EP1817069A1 - Method for providing gas mixtures for respirators and method for carrying out said method - Google Patents

Method for providing gas mixtures for respirators and method for carrying out said method

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Publication number
EP1817069A1
EP1817069A1 EP05812811A EP05812811A EP1817069A1 EP 1817069 A1 EP1817069 A1 EP 1817069A1 EP 05812811 A EP05812811 A EP 05812811A EP 05812811 A EP05812811 A EP 05812811A EP 1817069 A1 EP1817069 A1 EP 1817069A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valves
switching valves
opened
pressure
mixing chamber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05812811A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dominik Lirsch
Robert KÖLBL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Reiner GmbH
Original Assignee
Carl Reiner GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Reiner GmbH filed Critical Carl Reiner GmbH
Publication of EP1817069A1 publication Critical patent/EP1817069A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/10—Preparation of respiratory gases or vapours
    • A61M16/12—Preparation of respiratory gases or vapours by mixing different gases
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/20—Valves specially adapted to medical respiratory devices
    • A61M16/201—Controlled valves
    • A61M16/202—Controlled valves electrically actuated
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D11/00—Control of flow ratio
    • G05D11/02—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material
    • G05D11/13—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means
    • G05D11/131—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means by measuring the values related to the quantity of the individual components
    • G05D11/133—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means by measuring the values related to the quantity of the individual components with discontinuous action
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D7/0617—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
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    • G05D7/0635—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means
    • G05D7/0641—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means using a plurality of throttling means
    • G05D7/0652—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means using a plurality of throttling means the plurality of throttling means being arranged in parallel
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    • A61M16/1005—Preparation of respiratory gases or vapours with O2 features or with parameter measurement
    • A61M2016/102—Measuring a parameter of the content of the delivered gas
    • A61M2016/1025—Measuring a parameter of the content of the delivered gas the O2 concentration

Definitions

  • the invention relates to a method for providing gas mixtures for respirators in which a plurality of mutually different gases is supplied via switching valves to a mixing chamber, the switching valves are opened and closed in a timed manner, and the pressure in the mixing chamber is monitored and monitored a corresponding device for carrying out this method.
  • a method of the type mentioned above and a corresponding device can be found for example in US 4 576 159.
  • switching valves are used, which are operated in each case pulsed. Since a high degree of pressure fluctuations occurs due to the pulsating operation of the switching valves, it has been proposed here to supply the gas flows guided in each case via the valves to a wind chamber, in which the pressure has been uniformed and correspondingly monitored.
  • a wind chamber in which the pressure has been uniformed and correspondingly monitored.
  • an elastic membrane or a valve for maintaining constant pressure can be arranged, the air chamber was used as a mixing chamber and should primarily eliminate fluctuations of the gas pressures.
  • Other known devices in which the switching frequency has been influenced by switching valves can be found, for example, in US Pat. No. 3,626,963.
  • US Pat. No. 3,895,642 discloses the use of differential pressure valves to achieve the desired mixing ratio
  • US Pat. No. 4,380,233 discloses a ventilator with a special circuit arrangement for the operation of solenoid valves with which, apart from the switching frequency for the pulsed valves, also the Ratio of inspiratory and expiratory time could be preset.
  • the invention now aims to provide, independently of the preset mixing ratio and the respectively changing removal quantity, constant mixing and pressure " ⁇ J" ** ratios to ensure being able to perform a jet Beatm ⁇ ngs réelle a correspondingly high flow with correspondingly high pressure.
  • the inventive method consists essentially in that the gases different from each other are each guided over a plurality of parallel switching valves and ⁇ the control of the switching valves is such that a coarse mixing ratio of the gases corresponding number of each other different valves associated switching valves is opened and closed synchronously.
  • a plurality of valves is arranged in parallel for different gases, such as oxygen and air, it is possible by coarse and further to ensure the desired flow rate by choosing the appropriate number of each openable valves a desired mixing ratio.
  • These respective basic settings serving valves or valve groups can be operated synchronously, clocked accordingly, the respective gas streams are fed to the mixing chamber.
  • the mixing chamber thus receives directly the desired gas mass in the unit time and the respective gas streams in the desired mixing ratio.
  • the inventive method is advantageously developed so that at least another of the adaptation to a defined mixing ratio serving switching valve opened and closed asynchronously compared to other other switching valves is, with the sum of each opened further valves is kept constant.
  • This further valve or these other valves are now operated asynchronously, so that when, for example, a valve in the oxygen line is closed, a valve in the air line or a further gas line is opened.
  • the procedure is such that the total number of valves opened in each case is selected as a function of the desired flow rate and kept constant.
  • the clocked respectively pulsed operated switching valves can be operated pulsed according to the requirements of the pressure control, the pressure itself can be subjected to a two-point control in a conventional manner and the corresponding control signals can be made directly the switching valves available.
  • a throttle gas can be diverted and fed to a gas analysis, whereby the mixing ratio is continuously checked and quality control is enabled.
  • the inventive device for carrying out this method is essentially characterized in that between each port for a gas line and a mixing chamber, a plurality of clocked open and closable switching valves is turned on and that the switching valves are connected to a controller and a clock whose clock frequency or Control signals for opening and closing the switching valves depending on specifications for the mixing ratio of the gases and the desired flow rate for individual valves in the same gas path are separately adjustable.
  • the design is advantageously such that in each gas path at least three, preferably four, valves are arranged parallel to each other, wherein preferably the mixing chamber is designed as a pressure vessel whose pressure is monitored by at least one sensor whose sensor signals is supplied to the control unit to a pressure control.
  • the mixing chamber is designed as a pressure vessel whose pressure is monitored by at least one sensor whose sensor signals is supplied to the control unit to a pressure control.
  • a quality control training is advantageously made such that in at least one gas path, a throttle is guided to a branch line, to which a Gasanaly ⁇ e réelle can be connected.
  • the inventive design results in a device in which the corresponding pressure, flow rate and mixing constancy can be preset in one operation, so that a much smaller mixing chamber can be used to equalize the pressure peaks used.
  • the mixing ratio can be set with a higher accuracy with a deviation of less than 1% of the nominal value, whereby with short-term maximum sampling a corresponding buffering in the mixing chamber can be ensured.
  • FIG. 2 shows a diagram of the switching times of the valves for setting the desired mixing ratio
  • FIG. 3 shows a modified and supplemented illustration corresponding to FIG. 2, in which the pressure profile and so that the pressure control over a plurality of switching cycles is shown.
  • Fig.l 1 with the compressed air coupling and with 2 the oxygen coupling of the corresponding gas supply of a hospital is indicated schematically.
  • the respective clutches each pressure regulator 3 are connected downstream, the corresponding pressure sensors are denoted by 4.
  • a plurality of valves are arranged in parallel, wherein in the illustration of Fig.l four valves are provided, which are referred to in the case of the airway as VLl to VL4 and in the case of the oxygen path as VOl to VO4 are drawn. All these valves are open as clocked open and closable valves are formed and are opened and closed by a pulse generator not shown in each case.
  • the respective sum output of the gas lines 5 and 6 is combined via a line 7 and fed to a mixing chamber 8.
  • the mixing chamber 8 can build relatively small, wherein the respectively supplied with high pressure and in an appropriate amount of gases for better turbulence and separated from each other and can be introduced tangentially into the mixing chamber.
  • the mixing chamber itself has a pressure sensor 9, via which the respective upper or lower pressure value for the two-point control is set.
  • Denoted at 10 is a throttle via which gas is supplied to an oxygen sensor 11 for analysis of the gas.
  • the mixture is supplied via line 12 to the ventilator.
  • valves VO2 and VL3 are provided, which are now alternately operated, that is operated asynchronously, so that in total from Tl to TO that flow rate is performed, which would correspond to another valve, since the two valves VO2 and VL3 are switched at time tl, so that in each case only one valve is open.
  • the period of valve change results in a corresponding fine adjustment of the mixing ratio, and in particular the desired oxygen concentration in the air-oxygen mixture.
  • the corresponding pressure curve can be seen in addition via the respective switching times of the different valves VO1, VO2 and VL1, VL2 and VL3.
  • the pressure is at the lower limit value pl and rises in the course of the switch-on cycle, in which the respective valve change times tl and t2 are for the switching of valves, up to a pressure p2, followed by a switch-off at this time TO until the pressure has again dropped from p2 to pl.
  • pressure values between p1 and p2 are again obtained correspondingly shifted from T1 to TO, wherein now three switching change times t1, t2 and t3 are observed in order to ensure the desired constancy and the desired mixing ratio for the same mass in the unit of time.
  • the switching valves VOl to V04 or VLl to VL4 each fill the mixing chamber with the desired mixture, and as soon as the upper pressure limit is reached in the mixing chamber, all valves are closed. As soon as the pressure drops to the lower pressure limit, the respectively corresponding valves are opened again, whereby a two-point control is realized.
  • the number of the used switching valves for air and oxygen are a coarse mixing ratio before, preferablyi- additionally by 'the momentary switch back and forth at least one of air and an oxygen valve, the mixture may be refined, in the "mixing chamber, the resulting oxygen concentration with high accuracy of less than +/- 1% by weight.
  • the central gas supply of a hospital usually supplies air and oxygen with pressures between 4 and 10 bar, whereby the respective operating pressures are usually set to 4.5 to 5 bar via an inlet pressure regulator. Even if, for example, can not be ensured that a central gas supply to a hospital With pressures reaching from 4.5 to 5 bar or more, certain operating modes can still be achieved with restrictions, such as reduced flow or radiation pressure, for which the operating pressures according to the inlet pressure regulators for air and oxygen are exactly the same for an optimal air-oxygen mixture should.
  • the oxygen concentration is measured via an oxygen sensor, which is connected to the mixing chamber via a controllable throttle pressure regulator.
  • the control detects signals of all cited sensors and in particular the signals of the sensors 4 of the input controller 3 in order to take into account different operating pressures in the gas supply can.
  • pressure differences of up to 1 bar can be compensated by appropriately influencing the clock frequencies or opening times of the respective valves VL1 to VL4 or VO1 to V04.

Abstract

The invention relates to a method for providing gas mixtures for respirators, according to which a plurality of different gases is fed to a mixing chamber (8) via selector valves (VL, VO). Said selector valves (VL, VO) are timed to open and close and the pressure in the mixing chamber (8) is monitored. The different gases are respectively conducted by means of a plurality of parallel selector valves (VL, VO), said valves (VL, VO) being controlled in such a way that a number of selector valves, corresponding to a coarse mixing ratio of the gases, are opened and closed synchronously and each selector valve (VL, VO) is assigned to a different gas.

Description

Verfahren zum Bereitstellen von Gasgemischen für Beatmungs- geräte sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses VerfahrensMethod for providing gas mixtures for ventilators and apparatus for carrying out this method
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bereit- stellen von Gasgemischen für Beatmungsgerate, bei welchem eine Mehrzahl von voneinander verschiedenen Gasen über Schaltventile einer Mischkammer zugeführt wird, wobei die Schaltventile getaktet geöffnet und geschlossen werden, und der Druck in der Mischkammer überwacht wird sowie auf eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for providing gas mixtures for respirators in which a plurality of mutually different gases is supplied via switching valves to a mixing chamber, the switching valves are opened and closed in a timed manner, and the pressure in the mixing chamber is monitored and monitored a corresponding device for carrying out this method.
Zur Herstellung . eines Gasgemisches werden bei derartigen Verfahren elektronisch angesteuerte Schaltventile einge- setzt, welche getrennt voneinander die Durchflussmenge der Eingangsmedien regeln und anschließend eine Mischkammer be- füllen. Abhängig von der durch den Schaltalgorithmus bestimmten Taktung der Schaltventile werden die 'Durchflussmengen der Eingangsmedien geregelt. Dadurch ergibt sich in der Mischkammer ein definiertes Mischungsverhältnis der Gase, bei einem ebenfalls definierten Druck.For production . In a gas mixture of this type, electronically controlled switching valves are used, which separately control the flow rate of the input media and then fill a mixing chamber. Depending on the specific algorithm by the switching timing of the switching valves, the 'flow rates of the input media to be regulated. This results in the mixing chamber a defined mixing ratio of the gases, at a likewise defined pressure.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine entsprechende Vorrichtung sind beispielsweise der US 4 576 159 zu entnehmen. Bei diesem bekannten Verfahren werden Schaltventile eingesetzt, welche jeweils gepulst betrieben werden. Da durch den pulsierenden Betrieb der Schaltventile ein hohes Maß an Druckschwankungen auftritt, wurde hier vorgeschlagen die jeweils über die Ventile geleiteten Gasströme einem Windkessel zuzuführen, in welchem der Druck vergleichmäßigt und entsprechend überwacht wurde. Zu diesem Zweck konnte im Windkessel eine elastische Membran vorgesehen sein oder aber ein Ventil zur Druckkonstanthaltung angeordnet werden, wobei der Windkessel als Mischkammer diente und in erster Linie Fluktuationen der Gasdrücke eliminieren sollte. Weitere bekannte Vorrichtungen, bei welchen die Schaltfrequenz von Schaltventilen beeinflusst wurde, sind beispielsweise der US 3 626 963 zu entnehmen. Der US 3 895 642 ist die Verwendung ' von Differenzdruckventilen zur Erzielung des gewünschten Mischungsverhältnisses zu entnehmen, wobei schließlich die US 4 380 233 ein Beatmungsgerät mit einer speziellen Schaltungsanordnung für den Betrieb von Magnetventilen angibt, mit welchen neben der Schaltfrequenz für die gepulsten Ventile auch das Verhältnis der Einatmungs- und der Ausatmungszeit voreingestellt werden konnte.A method of the type mentioned above and a corresponding device can be found for example in US 4 576 159. In this known method switching valves are used, which are operated in each case pulsed. Since a high degree of pressure fluctuations occurs due to the pulsating operation of the switching valves, it has been proposed here to supply the gas flows guided in each case via the valves to a wind chamber, in which the pressure has been uniformed and correspondingly monitored. For this purpose, could be provided in the air chamber an elastic membrane or a valve for maintaining constant pressure can be arranged, the air chamber was used as a mixing chamber and should primarily eliminate fluctuations of the gas pressures. Other known devices in which the switching frequency has been influenced by switching valves can be found, for example, in US Pat. No. 3,626,963. US Pat. No. 3,895,642 discloses the use of differential pressure valves to achieve the desired mixing ratio, and finally US Pat. No. 4,380,233 discloses a ventilator with a special circuit arrangement for the operation of solenoid valves with which, apart from the switching frequency for the pulsed valves, also the Ratio of inspiratory and expiratory time could be preset.
Alle bekannten Vorrichtungen dienen dazu ein Gemisch aus zwei Gaskomponenten, und insbesondere von Sauerstoff und Druckluft, mit einem wählbaren Mischungsverhältnis und einem, wenn möglich, wählbaren Druck bereit zu stellen. Bei modernen Jet- Beatmungsgeräten zur Jet-Ventilation muss ein wesentlich höherer Arbeitsdruck bzw. ■ Abstrahldruck eingesetzt werden, um einen ausreichenden Gasaustausch in der Lunge des Patienten zu gewährleisten. Abstrahldrücke sind hier in der Regel in der Größenordnung von bis zu 4 bar erforderlich, wobei die bekannten Systeme, die mit Proportionalventilen oder Schaltventilen arbeiten, üblicher Weise in einem ersten Arbeitsschritt die Gaskonzentration regeln und erst anschließend in einem weiteren Arbeits- schritt den gewünschten Arbeitsdruck einer Regelung unterziehen. Derartige Systeme liefern in der Regel für eine Jet- Ventilation nur unzulängliche Druckkonstanz und in aller Regel auch nur einen zu geringen Gasfluss. Die Flowcharakte- ristik ist zumeist stark vom eingestellten Mischungsver- hältnis abhängig, was • bedeutet, dass- mit der Sauerstoffkonzentration sich auch der Ausgangsdruck und damit eine Reihe weiterer Einstellparameter des Beatmungsgerätes ändern.All known devices serve to provide a mixture of two gas components, and in particular oxygen and compressed air, with a selectable mixing ratio and, if possible, selectable pressure. In modern jet ventilators for jet ventilation, a significantly higher working pressure or jet pressure must be used to ensure a sufficient gas exchange in the lungs of the patient. Radiation pressures are generally required here in the order of up to 4 bar, the known systems which operate with proportional valves or switching valves usually control the gas concentration in a first step and only then in a further step the desired working pressure of a Subject to regulation. As a rule, such systems only provide inadequate pressure stability for jet ventilation and, as a rule, only too low a gas flow. The flow characteristic is mostly heavily dependent on the set mixing ratio, which means • that the oxygen concentration also changes the outlet pressure and thus a number of other ventilator settings.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, jeweils unabhängig von dem voreingestellten Mischungsverhältnis und der sich jeweils ändernden Entnahmemenge konstante Misch- und Druckver- "■ J "** hältnisse zu gewährleisten, um einen entsprechend hohen Fluss bei entsprechend hohem Druck einem Jet-Beatmύngsgerät zuführen zu können.The invention now aims to provide, independently of the preset mixing ratio and the respectively changing removal quantity, constant mixing and pressure "■ J" ** ratios to ensure being able to perform a jet Beatmύngsgerät a correspondingly high flow with correspondingly high pressure.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen darin, dass die voneinander verschiedenen Gase jeweils über eine Mehrzahl von parallel angeordneten Schaltventilen geführt werden und ■ die Steuerung der Schaltventile derart erfolgt, dass eine einem groben Misch- ungsverhältnis der Gase entsprechende Anzahl von jeweils voneinander verschiedenen Gasen zugeordneten Schaltventilen synchron geöffnet und geschlossen wird. Dadurch, dass für unterschiedliche Gase, wie beispielsweise Sauerstoff und Luft, jeweils eine Mehrzahl von Ventilen parallel angeordnet ist, gelingt es, durch Wahl der entsprechenden Anzahl der jeweils zu öffnenden Ventile ein gewünschtes Mischungsverhältnis grob und weiters auch die gewünschte Durchflussmenge zu gewährleisten. Diese jeweils der Grundeinstellung dienenden Ventile bzw. Ventilgruppen können entsprechend synchron ,getaktet betrieben werden, wobei die jeweiligen Gasströme der Mischkammer zugeführt werden. Die Mischkammer erhält somit unmittelbar die gewünschte Gasmasse in der Zeiteinheit sowie die jeweiligen Gasströme in dem gewünschten Mischungsverhältnis. Um nun eine Feinanpassung an das gewünschte Mischungsverhältnis sicherzustellen, ohne hierbei eine jeweils vorgegebenen Durchflussmenge zu beeinträchtigen, ist das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil so weitergebildet, dass wenigstens ein weiteres der Anpassung an ein definiertes Mischungsverhältnis dienendes Schaltventil im Vergleich zu anderen weiteren Schaltventilen asynchron geöffnet und geschlossen wird, wobei die Summe der jeweils geöffneten weiteren Ventile konstant gehalten wird. Dieses weitere Ventil bzw. diese weiteren Ventile werden nun asynchron betrieben, sodass dann, wenn beispielsweise ein Ventil in der Sauerstoffleitung geschlossen wird, ein Ventil in der Luftleitung bzw. einer weiteren Gasleitung geöffnet wird. Als Ergebnis dieses alternierenden Betriebes ergibt sich, dass die Gasdurchflussmenge insgesamt konstant gehalten werden kann und dennoch das gewünschte Mischungsverhältnis entsprechend exakt eingestellt werden kann. Mit Vorteil wird hiefür so vorgegangen, dass die Gesamtzahl der jeweils geöffneten Ventile in Abhängigkeit von der gewünschten Durchflussmenge gewählt und konstant gehalten wird. Die jeweils getaktet bzw. gepulst betriebenen Schaltventile können entsprechend den Erfordernissen der Druckregelung gepulst betrieben werden, wobei der Druck selbst einer Zweipunkt- regelung in konventioneller Weise unterworfen werden kann und die entsprechenden Steuersignale unmittelbar den Schaltventilen zur Verfügung gestellt werden können. Über eine Drossel kann Gas abgezweigt werden und einer Gasanalyse zugeführt werden, wodurch kontinuierlich das Mischverhältnis überprüft wird und eine Qualitätskontrolle ermöglicht wird.To achieve this object, the inventive method consists essentially in that the gases different from each other are each guided over a plurality of parallel switching valves and ■ the control of the switching valves is such that a coarse mixing ratio of the gases corresponding number of each other different valves associated switching valves is opened and closed synchronously. Characterized in that a plurality of valves is arranged in parallel for different gases, such as oxygen and air, it is possible by coarse and further to ensure the desired flow rate by choosing the appropriate number of each openable valves a desired mixing ratio. These respective basic settings serving valves or valve groups can be operated synchronously, clocked accordingly, the respective gas streams are fed to the mixing chamber. The mixing chamber thus receives directly the desired gas mass in the unit time and the respective gas streams in the desired mixing ratio. In order to ensure a fine adjustment to the desired mixing ratio, without affecting a respective predetermined flow rate, the inventive method is advantageously developed so that at least another of the adaptation to a defined mixing ratio serving switching valve opened and closed asynchronously compared to other other switching valves is, with the sum of each opened further valves is kept constant. This further valve or these other valves are now operated asynchronously, so that when, for example, a valve in the oxygen line is closed, a valve in the air line or a further gas line is opened. As a result of this alternating operation results itself that the total gas flow rate can be kept constant and yet the desired mixing ratio can be set according to exactly. Advantageously, the procedure is such that the total number of valves opened in each case is selected as a function of the desired flow rate and kept constant. The clocked respectively pulsed operated switching valves can be operated pulsed according to the requirements of the pressure control, the pressure itself can be subjected to a two-point control in a conventional manner and the corresponding control signals can be made directly the switching valves available. Through a throttle gas can be diverted and fed to a gas analysis, whereby the mixing ratio is continuously checked and quality control is enabled.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Anschluss für eine Gasleitung und einer Mischkammer eine Mehrzahl von getaktet offen- und schließbaren Schaltventilen eingeschaltet ist und dass die Schaltventile mit einem Steuergerät und einem Taktgeber verbunden sind, dessen Taktfrequenz bzw. Steuersignale zum Öffnen und Schließen der Schaltventile in Abhängigkeit von Vorgaben für das Mischungsverhältnis der Gase und der gewünschten Durchflussmenge für einzelne Ventile im gleichen Gasweg gesondert verstellbar sind. Um die entsprechende Druckkonstanz und die entsprechenden Mischungsverhältnisse bei entsprechend hoher Durchflussmenge zu gewährleisten, ist die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, dass in jedem Gasweg wenigstens drei, vorzugsweise vier, Ventile parallel zueinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Mischkammer als Druckkessel ausgebildet ist, deren Druck von wenigstens einem Sensor überwacht ist, dessen Sensorsignale dem Steuergerät zu einer Druckregelung zugeführt ist. Für die Zwecke einer Qualitätskontrolle ist die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, dass in wenigstens einem Gasweg eine Drossel zu einer Zweigleitung geführt ist, an welche ein Gasanalyεegerät anschließbar ist.The inventive device for carrying out this method is essentially characterized in that between each port for a gas line and a mixing chamber, a plurality of clocked open and closable switching valves is turned on and that the switching valves are connected to a controller and a clock whose clock frequency or Control signals for opening and closing the switching valves depending on specifications for the mixing ratio of the gases and the desired flow rate for individual valves in the same gas path are separately adjustable. In order to ensure the appropriate pressure constancy and the corresponding mixing ratios with a correspondingly high flow rate, the design is advantageously such that in each gas path at least three, preferably four, valves are arranged parallel to each other, wherein preferably the mixing chamber is designed as a pressure vessel whose pressure is monitored by at least one sensor whose sensor signals is supplied to the control unit to a pressure control. For the purpose of a quality control training is advantageously made such that in at least one gas path, a throttle is guided to a branch line, to which a Gasanalyεegerät can be connected.
Insgesamt ergibt sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung eine Einrichtung, bei welcher die entsprechende Druck-, Durchflussmengen- und Mischungskonstanz in einem Arbeitsgang voreingestellt werden kann, sodass eine wesentlich kleinere Mischkammer zur Vergleichmäßigung der Druckspitzen zum Einsatz gelangen kann. Das Mischverhältnis kann mit höherer Genauigkeit mit einer Abweichung unter 1% vom Sollwert eingestellt werden, wobei bei kurzzeitiger Maximalentnahme eine entsprechende Pufferung in der Mischkammer gewähr- leistet werden kann.Overall, the inventive design results in a device in which the corresponding pressure, flow rate and mixing constancy can be preset in one operation, so that a much smaller mixing chamber can be used to equalize the pressure peaks used. The mixing ratio can be set with a higher accuracy with a deviation of less than 1% of the nominal value, whereby with short-term maximum sampling a corresponding buffering in the mixing chamber can be ensured.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigt Fig.l eine schematische Darstellung der er findungsgemäßen Vorrichtung, Fig.2 ein Diagramm für die Schaltzeiten der Ventile zur Einstellung des gewünschten Mischungsverhältnisses und Fig.3 eine modifizierte und ergänzte Darstellung entsprechend der Fig.2, bei welcher auch der Druckverlauf und damit die Druckregelung über eine Mehrzahl von Schaltzyklen dargestellt ist.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment schematically illustrated in the drawing. 2 shows a diagram of the switching times of the valves for setting the desired mixing ratio, and FIG. 3 shows a modified and supplemented illustration corresponding to FIG. 2, in which the pressure profile and so that the pressure control over a plurality of switching cycles is shown.
In Fig.l ist mit 1 die Pressluftkupplung und mit 2 die Sauerstoffkupplung der entsprechenden Gasversorgung eines Krankenhauses schematisch angedeutet. Den jeweiligen Kupplungen sind jeweils Druckregler 3 nachgeschaltet, wobei die entsprechenden Drucksensoren mit 4 bezeichnet sind. In die jeweiligen Gaswege 5 und 6 sind jeweils eine Mehrzahl von Ventilen parallel geschaltet angeordnet, wobei bei der Darstellung nach Fig.l jeweils vier Ventile vorgesehen sind, welche im Fall des Luftweges als VLl bis VL4 bezeichnet sind und im Fall des Sauerstoffweges als VOl bis VO4 eingezeichnet sind. Alle diese Ventile sind als getaktet offen- und schließbare Ventile ausgebildet und werden von einem nicht näher dargestellten Impulsgeber jeweils geöffnet und geschlossen. Der jeweilige Summenausgang der Gasleitungen 5 und 6 wird über eine Leitung 7 zusammengeführt und einer Mischkammer 8 zugeführt. Die Mischkammer 8 kann relativ klein bauen, wobei die jeweils mit hohem Druck und in entsprechender Menge zugeführten Gase zur besseren Verwirbelung auch voneinander getrennt und tangential in die Mischkammer eingeführt werden können. Die Mischkammer selbst verfügt über einen Drucksensor 9, über welchen der jeweils obere oder untere Druckwert für die Zweipunktregelung eingestellt ist. Mit 10 ist eine Drossel bezeichnet, über welche Gas einem Sauerstoffsensor 11 zur Analyse des Gases zugeführt wird. Das Gemisch wird über die Leitung 12 dem Beatmungs- gerät zugeführt.In Fig.l 1 with the compressed air coupling and with 2 the oxygen coupling of the corresponding gas supply of a hospital is indicated schematically. The respective clutches each pressure regulator 3 are connected downstream, the corresponding pressure sensors are denoted by 4. In each of the gas paths 5 and 6, a plurality of valves are arranged in parallel, wherein in the illustration of Fig.l four valves are provided, which are referred to in the case of the airway as VLl to VL4 and in the case of the oxygen path as VOl to VO4 are drawn. All these valves are open as clocked open and closable valves are formed and are opened and closed by a pulse generator not shown in each case. The respective sum output of the gas lines 5 and 6 is combined via a line 7 and fed to a mixing chamber 8. The mixing chamber 8 can build relatively small, wherein the respectively supplied with high pressure and in an appropriate amount of gases for better turbulence and separated from each other and can be introduced tangentially into the mixing chamber. The mixing chamber itself has a pressure sensor 9, via which the respective upper or lower pressure value for the two-point control is set. Denoted at 10 is a throttle via which gas is supplied to an oxygen sensor 11 for analysis of the gas. The mixture is supplied via line 12 to the ventilator.
Bei der Darstellung nach Fig.2 ist nun ein Diagramm ersichtlich, in welchem eine mögliche Betriebsweise bei jeweils vier Ventilen für den Sauerstoff- und den Luftweg sche- matisch dargestellt ist. Das Sauerstoffventil VOl wird ebenso wie die beiden Luftventile VLl und VL2 über den gesamten Zeitraum von Tl bis TO geöffnet. Bei gleicher Schaltfrequenz und gleichen Durchflussquerschnitten ergibt sich ein Mischungsverhältnis von Luft:Sauerstoff von 2:1, wobei mit Tl die Einschaltzeit und mit TO die jeweilige Ab- schaltzeit angedeutet ist. Für eine Feineinstellung des Mischungsverhältnisses sind zusätzliche Ventile VO2 und VL3 vorgesehen, welche nunmehr alternierend geöffnet und geschlossen werden, d.h. asynchron betrieben werden, sodass insgesamt jeweils von Tl bis TO diejenige Durchflussmenge durchgeführt wird, welche einem weiteren Ventil entsprechen würde, da ja die beiden Ventile VO2 und VL3 zum Zeitpunkt tl umgeschaltet werden, sodass jeweils immer nur ein Ventil geöffnet ist. Der Zeitraum des Ventilwechsels ergibt eine entsprechende Feineinstellung des Mischungsverhältnisses, und insbesondere der gewünschten Sauerstoffkonzentration im Luft-Sauerstoff-Gemisch. Bei der Darstellung nach Fig.3 ist nun zusätzlich über die jeweiligen Schaltzeitpunkte der unterschiedlichen Ventile VOl, VO2 sowie VLl, VL2 und VL3 der entsprechende Druckverlauf ersichtlich. Zum Einschaltzeitpunkt Tl befindet sich der Druck auf dem unteren Grenzwert pl und steigt im Verlauf des Einschaltzyklus, in welchem auch die jeweiligen Ventilwechselzeitpunkte tl und t2 für die Umschaltung von Ventilen liegen, bis zu einem Druck p2 an, worauf zu diesem Zeitpunkt TO eine Abschaltung erfolgt bis der Druck jeweils wieder von p2 auf pl abgesunken ist. In der Folge werden entsprechend verschoben wiederum von Tl bis TO Druckwerte zwischen pl und p2 erzielt, wobei nunmehr drei Schaltwechselzeitpunkte tl, t2 und t3 beobachtet werden, um insgesamt die gewünschte Konstanz sowie das gewünschte Mischungsverhältnis bei gleicher Masse in der Zeiteinheit zu gewährleisten.In the illustration according to Figure 2 is now a diagram can be seen, in which a possible mode of operation in each case four valves for the oxygen and the air path is shown schematically. The oxygen valve VOl is opened as well as the two air valves VLl and VL2 over the entire period from Tl to TO. With the same switching frequency and the same flow cross-sections, the mixing ratio of air: oxygen is 2: 1, whereby Tl indicates the switch-on time and TO the respective switch-off time. For a fine adjustment of the mixing ratio additional valves VO2 and VL3 are provided, which are now alternately operated, that is operated asynchronously, so that in total from Tl to TO that flow rate is performed, which would correspond to another valve, since the two valves VO2 and VL3 are switched at time tl, so that in each case only one valve is open. The period of valve change results in a corresponding fine adjustment of the mixing ratio, and in particular the desired oxygen concentration in the air-oxygen mixture. In the illustration according to FIG. 3, the corresponding pressure curve can be seen in addition via the respective switching times of the different valves VO1, VO2 and VL1, VL2 and VL3. At the switch-on time Tl, the pressure is at the lower limit value pl and rises in the course of the switch-on cycle, in which the respective valve change times tl and t2 are for the switching of valves, up to a pressure p2, followed by a switch-off at this time TO until the pressure has again dropped from p2 to pl. As a result, pressure values between p1 and p2 are again obtained correspondingly shifted from T1 to TO, wherein now three switching change times t1, t2 and t3 are observed in order to ensure the desired constancy and the desired mixing ratio for the same mass in the unit of time.
Die Schaltventile VOl bis V04 bzw. VLl bis VL4 füllen jeweils die Mischkammer mit dem gewünschten Gemisch auf, wobei sobald die obere Druckgrenze in der Mischkammer erreicht ist, alle Ventile geschlossen werden. Sobald der Druck auf die untere Druckgrenze fällt, werden die jeweils entsprechenden Ventile wieder geöffnet, womit eine Zweipunktregelung verwirklicht wird. Die Anzahl der verwendeten Schaltventile für Luft und Sauerstoff gibt ein grobes Mischverhältnis vor, wobei- zusätzlich durch ' das kurzzeitige hin- und herschalten wenigstens eines Luft- und eines Sauerstoffventils die Mischung verfeinert werden kann, wobei in der" Mischkammer die resultierende Sauerstoffkonzentration mit hoher Genauigkeit von unter +/- 1 Gew.% eingestellt wer- den kann.The switching valves VOl to V04 or VLl to VL4 each fill the mixing chamber with the desired mixture, and as soon as the upper pressure limit is reached in the mixing chamber, all valves are closed. As soon as the pressure drops to the lower pressure limit, the respectively corresponding valves are opened again, whereby a two-point control is realized. The number of the used switching valves for air and oxygen are a coarse mixing ratio before, wobei- additionally by 'the momentary switch back and forth at least one of air and an oxygen valve, the mixture may be refined, in the "mixing chamber, the resulting oxygen concentration with high accuracy of less than +/- 1% by weight.
Die zentrale Gasversorgung eines Krankenhauses liefert Luft und Sauerstoff üblicher Weise mit Drucken zwischen 4 und 10 bar, wobei über einen Eingangsdruckregler die jeweiligen Be- triebsdrücke zumeist auf 4, 5 bis 5 bar eingestellt werden. Auch dann, wenn beispielsweise nicht sichergestellt werden kann, dass eine zentrale Gasversorgung eines Krankenhauses 4,5 bis 5 bar oder mehr erreicht, lassen sich mit Einschränkungen, wie beispielsweise reduziertem Flow bzw. Abstrahldruck, immer noch sichere Betriebsweisen erzielen, wobei für eine optimale Luft-Sauerstoffmischung die Betriebs- drücke nach den Eingangsdruckreglern für Luft und Sauerstoff exakt gleich sein sollen.The central gas supply of a hospital usually supplies air and oxygen with pressures between 4 and 10 bar, whereby the respective operating pressures are usually set to 4.5 to 5 bar via an inlet pressure regulator. Even if, for example, can not be ensured that a central gas supply to a hospital With pressures reaching from 4.5 to 5 bar or more, certain operating modes can still be achieved with restrictions, such as reduced flow or radiation pressure, for which the operating pressures according to the inlet pressure regulators for air and oxygen are exactly the same for an optimal air-oxygen mixture should.
In der Mischkammer wird die Sauerstoffkonzentration über einen Sauerstoffsensor, der über eine regelbare Drossel Druckregler an die Mischkammer angebunden ist, gemessen. Die Regelung erfasst Signale aller angeführten Sensoren und insbesondere auch die Signale der Sensoren 4 der Eingangsregler 3, um auf unterschiedliche Betriebsdrucke in der Gasversorgung Rücksicht nehmen zu können. Bei nicht symmetrischen Drucken in der Luft- bzw. Sauerstoffleitung können Druckun- terschiede von bis zu 1 bar durch entsprechende Beeinflussung der Taktfrequenzen bzw. Öffnungszeiten der jeweiligen Ventile VLl bis VL4 bzw. VOl bis V04 kompensiert werden. In the mixing chamber, the oxygen concentration is measured via an oxygen sensor, which is connected to the mixing chamber via a controllable throttle pressure regulator. The control detects signals of all cited sensors and in particular the signals of the sensors 4 of the input controller 3 in order to take into account different operating pressures in the gas supply can. In the case of non-symmetrical pressures in the air or oxygen line, pressure differences of up to 1 bar can be compensated by appropriately influencing the clock frequencies or opening times of the respective valves VL1 to VL4 or VO1 to V04.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Verfahren zum Bereitstellen von Gasgemischen für Beatmungsgeräte, bei welchem eine Mehrzahl von voneinander ver- schiedenen Gasen über Schaltventile einer Mischkammer zugeführt wird, wobei die Schaltventile getaktet geöffnet und geschlossen werden, und der Druck in der Mischkammer überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die voneinander verschiedenen Gase jeweils über eine Mehrzahl von parallel angeordneten Schaltventilen geführt werden und die Steuerung der • Schaltventile derart erfolgt, dass eine einem groben Mischungsverhältnis der Gase entsprechende Anzahl von jeweils voneinander verschiedenen Gasen zugeordneten Schaltventilen synchron geöffnet und geschlossen wird.1. A method for providing gas mixtures for ventilators, in which a plurality of mutually different gases is supplied via switching valves to a mixing chamber, wherein the switching valves are opened and closed in a timed manner, and the pressure in the mixing chamber is monitored, characterized in that the each other different gases are guided in each case via a plurality of parallel switching valves and the control of the • switching valves is such that a coarse mixing ratio of the gases corresponding number of each different gases associated switching valves is opened and closed synchronously.
2. Verfahren .nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiteres der Anpassung an ein definiertes Mischungsverhältnis dienendes Schaltventil im Vergleich zu anderen weiteren Schaltventilen asynchron geöffnet und ge- schlössen wird, wobei die Summe der jeweils geöffneten weiteren Ventile konstant gehalten wird.2. The method .A to claim 1, characterized in that at least one further adaptation to a defined mixing ratio serving switching valve is opened and closed asynchronously compared to other other switching valves, the sum of each open further valves is kept constant.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtzahl der jeweils geöffneten Ventile in Abhängigkeit von der gewünschten Durchflussmenge gewählt und konstant gehalten wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the total number of each open valves is selected in dependence on the desired flow rate and kept constant.
4. Vorrichtung zum Bereitstellen von Gasgemischen für Beatmungsgeräte, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit wenigstens zwei Anschlüssen für voneinander verschiedene Gase, welche über Schaltventile mit einer Mischkammer verbunden sind, wobei die Schaltventile getaktet geöffnet und geschlossen werden können, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Anschluss für ein Gas und der Mischkammer jeweils eine Mehrzahl von . parallel angeordneten, getaktet offen- und schließbaren Schaltventilen eingeschaltet ist und dass die Schaltventile mit einem Steuergerät und einem Taktgeber verbunden sind, dessen Taktfrequenz bzw. Steuersignale zum Öffnen und Schließen der Schaltventile in Abhängigkeit von Vorgaben für das Mischungsverhältnis der Gase und der gewün- sehten Durchflussmenge für einzelne Ventile im gleichen Gasweg gesondert verstellbar sind.4. An apparatus for providing gas mixtures for ventilators, in particular for carrying out the method according to one of claims 1 to 3, with at least two terminals for mutually different gases, which are connected via switching valves with a mixing chamber, wherein the switching valves can be opened and closed in a clocked manner , characterized in that between each port for a gas and the mixing chamber in each case a plurality of. is arranged in parallel, clocked open and closable switching valves is turned on and that the Switching valves are connected to a control unit and a clock whose clock frequency or control signals for opening and closing the switching valves depending on specifications for the mixing ratio of the gases and the desired flow rate for individual valves in the same gas path are separately adjustable.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz bzw. die Steuersignale derart verstellbar sind, dass eine einem groben Mischungsverhältnis der Gase entsprechende Anzahl . von jeweils voneinander verschiedenen Gasen zugeordneten Schaltventilen synchron geöffnet und geschlossen werden kann.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the clock frequency or the control signals are adjustable such that a coarse mixing ratio of the gases corresponding number. can be opened and closed synchronously by switching valves assigned to each other different gases.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz bzw. die Steuersignale derart verstellbar sind, dass wenigstens ein weiteres der Anpassung an ein definiertes Mischungsverhältnis dienendes Schaltventil im Vergleich zu anderen weiteren Schaltventilen asynchron geöffnet und geschlossen wird, wobei die Summe der jeweils geöffneten weiteren Ventile konstant gehalten wird.6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the clock frequency or the control signals are adjustable such that at least one further adaptation to a defined mixing ratio serving switching valve is opened and closed asynchronously compared to other other switching valves, the sum the respectively opened further valves is kept constant.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Gasweg wenigstens drei, vorzugsweise vier, Ventile parallel zueinander angeordnet sind.7. Apparatus according to claim 4, 5 or 6, characterized in that in each gas path at least three, preferably four, valves are arranged parallel to each other.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer "als Druckkessel ausgebildet ist, deren Druck von wenigstens einem Sensor überwacht ist, dessen Sensorsignale dem Steuergerät zu einer Druckregelung zugeführt ist.8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the mixing chamber "is designed as a pressure vessel whose pressure is monitored by at least one sensor whose sensor signals is supplied to the control unit to a pressure control.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Gasweg eine Drossel zu einer Zweigleitung geführt ist, an welche ein Gasanalysegerät anschließbar ist. 9. Device according to one of claims 4 to 8, characterized in that in at least one gas path, a throttle is guided to a branch line, to which a gas analyzer can be connected.
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