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Die
Erfindung betrifft einen Aufenthaltsraum, insbesondere für Menschen
oder Säugetiere,
der mit Raumluft gefüllt
ist, deren Raumluftatmosphäre
einstellbar ist. Der Aufenthaltsraum ist derart dicht, dass er für eine kurze
Zeitdauer wenigstens einen geringen Überdruck gegenüber einer
den Aufenthaltsraum umgebenden Außenatmosphäre halten kann. Überdruck
bezieht sich dabei auf den Gesamtluftdruck in dem Aufenthaltsraum
und nicht auf die Partialdrücke
der Luftbestandteile. Der Aufenthaltsraum ist mit einer Raumluftanlage
verbunden, die ausgebildet ist, der Raumluft in dem Aufenthaltsraum
stickstoffhaltiges Gas zuzuführen.
Unter stickstoffhaltigem Gas wird ein Gas mit einem gegenüber der Raumluft
erhöhten
Stickstoffanteil oder auch mehr oder weniger reiner Stickstoff verstanden.
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Derartige
Aufenthaltsräume
sind beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster 202 60 632
bekannt. Der dort beschriebene Aufent haltsraum dient insbesondere
als Sportübungsraum
dem Höhenlufttraining
in einer Raumluftatmosphäre
mit gegenüber
einer Normalatmosphäre
abgesenktem Sauerstoffpartialdruck, so dass der in dem Aufenthaltsraum
herrschende Sauerstoffpartialdruck dem einer Höhenluftatmosphäre in beispielsweise
2000 m Höhe
entspricht.
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Ein
derartiger Sportübungsraum
nutzt die an sich bekannte Wirkung einer hypoxischen Atmosphäre. Eine
hypoxische Atmosphäre
ist eine Atmosphäre mit
einem gegenüber
einer Normalatmosphäre
abgesenkten Sauerstoffanteil. Umgekehrt ist eine hyperoxische Atmosphäre eine
Atmosphäre,
deren Sauerstoffanteil größer als
ein Sauerstoffanteil einer Normalatmosphäre ist. In den letzten Jahrzehnten
gelang es der Sportwissenschaft und der sportmedizinischen Forschung
weltweit nachzuweisen, dass die individuelle zielgerichtete Nutzung
der Hypoxie sich als sinnvoll erweist.
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Vor
diesem Hintergrund besteht das Bedürfnis, einen Aufenthaltsraum
zu schaffen, der weiterreichende Anwendungen der Hypoxie erlaubt.
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Erfindungsgemäß wird dieses
Ziel durch einen Aufenthaltsraum der eingangs genannten Art erreicht,
dessen Raumluftanlage so ausgebildet ist, dass dem Aufenthaltsraum
wahlweise automatisch oder von Hand gesteuert stickstoffhaltiges
Gas mit einem Stickstoffanteil > 90
Vol.% – oder
mehr oder weniger reiner, gasförmiger
Stickstoff – oder
sauerstoffhaltiges Gas mit einem Sauerstoffanteil > 60 Vol.% derart zuzuführen ist,
dass in dem Aufenthaltsraum wahlweise hyperoxische oder hypoxische
Raumluftatmosphären
mit einer jeweiligen Sauerstoffkonzentration in einem Bereich zwischen
mindestens 25 Vol.% und weniger als 18 Vol.% einzustellen sind und eine Änderung
der Raumluftatmosphäre
bezüglich der
Sauerstoffkonzentration mit einem Gradienten von mindestens 1 Vol.%
pro Minute möglich
ist.
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Zusätzlich ist
die Raumluftanlage vorzugsweise dazu ausgebildet, der Raumluft in
dem Aufenthaltsraum automatisch oder von Hand gesteuert kohlendioxidhaltiges
Gas oder Kohlendioxid derart zuzuführen, dass in dem Aufenthaltsraum
wahlweise hyperkapnische, normokapnische oder hypokapnische Raumluftatmosphäre mit einer
jeweiligen Kohlendioxidkonzentration zwischen wenigstens 0,1 Vol.%
und weniger als 0,01 Vol.% einzustellen sind.
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Ein
derartiger Aufenthaltsraum mit einer derartigen Raumluftanlage erweitert
die Anwendungsmöglichkeiten
bisher bekannter Aufenthalts- oder Sportübungsräume mit
hypoxischer Raumluftatmosphäre
gewaltig. Während
es gerade im Zusammenhang mit Sportübungsräumen darauf ankommt, über einen
längeren
Zeitraum eine mehr oder weniger konstante, hypoxische Raumluftatmosphäre aufrecht zu
erhalten, können
mit dem erfindungsgemäßen Aufenthaltsraum
auch sehr schnelle Atmosphärenwechsel
der Raumluft erzielt werden. Damit erschließt sich der Aufenthaltsraum
nicht nur für
Sportübungen,
sondern insbesondere auch für
medizinische Anwendungen, beispielsweise für die molekulare Höhenmedizin.
Eine Behandlung in dem Aufenthaltsraum kann daher in Form einer
eigenständigen Therapie
oder einer Therapieergänzung
für zahlreiche
Krankheitsbilder erfolgen. Derartige therapeutische Anwendungen
können
beispielsweise der Behandlung von Bronchialasthma und chronischer Bronchitis
dienen, von cardiovaskulären
Krankheiten, von rheumatischer Arthritis, von Allergien, von Schlafstörungen,
von neurotischen Störungen
oder von Haut-, Augen- oder gynäkologischen
Krankheiten. Ein ins Auge gefasstes Anwendungsgebiet ist auch die
Behandlung von Diabetes.
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In
diesem Sinne dient der Aufenthaltsraum auch der Verwendung von gasförmigem Stickstoff
für die
Herstellung eines inhalierbaren Arzneimittels zur Behandlung oder
Prophylaxe von Diabetes bei einem Säugetier, insbesondere beim
Menschen, durch ein Verfahren, das die Inhalation von Stickstoff
(N2) in einer Konzentration umfasst, bei
der die Behandlung oder Prophylaxe dieser Krankheit therapeutisch
wirksam ist.
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Dabei
werden bei einer derartigen quasi normobaren Atmosphäremit nur
geringfügig
erhöhtem
Gesamtdruck in dem Aufenthaltsraum die Nachteile vermieden, die
eine Behandlung in großen
Höhen mit
sich brächte, beispielsweise
ein hoher Ozonanteil der Luft oder starke ultra-violette Strahlung. Damit
erschließt
ein derartiger Aufenthaltsraum auch Krebspatienten, insbesondere
nach der Chemo- oder Radiotherapie, eine Behandlung in sauerstoffreduzierter
Atmosphäre.
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Weiterhin
kann die Atmosphäre
in dem Aufenthaltsraum relativ kurzfristig verändert werden, so dass sich
innerhalb weniger Minuten hypoxische oder hyperoxische Behandlungsphasen
mit einer normoxischen Raumluftatmosphäre im Übergang einstellen lassen.
Gleiches gilt für
den Kohlendioxidgehalt der Raumluftatmosphäre, der hypokapnisch, normokapnisch
oder hyperkapnisch einzustellen ist. Durch die gezielte Veränderung
der Atmosphäre
in dem Aufenthaltsraum können
die angedeuteten Therapien weiter unterstützt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsvariante
ist die Raumluftanlage mit einer programmierbaren Steuereinheit
derart verbunden, dass durch die Raumluftanlage dem Aufenthaltsraum
zugeführte Volumenströme des sauerstoffhaltigen
bzw. stickstoffhaltigen Gases durch die Steuereinheit einstellbar
sind. Auf diese Weise lassen sich frei programmierbare Gradienten
für den
Raumluftatmospärenwechsel
vorgeben. Damit sind Behandlungsverfahren möglich, bei denen ein Atmosphärenwechsel
in jede Richtung mit programmierbaren Gradienten ebenso möglich sind,
wie das Halten bestimmter Raumluftatmosphärenzustände über eine jeweils vorgegebene
Zeitdauer.
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Ein
derartiger Aufenthaltsraum verspricht weitere Anwendungsbereiche
im Bereich der molekularen Höhenmedizin
oder der molekularen Biologie. Im Zusammenhang mit der Molekularbiologie
ist insbesondere der HIF 1 alpha (Hypoxie-indizierbarer Faktor 1
alpha) zu nennen. Dies ist ein Transkriptionsfaktor, der die Synthese
von beispielsweise Erythropoieten (Epo), vaskulärem endothelialem Wachstumsfaktor
(VEGF), Transferrin, Transferrinrezeptor, glykolytischen Enzymen
und Endothelin-1 kontrolliert.
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Weiterhin
ist zu erwarten, dass die Wirkung von Medikamenten durch eine entsprechende
Raumluftatmosphäre
zu unterstützen
ist.
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Außerdem hat
auch die Dynamik eines Raumluftatmosphärenwechsels eine physiologische Wirkung.
Diese Wirkungen sind mit bisher bekannten Aufenthaltsräumen mit
hypoxischer Atmosphäre nicht
zu erzielen.
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Im
Zusammenhang mit der Steuereinheit für die Volumenströme ist es
schließlich
möglich,
die Steuereinheit mit physiologischen Sensoren zu verbinden, über die
Körpersignale
einer sich in dem Aufenthaltsraum aufhaltenden Person zu erfassen
sind, beispielsweise Blutsauerstoffsättigung, Blutdruck, oder auch
Elektroenzephalogramme oder Elektrokardiogramme.
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Schließlich kann
auf diese Weise die Dynamik von Raumluftatmosphärenwechseln an die individuellen
Eigenschaften einer in dem Aufenthaltsraum befindlichen Person angepasst
werden, beispielsweise an dessen Herzrate oder dessen Blutdruck.
In diesem Zusammenhang ist es bereits bekannt, dass es erhebliche
individuelle Unterschiede in der arteriellen O2-Sättigung
verschiedener Personen bei gleicher Raumluftatmosphäre gibt.
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Um
die gewünschte
Dynamik der Raumluftatmosphärenänderung
verwirklichen zu können, ist
ein Aufenthaltsraum bevorzugt, dessen Raumluftanlage dem Aufenthaltsraum
einstellbar zwischen 0 bis zu mindestens 8 Liter gasförmigen Stickstoffs
pro Sekunde je Kubikmeter Raumvolumen des Aufenthaltsraumes zuführen kann.
Vorzugsweise ist die Raumluftanlage, zwischen 0 und mindestens 19
Litern gasförmigen
Stickstoffs pro Sekunde jedem Kubikmeter des Raumvolumens zuzuführen. In
Bezug auf Sauerstoff ist die Raumluftanlage vorzugsweise ausgebildet,
dem Aufenthaltsraum einstellbar zwischen 0 bis zu mindestens 1,5
Liter gasförmigen Sauerstoff
pro Sekunde je Kubikmeter Raumvolumen des Aufenthaltsraumes zuzuführen, vorzugsweise beträgt der Sauerstoffvolumenstrom
einstellbar 0 bis mindestens 3 Liter Sauerstoff pro Sekunde je Kubikmeter
Raumvolumen.
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Um
eine Regelung der Raumluftatmosphäre zu ermöglichen und insbesondere auch
eine Dynamik der Raumluftatmosphärenänderung
zu steuern, ist in dem Aufenthaltsraum vorzugsweise ein Sensor für die Sauerstoffkonzentration
der Raumluftatmosphäre
angeordnet, der mit der Steuereinheit verbunden ist. Ebenso ist
in einem bevorzugten Aufenthaltsraum ein Sensor für die Kohlendioxidkonzentration der
Raumluftatmosphäre
vorgesehen und mit der Steuereinheit verbunden.
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Um
die zuvor genannte hyperkapnische Atmosphäre einzustellen, ist die Raumluftanlage
ferner vorzugsweise dazu ausgebildet, kohlendioxidhaltiges Gas mit
einem Kohlendioxidanteil von mehr als 20 Vol.% oder alternativ auch
reines, gasförmiges
Kohlendioxid zuzuführen.
Zu diesem Zweck ist die Raumluftanlage vorzugsweise ausgebildet,
dem Aufenthaltsraum einstellbar zwischen 0 bis zu mindestens 0,1
Liter gasförmiges
Kohlendioxid pro Sekunde je Kubikmeter Raumvolumen zuzuführen. Vorzugsweise
ist der Volumenstrom gasförmigen
Kohlendioxids zwischen 0 und mindestens 0,4 Liter pro Sekunde je Kubikmeter
Raumvolumen einstellbar.
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Die
dem Aufenthaltsraum zuzuführenden Gase
oder Gasgemische werden vorzugsweise Vorratsbehältern für Flüssiggas, also für flüssigen Stickstoff,
flüssigen
Sauerstoff oder flüssiges
Kohlendioxid entnommen.
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Zum
Zusammenführen
der dem Aufenthaltsraum zuzuführenden
Gase weist der Aufenthaltsraum vorzugsweise eine Mischkammer auf,
die entweder als Teil der Raumluftanlage oder als Teil des Aufenthaltsraums
mit Zuleitungen wenigstens für
das stickstoffhaltige Gas und das sauerstoffhaltige Gas verbunden
ist, vorzugsweise zusätzlich
auch mit einer Zuleitung für
das kohlendioxidhaltige Gas.
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Wenn
die Mischkammer als Teil der Raumluftanlage vorgesehen ist, ist
sie dem Aufenthaltsraum vorgeschaltet und über eine Zuleitung mit dem Aufenthaltsraum
verbunden.
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Alternativ
kann die Mischkammer auch ein durch eine luftdurchlässige Membran
oder einen Diffuser vom übrigen
Aufenthaltsraum abgetrennter Teil des Aufenthaltsraums sein. Im
letztgenannten Teil lässt
sich eine in Bezug auf das Volumen des Aufenthaltsraums recht große Mischkammer
realisieren. Außerdem
kann der Gasaustausch zwischen der Mischkammer und dem übrigen Aufenthaltsraum über eine
große
Fläche
und damit mit sehr geringer Strömungsgeschwindigkeit
und sehr gleichmäßig erfolgen.
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Weiterhin
weist ein bevorzugter Aufenthaltsraum eine Umluftanlage auf, die über einen
Lufteinlass und einen Luftauslass wenigstens indirekt mit dem Aufenthaltsraum
verbunden ist und ausgebildet ist, die Raumluft im Umluftbetrieb
zu behandeln. Bei einer derartigen Anordnung können die zuvor beschriebene
Raumluftanlage und die hier genannte Umluftanlage als Bestandteile
einer einzigen Raumluftanlage im weiteren Sinne betrachtet werden,
deren Bestandteile die Raumluftanlage für das Zuführen von Stickstoff, Sauerstoff
und Kohlendioxid im engeren Sinne und die Umluftanlage ist.
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Die
Umluftanlage ist vorzugsweise ausgebildet, die Raumluft hinsichtlich
der Luftfeuchtigkeit und der Lufttemperatur zu behandeln. Dazu ist
die Umluftanlage vorzugsweise mit der Steuereinheit verbunden. Im
Aufenthaltsraum sind vorzugsweise ein Temperatursensor für die Raumlufttemperatur
und ein Luftfeuchtesensor für
die Luftfeuchtigkeit vorgesehen, die beide mit der Steuereinheit
verbunden sind. Auf diese Weise kann die Behandlung der Raumluft
im Umluftbetrieb durch die Steuereinheit automatisch geregelt erfolgen
und zwar derart, dass die relative Luftfeuchtigkeit in dem Aufenthaltsraum vorzugsweise
zwischen 40 und 60% liegt und die Lufttemperatur in dem Aufenthaltsraum
vorzugsweise zwischen 18°C
und 20°C
liegt. Vorzugsweise ist die Umluftanlage zur weiteren Aufbereitung
der Raumluft durch eine Partikelfilterung und eine Ionisation zur
Elimination von Kohlenwasserstoffen ausgebildet.
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Außerdem weist
die Umluftanlage vorzugsweise einen Frischlufteinlass auf, der mit
einer Außenatmosphäre außerhalb
des Aufenthaltsraum verbunden ist und derart angeschlossen ist,
dass der im Umluftbetrieb geführten
Raumluft Frischluft zuzuführen
ist.
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Der
Aufenthaltsraum weist außerdem
vorzugsweise einen steuerbaren Raumluftauslass auf, der in die Umgebung
des Aufenthaltsraumes mündet und
dessen Luftdurchlass hinsichtlich Differenzdruck oder Volumenstrom
steuerbar ist, und zwar vorzugsweise durch die Steuereinheit.
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Im
Zusammenhang insbesondere mit der Steuerung des Raumluftauslasses
und dessen Luftdurchlass ist die Steuereinheit vorzugsweise mit
einem Drucksensor für
den Gesamtdruck der Raumluftatmosphäre in dem Aufenthaltsraum verbunden und
ausgebildet, den Raumluftauslass derart zu steuern, dass in dem
Aufenthaltsraum ein Überdruck von
1% bis 3% gegenüber
einer Umgebungsatmosphäre
außerhalb
des Aufenthaltsraumes herrscht. Im bezug auf einen Normaldruck in
Meereshöhe
von etwa 1013 hPa bedeutet dies, dass in dem Aufenthaltsraum ein
Gesamtluftdruck von 1023 bis 1040 hPa herrscht. Dieser Gesamtluftdruck
im Aufenthaltsraum hängt
selbstverständlich
auch vom wetterbedingten Luftdruck ab.
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Der
Aufenthaltsraum ist in diesem Zusammenhang vorzugsweise derartig
ausgeführt,
dass er einen geringen Überdruck
wenigstens wenige Minuten hält.
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Im
Zusammenhang mit der Behandlung von Personen oder Patienten in dem
Aufenthaltsraum weist die Steuereinheit vorzugsweise Anschlüsse zum
Anschluss von Sensoren für
physiologische Parameter des jeweiligen Patienten auf. Damit ist
es möglich,
die Steuerung der Raumluftatmosphäre ganz auf die individuellen
Anforderungen des jeweiligen Patienten einzustellen und insbesondere
eine besonders wirkungsvolle Raumluftdynamik zu bewirken. Gerade
der letztgenannte Aspekt ist von außerordentlicher Bedeutung für die Therapie
von Patienten oder für
eine Unterstützung
der Medikamentenwirkung durch eine entsprechende Raumluftatmosphäre oder
-Atmosphärendynamik.
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Die
Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug
auf die Zeichnungen näher
erläutert
werden. Von den Figuren zeigen
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1:
einen Aufenthaltsraum mit Raumluftanlage und Umluftanlage;
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2:
einen Aufenthaltsraum, ähnlich 1,
mit einer Mischkammer in Form eines abgetrennten Raumanteils des
Aufenthaltsraums; und
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3:
einen Aufenthaltsraum mit einer Mischkammer als gemeinsamer Bestandteil
der Raumluft- und Umluftanlage.
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Die
in den 1 bis 3 dargestellten Aufenthaltsräume zeigen
als gemeinsame Merkmale jeweils einen Aufenthaltsraum als Trainings-
oder Therapieraum 1. Außerdem ist jeweils ein Stickstoffbehälter 2 und
eine mit diesem verbundene Stickstoffdosiereinheit 3 vorgesehen, über die
ein Stickstoffvolumenstrom aus dem Stickstoffbehälter 2 hinsichtlich Volumenfluss
und/oder Druck sowie gegebenenfalls der Temperatur und der Befeuchtung
gesteuert werden kann. Die Stickstoffdosiereinheit 3 ist über einen Stickstoffeinlass
entweder direkt mit dem Aufenthaltsraum 1 oder indirekt über eine
Mischkammer 13 oder einem abgetrennten Raumteil des Aufenthaltsraumes 1 mit
dem Aufenthaltsraum 1 verbunden. In entsprechender Weise
ist jeweils ein Sauerstoffbehälter 5 vorgesehen,
der an einer Sauerstoffdosiereinheit 6 angeschlossen ist,
die einen Sauerstoffvolumenstrom oder -druck in Bezug auf einen
Sauerstoffeinlass 7 steuert, der sich entweder im Aufenthaltsraum 1 oder
in der Mischkammer 13 oder einem abgetrennten Raumteil
des Aufenthaltsraumes 1 befindet.
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In
ebensolcher Weise ist jeweils ein Kohlendioxidbehälter 8 vorgesehen,
der mit einer Kohlendioxiddosiereinheit 9 verbunden und über diese
mit einem Kohlendioxideinlass 10 verbunden ist, der entweder
direkt in den Aufenthaltsraum 1 oder in die Mischkammer 13 oder
in einen abgetrennten Teil des Aufenthaltsraumes 1 mündet.
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Weiterhin
ist der Aufenthaltsraum mit einer Umluftanlage versehen, die über einen
Luftauslass 16 und einen Lufteinlass 14 mit dem
Aufenthaltsraum 1 verbunden ist. Zwischen dem Luftauslass 16,
durch den die Raumluft in dem Aufenthaltsraum 1 in die Umluftanlage
eintreten kann und den Lufteinlass 14, mit dem die Umluft
dem Aufenthaltsraum 1 wieder zugeführt wird, ist eine Luftauslasssteuereinheit 17 vorgesehen,
die zum einen einen Luftauslass 19 aufweist, der in die
Umgebung führt,
und zum anderen mit einer Umluftleitung 18 verbunden ist.
Die Luftauslassdosiereinheit 17 ist hinsichtlich des Volumenstromanteils,
der der Umluftleitung 18 zugeführt wird und der dem Luftauslass 19 zugeführt wird,
steuerbar. Mit Hilfe der Luftauslassdosiereinheit 17 ist
auch ein gewünschter Überdruck
in dem Aufenthaltsraum 1 gegenüber einer den Aufenthaltsraum
umgebenen Außenatmosphäre einstellbar.
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Die
Umluftleitung 18 mündet
in einer Mischkammer 13. Diese Mischkammer 13 weist
außerdem einen
Frischlufteinlass 11 mit einem geregelten Frischluftventil 12 zur
Steuerung eines Frischluftvolumenstroms in die Mischkammer 13.
Ausgangsseitig ist die Mischkammer 13 über den Lufteinlass 14 mit dem
Aufenthaltsraum 1 (1 und 3)
oder dem abgetrennten Teil des Aufenthaltsraumes 1 verbunden.
Zur Steuerung der Stickstoffdosiereinheit 3, der Sauerstoffdosiereinheit 6,
der Kohlendioxiddosiereinheit 9, der Mischkammer 13,
dem Frischluftventil 12 und der Luftauslassdosiereinheit 17 sind
diese mit einer zentralen elektronischen Steuereinheit 21 verbunden.
Außerdem
sind in dem Aufenthaltsraum 1 mehrere Sensoren 20 für die Sauerstoff-
und die Kohlendioxidkonzentration sowie für die Luftfeuchte, die Lufttemperatur
und den Luftdruck vorgesehen, die sämtlich mit der elektronischen
Steuereinheit 21 verbunden sind. Auf diese Weise lässt sich
die Raumluftatmosphäre
in dem Aufenthaltsraum 1 hinsichtlich Sauerstoffkonzentration,
Stickstoffkonzentration, Kohlendioxidkonzentration, Luftfeuchte,
Lufttemperatur und Druck steuern und regeln.
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Im
Bereich der Umluftanlage, beispielsweise innerhalb oder in der Nähe der Mischkammer 13 sind ein
Partikelfilter zum Auffangen von Staub und ein Ionisator zur Elimination
von Kohlenwasserstoffen vorgesehen.
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Eine
Besonderheit stellt außerdem
eine luftdurchlässige
Membran 15 in dem Aufenthaltsraum gemäß 3 dar, die
den abgetrennten Raumteil des Aufenthaltsraumes vom übrigen Aufenthaltsraum 1 trennt.
Die luftdurchlässige
Membran 15 wirkt im aerodynamischen Sinne als Diffuser.
Umlufteinlass 14, Stickstoffeinlass 4, Sauerstoffeinlass 7 und Kohlendioxideinlass 10 münden jeweils
in den durch die Membran 15 abgetrennten Raumteil des Aufenthaltsraumes 1.
Auf diese Weise können
sich die dem abgetrennten Raumteil zugeführten Gase mischen und es ist
für einen
sehr gleichmäßigen und
geringen Raumluftvolumenstrom zwischen dem abgetrennten Raumteil
und dem übrigen
Aufenthaltsraum 1 gesorgt.
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Der
Aufenthaltsraum 1 ist bis auf die beschriebenen Gasein-
und -auslässe
im Wesentlichen luftdicht ausgeführt
und weist eine Tür 22 auf,
die so dicht schließt,
dass sich in dem Aufenthaltsraum 1 wenigstens für wenige
Minuten ein geringer Luftüberdruck
aufrechterhalten lässt.
Die Tür 22 kann
wahlweise direkt in die Umgebung des Aufenthaltsraumes 1 führen oder
in eine zwischen der Umgebung und dem Aufenthaltsraum vorgesehene
Luftschleuse.
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In
Bezug auf den in 3 samt Umluft- und Raumluftanlage
dargestellten Aufenthaltsraum 1 ist anzumerken, dass die
Bestandteile der Raumluftanlage über
die Luftmischkammer 13 direkt mit der Umluftanlage verbunden
sind, da der Stickstoffeinlass 4, der Sauerstoffeinlass 7 und
der Kohlendioxideinlass 10 der Raumluftanlage nicht direkt
in den Aufenthaltsraum 1 münden, sondern in die Mischkammer 13 der
Umluftanlage.
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Im
Folgenden soll nun die Funktionsweise des Aufenthaltsraumes mit
angeschlossener Umluft- und Raumluftanlage beschrieben werden, und
zwar in Bezug auf das Ausführungsbeispiel
in 1. Die Beschreibung gilt für die übrigen Ausführungsbeispiele entsprechend.
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Die
Anlage dient der wahlweisen Herstellung einer sauerstoffreduzierten
(hypoxischen < 20,9 Vol%),
einer normalen (normoxischen = 20,9 Vol%) oder einer sauerstoffangereicherten
(hyperoxischen > 20,9
Vol%) Atmosphäre
und dem in frei wählbaren Zeitintervallen
dynamischen Wechsel zwischen diesen verschiedenen Atmosphären oder
dem stabilen Aufrechterhalten eines hergestellten Zustandes über einen
variablen Zeitabschnitt in einem geschlossenen oder fast geschlossenen
Raum beim Aufenthalt mit oder ohne körperliche Aktivität von Menschen und/oder
Tieren.
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Zusätzlich können kohlendioxidangereicherte
(hyperkapnische) und kohlendioxidreduzierte (hypokapnische) atmosphärische Bedingungen
mit jeder Variante der Sauerstoffkonzentration gekoppelt werden.
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Die
im Raum befindliche Atmosphäre
wird permanent und entsprechend der gewählten Sauerstoffkonzentrationen
und Zeitintervalle geregelt umgewälzt.
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Die
zentral gesteuerte Funktionseinheit für den Transport sowie die klimatechnische
und hygienische Bearbeitung des im Umluftbetrieb befindlichen Gasgemischs
mit der Mischkammer 13 saugt das im Aufenthaltsraum 1 befindliche
Gasgemisch über
den Auslass 16, die zentral gesteuerte Funktionseinheit
(Luftauslassdosiereinheit 17) zur dosierten Trennung der
Volumenströme
Umluftatmosphäre und
verbrauchte Atmosphäre
und die Rohrverbindung (Umluftleitung 18) aus dem Raum
an. In der Funktionseinheit 13 (Mischkammer) erfolgt eine
gesteuerte Klimatisierung (Temperatur und Luftfeuchte), eine Partikelfilterung,
eine Ionisation zur Elimination von Kohlenwasserstoffen sowie die
Regulierung der Größe und Geschwindigkeit
des Volumenstroms der Umluftatmosphäre.
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Von
der Funktionseinheit 13 wird die bearbeitete Atmosphäre über den
Umlufteinlass 14 in den in den Raum zurückgeleitet (1 und 3)
oder in den abgetrennten ersten Teil des Raumes 1 gedrückt und
strömt
durch eine entsprechend der Volumenströme durchlässige Membran in den zweiten
Teil des Raumes 1 zurück
(2).
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Die
gesteuerte Funktionseinheit (Luftauslassdosiereinheit 17)
zur dosierten Trennung der Volumenströme Umluftatmosphäre und verbrauchte
Atmosphäre
regelt die Menge der verbrauchten Atmosphäre so, dass sie etwas kleiner
ist als die Menge der zugeführten
Gase insgesamt. Bei Berücksichtigung vorhandener
Leckraten des Raumes besteht somit im Raum und beim Mischen der
Atmosphäre
ein geringer Überdruck
(vorzugsweise 1 – 3%).
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Die
Herstellung einer sauerstoffreduzierten (< 20,9 Vol%; vorzugsweise 17 bis 7 Vol%)
Atmosphäre
in dem geschlossenen oder fast geschlossenen Raum 1 innerhalb
eines festgelegten Zeitintervalls oder entsprechend einer vorgegebenen
Zeitfunktion für
die Veränderung
der Sauerstoffkonzentration erfolgt, indem aus dem Behälter 2 eine
variable Stickstoffmenge pro Zeiteinheit durch die zentral gesteuerte
Stickstoffdosiereinheit 3 über den Stickstoffeinlass 4 in
den Aufenthaltsraum 1 geleitet wird. Der Stickstoff mischt
sich mit dem Gasgemisch, das über Umlufteinlass 14 gleichzeitig
in den Raum gedrückt wird.
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Die
Stickstoffdosiereinheit 3, die zentral gesteuert und geregelt
wird, nimmt die Zu- und Abschaltung des Volumenstromes Stickstoff,
die erforderliche variable Temperierung, die erforderliche variable
Befeuchtung, sowie die Volumenfluss- und Druckregulierung vor.
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Die
Herstellung einer sauerstoffangereicherten (> 20,9 Vol.%; vorzugsweise 24 bis 28 Vol.%)
Atmosphäre
in dem geschlossenen oder fast geschlossenen Raum 1 innerhalb
eines festgelegten Zeitintervalls oder entsprechend einer vorgegebenen
Zeitfunktion für
die Veränderung
der Sauerstoffkonzentration erfolgt, indem aus dem Sauerstoffbehälter 5 eine
variable Sauerstoffmenge pro Zeiteinheit durch die zentral gesteuerte
Sauerstoffdosiereinheit 6 über den Sauerstoffeinlass 7 in
den Raum 1 geleitet wird. Der Sauerstoff mischt sich mit
dem Gasgemisch, das über
Umlufteinlass 14 gleichzeitig in den Raum gedrückt wird.
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Die
Sauerstoffdosiereinheit 6, die zentral gesteuert und geregelt
wird, nimmt die Zu- und Abschaltung des Volumenstromes Sauerstoff,
die erforderliche variable Temperierung, die erforderliche variable Befeuchtung,
sowie die Volumenfluss- und Druckregulierung vor.
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Der
dynamische Wechsel von einer Arbeitsweise der Anlage, bei der die
Sauerstoffkonzentration abgesenkt oder konstant gehalten wird, zu
einer Arbeitsweise der Anlage, bei der die Sauerstoffkonzentration
steigt, wird so vorgenommen, dass der Stickstoffvolumenfluss unterbrochen
wird und ein entsprechender Sauerstoffvolumenfluss einsetzt. Gleichzeitig
werden alle druck- und volumenstromabhängigen Prozesse entsprechend
geregelt.
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Die
Veränderung
der Atmosphäre
im Raum von einer Ausgangskonzentration zu einer höheren Konzentration
des Sauerstoffs innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls oder
entsprechend einer vorgegebenen Zeitfunktion für die Ver änderung der Sauerstoffkonzentration
erfolgt, indem aus dem Sauerstoffbehälter 5 eine variable
Sauerstoffmenge pro Zeiteinheit durch die zentral gesteuerte Sauerstoffdosiereinheit 6 über den
Sauerstoffeinlass 7 in den Raum 1 geleitet wird.
Der Sauerstoff mischt sich mit dem Gasgemisch, das über Umlufteinlass 14 gleichzeitig
in den Raum gedrückt
wird.
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Wenn
beim Ausgangsgasgemisch eine Sauerstoffkonzentration < 20,9 Vol vorliegt,
kann ein Teil oder die gesamte Sauerstoffmenge durch aufbereitete
Frischluft ersetzt werden.
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In
diesem Fall wird über
den Frischlufteinlass 11 und das gesteuerte Frischluftventil 12 eine
entsprechende Menge Frischluft durch die Funktionseinheit in der
Mischkammer 13 der bestehenden Atmosphäre zugemischt.
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Der
dynamische Wechsel von einer Arbeitsweise der Anlage, bei der die
Sauerstoffkonzentration erhöht
oder konstant gehalten wird, zu einer Arbeitsweise der Anlage, bei
der die Sauerstoffkonzentration sinkt, wird so vorgenommen, dass
der Sauerstoffvolumenfluss unterbrochen wird und ein entsprechender
Stickstoffvolumenfluss einsetzt. Gleichzeitig werden alle druck-
und volumenstromabhängigen Prozesse
entsprechend geregelt.
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Die
Veränderung
der Atmosphäre
im Raum von einer Ausgangskonzentration zu einer niedrigeren Konzentration
des Sauerstoffs innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls oder
entsprechend einer vorgegebenen Zeitfunktion für die Veränderung der Sauerstoffkonzentration
erfolgt, indem aus dem Stickstoffbehälter 2 eine variable
Stickstoffmenge pro Zeiteinheit durch die zentral gesteuerte Stickstoffdosiereinheit 3 über den
Stickstoffauslass 4 in den Raum 1 geleitet wird.
Der Stickstoff mischt sich mit dem Gasgemisch, das über Umlufteinlass 14 gleichzeitig
in den Raum gedrückt
wird.
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Wenn
beim Ausgangsgasgemisch eine Sauerstoffkonzentration > 20,9 Vol vorliegt,
kann ein Teil oder die gesamte Stickstoffmenge durch aufbereitete Frischluft
ersetzt werden.
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In
diesem Fall wird über
den Frischlufteinlass 11 und das gesteuerte Frischluftventil 12 eine
entsprechende Menge Frischluft durch die Funktionseinheit in der
Mischkammer 13 der bestehenden Atmosphäre zugemischt.
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Soll
die Arbeitsweise der Anlage von einer dynamischen Änderung
der Sauerstoffkonzentration zu einer Arbeitsweise, bei der die Sauerstoffkonzentration
konstant bleibt, übergehen,
werden beim Erreichen der Sollkonzentration des Sauerstoffs in der Raumatmosphäre die Volumenströme neu geregelt.
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Die
Summe aller Volumenströme
kann bis auf eine solche Menge reduziert werden, welche gerade noch
die Kohlendioxidkonzentration im Raum unterhalb eines festgelegten
Grenzwertes, vorzugsweise 3000 – 5000
ppm, aufrechterhält.
Die Menge von zugeführtem
Kohlendioxid durch Menschen und/oder Tiere und Frischluft abzüglich der
fehlenden Menge Kohlendioxid in den Ausgangsgasmengen Stickstoff
und Sauerstoff steht dann mit der Menge Kohlendioxid in der abgeleiteten
verbrauchten Atmosphäre
im Gleichgewicht.
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Wenn
eine normale (20,9 Vol.% Sauerstoff) Raumatmosphäre konstant vorliegen soll,
wird die erforderliche Menge Frischluft (= 20,9 Vol.% Sauerstoff,
normoxisch) zur Einhaltung der festgelegten Grenzkonzentration Kohlendioxid über den
Frischlufteinlass 11 und das Frischluftventil 12 in
die Mischkammer 13 gesaugt, dort mit der Umluftatmosphäre zur gewünschten
Raumatmosphäre
verarbeitet und durch den Umlufteinlass 14 in den Raum
geleitet.
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Wenn
eine sauerstoffreduzierte (< 20,9
Vol% Sauerstoff, hypoxische) Raumatmosphäre konstant vorliegen soll,
wird die erforderliche Menge von sauerstoffreduziertem Gasgemisch,
welche die Einhaltung der festgelegten Grenzkonzentration Kohlendioxid
sichert, durch das Mischen von Stickstoff und Frischluft hergestellt.
Statt Frischluft kann wahlweise auch Sauerstoff genutzt werden.
Das Mischungsverhältnis
und die Volumenströme
unterliegen einer Regelung, welche die von den Sensoren im Raum
gemessenen Abweichungen von den Normwerten der Sauerstoff- und Kohlendioxidkonzentration
ausgleicht.
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Die
Aufrechterhaltung einer sauerstoffreduzierten (< 20,9 Vol%; vorzugsweise 17 bis 7 Vol.%) Atmosphäre in dem
geschlossenen oder fast geschlossenen Raum 1 erfolgt, indem
gleichzeitig aus dem Stickstoffbehälter 2 eine variable
Stickstoffmenge pro Zeiteinheit durch die zentral gesteuerte Stickstoffdosiereinheit 3 über den
Stickstoffeinlass 4 und ein in der Mischkammer 13 hergestelltes
Gasgemisch aus Umluftraumatmosphäre
und geregelter Frischluft menge über
den Umlufteinlass 14 in den Raum 1 geleitet werden
und die Abweichungen von den Normwerten ausgleichen.
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Wenn
Frischluft ganz oder teilweise durch Sauerstoff ersetzt wird, wird
zusätzlich
eine variable Sauerstoffmenge pro Zeiteinheit aus dem Sauerstoffbehälter 5 durch
die zentral gesteuerte Sauerstoffdosiereinheit 6 über den
Sauerstoffeinlass 7 in den Raum geleitet.
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Wenn
eine sauerstoffangereicherte (hyperoxische > 20,9 Vol%) Atmosphäre konstant vorliegen soll,
wird die erforderliche Menge von sauerstoffangereichertem Gasgemisch,
welche die Einhaltung der festgelegten Grenzkonzentration Kohlendioxid
sichert, durch das Mischen von Sauerstoff und Frischluft hergestellt.
Das Mischungsverhältnis
und die Volumenströme
unterliegen einer Regelung, welche die von den Sensoren im Raum
gemessenen Abweichungen von den Normwerten der Sauerstoff- und Kohlendioxidkonzentration
ausgleicht.
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Die
Aufrechterhaltung einer sauerstoffreduzierten (> 20,9 Vol%; vorzugsweise 24 bis 7 Vol.%) Atmosphäre in dem
geschlossenen oder fast geschlossenen Raum 1 erfolgt, indem
gleichzeitig aus dem Sauerstoffbehälter 5 eine variable
Sauerstoffmenge pro Zeiteinheit durch die zentral gesteuerte Sauerstoffdosiereinheit 6 über den
Sauerstoffeinlass 7 und ein in der Mischkammer 13 hergestelltes
Gasgemisch aus Umluftraumatmosphäre
und geregelter Frischluftmenge über
den Umlufteinlass 14 in den Raum 1 geleitet werden
und die Abweichungen von den Normwerten ausgleichen.
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Wenn
im Raum eine normale Kohlendioxidkonzentration vorliegen soll, wird
beim Betrieb mit dynamisch wechselnden Sauerstoffkonzentrationen Kohlendioxid
in einer solchen Menge pro Zeiteinheit in den Raum zugegeben, dass
der Normalwert von 390 ppm vorliegt.
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Die
Menge ergibt sich aus dem fehlenden Kohlendioxidanteil der genutzten
Ausgangsgase Stickstoff und Sauerstoff abzüglich der pro Zeiteinheit durch
Menschen oder Tiere, bzw. Frischluft eingebrachten und der in der
Raumluft vorhandenen Kohlendioxidmenge.
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Die
Herstellung und Aufrechterhaltung der Kohlendioxidkonzentration
erfolgt, indem aus dem Kohlendioxidbehälter 8 eine variable
Kohlendioxidmenge pro Zeiteinheit durch die zentral gesteuerte Kohlendioxiddosiereinheit 9 über den
Kohlendioxideinlass 10 in den Raum 1 geleitet
wird. Das Kohlendioxid mischt sich mit dem Gasgemisch, das über Umlufteinlass 14 gleichzeitig
in den Raum gedrückt wird.
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Die
Kohlendioxiddosiereinheit 9, die zentral gesteuert und
geregelt wird, nimmt die Zu- und Abschaltung des Volumenstromes
Kohlendioxid, die erforderliche variable Temperierung, die erforderliche variable
Befeuchtung, sowie die Volumenfluss- und Druckregulierung vor.
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Wenn
in der Raumatmosphäre
eine hyperkapnische Kohlendioxidkonzentration vorliegen soll, wird
beim Betrieb mit dynamisch wechselnden Sauerstoffkonzentrationen
Kohlendioxid in einer solchen Menge pro Zeiteinheit in den Raum
zugegeben, dass die gewünschte
Konzentration vorliegt. Die Menge ergibt sich aus dem vorhandenen
Kohlendioxidanteil der genutzten Ausgangsgase Stickstoff und Sauerstoff
abzüglich
der pro Zeiteinheit durch Menschen oder Tiere, bzw. Frischluft eingebrachten
und der in der Raumluft vorhandenen Kohlendioxidmenge.
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Die
Reduzierung der Kohlendioxidkonzentration einschließlich der
Herstellung hypokapnischer Atmosphären erfolgt über die
Reduzierung der zugeführten
Kohlendioxidmenge und die Verlustmenge Kohlendioxid in der verbrauchten
Atmosphäre.
Zusätzlich
oder alternativ kann auch eine chemische Elimination des Kohlendioxids,
z.B. mit Hilfe von Kalk, erfolgen, um die Kohlendioxidkonzentration
abzusenken.