DE102016200917A1

DE102016200917A1 - Temperiersystem für eine Person und Verfahren zum Betrieb eines Temperiersystems

Info

Publication number: DE102016200917A1
Application number: DE102016200917.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Robst; Ralph Kellner; Gert Frank; Peter Maier-Laxhuber; Ralf Schmidt
Original assignee: Geratherm Medical AG
Current assignee: Geratherm Medical AG
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2036-01-23
Also published as: DE102016200917B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Temperiersystem (1) für eine Person (P) mit einer zum Anlegen an einen menschlichen Körper ausgebildeten und von einem Temperiermedium (M) durchströmbaren Temperiereinheit (2) und zumindest einen Durchlauftemperierer (4), wobei der Durchlauftemperierer (4) einen von dem Temperiermedium (M) durchströmbaren und ein mit Wasser zumindest benetzbares oder zumindest benetztes Volumen (5.1) sowie ein evakuiertes Molekularsieb (5.2) umfassenden Wärmetauscher (5) umfasst, wobei zur Aktivierung einer Kühlung des Temperiermediums (M) eine fluidische Verbindung zwischen dem mit Wasser zumindest benetzten Volumen (5.1) und dem Molekularsieb (5.2) erzeugbar ist oder dem fluidisch mit dem Molekularsieb (5.2) verbundenen Volumen (5.1) Wasser zuführbar ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Temperiersystems (1) sowie eine Verwendung eines solchen Temperiersystems (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Temperiersystem für eine Person.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Temperiersystems und eine Verwendung eines solchen Temperiersystems.
Es ist allgemein bekannt, dass bei einem Herzstillstand eine Zirkulation von Blut im menschlichen Organismus nicht erfolgt. Hierdurch wird eine Versorgung des menschlichen Gehirns mit Sauerstoff unterbrochen, wodurch es zu einem Absterben von Nervenzellen kommt. Zu dieser Unterbrechung der Sauerstoffversorgung des menschlichen Gehirns kommt es auch bei einem Schlaganfall. Anhand einer Absenkung einer Körpertemperatur um wenige Grad wird eine Reduzierung des Stoffwechsels erreicht, wodurch Schäden des Gehirns vermieden oder zumindest verringert werden können. Hierdurch können verbesserte Lebensprognosen für Personen nach einer Wiederbelebung erzielt werden.
Für eine solche Abkühlung sind aus dem Stand der Technik verschiedene Temperiersysteme und Temperierverfahren für Personen bekannt, wobei die Abkühlung anhand von Infusionen von kalten Medien über die menschliche Nase oder in die Blutbahn, anhand einer Abkühlung des menschlichen Körpers innerhalb eines kalten Mediums oder anhand einer Anwendung von Kühlmatten erfolgt. Derartige Temperiersysteme und Kühlverfahren sind nur mit hohem Aufwand oder nicht dosierbar, so dass es zu folgenreichen Begleiterscheinungen, wie beispielsweise bei der Infusion großer Mengen von kalten Medien in die Blutbahn, zu Lungenembolien oder anderen Schäden des menschlichen Organismus kommen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Temperiersystem für eine Person, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines solchen Temperiersystems und eine Verwendung eines solchen Temperiersystems anzugeben.
Hinsichtlich des Temperiersystems wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale, hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 13 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Verwendung durch die im Anspruch 14 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Temperiersystem für eine Person umfasst eine zum Anlegen an einen menschlichen Körper ausgebildete und von einem Temperiermedium durchströmbare Temperiereinheit und zumindest einen Durchlauftemperierer, wobei der Durchlauftemperierer einen von dem Temperiermedium durchströmbaren und ein mit Wasser zumindest benetzbares oder zumindest benetztes Volumen sowie ein evakuiertes Molekularsieb umfassenden Wärmetauscher umfasst, wobei zur Aktivierung einer Temperierung, insbesondere einer Kühlung und/oder Erwärmung, des Temperiermediums eine fluidische Verbindung zwischen dem mit Wasser zumindest benetzten Volumen und dem Molekularsieb erzeugbar ist oder dem fluidisch mit dem Molekularsieb verbundenen Volumen Wasser zuführbar ist.
Mittels des Temperiersystems ist in einfacher, effizienter und einfach dosierbarer Weise eine Kühlung der Person im Bereich ihres Halses und somit eine Kühlung eines Blutkreislaufes, insbesondere im Bereich des Kopfes der Person, möglich. Durch eine daraus resultierende Absenkung einer Körpertemperatur der Person im Bereich des Gehirns wird eine Reduzierung des Stoffwechsels erreicht, wodurch Schäden des Gehirns vermieden oder zumindest verringert werden können.
Das Temperiersystem ist aufgrund der Verwendung des Durchlauftemperierers in sehr kompakter Bauweise ausführbar und somit einfach transportabel. Hierdurch ist eine mobile Anwendung des Temperiersystems, beispielsweise in Notarztfahrzeugen oder anderen Fahrzeugen, möglich. Dabei weist der Durchlauftemperierer aufgrund der Verwendung des mit Wasser gefüllten Volumens sowie des evakuierten Molekularsiebs bei kleinem Volumen eine hohe und schnell erzeugbare Kühlleistung auf, welche über einen vorgegebenen Zeitraum erzeugbar und einfach steuerbar ist.
In einer möglichen Weiterbildung des Temperiersystems ist die Temperiereinheit als Halsmanschette oder Kopfhaube oder Kombination aus diesen ausgebildet, so dass die Kühlung zumindest im Wesentlichen im Bereich des Kopfes erfolgt und eine Abkühlung des restlichen Körpers der Person anhand des Temperiersystems vermieden wird.
Auch ist mittels des Temperiersystems eine Kühlung eines Blutkreislaufes, insbesondere im Bereich des Kopfes von Personen möglich, welche aufgrund ihrer Umgebung oder ihrer Kleidung erhöhten Temperaturen oder anderen auf den menschlichen Organismus wirkenden Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind. Hierzu zählen beispielweise Fahrzeugführer von Rennfahrzeugen, welche aufgrund ihres Helmes erhöhten Temperaturen im Bereich ihres Kopfes ausgesetzt sind. Auch zählen hierzu Piloten von Kampfflugzeugen, welche einerseits aufgrund ihrer Kleidung und einem Helm erhöhten Temperaturen und andererseits in dem Kampfflugzeug während eines Flugs auftretenden Einwirkungen auf den menschlichen Organismus ausgesetzt sind.
Weitere mögliche Ausgestaltungen sehen zusätzlich oder alternativ eine beliebige Ausbildung der Temperiereinheit vor, welche eine Anwendung des Temperiersystems zur Kühlung beliebiger Regionen des menschlichen Körpers, auch zu einer großflächigen Kühlung desselben, ermöglicht.
In einer möglichen Ausgestaltung des Temperiersystems umfasst das Molekularsieb zumindest ein natürliches Zeolith und/oder zumindest ein synthetisches Zeolith. Hierdurch wird eine hohe Adsorptionskapazität für Wasserdampf bei gleichzeitig kleinem Volumen des Molekularsiebes erreicht.
Eine Weiterbildung des Temperiersystems sieht vor, dass bei der Erzeugung der fluidischen Verbindung zwischen dem mit Wasser gefüllten Volumen und dem Molekularsieb oder der Zuführung von Wasser in das fluidisch mit dem Molekularsieb verbundene Volumen ein Druck innerhalb des mit Wasser zumindest benetzten Volumens unter einen Dampfdruck von Wasser sinkt und das Wasser verdampft und das Molekularsieb entstandenen Wasserdampf unter Wärmeaufnahme adsorbiert. Somit wird verhindert, dass sich ein Gleichgewicht zwischen dem Volumen und dem Molekularsieb einstellt, wodurch der Druck im Volumen unter dem Dampfdruck des Wassers verbleibt, was weiteres Verdampfen des Wassers ermöglicht. Da ein Volumen des Wasserdampfes um ein Vielfaches größer ist als das von Wasser, wird vom Molekularsieb eine große Menge von Wasserdampf adsorbiert, um eine große Kühlleistung zu erzeugen. Während das Molekularsieb den Wasserdampf adsorbiert, erwärmt sich dieser. Energie, welche für einen Übertritt des Wassers von der Flüssig- in die Dampfphase erforderlich ist, wird dem Temperiermedium in Form von Wärme entzogen, so dass sich dieses abkühlt.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung herrscht innerhalb des Volumens Unterdruck. Somit wird erreicht, dass bei Erzeugung der fluidischen Verbindung zwischen dem mit Wasser zumindest benetzten Volumen und dem evakuierten Molekularsieb oder der Zuführung von Wasser in das Volumen aufgrund eines Druckausgleichs ein sehr schnelles Absinken des Druckes innerhalb des Volumens unter den Dampfdruck erfolgt. Dadurch wird erzielt, dass eine Zeitdauer bis zur Verfügbarkeit der Kühlleistung weiter verkürzt ist.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung des Temperiersystems ist an einem Verbindungselement zwischen dem Volumen und dem Molekularsieb oder zwischen einem mit Wasser gefüllten Vorratsbehälter und dem Volumen ein Betätigungselement zur Freigabe einer fluidischen Verbindung angeordnet, welches beispielsweise als Sollbruchstelle innerhalb eines Strömungskanals oder ansteuerbares Ventil ausgebildet ist. Somit ist in einfacher und intuitiver Weise eine Aktivierung der Kühlung des Temperiermediums und somit der Temperiereinheit mittels des Durchlauftemperierers durchführbar.
In einer Weiterbildung des Temperiersystems ist der Wärmetauscher thermisch mit einer von dem Temperiermedium durchströmbaren Temperiereinheit gekoppelt, beispielsweise mit dem Wärmetauscher thermisch in Reihe geschaltet. Dabei ist die Temperiereinheit insbesondere derart ausgebildet, dass mittels dieser eine Erwärmung und eine Kühlung des Temperiermediums durchführbar sind. Dadurch ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, eine Temperatur des Temperiermediums auf eine vorgegebene Zieltemperatur einzustellen und somit eine Temperaturregelung durchzuführen. Auch ist es beispielsweise möglich, nach einer Erschöpfung einer Kühlfähigkeit des Durchlauftemperierers eine weitere Kühlung des Temperiermediums mittels der Temperiereinheit durchzuführen und somit eine Kühlzeit zu verlängern.
Eine mögliche Ausgestaltung des Temperiersystems sieht vor, dass die Temperiereinheit zumindest ein Peltierelement umfasst. Ein solches Peltierelement ist dabei aufgrund seiner elektrischen Umpolbarkeit sowohl zu einer Erwärmung als auch zu einer Kühlung des Temperiermediums geeignet und zeichnet sich durch eine besonders geringe Größe aus. Somit wird bei der Verwendung des Peltierelements als Bestandteil der Temperiereinheit eine besonders geringe Größe der Temperiereinheit erzielt.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung umfasst das Temperiersystem eine Temperieranordnung, welche einen Stauraum zur Aufbewahrung der Temperiereinheit umfasst, wobei der Stauraum mit einer Temperiereinheit zur Temperierung des Stauraums auf eine vorgegebene Temperatur verbunden ist oder diese umfasst. Somit ist es möglich, dass das Temperiermedium unabhängig von Umgebungstemperaturen vor der Aktivierung des Durchlauftemperierers stets eine vorgegebene Temperatur aufweist. Hieraus ergibt sich, dass die Temperatur des Temperiermediums während der Kühlung desselben sehr exakt vorgebbar ist, da die Kühlung stets vom gleichen Ausgangspunkt erfolgt.
Eine mögliche Weiterbildung des Temperiersystems sieht vor, dass die Temperiereinheit zumindest ein Peltierelement umfasst. Da sich Peltierelemente durch eine besonders geringe Größe auszeichnen und sich aufgrund ihrer elektrischen Umpolbarkeit sowohl zu einer Erwärmung als auch zu einer Kühlung eignen, wird aufgrund der Verwendung zumindest eines solchen Peltierelements als Temperiereinheit eine besonders geringe Größe der Temperieranordnung erzielt.
In einer möglichen Ausgestaltung des Temperiersystems ist vorgesehen, dass der Durchlauftemperierer einen weiteren von dem Temperiermedium durchströmbaren und thermisch mit dem Molekularsieb gekoppelten Wärmetauscher umfasst, wobei ein jeweiliger Durchfluss des Temperiermediums durch den Wärmetauscher und den Wärmetauscher variabel einstellbar ist. Somit ist eine von dem Molekularsieb bei der Adsorption des Wasserdampfes aufgenommene Wärme an das Temperiermedium übertragbar. Dadurch ist eine Kühlung oder Erwärmung des Temperiermediums durchführbar, so dass eine Regelung einer an der Temperiereinheit gewünschten Zieltemperatur möglich ist.
In dem Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen Temperiersystems oder von Weiterbildungen desselben wird bei einer Aktivierung des Durchlauftemperierers eine fluidische Verbindung zwischen dem mit Wasser zumindest benetzten Volumen und dem Molekularsieb erzeugt oder dem fluidisch mit dem Molekularsieb verbundenen Volumen wird Wasser zugeführt. Bei der Erzeugung der fluidischen Verbindung oder der Zuführung von Wasser in das Volumen sinkt ein Druck innerhalb des mit Wasser zumindest benetzten Volumens unter einen Dampfdruck von Wasser und das Wasser verdampft, wobei das Molekularsieb entstandenen Wasserdampf unter Wärmeaufnahme adsorbiert.
Mittels des Verfahrens ist der Betrieb des Temperiersystems in einfacher und effizienter Weise durchführbar.
In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden die Temperiereinheit und das Temperiermedium innerhalb des Stauraums auf eine vorgegebene Temperatur temperiert. Somit ist es möglich, dass das Temperiermedium unabhängig von Umgebungstemperaturen vor der Aktivierung des Durchlauftemperierers stets eine vorgegebene Temperatur aufweist. Hieraus ergibt sich, dass die Temperatur des Temperiermediums während der Kühlung desselben sehr exakt vorgebbar ist, da die Kühlung stets vom gleichen Ausgangspunkt erfolgt.
Erfindungsgemäß ist eine Verwendung des Temperiersystems zur Kühlung eines menschlichen Blutkreislaufes, insbesondere im Bereich eines menschlichen Kopfes, vorgesehen. Somit kann bei einem Herzstillstand, Schlaganfall oder anderen gesundheitlichen Beeinträchtigungen einer Person eine Reduzierung des Stoffwechsels im Gehirn erreicht werden, wodurch Schäden des Gehirns vermieden oder zumindest verringert werden können. Hierdurch können verbesserte Lebensprognosen für Personen nach einer Wiederbelebung erzielt werden. Auch ist eine Kühlung des Blutkreislaufes, insbesondere im Bereich des Kopfes von Personen möglich, welche aufgrund ihrer Umgebung oder ihrer Kleidung erhöhten Temperaturen oder anderen auf den menschlichen Organismus wirkenden Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind. Insbesondere bei Einsatzkräften einer Feuerwehr ist eine Verwendung des Temperiersystems aufgrund hoher Umgebungstemperaturen während eines Einsatzes zum Löschen von Bränden besonders vorteilhaft.
In einer möglichen Ausgestaltung der Verwendung wird die Temperiereinheit an den Körper der Person angelegt und anschließend die Kühlung des Temperiermediums durch Erzeugung der fluidischen Verbindung zwischen dem mit Wasser gefüllten Volumen und dem Molekularsieb aktiviert. Aufgrund der Aktivierung der Kühlung erst am menschlichen Körper wird ein Verlust von Kühlleistung an eine Umgebung minimiert.
Auch ist es möglich, bereits vor dem Anlegen der Temperiereinheit an den menschlichen Körper die Kühlung zu aktivieren, um bereits beim Anlegen eine möglichst hohe Kühlleistung zu erreichen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:
1 schematisch ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines Temperiersystems für eine Person,
2 schematisch eine erste Schnittdarstellung eines Wärmetauschers eines Durchlauftemperierers des Temperiersystems gemäß 1,
3 schematisch eine zweite Schnittdarstellung des Wärmetauschers gemäß 2 und
4 schematisch ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Temperiersystems für eine Person.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einem Blockschaltbild ein mögliches erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Temperiersystems 1 für eine Person P.
Das Temperiersystem 1 ist zur Kühlung der Person P im Bereich ihres Halses und somit zur Kühlung eines Blutkreislaufes der Person P im Bereich des Kopfes der Person P vorgesehen.
Hierzu umfasst das Temperiersystem 1 eine zum Anlegen an einen menschlichen Körper ausgebildete und von einem Temperiermedium M durchströmbare Temperiereinheit 2, welche beispielsweise als Halsmanschette zum Anlegen an einen menschlichen Hals und/oder als Kopfhaube zum zumindest teilweisen bedecken eines menschlichen Kopfes ausgebildet ist. Auch sind andere Ausbildungen der Temperiereinheit 2 zum Anlegen an den menschlichen Körper möglich.
Das Temperiermedium M ist beispielsweise Wasser, welches insbesondere mit Zusatzstoffen versetzt ist, und wird innerhalb eines Kühlkreislaufes K des Temperiersystems 1 mittels einer Pumpe 3 geführt und umgewälzt.
Weiterhin umfasst das Temperiersystem 1 einen Durchlauftemperierer 4. Der Durchlauftemperierer 4 umfasst einen von dem Temperiermedium M durchströmbaren Wärmetauscher 5. Der Wärmetauscher 5 umfasst ein mit Wasser zumindest benetztes oder benetzbares Volumen 5.1 sowie ein evakuiertes Molekularsieb 5.2. Das Volumen 5.1 umgibt eine von dem Temperiermedium M durchströmbare Kühlkammer 5.4.
Zur Kopplung der Temperiereinheit 2 mit dem Durchlauftemperierer 4 umfasst das Temperiersystem 1 ein Anschlusselement 6, an welchem die Temperiereinheit 2 mittels mechanisch flexiblen Schläuchen 7, 8 mit dem Kühlkreislauf K koppelbar ist.
Insbesondere nach Anlegen der Temperiereinheit 2 an den Hals der Person P wird zur Aktivierung einer Kühlung des Temperiermediums M eine fluidische Verbindung zwischen dem Volumen 5.1 und dem Molekularsieb 5.2 erzeugt oder dem bereits fluidisch mit dem Molekularsieb 5.2 verbundenen Volumen 5.1 wird Wasser zugeführt.
Bei dieser Erzeugung der fluidischen Verbindung zwischen dem bereits mit Wasser zumindest benetzten Volumen 5.1 und dem Molekularsieb 5.2 oder der Zuführung von Wasser in das Volumen sinkt ein Druck innerhalb des mit Wasser zumindest benetzten Volumens 5.1 unter einen Dampfdruck von Wasser und das Wasser verdampft. Das Molekularsieb 5.2 adsorbiert den entstandenen Wasserdampf unter Wärmeaufnahme, so dass das in der Kühlkammer 5.4 befindliche Temperiermedium M gekühlt wird. Um Verluste zu minimieren, umfasst der Wärmetauscher 5 eine das Volumen 5.1, das Molekularsieb 5.2 und das im Wärmetauscher 5 befindliche Temperiermedium M umgebende Isolierung 5.3.
Um eine mobile Anwendung des Temperiersystems 1 zu ermöglichen, umfasst dieses eine ein Gehäuse bildende tragbare Temperieranordnung 9, innerhalb welcher alle Komponenten des Temperiersystems 1 vor der Verwendung der Temperiereinheit 2 angeordnet sind.
Auch die Temperiereinheit 2 selbst kann vor ihrer Verwendung innerhalb der Temperieranordnung 9 angeordnet sein, wobei diese zur Aufbewahrung der Temperiereinheit 2 und der anderen Komponenten in nicht näher dargestellter Weise einen Stauraum umfassen kann.
Innerhalb des Stauraums ist in einer möglichen nicht gezeigten Ausgestaltung des Temperiersystems 1 zusätzlich eine Temperiereinheit zur Temperierung des Stauraums auf eine vorgegebene Temperatur angeordnet, wobei die Temperiereinheit insbesondere ein Peltierelement zur Temperierung des Stauraums umfasst. Zur elektrischen Versorgung der Temperiereinheit ist diese mit einem elektrischen Energiespeicher 12 gekoppelt, welche zu einer Wiederaufladung mit einem elektrischen Netz, beispielsweise einem Bordnetz eines Fahrzeugs oder Fluggeräts, koppelbar ist. Anhand einer Steuerung der Peltierelements ist in Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur, d. h. einer Temperatur innerhalb des Stauraums, eine Kühlung oder Erwärmung der Temperiereinheit 2 und des Temperiermediums M durchführbar, so dass unabhängig von der Umgebungstemperatur stets die vorgegebene Temperatur des Temperiermediums M und der Temperiereinheit 2 als einheitlicher Ausgangspunkt für die Kühlung mittels des Durchlauftemperierers 4 sichergestellt ist.
Zusätzlich umfasst das Temperiersystem 1 eine weitere, innerhalb der Temperieranordnung 9 angeordnete Temperiereinheit 11, welche thermisch mit dem Kühlkreislauf K gekoppelt ist und thermisch mit dem Wärmetauscher 5 des Durchlauftemperierers 4 in Reihe geschaltet ist. Die Temperiereinheit 11 umfasst einen weiteren Wärmetauscher 11.1, welcher thermisch mit einem Peltierelement 11.2 gekoppelt ist. Das Peltierelement 11.2, welches beispielsweise eine Leistung von 25 W aufweist, ist thermisch mit dem Kühlkreislauf K gekoppelt. Anhand einer Steuerung der Peltierelements 11.2 ist eine Kühlung oder Erwärmung des Temperiermediums M durchführbar, so dass eine Regelung einer an der Temperiereinheit 2 gewünschten Zieltemperatur möglich ist. Zusätzlich umfasst die Temperiereinheit 11 einen Lüfter 11.3, mittels welchem der Wärmetauscher 5 mit einem Luftstrom beaufschlagbar ist.
Zur elektrischen Versorgung der Temperiereinheit 11 ist diese mit dem elektrischen Energiespeicher 12 gekoppelt.
In einer möglichen Ausgestaltung ist ein alleiniger Betrieb der Temperiereinheit 11 ohne die Verwendung des Durchlauftemperierers 4 möglich. Dadurch ist einerseits eine Vortemperierung des Temperiermediums M bereits vor der Aktivierung des Durchlauftemperierers 4 und andererseits eine Nachkühlung des Temperiermediums M nach einer Erschöpfung einer Kühlfähigkeit des Durchlauftemperierers 4 möglich. Hierdurch kann eine Verlängerung der Kühlfähigkeit des Temperiersystems 1 erzielt werden.
Zur Bedienung des Temperiersystems 1 und zur Einstellung einer mittels der Temperiereinheit 11 erzeugten Temperierleistung sowie einer Kühlleistung des Durchlauftemperierers 4 umfasst das Temperiersystem 1 zusätzlich eine Bedienanordnung 13. Die Bedienanordnung 13 umfasst insbesondere einen oder mehrere Temperaturregler, mittels welchen eine automatische Steuerung der Temperiereinheit 11 zur Einstellung der Temperierleistung und eine automatische Steuerung des Durchlauftemperierers 4 und der Pumpe 3 zur Einstellung einer erforderlichen Kühlleistung durchgeführt wird.
Zu diesem Zweck ist die Bedienanordnung 13 mittels mehrerer Sensorleitungen 14.1 bis 14.4 und/oder Steuerleitungen 15.1 bis 15.3 mit der Temperiereinheit 11, der Pumpe 3, dem Kühlkreislauf K und dem Anschlusselement 6 gekoppelt.
Weiterhin umfasst das Temperiersystem 1 einen Bypasszweig B1 im Kühlkreislauf K, in welchem ein mit der Bedienanordnung 13 über eine weitere Steuerleitung 15.4 gekoppeltes Sicherheitsventil 16 angeordnet ist. Anhand dieses Sicherheitsventils 16 ist eine Durchströmung des Durchlauftemperierers 4 in Abhängigkeit einer gewünschten Kühlleistung der Temperiereinheit 2 einstellbar. Weiterhin ist es mittels des Sicherheitsventils 16 möglich, bei einer Verringerung eines Durchflussquerschnitts des Durchlauftemperierers 4, beispielsweise aufgrund einer so genannten Verklumpung des Temperiermediums M, eine Schädigung oder Zerstörung des Kühlkreislaufs K, der Temperiereinheit 11 und des Durchlauftemperierers 4 zu vermeiden. Hierzu erfolgt insbesondere eine Durchflussmessung des Temperiermediums M durch den Durchlauftemperierer 4, wobei bei einer Unterschreitung eines vorgegebenen Durchflusses das Sicherheitsventil 16 geöffnet wird. Alternativ oder zusätzlich erfolgt eine Bestimmung einer Differenztemperatur zwischen einer Eingangsseite und einer Ausgangseite des Wärmetauschers 5 des Durchlauftemperierers 4 und anhand einer Auswertung der Differenztemperatur eine Ermittlung des Durchflusses.
In den 2 und 3 ist in verschiedenen Schnittdarstellungen ein mögliches Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers 5 des Durchlauftemperierers 4 dargestellt.
Der Wärmetauscher 5 umfasst einen mit Wasser gefüllten und innerhalb des Volumens 5.1 angeordneten Vorratsbehälter 5.8, wobei der Vorratsbehälter 5.8 beispielsweise durch einen Flüssigkeitstank gebildet ist.
Weiterhin umfasst der Wärmetauscher 5 eine Kühlkammer 5.4, welche allseitig von dem Volumen 5.1 umgeben ist, um eine Übertragung thermischer Energie zwischen dem Volumen 5.1 und der Kühlkammer 5.4 zu maximieren. Innerhalb des Volumens 1 ist in einer möglichen Ausgestaltung ein Stützmaterial angeordnet, welches gleichzeitig eine Verteilung des Wassers innerhalb des Volumens 5.1 zu dessen Benetzung unterstützt.
Weiterhin weist der Wärmetauscher 5 Anschlussterminals 5.6. 5.7 zur Verbindung mit dem Kühlkreislauf K auf. Diese Anschlussterminals 5.6, 5.7 sind selbstdichtend und derart ausgebildet, dass der Durchlauftemperierer 4 zerstörungsfrei auswechselbar ist. Zusätzlich umfasst der Wärmetauscher 5 das Molekularsieb 5.2, welches zumindest ein natürliches Zeolith und/oder zumindest ein synthetisches Zeolith mit einer hohen Adsorptionsfähigkeit für Wasserdampf umfasst.
Zur Aktivierung des Durchlauftemperierers 4 ist an dem Vorratsbehälter 5.8 ein Betätigungselement 5.10 angeordnet, wobei das Betätigungselement 5.10 als Sollbruchstelle oder ansteuerbares Ventil ausgebildet ist und bei Betätigung eine Öffnung im Vorratsbehälter 5.8 erzeugt. Eine Aktivierung des Betätigungselements 5.10 erfolgt entweder manuell durch einen Nutzer oder bei entsprechender Betätigung der Bedienanordnung 13, welche mit einer Auslösemechanik 5.9 zur Aktivierung des Betätigungselements 5.10 gekoppelt ist.
Durch die erzeugte Öffnung im Vorratsbehälter 5.8 strömt das Wasser in das an das Molekularsieb 5.2 angrenzende Volumen 5.1 und benetzt das Volumen 5.1 zumindest. Aufgrund der Evakuierung des Molekularsiebes 5.2 kommt es zu einem Sinken des Druckes innerhalb des mit Wasser zumindest benetzten Volumens 5.1 unter den Dampfdruck von Wasser und das Wasser verdampft "aus dem Volumen 5.1 heraus". Das Molekularsieb 5.2 adsorbiert den entstandenen Wasserdampf unter Wärmeaufnahme. Somit wird verhindert, dass sich ein Gleichgewicht zwischen dem Volumen 5.1 und dem Molekularsieb 5.2 einstellt, wodurch der Druck im Volumen 5.1 unter dem Dampfdruck des Wassers verbleibt, was weiteres Verdampfen des Wassers ermöglicht. Da ein Volumen des Wasserdampfes um ein Vielfaches größer ist als das von Wasser, wird vom Molekularsieb 5.2 eine große Menge von Wasserdampf adsorbiert, um eine große Kühlleistung zu erzeugen. Während das Molekularsieb 5.2 den Wasserdampf adsorbiert, erwärmt sich dieser. Energie, welche für einen Übertritt des Wassers von der Flüssig- in die Dampfphase erforderlich ist, wird dem Temperiermedium M in Form von Wärme im Bereich der Kühlkammer 5.4 entzogen, so dass sich dieses abkühlt.
Um zu erreichen, dass bei Erzeugung der fluidischen Verbindung zwischen dem Volumen 5.1 und dem evakuierten Molekularsieb 5.2 aufgrund eines Druckausgleichs ein sehr schnelles Absinken des Druckes innerhalb des Volumens 5.1 unter den Dampfdruck erfolgt und somit eine Zeitdauer bis zur Verfügbarkeit der Kühlleistung weiter zu verkürzen, herrscht innerhalb des Volumens 5.1 in einer möglichen Ausgestaltung Unterdruck.
In einer nicht näher dargestellten Ausgestaltung befindet sich das Wasser abweichend nicht in einem Vorratsbehälter 5.8 sondern bereits in dem Volumen 5.1. Eine Aktivierung des Durchlauftemperierers 4 erfolgt ebenfalls durch das Betätigungselement 5.10, jedoch ist dieses bei dieser Ausgestaltung zur Herstellung einer fluidischen Verbindung zwischen dem Volumen 5.1 und dem evakuierten Molekularsieb 5.2 ausgebildet.
In einer möglichen Ausgestaltung ist der Durchlauftemperierer 4 derart ausgebildet, dass dieser innerhalb von ca. 5 Minuten 250 ml Wasser von 25 °C auf 5 °C abkühlen kann.
In einer möglichen Ausgestaltung ist mittels der Bedienanordnung 13 alternativ oder zusätzlich zur Aktivierung des Durchlauftemperierers 4 auch eine automatische oder manuelle Aktivierung der Temperiereinheit 11 durchführbar.
4 zeigt in einem Blockschaltbild ein mögliches zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Temperiersystems 1 für eine Person P.
Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel umfasst das Temperiersystem 1 einen zweiten Bypasszweig B2, mittels welchem eine Erwärmung des Temperiermediums M möglich ist.
Hierzu umfasst der Durchlauftemperierer 4 einen weiteren Wärmetauscher 17, welcher in nicht näher dargestellter Weise thermisch mit dem Molekularsieb 5.2 des Wärmetauschers 5 gekoppelt ist.
Der weitere Wärmetauscher 17 umfasst eine von dem Temperiermedium M durchströmbare Wärmekammer 17.1, welche thermisch mit dem Molekularsieb 5.2 des Wärmetauschers 5 gekoppelt ist und von einer Isolierung 17.2 umgeben ist. Somit ist eine von dem Molekularsieb 5.2 bei der Adsorption des Wasserdampfes aufgenommene Wärme an das Temperiermedium M übertragbar.
Zu einer Steuerung der Temperierung des Temperiermediums M, d. h. zu einer Kühlung mittels des Wärmetauschers 5 und/oder einer Erwärmung mittels des Wärmetauschers 17, umfasst das Temperiersystem 1 zwei mittels der Bedienanordnung 13 ansteuerbare Steuerventile 18, 19, anhand derer ein Durchfluss durch den Wärmetauscher 5, den Wärmetauscher 17 und/oder den ersten Bypasszweig B1 steuerbar sind. Die Steuerventile 18, 19 sind mittels Steuerleitungen 15.5, 15.6 mit der Bedienanordnung 13 gekoppelt.
Somit ist eine Kühlung oder Erwärmung des Temperiermediums M durchführbar, so dass eine Regelung einer an der Temperiereinheit 2 gewünschten Zieltemperatur möglich ist.
In einer möglichen nicht näher dargestellten Ausgestaltung des Temperiersystems 1 kann somit in vorteilhafter Weise die Temperiereinheit 11 entfallen, um eine Erwärmung des Temperiermediums M zu realisieren.
Bezugszeichenliste

1: Temperiersystem
2: Temperiereinheit
3: Pumpe
4: Durchlauftemperierer
5: Wärmetauscher
5.1: Volumen
5.2: Molekularsieb
5.3: Isolierung
5.4: Kühlkammer
5.6: Anschlussterminal
5.7: Anschlussterminal
5.8: Vorratsbehälter
5.9: Auslösemechanik
5.10: Betätigungselement
6: Anschlusselement
7: Schlauch
8: Schlauch
9: Temperieranordnung
11: Temperiereinheit
11.1: Wärmetauscher
11.2: Peltierelement
11.3: Lüfter
12: Energiespeicher
13: Bedienanordnung
14.1 bis 14.4: Sensorleitung
15.1 bis 15.6: Steuerleitung
16: Sicherheitsventil
17: Wärmetauscher
17.1: Wärmekammer
17.2: Isolierung
18: Steuerventil
19: Steuerventil
B1: Bypasszweig
B2: Bypasszweig
K: Kühlkreislauf
M: Temperiermedium
P: Person

Claims

Temperiersystem (1) für eine Person (P) mit – einer zum Anlegen an einen menschlichen Körper ausgebildeten und von einem Temperiermedium (M) durchströmbaren Temperiereinheit (2) und – zumindest einen Durchlauftemperierer (4), – wobei der Durchlauftemperierer (4) einen von dem Temperiermedium (M) durchströmbaren und ein mit Wasser zumindest benetzbares oder zumindest benetztes Volumen (5.1) sowie ein evakuiertes Molekularsieb (5.2) umfassenden Wärmetauscher (5) umfasst, wobei zur Aktivierung einer Temperierung, insbesondere einer Kühlung und/oder Erwärmung, des Temperiermediums (M) eine fluidische Verbindung zwischen dem mit Wasser zumindest benetzten Volumen (5.1) und dem Molekularsieb (5.2) erzeugbar ist oder dem fluidisch mit dem Molekularsieb (5.2) verbundenen Volumen (5.1) Wasser zuführbar ist.
Temperiersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekularsieb (5.2) zumindest ein natürliches Zeolith und/oder zumindest ein synthetisches Zeolith umfasst.
Temperiersystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinheit (2) eine Halsmanschette oder eine Kopfhaube oder eine Kombination dieser ist.
Temperiersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung der fluidischen Verbindung zwischen dem mit Wasser gefüllten Volumen (5.1) und dem Molekularsieb (5.2) oder der Zuführung von Wasser in das fluidisch mit dem Molekularsieb (5.2) verbundene Volumen (5.1) – ein Druck innerhalb des mit Wasser zumindest benetzten Volumens (5.1) unter einen Dampfdruck von Wasser sinkt und das Wasser verdampft und – das Molekularsieb (5.2) entstandenen Wasserdampf unter Wärmeaufnahme adsorbiert.
Temperiersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Volumens (5.1) Unterdruck herrscht.
Temperiersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – an einem Verbindungselement zwischen dem Volumen (5.1) und dem Molekularsieb (5.2) oder zwischen einem mit Wasser gefüllten Vorratsbehälter (5.8) und dem Volumen (5.1) ein Betätigungselement (5.10) zur Freigabe einer fluidischen Verbindung angeordnet ist.
Temperiersystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (5.10) als Sollbruchstelle oder ansteuerbares Ventil ausgebildet ist.
Temperiersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (5) thermisch mit einer von dem Temperiermedium (M) durchströmbaren Temperiereinheit (11) gekoppelt ist.
Temperiersystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinheit (11) zumindest ein Peltierelement (11.2) umfasst.
Temperiersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch – eine Temperieranordnung (9), welche einen Stauraum zur Aufbewahrung der Temperiereinheit (2) umfasst, – wobei der Stauraum mit einer Temperiereinheit zur Temperierung des Stauraums auf eine vorgegebene Temperatur verbunden ist.
Temperiersystem (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinheit zumindest ein Peltierelement umfasst.
Temperiersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Durchlauftemperierer (4) einen weiteren von dem Temperiermedium (M) durchströmbaren und thermisch mit dem Molekularsieb (5.2) gekoppelten Wärmetauscher (17) umfasst, – wobei ein jeweiliger Durchfluss des Temperiermediums (M) durch den Wärmetauscher (5) und den Wärmetauscher (17) variabel einstellbar ist.
Verfahren zum Betrieb eines Temperiersystems (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei bei einer Aktivierung des Durchlauftemperierers (4) eine fluidische Verbindung zwischen dem mit Wasser zumindest benetzten Volumen (5.1) und dem Molekularsieb (5.2) erzeugt wird oder dem fluidisch mit dem Molekularsieb (5.2) verbundenen Volumen (5.1) Wasser zugeführt wird und bei der Erzeugung der fluidischen Verbindung oder der Zuführung des Wassers in das Volumen (5.1) – ein Druck innerhalb des mit Wasser zumindest benetzten Volumens (5.1) unter einen Dampfdruck von Wasser sinkt und das Wasser verdampft und – das Molekularsieb (5.2) entstandenen Wasserdampf unter Wärmeaufnahme adsorbiert.
Verwendung eines Temperiersystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Kühlung eines menschlichen Blutkreislaufes, insbesondere im Bereich eines menschlichen Kopfes.