DE2541300B2 - Anordnung zum Einsaugen und Ausblasen von Behandlungsgasen zu einem Patienten - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Einsaugen und forcierten Ausblasen zu einem Patienten von dem einen oder anderen oder einer Mischung von mehreren Behandlungsgasen, von denen eines einem drucklosen System entnommen wird, beispielsweise zur Ausführung von künstlicher Beatmung oder für Narkosezwecke. Hierbei verwendet man eine sich selbst ausweitende Blase, d. h. eine Blase, die nach einer Zusammendrückung automatisch wieder ihre Form annimmt Die Blase ist mit einer Art Einsaugventil zur Zufuhr von Luft und/oder einem anderen Gas in der Blase versehen sowie mit einem Dreiwegs-Beatmungsventil, das an eine Beatmungsmaske oder ähnliche Vorrichtung entweder direkt oder über eine Verbindungsleitung angeschlossen ist Eine derartige, sich selbst ausweitende Blase arbeitet grundsätzlich in folgenderWeise:

Beim Zusammendrücken der Blase wird das in der

55 Blase befindliche Gas durch ein Auslaßventil herausgepreßt, und zwar in die Luftwege des Patienten über die Beatmungsmaske. Hiernach wird die Blase losgelassen und nimmt infolge ihres eigenen Ausdehnungsvermögens wieder ihre ursprüngliche Form an, wobei ein Unterdruck in der Blase gebildet wird. Infolge dieses Unterdruckes füllt sich die Blase wieder mit Gas durch das Einsaugventil, worauf eine neue Einblasung erfolgen kann.

In Beatmungsanlagen dieser Art will man in vielen Fällen außer dem Hauptgas, das durch das Einsaugventil zugeführt wird, auch ein Behandlungsgas, beispielsweise Sauerstoff oder Narkosegas, zusetzen, wobei das Hauptgas und das Zusatzgas in beliebigen Verhältnissen gemischt werden können sollen. In bekannten Anlagen wird ein solches Gas über ein besonderes Ventil zugeführt, das in der Blase mündet Da solche Zusatzgase mit verhältnismäßig hohem Druck (1—3 atü) zugeführt wird, muß man besondere Sicherheitsmaßnahmen ergreifen, damit der Patient keinem schädlichen Überdruck infolge der Zufuhr des Zusatzgases ausgesetzt wird. Dieses Problem ist bisher noch nicht in zufriedenstellender Weise gelöst worden.

Die Erfindung sucht also die Aufgabe zu lösen, eine Anordnung zum Einsaugen und forcierten Ausblasen zu einem Patienten von dem einen oder anderen oder einer Mischung von mehreren Behandlungsgasen mit einer sich selbst ausweitenden Lungenventilationsblase und einem Einsaugventil zu schaffen, die es ermöglicht, einen Hauptgasstrom mit wenigstens einem Zusatzgasstrom in beliebigen Mengenverhältnissen, d. h. stufenlos von 100% Hauptgas bis 100% Zusatzgas zu mischen, ohne daß irgend eine Gefahr eines unzulässigen Überdruckes in der Anlage infolge des Zufuhrdruckes des Zusatzgases auftritt

Die für diesen Zweck vorgeschlagene Konstruktion, die näher nachstehend und in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist ist auch in hohem Grad betriebssicher, da sie keine beweglichen Teile enthält, und sie ist außerdem sehr leicht zu reinigen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

In dem Einsaugventil der erfindungsgemäßen Anordnung bildet sich bei der Zufuhr von Zusatzgas unter Druck ein Wirbelstrom zwischen dem tangential angeordneten Einlaßmundslück oder den Einlaßmundstücken und der zentralen Auslaßöffnung. Da der Druckfall, den dieser Wirbel hervorruft im wesentlichen nur in dem Bereich zwischen der Auslaßöffnung und der Einsaugöffnung (oder einem Teil der Einsaugöffnung), die sich radial zunächst der Auslaßöffnung befindet, auftritt ist die Einsaugöffnung (oder die Einsaugöffnungen) vorzugsweise entlang einem Kreisbogen mit dem gleichen Mittelpunkt wie die Auslaßöffnung angeordnet. Es ist hierbei besonders zweckmäßig, die Einsaugöffnung oder -Öffnungen, die vorzugsweise Schlitzform hat, entlang des Umkreises der Wirbelkammer anzuordnen.

Das Einsaugventil gemäß der Erfindung arbeitet in folgender Weise:

Die Auslaßöffnung wird an den Einlaß einer sich selbst ausweitenden Ventilationsblase angeschlossen und das Zufuhrmundstück (bzw. die Zufuhrmundstücke) wird an eine geeignete Zusatzgasquelle, beispielsweise einen Druckbehälter für O2, angeschlossen. Die Zufuhr von Zusatzgas in dem Ventil wird in bekannter Weise mit Hilfe eines geeigneten Ventils, z. B. eines konventionellen Drosselventils, geregelt

Wenn die Ventilationsblase während ihrer Ausweitungsphase Hauptgas, beispielsweise atmosphärische Luft, durch die Einsaugöffnung (oder -öffnungen) einsaugt, wird das eingesaugte Hauptgas normalerweise — d. h. wenn kein Zusatzgas zugeführt wird — radial durch die Wirbelkammer zu der zentralen Auslaßöffnung strömen und in die Ventilationsblase durch das Rückschlagventil eintreten, ohne daß irgend ein nennenswerter Druckfall in der Wirbelkammer auftritt Die sich selbst ausweitende Ventilationsblase wird dabei ausschließlich Hauptgas mit einer Geschwindigkeit einsaugen, die durch die elastischen Eigenschaften der sich selbst ausweitenden Blase und durch den Druckabfall in dem ganzer? Einsaugventil bei unbehinderter Strömung bestimmt wird.

Wenn man dagegen ein Zusatzgas (z. B. O2) von einer Druckquelle durch das tangential angeordnete Mundstück zuführt, erzeugt das Zusatzgas einen Wirbel, der spiralförmig von dem Mundstück (oder den Mundstükken) auf das Zentrum hin verläuft Wie bji Wirbelströmen bekannt, entsteht hierbei ein Druckunterschied zwischen den Mundstücken und dem Zentrum, wo die Auslaßöffnung angeordnet ist, so daß der Druck im Zentrum niedriger ist als entlang dem Umkreis, wo die Mundstücke und Einsaugöffnungen angeordnet sind. Wenn die Dimensionen der Wirbelkammer und der Zufuhrmundstücke sowie die Größe der Einsaugöffnungen und der zentralen Auslaßöffnung gegeben sind, hängt die Größe dieses Druckunterschiedes ausschließlich von der Menge Zusatzgas ab, die durch das tangentiale Zufuhrmundstück zugeführt wird.

Wenn ein solches Zusatzgas von einer Druckquelle durch das tangentiale Zufuhrmundstück (oder die Zufuhrmundstücke) während der Einsaugphase der Ventilationsblase zugeführt wird, entsteht ein Gleichgewicht zwischen der Menge des Hauptgases und der Menge des Zusatzgases, das in die Blase eingesaugt wird, da die Elastizität der Blase einen kennzeichnenden Unterdruck an der zentralen Auslaßöffnung der Wirbelkammer erzeugt An der Einsaugöffnung oder den Einsaugöffnungen, die sich weiter außen im Verhältnis zur Auslaßöffnung, vorzugsweise an dem Umfang der Wirbelkammer befinden, ist dieser Unterdruck jedoch kleiner infolge der Druckverteilung in dem Wirbel. In dieser Weise wird die Geschwindigkeit, mit der das Hauptgas in die Wirbelkammer durch die Einsaugöffnungen eingesaugt wird und die durch die Größe des an den Einsaugöffnungen herrschenden Unterdruckes bestimmt wird, abhängig von der Größe der in der Wirbelkammer durch die tangentialen Zufuhrmundstücke zugeführten Menge des Zusatzgases; je größer die zugeführte Menge Zusatzgas ist, desto kleiner wird der eingesaugte Anteil des Hauptgases und desto größer der Anteil des in die Blase eingesaugten Anteiles des Zusatzgases. Infolge der beschriebenen Druckverhältnisse wird auch die Zeit, die erforderlich ist, um die sich selbst ausweitende Ventilationsblase mit einem bestimmten Volumen zu füllen, im Takt mit der Vermehrung der Zusatzgasmenge zunehmen.

Wenn die Zusatzgasmenge auf einen bestimmten Wert vermehrt worden ist, wird der Druckunterschied zwischen den Einsaugöffnungen und der Auslaßöffnung gleich dem Unterdruck, der an der zentralen Auslaßöffnung infolge der Elastizität der Blase erzeugt wird. Hierbei wird der Unterdruck an der Einsaugöffnung = 0. Der durch das Zusatzgas gebildete Wirbel verhindert dabei, daß Hauptgas überhaupt in die Blase eingesaugt wird, die in diesem Fall ausschließlich mit Zusatzgas gefallt wird. Die Fülbeit für die sich selbst ausweitende Ventilationsblase ist in diesem Fall gleich der Zeit, die dazu notwendig ist um die Menge Zusatzgas zuzuführen, die zur Füllung der vollständig ausgeweiteten Ventilationsblase notwendig ist

Durch Änderung der zugeführten Menge Zusatzgas kann man also kontinuierlich die Konzentration zwischen 0% und 100% Zusatzgas einstellen, und die Ausweitungszeit der Ventilationsblcse ist bei C% w Zusatzgas am kürzesten und bei 100% Zusatzgas am längsten.

Wenn die sich selbst ausweitende Ventilationsblase ihre Ausweitung abgeschlossen hat, tritt eine solche Stromverteilung des Zusatzgases ein, daß ein Teil durch die zentrale Auslaßöffnung in die Ventilationsblase hinein fließt, während der Rest aus der Wirbelkammer durch die Einsaugöffnungen abgeht

Während der Zusammendrückphase der Ventilationsblase verschließt der Oberdruck in der Blase das zwischen der zentralen Auslaßöffnung und der Ventilationsblase angebrachte Rückschlagventil. Hierbei wird der durch das Zusatzgas gebildete Wirbel zerstört, wobei das ganze Zusatzgas durch die Einsaugöffnungen ohne nennenswerten Druckfall ausströmt
In der erfindungsgemäßen Ventilkonstruktion können daher die Lungen des Patienten niemals einem lebensgefährlich hohen Zufuhirdruck des Zusatzgases ausgesetzt werden. Wenn man auch den Teil des Zusatzgases ausnützen will, der während der Ruhe- und Zusammendrückphasen der Blase rückwärts durch die Einsaugöffnungen ausströmt kann man das Einsaugventil mit einem kleinen und leicht hantierbaren Gassammelbehälter ausrüsten, in dem das Zusatzgas während der Ruhe- und Zusammendrückphasen angesammelt wird, um später statt (oder zusammen mit) dem Hauptgas eingesaugt zu werden.

Einige besondere Ausführungsformen des im Rahmen der Erfindung angewandten Einsaugventils werden nachstehend im Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben.

F i g. 1 und 2 zeigen in schematischen Längs- bzw. Querschnitt ein erfindungsgemäßes Einsaugventil;

Fig.3 zeigt schematisch im Längsschnitt das Einsaugventil gemäß F i g. 1 und 2 aufgesetzt auf einer sich selbst ausweitenden Ventilationsblase mit Darstellung des Stromverlaufes während der Ausweitungsphase der Blase, ohne daß Zusatzgas zugeführt wird;

Fig.4 ist ein Querschnitt durch das Einsaugventil gemäß F i g. 3 mit Darstellung des Strömungsverlaufes; so F i g. 5 und 6 entsprechen den F i g. 3 und 4, zeigen jedoch den Strömungsverlauf während der Ausweitungsphase der Blase bei Zufuhr von Zusatzgas;

F i g. 7 und 8 entsprechen den F i g. 3 und 4, zeigen jedoch den Strömungsverlamf für das Zusatzgas während der Ruhephase der Blase;

Fig.9 und 10 entsprechen den Fig.3 und 4, zeigen jedoch den Strömungsverlauf des Zusatzgases während der Zusammendrückphase der Blase;

F i g. 11 zeigt in schematischem Längsschnitt ein hi Einsaugventil, das mit einem Gassammelbehälter versehen ist;

Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der das Rückschlagventilelement auf der Ventilationsblase SLCtt auf dem eigentlichen Einsaugventil vorgesehen ist, ' > und

F i g. 13 zeigt ein Einsaugventil gemäß der Erfindung, versehen mit zwei Zufuhrmundstücken für Zusatzgas und einer Anzahl Einsaugöffnungen.

Das in den F i g. 1 und 2 gezeigte Einsaugventil hat ein zylindrisches Gehäuse 1 mit einer Wirbelkammer Γ, die eine am Umfang vorgesehene Einsaugöffnung 2 in Form eines kreisbogenförmigen Schlitzes sowie eine zentrale Auslaßöffnung 4 aufweist. Ein Zufuhrmundstück 3 s mündet tangential in der Wirbelkammer 1' und ist dazu bestimmt, an eine (nicht gezeigte) Druckquelle für Zusatzgas angeschlossen zu werden. Die zentrale Auslaßöffnung 4 ist bei dieser Ausführungsform durch einen rohrförmigen Anschlußstutzen 5 verlängert, in dem ein Rückschlagventil mit einem Ventilsitz 6 und einem beweglichen Ventilelement 7 eingebaut ist. Dieses Rückschlagventil, das eine Strömung nur in der Richtung von der Wirbelkammer Γ zuläßt, kann in gebräuchlicher Weise ausgeführt sein. In den F i g. 1 und 2 wird durch die Linie S schematisch der Strömungsverlauf des Zusatzgases von dem Mundstück 3 dargestellt, wenn das Rückschlagventil 6, 7 während der Auweitungsphase der Ventilationsblase offen ist In F i g. 3 ist das Einsaugventil an eine gebräuchliche, sich selbst ausweitende Ventilationsblase 9 angeschlossen, deren Auslaßende 10 in gebräuchlicher Weise an die Luftwege des Patienten angeschlossen werden kann, beispielsweise über ein (schematisch dargestelltes) Dreiwegs-Beatmungsventil bekannter Art Der Anschlußstutzen 5 des Einsaugventils ist hierbei dichtend an eine Einlaßöffnung 11 der Ventilationsblase 9 angeschlossen. Die Fig.3 und 4 zeigen die Ausweitungsphase der Ventilationsblase 9 (wie durch die Pfeile A angegeben) in dem Fall, in dem kein Zusatzgas durch das Zufuhrmundstück 3 zugeführt wird. Während dieser Arbeitsphase ist das Rückschlagventil 6,7 offen und das eingesaugte Hauptgas strömt hauptsächlich radial durch die Wirbelkammer I' von der Einsaugöffnung 2 zu der zentralen Auslaßöffnung 4 ohne nennenswerten Druckfall vom Umfang zum Zentrum. Danach strömt das Hauptgas durch Ίεη Anschlußstutzen 5 und das Rückschlagventil 6, 7 in die Blase 9 hinein. Die Strömungsbahn des Hauptgases ist in den Zeichnungen mit dem Bezugszeichen 12 versehen.

Auch die Fig.5 und 6 veranschaulichen die Ausweitungsphase der Veniilaticnsblase 9, in diesem Fall wird jedoch auch Zusatzgas durch das Mundstück 3 zugeführt Wie aus diesen Figuren hervorgeht, strömt das Zusatzgas spiralförmig von dem Mundstück 3 zu der Auslaßöffnung 4. Auf Grund der Wirbelströmung des Zusatzgases 8 wird auch das Hauptgas spiralförmig von der Einsaugöffnung 2 zu der zentralen Auslaßöffnung 4 strömen. Infolge der Wirbelströmung in der Wirbelkammer Γ tritt ein Druckunterschied zwischen der Einsaugöffnung 2 und der zentralen Auslaßöffnung 4 auf. Je größer die durch das Mundstück 3 zugeführte Menge Zusatzgas ist, desto größer wird der Druckunterschied zwischen der Einsaugöffnung 2 und der Auslaßöffnung 4 und desto kleiner wird der treibende Unterdruck an der Einsaugöffnung 2, wobei ein kleinerer Anteil Hauptgas der Blase 9 zugeführt wird. Gleichzeitig hiermit wächst auch die Zeit, die dazu erforderlich ist, um die Blase 9 mit einer bestimmten Menge Gas zu füllen. Wenn die Menge des zugeführten «1 Zusatzgases so groß ist, daß der Druckunterschied in dem Wirbel zwischen der Einsaugöffnung 2 und der Auslaßöffnung 4 gleich dem Unterdruck ist, der an der zentralen Auslaßöffnung 4 infolge der Ausweitung der Blase 9 entsteht, hört die Zufuhr von Hauptgas 12 zu der ni Blase 9 auf, da der treibende Druck an der Einsaugöffnung 2 in diesem Augenblick 0 ist, und die Blase wird statt dessen ausschließlich mit Zusatzgas gefüllt.

Die F i g. 7 und 8 zeigen den Strömungsverlauf, wenn die Blase sich in ausgeweiteter Ruhelage befindet und für den Fall, daß Zusatzgas durch das Mundstück 3 zugeführt wird. Hierbei wird das Zusatzgas in zwei Strömungsteile aufgeteilt, von denen der erste — 8 — durch die zentrale Auslaßöffnung 4 in die Blase 9 einströmt, während der andere — 8' — durch die »Hintertür«, d. h. die Einsaugöffnung 2 abgeht.

In den Fig.9 und 10 wird der Stromverlauf für das Zusatzgas während der Zusammendrückphase der Blase 9 gezeigt, d.h. wenn Gas in den Patienten eingeblasen wird. Der Überdruck in der Blase 9 verschließt hierbei das Rückschlagventil 6,7, wobei das ganze Zusatzgas rückwärts durch die Einsaugöffnung 2 und ohne nennenswerten Druckfall abgeht.

F i g. 11 zeigt ein Einsaugventil mit einem Gassammelbehälter 15, der es ermöglicht, das Zusatzgas zurückzugewinnen, das während der Ruhe- und Zusammendrückphasen der Blase durch die Einsaugöffnung 2 abgeht. Das Einsaugventil ist bei dieser Ausführungsform mit einer Vorkammer 13 versehen, durch die das Hauptgas strömt, ehe es während der Einsaugphase durch die Einsaugöffnung 2 eintritt Die Vorkammer 13 ist mit einem Anschlußtstutzen 14 versehen, auf dem der Gassammelbehälter IS dichtend angeschlossen ist Der Behälter 15 kann beispielsweise in normaler Weise als ein am freien Ende offener Schlauch ausgeführt sein. Wenn das Zusatzgas 8' während der Ruhe- und Zusammendrückphasen der Blase durch die Einsaugöffnung 2 ausströmt, sammelt es sich in dem Behälter 15, um anschließend statt (oder zusammen mit) dem Hauptgas während der Ausweitungsphase der Blase eingesaugt zu werden.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die oben besonders beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern viele Änderungen und Abwandlungen sind denkbar im Rahmen des Grundgedankens der Erfindung. Beispielsweise ist die Art und Weise, in der der Anschluß des Ventils an die Ventilationsblase ausgeführt ist, nicht für die Arbeitsweise des Ventils kritisch. So ist es beispielsweise nicht erforderlich, daß das Rückschlagventil, das eine Strömung nur in einer Richtung von dem Ventilauslaß in die Blase zuläßt, in der eigentlichen Ventilkonstrukion vorgesehen ist, sondern es kann auch in dem Einsaugteil der eigentlichen Blase angeordnet sein. Eine derartige andere Ausführungsform wird in Fig. 12 veranschaulicht, in der die Ventilelemente 6' und T im Einsaugteil 11 der Blase 9 die gleiche Aufgabe erfüllen wie die Ventilelemente 6, 7 in den in F i g. 1 — 11 gezeigten Ausführungsformen.

Es ist auch nicht erforderlich, eine einzige, kreisbogenförmige Einsaugöffnung zu verwenden, sondern die gleiche Wirkung kann mit zwei oder mehreren Einsaugöffnungen erzielt werden, die in anderer Weise als der in F i g. 1 —12 gezeigte Schlitz 2 angeordnet sind, wie dies der Fachmann ohne weiteres einsieht Das Wesentliche ist, daß die Einsaugöffnung (oder -öffnungen) sich radial außerhalb der zentralen Auslaßöffnung 4 befinden, so daß sich ein Druckfall zwischen dei zentralen Auslaßöffnung und der Einsaugöffnung (oder den Einsaugöffnungen) ausbilden kann, wenn Zusatzgas zugeführt wird, und daß die Einsaugöffnungen groß genug sind, um keinen bedeutenden Druckfall zu erzeugen. Die Einsaugöffnungen brauchen auch nicht in der Wand gegenüber der Auslaßöffnung angeordnet zu sein, sonderen können in der gleichen Wand wie die

Auslaßöffnung oder in der zylindrischen Seitenwand der Wirbelkammer angebracht sein. Wie oben schon angegeben wurde, kann man auch zwei oder mehre tangentiale Zufuhrmundstücke 3 für Zusatzgas verwenden, ohne daß die grundsätzliche Arbeitsweise der Konstruktion geändert wird, und man kann dabei auch verschiedene Arten von Zusatzgas durch die verschie-

denen Mundstücke zuführen. Um diese Abwandlungen zu veranschaulichen, wird in Fig. 13 eine andere Ausführungsform einer Ventilkonstruktion gemäß der Erfindung gezeigt, die versehen ist einerseits mit zwei tangential angeordneten Zufuhrmundstücken 3' für Zusatzgas und andererseits mit einer größeren Anzahl Einsaugöffnungen 2'.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 Patentansprüche:

1. Anordnung zum Einsaugen und forcierten Ausblasen zu einem Patienten von dem einen oder anderen oder einer Mischung von mehreren Behandlungsgasen, von denen eines einem drucklosen System entnommen wird, mit einer sich selbst ausweitenden Lungenventilationsblase o. dgl, die einen Einlaß mit darin wirksamem Rückschlagventil und einen zum Patienten fahrenden Auslaß hat, to gekennzeichnet durch ein mit einer zentralen Auslaßöffnung (4) an den Einlaß (11) der Blase (9) angeschlossenes Einsaugventil (1) mit einem zylindrischen Gehäuse, versehen mit wenigstens einer im Verhältnis zur Auslaßöffnung (4) radial nach außen is versetzt gelegenen Einsaugöffnung (2) in offener Verbindung mit dem drucklosen Gassystem, z. B. der Atmosphäre, und mit wenigstens einem Zufuhrmundstück (3) für unter Druck zugeführtes Gas, das tangential in solcher Lage nahe der Einsaugöffnung in dem Einsaugventil mündet, daß der Druckgasstrom (8) die Einsaugung durch die Einsaugöffnung durch Änderung des Druckfalles zwischen der Finsaugöffnung (2) und der Auslaßöffnung (4) beeinflußt

2. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsaugöffnung (2) durch einen kreisbogenförmigen Schlitz gebildet wird, der entlang dem Umfang der von dem zylindrischen Gehäuse gebildeten Wirbelkammer (Γ) angeordnet w ist

3. Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsaugöffnung (2; 2') in der zylindrischen Seitenwand des Einsaugventils angeordnet ist

4. Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsaugöffnung (2; 2') in der Stirnwand des Einsaugventils angeordnet ist.

5. Anordnung gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsaugöffnung (2; 2') gegenüber der Auslaßöffnung (4) angeordnet ist.

6. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Gassammelbehälter (15) versehen ist, dessen eines Ende in die Einsaugöffnung (2; 2') mündet, <5 während das andere Ende offen ist