DE2850017A1

DE2850017A1 - Verfahren und einrichtung zum konditionieren von atmungsluft fuer taucher

Info

Publication number: DE2850017A1
Application number: DE19782850017
Authority: DE
Inventors: Nils Terje Ottestad
Original assignee: Individual
Current assignee: Ottestad Nils Terje Kloefta No Den Norske Stats
Priority date: 1977-11-17
Filing date: 1978-11-17
Publication date: 1979-05-23
Also published as: FR2409054B1; NO773940L; JPS54100092A; GB2010097A; NO140173C; GB2010097B; SE7811703L; NO140173B; DE2850017C2; SE434828B; JPS6233117B2; FR2409054A1

Description

Verfahren und Einrichtung zum Konditionieren von Atmungsluft für Taucher

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um Luft, die Taucher einatmen, zu konditionieren.

Um die menschliche Körpertemperatur aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, daß die pro Zeiteinheit vom Körper entwickelte oder ihm zugeführte Wärme der Energie pro Zeiteinheit entspricht, die von dem Menschen an die Umgebung abgegeben wird. Diese Abgabe an die Umgebung erfolgt dadurch, daß die vom Körper erwärmten feuchten Gase ausgeatmet werden; weiter durch Wärmeübertragung vom Körper infolge Leitung, Strahlung oder Wärmekonvektion sowie durch mechanische von Menschen ausgeführte Arbeit.

So läßt sich eine Erwärmung der Taucher, um ein Absinken der Körpertemperatur zu vermeiden oder um diese zu erhöhen, durchführen, indem Wärmeenergie geliefert wird oder indem verhindert wird, daß Wärme an die Umgebung abgegeben wird.

Um Wärmeverluste an die Umgebung zu vermeiden, sind Isolieranzüge, sog. Taucheranzüge, in Verwendung; diese verhindern jedoch nicht, daß Taucher, nachdem sie über einen längeren Zeitraum sich im Meer aufgehalten haben, Kälte empfinden. Es ist daher notwendig, Wärme zuzuführen, was bereits dadurch erfolgte, daß warmes Wasser zwischen den Körper des Tauchers und den Isolieranzug geführt wurde, wobei dieses Warmwasser jedoch zu einem Auswaschen der Haut und zum Wachstum von Mikroorganismen,wie Pilzen oder dergleichen, auf der Haut führen kann. Auch ist bekannt, Warmwasser durch Kanäle in einem Taucheranzug zu führen.

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Die Atmungsluft für Taucher wurde auch bereits als Wärmeträger verwendet. In den bekannten tragbaren Drucklufteinrichtungen, bei denen verdichtete Luft bei Umgebungstemperatur aus Druckluftflaschen zum Taucher über Reduzierventile strömt, um den Druck der Atmungsluft an den Umgebungsdruck anzupassen, ist die Atmungsluft aufgrund der Druckverminderung kalt. Luft muß jedoch trocken sein, um in den Ventilen eine Eisbildung zu vermeiden und nach einer möglichen Erwärmung der Luft auf Temperaturen oberhalb der Körpertemperatur, d.h. nach Druckreduzierung ist deren relative Feuchte gering, was zu einem Trocknen der Schleimhäute in der Luftröhre führt. Aufgrund der niedrigen spezifischen Wärme der Luft jedoch, muß die Luft sehr warm sein und wird daher sehr trocken· In Praxis jedoch, hat es sich als unmöglich herausgestellt, den Taucher mit soviel Wärme pro Zeiteinheit mittels solcher erwärmter Luft allein, daß er sich nicht kalt fühlt, zu versorgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Konditionieren von Atmungsluft für Taucher anzugeben., derart, daß die oben genannten mit der Verwendung erwärmter Atmungsluft zusammenhängenden Nachteile nicht auftreten.

Erreicht wird dies überraschend dadurch, daß die Luft auf eine Temperatur oberhalb der Körpertemperatur des Tauchers erwärmt wird und daß die Atmungsluft bis nahe an Sättigung befeuchtet wird, so daß ihre Temperatur niedriger als der Taupunkt bei Abkühlung in den Tracheen ist. Hierbei wird ein Teil des Dampfgehaltes der Luft kondensiert. Die während der Kondensation freigesetzte Wärme wird an den Körper abgegeben und das Kondensat durch das Lungengewebe und das Blut absorbiert.

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Unter der Annahme, daß die Wärme pro Zeiteinheit entsprechend der vom Körper verrichteten mechanischen Arbeit sowie die Wärme pro Zeiteinheit, die vom Körper an die Umgebung infolge Leitung, Strahlung und Wärmekonvektion abgegeben wird, konstant ist, daß weiterhin die Ausatmungsluft etwa Körpertemperatur aufweist und nahezu dampfgesättigt ist und daß die pro Zeitheinheit vom Körper selbst erzeugte Wärme konstant ist, läßt sich die Körpertemperatur dadurch beeinflussen, daß die Temperatur und die Feuchte der Atmungsluft kontrolliert bzw. geregelt werden.

Der bisher in'Kauf zu nehmende Nachteil, daß die von Druckluftbehältern über Druckreduzierventile gelieferte Luft sehr kalt und trocken war und daß ein Erwärmen der Atmungsluft die Luft noch trockener werden ließ und daß aufgrund der niedrigen spezifischen Wärme diese den Tauchjjunicht mit^^^^-—-einer wesentlichen Wärmemenge-versorgen konnte, wird also vermieden.

Beim Einatmen wird die Lufttemperatur abgesenkt, wodurch ein Teil des Inhalationsdampfes bzw. der Luftfeuchtigkeit kondensiert und seine Verdampfungswärme abgibt. Bei der Vorrichtung nach der Erfindung sind Luftkanäle vorgesehen, in denen die Luft erwärmt, mittels Dochten oder dergleichen befeuchtet wird oder es ist ein Rohr mit einer Düse in einem mit einem Wasserbehälter verbundenen Venturiteil vorgesehen und eine Steuereinrichtung für die Lufttemperatur ist angeordnet.

Die Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform schematisch im Längsschnitt zeigt;

Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform.

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Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung umfaßt ein längliches röhrenförmiges Gehäuse 3 mit einer oberen Querwandung 2 und einer unteren Querwandung 5. Die obere Querwandung 2 ist mit einem Einlaßrohr 1 versehen, das mit einem nicht dargestellten Drucklufttank oder Kompressor über ein nicht gezeigtes Druckreduzierventil verbunden ist; die untere Querwandung 5 bildet einen oberen Teil eines am unteren Ende des Gehäuses 3 befestigten Wasserbehälters 6. Die Querwandung 5 ist mit einer Ventilklappe 7 versehen, die in geschlossener Stellung unter Federvorspannung steht und die gegen den Behälter 6 öffnet. Mittig im Gehäuse 3 ist ein Innenrohr 4 angeordnet, dessen oberer Endteil, der den Auslaß 11 der Einrichtung bildet, durch die obere Querwandung 2 des Gehäuses 3 getragen ist und dessen unterer Endteil 8 mit der Öffnung 9 unter einer gewissen Entfernung oberhalb der Wandung 5 angeordnet ist und hierdurch einen Schlitz 10 bildet, der den Raum zwischen dem Gehäuse 3 und dem mittigen Rohr 4 mit dessen innerem Teil verbindet.

Im unteren Ende des mittigen Rohres 4 ist ein beispielsweise elektrisches Heizelement 12 und hierüber ein filterartiger Stopfen 19 aus Metallfäden, dünnen Metallstreifen etc. angeordnet, die den Querschnitt des Rohres 4 vermindern.

Ein Rohr 14 von kleinem Durchmesser, in koaxialer Anordnung zum Rohr 4 erstreckt sich durch die untere Querwandung 5 des Gehäuses 3 und ist hieran befestigt. Der untere Endteil 15 des Rohres 14 hat eine Einlaßöffnung 16, die unter einer Entfernung oberhalb des Bodens des Wasserbehälters 6 angeordnet ist. Das Rohr 14 erstreckt sich nach oben durch eine Bohrung im Heizelement 12; sein oberer Endteil 17 hat eine im oberen filterartigen Stopfen 19 angeordnete Auslaßöffnung

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Ein sich quer zu Gehäuse 3 und Rohr 4 erstreckender Wärmeaustauscher ist oberhalb des filterartigen Stopfens 19 angeordnet. Im Wärmeaustauscher sind durchgehende öffnungen in Längsrichtung von Gehäuse 3 und Rohr 4 vorgesehen.

Im Auslaßrohr 11 des Rohres 4 ist ein Temperatursensor angeordnet, der wirksam mit dem Heizelement 12 zum Regeln von dessen Ausgang verbunden ist.

Das Auslaßrohr 11 kann mit dem Mund des Tauchers beispielsweise über ein weiteres nicht dargestelltes Drückreduzierventil verbunden sein.

Die Ausführungsform der Fig. 2 umfaßt wie die vorbeschrTeberie Ausführungsform ein längliches röhrenförmiges Gehäuse 33 mit einer unteren Querwandung 35... Das Gehäuse ist durch einen Mantel 52 geschlossen; der Raum hiefzwischen und dem Gehäuse 33 läßt sich mit Wasser über ein nicht gezeigtes Füllrohr verbinden; der Mantel 5 2 bildet hierbei den Wasserbehälter 36 der Einrichtung.

Die obere Querwandung 3 2 des Mantels 5 2 bildet das Dach oder die obere Querwandung des Gehäuses 33; durch diese erstreckt sich das Gehäuseeinlaßrohr 31.

Mittig im Gehäuse, beispielsweise koaxial hierzu, ist ein Innenrohr 34 angeordnet, dessen oberer Endteil, der das Auslaßrohr 41 der Einrichtung bildet, durch die obere Querwandung des Mantels 52 sich erstreckt. Der untere Endteil des Innenrohres■■ 34 ist mit einer Querwandung versehen, in der ein federbelastetes Klappenventil 54 angeordnet ist, das sich nach oben in Richtung vom unteren Teil des Gehäuses 33 fort in das Innenrohr 34 erstreckt. Ein Rohr 44 erstreckt sich koaxial zum röhrenförmigen Gehäuse 33 von einer in der unteren Querwandung ausgebildeten Öffnung hiervon und nach

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oben in das Innenrohr 34; das obere Ende des Rohres 44 ist mit einer Düse versehen und endet in einem es umschließenden filterartigen Stopfen 49, der den gesamten Querschnitt des Innenrohres 34 füllt.

Im unteren Endteil des Düsenrohres 44 kann eine federbelastete Ventilklappe 53 vorgesehen sein, die nach oben öffnet und also eine Fluidströmung nach oben und gegen die Düse ermöglicht. Ein Heizelement 42 ist innerhalb des Wasserbehälters 36 angeordnet, das so ausgelegt ist, daß es die Wassertemperatur konstant hält.

Ein Kühlrohr 55, dessen eines Ende durch die Wandung des Auslaßrohres 41 innerhalb des Gehäuses 33 getragen ist, erstreckt sich innerhalb des Auslaßrohres 41 über einen Teil seiner Länge und in dessen Abströmrichtung. An seinem anderen Ende ist das Kühlrohr 55 mit einem Ventilkörper versehen, der so ausgebildet ist, daß er dieses Ende,abhängig von der im Auslaßrohr strömenden Atmungsluft,öffnet und schließt, wie durch die Pfeile 57 angegeben. Dies kann beispielsweise durch eine Bimetallfeder oder dergleichen erfolgen.

Zusätzlich zu den oben genannten Ventilen können bei beiden Ausführungsformen nicht dargestellte Ventile zur vollen oder teilweisen Druckkompensation zwischen den verschiedenen Räumen der Vorrichtung und/oder zwischen diesen Räumen und dem umgebenden Wasser, beispielsweise während des Hinunterlassens oder des Hievens im Meer zur Rückführung kondensierten Dampfes zurück zum Wasserbehälter,vorgesehen sein und um einen Beipass der Atmungsluft längs des Innenrohres 34 zu gewährleisten, beispielsweise für den Fall, daß der filterartige Stopfen 49 verstopft sein sollte.

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Die Funktion der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die folgende;

trockene,kaite Luft aus einem Druckluftbehälter, Kompressor oder dergleichen strömt in das Einlaßrohr 1 der Einrichtung durch ein Reduzierventil aufgrund einer Druckverminderung am Aulaßrohr 11, hervorgerufen durch die Atmung des Tauchers. Trockene Luft mit einem Druck, der etwas höher als der Umgebungsdruck ist, strömt nach unten in den Raum zwischen dem Innenrohr 4 und dem Gehäuse 3 durch die Öffnungen des in diesem Raum angeordneten Wärmeaustauscherteils,wodurch die Luft etwas erwärmt wird. Am unteren Ende des Gehäuses wird der Luftstrom abgelenkt und durch den Schlitz 10 zwischen dem unteren Endteil 8 des Innenrohres 4 und der unteren Querwandung 5 des Gehäuses 3 und nach oben in das Innenrohr 4 durch die Öffnung des Heizelementes 12 geleitet, wo die Temperatur der Luft beispielsweise auf über 100⁰C erhöht wird.

Der filterartige Stopfen, der eine Verminderung des Querschnitts des Rohres 4 veranlasst, sorgt für eine Beschleunigung der Luftströmung und damit für eine Verminderung in deren statischem Druck - ähnlich dem einer Venturidüse, sobald der Taucher einatmet. Hierdurch wird Wasser nach oben durch das Rohr 14 aus dem Wasserbehälter 6 gesaugt; dieses Wasser wird dann im Stopfen 19 auf dessen Drähte oder Streifen verteilt, wodurch die wirksame Verdampfungsfläche groß wird. Das Ventil 7 öffnet, wenn die Differenz zwischen dem Druck der Luft oberhalb der Wandung 5 und dem Druck der Luft oberhalb des Wassers im Behälter 6 einen vorbestimmten Wert erreicht.

Das Wasser im Stopfen 19 wird durch die heiße Luft erwärmt und verdampft, wodurch die Temperatur der Luft auf beispielsweise 80 - 100⁰C fällt, während die relative Feuchte bis beispielsweise 501 steigt. Die Luft strömt dann längs des

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Wärmeaustauschers 20, dessen außerhalb des Rohres 4
angeordneter Teil durch die im Einlaßrohr 1 strömende
Luft gekühlt wird; die Temperatur der Luft wird auf
beispielsweise 5O⁰C gesenkt, während die relative Feuchte sich wesentlich erhöht. Die Luft strömt dann aus dem Auslaßrohr 11 längs des darin angeordneten Temperatursensors 21, der durch einen an sich bekannten elektronischen Kreis den durch das Heizelement gelieferten Ausgang regelt und
so den Taucher mit luftgeeigneter Temperatur durch ein
Reduzierventil versorgt, welches den Luftdruck etwa auf
Umgebungsdruck vermindert. Aufgrund der Tatsache, daß die trockene, kalte Luft auf der Außenseite des Innenrohres 4 strömt, durch welches Warmluft längs eines großen Teils
seiner Länge strömt, wird der Wärmeverlust der Einrichtung an die Umgebung vermindert.

Gewünschtenfalls kann die Einrichtung isoliert werden, um eine weitere Verminderung des Wärmeverlustes zu erhalten.

Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung arbeitet in ähnlicher
Weise.

Wird der Druck im Auslaßrohr 41 aufgrund von Einatmen abgesenkt, so strömt trockene, kalte Luft aus dem Druckluftbehälter, Kompressor oder dergleichen durch ein Druckminderventil in das Einlaßrohr 31 der Einrichtung und nach unten in den Raum zwischen Gehäuse 33 und Innenrohr 34.
Das im Behälter 36 enthaltene und durch das Heizelement
42 erwärmte Wasser gibt einen Teil seiner Wärme durch die Wandungen des Gehäuses 33 an die in diesem Raum strömende Luft ab; die so erwärmte sehr trockene Luft strömt in "das Innenrohr 34 durch das Ventil 54. Hier wird Wasser in das Düsenrohr 44 in der gleichen oben beschriebenen Weise gesaugt;

die aus dem Auslaßrohr 41 strömende Luft wird befeuchtet. Ist die Temperatur der im Auslaßrohr 41 strömenden Atmungsluft zu hoch, so bewegt eine Einrichtung, beispielsweise eine auf den Ventilkörper 56 einwirkende Bimetallfeder oder dergleichen diesen von seinem Sitz und öffnet hierdurch das Auslaßende des Kühlrohres 55, wodurch Kaltluft vom Einlaß der Einrichtung durch das Kühlrohr strömt und dieses und damit die umgebende Atmungsluft im Auslaßrohr 41 kühlt. Die Kaltluft strömt gegebenenfalls in dieses Rohr längs des Ventilkörpers 56 aus. Sollte die Temperatur der Atmungsluft hierdurch zu niedrig werden, so schließt der Ventilkörper das Auslaßende des Kühlrohres.

Statt des Rohres 14 bzw. 44 und des filterartigen Stopfens 19 bzw. 49 können Dochte angeordnet sein, die Wasser aus dem Wasserbehälter 6 bzw. 36 ziehen und das Wasser in das Innenrohr 4 bzw* 34 hinter dem Teil des Luftkänals einführen, der durch das Heizelement beeinflußt ist, um die erwärmte, trockene Luft mit Wasser zu versorgen.

Claims

DIPI.. ING. DIETRICH LEWAlD D - 80OO MÜNCHEN

BHUTAUBJl STKASSB β

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^850017

JIM- INO. Pl«T»ICM IlWlU) - BIRNAÜIB STB. β · 8000 MÜÄCKN 40

"45337"

Nils Terje Ottestad
N-2O4O K10£ta, Norwegen

Verfahren und Einrichtung zum Konditionieren von Atmungsluft für Taucher

PATENTANSPRÜCHE

1/ Verfahren zum Konditionieren von erwärmter Atmungsluft für Taucher, dadurch gekennz ei chne t, daß die Luft auf eine Temperatur oberhalb der Körpertemperatur des Tauchers erwärmt wird und daß die Atmungsluft bis nahe Sätti gung befeuchtet wird.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (3; 33) mit einem Einlaßrohr (1; 31), das mit einer Einrichtung zum Liefern trockener,kalter Luft verbunden ist; ein Heizelement (12;42) zum Erwärmen der eintretenden trockenen kalten Luft; einen Wasserbehälter (6; 36); eine Einrichtung (14, 19; 44, 49) zur regelbaren Zuführung von Wasser an die erwärmte Luft; und ein Auslaßrohr (11; 41), das mit einer Einrichtung zum Liefern der konditionieren Luft aus der Einrichtung an den Taucher versehen ist; wobei in diesem Aus laßrohr eine Temperatursensoreinrichtung (21) derartiger Aus bildung angeordnet ist, daß eine Einrichtung (12; 56) zum Steuern der Temperatur der Atmungsluft geregelt wird.

POSTSCHECKKONTO MÜNCKSIT MMM-M* · ^WfÄÄÄ» «ttÄ/lAi·UJ»» WKiHiUi-BAIfK KtHCKBV SS48MMM
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einricl^ng zur geregelten Zufuhr von Wasser an die erwärmte Luft einen verengten Teil (19; 49} des Luftkanals durch das Gehäuse (3; 33) umfasst, wobei der Teil direkt hinter dem Teil der Luftströmung angeordnet ist, der durch das Heixelement (12; 42) erwärmt ist; und daß ein Rohr (14; 44) diesen verengten Teil (19; 49) mit dem wassergefüllten Teil des Wasserbehälters (6; 36) verbindet.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur geregelten Versorgung der erwärmten Luft mit Wasser einen Docht umfasst, wobei der Docht vom Wasserbehälter (6; 36) bis zu einem Teil des Luftkanals durch das Gehäuse (3; 33) reicht, der sich unmittelbar hinter dem durch das Heizelement (12; 42) erwärmten Teil der Einrichtung befindet.
5. Einrichtung nach eine» der Ansprüche 2 bis 4, ge kennzeichnet durch einen in Strömungsrichtung hinter dem Heizelement (12) und dem Ort, wo das Wasser in die durch das Gehäuse (3) strömende Luft eingeführt wird,

angeordneten Wärmeaustauscher (20), der

für eine Vorwärmung der trockenen, kalten in das Gehäuse (3) strömenden Luftstrom sorgt und die Feuchtigkeit kühlt.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch ein Kühlrohr (55) im Auslaßrohr (41), wobei durch das Kühlrohr (55) die Verbindung zwischen dem Einlaßrohr (31) und dem Auslaßrohr (41) mittels der TemperaturSteuereinrichtung (56) herstellbar ist.

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