DE102009041742A1 - Device for generating hot- or cold air for medical applications, has hermetically sealed compressor whose pressure output is connected with input of Ranque-Hilsch vortex tube, where compressor is operated as displacement machine - Google Patents

Device for generating hot- or cold air for medical applications, has hermetically sealed compressor whose pressure output is connected with input of Ranque-Hilsch vortex tube, where compressor is operated as displacement machine Download PDF

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Abstract

The device has a hermetically sealed compressor (2) whose pressure output is connected with the input of a Ranque-Hilsch vortex tube (5). The compressor is operated as displacement machine. One output of the Ranque-Hilsch vortex tube communicates with a device-sided connection for warm- or hot air and another output communicated with a device-sided connection for cold air.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Kaltluft für medizinische Zwecke.The invention relates to a device for generating cold air for medical purposes.

Kaltluft kann bei verschiedenen Krankheitssymptomen nützlich sein. Beispielsweise können rheumatische Beschwerden an Gelenken durch Anwendung von Kaltluft günstig beeinflusst werden. Außerdem können Blutungen durch Beaufschlagung mit Kaltluft gestilit werden. Schließlich können asthmatische Beschwerden gemildert werden, wenn der Patient trockene, keimfreie Kaltluft einatmen kann. Im Übrigen ist es bekannt, durch gezielten Einsatz von Kälte bei einer sogenannten Kryotherapie therapeutische Effekte zu bewirken, vgl. z. B. die Empfehlungen der Deutschen Dermatologischen Gesellschaft zur Qualitätssicherung „Kryochirurgie in der Dermatologie”, www.uni-duesseldorf.de/awmf/qs/qs-derm1.htm .Cold air may be useful for various disease symptoms. For example, rheumatic complaints on joints can be favorably influenced by the application of cold air. In addition, bleeding can be gestilit by exposure to cold air. Finally, asthmatic complaints can be alleviated if the patient can inhale dry, germ-free cold air. Incidentally, it is known to effect therapeutic effects by targeted use of cold in a so-called cryotherapy, cf. z. B. the recommendations of the German Dermatological Society for Quality Assurance "Cryosurgery in Dermatology", www.uni-duesseldorf.de/awmf/qs/qs-derm1.htm ,

Grundsätzlich ist es möglich, Kaltluft mit üblichen Wärmepumpen mit einem Kältemittelkreislauf zu erzeugen. Allerdings ist der damit verbundene Aufwand vergleichsweise hoch.Basically, it is possible to produce cold air with conventional heat pumps with a refrigerant circuit. However, the associated effort is comparatively high.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein zur Kaltlufterzeugung geeignetes Gerät mit besonders einfacher Konstruktion und hoher Robustheit zu schaffen.It is therefore an object of the invention to provide a device suitable for producing cold air with a particularly simple construction and high robustness.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Ranque-Hilsch-Wirbelrohr gelöst, welches eingangsseitig an die Druckseite eines saugseitig mit der Atmosphäre verbundenen Kompressors angeschlossen ist.This object is achieved with a Ranque-Hilsch vortex tube, which is connected on the input side to the pressure side of a suction side connected to the atmosphere of the compressor.

Ein Ranque-Hilsch-Wirbelrohr ist grundsätzlich bekannt, bspw. aus der US 1,952,281 . Es besteht im Wesentlichen aus einer Wirbelkammer mit kreisförmigem Querschnitt. In diese Wirbelkammer wird Druckluft tangential eingeblasen, derart, dass ein sehr schnell rotierender Luftwirbel entsteht. An den axialen Enden der Wirbelkammer sind Ausgangsrohre mit unterschiedlichen Querschnitten angeordnet, wobei das Ausgangsrohr mit größerem Querschnitt an seinem offenem Ende mit einem Steuerventil versehen ist, mit dem sich die austretende Luftmenge verändern lässt. Aus dem letztgenannten Rohr tritt ein mehr oder weniger starker Heiß- bzw. Warmluftstrom aus, während am anderen Rohr ein Kaltluftstrom ausgeblasen wird, dessen Temperatur sich mit dem Ventil am Warmluftrohr steuern lässt. Obwohl das Ranque-Hilsch-Wirbelrohr seit langem bekannt ist, konnte seine Wirkungsweise bisher nicht wirklich zufriedenstellend erklärt werden.A Ranque-Hilsch vortex tube is basically known, for example. From the US 1,952,281 , It consists essentially of a vortex chamber with a circular cross-section. In this vortex chamber compressed air is blown in tangentially, so that a very fast rotating air vortex arises. At the axial ends of the swirl chamber outlet pipes are arranged with different cross sections, wherein the outlet pipe is provided with a larger cross-section at its open end with a control valve, with which the exiting air quantity can be changed. From the latter tube, a more or less strong hot or warm air flow exits, while at the other tube a cold air flow is blown out, the temperature of which can be controlled with the valve on the hot air tube. Although the Ranque-Hilsch vortex tube has been known for a long time, its mode of action has so far not been explained satisfactorily.

Gleichwohl bietet es die Möglichkeit, ohne jegliche bewegliche Teile Kalt- und Warmluft erzeugen zu können, wenn Druckluft zur Verfügung steht.Nevertheless, it offers the possibility of being able to generate cold and warm air without any moving parts when compressed air is available.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, an der Saugseite des Kompressors einen Luftfilter anzuordnen.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided to arrange an air filter on the suction side of the compressor.

Desweiteren ist vorzugsweise ein nach dem Verdrängerprinzip arbeitender Kompressor vorgesehen, dessen Verdrängerarbeitsräume mit einer Membran hermetisch abgedichtet sind.Furthermore, a compressor operating according to the displacement principle is preferably provided, whose displacer working spaces are hermetically sealed with a membrane.

Auf diese Weise lässt sich gewährleisten, dass die vom eingangsseitigen Filter kommende Luft innerhalb des Kompressors frei von Verunreinigungen, wie bspw. ölhaltigen Aerosolen oder dergleichen, bleibt. In das Material der Membran sind bevorzugt Nanopartikel aus Silber und/oder Kupfer bzw. Silber/Kupfer/Legierungen eingebettet, so dass antiseptische Eigenschaften gegeben sind.In this way, it can be ensured that the air coming from the input-side filter inside the compressor remains free of contaminants, such as, for example, oil-containing aerosols or the like. In the material of the membrane are preferably embedded nanoparticles of silver and / or copper or silver / copper / alloys, so that antiseptic properties are given.

Beim Betrieb eines Ranque-Hilsch-Wirbelrohrs entstehen charakteristische Pfeifgeräusche. Deshalb ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Schalldämpfergehäuse vorgesehen, wobei gegebenenfalls eine Geräuschauslöschung durch Gegenschall vorgesehen sein kann. Im Ergebnis kann damit ein weitestgehend geräuschfreier Betrieb gewährleistet werden.The operation of a Ranque-Hilsch vortex tube produces characteristic whistling noises. Therefore, according to a particularly preferred embodiment of the invention, a silencer housing is provided, wherein optionally a noise canceling by counter sound can be provided. As a result, a largely noise-free operation can be ensured.

Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden.Incidentally, with regard to preferred features of the invention to the claims and the following explanation of the drawing, reference is made to the preferred embodiments of the invention will be described in more detail.

Schutz wird nicht nur für angegebene oder dargestellte Merkmalskombinationen sondern auch für prinzipiell beliebige Kombinationen der angegebenen oder dargestellten Einzelmerkmale beansprucht.Protection is claimed not only for specified or illustrated feature combinations but also for any combinations of the specified or illustrated individual features.

In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows

die einzige Fig. eine schematisierte Gesamtdarstellung des erfindungsgemäßen Geräts.the only Fig. A schematic overall view of the device according to the invention.

Ein einlassseitig mit einem Aktivkohlefilter 1 versehener Kompressor 2 ist druckseitig mit einem Druckspeicher 3 verbunden bzw. verbindbar, welcher sich vorzugsweise über einen Auslass 3' entwässern lässt. Der Kompressor 2 arbeitet vorzugsweise nach dem Verdrängerprinzip, wobei der Verdrängerarbeitsraum bzw. die Verdrängerarbeitsräume durch Membranen nach außen hermetisch abgeschlossen sind, so dass die vom Kompressor 2 komprimierte Luft innerhalb des Kompressors 2 keinerlei Verunreinigung erleiden und insbesondere keine öligen Aerosole aus dem Triebwerk des Kompressors 2 aufnehmen kann.An inlet side with an activated carbon filter 1 provided compressor 2 is on the pressure side with a pressure accumulator 3 connected or connectable, which preferably via an outlet 3 ' drain. The compressor 2 works preferably according to the displacement principle, wherein the displacer working space or the Verdrängerarbeitsräume are hermetically sealed by membranes to the outside, so that from the compressor 2 compressed air inside the compressor 2 no contamination, and in particular no oily aerosols from the engine of the compressor 2 can record.

Dem Druckspeicher 3 ist ein Drucklufttrockner 4, insbesondere ein Membrantrockner 4 nachgeschaltet, innerhalb dessen die zu trocknende Druckluft über Wege geführt wird, die durch semipermeable Membranen von einem ständig mit Spülluft durchsetztem Raum abgetrennt sind. Somit wird dem Eingang eines nachfolgend angeordneten Ranque-Hilsch-Wirbelrohrs 5 wasserdampffreie Druckluft zugeführt. The accumulator 3 is a compressed air dryer 4 , in particular a membrane dryer 4 downstream, within which the compressed air to be dried is passed through paths which are separated by semipermeable membranes of a constantly interspersed with purging air space. Thus, the entrance of a subsequently arranged Ranque-Hilsch vortex tube 5 supplied steam-free compressed air.

Das Ranque-Hilsch-Wirbelrohr 5 besteht im Wesentlichen aus einer zylindrischen Wirbelkammer 6, in die die vom Drucklufttrockner 4 kommende Druckluft durch entsprechende wandseitige Düsen tangential eingeleitet wird, derart, dass sich ein um die Achse der Wirbelkammer 6 extrem schnell rotierender Luftwirbel bildet, dessen Drehzahl größenordnungsmäßig bei 106 Umdrehungen pro Minute liegt.The Ranque-Hilsch vortex tube 5 consists essentially of a cylindrical vortex chamber 6 Into the ones from the compressed air dryer 4 Coming compressed air is introduced tangentially through corresponding wall-side nozzle, such that a to the axis of the vortex chamber 6 extremely fast rotating air vortex forms whose speed is on the order of 10 6 revolutions per minute.

An den axialen Enden der Wirbelkammer 6 sind ein erstes Rohr 7 und ein zweites Rohr 8 angeordnet, wobei das den größeren Durchmesser bzw. Querschnitt aufweisende erste Rohr 7 beim Betrieb des Ranque-Hilsch-Wirbelrohrs 5 den Heißluftausgang des Wirbelrohrs 5 bildet, während das zweite Rohr 8 den Kaltluftausgang bildet.At the axial ends of the vortex chamber 6 are a first pipe 7 and a second tube 8th arranged, wherein the larger diameter or cross-section having first tube 7 during operation of the Ranque-Hilsch vortex tube 5 the hot air outlet of the vortex tube 5 forms while the second tube 8th forms the cold air outlet.

Am Ausgang des ersten Rohrs 7 ist ein Drosselventil 9 vorgesehen, beispielsweise mit einem in das offene Ende des Rohres 7 einschiebbaren Konuskörper, mit dem der aus dem ersten Rohr 7 austretende Heißluftstrom gesteuert werden kann, wobei eine Veränderung des Heißluftstroms auch zu einer Veränderung der Temperatur des Heißluftstroms sowie der Temperatur des Kaltluftstroms führt. Im Übrigen sind die Temperaturen des Heißluftstroms und des Kaltluftstroms auch vom Druck der in die Wirbelkammer 6 einströmenden Druckluft abhängig.At the exit of the first pipe 7 is a throttle valve 9 provided, for example with a in the open end of the tube 7 retractable cone body, with which from the first tube 7 exiting hot air flow can be controlled, wherein a change in the hot air flow also leads to a change in the temperature of the hot air flow and the temperature of the cold air flow. Incidentally, the temperatures of the hot air flow and the cold air flow are also from the pressure in the vortex chamber 6 Incoming compressed air dependent.

Zweckmäßig besitzt das Gerät eine Regelung 10, die einerseits das Drosselventil 9 in Abhängigkeit von vorgebbaren Solltemperaturen des Kaltluftstroms oder des Heißluftstroms und andererseits den Kompressor 2 in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Solldruck der Druckluft am Eingang der Wirbelkammer 6 regelt. Die jeweiligen Soll- und Istwerte können auf einer Anzeige 11 dargestellt bzw. an der Regelung 10 verändert werden. Für den Solldruck sind in der Regel Mindestwerte in der Größenordnung von 6 bar vorgesehen.Appropriately, the device has a scheme 10 , on the one hand, the throttle valve 9 as a function of predefinable setpoint temperatures of the cold air flow or of the hot air flow and, on the other hand, the compressor 2 as a function of a predefinable desired pressure of the compressed air at the input of the vortex chamber 6 regulates. The respective setpoints and actual values can be displayed 11 shown or on the scheme 10 to be changed. As a rule, minimum values of the order of 6 bar are provided for the nominal pressure.

Die vorangehend erläuterte Anordnung ist zweckmäßigerweise in einem schalldämpfenden oder schalldämmenden Gehäuse untergebracht, wobei gegebenenfalls vorgesehen sein kann, innerhalb des Gehäuses Schallgeneratoranordnungen unterzubringen, die einen die Geräusche des Ranque-Hilsch-Wirbelrohrs 5 zumindest teilweise auslöschenden Gegenschall erzeugen.The arrangement explained above is expediently accommodated in a sound-damping or sound-insulating housing, it being possible where appropriate to accommodate sound generator arrangements within the housing, which accommodate the noises of the Ranque-Hilsch vortex tube 5 generate at least partially extinguishing counter-noise.

Im Übrigen sind am Gehäuse ein mit dem ersten Rohr 7 des Wirbelrohrs 5 verbundener Heißluftanschluss 12 sowie ein mit dem zweiten Rohr 8 des Wirbelrohrs 5 verbundener Kaltluftanschluss 13 vorgesehen. Schließlich können am Gehäuse Einstellorgane für die Regelung 10 sowie die Anzeige 11 vorgesehen sein. Grundsätzlich ist es aber auch möglich und vorteilhaft die Regelung 10 sowie die zugehörige Anzeige 11 entfernt anzuordnen und mit dem von der Regelung zu betätigenden Steuerorganen per Kabel oder drahtlos zu verbinden.Incidentally, on the housing one with the first tube 7 of the vortex tube 5 connected hot air connection 12 and one with the second tube 8th of the vortex tube 5 connected cold air connection 13 intended. Finally, on the housing adjusting members for the scheme 10 as well as the ad 11 be provided. In principle, it is also possible and advantageous the scheme 10 as well as the associated advertisement 11 to arrange remotely and to connect to the control to be operated by the control by cable or wirelessly.

Der oben genannte Druckspeicher 3 kann als jederzeitmontierbares bzw. demontierbares Vorrichtungsbesandteil ausgebildet sein, da er im Wesentlichen nur zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei gelegentlichem Druckluftbedarf vorgesehen ist und für Anwendungen mit ständigem Druckluftbedarf entfallen kann.The above accumulator 3 can be designed as a permanently mountable or demountable device filter part, since it is provided essentially only to improve the efficiency of occasional compressed air demand and can be omitted for applications with constant compressed air demand.

Am Kaltluftanschluss 13 können unterschiedliche Kaltluftapplikatoren angeschlossen werden, z. B. Beatmungsmasken für die Beatmung von Asthmatikern mit Kaltluft. Stattdessen können auch Kältemanschetten oder -kissen zur Kältebehandlung von Gelenken, Gliedern oder Organen des menschlichen oder tierischen Körpers angeschlossen werden. Schließlich ist auch der Anschluss von Düsen möglich, die einen scharf gebündelten Kaltluftstrom ausblasen, mit dem dann kleine Körper- bzw. Gewebebereiche mit Kaltluft beaufschlagbar sind.At the cold air connection 13 Different cold air applicators can be connected, eg. B. Respiratory masks for the ventilation of asthmatics with cold air. Instead, cold cuffs or cushions can be connected for the cold treatment of joints, limbs or organs of the human or animal body. Finally, the connection of nozzles is possible, which blow out a sharply bundled cold air flow, with which then small body or tissue areas can be acted upon with cold air.

Grundsätzlich Gleiches gilt für Heiß- bzw. Warmluftapplikatoren am Warm- bzw. Heißluftanschluss 12.Basically the same applies to hot and hot air applicators on the hot or hot air connection 12 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 1952281 [0006] US 1952281 [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • www.uni-duesseldorf.de/awmf/qs/qs-derm1.htm [0002] German: www.uni-duesseldorf.de/awmf/qs/qs-derm1.htm [0002]

Claims (10)

Vorrichtung zur Erzeugung von Heiß- und/oder Kaltluft für medizinische Anwendungen, mit einem als Verdrängermaschine arbeitenden, hermetisch dichten Kompressor, dessen Druckausgang mit dem Eingang eines Ranque-Hilsch-Wirbelrohrs (5) verbunden ist, dessen einer Ausgang mit einem geräteseitigen Anschluss für Warm- bzw. Heißluft (12) und dessen anderer Ausgang (8) mit einem geräteseitigen Anschluss für Kaltluft (12) kommuniziert.Device for generating hot and / or cold air for medical applications, with a working as Verdrängermaschine, hermetically sealed compressor whose pressure output to the input of a Ranque Hilsch vortex tube ( 5 ) whose output is connected to a device-side connection for hot or hot air ( 12 ) and its other output ( 8th ) with a device-side connection for cold air ( 12 ) communicates. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Eingangsseite des Kompressors (2) eine Luftkonditioniervorrichtung (1) angeordnet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that on the input side of the compressor ( 2 ) an air conditioning device ( 1 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eingangsseitig des Kompressors (2) eine Luftfilteranordnung, insbesondere ein Aktivkohlefilter (1), angeordnet ist.Apparatus according to claim 2, characterized in that the input side of the compressor ( 2 ) an air filter arrangement, in particular an activated carbon filter ( 1 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckseite des Kompressors (1) und dem Eingang des Ranque-Hilsch-Wirbelrohrs (5) ein Druckspeicher (3) angeordnet ist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the pressure side of the compressor ( 1 ) and the entrance of the Ranque-Hilsch vortex tube ( 5 ) an accumulator ( 3 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckseite des Kompressors (2) und dem Eingang des Ranque-Hilsch-Wirbelrohrs (5), insbesondere zwischen dem Druckspeicher (3) und dem Wirbelrohr (5), ein Drucklufttrockner (4) vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that between the pressure side of the compressor ( 2 ) and the entrance of the Ranque-Hilsch vortex tube ( 5 ), in particular between the accumulator ( 3 ) and the vortex tube ( 5 ), a compressed air dryer ( 4 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucklufttrockner als Membrantrockner ausgebildet ist.Apparatus according to claim 5, characterized in that the compressed air dryer is designed as a membrane dryer. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung (10) vorgesehen ist, die ein am ersten Rohr (7) des Ranque-Hilsch-Wirbelrohrs (5) angeordnetes Drosselventil (9) in Abhängigkeit von einem Soll-Istwert-Vergleich zwischen der Ist-Temperatur der Warm- bzw. Heißluft und dem entsprechenden Sollwert bzw. zwischen der Ist-Temperatur der Kaltluft und einem entsprechenden Sollwert steuert.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that a control ( 10 ) is provided, one on the first pipe ( 7 ) of the Ranque-Hilsch vortex tube ( 5 ) arranged throttle valve ( 9 ) in response to a desired-actual value comparison between the actual temperature of the hot or hot air and the corresponding desired value or between the actual temperature of the cold air and a corresponding desired value controls. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung (10) den Kompressor in Abhängigkeit von einer Soll-Istwert-Abweichung zwischen einem Drucksollwert auf der Druckseite des Kompressors und einem entsprechenden Istwert und/oder in Abhängigkeit von Soll-Istwert-Abweichungen bei der Temperatur der Kaltluft bzw. bei der Temperatur der Warm- bzw. Heißluft steuert.Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that a control ( 10 ) the compressor as a function of a desired-actual value deviation between a pressure setpoint on the pressure side of the compressor and a corresponding actual value and / or as a function of target-actual value deviations in the temperature of the cold air or at the temperature of the hot or Hot air controls. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Innenflächen des Kompressors und/oder nachfolgender Leitungen oder Vorrichtungen mit Nanopartikeln aus Silber und/oder Kupfer oder einem sonstigen antiseptischen Material belegt sind.Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that inner surfaces of the compressor and / or subsequent lines or devices are coated with nanoparticles of silver and / or copper or other antiseptic material. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Eingang des Ranque-Hilsch-Wirbelrohrs (5) Druckluft mit einem Mindestsolldruck in der Größenordnung von 6 bar zuführbar ist.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the input of the Ranque Hilsch vortex tube ( 5 ) Compressed air with a minimum target pressure in the order of 6 bar can be fed.
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