DE2524239A1

DE2524239A1 - Membranstapelanordnung mit reihenzufuehrung

Info

Publication number: DE2524239A1
Application number: DE19752524239
Authority: DE
Inventors: Jonathan Walfrid Hedman
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1974-06-04
Filing date: 1975-05-31
Publication date: 1976-01-02
Also published as: FR2273578A1; IT1038465B; US3979190A; JPS515291A; JPS5838362B2; GB1516391A; FR2273578B1

Description

6 Fran;.;^: .iri/ivicii
Niddastraße 52

30. Mai 1975 WK/es.

3601rl5MD-107

GENERAL ELECTRIC COMPANY

I River Road Schenectadv, N.Y., U.S.A.

Membranstapelanordnung mit Reihenzuführung

Bei der Behandlung von Patienten, die an Atembeschwerden leiden, beispielsweise an einem Emphysem, bei dem die Lungenkapazität eines Patienten stark eingeschränkt ist, ist es allgemein üblich, dem Patienten eine Sauerstoffquelle zur Verfügung zu stellen, Typischerweise erhält -nan diese Sauerstoff Versorgung aus einem Säuerstoffdruckzylinder, der in einem Krankenhaus entfernt von dem Patienten angeordnet sein kann und durch geeignete Leitungen zugeführt werden kann (zentrale Lagerung); es kann auch ein einzelner Zylinder vorgesehen sein, der neben dem Bett des Patienten angebracht ist. Da viele dieser Krankheiten chronisch sind und eine längere Behandlung erfordern, wurden tragbare Sauerstoffzylinder entwickelt, die der Patient zu Hause benutzen kann.

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Obwohl die Verwendung von einzelnen Zylindern für diese Patienten die erforderliche lebenserhaltende Behandlung ermöglicht, ergeben die Zylinder bei der Benutzung im Haushalt mehrere Probleme. Da diese Zylinder Sauerstoff unter hohem Druck (etwa 140 kg/cm²) (2000 U.S. Pfund pro Quadrat zoll) enthalten, bilden sie während ihres Gebrauchs eine ständige Feuer- und Explosionsgefahr. Die einzelnen Zylinder besitzen nur eil begrenztes Fassungsvermögen und müssen daher routinemässig gewartet und ausgetauscht werden. Weiterhin können Leckprobleme auftreten, die in unerwarteter Weise die Füllung eines Zylinders verringern können, so daß dem Patienten nur eine ungenügende Menge des zur Behandlung dienenden Gases verbleibt.

Die atmosphärische Luft enthält etwa 21% Sauerstoff und 7R% Stickstoff und stellt eine unerschöpfliche Sauerstoffquelle dar. Bis in die neueste Zeit fehlte es ,jedoch an einer Technologie zur wirtschaftlichen Gewinnung von Sauerstoff für individuelle Verwendung. Es wurden jedoch ,jetzt Membranen entwickelt, die eine sinnvolle Extraktion von Gasen gestatten.

Die Abtrennung von Gasen durch Verfahren unter Verwendung von Membranen ist bekannt und beruht auf der selektiven Permeabilität (Durchlässigkeit) von bestimmten Materialien. Der Ausdruck "selektive Permeabilität" bedeutet hier, daß ein Gas in einer Mischung durch eine Membran schneller hindurchgeht als ein zweites Gas; dies soll jedoch nicht bedeuten, daß ein Gas unter völligem Ausschluß aller anderen Gase durch die Membran hindurchtritt. Es ergibt sich vielmehr eine verschiedene Durchflußprschwindigkeit durch eine solche permeable Membran für zwei Molekülarten, so daß das Gasgemisch an einer Seite der Membran bezüglich der Konzentration des leichter hindurchtretenden Bestandteils abgereichert und das Gas auf der anderen Seite der Membran bezüglich dieses Bestandteils angereichert wird.

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Die vorliegende Erfindung betrifft die Gasabtrennung mit Hilfe von permeablen Filmen oder Membranen und insbesondere eins tragbare Sauerstoff-Anlage für die Umgebungsluft. die zur Verwendung in einem Krankenhaus und außerhalb desselben geeignet ist, beispielsweise in der Wohnung des Patienten.

Das tragbare Sauerstoffanreicherungsgerät enthält eine Anordnung von selektiv permeablen Membranzellen, die eine hohe Permeabilität für Sauerstoff relativ zu Stickstoff besitzen. Die Membranen können aus verschiedenartigen Materialien bestehen einschließlich Silikongummi und Polyphenylenäther, wobei das letztere Material bevorzugt ist. Die Membranzellen sind parallel beabstandet zueinander in einem Druckgefäß gehaltert. Ein Kompressor liefert einen Strom verdichteter Umgebungsluft an das Druckgefäß.und die Innenräume der Zellen sind über einen Verteilerkopf angeschlossen, um über den Zellmembranen eine Druckdifferenz zu erhalten und das mit Sauerstoff angereicherte Gas abzuziehen, das durch die Membranen durchtritt. Die verdichtete Umgebungsluft wird durch einen Wärmeaustauscher auf einen gesteuerten Teraperaturwert abgekühlt und wird gewaschen oder gereinigt, um bestimmte Verunreinigungen vor der Einleitung in das Druckgefäß zu entfernen, beispielsweise Stickstofία ioxyd.

Die Zellenanordnung ist so aufgebaut, daß man eine Reihenströmung der Umgebungsluft durch dieselbe erhält, so daß ein Teil der Strömung durch die Zelle dringt zur Erzeugung eines mit Sauerstoff angereicherten Gases. Tvpischerweise dringt ein Anteil von etwa 25% der Strömung über die Zellen durch die Zellen durch und ergibt ein Gas, dessen Sauerstoffgehalt auf etwa 40% angereichert ist. Das mit Sauerstoff abgereicherte Gas oder Raffinat strömt an der Zellenanordnung vorbei und wird aus dem Druckgefäß in die Umgebung abgelassen.

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Vorzugsweise wird der Ausgangsstrom von der Zellenanordnung oder der Stapelanordnung in zwei Teilströme aufgeteilt, so daß eine Druckdifferenz zwischen den beiden Teilströmen eingestellt werden kann. Die Druckdifferenz oder das Verhältnis zwischen den beiden Teilströmen dient als Mittel zur Feststellung von Leckstellen. Nachdem das angereicherte Gas durch eine Membran-Überwachungseinrichtung aus der Stapelanordnung austritt, werden die beiden .Teilströme vereinigt, durchsetzen ein Bakterienfilter und treten durch eine Anschlußtülle aus, an der eine Gesichtsmaske oder eine andere Einrichtung für die Inhalation durch den Patienten angeschlossen ist.

Das erfindungsgemäße Sauerstoff-Anreicherungsgerät ist eine Einheit, die mit Sauerstoff angereichertes Gas entsprechend den Erfordernissen des Patienten erzeugt ohne die inhärenten Gefahren von Gaszylindern mit gespeichertem Sauerstoff. Das Anreicherungsgerät ergibt eine Quelle von angereichertem Gas, die lediglich durch die Verfügbarkeit elektrischer Leistung und die Lebensdauer der Bauteile des Gerätes begrenzt ist. Diese Quelle übersteigt bei weitem die Speicherfähigkeit von einzelnen Zylindern.und hierdurch wird die Zuverlässigkeit und die Sicherheit des Gerätes gesteigert und man erhält auch noch eine wirtschaftliche Quelle für Sauerstoff für einen Patienten, der eine langdauernde Behandlung von Atembeschwerden benötigt.

Figur 1 ist ein schematisches Bild und zeigt eine beispielhafte Form eines Membran-Sauerstoffanreicherungsgerätes gemäß der Erfindung.

Figur 2 zeigt ein elektrisches Steuersystem zur Verwendung mit dem Anreicherungsgerät nach Figur 1.

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Figur 3 ist eine schematische Schnittansicht einer Membran-Stapelanordnung mit Reihenströmung, die in einem Druckgefäß enthalten ist, und

Figur 4 ist eine schematische Schnittansicht einer Membran-Stapelanordnung mit Reihenströmung, in welcher das aus dem Stapel austretende Gas in zwei Strömungen aufgeteilt wird.

Die Erfindung kann in den verschiedenartigsten Formen ausgeführt werden; sie ist ,jedoch in den Abbildungen und in der nachstehenden ausführlichen Beschreibung in einer bevorzugten Ausführungsform und Abwandlungen derselben dargestellt. Selbstverständlich stellt die vorliegende Offenbarung nur eine bestimmte Ausführung der Lehre der Erfindung dar und die Erfindung soll nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt sein.

Die Figur 1 zeigt ein Sauerstoff-Anreicherungsrät 10, in dem Umgebungsluft verdichtet und über eine Anordnung von selektiv permeablen Membranen geleitet wird, durch welche Sauerstoff schneller durchdringen kann als Stickstoff und die einen Strom von mit Sauerstoff angereichertem Gas zur Einatmung durch einön Patienten erzeugen. Das Anreicherungsrät 10 enthält ein Gehäuse 12, das aus zwei kastenförmigen Bauteilen zur Bildung eines Luftzufuhrbauteils 12a und eines Durckgefäßbauteils 12b besteht. Diese sind mit Hilfe eines Strömungskanals 12c miteinander in Strömungsmittelverbindung. Ein Einweg-Flatterventil 12d ist im Kanal 12c angeordnet und gestattet eine Aufheizung des Druckgefäßes durch den Luftstrom von den Bauteilen 12a und 12b gemäß der nachstehenden Beschreibung.

Der Luftzufuhrbauteil 12a bildet eine Einlaßöffnung 14 für die Umgebungsluft und eine öffnung 16 für die heiße Abluft. Das

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Innere des Bauteils 12a ist in drei Kammern oder Zonen aufgeteilt einschließlich einer Kaltluftzone IR, einer Einlaßzone 20, die von der Zone 18 durch eine Trennwand 22 getrennt ist, die ■ bei 24 eine Öffnung zur Herstellung eines Strömungsweges zwischen den beiden Zonen besitzt, und einer Auslaßkammer 26. Die Kammer 26 ist von der Kammer 20 mit Hilfe einer Trennwand 28 abgeteilt, die noch einen ,Luftdurchlaß 30 zwischen den Kammern bildet. Die Umgebungsluft wird mit Hilfe eines Gebläses 32 durch den Luftzufuhrbauteil 12a gezogen, das in diesem Bauteil und vorzugsweise in dem Luftdurchlaß 30 angebracht ist.

Ein Verdichter 34 ist in der Kammer 20 angeordnet und dient zur Erzeugung eines Stroms verdichteter Luft für das Anreicherungsgerät. Er zieht Luft durch den Einlaßschalldämpfer 36 aus der durch den Luftzufuhrbauteil umlaufenden Umgebungsluft. Der Einlaßschalldämpfer 36 und das Luftzufuhrgehäuse 12a sind so gestaltet daß der durch den Verdichtereinlaß erzeugte Geräuschpegel abgedämpft wird, vorzugsweise auf weniger als 50 Dezibel, da das Anreicherungsgerät auch zur Verwendung in einer Wohnung und in unmittelbarer Nähe des Patienten gedacht ist. Neben der Funktion der Luftzufuhr zujn Verdichter ergibt die durch den Luftzufuhrbauteil umlaufende Luft auch noch eine Quelle von Kühlluft für den Verdichter. Es ist zu beachten, daß anstelle des getrennten Gebläses 32 ein Verdichter verwendet werden kann, bei dem auf dem Rotor ein Gebläserad befestigt ist, und auf diese Weise kann ebenfalls die Luft zum Umlauf durch den Bauteil gebracht werden.■

Der Verdichter 34 ist so ausgelegt daß er eine Strömungsmenge von etwa 42,5 . 10"³ bis 4R,1 . 10"³ Normal m³/Minute (1,5 bis 1,7 Normal-Kubikfuß pro Minute) bei einem Druck von etwa 12,3 kg/cm² <17f psig)liefert. Wie noch nachstehend erörtert, sind die Membranzellen so ausgelegt, daß sie etwa 8 Liter pro

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Minute des angereicherten Gases bei einem Betrieb bei etwa 3P C (95°F) abgeben, wobei das Gps etwa 40% Sauerstoff enthält. Zur Abführung der Verdichtungswärme aus der verdichteten Luft wird die verdichtete Luft gegen einen mit Luftleitblechen ausgestatteten Wärmeaustauscher 40 gerichtet, der in der Kaltluftkammer 18 angeordnet ist, so dnß die durch die Öffnung 14 eintretende Luft vor dem Eintritt in die Kammer 20 unmittelbar über den Wärmeaustauscher strömt. Der Wärmeaustauscher 40 senkt daher die Temperatur der verdichteten Luft auf eine Temperatur innerhalb eines Bereichs von wenigen Graden um die Umgebungstemperatur ab, beispielsweise innerhalb etwa 2,7°C (F⁰F) zur Umgebungstemperatur, und kondensiert auch noch Wasserdampf, der in der verdichteten Luft vorhanden ist. Nach der Abkühlung fließt die verdichtete Luft durch ein Sperrventil 42 zu einem Wasserdampfabscheider 44, in dem das Kondensat aus der verdichteten Luft entfernt und dann in der Falle des Abscheiders so lange gehalten wird, bis ein Schwimmer 46 angehoben wird und das Kondensat zur Verdampfung abgegeben wird ,wie dies noch nachstehend beschrieben wird.

Nachdem das Kondensat aus der verdichteten Luft abgetrennt wurde, strömt die Luft durch eine Wasch- oder Reinigungseinrichtung 48, die Stickstoffdioxvd entfernt. Schwefeldioxyd und andere chemisch aktive Verunreinigungen werden durch Reaktion mit den Oberflächen des Drucksvstems oder mit dem Kondensat entfernt, bevor sie die Wascheinrichtung erreichen. Die verdichtete Luft wird dann durch ein Sperrventil Fl und ein Druckentlastungsventil 52 in der Leitung F3 zu einem Druckgefäß 50 geleitet.

Die Figur 3 zeigt eine Membran-Stapelanordnung 60, die in dem Druckgefäß 50 angeordnet ist. Das Druckgefäß enthält einen allgemein U-förmigen Kammerteil FOa und einen Deckelteil 50b, der mit Hilfe einer Dichtung 5? und einer geeigneten (nicht gezeigten) Verklammerung abgedichtet mit dem Teil FOa verbunden ist.

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Zur Klarheit der Darstellung enthält der Stapel 60 nur zwei Membranzellen 61 und 62. Jede Zelle enthält ein allgemein rechteckförmiges Substrat 64. Auf den Hauptoberflächen .jedes Substrats sind selektiv permeable Membranen 66 angebracht, die auch noch ein poröses hinterlegtes Stützmfiterial (backing material) enthalten können. Die Membranen 66 sind ebenfalls rechteckförmig, sie besitzen jedoch kleinere Abmessungen als das Substrat 64, um einen freiliegenden R ndteil des Substrats zu erhalten, wenn die Membranen an demselben durch ein Klebeband 68 oder andere geeignete Einrichtungen angebracht werden, das über dem Randteil der Membran und den freiliegenden Teilen des Substrats liegt. Jedes Substrat bildet einen mittleren Kanal 70, der quer zwischen den Hauptoberflächen verläuft, so daß angereichertes Gas daraus von der Grenzschicht zwischen den Membranen und dem Substrat abgezogen werden kann. Ein Rohr 72 ist in einer Bohrung oder einer Nut in /jedem Substrat gehaltert und erstreckt sich vom Kanal 70 aus nach oben. Jedes Rohr 72 ist durch eine Kupplung 78 mit einem Anschlußnippel 74 verbunden, der von einem gemeinsamen VerteilerstücR*äbsteht. In dieser Weise wird das mit Sauerstoff angereicherte Gas in dem Verteiler 76 gesammelt und über die Leitung RO, Figur 3 dem Steuersystem zugeleitet, das noch nachstehed beschrieben wird.

Die Membranzellen 61 und 62 sind abgedichtet im Eingriff mit zwei Endplptten 82 und 84 mit Hilfe von Dichtungen 86, welche den Rand jeder Zelle umschließen. Die Endplatten 82 und 84 und die Zellen 6t und 62 v/erden durch Verklammerungseinrichtungen in abdichtendem Eingriff mit den Dichtungen gehalten, beispielsweise durch Schrauben (nicht gezeigt). Die Endplatte 82 enthält benachbart zum oberen Ende der Stapelanordnung eine Lufteinlaßöffnung 82fi, durch welche verdichtete Luft in die Stapelanordnung eintritt. Das Substrat 64 der Zelle 61 enthält eine Strömungsöffnung 01a an seinem unteren Ende, so daß die von dem Druckgefäß in die öffnung 82a eintretende Luft nach unten entlang

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der linken Membran 66 der Zelle 6t durch die Öffnung 61a und nach oben zwischen den Zellen 61 und 62 strömt. Das Substrat der Zelle 62 enthält auch noch eine Strömungsöffnung 62a am oberen Ende derselben, um eine Querströmungsöffnung für verdichtete Luft zu schaffen, die nach unten entlang der rechten Membran der Zelle 62 strömt. Die Endplatte R4 enthält eine Auslaßöffnung 84a am unteren .Ende derselben, durch welche die an Sauerstoff abgereicherte Luft oder das Raffinat zu einer Auslaßleitung 90 strömt, welche dann durch das Druckgefäß 50 zur Überwachung des Druckes und zur Auslaßöffnung führt, wie dies noch nachstehend beschrieben ist.

Die Membran 66 kann aus verschiedensten Materialien bestehen einschließlich Silikongummi und Polyphenylenäther. Die Membranen selbst können durch an sich bekannte Verfahren hergestellt werden. Da die vorliegende Erfindung zur Verwendung zur Schaffung einer Quelle von angereichertem Sauerstoff für die Inhalationstherapie gedacht ist, sollte das mit Sauerstoff angereicherte Gas 40% Sauerstoff enthalten. Für diesen Anreicherungsgrad werden Membranen aus Polyphenylenäther bevorzugt. Vorzugsweise besitzt jede Membranzelle eine Permeationsdicke in der Größenordnung von 1 Mikron (10.000 Angstrom) oder darunter.

Die Membran-Stapelanordnung 60 ergibt eine Reihenströmung über die Membranzellen 61 und 62. Es sind vorstehend nur zwei Zellen abgebildet. Es können ,jedoch eine Vielzahl von Zellen wie in der Darstellung nach Figur 4 verwendet werden, wobei dann Zellen eines Tvps entsprechend Zelle 61 mit Zellen entsprechenden Zelle 62 abwechseln, um eine Membran-Stapelanordnung mit einer Vielzahl von Reihenströmungen zu schaffen.

Es wurde als erwünscht gefunden, die Stapelanordnung zu überwachen und festzustellen, ob ein Leck durch die Zellen aufgetreten ist. Zu diesem Zweck wird die Stapelanordnung 100 gemäß

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Figur 4 in der Ausführungsform des Geräts nach Figur 1 bevorzugt. Der Stapel 100 enthält zwei Gruppen von Zellen entspre- " chend den Zellen 61 und 62. Der Stapel 100 ist in seinem Aufbau ähnlich der Stapelanordnung 60 mit der Ausnahme, d?ß die Abluftrohre 72 von jeder Zellengruppe mit getrennten Verteilern verbunden sind, um zwei Auslaßströmungen zu erhalten, welche durch die Leitungen 101 und 102 abgezogen werden, so daß dann die Arbeitsweise der Stapelanordnung überwacht werden kann wie noch nachstehend erläutert.

Obwohl die Membranzellen 6t und 62 als eben und rechteckförmig dargestellt sind, können auch andere Formen einschließlich zylindrischer und kreisrunder Zellen benutzt werden. Weiterhin kann der Membranstapel mit Reihenströmung entweder mit aufgespaltener Strömung oder gemeinsamer Strömung auch in Vakuumextraktionssystemen verwendet werden.

Es wird nachstehend Bezug genommen auf die Figur 1. Der Druck des Systems wird durch ein einstellbares Ventil 110 gesteuert, das in der Abgasleitung 90 angeordnet ist. Das Ventil HO kann ein Nadelventil, ein Entlastungsventil oder irgendein anderer Ventiltyp mit einer einstellbaren Drosselstelle sein. Bei einer festen Temperatur ist der Durchsatz an angereicherter Luft von dem Membranstapel direkt proportional der Druckdifferenz über den Membranen. Durch Einstellung des Ventils HO kann der Druck des Systems"gesteuert und auf einem Druckmesser 118 überwacht werden. Auf diese Weise kann die Strömung des angereicherten Gases verändert werden.

Es wurde gefunden, daß der Stapel mit Sauerstoff angereichertes Gas mit 40% Sauerstoff und einer Durchflußgeschwindigkeit von R Liter pro Minute bei einem Betrieb mit verdichteter Luft bei etwa 3F°C (9P^) und einem Druck von etwa 12,3 kg/cm (17F U.S. Pfund pro Quadratzoll) mit einer Luftzufuhr von 28 Liter pro Minute zum Membranstapel liefert. Diese Anreicherung führt dazu, daß in dem Abgas (Raffinat) etwa 13% Sauerstoff enthalten

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Die Abgasströmung wird durch ein Druckmeßinstrument und einen pneumatischen Schalter 112 überwacht, der stromaufwärts von einer Drosselstelle 114 in der Leitung 90 angeordnet ist. Wenn der Druck in der Leitung 90 unter dem Betriebsbereich der Stapel· a-nordnung absinkt, dann wird ein nachstehend mit größeren Einzelheiten erläuterter elektropneumatischer Schalter 112 ein Warnsystem betätigen. Wenn der Druck in der Abgasleitung 90 vorübergehend ansteigt, dann ist ein Druckentlastungsventil vorgesehen und bewirkt eine Druckentlastung der Leitung.

Das Abgas wird durch die Leitung 90 zu einem Abgasschalldämpfer 120 geführt, der in der Abgaskammer (Auslaßkammer) 26 angeordnet ist, so daß die an Sauerstoff abgereicherte Luft mit Umgebungsluft vermischt und durch die öffnung 16 in die Atmosphäre abgegeben wird. Das Kondensat vom Abscheider 44 wird in diese Abgasleitung geleitet und mit dem Abgasstrom zu einer Wasserverdampfungseinrichtung 12t geführt, die in der Abgaskammer 26 ungeordnet ist, so daß das Wasser mit dem Auslaß des Abgases durch den Sch?11 dämpfer 120 in die Atmosphäre verdampft wird.

Die aufgeteilte ausgangsseitige Strömung des an Sauerstoff angereicherten Gases in den Leitungen 101 und 102 dient als Leckdetektor für die Stapelanordnung durch Überwachung des StrömungsVerhältnisses der beiden Gruppen von Membranzellen. Die Feststellung eines Lecks wird dadurch erreicht, daß die Druckabfälle über den beiden Drosselstellen 122 und 123 verglichen werden. Die Drosselstelle 122 ist eine feste Drosselstelle für den Stapel und die Drosselstelle 123 ist eine einstellbare Drosselstelle, die zunächst gemäß der richtigen Arbeitsweise der Stapelanordnung mit der Drosselstelle 122 abgeglichen wird. Neben der Überwachung des Druckabfallverhältnisses zwischen den Drosseis teilen 122 und 123 wird die auf-

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gespaltene Ausgangsströmung der Stoppanordnung auch noch dazu benutzt, die Strömungsgeschwindigkeit des mit Sauerstoff angereicherten Gnses zu messen.

Wie dargestellt, umfaßt der Monitor für die Membran-Stapelanordnung ein Manometer 124 mit zwei Schenkeln, das einen Vorratsbehälter 126 mit variablem Fassungsvermögen besitzt (d.h. eine Balganordnung), so daß das Manometer als Kombination eines Differenzdruckmessers und eines Gesamtdruckmessers arbeiten kann. Der Vorratsbehälter 126 mit variablem Fassungsvermögen enthält eine Flüssigkeit 128, welche dem Druck in den Schenkeln des Manometers ausgesetzt ist und sich in denselben bewegt, um eine Sichtanzeige des Drucks und der Strömungsmenge zu er halten. Der Flüssigkeitspegel 128 wird mit Hilfe einer Einstellschraube 129 auf einen Nullpunkt gesetzt. Das Balgteil 126 wird durch eine Feder 130 so vorgespannt, daß sich der Vorratsbehälter in seinem Volumen gemäß dem Gesamtdruck in den Manometerschenkeln ausdehnen kann, die in Strömungsmittelverbindung mit den Leitungen 122 bzw. 123 stehen.

Wenn die Drucke in den Schenkeln 101 und 102 gleich groß sind, dann wird der Flüssigkeitspegel gemäß der nachstehenden Gleichung herabgedrückt:

. _ It. D⁴

Δ ^h - o"

Darin bedeuten: D = Durchmesser des Vorratsbehälters

d = Rohrdurchmesser
P = Druck
R = Federkonstante

£i h = Strecke, um die die Flüssigkeit herabgedrückt wird.

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Ungleiche Drucke in den Leitungen 101 und 102 werden eine Differenz des Flüssigkeitsstandes in den Schenkeln des Manometers ergeben^ und der mittlere Wert für diese Abwärtsverschiebung ist ein Maß des Gesamtdruckes.

Neben der Verwendung eines Manometers ist auch noch ein Strömungsmesser 130 vorgesehen, um die Durchflußgeschwindigkeit in einem Zweig des aufgespalteten Stapels zu ermitteln, die proportional der Gesamtströmungsmenge ist. Die Leitungen 101 und 102 sind mit einer einzigen Strömi; «gsleitung 132 verbunden und durch ein Bakterienfilter 134 zu einer Schlauchanschlußtülle geführt, an der ein Schlauch und eine zugehörige Inhalationsmaske befestigt werden können. Auf diese Weise wird das an Sauerstoff angereicherte Gas einem Patienten zugeführt. Um die Auswirkungen von in die Ausgangsleitung 132 eingebrachten Schwankungen des Staudrucks auf ein Minimum zu bringen, wie sie beispielsweise durch Husten des Patienten in die Gesichtsmaske bewirkt werden können, bildet eine Leitung 127 eine Verbindung zwischen der Leitung 132 und der äußeren dehnbaren Begrenzung des Vorratsbehälters 126, um das Manometer während solcher Zeiträume auszugleichen, so daß die mittlere Flüssigkeitshöhe relativ unbeeinflußt bleibt.

Die Figur 2 zeigt die elektrische Schaltung für ein Anreicherungsgerät 10. Die elektrische Eingangsleistung zu dem Anreicherungsgerät wird durch den Schalter 2OO gesteuert, der beide Seiten der Leitung 201 unterbricht, die durch einen Schaltungsunterbrecher 203 mit dem Anschlußkasten 202 und mit einer Warnleitung 204 verbunden sind. Das Anreicherungsgerät 10 ist mit einem hörbaren und sichtbaren Warnsystem ausgestattet, das ein hörbares Warnsignal 205 und ein Warnlicht 206 enthält. Der Schalter 208 in der Leitung 204 wird dazu benutzt, die Warnschaltung nach dem Schließen des Hauptschalters 200 zu überprüfen.

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Die Hör- und Sichtwarneinrichtungen erhalten ihre Leistung über einen Transformator und Ladeteil 210. Wenn der Schalter 200 ' geschlossen ist, ladet der Transformator eine Batterie 212, die im Falle eines Leistungsausfalls Reserveleistung an die Warn·- leitung 204 abgibt. Der Warnkreis kann auch durch den Monitor des Verdichters betätigt werden, wenn der Druck in der Abgasleitung 90 unter den festgelegten Wert absinkt. Wenn das Anreicherungsger ät in Betrieb genommen wird, dann wird der Schalter 112 geschlossen und das Warnlicht 206 betätigt. Es wird .jedoch ein Schalter 216 geöffnet, der in Reihe mit dem Schalter 112 liegt_; xmti daher ^wird zunächst das Hör-Warnsignal 2O5 nicht betätigt. Ein thermischer Schalter 216 ist an dem Luftzufuhr-Bauteil 12a befestigt. Unter normalen Betriebsbedingungen öffnet sich der Schalter 112_; bevor sich der Schalter schließt, so daß das Hör-Warnsignal nicht betätigt wird, und das Sicht-Warnsignal wird abgeschaltet mit dem Ansteigen des Druckes in der Abgas- oder Raffinatleitung. Wenn der Abgasstrom gering ist, dann schließt sich der Schalter 112 und beide Warneinrichtungen 2OP und 206 werden eingeschaltet. Im Falle eines Netzausfalls werden beide Warneinrichtungen 2OF und 206 eingeschaltet, sobald sich der Schalter 112 schließt. Mit dem Abkühlen der Einheit öffnet sich jedoch der Schalter 216 und das Hör-Warnsignal 205 wird beendet, während das Sicht-Warnsignal weiterhin eingeschaltet bleibt. Zur Beleuchtung des Manometers 124 ist noch eine Lampe 220 vorgesehen.

Ein Platterventil 12d wird durch einen normalerweise geschlossenen thermischen Schalter und eine Magnetspule 222 gesteuert. Wenn die Temperatur des Stapels über den durch die Konstruktion festgelegten Punkt ansteigt, dann wird das Ventil 12d geschlossen, um eine weitere Erhitzung zu vermeiden. Wenn sich der Stapel auf eine Temperatur unterhalb der Umschalttemperatür des Schalters abkühlt, dann wird das Ventil von der Kammer 12b in die Kammer 12a geöffnet.

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ein
Vorstehend wurde in/unter Druck betriebenes Sauerstoffanreicherungsgerät beschrieben, an dem vom Fachmann ohne Verlassen der Lehre der Erfindung Änderungen vorgenommen werden können. Die bevorzugte Ausführungsform ist tragbar und kann mit Rollen ausgestattet werden, so daß sie in der Wohnung eines Patienten von Zimmer zu Zimmer gerollt werden kann. Obwohl das vorstehend beschriebene Anreicherungsgerät ein Druckgefäß enthält, sind das Druckgefäß und der Membranstapel in Leichtgewichtsausführung ausgeführt, so daß die gesamte Einheit im vollständig zusammengebauten Zustand weniger als 3FO Pfund wiegt und ohne Änderungen durch die meisten Hausnetze betrieben werden kann.

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Claims

Pa tent η nsprüche

1.) Anlage zur Herstellung eines mit Sauerstoff angereicherten Gases aus der Atmosphärenluft, d «τ durch gekennzeichnet , daß sie umfaßt:

erste und zweite Gruppen von selektiv permeablen Membranzellen (61, 62), wobei die Zellen zum Durchdringen von Sauerstoff mit einer größeren Geschwindigkeit als Stickstoff eingerichtet sind, jede der Zellen (61, 62) ein tragendes Substrat (64) enthält, auf dem auf entgegengesetzten Oberflächen selektiv permeable Membranen (66) angebracht sind, das Substrat (64) Durchlaßkanäle (70) zum Abziehen des angereicherten Gases aus der Trennfläche zwischen Membran (66) und Substrat (64) enthält, sowie Einrichtungen zur Halterung der Zellen parallel und beabstandet zueinander wobei die erste Gruppe von Zellen (61) mit der zweiten Gruppe von Zellen (62) abwechselt und die erste Gruppe von Zellen einen Strömungskana1 an einem Ende derselben und die zweite Gruppe von Zellen einen Strömungskanal am entgegengesetzten Ende derselben bildet und die Z eilen einen Reihenströtnungsveg durch die Zellen bilden.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Abziehen des Gases zur Zuführung des angereicherten Gases zu einem gemeinsamen Verteiler (76) angeordnet ist.

3, Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Halterung und Abdichtung eine Vielzahl von Dichtungsteilen (86) enthält,

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deren Form dem Rand der Zellen (61, 62) entspricht, wobei /jede der Zellen zwischen einem Paar von Dichtungsteilen angeordnet ist, sowie zwei Endplatten (R2, R4), von denen ,jede Platte an einem äußeren Dichtungsteil anliegend angeordnet ist, und eine der Platten (P.2) Einlaßöffnungen (R2a) für den Eintritt des Gases in die Zellen und die andere Platte (R4) eine Absaugöffnung (R4a) bildet zur Herstellung eines G.-'.sstroms durch die Anordnung.

Anlage nach Anspruch Π, dadurch gekennzeichnet , daß sie weiterhin ein Druckgefäß (FO) zur Aufnahme der Zellen (61, 62) und Haltungseinrichtungen besitzt, das noch Einrichtungen zur Aufnahme verdichte-

ter Luft von einer Quelle für das von den Zellen anzureichernde Gas besitzt.

F. Anlage nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet daß die Zellen (61, 62) allgemein rechteckförmig sind.

6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen zur Anreicherung von Gas mit einem Gehalt von etwa 4Q% Sauerstoff eingerichtet sind

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Membranen (66) aus Polyphenylenäthor bestehen.

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- 4g -

R. Anlage zur Erzeugung eines nit Sauerstoff angereicherten Gases aus Umgebungsluft, dadurch gekennzeichnet , daß sie umfaßt:

eine Anordnung (60) von Zellen (61, 62) mit selektiv permeabler Membran nus Pol^phenvlenäther wobei die Zellen (61, 62) Sauerstoff mit einer größeren Geschwindigkeit als Stickstoff durchlassen ein Druckgefäß (Γ0) zur Aufnahme verdichteter Luft von einer Quelle, eine Einrichtung zur Halterung der Zellen par?11 el und beabstandet zueinander in dem Druckgefäß (FO) einschließlich einer Vielzahl von Dichtungsteilen (Π6), die anliegend und abdichtend η η den Randteilen jeder Zelle (61, 62) angebracht sind und Endplatten (32, PA), die abdichtend mit den äußeren Dichtunp-steilen angebracht sind, wobei die Endplrtten (°2, H4) und die Zellen (61, 62) jeweils eine Strömungsöffnung (82a, 84a) durch dieselben bilden und diese Strömungsöffnungen an abwechselnden Enden derselben zur Bildung eines Reihenströmungsweges durch die Zellen angeordnet sind, sowie Einrichtungen zum Abzug von an Sauerstoff abgereicherter Luft vom stromabwärts gelegenen Ende dieses Reihenströmungsweges .

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