DE2846139C2 - Thermal suit that has a cooling system for cooling the wearer's body - Google Patents
Thermal suit that has a cooling system for cooling the wearer's bodyInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Warmeschutzanzug, der ein Kühlsystem zur Körperkühlung des Trägers aufweist.The invention relates to a heat protection suit which has a cooling system for cooling the body of the wearer having.
Der menschliche Körper erzeugt durch den Stoffwechsel ständig Wärme. Diese Wärme wird normalerweise durch Strahlung, Leitung, Konvektion und Verdampfung in die Umgebung abgeleitet. Das notwendige Gleichgewicht, bei der die Körpertemperatur nicht über die physiologischen Grenzen ansteigt, kann nur erreicht werden, wenn die Umgebung die j Wärme so schnell aufnehmen kann, wie sie entsteht.The human body constantly generates heat through metabolism. This heat is usually dissipated into the environment through radiation, conduction, convection and evaporation. The necessary balance in which the body temperature does not rise above the physiological limits, can only be achieved if the environment can absorb the j heat as soon as it arises.
Ein bekanntes Schutzsystem mit Schutzanzug gegen Schadstoffe und Temperatureinfluss·: aus der Umgebung besitzt in einem isolierenden äußeren Anzug einen inneren Anzug, bestehend aus zwei Lagen einesA well-known protective system with protective suit against pollutants and the influence of temperature ·: from the environment has an inner suit in an insulating outer suit, consisting of two layers of one
iü lockeren, luftdurchlässigen Gewebes, zwischen denen ein Netzwerk von Führungskanälen eingearbeitet ist. Dieses dient der Luftführung und ist mit einer innerhalb des Schutzanzuges untergebrachten Luftbehandlungseinrichtung verbunden, die die Luft innerhalb des Schutzanzuges im Kreislauf durch die Führungskanäle, über die Körperoberfläche und durch den Raum zwischen innerem und äußeren Anzug umwälzt. Unerwünschte Wärme wird der Luft bei ihrer Auffrischung in der Luftbehandlungseinrichtung durchiü loose, air-permeable tissue between which a network of management channels is incorporated. This is used to guide the air and is connected to an inside of the protective suit housed air handling device connected to the air inside the Protective suit in the circuit through the guide channels, over the body surface and through the room overturned between the inner and outer suit. Unwanted heat becomes the air with theirs Refreshment in the air handling unit
Übergang an einen regenerierbaren Wärmespeicher entzogen, wobei zugleich überschüssige Feuchtigkeit auskondensiert wird. Die flachen Führungskanäle aus dichter Kunststoff-Folie sind im Inneren mit porösen Abstandshaltern versehen, die den Durchfluß nicht behindern. Auf der dem Körper zugewandten Seite sind die Kanäle an den Stellen, wo Luft über die Körperoberfläche des Trägers streichen soll, mit kleinen öffnungen versehen. Der Luftstrom nimmt außer der Körperwärme auch Feuchtigkeit als verdunstetenTransfer to a regenerable heat storage is withdrawn, with excess moisture at the same time is condensed out. The flat guide channels made of dense plastic film are porous on the inside Provide spacers that do not obstruct the flow. Are on the side facing the body the channels at the places where air is supposed to pass over the body surface of the wearer with small provided openings. In addition to body heat, the air flow also absorbs moisture as evaporated
jo Schweiß mit sich. Nachteilig bei dem bekannten Schutzanzug ist, daß mit Luft als Wärmeträger allein unter erschwerten Einsatzbedingungen nur eine unzureichende Wärmeabfuhr möglich ist. Das Aufnahmevermögen der vorgesehenen Wärmespeicher ist begrenztjo sweat with yourself. The disadvantage of the known protective suit is that with air alone as the heat carrier Only inadequate heat dissipation is possible under difficult operating conditions. The absorption capacity the intended heat storage is limited
η und läßt keine längeren Einsätze zu (US 31 74 300).η and does not allow for longer periods of use (US 31 74 300).
Ein weiteres bekanntes Schutzsystem gegen lebensfeindliche Umweltbedingungen besitzt einen doppelwandigen Schutzanzug. Die zwischen den doppelten Wänden gebildete äußere Kammer des SchutzanzugesAnother known protection system against hostile environmental conditions has a double-walled one Protective suit. The outer chamber of the protective suit formed between the double walls
4« ist in nicht näher erläuterter Weise zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit ausgebildet. Sie ist mit einem äußeren Kreislauf verbunden, in dem ein durch verdunstendes Wasser gekühlter Wärmetauscher für die Wärmeabfuhr aus der Kühlflüssigkeit und eine Rotationspumpe für die Umwälzung der Kühlflüssigkeit sorgen. In dem Kreislauf sind zwei weitere Wärmetauscher angeordnet, in denen Atemgas und Zusatzsauerstoff durch die Kühlflüssigkeit gekühlt werden. Die innere Kammer des Schutzanzuges ist durch atembares Gas unter Druck4 «is used in a way that is not explained in detail to accommodate Cooling liquid formed. It is connected to an external circuit in which an evaporating Water cooled heat exchanger for the heat dissipation from the cooling liquid and a rotary pump for the Ensure that the coolant is circulated. Two further heat exchangers are arranged in the circuit, in which breathing gas and additional oxygen are cooled by the cooling liquid. The inner chamber of the Protective suit is pressurized by breathable gas
w gesetzt und gefüllt. Sie ist mit einem geschlossenen Atemkreislauf verbunden. Die Umwälzung des atembaren Gases erfolgt durch ein Gebläse. Das aus dem Schutzanzug austretende Gas wird über einen Kohlensäureabsorber geleitet und in einem Wärmetauscherw set and filled. She is closed with a Breathing circuit connected. The breathable gas is circulated by a fan. That from the Gas escaping protective suit is passed through a carbon dioxide absorber and into a heat exchanger
5ϊ getrocknet und gekühlt. Dabei kondensiert die aus der inneren Kammer des Schutzanzuges mitgeführte Feuchtigkeit; sie wird in einem Behälter gesammelt. Nach Anreicherung mit Sauerstoff wird das Gas wieder in die innere Kammer des Schutzanzuges eingeleitet.5ϊ dried and chilled. The condenses from the moisture entrained inside the suit; it is collected in a container. After enrichment with oxygen, the gas is reintroduced into the inner chamber of the protective suit.
Die Umwälzpumpe für die Kühlflüssigkeit und das Gebläse für das Atemgas sind zu einer Baueinheit zusammengefaßt und werden von einem gemeinsamen Elektromotor mittels Batterie angetrieben. Nachteilig ist, daß durch den inneren Atemgasraum der Wärmeübergang zwischen der Körperoberfläche und dem Kühlflüssigkeitssystem behindert und in seiner Wirksamkeit herabgesetzt ist. Andererseits ist das Atemgas in der inneren Kammer des Schutzanzuges mit derThe circulation pump for the cooling liquid and the fan for the breathing gas are part of a single unit combined and are driven by a common electric motor by means of a battery. Disadvantageous is that through the inner breathing gas space the heat transfer between the body surface and the Cooling liquid system is obstructed and reduced in its effectiveness. On the other hand, that's breathing gas in the inner chamber of the suit with the
gesamten ausgeatmeten Feuchtigkeit belastet und zur Aufnahme zusätzlicher Hautfeuchtigkeit kaum noch geeignet. Ferner hängt die Belüftung der Körperoberfläche vom jeweiligen Sitz des Schutzanzuges ab und ist nicht für alle Flächen jederzeit gesichert (US 35 00 827). Es ist eine andere tragbare Einrichtung zum Schütze des menschlichen Körpers gegen Hitze bekannt, die eine die Bewegungsfreiheit des Trägers nicht behindernde Einrichtung zur Schaffung einer schützenden Zwischenzone zwischen der Außenluft und Teilen des menschlichen Körpers zeigt. Die Einrichtung ist dabei ein weites Kleidungsstück, das aus isolierendem Material besteht, welches innen angebrachte Leisten aufweist, durch die zwischen ihnen und den benachbarten Teilen des Körpers senkrechte Kanäle für den Durchfluß der Luf. sowie ggf. eines Gases gebildet werden. Um dies zu erreichen, ist am Kragen eine Kühleinrichtung befestigt, die auf den Schultern des Benutzers getragen wird. Sie bildet einen Einlaß für Außenluft, die nach der Abkühlung in der Kühleinrichtung durch ihre Schwere in die zwischen dem Körper und dem Kleidungsstück gebildeten Kanäle fließt. Die Kühleinrichtung enthält zur Abkühlung der einströmenden Luft in einem mit Rippen versehenen Behälter ein verdampfbares Kühlmittel, wie z. B. Trockeneis in Form von CO2. Die abgekühlte Luft und das sich hineinmischende CO2 bilden dann das Kühlgas. Dieses Gerät enthält im Bereich des Anzuges und damit des Körpers des Trägers keine geschlossenen Kanäle. Das Kühlmittel ist keine Flüssigkeit. Die Trocknung erfolgt nicht in einem zweiten, einem separaten Kanalsystem. Die Effektivität ist wesentlich geringer, schon bedingt durvh die Undefinierte Strömung des Kühlgases und die wesentlich geringere Wärme- bzw. Kälteaufnahme des Kühlmittels. Ein Vergleich mit einer Kühlflüssigkeit führt etwa bei 3 m3 Kühlgas zu gleichen Verhältnissen wie mit 1 1 Kühlflüssigkeit. Die direkte Vorbeiführung des Kühlgases, bestehend aus der Luft und dem Kühlmitteidampf, am Körper des Trägers vorbei kann möglicherweise zu gesundheitlichen Schaden führen (DE-AS 10 39 004).all exhaled moisture and hardly suitable for absorbing additional skin moisture. Furthermore, the ventilation of the body surface depends on the respective fit of the protective suit and is not guaranteed for all surfaces at all times (US 35 00 827). Another portable device for protecting the human body against heat is known, which shows a device which does not impede the freedom of movement of the wearer for creating a protective intermediate zone between the outside air and parts of the human body. The device is a wide piece of clothing made of insulating material, which has strips attached to the inside, through the vertical channels between them and the adjacent parts of the body for the passage of air. and possibly a gas. To achieve this, a cooling device is attached to the collar and is carried on the shoulders of the user. It forms an inlet for outside air which, after cooling in the cooling device, flows due to its gravity into the channels formed between the body and the item of clothing. The cooling device contains a vaporizable coolant, such as. B. Dry ice in the form of CO2. The cooled air and the mixed in CO2 then form the cooling gas. This device does not contain any closed channels in the area of the suit and thus the body of the wearer. The coolant is not a liquid. The drying does not take place in a second, separate channel system. The effectiveness is significantly lower, due to the undefined flow of the cooling gas and the significantly lower heat or cold absorption of the coolant. A comparison with a cooling liquid leads to the same ratios for approximately 3 m 3 of cooling gas as with 1 1 of cooling liquid. The direct passing of the cooling gas, consisting of the air and the cooling agent vapor, past the body of the wearer can possibly lead to health damage (DE-AS 10 39 004).
Die zu lösende Aufgabe besteht deshalb darin, einen Wärmeschutzanzug der ein Kühlsystem zur Körperkühlung des Trägers aufweist so auszubilden, daß die Körperpartien des Trägers gleichmäßig und in definierter Weise intensiv gekühlt und gleichzeitig Schweiß-und Feuchtigkeitsansammlungen an der Körperoberfläche zuverlässig beseitigt werden.The problem to be solved is therefore to use a heat protection suit with a cooling system for body cooling of the wearer has to be designed so that the body parts of the wearer are uniform and in a more defined manner Way intensely cooled and at the same time perspiration and moisture accumulation on the body surface can be reliably eliminated.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß den Merkmalendes Kennzeichens der Ansprüche 1 und 2.The object is achieved in accordance with the features of the characterizing part of claims 1 and 2.
Die mit dieser Lösung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Flüssigkeitskühlung über die dem Körper anliegenden Flüssigkeitskanäle eine intensive Kühlwirkung erreicht und gleichzeitig durch die Belüftung mit getrocknetem Gas, beispielsweise Luft, über die dem Körper anliegenden Gaskanäle Schweiß und Feuchtigkeit an der Körperoberfläche beseitigt und der Innenraum des Wärmeschutzanzuges getrocknet werden. Damit werden das allgemeine Wohlbefinden und die Leistungsfähigkeit des Anzugträgers aufrechterhalten. Durch die festgelegte Verteilung der Flüssigkeits- und Gaskanäle erfolgt eine definierte und gesicherte Verteilung der Kühlung und Feuchtigkeitsaufnahme auf die verschiedenen Körperpartien. Eine für Betrieb und Versorgung besonders einfache und sichere Lösung ergibt sich durch die Verwendung eines genieinsamen Wärmeaustauschers für den Flüssigkeits· und den Gaskühler, durch die Nachfüllen undThe advantages achieved with this solution are in particular that by the liquid cooling Through the fluid channels adjacent to the body, an intensive cooling effect is achieved and at the same time by venting with dried gas, for example air, through the gas channels adjacent to the body Removes sweat and moisture on the body surface and the interior of the heat protection suit to be dried. This increases the general well-being and performance of the suit wearer maintain. A defined distribution takes place through the defined distribution of the liquid and gas channels and assured distribution of cooling and moisture absorption to the various parts of the body. A particularly simple one for operation and supply and safe solution results from the use of an ingenious heat exchanger for the liquid and the gas cooler, through the refills and
Kontrolle des Kältemittels sowie die Erfassung des entstehenden Kältemitteldampfes an einer einzigen Stelle konzentriert sind. Die Ausnutzung des Kältemitteldampfes zum Antrieb des gemeinsamen Motors der Fördereinrichtungen für Kälteträger und Gas unterstützt die einfache Handhabung und macht den Wärm;schutzanzug von zusätzlichen Energiequellen unabhängig.Control of the refrigerant as well as the detection of the refrigerant vapor generated on a single Are concentrated. The utilization of the refrigerant vapor to drive the common engine of the Conveyor equipment for refrigerant and gas supports easy handling and makes the Heat protection suit independent of additional energy sources.
Weitere Merkmale im Rahmen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Mit der wechselweisen Anordnung der Flüssigkeits- und Gaskanäle ist bei einfacher Herstellungsweise für eine besonders feine und gleichmäßige Verteilung beider Medien gesorgt. Zugleich bilden die Flüssigkeitskanäle, gestützt durch die in ihnen enthaltene Flüssigkeit des geschlossenen Kreislaufes, eine Stütze für die Gaskanäle. Die Ausbildungen der Gaskanäle erlauben durch mittelbaren oder unmittelbaren Körperkontakt Bauformen für unterschiedliche Arbeitsbedingungen und damit verbundene Feuchtigkeitsabgabe.Further features within the scope of the invention emerge from the subclaims. With the alternating arrangement of the liquid and gas channels is a simple manufacturing method for a Particularly fine and even distribution of both media ensured. At the same time, the fluid channels supported by the liquid contained in them of the closed circuit, a support for the gas channels. The design of the gas ducts allows designs through direct or indirect body contact for different working conditions and the associated release of moisture.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden beschrieben. Es zeigtEmbodiments of the invention are shown in the drawing and are described below described. It shows
F i g. 1 den Wärmeschutzanzug,
Fig. 2 ein Funktionsschema des Wärmeschutzanzuges, F i g. 1 the thermal protection suit,
2 shows a functional diagram of the thermal protection suit,
Fig. 3 einen Querschnitt durch die Wand des Wärmeschutzanzuges,3 shows a cross section through the wall of the heat protection suit,
Fig.4 und 5 Querschnitte durch die Wand des Wärmeschutzanzuges in abgewandelten Ausführungen. In Fig. 1 besteht der den Anzugträger umgebende Wärmeschutzanzug aus einer äußeren Hülle 1 und der einen Innenanzug bildenden Wand 2. Die Hülle 1 besteht im Kopfbereich aus einem Helm 3 und ist gegen äußere Einwirkungen widerstandsfähig und so ausgebildet, z. B. durch entsprechende Oberflächenausführung, daß der Wärmeeinfall von außen minimiert wird. Die Wand 2 liegt als Innenanzug mit ihrer Innenseite 4 eng der Körperoberfläche des Anzugträgers an. Sie enthält im Wechsel nebeneinander angeordnete Flüssigkei'skanäle 5 und Gaskanäle 6, die über Verbindungen an den auf dem Rücken getragenen Wärmeaustauscher 7 angeschlossen sind.Fig. 4 and 5 cross sections through the wall of the heat protection suit in modified versions. In Fig. 1 there is the one surrounding the suit wearer Thermal protection suit made of an outer shell 1 and the wall 2 forming an inner suit. The shell 1 consists of a helmet 3 in the head area and is resistant to external influences and is designed in such a way that z. B. by appropriate surface finish that the heat input from the outside is minimized. the As an inner suit, wall 2 lies with its inside 4 tightly against the body surface of the suit wearer. It contains Fluid channels arranged alternately next to each other 5 and gas channels 6, which are connected to the heat exchanger 7 are connected.
Der Wärmeaustauscher 7 besitzt die Aufnahme 8 für das als CCh-Trockeneis in fester Form vorliegende Kältemittel 9. Mittels der von der Druckfeder i0 belasteten Druckplatte 11 wird das Kältemittel 9 gegen die Wände der Aufnahme 8 gepreßi, die den Flüssigkeitskühler 12 und den Gaskühler 13 bilden. Damit werden ein verbesserter Wärmeübergang und eine lageunabhängige, sichere Funktion des Wärmeaustauschers 7 erreicht. Die Leitung 14 dient der gesonderten Atemgaszufuhr.The heat exchanger 7 has the receptacle 8 for the CCh dry ice present in solid form Refrigerant 9. By means of the pressure plate 11 loaded by the compression spring i0, the refrigerant 9 is counteracted the walls of the receptacle 8, which form the liquid cooler 12 and the gas cooler 13, are pressed. This results in an improved heat transfer and a position-independent, reliable function of the heat exchanger 7 reached. The line 14 is used for the separate breathing gas supply.
Nach Fig. 2 wird in dem ersten Leitungssystem 27 der flüssige Kälteträger, ein auch bei tiefen Temperaturen ausreichend dünnflüssiges Siliconöl, durch die Fördereinrichtung 16, die gemeinsam mit der Fördereinrichtung 17 für das Gas von dem COvGasmotor 15 angetrieben wird, im Kreislauf durch die Flüssigkeitskanäle 5 und den Flüssigkeitskühler 12 gefördert. Während der Verweilzeit in den Flüssigkeitskanälen 5 nimmt der Kälteträger die vom Anzugträger produzierte und die von außen durch die Hülle 1 eingedrungene Wärmemenge auf und führt sie dem Flüssigkeitskühler 12 zu. Nach der dort erfolgten Wärmeabgabe gelangt der Kälteträger wieder in die Flüssigkeitskanäle 5 und kühlt die Körperoberfläche des Anzugträgers. Die im Flüssigkeitskühler 12 dem Kälteträger entzogeneAccording to FIG. 2, the liquid coolant is in the first line system 27, even at low temperatures sufficiently low-viscosity silicone oil, through the conveyor 16, which is shared with the conveyor 17 for the gas is driven by the COv gas engine 15, in circulation through the liquid channels 5 and the liquid cooler 12 promoted. During the dwell time in the liquid channels 5, the Coolant is the amount of heat produced by the suit wearer and the amount of heat that has penetrated from the outside through the shell 1 and feeds them to the liquid cooler 12. After the heat has been given off there, the Coolant back into the liquid channels 5 and cools the body surface of the suit wearer. The in Liquid cooler 12 withdrawn from the refrigerant
Wärmemenge bedingt ein Sublimieren des als CO2-Trockeneis in fester Form vorliegenden Kältemittels 9. Das dabei produzierte CC>2-Gas wird über die Leitung 18 zum Antrieb des CCVGasrnotors 15 benutzt.The amount of heat causes sublimation of the CO2 dry ice refrigerant 9, which is present in solid form. The CC> 2 gas produced in the process is transferred via the line 18 used to drive the CCV gas engine 15.
Durch die Fördereinrichtung 17 für das Gas wird an dem Gaseintritt 19 Umgebungsluft in das zweite Leitungssystem 28 angesaugt. Sie wird im Gaskiihler 13 gekühlt und damit durch Ausfall der Feuchtigkeit getrocknet. Die so aufbereitete Luft gelangt über die Fördereinrichtung 17 in die in der Wand 2 angeordneten n Gaskanäle 6, wo sie die an der Körperoberfläche des Anzugträgers befindliche Feuchtigkeit aufnimmt. Anschließend gelangt sie über den Gasaustritt 20 in die Umgebung zurück.By means of the conveying device 17 for the gas, ambient air is introduced into the second at the gas inlet 19 Line system 28 sucked in. It is cooled in the gas cooler 13 and thus through loss of moisture dried. The air which has been prepared in this way reaches the n arranged in the wall 2 via the conveying device 17 Gas channels 6, where it absorbs the moisture on the body surface of the suit wearer. Afterward it returns to the environment via the gas outlet 20.
Nach F i g. 3 sind in der Wand 2 die Flüssigkeitskanäle 1 ■ 5 und die Gaskanäle 6 im Wechsel nebeneinander angeordnet. Auf der Innenseite 4 der Wand 2 sind sie mit einer saugfähigen Schicht 21 von schwammartiger Struktur aus Wolle bedeckt. Der Querschnitt der Flüssigkeitskanäle 5 ist geschlossen, der Querschnitt der :n Gaskanäle 6 dagegen zur Schicht 21 offen. Durch die Saugfähigkeit der Schicht 21 wird auf der Körperoberfläche 22 des Anzugträgers auftreteiv.'e Feuchtigkeit aufgenommen und an die Lj1Ti im Gaskanal f· abgegeben.According to FIG. 3, the liquid channels 1 ■ 5 and the gas channels 6 are arranged alternately next to one another in the wall 2. On the inside 4 of the wall 2 they are covered with an absorbent layer 21 of a sponge-like structure made of wool. The cross section of the liquid channels 5 is closed, whereas the cross section of the: n gas channels 6 is open to the layer 21. Due to the absorbency of the layer 21, moisture is absorbed on the body surface 22 of the suit wearer and given off to the light 1 Ti in the gas channel f .
In einer abgewandelten Ausührung nach F i g. 4 sind die Flüssigkeitskanal 5 und '.ie Gaskanäle 6 auf der Innenseite 4 der Wand 2 mi' der perforierten Folie 23 bedeckt, der Querschnitt d.r Gaskanäle 6 ist zur Folie 23 offen. Bei dieser Ai^fjhrung verdunstet die an der Körperoberfläche 22 ;.i I tretende Feuchtigkeit durch die Perforation der Folie in die Gaskanijle 6 hinein, oder sie wird von der in Jie Perforation eintretenden Luft aufgenommen.In a modified version according to FIG. 4 are the liquid channel 5 and '.ie gas channels 6 on the Inside 4 of the wall 2 mi 'of the perforated film 23 covered, the cross section d.r gas channels 6 is open to the film 23. During this period, the water evaporates Body surface 22; .i I moisture penetrates through the perforation of the film into the gas duct 6, or they is absorbed by the air entering Jie perforation.
In der weiteren abgewandelten Ausführung nach F i g. 5 ist der Querschnitt der Gaskanäle 24 über die Durchtrittsöffnungen 25 und die Verteilungskamniern 26 zur Innenseite 4 der Wand 2 und damit zur Körperobeniüi he 22 offen. Dabei tritt die Luft aus den Gaskanälen 24 über die Durchtrittsöffnungen 25 in die Verteilungskammern 26 und bewirkt eine direkte Verdunstung der an der Körperoberfläche 22 auftretenden Feuchtigkeit.In the further modified version according to FIG. 5 is the cross section of the gas channels 24 across the Passages 25 and the distribution chambers 26 to the inside 4 of the wall 2 and thus to the Upper body level 22 open. The air comes out of the Gas channels 24 via the passage openings 25 into the distribution chambers 26 and causes a direct Evaporation of the moisture occurring on the body surface 22.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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