DE4105972C2 - Narkosemitteldosiervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Narkosemitteldosiervorrichtung mit einer temperierten Narkosemitteldampfquelle, von welcher aus mit einem von einer Steuereinheit ansteuerbaren Dosierventil über eine Förderleitung Narkosemitteldampf in einen Trägergasstrom dosiert wird.

Eine Narkosemitteldosiervorrichtung der genannten Art ist aus der EP-A2-231 513 bekanntgeworden. Die bekannte Narkosemitteldosiervorrichtung besteht aus einem Vorratsbehälter, aus dem mittels eines Förderdruckes flüssiges Narkosemittel in eine beheizte Verdampfungskammer als Narkosemitteldampfquelle gedrückt wird. Der unter Druck stehende Narkosemitteldampf wird über ein getaktetes Dosierventil in einen Trägergasstrom, beispielsweise ein Sauerstoff-Lachgas-Gemisch dosiert und zu einem Narkosegerät geleitet. Entsprechend dem Druck in der Verdampfungskammer, dem Öffnungsgrad des Dosierventils und dem Volumenstrom des Trägergases pro Zeiteinheit, stellt sich ein entsprechender Narkosemittel-Konzentrationswert im Trägergasstrom ein.

Nachteilig bei der bekannten Narkosemitteldosiervorrichtung ist, daß bei nicht ausreichender Erwärmung der Verdampfungskammer - z. B. bei Ausfall der Heizung - flüssiges Narkosemittel in den Trägergasstrom gelangen kann, und dort einen erheblichen Konzentrationsanstieg zur Folge hat.

Auch ein Versagen des Dosierventils würde dazu führen, daß der in der Verdampfungskammer befindliche Narkosemitteldampf schlagartig in den Trägergasstrom gelangt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Förderdruck im Vorratsbehälter bei niedrig siedenden Narkosemitteln nur schwer auf einen stabilen Wert einstellbar ist, wodurch das pro Zeiteinheit in die Verdampfungskammer strömende Volumen an flüssigem Narkosemittel Schwankungen unterworfen ist, da zusätzlich zum Förderdruck der Dampfdruck wirkt.

Eine aus der DE-C2 31 16 951 bekannte Narkosemitteldosiervorrichtung sieht vor, flüssiges Narkosemittel mit einer Pumpe aus einem Vorratsbehälter in eine beheizte Verdampfungskammer zu fördern, wo es vollständig dem die Verdampfungskammer durchströmenden Trägergasstrom zugemischt wird.

Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist, daß bei einer Fehlfunktion der Pumpe vermehrt flüssiges Narkosemittel in die Verdampfungskammer gelangt und dort zu einem unkontrollierten Anstieg der Narkosemittelkonzentration im Trägergasstrom führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Narkosemitteldosiervorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß ein unkontrolliertes Verdampfen von flüssigem Narkosemittel in der Narkosemitteldampfquelle verhindert und die Dosiergenauigkeit verbessert wird. Zur Lösung der Aufgabe sind erfindungsgemäß die im Anspruch 1 dazu angegebenen Merk­ male vorgesehen.

Der Vorteil der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß das flüssige Narkosemittel nicht mehr in die Verdampfungskammer gefördert wird, wo es mehr oder weniger vollständig verdampft, sondern die Dosierung des Narkosemittels erfolgt allein aus dem über dem flüssigen Narkosemittel befindlichen Narkosemitteldampfvolumen heraus. Hierzu wird flüssiges Narkosemittel in die Verdampfungskammer gefüllt und der sich bildende Narkosemitteldampf von dem Gasförderelement abgepumpt und vor dem Dosierventil auf den Dosierdruck P_I eingestellt. Ist das Dosierventil als Digitalventil ausgeführt, wird durch ein zeitlich befristetes Öffnen, welches auch wiederholt pulsartig erfolgen kann, die Narkosemitteldampfmenge im Trägergasstrom eingestellt. Ist hingegen das Dosierventil als Analogventil ausgebildet, wird am Analogventil ein Öffnungsgrad eingestellt, der sich aus der zu dosierenden Narkosemitteldampfmenge ergibt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

So ist das Gasförderelement als eine Pumpe mit nachgeschaltetem Puffervolumen auszuführen und im Puffervolumen ist ein Druckaufnehmer anzuordnen zur Erfassung eines Istwertsignals vom Dosierdruck P_I, mit welchem in einem Dosierdruckregler ein Dosierdruck-Stellgrößensignal für die Pumpe gebildet wird. Der Dosierdruckregler ist auch an die Steuereinheit angeschlossen und erhält von dort den Dosierdruck-Sollwert P_S. Der Dosierdruck P_I in Verbindung mit dem Öffnungsgrad und der Öffnungszeit t des Dosierventils ist ein Maß für das pro Zeiteinheit dosierte Volumen von Narkosemitteldampf in den Trägergasstrom. Um eine Kondensation von Narkosemittel zu verhindern, ist es zweckmäßig, den Leitungszug zwischen Verdampfungskammer und Dosierventil, die Pumpe und das Puffervolumen zu beheizen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, die Pumpe und das Puffervolumen in Baueinheit als Kolben- oder Balgpumpe auszuführen. Auf der Ansaugseite ist ein Einlaßventil vorgesehen, welches als Richtungsventil nur einen Gasstrom von der Verdampfungskammer zum Dosierventil gestattet. Das bewegliche Pumpenteil der Balg- oder Kolbenpumpe wird von einem Pumpenantrieb angetrieben und ist während der Ausdrückphase mit einer Ausdrückkraft beaufschlagt, so daß vor dem Dosierventil der Dosierdruck P_I entsteht. Erfolgt das Ausdrücken mit konstanter Ausdrückkraft, stellt sich ein konstanter Dosierdruck P_I ein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Dosierung des Narkosemitteldampfes nicht allein über den Dosierdruck P_I und die Öffnungszeit t des Dosierventils vorzunehmen, sondern das von dem beweglichen Pumpenteil geförderten Narkosemitteldampf-Volumen unmittelbar in den Trägergasstrom zu dosieren. Hierzu wird das Dosierventil durch die Steuereinheit derart angesteuert, daß es während der Ansaugphase in Schließstellung und während der Ausdrückphase in Öffnungsstellung ist. Der Pumpenhub wird mit einem Wegaufnehmer gemessen. In der Kolbenpumpe stellt sich jetzt ein Förderdruck P_F ein. Das pro Zeiteinheit geförderte Volumen an Narkosemitteldampf ist proportional dem Produkt aus dem Förderdruck P_F, dem Pumpenhub und der Zahl der Pumpenhübe pro Zeiteinheit.

Mit dem Förderdruck P_F können außerdem, entsprechend den aus der klassischen Thermodynamik bekannten Gasgesetzen, Korrekturfaktoren für das geförderte Narkosemitteldampf-Volumen errechnet werden. Hierzu ist es zweckmäßig, den Förderdruck P_F entweder auf den Beginn der Ausdrückphase oder das Ende der Ansaugphase zu beziehen.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, im Trägergasstrom, strömungsabwärts der Mündungsstelle der Förderleitung in die Narkosegasleitung einen Narkosegassensor vorzusehen, welcher den Konzentrations-Istwert C_I mißt und diesen an einen Narkosegasregler weitergibt. Der Narkoseregler ist mit der Steuereinheit verbunden und kann von dieser sowohl Steuersignale empfangen, als auch Steuersignale an die Steuereinheit abgeben.

Es ist vorteilhaft, das Dosierventil nicht über die Steuereinheit sondern den Narkosegasregler zu betätigen und mit dem gemessenen Konzentrations-Istwert C_I die Konzentration des Narkosemitteldampfes im Trägergasstrom einzustellen. Das in der Steuereinheit vorliegende Steuersignal für das Dosierventil ist in diesem Fall ein reiner Plausibilitätsprüfwert für den Narkosegasregler. Dieser Plausibilitätsvergleich kann beispielsweise in der Steuereinheit durchgeführt werden. Für den Fall, daß sich aus dem Plausibilitätsvergleich eine unzulässige Abweichung ergibt, blockiert die Steuereinheit den Narkosegasregler und schaltet das Dosierventil in Schließstellung.

Es ist zweckmäßig, als Sicherheitseinrichtung in die Förderleitung, in Strömungsrichtung hinter dem Dosierventil, ein Notventil einzuschalten, das in Schließstellung schaltet, wenn ein Konzentrationsgrenzwert C_G für die Konzentration des Narkosemitteldampfes im Trägergasstrom erreicht ist. Das Notventil ermöglicht eine Abschaltung, wenn das Dosierventil in der Öffnungsstellung klemmt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Narkosemitteldosiervorrichtung mit Pumpe und Puffervolumen,

Fig. 2 eine zweite Narkosemitteldosiervorrichtung mit Kolbenpumpe,

Fig. 3 eine dritte Narkosemitteldosiervorrichtung mit direkter Dosierung aus der Verdampfungskammer.

Die in der Fig. 1 gezeigte erste Narkosemitteldosiervorrichtung 1 besteht aus einer Verdampfungskammer 2, welche mit flüssigem Narkosemittel 3 gefüllt ist und mittels eines Wärmetauschers 7, der eine Heizwicklung 4 und eine Temperatursonde 5 besitzt, auf eine Temperatur T temperiert ist. Die Verdampfungskammer 2 ist modulartig in den Wärmetauscher 7 eingeschoben und kann aus diesem, z. B. zum Nachfüllen von Narkosemittel 3, entnommen werden.

Die Heizwicklung 4 wird von einer Steuereinheit 6 aus gespeist, gleichzeitig wird in der Steuereinheit 6 der mit der Temperatursonde 5 gemessene Istwert der Temperatur T der Verdampfungskammer 2 gemessen und mit einem in der Steuereinheit 6 gespeicherten Temperatur-Sollwert verglichen. Bei einer Abweichung zwischen der Temperatur T und dem Temperatur-Sollwert wird durch die Steuereinheit 6 die Heizleistung entsprechend angepaßt. Da diese Temperatur T etwa im Bereich der Umgebungstemperatur liegt, ist für die Temperierung meistens auch der Wärmetauscher 7 allein ausreichend, um unmittelbar die Umgebungswärme der Verdampfungskammer 2 zuzuführen. Sollte die Temperatur T infolge einer größeren Entnahme von Narkosemitteldampf 14 stark abnehmen, kann mit der Heizwicklung 4 entsprechend gegengeheizt werden.

Von der Verdampfungskammer 2 führt eine Förderleitung 8 über eine Pumpe 9, ein Puffervolumen 10, und ein Dosierventil 11 zu einer Narkosegasleitung 12, durch welche ein Trägergasstrom 13 fließt. Der über dem Narkosemittel 3 befindliche Narkosemitteldampf 14 wird von der Pumpe 9 aus der Verdampfungskammer 2 abgepumpt und in dem Puffervolumen 10 auf den Dosierdruck P_I eingestellt. Der Dosierdruck P_I wird von einem Druckaufnehmer 15 gemessen und das Meßsignal einem Dosierdruckregler 16 zugeführt, wo es mit einem von der Steuereinheit 6 gelieferten Dosierdruck- Sollwert P_S verglichen wird. Entsprechend der Abweichung zwischen P_I und P_S wird die Pumpe 9 über die Leitung 17 auf konstanten Dosierdruck P_I angesteuert. Zur Dosierung von Narkosemitteldampf 14 in den Trägergasstrom 13 wird das Dosierventil 11 von der Steuereinheit 6 in festgelegten Zeitabschnitten in Öffnungsstellung geschaltet. Aus dem mit einer Volumenmeßsonde 18 gemessenen Volumenstrom V_I des Trägergasstroms 13 pro Zeiteinheit, dem Dosierdruck P_I, dem Öffnungsgrad und der Öffnungszeit t des Dosierventils 11, ist die Konzentration des Narkosemitteldampfes 14 im Trägergasstrom 13 bestimmbar. Entsprechende Vorgabewerte für die Konzentration können über die Signalleitung 19 in die Steuereinheit 6 eingegeben werden. Die Steuereinheit 6 enthält einen Mikroprozessor und einen Permanentspeicher, mit denen die für die Dosierung notwendigen Rechenoperationen durchgeführt werden können.

Fig. 2 zeigt eine zweite Narkosemitteldosiervorrichtung 20. Gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugsziffern der Fig. 1 bezeichnet. Gegenüber der in der Fig. 1 gezeigten ersten Narkosemitteldosiervorrichtung 1 wurden die Pumpe 9 und das Puffervolumen 10 ersetzt durch eine Kolbenpumpe 21 mit einem Einlaßventil 22 und einem hubbeweglichen Pumpenteil 23 zum Ansaugen und Ausdrücken des Narkosemitteldampfes 14. Das hubbewegliche Pumpenteil 23 wird durch einen Pumpenantrieb 24 betätigt, der wiederum von dem Dosierdruckregler 16 angesteuert wird.

Weiter ist zwischen dem Dosierventil 11 und der Narkosegasleitung 12 ein Notventil 25 vorgesehen, welches die Förderleitung 8 absperrt, wenn in der Narkosegasleitung 12 ein Konzentrationsgrenzwert C_G für die Konzentration des Narkosemitteldampfes 14 in dem Trägergasstrom 13 erreicht ist. Hierzu wird ein Konzentrations-Istwert C_I mit einem Narkosegassensor 26 gemessen und in einem Narkosegasregler 27 mit dem von der Steuereinheit 6 gelieferten Konzentrationsgrenzwert C_G verglichen. Ist der Konzentrations-Istwert C_I gleich oder größer dem Konzentrationsgrenzwert C_G, schaltet der Narkosegasregler 27 das Notventil 25 in Schließstellung.

Die Dosierung von Narkosemitteldampf 14 in den Trägergasstrom 13 geschieht in der Weise, daß zunächst mit dem hubbeweglichen Pumpenteil 23 und dem Pumpenantrieb 24 Narkosemitteldampf 14 über das als Richtungsventil ausgeführte Einlaßventil 22 angesaugt wird und in der Ausdrückphase innerhalb der Kolbenpumpe 21 auf den Dosierdruck P_I verdichtet wird. Der Dosierdruck P_I wird in dem Dosierdruckregler 16 mit dem Dosierdruck-Sollwert P_S verglichen und aus der Differenz zwischen P_S und P_I ein Stellgrößensignal für den Pumpenantrieb 24 erzeugt.

Das Konzentrationsverhältnis von Narkosemitteldampf 14 zu Trägergasstrom 13 ergibt sich aus dem Volumenstrom V_I des Trägergasstroms, dem Dosierdruck P_I, dem Öffnungsgrad und der Öffnungszeit t des Dosierventils 11.

Eine alternative Betriebsform der zweiten Narkosemitteldosiervorrichtung 20 besteht darin, die Dosierung nicht allein über den Dosierdruck P_I und die Öffnungszeit t, sondern über das von dem beweglichen Pumpenteil 23 geförderte Volumen vorzunehmen. Hierzu wird das Dosierventil 11 durch die Steuereinheit 6 derart angesteuert, daß es während der Ansaugphase in Schließstellung und während der Ausdrückphase in Öffnungsstellung ist. Der Pumpenhub wird durch einen Wegaufnehmer 28 gemessen und an die Steuereinheit weitergegeben. Der Pumpenantrieb 24 fördert nach einem von der Steuereinheit 6 vorgegebenen Zeitmuster Narkosemitteldampf 14 aus der Verdampfungskammer 2 und transportiert ihn in die Narkosegasleitung 12.

Mit dem Druckaufnehmer 15 wird der Förderdruck P_F in der Kolbenpumpe gemessen und an die Steuereinheit 6 weitergeleitet, wo, entsprechend den aus der klassischen Thermodynamik bekannten Gasgesetzen, Korrekturfaktoren für das geförderte Narkosemitteldampf-Volumen errechnet werden. Zur Berechnung der Korrekturfaktoren ist es zweckmäßig, den Förderdruck P_F auf einen festen Zeitpunkt zu beziehen, etwa auf den Beginn der Ausdrückphase oder das Ende der Ansaugphase.

Mit der zweiten Narkosemitteldosiervorrichtung 20 sind auch Mischformen der Dosierung realisierbar, indem z. B. der in der Kolbenpumpe 21 befindliche Narkosemitteldampf 14 schrittweise entleert wird. Das pro Einzelschritt dosierte Narkosemitteldampf-Volumen ergibt sich aus dem Teilhub des beweglichen Pumpenteils 23, aus dem mit dem Wegaufnehmer 28 gemessenen Teilweg und dem Dosier-Förderdruck P_W am Ende der jeweiligen Teil-Ausdrückphase.

Fig. 3 zeigt eine dritte Narkosemitteldosiervorrichtung 30, bei der Narkosemitteldampf 14 unmittelbar aus dem Vorratsbehälter 2 dosiert wird. Gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugsziffern der Fig. 1 und der Fig. 2 bezeichnet. Gegenüber der in der Fig. 1 gezeigten ersten Narkosemitteldosiervorrichtung 30 wird der Dosierdruck P_I nicht durch die Pumpe 9 sondern durch Aufheizen der Verdampfungskammer 2 mittels der Heizung 4 erzeugt. Der Druck des Narkosemitteldampfes 14 wird so eingestellt, daß er um einige 100 Millibar über dem Umgebungsdruck liegt. Der Dosierdruck P_I wird mit dem Druckaufnehmer 15 innerhalb der Verdampfungskammer 2 gemessen und von dem Dosierdruckregler 16 verarbeitet. Zur Verhinderung von Kondensation des Narkosemitteldampfes 14, ist im Leitungszug der Förderleitung 8 eine Heizspirale 31 vorgesehen, deren Anschlüsse 32a, 32b mit der Steuereinheit 6 verbunden sind.

Claims (5)

1. Narkosemitteldosiervorrichtung (1) mit einer temperierten Narkosemittel­ dampfquelle, von welcher aus mit einem von einer Steuereinheit (6) ansteuerbaren Dosierventil (11) über eine Förderleitung (8) Narkose­ mitteldampf (14) in einen Trägergasstrom (13) dosiert wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• 1. die Narkosemitteldampfquelle als eine mit flüssigem Narkose­ mittel (3) gefüllte Verdampfungskammer (2) ausgeführt ist,
• 2. vor dem Dosierventil (11) eine den Dosierdruck P_I erzeugende Pumpe (9) mit einem nachgeschalteten Puffervolumen (10) vorhanden ist, wobei
• 3. im Puffervolumen (10) ein Druckaufnehmer (15) vorgesehen ist zur Erfassung des Dosierdruckes P_I, und
• 4. ein Dosierdruckregler (16) vorhanden ist, welcher aus der Differenz des Dosierdruckes P_I und einem von der Steuerein­ heit (6) gelieferten Dosierdruck-Sollwert P_S ein Dosierdruck- Stellgrößensignal für die Pumpe (9) liefert.

2. Narkosemitteldosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe und das Puffervolumen in Baueinheit als Balg- oder Kolbenpumpe (21) ausgeführt sind, mit einem Einlaßventil (22) im Ansaugbereich der Förderleitung (8) und einem, den Narkosemitteldampf (14) fördernden hubbeweglichen Pumpenteil (23), welches durch einen den Dosierdruck P_I erzeugenden Pumpenantrieb (24) betätigt ist.

3. Narkosemitteldosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Trägergasstrom (13), strömungsabwärts der Mündungsstelle der Förderleitung (8) in die Narkosegasleitung (12), ein Narkosegassensor (26) zur Messung des Konzentrations-Istwertes C_I vorhanden ist, welcher an einen Narkosegasregler (27) angeschlossen ist.

4. Narkosemitteldosiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosierventil (11) durch den Narkosegasregler (27) betätigt ist und das in der Steuereinheit (6) gebildete Steuersignal für das Dosierventil (11) ein Plausibilitätsprüfwert für die Dosierung ist.

5. Narkosemitteldosiervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Förderleitung (8), in Strömungsrichtung hinter dem Dosierventil (11), ein Notventil (25) vorhanden ist, welches bei einem, mit dem Narkosegassensor (26) gemessenen Konzentrationsgrenzwertes C_G, in Schließstellung geschaltet ist.