DE102020116514A1 - Vorrichtung und verfahren zur atemlufterzeugung - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung (100) zum Erzeugen von Atemluft (9), mit einer Luftaufbereitungseinrichtung (40) zum Aufbereiten von Luft (2), einer Trenneinrichtung (60) zum Abtrennen von Stickstoff (8) aus der mit der Luftaufbereitungseinrichtung (40) aufbereiteten Luft (6), und einer mit der Trenneinrichtung (60) luftstromabwärts verbundenen Mischeinrichtung (90) zum Bereitstellen von Atemluft (9) basierend auf einem Vermengen von einer aus der Trenneinrichtung (60) ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft (71) und einer aus der Trenneinrichtung (60) ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft (81), wobei die Mischeinrichtung (90) eingerichtet ist, um einen Sauerstoffgehalt der bereitgestellten Atemluft (9) selektiv auf einen Wert von dem Wert des Sauerstoffgehalts der aus der Trenneinrichtung (60) ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft (71) bis zu dem Wert des Sauerstoffgehalts der aus der Trenneinrichtung (60) ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft (81) einzustellen. Zudem ein Verfahren zum Erzeugen von Atemluft (9) und ein System (400) zum Beatmen eines Menschen, mit der Vorrichtung (100) und einer Beatmungseinrichtung zum Beatmen des Menschen mit der von der Mischeinrichtung (90) der Vorrichtung (100) bereitgestellten Atemluft (9).

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen von Atemluft. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein System zum Beatmen eines Menschen.
  • Stand der Technik
  • Es ist bekannt, sauerstoffangereicherte Luft für Atemgeräte einzusetzen. So wird beispielsweise für Tauchgeräte sauerstoffangereicherte Atemluft verwendet, welche auch als NITROX bezeichnet wird.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft in einem Aspekt eine Vorrichtung zum Erzeugen von Atemluft. Mit der Vorrichtung kann Atemluft erzeugt werden, deren Sauerstoffgehalt einstellbar ist. Die Vorrichtung kann zum Erzeugen von sauerstoffreduzierter Atemluft und von sauerstoffangereicherter Atemluft ausgebildet sein. Bei der Vorrichtung kann es sich daher um einen Atemluftgenerator für sauerstoffreduzierte und sauerstoffangereicherte Atemluft handeln.
  • Die Vorrichtung kann eine Luftaufbereitungseinrichtung zum Aufbereiten von Luft aufweisen. Bei der Luft kann es sich um Umgebungsluft handeln. Das Aufbereiten von Luft kann ein Entziehen von Luftfeuchtigkeit, ein Reduzieren des Kohlendioxidgehalts der Luft und/oder ein Reduzieren des Kohlenmonoxidgehalts der Luft aufweisen. Die Luftaufbereitungseinrichtung kann luftstromaufwärts mit einer Luftquelle zum Bereitstellen der aufzubereitenden Luft verbunden sein.
  • Bei der Luftquelle kann es sich um einen Luftverdichter zum Ansaugen und Verdichten von Luft, einen Lufttank zum Vorhalten und Bereitstellen von Luft oder um eine Luftzuleitung eines Luftleitungsnetzes zum Bereitstellen von Luft handeln. Die Vorrichtung kann die Luftquelle aufweisen.
  • Die Vorrichtung kann eine Trenneinrichtung zum Abtrennen von Stickstoff aus der mit der Luftaufbereitungseinrichtung aufbereiteten Luft aufweisen.
  • Die Trenneinrichtung kann einen ersten Auslass zum Ableiten von sauerstoffreduzierter Luft aufweisen. Die sauerstoffreduzierte Luft weist einen im Vergleich zur Luft reduzierten Sauerstoffgehalt auf. Die sauerstoffreduzierte Luft kann den mit der Trenneinrichtung abgetrennten Stickstoff zumindest teilweise aufweisen. Die sauerstoffreduzierte Luft kann beispielsweise jeden prozentualen Wert bis zu 20 % Sauerstoffgehalt der Luft, das heißt jeden prozentualen Wert der kleiner als der prozentuale Wert des Sauerstoffgehalts der Luft ist, aufweisen.
  • Die Trenneinrichtung kann einen zweiten Auslass zum Ableiten von sauerstoffangereicherter Luft aufweisen. Die sauerstoffangereicherte Luft weist einen im Vergleich zur Luft erhöhten Sauerstoffgehalt auf. Die sauerstoffangereicherte Luft weist den mit der Trenneinrichtung abgetrennten Stickstoff zumindest teilweise nicht auf. Die sauerstoffangereicherte Luft kann beispielsweise jeden prozentualen Wert der größer als der prozentuale Wert des Sauerstoffgehalts der Luft ist aufweisen. Die sauerstoffangereicherte Luft kann beispielsweise jeden prozentualen Wert, der größer als der prozentuale Wert des Sauerstoffgehalts der Luft ist und bis zu 40 % Sauerstoffgehalt der Luft aufweist, aufweisen.
  • Die Vorrichtung kann eine mit den beiden Auslässen der Trenneinrichtung luftstromabwärts verbundene Mischeinrichtung zum Bereitstellen von Atemluft basierend auf einem Vermengen von der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft und der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft aufweisen. Die Mischeinrichtung kann einen ersten Einlass für die aus der Trenneinrichtung ableitbare sauerstoffreduzierte Luft aufweisen. Die Mischeinrichtung kann einen zweiten Einlass für die aus der Trenneinrichtung ableitbare sauerstoffangereicherte Luft aufweisen.
  • Die mit der Mischeinrichtung bereitgestellte Atemluft kann eine Gaszusammensetzung aufweisen, welche als Bestandteile die aus der Trenneinrichtung ableitbare sauerstoffreduzierte Luft und/oder die aus der Trenneinrichtung ableitbare sauerstoffangereicherten Luft aufweist. Der Anteil der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft an der Gaszusammensetzung kann 0 % bis 100 % von der Gaszusammensetzung ausmachen. Auch der Anteil der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft an der Gaszusammensetzung kann 0 % bis 100 % von der Gaszusammensetzung ausmachen.
  • Die mit der Mischeinrichtung bereitgestellte Atemluft kann daher ein Gasgemisch von der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft und der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft aufweisen. Der jeweilige Anteil der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft und der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft an dem Gasgemisch und somit auch der bereitstellbaren Atemluft kann einen prozentualen Wert zwischen 0 % und 100 % aufweisen. Die mit der Mischeinrichtung bereitgestellte Atemluft kann ferner auch nur die aus der Trenneinrichtung ableitbare sauerstoffreduzierte Luft oder nur die aus der Trenneinrichtung ableitbare sauerstoffangereichte Luft aufweisen.
  • Das Vermengen von der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft und der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft kann daher ein Mischen von der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft mit der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft aufweisen. Das Vermengen von der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft und der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft kann ferner ein einzelnes Auswählen von der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft oder der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft aufweisen.
  • Die Mischeinrichtung kann eingerichtet sein, um einen Sauerstoffgehalt der bereitgestellten Atemluft selektiv von dem Sauerstoffgehalt der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft bis zu dem Sauerstoffgehalt der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft einzustellen. Der Sauerstoffgehalt kann den prozentualen Anteil von Sauerstoff in der bereitgestellten Atemluft definieren. Die Atemluft kann so beispielsweise jeden prozentualen Wert zwischen 0 % und 40 % Sauerstoffgehalt der Atemluft aufweisen.
  • Die Mischeinrichtung kann eingerichtet sein, um die Gaszusammensetzung der mit der Mischeinrichtung bereitstellbaren Atemluft einzustellen. Die Mischeinrichtung kann eingerichtet sein, um den Anteil der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft an der Gaszusammensetzung einzustellen. Die Mischeinrichtung kann eingerichtet sein, um den Anteil der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft an der Gaszusammensetzung einzustellen. Die Mischeinrichtung kann auch eingerichtet sein, um ein Mischungsverhältnis von der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft und der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft einzustellen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung weist die Mischeinrichtung ein Mischventil auf. Das Mischventil kann eingerichtet sein, um die Gaszusammensetzung der mit der Mischeinrichtung bereitstellbaren Atemluft selektiv einzustellen. Das Mischventil kann hierfür eingerichtet sein, um ein Verhältnis eines Luftstroms der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft und eines Luftstroms der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft zu beeinflussen beziehungsweise zu ändern, um die Gaszusammensetzung der mit der Mischeinrichtung bereitstellbaren Atemluft selektiv einzustellen.
  • Die Atemluft kann mit der Vorrichtung für eine medizinische Anwendung beziehungsweise Behandlung eines Menschen oder für eine sporttherapeutische Anwendung beziehungsweise ein Training eines Menschen bereitgestellt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung kann die Luftaufbereitungseinrichtung einen Trockner zum Entziehen von Feuchtigkeit aus der Luft aufweisen. Der Trockner kann eine Stufe der Luftaufbereitungseinrichtung ausbilden. Bei dem Trockner kann es sich auch um einen Vortrockner für die mit der Luftaufbereitungseinrichtung aufzubereitende Luft handeln. Der mit der Luftaufbereitungseinrichtung aufzubereitenden Luft können so in einer Vorstufe der Luftaufbereitung flüssige Wasseranteile entzogen werden. Der Trockner kann einen Kondensatableiter aufweisen, welcher mit dem Trockner gewonnenes Kondensat einem Kondensattrenner beziehungsweise Kondensatabscheider zuführen kann. Gemäß weiteren Ausführungsformen der Vorrichtung kann der Trockner der Luftaufbereitungseinrichtung mindestens einen von einem Kältetrockner, einem Membrantrockner und einem Adsorptionstrockner zum Entziehen von Feuchtigkeit aus der Luft beziehungsweise zum Gewinnen eines Kondensats aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann diese einen luftstromaufwärts der Luftaufbereitungseinrichtung angeordneten Luftverdichter zum Bereitstellen von druckbeaufschlagter Luft aufweisen. Bei dem Luftverdichter kann es sich um einen Kompressor handeln. Der Luftverdichter kann auch luftstromaufwärts der Trenneinrichtung angeordnet sein. Bei dem Luftverdichter kann es sich beispielsweise um einen Schraubenverdichter handeln. Der Luftverdichter kann somit die Luftquelle beziehungsweise eine Druckluftquelle sein, mit welcher Luft aus der Umgebung angesaugt und mit Druck beaufschlagt werden kann. Mit anderen Worten kann Umgebungsluft so unter Überdruck in die Luftaufbereitungseinrichtung beziehungsweise in die Trenneinrichtung eingeleitet werden. Die Vorrichtung kann eine Leitung für druckbeaufschlagte Luft aufweisen, welche den Luftverdichter mit der Luftaufbereitungseinrichtung zum Zuleiten der mit dem Luftverdichter bereitgestellten druckbeaufschlagten Luft zu der Luftaufbereitungseinrichtung verbinden kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann diese eine luftstromaufwärts der Luftaufbereitungseinrichtung angeordnete Kühleinrichtung zum Bereitstellen von abgekühlter Luft aufweisen. Die Kühleinrichtung kann auch luftstromaufwärts der Trenneinrichtung angeordnet sein. Bei der Kühleinrichtung kann es sich um einen Kältetrockner zum Entziehen von kondensierter Feuchtigkeit aus der Luft und zum Abkühlen der Luft handeln. Die Kühleinrichtung kann einen Kondensatableiter aufweisen, welcher mit der Kühleinrichtung gewonnenes Kondensat einem Kondensattrenner beziehungsweise Kondensatabscheider zuführen kann. Die Vorrichtung kann eine Leitung für abgekühlte Luft aufweisen, welche die Kühleinrichtung mit der Luftaufbereitungseinrichtung zum Zuleiten der mit der Kühleinrichtung bereitgestellten abgekühlten Luft zu der Luftaufbereitungseinrichtung verbinden kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die Vorrichtung den Luftverdichter und die Kühleinrichtung aufweisen, wobei die Kühleinrichtung luftstromabwärts des Luftverdichters angeordnet sein kann. Die Lufttemperatur der luftstromabwärts des Luftverdichters druckbeaufschlagten Luft kann so mit der Kühleinrichtung verringert werden. Die Kühleinrichtung kann gemäß dieser Ausführungsform als ein dem Luftverdichter nachgeschalteter Nachkühler ausgebildet und angeordnet sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann diese eine luftstromaufwärts der Luftaufbereitungseinrichtung angeordnete Filtereinrichtung zum Reinigen der Luft aufweisen. Bei der Filtereinrichtung kann es sich um eine Filterkaskade mit mindestens zwei Filtereinheiten handeln. Mit der Filtereinrichtung können Schadstoffe verschiedener Partikelgrößen aus der druckbeaufschlagten Luft gefiltert werden. Die Filtereinrichtung kann ausgebildet sein, Feuchtigkeit beziehungsweise ein Kondensat und/oder ein Aerosol luftstromaufwärts der Luftaufbereitungseinrichtung abzutrennen beziehungsweise abzuscheiden. Bei dem Aerosol kann es sich um ein Bioaerosol, beispielsweise ein Virus, oder ein Ölaerosol handeln. Die Filtereinrichtung kann ferner einen Kondensatableiter aufweisen, um ein an dem Filter anfallendes Kondensat beziehungsweise Aerosol einem Kondensattrenner beziehungsweise Kondensatabscheider zuzuführen. Die Filtereinheiten der Filterkaskade können ferner jeweils einen Kondensatableiter aufweisen. Eine erste Filtereinheit der mindestens zwei Filtereinheiten der Filterkaskade kann als ein Feinfilter ausgebildet sein. Der Feinfilter kann zum Filtern von Partikeln, welche größer als eine erste Partikelgröße sind, ausgebildet sein. Eine zweite Filtereinheit der mindestens zwei Filtereinheiten der Filterkaskade kann als ein Mikrofilter beziehungsweise Feinstfilter ausgebildet sein. Der Mikrofilter kann zum Filtern von Partikeln, welche größer als eine zweite Partikelgröße sind, ausgebildet sein, wobei die zweite Partikelgröße kleiner als die erste Partikelgröße ist. Die Vorrichtung kann eine Leitung für gereinigte Luft aufweisen, welche die Filtereinrichtung mit der Luftaufbereitungseinrichtung zum Zuleiten der mit der Filtereinrichtung gereinigten Luft zu der Luftaufbereitungseinrichtung verbindet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann die Luftaufbereitungseinrichtung eine Kohlendioxidadsorptionseinrichtung zum Reduzieren des Kohlendioxidgehalts der Luft aufweisen. Die Kohlendioxidadsorptionseinrichtung kann eine weitere Stufe der Luftaufbereitungseinrichtung ausbilden. Der Trockner kann eine Vorstufe zur Kohlendioxidadsorptionseinrichtung ausbilden, wobei der Trockner luftstromaufwärts der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung angeordnet sein kann. Bei der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung kann es sich grundsätzlich um jede Einrichtung zum Adsorbieren von Kohlendioxid handeln. Die Kohlendioxidadsorptionseinrichtung kann hierfür ein Kohlendioxidadsorptionsmittel aufweisen. Bei dem Kohlendioxidadsorptionsmittel kann es sich beispielsweise um ein granulatförmiges Kohlendioxidadsorptionsmittel handeln, welches sich in der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung befinden kann. Zum Reduzieren des Kohlendioxidgehalts der Luft kann diese durch das granulatförmige Kohlendioxidadsorptionsmittel hindurchgeleitet werden. Die Kohlendioxidadsorptionseinrichtung kann auch ein Trockenmittel zum Adsorbieren von Luftfeuchtigkeit aufweisen. Die Kohlendioxidadsorptionseinrichtung kann zum Aufnehmen der druckbeaufschlagten Luft als ein Druckbehälter ausgebildet sein. Die Kohlendioxidadsorptionseinrichtung kann regenerierbar sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist die Luftaufbereitungseinrichtung den Trockner und die Kohlendioxidadsorptionseinrichtung auf, wobei der Trockner luftstromaufwärts der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung angeordnet sein kann. Mit anderen Worten kann der Trockner eine Vorstufe zur Kohlendioxidadsorptionseinrichtung ausbilden. Insbesondere gemäß dieser Ausführungsform kann mit der Vorrichtung Atemluft mit reduziertem Kohlendioxidgehalt und reduzierter Luftfeuchtigkeit erzeugt werden, welche die in der Norm DIN EN 12021 in der 2. Ausgabe 2014 festgelegten Anforderungen für die Luftqualität für Atemgeräte erfüllen oder unterschreiten kann. Somit können mit der von der Vorrichtung erzeugten Atemluft insbesondere die in der Norm beschriebenen Konzentrationen von Sauerstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Öl und die Luftfeuchtigkeit eingehalten oder unterschritten werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann die Luftaufbereitungseinrichtung einen Kohlenmonoxidkatalysator zum Reduzieren eines Kohlenmonoxidgehalts der Luft aufweisen. Der Kohlenmonoxidkatalysator kann eine weitere Stufe der Luftaufbereitungseinrichtung ausbilden. Der Kohlenmonoxidkatalysator kann eine Vorstufe zur Kohlendioxidadsorptionseinrichtung ausbilden, wobei der Kohlenmonoxidkatalysator luftstromabwärts oder luftstromaufwärts der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung angeordnet sein kann. Die Luftaufbereitungseinrichtung kann so als mindestens zweistufige Luftaufbereitungseinrichtung mit einer Adsorptionsstufe zum Adsorbieren von Kohlendioxid und einer Reinigungsstufe zum Herbeiführen einer katalytischen Oxidation von Kohlenmonoxid ausgebildet sein.
  • Der Kohlenmonoxidkatalysator kann luftstromabwärts der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung angeordnet sein. Alternativ dazu kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung der Kohlenmonoxidkatalysator luftstromaufwärts der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung angeordnet sein. So kann auch das in dem Kohlenmonoxidkatalysator erzeugte Kohlendioxid in der luftstromabwärts angeordneten Kohlendioxidadsorptionseinrichtung adsorbiert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann diese eine luftstromabwärts der Luftaufbereitungseinrichtung angeordnete Nachfiltereinrichtung zum Nachreinigen der mit der Luftaufbereitungseinrichtung aufbereiteten Luft aufweisen. Die Nachfiltereinrichtung kann zum Filtern von Partikeln aus der aufbereiteten Luft fungieren. Die Nachfiltereinrichtung kann einen Partikelfilter aufweisen, welcher luftstromabwärts der Luftaufbereitungseinrichtung angeordnet sein kann. Partikelförmige Schadstoffe, insbesondere in der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung nicht adsorbierte und/oder katalytisch oxidierte Schadstoffe, können so aus der aufbereiteten Luft herausgefiltert werden, um die Qualität der aufbereiteten Atemluft weiter zu verbessern beziehungsweise an einen geforderten Industriestandard anzupassen. Alternativ oder zusätzlich zu dem Partikelfilter kann die Nachfiltereinrichtung einen Aktivkohlefilter und/oder einen Aerosolfilter aufweisen. Der Aktivkohlefilter kann insbesondere dann vorgesehen sein oder aktiviert werden, wenn die Luft ölhaltig ist. Der Aerosolfilter kann grundsätzlich zum Filtern jedes Aerosols, beispielsweise eines Bioaerosols, ausgebildet sein. Die Vorrichtung kann eine Leitung für nachgereinigte aufbereitete Luft aufweisen, welche die Nachfiltereinrichtung mit der Trenneinrichtung zum Zuleiten der mit der Nachfiltereinrichtung nachgereinigten aufbereiteten Luft zu der Trenneinrichtung verbindet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann diese einen Kondensattrenner zum Abscheiden und Aufbereiten von einem Kondensat beziehungsweise kondensierter Feuchtigkeit aus der Luft aufweisen. Der Kondensattrenner kann mit der luftstromaufwärts der Luftaufbereitungseinrichtung angeordneten Filtereinrichtung verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Kondensattrenner mit der Luftaufbereitungseinrichtung, insbesondere dem Trockner der Luftaufbereitungseinrichtung, verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Kondensattrenner mit der luftstromabwärts der Luftaufbereitungseinrichtung angeordneten Nachfiltereinrichtung verbunden sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann die Trenneinrichtung eine Membran zum Abtrennen von Stickstoff aus der mit der Luftaufbereitungseinrichtung aufbereiteten Luft aufweisen. Die Membran kann eine Durchlässigkeit aufweisen, die für Sauerstoff höher als für Stickstoff ist. Mit der Membran kann so Stickstoff von der Luft abgetrennt werden. Bei der Membran kann es sich daher um eine Sauerstoffmembran handeln. Bei der Membran kann es sich ferner um eine entsprechend selektive Membran handeln. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann diese eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der mit der Luftaufbereitungseinrichtung aufbereiteten Luft aufweisen. Die Heizeinrichtung kann luftstromaufwärts der Trenneinrichtung angeordnet sein. Die Heizeinrichtung kann insbesondere luftstromaufwärts der Membran angeordnet sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann diese eine Leitung für abgetrennten Stickstoff zwischen der Trenneinrichtung und der Luftaufbereitungseinrichtung beziehungsweise der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung zum Zuführen von Stickstoff zu der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung aufweisen. Die Kohlendioxidadsorptionseinrichtung kann so mit dem zugeführten Stickstoff regeneriert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann diese eine Leitung für abgetrennten Stickstoff zwischen der Trenneinrichtung und dem Luftverdichter zum Zuführen von Stickstoff zu dem Luftverdichter aufweisen. Der Luftverdichter kann so mit dem zugeführten Stickstoff gekühlt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann diese mindestens ein luftstromabwärts der Luftaufbereitungseinrichtung angeordnetes Überströmventil, welches sich in einem geöffneten Zustand befindet, wenn ein vorbestimmter Mindestdruckwert luftstromabwärts der Luftaufbereitungseinrichtung überschritten ist, aufweisen. Das Überströmventil kann luftstromaufwärts der Trenneinrichtung angeordnet sein. Bei dem Überströmventil kann es sich daher um ein Sicherheitsventil oder um einen Druckminderer handeln, welches oder welcher ein Überschreiten des vorbestimmten Mindestdruckwerts in der Vorrichtung, insbesondere luftstromabwärts der Luftaufbereitungseinrichtung und/oder luftstromaufwärts der Trenneinrichtung, verhindern beziehungsweise abmindern kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann an dem Überströmventil ein Druckmessgerät beziehungsweise ein Manometer angeordnet sein, wobei das Überströmventil basierend auf einem Messwert des Druckmessgeräts steuerbar sein kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann diese mindestens ein luftstromabwärts der Trenneinrichtung angeordnetes Überströmventil, welches sich in einem geöffneten Zustand befindet, wenn ein vorbestimmter Mindestdruckwert luftstromabwärts der Trenneinrichtung überschritten ist, aufweisen. Auch bei diesem Überströmventil kann es sich um ein Sicherheitsventil oder um einen Druckminderer handeln, welches oder welcher ein Überschreiten des vorbestimmten Mindestdruckwerts in der Vorrichtung, insbesondere luftstromabwärts der Trenneinrichtung, verhindern beziehungsweise abmindern kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann auch an diesem Überströmventil ein Druckmessgerät beziehungsweise ein Manometer angeordnet sein, wobei das Überströmventil basierend auf einem Messwert des Druckmessgeräts steuerbar sein kann.
  • Alternativ oder zusätzlich zu einer oder beiden Ausführungsformen bezüglich eines Überströmventils kann die Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform auch einen Druckluftbehälter zum Ausgleichen von Druckschwankungen aufweisen. Der Druckluftbehälter kann einen überschrittenen Maximaldruckzustand in der Vorrichtung puffern.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann die Mischeinrichtung eine Schnittstelle zum Empfangen eines Steuersignals zum selektiven Einstellen des Werts des Sauerstoffgehalts der bereitgestellte Atemluft aufweisen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann diese eine Steuereinrichtung zum Erzeugen des Steuersignals zum selektiven Einstellen des Werts des Sauerstoffgehalts der bereitgestellten Atemluft aufweisen. Die Steuereinrichtung kann zum Steuern beziehungsweise Regeln des Sauerstoffgehalts der Atemluft eingerichtet sein. Die Steuereinrichtung kann mit der Schnittstelle der Mischeinrichtung zum Übermitteln des erzeugten Steuersignals an die Mischeinrichtung verbunden sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann diese einen luftstromabwärts der Mischeinrichtung angeordneten Druckausgleichsbehälter zum Ausgleichen von Druckschwankungen, welche durch eine luftstromabwärts der Mischeinrichtung variable Anforderung von bereitgestellter Atemluft durch einen Luftabnehmer hervorrufbar sind, aufweisen. Der Druckausgleichsbehälter kann einen Ballon und/oder Luftpulsationsausgleichsbehälter aufweisen. Bei dem Luftabnehmer kann es sich um einen Menschen handeln. Der Druckausgleichsbehälter kann als ein Pulsationsdämpfer zum Dämpfen von Pulsationen im Strömungsverlauf zwischen der Mischeinrichtung und dem Luftabnehmer ausgebildet sein. So kann beispielsweise eine Ein- und Ausatmen eines Menschen als Luftabnehmer ausgeglichen beziehungsweise gedämpft werden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein System zum Beatmen eines Menschen. Das Beatmen des Menschen kann ein medizinisches Beatmen des Menschen, insbesondere für eine medizinische Behandlung des Menschen, sein. Das medizinische Beatmen kann eine Intubation des Menschen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich zu dem medizinischen Beatmen kann das Beatmen des Menschen ein sporttherapeutisches Beatmen des Menschen, insbesondere für ein Training zur Steigerung der Leistungsfähigkeit des Menschen, sein.
  • Das System kann eine Vorrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt aufweisen. Das System kann zudem eine Beatmungseinrichtung zum Beatmen des Menschen mit der von der Mischeinrichtung der Vorrichtung bereitgestellten Atemluft aufweisen. Bei der Beatmungseinrichtung kann es sich um eine Beatmungsmaske oder um einen Tubus handeln.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Systems kann dieses ein Pulsoxymeter zum Überwachen der arteriellen Sauerstoffsättigung im Blut des Menschen während dem Beatmen aufweisen. Das Pulsoxymeter kann als ein Fingerclip ausgebildet sein. Das System kann eine mit dem Pulsoxymeter kommunizierende Steuereinrichtung zum Steuern der Mischeinrichtung der Vorrichtung mittels eines Steuersignals zum selektiven Einstellen des Sauerstoffgehalts der bereitgestellten Atemluft aufweisen. Bei der arteriellen Sauerstoffsättigung im Blut des Menschen kann es sich um eine Regelgröße handeln, welche durch das Steuern der Mischeinrichtung mit dem Steuersignal auf einen selektiven Wert regelbar ist. Das Steuern der Mischeinrichtung kann ein Steuern einer Ventilstellung des Mischventils aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung oder des Systems kann diese oder dieses einen Sauerstoffsensor zum Überwachen des aktuellen Sauerstoffgehalts der bereitgestellten Atemluft aufweisen. Der Sauerstoffsensor kann somit einen mit der Mischeinrichtung eingestellten Sauerstoffgehalt der Atemluft überwachen. Die Vorrichtung oder das System kann eine mit dem Sauerstoffsensor kommunizierende Steuereinrichtung zum Steuern der Mischeinrichtung der Vorrichtung mittels eines Steuersignals zum selektiven Einstellen des Sauerstoffgehalts der bereitgestellten Atemluft aufweisen. Bei dem Sauerstoffgehalt der bereitgestellten Atemluft kann es sich um eine Regelgröße handeln, welche durch das Steuern der Mischeinrichtung mit dem Steuersignal auf einen selektiven Wert regelbar ist. Das Steuern der Mischeinrichtung kann ein Steuern einer Ventilstellung des Mischventils aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung oder des Systems kann diese oder dieses einen Kohlendioxidsensor zum Überwachen des aktuellen Kohlendioxidgehalts der bereitgestellten Atemluft aufweisen. Die Vorrichtung oder das System kann eine mit dem Kohlendioxidsensor kommunizierende Steuereinrichtung zum Steuern der Luftaufbereitungseinrichtung der Vorrichtung mittels eines Steuersignals zum Einstellen des Kohlendioxidgehalts der bereitgestellten Atemluft aufweisen. Bei dem Kohlendioxidgehalt der bereitgestellten Atemluft kann es sich um eine Regelgröße handeln, welche durch das Steuern der Luftaufbereitungseinrichtung mit dem Steuersignal auf einen selektiven Wert, insbesondere auf einen vorbestimmten Maximalwert, regelbar ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung oder des Systems kann diese oder dieses luftstromabwärts der Mischeinrichtung ein Druckmessgerät zum Überwachen des Luftdrucks der bereitgestellten beziehungsweise angeforderten Atemluft aufweisen. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise eine mit dem Luftverdichter der Vorrichtung und/oder mit einem Überströmventil und/oder einem Druckausgleichsbehälter kommunizierende Steuereinrichtung zum entsprechenden Steuern mittels eines Steuersignals zum Einstellen der Druckbeaufschlagung der Luft beziehungsweise des Drucks der bereitgestellten Atemluft aufweisen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein Verfahren zum Erzeugen von Atemluft. Die Vorrichtung und das System gemäß den vorhergehenden Aspekten können jeweils eingerichtet sein, um das Verfahren durchzuführen. Das Verfahren kann mit der Vorrichtung durchgeführt werden. Das Verfahren kann auch mit dem System durchgeführt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft in noch einem weiteren Aspekt eine Steuereinrichtung zum Durchführen des Verfahrens, insbesondere mit der Vorrichtung oder dem System.
  • Das Verfahren kann als einen Schritt ein Aufbereiten von Luft mit einer Luftaufbereitungseinrichtung aufweisen. Das Verfahren kann als einen weiteren Schritt ein Abtrennen von Stickstoff aus der mit der Luftaufbereitungseinrichtung aufbereiteten Luft mit einer Trenneinrichtung aufweisen, wobei die Trenneinrichtung einen ersten Auslass zum Ableiten von sauerstoffreduzierter Luft, welche den mit der Trenneinrichtung abgetrennten Stickstoff zumindest teilweise aufweist, und einen zweiten Auslass zum Ableiten von sauerstoffangereicherter Luft aufweisen kann.
  • Das Verfahren kann als einen weiteren Schritt ein Bereitstellen von Atemluft basierend auf einem Vermengen von der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft und der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft mit einer mit den beiden Auslässen der Trenneinrichtung luftstromabwärts verbundenen Mischeinrichtung aufweisen.
  • Der Schritt des Bereitstellens kann auf einem selektiven Einstellen eines Werts eines Sauerstoffgehalts der bereitgestellten Atemluft von dem Wert des Sauerstoffgehalts der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft bis zu dem Wert des Sauerstoffgehalts der aus der Trenneinrichtung ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft basieren.
  • Zu einem Aspekt der Erfindung beschriebene Ausführungsformen können auch als entsprechende Ausführungsformen eines anderen Aspekts der Erfindung verstanden werden. Zu einem Aspekt der Erfindung beschriebene Ausführungsformen können auch mit zu einem anderen Aspekt der Erfindung beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine Vorrichtung zum Erzeugen von Atemluft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 2 zeigt ein System zum Beatmen eines Menschen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm von Verfahrensschritten zum Durchführen eines Verfahrens zum Erzeugen von Atemluft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Erzeugen von Atemluft 9. Die Vorrichtung 100 weist eine Luftaufbereitungseinrichtung 40 zum Aufbereiten von Luft 2 auf. Die Vorrichtung 100 weist zudem eine Trenneinrichtung 60 zum Abtrennen von Stickstoff 8 aus der mit der Luftaufbereitungseinrichtung 40 aufbereiteten Luft 6 auf. Bei der Luft 2 kann es sich um Umgebungsluft handeln.
  • Die Trenneinrichtung 60 weist einen ersten Auslass 70 zum Ableiten von sauerstoffreduzierter Luft 71 auf, welche mit der Trenneinrichtung 60 abgetrennten Stickstoff 8 aufweisen kann. Die sauerstoffreduzierte Luft 71 weist den abgetrennten Stickstoff 8 teilweise oder vollständig auf. Die Trenneinrichtung 60 weist zudem einen zweiten Auslass 80 zum Ableiten von sauerstoffangereicherter Luft 81 auf, welche den mit der Trenneinrichtung 60 abgetrennten Stickstoff 8 teilweise nicht oder vollständig nicht aufweist.
  • Die Vorrichtung 100 weist zudem eine mit den beiden Auslässen 70, 80 der Trenneinrichtung 60 luftstromabwärts verbundene Mischeinrichtung 90 zum Bereitstellen von der Atemluft 9 auf. Die Mischeinrichtung 90 ist luftstromabwärts der Trenneinrichtung 60 angeordnet. Das Bereitstellen von der Atemluft 9 basiert auf einem Vermengen von der aus der Trenneinrichtung 60 ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft 71 und der aus der Trenneinrichtung 60 ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft 81.
  • Die Mischeinrichtung 90 ist eingerichtet, um einen Sauerstoffgehalt der bereitgestellten Atemluft 9 selektiv auf einen Wert von dem Wert des Sauerstoffgehalts der aus der Trenneinrichtung 60 ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft 71 bis zu dem Wert des Sauerstoffgehalts der aus der Trenneinrichtung 60 ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft 81 einzustellen.
  • Die Luftaufbereitungseinrichtung 40 kann einen Trockner 42 aufweisen, welcher einen Kältetrockner 43 aufweisen kann. Die Luftaufbereitungseinrichtung 40 kann eine Kohlendioxidadsorptionseinrichtung 44 aufweisen, welche eine Vielzahl, das heißt mindestens zwei, nicht gezeigte Kohlendioxidadsorptionseinheiten aufweisen kann. Die Luftaufbereitungseinrichtung 40 kann einen Kohlenmonoxidkatalysator 46 aufweisen. Die Kohlendioxidadsorptionseinheiten können luftströmungstechnisch in Reihe angeordnet sein. Die Kohlendioxidadsorptionseinrichtung 44 und/oder der Kohlenmonoxidkatalysator 46 kann luftstromabwärts des Trockners 42 angeordnet sein. Der Kohlenmonoxidkatalysator 46 kann wie gezeigt luftstromabwärts von der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung 44 oder in einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform luftstromaufwärts der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung 44 angeordnet sein. Der Trockner 42 und/oder die Kohlendioxidadsorptionseinrichtung 44 kann mit einem jeweiligen Kondensatableiter 111 verbunden sein, welcher ein aus der Luft 2 abgetrenntes Kondensat 112 einem Kondensattrenner 110 zuführen kann. Der erste Auslass 70 zum Ableiten von sauerstoffreduzierter Luft 71 kann mit der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung 44 verbunden sein, um der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung 44 Stickstoff 8 zur Regeneration der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung 44 zuzuführen.
  • Luftstromaufwärts der Luftaufbereitungseinrichtung 40 kann ein Luftverdichter 10 zum Verdichten der Luft 2 angeordnet sein. Bei dem Luftverdichter 10 kann es sich um einen Kompressor handeln. Der erste Auslass 70 zum Ableiten von sauerstoffreduzierter Luft 71 kann mit dem Luftverdichter 10 verbunden sein, um dem Luftverdichter 10 Stickstoff 8 zur Kühlung zuzuführen.
  • Luftstromaufwärts der Luftaufbereitungseinrichtung 40 kann eine Kühleinrichtung 20 zum Kühlen der Luft 2 angeordnet sein. Die Kühleinrichtung 20 kann luftstromabwärts des Luftverdichters 10 angeordnet sein. Der Luftverdichter 10 kann mit der Kühleinrichtung 20 durch eine Leitung 12 für druckbeaufschlagte Luft 3 verbunden sein.
  • Luftstromaufwärts der Luftaufbereitungseinrichtung 40 kann eine Filtereinrichtung 30 zum Reinigen der Luft 2 angeordnet sein. Die Filtereinrichtung 30 kann als Filterkaskade ausgebildet sein, welche mindestens zwei Filtereinheiten 31, 33, 35 aufweist. In der gezeigten Ausführungsform weist die Filtereinrichtung 30 drei Filtereinheiten 31, 33, 35 auf. Gemäß einer Ausführungsform der Filtereinrichtung 30 kann es sich um eine abgestufte Filterkaskade mit einem optionalen Aktivkohlefilter handeln. Bei einer ersten Filtereinheit 31 kann es sich um einen Feinfilter handeln. Bei der zweiten Filtereinheit 33 kann es sich um einen Feinstfilter handeln. Bei der dritten Filtereinheit 35 kann es sich um einen optionalen Aktivkohlefilter handeln. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Filtereinrichtung 30 kann es sich um eine abgestufte Filterkaskade mit einem optionalen Vorfilter handeln. Bei einer ersten Filtereinheit 31 kann es sich um den optionalen Vorfilter handeln. Bei der zweiten Filtereinheit 33 kann es sich um einen Feinfilter handeln. Bei der dritten Filtereinheit 35 kann es sich um einen Feinstfilter handeln. Die Filtereinrichtung 30 kann mit der Kühleinrichtung 20 durch eine Leitung 22 für abgekühlte Luft 4 verbunden sein. Die Filtereinrichtung 30 beziehungsweise die Filtereinheiten 31, 33, 35 können mit einem jeweiligen Kondensatableiter 111 verbunden sein, welcher ein aus der Luft 2 abgetrenntes Kondensat 112 dem Kondensattrenner 110 zuführen kann. Die Luftaufbereitungseinrichtung 40 kann mit der Filtereinrichtung 30 durch eine Leitung 32 für gereinigte Luft 5 verbunden sein.
  • Die Luftaufbereitungseinrichtung 40 und die Trenneinrichtung 60 kann durch eine Leitung 41 für aufbereitete Luft 6 verbunden sein, um der Trenneinrichtung 60 die mit der Luftaufbereitungseinrichtung 40 aufbereitete Luft 6 zuzuführen. In einem Luftströmungsverlauf zwischen der Luftaufbereitungseinrichtung 40 und der Trenneinrichtung 60 kann eine Nachfiltereinrichtung 50 angeordnet sein, um die aufbereitete Luft 6 nachzureinigen. Die Nachfiltereinrichtung 50 kann mit einem Kondensatableiter 111 verbunden sein, welcher ein aus der aufbereiteten Luft 6 abgetrenntes Kondensat 112 dem Kondensattrenner 110 zuführen kann. Die Nachfiltereinrichtung 50 kann mit der Trenneinrichtung 60 durch eine Leitung 52 für nachgereinigte aufbereitete Luft 7 verbunden sein.
  • In dem Luftströmungsverlauf zwischen der Luftaufbereitungseinrichtung 40 und der Trenneinrichtung 60, insbesondere luftstromabwärts der Nachfiltereinrichtung 50 und/oder luftstromaufwärts der Nachfiltereinrichtung 50, kann ein jeweiliges Überströmventil 120 angeordnet sein, welches einen Schalldämpfer 122 aufweisen kann.
  • In dem Luftströmungsverlauf zwischen der Luftaufbereitungseinrichtung 40 und der Trenneinrichtung 60 kann eine Heizeinrichtung 64 zum Erwärmen der aufbereiteten Luft 6 angeordnet sein. Die Kohlendioxidadsorptionseinrichtung 44 kann eine Membran 62 zum Abtrennen des Stickstoffs 8 aufweisen. Ist die Heizeinrichtung 64 in dem Luftströmungsverlauf zwischen der Luftaufbereitungseinrichtung 40 und der Trenneinrichtung 60 vorgesehen, kann der Membran 62 erwärmte aufbereitete Luft 6 zugeführt werden.
  • Die Mischeinrichtung 90 kann ein Mischventil 91 aufweisen, wobei die Mischeinrichtung 90 beziehungsweise das Mischventil 91 mit einer Leitung 82 für sauerstoffangereicherte Luft 81 und mit einer Leitung 72 für sauerstoffreduzierte Luft 71 verbunden sein kann. An mindestens einer der beiden Leitungen 72, 82 kann ein Überströmventil 124 angeordnet sein, welches als Sicherheitsventil ausgebildet sein kann.
  • Die Mischeinrichtung 90 kann die sauerstoffangereicherte Luft 81 und die sauerstoffreduzierte Luft 71 mischen, um Atemluft 9 bereitzustellen, welche einen Sauerstoffgehalt beziehungsweise eine Sauerstoffkonzentration aufweisen kann, welcher einen Wert von dem Wert von dem Sauerstoffgehalt der sauerstoffreduzierten Luft 71 bis zu dem Wert von dem Sauerstoffgehalt der sauerstoffangereicherten Luft 81 aufweisen kann. Die Mischeinrichtung 90 kann von einer Steuereinrichtung 200 zum selektiven Einstellen des Werts des Sauerstoffgehalts der Atemluft 9 gesteuert werden. Die Steuereinrichtung 200 kann hierfür mit der Mischeinrichtung 90 über eine Schnittstelle 92 zum Kommunizieren eines Steuersignals 94 kommunizieren. Die Steuereinrichtung 200 kann in einer Ausführungsform mit dem Mischventil 91 kommunizieren, um eine Ventilstellung des Mischventils 91 derart zu ändern, dass der Wert des Sauerstoffgehalts der Atemluft 9 selektiv eingestellt wird.
  • Luftstromabwärts der Mischeinrichtung 90 kann sich ein Luftabnehmer 300, beispielsweise ein Mensch, befinden. In einem Luftströmungsverlauf zwischen der Mischeinrichtung 90 und dem Luftabnehmer 300 beziehungsweise luftstromabwärts der Mischeinrichtung 90 kann ein Druckausgleichsbehälter 130 zum Dämpfen von durch den Luftabnehmer 300 hervorrufbaren Druckschwankungen in dem Luftströmungsverlauf angeordnet sein. In dem Luftströmungsverlauf zwischen der Mischeinrichtung 90 und dem Luftabnehmer 300 kann zudem ein Überströmventil 120 angeordnet sein.
  • Luftstromabwärts der Mischeinrichtung 90 kann ein Druckmessgerät 132 angeordnet sein, um den Druck der bereitgestellten Atemluft 9 zu überwachen. Luftstromabwärts der Mischeinrichtung 90 kann ein Gaskonzentrationsmessgerät 134 angeordnet sein, mit welchem der Sauerstoffgehalt der Atemluft 9 erfasst werden kann. Bei dem Gaskonzentrationsmessgerät 134 kann es sich um ein Sauerstoffmessgerät handeln. Das Gaskonzentrationsmessgerät 134 kann mit der Steuereinrichtung 200 verbunden sein, um den Sauerstoffgehalt der Atemluft 9 über das Steuersignal 94 durch Ansteuern der Mischeinrichtung 90 zu regeln.
  • 2 zeigt ein System 400 zum Beatmen eines Menschen. Das System 400 weist die Vorrichtung 100 auf, welche die Luftaufbereitungseinrichtung 40 und die Mischeinrichtung 90 umfasst. Die aus der Luft 2 mit der Vorrichtung 100 erzeugte Atemluft 9 wird einer Beatmungseinrichtung 410 zugeführt, bei der es sich beispielsweise um eine Beatmungsmaske handeln kann. Über die Beatmungseinrichtung 410 kann ein Mensch mit der von der Mischeinrichtung 90 der Vorrichtung 100 bereitgestellten Atemluft 9 beatmet werden.
  • Die Vorrichtung 100 kann ein Pulsoxymeter 420, welches insbesondere als ein Fingerclip ausgebildet sein kann, zum Überwachen der arteriellen Sauerstoffsättigung im Blut des Menschen während des Beatmens aufweisen. Die Vorrichtung 100 kann zudem einen Sauerstoffsensor 430 und/oder einen Kohlendioxidsensor 440 aufweisen.
  • Das System 400 kann die Steuereinrichtung 200 aufweisen. Das Pulsoxymeter 420 kann mit der Steuereinrichtung 200 verbunden sein, um die Mischeinrichtung 90 basierend auf der arteriellen Sauerstoffsättigung im Blut des Menschen mit dem Steuersignal 94 anzusteuern, um den Wert des Sauerstoffgehalts der Atemluft 9 einzustellen. Bei der arteriellen Sauerstoffsättigung im Blut des Menschen kann es sich um eine Regelgröße handeln, welche so basierend auf dem Sauerstoffgehalt der Atemluft 9 beeinflusst werden kann. Auch der Sauerstoffsensor 430 und/oder der Kohlendioxidsensor 440 kann mit der Steuereinrichtung 200 verbunden sein, um die Luftaufbereitungseinrichtung 40 und/oder die Mischeinrichtung 90 basierend auf der dem Sauerstoffgehalt und/oder dem Kohlendioxidgehalt der Atemluft 9 anzusteuern. Bei dem Sauerstoffgehalt und/oder dem Kohlendioxidgehalt kann es sich um eine jeweilige Regelgröße handeln, welche so basierend auf einer Kohlendioxidadsorption in der Luftaufbereitungseinrichtung 40 und/oder einem Mischverhältnis von sauerstoffreduzierter Luft 71 und sauerstoffangereicherter Luft 81 beeinflusst werden kann.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Erzeugen von Atemluft 9. Das Verfahren kann mit der in 1 gezeigten Vorrichtung 100 und dem in 2 gezeigten System 400 durchgeführt werden.
  • Das Verfahren weist als einen Schritt eine Lufttrocknung S0 auf. In diesem Schritt wird der Luft 2 Feuchtigkeit mit dem Trockner 42 der Luftaufbereitungseinrichtung 40 entzogen. Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt eine Luftaufbereitung S1 auf. In diesem Schritt wird die Luft 2 in der Luftaufbereitungseinrichtung 40 aufbereitet, insbesondere der Kohlendioxidgehalt mit der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung 44 verringert. Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt eine Stickstoffabtrennung S2 auf. In diesem Schritt wird mit der Trenneinrichtung 60 Stickstoff 8 von der Luft 2 abgetrennt. Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt eine selektive Sauerstoffgehalteinstellung S3 auf. In diesem Schritt wird der Sauerstoffgehalt der Atemluft 9 mit der Steuereinrichtung 200 selektiv eingestellt. In weiteren Schritten des Verfahrens erfolgt eine Ableitung S4a von sauerstoffreduzierte Luft 71 und eine Ableitung S4b von sauerstoffangereicherte Luft 81 aus der Trenneinrichtung 60 und eine Luftvermengung S5 der aus der Trenneinrichtung 60 abgeleiteten sauerstoffreduzierten Luft 71 und sauerstoffangereicherten Luft 81. Die Luftvermengung S5 basiert auf der Sauerstoffgehalteinstellung S3 und wird von der Mischeinrichtung 90 ausgeführt. Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt eine Atemluftbereitstellung S6 auf. In diesem Schritt wird dem Luftabnehmer 300, insbesondere einem Menschen, die mit der Vorrichtung 100 erzeugte Atemluft 9 bereitgestellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Luft
    3
    druckbeaufschlagte Luft
    4
    abgekühlte Luft
    5
    gereinigte Luft
    6
    aufbereitete Luft
    7
    nachgereinigte aufbereitete Luft
    8
    Stickstoff
    9
    Atemluft
    10
    Luftverdichter
    12
    Leitung für druckbeaufschlagte Luft
    20
    Kühleinrichtung
    22
    Leitung für abgekühlte Luft
    30
    Filtereinrichtung
    31
    erste Filtereinheit
    32
    Leitung für gereinigte Luft
    33
    zweite Filtereinheit
    35
    dritte Filtereinheit
    40
    Luftaufbereitungseinrichtung
    41
    Leitung für aufbereitete Luft
    42
    Trockner
    43
    Kältetrockner
    44
    Kohlendioxidadsorptionseinrichtung
    46
    Kohlenmonoxidkatalysator
    50
    Nachfiltereinrichtung
    52
    Leitung für nachgereinigte aufbereitete Luft
    60
    Trenneinrichtung
    62
    Membran
    64
    Heizeinrichtung
    70
    erster Auslass
    71
    sauerstoffreduzierte Luft
    72
    Leitung für sauerstoffreduzierte Luft
    80
    zweiter Auslass
    81
    sauerstoffangereicherte Luft
    82
    Leitung für sauerstoffangereicherte Luft
    90
    Mischeinrichtung
    91
    Mischventil
    92
    Schnittstelle
    94
    Steuersignal
    100
    Vorrichtung
    110
    Kondensattrenner
    111
    Kondensatableiter
    112
    Kondensat
    120
    Überströmventil
    122
    Schalldämpfer
    124
    Überströmventil
    130
    Druckausgleichsbehälter
    132
    Druckmessgerät
    134
    Gaskonzentrationsmessgerät
    200
    Steuereinrichtung
    300
    Luftabnehmer
    400
    System
    410
    Beatmungseinrichtung
    420
    Pulsoxymeter
    430
    Sauerstoffsensor
    440
    Kohlendioxidsensor
    50
    Lufttrocknung
    S1
    Luftaufbereitung
    S2
    Stickstoffabtrennung
    S3
    Sauerstoffgehalteinstellung
    S4a
    Ableitung sauerstoffreduzierte Luft
    S4b
    Ableitung sauerstoffangereicherte Luft
    S5
    Luftvermengung
    S6
    Atemluftbereitstellung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN EN 12021 [0023]

Claims (23)

  1. Vorrichtung (100) zum Erzeugen von Atemluft (9), mit einer Luftaufbereitungseinrichtung (40) zum Aufbereiten von Luft (2), einer Trenneinrichtung (60) zum Abtrennen von Stickstoff (8) aus der mit der Luftaufbereitungseinrichtung (40) aufbereiteten Luft (6), wobei die Trenneinrichtung (60) einen ersten Auslass (70) zum Ableiten von sauerstoffreduzierter Luft (71), welche den mit der Trenneinrichtung (60) abgetrennten Stickstoff (8) zumindest teilweise aufweist, und einen zweiten Auslass (80) zum Ableiten von sauerstoffangereicherter Luft (81) aufweist, und einer mit den beiden Auslässen (70, 80) der Trenneinrichtung (60) luftstromabwärts verbundenen Mischeinrichtung (90) zum Bereitstellen von Atemluft (9) basierend auf einem Vermengen von der aus der Trenneinrichtung (60) ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft (71) und der aus der Trenneinrichtung (60) ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft (81), wobei die Mischeinrichtung (90) eingerichtet ist, um einen Sauerstoffgehalt der bereitgestellten Atemluft (9) selektiv auf einen Wert von dem Wert des Sauerstoffgehalts der aus der Trenneinrichtung (60) ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft (71) bis zu dem Wert des Sauerstoffgehalts der aus der Trenneinrichtung (60) ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft (81) einzustellen.
  2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Luftaufbereitungseinrichtung (40) einen Trockner (42) zum Entziehen von Feuchtigkeit aus der Luft (2) aufweist.
  3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, mit einem luftstromaufwärts der Luftaufbereitungseinrichtung (40) angeordneten Luftverdichter (10) zum Bereitstellen von druckbeaufschlagter Luft (3), und einer Leitung (12) für druckbeaufschlagte Luft (3), welche den Luftverdichter (10) mit der Luftaufbereitungseinrichtung (40) zum Zuleiten der mit dem Luftverdichter (10) bereitgestellten druckbeaufschlagten Luft (3) zu der Luftaufbereitungseinrichtung (40) verbindet.
  4. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer luftstromaufwärts der Luftaufbereitungseinrichtung (40) angeordneten Kühleinrichtung (20) zum Bereitstellen von abgekühlter Luft (4), und einer Leitung (22) für abgekühlte Luft (4), welche die Kühleinrichtung (20) mit der Luftaufbereitungseinrichtung (40) zum Zuleiten der mit der Kühleinrichtung (20) bereitgestellten abgekühlten Luft (4) zu der Luftaufbereitungseinrichtung (40) verbindet.
  5. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer luftstromaufwärts der Luftaufbereitungseinrichtung (40) angeordneten Filtereinrichtung (30), insbesondere einer Filterkaskade mit mindestens zwei Filtereinheiten (31, 33, 35), zum Reinigen der Luft (2), und einer Leitung (32) für gereinigte Luft (5), welche die Filtereinrichtung (30) mit der Luftaufbereitungseinrichtung (40) zum Zuleiten der mit der Filtereinrichtung (30) gereinigten Luft (5) zu der Luftaufbereitungseinrichtung (40) verbindet.
  6. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Trockner (42) der Luftaufbereitungseinrichtung (40) mindestens einen von einem Kältetrockner (43), einem Membrantrockner und einem Adsorptionstrockner zum Entziehen von Feuchtigkeit aus der Luft (2) aufweist.
  7. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Luftaufbereitungseinrichtung (40) eine Kohlendioxidadsorptionseinrichtung (44) zum Reduzieren des Kohlendioxidgehalts der Luft (2) aufweist.
  8. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Luftaufbereitungseinrichtung (40) einen Kohlenmonoxidkatalysator (46) zum Reduzieren eines Kohlenmonoxidgehalts der Luft (2) aufweist.
  9. Vorrichtung (100) nach den Ansprüchen 7 und 8, wobei der Kohlenmonoxidkatalysator (46) luftstromaufwärts der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung (44) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer luftstromabwärts der Luftaufbereitungseinrichtung (40) angeordneten Nachfiltereinrichtung (50) zum Nachreinigen der mit der Luftaufbereitungseinrichtung (40) aufbereiteten Luft (6), und einer Leitung (52) für nachgereinigte aufbereitete Luft (7), welche die Nachfiltereinrichtung (50) mit der Trenneinrichtung (60) zum Zuleiten der mit der Nachfiltereinrichtung (50) nachgereinigten aufbereiteten Luft (7) zu der Trenneinrichtung (60) verbindet.
  11. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Kondensattrenner (110) zum Abscheiden und Aufbereiten von einem Kondensat (112) aus der Luft (2), welcher mit mindestens einer von der luftstromaufwärts der Luftaufbereitungseinrichtung (40) angeordneten Filtereinrichtung (30), der Luftaufbereitungseinrichtung (40), insbesondere dem Trockner (42) der Luftaufbereitungseinrichtung (40), und der luftstromabwärts der Luftaufbereitungseinrichtung (40) angeordneten Nachfiltereinrichtung (50) verbunden ist.
  12. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trenneinrichtung (60) eine Membran (62), insbesondere eine selektive Membran, zum Abtrennen von Stickstoff (8) aus der mit der Luftaufbereitungseinrichtung (40) aufbereiteten Luft (6) aufweist.
  13. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Heizeinrichtung (64) zum Erwärmen der mit der Luftaufbereitungseinrichtung (40) aufbereiteten Luft (6), wobei die Heizeinrichtung (64) luftstromaufwärts der Trenneinrichtung (60) angeordnet ist.
  14. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem luftstromabwärts der Luftaufbereitungseinrichtung (40) angeordneten Überströmventil (120), welches sich in einem geöffneten Zustand befindet, wenn ein vorbestimmter Mindestdruckwert luftstromabwärts der Luftaufbereitungseinrichtung (40) überschritten ist.
  15. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem luftstromabwärts der Trenneinrichtung (60) angeordneten Überströmventil (124), welches sich in einem geöffneten Zustand befindet, wenn ein vorbestimmter Mindestdruckwert luftstromabwärts der Trenneinrichtung (60) überschritten ist.
  16. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mischeinrichtung (90) eine Schnittstelle (92) zum Empfangen eines Steuersignals (94) zum selektiven Einstellen des Werts des Sauerstoffgehalts der bereitgestellten Atemluft (9) aufweist.
  17. Vorrichtung (100) nach Anspruch 16, mit einer Steuereinrichtung (200) zum Erzeugen des Steuersignals (94) zum selektiven Einstellen des Werts des Sauerstoffgehalts der bereitgestellten Atemluft (9), wobei die Steuereinrichtung (200) mit der Schnittstelle (92) der Mischeinrichtung (90) zum Übermitteln des erzeugten Steuersignals (94) an die Mischeinrichtung (90) verbunden ist.
  18. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem luftstromabwärts der Mischeinrichtung (90) angeordneten Druckausgleichsbehälter (130) zum Ausgleichen von Druckschwankungen, welche durch eine luftstromabwärts der Mischeinrichtung (90) variable Anforderung von bereitgestellter Atemluft (9) durch einen Luftabnehmer (300) hervorrufbar sind.
  19. Verfahren zum Erzeugen von Atemluft (9), mit den Schritten: Aufbereiten (S1) von Luft (2) mit einer Luftaufbereitungseinrichtung (40), Abtrennen (S2) von Stickstoff (8) aus der mit der Luftaufbereitungseinrichtung (40) aufbereiteten Luft (6) mit einer Trenneinrichtung (60), wobei die Trenneinrichtung (60) einen ersten Auslass (70) zum Ableiten (S4a) von sauerstoffreduzierter Luft (71), welche den mit der Trenneinrichtung (60) abgetrennten Stickstoff (8) zumindest teilweise aufweist, und einen zweiten Auslass (80) zum Ableiten (S4b) von sauerstoffangereicherter Luft (81) aufweist, Bereitstellen (S6) von Atemluft (9) basierend auf einem Vermengen (S5) von der aus der Trenneinrichtung (60) ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft (71) und der aus der Trenneinrichtung (60) ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft (81) mit einer mit den beiden Auslässen (70, 80) der Trenneinrichtung (60) luftstromabwärts verbundenen Mischeinrichtung (90), wobei der Schritt des Bereitstellens (S6) auf einem selektiven Einstellen (S3) eines Werts eines Sauerstoffgehalts der bereitgestellten Atemluft (9) von dem Wert des Sauerstoffgehalts der aus der Trenneinrichtung (60) ableitbaren sauerstoffreduzierten Luft (71) bis zu dem Wert des Sauerstoffgehalts der aus der Trenneinrichtung (60) ableitbaren sauerstoffangereicherten Luft (81) basiert.
  20. System (400) zum Beatmen eines Menschen, mit einer Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, und einer Beatmungseinrichtung (410), insbesondere eine Beatmungsmaske, zum Beatmen des Menschen mit der von der Mischeinrichtung (90) der Vorrichtung (100) bereitgestellten Atemluft (9).
  21. System (400) nach Anspruch 20, mit einem Pulsoxymeter (420), insbesondere ausgebildet als ein Fingerclip, zum Überwachen der arteriellen Sauerstoffsättigung im Blut des Menschen während des Beatmens, und einer mit dem Pulsoxymeter (420) kommunizierenden Steuereinrichtung (200) zum Steuern der Mischeinrichtung (90) der Vorrichtung (100) mittels eines Steuersignals (94) zum selektiven Einstellen des Sauerstoffgehalts der bereitgestellten Atemluft (9).
  22. System (400) nach Anspruch 20 oder 21, mit einem Sauerstoffsensor (430) zum Überwachen des aktuellen Sauerstoffgehalts der bereitgestellten Atemluft (9), und einer mit dem Sauerstoffsensor (430) kommunizierenden Steuereinrichtung (200) zum Steuern der Mischeinrichtung (90) der Vorrichtung (100) mittels eines Steuersignals (94) zum selektiven Einstellen des Sauerstoffgehalts der bereitgestellten Atemluft (9).
  23. System (400) nach einem der Ansprüche 20 bis 22, mit einem Kohlendioxidsensor (440) zum Überwachen des aktuellen Kohlendioxidgehalts der bereitgestellten Atemluft (9), und einer mit dem Kohlendioxidsensor (440) kommunizierenden Steuereinrichtung (200) zum Steuern der Luftaufbereitungseinrichtung (40) der Vorrichtung (100) mittels eines Steuersignals (94) zum Einstellen des Kohlendioxidgehalts der bereitgestellten Atemluft (9).
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DE102012104776A1 (de) 2012-06-01 2013-12-05 Krinner Drucklufttechnik Gmbh Vorrichtung zur Sauerstoffanreicherung von Atemluft
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