DE1932141A1

DE1932141A1 - Verfahren zum Mischen von Druckgasen,insbesondere fuer Atmungs- und medizinische Geraete

Info

Publication number: DE1932141A1
Application number: DE19691932141
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1969-06-25
Filing date: 1969-06-25
Publication date: 1971-01-07
Also published as: FR2051322A5; DE1932141B2; DE1932141C3; SE378176B

Description

Prä gerwerk, Heinr. & Be mn. Präger, Lübeck, Molslinger Allee 53/55

Verfahren zum Mischen von Druckgasen, insbesondere für Atmungs- und medizinische Geräte

Es sind Verfahren und Geräte zur Mischung von Gasströmen bekannt.

Ein Verfahren besteht darin, daß zwei Druckgase Je über ein Drosselventil und einen Strömungsmesser in einer gemeinsamen Abgasleitung entspannt werden, wobei in den Strömungsmessern das Mischungsverhältnis der zu mischenden Gase eingestellt wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Strömungsmesser und die Drosselventile fortlaufend überprüft werden mUsaen. Weiterhin muß sichergestellt sein, daß in den Strömungsmessern stets ein genau bestimmter Druck eLngehaL-ten Isst, da sonst elLe Anze Lge der Strömungsmesser nicht stimmt..

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Bei diesem Verfahren muß also ebenfalls das genaue Einhalten eines bestimmten Abgangsdrucks sichergestellt sein.

Es ist weiterhin ein Verfahren bekannt, bei dem zwei Druckgase auf Atmosphärendruck entspannt und mit Hilfe von Kolbenpumpen mit variablen Hubvolumen angesaugt und in die Abgangsleitung gedrückt werden. Dieses Verfahren 1st nachteilig, da es einen großen apparativen Aufwand, wie KoI-benpumpen, Antrieb für Kolbenpumpen und Steuerungseinrichtungen erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasmischverfahren zu schaffen, das unter Vermeidung der geschilderten Nachtelle mit einfachen Mitteln die Herstellung eines einwandfrei auf ein bestimmtes Verhältnis eingestellten Oasgemisches zweier Druckgase gestattet.Außerdem soll'die Erfindung ermöglichen,die Durchflussmenge eines solchen Gasgemisches auf ein gewünschtes Naß mit einfachen Mitteln einzustellen, ohne daß dabei das Mischungsverhältnis sich ändert.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen von Druckgasen, insbesondere für Ataungs- und medizinische Geräte. Die Erfindung besteht darin, daß die zu Mischenden Gase mit einstellbaren, stets im gleichen Druckverhältnis zueinander stehenden Drucken, die oberhalb der kritischen Drucke dieser Gase liegen, durch Je eine verstellbare Drossel, deren Widersbaiulssumne konstant ist, in die MischgasLeitung abströmen.

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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß mit einfachen Mitteln ein Gasgemisch eines gewünschten Konzentrationsverhältnissee einwandfrei hergestellt wird und daß sich dieses Konzentrationsverhältnis bei Änderung der Gasdurchflußmenge nicht ändert. Dabei wird durch Änderung der Drucke vor den Drosseln, wobei jedoch das Verhältnis der Gasdrucke stete dasgleiche bleibt, die Durchflußmenge bestimmt. Andererseits wird durch eine Verstellung der Drosseln das Mischungsverhältnis bestimmt, wobei jedoch die Drosseln derart verstellbar sind, daß ihre Widerstands summe konstant ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann also einmal die Durchflußmenge und zum anderen das Mischungsverhältnis wahlweise eingestellt werden, wobei JedeEinstellung unabhängig von der anderen 1st. Zum anderen ist weiterhin der Vorteil erreicht, daß diese gewählten Einstellungen unabhängig von dem Gegendruck in der Mlschgasabgengsleitung Bind. Dies beruht darauf, daß der Vordruck der zu mischenden Gase vor den Drosseln Jeweils größer als deren kritischer Druck ist.

Die Erfindung betrifft weiterhinein Oasraisehgerät zur Durchführung des geschilderten Verfahrens. Das erflndungsgemäße Gasmischgerät zeichnet sich dadurch aus* daß in jede Druckgaszuführungsleitung der Gase vor der Einmündung in die Mischgasleitüng je ein verstellbarer

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Druckminderer , die beide die Druckgase auf stets im gleichen Druckverhältnis zueinander stehende und über den Jeweiligen kritischen Druck liegende Hinterdrucke entspannen, und Je eine verstellbare Drossel gleichbleibender Länge eingeschaltet sind, die beide derart miteinander verbunden sind, daß die Summe der Drosselquerschnitte konstant ist.

k Bei dieser Vorrichtung kann durch eine Verstellung der Druckminderer deren Hinterdruck und damit die von der Vorrichtung abgegebene Durchflußmenge eingestellt werden. Dabei werden die Druckminderer so verstellt, daß ihre Hinterdrucke stets im gleichen Druckverhältnis zueinander stehen.

Das Mischungsverhältnis der Gase zueinander kann durch eine Verstellung der Drosseln erreicht werden, deren jede bei der Verstellung eine gleichbleibende Länge besitzt w und die miteinander derart verbunden sind, daß die Summe der Drosselquerschnitte konstant ist.

Eine einfache Ausführungsform besteht dabei darin, daß in an sich bekannter Weise die Vorspannung der Steuermembran eines der Druckminderer einstellbar 1st und daß die Steuermembran des Druckminderers des anderen Gases dem Hinterdruck des ersten Druckminderers belastet ist. Bei dieser AusfUhrungsform besteht der Vorteil, daß zur

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Einstellung der Drucke vor den Drosseln nur die Verstellung der Vorspannung der Steuermembran des einen Druckminderers genügt. Wenn bei dieser Verstellung der Hinterdruck dieses einen Druckminderers verstellt wird, werden dadurch die Hinterdrucke des anderen Druckminderers im gleichen Verhältnis verstellt. Dabei kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, daß zur Verstellung der Vorspannung der Steuermembran des einen Druckminderers in an sich bekannter Weise eine mit einem Handrad versehene Spindel dient, die mit einer Anzeigevorrichtung versehen ist. Dabei kann die Anzeigevorrichtung in Gasdurchfluß l/min, geeicht sein. Um das Einstellen des gewünschten Mischungsverhältnisses zu erleichtern, können die Verstellspindeln der Drosseln über Zahnräder derart miteinander gekuppelt sein , daß bei einer Verstellung der Querschnitte die Summe der Querschnitte der Drosseln konstant ist und daß die Drossellänge jeder Drossel im gesamten Verstellbereich konstant ist.

Um den Gasstrom einwandfrei absperren und wieder in Gang setzen zu können, ohne daß sich dabei das Gasmischungsverhältnis in der ersten Zeit nach dem öffnen des Absperrventils ändert, können gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung in die Gasleitung zwischen den Druckminderern und den verstellbaren Drosseln gemeinsam betätigte Absperrventile eingeschaltet sein.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind Gegenstand der Unteren Sprüche und sind anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, und zwar zeigt Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer Anwendung bei einem Beatmungsgerät.

Im AusfUhrungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Vorrichtung im Zusammenhang mit der Gaszufuhr zu einem Beatmungsgerät dargestellt.

Die beiden miteinander zu mischenden Gase Gl und G2 strömen mit einem Druck von beispielsweise 5 &tü durch die Leitungen 1 und 2 dem Gerät zu. In die Leitungen sind die Druckminderer 3 und 4 eingeschaltet, dabei ist der Druckminderer 4 verstellbar, d.h. daß die Vorspannung seiner Steuermembran mit Hilfe des Handrades 5 stufenlos verstellt werden kann. Das Handrad 5 kann mit einer nicht dargestellten Anzeigevorrichtung versehen sein, die unmittelbar den Gasdurchfluß in l/min, anzeigt (Flowmeter).

Im Ausführungsbeispiel ist eine andere Anzeigevorrichtung der Durchflußmenge, und zwar in Form eines an der Niederdruckleitung 6 des Druckminderers 4 angeschlossenen Druckmanometers 8 gewählt, deren Skale unmittelbar in l/min, geeicht sein kann. Von der Leitung 6 zweigt eine Leitung T zur Steuerkamner des Druckminderers 3 ab, so daß dessen Steuermembran stets mit dem Hinterdruck des Druckminderers 4 belastet ist; dadurch wird erreicht, daß

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der Hinterdruck in der Leitung 9 des Druckminderers 3 und der Hinterdruck in der Leitung 6 praktisch stets im gleichen Verhältnis zueinander stehen. Im Ausführungsbeispiel 1st davon ausgegangen, daS in den Leitungen 6 und 9 die Hinterdrucke gleich eingestellt sind und dafl sie zwischen 1,2 und 5 atü eingestellt werden können.

In beiden Leitung ist Je ein Absperrventil eingezeichnet» die miteinander zu einem Doipel -Magnet-Ventil 10 verbunden sind. Die Abgangsleitungen 11 und 12 führen zu den verstellbaren Drosseln 13 und 14- Die Drosseln bestehen Jeweils aus einem konischen Ventilsitz 15a, 15b, in die die konischen Ventilbauteile 16a, 16b hineinragen. Die Ventile sind so ausgebildet, daß die Bauteile 16a, 16b bei allen möglichen Stellungen der Drosseln 1) und Ik stets die Ventilsitze 15a, 15b auf ihrer ganzen Länge durchsetzen, so daß die Länge jeder Drossel über den ganzen Verstellbereich stets diegleiche bleibt. Die Bauteile 16a, 16b sind an Verstellspindeln 17a, 17b befestigt, deren gleichsinnige Gewinde mit Zahnrädern l8a, l8b verbunden sind. Diese kämmen mit dem Verstellzahnrad 19« dessen Handrad 20 mit einer nicht dargestellten Anzeigevorrichtung versehen 1st, die unmittelbar in Prozent des Mischungsverhältnisses geeicht sein kann.

Die Bauteile der Drosseln 13 und 14 sind so ausgelegt,

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dmfl bei einer Verstellung der Drosseln die Summe des Querschnittes Ij a der Drossel 15 und des Querschnittes 14a der Drossel 14 bei allen infrage kommenden Einstellungen konstant ist.

Dies hat zur Folge, daß bei einer Verstellung der Drosseln zwar das Mischungsverhältnis der Gase zueinander verstellt wird, daß jedoch die gesamte Durchflußmenge durch die Vorrichtung nicht geändert wird. Dies gilt auch, wenn der Druck in der Abgangsleitung 21 sich verändert. In dieser Leitung mischen sich die ausströmenden Gase und werden durch den Leitungsteil 22 zum nicht dargestellten Patienten geführt.

Der Druck in der Abgangsleitung 21 kann beispielsweise 100 cm WS betragen, er.kann aber auch variieren.

An dem Leitungstell 22 ist ein Beatmungsdrucknieeser ein Sicherheitsventil 24 und ein Zusatzluftventil 25 angeschlossen. Von der Mischgasleitung 21 führt eine weitere Leitung 26 über ein Überdrucksicherungsventil 2 zu ^iner verstellbaren Triggervorrichtung 28. Bei assistierter Beatmung bewirkt ein Patienten-Unterdruckimpuls in einem kontaktlosen Schalter einen elektrischen Impuls, der zur Steuereinheit 29 weitergeleitet wird. Diese gibt den Impuls an das Doppel-Magnet-Ventil 10. Dieses wird geöffnet.

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Bei einer kontrollierten Beatmung kann das Steuergerät zur Frequenzeinstellung dienen. Die Frequenzeinstellung erfolgt an dem Handrad J)O. Das Verhältnis der Zeitlänge von Inspirationszeit zur Expirationszeit kann mit dem Handrad Jl eingestellt werden. Das Steuergerät wird vom Transformator J2 gespeist.

Soweit die Wirkungsweise des Gerätes sich nicht aus den vorstehenden Erläuterungen ohne Weiteres ergibt, ist noch ergänzend folgendes hinzuzufügen. Der Druck der miteinander zu mischenden Gase G 1 und G2 wird mit Hilfe des Handrades 5 eingestellt, wobei jedoch das Verhältnis der Druckgase in den Leitungen 11 und 12 stets dasgleiche ist. Je höher diese Drucke sind, um so höher ist die aus den Drosseln ausströmende Menge. Mit dem Handrad 5 kann also die Durchflußmenge reguliert werden.

Andererseits kann das Mischungsverhältnis der Gase mLt den Drosseln 12 und 14 einwandfrei reguliert werden, da die Gase vor den Drosseln jeweils unter einem Druck oberhalb des kritischen Druckes liegen, so daß die Druukhöhe in der Abgangsleitung 21 keinerlei Einfluß auf das Mischungsverhältnis hat.

Das kritische Druckverhältnis für zweiatomige Gase ist

< ^P > krlt. * °'^W

-10-

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- ίο -

Wegen des maximalen Beatmungsdruckes von Pp>i,i ata muß

P₁^" 1,1 ata 2¹ 2,08 ata sein. ¹ 0/53

Als Untergrenze wird deshalb gewählt

P₁^ 1,2 atü.

Durch eine entsprechende Bemessung und Ausbildung der Ventilsitze 15a, 1^b und der beweglichen Ventilbauteile 16a, 16b ergeben sich Ringspalte IjJa und l^a deren Querschnittsflächen sich angenähert linear in Abhängigkeit vom Ventilspindelhub verändern. Dieser wird durch Drehen des Handrades 20 eingestellt.

Entsprechend dem übersetzungsverhältnis der Zahnräder l8a, l8b und 19 läßt sich der gesamte gewünschte Konzentrationsbereich, innerhalb dessen die Einstellung erfolgen soll, mit einer einzigen UmdreHtiung des Hand- f rades 20 erreichen.

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Claims

Patentansprüche

1. )Veri*ahren zum Mischen i/on Druckgasen, insbesondere für

Atmungs- und medizinische Geräte, dadurch gekennzeichnet, daß die zu mischenden Gase (Gl, C?2 ) mit einstellbaren, stets im gleichen Druefeverhältnis zueinander stehenden Drucken, die oberhalb der kritischen Drucke dieser Gase liegen, durch je eine verstellbare Drossel (13,14), deren Widerstandssumme konstant ist, in öle Mischgasleitung (21) abströmen»

2. Gasmisehgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jede DruckgaszufUhrungßleitung (l, 9» 2, 6) der Oase (Gi, G2 ) vor der Einmündung in die Mischgasleitung (dl) je ein verstellbarer Druckminderer O#4) die beide die Gase aufstets im gleichen Brmekvernälfcnis zueinander stehende und über den jeweiligen kritischen Druck liegende Hinterdrucke entspannen, und je eine verstellbare Drossel (15, 14) gleichbleibender Länge eingeschaltet sind, die beide derart miteinander verbunden sind, daß die Summe der Drosselquerschnitte (13»» 14a) konstant ist.

5. Gasmischgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Vorspannung der Steuermembran eines der Druckminderer (4) einstellbar ist und daß die Steuermembran des Druckminderers (3) des anderen Gase mit dem Hinterdruck des ersten Druckminderers (4) belastet ist.

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4. Gasmischgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung der Vorspannung der Steuermembran des ersten Druckminderers (4 ) in an sich bekannter Weise eine mit einem Handrad (5) versehene Spindel dient, die mit einer Anzeigevorrichtung versehen 1st.

5. Gasmischgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung in Gasdurchfluß l/min, geeicht ist.

6. Gasmischgerät nach Anspruch 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellspindeln(l7a, 17b) der Drosseln (13, 14) über Zahnräder (l8a, l8b, 19) derart miteinander gekuppelt sind, daß bei einer Verstellung der Querschnitte (13a, 14a) die Summe der Querschnitte der Drosseln (13, 14) konstant ist und daß die Drossellänge jeder Drossel (IJ,-14) im gesamten Verstellbereich konstant 1st.

7. Gasmischgerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln (13* 14) als Kegelventile (15a, 15b, 16a, l6b) ausgebildet sind, deren Kegel (16 a, 16b ) an der Verstellspindel (I7a, 17b) befestigt und derart angeordnet sind, daß die Kegel

(l6a, 16b) im gesamten Verstellbereich die Drosseln (13, 14) auf ihrer gesamten Länge durchsetzen.

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8. Gasmischgerät nach Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander gekuppelten Ventilspindeln

rad

(17a, 17b) mit einem Einstellhand/(20) und einer Anzeigevorrichtung versehen sind, die in Prozenten des Gasmischungsverhältnisses geeicht ist.

9. Gasmischgerät nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Gasleitung (9,11,6,12 ) zwischen den Druckminderern (3»^) und den verstellbaren Drosseln (13, l4) gemeinsam betätigte Absperrventile eingeschaltet sind.

10. Gasmischgerät nach Anspruch 1 bis 9» zum Einbau in ein Beatmungsgerät, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsam betätigten Absperrventile (10) als magnetisch gesteuerte Absperrventile ausgebildet sind, deren Magnetspulen in den Stromkreis einer in den Atemkreislauf eingebauten Triggervorrichtung eingeschaltet ist.

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