DE4107060C2 - Dosiervorrichtung für ein flüssiges Narkosemittel über einen Zwischenbehälter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung für ein flüssiges Narkosemittel, welches aus einem Vorratsgefäß über eine Zuführleitung in einen beheizbaren und unter einen vorgebbaren Druck gehaltene Zwischenbehälter gespeist wird, dessen Ausgangsleitung das durch die Heizvorrichtung in gasförmigem Zustand gebrachte Narkosemittel über ein Dosierventil in eine Frischgasleitung Leitet.

Eine derartige Dosiervorrichtung ist aus der EP-A2-231 513 bekanntgeworden. Diese bekannte Narkosemitteldosiervorrichtung besteht aus einem Vorratsbehälter, aus dem mittels eines Förderdrucks flüssiges Narkosemittel in einen beheizten Zwischenbehälter gedrückt wird. Die Heiztemperatur und der Innendruck des Zwischenbehälters sind so aufeinander abgestimmt, daß das flüssige Narkosemittel sofort nach Eintritt in den Zwischenbehälter verdampft, und in diesem nur noch gasförmiges Narkosemittel vorliegt. Der unter Druck stehende Narkosemitteldampf wird über ein getaktetes Dosierventil in der Ausgangsleitung aus dem Zwischenbehälter zu einer Trägergasleitung geführt, durch welche beispielsweise ein Sauerstoff-Lachgas-Gemisch zu einem Narkosegerät geführt ist. Entsprechend dem Dampfdruck in dem Zwischenbehälter, dem Öffnungsgrad des Dosierventils und dem Volumenstrom des Trägergases pro Zeiteinheit stellt sich ein entsprechender Narkosemittelkonzentrationswert im Trägergasstrom ein.

Bei der bekannten Narkosemitteldosiervorrichtung ist es von Nachteil, daß bei nicht ausreichender Erwärmung des Zwischenbehälters oder bei Ausfall der Heizvorrichtung flüssiges Narkosemittel in den Trägergasstrom gelangen kann und dort zu einem erheblichen, unerwünschten Konzentrationsanstieg führt. Flüssiges Narkosemittel kann insbesondere dann in den Trägergasstrom gelangen, wenn das Dosierventil aufgrund eines Fehlers in geöffnetem Zustand verklemmen sollte. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß eine einfache Kontrolle der in den Zwischenbehälter geförderten und in ihm verdampfenden Menge an flüssigen Narkosemittel aus dem Vorratsgefäß nur mit aufwendigen Mitteln überwachbar ist. Eine auch nur geringe Änderung der geförderten Narkosemittelmenge aus dem Vorratsgefäß in den Zwischenbehälter resultiert dort zu einer drastischen Änderung des Dampfdruckes bei gegebener Temperatur.

Bei der bekannten Dosiervorrichtung gleicht der Druck des verdampften Narkosemittels im Zwischenbehälter genau dem Förderdruck im Vorratsbehälter. Dieser Druck muß deshalb auf aufwendige Weise genau vorgegeben werden. Im Falle niedrigsiedender Narkosmittel, die bereits bei Raumtemperatur sieden, ist diese Druckkontrolle im Vorratsbehälter äußerst erschwert, da der auftretende Dampfdruck von derselben Größenordnung wie der angestrebte Förderdruck sein kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Dosiervorrichtung der genannten Art so zu verbessern, daß eine genaue, einfach überwachbare Dosierungsmöglichkeit insbesondere für niedrigsiedende Narkosemittel geschaffen wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß in der Versorgungsleitung eine Versorgungseinheit vorgesehen ist, welche über eine Steuereinheit das flüssige Narkosemittel solange in den Zwischenbehälter einströmen läßt, bis darin ein vorgegebener Füllstandssollwert an flüssigem Narkosemittel erreicht ist, und daß die Heizvorrichtung die Narkosemittelflüssigkeit auf eine solche Temperatur bringt, daß sich über dem Flüssigkeitsspiegel gasförmiges Narkosemittel unter dem vorgegebenen Druck befindet.

Der Vorteil der Erfindung liegt im wesentlichen darin, daß infolge der Zwischenspeicherung von flüssigem Narkosemittel in dem beheizbaren Zwischenbehälter und durch Regelung der Flüssigkeitstemperatur der für die Dosiergenauigkeit relevante Dampfdruck direkt in dem Zwischenbehälter definiert wird und nicht von einem insbesondere bei niedrigsiedenden Narkosemitteln schwer kontrollierbaren Förderdruck im Vorratsgefäß abhängt. Ferner wird es durch Überwachung des Füllstandes in dem Zwischenbehälter möglich, die zu fördernde Menge an Narkosemittel aus dem Vorratsgefäß redundant zu überwachen. Die Steuereinheit erhält zur Überwachung von einem Füllstandsanzeiger über eine Füllstandssignalleitung den entsprechenden Füllstandswert, der dann zur weiteren Verarbeitung und Anzeige herangezogen werden kann.

Unter einer Versorgungseinheit ist im allgemeinen Fall eine Fördervorrichtung zu verstehen, welche das flüssige Narkosemittel aus dem Vorratsgefäß in den Zwischenbehälter fördert. Dies kann in einfachem Falle eine Pumpe sein, oder es ist ein einfaches Versorgungsventil, welches in geöffnetem Zustand das flüssige Narkosemittel aus dem unter Überdruck stehendem Vorratsgefäß in den Zwischenbehälter frei strömen läßt.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zweckmäßigerweise wird der Füllstand der Narkosemittelflüssigkeit in dem Zwischenbehälter derart überwacht, daß ein Mindestfüllstandsanzeiger vorgesehen ist, dessen Minimalwertsignal über eine Signalleitung an die Steuereinheit gegeben wird, und daß bei Vorliegen des Minimalwertsignals das Versorgungsventil durch die Steuereinheit solange geöffnet ist, bis der Füllstandssollwert erreicht ist. Der zwischen dem Mindestfüllstand und dem Sollfüllstand schwankende Flüssigkeitsspiegel des Narkosemittels in dem Zwischenbehälter ist die einzig zu überwachende Größe in der vorliegenden Ausgestaltung, welche von der Steuereinheit zu erfassen ist. Der Druck in der Gasphase über dem Flüssigkeitsspiegel innerhalb des Zwischenbehälters kann sich bei entsprechend niedrigsiedender Narkosemittelflüssigkeit von selbst einstellen, oder er wird bei höhersiedenden Flüssigkeiten durch eine geregelte Heizungsvorrichtung erzeugt und aufrechterhalten, wobei der schwankende Flüssigkeitsspiegel des Narkosemittels zwischen Füllstandssollwert und Minimalwert hierfür ohne Belang ist.

Sollte im Fehlerfall die Überwachung des Füllstandssollwerts fehlerhaft sein, ist es zweckmäßig, einen Maximal-Füllstandsanzeiger vorzusehen, dessen Maximalwertsignal über eine Überwachungsleitung an die Steuereinheit abgegeben werden kann, und daß bei Vorliegen des Maximalwertsignals die Steuereinheit die Versorgungseinheit und das Dosierventil in Schließstellung bringt.

Die Einstellung und Überwachung der zu dosierenden Menge an gasförmigem Narkosemittel aus dem Zwischenbehälter in die Narkosegasleitung kann auf einfache Weise dadurch erfolgen, daß eine Dosiersteuerung vorgesehen ist, welche die Strömung in der Frischgasleitung durch einen Strömungsfühler, den Dampfdruck des gasförmigen Narkosemittels in dem Zwischenbehälter durch einen Druckfühler aufnimmt und anhand der berechneten, für die Erreichung eines vorgegebenen Narkosemittelkonzentrationssollwertes erforderlichen zu dosierenden Narkosemittelmenge die Schaltzyklen des Dosierventils bestimmt. Der auf die Erfassung des Volumenstroms kalibrierte Strömungsfühler gibt dazu seinen gemessenen Strömungswert an die Dosiersteuerung ab, in der dann die benötigte Narkosemittelmenge berechnet wird, um eine bestimmte Sollkonzentration an Narkosemittel in dem Frischgas zu erzeugen. Entsprechend dem in dem Zwischenbehälter herrschenden Druck, der beispielsweise über einen Drucksensor gemessen oder von der Steuereinheit mittels der Temperatur der Narkosemittelflüssigkeit anhand der Dampfdruckkurve des Narkosemittels errechnet werden kann, betätigt die Dosiersteuerung das Dosierventil derart, daß die geforderte Narkosemittelmenge durch die Ausgangsleitung in die Frischgasleitung strömt. Das Dosierventil kann dabei ein in seinem Durchlaßquerschnitt veränderliches Analogventil, oder ein zwischen seiner Öffnungsstellung und Schließstellung getaktetes Digitalventil sein. In dem einen Falle bestimmt der Öffnungsquerschnitt die durchströmende Narkosemittelmenge, in dem anderen Falle das Takt-Zeit-Verhältnis zwischen Schließ- und Öffnungszustand. Eine zusätzliche Sicherheitsüberwachung der von der Dosiersteuerung ermittelten notwendigen Narkosemittelmenge kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß die Steuereinheit aus der Anzahl der Füllzyklen pro Zeiteinheit zwischen dem Mindestfüllstandsanzeiger und dem Füllstandsanzeiger die verbrauchte Narkosemittelmenge berechnet und über einen Vergleicher mit der von der Dosiersteuerung ermittelten Narkosemittelmenge vergleicht, und bei Abweichung voneinander über einen vorgegebenen Differenzwert hinaus die Versorgungseinheit abschaltet und das Dosierventil in Schließstellung bringt und die Heizvorrichtung ausschaltet. Selbst wenn die Ursache für die Abweichung zwischen den von der Dosiersteuerung und der Steuereinheit ermittelten Narkosemittelmengen in einem Festklemmen des Dosierventils in geöffneter Stellung liegen sollte, wird dann nur noch der geringe Vorrat an dampfförmigem Narkosemittel in dem Zwischenbehälter zum Trägergas abgegeben.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung ist nunmehr der auf das Vorratsgefäß wirkende externe Überdruck zur Förderung des flüssigen Narkosemittels in den Zwischenbehälter für die Fördergenauigkeit nicht mehr maßgeblich, da dieser Überdruck nicht mehr, wie beim Stand der Technik, direkt in die Dosiergenauigkeit eingeht. Es braucht nur noch die einfach einzuhaltende Bedingung erfüllt zu sein, daß das Druckgefälle zwischen Vorratsgefäß und Zwischenbehälter genügend hoch ist, um den im Zwischenbehälter eingestellten Überdruck zu überwinden. Die Temperatur in dem zur Umgebung hin wärmeisolierten Zwischenbehälter wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß der Druck in dem Zwischenbehälter einige 100 mbar über dem Normaldruck liegt. Gleichzeitig soll die Temperatur günstigerweise über der höchsten zu erwartenden Betriebstemperatur liegen. Bei einem bei Raumtemperatur siedenden Narkosemittel liegt eine derartige Temperatur bei etwa 33°C, was zu einem Dampfdruck in dem Zwischenbehälter von etwa 700 mbar über Normaldruck führen würde.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der 3 schematischen Darstellung gezeigt und im folgenden näher erläutert.

In der einzigen Figur ist ein druckfestes Vorratsgefäß 1 für ein flüssiges, niedrigsiedendes Narkosemittel 2 dargestellt, welches über eine Druckgasleitung 3 an eine Druckgasquelle 4 angeschlossen ist, um über den Narkosemittelflüssigkeitsspiegel einen Druck aufrechtzuerhalten, wodurch über eine Versorgungsleitung 5 das Narkosemittel 2 einem Zwischenbehälter 6 zugeführt wird. Im Leitungsweg der Versorgungsleitung 5 befindet sich eine Versorgungseinheit 7, welche als elektromagnetisch betätigbares Auf-Zu-Ventil dargestellt ist. Der druckfeste Zwischenbehälter 6 ist zum Teil mit dem Narkosemittel 2 gefüllt, dessen Flüssigkeitsspiegel bis zu einem Füllstandsanzeiger 8 angestiegen ist. In dem Zwischenbehälter 6 befinden sich weiterhin ein Drucksensor 9, die Mündung einer Ausgangsleitung 10 sowie einer elektrischen Heizwendel 11, versorgt von einer Heizvorrichtung 12, und weiterhin befindet sich innerhalb der Narkosemittelflüssigkeit ein Temperaturfühler 13. Unterhalb des Füllstandsanzeigers 8 ist ein Mindestfüllstandsanzeiger 14 und oberhalb ein Maximalfüllstandsanzeiger 15 angeordnet. Die Füllstandsanzeiger 8, 14, 15 sind als kapazitive Meßfühler ausgebildet, welche zwei nicht dargestellte Fühlerelektroden besitzen, durch welche ein kapazitives Meßsignal erzeugt wird, welches sich dann ändert, sobald diese von der Narkosemittelflüssigkeit 2 überdeckt sind. Die Ausgangsleitung 10 ist mit einem Schwimmerventil 16 versehen. Im weiteren Verlauf der Ausgangsleitung 10 befindet sich ein Dosierventil 17, dessen Ausgang in eine Frischgasleitung 18 mündet, welche nur teilweise dargestellt ist und die längs der Richtungspfeile 19 von einem Sauerstoff-Lachgasgemisch als Trägergas durchströmt wird. Ein Strömungsfühler 20 innerhalb der Frischgasleitung 18 ist mit einer Dosiersteuerung 21 verbunden. Diese Dosiersteuerung 21 empfängt ebenfalls ein Signal vom Drucksensor 9. Eine Sollwerteingabe 22 für die Narkosemittelkonzentration in der Frischgasleitung ist an der Dosiersteuerung 21 vorgesehen. Eine Steuereinheit 23 überwacht und steuert die Vorgänge in Verbindung mit Narkosemittelförderung aus dem Vorratsgefäß 1 in den Zwischenbehälter 6 sowie die Heizung 12 und die Füllstandsanzeiger 8, 14, 15. Die Verknüpfung zwischen Dosiersteuerung 21 und Steuereinheit 23 bildet ein Vergleicher 24.

Der Ablauf einer Dosierung wird anhand der Figur im folgenden erläutert. Im dargestellten Zustand ist der Flüssigkeitsspiegel des Narkosemittels 2 im Zwischenbehälter 6 auf seinem Füllstandssollwert b, wie er vom Füllstandsanzeiger 8 gemessen und der Steuereinheit 23 übermittelt wird. Die Steuereinheit 23 bestimmt die Leistungsvorgabe für die Heizvorrichtung 12, um mit Hilfe der Heizwendel 11 das Narkosemittel 2 auf einer Temperatur von etwa 33°C konstant zu halten.

Diese Temperatur wird über den Temperaturfühler 13 überwacht und als Ist-Wert-Signal der Heizvorrichtung 12 zugeführt. Entsprechend der Abweichung der Narkosemitteltemperatur von dem Sollwert 33°C wird die Heizenergie für die Heizwendel 11 geregelt. Über dem Flüssigkeitsspiegel des Narkosemittels 2 herrscht ein Dampfdruck von etwa 700 mbar, so daß in der Ausgangsleitung 10 Narkosemitteldampf zu dem Dosierventil 17 geführt ist. Entsprechend der Einstellung für eine gewünschte Narkosemittelkonzentration an der Steuereinheit 23 wird das Dosierventil 17 in von der Steuereinheit 23 festgelegten Auf-Zu-Zyklen angesteuert und gibt dadurch festgelegte Mengen an Narkosemittel in die Frischgasleitung 18 ab. Nach einer gewissen Betriebszeit wird soviel Narkosemittel 2 verdampft sein, daß der Flüssigkeitsspiegel auf den Mindestfüllstandsanzeiger 14 abgesunken ist. Ein entsprechendes Minimalwertsignal a liegt dann auf der Steuereinheit 23 an und diese gibt einen Schaltimpuls an die Versorgungseinheit 7, welches ebenfalls ein Auf-Zu-Magnetventil ist, das aufgrund des Steuerbefehls öffnet und die Versorgungsleitung 5 freigibt. Das aus der Druckgasquelle 4 geförderte Druckgas durch die Druckgasleitung 3 erzeugt einen solchen Überdruck, daß das Narkosemittel 2 aus dem Vorratsgefäß 1 in die Versorgungsleitung 5 gedrückt, durch das geöffnete Ventil 7 geleitet und solange in den Zwischenbehälter 6 gefördert wird, bis der Flüssigkeitsspiegel des Narkosemittels 2 den Füllstandsanzeiger 8 erreicht. Ist dies der Fall, wird durch eine entsprechende Ansteuerung der Steuereinheit 23 das Magnetventil 7 geschlossen und die Förderung von Narkosemittel 2 aus dem Vorratsgefäß 1 ist unterbrochen. Sollte im Fehlerfall der Füllstandsanzeiger 8 defekt sein, und der Flüssigkeitsspiegel des Narkosemittels 2 in Zwischenbehälter 6 bis zum Maximalfüllstandsanzeiger 15 ansteigen, wird durch ein entsprechendes Steuersignal c an die Steuereinheit 23 das Magnetventil 7 ebenfalls geschlossen. Als weitergehende Sicherheitsmaßnahme verhindert das Schwimmerventil 16 an der Ausgangsleitung 10 ein Eindringen von Narkosemittelflüssigkeit in die Frischgasleitung 18, sollte auch der Maximalfüllstandsanzeiger 15 defekt sein. Im normalen Betriebsfalle gibt das Schwimmerventil 16 die Mündung der Ausgangsleitung 10 in den Zwischenbehälter 6 frei, so daß gasförmiges Narkosemittel ungehindert in die Ausgangsleitung 10 einströmen kann. Die Steuereinheit 23 berechnet anhand der Füllzyklen zwischen Mindestfüllstandsanzeiger 14 und Füllstandsanzeiger 8 die während einer Zeiteinheit verbrauchten Menge an Narkosemittel 2. Dieser berechnete Wert wird an den Vergleicher 24 abgegeben. Gleichzeitig berechnet die Dosiersteuerung 21 in redundanter Weise mittels des Strömungsfühlers 20 und des eingegebenen Konzentrationssollwertes 22 die benötigte Menge an gasförmigem Narkosemittel zur Erzeugung der notwendigen Narkosemittelkonzentration in der Frischgasleitung 18. Der von der Dosiersteuerung 21 berechnete Wert für die Narkosemittelmenge wird ebenfalls an den Vergleicher 24 abgegeben. Stimmen beide berechneten Werte überein, wird die Dosierung durch die Dosiersteuerung 21 unverändert fortgesetzt, indem anhand des durch den Drucksensor 9 erfaßten Druckwertes und der in der Trägergasleitung 18 gemessenen Strömung das Dosierventil 17 entsprechend angesteuert wird, um die zur Aufrechterhaltung der geforderten Narkosemittelkonzentration notwendige gasförmige Narkosemittelmenge in die Frischgasleitung 18 zu transportieren. Weichen jedoch die berechneten Mengenwerte im Vergleicher 24 von einer vorgegebenen Differenz ab, werden über ein entsprechendes Abschaltsignal aus dem Vergleicher 24 das Dosierventil 17 und das Magnetventil 7 geschlossen, so daß die Versorgungsleitung 15 und die Ausgangsleitung 10 unterbrochen sind, und die Temperatur für die Heizwendel 11 wird durch die Heizvorrichtung 12 umgehend abgesenkt.

Claims (6)

1. Dosiervorrichtung für ein flüssiges Narkosemittel, welches aus einem Vorratsgefäß über eine Zuführleitung in einen beheizbaren und unter einen vorgebbaren Druck gehaltenen Zwischenbehälter gespeist wird, dessen Ausgangsleitung das durch die Heizvorrichtung in gasförmigem Zustand gebrachte Narkosemittel über ein Dosierventil in eine Frischgasleitung leitet, dadurch gekennzeichnet, daß in der Versorgungsleitung (5) eine Versorgungseinheit (7) vorgesehen ist, welche über eine Steuereinheit (23) das flüssige Narkosemittel (2) solange in den Zwischenbehälter (6) einströmen läßt, bis darin ein vorgegebener Füllstandssollwert (b) an flüssigem Narkosemittel (2) erreicht ist, und daß die Heizvorrichtung (12) die Narkosemittelflüssigkeit auf eine solche Temperatur bringt, daß sich über dem Flüssigkeitsspiegel gasförmiges Narkosemittel (2) unter dem vorgegebenen Druck befindet.

2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstand (b) durch einen Füllstandsanzeiger (8) ermittelt und über eine Füllstandssignalleitung als Füllstandssollwert an die Steuereinheit (23) abgegeben wird.

3. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischenbehälter (6) ein Mindestfüllstandsanzeiger (14) vorgesehen ist, dessen Minimalwertsignal (a) über eine Signalleitung an die Steuereinheit (23) abgebbar ist, und daß bei Vorliegen des Minimalwertsignals (a) die Versorgungseinheit (7) durch die Steuereinheit (23) solange betätigt ist, bis der Füllstandssollwert (b) erreicht ist.

4. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischenbehälter (6) ein Maximalfüllstandsanzeiger (15) vorgesehen ist, dessen Maximalwertsignal (c) über eine Überwachungsleitung an die Steuereinheit (23) abgebbar ist, und daß bei Vorliegen des Maximalwertsignals (c) die Steuereinheit (23) die Versorgungseinheit (7) und das Dosierventil (17) in Schließstellung bringt.

5. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dosiersteuerung (21) vorgesehen ist, welche die Strömung in der Frischgasleitung (18) durch einen Strömungsfühler (20), den Dampfdruck des gasförmigen Narkosemittels in dem Zwischenbehälter (6) durch einen Druckfühler (9) aufnimmt und anhand der berechneten, für die Erreichung eines vorgegebenen Narkosemittelkonzentrationssollwertes erforderlichen zu dosierenden Narkosemittelmenge die Schaltzyklen des Dosierventils (17) bestimmt.

6. Dosiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (23) aus der Zahl der Füllzyklen pro Zeiteinheit zwischen dem Mindestfüllstandsanzeiger (14) und dem Füllstandsanzeiger (8) die verbrauchte Narkosemittelmenge berechnet und über einen Vergleicher (24) mit der von der Dosiersteuerung (21) ermittelten Narkosemittelmenge vergleicht und bei Abweichung voneinander über einen vorgegebenen Differenzwert hinaus die Versorgungseinheit (7) und das Dosierventil (17) in Schließstellung bringt und die Heizvorrichtung (12) ausschaltet.