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Überdruckkemmer und Verfahren zum Betreiben derselben Die Erfindung
betrifft eine Überdruckkammer sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Kammer.
Ein besonderos Anwendungsgebiet der Erfindung liegt in der Sauerstoffanreicherung
bei Menschen und Säugetieren als Hilfsmittel bei der Behandlung einer Anzahl von
körperlichen Traumata oder anderen Körpersohäden.
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Obgleich die Medizin seit langem erkannt hat, daß wertvolle physiologische
und heilende Wirkungen dadurch erzielt werden können daß ein Patient einem erhöhten
Atmosphärendruck ausgesetzt wird, wurden erst in jüngster Zeit gemeinsame wissenschaftliche
Versuche unternommen, den Wert dieser Behandlungsweise objektiv festzustellen. Es
ist selbstverständlich für sich nicht mehr neu, Menschen oder Tiere veränderlichen
Atmosphärendrucken auszusetzen und tatsächlich liegen schon seit langen Erfahrungen
über die Kompressions- und Dekompressionswirkungen auf Menschen vor, die diesen
Wirkungen
beispielsweise beim Tunnelbau, bei Unterwasseeroperationen oder bei höhenflügen
auagesetzt sind.
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Neuere Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß diese früheren Erfahrungswerte
nur oberflächlicher Natur sind. Ein derartiger Fall liegt auch bei der Sauerstoffanreicherung
vor.
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Die kritische Bedeutung des Sauerstoffs für das Leben und für körperliches
Wohlbefinden ist bekannt, Fehlende Sauerstoffaufnahme wird für gewöhnlich als Kohlensäurevergiftung
bzw. Hypoxia bezeichnet. Dieser Zustand kann das Ergebnis eines Sauerstoffsmangels
in den alteolären Blasen der menschlichen oder tierischen Liinge sein oder kann
von einer mangelhaften Sauerstofförderung über die Blutgefäße durch den ganzen Körper
herrühren.
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Bisher konnte Hypoxia in vielen Fällen durch Geräte behoben werden,
mit deren Hilfe dZ Patienten praktisch reiner Sauerstoff zugeführt wurde. Bei einer
solchen Sauerstoffverabfolgung unter normalem Atmosphärendruck und bei einem normalen
Individuum wird das Bluthämoglobin, das normalerweise bis zu etwa 97 % mit Sauerstoff
angereichter ist, völlig gesättigt.
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Darüberhinaus wird weiterer Sauerstoff physikalische im Blut gelöst.
roh diese Hilfsmittel konnte in zahlreichen Fällen von Hypoxia Hilfe geschaffen
werden.
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Obgleich sich die Sauerätoffverabfolgung bei normalem Druck für eine
Vielzahl von traumatischen körperlichen Zuständen als wertvoll erwiesen hat, ist
es andererseits hekannt, daß andere bekannte Hypoxiafälle auf diese Weise nicht
behandelt werden können.
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Neuere, allerdings nicht erschöpfend durchgeführte medizinische Untersuchungen
laufen in optimistischer Weise darauf hinaus, daß eine hohe Sauerstoffanreicherung
mit Hilfe einer Vonlchtung erreicht werden kann, welche dem Patienten das Atmen
von praktisch reinem Sauerstoff ermöglicht, während er sich in einer Umge bungsatmosphäre
verhältniemäßig hohen Drucks befindet.
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Diese Erscheinung wird auf diesem Fachgebiet als "Überdruck-Sauerstoffanreicherung"
bezeichnet. Wenn beispielsweise eine normale Person in eine Druckkammer gebracht
und einem erhöhten Umgebungsluftdruck ausgesetzt wird, während sie Sauerstoff einatae,
steigt der Sauerstoffdruok in der Lunge entsprechend an und erhöht sich auch der
Sauerstoffgehalt des Arterienbluts.
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Da das Hämoglobin nahezu atigenblioklich voll angereichert wird, erfolgt
praktisch die gesamte Erhöhung des Blutsauerstoffgehalts in Form von physikalisch
gelöstem Sauerstoff. Weiterhin hat es sich beispielsweise gezeigt, daß bei einem
Umgebungsluftdruck von drei Ata der erhöhte
Sauerstoffgehalt des
Bluts zwei bis dreimal so groß ist wie bei der Sauerstoffatmung unter normalem Atmosphärendruck.
In medizinischer Hinsicht ist dies ein wirklich eindrucksvolles Ergebnis und bringt
den Beweis dafür, daß eine solche Sauerstoffinhalation unter ausreichend hohem Druck
ein bedeutsamer Schritt zur Bekämpfung zahlreicher Hypoxiafälle sein kann, die sich
bisher einer wirksamen Behandlung entzogen.
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Wie erwähnt, ist die Behandlung von Menschen unter hohem Luftdruck
fü sich nicht mehr neu. Auch wurden bereits die nachteiligen Auswirkungen dieser
Behandlung erkannt und erforscht. Im wesentlichen handelt es sich hierbei um die
sogenannte Dekompressionskrankheit (Kaissonkrankheit), um Sauerstoffvergiftung und
um Inertgasnarkose. In dem Augenblick, in welchem einem Patienten praktisch reiner
Sauerstoff zur Inhalation unter Überdruckbedingungen zur Verfügung gestellt wird,
kombinieren sich jedoch verschiedene bekannte Schwierigkeiten miteinander und traten
sowohl in technischer als auch in medizinischer Hinsioht zahlreiche neue Probleme
auf. Aus den hier nur kurz angeschnittenen rwä£ungen heraus ist es somit für den
Fachmann auf dissem Gebiet ersichtlich, daß der Uafang, in welche die bisher bekannten
Druokkammern eingesetzt werden können, begrenzt ist.
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Ersichtlicherweise izt die Gefahr für eine Entspannungsexplosion bei
Verwendung von praktisch reinem Sauerstoff stete sehr gro#. Aus diesem Grund ist
es höchst wünsohenswert, die Überdruckkammer mit einem anderen Gasgemisch als reinem
Sauerstoff zu beschicken und die Sauerstoffverabreichung anderen Mitteln zu übetragen.
Die Gefahr für einen Brand oder eine Explosion wird weiterhin dadurch erhöht, daIß
bei der vorgeschlagenen medizinischen Verwendung der Kammer zwangsläufigerweise
zahlreiche flüchtige Stoffe, wie Anästhetics, in der abgeschlossenen Umgebungsatmosphäre
vorhanden sind.
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Weitere Druckbelüf tungsprobleme ergeben sich bei der Betrachtung
der physischen Erfordernlsse sowohl der Patienten als auch des Pflegepersonais.
Die Druckkammer sollte vorzugsweise in mehrere Abteile unterteilt sein, für welche
eine Möglichkeit zur wahlweisen oder gleiohzeitigen Druckbelüftung gegeben ist.
Insbesondere sollte die Möglichkeit für eine verhältnismäßig schnelle Druckbelüftung
mindestens einer Kammer auf etwa 7 Ata gegeben sein, was deshalb erforderlich ist,
Um aa8 gewünschte Ausmaß der Überdruk-Sauera toffanreicherung cLes Patienten zu
gewährleisten und ein Abla#mittel zur Verfügung zu stellen, falls eine in der Kammer
befindet
liche Person Dekompresisionsstörungen erleidet.
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Darüberhinaus müssen auch noch andere Punkte der Umgebungsbedingungen
in der Überdruckkammer sorgfältig gesteuert werden können. Beispielsweise muß eine
solche Entlüftung vorgesehen sein, daß flüchtige Stoffe schnell aus der gesteuerten
Umgebungsatmosphäre beseitigt werden kbinen. Kohlendioxyd- und Luftfeuchtigkeitswerte
der geregelten Atmosphäre müssen in nicht toxischen und verträglichen Grenzen gehalten
werden. Die lemperaturbedingungen müssen für den menschlichen Organismus verträglich
sein und es müssen Vorkehrungen getroffen werden, die Körperwärme und die von der
Ausrüstung ausgestrahlte Wärme zu berücksichtigen. Außerdem ist es wünschenswert,
die geregelte Atmosphäre frei von Fremdkörpern zu halten, wie sie sich normalerweise
in Druckluft finden, beispielsweise Schmutz teilchen, Öltröpfchen und dgl.
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Neben der Erfüllung der genannten Erfordernisse ist es wesentlich,
da# das Überdruckgerät den vorrangigen Anforderungen bezüglich der Wirtschaftlichkeit
entspricht, so dalS die Anlage mit den medizinischen Einrichtungen zur Verfügung
stehenden Etatmitteln beschafft und den Patienten zur Verfügung gestellt werden
kann.
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Die verschiedenen Erfindungsziele werden durch die Schaffung einer
mehrere Abteile aufweisenden Druokkammer mit einem oder mehreren Kältereglereinheiten
erreioht, die das gewünschte, normalerweise gasförmige Material in gefrorenem Zustand,
d.h. in bei niedriger Temperatur und hohem Druck flüssigem Zustand, enthalten, und
welche eine Einrichtung zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Einheit bzw.
den Einheiten und der Kammer aufweist. Außerdem sind der Verbindungseinriohtung
beizieblich zugeordnete Mittel zur kontrollierten. Verdampfung und Vergasung des
Materials und zur Ableitung desselben in die Kammer mit feststellbaren Druck und
Temperaturbedingungen vorgesehen. Es hat sich gezeigt, daß diese mit Kälteeinrichtungen
arbeitende Ausführungsform und Anwendung einer Überdruckkammer in idealer Weise
den Wirtsohaftlichkeitsanforderungen und außerdem den mit der Überdruck-Sauerstoffanreicherung
verbundenen medizinischen Erfordernissen entgegenkommt.
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Die Erfindung, und zwar sowohl hinsichtlich ihrer Anordnung von Teilen
als auoh in bezug auf ihre Arbeitsweise, sowie weitere Ziele, Vorteile rtnd Merkmale
der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer
Überdruckkammer mit den Merkmalen der Er-Erfindung, Fig. 2 eine Stimseitenansicht
der Kammer von der linken Seite gemäB Fig. 1 her gesehen, Fig. 3 eine teilweise
aufgebrochene Stirnseitenansicht der Kammer von der rechten Seite gemäß Fig. 1 her
gesehen, Fig. 4 einen Teilschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3, in vergrößertem
Maßstab, Fig. 5 eine Einzelheiten veranschaulichende Stirnseitenansicht eines bevorzugten
enfindungsgemä#en Mischventils, Fig. 6 eine Teilsohnittansicht längs der Linie 6-6
in Fig. 5, Fig. 7 einen Teilschnitt längs der Linie 7-7 in Fig.1 und Fig. 8 eine
schematische Darstellung eines bei der
erfindungsgemä#en Vorrichtung
verwendeten. typischen Durchflu#schemas.
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Gemä# Fig. 1 weist die erfindungsgemäße Anordnung eine verschlie#bare,
in mehrere Abteile unterteilte Überdruckkeuior 10 auf, die aus einem mittleren zylindrischen
Mantel 12 und Endkappen 14 und 16 besteht, wel che beispielsweise durch Schweißen
an den beiden Mantelenden befestigt sind. Eine mittlere Trennhaube 18 ist an ihren
Umfang mit der Innenfläche des Mantels 12 verbunden, eispielsweise angeschweißt,
und legt somit zwei kammern bzw. Abteile 20 und 22 fest.
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In der Mitte der Endkappe 14 ist ein Ringflansch 24 beispielsweise
durch Schwei#en angebracht. Bin ähnlioher Ringflansch 26 ist in der Mitte der Mittentrennhaube
18angeschwei#t. Diesen Flanschen sind allgemein mit 28 bzw. 30 und 32 bezeichnete
Zugangstüren zugeordnet. Ersichtlicherweise sind alle TUren in ihrer Konstruktion
einander identisch, so daß nur die Tur 28 im einzelnen beschrieben au werden braucht.
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Gemä# den Fig. 3 und 4 besteht die T(ir 28 aus einer gewölbten Platte
34, an der eine ringförmige Platte 36 angeschwei#t ist. Die Platte 36 ist mit einer
eingestochenen
Ringnut versehen, die zur Aufnahme eines mit Preßsitz
eingesetzten Dichtglieds 38 dient. Gemäß Fig. 4 steht die Dichtung 38 bei geschlossener
Tür auf die später noch genauer beschriebene Weise in Druck~ berührung mit der zugeordneten.
Fläche des Flansches 24, um hierdurch die Kammer 20 von der Außenluft zu trennen.
In der Mitte der gewölbten Platte 34 ist eine Lagerplatte 40 angeschweißt, an welcher
eine längliche hohle Büchse 42 befestigt ist. In dieser Büchse ist eine Schwenkstange
44 drehfähig gegenüber der Tür 28 gelagert. Am Innenende der Schwenkstange 44 ist
eine Platte 46 starr befestigt, welche in Oberflächenberührung mit der Innenfläche
der Lagerplatte 40 steht.
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Ersiohtlicherweise ist die Lagerplatte 40 mit mehreren Vent ilöffnungen
48, 48 (Fig. 3) versehen, während die Platte 46 ähnliohe Öffnungen 50, 50 aufweist.
Gemä# der Stirnseitenansicht von Fig. 3 liegen diese Öffnungen 48 und 30 auf gleichen
Radien von der Drehachse der Scbwenkstange 44 entfernt. Die Platte 46 ist weiterhin
mit einem Innengriff 52 versehen.
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Die Schwenkstange 44 erstreckt sich von der Büchse 42 nach außen und
iat am Au#enende mittels einer Hülse 36 und eines Stifts 58 befestipt mit einem
Au#engriff 54 verbunden. An der Hülse 56 ist eine Platte 60 angel
schweißt,
an der bei 64 zwei Verbindungsstangen 62,62 mit ihren Innenenden schwenkfähig angelenkt
sind. Jede dieser Stangen erstreckt sich im wesentlichen in Radialrichtung auswärts
bis zu einer Schwenkverbindung an einer allgemein mit 66 bezeichneten Türen-Verriegelungseinriohtung,
die einen an der Platte 36 angeschwei#ten Trägeransatz 68 aufweist. Ein Zapfen 70
bildet eine Schwenklagerung für ein L-fdrmiges Rieg@glied 72
am Ansatz 68, wobei eine unter Druck stehende Feder 74 zwischen den Zapfen und den
Ansatz eingefügt ist, um jegliche Lockerheit in der Anordnung auszuschalten. Das
Riege¢ied 72 besteht aus einem Rie gelarm 76 und einem Hebelarm 78, von denen letzterer
an seinem Außenende bei 80 mit der benachbarten Ver bindungsstange 62 schwenkfähig
verbunden ist. Gemäß Fig. 3 ist der Riegelarm 76 mit einer Kurvenfläche 82 versehen,
die gegenüber der Senkrechten geneigt ist und in Verriegelungseingriff mit einem
Ansatz 84 zu gelangen vermag, um hierdurch einen Druck auszuüben und die Tür 28
sowie die Dichtung 38 in feste Beruhrung mit dem Flansch 24 zu drängen. Durch entsprechende
Drehung der Stange 44 mit einem der Griffe 52 oder 54 kann somit die Verriegelungsanordnung
66 in eine Schliese-und in eine Öffnungsstellung gebracht werden.
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Gemäß den Fig. 1 und 3 ist für die rlir 28 eine Aufhängescharni eranordnung
vorgesehen. Genauer gesagt, sind an der Kammerkappe 14 im Abstand voneinander angeordnete
Halterungen bzw. Beschläge 84,84 befestigt.
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Ein bolzen 86 verbindet die beiden Halterungen 84 miteinander und
ermöglicht eine Schwenklagerung für im Abstand voneinander angeordnete Arme 88,
88, deren Außenenden mittels Türen-Aufhängezapfen 90,90 schwenkfähig an einander
gegenüberliegenden Teilen der Tür 28 angelenkt sind. Auf diese Weise ist die ! 1r
28 über einen lEehrachßen-Scharnieranschluß an der Kammer 10 aufgehängt, wodurch
die beim Öffnen und Schließen der Tür bestrichene Bodenfläche auf ein Hindestma#
herabgesetzt wird, Wie erwähnt, sind die Platten 40 und 46 mit auf gleiehen Radien
liegenden Öffnungen 48 bzw. 50 (Fig. 3 und 4) verstehen. Wenn sich die Tür 28 in
ihrer in Fig. 3 dargestellten Schließstellung befindet, sind diese Öffnungen 48
und 50 ersichtlicherweise außer komplementärer Fluchtung- Bei einer entgegen dem
Uhrzeigersinn gemä# Fig. 3 erfolgenden Drehbewegung der Schwenkstange 44 bewegt
sich die Verriegelungsanordnung 66 in die Shtriegelungsstellung, wobei durch eine
derartige Drehung der Platte 46 die Öffnungen 50 in Übereinstimmung mit
den
Öffnungen 48 gelangen. 3eim Entriegeln dg rfür 28 wird somit eine Verbindung zwischen
der Kammer 20 und der Au#enluft hergestellt und wird automatisch ein gegebenenfalls
vorhandener Differenzdruck zwischen Kammer und Außenluft aufgehoben.
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Es ist zu beachten, daß bei der medizinischen Anwendung der Kammer
10 sowohl für den Patienten als auch für das Pflegepersonal ein längerer Aufenthalt
in der Kammer unter Überdruckbedingungen vorgesehen ist. Dem mit diesem medizinischen
Fachgebiet vertrauten Personenkreis ist es ersichtlich, daß die Möglichkeit für
körperliche Vergiftungserscheinungen gegeben ist, die das Urteilsvermögen der in
der Kammer befindlichen Personen beeinträchtigen können. Unter diesen Umständen
kann es vorkoun, daß sich in der Kammer aufhaltende Personen versuchen, die Kammer
zu verlassen, und zwar unter Umständen, in denen dies vom medizinischen Standpunkt
nachteilig für diese Personen s ein kann. Das Öffnen der voll Tür 28/Kammerinneren
her ist selbstverständlich mittels des Handgriffs 52 möglich. Es ist jedoch zu beachten,
daß der Au#engriff 34 wesentlich langer ist als der Handgriff 52 (Fig. 4). En@ichtlicherweise
hat eine au#erhalb der Kammer befindliche, den Rendgriff 54 bedienende Pflege- bzw.
Aufsichtsperson gegontiber dem sich in
der Kammer befindlichen
Patienten, der den Griff 52 in Öffnungsstellung zu drehen trachtet, einen größeren
mechanischen Vorteil. Die Pflegeperson könnte somit jeden Versuch einer sich in
der Kammer aufhaltenden Person, die Tür 28 zu öffnen, so lange verhindern, bis die
Ermöglichung eines Herauskommens des Patienten vom medizinischen Standpunkt sinnvoll
erscheint.
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Weiterhin ist es ersichtlich, daß die Mittelhaube 18 mit zwei leiten
30 und 32 versehen ist. Hierdurch wird an mindestens einer Tür eine zwangsläufige
Dichtung gewährleistet, wenn die beiden Abteile 20 und 22 auf verschiedene Werte
unter Druck gesetzt werden.
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Gemä# den Fig. 1 und 2 kann die Druckkammer 10 weiterhin mit Kammer-Sichtöffnungen
92,92 sowie mit einer herkömmlichen "Durchreicheinrichtung" 94 versehen sein.
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Ein Fußboden für die Kammerabteile 20 und 22 wird durch auf herkömmliche
Weise am Mantel 12 angeschwei#te Bodenplatten 96,96 gebildet. Außerdem können in
der Kammer herkömmliche explosionsgeschützte Beleuchtungskörper 98 vorgesehen sein.
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Im folgenden sein nunmehr die Anlage und die Vorrichtung beschrieben,
die bei der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zur regelbaren
Erzeugung und Aufrechterhaltung der Uberdruckatmosphäre in der Kammer 10 angewandt
werden. Wie erwähnt, arbeitet die Anlage auf Kältebasis. Zur Erläuterung kann gesagt
werden, daß die Anlage gemä# dem Durchflußschema von Fig. 8 Kälteregler 100 und
102 aufweist, die Flüssigkeitsstickstoff bzw. Flüssigsauerstoff enthalten. Es ist
jedoch zu beachten, daß diese Beschreibung lediglich beispielhaft erfoigt und daß
auch andere Kältestoffe verwendet werden können, was von den in einer vorgesehenen
Kammer gewünschten Atmosphärenverhältnissen abhängt. Außerdem ist zu erwähnen, daß
die beschriebenen Kälteeinheiten handelsübliche Geräte sind, so daß ihre Konstruktion
nicht in Einzelheiten beschrieben zu werden braucht.
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Für den vorliegenden Fall mag die Angabe ausreichen, daß die Kälteeinheiten
das Kältematerial in flüssigem Zustand und mit außerordentlich tiefer Temperatur
und hohem unter/Druck liefern. Außerdem ist jede Kälteeinheit mit herkömmlichen
steuerbaren Regelventilen versehen, um während der periodischen Entnahme der in
ihnen befindlichen Kälteflüssigkeit einen vorbestimmten Betrieb8-druck in der Sammler
aufrechtzuerhalten.
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Genauer gesagt, sind die Kälteregler 100 und 102 herkömmliche mehiwandige
Tanks, in denen die Kältestoffe
gespeichert werden. Unter normalen
Betriebsbetingungen sind diese Stoffe sowohl in Form einer flüssigen als auch einer
gasförmigen Phase in den Tanks vorhanden.
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Die Flüssigphase befindet sich normalerweise unterhalb der gasförmigen
Phase. Die herkömmliche Art und Weise der Aufrechterhaltung eines gewünschten Betriebsdrucks
innerhalb der ranks 100 und 102 besteht in der Anbringung einer Leitung 101 bzw.
103, welche eine Verbinung wischen der flüssigen und der gasförmigen Phase herstellt.
In diese Leitungen sind herkömmliche Druckaufbau- und Regelventile 105 eingeschaltet,
die auf die jeweiligen Betriebs erfordernisse eingestellt werden können. Bei der
Flüssigphasenentnabme aus den Tanks nimmt der Druck im Flüssigkeitsbehälter ab.
Die Druckaufbau- und Regelventile 105 öffnen sioh in AbbAngigkeit von dieser Druckminderung,
eo daß das flüssige Kältematerial in die Leitungen 101 und 103 einzutreten und in
diesen zu verdampfen vermag. Der dampf strömt zum Gasphesenabschnitt des betreffenden
Kältereglers und erhöht dessen Druck auf den gewünschten Wert. Die Druckregelventile
schlie#en sich nunmehr in Abhämgigkeit von der Erreichung des vorbestimmten Drucks
im Elteregler. Dieser Vorgang wird während der schen Stoffentnabme wiederholt.
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Gemäß Fig 8 steht eine Entnahmeleitung 104 mit der Flüssigphase des
im Kälteregler 100 befindlichen Stickstoffs in Verbindung. In die Leitung 104 ist
ein allgemein mit 106 bezeichneter Flüssigkeitsverdampfer eingeschaltet, der aus
einer Anzahl von in der Leitung 104 ausgebildeten Windungen 108 besteht, welche
in einem Behälter 110 angeordnet sind. Eine Flüssigkeit mit geregelter Temperatur,
beispielsweise Wasser, wird über Lei tungen 112, 112 durch den Behälter 110 hindurch
geleitet und steht in Wärmeaustauschberührung mit den Windungen 108. Die Leitung
104 verläßt den Flüssigkeitsverdampfer 106 und stellt eine Verbindung zur Stickstoff-Binla#öffnung
114 eines ersten Mischventils 116 her. Eine Umgehungsleitung 118, deren Enden stromauf
bzw. stromab des Verdampfers mit der Leitung in Verbindung stehen, verläuft parallel
zu di es er Leitung.
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Ein mit der Leitung 118 in Reihegeschaltetes tanpera turapfindliohes
Ventil 120 steuert den Durchflu# durch diese Leitung auf die naohstehend beschriebene
Weise.
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Eine mit der Flüssigahase des im Kälteregler 102 befindlichen Sauerstoffs
in Verbindung stehende zweite Entnahmeleitung 122 ist mit ihren anderen Ende an
die Sauerstoff-Einla#leitung 124 des Mischentila 116 angeschlossen. Zwischen ihren
beiden Sieden kann die Leitung
bei 126 gewunden sein, so daß sie
in Wärmeaustauschberührung mit der Umgebungsatmosphäre steht und tatsäch, lich einen
Luftverdampfer bildet.
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Ein zweites, allgemein mit 130 bezeichnetes Mischven. til steht über
eine Leitung 134 an seiner Stickstoff-Einla#öffnung 132 mit der Leitung 104 in Verbindung.
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Außerdem steht auch die Sauerstoff-Einla#öffnung 136 des Ventils 130
über eine Leitung 138 mit der Leitung 122 in Verbindung. Die Anlage wird dadurch
vervollständigt, daß eine Auslaßöffnung 140 des Ventils 116 über eine Lei tung 142
mit dem Kammerabteil 20 und die Ausla#öffnung 144 des Ventils 130 über eine Leitung
146 mit dem Abteil 22 in Verbindung steht. Die Mischventile 116 und 130 sowie die
zugeordneten Rohrleitungen sind in den Fig. 1 und 2 deutlich veranschaulicht.
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Nachfolgend wird nunmehr eine bei der z.Zt. bevorzugten Ausführurgsform
der Erfindung gesendete Mischventilkonstruktion anhand der Fig. 5 und 6 in Einzelheiten
beschrieben. Die Beschreibung richtet sich nur auf das Ventil 116, wobei jedoch
su beachten ist, daß &as Ventil 130 in struktureller und funktioneller Hinsicht
mit dZ Ventil 116 identisch i.t.
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Das Ventil 116 weist ein Gehäuse 150 mit einem Einla#-teil 152 auf.
Die StlokStoff-Einlaßöffnung 114 steht mit einer ringsförmigen Stickstoff-Einlaßkammer
154 und die Sauerstoff-Einlaßöffnung 124 steht mit einer ringförmigen Sauerstoff-Einla#kammer
156 in er Verbindung.
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Ein zwischen den beiden Einlaßkammern vorgesehener Gehäuseteil 152
bildet eine Ausgleichkammer 158, in der ein Ausgleichschieber 160 mit einander gegenüber
liegenden, gleich geformten, erweiterten Lagerabschnitten 162,162 angeordnet ist,
wobei die Abschnitte 162 in Gehäuseöffnungen 164,164 verschiebbar geführt sind,
um eine geradlinige Links- und Rechtsbewegung des Schiebers 160 zu ermöglichen.
Der Schieber 160 ist in der Mitte mit einem erweiterten Abschnitt 166 versehen,
der mit einer ringförmigen, nachgiebigen Dichtungsmembran 168 versehen ist, welche
ihrerseits an ihrem Außenumfang an der die Kammer 158 festlegenden Wand befestigt
iet. Auf diese Weise unterteilen der Schieber 160 und die Dichtung bzw. Membran
168 die Ausgleichkammer in zwei gleichgroße, nicht miteinander in Verbindung stehende
Räume. Das Gehäusoteil 152 ist außerdem mit Ventil sitzen 170 und 172 versehen,
die sich unmittelbar neben den Kammern 154 bzw. 156 befinden und dem jeweils benachbarten
erweiterten Abschnitt 162 des Schiebers 160 betrieblich zugeordnet sind. Mit der
Ausgleåchksmmer
158 stehen eine StFkstoff-und eine Sauerstoff-Ausla#-öffnung
174 bzw. 176 in Verbindung. Langs-und quergebohrte Kanäle 178 bzw. 180 stellen eine
Verbindung zwischen der Ausgleichkammer 158 und den Öffnungen bzw.
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Zwischenräumen zwischen den jeweiligen erweiterten Abschnitten 162
und dem Gehäuse 150 her. Hierdurch wird eine Unterdruckbildung verhindert, welche
die nachfolgend genauer beschriebene Bewegung verhindern könnte.
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Das Mischventil 116 weist weiterhin einen allgemein mit 182 bezeichneten
Auslaßteil auf, der von einer länglichen Zylinderbohrung 184 durchsetzt wird, welche
eine komplementäre Zumeßstange 186 aufzunehmen vermag.
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Ersichtlicherweise legt der Ge@@useteil 182 des Ventils 116, wie erwähnt,
eine einzige Auslaßöffnung 140 fest. Un-, mittelbar mit der Auslaßöffnung 140 verbundene
Kanäle 188 und 190 können über die Bohrung 184 zum Fluchten mit Öffnungen 174 und
176 des Einlaß-Gehäuseteils 152 gebracht werden. Diese Kanäle 188 und 190 sin4teweils
durch ein Klappenglied 192 bzw. 194 abgedeckt, das als Einwege-Rückschlagventil
wirkt und einen Gasfluß im zugehörigen Kanal nur in Richtung auf die Auslaßöffnung
140 zuläßt.
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Die Zumeßstange 186 ist mittels eines Griffstücks 196
von
Hand in der Bohrung 184 bewegbar. In der Stange 186 sind mehrere Ringnuten 198 ausgebildet,
die mit im Auslaßteil 182 vorgesehenen federbelasteten Rasten 200,200 zusammenwirken,
eo daß die Stange wahlweise in verschiedenen Stellungen in der Bohrung 184 ausgerichtet
werden kann.
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Ein wichtiges Merkmal der Zuießstange 186 besteht darin, daß sie mit
einer Anzahl von Öffnungen versehen ist, die jeweils in Paaren 202 und 202a, 204
und 204a, 206 und 206a, 208 und 208a sowie 210 und 210a angeordnet sind. Die einzelnen
Öffnungspaare sind längs der Zumeßstange 186 auf solche Abstände verteilt, daß jedes
Paar eine Verbindung zwischen der Öffnung 174 und den Kanal 188 bzw. der Öffnung
176 und dem Kanal 190 herzustellen vermag, wenn die Stange 186 in der Bohrung 184
in die verschiedenen, wahlweisen möglichen Raststellungen bewegt wird. Die Arbeitsweise
dieser Anordnung wird später noch genauer erläutert werden.
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Entsprechende herkömmliche Dichtungen 201 können an allen erforderlichen
Stellen vorgesehen sein.
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Die Einrichtungen zur geregelten Entlüftung der Überdruckkammer sind
in den Fig. 1, 2 und 7 näher veranschaulicht. Zunächst ist zu bemerken, da# jedes
Kammerabteil
20 und 22 mit einem Not-Ablaßventil 212, 214 versehen
sein kann, das auf den maximalen, in der Kammer 10 zu erzielenden Überdruok eingestellt
werden kann.
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Im Normalbetrieb werden jedoch die allgemein mit 216 bzw. 218 bezeichneten
Entlüftungseinrichtungen verwendet. Die Anordnung 216 weist ein ummittelbar mit
dem Abteil 20 in Verbindung stehendes Rohr 220 auf, während die Anordnung 218 mit
einem unmittelbar mit dem Abteil 22 verbundenen Rohr 222 versehen ist. Ersichtlicherweise
sind die Entlüftungsanordnungen 216 und 218 sowohl in funktioneller als auch in
konstruktiver Hinsicht identisoh, so daß nur die Anordnung 216 genauer beschrieben
wird.
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Das Rohr 220 der Anordnung 216 stellt eine Verbindung zwischen dem
Kammerabteil 20 und der Einlaßöffnung 224 des Entlüftungsventils 226 (Fig. 2 und
7) her. das au#erdem eine zur Au#enluft führende Ausla#öffnung 228 aufweist. Die
gesteuerte Entlüftung der Kammer 20 zur Außenluft wird über eine Schiebereinrichtung
mit einem beweglich geführten Ventilschaft mit einem Ventilteller als der mit ein,
Ventilsitz 232 zusammenwirkt, und Ueber ein betrieblich angeschlossenes, allgemein
mit 234
bezeichnetes Druckgestängesystem erreicht. Das Gestänge
system 234 weist; einen mittels eines Schwenkzapfens 238 verschwenkbar an der Kammer
10 angelenkten Hebel 236 auf. Der durch diesen Hebel 236 ausgeübte Druck wird über
eine schwenkfähig angelenkte Stange 240 und eine dazwischen angeordnete Kugel 242
auf den Ventilscbaft 230 übertragen. Hierdurch wird die Ausübung von Vorbelastungskräften
auf den Ventilschaft 230 zerhindert, durch welche er verbogen werden könnte. Eine
Stange 244 ist mit ihrem oberen Ende bei 246 schwenkfähig mit dem einen Ende des
Hebels 236 verbunden, während ihr unteres Ende bei 248 schwenkfhigh zwischen den
Enden eines Ausgleicharms 250 an diesem angelenkt ist. Eine an der Endkappe 18 der
Kammer 18 angeschwei#te Halterung 252 stellt einen Schwenkpunkt dar, um welchen
herum sich der Ausgleicharm 250 zu bewegen vermag. Ein Ausgleichgewicht 256 ist
an einer Seite des Schwenkpunkts 254 schwenkfähig am Arm 250 angebracht, während
der an der anderen Seite des Schwenkpunkts 254 befindliche Abschnitt des Apms 250
ein aufgeschraubtes, einstellbares Gewicht 258 trägt Zum besseren Verständnis der
Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung wird zunächst auf das Durchflu#schema
von Fig. 8 Bezug genommen. Die Ventile 260 und 262
steuern den
Fluß des Kältematerials der Flüssigphase aus den Behältern 100 bzw. 102. Die Druckkammer
10 kann mit herkömmlichen Druck und Temperatur-Anzeigegeräten 264 und 266 versehen
sein, welche der Bedienungsperson eine Anzeige der Druck- und Temperaturwerte innerhalb
der Kammerabteile 20 und 22 liefern. Die Abteile 20 und 22 können durch Öffnen oder
Schließen der Ventile 268 und 270 wahlweise einzeln oder gemeinsam geregelt werden.
Daräberhinaus können die Ventile 260 und 262 wahlweise geöffnet und geschlossen
werden, um in der Druckkammer 10 mit Hilfe einer oder beider Kältestoffquellen eine
Überdruckatmosphäre aufzubauen.
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Zum Zweck der Erläuterung wird die Arbeitsweise in Verbindung mit
beiden Kälteregler-Vorratstanks 100 und 102 beschrieben, welche Stickstoff bzw.
Sauerstoff in jeweils flüssiger Phase enthalten.
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Jeder Kälteregler 100 und 102 wird auf herkömmliche Weise auf einen
vorbestimmten gewünschten Innen-Betätigungsdruck eingestellt, der während des ganzen
Vorgangs der Kältestoffentnahme aus dem Behälter aufrechRerhalten werden kann. Gewünschtenfalls
können herkbmmlicherweise Überdruckventile 272 und 274 verwendet werden, um einen
maximalen Druck in den Kältereglern ZU gewährleisten.
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Der flüssige Stickstoff wird über die Leitung 104 zum Flüssigkeitsverdampfer
106 gefthrt, wo er durch Wärmeaustausch verdampft und in gasförmigen Zustand überführt
wird Der Temperaturpegel des gasförmigen Stickstoffs wird durch RegUlierung der
Temperatur des Wärmeaustauschmaterials, vorzugsweise Wasser, im Behälter 110 gesteuert.
Der gasförmige Stickstoff wird dann zu den Mischventilen 116 und 130 überführt.
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Der flüssige Sauerstoff wird gleichzeitig über die Leitung 122 zu
den Windungen 126 gefördert, wo er in Wärmeaustauschbeziehung mit der Außenluft
steht. Infolge der Wärmezufuhr in diesem Atmosphärenverdampfer wird der Sauerstoff
verdampft und in gasförmigen Zustand überführt udd anschließend zu den.Mischventilen
116 und 130 weitergeleitet.
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Die Arbeitsweise der Mischventile 116 und 130 wird nunmehr in Verbindung
mit den. cig, 5 und 6 genauer erläutert. Der gasförmige Stickstoff tritt über die
Öffnung 114 .a der gasförmige Sauerstoff tritt über die Öffnung 124 in das Mischventil
ein. Infolge der vorausgewählten Einstellungen dr Arbeitsdrucke der Kälteregler
100 und 102 treten die Gase unter praktisch gleichmä#igen Druckbedingungen i das
Mischventil ein.
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Von den Einla#kammern 154 und 156 gelangen die Gase in die Ausgleichkammer
158. Infolge der an beiden Seiten gleichmäßigen drucke nimmt der Ausgleichschieber
160 eine mittlere Stellung in der Kammer 158 ein. Aus der Kammer 158 entweichen
der Stickstoff und der Sauerstoff über die Öffnungen 174 und 176 und durch die mit
ihnen fluchtenden Öffnungen der Zumeßstange 186 in die Kanäle 188 und 190, aus denen
die Gase über die Klappen-Rückschlagventile 192 bzw. 194 austreten, sich miteinander
vermischen und Uber die Auslaßöffnung 140 in das betreffende Kammerabteil der Druckkammer
10 gelangen.
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Dem Fachmann auf diesem Gebiet ist es ersichtlich, daß der vorausgewählte
Betriebsdruck der Kälteregler 100 und 102 abzüglich der Leitungsverluste bei der
vorbeschriebenen Konatruktion den in der Druckkammer 10 herrschenden Gerätedruck
bestimmt. Um der Bedienungsperson eine Steuerung des Druakpogels in der Druckkammer
10 zu ermöglichen, ist die in den Fig. 2 und 7 genauer dargestellte Entlüftungsanordnung
216 vorgesehen.
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Während des Druckanstiegs in der Druckkammer 10 wird der Bedienungsperson
eine Anzeige bezüglich der Höhle dieses Drucke durch die Me#geräte 264 geboten.
Bei Hrreichen
des gewünschten Werts stellt die Bedienungsper son
die verstellbar angeschraubten Gewichte 258 am Ausgleicharm 250 ein, wodurch die
über den angelenkten Hebel 236 auf den Ventilschaft 230 übertragende Kraft verändert
wird. Wenn das Gewicht 258 gemäß Fig. 2 am Arm 250 auswärts bewegt wird, ist die
Schließkraft am Ventilschaft 230 größer und das Ventil 226 läßt den Gerätedruck
bei höherem Wert an die Außenluft ab, so daß in der Druckkammer 10 ein höherer Druck
aufrechterhalten wird. Wird das Gewicht dagegen am Arm 250 nach innen versetzt,
ist die auf den Ventilschaft 230 ausgeübte Schließkraft geringer und die Entlüftung
zur Außenluft erfolgt bei einem niedrigeren Druck. Durch genaue Ausrichtung des
Gewichts am Arm 250 kann die Bedienungsperon den im zugehörigen Kammerabteil herrschenden
Druck genauestens steuern. Zusammenfassend kann gesagt werden, daß sich eine genaue
Einstellung des Drucks in der Überdruckkammer 10 durch Steuerung der Entlüftungageschwindigkeit
dieser Kammer erzielen läßt.
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Im folgenden wird erneut auf das Zumeßventil 116 gemäß Fig. 5 und
6 Bezug genommen. Wie erwähnt, ist die Zumeßstange 186 mit paanxleise zusammengepaßten
Düsen bzw Üffnungen verstehen, welche das Hindurchatrömen des
gasförmigen
Stickstoffs und Sauerstoffs zur Druckkemmer 10 ermöglichen. Dem Fachmann ist es
ersichtlich, daß die paarigen Öffnungen so bemessen sein können, daß der Druckkammer
10 jedes gewünschte Volumenverhältnis von gasförmigem Stickstoff zu Sauerstoff zugeführt
werden kann. Bei gleichmä#igem Druck von Stickstoff und Sauerstoff ist es nur noch
erforderlich, daß jedes Düsenpaar ein bestimmtes Querschnittsverhältnis zudnanker
aufweist. Wenn bei den beschriebenen runden Düsen beispielsweise die Stiokstoff-Einla#düsen
an der linken Seite von Fig. 6 etwa den doppelten Durchmesser der Sauerstoffdüsen
an der rechten Seite dieser Figur besitzen, besteht die geregelte Atmosphäre in
der X-ner 10 aus etwa 81 Stickstoff und etwa 19% Sauerstoff.
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Bei Vergrößerung der tatsächlichen Größe der beiden DUsen unter Beibehaltung
desselben relativen Grö#enverhältnisses der beiden Düsen untereinander erhöht sich
die Durchsatzmenge von gasförmigem Stickstoff und Sauerstoff pro Zeiteinheit indie
Kammer 10. Als Beispiel für einen zufriedenstell enden Überdruckbatrieb können die
Kälteregler 100 und 102 auf einen Arbeitadrusk ion etwa 12,7 kg/cm2 (absolut) eingestellt
werden. the betrioblich paarweise zusemmengesa#ten Dasenor frugh folgends Durshmeasor
bealtzof 202, und bzw. 8,73 mm; 204 und
und 206a = 1,38 mm bzw.
3,17 mm; 208 und 208a = 1,19 mm bzw. 2,38 mm; 210 und 210a = 0,795 mm bzw. 1,58
mm.
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3ei den vorgeschlagenen Arbeitsdrucken und DUsenmaßon wird der Druckkammer
10 eine zu etwa 81 Vol.-% aus Stickstoff und zu etwa 19 Vol.-% aus Sauerstoff bestehende
Atmosphäre zugeführt. Beim Verstellen der Zume#stange, so daß ein Öffnungspaar mit
grö#erem Durchmesser in Anwendung gelangt, erhöht sich die Durchsatz~ menge der
Gase im genannten Relativverhältnis zueinander. Außerdem läßt sich die Überdruckkammer
10 bei den vorgeschlagenen Betriebsdrucken und DUsenabmessungen ohne weiteres bei
jedem beliebigen Druckwert von 1 - 7 At. steuern.
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Das Merkmal der Steuerungsmöglichkeit für die Durch satzmenge bei
gleichzeitiger Aufrechterhaltung des Kammerdrucks ist bei der Steuerung des Kohl
endioxydp egels in der Kammer von Wichtigkeit. Wie erwähnt, können die in der Druckkammer
befindlichen Personen eine Kohlendioxydvergiftung erleiden. Um die schädlichen Auswirkungen
einer Kohlenstoffvergiftung unter den in der Kammer herrschenden erhöhten Drucken
zu verhindern, wird vorgeschlagen, die Durchsatzmenge durch die Druckkammer pro
Patient pro Atmosphäre über dem Normalwert um 89 l/min zu erhöhen. Die Bedienungsperson
vermag leicht
jede beliebige Durchsatzmenge durch Nachstellung
der Zumeßstange jedes Zume#ventils und Einstellung der Entlüftungsanordnung zur
Erzielung des gewünschten Druckwerts zu erreichen.
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Uie erwähnt, ist die Temperatursteuerung außerordent lich wichtig
für die vorgesehene medizinische Verwendung der Druckkammer ; in diesem Zusammenhang
sei erneut auf das Durchflußschema von Fig. 8 verwiesen. Es ist zu beachten, daß
die Bedienungsperson duch Beobachtung der Temperaturanzeigegeräte 266 eine Anzeige
der in der Kammer 10 herrschenden Temperatur erhält.
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Eine Primärsteuerung der in der Kammer 10 herrschenden Temperatur
wird durch Anheben der Sauerstofftemperatur in den Luftwindungen 126 auf Au#enlufttemperatur
und.
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Steuerung des Temperaturwerts der im Tank 110 befindlichen Wärmeausteaus
chflüssigkeit und somit der Stickstoffgastemperatur ermöglicht. Falls sich in einem
vorgegebenen Fall eine Tamperatur-Feinregelung unter Anwendung diese Verfahrens
als unzureichend erweist, kann das Ventil 120 in der Parallelleitung 118 geöffnet
werden, um Stickstoff niedriger Temperatur in die Mischventile einzuleiten. Hierdurch
wird eine sekundäre Temperatursteuerung zur Verfügung gestellt.
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Das Mischventilgemä# den Fig. 3 und 6 stellt eine weitere Möglichkeit
zur Gewährleistung einer sicheren Arbeitsweise des gesamten Systems dar. Wie erwähnt,
ist der Schieber 160 bewegbar im Einlaßteil des Ventils 116 gelagert. In dem unwahrscheinlichen
Fall, da# zwischen den Betriebsdrucken der Kälteregler 100 und 102 eine Druckdifferenz
vorhanden ist, führt diens sofort ZU einem Differenzdruck in der Ausgleichkammer
zu beiden Seiten der Membrandichtung 168. Dieser Dif ferenzdruck bewirkt eine Verlagerung
des Schiebers in Richtung auf die Niederdruckseite, so daß der Gasfluß von der den
höheren Druck aufweisenden Leitung von der Einla#kammer gedrosselt und ein größeres
Durohsatzvolumen von der Einla#kammer der den niedrigeren Druck aufweisenden Leitung
gewährleistet wird.
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Falls beispielsweise der Druck an der Icinlaßöffnung 114 abfällt,
während der Druck an der Einla#öffnung 124 auf dem höheren Wert bleibt, bewirkt
der in der Ausgleichkemmer 158 herrschende Differenzdruck eine Verlagerung des Schiebers
160 gemä# Pkg. 6 nach links.
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Hierdurch wird ein höheres Durchss@volumen von der Einla#kammer 134
zur Ausgleichkammer 158 ermöglicht und wird gieichzeitig infolge der Schieberverlagerung
das Durchsatzvolumen von der Kammer 158 reduziert bzw unter Drosselung eingelessen.
Darüberhinaus wird
zusätzlich jeglicher Rückfluß von der den höheren
Druck aufweisenden Leitung zur Leitung mit dem niedrigeren Druck durch die Klappen-Rückschlagventilglieder
192 und 194 verhindert.
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Dem Fachmann auf diesem Gebiet ist as ersichtlich, daß die vorstehend
dargestellte und be-zchriebene Erfindung ein einzigartiges, speziell für medizinische
Verwendungszwecke geeignetes Überdruckkammersystem schafft.
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Diese System sowie die dabei vorgesehene Verwendung von Kältestoffen
stellen eine wirtschaftliche Möglichkeit zur Gewährleistung leicht steuerbarer Überdruckbedingungen
dar. Die zur Verfügung gestellte Uagebungsatmosphä@e ist chemisch rein, sauber und
verhältnismäßig trocken. Das erfindungsgemäße System ermöglicht eine genaue und
einfacheDruck- und Temperaturesteuerung und läßt sich leicht an einen weiten Anwendungsbereloh
anpassen.