DE3707386A1 - Einrichtung zum konditionieren von atemluft fuer einen taucher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Konditionieren von Atemluft für Taucher auf eine Temperatur oberhalb der Körpertemperatur und auf eine Feuchte nahe der Sättigung mit einem Wärmetauscher, bei dem von einem Warmwasservorrat Wärme der Atemluft zugeführt wird, sowie einer Zuführung von Wasser an die Atemluft.

Eine derartige Einrichtung ist aus der DE-OS 28 50 017 bekannt. Ihr Aufbau umfaßt jedoch komplizierte, voluminöse Bauteile, welche sich zum Nachteil sowohl der Bewegungs­ fähigkeit als auch dem Wohlbefinden des Tauchers auswirken, und eine Verkeimung in der Atemluft ist nicht auszuschließen.

Die der Erfindung gestellte Aufgabe besteht darin, eine Ein­ richtung der e. g. Art derart zu verbessern, daß sie leicht und klein ist, praktisch mit dem Warmwasser für den Taucher betrieben werden kann und keimfreie Atemluft liefert.

Die Lösung ist in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspru­ ches 1 beschrieben.

Die übrigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung an.

Membranmodule, wie sie bei der Erfindung Verwendung finden, sind zwar bekannt (z. B. als "Thomapor-Membranmodule", Sy­ stem ("Microdyn"), sie werden nur zur Mikrofiltration, Mem­ brandestillation, Be- und Entgasung oder zur Dialyse ein­ gesetzt. Für ihren Einsatz zur Befeuchtung eines Gasstromes gibt es jedoch keine Vorschläge oder Hinweise.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels mittels der Fig. 1-4 näher beschrieben.

In Fig. 1 ist ein schematischer Überblick über die Einrich­ tung gegeben. Das Membranmodul 1 (Hohlfasermodul) dient der Befeuchtung des trockenen Atemgases 2, von 4°C Wärme und 0% relativer Feuchte, welches im Tauchanzug anfällt. Es wird in einem ersten Wärmetauscherprozeß 3 auf ca. 40°C erwärmt, bevor es in den Membranmodul 1 eindringt. Hier wird es auf ca. 70% relativer Feuchte befeuchtet und nach Verlassen des Membranmoduls 1 wieder mittels eines zweiten Wärmetauschpro­ zesses 3′ auf 40°C erwärmt, wobei die im Membranmodul 1 durch Verdunstungswärmeverluste bewirkte Temperaturabsenkung rückgängig gemacht wird. Nach dem zweiten Wärmetauschprozeß 3′ liegt dann ein Gas 4 vor, wie es dem Taucher angeboten werden soll.

Die Befeuchtung des Gases 2 erfolgt im Membranmodul 1, wozu ihm Wasser 5 angeliefert wird, welches in ihm z. T. als Dampf in den Gasstrom 2 übergeht; der Wasserrest 6 verläßt den Membranmodul 1. Das Wasser 5 selbst kann dem Warmwasser 7 entnommen werden, welches mit ca. 46°C angeliefert wird. Dieses Wasser 7 dient als Betriebsmittel für die Wärme­ tauschprozesse 3 und 3′. Der Wasserrest 6 kann dann evtl. mittels eines Ventils 8 gesteuert, dem die Wärmetauschpro­ zesse 3, 3′ verlassenden, abgekühlten Wasserablauf 9 wieder beigemischt werden.

Als Membranmodul 1 können z. B. hydrophobe, mikroporöse Membranen aus Teflon (z. B. Goretex) oder aus Polypropylen (z. B. Accurel) verwendet werden, die durch ein spezielles Verfahren hergestellt sind, und Wasserdampf passieren las­ sen, Wasser dagegen nicht. Solche Membranen sind kommerziell erhältlich und werden für verschiedene Trennaufgaben einge­ setzt: Mikrofiltration von Flüssigkeiten, Membrandestilla­ tion von z. B. Salzwasser, Be- und Entgasen von z. B. Fer­ mentationslösungen.

Für den Einsatz bei der erfindungemäßen Einrichtung wurde ein Membranmodul 1 mit Hohlfasern aus Polypropylen einge­ setzt. Diese Module sind eine Entwicklung der Firma ENKA (System Microdyn). Die Membranfläche des Moduls 1 beträgt 400 cm², die Porengröße 0,2 µm. Zur Befeuchtung wird das trockene Gas 2 durch die Hohlfasern des Moduls 1 geleitet. Fließt Wasser 5, mit einem etwas höheren Druck und einer etwas höheren Temperatur als das durchfließende Gas 2, an der Außenseite der Hohlfasern mit einer bestimmten einzu­ stellenden Geschwindigkeit entlang, tritt Wasserdampf in einer bestimmten Menge in das trockene Gas 2. Durch den nachgeschalteten Wärmetauscher 3′ wird das durch die Wasser­ aufnahme abgekühlte Gas wieder aufgeheizt und ergibt das Gas 4. Vorteilhaft ist es auch, das in den Modul 1 einströmende Gas 2 im Wärmeprozeß vorher aufzuheizen (in der Taucherumge­ bung hat Atemgas eine Temperatur von höchstens 4°C). Die benötigte Wassermenge für die Befeuchtung des Atemgases 2 sowie für die Wärmetauscher 3, 3′ kann z. B. dem Warmwasser­ kreislauf der Taucheranzüge direkt entnommen werden.

Versuchsergebnis: Betrug die, durch die Hohlfasern des ENKA- Labormoduls Typ LM-2P06 strömende Gasmenge z. B. 4,2 m³/h, hatte sich, bei einer an der Außenseite der Hohlfasern fließende Wassermenge von 10 l/h, eine Relative Feuchte von ca. 70% eingestellt. Das aufgewärmte Gas hatte eine Tempe­ ratur von 40°C, das durchfließende Wasser 46°C. Dieser Zusammenhang Wasserdurchfluß in L/H und Relative Feuchte in % ist in Fig. 2 dargestellt.

Eine praktikable, kompakte Ausführung der Erfindung ist in den Fig. 3 und 4 im Schnitt dargestellt. Der Atemgaskondi­ tionierer ist in einem langgestreckten, zylindrischen Ge­ häuse 10 mit zwei Stirnseitenabschlüssen 11 und 12, welche entweder dicht daran verschweißt (11) oder (12) mittels Schraubverbindungen 13 und Dichtungsring 14 befestigt sind. Das Membranmodul 1 ist im Gehäuse 10 als Rohr, achsial sich erstreckend, angeordnet, wobei die Halterung mittels zwei Halterungselementen 15 und 16 an den Stirnseiten 11 und 12 über Dichtringe 17, 18 mechanisch und dicht erfolgt. Das Gehäuse 10 wird vom Warmwasser mit 46°C als Warmwasserhei­ zung von der Zuführung 7 (gemäß Fig. 1) an der Stirnseite 11 bis zur Abführung an der Stirnseite 12 durchströmt.

Das den Behälter 1 durchströmende Warmwasser dient als Be­ triebsmedium für die Wärmetauscherprozesse 3 und 3′. Hierzu ist der Lufteintritt 2 im Halterungselement 15 integriert, verläßt dieses aber wieder seitlich, um in einer ersten Spirale 19 um das Membranmodul 1 herum im Gehäuse 10 bis zum anderen Halterungselement 16 geführt zu werden. Unter Auf­ nahme von Wärme (erster Wärmetauscherprozeß 3) gelangt das Gas 2, in einen weiteren Lufteintritt 25 über das Halte­ rungselement 16 in das Membranmodul 1, welches es in Rich­ tung Stirnseite 11 durchströmt. Dort verläßt es abgekühlt, aber befeuchtet, das Membranmodul 1 wieder über einen weite­ ren Luftaustritt 26 und wird in der zweiten Spirale 20, die sich um das Membranmodul 1 genau wie die erste Spirale 19 windet, unter Wärmeaufnahme im zweiten Wärmetauscherprozeß 3′ zum Luftaustritt 4 an Halterungselement 16 bzw. der Stirnseite 12 geführt. Die Kontaktfläche des Membranmoduls 1 mit dem Warmwasser 7, 9 dient ebenfalls als Wärmetauscher­ fläche.

Die Befeuchtung der Atemluft 2 im Membranmodul 1 erfolgt mittels zugeführtem Warmwasser über Anschlüsse 21 und 22, wie sie in der Fig. 4 dargestellt sind; das Gehäuse 10 ist um 90° verdreht gegenüber der Darstellung nach Fig. 3. Das Warmwasser (5 nach Fig. 1) fließt vom Anschluß 21, der durch die Stirnseite 11 hindurchführt, zum Befeuchteranschluß 23 am Membranmodul 1 und verläßt diesen am Befeuchteranschluß 24 als Restwarmwasser (6 nach Fig. 1) wieder. Der Befeuch­ teranschluß 24 steht mit dem Anschluß 22 in Verbindung, wobei die Steuerung des Befeuchterwasserstromes und somit des Feuchtigkeitsgehaltes der Atemluft mit dem Ventil 8 (s. a. Fig. 1) erfolgt.

Claims (6)

1. Einrichtung zum Konditionieren von Atemluft für Taucher auf eine Temperatur oberhalb der Körpertemperatur und auf eine Feuchte nahe der Sättigung mit einem Wärme­ tauscher, bei dem von einem Warmwasservorrat Wärme der Atemluft zugeführt wird, sowie einer Zuführung von Wasser an die Atemluft, dadurch gekennzeichnet, daß für die Befeuchtung der Atemluft (2, 4) ein Membranmodul (1) verwendbar ist, durch dessen Membranen Wasserdampf hin­ durchtreten kann, daß der Membranmodul (1) von der Atem­ luft (2, 4) durchströmt ist, und daß die Atemluft (2) vor Eintritt in den Membranmodul (1) sowie nach dessen Ver­ lassen (4) im Wärmetauscher (3, 3′) auf die höhere Tempe­ ratur aufwärmbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Membranmodul (1) im Wärmetauscher (3, 3′) integriert ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wärmetauscher (3, 3′) ein vorzugsweise zy­ lindrisches Gehäuse (10) aufweist, in dem der Membranmo­ dul (1) sich als Rohr achsial erstreckt, wobei es mecha­ nisch an den Stirnseiten (11, 12) befestigt ist, daß die Atemluft (2) von der ersten Stirnseite (11) zum Anfang des Membranmoduls (16) im Bereich der zweiten Stirnseite (12) geführt ist, den Membranmodul (1) im Gegenstrom bis zu seinem Ende im Bereich (15) der ersten Stirnseite (11) durchsetzt und nach Austritt in dem Membranmodul (1) wieder bis zur zweiten Stirnseite (12) geführt ist, durch die sie das Gehäuse (10) verläßt, und daß am Anfang und Ende des Membranmoduls (1) die Zu- und Abführung (23, 24) für das Befeuchterwasser vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Atemluft (2) von der ersten Stirnseite (11) bis zum Anfang (16) des Membranmo­ duls (1) und vom Ende (15) des Membranmoduls (1) bis zur zweiten Stirnseite (12) in Wendeln, die um das Membranmo­ dul (1) gewickelt sind, geführt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) von Warmwas­ ser (7, 9) von der ersten (11) zur zweiten Stirnseite (12) durchströmt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in die Halterungen (15, 16) des Membranmoduls (1) an den beiden Stirnseiten (11, 12) jeweils ein Lufteintritt (2, 25), ein Luftaustritt (4, 26) sowie die Zu- oder Abführung (23, 24) für das Wasser zum Befeuchten der Atemluft (2, 4) integriert sind.