Platten zusammenzusetzen.

Von Wichtigkeit ist es, daß die den Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper bildenden dünnen Platten etwa rechtwinklig zum Durchgang der Atemluft angeordnet sind. Im Gegensatz zu einem Fall, in dem die dünnen Platten parallel zum Luftdurchgang angeordnet sind, haben die rechtwinklig zum Luftdurchgang angeordneten dünnen Platten den Vorteil, daß zwischen zwei benachbarten Platten eine Luftschicht liegt, die als Wärmeisolierschicht wirkt. Die auf diese Weise zustande kommenden Wärmeisolierschichten erhöhen den an dem Wärmetauschkörper zustande kommenden Temperaturgradienten. Es folgt hieraus, daß die Wärme und die Feuchtigkeit mit einem verhältnismäßig schmalen Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper wirksam aus der ausgeatmeten Luft zurückgewonnen werden. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit, die Kondenswassermenge zu verringern, die sich aus dem Dampf in der ausgeatmeten Luft in dem Wärme- und Feuchtigkeitstauscher abscheidet.

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Zum Aufbau des Wärmetauschkörpers 12 können Metallgitter mit einer geeigneten Maschenzahl und -größe, z.B. etwa 14 Maschen (etwa 1,2 nun), verwendet werden.

Wenn der Wärme- und Feuchtigkeitstauscher 6, der zwischen der Luftröhrenkanüle 3 und dem Schlauch 5 angeordnet ist,

an einem Patienten zur Verwendung kommt, geht die ausgeatmete und die eingeatmete Luft abwechselnd durch den Wärme- und Feuchtigkeitstauscher in entgegengesetzter Richtung hindurch. Wenn die ausgeatmete Luft, die beim Austreten aus der Lunge eine relative Feuchtigkeit von etwa 100 % besitzt, durch den Wärmetauschkörper 12 des Wärme- und Feuchtigkeitstauschers 6 hindurchgeht, wird sie abgekühlt und kondensiert, so daß sich auf der Oberfläche des Wärmetauschkörpers 12 feine Wassertropfen bilden, während die latente Wärme an den Wärmetauschkörper 12 abgegeben wird. Andererseits wird die eingeatmete Luft beim Durchgang durch den Wärmetauschkörper 12 erwärmt und durch das Wasser, das in dem Wärme- und Feuchtigkeitstauscher verdampft ist, befeuchtet. Infolge dieses Vorgangs wird die Wärme und die Feuchtigkeit der ausgeatmeten Luft für die eingeatmete Luft zurückgewonnen.

In den Fig. 7 und 8 sind die experimentellen Ergebnisse mit dem Wärme- und Feuchtigkeitstauscher wiedergegeben, welche die Zurückgewinnung von Wasser bzw. von Wärme betreffen. In diesen Figuren betrifft die Kurve (a) einen Fall, in dem der Wärmetauschkörper aus zehn Aluminiumgittern bestanden hat, deren Maschengröße etwa 1,5 mm betragen hat und wobei das Gesamtgewicht des Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörpers 2,5 g betrug und der tote Raum in dem Wärmetauschkörper 10, 5 ml groß war. In diesem Falle wurde der Wärme- und Feuchtigkeitstauscher für eine künstliche Beatmung verwendet, wobei der Luftwiderstand O,8 cm H-O/l/sec. betrug, die Umgebungstemperatur 24 C war und die relative Feuchtigkeit der Atmosphäre 30 % aus-

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machte. Die Kurve (b) stellt einen Fall dar, bei dem der Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper aus Gazeplatten (mit einer Maschengröße von etwa 1 mm) bestand, die in die Zwischenräume zwischen zwei benachbarten Aluminiumgittern des Wärmetauschkörpers eingebracht waren, wie sie im Falle der Kurve (a) benutzt worden waren. Demgemäß hat der tote Raum des Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörpers, wie bei Kurve (a), 10,5 ml betragen. In diesem Falle wurde der Wärme- und Feuchtigkeitstauseher für eine künstliche Beatmung verwendet, bei der der Luftwiderstand 1,2 cm H^O/l/sec. betrug, während die übrigen Bedingungen die gleichen waren wie bei Kurve (a).

Die graphischen Darstellungen in Fig. 7 und 8 zeigen, daß ein Wärme- und Feuchtigkeitstauscher gemäß der Erfindung in der Lage ist, etwa 40 - 70 % der Feuchtigkeit und der Wärme zurückzugewinnen. Diese Werte sind mit denjenigen, die beim normalen Atmen Zustandekommen, vergleichbar. Insbesondere ragen die Werte gemäß Kurve (b) hervor. In diesem Falle wirkt die Gaze dabei mit, um die Funktion des Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörpers zu verbessern. Auch ist infolge der durch die Gaze absorbierten Feuchtigkeit die Wärmekapazität weit größer als die der Aluminiumgitter. Durch dieses Zusammenwirken wird der tote Raum des Wärmetauschkörpers wesentlich verkleinert. Im einzelnen Fall kann der Luftwiderstand durch geeignete Auswahl der Maschengröße, des Durchmessers usw. der dünnen Platten, aus denen der Wärme- und Feuchtigkeitstauscher besteht, in geeigneter Weise bemessen v/erden.

In den Fig. 4 und 5 ist ein Wärme- und Feuchtigkeitstauscher gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Diese Vorrichtung ist zur Verwendung in solchen Fällen geeignet, in denen ein Beatmungsgerät od. dgl. nicht erforderlich ist. Die Luftröhrenkanüle 3 öder der eingeschnittene Atmungstrakt sind mit der Vorrichtung verbunden. Wie zu erkennen ist, nimmt ein an dem

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einen Ende verschlossener Zylinder 15 einen Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper 16 auf. Dieser wird durch ein spiralig aufgewickeltes bandförmiges Aluminiumgitter gebildet, derart, daß ein freier mittlerer Zwischenraum 17 zustandekommt. Das offene Ende des Zylinders 15 ist mit einem Einlaß 18 verbunden, mit welchem die Luftröhren-

kanüle in Verbindung steht. In der VJand des Zylinders 15 ist eine Anzahl von Luftdurchgängen 19 ausgebildet, so daß über den Einlaß 18 eine Atmung möglich ist. Ein Vorzug dieser Vorrichtung besteht in der einfachen Konstruktion. Außerdem ist der Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper 16 leichter herzustellen. Schließlich erlaubt diese Vorrichtung eine Verkleinerung des toten Raums.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärme- und Feuchtigkeitstauschers gemäß der Erfindung. In diesem Falle ist am Boden des breiten Mittelteils 7 des Wärme- und Feuchtigkeitstauschers gemäß Fig. 2 eine Abflußöffnung 20 vorgesehen. Mit dieser ist ein Abflußrohr 21 verbunden, das mehrere seitliche öffnungen 21' aufweist und mit Fasermaterial 22 gefüllt ist, das z. R. aus Gaze oder Fäden besteht. Die Vorrichtung dieser Art ist vorzugsweise verwendbar, wenn sie lange Zeit benutzt werden muß, so daß das aus dem Dampf kondensierte Wasser sich unvermeidbar am Boden des Mittelteils 7 zu einem gewissen Grade ansammelt. In einem solchen Fall soll das sich ansammelnde Wasser durch die Kapillarwirkung des Fasermaterials 22 in dem Abflußrohr 21 abgesaugt werden, um eine üngenauigkeit hinsichtlich von Meßwerten zu vermeiden, die durch einen erhöhten Flüssigkeitswiderstand zustandekommt, wenn in der unten beschriebenen Weise ein Differenzdruckmesser verwendet v/ird.

In Fig. 9 ist dargestellt, in v/elcher Weise sich der Widerstand gegenüber der Luftströmung (Strömungswiderstand) in der Zeiteinheit bei Wärme- und Feuchtigkeitstauschern gemäß der Erfindung ändert. Im Fall der Kurve A besteht

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der Wärmetauschkörper aus elf
niumgittern und zehn Gazestücken, die abwechselnd übereinander gelegt sind. Hierbei wurde eine Vorrichtung verwendet, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Der Durchmesser des Mittelteils der Vorrichtung betrug 30 mm. Die Kurve B betrifft einen Fall, bei der ein Wärme- und Feuchtigkeitstauscher verwendet wurde, der gleichartig aufgebaut und angeordnet war wie derjenige für die Kurve A, jedoch ein Abflußrohr besaß, das 40 cm lang war und einen Innendurchmesser von 3 mm aufwies. Insoweit entsprach die Anordnung derjenigen in Fig. 6. Die Versuche wurden bei einer Umgebungstemperatur von 25 C, einer relativen Luftfeuchtigkeit von 70 %, einem Ein- und Ausatenwolumen von 513 ml, einer Temperatur der Ausatemluft von 37° C und einer Atemperiode von 4,2 see. durchgeführt. Es ist zu erkennen, daß der Strömungswiderstand bei der Kurve A vier Stunden nach Beginn der Versuche mehr als doppelt so groß war als der Strömungswiderstand der Kurve B, bei der ein Abflußrohr vorgesehen war. Darüber hinaus war die Veränderung des Strömungswiderstandes der Kurve B nach 15 Stunden vernachlässigbar klein.

In dem Wärme- und Feuchtigkeitstauscher fi gemäß Fig. 2 ist, wie oben beschrieben, der Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper 12 enthalten. Infolgedessen kommt aufgrund des Strömungswiderstandes zwischen dem Einlaß 8 und dem Auslaß 9 ein Druckabfall zustande, der proportional zu der Menge der durchströmenden Atemluft ist. Die Druckdifferenz oder der Druckabfall kann gemessen werden,indem der Einlaß und der Auslaß mit Hilfe von Schläuchen mit einem Differentialdruck-

messer verbunden vrerden. Im besonderen wird hierbei ein Ende eines Schlauches mit dem Loch 13 in der Wand des Auslasses und das andere Ende des Schlauches mit dem Differentialdruckmesser verbunden. Ebenso wird das eine Ende eines anderen Schlauches mit dem Loch 14 in der Wand des Einlasses 8' verbunden, während das andere Ende dieses Schlauches ebenfalls mit dem Differentialdruckmesser in Verbindung gebracht

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wird. In Fig. 10 und 11 ist ein Ausführungsbeispiel eines solchen Differentialdruckmessers dargestellt, der die Druckdifferenzen in Abhängigkeit von den änderungen der Kapazitäten der in ihm enthaltenen Kondensatoren anzeigt.

Wie aus Fig. 10 und 11 ersichtlich ist, sind zu beiden Seiten eines Trägers 3O ringförmige Elektroden 31 befestigt. Diese Elektroden 31 sind derart angeordnet, daß sie konzentrisch zu einer Durchgangsbohrung 32 sitzen, die in der Mitte des Trägers 30 vorgesehen ist. Weiterhin sind Metallplatten 34 von der gleichen Dicke wie die ringförmigen Elektroden 31 auf jeder Seite des Trägers 30 befestigt, wobei ringförmige Zwischenräume 33 zwischen den Elektroden 31 und den Metallplatten 3 4 freigelassen sind. In diesem Fall sind die Zwischenräume 33 konzentrisch zu den ringförmigen Elektroden 31 angeordnet. Auf jeder Seite des Trägers 30 sind ein Isolierdistanzstück 35, eine Membran 36 und eine Abdeckplatte 37 in der genannten Reihenfolge angeordnet. Im Mittelteil des Isolierdistanzstücks 35 ist eine Öffnung 38 ausgebildet, deren Peripherie mit der äußeren Peripherie des ringförmigen Zwischenraums 33 übereinstimmt. Die Membran 36 besteht z. B. aus einem Blech aus nichtrostendem Stahl von 0,1 mm Dicke. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Luftströmungswiderstand an dem Wärmetauschkörper 12 keine Belastung bei der Atemtätigkeit darstellen darf. Seine Größe beträgt etwa 14 cm H„O/l/sec._f und die Druckdifferenz zwischen dem Einlaß 8 und dem Auslaß 9 ist kleiner als 1 cm HpO. Hieraus folgt, daß die Membran 36 so nachgiebig sein muß, daß sie auf eine derartige kleine Druckdifferenz einwandfrei anspricht. In der Mitte jeder der Membranen 36 ist eine Gewindebohrung 40 vorgesehen, und wie Fig. 10 erkennen läßt, sind die beiden Membranen 36 durch einen Schraubenbolzen 39 festgezogen.

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Wohlgemerkt sind innerhalb der oben beschriebenen -Anord nung zwei Kondensatoren ausaebildet, von denen jeder aus einer Membran aus nichtrostendem Stahlblech und einer Elektrode besteht. Hierbei ist jeweils ein Kondensator auf der Einlaßseite und ein Kondensator auf der Auslaßseite angeordnet.
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In der Mitte der Abschlußplatte 37 ist eine Bohrung 41 vorgesehen, die das eine Ende des Schlauches aufnimmt, der zu dem Wärme- und Feuchtigkeitstauscher 6 führt. Weiterhin ist hier eine kreisförmige Ausnehmung 42 vorgesehen, deren Umfang dem äußeren Umfang des Zwischenraums zwischen der Elektrode 31 und der Metallplatte 34 entspricht, die an dem Träger 30 befestigt ist.

Die Membranen 36 und die Elektroden 31 sind mit dem elektrischen Stromkreis jeweils über Leitungen 43 und 44 verbunden, derart, daß die beiden Kondensatoren wirksam werden.

Der in Fig. 10 dargestellte elektrische Stromkreis stellt ein Ausführungsbeispiel für einen Differenzdruckmesser dar. In diesem Falle bilden der auf der Einlaßseite vorgesehene Kondensator mit der Kapazität C1 und der auf der Auslaßseite liegende Kondensator mit der Kapazität C2 gemeinsam einen Glättungskondensator für den dargestellten gleichrichtenden Stromkreis. Die Kapazitäten C1 und C2 ändern sich hierbei in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem Einlaß 8 und dem Auslaß 9 des Wärme- und Feuchtigkeitstausphers.

Wie oben beschrieben, sind die beiden Membranen 36 mit Hilfe des Schraubenbolzens 39 vereinigt und befestigt. Hierbei ergibt sich durch die Bohrung 32 in dem Träger ein freier Raum. Wenn demgemäß der Druck P1 auf der Einlaßseite größer ist als der Druck P2 auf der Auslaßseitej

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wird die in Fig. 10 dargestellte Membran 36 auf die ringförmige Elektrode zu gedrückt, wodurch sich der Abstand zwischen der Membran 36 und der Elektrode 31 verringert. Hierdurch wird die Kapazität C1 vergrößert. Bei diesem Zustand wird die Membran 36 auf der Auslaßseite nach außen gedrückt, so daß sich der Abstand zwischen den beiden Metallplatten, die den Kondensator auf der Auslaßseite bilden, vergrößert. Infolgedessen wird die Kapazität C2 kleiner.

Fig. 10 zeigt einen Stromkreis mit einem Kristalloszillator Ei, Silikondioden D1 und D2, WiderständenR, Kondensatoren C und einerSpule L. Es ist erkenntlich, daß von den beiden Kondensatoren C und der Spule L ein Glättungsstromkreis des "Jf -Typs gebildet wird. Die von dem Kristalloszillator Ei erzeugte Wechselspannung wird von der Diode D1, dem Kondensator mit der Kapazität C1 und dem Kondensator mit der Kapazität C2 gleichgerichtet und dann von dem LC-Glied des fc -Typs gleichgerichtet, so daß zwischen den Ausgangsklemmen eine Ausgangsspannung Eo erzeugt wird. Wenn zwischen P1 und P2 eine Differenz besteht, kommt zwischen Ct und C2 eine Differenz zustande_;und die Ausgangsspannung Eo ist nicht mehr gleich Null. Eo hängt nämlich von der Differenz zwischen C1 und C2 ab.

Die Ausgangsspannung Eo wird einer Beobachtungsanordnung für die Atmung gemäß Fig. 12 zugeführt. Der Einlaß und der Auslaß eines Wärme- und Feuchtigkeitstauschers 45 stehen mit Hilfe zweier Schläuche 46 mit einem Differentialdruckmesser 47 in Verbindung, so daß dieser die Drucke innerhalb des Einlasses und des Auslasses aufnimmt. Der Differentialdruck wird von dem Differenzdruckmesser, wie beschrieben, als Ausgangsspannung Eo angezeigt. Die Ausgangsspannung·Eo

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wird von einem Verstärker 48 verstärkt und dann einem Sichtbildgerät 49 zugeführt, auf dem die Informationen, wie die Zahl der Atemzüge pro Zeiteinheit, das Atemluftvolumen und das Volumen der bei einem gewöhnlichen Atemzug ein- und ausgeatmeten Luft erkennbar sind, die den jeweiligen Patienten betreffen. Weiterhin sind mit dem ^lichtbildgerät ein Alarmsummer 50 und ein Registriergerät verbunden. Der Alarmsummer 50 gibt Alarm, wenn in der Luftröhre des Patienten abnormale Drucke auftreten, und das Registriergerät 51 dient dazu, die von dem Sichtbildgerät angezeigten Informationen aufzuschreiben. Die derart aufgebaute Beobachtungsanordung erlaubt es, den Atmungszustand eines Patienten schnell und genau zu überwachen.

Wie dies im einzelnen beschrieben worden ist, besteht das Charakteristikum des Wärme- und Feuchtigkeitstauschers gemäß der Erfindung darin, daß durch Übereinanderlegen mehrerer Metallgitterplatten von großer Wärmeleitfähigkeit ein Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper gebildet wird, der rechtwinklig zur Strömungsrichtung der Atemluft angeordnet ist. Die Wirkung dieses Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörpers kann gesteigert werden, wenn die übereinanderliegenden dünnen Metallgitterplatten mit dünnen, Feuchtigkeit absorbierenden und wärmeisolierenden Platten kombiniert werden. Der rechtwinklig zu der Atemluftströmung angeordnete Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper bewirkt eine bemerkenswerte Vergrößerung des Temperaturgradienten an dem Wärmetauschkörper im Vergleich mit einer bekannten Anordnung, bei der der Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper aus Aluminiumfolie!-} parallel zur Strömungsrichtung der Luft angeordnet ist. Demgemäß ist der Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper des "rechtwinkligen Typs" bezüglich der Zurückgewinnung von Wärme und Feuchtigkeit weit wirksamer als der "parallele Typ",

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Insbesondere erlaubt der erstere eine Verkleinerung seines toten Raumes auf ein Viertel desjenigen des letzteren, wobei die gleichen Mengen an Wärme und Feuchtigkeit wiedergewonnen werden. Das erweist sich als außerordentlich vorteilhaft bezüglich der Ersparnis an Herstellungskosten und bezüglich der Handhabung des Gerätes.

Es ist weiterhin kennzeichnend für die Erfindung, daß der Wärme-und Feuchtigkeitstauscher mit einer Anordnung in Verbindung gebracht werden kann, mit der der Atemzustand des Patienten zu überwachen ist. Insbesondere ist der Differential druckmesser, der einen Teil der überwachungsanordnung darstellt, derart konstruiert, daß die Membran 36 die Elektrode 31 schützt. Wenn demgemäß selbst feuchtes Gas, Sterilisationsgas oder ein anderes korrigierendes Gas in den Differentialdruckmesser gelangt, genügt es allein,, die Außenfläche der Membran korrosionsfest zu machen.

Um den Differentialdruckmesser für die beschriebene Anordnung geeignet zu machen, können an der Innenseite der Membran 36 elektronische Schaltkreise mit den notwendigen Funktionen angeordnet werden. Außerdem kann der Differentialdruckmesser selbst, der in Verbindung mit dem Wärme- und Feuchtigkeitstauscher die Einlaß- und Auslaßdrucke aufnimmt, die verschiedenartigste Gestaltung besitzen.

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Claims

Patentansprüche

1/ Wärme- und Feuchtigkeitstauscher für ein Atemgerät, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse mit einem Einlaß (8), der mit einer Luftröhrenkanüle (3) verbunden ist, und einem Auslaß (9), von dem ein Schlauch (I für die Atemluft abgeht, zwischen dem Einlaß (8) und iem Auslaß (9) rechtwinklig zu der Strömungsrichtung der Atemluft durchlässige . wärme- und Feuchtigkeitstauschschichten (10, 11; 12; 16) angeordnet sind, durch welche die Wärme und die Feuchtigkeit der ausgeatmeten Luft absorbiert und der eingeatmeten Luft mitgeteilt werden.
2. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlässigen Wärme- und Feuchtigkeitstauschschichten aus mehreren dünnen Metallgittern (11) von großer Wärmeleitfähigkeit bestehen.
3. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlässigen Wärme- und Feuchtigkeitstauschschichten aus mehreren dünnen Metallgittern (11) von großer Wärmeleitfähigkeit und Feuchtigkeit absorbierenden und Wärme isolierenden dünnen Platten (12) bestehen.
4. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen Metallgitter (11) und die wärmeisolierenden dünnen Platten (12) abwechselnd übereinandergelegt sind.
5. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen verbreiterten zylindrischen Teil (7) zur Aufnahme der Wärme- und Feuchtigkeitstauschschichten (11, 12) besitzt und die dünnen Metallgitter (11) aus Aluminium und die Wärme isolierenden

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Platten (12) entweder aus Gaze oder einem Faservlies bestehen.
6. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen Metallgitter (11) aus Aluminium bestehen.
7. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Anspruch 3_r dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchtigkeit absorbierenden, wärmeisolierenden dünnen Platten (12) entv/eder aus Gaze oder aus durchlässigem Faservlies bestehen.
8. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der verbreiterte Teil (7) des Gehäuses eine Öffnung (20) besitzt, mit der ein Abflußrohr (21) verbunden ist.
9. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abflußrohr (21) ein eine Kapillarwirkung ausübendes Fasermaterial enthält.
10. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Abflußrohr (21) an seiner Wand mehrere Öffnungen (21') aufweist.
11. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Wänden des Einlasses (8) und des Auslasses (9) des Gehäuses Befestigungslöcher (13, 14) für Schläuche zur Herstellung einer Verbindung mit einem Differenzdruckmesser vorgesehen sind.
12. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Einlaß (8) und dem Auslaß (9) des Gehäuses ein Differenzdruckmesser über die Schlauchbefestigungslöcher (13, 14) verbunden ist.

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der die Druckdifferenz zwischen dem Einlaß (8) und dem Auslaß (9) elektrisch anzeigt.
13. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruckmesser folgende Teile umfaßt: Zwei Abschlußplatten (37) mit

_A. je einer Bohrung (41) zur Aufnahme eines zu dem Einlaß (S) bzw. dem Auslaß (9) führenden Schlauches, zwei elektrischfl-eitende Membranen (36) , die derartig nachgiebig sind, daß sie durch die Druckdifferenz zwischen dem Einlaß (8) und dem Auslaß (9) des Wärme- und Feuchtigkeitstauschers leicht verformbar sind, zwei Elektroden (31) , die gegenüber den Membranen (36) derart angeordnet sind, daß sie mit diesen zwei Kondensatoren (C1, C2) bilden, und einen elektrischen Stromkreis, der Ausgangssignale erzeugt, welche die Differenz der Kapazitäten der beiden Kondensatoren (C1, C2) darstellen und hierdurch die Druckdifferenz zwischen dem Einlaß (8) und dem Auslaß (9) des Wärme- und Feuchtigkeitstauschers anzeigen.
14. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (31) zu beiden Seiten eines Trägers (30) ausgebildet sind.
15. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (36) in der Mitte durch einen Schraubenbolzen (39) miteinander verbunden sind.
16. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin einen Verstärker (48) zur Verstärkung des elektrischen Signals des Differenzdruckmessers, ein dieses Signal aufnehmendes Sichtbildgerät (49) zur Wiedergabe der Informationen.

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insbesondere der Zahl der Atemzüge pro Zeiteinheit, des Atemluftvolumens und des Volumens der bei einem Atemzug ein- und ausgeatmeten Luft sowie ein Registriergerät zur Aufzeichnung der Informationen enthält.
17. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher für ein Atemgerät,

_h dadurch gekennzeichnet, daß in einem zylindrischen Gehäuse (15) mit einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende in Gestalt eines Einlasses (18) für eine Luftröhrenkanüle und mit Öffnungen (19) in der zylindrischen Wand ein spiralig aufgewickelter, durchlässiger Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper (16) enthalten ist, in dessen Mitte ein freier Zwischenraum (17) belassen ist, der gleichachsig zu dem Einlaß (8) verläuft und etwa den gleichen Durchmesser hat wie dieser.
18. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der durchlässige Wärme- und Feuchtigkeitstauschkörper aus zwei ineinandergewickelten Spiralen besteht, von denen eine aus einem hochwärmeleitfähigen Metallgitter und eine aus einem Feuchtigkeit absorbierenden, Wärme isolierenden Material in Gestalt von Gaze oder Faservlies besteht.
19. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitende Metallgitter aus Aluminium besteht.

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