DE19901590C1

DE19901590C1 - Wasserfalle für einen Probengasstrom

Info

Publication number: DE19901590C1
Application number: DE19901590A
Authority: DE
Inventors: Gerd Peter; Thomas Maxeiner
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1999-01-16
Filing date: 1999-01-16
Publication date: 2000-07-27
Anticipated expiration: 2019-01-17
Also published as: US6117214A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine bezüglich der Handhabung und Anzeigegenauigkeit unterschiedlicher Betriebszustände verbesserte Wasserfalle für einen Probengasstrom aus einer Probengasleitung mit folgenden Merkmalen: DOLLAR A - Das Gehäuse (1) der Wasserfalle ist abnehmbar an einem Halter (2) befestigt, DOLLAR A - das Gehäuse (1) weist einen Tank (3) für die Aufnahme von Flüssigkeiten und Gasen auf, DOLLAR A - oberhalb des Tanks (3) enthält das Gehäuse (1) eine erste, mittels einer ersten hydrophoben Membran (10) geteilte Kammer, wobei der untere abgeteilte Teil (12) der ersten Kammer eingangsseitig über den Halter (2) mit der Probengasleitung (121) und ausgangsseitig mit dem Gasraum im Tank (3) verbunden ist, und wobei der obere abgeteilte Teil (11) der ersten Kammer oberhalb der ersten hydrophoben Membran (10) über den Halter (2) mit einem Gasanalysator (4) und mit einem Unterdruck verbunden ist, DOLLAR A - oberhalb des Tanks (3) enthält das Gehäuse (1) eine zweite, mittels einer zweiten hydrophoben Membran (20) geteilte Kammer, wobei der untere abgeteilte Teil (22) der zweiten Kammer mit dem Gasraum im Tank (3) an einem, bezogen auf den Flüssigkeitsspiegel und auf die Einmündung der Verbindungsleitung aus der ersten Kammer, tieferen Punkt (18) verbunden ist und wobei der obere abgeteilte Teil (21) der zweiten Kammer oberhalb der zweiten hydrophoben Membran (20) über den Halter (2) mit einem Volumenstrommesser (8) und mit demselben Unterdruck verbunden ist, und DOLLAR A - die vom Gasvolumenstrom ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Wasserfalle für einen Probengasstrom aus einer Probengasleitung.

Insbesondere im Falle von an Anästhesie- oder Beatmungsgeräte ange schlossenen Patienten ist es wünschenswert, die Konzentration einzelner oder mehrerer Gase im Atemgasstrom mittels geeigneter Gas analysatoren zu messen. Zum Schutz derartiger Gasanalysatoren und auch um mögliche Meßfehler zu vermeiden, ist es bekannt, auskondensiertes Wasser aus mittels Unterdruck abgesaugtem Atemgas in Wasser fallen aufzufangen.

Um die Funktionsfähigkeit derartiger Wasserfallen zu erkennen und zu gewährleisten, wäre es vorteilhaft, wenn der Betriebszustand und der Füllgrad des das abgeschiedene Wasser aufnehmenden Tanks ange zeigt würden.

Die bisher bekannten Wasserfallen erfüllen entweder die gewünschten Genauigkeitsanforderungen nicht und erlauben es nicht, mehr als zwei unterschiedliche Betriebszustände zu erkennen, erzeugen aufgrund des verwendeten Anzeigeprinzips Fehlalarme und/oder sind unpraktisch in der Handhabung.

Eine bekannte Wasserfalle wird in der US 4,886,528 beschrieben, wobei hier keine spezifische Füllstandserkennung vorgesehen ist. Bei gefülltem Tank steigt der Gasflußwiderstand stark an, so daß kein Gas mehr die Wasserfalle passieren kann, das heißt, es können nur zwei Betriebszustände erkannt werden: funktionsfähig/nicht funktionsfähig.

Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, eine Wasserfalle für einen Probengasstrom aus einer Probengasleitung vorzuschlagen, die einerseits eine verbesserte Handhabung bei gleichzeitig verbesserter Anzeigegenauigkeit mehrerer unterschiedlicher Betriebszustände erlaubt und die die Nachteile der bekannten Wasserfallen vermeidet.

Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands nach Anspruch 1 an.

Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Wasserfalle bestehen darin, daß aufgrund ihrer Konstruktion

- ein zuverlässiger Betrieb auch bei starkem Wasseranfall im Proben gasstrom gewährleistet ist,
- eine verbesserte Anzeige unterschiedlicher Betriebszustände möglich ist,
- die Handhabung, insbesondere die Entleerung des Tankes, verbessert ist und
- keine zusätzliche Restriktion (Strömungswiderstand) zur Aufteilung der Gasvolumenströme nötig ist und dadurch die Wasserfalle störun anfälliger und einfacher in die Meßanordnung integrierbar ist bei gleichzeitiger sichererer Bakterien- und Keimrückhaltung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend mittels der Fig. 1 und 2 erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine Anordnung der Erfindung und

Fig. 2 im oberen Teil des Blattes eine Draufsicht des unteren abgeteilten Teils 12 der ersten Kammer und im unteren Teil des Blattes eine Draufsicht des oberen abgeteilten Teils 11 der ersten Kammer.

Die erfindungsgemäße Wasserfalle gemäß Fig. 1 weist als wesentliche Hauptkomponenten ein Gehäuse 1 auf, das lösbar mittels geeigneter Anschlüsse an dem Halter 2 befestigt ist. Der vorzugsweise transparente und fest mit dem Gehäuse 1 verbundene Tank 3 für die Aufnahme von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, und Gasen befindet sich unterhalb des Gehäuses 1. Oberhalb des Tanks 3 enthält das Gehäuse 1 eine erste, mittels einer ersten hydrophoben Membran 10 geteilte Kammer, wobei der untere abgeteilte Teil 12 der ersten Kammer eingangsseitig über den Halter 2 mit der Probengasleitung 121 zum Atemgasstrom und ausgangsseitig mit dem Gasraum im Tank 3 verbunden ist, und wobei der obere abgeteilte Teil 11 der ersten Kammer oberhalb der ersten hydrophoben Membran 10 über den Halter 2 mit mindestens einem, vorzugsweise infrarotoptischen und/oder elektrochemischen, Gasanalysator 4 und mit einem Unterdruck (Pumpe 6) verbunden ist. Oberhalb des Tanks 3 enthält das Gehäuse 1 eine zweite, mittels einer zweiten hydrophoben Membran 20 geteilte Kammer, wobei der untere abgeteilte Teil 22 dieser zweiten Kammer mit dem Gasraum im Tank 3 an einem, bezogen auf den Flüssigkeitsspiegel und bezogen auf die Einmündung der Verbindungsleitung aus der ersten Kammer, tieferen Punkt 18 verbunden ist. Außerdem ist der obere abgeteilte Teil 21 der zweiten Kammer oberhalb der zweiten hydrophoben Membran 20 über den Halter 2 mit einem Volumenstrommesser 8 und mit dem Unterdruck (Pumpe 6) ver bunden. Als besonders bevorzugter Volumenstrommesser 8 wird ein thermischer Massendurchflußmesser nach dem Wärmetransportprinzip eingesetzt, welcher einerseits eine hohe Meßempfindlichkeit auch bei niedrigen Volumenströmen aufweist und andererseits einfach aufgebaut und deshalb kostengünstig ist.

Die vom Gasvolumenstrom, also dem Probengasstrom durchströmten freien Flächen und Porengrößen der ersten und zweiten, vorzugsweise aus GORE TEX® bestehenden hydrophoben Membranen 10, 20 sind so bemessen, daß das Verhältnis des Gasvolumenstroms durch die erste hydrophobe Membran 10 zum Gasvolumenstrom durch die zweite hydrophobe Membran 20 im Bereich zwischen 5 : 1 bis 20 : 1 liegt, insbesondere bei etwa 10 : 1, wobei die Porengrößen beider Membranen 10, 20 kleiner als etwa 0,45 Mikrometer sind. Vorzugsweise liegen die Porengrößen der beiden Membranen 10, 20 im Bereich von etwa 0,1 bis 0,2 Mikrometer, so daß Bakterien und Keime durch die Membranen 10, 20 sicher abgehalten werden.

Die Wasserfalle weist vorzugsweise einen Auslaß 13 aus dem Gehäuse 1 auf, welcher mit einer fast bis auf den Boden des Tanks 3 reichenden inneren Leitung 14 verbunden ist, so daß die Flüssigkeiten im Tank 3 mittels eines angelegten externen Unterdrucks bequem und hygienisch entleert werden können, insbesondere mittels einer üblichen Spritze mit einem geeigneten, standardisierten Anschluß. Weiterhin ist die Wasserfalle gemäß Ausfüh rungsbeispiel mit einer Auswerte- und Regeleinheit 5 und mit einem Gesamtvolumenstrommesser 7 stromabwärts der Pumpe 6 versehen, so daß die Meßsignale von Volumen- und Gesamtvolumenstrommesser 8, 7 in die Auswerte- und Regeleinheit 5 geschaltet sind, dort mit gespeicherten Schwellwerten für den Volumen- und Gesamtvolumenstrom verglichen werden, und anschließend in Abhängigkeit von diesem Wertevergleich der jeweilige Betriebszustand der Wasserfalle angezeigt wird.

Der Gesamtvolumenstrom wird über die Auswerte- und Regeleinheit 5 und die Pumpe 6 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs konstant geregelt. Mit Hilfe der Gasvolumenstrom-Meßeinrichtungen, nämlich des Volumenstrom messers 8 und des Gesamtvolumenstrommessers 7, ist es möglich, eine detaillierte Aussage über den Betriebszustand der Wasserfalle zu geben und mittels der Auswerte- und Regeleinheit 5 anzuzeigen. So ist es bei spielsweise möglich, einen Alarm auszulösen, wenn der Tank 3 einen bestimmten oberen Flüssigkeitsspiegel erreicht hat. Dies ist dann der Fall, wenn der mittels des Volumenstrommessers 8 gemessene Gasvolumenstrom durch die zweite geteilte Kammer den vorgegebenen, ge speicherten, dem normalen Betriebszustand entsprechenden Schwell wert für den Gasvolumenstrom unterschreitet, sobald der Flüssigkeits spiegel die Leitung aus dem Tank 3 in die zweite Kammer am Punkt 18 er reicht.

Im Unterschied zum Stand der Technik läßt sich also nicht nur erkennen, ob die Wasserfalle funktionsfähig oder nicht funktionsfähig ist, sondern es können folgende zusätzliche Betriebszustände erkannt werden: "Wasserfalle ist abgezogen", "erste hydrophobe Membran 10 ist verstopft" oder "Absaugstrecke Wasserfalle, Probengasleitung 121 ist verstopft".

Erfindungsgemäß erfolgt die Aufteilung des Gesamtgasvolumenstromes auf die erste und zweite geteilte Kammer durch Auslegung der freien Flächen und der Porengrößen der ersten und zweiten hydrophoben Membranen 10, 20 in der Wasserfalle und ohne weitere externe Strömungswiderstände für den Gasvolumenstrom.

Dies ist besonders vorteilhaft, da bei hohem Wasseranfall im zu analysierenden Atemgasstrom ein Ansammeln von Wasser in der ersten Kammer, das zum Ausfall der Wasserfalle führen würde, besonders effizient vermieden wird. Dies liegt an der speziellen Gasführung und Auslegung des hydro phoben Membranmaterials, welches den Gasvolumenstrom durch die zweite hydrophobe Membran 20 erhöht, wenn sich bei starkem Wasser anfall der durch die Pumpe 6 erzeugte Differenzdruck über der zweiten hydrophoben Membran 20 erhöht. In diesem Fall kommt es zu einem überproportionalen Ansteigen des Gasvolumenstromes durch die zweite Kammer und damit zu einer verstärkten Drainage der ersten Kammer. Bei Verwendung externer Strömungswiderstände zur Aufteilung des Gesamtgasvolumenstromes in bekannten Wasserfallen ergibt sich eine weit schlechtere Drainagewirkung, da der dynamische Widerstand externer Strömungswiderstände mit steigendem Gasvolumenstrom zunimmt und den für die Drainage der ersten Kammer nötigen Gasvolumenstrom weit aus stärker begrenzt als bei der erfindungsgemäßen Konstruktion. Ein weiterer Vorteil der Erfindung gemäß Ausführungsbeispiel ist die Möglichkeit der hygienischen Flüssigkeitsentleerung des Tanks 3 mittels eines speziell dafür angebrachten Anschlusses am Auslaß 13 und mit Hilfe einer handelsüblichen Einwegspritze.

Hinter dem Gesamtvolumenstrommesser 7, welcher beispielsweise als Druckaufnehmer über einem Strömungswiderstand ausgebildet ist, befindet sich optional in einer abführenden Gasleitung ein Filter 17, welcher dazu dient, von der Anordnung abgelöste Partikel aufzufangen.

In Fig. 2 ist im oberen Teil des Blattes eine Draufsicht des unteren Teils 12 der ersten Kammer des Gehäuses 1 dargestellt, welches vorzugsweise im Spritzgußverfahren aus Kunststoff hergestellt ist. Im unteren Teil des Blattes ist eine Draufsicht des oberen abgeteilten Teils 11 der ersten Kammer des Gehäuses 1 dargestellt, welches ebenfalls vorzugsweise im Spritzgußverfahren aus Kunststoff hergestellt ist.

Die Bohrung 122 führt zur Probengasleitung 121, die Bohrung 123 zum Tank 3 und die Bohrung 127 über eine Leitung zum Gasanalysator 4.

Die Dichtungsnut 126 dient zur dichtenden Aufnahme der mittels einer ringförmigen, elastischen Dichtung eingefaßten ersten hydrophoben Membran 10.

Das oben und unten komplementäre Strömungsprofil 125 ist relativ zum ebenen Strömungskanal 124 erhaben, so daß der Probengasstrom aufgrund der resultierenden Gasführung einerseits möglichst viel Fläche der Membran 10 überstreicht und andererseits kondensierte Flüssigkeits- bzw. Wassertropfen sehr wirkungsvoll im unteren Teil 12 der ersten Kammer zur Bohrung 123 und damit zum Tank 3 transportiert werden. Im Ergebnis wird durch eine erfindungsgemäße Anordnung und Konstruktion gemäß Ausführungsbeispiel erreicht, daß ein relativ großer Anteil des Probengasstromes zum Gasanalysator 4 gelangt und die Flüssigkeit wirkungsvoll in der Wasserfalle abgeschieden wird.

Claims

1. Wasserfalle für einen Probengasstrom aus einer Probengas leitung gekennzeichnet durch

a) ein an einem Halter (2) befestigtes, abnehmbares Gehäuse (1),
b) einen Tank (3) für die Aufnahme von Flüssigkeiten und Gasen,
c) eine erste, mittels einer ersten hydrophoben Membran (10) geteilte Kammer, wobei der untere abgeteilte Teil (12) der ersten Kammer eingangsseitig über den Halter (2) mit der Probengasleitung (121) und ausgangsseitig mit dem Gasraum im Tank (3) verbunden ist, und wobei der obere abgeteilte Teil (11) der ersten Kammer oberhalb der ersten hydrophoben Membran (10) über den Halter (2) mit einem Gasanalysator (4) und nachgeschaltet mit einem Unterdruck verbunden ist sowie
eine zweite, mittels einer zweiten hydrophoben Membran (20) geteilte Kammer, wobei der untere abgeteilte Teil (22) der zweiten Kammer mit dem Gasraum im Tank (3) an einem, bezogen auf den Flüssigkeitsspiegel und auf die Einmündung der Verbindungsleitung aus der ersten Kammer, tieferen Punkt (18) verbunden ist und wobei der obere abgeteilte Teil (21) der zweiten Kammer oberhalb der zweiten hydrophoben Membran (20) über den Halter (2) mit einem Volumenstrommesser (8) und mit demselben Unterdruck verbunden ist, und
die vom Gasvolumenstrom durchströmten freien Flächen und Porengrößen der ersten und zweiten hydrophoben Membranen (10, 20) so ausgewählt sind, daß das Verhältnis des Gasvolumenstroms durch die erste hydrophobe Membran (10) zum Gasvolumenstrom durch die zweite hydrophobe Membran (20) im Bereich zwischen 5 : 1 bis 20 : 1, insbesondere bei etwa 10 : 1 liegt.

2. Wasserfalle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslaß (13) aus dem Gehäuse (1) mit einer in Richtung zum Boden des Tanks (3) reichenden inneren Leitung (14) verbunden ist.

3. Wasserfalle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Porengrößen der ersten und zweiten hydrophoben Membranen (10, 20) kleiner als 0,45 Mikrometer sind.

4. Wasserfalle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste hydrophobe Membran (10) eine vom Gasvolumenstrom durchströmte freie Fläche von 95 bis 110 mm² mit einer Porengröße von 0,2 Mikrometer und die zweite hydrophobe Membran (20) eine vom Gasvolumenstrom durchströmte freie Fläche von 15 bis 30 mm² mit einer Porengröße von 0,1 Mikrometer aufweist.

5. Wasserfalle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gasanalysator (4) in Gasströmungsrichtung eine Pumpe (6) für die Erzeugung des Unterdrucks nachgeschaltet ist und daß die über den Volumenstrommesser (8) geführte Gasleitung (15) in die Verbindungsleitung (16) zwischen Gasanalysator (4) und Pumpe (6) mündet.