DE60109911T2

DE60109911T2 - Nachfüllbares atemgerät, insbesondere für taucher

Info

Publication number: DE60109911T2
Application number: DE60109911T
Authority: DE
Inventors: Oskar Franberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: US6684881B2; DE60109911D1; US20030101996A1; SE0001615L; SE516250C2; EP1276664A1; WO2001083294A1; CA2407582C; SE0001615D0; EP1276664B1; ATE292574T1; CA2407582A1; AU2001252813A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen wiederbefüllbaren Atmungsapparat mit einem geschlossenen Atmungssystem, insbesondere für einen Taucher in Wasser und eine sich in einer verrauchten Umgebung aufhaltende Person, mit einem Atmungsbalg zum Aufnehmen der ausgeatmeten Luft, welcher über ein hydrostatisches Ventil mit einem mit Druck beaufschlagten Gasbehälter verbunden ist, wobei der Balg so beschaffen ist, dass er nach der Entfernung von CO₂ und dem Zuführen von O₂ Atmungsluft an den Taucher abgibt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND DAS PROBLEM
Atmungsvorrichtungen zum Tauchen in Wasser können in drei Hauptgruppen unterteilt werden, offene, geschlossene und halbgeschlossene Systeme. In offenen Systemen wird das Einatmen von einer mit Druck beaufschlagten Flasche durchgeführt, während das Ausatmen direkt an das Umgebungswasser durchgeführt wird. Die Nachteile sind, dass unverbrauchtes Sauerstoffgas direkt in das Wasser ausgeatmet wird. Während Tiefseetauchen muss die Luftquelle während des Abtauchens und Auftauchens ausgetauscht werden, damit der Taucher keine Vergiftung mit oder Mangel an Sauerstoff erleidet. Das System ist relativ geräuschvoll; es hat ein hohes akustisches Profil und sendet Luftblasen aus. Ferner erfordert es eine Oberflächenorganisation mit Zugang zu einem Kompressor oder mit Druck beaufschlagten Flaschen. Der Vorteil ist die relative Einfachheit des Systems.
Geschlossene und halbgeschlossene Systeme beinhalten eine Reinigung der ausgeatmeten Luft von Kohlendioxid in einem Behälter beispielsweise mit Calciumhydroxid. Das gereinigte Gas strömt dann zu einem Atmungsbeutel weiter, wo neues Sauerstoffgas von einer mit Druck beaufschlagten Flasche zugesetzt wird. Es ist auch möglich, neues Inertgas von einer Inertgasflasche zuzusetzen, um jegliche Tiefenzunahme zu kompensieren. Die Nachteile sind die Komplexität und Anfälligkeit des Systems für Dosierung und Überwachung, die Toxizität des Calciumhydroxids und die Tatsache, dass es sich um eine Verbrauchssubstanz handelt, die nach jedem Tauchgang ersetzt werden muss. Mit Druck beaufschlagter Sauerstoff zieht das Risiko von Feuer oder Explosion nach sich. Dieses System verlangt auch eine umfangreiche Oberflächenorganisation mit der Fähigkeit, Calciumhydroxid, mit Druck beaufschlagten Sauerstoff und Inertgas zuzuführen. Die Vorteile eines geschlossenen Systems bestehen darin, dass das System keine Blasen erzeugt und einen geringen Geräuschpegel aufweist und dass kein Bedarf für einen Gasaustausch beim Abtauchen und Auftauchen während Tiefseetauchen besteht. Die Vorteile bei einem halbgeschlossenen System bestehen darin, dass es weniger Blasen erzeugt als ein offenes System und dass es einen niedrigen Geräuschpegel aufweist. Der Nachteil ist die Schwierigkeit, den Sauerstoffpartialdruck zu steuern, und die große Oberflächenorganisation, die erforderlich ist, um Mischgas und Calciumhydroxid vorzusehen.
DER ZWECK DER ERFINDUNG UND DIE LÖSUNG DES PROBLEMS
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Atmungsapparat gemäß dem Oberbegriff zu schaffen, der:

• wiederbefüllbar sein sollte,
• nur von einer minimalen Oberflächenorganisation abhängt,
• während langer Zeiträume betriebsfähig bleiben kann,
• eine einfache Konstruktion aufweist und robust aufgebaut ist,
• dem empfindliche elektronische Komponenten fehlen,
• ausschließlich zuverlässige mechanische Messgeräte zur Überwachung verwendet, deren Funktion für die Funktion des Systems an sich unbedeutend ist,
• ein geringes Gewicht aufweist,
• den Sauerstoffpartialdruck bei niedrigen Drücken relativ konstant hält,
• alternativ PO₂ innerhalb eines engen Intervalls hält,
• einen geringen Geräuschpegel aufweist und bei konstanter Tiefe blasenfrei ist,
• dem ein sehr geringes Risiko für Feuer oder Explosion zugehörig ist, und der
• einer PO₂-Zunahme während des Abtauchens/Absinkens entgegenwirkt.

Diese Aufgaben wurden durch die in den begleitenden Ansprüchen angegebenen Eigenschaften erfüllt.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden wird die Erfindung in einer Ausführungsform mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung genauer beschrieben, welche stark schematisch einen erfindungsgemäßen Atmungsapparat zeigt.
BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
Der erfindungsgemäße Atmungsapparat umfasst ein Gehäuse 10, in dem ein Sauerstoffakkumulator 12 in Form eines Behälters 13 angeordnet ist, der an seinem oberen Ende abgedichtet ist, mit Öffnungen 14 in der Unterseite des Behälters, und einem Heiz- und/oder Kühlelement, das im Akkumulator angeordnet ist. Die Umhüllungsoberfläche 16 des Behälters ist mit Ausnahme seiner perforierten Bodenseite von einer Kammer 18 umgeben, die einerseits mit einem Einlass 20 für einströmende ausgeatmete Luft und andererseits mit einem Auslass 22, der zu einem Kohlendioxid-Absorber 24 führt, verbunden ist, welcher wiederum mit einem Atmungsbalg 28 in Verbindung steht, der mit einem Auslass 30 für Einatmungsluft ausgestattet ist.
Der Behälter 13 des Sauerstoffakkumulators 12 enthält ein Sauerstoff reversibel fixierendes Mittel, das z. B. aus einem Metallkomplex bestehen kann, wie z. B. Cobalt-bis-Salicylaldehyd-Ethylen-Diimin (Salcomin), Cobalt-bis-3-Fluor-Salicylaldehyd-Ethylen-Diimin (Fluomin) oder Cobalt-bis-3-Ethoxy-Salicylaldehyd-Ethylen-Diimin. Metallkomplexe in Form von Cobalt-Phorfyrinen können auch verwendet werden. Die Verwendung von einfachen anorganischen Salzen wird auch in Erwägung gezogen. Die Mittel besitzen das Merkmal, dass sie Sauerstoff innerhalb eines bestimmten, niedrigeren Temperaturintervalls fixieren und den Sauerstoff innerhalb eines bestimmten höheren Temperaturintervalls wieder freisetzen. Der Umgebungspartialdruck von Sauerstoff bildet dadurch auch einen wichtigen Faktor, da die Desorption mit zunehmendem Druck abnimmt. Wenn ausgeatmetes Gas in die Kammer 18 gelangt, die den Sauerstoffakkumulator 12 umgibt, wird der letztere durch die ausgeatmete Luft erwärmt, und wenn diese Wärme nicht ausreicht, wird vom Heizelement Wärme zugeführt, so dass der im Behälter des Akkumulators 13 freigegebene Sauerstoff durch einen Partikelfilter 32 nach unten wandert, wo jeglicher chemischer Staub abgetrennt wird. Der Sauerstoff strömt weiter durch einen weiteren Filter 34, der z. B. aus einem Silikongel oder einem Zeolith besteht, der verhindert, dass Wasserdampf in den Akkumulator gelangt.
Der Auslass des Dampffilters 34 steht mit dem Atmungsbalg 28 in Verbindung, in dem auch ein Kanal 36 von einer mit Druck beaufschlagten Flasche 38 endet, die ein Gas enthält. Dieses Gas kann Helium oder ein gewisses anderes Gasgemisch, um tiefer als 60 Meter zu tauchen, oder Luft, um flacher zu tauchen, sein. Die Funktion des Balgs besteht darin, als Gasspeicher zwischen dem Ausatmen und dem Einatmen zu wirken. Die Inertgasversorgung kann aus zwei austauschbaren Fünf-Liter-Flaschen, einer Heliumflasche oder Luft oder irgendeinem anderen zum Tauchen geeigneten Gas bestehen, während die andere Flasche mit Druckluft mit einem Verbindungsstutzen 40 angeordnet ist, so dass sie leicht mit einer manuell betätigbaren Hand- oder Fußpumpe oder dergleichen verbunden werden kann. Im Kanal 36 ist zwischen der mit Druck beaufschlagten Flasche 38 und dem Atmungsbalg 28 ein hydrostatisches Ventil 42 angeordnet und im Atmungsbalg ist ein Druckentlastungsventil 44 angeordnet.
In der Ausführungsform arbeitet der Atmungsapparat folgendermaßen: Ausgeatmete Luft, die das Mundstück des Tauchers durch einen Schlauch verlässt, wird zur Kammer 18 geliefert und strömt um den Behälter 13 des Sauerstoffakkumulators 12, ohne mit dem Sauerstofffixierungsmittel, das in diesem vorhanden ist, in Kontakt zu kommen, was zur Freisetzung von Sauerstoff führen würde. Die ausgeatmete Luft strömt weiter zum Filter 24, in dem das Kohlendioxid gefiltert wird. Die so gereinigte ausgeatmete Luft bläst den Atmungsbalg 28 auf und das Druckentlastungsventil 44 wird bei irgendeinem Überdruck betätigt, um das Ventil 44 zu öffnen. Während des Abtauchens kompensiert das hydrostatische Ventil die Druckdifferenz durch Öffnen des Durchgangs zur mit Druck beaufschlagten Flasche 38. Die letztere kann in der einfachsten denkbaren Weise durch Pumpen mit einer manuellen Pumpe wiederbefüllt werden. Der aus dem Akkumulator freigesetzte Sauerstoff wird von Staubpartikeln in den Filtern 32 und 34 gereinigt, bevor der Sauerstoff in den Atmungsbalg eintritt, wo er mit der gereinigten ausgeatmeten Luft vermischt wird.
Der Sauerstoffakkumulator 12 wird gefüllt, indem er der Atmosphärenluft oder Sauerstoffgas von einer Flasche ausgesetzt wird. Der Kohlendioxid-Absorber wird durch Wärme oder verringerten CO₂-Druck reaktiviert.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform begrenzt; vielmehr sind eine Vielzahl von Veränderungen innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche möglich. Der Atmungsapparat der Erfindung kann beispielsweise in Verbindung mit dem Aufhalten in einer verrauchten Umgebung oder anderen Anwendungen, wie z. B. der Reinigung von Tanks, oder anderen Arten von Wartungsarbeit verwendet werden, die in einer verschmutzten Atmosphäre stattfindet. Während des Aufhaltens in verrauchten Umgebungen, in denen der Luftdruck konstant ist, kann beispielsweise eine zweite Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft verwendet werden, bei der das hydrostatische Ventil und der mit Druck beaufschlagte Behälter entfernt wurden.

10: Gehäuse
11: Heiz- oder Kühlelement
12: Sauerstoffakkumulator
13: Behälter
14: Öffnungen im Boden des Behälters
16: Umhüllungsoberfläche des Behälters
18: Luftkammer
20: Einlass
22: Auslass
24: Kohlendioxid-Absorber
28: Atmungsbalg
30: Auslass
32: Partikelfilter
34: Dampffilter
36: Kanal
38: mit Druck beaufschlagte Flasche
40: Verbindungsstutzen
42: hydrostatisches Ventil
44: Druckentlastungsventil

Claims

Wiederbefüllbarer Atmungsapparat mit einem geschlossenen Atmungssystem insbesondere für Taucher in Wasser, mit einem Atmungsbalg (28), der ausgeatmete Luft aufnimmt und mit dem über ein hydrostatisches Ventil (42) ein mit Druck beaufschlagter Behälter (38) für ein Gas verbunden ist, wobei der Atmungsbalg so beschaffen ist, dass er Atmungsluft an den Taucher abgibt, nachdem er CO₂ aus der ausgeatmeten Luft adsorbiert und ihr O₂ zugeführt hat, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sauerstoffakkumulator (12), der ein Sauerstoff reversibel fixierendes Mittel enthält, mit dem Atmungsbalg (28) verbunden ist und dass der Sauerstoffakkumulator (12) wiederbefüllbar ist, indem das Mittel mit Sauerstoffgas oder mit dem Sauerstoff der Luft zur Reaktion gebracht wird, wodurch der Sauerstoff daran fixiert wird.
Wiederbefüllbarer Atmungsapparat mit einem geschlossenen Atmungssystem insbesondere für in einer verrauchten Umgebung sich aufhaltende Personen, mit einem Atmungsbalg (28), der ausgeatmete Luft aufnimmt und so beschaffen ist, dass er Atmungsluft an die in der verrauchten Umgebung befindliche Person abgibt, nachdem er CO₂ aus der ausgeatmeten Luft adsorbiert und ihr O₂ zugeführt hat, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sauerstoffakkumulator (12), der ein Sauerstoff reversibel fixierendes Mittel enthält, mit dem Atmungsbalg (28) verbunden ist und dass der Sauerstoffakkumulator (12) wiederbefüllhar ist, indem das Mittel mit Sauerstoffgas oder mit dem Sauerstoff der Luft zur Reaktion gebracht wird, wodurch der Sauerstoff daran fixiert wird.
Atmungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heiz- und/oder Kühlungselement in dem Sauerstoffakkumulator (12) angeordnet ist.
Atmungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum reversiblen Fixieren von Sauerstoff durch Metallkomplexe gebildet ist, z. B. Cobalt-bis-Salicylaldehyd-Ethylen-Diimin (Salcomin), Cobalt-bis-3-Fluor-Salicyladehyd-Ethylen-Diimin (Fluomin) oder Cobalt-bis-3-Ethoxy-Salicyladehyd-Ethylen-Diimin.
Atmungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum reversiblen Fixieren von Sauerstoff durch Metallkomplexe, etwa durch Cobalt-Phorfyrine, gebildet ist.
Atmungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum reversiblen Fixieren von Sauerstoff durch einfache anorganische Salze gebildet ist.
Atmungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffakkumulator (12) von einer Strömungskammer (18) umgeben ist, der mit einem Kohlendioxid-Absorber (24) verbunden ist.
Atmungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslässe (14) des Sauerstoffakkumulators (12) mit einem Partikelfilter (32) und mit einem Wasserdampf-Absorptionsfilter (34) verbunden sind.
Atmungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Helium, Luft oder ein anderes zum Tauchen geeignetes Gas ist.
Atmungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorzugsweise manuell betätigte Luftpumpe mit dem mit Druck beaufschlagten Behälter (38) für das Gas (Luft) verbunden werden kann.