DE102008007188A1

DE102008007188A1 - Method and device for mixing gas streams

Info

Publication number: DE102008007188A1
Application number: DE102008007188A
Authority: DE
Inventors: Christian Krebs; Rainer Müllner
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2008-02-01
Publication date: 2009-08-06
Also published as: WO2009095207A3; WO2009095207A2

Abstract

Es werden ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Vermischen mehrerer Gasströme beschrieben, wobei die Gasströme vorzugsweise annähernd gleiche Drücke aufweisen, die Durchflüsse der Gasströme mittels einer Drosselvorrichtung regelbar sind und die gedrosselten Gasströme zu dem gewünschten Gasgemisch vereinigt werden. Erfindungsgemäß erfolgt die Drosselung jedes Gasstromes mittels wenigstens zweier parallel zueinander angeordneter Drosseln (V1, V2, ..., V1', V2', ...), die unterschiedliche Gasdurchflussbereiche abdecken.The invention relates to a method and a device for mixing a plurality of gas streams, the gas streams preferably having approximately equal pressures, the flow rates of the gas streams being controllable by means of a throttle device, and the throttled gas streams being combined to form the desired gas mixture. According to the invention, the throttling of each gas stream takes place by means of at least two throttles (V1, V2,..., V1 ', V2',..., Which are arranged parallel to one another and cover different gas flow areas.

Description

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.The The invention relates to a method for mixing a plurality of gas streams, wherein the flows of gas flows can be controlled by a throttle device and the throttled gas flows to the desired Gas mixture are combined.

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.Further The invention relates to a device for mixing several Gas streams having separate gas supply lines, in each of which a throttle device, by means of which the flow rates of the gas streams regulated are, is arranged and a line for the mixed gas mixture, in the gas supply lines lead.

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.The generic method as well as the generic device for mixing several gas streams are particularly suitable for Gas streams the approximate same pressures exhibit. These include gas streams to understand, whose pressure fluctuations are up to 40%.

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.Generic method as well as devices for mixing two gas streams serve a fixed set and / or one of a user or consumer with respect to his Composition to produce adjustable gas mixture. such Devices are also referred to as mechanical gas mixers. They are used, inter alia, in many areas of medicine, for example, in anesthesia, analgesia and ventilation in respiratory insufficiency. In the aforementioned applications, in particular gas mixtures, from the mixtures oxygen / nitrous oxide, oxygen / air or Oxygen / Heliox are produced, are used.

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.Generic method or devices for mixing two gas streams work as a rule the principle that the two gas streams, often strong from each other have different input or gas supply pressures, by means of a Pressure control system can be adjusted so that their pressures at the output approximate the pressure control system are the same. Subsequently become the two gas streams passed through a throttle system. By means of the size to be provided in each gas line Choke can the flows the individual gases and thus the gas concentration at the output of Mixer.

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.From Disadvantage of the above-described procedure, however, is that Any pressure fluctuation between the pressure control system prevailing initial pressures the two gas streams directly on the dosing accuracy and thus on the composition of the gas mixture to be achieved. Depending on the selected geometry the nozzle The throttling system allows this pressure fluctuation according to the selected flow range be different in size. However, it must be ensured that the required or desired dosing accuracy can be achieved. in principle is true that in the case of smaller flow ranges even smaller Pressure fluctuations or differences are tolerable.

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.This As a result, so far in practice for different flow ranges different mechanical mixer, which is essentially through the nozzle geometry used different from the throttle system, must be used. Within a hospital operation are therefore, for example, mechanical Mixer for low flow ranges - this find application in pediatrics - as well mechanical mixer for higher flow ranges, the for the application intended for adults are provided. It is obvious, this provision of multiple mechanical mixers adds costs caused.

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.task The present invention is a generic method as well as a generic device for mixing several gas streams specify that avoids the aforementioned disadvantages, in particular providing multiple mechanical mixers for different Makes flow areas superfluous.

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.to solution This object is a generic method for mixing several gas streams proposed, which is characterized in that the throttling each gas stream by means of at least two, parallel to each other arranged chokes, the different gas flow areas Cover takes place.

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.The inventive device for mixing several gas streams is characterized in that the throttle devices respectively at least two, mutually parallel chokes, the different Cover gas flow areas have.

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.A further advantageous embodiment of the method according to the invention or the device according to the invention for mixing several gas streams is characterized in that the switching to or other throttle or the connection of the or another throttle by means of a differential pressure control, the pressures of a gas stream before and detected after the throttle device takes place.

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.The provision according to the invention of at least two throttles arranged parallel to one another and covering different gas flow areas now makes a "switching over" of ei ner throttle on or one of the other chokes or a "connection" of the or one of the other chokes in accordance with the respective required flow possible.

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.The required or desired Dosing accuracy remains over the entire flow range covered by the chokes to be provided, guaranteed. The pressure regulation to be carried out by means of the pressure regulating system upstream of the throttles the gas flows is achieved by the procedure according to the invention unaffected.

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.Under the term "different Cover gas flow ranges "are also solutions with to understand two or more throttles, which are different from those of the individual reactors realizable gas flow areas at least partially cover can.

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.The inventive method, the device according to the invention for mixing several gas streams and further embodiments of the same or the following are explained in more detail with reference to the embodiment shown in the figure.

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.The figure shows two gas supply lines 1 and 1' , via which two different gases and / or gas mixtures - referred to as gas A and gas B - a pressure control unit or a pressure control system D are supplied. As already explained at the beginning, this pressure control system serves to approximate the often strongly diverging input or gas supply pressures of the gases A and B to one another.

Die über die Leitungen 2 und 2' aus dem Druckregelsystem D abgezogenen Gasströme weisen vorzugsweise annähernd gleiche Drücke auf.The over the lines 2 and 2 ' Gas streams withdrawn from the pressure control system D preferably have approximately the same pressures.

Jede der vorgenannten Gaszuführleitungen teilt sich in zwei Teilleitungen 3 und 4 bzw. 3' und 4'. In jeder dieser Leitungen ist erfindungsgemäß eine Drossel V1, V2, V1' 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.Each of the aforementioned gas supply lines is divided into two sub-lines 3 and 4 respectively. 3 ' and 4 ' , In each of these lines according to the invention a throttle V1, V2, V1 'and V2' is arranged. The over the sub-lines 3 and 4 respectively. 3 ' and 4 ' guided gas streams are combined downstream of the throttles and over the pipe sections 5 and 5 ' the line 5 '' fed. About this, the gas mixture produced is fed to its further use.

Im Falle des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels sind die Drosseln bzw. Düsen V1 und V1' für geringe Durchflüsse – hierunter sei beispielsweise eine Durchflussmenge von weniger als 50% der maximalen Durchflussmenge zu verstehen – ausgelegt. Die Drosseln V1 und V1' 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 V1' durchströmt, während die Drosseln V2 und V2' geschlossen sind. Zwischen den Leitungen 2 und 2' auftretende Druckschwankungen haben folglich lediglich einen geringen Einfluss auf die geforderte Dosiergenauigkeit.In the case of the embodiment shown in the figure, the throttles or nozzles V1 and V1 'for low flow rates - this is, for example, a flow rate of less than 50% of the maximum flow rate to understand - designed. The throttles V1 and V1 'are therefore responsible for the regulation of the low flow range. Will over the line 5 '' taken only a small amount of gas, consequently, only the throttles V1 and V1 'are flowed through, while the throttles V2 and V2' are closed. Between the lines 2 and 2 ' occurring pressure fluctuations therefore have only a small influence on the required dosing accuracy.

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.The Chokes V2 and V2 'are according to the invention for a others, in this case for a higher one Flow range - below For example, be a flow rate of at least 40% of the maximum Flow rate understood - designed.

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 7'.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention or the device according to the invention for mixing a plurality of gas streams, a differential pressure control is provided - represented by the dashed lines 6 and 6 ' and the dashed line differential pressure controller 7 and 7 ' ,

Mittels dieser Differenzdruckregelung werden die Drücke der Gasströme vor und nach den Drosseln V1, V2, V1' und V2' 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 V1'. Je höher der Durchfluss durch die Drossel V1 bzw. V1', desto höher der jeweilige Differenzdruck. Über eine geeignete Dimensionierung der Drosseln V1 und V1' kann somit der Differenzdruck abhängig vom Durchfluss exakt festgelegt werden.By means of this differential pressure control, the pressures of the gas streams before and after the chokes V1, V2, V1 'and V2' are detected. The throttles V2 and V2 'are opened only when a preset or adjustable differential pressure is exceeded. The means of the differential pressure regulator 7 and 7 ' determined differential pressures in turn are dependent on the flow rates through the throttles V1 and V1 '. The higher the flow through the throttle V1 or V1 ', the higher the respective differential pressure. By means of a suitable dimensioning of the throttles V1 and V1 ', the differential pressure can thus be determined exactly as a function of the flow rate.

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 durchflossen werden.According to one further advantageous embodiment of the device according to the invention for mixing several gas streams are the throttles V2 and V2 'as formed a combination of throttle and spring-loaded valve. The spring closes here the throttle and opens abruptly when a specified differential pressure value is reached. So long the spring-loaded valve is closed, thus no Flow through the throttle. Only when the specified Differential pressure value opens the spring-loaded valve and the throttle can flow through become.

Erfolgt über die Leitung 5'' lediglich die Abnahme einer geringen Gasmenge, werden die Gasströme A und B ausschließlich über die Drosseln V1 und V1' geleitet. Die mittels der Differenzdruckregler 7 und 7' ermittelten Differenzdrücke sind zu niedrig, um die Drossel V2 und V2' 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 V1'. 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 V1' strömen.Is done via the line 5 '' only the decrease of a small amount of gas, the gas streams A and B are passed exclusively through the throttles V1 and V1 '. The means of the differential pressure regulator 7 and 7 ' determined differential pressures are too low to open the throttle V2 and V2 '. Thus, at low flow rates an exact concentration control is possible. Climb those over the line 5 '' decreased gas quantity, increase the differential pressures on the throttles V1 and V1 '. This opens the parallel throttles V2 and V2 ', thus enabling the high flow range becomes. Therefore, an exact concentration control is possible even in the case of high flow rates. Decreases over the line 5 '' If the amount of gas taken off again decreases, the differential pressures decrease, so that after falling below the defined pressure limit, the throttles V2 and V2 'close and the gas flows A and B flow exclusively via the throttles V1 and V1'.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vermischen mehrerer Gasströme ermöglichen die Realisierung vergleichsweise großer Durchflussbereiche bei hoher Genauigkeit mit einem (mechanischen) Gasmischer.The inventive method as well as the device according to the invention for mixing several gas streams enable the realization of comparatively large flow ranges high accuracy with a (mechanical) gas mixer.

Claims

A method for mixing a plurality of gas streams, wherein the flow rates of the gas streams are controlled by a throttle device and the throttled gas streams are combined to the desired gas mixture, characterized in that the throttling of each gas stream by means of at least two mutually parallel throttles (V1, V2, .. ., V1 ', V2', ...), which cover different gas flow ranges occurs.

A method according to claim 1, characterized in that the switching to or another throttle or the connection of the or another throttle by means of a differential pressure control ( 7 . 7 ' ), which detects the pressures of a gas flow before and after the throttle device (V1, V2, ..., V1 ', V2', ...), takes place.

Apparatus for mixing a plurality of gas streams, comprising separate gas supply lines, in each of which a throttle device, by means of which the flow rates of the gas flows are controllable, is arranged and a line for the mixed gas mixture, in the gas supply lines lead through it characterized in that the throttle devices each at least two mutually parallel chokes (V1, V2, ..., V1 ', V2', ...), the different Cover gas flow areas have.

Device according to claim 3, characterized in that it has a differential pressure control ( 7 . 7 ' ), which detects the pressures of a gas flow before and after the throttle device (V1, V2, ..., V1 ', V2', ...).