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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Atemschutzgerät sowie ein Atemschutzgerät für die Beatmung einer Person.
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Atemschutzgeräte für Personen sind grundsätzlich bekannt. Sie werden zum Beispiel dafür verwendet, in Notfällen Einsatzkräfte mit Luftsauerstoff und entsprechender Atemluft zu versorgen. Beispielsweise handelt es sich bei solchen Atemschutzgeräten um tragbare Systeme, sodass Einsatzkräfte, zum Beispiel Feuerwehrleute, mit Atemluft auch in schwierigen und widrigen Umgebungsbedingungen versorgt werden.
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Auch ist es bekannt, dass bei solchen Atemschutzgeräten ein Atemkreislauf zur Verfügung gestellt wird, sodass die ausgeatmete Atemluft zumindest teilweise wieder der einzuatmenden Atemluft zur Verfügung gestellt wird. Um eine ausreichende Vitalfunktion für die Person gewährleisten zu können erfolgt dabei üblicherweise ein Regenerationsschritt, bei welchem aus der ausgeatmeten Atemluft CO2 extrahiert wird (zum Beispiel durch Absorption). Anschließend erfolgt aus einem Sauerstoffspeicher eine Zumischung von Sauerstoff um einen ausreichenden Sauerstoffanteil in der Atemluft aufrechtzuerhalten.
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Nachteilig bei bekannten Lösungen für Atemschutzgeräten ist es, dass die Atemluft während des Einsatzes einen Temperaturanstieg verzeichnet. Dies beruht insbesondere auf der Tatsache, dass die Extraktion von CO2, zum Beispiel durch einen Absorptionsschritt, ein Aufheizen der Atemluft zur Folge hat. Dies geht üblicherweise einher mit einer Beladung der Atemluft mit Feuchte, so dass aus bekannten Atemluftregeneratoren die Atemluft aufgeheizt und üblicherweise gesättigt mit Wasser austritt. Da die Atemluft im Kreislauf geführt wird, würde dies zu einer sich Temperaturerhöhung der Atemluft führen, welche sehr unangenehm für den Benutzer des Atemschutzgerätes ist.
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Bei bekannten Atemschutzgeräten wird daher üblicherweise eine Kühlvorrichtung verwendet, wie sie zum Beispiel in der
DE 10 2008 055 700 B4 beschrieben wird.
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Solche Kühlvorrichtungen sind sehr aufwendig und komplex herzustellen und benötigen darüber hinaus Bauraum, sowie entsprechende Materialien, wodurch das Gewicht und das Volumen des Atemschutzgeräts in unerwünschter Weise erhöht werden.
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Bekannte Kühlvorrichtungen in Form von Eiskühlern sind hinsichtlich ihrer Variationsfähigkeit und Ihrer Anpassung jedoch von geringer Flexibilität. Auch ist die Nutzungsdauer von solchen Eiskühlern auf die entsprechende Schmelzzeit des darin angeordneten Eises eingeschränkt.
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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 die Kühlleistung für die Atemluft in einem Atemschutzgerät zu verbessern.
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Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Atemschutzgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 10. 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, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Erfindungsgemäß ist die Kühlvorrichtung für ein Atemschutzgerät vorgesehen. Hierfür weist die Kühlvorrichtung ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten Atembeutel mit einem Einlass für Atemluft und einem Auslass für gekühlte Atemluft sowie vorzugsweise eine Federplatte auf. Die Federplatte ist mit einer Federvorrichtung zur Beaufschlagung des Atembeutels mit einer Federkraft ausgestattet.
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Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Gehäuse und wenigstens einem Abschnitt einer Außenseite des Atembeutels ein Lüftungskanal ausgebildet ist. Dabei ist der Lüftungskanal mit der Umgebungsluft außerhalb des Gehäuses fluidkommunizierend verbunden. Dies ist dahingehend zu verstehen, dass der Lüftungskanal derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass Umgebungsluft in den Lüftungskanal gelangen kann. Weiter ist ein Ventilator für die Erzeugung einer Strömung der Umgebungsluft in und/oder durch den Lüftungskanal angeordnet.
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Erfindungsgemäß dient die Kühlvorrichtung also zur Kühlung der Atemluft innerhalb eines Atemluftkreislaufs in einem Atemschutzgerät. Bekannte Atemschutzgeräte weisen üblicherweise einen Atembeutel auf, welcher als pneumatisches Widerlager für die Lungenfunktion der benutzenden Person verstanden werden kann. Der Atemluftkreislauf wird durch das Einatmen und das Ausatmen der Person zur Verfügung gestellt. Mit anderen Worten, beim Ausatmen wird entsprechende ausgeatmete Atemluft von der Person in den Atemluftkreislauf hineingeschoben, passiert dabei den Atemluftregenerator und gelangt in den Atembeutel. Unter Vergrößerung der Federkraft und Spannung der Federvorrichtung vergrößert sich dort das Volumen des Atembeutels, so dass hier das Widerlager für die pneumatische Funktion der Lunge der tragenden Person gegeben wird. Beim nächsten Schritt des Einatmens durch die Person reduziert sich wiederum das Volumen innerhalb des Atembeutels, so dass sich dementsprechend die Federvorrichtung auch zum Teil entspannen kann.
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Dieser Kreislauf wird nun für eine zusätzliche Kühlleistung verwendet. So tritt üblicherweise in den Atembeutel die Luft in erwärmter Weise und häufig auch in gesättigter Weise bezogen auf den Wassergehalt ein. Die Außenseiten des Atembeutels dienen in erfindungsgemäßer Weise nun als Kondensationsflächen zur Wärmeübertragung an die Umgebungsluft. Um dies gewährleisten zu können wird auf der Außenseite des Atembeutels mittels eines Ventilators eine Strömung für die Umgebungsluft zur Verfügung gestellt. Der Ventilator ist in der Lage ein Ansaugen der Umgebungsluft von außerhalb des Gehäuses zu gewährleisten und dementsprechend einen Transport der Umgebungsluft durch den Lüftungskanal zur Verfügung zu stellen. Mit anderen Worten, durch den Ventilator wird sichergestellt, dass ein entsprechender Volumenstrom an Umgebungsluft zumindest an einem Abschnitt der Außenseite des Atembeutels vorbeistreicht. Diese Kontaktierung der Außenseite des Atembeutels führt dazu, dass durch die Strömung fortlaufend frische und dementsprechend im Wesentlichen mit gleichbleibender Temperatur behaftete Umgebungsluft an der Außenseite des Atembeutels anliegt. Dies kann durch Wärmetransport von der Innenseite des Atembeutels einen entsprechenden Wärmeabtransport von der darin befindlichen Atemluft zur Verfügung stellen. Neben einem reinen Wärmetransport ist hier von entscheidender Bedeutung, dass auch eine Kondensation an der Innenseite des Atembeutels für die Atemluft stattfinden kann. Bei der Kondensation wird die sogenannte Kondensationsenthalpie frei, wodurch eine Übertragung der entsprechenden Energie als Wärme an die Umgebungsluft auf der Außenseite des Atembeutels stattfinden kann. Auf diese Weise ist es möglich einen zusätzlichen Kühleffekt für die Atemluft zur Verfügung zu stellen. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass durch die Strömung entlang der Außenseite des Atembeutels auch ohne eine Kondensation an der Innenseite des Atembeutels für die in der Atemluft enthaltene Feuchte eine entsprechende Kühlleistung zur Verfügung gestellt werden kann. Im Vergleich zu bekannten Kühlvorrichtungen kann auf diese Weise eine Kühlung an einem bereits vorhandenen System bzw. an einer bereits vorhandenen Komponente des Atemschutzgeräts erfolgen. Wird ein Atemluftkreislauf zur Verfügung gestellt, ist üblicherweise ein Atembeutel vorhanden. In erfindungsgemäßer Weise wird der Atembeutel nun zu einer Kühlvorrichtung aufgerüstet, sodass hier bereits Kühlleistung zur Verfügung gestellt werden kann.
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Selbstverständlich ist es möglich eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung mit bereits bekannten Kühlvorrichtungen, zum Beispiel den in der Einleitung beschriebenen Eiskühler, zu kombinieren. Damit wird es möglich, ohne eine Vergrößerung des Bauraums und des Gewichts des Beatmungsgerätes eine verstärkte Kühlleistung zur Verfügung zu stellen. Je nach Einsatzsituationen kann eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung auch als alleinige Kühlvorrichtung ausreichend sein. Dann lässt sich im Vergleich zu bekannten Kühlvorrichtungen sogar eine Gewichtsreduktion und eine Reduzierung des Bauvolumens erzielen.
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Ein weiterer Vorteil ist es, dass der Ventilator selbstverständlich steuerbar bzw. sogar regelbar ausgebildet sein kann. Damit wird es möglich den Volumenstrom entlang der Außenseite des Atembeutels zu variieren und je nach Einsatzsituation anzupassen. Je größer der Volumenstrom grundsätzlich ausgebildet ist, desto stärker ist auch die durch die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zur Verfügung gestellte Kühlleistung. Damit kann in erfindungsgemäßer Weise eine Steuerung oder sogar eine Regelung der Kühlleistung und damit in indirekter Weise eine Beeinflussung der gewünschten Temperatur der einzuatmenden Atemluft erfolgen. Die Flexibilität einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung im Einsatz lässt sich dadurch signifikant erhöhen.
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Es sich noch darauf hinzuweisen, dass der Lüftungskanal keine eigenen Wandungen aufweisen muss. Vielmehr bildet sich der Lüftungskanal in seiner Funktionalität bereits durch die entsprechende Eingrenzung auf der einen Seite durch das Gehäuse der Kühlvorrichtung und auf der anderen Seite durch den entsprechenden Abschnitt des Atembeutels aus. Der Lüftungskanal kann selbstverständlich auch länger ausgebildet sein, und zum Beispiel Abschnitte zwischen einer Kühlplatte und dem Gehäuse aufweisen. Auch eigene Lufteinlässe und Luftauslässe für die entsprechende fluidkommunizierende Verbindung sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar. Dabei reicht es aus, wenn ein einziger Lufteinlass und vorzugsweise auch ein einziger Luftauslass für den Lüftungskanal zur Erzeugung der fluidkommunizierenden Verbindung mit der Umgebungsluft vorhanden ist, so dass Umgebungsluft in den Lüftungskanal gelangen kann.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung im Lüftungskanal wenigstens ein Strömungsleitelement angeordnet ist für die gezielte Beeinflussung der Strömungsrichtung der Umgebungsluft im Lüftungskanal. Darunter ist eine mechanische Einbausituation zu verstehen, bei welchem ein Anströmen des Strömungsleitelementes mit der Umgebungsluft zu einer Änderung der Strömungsrichtung der Umgebungsluft im Lüftungskanal führt. Dafür können die Strömungsleitelemente zum Beispiel als Leitblech oder Leitflächen bzw. als Leitrippen ausgebildet sein. Die Kontur des jeweiligen Strömungsleitelementes ist dann der gewünschten Strömungsrichtung angepasst und kann sowohl gerade als auch gekrümmte Flächen aufweisen. Zum Beispiel ist es möglich auf diese Weise eine gleichmäßige Verteilung der Umgebungsluft innerhalb des Lüftungskanals bzw. auf unterschiedliche Abschnitte und Seiten des Lüftungskanals zur Verfügung zu stellen. Weiter ist es möglich die Strömungsart zu beeinflussen, so dass bewusst Abschnitte mit laminarer Strömung und andere Abschnitte mit bewusst turbulenter Strömung für die Umgebungsluft zur Verfügung gestellt werden können. In Abhängigkeit der Art der Strömung kann dementsprechend auch eine Anpassung der Verweildauer in dem jeweiligen Ort innerhalb des Lüftungskanals zur Verfügung gestellt werden. Wird die Verweildauer erhöht, kann dies dazu führen, dass eine Veränderung der Kühlleistung stattfindet. Eine Erhöhung der Strömung mit reduzierter Verweildauer am jeweiligen Abschnitt des Atembeutels kann jedoch dazu auch führen, dass immer die maximale Temperaturdifferenz für den gewünschten Wärmeabtransport zur Verfügung steht, so dass in einem solchen Fall die Kühlleistung maximiert ist.
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Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung im Gehäuse eine Kühlplatte angeordnet ist, welche als Wiederlager für den über die Federplatte mit der Federkraft beaufschlagten Atembeutel ausgebildet ist. Die Kühlplatte weist dabei eine geometrische Erstreckung auf, die hinsichtlich ihrer Außenkanten vorzugsweise zumindest teilweise über die geometrische Erstreckung der gegenüberliegenden Federplatte übersteht. Somit wird es möglich, dass die Federplatte sozusagen in den Atembeutel eintaucht und Seitenabschnitte des Atembeutels von der Federplatte unbeeinflusst verbleiben. Dies führt dazu, dass die seitlichen Abschnitte des Atembeutels durch die Korrelation zwischen Federplatte und Kühlplatte sozusagen unabhängig von der Federungssituation der Federvorrichtung den gleichen oder im Wesentlichen gleichen geometrischen Ausprägungstatbestand aufweisen. Mit anderen Worten wird beim Ausfedern der Federvorrichtung bei der Reduktion des Volumens des Atembeutels die darin befindliche Atemluft in Richtung der seitlichen Außenseite des Atembeutels gepresst. Dies führt dazu, dass im Wesentlichen unabhängig von der Federungssituation der Federvorrichtung und damit unabhängig von der aktuellen Atemsituation die gewünschte Kühlleistung zur Verfügung gestellt werden kann. Darüber hinaus ist die Kühlplatte vorzugsweise parallel oder im Wesentlichen parallel zur Federplatte angeordnet. Die Kühlplatte kann darüber hinaus zur zusätzlichen Kühlung bzw. zur zusätzlichen gezielten Wärmeübertragung eingesetzt werden. Hierzu werden später noch Möglichkeiten beschrieben, welche insbesondere für die Trageigenschaft für Strömungsleitelemente bezogen auf die Kühlplatte Einsatz finden können.
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Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer Kühlvorrichtung gemäß dem voranstehenden Absatz die Kühlplatte wenigstens ein Strömungsleitelement für die gezielte Beeinflussung der Strömungsrichtung der Umgebungsluft im Lüftungskanal aufweist. Wie bereits erläutert worden ist, sind Strömungsleitelemente vorteilhaft um eine Kühlleistung anzupassen oder zu verbessern. Die Verwendung einer Kühlplatte erlaubt es nun, eine explizite Anordnung des Strömungsleitelements innerhalb des Lüftungskanals zu ermöglichen. Dabei ist die Kühlplatte mit solchen Strömungsleitelementen zum Beispiel in Rippenform versehen. Die Kühlplatte bildet damit vorzugsweise einen Wandteil des Lüftungskanals an diesem Abschnitt des Lüftungskanals aus. Zum Beispiel ist es möglich, dass über den Kühlkanal mit entsprechenden Strömungsleitelementen eine im Wesentlichen sternförmige Verteilung nach außen zu den seitlichen Abschnitten des Lüftungskanals und damit zu den Außenseite des Atembeutels erfolgt.
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Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung gemäß den voranstehenden beiden Absätzen die Kühlplatte in wärmeübertragender Weise einen Abschnitt an der Außenseite des Atembeutels berührt und insbesondere wenigstens eine Kühlrippe für die Vergrößerung der Kontaktoberfläche mit der Umgebungsluft im Lüftungskanal aufweist. Mit anderen Worten, die Kühlplatte dient auf diese Weise ebenfalls dazu eine Wärmeübertragung von der Innenseite des Atembeutels und damit von der Außenluft zur Umgebungsluft zu ermöglichen. Die Kontaktierung kann zum Beispiel durch das Anpressen mit Hilfe der Federvorrichtung durch die Federplatte erfolgen. Der erhöhte Innendruck gegenüber der Umgebung im Atembeutel führt ebenfalls zu einem Anlegen des Atembeutels an die Kühlplatte. Auch stoffschlüssige oder kraftschlüssige Verbindungen zwischen der Kühlplatte und dem Atembeutel sind im Sinne der vorliegenden Erfindung denkbar. Zum Beispiel kann ein Klebemittel eingesetzt werden um die Kontaktmöglichkeit für die Wärmeübertragung sicherzustellen. Darüber hinaus ist es möglich die Kühlplatte mit der Kühlrippe hinsichtlich einer Vergrößerung der Kontaktoberfläche zur Umgebungsluft zu verbessern. Je größer die entsprechende Oberfläche der Kühlplatte vorgesehen ist, desto besser findet auch die Wärmeübertragung statt, sodass die Kühlleistung über eine größere Fläche verstärkt werden kann.
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Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung die Kühlplatte wenigstens eine Kühlöffnung aufweist, welche den Lüftungskanal zu einer Außenseite des Atembeutels hin öffnet. Vorzugsweise sind eine Mehrzahl von Kühlöffnungen vorgesehen. Beispielsweise kann die Kühlplatte auch perforiert sein, und somit im Wesentlichen ausschließlich aus Kühlöffnungen mit dazwischenliegenden Verbindungselementen ausgebildet sein. Damit handelt es sich bei der Kühlplatte sozusagen um eine belüftete Kühlplatte, sodass der Kühleffekt auch auf dieser Seite des Atembeutels durch die entsprechende wärmeübertragende Kontaktierung mit der vorbeiströmenden Umgebungsluft weiter verbessert werden kann.
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Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung der Lüftungskanal einen Lufteinlass für die Umgebungsluft aufweist, wobei der Ventilator im Lufteinlass oder im Wesentlichen im Lufteinlass angeordnet ist. Der Lufteinlass ist im einfachsten Fall eine Lufteinlassöffnung, wodurch der fluidkommunizierende Kontakt zwischen dem Lüftungskanal und der Umgebungsluft sichergestellt ist. In diesem Lufteinlass ist vorzugsweise der Ventilator angeordnet. Dies führt dazu, dass ein direktes Ansaugen von der Außenseite der Umgebungsluft erfolgen kann. Damit erfolgt sozusagen ein Ansaugen und ein Weiterschieben der angesaugten Umgebungsluft in den Lüftungskanal hinein. Dies führt dazu, dass sowohl die Steuerung bzw. die Regelung, als auch die Anbindung des Ventilators vereinfacht wird. So kann beispielsweise an der Außenseite des Gehäuses eine Kontrolleinheit vorgesehen werden, welcher in einfacher und signalkommunizierender Weise zur Steuerung bzw. zur Regelung mit dem Ventilator verbunden werden kann. Auch eine eigene Energieversorgung für den Ventilator an dieser Stelle, zum Beispiel über eine Batterie oder ein Akkumulator ist selbstverständlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar.
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Ein weiterer Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung wenigstens ein Umgebungsluft-Temperatursensor für die Bestimmung der Temperatur der Umgebungsluft angeordnet ist. Durch die Relation der Temperatur innerhalb des Atembeutels, also der Atemluft, und der Umgebungsluft wird eine Temperaturdifferenz für den bereits beschriebenen Wärmetransport zur Verfügung gestellt. Je größer die Temperaturdifferenz zwischen der Atemluft im Atembeutel und der Umgebungsluft ausfällt, desto größer ist der Gradient und damit die Triebkraft für den beschriebenen Wärmetransport. Je geringer diese Temperaturdifferenz ausfällt, desto geringer ist der Gradient und damit auch die maximal erzielbare Kühlleistung. Das Vorsehen eines Umgebungsluft-Temperatursensors dient also dazu zum Beispiel den Volumenstrom des Lüfters anzupassen. Reduziert sich der Gradient des Wärmetransports durch die Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungsluft und der Atemluft kann vorzugsweise durch Nachregeln des Ventilators ein erhöhter Volumenstrom zur Verfügung gestellt werden. Damit wird sozusagen die Reduktion des Gradienten zumindest teilweise durch die Erhöhung des Volumenstroms ausgeglichen. Es kann auch dazu kommen, dass die Umgebungsluft hinsichtlich ihrer Temperatur die Temperatur der Atemluft überschreitet. In einem solchen Fall kann dies durch den Umgebungsluft-Temperatursensor erkannt werden, sodass eine unerwünschte Umkehrung des Gradienten und damit einhergehender Wärmeeintrag in die Atemluft wirkungsvoll vermieden werden kann. Dies geschieht insbesondere dann, wenn das Beatmungsgerät in besonders heißen Gegenden, zum Beispiel einem Wüstengebiet, oder in einer Notsituation mit einem Brand, eingesetzt wird.
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Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung wenigstens ein Atemluft-Temperatursensor für die Bestimmung der Temperatur der Atemluft angeordnet ist. Diese Ausführungsform wird vorzugsweise mit der Ausführungsform gemäß dem voranstehenden Absatz kombiniert. Insbesondere die bereits beschriebene Korrelation hinsichtlich des Gradienten wird durch die Kombination eines Umgebungsluft-Temperatursensors und eines Atemluft-Temperatursensors möglich. Der Atemluft-Temperatursensor ist zum Beispiel innerhalb des Atembeutels angeordnet und kann dort die entsprechende Temperatur bestimmten. Um zusätzlich für eine mögliche Regelung bzw. Steuerung des Ventilators bzw. der Kühlleistung weitere Informationen zu erhalten kann es vorteilhaft sein, wenn zusätzlich ein Feuchtesensor innerhalb des Atembeutels vorgesehen ist. Damit kann ein Ausblick bzw. eine Abschätzung erfolgen, inwieweit Kondensationsenthalpie zur Kühlleistung bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung beitragen kann.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Atemschutzgerät für den Schutz der Atmung einer Person. Dieses Atemschutzgerät weist einen Atemluftkreislauf und einen an den Atemluftkreislauf angeschlossenen Luftspeicher auf. Dabei ist im Atemluftkreislauf ein Atemluftregenerator angeordnet. Ein erfindungsgemäßes Atemschutzgerät zeichnet sich dadurch aus, dass dem Atemluftregenerator im Atemluftkreislauf nachgeordnet wenigstens eine Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. Dementsprechend bringt es ein erfindungsgemäßes Atemschutzgerät mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung erläutert worden sind.
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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:
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1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Atemschutzgerät,
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2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
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3 die Ausführungsform der 2 mit veränderndem Volumen des Atembeutels und
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4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
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1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Atemschutzgerät 100. Dieses ist bereits von einer Person 200 in Benutzung genommen worden. Auf diese Weise ist ein Atemluftreislauf 110 zur Verfügung gestellt, welcher ausgehend von der Person 200 beschrieben wird. Atmet die Person 200 aus, so wird die ausgeatmete Atemluft A durch einen Ausatemschlauch 160 entlang dem Atemluftkreislauf 110 in einen Atemluftregenerator 130 eingebracht. Dort erfolgt zum Beispiel durch Absorption eine Reduzierung des CO2-Gehaltes. Dieser Schritt führt zu einer Erwärmung der Atemluft A und einer Beladung mit Feuchtigkeit. Anschließend kann die aufgewärmte und mit Feuchtigkeit beladene Atemluft A entlang des Atemluftkreislaufs 110 durch einen Einlass 32 in einen Atembeutel 30 eintreten. Ein solcher Atembeutel ist als Kühlvorrichtung 10 ausgebildet und wird später noch mit Bezug auf die 2 bis 4 näher erläutert. Nach dem Atembeutel 30, welcher als pneumatisches Widerlager für die pneumatische Funktion der Lunge der Person 200 dient, tritt die in der Kühlvorrichtung 10 gekühlte und vorzugsweise von Feuchtigkeit reduzierte Atemluft A aus einem Auslass 34 aus dem Atembeutel 30 wieder aus. Hier kann ein Zumischen von frischer bzw. mit Sauerstoff angereicherter Luft aus einem Luftspeicher 120 über ein Ventil erfolgen. Optional ist bei dieser Ausführungsform des Atemschutzgerät 100 noch ein zusätzlicher Eiskühler 140 vorgesehen, um die Kühlleistung weiter steigern zu können. Die gekühlte Atemluft A gelangt nun über den Einatemschlauch 150 wieder zur Person 200 und kann dort eingeatmet werden.
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Mit Bezug auf die 2 und 3 wird eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 10 beschrieben. Hier ist ein Atembeutel 30 vorgesehen, welcher durch eine Federplatte 40 mit einer Federvorrichtung 42 mit einer Federkraft beaufschlagt werden kann. Hierfür stützt sich die Federvorrichtung 42 gegen ein Gehäuse 20 der Kühlvorrichtung 10 ab. 2 zeigt die Situation vor dem Ausatmen der Person 200, während die 3 die Situation nach dem Ausatmen zeigt. Mit anderen Worten, das Volumen des Atembeutels 30 vergrößert sich beim Ausatmen der Person 200 und verringert sich wieder beim Einatmen der Person 200. Um diese Bewegung durchführen zu können ist die entsprechende Beaufschlagung der Federkraft durch die Federvorrichtung 42 zur Verfügung gestellt.
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Innerhalb des Atembeutels 30 befindet sich die aufgeheizte und mit Feuchtigkeit beladene Atemluft A. Zur Kühlung derselben ist ein Lüftungskanal 50 vorgesehen, welcher durch einen Lufteinlass 51 mit der Umgebungsluft U in fluidkommunizierender Verbindung steht. In diesem Lufteinlass 51 ist ein Ventilator 52 angeordnet, welcher durch eine Kontrolleinheit 80 mit Energie versorgt wird und gesteuert bzw. geregelt werden kann. Bewegt sich der Ventilator 52 wird eine Strömung von der Umgebungsluft U in den Lüftungskanal 50 hinein entlang der jeweiligen Strömungsrichtung R der Umgebungsluft U erzeugt. Im Zentrum der vorgesehenen Kühlplatte 56 ist eine Kühlrippe 58 vorgesehen, welche zusätzlich zur Kühlung durch die wärmekontaktierende Wärmeübertragungsmöglichkeit zur oberflächlichen Seite des Atembeutels 30 ausgebildet ist. Die entscheidende Kühlfläche ist jedoch die Außenseite 36 des Atembeutels 30. Ist die Umgebungsluft U in den Lüftungskanal 50 eingetreten, so wird sie zu den beiden Seiten geleitet und wird dort nach unten entlang der Strömungsrichtung R geführt. In diesem Bereich befindet sich bei der Ausführungsform gemäß 2 die meiste Luft, welche durch die Beaufschlagung mit der Federkraft durch die Federvorrichtung 42 nach außen gepresst worden ist. Dort steht also unabhängig vom realen aktuellen Volumen des Atembeutels 30 die meiste Luftmenge, vorzugsweise unter dem durch die Federvorrichtung 42 aufgebrachten Federdruck zur Verfügung. An diesen Außenseiten 36 erfolgt nun die maximale Kühlleistung, welche insbesondere durch eine Kondensation an der Innenseite des Atembeutels 30 für die Atemluft verstärkt wird. Anschließend kann die auf diese Weise mit Wärme aufgeladene Umgebungsluft R durch nicht näher bezeichnete Luftauslässe aus dem Gehäuse 20 austreten.
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Die 2 und 3 zeigen darüber hinaus eine Sensorik mit einem Umgebungsluft-Temperatursensor 60 und einem Atemluft-Temperatursensor 70. Damit ist es für die Kontrolleinheit 80 möglich den Temperaturgradienten zu bestimmen. Je nach Temperaturgradient kann dementsprechend ein größerer oder ein geringerer Volumenstrom zur Verfügung gestellt werden, um die Kühlleistung möglichst konstant zu halten bzw. eine Veränderung des Gradienten der Temperatur zwischen Umgebungsluft U und Atemluft A zu kompensieren. Auch kann ein rechtzeitiges Ausschalten des Ventilators erzielt werden, wenn die Temperatur der Umgebungsluft U die Temperatur der Außenluft A übersteigt.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 10. So ist hier von oben her eine Kühlplatte 56 zu erkennen, wie sie in ähnlicher Weise auch bei der Ausführungsform der 2 und 3 eingesetzt wird. Im Unterschied hierzu sind statt einer Kühlrippe 58 nun Strömungsleitelemente 54 in Form von Leitflächen vorgesehen. Diese erlauben es eine sternförmige Verteilung mit einer gleichmäßigen Auffächerung der eingebrachten Umgebungsluft U auf alle Außenseite 36 des Atembeutels 30 zu erzwingen. Darüber hinaus ist für eine verbesserte Wärmeabtragung aus dem Atembeutel 30 eine Vielzahl von Kühlöffnungen 57 vorgesehen. Diese Perforation führt also zu einer belüfteten Kühlplatte 56, wie sie die 4 zeigt.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen 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.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kühlvorrichtung
- 20
- Gehäuse
- 30
- Atembeutel
- 32
- Einlass
- 34
- Auslass
- 36
- Außenseite
- 40
- Federplatte
- 42
- Federvorrichtung
- 50
- Lüftungskanal
- 51
- Lufteinlass
- 52
- Ventilator
- 54
- Strömungsleitelement
- 56
- Kühlplatte
- 57
- Kühlöffnung,
- 58
- Kühlrippe
- 60
- Umgebungsluft-Temperatursensor
- 70
- Atemluft-Temperatursensor
- 80
- Kontrolleinheit
- 100
- Atemschutzgerät
- 110
- Atemluftkreislauf
- 120
- Luftspeicher
- 130
- Atemluftregenerator
- 140
- Eiskühler
- 150
- Einatemschlauch
- 160
- Ausatemschlauch
- 200
- Person
- A
- Atemluft
- U
- Umgebungsluft
- R
- Strömungsrichtung der Umgebungsluft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008055700 B4 [0003, 0006]
