DE19646791A1

DE19646791A1 - Anordnung zur Anreicherung von Xenon aus einem Gasgemisch

Info

Publication number: DE19646791A1
Application number: DE1996146791
Authority: DE
Inventors: Ulrich Von Czapiewski; Detlef Dr Degenhardt; Joern Schuettauf
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: DRAEGER AEROSPACE GMBH, 23560 LUEBECK, DE
Priority date: 1996-11-13
Filing date: 1996-11-13
Publication date: 1998-05-14

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Anreicherung von Xenon aus einem Gemisch mit anderen Gasen.

Erfindungsgemäße Anordnungen werden bevorzugt eingesetzt zur Anreicherung von Xenon aus einem Gemisch von Ausatemgasen, wie sie im Bereich der Anästhesie auftreten. Xenon besitzt als Anästhetikum positive Produkteigenschaften, die in letzter Zeit zu einem verstärkten Einsatz in der Anästhesie geführt haben.

Aus der DE 44 11 533 C1 ist ein Anästhesiegerät mit einer Anordnung zur Rückführung vorbestimmter Gaskomponenten aus einer Ausatemleitung bekanntgeworden, in der das Anästhetikum durch Verflüssigung angereichert wird. Dieses erfordert abhängig vom eingesetzten Anästhetikum einen hohen technischen Aufwand, der sich jedoch insbesondere für Xenon aufgrund seines hohen Preises bezahlt machen kann. Der hohe technische Aufwand ergibt sich durch den für die Verflüssigung erforderlichen hohen Druck und die Gaskühleinrichtung.

Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, eine Anordnung ohne aufwendige Druck- und Kühleinrichtung bereitzustellen, die eine technisch relativ unkomplizierte und ökonomischere Anreicherung eines Anästhetikums, nämlich insbesondere von Xenon, aus einem Gasgemisch ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die Unteransprüche umfassen bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstands nach Anspruch 1.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Beschaffenheit des verwendeten Molekularsiebmaterials die Qualität der Anreicherung bestimmt wird. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die sehr verbreitete kommerzielle Nutzung und Verfügbarkeit des verwendeten Molekularsiebmaterials, so daß die Beschaffung problemlos möglich ist. Es werden als Molekularsiebmaterial hochporöse, kristalline Aluminosilikate in gekörnter Form mit einem Porendurchmesser in der Größenordnung von 5 Angström verwendet. Als kommerzielles Beispiel wird ein Material der Firma Grace Davison verwendet mit der Bezeichnung "522".

Anhand der Zeichnung mit der Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Der von einem Patienten ausgeatmete Gasstrom wird in einem Wasserabscheider 1 entfeuchtet und kann zur Entkopplung und Vergleichmäßigung in einem Gasbehälter zwischengespeichert werden. Der Gasstrom ist hier ein Gemisch aus hauptsächlich Stickstoff, Sauerstoff, mindestens einem Xenon enthaltenden Anästhetikum, sowie gegebenenfalls aus kleinen Anteilen weiterer Nicht-Edelgase, beispielsweise CO₂, CO, Methan. Vom Verdichter 4, vorzugsweise einem Niederdruckverdichter mit etwa 2 bar Ausgangsdruck, wird das Gasgemisch durch geeignete Filteranordnungen 2, 3 zur CO₂-Entfernung sowie zur Entfernung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen, Bakterien und anderen Feststoffen gesaugt und durch das Ventil 6, vorzugsweise ausgestaltet als Drehschieberventil, in den Molekurlarsiebbehälter 8a gedrückt. Das Molekularsiebmaterial, vorzugsweise ein kristallines, körniges Aluminosilikat mit einem Porendurchmesser von etwa 5 Ångström, läßt das Edelgas Xenon unbeeinflußt passieren und hält zunächst Stickstoff und Sauerstoff zurück. Das aus dem Molekularsiebbehälter 8a austretende Gas wird über das Rückschlagventil 11 und den Hochdruckkompressor 13 mit etwa 200 bar Ausgangsdruck in den Edelgasvorratsbehälter 15 gedrückt. Das Überdruckventil 14 stellt die notwendige Sicherheit im Falle einer Drucküberschreitung her. Im weiteren Verlauf des Gaszustroms verdrängt der Stickstoff Zug um Zug den Sauerstoff aus dem Molekularsiebbehälter 8a, so daß der Sauerstoffgehalt des Auslaßgases ständig steigt. Dieser Sauerstoffgehalt wird mit dem Sauerstoffsensor 9 gemessen und mit dem Gehalt des eintretenden Gases, gemessen vom Sauerstoffsensor 5, verglichen. Sobald der Sauerstoffgehalt des Auslaßgases einen festgelegten Schwellenwert erreicht, ist das Material des Molekularsiebbehälters 8a hinreichend mit Sauerstoff, Stickstoff und gegebenenfalls Fremdgasen beladen und seine Reinigungskapazität erschöpft. Durch eine nicht dargestellte, geeignete elektronische Rechen- und Steuereinheit wird jetzt das Ventil 6 umgeschaltet, so daß nun der Molekularsiebbehälter 8b mit dem Verdichter 4 verbunden ist, während gleichzeitig der Molekularsiebbehälter 8a durch die Vakuumpumpe 7 auf ca. 100 mbar absolut leergepumpt wird. Durch die Druckreduktion von ca. 2 bar absolut auf 100 mbar absolut lösen sich die Gasmoleküle vom Molekularsiebbehälter 8a und werden von der Vakuumpumpe 7 in die nachfolgende, durch den Pfeil angedeutete Anästhesieauffangleitung gedrückt. Durch eine zusätzliche Beheizung und dadurch bedingte Temperaturerhöhung von beispielsweise 30 K, läßt sich der Effekt der Reinigung des Molekularsiebes von Gasmolekülen noch verstärken. In der Zwischenzeit wird der Molekularsiebbehälter 8b beladen. Ebenso wie vorher beim Molekularsiebbehälter 8a wird jetzt durch den Vergleich der Messungen der beiden Sauerstoffsensoren 5 und 10 die Beladung des Molekularsiebbehälters 8b erkannt und im geeigneten Augenblick aufgrund eines vorgegebenen Grenzwertes von der elektronischen Rechen- und Steuereinheit durch erneutes Umschalten des Ventils 6 der Molekularsiebbehälter 8a auf "Adsorbieren", der Molekularsiebbehälter 8b auf "Desorbieren" geschaltet. Dieser alternierende Wechsel des Behältereinsatzes kann so lange erfolgen, bis das Molekularsiebmaterial definitiv verbraucht ist und ausgetauscht werden muß. Durch den optionalen Rücklaufzweig bestehend aus Rückschlagventil 17, Strömungsbegrenzer 18 und Druckregler 19 paßt sich die erfindungsgemäße Anordnung an wechselnde Atemgasmengen des Patienten automatisch dadurch an, daß die für die Funktion der Anordnung erforderlichen Gasmengen aus schon durch den Molekularsiebbehälter 8a, 8b geströmte Gasmengen aufgefüllt werden und somit eine Vergleichmäßigung des geförderten Gasvolumenstroms erfolgt. Statt der Sauerstoffsensoren 5, 9, 10 könnten auch für die Messung eines anderen Gases aus dem Gasgemisch mit Xenon geeignete Sensoren verwendet werden, um durch Messen und Vergleich der Konzentration dieses Gasbestandteils vor und hinter dem gerade durchströmten Molekularsiebbehälter 8a, 8b dessen Beladungsgrad mit Gasbestandteilen außer Xenon zu bestimmen.

Die erfindungsgemäße Anordnung wäre auch derart modifizierbar, daß statt des Einsatzes von zwei parallel geschalteten Molekularsiebbehältern 8a, 8b drei oder mehr, je nach Auslegung der Komponenten und Kapazität des Molekularsiebmaterials, zum Einsatz kämen und entsprechend alternierend so betrieben würden, daß jeweils mindestens ein Behälter auf "Adsorbieren" geschaltet ist, während die anderen "desorbiert" werden. Da eine optionale zyklische Erwärmung des Molekularsiebmaterials mit einem erheblichen Energieaufwand verbunden ist, jedoch ein schnelleres Desorbieren ermöglichen würde, sollte die Temperaturdifferenz aus Kostengründen möglichst nicht so groß gewählt werden, also nur etwa 30 K, wenn die Geschwindigkeit der Desorption für den konkreten Verfahrensablauf eine geringe Bedeutung hat, also hinreichend Zeit zur Verfügung steht.

Claims

1. Anordnung zur Anreicherung von Xenon aus einem Gasgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Reihenschaltung von einer Gasgemisch-Quelle über mindestens einen Vorfilter (2, 3) mit einem nachgeschalteten Verdichter (4) ein Ventil (6) folgt, das mit einer Vakuumpumpe (7) verbunden sowie an mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Molekularsiebbehälter (8a, 8b) angeschlossen ist, wobei jeder Molekularsiebbehälter (8a, 8b) nachfolgend über ein zugeordnetes Rückschlagventil (11, 12) mit einem gemeinsamen Hochdruckkompressor (13) verbunden ist, der über eine Leitung mit einem Überdruckventil (14) in einem Edelgasvorratsbehälter (15) endet und wobei das Molekursiebmaterial eine Porengröße aufweist, die der Größe des Xenons entspricht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung gesehen vor dem Hochdruckkompressor (13) eine Rücklaufleitung, bestehend aus Rückschlagventil (17), Strömungsbegrenzer (18) und Druckregler (19), abzweigt die in Strömungsrichtung gesehen vor dem Verdichter (4) an die Reihenschaltung der Anordnung angeschlossen ist und zur Vergleichmäßigung des durch die Molekularsiebbehälter (8a, 8b) geförderten Gasgemisch-Volumenstroms bei zeitlich wechselnden Atemgasvolumenströmen dient.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sauerstoffsensor (5) zwischen Verdichter (4) und Ventil (6) angeordnet ist sowie je ein Sauerstoffsensor (9, 10) zwischen jedem Molekularsiebbehälter (8a, 8b) und zugeordnetem Rückschlagventil (11, 12).

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Molekularsiebmaterial poröses, kristallines Aluminosilikat ist mit einer Porengröße von etwa 5 Ångström.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Rechen- und Steuereinheit mit den Sauerstoffsensoren (5, 9, 10) vor und hinter den Molekurlarsiebbehältern (8a, 8b) sowie mit dem Ventil (6) verbunden ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (6) ein Drehschieberventil ist.

7. Anordnung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffsensoren (5, 9, 10) elektrochemische Sensoren sind.

8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Molekularsiebbehälter (8a, 8b) mit einer Heizung versehen ist.