DE2837592A1

DE2837592A1 - Druckregler zur regelung des druckes von mindestens einem gas in abhaengigkeit des druckes eines anderen gases

Info

Publication number: DE2837592A1
Application number: DE19782837592
Authority: DE
Inventors: Einer Eriksson; Johannes Jensen; Joergen S Lundsgaard
Original assignee: Innoventa ApS
Current assignee: Innoventa ApS
Priority date: 1977-08-30
Filing date: 1978-08-29
Publication date: 1979-03-08
Also published as: US4254790A; JPS54129269A; DK140079C; DK384977A; DK140079B

Description

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a ApS, Brobygaardsvej 3λ, 5 230 Oder.se M, DS.nema.rV.

Druckregler zur Regelung des Druckes von mindestens einerr. Gas in Abhängigkeit des Druckes eines anderen Gases.

Die Erfindung betrifft einen Druckregler zur Regelur...

des Druckes von mindestens einem Gas in Abhängigkeit des Druckes eine; anderen Gases umfassend eine Bezugsdruckkammer, in welcher der Zruok. eins teilbar ist, und mindestens eine Regeikammer, durch die das zu regelnde Gas hindurchgeführt wird, und die durch ein mit einem unter Federvorspannung stehenden in der Gas zuführung der Rege!kammer angeordneten Regelventil verbundenes Membransystem von der Bezugsdruckka. mer getrennt ist.

Es ist ein Druckregler dieser Ar\_ bekannt,, bei dem.

das eir.e Gas über einen herkömmlicnen Druckregler in die Bezugskarrcie." geführt wird,, und der sich in der Bezugskammer einstellende Druck εΐ'.ί entsprechende Regelung des Druckes des anderen der Regelkammer zugeführten Gases bewirkt. Bei Änderung des Druckes m der Bezugskamr.er ergibt sicn eine entsprechend grosse Änderung des Druckes des anderen Gases, wobei ein gleichbleibender im wesentlichen durch die elastiscnen Kräfte des Membransystems und der Fedarvorspannung des Regelventil gegebener Druckunterschied zwischen den beiden Gasen aufrechterhalten wird.

Eine derartige Regelung mit gleichbleibendem Druckunterschied ergibt ein variierendes Verhältnis der Drücke, wenn diese geändert werden, was jedoch für die meisten Anwendungszwecke unerwünscht ist, und deshalb oft durch verschiedenen Massnahir.en zu vermeiden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ?ro-

porticnalregelung des Druckes von einem oder mehreren Gasen in Abhängigkeit des Druckes eines anderen Gases d.h. eine solche gleichzeitige Regelung der Drücke zu schaffen, dass cei Änderung der Drücke das Verhältnis der Drücke im wesentlichen konstant bleibt.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgo;;."J.ss dacu_jii ge^öse,

dass das Membransystem bzw. mindestens das eins der Membransysteme aus zwei derart miteinander festverbundenen Membrane mit einem vorgegebenen Grössenverhäitnis ihrer Oberflächen zueinander besceht, dass die Kraft von der einen Membran auf die andere übertragen wird.

Solange die elastischen Kräfte der Regelventilfedern

und Membranen und der Druckunterschied über die Ventile relativ klein gegenüber der Gasdrücken sind, wird durch die Erfindung erzielt, dass der Druck in der Regelkammer bzw. den Regelkammern im wesentlichen proportional zum Bezugsdruck variiert, weil das Produkt von Membran- . fläche und Gasdruck auf der einen Seite des Membransystems und das Produkt von Membranflache und Gasdruck auf der anderen Seire des Membransysteir.s als gleich gross angesehen werden können. Sind zwei oder mehrere Regeikammern vorgesehen, die je durch ein eigenes Membransystem von der Bezugskammer getrennt sind, wird wie anhand eines Beispieles noch näher zu erläutern ist, durch gleichartige Regelung beider oder sämtlicher Gasdrücke über Regelkammern mittels derselben Be-zugskammer und desselben Bezugsdruckes erzielt, dass die von den elastischen Kräften der Regelventilfedern und Membranen und dem Druckunterschied über die Ventile bewirkte Einwirkung auf die Drücke in wesentlichen von gleicher Grosse sein wird, und das Verhältnis der Austrittsdrücke der Regelkammern deshalb in einem Bereich annähernd nur vom Verhältnis der Membranflachen zueinander abhängt.

Um bei Verwendung von zwei Regeikammern eine bessere

Annäherung zwischen dem Verhältnis der Drücke und dem Verhältnis der Membranflachen zu erzielen, können die der Bezugskammer zugewandten Oberflächen der Membransysteme erfindungsgemäss von gleicher Grosse sein.

Eine weitere Annäherung kann erfindungsgemäss dadurch

erzielt werden, dass die Vorspannung der Regelventile einstellbar ist. Dadurch wird ermöglicht, die erwähnten elastischen Kräfte völlig auszugleichen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer in der

Zeichnung teils schematisch und teils im Schnitt dargestellten Ausführungsform eines zur gleichzeitigen Regelung von zwei Gasdrücken vorgesehenen Druckreglers näher erläutert.

Der in der Zeichnung dargestellte Regler besteht aus einer zentralen Bezugskammer 1, in welcher der Druck durch einen her-

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kömmiichen Druckregler 2 mit Entlüftungsventil (.'licht gezeigt) geregelt wird. Die Bezugskammer weist keine Austrittsleitung auf, weshalb das Entlüftungsventil erforderlich ist, um den Druck mindern zu können. Beidseitig der Bezugs kammer 1 ist ein Meir.br ans y stiem 3 bzw. 4 befestigt. Jedes Membransystem besteht in der dargestellten Ausführungsform aus zwei Membranen 5,6 bzw. 8,9 aus einem elastischen Material wie Gummi, die jeweils an einer Seite eines Membrankorpers 7 bzw. 10 aus einem beliebigen Material befestigt sind, so dass sich jedes der Membransysterne als eine Einheit bewegt. Die Membransysterne sind über Verbindungsstangen 11 und 12 mit Ventilen 13 und 14 in ausserhaii der Membransysteme 3 bzw. 4 gelegenen Regelkammern 15 und 16 verbunder-. Die Regelkammern 15 bzw. 16 v/eisen Gas Zutrittsleitungen 17 bzw. 18 und Gasaustrittsleitungen 19 bzw. 20 auf. Jedes Regelventil 13 und 14 besteht wie ersichtlich aus einem mit dem Meineransystarn verbundenen Ventilkörper, der durch eine Feder 21 bzw. 22 an einen Ventilsitz gepresst wird. Eine Einstellschraube 23 dient zur Einsteilung aer Vorspannung der Feder 22. Falls erwünscht kann natürlich auch die Feder 21 mit einer Einstellschraube versehen werden.

Jede Regelkammer 15 bzw. 16 ist durch eine Wand 24

bzw. 25 in eine Eintrittskammer und eine Austrittskaiamer unterteilt, die mit der Zutritts- bzw. Austrittsleitung in Verbindung stehen. Die Bezugskammer ist in der dargestellten Ausführungsform mit der Zutrittsleitung 18 verbunden, aber kann auch mit einer besonderen Druckquell, a verbunden sein.

Die Membransysteme 3 und 4 sind in die die Regelkammern 15, 16 von der Bezugskammer trennende Wände 26 eingesetzt, wobei die einzelnen Membranen an diesen Wänden derart befestigt sind, dass zwischen den Membranen Hohlräume gebildet werden, die sich rund ur.~. die Membrankörper 7 und 10 erstrecken und durch in den Wänden vorgesehene öffnungen 28 und 29 in die Umgebung entlüftet werden. Die Membranen 5,6 und 8 sind in der gezeigten Ausführungsform von gleicher Grosse, während die Membrane 9 von einer anderen Grosse ist.

Indem der Druck in der Bezugskammer 1 mit P _ und

der Eintrittsdruck und der Austrittsdruck der Regelkammer 15 mit P₁ bzw. P₂ bezeichnet werden, kann für das Membransystem 3 und die Regeikammer 15 folgende Gleichung

^Pref * A = P₂ · A + (P₁ - P₂) · a + F_s]_ (1)

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aufgestellt werden, worin A die wirksame Fläche acr beide.:. &;^_;·5λθπ 5 und 6, a die wirksame Fläche des Ventilkörpers 13 und F.,- die gesamten elastischen Kräfte der beiden Membranen und der Ventilfeder 21 bedeuten.

Indem Austrittsdruck und Sintrittsdruck in der Regel- kammer 16 mit P., bzw. P. bezeichnet werden, kann in entsprechender Weise für das Membransystem 4 und die Regelkammer 16 folgende Gleichung

^Pref ' ^A = ^P3 'V^{+ (P}4 " ^P3^} ' ^{a + F}s2 ⁽²⁾

aufgestellt werden, worin A die Fläche der Membrane 8, A„ die wirksame Fläche der Membrane 9 und F ., die gesamten elastischen Kräfte dar Membranen 8 und 9 und der Ventilfeder 22 bedeuten.

Wenn die Eintrittsdrücke P, und P₄ der beiden Gase

relativ niedrig (z.B. niedriger als 4 χ 10 Pa) sind, und die wirksamen Flächen der Ventilkörper klein sind, werden die Ausdrücke (P₁ - _--)■ - · a und (P,, - P-.) · a verschwindend sein. Etwaige geringe Unterschieds zwischen den elastischen Kräften F -, und F ₀ der Membranen und Ventii- -federn können durch Einstellschrauben wie die Schraube 23 beseitigt werden. Die Gleichungen (1) und (2) ergeben dann

(3)

^P2 ^A3

Die Gleichung (3) besagt, dass das Verhältnis der Austrittsdrücke der beiden Gase nur vom Verhältnis der Flächen A und A-, der Membranen . 8 und 9 abhängt. Falls das Verhältnis der Austrittsdrücke geändert werden soll, wird es deshalb nur erforderlich sein, das Verhältnis der Flächen der Membranen 8 und 9 zu ändern.

Obwohl in der vorstehenden Beschreibung davon ausgegangen wurde, dass die Membranen 5 und 6 gleich gross und von gleicher Flächengrösse wie die Membrane 8 sind, is ζ es einleuchtend, dass sie auch von unterschiedlicher Grosse sein können, wodurch noch immer ein annähernd konstantes Verhältnis der Austri^tsdrücxe der beiden Gase zueinander erzielt wird, wobei dieses Verhältnis natürlich auch dann vom Flachenverhaltnis der Membranen des Membransystems 3 anhängt. Wenn die Membranen eines Membransystems von gleicher Grosse sind, wie es bei den Membranen 5 und 6 der Fall ist, können diese natürlich auch durch eine einzige Membrane ersetzt werden.

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Obwohl im Vorstehenden ein Regler mit zw.^ Re^eI--

kammern 15 und 16 beschrieben wurde, ^r.vird es einleuchtend iein, dass weitere Regelkammern mit zugehörigen Merabransyste.-.eri mit cer Bszugskammer 1 verbunden v/erden können, v/ob ei diese dann mit eir.sr passend; polygonalen Form ausgeführt wird.

Ein Regler gemäss der vorliegende/. Erfindung ist

sehen zur Versorgung eines digitalen Gasmischers für Anaesthes*zweck: verwendet worden, v/obei die beiden zu vermischenden Gase O₂ und N-O
sind. Das Verhältnis der dynamischen Viskositäten dieser Gase zueinander ist 1/4 bei Raumtemperatur, und die Eintritösdrücke müssen
deshalb in diesem Verhältnis zueinander stehen. Gemäss vorstehender
Gleichung (3) ist dies auch für das Verhältnis uer Flächen der Membra nen 8 und 9 zueinander massgebend. Der benötigte Strom jedes Gases
ist von der Gross enor dnung 10 bis 10 *~ ir.~/sek. In der verwendeten
Ausführungsform hatten die drei Membranen 5,5 und 8 eine Fläche von
2,2 χ 10 ° n;" und die Membrane 9 eine Fläche von 1,6 χ 10 ^J m~. Dies. Flächen entsprechen ganz gut der Gleichung (3), ciwchl die wirksame
Membranflache gewöhnlich kleiner als die körperliche Membranfläche
ist. Durchgeführte Messungen ze-igren, dass es durch den beschriebene: Proporticnaidruckregler möglich ist, eine gesamte Genauigkeit das t-a: tialdruckes der Gase grosser als 99% zu erzielen.

Bei den erwähnten Gasen wird Sauerstoff in die Rege:

kammer 16 und die Bezugskammer 1 geführt, wodurch erzielt wird, dass die Zufuhr von N-O aufhört, wenn der Sauerstoffdruck verschwindet.
Dies ist bei Anaesthesiologie sehr wichtig, weil die Zufuhr von ausschliesslich N-O für den Patienten iebensgefäriich sein kann.

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Claims

η cansprüche:

1. Druckregler zur Regelung des Druckes von

einem Gas in Abhängigkeit äes Druckes eines andarsn Gases, umfassend eine Bezugsdruckkammer (1),in welcher der Druck regelbar ist, und mindestens eine Regelkamr.ier (15,16), durch die das zu regelnde Gas hindurchgeleitet wird, und die durch ein mit einer.! unter Feder/orsp^n nung stehenden in der Gas zuführung der Regelkammer angeordneter. Regel ventil (13,14) verbundenes Membransystesa (3,4) von der Bezugsdruckkam mer getrennt: ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Membransystem bzw.- mindestens das eine (4) der Membransysterr.a aus zwei derart miteinander fest verbundenden Membranen (o,9) mit einem vorgegebenen Grössenverhältnis ihrer Oberflächen zueinander besteht, dass die Kraft von der einen Membrane auf die andere übertragen wird.

2. Druckregler nach Anspruch 1 und mit mindestens

zwei Regelkaivdnern, dadurch g e k e η η ζ e i c h r. ε t, dass die der Bezugskammer zugewandten Oberflächen der Membransysteme (3,4) von. gleicher Grosse sind.

3. Druckregler nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Vorspannung von mindestens einem der Regelventile (14) einstellbar ist.

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