EP2670265B1

EP2670265B1 - Schutzanzug zur verwendung in einem kühlraum

Info

Publication number: EP2670265B1
Application number: EP12702764.7A
Authority: EP
Inventors: Günter R. FUHR; Heiko Zimmermann; Klaus-Peter Hoffmann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2032-02-01
Also published as: WO2012104081A3; JP6200329B2; DE102011010119A1; WO2012104081A2; WO2012104081A8; JP2014504686A; EP2670265A2; CN103747696A; US9381385B2; US20130305438A1; CN103747696B

Description

Die Erfindung betrifft einen Schutzanzug zur Verwendung für eine Bedienperson in einem Kühlraum, insbesondere in einer Kühlanlage zur Kryokonservierung biologischer Proben. Die Erfindung betrifft auch einen Handschuh in Kombination mit dem Schutzanzug. Anwendungen der Erfindung sind beim Betrieb von Kühlanlagen für eine Langzeitlagerung von Proben im gekühlten Zustand, insbesondere bei der Kryokonservierung biologischer Proben, gegeben.
Es ist bekannt, biologische Proben für Konservierungszwecke im gefrorenen Zustand in einer Kühlanlage, z. B. in einer Kryobank, zu lagern (Kryokonservierung). Kryobanken werden typischerweise bei Temperaturen unter -80°C, insbesondere einer Temperatur unter der Umkristallisierungstemperatur von Wassereis (-138°C), betrieben. Sie enthalten ein Kühlmittelreservoir mit flüssigem Stickstoff (Temperatur: rd. -195°C) und eine Vielzahl einzelner Tanks (so genannte Kryotanks, meist Dewar-Gefäße aus doppelwandigem Stahl). Die Kryotanks stehen in Räumen bei Normaltemperatur (Raumtemperatur), in denen sich Bedienpersonen ohne besondere Schutzmaßnahmen aufhalten können. Herkömmliche Kryobanken mit einzelnen Kryotanks haben Nachteile, wenn große Probenmengen, wie zum Beispiel zehntausend bis zu einer Millionen oder mehr Proben kryokonserviert werden sollen. Es treten Beschränkungen für die Effektivität des Kryotank-Betriebs, für die Bereitstellung konstanter Kühlbedingungen und für die Automatisierung beim Betrieb der Kryobank, insbesondere der Probenhandhabung auf. Zur Überwindung dieser Beschränkungen besteht das Interesse, die herkömmlichen Kryotanks durch größere Lagereinheiten zu ersetzen.
Eine ausgedehnte Kühlanlage, die für die Kryokonservierung biologischer Proben geeignet ist, wird von den Erfindern der vorliegenden Erfindung in einer weiteren Patentanmeldung ( WO2012/104080 , unveröffentlicht am Prioritätstag der vorliegenden Erfindung) beschrieben. Die Kühlanlage umfasst einen Kühlraum und eine Kühleinrichtung, die zur Kühlung des Kühlraums mit flüssigem Stickstoff vorgesehen ist. Obwohl die Kühlanlage im Normalbetrieb voll- oder halbautomatisch arbeitet, d.h. keine Personenbegehung erforderlich ist, muss im Wartungs- und Havariefall eine Begehung durch Bedienpersonen möglich sein. Ohne Schutzmaßnahmen können Menschen Räume mit Temperaturen unter -70°C jedoch nicht betreten, da Erfrierungen der Haut, der Augen und der Lunge unvermeidbar wären und bereits nach kurzer Zeit zu lebensgefährlichen Zuständen führen würden. Beispielsweise ist bekannt, dass an den Kältepolen der Erde bei Temperaturen unterhalb -60°C körperliche Aktivitäten des Menschen mit einem kräftigen Einatmen zu Erfrierungen an den Lungenbläschen führen.
Es sind Schutzmaßnahmen für Menschen in lebensfeindlicher Umgebung allgemein bekannt, wie zum Beispiel Raumanzüge für die Verwendung im Weltall (siehe zum Beispiel US 3 463 150 ) oder Tauchanzüge (siehe zum Beispiel GB 14 15 836 , US 6 415 453 oder US 3 730 178 ). Raumanzüge sind jedoch für Kühlanlagen ungeeignet. So erfordern Raumanzüge eine Kühlung des Astronauten, da im freien Raum wegen der fehlenden Konvektion eine Überhitzung im Anzug droht. In US 3 730 178 A und US 3 875 924 A werden Tauchanzüge beschrieben, die mit einer Heizung ausgestattet sind. Diese Tauchanzüge sind jedoch aufgrund ihrer mangelhaften thermischen Isolationsfähigkeit und einer fehlenden Tieftemperaturbeständigkeit zur Verwendung in einer Kühlanlage ungeeignet.
In DE 20 2004 008 966 U1 , US 3 182 653 A und US 2006/0144557 A1 werden elektrisch heizbare Kleidungsstücke, z. B. in Gestalt eines Overalls, beschrieben, deren Anwendung jedoch auf die Warmhaltung des Trägers bei Außenaktivitäten, wie bei der Jagd, beim Camping oder beim Aufenthalt in Polargebieten, eingeschränkt ist. Zum Schutz bei Temperaturen unterhalb der in der Natur auftretenden niedrigen Temperaturen (etwa -50 °C) sind diese Kleidungsstücke ungeeignet. WO2005/010499 zeigt eine Vorrichtung zur Handhabung einer Kryoprobe, bei der eine Bedienperson einen Schutzanzug und eine Atemluftversorgung trägt, welche über eine Leitung mit einer ausserhalb angeordneten Versorgungseinheit verbunden ist. Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Schutz einer Bedienperson in einer Kühlanlage zur Kryokonservierung biologischer Proben bereitzustellen, wobei Nachteile und Beschränkungen herkömmlicher Schutzmaßnahmen überwunden werden. Diese Aufgabe wird durch einen Schutzanzug mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch die allgemeine technische Lehre gelöst, einen Schutzanzug, insbesondere für eine Bedienperson in einem Kühlraum mit einer Temperatur unter -100°C, insbesondere unter -150°C, z. B. -190°C oder darunter, bereitzustellen, der insbesondere einen Körperanzug zur Aufnahme der Bedienperson und eine Heizeinrichtung zur Erwärmung des Körperanzugs umfasst. Der Schutzanzug ist zur Verwendung in einem Kühlraum angepasst, der insbesondere mit flüssigem Stickstoff oder Dampf des flüssigen Stickstoffs gekühlt ist. Gemäß der Erfindung ist der Körperanzug aus einem thermisch isolierenden Mantelmaterial (Hüllmaterial) hergestellt. Das Mantelmaterial bildet eine gasdichte Hülle für die Bedienperson. Die Heizeinrichtung ist mit dem Körperanzug verbunden und mit der Wärmeleitfähigkeit des Mantelmaterials so abgestimmt, dass im Inneren des Körperanzugs eine physiologisch akzeptable Temperatur (Temperatur oberhalb von -30°C, insbesondere oberhalb -10°C, z. B. 0°C oder darüber) bereitgestellt wird. Die Heizeinrichtung oder Teile von dieser sind mit dem Mantelmaterial des Körperanzugs verbunden, so dass dieses unmittelbar durch die Heizeinrichtung temperierbar ist. Die Erfinder haben festgestellt, dass mit der Kombination aus thermisch isolierendem Mantelmaterial und einer mit diesem verbundenen Heizeinrichtung ein Schutzanzug bereitgestellt werden kann, der selbst bei extrem niedrigen Temperaturen in einem Kühlraum, der mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird einen zuverlässigen Schutz für eine Person im Schutzanzug bietet. Der Schutzanzug liefert eine vollständige und sichere Wärmeisolation des gesamten Körpers der Bedienperson. Gleichzeitig wird die Wärmeabgabe von der Bedienperson in den Kühlraum minimiert. Die Bedienperson kann im Schutzanzug eine normale Kleidung, Laborkleidung oder auch wärmende (gefütterte) Textilkleidung tragen.
Die Heizeinrichtung erfüllt eine Doppelfunktion, indem erstens eine ausreichende Temperatur im Inneren des Körperanzugs bereitgestellt wird und zweitens das Mantelmaterial und/oder weitere Teile des Körperanzugs, wie z. B. Gelenkbereiche so erwärmt werden können, dass bei der geringen Temperatur im Kühlraum eine ausreichende Flexibilität gegeben ist, um die Beweglichkeit der Bedienperson im Kühlraum zu gewährleisten.
Der erfindungsgemäße Schutzanzug bietet einen Schutz des gesamten Körpers der Bedienperson, insbesondere der Beine, Füße, Arme und Hände gegen Auskühlung, selbst im Fall eines direkten Kontakts der Außenseite des Schutzanzugs mit flüssigem Stickstoff. Die Bedienperson kann sich im Schutzanzug im Kühlraum frei bewegen und den Schutzanzug autonom nutzen. Die Benutzung im Kühlraum ist für eine Dauer von mindestens 10 Minuten, insbesondere mindestens 30 Minuten, wie z.B. 60 Minuten oder länger möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Heizeinrichtung eine elektrische Widerstandsheizung. Die Widerstandsheizung lässt sich vorteilhafterweise einfach in das Mantelmaterial des Körperanzugs einbetten oder auf dessen innerer Oberfläche positionieren. Die Widerstandsheizung hat ferner Vorteile in Bezug auf die Energieversorgung über eine elektrische Leitungsverbindung mit einer internen und/oder einer externen Stromquelle und eine kurze Ansprechzeit bei der Änderung der Temperatur im Körperanzug. Besonders bevorzugt umfasst die elektrische Widerstandsheizung Heizschichten, die im Körperanzug verteilt positioniert sind. Heizschichten umfassen schichtförmige Widerstandsmaterialien, wie z.B. metallische Legierungen, Wolfram, mit Heizwiderständen bedampfte Kunststofffolien, oder Indium-Zinnoxid-Schichten. Heizschichten haben den Vorteil, den Tragekomfort für die Bedienperson minimal zu beeinträchtigen.
Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung kann die Heizeinrichtung einen Heizmittelkreislauf umfassen, der sich in den Körperanzug erstreckt. Der Heizmittelkreislauf ist in das Mantelmaterial des Körperanzugs eingebettet oder auf dessen innerer Oberfläche positioniert und mit einer internen und/oder externen Heizmittelquelle für ein gasförmiges oder flüssiges Heizmittel, wie z.B. Luft oder Silikonöl, verbunden. Die Verwendung des Heizmittelkreislaufs kann Vorteile in Bezug auf die Effektivität der Heizung und eine gleichmäßige Verteilung der Wärme im Körperanzug haben. Besonders bevorzugt umfasst der Heizmittelkreislauf eine Vielzahl von Leitungen, die im Körperanzug verteilt angeordnet sind und eine oder mehrere Ringleitungen (Teilkreisläufe) bilden.
Gemäß der Erfindung ist das Mantelmaterial mehrschichtig aus mindestens zwei Mantelschichten (Lagen) aufgebaut. Der mehrschichtige Aufbau hat Vorteile in Bezug auf die Anpassung des Mantelmaterials an eine mechanische Schutz- und Abdichtungsfunktion und an eine thermische Isolationsfunktion. So kann eine äußere Mantelschicht aus einem Material gebildet sein, dass für die Abdichtung und den mechanischen Schutz ausgebildet ist, während eine weitere, innere Mantelschicht eine Isolationsschicht bildet. Erfindungsgemäß ist ein Aufbau vorgesehen, bei dem die äußerste Mantelschicht eine gasdichte Außenhaut, z.B. aus Polymeren, z. B. PTFE, Metallbedampfungen, Silikonbeschichtung, Keramik oder Lacken, umfasst, unter der nach innen eine Stabilisierungsschicht, z.B. aus Textilgeweben, Metallgeweben und -netzen, Zelluloseverbünden, Kunststoffnetzen, Kohlenstoffgeweben, reißfesten Folien, Gummi oder Kombinationen dieser Materialien, und die Isolationsschicht, z.B. aus Polymerschaum, Polystyrol, Silikonschaum, Glaswolle, Vakuumdämmplatten, Holz, Kork, Mineralwolle, Puder, folgen. Ein Heizbereich bildet eine gesonderte, innerste Mantelschicht, wobei im Heizbereich zumindest Teile der Heizeinrichtung, wie z.B. die Heizschichten oder die Leitungen des Heizmittelkreislaufs angeordnet sind. Die Isolationsschicht ist erfindungsgemäß mit einer Wärmereflektionsfolie, z.B. einer mit einem Metall beschichteten Kunststofffolie ausgestattet. Das Mantelmaterial kann insbesondere auf seiner Außenseite noch weitere Schichten tragen.
Typischerweise ist die Isolationsschicht aus einem Kunststoffmaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit unterhalb von 0,1 bzw. 0,05 W/(m·K) gebildet.
Vorteile für eine besonders effektive thermische Isolation des Inneren des Körperanzugs können sich gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ergeben, wenn zusätzlich zu der Isolationsschicht eine weitere, gasgefüllte oder evakuierte Zwischenschicht vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung enthält das Mantelmaterial mindestens eine aufblasbare oder evakuierte Zwischenschicht, die vorzugsweise innen oder außen an den Heizbereich angrenzend angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Mantelmaterial des Körperanzugs biegsam. Vorteilhafterweise wird damit die Beweglichkeit der Bedienperson erleichtert. Die Biegsamkeit wird bei jeder Temperatur im Kühlraum realisiert, indem mindestens die äußeren Schichten des Mantelmaterials aus einem bei -200°C biegsamen Kunststoff gebildet sind und/oder durch die Heizeinrichtung auf eine Temperatur oberhalb von -200°C erwärmt werden, bei der die äußeren Schichten des Mantelmaterials biegsam sind.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Mantelmaterial des Körperanzugs starr, wobei Teile des Körperanzugs über Gelenkbereiche verbunden sind. Vorteilhafterweise werden in diesem Fall weniger Anforderungen an die Materialien der äußersten Mantelschichten und/oder deren Heizung gestellt. Allerdings müssen ggf. die Gelenkbereiche geheizt werden, um bei einer tiefen Temperatur flexibel zu bleiben.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, insbesondere bei Verwendung eines biegsamen Mantelmaterials oder im Material der Gelenkbereiche, sind die Position der Heizeinrichtung im Schichtverbund und die thermische Leitfähigkeit der verwendeten Materialien so gewählt, dass ein Wärmestrom von der Heizeinrichtung zum größten Teil nach innen fließt und zu einem geringeren Teil nach außen fließt.
Mit anderen Worten, mehr als die Hälfte, vorzugsweise mehr als 75% des Wärmestroms fließt nach innen, während der übrige Wärmestrom nach außen fließt und die äußeren Mantel- oder Gelenkbereichsschichten erwärmt. Die Heizeinrichtung wird mit einer derartigen Leistung betrieben, dass im Inneren des Schutzanzugs die physiologisch akzeptable Temperatur erreicht und die äußeren Mantel- oder Gelenkbereichsschichten auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der diese selbst bei einer Umgebungstemperatur unterhalb von z. B. -90°C biegsam sind.
Die Position der Heizeinrichtung kann beispielsweise so gewählt sein, dass diese auf der inneren Oberfläche des Mantelmaterials angeordnet ist. In diesem Fall kann das Innere des Schutzanzugs besonders effektiv erwärmt werden. Zur Erhaltung der Biegsamkeit der äußeren Mantelschichten würde das Mantelmaterial mit einer geringen Dicke gewählt werden. Bei dieser Variante ergibt sich ein erhöhter Energieverbrauch der Heizeinrichtung, wobei jedoch aufgrund der geringen Dicke des Mantelmaterials ein geringes Gewicht des Schutzanzugs und dessen leichte Beweglichkeit erreicht wird.
Alternativ kann die Heizeinrichtung in der Tiefe des Mantelmaterials eingebettet sein. Auch in diesem Fall können die nach innen oder außen fließenden Anteile des von der Heizeinrichtung abgegebenen Wärmestroms so gewählt sein, dass die äußeren Mantelschichten und das Innere des Schutzanzugs effektiv gewärmt werden und dennoch eine gute thermische Isolation der Bedienperson gegenüber der Umgebung erhalten bleibt.
Vorzugsweise ist der Körperanzug mit Biegsamkeit des Mantelmaterials an einer Vorderseite mit einer Einstiegsöffnung versehen, an der Schichten des Mantelmaterials einander überlappend angeordnet sind. Beim mehrschichtigen Aufbau des Mantelmaterials ist ein stufenförmiger Überlappungsbereich vorgesehen. Bei einem Körperanzug mit starrem Mantelmaterial und Gelenkbereichen ist die Einstiegsöffnung vorzugsweise in einem Schulterbereich oder einem Rumpfbereich des Körperanzugs vorgesehen. In den Verbindungsbereichen können starre oder biegsame Verbindungselemente vorgesehen sein, die beim Zusammenfügen arretieren und das Innere des Schutzanzugs abdichten.
Der Körperanzug des erfindungsgemäßen Schutzanzugs ist mit einem Helm ausgestattet. Der Helm ist am oberen Teil des Körperanzugs angeordnet und für einen gasdichten Einschluss der Bedienperson an ihrem Kopf eingerichtet. Der Helm umfasst ein mechanisch stabiles, den Kopf der Bedienperson vollständig umgebendes und mit dem Körperanzug gasdicht verbundenes Bauteil, das mindestens in Sichtrichtung der Bedienperson eine durchsichtige Frontscheibe aufweist. Besonders bevorzugt hat der Helm eine Form, die an die Form des Kopfes angepasst ist, insbesondere die Form einer Kugel oder eines Kugelabschnitts. Wenn mindestens die Frontscheibe, vorzugsweise der gesamte Helm, aus einem doppelwandigen, evakuierten Scheibenmaterial gebildet ist, ergeben sich Vorteile für die thermische Isolation des Inneren des Helms. Besonders bevorzugt ist eine Kugel oder ein Kugelabschnitt aus einem doppelwandigen, evakuierten Material vorgesehen.
Vorteilhafterweise kann der Helm mindestens eine der folgenden Zusatzfunktionen des Schutzanzugs übernehmen. Gemäß einer Variante kann am Helm ein Überdruckventil vorgesehen sein, über das im Fall einer Fehlfunktion der Atemluftversorgung ein Überdruck im Schutzanzug abgebaut werden kann. Gemäß einer weiteren Variante kann der Helm mit einer Scheibenheizung ausgestattet sein, um die Sicht der Bedienperson zu verbessern. Die Scheibenheizung besteht z.B. aus einem transparenten Heizmaterial, wie z.B. ITO (Indium-Zinnoxid). Gemäß einer weiteren Variante kann der Helm mit einem Rückspiegel ausgestattet sein, wodurch die Sicht für die Bedienperson nach hinten verbessert und die Anforderungen an die Beweglichkeit des Schutzanzugs vermindert werden. Des Weiteren kann der Helm mit einer Kopplungseinrichtung ausgestattet sein, über die der Schutzanzug über eine Versorgungsleitung mit einem weiteren Schutzanzug oder einer Notversorgungseinrichtung verbunden werden kann.
Weitere Vorteile der Erfindung können sich ergeben, wenn der Körperanzug in Bein-, Rumpf- und Armteile unterteilt ist, die über die Gelenkbereiche verbunden sind. Die Bein- und Armteile sind langgestreckte Abschnitte des Körperanzugs, die im Bereich des Knies und des Sprunggelenks oder des Ellbogens und des Handgelenks mit weiteren Gelenkbereichen ausgestattet sein können. Die Bereitstellung der Gelenkbereiche hat den Vorteil, dass an die Biegsamkeit des Mantelmaterials geringere Anforderungen gestellt werden können, ohne die Beweglichkeit der Bedienperson im Kühlraum zu beeinträchtigen.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist der Körperanzug mit einer Gurteinrichtung ausgestattet, die vorzugsweise das Rumpfteil und optional Teile der Beinteile umgibt. Vorteilhafterweise kann mit der Gurteinrichtung eine externe Trägereinrichtung, wie z.B. ein Halteseil, gekoppelt werden. Im Notfall kann die Bedienperson im Schutzanzug mit Hilfe der Trägereinrichtung zuverlässig aus dem Kühlraum gezogen werden. Des Weiteren kann die Gurteinrichtung beim normalen Betrieb zum Anhängen von Lasten am Schutzanzug verwendet werden.
Vorteilhafterweise kann der erfindungsgemäße Schutzanzug mit einer Notversorgungseinrichtung ausgestattet sein, die ein Atemluftreservoir im Schutzanzug und/oder eine Kopplungseinrichtung zur Verbindung mit einer externen Versorgungseinrichtung umfasst. Das Atemluftreservoir umfasst z.B. eine Druckluftflasche, eine Heizpatrone und eine ventilgesteuerte Verbindungsleitung zwischen der Druckluftflasche und dem Inneren des Schutzanzugs. Das Atemluftreservoir kann z.B. in den Helm des Körperanzugs integriert sein.
Weitere Komponenten des Schutzanzugs, die vorzugsweise im Helm angeordnet sind, umfassen eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung der Umgebung des Schutzanzugs, eine Sensoreinrichtung zur Erfassung des Sauerstoffanteils, der Temperatur und/oder von physiologischen Eigenschaften der Bedienperson, eine Alarmeinrichtung zur Warnung der Bedienperson vor unerwünschten Betriebszuständen und/oder eine Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen oder drahtgebundenen Kommunikation der Bedienperson mit weiteren Hilfspersonen im oder außerhalb des Kühlraums.
Der erfindungsgemäße Schutzanzug weist Schuhe zur Aufnahme der Füße der Bedienperson auf. An die Schuhe werden für die Verwendung in Kühlräumen, die typischerweise vom Boden her unter Verwendung von flüssigem Stickstoff gekühlt werden, besondere Anforderungen in Bezug auf den mechanischen und thermischen Schutz der Bedienperson gestellt. Hierzu weisen die Schuhe mindestens eines der folgenden Merkmale auf. Es sind erfindungsgemäß Plateausohlen, z. B. mit einer Dicke von mindestens 4 cm, insbesondere mindestens 6 cm vorgesehen. Die Plateausohlen bieten die Möglichkeit einer effektiven thermischen Isolation und vergrößern den Abstand der Schuhe von einer im Boden des Kühlraums vorgesehenen Kühleinrichtung mit flüssigem Stickstoff. Optional können die Plateausohlen mit Sohlenprofilen ausgestattet sein, die eine Verringerung der Kontaktfläche zwischen dem Schuh und dem Boden erlauben. Des Weiteren sind die Schuhe erfindungsgemäß mit Sohlenhohlräumen ausgestattet sein. Diese umfassen gasgefüllte oder evakuierte Bereiche in den Sohlen. Vorteilhafterweise wird damit die thermische Isolation der Schuhe verbessert. Des Weiteren können die Schuhe mit Schutzschichten gegen mechanische Verletzungen, z.B. unter Verwendung von Keramik ausgestattet sein.
Typischerweise ist der Innenraum der Schuhe so dimensioniert, dass ausreichend Platz für eine Bewegung des Fußes im Schuh, selbst wenn die Bedienperson eine Wärmeschutzkleidung trägt, gegeben ist. Um dennoch eine zuverlässige Kraftübertragung vom Bein oder Fuß auf das Beinteil und den Schuh des Schutzanzugs zu gewährleisten, sind vorzugsweise im Beinteil oder im Schuh biegsame Anpassungselemente vorgesehen, die für eine Aufnahme eines Teils des Beines oder des Fußes der Bedienperson und eine Unterstützung im Schutzanzug konfiguriert sind.
Der erfindungsgemäße Schutzanzug ist über eine Versorgungsleitung, insbesondere eine geheizte Schlauchleitung, mit einer externen Atemluftversorgung verbunden oder im Schutzanzug ist eine Atemluftquelle vorgesehen. Die Atemluftquelle ist zur Zufuhr von atembarer Luft in das Innere des Schutzanzugs eingerichtet. Typischerweise ist die Atemluftquelle in einem Rückenteil des Schutzanzugs untergebracht. Zur Bereitstellung physiologisch atembarer Luft ist ein Teil der Heizeinrichtung zur Erwärmung der von der Atemluftquelle bereitgestellten Luft konfiguriert.
Die Atemluftquelle hat den zusätzlichen Vorteil, dass der Schutzanzug mit einem Überdruck im Vergleich zur Umgebung im Kühlraum beaufschlagt werden kann. Der Überdruck kann so gewählt sein, dass im Schutzanzug physiologische Atembedingungen gegeben sind und der Innenraum des Körperanzugs oder Teile von diesem unter der Wirkung des Innendrucks entfaltet (aufgeblasen) werden. Vorteilhafterweise wird damit eine zusätzliche thermische Isolation erzielt. Alternativ kann der Schutzanzug mit einer von der Atemluftquelle unabhängigen Druckluftquelle zur Erzeugung des Überdrucks ausgestattet sein.
Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Schutzanzug mit mindestens einem Handschuh zur Aufnahme einer Hand der Bedienperson ausgestattet. Der Handschuh ist aus einem thermisch isolierenden Handschuhmaterial gebildet und mit einer elektrischen und/oder einer mit Heizmittel versorgten Handschuhheizung versehen. Der Handschuh kann mit dem Körperanzug fest verbunden oder von diesem trennbar sein. Das Handschuhmaterial ist vorzugsweise wie das Mantelmaterial aufgebaut.
Der mindestens eine Handschuh umfasst mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, besonders bevorzugt fünf Fingerkammern, die einzeln beweglich sind. Vorteilhafterweise ermöglicht der mindestens eine Handschuh das Greifen von Gegenständen, wie z.B. Probenbehälter im Kühlraum.
Vorzugsweise ist das Innere des mindestens einen Handschuhs so dimensioniert, dass mindestens die Finger, vorzugsweise die gesamte Hand, der Bedienperson im Handschuh frei beweglich ist. Um dennoch eine Kraftübertragung von der Hand auf einen zu greifenden Gegenstand zu gewährleisten, ist der Handschuh mit Halteelementen ausgestattet, die zur Aufnahme oder Unterstützung eines Teils der Hand, des Handgelenks oder des Unterarms der Bedienperson im Handschuh konfiguriert sind. Vorteilhafterweise kann die Hand im Handschuh bewegt werden, so dass sich die Finger in verschiedenen Positionen relativ zum Handschuh befinden. In einer ersten Position können die Finger in der Nähe der Handschuhheizung, vorzugsweise auf der Rückseite des Handschuhs, angeordnet sein. In einer zweiten Position können die Finger an den Griffseiten der Fingerteile anliegen, um einen Gegenstand zu ergreifen.
Besonders bevorzugt sind die Fingerkammern des mindestens einen Handschuhs mit Griffbereichen ausgestattet, in denen das Handschuhmaterial eine im Vergleich zum übrigen Handschuh verringerte Dicke aufweist. Die Griffbereiche sind so angeordnet und dimensioniert, dass Kontaktflächen zwischen benachbarten Fingern gebildet werden können, wie sie beim Ergreifen eines Gegenstands mit einer Hand ohne einen Handschuh gegeben sind. Das thermisch isolierende Handschuhmaterial ist in den Griffbereichen besonders dünn ausgelegt, um eine Fingerdrucksensorik für die Bedienperson zu erhalten. Die Griffbereiche ermöglichen, dass die Bedienperson ein Gefühl für das Ergreifen eines Gegenstands besitzt. Vorteilhafterweise können die Griffbereiche auf der Außenseite des Handschuhs eine profilierte Oberfläche aufweisen. Diese ermöglicht ein sicheres Ergreifen selbst kleiner Gegenstände, wie z.B. Probenröhrchen oder dergleichen.
Des Weiteren ist besonders bevorzugt der mindestens eine Handschuh konfiguriert, mit einem Innendruck beaufschlagt zu werden, so dass im Inneren des Handschuhs genügend Raum für eine Bewegung von Finger von einer Greifposition mit einem Kontakt der Finger mit dem Handschuhmaterial, insbesondere den Griffbereichen, in eine Erwärmungsposition ohne einen Kontakt der Finger mit dem Handschuhmaterial gebildet wird. Der Handschuh ist im Verbund mit dem restlichen Körperanzug oder einer Kühlanlage, z. B. mit trockener oder wärmender Luft aufblasbar, um den Innendruck zu bilden.
Der mindestens eine Handschuh kann gemäß einer weiteren Variante der Erfindung mit Aufnahmen für Probenträger ausgestattet sein. Die Aufnahmen für Probenträger sind z.B. auf einer Außenseite des Handschuhs angeordnet und dienen der Zwischenlagerung eines aus einer Regaleinrichtung entnommenen Probenträgers vor dessen Übertragung in eine andere Regaleinrichtung oder einen Transportbehälter.
Der erfindungsgemäße Schutzanzug besitzt die folgenden weiteren Vorteile. Aufgrund der internen Atemluftquelle mit Temperierung ist der Schutzanzug im Kühlraum in Luft oder auch in einer reinen Stickstoffatmosphäre benutzbar. Es ist eine gute Beweglichkeit der Extremitäten der Bedienperson selbst bei tiefen Temperaturen, z.B. bis -190°C oder darunter gegeben. Im Schutzanzug kann eine physiologische Temperatur der Bedienperson aufrechterhalten werden. Die Temperatur kann durch die Bedienperson geregelt oder durch eine Steuereinrichtung automatisch eingestellt werden. Der Schutzanzug ermöglicht ein schnelles An- oder Ablegen durch die Bedienperson, was sowohl für den Normalbetrieb der Kühlanlage als auch für den Havariefall von Vorteil ist. Der mindestens eine Handschuh bietet eine gute Grifffähigkeit für die Hände bei einer sicheren physiologischen Temperierung.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Figuren 1A und 1B:: zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Schutzanzugs;
Figur 2:: schematische Querschnittsansichten des Mantelmaterials eines mit Heizschichten versehenen Körperanzugs;
Figur 3:: schematische Querschnittsansichten des Mantelmaterials eines mit einem Heizmittelkreislauf versehenen Körperanzugs;
Figur 4:: schematische Querschnittsansichten weiterer Ausführungsformen des Mantelmaterials des Körperanzugs;
Figuren 5A und 5B:: schematische Querschnittsansichten eines Helms des erfindungsgemäßen Schutzanzugs;
Figuren 6A und 6B:: schematische Querschnittsansichten eines Schuhs des erfindungsgemäßen Schutzanzugs;
Figuren 7A und 7B:: schematische Querschnittsansichten eines Handschuhs;
Figuren 8A bis 8C:: schematische Illustrationen weiterer Merkmale des Handschuhs;
Figur 9:: das Zusammenwirken von Griffbereichen der Handschuhe;
Figur 10:: eine schematische Illustration einer Handschuhheizung mit Heizmittel-Leitungen;
Figur 11:: schematische Querschnittsansichten des Handschuhmaterials eines Handschuhs in der Umgebung der Griffbereiche;
Figur 12:: eine schematische Illustration von Einzelheiten eines Gelenkbereiches an einem Schutzanzug gemäß Figur 1B oder einem Handschuh gemäß Figur 8C;
Figur 13:: schematische Illustrationen von Versorgungsleitungen eines erfindungsgemäßen Schutzanzugs; und
Figur 14:: ein Übersichtsschema zur Illustration der Versorgungs- und Steuersysteme eines erfindungsgemäßen Schutzanzugs.

Die Figuren 1A und 1B illustrieren schematisch zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schutzanzugs 100. Der Schutzanzug 100 umfasst jeweils einen Körperanzug 10 aus einem Mantelmaterial 20 (siehe Figuren 2 bis 4) mit einem Helm 40 (siehe Figur 5), Schuhen 50 (siehe Figur 6), einem Rückenteil 60 mit einer Atemluftquelle (siehe Figur 14), und Handschuhen 70 (siehe Figuren 7 bis 11). Des weiteren umfasst der Schutzanzug 100 eine schematisch gezeigte Heizeinrichtung 30 (siehe Figuren 2 bis 4). Der Körperanzug 10 umfasst zwei Beinteile 11 zur Aufnahme der Beine, ein Rumpfteil 12 zur Aufnahme des Rumpfes und zwei Armteile 13 zur Aufnahme der Arme der Bedienperson 1. Der Gesamtverbund des Mantelmaterials 20 mit einer Einstiegsöffnung und die Kopplung zwischen Körperanzug 10 und Helm 40 sind gasdicht gebildet. Sie sind insbesondere undurchlässig für Feuchtigkeit (Wasserdampf), um einen Kühlraum beim Betreten durch die Bedienperson 1 im Schutzanzug 100 eis- und reiffrei zu halten.
Die Ausführungsformen der Figuren 1A und 1B unterscheiden sich in Bezug auf Merkmale des Mantelmaterials 20 und den Betriebsdruck im Schutzanzug 100. Gemäß Figur 1A hat das Mantelmaterial 20 eine Schichtstruktur aus mehreren unmittelbar übereinander angeordneten Mantelschichten. Aufblasbare oder evakuierte Zwischenschichten sind in diesem Fall nicht vorgesehen. Die Materialien der Mantelschichten und die Schichtfolge sind so gewählt, dass der überwiegende Teil der von der Heizeinrichtung 30 abgegebenen Wärme nach innen strömt, während sich das Mantelmaterial 20 nach außen hin so weit erwärmt, dass es selbst bei niedrigen Temperaturen im Kühlraum flexibel bleibt. Die hierfür erforderliche Oberflächentemperatur des Mantelmaterials 20 muss nicht unbedingt über 0°C eingestellt werden. Viele verwendbare Gewebe, Kunststoffmaterialen oder Silikonmaterialien bleiben im Bereich von -10°C bis -50°C flexibel, so dass die Oberflächentemperatur des Mantelmaterials 20 in diesem Bereich eingestellt werden kann. Der Vorteil der Ausführungsform gemäß Figur 1A besteht in dem dünneren, einfacheren und leichteren Aufbau des Körperanzugs bei gleichzeitig geringerem technischen Aufwand. Nachteilig hingegen ist die stärkere Wärmeabgabe an die Umgebung und damit der erhöhte Energiebedarf.
Gemäß Figur 1B bildet der Schutzanzug 100 einen Druckanzug. Bei Verwendung des Schutzanzugs 100 wird in diesem ein erhöhter Innendruck im Mantelmaterial 20 und/oder im Innenraum des Körperanzugs 10 eingestellt, so dass sich das Mantelmaterial 20 nach außen wölbt. In diesem Fall hat das Mantelmaterial 20 im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß Figur 1A eine größere Wanddicke. Des Weiteren ist das Mantelmaterial 20 zumindest bei niedrigen Temperaturen im Kühlraum starr. Um dennoch die freie Beweglichkeit der Bedienperson 1 im Schutzanzug 100 zu gewährleisten, sind die Gelenkbereiche 14 vorgesehen.
Der Körperanzug 10 und der Helm 40 bilden zusammen eine gasdichte Hülle für die Bedienperson 1. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1A muss in einer kalten Stickstoffatmosphäre im Kühlraum bei Normaldruck keine druckstabile Dichtheit erzeugt werden. Entsprechend kann eine Einstiegsöffnung für die Bedienperson 1 durch eine Unterbrechung des Mantelmaterials 20 entlang einer Öffnungslinie 16 gebildet werden. Im vorderen Bereich des Rumpfteils 12 sind an die Unterbrechung angrenzende Schichten des Mantelmaterials 20 überlappend angeordnet. Die überlappenden Schichten können mit einem Verschluss, wie z.B. einem Bajonett-Verschluss, Klett-Verschluss mit elastischen und dichtenden Bändern, miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden, um die Einstiegsöffnung zu öffnen oder zu schließen.
Gemäß Figur 1B wird die Einstiegsöffnung durch einen zweiteiligen Aufbau des Körperanzugs 10 bereitgestellt. Zwischen den Beinteilen 11 und dem Rumpfteil 12 ist das Mantelmaterial 20 unterbrochen. An den Rändern der aneinander grenzenden Teile 11, 12 sind starre Kopplungsringe 17 (gestrichelt gezeichnet). Die Kopplungsringe 17 sind für eine gas- und druckdichte Kopplung der Teile 11, 12 eingerichtet. Sie bilden z.B. einen Bajonettverschluss mit einer zwischen den Kopplungsringen 17 vorgesehenen Dichtungsschicht.
Die in den Figuren 1A und 1B schematisch gezeigten Heizeinrichtungen 30 umfassen z.B. elektrische Heizschichten oder Leitungen eines Heizmittelkreislaufs, wie mit weiteren Einzelheiten unten beschrieben wird. Die Teile der Heizeinrichtung sind im Körperanzug 10 und/oder im Rückenteil 60 verteilt angeordnet. Sie sind insbesondere in Bereichen positioniert, in denen bei Verwendung im Kühlraum relativ viel Wärme abströmt, wie z.B. an den Bein- und Armteilen 11, 13. In den Schuhen 50 und den Handschuhen 70 sind vorzugsweise elektrische Heizelemente, wie z.B. Heizschichten vorgesehen.
Der Helm 40 ist an einem Kopplungsring 18 an einem oberen Ende des Körperanzugs 10 gasdicht befestigt und arretiert. An der Rückseite des Kopplungsrings 18 kann ein Scharnier vorgesehen sein, an dem der Helm 40 in einem nicht-arretierten Zustand nach hinten geklappt werden kann, um den Ausstieg der Bedienperson 1 aus dem Schutzanzug 100 zu erleichtern.
Auf der Rückenseite des Rumpfteils 12 befindet sich das Rückenteil 60. Das Rückenteil 60 kann mit dem Mantelmaterial 20 fest verbunden oder mit dem Körperanzug 10 über Gurte wie ein Rucksack gekoppelt sein. Im Rückenteil 60 befindet sich die Atemluftquelle, ein Teil der Heizeinrichtung zur Erwärmung der Atemluft, eine Stromquelle, insbesondere eine Batterie, eine Steuereinrichtung, und ggf. eine zusätzliche Druckluftquelle. Das Rückenteil 60 ist aus einem thermisch isolierenden Material, z.B. beschichtetem Kohlenstoffgewebe, Harzverbundschaumstoff, Glaswolleverbundmaterial, expandiertem Polystyrol gebildet, um die genannten Komponenten vor einer Unterkühlung zu schützen.
Die Schuhe 50 und die Handschuhe 70 können permanent mit dem Körperanzug 10 verbunden sein. Alternativ ist eine Trennung der Schuhe 50 und/oder der Handschuhe 70 vom Körperanzug 10 vorgesehen. In diesem Fall sind die Schuhe 50 und die Handschuhe 70 mit Koppelelementen (siehe Figur 7) versehen, um eine gasdichte und ggf. druckdichte Verbindung mit dem Körperanzug 10 zu bilden. Die vorderen Enden der Schuhe 50 (Fußspitzen) sind mechanisch verstärkt und unempfindlich gegenüber dem Kontakt mit flüssigem Stickstoff. Die Schuhe 50 sind hierzu aus Kunststoffmaterial oder Keramik gebildet, wie sie aus der herkömmlichen Kryotechnik für Kryotanks verwendet werden.
Figur 1A illustriert des Weiteren die optional vorgesehene Gurteinrichtung 15. Die Gurteinrichtung 15 kann in das Mantelmaterial 20 eingebettet oder auf der Oberfläche des Mantelmaterials 20 angeordnet sein. An der Gurteinrichtung 15 ist ein Halteseil 210 fixierbar, mit dem die Bedienperson 1 im Schutzanzug 100 gesichert oder in einer Havariesituation aus dem Kühlraum gehoben werden kann.
Die Verwendung des Schutzanzugs 100 gemäß Figur 1A erfolgt derart, dass zunächst der Helm 40 zurückgeklappt und das Rumpfteil 12 entlang der Öffnungslinie 16 geöffnet wird. Die Bedienperson 1 steigt in den Körperanzug 10 ein. Dabei kann die Bedienperson 1 normale Kleidung oder eine wärmende Textilkleidung (gefütterte Textilien), z.B. eine gefütterte Kopfbedeckung (schraffiert gezeigt) tragen. Anschließend wird die Einstiegsöffnung entlang der Öffnungslinie 16 geschlossen und der Helm 40 nach vorn geklappt und am Koppelring 18 geschlossen. Gleichzeitig wird die Atemluftquelle im Rückenteil 60 betrieben, um die Bedienperson 1 mit Atemluft zu versorgen. In dieser Situation ist die Bedienperson im Schutzanzug 100 betriebsbereit, um in einen Kühlraum einzutreten.
Der Kühlraum umfasst z.B. einen Bodenbereich, Seitenwände und einen Deckenbereich, wobei zumindest im Bodenbereich eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Kühlraums unter Verwendung von flüssigem Stickstoff angeordnet ist. Die Seitenwände sind typischerweise geschlossen (ohne eine Türöffnung) gebildet. Der Zugang zum Kühlraum erfolgt durch eine Öffnung im Deckenbereich. Im Bodenbereich ist eine Arbeitsplattform angeordnet, auf der die Bedienperson im Schutzanzug 100 sich bewegen kann, um z.B. Wartungsarbeiten auszuführen oder Probenbehälter aufzunehmen oder abzulegen.
Gemäß Figur 1B ist entsprechend vorgesehen, dass die Bedienperson 1 zunächst in die Beinteile 11 des Körperanzugs 10 einsteigt und anschließend die Rumpf- und Armteile 12, 13 und den Helm 40 aufsetzt. Der Schutzanzug 100 wird an den Kopplungsringen 17 gas- und druckdicht verschlossen. Gleichzeitig wird die Atemluftquelle im Rückenteil 60 in Betrieb genommen, um die Bedienperson 1 mit Atemluft zu versorgen.
Die Bereitstellung einer Stromquelle im Rückenteil 60 ist nicht zwingend vorgesehen. Ersatzweise kann die Verbindung mit einer externen Energiequelle über eine Versorgungsleitung 220 vorgesehen sein, das schematisch in Figur 1B und mit weiteren Einzelheiten in Figur 13 gezeigt ist.
Die Figuren 2A und 2B zeigen zwei Varianten des Mantelmaterials 20, das vorzugsweise bei der Ausführungsform des Schutzanzugs 100 gemäß Figur 1A vorgesehen ist. In beiden Fällen umfasst das Mantelmaterial 20 von außen nach innen eine gasdichte Außenhaut 21, eine Stabilisierungsschicht 22, eine Isolationsschicht 23 mit einer Wärmereflektionsfolie 24, einen Heizbereich 25, eine Speicherschicht 26 mit einer Innenhaut 27 und eine Textilschicht 28. Die Körperoberfläche (Kleidungsoberfläche) der Bedienperson 1 ist mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet.
Die Außenhaut 21 umfasst ein gasdichtes Kompositmaterial, das ein Gewebe enthält, z.B. beschichtete Plastiknetze, Glaswolle, Kohlenstoffgewebe, laminierte Folie, und/oder beschichteten Schaum. Die Dicke der Außenhaut 21 beträgt z. B. 0,5 mm bis 3 mm. Die Stabilisierungsschicht 22 ist ebenfalls ein Kompositmaterial, in das ein mechanisch stabiles Gittermaterial, z.B. aus einem Kunststoff, eingebettet ist. Die Dicke der Stabilisierungsschicht 22 beträgt z.B. 0,1 mm bis 2 mm. Die Isolationsschicht 23, z.B. mit einer Dicke von 3 mm bis 10 mm ist z.B. aus Polyurethanschaum, Polyethylenschaum, Kork, Glasschaumgranulat, Aerogel, Vakuumdämmplatten, Mineralwolle gebildet, wobei auf der Innenseite der Isolationsschicht 23 die Wärmereflektionsfolie 24, umfassend eine mit Aluminium beschichtete Kunststofffolie, angeordnet ist. Der Heizbereich 25 umfasst Heizschichten, die im Mantelmaterial 20 gleichmäßig verteilt, schichtförmig angeordnet sind. Die Heizschichten werden über elektrische Leitungen (nicht dargestellt) versorgt, die mit der Stromquelle im Rückenteil 60 (siehe Figur 1) und/oder über die Versorgungsleitung 220 mit einer externen Stromquelle verbunden sind. Die Speicherschicht 26 umfasst ein Material mit einer hohen Wärmekapazität, wie z.B. Paraffin, Wachs, Magnesiumverbundmaterial, Graphitschichten, Schaumpolystyrol, Holzbestandteile mit einer spezifischen Wärmekapazität größer 1 kJ/kg K. Sie besitzt eine Dicke von z.B. 2 mm bis 10 mm. Die Speicherschicht 26 dient als Wärmepuffer und zur Verteilung der Wärme. Die Innenhaut 27 hat eine mechanische Stabilisierungsfunktion. Schließlich besteht die Textilschicht 28 aus einem textilen Stoff oder Filz, um den Innenkontakt zwischen der Bedienperson 1 und dem Mantelmaterial 20 möglichst komfortabel zu gestalten.
Gemäß Figur 2A ist die Körperoberfläche 2 der Bedienperson 1 in direktem Kontakt mit der Innenseite der Mantelfläche 20. Somit wird die Körperoberfläche 2 von dem Mantelmaterial 20 direkt gewärmt. Davon abweichend ist gemäß Figur 2B vorgesehen, dass die Atemluft mit einem Druck in den Körperanzug 10 zugeführt wird, der über dem äußeren Atmosphärendruck im Kühlraum gewählt ist. Im Ergebnis wird das Mantelmaterial 20 aufgebläht, so dass zwischen der Innenseite des Mantelmaterials 20 und der Körperoberfläche 2 der Bedienperson 1 ein Abstand 3 (z.B. einige Zentimeter) gebildet wird. Die Erzeugung des Abstands 3 zwischen der Bedienperson 1 und dem Mantelmaterial 20 hat den Vorteil einer Wärmepufferung und einer gleichmäßigen Verteilung der Wärme im Inneren des Körperanzugs 10.
Die Figuren 3A bis 3C illustrieren eine abgewandelte Variante des Mantelmaterials 20 und des Schutzanzugs 100, bei dem die Heizeinrichtung durch einen Heizmittelkreislauf 33 mit Leitungen 34, 35 gebildet wird. Die Leitungen 34, 35 bilden mindestens eine geschlossene Ringleitung. Im Rückenteil 60 des Schutzanzugs 100 (siehe Figur 1) befinden sich eine Heizmittelquelle und eine Heizmittelpumpe und bei Bereitstellung von mehreren Ringleitungen eine sternförmige Verteilung zur Zuführung des Heizmittels in jede der Ringleitungen. Der Heizmittelkreislauf 33 umfasst eine Vielzahl von Leitungen 34, 35 für ein gasförmiges oder flüssiges Heizmittel. Wenn das Heizmittel eine Flüssigkeit, z.B. Wasser, Alkohol oder ein fluides Öl, ist, ergeben sich Vorteile aus der hohen Wärmekapazität des Heizmittels. Nachteilig hingegen können das relativ hohe Gewicht des Schutzanzugs 100 und die Havariegefahr bei einer Undichtheit des Heizmittelkreislaufs sein.
Wenn der Körperanzug 10 aus mehreren Teilen besteht (siehe Figur 1B), sind die Leitungen zwischen den Teilen im zusammengesetzten Zustand des Körperanzugs 10 gekoppelt. Um ein Auslaufen der Leitungen im getrennten Zustand der Teile des Körperanzugs 10 zu vermeiden, sind in den Leitungen Ventile angeordnet, die ein Auslaufen der Flüssigkeit unterbinden.
Das Mantelmaterial 20 ist mehrschichtig mit einer gasdichten Außenhaut 21, einer Stabilisierungsschicht 22, einer Isolationsschicht 23, die eine Wärmereflektionsfolie 24 trägt, einem Heizbereich 25, in dem die Leitungen 34, 35 angeordnet sind, einer Innenhaut 27 und einer Textilschicht 28 aufgebaut, wie oben unter Bezug auf Figur 2A beschrieben wurde. Die Leitungen 34, 35 sind im Mantelmaterial 20 verteilt angeordnet. In den Bein- und Armteilen 11, 13 verlaufen die Leitungen 34, 35 ringförmig um die Extremitäten der Bedienperson 1, während im Rumpfteil 12 die Leitungen 34, 35 ringförmig um den Rumpf der Bedienperson 1 verlaufen. Es können mehrere Ringleitungen vorgesehen sein, z.B. um die Bein-, Rumpf- und Armteile 11, 12 und 13 separat zu erwärmen. Die mindestens eine Ringleitung ist mit einer Heizmittelheizung im Rückenteil 60 (siehe Figur 1) oder mit einer externen Heizung verbunden.
Gemäß Figur 3A sind die Leitungen 34, 35 so gelegt, dass die Zuführung mit dem warmen Heizmittel von der Heizmittelheizung (Leitung 34) sich mit der Rückführung mit dem abgekühlten Heizmittel (Leitung 35) abwechselt. Gemäß Figur 3B sind die Zuführungen mit dem warmen Heizmittel (Leitung 34) in einer inneren Schicht des Heizbereichs 25 angeordnet, während die Rückführungen mit dem abgekühlten Heizmittel (Leitung 35) in einer äußeren Schicht des Heizbereichs 25 angeordnet sind. Die Heizmittelheizung liefert das Heizmittel mit einer Temperatur von z. B. 15°C bis 30°C.
Die Verwendung von Leitungsverbindungen und Ventilen kann vermieden werden, wenn gemäß Figur 3C die Einstiegsöffnung des Schutzanzugs 100 oberhalb der Rumpf- und Armteile 12, 13 angeordnet ist. In diesem Fall kann der Heizmittelkreislauf 33 als geschlossenes Leitungssystem ohne Unterbrechung im Mantelmaterial 20 des Körperanzugs 10 angeordnet sein. Figur 3C illustriert des Weiteren einen sternförmigen Verteiler 36 zur Beaufschlagung der Bein-, Rumpf- und Armteile 11, 12 und 13 mit separaten Strömungen des Heizmittels.
Abgewandelte Varianten des Mantelmaterials 20, die Vorteile in Bezug auf die thermische Isolation und die Verringerung der notwendigen Heizleistung haben, sind in den Figuren 4A und 4B illustriert. Das Mantelmaterial 20 umfasst eine äußere Hülle 20.1 und eine innere Hülle 20.2. Es ist ähnlich zu der Schichtfolge in Figur 2A mit einer Außenhaut 21, einer Stabilisierungsschicht 22 und einer ersten Isolationsschicht 23.1, versehen mit einer Wärmereflektionsfolie 24, aufgebaut. Des Weiteren sind eine zweite Isolationsschicht 23.2, ebenfalls versehen mit einer Wärmereflektionsfolie 24.2, und eine Textilschicht 28 auf der nach innen weisenden Seite des Mantelmaterials 20 vorgesehen. Die Materialien und Dimensionen der Mantelschichten können gewählt sein, wie dies unter Bezug auf Figur 2 beschrieben ist.
Zwischen den ersten und zweiten Isolationsschichten 23.1, 23.2 befindet sich eine gasgefüllte (Figur 4A) oder eine evakuierte (Figur 4B) Zwischenschicht 29. Die inneren Oberflächen der gasgefüllte Zwischenschicht 29.1 werden durch Stabilisierungsrippen 29.1 mechanisch stabilisiert. Auf der nach außen weisenden Innenoberfläche der Zwischenschicht 29 ist der Heizbereich 25 mit Heizschichten zur elektrischen Widerstandsheizung des Mantelmaterials 20 angeordnet. Gemäß Figur 4B ist die Zwischenschicht 29 nicht mit Gas gefüllt, sondern mit evakuierten Bauelementen 29.3 (evakuierte Kunststoffbausteine) gebildet. In diesem Fall ist die Heizschicht 25 auf der inneren Oberfläche der Zwischenschicht 29 vorgesehen.
Beide Varianten der Figuren 4A und 4B zeichnen sich durch eine verminderte Flexibilität oder vollständige Starrheit des Mantelmaterials 20 aus. In diesem Fall wird die Beweglichkeit der Bedienperson 1 in dem Schutzanzug 100 durch die Gelenkbereiche 14 (siehe Figur 1B) gewährleistet.
Die Figuren 5A und 5B illustrieren den Helm 40 des erfindungsgemäßen Schutzanzugs 100 in schematischer Vorderansicht (Figur 5A) und Querschnitts-Seitenansicht (Figur 5B). Der Helm 40 umfasst eine angeschnittene, doppelwandige Kugel aus einem durchsichtigen Kunststoffmaterial, z.B. Copolymerisat (Elastomere), Celluloseazetat, Acrylnitril, Polystyrol. Die Kugel wird durch eine äußere Wand 40.1 und eine innere Wand 40.2 gebildet, die mit dem Kopplungsring 18 verbunden sind. Der Raum zwischen den äußeren und inneren Wänden 40.1, 40.2 ist evakuiert, um die Wärmeleitung vom Innenraum des Helms 40 nach außen zu verringern. Die vordere Seite des Helms 40, die in Blickrichtung der Bedienperson 1 weist, bildet eine Frontscheibe 41, die mit einer Scheibenheizung 41.1 ausgestattet ist. Des Weiteren ist die innere Oberfläche der inneren Wand 40.2 verspiegelt, so dass Wärmestrahlung im Inneren des Helms 40 nach innen reflektiert wird.
Angewärmte Atemluft von der Atemluftquelle im Rückenteil 60 wird über eine thermisch isolierte Zufuhrleitung 45 in den Helm 40 zugeführt. Wenn ein Atemkreislauf vorgesehen ist, kann die Atmung auch über ein Mundstück mit Ventilen (nicht dargestellt) erfolgen, so dass vorteilhafterweise ein Beschlagen der inneren Oberfläche des Helms 40 vermieden wird.
Am oberen Pol des Helms 40 ist ein Stoßschutz 40.3 angeordnet, der dem Schutz vor mechanischen Stößen und der Aufnahme von funktionalen Bauteilen, wie z.B. einer Beleuchtungseinrichtung 40.4, z.B. eine Weißlicht-LED, einer Antenne 40.5 für eine drahtlose Kommunikation und/oder eines Überdruckventils 42 dient. Wenn der Atemluftdruck im Helm 40 unbeabsichtigt steigt, kann mit dem Überdruckventil 42 eine Entlastung erzielt werden. Des Weiteren ist das Überdruckventil 42 mit einem Notöffnungs-Element 42.1 versehen. Dieses kann in einer Havariesituation von außen bedient werden, z.B. um Luft in das Innere des Helms 40 einzulassen. Als weitere Notöffnung kann in dem Helm 40 ein Fenster (nicht dargestellt) vorgesehen sein, das von außen geöffnet werden kann.
Der Helm 40 ist des Weiteren mit einer Notversorgungseinrichtung 44 ausgestattet. Die Notversorgungseinrichtung 44 ist auf der Rückseite (Hinterkopfbereich) des Helms 40 angeordnet. Sie enthält eine Druckluftflasche 44.1, eine Heizpatrone 44.2 und eine ventilgesteuerte Verbindungsleitung 44.3. Bei Ausfall der Atemluftquelle im Rückenteil 60 (siehe Figur 1) kann die Notversorgungseinrichtung 44 betätigt werden, um temperierte Atemluft über die Verbindungsleitung 44.3 direkt in das Innere des Helms 40 zu leiten. Die mit der Druckluftflasche 44.1 bereitgestellte Atemluftreserve genügt für eine Notversorgung von z.B. 5 Minuten. Falls eine Notversorgung für eine längere Zeit über eine externe Notversorgungseinrichtung erforderlich ist, so erfolgt die Zuführung von Atemluft von der externen Notversorgungseinrichtung über einen Stutzen 44.4, der mit der Verbindungsleitung 44.3 verbunden ist.
Weitere funktionale Elemente des Helms 40 umfassen ein Mikrofon 40.6, Ohrlautsprecher 40.7, einen Nottaster 40.8, der durch eine Bewegung des Kopfs der Bedienperson 1 betätigt werden kann, und einen Rückspiegel 40.9.
Die Figuren 6A und 6B zeigen den Schuh 50 des erfindungsgemäßen Körperanzugs 10 (siehe Figur 1) in schematischer LängsSchnittansicht des vorderen Schuhbereichs (Figur 6A) und verkleinert in schematischer Seiten-Schnittansicht (Figur 6B). Die Gestaltung der Schuhe 50 ist von besonderer Bedeutung für die Sicherheit der Bedienperson, da die Schuhe 50 in direktem Kontakt mit den kältesten Oberflächen in einem Kühlraum kommen. Am Boden eines Kühlraums befindet sich z.B. in einer thermisch isolierten Wanne ein offener Stickstoffsee, der mit einem Gitter abgedeckt ist. Auf dem Gitter bewegt sich die Bedienperson 1 im Schutzanzug 100. Die Temperatur am Boden ist fast gleich der Temperatur des flüssigen Stickstoffs, d.h. bei etwa -195°C. Die Schuhe 50 sind dafür konfiguriert, einen sicheren Schutz des Fußes 4 der Bedienperson auch dann zu gewährleisten, wenn flüssiger Stickstoff vom Boden nach oben spritzt oder in einer Havariesituation mit dem Schuh 50 in den flüssigen Stickstoff getreten wird.
Der Stickstoffsee einer Kühleinrichtung des Kühlraums in der thermisch isolierten Wanne hat typischerweise eine Tiefe, die nicht größer als 5 cm ist. Der Schuh 50 ist daher mit einer Plateausohle 51 ausgestattet und so gestaltet, dass die Fußsohle 5 der Bedienperson 1 einen Abstand h über dem Boden aufweist, der größer als die Tiefe des Stickstoffsees der Kühleinrichtung ist. Der Abstand h ist z.B. größer als 5 cm, insbesondere größer als 6 cm.
Des Weiteren ist die Unterseite des Schuhs 50 so gebildet, dass der Schuh 50 für flüssigen Stickstoff undurchlässig ist. Die Plateausohle 51 und der obere Schuhbereich 52 sind daher aus einem tieftemperaturbeständigen Kunststoffmaterial, z.B. PTFE, Keramik, Glasverbundstoff, Kohlenstofflaminat, gebildet. Auf der Oberfläche des Schuhs 50 ist eine Schutzschicht 53 gegen mechanische Verletzungen angeordnet, die z.B. aus einer Keramik, einem Metallgitter oder einem Kunststoffgitter besteht.
Die Plateausohle 51 weist ein Sohlenprofil 51.1 (siehe Figur 6A) auf, mit dem die Trittfestigkeit verbessert und gleichzeitig die Berührungsfläche mit dem Boden vermindert wird. Zur weiteren thermischen Isolation sind in der Plateausohle evakuierte Hohlräume 51.2 vorgesehen.
Im Inneren des Schuhs 50 sind eine Wärmereflektionsschicht 54, z.B. eine mit Aluminium beschichtete Kunststofffolie, und eine Isolationsschicht 55, z.B. aus Polymerschaum, angeordnet. In die Isolationsschicht 55 eingebettet oder auf der Oberfläche der Wärmereflektionsschicht 54 angeordnet ist eine elektrische Heizschicht 37 (gepunktet gezeigt), die sich auf der Unterseite des Fußes 4 und optional auch an den Seiten oder der Oberseite des Fußes 4 erstreckt.
Die Isolationsschicht 55 schließt einen gasgefüllten Innenraum 56 des Schuhs 5 zur Aufnahme des Fußes 4 ein. Der Innenraum 56 ist deutlich größer gebildet, als ein menschlicher Fußraum benötigen würde. Dies ermöglicht, dass die Bedienperson zusätzlich gefütterte Textilien tragen kann und der Schuh 50 von Personen mit verschiedener Fußgröße benutzt werden kann. Um dennoch eine gute Passung mit nur geringer Beweglichkeit des Fußes 4 im Schuh 50 zu erreichen, sind im Schaft 57 des Schuhs 50 biegsame Anpassungselemente 58 angeordnet. Die Anpassungselemente 58 geben dem oberen Teil des Fußes 4 und/oder dem Unterschenkel 6 genügend Halt, um bei Bewegung die erforderliche Kraft auf den Schuh 50 übertragen zu können. Unterhalb des Fußes 4 geht die Isolationsschicht 55 in eine Schuheinlage 55.1 über, die aus einem elastischen und wärmereflektierenden Material, z.B. metallbeschichtete Plastikfolien, PTFE-Folien, Filzschichten, Schaumschichten, Glaslaminate, besteht. Die Schuheinlage 55.1 dient der thermischen Isolation des Fußes 4 und der Verbesserung der Passfähigkeit des Schuhs 50.
Die Benutzung der Hände hat für die Bedienperson, die sich im Schutzanzug im Kühlraum aufhält, eine besondere Bedeutung, z.B. bei Wartungsarbeiten oder der Aufnahme von Probenbehältern aus einem Regal. Mit den Handschuhen 70 (siehe Figur 1) kommt die Bedienperson in direkten Kontakt mit kalten Oberflächen. Probenbehälter mit geringen Dimensionen, wie z.B. Probenröhrchen mit einer Größe von wenigen Zentimetern, müssen mit den Handschuhen sicher gegriffen und gehalten werden. Hierzu ist eine Beweglichkeit der Finger erforderlich, wobei zugleich eine Wärmeübertragung von den Fingern auf den Probenbehälter zu minimieren ist.
Allgemein ist der Handschuh zur Verwendung in Verbindung mit dem Schutzanzug oder alternativ mit einer Kühlanlage (z.B. Kühlbox oder Kühltruhe) unter Normaldruck bei Temperaturen bis zu -200°C eingerichtet. Hierzu kann der Handschuh mit Versorgungs- und Kontrollsystemen verbunden werden, die in Abhängigkeit von der Gestaltung der Handschuhheizung (insbesondere elektrische Widerstandsheizung oder Heizmittelkreislauf), der Gestaltung des Handschuhmaterials (insbesondere mit oder ohne Entfaltungsmöglichkeit unter der Wirkung von Druckluft) und der Verwendung mit einem Schutzanzug oder einer Kühlanlage eine Stromquelle oder eine Heizmittelquelle, eine Druckluftquelle und eine Sensoreinrichtung umfassen. Die Druckluftquelle ist mit einem Teil der Heizeinrichtung zur Luftanwärmung und Lufttrocknung sowie mit einer Durchflusssteuerung zur Einstellung der aus dem Handschuh abfließenden Abluft verbunden. Die Sensoreinrichtung umfasst vorzugsweise Temperatursensoren in jeder Fingerkammer und in den Handrücken- und Handtellerbereichen des Handschuhs. Des Weiteren können Sensoren zur Erfassung des Luftdrucks und des Luftflusses im Handschuh vorgesehen sein. Die Sensoreinrichtung ist mit einer Alarmeinrichtung verbunden, um unerwünschte Betriebszustände im Handschuh signalisieren zu können. Die Heizeinrichtung ist gestaltet, wie oben unter Bezug auf die Heizeinrichtung im Körperanzug beschrieben und im Folgenden mit weiteren Einzelheiten erläutert ist. Die genannten Merkmale werden durch Handschuhe 70 erfüllt, die in bevorzugten Ausführungsformen in den Figuren 7 bis 11 gezeigt sind.
Gemäß Figur 7A ist der Handschuh 70 mit mehreren Fingerkammern 73 aus einem thermisch isolierenden Handschuhmaterial 71 hergestellt, das einen inneren Raum zur Aufnahme der Hand der Bedienperson bildet. Das Handschuhmaterial 71 ist allgemein mehrschichtig und wie das Mantelmaterial des Körperanzugs, optional ohne die Speicherschicht, aufgebaut. Beispielsweise umfasst das thermisch isolierende Handschuhmaterial 71 von außen nach innen eine gas-undurchlässige, kälteresistente Außenhaut 71.1 und mindestens eine Isolationsschicht 71.2. Die Außenhaut 71.1 umfasst ein Kompositmaterial, wie z.B. ein mit einem Bindemittel verklebtes Gewebe. Die Isolationsschicht 71.2 besteht z.B. aus metallbeschichtetem Kunststoffmaterial PTFE-Folie, Kohlenstoffverbundmaterial, Filz-Gewebe, Paraffin oder Wachsverbundmaterial und Laminaten. Auf der inneren Oberfläche der Isolationsschicht 71.2 ist eine Wärmereflektionsfolie zur Rückreflektion von Wärmestrahlung in das Innere des Handschuhs 70 angeordnet.
Im Vergleich zum Mantelmaterial des Körperanzugs kann das thermisch isolierende Handschuhmaterial 71 einen vereinfachten Aufbau und eine verminderte Isolationsfähigkeit haben. Dies ist jedoch für die praktische Nutzung des erfindungsgemäßen Schutzanzugs unkritisch, da die Handschuhe 70 im Vergleich zur übrigen Oberfläche des Schutzanzugs eine nur kleine Wärmequelle bilden.
Auf der inneren Oberfläche des thermisch isolierenden Handschuhmaterials 71 sind zur elektrischen Widerstandsheizung Heizschichten (Heizfolien) 77 angeordnet. Die Heizschichten 77 sind so angeordnet, dass Wärme insbesondere in die Umgebung des Unterarms, der Handflächen und der Finger geleitet wird. Es kann vorgesehen sein, dass im vorderen Teil der Greiffinger (Daumen, Zeigefinger, Mittelfinger) nur die Oberseite der Handschuhe 70 (Seite, die zum Handrücken weist) geheizt wird.
An den Griffflächen der Fingerkammern 73 für die Greiffinger sind Griffbereiche 74 vorgesehen, in denen das thermisch isolierende Handschuhmaterial 71 eine im Vergleich zum übrigen Handschuh 70 verminderte Dicke unterhalb von 1 cm, insbesondere unterhalb von 0,5 cm aufweist. Die Griffbereiche 74 ermöglichen vorteilhafterweise, dass trotz der geringen Temperatur eine Fingerdrucksensorik ausgenutzt werden kann und die Bedienperson ein Gefühl für den Griff erhält. Die äußeren Oberflächen der Griffbereiche 74 sind mit einem profilierten, flexiblen Material belegt, das Vorteile für das Ergreifen der Probenbehälter hat. Durch die Profilierung der Griffbereiche 74 wird das Risiko eines Herausrutschens von Probenbehältern vermindert.
Wie beim Körperanzug 10 (siehe Figur 1) ist vorgesehen, dass das thermisch isolierende Handschuhmaterial 71 von innen so erwärmt wird, dass auch die äußere Oberfläche (Außenhaut 71.1) des thermisch isolierenden Handschuhmaterials 71 flexibel und biegsam bleibt. Die Temperatur der Außenhaut 71.1 wird z.B. in einem Bereich von -10°C bis -60°C eingestellt.
Die Ausführungsformen der Handschuhe 70 in den Figuren 7A und 7B sind mit einem schematisch gezeigten Koppelelement 76 illustriert, das zur Verbindung des Handschuhs 70 mit dem Armteil 13 des Körperanzugs 10 (siehe Figur 1) eingerichtet ist. Wenn die Handschuhe an Kühlanlagen, z. B. zur manuellen Probenhandhabung in Kühlboxen, vorgesehen sind (keine Ausführungsform der Erfindung), werden die Koppelelemente 76 mit einer Außenwand der Kühlanlage so verbunden, dass eine Bedienperson die Hände von außen in die Handschuhe stecken kann. Des Weiteren erfolgt in diesem Fall eine Verbindung mit einer externen Stromquelle zur Versorgung der elektrischen Handschuhheizung über die Koppelelemente 76.
Die Handschuhe 70 sind vom Körperanzug 10 trennbar. Vorteilhafterweise können Handschuhe somit in Abhängigkeit von den konkreten Anforderungen bei der Anwendung im Kühlraum und der Handgröße der Bedienperson ausgetauscht werden. An den Koppelelementen 76 sind Aufnahmen 75 für Probenbehälter, wie z.B. Probenröhrchen vorgesehen. Die Aufnahmen 75 sind an die Gestalt der Probenbehälter angepasst. Beispielsweise sind zur Aufnahme von Probenröhrchen (so genannte "Straws") Köcher vorgesehen, während für beutelförmige Probenbehälter als Aufnahme 75 eine Box oder eine Anhängevorrichtung vorgesehen ist. Die Aufnahmen 75 haben den Vorteil, dass Probenbehälter zwischengelagert werden können, wobei sie nicht zwischen den Fingern gehalten werden müssen und somit kühl bleiben. Abweichend von den Illustrationen in Figur 7 ist jedoch möglich, dass die Handschuhe 70 mit den Armteilen 13 des Körperanzugs 10 fest verbunden sind.
Figur 7B zeigt eine Ausführungsform, in welcher der Handschuh 70 in Kombination mit dem Druckanzug gemäß Figur 1B verwendet wird. In diesem Fall befinden sich im Koppelelement 76 Leitungen für zuströmende (76.1) und abströmende (76.2) Gase. Der Handschuh 70 wird durch das zuströmende warme Gas (Temperatur z.B. 25°C bis 35°C) erwärmt und aufgeblasen. Zusätzlich können im Inneren des Handschuhs 70 Heizschichten vorgesehen sein, wie sie unter Bezug auf Figur 7A beschrieben sind. Durch den Überdruck im Handschuh 70 entsteht zwischen der Hand 6 der Bedienperson und der inneren Oberfläche des Handschuhs 70 ein gasgefüllter Raum 78, in dem die Hand 6 beweglich ist. Des Weiteren sind Halteelemente 72 vorgesehen, um einen Teil der Hand 6 oder des Unterarms der Bedienperson im Handschuh 70 zu stützen. Halteelemente 72 umfassen z.B. einen oder mehrere Ringe, die im Bereich des Handgelenks den Handschuh 70 umgeben. Die Halteelemente 72 erlauben ein Hinein- und Herausschlüpfen der Hand 6 und geben gleichzeitig der Hand 6 genügend Halt, um mit den Fingern beim Greifen Kräfte übertragen zu können.
Ein besonderer Vorteil des Handschuhs 70 gemäß Figur 7B besteht darin, dass im Fall einer Unterkühlung der Fingerspitzen oder einer anderen Havariesituation der Arm der Bedienperson zurückgezogen und eine Faust gebildet werden kann (in Figur 7B gestrichelt gezeigt). In dieser Situation ist eine schnelle Erwärmung unterkühlter Gliedmaßen möglich.
Die Leitung für das zuströmende (76.1) Gas kann abweichend von der Illustration vorzugsweise so gebildet sein, dass das Gas am äußersten Ende des Handschuhs 70 zwischen der Fingerkuppe und dem Ende der Fingerkammern 73 in den Handschuh 70 strömt und dann entlang der Finger über die Hand in Richtung Handgelenk fließt, um eine schnelle Erwärmung von Fingern und Hand und einen mit strömendem Gas ausgefüllten Abstand der Finger zum Handschuh zu erreichen. Von Vorteil ist es, wenn hierbei neben dem Druck der Fluss des Gases insbesondere in dessen Strömungsrichtung konstant aufrecht erhalten wird.
Der Handschuh 70 kann z.B. als Dreifingerhandschuh oder als Fünffingerhandschuh bereitgestellt werden, wie schematisch in Figuren 8A und 8B gezeigt ist. Gemäß Figur 8A sind für den Daumen und den Zeigefinger der Bedienperson jeweils eine Fingerkammer 73 und für die übrigen Finger der Bedienperson eine weitere Fingerkammer 73 vorgesehen. In jeder der Fingerkammern 73 ist ein Teil der Heizeinrichtung 30 angeordnet. Im illustrierten Beispiel umfasst die Heizeinrichtung 30 einen Heizmittelkreislauf mit einer Leitung 34 zur Zufuhr des erwärmten Heizmittels und einer Leitung 35 zur Rückführung des abgekühlten Heizmittels, die an einem Verteiler 36 auf drei Ringleitungen aufgespalten werden. Gemäß Figur 8B sind entsprechend fünf Fingerkammern zur Aufnahme von jeweils einem Finger der Bedienperson vorgesehen. In diesem Fall werden die Leitungen 34, 35 der Heizeinrichtung 30 am Verteiler 36 auf fünf Ringleitungen aufgespalten, die jeweils auf der Handrückenseite des Handschuhs 70 verlaufen.
Die Figuren 8A und 8B illustrieren des Weiteren schematisch einen Druckleitungsanschluss 76.3 mit einer Leitung zur Zuführung eines Druckgases, z.B. Druckluft, in den Handschuh 70 und einer Leitung zum Abfließen des Druckgases. Durch den Überdruck entsteht zwischen der Hand der Bedienperson und der Innenoberfläche des Handschuhs 70 ein gasgefüllter Raum, in dem die Hand der Bedienperson beweglich ist (siehe Figur 7B). Der Druckleitungsanschluss 76.3 wird durch das Koppelelement 76 (siehe Figur 7B) geführt und ist mit einer Druckgasquelle verbunden.
Figur 8C illustriert schematisch, dass auch der Handschuh 70 mit einem Gelenkbereich 14 ausgestattet sein kann, der in diesem Fall eine Grifffalte am Daumen des Handschuhs 70 bildet. Die Grifffalte ist z.B. so aufgebaut, wie unten unter Bezug auf Figur 12 erläutert wird. Gemäß einer abgewandelten Variante des Handschuhs 70 kann auf einen Gelenkbereich zur Bildung der Daumenfalte verzichtet werden. Ersatzweise kann das Handschuhmaterial im Bereich der Daumenfalte modifiziert sein, um die Biegsamkeit des Handschuhs zu gewährleisten. Beispielsweise kann im Bereich der Daumenfalte eine Unterbrechung im Schichtverbund des Handschuhmaterials, z.B. eine Lücke oder ein Bereich mit einer verminderten Dicke der Isolationsschicht 71.1 (siehe Figur 7A) vorgesehen sein.
Die Figuren 9 und 10 illustrieren weitere Einzelheiten der Griffbereiche 74 an den Fingerkammern des Handschuhs 70. Gemäß Figur 9 sind die Griffbereiche 74 an den Teilen der Fingerkammern zur Aufnahme des Daumens und des Zeigefingers im Bereich der Fingerbeeren der in den Handschuh 70 eingeführten Hand positioniert. Die Griffbereiche 74 sind so angeordnet, dass sie im Fall eines sich zu einem Griff schließenden Handschuhs 70 einander gegenüberliegen. Die Griffbereiche 74 zeichnen sich durch eine verringerte Dicke des Handschuhmaterials im Vergleich zum übrigen Handschuh aus. Im Ergebnis wird in den Griffbereichen 74 der Tastsinn für die Bedienperson beibehalten. Ein sicheres Halten z.B. von Probenbehältern wird gewährleistet, da die Haltekraft manuell gesteuert und ein unbeabsichtigtes Entgleiten des Probenbehälters vermieden werden kann.
Die Griffbereiche 74 stellen in Verbindung mit der Beaufschlagung des Handschuhs mit einem Innendruck ein besonders wichtiges Merkmal der Handschuhe dar. Die Fingerkammern sind an der Fingerinnenseite mit dem dünneren, profilierten Material zum feinfühligen Greifen auch kleiner Gegenstände gebildet. Die Griffbereiche 74 führen bei Kontakt mit einem externen Festkörper, der sehr kalt ist, zu einer Auskühlung der Finger der Bedienperson im Kontaktbereich. Die Schichten sind so gebildet, dass der Kontakt auch bei einer Temperatur des Festkörpers von -200°C problemlos über Minuten bestehen kann. Nach der Freigabe eines gehaltenen Gegenstands erfolgt die Erwärmung der ausgekühlten Fingerbereiche der Bedienperson. Diese Erwärmung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass nach Freigabe des Griffes durch den Innendruck im Handschuh die Fingerbeeren nicht mehr in Kontakt mit dem Handschuhmaterial stehen, so dass sie warm vom Innenmedium im Handschuh umflossen werden und sich rasch erwärmen. Der Innendruck im Handschuh wird so gewählt, dass beim Greifen kein großer mechanischer Widerstand überwunden werden muss, um die Fingeroberfläche mit dem Mantelmaterial in Kontakt zu bringen. Dieses Handschuhfingerprinzip ist besonders für wiederholtes Greifen und Ablegen von Gegenständen, wie sie in Kryobanken benutzt werden, vorteilhaft.
Figur 10 illustriert eine Variante des Handschuhs 70, bei dem die Handschuhheizung durch einen Heizmittelkreislauf gebildet wird. Der gemäß Figur 10 beispielhaft am Zeigefinger illustrierte Griffbereich 74 ist vergrößert in der schematischen Schnittansicht des Handschuhmaterials in Figur 11 gezeigt. Figur 11 zeigt einen Griffbereich 74 im Handschuhmaterial, das bei diesem Beispiel mit einer gasdichte Außenhaut 71.3, einer Stabilisierungsschicht 71.4, einer Isolationsschicht 71.5 mit einer Wärmereflektionsfolie 71.6, einem Heizbereich 25, einer Speicherschicht 71.7 mit einer Innenhaut 71.8 und einer Textilschicht 71.9 gebildet ist. Zur Bereitstellung eines wirksamen Griffbereichs 74 genügt es, eine Lücke in der Speicherschicht 71.7 im Handschuhmaterial mit einer lateralen Ausdehnung von z. B. 2 cm freizulassen.
Weitere Einzelheiten der am erfindungsgemäßen Schutzanzug 100 optional vorgesehenen Gelenkbereiche 14 (siehe Figur 1B und 8C) sind in den Figuren 12A und 12B schematisch illustriert. Gemäß Figur 12A umfasst ein Gelenkbereich 14 ein bewegliches Gliederteil 14.1. Beispielsweise beim Ellbogengelenk befindet sich das Gliederteil 14.1 zwischen starren, röhrenförmigen Komponenten 13.1, 13.2 des Armteils. Zur Bildung der Grifffalte im Handschuh 70 (siehe Figur 8C) ist das Gliederteil 14.1 in das Handschuhmaterial eingearbeitet. Der Gelenkbereich 14 hat die Struktur einer Balgverbindung. Relativ zueinander bewegliche Rippen 14.2 sind über ein flexibles Kompositmaterial 14.3 miteinander verbunden. Das Kompositmaterial setzt sich von außen nach innen aus einer gasdichten, mechanisch robusten Außenhaut 14.4, einer mechanischen Koppelschicht 14.5, einem Heizbereich 25 und einer Isolationsschicht 14.6 zusammen. Die mechanische Koppelschicht 14.5 umfasst z.B. ein Gittermaterial, durch das die Rippen 14.2 miteinander verbunden sind. Der Heizbereich 25 ist für eine elektrische Widerstandsheizung des Gelenkbereichs 14 vorgesehen. Dies ermöglicht, dass der gesamte Gelenkbereich selbst bei einer Außentemperatur von bis zu -200°C beweglich ist. Die erhöhten Wärmeverluste an den Gelenkbereichen können aufgrund ihrer geringen Größe im Vergleich zur gesamten Oberfläche des Körperanzugs und wegen der Bedeutung ihrer Funktion in Kauf genommen werden. Andere Gelenkbereiche 14, die am Körperanzug 10 vorgesehen sind, wie z.B. Bein- oder Hüftgelenke oder die Grifffalte des Handschuhs, sind gleichartig wie in Figur 12 gezeigt aufgebaut.
Wenn der erfindungsgemäße Schutzanzug über Versorgungsleitungen (elektrische Leitungen, Heizmittelleitungen) mit externen Einrichtungen verbunden ist, müssen die Versorgungsleitungen durch den Kühlraum geführt und gegen Zerstörung bei den tiefen Temperaturen geschützt werden. Dies ist in Figur 13 am Beispiel einer elektrischen Leitung schematisch illustriert. Um alle Teile des Kühlraums gut erreichen zu können, ohne eine Stolpergefahr im Kühlraum zu bilden, sind die Versorgungsleitungen vorzugsweise dehnbar gebildet. Dies wird durch die Spiralform (Figur 13A) erreicht. Die spiralförmige Versorgungsleitung ist elastisch und in ihrer Länge an die konkreten Nutzungsbedingungen im Kühlraum anpassbar. Um die Flexibilität der Versorgungsleitung zu erhalten und einen Bruch von Isolationsmaterialien und Umhüllungen zu unterbinden, wird die Versorgungsleitung 220 elektrisch geheizt, wie in Figur 13B schematisch gezeigt ist.
Im Inneren der Versorgungsleitung 220 befinden sich elektrische Kabel 221, die in eine elektrische Isolationsschicht 222 eingebettet sind. Auf der Oberfläche der elektrischen Isolationsschicht 222 ist eine Heizschicht 223 mit einer Wärmereflektionsfolie (nicht gezeigt) angeordnet. Auf der Außenseite der Heizschicht 223 befindet sich eine thermische Isolationsschicht 224, die von einer flexiblen, gegenüber flüssigem Stickstoff resistenten Hüllschicht 225 umgeben ist. Die Heizschicht 223 wird derart mit elektrischem Strom beaufschlagt, dass die Temperatur der Versorgungsleitung 220 bis auf deren Oberfläche erhöht ist.
Die Heizung der Versorgungsleitung 220 erfolgt vorzugsweise mit einer Stromquelle im Rückenteil 60 (siehe Figur 1). Vorteilhafterweise wird damit eine ständige Einsatzbereitschaft der flexiblen Versorgungsleitung 220 im Kühlraum gewährleistet. Anderen Leitungen, wie z.B. Druckleitungen, Flüssigkeitsleitungen oder Vakuumleitungen sind gleichartig wie in Figur 13B gezeigt aufgebaut.
Figur 14 zeigt ein Übersichtsschema der Versorgungs- und Kontrollsysteme für einen erfindungsgemäßen Schutzanzug 100, mit dem eine Bedienperson in einem Kühlraum unter Normaldruck bei Temperaturen bis zu z. B. -200°C arbeiten kann. Am Schutzanzug 100 befindet sich eine Bedieneinheit 80, mit der Signale abgegeben und Einstellungen an Teilen des Schutzanzugs 100 vorgenommen werden können. Die Versorgungs- und Kontrollsysteme sind in der Darstellung um den Schutzanzug 100 gruppiert gezeigt, wobei Linien schematisch Verbindungen (Signalverbindungen und/oder stoffliche Verbindungen) mit dem Schutzanzug 100 repräsentieren.
Die zum Betrieb des Schutzanzugs 100 vorzugsweise bereitgestellten Versorgungs- und Kontrollsysteme umfassen eine Stromversorgung 61 (Batterie), die Heizeinrichtung 30 und die Atemluftquelle 62. Die Stromversorgung 61 wird mit thermischer Isolation im Rückenteil 60 (siehe Figur 1) und mit einer Kapazität bereitgestellt, die für die Heizung und den Betrieb des Anzugs für einen Zeitraum von 15 bis 60 Minuten ausreicht. Es ist eine Ankopplung über eine Versorgungsleitung 220 an eine externe Energieversorgung, z.B. im Kühlraum oder einem benachbarten Betriebsraum, vorgesehen. Dies ermöglicht, die interne Stromversorgung 61 zu schonen oder aufzuladen oder für spezielle Einsätze zusätzliche Energie bereitzustellen. Die Heizeinrichtung 30 umfasst die in den Schutzanzug integrierten Heizelemente, die elektrisch oder mit einem Heizmittel betrieben werden, und eine Heizungs-Steuerung.
Die Atemluftquelle 62 ist ebenfalls mit thermischer Isolation im Rückenteil 60 (siehe Figur 1) angeordnet. Sowohl die Atemluftquelle 62 als solche als auch Atemluftleitungen und Ventile sind thermisch isoliert und ggf. geheizt angeordnet. Vorzugsweise basiert die Atemluftquelle 62 auf einem Druckluftsystem oder auf einem Kreislaufsystem mit CO₂-Entfernung und Sauerstoffzugabe. Die Atemluft wird mit einem Teil der Heizeinrichtung 30 und ggf. unter Verwendung von Sensoren im Schutzanzug 100 und einem Regelkreis temperiert.
Wenn der Schutzanzug 100 als Druckanzug (Figur 1B) aufgebaut ist, befindet sich zusätzlich eine Druckluftquelle 63 im Rückenteil 60 (siehe Figur 1). Von der Druckluftquelle 63 werden aufblasbare Zwischenschichten 29 zur thermischen Isolation im Mantelmaterial 20 (siehe Figur 4A) mit Luft beaufschlagt. Des Weiteren kann die Druckluftquelle 63 mit einem Heizmittelkreislauf verbunden sein. Zusätzlich kann eine Einrichtung 65 zur Druckerzeugung oder zum Pumpen in einem Flüssigkeitskreislauf oder zur Vakuumerzeugung vorgesehen sein.
Mit dem Helm 40 ist ein Funksystem mit einer Antenne 40.5 zur Kommunikation mit dem Außenraum und anderen Personen im Kühlraum verbunden, ebenso wie eine Beleuchtungseinrichtung 40.4, eine Kameraeinrichtung 40.10 und ein Mikrofon 40.6 für eine Sprechfunkverbindung.
Des Weiteren besitzt der Anzug eine Sensoreinrichtung 90 mit Außen-Sensoren 91 (Temperatur, Sauerstoffgehalt) und Innen-Sensoren 92 (Temperatur, Druck, Sauerstoffgehalt, Restlaufzeit, Alarmsignale, akustische Ansagen) an den verschiedensten Stellen (Extremitäten, Körperbereich, Kopf). Insbesondere die Schuhe und dort die Schuhsohlen sind mit Temperatursensoren ausgestattet.
Wenn mit der Sensoreinrichtung 90 eine unzulässige Abweichung von einem Normalzustand erfasst wird, gibt eine Alarmeinrichtung 64 einen Alarm (Alarmsignale oder -meldungen) an die Bedienperson und nach außen. Der Alarm kann z. B. in der Frontscheibe 41 des Helms 40 angezeigt oder in diese eingespiegelt und/oder akustisch an die Bedienperson übermittelt werden. So kann die Bedienperson automatisch Anweisungen zum weiteren Verhalten, z.B. sofortiges Verlassen des Kühlraumes, Einschalten der Notversorgung oder Ankopplung an eine externe Energie oder Druckgasversorgung, erhalten.
Ausfälle von Systemkomponenten würden unter den extremen Bedingungen im Kühlraum schnell zu lebensbedrohenden Situationen führen. Die Bedienperson befindet sich bei stickstoffgekühlten Räumen in einer nicht atemfähigen Außenatmosphäre. Ein Ausfall der Atemversorgung hätte daher sofort dramatische Folgen. Allein der Ausfall der Temperierung der Atemluft ist lebensbedrohend. Auch der Ausfall der Anzugheizung hat ähnliche Folgen. So werden die Materialien bei Temperaturen unter -100°C so steif, dass die Bewegungsfähigkeit stark eingeschränkt wird oder eine mechanische Zerstörung durch die Bewegung auftreten könnte. Zur Vermeidung dieser Gefahren ist eine Notversorgungseinrichtung 44 vorgesehen, die in Figur 14 schematisch illustriert und z. B. im Bereich des Hinterkopfes am Helm 40 integriert ist (siehe Figur 5B). Das Notversorgungseinrichtung 44 kann alternativ an anderer Stelle des Anzug angebracht werden (z. B. an einem Gürtel). Das System enthält in thermischer Isolierung und eigener Temperierung eine Atemluftnotversorgung für ca. 5 Minuten, sowie eine elektrische Versorgung für den Sprechfunk, die Beleuchtung und die Heizung der wichtigsten Anzugselemente (z.B. der Gelenke, Füße). Des Weiteren sind in vorgegebenen Programmen Anweisungen für die verschiedenen Fälle gespeichert, die über Funk nach außen und Sprache sowie Lautsprecher im Helm der havarierten Person mitgeteilt werden.
In der Regel werden mindestens zwei Personen zu gleicher Zeit im Kühlraum sein. An den Anzügen gibt es Koppelelemente, die die Versorgung einer ausgefallenen Anzugversorgung durch den Zweitanzug erlaubt. Mit der Notversorgungseinrichtung 44 kann sich die havarierte Person versuchen, in der verleibenden Zeit, die angesagt oder angezeigt wird, allein zu retten, oder es können sich Personen innerhalb der Kühlkammer und von außen nähern oder Rettungssysteme aktiviert werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims

Schutzanzug (100), insbesondere für eine Bedienperson (1) in einem Kühlraum, umfassend:
- einen Körperanzug (10), der zur Aufnahme der Bedienperson (1) eingerichtet ist, und

- eine Heizeinrichtung (30), die mit dem Körperanzug (10) verbunden und zur Heizung des Inneren des Schutzanzugs (100) eingerichtet ist, wobei

- der Körperanzug (10) ein thermisch isolierendes, gasdichtes Mantelmaterial (20) aufweist, das mehrschichtig mit einer gasdichten Außenhaut (21) und einem Heizbereich (25) aufgebaut ist, in dem zumindest Teile der Heizeinrichtung (30) angeordnet sind,

- der Körperanzug (10) eine Atemgasquelle (60), die zur Zufuhr von atembarer Luft in den Schutzanzug vorgesehen ist, oder eine Versorgungsleitung zur Verbindung mit einer externen Atemluftversorgung aufweist, und

- der Körperanzug (10) mit einem Helm (40) ausgestattet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der Schutzanzug (100) zur Verwendung in dem Kühlraum mit einer Temperatur unter -90°C angepasst ist, der mit flüssigem Stickstoff oder Dampf des flüssigen Stickstoffs gekühlt ist, wobei

- das Mantelmaterial (20) von außen nach innen die Außenhaut (21), eine Stabilisierungsschicht (22), eine Isolationsschicht (23) mit einer Wärmereflektionsfolie (24) und den Heizbereich (25) umfasst, und

- der Körperanzug (10) mit Schuhen (50) ausgestattet ist, die Plateausohlen (51) und Sohlenhohlräume (53) aufweisen.
Schutzanzug gemäß Anspruch 1, bei dem
- die Heizeinrichtung (30) eine Widerstandsheizung (31) mit Heizschichten (32) umfasst, die im Körperanzug (10) verteilt angeordnet sind.
Schutzanzug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Heizeinrichtung (30) einen Heizmittelkreislauf (33) für ein gasförmiges oder flüssiges Heizmittel umfasst, der im Körperanzug (10) angeordnet ist, wobei

- der Heizmittelkreislauf (33) eine Vielzahl von Leitungen (34, 35) umfasst, die im Körperanzug (10) verteilt angeordnet sind.
Schutzanzug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- das Mantelmaterial (20) mindestens eine gasgefüllte oder evakuierte Zwischenschicht (29) enthält.
Schutzanzug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Heizeinrichtung (30) derart in das Mantelmaterial (20) eingebettet und die thermische Leitfähigkeit des Mantelmaterials (20) so gewählt ist, dass ein überwiegender Anteil der von der Heizeinrichtung (30) abgegebenen Wärme in das Innere des Schutzanzugs (100) geleitet wird und die übrige Wärme das Mantelmaterial (20) nach außen so erwärmt, dass dieses bei einer Umgebungstemperatur unterhalb von -90°C biegsam bleibt.
Schutzanzug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem:
- der Körperanzug (10) eine Gurteinrichtung (15), mit der eine Trägereinrichtung koppelbar ist, enthält, und/oder

- der Körperanzug (10) auf einer Vorderseite eine Einstiegsöffnung aufweist, an der sich Schichten des Mantelmaterials (20) überlappen.
Schutzanzug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem:
- der Schutzanzug (100) eine Notversorgungseinrichtung enthält, die mindestens eines von einem Atemluftreservoir und einer Kopplungseinrichtung für eine externe Versorgungseinrichtung umfasst.
Schutzanzug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der Helm (40) mindestens eines von einer Frontscheibe (41) aus einem doppelwandigen evakuierbaren Scheibenmaterial, einem Überdruckventil (42), einer Scheibenheizung (41.1), und einem Rückspiegel (44) aufweist.
Schutzanzug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der Körperanzug Bein-, Rumpf- und Armteile (11, 12, 13), die über Gelenkbereiche (14) verbunden sind, umfasst,

- die Schuhe (50) mindestens eines von Schutzschichten (52) gegen mechanische Verletzungen und biegsamen Anpassungselementen (58) aufweisen, und/oder

- der Körperanzug (10) mit mindestens einem Handschuh (70) aus einem thermisch isolierenden Handschuhmaterial (71) versehen ist, und der mindestens eine Handschuh (70) eine Handschuhheizung (77) enthält.
Schutzanzug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- ein Teil der Heizeinrichtung (30) zur Erwärmung der von der Atemgasquelle (60) zugeführten Luft konfiguriert ist.
Schutzanzug gemäß Anspruch 9, bei dem
- der Körperanzug (10) mit dem mindestens einen Handschuh (70) versehen ist, und

- der mindestens eine Handschuh (70) mit Halteelementen (72) ausgestattet ist, die zur Fixierung eines Teils der Hand oder des Unterarms der Bedienperson in dem mindestens einen Handschuh (70) konfiguriert sind, wobei

- das übrige Innere des mindestens einen Handschuhs (70) so dimensioniert ist, dass mindestens die Finger der Bedienperson (1) im Handschuh (70) frei beweglich sind.
Schutzanzug gemäß Anspruch 9 oder 11, bei dem
- der Körperanzug (10) mit dem mindestens einen Handschuh (70) versehen ist, und

- an Handschuhfingern (73) des mindestens einen Handschuhs Griffbereiche (74) vorgesehen sind, in denen das Handschuhmaterial (71) eine im Vergleich zum übrigen Handschuh (70) verringerte Dicke aufweist.
Schutzanzug gemäß Anspruch 12, bei dem
- die Griffbereiche (74) auf der Außenseite des Handschuhs (70) eine profilierte Oberfläche aufweisen.
Schutzanzug gemäß einem der Ansprüche 9, 11, 12 oder 13, bei dem
- der mindestens eine Handschuh (70) konfiguriert ist, mit einem Innendruck beaufschlagt zu werden, so dass im Inneren des Handschuhs (70) genügend Raum für eine Bewegung von Finger von einer Greifposition mit einem Kontakt der Finger mit dem Handschuhmaterial in eine Erwärmungsposition ohne einen Kontakt der Finger mit dem Handschuhmaterial gebildet wird.
Verwendung eines Schutzanzugs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zum Schutz einer Bedienperson, die sich in einem Kühlraum mit einer Temperatur unter -90 °C aufhält.