DE102009048644A1 - Device for fractioned extraction of substance of exhalation air, has collecting device aligned downstream-side to nozzle and accommodating fluid and/or frozen particles that are carried along exhalation air stream - Google Patents

Abstract

The device has a flow channel (1) through which exhalation air is guidable. A pressure container (2) has an expansion nozzle (3) attached to the container, where temperature of the air is decreasable to a temperature by expansion of gas or gas mixture in the container for condensing substances to be fractioned in the exhalation air and/or freezing out the substances in form of frozen particles (4) in exhalation air stream. A collecting device (5) is aligned downstream-side to the nozzle and accommodates the fluid and/or frozen particles that are carried along the exhalation air stream. The gas is selected from a group consisting of dry gas i.e. pure gas such as argon, nitrogen, carbon dioxide, hydrocarbon such as propane, butane, pentane or chlorethane. An independent claim is also included for a method for fractioned extraction of a substance of exhalation air.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur fraktionierten Gewinnung von Inhaltsstoffen der Ausatemluft durch Änderung deren Aggregatzustandes wie Kondensation oder Ausfrieren mittels des Joule-Thomson-Effekts, welcher bei der Expansion von unter Druck stehendem Gas auftritt.The invention relates to a device and a method for the fractionated recovery of ingredients of the exhaled air by changing their state of aggregation such as condensation or freezing by means of the Joule-Thomson effect, which occurs in the expansion of pressurized gas.

Das Atemkondensat enthält diverse Marker und Mediatoren, welche die Zusammensetzung der bronchoalveolären, extrazellulären Auskleidungsflüssigkeit wiederspiegeln. Diese Substanzen reflektieren Veränderungen durch oxidative Schäden und Entzündungen in der Lunge sowie den Behandlungseffekt, so dass sie daher eine wichtige Rolle bei der Diagnose und Überwachung von Lungenerkrankungen spielen.The breath condensate contains various markers and mediators which reflect the composition of the bronchoalveolar extracellular lining fluid. These substances reflect changes due to oxidative damage and inflammation in the lungs as well as the treatment effect, so they therefore play an important role in the diagnosis and monitoring of lung diseases.

Atemkondensatsammler sind aus dem Stand der Technik bekannt.Breathing condensate collector are known from the prior art.

So beschreibt die Offenlegungsschrift DE 10 2007 028 831 A1 einen Atemkondensat-Probennehmer in Form eines U-förmigen Kondensatausbildungsrohres mit einer Kühlumhüllung, die mit einer Kühlvorrichtung gekühlt wird. Das kondensierte Atemkondensat läuft in einen Kondensatabscheider und wird von dort aus in einen Kondensatsammelbehälter geleitet. Bei Erreichen einer für die Analyse ausreichenden Menge Kondensats wird der Sammelbehälter entfernt und das Kondensat wird diversen Analysemethoden zugeführt.This is how the publication describes DE 10 2007 028 831 A1 a breath condensate sampler in the form of a U-shaped condensate formation tube having a cooling jacket cooled with a cooling device. The condensed condensate condensate flows into a condensate separator and is directed from there into a condensate collection tank. When sufficient condensate is reached for analysis, the sump is removed and the condensate is fed to various analytical methods.

Aus der Offenlegungsschrift DE 197 18 925 A1 ist Atemkondensatabscheider bekannt, welcher aus einem Faservlies besteht, das einer Kühlfläche nachgeordnet oder auf einer Kühlfläche angeordnet ist. Auf der Kühlfläche kondensiert eine erste Fraktion der Inhaltsstoffe, die überwiegend aus Wasserdampf besteht, aus. Die Aerosole der Inhaltsstoffe scheiden sich als zweite Fraktion überwiegend im Faservlies ab. Die im Faservlies enthaltenen Inhaltsstoffe in Form eines Aerosols werden durch Zentrifugation, Vakuum, Druckgas oder Eluieren isoliert. Anschließend werden die Fraktionen analysiert.From the publication DE 197 18 925 A1 Respiratory condensate separator is known, which consists of a non-woven fabric, which is arranged downstream of a cooling surface or arranged on a cooling surface. On the cooling surface condenses a first fraction of the ingredients, which consists mainly of water vapor from. The aerosols of the ingredients are deposited as a second fraction predominantly in the non-woven fabric. The ingredients contained in the nonwoven fabric in the form of an aerosol are isolated by centrifugation, vacuum, compressed gas or elution. Then the fractions are analyzed.

Die DE 197 55 471 A1 offenbart eine Anordnung zum Auffangen von Substanzen der Ausatemluft, die eine Kühlfalle zum Abscheiden der in der Ausatemluft vorhandenen Substanzen, die in einem Winkel zum Strömungskanal angeordnet ist, und ein am Ende des Strömungskanals angeordnetem Adsorptionsgefäß aufweist.The DE 197 55 471 A1 discloses an arrangement for collecting substances of exhaled air, comprising a cold trap for separating the substances present in the exhaled air, which is arranged at an angle to the flow channel, and an adsorption vessel arranged at the end of the flow channel.

In der EP 0 759 169 B1 ist eine Vorrichtung zum Sammeln von Atemkondensat beschrieben, welches ein von einem Kühlmantel umgebenes Probensammelrohr mit einem am Ende des Probensammelrohres angebrachten Sammelgefäß aufweist, an dessen Wandung das Atemkondensat ausfriert.In the EP 0 759 169 B1 a device for collecting respiratory condensate is described, which has a sample collecting tube surrounded by a cooling jacket with a collecting vessel attached to the end of the sample collecting tube, on the wall of which the respiratory condensate freezes.

Nachteilig an den im Stand der Technik benannten Atemkondensatsammlern ist, dass zur Kondensation der Inhaltsstoffe in der Ausatemluft diese an einer Kühlfläche entlang geführt wird, was bedingt, dass eine Kondensation der Inhaltsstoffe nur im Bereich dieser Kühlflächen erfolgt. Aufgrund dessen werden auch nur geringe Atemkondensatmengen abgeschieden, wodurch der Patient angehalten ist, zur Gewinnung einer für die anschließende Analyse ausreichenden Menge Atemkondensats mehrere Atemzyklen zu vollziehen.A disadvantage of the known in the prior art Atemkondensatsammlern is that for condensing the ingredients in the exhaled air it is guided along a cooling surface, which requires that a condensation of the ingredients takes place only in the region of these cooling surfaces. Because of this, even small amounts of respiratory condensate are separated, thereby causing the patient to perform several breathing cycles to obtain sufficient amount of breath condensate for the subsequent analysis.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit welchem die Abscheidung von Atemkondensat aus der Ausatemluft effizienter betrieben werden kann.The object of the invention is therefore to specify a device and a method with which the separation of respiratory condensate from the exhaled air can be operated more efficiently.

Gelöst wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung zur fraktionierten Gewinnung von Inhaltsstoffen der Ausatemluft durch Änderung deren Aggregatzustandes mittels des Joule-Thomson-Effekts entstehend bei Expansion von unter Druck stehendem Gas, enthaltend einen Strömungskanal, durch den die Ausatemluft geführt wird sowie einen Druckbehälter mit mindestens einer an den Druckbehälter angeschlossenen Entspannungsdüse, enthaltend ein unter Druck stehendes Gas oder Gasgemisch. Durch die Expansion des Gases in den Strömungskanal hinein wird die Temperatur der im Strömungskanal geführten Ausatemluft aufgrund der Abkühlung des expandieren Gases (Joule-Thomson-Effekt) auf eine Temperatur herabgesenkt, die geeignet ist, dass die zu fraktionierenden Inhaltsstoffe im Ausatemluftstrom kondensieren oder in Form von gefrorenen Partikeln im Ausatemluftstrom ausgefroren werden. Ebenso können beide Aggregatzustände nebeneinander auftreten.The object is achieved with a device for the fractionated recovery of ingredients of the exhaled air by changing their state of aggregation by means of the Joule-Thomson effect arising on expansion of pressurized gas containing a flow channel through which the exhaled air is passed and a pressure vessel with at least one to the pressure vessel connected expansion nozzle containing a pressurized gas or gas mixture. Due to the expansion of the gas into the flow channel, the temperature of the exhaled air guided in the flow channel is lowered due to the cooling of the expanding gas (Joule-Thomson effect) to a temperature which is suitable for condensing the constituents to be fractionated in the exhaled air stream or in the form frozen out of frozen particles in the exhaled air stream. Likewise, both states of aggregation can occur side by side.

Die Vorrichtung enthält des Weiteren eine Sammelvorrichtung, zur Aufnahme der im Ausatemluftstrom mitgeführten flüssigen und/oder gefrorenen Partikel (4), wobei die Sammelvorrichtung downstream-seitig zur Entspannungsdüse (3) eingerichtet ist.The apparatus further comprises a collecting device for receiving the liquid and / or frozen particles entrained in the exhaled air stream ( 4 ), wherein the collecting device downstream to the expansion nozzle ( 3 ) is set up.

Inhaltsstoffen der Ausatemluft sind insbesondere Marker oder Mediatoren von Atemwegserkrankungen, wie H₂O₂, Eicosanoide, wie Isoprostan, Prostaglandin, Leukotriene, Proteine und Zytokine, Produkte der Lipidoxaidation, vasoaktive Peptide und Amine, Nitrat, Nitrit, S-Nitrosothiol, Nitrotyrosin und Elektrolyte.Ingredients of the exhaled air are in particular markers or mediators of respiratory diseases, such as H ₂ O ₂ , eicosanoids, such as isoprostane, prostaglandin, leukotrienes, proteins and cytokines, products of Lipidoxaidation, vasoactive peptides and amines, nitrate, nitrite, S-nitrosothiol, nitrotyrosine and electrolytes ,

Das unter Druck stehende oder Gasgemisch kann im Druckbehälter in verflüssigter Form vorliegen. Das Gas kann ein trockenes Gas, vorzugsweise ein Reingas, insbesondere Argon, Stickstoff, Kohlendioxyd, ein Kohlenwasserstoff, insbesondere Propan, Butan, Pentan oder Chlorethan, sein. Das Gasgemisch kann ein trockenes Gasgemisch, bevorzugt eine Mischung aus den genannten Reingasen, insbesondere aus Kohlenwasserstoffen sein. Bei Kohlenwasserstoffgemischen werden Mischungen aus Propan, Butan, Pentan und/oder Chlorethan bevorzugt.The pressurized or gas mixture may be present in liquefied form in the pressure vessel. The gas may be a dry gas, preferably a clean gas, in particular argon, nitrogen, Carbon dioxide, a hydrocarbon, in particular propane, butane, pentane or chloroethane. The gas mixture may be a dry gas mixture, preferably a mixture of the said pure gases, in particular hydrocarbons. For hydrocarbon mixtures, mixtures of propane, butane, pentane and / or chloroethane are preferred.

Eine Entspannungsdüse kann auch eine Drossel sein.A relaxation nozzle may also be a throttle.

Bei dem auf dem Joule-Thomson-Effekt beruhenden Entspannungskühler wird das druckbeaufschlagte Arbeitsgas mittels einer Drossel oder einer Düse entspannt und das austretende, sich aufgrund der isenthalpen Expansion abkühlende Gas zur Temperatursenkung des Ausatemluftstroms, welcher durch den Strömungskanal strömt, eingesetzt. Die Ausatemluft wird mittels dieses Effektes soweit heruntergekühlt, dass die zu fraktionierenden Inhaltsstoffe kondensieren oder ausfrieren. Der Grad der Abkühlung richtet sich dabei nach dem zu separierenden Inhaltsstoff und dessen Phasenübergangstemperatur. Entsprechendes gilt natürlich auch für Gemische.In the relaxation cooler based on the Joule-Thomson effect, the pressurized working gas is expanded by means of a throttle or a nozzle and the escaping, isenthally expansion cooling gas is used to lower the temperature of the exhaled air flow passing through the flow channel. By means of this effect, the exhaled air is cooled down to such an extent that the ingredients to be fractionated condense or freeze out. The degree of cooling depends on the ingredient to be separated and its phase transition temperature. The same applies, of course, for mixtures.

Durch die Entspannung das unter Druck stehenden Gases oder Gasgemisches in den Ausatemluftstrom hinein wird erreicht, dass der gesamte Ausatemluftstrom über dessen gesamten Querschnitt gleichmäßig abgekühlt wird. Das bedingt, dass auch die Kondensation und/oder das Ausfrieren der Inhaltsstoffe gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Ausatemluftstroms erfolgen. Im Unterschied zum Stand der Technik erfolgt somit die Kondensation oder das Ausfrieren der zu fraktionierenden Inhaltsstoffe direkt im Ausatemluftstrom und nicht an oder auf einer gekühlten Fläche. Ein weiterer Unterschied zum Stand der Technik ist, dass die flüssigen oder gefrorenen Partikel nach der Aggregatszustandsänderung im Ausatemluftstrom weiter mitgeführt werden.By relaxing the pressurized gas or gas mixture into the exhaled air flow, it is achieved that the entire exhaled air flow is uniformly cooled over its entire cross section. This requires that the condensation and / or the freezing of the ingredients also occur uniformly over the entire cross section of the exhaled air flow. In contrast to the prior art, the condensation or freezing of the ingredients to be fractionated thus takes place directly in the exhaled air stream and not on or on a cooled surface. Another difference with the prior art is that the liquid or frozen particles are carried along after the state of aggregate changes in the exhaled air stream.

Hierin liegt ein wesentlicher Vorteil gegenüber denen aus dem Stand der Technik bekannten Kondensatabscheidern, bei denen eine Kondensation nur in dem Teilvolumenstrom erfolgt, der mit der Kühlfläche in Kontakt kommt. Ein großer Anteil der Inhaltsstoffe wird beim Stand der Technik mit dem restlichen, ungekühlten Atemluftstrom in die Umgebungsluft abgegeben. Um einen repräsentativen Mittelwert der Zusammensetzung und Menge der einzelnen Inhaltsstoffe zu erhalten, ist es beim Stand der Technik daher notwendig Kondensate mehrere Atemzüge zu sammeln und für die Analyse zu vereinigen.This is a significant advantage over those known from the prior art condensate, in which a condensation takes place only in the partial volume flow, which comes into contact with the cooling surface. A large proportion of the ingredients is discharged in the prior art with the remaining, uncooled air flow in the ambient air. In order to obtain a representative mean of the composition and amount of the individual ingredients, it is therefore necessary in the prior art to collect condensates for several breaths and combine them for analysis.

Diese Nachteile werden mit der vorliegenden Erfindung überwunden. Indem der gesamte Ausatemluftstrom abgekühlt wird, kann die separierbare Menge flüssigen oder gefrorenen Atemkondensats pro Volumeneinheit der Ausatmluft gegenüber dem bekannten Stand der Technik erhöht werden. Folglich sind weniger Atemzyklen oder bestenfalls nur ein Atemzug notwendig, um einerseits eine den Zustand der Lunge repräsentieren Menge und andererseits eine für die Analyse ausreichende Menge Atemkondensats abzuscheiden.These disadvantages are overcome with the present invention. By cooling the entire exhaled air stream, the separable amount of liquid or frozen respiratory condensate per unit volume of exhaled air can be increased over the known prior art. Consequently, fewer breathing cycles or, at best, only one breath are necessary to separate on the one hand a quantity representing the state of the lung and on the other hand a sufficient amount of respiratory condensate for the analysis.

Hieraus resultiert, dass die Messwertgenauigkeit erhöht und die Zustandsbestimmung der Atemwege verbessert wird.As a result, the accuracy of the measurement is increased and the determination of the condition of the respiratory tract is improved.

Mit der Effizienzsteigerung der Kondensatabscheidung geht zudem einher, dass der Patient weniger häufig in den Kondensatabscheider ausatmen muss, was angesichts der Einschränkung aufgrund seiner Atemwegserkrankung eine Entlastung für den Patienten darstellt.Increasing the efficiency of condensate separation also means that the patient has to exhale less frequently into the condensate trap, which is a relief for the patient in view of the limitation due to his respiratory disease.

Der Strömungskanal weist insbesondere eine Geometrie auf, durch die im Strömungskanal Strömungsbedingungen induzierbar sind, aufgrund derer eine Separierung der im Ausatemluftstrom mitgeführten flüssigen und/oder gefrorenen Partikel in der Sammelvorrichtung erfolgt.In particular, the flow channel has a geometry by means of which flow conditions can be induced in the flow channel, as a result of which a separation of the liquid and / or frozen particles entrained in the exhaled air flow takes place in the collecting device.

Der Begriff „Geometrie des Strömungskanals” umfasst die konstruktionstechnischen Parameter und Dimensionen der Bauteile der Vorrichtung, die das Strömungsverhalten der Ausatemluft sowie des flüssigen oder festen Atemkondensats im Strömungskanal bedingen. Hierunter fallen Parameter wie der Durchmesser und Länge des Strömungskanals sowie die Anzahl, Position und Krümmungsradien von Bögen oder Krümmungen. Einfluss auf die Strömung haben ebenfalls Querschnittsänderungen wie Verengungen oder Erweiterungen. Alle diese Parameter bestimmen das Strömungsverhalten der im Strömungskanal geführten Ausatemluft bzw. dem gegenüber der Gasphase massenträgeren flüssigen oder festen Atemkondensat.The term "geometry of the flow channel" encompasses the constructional parameters and dimensions of the components of the device which determine the flow behavior of the exhaled air and of the liquid or solid respiratory condensate in the flow channel. These include parameters such as the diameter and length of the flow channel as well as the number, position and radii of curvature of arches or curves. Influence on the flow also have cross-sectional changes such as constrictions or extensions. All these parameters determine the flow behavior of the exhaled air guided in the flow channel or of the liquid or solid respiratory condensate mass-massive relative to the gas phase.

Bei der erfinderischen Vorrichtung ist nun vorgesehen, mittels der durch die Geometrie vorgegebenen Strömungsbedingungen unter Ausnützung des Trägheitsprinzips nach der Kondensation oder dem Ausfrieren des Atemkondensats die Tröpfchen oder Eispartikel aufgrund deren Massenträgheit aus der gasförmigen Phase abzuscheiden. Dazu ist die Sammelvorrichtung im Strömungskanal an einer Stelle eingerichtet, an der aufgrund von Flieh- und/oder Schwerkräften die flüssigen und/oder festen Bestandteile aus dem mehrphasigen Strom herausgetragen werden.In the inventive device is now provided by means of the flow conditions predetermined by the geometry by utilizing the principle of inertia after condensation or freezing of breath condensate to separate the droplets or ice particles due to their inertia from the gaseous phase. For this purpose, the collecting device is arranged in the flow channel at a point at which due to centrifugal and / or gravitational forces, the liquid and / or solid components are carried out of the multiphase stream.

Eine einfache Form einer Sammelvorrichtung ist eine Prallplatte. Bei einer Prallplatte wird der mit Flüssigkeitstropfen oder Eispartikeln beladene Ausatemluftstrom so gegen eine Platte geführt, dass der Ausatemluftstrom die Richtung ändert. Durch die Massenträgheit behalten die in dem Ausatemluftstrom enthaltene flüssigen oder gefrorenen Partikel ihre Richtung bei, treffen auf die Platte auf und werden von dort, vorzugsweise direkt auf den Sensor, abgeleitet. Eine andere Art der Trägheitsabscheidung macht sich Zentrifugalkräfte zu Nutzen. Hierbei wird der Ausatemluftstrom auf einer gekrümmten Bahn geführt. Durch die Zentrifugalkräfte werden die Tropfen oder Eispartikel auf einer äußeren Bahn, mit möglichst großem Krümmungsradius, geführt. Dadurch werden die Tropfen oder Eispartikel in diesem äußeren Bereich konzentriert. Die Tropfen oder Eispartikel können dann z. B. an einer Gleitfläche entlang des äußeren Bereichs des Ausatemluftstroms abgeschieden werden.A simple form of collection device is a baffle plate. In the case of a baffle plate, the exhaled air stream laden with liquid droplets or ice particles is guided against a plate in such a way that the exhaled air flow changes direction. As a result of the inertia, the liquid or frozen particles contained in the exhaled air flow maintain their direction, hit the plate, and are discharged from there, preferably directly to the sensor. Another type of inertial separation utilizes centrifugal forces. Here, the exhaled air flow is guided on a curved path. Due to the centrifugal forces, the drops or ice particles are guided on an outer path with the greatest possible radius of curvature. This will concentrate the drops or ice particles in this outer area. The drops or ice particles can then z. B. are deposited on a sliding surface along the outer region of the exhaled air stream.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Strömungskanal eine Krümmung auf, die vorzugsweise einen Krümmungsradius von 45 bis 90 Grad aufweist. Die einfachste Konstruktion sieht eine Krümmung von 90° vor, durch die eine Umlenkung des Ausatemluftstroms um 90° erzeugt wird, wobei dann die Sammelvorrichtung an der Stelle der Strömungskanalwandung eingerichtet ist, an der die aus der Ausatemluftstrom herausgetragenen Partikel auf die Wandung des Strömungskanals treffen würden.In a preferred embodiment, the flow channel has a curvature, which preferably has a radius of curvature of 45 to 90 degrees. The simplest construction provides for a 90 ° curvature which produces a 90 ° deflection of the exhaled air flow, with the collection device then being established at the location of the flow channel wall where the particles carried out of the exhaled air flow would impact the wall of the flow channel ,

Insbesondere ist die Sammelvorrichtung in Strömungsrichtung gegenüber der Einströmöffnung im Strömungskanal eingerichtet. Hierbei erfolgt die Umlenkung des Ausatemluftstroms direkt vor der Sammelvorrichtung, vorzugsweise um 90°. Die Geometrie des Strömungskanals kann dabei vorsehen, dass der Ausatemluftstrom vor der Sammelvorrichtung geteilt und eine Umlenkung eines Ausatemluftteilstroms jeweils um 90°, vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung zum anderen Ausatemluftteilstrom, erfolgt.In particular, the collecting device is arranged in the flow direction with respect to the inflow opening in the flow channel. Here, the deflection of the exhaled air flow takes place directly in front of the collecting device, preferably by 90 °. The geometry of the flow channel can provide that the exhaled air stream divided in front of the collecting device and a deflection of a Ausatemluftteilstroms each by 90 °, preferably in the opposite direction to the other Ausatemluftteilstrom takes place.

Auch kann die Sammelvorrichtung direkt in der Krümmung des Strömungskanals eingerichtet sein.Also, the collecting device can be set up directly in the curvature of the flow channel.

Die Sammelvorrichtung kann als Drainageelement ausgebildet sein. Bei einem Drainageelement wird ein mit Flüssigkeitstropfen beladener Gasstrom durch eine netzartige und/oder poröse Drainagestruktur geleitet. Als Drainagestruktur kann z. B. ein Drahtgestrick oder ein Vlies, z. B. aus Kunststoff oder Glasfaser, dienen. Das Atemkondensat als Tropfen oder Eispartikel durchströmt die Drainagestruktur langsamer als der Ausatemluftstrom. Durch die Schwerkraft bewegen sich die Tropfen zum geodätisch unteren Bereich der Drainagestruktur, sammeln sich und können auf den Sensor abgeleitet werden.The collecting device can be designed as a drainage element. In a drainage element, a gas stream laden with liquid droplets is passed through a reticulated and / or porous drainage structure. As drainage structure may, for. B. a knitted wire or a nonwoven, z. As plastic or glass fiber, serve. The breath condensate as drops or ice particles flows through the drainage structure more slowly than the exhaled air flow. By gravity, the drops move to the geodesic bottom of the drainage structure, accumulate and can be discharged to the sensor.

Die Sammelvorrichtung kann in einer Ebene mit einem Winkel zwischen 0° und 90° zur Horizontalebene, insbesondere horizontal oder vertikal dazu, ausgerichtet sein. Der eingerichtete Winkel der Sammelvorrichtung zur Horizontalebene (Winkelebene) ergibt sich aus den durch die Geometrie des Strömungskanals induzierten Strömungsverhalten des flüssigen oder gefrorenen Atemkondensats. Je nach Strömungsverhalten der zu separierenden Partikel kann über die Winkelebene der Sammelvorrichtung der Einfallswinkel der Partikel auf die Sammelvorrichtung bestimmt werden. Bevorzugt wird ein Einfallswinkel von 90°, d. h. die Partikel treffen senkrecht auf der Sammelvorrichtung auf. Vorzugsweise ist der Winkel zur Horizontalen einstellbar (manuell oder elektronisch) und kann so dem Strömungsverhalten der Partikel angepasst werden.The collecting device can be aligned in a plane with an angle between 0 ° and 90 ° to the horizontal plane, in particular horizontally or vertically thereto. The set angle of the collecting device to the horizontal plane (angle plane) results from the flow behavior of the liquid or frozen respiratory condensate induced by the geometry of the flow channel. Depending on the flow behavior of the particles to be separated, the angle of incidence of the particles on the collecting device can be determined via the angle plane of the collecting device. Preferably, an angle of incidence of 90 °, d. H. the particles strike perpendicular to the collector. Preferably, the angle to the horizontal is adjustable (manually or electronically) and can thus be adapted to the flow behavior of the particles.

In einer ersten Ausführung kann für die Gewährleistung einer gleichmäßigen Abkühlung des Ausatemluftstroms die Entspannungsdüse direkt im Strömungskanal eingerichtet sein. Hierbei wird die Expansionsdüse von der Ausatemluft umströmt. Die Expansion des unter Druck stehenden Gases erfolgt vorzugsweise in der Längsmittelachse des Strömungskanals, so dass eine Abkühlung des Ausatemluftstroms ausgehend von der Längsmittelachse in Richtung der Wandung erfolgt.In a first embodiment, to ensure uniform cooling of the exhaled air flow, the expansion nozzle may be arranged directly in the flow channel. In this case, the expander nozzle flows around the exhaled air. The expansion of the pressurized gas is preferably carried out in the longitudinal central axis of the flow channel, so that a cooling of the exhaled air flow takes place, starting from the longitudinal central axis in the direction of the wall.

Bei einer zweiten Ausführung kann die Entspannungsdüse in der Wand des Strömungskanals, vorzugsweise als Ringdüse, eingerichtet sein. Hierbei wird der Ausatemstrom ausgehend vom Randbereich in Richtung der Längsmittelachse des Ausatemluftstroms abgekühlt.In a second embodiment, the expansion nozzle may be arranged in the wall of the flow channel, preferably as an annular nozzle. In this case, the exhalation flow is cooled starting from the edge region in the direction of the longitudinal central axis of the exhaled air flow.

Die Entspannungsdüse und oder Entspannungsdüsen können bei beiden Alternativen in Strömungsrichtung, quer zur Strömungsrichtung und/oder gegen die Strömungsrichtung ausgerichtet sein. Je nach Ausrichtung der Entspannungsdüse wird die Expansion des Gases zur Beschleunigung oder Reduzierung des Flows beitragen sowie zur Verwirbelung des Ausatemluftstroms und damit zur Ausbildung einer turbulenten Strömung führen.In both alternatives, the expansion nozzle and / or expansion nozzles can be aligned in the flow direction, transversely to the flow direction and / or against the flow direction. Depending on the orientation of the expansion nozzle, the expansion of the gas will contribute to the acceleration or reduction of the flow, as well as the turbulence of the exhaled air flow and thus the formation of a turbulent flow.

In einer besonderen Ausführungsform ist ein regel- und steuerbarer Durchflussregler eingerichtet, mit dem der Durchfluss durch die Entspannungsdüse des expandierenden Gases oder Gasgemisches einstellbar und an die Strömungsgeschwindigkeit der Ausatemluft im Strömungskanal anpassbar ist. Hierdurch kann der Grad der Verwirbelung des Ausatemluftstroms sowie dessen Strömungsgeschwindigkeit als auch der Prozess der Kondensation bzw. der Eisbildung maßgeblich beeinflusst und bestimmt werden. Entsprechend kann auf die Varianzen der Ausatmung des Patienten, der nicht gleichmäßig ausatmet, reagiert werden. Ebenso kann mittels des regelbaren und steuerbaren Durchflussreglers auf Temperaturvarianzen verschiedener Ausatemluftströme reagiert werden. Es versteht sich, dass die Vorrichtung zur Steuerung und Regelung der Bauteile über eine zentrale Steuer- und Regeleinheit, einen Prozessor, verfügt, welche die Systemdaten verarbeitet und kontrolliert.In a particular embodiment, a regulatable and controllable flow regulator is set up, with which the flow through the expansion nozzle of the expanding gas or gas mixture can be adjusted and adapted to the flow rate of the exhaled air in the flow channel. As a result, the degree of turbulence of the exhaled air flow and its flow velocity as well as the process of condensation or ice formation can be significantly influenced and determined. Accordingly, the variances of exhalation of the patient who is not exhaling uniformly may be responded. Likewise, by means of the controllable and controllable flow controller, it is possible to react to temperature variances of different exhaled air flows. It is understood that the device for controlling and regulating the components via a central control unit, a processor, which processes and controls the system data.

Vorzugsweise ist zusätzlich in der Wandung des Strömungskanals oder im Strömungskanal direkt mindestens ein Temperatursensor zum Messen der Temperatur des Ausatemluftstroms eingerichtet, der mit dem Prozessor verbunden ist. Der von dem Temperatursensor ermittelte Temperaturwert des Ausatemluftstroms wird an den Prozessor weitergeleitet. Auch kann die Temperatur mittels eines berührungslosen IR-Temperatursensors (Infrarot-Temperatursensor) gemessen werden. Der Prozessor ermittelt anhand des ermittelten Temperaturwertes diejenigen Betriebseinstellungen des Durchflussreglers, mit welchen der Ausatemluftstrom durch Expansion des unter Druck stehenden Gases unterhalb der Taupunktslinie oder den Gefrierpunkt der Gaszusammensetzung des Ausatemluftstroms abgekühlt werden kann.Preferably, at least one temperature sensor for measuring the temperature of the exhaled air flow, which is connected to the processor, is additionally set up directly in the wall of the flow channel or in the flow channel. The temperature value of the exhaled air flow determined by the temperature sensor is forwarded to the processor. Also, the temperature can be measured by means of a non-contact IR temperature sensor (infrared temperature sensor). The processor determines, based on the determined temperature value, those operating settings of the flow regulator with which the exhaled air flow can be cooled by expansion of the pressurized gas below the dew point line or the freezing point of the gas composition of the exhaled air flow.

In einer weiteren Ausführungsform verfügt die Vorrichtung über eine temperierbare Sammelvorrichtung, wobei die Sammelvorrichtung ein Temperierelement aufweist, mit dem die Temperatur der Sammelvorrichtung einstellbar, steuerbar und/oder regelbar ist. Mittels des Temperierelements wird die Sammelvorrichtung beheizt oder gekühlt, je nach Verfahrensschritt oder Bedingungen im Strömungskanal. Durch eine Kühlung der Sammelvorrichtung auf eine Temperatur beispielsweise unterhalb des Gefrierpunkts während der Separierung wird verhindert, dass abgeschiedenes flüssiges oder gefrorenes Atemkondensat von dem Ausatemluftstrom mitgerissen wird, da es an der Sammeleinrichtung festfriert. Ebenfalls wird verhindert, dass das gefrorene Atemkondensat wieder auftaut und in die Gasphase übergeht.In a further embodiment, the device has a heatable collecting device, wherein the collecting device has a tempering, with which the temperature of the collecting device is adjustable, controllable and / or regulated. By means of the tempering the collecting device is heated or cooled, depending on the process step or conditions in the flow channel. Cooling the collection device to a temperature, for example below freezing, during separation prevents entrained liquid or frozen respiratory condensate from being entrained by the exhaled air stream as it freezes to the collection device. It also prevents the frozen respiratory condensate from thawing again and entering the gas phase.

Nach der Separierung kann die Sammelvorrichtung aufgeheizt werden, um das separierte Atemkondensat aufzutauen oder weiterreichend, auf Analysetemperatur zu erwärmen. Ein Erwärmen auf Analysetemperatur ist vorgesehen, wenn die Sammeleinrichtung direkt mit einem Sensor verbunden ist oder die Sensormessfläche selbst darstellt.After separation, the collection device may be heated to thaw or further warm the separated breath condensate to the analysis temperature. Warming to analysis temperature is provided when the collector is directly connected to a sensor or represents the sensor measurement surface itself.

Die Sammelvorrichtung kann direkt im Strömungskanal oder in oder an der Wandung des Strömungskanals eingerichtet sein. Vorzugsweise ist diese lösbar mit der Vorrichtung verbunden, so dass diese herausgenommen werden kann. Das in der Sammelvorrichtung separierte Atemkondensat kann dann externen Analysemethoden bereitgestellt werden. Da vorgesehen ist, dass die Sammeleinrichtung gleichzeitig zur Analytik eingesetzt werden kann, können so in der Vorrichtung diverse modifizierte Sammeleinrichtungen verwendet werden. Beispielsweise sind hier Modifikationen in chemischer, biochemischer oder physikalisch-chemischer Form vorgesehen, wie Beschichtungen, die nur bestimmte Inhaltsstoffe binden oder umsetzen, enzymatische Beschichtungen oder auch ad- oder absorptive Beschichtungen, Reaktionslösungen oder andere die Inhaltsstoffe bindende Verbindungen oder Substanzen. Die Aufzählung ist nicht begrenzend, sondern schließt alle Modifikationen, die im Bereich der Nachweisanalytik verwendet werden, ein. Insbesondere ist vorgesehen, die Sammelvorrichtung derart zu modifizieren, dass die Leitfähigkeit des Atemkondensats durch Aufnahme von Salzen erhöht und für die Bestimmung mittels der entsprechenden Sensoren eingestellt wird.The collecting device can be set up directly in the flow channel or in or on the wall of the flow channel. Preferably, this is detachably connected to the device so that it can be removed. The breath condensate separated in the collecting device can then be provided to external analysis methods. Since it is provided that the collecting device can be used simultaneously for analysis, various modified collecting devices can thus be used in the device. For example, here are modifications in chemical, biochemical or physicochemical form provided, such as coatings that bind or implement only certain ingredients, enzymatic coatings or ad or absorptive coatings, reaction solutions or other ingredient-binding compounds or substances. The enumeration is not limitative, but includes all modifications used in the field of detection analysis. In particular, it is provided to modify the collecting device in such a way that the conductivity of the respiratory condensate is increased by taking up salts and adjusted for the determination by means of the corresponding sensors.

Bevorzugt stellt die Sammelvorrichtung die Messfläche eines Sensors dar. Damit kann das Atemkondensat direkt nach dessen Separierung analysiert werden, ohne dass es der Vorrichtung entnommen werden muss.The collecting device preferably represents the measuring surface of a sensor. Thus, the respiratory condensate can be analyzed directly after it has been separated, without having to remove it from the device.

Auch kann die Sammelvorrichtung mit einem Sensor derart verbunden sein, dass die fraktionierten Inhaltsstoffe in flüssiger und/oder gefrorener Form auf die Messfläche des Sensors leitbar sind. Konstruktive Maßnahme stellen hierbei Leitungen oder insbesondere Gleitflächen dar, mit denen das Atemkondensat auf die Sensoroberfläche geführt wird. Bei einer verbesserten Konstruktion ist die Sammelvorrichtung direkt auf der Messfläche des Sensors eingerichtet. Vorzugsweise ist die Sammelvorrichtung mit einer die zu fraktionierenden Inhaltsstoffe speichernden Schicht, beispielsweise mit einem saugenden oder einer absorbierenden Schicht, ausgestattet ist. Mögliche Speichermedien sind einfache Gewebe, Vliese, Schäume, aber auch Superabsorber oder Gele.Also, the collecting device may be connected to a sensor such that the fractionated ingredients in liquid and / or frozen form can be conducted onto the measuring surface of the sensor. Constructive measures here are lines or in particular sliding surfaces with which the breath condensate is guided onto the sensor surface. With an improved design, the collection device is set up directly on the measuring surface of the sensor. Preferably, the collecting device is equipped with a layer storing the constituents to be fractionated, for example with a sucking or an absorbing layer. Possible storage media are simple fabrics, nonwovens, foams, but also superabsorbents or gels.

In der Spirometrie werden regelmäßig Pneumotachographen eingesetzt. Zwischenzeitlich sind auch Pneumotachographen im Handel erhältlich, mit welchen die Inhaltsstoffe der Ausatemluft analysiert werden. Es ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einem Pneumotachographen oder einem anderen Lungenfunktionsanalysegerät eingesetzt wird. Hierzu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung an der eingangsseitigen Öffnung Verbindungsmittel zum Verbinden mit der Auslassöffnung des entsprechenden Gerätes aus dem Bereich der Lungenfunktionsdiagnostik auf. In der einfachsten Form ist dies ein Steckverbindung in Form eines offenen Rohrendes, welches auf die Auslassöffnung aufsteckbar oder in diese einsteckbar ist. Die Steckverbindung kann konisch oder zylindrisch und mit O-Ring-Dichtungen ausgestattet sein. Ebenfalls sind Gewindeanschlüsse, Bajonettverschlüsse oder andere lösbare Verbindungen wie Klemm- oder Klickverbindungen vorgesehen.In spirometry pneumotachographs are used regularly. In the meantime, pneumotachographs are also available commercially, with which the ingredients of the exhaled air are analyzed. It is envisaged that the device according to the invention will be used in conjunction with a pneumotachograph or another pulmonary function analyzer. For this purpose, the device according to the invention has at the entrance-side opening connection means for connection to the outlet opening of the corresponding device from the field of pulmonary function diagnostics. In the simplest form, this is a plug connection in the form of an open pipe end, which can be plugged onto the outlet opening or inserted into it. The connector can be tapered or cylindrical and equipped with O-ring seals. Also threaded connections, bayonet locks or other releasable connections such as clamp or click connections are provided.

Um u. a. ein Abscheiden des flüssigen oder festen Atemkondensats an der Wandung des Strömungskanals zu verhindern, kann auf oder in der Wandung des Strömungskanals eine temperierbare Schicht eingerichtet sein, mit welcher die Wandung des Strömungskanals beheizt oder gekühlt werden kann. Ebenso kann mittels der temperierbaren Schicht eine Temperierung des Strömungskanals erfolgen. In order, inter alia, to prevent separation of the liquid or solid respiratory condensate on the wall of the flow channel, a temperature-controllable layer can be arranged on or in the wall of the flow channel with which the wall of the flow channel can be heated or cooled. Likewise, a tempering of the flow channel can take place by means of the temperature-controllable layer.

Darüber hinaus beansprucht die Erfindung ein Verfahren zur fraktionierten Gewinnung von Inhaltsstoffen der Ausatemluft durch Änderung deren Aggregatzustandes mittels des Joule-Thomson-Effekts entstehend bei Expansion von unter Druck stehendem Gas. Hierbei wird durch Expansion eines Gases oder eines Gasgemisches in einen Strömungskanal hinein die Temperatur der im Strömungskanal geführten Ausatemluft auf eine Temperatur herabgesenkt, bei der die zu fraktionierenden Inhaltsstoffe im Ausatemluftstrom kondensieren und/oder in Form von gefrorenen Partikeln im Ausatemluftstrom auszufrieren. Nach dem Ausfrieren der zu fraktionierenden Inhaltstoffe werden diese als flüssige und/oder gefrorene Partikel im Ausatemluftstrom mitgeführt und aufgrund der Geometrie des Strömungskanals und der daraus resultierenden Strömungsbedingungen im Strömungskanal in einer Sammelvorrichtung separiert.In addition, the invention claims a method for the fractional recovery of ingredients of the exhaled air by changing their state of aggregation by means of the Joule-Thomson effect arising on expansion of pressurized gas. In this case, by expanding a gas or a gas mixture into a flow channel, the temperature of the exhaled air guided in the flow channel is lowered to a temperature at which the constituents to be fractionated condense in the exhaled air stream and / or freeze in the form of frozen particles in the exhaled air stream. After freezing of the ingredients to be fractionated they are carried as liquid and / or frozen particles in the exhaled air stream and separated in a collecting device due to the geometry of the flow channel and the resulting flow conditions in the flow channel.

Das Verfahren kann zusätzlich den Verfahrensschritt aufweisen, dass während der Fraktionierung der Inhaltsstoffe durch deren Kondensation und/oder Ausfrieren im Ausatemluftstrom und deren Separierung in oder auf der Sammelvorrichtung eine Kühlung der Sammelvorrichtung auf ≤ 0°C erfolgt.The method may additionally comprise the step of cooling the collecting device to ≦ 0 ° C. during fractionation of the constituents by condensation and / or freezing in the exhaled air stream and separation thereof in or on the collecting device.

Zusätzlich kann der Verfahrensschritt vorgesehen sein, dass während der Fraktionierung der zu separierenden Inhaltsstoffe durch deren Kondensation und/oder Ausfrieren im Ausatemluftstrom und deren Separierung in oder auf der Sammelvorrichtung eine Temperierung, vorzugsweise ein Beheizen, der in der Wandung des Strömungskanals eingerichteten temperierbaren Schicht erfolgt.In addition, the method step may be provided that during the fractionation of the ingredients to be separated by their condensation and / or freezing in the exhaled air stream and their separation in or on the collecting a temperature, preferably a heating, the temperature-controlled layer is established in the wall of the flow channel.

Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den Verfahrensschritt, bei dem nach der Separierung der im Ausatemluftstrom mitgeführten gefrorenen Partikel zum Schmelzen der gefrorenen Partikel in der Sammelvorrichtung die Sammelvorrichtung auf eine Temperatur > 0°C, vorzugsweise auf die sensorspezifische Betriebstemperatur des Sensors, insbesondere auf eine Temperatur von 10°C bis 40°C, aufgeheizt wird.Preferably, the method according to the invention comprises the method step in which, after the separation of the frozen particles entrained in the exhaled air stream for melting the frozen particles in the collecting device, the collecting device is at a temperature> 0 ° C., preferably at the sensor-specific operating temperature of the sensor, in particular at a temperature of 10 ° C to 40 ° C, is heated.

Der Begriff „sensorspezifische Betriebstemperatur” beschreibt den Temperaturbereich, in welchem der Sensor im Messbetrieb betrieben wird. Die Temperatur ist abhängig von der Art und der Funktionsweise des verwendeten Sensors. Die Erfindung sieht den Einsatz aller üblichen, in der Probenanalytik einsetzbaren Sensoren vor.The term "sensor-specific operating temperature" describes the temperature range in which the sensor is operated in the measuring mode. The temperature depends on the type and function of the sensor used. The invention provides for the use of all customary sensors that can be used in sample analysis.

Auch kann das Verfahren den Verfahrensschritt umfassen, dass die Dauer der Gasexpansion, das Expansionsvolumen und/oder die durch die Expansion des Gases oder Gasgemisches bewirkte Temperatur des Ausatemluftstroms gesteuert und/oder geregelt wird, wobei vorzugsweise das Maß und die Dauer der Expansion vom Flow und/oder der Temperatur des Ausatemluftstroms und/oder einer definierten Fraktion des Ausatemluftstroms abhängig sind.Also, the method may include the step of controlling and / or controlling the duration of the gas expansion, the expansion volume and / or the temperature of the exhaled air flow caused by the expansion of the gas or gas mixture, preferably the amount and duration of expansion of the flow and / or the temperature of the exhaled air flow and / or a defined fraction of the exhaled air flow are dependent.

Das Verfahren sieht in einer besonderen Ausführungsform zusätzlich den Verfahrensschritt vor, dass die fraktionierten und separierten Inhaltsstoffe qualitativ und/oder quantitativ bestimmt werden. Dies kann mittels des vorrichtungsseitigen Sensors oder mittels externer Analytik erfolgen.The method additionally provides, in a particular embodiment, the method step that the fractionated and separated ingredients are determined qualitatively and / or quantitatively. This can be done by means of the device-side sensor or by means of external analysis.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von drei Ausführungsformen näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to three embodiments.

Die Figuren zeigenThe figures show

1: eine erste Ausführungsform mit einer Teilung und Umlenkung des Ausatemluftstroms in zwei entgegengesetzte Richtungen 1 a first embodiment with a division and deflection of the exhaled air flow in two opposite directions

2: eine zweite Ausführungsform mit einer Umlenkung des Ausatemluftstroms um 90° und einer Separierung mittels Schwerkraft 2 a second embodiment with a deflection of the exhaled air flow by 90 ° and a separation by gravity

3: eine dritte Ausführungsform mit einer Umlenkung des Ausatemluftstroms um ca. 45° und einer Separierung mittels Schwerkraft und Fliehkraft 3 a third embodiment with a deflection of the exhaled air flow by about 45 ° and a separation by gravity and centrifugal force

Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Vorrichtung zur fraktionierten Gewinnung von Inhaltsstoffen der Ausatemluft. Die Ausatemluft des Patienten wird durch die eingangsseitige Öffnung 9 in den Strömungskanal 1 geführt, in welchem die Ausatemluft weitergeleitet wird. Die eingangsseitige Öffnung 9 ist als geweitetes Rohrende als Mittel zum Verbinden 14 ausgeführt, welches auf die ausgangsseitige Öffnung eines Gerätes der Lungenfunktionsdiagnostik (nicht dargestellt) aufgesteckt werden kann. Im Strömungskanal 1 ist in dessen Längsachse eine Entspannungsdüse 3 eingerichtet, die vom Ausatemluftstrom umströmt wird. Die Entspannungsdüse ist über eine Leitung mit einem Druckbehälter 2, welcher ein unter Druck stehendes trockenes Gas oder trockenes Gasgemisch enthält, verbunden. In der Leitung zwischen Entspannungsdüse 3 und Druckbehälter 2 ist ein Durchflussregler 7 eingerichtet, mit welchem der Durchfluss des expandierenden Gases oder Gasgemisches durch die Entspannungsdüse 3 einstellbar und an die Strömungsgeschwindigkeit der Ausatemluft im Strömungskanal 1 anpassbar ist. Während der Ausatemluftstrom (Pfeil) die Entspannungsdüse 3 umströmt, wird diese geöffnet und das im Druckbehälter 2 enthaltene Gas entspannt sich über die Entspannungsdüse 3 in den Strömungskanal hinein. Dies bewirkt eine Abkühlung des Ausatemluftstroms aufgrund des Joule-Thomson-Effekts, welcher bei der Expansion von unter Druck stehendem Gas entsteht.The 1 shows a first embodiment of the apparatus for the fractionated recovery of ingredients of the exhaled air. The exhaled air of the patient is through the entrance-side opening 9 in the flow channel 1 guided, in which the exhaled air is forwarded. The entrance-side opening 9 is as a widened pipe end as a means for connecting 14 executed, which (not shown) can be plugged onto the output-side opening of a device of pulmonary function diagnostics. In the flow channel 1 is in its longitudinal axis a relaxation nozzle 3 set up, which is flowed around by the exhaled air flow. The expansion nozzle is via a line with a pressure vessel 2 containing a pressurized dry gas or mixture of gases. In the pipe between relaxation nozzle 3 and pressure vessels 2 is a flow regulator 7 equipped, with which the flow of the expanding gas or gas mixture through the expansion nozzle 3 adjustable and to the Flow rate of exhaled air in the flow channel 1 is customizable. During the exhalation airflow (arrow) the expansion nozzle 3 flows around, this is opened and that in the pressure vessel 2 contained gas relaxes through the expansion nozzle 3 into the flow channel. This causes a cooling of the exhaled air flow due to the Joule-Thomson effect, which results from the expansion of pressurized gas.

Durch die Abkühlung des Ausatemluftstroms auf eine Temperatur, die mindestens unterhalb der Taupunktslinie des feuchten Ausatemluftstroms liegt, kondensiert das Atemkondensat im Ausatemluftstrom in Form von Tropfen oder Nebel. Alternativ kann die Temperatur bis unterhalb des Gefrierpunktes des Ausatemluftstroms abgesenkt werden. Hierdurch wird erreicht, dass das Atemkondensat im Ausatemluftstrom ausfriert. Beide Aggregatzustände können in Abhängigkeit von der Temperaturabsenkung auch nebeneinander im Ausatemluftstrom vorliegen.Cooling the exhaled air stream to a temperature at least below the dew point line of the moist exhalation air stream condenses the breath condensate in the exhaled air stream in the form of drops or mist. Alternatively, the temperature may be lowered below the freezing point of the exhaled air stream. This ensures that the respiratory condensate freezes in the exhaled air stream. Depending on the temperature drop, both states of aggregation may also be present side by side in the exhaled air stream.

Nach der Aggregatszustandsänderung des Atemkondensats wird dieses als Nebel, Tropfen oder in Form von Eispartikeln oder -kristallen 4 im Ausatemluftstrom weiter mitgeführt.After the aggregate state change of the breath condensate, this becomes mist, drops or in the form of ice particles or crystals 4 entrained in the exhaled air flow.

Die Geometrie des Strömungskanals 1 ist T-förmig ausgestaltet und weist zwei Auslassöffnungen auf, die gegenüber liegen. Der Krümmungsradius 8 des Strömungskanals 1 im T-Bereich beträgt jeweils 90°.The geometry of the flow channel 1 is T-shaped and has two outlet openings, which are opposite. The radius of curvature 8th of the flow channel 1 in the T-range is in each case 90 °.

Die Wandung des Strömungskanals 1 zwischen Entspannungsdüse 3 und Krümmung 8 ist mit einer temperierbaren Schicht 16 ausgestattet, welche sowohl zur Kühlung als auch zum Beheizen der Wandung und des Strömungskanals 1 eingerichtet ist.The wall of the flow channel 1 between relaxation nozzle 3 and curvature 8th is with a temperature-controllable layer 16 equipped, both for cooling and for heating the wall and the flow channel 1 is set up.

Die Sammelvorrichtung 5 zur Aufnahme der im Ausatemluftstrom mitgeführten flüssigen und/oder gefrorenen Partikel 4 ist downstream-seitig zur Entspannungsdüse 3 gegenüber der eingangseitigen Öffnung 9 in geradliniger Verlängerung des eingangseitigen Bereichs des Strömungskanals an der Wandung eingerichtet. Direkt vor der Sammelvorrichtung 5 wird Ausatemluftstrom geteilt und jeweils um 90° aufgrund der Krümmung des Strömungskanals 1 umgelenkt.The collection device 5 for receiving the liquid and / or frozen particles entrained in the exhaled air stream 4 is downstream to the expansion nozzle 3 opposite the entrance side opening 9 set up in rectilinear extension of the input-side region of the flow channel on the wall. Right in front of the collection device 5 Exhaled airflow is divided and each by 90 ° due to the curvature of the flow channel 1 diverted.

Durch die Massenträgheit der flüssigen und/oder gefrorenen Partikel 4 behalten diese in dem Ausatemluftstrom trotz dessen Umlenkung um 90° nahezu ihre geradlinige Strömungsrichtung bei und treffen auf die Sammelvorrichtung 5 auf, wo sie sich abscheiden. Die Sammelvorrichtung 5 ist vertikal eingerichtet.Due to the inertia of the liquid and / or frozen particles 4 despite the fact that they are deflected by 90 °, they almost maintain their straight flow direction in the exhaled air flow and hit the collecting device 5 on where they separate. The collection device 5 is vertically furnished.

Die Sammelvorrichtung 5 ist mit einem Temperierelement 10 ausgestattet, welches zum Kühlen oder Erwärmen der Sammelvorrichtung eingerichtet ist. Hinter der Sammelvorrichtung 5 ist der Sensor 12 eingerichtet. Die Messfläche 11 des Sensors 12 schließt vollflächig mit der Sammelvorrichtung 5 ab, so dass die flüssigen und/oder gefrorenen Partikel 4 direkt von der Sammelvorrichtung 5 auf de Messfläche 11 des Sensors 12 geleitet und dort qualitativ und quantitativ bestimmt werden können.The collection device 5 is with a tempering element 10 equipped for cooling or heating the collecting device. Behind the collector 5 is the sensor 12 set up. The measuring surface 11 of the sensor 12 closes completely with the collecting device 5 so that the liquid and / or frozen particles 4 directly from the collection device 5 on the measuring surface 11 of the sensor 12 managed and determined there qualitatively and quantitatively.

In der Wandung des Strömungskanals 1 ist ein berührloser Temperatursensor 17 zum Messen der Temperatur des Ausatemluftstroms eingerichtet, der mit einem Prozessor 18 verbunden ist. Die von dem Temperatursensor 17 ermittelte Temperatur des Ausatemluftstroms wird in Form eines Messsignals an den Prozessor 18 weitergeleitet (Punkt-Strich-Linie) und dort verarbeitet. Der Prozessor 18 generiert anhand des Messsignals u. a. entsprechende Steuersignale zur Steuerung und Regelung des Durchflussreglers 7, zur Steuerung und Regelung des Temperierelements 10, zur Steuerung und Regelung des Sensors 12 und/oder dessen Messfläche 11 und/oder zur Steuerung und Regelung der temperierbaren Schicht 16.In the wall of the flow channel 1 is a non-contact temperature sensor 17 set up to measure the temperature of the exhaled air flow, using a processor 18 connected is. The of the temperature sensor 17 determined temperature of the exhaled air flow is in the form of a measurement signal to the processor 18 Forwarded (dot-dash line) and processed there. The processor 18 generates appropriate control signals for controlling and regulating the flow controller based on the measured signal 7 , for controlling and regulating the tempering element 10 , for controlling and regulating the sensor 12 and / or its measuring surface 11 and / or for controlling and regulating the temperature-controllable layer 16 ,

Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung. Die Ausatemluft des Patienten wird durch die eingangsseitige Öffnung 9 in den Strömungskanal 1 geführt, in welchem die Ausatemluft weitergeleitet wird. Die eingangsseitige Öffnung 9 ist mit einem Bajonettverschluss als Mittel zum Verbinden 14 ausgeführt, welches auf die ausgangsseitige Öffnung eines Gerätes der Lungenfunktionsdiagnostik (nicht dargestellt) aufgedreht werden kann.The 2 shows a second embodiment of the device. The exhaled air of the patient is through the entrance-side opening 9 in the flow channel 1 guided, in which the exhaled air is forwarded. The entrance-side opening 9 is with a bayonet lock as a means of connection 14 executed, which (not shown) can be turned on the output side opening of a device of pulmonary function diagnostics.

Die Geometrie des Strömungskanals 1 sieht eine Krümmung 8 des Strömungskanals mit einem Krümmungsradius von 90° vor. Hierdurch wird die horizontale Strömungsrichtung des Ausatemluftstroms in eine vertikale Strömungsrichtung umgelenkt.The geometry of the flow channel 1 sees a curvature 8th of the flow channel with a radius of curvature of 90 ° before. As a result, the horizontal flow direction of the exhaled air flow is deflected in a vertical flow direction.

Im Strömungskanal 1 ist nach der Krümmung 8 in dessen Längsachse eine Entspannungsdüse 3 eingerichtet, die vom Ausatemluftstrom umströmt wird. Die Entspannungsdüse ist entgegen der Strömungsrichtung ausgerichtet und über eine Leitung mit einem Druckbehälter 2, welcher ein unter Druck stehendes trockenes Gas oder trockenes Gasgemisch enthält, verbunden. In der Leitung zwischen Entspannungsdüse 3 und Druckbehälter 2 ist ein Durchflussregler 7 eingerichtet, mit welchem der Durchfluss des expandierenden Gases oder Gasgemisches durch die Entspannungsdüse 3 einstellbar und an die Strömungsgeschwindigkeit der Ausatemluft im Strömungskanal 1 anpassbar ist.In the flow channel 1 is after the bend 8th in the longitudinal axis of a relaxation nozzle 3 set up, which is flowed around by the exhaled air flow. The expansion nozzle is oriented counter to the flow direction and via a line with a pressure vessel 2 containing a pressurized dry gas or mixture of gases. In the pipe between relaxation nozzle 3 and pressure vessels 2 is a flow regulator 7 equipped, with which the flow of the expanding gas or gas mixture through the expansion nozzle 3 adjustable and to the flow rate of the exhaled air in the flow channel 1 is customizable.

Die Sammelvorrichtung 5 zur Aufnahme der im Ausatemluftstrom mitgeführten flüssigen und/oder gefrorenen Partikel 4 ist downstream-seitig zur Entspannungsdüse 3 in geradliniger Verlängerung des ausgangsseitigen Bereichs des Strömungskanals im Strömungskanal eingerichtet. Die Sammelvorrichtung 5 ist horizontal ausgerichtet.The collection device 5 for receiving the in the exhaled air flow entrained liquid and / or frozen particles 4 is downstream to the expansion nozzle 3 arranged in a straight line extension of the output-side region of the flow channel in the flow channel. The collection device 5 is aligned horizontally.

Während der Ausatemluftstrom (Pfeil) die Entspannungsdüse 3 umströmt, wird diese geöffnet und das im Druckbehälter 2 enthaltene Gas entspannt sich über die Entspannungsdüse 3 in den Strömungskanal hinein. Dies bewirkt eine Abkühlung des Ausatemluftstroms aufgrund des Joule-Thomson-Effekts, welcher bei der Expansion von unter Druck stehendem Gas entsteht. Durch die Abkühlung des Ausatemluftstroms kondensiert das im Ausatemluftstrom enthaltende Atemkondensat in Form von Nebel oder Tröpfchen und/oder friert in Form von Eiskristallen oder Eispartikeln aus, je nach Grad der Abkühlung des Ausatemluftstroms.During the exhalation airflow (arrow) the expansion nozzle 3 flows around, this is opened and that in the pressure vessel 2 contained gas relaxes through the expansion nozzle 3 into the flow channel. This causes a cooling of the exhaled air flow due to the Joule-Thomson effect, which results from the expansion of pressurized gas. By cooling the exhaled air stream, the breath condensate contained in the exhaled air stream condenses in the form of mist or droplets and / or freezes in the form of ice crystals or ice particles, depending on the degree of cooling of the exhaled air stream.

Die flüssigen und/oder gefrorenen Partikel 4 werden anschließend im gasförmigen Anteil des Ausatemluftstroms weiter mitgeführt. Die Abscheidung der flüssigen und/oder gefrorenen Partikel 4 erfolgt aufgrund ihrer Massenträgheit und der Schwerkraft in der Sammelvorrichtung 5.The liquid and / or frozen particles 4 are then further carried in the gaseous portion of the exhaled air stream. The separation of the liquid and / or frozen particles 4 due to their inertia and gravity in the collector 5 ,

Der gasförmige Anteil des Ausatemluftstroms wird wandungsseitig an der Sammelvorrichtung 5 vorbeigelenkt.The gaseous portion of the exhaled air stream is at the collection side of the collection device 5 shot past.

Die Sammelvorrichtung 5 ist mit Gleitflächen 13 ausgestattet, mit denen die fraktionierten Inhaltsstoffe 4 in flüssiger und/oder gefrorener Form auf die Messfläche 11 des Sensors 12 leitbar sind. Die Gleitflächen 13 können beispielsweise in Form eines Trichters oder einer auf dem Kopf stehenden Pyramide ausgestaltet sein.The collection device 5 is with sliding surfaces 13 equipped with which the fractionated ingredients 4 in liquid and / or frozen form on the measuring surface 11 of the sensor 12 are conductive. The sliding surfaces 13 may be configured for example in the form of a funnel or an upside-down pyramid.

Die Sammelvorrichtung 5 ist mit einem Temperierelement 10 ausgestattet, welches zum Kühlen oder Erwärmen der Sammelvorrichtung eingerichtet ist. Hinter der Sammelvorrichtung 5 ist der Sensor 12 eingerichtet. Die Messfläche 11 des Sensors 12 schließt vollflächig mit der Sammelvorrichtung 5 ab, so dass die flüssigen und/oder gefrorenen Partikel 4 direkt von der Sammelvorrichtung 5 auf de Messfläche 11 des Sensors 12 geleitet und dort qualitativ und quantitativ bestimmt werden können.The collection device 5 is with a tempering element 10 equipped for cooling or heating the collecting device. Behind the collector 5 is the sensor 12 set up. The measuring surface 11 of the sensor 12 closes completely with the collecting device 5 so that the liquid and / or frozen particles 4 directly from the collection device 5 on the measuring surface 11 of the sensor 12 managed and determined there qualitatively and quantitatively.

Die Sammelvorrichtung 5 ist zusätzlich mit einer die zu fraktionierenden Inhaltsstoffe 4 speichernden Schicht 14 ausgestattet, welche in direktem Kontakt mit der Messfläche 11 des Sensors 12 steht.The collection device 5 is additionally with one of the ingredients to be fractionated 4 storing layer 14 equipped, which in direct contact with the measuring surface 11 of the sensor 12 stands.

Im Strömungskanal 1 ist ein Temperatursensor 17 zum Messen der Temperatur des Ausatemluftstroms eingerichtet, der mit einem Prozessor 18 verbunden ist. Die von dem Temperatursensor 17 ermittelte Temperatur des Ausatemluftstroms wird in Form eines Messsignals an den Prozessor 18 weitergeleitet (Punkt-Strich-Linie) und dort verarbeitet. Der Prozessor 18 generiert anhand des Messsignals u. a. entsprechende Steuersignale zur Steuerung und Regelung des Durchflussreglers 7, zur Steuerung und Regelung des Temperierelements 10 und/oder zur Steuerung und Regelung des Sensors 12 und/oder dessen Messfläche 11.In the flow channel 1 is a temperature sensor 17 set up to measure the temperature of the exhaled air flow, using a processor 18 connected is. The of the temperature sensor 17 determined temperature of the exhaled air flow is in the form of a measurement signal to the processor 18 Forwarded (dot-dash line) and processed there. The processor 18 generates appropriate control signals for controlling and regulating the flow controller based on the measured signal 7 , for controlling and regulating the tempering element 10 and / or for controlling and regulating the sensor 12 and / or its measuring surface 11 ,

In der 3 ist eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung dargestellt.In the 3 a third embodiment of the device is shown.

Die Ausatemluft des Patienten wird durch die eingangsseitige Öffnung 9 in den Strömungskanal 1 geführt, in welchem die Ausatemluft weitergeleitet wird. Die eingangsseitige Öffnung 9 ist mit Gewinde als Mittel zum Verbinden 14 ausgeführt, welches auf die ausgangsseitige Öffnung eines Gerätes der Lungenfunktionsdiagnostik (nicht dargestellt) aufgedreht werden kann. Das Gewinde kann ein Innen- oder Außengewinde sein.The exhaled air of the patient is through the entrance-side opening 9 in the flow channel 1 guided, in which the exhaled air is forwarded. The entrance-side opening 9 is threaded as a means of connection 14 executed, which (not shown) can be turned on the output side opening of a device of pulmonary function diagnostics. The thread can be an internal or external thread.

Die Geometrie des Strömungskanals 1 sieht eine Krümmung 8 des Strömungskanals mit einem Krümmungsradius von 45° vor. Hierdurch wird die horizontale Strömungsrichtung des Ausatemluftstroms um 45° umgelenkt.The geometry of the flow channel 1 sees a curvature 8th the flow channel with a radius of curvature of 45 ° before. As a result, the horizontal flow direction of the exhaled air flow is deflected by 45 °.

Im Strömungskanal 1 ist vor der Krümmung 8 in dessen Wandung eine Entspannungsdüse 3 in Form einer Ringdüse 6 eingerichtet, die vom Ausatemluftstrom durchströmt wird. Die Entspannungsdüse 3 der Ringdüse 6 ist quer zur Strömungsrichtung ausgerichtet und über eine Leitung mit einem Druckbehälter 2, welcher ein unter Druck stehendes trockenes Gas oder trockenes Gasgemisch enthält, verbunden. In der Leitung zwischen Entspannungsringdüse 6 und Druckbehälter 2 ist ein Durchflussregler 7 eingerichtet, mit welchem der Durchfluss des expandierenden Gases oder Gasgemisches durch die Entspannungsringdüse 6 einstellbar und an die Strömungsgeschwindigkeit der Ausatemluft im Strömungskanal 1 anpassbar ist.In the flow channel 1 is in front of the bend 8th in the wall of a relaxation nozzle 3 in the form of a ring nozzle 6 set up, which is flowed through by the exhaled air flow. The relaxation nozzle 3 the ring nozzle 6 is aligned transversely to the flow direction and via a line with a pressure vessel 2 containing a pressurized dry gas or mixture of gases. In the pipe between the expansion ring nozzle 6 and pressure vessels 2 is a flow regulator 7 equipped, with which the flow of the expanding gas or gas mixture through the expansion ring nozzle 6 adjustable and to the flow rate of the exhaled air in the flow channel 1 is customizable.

Die Sammelvorrichtung 5 zur Aufnahme der im Ausatemluftstrom mitgeführten flüssigen und/oder gefrorenen Partikel 4 ist downstream-seitig zur Entspannungsringdüse 6 in der Krümmung 8 des Strömungskanals 1 im Strömungskanal 1 eingerichtet. Die Sammelvorrichtung 5 ist in einem Winkel zur Horizontalebene, der variabel einstellbar ist, ausgerichtet. Der Winkel der Sammelvorrichtung 5 ist einstellbar (Punkt-Strich-Linie) in einem Winkelbereich von 20° bis 70°, vorzugsweise 30° bis 60°, insbesondere 40° bis 50°.The collection device 5 for receiving the liquid and / or frozen particles entrained in the exhaled air stream 4 is downstream to the expansion ring nozzle 6 in the bend 8th of the flow channel 1 in the flow channel 1 set up. The collection device 5 is oriented at an angle to the horizontal plane that is variably adjustable. The angle of the collector 5 is adjustable (dot-dash line) in an angular range of 20 ° to 70 °, preferably 30 ° to 60 °, in particular 40 ° to 50 °.

Während der Ausatemluftstrom (Pfeil) die Entspannungsringdüse 6 durchströmt, wird diese geöffnet und das im Druckbehälter 2 enthaltene Gas entspannt sich über die Entspannungsringdüse 6 in den Strömungskanal hinein. Dies bewirkt eine Abkühlung des Ausatemluftstroms aufgrund des Joule-Thomson-Effekts, welcher bei der Expansion von unter Druck stehendem Gas entsteht. Durch die Abkühlung des Ausatemluftstroms kondensiert das im Ausatemluftstrom enthaltende Atemkondensat in Form von Nebel oder Tröpfchen und/oder friert in Form von Eiskristallen oder Eispartikeln aus, je nach Grad der Abkühlung des Ausatemluftstroms.During the exhaled air flow (arrow) the expansion ring nozzle 6 flows through, this is opened and that in the pressure vessel 2 contained gas relaxes over the expansion ring nozzle 6 in the flow channel inside. This causes a cooling of the exhaled air flow due to the Joule-Thomson effect, which results from the expansion of pressurized gas. By cooling the exhaled air stream, the breath condensate contained in the exhaled air stream condenses in the form of mist or droplets and / or freezes in the form of ice crystals or ice particles, depending on the degree of cooling of the exhaled air stream.

Die flüssigen und/oder gefrorenen Partikel 4 werden anschließend im gasförmigen Anteil des Ausatemluftstroms weiter mitgeführt. Die Abscheidung der flüssigen und/oder gefrorenen Partikel 4 erfolgt nach dem Trägheitsprinzip aufgrund ihrer Massenträgheit und der Schwerkraft in der Sammelvorrichtung 5.The liquid and / or frozen particles 4 are then further carried in the gaseous portion of the exhaled air stream. The separation of the liquid and / or frozen particles 4 takes place according to the principle of inertia due to their inertia and gravity in the collector 5 ,

Der gasförmige Anteil des Ausatemluftstroms wird wandungsseitig an der Sammelvorrichtung 5 vorbeigelenkt.The gaseous portion of the exhaled air stream is at the collection side of the collection device 5 shot past.

Die Sammelvorrichtung 5 ist zusätzlich mit einer die zu fraktionierenden Inhaltsstoffe 4 speichernden Schicht 14 ausgestattet, welche in direktem Kontakt mit der Messfläche 11 des Sensors 12 steht.The collection device 5 is additionally with one of the ingredients to be fractionated 4 storing layer 14 equipped, which in direct contact with the measuring surface 11 of the sensor 12 stands.

Die Sammelvorrichtung 5 ist mit einem Temperierelement 10 ausgestattet, welches zum Kühlen oder Erwärmen der Sammelvorrichtung eingerichtet ist. Hinter der Sammelvorrichtung 5 ist der Sensor 12 eingerichtet. Die Messfläche 11 des Sensors 12 schließt vollflächig mit der Sammelvorrichtung 5 ab, so dass die flüssigen und/oder gefrorenen Partikel 4 direkt von der Sammelvorrichtung 5 auf de Messfläche 11 des Sensors 12 geleitet und dort qualitativ und quantitativ bestimmt werden können.The collection device 5 is with a tempering element 10 equipped for cooling or heating the collecting device. Behind the collector 5 is the sensor 12 set up. The measuring surface 11 of the sensor 12 closes completely with the collecting device 5 so that the liquid and / or frozen particles 4 directly from the collection device 5 on the measuring surface 11 of the sensor 12 managed and determined there qualitatively and quantitatively.

In der Wandung des Strömungskanals 1 ist ein Temperatursensor 17 zum Messen der Temperatur des Ausatemluftstroms eingerichtet, der mit einem Prozessor 18 verbunden ist. Die von dem Temperatursensor 17 ermittelte Temperatur des Ausatemluftstroms wird in Form eines Messsignals an den Prozessor 18 weitergeleitet (Punkt-Strich-Linie) und dort verarbeitet. Der Prozessor 18 generiert anhand des Messsignals u. a. entsprechende Steuersignale zur Steuerung und Regelung des Durchflussreglers 7, zur Steuerung und Regelung des Temperierelements 10, zur Steuerung und Regelung des Sensors 12 und/oder dessen Messfläche 11 und/oder der temperierbaren Schicht 16.In the wall of the flow channel 1 is a temperature sensor 17 set up to measure the temperature of the exhaled air flow, using a processor 18 connected is. The of the temperature sensor 17 determined temperature of the exhaled air flow is in the form of a measurement signal to the processor 18 Forwarded (dot-dash line) and processed there. The processor 18 generates appropriate control signals for controlling and regulating the flow controller based on the measured signal 7 , for controlling and regulating the tempering element 10 , for controlling and regulating the sensor 12 and / or its measuring surface 11 and / or the temperature-controllable layer 16 ,

Die Wandung des Strömungskanals 1 ist mit einer temperierbaren Schicht 16 ausgestattet, welche sowohl zur Kühlung als auch zum Beheizen der Wandung des Strömungskanals 1 und/oder der Temperierung des Ausatemluftstroms eingerichtet ist. Die temperierbare Schicht 16 befindet sich auf der Innenseite der Wandung downstream-seitig zur Entspannungsringdüse 6 und verläuft über die Krümmung 8 des Strömungskanals 1 hinaus.The wall of the flow channel 1 is with a temperature-controllable layer 16 equipped, both for cooling and for heating the wall of the flow channel 1 and / or the temperature of the exhaled air flow is set. The temperature-controllable layer 16 located on the inside of the wall downstream-side of the expansion ring nozzle 6 and passes over the curvature 8th of the flow channel 1 out.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Strömungskanalflow channel

22

Druckbehälterpressure vessel

33

Entspannungsdüseexpansion nozzle

44

Kondensiertes und/oder gefrorenes AtemkondensatCondensed and / or frozen respiratory condensate

55

Sammelvorrichtungcollection device

66

Ringdüsering nozzle

77

DurchflussreglerFlow Controllers

88th

Krümmungcurvature

99

eingangsseitige Öffnunginput side opening

1010

Temperierelementtempering

1111

Messfläche des SensorsMeasuring surface of the sensor

1212

Sensorsensor

1313

Gleitflächesliding surface

1414

Speichernde SchichtSaving layer

1515

Mittel zum VerbindenMeans to connect

1616

Temperierbare SchichtTemperable layer

1717

Temperatursensortemperature sensor

1818

Prozessorprocessor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102007028831 A1 [0004] DE 102007028831 A1 [0004]
• DE 19718925 A1 [0005] DE 19718925 A1 [0005]
• DE 19755471 A1 [0006] DE 19755471 A1 [0006]
• EP 0759169 B1 [0007] EP 0759169 B1 [0007]

Claims (29)

Vorrichtung zur fraktionierten Gewinnung von Inhaltsstoffen der Ausatemluft durch Änderung deren Aggregatzustandes mittels des Joule-Thomson-Effekts entstehend bei Expansion von unter Druck stehendem Gas, enthaltend einen Strömungskanal (1), durch den die Ausatemluft führbar ist, einen Druckbehälter (2) mit mindestens einer an den Druckbehälter (2) angeschlossenen Entspannungsdüse (3), enthaltend ein unter Druck stehendes Gas oder Gasgemisch, mit welchem durch dessen Expansion in den Strömungskanal (1) hinein die Temperatur der im Strömungskanal (1) geführten Ausatemluft (Pfeil) auf eine Temperatur herabsenkbar ist, die geeignet ist, die zu fraktionierenden Inhaltsstoffe im Ausatemluftstrom (Pfeil) zu kondensieren und/oder in Form von gefrorenen Partikeln (4) im Ausatemluftstrom auszufrieren, eine Sammelvorrichtung (5) zur Aufnahme der im Ausatemluftstrom mitgeführten flüssigen und/oder gefrorenen Partikel (4), wobei die Sammelvorrichtung (5) downstream-seitig zur Entspannungsdüse (3) eingerichtet ist.Apparatus for the fractionated recovery of ingredients of the exhaled air by changing their state of aggregation by means of the Joule-Thomson effect arising on expansion of pressurized gas containing a flow channel ( 1 ), through which the exhaled air is feasible, a pressure vessel ( 2 ) with at least one to the pressure vessel ( 2 ) connected expansion nozzle ( 3 ) containing a pressurized gas or gas mixture with which by its expansion into the flow channel ( 1 ) into the temperature of the flow channel ( 1 ) is lowered to a temperature which is suitable for condensing the constituents to be fractionated in the exhaled air stream (arrow) and / or in the form of frozen particles ( 4 ) in the exhaled air stream, a collecting device ( 5 ) for receiving the liquid and / or frozen particles entrained in the exhaled air stream ( 4 ), the collecting device ( 5 ) downstream to the expansion nozzle ( 3 ) is set up. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wobei der Strömungskanal (1) eine Geometrie aufweist, mit welcher im Strömungskanal Strömungsbedingungen induzierbar sind, aufgrund derer eine Separierung der im Ausatemluftstrom mitgeführten flüssigen und/oder gefrorenen Partikel (4) direkt aus dem Ausatemluftstrom in der Sammelvorrichtung (5) erfolgt.Device according to claim 1, characterized in that the flow channel ( 1 ) has a geometry with which flow conditions are inducible in the flow channel, due to which a separation of the liquid and / or frozen particles entrained in the exhaled air stream ( 4 ) directly from the exhaled air stream in the collecting device ( 5 ) he follows. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Entspannungsdüse (3) im Strömungskanal (1), vorzugsweise in der Längsmittelachse des Strömungskanals (1), eingerichtet ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at least one expansion nozzle ( 3 ) in the flow channel ( 1 ), preferably in the longitudinal center axis of the flow channel ( 1 ) is set up. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine die Entspannungsdüse (3) in der Wand des Strömungskanals (1), vorzugsweise als Ringdüse (6), eingerichtet ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at least one of the expansion nozzle ( 3 ) in the wall of the flow channel ( 1 ), preferably as an annular nozzle ( 6 ) is set up. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsdüse (3) und oder Entspannungsdüsen (3) in Strömungsrichtung, quer zur Strömungsrichtung und/oder gegen die Strömungsrichtung ausgerichtet ist bzw. sind.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the expansion nozzle ( 3 ) and or expansion nozzles ( 3 ) is aligned in the flow direction, transversely to the flow direction and / or against the flow direction or are. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein regel- und steuerbarer Durchflussregler (7), mit dem der Durchfluss durch die Entspannungsdüse (3) des expandierenden Gases oder Gasgemisches einstellbar und an die Strömungsgeschwindigkeit der Ausatemluft im Strömungskanal (1) anpassbar ist, eingerichtet ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that a regulatable and controllable flow regulator ( 7 ), with which the flow through the expansion nozzle ( 3 ) of the expanding gas or gas mixture adjustable and to the flow rate of the exhaled air in the flow channel ( 1 ) is customizable. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (1) eine Krümmung (8), vorzugsweise von 45 bis 90 Grad, aufweist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the flow channel ( 1 ) a curvature ( 8th ), preferably from 45 to 90 degrees. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelvorrichtung (5) direkt in der Krümmung (8) des Strömungskanals (1) eingerichtet ist.Apparatus according to claim 7, characterized in that the collecting device ( 5 ) directly in the curve ( 8th ) of the flow channel ( 1 ) is set up. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelvorrichtung (5) in Strömungsrichtung gegenüber der eingangsseitigen Öffnung (9) im Strömungskanal (1) eingerichtet ist.Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the collecting device ( 5 ) in the flow direction opposite to the input-side opening ( 9 ) in the flow channel ( 1 ) is set up. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelvorrichtung (51) ein Temperierelement (10) aufweist, mit dem die Temperatur der Sammelvorrichtung (5) einstellbar, steuerbar und/oder regelbar ist.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the collecting device ( 51 ) a tempering element ( 10 ), with which the temperature of the collecting device ( 5 ) is adjustable, controllable and / or regulated. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelvorrichtung (5) in oder an der Wandung des Strömungskanals (1), vorzugsweise lösbar, eingerichtet ist.Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the collecting device ( 5 ) in or on the wall of the flow channel ( 1 ), preferably releasably, is set up. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelvorrichtung (5) im Querschnitt des Strömungskanals (1), vorzugsweise lösbar, eingerichtet ist.Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the collecting device ( 5 ) in the cross section of the flow channel ( 1 ), preferably releasably, is set up. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelvorrichtung (5) die Messfläche (11) eines Sensors (12) ist.Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the collecting device ( 5 ) the measuring surface ( 11 ) of a sensor ( 12 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelvorrichtung (5) direkt auf der Messfläche (11) des Sensors (12) eingerichtet ist.Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the collecting device ( 5 ) directly on the measuring surface ( 11 ) of the sensor ( 12 ) is set up. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelvorrichtung (5) mit Leitungen und/oder Gleitflächen (13) ausgestattet ist, mit denen die fraktionierten Inhaltsstoffe (4) in flüssiger und/oder gefrorener Form in oder auf die Sammelvorrichtung leitbar sind.Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the collecting device ( 5 ) with lines and / or sliding surfaces ( 13 ) with which the fractionated ingredients ( 4 ) in liquid and / or frozen form in or on the collecting device are conductive. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelvorrichtung (5) mit einer die zu fraktionierenden Inhaltsstoffe (4) speichernden Schicht (14) ausgestattet ist.Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the collecting device ( 5 ) with an ingredient to be fractionated ( 4 ) storing layer ( 14 ) Is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an der eingangsseitigen Öffnung (9) der Vorrichtung mindestens ein Mittel zum Verbinden (15) mit der Auslassöffnung eines Gerätes der Lungenfunktionsdiagnostik, vorzugsweise eines Pneumotachographen, eingerichtet ist.Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that at the input-side opening ( 9 ) the device at least one means for connecting ( 15 ) with the outlet opening of a lung function diagnostic device, preferably a pneumotachograph, is set up. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf oder in der Wandung des Strömungskanals (1) eine temperierbare Schicht (16) eingerichtet ist.Device according to one of claims 1 to 17, characterized in that on or in the wall of the flow channel ( 1 ) a temperature-controllable layer ( 16 ) is set up. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelvorrichtung (5) in einer Ebene mit einem Winkel zwischen 0° und 90° zur Horizontalebene, insbesondere horizontal oder vertikal dazu, ausgerichtet ist.Device according to one of claims 1 to 18, characterized in that the collecting device ( 5 ) is aligned in a plane with an angle between 0 ° and 90 ° to the horizontal plane, in particular horizontally or vertically thereto. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas eine trockenes Gas, insbesondere ein Reingas, vorzugsweise Argon, Stickstoff, Kohlendioxyd, ein Kohlenwasserstoff, insbesondere Propan, Butan, Pentan oder Chlorethan, ist.Device according to one of claims 1 to 19, characterized in that the gas is a dry gas, in particular a clean gas, preferably argon, nitrogen, carbon dioxide, a hydrocarbon, in particular propane, butane, pentane or chloroethane. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch eine Mischung aus mindesten zwei trockenen Gasen, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe „Argon, Stickstoff, Kohlendioxyd oder Kohlenwasserstoffen, insbesondere Propan, Butan, Pentan und/oder Chlorethan”, ist.Device according to one of claims 1 to 19, characterized in that the gas mixture is a mixture of at least two dry gases, preferably selected from the group "argon, nitrogen, carbon dioxide or hydrocarbons, in particular propane, butane, pentane and / or chloroethane" , Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass in und/oder an der Wandung des Strömungskanals (1) und/oder im Strömungskanal (1) direkt mindestens ein Temperatursensor (17) zum Messen der Temperatur des Ausatemluftstroms eingerichtet ist.Device according to one of claims 1 to 21, characterized in that in and / or on the wall of the flow channel ( 1 ) and / or in the flow channel ( 1 ) directly at least one temperature sensor ( 17 ) is arranged to measure the temperature of the exhaled air flow. Verfahren zur fraktionierten Gewinnung von Inhaltsstoffen der Ausatemluft durch Änderung deren Aggregatzustandes mittels des Joule-Thomson-Effekts entstehend bei Expansion von unter Druck stehendem Gas, wobei durch Expansion eines Gases oder eines Gasgemisches in einen Strömungskanal (1) hinein die Temperatur der im Strömungskanal (1) geführten Ausatemluft auf eine Temperatur herabgesenkt wird, bei der die zu fraktionierenden Inhaltsstoffe im Ausatemluftstrom kondensieren und/oder in Form von gefrorenen Partikeln (4) im Ausatemluftstrom (Pfeil) auszufrieren, wobei nach dem Kondensieren und/oder Ausfrieren der zu fraktionierenden Inhaltstoffe (4) diese als flüssige und/oder gefrorene Partikel (4) im Ausatemluftstrom (Pfeil) mitgeführt werden, und wobei die flüssigen und/oder gefrorenen Partikel (4) in einer Sammelvorrichtung (5) separiert werden.Process for the fractionated recovery of ingredients of the exhaled air by changing their state of aggregation by means of the Joule-Thomson effect arising on expansion of pressurized gas, wherein by expansion of a gas or a gas mixture into a flow channel ( 1 ) into the temperature of the flow channel ( 1 ) is lowered to a temperature at which condense the ingredients to be fractionated in the exhaled air stream and / or in the form of frozen particles ( 4 ) in the exhaled air stream (arrow), wherein after condensation and / or freezing of the constituents to be fractionated ( 4 ) these as liquid and / or frozen particles ( 4 ) in the exhaled air stream (arrow), and wherein the liquid and / or frozen particles ( 4 ) in a collecting device ( 5 ) are separated. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Geometrie des Strömungskanals (1) Strömungsbedingungen im Strömungskanal (1) induziert werden, welche dazu führen, dass die flüssigen und/oder gefrorenen Partikel (4) direkt in der Sammelvorrichtung (5) separiert werden.A method according to claim 23, characterized in that by the geometry of the flow channel ( 1 ) Flow conditions in the flow channel ( 1 ), which cause the liquid and / or frozen particles ( 4 ) directly in the collecting device ( 5 ) are separated. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das während der Fraktionierung der Inhaltsstoffe (4) durch deren Kondensation und/oder Ausfrieren im Ausatemluftstrom und deren Separierung in oder auf der Sammelvorrichtung (5) eine Kühlung der Sammelvorrichtung (5) auf ≤ 0°C erfolgt.Method according to one of claims 23 or 24, characterized in that during the fractionation of the ingredients ( 4 ) by their condensation and / or freezing in the exhaled air stream and their separation in or on the collecting device ( 5 ) cooling the collecting device ( 5 ) to ≤ 0 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das während der Fraktionierung der zu separierenden Inhaltsstoffe (4) durch deren Kondensation und/oder Ausfrieren im Ausatemluftstrom und deren Separierung in oder auf der Sammelvorrichtung (51) eine Temperierung, vorzugsweise ein Beheizen, der in der Wandung des Strömungskanals (1) eingerichteten temperierbaren Schicht (16) erfolgt.Method according to one of claims 23 to 25, characterized in that during the fractionation of the ingredients to be separated ( 4 ) by their condensation and / or freezing in the exhaled air stream and their separation in or on the collecting device ( 51 ) a temperature, preferably a heating, in the wall of the flow channel ( 1 ) temperature-controlled layer ( 16 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Separierung der im Ausatemluftstrom mitgeführten gefrorenen Partikel (4) zum Schmelzen der gefrorenen Partikel in der Sammelvorrichtung (5) die Sammelvorrichtung (5) auf eine Temperatur > 0°C, vorzugsweise auf die sensorspezifische Betriebstemperatur des Sensors (12), insbesondere auf eine Temperatur von 10°C bis 40°C, aufgeheizt wird.Method according to one of claims 23 to 26, characterized in that after the separation of the frozen particles entrained in the exhaled air stream ( 4 ) for melting the frozen particles in the collecting device ( 5 ) the collecting device ( 5 ) to a temperature> 0 ° C, preferably to the sensor-specific operating temperature of the sensor ( 12 ), in particular to a temperature of 10 ° C to 40 ° C, is heated. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Gasexpansion, das Expansionsvolumen und/oder die durch die Expansion des Gases oder Gasgemisches bewirkte Temperatur des Ausatemluftstroms gesteuert und/oder geregelt wird, wobei vorzugsweise das Maß und die Dauer der Expansion vom Flow und/oder der Temperatur des Ausatemluftstroms und/oder einer definierten Fraktion des Ausatemluftstroms abhängig sind.Method according to one of claims 23 to 27, characterized in that the duration of the gas expansion, the expansion volume and / or caused by the expansion of the gas or gas mixture temperature of the exhaled air flow is controlled and / or regulated, preferably the degree and duration of Expansion of the flow and / or the temperature of the exhaled air flow and / or a defined fraction of the exhaled air flow are dependent. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die fraktionierten und separierten Inhaltsstoffe (4) qualitativ und/oder quantitativ bestimmt werden.Method according to one of claims 23 to 28, characterized in that the fractionated and separated ingredients ( 4 ) are determined qualitatively and / or quantitatively.

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