DE1932141C3 - Verfahren zum Mischen von Druckgasen, insbesondere für Atmungs- und medizinische Geräte - Google Patents

Description

zwischen Vor- und Nachdruck außerdem auch noch von der lichten Weite der Drosseldüse abhängig. Bei der bekannten Vorrichtung kann sieh bei einer Verstellung der Düsenquerschnitte und dei dadurch erzielten Veränderung in der Gasdiirchflußmenge auch die Möglichkeit einer Druckänderung unmittelbar hinter der Drossel ergeben, die zu nicht kontrollierbaren Auswirkungen auf die Durehflußmenge führt. Bei der Ix kannten Vorrichtung strömen die Gase nur mit einem praktisch konstanten Druck zu, die Durchflußmenge läßt sich also nur erhöhen, wenn gleichzeitig beide Drosseln verstellt werden. In Anbetracht der dabei auftretenden unkontrollierbaren Veränderungen in der dur*;h die Drosseln jeweils durehlließenden Gasmenge, kann die Durchflußmenge nicht in einfacher Weise bei gleichbleibender Zusammensetzung des Gasgemisches geändert werden (deutsches Gebrauchsmuster 1 829 553).

Hs ist weiterhin eine Vorrichtung zum selbsttätigen Anzeigen des Mischungsverhältnisses von zwei ue- trcniu zuströmenden und in einem »eiveinsanicn Siromungswcg zusammentreffenden G- sen oder Flüssigkeiten bekannt. Dabei ist in einer Mischkammer, im die der Auslaß angeschlossen ist. ein um einen Zapfen drehbar angeordneter, mit Zeiger und Skala terrundener zweiarmiger Waagebalken vorgesehen. An diesem sind zwei Kugelventile gleichen Durchine^.ers und gleichen Gewichtes angehangen, die sich innerhalb der kegelförmig sieh erweiternden Eiiilaßrolire für die Gase bzw. Flüssigkeiten befinden. Solange die Gase in gleichen Mengen in diese Vorrichtung einströmen, wirken sie in gleichem Maße auf die Kugelventile. Der Waagebalken bleibt in der eingestellten waagerechten Hage. Sowie sich jedoch die zuströmenden Gasmengen ändern, kippt der Waagebalken nach der einen oder anderen Seite. Das Gerat dient nur zum Anzeigen, jedoch nicht zum selbst-Ki!igen Regeln (deutsches Patent 337 253).

Hs nt weiterhin eine Vorrichtung zum Regeln eines Gemisches aus zwei Gasen bekannt, bei dem in den /uführungsleitungen je ein Druckregler bzw. eine Staublende und je eine Drosselklappe angeordnet sind. Durch die Druckregler werden die Gase für die Gemischregelung auf gleichen Druck gehalten. Jeder Staublende ist ein Stau- bzw. Durchflußmesser zugeordnet, an dem die Diirchflußnicnge abuelesen werden kann. Weiterhin wird der DifTerenzdruck zwischen den beiden Gasen auf einen Membransteuerregler übertragen, der seinerseits zwei Hilfsdruekregler steuert. Auf der Vordruckseite sind die Ililfsdruc!;regler jeweils durch Leitungen an den Gasleitungen vor den Druckreglern angeschlossen. N-*it ihrem Hinterdruck wirken die Hilfsdruckregler auf die Kolben von zwei Mengenreglern. die in Form von Πι-osselkolben ausgebildet sind. Der Mcmbransteuerregler ist weiterhin mit einem zweiten Waagebalken verbunden, der mit einem Schicbegcwieht versehen i-.t, durch das die Vorspannung des Mcmbransteuer- reglcrs geregelt werden kann. Diese Einrichtung dient zum Einstellen des Gemischverhältnisses eines stän dig strömenden Gasgemisches, außerdem kann durch die Gasgemischmenge durch die Vorbelastung des Membranstcucrreglers geändert werden. Diese Einstcllungen sind jedoch nur dann durchzuführen wenn das Ciasgemisch praktisch drucklos abströmen kann, d. h., wenn der Gasdruck auf der Abströmseite sich nicht verändert (deutsches Patent 834 016).

Hs ist weiterhin ein Gas- oder Flüssigkeitsmischer

zur Aufrechtcrhnltung eines bestimmten Mischungsverhältnisses in einem ständig strömenden Gas bekannt, der beispielsweise zur Erzeugung sogenannter Schutzgasgemische für die Herstellung elektrischer Hochvakuuniuitladeröhren od. dg!, verwendet werden kann. Die zu mischenden Gase treten je über ein Einlaßventil in einen Raum ein, der im Mittelteil durch eine Membran getrennt ist, die mit den bewegliche!-. Ventilbauteilen beider Ventile verbunden ist. In die

ίο Abgasleitung der beiden gebildeten Räume sind einstellbare Hähne angebracht. Die Vorrichtung dient dazu, bei Druckerhöhungen in dem einen Gaszuführungsventil dafür zu sorgen, daß der Durchschnittsquerschnitt des betreffenden Ventils verringert, da-

gegen der Durchschnittsquerschnitt des anderen Gaszuführungsventils weiter geöffnet wird. Auf diese Weise soll in den Kammern annähernd gleicher Druck erzielt werden. Das Mischungsverhältnis kann durch die Veränderung der Hähne verstellt werden.

Diese Vorrichtung hat dl·.· bereits obenerwähnten Nachteile, daß bei einer Ver-.iderung des Drucke-, im Gasmischrohr sich die Zusammensetzung des Gasgemisches in unkontrollierbarer Weise verändert. Außerdem sind die Gasdurchflußmengen durch die Hähne nicht proportional abhängig vom Druckverhaltnis des Vor- zum Nachdruck (deutsches Patent 871 371).

Hs ist weiterhin bekannt, daß bei der Durchflußmessung kompressibler Medien grundsätzlich zwei

Fälle zu unterscheiden sind, einmal die unterkritische bzw. kritische Entspannung und zum anderen die überkritische Entspannung. Für die letztere ist wesentlich, daß für die Durchilußmenge der Gegendruck keine Rolle spielt (Hengstenberg.

Sturm, Wink ler. »Messen und Regeln in der chemischen Technik«, Berlin 1957, S. 216 bis 21'').

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Gasgemischverfahren und eine Vorrichtung zur

Durchführung dieses Verfahrens zu schallen, das

unter Vermeidung der geschilderten Nachteile mit einfachen Mitteln die Herstellung eines einwandtrei. auf ein bestimmtes Verhältnis eingestellten Gasgemisches zweier Druckgase gestaltet. Außerdem soll die Erfindung ermöglichen, die Durchilußmenge eines

solchen Gasgemisches auf ein gewünschtes Maß m.'t einfachsten Mitteln einzustellen, ohne daß dabei das Mischungsverhältnis sich ändert.

Die Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die

/u mischenden Gase mit stets im gleichen Druckverhältnis zueinander stehenden Drücke, die oberhalb der kritischen Drücke dieser Gase liegen, durch die Drosseln strömen, deren Widerstandssumme konstant ist.

Das erfindungsgemüße Verfahren hat den Vorteil, daß mit einfachen Mitteln ein Gasgemisch eines gewünschten Konzentrationsverhältnisses einwandfrei hergestellt wird und daß sich dieses Konzenlrationsverhiiltnis bei Änderung derGasdiirdifluBmenge oder

bei Änderung des Gasdruckes im angeschlossenen Verbraucher nicht ändert. Dabei wird durch Änderung der Drücke vor den Drosseln, wobei jedoch das Verhältnis der Gasdrücke stets das gleiche bleibt, die Durchflußmenge bestimmt. Andererseits wird durch

eine Verstellung der Drosseln das Mischungsverhältnis bestimmt, wobei jedoch die Drosseln derart verstellbar sind, daß ihre Widerstandssumme konstant ist.

Zur Schaffung der eingangs genannten Vorrich- Im Ausfiihrungshcispicl isl die crlindiingsgi'mäß

Hing wird die vorstehende Aufgabe crfindungsgemiiß Vorrichtung im Zusammenhang mit der Gaviifuh

dadurch gelöst, daß die Druckminderer die Gase auf zu einem Hcatniungsgeräl dargestellt,

im gleichen Druckvcrhältnis 'zueinander stehende, Die beiden miteinander zu mischenden Gase (! I um

jeweils über dem oberen Druck des jeweiligen kriti- 5 Ci 2 strömen mit einem Druck von beispicNweis·

sehen Druckvcrhältnisscs liegendem Druck enlspan- 5 aiii durch die Leitungen I und 2 dem Gerät /u. Ii

nen und daß die Drosseln gleiche Länge besitzen und die Leitungen sind die Druckminderer 3 und 4 ringe

derart miteinander verbunden sind, daß die Summe schallet, dabei isl der Druckminderer 4 verstellbar

der Drosselqucrschnitle konstant ist. d. h.. daß die Vorspannung seiner Stcuermenbrai

Bei dieser Vorrichtung kann durch eine Verslel- io mit Hilfe des Handrades 5 stufenlos verstellt wjrdei

lung der Druckminderer deren Hinterdruck und da- kann. Das Handrad 5 kann mil einer nicht dargcstcll

mit die von der Vorrichtung abgegebene Durchfluß- ten Anzeigevorrichtung versehen sein, die unniittcl

menge eingestellt werden. Dabei werden die Druck- bar ilen Gasdurchlluü in I/min anzeigt,

minderer so verstellt, daß ihre Hinterdrücke stets im Im Ausführungsbcispicl ist eine andere Anzeige

gleichen Druckverhältnis zueinander stehen. Das i; vorrichtung der Durchflußmenge, und zwar in F'orn

Mischungsverhältnis der Gase zueinander wird an- eines an der Nicderdruckleitimg 6 des Druckmiiide

dcrcrseits durch eine Verstellung der Drosseln er- rers 4 angeschlossenen Druckmanomctcrs 8 gewählt

reicht. deren Skala unnrllclbar in I min geeicht sein kann

Das crfindungsgcmäße Verfahren bzw. die crfin- Von der Leitung 6 zweigt eine Leitung 7 zur Steuer-

dungsgemäßc Vorrichtung haben den Vorteil, daß ao kammer des Druckminderers 3 ab, so daß desser

einmal die Durchflußmenge und zum anderen das Steuer membran stets mit dem Hintcrdruck de«

Mischungsverhältnis wahlweise eingestellt werden Druckminderers 4 belastet ist; dadurch wird erreicht,

können, wobei jede Einstellung unabhängig von der daß der Hintcrdruck in der Leitung 9 des D-uck-

andcrcn ist. Des weiteren ist die gewählte Einstel- minderers 3 und der Hintcrdruck in der Leitung 6

lung unabhängig von dem Gegendruck in der Misch- 25 praktisch stets im gleichen Verhältnis zueinander

gasabgangslcituni;. stellen. Im Ausführungsbcispiel ist davon ausgegan-

Einc einfache Ausführungsform der crfindungsge- gen, niß in den Leitungen 6 und 9 die Hinterdrücke

mäßen Vorrichtung besteht dabei darin, daß in an gleich eingestellt sind und daß sie zwischen 1,2 und

sich bekannter Weise die Vorspannung der Steuer- 5 atü eingestellt werden können,

membran eines Druckminderers einstellbar ist und 30 In beiden Leitungen ist je ein Absperrventil einge-

daß die Stcucrmembran des Drurckmindercrs des zeichnet, die miteinander zu einem Doppel-Magnct-

anderen Gases vom Hinterdruck des ersten Druck- Ventil IO verbunden sind. Die Abgangslcitungcn 11

minderers belastet ist. und 12 führen zu den verstellbaren Drosseln 13 und

Bei dieser Ausfühiungsform besteht der Vorteil, 14. Die Drosseln bestehen jeweils aus einem koni-

daß zur Einstellung der Drücke vor den Drosseln nur 35 sehen Ventilsitz 15a, 15 ft, in die die konischen

die Verstellung der Vorspannung der Steuermembran Ventilbauteile 16«, 16 b hineinragen. Die Ventile

des einen Druckminderers genügt. Wenn bei dieser sind so ausgebildet, daß die Bauteile 16«, 16 /> bei

Verstellung der Hintcrdruck dieses einen Druck- allen möglichen Stellungen der Drosseln 13 un>l 14

minderers verstellt wird, werden dadurch die Hinter- stets die Ventilsitze 15«. 15 b auf ihrer ganzen L.inge

drücke des anderen Druckminderers im gleichen Vcr- 40 durchsetzen, so daß die Länge jeder Drossel über den

hältnis verstellt. Dabei kann die Vorrichtung so aus- ganzen VcrstcIIbcrcich stets die gleiche bleibt. Die

gebildet sein, daß zur Verstellung der Vorspannung Bauteile 16« 16 ft sind an Verstellspindeln 17«, 17 ft

der Stcuermerrbran des einen Druckminderers in an befestigt, deren gleichsinnige Gewinde mit Zahn-

sich bekannter Weise eine mit einem Handrad ver- rädern 18«, i8fc verbunden sind. Diese kämmen mit

schcne Spindel dient, die mit einer Anzeigcvorrich- 45 dem Vcrstcllzahnrad 19, dessen Handrad 20 mit

tutig verschen ist. Dabei kann die Anzeigevorrichtung einer nicht dargestellten Anzeigevorrichtung versehen

in Gasdurchfluß I/min geeicht sein. Um das Einstel- ist, die unmittelbar in Prozent des Mischungsverlialt-

len des gewünschten Mischungsverhältnisses zu er- nisses geeicht sein kann.

leichtern, können die Verstellspindeln der Drosseln Die Bauteile der Drosseln 13 und 14 sino so aus-

iiber Zahnräder derart miteinander gekuppelt sein, 50 gelegt, daß bei einer Verstellung der Drosseln die

daß bei einer Verstellung der Querschnitte die Summe Summe des Querschnittes 13« der Drossel 13 und

der Querschnitte der Drosseln konstant ist und daß des Querschnittes 14 a der Drossel 14 bei alien in

die Drosseilänge jeder Drossel im gesamten Verstell- Frage kommenden Einstellungen konstant ist.

bereich konstant ist. Dies hat zur Folge, daß bei einer Verstellung der

Um den Gasstrom einwandfrei absperren und wie- 55 Drosseln zwar das Mischungsverhältnis der Gase zu-

der in Gang setzen zu können, ohne daß sich dabei einander verstellt wird, daß jedoch die gesamte

das Gasmischungsverhältnis in der ersten Zeit nach Durchflußmenge durch die Vorrichtung nicht ge-

dem Öffnen des Absperrventils ändert, können ge- ändert wird. Dies gilt auch, wenn der Druck in der

maß einer weiteren Ausbildung der Erfindung in die Abgangsleitung 21 sich verändert. In dieser Leitung

Gasleitung zwischen den Druckminderern und den 60 mischen sich die ausströmenden Gase und werden

verstellbaren Drosseln gemeinsam betätigte Absperr- durch den Leitungsteil 22 zum nicht dargestellten

ventile eingeschaltet sein. Patienten geführt.

Weitcrc Ausgestaltungen der Erfindung sind Gc- Der Druck in der Abgangsleitung 21 kann bei-

gensiand der Unteransprüche und sind an Hand des spielsweise 100 cm WS betragen, er kann aber auch

in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausfüh- 65 variieren,

runisbeispiels erläutert, und zwar zeigt An dem Leitungsteil 22 ist ein Beatmungsdri ck-

Fig. 1 eine erfindungsgemaßc Vorrichtung in ihrer messer 23, ein Sicherheitsventil 24 und ein Zusatz-Anwendung bei einem Beatmungsgerät. luftventil 25 angeschlossen. Von der Mischgasleitung

Claims (10)

ι 2 U 6 12) zwischen den Druckminderern (3, 4) Patentansprüche· und den verstellbaren Drosseln (13, 14) gemeln- rmen nsprucnu. sam betätigte Absperrventile ejngeschaltet sind.

1. Verfahren zum Mischen von Druckgasen. 10. Gasmischgerüt nach Anspruchι 1bis-9 zum insbesondere für Atmungs- und medizinische Gc- 5 Einbau in ein ,?^eatmunß^s^^riii> ΐSn Ahsnei" rate, bei dem jedes der zu mischenden Gase mit zeichnet, daß die gemeinsam tat«igten Absperreinstellbarem Druck durch je eine verstellbare ventile (10) as magnetisch gesteuerte Absperr-Drossel in die Mischgasleitung geleitet wird, d a - ventile ausgebildet sind, deren Magne spulen in durch gekennzeichnet, daß die zu den Stromkreis einer m den Aternkre.s auf emgemischenden Gase (G 1, G 2) mit stets im gleichen χ= bauten Triggervornehtung eingeschaltet νΛ.
Druckverhältnis zueinander stehenden Drücken,

die oberhalb der kritischen Drücke dieser Gase
liegen, durch die Drosseln (13,14) strömen, deren

Widerstandssumme konstant ist. . ,, . , »_r· .

2. Gasmischgerät zur Durchführung des Ver- 15 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen fahrens nach Anspruch 1, bei dem in jeder Druck- vo,. Druckgasen, insbesondere fur Atmungs- und megaszuführungsleitung der zu mischenden Gase je dizinische Geräte, bei dem jedes der zu mischenden ein verstellbarer Druckminderer und je eine ver- Gase mit einstellbarem Druck durch je eine verstellstellbare Drossel hintereinander eingeschaltet ist. bare Drossel in die Mischgasleitung geleitet wird sodadurch gekennzeichnet, daß die Druckminderer 20 wie eine Vorrichtung zur Durchluhrung m^cs \er-(3, 4) die Gas,; auf im gleichen Druckverhältnis falirens. bei dem in joder Druckgaszuluhrungslcitung zueinander stehende, jeweils über dem oberen der zu mischenden Gase je ein \erstellbarer Druck-Druck des jeweiligen kritischen Druckverhält- minderer und je eine verstellbare Drossel hinteremnisses heuendem Druck 1. asparmen und daß die ander eingeschaltet sind.

Drosselnd 13, 14) deiche Lunge besitzen und der- 25 F.s sind bereits unterschied'iche Verfahren und

art miteinander verbunden sind, daß die Summe Gerrite zum Machen von Gasströmen bekannt.

der Drosselquerschnitte (13«, LIa) konstant ist. Ein Verfahren besteht darin, daß zwei Druckgase

3. Gasmischgerät nach Anspruch 2, dadurch je über ein Drosselventil und einen Stromungsmesser gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in einer gemeinsamen Abgasleitung entspannt werdie Vorspannung der Steuermembran eines der 30 den, wobei in den Strömungsmessern das Mischlings-Druckminderer (4) einstellbar ist und daß die verhältnis der zu machenden Gase eingestellt wird. Steuermembran des Druckminderers (3) des an- Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Strode ren Gases mit dem Hinterc'-uck des eisten mungsmesser und die Drosselventile fortlaufend überDruckminderers C4) belaste* ist. prüft werden müssen. Weiterhin muß sichergestellt

4. Gasmischgerät n;u h Anspuich 3, dadurch 35 sein, daß in den Strömungsmessem stets ein genau gekennzeichnet, daß zur Verstellung der Vor- bestimmter Druck eingehalten ist, da sonst die Anspannung der Steuermembran des ersten Druck- zeige der Strömungsmesser nicht stimmt. Bei diesem minderers (4) in an sich bekannter Weise eine mit Verfahren muß also ebenfalls das genaue Einhalten einem Handrad (5) versehene Spindel dient, die eines bestimmten Abgangsdruckes sichergestellt sein, mit einer Anzeigevorrichtung versehen ist. 40 Es ist weiterhin ein Verfahren bekannt, bei dem

5. Gasmischgerät nach Anspruch 4, dadurch zwei Druckgase auf Atmosphärend,uck entspannt und gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung für mit Hilfe von Kolbenpumpen mit variablen Hubden Gasdurchfluß in 1 min geeicht ist. volumen angesaugt und in die Abgangsleitung ge-

6. Gasmischgerät nach Anspruch 1 bis 5, da- drückt werden. Dieses Verfahren ist nachteilig, da es durch gekennzeichnet, daß die Verstellspindeln 45 einen großen apparativen Aufwand, wie Kolben-(17«, 17 ft) der Drosseln (13, 14) über Zahnräder pumpen. Antrieb für Kolbenpumpen und Steucrungs-(18 a, 18 6, 19) derart miteinander gekuppelt sind, einrichtungen, erfordert.

daß bei einer Verstellung der Querschnitte (13m, Es ist weiterhin ein Gasmischgerät zum Mischen

14 «) die Summe der Querschnitte der Drosseln zweier Gase bekannt, bei dem die Gase über je einen

(13. 14) konstant ist und daß die Dn ssellänge 50 Druckminderer entspannt und die so entspannten

jeder Drossel (13, 14) im gesamten Verstell- Gase über je eine verstellbare Drosseldüsc in ein

bereich konstant ist. Gasmischrohr abgeleitet werden. Der Membranraum

7. Gasmischgerät nach Anspruch I bis 6, da- des einen membrangesteuerten Druckminderers ist durch gekennzeichnet, daß die Drosseln (13, 14) mit dem Niederdruckraum eines anderen membranes Kegelventile (15«, 15/;, 16 λ, 16 ft) ausgebil- 55 gesteuerten Druckminderers verbunden. Des weiteren dct sind, deren Kegel (16 «, 16 ft) an der Verstell- steht die Steuermembran dieses anderen Druckmin-Spindcl (17(7, 17 ft) befestigt und derart angeord- dcrers auf der anderen Seite unter dem Druck des het sind, daß die Kegel (16«, 16 ft) im gesamten Gasmischrohres. Bei dieser Vorrichtung erfolgt die Verstcllbeieich die Drosseln (13, 14) auf ihrer Einstellung des Gasmischungsverhältnisses durch gesamten Länge durchsetzen. 60 Verstellen der Düsenquerschnitte. Bei diesem Gerät

8. Gasmischgerät nach Anspruch 1 bis 7, da- besteht der Nachteil, daß bei einer Veränderung des durch gekennzeichnet, daß die miteinander gckup- Druckes im Gasmischrohr sich die Zusammensetzung pelten Ventilspindeln (17«, 17 b) mit einem Ein- des Gasgemisches in unkontrollierbarer Weise verstellhandrad (20) und einer Anzeigevorrichtung ändern kann. Dies hat seinen Grund einmal darin, versehen sind, die in Prozenten des Gasmischungs- 65 daß die Gasdurchflußmenge durch eine Düse nicht Verhältnisses geeicht ist. proportional abhängig vom Druckverhältnis des Vor-

9. Gasmischgerät nach Anspruch I bis 8, da- zum Nachdnick ist.

Zum anderen ist die Art der Abdurch gekennzeichnet, daß in die Gasleitung (9, hängigkeit der Durchflußmenge vom Druckverhältnis