呼吸循環(huán)設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種呼吸循環(huán)設(shè)備，帶有呼吸循環(huán)管路、在呼吸循環(huán)管路中的CO2吸收器(6)以及用于冷卻離開(kāi)CO2吸收器之后的呼吸氣體的冷卻裝置。根據(jù)本發(fā)明設(shè)置成，冷卻裝置具有熱泵，該熱泵帶有用于壓縮冷卻介質(zhì)的壓縮器(33)、容納、冷卻被壓縮的冷卻介質(zhì)并且在此將熱給出到環(huán)境處的冷凝器(30)以及熱交換體(8)，該熱交換體容納被冷卻的冷卻介質(zhì)并且與呼吸循環(huán)管路的區(qū)段處于導(dǎo)熱接觸中。
【專利說(shuō)明】呼吸循環(huán)設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種呼吸循環(huán)設(shè)備，其帶有呼吸循環(huán)管路、在呼吸循環(huán)管路中的co2吸 收器以及用于冷卻離開(kāi)co 2吸收器之后的呼吸氣體的冷卻裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在呼吸循環(huán)設(shè)備中，必須在呼氣氣體再次被輸送到設(shè)備持有者處之前吸收由設(shè)備 持有者產(chǎn)生的且呼出到呼吸循環(huán)管路中的co 2。這通過(guò)在呼吸循環(huán)管路中的co2吸收器實(shí) 現(xiàn)，其通常包含呼吸石灰（Atemkalk，有時(shí)稱為堿石灰）或者堿。在0) 2吸收器中，通過(guò)與 C02的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生濕氣和熱（C02與吸收材料的放熱化學(xué)反應(yīng)）。這導(dǎo)致再次被輸送到設(shè) 備持有者處的呼入空氣的相應(yīng)加熱和變濕。由此加熱的且變濕的呼吸空氣意味著生理上難 以容忍的呼吸環(huán)境。在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)研發(fā)了不同的方法以用于在C0 2吸收器之后對(duì)呼吸 氣體進(jìn)行冷卻和除濕。
[0003] 在目前普遍的呼吸循環(huán)設(shè)備中使用冰用于冷卻。這在操縱方面為耗時(shí)的，因?yàn)楸?須首先形成冰塊并且之后在使用呼吸循環(huán)設(shè)備之前不久將冰塊從冰柜中取出并且將冰塊 放入呼吸循環(huán)設(shè)備中。為此此外需要打開(kāi)設(shè)備。
[0004] 作為通過(guò)冰冷卻的備選方案，也使用所謂的再生冷卻器用于市場(chǎng)上存在的呼吸循 環(huán)設(shè)備，代替冰該再生冷卻器使用潛熱儲(chǔ)存器，其提供熔化能用于冷卻。該方案在操縱方面 明顯更簡(jiǎn)單，因?yàn)槔鋮s器可重復(fù)使用并且以準(zhǔn)備好使用的方式儲(chǔ)存在設(shè)備中。然而，冷卻能 力明顯更小，因?yàn)镻CM(相變材料）在體積相同時(shí)具有更小的比冷卻能力并且由于PCM的位 于室溫之上的熔化溫度不能實(shí)現(xiàn)低的呼吸氣體溫度。在文獻(xiàn)DE 879 651和928 690中描 述了用于如此冷卻的呼吸循環(huán)設(shè)備的示例。
[0005] 作為用于在呼吸循環(huán)設(shè)備中冷卻的另一備選方案，已知所謂的沸石冷卻器，其通 過(guò)水的蒸發(fā)從環(huán)境中提取熱并且在沸石中吸收濕氣。從文獻(xiàn)DE 40 29 084 A1中已知這種 類型的用于在呼吸循環(huán)設(shè)備中的呼吸氣體冷卻的冷卻裝置。然而，這種可重復(fù)使用的沸石 冷卻器的制造在技術(shù)方面非常昂貴，因?yàn)榉惺仨殐?chǔ)存在真空下并且必須在非常長(zhǎng)的時(shí)間 上保證密封性。此外，必須高成本地再生可重復(fù)使用的冷卻器。為此，必須在高于200°C的 溫度時(shí)為沸石除濕，并且在蒸發(fā)器中冷凝水。這對(duì)于在呼吸保護(hù)設(shè)備中的應(yīng)用是不實(shí)際的。
[0006] 此外，已知處于可變形的包裝中的沸石冷卻器，其作為冷卻元件可如此變形，即其 可以良好的導(dǎo)熱接觸在C0 2吸收器之后貼靠在呼吸循環(huán)管路處，如在文獻(xiàn)EP 2 374 509 A1 中描述的那樣。這種沸石冷卻器原則上可制成一次性冷卻器，從而可避免高成本的再生。然 而這導(dǎo)致非常高的使用成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目標(biāo)是，給出一種這樣的呼吸循環(huán)設(shè)備，即其具有對(duì)離開(kāi)C02吸收器之后 的呼吸氣體改進(jìn)的冷卻和除濕。
[0008] 權(quán)利要求1的特征部分的特征結(jié)合與權(quán)利要求1的前序部分以實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。在從 屬權(quán)利要求中闡述了本發(fā)明的有利的實(shí)施形式。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明設(shè)置成，冷卻裝置具有熱泵，該熱泵設(shè)有：用于壓縮冷卻介質(zhì)的壓縮 器；冷凝器，該冷凝器容納、冷卻被壓縮的冷卻介質(zhì)并且在此將熱給出到環(huán)境處；以及熱交 換體，該熱交換體容納被冷卻的冷卻介質(zhì)并且與呼吸循環(huán)管路處于導(dǎo)熱接觸中。
[0010] 熱泵具有例如電運(yùn)行的壓縮器，其壓縮冷卻介質(zhì)并且根據(jù)到環(huán)境的散熱將冷卻介 質(zhì)加熱到約40°C至75°C上。通過(guò)將被壓縮的冷卻介質(zhì)繼續(xù)輸送到冷凝器處，冷卻介質(zhì)冷卻 并且在此冷凝。冷凝器與環(huán)境處于熱交換連接中并且可在該處導(dǎo)出其熱。冷凝器可被動(dòng)地 通過(guò)對(duì)流和輻射放出其熱；備選地，可通過(guò)使用小的通風(fēng)器加強(qiáng)對(duì)流。在冷凝器之后，將液 態(tài)冷卻介質(zhì)繼續(xù)傳遞到熱交換體（蒸發(fā)器）處，其與在呼吸循環(huán)管路中的待冷卻的呼吸氣 體處于熱接觸中。已冷卻的冷卻介質(zhì)具有非常低的溫度（例如-l〇°C至+10°C)。熱交換器 在此將呼吸氣體冷卻到約15°C的溫度上。冷卻介質(zhì)在此蒸發(fā)并且在冷卻循環(huán)中再次被輸送 到壓縮器處。
[0011] 在一個(gè)有利的實(shí)施形式中，冷卻裝置設(shè)有通風(fēng)器，其產(chǎn)生用于從冷凝器處導(dǎo)出熱 的空氣流。
[0012] 在一個(gè)有利的實(shí)施形式中，冷卻裝置設(shè)有空氣引導(dǎo)器件，其引起由環(huán)境空氣供給 的熱對(duì)流。
[0013] 在一個(gè)有利的實(shí)施形式中，冷凝器設(shè)有用于將熱給出到環(huán)境處的冷卻蛇管。
[0014] 在一個(gè)有利的實(shí)施形式中，熱交換體貼靠在柔性的呼吸袋處，其是呼吸循環(huán)管路 的一部分，其中熱交換體貼靠在呼吸袋的這樣的側(cè)邊處，即離開(kāi)呼吸袋的空氣沿著該側(cè)邊 流動(dòng)。
[0015] 在一個(gè)有利的實(shí)施形式中，熱交換體以導(dǎo)熱接觸的形式貼靠在固體處，該固體的 設(shè)有多個(gè)肋部的內(nèi)腔由待冷卻的呼吸空氣穿流。
[0016] 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，存在控制裝置，其設(shè)定成用于將壓縮器的轉(zhuǎn)速調(diào)整到 預(yù)定的值上，或者如此設(shè)計(jì)壓縮器的運(yùn)行循環(huán)時(shí)間的節(jié)拍（takten)，即可使冷卻功率與冷 卻需求相匹配。
[0017] 優(yōu)選地另外可在呼吸循環(huán)管路中安裝溫度傳感器，該溫度傳感器報(bào)告呼吸氣體溫 度和控制裝置，該控制裝置隨后如下調(diào)節(jié)壓縮器的運(yùn)行，即通過(guò)溫度傳感器確定期望的呼 吸氣體溫度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018] 下面根據(jù)實(shí)施例描述本發(fā)明，其中 圖1顯示了呼吸循環(huán)設(shè)備的示意性截面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 在圖1中顯示的根據(jù)本發(fā)明的呼吸循環(huán)設(shè)備1具有呼吸循環(huán)管路，設(shè)備持有者的 呼吸氣體在該呼吸循環(huán)管路中循環(huán)。在圖1中顯示了用于呼吸氣體20進(jìn)入冷卻裝置中的 進(jìn)入管路2和從冷卻裝置中出來(lái)的離開(kāi)管路3。由設(shè)備持有者呼出的呼吸氣體20通過(guò)進(jìn)入 管路2進(jìn)入C0 2吸收器6中。在0)2吸收器中出現(xiàn)放熱反應(yīng)，其從呼吸氣體中除去C02。同 時(shí)，從C0 2吸收器中離開(kāi)的被凈化的呼吸氣體22的溫度和濕度提高。隨后，呼吸氣體進(jìn)入 呼吸袋13中，部分地在較冷的袋壁處冷凝并且在此冷卻。在呼吸袋13的下部區(qū)域中，呼吸 氣體以22示出的方式轉(zhuǎn)向并且進(jìn)入小的通道23中，該通道23鄰接到內(nèi)壁24處并且鄰接 到柔性的外壁16處。為了通道23不能被壓縮，通道例如填充有間隔織物（未示出）。通過(guò) 外壁16,通道23鄰接在熱交換體8處，該熱交換體8具有比呼吸氣體更低的溫度。由此，低 于飽和的呼吸氣體的露點(diǎn)，并且濕氣的一部分在壁16處冷凝。此外，通過(guò)對(duì)流冷卻在通道 23中的呼氣氣體流。呼吸氣體21之后以冷卻且除濕的方式從離開(kāi)管路3中出來(lái)并且通過(guò) 呼吸循環(huán)管路輸送到設(shè)備持有者處以用于吸氣。
[0020] 熱交換體8 (蒸發(fā)器）從外部貼靠在通道23處，并且通過(guò)絕緣部17相對(duì)于環(huán)境熱 絕緣，以便從呼吸循環(huán)中提取熱而不會(huì)從環(huán)境中提取熱。由此，在熱交換體8的外側(cè)上也防 止了冷凝物形成。熱交換體8通過(guò)阻流部29與冷凝器30相連接并且被供給有液態(tài)的和冷 的冷卻介質(zhì)，該冷卻介質(zhì)在熱交換體8中蒸發(fā)并且冷卻呼吸循環(huán)。被蒸發(fā)的冷卻介質(zhì)由壓 縮機(jī)33吸入，被壓縮并且溫度明顯提高。熱的冷卻介質(zhì)被輸送到冷凝器30處并且在該處 由環(huán)境空氣冷卻，其中其再次冷凝。
[0021] 呼吸氣體以與熱交換體8處于導(dǎo)熱接觸中的方式流動(dòng)通過(guò)的通道23通過(guò)相對(duì)于 環(huán)境的內(nèi)部過(guò)壓始終壓靠熱交換體8,確切地說(shuō)在其柔性的壁15處。由此，在流過(guò)通道23 的呼吸氣體和熱交換體8之間產(chǎn)生良好的熱傳遞。
[0022] 在呼吸循環(huán)設(shè)備1的罩殼18中設(shè)置有彈簧19,其負(fù)責(zé)相對(duì)于環(huán)境提高在呼吸循 環(huán)中的壓力。如此設(shè)計(jì)彈簧力，即在系統(tǒng)中始終存在例如4mbar的最小過(guò)壓。此外在罩殼 18中在下部設(shè)置有氧氣瓶9,從氧氣瓶9中將來(lái)自管路11中的氧氣通過(guò)閥10添加到在呼 吸袋13中的呼吸氣體中。
[0023] 帶有電運(yùn)行的熱泵的根據(jù)本發(fā)明的呼吸循環(huán)設(shè)備具有的優(yōu)點(diǎn)是，可根據(jù)需要冷卻 呼吸氣體。當(dāng)呼吸氣體已經(jīng)由吸收器加熱和加濕之后，才需要接通熱泵。例如，熱泵能夠?qū)?呼吸氣體冷卻到15°C的溫度上，從而濕的份額僅僅還具有每kg干燥的空氣約llg的水。之 后，在稍后在通到設(shè)備持有者的路程上加熱時(shí)，在外部溫度為25°C時(shí)其具有約50%的相對(duì) 濕度，這剛好位于期望的生理學(xué)上舒適的范圍中。
[0024] 壓縮器33例如具有75瓦的電功率，即其在24伏的電壓時(shí)需要約3安培的電流。 在正常的環(huán)境溫度條件下，其在呼吸循環(huán)中達(dá)到約150瓦的冷卻功率。對(duì)于4小時(shí)的應(yīng)用來(lái) 說(shuō)，其因此需要至少12安培時(shí)的容量。為此合適的商業(yè)上可提供的蓄電池重量約為1. 8kg。 在所有組件情況下冷卻裝置重約3kg。這比冰冷卻器大約lkg，但是為此冷卻功率也明顯更 大，可以滿足要求的方式應(yīng)用并且實(shí)現(xiàn)生理上舒適的呼吸條件。
[0025] 帶有熱泵冷卻的根據(jù)本發(fā)明的呼吸循環(huán)設(shè)備是相對(duì)于已知的冷卻裝置的改進(jìn)方 案，因?yàn)轱@著改進(jìn)了操縱并且可有目的地調(diào)節(jié)冷卻功率。冷卻可根據(jù)需要接通并且可連續(xù) 地使用，只要在蓄電池中還存在足夠的電容量。
[0026] 所描述的帶有熱泵的冷卻裝置可構(gòu)造成完整的模塊，其可選地被附接到相應(yīng)地構(gòu) 造的呼吸循環(huán)設(shè)備處。那么使用者可根據(jù)其需求使用帶有熱泵的冷卻裝置、PCM冷卻或者 冰冷卻，其中必須分別應(yīng)用相應(yīng)的模塊作為冷卻裝置。
[0027] 為了考慮熱平衡以下者為出發(fā)點(diǎn)，即熱和濕氣主要在呼吸石灰容器6中產(chǎn)生。在 此呼吸石灰和容器自身加熱并且將熱的一部分以對(duì)流和輻射的形式再次給出到環(huán)境處。緊 接著布置的呼吸袋由從〇) 2吸收器中離開(kāi)的且凈化去除了 C02的呼吸氣體加熱（在30°C的 環(huán)境溫度時(shí)加熱到約55°C )，其中濕氣飽和。由此，袋壁被加熱并且之后通過(guò)輻射和對(duì)流 將熱給出到環(huán)境處。因?yàn)闈駳怙柡筒⑶液粑谋诟?，聚集在呼吸袋中的濕氣在壁處?凝。如果希望繼續(xù)使用呼吸袋的被動(dòng)冷卻作用，可將主動(dòng)的冷卻裝置布置在實(shí)際的呼吸袋 之后。
[0028] 所描述的實(shí)施形式的另一優(yōu)點(diǎn)在于，可利用呼吸袋16或通道13的柔性，以保證在 待冷卻的呼吸氣體和熱交換體8之間良好的熱傳遞。如果冷卻裝置在剛性的平的壁處貼靠 在熱交換體8處，則受到結(jié)構(gòu)限制由于幾何結(jié)構(gòu)的不良的一致性和由此得到的起絕緣作用 的夾氣和局部受限的熱接觸而存在熱傳遞問(wèn)題。對(duì)于從家用領(lǐng)域中已知的包括簡(jiǎn)單的塑料 罩殼的且填充有冷卻介質(zhì)（水、凝膠、PCM)的冷卻元件而言必須以此為出發(fā)點(diǎn)，即表面不是 平的。通過(guò)在水和冰之間的相變換時(shí)的體積增大，冷卻元件稍微鼓起。被焊入薄膜中的沸 石冷卻器的熱交換器（蒸發(fā)器）也不具有光滑的平的表面。呼吸袋作為柔性元件的設(shè)計(jì)方 案保證，呼吸袋的壁區(qū)域可柔性地與熱泵的熱交換體的表面形狀相匹配，以由此實(shí)現(xiàn)盡可 能好的熱交換。
[0029] 計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)表明，為了熱傳遞需要約600至900cm2的接觸面積或交換面積。在此， 強(qiáng)烈的熱傳遞主要通過(guò)在壁處的冷凝熱確定并且不通過(guò)對(duì)流熱確定，該對(duì)流熱自身由于流 動(dòng)的空氣的低的流動(dòng)速度和不良的熱傳遞系數(shù)而具有不良的熱傳遞。因此，中間置入有薄 的柔性膜在熱的方面是不重要的。
[0030] 參考標(biāo)號(hào)列表 1呼吸循環(huán)設(shè)備 2進(jìn)入管路 3離開(kāi)管路 6 C02吸收器 8熱交換體 9氧氣箱 10閥 11氧氣管路 13呼吸袋 16柔性的壁 17絕緣部 18罩殼 19彈簧 20被呼出的空氣 21被冷卻的呼吸氣體 22過(guò)濾了 C02的空氣 23呼吸袋的輸出通道 29阻流部 33壓縮器
【權(quán)利要求】
1. 一種呼吸循環(huán)設(shè)備，帶有呼吸循環(huán)管路、在呼吸循環(huán)管路中的C02吸收器（6)以及用 于冷卻離開(kāi)所述C0 2吸收器之后的呼吸氣體的冷卻裝置，其特征在于，所述冷卻裝置具有熱 泵，該熱泵帶有：用于壓縮冷卻介質(zhì)的壓縮器（33);冷凝器（30)，該冷凝器（30)容納、冷卻 被壓縮的冷卻介質(zhì)并且在此將熱給出到環(huán)境處；以及熱交換體（8)，該熱交換體容納被冷 卻的冷卻介質(zhì)并且與呼吸循環(huán)管路的區(qū)段處于導(dǎo)熱接觸中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸循環(huán)設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置設(shè)有通風(fēng)器，該通 風(fēng)器產(chǎn)生用于從所述冷凝器（30)處導(dǎo)出熱的空氣流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸循環(huán)設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置設(shè)有空氣引導(dǎo)器 件，該空氣引導(dǎo)器件引起來(lái)自環(huán)境空氣的熱對(duì)流。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的呼吸循環(huán)設(shè)備，其特征在于，所述冷凝器（30)設(shè) 有冷卻蛇管，冷卻介質(zhì)流動(dòng)穿過(guò)該冷卻蛇管以用于將熱給出到環(huán)境處。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的呼吸循環(huán)設(shè)備，其特征在于，所述熱交換體（8) 貼靠在柔性的呼吸袋處，該呼吸袋是呼吸循環(huán)管路的一部分，其中所述熱交換體貼靠在所 述呼吸袋的這樣的側(cè)邊處，即離開(kāi)呼吸袋的空氣沿著該側(cè)邊流動(dòng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的呼吸循環(huán)設(shè)備，其特征在于，所述熱交換體以導(dǎo) 熱接觸的形式貼靠在固體處，該固體的設(shè)有多個(gè)肋部的內(nèi)腔由待冷卻的呼吸空氣穿流。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的呼吸循環(huán)設(shè)備，其特征在于，溫度傳感器探測(cè)在 呼吸循環(huán)管路中的溫度并且與控制和評(píng)估單元相連接，該控制和評(píng)估單元控制所述熱泵的 功率以調(diào)節(jié)在所述呼吸循環(huán)管路中的溫度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的呼吸循環(huán)設(shè)備，其特征在于，所述控制和評(píng)估單元控制根據(jù) 所述測(cè)得的溫度或者成比例地通過(guò)轉(zhuǎn)速或者間歇性地利用相關(guān)的接通時(shí)間控制所述熱泵 的運(yùn)行。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8中任一項(xiàng)所述的呼吸循環(huán)設(shè)備，其特征在于，當(dāng)所探測(cè)的在呼吸 循環(huán)管路中的溫度超過(guò)預(yù)定的閾值時(shí)，所述控制和評(píng)估單元控制才接通所述熱泵。
【文檔編號(hào)】A62B7/00GK104159641SQ201380011940
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月1日
【發(fā)明者】J.科赫 申請(qǐng)人:德拉格安全股份兩合公司