DE102006032663B3

DE102006032663B3 - Anordnung zur Rückgewinnung gasförmiger Stoffe

Info

Publication number: DE102006032663B3
Application number: DE200610032663
Authority: DE
Inventors: Axel Prof. Dr. Heller; Thomas Dr. Rössel
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2026-07-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Rückgewinnung gasförmiger Stoffe bei maschineller Beatmung oder Spontanatmung, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abscheidung des gasförmigen Stoffes eine Rückgewinnungseinheit (6) vorgesehen ist, welche im Ausatemschenkel (5) vor oder nach einem Beatmungsgerät (1) anschließbar ist, die Rückgewinnungseinheit (6) ein gekühltes Hohlraumsystem (7) mit konstantem Volumen aufweist, das Hohlraumsystem (7) passiv bei der Ausatmung durchströmt wird und worin der gasförmige Stoff in einer Menge kondensiert, die von der durch Temperaturreduktion des Ausatemgases bewirkten Dampfdruckabsenkung abhängt, und aus dem Hohlraumsystem ableitbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Rückgewinnung gasförmiger Stoffe bei maschineller Beatmung oder bei Spontanatmung.
Zur Applikation von gasförmigen und flüssigen Stoffen bei maschineller Beatmung werden bisher Verdampfer, Vernebler und Verdunster eingesetzt.
Verdampfer, wie sie bei Anästhesiebeatmungsgeräten für die Inhalationsnarkose eingesetzt werden, dienen dazu, dem reinen Sauerstoff oder einem Gasgemisch, das den für die Atmung erforderlichen Sauerstoff enthält, ein Anästhetikum beizumischen. In einer Kammer des Verdampfers bildet sich über dem in flüssiger Form eingefüllten Anästhetikum eine Gasphase, deren maximaler Partialdruck der Sättigung des Gasgemischs entspricht. Die Konzentration des Anästhetikums im Gasgemisch, das die Lungen des Patienten erreicht, wird durch eine verstellbare Aufteilung des Atemgasstroms gesteuert, so dass der applizierte Partialdruck deutlich unter dem der gesättigten Gasphase liegt.
Vernebler, wie sie in der Intensivmedizin zur Verabreichung flüssiger Medikamente eingesetzt werden, dienen der Erzeugung eines Aerosols im Atemgasgemisch, das dann inhaliert wird.
Verdunster, wie sie in der Intensivmedizin zur Befeuchtung der Atemgase bei der maschinellen Beatmung eingesetzt werden, dienen der Anwärmung des inspiratorischen Gasgemischs und dessen Sättigung mit Wasserdampf. Zu diesem Zweck wird eine mit Wasser befüllte Kammer beheizt und das Atemgasgemisch bei der Inspiration über die Oberfläche des Wassers geleitet.
Bei der Applikation gasförmiger Stoffe ist deren Verbrauch vom Typ des Applikationssystems und dessen Einstellung abhängig:
Halboffene Systeme kommen fast nur noch bei Intensivbeatmungsgeräten und Tierbeatmungsgeräten zum Einsatz. Bei einem derartigen System wird das Gasgemisch, das während der Exspiration vom Patienten ausgeatmet wird, über einen Schlauch und das Exspirationsventil abgeleitet und nicht wieder verwendet.
Halbgeschlossene und geschlossene Systeme werden demgegenüber bei Anästhesiebeatmungsgeräten eingesetzt und stellen ein Kreissystem mit teilweiser bis vollständiger Wiederverwendung des ausgeatmeten Gasgemischs dar. Sie beruhen auf dem Prinzip, dass der Atemstrom während der Exspiration zusammen mit dem Frischgasstrom in einen Gummibeutel oder Gummibalg geleitet wird. Dieser flexible Hohlraum kann konstruktiv so angeordnet sein, dass er direkt bei der nachfolgenden Inspiration entleert wird oder die Funktion eines Pufferspeichers hat. Die bei der Wiederverwendung des Gasgemischs erforderliche Elimination des Kohlendioxids wird durch die chemische Reaktion zwischen Kohlendioxid und Kalk realisiert, die in einer mit "Atemkalk" gefüllten Kammer des Kreissystems beim Hindurchströmen des Gasgemischs abläuft. Zur Vermeidung der Kondensation von körperwarmen Atemgaskomponenten durch Kontakt mit kühleren Komponenten des Beatmungssystems müssen diese beheizt werden, andernfalls müssen aufwändige technische Vorkehrungen getroffen werden um z.B. Kondenswasser aus dem Atemkreisteil zu entfernen, das ansonsten die Funktion des Atemkreisteils beeinträchtigt.
Gegenüber halboffenen Systemen haben halbgeschlossene und geschlossene Systeme den Vorteil, dass der Verbrauch an Anästhetika aufgrund der Rückführung bzw. Wiederverwendung des ausgeatmeten Gasgemischs erheblich reduziert werden kann. Als Nachteil erweist sich, dass ein konstanter Frischgasstrom direkt oder gepuffert – in der Beatmungstechnik wird diese Form als entkoppelt bezeichnet – eingespeist wird und für die Beatmung ein zweiter unabhängiger Antrieb erforderlich ist, sowie die Menge von im Kreissystem verbleibenden potenziell toxischen Substanzen höher ist sowie größere Mengen an Kondenswasser anfallen.
Aus der Druckschrift DE 198 23 606 A1 ist die Anwendung von Perfluorhexan F₃C(CF₂)₄CF₃, einem linearen mit Fluoratomen gesättigten Molekül, als Bestandteil des Atemgasgemischs zur Therapie des Lungenversagens bekannt.
Über Perfluorcarbone ist bekannt, dass sie zu einer Stoffgruppe gehören, die mit den Kohlenwasserstoffen verwandt ist. Im Gegensatz zu diesen sind in den Molekülen, die Ketten-, Ring- oder komplexere Strukturen haben können, die Wasserstoffatome durch Fluoratome ersetzt. Die physikalischen Eigenschaften variieren mit der Struktur der Moleküle, aber vor allem mit der Anzahl der Kohlenstoffatome.
Über den maximalen Dampfdruck eines Stoffes über dessen flüssiger Phase bei einer Temperatur unterhalb seines Siedepunkts ist bekannt, dass er temperaturabhängig ist und in guter Näherung mit der Formel P = 10^A-(B/(T+C)) [P = Dampfdruck (bar), T = Temperatur (K)] berechnet werden kann. Die stoffspezifischen Parameter A, B und C stehen in der Literatur zur Verfügung.
Die Applikation von Perfluorhexan mit Hilfe von Verdampfern an einem Anästhesiebeatmungsgerät (Druckschrift DE 198 23 606 A1 ) hat den Nachteil, dass der maximale Partialdruck von Perfluorhexan durch die Raumtemperatur bestimmt wird, da die Verdampfer und das Kreissystem nicht auf Körpertemperatur geheizt sind. Für eine Anwendung von Perfluorhexan bei der Beatmung von Intensivpatienten wäre außerdem der Einsatz von Intensivbeatmungsgeräten vorteilhaft.
Aus der Druckschrift DE 101 07 917 C2 ist ein Verfahren zur verbrauchsarmen Applikation gasförmiger Stoffe bekannt, dass die Elimination des applizierten Stoffes durch ein zwischen Patient und Beatmungsgerät befindliches Applikationssystem reduziert, indem das Gasgemisch bei der Ausatmung durch einen Hohlraum geleitet wird, worin der applizierte Stoff, zum Teil verbleibt und bei der nachfolgenden Einatmung aufgrund der umgekehrten Strömungsrichtung wieder in die Lungen des Patienten gelangt.
Ein Problem dieser Lösung liegt darin, dass neben der beabsichtigten Anreicherung des wieder zu verwenden Nutzgases in dem Rückatemanteil die zeitgleiche Anreicherung von potenziell schädlichen Spurengasen erfolgt, die entweder vom Patientenorganismus produziert werden (z.B. Methan) oder die sich aus der chemischen Reaktion von den in dem entstehenden Atemgasgemisch enthaltenen Gase untereinander oder mit den Komponenten des Applikationssystems ergeben (z.B. Reaktion von Sevofluran mit Atemkalk führt zur Compound A-Bildung), insbesondere bei längeren Nutzungsintervallen wie sie in der Intensivmedizin üblich sind. Ein weiteres Problem stellt die Nutzbarkeit des in der Druckschrift ( DE 101 07 917 C2 ) beschriebenen Applikationssystems bei kleineren Atemzugvolumina dar, wie sie bei der Beatmung oder bei der Spontanatmung von Säuglingen, Kleinkindern und Kleintieren vorkommen. Hierbei liegt das Atemzugvolumen erheblich unter dem Hohlraumvolumen wodurch sich die Zeitkonstante des Systems erheblich verlängert und dadurch eine dynamische zeitnahe Steuerung der Gaskonzentrationen erschwert wird. Weiterhin ergibt sich bei der Verwendung des in der Druckschrift ( DE 101 07 917 C2 ) beschriebenen Applikationssystems das Problem der einfachen Steuerung der Einzelanteile des Gasgemisches. Dies kann nur durch eine Patientennahe Gasmessung und eine darauf basierende komplexe Nachführung der einzelnen Gasanteile realisiert werden. Erfolgt die Nachführung patientennah (zwischen Hohlraum und Patient) so wird die Effektivität des Applikationssystems in Hinsicht auf ihre Verbrauchsarmut deutlich beeinträchtigt, dies gilt insbesondere für die Steuerung von Gasen mit hohem Anteil am Atemgas (z.B. Sauerstoff, Stickstoff). Erfolgt die Nachführung patientenfern (zwischen Beatmungsgerät und Hohlraum) werden erhebliche Ansprüche an die (elektronische) Regelung der Nachführung aller Gasanteile gestellt.
Die Aufgabe der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung besteht darin, die Applikation gasförmiger Stoffe so zu verbessern, dass für den zu applizierenden Stoff der Verbrauch minimiert wird, die Konzentration möglichst einfach mit niedriger Zeitkonstante steuerbar ist, es zu keiner Akkumulation potenzieller Spurengase kommt, Kondensate aus dem Atemgas eliminiert werden und die Verwendung von Intensiv- und Kinder- sowie (Klein-) Tierbeatmungsgeräten ermöglicht wird. Außerdem soll ein einfaches Applikationssystem zur Verfügung stehen, dass zur Sicherung des Lebens des Pa tienten keine zusätzlichen aktiven Komponenten erfordert, dass die Atemmechanik der Lunge möglichst wenig und sofern erforderlich ausschließlich kontrolliert beeinflusst.
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Anordnung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Rückgewinnung des applizierten Stoffes durch seine Überführung in den flüssigen Aggregatzustand mit Hilfe einer in den Ausatemschenkel des Beatmungsgerätes eingebrachten Rückgewinnungseinheit, wobei die gewonnene Flüssigkeit für die erneute Verdampfung, Verdunstung, Verneblung, etc. wieder bereitgestellt werden kann.
Die im Patentanspruch 2 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass Substanzen die bei Raumtemperatur in flüssiger Form existieren, zurückgewonnen werden können. Diese werden in den Einatemschenkel über die variable Gaszumischung am Beatmungsgerät eingebracht, da sich über der flüssigen Phase eine Gasphase als Bestandteil des Gasgemischs bildet, das appliziert werden soll, ohne dass es bei der nächsten oder folgenden Ausatmungsphasen verloren geht, sondern zurück gewonnen wird. Besonders vorteilhaft ist dies bei den im Patentanspruch 3 genannten Substanzen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird durch die im Patentanspruch 4 angegebene Eigenschaft des Hohlraumsystems erreicht, dass diese auf dem innerhalb des Atemzyklus variablen Druckniveau des Ausatemschenkels des Beatmungsgerätes arbeitet, da die treibende Kraft für den Gasfluss durch die Apparatur nicht durch zusätzliche aktive Komponenten aufgebracht werden muss, sondern durch die stets vorhandenen elastischen Rückstellkräfte des Brustkorbes des Patienten und/oder die der Lunge existiert.
Die angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass das im Patentanspruch 5 angegebene Verhältnis von V_H > V_T zwischen dem Hohlraumvolumen des Kondensators V_H und dem Atemzugvolumen V_T insbesondere bei Kleinkindern und Kleintieren auftritt, da sich der Dampfdruck eines Stoffes über dessen flüssiger Phase bei einer Temperatur unterhalb seines Siedepunkts proportional zu seiner Temperatur verhält und eine aus einem Dampfdruckabfall resultierende Kondensation um so effektiver ist je stärker der erzeugte Temperaturabfall des Gases ist, der durch eine verlängerte Kontaktzeit des Gases mit dem Kondensator im Hinblick auf die Effektivität der Rückgewinnung der applizierten Substanz maximiert werden kann.
Die im Patentanspruch 6 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass das Hohlraumsystem der Kondensatoreinheit gleichzeitig die Fortleitung des Ausatemgases und die Abtrennung und Ableitung des Kondensates im selben Kompartiment gewährleistet, da die Rückgewinnung der applizierten Substanz unter dieser Bedingung maximiert werden kann.
Die im Patentanspruch 7 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass die Gesamtquerschnittsfläche der Rückgewinnungseinheit den gleichen innerhalb des Atemzyklus variablen Gasfluss des Ausatemschenkels des Beatmungskreises führt, da die Beeinflussung der Atemmechanik des Patienten auf diese Weise auf ein Minimum reduziert werden kann.
Die im Patentanspruch 8 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass der Gasfluss innerhalb des Hohlraumsystems der Kondensatoreinheit während der innerhalb eines Atemzyklus zeitlich variablen Einatmungsphase null ist, da sich der Dampfdruck eines Stoffes über dessen flüssiger Phase bei einer Temperatur unterhalb seines Siedepunkts proportional zu seiner Temperatur verhält und eine aus einem Dampfdruckabfall resultierende Kondensation um so effektiver ist je stärker der erzeugte Temperaturabfall des Gases ist, der durch eine verlängerte Kontaktzeit des Gases mit dem Kondensator im Hinblick auf die Effektivität der Rückgewinnung der applizierten Substanz maximiert werden kann.
Die im Patentanspruch 9 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass die 2 oder 3-dimensionale Anordnung der Teilhohlräume des Hohlraumsystems einen minimalen Gasflusswiderstand bietet, da die Beeinflussung der Atemmechanik des Patienten auf diese Weise auf ein Minimum reduziert werden kann.
Gemäß Anspruch 10 lässt sich die Querschnittsvergrößerung kontinuierlich oder abrupt ausführen.
Die im Patentanspruch 11 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass die 2 oder 3-dimensionale Anordnung des Hohlraumsystems eine homogene Verteilung der Gasflüsse hierin gewährleistet, da die Rückgewinnung der applizierten Substanz unter dieser Bedingung maximiert, sowie die Beeinflussung der Atemmechanik des Patienten unter dieser Bedingung auf ein Minimum reduziert werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 12 angegeben. Sie ermöglicht durch die Ver wendung von Werkstoffen mit hoher Wärmeleitfähigkeit für die Kondensatoreinheit einen guten Temperaturübergang vom Kühlmittel auf das Atemgas, da die Rückgewinnung der applizierten Substanz unter dieser Bedingung maximiert werden kann.
Die im Patentanspruch 13 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass die 2 oder 3-dimensionale Anordnung der Teilräume oder der Ablaufvorrichtungen des Hohlraumsystems weitgehend ein hydrostatisches Gefälle aufweist, da auf diese Weise eine zügige Drainage der Kondensate aus allen Bereiche des Hohlraumsystems erreicht wird, da die Kondensate aufgrund ihrer Dampfdruckeigenschaften einerseits mit der Gasphase im Gleichgewicht stehen und somit wieder in diese übergehen können und andererseits durch das Auftreten der Kondensate aufgebaute Strömungswiderstände innerhalb des Hohlraumsystems minimiert werden können und somit gleichzeitig die Rückgewinnung der applizierten Substanz unter dieser Bedingung maximiert werden kann, sowie die Beeinflussung der Atemmechanik des Patienten unter dieser Bedingung auf ein Minimum reduziert werden können.
Die im Patentanspruch 14 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass die 2 oder 3-dimensionale Anordnung des Hohlraumsystems über Teilhohlräume oder Ablaufvorrichtungen verfügt, deren Einzel-Gasdurchtrittsflächen im Verhältnis zum Gefälle des jeweiligen Teilhohlraumes oder der Ablaufvorrichtung und unter Berücksichtigung der jeweiligen Querschnittsprofile ausreichend groß sind, gleichzeitig eine effektive Drainage des Kondensates bei minimaler Gasflussbehinderung zu erreichen, da die Beeinflussung der Atemgasströmung aufgrund der Anwesenheit des das Kondensats im gleichen Hohlraum sowie die daraus resultierende Beein flussung der Atemmechanik des Patienten unter dieser Bedingung auf ein Minimum reduziert werden kann.
Die im Patentanspruch 15 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass die 2 oder 3-dimensionale Anordnung der Teilhohlräume oder der Ablaufeinrichtungen des Hohlraumsystems an ihrem tiefsten Punkt einen Ablauf besitzt, da das Kondensat hier zur späteren Wiederverwendung gesammelt werden kann und die Rückgewinnung der applizierten Substanz unter dieser Bedingung maximiert werden kann.
Die im Patentanspruch 16 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass die Ableitung des Hohlraumsystems von ihrem tiefsten Punkt aus gekühlt in einen Auffangbehälter erfolgt in dem das Kondensat gesammelt werden kann, da die Rückgewinnung der applizierten Substanz unter dieser Bedingung maximiert werden kann.
Die im Patentanspruch 17 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass ein Auffangbehälter für das Kondensat auf dem Druckniveau des Ausatemgases liegt, da auf diese Weise die Beeinflussung der Atemmechanik des Patienten minimiert wird.
Die im Patentanspruch 18 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass ein Auffangbehälter für das Kondensat eine Druckschleuse aufweist, aus der die zurück gewonnene Substanz in einen weiteren vom Atemwegsdruck unabhängigen Behälter geführt wird, da auf diese Weise die Beeinflussung der Atemmechanik des Patienten während der Kondensatentnahme auf ein Minimum reduziert werden kann.
Die im Patentanspruch 19 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass sie einen Abscheider für die Kondensate unterschiedlicher Dichte aufweist, da die sortenreine Rückgewinnung der applizierten Substanz unter dieser Bedingung maximiert werden kann.
Die im Patentanspruch 20 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass eine außerhalb der Kühlung befindliche Umgehung der Kondensatoreinheit existiert, die die Elimination des applizierten Stoffes im Bedarfsfall auf null reduziert.
Die im Patentanspruch 21 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass eine außerhalb der Kühlung befindliche Umgehung der Kondensatoreinheit als „fail safe" Einrichtung dient, da auf diese Weise die Beeinflussung der Atemmechanik des Patienten im Augenblick einer Gasflusswiderstands- Erhöhung im Hohlraumsystem auf ein Minimum reduziert wird.
Die im Patentanspruch 22 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass der Gasflusswiderstand der als „fail safe" Einrichtung dienenden Umgehung der Kondensatoreinheit die außerhalb der Kühlung angeordnet ist unter normalen Betriebsbedingungen höher ist als der Widerstand der Kondensatoreinheit selbst aber niedriger als ein die Patientensicherheit beeinträchtigender Widerstand, da auf diese Weise die Beeinflussung der Atemmechanik des Patienten im Augenblick einer Gasflusswiderstands- Erhöhung in der Kondensatoreinheit und der Verbrauch der applizierten Substanz auf ein Minimum reduziert werden können.
Die im Patentanspruch 23 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass jegliche Form der Kühlung in Frage kommt, die einen hinreichenden Abfall der Atemgastemperatur in der Rückgewinnungseinheit zu erzeugen vermag, da sich der Dampfdruck eines Stoffes über dessen flüssiger Phase bei einer Temperatur unterhalb seines Siedepunkts proportional zu seiner Temperatur verhält und eine aus einem Dampfdruckabfall resultierende Kondensation um so effektiver ist je stärker der erzeugte Temperaturabfall und folglich die Rückgewinnung der applizierten Substanz maximiert werden kann.
Die im Patentanspruch 24 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass die Rückgewinnungseinheit als zerlegbare Mehrweg-Komponente von Beatmungsgeräten ausgeführt werden kann.
Die im Patentanspruch 25 angegebene Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Rückgewinnungseinheit auch als Einweg- Gegenstand ausgeführt werden kann, um medizinisch-hygienische Ansprüche unter diesen Bedingungen zu erfüllen.
Die im Patentanspruch 26 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass Teile der Rückgewinnungseinheit als Einweg- Komponenten ausgeführt werden können, die zusammen mit wieder verwendbaren Komponenten zu einer kompletten Rückgewinnungseinheit zusammengesetzt werden können, da medizinisch-hygienische sowie ökonomische und ökologische Ansprüche unter diesen Bedingungen am besten erfüllt werden können.
Die im Patentanspruch 27 angegebene Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass die Rückgewinnungseinheit im Hinblick auf ökologische Aspekte als verfahrenstechnische Kom ponente innerhalb eines gebäude- fahrzeug- oder anlagenzentralen Abgassystems ausgeführt werden kann.
Die insgesamt mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine verbrauchsarme Applikation gasförmiger Stoffe mit Beatmungsgeräten in der Erwachsenen- und Kinder- Intensivmedizin sowie der Veterinärmedizin und bei tierexperimentellen Anwendungen möglich ist. Gegenüber den bisher bekannten Applikationsformen ergeben sich aus der Reduktion des Verbrauchs ökonomische und ökologische Vorteile, deren Bedeutung vor allem von der applizierten Substanz abhängt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 eine Anordnung der Rückgewinnungseinheit zum Beatmungsgerät
2 eine schematische Darstellung einer Rückgewinnungseinheit mit fächerförmigem Hohlraumsystem
3 eine schematische Darstellung einer Rückgewinnungseinheit mit Ablaufeinrichtungen in Seitenansicht
4 eine schematische Darstellung einer Rückgewinnungseinheit mit Ablaufeinrichtungen im Querschnitt
In der 1 ist eine Anordnung der Rückgewinnungseinheit zum Beatmungsgerät schematisch dargestellt.
Das Beatmungsgerät 1 ist durch ein zuleitendes und ein ableitendes Rohr mit dem Narkosemittelverdunster verbunden.
Über zwei Schläuche ist das Beatmungsgerät 1 mit der Lunge 4 des Patienten verbunden. Der rechte Schlauch in der 1 bildet die Atemgas-Zuführung 3. Der linke Schlauch bildet den Ausatemschenkel 5 mit der Rückgewinnungseinheit 6 vor dem Beatmungsgerät 1, die vom Atemgasgemisch bei der Ausatmung beströmt wird.
Eine Variation ergibt sich bei der Verwendung von halbgeschlossenen oder geschlossenen Narkosesystemen die über die Verbindung 1a zwischen Ein- und Ausatemschenkel verfügen. Bei diesen Geräten ist ein Einbau der Rückgewinnungseinheit in der Position 6a sinnvoll.
Eine Ausführung für eine Rückgewinnungseinheit ist in der 2 dargestellt. In einer Kühlmittelumgebung 8 ist ein Hohlraumsystem 7 gelagert. Zur Bildung des Hohlraumsystems erfolgt eine schachbrettartige Verzweigung von der Gaszuleitung 18 aus gesehen in einzelne Teilhohlräume. Am tiefsten Punkt der Verzweigung weist das Hohlraumsystem 7 einen Ablauf 20 auf. Zu diesem Ablauf führen die Teilhohlräume zu einem Strang zusammen. Ebenso erfolgt die Zusammenführung der Teilhohlräume zu der Gasableitung 19 zu ebenfalls einem Strang.
Eine Zusammenführung auf einen Strang zur Gasableitung 19 und zum Ablauf 20 ist nicht unbedingt erforderlich, sondern stellt nur eine vorteilhafte Ausführung dar. Ebenso kann die Zuführung der Teilhohlräume auf eine Sammelleitung erfolgen, die dann in eine Gasableitung 19 bzw. in einen Ablauf 20 mündet.
Das während der Abkühlung des Ausatemgases entstehende Kondensat fließt innerhalb des in 1 dargestellten Hohl raumsystems 7 aufgrund dessen Konstruktion der Schwerkraft folgend zum Ablauf 20 am tiefsten Punkt des Hohlraumsystems 7.
In der Rückgewinnungseinheit sind zwei Druckventile 9.1 und 9.2 mit variablem Widerstand vorgesehen. Das Druckventil 9.1 regelt den Gasfluss im Hohlraumsystem 7. Das Druckventil 9.2 regelt den Gasfluss über einen ungekühlten Umgehungskreislauf 10.
Am Ablauf 20 ist ein Auffangbehälter 11 am tiefsten Punkt des Hohlraumsystems 7 vorgesehen. Im Auffangbehälter 11 wird das anfallende Kondensat gesammelt. Der Auffangbehälter 11 wird mit dem im Ausatemschenkel 5 herrschenden variablen Druck beaufschlagt. Über eine Druckschleuse 12 kann das Kondensat ohne Beeinflussung des Drucks innerhalb des Ausatemschenkels 5 einem Auffangbehälter 13 und einem Abscheider 14 zugeführt werden.
Die Kühlmittelumgebung 8 weist eine Wärmedämmung 15 auf, in der eine verschließbare Öffnung 16 zur Befüllung mit einem Kühlmittel und zur Entleerung erfolgen kann.
Neben der schon beschriebenen Variation der Teilhohlräume lässt sich das Hohlraumsystem alternativ durch Ablaufeinrichtungen realisieren. Eine solche Anordnung ist in der 3 und 4 dargestellt.
Von der Gaszuleitung 18 verlaufen mit einer gewissen Neigung zum Ablauf 20 hin mehrere Ablaufeinrichtungen 17. Die Ablaufeinrichtungen 17 bilden jeweils ein Paar in einer kammartigen Anordnung, wobei die beiden Kämme in einem Paar überlappend angeordnet sind.
Die Kondensation erfolgt auf Grund deren Kühlung an den Ablaufeinrichtungen 17. Das Kondensat gelangt durch die Neigung der Ablaufeinrichtungen 17 zum Ablauf 20. Zur Kühlung befindet sich die kammartige Anordnung der Ablaufeinrichtungen 17 in einer Kühlmittelumgebung 8.
Bei einer Anordnung wie in 3 und 4 gezeigt, lässt sich die Kühlmittelumgebung 8 anstelle eines gasförmigen oder flüssigen Kühlmittels vorteilhaft auch durch Peltierelemente erzeugen.

1: Beatmungsgerät
1a: Zusatzverbindung bei Narkosebeatmungsgeräten (halbgeschlossen, geschlossen)
2: Verdunster oder Injektor
3: Atemgas-Zuführung
4: Patient/Lunge
5: Ausatemschenkel
6: Rückgewinnungseinheit
6a: alternativer Einbau bei Narkosebeatmungsgeräten (halbgeschlossen, geschlossen)
7: Hohlraumsystem/Kondensator
8: Kühlung/Kühlmittelumgebung
9: variabler Widerstand/Druckventil
10: Umgehungskreislauf
11: Auffangbehälter (druckabhängig)
12: Druckschleuse
13: Auffangbehälter (druckunabhängig)
14: Abscheider
15: Kühlmittelbehälter mit Wärmedämmung
16: Öffnung Kühlmittelbehälter verschließbar
17: Ablaufeinrichtung
18: Gaszuleitung
19: Gasableitung
20: Ablauf

Claims

Anordnung zur Rückgewinnung gasförmiger Stoffe bei maschineller Beatmung oder bei Spontanatmung, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abscheidung des gasförmigen Stoffes eine Rückgewinnungseinheit (6) vorgesehen ist, welche im Ausatemschenkel (5) vor oder nach einem Beatmungsgerät (1) anschließbar ist, die Rückgewinnungseinheit (6) ein gekühltes Hohlraumsystem (7) mit konstantem Volumen aufweist, das Hohlraumsystem (7) passiv bei der Ausatmung durchströmt wird und worin der gasförmige Stoff in einer Menge kondensiert, die von der durch Temperaturreduktion des Ausatemgases bewirkten Dampfdruckabsenkung abhängt, und aus dem Hohlraumsystem (7) ableitbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturreduktion im Hohlraumsystem (7) der Rückgewinnungseinheit (6) so bemessen ist, dass eine Rückgewinnung eines Gasgemischs erfolgt, das mindestens einen Stoff mit einem Siedepunkt über 21°C enthält.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturreduktion im Hohlraumsystem (7) der Rückgewinnungseinheit (6) zur Rückgewinnung von Perfluorpentan, Perfluorhexan, Perfluorheptan, Perfluoroktan, Perfluornonane, Perfluordekan, Isofluran, Desfluran oder Servofluran einzeln oder als Kombination bemessen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlraumsystem (7) zur Aufnahme des variablen Druckniveaus im Ausatemschenkel ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anwendung bei Kleinkindern und Kleintieren das Hohlraumvolumen des Hohlraumsystems (7) V_h zum Atemzugvolumen V_t im Verhältnis V_h > V_t steht.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlraumsystem (7) der Rückgewinnungseinheit (6) zur Fortleitung des Ausatemgases eine Gaszuleitung (18) und eine Gasableitung (19) aufweist und zur Ableitung des Kondensates ein Ablauf (20) vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtquerschnittsfläche des Hohlraumsystems (7) zur Aufnahme des innerhalb des Atemzyklus variablen Gasflusses des Ausatemschenkels des Beatmungskreises ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasfluss innerhalb des Hohlraumsystems (7) der Rückgewinnungseinheit (6) während der innerhalb eines Atemzyklus zeitlich variablen Einatmungsphase null ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die 2 oder 3-dimensionale Anordnung des Hohlraumsystems einen minimalen Gasflusswiderstand durch eine Querschnittsvergrößerung in Strömungsrichtung aufweist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsvergrößerung kontinuierlich oder abrupt ausgeführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur homogenen Verteilung des Gasflusses die 2 oder 3-dimensionale Anordnung des Hohlraumsystems (7) von der Gaszuleitung (18) eine gleichmäßige Verzweigung in Teilhohlräume aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für das Hohlraumsystem (7) Werkstoffe mit einer geeigneten Wärmeleitfähigkeit vorgesehen sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die 2 oder 3-dimensionale Anordnung der Teilhohlräume oder der Ablaufeinrichtung des Hohlraumsystems (7) weitgehend ein hydrostatisches Gefälle aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die 2 oder 3-dimensionale Anordnung des Hohlraumsystems (7) über Teilhohlräume oder Ablaufeinrichtungen (17) verfügt, deren Einzel-Gasdurchtrittsflächen im Verhältnis zum Gefälle des jeweiligen Teilhohlraumes oder der Ablauf vorrichtung und unter Berücksichtigung der jeweiligen Querschnittsprofile so bemessen ist, dass gleichzeitig eine effektive Drainage des Kondensates bei minimaler Gasflussbehinderung erzeugt wird.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die 2 oder 3-dimensionale Anordnung der Teilhohlräume oder der Ablaufeinrichtungen (17) des Hohlraumsystems (7) an ihrem tiefsten Punkt einen Ablauf (20) aufweisen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung des Hohlraumsystems von ihrem tiefsten Punkt aus mit einem Auffangbehälter (11) verbunden ist und Ableitung und Auffangbehälter gekühlt sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auffangbehälter (11) für das Kondensat mit dem Druckniveau des Ausatemgases beaufschlagbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Auffangbehälter (11) für das Kondensat eine steuerbare Druckschleuse (12) angeschlossen ist, die mit einem weiteren vom Atemwegsdruck unabhängigen Behälter verbunden ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass an den druckunabhängigen Auffangbehälter (13) ein Abscheider (14) für die Kondensate unterschiedlicher Dichte angeschlossen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine außerhalb der Kühlung befindliche Umgehung des Hohlraumsystems (7) vorgesehen ist, so dass die Elimination des applizierten Stoffes im Bedarfsfall auf null reduzierbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine außerhalb der Kühlung befindliche Umgehung des Hohlraumsystems (7) als Sicherheitseinrichtung ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasflusswiderstand der als Sicherheitseinrichtung dienenden Umgehung des Hohlraumsystems (7) außerhalb der Kühlung angeordnet ist, und unter normalen Betriebsbedingungen höher ist als der Widerstand des Hohlraumsystems (7) selbst aber niedriger als ein die Patientensicherheit beeinträchtigender Widerstand ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung des Hohlraumsystems (7) solche Mittel vorgesehen sind, die zur Erzeugung eines hinreichenden Abfalls der Atemgastemperatur in der Rückgewinnungseinheit (6) geeignet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückgewinnungseinheit (6) als zerlegbare Mehrweg-Komponente von Beatmungsgeräten ausgeführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückgewinnungseinheit (6) als Einweg- Gegenstand ausgeführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass Teile der Rückgewinnungseinheit (6) als Einweg- Komponenten ausgeführt sind, die zusammen mit wieder verwendbaren Komponenten zu einer kompletten Rückgewinnungseinheit (6) zusammensetzbar sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückgewinnungseinheit (6) als Komponente innerhalb eines gebäude-, fahrzeug-, oder anlagenzentralen Abgassystems ausgeführt ist.