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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Präparation von Luft medizinischer
Qualität
ausgehend von einem Strom atmosphärischer Luft.
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Luft medizinischer Qualität, die gemeinhin "medizinische. Luft" genannt wird, findet
verschiedenerlei Anwendung in einer Krankenhausumgebung, wo sie
nicht nur als Atemhilfsgas, zum Beispiel in Operationstrakten oder
Reanimationssälen,
verwendet werden kann, sondern auch als Quelle pneumatischer Energie
für Pressluftmaschinen,
die insbesondere in den Operationstrakten eingesetzt werden oder
auch zur Unterdrucksetzung von Überdruckkammern.
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Medizinische Luft wird üblicherweise
vor Ort auf Basis von atmosphärischer
Luft präpariert,
die Behandlungs- und Reinigungsschritte durchlaufen muss, um daraus
den Großteil
der Verunreinigungen zu entfernen, die sich darin finden, d. h.
insbesondere suspendierte Partikel (Stäube, Bakterien...), Wasserdampf,
Kohlendioxid (CO2), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide
(NOx) und Schwefeldioxid (SO2).
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Die Qualitätsanforderungen, denen die
medizinische Luft genügen
muss, werden insbesondere durch die Normen NFS 90140 und NFS 90155
definiert. Bei Atmosphärendruck
und 0°C
muss beispielsweise die Wasserdampfkonzentration kleiner als 0,09
Gramm je m3 sein, die Konzentration von Kohlendioxid
muss kleiner als 350 ppm (Volumenteile pro Million) sein, die Konzentration
von Kohlenmonoxid muss kleiner als 5 ppm sein, die Konzentration von
Schwefeldioxid muss kleiner als 16.10–3 ppm sein
und die Konzentration von Stickstoffmonoxid muss kleiner als 25,5.10–3 ppm
sein.
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Zum Stand der Technik gehören mehrere Verfahren
und Vorrichtungen, die es gestatten, reine Luft zu präparieren-.
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Bekanntlicherweise wird atmosphärische Luft
direkt aus der Atmosphäre
entnommen, mittels eine Kompressors komprimiert, beispielsweise
mittels eines Kolben- oder Membrankompressors, dann zu einer ersten
Pufferspeicherkapazität
geleitet, die dazu dient, die Druckschwankungen der Luft zu glätten, die
durch die Kompression bedingt werden. Die aus dieser Pufferspeicherkapazität entnommene
Luft wird dann einer Reinigungsphase durch Trocknung und Adsorption
von vorhandenen Verunreinigungen (CO2, CO,
NOx, SO2, ...) unterworfen,
bevor sie in eine zweiten Pufferspeicherkapazität geleitet wird, die am Ausgang
des Reinigungsbereichs platziert ist und einerseits dazu dient,
die Sauerstoffgehaltschwankungen der produzierten medizinischen
Luft zu glätten
und andererseits zur Speicherung der Luft medizinischer Qualität bevor
diese zu der einen oder den mehreren Verbrauchsstellen geschickt
wird, zum Beispiel einem Leitungsnetz für Gas im Krankenhausumfeld.
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Diese Art von Vorrichtung umfasst
allgemein ebenso mechanische Filter, die zwischen dem Kompressor,
der ersten Pufferspeicherkapazität,
dem Reinigungsbereich, der zweiten Pufferspeicherkapazität und/oder
den Verbrauchsstellen angeordnet sind.
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Verfahren und Vorrichtungen dieser
Art sind insbesondere in den Dokumenten US-A-4.670.223, US-A-4.983.190, FR-A-2728803
und EP-A-0716274 beschrieben.
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Diese Vorrichtungen des Standes der
Technik weisen jedoch zahlreiche Nachteile und Unannehmlichkeiten
auf. So ist der Umstand, eine erste Pufferspeicherkapazität zwischen
den Kompressionsmitteln und dem Reinigungsbereich für die Luft vorsehen
zu müssen,
aus Sicht des Raumbedarfs sehr nachteilig, das heißt des von
der Vorrichtung zur Präparation
medizinischer Luft eingenommenen Platzes in dem Krankenhausgebäude, in
dem sie installiert ist.
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Es hat sich in der Tat gezeigt, dass
man in dieser ersten Pufferspeicherkapazität das Wesentliche der Kondensate
des in der atmosphärische
Luft enthaltenen Wasserdampfs sowie eine nicht vernachlässigbare
Menge von dem Kompressor kommenden Öls wiederfand.
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Um daher jegliches Problem eines
Gefrierens der Wasserdampfkondensate und damit eine verhängnisvolle
Verstopfung der Leitungen durch Eisteilchen und/oder ölhaltige
Tröpfchen
zu vermeiden, ist es notwendig oder sogar zwingend, diese erste
Kapazität
im Inneren des Gebäudes
zu platzieren, das heißt
an einem temperierten Ort, oder sie künstlich eisfrei zu halten,
zum Beispiel mittels Heizmitteln.
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Es versteht sich leicht, dass derartige
Erfordernisse sowohl aus Sicht des Raumbedarfs als auch aus Sicht
der Energiekosten sehr nachteilig oder gar inakzeptabel sind.
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Zudem wird während der Produktionszyklen für medizinische
Luft und/oder während
der Verbrauchsabgabe die Gesamtheit der Filtrationskette und insbesondere
die Reinigungsbereich der Luft von Druckluft durchquert, deren momentaner
Durchfluss variabel ist. Daher kann im Fall eines starken Bedarfs
an medizinischer Luft durch die Verbrauchstelle oder die Verbrauchsstellen
ein Verknappungsproblem auftreten, weil die Einheit der Produktionskette
nicht in der Lage ist, eine ausreichende Menge medizinischer Luft
zu liefern. Wenn umgekehrt die Produktion medizinischer Luft größer als
der Bedarf durch die Verbrauchsstellen ist, können Überdrücke in der Einheit der Vorrichtung
zur Produktion medizinischer Luft vorkommen, die zu einer voreiligen Schädigung der
Materialien führen,
die zu einem kompletten Stillstand der Vorrichtung zur Produktion medizinischer
Luft führen.
Da derartige Risiken das Leben von Patienten in Gefahr bringen können, gilt es
somit, diese zu minimieren.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es somit, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen,
die:
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- – die
Nachteile nicht aufweisen und es gestatten, die vorgenanten Probleme
zu lösen;
- – sicher
sind und es gestatten, medizinische Luft einer im Wesentlichen konstanten
und akzeptablen Qualität
zu produzieren;
- – die
modulierbare Produktion medizinischer Luft gestatten, das heißt angepasst
an die Perioden hohen und geringen Bedarfs an medizinischer Luft
durch die Verbrauchsstellen;
- – einfach
an das Leitungssystem angekoppelt werden können, das die medizinische
Luft ins Innere eines Krankenhauses oder einer Klinik bringt; und
- – vollständig automatisiert
sind.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
daher ein Verfahren zur Präparation
medizinischer Luft durch einen Produktionszyklus, wobei jeder Produktionszyklus
zumindest einen Schritt des Komprimierens atmosphärischer
Luft auf einen Druck größer 105 Pa mittels zumindest einer Luftkompressionsquelle
und zumindest einen Schritt des Reinigens der komprimierten atmosphärischen
Luft durch zumindest einen Adsorptionsschritt umfasst, wobei die
unter Druck stehende, gereinigte medizinische Luft in Speicher/Homogenisierungsmitteln
bevorratet werden, bei der:
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- – der
Druck P der medizinischen Luft im Inneren der Speicher/Homogenisierungsmittel
gemessen wird,
- – der
gemessene Druck P mit einem vorbestimmten Grenzwertdruck P0 und einem vorbestimmten Maximaldruck Pm verglichen wird und
- – der
Druck P auf einen Druck eingestellt wird, so dass gilt: Pm > P ≥ P0.
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Je nach Fall kann das Verfahren eines
oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
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- – wenn
P < P0,
der Druck P erhöht
wird, indem die Ingangsetzung der Luftkompressionsquelle während einer
ganzzahligen Anzahl von Produktionszyklen der Dauer D veranlasst
wird;
- – der
Betrieb der Luftkompressionsquelle während einer Zeit T aufrechterhalten
wird, die der Mindestzahl von Produktionszyklen der Dauer D entspricht, die
notwendig ist, um den erwünschten
Druck P zu erzielen;
- – die
Dauer D eines Produktionszyklus zwischen 1 und 30 Minuten, vorzugsweise
zwischen 1 und 15 Minuten, besonders vorzugsweise zwischen 2 und
7 Minuten, liegt;
- – wenn
P ≥ Pm, das Anhalten der Luftkompressionsquelle
veranlasst wird;
- – der
Druck P einem auf einen Punkt beschränkten Druck oder einem vorbestimmten
Druckintervall entspricht;
- – der
Druck im wesentlichen kontinuierlich oder auf sequentielle Weise
gemessen wird;
- – die
Drücke
Pm und P0 so festgelegt
werden, dass gilt: 1 < Pm/P0 ≤ 5;
- – der
Druck P0 in dem Bereich zwischen 3.105 Pa und 8.105 Pa
liegt und/oder dass der Druck Pm in dem Bereich zwischen 9.105 Pa und 15.105 Pa
liegt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
außerdem eine
Vorrichtung zur Präparation
medizinischer Luft mit:
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– zumindest
einer Luftquelle, die atmosphärische
Luft mit einem Druck größer als
105 Pa liefert,
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– zumindest
einem Reinigungsbereich für unter
Druck stehende atmosphärische
Luft, der Adsorptionsmittel aufweist,
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– Speicher/Homogenisierungsmitteln,
die medizinische Luft enthalten und an einem oder mehreren Verwendungsorten
verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung außerdem folgendes
umfasst:
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– Messmittel,
die es gestatten, den Druck P der in den Speicher/Homogenisierungsmitteln
enthaltenen medizinischen Luft zu ermitteln, und
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– Steuermitteln
die den gemessenen Druck P mit einem gegebenen Grenzwertdruck Po
vergleichen und die Zufuhr unter Druck stehender atmosphärischer
Luft durch die Luftquelle zu dem Reinigungsbereich auslöst, falls
P < P0.
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Je nach Fall kann die Vorrichtung
eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen:
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- – die
Luftquelle ist ein Membrankompressor, Schneckenkompressor, ein Spiralkompressor
oder ein Kolbenkompressor;
- – die
Adsorptionsmittel enthalten zumindest zwei Adsorber umfassen, die
jeweils zumindest ein Bett aus zumindest einem adsorbierendem Material.
Diese zwei Adsorber funktionieren zyklisch, das heißt, wenn
der eine der Adsorber in der Reinigungsphase ist, ist der andere
Adsorber in der Regenerationsphase. Für das in den Adsorbern enthaltene
Material werden Zeolithe, Aktivkohle, Kieselerdegel, aktiviertes
Alumina oder Gemische daraus gewählt.
- – die
Speicher/Homogenisierungsmittel eine Pufferspeicherkapazität bilden;
- – die
medizinische Luft wird von den Speicher/Homogenisierungsmittelnzu
zumindest einer Verbrauchsstelle mittels einer Leitung oder eine
Leitungsnetzes geführt,
das sich in einem Krankenhaus befindet;
- – die
Mittel zur Messung des Druckes P sind direkt an die Speicher/Homogenisierungsmitteln
oder eine Erweiterung der Speicher/Homogenisierungsmittel angeschlossen,
in deren Inneren ein Druck gleich dem Druck P herrscht;
- – die
die Steuermittel enthalten einen programmierbaren Automaten;
- – mechanische
Filtermittel sind zwischen der Druckluftquelle, dem Reinigungsbereich,
den Speicher/Homogenisierungsmitteln und/oder den Verwendungsorten
angeordnet;
- – die
Steuermittel lösen
das Anhalten der Durchflussquelle und/oder die Auslösung eines
akustischen und/oder sichtbaren Alarms aus, wenn ein Differenzdruckmesser,
der so angeordnet ist, dass er den Druck. zwischen dem Eingang und
dem Ausgang zumindest des ersten Filters misst, und der mit den Steuermitteln
verbunden ist, einen Druckdifferenz erfasst, die größer oder
gleich einem festgelegten Wert ist.
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Das Verfahren und die Einrichtung
zur Präparation
medizinischer Luft der Erfindung wird nun ausführlicher mittels Ausführungsformen
beschrieben werden, die nicht als Begrenzung zu verstehen ist und
nur zur Veranschaulichung unter Bezug auf die beigefügten Figuren
angegebn wir:
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1 stellt
eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Präparation von
Luft medizinischer Qualität
dar, die eine einzige Kompressions/Reinigungsleitung für die Luft
einsetzt.
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2 stellt
eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Präparation von
Luft medizinischer Qualität
dar, die zwei parallele Kompressions/Reinigungsleitungen für die Luft
einsetzt.
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Die 1 stellt
eine erste Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Präparation
von Luft medizinischer Qualität
dar, die einen Drehkompressor 1 (oder Schraubenkompressor)
umfasst, der Umgebungsluft entnimmt und sie auf einen Druck in dem
Bereich zwischen 2.105 Pa und 20.105 Pa, vorzugsweise zwischen 8.105 Pa
und 15.105 Pa komprimiert.
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Die so komprimierte Luft wird über eine
Leitung 11 zu einem Reinigungsbereich 2 für atmosphärische Luft
geführt,
nach dem sie mechanische Filtermittel 7 durchquert hat,
die von einem Zyklon 7a gefolgt von drei Filtern 7b, 7c und 7d gebildet
werden, die bei Bedarf mit automatischen Entlüftungsvorrichtungen versehen
sein können.
Der Zyklon 7a und die Filter 7b, 7c und 7d gestatten
es, den Strom komprimierter Luft vorzureinigen, indem nicht nur
die Stäube
und andere feste Teilchen, die sich darin befinden können, sowei
ein Teil des in dem Strom komprimierter Luft enthaltenen Wasserdampfs
zurückgehalten werden,
sondern auch die von dem Kompressor freigesetzten Öltröpfchen,
und gestatten es so, eine Verschmutzung der gesamten Vorrichtung
zur Produktion medizinische Luft oder des Krankenhausleitungsnetzes
zu verhindern, an das sie angeschlossen ist.
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Der Reinigungsbereich 2 für die bereits
teilweise gereinigte, komprimierte atmosphärische Luft umfasst zwei Adsorber 2a und 2b,
die jeweils ein oder mehrere Betten aus adsorbierendem Material wie
beispielsweise Alumina, Aktivkohle, Kieselerdegel, Zeolithe oder
andere Gemische Enthalten.
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Man kann medizinische Luft zum Beispiel präparieren,
indem ein Adsorbens der Zeolith-Art verwendet wird, das von der
Firma UOP unter dem Markennamen MOLSIV und der Artikelnummer 13XAPG
vertrieben wird.
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Die zwei Adsorbatoren 2a und 2b arbeiten vorzugsweise
wechselphasig, das heißt,
wenn der eine Adsorber in ein der Reinigungsphase ist, ist der andere
Adsorber in der Regenerationsphase; man kann sich zum Beispiel auf
die EP-A-0716274 beziehen, die eine derartige Anordnung beschreibt.
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Auf herkömmliche Weise erfolgt die Regeneration
der Adsorbentienbetten durch das Überstreichen im Gegenstrom
mit einem Desorptionsgas wie zum Beispiel medizinischer Luft oder
Stickstoff.
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Nach seinem Durchgang durch den Reinigungsbereich
wird die medizinische Luft über
eine Leitung 12, 14 gesammelt und zu einer Kapazität 3 zur
Speicherung und Homogenisierung der medizinischen Luft geführt.
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Es ist wünschenswert, in der Leitung 12 am Ausgang
der Adsorber mechanische Filtermittel 8, 8a, 8b anzuordnen,
um eventuelle feste Teilchen zurückzuhalten,
die sich aus dem Abrieb des adsorbierenden Materials im Inneren
des Adsorbers ergeben.
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Ein stromabwärts von der Leitung 12 angebrachtes
Ventil 13 gestattet es, den Eintritt von Luft medizinischer
Qualität
in die Kapazität 3 zu
regeln.
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Ein Druckaufnehmer 5 ist
an dem straufwärts von
dem Ventil 13 gelegenen Leitungsabschnitt 12 vorgesehen,
das heißt
dem in 1 mit 14 bezeichneten
Abschnitt. Da der in diesem Abschnitt 14 wirkende Druck
der medizinischen Luft gleich demjenigen ist, der im Inneren der
Kapazität 3 herrscht,
wird die Ausführungsform
bevorzugt; es ist indessen auch möglich, den Druckaufnehmer 5 so
anzubringen, dass die Druckerfassung direkt im Inneren der Kapazität 3 erfolgt.
Der Druckaufnehmer 5 ist zum Beispiel ein analoger Aufnehmer
des 4–20
mA Typs, der von der Firma KELLER oder der Firma BOURDON-SEDEME
vertrieben wird, der die Steuermittel 4 über die Entwicklung
des in der Kapazität 3 wirksamen
Drucks informiert.
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Die Steuermittel 4, die
einen programmierbaren Automaten umfassen, beispielsweise des Typs MICRO
612, der von der Firma MODICON vertrieben wird, steuert insbesondere
den Betrieb des Kompressors 1 und die Öffnung und gegebenenfalls Schlieflung
des Ventils 13 in Abhängigkeit
von Druckinformationen, die ihnen von dem Druckaufnehmer 5 übertragen
werden. Wenn der in der Kapazität 3 wirksame
Drucks wegen eines geringen Bedarfs an medizinische Luft an den
Verbrauchsstellen 6 größer als ein
gegebener Druckgrenzwert P0 von beispielsweise P0 = 15.105 Pa ist,
ordnen die Steuermittel 4 das Anhalten des Kompressors 1 und
die Schließung
des Ventils 13 an. In diesem Fall reicht die in der Kapazität 3 eingeschlossene
Menge medizinischer Luft aus, um dem Bedarf der Verbrauchsstellen 6 zu
genügen. Das
Anhalten des Kompressors 1 und die Schließung des
Ventils 13 bleiben bestehen, so lange der Druck im Inneren
der Kapazität 3 größer als
der Druckgrenzwert P0 bleibt.
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Wenn hingegen der im Inneren der
Kapazität 3 wirksame
Drucks kleiner als der Druckgrenzwert Po wird, zum Beispiel kleiner
P0 = 3.105 Pa ist,
ordnen die Steuermitel 4 das Ingangsetzen des Kompressors 1 und
die nachfolgende Öffnung
des Ventils 13 während
der Anzahl von Zyklen, das heißt
der Zeitdauer, an, die notwendig sind, um einen im Inneren der Kapazität 3 zulässigen Maximaldruck
Pm zu erreichen.
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Wenn am Ende dieser Zahl von Zyklen
der in der Kapazität 3 wirksame
Druck zwischen dem minimalen Grenzwert P0 und
dem maximalen Druckwert Pm liegt, dann veranlassen
die Steuermittel 4 das Unterbrechen der Kompression und
die Schließung
des Ventils 13.
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Wenn jedoch am Ende dieses Produktionszykluses
für medizinische
Luft der im Inneren der Kapazität 3 wirksame
Druck nicht den Vorgaben entspricht, zum Beispiel wegen eines hohen
Bedarfs an medizinischer Luft durch die Verbrauchsstellen 6, veranlassen
die Steuermittel 4 die Fortddauer des Betriebs des Kompressors 1 und
der Öffnung
des Ventils 13, das heißt mit anderen Worten die Fortsetung
der Produktion medizinischer Luft.
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Wenn schließlich der Druckaufnehmer 5
einen Druck im Inneren der Kapazität 3 erfasst, der größer als
ein zulässiger
maximaler Druckwert Pm ist, ordnen die Steuermittel 4 das
Anhalten des Kompressors 1 und das Schließen des
Ventils 13 an, solange der im Inneren der Kapazität 3 wirksame
Druck nicht wieder einen Druckwert unterschreitet, der die Wiederingangsetzung
der Produktionsvorrichtung für medizinische
Luft erfordert.
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Der Betrieb der Präparationsvorrichtung
für medizinische
Luft basiert vorzugsweise auf Reinigungszyklen. Ein Reinigungszyklus
entspricht im Wesentlichen der Dauer D, während der das in den Adsorbern 2a, 2b enthaltene
Adsorbens eine wirksame Reinigung der Luft bewirken kann, ohne eine
Regeneration zu erfordern, das heißt die Zeit T, die zu einer
kompletten Sättigung
des Asorbens durch Adsorption von Verunreingungen (CO2,
CO, NOx, SO2, ...)
an dieses notwendig ist, die in der zu reingenden atmosphärischen
Luft enthalten sind.
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Diese Dauer D hängt zugleich von der Art der eingesetzten
Adsorbentien und der in der Luft vorhandenen Verunreinigungen ab;
ein Produktionszyklus dauert allgemein zwischen 1 und 30 Minuten
und vorzugsweise zwischen 2 und 7 Minuten.
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Da mit anderen Worten die Adsorber
alternierend funktionieren, das heißt, dass während der Adsorber 2a in
der Reinigungsphase ist, der Adsorber 2b in der Regenerationsphase
ist und umgekehrt, entspricht die Dauer D eines Reinigungszyklus
ebenso der Zeit, die zur kompletten Regenerierung des Adsorbens
notwendig ist, das sich in dem Adsorber in der Reinigungsphase befindet.
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Für
eine größere Sicherheit
der Vorrichtung ist es wünschenswert,
einen Differenzdruckaufnehmer 10 (analoger Aufnehmer oder
Differenzpressostat) zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Filters 7b vorzusehen
und mit dem Steuermittel 4 zu verbinden, um jeden verhängnisvollen
Bruch des Ölabscheiders
zu erfassen, der am Ausgang des Kompressors platziert ist; ein solcher
Bruch könnte
eine Verschmutzung des Netzes zur Folge haben.
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Wenn ein solcher Bruch tatsächlich einträte, würde die
Verstopfung des Filters 7b, die sich daraus ergäbe, sofort
durch den Differenzdruckaufnehmer 10 erfasst, der diese
Information zu dem Steuermittel 4 übertragen würde, das sogleich den Lauf
des Kompressors 1 unterbräche, während es zugleich einen akustischen
und/oder sichtbaren Alarm auslösen würde.
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Um jeder Verschmutzung des Netzes 6 durch
Mikroorganismen zu vermeiden, ist es wünschenswert, Bakterienfilter 9 zwischen
der Kapazität 3 und
dem Netz 6 ein vorzusehen.
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Während
der Unterbrechungsphasen der Vorrichtung ist es zudem möglich, den
Abschnitt der Vorrichtung zwischen dem Kompressor 1 und
dem Ventil 13 unter Druck zu halten, entsprechend der Lehre
des Dokuments FR-A-2728803.
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Die 2 gibt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Präparation
medizinischer Luft wieder, die zwei Strecken zur Produktion medizinischer
Luft umfasst, die mit einer einzigen Kapazität 3 verbunden sind,
deren Innendruck mittels eines Druckmessers 5 gemessen
wird, der auch hier mit Steuermitteln 4 verbunden ist,
der die Kompressoren 1 und 1' steuert und die Öffnung oder
Schließung
der Ventile 13 und 13' betätigt.
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Diese Vorrichtung umfasst in Wirklichkeit zwei
Einheiten, die zu den in der 1 beschriebenen
identisch sind, die miteinander gekoppelt sind.
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Durch diese Ausführungsform kann im Fall einer
unpassenden Unterbrechung einer der zwei Einheiten oder Strecken
zur Luftproduktion durch Ingangsetzung der zweiten Produktionseinheit
dennoch medizinische Luft produziert und zu den Verbrauchsstellen 6 gebracht
werden, wobei die zwei Einheiten durch die gleichen Steuermittel 4 gesteuert werden
und die produzierte medizinische Luft zu der gleichen Kapazität 3 gebracht
wird.
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Falls der Bedarf an medizinischer
Luft größer als
die Kapazität
einer Produktionsstrecke wäre, könnte zudem
die zweite Strecke in Gang gesetzt werden, um diese Überverbrauch
zu kompensieren.