DE3135455A1

DE3135455A1 - Gasmischvorrichtung

Info

Publication number: DE3135455A1
Application number: DE19813135455
Authority: DE
Inventors: Marcel Dipl.-Ing. 1180 Wien Baum; Horst Dipl.-Phys. Dr. 2407 Bad Schwartau Frankenberger; Eric Dr. 2400 Lübeck Schwanbom
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1981-09-08
Filing date: 1981-09-08
Publication date: 1983-04-21
Also published as: DE3135455C2

Description

Gasmischvorr ichtung
Die Erfindung betrifft eine Gasmischvorrichtung mit einstellbaren Gemischanteilen der über Komponentenzuleitungen zugeführten Gase, bei der der Anteil einer Gaskomponente durch eine Drosselstelle mit konstantem Vor- und Hinterdruck nach der Zeitdauer der Gasströmung bestimmt ist und bei der das Mischgas in einem Pufferbehälter gespeichert wird.
Eine Gasmischvorrichtung der eingangs benannten Art ist in der DE-PS 25 53 165 beschrieben. Dabei werden die beiden Gaskomponenten über einen Hinterdruckregler und eine zugeordnete verstellbare Drossel einem gemeinsamen Vordruckregler zugeführt, welcher in der Mischgasleitung einen konstanten Druck aufrecht erhält. Die Hinterdruckregler sind als steuerbare Auf-Zu-Ventile ausgebildet, die gemeinsam durch eine Steuerleitung in Abhängigkeit vom Druck in der Mischgasleitung angesteuert werden. Durch Verstellung der Drosseln in den Komponentenleitungen ist das Mischungsverhältnis zwar stufenlos einstellbar, jedoch wird im allgemeinen nicht die für spezielle Meßzwecke der Lungenfunktionsdiagnostik erforderliche Genauigkeit erreicht.
Aus der DE-OS 28 31 856 ist die Herstellung einer einstellbaren Mischung durch impulsweise Zufuhr von Gasen über von einem Steuergerät nach einem eingestellten Zeitraster elektrisch gesteuerte Schaltventile bekannt. Die Dosierung erfolgt durch die Ventile, wobei die Druckverhältnisse vor und hinter den Ventilen durch Druckwandler gemessen und als elektrische Signale in einen Rechenteil der Steuervorrichtung eingegeben werden. Dies bedingt einen erheblichen elektronischen Aufwand.
Zum Stande der Technik gehört ferner eine Gasmischvorrichtung aus der DE-OS 29 26 766 mit umschaltbarer vorgewählter 1. und 2. Gasmischung, welche so aufgebaut ist, daß einem bekannten Gasmischer eine Zeitschaltung vorgeschaltet wird, die, ohne in die Zuführung des 1. Mischgases einzugreifen, mittels eines von einem Zeitschalter gesteuerten 3/2-Wege-Magnetventils die Zuführung des 2. Mischgases ändert.
Dadurch lassen sich zwei verschiedene Gasmischungen mit gleicher Mischgenauigkeit herstellen.
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Gasmischvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Mischgenauigkeit für die exakte Bestimmung von Lungenfunktionswerten hinreicht. Dies trifft insbesondere die inspiratorische 02-Konzentration, die beispielsweise für die Bestimmung des Sauerstoff-Diffusionsgradienten mit einem Anteilfehler von weniger als 0,5 % bekannt sein muß.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt bei einer Gasmischvorrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch, daß in der Zuleitung zum Pufferbehälter eine für die Komponenten gemeinsame Drosselstelle angeordnet ist, daß die Drosselstelle über ein steuerbares Mehrweg-Ventil abwechselnd mit den einzelnen Komponentenzuleitungen verbindbar ist, welches durch eine Steuervorrichtung in festen Taktzeiten steuerbar ist, wobei der Mischungsgrad durch das Verhältnis der Taktzeiten bestimmt ist und daß die Umschaltzeit zwischen den Komponentenzuleitungen klein ist gegenüber den Taktzeiten. Da die Dosierung der Gaskomponenten über die gleiche Drosselstelle mit gleicher Druckdifferenz erfolgt, wird eine extrem hohe Genauigkeit und Stabilität der Mischung erreicht.
Die Steuervorrichtung ist vorteilhaft als pneumatisches Mehrweg-Ventil in Verbindung mit einer pneumatischen Impulssteuer-Vorrichtung ausgebildet. Eine andere zweckmäßige Ausbildung der Steuervorrichtung kann ein magnetisches Mehrweg-Ventil in Verbindung mit einer elektrischen Impulssteueranordnung aufweisen.
Im praktischen Aufbau kann zweckmäßig ein Hinterdruckregler vor der gemeinsamen Drosselstelle und ein Vordruckregler an dem der Drosselstelle nachgeschalteten Pufferbehälter angeordnet sein. Dies gewährleistet die erforderliche Genauigkeit der Druckdifferenz an der Drosselstelle.
Die Gasmischvorrichtung, welche einen erhöhten Genauigkeitsgrad der Mischung aufweist, kann zweckmäßig mit einem kontinuierlich einstellbaren Mischer bekannter Bauart kombiniert und zur Kalibrierung dieses kontinuierlich einstellbaren Mischers einschaltbar sein. Dadurch läßt sich die Genauigkeit des Mischungsverhältnisses der fortgesetzt zugeführten Gasmischung erhöhen.
Eine zweckmäßige Ausführungsform mit pneumatischer Steuerung des Mehrweg-Ventils kann so ausgebildet sein, daß eine Komponentengaszuleitung über einen Druckminderer bzw. eine Mischgaszuleitung aus dem Pufferbehälter mit einer Steuerkammer über eine weitere Drosselstelle in Verbindung steht, daß ein Vergleichselement an dieser Steuerkammer vorgesehen ist, welches beim Überschreiten eines vorgegebenen oberen Druckwertes ein in der Zuführungsleitung zur Steuerkammer liegendes Steuerventil in die Atmosphäre öffnet und beim Unterschreiten eines unteren vorgegebenen Druckwertes dieses Steuerventil schließt, und bei der das Steuerventil derart mit dem Mehrweg-Ventil verbunden ist, daß die Taktgabe für die Gaskomponenten synchron mit dem Öffnen und Schließen des Steuerventils erfolgt.
Durch die Merkmale der Erfindung wird eine Gasmischvorrichtung geschaffen, welche eine extrem hohe Genauigkeit und Stabilität der Mischung ermöglicht und die in Kombination mit kontinuierlich einstellbaren Mischern von bekannter Bauart eine fortgesetzte Überwachung der Einstellung ermöglicht.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Gasmischvorrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt; es zeigen Fig. 1 ein Schaltschema der Gasmischvorrichtung mit einem Impulsgenerator zur Steuerung eines Zweiwege-Ventils, Fig. 2 eine pneumatische flip-flop-Schaltung.
als Ausführungsform des Impulsgenerators nach Fig. 1.
In Fig. 1 sind zwei Komponentenzuleitungen 1,2 vorgesehen, über.die zwei Gaskomponenten, beispielsweise Sauerstoff und Stickstoff, zur Erzielung eines vorgegebenen Mischungsverhältnisses zugeführt werden. Die beiden Komponentenzuleitungen 1,2 sind mit einem pneumatisch steuerbaren Zweiwege-Ventil 3 verbunden, welches durch einen Impulsgenerator I taktweise und in der das Mischungsverhältnis bestimmenden vorgegebenen Impulsdauer jeweils eine der beiden Komponentenzuleitungen 1,2 mit einer gemeinsamen Zuleitung 4 verbindet.
Die gemeinsame Zuleitung 4 ist über einen den Vordruck P1 bestimmenden Druckminderer 5 mit einer Drosselstele 6 verbunden, deren Auslaß in einen Pufferbehälter 7 mündet. Am Pufferbehälter 7 befindet sich ein den Druck im im Pufferbehälter 7 bestimmendes Druckregulierventil 8. Zur Entnahme des Gasgemisches aus dem Pufferbehälter 7 ist eine Entnahmeleitung 9 vorgesehen.
Im Betrieb pendelt das Zweiwege-Ventil 3 durch die pneumatische Impulsgabe des Impulsgenerators I mit den das Mischungsverhältnis bestimmenden einstellbaren Taktzeiten. Die als Hinterdruckregler bzw. als Vordruckregler der Drosselstelle 6 wirksamen Regler 8,5 halten eine konsante Druckdifferenz P 1-P2 an der Drosselstelle 6 aufrecht, so daß sich eine streng zeitproportionale Durchflußmenge ergibt.
Zur Erzeugung des pneumatischen Steuersignals für das Zweiwege-Ventil 3 kann anstelle des Impulsgenerators I in Fig. 1 die in Fig. 2 angegebene pneumatische flip-flop-Schaltung verwendet werden.
Dabei wird das eine der zu mischenden Gase oder das fertige Gasgemisch einer Eingangsleitung 10 zugeführt, die über einen Druckminderer 11 mit einem Zweiwege-Steuerventil 12 verbunden ist, welches die Gasströmung einerseits in eine Anschlußleitung 13 zu einer Drossel 14 leitet und andererseits die Anschlußleitung 13 mit einer Entlastungsleitung 19 in die freie Umgebungsatmosphäre verbindet. Hinter der Drossel 14 liegt als Steuerkammer ein Kessel 15, dessen Innenraum mit einem Druckvergleichselement 16 verbunden ist.
Ist der Druck im Kessel 15 größer oder gleich einem vorgewählten Druck P3, so öffnet das Zweiwege-Steuerventil 12 den Weg über die Entlastungsleitung 19 in die freie Atmosphäre. Sinkt der Druck im Kessel 15 von P3 bis auf einen gleichfalls vorgewählten Wert P4, so schließt das Zweiwege-Steuerventil 12 die Entlastungsleitung 19, und das Gas strömt aus dem Druckminderer 11 über die Drossel 14 in den Kessel 15 ein.
Das Öffnen und Schließen des Zweiwege-Steuerventils 12 wird über eine Steuerleitung 17 pneumatisch auf das Zweiwege-Ventil 3 in Fig. 1 übertragen und bewirkt die gewünschte Taktsteuerung der Mischungskomponenten.
Die Einstellung der Taktzeiten für die beiden Gaskomponenten ist durch die Wahl der Drücke P3 und P4 bestimmt.
Die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsanordnung eignet sich insbesondere zur Erzielung einer zur Eichung eines zusätzlich vorhandenen kontinuierlichen Mischers benutzten Eichgasmischung oder zur Durchführung von Lungenfunktionsprüfungen.
Wenn die flip-flop-Schaltung nach Fig. 2 nicht mit einer Gaskomponenten, sondern mit dem fertig gemischten Gas aus dem Pufferbehälter 7 gespeist wird, so kann der Druckminderer 11 entfallen und der Pufferbehälter 7 unmittelbar über eine Verbindungsleitung 18 mit dem Eingang des Zweiwege-Steuerventils 12 verbunden werden.
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Claims

Patentansprüche 1. Gasmischvorrichtung mit einstellbaren Gemischanteilen der über Komponentenzuleitungen zugeführten Gase, bei der der Anteil einer Gaskomponente durch eine Drosselstelle mit konstantem Vor- und Hinterdruck nach der Zeitdauer der Gasströmung bestimmt ist und bei der das Mischgas in einem Pufferbehälter gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung (4) zum Pufferbehälter (7) eine für die Komponenten gemeinsame Drosselstelle (6) angeordnet ist, daß die Drosselstelle (6) über ein steuerbares Mehrweg-Ventil (3) abwechselnd mit den einzelnen Komponentenzuleitungen (1,2) verbindbar ist, welches durch eine Steuervorrichtung (I) in festen Taktzeiten steuerbar ist, wobei der Mischungsgrad durch das Verhältnis der Taktzeiten bestimmt ist, und daß die Umschaltzeit zwischen den Komponentenzuleitungen (1,2) klein ist gegenüber den Taktzeiten.
2. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung ein pneumatisches Mehrweg-Ventil (3) in Verbindung mit einer pneumatischen Impulssteuervorrichtung (I) aufweist.
3. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung ein magnetisches Mehrweg-Ventil in Verbindung mit einer elektrischen Impulssteueranordnung aufweist.
4. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hinterdruckregler (5) vor der gemeinsamen Drosselstelle (6) und ein Vordruckregler (8) an dem der Drosselstelle (6) nachgeschalteten Pufferbehälter (7) angeordnet ist.
5. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmischvorrichtung mit einem kontinuierlich einstellbaren Mischer bekannter Bauart kombiniert und zur Kalibrierung dieses Mischers einschaltbar ist.
6. Gasmischvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Komponentengaszuleitung über einen Druckminderer (11) bzw. eine Mischgaszuleitung aus dem Pufferbehälter (7) mit einer Steuerkammer (15) über eine weitere Drosselstelle (14) in Verbindung steht, daß ein Vergleichselement (16) an dieser Steuerkammer (15) vorgesehen ist, welches beim Überschreiten eines vorgegebenen oberen Druckwertes ein in der Zuführungsleitung (13) zur Steuerkammer (15) liegendes Steuerventil (12) in die Atmosphäre öffnet und beim Unterschreiten eines unteren vorgegebenen Druckwertes dieses Steuerventil (12) schließt, und daß das Steuerventil (12) derart mit dem Mehrweg-Ventil (3) verbunden ist, daß die Taktgabe für die Gaskomponenten synchron mit dem Öffnen und Schließen des Steuerventils (12) erfolgt.