DE2455751B2

DE2455751B2 - Verfahren zum Mischen von Druckgasen und ein Gasmischgerät dazu

Info

Publication number: DE2455751B2
Application number: DE2455751A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl.-Ing. 2400 Luebeck Dobritz
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1974-11-26
Filing date: 1974-11-26
Publication date: 1978-05-11
Also published as: FR2293006A1; DK529975A; FR2293006B1; DE2455751A1; GB1497894A; DK147955C; CH592470A5; DK147955B; JPS5180062A; US4022234A; SE7513228L

Description

Verfahren und ein Gasmischgerät dazu anzugeben, das einfach im Aufbau ist und mit einfachen Mitteln, vorzugsweise durch ein elektrisches Signal, in der Lage ist, die Mischungsanteile der beiden Gase nach Wunsch zu ändern. Es soll selbsttätig ungewollte Betriebszustände in für deii Benutzer sichere Zustände umschalten und dabei gleichzeitig die Störung melden.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Gas A, gesteuert durch ein sich beim bestimmten Ausgangsdruck p_t ι ο öffnendes und beim Stelldruck: pj schließendes Schaltventil und anschließend das Gas B, gesteuert durch ein sich beim Stelldrucl:pz öffnendes und beim bestimmten Enddruck pa schließendes zweites Schaltventil, einem Druckbehälter zugeführt werden und das Gasgemisch aus diesem nach Erreichen des Enddruckes ps über ein sich beim Enddruck ps öffnendes und nach Einstellen des Ausgangsdruckes p\ schließendes drittes Schaltventil abfließt

Die mit diesem Verfahren erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß zur Gasgemischherstellung nur ein Parameter, nämlich der jeweilige Stelldruck pi geändert zu werden braucht. Die Druckmeßgeräte befinden sich auf einem hohen technischen Standard, so daß die drei benötigten Drücke sicher zu beherrschen sind. Die Mischung selbst erfolgt nur durch die Variation des Stelldrucks pi. Die Höhe dieses Druckes, zwischen den beiden bestimmten Drücken, dem Ausgangsdruck Pi und dem Enddruck ps, ergibt die Mischungsanteile der Gase A und B im Mischgas nach der Gleichung

für A% ist P₂ =

(P₃-P₁) ·Α% 100

Das Gas B ist mit

B% = 100% - A%

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im Mischgas vorhanden.

Da nach erstmaliger Festlegung p\ und ps konstant sind, ist die Feststellung des Stelldruckes pi sehr einfach. Ein Gasmischgerät nach diesem Verfahren würde eine entsprechend ausgelegte Einstellvorrichtung besitzen.

Ein Gasmischgerät zur Durchführung des Verfahrens ist sehr einfach im Aufbau, und da zur Änderung der Gasanteile im Mischgas nur ein Druck zu ändern ist, unproblematisch bei der Benutzung. Es werden zur Gasführung im Gasmischgerät nur wenige Bauteile benötigt, die dadurch eine funktionell Einheit bilden, daß an die Zuführungsleitungen der Gase A und B, in die ein erstes und ein zweites Schaltventil eingeschaltet sind, ein Druckbehälter angeschlossen ist, der über ein drittes Schaltventil mit der Mischgasleitung verbunden ist. In die Mischgasleitung kann zusätzlich ein Vorratsbehälter eingeschaltet sein.

In sehr vorteilhafter funktionssicherer Ausbildung der Erfindung sind die Schaltventile Elektro-Magnet-Venti-Ie, die über einen pneumatisch-elektrischen Wandler mit einer Druckmeßeinrichtung am Druckbehälter gekoppelt sind und das erste Schaltventil zum öffnen auf den Ausgangsdruck p\ und Schließen auf den Stelldruck P₂, das zweite Schaltventil zum Offnen auf den Stelldruck pi und Schließen auf den Enddruck ps und das dritte Schaltventil zum öffnen auf den Enddruck pi und Schließen auf den Ausgangsdruck p\ eingestellt ist.

Ganz besondere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Möglichkeit, daß die Schaltventile mit einer Steuereinrichtung verbunden sind, die mit dem öffnen des Schaltventils anspringt, mit dem Schließen des Schaltventils abstellt und beim Überschreiten der normalen Zeit bis zum Schließen des Schaitventils einen Schaltimpuls und einen Alarm schaltet Dadurch wird die Verwendung des Gasmischgerätes in Beatmungsgeräten und medizinischen Geräten möglich. In diesen muß unbedingt sichergestellt sein, daß ungewollte Betriebszustände nicht zu gefährlichen Folgen führein können. Zum Beispiel werden in der Medizintechnik vorzugsweise Druckluft mit Sauerstoff oder Lachgas mit Sauerstoff gemischt Beim Mischen von Luft mit Sauerstoff soll beim Ausfall des einen Gases das andere Gas weiterhin zum Patienten strömen. Es ist aber nicht nur der Fall, in dem beide Gase wie oben atembar sind, zu betrachten, sondern auch die Möglichkeit, daß nur eines der beiden Gase atembar ist und das andere sogar gefährlich sein kann. Im ersten Fall, also dem atembaren Gas, sind beide Schaltventile für die Gase A und B mit einer Steuereinrichtung ausgerüstet die beim Ausfall eines Gases automatisch das Schaltventil des anderen Gases auf den ganzen Druckbereich p\ bis pi schaltet, so daß das fließende Gas dann über die ganze Fallphase in den Druckbehälter geleitet wird.

In dem Fall, in dem nur ein Gas atembar ist, besitzt das Schaltventil für das nicht atembare Gas eine Steuereinrichtung, mit der bei Ausfall des Gases das Schaltventil des anderen atembaren Gases auf den ganzen Druckbereich p\ bis ps geschaltet wird. Das Schaltventil für das atembare Gas besitzt eine Steuereinrichtung, mit der bei Ausfall dieses Gases das Schaltventil für das nicht atembare Gas geschlossen wird. Bei allen nicht normalen Schaltzuständen wird gleichzeitig ein Alarm ausgelöst, der im letzten Fall sogar lebensnotwendig ist.

Die Ansprüche 6 und 7 beziehen sich auf eine andere Ausführung der Ventile in dem Gasmischgerät Es sind hier Umschaltventile. Die Ausbildung wird im zweiten Ausführungsbeispiel deutlich. Die Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung gelten auch in diesem Fall.

Das Verfahren und zwei Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Gasmischgerätes mit Schaltventilen, die auch das Verfahren verdeutlicht und

Fig.2 ein Gasmischgerät unter Verwendung von Umschaltventilen.

Das Gasmischgerät nach F i g. 1 enthält die Zuführungsleitungen 1 und 2 für die Gase A und B. Sie führen zum Druckbehälter 5. In die Zuführungsleitung 1 ist das erste Schaltventil 3 und in die Zuführungsleitung 2 das zweite Schaltventil 4 eingeschaltet. Der Druck im Druckbehälter 5 wird durch eine Druckmeßeinrichtung 6 gemessen.

Dem Druckbehälter 5 angeschlossen ist die Mischgasleitung 8. Sie enthält einen Vorratsbehälter 9. Zwischen dem Druckbehälter 5 und dem Vorratsbehälter 9 ist in der Mischgasleitung 8 das dritte Schaltventil 7 angeordnet Die Druckmeßeinrichtung 6 und die Schaltventile 3, 4, 7 sind über den pneumatisch-elektrischen Wandler 15 gekoppelt.

Das Gasmischgerät funktioniert, dabei wird ein Funktionszyklus während des normalen Betriebes herausgegriffen, wie im folgenden beschrieben. Die Einpendelungszeit, bis das gewünschte Gasgemisch sich eingestellt hat braucht hier nicht betrachtet zu werden.

Der Druckbehälter 5 steht z. B. unter dem Ausgangsdruck pi = 2 bar. Mit diesem Druck öffnet sich das erste Schaltventil 3. Das Gas A strömt durch die Zuführunes-

leitung 1 in den Druckbehälter 5. Mit dem Einströmen des Gases A erhöht sich im Druckbehälter 5 der Druck, bis er dem Stelldruck pi, hier 2,7 bar gewählt, entspricht. Mit diesem Druck schließt das erste Schaltventil 3 und öffnet sich das zweite Schaltventil 4. Jetzt strömt das Gas B durch die Zuführungsleitung 2 und das Schaltventil 4 in den Druckbehälter 5 ein. Der Druck im Druckbehälter 5 steigt weiter an, bis der gewählte Druck P₃, im Beispiel 3 bar, erreicht wird. Mit diesem Druck schließt das zweite Schaltventil 4 und öffnet das dritte Schaltventil 7. Das Gemisch fließt aus dem Druckbehälter 5 über das dritte Schaltventil 7 entweder in den Vorratsbehälter 9 oder sofort durch die Mischgasleitung 8 zum Verbraucher. Mit dem Abfließen baut sich der Druck im Druckbehälter 5 wieder ab. Wenn der Ausgangsdruck p\ erreicht ist, dann schließt sich das dritte Schaltventil 7 wieder und öffnet sich das erste Schaltventil 3. Damit beginnt der nächste Zyklus.

Die Gasanteile A und B im Mischgas richten sich nach dem Stelldruck pi. Im vorliegenden Beispiel sind im Mischgas 70% Gas A und 30% Gas B enthalten. Diese %-Sätze ergeben sich aus dem eingestellten Stelldruck pi = 2,7 bar, dem Ausgangsdruck p\ = 2 bar und dem Enddruck pa = 3 bar.

Mit der Änderungsmöglichkeit von pi zwischen p\ und pi lassen sich die Anteile der Gase von 0—100% des Mischgases einstellen.

Das Gasmischgerät der F i g. 2 besitzt als Schaltelemente die Umschaltventile 11 und 12. Das zweite Umschaltventil 11 ist über die Leitung 10 mit dem Druckbehälter 5 verbunden. An das zweite Umschaltventil 11 sind über das erste Umschaltventil 12 die Zuführungsleitungen 1 und 2 und die Mischgasleitung 8 angeschlossen.

ίο Mit dem Ausgangsdruck p\ fließt das Gas A über das auf die Zuführungsleitung 1 geschaltete erste Umschaltventil 12 und das auf Eingang 13 geschaltete zweite Umschaltventil 11 zum Druckbehälter 5. Nach Erreichen des eingestellten Druckes pi am Druckbehälter 5 schaltet das erste Umschaltventil 12 auf die Stellung, mit der über die Zuführungsleitung 2 das Gas B durchfließen kann, das zweite Umschaltventil 11 bleibt in der bisherigen Stellung, so daß das Gas B in den Druckbehälter 5 einströmen kann. Nach Erreichen des Druckes pi schaltet das zweite Umschaltventil 11 über Ausgang 14 auf die Mischgasleitung 8. Das Mischgas fließt ab. Mit dem Erreichen des Ausgagsdruckes pi schaltet das zweite Umschaltventil 11 wieder auf Eingang 13 und das erste Umschaltventil 12 auf die Zuführungsleitung 1 und damit auf das Gas A.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Mischen von zwei Gasen in einem vorbestimmten Verhältnis mit nicht kontinuierlicher Zufuhr der Gase und Abfuhr des Gasgemisches, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas A, gesteuert durch ein sich beim bestimmten Ausgangsdruck p\ öffnendes und beim Stelldruck pi schließendes erstes Schaltventil und anschließend das Gas B, gesteuert durch ein sich beim Stelldruck ι ο Pi öffnendes und beim bestimmten Enddruck ps schließendes zweites Schaltventil, einem Druckbehälter zugeführt v/erden und das Gasgemisch aus diesem nach Erreichen des Enddruckes ps über ein sich beim Enddruck P₃ öffnendes und nach Einstellen des Ausgangsdruckes p\ schließendes drittes Schaltventil abfließt

2. Gasmischgerät für Druckgase zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 insbesondere für Atmungsgeräte und medizinische Geräte, d a durch gekennzeichnet, daß an die Zuführungsleitungen (1, 2) der Gase A und B, in die ein erstes und ein zweites Schaltventil (3,4) eingeschaltet sind, ein Druckbehälter (5) angeschlossen ist, der über ein drittes Schaltventil (7) mit der Mischgasleitung (8) verbunden ist

3. Gasmischgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Mischgasleitung (8) ein Vorratsbehälter (9) eingeschaltet ist

4. Gasmischgerät nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaitventile (3, 4, 7) Elektro-Magnet-Ventile sind, die über einen pneumatisch-elektrischen Wandler (15) mit einer Druckmeßeinrichtung (6) am Druckbehälter (5) gekoppelt sind, und das erste Schaltventil (3) zum Offnen auf den Ausgangsdruck p\ und Schließen auf den Stelldruck pj, das zweite Schaltventil (4) zum öffnen auf den Stelldruck pi und Schließen auf den Enddruck pa und das dritte Schaltventil (7) zum Offnen auf den Enddruck ps und Schließen auf den Ausgangsdruck pi eingestellt ist

5. Gasmischgerät nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltventile (3, 4, 7) mit einer Steuereinrichtung verbunden sind, die mit dem öffnen des Schaltventils anspringt, mit dem Schlie-Ben des Schaltventils abstellt und beim Überschreiten der normalen Zeit bis zum Schließen des Schaltventils einen Schaltimpuls und einen Alarm schaltet.

6. Gasmischgerät für Druckgase zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere für Atmungsgeräte und medizinische Geräte, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung (10) zum Druckbehälter (5) ein erstes Umschaltventil (12) jeweils für die Gase A und B und ein zweites Umschaltventil (11) mit der Schaltstellung Zufuhr der Gase A und B zum Druckbehälter (5) und der Schaltstellung Abfluß des Mischgases durch die Mischgasleitung (8) eingeschaltet sind.

7. Gasmischgerät nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Umschaltventil (12) beim Ausgangsdruck p\ auf die Zuführungsleitung (1) und beim Stelldruck p2 auf Zuführungsleitung (2) umschaltet und das zweite Umschaltventil (11) beim Ausgangsdruck pi auf Eingang (13) und beim Enddruck pi auf Ausgang (14) schaltet.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen von zwei Gasen in einem vorbestimmten Verhältnis mit nicht kontinuierlicher Zufuhr der Gase und Abfuhr des Gasgemisches und ein Gasmischgerät zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist eine Anlage zur Regelung eines Gasgemisches aus verschiedenen Gasarten bekannt, bei der jedes Gas für sich durch einen zweistufigen Druckminderer auf einen gleichmäßigen Druck entspannt wird und dann jedes Gas über je eine einstellbare Dosierungsdüse, die die Anteile im Gasgemisch regelt, in das Gemischrohr abgeleitet wird. Um einen gleichmäßigen Enddruck hinter den Druckminderern zu bekommen, können diese mit einer HilfsSteuerung versehen sein, die vom gleichmäßigen Enddruck ihren Impuls erhält Der Enddruck kann auch durch einen Ausgleichsregler, der auf die Steuerungsdrucke der Druckminderer einwirkt, gleichgehalten werden. Tritt ein Druckunterschied in den Gasleitungen zwischen den Druckminderern und den Dosierungsdüven ein, dann bewirkt dies, daß auf der Seite des höheren Druckes der Steuerdruck abfällt und dann eine geringere Gasmenge abströmt, während auf der anderen Seite der Steuerdruck des anderen Druckminderers steigt, und er dadurch eine größere Gasmenge abgibt Es wird auf diese Weise ein gleicher Niederdruck erzeugt, der für die Beaufschlagung der Dosierungsdüsen Bedingung ist Dieses bekannte Gerät hat den Nachteil, daß auch bei gleichem Vordruck eine Abhängigkeit der Durchflußmenge durch die Dosierdüsen vom Druck im Mischrohr besteht Es gehen außerdem die verschiedenen lichten Weiten der Düsen ein. Auch hier ist die Durchflußmenge vom Druckverhältnis abhängig. Es bestehen also zwei nicht ohne weiteres kontrollierbare Abhängigkeiten hinsichtlich der Durchflmßmenge und damit des "Mischungsverhältnisses. Demzufolge ist die beschriebene Vorrichtung nicht für Geräte geeignet, bei denen im Mischrohr Druckunterschiede auftreten können. Dieser Nachteil ist besonders bei medizinischen Geräten, bei denen es beispielsweise bei der Gaszumischung von Narkotika zu einem Atmungsgas auf die Einhaltung genauer Mischungsverhältnisse ankommt, von Bedeutung (DE-PS 8 24 265).

Bei einem anderen Verfahren zum Mischen von zwei Gasen in einem vorbestimmten Verhältnis erfolgt die Zuführung der zu mischenden Gase über Druckregler, die zur Einstellung des Druckverhältnisses miteinander gekoppelt sind. Die Abgangsdrücke der Druckregler stehen in einem einstellbar vorbestimmten Verhältnis zueinander. Die Gase strömen jeweils mit ihrem Druck in je eine Kammer eines vorgegebenen oder einstellbaren Inhaltes ein. Nach dem Füllen und Unterbrechen des Gasstromes durch ein Umschaltventil fließt das Gas durch ein weiteres Paar von Druckreglern, die auf das gleiche Druckverhältnis wie die ersten Druckregler eingestellt sind, in die Abgasleitung ab. Mit diesem Verfahren v/ird ein Gasgemisch einer bestimmten Konzentration hergestellt, da von jedem der zu mischenden Gase jeweils eine bestimmte Gasmenge abgemessen wird, die sich nach dem Abströmen entsprechend dem abgemessenen Mengenverhältnis mischen. Konzentrationsänderungen treten auch bei Änderung des Gasdruckes im angeschlossenen Verbraucher nicht ein. Zur Erzielung dieses Ergebnisses ist jedoch, bedingt durch die doppelt benötigten je 2 Druckregler, eine verhältnismäßig komplizierte Einrichtung notwendig (DE-PS 19 3i 354).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein