DE2344149C3 - Verfahren zur Kontrolle und Regelung der Sauerstofferzeugung in einem abgeschlossenen Raum - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kontrolle und Regelung der Sauerstofferzeugung in einem abgeschlossenen Raum in Übereinstimmung mit den metaoolischen Erfordernissen der darin befindlichen Menschen, wobei eine vorgegebene Anzahl ursprünglich vorhandener, die Luft reinigender und Sauerstoff erzeugender, jeweils im wesentlichen die gleiche Stundenanzahl nutzvoller Lebensdauer aufweisender Kanistereinheiten und Ersatzkanistereinheiten vorgesehen werden, und jede Einheit so ausgelegt ist, daß sie Sauerstoff mit einer Anfangsrate von mindestens der Hälfte der in dem abgeschlossenen Raum erforderlich, jedoch weniger als insgesamt notwendigen Menge erzeugt und wobei zunächst zwei der Kanistereinheiten in das Luftumwälzsystem des abgeschlossenen Raumes eingesetzt werden.

Ein solches Verfahren läßt sich als bekannt der GB-PS 17 242/1907 entnehmen. Bei diesem bekannten Verfahren wird so vorgegangen, daß zu Beginn jeweils zwei Kanister, die ihrerseits wieder aus einer vorgegebenen Anzahl von Einzelkanistern bestehen können, in Reihe geschaltet sind und von einem Gebläse beaufschlagt werden; ist dann der erste der Kanister erschöpft, erfolgt eine Ventilumschaltung in der Weise, daß der zweite Kanister der erste Kanister in der Reihenschaltung mit einem frischen dritten Kanister wird, insgesamt sind drei Kanister vorgesehen, von denen daher stets ein Kanister nicht an das Luftumwälzsystem angeschlossen ist und ausgewechselt werden kann. Der angegebene Zyklus wiederholt sich dann in der Weise, daß nach Erschöpfung auch des ursprünglich zweiten Kanisters der Dritte der erste Kanister wird in einer Reihenschaltung, in weicher der in der Zwischenzeit erneuerte erste Kanister wieder der zweite ist Als nachteilig ist bei diesem bekannten Lufterneuerungssystem anzusehen, daß die Kanister jeweils grundsätzlich in Reihe geschaltet sind, so daß nur eine einzige Frischluft zuführende Leitung vorhanden ist auch steigt bei zunehmender Erschöpfung von die Luft regenerierenden Chemikalien deren Atem- oder Durchlaßwiderstand beträchtlich an, da es zu einem Verklumpen und Zusetzen der Chemikalie kommt Das bekannte System benötigt daher beträchtlich hohe Arbeitsdrücke, auch läßt sich nicht einwandfrei feststellen, zu welchem Zeitpunkt die endgültige Erschöpfung eines Kanisters als gegeben angesehen werden soll, denn tatsächlich wird wegen der Reihenschaltung der beiden Kanistereinheiten die aus dem ersten in den zweiten Kanister fließende Luft zunehmend weniger Sauerstoff enthalten, der zweite Kanister jedoch entsprechend mehr hinzufügen, so daß am Sauerstoffabfall eine Erschöpfung des Kanisters kaum festzustellen ist

Allgemein ist zu dem Problem, eine größere Anzahl von Menschen in einem abgeschlossenen Raum, beispielsweise einem Luftschutzraum mit der notwendigen Atemluft zu versorgen, noch folgendes zu bemerken. Wird bei einem solchen Lufterneuerungssystem eine Chemikalie, üblicherweise ein Superoxyd wie beispielsweise KO2 verwendet dann entnimmt diese Chemikalie aus der Luft Kohlendioxid und fügt Sauerstoff hinzu, und zwar im wesentlichen deshalb, weil der Feuchtigkeitsgehalt der Atemluft oder besser ausgeatmeten Luft die Chemikalie zur Sauerstofferzeugung veranlaßt Um stets genügend Sauerstoff zu jedem Zeitpunkt während der Lebensdauer einer Chemikalie zu erzeugen, kann so vorgegangen werden, daß anfangs so viele die Chemikalie enthaltende Kanistereinheiten in das Lufterneuerungssystem eingeschaltet werden, daß der benötigte Sauerstoffanteil auch dann noch erzeugt wird, nachdem sie mehrere Stunden verwendet worden ist; dies hat jedoch den gravierenden Nachteil, daß während eines beträchtlichen früheren Zeitraumes die Chemikalie vergeudet wurde, da sich dann während des ersten Benutzungszeitraumes eine erhebliche Sauerstoffüberproduktion ergeben hat. Ersetzt man dann, nachdem der Raumsauerstoffgehalt unter eine gegebene Marke abgesunken ist, die benutzten Kanister wieder durch neue, ergibt sich wiederum eine Sauerstoffüberproduktion, so daß sich eine Sauerstofferzeugungsrate in Wellenform ergibt, was weder für die Menschen im Schutzraum, noch für das System selbst als zufriedenstellende ökonomische Situation anzusehen ist. Zwar bemüht sich das aus der weiter vorn erwähnten britischen Patentschrift bekannte Lufterneuerungssy-

item hier bis zu einem gewissen Grade Abhilfe zu schaffen, wobei jedoch neue Schwierigkeiten auftauchen, so daß es Aufgabe vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zur Kontrolle und Regelung der Sauerstofferzeugung in einem abgeschlossenen Raum in Obercinstimmung mit den metabolischen Erfordernissen der darin befindlichen Menschen anzugeben, welches eine im wesentlichen gleichförmige Erzeugungsrate des Sauerstoffes aufrechterhält und dadurch äußerst wirtschaftlich ist, daß die Kanister bis zur völligen Erschöpfung ausgenutzt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem eingangs als bekannt vorausgesetzten Verfahren und besteht erfindungsgemäß darin, daß die beiden Kanistereinheiten zueinander parallel geschaltet sind und weitere Einheiten parallel zu den ersten nacheinander in gleichen Zeitabschnitten hinzugeschaltet werden, wobei sich die Länge eines Zeitabschnitts aus der Lebensdauerstundeiizahl eines Kanisters, geteilt durch die Anzahl der in der Anlage vorgesehenen Kanister ergibt, und der erste Kanister hei Beginn des letzten solchen Zeitabschnittes seiner Lebensdauer und die folgenden Kanister in im wesentlichen gleichen solchen Zeitabständen jeweils unmittelbar vor Ablauf ihrer Lebensdauer durch neue ersetzt werden.

Besonders vorteilhaft ist hierbei, daß wegen der Parallelschaltung stets eine Vielzahl von Durchflußleitungen vorgesehen sind, die dem geschlossenen Raum Sauerstoff zuführen, so daß, etwa bei Verstopfung einer Versorgungsleitung oder eines möglichen Ausfalles, kein Notstand auftreten kann. Auch ist der Durchflußwiderstand im Vergleich zum bekannten Lufterneuerungssystem wesentlich geringer, da sämtliche Kanistereinheiten jeweils parallel liegen.

Zur Durchführung der Erfindung wird zunächst davon ausgegangen, daß eine vorgegebene Anzahl ursprünglicher, die Luft reinigender und Sauerstoff erzeugender Kanistereinheiten eine nutzvolle Lebensdauer von im wesentlichen der gleichen Stundenzahl haben. Jede Einheit wird dabei so zusammengestellt, daß sie mit einem Anfangswert soviel Sauerstoff erzeugt wie dies mindestens der Hälfte der erforderlichen Sauerstoffmenge entspricht d. h. der Sauerstoffmenge, die in dem abgeschlossenen Raum erforderlich ist um das Leben aufrechtzuerhalten, jedoch weniger als tatsächlich notwendig ist. Es werden dann zunächst zwei der ursprünglichen Kanistereinheiten zusammen in das Umwälzsystem für den abgeschlossenen Raum eingeschaltet und die verbleibenden Kanistereinheiten werden in vorgegebenen Zeiträumen dazugeschaltet. d'ese Zeiträume bzw. Zeitabstände errechnen sich dadurch, daß man die Lebensdauerstundenzahl der Sauerstoff erzeugenden Einheiten teilt durch die Anzahl der ursprünglichen Kanistereinheiten. Eine der beiden ursprünglichen zuerst eingesetzten Einheiten wird dann jedoch zu einem Zeitpunkt durch eine Ersatzeinheit ersetzt, die vor dem Ablauf der eigentlichen Lebensdauer liegt, und zwar liegt dieser Zeitpunkt um etwa den Zeitabstand vor dem Ablauf der Lebensdauer, der sich auf die soeben angegebene Weise errechnete. Die verbleibenden ursprünglichen Einheiten werden dann nacheinander jeweils durch eine Ersatzeinheit ersetzt, und zwar in im wesentlichen gleichmäßigen Zeitabständen, unmittelbar bevor die Lebensdauer der zu ersetzenden Einheit abgelaufen ist ⁶S

Auf diese Weise werden auch Spitzenwerte bei der Sauerstofferzeugung und auch bei der Wärmeerzeugung in solchen Systemen vermieden, werden, auch verhindert man Druckschwankungen. Von wesentlicher Bedeutung ist weiterhin, daß die Vergeudung d<jr Sauerstoff erzeugenden. Chemikalien beträchlich reduziert wird und ein solches System daher äußerst sparsam zu arbeiten imstande ist.

Weitere Einzelheiten können der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem Diagramm der Zeichnung entnommen werden, welches die Arbeitsweise beim Einsetzen und Ersetzen der Sauerstoff erzeugenden Kanister verdeutlicht

Zur Erläuterung sei angenommen, daß in einem abgeschlossenen Raum, beispielsweise einem Luftschutzraum oder einem Unterseeboot od. dgL ein Lufterhaltungssystem bzw. ein Luftumwälzsystem angeordnet ist Dieses System umfaßt ein übliches Gebläse bzw. einen Ventilator aus dem Raum abzuziehen und es durch eine Anzahl von mit Ventilen versehenen Leitungen oder Schläuchen zu blasen, die mit Kanistern verbunden sind, die eine Sauerstoff erzeugende Chemikalie enthalten, die auch die Luft durch Entfernung des in ihr enthaltenden Kohlendioxids reinigt. Jeder Kanister bzw. jede Gruppe von Kanistern kann schnell mit einer einzelnen getrennten Leitung verbunden und wieder gelöst werden und kann durch einen gleichen Kanister oder durch eine gleiche Gruppe von Kanistern ersetzt werden. Der Begriff »Kanistereinheit« wird im folgenden so verwendet daß entweder ein einzelner Kanister oder eine Kanistergruppe gemeint ist. Jede Gruppe von Kanistern enthält die gleiche Anzahl von Linzelkanistern.

Zur Durchführung des neuen Verfahrens und zu seiner Erläuterung sei angenommen, daß etwa 225 Menschen in dem erwähnten abgeschlossenen Raum anwesend sind, wobei eine Menge von etwa 28,31 Sauerstoff pro Mannstunde und die Entfernung etwa 25.5 1 Kohlendioxid pro Mannstunde erforderlich ist. Es sind insgesamt zwanzig chemische Kanister vorhanden, die jeweils 18,1 kg KO2 enthalten und mit zwanzig Verbindungsleitungen bzw. Schläuchen verbunden sind. Durch diese Kanister wird mit einer Rate von etwa 8501 pro Min. Luft hindurchgeblasen. Sämtliche Kanister haben eine nutzvolle Lebensdauer von im wesentlichen der gleichen Stundenanzahl, beispielsweise von 12 Stunden. Kanister unterschiedlicher Größe haben eine längere bzw. kürzere Lebensdauer. Zur Erzeugung der für den Raum benötigten erforderlichen Sauerstoffmengen ist die Hälfte der Kanister notwendig, wenn die Kanister frisch sind, d. h. sich im frischen Zustand befinden. Daraus folgt, daß eine Gruppe von nur fünf Kanistern nicht genug Sauerstoff erzeugt um dieser Forderung zu entsprechen, mindestens jedoch Sauerstoff mit einer Anfangsrate erzeugt die mindestens der Hälfte des benötigten Sauerstoffbedarfs entspricht. Die zwanzig Kanister sind in vier Kanistergruppen bzw. Einheiten zu je fünf Kanistern geteilt

Nachdem der Raum mit der angegebenen Anzahl von Menschen abgeschlossen worden ist. braucht mit Bezug auf die Luftumwälzanlage bzw. das Lufterhaltungssystem zunächst nichts weiter veranlaßt zu werden, bis zu dem Moment an welchem der Sauerstoff in dem Raum beginnt, unter ein noch annehmbares Niveau abzufallen. Dann wird, nachdem zwei der Kanistereinheiten (zehn Kanister) mit der erforderlichen Anzahl von Verbindungsleitungen in dem System verbunden worden ist, das Gebläse in Betrieb genommen. Die von dem Gebläse durch die Kanister gepumpte Luft wird gereinigt, (d. h. CO2 wird entfernt) und es wird Sauerstoff erzeugt und der Luft in bekannter Wei-

>e beigegeben. In regelmäßgen Abständen, nachdem das System zu arbeiten begonnen hat, werden die verbleibenden zwei Kanistereinheiten, wobei jede Einheit wiederum aus fünf Kanistern besteht, an das System zur Durchströmung angeschlossen, indem die Einheiten mit den Verbindungsleitungen oder Schläuchen des Systems verbunden werden. Der Zeitraum bzw. der Zeitpunkt, an welchem dies vorgenommen werden soll, wird dadurch bestimmt, daß man die Lebensdauer eines Kanisters in Stunden durch die Anzahl der Kanistereinheiten teilt Bei dem betrachteten Beispiel mit einer Kanisterlebensdauer, die auf zwölf Stunden geschätzt worden ist, und mit vier ursprünglichen Kanistereinheiten sollten frische Einheiten jeweils alle drei Stunden dem System hinzugefügt werden. Das heißt, daß die dritte Einheit nach Ablauf von drei Stunden und die verbleibende vierte Einheit nach Ablauf von sechs Stunden in das System mit eingeschaltet und mit diesem verbunden werden^Dies schaltet dann sämtliche zwanzig ursprünglichen Kanister in den Kreislauf ein, der nun die Gegenwart von zwanzig Kanistern erforderlich macht, so lange wie das System noch fortfährt zu arbeiten, und zwar auf Grund des sich verändernden unterschiedlichen Ausmaßes an Erschöpfung der Chemikalie in den verschiedenen Kanistereinheiten.

Um ein volles Komplement von zwanzig Kanistern aufrechtzuerhalten, ist ein Vorrat von Ersatzkanistereinheiten vorgesehen. Diese sind gleich bzw. ähnlich den ursprünglichen Kanistereinheiten. Neun Stunden, nachdem die ersten zehn Kanister in das System eingesetzt worden sind, wird eine der zuerst eingesetzten beiden Kanistereinheiten entfernt und durch eine dieser Ersatzkanistereinheiten ersetzt Obwohl dies drei Stunden vor dem Zeitpunkt ist an welchem die ersetzte Einheit normalerweise vollkommen erschöpft sein würde, bedeutet dies keine allzugroße Verschwendung der Chemikalie, da während der letzten drei Stunden die Chemikalie sich ohnehin schon in einem fortgeschrittenen Zustand an Erschöpfung befinden würde.

Die Kanistereinheiten werden nun in im wesentlichen regelmäßigen Abständen ersetzt ziemlich genau, bevor die Lebensdauer jeder ersetzten Kanistereinheit erschöpft ist Das heißt die zweite der beiden zunächst in das System eingesetzten Einheiten wird etwa drei Stunden, nachdem die erste Ersatzeinheit in das System eingeschaltet worden war, ersetzt d. h. zwölf Stunden nach dem diese zweite Ersatzeinheit in das System eingeschaltet worden war. Wenn die anderen Kanistereinheiten das Ende ihrer zwölfstündigen Lebensdauer erreichen, werden sie durch frische Einheiten ersetzt Dies bedeutet daß jeweils eine andere Einheit alle drei Stunden so lange ersetzt wird, wie es notwendig ist, den Raum bzw. die Unterkunft abgeschlossen zu halten. Dabei ist festzustellen, daß, nachdem die erste Kanistereinheit nach Ablauf von neun Stunden ersetzt worden ist, die Ersatzeinheiten aufeinanderfolgend alle drei Stunden dem System hinzugefügt werden. Als Folge dieses gleichmäßigen Ersatzes verbleibt die Konzentration von Sauerstoff in der Luft; des abgeschlossenen Raumes und die Absorption von CCh praktisch gleichmäßig und konstant und ist nicht den Höhen und Tiefen unterworfen, die auftreten würden, wenn sämtliche Kanister zur gleichen Zeit ersetzt werden würden. Dabei wird auch aus der Chemikalie in jedem Kanister ein voller Nutzen gezogen mit Ausnahme der ersten er setzten Einheit wobei man eine Vergeudung der Che mikalie vermeidet Ein weiterer Vorteil dieses Systems und dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Wärmeerzeugung durch das System im wesentlichen gleichmäßig und konstant bleibt und auch

Druckschwankungen auf Grund Veränderungen im Gasvolumen vermieden werden. All dies ist möglich,

ohne daß es notwendig ist kostspielige Anschaffungen für zusätzliche Regelungen und Kontrollen vorzusehen.

Da die Rate der Sauerstofferzeugung und der Entfer-

nung bzw. Bindung von CO2 von dem Feuchtigkeitsgehalt und dem CCh-Gehalt der durch die Kanister fließenden Luft abhängt, darüberhinaus auch von der Geschwindigkeit des Luftstromes, ist es sehr erwünscht die Feuchtigkeit in dem abgeschlossenen Raum so gleichmäßig wie möglich und so niedrig als praktisch durchführbar zu halten, bevorzugt zwischen 7,22 und 10⁰C Taupunkt Dies kann durch eine KHmaregulierung des abgeschlossenen Raumes oder durch einen Entfeuchter bewirkt werden. Unter diesen Bedingungen bleibt auch der Durchflußwiderstand der Kanister über seine gesamte Lebensdauer relativ konstant und die Kanister verklumpen nicht und setzen sich nicht zu.

Das System der zeitlichen Verwendung und des Einschiebens und Ersetzen der Kanister ist in der beige- fügten Zeichnung grafisch dargestellt Wie dem Diagramm der Zeichnung entnommen werden kann, werden die Kanistereinheiten A und B, die jeweils aus fünf Einzelkanister bestehen, als erste und zur gleichen Zeit in das System eingeschaltet Drei Stunden später wird die Einheit C eingeschaltet bzw. mit dem System verbunden und drei Stunden später dann noch die Einheit D. Sämtliche zwanzig Kanister sind nun mit dem System verbunden und arbeiten. Nach Ablauf von neun Stunden wird die Kanistereinheit A entfernt und durch eine Ersatzeinheit E ersetzt Die Einheiten B. C und D bleiben für ihre gesamte zwölfstündige Lebensdauer in

Betrieb, d. h. die Ersatzeinheit F ersetzt die Einheit B

erst nach Ablauf von drei Stunden, nachdem die Ersatz -

. einheit E in das System eingeschaltet worden war. Die Ersatzeinheiten G und H folgen dann der Ersatzeinheit F jeweils in dreistündigen Abständen. Diese Ersatzemheiten können dann selbst wiederum durch weitere Ersatzeinheiten jeweils in diesen dreistündigen Abständen ersetzt werden, und zwar so lange, wie dies not- wendig ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ί. Verfahren zur Kontrolle und Regelung der Sauerstofferzeugung in einem abgeschlossenen Raum in Übereinstimmung mit den metabolischen Erfordernissen der darin befindlichen Menschen, wobei eine vorgegebene Anzahl ursprünglich vorhandener, die Luft reinigender und Sauerstoff erzeugender, jeweils im wesentlichen die gleiche Stundenanzahl nutzvoller Lebensdauer a»ifweisender Kanistereinheiten und Ersatzkanistereinheiten vorgesehen werden, und jede Einheit so ausgelegt ist, daß sie Sauerstoff mit einer Anfangsrate von mindestens der Hälfte, der in dem abgeschlossenen Raum erforderlichen, jedoch wep'ger als insgesamt notwendigen Menge erzeugt und wobei zunächst zwei der Kanistereinheiten in das LuftumwäJzsystem des abgeschlossenen Raumes eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kanistereinheiten zueinander parallel geschaltet sind und weitere Einheiten parallel zu den ersten nacheinander in gleichen Zeitabschnitten hinzugeschaltet werden, wobei sich die Länge eines Zeitabschnitts aus der Lebensdauerstundenzahl eines Kanisters geteilt durch die Anzahl der in der Anlage vorgesehenen Kanister ergibt, und der erste Kanister bei Beginn des letzten solchen Zeitabschnittes seiner Lebensdauer und die folgenden Kanister in im wesentlichen gleichen solchen Zeitabständen jeweils unmittelbar vor Ablauf ihrer Lebensdauer durch neue ersetzt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchtigkeit in dem abgeschlossenen Raum im wesentlichen auf einem konstanten Wert gehalten wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Taupunkt der Luft in dem abgeschlossenen Raum zwischen 7,22 und 1O⁰C liegt.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kanistereinheit aus einer vorgegebenen Anzahl von Einzelkanistern besteht
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Ersatzkanistereinheiten aufeinanderfolgend und in im wesentlichen gleichmäßigen Abständen unmittelbar vor Ende ihrer Lebensdauer ersetzt werden.