Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zum Vermischen von Gasströmen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermischen mehrerer Gasströme, wobei die Durchflüsse der Gasströme mittels einer Drosselvorrichtung regelbar sind und die gedrosselten Gasströme zu dem gewünschten Gasgemisch vereinigt werden.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Vermischen mehrerer Gasströme, aufweisend getrennte Gaszuführleitungen, in denen jeweils eine Drosselvorrichtung, mittels derer die Durchflüsse der Gasströme regelbar sind, angeordnet ist und eine Leitung für das zu mischende Gasgemisch, in die die Gaszuführleitungen münden.

Das gattungsgemäße Verfahren sowie die gattungsgemäße Vorrichtung zum Vermischen mehrerer Gasströme eignen sich insbesondere für Gasströme, die annähernd gleiche Drücke aufweisen. Darunter seien Gasströme zu verstehen, deren Druckschwankungen bis zu 40 % betragen.

Gattungsgemäße Verfahren sowie Vorrichtungen zum Vermischen zweier Gasströme dienen dazu, ein fest eingestelltes und/oder ein von einem Anwender bzw. Verbraucher bezüglich seiner Zusammensetzung einstellbares Gasgemisch zu erzeugen. Derartige Vorrichtungen werden auch als mechanische Gasmischer bezeichnet. Sie kommen unter anderem in vielen Bereichen der Medizin zur Anwendung, beispielsweise bei der Anästhesie, der Analgesie sowie der Beatmung bei respiratorischer Insuffizienz. Bei den vorgenannten Anwendungen kommen insbesondere Gasgemische, die aus den Mischungen Sauerstoff/Lachgas, Sauerstoff/Luft oder Sauerstoff/Heliox hergestellt werden, zum Einsatz.

Gattungsgemäße Verfahren bzw. Vorrichtungen zum Vermischen zweier Gasströme arbeiten im Regelfall nach dem Prinzip, dass die beiden Gasströme, die oftmals stark voneinander abweichende Eingangs- bzw. Gasversorgungsdrücke aufweisen, mittels eines Druckregelsystems so eingestellt werden, dass ihre Drücke am Ausgang des Druckregelsystems annähernd gleich sind. Anschließend werden die beiden Gasströme durch ein Drosselsystem geleitet. Mittels der Größe der in jeder Gasleitung

vorzusehenden Drossel können die Durchflüsse der einzelnen Gase und damit die Gaskonzentration am Ausgang des Mischers festgelegt werden.

Von Nachteil bei der vorbeschriebenen Verfahrensweise ist jedoch, dass sich jede Druckschwankung zwischen den nach dem Druckregelsystem herrschenden

Ausgangsdrücken der beiden Gasströme direkt auf die Dosiergenauigkeit und damit auf die Zusammensetzung des zu erzielenden Gasgemisches auswirkt. In Abhängigkeit von der gewählten Geometrie der Düse des Drosselsystems darf diese Druckschwankung je nach gewähltem Durchflussbereich unterschiedlich groß sein. Es muss jedoch sichergestellt sein, dass die geforderte bzw. gewünschte

Dosiergenauigkeit erreicht werden kann. Grundsätzlich gilt, dass im Falle kleinerer Durchflussbereiche auch nur kleinere Druckschwankungen bzw. -differenzen tolerierbar sind.

Dies hat zur Folge, dass bisher in der Praxis für verschiedene Durchflussbereiche unterschiedliche mechanische Mischer, die sich im Wesentlichen durch die verwendete Düsengeometrie des Drosselsystems unterscheiden, verwendet werden müssen. Innerhalb eines Krankenhausbetriebes sind daher beispielsweise mechanische Mischer für niedrige Durchflussbereiche - diese finden Anwendung in der Pädiatrie - sowie mechanische Mischer für höhere Durchflussbereiche, die für die Anwendung am Erwachsenen gedacht sind, vorgesehen. Es ist offensichtlich, dass dieses Bereitstellen mehrerer mechanischer Mischer Mehrkosten verursacht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Vermischen mehrerer Gasströme anzugeben, das bzw. die die vorgenannten Nachteile vermeidet, insbesondere die Bereitstellung mehrerer mechanischer Mischer für unterschiedliche Durchflussbereiche überflüssig macht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Vermischen mehrerer Gasströme vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Drosselung jedes Gasstromes mittels wenigstens zweier, parallel zueinander angeordneter Drosseln, die unterschiedliche Gasdurchflussbereiche abdecken, erfolgt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vermischen mehrerer Gasströme zeichnet sich dadurch aus, dass die Drosselvorrichtungen jeweils wenigstens zwei, parallel zueinander angeordnete Drosseln, die unterschiedliche Gasdurchflussbereiche abdecken, aufweisen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Vermischen mehrerer Gasströme ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung auf die oder eine andere Drossel oder die Zuschaltung der oder einer anderen Drossel mittels einer Differenzdruckregelung, die die Drücke eines Gasstromes vor und nach der Drosselvorrichtung erfasst, erfolgt.

Durch das erfindungsgemäße Vorsehen wenigstens zweier, parallel zueinander angeordneter Drosseln, die unterschiedliche Gasdurchflussbereiche abdecken, ist nunmehr ein "Umschalten" von einer Drossel auf die oder eine der anderen Drosseln oder ein "Zuschalten" der oder einer der anderen Drosseln entsprechend des jeweils geforderten Durchflusses möglich.

Die geforderte bzw. gewünschte Dosiergenauigkeit bleibt somit über den gesamten Durchflussbereich, den die vorzusehenden Drosseln abdecken, gewährleistet. Die mittels des den Drosseln vorgeschalteten Druckregelsystems vorzunehmende

Druckregelung der Gasströme wird durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise nicht beeinflusst.

Unter dem Begriff "unterschiedliche Gasdurchflussbereiche abdecken" seien auch Lösungen mit zwei oder mehr Drosseln zu verstehen, bei denen sich die von den einzelnen Drosseln realisierbaren Gasdurchflussbereiche zumindest teilweise überdecken können.

Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vermischen mehrerer Gasströme sowie weitere Ausgestaltungen des- bzw. derselben seien nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt zwei Gaszuführleitungen 1 und 1', über die zwei unterschiedliche Gase und/oder Gasgemische - bezeichnet als Gas A und Gas B - einer Druckregeleinheit

bzw. einem Druckregelsystem D zugeführt werden. Wie bereits eingangs erläutert, dient dieses Druckregelsystem dazu, die die oftmals stark voneinander abweichende Eingangs- bzw. Gasversorgungsdrücke der Gase A und B einander anzunähern.

Die über die Leitungen 2 und Z aus dem Druckregelsystem D abgezogenen Gasströme weisen vorzugsweise annähernd gleiche Drücke auf.

Jede der vorgenannten Gaszuführleitungen teilt sich in zwei Teilleitungen 3 und 4 bzw. 3' und 4 ¹ . In jeder dieser Leitungen ist erfindungsgemäß eine Drossel V1 , V2, VV und V2' angeordnet. Die über die Teilleitungen 3 und 4 bzw. 3' und 4' geführten Gasströme werden stromabwärts der Drosseln vereinigt und über die Leitungsabschnitte 5 und 5' der Leitung 5" zugeführt. über diese wird das erzeugte Gasgemisch seiner weiteren Verwendung zugeführt.

Im Falle des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels sind die Drosseln bzw. Düsen V1 und VV für geringe Durchflüsse - hierunter sei beispielsweise eine Durchflussmenge von weniger als 50 % der maximalen Durchflussmenge zu verstehen

- ausgelegt. Die Drosseln V1 und VV sind daher für die Regelung des niedrigen Durchflussbereiches zuständig. Wird über die Leitung 5" nur eine geringe Gasmenge entnommen, werden folglich ausschließlich die Drosseln V1 und VV durchströmt, während die Drosseln V2 und V2 ¹ geschlossen sind. Zwischen den Leitungen 2 und 2' auftretende Druckschwankungen haben folglich lediglich einen geringen Einfluss auf die geforderte Dosiergenauigkeit.

Die Drosseln V2 und V2' sind erfindungsgemäß für einen anderen, im vorliegenden Falle für einen höheren Durchflussbereich - hierunter sei beispielsweise eine Durchflussmenge von wenigstens 40 % der maximalen Durchflussmenge zu verstehen

- ausgelegt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Vermischen mehrerer Gasströme ist eine Differenzdruckregelung vorgesehen - dargestellt durch die gestrichelt gezeichneten Leitungen 6 und 6' sowie die gestrichelt gezeichneten Differenzdruckregler 7 und T.

Mittels dieser Differenzdruckregelung werden die Drücke der Gasströme vor und nach den Drosseln V1, V2, V1 ¹ und V2 ¹ erfasst. Die Drosseln V2 und V2' werden erst bei überschreiten eines voreingestellten oder einstellbaren Differenzdrucks geöffnet. Die mittels der Differenzdruckregler 7 und 7' ermittelten Differenzdrücke wiederum sind abhängig von den Durchflüssen durch die Drosseln V1 und VV. Je höher der

Durchfluss durch die Drossel V1 bzw. VV, desto höher der jeweilige Differenzdruck. über eine geeignete Dimensionierung der Drosseln V1 und VV kann somit der Differenzdruck abhängig vom Durchfluss exakt festgelegt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Vermischen mehrerer Gasströme sind die Drosseln V2 und V2' als eine Kombination aus Drossel und federbeaufschlagtem Ventil ausgebildet. Die Feder verschließt hierbei die Drossel und öffnet schlagartig bei Erreichen eines festgelegten Differenzdruckwerts. Solange das federbeaufschlagte Ventil geschlossen ist, erfolgt somit kein Durchfluss durch die Drossel. Erst bei Erreichen des festgelegten Differenzdruckwerts öffnet das federbeaufschlagte Ventil und die Drossel kann durchflössen werden.

Erfolgt über die Leitung 5" lediglich die Abnahme einer geringen Gasmenge, werden die Gasströme A und B ausschließlich über die Drosseln V1 und VV geleitet. Die mittels der Differenzdruckregler 7 und T ermittelten Differenzdrücke sind zu niedrig, um die Drossel V2 und V2 ¹ zu öffnen. Somit ist bei niedrigen Durchflussmengen eine exakte Konzentrationsregelung möglich. Steigt die über die Leitung 5" abgenommene Gasmenge an, erhöhen sich die Differenzdrücke über die Drosseln V1 und VV. Dadurch öffnen die parallel angeordneten Drosseln V2 und V2', womit der hohe

Durchflussbereich freigegeben wird. Daher ist auch im Falle hoher Durchflussmengen eine exakte Konzentrationsregelung möglich. Verringert sich die über die Leitung 5" abgenommene Gasmenge wieder, kommt es zu einer Verringerung der Differenzdrücke, so dass nach Unterschreiten des festgelegten Druckgrenzwertes die Drosseln V2 und V2' schließen und die Gasströme A und B ausschließlich über die Drosseln V1 und VV strömen.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vermischen mehrerer Gasströme ermöglichen die Realisierung vergleichsweise großer Durchflussbereiche bei hoher Genauigkeit mit einem (mechanischen) Gasmischer.