DE19707097C2 - Kombiniertes Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoffversorgungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein kombiniertes Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoff­ versorgungssystem, insbesondere zur humanmedizinischen Sauerstoff-Langzeit- Therapie im heimischen Umfeld des Patienten, mit einer Einrichtung zur Gewinnung von Sauerstoff aus der atmosphärischen Luft, mit einer Meßeinrichtung zur Erfassung der Atemtätigkeit des Patienten und mit einer Einrichtung zur atmungsabhängig do­ sierten Zuteilung des Sauerstoffes zum Patienten, wobei der Ausgang der Meßeinrich­ tung mit einem Steuereingang der Einrichtung zur Zuteilung gekoppelt ist.

Die Verabreichung von Sauerstoff an Patienten hat sich bei vielen Krankheitsverläufen und nach Operationen seit langem bewährt. Bei derartigen Sauerstoff-Therapien wird in Abhängigkeit von der Dauer nach Kurz- und Langzeitanwendungen unterschieden. Ver­ ursacht durch die Erhöhung des durchschnittlichen Lebensalters sowie eines zuneh­ menden Gesundheitbewußtseins bei der Bevölkerung und schließlich auch aufgrund einer Zunahme von Zivilisations- und umweltbedingten Krankheitsbildern ist ein An­ wachsen der Langzeitanwendungen bei der Sauerstoffgabe zu verzeichnen und auch weiterhin zu erwarten. Zunehmend werden derartige Therapien in Form von Heimbe­ handlungen auch für Patienten geringeren Alters genutzt, wenn dadurch Krankenhaus­ aufenthalte zu vermeiden sind und gegebenenfalls auch die Erwerbstätigkeit nicht un­ terbrochen werden muß. Aus dieser Entwicklungstendenz leiten sich einerseits Forde­ rungen nach der Weiterentwicklungen geeigneter Therapieformen ab, andererseits aber auch Forderungen nach gerätetechnischen Entwicklungen, die die anzuwendenden The­ rapieformen unterstützen. Eine ganz besondere Herausforderung an die Gerätetechnik stellt dabei der Wunsch der Patienten dar, die Therapie aus dem krankenhäuslichen Umfeld herauszunehmen und in den heimischen Bereich zu verlagern. Dieses Bestreben nach der Erhaltung bzw. der Wiedererlangung von Bewegungsfreiheit hat für den Reha­ bilitationsprozeß und die Lebensqualität eine zunehmende Bedeutung. Die Erhöhung der Mobilität durch bessere Geräte und verbesserte Gebrauchseigenschaften der Gerä­ tetechnik wird von den Patienten wie auch von den Ärzten dankbar angenommen.

Als klassische Variante der Verabreichung von Sauerstoff ist die Bereitstellung in Fla­ schen und die Zuführung zum Patienten über eine Sauerstoffmaske. Bei einem Füll­ druck von 200 bar kann eine 10-Liter-Flasche z. B. 2000 Liter reinen Sauerstoff bei ei­ nem Reinheitsgrad von 99,5% enthalten. Der Nachteil dabei besteht darin, daß sich die Flasche beim Gebrauch relativ schnell entleert und in relativ kurzen Zeiträumen die Bereitstellung von Reserveflaschen erforderlich ist. So kann es z. B. erforderlich sein, für jeden Tag eine neugefüllte Flasche bereitzustellen. Außerdem sind Sauerstoffflaschen Druckbehälter, die entsprechenden Sicherheitsbestimmungen unterliegen und insofern auch im häuslichen Umfeld eine Gefahrenquelle darstellen. Die Sauerstoffflaschen sind relativ schwer, ihre Handhabung ist in der Regel für die Patienten, die zudem noch kör­ perlich geschwächt sind, problematisch. Deshalb erfolgt der hauptsächliche Einsatz von Sauerstoffflaschen vorwiegend bei Kurzzeitanwendungen, z. B. in Krankenwagen bei der Unfallversorgung.

Für die Sauerstoff-Langzeit-Therapie ist es bekannt, Sauerstoffkonzentratoren bereitzu­ stellen, die auch im häuslichen Umfeld des Patienten eingesetzt werden können. Bei einer eingestellten Durchflußmenge von z. B. bis etwa 2 Liter pro Minute beträgt die Sauerstoffkonzentration etwa 95%, bei höher eingestelltem Durchfluß mindestens im­ mer noch 90%. Hier ist zwar ein Dauerbetrieb bei einfacher Bedienung möglich, jedoch besteht der Nachteil einer oft als störend empfundenen Geräuschentwicklung sowie der ungenügenden Handhabbarkeit aufgrund der relativ großen Masse (über 20 kg) der bisher eingesetzten Sauerstoffkonzentratoren. Außerdem ist für diese Geräte ein Netz­ anschluß erforderlich, und es ist mit einer Leistungsausnahme von 300 bis über 500 Watt zu rechnen.

Als relativ neue und hauptsächlich in den USA praktizierte Variante gilt die Versorgung über Flüssig-Sauerstoff. Die entsprechende Medizintechnik kann sowohl im stationären wie auch im mobilen Bereich eingesetzt werden. Der geräuscharmen Nutzung als Vor­ teil stehen jedoch Nachteile gegenüber, wie z. B. die Notwendigkeit der Beibehaltung einer senkrechten Lage des Vorratsbehälters, die Explosionsgefahr beim Umfallen des Behälters, ein komplizierter Nachfüllvorgang, hohe technische Anforderungen an die Sicherheitstechnik und an das Gefäß-System zur Vermeidung von Wärmebrücken sowie Gasverluste durch Eigenerwärmung des Flüssiggases. In diesen technischen Risiken ist vor allem der Grund dafür zu sehen, daß sich diese Variante der Sauerstoffbereitstel­ lung noch nicht weltweit umfassend durchgesetzt hat.

Ergänzend zu den vorgenannten technischen Einrichtungen zur Bereitstellung von Sau­ erstoff sind sogenannte intelligente Sauerstoff-Sparsysteme bekannt, bei denen die Sauerstoffzufuhr zum Patienten nach Indikation dosiert wird. Wieviel Sauerstoff der Patient benötigt, hängt von der Indikation und der Körperbelastung ab. Die Dosierung der Sauerstoffzufuhr erfolgt in Abhängigkeit davon, wie der Patient anhand mehrerer Schalterstellungen die Durchflußmenge einstellen kann. Außerdem wird der Patient nur in der sauersoffwirksamsten Phase der Atmung bedient. Dabei wird die Tatsache aus­ genutzt, daß nur zu Beginn eines jeden Atemzuges der eingeatmete Sauerstoff zum Gasaustausch in die Lunge gelangt. Der übrige Sauerstoff dient allein der Totraumven­ tilation und wird ungenutzt wieder ausgeatmet. Die Sauerstoff-Sparsysteme sorgen demzufolge dafür, daß dem Patienten bei der Atmung nicht kontinuierlich Sauerstoff zugeführt wird, sondern nur am Anfang des Atemvorganges, da hierbei der Sauerstoff tatsächlich vom Körper effektiv aufgenommen und umgesetzt wird. Dadurch reicht ein bereitstellbares Volumen an Sauerstoff wesentlich länger als bei der kontinuierlichen Zuführung.

In der Offenlegungsschrift DE 34 12 118 A1 ist ein solches Sauerstoff-Sparsystem in Form eines Atemphasenreglers dargestellt, der zur Steuerung der Sauerstoffabgabe aufgrund von Druckveränderungen während des Atmungsvorganges ausgelegt und zu diesem Zweck mit einem Druck- und Mengenregler sowie mit einer Nasensonde ausge­ stattet ist. Mit diesem Atemphasenregler wird der Sauerstoffverbrauch auf die aktive Phase der Atmung beschränkt, indem die vom Patienten eingeatmete Luft exakt nur bei der Einatmungsphase mit Sauerstoff angereichert wird. Dabei wird der zur Anreiche­ rung der Atemluft erforderliche Sauerstoff aus einem Vorratsbehälter entnommen.

In EBEL, Ch.: "Konzeption mikroprozessorgesteuerter Beatmungsgeräte", Medizintech­ nik, 108. Jahrgang 1/88, Seiten 4 bis 9 ist eine Anordnung beschrieben, bei der es nicht schlechthin um die Sauerstoffversorgung, sondern um eine aktive Beatmung des Patienten geht. Während bei der Sauerstoffversorgung an sich ein mit Sauerstoff ange­ reichertes Atemgas für Patienten bereitgestellt wird, bei denen die Atemwegsmuskula­ tur intakt ist, dient das hier beschriebene Beatmungsgerät dazu, das Verschließen der Atmungswege in den Fällen zu verhindern, in denen der Patient unter einer Schwäche der Atemwegsmuskulatur leidet.

Mit der Anwendung eines solchen Beatmungsgerätes wird also die Atembewegung in Gang gehalten, wobei die Lunge durchaus intakt sein und die Entnahme des Sauerstoffs aus der atmosphärischen Luft wie bei gesunden Personen erfolgen kann. Eine Anreiche­ rung der Atemluft mit Sauerstoff ist dabei oftmals nicht erforderlich. Allerdings wird in dieser Veröffentlichung darauf hingewiesen, daß es möglich ist, dieses Beatmungsgerät mit einer Einrichtung zur Anreicherung des Atemgases mit Sauerstoff kombiniert an­ zuwenden. Dabei wird der Sauerstoff, der zur Anreicherung des Atemgases dient, aus einem Sauerstoffbehälter entnommen, in welchen er bevorratet ist.

Derartige Beatmungsgeräte zum Inganghalten der Atembewegung sind beispielsweise weiterhin beschrieben in den Veröffentlichungen US 5,368,019, US 5,503,146 und US 5,398,676. Auch hierbei erfolgt, sofern Sauerstoff zur Anreicherung der Atemluft vor­ gesehen ist, die Entnahme dieses Sauerstoffs aus Vorratsbehältern.

Zur Versorgung von Patienten mit Sauerstoff sind auch Systeme entwickelt worden, bei denen sowohl der Vorratsbehälter in Form einer Sauerstoff-Flasche und das Sauerstoff- Sparsystem als tragbare Einheit ausgeführt sind. Allerdings ist die Masse einer solchen Einrichtung noch sehr groß und die Reichweite als Mobilitätsgrenze des Patienten inso­ fern eingeengt, als der Inhalt der Flasche trotz Sparsystem recht schnell verbraucht ist. Der Patient muß dafür sorgen, daß die Flasche nachgefüllt wird und auch ein Vorrat an nachfüllbarem Sauerstoff vorhanden ist.

Schließlich ist es auch bekannt, Sauerstoffkonzentratoren in Verbindung mit dem ge­ nannten Sauerstoff-Sparsystem bei der Sauerstoff-Langzeit-Therapie im stationären Bereich im Krankenhaus wie auch im häuslichen Bereich des Patienten anzuwenden. Eine derartige Kombination ist in der EP 0188071 als "Atmungssynchronisiertes Gerät zur Zufuhr von konzentriertem Sauerstoff" dargestellt. Dieses Gerät umfaßt einen Sau­ erstoffkonzentrator zum Erzeugen und zum Aufbewahren eines sauerstoffangereicher­ ten Atemgases, einen Puffertank, der temporär das sauerstoffangereicherte Atemgas aufbewahrt und ein Ventil, das an einem Ausgang des Puffertanks angebracht ist, um die Strömung des sauerstoffangereicherten Gases aus dem Puffertank zum Atmungssy­ stem des Patienten zu steuern. Zum Sauerstoff-Sparsystem gehört ein Sensor, der an die Atmung des Patienten angelegt und dazu ausgebildet ist, ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die Inhalationsphase und die Exhalationsphase der Atmung erkennt. Des weiteren ist eine Einstellvorrichtung vorgesehen, mit der das Verhältnis zwischen Ge­ samtlänge der Inhalationsphase und ihrem spezifischen Endabschnitt vorgegeben wer­ den kann. Eine Reguliereinrichtung sorgt dafür, daß die Dauer jeder Inhaltionphase, basierend auf dem Ausgangssignal des Sensors, ermittelt wird und das Ventil zu Be­ ginn jeder Inhalationsphase sich öffnet. Dadurch gelangt sauerstoffangereichertes Atemgas nur zu Anfang einer jeden Inhalationsphase zum Patienten. Der Puffertank sorgt dabei dafür, daß die anfängliche Strömungsgeschwindigkeit des sauerstoffange­ reicherten Gases höher ist als dessen stationäre Strömungsgeschwindigkeit in jeder Inhalationsphase.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kombiniertes Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoffversorgungssystem der oben beschriebenen Art so weiterzubilden, daß durch Verringerung der Abmessungen und der Masse und durch Verbesserung des Zusammenwirkens der einzelnen Baugruppen ein kompakter Aufbau der gesamten Anordnung möglich ist und der Gebrauchswert aufgrund vereinfachter Handhabung, geringerer Geräuschentwicklung und eines redu­ zierten Energieverbrauchs noch weiter verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Ausgang der Meßeinrich­ tung zur Erfassung der Atemtätigkeit verzweigt ist und mindestens einer der Zweige am Eingang einer Bewertungsschaltung für die aktuelle Verbrauchsmenge an Sauerstoff anliegt, daß der Signalausgang dieser Bewertungsschaltung an einem Signaleingang einer Ansteuerschaltung für die Einrichtung zur Gewinnung von Sauerstoff anliegt, daß die Leistungsfähigkeit der Einrichtung zur Gewinnung von Sauerstoff so dimensioniert ist, daß die bei Normalbetrieb in einer Zeiteinheit erzeugte Menge an Sauerstoff etwa der Menge entspricht, die in derselben Zeiteinheit von einem Durchschnittspatienten benötigt wird, und daß das von der Bewertungsschaltung ausgegebene Signal zur Be­ einflussung der je Zeiteinheit erzeugten Menge an Sauerstoff über die Ansteuerschal­ tung vorgesehen ist.

Mit anderen Worten: erfindungsgemäß wird das Meßsignal, das am Ausgang der Meßeinrichtung zur Erfassung der Atemtätigkeit anliegt und im Stand der Technik le­ diglich zur sparsamen Zuteilung von Sauerstoff dient, über eine Verzweigung des Signalweges weiterverwendet und dazu benutzt, um über eine Bewertungsschaltung für den Verbrauch aktuell die Herstellungsmenge an Atemgas zu beeinflussen, d. h. die Herstellungsmenge wird erhöht, wenn der Verbrauch größer wird, die Herstellungs­ menge wird reduziert, wenn sich der Verbrauch verringert.

Damit erreicht man, daß stets nur soviel Sauerstoff aus der atmosphärischen Luft ge­ wonnen wird, wie zur aktuellen Versorgung des Patienten tatsächlich auch erforderlich ist. Während die Meßeinrichtung zur Erfassung der Atemtätigkeit die Voraussetzung dafür ist, daß das Atemgas nur zu Anfang einer jeden Inhalationsphase zum Patienten gelangt, erzeugt die Bewertungsschaltung für die aktuelle Verbrauchsmenge an Sauer­ stoff ein dem Verbrauch äquivalentes Signal, das als Grundlage für die Einflußnahme auf die Gewinnung des Sauerstoffes dient.

Auf diese Weise ist gewährleistet, daß die Sauerstofferzeugung und die Einrichtung für die Zuführung des Sauerstoffes zum Patienten insofern eine Einheit bilden, als die er­ zeugte Menge des Sauerstoffes bzw. die Dimensionierung des Erzeugungssystems so vorgenommen sind, daß stets nur die Menge an Sauerstoff bereitgestellt wird, die der Patient unmittelbar verbrauchen kann. Aufgrund dieser direkten Verbindung zwischen Erzeugung und Patient ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß die Kapazität für die Zwischenspeicherung von Sauerstoff bzw. die Größe des Speichervolumens derart redu­ ziert werden kann, daß ein kompakter Aufbau eines kombinierten Sauerstofferzeu­ gungs- und Sauerstoffversorgungssystems möglich ist, was der Heimanwendung sehr zugute kommt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Einrich­ tung zur Erzeugung des Sauerstoffes ein Kompressor und als Antriebsaggregat für den Kompressor ein Elektromotor vorhanden ist, und daß der Ausgang der Bewertungs­ schaltung mit der Stromversorgungseinheit des Elektromotors verknüpft ist. Damit ist auf einfache Art und Weise gewährleistet, daß die Produktionsmenge an Sauerstoff in Abhängigkeit von der Drehzahl des Elektromotors beeinflußt werden kann. Arbeitet der Motor mit hoher Drehzahl, wird die Menge des produzierten Sauerstoffes erhöht, arbei­ tet der Motor mit geringerer Drehzahl wird die Sauerstofferzeugung gedrosselt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß in der Bewertungs­ schaltung zwei Schwellwertschalter vorgesehen sind, von denen einer bei Unterschrei­ tung eines unteren Sollwertes die Ausgabe eines Erhöhungssignals und bei Überschrei­ tung eines oberen Sollwertes die Ausgabe eines Verringerungssignals, jeweils bezogen auf die bei Normalbetrieb verbrauchte Menge des Sauerstoffes, an die Ansteuerschal­ tung für die Einrichtung zur Erzeugung des Sauerstoffes veranlaßt. Diese Bewertungs­ schaltung hat einen einfachen Aufbau, ist mit geringem Aufwand realisierbar und sorgt zuverlässig dafür, daß bei Normalbetrieb der Durchschnittsverbrauch des Patienten produziert und dem Patienten zugeführt werden kann, während bei erhöhtem Ver­ brauch aufgrund des Erhöhungssignales eine erhöhte Produktion veranlaßt wird. Ana­ log dazu wird bei einer Reduzierung der Atemtätigkeit des Patienten eine Verringerung der Sauerstofferzeugung veranlaßt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Einrich­ tung zur Erzeugung des Sauerstoffes neben dem Kompressor zwei Adsorptionszylinder sowie ein Ausgleichsbehälter vorhanden und über Leitungen miteinander verbunden sind, wobei der Ausgang des Kompressors über ein Wegeventil mit jedem der Adsorpti­ onszylinder und jeder der Adsorptionszylinder über ein weiteres Wegeventil mit dem Ausgleichsbehälter verbunden ist. Auf diese Weise kann die im Kompressor verdichtete Luft wechselweise den Adsorbtionszylindern zugeführt werden, in denen die eigentliche Gewinnung des Sauerstoffes erfolgt. Je nach Anreicherung der komprimierten Luft mit Sauerstoff in den Adsobtionszylindern werden diese mit dem Ausgleichsbehälter ver­ bunden und der Sauerstoff strömt in den Ausgleichsbehälter über. Der Ausgleichsbe­ hälter sorgt auf vorteilhafte Weise dafür, daß stets Sauerstoff unter einem für die Zu­ führung erforderlichen Mindestdruck zur Verfügung steht. Vom Sauerstoffversorgungs­ system wird nun in bereits dargelegter Weise die Zuführung des Sauerstoffes zum Pati­ enten in Abhängigkeit von dessen Atemtätigkeit veranlaßt.

Vorteilhaft kann die Einrichtung zur Erzeugung des Sauerstoffes mit einer geräteinter­ nen Leistung von 0,5 ... 1 Liter pro Minute und einer Spitzenleistung von 1 ... 2 Litern pro Minute ausgelegt sein. Damit ist es möglich, während des Durchschnitts- bzw. Normalverbrauchs kontinuierlich die Menge an Sauerstoff bereitzustellen, die das Sau­ erstoffversorgungssystem dem Patienten in Abhängigkeit von seiner Atemtätigkeit zu­ führt. Außerdem ist gewährleistet, daß die Versorgung bei höherem Verbrauch über die Zeitspanne möglich ist, während der der Patient der Zuführung einer größeren Menge Sauerstoffs bedarf. Dabei ist davon auszugehen, daß der erhöhte Verbrauch zeitlich begrenzt ist und damit auch die Spitzenleistung für die Einrichtung zur Erzeugung des Sauerstoffes nicht zur Dauerleistung werden muß.

Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß alle Baugruppen ge­ meinsam in einem transportablen Gehäuse untergebracht sind, wobei außen am Ge­ häuse manuell bedienbare Schaltelemente und visuell kontrollierbare Überwachungs­ elemente vorgesehen sind. Vorteilhafterweise sollte das transportable Gehäuse als Handkoffer, bestehend aus Hartschalen, ausgebildet sein. Aufgrund dieser Ausgestal­ tung ist das gesamte Erzeugungs- und Sauerstoffversorgungssystem äußerst einfach handhabbar und kann vom Patienten selbst bzw. von dessen Begleitperson ohne weite­ res transportiert werden.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoff­ versorgungssystems besteht darin, daß aufgrund der angepaßten Leistungsfähigkeit ein kompakter Aufbau und außerdem der Anschluß an Energiequellen kleiner Leistung möglich ist. Das können z. B. Autobatterien sein, die es dem Patienten ermöglichen, auch auf Reisen nicht auf seine Therapie verzichten zu müssen. Auch der Anschluß an photoelektrische Solarzellen ist denkbar, z. B. durch Zwischenschaltung eines Akkumu­ lators als Energiespeicher.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoffversorgungssystems.

In Fig. 1 ist ein Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoffversorgungssystem mit einer Ein­ richtung 1 zur Gewinnung von Sauerstoff aus der atmosphärischen luft, mit einer Ein­ richtung 2 zur atmungsabhängig dosierten Zufuhr des Sauerstoffes zum Patienten 3 und mit einer Meßeinrichtung 4 zur Erfassung der Atemtätigkeit des Patienten darge­ stellt. Der Ausgang der Meßeinrichtung 4 ist über den Signalweg 5 mit einem Steuer­ eingang der Einrichtung 2 gekoppelt.

An den Patienten 3 ist ein Sensor 6 angelegt, der dazu ausgebildet ist, die Atemphasen des Patienten 3 zu erkennen. Während der Inhalationsphase wird vom Sensor ein Signal erzeugt und über den Signalweg 7 an die Meßeinrichtung 4 ausgegeben. Die Meßein­ richtung 4 enthält beispielhaft einen Timer, der über den Signalweg 5 mittels der Ein­ richtung 2 dafür sorgt, daß die Einrichtung 2 während der Inhalationsphase über die Leitung 19 Sauerstoff an den Patienten ausgibt. Das kann z. B. dadurch geschehen, daß in der Einrichtung 2 für eine Zeitspanne, die durch die Dauer des Signales bestimmt ist, ein Durchgangsventil geöffnet wird. Die Meßeinrichtung 4 ist mit einem Einstellelement 8 ausgestattet, mit dem das Verhältnis der Gesamtdauer der Inhalationsphase zu einem Zeitabschnitt der Inhalationsphase beeinflußt werden kann, während dem die Zufuhr des Sauerstoffes zum Patienten 3 vorzusehen ist. Entsprechend dem Sparprinzip, das bereits in der Erläuterung des Standes der Technik beschriebenen worden ist, beginnt dieser Zeitabschnitt der Zufuhr des Sauerstoffes stets etwa mit der Inhalationsphase und erstreckt sich nur über die sauerstoffwirksamste Phase der Inhalation. Je nach Vor­ wahl mit dem Einstellelement 8 hört die Zufuhr bereits vor Ende der Inhalationsphase auf. Damit ist einerseits gewährleistet, daß der Patient 3 hinreichend mit sauerstoffrei­ chem Atemgas versorgt wird, andererseits wird aber auch die Tatsache genutzt, daß nur zu Beginn eines jeden Atemzuges der eingeatmete Sauerstoff zum Gasaustausch in die Lunge gelangt, woraus folgt, daß der Sauerstoff zwar sparsam, aber mit hinreichen­ der Wirksamkeit verwendet wird.

Die Meßeinrichtung 4 verfügt außerdem über einen Indikationsvorwahlschalter 9, mit dem der Patient manuell die Sauerstoffzufuhr in Abhängigkeit von seiner Belastung beziehungsweise vom Bedarf manuell einstellen kann. So seien beispielsweise drei Stellungen des Indikationsvorwahlschalters 9 möglich: entsprechend einer der Ruhe­ phase des Patienten angepaßten Zufuhrmenge an Sauerstoff je Atemzug, einer der normalen Belastung angepaßten Zufuhrmenge und einer hohen Belastung angemesse­ nen Zufuhrmenge. Das ist beispielhaft erreichbar, indem in Abhängigkeit von der Ein­ stellung des Indikationsvorwahlschalters 9 über den Signalweg 5 in der Einrichtung 2 eine Erhöhung oder Verringerung der Durchflußmenge an Sauerstoff während der Zeit­ spanne veranlaßt wird, in der die Zufuhr zum Patienten freigegeben ist. Das kann bei­ spielsweise durch dreifach gestufte Öffnungsweiten eines Ventiles erfolgen.

Damit stets eine dem Verbrauch entsprechende Menge bzw. zur Zuführung zum Patien­ ten 3 vorgesehene Menge an Sauerstoff erzeugt wird, ist die Einrichtung 1 so ausge­ fegt, daß ihre Leistungsfähigkeit hinsichtlich der in einer Zeiteinheit erzeugten Menge an Sauerstoff bei Normalbetrieb dem entspricht, was in derselben Zeiteinheit von einem Durchschnittspatienten bei normaler Belastung verbraucht wird. In Fig. 1 ist zu erken­ nen, daß die Einrichtung 1 beispielhaft ausgestattet ist mit einem Kompressor 10, zwei Adsorptionszylindern 11 sowie einem Ausgleichsbehälter 12. Der Kompressor 10 wird durch ein Elektromotor (in der Zeichnung nicht dargestellt) angetrieben, der von einem Regelnetzteil 13 angesteuert und über den Eingang 20 mit Elektroenergie versorgt wird. Über den Eingang 21 saugt der Kompressor 10 Frischluft an.

Es sei angenommen, daß die Normalleistung der Einrichtung 1 etwa ein Liter Sauerstoff pro Minute beträgt und die Spitzenleistung bei etwa zwei Litern pro Minute liegt. Der Kompressor 10 ist über ein Wegeventil 15 durch Leitungen mit jedem der Adsorptions­ zylinder 11 verbunden. Außerdem ist der Ausgang eines jeden Adsorptionszylinders über Leitungen an den Ausgleichsbehälter 12 angeschlossen. Eine Verbindungsleitung 14 führt von der Einrichtung 1 zur Einrichtung 2, von der der Sauerstoff entsprechend der Ansteuerung durch die Meßeinrichtung 4 über die Leitung 19 den Patienten 3 er­ reicht.

Um nun das Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoffversorgungssystem bezüglich seiner geometrischen Abmessungen handlich und kompakt gestalten zu können, ist die Meßeinrichtung 4 über eine Bewertungseinheit 16 mit dem Netzteil 13 verknüpft. Dazu liegt entsprechend der Darstellung in Fig. 1 das Ausgangssignal von der Meßeinrichtung 4 nicht nur an der Einrichtung 2 an, sondern auch über den Signalweg 17 an einem Eingang der Bewertungseinheit 16. Dieses von der Meßeinrichtung 4 ausgehende Signal enthält Informationen über die Zeitdauer der Zufuhr des Sauerstoffes zum Patienten, entsprechend dem Zeitabschnitt der Inhalationsphase, während dem Patienten 3 Sauer­ stoff zugeführt wird, und sie enthält Informationen über die Menge des zugeführten Sauerstoffes, entsprechend der vorgewählten Stellung des lndikationsvorwahlschalters 9. In der Bewertungseinheit 16 sind zwei Schwellwertschalter vorgesehen, von denen einer erster bei Unterschreitung eines unteren Sollwertes die Ausgabe eines Erhö­ hungssignals und ein zweiter bei Überschreitung eines oberen Sollwertes die Ausgabe eines Verringerungssignales veranlaßt. Es sind also drei Bewertungsstufen möglich: der Normalverbrauch ohne Ausgangssignal an den Schwellwertschaltern, ein unter dem Normalverbrauch liegender Verbrauch, signalisiert durch den ersten Schwellwertschal­ ter und ein erhöhter Verbrauch, signalisiert durch den zweiten Schwellwertschalter.

Diesen Bewertungsstufen entsprechen drei Ausgangssignale der Bewertungseinheit 16, die über den Signalweg 18 am Steuereingang des Regelnetzteiles 13 anliegen. Diese drei Signalstufen veranlassen über das Regelnetzteil 13 die Beeinflussung der Energie­ versorgung für den Elektromotor des Kompressors 10 in der Weise, daß bei Normalver­ brauch der Elektromotor mit der Energie angesteuert wird, die zum Normalbetrieb not­ wendig ist, d. h. zur Produktion von etwa 1 Liter Sauerstoff pro Minute. Bei Ansteuerung des Regelnetzteiles 13 mit dem Signal für geringeren Verbrauch wird beispielhaft die Betriebsspannung für den Elektromotor des Kompressors 10 gedrosselt, wodurch die Erzeugung des Sauerstoffes auf einen Wert von etwa 0,5 bis 0,7 Liter pro Minute sinkt. In analoger Weise wird bei erhöhtem Verbrauch die Betriebsspannung für den Kom­ pressorantrieb erhöht und die Produktion auf etwa 2 Liter pro Minute gesteigert.

Auf diese Weise wird die an Sauerstoff produzierte Menge zumindest etwa dem Ver­ brauch des Patienten angepaßt. Daraus ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß die Ein­ richtung 1 zur Erzeugung des Sauerstoffes in optimierter Dimensionierung ausgeführt werden kann, und zwar deshalb, weil aufgrund der Kopplung von Verbrauchsermittlung am Patienten 3 und Sauerstofferzeugung unmittelbar auf die produzierte Menge Einfluß genommen wird und infolgedessen auf platzraubende Puffer bzw. Speicher zur Bevorra­ tung von Sauerstoff verzichtet werden kann. Es ist auch keine Überschußproduktion an Sauerstoff notwendig. Die Funktion des Ausgleichbehälters 12 ist reduziert auf den Ausgleich von Druckschwankungen in gewissen Grenzen, wodurch seine Baugröße mi­ nimierbar ist.

Aufgrund der geringeren Masse und des reduzierten Volumens der Baugruppen des Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoffversorgungssystems ist vorteilhaft seine Unter­ bringung in einem gemeinsamen Gehäuse, z. B. in Form eines Handkoffers, denkbar.

Das Zusammenwirken von Einrichtung 1, Einrichtung 2, der Meßeinrichtung 4 und der Bewertungseinheit 16 sowie deren jeweilige Ausstattungen sind in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung der besseren Verständlichkeit halber in einfachster Weise dargestellt. Zwar lassen sich mit diesen einfachen Mitteln bereits hinreichend gute Er­ gebnisse erzielen, die gewährleisten, daß das Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoffver­ sorgungssystems ausreichend klein und kompakt hergestellt werden kann und damit die Gewähr für gute Handhabbarkeit und deutlich verbesserte Mobilität des Patienten bietet, jedoch ist es möglich, durch verbesserte konstruktive Ausgestaltungen ein noch deutlicheres Ergebnis zu erzielen. Ein höherer Aufwand an technischer Meß- und Regel­ technik bringt allerdings nicht linear mehr eingespartes Gerätevolumen und Einsparung an Gerätemasse, so daß Aufwand und Nutzen gegeneinander abzuwägen sind.

So ist es z. B. denkbar, mit geeigneten Meßwertaufnehmern exakt die Durchflußmengen an Sauerstoff zum Patienten 3 und damit den tatsächlichen Verbrauch an Sauerstoff zu verfolgen. Dieses sich stets aktualisierende Verbrauchssignal könnte einem Regelkrei­ ses zugrunde gelegt werden, in welchem selbsttätig eine stufenlose Einstellung der Zufuhrmenge je nach Indikation erfolgt. Außerdem könnte dieses Verbrauchssignal bei einer entsprechend weitergebildeten Bewertungseinheit 16 zur stufenlosen Regelung des Regelnetzteiles 13 verwendet werden, wodurch anstelle der im Beispiel angenom­ menen drei Produktionsstufen, die einem verringerten Bedarf, einem Normalbedarf und einem erhöhten Bedarf angepaßt sind, eine weitere Optimierung beim Angleichen der hergestellten Menge des Sauerstoffes an die verbrauchte Menge erzielbar ist, was wie­ derum eine weitere Reduzierung der Baugröße sowie eine weitere Verringerung der Leistungsaufnahme des Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoffversorgungssystems er­ möglicht.

Claims (7)

1. Kombiniertes Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoffversorgungssystem, insbeson­ dere zur humanmedizinischen Sauerstoff-Langzeit-Therapie im heimischen Umfeld eines Patienten, mit einer Einrichtung zur Gewinnung von Sauerstoff aus der atmo­ sphärischen Luft, mit einer Meßeinrichtung zur Erfassung der Atemtätigkeit des Pa­ tienten und mit einer Einrichtung zur atmungsabhängig dosierten Zuteilung des Sauerstoffes zum Patienten, wobei der Ausgang der Meßeinrichtung mit einem Steuereingang der Einrichtung zur Zuteilung gekoppelt ist, dadurch gekennzeich­ net,

• 1. daß der Ausgang der Meßeinrichtung (4) zur Erfassung der Atemtätigkeit verzweigt ist und mindestens einer der Zweige am Eingang einer Bewertungsschaltung (16) für die aktuelle Verbrauchsmenge an Sauerstoff anliegt,
• 2. daß der Signalausgang dieser Bewertungsschaltung (16) an einem Signaleingang einer Ansteuerschaltung für die Einrichtung (1) zur Gewinnung von Sauerstoff an­ liegt,
• 3. daß die Leistungsfähigkeit der Einrichtung (1) zur Gewinnung von Sauerstoff so di­ mensioniert ist, daß die bei Normalbetrieb in einer Zeiteinheit erzeugte Menge an Sauerstoff etwa der Menge entspricht, die in derselben Zeiteinheit von einem Durch­ schnittspatienten benötigt wird und
• 4. daß das von der Bewertungsschaltung (16) ausgegebene Signal zur Beeinflussung der je Zeiteinheit erzeugten Menge an Sauerstoff über die Ansteuerschaltung vorge­ sehen ist.

2. Kombiniertes Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoffversorgungssystem nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einrichtung (1) zur Gewinnung von Sauerstoff ein Kompressor (10), als Antriebsaggregat für den Kompressor ein Elek­ tromotor und als Ansteuerschaltung ein Regelnetzteil (13) vorgesehen und der Aus­ gang der Bewertungsschaltung (16) mit dem Regelnetzteil (13) verknüpft ist.

3. Kombiniertes Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoffversorgungssystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennnzeichnet, daß in der Bewertungs­ schaltung (16) zwei Schwellwertschalter vorgesehen sind, von denen ein erster bei Unterschreitung eines unteren Sollwertes die Ausgabe eines Erhöhungssignals und ein zweiter bei Überschreitung eines oberen Sollwertes die Ausgabe eines Verringe­ rungssignals, jeweils bezogen auf die bei Normalbetrieb verbrauchte Menge an Sau­ erstoff, an die Ansteuerschaltung für die Einrichtung (1) zur Gewinnung von Sauer­ stoff veranlaßt.

4. Kombiniertes Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoffversorgungssystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennnzeichnet, daß in der Einrichtung (1) zur Gewinnung von Sauerstoff neben dem Kompressor (10) zwei Adsorptionszylin­ der (11) sowie ein Ausgleichsbehälter (12) vorgesehen und über Leitungen mitein­ ander verbunden sind, wobei der Ausgang des Kompressors (10) über ein Wegeven­ til mit jedem der Adsorptionszylinder (11) und jeder der Adsorptionszylinder (11) über ein weiteres Wegeventil mit dem Ausgleichsbehälter (12) verbunden ist.

5. Kombiniertes Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoffversorgungssystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennnzeichnet, daß die Einrichtung (1) zur Gewinnung von Sauerstoff mit einer Normalleistung von 0,5 ... 1 Liter pro Minute und einer Spitzenleistung von 1 ... 2 Litern pro Minute ausgefegt ist.

6. Kombiniertes Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoffversorgungssystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennnzeichnet, daß alle Baugruppen ge­ meinsam in einem transportablen Gehäuse untergebracht sind, wobei außen am Gehäuse manuell bedienbare Schaltelemente und visuell kontrollierbare Überwa­ chungselemente vorgesehen sind.

7. Kombiniertes Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoffversorgungssystem nach An­ spruch 6, dadurch gekennnzeichnet, daß das transportable Gehäuse als Handkoffer, bestehend aus Hartschalen, ausgebildet ist.