WO2006099863A1 - Verfahren und anordnung zur ermittlung der restkapazität an veratembarer luft für ein sauerstoff erzeugendes, im kreislauf betriebenes atemaschutzgerät - Google Patents

Verfahren und anordnung zur ermittlung der restkapazität an veratembarer luft für ein sauerstoff erzeugendes, im kreislauf betriebenes atemaschutzgerät Download PDF

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temperature
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Frank Krüger
Karl-Heinz Feldner
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    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B7/00—Respiratory apparatus
    • A62B7/08—Respiratory apparatus containing chemicals producing oxygen

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the residual capacity of respirable air for an oxygen-generating, circulatory operated respirator with at least one chemical canister connected to an exhalation bag with integrated blower and an inhalation bag with inhalation hose, and an arrangement for carrying out the method.
  • Such a circulatory operated breathing apparatus with a consumption indicator for the still remaining veratembare air volume during the period of use is known for example from DE 44 11 560.
  • An exhalation valve is followed by an exhalation bag in which a blower is housed.
  • the exhaled air is forced by means of the blower through two parallel chemical canisters.
  • the chemical granules contained in the chemical canisters bind some of the carbon dioxide contained in the exhaled air and convert it into oxygen in an exothermic reaction.
  • the oxygen-enriched air passes through a particle filter into the inhalation bag and via an inhalation valve to the user.
  • the operated as insulating, oxygen-generating respirator can - for example, in operations of fire or mine rescue - on a much longer period than conventional SCBA are used. For example, use times of four hours are conceivable, based on a certain - average - tidal volume, of 3Ol / min. Since the stated time of use is very inaccurate on the basis of an assumed average value of the user's respiratory volume per minute (respiratory minute volume), DE 44 11 560 has already proposed a consumption display coupled to the fan. On the basis of the measured blower parameters, the still existing supply of usable respiratory gas is determined with the aid of an evaluation unit.
  • the consumption display determined in the known devices with the aid of the blower parameters is inaccurate, since the consumption of the chemical or the respiratory gas requirement or the respiratory volume per minute differs, on the one hand, from the different users and, on the other hand, significantly from the burden on the user means the conditions of use or respiration, and the temperature determines the volume actually breathed.
  • the consumption display determined on the basis of the blower parameters must be recalibrated during the repair after each use. The repair can not be done immediately, but only at a temperature below 30 0 C of the blower.
  • the invention is therefore based on the object, a method and an arrangement for determining the remaining capacity act on respirable air for a circulating, oxygen-generating respirator so that during use under the prevailing conditions exact, individual values on the ever - At the same time still available breathing air will be displayed.
  • the essence of the invention consists in determining the pressure profile and the temperature of the inhaled air during
  • Respiratory protective device and can be immediately prepared for subsequent use without calibration and regardless of the temperature and then used.
  • the duration of a time interval is preferably twenty seconds. If not ventilated or extremely light respiration, a fixed value of 201 / min is used for the calculation.
  • the arrangement according to the invention for carrying out the method comprises a sensor unit integrated in the inhalation hose of the respiratory protective device with a pressure sensor for determining the pressure profile and a temperature sensor for measuring the temperature of the inhaled air which is strongly influenced by the exothermic reaction in the chemical canisters.
  • the sensor unit Via a distributor unit, the sensor unit is connected to an evaluation and display unit. In the evaluation and display unit is determined with the determined number of breaths and their respective pressure level of the respective temperature A- temvolumen for the respective time interval.
  • This value is subtracted in the evaluation and display unit of the starting capacity or remaining after the previous time interval residual capacity.
  • the evaluation and display unit displays the respectively determined residual capacity on a display.
  • the evaluation and display unit is a dead man's warning and also a fault indicator, which relates to the power source, electrical connections, the blower or the starter, and a signal generator for generating a signal when certain residual capacities are installed.
  • the respiratory protective device comprises two parallel disposed chemical canisters 1, which are connected via an air distributor 2 to an exhalation bag 3 with housed in this blower 4. In the wall of the exhalation bag 3, an excess valve 5 is integrated.
  • exhalation hose 6 is connected with exhalation valve 7.
  • the chemical canisters 1 are provided with a cooling jacket 8 and filled with a potassium peroxide granules (KO 2 ) 21.
  • a connecting tube 9 connects the exits of the two chemical canisters 1 via a particle filter 10 with an inhalation bag 11.
  • In the inhalation bag 11 opens a inhalation tube 12 with inhalation valve 13.
  • the exhalation valve 7 and the inhalation valve 13 are connected to a valve control (not shown).
  • the carbon dioxide-enriched exhaled air flows via the opened exhalation valve 7 (with the inhalation valve 13 closed) into the exhalation bag 3 and is pressed by means of the blower 4 via the air distributor 2 through the chemical cans 1 filled with KO 2 granules 21.
  • carbon dioxide contained in the exhaled air is converted into oxygen in an exothermic reaction with the potassium hyperoxide.
  • the treated, enriched with oxygen air passes through the
  • the respirator also has an energy source 14 and a distribution unit connected thereto 15.
  • a sensor unit 19 and an evaluation and display unit 20 are connected to the distribution unit 15.
  • the sensor unit 19, which is associated with the inhalation hose 12, has a pressure sensor and a temperature sensor (not shown in each case).
  • the operating time of the oxygen-generating respirator described above is four hours for the size of the two chemical canisters 1 used here, which can deliver a total of at least 7200 liters of respirable air.
  • the time of use can be significantly longer or significantly shorter, since it depends to a considerable extent on the particular conditions of use and the physique of the user in question, ie the type of respiration.
  • inhalation resistance in the inhalation tube 12 is measured in the form of the pressure curve, and at intervals of 20 seconds in each case, the breathing resistance is measured in the form of the maximum height of the breaths and their number determined.
  • the respective residual capacity is calculated as a percentage and thus displayed on the display of the evaluation and display unit 20.
  • the user thus receives information about the tidal volume actually consumed by him under the prevailing conditions or about the remaining respirable air volume at the time of use.
  • the residual capacity can also be represented on the display in the form of a pictorial representation of a "bottle filling.” If a certain residual capacity is reached or undershot, the evaluation and display unit 20 generates a visual and / or acoustic signal with a signal generator.

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Abstract

Die zu einem beliebigen Zeitpunkt verbleibende Restkapazität an veratembarer Luft wird bei einem Sauerstoff erzeugenden, im Kreislauf betriebenen Atemschutzgerät durch Messen der Anzahl der Atemhübe sowie der Druckhöhe und der Temperatur der Einatemluft in aufeinander folgenden Zeitintervallen mit einem Druck- und einem Temperatursensor ermittelt. Aus den Messdaten wird der aktuelle Atemluftverbrauch in dem jeweiligen Zeitintervall errechnet und von der Gesamtluftkapazität subtrahiert. Die zu einem beliebigen Ablesezeitpunkt verbleibende Restkapazität an veratembarer Luft wird auf einem Display angezeigt.

Description

Verfahren und Anordnung zur Ermittlung der Restkapazität an veratembarer Luft für ein Sauerstoff erzeugendes, im
Kreislauf betriebenes Atemschutzgerät
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Restkapazität an veratembarer Luft für ein Sauerstoff erzeugendes, im Kreislauf betriebenes Atemschutzgerät mit mindestens einem Chemikalkanister, der an einen Ausatembeutel mit integriertem Gebläse und an einen Einatembeutel mit Einatemschlauch angeschlossen ist, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens .
Ein derartiges, im Kreislauf betriebenes Atemschutzgerät mit einer Verbrauchsanzeige für das im Verlauf der Einsatzzeit noch verbleibende veratembare Luftvolumen ist beispielsweise aus der DE 44 11 560 bekannt. An ein Ausatemventil schließt sich ein Ausatembeutel an, in dem ein Gebläse untergebracht ist. Die ausgeatmete Luft wird mit Hilfe des Gebläses durch zwei parallel angeordnete Chemi- kalkanister gedrückt. Mit Hilfe des Gebläses wird der beim Ausatmen vom Benutzer aufgrund der nachgeschalteten Chemikalkanister zu überwindende Atemwiderstand erheblich verringert. Die in den Chemikalkanistern als Granulat enthaltene Chemikalie bindet einen Teil des in der ausgeatmeten Luft enthaltenen Kohlendioxids und wandelt diesen in einer exothermen Reaktion in Sauerstoff um. Die mit Sauerstoff angereicherte Luft gelangt über ein Parti- kelfilter in den Einatembeutel und über ein Einatemventil zum Benutzer. Das als Isoliergerät betriebene, Sauerstoff erzeugende Atemschutzgerät kann - beispielsweise bei Einsätzen der Feuerwehr oder Grubenwehr - über einen deutlich längeren Zeitraum als herkömmliche Pressluftatemgeräte benutzt werden. Beispielsweise sind Einsatzzeiten von vier Stunden denkbar, basierend auf einem bestimmten - durchschnittlichen - Atemvolumen, von 3Ol/min. Da die angegebene Einsatzzeit auf der Basis eines angenommenen Durchschnittswerts des Atemvolumens des Benutzers pro Minute (Atemminutenvolumen) sehr ungenau ist, wurde in der DE 44 11 560 bereits eine an das Gebläse gekoppelte Verbrauchsanzeige vorgeschlagen. Anhand der ge- messenen Gebläseparameter wird mit Hilfe einer Auswerteeinheit der noch vorhandene Vorrat an nutzbarem Atemgas ermittelt.
Die bei den bekannten Geräten mit Hilfe der Gebläsepara- meter ermittelte Verbrauchsanzeige ist jedoch ungenau, da der Verbrauch der Chemikalie bzw. der Atemgasbedarf oder das Atemvolumen pro Minute zum einen bei den verschiedenen Benutzern unterschiedlich ist und zum anderen wesentlich von der Belastung des Benutzers, das heißt den Ein- satz- oder Atembedingungen, abhängt und die Temperatur das tatsächlich veratmete Volumen mit bestimmt. Die auf der Basis der Gebläseparameter ermittelte Verbrauchsanzeige muss bei der Instandsetzung nach jedem Einsatz neu kalibriert werden. Die Instandsetzung kann zudem nicht sofort, sondern nur bei einer unter 300C liegenden Temperatur des Gebläses erfolgen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung der Restkapazi- tat an veratembarer Luft für ein im Kreislauf betriebenes, Sauerstoff erzeugendes Atemschutzgerät so auszubilden, dass während des Einsatzes unter den herrschenden Bedingungen exakte, individuelle Werte über die zum je- weiligen Zeitpunkt noch zur Verfügung stehende Atemluft angezeigt werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Anord- nung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Das Wesen der Erfindung besteht in der Ermittlung des Druckverlaufs und der Temperatur der Einatemluft beim
Einatmen des Benutzers, wobei in gleichbleibenden, vorgegebenen Zeitintervallen jeweils die Druckhöhe und die Anzahl der Atemhübe festgestellt und daraus unter Berücksichtigung der Temperatur das in dem jeweiligen Zeitin- tervall tatsächlich veratmete Luftvolumen errechnet und ausgehend von der ursprünglichen Kapazität nach jedem Zeitintervall von dem vorhergehenden Wert der noch verbliebenen Atemluftkapazität der Chemikalkanister des A- temschutzgerätes subtrahiert wird. Die noch vorhandene Restkapazität an veratembarer Luft wird - vorzugsweise als Prozentangabe - zu jedem Zeitpunkt des Einsatzes des Atemschutzgerätes auf der Grundlage der vom Benutzer tatsächlich verbrauchten Luft angezeigt und bietet diesem somit ein hohes Maß an Sicherheit. Die Verbrauchsanzeige ist unabhängig von gerätetechnischen Veränderungen des
Atemschutzgerätes und kann ohne Kalibrierung und unabhängig von der Temperatur sofort für eine nachfolgende Anwendung vorbereitet werden und anschließend eingesetzt werden .
Die Dauer eines Zeitintervalls beträgt vorzugsweise zwanzig Sekunden. Bei Nichtbeatmung oder extrem geringer Be- atmung wird für die Berechnung ein Festwert von 201/min eingesetzt .
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des Ver- fahrens umfasst eine in den Einatemschlauch des Atemschutzgerätes eingebundene Sensoreinheit mit einem Drucksensor zur Ermittlung des Druckverlaufs und einem Temperatursensor zur Messung der durch die exotherme Reaktion in den Chemikalkanistern stark beeinflussten Temperatur der Einatemluft. Über eine Verteilereinheit ist die Sensoreinheit mit einer Auswerte- und Anzeigeeinheit verbunden. In der Auswerte- und Anzeigeeinheit wird mit der festgestellten Anzahl der Atemhübe und deren jeweiliger Druckhöhe das der jeweiligen Temperatur entsprechende A- temvolumen für das jeweilige Zeitintervall ermittelt.
Dieser Wert wird in der Auswerte- und Anzeigeeinheit von der Startkapazität bzw. der nach dem vorhergehenden Zeitintervall verbliebenen Restkapazität subtrahiert. Die Auswerte- und Anzeigeeinheit zeigt die jeweils ermittelte Restkapazität auf einem Display an.
In die Auswerte- und Anzeigeeinheit ist eine Totmann- Warnung und zusätzlich eine Fehleranzeige, die die Energiequelle, elektrische Anschlüsse, das Gebläse oder die Starter betrifft, und ein Signalgeber zur Erzeugung eines Signals beim Erreichen bestimmter Restkapazitäten eingebaut.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung, in deren einziger Figur ein Sauerstoff erzeugendes Atemschutzgerät mit Verbrauchsanzeige für den Langzeiteinsatz schematisch dargestellt ist, näher erläutert. Das Atemschutzgerät umfasst zwei in Parallelschaltung angeordnete Chemikalkanister 1, die über einen Luftverteiler 2 an einen Ausatembeutel 3 mit in diesem untergebrachten Gebläse 4 angeschlossen sind. In die Wand des Ausatembeutels 3 ist ein Überschussventil 5 integriert.
An den Ausatembeutel 3 ist ein Ausatemschlauch 6 mit Ausatemventil 7 angeschlossen. Die Chemikalkanister 1 sind mit einem Kühlmantel 8 versehen und mit einem Kaliumhyperoxid-Granulat (KO2) 21 gefüllt. Ein Verbindungsrohr 9 verbindet die Ausgänge der beiden Chemikalkanister 1 über ein Partikelfilter 10 mit einem Einatembeutel 11. In den Einatembeutel 11 mündet ein Einatemschlauch 12 mit Einatemventil 13. Das Ausatemventil 7 und das Einatemventil 13 sind an eine Ventilsteuerung (nicht dargestellt) ange- schlössen.
Die mit Kohlendioxid angereicherte Ausatemluft strömt ü- ber das geöffnete Ausatemventil 7 (bei geschlossenem Einatemventil 13) in den Ausatembeutel 3 und wird mit Hilfe des Gebläses 4 über den Luftverteiler 2 durch die mit Kθ2-Granulat 21 gefüllten Chemikalkanister 1 gedrückt. Dabei wird in der Ausatemluft enthaltenes Kohlendioxid in einer exothermen Reaktion mit dem Kaliumhyperoxid in Sauerstoff umgewandelt. Die so aufbereitete, mit Sauerstoff angereicherte Luft gelangt über das
Verbindungsrohr 9 und das Partikelfilter 10, in dem aus der Chemikalie mitgerissene feine Partikel zurückgehalten werden, in den Einatembeutel 11 und von dort über das jetzt geöffnete Einatemventil 13 und den Einatemschlauch 12 zum Benutzer.
Das Atemschutzgerät verfügt weiterhin über eine Energiequelle 14 und eine mit dieser verbundene Verteilereinheit 15. Neben einer Startautomatik 16 mit Quickstartern 17 sowie dem Gebläse 4 und einer Ladebuchse 18 sind an die Verteilereinheit 15 auch eine Sensoreinheit 19 und eine Auswerte- und Anzeigeeinheit 20 angeschlossen. Die Sen- soreinheit 19, die dem Einatemschlauch 12 zugeordnet ist, weist einen Drucksensor und einen Temperatursensor (jeweils nicht dargestellt) auf.
Unter Zugrundelegung eines angenommenen Atemminutenvolu- mens von 301/min beträgt die Betriebszeit des oben beschriebenen Sauerstoff erzeugenden Atemschutzgerätes bei der Größe der beiden hier verwendeten Chemikalkanister 1, die insgesamt mindestens 7200 Liter veratembare Luft liefern können, vier Stunden. Tatsächlich kann die Einsatz- zeit sowohl deutlich länger oder auch deutlich kürzer sein, da sie in erheblichem Maße von den jeweiligen Einsatzbedingungen und der Physis des betreffenden Benutzers, das heißt der Art der Atmung, abhängt. Mit dem Drucksensor wird im Einatemschlauch 12 der Einatemwider- stand in Form des Druckverlauf gemessen, und in Intervallen von jeweils 20 Sekunden wird der Atemwiderstand in Form der maximalen Höhe der Atemhübe gemessen und deren Anzahl bestimmt. Da sich aufgrund der in den Chemikalka- nistern 1 ablaufenden exothermen Reaktion die Temperatur des Einatemgases ändert und nach der Beziehung p.V/T = const. das Volumen auch von der Temperatur abhängt, wird mit dem in der Sensoreinheit 19 vorgesehenen Temperatursensor ständig auch die Temperatur des Einatemgases gemessen. Die von der Sensoreinheit 19 jeweils in einem 20- Sekunden-Intervall ermittelten Daten - Höhe des Druckes, Anzahl der Atemhübe und Temperatur - werden über die Verteilereinheit 15 zu einer Auswerte- und Anzeigeeinheit gesendet, in der mit diesen Daten das vom Benutzer in dem Zeitintervall eingeatmete - verbrauchte - Einatemgas errechnet wird und dieses Einatemvolumen pro Zeiteinheit - ausgehend von der ursprünglichen Kapazität von 7200 Litern - immer wieder von der in den Chemikalkanistern 1 noch verbliebenen Atemluftkapazität abgezogen wird. Die jeweilige Restkapazität wird als prozentuale Angabe errechnet und so auf dem Display der Auswerte- und Anzeigeeinheit 20 wiedergegeben. Der Benutzer erhält so zu jedem Zeitpunkt seines Einsatzes eine Information über das tat- sächlich von ihm unter den herrschenden Bedingungen verbrauchte Atemvolumen bzw. über das zum jeweiligen Zeitpunkt noch verbleibende veratembare Luftvolumen. Die Restkapazität kann auch in Form einer bildlichen Darstellung einer „Flaschenfüllung" auf dem Display dargestellt werden. Wenn eine bestimmte Restkapazität erreicht bzw. unterschritten wird, erzeugt die Auswerte- und Anzeigeeinheit 20 mit einem Signalgeber ein optisches und/oder akustisches Signal.
Bezugszeichenliste
1 Chemikalkanister
2 Luftverteiler 3 Ausateiribeutel
4 Gebläse
5 Überschussventil
6 Ausatemschlauch
7 Ausatemventil 8 Kühlmantel
9 Verbindungsrohr
10 Partikelfilter
11 Einatembeutel
12 Einatemschlauch 13 Einatemventil
14 Energiequelle
15 Verteilereinheit
16 Startautomatik
17 Quickstarter 18 Ladebuchse
19 Sensoreinheit
20 Auswerte- und Anzeigeeinheit
21 Kaliumhyperoxid (KO2) -Granulat , Chemikalie

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung der Restkapazität an veratembarer Luft bei einem Sauerstoff erzeugenden, im Kreislauf betriebenen Atemschutzgerät mit mindestens einem Chemikal- kanister, der an einen Ausatembeutel mit integriertem Gebläse und an einen Einatembeutel mit Einatemschlauch angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der
Druckverlauf und die Temperatur der Einatemluft beim Einatmen des Benutzers sowie die Druckhöhe und die Anzahl der Atemhübe in vorgegebenen Zeitintervallen während des Einsatzes individuell ermittelt werden und daraus unter Berücksichtigung der Temperatur das in dem jeweiligen Zeitintervall veratmete Luftvolumen errechnet und sukzessive von dem Ausgangsatemvolumen der Chemi- kalkanister subtrahiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Restkapazität als Prozentangabe errechnet und angezeigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Restkapazität bildlich in Form des Füllungsgrades einer Flasche dargestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass beim Erreichen einer bestimmten Restkapazität ein Warnsignal er- zeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer eines Zeitintervalls zwanzig Sekunden beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei extrem geringer Beatmung oder Nichtbeatmung zur Ermittlung der Restkapazität ein Atemvolumen von 201/min fest- gelegt wird.
7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, für ein Sauerstoff erzeugendes, im Kreislauf betriebenes Atem- schutzgerät mit mindestens einem Chemikal- kanister, der an einen Ausatembeutel mit in diesen integriertem Gebläse und an einen Einatembeutel mit Einatemschlauch angeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine dem Einatemschlauch (12) zugeordnete Sensoreinheit (19) mit einem Drucksensor zur Ermittlung des Druckverlaufs bei der Einatmung und einem Temperatursensor zur Messung der Temperatur der Einatemluft, sowie eine über eine Verteilereinheit (15) mit der
Sensoreinheit (19) verbundene Auswerte- und Anzeigeeinheit (20) zum Ermitteln der Anzahl der Atemhübe in vorgegebenen Zeitin- tervallen, der maximalen Drücke der Atemhübe und der Temperatur der Einatemluft sowie zum Berechnen des in der Zeiteinheit von dem jeweiligen Benutzer eingeatmeten Luft- volumens und der zu dem jeweiligen Zeitpunkt noch zur Verfügung stehenden Restkapazität an veratembarem Luftvolumen.
8. Anordnung nach Anspruch 7 , dadurch gekenn- zeichnet, dass die Auswerte- und Anzeigeeinheit (20) ein Display zur prozentualen oder bildlichen Angabe der Restkapazität an veratembarem Luftvolumen aufweist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Anzeigeeinheit (20) Signalgeber zur optischen und/oder akustischen Signalisierung bestimmter Restkapazitäten aufweist.
10. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an die Verteilereinheit (15) eine Energiequelle (12) und eine Ladebuchse (18) , sowie eine Startautomatik (16) , Quickstarter (17) und das Gebläse (4) angeschlossen sind.
11. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in die Auswerte- und Anzei- geeinheit (20) eine Totmann-Warnung integriert ist.
12. Anordnung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Anzeigeeinheit (20) eine Fehleranzeige in Bezug auf die Kapazität der Energiequelle (14) , fehlende oder defekte Anschlüsse und fehlende oder verbrauchte Quickstarter (17) aufweist.
PCT/DE2006/000545 2005-03-25 2006-03-23 Verfahren und anordnung zur ermittlung der restkapazität an veratembarer luft für ein sauerstoff erzeugendes, im kreislauf betriebenes atemaschutzgerät WO2006099863A1 (de)

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