DE3045110C1

DE3045110C1 - Kaeltevorrichtung fuer Waermeschutzsysteme in Waermeschutzanzuegen

Info

Publication number: DE3045110C1
Application number: DE3045110A
Authority: DE
Inventors: Adalbert Dipl.-Ing. Dr. 2407 Bad Schwartau Pasternack
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1980-11-29
Filing date: 1980-11-29
Publication date: 1982-07-22
Also published as: GB2088540A; FR2495298B1; US4405348A; GB2088540B; FR2495298A1

Description

Die Erfindung betrifft den Wärmeaustauscher in einer Kältevorrichtung für Wärmeschutzsysteme in Wärmeschutzanzügen, entsprechend dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Die Wärmeschutzsysteme, wie sie z. B. in persönlichen Wärmeschutzanzügen angewendet werden, umfassen ein festes Kältemittel (wie CO₂-Eis) und einen flüssigen Zwischenkälteträger. Letzterer wird durch rohrförmige Strömungskanäle, die in Körpernähe in den Anzug eingebaut sind, geführt. Mittels dieses Zwischenkälteträgers wird ein Wärmegleichgewicht aufrecht erhalten, bei dem sich die Körpertemperatur nicht über die physiologischen Grenzen hinweg verändern kann.

Sehr entscheidend für eine sichere Funktion ist dabei der Wärmeübergang zwischen dem festen Kältemittel und dem flüssigen Zwischenkälteträger. Er kann nur in einem Wärmeaustauscher an einer Trennstelle erfolgen. Der grundsätzlichen Forderung nach geringem Gewicht und Volumen — der Anzug wird vom Geräteträger getragen — muß sich auch der Wärmeaustauscher anpassen.

Eine bekannte Kühlweste als individuell zu tragendes Gerät enthält auf ihrer dem Körper anliegenden Innenseite in Hohlräumen einen in einem Kreislauf umlaufenden flüssigen Kälteträger, wie Silikonöl. Der Kreislauf ist aus den Hohlräumen der Kühlweste zusammen mit einem äußeren Systemteil aus Förderpumpe und Wärmeaustauscher gebildet. Der Wärmeaustauscher enthält als Kältemittel eine Füllung von CO₂-Trockeneis in Granulatform, das unter Sublimation dem umlaufenden Zwischenkälteträger die in der Kühlweste aufgenommene Wärme entzieht. Das dabei sich bildende CO₂-GaS wird zum Betrieb der Förderpumpe ausgenutzt. Einem guten Wärmeübergang an den Wärmeaustauscherflächen auch bei einem lageunabhängigen Arbeiten dient ein Anpreßelement. Das von einer Druckfeder bewegte Anpreßelement preßt das CO₂-Trockeneis zur Sicherung des Wärmeüberganges gegen die Wärmeaustauscherflächen, gleichzeitig verhindert es die Bildung eines wärmeüberganghemmenden CO₂-Gaspolsters. Nachteilig ist dennoch, daß in der den Wärmeaustauscherflächen anliegenden Granulatschicht durch deren körnige Struktur die Hohlräume zwischen den Körnern den Wärmeübergang herabsetzen. Dies zwingt zu größeren Wärmeaustauscherflächen, die damit schwerer und sperriger werden, als dies bei einem optimalen Wärmeübergang nötig wäre (Drägerheft310, Jan./Apr. 1978, S. 17-24).

Die oben beschriebene Kühleinrichtung für die Kühlweste wird in bekannten Wärme- und Gasschutzanzügen verwendet. Diese Anzüge werden getragen, wenn die Anzugträger mittels eines Atemschutzgerätes von der umgebenden Atmosphäre unabhängig gemacht

t5 werden müssen, aber auch, wenn diese zu warm ist, zu einer Kühlung verwendet. Die Anzüge sind dazu mit bekannten Atemschutzeinrichtungen und Kühleinrichtungen ausgerüstet.
Für die letzteren enthalten die Anzüge in der dem Körper anliegenden doppelwandigen Fläche in Führungen den im Kreislauf geführten flüssigen Kälteträger. Dieser wird von einer Pumpe bewegt und dabei auch durch einen Wärmeaustauscher gefördert. Der Wärmeaustauscher enthält als Kältemittel CCVTrockeneis, was dem flüssigen Kältemittel unter Sublimation die im Anzug aufgenommene Wärme entnimmt. Das sich dabei bildende CO₂-GaS wird zum Betrieb der Förderpumpe benutzt. Der notwendige gute Wärmeübergang zwischen dem flüssigen Kälteträger und dem Trockeneis soll durch eine Anpreßvorrichtung wie eine durch eine Feder bewegte Druckplatte erreicht werden. Dieser Wärmeübergang sollte verbessert werden (DE-OS 26 44 305 und FR-PS 23 73 293).

Ein anderer bekannter Wärmeschutzanzug ist mit einer Kühlvorrichtung ausgerüstet, mit der eine direkte Wärmeabfuhr in einem 1. Leitungssystem erfolgt. Das Leitungssystem enthält in zum Körper hin geschlossenen Flüssigkeitskanälen einen flüssigen Kälteträger. Gleichzeitig wird mittels eines in einem 2. Leitungssystem mit dem Körper anliegenden und zum Körper gas- und/oder feuchtigkeitsdurchlässigen Gaskanälen strömenden trockenen Gases Feuchtigkeit entfernt.

In einem gemeinsamen Wärmeaustauscher wird die umlaufende Kühlflüssigkeit und das angesaugte Gas gekühlt und letzteres dabei auch getrocknet. Der Wärmeaustauscher besitzt als Kältemittel CO₂-Trockeneis. Es wird durch eine von einer Druckfeder belasteten Druckplatte gegen die Übergangsflächen für den Flüssigkeitskühler und den Gaskühler gepreßt. Der direkte Wärmeübergang ergibt sich hier nur aus den kleinen Anlageflächen der einzelnen CO₂-Trockeneisstückchen. Um den Wärmeaustauscher möglichst klein und auch leicht bauen zu können, sollte auch hier der Wärmeübergang verbessert werden (DE-OS 28 46 139).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher in einer Kältevorrichtung für Wärmeschutzsysteme von Wärmeschutzanzügen der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Wärmeübergang an der Trennstelle zwischen dem festen Kältemittel und dem Zwischenkälteträger lageunabhängig maximal wird und er damit mit geringstem Gewicht und Volumen gebaut werden kann. Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1. Es wird für einen guten Wärmeübergang die höhere Wärmeleitfähigkeit einer Flüssigkeit im Verhältnis zur Luft und die gute Anpassung der Zwischenlage an die "einzelnen Körner des festen Kältemittels und an die Rohre der

Wärmeaustauscherfläche ausgenutzt. Die direkte Wärmeübergangsfläche wird maximal groß. Die Flüssigkeit in dem Material der Zwischenlage sichert den guten Wärmeüber- und -durchgang. Die Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit ist auf jeden Fall wesentlich größer als diejenige der Luft, die sonst an der Übergangsstelle den Wert bestimmen würde. Die Aufnahme der Flüssigkeit in dem porigen Material macht den Wärmeaustauscher lageunabhängig. Mit der Zwischenlage nach der Erfindung lassen sich wirkungsvoll arbeitende kleine und leichte Wärmeaustauscher bauen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In diesem Zusammenhang soll dabei besonders auf den Anspruch 4 hingewiesen werden. Hier wird die Zwischenlage durch einen mit der Flüssigkeit gefüllten Folienbeutel dargestellt.

Ein Ausführungsbeispiel des Wärmeaustauschers nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den Wärmeaustauscher im Längsschnitt,

F i g. 2 die Zwischenlage im Detail.

Der Wärmeaustauscher enthält seine Elemente in einem Gehäuse aus einem Bodenteil 1 und einem Deckel

2. Dem Bodenteil 1 wird durch eine Leitung 3, bewegt mittels einer Förderpumpe 4, ein flüssiger Zwischenkälteträger 5 zugeführt. Er wird dort durch eine Wärmeaustauscherfläche 6, die aus einzelnen Rohren 7 besteht, geleitet. Der Bodenteil 1 enthält über eine Zwischenlage 8, die den Rohren 7 anliegt. CO₂-Trockeneis als festes Kältemittel 9. Eine Anpreßvorrichtung 10 sichert die feste und lageunabhängige Packung des festen Kältemittels 9.

ίο Die F i g. 2 zeigt die Funktion der Zwischenlage 8. Sie besteht aus einem offenporigen Schaumstoff. Er legt sich über das feste Kältemittel 9 hinweg, unter dem Druck der Anpreßvorrichtung tO stehend, sowohl den Rohren 7 als auch den einzelnen Körnern des festen Kältemittels 9 eng anschmiegend an. Damit ist die Fläche für den Wärmeübergang maximal ausgenutzt. Der Wärmeüber- und -durchgang zwischen dem festen Kältemittel 9 und den Rohren 7 durch die Zwischenlage 8 hindurch erfolgt über eine Flüssigkeit, wie z. B.

Silikonöl oder Dimethylalkohol, mit der der offenporige Schaumstoff bis zur Sättigungsgrenze gefüllt ist. Es wird eine Flüssigkeit gewählt, die bis unterhalb des Sublimationspunktes des festen Kältemittels 9 dünnflüssig bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher in einer Kältevorrichtung für Wärmeschutzsysteme in Wärmeschutzanzügen, mit dem unter dem Druck einer Anpreßvorrichtung stehenden festen Kältemittel sowie dem davon in einer Wärmeaustauscherfläche getrennten, in einem Kreislauf bewegten flüssigen Zwischenkälteträger, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wärmeaustauscherfläche (6) und dem festen Kältemittel (9) eine mit bis unterhalb des Sublimationspunktes des festen Kältemittels (9) flüssig bleibender Flüssigkeit bis zur Sättigung gefüllte anpassungsfähige Zwischenlage (8) angeordnet ist.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (8) aus einem bis zur Sättigung mit der Flüssigkeit gefüllten offenporigen Schaumstoff aus Kunststoff besteht.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (8) aus einem bis zur Sättigung mit der Flüssigkeit gefüllten offenporigen Schaumstoff aus Gummi besteht.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (8) ein mit der Flüssigkeit gefüllter Folienbeutel ist