DE3601714A1 - Vorrichtung zur anreicherung von atemgas mit sauerstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anreicherung von Atemgas mit Sauerstoff, bei welcher das gesamte angereicherte Atemgas einem Adsorberbett entnehmbar ist und die Anreicherungskonzentration durch die Beeinflussung des den Adsorber durchströmenden Gesamtflusses einstellbar und der den Verbraucherfluß übersteigende Anteil des Gesamtflusses über eine Abströmung abführbar ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 28 37 281 bekanntgeworden.

Bei der bekannten Vorrichtung wird das mit Sauerstoff anzureichernde Atemgas durch Adsorptionsbetten geführt, in welchen der Stickstoff festgehalten und das so mit Sauerstoff angereicherte Atemgas dem Verbraucher zugeführt werden kann. Der Anteil des von den Adsorptionsbetten festgehaltenen Stickstoffs ist wesentlich abhängig von der den Adsorber durchströmenden Gasmenge. Je höher die Durchströmung, um so geringer die Adsorption des Stickstoffs und somit die Anreicherung mit Sauerstoff. Daraus folgt jedoch auch umgekehrt, daß bei höheren Entnahmen an angereichertem Atemgas durch den Verbraucher zwangsläufig der Sauerstoffanteil im Atemgas sinkt. Entsprechend steigt der Sauerstoffanteil, wenn die Entnahme von Atemgas sinkt. Bei der bekannten Vorrichtung wird nun der mit einer bestimmten Sauerstoff­ konzentration angereicherte Atemgasstrom, wie er das Adsorberbett verläßt, zunächst in ein Puffervolumen gesammelt. An dem Puffervolumen befindet sich eine Austrittsleitung, welche ein Ausströmventil zur Umgebung enthält.

Über das Ausströmventil ist ein das Adsorptionsbett durchströmender Gesamtfluß an Atemgas einstellbar, wodurch eine bestimmte Sauerstoffkonzentration im angereicherten Atemgas festgelegt ist. An dem Puffervolumen ist ebenfalls die Verbraucherleitung über ein Regelventil angeschlossen, durch die der wechselnde Verbrauch an Atemgas dem Puffervolumen entnommen werden kann. Somit bestimmen wechselnder Atemgasverbrauch und die über das Ausströmventil abgegebene Atemgasmenge gemeinsam die Sauerstoffkonzentration. Bei wechselnder Entnahmemenge durch den Verbraucher aus dem Puffervolumen verändert sich auch die Anreicherungs­ konzentration im Atemgasgemisch.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Anreicherung von Atemgas mit Sauerstoff der genannten Art so zu verbessern, daß eine Einstellung von Anreicherungskonzentration und Verbraucherfluß unabhängig voneinander möglich ist und die Anreicherungs­ konzentration auch bei schwankendem Verbraucherfluß aufrechterhalten bleibt.

Die Lösung der genannten Aufgabe erfolgt dadurch, daß ein Regelkreis zur Konstanthaltung der eingestellten Anreicherungskonzentration vorgesehen ist, dem eine Steuerstrecke zur Einstellung des Verbraucherflusses nachgeschaltet ist, und daß die Abströmung am Knotenpunkt zwischen dem Regelkreis und der Steuerstrecke angeordnet ist.

Der Vorteil der Erfindung liegt im wesentlichen darin, daß eine voneinander unabhängige Einstellung der gewünschten Sauerstoffanreicherungskonzentration sowie des Verbraucher­ flusses möglich ist. Die Sauerstoffkonzentration im angereicherten Atemgas wird durch den das Adsorberbett durchströmenden Gesamtfluß bestimmt und bleibt konstant, auch wenn der Verbraucherfluß in der Steuerstrecke verändert wird. Der Überschuß an den Verbraucherfluß übersteigendem Gesamtfluß wird hinter dem Regelkreis abgeführt. Somit ist es möglich, zum einen unterschiedliche Sauerstoffkonzentrationen im Regelkreis bei gleichbleibendem Verbraucherfluß einzustellen und zum anderen einen unterschiedlichen Verbraucherfluß bei gleichbleibender Anreicherungskonzentration zu wählen. Man erhält somit auf einfache Weise einen Sauerstoffmischer in Verbindung mit einer Vorrichtung zur Anreicherung von Atemgas mit Sauerstoff, der es ermöglicht, innerhalb der Leistungs­ grenzen des Adsorptionsbettes die gewünschte Sauerstoff­ konzentration und den Verbraucherfluß variabel einzustellen.

In besonders einfacher Weise bestehen der Regelkreis aus einem hilfsdruckgesteuerten Regelkreis-Druckminderer, einer einstellbaren Regelkreis-Drossel und einem Regelkreis- Durchflußmesser, und die Steuerstrecke aus einem Steuer­ strecken-Druckminderer, einer nachgeschalteten einstellbaren Steuerstrecken-Drossel und einem Verbrauchs-Durchflußmesser. Dabei ist der Regelkreis-Durchflußmesser ausgangsseitig über eine Rückkopplungsleitung mit dem Steuerdruckraum des Regelkreis-Druckminderers verbunden. Diese Rückkopplung stellt sicher, daß der von dem Regelkreis-Druckminderer bereitgestellte Eingangsdruck des Regelkreises um einen festen Differenzwert über dem Abgangsdruck hinter dem Regelkreis-Durchflußmesser liegt. Das Druckgefälle und damit auch der Gesamtfluß an der Regelkreis-Drossel bleiben damit wie eingestellt erhalten. Der Regelkreis-Durchflußmesser ermöglicht eine indirekte Konzentrationsanzeige. Zur Vereinfachung kann er aber auch fortgelassen werden und dann ersatzweise das Einstellorgan der Regelkreis-Drossel mit Konzentrations-Marken versehen sein.

Die Abströmung kann zweckmäßigerweise dadurch gebildet sein, daß zwischen Regelkreis und Steuerstrecke ein mit einem Überdruckventil versehener Speicherbehälter angeschlossen ist.

Die Anordnung kann auch in der Weise erfolgen, daß dem Regelkreis ein Verbrauchs-Durchflußmesser nachgeschaltet ist, an dessen Ausgangsseite der Verbraucherfluß über eine Verbraucherleitung zum Verbraucher geführt wird. Die an die Umgebung geführte Abströmung wird durch eine einstellbare Steuerstrecken-Drossel festgelegt, welche zwischen dem Regelkreis und dem Verbrauchs-Durchflußmesser von deren Verbindungsleitung abzweigt. Die Einstellung des Abströmflusses bewirkt eine entsprechende Einstellung des Verbraucherflusses. Bei völlig geschlossener Steuerstrecken- Drossel wird der gesamte das Adsorptionsbett durchströmende Atemgasfluß zum Verbraucher geleitet. Dabei wird die gewünschte Sauerstoffkonzentration durch die Regelkreis- Drossel eingestellt. Bei völlig geöffneter Steuerstrecken- Drossel fließt nur eine geringe Strömung von angereichertem Atemgas zum Verbraucher, deren Menge durch die inneren Widerstände von Steuerstrecken-Drossel und Verbrauchs- Durchflußmesser bestimmt ist.

Zur Konstanthaltung der Durchflußmengen bei wechselnden Verbraucherwiderständen kann zweckmäßig zwischen Regelkreis und Abströmung ein Steuerstrecken-Druckminderer in die Steuerstrecke eingefügt und über eine weitere Rückkopplungs­ leitung an die Verbraucherleitung angeschlossen sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung schematisch dargestellt und im folgenden erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform mit Abströmung zwischen Regelkreis und Steuerstrecke,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform mit Abströmung nach dem Steuerstrecken- Druckminderer,

Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung des Einstellbereichs für Verbraucherfluß und Sauerstoffkonzentration.

In Fig. 1 ist ein Gerät (1) zur Anreicherung von Atemgas mit Sauerstoff ausgangsseitig mit einem Regelkreis- Druckminderer (3) verbunden. Zwischen dem Anreicherungsgerät (1) und dem Regelkreis-Druckminderer (3) ist ein Druckspeicher (2) angeschlossen. Das Anreicherungsgerät (1) wird beispielsweise mit Umgebungsluft versorgt, aus welcher der Stickstoffanteil mittels Adsorptionsbetten festgehalten wird, so daß der gesamte mit Sauerstoff angereicherte Atemgasstrom durch den Regelkreis-Druckminderer (3) und eine diesem nachgeschaltete einstellbare Regelkreis-Drossel (4) sowie einen Regelkreis-Durchflußmesser (5) zum Knotenpunkt (13) geführt wird. Mit der Regelkreis-Drossel (4) ist der die Adsorptionsbetten durchströmende Gesamtfluß einstellbar, so daß dadurch die Sauerstoffkonzentration im angereicherten Atemgas festgelegt ist. Das Sauerstoffanreicherungsgerät (1) arbeitet dann auf dem in Fig. 3 dargestellten Arbeitspunkt (14) seiner Kennlinie (15). Vom Knotenpunkt (13) zweigt die Abströmungsleitung (17) ab, in der sich ein Überdruckventil (7) befindet. Gleichzeitig ist an den Knotenpunkt (13) sowohl ein Speicherbehälter (6) als auch eine Rückkopplungsleitung (12) angeschlossen. In den Speicherraum (6) kann die den Atemgasverbrauch übersteigende Atemgasmenge gespeichert werden, bevor weiterer Überschuß über die Abströmung (17) an die Umgebung abgegeben wird. Der Regelkreis-Druckminderer (3) ist von hilfsdruckgesteuerter Bauart, wobei der Stellfederraum als Steuerdruckraum gegen die Umgebung abgeschlossen ist. Die Rückkopplungsleitung (12) ist an den Steuerdruckraum des Regelkreis-Druckminderers (3) angeschlossen. Dadurch liegt der Hinterdruck des Regelkreis- Druckminderers (3) stets um einen durch die Einstellung der Stellfeder vorgegebenen Differenzwert über dem am Knotenpunkt (13) vorliegenden Systemdruck. Die an den Knotenpunkt (13) anschließende Steuerstrecke besteht aus einem Steuerstrecken-Druckminderer (8), einer einstellbaren Steuerstrecken-Drossel (9) und einem Verbrauchs- Durchflußmesser (10), welche alle hintereinander geschaltet sind. Mit der Steuerstrecken-Drossel (9) ist der zur Verbraucherleitung (11) benötigte Verbraucherfluß einstellbar. Somit ist der maximal erreichbare Gesamtfluß, wie er gemäß Kennlinie (15) aus Fig. 3 und dem Arbeitspunkt (14) des Sauerstoffanreicherungsgerätes lieferbar und mittels des Regelkreises stabil eingestellt ist, mit Hilfe der Steuerstrecken-Drossel (9) entlang der Arbeitslinie (16) auf den gewünschten Verbraucherfluß einstellbar.

In Fig. 2 besteht die sich am Knotenpunkt (13) anschließende Steuerstrecke aus einem Steuerstrecken-Druckminderer (8), dem ein Verbrauchs-Durchflußmesser (10) folgt, welchem die Verbraucherleitung (11) angeschlossen ist. Die Abströmleitung (17) ist zwischen Steuerstrecken-Druckminderer (8) und Verbrauchs-Durchflußmesser (10) angeordnet und enthält die einstellbare Steuerstrecken-Drossel (9). Eine zweite Rückkopplungsleitung (18) ist zwischen der Verbraucherleitung (11) und dem Steuerstrecken-Druckminderer (8) in derselben Weise angeschlossen wie die erste Rückkopplungsleitung (12). Die Einstellung der gewünschten Sauerstoffkonzentration im Atemgas wird ebenfalls über die einstellbare Regelkreis- Drossel (4) im Regelkreis eingestellt. Durch die Steuerstrecken-Drossel (9) ist die aus der Abströmleitung (17) in die Umgebung abströmende Gasmenge einstellbar, wodurch der in die Verbraucherleitung (11) abgegebene Verbraucherfluß festgelegt ist.

In der schematischen Zeichnung nach Fig. 3 ist die durch das Sauerstoffanreicherungsgerät (1) erzielbare Sauerstoffkonzentration gegenüber dem entnehmbaren Atemgasverbrauch aufgetragen. Durch den mit der Regelkreis- Drossel (4) einstellbaren Gesamtfluß durch das Sauerstoffanreicherungsgerät wird die maximal erreichbare Sauerstoffanreicherungskonzentration entlang der Kennlinie (15) eingestellt. Bei einem gewählten Arbeitspunkt (14) kann der dabei herrschende maximale Gesamtfluß mit Hilfe der zweiten einstellbaren Steuerstrecken-Drossel (9) entlang der Arbeitslinie (16) aufgeteilt werden. Durch Verändern sowohl der Sauerstoffkonzentration und somit Wahl unterschiedlicher Arbeitspunkte entlang der Kennlinie (15), als auch durch gleichzeitige Einstellung des Verbraucher­ flusses mit der zweiten Steuerstrecken-Drossel (9) können Konzentration und Fluß in der Verbraucherleitung (11) im gesamten schraffierten Bereich unterhalb der Kennlinie (15) eingestellt werden.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Anreicherung von Atemgas mit Sauerstoff, bei welcher das gesamte angereicherte Atemgas einem Adsorberbett entnehmbar ist und die Anreicherungs­ konzentration durch die Beeinflussung des den Adsorber durchströmenden Gesamtflusses einstellbar und der den Verbraucherfluß übersteigende Anteil des Gesamtflusses über eine Abströmung abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelkreis (3, 4, 5, 12) zur Konstanthaltung der eingestellten Anreicherungskonzentration vorgesehen ist, dem eine Steuerstrecke (8, 9, 10) zur Einstellung des Verbraucherflusses nachgeschaltet ist, und daß die Abströmung (17) am Knotenpunkt (13) zwischen dem Regelkreis (3, 4, 5, 12) und der Steuerstrecke (8, 9, 10) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis einen hilfsdruckgesteuerten Regelkreis- Druckminderer (3) enthält, dem eine einstellbare Regelkreis- Drossel (4) und ein Regelkreis-Durchflußmesser (5) folgen, wobei der Regelkreis-Durchflußmesser (5) ausgangsseitig über eine Rückkopplungsleitung (12) mit dem Steuerdruckraum des Regelkreis-Druckminderers (3) verbunden ist, und daß die Steuerstrecke aus einem Steuerstrecken-Druckminderer (8), einer nachgeschalteten einstellbaren Steuerstrecken- Drossel (9) und einem Verbrauchs-Durchflußmesser (10) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmung (17) durch einen mit einem Überdruckventil (7) versehenen Speicher (6) gebildet ist.

4. Vorrichtung zur Anreicherung von Atemgas mit Sauerstoff, bei welcher das gesamte angereicherte Atemgas einem Adsorberbett entnehmbar ist und die Anreicherungs­ konzentration durch die Beeinflussung des den Adsorber durchströmenden Gesamtflusses einstellbar und der den Verbraucherfluß übersteigende Anteil des Gesamtflusses über eine Abströmung abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelkreis (3, 4, 5, 12) zur Konstanthaltung der eingestellten Anreicherungskonzentration vorgesehen ist, dem ein Verbrauchs-Durchflußmesser (10) nachgeschaltet ist, an welchen eingangsseitig die Abströmung (17) angeschlossen ist, die eine einstellbare Steuerstrecken- Drossel (9) enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis einen hilfsdruckgesteuerten Regelkreis- Druckminderer (3) enthält, dem eine einstellbare Regelkreis-Drossel (4) und ein Regelkreis-Durchflußmesser (5) folgen, wobei der Regelkreis-Durchflußmesser (5) ausgangsseitig über eine Rückkopplungsleitung (12) mit dem Steuerdruckraum des Regelkreis-Druckminderers (3) verbunden ist, und daß zwischen den Anschlüssen der Rückkopplungsleitung (12) und der Abströmung (17) ein Steuerstrecken-Druckminderer (8) in die Steuerstrecke eingefügt und über eine weitere Rückkopplungsleitung (18) an die Verbraucherleitung (11) angeschlossen ist.