DE4029084A1 - Kuehlvorrichtung zur atemgaskuehlung in einem atemschutzgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zur Atemgaskühlung in einem Atemschutzgerät. Bei Atemschutzgeräten, insbesondere solchen mit einem geschlossenen Atemkreislauf, erhöht sich die Atemgastemperatur beim Einsatz katalytisch oder adsorbierend wirkender Filter auf einen für den Geräteträger schwer erträglichen Wert. Durch eine Kühlung des Atemgases wird das Komfortempfinden und die Einsatzdauer des Geräteträgers erhöht.

Eine Kühlvorrichtung zur Atemgaskühlung ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE-U 19 57 176 bekanntgeworden.

Bei der bekannten Kühlvorrichtung wird das aus einem adsorbierend wirkenden Filter austretende erwärmte Atemgas über einen mit Kühlrippen versehenen Kühlmittelbehälter geleitet. Das Atemgas gibt dabei überschüssige Wärme an ein in dem Kühlmittelbehälter befindliches Kühlmittel ab. Das Kühlmittel kann in Form einer Patrone bei Bedarf ausgewechselt werden.

Bei der bekannten Kühlvorrichtung ist es von Nachteil, daß für eine wirksame Kühlung stets unmittelbar vor der Inbetriebnahme des Atemschutzgerätes der Kühlmittelbehälter mit dem Kühlmittel gefüllt werden muß. Bis zum Einsatz muß das Kühlmittel gekühlt gelagert werden, was einen erheblichen logistischen Aufwand mit sich bringt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung zur Atemgaskühlung in einem Atemschutzgerät mit einem dem Atemgasstrom ausgesetzten Wärmekollektor so zu verbessern, daß sie eine beliebige Zeit vor der Inbetriebnahme des Atemschutzgerätes zur Kühlung vorbereitet werden kann und daß keine gekühlte Lagerung eines Kühlmittels erforderlich ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Wärmekollektor als ein Vorratsbehälter für eine verdampfbare Flüssigkeit ausgebildet ist, der mit einem evakuierten Adsorptionsmittelbehälter derart verbindbar ist, daß die Flüssigkeit unter Aufnahme von Verdampfungswärme verdampft und ihr Dampf an einem in dem Adsorptionsmittelbehälter befindlichen Adsorptionsmittel unter Abgabe von Adsorptionswärme und Kondensationswärme adsorbiert wird, wobei der Adsorptionsmittelbehälter als ein außerhalb des Atemgasstromes angeordneter, zur Abgabe der Wärme an die Umgebung vorgesehener Kühlkörper ausgebildet ist.

Stoffe mit großer innerer Oberfläche wie z. B. Aktivkohle, Silikagel und Zeolithe sind in der Lage, Gase wie z. B. Wasserdampf, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid und niedrig siedende Kohlenwasserstoffe in großen Mengen zu adsorbieren. Die dabei freiwerdende Kondensations- und Adsorptionswärme führt zu einer starken Erwärmung des Adsorptionsmittels. Aus der DE-OS 34 25 419 ist ein nach diesem Prinzip arbeitendes Gerät zur Erwärmung bzw. Kühlung von z. B. Speisen bekannt. In einem ersten evakuierten Behälter befindet sich ein Zeolith. Dieser Adsorptionsmittelbehälter ist über ein Ventil mit einem Vorratsbehälter verbunden, in dem sich Wasser und Wasserdampf im thermodynamischen Gleichgewicht befinden. Wird das Ventil geöffnet, so strömt der Wasserdampf vom Vorratsbehälter in den Adsorptionsmittelbehälter und wird dort unter Energieabgabe an dem Zeolithen adsorbiert. Im Vorratsbehälter verdampft daraufhin weiteres Wasser, wodurch sich das verbleibende Wasser stark abkühlt. Der entstandene Wasserdampf wird wiederum vom Zeolith adsorbiert, solange, bis der Zeolith mit Wasser gesättigt ist. Von dem gesättigten Zeolith kann durch Erwärmen des Adsorptionsmittelbehälters das adsorbierte Wasser wieder desorbiert werden. Der so entstandene Wasserdampf wird dann in dem Vorratsbehälter durch dessen Abkühlung zur Kondensation gebracht und das Ventil geschlossen. Damit ist das Gerät für einen erneuten Einsatz regeneriert.

Der Einsatz eines solchen Gerätes als Kühlvorrichtung zur Kühlung des Atemgases in einem Atemschutzgerät bietet viele Vorteile. So kann eine regenerierte und damit betriebsbereite Kühlvorrichtung in ein Atemschutzgerät eingesetzt werden und an einem beliebigen späteren Zeitpunkt in Betrieb genommen werden. Solange das Ventil geschlossen ist, bleibt die Kühlfähigkeit der Kühlvorrichtung voll erhalten. Auch ist keine gekühlte Bevorratung von Kühlmitteln erforderlich. Die Kühlvorrichtung kann nach Benutzung durch Erwärmen des Adsorptionsmittelbehälters durch z. B. Inkontaktbringen mit einer elektrischen Heizung oder einer Flamme regeneriert werden und ist dann wieder voll einsatzfähig. Es fällt also beim Betrieb dieser Kühlvorrichtung keinerlei Abfall an, und sie ist ohne weitere Wartung mehrfach verwendbar.

Die Verwendung von Zeolithen als Adsorptionsmittel und von Wasser als Flüssigkeit ist deswegen vorteilhaft, da aufgrund des sehr hohen Adsorptionskoeffizienten von Zeolithen für Wasser eine hohe Energiemenge von ca. 110 Wh pro kg Gerätemasse gespeichert werden kann. Dadurch kann die Kühlvorrichtung klein und leicht gebaut werden, und es kann bei gleicher Masse eine längere Einsatzdauer als bei der Verwendung von z. B. Alkoholen oder Flüssigkeiten erreicht werden. Weiterhin ist eine solche Kühlvorrichtung sehr kostengünstig herstellbar, da die Stoffe Zeolith und Wasser billig sind. Außerdem sind Zeolith und Wasser sehr umweltfreundlich, da sie ungiftig sind, und bei ihrer Verarbeitung keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen zu ergreifen sind.

Das Ventil, über das der Vorratsbehälter mit dem Adsorptionsmittelbehälter verbindbar ist, kann als handbetätigtes Ventil ausgebildet sein. Der Geräteträger hat dann die Möglichkeit, das Ventil sofort bei Inbetriebnahme des Atemschutzgerätes zu öffnen, und somit von Anfang an eine Kühlung des Atemgases zu erreichen. Er kann aber auch warten, bis die Atemgastemperatur einen für ihn unangenehm hohen Wert erreicht hat und dann erst das Ventil öffnen. Dadurch verlängert sich die Betriebsdauer der Kühlung. Noch weiter läßt sich die Betriebsdauer verlängern, wenn der Geräteträger das Ventil zwischendurch, wenn die Atemgastemperatur weit genug gesenkt ist, wieder schließt.

Als zweite Variante des Ventilöffnungsmechanismus ist noch eine zwangsweise Öffnung des Ventils bei Inbetriebnahme des Atemgerätes zu nennen. Dazu muß das Ventil mechanisch mit einem Element des Atemschutzgerätes gekoppelt sein, das auf jeden Fall bei Inbetriebnahme betätigt wird. Hier kommt z. B. das Ventil einer in das Atemschutzgerät integrierten Sauerstoffflasche in Betracht. Die zwangsweise Öffnung des Ventils hat einen einfachen Aufbau, verbunden mit einer hohen Betriebssicherheit zum Vorteil.

Die im Vorratsbehälter befindliche Flüssigkeit darf bei Bewegung des Atemschutzgerätes nicht hin- und herschwappen, da sie dann durch die Verbindungsleitung in den Adsorptionsmittelbehälter laufen könnte. In den Adsorptionsmittelbehälter darf jedoch nur der Dampf der Flüssigkeit gelangen, da sonst kein Abkühlungseffekt im Vorratsbehälter eintritt. Durch Ausfüllen des Vorratsbehälters, oder des Verbindungskanals zwischen Vorratsbehälter und Adsorptionsmittelbehälter mit einem saugfähigen Material, wie z. B. einem Schwamm oder einem Vlies, läßt sich das Schwappen und Herauslaufen der Flüssigkeit unterbinden.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.

In Fig. 1 der Zeichnung ist der Aufbau einer Kühlvorrichtung schematisch dargestellt, in Fig. 2 ein Atemschutzgerät mit einer integrierten Kühlvorrichtung und in Fig. 3 als Einzelheit die Koppelung von zwei Ventilen.

Die in Fig. 1 dargestellte Kühlvorrichtung (1) besteht aus einem Vorratsbehälter (2), einem Adsorptionsmittelbehälter (3) und einem in einer Verbindungsleitung (4) zwischen beiden Behältern (2, 3) angeordneten Ventil (5).

Zur Vergrößerung der wärmeaustauschenden Oberfläche sind beide Behälter (2, 3) in mehrere quaderförmige Teilbehälter (200, 300) unterteilt und jeweils mit kurzen Rohrstücken (201, 301) untereinander verbunden. Statt der Aufteilung in Teilbehälter wäre auch eine Ausstattung jedes Behälters (2, 3) mit Kühlrippen zur Vergrößerung der wärmeaustauschenden Oberfläche möglich. Die Innenräume der Teilbehälter (200) sind mit einem wasseraufsaugenden Vlies (202) ausgefüllt, um das Schwappen des in dem Vorratsbehälter (2) befindlichen Wassers zu verhindern.

Das Ventil (5) ist mit einem Betätigungshebel (6) versehen, der über eine Verbindungsstange (7) mit dem Ventil verbunden ist. Der Vorratsbehälter (2) ist von einem Luftführungskasten (8) umgeben, der eine Lufteintrittsöffnung (9) und eine Luftaustrittsöffnung (10) für das Atemgas aufweist. Die Lufteintrittsöffnung ist mit dem Atembeutel (19) und die Luftaustrittsöffnung mit dem Einatemschlauch (25) verbunden (Fig. 2).

Die Funktion der Kühlvorrichtung (1) ist folgende:

In dem Vorratsbehälter (2) befindet sich, von einem Vlies (202) vollständig aufgesogen, Wasser und im thermodynamischen Gleichgewicht damit Wasserdampf. In dem evakuierten Adsorptionsmittelbehälter (3) befindet sich wasserfreier Zeolith (303), und das Ventil (5) ist zunächst geschlossen. In diesem Zustand ist die Kühlvorrichtung (1) betriebsbereit und kann beliebig lange gelagert werden.

Soll nun eine Kühlung bewirkt werden, so wird das Ventil (5) geöffnet und Wasserdampf strömt von dem Vorratsbehälter (2) in den Adsorptionsmittelbehälter (3) und wird dort von dem Zeolith unter Freisetzung von Kondensations- und Adsorptionswärme adsorbiert. Durch den abgesunkenen Druck in dem Vorratsbehälter (2) verdunstet Wasser, die Temperatur des verbleibenden Wassers und damit des ganzen Vorratsbehälters (2) sinkt aufgrund der aufzuwendenden Verdampfungswärme, und der entstandene Wasserdampf wird wieder vom Zeolith (303) adsorbiert. Dies setzt sich so lange fort, bis der Zeolith (303) mit Wasser gesättigt bzw. der Wasservorrat aufgebraucht ist. Durch vorübergehendes Schließen des Ventils (5) kann die Kühlung auch unterbrochen werden.

Da mit zunehmender Temperatur das Adsorptionsvermögen des Zeoliths (303) abnimmt, ist es nötig, die bei der Adsorption freiwerdende Wärme abzuführen. Dazu ist die Oberfläche des Adsorptionsmittelbehälters (3) vergrößert, indem er in mehrere Einzelbehälter (300) aufgeteilt und/ oder mit Kühlrippen (302) versehen ist.

Um das zu kühlende Atemgas eines Atemschutzgerätes möglichst effektiv mit dem abgekühlten Vorratsbehälter (2) in Kontakt zu bringen, ist dessen Oberfläche vergrößert, und außerdem in einem Luftführungskasten (8) eingebaut. Über eine Lufteintrittsöffnung (9) gelangt das warme Atemgas in den Luftführungskasten (8), umspült den Vorratsbehälter (2), der in mehrere umspülte Einzelbehälter (200) aufgeteilt ist, und verläßt abgekühlt den Luftführungskasten (8) über die Luftaustrittsöffnung (10).

In Fig. 2 ist ein Atemschutzgerät (11) mit integrierter Kühlvorrichtung (1) schematisch dargestellt.

Von einem Anschlußstutzen (12), der zum Anschließen des Gerätes an eine nicht dargestellte Atemmaske dient, strömt verbrauchtes Atemgas über einen Ausatemschlauch (13), ein Ausatemventil (14) und eine Ausatemleitung (15) zu einem Regenerationsbehälter (16). In diesem ist ein Kohlendioxidadsorptionsmittel (17) untergebracht, das dem Atemgas das Kohlendioxid entzieht. Das von Kohlendioxid befreite und durch die freigewordene Adsorptionswärme erwärmte Atemgas gelangt über eine Leitung (18) in einen Atembeutel (19). Der während der Atmung verbrauchte Sauerstoff wird aus einer Sauerstoffflasche (20) über einen Druckminderer (21) und eine Dosierungseinrichtung (22) durch eine Sauerstoffleitung (23) in den Atembeutel (19) eingeführt. Während der Einatmung wird das Atemgas von hier aus zu der Lufteintrittsöffnung (9) des Luftführungskastens (8) der Kühlvorrichtung (1) geleitet, durchströmt den Luftführungskasten (8) unter Abkühlung und verläßt ihn durch die Luftaustrittsöffnung (10). Von hier aus gelangt das Atemgas über ein Einatemventil (24) und einen Einatemschlauch (25) zum Anschlußstutzen (12) und weiter in die nicht dargestellte Atemmaske.

Das Ventil (5) der Kühlvorrichtung (1) kann von Hand über den Betätigungshebel (6) geöffnet werden. Alternativ dazu kann das Ventil (5) auch zwangsweise beim Öffnen des Flaschenventils (26) mit geöffnet werden. Die dazu nötige mechanische Koppelung der beiden Ventile (5, 26) ist durch eine gestrichelte Linie (27) angedeutet. Diese Koppelung kann durch eine in Fig. 3 schematisch dargestellte Ausbildung beider Ventile (5, 26) als Doppelventil (27) realisiert werden. Das an der Sauerstoffflasche (20) angebrachte Flaschenventil (26) besitzt eine verlängerte, an der Drehbewegung beim Öffnen des Flaschenventils (26) teilnehmende Welle (28), die verbunden ist mit der gleichachsig dazu angeordneten durch das Ventil (5) durchgeführten Verbindungsstange (7) des Ventils (5). Mittels des Betätigungshebels (6) des Ventils (5) können die beiden Ventile (5, 26) in Form eines Doppelventils (27) gleichzeitig betätigt werden.

Die räumliche Anordnung der Kühlvorrichtung (1) oberhalb des tiefsten Punktes des Atembeutels (19) hat den Vorteil, daß eventuell in der Kühlvorrichtung (1) entstehendes Kondenswasser in den Atembeutel (19) laufen kann und von dort über ein nicht dargestelltes Entwässerungsventil abgelassen werden kann.

Claims (9)

1. Kühlvorrichtung zur Atemgaskühlung in einem Atemschutzgerät mit einem dem Atemgasstrom ausgesetzten Wärmekollektor, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmekollektor als ein Vorratsbehälter (2) für eine verdampfbare Flüssigkeit ausgebildet ist, der mit einem evakuierten Adsorbtionsmittelbehälter (3) derart verbindbar ist, daß die Flüssigkeit unter Aufnahme von Verdampfungswärme verdampft und ihr Dampf an einem in dem Adsorptionsmittelbehälter (3) befindlichen Adsorptionsmittel (303) unter Abgabe von Adsorptionswärme und Kondensationswärme adsorbiert wird, wobei der Adsorptionsmittelbehälter (3) als ein außerhalb des Atemgasstromes angeordneter, zur Abgabe der Wärme an die Umgebung vorgesehener Kühlkörper ausgebildet ist.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel ein Zeolith (303) und die Flüssigkeit Wasser ist.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (2) über ein handbetätigbares Ventil (5) mit dem Adsorptionsmittelbehälter (3) verbindbar ist.

4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (2) über ein Ventil (5) mit dem Adsorptionsmittelbehälter (3) verbindbar ist, und daß das Ventil (5) durch Koppelung mit einem bei Inbetriebnahme des Atemschutzgerätes (11) grundsätzlich zu betätigenden Element (26) zwangsweise geöffnet wird.

5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (5) mit einem Flaschenventil (26) einer in das Atemschutzgerät (11) integrierten Gasflasche (20) zu einem gemeinsam zu betätigenden Doppelventil (27) kombiniert ist.

6. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Vorratsbehälter (2) ein saugfähiges Material (202) zur vollständigen Aufsaugung der Flüssigkeit und Abgabe des Flüssigkeitdampfes vorgesehen ist.

7. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (2) im Innern eines Luftführungskastens (8) angeordnet ist, der einen Einlaß (9) und einen Auslaß (10) für das Atemgas besitzt.

8. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (2) und der Adsorptionsmittelbehälter (3) zur Vergrößerung der wärmeaustauschbaren Oberfläche mit Rippen (302) versehen sind.

9. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (2) und der Adsorptionsmittelbehälter (3) zur Vergrößerung der wärmeaustauschenden Oberfläche in mehrere Einzelbehälter (200, 300) aufgeteilt sind, die untereinander durch je ein Rohr (201, 301) verbunden sind.