DE69601309T2

DE69601309T2 - Apparat und methode zur entnahme von flüssigkeiten aus einem behälter

Info

Publication number: DE69601309T2
Application number: DE69601309T
Authority: DE
Inventors: James Dominiak; Dominick Frustaci
Original assignee: Scott Technologies Inc
Current assignee: Scott Technologies Inc
Priority date: 1995-04-20
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2016-03-23
Also published as: WO1996033367A1; EP0824647B1; AU5431696A; DE69601309D1; EP0824647A1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Entnehmen einer Flüssigkeit aus einem Behälter. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die ein Entnehmen des Flüssigkeitsinhalts aus einem geschlossenen Behälter unabhängig von der räumlichen Orientierung des Behälters ermöglicht. Die Vorrichtung ist bei einem Respirator des Typs des unabhängigen Atemgeräts (SCBA-Typ) zum Entnehmen einer verflüssigten, atembaren Gas-Mischung aus dem Behälter verwendbar. In einem weiten Sinn ist jedoch die vorliegende Vorrichtung zum Entnehmen jeder Flüssigkeit aus einem geschlossenen Behälter mittels der über eine flexible Leitung zwischen dem Inneren des Behälters und einer außerhalb des Behälters angeordneten Entnahme-Einrichtung übertragenen Druckdifferenz verwendbar.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Flüssigkeitsentnahme-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung schließt eine flexible Leitung ein, die innerhalb eines Behälters angeordnet ist und die in Fluid-Strom-Verbindung mit einem externen Wärmetauscher steht. Der Wärmetauscher dient zum Eingeben von Wärmeenergie aus der Umgebungsatmosphäre in die entnommene Flüssigkeit, um dadurch eine atembare Gas-Mischung bereitzustellen. Das Aufnahmeende der flexiblen Leitung ist beschwert, um nur eine Flüssigkeitsentnahme sicherzustellen, unabhängig von der räumlichen Orientierung des Behälters. Die flexible Leitung läuft über eine Druckbarriere an dem Behälterauslaß, und steht so mit dem Wärmetauscher in Verbindung. Die Druckbarriere dichtet um die flexible Leitung herum ab, und stellt so sicher, daß eine geringe bis keine Übertragung des Drucks zwischen dem Inneren des Behälters und dem Wärmetauscher stattfindet, mit Ausnahme des Fluid-Strom- Übertragungsweges, der durch die Leitung selbst vorgesehen ist. Eine Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Behälters und dem externen Wärmetauscher, die normalerweise durch einen Einatmungs-Vorgang des Benutzers bedingt ist, stellt die Antriebskraft zum Entnehmen des Flüssigkeitsinhalts aus dem Behälter durch die flexible Leitung bereit. Der Druck innerhalb des Behälters wird durch Verdampfen des Flüssigkeitsinhaltes, der gesättigt ist, auf einem ungefähren Druck P von beispielsweise etwa 70.307 kg/m² (100 psig) gehalten.

2. Stand der Technik

Verschiedene Vorrichtungen, die mit einem Atemgerät verbunden sind, zur Flüssigkeitsentnahme aus einem Behälter sind im Stand der Technik bekannt. Diese Atemgeräte funktionieren jedoch nicht in allen beabsichtigten Orientierungen der Benutzung des Behälters. Beispielsweise beschreibt das US-Patent Nr. 3,572,048 von Murphy ein Tieftemperatur-Unterwasser-Atemgerät für alle Lagen mit einem Reservoirtank, der zwei beschwerte Aufnahmeschläuche für flüssige Luft aufweist, die quer über die Länge des Tanks angeordnet sind. Die Aufnahmeschläuche sind jeweils wiederum mit gewickelten Schlauchabschnitten verbunden, die federähnliche Eigenschaften aufweisen, was den beschwerten Enden der Aufnahmeschläuche ermöglicht, sich unter der Schwerkraft vollständig entlang des Querschnitts des Reservoirs zu bewegen. Zum einen sind die Aufnahmeschläuche nicht flexibel, und die gewickelten Schlauchabschnitte erlauben nur die Bewegung der Aufnahmeschläuche entlang des Querschnitts des Tanks und nicht, wie in der vorliegenden Erfindung, entlang dem gesamten Volumen, das durch den Tank umschlossen ist. Das Atemgerät von Murphy ist ebenfalls nicht mit einer Barrierestruktur an dem Tankauslaß vorgesehen, um die Druckübertragung zwischen dem Inneren des Tanks und den Wärmetauschern zu regulieren.
Das US-Patent Nr. 3,318,307 von Nicastro beschreibt ein Atempaket zur Umwandlung von flüssiger Luft oder flüssigem Sauerstoff in ein atembares Gas. Diese Vorrichtung enthält einen beschwerten Flüssigkeits-Entnahmeschlauch, der sich von einem unteren Drehgelenk lateral davon nach außen erstreckt. Das untere Drehgelenk ist durch einen Gelenk-Hohlbolzen mit einem oberen Drehgelenk verbunden, das wiederum einen Druckgasschlauch aufweist, der sich seitwärts davon nach außen erstreckt, aber in einer Richtung, die bezüglich des Flüssigkeits-Entnahmeschlauchs entgegengesetzt ist. Der beschwerte Flüssigkeits-Entnahmeschlauch stellt sicher, daß der Flüssigkeitsinhalt einem Wärmetauscher zugeführt wird, um die Flüssigkeit zu verdampfen. Der Flüssigkeits- Entnahmeschlauch ist jedoch nicht flexibel, und er ist nicht in Kontakt mit dem Flüssigkeitsinhalt bei allen beabsichtigten Orientierungen der Benutzung des Behälters, z. B. wenn der Behälter auf dem Kopf steht.
Sowohl bei der Vorrichtung von Murphy, als auch bei der Vorrichtung von Nicastro stellt der Entnahmeaufbau nicht die Flüssigkeitsentnahme über das gesamte Volumen des Behälters sicher. Es kann stattdessen ein Entnehmen des Gasinhaltes stattfinden. Der beschwerte Aufnahme-Kopf der vorliegenden Erfindung schließt aus, daß dies auftritt. Da die Flüssigkeits-Entnahmeleitung flexibel ist und ihr Aufnahmeende beschwert ist, wird nur der Flüssigkeitsinhalt aus dem Behälter entfernt. Wenn der Flüssigkeitsinhalt eine verflüssigte, atembare Gas-Mischung ist, stellt dies sicher, daß nur die entnommene Flüssigkeit zu dem endothermen Wärmetauscher strömt, der Wärmeenergie aus der Umgebungsatmosphäre zu der Flüssigkeit überträgt, um die Flüssigkeit in ein atembares Gas zu verdampfen, das Konzentrationen der verschiedenen Bestandteile mit einem ähnlichen relativen Gehalt aufweist, wie sie in der Flüssigkeitsphase vorliegen. Mit anderen Worten: Eine Verdampfung des Flüssigkeitsinhalts in den Wärmetauschern findet nur mit einer Rate relativ zum Verbrauch in der Gesichtsmaske statt. Auf diese Weise bleibt der Sauerstoffgehalt des verdampften Gases auf einem Konzentrationsniveau, das ähnlich zu dem der Tieftemperatur-Flüssigkeit ist.
Das US-Patent Nr. 5,353,835 von Mills beschreibt einen Drucklufttank, der einen Venturi-Auslaß aufweist, der zum Entnehmen eines Fluids von dem Boden des Tanks verwendet wird, wenn davon die gespeicherte Luft gleichzeitig entnommen wird. Der Venturi-Auslaß enthält einen flexiblen Saugschlauch, der sich von einer Tanköffnung zu einer unteren Position in dem Tank erstreckt, wo das offene Anschlußende des Schlauches durch ein Gewicht gehalten wird. Das gegenüberliegende, proximale offene Ende des Saugschlauches ist innerhalb der Tanköffnung angeordnet, und wenn Druckluft aus dem Tank entnommen wird, erzeugt ein Venturi-Effekt ein Saugen in dem Schlauch, das wiederum die Flüssigkeit von dem Boden des Tanks entnimmt. Diese Vorrichtung arbeitet nicht gut in allen beabsichtigten räumlichen Orientierungen der Benutzung, z. B. in einer Position auf dem Kopf.
Eine Venturi-Vorrichtung ist nicht mit der vorliegenden Erfindung durchführbar, da ein solcher Aufbau die Erzeugung einer Druckdifferenz entlang eines Fluid-Strom-Übertragungsweges verhindern würde, der durch die Flüssigkeits-Entnahmeleitung, die sich zwischen dem Behälter-Inneren und dem externen Wärmetauscher erstreckt, vorgesehen ist. Wenn der Behälter als Teil eines SCBA eingebaut ist, wird die Druckdifferenz durch einen Einatmungsvorgang des Benutzers, der stromabwärts zum Wärmetauscher atmet, erzeugt, und die Druckdifferenz ist verantwortlich für die regulierte Abgabe des atembaren Gases an den Benutzer. Wenn das Gas, das aus dem Behälter entfernt wird, ein atembares Gas ist, wird sich zusätzlich das Gas, das zum Betreiben des Venturi verwendet wird, mit dem atembaren Gas vermischen und es kontaminieren.
Der Stand der Technik hat weiterhin verschiedene Siphon-Vorrichtungen beschrieben. Unter diesen sind die US-Patente Nr. 1,395,753 von Wehle und Nr. 1,995,308 von Naftel et al.. Obwohl diese Vorrichtungen mit einem flexiblen Entnahmeschlauch versehen sind, sind sie nicht speziell zur Verwendung als Teil eines SCBA angepaßt. Einerseits können diese Siphon-Vorrichtungen für eine Flüssigkeitsentnahme vollständig unabhängig von der räumlichen Orientierung des Behälters nicht geeignet sein. Als Siphons verlassen sie sich auch auf den atmosphärischen Druck, um die Flüssigkeit aus dem Behälter zu entnehmen, wohingegen sich die Flüssigkeits-Entnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung auf die Druckdifferenz zwischen dem externen Wärmetauscher und dem Inneren des Behälters verläßt, der durch den Einatmungsvorgang bedingt ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Flüssigkeits-Entnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung schließt eine flexible Leitung ein, die mit einem Aufnahmekopf an einem stromaufwärts gelegenen Ende der Leitung versehen ist. Der Aufnahmekopf hält die Entnahmeleitung in Kontakt mit dem Flüssigkeitsinhalt, z. B. eines Behälters für verflüssigtes Gas, und dies zu allen Zeiten und sogar dann, wenn der Flüssigkeitsinhalt nahezu entleert ist, und unabhängig von der räumlichen Orientierung des Behälters. Bevorzugt umfaßt die Entnahmeleitung eine Mehrzahl von flexiblen Schläuchen mit relativ kleinem Durchmesser.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Aufnahmekopf eine asymmetrisch beschwerte Schwimmeinrichtung, die sicherstellt, daß das Aufnahmeende der Entnahmeleitung immer unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche eingetaucht ist und nicht in Verbindung mit der darüber angeordneten Gasphase steht. Das Ausgabeende der Entnahmeleitung liefert den Flüssigkeitsinhalt zu einem oder mehreren endothermen Wärmetauschern, die ausreichend stromabwärts von dem Dewar-Behälter liegen und stellen so eine schnelle Verdampfung der Flüssigkeit in ein erwärmtes, atembares Gas sicher. Eine Barrierenstruktur, wie z. B. ein Septum und dergleichen, ist an dem Eingang zu dem Wärmetauscher stromaufwärts vom Ausgabeende der Entnahmeleitung vorgesehen, und stellt so sicher, daß eine geringe bis keine Druckübertragung (und folglich Fluid-Übertragung) aus dem Inneren des Dewargefäßes zu dem Wärmetauscher stattfindet, mit Ausnahme des Druck-Übertragungsweges, der durch die Entnahmeleitung selbst vorgesehen ist. Es ist die Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Dewar-Behälters, erzeugt durch die Flüssigkeit, die bei einem gewissen Druck Pd gesättigt ist, und dem Druck in dem Wärmetauscher Ph die die Antriebskraft zur Abgabe der Flüssigkeit an den Wärmetauscher ist.
In einer Mehrkomponenten-Flüssigkeit, wie z. B. einer verflüssigten, atembaren Gas-Mischung, die Stickstoff und Sauerstoff umfaßt, ist es wichtig, nur Flüssigkeit aus dem Behälter zu entnehmen. Die entnommene Flüssigkeit wird dann zu einer Gasphase verdampft. Da die Flüssigkeit in einem relativ geschlossenen System, d. h. in dem Wärmetauscher, verdampft wird, ist der Prozentsatz der verschiedenen Bestandteile in der Gasphase ähnlich dem der Flüssigkeitsphase. Somit verhindert die vorliegende Erfindung ein Entnehmen aus dem Kopfraum des Behälters. Ein Entnehmen aus dem Kopfraum ist unerwünscht, da sich der Bestandteil mit dem niedrigeren Dampfdruck, d. h. Stickstoff, vor dem Sauerstoff entspannt, und so ein stickstoffreiches Gas an dem Atemregler erzeugt wird.
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen deutlicher.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine teilweise im Aufriß gezeigte, teilweise im Querschnitt gezeigte, teilweise schematische und teilweise im Blockdiagramm dargestellte Ansicht eines Dewar-Behälters 10, der eine Flüssigkeits-Entnahmeleitungs-Einrichtung 58 der vorliegenden Erfindung einschließt, die einer Aufnahmekopf-Einrichtung 60, die auf der Oberfläche der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 schwimmt, zugeordnet ist.
Fig. 2 ist eine vergrößerte und weggebrochene, teilweise im Aufriß dargestellte Teil- Querschnittsansicht von einem Paar von Kapillarröhrchen 136 der Flüssigkeits- Entnahmeleitungs-Einrichtung 58, die durch ein Septum 140 hindurchgehen.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Flüssigkeits-Aufnahmekopf-Einrichtung des Schwimm-Typs der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist eine teilweise im Aufriß gezeigte, teilweise im Querschnitt gezeigte Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Dewar-Behälters 10, der mit einer Flüssigkeits- Aufnahmekopf-Einrichtung des Gewichts-Typs, die in die Tieftemperatur- Flüssigkeit 16 eintaucht, versehen ist.
Fig. 5 ist eine weggebrochene Teil-Querschnittsansicht des in Fig. 4 gezeigten Dewar-Behälters 10, der um 90º in eine horizontale Position gedreht ist.
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Flüssigkeits-Aufnahmekopf-Einrichtung des Gewichts-Typs entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht der in Fig. 6 gezeigten Flüssigkeits-Aufnahmekopf- Einrichtung des Gewichts-Typs, die in der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 schwimmt.
Fig. 8 ist eine Aufsicht von unten der Flüssigkeits-Aufnahmekopf-Einrichtung des Gewichts-Typs, die in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist.
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 9-9 von Fig. 8.
Fig. 10 ist eine vergrößerte und weggebrochene, teilweise im Aufriß gezeigte, teilweise im Querschnitt gezeigte Ansicht des Dewar-Behälters 10 entsprechend der vorliegenden Erfindung, der einen Aufnahmekopf 116 des Gewichts-Typs enthält.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Nun zu den Zeichnungen: Fig. 1, 4 und 10 zeigen einen Tieftemperatur-Fluid-Dewar- Behälter 10, der für die Verwendung mit der Entnahme-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung geeignet ist, teilweise im Aufriß, teilweise schematisch und teilweise im Querschnitt. Es sollte verstanden werden, daß der Behälter 10 nur ein Beispiel ist, und in dieser Hinsicht stellt der Behälter 10 eine Ausführungsform eines Behälters dar, der mit der Flüssigkeits-Entnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendbar ist. Mit anderen Worten: Die vorliegende Flüssigkeits-Entnahmevorrichtung ist mit vielen Behälter-Typen verwendbar, deren Form und Konstruktion nur durch die Vorstellung von Fachleuten begrenzt ist. Obwohl der Behälter 10 mit einer im allgemeinen zylindrischen Form gezeigt ist, die an beiden Enden geschlossen ist, kann z. B. die vorliegende Flüssigkeits-Entnahmevorrichtung für eine Verwendung mit Behältern, die eine Unzahl von anderen Formen als zylindrisch aufweisen, angepaßt werden. Der Behälter muß jedoch geschlossen sein.
Der Tieftemperatur-Flüssigkeits-Dewar-Behälter 10 umfaßt eine äußere Behälter-Einrichtung oder ein äußeres Gehäuse 12, die bzw. das um eine innere Behälter-Einrichtung oder ein Innengehäuse 14, die bzw. das eine Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 enthält, herummontiert ist und diese bzw. dieses umgibt. Die Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 ist eine verflüssigte Gas-Mischung, die in der Lage ist, eine atembare Gas-Mischung zu einem Atemregler 18 und einer zugeordneten Gesichtsmaske 20 zu liefern, wie in der Blockdiagramm-Darstellung in Fig. 1 angedeutet ist.
Das Außengehäuse 12 weist eine im allgemeinen zylindrische Seitenwand auf, die sich entlang und um die longitudinale Achse bzw. Längsachse des Behälters 10 herum erstreckt, mit einem ersten und einem zweiten Haubenabschnitt 12A und 12B, die die entgegengesetzten Enden davon schließen. Ähnlich weist das Innengehäuse 14 eine zylindrische Seitenwand auf, die sich entlang 8 und um die longitudinale Achse bzw. Längsachse herum erstreckt, mit einem ersten und einem zweiten Haubenabschnitt 14A und 14B, die die entgegengesetzten Enden davon schließen. Der Raum 22, der zwischen dem Innen- und Außengehäuse 12 und 14, die koaxial ausgerichtet sind, gebildet ist, ist evakuiert und mit einem Isoliermaterial (nicht gezeigt) versehen, das dazu beiträgt, die Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 von der Außenumgebung thermisch zu isolieren. Ein Getter- Material 24 ist auf der Außenseite der zweiten Haube 14B des Innengehäuses 14 montiert, um alle Restgase in dem evakuierten Raum 18 zwischen den Gehäusen 12 und 14 durch einen Sorptions-Vorgang zu entfernen. Diese Isolierstruktur wird typischerweise als Superisolation bezeichnet und wird im allgemeinen bei der Konstruktion von Behältern für verflüssigtes Gas verwendet.
Ein Flüssigkeits-Füllventil 26 ist auf der zweiten Haube 12B des äußeren Gehäuses 12 montiert. Das Ventil 26 dient als eine Verbindungs-Einrichtung zum Verbinden des Dewar-Behälters 10 mit einer Druckversorgung von verflüssigtem Gas (nicht gezeigt) zum Füllen der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 in das Innengehäuse 14.
Ein Rohr 28 trägt einen Verteilerblock 30, der mit einem Abstand oberhalb der ersten Haube 14A des inneren Gehäuses 14 positioniert ist, wenn es wie in Fig. 1 orientiert ist. Das Rohr 28 hängt in das Innere des Innengehäuses 14 hinab, um einen Lüftungsraum zu bilden, in dem sich eine Gasblase bildet, um zu verhindern, daß das Innengehäuse überfüllt wird, wie es Fachleuten wohl bekannt ist. Der Sättigungs-Dampfdruck der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 innerhalb des inneren Gehäuses 14 ist mindestens etwa 4,137 bar (60 psig) und bevorzugter etwa 6,895 bis 8,964 bar (100 bis 130 psig). Das System arbeitet jedoch bei Flüssigkeits-Dampfdrücken deutlich unterhalb 4,137 bar (60 psig). Ein Sicherheitsventil (nicht gezeigt), das mit Tieftemperatur-Fluids kompatibel ist, steht in Verbindung mit dem Inneren des Innengehäuses 14. Im Fall einer Überdruckbeaufschlagung des Innengehäuses ist das Sicherheitsventil derart eingestellt, daß es bei etwa 9,653 bar (140 psig) ausgelöst wird.
Das Ventil 26 führt zu einer Gasfalle 32, die eine 360 Grad-Schleife in dem Isolierraum 22 zwischen den Gehäusen 12 und 14 bildet. Wenn das Ventil 26 geschlossen ist und die in dem Innengehäuse 14 vorgesehene Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 enthält, wird immer eine hohe Stelle der Falle 32 vorhanden sein, die mit Gas gefüllt ist. Der Unterschied des Wärmeübertragungs-Koeffizienten eines Gases verglichen mit dem einer Flüssigkeit, liegt in der Größenordnung von etwa zehn bis etwa Tausend für eine siedende Flüssigkeit. So hilft die Falle 32 zu verhindern, daß Umgebungswärme zu der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 in dem Innengehäuse 14 geleitet wird.
Wie in den Fig. 1, 4 und 10 gezeigt ist, ist eine erste Öffnung 34 in der oberen Haube 12A des Außengehäuses 12 vorgesehen und ist eine zweite Öffnung 36 in der oberen Haube 14A des Innengehäuses 14 vorgesehen. Die Begrenzung der Öffnung 34 weist einen Abstand von einem Zylinder 38 auf, dessen unteres Ende mit der Begrenzung der zweiten Öffnung 36 verbunden ist, und die entlang der longitudinalen Achse des Behälters 10 ausgerichtet ist.
Ein ringförmiger Flansch 42 weist einen vergrößerten Basisabschnitt 44 auf, der mit der Begrenzung der Öffnung 34 verbunden ist, angeordnet mit einem Abstand von der Seitenwand des Zylinders 38 mit einem sich nach innen erstreckenden oberen ringförmigen Rand 46, der angrenzend an die ringförmige Verbindung am Zylinder 38 befestigt ist. Eine Abdeckung 48 ist auf den Flansch 42 aufgeschraubt. Die Abdeckung 48 ist mit einer zentralen Vertiefung 50 versehen, von der eine Bodenwand 52 eine Öffnung aufweist. Die Bodenwand 52 trägt eine Hülse 54, die in eine räumlich enge Beziehung um einen Abschnitt des Rohrs 28 eingepaßt ist, daß eine Verbindung zwischen dem Inneren des Innengehäuses 14 und dessen Außenseite herstellt. Eine Druckmutter 56 ist auf die Hülse 54 aufgeschraubt, und richtet das Rohr 28 und den Verteilerblock 30 aus.
Das Rohr 28 umhüllt teilweise eine flexible Flüssigkeits-Entnahmeleitungseinrichtung 58 (wie in den Fig. 1 und 4 teilweise im Aufriß und teilweise mit gestrichelten Linien gezeigt ist), die ein Ende aufweist, das innerhalb einer Aufnahmekopf-Einrichtung 60 (Fig. 1, 4 und 5) angeordnet ist, die sicherstellt, daß das Aufnahmeende der Leitungseinrichtung 58 immer unterhalb der Oberfläche der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 unabhängig von der räumlichen Orientierung des Behälters 10 eingetaucht ist. Die Aufnahmeeinrichtung 60 weist bevorzugt Kugelform mit einem polierten Finish auf. Dies ermöglicht der Aufnahmekopf-Einrichtung 60, auf der inneren Oberfläche des Innengehäuses 14 verschoben zu werden, und verringert den Gleit-Reibungskoeffizienten zwischen der Aufnahmekopf-Einrichtung 60 und dem Innengehäuse 14. Zum Verbessern der Verschiebung der Aufnahme-Einrichtung 60 innerhalb des Innengehäuses 14 weist die innere Oberfläche des Innengehäuses bevorzugt eine kontinuierlich gekrümmte Anordnung auf (nicht in den Fig. 1, 4, 5 und 10 gezeigt).
Die Flüssigkeits-Entnahmeleitungs-Einrichtung 58 besteht aus einem Polymermaterial, das nicht nachteilig durch einen Kontakt mit der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 beeinflußt wird. Bevorzugt sind vier oder mehr Leitungen 58 mit kleinem Durchmesser vorhanden, die aus einem synthetischen Polymermaterial gebildet sind, wie z. B. Polytetrafluorethylen, mit einem inneren Durchmesser von zwischen etwa 0,0508 bis 0,1016 cm (0,020 bis 0,040 in), wobei 0,0762 cm (0,030 in) bevorzugt ist, mit einer Wanddicke von etwa 0,01524 bis 0,0254 cm (0,006 bis 0,010 in). Die Rohre können ebenfalls zum Erreichen einer zusätzlichen mechanischen Festigkeit umhüllt sein.
Verschiedene Ausführungsformen der Flüssigkeits-Aufnahmekopf-Einrichtung 60 und der zugeordneten Flüssigkeits-Entnahmeleitungs-Einrichtung 58 werden nun im Detail beschrieben.
Der erste Typ besteht aus einem Aufnahmekopf des Schwimm-Typs (Fig. 1), der auf der Oberfläche der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 ruht. Ein Schwimmer 64 ist asymmetrisch beschwert, um sicherzustellen, daß das Aufnahmeende der Flüssigkeits-Entnahmeleitungs- Einrichtung 58 immer in Kontakt mit der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 ist, wenn sich die Flüssigkeit in dem Innengehäuse 14 als Reaktion auf eine Änderung der Orientierungen des Dewar-Behälters 10 bewegt. Ein anderer Typ der Flüssigkeits-Aufnahmekopf-Einrichtung 60 umfaßt ein beschwertes Teil, wie z. B. ein Teil des Gewichts-Typs 66, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. In dieser letzteren Ausführungsform ist das Aufnahmeende der Flüssigkeits-Entnahmeleitungs-Einrichtung 58 in der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 eingetaucht, wobei das Gewicht 66 bereitwillig der unteren Seite (Fig. 5) der inneren Oberfläche des Innengehäuses 14 folgt. In dieser Art stellt das Gewicht 66 sicher, daß die Flüssigkeits-Entnahmeleitungs-Einrichtung 58 immer in einer Fluid-Strom-Verbindung mit der Flüssigkeit steht, bis die Flüssigkeit im wesentlichen aus dem Innengehäuse 14 entleert ist, unabhängig von dessen räumlicher Orientierung.
Verschiedene Ausführungsformen der Aufnahmekopf-Einrichtung, die den Schwimm-Typ 64 und den Gewichts-Typ 66 umfassen, werden nun im Detail beschrieben.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist eine Ausführungsform des Flüssigkeits-Aufnahmekopfs 64 des Schwimm-Typs ein kugelförmig geformtes Teil 68 auf, das eine Hauptöffnung 70 aufweist, die mit einer Durchführungsdichtung 72 versehen ist. Die Flüssigkeits-Entnahmeleitungs-Einrichtung 58 geht durch die Durchführungsdichtung 72 hindurch und erstreckt sich zu einem Differential-Gewicht 74, das innerhalb der Kugel 68 gegenüber der Hauptöffnung 70 angeordnet ist. Das Aufnahmeende der vier Entnahmeleitungen 58 endet jeweils an entsprechenden Öffnungen 76 in der Kugel 68. Diese Struktur hält jede der Entnahmeleitungen 58 in einer Fluid-Strom-Verbindung mit der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 in dem Innengehäuse 14, da die Kugel 68 auf der Oberfläche der Flüssigkeit ruht.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Ausführungsform eines Flüssigkeits-Aufnahmekopfes des Gewichts-Typs 66, der ein kugelförmiges Teil 78 umfaßt. Die Kugel 78 weist eine Mehrzahl von Öffnungen oder Perforierungen 80 auf für eine Fluid-Strom-Verbindung der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 in das Innere der Kugel 78. Ein eine Dochtwirkung entfaltendes Material 82, wie z. B. ein Filzmaterial und dergleichen, ist innerhalb der Kugel 78 angeordnet, die eine Sekundärkugel 84 in einem zentralen Bereich im Inneren trägt. Die Sekundärkugel 84 ist ebenfalls hohl mit einer Mehrzahl von Öffnungen oder Perforierungen 86, die für eine Fluid-Strom-Verbindung der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 darin sorgen. Die Kugel 78 schließt eine Hauptöffnung 88 ein, die mit einer Durchführungsdichtung 90 versehen ist, die hindurchgehende Entnahmeleitungen 58 aufweist. Die Entnahmeleitungen 58 treten in die Sekundärkugel 84 mit ihren Aufnahmeenden 92 ein, die etwa in der Mitte der Sekundärkugel 84 angeordnet sind. Wenn die Kugel 78 in Kontakt mit der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 innerhalb des Innengehäuses 14 ist, tritt die Flüssigkeit 16 in die Kugel 78 durch die Öffnungen 80 ein. Das eine Dochtwirkung entfaltende Material 82 zieht die Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 in die Kugel 78 bis zu einem Niveau derart hoch, daß die Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 durch die Öffnungen 92 strömt und in die Sekundärkugel 84 gefüllt wird. Wie gezeigt, füllt die Tieftemperatur- Flüssigkeit 16 die Sekundärkugel 84 mittels einer Kapillartätigkeit bis zu einem Niveau oberhalb des Mittelpunktes der Kugel und ausreichend für eine Fluid-Strom-Verbindung mit dem Aufnahmeende der Entnahmeleitungen 58. Die Aufnahmeenden der Leitungen 58 sind in dem Mittelpunkt der Sekundärkugel 84 fixiert, so daß unabhängig von der Orientierung der Kugel 84 immer eine Fluid-Strom-Verbindung mit den Leitungen 58 besteht.
Eine andere Ausführungsform des Flüssigkeits-Aufnahmekopfes des Gewichts-Typs 66 ist in den Fig. 8 und 9 gezeigt, und umfaßt ein kugelförmiges, beschwertes Teil 94. Obwohl die Kugel 94 bevorzugt aus einem Metallmaterial mit einer ausreichenden Masse zum Erreichen der unteren Seite der inneren Oberfläche des Innengehäuses 14 gebildet ist, kann sie ebenfalls aus einem Kunststoff oder anderen Materialien hergestellt sein. In dem letzteren Fall ist die Kugel 94 beschwert, z. B. durch das in Fig. 3 gezeigte Differential- Gewicht 74, und stellt so sicher, daß die Entnahmeleitungen 58 immer in der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 an der unteren Seite des Innengehäuses 14 eingetaucht sind.
Das Kugelteil 94 ist mit einer ausreichenden Anzahl von Durchgangsbohrungen zum Aufnehmen der Entnahmeleitungen 58 versehen. Es können wenige Leitungen, wie beispielsweise eine Leitung 58 oder viele von ihnen sein, beispielsweise vier oder mehr. Fig. 9 zeigt ein Beispiel einer Leitungsbohrung 96, die eine Passage 98 mit einem ersten Durchmesser aufweist, die sich von einer oberen Position auf der Kugel 94 zu einem sich nach außen aufweitenden, kegelstumpfförmigen Abschnitt 100 erstreckt. Die Passage 98 ist derart bemessen, daß sie die Entnahmeleitungen 58 in einer räumlich engen Beziehung aufnimmt. Der Kegelstumpf-Abschnitt 100 führt zu einer Gewindebohrung 102 mit einem Durchmesser, der derart bemessen ist, daß sie einen Einsatz 104 mit einem Gewinde aufnimmt. Der Einsatz 104 weist eine erste Öffnung 106 mit einem großen Durchmesser auf, die zu einer zweiten, inneren Fluid-Öffnung 108 mit einem geringeren Durchmesser führt, die sich zu einer zentralen Aufnahme 110 erstreckt, die mit Kegelstumpf-Form versehen ist. Mit den Entnahmeleitungen 58, die in der Passage 98 derart aufgenommen sind, daß sich das Aufnahmeende des Rohres 62 in die Gewindebohrung 102 erstreckt, ist der Einsatz 104 darin derart eingeschraubt, daß die Aufnahme 110 ein Einfangen des Aufnahmeendes der Entnahmeleitungen 58 zwischen der Aufnahme 110 und dem Kegelstumpf-Abschnitt 100 der Passage 98 bewirkt. Ein Verriegelungsring 112 wird dann in die Gewindebohrung 102 anstoßend an den Einsatz 104 derart eingeführt, daß der Einsatz 104 und die eingefangene Leitung 62 in der Position verriegelt werden. Eine ähnliche Konstruktion ist für die anderen Entnahmeleitungen 58 vorhanden.
Das Kugelteil 94 ist mit einer Mehrzahl von Sackbohrungen 114 fertiggestellt, die sich darin erstrecken und gebohrt oder anders gebildet sind. Die Sackbohrungen 114 sind sowohl von einer unteren als auch einer oberen Position auf der Kugel 94 vorgesehen und dienen zum Entfernen von Gewicht von der Kugel.
Fig. 10 zeigt eine noch andere Ausführungsform eines Flüssigkeits-Aufnahmekopfes des Gewichts-Typs 66, der eine im allgemeinen hohle Kugel 116 mit dazu zugeordneten Entnahmeleitungen 58 aufweist. Die Kugel 116 weist eine Mehrzahl von Öffnungen oder Perforierungen 118 durch ihre Seitenwand auf, die für einen Fluid-Strom der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 in das Innere der Kugel und aus dieser heraus sorgen. Ein beschwerter Block 120 mit einer ausreichenden Anzahl von Bohrungen zur Aufnahme der entsprechenden Entnahmeleitungen 58 ist innerhalb der Kugel 116 eingeschlossen. Eine Bohrung 122 ist beispielhaft und weist einen ersten Abschnitt 124 auf, der derart bemessen ist, daß er eine der Entnahmeleitungen 58 in einer damit räumlich engen Beziehung aufnimmt. Der erste Abschnitt 124 der Bohrung 122 führt zu einem zweiten Abschnitt 126, der eine sich nach außen erstreckende, kegelstumpfförmige Aufweitung aufweist, die wiederum in einen zylindrisch geformten Abschnitt übergeht. Der zylindrische Abschnitt nimmt gewindemäßig einen Einsatz 138 auf, der das Aufnahmeende der Entnahmeleitung 58 dort einfängt und in Fluid-Strom-Verbindung mit der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 steht, wenn die Kugel 116 in die Flüssigkeit eingetaucht ist. Die Kugel 116 ist in Fig. 10 nicht in der Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 eingetaucht gezeigt.
Die Kugel 116 ist weiter mit einer Anzahl von Rohröffnungen 130 versehen, die die Entnahmeleitungen 58 zum Hindurchführen und gegebenfalls zum Weiterführen in den Block 120 aufnehmen. Eine Elastomer-Unterlegscheibe 132 ist um jede Entnahmeleitung auf der Innenseite der Kugel 116 herum angepaßt, während einzelne Durchführungsdichtungen 134 die Rohre 62 nahe der äußeren Oberfläche der Kugel 116 umgeben. Die Durchführungsdichtungen 134 stoßen an der äußeren Oberfläche der Kugel 116 an und tragen dazu bei, ein Scheuern und einen Verschleiß der Entnahmeleitungen 58 gegenüber der Öffnung 130 zu verhindern.
Wie in den Fig. 1, 2 und 4 gezeigt ist, stehen die Entnahmeleitungen 58 in Fluid- Strom-Verbindung zwischen dem Aufnahmekopf 60 über das Rohr 28 zu einem oberen Ende der Leitung, wo sie sich in zwei Leitungspaare 136 und 138 aufteilen. Jedes Leitungspaar 136 und 138 geht durch eine entsprechende Druckbarriere hindurch, wie z. B. Septen 140 und 142, die innerhalb der Passagen in dem Verteilerblock 30 angeordnet sind, und führt in entsprechende Wärmetauscher 144 und 146 (durch gestrichelte Linien in Fig. 1 gezeigt). Die Verzweigung der entnommenen Flüssigkeit in zwei Wärmetauscher 144 und 146 fördert die Dynamik der Verdampfung der Flüssigkeit in eine Gasphase und trägt dazu bei, ein gleichmäßiges Druckprofil über die gesamte Länge des Systems zu halten. Die Verwendung der zwei Wärmetauscher ist jedoch für ein gutes Funktionieren der vorliegenden Erfindung nicht notwendig.
Das Septum 140 ist beispielhaft. Wie speziell in Fig. 2 gezeigt ist, hängt das Leitungspaar 136 über das Septum 140, das in einer Passage 148 in dem Verteilerblock 30 aufgenommen ist, zusammen. Das Septum 140 ist in der Passage 148 mit einer darin eingeschraubten Mutter 150 gesichert. Eine Unterlegscheibe 152 stößt an die Mutter 150 an und ist mit einem in die Passage 148 eingeschraubten Anschlußstück 154 in der Position verriegelt. Das stromabwärts gelegene Ende des Anschlußstücks 154 ist mit einer inneren, kegelstumpfförmigen Aufweitung 156 versehen, die einen ringförmigen Elastomer-Keil 158 aufnimmt, der um eine Zwischenleitung 160 herum dichtet, die zu einer Wärmetauscher-Leitung 162 führt, die mit dem Wärmetauscher 144 verbunden ist. Schließlich ist eine Überwurfmutter 164 auf das stromabwärts gelegene Ende des Anschlußstücks 154 aufgeschraubt und sichert so die Dichtung 158 um die Zwischenleitung 160 herum. Diese Konstruktion stellt sicher, daß das Septum 140 das Leitungspaar 136 festhält, das in entsprechenden Öffnungen durch das Septum abgedichtet ist, so daß eine geringe oder keine Übertragung von Druck (oder Masse) zwischen dem Inneren des Innengehäuses 14 und dem endothermen Wärmetauscher 144 vorhanden ist mit Ausnahme des durch das Innere des Leitungspaars 136 selbst bereitgestellten Verbindungsgangs. Das andere Leitungspaar 138 und sein Septum 142 ist in der Konstruktion ähnlich und schließt, wie in den Fig. 1, 2, 4 und 10 gezeigt, eine Passage 164 in dem Verteilerblock 30 ein, wobei die Passage 164 eine Mutter 166, eine Unterlegscheibe und ein Anschlußstück 168 mit einer auf dem Anschlußstück 168 aufgeschraubten Überwurfmutter 170 aufnimmt. Eine Zwischenleitung 172 führt von dem Anschlußstück 168 zu einer Wärmetauscher-Leitung 174, die mit dem Wärmetauscher 146 verbunden ist.
Der Ausgang der flexiblen Leitungspaare 136 und 138 erstreckt sich, nachdem er durch die Septen 140, 142 hindurchgetreten ist, ausreichend stromabwärts des Dewar-Behälters 10 derart, daß die daraus austretende Flüssigkeit auf die Wärmetauscher 144, 146 auftrifft, dort verdampft und/oder einen Weg zu einer Stelle durchläuft, wo die Flüssigkeit leicht verdampfen kann. Die Wärmetauscher 144 und 146 nehmen jeweils etwa eine Hälfte der entnommenen Flüssigkeit auf, und sie dienen zum Übertragen von Wärme aus der Umgebungsatmosphäre auf die Tieftemperatur-Flüssigkeit 16, die bevorzugt eine verflüssigte, atembare Gas-Mischung ist. So verdampfen sie die Flüssigkeit in ein Gas und erwärmen anschließend das Gas auf eine atembare Temperatur. Ein äußeres Ende der endothermen Wärmetauscher 144, 146 geht in einen Verteiler (nicht gezeigt) über, der mit einem flexiblen Atemschlauch 176 verbunden ist, der das erwärmte Gas dem Atemdruckregler 18 und einer zugeordneten Gesichtsmaske 20 zuführt, die durch den Benutzer getragen wird, der die Gasmischung atmet, wie schematisch in Fig. 1 gezeigt ist. Somit stellen die Septen 140, 142 sicher, daß der einzige Weg der Druck- und Massenübertragung zwischen dem Inneren des Innengehäuses 14 und den Wärmetauschern 144, 146 über die Entnahmeleitung 58 läuft, so daß der gleichmäßige Systemdruck bis zu dem Regler beibehalten wird. Die Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 ist bevorzugt bei einem gesättigten Flüssigkeitsdruck von zwischen etwa 6,895 bis 8,964 bar (100 bis 130 psig), und dieser Betriebsdruck wird über die gesamte Länge des Entnahmesystems überragen. Für eine detailliertere Beschreibung der Wärmetauscher 144, 146 und der Strömung der Flüssigkeit und/oder des Gases durch diese hindurch wird Bezug genommen auf die ebenfalls anhängige, eingereichte Anmeldung mit dem Titel "Apparatus For Circulating A Cooling Airflow Inside A Microenvironment Suit and Method", US-Patentanmeldung Serial Nr. 08/426,022, die dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen wurde.

Benutzung

Der Dewar-Behälter 10 ist für die Benutzung durch Leute vorgesehen, die in einer agressiven Umgebung atmen müssen, in der die Atmosphäre nicht förderlich zum Unterstützen von Leben sein kann. In Hinblick darauf und unter anfänglicher Bezugnahme auf Fig. 1 wird ein Benutzer zuerst die Gesichtsmaske 20 und einen zugeordneten Atemgasregler 18 aufsetzen, während der Behälter 10 auf dem Rücken durch ein Gurtwerk getragen wird, wie Fachleuten wohl bekannt ist.
Das Innengehäuse 14 wurde vorher mit einer Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 bei einem Flüssigkeits-Sättigungsdruck von etwa 6,895 bis 8,964 bar (100 bis 130 psig) gefüllt. Die Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 ist bevorzugt eine atembare Gas-Mischung. Der der Gesichtsmaske 20 zugeordnete Regler 18 wird dann betätigt und das Atmen beginnt. Die ver schiedenen Aufnahmekopf-Einrichtungen 60, d. h. die Teile des Schwimm-Typs 64, die in den Fig. 1 und 3 gezeigt sind, und die Teile des Gewichts-Typs 66, die in den Fig. 4 bis 10 gezeigt sind, stellen sicher, daß der Einlaß in die Entnahmeleitungen 58 unabhängig von der räumlichen Orientierung des Dewar-Behälters 10 in einer Fluid-Strom- Verbindung mit der Flüssigkeit 16 steht. Die Entnahmeleitungen teilen sich in Leitungspaare 136 und 138 auf, die durch die Septen 140, 142 hindurchgehen und die Flüssigkeit 16 zu den entsprechenden Wärmetauschern 144 und 146 liefern. Die Septen 140, 142 stellen sicher, daß der einzige Übertragungsweg zwischen dem Inneren des Innengehäuses 14 und den endothermen Wärmetauschern 144, 146 durch die Entnahmeleitung 58 selbst ermöglicht ist. Der Ausgang der Entnahmeleitung 58 entleert sich in die Wärmetauscher 144, 146, die Wärme von der Umgebungsatmosphäre zu der Tieftemperatur-Flüssigkeit übertragen, wodurch die Flüssigkeit in ein Gas verdampft wird und dann das Gas auf etwa Umgebungstemperatur erwärmen. Alternativ dazu kann das Gas auf eine tiefere Temperatur als die Umgebung erwärmt werden, wenn es so gewünscht ist. Die Wärmetauscher 144 und 146 erhalten die Konzentration der verschiedenen Bestandteile, die die verflüssigte Gas-Mischung bilden, auf einem ähnlichen Wert der Konzentration, wie sie in der Flüssigkeitsphase vorliegen. Die atembare Gasmischung strömt aus den Wärmetauschern zu einem Verteiler (nicht gezeigt), der mit dem flexiblen Atemschlauch 176 (Fig. 1) verbunden ist, der zu dem Regler 18 führt, der an der Gesichtsmaske 20 angebracht ist.
Somit wird ohne Atemanforderung Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 bei etwa 6,895 bis 8,964 bar (100 bis 130 psig) über die Leitungspaare 136 und 138 und die Wärmetauscher 144 und 146 übertragen, an denen Wärme auf die Flüssigkeit übertragen wird. So wird zuerst ein Fluid mit erhöhter Temperatur vorgesehen. Wenn weiter Wärme übertragen wird, wird das Gas auf etwa Umgebungstemperatur erwärmt und zum Atmen geeignet gemacht. Während des Einatmungsvorgangs steht dieses atembare Gas mit dem an der Gesichtsmaske 20 angebrachten Regler 18 derart in Verbindung, daß das gesamte System, das die Flüssigkeits-Entnahmeleitungs-Einrichtung 58, die Wärmetauscher 144 und 146 und den Atemschlauch 176, der zu dem Gesichtsmaskenregler 18 führt, einschließt, auf ungefähr dem Druck der gesättigten Flüssigkeit, d. h. auf etwa 6,895 bis 8,964 bar (100 bis 130 psig), wobei eine Berücksichtigung des Druckabfalls der Wärmetauscher und des flexiblen flexiblen Schlauches (nicht gezeigt), der aus den Wärmetauschern zu dem Regler führt, vernachlässigt wird. Wie Fachleuten wohl bekannt ist, stellt der Regler das Atemgas der Gesichtsmaske 20 auf Anforderung zur Verfügung, während ein positiver Druck innerhalb der Gesichtsmaske von ungefähr 0 bis 4,98 mbar (0 bis 2 in Wassersäule) oberhalb des Drucks außerhalb der Gesichtsmaske beibehalten wird. Weiterhin sollte die Beschreibung der vorliegenden Vorrichtung bezüglich eines Einatmungsvorgangs nicht als eine Beschränkung ausgelegt werden. Der Regler 18 kann ebenfalls in einem Konstantstrom- Modus oder jedem anderen Betriebs-Modus verwendet werden, wie Fachleuten wohl bekannt ist.
Wenn sich die Tieftemperatur-Flüssigkeit 16 durch die Wärmetauscher 144 und 146 bewegt, in denen Wärme aus der Umgebung auf sie übertragen wird, erhöht sich der Druck der resultierenden Gasphase. Wenn der Druck in den Wärmetauschern 144 und 146 im wesentlichen gleich dem Druck innerhalb des Innengehäuses ist, d. h. etwa 6,895 bis 8,964 bar (100 bis 130 psig), (die Berücksichtigung des Hardware-Druckabfalls wird vernachlässigt) hört die Entnahme der Flüssigkeit 16 über die Leitungen 58 auf. Dann verursacht jede Entnahme des erwärmten Gases aus dem stromabwärts gelegenen Ende der Wärmetauscher, z. B. wenn der Benutzer während einer normalen Atemanforderungsbedingung einatmet, daß der Druck in den Wärmetauschern 144 und 146 fällt. Dies erzeugt eine Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Dewar-Behälters 10 und den endothermen Wärmetauschern 144 und 146 über die Entnahmeleitung 58, während gleichzeitig die Verdampfung jeder Flüssigkeit 16, die noch in den Wärmetauschern ist, gefördert wird. Die Druckdifferenz verursacht wiederum, daß Flüssigkeit 16 in die flexiblen Entnahmeleitungen 58 aus dem Dewar-Behälter mit relativ hohem Druck zu der Seite der Wärmetauscher 144 und 146 mit dem niedrigeren Druck fließt, so daß das während des Atemvorgangs entfernte oder verbrauchte Gasvolumen aus den Wärmetauschern 144 und 146 ersetzt wird, bis ein Druckgleichgewicht wiederum verwirklicht ist. Folglich wird ein Fluidstrom aus dem Innengehäuse 14 des Dewar-Behälters 10 über die Entnahmeleitungen 58 zu den Wärmetauschern 144 und 146 durch jede Entnahme oder jedes Entfernen von Gas aus dem System, z. B. durch die Atemanforderungsbedingungen des Benutzers, bestimmt.
Wenn es gewünscht wird, das Atemgerät 20 bei einem Nenndruck von etwa 6,895 bis 8,964 bar (100 bis 130 psig) zu betreiben, wird das Innengehäuse 14 mit einer Flüssigkeitsmischung gefüllt, die bei einem Druck innerhalb dieses Bereiches gesättigt ist. Für alle Absichten und Zwecke werden die Kopfgase innerhalb des Innengehäuses 14 aufgrund der Septen 140, 142 während der Atemanforderungszyklen nicht verbraucht, und das Flüssigkeits-Entfernungs- oder Flüssigkeits-Entnahme-System arbeitet bei 6,895 bis 8,964 bar (100 bis 130 psig), bis der Flüssigkeitsinhalt entleert ist. Es gibt natürlich eine Nennabnahme des Sättigungsdrucks der Flüssigkeit, wenn sie durch Entspannen der Flüssigkeit innerhalb des Behälters verbraucht wird. Die Flüssigkeit wird zum Erzeugen von Gas, das den entnommenen Flüssigkeitsinhalt belegt, der während der normalen Atemanforderungsbedingungen verbraucht wurde, entspannt.
Wenn der Druck in den endothermen Wärmetauschern auf einen größeren Druck als der Druck innerhalb des Innengehäuses 14 ansteigt, tritt ein geringes Zurückströmen der Gase aus den Wärmetauschern in das Innengehäuse 14 auf, bis der Druckausgleich wieder neu verwirklicht ist und/oder bis sich ein Druck-Sicherheitsventil (nicht gezeigt) öffnet. Es sollte jedoch angemerkt werden, daß die Wärmeübertragung auf stillstehende Gase innerhalb der Wärmetauscher 144 und 146 relativ gering ist, und folglich ist die Flüssigkeitsentnahme-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bezüglich des Druckaufbaus während der Benutzung relativ zu dem gewünschten Atemdruckbetriebsbereich sehr stabil.
Es ist beabsichtigt, daß die vorhergehende Beschreibung nur erläuternd für die vorliegende Erfindung ist und daß die vorliegende Erfindung nur durch die hieran angefügten Ansprüche beschränkt ist.

Claims

1. Vorrichtung, die nützlich ist zum Entnehmen einer Flüssigkeit aus einem geschlossenen Behälter, welche umfaßt:

(a) eine Leitungs-Einrichtung (58), umfassend ein stromaufwärts gelegenes offenes Ende, das innerhalb des Behälters (10) gelegen ist, und ein gegenüberliegendes, stromabwärts gelegenes offenes Ende, das außerhalb des Behälters angeordnet ist, wobei wenigstens ein Teil der Leitungseinrichtung (58) aus einem flexiblen Material derart besteht, das die Leitungs-Einrichtung (58) das gesamte eingeschlossene Volumen des Behälters (10) erreicht, von dem beabsichtigt ist, das es Flüssigkeit (16) bei Änderungen der Orientierung des Behälters (10) enthält, wobei ein freies und offenes Fließen der Flüssigkeit durch den Behälter erhalten bleibt;

(b) eine Aufnahme-Einrichtung (60), die am stromaufwärts gelegenen offenen Ende der Leitungs-Einrichtung (58) vorgesehen ist, wobei die Aufnahmevorrichtung (60) eine umschließende Seitenwandung umfaßt, in der das stromaufwärts gelegene offene Ende der Leitungs-Einrichtung (58) umgeben von einem eine Dochtwirkung entfaltenden Material (82) angeordnet ist, das innerhalb der Aufnahme-Einrichtung (60) untergebracht ist, und worin die umschließende Seitenwandung mit wenigstens einer Perforierung (86) versehen ist, um es zu ermöglichen, daß das eine Dochtwirkung entfaltende Material (82) die Flüssigkeit in die Aufnahme-Einrichtung (60) zieht und dadurch das stromaufwärts gelegene offene Ende in Kontakt mit der Flüssigkeit (16) hält; und

(c) Entnahme-Einrichtungen (30, 144, 146, 18, 20) die außerhalb des Behälters (10) angeordnet sind und in Fluid-Strom-Verbindung mit dem stromabwärts gelegenen offenen Ende der Leitungs-Einrichtung (58) stehen, wobei dann, wenn der Außendruck in den Entnahme-Einrichtungen (30, 144, 146, 18, 20) geringer ist als der Innendruck innerhalb des Behälters (10), und bei Änderun gen der Orientierung des Behälters (10) oder bei Fehlen einer Änderung der Orientierung des Behälters, die Flüssigkeit (16) veranlaßt wird, durch die Leitungs-Einrichtung (58) von dem eingeschlossenen Volumen zu der Entnahme-Einrichtung (30, 144, 146, 18, 20) zu strömen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Flüssigkeit (16) eine Tieftemperatur- Flüssigkeit ist und die Leitungs-Einrichtung (58) aus einem flexiblen, synthetischen Polymermaterial besteht, das durch Kontakt mit der Tieftemperatur-Flüssigkeit (16) nicht nachteilig beeinträchtigt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, worin der Tieftemperatur-Flüssigkeit (16) in der Entnahme-Einrichtung (30, 144, 146, 18, 20) Wärme zugeführt wird, um die Flüssigkeit (16) zu einem Gas zu verdampfen, und worin die Entnahme von Flüssigkeit aus dem Behälter (10) zu der Zeit aufhört, zu der der Druck innerhalb des Behälters (10) im wesentlichen gleich dem Druck in der Entnahme-Einrichtung (30, 144, 146, 18, 20) wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin wenigstens der Teil der Leitungs-Einrichtung (58), der das gesamte eingeschlossene Volumen erreicht, von dem beabsichtigt ist, das es Flüssigkeit (16) enthält, aus Polytetrafluorethylen besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Aufnahme-Einrichtung (60) ein in die Flüssigkeit (16) eingetauchtes Gewicht (66) umfaßt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Aufnahme-Einrichtung (60) einen Schwimmer (64) umfaßt, der auf der Oberfläche der Flüssigkeit (16) bleibt oder leicht unter die Flüssigkeits-Oberfläche eingetaucht ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Leitungs-Einrichtung (58) eine Mehrzahl von flexiblen Schläuchen umfaßt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Entnahme-Einrichtung (30, 144, 146, 18, 20) ein Wärmetauscher (144, 146) ist, der dazu dient, Wärme auf die Flüssigkeit (16) zu übertragen und ein Fluid mit erhöhtem Energiezustand bereitzustellen, und worin die Flüssigkeitsentnahme aus dem Behälter (10) zu der Zeit aufhört, wenn der Druck innerhalb des Behälters im wesentlichen gleich dem Druck in dem Wärmetauscher (144, 146) wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welche weiter eine Verbrauchs-Einrichtung einschließt, die zum Verbrauch des bei erhöhter Energie befindlichen Fluids aus dem Wärmetauscher (144, 146) vorgesehen ist, sodaß ein Druck-Differential zwischen dem Wärmetauscher (144, 146) und dem Innern des Behälters (10) über die Leitungs-Einrichtung (58) aufgebaut wird, das die darin enthaltene Flüssigkeit veranlaßt, durch die Leitungs-Einrichtung (58) in den Wärmetauscher (144, 146) zu strömen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die Tieftemperatur- Flüssigkeit (16) eine atembare Gas-Mischung umfaßt und worin die Verbrauchs-Einrichtung eine Gesichtsmaske (20) umfaßt, die von einem Benutzer der Vorrichtung getragen wird, um die atembare Gas-Mischung einzuatmen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin die Tieftemperatur- Flüssigkeit aus einer atembaren, verflüssigten Gas-Mischung besteht, die Sauerstoff und Stickstoff enthält.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin der Behälter (10) eine Innenbehälter-Einrichtung (14), die zur Speicherung der Tieftemperatur-Flüssigkeit (16) vorgesehen ist, und eine Isolations-Einrichtung einschließt, in der die Innenbehälter- Einrichtung (14) in einer umgebenden Beziehung untergebracht ist, um eine Leitung und Strahlung der Umgebungswärme in Richtung auf die Tieftemperatur-Flüssigkeit (16) innerhalb der Innenbehälter-Einrichtung (14) zu verzögern.

13. Verfahren zum Entnehmen einer Flüssigkeit aus einem geschlossenen Behälter, welches die Schritte umfaßt, daß man

(a) eine flexible Leitungs-Einrichtung (58) vorsieht, die ein stromaufwärts gelegenes offenes Ende umfaßt, das innerhalb des Behälters (10) gelegen ist, und ein gegenüberliegendes, stromabwärts gelegenes offenes Ende, das außerhalb des Behälters angeordnet ist, wobei wenigstens ein Teil der Leitungseinrichtung (58) aus einem flexiblen Material derart besteht, das die Leitungs-Einrichtung (58) das gesamte eingeschlossene Volumen des Behälters (10) erreicht, von dem beabsichtigt ist, das es Flüssigkeit (16) bei Änderungen der Orientierung des Behälters (10) enthält, wobei ein freies und offenes Fließen der Flüssigkeit durch den Behälter erhalten bleibt;

(b) eine Aufnahme-Einrichtung (60) am stromaufwärts gelegenen offenen Ende der Leitungs-Einrichtung (58) vorsieht, wobei die Aufnahmevorrichtung (60) eine umschließende Seitenwandung umfaßt, in der das stromaufwärts gelegene offene Ende der Leitungs-Einrichtung (58) umgeben von einem eine Dochtwirkung entfaltenden Material (82) angeordnet ist, das innerhalb der Aufnahme-Einrichtung (60) untergebracht ist, und worin die umschließende Seitenwandung mit wenigstens einer Perforierung (86) versehen ist, um es zu ermöglichen, daß das eine Dochtwirkung entfaltende Material (82) die Flüssigkeit in die Aufnahme-Einrichtung (60) zieht und dadurch das stromaufwärts gelegene offene Ende in Kontakt mit der Flüssigkeit (16) hält;

(c) eine Entnahme-Einrichtung (30, 144, 146, 18, 20) vorsieht, die außerhalb des Behälters (10) angeordnet ist, wobei das stromabwärts gelegene offene Ende der Leitungs-Einrichtung (58) zu der Entnahme-Einrichtung (30, 144, 146, 18, 20) führt;

(d) ein Druck-Differential zwischen dem Außendruck, der an der Entnahme-Einrichtung (30, 144, 146, 18, 20) herrscht, und dem Innendruck schafft, der innerhalb des Behälters (10); und

(e) die Flüssigkeit (16) aus dem Behälter (10) durch die Leitungseinrichtung (58) entnimmt, wenn der Außendruck, der über die Leitungs-Einrichtung (58) übertragen wird, geringer ist als der Innendruck innerhalb des Behälters (10), und die Flüssigkeit (16) bei Änderungen der Orientierung des Behälters (10) oder bei Fehlen von Änderungen der Orientierung der Behälters veranlaßt, durch die Leitungs = Einrichtung (58) aus dem Inneren des Behälters (10) zu der Entnahme-Einrichtung (30, 144, 146, 18, 20) zu strömen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, welches einschließt, das man die Flüssigkeit (16) als Tieftemperatur-Flüssigkeit bereitstellt und die Leitungs-Einrichtung (58) aus einem flexiblen, synthetischen Polymermaterial bereitstellt, das durch Kontakt mit der Tieftemperatur-Flüssigkeit (16) nicht nachteilig beeinträchtigt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 und Anspruch 14, welches einschließt, daß man die Entnahme-Einrichtung (30, 144, 146, 18, 20) in der Weise bereitstellt, daß sie die Flüssigkeit (16) zu einer atembaren Gas-Mischung verdampft, die an einen Benutzer zur Lebensrettung gegeben wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, welches einschließt, daß man die Aufnahme-Einrichtung (60) in der Weise bereitstellt, daß sie ein Gewicht (66) umfaßt, das unabhängig von der räumlichen Orientierung des Behälters (10) in die Flüssigkeit (16) eingetaucht ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, welches einschließt, daß man die Aufnahme-Einrichtung (60) in der Weise bereitstellt, daß sie einen Schwimmer (64) umfaßt, der auf der Oberfläche der Flüssigkeit (16) bleibt oder leicht unter die Oberfläche der Flüssigkeit eingetaucht ist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, welches einschließt, daß man wenigstens den Teil der Leitungs-Einrichtung (58), der mit dem Flüssigkeitsgehalts des Behälters (10) in Kontakt steht, aus Polytetrafluorethylen vorsieht.