SE434828B

SE434828B - SET AND DEVICE FOR CONDITIONING THE INHALING AIR FOR A DIVER

Info

Publication number: SE434828B
Application number: SE7811703A
Authority: SE
Inventors: Nils Terje Ottestad
Original assignee: Ottestad Nils T
Priority date: 1977-11-17
Filing date: 1978-11-13
Publication date: 1984-08-20
Also published as: JPS6233117B2; GB2010097A; SE7811703L; NO140173B; JPS54100092A; DE2850017C2; NO140173C; DE2850017A1; NO773940L; FR2409054A1; FR2409054B1; GB2010097B

Description

7811l03-3 kall. 7811l03-3 call.

Föreliggande uppfinning syftar till att erbjuda_ett sätt goch en anordning för konditionering av andningsluft för dykare, vilket sätt och vilken anordning skall eliminera ovannämnda nackdelar vid begagnande av värmd andningsluft. Detta syfte nås med sättet och anordningen enligt patentkraven.The present invention has for its object to provide a method and a device for conditioning breathing air for divers, which method and which device are to eliminate the above-mentioned disadvantages of using heated breathing air. This object is achieved with the method and device according to the claims.

Vid utövandet av sättet enligt uppfinningen fuktas and- ningsluften, som värmes.till en temperatur över användarens kroppstemperatur, till nära mättning, så att dess temperatur är lägre än daggpunkten, när den kyles i luftrören. Härigenom kondenseras en del av ånginnehållet i luften. Det värme, som frigöres under kondenseringen, avges till kroppen, och konden- satet absorberas av lungvävnaden och blodet.In the practice of the method of the invention, the breathing air, which is heated to a temperature above the user's body temperature, is moistened to near saturation, so that its temperature is lower than the dew point when it is cooled in the trachea. This condenses part of the steam content in the air. The heat released during condensation is given off to the body, and the condensate is absorbed by the lung tissue and blood.

Med antagande av att det värme per tidsenhet, som mot- svarar det mekaniska arbete, som utföres av kroppen, och det värme per tidsenhet, som avges av kroppen till omgivningen genom ledning, strålning och konvektion av värme,är konstant, att den utandade luften har ungefär kroppstemperatur och är ungefär mättad med ânga;_samt att det värme per tidsenhet, som alstras av kroppen själv, är konstant, kan kroppstemperaturen påverkas genom reglering.av andningsluftens temperatur och fukthalt. 1 Uppfinningen förklaras närmare i det följande med hän- visning till bifogade ritningar. ' _ F Fig. 1 och 2 visar schematiska längdsnitt genom två ut- föringsformer av en anordning enligt uppfinningen.Assuming that the heat per unit time corresponding to the mechanical work performed by the body and the heat per unit time emitted by the body to the environment by conduction, radiation and convection of heat are constant, that the exhaled air has approximately body temperature and is approximately saturated with vapor; _as the heat per unit time generated by the body itself is constant, the body temperature can be affected by regulating the temperature and humidity of the breathing air. The invention is explained in more detail in the following with reference to the accompanying drawings. Figs. 1 and 2 show schematic longitudinal sections through two embodiments of a device according to the invention.

Anordningen enligt fig. 1 innefattar ett långsträckt, rörformigt hus 3 med en övre tvärvägg 2 och en nedre tvärvägg 5. Den övre tvärväggen 2 är försedd med ett inloppsrör 1, som är anslutet till en icke visad tank eller kompressor för kompri- merad luft genom en icke visad tryckreduceringsventil, medanden nedre tvärväggen 5 bildar en övre del av en vattenbehållare 6, som är fäst vid husets 3 nedre ände. Tvärväggen 5 är förseddnæd en klaffventil 7, som är fjäderhelastad till stängt läge ochsom öppnar i riktningen mot behållaren 6. Centralt i huset 3 finnes ett inre rör 4, vars övre änddel, som utgör anordningensutlopps- rör 11, bäres genom den övre_tvärväggen 2 i huset 3, ochvars ned- re änddel 8 är anordnad med sin öppning 9 på något avstånd ovan- 7811703-3 för väggen 5, så att en slits 10 bildas, vilken förbinder ut- rymmet mellan huset 3 och det centrala röret 4 med dess inre del.The device according to Fig. 1 comprises an elongate, tubular housing 3 with an upper transverse wall 2 and a lower transverse wall 5. The upper transverse wall 2 is provided with an inlet pipe 1, which is connected to a tank or compressor for compressed air (not shown) by a pressure reducing valve (not shown), while the lower transverse wall 5 forms an upper part of a water container 6, which is attached to the lower end of the housing 3. The transverse wall 5 is provided with a flap valve 7, which is spring-loaded to the closed position and which opens in the direction of the container 6. Central in the housing 3 is an inner tube 4, the upper end part, which constitutes the device outlet pipe 11, is carried through the upper transverse wall 2 in the housing 3, and the lower end part 8 of which is arranged with its opening 9 at some distance above the wall 5, so that a slot 10 is formed, which connects the space between the housing 3 and the central tube 4 with its inner part .

I det centrala rörets 4 nedre ände finnes ett exempel- vis elektriskt värmeelement 12, och ovanför detta en filter- liknande plugg 19 av metalltrâdar, tunna metallremsor etc., som reducerar rörets 4 tvärsnitt.In the lower end of the central tube 4 there is an exemplary electric heating element 12, and above this a filter-like plug 19 of metal wires, thin metal strips etc., which reduces the cross section of the tube 4.

Ett rör 14 med liten diameter och koaxiellt anordnat i förhållande till röret 4 sträcker sig genom samt är fäst vid husets 3 nedre tvärvägg 5. Rörets 14 nedre änddel 15 har en inloppsöppning 16, som är anordnad ett stycke ovanför vatten- behållarens 6 botten. Röret 14 sträcker sig uppåt genom en ur- borrning i värmeelementet 12, och dess övre änddel 17 har en utloppsöppning 18 anordnad i den filterliknande pluggen 19.A pipe 14 of small diameter and coaxially arranged in relation to the pipe 4 extends through and is attached to the lower transverse wall 5 of the housing 3. The lower end part 15 of the pipe 14 has an inlet opening 16, which is arranged some distance above the bottom of the water container 6. The tube 14 extends upwards through a bore in the heating element 12, and its upper end part 17 has an outlet opening 18 arranged in the filter-like plug 19.

En värmeväxlare 20, som sträcker sig i tvärled till huset 3 och röret 4, är anordnad ovanför den filterlikande pluggen 19. Genomgående öppningar är anordnade i värmeväxla- ren, vilka sträcker sig i husets 3 och rörets 4 längdriktning.A heat exchanger 20, which extends transversely to the housing 3 and the tube 4, is arranged above the filter-like plug 19. Through openings are arranged in the heat exchanger, which extend in the longitudinal direction of the housing 3 and the tube 4.

I rörets 4 utloppsrör 11 är anordnad en temperaturavkän- nare, som är operativt förbunden med värmeelementet 12 för reg- lering av dettas uteffekt. Utloppsröret 11 kan vara förbundet med dykarens mun genom exempelvis ytterligare en reducerventil, icke visad.In the outlet pipe 11 of the pipe 4, a temperature sensor is arranged, which is operatively connected to the heating element 12 for regulating its output power. The outlet pipe 11 can be connected to the diver's mouth through, for example, a further reducing valve, not shown.

Liksom vid den ovan beskrivna utföringsformen av anord- ningen enligt uppfinningen innefattar den i fig. 2 visade ut- föringsformen ett långsträckt, rörformigt hus 33 med en nedre tvärvägg 35. Huset inneslutes av en mantel 52, och utrymmet mellan denna och huset 33 är anordnat att fyllas med vatten genom ett icke visat påfyllningsrör, varvid manteln 52 bildar anordningens vattenbehållare 36.As with the above-described embodiment of the device according to the invention, the embodiment shown in Fig. 2 comprises an elongate, tubular housing 33 with a lower transverse wall 35. The housing is enclosed by a jacket 52, and the space between it and the housing 33 is arranged to be filled with water through a filling pipe (not shown), the jacket 52 forming the water container 36 of the device.

Mantelns 52 övre tvärvägg 32 utgör husets 33 tak eller övre tvärvägg, genom vilken husets inloppsrör 31 sträcker sig.The upper transverse wall 32 of the jacket 52 constitutes the roof or upper transverse wall of the housing 33, through which the inlet pipe 31 of the housing extends.

Centralt i huset 33, exempelvis koaxiellt till detta, är anord- nat ett inre rör 34, vars övre änddel, som utgör anordningens utloppsrör_41, går genom mantelns 52 övre tvärvägg. Det inre rörets 34 nedre änddel är försedd med en tvärvägg, i vilken en fjäderbelastad klaffventil 54 är anordnad, vilken ventil öppnas uppåt i riktningen bort från husets 33 nedre del och in 7811703-3 i det inre röret 34; Ett rör 44 sträcker sig koaxiellt till det rörformigahuset 33 från en öppning i dess nedre tvärvägg samt uppåt och in i det inre röret 34, varvid rörets 44 övre ände är försedd med ett munstycke och avslutas samt tillslutes med 'en filterliknande plugg 49, som fyller innerrörets 34 hela tvärsnitt.Centrally in the housing 33, for example coaxially therewith, is arranged an inner tube 34, the upper end part of which, which constitutes the outlet pipe 41 of the device, passes through the upper transverse wall of the jacket 52. The lower end part of the inner tube 34 is provided with a transverse wall, in which a spring-loaded flap valve 54 is arranged, which valve opens upwards in the direction away from the lower part of the housing 33 and into the inner tube 34; A tube 44 extends coaxially to the tubular housing 33 from an opening in its lower transverse wall and upwards and into the inner tube 34, the upper end of the tube 44 being provided with a nozzle and terminating and closing with a filter-like plug 49 which fills the entire cross section of the inner tube 34.

I munstycksrörets 44 nedre änddel kan en fjäderbelastad klaffventil 53 anordnas, vilken öppnas, d.v.s. tillåter fluid- strömning, uppåt mot munstycket. Ett värmeelement 42 är anord- nat i vattenbehållaren 36 och är anordnat att hålla vattnets temperatur konstant. I I' K 7 I Ett kylrör 55, vars ena ände bäres genom utloppsrörets 41 vägg inuti huset 33, sträcker sig in i utloppsröret 41 längs en del av längden i dess nedströmsriktning. I den andra änden är kylröret 55 försett med en ventilkropp 56, som är anordnad att öppna och sluta denna ände i beroende av temperaturen hos andningsluften, som strömmar i utloppsröret såsom anges av pi- larna 57, exempelvis genom en bimetallfjäder eller liknande.In the lower end part of the nozzle tube 44 a spring-loaded flap valve 53 can be arranged, which is opened, i.e. allows fluid flow, upwards towards the nozzle. A heating element 42 is arranged in the water tank 36 and is arranged to keep the temperature of the water constant. A cooling pipe 55, one end of which is carried through the wall of the outlet pipe 41 inside the housing 33, extends into the outlet pipe 41 along a part of the length in its downstream direction. At the other end, the cooling pipe 55 is provided with a valve body 56, which is arranged to open and close this end depending on the temperature of the breathing air flowing in the outlet pipe as indicated by the arrows 57, for example by a bimetallic spring or the like.

.Förutom ovannämnda ventiler kan båda utföringsformerna även vara försedda med icke visade ventiler för fullständigt eller partiell ömsesidig kompensation av trycket mellan anord- ningens olika utrymmen och/eller mellan dessa utrymmen och. det omgivnade vattnet under exempelvis uppstigning eller ned- stigning i vattnet, för återföring av kondenserad ånga till- baka till vattenbehållaren och för erbjudande av förbigång av andningsluften förbi det inre röret 34, om exempelvis den fil- terliknande pluggen 49 skulle täppas till.In addition to the above-mentioned valves, both embodiments can also be provided with valves (not shown) for complete or partial mutual compensation of the pressure between the different spaces of the device and / or between these spaces and. the surrounding water during, for example, ascent or descent into the water, for returning condensed steam back to the water tank and for offering to bypass the breathing air past the inner tube 34, if, for example, the filter-like plug 49 were to be clogged.

Utföringsformen enligt fig. 1 arbetar på följande sätt: Torr, kall luft från en behållare med komprimerad luft, kompressor eller liknande, strömmar in i anordningens inlopps- ' rör 1 genom en reducerventil, som en följd av en tryckminskning vid utloppsröret 11, som förorsakas av dykarens inandning. Torr luft med ett tryck, som är något högre än omgivningstrycket, strömmar nedåt i utrymmet mellan det inre röret 4 och huset 3, genom öppningarna i den del av värmeväxlaren 20, som finnes i detta utrymme, varigenom luften i någon mån värmes. Vid husets 3 nedre ände avlänkas luftströmningen och styres genom slitsen 10 mellan det inre rörets 4 nedre änddel 8 och husets 3 nedre 7811703-3 tvärvägg 5 samt uppåt och in i det inre röret 4 genom värme- elementets 12 öppningar, där luftens temperatur höjes till exempelvis över 1000C.The embodiment according to Fig. 1 operates in the following manner: Dry, cold air from a container with compressed air, compressor or the like, flows into the inlet pipe 1 of the device through a reducing valve, as a result of a pressure reduction at the outlet pipe 11, which is caused of the diver's inhalation. Dry air with a pressure slightly higher than the ambient pressure flows downwards in the space between the inner tube 4 and the housing 3, through the openings in the part of the heat exchanger 20 present in this space, whereby the air is heated to some extent. At the lower end of the housing 3 the air flow is deflected and guided through the slot 10 between the lower end part 8 of the inner tube 4 and the lower transverse wall 5 of the housing 3 and upwards and into the inner tube 4 through the openings of the heating element 12, where the air temperature is raised to for example above 100 ° C.

Den filterliknande plugg, som bildar en reduktion för rörets 4 tvärsnitt, accelererar luftströmningen med åtföljande minskning av dess statiska tryck, på liknande sätt som ett venturi-munstycke, när dykaren andas in. Härigenom bringas vatten att sugas uppåt genom röret 14 från vattenbehållaren 6, vilket vatten därefter fördelas i pluggen 19 på dennas trådar eller remsor, varigenom den effektiva förångningsytan blir stor. Ventilen 7 öppnas, när skillnaden mellan trycket hos luften ovanför tvärväggen 5 och trycket hos luften ovanför vattnet i behållaren 6 når ett på förhand bestämt värde.The filter-like plug, which forms a reduction for the cross-section of the tube 4, accelerates the air flow with a concomitant reduction of its static pressure, similar to a venturi nozzle, when the diver inhales. As a result, water is caused to be sucked upwards through the pipe 14 from the water container 6, which water is then distributed in the plug 19 on its wires or strips, whereby the effective evaporation surface becomes large. The valve 7 opens when the difference between the pressure of the air above the transverse wall 5 and the pressure of the air above the water in the container 6 reaches a predetermined value.

Vattnet i pluggen 19 värmes av den varma luften och - Wförångas, varigenom luftens temperatur faller till exempelvis 80 ä 1000C, medan den relativa fuktigheten stiger till exempel- vis 50%. Luften strömmar därefter förbi värmeväxlaren 20, vars del utanför röret 4 kyles av den kalla luft, som strömmar in i inloppsröret 1, och luftens temperatur sänkes till exempel- vis 5O0C, medan den relativa fuktigheten avsevärt höjes. Luf- ten strömmar därefter ut ur utloppsröret 11, förbi den däri anordnade temperaturavkännaren 21, som exempelvis genom en i och för sig känd elektronisk krets, reglerar värmeelementets uteffekt och sålunda ger dykaren luft av en lämplig temperatur genom en reducerventil, som minskar lufttrycket till ungefär omgivningstrycket. På grund av att den torra, kalla luften strömmar på det inre rörets 4 utsida, genom vilket varm luft strömmar längs en större del av dess längd, minskas anordning- ens värmeförlust till omgivningen.The water in the plug 19 is heated by the hot air and evaporated, whereby the air temperature drops to, for example, 80 to 100 ° C, while the relative humidity rises, for example, 50%. The air then flows past the heat exchanger 20, part of which outside the pipe 4 is cooled by the cold air flowing into the inlet pipe 1, and the temperature of the air is lowered, for example 50 DEG C., while the relative humidity is considerably increased. The air then flows out of the outlet pipe 11, past the temperature sensor 21 arranged therein, which for example through an electronic circuit known per se, regulates the output of the heating element and thus gives the diver air of a suitable temperature through a reducing valve, which reduces the air pressure to approx. ambient pressure. Due to the fact that the dry, cold air flows on the outside of the inner tube 4, through which hot air flows along a larger part of its length, the heat loss of the device to the surroundings is reduced.

Om så önskas kan anordningen isoleras för att ytterligare minska värmeförlusten.If desired, the device can be insulated to further reduce heat loss.

Anordningen enligt fig. 2 arbetar på ett liknande sätt.The device according to Fig. 2 operates in a similar manner.

När trycket i utloppsröret 41 sänkes på grund av inand- ning, strömmar torr, kall luft från behållaren med komprimerad luft, kompressorn etc,, genom en reducerventil och in i anord- ningens inloppsrör 31, samt nedåt och in i utrymmet mellan huset 33 och det inre röret 34. Vattnet i vattenbehållaren 36, vilket värmes av värmeelementet 42, avger en del av sitt värme 7811703-3 genom husets 33 väggar till den.luft, som strömmar i nämnda utrymme, och den sålunda värmda, mycket torra luften strömmar in i det inre röret 34 genom ventilen 54. Här suges vatten upp i munstycksröret 44 på samma sätt som beskrivits ovan och fuk- tar den luft, som strömmar ut ur utloppsröret 41. Om temperatu- ren hos den andningsluft, som strömmar i utloppsröret 41, är alltför hög, kommer en anordning, exempelvis en bimetallfjäder . eller liknande, vilken verkar på ventilkroppen 56, att föra den- na bort från dess säte och därigenom åstadkomma, att kylrörets 55 utloppsände öppnas, varigenom kall luft strömmar från anord- ningens inlopp, genom kylröret och kyler detta och därigenom den omgivande andningsluften i utloppsröret 41. Den kalla luf- ten strömmar slutligen ut i detta rör, förbi ventilkroppen 56.When the pressure in the outlet pipe 41 is lowered due to inhalation, dry, cold air flows from the compressed air container, the compressor, etc., through a reducing valve and into the inlet pipe 31 of the device, and down and into the space between the housing 33 and the inner tube 34. The water in the water container 36, which is heated by the heating element 42, gives off a part of its heat through the walls of the housing 33 to the air flowing in said space, and the thus heated, very dry air flows in. in the inner tube 34 through the valve 54. Here water is sucked up into the nozzle tube 44 in the same manner as described above and moistens the air flowing out of the outlet tube 41. If the temperature of the breathing air flowing in the outlet tube 41, is too high, comes a device, such as a bimetallic spring. or the like, which acts on the valve body 56, to move it away from its seat and thereby cause the outlet end of the cooling pipe 55 to open, whereby cold air flows from the inlet of the device, through the cooling pipe and cools it and thereby the surrounding breathing air in the outlet pipe. 41. The cold air finally flows out into this pipe, past the valve body 56.

Om andningsluftens temperatur därigenom skulle bli alltför låg, stänger ventilkroppen kylrörets utloppsände. ' I stället för röret 14 respektive 44 och den filterlik- nande pluggen 19 respektive 49 kan vekar anordnas/ vilka drager vatten från vattenbehållaren 6 respektive 36 och för in vattnet i det inre röret 4 respektive 34 nedströms den del av vatten- strömningspassagen, som påverkas av värmeelementet för tillföran- de av vatten till den värmda, torra luften.Should the temperature of the breathing air thereby become too low, the valve body closes the outlet end of the cooling pipe. Instead of the pipe 14 and 44, respectively, and the filter-like plugs 19 and 49, respectively, wicks can be arranged / which draw water from the water tank 6 and 36, respectively, and introduce the water into the inner pipe 4 and 34, respectively, downstream of the part of the water flow passage which is affected. of the heating element for supplying water to the heated, dry air.

Claims

7811703-3 PATENT REQUIREMENTS

A method of conditioning the inhaled air of a diver, wherein dry, cold air is drawn from a source of compressed air in response to the diver's breathing needs and said air is heated to a temperature substantially higher than the diver's normal body temperature, characterized by that the heated air is moistened by supplying it with water and passed through a large surface filter device in which the water is distributed over the surface to achieve efficient evaporation, that the v-heated and humidified air is cooled to a temperature which is insignificantly above the diver's normal body temperature, so that the relative humidity of the air is increased to near saturation, and that the air thus conditioned as inhaled air is directly supplied to the diver's lungs.

Device for conditioning the inhaled air for a diver comprising a housing (3, 33), which provides a continuous air passage, to one end of which is connected an inlet pipe (1, 31) for connection of a source of dry, cold air under pressure , a heating element (12, _42) for heating the incoming, dry, cold air, and an outlet pipe (11, 41) connected to the other end of the air passage for connecting a device with a breathing valve control for supplying conditioned air to the diver, characterized by a container (6, 36) for a supply of water, a device (14, 19, 44, 49) for controlled supply of moistening water from the container to the heated air and comprising a metal filter cloth (19 , 49) with a large surface area for the distribution and efficient evaporation of water, which is supplied to it together with the heated air, and a temperature sensor (21) in the device and at the breathing valve control for controlling a device (56) for regulating inhalation the temperature of the air, so that the conditioned inhaled air has a temperature which is above the diver's normal body temperature, and a humidity which is close to saturation. 2

Device according to claim 2, characterized in that the metal filter cloth (19, 49) forms a narrower part of the air passage immediately downstream of the part thereof which is heated by the heating element (12, 42), which narrower air passage 3 part with a pipe (14, 44) communicates with water in the container (6, 36) »

Device according to claim 2 or 3, characterized by a heat exchanger (20) downstream of the heating element (12) and the place where water is supplied to the heated air, for preheating the incoming, dry, cold the air and cooling of the heated, _humidified-air.

Device according to any one of claims 2 to 4, characterized by a cooling pipe (55), which extends into a part of the outlet pipe (41) and which has an inlet opening in connection with the inlet pipe (31) and an outlet opening, which is located in the outlet pipe (41) and is controlled by the temperature regulating device (56).