DE2638277A1 - Respirator gas heating and humidifying device - uses oxygen hydrogen mixt. with catalyst to produce heat and humidity - Google Patents
Respirator gas heating and humidifying device - uses oxygen hydrogen mixt. with catalyst to produce heat and humidityInfo
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Abstract
Description
Heizer und Befeuchter für eine Atemmaske oder ein anderes Heater and humidifier for a breathing mask or another
Atemgerät Die Erfindung betrifft einen Heizer und Befeuchter für eine Atemmaske oder ein anderes Atemgerät, der kontrollierte Mengen Wärme und Feuchtigkeit einem Atemgas zuführt. Breathing apparatus The invention relates to a heater and humidifier for a breathing mask or other breathing apparatus that provides controlled amounts of heat and moisture supplies a breathing gas.
Beim normalen Atenvorgang wird die inhalierte Luft beim Durchgang durch die Nasen-, Tracheal- und Bronchialkanäle erwärmt und angefeuchtet. Diese grundlegende Körperfunktion schlitz die empfindlichen Embranen in den Lungen, kann aber nicht ausreichend sein, wenn sehr kalte, trockene Luft heftig oder rasch geatmet wird. Bei der Exhalation wird etwas Wärme und Feuchtigkeit zu den Wänden der Atemwege zurückgeführt. Die meiste Wärme und Feuchtigkeit geht jedoch in den exhalierten Gasen verloren.During the normal breathing process, the inhaled air is released during passage warmed and moistened through the nasal, tracheal and bronchial canals. These Basic body function slits the delicate embrances in the lungs that can but not sufficient if very cold, dry air is breathed heavily or quickly will. When exhaled, some heat and moisture is added to the walls of the airways returned. Most of the heat and moisture, however, goes into the exhaled Gases lost.
In Ruhe und bei angenehmer Zimmertemperatur beträgt der Energieverlust größenordnungsmäßig eine Kilokalorie pro Stunde. Dies wird durch die normalen Körperfunktionen leicht kompensiert.In rest and at a comfortable room temperature, the energy loss is on the order of one kilocalorie per hour. This is done through normal body functions slightly compensated.
Bei einer Temperatur von -300C und einer Höhe von 5500 m jedoch, bei einer geringen Feuchtigkeit und einer geringen Arbeitsrate von sechzig Atmungen pro Minute und einem mittleren Volumen von ungefähr zwei Litern pro Atmung beträgt der Verlust ungefähr 230 kcal und 250 g Wasser pro Stunde. Dies ist ein beträchtlicher Teil der Energieerzeugung des Körpers. Allein die Benutzung warmer Kleider kann dann nicht mehr ausreichend sein, die notwendige Energiemenge zurückzubehalten. Da außerdem das Durstgefühl durch extreme Kälte unterdrückt wird, könnte eine Dessikation zum Problem werden.At a temperature of -300C and an altitude of 5500 m, however, at a low humidity and a low work rate of sixty breaths per minute and an average volume of approximately two liters per breath the loss is about 230 kcal and 250 g of water per hour. This is a considerable one Part of the body's energy production. Only the use of warm clothes can do then it will no longer be sufficient to retain the necessary amount of energy. In addition, since the feeling of thirst is suppressed by extreme cold, a dessication become a problem.
Es wurden bereits verschiedene Techniken entwickelt, ein Atem gas zu erwärmen und zu befeuchten. Diese Verfahren sind üblicherweise komplex, die Vorrichtungen sind schwer. Thermische Heizer benötigen Energiequellen und gehen mit ihrer Energie nicht besonders wirksam um. Ein Befeuchter muß in trockener atmosphärischer Umgebung in irgendeiner Form Wasser speichern und ist deshalb schwer und voluminös. Aus Bequemlichkeits- und Verläßlichkeitsgründen sollte ein solcher Apparat einfach, kompakt sein und ein Minimum an gespeichertem, energieerzeugendem Medium erfordern.Various techniques have already been developed, a breath gas to warm and humidify. These procedures are usually complex, the devices are heavy. Thermal heaters need energy sources and go with their energy not particularly effective around. A humidifier must be in a dry atmospheric environment Store water in some form and is therefore heavy and bulky. For convenience and for reasons of reliability, such an apparatus should be simple, compact and require a minimum of stored, energy-generating medium.
Der von dieser Vorrichtung geschaffene Apparat ist für Atemmasken, Mundstücke und ähnliches geeignet, die unter Wasser oder in ir Atmosphäre verwendet werden. Typische Einsatzgebiete sind Tauchen, Bergsteigen, Tätigkeiten in der Artik oder unter strengen Winterbedingungen oder anderen Kältezuständen, in der Luftraum und in Weltraummissionen. Der Einsatz ist allgemein überall dort möglich, wo Luft oder Atemgas bei Extremwerten von Kälte und geringer Feuchtigkeit verwendet werden muß.The apparatus created by this device is for breathing masks, Mouthpieces and the like suitable for use underwater or in an atmosphere will. Typical areas of application are Diving, mountaineering, activities in the Artik or under severe winter or other cold conditions, in the airspace and in space missions. The use is generally everywhere there possible where air or breathing gas at extreme values of cold and low humidity must be used.
Der Apparat verwendet eine Wasserstoffquelle, vorzugsweise in Gasform aus Gründen der Speicherung und Verwendbarkeit. Die verwendete Menge ist sehr gering. Ein kleiner Hochdruckzylinder enthält hinreichend Wasserstoff für lange andauernde Verwendung. In der einfachsten Form des Gerätes wird der Wasserstoff in geeigneten Verhältnissen mit der Luft oder dem Atemgas in einem unter Druck stehenden Behälter vorgemischt. Ein Heizer ist direkt in der Leitung von der Versorgungsquelle zum Atemausgang, beispielsweise einem Mundstück oder Maske, installiert. Der Heizer arbeitet vorzugsweise katalytisch, wodurch keine Energiequelle benötigt wird. Geeignete Katalysatoren sind beispielsweise metallisches Platin, Paladium, Vanadium, Chrom, Kupfer, Mangan, Kobalt, Nickel oder die Oxyde dieser Metalle. Die Katalysatoren können überzogen sein oder von Trägern aus Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Silikagel, Asbest, Diatomee-Erde oder siebartig angeordneten Metalldrähten gehalten werden.The apparatus uses a source of hydrogen, preferably in gaseous form for reasons of storage and usability. The amount used is very small. A small high-pressure cylinder contains enough hydrogen for long-term use Use. In the simplest form of the device, the hydrogen is converted into suitable Relationships with the air or breathing gas in a pressurized container premixed. A heater is directly in line from the supply source to the Breath outlet, for example a mouthpiece or mask, installed. The stoker preferably works catalytically, which means that no energy source is required. Suitable Catalysts are, for example, metallic platinum, palladium, vanadium, chromium, Copper, manganese, cobalt, nickel or the oxides of these metals. The catalysts can be coated or supported by aluminum oxide, magnesium oxide, silica gel, Asbestos, diatomaceous earth or metal wires arranged like a sieve are held.
Wenn das den Wasserstoff enthaltende Atemgas über den Katalysator streicht, wird der Wasserstoff verbrannt und erwärmt das Gas. Zusätzlich verbindet sich der Wasserstoff mit Sauerstoff im Atemgas und erzeugt Wasserdampf, der das Gas befeuchtet. Solange die Wasserstoffmenge unterhalb von 3% der Gesamtgasmenge gehalten wird, besteht keine Explosionsgefahr und die Verbrennung läßt sich leicht kontrollieren. Diese Menge reicht bei Weitem dazu aus, unter allen denkbaren Bedingungen, für die das Gerät gebaut ist, für die notwendige Energie zu sorgen.When the breathing gas containing hydrogen over the catalyst drops, the hydrogen is burned and heats the gas. Additionally connects the hydrogen with oxygen in the breathing gas and generates water vapor, which the Gas humidified. So long the amount of hydrogen below 3% the total amount of gas is maintained, there is no risk of explosion and combustion is easy to control. This amount is by far sufficient, among all conceivable conditions for which the device is built for the necessary energy to care.
Bei anderen Ausführungsformen, insbesondere zur Verwendung in der Atmosphäre, wird der Wasserstoff in einem Behälter gespeichert und in geregelter Menge in einen Atemgasstrom injiziert. Der Wasserstoff wird in das katalytische Material oder nahe dem Ratalysator oder einem anderen Heizungselement injiziert. Zweckmäßigerweise kann die Heizeinheit in der Atemmaske selbst eingebaut sein. Die Strömung wird durch ein Ventil gesteuert, das auf den Zustand des Atemgases anspricht. Dabei kann es sich um ein Ventil handeln, das durch den Atemvorgang selbst betätigt wird, oder um eine temperaturempfindliche Einrichtung, die einen bestimmten, stabilen Wärmezustand aufrecht erhält. Der katalytisch arbeitende Heizer ist der einfachste und bequemste für ein tragbares System. Heiße Drähte, Flammen oder andere Zündeinrichtungen können verwendet werden, wenn es die Umstände zulassen.In other embodiments, in particular for use in the Atmosphere, the hydrogen is stored in a container and in a regulated one Amount injected into a breathing gas stream. The hydrogen gets into the catalytic Material injected or near the catalyst or other heating element. The heating unit can expediently be built into the breathing mask itself. the Flow is controlled by a valve that responds to the condition of the breathing gas. This can be a valve that is actuated by the breathing process itself is, or a temperature-sensitive device that has a certain, stable Maintains warmth. The catalytic heater is the simplest and most convenient for a portable system. Hot wires, flames, or other ignition devices can be used when circumstances permit.
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen neuen, verbesserten Heizer und Befeuchter für Atemgeräte zu schaffen. Dabei soll die Verbrennung von Wasserstoff im Atemgas zur Erzeugung von Wärme und Feuchtigkeit ausgenutzt werden.The main object of the present invention is therefore to provide a new, to provide improved heaters and humidifiers for breathing apparatus. This is supposed to be the combustion of hydrogen in breathing gas can be used to generate heat and moisture.
Der Wasserstoff soll dabei so geregelt werden, daß sich der erforderliche Wärmegrad aufrecht erhält. Der Heizer und Befeuchter soll in eine Atemmaske einbaubar sein. Katalytische Heizung soll verwendet werden können, so daß keine Energiequelle benötigt wird.The hydrogen should be regulated so that the required Maintains the degree of warmth. The heater and humidifier should be in a Breathing mask can be built in. Catalytic heating is said to be able to be used so that no energy source is needed.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 das System in einfachster Form, wobei Teile der Heizeinheit weggeschnitten sind; Fig. 2 die Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Atemmaske, die eine Heizeinheit mit einem temperaturgesteuerten Regelventil für die Wasserstoffströmung enthält; Fig. 3 die Seitenansicht einer ähnlichen Atemmaske, jedoch mit einem Regelventil inder Heizeinheit, das auf den Bedarf anspricht; Fig. 4 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen Wasserstoffzufuhr und Temperatur zeigt; Fig. 5 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen Wasserstoffzufuhr und Feuchtigkeit zeigt.The invention is illustrated below with the aid of exemplary embodiments Referring to the drawing explained in more detail; They show: Fig. 1 the system in its simplest form Shape with parts of the heating unit cut away; 2 shows the side view, partly in section, a breathing mask that has a heating unit with a temperature-controlled Contains control valve for hydrogen flow; Fig. 3 is a side view of a similar breathing mask, but with a control valve in the heating unit that is Addressing needs; Fig. 4 is a diagram showing the relationship between hydrogen supply and shows temperature; Fig. 5 is a graph showing the relationship between hydrogen supply and shows moisture.
Bei der in Fig. 1 gezeigten einfachen Form wird Wasserstoff mit Atemgas vorgemischt und in einem unter Druck stehenden Zylinder oder Behälter 10 gespeichert. Dieser Behälter besitzt ein Strömungsregelventil 12. Ein Versorgungsschlauch 14 führt vom Ventil 12 zum Einlaß 16 einer Heizeinheit 18. Ein weiterer Schlauch 21 führt vom Auslaß 20 der Heizeinheit 18 zum Atemgerät, das als Mundstück 22 dargestellt ist. Das Mundstück hat ein auf Bedarf ansprechendes Ventil 24, das Atemgas bei Bedarf durchläßt, wenn der Benutzer Atem holt. Der Behälter 10, das Regelventil 12, das Mundstück 22 und das Ventil 24 sind Standardteile, die in der Tauchausrüstung verwendet werden.In the simple form shown in Fig. 1, hydrogen is used with breathing gas premixed and stored in a pressurized cylinder or container 10. This container has a flow control valve 12. A supply hose 14 leads from valve 12 to inlet 16 of a heating unit 18. Another hose 21 leads from the outlet 20 of the heating unit 18 to the breathing apparatus, which is shown as a mouthpiece 22 is. The mouthpiece has a valve 24 that responds when required, the breathing gas when required lets through when the user takes a breath. The container 10, the control valve 12, the Mouthpiece 22 and valve 24 are standard parts used in diving equipment will.
Die Heizeinheit 18 umfaßt einen einfachen zylindrischen Kanister 26 mit einem rohrförmigen Einlaß 16 und einem rohrförmigen Auslaß 20. An diesen werden die Schläuche in bewährter.Weise befestigt. Der Kanister 26 enthält ein katalytisches Material 28 in granulierter oder pelletierter Form, wodurch das Gas durchströmen kann. Netze 30 oder ähnlich perforierte Rückhalteeinrichtungen an gegenüberliegenden Enden des Kanisters verhindern, daß das katalytische Material 28 durch den Einlaß oder Auslaß gelangt. Ein geeignetes Material für den Katalysator besteht aus Aluminiumoxydkugeln, die mit 0,5% Platin überzogen sind.The heating unit 18 comprises a simple cylindrical canister 26 with a tubular inlet 16 and a tubular outlet 20. At these are the hoses are fastened in the tried and tested manner. Canister 26 contains a catalytic Material 28 in granulated or pelletized form, causing the gas to flow through can. Nets 30 or similar perforated retaining devices on opposite sides Ends of the canister prevent catalytic material 28 from passing through the inlet or outlet. A suitable material for the catalyst consists of aluminum oxide balls, which are coated with 0.5% platinum.
Die Kügelchen besitzen einen Durchmesser von ungefähr 3 mm.The beads are approximately 3 mm in diameter.
Andere katalytische Materialien sind oben angegeben; verschiedene Kombinationen können verwendet werden.Other catalytic materials are indicated above; different Combinations can be used.
Bei einem bestimmten System wurden ungefähr 10 - 15 g platinüberzogener Aluminiumoxydkügelchen verwendet. Dabei benötigte es 15 - 20 Minuten, bis eine stabile Betriebstemperatur erreicht war. Die anfängliche Aufwärmung kann durch äußere Erwärmung beschleunigt werden. Die benötigte Wärmemenge ist gering und kann beispielsweise dadurch erhalten werden, daß der Kanister unter dem Arm des Benutzers gehalten wird. Wenn der Wasserstoff im Atemgas von vornherein vermischt ist, ist die erzielte Temperaturerhöhung vorbestimmt. Sie kann in einem gewissen Ausmaße dadurch geregelt werden, daß Isolation 32 um den Kanister 26 herum zugegeben oder entfernt wird.For one particular system, approximately 10-15 grams became platinum coated Alumina spheres used. It took 15-20 minutes to stabilize Operating temperature was reached. The initial warm-up can be due to external warming be accelerated. The amount of heat required is small and can can be obtained, for example, by placing the canister under the user's arm is held. If the hydrogen in the breathing gas is mixed from the start, is the temperature increase achieved is predetermined. You can to a certain extent can be controlled by adding insulation 32 around canister 26 or Will get removed.
Die Wasserstoffmenge im Atemgas ist gering und nicht explosiv; die maximale Menge liegt ungefähr bei 3%. Wie aus der in Fig. 4 gezeigten Darstellung hervorgeht, erzeugt die Zugabe von 0,1t Wasserstoff zum Grundatemgas eine ideale Temperaturerhöhung von 7,80C oder von 780C bei Zugabe von 1% Wasserstoff. Die tatsächliche Temperaturerhöhung hängt von der Wirksamkeit des Systems und der Kontrolle der Wärmeverluste ab. Aus der in Fig. 5 gezeigten Darstellung ist zu erkennen, daß die Zugabe von 1% Wasserstoff ein Zuführen von 1% Wasserdampf bedeutet.The amount of hydrogen in the breathing gas is small and not explosive; the maximum amount is around 3%. As from the illustration shown in FIG is shown, the addition of 0.1t of hydrogen to the basic breathing gas creates an ideal Temperature increase of 7.80C or of 780C with the addition of 1% hydrogen. The actual Temperature increase depends on the effectiveness of the system and the control of heat losses away. From the representation shown in Fig. 5 it can be seen that the addition of 1% hydrogen means supplying 1% water vapor.
Die Temperaturveränderung ist bei jedem Umgebungsdruck konstant.The temperature change is constant at any ambient pressure.
Sie ist daher im wesentlichen in jeder Höhe an Land oder in jeder Tiefe im Meer vorhersagbar. Die Feuchtigkeitsveränderung hängt jedoch von der Temperatur und vom Druck entsprechend der Gleichung: %H20/100 x Pa x = x 100 Pv Dabei sind: r - die relative Feuchtigkeit, Pa = der Umgebungsdruck des eingeatmeten Gases in mm Quecksilbersäule; Pv = der Dampfdruck des Wassers bei der vorliegenden Gastemperatur.It is therefore essentially at any altitude on land or at any Predictable depth in the sea. However, the change in humidity depends on the temperature and the pressure according to the equation:% H20 / 100 x Pa x = x 100 Pv where: r - the relative humidity, Pa = the ambient pressure of the inhaled gas in mm of mercury; Pv = the vapor pressure of the water at the present Gas temperature.
In Meereshöhe und bei Zimmertemperatur entspricht eine Erhöhung des Wasserdampfes um 0,1% ungefähr 3% Erhöhung der relativen Feuchtigkeit. Nach der obigen Gleichung wird daraus 1,5% bei einer Höhe von 5.500 m und ungefähr 6% bei doppeltem atmosphärischem Druck, beispielsweise unter Wasser. Unter Verwendung desselben Verhältnisses von Wasserstoff zu Atemgas atmet daher ein Taucher stärker feuchtigkeitsgesättigte Luft als ein Bergsteiger.At sea level and at room temperature, an increase in the Water vapor by 0.1% approximately 3% increase in relative humidity. After above equation becomes 1.5% at an altitude of 5500 m and about 6% at double atmospheric pressure, for example under water. Using the same The ratio of hydrogen to breathing gas is therefore a diver who breathes more saturated with moisture Air as a climber.
Bei der Herstellung des Wasserdampfes verbraucht der Wasserstoff die Hälfte seiner eigenen Menge an Sauerstoff. In Luft oder bei atmosphärischen Drucken mit einem Sauerstoffgehalt von bis zu 20% im Atemgas führt dies zu keinen Konsequenzen.During the production of the water vapor, the hydrogen consumes the Half of its own amount of oxygen. In air or at atmospheric pressures With an oxygen content of up to 20% in the breathing gas, this does not have any consequences.
Beim Tiefseetauchen unter hohen Drucken jedoch ist der Sauerstoffgehalt des Atemgases recht gering, größenordnungsmäßig 1%.However, when diving deep under high pressures, the oxygen content is low of the breathing gas is quite low, on the order of 1%.
Ein Taucher, der 0,5% Wasserstoff im Atemgas benutzt, muß daher 0,25% Sauerstoff zur Grundmischung zur Verbindung mit dem Wasserstoff zugeben.A diver who uses 0.5% hydrogen in the breathing gas must therefore use 0.25% Add oxygen to the basic mixture to combine with the hydrogen.
Als Beispiel für die Wirkung des Systems in Luft seien folgende Zahlen angegeben: Bei einer Temperatur von -30°C und einer relativen Feuchtigkeit von 10%, bei einer Atemgeschwindigkeit von 60 Atemzügen pro Minute bei einem Durchschnittsvolumen von 1,5 1 pro Atemzug beträgt der Wasserverlust ungefähr 190 g und der 1 Energieverlust ungefähr 250 kcal pro Stunde. Um die Temperatur des Atemgases um 600C oder auf +300C anzuheben, müßten 0,77% Wasserstoff zugegebenwerden. Dies würde gleichzeitig 0,778 Wasserdampf der Atemluft zuführen, was zur Zugabe von 34 g Wasser und 105 kcal Wärme pro Stunde führen würde. Ungefähr 1 1 Wasserstoff bei 2500 psi würden diese Energieerhöhung ungefähr 10 Stunden lang ermöglichen. Es ist zu erkennen, daß ein großer Teil des Energieverlustes ersetzt wird. Der Verlust kann noch verringert werden, indem mehr Wasserstoff, bis zu 3%, dem Atemgas zugegeben wird. Die Grenze ist die maximale Gastemperatur, die noch bequem geatmet werden kann. Die Heizeinheit kann verlängert und in einen Teil eines Tauchanzugs oder einer anderen Kleidung inkorporiert werden, so daß die erzeugte Wärme auch für die Körpererwärmung nutzbar gemacht wird.The following figures are an example of the effect of the system in air specified: at a temperature of -30 ° C and a relative humidity of 10%, at a breathing rate of 60 breaths per minute with an average volume of 1.5 liters per breath, the water loss is approximately 190 g and the 1 Energy loss about 250 kcal per hour. To reduce the temperature of the breathing gas To raise 600C or + 300C, 0.77% hydrogen would have to be added. This would at the same time add 0.778 water vapor to the breathing air, resulting in the addition of 34 g of water and 105 kcal of heat per hour would result. Approximately 1 liter of hydrogen at 2500 psi would allow this energy boost for about 10 hours. It is recognizable, that a large part of the energy loss is replaced. The loss can still be reduced by adding more hydrogen, up to 3%, to the breathing gas. The border is the maximum gas temperature that can still be comfortably breathed. The heating unit can be extended and incorporated into part of a diving suit or other clothing be incorporated, so that the generated heat can also be used for warming the body is made.
Wenn der Wasserstoff geregelt werden soll, anstelle einer bestimmten vorgemischten Menge, kann die in Fig. 2 gezeigte Anordnung verwendet werden. Dieser Apparat ist zur Verwendung in Luft gebaut und enthält einen BehAlter 10 mit einem Regler 12 und einem Versorgungsschlauch 14. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält der Behälter nur Wasserstoff; er kann zur leichteren Tragbarkeit recht klein sein. If the hydrogen should be regulated instead of a specific one premixed amount, the arrangement shown in Figure 2 can be used. This Apparatus is built for use in air and includes a container 10 with a Regulator 12 and a supply hose 14. Contains in this embodiment the container only hydrogen; it can be quite small for ease of portability.
Die Heizeinheit 34 ist direkt am Atemausgang befestigt, der als Gesichtsmaske 36 mit Befestigungsriemen 38 gezeigt ist. Die Ge-1 sichtsmaske besitzt ein Diaphaggeniuslaßventil 40 herkömmlicher Bauart, aus der die ausgeatmete Luft aus tritt. Andere Auslaßventilarten sind in gleicher Weise geeignet, je nach der Gesamtbauweise und dem Zweck der Maske. The heating unit 34 is attached directly to the breathing outlet, which acts as a face mask 36 with fastening straps 38 is shown. The face mask has a Diaphaggenius release valve 40 of conventional design from which the exhaled air emerges. Other types of exhaust valves are equally suitable depending on the overall design and purpose of the mask.
Die Heizeinheit 34 umfaßt einen Kanister 42 mit einem Diaphragma-Einlaßventil 44 oder einem ähnlichen Einwegventil im geschlossenen Ende 46. Das andere oder Auslaßende 48 ist offen und paßt in die Gesichtsmaske 36. Eine Prallplatte 50 ist vom offenen Ende 48 her eingesetzt und besitzt Perforationen 52, die Kanäle für das Atemgas bilden. Die zwischen dem abgeschlossenen Ende 46 und der Prallplatte 50 eingeschlossene Kammer enthält das pelletierte katalytische Material 54. Der Schlauch 14 ist mit dem Wasserstoffeinlaß 56 eines Ventils 58 verbunden, das am Kanister 42 befestigt oder in diesen eingebaut ist. Ein Rohr 60 verläuft vom Einlaß 59 in den Kanister und besitzt Perforationen 60, welche den Wasserstoff über die volle Kanisterbreite verteilen.The heating unit 34 includes a canister 42 with a diaphragm inlet valve 44 or similar one-way valve in closed end 46. The other or outlet end 48 is open and fits into face mask 36. A baffle 50 is from the open Used at the end of 48 and has perforations 52, the channels for the breathing gas form. The one enclosed between the closed end 46 and the baffle plate 50 Chamber contains the pelletized catalytic material 54. The hose 14 is with the hydrogen inlet 56 of a valve 58 attached to the canister 42 or is built into it. A tube 60 extends from inlet 59 into the canister and has perforations 60 which direct the hydrogen across the full width of the canister to distribute.
Im Ventil 58 befindet sich ein Betätigungsarm 64, der an einer Klammer 66 angelenkt ist. An einem Ende des Armes 64 befinden sich Rücken an Rücken die Ventilteile 68 und 70. Das Ventilteil 68 ist so angeordnet, daß es den Einlaß 56 schließt. Das Ventilteil o ist so angeordnet, daß es die öffnungen zum Rohr 60 schließt. Das andere Ende des Armes 64 ist über ein Verbindungsglied 72 mit einem Temperaturfühler 74 verbunden, der an der Prallplatte 50 oder an einer anderen geeigneten Stelle im Kanister angebracht ist. Der Temperaturfühler arbeitet vorzugsweise mechanisch, ist beispielsweise ein Bimetallstreifen oder eine -spule, die auf das Verbindungsglied 72 eine Bewegung aufbringt, wenn sich die Temperatur ändert. Solche Anordnungen sind gut bekannt. Der eintretende Wasserstoffluß ist gering. Auch der Druck, der vom Regler 12 gesteuert wird, ist normalerweise sehr gering, so daß die Dichtung des Ventils kein Problem darstellt.In the valve 58 there is an actuating arm 64 which is attached to a bracket 66 is hinged. At one end of the arm 64 are the back to back Valve parts 68 and 70. The valve part 68 is arranged so that it the inlet 56 closes. The valve part o is arranged in such a way that it closes the openings to the pipe 60. The other end of the arm 64 is via a link 72 with a temperature sensor 74 connected to the baffle plate 50 or another suitable location is attached in the canister. The temperature sensor works preferably mechanically, is for example a bimetallic strip or coil that fits onto the connector 72 applies movement when the temperature changes. Such arrangements are well known. The entering hydrogen flow is low. Even the pressure that controlled by the controller 12 is usually very small, so the seal of the valve is not a problem.
Das Verbindungsglied 22 verläuft durch eine Dichtung 76, wodurch kein Wasserstoff direkt in die Gesichtsmaske dringen kann. Der Temperaturfühler 74 ist so eingestellt, daß er das Ventilteil 70 das Rohr 60 schließen läßt, wenn die Temperatur des Atemgases einen bestimmten angenehmen Wert überschreitet. Die Temperaturregelung schafft so einen Sicherheitsfaktor bei Betrieb des Geräts. Bei einer bestimmten unteren Temperatur schließt das Ventil 68 den Einlaß 56. Dadurch wird der Wasserstoffstrom abgestellt und ein Schutz gegen schlechte Funktion des Katalysators erzielt. Dies bedeutet, daß der Wasserstoffeinlaß geschlossen ist, wenn die Einheit kalt ist. Deshalb ist ein Startknopf 78 vorgesehen, der den Einlaß öffnet und die Wasserstoffströmung in Gang setzt. Der Knopf 78 berührt den Arm 64 so, daß die Haltewirkung des Temperaturfühlers 74 überwunden und das Ventilteil 68 geöffnet werden kann. Der Kopf 80 des Knopfes 78 dient als Anschlag für das Ventil 58 und begrenzt die Bewegung des Armes 64.The connecting member 22 extends through a seal 76, whereby no Hydrogen can get directly into the face mask. The temperature sensor 74 is adjusted so that it causes the valve member 70 to close the tube 60 when the temperature of the breathing gas exceeds a certain comfortable value. The temperature control thus creates a safety factor when operating the device. With a certain lower temperature, the valve 68 closes the inlet 56. This stops the flow of hydrogen turned off and a protection against poor functioning of the catalyst achieved. this means that the hydrogen inlet is closed when the unit is cold. Therefore a start button 78 is provided which opens the inlet and the hydrogen flow sets in motion. The button 78 contacts the arm 64 so that the holding action of the temperature sensor 74 overcome and the valve part 68 can be opened. The head 80 of the button 78 serves as a stop for the valve 58 and limits the movement of the arm 64.
Auf diese Weise wird das Ventilteil 70 nicht unabsichtlich geschlossen, wenn gestartet wird. Beide Einlässe 56 und 59 sind gleichzeitig offen. Eine kleine Dichtung 82 über dem Knopf 78 verhindert ein Entweichen von Wasserstoff.In this way, the valve part 70 is not closed unintentionally, when starting. Both inlets 56 and 59 are open at the same time. A small Seal 82 over button 78 prevents hydrogen from escaping.
Im Betrieb wird bei jedem Atemzug Luft durch das Einlaßventil 44 und den Kanister 42 gezogen. Wasserstoff wird vom Rohr 60 emittiert und reagiert im katalytischen Material 54. Dabei erwärmt er die Luft, wobei er mit Sauerstoff in der Luft verbrennt und Feuchtigkeit erzeugt. Der Hitzstoß, der bei jedem Atemzug auftritt, wird durch die Wärmekapazität des katalytischen Materials' gemildert. Die Ausgangstemperatur ist im wesentlichen konstant.In operation, air is drawn through inlet valve 44 and 44 with each breath the canister 42 pulled. Hydrogen is emitted from tube 60 and reacts in the catalytic material 54. He heats the air, where he with oxygen in the air burns and creates moisture. The heat surge that comes with every breath occurs is mitigated by the heat capacity of the catalytic material. The starting temperature is essentially constant.
Wenn die Temperatur zu hoch wird, läßt der Temperaturfühler 74 das Ventil 70 schließen und stellt die Wasserstoffzufuhr ab. Auf diese Weise kann sich keine explosive Mischung aufbauen. Die Wärme, die im katalytischen Material verbleibt, wärmt die ankommende Luft auf, bis die Temperatur auf einen sicheren Betriebswert abfällt. Die dargestellte Vorrichtung ist zwar zur Verwendung in Luft geeignet, die direkt durch das Einlaßventil 44 angesaugt wird. Jede geeignete Atemgasquelle kann jedoch an den Einlaß des Kanisters erforderlichenfalles angeschlossen werden.If the temperature gets too high, the temperature sensor 74 lets that Close valve 70 and turn off the hydrogen supply. That way you can do not build up an explosive mixture. The heat that remains in the catalytic material warms up the incoming air until the temperature is at a safe operating level falls off. The device shown is suitable for use in air, which is sucked in directly through the inlet valve 44. Any suitable source of breathing gas however, it can be connected to the inlet of the canister if necessary.
Bei der in Fig. 3 dargestellten alternativen Ausführungsform wird der Wasserstoffzufluß durch ein auf den Bedarf ansprechendes Gerät geregelt, das durch den Atemvorgang betätigt wird. Die Gesichtsmaske 36 ist wie oben beschrieben; Wasserstoff wird durch einen Schlauch 14 wie in Fig. 2 zugeführt.In the alternative embodiment shown in FIG. 3 the flow of hydrogen is regulated by a device that responds to requirements is actuated by the breathing process. The face mask 36 is as described above; Hydrogen is supplied through a hose 14 as in FIG. 2.
Bei dieser Konfiguration umfaßt die Heizeinheit 84 einen Kanister 86 mit einem Lufteinlaß 88 am äußeren Ende und einem Einlaßventil 90 im offenen Ende 92, welches in die Maske 36 paßt. Luft gelangt vom Einlaß 88 durch eine Venturiöffnung 94 mit einer Kehle 96. Dadurch wird ein Druckabfall im Luftstrom erzeugt. In der Kehle 96 befindet sich ein flexibles Diaphragma 98, das durch den Druckabfall, der bei jedem Atemzug auftritt, in die Kehle hineingezogen wird.In this configuration, the heating unit 84 comprises a canister 86 with an air inlet 88 at the outer end and an inlet valve 90 in the open End 92 that fits into mask 36. Air enters from inlet 88 through a venturi port 94 with a throat 96. This creates a pressure drop in the air stream. In the Throat 96 is a flexible diaphragm 98, which by the pressure drop that occurs with every breath, is drawn into the throat.
An dem Kanister 86 ist ein Ventil 100 befestigt, mit dem ein Versorgungsschlauch 14 verbunden ist. Ein Rohr 102 verläuft vom Ventil quer durch den Kanister. Wasserstoff strömt in das Rohr ein und wird durch ein Nadelventil 104 geregelt, das an einem Ende eines Armes 106 angebracht ist. Es sitzt im Wasserstoffeinlaß 107. Das andere Ende des Armes 106 ist über ein Verbindungsglied 108 mit dem Diaphragma 98 verbunden. Der Arm verläuft durch eine elastische Wand 110, die auch als Schwenkpunkt für den Arm 106 dient. Es kann jedoch auch ein anderer Schwenkpunkt verwendet werden.A valve 100 is attached to the canister 86, with which a supply hose 14 is connected. A tube 102 extends across the canister from the valve. hydrogen flows into the pipe on and is controlled by a needle valve 104, which is attached to one end of an arm 106. It sits in the hydrogen inlet 107. The other end of the arm 106 is connected to the diaphragm via a link 108 98 connected. The arm runs through a resilient wall 110, which also acts as a pivot point for the arm 106 is used. However, another pivot point can be used.
Jeder Atemzug zieht das Diaphragma 96 nach innen und läßt das Nadelventil 104 öffnen. Dabei wird Wasserstoff in das Rohr 102 eingelassen. In der Nähe des Rohres befindet sich ein katalytisches Element 112, das als Drahtsieb- gezeigt ist. Dieses kann mit dem katalytischen Material überzogen sein. Eine andere Katalysatorart oder eine Zündeinrichtung kann verwendet werden, welche die Verbrennung des Wasserstoffs einleitet. Der Wasserstoff wird auf diese Weise je nach Bedarf durch den Atenvorgang selbst zugeführt. Die Menge kann durch Eichung des Nadelventils gesteuert werden. Da der Wasserstoffgehalt genau in Übereinstimmung mit dem Atmungsvorgang geregelt wird, kann die Temperatur richtig ausgewogen werden. Es ist nicht notwendig, daß eine Wärmesenke die Heizwirkung glättet. Es versteht sich, daß eine Temperatursicherheitseinrichtung wie in Fig. 2 zusammen mit dem druckbetätigten Ventil von Fig. 3 verwendet werden kann.Each breath pulls the diaphragm 96 inward, releasing the needle valve 104 open. In doing so, hydrogen is admitted into the pipe 102. In the vicinity of the In the tube is a catalytic element 112 shown as a wire screen. This can be coated with the catalytic material. Another type of catalyst or an ignition device can be used, which burns the hydrogen initiates. In this way, the hydrogen is passed through the breathing process as required self fed. The amount can be controlled by calibrating the needle valve. Because the hydrogen content is regulated precisely in accordance with the breathing process the temperature can be properly balanced. It is not necessary that a heat sink smooths the heating effect. It goes without saying that a temperature safety device as in FIG. 2 can be used in conjunction with the pressure actuated valve of FIG can.
Der Wasserstoff wird, wie dargestellt, in einem Druckzylinder gespeichert. Er läßt sich jedoch auch von anderen Quellen, beispielsweise Metallhydriten ode4aus verschiedenen chemischen Reaktionen erhalten,wenn.die Umstände dies zulassen. In einigen Fällen können leichte Kohlenwasserstoffe verwendet werden. Die leichtesten Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Methan und Äthan, geben Wasser und Kohlendioxyd ab, wenn sie in Luft verbrannt werden. Sie erzeugen in niedrigen Konzentrationen genügend Wärme, so daß die der Atemluft zugeführte Kohlendioxydmenge bei niedrigen atmosphärischen Drucken nicht schadet.As shown, the hydrogen is stored in a pressure cylinder. However, it can also be obtained from other sources, for example metal hydrides or from other sources received various chemical reactions, if.circumstances permit. In some In some cases, light hydrocarbons can be used. The lightest hydrocarbons, such as methane and ethane, give water and carbon dioxide when burned in air. They generate in low Concentrations sufficient heat so that the amount of carbon dioxide supplied to the air does no harm at low atmospheric pressures.
Offensichtlich kann die beschriebene Einrichtung zur gesteuerten Wasserstoffverbrennung in eine Vielzahl von Atemgeräten eingebaut werden. Dadurch wird der erforderliche Erwärmungsgrad erzielt, wobei zusätzlich die Atemmischung befeuchtet wird. Die Bauweise läßt sich an viele bereits existierende Systeme anpassen. Sie ist einfach zu bedienen und zu warten.Obviously, the device described can be used for controlled hydrogen combustion can be built into a wide variety of breathing apparatus. This will make the required Achieved degree of warming, whereby the breathing mixture is additionally moistened. The construction can be adapted to many existing systems. It's easy to use and wait.
Claims (21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762638277 DE2638277A1 (en) | 1976-08-25 | 1976-08-25 | Respirator gas heating and humidifying device - uses oxygen hydrogen mixt. with catalyst to produce heat and humidity |
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Family Applications (1)
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DE (1) | DE2638277A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4597917A (en) * | 1983-04-19 | 1986-07-01 | Lunsford Kevin S | Portable medical gas warming system |
DE19729965A1 (en) * | 1997-07-12 | 1999-01-14 | Heimo Hanke | Breathing apparatus especially for diver air supply |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US3538908A (en) * | 1969-03-10 | 1970-11-10 | Inst Gas Technology | Gas-fueled heating element and control |
DE1708088A1 (en) * | 1966-03-18 | 1971-04-22 | Sfim | Device for regulating a gas flow cross section |
-
1976
- 1976-08-25 DE DE19762638277 patent/DE2638277A1/en not_active Ceased
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