WO2015078590A1 - Kreislaufatemschutzgerät mit einer überwachungsvorrichtung - Google Patents

Kreislaufatemschutzgerät mit einer überwachungsvorrichtung Download PDF

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WO2015078590A1
WO2015078590A1 PCT/EP2014/003179 EP2014003179W WO2015078590A1 WO 2015078590 A1 WO2015078590 A1 WO 2015078590A1 EP 2014003179 W EP2014003179 W EP 2014003179W WO 2015078590 A1 WO2015078590 A1 WO 2015078590A1
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WO
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monitoring device
oxygen
breathing
circuit
breathing apparatus
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PCT/EP2014/003179
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French (fr)
Inventor
Jochim Koch
Jörg Polzien
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Dräger Safety AG & Co. KGaA
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    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B9/00—Component parts for respiratory or breathing apparatus
    • A62B9/006—Indicators or warning devices, e.g. of low pressure, contamination
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B18/00—Breathing masks or helmets, e.g. affording protection against chemical agents or for use at high altitudes or incorporating a pump or compressor for reducing the inhalation effort
    • A62B18/02—Masks
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    • A62B9/00—Component parts for respiratory or breathing apparatus
    • A62B9/02—Valves

Definitions

  • the present invention relates to a system comprising a circuit respirator and a monitoring device therefor, wherein the circuit respirator comprises: a respiratory mask, a breathing circuit returning from the respiratory mask via an expiratory tube, a soda lime cartridge for CO2 binding, a spring-loaded breathing bag and an inspiratory tube Breathing mask leads, an oxygen cylinder with pressure oxygen, which is connected via a Konstantdosier founded with the breathing circuit and via a minimum valve to the breathing bag, the minimum valve is adapted to open in response to a collapse of the breathing bag due to lack of breathing gas in the breathing circuit and so to fill the breathing bag with oxygen from the oxygen cylinder until it is filled up, and a pressure sensor to detect the pressure in the oxygen cylinder.
  • the circuit respirator comprises: a respiratory mask, a breathing circuit returning from the respiratory mask via an expiratory tube, a soda lime cartridge for CO2 binding, a spring-loaded breathing bag and an inspiratory tube Breathing mask leads, an oxygen cylinder with pressure oxygen, which is connected via a Kons
  • Circulatory respirators are respirators that operate independently of the ambient atmosphere. They are routinely used where hazards due to toxic impurities in the breathing air or lack of oxygen must be expected.
  • the freely portable circuit respirators supply the respirator with breathing gas, which is generated and cleaned in the device.
  • the exhaled by the respirator carbon dioxide is passed with the breathing gas in the breathing circuit through a Atemkalkpatrone in which the carbon dioxide is converted by chemical reaction and thus removed from the breathing gas.
  • oxygen is released from an oxygen Bottle continuously added with pressure oxygen.
  • a constant dosage of oxygen with a volume flow of about 1, 6 L / min is made. This constant dose is required to provide an average respiratory minute volume of approximately 30 L / min with sufficient oxygen.
  • a breathing bag is also present, through which the respiratory gas flows.
  • the additional demand for breathing gas is covered from the breathing bag, which is loaded with a spring and thus collapses with increasing removal of breathing gas.
  • the collapse of the breathing bag has the consequence that an associated minimum valve is opened, is then passed through the oxygen from the oxygen cylinder with high volume flow into the breathing bag to refill it.
  • the minimum valve closes again. If the respiratory protective device is in a quiescent situation and the oxygen consumption is much lower than the constant dosed approx. 1.6 L / min, respiratory gas volume is released via a pressure relief valve which is actuated by the expanded breathing bag.
  • circuit breathing apparatus Since the first use of circuit breathing apparatus, these have been equipped with a pressure gauge in the oxygen cylinder, so that the wearer himself has to calculate how long he can still carry out the operation and whether he still has enough oxygen for the return route. Modern monitoring systems with mobile data transmission systems are able to calculate from the amount of oxygen consumed and the time elapsed, when the mission must be stopped in order to retreat with sufficient reserve. These times are presented to the chief of operations on a monitor.
  • a known device displays the pressure in the oxygen cylinder and uses the pressure drop to calculate the remaining working time that is likely to remain.
  • US 2006/0201508 A1 describes a so-called self-contained breathing apparatus (SCBA).
  • SCBA self-contained breathing apparatus
  • An electronic evaluation unit converts all available parameters that occur during operation into a key figure that indicates the available time remaining in use. This solution provides an indication of the time of use for land or water based systems.
  • DE 26 41 579 A1 an arrangement for monitoring a respirator is described, wherein the consumption of the respiratory gas is detected and can be transmitted by means of a radio-communication connection from the user to other persons.
  • the respirator has a significantly lower oxygen demand than the fixed specified 1, 6 L / min, but at a given amount of 400 L oxygen in the oxygen cylinder nevertheless at a time limit of use to approx. 250 min, because the oxygen is supplied continuously, regardless of the actual need.
  • the amount of soda lime is determined by the amount of entrained oxygen.
  • the entrained soda lime is so large that the C02 resulting from the respiration of all the entrained oxygen can be bound.
  • the constant-dose device is set up to add oxygen to the breathing circuit with a low basic volume flow which is less than the average oxygen volume requirement of an unloaded person. This ensures' that during use no phases with oversupply of oxygen occur, which then would have to be discharged as previously unused in the environment.
  • the low constant basic volume flow is so low that occasionally, depending on the load situation of the respirator, oxygen must be added via the minimum valve in the breathing bag; in extreme cases, the basic volume flow can also be zero (then oxygen is supplied in phases only via the minimum valve in the breathing bag). In any case, this ensures that all oxygen taken from the oxygen cylinder is breathed through the respirator.
  • the monitoring device is now set to 'yield of the current supplied by the pressure sensor pressure of the pressurized oxygen in the oxygen tank and out of the outlet pressure of the oxygen bottle to the beginning of the use, the amount of power consumed by respiration of the respirator wearer oxygen or resulting therefrom amount of in the Oxygen cylinder of love oxygen to calculate.
  • stroke volume the respiratory rate of the respirator and its actual tidal volume
  • its minute ventilation can be calculated from its real oxygen consumption, since the constant dose is so small that it is always smaller than the actual oxygen consumption. The additional consumption is then fed in each case through the minimum valve.
  • the constant dosage can also be set to 0, so that oxygen is only introduced via the minimum valve into the breathing bag and thus into the breathing circuit and the oxygen is supplied "as needed".
  • the respiratory protector inhales a respiratory gas in the first few minutes, stoffkonzentratiön with 40 - 60% much higher than ambient air (21 vol.% 0 2 ).
  • the system fills and the breathing bag expands so far that he operates the pressure relief valve.
  • more and more of the nitrogen present in the breathing gas mixture is flushed out and the oxygen concentration increases in the direction of 100% by volume.
  • it is very rare for the situation that excess respiratory gas must be released from the circulation, with the advantage that the respirator for a long time inhales a breathing gas mixture with a significant amount of nitrogen.
  • the monitoring device is set up to calculate a momentary oxygen consumption per unit of time from the volume curve of the consumed oxygen ⁇ VO 2 (t) as a function of the time from the slope thereof.
  • the monitoring device can be set up to calculate a predicted remaining service time from this instantaneous oxygen consumption and the specific amount of oxygen still remaining in the oxygen cylinder.
  • the monitoring device is set up to compare the basic volume flow of oxygen with the instantaneous oxygen consumption and, if the basic volume flow is not smaller than the instantaneous oxygen consumption by a predetermined threshold criterion, to reduce the basic volume flow by acting on the constant metering device.
  • the monitoring device may, for example, be set up so that the basic volume flow is not at least 20% lower than the instantaneous oxygen consumption to lower the basic volume flow until the threshold criterion is met.
  • the monitoring device is adapted, from the volume of consumed by the respirator wearer during the use of oxygen AVO 2 (t) up to a time t the work done by the instrument carrier work Q (t) equal to Qo * AVO 2 (t) (where Q 0 is a predetermined physiological parameter of an energy equivalent of about 20.2 kJ / L (O 2)) or to calculate the metabolic power produced.
  • the monitoring device is set up to calculate the mechanical power provided by the respirator from the metabolic performance provided up to a point in time.
  • the metabolic power minus the mechanical power is supplied to the body in the form of thermal power and directly increases the body temperature, which can lead to significant physiological problems to circulatory failures or collapses when exceeding physiological limits, for example 39 ° C.
  • An indication of this thermal load can be made by this simple calculation.
  • the actual body temperature of a respirator can not be individually calculated here, because it can be used inter alia. depending on the environment, clothing and weight of the wearer. But it can be a good indication that the respirator brings a high level of physical performance and he loses his capacity through an increase in body temperature and loss of water and electrolytes. The loss of electrolyte and water can be counteracted if a respirator with drinking connection is used.
  • RQ is a pre-determined empirical factor as the respiratory equivalent.
  • the monitoring device is preferably configured to calculate from the CO 2 volume VCO 2 (t) generated by the respirator up to a point in time t the amount of soda lime used to bind this CO 2 volume or the remaining amount to calculate soda lime in the soda lime cartridge.
  • the soda lime (essentially calcium hydroxide Ca (OH) 2 ) has in this example a weight of 2.6 kg, whereby it converts the CO 2 into calcium carbonate CaCO 3 and water H 2 O according to the following stoichiometric formula:
  • the absorption capacity of 2.6 kg of soda lime corresponds to about 180 L of CO 2 . With every liter of oxygen consumed, 0.82 L of CO 2 is bound in the respirable limestone and thus a similar residual capacity calculation can be established for the soda lime and for the oxygen.
  • the resulting 400 from LO 2 amount of CO 2 is approximately 330 L.
  • the Drägeratemkalk for circuit devices binds theoretically about 266 L of CO 2 / kg.
  • the C0 2 binding capacity of the Dräger C0 2 absorber from a known device with approx. 2.6 kg respiratory lime is therefore a maximum of 692 L CO 2 , ie approx. Twice as much as in the metabolization of 400 LO 2 .
  • the efficiency of the Dräger CO 2 absorber used is approx.
  • the monitoring device is configured to perform the calculations of consumed oxygen AV0 2 (t), work Q (t) done, carbon dioxide generated VC0 2 (t), or consumed soda lime over the entire service up to the present time t in total, repeatedly or continuously in real time using instantaneous partial intervals as instantaneous values.
  • a respiratory gas cooler is provided in the breathing circuit in the direction of rotation of the respiratory gas downstream of the respiratory calcium cartridge and in front of the respiratory mask, which cools the respiratory gas heated in the respiratory calcium cartridge by the chemical reactions therein.
  • the respiratory gas cooler may include a supply of ice in thermal conduction contact with the breathing gas line, or a supply of another phase change material that absorbs heat from the environment during the phase change and thus cools it;
  • fan cooling is known as a respiratory gas cooler.
  • the monitoring device is configured to calculate a physiological loading rate of the respirator from momentary or averaged over a current time interval values of oxygen consumption of the respirator or derived values for carbon dioxide generation or respiratory minute volume, by the current value in relation becomes a predetermined corresponding 100% value of short-term performance of well-trained persons.
  • the individual respirator is known to have maximum physiological performance, for example by specifying the maximum CO2 production that is measured at maximum physical exertion on an ergometer or treadmill for about 3 minutes until exhaustion, then the calculated C0 2 Production derived from how much he is burdened. Otherwise, means of average trained persons may be used.
  • This maximum respiratory volume MaxAMV corresponds to 100% of its short-term capacity shortly before exhaustion.
  • the Physiological Strain Index is known, which also uses a scale from 0 to 10. Values between 5 and 6 are considered moderate, 7 to 8 high, and 9 to 10 very high. Thus, this scale can be consulted and displayed to the head of operations thus, how high the respirator is physiologically loaded. For example, if the scales are provided with colors such as a traffic light, the range from 0 to 4 could be displayed in green, from 5 to 8 in yellow, and above 8 in red, so that the information for the dispatcher is easily detectable. In the above-mentioned example, the physiological stress rate PB having the value of 5.3 would be yellow.
  • the ambient temperature Taking into account the ambient temperature, this physiological burden can still be corrected.
  • the increase in body temperature at a low ambient temperature is significantly lower than at a high ambient temperature.
  • the ambient humidity can also be included, which has a great influence on the increase of the core temperature.
  • Another influencing factor is the thermal properties of clothing, which today can be very precisely determined by the ISO 7730 with regard to their heat and moisture permeability.
  • a heat-insulating and moisture-impermeable clothing leads to a higher body temperature at the same physiological load as a good heat-dissipating and moisture-permeable clothing.
  • the physiological load rate PB of 55% at a lower ambient temperature can be increased by an amount because the wearer can be charged for longer and his body temperature rises more slowly.
  • a temperature sensor optionally also a humidity sensor, would detect the environmental conditions. An additional input for the characteristics of the clothing could take this function into consideration.
  • sensors for detecting the ambient temperature and / or the ambient humidity are present.
  • the monitoring device is set up to be included in the calculation of the physiological load rate, the ambient temperature and / or the ambient humidity.
  • the monitoring device is accordingly configured to store information regarding the clothing of the respiratory protective device with regard to thermal and / or moisture permeability, in order then to include these in the calculation of the physiological stress rate.
  • the monitoring device is set up to keep available information on the presence of a respiratory gas cooler and, if necessary, its cooling capacity. If there is no respiratory gas cooler, the information regarding respiratory gas cooling is limited to the information that there is no respiratory gas cooler. If the information regarding the respiratory gas cooling includes that a respiratory gas cooler is present optional information about its cooling capacity can be kept; this may include information regarding the total cooling capacity, the transported heat energy per unit of time or the remaining cooling capacity. Such information for breathing gas cooling may be included by the monitoring device in the calculation of the physiological load rate.
  • the monitoring device is integrated in the circuit breathing apparatus.
  • the circuit breathing apparatus is then provided with indications to inform the respiratory operator regarding oxygen consumption, carbon dioxide production or consumption of soda lime.
  • the displays may include visual, auditory or tactile indicators.
  • the circuit breathing apparatus may be further provided with radio transmission means which transmit the results of the monitoring device to a remote receiver, for example, an emergency control center.
  • the monitoring device may be a device separate from the circuit-breathing device, wherein the circuit-breathing device is provided with a radio device connected to the pressure sensor with which the pressure values of the pressure oxygen in the oxygen cylinder can be compared to the remote monitoring device. Device can be transmitted.
  • Fig. 1 shows a schematic block diagram of a circuit breathing apparatus with monitoring device.
  • the circuit respirator 1 with monitoring device has a breathing mask 2, from which the breathing circuit initially leads further through an expiratory tube 3 to a respiratory calcium carbonate cartridge 4 as C0 2 absorber. Via a spring-loaded breathing bag 5, the counter-lung is produced, and the respiratory gas flows through the breathing bag 5 and on to a breathing gas cooler 6, in which the breathing gas heated in the soda lime cartridge 4 is cooled again. The breathing circuit then closes via an inspiratory tube 7, which leads back to the breathing mask 2 again.
  • the respiratory gas cooler may, as in this embodiment be present, but is not necessary for the present invention.
  • oxygen is constantly added via a constant dosage device 8. If the amount of oxygen supplied is insufficient or lost through a leak of breathing gas, the spring-loaded breathing bag 5 collapses and operates a minimum valve 9, which provides oxygen with high volume flow and the breathing bag 5 quickly replenished. If less oxygen is spent than supplied via the constant dose 8, the breathing bag 5 fills up more strongly and presses against a maximum valve 10, which discharges excess breathing gas in front of the soda lime cartridge to the environment.
  • the constant metering device is set up such that the supplied oxygen volume flow is safely below the oxygen consumption of an unloaded person, so that from time to time more oxygen from the oxygen cylinder has to be conducted via the minimum valve into the breathing bag 5 in order to supply sufficient oxygen , In any case, it is ensured that the oxygen supplied from the oxygen cylinder 11 is breathed and is not released into the environment.
  • the Constantdosier interests 8 and the minimum valve 9 are fed from the oxygen cylinder 11, which is connected to a pressure sensor 12.
  • the monitoring device is composed of the components with the reference numerals 13 to 15.
  • the measured values of the pressure sensor 12 are recorded over time and from this the time course of the oxygen consumption is calculated.
  • a display 14 various information can be displayed to the respirator, such as the current oxygen pressure, the current oxygen consumption and the remaining available operating time with constant consumption.
  • the data can be sent to the operation line and received there in a receiving unit 16 and displayed in an evaluation unit 17.
  • the evaluation unit 17 in the operation line also the current pressures, the current oxygen consumption and the remaining available time can be displayed. These values can also be presented in the form of trends.
  • the physiological load of the respiratory protective device can also be communicated to the chief of operations there, for example in the form of a traffic light.
  • the physiological load can be displayed with a color coding (traffic light).
  • traffic light At low physiological load, the traffic light is green, yellow at medium load and red at high load, if it can be expected that this use leads to a high thermal load or even exhaustion and the use is canceled and the respirator must leave the danger area.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System aus einem Kreislaufatemschutzgerät (1 ) und einer Überwachungsvorrichtung (13-15) dafür, wobei das Kreislaufatemschutzgerät aufweist: - eine Atemmaske (2), - einen Atemkreislauf, der von der Atemmaske (2) über einen Exspirationsschlauch (3), eine Atemkalkpatrone (4) zur C02-Bindung, einen federbelasteten Atembeutel (5) und einen Inspirationsschlauch (7) zurück zur Atemmaske führt, - eine Sauerstoffflasche (11 ) mit Drucksauerstoff, die über eine Konstantdosiereinrichtung (8) mit dem Atemkreislauf und über ein Minimalventil (9) mit dem Atembeutel (5) verbunden ist, wobei das Minimalventil (9) dazu eingerichtet ist, sich in Reaktion auf ein Zusammensinken des Atembeutels aufgrund von Atemgasmangel im Atemkreislauf zu öffnen und so den Atembeutel (5) mit Sauerstoff aus der Sauerstoffflasehe (11 ) bis zu dessen Auffüllung zu füllen, und - einen Drucksensor (12) zur Erfassung des Druckes in der Sauerstoffflasche (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantdosiereinrichtung (8) dazu eingerichtet ist, dem Atemkreislauf Sauerstoff mit einem niedrigen Grundvolumenstrom zuzusetzen, der geringer ist als der mittlere Sauerstoffvolumenbedarf eines unbelasteten Menschen und dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) dazu eingerichtet ist, aus dem momentanen, von dem Drucksensor (12) gelieferten Druckwert und dem Ausgangsdruckwert des Drucksauerstoffs in der Sauerstoffflasche zu Beginn des Einsatzes die Menge an durch Atmung des Geräteträgers verbrauchten Sauerstoffs und die Menge des in der Sauerstoffflasche (12) noch verbliebenen Sauerstoffs zu berechnen.

Description

KREISLAUFATEMSCHUTZGERÄT MIT EINER ÜBERWACHUNGSVORRICHTUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Überwachungsvorrichtung dafür, wobei das Kreisläufatemschutzgerät aufweist: eine Atemmaske, einen Atemkreislauf, der von der Atemmaske über einen Exspirationsschlauch, eine Atemkalkpatrone zur CO2-Bindung, einen federbelasteten Atembeutel und einen In- spirationsschlauch zurück zur Atemmaske führt, eine Sauerstoffflasche mit Drucksauerstoff, die über eine Konstantdosiereinrichtung mit dem Atemkreislauf und über ein Minimalventil mit dem Atembeutel verbunden ist, wobei das Minimalventil dazu eingerichtet ist, sich in Reaktion auf ein Zusammensin- ken des Atembeutels aufgrund von Atemgasmangel im Atemkreislauf zu öffnen und so den Atembeutel mit Sauerstoff aus der Sauerstoffflasche bis zu dessen Auffüllung zu füllen, und einen Drucksensor zur Erfassung des Druckes in der Sauerstoffflasche.
Kreislaufatemschutzgeräte sind von der Umgebungsatmosphäre unabhängig arbeitende Atemschutzgeräte. Sie kommen routinemäßig dort zum Einsatz, wo mit Gefährdungen durch toxische Verunreinigungen der Atemluft oder mit Sauerstoffmangel gerechnet werden muss.
Die frei tragbaren Kreislaufatemschutzgeräte versorgen den Atemschutzträger mit Atemgas, das im Gerät erzeugt und gereinigt wird. Das vom Atemschutzträger ausgeatmete Kohlendioxid wird mit dem Atemgas im Atemkreislauf durch eine Atemkalkpatrone geleitet, in der das Kohlendoxid durch chemische Reaktion umgesetzt und so dem Atemgas entzogen wird. Daneben wird Sauerstoff aus einer Sauerstoff- flasche mit Drucksauerstoff kontinuierlich zudosiert. Bei bekannten Geräten wird eine Konstantdosierung von Sauerstoff mit einem Volumenstrom von ca. 1 ,6 L/min vorgenommen. Diese Konstantdosierung ist erforderlich, um ein durchschnittliches Atemminutenvolumen von ca. 30 L/min mit genügend Sauerstoff zu versorgen. Im Atem- kreislauf ist ferner ein Atembeutel vorhanden, der von dem Atemgas durchströmt wird. Wenn der Atemschutzträger durch erhöhte Belastung ein höheres Atemminutenvolumen hat, wird der Mehrbedarf an Atemgas aus dem Atembeutel gedeckt, der mit einer Feder belastet ist und dadurch mit zunehmender Entnahme von Atemgas in sich zusammensinkt. Das Zusammensinken des Atembeutels hat zur Folge, dass ein damit verbundenes Minimumventil geöffnet wird, durch das dann Sauerstoff aus der Sauerstoffflasche mit hohem Volumenstrom in den Atembeutel geleitet wird, um diese wieder zu füllen. Bei Füllung des Atembeutels schließt sich das Minimumventil wieder. Befindet sich der Atemschutzträger in einer Ruhesituation und ist der Sauerstoffverbrauch viel geringer als die konstant dosierten ca. 1 ,6 L/min, wird über ein Überdruckventil, das durch den expandierten Atembeutel betätigt wird, Atemgasvolumen abgelassen. Das ist aber nicht effizient, da dadurch unverbrauchter Sauerstoff in die Umgebungsatmosphäre verloren geht, somit für den Träger des Kreislaufatemschutzgerätes nicht mehr zur Verfügung steht und somit die theoretisch mögliche Maximalbetriebsdauer reduziert. Außerdem wird der ursprünglich enthaltene Stick- stoff ausgespült mit der Folge einer steigenden Sauerstoffkonzentration.
Seit den ersten Einsätzen von Kreislaufatemschutzgeräten sind diese mit einem Manometer für den Druck in der Sauerstoffflasche ausgerüstet, so dass der Träger selbst kalkulieren muss, wie lange er den Einsatz noch durchführen kann und ob er noch genügend Sauerstoffvorrat für den Rückweg hat. Modernere Überwachungssysteme mit mobilen Datenübertragüngssystemen sind in der Lage, aus der verbrauchten Sauerstoffmenge und der vergangenen Zeit auszurechnen, wann der Einsatz abgebrochen werden muss, um noch mit genügend Reserve den Rückzug durchzuführen. Diese Zeiten werden dem Einsatzleiter auf einem Monitor präsentiert. Ein bekanntes Gerät zeigt den Druck in der Sauerstoffflasche an und berechnet über den Druckabfall die wahrscheinlich verbleibende Resteinsatzzeit.
In der DE 23 29 240 A1 ist ein für einen Überdruckbetrieb geeignetes Atemschutzgerät beschrieben. Im Atemkreislauf wird ein Überdruck erzeugt, der durch den Druck der Gasflasche auf indirekte Weise mittels einer definierten Kraft eingestellt wird. Die Kraftübertragung erfolgt durch eine Zylinderkolbeneinheit.
In der US 2006/0201508 A1 wird ein sog. Self-Contained Breathing Apparatus (SCBA) beschrieben. Durch eine elektronische Auswerteeinheit werden alle verfügbaren Parameter, die während des Betriebes auftreten in eine Kennzahl überführt, die die zur Verfügung stehende Restzeit im Einsatz angibt. Diese Lösung ermöglicht eine Angabe hinsichtlich der Einsatzzeit für land- oder wasserbasierte Systeme. In der DE 26 41 579 A1 ist eine Anordnung zur Überwachung eines Atemschutzgerätes beschrieben, wobei der Verbrauch des Atemgases erfasst wird und mittels einer Funk-Sprech-Verbindung von der anwendenden Person an andere Personen übermittelt werden kann. Nun ist es in vielen Einsatzfällen so, dass der Atemschutzträger einen deutlich geringeren Sauerstoffbedarf als die fest vorgegebenen 1 ,6 L/min hat, was aber bei einer vorgegebenen Menge von 400 L Sauerstoff in der Sauerstoffflasche trotzdem zu einer zeitlichen Begrenzung des Einsatzes auf ca. 250 min führt, weil der Sauerstoff ungeachtet des tatsächlichen Bedarfs kontinuierlich zugeführt wird. Die Menge des Atemkalks ist nach der Menge des mitgeführten Sauerstoffs bemessen. Die mitgeführte Atemkalkmenge ist so groß, dass das bei Veratmung des gesamten mitgeführten Sauerstoffs entstehende C02 gebunden werden kann. Es gibt Einsatzszenarien, insbesondere bei Notfällen, bei denen der Atemschutzträger in Gefahr gerät und auf Grund einer Verletzung oder Verschüttung, zum Beispiel im Bergbaubereich, selbst auf Rettung warten muss und aufgrund geringer körperlicher Belastung relativ wenig Sauerstoff braucht; in solchen Fällen wäre eine längere Einsatzzeit dringend notwendig.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kreislaufatemschutzgerät mit einer Überwachungsvorrichtung so auszugestalten, dass eine längere Einsatzzeit möglich ist und damit verbunden die dann notwendige Anzeige geliefert wird, wie viel Sauerstoff bereits verbraucht ist oder wie viel Sauerstoff noch für weitere Einsatzzeit zur Verfügung steht. Zur Lösung dieser Aufgabe dient das System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Überwachungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Konstantdosiereinrichtung dazu eingerichtet ist, dem Atemkreislauf Sauerstoff mit einem niedrigen Grundvolumenstrom zuzusetzen, der geringer ist als der mittlere Sauerstoffvolumenbedarf eines unbelasteten Menschen. Dadurch wird sichergestellt,' dass während des Einsatzes keine Phasen mit Überangebot von Sauerstoff vorkommen, der dann wie bisher ungenutzt in die Umgebung abgegeben werden müsste. Vielmehr ist der niedrige konstante Grundvolumenstrom so niedrig, dass gelegentlich, abhängig von der Belastungssituation des Atemschutzträgers, Sauerstoff über das Minimalventil in den Atembeutel zugesetzt werden muss; im Extremfall kann der Grundvolumenstrom auch Null sein (dann wird Sauerstoff phasenweise nur über das Minimumventil in den Atembeutel zugeführt). In jedem Fall ist so sichergestellt, dass sämtlicher Sauerstoff der aus der Sauerstoffflasche entnommen wird, durch den Atemschutzträger veratmet wird. Die Überwachungsvorrichtung ist nun dazu eingerichtet, aus dem von dem Drucksensor gelieferten Druck des Drucksauerstoffs in der Sauerstoffflasche und aus dem Ausgangsdruckwert der Sauerstoffflasche zu Beginn des Einsatzes die Menge an durch Atmung des Atemschutzträgers verbrauchten Sauerstoffs oder die daraus resultie- ' rende Menge des noch in der Sauerstoffflasche verliebenden Sauerstoffs zu berechnen. Durch diese Ausgestaltung von Kreislaufatemschutzgerät und Überwachungsvorrichtung ist es möglich, in Phasen relativ geringer Belastung mit deutlich weniger als dem im Stand der Technik verwendeten Volumenstrom der Konstantdosierung von 1 ,6 L/min auszukommen, wodurch für viele Einsatzszenarien eine längere Einsatzzeit möglich ist. Gleichzeitig wird der Atemschutzträger oder der Einsatzleiter durch die Überwachungsvorrichtung über den tatsächlichen Sauerstoffverbrauch und die daraus resultierende Restkapazität von Sauerstoff in der Sauerstoffflasche informiert.
Beträgt zum Beispiel bei einem Umgebungsdruck PO von 1 bar der Fülldruck der Sauerstoffflasche P1 200 bar und beträgt das Volumen der Sauerstoffflasche VBottie = 2 L, so ergibt sich bei einem Abfall des Druckes in der Sauerstoffflasche während des Einsatzes auf einen Druck P2 von 120 bar für das verbrauchte Flaschenvolumen Δ Vßottle: Δ Vßottle = (1 " P2/P1 ) · Vßottle = 0,8 L
Für das gespeicherte Sauerstoffvolumen gilbt bei einem Fülldruck P1 von 200 bar und einem Umgebungsdruck PO von 1 bar:
VO2s = Vßottle■ P1/P0 = 400 L
Ist nach einer Einsatzzeit der Druck in der Sauerstoffflasche auf den Wert P2 = 120 bar abgefallen, so ergibt sich für das verleibende Restvolumen in der Flasche V02r:
VO2r = VO2s · P2/P0 = 240 L
Für das von dem Atemschutzträger veratmete Sauerstoffvolumen gilt:
Δ VO2 = V02s - VO2r = 400 L - 240 L = 160 L
Für das veratmete Atemminutenvolumen gilt: Vv = Δ VO2 · AMV/V02 = 160 L x 30 L/min/1 ,45 L/min = 3.310 L wobei V02 der Anteil an verbrauchtem Sauerstoff pro Minute am Atemminutenvolumen (AMV = 30 L/min) ist, der 1 ,45 L/min beträgt. Unabhängig von der Atemfrequenz des Atemschutzträgers und seinem tatsächlichen Tidalvolumen (Hubvolumen) lässt sich sein Atemminutenvolumen aus seinem realen Sauerstoffverbrauch berechnen, da die Konstantdosierung so klein ist, dass sie immer kleiner als der tatsächliche Sauerstoffverbrauch ist. Der Mehrverbrauch wird dann jeweils durch das Minimumventil eingespeist. Grundsätzlich kann die Konstant- dosierung auch auf 0 gesetzt werden, so dass nur noch über das Minimumventil Sauerstoff in dem Atembeutel und somit in den Atemkreislauf eingeführt wird und der Sauerstoff„bedarfsgerecht" zugeführt wird.
Bei den bisher bekanten Systemen mit einer Mindestdosierung von 1 ,6 L/min atmet der Atemschutzträger in den ersten Minuten ein Atemgas ein, das in seiner Sauer- stoffkonzentratiön mit 40 - 60% wesentlich höher als Umgebungsluft (21 Vol. % 02) ist. Sobald er weniger als ca. 1 ,6 L/min Sauerstoff verbraucht, füllt sich das System und der Atembeutel expandiert soweit, dass er das Überdruckventil betätigt. Das führt dazu, dass immer mehr von dem in dem Atemgasgemisch vorhandenen Stick- stoff ausgespült wird und die Sauerstoffkonzentration in Richtung von 100 Vol. % ansteigt. Bei einem Verzicht auf die Konstantdosierung kommt es sehr selten zu der Situation, dass überschüssiges Atemgas aus dem Kreislauf abgelassen werden muss, mit dem Vorteil, dass der Atemschutzträger für lange Zeit ein Atemgasgemisch mit einem erheblichen Anteil an Stickstoff einatmet. Nur durch eine Leckage am Ge- rät oder an der Maske kann dann noch ein Ausspülen des Stickstoffs geschehen, was jedoch durch ein Lecktest zu Beginn des Einsatzes stark minimiert werden kann. Durch'den Verzicht auf die Festdosierung ist es deshalb möglich, eine deutlich längere Zeit mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration im Kreislauf zu atmen als bei herkömmlichen, konstant aus der Sauerstoffflasche dosierenden Kreislaufatemschutz- geräten.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung dazu eingerichtet, aus der Volumenkurve des verbrauchten Sauerstoffs Δ VO2 (t) als Funktion der Zeit aus deren Steigung einen momentanen Sauerstoffverbrauch pro Zeiteinheit zu berechnen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Überwachungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, aus diesem momentanen Sauerstoffverbrauch und der bestimmten Menge des noch in der Sauerstoffflasche verbliebenen Sauerstoffs eine prognostizierte Resteinsatzzeit zu berechnen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung dazu eingerichtet, den Grundvolumenstrom an Sauerstoff mit dem momentanen Sauerstoffverbrauch zu vergleichen und, wenn der Grundvolumenstrom nicht um ein vorgegebenes Schwellenkriterium kleiner als der momentane Sauerstoffverbrauch ist, den Grundvolumenstrom durch Einwirkung auf die Konstantdosiereinrichtung abzusen- ken. Die Überwachungsvorrichtung kann dazu zum Beispiel so eingerichtet sein, wenn der Grundvolumenstrom nicht um wenigstens 20% kleiner als der momentane Sauerstoffverbrauch ist, den Grundvolumenstrom solange abzusenken, bis das Schwellenkriterium erfüllt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung dazu eingerichtet, aus dem Volumen des durch den Atemschutzträger während des Einsatzes verbrauchten Sauerstoffs AVO2(t) bis zu einem Zeitpunkt t die von dem Geräteträger geleistete Arbeit Q (t) gleich Qo · AVO2 (t) (wobei Q0 ein vorab bestimmter physiologi- scher Parameter eines Energieäquivalent mit einem Wert von etwa 20,2 kJ/L (O2) ist) oder die erbrachte metabolische Leistung zu berechnen.
Einem Energieäquivalent von Q0 = 20,2 kJ pro L 02
entspricht ein Respiratorischer Quotient RQ von 0,82 (Schmidt/Tews, Physiologie des Menschen, Springer Verlag).
In dem oben schon benutzten Beispiel, in dem 160 L Sauerstoff verbraucht worden sind, entspricht das dann einer Arbeit von
Q = Qo■ Δ VO2 = 20,2 kJ/L■ 160 L = 3.232 kJ
Dies entspricht einer durchschnittlichen metabolischen Leistung von
Pmeta = Q/t = 3.232 kJ/100 min = 449 Watt
Bei einem Wirkungsgrad zwischen der metabolischen und mechanischen Leistung von η = 25% hat der Atemschutzträger eine mechanische, körperliche Leistung von Pmech = Pmeta■ η = 449 Watt■ 25% = 112 Watt geleistet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung dazu eingerichtet, aus der bis zu einem Zeitpunkt erbrachten metabolischen Leistung die von dem Atemschutzträger erbrachte mechanische Leistung zu berechnen.
Die metabolische Leistung abzüglich der mechanischen Leistung wird dem Körper in Form von Wärmeleistung zugeführt und erhöht unmittelbar die Körpertemperatur, die bei Überschreitung von physiologischen Grenzwerten, beispielsweise 39°C zu erheblichen physiologischen Problemen bis hin zu Kreislaufausfällen bzw. Kollapsen führen kann. Ein Hinweis auf diese thermische Belastung kann durch diese einfache Kalkulation hergestellt werden. Die wirklich vorhandene Körpertemperatur eines Atemschutzträgers kann hier natürlich nicht individuell berechnet werden, weil sie u.a. von den Umgebungsbedingungen, der Kleidung und dem Gewicht des Trägers abhängig sind. Sie kann aber ein guter Hinweis darauf sein, dass der Atem schutzträger eine hohe körperliche Leistung bringt und er seine Leistungsfähigkeit durch eine Erhöhung der Körpertemperatur und Verlust von Wasser und Elektrolyten einbüßt. Dem Verlust von Elektrolyten und Wasser kann entgegengewirkt werden, wenn eine Atemschutzmaske mit Trinkanschluss verwendet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung dazu eingerichtet, aus dem Volumen des durch den Atemschutzträger während des Einsatzes verbrauchten Sauerstoffs Δ VO2 (t) bis zu einem Zeitpunkt t das von Atemschutzträ- ger bis zu diesem Zeitpunkt erzeugte C02- Volumen VC02 (t) = RQ · Δ V02 (t) zu berechnen, wobei RQ als respiratorisches Äquivalent ein vorab bestimmter empirischer Faktor ist. So kann aus dem Druckabfall in der Sauerstoffflasche auch die CO2- Produktion berechnet und damit auch der Verbrauch an Absorberkalk, der mit einer solchen CO2-Produktion einhergeht, berechnet werden. Damit ist eine indirekte Ver- brauchsanzeige der Kapazität der Atemkalkpatrone möglich. Der respiratorische Quotient beträgt bei mitteleuropäischer Kost RQ = 0,82, das heißt mit diesem Faktor kann aus dem verbrauchten Sauerstoffvolumen das erzeugte CO2- Volumen berechnet werden:
VC02 (t) = RQ · AVO2 (t)
In dem schon angegebenen Beispiel, wenn bis zum Zeitpunkt t 160 L Sauerstoff erzeugt worden sind, ist folgendes Volumen von C02 erzeugt worden:
VCO2 (t) = 0,82 - 160 L = 131 L.
Dieses erzeugte CO2-Volumen ist vom Atemkalk absorbiert worden. Daher ist die Überwachungsvorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, aus dem vom Atemschutzträger bis zu einem Zeitpunkt t erzeugten CO2-Volumen VCO2 (t) die bis zu diesem Zeitpunkt verbrauchte Menge an Atemkalk zur Bindung dieses CO2- Volumens zu berechnen oder die demnach noch verbleibende Menge an Atemkalk in der Atemkalkpatrone zu berechnen.
Der Atemkalk (im Wesentlichen Galciumhydroxid Ca(OH)2) hat in diesem Beispiel ein Gewicht von 2,6 kg, wobei er das CO2 in Calciumcarbonat CaCO3 und Wasser H2O nach folgender stöchiometrischer Formel umwandelt:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
Die Absorbtionskapazität von 2,6 kg Atemkalk entspricht etwa 180 L CO2. Mit jedem Liter verbrauchten Sauerstoff werden 0,82 L CO2 im Atemkalk gebunden und es lässt sich somit eine ähnliche Restkapazitätsrechnung für den Atemkalk aufstellen wir für den Sauerstoff. Die aus 400 L O2 entstehende Menge CO2 beträgt ca. 330 L. Der Drägeratemkalk für Kreislaufgeräte bindet theoretisch ca. 266 L CO2 / kg. Die C02- Bindeleistung des Dräger C02-Absorbers aus einem bekannten Gerät mit ca. 2,6kg Atemkalk beträgt demnach maximal 692 L CO2, also ca. doppelt soviel wie bei der Verstoffwechselung von 400 L O2 entsteht. Der Wirkungsgrad der verwendeten Dräger CO2 Absorber beträgt je nach Veratmungsgeschwindigkeit ca. 65 -75 % (450 L - 520 L CO2) die restliche Sicherheitsreserve dient dazu, um Kapazitätsverluste bei Lagerung und extremen klimatischen Bedingungen (insb. Kälte) auszugleichen In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung dazu eingerichtet, die Berechnungen von verbrauchtem Sauerstoff AV02(t), der geleisteten Arbeit Q(t), des erzeugten Kohlendioxids VC02(t) oder der verbrauchten Atemkalkmenge über den gesamten Einsatz bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt t insgesamt, über fortlaufende Teilintervalle bis zum Zeitpunkt t wiederholt oder fortlaufend in Echtzeit als Momentanwerte durchzuführen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist im Atemkreislauf in Umlaufrichtung des Atemgases stromabwärts der Atemkalkpatrone und vor der Atemmaske ein Atem- gaskuhler vorhanden, der das in der Atemkalkpatrone durch die darin erfolgten chemischen Reaktionen erwärmte Atemgas kühlt. Der Atemgaskühler kann zum Beispiel ein Vorrat an Eis in Wärmeleitungskontakt mit der Atemgasleitung aufweisen oder einen Vorrat an einem anderen phasenwechselnden Material, das beim Phasenwechsel Wärme aus der Umgebung aufnimmt und diese somit abkühlt; alternativ sind auch Gebläsekühlungen als Atemgaskühler bekannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung dazu eingerichtet, aus momentanen oder über ein bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt reichendes Zeitintervall gemittelten Werten des Sauerstoffverbrauchs des Atemschutzträgers oder daraus abgeleiteten Werten für Kohlendioxiderzeugung oder Atemminutenvolumen eine physiologische Belastungsrate des Atemschutzträgers zu berechnen, indem der aktuelle Wert in Beziehung gesetzt wird zu einem vorab bestimmten entsprechenden 100% Wert kurzzeitiger Leistungsfähigkeit von durchtrainierten Personen.
■
Wenn von dem einzelnen Atemschutzträger eine maximale physiologische Leistungsfähigkeit bekannt ist, beispielsweise durch die Angabe seiner maximalen CO2- Produktion, die bei maximaler körperlicher Belastung auf einem Ergometer oder einem Laufband für etwa 3 min bis zur Erschöpfung gemessen wird, dann kann man mit der berechneten C02-Produktion daraus ableiten, wie stark er belastet ist. Ansonsten können Mittelwerte von durchschnittlichen durchtrainierten Personen verwendet werden.
Aus vielen ergonomischen Untersuchungen ist bekannt, dass ein körperlich trainier- ter Mensch mit ca. 45% bis 55% seiner maximalen C02-Produktion für längere Zeit belastet werden kann, ohne dass er kurzfristig erschöpft ist. Körperlich trainierte Menschen, wie Feuerwehrleute und Bergrettungskräfte, haben beispielsweise einen maximalen C02-Wert von MaxC02 = 4,1 L/min C02. Das entspricht einem maximalen Sauerstoffverbrauch von Max02 = MaxC02/RQ, was in diesem Beispiel ergibt:
MaxO2 = MaxC02RQ = 4,1 L/min/0,82 = 5 L/min02
Das würde einem maximalem Atemminutenvolumen von MaxAMV = 30 L/min AMV/1 ,45 L/min 02 · 5 L/min 02 = 103 L/min entsprechen. Dieses maximale Atemvo- lumen MaxAMV entspricht 100% seiner kurzzeitigen Leistungsfähigkeit kurz vor der Erschöpfung.
Bei einem Atemminutenvolumen von 30 L/min würde er eine physiologische Belastungsrate PB
PB= 100% / MaxAMV · AMV = 29% ergeben, was also noch unterhalb seiner zumutbaren physiologischen Dauerbelastung liegt. Mehr eine physiologische Belastungsrate PB von 55% auf einer Skala von 0 bis 10 der maximale Wert, so entsprechen 29% einem Wert von 5,3.
Aus physiologischen Untersuchungen ist der Physiologische Strain Index (PSI) bekannt, der ebenfalls eine Skala von 0 bis 10 verwendet. Werte zwischen 5 bis 6 werden als moderat, 7 bis 8 als hoch und 9 bis 10 als sehr hoch betrachtet. Somit kann diese Skala herangezogen und dem Einsatzleiter damit angezeigt werden, wie hoch der Atemschutzträger physiologisch belastet ist. Werden die Skalen beispielsweise mit Farben wie bei einer Verkehrsampel versehen, könnte der Bereich von 0 bis 4 in Grün, von 5 bis 8 in Gelb und oberhalb von 8 in Rot angezeigt werden, so dass die Information für den Einsatzleiter leicht erfassbar ist. In dem oben erwähnten Beispiel hätte die physiologische Belastungsrate PB mit dem Wert von 5,3 die Farbe Gelb.
Hohe physiologische Belastungen gehen einher mit einer hohen metabolischen Wärmeerzeugung im Körper und mit der Gefahr des Hitzekollapses, einer Einschränkung der Leistungsfähigkeit und einer Dehydrierung durch intensives Schwitzen. Mit dem mit den erfindungsgemäßen Systemen möglichen Erfassungen von Sauerstoff- verbrauch etc. lässt sich auch die physiologische Belastung und die Gefahr der Hyperthermie relativ gut abschätzen. Mit einem Gewicht von 85 kg (95 Perzentile Mann) und einer metabolischen Leistung von 449 Watt, einer mechanischen Leistung von 110 Watt, produziert ein Mensch mindestens eine Leistung von 337 Watt, die in Form von Wärme im Körper verbleibt. Ohne Berücksichtigung der Wärmeverluste an die Umgebung kann damit sicherlich keine genaue Bestimmung der Körperkerntemperatur erfolgen, es wird jedoch eine wertvolle Information bereitgestellt, die die thermische Belastung des Atemschutzträgers anzeigt und darauf hinweist, dass mit einer erhöhten Kerntemperatur zu rechnen ist, insbesondere, wenn der Einsatz länger dauert und die Umgebung hohe Temperaturen und Feuchten hat.
Unter Einbeziehung der Umgebungstemperatur kann diese physiologische Belastung noch korrigiert werden. Beispielsweise ist der Anstieg der Körpertemperatur bei einer niedrigen Umgebungstemperatur deutlich geringer als bei einer hohen Umgebungs- temperatur. Auch die Umgebungsfeuchte kann mit einbezogen werden, die einen großen Einfluss auf die Erhöhung der Kerntemperatur hat. Eine weitere Einflussgröße ist die thermische Eigenschaft der Kleidung, die heute durch die ISO 7730 sehr genau bezüglich ihrer Wärme- und Feuchtedurchlässigkeit bestimmt werden kann. Eine wärmeisolierende und feuchteundurchlässige Kleidung führt zu einer höheren Körpertemperatur bei gleicher physiologischer Belastung als eine gut wärmeableitende und feuchtigkeitsdurchlässige Kleidung. Durch einfache Messung der Umgebungsbedingungen und Berücksichtigung der Kleidungsparameter, die für bestimmte Berufsgruppen (wie Feuerwehrleuten, Minenarbeitern, Industriearbeitern etc.) bekannt ist, kann die physiologische Belastbarkeit mit angepasst werden. Beispielswei- se kann damit die physiologische Belastungsrate PB von 55% bei einer niedrigeren Umgebungstemperatur um einen Betrag erhöht werden, weil der Träger länger belastet werden kann und seine Körpertemperatur langsamer steigt. In der Ausführungsform würde ein Temperatursensor, optional auch ein Feuchtesensor die Umgebungsbedingungen erfassen. Eine zusätzliche Eingabe für die Eigenschaften der Kleidung könnte diese Funktion mit berücksichtigen.
Demgemäß sind in einer bevorzugten Ausführungsform Sensoren zur Erfassung der Umgebungstemperatur und/oder der Umgebungsfeuchte vorhanden. Die Überwachungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, in die Berechnung der physiologischen Be- lastungsrate die Umgebungstemperatur und /oder die Umgebungsfeuchte einzube- ziehen.
Ferner ist demgemäß in einer bevorzugten Ausführungsform die Überwachungsvor- richtung dazu eingerichtet, Informationen zur Bekleidung des Atemschutzträgers hinsichtlich Wärme- und/oder Feuchtedurchlässigkeit gespeichert zu halten, um diese dann in die Berechnung der physiologischen Belastungsrate eihzubeziehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung dazu einge-richtet, Informationen zum Vorhandensein eines Atemgaskühlers und gegebenenfalls zu dessen Kühlvermögen gespeichert bereitzuhalten. Falls kein Atemgaskühler vorhanden ist, beschränkt sich die Information hinsichtlich der Atemgaskühlung auf die Information, dass kein Atemgaskühler vorhanden ist. Falls die Informationen hinsichtlich der Atemgaskühlung beinhalten, dass ein Atemgaskühler vorhanden ist können optional Informationen zu dessen Kühlvermögen bereitgehalten werden; dazu können Informationen hinsichtlich der Gesamtkühlkapazität, hinsichtlich der transportierten Wärmeenergie pro Zeiteinheit oder die noch verbleibende Kühlkapazität gehören. Solche Informationen zur Atemgaskühlung können von der Überwachungsvorrichtung in die Berechnung der physiologischen Belastungsrate einbezogen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung in das Kreislaufatemschutzgerät integriert. Das Kreislaufatemschutzgerät ist dann mit Anzeigen versehen, um den Atemschutzträger hinsichtlich Sauerstoffverbrauchs, Kohlendioxid- Erzeugung oder den Verbrauch von Atemkalk zu informieren. Die Anzeigen können optische, akustische oder taktile Anzeigeeinrichtungen umfassen. Im Fall der in das Kreislaufatemschutzgerät integrierten Überwachungsvorrichtung kann das Kreislaufatemschutzgerät weiter mit Funkübertragungseinrichtungen versehen sein, die die Ergebnisse der Überwachungsvorrichtung zu einem entfernt liegenden Empfänger übertragen, zum Beispiel einer Einsatzleitzentrale.
Alternativ kann die Überwachungsvorrichtung eine von dem Kreislaufatemschutzgerät separate Vorrichtung sein, wobei das Kreislaufatemschutzgerät mit einer mit dem Drucksensor verbundnen Funkeinrichtung versehen ist, mit der die Druckwerte des Drucksauerstoffs in der Sauerstoffflasche zu der entfernt liegenden Überwachungs- Vorrichtung übertragen werden können. Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben, die in der
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Kreislaufatemschutzgerätes mit Überwachungsvorrichtung zeigt.
Das Kreislaufatemschutzgerät 1 mit Überwachungsvorrichtung weist eine Atemmaske 2 auf, von der der Atemkreislauf zunächst weiter durch einen Exspirations- schlauch 3 zu einer Atemkalkpatrone 4 als C02-Absorber führt. Über einen federbe- lasteten Atembeutel 5 wird die Gegenlunge hergestellt, und das Atemgas fließt durch den Atembeutel 5 und weiter zu einem Atemgaskühler 6, in dem das in der Atemkalkpatrone 4 erwärmte Atemgas wieder gekühlt wird. Der Atemkreislauf schließt sich dann über einen Inspirationsschlauch 7, der wieder zurück zu der Atemmaske 2 führt. Der Atemgaskühler kann, wie in diesem Ausführungsbeispiel vorhanden sein, ist aber für die vorliegende Erfindung nicht notwendig.
Im Inspirationstrakt wird über eine Konstantdosierungseinrichtung 8 Sauerstoff konstant zudosiert. Wenn die zugeführte Sauerstoffmenge nicht ausreicht oder durch eine Leckage Atemgas verloren geht, kollabiert der federbelastete Atembeutel 5 und betätigt ein Minimumventil 9, das Sauerstoff mit hohem Volumenstrom zur Verfügung stellt und den Atembeutel 5 schnell wieder auffüllt. Falls weniger Sauerstoff verbracht wird als über die Konstantdosierung 8 zugeführt, füllt sich der Atembeutel 5 stärker auf und drückt gegen ein Maximumventil 10, das überschüssiges Atemgas vor der Atemkalkpatrone an die Umgebung ablässt. Jedoch ist bei dem erfindungsgemäßen System die Konstantdosierungseinrichtung so eingerichtet, dass der zugeführte Sauerstoffvolumenstrom sicher unterhalb des Sauerstoffverbrauchs einer unbelasteten Person liegt, so dass von Zeit zu Zeit mehr Sauerstoff aus der Sauerstoffflasche über das Minimalventil in den Atembeutel 5 geleitet werden muss, um genügend Sauerstoff zuzuführen. In jedem Fall ist so sichergestellt, dass der aus der Sauer- stoffflasche 11 zugeführte Sauerstoff veratmet wird und nicht an die Umgebung abgegeben wird.
Die Konstantdosiereinrichtung 8 und das Minimumventil 9 werden aus der Sauerstoffflasche 11 gespeist, die mit einem Drucksensor 12 verbunden ist. Die Überwachungsvorrichtung setzt sich aus den Komponenten mit den Bezugzeichen 13 bis 15 zusammen. In einer Auswerteeinheit 13 werden die Messwerte des Drucksensors 12 über die Zeit aufgezeichnet und daraus der zeitliche Verlauf des Sauerstoffverbrauchs errechnet. Über eine Anzeige 14 können verschiedene Infor- mationen an den Atemschutzträger angezeigt werden, wie etwa der aktuelle Sauerstoffdruck, der aktuelle Sauerstoffverbrauch und die restlich-zur Verfügung stehende Einsatzzeit bei gleichbleibendem Verbrauch. Über eine Funkeinheit 15 können die Daten zur Einsatzleitung gesandt werden und dort in einer Empfangseinheit 16 empfangen und in einer Auswerteeinheit 17 angezeigt werden. In der Auswerteeinheit 17 in der Einsatzleitung können ebenfalls die aktuellen Drücke, der aktuelle Sauerstoffverbrauch und die restliche zur Verfügung stehende Einsatzzeit angezeigt werden. Diese Werte können auch in Form von Trends dargestellt werden. Außerdem können dort auch, beispielsweise in Form einer Ampel, dem Einsatzleiter wichtige Hinweise auf die physiologische und thermische Belastung des Atemschutzträgers mitgeteilt werden. Es kann zum Beispiel die physiologische Belastung mit einer Farbekodierung (Ampel) angezeigt werden. Bei niedriger physiologischer Belastung steht die Ampel auf Grün, bei mittlerer Belastung auf Gelb und bei hoher Belastung auf Rot, wenn damit gerechnet werden muss, dass dieser Einsatz zu einer hohen thermischen Belastung oder gar zu einer Erschöpfung führt und der Einsatz abgebrochen werden und der Atemschutzträger den Gefahrenbereich verlassen muss. Dies sind alles wichtige Informationen sowohl für die Atemschutzträger selbst als auch für die verantwortlichen Einsatzleiter. Diese Informationen können mit dem erfindungsgemäßen System erfasst werden, da in diesem System der gesamte aus der Sauerstoffflasche 11 in den Atemkreislauf abgegebene Sauerstoff veratmet wird und somit über die Messung des Druckabfalls die Menge des veratmeten Sauerstoffs erfasst und berechnet werden kann, woraus sich dann weitere Daten wie C02-Produktion, Atemkalkverbrauch etc. ableiten lassen. Bezugszeichenliste:
1 Kreislaufatemschutzgerät
2 Atemmaske
3 Exspirationsschlauch
4 Atemkalkpatrone
5 Atembeutel
6 Atemgaskühler
7 Inspirationsschlauch
8 Konstantdosiereinrichtung
9 Minimumventil
10 Maximumventil
1 ί Sauerstoffflasche
12 Drucksensor
13 Auswerteeinheit
14 Anzeige
15 Funkeinheit
16 Empfangseinheit
17 Auswerteeinheit

Claims

Patentansprüche
System aus einem Kreislaufatemschutzgerät (1 ) und einer Überwachungsvorrichtung (13-15) dafür, wobei das Kreislaufatemschutzgerät aufweist:
eine Atemmaske (2),
einen Atemkreislauf, der von der Atemmaske (2) über einen Exspirations- schlauch (3), eine Atemkalkpatrone (4) zur C02-Bindung, einen federbelasteten Atembeutel (5) und einen Inspirationsschlauch (7) zurück zur Atemmaske führt,
eine Sauerstoffflasche (11 ) mit Drucksauerstoff, die über eine Konstantdosiereinrichtung (8) mit dem Atemkreislauf und über ein Minimalventil (9) mit dem Atembeutel (5) verbunden ist, wobei das Minimalventil (9) dazu eingerichtet ist, sich in Reaktion auf ein Zusammensinken des Atembeutels aufgrund von Atemgasmangel im Atemkreislauf zu öffnen und so den Atembeutel (5) mit Sauerstoff aus der Sauerstoffflasche ( 1 ) bis zu dessen Auffüllung zu füllen, und einen Drucksensor (12) zur Erfassung des Druckes in der Sauerstoffflasche (11 ),
dadurch gekennzeichnet, ,
dass die Konstantdosiereinrichtung (8) dazu eingerichtet ist, dem Atemkreislauf Sauerstoff mit einem niedrigen Grundvoiumenstrom zuzusetzen, der geringer ist als der mittlere Sauerstoffvolumenbedarf eines unbelasteten Menschen und
dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) dazu eingerichtet ist, aus dem momentanen, von dem Drucksensor (12) gelieferten Druckwert und dem Ausgangsdruckwert des Drucksauerstoffs in der Sauerstoffflasche zu Beginn des Einsatzes die Menge an durch Atmung des Geräteträgers verbrauchten Sauerstoffs und die Menge des in der Sauerstoffflasche (12) noch verbliebenen Sauerstoffs zu berechnen.
System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) dazu eingerichtet ist, aus der Volumenkurve des verbrauchten Sauerstoffs AV02(t) als Funktion der Zeit aus deren Steigung einen momentanen Sauerstoffverbrauch pro Zeiteinheit zu berechnen. System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) dazu eingerichtet ist, aus dem momentanen Sauerstoffverbrauch und der Menge des noch in der Sauerstoffflasche verbliebenen Sauerstoffs eine prognostizierte Resteinsatzzeit zu berechnen.
System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) dazu eingerichtet ist, den Grundvolumenstrom mit dem momentanen Sauerstoffverbrauch zu vergleichen und, wenn der Grundvolumenstrom nicht um ein vorgegebenes Schwellenkriterium kleiner als der momentane Sauerstoffverbrauch ist, den Grundvolumenstrom durch Einwirkung auf die Konstantdosiereinrichtung abzusenken.
System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) dazu eingerichtet ist, aus dem Volumen des durch den Atemschutzträger während des Einsatzes verbrauchten Sauerstoffs AVO2(t) bis zu einem Zeitpunkt t die von dem Geräteträger geleistete Arbeit Q(t) = Qo■ AVÜ2(t) (wobei Qo ein vorab bestimmter physiologischer Parameter eines Energieäquivalents mit einem Wert von etwa 20,2 kJ/Liter(02) ist) oder die erbrachte metabolische Leistung zu berechnen.
System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) dazu eingerichtet ist, aus der bis zu einem Zeitpunkt erbrachten metabolischen Leistung die vom Atemschutzträger erbrachte mechanische Leistung zu berechen.
System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) dazu eingerichtet ist, aus dem Volumen des durch den Atemschutzträger während des Einsatzes verbrauchten Sauerstoffs AVÜ2(t) bis zu einem Zeitpunkt t das vom Atemschutzträger bis zu diesem Zeitpunkt erzeugte C02-Volumen VC02(t) = RQ ■ AV02(t) zu bere- chen, wobei RQ als respiratorisches Äquivalent ein vorab empirisch bestimmter Faktor ist.
8. System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) dazu eingerichtet ist, aus dem vom Atemschutzträger bis zu einem Zeitpunkt t erzeugten C02-Volumen VC02(t) die bis zu diesem Zeitpunkt verbrauchte Menge an Atemkalk zur Bindung dieses C02-Volumens zu berechnen oder die demnach noch verbleibende Menge an Atemkalk in der Atemkalkpatrone zu berechnen.
System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) dazu eingerichtet ist, die Berechnungen von verbrauchtem Sauerstoff AV02(t), der geleisteten Arbeit Q(t), des erzeugten Kohlendioxids VC02(t) oder der verbrauchten Atemkalkmenge über den gesamten Einsatz bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt t insgesamt, über fortlaufende Teilzeitintervalle bis zum Zeitpunkt t wiederholt, oder fortlaufend in Echtzeit als Momentanwerte durchzuführen.
0. System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Atemkreislauf stromabwärts der Atemkalkpatrone (4) und vor der Atemmaske (2) ein Atemgaskühler (6) vorhanden ist.
1. System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) dazu eingerichtet ist, aus momentanen oder über ein bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt reichendes Zeitintervall gemittelten Werten des Sauerstoffverbrauchs des Atemschutzträgers oder daraus abgeleiteten Werten für Kohlendioxiderzeugung oder Atemminutenvolumen eine physiologische Belastungsrate des Atemschutzträgers zu berechnen. System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) dazu eingerichtet ist, die physiologische Belastungsrate, aus momentanen oder über ein bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt reichendes Zeitintervall gemittelten Werten des Sauerstoffverbrauchs des Atemschutzträgers oder daraus abgeleiteten Werten für Kohlendioxiderzeugung oder Atemminutenvolumen eine physiologische Belastungsrate des Atemschutzträgers zu berechnen, indem der aktuelle Wert in Beziehung gesetzt wird zu dem vorab bestimmten entsprechenden 100% Wert kurzzeitiger Leistungsfähigkeit von durchtrainierter Personen.
System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, Sensoren zur Erfassung der Umgebungstemperatur und/oder der Umgebungsfeuchte vorhanden sind und dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) dazu eingerichtet ist, in die Berechnung der physiologischen Belastungsrate die Umgebungstemperatur und/oder die Umgebungsfeuchte einzubeziehen.
System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) dazu eingerichtet ist, Informationen zur be- kleidung des Atemschutzträgers hinsichtlich Wärme- und/oder Feuchtedurchlässigkeit gespeichert bereitzuhalten und dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) dazu eingerichtet ist, in die Berechnung der physiologischen Belastungsrate die Bekleidungsinformationen hinsichtlich Wärme- und/oder Feuchtedurchlässigkeit einzubeziehen.
System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) dazu eingerichtet ist, Informationen zum Vorhandensein eines Atemgaskühlers und gegebenenfalls zu dessen Kühlvermögen gespeichert bereitzuhalten und dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) dazu eingerichtet ist, in die Berechnung der physiologischen Belastungsrate die Informationen hinsichtlich Atemgaskühlung einzubeziehen. System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (13-15) in das Kreislaufatemschutzgerat (1 ) integriert ist und das Kreislaufatemschutzgerat dazu eingerichtet ist, die Ergebnisse der Überwachungsvorrichtung dem Atemschutzträger über visuelle, akustische oder taktile Anzeigeeinrichtungen mitzuteilen.
System aus einem Kreislaufatemschutzgerat und einer Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreislaufatemschutzgerät mit einer Funkübertragungseinrichtung (15) ausgestattet ist, um die Ergebnisse der Überwachungsvorrichtung zu einem entfernt liegendem Empfänger übertragen zu können.
System aus einem Kreislaufatemschutzgerat und einer Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung eine von dem Kreislaufatemschutzgerat separate Vorrichtung (16, 17) ist und dass das Kreislaufatemschutzgerät mit einer mit dem Drücksensor (12) verbundenen Funkeinrichtung (15) versehen ist, mit der die Duckwerte des Drucksauerstoffs in der Sauerstoffflasche zu der Überwachungsvorrichtung übertragen werden können.
System aus einem Kreislaufatemschutzgerät und einer Uberwachungsvorrich- tung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung mit visuellen oder akustischen Anzeigeeinrichtungen versehen ist, um die von der Überwachungsvorrichtung ermittelten Werte zur Anzeige zu bringen.
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