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Unterwassergerät zur Aufbereitung der Atemluft für mit geschlossenem
Kreislauf arbeitende Taucheratmungsgeräte, Unterwasserkammern und Tauchboote Die
Erfindung betrifft ein Unterwassergerät zur Aufbereitung der Atemluft für mit geschlossenem
Kreislauf arbeitende Taucheratmungsgeräte, Unterwasserkammern und Tauchboote, durch
das die Kohlensäure aus der Atemluft entfernt und diese mit Sauerstoff angereichert
wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Unterwassergerät
zu schaffen, bei dem der im umgebenden Wasser gelöste Sauerstoff zur Anreicherung
der Atemluft nutzbar gemacht wird. Als Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, daß eine aus gasdurchlässigem dünnem Material bestehende, die Atemluft
führende Schlauchleitung kapillaren Durchmessers und großer Länge in einen gasdichten,
mit Anschlüssen für den Ein- und Austritt von gelösten Sauerstoff enthaltendem Seewasser
versehenen Durchlaufbehälter größeren Durchmessers locker eingelegt und mittels
Durchtrittsstutzen zum Einschalten in den Kreislauf der Atemluft daran befestigt
ist, wobei das Durchströmen des Wassers und erforderlichenfalls auch der Atemluft
durch Pumpen bewirkt wird.
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Vorteilhafterweise besteht das gasdurchlässige Material der Schlauchleitung
aus Silikongummi. Zweckmäßigerweise ist dem Aufbereitungsgerät zum Kondensieren
des in der Atemluft enthaltenen Wasserdampfes ein Kondensator nachgeschaltet, wobei
das erhaltene Wasser als Trinkwasser dient.
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Nachstehend werden erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele an Hand der
Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine schematische schaubildliche
Darstellung eines Tauchers, der mit einem Unterwassergerät zur Aufbereitung der
Atemluft nach der Erfindung ausgerüstet ist, F i g. 2 eine vergrößert gezeichnete
schaubildliche Darstellung eines Teils des Aufbereitungsgerätes nach F i g. 1, F
i g. 3 eine Seitenansicht eines Durchlaufbehälters des Aufbereitungsgerätes, teilweise
geschnitten, F i g. 4 einen Schnitt gemäß Linie 4-4 in F i g. 3, F i g. 5 eine der
F i g. 4 ähnliche Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung, F i g.
6 einen vergrößert gezeichneten Schnitt durch ein beim Gerät nach F i g. 5 benutztes
Verteilerglied und F i g. 7 eine schaubildliche Darstellung einer Unterwasserkammer
mit einem Aufbereitungsgerät nach der Erfindung.
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Die F i g. 1 zeigt einen Taucher mit einer Atemmaske 30 und einem
Unterwassergerät 32 zur Aufbereitung der Atemluft nach der Erfindung. Das Aufbereitungsgerät
32 wird nach Art eines Rucksackes mittels Trägern 38 auf dem Rücken getragen. Das
Aufbereitungsgerät 32 besteht im vorliegenden Fall aus zwei Durchlaufbehältern 40,
von denen jeder aus einer Anzahl kleinerer rohrförmiger Einheiten besteht, wie später
noch beschrieben wird. Jeder Behälter 40 ist mit einem Lufteinlaßrohr 42 versehen,
das jeweils mit der Atemmaske 30 durch geeignete Fittinge und einen sich verzweigenden
Schlauch 44 verbunden ist. Jeder Durchlaufbehälter 40 ist ferner mit einem Luftauslaßrohr
46 versehen, dessen Auslaßende jeweils mittels eines sich verzweigenden Schlauches
50 mit einem Atembalg 48 in Form einer Gummiblase in Verbindung steht. Der an den
Luftauslaßrohren 46 angebrachte Atembalg 48 gestattet das Ausatmen des Tauchers,
wobei die Ausatemluft durch das Aufbereitungsgerät 32 in den Atembalg 48 geleitet
wird. Bei dem darauffolgenden Einatmen wird die Atemluft ein zweites Mal durch das
Aufbereitungsgerät geleitet, wobei der Atemluft Sauerstoff zugesetzt und Kohlendioxyd
entzogen wird, wie später noch ausführlich beschrieben wird.
Bei
dem Aufbereitungsgerät 32 wird das umgebende Wasser als Gasübertragungsmittel und
als Sauerstoffquelle benutzt. Die Durchlaufbehälter 40
bilden daher einen
Wasserleitungskanal. Die inneren Wasserleitungskanäle der Behälter 40 sind durch
eine Rohrleitung 52 miteinander verbunden und bilden einen einzigen Strömungskreis.
Es ist jedoch auch eine Parallelverbindung möglich. Eine vom Taucher als einen Teil
seiner Ausrüstung getragene Pumpe 54 drückt Wasser aus der Umgebung durch die Wasserleitungskanäle
der Durchlaufbehälter 40. Die Pumpe 54 weist einen Einlaß 56 auf, über den das Wasser
aus der Umgebung angesaugt wird, und führt es über einen Schlauch 58 einem der Behälter
40 unter Druck zu. Das durch die Behälter 40 hindurchgedrückte Wasser verläßt
diese durch einen Auslaß 60.
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Um eine Anpassung an den Sauerstoffbedarf der verschiedenen Taucher
zu bewirken, kann man die Anzahl der Behälter variieren.
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Die F i g. 2 bis 4 zeigen in ausführlicher Darstellung einen der Durchlaufbehälter
40, der aus einer Anzahl von rohrförmigen Einheiten 62 besteht, welche vorzugsweise
aus einem geeigneten harzartigen Kunststoff oder aus einem anderen steifen Material
hergestellt sind. Für die Herstellung der rohrförmigen Einheiten 62 ist ein inertes
Material erwünscht, um eine Korrosion oder eine Reaktion mit dem umgebenden Wasser
zu vermeiden. Jede der rohrförmigen Einheiten 62 bildet einen Teil des Durchlaufbehälters
40, wobei die rohrförmigen Einheiten 62 axial angeordnet sind und zwischen den Verschlußplatten
64 und 66 zusammengeklemmt werden können. Für diesen Zweck werden am besten Zugstangen
68 und Flügelmuttern 70 verwendet, wobei die Zugstangen 68 durch die Verschlußplatten
64 und 66 hindurchgeführt sind. Die Zugstangen 68 werden vorzugsweise über die gesamte
Länge hinweg mit einem Gewinde versehen, so daß je nach Wunsch Einheiten 62 hinzugefügt
oder entfernt werden können.
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Die Verschlußplatten 64 und 66 werden aus demselben Material hergestellt
wie die Einheiten 62 oder aus einem Material, das sich mit dem Material derselben
verträgt. An den Verschlußplatten sind mit Hilfe einer Verschraubung, Verschweißung
oder Verklebung die Anschlußstücke 72 angebracht, die zum Anbringen des Schlauches
58 von der Pumpe und der Leitung 52 dienen, wie aus F i g. 3 ersichtlich ist.
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Jede der rohrförmigen Einheiten 62 ist an den Enden offen, wobei jeweils
die eine Stirnfläche mit einer Ringnut 74 versehen ist, während die entgegengesetzte
vollständig eben ist. Über das Innere einer jeden Einheit hinweg erstreckt sich
an der nicht unterbrochenen Stirnseite ein gewebtes oder perforiertes Sieb 76, das
in der Einheit mittels Preßsitz befestigt ist. In jede Nut 74 ist ein Dichtungsring
78 eingelegt, der zusammengedrückt wird, wenn die Einheiten 62 von den Zugstangen
68 und den Flügelmuttern 70 zusammengeklemmt werden. Ebenso dichtet eine Dichtung
78 die Trennfuge zwischen der oberen Einheit und der Verschlußplatte 64 ab. Die
Verschlußplatte 66 ist mit einer Ringnut 80 versehen, in die gleichfalls ein Dichtungsring
78 eingelegt ist, der die Trennfuge an dieser Stelle abdichtet. Die Verschlußplatten
und die Einheiten bilden somit einen geschlossenen gasdichten Durchlaufbehälter
40, durch den das Wasser strömt. In dem von jeder Einheit 62 gebildeten Hohlraum
befindet sich eine die Atemluft führende Schlauchleitung 82 aus gasdurchlässigem
Material, die in dem hindurchströmenden Wasser eingetaucht ruht. Jede Schlauchleitung
82 bildet einen Kanal für die Atemluft des Tauchers. Bei der in den F i g. 2 bis
4 dargestellten Ausführungsform besteht die Schlauchleitung 82 aus einem Kapillarrohr,
das ununterbrochen verläuft und locker in die betreffende Einheit 62 eingespult
ist, so daß die Außenseite für das die Einheit durchströmende Wasser frei liegt.
Ein Kapillarrohr wird deswegen verwendet, weil es für die Gasübertragung im Verhältnis
eine große Außenfläche aufweist.
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Die Schlauchleitung 82 ist an den Enden mit Hohlnadeln 84 und
86 verbunden, die durch die Seitenwand der betreffenden Einheit 62 hindurchgeführt
sind, wie in der F i g. 4 dargestellt. Die Verbindung wird in der Weise hergestellt,
daß die Enden der Schlauchleitung 82 auf die innen gelegenen Enden der Hohlnadeln
84 und 86 aufgeschoben werden. Die außen gelegenen Enden der Hohlnadeln sind an
den Fittingen 88 und 90 befestigt, die mit dem Luftauslaßrohr 46 bzw.
dem Lufteinlaßrohr 42 in Verbindung stehen, wobei für die Herstellung dieser letztgenannten
Verbindungen kurze Abschnitte 92 und 94 einer geeigneten Rohrleitung verwendet werden.
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Das für die Schlauchleitung 82 gewählte besondere Material weist eine
geeignete Durchlässigkeit für die in Betracht kommenden Gase, nämlich für Sauerstoff
und Kohlendioxyd, auf. Für die Zwecke der Erfindung eignet sich hervorragend Silikongummi.
Weitere Materialien, die sich als geeignet erwiesen haben, sind Polytetrafluoräthylen
und verschiedene Abkömmlinge der Äthylzellulose. Der Gesamtdurchmesser und die Wandstärke
der Schlauchleitung 82 werden bestimmt von dem Wunsch, die dem strömenden Wasser
ausgesetzte Außenseite oder Membranfläche möglichst groß zu halten. Ein Silikongummischlauch
mit einem Innendurchmesser von 0, 3 mm und einem Außendurchmesser von 0,6 mm hat
sich als außerordentlich brauchbar erwiesen, obwohl auch ein solcher mit einem Innendurchmesser
bis zu 1,58 mm und einer Wandstärke von 0,125 bis 0,430 mm verwendbar ist, wobei
jedoch die Länge des Schlauches von der kleineren oder größeren Fläche bestimmt
wird, die der gewählte besondere Schlauch aufweist.
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Das Unterwasseraufbereitungsgerät 32 dient im Gebrauch zum Reinigen
und zur Sauerstoffanreicherung der vom Taucher ausgeatmeten Atemluft, bevor diese
dem Taucher zum Einatmen wieder zugeführt wird. Im besonderen strömt die vom Taucher
ausgeatmete Luft durch den Schlauch 44, durch die Lufteinlässe 42, danach durch
die verschiedenen Schlauchleitungen 82 und in die Luftauslässe 46. Hiernach strömt
diese ausgeatmete Luft über den sich verzweigenden Schlauch 50 in den Atembalg 48
und dehnt diesen aus. Während diese ausgeatmete Luft durch die Schlauchleitungen
82 strömt, erfolgt, da diese gasdurchlässig sind, eine Gasübertragung durch die
Wände derselben hindurch, und zwar infolge der relativen Differenz des Teildruckes
der Gase in der ausgeatmeten Luft und im Wasser. Das durch den Durchlaufbehälter
gepumpte Wasser nimmt einerseits Kohlendioxyd über die Wände der Schlauchleitungen
auf und gibt andererseits gelösten
Sauerstoff durch die Wände der
Schlauchleitungen hindurch zur ausgeatmeten Luft.
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Beginnt der Taucher einzuatmen, so wird die in den Atembalg 48 hineingedrückte
Atemluft daraus abgesaugt und strömt ein zweites Mal durch das Aufbereitungsgerät
32, wodurch mit Sicherheit eine ausreichende Aufbereitung bewirkt wird. Dieser Vorgang
wird daher ständig wiederholt, wenn der Taucher atmet.
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Da das Aufbereitungsgerät 32 eine in sich geschlossene Einheit darstellt,
ist die Sauerstoffquelle des Tauchers nicht den Gefahren eines stark bewegten Seeganges
ausgesetzt, und er erhält eine große Freiheit bei der Bewegung und bei der Wahl
der Tauchtiefe. Da das Aufbereitungsgerät 32 den im umgebenden Wasser gelösten Sauerstoff
benutzt, kann der Taucher beliebig lange unter Wasser bleiben.
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Die F i g. 5 und 6 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung,
wobei gleiche und einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie
bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 bis 4 versehen sind, während Kennzeichen
mit dem Zusatz »a« verwendet werden, um diejenigen Elemente zu unterscheiden, die
besonders zu der Ausführungsform nach den F i g. 5 und 6 gehören.
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Die in den F i g. 5 und 6 dargestellte abgeänderte Ausführung ist
durch Mehrfachatemluftschläuche zwischen den Verteilern oder Rohren 42 a und 46
a ausgezeichnet. Im besonderen ist ein Verteiler 100 auf die Fittinge 88
a und 90 a aufgesetzt, die sich durch die Seitenwände der Einheiten
62 a hindurch erstrecken. Die F i g. 6 zeigt einen Verteiler 100 mit einem hohlen
Schaftteil 102, einem hohlen Körper 104 und mit sechs nadelförmigen Verbindern 106.
Der Schaftteil 104 wird durch eine an der Seitenwand der Einheit 62 a vorgesehene
C)ffnung hindurchgeführt und mit einer Bohrung an einem der Fittinge 88
a oder 90 a in Verbindung gesetzt. Der hohle Schaft 102 öffnet sich
ferner in den Hohlraum des Körpers 104, während der hohle Körper 104 sich seinerseits
in die in der Mitte gelegenen Bohrungen der nadelförmigen Verbinder 106 öffnet.
Auf jeden Verbinder 106 ist das eine Ende einer Länge der Kapillarschlauchleitung
82 a aufgeschoben.
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Wie aus der F i g. 5 zu ersehen ist, sind die einzelnen Schlauchleitungen
82 a mit jedem der Verteiler 100 verbunden, wobei zwischen den Verteilern sechs
parallele Strömungskreise hergestellt werden. Durch diese Maßnahme wird die volumetrische
Luftströmung zwischen den Fittingen 88 a und 90 a
wesentlich vergrößert
und dabei der Wirkungsgrad der Gasübertragung erhöht, während die Leistung vermindert
wird, die erforderlich ist, um die Luft in Umlauf zu setzen.
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Bei der Ausführungsform nach den F i g. 5 und 6 sind die Schlauchleitungen
82 a sehr locker in den Hohlraum einer jeden Einheit 62 a eingelegt. Auf Grund dieses
lockeren Einlegens können die Schlauchleitungen sich der Wasserströmung durch eine
relativ freie Bewegung anpassen, wobei das Auftreten von Kavitationseffekten an
den Schlauchleitungen im wesentlichen vermieden wird. Ferner erfolgt die Gasübertragung
mit größerem Wirkungsgrad.
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Das Unterwasseraufbereitungsgerät für Atemluft ist nicht auf die Benutzung
durch einen einzelnen Taucher beschränkt, sondern kann ebensogut für ein Tauchboot
oder eine Unterwasserkammer benutzt werden. Die F i g. 7 zeigt eine als Ganzes mit
110 bezeichnete Unterwasserkammer, die mit einem Unterwasseraufbereitungsgerät für
Atemluft 32 b ausgestattet ist, wobei die den Bauelementen des Gerätes nach den
F i g. 1 bis 4 entsprechenden Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind,
während Bezugszeichen mit dem Zusatz »b« für diejenigen Bauelemente verwendet sind,
die im besonderen zu der Ausführung nach der F i g. 7 gehören. Die Unterwasserkammer
110 soll einen schützenden Aufenthaltsort für Menschen bilden, die für längere Zeit
unter Wasser leben und die periodisch daraus Ausflüge in das umgebende Wasser zum
Erkunden, Fischefangen oder zum Durchführen wissenschaftlicher Experimente unternehmen.
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Das Aufbereitungsgerät 32 b für die Atemluft weist wesentlich größere
Abmessungen als das für einen einzelnen Benutzer bestimmte Gerät auf. Das Gerät
32 b weist naturgemäß auch größere Längen an Schlauchleitungen aus dem die Gase
übertragenden Material auf, da größere Luftmengen aufbereitet werden müssen. Außerdem
ist das Gerät 32 b an der Seite der Unterwasserkammer 110 in einem Behälter 112
angeordnet, obwohl es auch in der Kammer selbst vorgesehen sein könnte. Ferner ist
eine Luftpumpe 114 vorgesehen, die aus dem Inneren der Kammer 110 Luft absaugt und
zum Lufteinlaßschlauch 44 b leitet, der zum Gerät 32 b führt. Die das Wasser in
Umlauf setzende Pumpe 54 b ist auch größer bemessen, damit sie das Wasser
in der erforderlichen Menge durch das Gerät 32 b pumpen kann.
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Bei dem für ein Tauchboot oder für eine Unterwasserkammer vorgesehenen
Gerät nach der Erfindung kann die Luft nach dem Gerät 32 b noch durch einen Kondensator
116 geleitet und erst danach in die Unterwasserkammer 110 zurückgeführt werden.
Im Kondensator wird die aufbereitete Luft von dem darin enthaltenen Wasserdampf
befreit. Da das kondensierte Wasser frei von gelösten Salzen und anderen Unreinheiten
ist, kann es als Trinkwasser verwendet werden. Das Kondensat aus dem Kondensator
116 läuft infolge der Eigenschwere in einen Behälter 118 ab, dem es nach Wunsch
mittels eines Wasserhahns 120 entnommen werden kann. Die aufbereitete und von der
Feuchtigkeit befreite Luft strömt aus dem Kondensator 116 durch eine Rohrleitung
122 in die Unterwasserkammer 110. Das Wasser in der Umgebung wird
geeigneterweise als Wärmeaustauschmittel für den Kondensator 116 benutzt.