DE3617031C2

DE3617031C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Anfeuchten von Gasen

Info

Publication number: DE3617031C2
Application number: DE3617031A
Authority: DE
Inventors: Adrian John Elsworth; Daniell Michael Grenfel; Paul Zwann; Stewart David Peter Matheson
Original assignee: Fisher and Paykel Ltd
Current assignee: Fisher and Paykel Appliances Ltd
Priority date: 1985-05-22
Filing date: 1986-05-21
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2006-05-22
Also published as: SE465602B; GB2176405A; FR2582219A1; SE8602277D0; GB2176405B; DE3617031A1; AU5751386A; GB8612208D0; SE8602277L; US4708831A; AU581986B2; FR2582219B1; JPH0753179B2; JPS6226076A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anfeuchten von Gasen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 5.

US-3,912,795 zeigt eine Anfeuchtvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 5. Die Druckschrift offenbart eine Wärmezufuhr für das Wasser, was eine Temperaturänderung des angefeuchteten Gases mit sich bringt. Bei einer derartigen Anfeuchtvorrichtung können jedoch gefährliche Fehlfunktionen auftreten, wenn Wasser unter fehlerhaften Bedingungen zur An feuchtvorrichtung gelangt.

US-Patent Nr. 4,477,395 offenbart ein Steuersystem für eine Versorgungseinrichtung, das die Verdampfungswärme eines Narko semittels zur Bestimmung der Menge von zugeführtem Narkosemit tel und zur Steuerung der Geschwindigkeit einer Versorgungs pumpe in einer Rückkopplungs-Konfiguration verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anfeuchten von Gasen zur Verfügung zu stellen, die insbesondere, aber nicht ausschließlich dazu dienen, einen Krankenhauspatienten, der solche angefeuchteten Gase benötigt, mit diesen zu versorgen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem bekannten Verfahren dadurch gelöst, daß das Verfahren die weiteren Schritte einschließt:

Überwachen der Temperatur der angefeuchteten Gase; Herbeiführen von Temperaturänderungen der angefeuchteten Gase durch Änderung der Wärmezufuhr für das Wasser, um die Temperatur der angefeuchteten Gase innerhalb eines gewünschten Temperaturbereiches zu halten; Überwachen der Wasserdurchflußgeschwindigkeit zum ersten Durchflußweg; Erzeugen von elektrischen Signalen, die jeweils für die folgenden Parameter repräsentativ sind:

- Durchflußgeschwindigkeit des Wassers zu dem ersten Durchflußweg,
- Temperatur der angefeuchteten Gase, die in dem zweiten Durchflußweg strömen, und
- Wärmezufuhr für das Wasser in dem ersten Durchflußweg,
und Abschalten des Wasserdurchflusses und der Wärmezufuhr zum Wasser, wenn wenigstens einer der Parameter um mehr als einen vorab bestimmten Betrag von einem gewünschten Wert abweicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorrichtung einschließt: eine Steuereinheit, die eine Temperaturüberwachungseinrichtung zum Überwachen der Temperatur der Gase nahe dem Verwendungsort, und als Ergebnis derselben zur Änderung der der elektrischen Heizeinrichtung zugeführten elektrischen Energie, eine Wasserdurchflußüberwachungseinheit zum Überwachen der Wasserdurchflußgeschwindigkeit zum ersten Durchflußweg, eine Einrichtung zum Vergleichen der gemessenen Wasserdurchflußgeschwindigkeit mit einer gewünschten Wasserdurchflußgeschwindigkeit und eine elektrische Schaltkreis- und Steuereinrichtung, die eine Einrichtung zum Erzeugen von elektrischen Signalen umfaßt, die jeweils für die folgenden Parameter repräsentativ sind:

a) Durchflußgeschwindigkeit des Wassers zu dem ersten Durchflußweg,
b) Temperatur der angefeuchteten Gase, die in dem zweiten Durchflußweg strömen, und
c) Wärmezufuhr für das Wasser in dem ersten Durchflußweg, wobei elektrische Schaltkreis- und Steuereinrichtung gestaltet ist, um ein Abschalten des Wasserdurchflusses und der Wärmezufuhr zum Wasser durchzuführen, wenn wenigstens einer der Parameter um mehr als einen vorab bestimmten Betrag von einem gewünschten Wert abweicht.

Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht der erfindungs gemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 ein vergrößertes Schema eines Ventils, das gemäß einem Teil der Erfindung konstruiert ist;

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils von Fig. 1;

Fig. 4 eine stärkere Vergrößerung eines Teils von Fig. 3;

Fig. 5 eine Teilansicht von Fig. 4;

Fig. 6 ein schematischer Querschnitt durch eine Einatmungsleitung mit einem darin enthal tenen mikroporigem Schlauch, der von ei nem Abstandhalter gehalten wird;

Fig. 7 einen Querschnitt durch die Konstruktion von Fig. 6; und

Fig. 8 ein Schema der erfindungsgemäßen Vorrichtung einschließlich eines Blockdiagramms der in der Erfindung verwendeten elektronischen Schaltung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Anfeuchten von Gasen ist mit einem Wasservorratsbeutel 1 versehen, der über einen Schlauch 15 mit einer Tropfkammer 2 verbunden ist, die herausnehmbar in einer ausgeformten Kerbe 3 eines Gehäuses 4 befestigt ist, das eine elektrische Schaltkreis- und Steuereinrichtung enthält, die weiter unten im Detail beschrie ben wird. Eine Einatmungsleitung 5 kommt von einem Atemge rät, z. B. einem Ventilator (nicht gezeigt) herkömmlicher Bauart und Verwendung. Durch die Einatmungsleitung 5 strö men Gase vom Ventilator zu einer Y-Verbindung 6, die ihrer seits mit einer Maske oder einer anderen Einrichtung ver bunden ist, die es ermöglicht, einen Patienten mit den Ga sen zu versorgen. Eine Ausatmungsleitung 7 ist ebenfalls mit der Y-Verbindung 6 verbunden und leitet die ausgeatme ten Gase zu einem Ausatmungsventil (nicht gezeigt). Die Leitungen 5 und 7 sind vorzugsweise flexible geriffelte Schläuche oder ähnliches, hergestellt aus einem geeigneten Kunststoffmaterial, z. B. Polyethylen.

Zum Anfeuchten der Gase ist ein mikroporöser Schlauch 10 vorgesehen, der die Eigenschaft besitzt, für Wasserdampf durchlässig zu sein, für flüssiges Wasser im wesentlichen aber undurchlässig, der also z. B. aus aufgeschäumten PTFE (Polytetrafluorethylen) hergestellt ist. Der Schlauch sollte vorzugsweise flexibel, inert und hydrophob sein. Ein solcher Schlauch wird unter dem Namen GORE-TEX® hergestellt und ist mit Innendurchmessern von 1 mm bis 12 mm und Mikroporen größen von 2,0 µm bis 3,5 µm erhältlich. Der Schlauch 10 ist als Schleife gelegt, und die freien Enden sind an einem Endungsblock 11 befestigt. Der Schlauch 10 wird aus dem Beu tel 1 durch den Schlauch 15, die Tropfkammer 2 und den Schlauch 16 mit einem Wasservorrat versorgt und im Inneren der Leitung 5 befestigt, um eine gemeinsame Wand zwischen dem Wasser im Schlauch 10 und den Gasen in der Einatmungsleitung 5 zur Ver fügung zu stellen. Die Einatmungsleitung 5 kann jeden belie bigen brauchbaren Durchmesser und jede beliebige brauchbare Länge aufweisen, z. B. 20 mm Innendurchmesser und etwa 600 mm Länge. Der Schlauch 10 kann in seiner einfachen Länge, schrau benförmig oder gebündelt angeordnet sein, so wie es zum Er reichen der gewünschten Durchtrittsgeschwindigkeit für den Dampf erwünscht ist. Vorzugsweise wird jedoch der Schlauch 10 als Schleife gelegt, wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Der Wasservorratsbeutel 1 ist ein flexibler Beutel, der auf einem geeigneten Niveau hängt, z. B. an einem fahrbaren Ständer 17, um ein gewünschtes statisches Gefälle zu erreichen.

Der Schlauch 15 führt zu einer Öffnung 20 in der Tropfkammer 2, wobei die Öffnung 20 so groß gewählt ist, daß Wassertropfen durch einen Luftraum 37 in die Kammer 2 fallen.

Die Tropfkammer 2 ist in Fig. 2 detaillierter dargestellt. Das Wasser kommt aus der Öffnung 20 als eine Reihe von Tropfen, und jeder Tropfen gibt ein Signal durch Unterbrechung eines Infra rotstrahls zwischen einem Infrarotsender 30 und einem Infra rotempfänger 31, der somit einen Tropfendetektor darstellt. Die Gehäusewände 32 der Kerbe 3 laufen konisch zu, so daß die Tropfenkammer 2 und die damit verbundenen Schläuche 15 und 16 ohne Beeinflussung anderer Teile der Zentraleinheit schnell eingesetzt und entfernt werden können. Dies ist von beachtli chem Vorteil, da es die Verwendung von Wegwerfeinheiten oder getrennt sterilisierbaren Installationseinheiten ermöglicht, was zu einer guten Hygiene führt.

In dem Schlauch 10 ist ein zur Schleife gelegtes Heizelement 25 befestigt, wobei die beiden freien Enden der Schleife je weils an einen Verbindungsdraht 21 geklemmt sind, der seiner seits an eine gedruckte Verdrahtungsplatte 23 gelötet ist, die nun ihrerseits mit einem Paar Anschlüssen 22 und über ein Ver bindungsstück 24 und ein Kabel 26 mit der Steuereinheit im Ge häuse 4 verbunden ist.

Es wird ein Heizelementdraht mit hinreichend großem Wider standswert verwendet. Das Heizelement ist vorzugsweise aus einem niedrigschmelzenden Material, um die Risiken einer Überhitzung zu verringern. Änderungen im Widerstandswert aufgrund von Temperaturänderungen des Heizdrahtes werden verwendet, um eine ungefähre Messung der Draht- und Wasser temperatur durchzuführen, wobei ein schnell meßbarer Tem peraturkoeffizient des Leitungswiderstands vorliegen muß. Die vom Heizelement aufgenommene Leistung kann ziemlich hoch sein, wobei geeignete Betriebsparameter z. B. 24 V und 125 W sind.

Der Schmelzpunkt des Heizdrahtes liegt vorzugsweise niedriger als der Schmelzpunkt der Membran. Wenn die Membran aus GORE- TEX® besteht, das einen Schmelzpunkt von etwa 350°C aufweist, stellt eine Zinn-Silberlegierung mit einem Schmelzpunkt von etwa 230°C ein geeignetes Material für den Heizdraht dar.

Der Heizelementdraht sollte vorzugsweise "kalt enden", z. B. indem das Element 25 an z. B. Kupferdrähten 21 mit niedrigem Widerstandswert geklemmt, geschweißt oder hartgelötet werden, um es zu ermöglichen, daß die Enden kühler bleiben als der Hauptteil des Drahtes, wodurch das Risiko einer Überhitzung der Erden verhindert werden soll. Der Endungsblock 11 ist detaillierter in den Fig. 3 bis 5 dargestellt. Der Endungs block 11 umfaßt ein Gehäuse 12. Die Enden des Schlauches 10 werden vorzugsweise aufgetrennt, und die zwei oder mehr re sultierenden Streifen 14 werden im rechten Winkel zu den Längs achsen des Schlauchs nach außen gebogen. Mit einem Klemmteil 18, das mit Nieten 19 am Block 11 befestigt wird, werden vor zugsweise beide Enden des Schlauches 10 am Gehäuse 12 fest geklemmt. Durch eine Öffnung zwischen der Kammer 27 und dem Schlauch 10 entsteht so eine Verbindung mit dem Schlauch 16.

Um die Leitung 5 und die Leitung 10 voneinander getrennt zu halten, ist ein Abstandhalter 8 vorgesehen, der vorzugsweise als sich in Längsrichtung erstreckendes sinusförmiges Bau teil ausgestaltet und z. B. aus einem geeigneten Kunststoff material (z. B. einem Polypropylen-Homopolymer) hergestellt ist. Wie man aus Fig. 7 erkennen kann, besteht der Abstand halter 8 aus zwei Teilen, wobei jedes Teil mit halbkreis förmigen Rillen versehen ist, um eine kreisförmige Öffnung 9 zu ergeben, wenn beide Teile wie in Fig. 7 zusammengesetzt sind. Die Öffnungen 9 sind auf der sinusförmigen Kurve des Bauteils 8 so angeordnet, daß sie in Längsrichtung aneinander ausgerichtet sind. Die Leitung 10 verläuft durch diese Öffnun gen 9. Der obere und der untere Teil der Leitung 10 werden so in konstantem Abstand zueinander und zu den Wänden der Leitung 5 gehalten, wie man aus Fig. 6 ersehen kann. Das sinusförmige Bauteil 8 wird vorzugsweise so zusammengebaut, daß in einer Hälfte in bestimmten Abständen Schraubbolzen 13 angebracht sind und in der anderen Hälfte entsprechende Löcher, wobei es das Eingreifen der Schraubbolzen 13 in die Löcher ermöglicht, daß beide Hälften zusammen mit dem zwischen ihnen verlaufenden mikroporösen Schlauch 10 zusammengefügt werden. Da die Biegung 39 des Bauteils 8 und auch die Enden 38 an der Leitung 5 an liegen, wird der Schlauch 10 getrennt von der Leitung 5 gehalten.

Im Anwendungsfalle wird heißes Wasser von z. B. 80°C in den Schlauch 10 geleitet. Es ist natürlich nicht wünschenswert, daß ein Schlauch, der Wasser dieser Temperatur enthält, durch die Leitung 5, die auf der nackten Brust oder anderen Körper teilen eines Patienten liegen kann, in direkten Kontakt mit diesem kommt. Diese besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verhindert oder minimisiert folglich das Risiko, das der Schlauch 10 sich in einer Position befindet, in der Wärme durch direkten Kontakt vom Schlauch 10 auf die Leitung 5 und damit auf den Körper des Patienten übertragen werden kann.

Zusätzlich ergibt sich wenigstens in der bevorzugten Aus führungsform eine beträchtliche Verbesserung der Wärmeüber tragung gegenüber einem nicht-gestützten mikroporösen Schlauch.

Die Tropfkammer 2 enthält ein ferromagnetisches (z. B. Stahl-) Kugelventil 33, das in einen Ventilsitz 34 eingreift und das relativ zur Wasserdurchflußrichtung aus diesem Ventilsitz heraus seit lich verschoben wird, indem an einen Elektromagneten 35, der in nerhalb des Gehäuses 4 angebracht ist, Strom angelegt wird, um den Wasserdurchfluß aus der Tropfkammer 2 in den Schlauch 16 zu ermöglichen. Da die Durchflußgeschwindigkeit niedrig ist, ist zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung des Kugelventils 33 nur eine kleine Verschiebung notwendig. Das Kugelventil wird durch die Schwerkraft und den statischen Druck des Wassers in der geschlossenen Position gehalten.

Die Wassermenge in der Tropfkammer 2 wird auf einem geeigneten Niveau 36 gehalten, so daß die Tropfen durch einen Luftraum 37 von der Öffnung 20 bis zum Niveau 36 fallen. Dieses Niveau wird, wenn es erst einmal eingestellt ist, im wesentlichen automatisch gehalten, weil ein Ansteigen des Niveaus 36 den Luftdruck im Luftraum 37 erhöht und damit die hydrostatische Kraft verrin gert, die die Tropfenbildung bewirkt.

Ein Lufttemperaturfühler 40 (Fig. 1 und 3), z. B. ein oder meh rere, vorzugsweise zwei Thermistoren, ist herausnehmbar in der Einatmungsleitung 5 stromabwärts vom Heizelement 25 angebracht. Die tatsächliche Position hängt von der gewünschten Abkühlung der Gase ab. Um eine geeignete Anfeuchtung der Gase zu errei chen, kann es wünschenswert sein, die Gase auf eine höhere Temperatur als gewünscht zu erhitzen und sie auf 100% relative Feuchtigkeit abkühlen zu lassen. Das heiße Wasser im Schlauch 10 erwärmt die Gase in der Leitung 5, und das Erhitzen auf eine höhere Temperatur führt dazu, daß die Gase eine höhere als die wünschenswerte Temperatur annehmen - sagen wir 38°C. Die Gase werden dann durch Hindurchleiten durch ein Kühlrohr 41 abgekühlt, daß in der Y-Verbindung 6 zwischen der Leitung 5 und dem Fühler 40 liegt. Die Länge des Rohres 41 ermöglicht eine gewisse Kontrolle über die Feuchtigkeit.

Als Alternative oder zusätzlich ist in oder benachbart zum Einatmungsabschnitt 43 der Y-Verbindung 6 ein Zusatzheizele ment 42 angebracht. Um die Steuerung der Wärme und Feuchtig keit zu unterstützen, ist zwischen dem Heizelement 25 und dem Zusatzheizelement 42 ein zusätzlicher Lufttemperaturfühler 44 vorgesehen.

Auch in der Ausatmungsleitung 7 kann ein Heizelement 45 ange bracht sein, um Kondensation zu verhindern und/oder um die aus geatmeten Gase für eine weitere Behandlung im Ventilator aufzu bereiten und, wenn gewünscht, zum Patienten zurückzuführen.

Im Netzgerät 50, das in Fig. 8 dargestellt ist, ist ein Trans formator vorgesehen. Vorzugsweise werden Änderungen im Wider standswert des Heizelementes 25 aufgrund von Temperaturänderungen dieses Elementes verwendet, um Signale zu liefern, die die Steuerung des Heizelements durch das Netzgerät aktiviert. Diese Signale und Signale vom Lufttemperaturfühler 40 und, wenn vor gesehen, 44 werden zu einem Analog-Digital-Umsetzer 52 geleitet, der vorzugsweise eine Multiplexanordnung darstellt. Eine ein gestellte Temperatursteuerung 51 liefert ebenfalls Signale zum Analog-Digital-Umsetzer 52. Signale vom Infrarotempfänger 31, der als Tropfendetektor dient, werden an ein binäres Input- Interface 53 geliefert, wobei an diesem Interface auch manuell bedienbare "Abschalt-" und "Funktions-"Schalter 54 und 55 vorgesehen sind. Der Umsetzer 52 und das Interface 53 spei sen einen 8085-Mikroprozessor 56, mit dem ein Speicher 57 verbunden ist. Der 8085-Mikroprozessor 56 und ein weiterer 8048- Mikrokontroller 60 sind untereinander über eine wechselsei tige Überwachungsschaltung 58 und ein Dateninterface 59 ver bunden. Die Schaltung 58 ermöglicht es dem 8048-Mikrokon troller 60, das korrekte Funktionieren des 8085-Mikropro zessors 56, und dem Mikroprozessor 56, die Funktionsweise des Mikrokontrollers 60 zu überprüfen. Der Mikrokontroller 60 versorgt eine Wasserverbrauchsanzeige 61 und eine Luft temperaturanzeige 62 mit den benötigten Daten. Der Trans formator versorgt das Heizelement 25 über ein Hauptheiz-Triac 63 und ein Sicherheits-Triac 68. Ein Stromfühler 64, eine Alarm einrichtung 65, ein Spannungsfühler 66 und andere elektronische Sicherheitsausrüstung in Form einer analogen Sicherheitseinheit 67 sind mit der restlichen Vorrichtung verbunden. Der Strom fühler 64 und der Spannungsfühler 66 ermöglichen es, die Wider standswerte des Heizelementes 25 zu berechnen, um einen Hin weis auf die Temperaturwerte dieses Elementes zu geben. Der Analog-Digital-Umsetzer 52 bewirkt zusammen mit der analogen Sicherheitseinheit 67 die Aufrechterhaltung einer Überprüfung der Spannungsabgabe des Netzgerätes 50.

Die Funktionsweise des Apparates ist wie folgt. Ein Bediener bringt den fahrbaren Ständer 17, der die elektrische Schaltkreis- und Steuereinrichtung in ihrem Gehäuse 4 trägt, zu einem Patienten. Dann bringt der Bediener die "Installationen" an, die den Wasservorratsbeutel 1, der ein normaler intravenöser Wasservorratsbeutel sein kann, den Schlauch 15, die Tropfkammer 2 und den Schlauch 16 umfassen, und verbindet diese Ausrüstung mit der Einatmungsleitung 5, die an die Y-Verbindung 6 angeschlossen ist, die ihrerseits mit einer Maske oder einer anderen Vorrichtung zur Verabreichung von Gasen ver bunden ist. Da der Lufttemperaturfühler (Thermistor) 40 her ausnehmbar ist und die Anschlüsse 22 mit dem Kabel 26 durch das Verbindungsstück 24 verbunden sind, ist ein schneller Austausch der Leitungen 5 und 10 möglich. Es sollte ange merkt werden, daß die "Installationen" als frisch sterili sierte Ausrüstung für jeden Patienten zur Verfügung gestellt werden können, was beträchtliche Vorteile bei einer schnellen Inbetriebnahme der Ausrüstung mit sich bringt. Während die Steuereinheit noch abgeschaltet ist, läßt der Bediener dann Wasser in die Tropfkammer fließen. Da das Magnetventil ge schlossen ist, steigt das Wasserniveau in der Kammer 2 durch Zutropfen, bis der Luftdruck im Luftraum 37 eine weitere Tropfenbildung verhindert. Der Bediener schaltet dann das Netzteil der elektrischen Schaltkreis- und Steuereinrichtung ein, und als Resultat wird das Magnetventil geöffnet, und es fließt Wasser in den Schlauch 10, das dort auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird. Auf grund der Beschaffenheit der Wand des Schlauches 10, die Was serdampf, aber im wesentlichen kein flüssiges Wasser durch läßt, gelangt Wasserdampf in die Gase, die über die äußere Oberfläche des Schlauches 10 strömen, d. h. in der Einatmungs leitung 5. Der statische Wasserdruck ergibt einen Wasserdruck, der hinreicht, um einen stetigen Wasserdurchfluß zum Schlauch 10 zu ermöglichen, und verhindert ein Zurückströmen von Wasser dampf in den Schlauch 16. Der Bedarf an Wasser hängt vom Durch tritt des Wasserdampfs ohne wesentliche Mengen von flüssigem Wasser durch die mikroporöse Wand des Schlauches 10 ab, und der Durchtritt des Wasserdampfes wiederum hängt von der Dif ferenz zwischem dem Wasserdampfdruck im Schlauch 10 und dem Wasserdampfdruck in der Leitung 5 ab. Der Wasserdampfdruck im inneren Schlauch 10 wird über dem Lufttemperaturfühler 40 gesteuert. So wird die Temperatur der Gase, die zum Patienten gelangen sollen, vom Thermistor 40 gemessen, und vom Heizele ment werden dem Wasser im Schlauch 10 unter Steuerung des Mikroprozessors 56 in Abhängigkeit von den Signalen des Thermistors 40 kontrollierte Wärmemengen zugeführt. Signale werden vom Temperaturfühler 40 (und 44, wenn vorgesehen) und von der Änderung im Widerstandswert des Heizelementes 25 übermittelt. Signale des Tropfendetektors 31 werden zu sammen mit den Umsetzersignalen in den 8085-Mikroprozessor 56 gespeist. Die Signale werden der Reihe nach dem Mikro prozessor 56 zugeführt, der die Leistungsabgabe des Heizelementes 25 steuert. Die Zahl der Wasser tropfen pro Minute wird auf der Anzeige 61 angegeben, und die Lufttemperaturanzeige 62 erhält Signale vom 8048-Mikro kontroller. Im Falle einer Fehlfunktion wird die Alarmein richtung 65 betätigt. Zusätzlich wird der Elektromagnet 35 angeschaltet, um die Kugel des Ventils 33 aus ihrem Ventil sitz 34 zu heben, womit Wasser zum Schlauch 10 fließen kann. Im Falle einer Fehlfunktion der Wasserzufuhr wird dieser Elek tromagnet 35 abgeschaltet, was das Schließen des Ventils zur Folge hat. Ein hauptsächlicher Sicherheitsvorteil besteht somit darin, daß es nicht möglich ist, daß Wasser durch die Vorrichtung fließt, wenn nicht die elektrische Stromzufuhr zum Magneten 35 im besonderen und zur Kontrolleinheit im allge meinen eingeschaltet ist, so daß es nicht möglich ist, daß Wasser durch die Vorrichtung fließt, ohne daß die Kontroll einheit in Betrieb ist.

Das Schema des Software-Programms, das dafür sorgt, das Oben genannte zu erreichen und einen sicheren Betrieb und einen Schutz gegen Fehlfunktion zu gewährleisten, ist im folgenden dargestellt.

A. Sicherheits-/Output-Mikroprozessor 60

Dieser Prozessor hat drei Primärfunktionen:

a) Er dient als Sicherheitsreserve. Beide Prozessoren im System haben voneinander unabhängige Lufttemperaturfühler, und jeder Prozessor ist in der Lage, das Heizelement un abhängig vom anderen abzuschalten. Der Sicherheitspro zessor stellt Temperaturanomalien in Verbindung mit dem analogen Sicherheitsschaltkreis fest.
b) Er verarbeitet einen Teil der System-Outputs.
c) Jeder Prozessor im System überprüft über die Überwachungs schaltung 58 das korrekte Funktionieren des anderen.

Software-Überblick für den Sicherheits-Mikroprozessor
Selbsttest
Einleiten
Start 8085
Start Überwachungszeitsperre

HauptschleifeStändig ausführen
- Aktualisieren des seriellen Kommunikations-Outputs
- Aktualisieren des Alarmstatus, abhängig vom analogen Fehler-Input und der logischen Fehleranzeige des Pro zessors
- Einschalten des Elektromagneten
- Einschalten der Reserve-Outputs nach Instruktionen des Kontrollprozessors
- Einschalten des Fehlersimulators
- bei Sicherheits- oder Koprozessorfehler Springen in einen sicheren Zustand

Andere Aufgaben werden auf Unterbrechungsbasis durchgeführt:
Jeder Wechselstrom-Nulldurchgang
Starten des Wechselstrom-Peaktimers. Wechselstrompeaks werden dem Steuerprozessor 56 übermittelt, um zu er möglichen, daß dieser Spannungs- und Stromablesungen am Heizelement vornimmt.
Erhalten von Daten aus dem logischen Prozessor.
Zurückstellen des Überwachungstimers.

Timer-Unterbrechung
Aktualisieren der Alarm-Outputs.
Erzeugen eines Impulses, der einen Wechselstrompeak an zeigt, wenn es sich um eine Peakunterbrechung handelt.
Überprüfen, ob der logische Steuerprozessor 56 läuft und nicht vor kurzem wiedergestartet wurde.
Wenn der logische Prozessor nicht läuft:
- alle Outputs sichern
- dreimaliger Restart-Versuch
- Alarmsignal, wenn er nicht wieder anläuft
Wenn der logische Prozessor häufige Restarts erfordert:
- alle Outputs sichern
- Alarmsignal

B. Logischer Steuerprozessor 56

Die primäre Aufgabe dieses Prozessors ist die Steuerung und die Durchführung von Algorithmen. Er analysiert alle System-Inputs und steuert die Outputs.

Software-Überblick für den Steuermikroprozessor
Einleiten
Ständig ausführen
- Kalibrieren
- Einstellen der Temperatur auf festgesetzten Wert
- Anzeigen der Temperatur
- Anzeigen des Wasserverbrauchs
- Fehlerbedingungen feststellen
- bei Fehlern aktiv werden
- Wasser feststellen
- Übermitteln
- Funktions-Input(s) feststellen
- bei Funktions-Inputs aktiv werden
Ende

Ausweitung aller obigen Module
Einleiten
- alle Outputs sichern
- Selbsttest ROM, RAM, Ports, Überwachung
- Verwender-Bildtests
- Überprüfen der Ventilfunktion
- Kalibrieren
- Feststellen von Funktions-Inputs

Kalibrieren
Feststellen der Hauptfrequenz
Feststellen des Heizdrahttyps
Überprüfen der Referenztemperaturen

Einstellen der Temperatur auf festgesetzten Wert
Ablesen des Einstellknopfes
Ablesen und Bilden des gleitenden Mittelwerts der Thermistoren
Anwenden des Ein-/Aus-Algorithmus des Heizdrahtes
Steuern des Ausatmungselementes
Steuern des Hilfheizelementes

Anzeigen der Temperatur
Anzeigen eines gleitenden Mittelwerts der Temperatur

Feststellen des verbrauchten Wassers
Feststellen des Auftretens von Tropfen

Anzeigen des Wasserverbrauchs
Errechnen des gewichteten Mittels in ml pro min
Anzeige für jeden festgestellten Tropfen
Blinken eines Lichts bei Tropfendetektion

Feststellen von Fehlerbedingungen
Einleiten
Abbruch
hohe Luftstromtemperatur
niedrige Luftstromtemperatur
Abtastfehler bei der Temperatur
Wassergeschwindigkeit hoch
Wassergeschwindigkeit niedrig
Triac nicht an/aus
Versorgen des Fehlersimulators
Referenzwerte außerhalb des Bereiches
eingestellte Temperatur außerhalb des Bereiches
Wassertemperatur hoch
Wassertemperatur niedrig
zu lange bis zum Erhitzen
Leistungs-Wasser-Verhältnis
Systemfehler

Übermitteln
Folgendes über ein RS 232 Standardinterface übermitteln:
- Wasserverbrauch
- Temperatur
- Eingestellte Temperatur
- Drahttemperatur
- mittlere Leistung
- Statusfehleranzeige
- Alarm-/Error-Status

Feststellen von Funktions-Inputs
Abschalten
Schaltet Alarmsignal 60 sec. lang ab, wenn kein neues Alarm signal auftritt.
Beginnt mit der Wiederherstellung ausgehend von den beschrie benen Bedingungen.
Sorgt für Zugang zu Spezialfunktionen.
Automatische Rückkehr zu normaler Funktion, wenn keine manuelle Rückkehr.

Es ist wünschenswert, daß die Gase aus dem Ventilator in der Leitung 5 eine vernünftigerweise niedrige Temperatur aufweisen - sagen wir 25°C. Wenn die Gase eine höhere Tem peratur besitzen - sogar bis zu z. B. 37°C - ist eine An feuchtung möglich, indem die gewünschte Betriebstemperatur des Fühlers 44 auf eine höhere Temperatur von z. B. 39°C eingestellt wird, so daß durch die mikroporöse Wand des Schlauches 10 hindurch ein Wasserdampfdruckunterschied durch Aufheizen des Wassers im Schlauch 10 auf eine noch höhere Temperatur - sagen wir 45°C - erreicht werden kann, wobei die Gase danach im Teilstück 41 wieder abgekühlt wer den.

Bevor der Fühler 40 erreicht wird, haben sich die Gase auf für den Patienten akzeptable Temperaturen von etwa 37°C ab gekühlt. Im Falle, daß die Abkühlung stärker gewesen ist, wird das Zusatzheizelement 42 aktiviert.

Es ist deutlich geworden, daß die hier beschriebene Konstruk tion eine Anfeuchtvorrichtung zur Verfügung stellt, die ein fach zusammenzubauen und zu verwenden ist und die keine be sondere Materialkonstruktion oder -eigenschaften bei der In betriebnahme erforderlich macht. In dieser Hinsicht ermög licht insbesondere die schnelle Auswechselbarkeit der "In stallation", d. h. der Wasserversorgungsteile, daß die Vor richtung sehr schnell zum Einsatz gebracht werden kann.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung, zumindest in der bevorzugten Ausführungsform, gegenüber bisher bekannten An feuchtern sind:

1. Wegen der Reduzierung des Volumens, durch welches die Gase hindurchströmen müssen, ist eine bessere Steuerung möglich.
2. Wegen einer Reduzierung des Volumens, durch das die Gase hindurchströmen müssen, werden vom Atemgerät (Ventilator) kommende Gase mit geringerer Zeitverzögerung zum Patienten weitergeleitet.
3. Wegen einer Reduzierung des Wasservolumens, das erhitzt werden muß und wegen der Nähe des erwärmten Wassers zum Pa tienten, ist eine schnellere und genauere Temperatursteuerung möglich.
4. Die Steuerung des Wasserdurchflusses ist im wesentlichen automatisch, selbst wenn der Bedarf des Patienten an Wasser dampf schwankt.
5. Wegen der Kompaktheit desjenigen Teils der Vorrichtung, der sich nahe am Patienten befindet, kann der Fühler und der Schlauch 10 näher am Kopf des Patienten angebracht wer den.
6. Wegen der Nähe des Anfeuchtungselements zum Patienten werden Wärme- und Wasserverluste und anschließende Konden sation im Zuführungssystem reduziert.
7. Das Wasserdurchflußsteuerventil hilft wesentlich dabei, zu verhindern, daß Wasser unter fehlerhaften Bedingungen zur Anfeuchtungseinrichtung gelangt, wodurch eine gefährliche Fehlfunktion verhindert werden kann.
8. Die Bewegung der Kugel im Ventil gegen eine Steigung ist vorteilhaft, weil sie die Kraft verringert, die nötig ist, um die Kugel zu bewegen und in der offenen Stellung zu halten. Die Kugel braucht nicht vollständig aus ihrem Ventilsitz her ausgehoben zu werden.
9. Die Anzeige des Wasserverbrauchs erlaubt es, sich durch visuelle Überprüfung über die Messung der Anfeuchtungsfunk tion Gewißheit zu verschaffen.

Claims

1. Verfahren zum Anfeuchten von Gasen, das die folgenden Schritte umfaßt: Zuführen von Wasser zu einem ersten Durchflußweg, indem das Wasser von einer Quelle mit im wesentlichen konstantem Überdruck zum ersten Durchflußweg geleitet wird; Erwärmen des Wassers mit tels eines Widerstandsheizgeräts im Wasser in dem ersten Durchflußweg; Leiten von Gasen durch einen zweiten Durchfluß weg, wobei Wasserdampf veranlaßt wird, ohne wesentliche Mengen von flüssigem Wasser durch eine mikroporige Wand hindurchzu treten, die beiden Durchflußwegen gemeinsam ist und für Was serdampf durchlässig, für flüssiges Wasser aber im wesentli chen undurchlässig ist, wobei der durch die mikroporige Wand hindurchtretende Wasserdampf von den vorbeiströmenden Gasen mitgerissen wird, um die Gase für die Weiterleitung zu einem Verwendungsort anzufeuchten; dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die weiteren Schritte einschließt: Überwachen der Temperatur der angefeuchteten Gase; Herbeiführen von Tem peraturänderungen der angefeuchteten Gase durch Änderung der Wärmezufuhr für das Wasser, um die Temperatur der angefeuchte ten Gase innerhalb eines gewünschten Temperaturbereiches zu halten; Überwachen der Wasserdurchflußgeschwindigkeit zum er sten Durchflußweg; Erzeugen von elektrischen Signalen, die jeweils für die folgenden Parameter repräsentativ sind:

1. Durchflußgeschwindigkeit des Wassers zu dem ersten Durch weg,
2. Temperatur der angefeuchteten Gase, die in dem zweiten Durchflußweg strömen, und
3. Wärmezufuhr für das Wasser in dem ersten Durchflußweg,

und Abschalten des Wasserdurchflusses und der Wärmezufuhr zum Wasser, wenn wenigstens einer der Parameter um mehr als einen vorab bestimmten Betrag von einem gewünschten Wert abweicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser dem ersten Durchflußweg durch eine Tropfkammer zuge führt wird, während der erste Durchflußweg als innerer Schlauch innerhalb des zweiten Durchflußweges angeordnet ist; und durch einen Luftraum in der Tropfkammer hindurchtretende Wassertropfen kontinuierlich gezählt werden, um die Durchfluß geschwindigkeit des Wassers zu dem ersten Durchflußweg zu überwachen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen des Wassers im ersten Durchflußweg dadurch erreicht wird, daß ein elektrischer Strom einen Heizdraht durchfließt, der innerhalb des ersten Durchflußweges verläuft, wobei der Heizdraht eine niedrigere Schmelztemperatur als der erste Durchflußweg aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Än derungen im Widerstandswert des Heizdrahtes verwendet werden, um ein Signal abzugeben, das Temperaturänderungen des Wassers, das erhitzt wird, anzeigt, und ein Mikroprozessor benutzt wird, um die elektrischen Signale zu verarbeiten, wobei der Mikroprozessor die Versorgung des Wassers mit Wärme steuern kann.

5. Vorrichtung zum Anfeuchten von Gasen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden An sprüche, die umfaßt: einen ersten Durchflußweg (10); eine Was serzuführeinrichtung (1, 15, 2, 16) zum Zuführen von Wasser zum ersten Durchflußweg (10); einen zweiten Durchflußweg (5), durch den Gase zu einer mikroporigen Wand geleitet werden, die beiden Durchflußwegen (5, 10) gemeinsam ist, wobei die mikro porige Wand für Wasserdampf durchlässig, für flüssiges Wasser aber im wesentlichen undurchlässig ist; eine elektrische Heiz einrichtung (25) im Wasser in dem ersten Durchflußweg für die Wärmezufuhr zum Wasser, um im ersten Durchflußweg (10) einen Dampfdruck zu erzeugen, der hinreicht, um den Durchtritt von Wasserdampf ohne gleichzeitigen Durchtritt von flüssigem Was ser durch die mikroporige Wand herbeizuführen; wobei der Auf bau und die Anordnung der Vorrichtung derart ist, daß Wasser dampf ohne wesentliche Mengen von flüssigem Wasser durch die Wände des ersten Durchflußweges (10) hindurch an Gase abgege ben wird, die durch den zweiten Durchflußweg (5) über die Oberfläche der mikroporigen Wand geleitet werden, und von die sen mitgerissen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich tung einschließt: eine Steuereinheit, die eine Temperaturüber wachungseinrichtung (40, 44) zum Überwachen der Temperatur der Gase nahe dem Verwendungsort, und als Ergebnis derselben zur Änderung der der elektrischen Heizeinrichtung (25) zugeführten elektrischen Energie, eine Wasserdurchflußüberwachungseinheit (30, 31) zum Überwachen der Wasserdurchflußgeschwindigkeit zum ersten Durchflußweg (10) eine Einrichtung zum Vergleichen der gemessenen Wasserdurchflußgeschwindigkeit mit einer gewünsch ten Wasserdurchflußgeschwindigkeit und eine elektrische Schaltkreis- und Steuereinrichtung, die eine Einrichtung zum Erzeugen von elektrischen Signalen umfaßt, die jeweils für die folgenden Parameter repräsentativ sind:

a) Durchflußgeschwindigkeit des Wassers zu dem ersten Durch flußweg (10),
b) Temperatur der angefeuchteten Gase, die in dem zweiten Durchflußweg (5) strömen, und
c) Wärmezufuhr für das Wasser in dem ersten Durchflußweg (10),

wobei die elektrische Schaltkreis- und Steuereinrichtung ge staltet ist, um ein Abschalten des Wasserdurchflusses und der Wärmezufuhr zum Wasser durchzuführen, wenn wenigstens einer der Parameter um mehr als einen vorab bestimmten Betrag von einem gewünschten Wert abweicht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Durchflußweg (10) als innerer Schlauch innerhalb des zweiten Durchflußweges (5) verlegt ist und eine automatische den Wasserstand haltende Tropfkammereinrichtung (2) für eine Wasserzufuhr mit dem inneren Schlauch in Strömungsverbindung steht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Schlauch innerhalb des zweiten Durchflußweges (5) als Schleife verlegt ist, wobei seine zwei freien Enden mit der Tropfkammereinrichtung (2) in Strömungsverbindung stehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des zweiten Durchflußweges (5) ein Abstandhalter (8) vorgesehen ist, der so angeordnet ist, daß er den ersten Durchflußweg (10) derart abstützt, daß ein Abstand zwischen der mikroporösen Wand und der Wand des zweiten Durchflußweges (5) eingehalten wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandhalter (8) mindestens ein sich in Längsrichtung erstreckendes sinusförmiges Bauteil mit Halterungen (9), die auf zwei sich in Längsrichtung erstreckenden Geraden angeord net sind, aufweist, wobei der erste Durchflußweg (10) so auf diesen Halterungen (9) angeordnet ist, daß der erste Durch flußweg (10) mit Abstand von den Wänden des zweiten Durchfluß weges (5) abgestützt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich in Längsrichtung erstreckende sinusförmige Bauteile mit jeweils halbkreisförmigen Rillen vorgesehen sind, und daß diese Bauteile Verbindungsmittel (19) aufwei sen, die sie miteinander verbinden, wobei die halbkreisför migen Rillen so angeordnet sind, daß sie nach dem Zusammen bau Öffnungen (9) ergeben, in denen der erste Durchflußweg (10) gehalten wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden der Schleife des ersten Durchflußweges (10) in einem Endungsblock (11) befestigt sind, in dem wenigstens ein Ende der Schleife in zwei oder mehr Streifen (14) aufgespalten wird und diese Streifen mechanisch am Endungsblock (11) festgeklemmt werden.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Durchflußweg (10) ein elek trisches Heizelement (25) enthält, und daß eine Temperatur überwachungseinrichtung (40, 44) vorgesehen ist, um die Elek trizitätszufuhr zum elektrischen Heizelement (25) so zu steuern, daß die Wärmemenge, die im ersten Durchflußweg (10) an das Wasser abgegeben wird, von der Temperaturüberwachungseinrich tung (40, 44) gesteuert wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Heizelement (25) aus einem Material herge stellt ist, das bei einer Temperatur, die niedriger als die Schmelztemperatur des Materials in dem inneren Schlauch ist, schmilzt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeich net, daß der Endungsblock (11) Anschlüsse (21) für das elek trische Heizelement (25) aufweist, die so ausgelegt sind, daß sie während des Betriebs kühler bleiben als der Hauptteil des Heizelements (25).

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Überwachen der Was sertemperatur im ersten Durchflußweg (10) vorgesehen ist und eine Einrichtung zum Messen der Änderung im Widerstandwert des Heizelements (25) im Wasser in dem ersten Durchflußweg (10) aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abschalten des Wasser durchflusses eine Tropfkammer (2), die zwischen die Wasserzu fuhreinrichtung und den ersten Durchflußweg (10) geschaltet ist, ein Ventil in der Tropfkammer (2), das einen Durchfluß, der mit der Tropfkammer (2) und dem ersten Durchflußweg (10) verbunden ist, umfaßt, durch den das Wasser von der Tropfkam mer (2) zu dem ersten Durchflußweg (10) fließen kann, einen Ventilsitz (34) an dem Ende des Durchflusses, ein Kugelventil teil (33), das so angeordnet ist, daß es das Ventil unter sta tischen Bedingungen verschließt, wenn es im Ventilsitz (34) sitzt, und Wasser daran hindert, von der Tropfkammer (2) in den Durchflußweg zu gelangen, wobei das Kugelventilteil (33) aus einem ferromagnetischen Material besteht, und einen Elek tromagneten (35) umfaßt, der relativ zum Kugelventilteil (33) so angebracht ist, daß das Kugelventilteil (33) seitlich rela tiv zum Ventilsitz (34) bewegt wird, wenn dem Elektromagneten (35) Energie zugeführt wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (33, 34, 35) im unteren Teil einer Tropfkammer (2) angeordnet ist, so daß das Kugelventilteil (33) im Wasser in der Tropfkammer überflutet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeich net, daß die Wasserzuführeinrichtung (1, 15, 2, 16) und die Tropfkammer (2) herausnehmbar mit der Steuereinheit verbunden sind, um einen schnellen Austausch zu ermöglichen.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdurchflußüberwachungseinheit (30, 31) eine Einrichtung umfaßt, die die pro Zeiteinheit ge bildete und durch einen Luftraum (37) hindurchfallende Anzahl von Tropfen zählt und elektrische Signale, die für die Zahl repräsentativ sind, zur Weiterleitung an die elektrische Schaltkreis- und Steuereinrichtung erzeugt.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltkreis- und Steuer einrichtung einen Mikroprozessor (56) und einen Mikrokontrol ler (60) einschließt, und daß die Temperaturüberwachungsein richtung zwei Temperaturfühler (40, 44) einschließt, wobei der eine Temperaturfühler Signale an den Mikroprozessor (56) und der andere Temperaturfühler Signale an den Mikrokontroller (60) sendet, wobei der Mikroprozessor (56) und der Mikrokon troller (60) in dem Schaltkreis miteinander elektrisch verbun den sind und jeder unabhängig voneinander auf ein geeignetes Empfangssignal hin die Energiezufuhr zum Heizelement (25) ab schalten kann.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrokontroller (60) und der Mikroprozessor (56) über eine Überwachungsverbindung elektrisch miteinander derart verbunden sind, daß jeder überprüft, daß der jeweils andere richtig funktioniert.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeich net, daß die elektrische Schaltkreis- und Steuereinrichtung Einrichtungen einschließt, die folgendes feststellen können: eine oder mehrere hohe oder tiefe Gastemperatur(en), Versagen der Temperaturfühler (40, 44), hohe oder niedrige Wasserdurch flußgeschwindigkeit, Versagen der Energiezufuhr zum Heizele ment (25), Referenztemperatur oder eingestellte Temperatur außerhalb des gewünschten Bereiches, hohe oder niedrige Was sertemperaturen, verzögerte Erwärmzeiten, falsches Energie- Wasserzufuhr-Verhältnis und Systemfehler.