WO2022200271A1 - Höhen-maske sowie tragbare atemgasversorgungseinrichtung - Google Patents

Höhen-maske sowie tragbare atemgasversorgungseinrichtung Download PDF

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WO2022200271A1
WO2022200271A1 PCT/EP2022/057347 EP2022057347W WO2022200271A1 WO 2022200271 A1 WO2022200271 A1 WO 2022200271A1 EP 2022057347 W EP2022057347 W EP 2022057347W WO 2022200271 A1 WO2022200271 A1 WO 2022200271A1
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WO
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mask
gas
altitude
conditioning element
opening
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/057347
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Voll
Original Assignee
Klaus Voll
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Klaus Voll filed Critical Klaus Voll
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B7/00—Respiratory apparatus
    • A62B7/14—Respiratory apparatus for high-altitude aircraft
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B9/00—Component parts for respiratory or breathing apparatus
    • A62B9/003—Means for influencing the temperature or humidity of the breathing gas

Definitions

  • the present invention relates to an altitude mask according to the preamble of claim 1 and a portable breathing gas supply device comprising a corresponding altitude mask according to the preamble of claim 22.
  • An altitude mask is a breathing mask that is used at higher altitudes and/or when the oxygen concentration in the ambient air is reduced.
  • Altitude masks can be used in many ways. Elevation masks are e.g. B. used in high-altitude mountaineering or extreme mountaineering.
  • High-altitude mountaineering or extreme mountaineering refers to mountaineering at great heights.
  • the air pressure decreases, meaning that less oxygen is available to the body.
  • the first symptoms such as headaches or fatigue can already appear at an altitude of 2,500 m.
  • the “death zone” begins, in which trained mountaineers can only survive for a few days without oxygen supply.
  • a high mountain expedition mask according to the preamble of claim 1 is known from www.summitoxygen.com. This is the "Himalayan Facemask" model for expedition mountaineering or high-altitude mountaineering.
  • This breathing mask includes a mask body which can be attached to a mountaineer's head using carrying straps.
  • oxygen flows from the oxygen reservoir into his lungs.
  • the climber exhales the exhaled air flows out of the mask body to the outside via an exhalation valve. Meanwhile, the oxygen reservoir refills with oxygen from the oxygen cylinder.
  • the object of the present invention is to provide a high-altitude mask and a portable breathing gas supply device, each of which contributes to reducing the physical strain at high altitudes.
  • the ambient air at very high altitudes can have temperatures as low as -50 °C.
  • the gas mixture of ambient air and oxygen must be conditioned by the body to a temperature of 37 °C when it is inhaled.
  • the body a lot of energy, which can lead to an additional high physical strain on the user or extreme mountaineer.
  • the exhaled, warm respiratory gas is passed through a passive respiratory gas conditioning element before it escapes from the mask into the environment.
  • the passive breathing gas conditioning element is thus gradually “charged” with thermal energy and/or moisture with increasing breathing cycles through the exhaled breathing gas.
  • the passive breathing gas conditioning element With the help of this charged thermal energy or moisture, inhaled, very cold or dry ambient air is heated or moistened in the passive breathing gas conditioning element before it flows into the cavity of the high-altitude mask and into the respiratory tract.
  • the invention thus makes it possible to effectively reduce the physical strain on a climber at high altitudes or at very low ambient temperatures.
  • the passive breathing gas conditioning element is “charged” with maximum heat energy or moisture, it preferably releases approximately the heat energy or moisture to the inhaled ambient air, which the passive breathing gas conditioning element withdraws from the exhaled breathing gas.
  • a function module can be attached in the area of the second passage opening instead of the passive respiratory gas conditioning element.
  • the high-altitude mask can include a third through-opening to ensure the release of respiratory gas from the cavity to the environment and/or to ensure the entry of ambient air into the cavity of the mask body.
  • a third passage opening creates the possibility of using an additional respiratory gas conditioning element on the mask body.
  • two breathing gas conditioning elements can be connected in parallel on the mask body. This achieves the advantage that the total resistance of the flow of ambient air entering through the respective breathing gas conditioning element is halved when the user or mountaineer inhales compared to the use of only one breathing gas conditioning element. The resistance is thus halved and is for the user or mountaineer is therefore not as high as when using only one breathing gas conditioning element. This facilitates breathing for a person wearing the high-altitude mask.
  • the additional respiratory gas conditioning element causes additional heating or humidification of the inhaled ambient air.
  • a pressure drop i.e. a pressure drop to a reference pressure of e.g. -0.3 mbar
  • a differential pressure sensor in the gas supply control system detects this drop in pressure and releases the gas flow from the gas supply by switching a valve. This drop in pressure thus triggers the control of the supply of gas from the gas supply (gas cylinder).
  • connection means are provided on the first through-opening and/or second through-opening and/or third through-opening on the high-altitude mask, the passive respiratory gas conditioning element can, for. B. alternately with other function modules to the height mask or to its mask body or be detached from this or this. This makes it possible, if necessary, to replace a passive breathing gas conditioning element with a diffuser.
  • the passive breathing gas conditioning element is advantageously designed as a clamp-on module that can be plugged onto the mask body.
  • the passive breathing gas conditioning element can thus be used as a modular insert in the passage opening in question, for example in exchange for a dummy cover, a diffuser insert, a communication module, or something else.
  • connection means of the first through-opening and/or the connection means of the second through-opening and/or the connection means of the third through-opening comprise a connecting mechanism that can be released, preferably without tools and/or manually.
  • a bayonet fitting is expediently provided as a releasable connection mechanism.
  • the passive breathing gas conditioning element preferably comprises a housing in which there is a conditioning insert, which is permeable to flow on both sides or bidirectionally, for heating and/or humidifying breathing gas.
  • the conditioning insert comprises a porous material such as. B. corrugated paper or plastic foam, preferably a polyurethane (PU) - foam.
  • the conditioning insert or its material is preferably designed and/or arranged in such a way that it can be flown through, but at the same time stores the thermal energy or moisture in the exhaled air, for example through air in enclosed cavities and/or through heating of the material.
  • the conditioning insert or its material can have a low pneumatic resistance.
  • the passive respiratory gas conditioning element can preferably be a so-called HME insert.
  • the housing of the passive breathing gas conditioning element can be in several parts, preferably in two parts, it is possible to change the conditioning insert if it is damaged or used up.
  • the housing comprises two housing parts, e.g. B. in the form of housing shells.
  • the housing parts can advantageously be connected via a connecting mechanism, preferably a latching mechanism. This creates a simple connection option, which can also be released during use if necessary.
  • the passive breathing gas conditioning element comprises a filter, in particular a membrane-like filter, preferably arranged between the heat exchanger or humidifier insert and an opening pointing to the cavity, prevents material components of the breathing gas conditioning element from getting into the respiratory tract and/or the lungs .
  • a gas connection adapter that can be connected to a passage opening is provided, the altitude mask can be connected to the gas supply in a simple manner.
  • the gas supply includes a compressed gas bottle, which is preferably filled with oxygen or an oxygen mixture.
  • an opening of the gas connection adapter facing the cavity is conical, so that the flow diameter increases towards the cavity. This increases the flow cross section of the gas or gas mixture and slows down the flow speed into the cavity. This avoids a hard and unpleasant flow onto the face.
  • the gas connection adapter includes a one-way valve, preferably a check valve, it is ensured that gas or a gas mixture from the gas supply can only flow in the direction of the cavity of the altitude mask.
  • the one-way valve opens in particular when there is a negative pressure in the cavity of the altitude mask caused by inhalation. It closes automatically when there is no longer any negative pressure in the cavity, as is the case with expiration.
  • the gas connection adapter includes a detachable coupling mechanism, the gas supply can be quickly disconnected from it if required. If necessary, the gas supply can be separated from the high-altitude mask with a simple movement if it is not required.
  • the coupling mechanism is advantageously a so-called rectus locking coupling. This automatically closes the disconnected connecting elements of the self-locking coupling when the self-locking coupling is separated. This means that no additional closure elements for the gas supply or for the mask that can be lost or difficult to find in an emergency situation have to be carried and used.
  • the detachable coupling mechanism of the gas port adapter can either be located directly on the altitude mask or it can be located at the end of a length of tubing permanently attached to the altitude mask.
  • a diffuser that can be connected to a passage opening is advantageously provided.
  • the diffuser allows exhaled respiratory gas to be released through it to the environment, and on the other hand it allows air to flow from the environment into the mask when inhaled. If the user or climber breathes in, the pneumatic resistance of the diffuser causes a pressure drop inside the mask, ie a pressure difference (e.g. -0.3 mbar), which the differential pressure sensor of the control recognizes and the gas flow from the gas supply released by switching the valve.
  • the diffuser thus serves to ensure the pressure drop or differential pressure within the mask when the climber inhales. This allows a flow controller to detect when the climber is inhaling and release the supply of gas or gas mixture from the gas supply.
  • the diffuser can also include a filter which filters out particles from the ambient air.
  • the diffuser and/or the passive respiratory gas conditioning element each have a perforated plate oriented toward the cavity for adjusting the pneumatic resistance.
  • the flow cross-section of the perforated plate, z. B. by changing the hole diameter and / or the number of holes, the pneumatic resistance of the perforated plate diffuser or heat exchanger-specific and thus the pressure drop occurring during inspiration can be adjusted.
  • the pressure difference is generated during inhalation through the diffuser in the cavity of the breathing mask, which essentially corresponds to the pressure difference that occurs during inhalation through the passive breathing gas conditioning element ment is generated.
  • the diffuser and/or the passive breathing gas conditioning element has an outlet opening which is covered towards the environment by a cover which is open at the bottom. This avoids that during use or z. B. in a storm, water, snow or ice particles can get into the diffuser and/or the passive respiratory gas conditioning element and clog it.
  • the relatively warm, exhaled breathing gas flows through the cover, which is open at the bottom, downwards and out of the diffuser or the passive heat exchanger.
  • exhaled breathing gas cannot reach the area of the user's or mountaineer's goggles, which effectively prevents the goggles from fogging up.
  • a circumferential seal is preferably located between the diffuser and/or the passive respiratory gas conditioning element and/or the gas connection adapter and the mask body.
  • the climber can identify a locked and unlocked position of the diffuser and/or passive heat exchanger.
  • the diffuser and/or the passive breathing gas conditioning element and/or the gas connection adapter include or include a positioning and/or fastening aid, in particular designed as a web.
  • the position of the bridge can thus also be checked haptically by the user or mountaineer.
  • the mask body includes, along its outer edge, a circumferential seal that fits against the face of the user or mountaineer. When the mask is in contact, this seals the cavity from the environment and thus also contributes to the pressure difference within half of the mask adjusts securely when inhaling.
  • This area can preferably consist of a softer material than the rest of the mask body.
  • the seal can also be formed by a specific shaping of the edge of the mask body.
  • a communication module can be arranged in the area of the second passage opening instead of the passive respiratory gas conditioning element as a functional module, which enables the user to carry out voice communication, for example with the other participants in a mountaineering group.
  • the communication module for example, can also be accommodated in the third through-opening as a functional module.
  • the height mask according to the invention also allows the aforesaid through-openings to be used for changing different functional elements.
  • the communication module can be a wired or wireless communication module, which can be connected, for example, to a communication device (radio device) to be worn on the body or to a communication device housed in an external infrastructure (e.g. permanently installed in a glider or helicopter radio) is connected.
  • An optical and/or acoustic flow indicator can expediently be provided on the altitude mask, which emits an optical and/or acoustic signal when there is a flow of gas from the gas supply to the altitude mask.
  • the flow indicator is of particular importance because, due to extreme influences (wind noise, etc.), it can be extremely difficult to determine whether or not gas is being supplied just from a flow noise.
  • the high-altitude mask according to the invention can expediently be a high-mountain mask, in particular a high-mountain expedition mask, a helicopter pilot mask, a paraglider or parachutist mask, a balloonist mask, a glider pilot mask, or an emergency mask for flight passengers and/or cabin crew - a protective mask when staying in an oxygen-reduced atmosphere (e.g. for industrial use, in special security systems, such as security camps, military operations or operations in submarines).
  • the altitude mask according to the invention ensures very special advantages for all of these areas of application.
  • the invention also relates to a portable breathing gas supply device for supplying a person with a gas or a gas mixture when the ambient air has a reduced oxygen content or at high altitude, such as during a high mountain expedition, according to the preamble of claim 22, comprising an altitude mask any one of claims 1 to 21.
  • the flow regulator expediently switches off the inflow (flow) of gas or gas mixture from the gas supply to the high-altitude mask depending on the pressure difference (eg -0.3 mbar) that occurs in the mask as a result of inhalation (inspiration).
  • a supply from the gas supply is therefore only essentially free during the inspiration phase, ie as a function of the respiratory rate.
  • the gas flow can be adapted to the breathing activity and to the physical strain of the user, for example the extreme mountaineer.
  • the consumption of gas from the gas supply can be significantly reduced.
  • smaller and lighter glass bottles are sufficient.
  • the inflow of gas can be opened for a period of time that is shorter than the duration of inspiration, preferably shorter than half of the duration of inspiration, and/or essentially in the initial area of inspiration. on (e.g. in the first third of the inspiration window).
  • gas can be saved significantly
  • the consumption of 6 bottles of oxygen can be reduced to 2 bottles of oxygen for the southern route of Mount Everest.
  • the mountaineer is much better oxygenated.
  • a compressed gas bottle is preferably provided as the gas supply.
  • nasal cannula instead of the height mask or the mask body thereof.
  • oxygen is supplied to the user via the nasal cannula.
  • Functional elements that were positioned in the second or third through-opening in the previously described configurations are omitted.
  • all features with regard to the oxygen supply and the control thereof are still provided in this embodiment. Description of the invention based on exemplary embodiments
  • FIG. 1 shows a highly simplified, schematic representation of the portable breathing gas supply device with a sectional representation of the inventive altitude mask according to a first embodiment
  • FIG. 2a shows a greatly simplified, schematic sectional view of the height mask according to the invention without a passive breathing gas conditioning element and gas connection adapter according to FIG. 1
  • FIG. 2b shows a highly simplified, schematic sectional view of the altitude mask according to the invention with passive breathing gas conditioning element and gas connection adapter according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the height mask according to the invention according to FIG. 1 in a front view
  • FIG. 4 shows a simplified, schematic sectional illustration of the height mask according to the invention according to FIG. 1;
  • Fig. 6 is a schematic representation of the elevation mask with an inserted diffuser in front view
  • FIG. 7 shows a simplified, schematic sectional illustration of the elevation mask according to FIG. 6
  • 8a shows a highly simplified, schematic sectional view of the altitude mask according to the invention without a passive respiratory gas conditioning element and gas connection adapter according to a second embodiment
  • FIG. 8b shows a highly simplified, schematic sectional view of the altitude mask according to the invention according to FIG. 8a with passive respiratory gas conditioning element and gas connection adapter
  • FIG. 7 shows a simplified, schematic sectional illustration of the elevation mask according to FIG. 6
  • 8a shows a highly simplified, schematic sectional view of the altitude mask according to the invention without a passive respiratory gas conditioning element and gas connection adapter according to a second embodiment
  • FIG. 8b shows a highly simplified, schematic sectional view of the altitude mask according to the invention according to FIG. 8a with passive respiratory gas conditioning element and gas connection adapter
  • FIG. 8a shows a highly simplified, schematic sectional view of the altitude mask according to the invention without a passive respiratory gas conditioning element and gas connection adapter
  • FIG. 9 shows a schematic representation of the height mask according to the invention according to FIG. 8a in a front view
  • FIG. Figure 10 is a graph of the flow of gas from the gas supply into the mask versus time ( Figure 10a) and a graph of the pressure differential across the mask versus time
  • 11 shows a schematic representation of a further embodiment of the height mask according to the invention in a front view; such as
  • FIG. 12 shows a schematic representation of a further height mask according to the invention with a communication module in the area of the second passage opening.
  • Numeral 25 in Fig. 1 designates a portable breathing gas supply device for supplying a person (not shown in Fig. 1) with a gas or a gas mixture, for example on a high-mountain expedition.
  • the breathing gas supply device 25 comprises the high-altitude mask 1 according to the invention, a compressed gas cylinder 2 as the gas supply and a supply system 24.
  • the compressed gas cylinder 2 is connected to the supply system 24 via a pressure reducer 22 .
  • the compressed gas cylinder 2 is filled with a gas or gas mixture, in particular with oxygen or an oxygen mixture.
  • the compressed gas cylinder is preferably made of a particularly light material, such as fiber-reinforced plastic or aluminum.
  • the supply system 24 connects the compressed gas bottle 2 to the high-altitude mask 1 and includes a gas line 3, a flow regulator 4 and a supply hose 5.
  • the gas or gas mixture stored in the compressed gas bottle 2 is routed via the gas line 3 to the flow regulator 4.
  • the gas or the gas mixture is routed from the flow regulator 4 to a gas connection adapter 7 of the altitude mask 1 via the supply hose 5 .
  • the flow regulator 4 can be attached directly to the gas connection adapter 7 or even integrated into it.
  • the flow controller 4 controls the gas flow towards the high-altitude mask 1.
  • the flow controller 4 adjusts the gas flow to the breathing activity of the person 9 wearing the high-altitude mask 1.
  • the supply of the gas or Gasge mixture is released from the compressed gas cylinder 2 to the altitude mask 1 during the inspiration phase of the person 9 tion.
  • the supply of the gas or gas mixture is thus controlled as a function of the breathing rate of the person 9 .
  • the person 9 breathes with an increased respiratory rate.
  • the flow controller 4 as a result of which the gas supply is adapted to the physical stress on the person 9.
  • the quantity of the gas flow can be regulated by the flow regulator 4 and more gas or gas mixture can be made available to the person 9 when the person 9 is subject to high physical exertion.
  • the gas or gas mixture is only activated as required, which means that it can be effectively saved.
  • the flow regulator 4 is triggered by a drop in pressure during breathing.
  • the flow controller 4 includes a pressure sensor (not shown in Fig. 1), which detects the pressure drop (e.g. -0.3 mbar) occurring in the cavity 11 of the mask 1 when inhaling and generates a corresponding signal, at which the flow controller 4 a valve (not shown in Figure 1) opens and allows the flow of gas to the mask 1 for a certain period of time.
  • the altitude mask 1 comprises a mask body 6 with a cavity 11.
  • the mask body 6 is preferably made of flexible material and covers the mouth and nose of the person 9 wearing the altitude mask 1.
  • the mask body 6 comprises a first passage opening 12, which ensures the supply of gas or a gas mixture from the compressed gas bottle 2.
  • the gas connection adapter 7 is connected to the first passage opening 12 .
  • the gas connection adapter 7 can have a non-return valve (not shown in the figures), which is open during the inspiration phase and closed during the expiration phase.
  • the first through-opening 12 can also be realized by a gas connection (not shown in the figures) integrated into the mask body 6 .
  • the mask body 6 according to FIG. 2a comprises a second through-opening 13 which ensures that respiratory gas is discharged from the cavity 11 to the environment and that ambient air enters the cavity 11 of the mask body 6 .
  • a passive respiratory gas conditioning element 8 is connected to the second through-opening 13, which extracts heat energy and/or moisture from the breathing gas flowing through the second through-opening 13 when exhaling from the cavity 11 and absorbs this heat energy and/or moisture or at least a portion thereof when inhaling ambient air through the second through-opening 13 into the cavity 11 again feeds the inflowing ambient air.
  • the first through-opening 12 and the second through-opening 13 can comprise connection means with a connecting mechanism 17 that can be released without tools and/or manually.
  • the connection mechanism 17 can be a bayonet catch. This creates a particularly simple connection option. This enables a particularly simple removal or connection of the passive breathing gas conditioning element 8 and/or gas connection adapter 7 attached to the first and/or second passage opening 12, 13, even during use at great heights. In this way, the passive breathing gas conditioning element 8 can be exchanged for a diffuser 31 .
  • position markings 32 are attached to the first and second passage openings 12, 13 of the mask body 6.
  • FIG. Such position markings 32 are also provided on the passive respiratory gas conditioning element 8 and/or on the gas connection adapter 7 . If the position markings 32 of the mask body 6 and the breathing gas conditioning element 8 or the gas connection adapter 7 point to each other, this indicates that the breathing gas conditioning kidney element 8 and/or the gas connection adapter 7 are locked or that they are in an unlocked position in which they can be removed. This makes it easy to check whether the respiratory gas conditioning element 8 and/or the gas connection adapter 7 has been properly attached to the mask body 6 .
  • the passive respiratory gas conditioning element 8 and the gas connection adapter 7 include a positioning and/or attachment aid 30 with which they can be attached to the mask body 6 in a particularly simple manner.
  • the positioning and/or attachment aid 30 is designed as a web and increases the torque when screwing in and/or attaching the breathing gas conditioning element 8 and the gas connection adapter 7. This enables easy handling when attaching in the mask body 6.
  • a circumferential seal 28 preferably attached to the heat exchanger and/or to the gas connection adapter.
  • the passive respiratory gas conditioning element 8 also includes a cover 26 which is open towards the bottom. This prevents during use or z. B. in a storm, water, snow or ice particles in the passive Atemgaskon conditioning element 8 can get and clog it. In addition, the exhaled breathing gas flows away downwards, so that the breathing gas does not reach the area of the user's or mountaineer's goggles, which effectively prevents the goggles from fogging up. According to FIG.
  • the gas connection adapter 7 comprises a detachable coupling mechanism 18, for example a rectus locking coupling, in order to connect the height mask 1 to the supply system 24 via the supply hose 5.
  • the locking coupling comprises two connecting elements, not shown in the figures, which are plugged into one another to close the locking coupling. When the locking coupling is opened, the connecting elements close automatically. This avoids gas flow when the locking coupling is disconnected.
  • the mask body 6 includes a seal 10 which runs along its outer edge and rests against the face of the climber. This seal 10 seals the cavity 11 from the ambient air. As a result, no gas exchange can take place between the cavity 11 and the ambient air along the outer edge.
  • the seal 10 can also be formed by a specific shaping of the edge of the mask body 6 .
  • the high-altitude mask 1 includes holding devices 19 for fixing the mask body 6 to the person 9. As a result, the high-altitude mask 1 can be attached to the head of the person 9 or to their helmet, for example.
  • FIG 4 shows a cross-sectional representation of the altitude mask 1 according to the invention and the passive breathing gas conditioning element 8 attached thereto.
  • the passive respiratory gas conditioning element 8 is connected to the mask body 6 via the connection mechanism 17 . This connection is sealed by the seal 28.
  • the passive respiratory gas conditioning element 8 comprises a housing 16 which consists of two housing parts 16a, 16b in the form of half shells. Inside be there is conditioning insert 14, which can be used as a heat exchanger and/or as a wetter serves.
  • the conditioning cartridge 14 may include a filter 29 .
  • the housing parts 16a, 16b are connected to one another via a latching mechanism 15.
  • the housing 16b includes projections 15b, which are encompassed by lugs 15a of the housing 16a. This ensures a simple connection mechanism between the two housing parts 16a, 16b.
  • the conditioning insert 14 can thus be exchanged in a simple manner by opening the housing 16 .
  • connection point of the housing parts 16a, 16b can be wrapped with an adhesive tape, not shown in the drawing, so that an additional fixation and/or sealing of the housing 16a, 16b is achieved.
  • the downwardly open cover 26 is located on the discharge opening 20 of the housing 16 or heat exchanger 8, which points to the environment.
  • the housing contains the bidirectionally flow-permeable conditioning insert 14, which is preferably formed from PU foam, and the preferably membrane-like filter 29.
  • the filter 29 is arranged between the conditioning insert 14 and an opening 21 pointing to the cavity 11.
  • the filter 29 prevents material components of the conditioning insert 14 and/or particles from entering the airways and lungs of the person 9 .
  • the conditioning insert 14 is in particular an HME insert.
  • a perforated plate 27 which, together with the conditioning insert 14 and the filter 29, determine the pneumatic resistance of the respiratory gas conditioning element 8.
  • the pneumatic resistance of the respiratory gas conditioning element 8 can be adjusted by adjusting the flow cross section of the perforated plate 27 .
  • the pneumatic resistance should be adjusted in such a way that during inhalation there is a drop in pressure (e.g. -0.3 mbar) in the cavity 11, which serves as a trigger for the flow controller 4 to release the gas supply from the compressed gas bottle 2.
  • FIGS. 1 and 4 show the flow path of the respiratory gas during inspiration (dark arrows in the figures) and during expiration (light arrows in the figures).
  • the breathing gas When the person 9 exhales, the breathing gas first flows into the cavity 11.
  • the exhaled breathing gas flows out of the cavity 11 via the opening 21 into the passive breathing gas conditioning element 8.
  • the passive heat exchanger 8 the breathing gas flows from the opening 21 through the filter 29 and the conditioning insert 14 toward the opening 20.
  • the respiratory gas conditioning element 14 stores the heat energy of the exhaled respiratory gas and/or the humidity or humidity of the exhaled respiratory gas, at least part of it.
  • the thermal energy is stored in the material of the conditioning insert 14 and/or by the air trapped in the cavities of the conditioning insert 14 .
  • the humidity or moisture is stored by adsorption of water vapor molecules on the material of the heat exchanger and/or also in the cavities of the conditioning insert 14.
  • the exhaled respiratory gas flows through the opening 20 through the cover 26 down into the environment.
  • 10a shows an example of a graph of the flow of gas from the gas supply into the mask over time.
  • 10b shows an example of a graph of the pressure difference in the mask over time. In both graphs, an inspiration and expiration phase is shown as an example.
  • inhalation air is drawn from the cavity 11 into the person's 9 lungs. Due to the pneumatic resistance caused by the conditioning insert 14, the filter 29 and the perforated plate 27, a pressure drop to the reference pressure or the zero line in FIG. 10b occurs during inhalation in the cavity 11 (eg -0.3 mbar).
  • the inflow of gas can be opened for a period of time that is shorter than the duration of inspiration, preferably shorter than half of the duration of inspiration, and/or essentially in the initial area of inspiration (e.g. in the first third of the inspiration window ) starts.
  • gas can be saved significantly.
  • the consumption of 6 bottles of oxygen can be reduced to 2 bottles of oxygen for the southern route of Mount Everest, for example.
  • ambient air Due to the pressure difference in the cavity 11 caused by inhalation, ambient air is additionally sucked in through the passive respiratory gas conditioning element 8 and into the cavity 11 .
  • the cold ambient air flows at a temperature T1 through the opening 20 into the passive respiratory gas conditioning element 8.
  • the ambient air at the temperature T1 flows through the conditioning insert 14 and is heated to a temperature T2.
  • the heated ambient air then flows through the filter 29 and enters the cavity 11 via the opening 21.
  • the ambient air which has been heated to the temperature T2, mixes in the cavity 11 with the gas or gas mixture from the compressed gas cylinder 2 and is carried by the person 9 inhaled. Because the ambient air is preheated to the temperature T2, the person 9 has to expend less energy to heat it to 37° C. with their respiratory organs.
  • the passive respiratory gas conditioning element 8 After the passive respiratory gas conditioning element 8 has been inserted into the high-altitude mask 1, it takes a certain amount of time for the conditioning insert 14 to be “charged” with thermal energy and/or moisture. For this purpose, a certain number of breathing cycles is necessary, as can be seen from FIG. It is about this around an asymptotic curve. In the state of maximum “charging” the conditioning insert 14 can deliver a maximum amount of thermal energy to the ambient air that is drawn in.
  • the diffuser 31 is connected to the height mask 1.
  • FIG. The diffuser 31 is connected to the second passage opening 13 and replaces the passive breathing gas conditioning element 8.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional view of the altitude mask 1 and the diffuser 31 attached to it.
  • the housing 16 of the diffuser 31 essentially corresponds to that of the passive respiratory gas conditioning element 8.
  • the pneumatic resistance of the diffuser 31 should essentially correspond to that of the passive breathing gas conditioning element 8 so that the pressure sensor of the flow controller when using the diffuser 31 during inspiration same pressure drop detected.
  • the flow cross section of the perforated plate 27 of the diffuser 31 is therefore adjusted accordingly. This is achieved by reducing the number of holes and/or by reducing the diameter of the perforated plate 27. This ensures that the negative pressure in the cavity 11 with a connected diffuser 31 essentially corresponds to the negative pressure in the cavity 11 with a connected passive respiratory gas conditioning element 8 .
  • the flow regulator 4 does not recognize any difference, so that the supply of gas or gas mixture can also be regulated when using a diffuser.
  • the mask body 6 has an additional, third passage opening 13a to ensure that respiratory gas is discharged from the cavity 11 to the environment and/or to ensure that ambient air enters the cavity 11 .
  • An additional passive respiratory gas conditioning element 8 is connected to this passage opening 13a.
  • the passive respiratory gas conditioning element 8 connected to it and the mask body 6 have the same features as the first embodiment of the high-altitude mask 1.
  • a flow indicator 34 which has a light source 35, for example an LED. It is intended to emit an optical signal via the light source 35 when gas is supplied via the supply hose 5 to the altitude mask 1 .
  • the flow indicator 34 is preferably located in or on the supply hose 5.
  • the flow indicator 34 can have an impeller (not shown in FIG. 11), which is driven by the flow and causes the light source 35 to light up via an electronic circuit.
  • This configuration has the advantage that the user can determine with certainty, even in very adverse weather conditions, whether or not oxygen is being supplied via the gas line 3 from the compressed gas bottle 2 . Otherwise, the configuration of FIG. 11 corresponds to the exemplary embodiments previously described.
  • the flow indicator 34 can also be a so-called “pneumatic indicator”.
  • a pneumatic indicator is a flow indicator using a float, which is in an ON position when there is a flow and in an OFF position when there is no flow within a transparent container, eg a Plexiglas tube.
  • 12 shows a further embodiment of the altitude mask according to the invention, in which a communication module 33 is used in place of a passive respiratory gas conditioning element 8 in the area of a lateral passage opening.
  • the communication module 33 allows communication with a base module 36, which is worn by the user on the body, e.g. on the arm, or is installed in an external infrastructure (e.g. a radio device permanently installed in a glider or helicopter).
  • the communication module 33 has a microphone (not shown in Fig. 12), audio signal processing and a radio module with an antenna for wireless transmission of audio data to the base module 36.
  • the communication module 33 is fixed in the same way as when the respiratory gas conditioning element is fixed 8.
  • the flow indicator 34 described in FIG. 11 can optionally be provided. Instead of the wireless transmission of sound data shown in FIG. 12, wired transmission (not shown in FIG. 12) to the base module 36 can also be provided.
  • the height mask 1 according to the invention can be used in a wide variety of applications. So the height mask 1, for example, as
  • High mountain mask especially high mountain expedition mask, - helicopter pilot mask
  • the high-altitude mask 1 can also be used as an emergency mask for flight passengers and cabin crew in commercial aviation and as a protective mask in an oxygen-reduced atmosphere (e.g. for industrial use, in special security facilities such as security camps, for military use or when used in submarines).
  • an oxygen-reduced atmosphere e.g. for industrial use, in special security facilities such as security camps, for military use or when used in submarines.
  • nasal cannula can be provided instead of the height mask or the mask body thereof be.
  • oxygen is supplied to the user via the nasal cannula.
  • Functional elements that were positioned in the second or third passage opening in the previously described designs are eliminated.
  • all features with regard to the oxygen supply and the control thereof are still provided in this embodiment.

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Abstract

Höhen-Maske (1) umfassend einen Maskenkörper (6), insbesondere aus flexib¬ lem Material, welcher einen Hohlraum (11) aufweist, der Mund und Nase einer die Höhen-Maske (1) tragenden Person bedeckt, eine Halteeinrichtung (19) zur Fixierung des Maskenkörpers (6) an der die Höhen-Maske (1) tragenden Person (9), eine erste Durchgangsöffnung (12) im Maskenkörper (6) zur Gewährleistung der Zuführung von Gas aus einer Gasversorgung, sowie mindestens eine zweite Durchgangsöffnung (13), wobei im Bereich der zweiten Durchgangsöffnung (13) ein Funktionsmodul oder ein passives Atemgaskonditionierelement (8) an dem Maskenkörper (6) vorgesehen ist, welches in den Hohlraum (11) eintretende Umgebungsluft erwärmt und/oder anfeuchtet.

Description

Höhen-Maske sowie tragbare Atemgasversorgungseinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Höhen-Maske gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine tragbare Atemgasversorgungseinrichtung umfassend eine entsprechende Höhen-Maske gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 22.
Technologischer Hintergrund
Eine Höhen-Maske ist eine Atemmaske, die in größeren Höhen und/oder bei verminderter Sauerstoffkonzentration der Umgebungsluft zum Einsatz kommt. Höhen-Masken sind vielfältig verwendbar. Höhen-Masken werden z. B. beim Höhenbergsteigen oder Extrembergsteigen benutzt.
Als Höhenbergsteigen oder Extrembergsteigen bezeichnet man Bergsteigen in großen Höhen. Mit zunehmender Höhe reduziert sich der Luftdruck, sodass dem Körper weniger Sauerstoff zur Verfügung steht. So steht beispielsweise auf einer Höhe von 8.000 m nur noch ein Drittel des Sauerstoffs auf Meereshöhe zur Ver- fügung. Der Sauerstoffmangel kann zu der sogenannten Höhenkrankheit führen. Bei untrainierten Bergsteigern können erste Symptome wie Kopfschmerzen oder Müdigkeit schon auf einer Höhe von 2.500 m auftreten. Ab einer Höhe von 7.000 m bis 7.500 m beginnt die „Todeszone“, in welcher ein Überleben von trainierten Bergsteigern ohne Sauerstoffversorgung nur wenige Tage möglich ist.
Deshalb greifen mit Beginn der „Todeszone“ viele Extrembergsteiger auf eine künstliche Sauerstoffversorgung zurück. Hierfür werden Sauerstoffflaschen und Beatmungsmasken mitgeführt, welche eine kontinuierliche Sauerstoffversorgung gewährleisten und so einer Sauerstoffunterversorgung entgegenwirken. Der zu- meist reine Sauerstoff der Sauerstoffflaschen wird bei der Einatmung mit der Umgebungsluft gemischt. Druckschriftlicher Stand der Technik
Aus www.summitoxygen.com ist eine Hochgebirgsexpeditions-Maske gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Es handelt sich hierbei um das Mo dell „Himalayan Facemask“ für Expeditionsbergsteigen bzw. Höhenbergsteigen. Diese Atemmaske umfasst einen Maskenkörper, welcher über Tragegurte am Kopf eines Bergsteigers befestigt werden kann. Direkt an der Atemmaske befin det sich ein Sauerstoff-Reservoir, welches mit einem Schlauch mit einer Sauer stoffflasche verbunden ist. Wenn der Bergsteiger einatmet, strömt Sauerstoff aus dem Sauerstoff-Reservoir in seine Lunge. Wenn der Bergsteiger ausatmet, strömt die ausgeatmete Luft über ein Ausatemventil aus dem Maskenkörper ins Freie. Währenddessen füllt sich das Sauerstoff-Reservoir wieder mit Sauerstoff aus der Sauerstoffflasche.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Höhen-Maske sowie eine tragba re Atemgasversorgungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, welche jeweils zu einer Reduzierung der körperlichen Belastung in großen Höhen beitragen.
Lösung der Aufgabe
Die vorstehende Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Höhen-Maske durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bei der tragbaren Atemgasversorgungsein richtung durch die Merkmale des Anspruchs 22 gelöst. Zweckmäßige Ausgestal tungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Die Umgebungsluft in sehr großen Höhen kann Temperaturen bis zu -50 °C auf weisen. Das Gasgemisch aus Umgebungsluft und Sauerstoff muss vom Körper bei der Einatmung auf eine Temperatur von 37 °C konditioniert werden. Für die Konditionierung des Atemgases bei diesen tiefen Temperaturen benötigt der Körper sehr viel Energie, was zu einer zusätzlichen hohen körperlichen Belas tung des Nutzers bzw. Extrem bergsteigers führen kann. Erfindungsgemäß wird das ausgeatmete, warme Atemgas durch ein passives Atemgaskonditionierele ment geleitet, bevor es aus der Maske in die Umgebung austritt. Das passive Atemgaskonditionierelement wird somit mit zunehmenden Atemzyklen durch das ausgeatmete Atemgas allmählich mit Wärmeenergie und/oder Feuchtigkeit „auf geladen“. Mit Hilfe dieser aufgeladenen Wärmeenergie bzw. Feuchtigkeit wird eingeatmete, sehr kalte bzw. trockene Umgebungsluft in dem passiven Atemgas konditionierelement erwärmt bzw. angefeuchtet, bevor sie in den Hohlraum der Höhen-Maske und in die Atemwege einströmt. Hierdurch kann eine zusätzliche körperliche Belastung des Nutzers bzw. Extrembergsteigers aufgrund einer an sonsten zusätzlich erforderlichen Erwärmung bzw. Anfeuchtung von Umgebungs luft mit sehr niedriger Temperatur in den Atemwegen wirksam vermieden werden. Die Erfindung ermöglicht somit eine wirksame Reduzierung der körperlichen Be- lastung eines Bergsteigers in großer Höhe bzw. bei sehr niedrigen Umgebungs temperaturen. Im maximal mit Wärmeenergie bzw. Feuchtigkeit „aufgeladenen“ Zustand des passiven Atemgaskonditionierelements gibt dieses vorzugsweise in etwa die Wärmeenergie bzw. Feuchtigkeit an die eingeatmete Umgebungsluft ab, welche das passive Atemgaskonditionierelement dem ausgeatmeten Atemgas entzieht. Alternativ kann im Bereich der zweiten Durchgangsöffnung anstelle des passiven Atemgaskonditionierelements ein Funktionsmodul angebracht sein.
Vorteilhafterweise kann die Höhen-Maske eine dritte Durchgangsöffnung zur Gewährleistung der Abgabe von Atemgas aus dem Hohlraum an die Umgebung und/oder zur Gewährleistung des Eintritts von Umgebungsluft in den Hohlraum des Maskenkörpers umfassen. Durch eine dritte Durchgangsöffnung wird eine Möglichkeit geschaffen, ein zusätzliches Atemgaskonditionierelement an dem Maskenkörper zu verwenden. Demzufolge können am Maskenkörper somit zwei Atemgaskonditionier-elemente parallelgeschaltet werden. Hierdurch wird der Vor- teil erreicht, dass der Gesamtwiderstand des Flows an durch das jeweilige Atem gaskonditionierelement eintretender Umgebungsluft beim Einatmen durch den Nutzer bzw. Bergsteiger im Vergleich zur Verwendung von nur einem Atemgas konditionierelement halbiert wird. Der Widerstand halbiert sich somit und ist für den Nutzer bzw. Bergsteiger somit nicht so hoch, wie bei Verwendung von nur einem Atemgaskonditionierelement. Dies erleichtert die Atmung einer die Höhen- Maske tragenden Person. Gleichzeitig bewirkt das zusätzliche Atemgaskonditio nierelement eine zusätzliche Erwärmung bzw. Anfeuchtung der eingeatmeten Umgebungsluft.
Atmet der Nutzer bzw. Bergsteiger ein, so bewirkt dies aufgrund des durch den oder die Atemgaskonditionierelemente begründeten Strömungswiderstand einen vorher festgelegten Wert eines Druckabfalls (d.h. einen Druckabfall zu einem Referenzdruck von z. B. -0,3 mbar). Diesen Druckabfall erkennt ein Differenz drucksensor der Steuerung der Gasversorgung und gibt den Gasflow von der Gasversorgung durch Schalten eines Ventils frei. Dieser Druckabfall triggert so mit die Steuerung der Zufuhr von Gas aus der Gasversorgung (Gasflasche). Dadurch, dass an der Höhen-Maske Anschlussmittel an der ersten Durchgangs öffnung und/oder zweiten Durchgangsöffnung und/oder dritten Durchgangsöff nung vorgesehen sind, kann das passive Atemgaskonditionierelement z. B. im Wechsel mit anderen Funktionsmodulen an die Höhen-Maske bzw. an deren Maskenkörper angeschlossen oder von dieser bzw. diesem gelöst werden. Hier- durch ist es möglich, im Bedarfsfall ein passives Atemgaskonditionierelement durch einen Diffusor zu ersetzen.
Vorteilhafterweise ist das passive Atemgaskonditionierelement als auf den Mas kenkörper aufsteckbares Clamp-on Modul konzipiert. Das passive Atemgaskondi- tionierelement kann somit als modularer Einsatz in die betreffende Durchgangs öffnung, beispielsweise in Tausch zu einem Blinddeckel, einem Diffusoreinsatz, einem Kommunikationsmodul, oder anderem, eingesetzt werden.
Vorzugsweise umfassen die Anschlussmittel der ersten Durchgangsöffnung und/oder die Anschlussmittel der zweiten Durchgangsöffnung und/oder die An schlussmittel der dritten Durchgangsöffnung einen, vorzugsweise werkzeuglos und/oder manuell, lösbaren Verbindungsmechanismus. Zweckmäßigerweise ist als lösbarer Verbindungsmechanismus ein Bajonettver schluss vorgesehen.
Vorzugsweise umfasst das passive Atemgaskonditionierelement ein Gehäuse, in dem sich ein jeweils beidseitig bzw. bidirektional strömungsdurchlässiger Kondi tionierungseinsatz zum Anwärmen und/oder Befeuchten von Atemgas befindet. Vorteilhafterweise umfasst der Konditionierungseinsatz ein poröses Material wie z. B. Wellpapier oder Kunststoffschaum, vorzugsweise einen Polyurethan (PU)- Schaum. Hierbei ist der Konditionierungseinsatz bzw. dessen Material vorzugs- weise so ausgebildet und/oder angeordnet, dass es zwar durchströmbar, aber gleichzeitig die Wärmeenergie bzw. Feuchte der Ausatemluft beispielsweise durch Luft in eingeschlossenen Hohlräumen und/oder durch eine Erwärmung des Materials speichert. Insbesondere kann der Konditionierungseinsatz bzw. dessen Material einen niedrigen pneumatischen Widerstand aufweisen. Vorzugsweise kann es sich bei dem passiven Atemgaskonditionierelement um einen sog. HME- Einsatz handeln.
Indem das Gehäuse des passiven Atemgaskonditionierelements mehrteilig, vor zugsweise zweiteilig sein kann, wird es möglich, den Konditionierungseinsatz zu wechseln, wenn dieser beschädigt oder verbraucht ist. Vorzugsweise umfasst das Gehäuse zwei Gehäuseteile, z. B. in Form von Gehäuseschalen.
Vorteilhafterweise sind die Gehäuseteile über einen Verbindungsmechanismus, vorzugsweise einen Rastmechanismus, verbindbar. Hierdurch wird eine einfache Verbindungsmöglichkeit geschaffen, welche im Bedarfsfall auch während des Einsatzes gelöst werden kann.
Dadurch, dass das passive Atemgaskonditionierelement einen, vorzugsweise zwischen dem Wärmetausch- bzw. Befeuchterereinsatz und einer zum Hohlraum hinweisenden Öffnung angeordneten, insbesondere membranartigen, Filter, um fasst, wird verhindert, dass Materialbestandteile des Atemgaskonditionierele ments in die Atemwege und/oder die Lunge gelangen können. Dadurch, dass ein an eine Durchgangsöffnung anschließbarer Gasanschlussa dapter vorgesehen ist, kann die Höhen-Maske in einfacher Weise an die Gasver sorgung angeschlossen werden. Die Gasversorgung umfasst eine Druckgasfla sche, welche vorzugsweise mit Sauerstoff oder einem Sauerstoffgemisch befüllt ist. Vorteilhafterweise ist eine zum Hohlraum hin gewandte Öffnung des Gasan schlussadapters kegelförmig, sodass sich der Strömungsdurchmesser zum Hohl raum hin vergrößert. Dadurch wird der Strömungsquerschnitt des Gases oder Gasgemisches vergrößert und die Strömungsgeschwindigkeit in den Hohlraum hinein verlangsamt. Hierdurch wird ein hartes und unangenehmes Anströmen auf das Gesicht vermieden.
Indem der Gasanschlussadapter ein Ein-Wege-Ventil, vorzugsweise ein Rück schlagventil, umfasst, wird sichergestellt, dass Gas oder Gasgemisch aus der Gasversorgung lediglich in Richtung des Hohlraums der Höhen-Maske strömen kann. Das Ein-Wege-Ventil öffnet insbesondere bei einem durch Einatmung in duzierten Unterdrück im Hohlraum der Höhen-Maske. Es schließt sich selbsttätig, wenn kein Unterdrück im Hohlraum mehr vorliegt, wie es bei der Ausatmung der Fall ist. Dadurch, dass der Gasanschlussadapter einen lösbaren Kupplungsmechanis mus umfasst, kann die Gasversorgung bei Bedarf rasch von diesem gelöst wer den. Bei Bedarf kann die Gasversorgung von der Höhen-Maske mit einem einfa chen Handgriff getrennt werden, falls diese nicht benötigt wird. Vorteilhafterweise ist der Kupplungsmechanismus eine sog. Rectus-Verschlusskupplung. Diese verschließt die getrennten Verbindungselemente der Verschlusskupplung selbst tätig, wenn die Verschlusskupplung getrennt wird. Somit müssen keine zusätzli chen verlierbaren oder in einer Notsituation ggf. schwer auffindbaren Verschlus selemente für die Gasversorgung bzw. für die Maske mitgeführt und verwendet werden.
Der lösbare Kupplungsmechanismus des Gasanschlussadapters kann entweder direkt an der Höhen-Maske angeordnet sein oder aber sich am Ende eines fest an der Höhen-Maske angebrachten Schlauchstücks befinden. Vorteilhafterweise ist ein an eine Durchgangsöffnung anschließbarer Diffusor vorgesehen. Der Diffusor ermöglicht einerseits, dass ausgeatmetes Atemgas durch ihn hindurch an die Umgebung abgegeben werden kann, andererseits lässt er beim Einatmen das Einströmen von Luft aus der Umgebung in die Maske zu. Atmet der Nutzer bzw. Bergsteiger ein, so entsteht aufgrund des pneumati schen Widerstands des Diffusors innerhalb der Maske ein Druckabfall d.h. eine Druckdifferenz (z.B. -0,3 mbar), den bzw. die der Differenzdrucksensor der Steu erung erkennt und den Gasflow aus der Gasversorgung durch Schalten des Ven- tils freigibt. Dieser Druckabfall triggert auf diese Weise die Steuerung der Zufuhr von Gas aus der Gasversorgung (Gasflasche). Der Diffusor dient somit dazu, innerhalb der Maske den Druckabfall bzw. Differenzdruck zu gewährleisten, wenn der Bergsteiger einatmet. Hierdurch kann ein Durchflussregler erkennen, wenn der Bergsteiger einatmet und die Zufuhr von Gas oder Gasgemisch aus der Gas- Versorgung freigeben. Ferner kann auch der Diffusor einen Filter umfassen, wel cher Partikel aus der Umgebungsluft herausfiltert.
Vorteilhafterweise weisen der Diffusor und/oder das passive Atemgaskonditionie relement zum Einstellen des pneumatischen Widerstandes je eine zum Hohlraum hin orientierte Lochplatte auf. Durch eine Veränderung des Durchströmungsquer schnittes der Lochplatte, z. B. mittels einer Änderung der Lochdurchmesser und/oder der Anzahl der Löcher, kann der pneumatische Widerstand der Loch platte Diffusor- bzw. Wärmetauscher-spezifisch und damit der bei der Inspiration auftretende Druckabfall eingestellt werden.
Indem der pneumatische Widerstand des Diffusors zumindest im Wesentlichen dem pneumatischen Widerstand des passiven Atemgaskonditionierelements ent spricht, wird bei der Einatmung durch den Diffusor im Hohlraum der Atemmaske die Druckdifferenz erzeugt, welcher im Wesentlichen der Druckdifferenz ent- spricht, welche bei der Einatmung durch das passive Atemgaskonditionierele ment erzeugt wird. Somit erkennt der Durchflussregler keinen Unterschied, wenn während des Einsatzes ein Diffusor durch ein Atemgaskonditionierelement an der Maske ersetzt wird. Vorzugsweise weisen bzw. weist der Diffusor und/oder das passive Atemgas konditionierelement eine Auslassöffnung auf, die zur Umgebung hin durch eine nach unten offene Abdeckung abgedeckt ist. Hierdurch wird vermieden, dass während des Gebrauchs oder z. B. bei Sturm, Wasser-, Schnee- oder Eispartikel in den Diffusor und/oder das passive Atemgaskonditionierelement gelangen kön nen und diesen verstopfen. Ferner strömt das relative warme, ausgeatmete Atemgas durch die nach unten offene Abdeckung nach unten aus dem Diffusor bzw. dem passiven Wärmetauscher hinaus. Hierdurch kann ausgeatmetes Atemgas nicht den Bereich der Brille des Nutzers bzw. Bergsteigers erreichen, wodurch ein Beschlagen der Brille wirksam vermieden wird.
Vorzugsweise befindet sich zwischen dem Diffusor und/oder dem passiven Atemgaskonditionierelement und/oder dem Gasanschlussadapter und dem Mas- kenkörper eine umlaufende Dichtung.
Dadurch, dass am Maskenkörper und am Diffusor und/oder am passiven Atem gaskonditionierelement und/oder am Gasanschlussadapter aufeinander bezoge ne Positionsmarkierungen vorgesehen sind, kann vom Bergsteiger eine verriegel- te und nichtverriegelte Position des Diffusors und/oder passiven Wärmetauschers identifiziert werden.
Vorteilhafterweise umfassen bzw. umfasst der Diffusor und/oder das passive Atemgaskonditionierelement und/oder der Gasanschlussadapter eine, insbeson- dere als Steg ausgebildete, Positionierungs- und/oder Befestigungshilfe. Die Po sition des Stegs kann somit vom Nutzer bzw. Bergsteiger auch haptisch überprüft werden. Hierdurch wird eine besonders einfache und sichere Befestigung bzw. Positionierung des Diffusors und/oder des Wärmetauschers ermöglicht. Vorteilhafterweise umfasst der Maskenkörper entlang seines äußeren Randes, eine am Gesicht des Nutzers bzw. Bergsteigers anliegende umlaufende Dich tung. Diese dichtet bei anliegender Maske den Hohlraum gegenüber der Umge bung ab und trägt somit ebenfalls dazu bei, dass sich die Druckdifferenz inner- halb der Maske beim Einatmen sicher einstellt. Dieser Bereich kann vorzugswei se aus einem weicheren Material als der restliche Maskenkörper bestehen. Alter nativ oder zusätzlich kann die Dichtung auch durch eine bestimmte Formgebung des Randes des Maskenkörpers gebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann im Be reich der zweiten Durchgangsöffnung anstelle des passiven Atemgaskonditionier elements als Funktionsmodul ein Kommunikationsmodul angeordnet sein, wel chen den Nutzer es ermöglicht, eine Sprachkommunikation, beispielsweise mit den weiteren Teilnehmern einer Bergsteigergruppe, vorzunehmen. Alternativ zu der zweiten Durchgangsöffnung kann als Funktionsmodul beispielsweise das Kommunikationsmodul auch in der dritten Durchgangsöffnung untergebracht sein. Somit erlaubt es die erfindungsgemäße Höhen-Maske die vorgenannten Durchgangsöffnungen auch für einen Wechsel unterschiedlicher Funktionsele- mente zu nutzen. Bei dem Kommunikationsmodul kann es sich um ein drahtge bundenes oder drahtloses Kommunikationsmodul handeln, welches beispiels weise mit einer am Körper zu tragenden Kommunikationseinrichtung (Funkgerät) oder mit einer in externer Infrastruktur untergebrachter Kommunikationseinrich tung (z. B. einem in einem Segelflugzeug oder Helikopter fest verbauten Funkge- rät) verbunden ist.
Zweckmäßigerweise kann an der Höhen-Maske ein optischer und/oder akusti scher Flowindikator vorgesehen sein, der ein optisches und/oder akustisches Signal ausgibt, wenn ein Flow von Gas aus der Gasversorgung zur Höhen- Maske stattfindet. Der Flowindikator ist von besonderer Bedeutung, da es auf grund von Extremeinflüssen (Windgeräuschen usw.) extrem schwierig sein kann, lediglich anhand eines Strömungsgeräusches festzustellen, ob eine Gasversor gung stattfindet oder nicht. Zweckmäßig kann es sich bei der erfindungsgemäßen Höhen-Maske insbeson dere um eine Hochgebirgs-Maske, insbesondere Hochgebirgsexpeditions-Maske, eine Helikopterpiloten-Maske, eine Gleitschirmflieger- oder Fallschirmspringer-Maske, eine Ballonfahrer-Maske, eine Segelflieger-Maske, oder um eine Notfall-Maske für Flugpassagiere und/oder Kabinenpersonal - eine Schutz-Maske bei Aufenthalt in sauerstoffreduzierter Atmosphäre (z.B. bei industriellem Einsatz, in besonderen Sicherungseinrichtungen, wie z.B. Sicherheitslager, bei militärischem Einsatz oder bei einem Einsatz in U- Booten) handeln. Für all diese Anwendungsbereiche gewährleistet die erfindungsgemäße Höhen-Maske ganz besondere Vorteile.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine tragbare Atemgasversorgungseinrich tung zur Versorgung einer Person mit einem Gas oder einem Gasgemisch bei einem reduzierten Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft bzw.in großer Höhe, wie z.B. bei einer Hochgebirgsexpedition, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 22, umfassend eine Höhen-Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 21.
Zweckmäßigerweise schaltet der Durchflussregler den Zufluss (Flow) von aus der Gasversorgung stammenden Gas oder Gasgemisch zur Höhen-Maske ab hängig von der in der Maske sich durch die Einatmung (Inspiration) einstellenden Druckdifferenz (z.B. -0,3 mbar). Eine Zufuhr von der Gasversorgung erfolgt somit lediglich im Wesentlichen während der Inspirationsphase, d.h. in Abhängigkeit der Atemfrequenz, frei. Hierdurch kann der Gasfluss an die Atemtätigkeit und an die körperliche Belastung des Nutzers, z.B. des Extrembergsteigers angepasst werden. Hierdurch kann der Verbrauch an Gas aus der Gasversorgung erheblich eingeschränkt werden. Als Folge davon genügen kleinere und leichtere Glasfla schen. Hierbei kann der Zufluss von Gas für eine Zeitspanne geöffnet werden, die kürzer ist als die Dauer der Inspirationsdauer, vorzugsweise kürzer als die Hälfte der Inspirationsdauer, und/oder die im Wesentlichen im Anfangsbereich der Inspirati- on (z. B. im ersten Drittel des Inspirationsfensters) einsetzt. Dadurch kann Gas erheblich eingespart werden
Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen kann z.B. für die Südroute des Mount Everest der Verbrauch von 6 Flaschen Sauerstoff auf 2 Flaschen Sauerstoff re duziert werden. Gleichzeitig erfolgt eine wesentlich bessere Oxygenierung des Bergsteigers.
Vorzugsweise ist als Gasversorgung eine Druckgasflasche vorgesehen.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Abwandlung kann statt der Höhen-Maske bzw. des Maskenkörpers derselben lediglich eine sogenannte Nasenbrille vorgesehen sein. Hierbei findet somit lediglich eine Sauerstoffzufuhr zum Nutzer über die Nasenbrille statt. Funktionselemente, die bei den vorher beschriebenen Ausge- staltungen in der zweiten oder dritten Durchgangsöffnung positioniert waren, fal len weg. Sämtliche Merkmale hinsichtlich der Sauerstoffversorgung bzw. der Steuerung derselben sind bei dieser Ausgestaltung jedoch weiterhin vorgesehen. Beschreibung der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
Nachstehend werden zweckmäßige Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung näher beschrieben. Wiederkehrende Bezugszeichen werden der Übersichtlichkeit halber lediglich mit einem Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
Fig. 1 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung der tragbaren Atemgasversorgungseinrichtung mit einer Schnittdarstellung der er findungsgemäßen Höhen-Maske gemäß einer ersten Ausgestaltung; Fig. 2a eine stark vereinfachte, schematische Schnittdarstellung der erfin dungsgemäßen Höhen-Maske ohne passivem Atemgaskonditionie relement und Gasanschlussadapter gemäß Fig. 1; Fig. 2b eine stark vereinfachte, schematische Schnittdarstellung der erfin dungsgemäßen Höhen-Maske mit passivem Atemgaskonditionie relement und Gasanschlussadapter gemäß Fig. 1; Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Höhen- Maske gemäß Fig. 1 in Vorderansicht;
Fig. 4 eine vereinfachte, schematische Schnittdarstellung der erfindungs gemäßen Höhen-Maske gemäß Fig. 1;
Fig. 5 ein Diagramm der gespeicherten Wärmeenergie und gespeicherten Feuchte innerhalb des passiven Atemgaskonditionierelements;
Fig. 6 eine schematische Darstellung der Höhen-Maske mit einem einge setzten Diffusor in Vorderansicht;
Fig. 7 eine vereinfachte, schematische Schnittdarstellung der Höhen-Maske gemäß Fig. 6; Fig. 8a eine stark vereinfachte, schematische Schnittdarstellung der erfin dungsgemäßen Höhen-Maske ohne passivem Atemgaskonditionie relement und Gasanschlussadapter gemäß einer zweiten Ausgestal tung; Fig. 8b eine stark vereinfachte, schematische Schnittdarstellung der erfin dungsgemäßen Höhen-Maske gemäß Fig. 8a mit passivem Atem gaskonditionierelement und Gasanschlussadapter;
Fig. 9 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Höhen- Maske gemäß Fig. 8a in Vorderansicht; Fig. 10 eine Graphik des Flows an Gas aus der Gasversorgung in die Maske über der Zeit (Fig. 10a) sowie eine Graphik der Druckdifferenz in der Maske über der Zeit; Fig. 11 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung der er findungsgemäßen Höhen-Maske in Vorderansicht; sowie
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Höhen-Maske mit einem Kommunikationsmodul im Bereich der zwei ten Durchgangsöffnung.
Bezugszeichen 25 in Fig. 1 bezeichnet eine tragbare Atemgasversorgungsein richtung zur Versorgung einer (nicht in Fig. 1 dargestellten) Person mit einem Gas oder einem Gasgemisch z.B. bei einer Hochgebirgsexpedition. Die Atem gasversorgungseinrichtung 25 umfasst die erfindungsgemäße Höhen-Maske 1, eine Druckgasflasche 2 als Gasversorgung und ein Versorgungssystem 24.
Die Druckgasflasche 2 ist über einen Druckminderer 22 mit dem Versorgungs system 24 verbunden. Die Druckgasflasche 2 ist mit einem Gas oder Gasge- misch, insbesondere mit Sauerstoff oder einem Sauerstoffgemisch, befüllt. Die Druckgasflasche ist vorzugsweise aus einem besonders leichten Material gefer tigt, beispielsweise aus faserverstärktem Kunststoff oder Aluminium.
Das Versorgungssystem 24 verbindet die Druckgasflasche 2 mit der Höhen- Maske 1 und umfasst eine Gasleitung 3, einen Durchflussregler 4 und einen Zu führungsschlauch 5. Das in der Druckgasflasche 2 gespeicherte Gas oder Gas gemisch wird über die Gasleitung 3 zu dem Durchflussregler 4 geleitet. Über den Zuführungsschlauch 5 wird das Gas oder das Gasgemisch von dem Durchfluss regler 4 zu einem Gasanschlussadapter 7 der Höhen-Maske 1 geleitet. Der Durchflussregler 4 kann alternativ direkt an dem Gasanschlussadapter 7 ange bracht sein oder sogar in diesen integriert sein. Der Durchflussregler 4 steuert den Gasfluss hin zu der Höhen-Maske 1. Hierbei passt der Durchflussregler 4 den Gasfluss an die Atemtätigkeit der die Höhen- Maske 1 tragenden Person 9 an. So wird die Zuführung des Gases oder Gasge misches von der Druckgasflasche 2 zu der Höhen-Maske 1 während der Inspira tionsphase der Person 9 freigeschaltet. Somit wird die Zuführung des Gases oder Gasgemisches in Abhängigkeit der Atemfrequenz der Person 9 gesteuert. Bei einer hohen körperlichen Belastung atmet die Person 9 mit einer erhöhten Atem frequenz. Dies wird von dem Durchflussregler 4 erkannt, wodurch die Gaszufuhr an die körperliche Belastung der Person 9 angepasst wird. Zudem kann die Menge des Gasflusses durch den Durchflussregler 4 geregelt und bei einer ho hen körperlichen Belastung der Person 9 mehr Gas oder Gasgemisch zur Verfü gung gestellt werden. Hierdurch wird das Gas oder Gasgemisch nur bedarfsge recht freigeschaltet, wodurch dieses effektiv eingespart werden kann.
Der Durchflussregler 4 wird durch einen Druckabfall beim Atmen getriggert. Hier zu umfasst der Durchflussregler 4 einen (in Fig. 1 nicht gezeigten) Drucksensor, welcher den beim Einatmen im Hohlraum 11 der Maske 1 entstehenden Druck abfall (z.B. -0,3 mbar) erfasst und ein entsprechendes Signal erzeugt, bei dem der Durchflussregler 4 ein (in Fig. 1 nicht gezeigtes) Ventil öffnet und den Zufluss von Gas zur Maske 1 für eine gewisse Zeitspanne ermöglicht.
Die Höhen-Maske 1 umfasst nach einer ersten Ausgestaltung gemäß Fig. 1 bis 4 einen Maskenkörper 6 mit einem Hohlraum 11. Der Maskenkörper 6 ist vorzugs weise aus flexiblem Material gefertigt und bedeckt Mund und Nase der die Hö hen-Maske 1 tragenden Person 9.
Der Maskenkörper 6 umfasst gemäß Fig. 2a eine erste Durchgangsöffnung 12, welche die Zuführung von Gas oder einem Gasgemisch aus der Druckgasflasche 2 gewährleistet. An die erste Durchgangsöffnung 12 ist gemäß Fig. 2b der Gas anschlussadapter 7 angeschlossen. Der Gasanschlussadapter 7 kann ein (in den Figuren nicht dargestelltes) Rückschlagventil aufweisen, welches während der Inspirationsphase geöffnet und während der Exspirationsphase geschlossen ist. Hierdurch wird ein Gasfluss aus dem Hohlraum 11 über den Gasanschlussadap- ter 7 in Richtung des Versorgungssystems 24 und/oder der Gasversorgung wäh rend der Exspirationsphase verhindert. Alternativ kann die erste Durchgangsöff nung 12 auch durch einen (in den Figuren nicht gezeigten) in den Maskenkörper 6 integrierten Gasanschluss realisiert sein.
Des Weiteren umfasst der Maskenkörper 6 gemäß Fig. 2a eine zweite Durch gangsöffnung 13, welche die Abgabe von Atemgas aus dem Hohlraum 11 an die Umgebung und den Eintritt von Umgebungsluft in den Hohlraum 11 des Masken körpers 6 gewährleistet. An die zweite Durchgangsöffnung 13 ist gemäß Fig. 2b ein passives Atemgaskonditionierelement 8 angeschlossen, welches dem beim Ausatmen aus dem Hohlraum 11 durch die zweite Durchgangsöffnung 13 aus strömendem Atemgas Wärmeenergie und/oder Feuchte entzieht und diese Wär meenergie und/oder Feuchte oder zumindest einen Anteil davon beim Einatmen von Umgebungsluft durch die zweite Durchgangsöffnung 13 in den Hohlraum 11 wieder der einströmenden Umgebungsluft zuführt.
Die erste Durchgangsöffnung 12 und die zweite Durchgangsöffnung 13 können gemäß Fig. 2a und 2b Anschlussmittel mit einem werkzeuglos und/oder manuell lösbaren Verbindungsmechanismus 17 umfassen. Beispielsweise kann es sich bei dem Verbindungsmechanismus 17 um einen Bajonettverschluss handeln. Hierdurch wird eine besonders einfache Verbindungsmöglichkeit geschaffen. Dies ermöglicht ein besonders einfaches Entfernen bzw. Verbinden des an der ersten und/oder zweiten Durchgangsöffnung 12, 13 angebrachten passiven Atemgaskonditionierelements 8 und/oder Gasanschlussadapters 7 auch während des Einsatzes in großen Höhen. Hierdurch kann das passive Atemgaskonditio nierelement 8 mit einem Diffusor 31 getauscht werden.
An der ersten und zweiten Durchgangsöffnung 12, 13 des Maskenkörpers 6 sind gemäß Fig. 3 Positionsmarkierungen 32 angebracht. Derartige Positionsmarkie- rungen 32 sind auch am passiven Atemgaskonditionierelement 8 und/oder am Gasanschlussadapter 7 vorgesehen. Wenn die Positionsmarkierungen 32 des Maskenkörpers 6 und des Atemgaskonditionierelements 8 bzw. des Gasan schlussadapters 7 aufeinander zeigen, zeigt dies an, dass das Atemgaskonditio- nierelement 8 und/oder der Gasanschlussadapter 7 verriegelt oder dass diese(r) in einer nichtverriegelten Position sind bzw. ist, in welcher diese(r) entnommen werden können bzw. kann. Dies ermöglicht eine einfache Kontrolle, ob das Atemgaskonditionierelement 8 und/oder der Gasanschlussadapter 7 ordnungs- gemäß am Maskenkörper 6 befestigt wurde(n).
Das passive Atemgaskonditionierelement 8 und der Gasanschlussadapter 7 um fassen eine Positionierungs- und/oder Befestigungshilfe 30, mit welcher diese besonders einfach an dem Maskenkörper 6 befestigt werden können. Die Positi- onierungs- und/oder Befestigungshilfe 30 ist als Steg ausgebildet und erhöht das Drehmoment beim Eindrehen und/oder Befestigen des Atemgaskonditionierele ments 8 und des Gasanschlussadapters 7. Hierdurch wird eine einfache Hand habbarkeit bei der Befestigung im Maskenkörper 6 ermöglicht. Zudem befindet sich, vgl. z.B. Fig. 1, zwischen dem Atemgaskonditionierelement 8 sowie dem Gasanschlussadapter 7 und dem Maskenkörper 6 eine umlaufende, vorzugsweise am Wärmetauscher und/oder am Gasanschlussadapter ange brachte Dichtung 28. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem Maskenkörper 6 und dem Atemgaskonditionierelement 8 bzw. dem Gasanschlussadapter 7 ab- gedichtet, sodass Leckagen im Bereich der Verbindung zwischen Atemgaskondi tionierelement 8 und/oder Gasanschlussadapter 7 und dem Maskenkörper 6 ef fektiv vermieden werden und sich der eingangs erwähnte Druckabfall beim Ein atmen sicher einstellt. Das passive Atemgaskonditionierelement 8 umfasst des Weiteren eine nach un ten offene Abdeckung 26. Diese verhindert, dass während des Gebrauchs oder z. B. bei Sturm, Wasser-, Schnee- oder Eispartikel in das passiven Atemgaskon ditionierelement 8 gelangen können und dieses verstopfen. Zudem strömt das ausgeatmete Atemgas nach unten weg, sodass das Atemgas nicht den Bereich der Brille des Nutzers bzw. Bergsteigers erreicht, wodurch ein Beschlagen der Brille wirksam verhindert wird. Der Gasanschlussadapter 7 umfasst gemäß Fig. 3 einen lösbaren Kupplungsme chanismus 18, beispielsweise eine Rectus-Verschlusskupplung, um die Höhen- Maske 1 über den Zuführungsschlauch 5 mit dem Versorgungssystem 24 zu ver binden. Dadurch wird es in besonders einfacher Weise ermöglicht, das Versor- gungssystem 24 von der Höhen-Maske 1 zu lösen, falls keine Gasversorgung benötigt wird. Die Verschlusskupplung umfasst zwei in den Figuren nicht darge stellte Verbindungselemente, welche zum Schließen der Verschlusskupplung ineinander gesteckt werden. Wenn die Verschlusskupplung geöffnet wird, ver schließen sich die Verbindungselemente selbsttätig. Somit wird ein Gasfluss bei einer getrennten Verschlusskupplung vermieden.
Zudem umfasst der Maskenkörper 6 eine an dessen äußeren Rand verlaufende Dichtung 10, welche am Gesicht des Bergsteigers anliegt. Diese Dichtung 10 dichtet den Hohlraum 11 gegenüber der Umgebungsluft ab. Dadurch kann kein Gasaustausch zwischen dem Hohlraum 11 und der Umgebungsluft entlang des äußeren Rands stattfinden. Alternativ oder zusätzlich kann die Dichtung 10 auch durch eine bestimmte Formgebung des Randes des Maskenkörpers 6 gebildet sein. Des Weiteren umfasst die Höhen-Maske 1 Halteeinrichtungen 19 zur Fixierung des Maskenkörpers 6 an der Person 9. Dadurch kann die Höhen-Maske 1 bei spielsweise am Kopf der Person 9 oder an deren Helm befestigt werden.
Fig. 4 zeigt eine Querschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Höhen-Maske 1 und des daran angebrachten passiven Atemgaskonditionierelements 8. Der Mas kenkörper 6 liegt mittels der Dichtung 10 am Gesicht der Person 9 an und be deckt deren Nasen- und Mundpartie. Das passive Atemgaskonditionierelement 8 ist über den Verbindungsmechanismus 17 mit dem Maskenkörper 6 verbunden. Diese Verbindung wird durch die Dichtung 28 abgedichtet.
Das passive Atemgaskonditionierelement 8 umfasst ein Gehäuse 16, welches aus zwei halbschalenförmigen Gehäuseteilen 16a, 16b besteht. Im Inneren be findet sich Konditionierungseinsatz 14, der als Wärmetauscher und/oder als Be- feuchter dient. Der Konditionierungseinsatz 14 kann ein Filter 29 umfassen. Die Gehäuseteile 16a, 16b sind über einen Einrastmechanismus 15 miteinander ver bunden. Hierbei umfasst das Gehäuse 16b Vorsprünge 15b, welche von Nasen 15a des Gehäuses 16a umgriffen werden. Hierdurch wird ein einfacher Verbin- dungsmechanismus zwischen den beiden Gehäuseteilen 16a, 16b gewährleistet. Damit kann der Konditionierungseinsatz 14 durch ein Öffnen des Gehäuses 16 in einfacher Weise gewechselt werden. Des Weiteren kann die Verbindungsstelle der Gehäuseteile 16a, 16b mit einem nicht in der Zeichnung dargestellten Klebe band umwickelt werden, sodass eine zusätzliche Fixierung und/oder Abdichtung des Gehäuses 16a, 16b erreicht wird. An der zur Umgebung hinweisenden Aus lassöffnung 20 des Gehäuses 16 bzw. Wärmetauschers 8 befindet sich die nach unten offene Abdeckung 26.
In dem Gehäuse befinden sich der bidirektional strömungsdurchlässige Konditio- nierungseinsatz 14, welcher vorzugsweise aus PU-Schaum gebildet ist, und der, vorzugsweise membranartige Filter 29. Der Filter 29 ist zwischen dem Konditio nierungseinsatz 14 und einer zum Hohlraum 11 hinweisenden Öffnung 21 ange ordnet. Der Filter 29 verhindert, dass Materialbestandteile des Konditionierungs einsatzes 14 und/oder Partikel in die Atemwege und die Lunge der Person 9 ge- langen. Bei dem Konditionierungseinsatz 14 handelt es sich insbesondere um einen HME-Einsatz.
An der Öffnung 21 befindet sich eine Lochplatte 27, welche zusammen mit dem Konditionierungseinsatz 14 und dem Filter 29 den pneumatischen Widerstand des Atemgaskonditionierelements 8 festlegen. Durch eine Einstellung des Durch strömungsquerschnittes der Lochplatte 27 kann der pneumatische Widerstand des Atemgaskonditionierelements 8 angepasst werden. Der pneumatische Wi derstand soll so eingestellt sein, dass bei der Einatmung im Hohlraum 11 ein Druckabfall (z.B. -0,3 mbar) entsteht, der als Trigger für den Durchflussregler 4 zur Freigabe der Gaszufuhr aus der Druckgasflasche 2 dient.
Mit Bezugnahme auf die Fig. 1 und 4 wird die Funktionsweise der erfindungsge mäßen Höhen-Maske 1 näher erläutert. Die Figuren zeigen den Strömungsweg des Atemgases bei der Einatmung (dunkle Pfeile in den Figuren) und bei der Ausatmung (helle Pfeile in den Figuren).
Bei der Ausatmung der Person 9 strömt das Atemgas zuerst in den Hohlraum 11. Das ausgeatmete Atemgas strömt aus dem Hohlraum 11 über die Öffnung 21 in das passive Atemgaskonditionierelement 8. In dem passiven Wärmetauscher 8 strömt das Atemgas von der Öffnung 21 durch den Filter 29 und den Konditionie rungseinsatz 14 hin zu der Öffnung 20. Hierbei speichert das Atemgaskonditio nierelement 14 die Wärmeenergie des ausgeatmeten Atemgases und/oder die Feuchte bzw. Feuchtigkeit des ausgeatmeten Atemgases zumindest jeweils ei nen Teil davon. Die Wärmeenergie wird in dem Material des Konditionierungs einsatzes 14 und/oder durch die in den Hohlräumen des Konditionierungseinsat zes 14 eingeschlossene Luft gespeichert. Die Feuchtigkeit oder Feuchte wird durch Adsorption von Wasserdampfmolekülen an dem Material des Wärmetau- schers und/oder ebenfalls in den Hohlräumen des Konditionierungseinsatzes 14 gespeichert. Über die Öffnung 20 strömt das ausgeatmete Atemgas durch die Abdeckung 26 nach unten in die Umgebung.
Fig. 10a zeigt beispielhaft eine Graphik des Flows an Gas aus der Gasversor- gung in die Maske über der Zeit. Fig. 10b zeigt beispielhaft eine Graphik der Druckdifferenz in der Maske über der Zeit. In beiden Graphen ist beispielhaft eine Inspirations- sowie Exspirationsphase dargestellt. Bei der Einatmung wird Luft aus dem Hohlraum 11 in die Lunge der Person 9 gesogen. Aufgrund des durch den Konditionierungseinsatz 14, den Filter 29 und die Lochplatte 27 begründeten pneumatischen Widerstandes entsteht bei der Einatmung im Hohlraum 11 ein Druckabfall zum Referenzdruck bzw. zur Nulllinie in Fig. 10b (z.B. -0,3 mbar). Dieser Unterdrück wird von dem Durchflussregler 4 erkannt, woraufhin der Durchflussregler 4 den Gasfluss (Flow) von der Druckgasflasche 2 hin zu dem Hohlraum 11 für eine kurze Zeitspanne am Anfangsbereich der Inspirationspha- se, wie dies in Fig. 10a gezeigt ist, freigibt und anschließend noch während der Inspiration wieder schließt. Bei der Exspiration entsteht im Inneren des Hohl raums eine positive Druckdifferenz zur Nulllinie. Fig. 10b zeigt den Verlauf des vom Drucksensor des Durchflusssensors 4 erfassten Drucks P über der Zeit T in Abhängigkeit der Inspirations- sowie Exspirationsphase. Fig. 10a zeigt den Ver lauf des Gasflusses F in Abhängigkeit der Inspirations- sowie Exspirationsphase.
Hierbei kann der Zufluss von Gas für eine Zeitspanne geöffnet werden, die kürzer ist als die Dauer der Inspirationsdauer, vorzugsweise kürzer als die Hälfte der Inspirationsdauer, und/oder die im Wesentlichen im Anfangsbereich der Inspirati on (z. B. im ersten Drittel des Inspirationsfensters) einsetzt. Dadurch kann Gas erheblich eingespart werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen kann z.B. für die Südroute des Mount Everest der Verbrauch von 6 Flaschen Sauer- Stoff auf 2 Flaschen Sauerstoff reduziert werden. Gleichzeitig erfolgt eine wesent lich bessere Oxygenierung des Bergsteigers.
Aufgrund der durch die Einatmung bedingten Druckdifferenz im Hohlraum 11 wird zusätzlich Umgebungsluft durch das passive Atemgaskonditionierelement 8 hin durch in den Hohlraum 11 eingesogen. Hierbei strömt die kalte Umgebungsluft mit einer Temperatur T1 über die Öffnung 20 in das passive Atemgaskonditionie relement 8. Die Umgebungsluft mit der Temperatur T1 durchströmt den Konditio nierungseinsatz 14 und wird hierbei auf eine Temperatur T2 erwärmt. Im An- Schluss daran durchströmt die angewärmte Umgebungsluft den Filter 29 und gelangt über die Öffnung 21 in den Hohlraum 11. Die auf die Temperatur T2 auf gewärmte Umgebungsluft vermischt sich im Hohlraum 11 mit dem Gas oder Gasgemisch aus der Druckgasflasche 2 und wird von der Person 9 eingeatmet. Die Person 9 muss aufgrund der Vorwärmung der Umgebungsluft auf die Tempe- ratur T2 weniger Energie aufwenden, um diese mit ihren Atemorganen auf 37 °C zu erwärmen. Hierdurch wird die körperliche Belastung der Person 9 erheblich reduziert. Zudem wird gleichzeitig auch die trockene Umgebungsluft angefeuch tet. Nach dem Einsetzen des passiven Atemgaskonditionierelements 8 in die Höhen- Maske 1 dauert es eine gewisse Weile, bis der Konditionierungseinsatz 14 mit Wärmeenergie und/oder Feuchte „aufgeladen“ ist. Hierzu ist eine bestimmte An zahl an Atemzyklen notwendig, wie sich aus Fig. 5 ergibt. Es handelt sich hierbei um eine asymptotische Kurve. Im Zustand der maximalen „Aufladung“ kann der Konditionierungseinsatz 14 einen maximalen Betrag an Wärmeenergie an die eingesogen Umgebungsluft abgeben. Gemäß Fig. 6 ist an der Höhen-Maske 1 der Diffusor 31 angeschlossen. Der Dif fusor 31 wird hierbei an die zweite Durchgangsöffnung 13 angeschlossen und ersetzt das passive Atemgaskonditionierelement 8.
Fig. 7 zeigt eine Querschnittdarstellung der Höhen-Maske 1 und des daran an- gebrachten Diffusors 31. Das Gehäuse 16 des Diffusors 31 entspricht hierbei im Wesentlichen dem des passiven Atemgaskonditionierelements 8.
Da es im Einsatz Vorkommen kann, dass das passive Atemgaskonditionierele ment 8 durch den Diffusor 31 ersetzt wird, soll der pneumatische Widerstand des Diffusors 31 im Wesentlichen dem des passiven Atemgaskonditionierelements 8 entsprechen, damit der Drucksensor des Durchflussreglers bei Verwendung des Diffusors 31 bei der Inspiration den gleichen Druckabfall detektiert. Deshalb ist der Durchströmungsquerschnitt der Lochplatte 27 des Diffusors 31 dementspre chend angepasst. Dies wird durch eine Reduzierung der Anzahl der Löcher und/oder mittels einer Verkleinerung des Durchmessers der Lochplatte 27 er reicht. Dadurch wird erreicht, dass der Unterdrück im Hohlraum 11 bei einem angeschlossenen Diffusor 31 im Wesentlichen dem Unterdrück im Hohlraum 11 bei einem angeschlossenen passiven Atemgaskonditionierelement 8 entspricht. Dadurch erkennt der Durchflussregler 4 keinen Unterschied, sodass eine Rege- lung der Zufuhr von Gas oder Gasgemisch auch bei der Verwendung eines Dif fusors ermöglicht wird.
Fig. 8a, 8b und 9 zeigen die erfindungsgemäße Höhen-Maske 1 gemäß einer zweiten Ausgestaltung. Hierbei weist der Maskenkörper 6 eine zusätzliche dritte Durchgangsöffnung 13a zur Gewährleistung der Abgabe von Atemgas aus dem Hohlraum 11 an die Umgebung und/oder zur Gewährleistung des Eintritts von Umgebungsluft in den Hohlraum 11 auf. An diese Durchgangsöffnung 13a ist ein zusätzliches passives Atemgaskonditionierelement 8 angeschlossen. Die Durch- gangsöffnung 13a, das daran angeschlossene passive Atemgaskonditionierele ment 8 und der Maskenkörper 6 weisen die gleichen Merkmale auf wie die erste Ausgestaltung der Höhen-Maske 1. Es steht jedoch eine zusätzliche Durch gangsöffnung 13a zur Verfügung, durch welche Umgebungsluft in den Hohlraum 11 einströmen kann. Durch das zusätzliche passive Atemgaskonditionierungs element 8 wird der Gesamt-Atemwiderstand, den der Bergsteiger beim Einatmen spürt, im Vergleich zur Verwendung von nur einem Atemgaskonditionierelement 8 halbiert. Zudem wird hierdurch eine zusätzliche Erwärmung bzw. Anfeuchtung der eingeatmeten Umgebungsluft bewirkt.
Fig. 11 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Höhen-Maske 1. Bei dieser Ausgestaltung ist ein Flowindikator 34 vorgesehen, welcher über eine Lichtquelle 35, z.B. eine LED, verfügt. Er ist dazu vorgesehen, ein optisches Signal über die Lichtquelle 35 auszugeben, wenn eine Zuführung von Gas über den Zuführschlauch 5 zur Höhen-Maske 1 hin erfolgt. Vorzugsweise befindet sich der Flowindikator 34 in bzw. an dem Zuführungsschlauch 5. Beispielsweise kann der Flowindikator 34 ein (in Fig. 11 nicht dargestelltes) Flügelrad aufweisen, wel ches vom Flow angetrieben wird und über einen elektronischen Schaltkreis ein Aufleuchten der Lichtquelle 35 begründet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Nutzer auch bei sehr widrigen Wetterbedingungen sicher feststellen kann, ob eine Sauerstoffzufuhr über die Gasleitung 3 von der Druckgasflasche 2 erfolgt oder nicht. Ansonsten entspricht die Ausgestaltung der Fig. 11 den vorhe rig beschriebenen Ausführungsbeispielen. Alternativ kann es sich bei dem Flo windikator 34 auch um einen sogenannten „pneumatischen Indikator“ handeln. Ein pneumatischer Indikator ist ein Flowindikator unter Verwendung eines Schwebekörpers, der beim Vorhandensein eines Flows sich in einer ON-Position und bei keinem Flow in einer OFF-Position innerhalb eines transparenten Behält nisses, z.B. Plexiglasrohr, befindet. Fig. 12 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung der Höhen-Maske, bei der im Bereich einer seitlichen Durchgangsöffnung anstelle eines passiven Atemgaskonditionierelements 8 ein Kommunikationsmodul 33 eingesetzt ist. Das Kommunikationsmodul 33 erlaubt eine Kommunikation mit einem Basismodul 36, welches vom Nutzer am Körper, z.B. am Arm, getragen wird oder sich eingebaut in externer Infrastruktur (z.B. einem in einem Segelflugzeug oder Helikopter fest verbauten Funkgerät) befindet. Das Kommunikationsmodul 33 verfügt über ein (in Fig. 12 nicht dargestelltes) Mikrofon, eine Tonsignalverarbeitung sowie ein Funkmodul mit Antenne zur drahtlosen Übertragung von Tondaten zu dem Ba sismodul 36. Die Fixierung des Kommunikationsmoduls 33 erfolgt in entspre chender Weise wie bei der Fixierung des Atemgaskonditionierelements 8. Der in Fig. 11 beschriebenen Flowindikator 34 kann wahlweise vorgesehen sein. Anstel le der in Fig. 12 gezeigten drahtlosen Übertragung von Tondaten kann auch eine (in Fig. 12 nicht dargestellte) drahtgebundene Übertragung zum Basismodul 36 vorgesehen sein.
Sämtliche sonstigen Merkmale der Ausgestaltungen der Fig. 11 und 12 stimmen mit den vorbeschriebenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Höhen- Maske 1 überein.
Die erfindungsgemäße Höhen-Maske 1 kann bei vielfältigen Anwendungen Ver wendung finden. So kann die Höhen-Maske 1 beispielsweise als
Hochgebirgs-Maske, insbesondere Hochgebirgsexpeditions-Maske, - Helikopterpiloten-Maske,
Gleitschirmflieger- oder Fallschirmspringer-Maske,
Ballonfahrer-Maske, oder als Segelflieger-Maske, verwendet werden. Unabhängig davon kann die Höhen-Maske 1 auch als Notfall- Maske für Flugpassagiere und das Kabinenpersonal in der kommerziellen Luft fahrt verwendet werden sowie als Schutzmaske bei sauerstoffreduzierter Atmo sphäre (z.B. bei industriellem Einsatz, in besonderen Sicherungseinrichtungen, wie z.B. Sicherheitslager, bei militärischem Einsatz oder bei einem Einsatz in U- Booten). Bei all diesen Anwendungen kommen die durch die erfindungsgemäße Höhen-Maske 1 erzielten Vorteile zum Tragen.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Abwandlung kann statt der Höhen-Maske bzw. des Maskenkörpers derselben lediglich eine sogenannte Nasenbrille vorgesehen sein. Hierbei findet somit lediglich eine Sauerstoffzufuhr zum Nutzer über die Nasenbrille statt. Funktionselemente, die bei den vorher beschriebenen Ausge staltungen in der zweiten oder dritten Durchgangsöffnung positioniert waren, fal len weg. Sämtliche Merkmale hinsichtlich der Sauerstoffversorgung bzw. der Steuerung derselben sind bei dieser Ausgestaltung jedoch weiterhin vorgesehen.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass auch die Kombination von Ein zelmerkmalen sowie Untermerkmalen als erfindungswesentlich und vom Offen barungsgehalt der Anmeldung umfasst anzusehen sind.
BEZU GSZEI CH EN LI STE 1 Höhen-Maske
2 Druckgasflasche
3 Gasleitung
4 Durchflussregler
5 Zuführungsschlauch 6 Maskenkörper
7 Gasanschlussadapter
8 Atemgaskonditionierelement
9 Person
10 Dichtung 11 Hohlraum
12 Durchgangsöffnung
13 Durchgangsöffnung 13a Durchgangsöffnung
14 Konditionierungseinsatz 15 Verbindungsmechanismus
15a Nase
15b Vorsprung
16 Gehäuse
16a Gehäuseteil 16b Gehäuseteil
17 Verbindungsmechanismus
18 Kupplungsmechanismus
19 Halteeinrichtung
20 Öffnung 21 Öffnung
22 Druckminderer
24 Versorgungssystem
25 Atemgasversorgungseinrichtung 26 Abdeckung
27 Loch platte
28 Dichtung
29 Filter 30 Befestigungshilfe
31 Diffusor
32 Positionsmarkierungen
33 Kommunikationsmodul
34 Flowindikator 35 Lichtquelle
36 Basismodul
T1 Temperatur T2 Temperatur

Claims

PATE NTAN SPRÜ CH E
Höhen-Maske (1) umfassend einen Maskenkörper (6), insbesondere aus flexiblem Material, wel cher einen Hohlraum (11) aufweist, der Mund und Nase einer die Höhen- Maske (1) tragenden Person bedeckt, eine Halteeinrichtung (19) zur Fixierung des Maskenkörpers (6) an der die Höhen-Maske (1) tragenden Person (9), eine erste Durchgangsöffnung (12) im Maskenkörper (6) zur Gewähr leistung der Zuführung von Gas aus einer Gasversorgung, sowie mindestens eine zweite Durchgangsöffnung (13), dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der zweiten Durchgangsöffnung (13) ein Funktionsmodul oder ein passives Atemgaskonditionierelement (8) an dem Maskenkörper (6) vorgesehen ist, welches in den Hohlraum (11) eintretende Umgebungs luft erwärmt und/oder anfeuchtet.
Höhen-Maske (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhen-Maske (1) eine dritte Durchgangsöffnung (13a) zur Gewährleis tung der Abgabe von Atemgas aus dem Hohlraum (11) an die Umgebung und/oder zur Gewährleistung des Eintritts von Umgebungsluft in den Hohl raum (11) des Maskenkörpers (6) umfasst.
Höhen-Maske (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlussmittel an der ersten Durchgangsöffnung (12) und/oder zweiten Durchgangsöffnung (13) und/oder dritten Durchgangsöffnung (13a) vorgesehen sind.
4. Höhen-Maske (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Atemgaskonditionierelement (8) als Clamp-on Modul ausgebil det ist.
5. Höhen-Maske (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussmittel einen werkzeuglos und/oder manuell lösba ren Verbindungsmechanismus (17) umfassen.
6. Höhen-Maske (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als lösbarer Verbindungsmechanismus (17) ein Bajonettverschluss vorge sehen ist.
7. Höhen-Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Atemgaskonditionierelement (8) ein Gehäuse (16) umfasst, in dem sich ein beidseitig strömungsdurch lässiger Konditionierungseinsatz (14) befindet.
8. Höhen-Maske (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) mehrere, vorzugsweise zwei Gehäuseteile (16a, 16b) umfasst, insbesondere wobei die Gehäuseteile (16a, 16b) über einen Ver- bindungsmechanismus (15), vorzugsweise einen Rastmechanismus, ver bindbar sind.
9. Höhen-Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Atemgaskonditionierelement
(8) einen, vorzugsweise membranartigen Filter (29) umfasst.
10. Höhen-Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein an die erste Durchgangsöffnung (12) anschließbarer Gasanschlussadapter (7) vorgesehen ist, insbesondere wobei der Gasanschlussadapter (7) ein Ein-Wege-Ventil, vorzugsweise ein Rückschlagventil, umfasst und/oder der Gasanschlussadapter (7) einen lösbaren Kupplungsmechanismus (18), vorzugsweise eine Rectus- Verschlusskupplung, zum Anschluss an die Gasversorgung umfasst. 11. Höhen-Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein an eine Durchgangsöffnung (13 oder 13a) anschließbarer Diffusor (31) vorgesehen ist. 12. Höhen-Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen eines pneumatischen Wi derstands der Diffusor (31) und/oder das passive Atemgaskonditionierele ment (8) eine zum Hohlraum (11) hin orientierte Lochplatte (27) aufweisen und/oder der pneumatische Widerstand des Diffusors (31) zumindest im Wesentlichen dem pneumatischen Widerstand des passiven Atemgaskon ditionierelements (8) entspricht.
13. Höhen-Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (31) und/oder das passive
Atemgaskonditionierelement (8) eine Öffnung (20) aufweisen bzw. auf weist, die durch eine nach unten offene Abdeckung (26) abgedeckt ist. 14. Höhen-Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Diffusor (31) und/oder dem passiven Atemgaskonditionierelement (8) und/oder dem Gasan- schlussadapter (7) und dem Maskenkörper (6) eine umlaufende Dichtung (28) befindet. 15. Höhen-Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Maskenkörper (6) und am Diffusor (31) und/oder am passiven Atemgaskonditionierelement (8) und/oder am Gasanschlussadapter (7) Positionsmarkierungen (32) vorgesehen sind.
16. Höhen-Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (31) und/oder das passive Atemgaskonditionierelement (8) und/oder der Gasanschlussadapter (7) ei ne insbesondere als Steg ausgebildete Positionierungs- und/oder Befesti- gungshilfe (30) umfassen bzw. umfasst.
17. Höhen-Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Maskenkörper (6) entlang seines äu- ßeren Randes eine umlaufende Dichtung (10) umfasst.
18. Höhen-Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Funktionsmodul ein Kommunikati- onsmodul (33) angeordnet ist oder sich ein Kommunikationsmodul (33) in der dritten Durchgangsöffnung (13a) befindet.
19. Höhen-Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer und/oder akustischer Flow- indikator (34) vorgesehen ist, der ein optisches und/oder akustisches Sig nal ausgibt, sobald eine Zuführung von Gas aus der Gasversorgung statt findet. 20. Höhen-Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei Höhen-Maske (1) um - eine Hochgebirgs-Maske, insbesondere Hochgebirgsexpeditions-
Maske,
- eine Helikopterpiloten-Maske,
- eine Gleitschirmflieger- oder Fallschirmspringer-Maske,
- eine Ballonfahrer-Maske, - eine Segelflieger-Maske, oder um
- eine Notfall-Maske für Flugpassagiere und Kabinenpersonal
- eine Schutz-Maske bei Aufenthalt in sauerstoffreduzierter Atmo sphäre handelt.
21. Tragbare Atemgasversorgungseinrichtung (25) zur Versorgung einer
Person mit einem Gas oder einem Gasgemisch in Höhenlage, z.B. bei ei ner Hochgebirgsexpedition, umfassend eine Höhen-Maske (1), ein mit der Höhen-Maske (1) verbindbares Versorgungssystem zur Versorgung der Höhen-Maske (1) mit Gas oder Gasgemisch einer Gasver sorgung, wobei das Versorgungssystem einen Durchflussregler (4) umfasst, gekennzeichnet durch eine Höhen-Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
22. Atemgasversorgungseinrichtung (25) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussregler (4) den Zufluss von aus der Gasversorgung stammendem Gas oder Gasgemisch zur Höhen-Maske (1) in Abhängigkeit eines Inspirations-bedingten Druckabfalls im Hohlraum der Maske freigibt. 23. Atemgasversorgungseinrichtung (25) nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussregler (4) den Zufluss von aus der Gasversorgung stammendem Gas oder Gasgemisch zur Höhen-
Maske (1) lediglich im Anfangsbereich der Inspirationsphase freischaltet und noch während der Inspirationsphase wieder stoppt. 24. Atemgasversorgungseinrichtung (25) nach den Ansprüchen 21 bis
23, dadurch gekennzeichnet, dass als Gasversorgung eine Druckgasfla sche (2) vorgesehen ist.
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