WO2013127886A2 - Atemkreislaufgerät - Google Patents

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WO2013127886A2
WO2013127886A2 PCT/EP2013/053979 EP2013053979W WO2013127886A2 WO 2013127886 A2 WO2013127886 A2 WO 2013127886A2 EP 2013053979 W EP2013053979 W EP 2013053979W WO 2013127886 A2 WO2013127886 A2 WO 2013127886A2
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Jochim Koch
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Dräger Safety AG & Co. KGaA
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Definitions

  • the present invention relates to a breathing circuit device with a breathing circuit line, a CC> 2 absorber in the breathing circuit line and with a cooling device for cooling the respiratory gas after exiting the CC> 2 absorber.
  • the CO 2 generated by the equipment wearer and exhaled into the breathing circuit must be absorbed before the breathing gas is returned to the equipment carrier.
  • CC> 2 absorbers in the breathing circuit which generally contain soda lime or alkali.
  • the CC> 2 absorber caused by the chemical reaction with the CO 2 moisture and heat (exothermic chemical reaction of CO 2 with the Ab ⁇ sorbermaterial). This leads to a corresponding heating and humidification of the device carrier recirculated inhaled air.
  • the thus heated and humidified breathing air means a physiologically poorly tolerated respiratory climate.
  • Various techniques have been developed in the art for cooling and dehumidifying the respiratory gas downstream of the CC> 2 absorber.
  • a so-called regeneration cooler is used for the present on the market breathing circuit equipment, which uses a latent heat storage instead of the water ice, which provides the melting energy for cooling.
  • This concept is at hand much easier since the cooler can be used over and over again and is stored ready for use in the device.
  • Al ⁇ lerdings is the cooling capacity of much lower because the PCM with the same volume has a lower specific cooling capacity (phase change material) and neither can be achieved by the above room temperature, melting temperature of the PCM low Atemgastem ⁇ temperatures. Examples of such refrigerated breathing circuit devices are described in DE 879 651 and 928 690.
  • zeolite coolers which extract heat by evaporation of water in the environment and adsorb the moisture in a zeolite.
  • a cooling device for breathing gas cooling in a breathing circuit device is known from DE 40 29 084 AI.
  • the production of a sol ⁇ chen reusable Zeolithkühlers is technically very complicated, because the zeolite stored under vacuum and the impermeability ⁇ ness must be ensured for a very long time.
  • Au ⁇ ßerdem needs of reusable coolers are consuming regenerated.
  • the zeolite must be dehumidified at temperatures above 200 ° C and the water is condensed in the evaporator. This is not practical for use with respiratory protective equipment.
  • zeolite coolers in a deformable packaging which can be deformed as cooling elements in such a way that they can rest against the respiratory circuit line behind the CC> 2 absorber in good heat conducting contact, as described in EP 2 374 509 A1.
  • These can in principle be produced as disposable coolers, so that a complex regeneration can be avoided.
  • this has very high usage costs.
  • the cooling device has a heat pump, which cools with a compressor for compressing a cooling medium, a condenser that receives the compressed cooling medium and thereby gives off heat to the surroundings, and is provided with a heat exchanger body which houses the cooled one Receives cooling medium and is in thermal contact with the breathing circuit line.
  • the heat pump has an example electrically operated ⁇ nen compressor, which compresses the cooling medium and heated to about 40 ° C to 75 ° C, depending on the heat dissipation to the environment.
  • ⁇ nen compressor By forwarding the compressed cooling medium to a condenser, the cooling medium cools and condenses there.
  • the condenser is in heat exchange communication with the environment and can dissipate its heat there.
  • the condenser can passively release its heat through convection and radiation; Alternatively, convection can be enhanced by using a small fan.
  • the liquid cooling medium is forwarded to a heat exchanger body (evaporator), which is in thermal contact with the respiratory gas to be cooled in the breathing circuit line.
  • the cooled cooling medium has a very low temperature (for example - 10 ° C to + 10 ° C).
  • the heat exchanger cools the respiratory gas down to a temperature of about 15 ° C.
  • the cooling medium is vaporized and recycled to the compressor.
  • the cooling device is provided with a fan which generates an air flow for dissipating heat from the condenser.
  • the cooling device may be provided with air guiding means, which causes a thermal convection flow, which is fed from the ambient air.
  • the condenser is provided with cooling coils for the delivery of heat to the environment.
  • the heat exchanger body rests against a flexible breathing bag, which is part of the breathing circuit line, wherein the heat exchanger body rests against that side of the breathing bag, along which the air leaving the breathing bag flows.
  • the heat exchanger body is in thermal contact with a solid, whose provided with a plurality of ribs interior is traversed by the breathing air to be cooled.
  • a control device is provided which is adapted to set the speed of the compressor to a predetermined value or to clock the operating cycle times of the compressor so that the cooling capacity can be adapted to the cooling demand.
  • a temperature sensor can be installed in the respiratory circuit, which reports the respiratory gas temperature and the control device, which then controls the operation of the compressor so that a desired Atemgastem ⁇ temperature is detected by the temperature sensor.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a breathing circuit ⁇ running device is shown.
  • the breathing circuit device 1 of the invention shown in Fig. 1 has a breathing circuit line, in which circulates the respiratory gas of the Adjustträ ⁇ gers.
  • the inlet line 2 for the breathing gas 20 is shown in the cooling device and the outlet conduit 3 from the cooling device.
  • the exhaled by the equipment carrier breathing gas 20 enters through the inlet line 2 in egg ⁇ nen CC> 2 absorber 6 a.
  • the CC> 2 absorber results in an exothermic chemical reaction, the CO 2 from the breathing gas ent ⁇ removed.
  • the temperature and humidity of the purified breathing gas 22 exiting the CC> 2 absorber are increased.
  • the respiratory gas then enters a breathing bag 13, condenses in part on the colder bag wall and cools down at ⁇ .
  • the breathing gas is deflected at 22 and enters a small channel 23, which adjoins an inner wall 24 and a flexible outer wall 16. So that the channel 23 can not be compressed, the channel is filled, for example, with a spacer knitted fabric (not shown).
  • the channel 23 adjoins a heat exchanger body 8, which has a lower temperature than the respiratory gas.
  • the dew point of the gas is saturated breathing and below a portion of the moisture from condensing on the wall ⁇ ablated from 16th
  • the respiratory gas flow in the channel 23 is cooled by convection.
  • the respiratory gas 21 then comes out of the outlet line 3 cooled and dehumidified and is supplied via the breathing circuit to the device carrier for inhalation.
  • the heat exchanger body 8 (evaporator) abuts against the channel 23 from the outside and is thermally insulated by an insulation 17. isolated over the environment so that the heat is removed from the breathing circuit and not from the environment. This also prevents condensation on the outside of the heat exchanger body 8.
  • the heat exchanger body 8 is connected to the condenser 30 via a flow resistance 29 and is supplied with liquid and cold cooling medium, which evaporates in the heat exchanger body 8 and cools the breathing circuit.
  • the ver ⁇ evaporated refrigerant is sucked in by the compressor 33, Kompri ⁇ been minimized and significantly increased in temperature.
  • the hotdeme ⁇ medium is fed to the condenser 30 and is cooled down there by the ambient air, where it condenses again.
  • the channel 23, through which the respiratory gas flows in heat-conducting contact with the heat exchanger body 8, is constantly pressed by the internal pressure to the environment against the heat exchanger body 8, namely on its flexible wall 15. Thereby, a good heat transfer between the flowing through the channel 23 Breathing gas and the heat exchanger body 8 generates.
  • springs 19 are provided which ensure that the pressure in the breathing circuit is increased from the environment.
  • the spring force is laid out ⁇ so that there is always a minimum pressure of, for example, 4 mbar in the system.
  • an oxygen cylinder 9 is further provided, from which the breathing gas in the breathing bag 13 oxygen from the line 11 is added via a valve 10.
  • the breathing circuit apparatus of the invention with an electrically driven heat pump has the advantage that the respiratory gas can be cooled may be ⁇ meet.
  • the heat pump only needs to be switched on when the respiratory gas has been heated and humidified by the absorber.
  • the heat pump is, for example, able to cool down the respiratory gas to a temperature of 15 ° C, so that the wet content only about 11 g Water per kg has dry air.
  • a relative humidity of about 50% At a later warming on the way to the equipment wearer then it has at an outside temperature of 25 ° C, a relative humidity of about 50%, which is exactly in the desired, physiologically comfortable range.
  • the compressor 33 has an electrical output of 75 watts, so at 24 volts it needs about 3 amps of current. Under normal ambient temperature conditions, it achieves a cooling capacity of about 150 watts in the breathing circuit. For a use of 4 hours, it therefore requires a capacity of at least 12 amp hours.
  • the weight of a suitable, commercially available battery is about 1.8 kg. With all components, the cooling device weighs approx. 3 kg. This is about 1 kg more compared to the ice cooler, but the cooling capacity is also significantly larger, can be used as needed and it will be achieved physiologically comfortable breathing conditions.
  • An inventive breathing circuit device with politicianspumpenküh ⁇ ment is an improvement over known cooling devices, since the handling is significantly improved and the cooling capacity can be specifically controlled. The cooling can be switched on as needed and is available continuously as long as there is still sufficient electrical capacity in the accumulator ⁇ lator.
  • the cooling device with heat pump described can be formed as a com plete ⁇ module that is selectively attached to a ent ⁇ speaking trained breathing circuit device.
  • the user can then depending on his needs, the cooling device with heat pump, a PCM cooling or ice cooling use, in each case a corresponding module must be used asdeein ⁇ direction.
  • the heat and humidity is mainly in Atemkalkbenzol ⁇ ter. 6 In this process, soda lime and the container are heated themselves and release part of the heat in the form of convection and radiation to the environment.
  • the subsequently arranged breath bag is heated by the> 2 absorber exiting the CC and purified from CO2 breathing gas (to about 55 ° C at 30 ° C ambient temperature), the moisture is sown ⁇ Untitled.
  • the bag wall is thereby heated and then releases heat to the environment via radiation and convection. Because the moisture is saturated and the wall of the breathing bag is cooler, moisture condenses on the wall, which collects in the breathing bag. If you want to continue to use this passive cooling effect of the breathing bag, the active cooling device may be located only behind the actual breathing bag.
  • Another advantage of the described embodiment is that the flexibility of the breathing bag 16 and the channel 23 can be utilized to ensure a good heat transfer between the respiratory gas to be cooled and the heat exchanger body 8. If the cooling device would abut against the heat exchanger body 8 on a rigid, planar wall, there would be heat transfer problems due to the design due to the poor overcoordination of the geometries and the resulting insulating air pockets and localized thermal contacts.
  • the known cooling elements from the household sector consisting of simple plastic housings and filled with a coolant (water, gel, PCM) must be as ⁇ from assume that the surface is not flat. Due to the increase in volume during the phase transition between water and ice, the cooling elements buckle a bit.
  • the heat exchanger (evaporator) of the welded in films zeolite cooler has no smooth, flat surface.
  • the configuration of the Atembeu ⁇ means of ensuring as a flexible element, that the wall region of the breathing bag ⁇ flexibly to the surface shape of the Adjust heat exchanger body of the heat pump, thereby achieving the best possible heat exchange.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Atemkreislaufgerät mit einer Atemkreisleitung, einem CO2-Absorber (6) in der Atemkreisleitung und mit einer Kühleinrichtung zur Kühlung des Atemgases nach Austritt aus dem CO2-Absorber. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung eine Wärmepumpe mit einem Kompressor (33) zur Verdichtung eines Kühlmediums, einem Kondensator (30), der das verdichtete Kühlmedium aufnimmt, kühlt und dabei Wärme an die Umgebung abgibt, und mit einem Wärmetauscherkörper (8) aufweist, der das gekühlte Kühlmedium aufnimmt und in Wärmeleitungskontakt mit einem Abschnitt der Atemkreisleitung steht.

Description

Atemkreislaufgerät
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Atemkreislaufgerät mit einer Atemkreisleitung, einem CC>2-Absorber in der Atemkreisleitung und mit einer Kühleinrichtung zur Kühlung des Atemgases nach Austritt aus dem CC>2-Absorber .
Bei Atemkreislaufgeräten muss das vom Geräteträger erzeugte und in die Atemkreisleitung ausgeatmete CO2 absorbiert werden, bevor das Atemgas wieder dem Geräteträger zugeführt wird. Dies geschieht durch CC>2-Absorber in der Atemkreisleitung, die im Allgemeinen Atemkalk oder Alkali enthalten. In dem CC>2-Absorber entsteht durch die chemische Reaktion mit dem CO2 Feuchtigkeit und Wärme (exothermische chemische Reaktion des CO2 mit dem Ab¬ sorbermaterial) . Dies führt zu einer entsprechenden Erwärmung und Befeuchtung der dem Geräteträger wieder zugeführten Einatemluft. Die so erwärmte und befeuchtete Atemluft bedeutet ein physiologisch schlecht verträgliches Atemklima. Im Stand der Technik wurden verschiedene Verfahren entwickelt, um das Atemgas hinter dem CC>2-Absorber zu kühlen und zu entfeuchten.
Bei heute gängigen Atemkreislaufgeräten wird Wassereis zur Kühlung verwendet. Dies ist hinsichtlich der Handhabung aufwendig, da zunächst ein Eisblock gebildet werden und dann kurz vor dem Einsatz des Atemkreislaufgerätes aus dem Gefrier¬ schrank entnommen und in das Atemkreislaufgerät eingesetzt werden muss. Dazu ist es außerdem erforderlich, das Gerät zu öffnen .
Alternativ zu der Kühlung durch Wassereis wird für die auf dem Markt befindlichen Atemkreislaufgeräte auch ein sogenannter Regenerationskühler verwendet, der anstelle des Wassereises einen Latentwärmespeicher einsetzt, der die Schmelzenergie zur Kühlung zur Verfügung stellt. Dieses Konzept ist in der Hand- habung deutlich einfacher, da der Kühler immer wieder verwendet werden kann und einsatzbereit im Gerät gelagert ist. Al¬ lerdings ist die Kühlkapazität deutlich geringer weil das PCM (phase change material) bei gleichem Volumen eine niedrigere spezifische Kühlkapazität hat und keine niedrigen Atemgastem¬ peraturen durch die über der Raumtemperatur liegende Schmelztemperatur des PCM erreicht werden kann. Beispiele für derartige gekühlte Atemkreislaufgeräte sind in DE 879 651 und 928 690 beschrieben.
Als weitere Alternative zur Kühlung in Atemkreislaufgeräten sind sogenannte Zeolithkühler bekannt, die durch Verdunstung von Wasser der Umgebung Wärme entziehen und die Feuchtigkeit in einem Zeolithen adsorbieren. Eine derartige Kühlvorrichtung zur Atemgaskühlung in einem Atemkreislaufgerät ist aus DE 40 29 084 AI bekannt. Allerdings ist die Herstellung eines sol¬ chen wiederverwendbaren Zeolithkühlers technisch sehr aufwendig, weil der Zeolith unter Vakuum gelagert und die Dichtig¬ keit für eine sehr lange Zeit sichergestellt werden muss. Au¬ ßerdem muss der wiederverwendbare Kühler aufwendig regeneriert werden. Dazu muss der Zeolith bei Temperaturen über 200°C entfeuchtet und das Wasser im Verdampfer kondensiert werden. Das ist für die Anwendung bei Atemschutzgeräten nicht praktikabel.
Es sind ferner Zeolithkühler in einer verformbaren Verpackung bekannt, die als Kühlelemente so verformbar sind, dass sie in gutem Wärmeleitungskontakt an der Atemkreisleitung hinter dem CC>2-Absorber anliegen können, wie in EP 2 374 509 AI beschrieben. Diese sind prinzipiell als Einwegkühler herstellbar, so dass eine aufwändige Regenerierung vermieden werden kann. Das hat jedoch sehr hohe Gebrauchskosten zur Folge.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Atemkreislauf- gerät mit verbesserter Kühlung und Entfeuchtung des Atemgases nach dem Austritt aus dem CC>2-Absorber anzugeben. Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung eine Wärmepumpe aufweist, die mit einem Kompressor zur Verdichtung eines Kühlmediums, einem Kondensator, der das verdichtete Kühlmedium aufnimmt, kühlt und dabei Wärme an die Umgebung ab- gibt, und mit einem Wärmetauscherkörper versehen ist, der das gekühlte Kühlmedium aufnimmt und in Wärmeleitungskontakt mit der Atemkreisleitung steht .
Die Wärmepumpe weist einen beispielsweise elektrisch betriebe¬ nen Kompressor auf, der das Kühlmedium verdichtet und auf circa 40°C bis 75°C erhitzt, je nach Wärmeabfuhr an die Umgebung. Durch die Weiterleitung des verdichteten Kühlmediums an einen Kondensator kühlt sich das Kühlmedium ab und kondensiert dort. Der Kondensator steht mit der Umgebung in Wärmeaustauschverbindung und kann seine Wärme dort ableiten. Der Kondensator kann passiv durch Konvektion und Strahlung seine Wärme abgeben; alternativ kann die Konvektion durch den Einsatz eines kleinen Lüfters verstärkt werden. Hinter dem Kondensator wird das flüssige Kühlmedium an einen Wärmetauscherkörper (Verdampfer) weitergeleitet, der in thermischen Kontakt mit dem zu kühlenden Atemgas in der Atemkreisleitung steht. Das gekühlte Kühlmedium hat eine sehr niedrige Temperatur (beispielsweise - 10°C bis + 10°C) . Der Wärmetauscher kühlt dabei das Atemgas auf eine Temperatur von circa 15°C herunter. Das Kühlmedium wird dabei verdampft und im Kreislauf wieder dem Kompressor zugeführt . In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Kühleinrichtung mit einem Ventilator versehen, der einen Luftstrom zur Ableitung von Wärme von dem Kondensator erzeugt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Kühleinrichtung mit Luftleitmitteln versehen sein, die eine thermische Konvektionsströmung, die aus der Umgebungsluft gespeist wird, bewirkt .
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Kondensator mit Kühlschlangen zur Abgabe von Wärme an die Umgebung versehen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform liegt der Wärmetauscherkörper an einem flexiblem Atembeutel an, der Teil der Atemkreisleitung ist, wobei der Wärmetauscherkörper an derjenigen Seite des Atembeutels anliegt, an der die den Atembeutel verlassende Luft entlang strömt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform liegt der Wärmetauscherkörper in Wärmeleitungskontakt an einem Festkörper an, dessen mit einer Vielzahl von Rippen versehener Innenraum von der zu kühlenden Atemluft durchströmt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Steuereinrichtung vorhanden, die dazu eingerichtet ist, die Drehzahl des Kompressors auf einen vorgegebenen Wert einzustellen oder die Betriebszykluszeiten des Kompressors so zu takten, dass die Kühlleistung an den Kühlbedarf angepasst werden kann.
Vorzugsweise kann dazu ein Temperatursensor in der Atemkreisleitung eingebaut sein, der die Atemgastemperatur und die Steuereinrichtung meldet, die daraufhin den Betrieb des Kompressors dahingehend regelt, dass eine gewünschte Atemgastem¬ peratur durch den Temperatursensor festgestellt wird. Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbei¬ spiels beschrieben, wobei in
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Atemkreis¬ laufgerätes gezeigt ist.
Die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Atemkreislaufgerät 1 hat eine Atemkreisleitung, in der das Atemgas des Geräteträ¬ gers zirkuliert. In Fig. 1 ist die Eintrittsleitung 2 für das Atemgas 20 in die Kühleinrichtung und die Austrittsleitung 3 aus der Kühleinrichtung gezeigt. Das von dem Geräteträger ausgeatmete Atemgas 20 tritt durch die Eintrittsleitung 2 in ei¬ nen CC>2-Absorber 6 ein. In dem CC>2-Absorber kommt es zu einer exothermen chemischen Reaktion, die CO2 aus dem Atemgas ent¬ fernt. Gleichzeitig sind die Temperatur und die Feuchtigkeit des aus dem CC>2-Absorber austretenden gereinigten Atemgases 22 erhöht. Das Atemgas tritt danach in einen Atembeutel 13 ein, kondensiert zum Teil an der kälteren Beutelwand und kühlt da¬ bei ab. Im unteren Bereich des Atembeutels 13 wird das Atemgas bei 22 umgelenkt und tritt einen kleinen Kanal 23 ein, der an eine Innenwand 24 und an eine flexible Außenwand 16 angrenzt. Damit der Kanal 23 nicht komprimiert werden kann, ist der Ka¬ nal beispielsweise mit einem Abstandsgewirke (nicht gezeigt) gefüllt. Über die Außenwand 16 grenzt der Kanal 23 an einem Wärmetauscherkörper 8 an, der eine niedrigere Temperatur als das Atemgas hat. Dadurch wird der Taupunkt des gesättigten Atemgases unterschritten und ein Teil der Feuchtigkeit konden¬ siert an der Wand 16 aus. Außerdem wird über Konvektion der Atemgasstrom in dem Kanal 23 gekühlt. Das Atemgas 21 tritt dann aus der Austrittsleitung 3 gekühlt und entfeuchtet aus und wird über die Atemkreisleitung dem Geräteträger zum Einatmen zugeführt .
Der Wärmetauscherkörper 8 (Verdampfer) liegt von außen an dem Kanal 23 an und ist durch eine Isolierung 17 thermisch gegen- über der Umgebung isoliert, damit die Wärme dem Atemkreislauf und nicht der Umgebung entzogen wird. Dadurch wird auch eine Kondensatbildung auf der Außenseite des Wärmetauscherkörpers 8 verhindert. Der Wärmetauscherkörper 8 ist mit dem Kondensator 30 über einen Strömungswiderstand 29 verbunden und wird mit flüssigem und kaltem Kühlmedium versorgt, das in dem Wärmetauscherkörper 8 verdampft und den Atemkreislauf kühlt. Das ver¬ dampfte Kühlmittel wird vom Kompressor 33 angesaugt, kompri¬ miert und in der Temperatur deutlich erhöht. Das heiße Kühlme¬ dium wird dem Kondensator 30 zugeführt und wird dort von der Umgebungsluft heruntergekühlt, wobei es wieder kondensiert.
Der Kanal 23, durch den das Atemgas in Wärmeleitungskontakt mit dem Wärmetauscherkörper 8 strömt, wird durch den inneren Überdruck zur Umgebung ständig gegen den Wärmetauscherkörper 8 gedrückt, und zwar an dessen flexible Wand 15. Dadurch wird ein guter Wärmeübergang zwischen dem durch den Kanal 23 fließenden Atemgas und dem Wärmetauscherkörper 8 erzeugt.
In dem Gehäuse 18 des Atemkreislaufgerätes 1 sind Federn 19 vorgesehen, die dafür sorgen, dass der Druck im Atemkreislauf gegenüber der Umgebung erhöht ist. Die Federkraft wird so aus¬ gelegt, dass immer eine Mindestüberdruck von beispielsweise 4 mbar im System vorhanden ist. In dem Gehäuse 18 ist unten ferner eine Sauerstoffflasche 9 vorgesehen, aus der dem Atemgas im Atembeutel 13 Sauerstoff aus der Leitung 11 über ein Ventil 10 zugesetzt wird.
Das erfindungsgemäße Atemkreislaufgerät mit einer elektrisch betriebenen Wärmepumpe hat den Vorteil, dass das Atemgas be¬ darfsgerecht gekühlt werden kann. Die Wärmepumpe braucht erst dann eingeschaltet zu werden, wenn das Atemgas von dem Absorber erwärmt und befeuchtet wurde. Die Wärmepumpe ist zum Bei¬ spiel in der Lage, das Atemgas auf eine Temperatur von 15°C herunterzukühlen, so dass der feuchte Anteil nur noch ca. 11 g Wasser per kg trockene Luft hat. Bei einer späteren Erwärmung auf dem Weg zum Geräteträger hat es dann bei einer Außentemperatur von 25°C eine relative Feuchte von ca. 50%, was genau in dem gewünschten, physiologisch komfortablen Bereich liegt.
Der Kompressor 33 hat zum Beispiel eine elektrische Leistung von 75 Watt, also benötigt er bei 24 Volt ca. 3 Ampere Strom. Unter normalen Umgebungstemperaturbedingungen erreicht er eine Kühlleistung von etwa 150 Watt im Atemkreislauf. Für einen Einsatz von 4 Stunden bedarf es daher einer Kapazität von mindestens 12 Amperestunden. Das Gewicht eines dafür geeigneten, kommerziell verfügbaren Akkus beträgt etwa 1,8 kg. Mit allen Komponenten wiegt die Kühleinrichtung ca. 3 kg. Dies ist gegenüber dem Eiskühler ca. 1 kg mehr, dafür ist aber die Kühlleistung auch deutlich größer, kann bedarfsgerecht eingesetzt werden und es werden physiologisch komfortable Atembedingungen erreicht .
Ein erfindungsgemäßes Atemkreislaufgerät mit Wärmepumpenküh¬ lung ist eine Verbesserung gegenüber bekannten Kühleinrichtungen, da die Handhabung deutlich verbessert ist und die Kühlleistung gezielt geregelt werden kann. Die Kühlung kann nach Bedarf eingeschaltet werden und steht ununterbrochen zur Verfügung, solange noch genügend elektrische Kapazität im Akkumu¬ lator vorhanden ist.
Die beschriebene Kühleinrichtung mit Wärmepumpe kann als kom¬ plettes Modul ausgebildet werden, das wahlweise an ein ent¬ sprechend ausgebildetes Atemkreislaufgerät angesetzt wird. Der Benutzer kann dann je nach seinen Bedürfnissen die Kühleinrichtung mit Wärmepumpe, eine PCM-Kühlung oder eine Eiskühlung einsetzen, wobei jeweils ein entsprechendes Modul als Kühlein¬ richtung eingesetzt werden muss. Für die Betrachtung der Wärmebilanzierung wird davon ausgegangen, dass die Wärme und Feuchte überwiegend im Atemkalkbehäl¬ ter 6 produziert wird. Atemkalk und der Behälter werden dabei selbst erwärmt und geben einen Teil der Wärme in Form von Kon- vektion und Strahlung an die Umgebung wieder ab. Der anschließend angeordnete Atembeutel wird von dem aus dem CC>2-Absorber austretenden und von CO2 gereinigtem Atemgas erwärmt (auf etwa 55°C bei 30°C Umgebungstemperatur), wobei die Feuchte gesät¬ tigt ist. Die Beutelwandung wird dadurch aufgeheizt und gibt dann über Strahlung und Konvektion Wärme an die Umgebung ab. Weil die Feuchte gesättigt und die Wandung des Atembeutels kühler ist, kondensiert an der Wandung Feuchtigkeit aus, die sich im Atembeutel sammelt. Will man diese passive Kühlwirkung des Atembeutels weiter verwenden, darf die aktive Kühleinrichtung erst hinter dem eigentlichen Atembeutel angeordnet sein.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Ausführungsform ist, dass die Flexibilität des Atembeutels 16 bzw. des Kanals 23 ausgenutzt werden kann, um einen guten Wärmeübergang zwischen dem zu kühlenden Atemgas und dem Wärmetauscherkörper 8 zu gewährleisten. Würde die Kühleinrichtung an einer starren ebenen Wand an dem Wärmetauscherkörper 8 anliegen, gäbe es konstruktionsbedingt Wärmeübergangsprobleme durch die schlechte Über¬ einstimmung der Geometrien und die daraus resultierenden isolierenden Lufteinschlüsse und örtlich begrenzten thermischen Kontakte. Bei den aus dem Haushaltsbereich bekannten Kühlelementen, die aus einfachen KunstStoffgehäusen bestehen und mit einem Kühlmittel gefüllt sind (Wasser, Gel, PCM) muss man da¬ von ausgehen, dass die Oberfläche nicht eben ist. Durch die Volumenvergrößerung beim Phasenübergang zwischen Wasser und Eis beulen die Kühlelemente etwas aus. Auch der Wärmetauscher (Verdampfer) des in Folien eingeschweißten Zeolithkühlers hat keine glatte, ebene Oberfläche. Die Ausgestaltung des Atembeu¬ tels als flexibles Element gewährleistet, dass sich der Wand¬ bereich des Atembeutels flexibel an die Oberflächenform des Wärmetauscherkörpers der Wärmepumpe anpassen kann, um dadurch den bestmöglichen Wärmeaustausch zu erreichen.
Berechnungen und Erfahrungen haben gezeigt, dass für den Wärmeübergang eine Kontaktfläche oder Austauschfläche von ca. 600 bis 900 cm2 erforderlich ist. Dabei ist der intensive Wärme¬ übergang überwiegend durch die Kondensationswärme an der Wand bestimmt und nicht durch die Konvektionswärme, die selbst ei¬ nen schlechten Wärmeübergang aufgrund der niedrigen Strömungsgeschwindigkeit und des schlechten Wärmeübergangskoeffizienten der strömenden Luft besitzt. Deshalb ist die Dazwischenschal- tung einer dünne flexiblen Folie thermisch nicht relevant.
Bezugs zeichenliste :
1 Atemkreislaufgerät
2 Eintrittsleitung
3 Austrittsleitung
6 C02-Absorber
8 Wärmetauscherkörper
9 Sauerstofftank
10 Ventil
11 Sauerstoffleitung
13 Atembeutel
16 flexible Wand
17 Isolierung
18 Gehäuse
19 Federn
20 ausgeatmete Luft
21 gekühltes Atemgas
22 CC>2-gefilterte Luft
23 Ausgangskanal des Atembeutels
29 Strömungswiderstand
33 Kompressor

Claims

Patentansprüche
1. Atemkreislaufgerät mit einer Atemkreisleitung, einem CO2- Absorber (6) in der Atemkreisleitung und mit einer Kühleinrichtung zur Kühlung des Atemgases nach Austritt aus dem CC>2-Absorber , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung eine Wärmepumpe mit einem Kompressor (33) zur Verdichtung eines Kühlmediums, einem Kondensator (30), der das verdichtete Kühlmedium aufnimmt, kühlt und dabei Wärme an die Umgebung abgibt, und mit einem Wärmetauscherkörper (8) aufweist, der das gekühlte Kühlmedium aufnimmt und in Wärmeleitungskontakt mit einem Abschnitt der Atemkreislei¬ tung steht .
2. Atemkreislaufgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung mit einem Ventilator versehen ist, der einen Luftstrom zur Ableitung von Wärme von dem Kondensator (30) erzeugt.
3. Atemkreislaufgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung mit Luftleitmitteln versehen ist, die eine thermische Konvektionsströmung aus der umge¬ benden Luft bewirkt.
4. Atemkreislaufgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (30) mit Kühlschlangen versehen ist, durch die das Kühlmedium zu Abgabe von Wärme an die Umgebung strömt .
5. Atemkreislaufgerät nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherkörper (8) an einem flexiblen Atembeutel, der Teil der Atemkreis¬ leitung ist, anliegt, wobei der Wärmetauscherkörper an derjenigen Seite des Atembeutels anliegt, an der die den Atembeutel verlassende Luft entlang strömt.
Atemkreislaufgerät nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherkörper in Wärmelei¬ tungskontakt an einem Festkörper anliegt, dessen mit einer Vielzahl von Rippen versehener Innenraum von der zu kühlenden Atemluft durchströmt wird.
Atemkreislaufgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor die Temperatur in der Atemkreisleitung erfasst und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit verbunden ist, die die Leis¬ tung der Wärmepumpe zur Regelung der Temperatur in der Atemkreisleitung steuert.
Atemkreislaufgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit den Betrieb der Wärmepumpe entweder proportional über die Drehzahl oder intermittierend mit einer relativen Einschaltdauer in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur steuert.
Atemkreislaufgerät nach einem der Ansprüche 7 oder 8, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit die Wärmepumpe erst einschaltet, wenn die erfasste Tempe¬ ratur in der Atemkreisleitung eine vorgegebene Schwelle überschreitet .
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