DE3213919A1

DE3213919A1 - Vorrichtung zum erzeugen von luft niedriger temperatur

Info

Publication number: DE3213919A1
Application number: DE19823213919
Authority: DE
Inventors: Shigeru Yokohama Kanagawa Matsunaga; Akira Funabashi Chiba Saishu
Original assignee: Japan Oxygen Co Ltd; Nippon Sanso Corp
Current assignee: Japan Oxygen Co Ltd; Nippon Sanso Corp
Priority date: 1982-04-15
Filing date: 1982-04-15
Publication date: 1983-10-27

Description

Bezeichnung der Erfindung: Vorrichtung zum Erzeugen von Luft
niedriger Temperatur Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Luft niedriger Temperatur, wie sie bei der medizinischen Behandlung von Rheumatismus, Lumbago, (Hexenschuss) und dergleichen benötigt wird.
Bereits vor längerer Zeit wurde für die medizinische Behandlung von Rheumatismus, Lumbago, schmerzenden Schultern und dergleichen die Behandlung mit cryogenem Gas entwickelt, bei der die kranken Körperteile des Patienten dem Einfluß von cryogenem Gas, d.h. von Gas niedriger Temperatur, ausgesetzt werden. Gegebenenfalls wird sogar der gesamte Körper eines Patienten in einer Atmosphäre niedriger Temperatur gekühlt, um zeitweise die Schmerzen infolge erkrankter Körperteile zu lindern und ihn anschließend sonst wegen der Schmerzen nicht mögliche aktive physikalische bzw. gymnastische Übungen machen zu lassen. Es ist inzwischen allgemein bekannt, daß mit dieser Art der medizinischen Behandlung ausgezeichnete Behandlungsergebnisse zu erzielen sind. Dabei hat es sich herausgestellt, daß die Behandlungsergebnisse um so besser sind, je tiefer die Temperatur des zur Kühlung angewendeten Gases ist. Im allgemeinen beträgt die Temperatur des cryogenen, d.h. Niedrigtemperatur-Gases etwa -1000C oder weniger, vorzugsweise etwa -15O0C. Solches cryogenes Gas ist durch mechanische Kühlanlagen nur schwer herzustellen, weshalb cryogenes, verflüssigtes Gas, wie flüssiger Sauerstoff oder flüssiger Stickstoff für die industrielle Erzeugung und Lagerhaltung vorgezogen wird. Der zu behandelnde Patient sollte jedoch nicht unmittelbar flüssigem Sauerstoff oder Stickstoff ausgesetzt werden und sich vor allem nicht in einem Raum mit der Atmosphäre solcher cryogenen Gase aufhalten, weshalb cryogene Luftgemische als cryogene Gase für die medizinische Behandlung benötigt werden.
Es ist an sich sehr einfach, flüssige Luft als cryogenes Gas aus einem Luftgemisch zu verwenden, ihrer physikalischen Eigenschaften wegen ist jedoch verdampfte flüssige Luft als cryogenes Gas ein sauerstoffreiches Gas, das gefährlich ist und rilit dem deshalb sorgsam umgegangen werden muß. Flüssiger Stickstoff und flüssiger Sauerstoff können gemischt werden, um ein cryogenes Gas als ein Luftgemisch zu erhalten. Es schließt jedoch auch das Mischen dieser Flüssigweiter die Probleme sauerstoffreicher Gase wie flüssiger Luft ein. Darüberhinaus müssen einige große technische Probleme beim Mischen dieser beiden Komponenten in gasförmigem Zustand zum Erhalt eines cryogenen Gases überwunden werden, weil bei der Verwendung des Gases für medizinische Behandlungen kein ;-ehler unterlaufen darf und weil die Vorrichtungen zur Erzeugung cryogener Luft für medizinische Zwecke meist von Personen bedient werden, die wenig Erfahrung im Umgang mit der Cryogentechnik haben. Daraus ergibt sich, daß es für die medizinische Behandlung weniger gefährlich ist, cryogene Luft zu verwenden, die durch Kühlen von atmosphärischer Luft (Umgebungsluft) unter Verwendung von flüssigem Stickstoff und Sauerstoff gewonnen wurde. Jedoch sind auch dabei noch einige Probleme zu lösen, von denen das größte die Entfernung von Feuchtigkeit und Kohlendioxid aus der Luft ist. Es ist bekannt, daß die Atmosphäre Komponenten wie Feuchtigkeit und Kohlendioxidgas einschließt, die sich bei niedrigen Temperaturen verfestigen. Insbesondere gefriert vor dem Kühlen der Luft nicht entfernte Feuchtigkeit und verstopft dadurch die Luftführungskanäle, wodurch die gesamte Apparatur unbrauchbar wird.
Es ist deshalb insbesonderewichtig, vor dem Kühlen von Luft die Feuchtigkeit aus ihr zu entfernen.
Bei bekannten Lösungen werden hierzu Trockner mit einem Trocknungsmittel verwendet, wobei die das cryogene Gas erzeugende, den Trockner einschließende Anlage einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Deswegen benötigen bekannte Anlagen zusätzliche Rohrleitungen und Wärmequellen, um die Wärmebehandlung durchführen zu können. Der Trockner solcher bekannten Anlagen arbeitet im Wechsel mit zwei Zylindern (two-cylinder-change-over type), wobei jeweils ein Zylinder zum Trocknen eingesetzt und der andere regeneriert wird. In der In der Regenerationsphase wird ein Gas für die Regeneration mit einer zusätzlichen Heizvorrichtung erhitzt und dann dem zu regenerierenden Trockner zugeführt, der nach der Wärmebehandlungsphase einer Wärmetauschbehandlung unterworfen werden muß. Diese Behandlungen benötigen eine lange Zeitdauer für die Schaltung von Absorptionszylindern, weshalb die Regenerationsbehandlung der Trockner unzulänglich bleibt, wenn die medizinische Behandlung während der Regeneration des Trockners unterbrochen oder beendet wird, was relativ oft geschieht. Das würde dazu führen, daß die zugeführte und zu kühlende Luft einen Feuchtigkeitsüberschuß hat mit dem Ergebnis, daß das System wegenVerstopfen durch verfestigte Feuchtigkeit zusammenbrechen könnte, wenn dieses mit einem unzureichend regenerierten Trockner betrieben würde. Um dies zu vermeiden, wird im allgemeinen eine über des Normalmaß hinausgehende Wärmeregenerationsbehandlung durchgeführt, was jedoch einen zusätzlichen Zeitaufwand und e ine große Wärmemenge erfordert. Die Wärmeregenerationsbehandlung erfordert insbesondere einen Zeitaufwand, wie er oft mit den Anforderungen des medizinischen Betriebes nicht vereinbar ist. Außerdem erfolgt die Regeneration bei einem in der Medizin unannehmbaren Geräuschpegel. Da medizinische Behandlungen der hier in Rede stehenden Art meist bei Tag durchgeführt werden, erfolgt die Regeneration in der Nacht, sodaß die Nachtruhe der Patienten durch die Geräuschentwicklung durch den Antrieb des Kompressors und dergleichen gestört wird. Die notwendige zusätzliche Wärmequelle bedeutet außerdem eine erhöhte Unfallgefahr.
Es ist deswegen Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Luft niedriger Temperatur zu schaffen, die mit geringem Zeit- und Energieaufwand zu guten Ergebnissen führt. Desweiteren soll die Vorrichtung gemäß der Erfindung Luft niedriger Temperatur liefern, in der Betriebsausfälle infolge von schädlichen Luftbestandteilen, wie Feuchtigkeit und Kohlendioxid in wesentlich geringerem Maße als bei bekannten Anlagen zu erwarten sind. Die Vorrichtung soll außerdem während der Regenerationsphase während langer Zeit gerauscharm arbeiten.
Schließlich soll bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung die Erzeugung von Luft niedriger Temperatur möglich sein, ohne daß für den Trockner noch eine besondere, zusätzliche Wärmequelle notwendig wäre und so nicht nur Energie gespart werden kann, wie sie für die Regeneration des Trockners notwendig ist, sondern auch die Betriebssicherheit der Vorrichtung und der zugehörigen Anlage erhöht wird.
Zur L ösung dieser Aufgabe und zum Erhalt weiterer Vorteile schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung von Niedrigtemperaturluft für medizinische Behandlungen mit folgenden Merkmalen vor. Zur Verdichtung von Luft ist ein Kompressor vorgesehen, mit dem ein Trockner zum Entfernen von Feuchtigkeit aus der verdichteten Luft verbunden ist. Vorgesehen ist ferner ein Erhitzer zum Erwärmen der Luft, wenn die Vorrichtung einer Wärmebehandlunc unterzogen werden soll. Weiter sind vorgesehen ein Wärmetauscher, der mit dem Trockner verbunden ist, sowie ein wärmeisolierter Speicher zur Aufnahme eines cryogenen, verflissigten Gases, um letzteres dem Wärmetauscher zuführen zu körnen, wobei die getrocknete Luft In dem Wärmetauscher gekühlt wird, um dem Ort der medizinischen Behandlung mittels einer isolierten Leitung zugefUh-z! zu werden. Der Trockner ist vorzugsweise mit zwei Trocknungszylindern ~ersehen, die mit einem Wasser absorbierenden Stoff gefüllt sind und die mittels eines Schalters oder Ventiles wechselweise zur Entfernung von Feuchtigkeit aus der zugeführten Luft und zur Regenerstionsbehsndlung des Wassers absorbierenden Stoffes durch Dekompression und anschließende Rückführung eines Teiles der getrockneten Luft gekennzeichnet sind.
In der Zeichnung ist in der Form eines Flußdiagrammes ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das nachfolgend erläutert ist Mittels eines Kompressors 1 wird Luft auf etwa 5 kg/cm komprimiert und mit einer Strömungsrate von 30Nm3/h durch eine Leitung 2 einem Nachkühler 3 zugeführt, wo die Kompressionswärme der Luft abgeführt wird. Danach wird die Luft durch die Leitung 4 dem Trockner 5 zugeführt. Der Trockner '9 schließt ein Paar Trocknerzylinder fia und 6b ein, deren Einlaßöffnungen durch Meeheelventile 7a, 7b mit der Leitung 4 verbunden sind und deren Auslässe über Wechselventile ta, 9b mit elner Leitung 13 verbunden sind. Darüberhinaus sinc die Ftnlasse der Trocknungszylinder Ca und 6b durch je ein Wechselventil 8a, th mit der Entladeleitung 12 verbunden und es sind die Auslässe der Trocknungszylinder 6a, 6r durch einen Gasführungskanal 11 zur Regeneration miteinander verbindbar, wobei in den Gasführungskanal 11 ein Reduktionsventil 10 eingesetzt ist. Die Trocknungszylinder 6a und 6b sind wechselweise zu schalten, so daß sich jeweils einer von ihnen in der Trocknungsphase, der andere in der Regenerierungsphase befindet. In der Annahme, daß sich der Trocknungszylinder 6a in der Trocknungsphase befindet und der Gegen zylinder 6b der Regenerationsbehandlung unterzogen wird, sind die Ventile 7a, 8b und 9a geöffnet. Während die Bentile 7b, 8a und 9b geschlossen sind. Dadurch strömt die durch die Leitung 4 in dem Trockner 5 eingeführte Luft durch das Ventil 7a in den Trocknungszylinder 6a, um die in ihr enthaltene Feuchtigkeit auszutreiben. Danach fließt mit einer Strömungsrate von 25 Nm3/h getrocknete, komprimierte Luft durch das Ventil 9a in die Leitung 13, während die verbleibenden 5 Nm3/h in die Regenerierungsleitung 11 gelangen, wo dieser Luftanteil mittels des Reduktionsventiles 10 im wesentlichen auf Atmosphärendruck entspannt wird und in den Trocknungszylinder 6b strömt, der jetzt der Regenerierungsbehandlung unterworfen wird. Die Luftströmung aus entsprechender Trocknungsluft führt die Feuchtigkeit mit sich, die während der vorherigen Trocknungsphase von dem Trocknungsmittel des Zylinders 6b absorbiert wurde, worauf die Luft durch das Ventil 8b und die Entladeleitung 12 in die Atmosphäre austritt. Die Trocknungszylinder 6a und 6b werden nach jeweils vier tviinuten umgeschaltet, worauf sich Trocknung und Regeneration im jeweiligen Zylinder erneut wiederholen.
Die Ouf diese Weise von Feuchtigkeit befreite Trocknungsluft mit 25 Nm3/h (der Taupunkt liegt bei etwa -700C) gelangt durch das Wechselventil 9a in die Leitung 13 und wird dann mittels eines Reduktionsventiles 14 auf einen Druck von etwa 2 bis 3 kg/cm entspannt, wonach sie in einen Erhitzer 15 eingeführt wird. Der Erhitzer 15 dient dem Erhitzen der getrockneten Luft, beispielsweise auf elektrischem Wege, nachdem die Vorrichtung stillgesetzt worden isz; wird jedoch cryogene Luft mittels der Vorrichtung erzeugt, so wird er nicht betätigt und die In den Erhitzer 15 eingeführte komprimierte Luft gelangt durch den Erhitzer ohne einer Beeinflussung unterworfen zu sein und Strömt durch die Leitung 16 in den Wärmetauscher 17, der beispielsweise ein Plattenwärmetauscher mit einer Luft- und einer Stickstoffführung ist. Strömt die getrocknete Luft durch durch die Luftführungsleitung 16 in den W#metauscher 17, so erfolgtein Wärmetausch mit der Gegenströmung des flüssigen Stickatoffes in der Stickstnff-Führungsleltung und die Luft wird gekühlt. Der flüssige Stickstoff wird in Dem temperaturisolierenden Tank 1ß gespeichert und strömt durch Öffnen eines Ventiles 19 durch eine Isolierte Leitung 20 In den Wärmetauscher 17, in dem er durch die Stickstoff-Führungsleitung strömt. Durch Kühlen der komprimierten trockenen Luft im Gegenstrom verdampft der flüssige Stickstoff, um dann durch eine Leitung 21 und ein einregulierbares Ventil 22 in die Atmosphäre zu gel#ngen.
Die komprimierte Luft wird durch diesen Wärmetausch auf etwe - .15o0r gekühlt, wobei das im Trockner 5 nicht entfernte Kohlendioxldgas in der Luftführungsleitung gefriert und deshalb von der cryogenen Luft getrennt wird.
Die auf diese Weise gekihlte Luft verläßt den Wärmetauscher 17 durch eine Leitung 23 und wird durch ein Filter 24 geführt, um das verbliebene R@stkohlendloxldgas auszufiltern, worauf es durch ein Ventil 25 an den Ort der me:Sizinischen Behandlung gelangt. Um die cryogene Luft auf eine vorbestimmte Temi#eratur einzusteuern, wird die Temperatur der Luft am Ausgang des Wärmetauschers 37 mit einem Temperaturfühler 26 ermittelt, um ein Steuersignal für die Einstellung des Ventiles 22 auf einen bestimmten Wert der Ventilöffnung zu erhalten. Das Bezugszeichen 27 kennzeichnet eine Auslaßleitung für die cryogene Luft, die mit der Leitung 23 auf der Auslaßseite des Ventiles 24 verbunden ist, um durch Öffnen eines elektromagnetischen Ventiles 28 Luft in die Atmosphäre austreten zu lassen, wenn beim Anlassen der Anlage die Temperatur von einem für die Verwendung bestimmten Wert abweicht. Das Ventil 28 ist so ausgebildet und geschaltet, daß es geöffnet ist, wenn das Ventil 25 geschlossen ist, um während einer medizinischen Behandlung die Zufuhr von Luft niedriger Temperatur zum Ort der Behandlung zu unterbrechen. Auf der Eingangsseite des Ventiles 24 ist mit der Leitung 23 eine Auslaßleitung 29 verbunden, um beheiztes Gas durch ein Ventil 30 austreten zu lassen.
Die Niedrigtemperaturluft erzeugende Vorrichtung gemäß der Erfindung erzeugt die Niedrigtemperaturluft in der vorbeschriebenen Weise. Nach Beendigung einer medizinischen Behandlung erfolgt eine Wärmebehandlung der Vorrichtung, insbesondere des Wärmetauschers 17. Insbesondere wird die Zuführung von flüssigem Stickstoff durch Schließen des Ventiles 19 beendet, worauf die getrocknete Luft durch Betätigen des Erhitzers 15 auf etwa 250C aufgeheizt wird und danach in den Wärmetauscher 17 eingeführt wird, wo sie Kohlendioxid, sowie etwaige Spuren von Feuchtigkeit und dergleichen sublimiert oder verdampft, die aus der Luft ausgeschieden und in der Luftführungsleitung des Wärmetauschers 17 während der Erzeugung von Niedrigtemperaturluft verfestigt wurden und nun durch Öffnen des Ventiles 28 durch die Leitungen 23 und 27 in die Atmosphäre ausgetragen werden.
In der Trocknungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Umschaltung der beiden Trocknungszylinder nach jeweils etwa vier Minuten, in denen die Regeneration des jeweiligen Trocknerzylinders durchgeführt wird, wobei diese Regeneration die Druckdifferenz zwischen der zugeführten Luft und der Atmosphäre ergibt, so daß keine besondere Wärmequelle wie bei bekannten Lösungen notwendig ist. Auf diese Weise ist die Wärmebehandlung allein auf den Wärmetauscher 17 gerichtet und es können so viel Wärme und Zeit eingespart werden. Hierdurch unterscheidet sich die Erfindung in vorteilhafter Weise von Vorrichtungen, wie sie bisher bei der medizinischen Behandlung verwendet werden.
Zusammenfassend kann in dieser Angelegenheit noch folgendes bemerkt werden.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Niedrigtemperaturluft mit einem Kompressor zur Luftverdichtung, einem mit dern Kompressor verbundenen Trockner zum Befreien der verdichteten Luft von Feuchtigkeit, einem Erhitzer zum Erhitzen der Luft, wenn die Vorrichtunc einer Wärmebehandlung unterzogen werden soll und mit einem mit dem Trockner verbundenen Wärmetauscher, sowie schließlich mit einem temperaturisolierten Speicher zur Aufnahme eines cryogenen verflüssigten Gases zu dessen Zuführung zum Wärmetauscher, wobei die getrocknete Luft im Wärmetauscher gekühlt wird, um durch eine isolierte Leitung dem Ort einer medizinischen Behandlung mit cryogener Luft zugeführt zu werden. Der Trockner ist mit zwei Trockenzylindern versehen, die ein wasserabsorbierendes Mittel aufnehmen und von denen jeder durch umschalten eines Verschlusses oder Ventiles im Wechsel einmal zum Befreien der zugeführten Luft und von Feuchtigkeit dient, während der jeweils andere gleichzeitig einer Regenerationabehandlung unterzogen wird, in de.
das Wasser absorbierende Mittel durch Dekompression und Rückführung eines Teiles der getrockneten Luft regeneriert wird.
L e e r s e i t e

Claims

Bezeichnung der Erfindung: Vorrichtung zum Erzeugen von Luft niedriger Temperatur Patentansprüche Vorrichtung zum Erzeugen von Niedrigtemperaturluft für die cryogene medizinische Behandlung mit einem Kompressor zum Komprimieren von Luft, mit einem mit dem Kompressor verbundenen Trockner zum Entfernen von Feuchtigkeit aus der komprimierten Luft, mit weiter einem Erhitzer zum Erhitzen der getrockneten Luft, wenn die Vorrichtung einer Wärmebehandlung unterzogen wird, mit weiter einem mit dem Trockner verbundenen Wärmetauscher sowie mit einem temperaturisolierten Speicher zur Aufnahme eines cryogenen verflüssigten Gases, um dieses dem Wärmetauscher zuzuführen und die getrocknete Luft im Wärmetauscher zu kühlen und sie durch isolierte Leitungen dem Ort der medizinischen Behandlung zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockner mit zwei Trocknungszylindern (6a, 6b) versehen ist, die ein Wasser absorbierendes Mittel aufnehmen, von denen mittels Umschalten eines Wechselventiles (7a,7b,9a,9b) im Wechsel jeweils eine in einer Betriebsphase Feuchtigkeit der zugeführten Luft entzieht und der andere in seiner anderen Betriebsphase einer Regeneration unterworfen ist, in der das Wasser absorbierende Mittel durch Dekompression und Rückströmen eines Teiles der getrockneten Luft regeneriert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erhitzer (15) zwischen dem Trockner (5) und dem Wärmetauscher (17) angeordnet ist, um die im Trockner getrocknete Luft erhitzen zu können.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daG die Luft auf nicht weniger als etwa 5 kg/cm2 durch den Kompressor (1) verdichtet wird und In den Trockner (5) eingeführt wird, wobei ein Teil dieser Luft auf etwa Atmosphärendruck dekomprimiert wird, um zur Regeneration des Jeweils in der Regenerationsphase befindlichen Trocknungszyllnders verweniet zu werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch J oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß dir komprimierte Luft auf etwa 2 bis 3 kg/cm dekompromiert wird, um als Regenere lonsges verwendet zu werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch l dadurch gekennzeichnet, daß die kompromierte Luft im Wärmetauscher (5) im W#metausch mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird, wobei der flüssige Stickstoff einem Speicher (18) entnommen und im Gegenstrom zur zu kiihienden Luft durch den Wärmetauscher gefiihr wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des dem Wärmetauscher (5) zuzuführenden Stickstoffes durch die Menge des durch Verdampfen entstehenden Stickstoffgases bestimmt wird, das aus dem wärmetauscher abströmt und zwar entsprechend einem Signal t ur Anzeige der Temperatur der den Wärmetauscher verlassenden Niedrigtemper lturluft
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die getrocknete LJft durch einen Erhitzer (15) zu erhitzen ist, nachdem die medizinische Behandlung abgeschlossen ist und die getrocknete und erhitzte Luft in den Wärmetauscher (17) einführbar ist, um verfestigtes Kohlendioxid und niedergeschlagene Feuchtigkeit aus dem Wärmetauscher auszutragen.