DE19512382C2

DE19512382C2 - Schutzanzug

Info

Publication number: DE19512382C2
Application number: DE1995112382
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Herber; Aake Ingemar Skoog
Original assignee: SKOOG A INGEMAR
Current assignee: SKOOG, A. INGEMAR, DR., 88090 IMMENSTAAD, DE HERBE
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1999-12-02
Anticipated expiration: 2015-04-01
Also published as: DE19512382A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schutzanzug. Derartige Schutzanzüge werden z. B. in der Raumfahrt, aber auch im terrestrischen Einsatz (z. B. Feuerwehr) verwendet.

Herkömmliche Atemschutzgeräte, welche für Schutzanzüge der vielfältigsten Art Verwendung finden, bieten lediglich eine Atemluftversorgung, jedoch keine effektive Körperkühlung. Dabei wird das Atemschutzgerät unter dem Schutzanzug getragen, wobei die Atemluft über eine Atemschutzmaske ein- und ausgeatmet wird. Das Visier ist integraler Bestandteil des Schutzanzugs und erfährt keine besondere Belüftung. Diese Art von Schutzanzügen bietet wenig Komfort, neigen zum Visierbeschlagen und können aufgrund der im Anzuginnenbereich entstehenden Wärmestauung nur eine begrenzte Zeit, ca. 20-30 Minuten getragen werden. Die daraus resultierenden Erschwernisse verursachen bei Rettungseinsätzen von Feuerwehren oder sonstigen Rettungstrupps (z. B. nach Chemieunfällen) eine erhebliche Einschränkung der operationellen Einsatzfähigkeit, und machen außerdem einen relativ häufigen Austausch der Mannschaft notwendig.

Bekannt sind darüberhinaus zwei Druckschriften, die als Entgegenhaltungen und zur Berurteilung des Anmeldungsgegenstandes herangezogen werden:

- DE-AS 26 44 305
- FR-PS 638 931

Entgegenhaltung DE-AS 26 44 305 beschreibt einen Schutzanzug mit Atemschutz und aktiver Kühlung. Bei diesem Schutzanzug erfolgt die Körperkühlung mittels einer flüssigkeitsgekühlten Unterwäsche, wobei für das Kühlmittel eine Wärmesenke aus Trockeneis (festes CO₂) vorhanden ist. Das sublimierte CO₂ dient auch dazu, eine Pumpe anzutreiben, mit der das Kühlmittel umgetrieben werden kann. Bei dieser Vorrichtung werden sowohl Kühlmittel als auch die Atemluft in einem geschlossenen System geführt. Die beiden Kreisläufe für Kühlmittel und Atemluft sind sowohl in baulicher als auch in funktioneller Hinsicht völlig unabhängig voneinander. Die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale der Erfindung gegenüber der Entgegenhaltung DE-AS 26 44 305 sind im Folgendenden zusammengefaßt:

1. Die gespeicherte Preßluft dient sowohl der Atemluftversorgung als auch dem Antrieb für den Gasmotor, der das Kühlmittel umtreibt. Der Antrieb des Gasmotors in Entgegenhaltung DE-AS 26 44 305 erfolgt erst nach ausreichender Erwärmung des Trockeneisblocks.
2. Der Anmeldungsgegenstand verwendet keine Atemmaske sondern einen Helmdiffusor.
3. Das Kühlmittel des Anmeldungsgegenstandes kann auch in direktem Kontakt mit dem Wasser-Eis Gemisch stehen, wodurch sich ein hoher Wirkungsgrad und eine einfache Bauweise ergibt.
4. Im Unterschied zu der Entgegenhaltung DE-AS 26 44 305 verwendet der Anmeldungsgegenstand keine KO₂ Patrone. Die chemische Reaktion verläuft exotherm unter Binding von CO₂ (ca. 0,3 kg CO₂/kg KO₂) und Abgabe von O₂ ab. Die Reaktion verläuft spontan und ist nur schwer steuerbar. Durch die gleichzeitige Freisetzung von O₂ und Wärme besteht erhöhte Brandgefahr.
5. im Unterschied zum Anmeldungsgegenstand entsteht in der Entgegenhaltung DE- AS 26 44 305 durch Sublimation des Trockeneises gasförmiges CO₂, welches bei einer Leckage ins Anzuginnere eindringt und den CO₂ Partialdruck über den tolerierbaren Wert ansteigen läßt.
6. Der Gegenstand ist auch für mobile Einsätze ausgelegt. Die Herstellung von Trockeneis, wie in der Entgegenhaltung DE-AS 26 44 305 vorausgesetzt, verbraucht mehr Energie als das Gefrieren von Wasser. Dieses läßt sich mit Hilfe einer handelsüblichen Eismaschine herstellen, die in jedem Gerätewagen der Feuerwehr eingebaut werden kann.
7. Beim Gegenstand läßt sich die Kühltemperatur mittels Bypass oder Pumpendrehzahl steuern. Dies bedeutet eine optimale Anpassung an den metabolischen Wärmehaushalt des Anzugträgers.

Bekannt ist darüberhinaus ein Atemgerät (Entgegenhaltung FR-PS 638 931), bei welchem die durch die Gasentspannung verursachte Abkühlung des Atemgases der Atemkreislaufs gekühlt werden kann. Konstruktionsbedingt ergibt sich auch beim Anmeldungsgegenstand unwillkürlich dieser Effekt der Abkühlung durch adiabatische Expansion der Atemluft beim Verlassen des Hockdrucktanks. Dieser Anspruch wird von der Anmelderin jedoch nicht geltend gemacht.

Beschreibung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schutzanzug in möglichst kompakter und gewichtssparender Bauweise zu schaffen, der gleichzeitig eine hohe Effektivität bei der Abkühlung des wärmebeladenen Kühlmittels aufweist.

Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schutzanzug zu schaffen, der einen hohen Sicherheitsstandard aufweist und der ohne externe Energieversorgung auskommt.

Diese Aufgabe wird mit einem Schutzanzug nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Der erfindungsgemäße Schutzanzug ist folgendermaßen aufgebaut: Er umfaßt

- eine Schutzanzugshülle mit Heim;
- eine flüssigkeitsgekühlte Unterwäsche, die in einem geschlossenen Kreislauf von einem Kühlmittel durchflossen wird;
- einem Wärmetauscher, innerhalb dem das Kühlmittel mit einem Wärmemedium in Wärmekontakt steht;
- einem Drucktank für Atemgas;

Dabei sind Wärmetauscher und Drucktank baulich integriert, derart, daß das sich im Wärmetauscher befindliche Kühlmittel im Wärmekontakt mit dem Drucktank steht. Dadurch wird neben der Schmelzwärme des Kühlmediums auch die Abkühlung des Atemgases durch adiabatische Abkühlung beim Verlassen des Hochdrucktanks als Wärmesenke verwendet, um die von dem Kühlmittel in einem Kühlkreislauf aufgenommene Wärme, z. B. metabolische Wärme abzufahren.

Durch diese Integration von Hochdrucktank und Wärmetauscher wird eine äußerst kompakter Aufbau des Systems erreicht. Ein weiterer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösung ist die Tatsache, daß die adiabatische Kühlung des Atemgases beim Verlassen des Drucktanks zur Kühlung des Kühlmittels verwendet werden kann und so die Kühlung besonders effektiv gestaltet wird.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind Wärmetauscher und Hochdrucktank derart integriert, daß der Drucktank sich im Innern eines Kanals befindet, innerhalb dessen das Kühlmittel fließt. Dieser Kühlmittelkanal seinerseits ist in einem weiteren Behältnis angeordnet, innerhalb dessen das Kühlmedium angeordnet ist.

Vorteilhaft wird als Kühlmedium H₂O in fester Form (Blockeis) verwendet.

Als Kühlmittel wird z. B. Wasser verwendet.

In einer weiteren Ausführung wird das aus dem Druckbehälter austretende Atemgas einem Druckluftmotor zugeleitet, der wiederum das Kühlmittel in dessen geschlossenem Kreislauf umtreibt. Durch diesen rein mechanischen Aufbau kann auf jegliche elektrische Komponente, wie Motor, Motorregler, Batterie, Schalter, Kabel etc. verzichtet werden, wodurch sich ein einfaches robustes System mit wenig Bauteilen ergibt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird das Atemgas, ggf. nach Verlassen des Druckluftmotors, über einen Helmdiffusor in den Helm geleitet und dient dort zur Erneuerung der Atemluft, der Schadstoffentfernung (ausgeatmetes CO₂, CO, etc.) sowie der Beschlagverhinderung und der Gesichtskühlung. Über ein Überdruckventil strömt die verbrauchte Luft aus dem Anzug hinaus ins Freie.

Der Schutzanzug kann für alle kurzzeitigen, autonomen Einsätze verwendet werden. Durch die erfindungsgemäße Ausführung wird der Tragekomfort verbessert und die Einsatzzeit verlängert. Die Flüssigkeitsgekühlte Unterwäsche bietet einen zusätzlichen Schutz gegen jegliche Art von Strahlung.

Der erfindungsgemäße Schutzanzug eignet sich z. B. für folgende Anwendungen:

a) Raumanzüge
b) alle Arten von terrestrischen Schutzanzügen, z. B. ABC-Schutzanzüge für Bundeswehr, Bundesgrenzschutz und Polizei, Chemieschutzbekleidungen für Chemie/Petrochemieindustrie; Flammsichere Schutzbekleidungen für die Feuerwehr und für Hochofenarbeiter; Hitzeschutzausrüstung für die Feuerwehr und für Hochofenarbeiter; Schutzbekleidung für Lackierer; Unterwasserschutzausrüstung; Schutzausrüstung für den Einsatz in Katastrophengebieten, z. B. bei Nuklearunfällen (bedingter Strahlenschutz), oder bei Seuchengefahr.
c) Medizinische Zwecke, z. B. Ganzkörper-Temperaturbehandlung (Kühlung oder Heizung)

Die Erfindung wird anhand von Figur näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Schutzanzugs

Fig. 2 die einzelnen Untersysteme des erfindungsgemäßen Schutzanzugs

Fig. 3 ein Wärmetauscher mit integriertem Hochdrucktank, der in dem erfindungsgemäßen Schutzanzug verwendet wird.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführung des erfindungsgemäßen Schutzanzugs. Die wesentlichen Bestandteile sind der Wärmetauscher 12 mit integriertem Hochdrucktank 15, der Druckluftmotor 2 mit Kühlmittelpumpe 3, die flüssigkeitsgekühlte Unterwäsche 4 und ein Helm 14 mit Diffusor 5.

Die flüssigkeitsgekühlte Unterwäsche 4 wird von einem Kühlmittel über einen geschlossenen Kreislauf 6 durchflossen. Innerhalb dieses Kreislaufs ist der Wärmetauscher 12 zur Kühlung des umlaufenden Kühlmittels angeordnet. Als Kühlmedium wird hierzu vorteilhaft Blockeis 1 verwendet. Der Hochdrucktank 15 enthält die Atemluft. Hochdrucktank 15 und Wärmetauscher 12 sind hier derart integriert, daß der Hochdrucktank 15 innerhalb des Kühlmediums 1 angeordnet ist. Dieser Wärmetauscher 12 mit integriertem Hochdrucktank hat drei Funktionen:

1. Antreiben des Druckluftmotors 2 durch die aus dem Hochdrucktank 15 austretende Atemluft
2. Bereitstellung der Atemluft im Helm 14
3. Abkühlung des Kühlmittels im Kreislauf 6

Zur Abkühlung des umlaufenden Kühlmittels, z. B. Wasser, dient nicht nur das Kühlmedium 1, sondern auch die Atemluft innerhalb des Hochdrucktanks 15. Durch die adiabatische Expansion der Atemluft beim Verlassen des Hockdrucktanks 15 erfolgt nämlich eine Abkühlung der Atemluft, die hier in vorteilhafterweise für die Kühlung des Kühlmittels verwendet wird. Da der Hochdrucktank 15 in den Wärmetauscher 12 integriert ist und im Wärmekontakt zu dem umlaufenden Kühlmittel steht, ist diese zusätzliche Kühlung möglich.

Das abgekühlte Kühlmittel wird mittels einer durch den Druckluftmotor 2 angetriebenen Kühlmittelpumpe 3 in die flüssigkeitsgekühlte Unterwäsche 4 gepumpt, wo es metabolische Wärme aufnimmt. Anschließend wird es zurück in den Wärmetauscher transportiert. Die Kühlmitteltemperatur kann mittels eines Mischventils 7 individuell eingestellt werden. Das aus dem Druckluftmotor 2 ausströmende Gas wird durch einen Heimdiffusor 5 entlang der Visierinnenseite in den Nase-Mundbereich geleitet und dient sowohl der Erneuerung der Atemluft und der Schadstoffentfernung (ausgeatmetes CO₂, CO, etc.) als auch der Beschlagverhinderung und der Gesichtskühlung. Alternativ kann auch über eine Atemmaske (nicht abgebildet) geatmet werden, wodurch zwar weniger Atemgas verbraucht wird, jedoch die Gefahr des Visierbeschlags größer ist. Durch ein Überdruckventil 8 im Fußbereich strömt die verbrauchte Luft aus dem Anzug hinaus ins Freie. Das Atemluftsperrventil 9 sowie das Mischventil 7 können mittels des am Helm vorhandenen Bedienpults 10 mechanisch gesteuert werden.

Die drei wesentlichen Untersysteme des Schutzanzuges sind in Fig. 2 dargestellt. Es sind dies Helm 20, flüssigkeitsgekühlte Unterwäsche 25 und das Lebenserhaltungssystem 27. Die eigentliche Schutzanzugshülle ist hier nicht abgebildet; sie wird jeweils für die spezielle Anwendung optimiert.

Der Helm 20 umfaßt ein mechanisches Bedienpult 21 sowie eine Atemgasnahtstelle 22, Mischventilnahtstelle 23 und Absperrventilnahtstelle 24.

Die flüssigkeitsgekühlte Unterwäsche 25 besteht aus einem elastischen, nicht brennbaren Overall, in welchen Schläuche eingearbeitet sind, durch die das Kühlmittel über die Nahtstelle 26 geleitet wird.

Der Lebenserhaltensteil 27 mit Atemgasnahtstelle 28, Kühlmittelnahtstelle 29 und Mischventilnahtstelle 30 und Absperrventilnahtstelle 31 wird wie ein Rucksack getragen. Er enthält insbesondere den Wärmetauscher mit integriertem Hochdrucktank für die Atemluft, sowie die Kühlmittelpumpe, die jeweils in Fig. 1 dargestellt sind.

Die gezeigte modulare Bauweise des Schutzanzugs sowie die Austauschbarkeit der Untersysteme ermöglicht einen universellen Einsatzbereich.

Durch Weglassen der Mischventilnahtstelle 30 und Absperventil 31 (Einstellung eines konstanten Wertes für Atemluft und Kühlmitteltemperatur) läßt sich die flüssigkeitsgekühlte Unterwäsche 25 und das Lebenserhaltungssystem 27 mit jedem Schutzanzug kombinieren. Außerdem ermöglicht die flüssigkeitsgekühlte Unterwäsche (4, 25) zusammen mit einem geschlossenen Kühlkreislauf 6 die Anwendung der Ganzkörperkühlung unabhängig von Schutzanzughülle, Helm (14, 20), oder Lebenserhaltungssystem 27.

Fig. 3 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausbildung 40 eines Wärmetauschers mit integriertem Hochdrucktank für das Atemgas. Er besteht aus einem zylinderförmigen, mit Kugelkappen versehenen 3-fach-Tank 50. Das Innere 50 des zentralen Tanks 41 enthält Atemgas bei einem bestimmten Speicherdruck. Der zylindrische Teil dieses Behälters 41 besteht aus einem Außenlängs- oder Außenpfeilrippenrohr, auf dessen Rippen 42 ein weiteres Außenlängsrippenrohr 43 aufgeschrumpft wird. Der so zwischen den Rippen entstandene Hohlraum 44 enthält das Kühlmittel. Auf das zweite Außenlängsrippenrohr 43 wird schließlich ein weiterer zylindrischer Mantel 45 aufgeschrumpft, der - wie bereits die anderen Längsrippenrohre 41, 43 - jeweils oben und unten mit Kugelkappen 46 verschweigt wird. Der dritte, äußerste Tank 45 enthält das gefrorene Kühlmedium und ist zusätzlich mit Isolationsmaterial 47 gegen allzu großen Wärmeaustausch geschützt. Der innere Tank 41 kann zum Zweck der besseren Wärmeübertragung zusätzlich mit Innenlängs- oder Innenpfeilrippen 48 ausgestattet werden.

Im Betrieb werden sowohl die Schmelzwärme des Kühlmediums im äußersten Tank 45 als auch die Abkühlung des Atemgases durch adiabatische Expansion beim Verlassen des Hochdrucktanks 41 als Wärmesenken verwendet, um die von dem Kühlmittel aufgenommene Wärme, z. B. metabolische Wärme, abzutransportieren.

Die Befüllung des Wärmetauschers mit integriertem Hochdrucktank erfolgt z. B. bei Verwendung von Wasser als Kühlmittel und Eis als gefrorenes Kühlmedium nach folgender Vorgehensweise:

1. Betankung mit Atemgas
2. Betankung mit Wasser als Kühlmedium
3. Gefrieren des Wassers (Blockeisbildung)
4. Betankung mit Wasser als Kühlmittel.

Statt Schritt 2. und 3. kann der Eistank auch mit Eiswürfeln gefüllt werden.

Claims

1. Schutzanzug, umfassend

1. eine Schutzanzugshülle mit Heim (14, 20);
2. eine flüssigkeitsgekühlte Unterwäsche (4), die in einem geschlosse nen Kreislauf (6) von einem Kühlmittel durchflossen wird;
3. einem Wärmetauscher (12, 40), innerhalb dem das Kühlmittel mit ei nem Kühlmedium (1) in Wärmekontakt steht;
4. einem Drucktank (15, 41) für Atemgas;

dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (12, 40) und der Drucktank (15, 41) baulich integriert sind, so daß das sich im Wärmetauscher (12, 40) befindliche Kühlmittel im Wärmekontakt mit dem Drucktank (15, 41) steht, und das aus dem Drucktank (15, 41) austretende Atemgas einen Druckluftmotor (2) antreibt, mit dem das Kühlmittel in dem geschlossen Kreislauf (6) umgetrieben wird.

2. Schutzanzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (40) mit integriertem Drucktank (41) folgendermaßen aufgebaut ist: der Drucktank (41) ist innerhalb eines zweiten Tanks (43) angeordnet, in dem das Kühlmittel sich befindet, und dieser zweite Tank (43) ist innerhalb eines dritten Tanks (45) angeordnet, in dem das Kühlmedium sich befindet.

3. Schutzanzug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Helmdiffusor (5) vorhanden ist, mit dem das Atemgas in den Helm (14, 20) geleitet wird, sowie ein Überdruckventil (8), über das die verbrauchte Luft nach außen abgeführt wird.

4. Schutzanzug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Kühlmedium (1) Blockeis (H₂O) ist.