CH615518A5 - Gas-mixing device for breathing, diving, medical and laboratory technology - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasmischvorrichtung für die Atemschutz-, Tauch-, Medizin- und Labortechnik zum Herstellen eines Gasgemisches mit definiertem Mischungsverhältnis aus in Druckbehältern oder Komponentenleitungen vorliegenden Gaskomponenten, mit einstellbaren Druckreglern und Regulierventilen für die Einstellung des Mischungsverhältnisses.

In Gasmischvorrichtungen muss sichergestellt sein, dass das eingestellte Gasgemisch unter allen Betriebsbedingungen einschliesslich des Ein- und Abschaltvorganges erhalten bleibt, denn bei der Beatmung, z.B. zur Narkose, spielen geringe Konzentrationsänderungen bereits eine entscheidende Rolle.

Bekannte Mischvorrichtungen benutzen ein Verfahren, das darin besteht, zwei oder mehrere Druckgase nacheinander über je einen Druckregler in einen gemeinsamen Mischbehälter zu leiten, wobei die Drucke der zu mischenden Gase im gleichen Verhältnis zueinander stehen, wie die gewünschten Volumenanteile der Gaskomponenten im herzustellenden Gasgemisch. Soll z.B. ein Gasgemisch aus zwei Komponenten mit A=70 Vol.% und B = 30 Vol. % bestehen, dann wird der Mischbehälter zunächst mit der Komponente B auf einen Druck von P=30 bar gebracht und anschliessend die Komponente A so lange hinzugeführt, bis im Vorratsbehälter der Druck auf 100 bar angestiegen ist.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass Mischungenauig-keiten u.a. durch die Temperaturänderung der Gase beim schnellen Füllen des Mischbehälters auftreten, oder dass der Mischvorgang nicht kontinuierlich vor sich geht. Schwierig ist die genaue Beimischung von Komponenten mit kleinen Volumenanteilen und die Erzielung einer gleichmässigen Durchmischung.

In anderen Mischvorrichtungen werden zwei oder mehrere Gase über je ein Drosselventil und einen Strömungsmesser über eine Druckdifferenz in eine gemeinsame Abgangsleitung geleitet. Dabei ist mit den Strömungsmessern das Mischungsverhältnis der zu mischenden Gase eingestellt. Das angewandte Verfahren hat den Nachteil, dass die Strömungsmesser und die Drosselventile in ihrer Einstellung fortlaufend überprüft werden müssen. Weiterhin muss sichergestellt sein, dass in den Strömungsmessern stets ein genau bestimmter Druck eingehalten ist, da sonst der angezeigte Wert der Strömungsmesser nicht stimmt.

Ein bekanntes Gasmischverfahren benutzt Messbehälter, die an ein oder mehrere gemeinsame Reduzierventile angeschlossen sind. Die Messbehälter sind mit den zu mischenden Gasen gefüllt. Sie stehen unter gleichem Druck. Die Volumina der Messbehälter verhalten sich wie das herzustellende Gasgemisch. Wird z.B. ein Messbehälter mit Gas A und einem Volumen von 100 1 und ein Messbehälter mit Gas B mit 20 1 Inhalt -beide unter einem gleichen Druck, beispielsweise 100 bar, stehend - an ein gemeinsames Reduzierventil angeschlossen, so entweicht aus diesem ein Gasgemisch, bestehend aus fünf Volumenanteilen Gas A und einem Volumenanteil Gas B. Das Mischungsverhältnis der gemischten Gaskomponenten bleibt zwar immer konstant, jedoch lässt sich eine Änderung des einmal eingestellten Mischungsverhältnisses nur durch den umständlichen Anschluss von weiteren oder vergrösserten Messbehältern, z.B. Stahlflaschen, an die gemeinsame Leitung vor dem Reduzierventil erreichen. Der Mischungsbereich ist durch die Grösse und Anzahl der verfügbaren Messbehälter desselben Druckes begrenzt. (DT-PS458 125).

In einer weiteren bekannten Vorrichtung zum Mischen von Gaskomponenten werden zwei oder mehrere zu mischende Druckgase über Druckregler, Durchflussmengenmesser, einstellbare Regulierventile für die Einstellung des Mischungsverhältnisses der Gaskomponenten in eine gemeinsame Mischkammer geleitet. Für die Aufrechterhaltung gleicher Drucke in den Komponentenleitungen sind den Regulierventilen Drucksteuerventile nachgeschaltet, die über Steuerleitungen vom statischen Druck in den Komponentenleitungen zwischen den Druckreglern und den Regulierventilen gesteuert werden. Zwischen den Drucksteuerventilen in den Komponentenleitungen und der Mischkammer befindet sich jeweils ein Rückschlagventil. Von der Mischkammer führt eine Mischleitung mit zwischengeschaltetem Steuerventil zu einem Gasgemischspeicher. Das Steuerventil wird von einem dem Gasgemischspeicher angeschlossenen Druckwächter gesteuert. Zwischen den auf Abgabedruck eingestellten Druckreglern hinter den Druckbehältern und den Durchflussmengenmessern sind Druckwächter angeordnet, die bei Druckabfall oder -ausfall einer der Gaskomponenten die Mischvorrichtung abschalten. An dieser Mischvorrichtung ist nachteilig, dass mit den vom Druck in den Komponentenleitungen vor den Regulierventilen gesteuerten Drucksteuerventilen in den Komponentenleitungen ungleiche Drucke entstehen können. Mit verschiedenen Drucken vor den Regulierventilen ist es aufgrund des Leistungskennlinienverlaufes der Drucksteuerventile und der Regulierventile nicht möglich, das gewünschte Gasgemisch konstant zu halten. Dieses ist jedoch z.B. bei der Verwendung vor Beatmungs-und Narkosegeräten, bei denen die Druckbereiche in jedem Atemzyklus praktisch von Null bis zu einem Maximum durchlaufen werden, unbedingt notwendig. (DT-Gm 7 000 645).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasmischvorrichtung für die Atemschutz-, Tauch-, Medizin- und Labortechnik anzugeben, die, von der Entnahmeseite gesteuert, auch bei wechselnden Gegendrucken und Entnahmemengen in jeder Betriebsphase das eingestellte Gasgemisch liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwei oder mehr Komponentenleitungen hinter den Regulierventilen zu einer gemeinsamen Mischgasleitung, in der durch einen Vordruckregler ein konstanter Druck gehalten wird, ver-

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eint sind und die Druckregler über eine gemeinsame Steuerleitung vom Druck in der Mischgasleitung hinter dem Vordruckregler und von den Drücken vor den Druckreglern angesteuert werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass mit dem konstanten Hinterdruck der Druckregler und dem konstanten Vordruck des Vordruckreglers die Regulierventile immer mit einer gleichen Druckdifferenz bei gleichem Druckwert beaufschlagt werden und damit ein in seiner Konzentration gleiches Gasgemisch gesichert ist. Es ist in einfacher Weise eine genaue Einstellung und Einhaltung des gewünschten Gasgemisches, auch wenn die Komponenten mit ihren Anteilen weit auseinander liegen, möglich. Ein sich ändernder Gegendruck auf der Entnahmeseite bleibt durch den konstanten Druck in der gemeinsamen Mischgasleitung ohne Einfluss auf das Gasgemisch. Das immer gleiche Gasgemisch bleibt auch erhalten, wenn

1. die Entnahmemenge sich ändert und sogar ganz auf Null zurückgeht, oder

2. eine der Gaskomponenten nicht mehr in genügender Menge zur Verfügung steht.

Im ersten Fall steigt bei einer zu geringen Entnahme der Druck hinter dem Vordruckregler auf einen Wert an, mit dem über die gemeinsame Steuerleitung die Druckregler geschlossen werden. Im zweiten Fall schliessen die Druckregler bei einem zu geringen Druck in einer der Komponentenleitungen. Die gemeinsame Steuerleitung stellt sicher, dass durch das gleiche Schliessen der Druckregler auch kurz vor der Null-Entnahme keine Gasgemischänderung eintreten kann.

In Ausbildung der Erfindung enthält die gemeinsame Mischgasleitung einen Speicher mit einem vom Innendruck gesteuerten Druckschalter. Mit dieser Ausführung wird vor der Entnahmestelle ein Puffer geschaffen, mit dem eine zusätzliche Sicherheit in bezug auf eine genaue Gasmischung erreicht wird.

In weiterer Ausbildung sind in die Komponentenleitungen vor den Druckreglern Druckschalter eingeschaltet und die Druckschalter, in Reihe geschaltet, funktionell mit einem Schaltventil mit der gemeinsamen Steuerleitung verbunden. Die gemeinsame Steuerleitung kann zusätzlich an den Vordruckregler angeschlossen sein. Mit dem Schaltventil werden mit entsprechenden Werten aus den Druckschaltern die Druckregler in den Komponentenleitungen und bei zusätzlichem Anschluss auch der Vordruckregler geschlossen oder geöffnet. Dieser Aufbau ist einfach, funktionssicher und klar übersichtlich.

In einer einfachen Steuerdruckversorgung ist die gemeinsame Steuerleitung an die Mischgasleitung angeschlossen und besitzt einen Druckregler. Der geringe Gasverbrauch aus der gemeinsamen Mischgasleitung ist unbedeutend, entscheidender ist die apparativ einfache Steuerdruckversorgung für die Steuerleitung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen schematisch dargestellt:

Fig. 1 die Gasmischvorrichtung für zwei Gaskomponenten,

Fig. 2 eine Hochdruckgasmischanlage für zwei Gase mit der Gasmischvorrichtung nach Fig. 1.

In der Gasmischvorrichtung nach Fig. 1 strömen die zu mischenden beiden Gase über die Komponentenleitungen 1,2 mit auf gleichen und konstanten Hinterdruck eingestellten Druckreglern 5, 6 und den folgenden Regulierventilen 7, 8 für die Einstellung des Mischungsverhältnisses nach Vereinigung bei 11 in der gemeinsamen Mischgasleitung 12,21 zum Verbraucher. Die Mischgasleitung 12 endet in dem Vordruckregler 13, der den Gasdruck in den Komponentenleitungen 1, 2 hinter

■ den Regulierventilen 7, 8 gleich und konstant hält. Hinter dem Vordruckregler 13 erweitert sich die Mischgasleitung 21 zu einer Mischstrecke, die als Speicher 17 ausgebildet ist. Vor der Vereinigung bei 11 enthalten die Komponentenleitungen 1, 2 je <i ein Rückschlagventil 9,10.

Eine gemeinsame Steuerleitung 14 verbindet den Schaltmechanismus der Druckregler 5,6 mit einer Steuerdruckquelle. Im vorliegenden Beispiel dient der Druck in der gemeinsamen Mischgasleitung 12, der von dem Vordruckregler 13 konstant m gehalten wird, als Steuerdruckquelle. Der Steuerdruck wird in dem Druckregler 15 in eine für den Schaltmechanismus der Druckregler 5,6 passende Höhe umgewandelt. Die Steuerleitung 14 und damit die Druckregler 5,6 werden von dem Schaltventil 16 über die in Reihe geschalteten Druckschalter 18 15 am Speicher 17 oder die Druckschalter 3,4 in den Komponentenleitungen 1,2 geöffnet oder geschlossen.

Die Regulierventile 7, 8 stellen durch eine gleiche Druckdifferenz bei gleichem Druckwert eine konstante Durchflussmenge der Komponentengase entsprechend dem eingestellten Gemisch 211 sicher, da die Drucke, nämlich der Hinterdruck der Druckregler 5,6 und der Vordruck des Vordruckreglers 13, konstant gehalten werden.

Bei Änderung des Hinterdruckes des Vordruckreglers 13 in der Weise, dass der Vordruckregler 13 seine Regelfunktion nicht mehr ausüben kann, also seinen Vordruck nicht mehr konstant hält, schaltet der Druckschalter 18, damit werden über das Schaltventil 16 die Druckregler 5,6 geschlossen.

Die Druckschalter 3,4 schalten über das Schaltventil 16 die ^ Druckregler 5,6 ab, wenn der Druck in den Komponentenleitungen 1,2 einen Minimumdruck, mit dem die Druckregler 5, 6 als Vordruck ihren Hinterdruck noch halten, unterschreitet.

Dies kann z.B. erfolgen, wenn die Gaskomponenten aus einer Druckgasflasche entnommen werden und diese kurz vor der Entleerung steht.

Die Fig. 2 zeigt die Anordnung der erfindungsgemässen Gasmischvorrichtung - sie trägt die Bezugszahl 50 - in einer Hochdruckgasmischanlage für zwei zu mischende Gase. Das Mischgas wird dabei in Hochdruckspeicher, die dann z.B. als 40 Gasvorratsflaschen in Beatmungsgeräten verwendet werden, gefüllt. Die zu mischenden Gaskomponenten strömen aus den beiden Vorratsflaschen 19, 20 über Zuführungsleitungen 22, 23, 30, 31 und den Speichern 32 bis 41 zur Gasmischvorrichtung 50. Das Gasgemisch gelangt hinter der Gasmischvorrich-45 tung 50 dann über die Leitung 51 in den Hochdruckspeicher 58. Die Verdichter 26,27 in den Zuführungsleitungen 22,23 gestatten eine weitere Füllung der Speicher 32,33, 37,38, auch wenn ein Minimaldruck in den Vorratsflaschen 19, 20 unterschritten wird. Damit ist es möglich, die Gase in den Vorratsfla-5I) sehen 19,20 optimal für den Mischvorgang zu verwenden. Mit dem Verdichter 54 in der Leitung 51 kann der Gasdruck des Gemisches in dem Hochdruckspeicher 58 auf einen gewünschten Druck von z.B. 200 oder 300 bar erhöht werden. Mit den Ventilen 28,29 und 55 werden die Überströmleitungen 30, 31, ,5 56 geschlossen bzw. geöffnet, wenn die Verdichter 26, 27, 54 ein- bzw. abgeschaltet werden.

In die Speicherbatterien aus den Speichern 34,35 bzw. 39, 40 kann mit den Verdichtern 26,27 die jeweilige Gaskomponente gepumpt werden, während aus den Speichern 32,33 bzw. sii 37, 38 Gas für den Mischvorgang entnommen wird. Das Umschalten der Speicherbatterien erfolgt über die Ventile 42 bis 49. Die Drucküberwachung in den Vorratsflaschen 19,20 und im Hochdruckspeicher 58 erfolgt durch die Manometer 24, 25,57.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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1. Gasmischvorrichtung für die Atemschutz-, Tauch-, Medizin- und Labortechnik zum Herstellen eines Gasgemisches mit definiertem Mischungsverhältnis aus in Druckbehältern oder Komponentenleitungen vorliegenden Gaskomponenten, mit einstellbaren Druckreglern und Regulierventilen für die Einstellung des Mischungsverhältnisses, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Komponentenleitungen (1,2) hinter den Regulierventilen (7,8) zu einer gemeinsamen Mischgasleitung (12), in der durch einen Vordruckregler (13) ein konstanter Druck gehalten wird, vereint sind und die Druckregler (5,6) über eine gemeinsame Steuerleitung (14), vom Druck in der Mischgasleitung (21) hinter dem Vordruckregler (13) und von den Drücken vor den Druckreglern (5, 6) angesteuert werden.

2. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Mischgasleitung (21) einen Speicher (17) mit einem vom Innendruck gesteuerten Druckschalter (18) enthält.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Komponentenleitungen (1,2) vor den Druckreglern (5,6) Druckschalter (3,4) eingeschaltet sind.

4. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschalter (18,3,4), in Reihe geschaltet, mit einem Schaltventil (16) mit der gemeinsamen Steuerleitung (14) funktionell verbunden sind.

5. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Steuerleitung (14) zusätzlich an den Vordruckregler (13) angeschlossen ist.

6. Gasmischvorrrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Steuerleitung (14) an die Mischgasleitung (12) angeschlossen ist und einen weiteren Druckregler (15) besitzt.