DE102013016599B4

DE102013016599B4 - Kühlvorrichtung für ein Atemschutzgerät

Info

Publication number: DE102013016599B4
Application number: DE102013016599.7A
Authority: DE
Inventors: Jochim Koch; Carsten Stemich; Christian WILHELM
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2015-11-05
Anticipated expiration: 2033-10-08
Also published as: DE102013016599A1; WO2015051895A1

Abstract

Kühlvorrichtung (10) für ein Atemschutzgerät (100), aufweisend ein Gehäuse (20) mit einem Einlass (22) für Atemluft (A) und einem Auslass (24) für gekühlte Atemluft (A), wobei im Gehäuse (20) zwischen dem Einlass (22) und dem Auslass (24) wenigstens ein Kühleinsatz (30) angeordnet ist mit einem Kühlgehäuse (32) und einem innerhalb des Kühlgehäuses (32) befindlichen Kühlmittels (34) zur Kühlung der Atemluft (A), wobei im Gehäuse (20) wenigstens ein Strömungsleitelement (40) für ein gleichmäßiges Verteilen der Atemluft (A) vom Einlass (22) auf die Oberfläche (36) des Kühlgehäuses (32) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Atemschutzgerät, sowie ein Atemschutzgerät für die Beatmung einer Person.
Atemschutzgeräte für Personen sind grundsätzlich bekannt. Sie werden beispielsweise in Feuerwehreinsätzen verwendet um der jeweiligen Person eine Atemhilfe in widrigen Umgebungsbedingungen zur Verfügung zu stellen. Hierfür ist es bekannt, dass ein Atemluftkreislauf durch das Atemschutzgerät zur Verfügung gestellt wird, um die Nutzungsdauer zu verlängern. Dabei wird die ausgeatmete Luft über einen Atemluftregenerator durch die Absorption von Kohlendioxid (CO₂) regeneriert. Gleichzeitig wird aus einem Luftspeicher neue Luft zugemischt, um einen ausreichenden Sauerstoffgehalt für die eingeatmete Atemluft zur Verfügung stellen zu können.
Beispielsweise zeigt die DE 10 2008 055 700 B4 eine solche Lösung eines Atemschutzgerätes. Dabei zeigt die DE 10 2008 055 700 B4 insbesondere eine Kombination aus einem Wärmetauscher, der in einem Kanal mittels eines in den Kanal eingespritzten Verdunstungsmittels gekühlt wird. Die dadurch bewirkte Verdunstungskühlung wird durch einen durch eine Gasfördereinrichtung bewirkten Volumenstrom verstärkt, der eine zusätzliche erzwungene Konvektionskühlung bewirkt.
Nachteilhaft bei bekannten Atemschutzgeräten ist es, dass durch den Einsatz und vor allem durch die Absorption des Kohlendioxid (CO₂) Wärme und Feuchtigkeit entstehen, welche sich auf die Atemluft auswirken. Das Aufheizen der Atemluft und das Beladen mit Feuchtigkeit führen zu unangenehmen Nutzungsbedingungen. Um dies zu vermeiden wird in bekannter Weise bereits gekühlt. So ist es beispielsweise aus der DE 10 2008 055 700 B4 bekannt, eine Kondensationskühlung zur Verfügung zu stellen.
Die DE 101 53 121 C1 zeigt eine Kühlvorrichtung für Atemgas in einem Atemgerät. Die Kühlvorrichtung besteht aus einem geschlossenen Behälter mit einem doppelwandigen Mantel. Atemgas strömt durch den doppelwandigen Mantel hindurch und wird durch ein Kühlmittel, welches in den Behälter eingefüllt ist, gekühlt. Als Kühlmittel finden dabei beispielsweise Paraffine oder Salze Verwendung.
Auch ist es aus im Einsatz befindlichen Geräten bekannt, eine Eiskühlung zu verwenden, wobei durch die Kontaktierung eines Kühleinsatzes, in welchem das Eis angeordnet ist, eine entsprechende Kühlung der Atemluft stattfinden kann.
Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass keine Einflussnahme auf die tatsächliche Kühlleistung möglich ist, bzw. bei der bekannten Kondensationskühlung ein hoher konstruktiver Aufwand betrieben werden muss. Darüber hinaus ist es nachteilig, dass bei einer Eiskühlung eine fest definierte Nutzungsdauer, nämlich bis zum vollständigen Schmelzen des Eises, und damit auch eine fest definierte Kühlleistung zur Verfügung gestellt wird. Eine Steigerung oder eine Reduktion der Kühlleistung ist hier nicht möglich.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine Kühlvorrichtung mit höherer Kühlleistung und insbesondere variierbarer Kühlleistung auszustatten.
Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie ein Atemschutzgerät mit den Merkmalen des Anspruches 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Atemschutzgerät und jeweils umgekehrt, sodass bzgl. der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Erfindungsgemäß ist eine Kühlvorrichtung für ein Atemschutzgerät ausgelegt. Hierfür weist die Kühlvorrichtung ein Gehäuse mit einem Einlass für Atemluft und einen Auslass für gekühlte Atemluft auf. Dabei ist im Gehäuse zwischen dem Einlass und dem Auslass wenigstens ein Kühleinsatz angeordnet, mit einem Kühlgehäuse und einem innerhalb des Kühlgehäuses befindlichen Kühlmittels zur Kühlung der Atemluft. Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass im Gehäuse wenigstens ein Strömungsleitelement für ein gleichmäßiges Verteilen der Atemluft vom Einlass auf die Oberfläche des Kühlgehäuses angeordnet ist.
Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung dient für ein Atemschutzgerät insbesondere für Noteinsätze z. B. von Feuerwehrleuten. Damit kann die unterstützende Beatmung in bekannter Weise zur Verfügung gestellt werden. Die Kühleinrichtung dient nun dazu, die Atemluft, welche sich während des Einsatzes durch einen Atemkreislauf immer weiter erwärmt, wieder in angenehme Temperaturbereiche herunter zu kühlen. Dies ist insbesondere bei Kreislaufatemschutzgeräten von Vorteil, welche einen Atemluftregenerator, z. B. durch CO₂-Absorption aufweisen.
Der Einlass und der Auslass für die Atemluft können als entsprechende Öffnungen im Gehäuse ausgebildet sein. Insbesondere sind am Einlass und am Auslass entsprechende mechanische Schnittstellen vorgesehen, um Schlauchverbindungen zu benachbarten Bauteilen innerhalb des Atemkreislaufes zur Verfügung zu stellen. So kann beispielsweise der Einlass über eine Schlauchverbindung mit einem Atembeutel verbunden sein. Der Auslass kann direkt mit einer Schlauchverbindung zu einem Einatemschlauch und damit zur Förderung der gekühlten Atemluft zur nutzenden Person ausgestattet werden.
Der Kühleinsatz ist in erfindungsgemäßer Weise mit einem Kühlgehäuse und einem darin befindlichen Kühlmittel ausgestattet. Das Kühlmittel liegt vorzugsweise in einer feststofflichen Form vor. Die Kühlung kann durch die Aufnahme von Wärme im Kühlmittel von der vorbeiströmenden Atemluft geschehen. Erfindungsgemäß ist der Kühleinsatz derart innerhalb des Gehäuses angeordnet, dass er sich zwischen dem Einlass und dem Auslass befindet. Dies führt dazu, dass die Atemluft bei ihrer Bewegung vom Einlass zum Auslass des Gehäuses zumindest abschnittsweise am Kühlgehäuse des Kühleinsatzes vorbeistreicht. Durch diese Berührung bzw. Konvektion der Atemluft findet ein Wärmeübergang statt, sodass entsprechend der aktuellen Temperatur des Kühlmittels im Kühleinsatz von diesem Kühlmittel Wärme von der vorbeistreichenden Atemluft aufgenommen werden kann.
Erfindungsgemäß ist nun insbesondere wenigstens ein Strömungsleitelement vorgesehen, um nach dem Einströmen der Atemluft in den Einlass ein möglichst gleichmäßiges Verteilen der Atemluft auf die Oberfläche des Kühlgehäuses zur Verfügung zu stellen. Damit sind nun entgegen bekannten Lösungen zusätzliche Bauteile in Form der Strömungsleitelemente vorhanden, welche zumindest konstruktiv eine Variation der Kühlleistung zur Verfügung stellen können. Je gleichmäßiger die Verteilung der Atemluft auf die Oberfläche des Kühleinsatzes erfolgt, desto größer wird die damit erzielbare Kühlleistung sein. In gleicher Weise reduziert sich durch die verbesserte Kühlleistung häufig auch die Nutzungsdauer, sodass durch entsprechende Anordnung in konstruktiver Weise für die Strömungsleitelemente eine definierte vorgegebene Korrelation zwischen Nutzungsdauer und Kühlleistung eingestellt werden kann.
Dabei ist darauf hinzuweisen, dass durch die Strömungsleitelemente nicht nur eine Aufteilung bzw. eine gleichmäßige Verteilung des Luftstromes der Atemluft zur Verfügung gestellt werden kann, sondern darüber hinaus auch ein Einfluss auf die Verweildauer im Bereich der Oberfläche des Kühleinsatzes stattfinden kann. Zum Beispiel kann durch Erzeugen von einzelnen Turbulenzabschnitten in der geführten Atemluft durch die Strömungsleitelemente eine Veränderung der Verweilzeit an der Oberfläche des Kühlgehäuses für die Atemluft erzielt werden. Je länger diese Kontaktierung ist, desto mehr Zeit ist auch für den Temperaturaustausch und damit für die Wärmeübertragung von der Abluft auf das Kühlmittel vorhanden. Auch auf diese Weise kann dementsprechend zumindest konstruktiv Einfluss genommen werden auf eine Veränderung der Kühlleistung der Kühlvorrichtung.
Die Strömungsleitelemente, bzw. das wenigstens eine Strömungsleitelement, können für ihre Funktion grundsätzlich frei innerhalb des Gehäuses angeordnet werden. So können sie bereits nach dem Einlass eine entsprechende Strömungsbeeinflussung durchführen. Auch vor dem Auslass ist es möglich über sogenannte Leitbleche oder Prallbleche eine Strömungsbeeinflussung z. B. für eine längere Verweilzeit und/oder teilturbulente Strömungen auszubilden. Auch eine direkte Korrelation der Strömungsleitelemente mit dem Kühlgehäuse ist selbstverständlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar.
Zumindest konstruktiv ist es nun möglich, die Kühlleistung in gleicher Zeit zu verstärken und dabei möglicherweise eine reduzierte Nutzungsdauer in Kauf zu nehmen. So wird es möglich mit einem bekannten System eines Atemschutzgerätes eine Kühlvorrichtung auch für schwierige Einsatzsituationen zur Verfügung zu stellen. Insbesondere bei Feuerwehreinsätzen, bei welchem durch die Umgebungstemperatur zusätzliche Wärmeeinwirkung auf die benutzende Person besteht, kann somit durch zusätzliche konstruktiv zur Verfügung gestellte Kühlleistung mit der Kühlvorrichtung eine Verbesserung der Nutzungsweise des Kreislaufatemschutzgerätes erzielt werden. Die einzelnen Strömungsleitelemente sind vorzugsweise aus einem leichten Material, insbesondere aus Leichtmetall hergestellt. Damit reduziert sich deren Gewicht und dementsprechend auch der Einfluss, d. h. im Wesentlichen die körperliche Belastung, auf die Person, welche das gesamte Atemschutzgerät tragen muss. Je nach Anordnungssituation innerhalb des Gehäuses sind selbstverständlich auch andere Materialien, z. B. gut wärmeleitende Kunststoffe für die Strömungsleitelemente im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar.
Vorteilhaft kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung der Kühleinsatz auswechselbar in dem Gehäuse befestigt ist. Wie bereits erläutert worden ist, wird das Kühlmittel im Verlauf des Kühleinsatzes Wärme aufnehmen und damit selbst eine ansteigende Temperatur aufweisen. Um zum Ende des Einsatzes eine Regeneration des Kühleinsatzes zur Verfügung stellen zu können, ist diese auswechselbar, z. B. mit Hilfe einer Einschraubung, im Gehäuse der Kühlvorrichtung angeordnet. Somit kann nach dem Einsatz der gesamte Kühleinsatz und damit auch das erwärmte Kühlmittel aus der Kühlvorrichtung entfernt und an einem anderen Ort aktiv gekühlt werden. Dies geschieht z. B. in einem Gefrierfach eines handelsüblichen Gefrierkühlers. Nach dem Herunterkühlen des Kühlmittels insbesondere dem Gefrieren des Kühlmittels kann dieser in dieser gefrorenen Situation in den Gefrierkühler vorgehalten werden um als Kühlung für den nächsten Einsatz in der Kühlvorrichtung Verwendung finden zu können. Die Auswechselbarkeit kann z. B. mit einer Einschraubsituation oder mit einem Spannverschluss zur Verfügung gestellt werden. Auch ein Bajonettverschluss für das Einsetzen des Kühleinsatzes ist selbstverständlich denkbar.
Ein weiterer Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung das wenigstens eine Strömungsleitelement zumindest abschnittsweise verstellbar hinsichtlich seiner geometrischen Ausrichtung im Gehäuse ausgebildet ist. Während eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung grundsätzlich bereits durch konstruktiven Eingriff eine Variation der Kühlleistung erlaubt, kann durch die variable Ausgestaltung der Strömungsleitelemente darüber hinaus eine Variation am fertigen Atemschutzgerät und damit auch an der fertigen Kühlvorrichtung möglich sein. Somit ist es für den Benutzer des Atemschutzgerätes nun durch die Variation der Strömungselemente möglich aktiv vor oder sogar während des Einsatzes die Kühlleistung zu variieren. So kann durch geometrische Variation der Anordnung der Strömungsleitelemente ein Einfluss auf die Vergleichsmäßigung der Strömung der Atemluft über das Kühlgehäuse erfolgen. Auch kann damit direkt die Verweildauer und damit indirekt die Kühlleistung für die Atemluft am Kühlgehäuse des Kühleinsatzes beeinflusst werden. Auf diese Weise kann der Benutzer des Atemschutzgerätes und damit der Kühlvorrichtung aktiv auf die aktuelle Umgebungssituation bzw. seinen eigenen Wunsch hinsichtlich der Temperatur der von ihm eingeatmeten Atemluft eingehen bzw. entsprechende Anpassungen vornehmen. Neben der nun bereits konstruktiv möglichen Variation der Kühlleistung entsteht hier eine deutlich größere Flexibilität im Einsatz einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung bzw. eines entsprechend ausgestatteten Atemschutzgerätes. Zum Beispiel können beweglich gelagerte Bestandteile des wenigstens einen Strömungsleitelementes eine entsprechende Variabilität zur Verfügung stellen. Eine Ansteuerung kann z. B. über einfache Hebelmechaniken von außerhalb des Gehäuses der Kühlvorrichtung erfolgen. Die Verstellung kann selbstverständlich neben einer manuellen Ausführung auch elektromotorisch, thermisch oder in anderer Weise automatisch erfolgen.
Ein weiterer Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung das Kühlmittel einen Schmelzpunkt unterhalb von ca. 30°C, insbesondere unterhalb von ca. 20°C, bevorzugt von unter 10°C aufweist. Damit wird es möglich ein festes Kühlmittel als aktiven vorgehaltenen Kühleinsatz zur Verfügung zu stellen. Im Laufe des Einsatzes schmilzt das Kühlmittel, sodass zusätzlich zur reinen Temperaturdifferenz beim Ansteigen der Temperatur des Kühlmittels auch noch die Schmelzenthalpie als eine Möglichkeit zur Energieaufnahme und damit zur Wärmeaufnahme von der Atemluft zur Verfügung gestellt wird. Das Einsetzen der Schmelzenthalpie bringt dementsprechend zusätzliche Kühlleistung mit sich. Eine Möglichkeit für ein solches Kühlmittel ist Wasser bzw. dementsprechend gefrorenes Wasser in Form von Eis. Wie aus der voranstehenden Erläuterung deutlich wird ist es bevorzugt, wenn die Schmelztemperatur des Kühlmittels nicht zu tief ist, sondern z. B. sich im Bereich zwischen ca. –10°C bzw. oberhalb von ca. –5°C befindet. Damit ist sichergestellt, dass eine Schmelzenthalpie nicht zu früh, nämlich vorzeitig bereits beim Einsetzen des Kühleinsatzes in die Kühlvorrichtung abgegeben wird. Auf diese Weise wird also ein Temperaturkorridor für die Schmelztemperatur des Kühlmittels im Kühleinsatz zur Verfügung gestellt, welcher für die Wiederverwendbarkeit, z. B. durch das Aufladen in einem einfachen Kühlschrank und gleichzeitig die Kühlleistung im Einsatz große Vorteile mit sich bringt.
Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung das wenigstens eine Strömungsleitelement bezogen auf die Strömungsrichtung der Atemluft zwischen dem Einlass und dem Kühlgehäuse und/oder zwischen dem Kühlgehäuse und dem Gehäuse und/oder zwischen dem Kühlgehäuse und dem Auslass angeordnet ist. Darunter ist also zu verstehen, dass grundsätzlich das Strömungsleitelement für seine Funktionalität im Wesentlichen frei innerhalb des Gehäuses angeordnet sein kann. Beispielsweise kann das Strömungsleitelement direkt nach dem Einlass angeordnet sein, um ein entsprechendes Auffächern und damit gleichmäßiges Verteilen der eingeführten Atemluft auf die Oberfläche des Kühlgehäuses ermöglichen zu können. Eine weitere Möglichkeit ist es, wenn eine ähnliche Strömungsbeeinflussung vor dem Auslass geschieht. So kann durch ein entsprechend ausgebildetes Strömungsleitelement ein gesteuertes Sammeln der Atemluft nach der Kontaktierung mit der Oberfläche des Kühlgehäuses stattfinden. Auf diese Weise kann vor dem Auslass sozusagen ein Abbremsen der Atemluft stattfinden, sodass auf diese Weise die Verweilzeit an der Oberfläche des Kühlgehäuses vergrößert werden kann. Auch eine Korrelation direkt mit dem Kühlgehäuse ist möglich, sodass beispielsweise das wenigstens eine Strömungsleitelement sich insbesondere vollständig zwischen dem Kühlgehäuse und dem Gehäuse der Kühlvorrichtung erstreckt. Damit kann direkt eine Steuerung bzw. eine Führung der Atemluft entlang der Oberfläche des Kühlgehäuses erfolgen.
Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung das wenigstens eine Strömungsleitelement in Wärme übertragendem Kontakt mit dem Kühlgehäuse angeordnet ist. Darunter ist zu verstehen, dass vom Strömungsleitelement direkt aufgenommene Wärme von der Atemluft an das Kühlgehäuse und damit auch an das Kühlmittel abgegeben werden kann. Mit anderen Worten bildet das Strömungsleitelement damit eine Vergrößerung des Kühlgehäuses und damit der Oberfläche des Kühlgehäuses aus. Durch die Vergrößerung der Oberfläche wird dementsprechend auch die Kühlleistung des Kühleinsatzes deutlich vergrößert. Die Kontaktierung erfolgt in Wärme übertragender Art und ist insbesondere einstückig ausgebildet wie dies später noch erläutert wird. Eine Verbindung kann selbstverständlich auch durch Kleben oder Schweißen z. B. bei Kunststoffen oder Metallen für das Strömungsleitelement am Kühlgehäuse erfolgen. Auf diese Weise kann durch die Kontaktierung zwischen Strömungsleitelement und Kühlgehäuse das Strömungsleitelement z. B. als Kühlrippe oder Leitrippe ausgebildet sein. Diese Leitrippe als Strömungsleitelement kann sich als Labyrinthform oder z. B. schraubenförmig entlang der Oberfläche des Kühlgehäuses erstrecken. Auch auf diese Weise wird es möglich die Verweilzeit der Atemluft an der Oberfläche des Kühlgehäuses zu verlängern und damit positiven Einfluss auf die Kühlleistung zu nehmen.
Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung das wenigstens eine Strömungsleitelement einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Kühlgehäuse ausgebildet ist. Damit wird ein isolierender Spalt zwischen Kühlgehäuse und Strömungsleitelement vorzugsweise vollständig vermieden. Auf diese Weise kann die Kühlleistung noch weiter verbessert werden. Ein weiterer Vorteil ist die gemeinsame Herstellmöglichkeit bzw. eine anschließende Verbindung mittels Kleben oder Schweißen oder einer anderen Verbindungstechnik zwischen dem Kühlgehäuse und dem Strömungsleitelement.
Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung das Kühlgehäuse eine Oberfläche aufweist, welche wenigstens abschnittsweise als Strömungsleitelement ausgebildet ist. Darunter kann z. B. eine aufgeraute Oberfläche zu verstehen sein, welche im Bereich der Oberfläche des Kühlgehäuses eine Turbulenz durch Wirbelablösung der vorbeistreichenden Atemluft erzeugt. Damit wird eine verlängerte Verweilzeitdauer der Atemluft bzw. ein größerer Wärmeübergangskoeffizient an dieser Position erzielt, wodurch die Kühlleistung gesteigert werden kann. Auch größere Beeinflussungen der Oberfläche des Kühlgehäuses, z. B. in Form von Kühlnuten, Kühlrippen, bzw. Leitnuten, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar, um die Kühlleistung zu verbessern.
Ein weiterer Vorteil wird erzielt, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung im Gehäuse wenigstens ein Ventilator als Strömungsleitelement (zusätzlichen Strömungserzeuger) angeordnet ist für eine Beeinflussung der Strömung der Atemluft quer zur Strömungsrichtung der Atemluft. Mit anderen Worten wird hier aktiv Einfluss auf die Strömung bzw. sogar die Strömungsrichtung der Atemluft genommen. Darunter ist zu verstehen, dass aktiv eine Turbulenzerzeugung durch Wirbelerzeugung in Form eines Ventilators erfolgt. Auch hier kann sowohl eine Vergleichmäßigung der Strömung über der Oberfläche des Kühlgehäuses, als auch eine Verlängerung der Verweilzeit durch die entsprechenden Turbulenzen in der Atemluft zur Verfügung gestellt werden. In beiden Fällen wird auf diese Weise die Kühlleistung verbessert. Ein solcher Ventilator als aktives Element ist darüber hinaus ebenfalls ansteuerbar, sodass hier eine Variation der Kühlleistung auch innerhalb des Betriebes und nicht nur in konstruktiver Weise für den Kühleinsatz zur Verfügung gestellt werden kann.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Kreislaufatemgerät für die Atmung einer Person, aufweisend einen Atemluftkreislauf und einen an den Atemluftkreislauf angeschlossenen Luftspeicher. Dabei ist im Atemluftkreislauf ein Atemluftregenerator angeordnet. Ein Atemschutzgerät gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass dem Atemluftregenerator im Atemkreislauf nachgeordnet wenigstens eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung angeordnet ist. Dementsprechend bringt ein erfindungsgemäßes Atemschutzgerät die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung erläutert worden sind. Der Atemluftregenerator ist insbesondere als Absorptionsregenerator für CO₂ ausgebildet. Die durch die Absorption entstehende Abwärme und Feuchtigkeit kann wiederum durch die Kühlvorrichtung in erfindungsgemäßer Weise kompensiert werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Atemschutzgerätes,
2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
3 eine Ausführungsform von Strömungsleitelementen,
4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
5 eine weitere Ausführungsform von Strömungsleitelementen und
6 eine weitere Ausführungsform von Strömungsleitelementen.
In 1 ist schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Atemschutzgerätes 100 dargestellt. Eine Person 200 atmet in einen Ausatemschlauch 160 die Atemluft entlang der Strömungsrichtung R aus. Über einen Atemkreislauf 110 gelangt diese Atemluft A in einen Atemluftregenerator 130, in welchem CO₂ absorbiert wird. Die durch die Absorption erwärmte Luft wird in einem Atembeutel 140 zwischengespeichert und über ein Ventil aus einem Luftspeicher 120 mit neuem Sauerstoff regeneriert. Anschließend wird im Atemkreislauf 110 über einen Einatemschlauch 150 die Atemluft A entlang der Strömungsrichtung R der Person 200 wieder zugeführt.
Wie der 1 zu entnehmen ist, wird vor dem Zuführen mit Hilfe des Einatemschlauchs 150 eine Kühlvorrichtung 10 eine Kühlung der Atemluft A durchführen. Hierfür ist in der Kühlvorrichtung 10 ein Kühleinsatz 30 angeordnet, wie er später noch näher erläutert wird.
2 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 10. Innerhalb eines Gehäuses 20 ist ein Kühleinsatz 30 angeordnet, in welchem ein Kühlmittel 34 in Form von Eis angeordnet ist. Über einen Einlass 22 kann Atemluft A entlang der Strömungsrichtung R in das Gehäuse einströmen. Anschließend sind Strömungsleitelemente 40 in Form von Leitflächen 46 vorgesehen, welche eine Aufteilung gleichmäßige Verteilung der Atemluft A auf die Oberfläche 36 des Kühlgehäuses 32 erlauben.
Nach dem Vorbeistreichen und weiterem Führen entlang der Oberfläche 36 des Kühlgehäuses 32 durch weitere gekrümmte Strömungsleitelemente 40 in Form von Leitflächen 46 tritt die auf diese Weise gekühlte Atemluft A wieder aus dem Auslass 24 aus. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die gekrümmten Strömungsleitelemente 40 hier als Leitfläche 46 der Ablösung auf der Rückseite des umströmten Körpers des Kühleinsatzes 30 verhindern und damit eine verbesserte Kühlleistung zur Verfügung stellen. In der 2 ist ebenfalls zu erkennen, wie zusätzliche Strömungsleitelemente 40 in Form von Ventilatoren 48 quer zur Strömungsrichtung R der Atemluft A angeordnet sind. Durch Einschalten dieser Ventilatoren 48 wird eine Turbulenz in der Strömung der Atemluft A erzeugt, welche ebenfalls eine Verlängerung der Verweilzeit und damit einen vergrößerten Wärmeübergangskoeffizienten und damit eine Verbesserung der Kühlleistung erlaubt.
In 3 ist schematisch dargestellt, wie eine Variationsmöglichkeit der Strömungsleitelemente 40 ausgebildet sein kann. Diese Strömungsleitelemente 40 sind hier als Leitflächen 46 ausgebildet und basieren auf der Lösung, wie sie z. B. die 2 zeigt. Zusätzlich weisen die einzelnen Leitflächen 46 Variationsabschnitte 46a auf, welche zumindest zwischen jeweils zwei unterschiedlichen Positionen bewegbar gelagert sind, wie dies die Doppelpfeile andeuten. In der punktierten Position der Variationsabschnitte 46a kann ein definiertes Aussperren der Strömungsrichtung R der Atemluft A bezogen auf die nachfolgende (hier nicht mehr dargestellte) Oberfläche 36 des Kühlgehäuses 32 erfolgen. Werden beispielsweise nur die obersten beiden Variationsabschnitte 46a in die eingeklappte Position bewegt, so reduziert sich die Kühlleistung des Kühleinsatzes 30 um einen bestimmten Grad. Werden die mittleren beiden Variationsabschnitte 46a zusammengeklappt wird dementsprechend ein größerer Anteil der Atemluft A an der ersten Auftreffoberfläche 36 des Kühlgehäuses 32 vorbeigeleitet. Dementsprechend reduziert sich auf diese Weise die Kühlleistung um einen weiteren größeren Grad. Wird komplett das Strömungsleitelement 40 mit Hilfe der untersten Variationsabschnitte 46a geschlossen, kann die Kühlleistung auf ein Minimum reduziert werden. Die Reduktion der Kühlleistung und die entsprechenden voranstehend genannten Schritte führt zu entsprechenden Verlängerungen der möglichen Nutzungsdauer.
Die 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 10. Hier ist der Kühleinsatz 30 in das Gehäuse 20 eingesetzt und weist entsprechende Strömungsleitelemente 40 in Form von Leitrippen 42 auf. Die Leitrippen 42 sind vorzugsweise einstückig bzw. monolithisch mit dem Kühlgehäuse 36 ausgestattet. Damit erstecken sich die Kühlrippen die Strömungsleitelemente 40 vollständig von der Oberfläche 36 des Kühlgehäuses 32 an die Innenwandung des Gehäuses 20. Auf diese Weise wird in definierter Weise die vergleichsmäßigte Strömung der Atemluft A entlang der jeweiligen Strömungsrichtung R über den kompletten Kontakt mit der Oberfläche 36 des Kühlgehäuses 32 auch beibehalten. Auch auf diese Weise wurde konstruktiv die Kühlleistung des Kühleinsatzes 30 erheblich verbessert.
5 zeigt eine Möglichkeit einer Verlängerung der Verweilzeit durch Beeinflussung der Strömungsrichtung R der Atemluft A. Hier ist das Strömungsleitelement 40 in Form einer schraubenförmigen Anordnung einer Leitrippe 42 ausgebildet. Damit streicht die Atemluft A entlang der sich ständig ändernden Strömungsrichtung R über einen längeren Zeitraum an der Oberfläche 36 des Kühlgehäuses 32 vorbei. Darüber hinaus ist zu erkennen, dass durch den Wärme übertragenden Kontakt zwischen dem Kühlgehäuse 32 und den Leitrippen 42 auch die Oberfläche der Leitrippen als Oberfläche 36 des Kühlgehäuses 34 zur Wärmeübertragung zur Verfügung steht.
In 6 ist schematisch eine weitere Ausführungsform eines Kühleinsatzes 30 dargestellt. Hier ist die Oberfläche 36 des Kühlgehäuses mit einem Strömungsleitelement 40 in Form einer Leitnut 44 ausgebildet, sodass auch hier eine Verbesserung der Kühlleistung durch gezielte Strömungsbeeinflussung der Strömungsrichtung R der Atemluft erfolgt.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsform beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Kühlvorrichtung
20: Gehäuse
22: Einlass
24: Auslass
30: Kühleinsatz
32: Kühlgehäuse
34: Kühlmittel
36: Oberfläche
40: Strömungsleitelement
42: Leitrippe
44: Leitnut
46: Leitfläche
46a: Variationsabschnitt
48: Ventilator
100: Atemschutzgerät
110: Atemluftkreislauf
120: Luftspeicher
130: Atemluftregenerator
140: Atembeutel
150: Einatemschlauch
160: Ausatemschlauch
200: Person
A: Atemluft
R: Strömungsrichtung der Atemluft

Claims

Kühlvorrichtung (10) für ein Atemschutzgerät (100), aufweisend ein Gehäuse (20) mit einem Einlass (22) für Atemluft (A) und einem Auslass (24) für gekühlte Atemluft (A), wobei im Gehäuse (20) zwischen dem Einlass (22) und dem Auslass (24) wenigstens ein Kühleinsatz (30) angeordnet ist mit einem Kühlgehäuse (32) und einem innerhalb des Kühlgehäuses (32) befindlichen Kühlmittels (34) zur Kühlung der Atemluft (A), dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (20) wenigstens ein Strömungsleitelement (40) für ein gleichmäßiges Verteilen der Atemluft (A) vom Einlass (22) auf die Oberfläche (36) des Kühlgehäuses (32) angeordnet ist, wobei im Gehäuse (20) wenigstens ein Ventilator (48) als Strömungsleitelement (40) angeordnet ist für eine Beeinflussung der Strömung der Atemluft (A) quer zur Strömungsrichtung (R) der Atemluft (A).
Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühleinsatz (30) auswechselbar in dem Gehäuse (20) befestigt ist.
Kühlvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Strömungsleitelement (40) zumindest abschnittsweise verstellbar hinsichtlich seiner geometrischen Ausrichtung im Gehäuse (20) ausgebildet ist.
Kühlvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (34) einen Schmelzpunkt unterhalb von ca. 30°C, insbesondere unterhalb von ca. 20°C, bevorzugt von unter ca. 10°C aufweist.
Kühlvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Strömungsleitelement (40) bezogen auf die Strömungsrichtung (R) der Atemluft (A) zwischen dem Einlass (22) und dem Kühlgehäuse (32) und/oder zwischen dem Kühlgehäuse (32) und dem Gehäuse (20) und/oder zwischen dem Kühlgehäuse (32) und dem Auslass (24) angeordnet ist.
Kühlvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Strömungsleitelement (40) in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Kühlgehäuse (32) angeordnet ist.
Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Strömungsleitelement (40) einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Kühlgehäuse (32) ausgebildet ist.
Kühlvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgehäuse (32) eine Oberfläche (36) aufweist, welche wenigstens abschnittsweise als Strömungsleitelement (40) ausgebildet ist.
Atemschutzgerät (100) für die Atmung einer Person (200), aufweisend einen Atemluftkreislauf (110) und einen an den Atemluftkreislauf (110) angeschlossenen Luftspeicher (120), wobei im Atemluftkreislauf (110) ein Atemluftregenerator (130) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Atemluftregenerator (130) im Atemkreislauf (110) nachgeordnet wenigstens eine Kühlvorrichtung (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 8 angeordnet ist.