DE3538850C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austausch von Feuchtigkeit und Wärme für mit chemisch gebundenem Sauerstoff arbeitende Atmungsapparate nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE OS 26 37 833 ist eine Vorrichtung bekannt, die lediglich für den Austausch von Wärme bei einem Atmungsgerät mit chemisch gebundenem Sauerstoff ein­ setzbar ist. Die Vorrichtung besteht aus einem mit Metall­ elementen in Form von Drähten, Spänen, Drahtnetzen und dergleichen gefüllten Rohrstück. An diese Metallelemente gibt die heiße einzuatmende Luft einen Teil ihrer Wärme ab und kühlt sich dabei ab, während die verhältnismäßig kühle ausgeatmete Luft wieder einen Teil der Wärme von den Metallelementen aufnimmt und diese dadurch abkühlt. Eine Adsorption der in der ausgeatmeten Luft enthaltenen Feuchtigkeit erfolgt nicht, weil diese an den erwärmten Metallelementen nicht kondensieren kann. Der Feuchtig­ keitsüberschuß in der ausgeatmeten Luft verbraucht über­ mäßig viel sauerstoffhaltiges Material in der Regene­ rationspatrone, das sich dadurch schnell verbraucht. Ahnlich arbeitet die aus der DE-AS 12 59 207 bekannte Vorrichtung.

Zum Stand der Technik gehört weiterhin eine Vorrichtung (DE-OS 24 10 684), bei welcher an einem Rohrstutzen Silikagelteilchen in Form einer Schicht angeordnet sind. Die ausgeatmete Luft strömt durch diese Silikagelschicht, wodurch Wasserdampf kondensiert und von dem Gel adsorbiert wird, so daß die Luft trockener wird. Die trockene, erhitzte einzuatmende Luft aus der Regenerationspatrone wird beim Durchströmen der Silikagelschicht dadurch befeuchtet, daß die Schicht Feuchtigkeit abgibt. Außerdem wird die einzuatmende Luft gekühlt, da ein Teil ihrer Wärme als Verdampfungswärme und zum Erwärmen der Schicht verbraucht wird. Die Silikagelschicht hat jedoch einen sehr hohen Luftwiderstand, der sich während des Betriebs der Vorrichtung durch Setzen der Silikagelteilchen und durch Abscheiden von Staub erhöht, was die Funktionsfä­ higkeit der Vorrichtung auf die Dauer beeinträchtigt.

In der US-PS 37 47 598 ist eine Vorrichtung beschrieben, die eine Vielzahl von Kupferdrahtnetzen verwendet, zwi­ schen denen hygroskopisch wirkende aktivierte Molekular­ siebe angeordnet sind. Mit zunehmender Einsatzzeit dieser Vorrichtung verschlechtert sich das Adsorptionsvermögen der Siebe. Außerdem ist wegen einer ungleichmäßigen Abnutzung der adsorbierenden Molekularsiebe keine opti­ male Luftstromverteilung gewährleistet.

Bei dem Stand der Technik nach der JP-PS 56-53 381, die den gattungsgemäßen Stand der Technik beschreibt, ist in einem zylindrischen Mantel ein mehrschichtiger Satz aus abwechselnd hydrophilen und hydrophoben Zwi­ schenböden angeordnet. Stirnseitig ist der Mantel über Rohrstutzen auf der einen Seite mit einem Gesichtsan­ satz und auf der anderen Seite mit einer Regenerations­ patrone verbunden. Die hydrophoben Zwischenböden be­ stehen aus wärmeleitenden geflochtenen Metallnetzen. Die hydrophilen Zwischenböden adsorbieren die Feuchte und bestehen aus wärmeisolierenden Fasern, die mit einem Adsorber in Form hygroskopischer Salze imprägniert sind, die bei Adsorption Kristallhydrate bilden. Auf der Ober­ fläche der hydrophilen Zwischenböden bildet sich dabei eine Schicht einer Lösung des hygroskopischen Stoffes, die die Poren sowohl der hydrophilen als auch der hydro­ phoben Zwischenböden verstopft, was die Strömungskanäle für die Luft nachteiligt verändert, wodurch auch die für die Wärmeaufnahme und die Abkühlung der Ausatmungsluft zur Verfügung stehende Zeit nur in der Größenordnung von 0,3 bis 0,5 s liegt, was den Wirkungsgrad der Vorrichtung erheblich beeinträchtigt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht des­ halb darin, die Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß die optimal ausgelegte Umströmung der Fasern der hydrophilen und hydrophoben Zwischen­ böden durch den Luftstrom nicht beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der Vorrichtung der gattungsgemäßen Art mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angebenen Merkmalen gelöst, die im Anspruch 2 vorteilhaft weitergebildet sind.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, daß die eingeatmete Luft am Anfang des Einsatzes der Vorrichtung etwa 30°C hat und ausreichend feucht ist, so daß beim Benutzer kein Trockenheitsgefühl im Mund entsteht. Gegen Ende der Wirksamkeit der Vorrichtung erhöht sich die Temperatur der Einatmungsluft auf maxi­ mal 45°C, was für den Benutzer immer noch ein erträg­ licher Wert ist. Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vor­ richtung ist äußerst einfach, der Wirkungsgrad ist sehr hoch, da eine Verstopfung durch Kristallhydratlösung nicht stattfinden kann. Aufgrund der ausreichend großen Strömungskanäle sind die Atmungsverhältnisse ausreichend, wodurch die Vorrichtung der sie tragenden Person eine Flucht aus Zonen mit gefährlicher Atmosphäre ohne schnelles Ermüden ermöglicht.

Anhand von Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Atmungsapparat mit der erfindungsgemäßen Vor­ richtung, schematisch in der Seitenansicht,

Fig. 2 die Vorrichtung im Längsschnitt und

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen luftverteilenden An­ drückdeckel der Vorrichtung.

Der in Fig. 1 gezeigte, mit chemisch gebundenem Sauer­ stoff arbeitende Atmungsapparat hat einen Gesichtsan­ satz 1 zum Anbringen am Gesicht eines Trägers derart, daß die Atmungsorgane überdeckt werden, ein Mundstück 2 mit einer Nasenklemme 3, eine Vorrichtung 4 zum Austausch von Feuchtigkeit und Wärme und eine Regenerationspatrone 5 mit chemisch gebundenem Sauerstoff, beispielsweise in Form von Kaliumhyperoxid, die mit einem Atembeutel 6 verbunden ist. Die Vorrichtung 4 zum Austausch von Feuchtigkeit und Wärme ist über einen flexiblen Schlauch 7 über den Gesichtansatz 1 und über einen flexiblen Schlauch 8 mit der Regenerationspatrone 5 verbunden.

Die Vorrichtung 4 für den Austausch von Feuchtigkeit und Wärme besteht, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, aus einem zylindrischen Mantel 9 mit einem Rohrstutzen 10 für den Anschluß am Gesichtsansatz 1 und einem Rohrstutzen 11 für den Anschluß an der Regenerationspatrone 5. In dem Mantel 9 ist ein mehrschichtiger Satz 12 aus abwech­ selnd hydrophilen Zwischenböden 13 und hydrophoben Zwi­ schenböden 14 angeordnet. Der Satz 12 sitzt zwischen zwei luftverteilenden Andrückdeckeln 15, die jeweils mit einem hydrophoben Zwischenboden 14 in Kontakt stehen.

Die Zwischenböden 13 und 14 bestehen aus polymeren Faser­ stoffen, die eine sehr kleine Wärmeleitzahl haben. Die hydrophilen Zwischenböden 13 sind beispielweise geflochte­ ne Siebe aus Baumwollfasern, wie Gaze, die mit einem hygroskopischen Mittel, wie Kalziumchlorid, durchtränkt sind. Die ideale Dichte des Faserstoffs der hydrophilen Zwischenböden 13 liegt im Bereich von 19 bis 35 tex.

Die hydrophoben Zwischenböden 14 bestehen aus einem voluminösen Klebvliesstoff, beispielsweise aus nicht gewebten Lawsanfasern, mit einer linearen Dichte von 0,7 bis 2,0 tex. Die hydrophoben Zwischenböden 14 sind deshalb wesentlich poröser als die hydrophilen Zwischen­ böden 13.

Die hydrophoben Zwischenböden 14 aus dem voluminösen Klebvliesstoff aus polymeren Fasern mit niedriger Wärme­ leitfähigkeit ermöglichen einen guten Wärmeaustausch zwischen der in Sekundenbruchteilen durchströmenden Luft. Wegen der niedrigen Wärmeleitfähigkeit erfolgt das Erwärmen und Abkühlen der Fasern trägheitslos. Da sie sich niemals bis auf die Temperatur erwärmen, bei der eine Kondensation der Feuchte aufhört, wird die Abkühlung der Luft durch Verbrauch von Wärme für die Verdampfung der Feuchte begünstigt.

Die luftverteilenden Andrückdeckel 15 bestehen aus einem gewebten Netz, dessen Drähte aus einem korrosionsbestän­ digen Werkstoff wie nichtrostendem Stahl, bestehen.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann einer der luftverteilenden Andrückdeckel 15 in Form einer Scheibe ausgeführt sein, die mit Bohrungen 16 perforiert ist, deren Durchmesser vom Zentrum zum Umfang hin zunehmen. Dadurch nimmt der Strö­ mungswiderstand der Bohrungen 16 von der Achse zum Umfang hin ab. Bevorzugt wird eine Änderung des Strömungswider­ stands der luftverteilenden Andrückdeckel 15, die von der Achse zum Umfang hin den gleichen parabolischen Verlauf wie die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der Luft hat. Dadurch wird eine gleichmäßige Verteilung des Luft­ stroms über alle Zonen des mehrschichtigen Satzes 12 von Zwischenböden erreicht, deren Fasern gleichförmig mit Luft beaufschlagt werden, wodurch ein wirksamer Wärmeübergang gewährleistet ist.

Anhand von Beispielen wird die Erfindung weiter erläu­ tert.

In einem Atmungsapparat mit einer Schutzwirkung von 90 Minuten Dauer, dessen Regenerationspatrone 5 mit einem sauerstoffhaltigen Mittel in Form von KO2 in einer Menge von 2,1 kg beladen ist, weist der Satz 12 der Vorrichtung 4 für den Austausch von Feuchtigkeit und Wärme neun Zwischenböden 13, 14 mit einem Durch­ messer von jeweils 58 mm auf. Die vier hydrophilen Zwi­ schenböden 13 haben eine Masse von 0,4 g, die fünf hydro­ phoben Zwischenböden 14 eine Masse von 0,2 g. Die Höhe des Satzes 12 beträgt 12 bis 13 mm. Der Strömungswider­ stand des mehrschichtigen Satzes 12 liegt bei einem Luftdurchsatz von 60 l/min unterhalb von 40 Pa. Der eine luftverteilende Andrückdeckel 15 besteht aus einem Drahtnetz mit Öffnungen 16, die eine Größe von 3×3 mm haben. Der andere luftverteilende Andrückdeckel 15 hat die Form einer Scheibe mit Öffnungen 16, deren Durch­ messer von 1,5 mm im mittleren Bereich bis auf 6 mm am Umfang zunimmt.

Beim Ausatmen gelangt die Luft 7 (Fig. 1) zur Vorrich­ tung 4 zum Austausch von Feuchtigkeit und Wärme und weiter durch den Schlauch 8 in die Regenerationspatrone 5, in welcher Kohlensäure aufgenommen wird, danach tritt die Luft in den Atembeutel 6 ein. Beim Einatmen strömt die Luft aus dem Atembeutel 6 durch die Regenerations­ patrone 5, den Schlauch 8, die Vorrichtung 4 und den Schlauch 7 zum Gesichtsansatz 1 des Atmungsapparates zurück.

Die Ausatmungsluft enthält Kohlensäure und hat eine relative Feuchte von 94 bis 98% bei einer Temperatur von 36°C bis 37°C. Beim Durchtritt der Luft vom Gesichtsansatz 1 über den Rohrstutzen 10 und den mehr­ schichtigen Satz 12 wird die Luft durch Sorption der Feuchte an dem hygroskopischen Mittel der hydrophilen Zwischenböden 13 getrocknet. Bei der Sorption der Feuchte bilden die hygroskopischen Mittel Kristallhydrate. Mit zunehmender Sorption der Feuchte vergrößert sich die Menge der Lösung des hygroskopischen Mittels an den hydrophilen Zwischenböden 13. Diese Lösung des hygro­ skopischen Mittels fließt an den Fasern der benachbarten hydrophoben Zwischenböden 14 herunter. Dabei kondensiert ein Teil der Feuchte aus der Ausatmungsluft an den Fasern der hydrophoben Zwischenböden 14.

In der Regenerationspatrone 5 (Fig. 1), in die die Ausat­ mungsluft aus der Vorrichtung 4 schließlich eintritt, erfolgen exotherme Reduktionsreaktionen, die zur Aufnahme von Kohlensäure und zur Entwicklung von erwärmtem Sauer­ stoff führen. Beim Einatmen gelangt die Luft aus der Regenerationspatrone 5 über den Rohrstutzen 11 in die Vorrichtung 4. Von dort strömt die Luft getrocknet und auf 70 bis 90°C erwärmt weiter. Bei der Rückströmung durch den mehrschichtigen Satz 12 (Fig. 2) wird die Einatmungsluft durch Verbrauch der entsprechenden Wärme­ menge für die Verdampfung der Feuchte an den Fasern der hydrophilen Zwischenböden 13 und hydrophoben Zwi­ schenböden 14 abgekühlt und befeuchtet. Ein Teil der Wärme der aus der Regenerationspatrone 5 abströmenden Luft wird zur Erwärmung des mehrschichtigen Satzes 12 und des Mantels 9 der Vorrichtung 4 verbraucht, die Wärme an die Umgebung abstrahlt.

Da die hydrophilen Zwischenböden 13 und die hydrophoben Zwischenböden 14 des mehrschichtigen Satzes 12 mitein­ ander und mit den luftverteilenden Andrückdeckeln 15 in enger Berührung stehen, ist das Überströmen der Kristall­ hydratlösung zwischen Fasern der benachbarten Zwischen­ böden unabhängig von der Lage der Vorrichtung 4 bei der Benutzung des Atmungsapparates gewährleistet.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Austausch von Feuchtigkeit und Wärme für mit chemisch gebundenem Sauerstoff arbeitende Atmungs­ apparate mit einem Mantel (9), an dem auf der einen Seite ein mit einem Gesichtsansatz (1) verbundener Rohrstutzen (10) und auf der anderen Seite ein mit einer Regenerations­ patrone (5) verbundener Rohrstutzen (11) angebracht ist und in dem ein mehrschichtiger Satz (12) aus abwechselnd hydro­ philen und hydrophoben Zwischenböden (13, 14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die hydro­ philen Zwischenböden (13) mit einem hygroskopischen Mittel getränkte Faserstoffsiebe sind, daß die hydrophoben Zwischen­ böden (14) aus einem voluminösen Klebvliesstoff bestehen, dessen lineare Dichte kleiner ist als die des Faserstoffs der hydrophilen Zwischenböden (13), und daß der mehrschich­ tige Satz (12) von Zwischenböden auf jeder Stirnseite von einem hydrophoben Zwischenboden (14) abgeschlossen ist, der jeweils mit einem luftverteilenden Andrückdeckel (15) in Berührung gehalten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zumindest einer der luftverteilenden Andrück­ deckel (15) mit Bohrungen (16) versehen ist, deren Quer­ schnittsflächen von der Achse zum Umfang hin zunehmen.