DE4022448A1 - Transportinkubator mit integriertem energiespeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Transportinkubator mit integriertem Energiespeicher zur Aufnahme von Früh- und Neugeborenen. Transportinkubatoren brauchen einen Energiespeicher, um die Temperierung des Innenraumes während des Transportes sicherzustellen.

Aus der DE-OS 37 10 861 ist ein Transportinkubator bekannt geworden, bei dem Energie in einem Latentwärmespeicher, der geschmolzenes Wachs enthält, gespeichert ist. Die bei der Erstarrung des Wachses freiwerdende Wärme bringt eine Flüssigkeit aus niedrigsiedenden fluorierten Kohlenwasserstoffen zum Sieden, die dann wiederum die Wärme in einem im Inkubatorinnenraum angeordneten Wärmetauscher an die Luft im Inkubatorinnenraum abgibt.

Nachteilig an diesem bekannten Inkubator sind das hohe Gewicht und das große Bauvolumen von Latentwärmespeicher und Wärmetauscher sowie die Notwendigkeit der Verwendung von umweltunfreundlichen fluorierten Kohlenwasserstoffen. Weiterhin ist es von Nachteil, daß der Latentwärmespeicher für spontane Einsatzbereitschaft ständig beheizt werden muß und eine aufwendige Wärmeisolierung benötigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Transportinkubator mit einem integrierten Energiespeicher anzugeben, wobei der Energiespeicher möglichst klein und leicht sein soll, keine dauernde Energiezufuhr im Bereitschaftszustand benötigen soll und mit geringen Kosten unter Verwendung umweltfreundlicher Materialien herstellbar sein soll.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Energiespeicher als ein mit einem Adsorptionsmittel versehener Adsorptionsmittelbehälter ausgebildet ist, und daß das Adsorptionsmittel zur Erzeugung der an das Abteil abzugebenden Wärme mit einem Vorratsbehälter verbindbar ist, der ein an dem Adsorptionsmittel unter Abgabe von Adsorptionswärme adsorbierbares Fluid enthält.

Stoffe mit großer innerer Oberfläche wie z. B. Aktivkohle, Silikagel und Zeolith 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 bekannt. In einem ersten evakuierten Behälter befindet sich 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 (Adsorptionswärme und Kondensationswärme) an dem Zeolith adsorbiert. Im Vorratsbehälter verdampft daraufhin weiteres Wasser, wodurch sich das verbleibende Wasser abkühlt. Der entstandene Wasserdampf wird wiederum vom Zeolith adsorbiert, solange, bis das 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.

Ein mit einem derartigen Adsorptionswärmespeicher ausgestatteter Transportinkubator stellt eine sehr vorteilhafte Ausführungsform dar. Die Stoffe Zeolith und Wasser sind sehr umweltfreundlich, da sie ungiftig sind. Aufgrund des hohen Adsorptionskoeffizienten von Zeolith für Wasser wird eine Energiemenge von ca. 110 Wh pro kg Gerätemasse gespeichert (bei einem Latentwärmespeicher beträgt dieser Wert nur ca. 36 Wh/kg). Dadurch kann ein solcher Energiespeicher kleiner und leichter als ein Latentwärmespeicher gebaut werden. Weiterhin ist ein solches Gerät sehr kostengünstig erstellbar, da die Stoffe Zeolith und Wasser billig sind. Energiespeicher, die nach dem Adsorptionsprinzip arbeiten, brauchen zudem keinerlei Energiezufuhr während des Bereitschaftszustandes. Durch die Möglichkeit einer gesteuerten Wärmeabgabe reicht die gespeicherte Energiemenge für eine lange Einsatzdauer aus.

Durch eine mit dem Adsorptionsmittelbehälter in Wärmekontakt stehende, beispielsweise elektrisch betriebene Heizeinrichtung ist es möglich, das Adsorptionsmittel durch Erwärmen zu regenerieren. Weiterhin kann die Heizeinrichtung zur Temperierung des Transportinkubators im stationären Betrieb dienen. Der Wärmekontakt kann über Strahlung und Konvektion hergestellt sein, wenn Adsorptionsmittelbehälter und Heizeinrichtung eng benachbart aber ohne direkte Berührung angeordnet sind. Über Wärmeleitung ist ein Wärmekontakt hergestellt, wenn Adsorptionsmittelbehälter und Heizeinrichtung durch gut wärmeleitende Materialien wie z. B. Kupfer verbunden sind. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Heizeinrichtung im Innern des Adsorptionsmittelbehälters angeordnet ist. Damit ist der bestmögliche Wärmekontakt zu dem Adsorptionsmittel bei der Regenerierung sichergestellt.

Sind Adsorptionsmittelbehälter und Heizeinrichtung in einem Konvektionsschacht angeordnet, der mit dem zu temperierenden Abteil des Transportinkubators in Strömungsverbindung steht, so kann eine Luftumwälzung unter Ausnutzung der natürlichen Konvektion der erwärmten Luft erfolgen, ohne daß ein Ventilator erforderlich ist.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel erläutert. In der Fig. 1 der Zeichnung ist ein Transportinkubator schematisch in Seitenansicht dargestellt, Fig. 2 und 3 zeigen 2 Ausführungsformen des Wärmekontaktes zwischen Adsorptionsmittelbehälter und Heizeinrichtung.

Der Innenraum (1) des Transportinkubator (2) wird von einer thermisch isolierenden, gewinkelten Trennwand (3) unterteilt. Im vorderen Bereich (4) befindet sich auf dem horizontalen Schenkel der Trennwand (3) eine Liegefläche (5) für ein Kind. Hinter dem vertikalen Schenkel der Trennwand (3) ist in dem Teilraum (100) ein Adsorptionsmittelbehälter (6) eines Adsorptionswärmespeichers (7) angeordnet. Der Adsorptionsmittelbehälter (6) ist über eine Leitung (8) und ein Ventil (9) mit einem außerhalb des Inkubatorinnenraumes (1) angeordneten Wasserbehälter (10) verbunden. In thermischem Kontakt mit dem Adsorptionsmittelbehälter (6) sind vor und hinter diesem zwei elektrische Heizelemente (11) angeordnet, die durch Isolierschichten (12) thermisch von der Rückwand (13) bzw. der Trennwand (3) isoliert sind. Die beiden Spalte zwischen den Heizelementen (11) und dem Adsorptionsmittelbehälter (6) bilden einen Konvektionsschacht (14), durch den erwärmte Luft durch Konvektion aufsteigt. Der vordere Teil (4) des Inkubatorinnenraumes (1) ist mit dem hinteren Teil über einen Spalt (15) verbunden, der im Bereich oberhalb des vertikalen Teils der Trennwand (3) angeordnet ist und durch eine elektrisch verstellbare Klappe (16) mehr oder weniger verschlossen ist. Zwischen dem horizontalen Teil der Trennwand (3) und dem Boden (17) des Inkubators ist ein Luftkanal (18) vorgesehen. Unterhalb des Bodens (17) ist eine elektronische Steuerung (19) angeordnet, die über Leitungen (20) mit dem Ventil (9), der elektrischen Heizung (11), der Klappe (16) und einem Temperaturfühler (21) verbunden ist. Zur Beheizung im stationären Betrieb für die Pflege eines Patienten wird der Transportinkubator über eine Versorgungsleitung (22) aus dem Stromnetz mit elektrischer Energie versorgt. Auch zur Vorbereitung eines Transports ist es zweckmäßig, den Inkubatorinnenraum mit Hilfe der Heizelemente (11) warm zu halten, um die Energie aus dem Wärmespeicher (7) für den Transportfall aufzubewahren.

Im Bereitschaftszustand des Transportinkubators ist der Adsorptionsspeicher (7) aufgeladen, d. h. das Zeolith ist wasserfrei, und es ist keine Energiezufuhr nötig, um den Energievorrat im Adsorptionsspeicher (7) zu halten. Im vorderen Bereich (4) des Innenraumes wird von der elektronischen Steuerung (19) mit Hilfe der elektrischen Heizung (11) und durch Ansteuern der Klappe (16) eine bestimmte Solltemperatur aufrechterhalten. Die Isttemperatur wird mit dem Temperaturfühler (21) bestimmt. Die von der elektrischen Heizung (11) erwärmte Luft steigt auf, strömt durch einen von der Klappe (16) mehr oder weniger weit geöffneten Spalt (15) in den vorderen Bereich (4) des Innenraumes und über den Luftkanal (18) wieder zu der elektrischen Heizung (11) zurück. Soll der Transportinkubator zum Transport eines Kindes eingesetzt werden, so wird die Versorgungsleitung (22) vom Stromnetz getrennt. Eine eingebaute Batterie (23) versorgt nun die elektronische Steuerung (19) mit elektrischer Energie, die elektrische Heizung ist ausgeschaltet. Wird nun Heizenergie benötigt, so öffnet die elektronische Steuerung (19) das Ventil (9) des Adsorptionsspeichers (7). Dadurch strömt Wasserdampf aus dem Wasserbehälter (10) in den Adsorptionsmittelbehälter (6) und wird hier unter Wärmeentwicklung adsorbiert. Ist der Adsorptionsmittelbehälter (6) allerdings noch von einer vorhergehenden Beheizung durch die elektrischen Heizelemente (11) erwärmt, so wird erst diese Restwärme abgebaut, bevor eine nennenswerte Adsorption einsetzt. Dieser Effekt bewirkt eine Verlängerung der Einsatzdauer des Adsorptionsspeichers (7). Der Adsorptionsmittelbehälter (6) ist mit in der Zeichnung nicht dargestellten Rippen zur Vergrößerung seiner Oberfläche ausgestattet. Die durch Konvektion vorbeistreichende Luft erwärmt sich, strömt durch den von der Klappe (16) mehr oder weniger weit geöffneten Spalt (15) in den vorderen Bereich (4) des Inkubatorinnenraumes und temperiert diesen. Die Rückführung der Luft geschieht wieder über den Luftkanal (18).

Zur Grobregelung der Heizleistung wird von der elektronischen Steuerung (19) das Ventil (9) betätigt und damit der Übertritt von Wasserdampf aus dem Wasserbehälter (10) in den Adsorptionsmittelbehälter (6) geregelt. Die Ansteuerung des Ventils (9) kann analog oder getaktet erfolgen. Da der Adsorptionsmittelbehälter (6) eine relativ große thermische Trägheit aufweist, wird zusätzlich zur Grobregelung noch eine schnellere Feinregelung der Heizleistung über die Ansteuerung der Klappe (16) vorgenommen. Die Klappe (16) variiert die Größe des Spaltes (15), durch den die erwärmte Luft in den vorderen Bereich (4) des Inkubatorinnenraumes übertreten kann.

Der Wasserbehälter (10) des Adsorptionsspeichers (7) kühlt sich im Betrieb ab. Er ist daher außerhalb des Inkubatorinnenraumes (1) angeordnet und mit in der Zeichnung nicht dargestellten Rippen versehen, so daß er aus der Umgebungsluft Wärme aufnehmen kann. Dadurch wird der Abkühlungseffekt vermindert und der Adsorptionsspeicher arbeitet effektiver.

Ist der Adsorptionsspeicher (7) erschöpft, d. h., ist das Zeolith im Adsorptionsmittelbehälter (6) mit Wasser gesättigt, so muß er für einen erneuten Einsatz regeneriert werden. Dazu wird das Ventil (9) geöffnet und die elektrische Heizung (11) auf voller Leistung betrieben. Zur Vermeidung einer Überhitzung des vorderen Bereichs (4) des Inkubatorinnenraumes wird die Klappe (16) geschlossen. Durch die elektrische Heizung (11) wird der Zeolithbehälter (6) so stark erwärmt, daß das Wasser desorbiert wird. Es gelangt als Wasserdampf in den Wasserbehälter (10) und kondensiert dort. Ist alles Wasser aus dem Zeolith desorbiert, was z. B. durch den Betrieb der Heizung über eine vorgeschriebene Zeit sichergestellt werden kann, so wird das Ventil (9) geschlossen und der Adsorptionsspeicher ist für einen neuen Einsatz vorbereitet.

In Fig. 2 ist noch einmal der Adsorptionsmittelbehälter (6) mit der Heizeinrichtung (11) dargestellt. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführung ist hier ein direkter metallischer Kontakt zwischen dem Adsorptionsmittelbehälter (6) und der Heizeinrichtung (11) vorgesehen. Die Wärme wird also durch Wärmeleitung von der Heizeinrichtung (11) auf den Adsorptionsmittelbehälter (6) übertragen, was bei der Regenerierung des Adsorptionsmittels vorteilhaft ist. Noch besser wird die Wärme von der Heizeinrichtung (11) auf das Adsorptionsmittel bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform übertragen. Hier ist die Heizeinrichtung (11) im Innern des Adsorptionsmittelbehälters (6) angeordnet und allseitig von dem Adsorptionsmittel (24) umgeben. Die elektrische Anschlußleitung (25) der Heizeinrichtung (11) ist durch die Wandung des Adsorptionsmittelbehälters hinausgeführt.

Claims (5)

1. Transportinkubator zur Aufnahme von Früh- und Neugeborenen in einem Abteil, welches mittels eines in thermischem Kontakt mit diesem befindlichen Energiespeichers temperierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (7) als ein mit einem Adsorptionsmittel versehener Adsorptionsmittelbehälter (6) ausgebildet ist, und daß das Adsorptionsmittel zur Erzeugung der an das Abteil (4) abzugebenden Wärme mit einem Vorratsbehälter (10) verbindbar ist, der ein an dem Adsorptionsmittel unter Abgabe von Adsorptionswärme und/oder Kondensationswärme adsorbierbares Fluid enthält.

2. Transportinkubator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel Zeolith und das Fluid Wasser ist.

3. Transportinkubator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Adsorptionsmittelbehälter (6) mit einer Heizvorrichtung (11) in Wärmekontakt steht.

4. Transportinkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Adsorptionsmittelbehälter (6) als auch die Heizvorrichtung (11) in einem Konvektionsschacht (14) angeordnet sind, der zur Temperierung des Abteils in Strömungsverbindung mit diesem gebracht ist.

5. Transportinkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abteil (4) durch eine ansteuerbare Klappe (16) mit einem Teilraum (100) verbindbar ist, in dem die elektrische Heizeinrichtung (11) und in thermischem Kontakt dazu der Adsorptionsmittelbehälter (6) angeordnet sind, der Adsorptionsmittelbehälter (6) über ein ansteuerbares Ventil (9) mit dem in thermischem Kontakt mit der Umgebungsluft stehenden Vorratsbehälter (10) verbindbar ist und eine mit der ansteuerbaren Klappe (16), der elektrischen Heizeinrichtung (11), dem ansteuerbaren Ventil (9) und einem in dem Abteil (4) angeordneten Temperatursensor (21) in Wirkverbindung stehende zur Regelung der Lufttemperatur in dem Abteil (4) und zur Regenerierung des Adsorptionsmittels in dem Adsorptionsmittelbehälter (6) ausgelegte Steuereinheit (19) vorgesehen ist.