DE102008060826B3

DE102008060826B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung eines Schutzanzuges

Info

Publication number: DE102008060826B3
Application number: DE102008060826A
Authority: DE
Inventors: Jochim Dr. Koch; Kim Sascha Steingrube
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2028-12-06
Also published as: US8424120B2; US20100138982A1

Abstract

Eine Kühlvorrichtung für einen Schutzanzug, enthaltend eine Luftfördervorrichtung (2) und eine Kältequelle (3) weist erfindungsgemäß als Kühlmedium eine Substanz auf, welche mit Wasser endotherm reagiert.

Description

Die Erfindung betrifft die Klimatisierung eines Schutzanzuges, wie er in der chemischen Industrie oder bei Katastrophen-Einsätzen getragen wird. Der Schutzanzug schirmt den Körper des Anzugträgers zusammen mit seinem Atemschutzgerät von der Umgebungsatmosphäre ab, so dass zwischen am Anzugträger und dem Schutzanzug ein von der Umgebungsatmosphäre isoliertes Luftvolumen vorhanden ist.
Die physiologische Belastung für die Träger von Schutzanzügen ist sehr hoch, weil die Innentemperatur und die Feuchtigkeit im Anzug bei körperlicher Belastung sehr schnell ansteigen. Insbesondere die hohe Luftfeuchtigkeit hat zur Folge, dass der Mensch seine Körperwärme nicht mehr genügend abgeben kann, denn bei hoher körperlicher Belastung wird die Wärme überwiegend durch Schwitzen abgegeben. Durch diesen Umstand ist der Einsatz von Rettungskräften mit Schutzanzügen zeitlich sehr begrenzt und die Einsatzzeit beträgt deshalb maximal nur 20 bis 30 Minuten. Bei weiten Wegen zum Einsatzort bleibt nur noch wenig Zeit und Energie für den eigentlichen Rettungseinsatz und den eigenen Rückweg.
Der Mensch ist durchaus in der Lage, über mehrere Stunden selbst bei Umgebungstemperaturen von 42 Grad Celsius eine körperliche Tätigkeit auszuführen, wenn die Luftfeuchtigkeit relativ niedrig ist, d. h. unterhalb von 30% relativer Feuchte liegt. Zwar erhöht sich dabei die Körpertemperatur etwas, sie bleibt dann jedoch auf einem stabilen Niveau. Das Gleiche gilt für die Herzfrequenz.
Bei einer deutlich reduzierten Lufttemperatur von 32 Grad Celsius, aber einer sehr hohen relativen Feuchte von 84%, steigt die Körpertemperatur ständig an und der Proband erschöpft sehr schnell. Bei Personen, die einen Schutzanzug tragen, ist zu berücksichtigen, dass die Erschöpfung dadurch beschleunigt wird, dass neben dem Schutzanzug auch noch ein Atemschutzgerät von der Person getragen werden muss.
Aus der EP 1 494 760 B1 ist ein Schutzanzug bekannt, bei dem mittels eines Gebläses Luft von außen zugeführt und über ein Überdruckventil aus dem Schutzanzug wieder abgelassen wird. Durch die Spülung mit Luft ergibt sich zwar eine messbare Kühlwirkung, allerdings kann nicht verhindert werden, dass sich im Innenraum des Anzugs die Feuchtigkeit anreichert und an dem Schutzanzugmaterial kondensiert. Das Kondensat sammelt sich teilweise an der Kleidung, was für den Anzugträger unangenehm ist. Außerdem saugt das Gebläse Umgebungsluft an, die kontaminiert sein kann und gut gefiltert werden muss. Das Restrisiko, dass kontaminierte Luft in den Innenraum des Schutzanzugs gelangen kann, wird von den Anwendern nicht akzeptiert.
Zur Kühlung oder Temperaturregelung von Menschen wird auch die Flüssigkeitskühlung eingesetzt. Diese findet Verwendung in Raumanzügen, aber auch bei Chemikalien-Schutzanzügen. Dieses Prinzip ist jedoch in seiner Wirkung begrenzt, weil es auf der konduktiven Kühlwirkung direkt auf der Haut wirkt. Die Hauttemperatur muss so kühl gehalten werden, dass kein Schwitzen entsteht und führt dadurch zu unphysiologischen bzw. sehr unangenehmen, kalten Hauttemperaturen. Die eigentliche Kühlquelle ist außerhalb des Anzugs angebracht. Bei einem mobilen Gerät muss die gesamte Kühlenergie mitgeführt werden, was zu hohen Gewichten, von ca. 12–18 kg zusätzlich und entsprechend großem Bauvolumen führt. Mitgeführte Wassereis-Speicher haben entsprechende Gewichte von 3,23 kg netto für das Eis zuzüglich der Eigengewichtskraft des Gehäuses bei einer angenommenen Kühlarbeit von 1.080 Kilojoule, was einer Kühlleistung von 800 Watt über 30 Minuten entspricht. Die Handhabung mit dem Wassereis ist aufwendig, weil das Eis zunächst hergestellt und schließlich aus den Kühlbehältern herausgelöst und in die Kühlvorrichtung eingesetzt werden muss. Ein Schutzanzug mit einer Kühlquelle geht beispielhaft aus der DE 28 46 139 C2 hervor.
Aus der US 3,174,300 ist ein Schutzanzug bekannt, bei dem die Innenraumluft mittels eines Gebläses umgewälzt und dabei sowohl Kohlendioxid und Feuchtigkeit entfernt werden. Der verbrauchte Sauerstoff wird ersetzt. Eine mit einem Kältemittel gefüllte Kammer dient zur Abscheidung von Feuchtigkeit, wobei das entstehende Kondensat in einem Sammelbehälter aufgefangen wird. Es muss ein Kältemittel mitgeführt und nach einer gewissen Einsatzzeit ersetzt werden. Die zur Verfügung stehende Kühlenergie ist durch das mitgeführte Gewicht des Kältemittels stark eingeschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, um auf einfache Weise eine Klimatisierung des Innenraums eines Schutzanzuges herzustellen.
Die Lösung der Aufgabe für die Vorrichtung ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die Lösung der Aufgabe für das Verfahren ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, als Kühlmedium endotherm mit Wasser reagierende Salze zu verwenden, die einerseits gut lagerbar sind und die das vom Anzugträger mitzuführende Gewicht nicht unverhältnismäßig erhöhen. Zwar sind endotherm reagierende Substanzen als Kältequelle von Kühlwesten her bekannt, DE 30 04 595 C2 , es hat sich aber gezeigt, dass sich die zur Verfügung stehende Kühlenergie bei Verwendung einer Luftfördervorrichtung, welche die Luft im Innenraum eines Schutzanzuges umwälzt, wesentlich effizienter nutzen lässt, als wenn die Substanz lediglich in kleinen Beuteln an der Oberfläche der Kühlweste verteilt angeordnet ist.

Als Salze eignen sich Ammoniumnitrat, Ammoniumchlorid, Kaliumchlorid oder Kochsalz. In der nachstehend angegebenen Tabelle sind Kältemischungen für die Kühlung von 300 kJ angegeben. Kältemischungen Gewichte für die Kühlung von 300 kJ

Benennung	Formel	Lösungswärme kJ/kg	Erforderliches Salzgewicht Kg	Erforderliche Wassermenge kg	Gesamtgewicht
Ammoniumnitrat	NH₄NO₃	321,28	0,93	0,8	1,73
Ammoniumchlorid	NH₄Cl	184,87	1,62	4,3	5,92
Kaliumchlorid	KCl	232,78	1,29	5,4	6,49
Kochsalz	NaCl	66,98	4,48	12,5	17,03

An einem Zahlenbeispiel soll die zur Verfügung stehende Kühlenergie ermittelt werden. Nimmt man beispielsweise 1,09 kg Ammoniumnitrat mit der entsprechend erforderlichen Wassermenge von 0,9 kg, also ein Gesamtgewicht von ca. 2 kg, dann erhält man eine Kühlenergie von 350 kJ. Versuche haben gezeigt, dass damit die Lufttemperatur im Innenraum des Schutzanzuges um 4 Grad Celsius über die gesamte Einsatzzeit von 20 Minuten gesenkt werden kann im Vergleich zu dem ungekühlten Zustand.
Zur Kühlung im Schutzanzug würde man eine oder mehrere Einheiten von Salzbehältern vorsehen, in denen das Salz trocken gelagert werden kann.
Daneben würde man einen oder mehrere Wasserbehälter anordnen, die durch ein Ventil mit den Salzbehältern verbunden sind. Im Einsatzfall kann der Anzugträger einfach die Luftfördervorrichtung einschalten und das Ventil öffnen. Dieses kann auch automatisch oder elektronisch geschehen. Dabei kann das Ventil auch getaktet oder proportional angesteuert werden, um die Kühlwirkung zu regeln. Im Normalfall wird jedoch die volle Kühlleistung gefordert, weil die Umgebungstemperatur zu hoch ist. Demgegenüber kann bei kalten Umgebungstemperaturen temperaturgesteuert eine Regelung die Wasserzufuhr verzögern und damit die Kühlwirkung entweder ausschalten oder reduzieren.
Die Salzbehälter sind mit Wärmetauscherrippen versehen und so gestaltet, dass sie eine maximale Oberfläche für die vorbeistreichende Luft ergeben, um die Kühlleistung so effektiv wie möglich zu gestalten. Die Luftfördervorrichtung, die Stromversorgung und die Kühlvorrichtung sind an einer Trageplatte befestigt, die am Rücken des Anzugsträgers angebracht ist, wobei auch eine bereits vorhandene Trageplatte eines Pressluftatmers verwendet werden kann, um die Kühlvorrichtung daran zu fixieren.
Erfindungsgemäß ist für eine forcierte Luftumwälzung innerhalb des Schutzanzuges mit einem oder mit mehreren Ventilatoren eine Luftleistung im Bereich von 500 l pro Minute bis 1.000 l pro Minute erforderlich, um eine gute Durchlüftung des Schutzanzuges zu erreichen. Befindet sich die Kühlvorrichtung am Rücken des Anzugträgers, ist die Luftaustrittsöffnung der Luftfördervorrichtung zum Kopf des Anzugträgers hin gerichtet, so dass der Luftstrom vom Kopf ausgehend zunächst das Visier überstreicht, welches dadurch sehr gut belüftet und auch gekühlt wird. Danach gelangt der Luftstrom in den unteren Bereich des Schutzanzuges.
Das von der Luftfördervorrichtung angesaugte Gas überstreicht zunächst die Wärmetauscherrippen und wird dabei gekühlt, bevor es erneut in den Umlauf gebracht wird.
Wird als Halterung für die Kühlvorrichtung die vorhandene Trageplatte eines Atemschutzgerätes verwendet, kann die Kühlvorrichtung mit einfachen Klettbändern an der Druckgasflasche befestigt werden, so dass die Kühlvorrichtung praktisch an jedem Atemschutzgerät optional betrieben werden kann, wenn der Atemschutzträger einen Schutzanzug verwendet. Zusätzlich zum Gewicht des Atemschutzgerätes muss der Anzugträger für die Kühlvorrichtung ein Zusatzgewicht von etwa 500 g für die Luftfördervorrichtung und 2 kg für Salz und Wasser mitführen, so dass insgesamt nur eine Mehrbelastung von 2,5 kg vorhanden ist. Dieses Zusatzgewicht ist normalerweise akzeptabel.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kühlen des Innenraumes eines Schutzanzuges ist gekennzeichnet durch die Schritte,
eine Luftfördervorrichtung, welche die Innenraumluft umwälzt, aus einem Luftvolumenstrom zwischen 500 l pro Minute und 1.000 l pro Minute einzustellen und den Luftvolumenstrom über eine Kältequelle zu leiten, welche mittels einer mit Wasser endotherm reagierenden Substanz Kälte erzeugt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur gezeigt und im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Kühlvorrichtung,
2 die Kühlvorrichtung nach der 1 mit einer Druckgasflasche,
3 die Kühlvorrichtung nach der 1 in einem Schutzanzug.
1 veranschaulicht schematisch eine Kühlvorrichtung 1 für den Innenraum eines nicht näher dargestellten Schutzanzuges, bestehend aus einer Luftfördervorrichtung 2 und einer Kältequelle 3, die auf einer Trageplatte 4 angeordnet sind.
Die Luftfördervorrichtung 2 umfasst einen Elektromotor 5 mit einem Lüfterrad 6 und einer Stromquelle 7, während die Kältequelle 3 aus drei mit Ammoniumnitrat gefüllten Reservoiren 8, 9, 10, einem mit Wasser 11 gefüllten Behälter 12 und einer Verbindungsleitung 13 mit einem Absperrventil 14 zwischen dem Behälter 12 und den Reservoiren 8, 9, 10 besteht. Die Reservoire 8, 9, 10 besitzen Wärmetauscherrippen 15, 16, 17, die im Ansaugbereich der Luftfördervorrichtung 2 liegen. Die Förderrichtung des Luftstroms ist durch Pfeile 18, 19 veranschaulicht. An der Trageplatte 4 ist weiter ein elektrischer Schalter 20 befestigt, der über Leitungen 21 mit dem Elektromotor 5 und dem Absperrventil 14 verbunden ist. Wenn durch den Schalter 20 der Elektromotor 5 eingeschaltet wird, öffnet gleichzeitig das Absperrventil 14, so dass Wasser 14 in die Reservoire 8, 9, 10 gelangt.
2 zeigt die Trageplatte 4 mit der Kühlvorrichtung 1 und einer mittig angeordneten Druckgasflasche 22 zum Betrieb eines nicht näher dargestellten Atemgerätes. Die Druckgasflasche 22 besitzt ein Flaschenventil 23 zum Anschluss eines Druckgasversorgungsschlauches 24. Die Druckgasflasche 22 ist mittels eines Haltegurtes 25 an der Trageplatte 4 befestigt. Mittels zweier Schultergurte 26, 27 und eines Beckengurtes 28 wird die Trageplatte am Rücken eines nicht näher dargestellten Anzugträgers angebracht.
3 veranschaulicht schematisch die Anordnung der Kühlvorrichtung 1 innerhalb eines Schutzanzuges 29. Die Luftaustrittsöffnung 30 der Kühlvorrichtung 1 ist zum Kopf des Anzugträgers hin gerichtet, so dass die gekühlte Luft am Kopf vorbei zunächst zur Sichtscheibe 31 des Schutzanzuges 29 gelangt und dort ein Beschlagen verhindert.

1: Kühlvorrichtung
2: Luftfördervorrichtung
3: Kältequelle
4: Trageplatte
5: Elektromotor
6: Lüfterrad
7: Stromquelle
8, 9, 10: Reservoir
11: Wasser
12: Behälter
13: Verbindungsleitung
14: Absperrventil
15, 16, 17: Wärmetauscherrippen
18, 19: Pfeil
20: Schalter
21: Leitung
22: Druckgasflasche
23: Flaschenventil
24: Druckgasversorgungsschlauch
25: Haltegurt
26, 27: Schultergurt
28: Beckengurt
29: Schutzanzug
30: Luftaustrittsöffnung
31: Sichtscheibe

Claims

Vorrichtung zum Kühlen des Innenraumes eines Schutzanzuges mit einer Luftfördervorrichtung (2), welche die Luft im Innenraum umwälzt, einer Kältequelle (3) mit einem im Luftstrom angeordneten Wärmetauscher (15, 16, 17) und einem mit dem Wärmetauscher (15, 16, 17) verbundenen Reservoir (8, 9, 10), welches mit einer endotherm mit Wasser reagierenden Substanz gefüllt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz aus Ammoniumnitrat, Ammoniumchlorid, Kaliumchlorid oder Kochsalz besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser (11) in einem von der Substanz getrennten Behälter (12) aufgenommen ist, wobei zwischen dem Behälter und dem Reservoir (8, 9, 10) eine durch ein Ventil (24) absperrbare oder öffenbare Verbindungsleitung (13) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftvolumenstrom der Luftfördervorrichtung 1 auf einen Wert zwischen 500 l pro Minute und 1.000 l pro Minute eingestellt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfördervorrichtung 1 und die Kältequelle 3 auf einer am Rücken eines Anzugträgers befestigbaren Trageplatte (4) angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Trageplatte 4 zusätzlich eine Druckgasflasche (22) eines Atemgerätes befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftaustrittsöffnung (30) der Luftfördervorrichtung (2) zum Kopf des Anzugträgers hin gerichtet ist.
Verfahren zum Kühlen des Innenraumes eines Schutzanzuges mit den Schritten eine Luftfördervorrichtung (2), welche die Innenraumluft umwälzt, auf einen Luftvolumenstrom zwischen 500 l pro Minute und 1.000 l pro Minute einzustellen und den Luftvolumenstrom über eine Kältequelle (3) zu leiten, welche mittels einer mit Wasser endotherm reagierenden Substanz Kälte erzeugt.