CN104159641A - 呼吸循环设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种呼吸循环设备，带有呼吸循环管路、在呼吸循环管路中的CO2吸收器(6)以及用于冷却离开CO2吸收器之后的呼吸气体的冷却装置。根据本发明设置成，冷却装置具有热泵，该热泵带有用于压缩冷却介质的压缩器(33)、容纳、冷却被压缩的冷却介质并且在此将热给出到环境处的冷凝器(30)以及热交换体(8)，该热交换体容纳被冷却的冷却介质并且与呼吸循环管路的区段处于导热接触中。

Description

呼吸循环设备
技术领域
本发明涉及一种呼吸循环设备，其带有呼吸循环管路、在呼吸循环管路中的CO2吸收器以及用于冷却离开CO2吸收器之后的呼吸气体的冷却装置。
背景技术
在呼吸循环设备中，必须在呼气气体再次被输送到设备持有者处之前吸收由设备持有者产生的且呼出到呼吸循环管路中的CO2。这通过在呼吸循环管路中的CO2吸收器实现，其通常包含呼吸石灰(Atemkalk，有时称为碱石灰)或者碱。在CO2吸收器中，通过与CO2的化学反应产生湿气和热(CO2与吸收材料的放热化学反应)。这导致再次被输送到设备持有者处的呼入空气的相应加热和变湿。由此加热的且变湿的呼吸空气意味着生理上难以容忍的呼吸环境。在现有技术中已经研发了不同的方法以用于在CO2吸收器之后对呼吸气体进行冷却和除湿。
在目前普遍的呼吸循环设备中使用冰用于冷却。这在操纵方面为耗时的，因为必须首先形成冰块并且之后在使用呼吸循环设备之前不久将冰块从冰柜中取出并且将冰块放入呼吸循环设备中。为此此外需要打开设备。
作为通过冰冷却的备选方案，也使用所谓的再生冷却器用于市场上存在的呼吸循环设备，代替冰该再生冷却器使用潜热储存器，其提供熔化能用于冷却。该方案在操纵方面明显更简单，因为冷却器可重复使用并且以准备好使用的方式储存在设备中。然而，冷却能力明显更小，因为PCM(相变材料)在体积相同时具有更小的比冷却能力并且由于PCM的位于室温之上的熔化温度不能实现低的呼吸气体温度。在文献DE 879 651和928 690中描述了用于如此冷却的呼吸循环设备的示例。
作为用于在呼吸循环设备中冷却的另一备选方案，已知所谓的沸石冷却器，其通过水的蒸发从环境中提取热并且在沸石中吸收湿气。从文献DE 40 29 084 A1中已知这种类型的用于在呼吸循环设备中的呼吸气体冷却的冷却装置。然而，这种可重复使用的沸石冷却器的制造在技术方面非常昂贵，因为沸石必须储存在真空下并且必须在非常长的时间上保证密封性。此外，必须高成本地再生可重复使用的冷却器。为此，必须在高于200℃的温度时为沸石除湿，并且在蒸发器中冷凝水。这对于在呼吸保护设备中的应用是不实际的。
此外，已知处于可变形的包装中的沸石冷却器，其作为冷却元件可如此变形，即其可以良好的导热接触在CO2吸收器之后贴靠在呼吸循环管路处，如在文献EP 2 374 509 A1中描述的那样。这种沸石冷却器原则上可制成一次性冷却器，从而可避免高成本的再生。然而这导致非常高的使用成本。
发明内容
本发明的目标是，给出一种这样的呼吸循环设备，即其具有对离开CO2吸收器之后的呼吸气体改进的冷却和除湿。
权利要求1的特征部分的特征结合与权利要求1的前序部分以实现该目标。在从属权利要求中阐述了本发明的有利的实施形式。
根据本发明设置成，冷却装置具有热泵，该热泵设有：用于压缩冷却介质的压缩器；冷凝器，该冷凝器容纳、冷却被压缩的冷却介质并且在此将热给出到环境处；以及热交换体，该热交换体容纳被冷却的冷却介质并且与呼吸循环管路处于导热接触中。
热泵具有例如电运行的压缩器，其压缩冷却介质并且根据到环境的散热将冷却介质加热到约40℃至75℃上。通过将被压缩的冷却介质继续输送到冷凝器处，冷却介质冷却并且在此冷凝。冷凝器与环境处于热交换连接中并且可在该处导出其热。冷凝器可被动地通过对流和辐射放出其热；备选地，可通过使用小的通风器加强对流。在冷凝器之后，将液态冷却介质继续传递到热交换体(蒸发器)处，其与在呼吸循环管路中的待冷却的呼吸气体处于热接触中。已冷却的冷却介质具有非常低的温度(例如-10℃至+10℃)。热交换器在此将呼吸气体冷却到约15℃的温度上。冷却介质在此蒸发并且在冷却循环中再次被输送到压缩器处。
在一个有利的实施形式中，冷却装置设有通风器，其产生用于从冷凝器处导出热的空气流。
在一个有利的实施形式中，冷却装置设有空气引导器件，其引起由环境空气供给的热对流。
在一个有利的实施形式中，冷凝器设有用于将热给出到环境处的冷却蛇管。
在一个有利的实施形式中，热交换体贴靠在柔性的呼吸袋处，其是呼吸循环管路的一部分，其中热交换体贴靠在呼吸袋的这样的侧边处，即离开呼吸袋的空气沿着该侧边流动。
在一个有利的实施形式中，热交换体以导热接触的形式贴靠在固体处，该固体的设有多个肋部的内腔由待冷却的呼吸空气穿流。
在一个优选的实施形式中，存在控制装置，其设定成用于将压缩器的转速调整到预定的值上，或者如此设计压缩器的运行循环时间的节拍(takten)，即可使冷却功率与冷却需求相匹配。
优选地另外可在呼吸循环管路中安装温度传感器，该温度传感器报告呼吸气体温度和控制装置，该控制装置随后如下调节压缩器的运行，即通过温度传感器确定期望的呼吸气体温度。
附图说明
下面根据实施例描述本发明，其中
图1显示了呼吸循环设备的示意性截面图。
具体实施方式
在图1中显示的根据本发明的呼吸循环设备1具有呼吸循环管路，设备持有者的呼吸气体在该呼吸循环管路中循环。在图1中显示了用于呼吸气体20进入冷却装置中的进入管路2和从冷却装置中出来的离开管路3。由设备持有者呼出的呼吸气体20通过进入管路2进入CO2吸收器6中。在CO2吸收器中出现放热反应，其从呼吸气体中除去CO2。同时，从CO2吸收器中离开的被净化的呼吸气体22的温度和湿度提高。随后，呼吸气体进入呼吸袋13中，部分地在较冷的袋壁处冷凝并且在此冷却。在呼吸袋13的下部区域中，呼吸气体以22示出的方式转向并且进入小的通道23中，该通道23邻接到内壁24处并且邻接到柔性的外壁16处。为了通道23不能被压缩，通道例如填充有间隔织物(未示出)。通过外壁16，通道23邻接在热交换体8处，该热交换体8具有比呼吸气体更低的温度。由此，低于饱和的呼吸气体的露点，并且湿气的一部分在壁16处冷凝。此外，通过对流冷却在通道23中的呼气气体流。呼吸气体21之后以冷却且除湿的方式从离开管路3中出来并且通过呼吸循环管路输送到设备持有者处以用于吸气。
热交换体8(蒸发器)从外部贴靠在通道23处，并且通过绝缘部17相对于环境热绝缘，以便从呼吸循环中提取热而不会从环境中提取热。由此，在热交换体8的外侧上也防止了冷凝物形成。热交换体8通过阻流部29与冷凝器30相连接并且被供给有液态的和冷的冷却介质，该冷却介质在热交换体8中蒸发并且冷却呼吸循环。被蒸发的冷却介质由压缩机33吸入，被压缩并且温度明显提高。热的冷却介质被输送到冷凝器30处并且在该处由环境空气冷却，其中其再次冷凝。
呼吸气体以与热交换体8处于导热接触中的方式流动通过的通道23通过相对于环境的内部过压始终压靠热交换体8，确切地说在其柔性的壁15处。由此，在流过通道23的呼吸气体和热交换体8之间产生良好的热传递。
在呼吸循环设备1的罩壳18中设置有弹簧19，其负责相对于环境提高在呼吸循环中的压力。如此设计弹簧力，即在系统中始终存在例如4mbar的最小过压。此外在罩壳18中在下部设置有氧气瓶9，从氧气瓶9中将来自管路11中的氧气通过阀10添加到在呼吸袋13中的呼吸气体中。
带有电运行的热泵的根据本发明的呼吸循环设备具有的优点是，可根据需要冷却呼吸气体。当呼吸气体已经由吸收器加热和加湿之后，才需要接通热泵。例如，热泵能够将呼吸气体冷却到15℃的温度上，从而湿的份额仅仅还具有每kg干燥的空气约11g的水。之后，在稍后在通到设备持有者的路程上加热时，在外部温度为25℃时其具有约50%的相对湿度，这刚好位于期望的生理学上舒适的范围中。
压缩器33例如具有75瓦的电功率，即其在24伏的电压时需要约3安培的电流。在正常的环境温度条件下，其在呼吸循环中达到约150瓦的冷却功率。对于4小时的应用来说，其因此需要至少12安培时的容量。为此合适的商业上可提供的蓄电池重量约为1.8kg。在所有组件情况下冷却装置重约3kg。这比冰冷却器大约1kg，但是为此冷却功率也明显更大，可以满足要求的方式应用并且实现生理上舒适的呼吸条件。
带有热泵冷却的根据本发明的呼吸循环设备是相对于已知的冷却装置的改进方案，因为显著改进了操纵并且可有目的地调节冷却功率。冷却可根据需要接通并且可连续地使用，只要在蓄电池中还存在足够的电容量。
所描述的带有热泵的冷却装置可构造成完整的模块，其可选地被附接到相应地构造的呼吸循环设备处。那么使用者可根据其需求使用带有热泵的冷却装置、PCM冷却或者冰冷却，其中必须分别应用相应的模块作为冷却装置。
为了考虑热平衡以下者为出发点，即热和湿气主要在呼吸石灰容器6中产生。在此呼吸石灰和容器自身加热并且将热的一部分以对流和辐射的形式再次给出到环境处。紧接着布置的呼吸袋由从CO2吸收器中离开的且净化去除了CO2的呼吸气体加热(在30℃的环境温度时加热到约55℃)，其中湿气饱和。由此，袋壁被加热并且之后通过辐射和对流将热给出到环境处。因为湿气饱和并且呼吸袋的壁更冷，聚集在呼吸袋中的湿气在壁处冷凝。如果希望继续使用呼吸袋的被动冷却作用，可将主动的冷却装置布置在实际的呼吸袋之后。
所描述的实施形式的另一优点在于，可利用呼吸袋16或通道13的柔性，以保证在待冷却的呼吸气体和热交换体8之间良好的热传递。如果冷却装置在刚性的平的壁处贴靠在热交换体8处，则受到结构限制由于几何结构的不良的一致性和由此得到的起绝缘作用的夹气和局部受限的热接触而存在热传递问题。对于从家用领域中已知的包括简单的塑料罩壳的且填充有冷却介质(水、凝胶、PCM)的冷却元件而言必须以此为出发点，即表面不是平的。通过在水和冰之间的相变换时的体积增大，冷却元件稍微鼓起。被焊入薄膜中的沸石冷却器的热交换器(蒸发器)也不具有光滑的平的表面。呼吸袋作为柔性元件的设计方案保证，呼吸袋的壁区域可柔性地与热泵的热交换体的表面形状相匹配，以由此实现尽可能好的热交换。
计算和经验表明，为了热传递需要约600至900cm2的接触面积或交换面积。在此，强烈的热传递主要通过在壁处的冷凝热确定并且不通过对流热确定，该对流热自身由于流动的空气的低的流动速度和不良的热传递系数而具有不良的热传递。因此，中间置入有薄的柔性膜在热的方面是不重要的。
参考标号列表
1 呼吸循环设备
2 进入管路
3 离开管路
6 CO2吸收器
8 热交换体
9 氧气箱
10 阀
11 氧气管路
13 呼吸袋
16 柔性的壁
17 绝缘部
18 罩壳
19 弹簧
20 被呼出的空气
21 被冷却的呼吸气体
22 过滤了CO2的空气
23 呼吸袋的输出通道
29 阻流部
33 压缩器

Claims (9)

1. 一种呼吸循环设备，带有呼吸循环管路、在呼吸循环管路中的CO2吸收器(6)以及用于冷却离开所述CO2吸收器之后的呼吸气体的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置具有热泵，该热泵带有：用于压缩冷却介质的压缩器(33)；冷凝器(30)，该冷凝器(30)容纳、冷却被压缩的冷却介质并且在此将热给出到环境处；以及热交换体(8)，该热交换体容纳被冷却的冷却介质并且与呼吸循环管路的区段处于导热接触中。
2. 根据权利要求1所述的呼吸循环设备，其特征在于，所述冷却装置设有通风器，该通风器产生用于从所述冷凝器(30)处导出热的空气流。
3. 根据权利要求1所述的呼吸循环设备，其特征在于，所述冷却装置设有空气引导器件，该空气引导器件引起来自环境空气的热对流。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的呼吸循环设备，其特征在于，所述冷凝器(30)设有冷却蛇管，冷却介质流动穿过该冷却蛇管以用于将热给出到环境处。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的呼吸循环设备，其特征在于，所述热交换体(8)贴靠在柔性的呼吸袋处，该呼吸袋是呼吸循环管路的一部分，其中所述热交换体贴靠在所述呼吸袋的这样的侧边处，即离开呼吸袋的空气沿着该侧边流动。
6. 根据权利要求1至4中任一项所述的呼吸循环设备，其特征在于，所述热交换体以导热接触的形式贴靠在固体处，该固体的设有多个肋部的内腔由待冷却的呼吸空气穿流。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的呼吸循环设备，其特征在于，温度传感器探测在呼吸循环管路中的温度并且与控制和评估单元相连接，该控制和评估单元控制所述热泵的功率以调节在所述呼吸循环管路中的温度。
8. 根据权利要求7所述的呼吸循环设备，其特征在于，所述控制和评估单元控制根据所述测得的温度或者成比例地通过转速或者间歇性地利用相关的接通时间控制所述热泵的运行。
9. 根据权利要求7或8中任一项所述的呼吸循环设备，其特征在于，当所探测的在呼吸循环管路中的温度超过预定的阈值时，所述控制和评估单元控制才接通所述热泵。
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