DE10153121C1

DE10153121C1 - Kühlvorrichtung für Atemgas in einem Atemgerät

Info

Publication number: DE10153121C1
Application number: DE2001153121
Authority: DE
Inventors: Jochim Koch
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2001-10-27
Filing date: 2001-10-27
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2021-10-28

Abstract

Eine kompakte, verbesserte Kühlvorrichtung (1) für Atemgas in einem Atemschutzgerät oder in einem Anästhesiegerät mit einem Kreislauf für Atemgas weist folgende Merkmale auf: DOLLAR A a) Die Kühlvorrichtung (1) besteht aus einem geschlossenen Behälter (6) mit DOLLAR A b) einem doppelwandigen Mantel (4) und mit DOLLAR A c) einer Zu- und einer Ableitung (2, 3) für das Atemgas, DOLLAR A d) der Behälter (6) ist mit einem als Kühlmittel wirkenden Paraffin oder Salz gefüllt, wobei DOLLAR A e) das Kühlmittel eine Schmelztemperatur von 30 bis 40 DEG C bei Normalluftdruck aufweist, so dass DOLLAR A f) das Atemgas im doppelwandigen Mantel (4) um den Behälter (6) herumströmt und das Kühlmittel vom Mantel (4) Wärmeenergie aufnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für Atemgas in einem Atemgerät mit einem Kreislauf für Atemgas mit den Merkmalen von Anspruch 1.

In Atemgeräten, speziell in Atemschutzgeräten, wird zur Gewichtsverminderung und zur Erhöhung der Einsatzzeit im Kreislauf geatmet und nur der jeweils verbrauchte Sauerstoff aus einem Druckgasvorrat dem Kreislauf zugeführt. Um zu vermeiden, dass sich das ausgeatmete Kohlenstoffdioxid (CO₂) im Kreislauf auf unphysiologische Werte anreichert, ist in dem Kreislauf ein Absorber mit einem Absorptionsmittel vorhanden, der das CO₂ dem Atemkreislauf entzieht. Bekannte Absorptionsmittel bestehen aus einem oder mehreren Alkalihydroxiden und enthalten oder bestehen insbesondere aus Calciumhydroxid. Bei der ent stehenden chemischen Reaktion zwischen dem CO₂ und dem Absorptionsmittel entsteht Wärme, die zu einer Erhöhung der Atemgastemperatur und damit zu einer Beeinträchtigung der durch das Atemgerät beatmeten Person führen kann. So wurden hinter dem Absorber Temperaturen gemessen, die bis zu 15 Grad Celsius über der jeweiligen Umgebungstemperatur lagen. Deshalb ist vorge schlagen worden, Atemschutzgeräte, die für eine längere Einsatzzeit von mehreren Stunden eingesetzt werden, mit einem Atemkühler auszurüsten.

Gemäß der DE 19 82 823 U ist vorgeschlagen worden, im Einatemschlauch eines Atemgeräts mit einem Kreislauf für Atemgas eine Kühleinrichtung so anzuordnen, dass die Einatemluft den mit einem Kühlmittel wie Kohlensäureeis gefüllten Kühlbehälter umströmt.

Die Verwendung von Paraffin oder eines Salzes als Kühlmittel für derartige Atemgeräte geht aus der DE 879 651 B hervor, wobei hier die Verdampfungs- bzw. Schmelztemperatur zwischen 40 und 180 Grad Celsius liegt und die Alkalipatrone vom Kühlmittel ummantelt ist.

Schließlich wird nach der EP 0 356 000 A2 Paraffin mit einer Schmelz temperatur im Bereich zwischen 20 und 100 Grad Celsius als Kühlmittel für das Atemgas in einem Atemgerät verwendet.

Aus der DE 40 05 720 C1 ist eine Kühlvorrichtung für Atemgas in einem Atemschutzgerät mit einem Kreislauf für Atemluft und einem Absorber mit Absorptionsmittel bekannt geworden, an welchen ein Wärmekollektor zur Abführung der durch das Absorptionsmittel erzeugten Wärme mit einem Kühlkörper thermisch gekoppelt ist. Der Wärmekollektor enthält eine unter Wärmeaufnahme verdampfende, niedrig siedende Flüssigkeit als Kühl mittel, so dass die Flüssigkeit mittels der vom Wärmekollektor aufgenommenen Wärme verdampft und zu den peripher angeordneten Kühlelementen des Kühlkörpers geleitet wird, wo die Flüssigkeit kondensiert. Somit soll in der be kannten Vorrichtung ein ständiger Kühlkreislauf zwischen verdampfender und kondensierender Kühlmittelflüssigkeit stattfinden. Ein Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht darin, dass die Wärme bei Umgebungsbedingungen mit hoher Temperatur, beispielsweise bei Bränden in Tunneln oder in geschlossenen Gebäuden, nicht an die Umgebung abgegeben werden kann.

Somit besteht die Aufgabe vorliegender Erfindung in der Bereitstellung einer kompakten, verbesserten Kühlvorrichtung für Atemgas in einem Atemgerät mit einem Kreislauf für Atemgas, wobei die Vorrichtung mit einem ständig darin verbleibenden Kühlmittel ausgestattet ist, welches nicht direkt der Umgebungstemperatur beim Einsatz ausgesetzt ist.

Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1.

Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung nach Anspruch 1 an.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in der Verwendung eines Paraffins oder eines Salzes als Kühlmittel in der angegebenen Vorrichtung, wobei als Kühlmittel solche mit einer Schmelztemperatur von 30 bis 40 Grad Celsius gewählt werden, die oberhalb der Lagertemperatur des Atemgerätes liegt, so dass das jeweilige Kühlmittel nicht schon während der Lagerung geschmolzen ist. Das Kühlmittel kann in dem Atemgerät ständig verbleiben. Es muss nach dem Einsatz lediglich wieder abkühlen, was passiv durch entsprechend lange Lagerung zwischen den Einsätzen geschehen kann oder aktiv mit kaltem Wasser, beispiels weise beim Reinigen der den Atemkreislauf bildenden Geräteteile. Vor dem Einsatz ist mit der Erfindung keine zusätzliche Handhabung erforderlich, was die Logistik für den Geräteeinsatz verbessert. Das Kühlmittel kann unbegrenzt ge schmolzen und durch Abkühlung wieder verfestigt werden, ohne dass es seine physikalischen Eigenschaften verändert. Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist das Kühlmittel nicht direkt mit der Umgebung in Kontakt, sondern wärmeleitend nur vorzugsweise mit dem Absorptionsmittel. Bei hohen Außen temperaturen wird dadurch verhindert, dass die gespeicherte Kühlenergie nutzlos an die Umgebung abgegeben wird.

Vorzugsweise weist das Kühlmittel mindestens ein Paraffin mit der chemischen Summenformel C₁₈H₃₈, C₁₉H₄₀, C₂₀H₄₂ und/oder C₂₁H₄₄ auf.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden mit Hilfe der Figuren erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Aufsicht (oben) und senk recht zur Aufsicht im Querschnitt (unten),

Fig. 2 schematisch ein zweites Ausführungs beispiel der Erfindung in Aufsicht (oben) und senkrecht zur Aufsicht im Querschnitt (unten) und

Fig. 3 schematisch den gesamten Aufbau eines Atemschutzgerätes einschließlich einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung 1. In ein zylinderförmiges Gehäuse strömt das aus einem Absorber mit einem Absorptionsmittel zugeleitete, zu kühlende Atemgas durch den Eintritt 2 ein und strömt am Austritt 3 wieder aus. Dabei umströmt das Atemgas den Behälter 6, der außen seine Wärmeaustauschflächen 7 hat, die zusätzlich mit Kühlrippen versehen sind, wenn dies erforderlich ist. Der Behälter 6 wird an beiden Seiten umströmt. Im Behälter 6 befindet sich abgeschlossen ein Kühlmittel, nämlich ein Paraffin oder eine Paraffinmischung mit einer Schmelztemperatur von 30 bis 40 Grad Celsius bei Normalluftdruck. Alternativ werden als Kühlmittel die Salze Hydrogenphosphat Dodecahydrat (Na₂HPO₄.12 H₂O, Schmelztemperatur 35 Grad Celsius) und 1-Tetradecanol (Tetradecylalkohol, C₁₄H₃₀O, Schmelztemperatur 37 bis 39 Grad Celsius) eingesetzt.

Zur Verbesserung der Wärmeleitung ist das Kühlmittel und insbesondere das schlecht wärmeleitende Paraffin in ein gut wärmeleitendes Material 8 einge bettet, nämlich insbesondere Aluminiumspäne, Kupferwolle, Wärmeleitprofile aus Aluminium oder offenporiges Graphit. Die Kühlvorrichtung 1 kann durch einen Deckel 9 zur Reinigung der Atemwege geöffnet werden. Dadurch ist es möglich, den Behälter 6 zu entnehmen. Der Behälter 6 ist im Betrieb vollständig verschlossen und gegen Leckagen abgedichtet. Das von dem Absorptionsmittel erwärmte Atemgas wird beim Passieren des doppelwandigen Mantels 4 durch das Kühlmittel heruntergekühlt, solange das Kühlmittel kühler als das vorbeiströmende Atemgas ist, das durch Pfeile dargestellt wird. Zur Verbesserung des Wärme übergangs zwischen strömendem Atemgas und dem Behälter 6 mit dem Kühlmittel ist der Zwischenraum im Mantel 4 auf eine möglichst hohe Strömungs geschwindigkeit optimiert, wobei gleichzeitig der Strömungswiderstand für den Durchgang des Atemgases möglichst gering sein soll.

An der Umfangsfläche des Behälters 6 kondensiert die Feuchte aus dem Atemgas, wenn der Taupunkt unterschritten wird. Das kondensierte Wasser kann am niedrigsten Punkt, zum Beispiel am Eintritt 2 aus der Kühlvorrichtung 1, heraustreten. Zusätzlich kann optional das kondensierte Wasser über einen Docht zum Absorber oder zu einem Atembeutel des Atemgeräts geleitet werden, wo es in einem ausgebreiteten, großflächigen Vlies verdunstet, so dass hierdurch ein zusätzlicher Kühleffekt auf das Atemgas einwirkt.

Der Behälter 6 mit dem Kühlmittel befindet sich in den Beispielen vollständig in der Kühlvorrichtung 1. Die Stirnflächen sind hier nicht umströmt. Zwischen den Stirnwänden des Behälters 6 und dem Deckel 9 sowie dem gegenüberliegenden Boden der Kühlvorrichtung 1 ist jeweils eine isolierende Luftschicht 10 vorhanden, damit die Kühlenergie nicht nutzlos an die Umgebung verlorengehen kann. Im zweiten Ausführungsbeispiel mit gleichbleibenden Bezugszeichen nach Fig. 2 ist ein Absorber mit einem Absorptionsmittel 11 integraler Bestandteil der Kühlvorrichtung 1, so dass eine deutlich kompaktere und leichtere Gesamtanordnung hergestellt werden kann. Dabei liegt der Behälter 6 mit dem als Kühlmittel dienenden Latentwärmematerial direkt im Inneren einer den doppelwandigen Mantel 4 ausfüllenden Menge Absorptionsmittel 11, so dass die entstehende Absorptionswärme unmittelbar an den Behälter 6 überwiegend konduktiv weitergeleitet wird, ohne dass erst das Atemgas erwärmt und anschließend an den Wärmeaustauschflächen vorbeiströmend wieder abgekühlt werden muss, verbunden mit den ungünstigen Wärmeübertragungswerten der Konvektion.

In Fig. 3 ist beispielhaft der Gesamtaufbau eines im Bereich der Feuerwehr, der Grubenrettung oder des Katastrophenschutzes eingesetzten Atemschutzgerätes gezeigt. Die Kühlvorrichtung 1 mit dem integral darin enthaltenen Absorptions mittel 11 und dem Behälter 6 (Fig. 2) befindet sich auf der Oberseite der Trageplatte 17. Mit der Kühlvorrichtung 1 ist der Atembeutel 12 verbunden. Über den Exspirationsschlauch 16 und die Kühlvorrichtung 1 ist die Verbindung zum Atembeutel 12 hergestellt. Über den Inspirationsschlauch 15 und den Atembeutel 12 ist der Kreislauf geschlossen. Das ausgeatmete Atemgas wird über den Exspirationsschlauch 16 wieder der Kühlvorrichtung 1 zugeführt. Der Sauerstoffvorrat wird im Druckgasbehälter 13 gespeichert, der sich an der Unterseite der Trageplatte 17 befindet. Über ein Reduzierventil mit Dosiereinheit 14 wird der vom Atemschutzgeräteträger verbrauchte Sauerstoff dem Atemkreis lauf 15 wieder zugeführt. Das überschüssige Atemgas und das Kondensat werden über eine Leckagebohrung 18 aus dem Atembeutel 12 abgeführt, gegebenen falls über einen Docht und ein daran angeschlossenes, großflächiges Ver dunstungsvlies, das sich z. B. über den Atembeutel 12 erstreckt und somit eine weitere Abkühlung des Atemgases bewirkt.

Die Kühlvorrichtung 1 ist herausnehmbar und kann nach einem Einsatz durch eine zurückgekühlte Austauschvorrichtung gleichzeitig mit dem Absorptionsmittel 11 ersetzt werden.

Bei Verwendung eines Paraffins, z. B. erhältlich unter dem Handelsnamen RUBITHERM®, mit einer Schmelztemperatur von 30 Grad Celsius benötigt man für eine Einsatzzeit von vier Stunden bei einem mittleren Atemminutenvolumen von 30 Litern pro Minute eine Menge von etwa 2,6 kg. Im Gegensatz zu Wassereis muss das Paraffin nicht im Gefrierschrank bereitge halten werden. Das Paraffin kann vor und nach dem Einsatz dauerhaft im Atemgerät bleiben.

Die Erfindung eignet sich auch zum Einsatz in Anästhesiegeräten, beispiels weise beim Einsatz in mobilen Einheiten im heißen Klima.

Die Schmelztemperatur des Paraffins wird durch die chemische Formel C_nH_2n+2 über die Länge der Kohlenstoff-Kette bestimmt. Je niedriger die Anzahl der C-Atome im Paraffin-Molekül ist, desto niedriger ist die Schmelztemperatur. Ein Paraffin mit der Formel C₁₈H₃₈ hat eine Schmelztemperatur von etwa 30 Grad Celsius, während ein Paraffin mit der Formel C₂₁H₄₄ eine Schmelztemperatur von etwa 40 Grad Celsius hat.

Claims

1. Kühlvorrichtung (1) für Atemgas in einem Atemgerät mit einem Kreislauf für Atemgas mit folgenden Merkmalen:

a) Die Kühlvorrichtung (1) besteht aus einem geschlossenen Behälter (6) mit
b) einem mit einer Schüttung aus einem Absorptionsmittel (11) für CO₂ gefüllten doppelwandigen Mantel (4) und mit
c) einer Zu- und einer Ableitung (2, 3) für das Atemgas,
d) der Behälter (6) ist mit einem als Kühlmittel wirkenden Paraffin oder Salz gefüllt, wobei
e) das Kühlmittel in ein wärmeleitendes Material (8) eingebettet ist und eine Schmelztemperatur von 30 bis 40 Grad Celsius bei Normalluftdruck aufweist, so dass
f) die im Mantel (4) entstehende Absorptionswärme im Wesentlichen konduktiv an den Behälter (6) abgegeben wird und das Atemgas im doppelwandigen Mantel (4) um den Behälter (6) herum strömt.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wärme leitende Material (8) aus Metallspänen, Kupferwolle, Wärmeleitprofilen aus Aluminium oder aus offenporigem Graphit besteht.

3. Kühlvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Atemgerät ein Atemschutzgerät oder ein Bestandteil eines Anästhesiegeräts ist.

4. Kühlvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Salz 1-Tetradecanol (Tetradecylalkohol) oder Hydrogenphosphat Dodecahydrat ist.

5. Kühlvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (6) mit einem aus dem doppelwandigen Mantel (4) zu einem Atembeutel (12) führenden Docht versehen ist, so dass im Kreislauf kondensiertes Wasser über ein am Atembeutel (12) ausgebreitetes, großflächiges Vlies verdunstet, welches mit dem Docht in Strömungsverbindung steht und eine zusätzliche Kühlung bewirkt.

6. Kühlvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel mindestens ein Paraffin mit der chemischen Summenformel C₁₈H₃₈, C₁₉H₄₀, C₂₀H₄₂ und/oder C₂₁H₄₄ auf weist.