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Die Erfindung betrifft ein Kühlelement zur Verwendung innerhalb einer Kühlvorrichtung eines Kreislaufatemschutzgerätes. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Kühlvorrichtung für ein Kreislaufatemschutzgerät und ein Kreislaufatemschutzgerät.
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Die Verwendung einer Kühlvorrichtung in einem Kreislaufatemschutzgerät zur Kühlung eines Atemgasstroms ist bekannt und notwendig. So produziert ein typischerweise als Absorber zur Gasaufbereitung eingesetzter Kalk, der das Atemgas durch eine Entfernung von CO2 aufbereitet, kontinuierlich Wärme. Im geschlossenen Atemgaskreislauf führt dies über die Dauer der Anwendung des Kreislaufatemschutzgeräts dazu, dass sich das Einatemgas für den Anwender des Kreislaufatemschutzgerätes in einen Temperaturbereich hinein erwärmt, der beim Einatmen für den Anwender zumindest in höchstem Maße unkomfortabel ist. Daher ist ein kontinuierliches Kühlen des Atemgaskreislaufs durch eine Kühlvorrichtung vorgesehen. Die Kühlvorrichtung weist ein Kühlmittel auf, welches typischerweise vor einem Einsatz des Kreislaufatemschutzgerätes bis unterhalb seines Schmelzpunktes gekühlt wird.
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Eine Kühlvorrichtung für ein Kreislaufatemschutzgerätes ist aus
WO 2012/ 073 024 A2 bekannt. Dabei befindet sich das Kühlmittel in einem Kühltank innerhalb einer Kühlkammer mit einem Gaseinlass und einem Gasauslass, wobei im Gebrauch das Atemgas durch die Kühlkammer vom Gaseinlass zum Gasauslass strömt und durch das im Kühltank enthaltene Kühlmittel gekühlt wird.
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Bei dem Kühlmittel handelt es sich vorzugsweise um Eis oder ein als Phase-Change-Material (PCM) ausgebildetes Kühlmittel, das innerhalb eines Kühlelements, wie etwa innerhalb eines Flüssigkeitsakkus, in dem Kreislaufatemschutzgerät zum Einsatz kommt.
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Ferner ist aus
FR 2 490 800 A1 ein Wärmetauscher in Form eines zylindrischen Behälters mit einem Einlass und einem Auslass für einen Wärmeträger bekannt, wobei der Wärmeträger an einer Vielzahl von Kühlelementen, welche mit Kühlmittel gefüllt sind, entlang strömt.
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Aus
US 2011 / 0 247 618 A1 ist ein Kreislaufatemschutzgerät mit einer Kühlvorrichtung mit mindestens einem Kühlelement zum Kühlen eines durch die Atemgasleitung geleiteten Atemgases bekannt. Das mindestens eine Kühlelement ist mit einer verformbaren Wand von der Atemgasleitung getrennt, so dass durch eine Verformung der verformbaren Wand direkter Kontakt zur Oberfläche des mindestens einen Kühlelements und der verformbaren Wand hergestellt wird.
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JP 2014 -
52 146 A offenbart eine Wärmespeichereinrichtung und/oder Wärmefreisetzungseinrichtung bestehend aus einem Strömungskanal, in dem sich ein Wärmemedium bewegt, einem damit verbundenen Reaktionsmaterialbehälter, der ein Reaktionsmaterial enthält, das reversibel zum Wärmemedium reagiert, und einem geschlossenen Hohlkörper der innerhalb des Reaktionsmaterialbehälters angeordnet ist. Dieser Hohlkörper dehnt sich, abhängig vom Druck innerhalb des Reaktionsmaterials, aus, wobei das Reaktionsmaterial gegen eine Außenwand des Reaktionsmaterialbehälters drückt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine besonders einfache Handhabung eines Kühlelements, insbesondere eine besonders robuste Anwendung eines Kühlelements zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe ein Kühlelement zur Verwendung innerhalb einer Kühlvorrichtung eines Kreislaufatemschutzgeräts vorgeschlagen, mit einem ersten plattenförmigen Kühlelementengehäuse und einem zweiten plattenförmigen Kühlelementengehäuse.
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Dabei weisen die beiden Kühlelementengehäuse jeweils einen flüssigkeitsdichten Verschluss auf und sind mit einem Kühlmittel gefüllt oder befüllbar. Das erste Kühlelementengehäuse weist eine erste Plattenaußenwand und im Wesentlichen parallel dazu eine in Richtung der ersten Plattenaußenwand gewölbte erste Platteninnenwand auf, die zusammen mit weiteren ersten Seitenwänden ein erstes Kühlelementenvolumen für das Kühlmittel bilden. Das zweite Kühlelementengehäuse weist eine zweite Plattenaußenwand und im Wesentlichen parallel dazu eine in Richtung der zweiten Plattenaußenwand gewölbte zweite Platteninnenwand auf, die zusammen mit weiteren zweiten Seitenwänden ein zweites Kühlelementenvolumen für das Kühlmittel bilden.
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Dabei ist erfindungsgemäß das erste plattenförmige Kühlelementengehäuse derart an dem zweiten plattenförmigen Kühlelementengehäuse über eine Befestigung befestigbar oder befestigt, insbesondere dauerhaft befestigt, dass sich die erste Platteninnenwand und die zweite Platteninnenwand gegenüberliegen, insbesondere direkt gegenüberliegen, und voneinander weggewölbt sind.
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Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass viele Kühlmittel, die bei der Verwendung eines Kreislaufatemschutzgerätes typischerweise genutzt werden, wie etwa Wasser, im Bereich ihrer Schmelztemperatur und darüber hinaus ihr Volumen verändern, wodurch es zu Problemen bei der Entnahme eines Kühlelements aus der Kühlvorrichtung oder aus einer Gefriervorrichtung kommen kann. Weiterhin wurde erkannt, dass derartige durch eine Verformung des Kühlelements verursachte Probleme dadurch umgangen werden können, dass diese Verformung kontrolliert, insbesondere kontrolliert ohne eine Veränderung der äußeren Struktur des Kühlelements erfolgt.
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Eine derartige kontrollierte Verformung ist vorteilhaft durch das erfindungsgemäße Kühlelement möglich. So sorgt eine Veränderung des Volumens des Kühlmittels zwar für eine Verformung des entsprechenden plattenförmigen Kühlelementengehäuses, aber durch die Wölbung der beiden Platteninnenwände wirkt sich diese Verformung im Wesentlichen auf einen Bereich innerhalb des Kühlelements aus. Dadurch, dass die erste und zweite Platteninnenwand voneinander weggewölbt sind, wird dieser Bereich innerhalb des Kühlelements gebildet. Eine Verformung eines Kühlelementengehäuses an einer dieser Platteninnenwände führt nicht zu einer Verformung einer Plattenaußenwand. Dadurch kann trotz einer Verformung aufgrund einer Volumenzunahme des Kühlmittels eine im Wesentlichen gleichbleibenden Struktur der äußeren Flächen des Kühlelements ermöglicht werden.
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Durch die erfindungsgemäße Lage der beiden gewölbten Platteninnenwände wird sichergestellt, dass auch nach einer temperaturbedingten Veränderung des Kühlmittelvolumens innerhalb eines der beiden Kühlmittelgehäuse das Kühlelement eine unveränderte äußere Oberfläche aufweist und dadurch einfach aus der Kühlvorrichtung entnommen oder in diese hineingesetzt werden kann. Weiterhin kann die Entnahme aus einer Gefriervorrichtung ebenfalls besonders einfach durch das erfindungsgemäße Kühlelement sein. So dehnt sich beispielsweise Wasser als Kühlmittel beim Erreichen einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes aus, so dass das erfindungsgemäße Kühlelement besonders vorteilhaft eine solche Ausdehnung am Schmelzpunkt ermöglicht, ohne dass eine Verschiebung der Plattenaußenflächen hierfür erforderlich ist.
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Das erfindungsgemäße Kühlelement ist weiterhin durch seine Plattenform vorteilhaft ausgestaltet. Derartige plattenförmige Kühlelementengehäuse sind besonders einfach zu lagern und zu transportieren. Weiterhin erlaubt die Plattenform bezüglich des vorliegenden Kühlelementenvolumens eine besonders große Oberfläche und mithin eine besonders große Fläche, an der ein Wärmeaustausch mit einem die Kühlvorrichtung durchströmenden zu kühlenden Gas stattfinden kann.
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Besonders vorteilhaft erlaubt das erfindungsgemäße Kühlelement einen schnellen Wechsel und/oder ein schnelles Herausnehmen des Kühlelements aus der Kühlvorrichtung, da Verformungen des Kühlelements vermieden werden. Dies ist insbesondere bei der Verwendung des entsprechend ausgestatteten Kreislaufatemschutzgerätes im Rahmen von zeitkritischen Anwendungen, wie beispielsweise der Brandbekämpfung oder im Bergbau, vorteilhaft.
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Das Vorsehen einer erfindungsgemäßen Wölbung der jeweiligen Platteninnenwand erlaubt, neben den geschilderten Vorteilen bei Vorliegen eines Überdruckes innerhalb des Kühlelementenvolumens, auch bei Vorliegen eines Unterdruckes vorteilhaft eine kontrollierte Veränderung der Struktur des Kühlelementengehäuses im Bereich der Platteninnenwand, ohne die Außenflächen im Bereich der Plattenaußenwände zu verändern. Dadurch wird auch bei Unterdruck die Veränderung einer Lage des Kühlelements innerhalb der Kühlvorrichtung vermieden, wodurch ein schnelles und einfaches Entfernen oder Wechseln des Kühlelements während eines Einsatzes möglich ist.
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Das Vorsehen der erfindungsgemäßen Kühlelementengehäuse erlaubt vorteilhaft eine dauerhafte Nutzung desselben Kühlmittels für mehrere Einsätze. Ein Wechsel des Kühlmittels kann somit vorteilhaft vermieden werden.
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Die Befestigung ist vorzugsweise eine mechanische Befestigung. Besonders bevorzugt ist es eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Befestigung des ersten plattenförmigen Kühlelementengehäuses an dem zweiten plattenförmigen Kühlelementengehäuse. Beispielsweise kann es sich bei der Befestigung um einen Einrastmechanismus handeln. Insbesondere kann die Befestigung ein Befestigungselement an dem ersten plattenförmigen Kühlelementengehäuse und ein entsprechendes weiteres Befestigungselement an dem zweiten plattenförmigen Kühlelementengehäuse aufweisen, so dass ein Zusammenwirken zwischen den beiden Befestigungselementen zu einer Befestigung der beiden Kühlelementengehäuse aneinander führt. Zum Bereitstellen einer besonders sicheren Befestigung kann auch an mehreren Bereichen des jeweiligen Kühlelementengehäuses ein entsprechendes Befestigungselement vorgesehen sein, um die beiden Kühlelementengehäuse in mehreren Bereichen des jeweiligen Kühlelementengehäuses aneinander zu befestigen. Die Befestigung kann erfindungsgemäß zu einer lösbaren Verbindung zwischen den beiden plattenförmigen Kühlelementengehäuse oder zu einer dauerhaften, nicht lösbaren Verbindung zwischen den beiden plattenförmigen Kühlelementengehäuse führen. Eine dauerhafte, nicht lösbare Verbindung wird vorzugsweise durch ein Verschweißen oder Verkleben realisiert. Durch eine dauerhafte, nicht lösbare Verbindung kann das Kühlelement vorteilhaft besonders robust ausgebildet sein.
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Der flüssigkeitsdichte Verschluss kann ein lösbarer Verschluss, wie etwa ein Schraubverschluss, oder ein dauerhafter Verschluss, insbesondere ein bei der Herstellung des Kühlelements, beispielsweise durch Verschweißen geschlossener, dauerhafter, nicht lösbarer Verschluss sein.
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Neben dem Kühlmittel kann ein restlicher Teil des Kühlelementenvolumes durch ein Gas gefüllt sein. Die geschilderten Vorteile liegen neben den Volumenänderungen des Kühlmittels auch vor für die Volumenänderungen, insbesondere die temperatur- und/oder druckbedingten Volumenänderungen, dieses Gases.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kühlelements beschrieben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden plattenförmigen Kühlelementengehäuse aus einem Kunststoff hergestellt. In dieser Ausführungsform können die beiden Kühlelementengehäuse besonders einfach und günstig hergestellt werden. In einer Variante dieser Ausführungsform sind die beiden plattenförmigen Kühlelementengehäuse durch ein Spritzgussverfahren oder durch Tiefziehen hergestellt. Insbesondere wird das Kühlelementengehäuse besonders vorteilhaft durch ein Twin-Sheet-Verfahren hergestellt, bei dem zwei Bauteile tiefgezogen und anschließend verklebt oder verscheißt werden. Hierdurch wird eine besonders geringe Wandstärke ermöglicht. In einer alternativen oder ergänzenden Variante dieser Ausführungsform sind die beiden plattenförmigen Kühlelementengehäuse jeweils einteilig hergestellt. Hierdurch kann eine Anzahl von Verarbeitungsschritten bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Kühlelements verringert werden. In einer besonders bevorzugten Variante dieser Ausführungsform sind die beiden Kühlelementengehäuse aneinander mittels Verschweißens dauerhaft und nicht lösbar befestigt. Ein solches Verschweißen ist bei Kunststoffteilen einfach und besonders zuverlässig möglich.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Plattenaußenwände steifer als die beiden Platteninnenwände innerhalb des jeweiligen Kühlelementengehäuses ausgebildet. Dadurch bewegt ein Überdruck innerhalb des jeweiligen Kühlelementenvolumens voneinander weggewölbte Bereiche der beiden Platteninnenwände aufeinander zu. In dieser Ausführungsform kann besonders zuverlässig sichergestellt werden, dass eine Veränderung des Volumens des Kühlmittels die Plattenaußenwände im Wesentlichen unverändert lässt, während die entsprechende Platteninnenwand und/oder beide Platteninnenwände sich bei einer Volumenausdehnung aufeinander zu bewegen. Erst wenn die Platteninnenwände sich soweit aufeinander zu bewegt haben, dass keine weitere Bewegung möglich ist, würde eine weitere Ausdehnung des entsprechenden Kühlmittels zu einer Veränderung der Plattenaußenwände führen. Typischerweise werden Kreislaufatemschutzgeräte jedoch in einem vergleichsweise kleinen Temperaturbereich, wie etwa zwischen 0 °C und 50 °C eingesetzt, so dass es typischerweise nicht zu einer derart großen Volumenänderung des Kühlmittels kommen kann, dass diese zusätzlich zu einem Verschieben der Platteninnenwände eine Veränderung der Plattenaußenwände verursacht.
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In einer vorteilhaften Variante der vorhergehenden Ausführungsform weist mindestens eine Plattenaußenwand eine größere Materialdicke auf als die entsprechende Platteninnenwand des entsprechenden Kühlelementengehäuses. Hierdurch kann besonders einfach ein Kühlelement bereitgestellt werden, bei dem die beiden Plattenaußenwände steifer als die beiden Platteninnenwände sind. Die Materialdicke der Platteninnenwand in dieser Variante beträgt vorzugsweise weniger als 4 mm, insbesondere weniger als 2 mm, besonders bevorzugt weniger als 1 mm.
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In einer vorteilhaften ergänzenden oder alternativen Variante der vorhergehenden Ausführungsform sind Plattenaußenwand und Platteninnenwand von mindestens einem plattenförmigen Kühlelementengehäuse aus zwei unterschiedlichen Materialien gebildet. Dabei weist das Material der Plattenaußenwand ein höheres Elastizitätsmodul auf als das Material der Platteninnenwand. Die Verwendung zweier unterschiedlicher Materialien ermöglicht wiederum eine besonders einfache Herstellung eines Kühlelements, bei dem die beiden Plattenaußenwände steifer als die beiden Platteninnenwände sind. Beispielsweise kann die Plattenaußenwand aus einem Metallblech gebildet sein, während die Platteninnenwand beispielsweise aus einem flexiblen Kunststoff besteht. Die Verbindung zwischen Plattenaußenwand und Platteninnenwand über die Seitenwänden ist vorzugsweise eine dauerhafte Verbindung, wie beispielsweise eine durch ein Verschweißen oder Verkleben realisierte Verbindung. Besonders bevorzugt weist die Platteninnenwand zusätzlich eine geringere Materialdicke auf als die entsprechende Plattenaußenwand.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Kühlelement weiterhin mindestens einen elastischen Abstandshalter auf, der an einem weggewölbten Bereich mindestens einer der Platteninnenwände derart angeordnet ist, insbesondere befestigt ist, dass er eine Federkraft zwischen den beiden gegenüberliegenden Platteninnenwänden derart aufbringt, dass sie einer Bewegung der weggewölbten Bereiche der beiden Platteninnenwände aufeinander zu entgegenwirkt. In dieser Ausführungsform stellt der elastische Abstandshalter sicher, dass erst ab einem gewissen Überdruck innerhalb des entsprechenden Kühlelementengehäuses ein Verschieben der entsprechenden Platteninnenwand erfolgt. Insbesondere wird durch den elastischen Abstandshalter sichergestellt, dass bei einer kleinen Verschiebung der entsprechenden Platteninnenwand bei geringer Volumenänderung des Kühlmittels nur einer kleinen Federkraft entgegengewirkt werden muss. Vorzugsweise ist die durch den elastischen Abstandshalter bereitgestellte Federkraft nichtlinear mit der Ausdehnung des Abstandshalters, so dass für große Volumenänderungen und eine entsprechend große Verschiebung der Platteninnenwand ein verhältnismäßig viel größerer Überdruck existieren muss innerhalb des Kühlelementengehäuses als für eine kleine Verschiebung der Platteninnenwand. Insbesondere wird in dieser Ausführungsform vermieden, dass die beiden Platteninnenwände aneinander anliegen und eine strukturelle Veränderung der Plattenaußenwand erzwingen, da dies erst bei sehr hohem Überdruck innerhalb des Kühlelementengehäuses stattfinden würde. Das Vorsehen eines elastischen Abstandshalters stellt vorteilhaft sicher, dass bei Nachlassen eines Überdruckes innerhalb des jeweiligen Kühlelementengehäuses die ursprünglich ohne Überdruck vorliegende Wölbung der beiden Platteninnenflächen wieder erreicht wird.
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In einer vorteilhaften Variante der vorhergehenden Ausführungsform weist das Kühlelement eine Mehrzahl von elastischen Abstandshaltern auf. Durch die Mehrzahl von elastischen Abstandshaltern kann die Federkraft besonders homogen über die entsprechenden Bereiche der Platteninnenwände wirken. Hierdurch wird eine Beschädigung einer Platteninnenwand bei einem hohen Überdruck vermieden.
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In einer vorteilhaften ergänzenden oder alternativen Variante der vorhergehenden Ausführungsform ist der elastische Abstandshalter eine Druckfeder. In dieser Variante kann der elastische Abstandshalter besonders einfach und günstig bereitgestellt werden. Weiterhin stellt eine Druckfeder einen besonders robusten elastischen Abstandshalter dar. In einem bevorzugten Beispiel dieser Variante weist das Kühlelement eine Mehrzahl an elastischen Abstandshaltern und mithin eine Mehrzahl an Druckfedern auf.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlelements, weist das Kühlelement neben dem ersten und zweiten plattenförmigen Kühlelementengehäuse mindestens ein weiteres plattenförmiges Kühlelementengehäuse auf, wobei das mindestens eine weitere Kühlelementengehäuse zwischen dem ersten plattenförmigen Kühlelementengehäuse und dem zweiten plattenförmigen Kühlelementengehäuse angeordnet ist und als Außenflächen zwei zueinander hin gewölbte weitere Platteninnenwände aufweist, wobei die weiteren Platteninnenwände derart angeordnet sind, dass sich die erste Platteninnenwand und mindestens eine der weiteren Platteninnenwände gegenüberliegen und voneinander weggewölbt sind und dass sich die zweite Platteninnenwand und mindestens eine der weiteren Platteninnenwände gegenüberliegen und voneinander weggewölbt sind. Durch das Vorsehen von mehr als zwei Kühlelementengehäuse kann besonders viel Kühlmittel innerhalb eines Kühlelements bereitgestellt werden. Weiterhin kann durch mehrere eng beieinanderliegende Kühlelementengehäuse eine besonders große Oberfläche bereitgestellt werden, um den Gasstrom eines zu kühlenden Gases durch einen Wärmeaustausch an dieser Oberfläche zu kühlen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine jeweilige Platteninnenwand komplett zu der entsprechenden Plattenaußenwand des entsprechenden Kühlelementengehäuses gewölbt. In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform ist ein Teil einer jeweiligen Platteninnenwand zu der entsprechenden Plattenaußenwand des entsprechenden Kühlelementengehäuses gewölbt. In einer weiteren alternativen oder ergänzenden Ausführungsform weist eine jeweilige Platteninnenwand eine Mehrzahl von Bereichen auf, die mindestens eine Wölbung aufweisen, die zu der entsprechenden Plattenaußenwand des entsprechenden Kühlelementengehäuses gewölbt ist. Das Vorsehen von mehreren Wölbungen kann eine Änderung der Struktur der entsprechenden Platteninnenwand bei Vorliegen eines Über- oder Unterdruckes geringhalten, da wahrscheinlich nicht alle Wölbungen gleichzeitig zu einer Verschiebung der Platteninnenwand in Richtung der jeweils gegenüberliegen Platteninnenwand beitragen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zur Lösung der oben genannten Aufgabe eine Kühlvorrichtung für ein Kreislaufatemschutzgerät vorgeschlagen, mit mindestens einem Kühlelement gemäß mindestens einer vorhergehenden Ausführungsformen und mit einem Vorrichtungsgehäuse.
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Das Vorrichtungsgehäuse weist einen Gaseinlass auf, der ausgebildet ist, ein zu kühlendes Gas in das Vorrichtungsgehäuse hereinzulassen. Weiterhin weist das Vorrichtungsgehäuse einen Gasauslass auf, der ausgebildet ist, das durch den Gaseinlass in das Vorrichtungsgehäuse eingelassene Gas aus dem Vorrichtungsgehäuse herauszulassen. Schließlich weist das Vorrichtungsgehäuse weiterhin ein Vorrichtungsvolumen auf, das von einer Gehäusewand des Vorrichtungsgehäuses umgeben ist und das das mindestens eine Kühlelement auswechselbar aufnehmen kann, wobei das Vorrichtungsgehäuse derart ausgebildet ist, dass ein Gasstrom des zu kühlenden Gases von dem Gaseinlass durch das Vorrichtungsvolumen mit dem mindestens einen Kühlelement zu dem Gasauslass gelangen kann.
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Die Kombination aus Kühlelement und Vorrichtungsgehäuse gemäß diesem weiteren Aspekt der Erfindung erlaubt vorteilhaft, dass die Kühlvorrichtung entsprechend der äußeren Struktur des erfindungsgemäßen Kühlelements ausgebildet ist. Hierdurch wird der Platz innerhalb der Kühlvorrichtung besonders effizient durch die Anzahl von Kühlelementen ausgenutzt, so dass eine besonders geringe Gesamtgröße der Kühlvorrichtung möglich ist.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Gasstrom des zu kühlenden Gases den Bereich zwischen dem ersten und zweiten plattenförmigen Kühlelementengehäuse passieren. In dieser Ausführungsform ist ein besonders effizienter Wärmeaustausch an der Oberfläche des jeweiligen Kühlelementengehäuses möglich, wodurch eine besonders effiziente Kühlung durch die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung vorliegt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung kann das Vorrichtungsvolumen eine Mehrzahl von Kühlelementen auswechselbar aufnehmen. Durch das Aufnehmen einer Mehrzahl von Kühlelementen kann eine besonders effiziente Kühlung des zu kühlenden Gases, insbesondere eine besonders homogene Kühlung des zu kühlenden Gases durch das Bereitstellen einer Mehrzahl von kühlenden Oberflächen zum Wärmeaustausch, ermöglicht werden. Weiterhin ist in diesem Ausführungsbeispiel die Verwendung des erfindungsgemäßen Kühlelements besonders vorteilhaft, da das erfindungsgemäße Kühlelement besonders robust ist und mithin ein schnelles Entfernen oder Wechseln des Kühlelements und mithin auch einer Mehrzahl von Kühlelementen erlaubt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Aufnahme eines Kühlelements innerhalb des Vorrichtungsvolumens über ein entsprechendes Aufnahmefach möglich, wobei die erste und die zweite Plattenaußenwand des Kühlelements an einer entsprechenden Aufnahmewandung des Aufnahmefachs im Wesentlichen anliegen, falls das Kühlelement in dem Aufnahmefach angeordnet ist. In dieser Ausführungsform kann das Kühlelement besonders präzise in einer vorbestimmten Position innerhalb der Kühlvorrichtung angeordnet werden. Hierdurch ist eine besonders effiziente Kühlung möglich. In dieser Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Kühlelement besonders vorteilhaft, da sich seine äußere Struktur, aufgrund der gewölbten Struktur der Platteninnenwände, bei Temperaturveränderungen im Wesentlichen nicht ändert. Hierdurch wird ein Festsitzen des erfindungsgemäßen Kühlelements innerhalb eines Aufnahmefachs vermieden.
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Weiterhin wird zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ein Kreislaufatemschutzgerät mit einer Kühlvorrichtung gemäß mindestens einer der vorhergehenden Ausführungsformen vorgeschlagen.
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Das erfindungsgemäße Kreislaufatemschutzgerät kann durch die Kühlvorrichtung mit dem mindestens einem erfindungsgemäßen Kühlelement besonders schnell für einen Einsatz vorbereitet werden. Insbesondere kann das mindestens eine Kühlelement besonders schnell und einfach eingesetzt oder gewechselt werden. Hierdurch ist auch bei einer Ablenkung durch umliegende Ereignisse, wie sie an Einsatzorten von Kreislaufatemschutzgeräten typischerweise vorliegen können, eine fehlerfreie Bedienung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, insbesondere ein sicheres und zuverlässiges Einsetzen oder Wechseln von Kühlelementen möglich. Insbesondere wird ein Festsitzen des Kühlelements aufgrund eines Überdrucks innerhalb des Kühlelements vermieden.
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Die Erfindung soll nun anhand von in den Figuren schematisch dargestellten, vorteilhaften Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Von diesen zeigen im Einzelnen:
- 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kühlelements;
- 2, 3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer jeweiligen Ausführungsform eines Kühlelementengehäuses des erfindungsgemäßen Kühlelements, welches einteilig ausgebildet ist (2), und welches aus zwei Materialien ausgebildet ist (3);
- 4, 5 eine jeweilige perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kühlelements;
- 6 eine Explosionsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung innerhalb eines erfindungsgemäßen Kreislaufatemschutzgerätes.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kühlelements 100.
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Das Kühlelement 100 ist zur Verwendung innerhalb einer Kühlvorrichtung eines Kreislaufatemschutzgeräts ausgebildet und weist ein erstes plattenförmiges Kühlelementengehäuse 110 und ein zweites plattenförmiges Kühlelementengehäuse 120 auf.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind beide Kühlelementengehäuse 110, 120 jeweils einteilig aus einem Kunststoff gebildet. Insbesondere sind beide Kühlelementengehäuse 110, 120 durch ein Twin-Sheet-Verfahren hergestellt, bei dem zwei Bauteile tiefgezogen und anschließend verklebt oder verschweißt werden.
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Dabei weisen die beiden Kühlelementengehäuse 110, 120 jeweils einen flüssigkeitsdichten Verschluss 112, 122 auf und sind mit einem Kühlmittel (nicht dargestellt) gefüllt oder befüllbar.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem flüssigkeitsdichten Verschluss 112, 122 um einen nicht lösbaren, dauerhaften Verschluss, nämlich eine verschweißte Öffnung, durch die das Kühlmittel, vorliegend Wasser, vor dem Verschweißen eingefüllt wurde. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der flüssigkeitsdichte Verschluss eine das entsprechende Kühlelementengehäuse umgebene Schweißnaht. In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der flüssigkeitsdichte Verschluss über einen wiederverschließbaren Schraubverschluss realisiert.
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Das erste Kühlelementengehäuse 110 weist eine erste Plattenaußenwand 114 und im Wesentlichen parallel dazu eine in Richtung der ersten Plattenaußenwand 114 gewölbte erste Platteninnenwand 116 auf. Zusammen mit weiteren ersten Seitenwänden 115 bilden die erste Plattenaußenwand 114 und die erste Platteninnenwand 116 ein erstes Kühlelementenvolumen 118 für das Kühlmittel.
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Analog zu dem ersten Kühlelementengehäuse 110 weist das zweite Kühlelementengehäuse 120 eine zweite Plattenaußenwand 124 und im Wesentlichen parallel dazu eine in Richtung der zweiten Plattenaußenwand 124 gewölbte zweite Platteninnenwand 126 auf. Zusammen mit weiteren zweiten Seitenwänden 125 bilden die zweite Plattenaußenwand 124 und die zweite Platteninnenwand 126 ein zweites Kühlelementenvolumen 128 für das Kühlmittel.
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Die jeweilige Wölbung 130, 130' erstreckt sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über die gesamte Breite des entsprechenden Kühlelementengehäuses 110, 120, so dass sich entlang einer Gerade ein geringster erster Abstand A1 zwischen erster Plattenaußenwand 114 und erster Platteninnenwand 116 bildet und ebenfalls entlang einer Gerade ein geringster zweiter Abstand A2 zwischen zweiter Plattenaußenwand 124 und zweiter Platteninnenwand 126 bildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der geringste Abstand A1 im Wesentlichen gleich dem geringsten Abstand A2 und beträgt weniger als 3,0 cm, insbesondere weniger als 1,5 cm, insbesondere weniger als 1,0 cm. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Wölbung kugelförmig, so dass nur an einem Punkt ein geringster Abstand zwischen Plattenaußenwand und Platteninnenwand vorliegt. In einem weiteren alternativen oder ergänzenden Ausführungsbeispiel sind Wölbungen in mehreren Bereichen der Platteninnenwand ausgebildet. In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die beiden Kühlelementengehäuse unterschiedliche Wölbungen, insbesondere unterschiedliche Krümmungsradien der Wölbung auf.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste plattenförmige Kühlelementengehäuse 110 dauerhaft über eine Befestigung, nämlich eine Verklebung, an dem zweiten plattenförmigen Kühlelementengehäuse 120 befestigt. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Befestigung ein mechanischer Befestigungsmechanismus, insbesondere ein zu einer lösbaren Verbindung führender mechanischer Befestigungsmechanismus. In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste plattenförmige Kühlelementengehäuse an das zweite plattenförmigen Kühlelementengehäuse geschweißt.
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Das erste plattenförmige Kühlelementengehäuse 110 und das zweite plattenförmige Kühlelementengehäuse 120 sind derart dauerhaft aneinander angeordnet, dass sich die erste Platteninnenwand 116 und die zweite Platteninnenwand 126 gegenüberliegen und voneinander weggewölbt sind.
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Die beiden Plattenaußenwände 114, 124 bilden zusammen mit den weiteren Seitenwänden 115, 125 die äußere Oberfläche des Kühlelements 100. Dabei sind die beiden Plattenaußenwände 114, 124 steifer als die beiden Platteninnenwände 116, 126 ausgebildet, so dass ein Überdruck innerhalb des jeweiligen Kühlelementenvolumens 118, 128 dazu führt, dass sich die beiden Platteninnenwände 116, 126 zumindest teilweise aufeinander zu bewegen. Entsprechend würden sich die beiden Platteninnenwände 116,126 bei einem Unterdruck innerhalb des jeweiligen Kühlelementenvolumens 118, 128 zumindest teilweise voneinander wegbewegen.
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2 und 3 zeigen einen schematischen Querschnitt einer jeweiligen Ausführungsform eines ersten Kühlelementengehäuses 210, 310 des erfindungsgemäßen Kühlelements, welches einteilig ausgebildet ist (2), und welches aus zwei Materialien ausgebildet ist (3).
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Vorzugsweise sind die beiden Kühlelementengehäuse eines Kühlelements identisch oder zueinander spiegelsymmetrisch ausgebildet. In den beiden 2 und 3 ist jeweils ein erstes Kühlelementengehäuse 210, 310 von zwei verschiedenen erfindungsgemäßen Kühlelementen im Querschnitt dargestellt.
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Hierdurch wird veranschaulicht, durch welche Merkmale bei der Herstellung des Kühlelements eine Plattenaußenwand realisiert werden kann, die steifer als die entsprechende Platteninnenwand ist.
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Das in 2 dargestellten erste Kühlelementengehäuse 210 ist wie bereits das in 1 dargestellt Kühlelementengehäuse 110 einteilig aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus einem Polyethylen, ausgebildet. Dabei hat die Plattenaußenwand 214 eine größere Materialdicke als die Platteninnenwand 216. Vorliegend hat die Plattenaußenwand 214 eine erste Materialdicke D1 von mindestens 1,5 mm, insbesondere mindestens 2 mm, besonders bevorzugt mindestens 3 mm. Vorliegend hat die Platteninnenwand 216 eine zweite Materialdicke D2 von weniger als 1,5 mm, insbesondere weniger als 1 mm.
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Das in 3 dargestellte erste Kühlelementengehäuse 310 ist im Gegensatz zu dem Kühlelementengehäuse 210 aus 2 mehrteilig ausgebildet. Vorliegend ist das Kühlelementengehäuse 310 zweiteilig ausgebildet, wobei die Platteninnenwand 316 aus einem anderen Material gebildet ist als die Plattenaußenwand 314. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die weiteren Seitenwänden 315 aus dem gleichen Material wie die Plattenaußenwand 314 gebildet. Vorzugsweise ist die Platteninnenwand 316 an die Seitenwände 315 geklebt oder geschweißt oder auf eine andere bekannte Art mit den Seitenwänden 315 stoffschlüssig verbunden.
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Seitenwände 315 und Plattenaußenwand 314 sind vorliegend aus einem Material mit einem höheren Elastizitätsmodul ausgebildet als das Material der Platteninnenwand 316. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Seitenwände 315 und die Plattenaußenwand 314 aus einem Metall hergestellt, wohingegen die Platteninnenwand 316 aus einem dünnwandigen Kunststoff gebildet ist.
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Die beiden ersten Kühlelementengehäuse 210, 310 sind in ihrem jeweiligen Kühlelementenvolumen 218, 318 in den dargestellten Ausführungsformen mit einem Kühlmittel 211, 311 gefüllt. Vorliegend handelt es sich bei dem Kühlmittel um Wasser. Der jeweilige flüssigkeitsdichte Verschluss ist hier und in den folgenden Ausführungsbeispielen nicht dargestellt. Er wird jedoch vorzugsweise über ein Schweißverfahren und die dadurch entstandene Schweißnaht realisiert.
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4 und 5 zeigen eine jeweilige perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kühlelements 400.
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Das Kühlelement 400 unterscheidet sich dadurch von dem Kühlelement 100 aus 1, dass die Seitenwände 415, 425 und die beiden jeweiligen Platteninnenwände 416, 426 und Plattenaußenwände 414, 424 leicht unterschiedlich geformt sind. Der einzige wesentliche Unterschied zwischen dem Kühlelement 100 und dem Kühlelement 400 besteht jedoch darin, dass das Kühlelement 400 zusätzlich eine Anzahl von elastischen Abstandshaltern 440 aufweist.
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Die elastischen Abstandshalter 440 sind derart an dem weggewölbten Bereich der ersten Platteninnenwand 416 in einer jeweiligen Abstandshalteraufnahme 442 angeordnet, dass eine Federkraft zwischen den beiden gegenüberliegenden Platteninnenwänden 416, 426 anliegt, sobald die beiden Kühlelementengehäuse 410, 420 miteinander verbunden sind, was vorliegend aufgrund einer Klebung an den Ecken der beiden Kühlelementengehäuse 410, 420 dauerhaft der Fall ist, wie in 5 dargestellt. Die Federkraft wirkt dabei einer sich annähernden Bewegung der weggewölbten Bereiche der beiden Platteninnenwände 416, 426 entgegen.
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Vorliegend handelt es sich bei der Anzahl von elastischen Abstandshaltern 440 um zwei elastische Abstandshalter 440, nämlich zwei Druckfedern.
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In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist sowohl an der ersten Platteninnenwand, als auch an der zweiten Platteninnenwand des Kühlelements mindestens ein elastischer Abstandshalter angeordnet.
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In 4 ist ein nicht verbundener Zustand von erstem plattenförmigen Kühlelementengehäuse 410 und zweitem plattenförmigen Kühlelementengehäuse 420 dargestellt, so dass die beiden elastischen Abstandshalter 440 nicht in einem komprimierten Zustand sind.
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In 5 ist der für die Verwendung des erfindungsgemäßen Kühlelements 400 vorgesehene verbundene Zustand von erstem plattenförmigen Kühlelementengehäuse 410 und zweitem plattenförmigen Kühlelementengehäuse 420 dargestellt. Hierdurch ist erkennbar, wie die Verschiebung einer der beiden Innenwände 416, 426 direkt einen Druck auf den als Druckfeder ausgebildeten elastischen Abstandshalter 440 verursacht.
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Aufgrund der Ansicht in 4 ist zwar die vorliegende Wölbung 430, 430' der Platteninnenwand 416, 426 des jeweiligen Kühlelementengehäuses 410, 420 nicht erkennbar, jedoch zeigt die Ansicht in 5, dass die beiden Platteninnenwände 416, 426 komplett analog zu der im Rahmen von 1 erläuterten Struktur des Kühlelements 100 so ausgebildet sind, dass sich zwischen den beiden Platteninnenwänden 416, 426 ein freier Bereich mit den beiden Abstandshaltern 440 ausbildet, in den hinein die jeweilige Platteninnenwand 416, 426 sich verschieben kann, falls ein Überdruck in dem jeweiligen plattenförmigen Kühlelementengehäuse 410, 420 vorliegt. Im Gegensatz zu dem Kühlelement 100 aus 1, haben bei dem Kühlelement 400 jedoch die Platteninnenwände 416, 426 und die Plattenaußenwände 414, 424 die gleiche Materialdicke, nämlich eine Materialdicke zwischen 0,4 mm und 1,2 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 1,0 mm, nämlich von etwa 0,7 mm. Eine steifere Plattenaußenwand 414, 424 wird in diesem Ausführungsbeispiel aufgrund der Struktur der Plattenaußenwände 414, 424 erreicht.
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Das Kühlen des Kühlelements 400 vor einem Einsatz erfolgt vorzugsweise durch eine Gefrierhilfe (nicht dargestellt). Die Ausdehnung beim Kühlen, beispielsweise von Wasser unterhalb des Gefrierpunkts, führt erfindungsgemäß zu einem entsprechenden Verschieben der beiden Platteninnenwände 416, 426 und ist daher möglich, ohne dass das Kühlelement 400 in der Gefrierhilfe aufgrund der Volumenausdehnung festsitzt.
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6 zeigt eine Explosionsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 600.
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Die Kühlvorrichtung 600 umfasst mindestens ein erfindungsgemäßes Kühlelement 400, welches vorliegend dem in 4 dargestellten Kühlelement 400 entspricht, sowie ein Vorrichtungsgehäuse 650.
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Das Vorrichtungsgehäuse 650 weist einen Gaseinlass 654 auf, der ausgebildet ist, ein zu kühlendes Gas 660 (in 6 schematisch durch dessen Strömungsrichtung dargestellt) in das Vorrichtungsgehäuse 650 hereinzulassen. Weiterhin weist das Vorrichtungsgehäuse 650 einen Gasauslass 656 auf, der ausgebildet ist, das durch den Gaseinlass 654 in das Vorrichtungsgehäuse 650 eingelassene zu kühlende Gas 660 aus dem Vorrichtungsgehäuse 650 herauszulassen. Schließlich weist das Vorrichtungsgehäuse 650 ein von einer Gehäusewand 670 des Vorrichtungsgehäuses 650 umgebenes Vorrichtungsvolumen 658 auf. Das Vorrichtungsvolumen 658 ist vorliegend ausgebildet, einen Gehäuseeinsatz 680 aufzunehmen. Der Gehäuseeinsatz 680 ist dabei mit der Gehäusewand 670 lösbar über eine mechanische Verbindung, wie beispielsweise eine Einrastverbindung, oder über eine nicht lösbare, dauerhafte Verbindung, wie beispielsweise durch Kleben oder Verschweißen, verbunden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Schweißverbindung, wobei sowohl das Vorrichtungsgehäuse 650 als auch der Gehäuseeinsatz 680 aus einem Kunststoff gefertigt sind, insbesondere mittels Spritzgussverfahren gefertigt sind.
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Der Gehäuseeinsatz 680 ist derart geformt, dass er eine Mehrzahl an Aufnahmefächern 685, vorliegend vier Aufnahmefächer 685, aufweist, in die ein jeweiliges erfindungsgemäßes Kühlelement 400 eingebracht werden kann. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können mindestens sechs erfindungsgemäße Kühlelement in das Vorrichtungsvolumen der Kühlvorrichtung eingebracht werden. In die vier Aufnahmefächer 685 können erfindungsgemäße Kühlelemente 400 eingebracht werden, wenn sie entsprechend der Aufnahmefächer 685 geformt sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein jeweiliges Aufnahmefach 685 derart geformt, dass die beiden Plattenaußenwände 414 des Kühlelements 400 im Wesentlichen an einer entsprechenden Aufnahmewandung 687 des entsprechenden Aufnahmefachs 685 anliegen, falls das Kühlelement 400 in das Aufnahmefach 685 gebracht wird.
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In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist anstelle eines Aufnahmefachs mindestens eine Schiene an der Gehäusewand vorgesehen, um das erfindungsgemäße Kühlelement über die Schiene in der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung anzuordnen. In diesem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist kein separater Gehäuseeinsatz in der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung vorgesehen.
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Das Vorrichtungsgehäuse 650 ist derart ausgebildet, dass ein Gasstrom des zu kühlenden Gases 660 von dem Gaseinlass 654 durch das Vorrichtungsvolumen 658 mit dem mindestens einen Kühlelement 400 zu dem Gasauslass 656 gelangen kann. Dabei hat das zu kühlende Gas 660 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel keinen direkten Kontakt mit dem Kühlelement 400, sondern nur mit dem Gehäuseeinsatz 680. Da das Kühlelement 400 jedoch unmittelbar an der entsprechenden Aufnahmewandung 687 anliegt, wird das zu kühlende Gas 660 durch den Kontakt mit dem Gehäuseeinsatz 680 ausreichend gekühlt. Aufgrund der vorliegenden Mehrzahl an Aufnahmefächern 685 wird eine besonders große Oberfläche zum Wärmeaustausch zwischen Gehäuseeinsatz 680 und zu kühlendem Gas 660 bereitgestellt. Dies erlaubt eine effiziente und homogene Kühlung des zu kühlenden Gases 660.
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Die grundsätzliche Führung des Atemgases innerhalb des Kreislaufatemschutzgerätes 690 ist bekannt. Insbesondere ist die Anordnung der Kühlvorrichtung 600 unmittelbar vor einem Auslass des Kreislaufatemschutzgerätes 690 bekannt, so dass ein Nutzer des Kreislaufatemschutzgeräts 690 nahezu unmittelbar die durch die Kühlvorrichtung 600 gekühlte Atemluft nutzen kann. Der Gasauslass 656 ist mithin in räumlicher Nähe zu dem Auslass das Kreislaufatemschutzgerätes 690 angeordnet.
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Weiterhin verfügt das Vorrichtungsgehäuse 650 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Klappe 675, die über ein Scharnier schwenkbar an der Gehäusewand 670 gelagert ist. Hierdurch hat ein Nutzer des Kreislaufatemschutzgerätes 600 einen besonders schnellen Zugriff auf die in der Kühlvorrichtung 600 angeordneten Kühlelemente 400, beispielsweise zum Entnehmen oder Wechseln dieser Kühlelemente 400. Die Klappe 675 erlaubt zudem eine sichere und feste Lage des entsprechenden Kühlelements 400 in dem entsprechenden Aufnahmefach 685, falls sie geschlossen ist. Durch die Nutzung eines separaten Kühlelements ist kein Dichtungsring an der Klappe 675 notwendig, wie es teilweise bei bekannten Kreislaufatemschutzgeräten der Fall ist.
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In dem dargestellten Kreislaufatemschutzgerät 690 ist eine separate von außen zugängliche Klappe (nicht dargestellt) vorgesehen, die nach einem Öffnen Zugang zu der Klappe 675 gewährt und dadurch besonders schnell ein Entnehmen oder Wechseln des Kühlelements 400 erlaubt. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei einer zeitkritischen Anwendung des Kreislaufatemschutzgerätes 690, wie sie beispielsweise im Bereich der Brandbekämpfung üblich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 400
- Kühlelement
- 110, 210, 310, 410
- erstes Kühlelementengehäuse
- 112, 122
- flüssigkeitsdichter Verschluss
- 114, 214, 314, 414
- erste Plattenaußenfläche
- 115, 315, 415
- erste Seitenwände
- 116, 216, 316, 416
- erste Platteninnenfläche
- 118, 218, 318
- erstes Kühlelementenvolumen
- 120, 420
- zweites Kühlelementengehäuse
- 124, 424
- zweite Plattenaußenfläche
- 125, 425
- zweite Seitenwände
- 126, 426
- zweite Platteninnenfläche
- 128
- zweites Kühlelementenvolumen
- 130, 130', 430, 430'
- Wölbung
- 211, 311
- Kühlmittel
- 440
- elastischer Abstandshalter
- 442
- Abstandshalteraufnahme
- 600
- Kühlvorrichtung
- 650
- Vorrichtungsgehäuse
- 654
- Gaseinlass
- 656
- Gasauslass
- 658
- Vorrichtungsvolumen
- 660
- zu kühlendes Gas
- 670
- Gehäusewand
- 675
- Klappe
- 680
- Gehäuseeinsatz
- 685
- Aufnahmefach
- 687
- Aufnahmewandung
- 690
- Kreislaufatemschutzgerät
- A1
- geringster erster Abstand
- A2
- geringster zweiter Abstand
- D1
- erste Materialdicke
- D2
- zweite Materialdicke
