DE10153121C1 - Kühlvorrichtung für Atemgas in einem Atemgerät - Google Patents
Kühlvorrichtung für Atemgas in einem AtemgerätInfo
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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 CnH2n+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 (6)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001153121 DE10153121C1 (de) | 2001-10-27 | 2001-10-27 | Kühlvorrichtung für Atemgas in einem Atemgerät |
Applications Claiming Priority (1)
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DE2001153121 DE10153121C1 (de) | 2001-10-27 | 2001-10-27 | Kühlvorrichtung für Atemgas in einem Atemgerät |
Publications (1)
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---|---|
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DE2001153121 Expired - Fee Related DE10153121C1 (de) | 2001-10-27 | 2001-10-27 | Kühlvorrichtung für Atemgas in einem Atemgerät |
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- 2001-10-27 DE DE2001153121 patent/DE10153121C1/de not_active Expired - Fee Related
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