Entwicklung einer Atemmaske für Expeditionen in großer Kälte

• Main Author: Wehrle, Mario
• Other Authors: Muth, Claus, Lindemann, Jörg
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: German
• Published: Universität Ulm 2023
• Subjects: Expeditions; Arctic regions; Cold temperature; Respiration; Masks; Expedition; Kälte; Atemmaske; Wärmerückgewinnung; Arctic
• Online Access: https://doi.org/10.18725/OPARU-50800; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:289-oparu-50876-5

Auch in der heutigen Zeit stellen Expeditionen in großer Kälte eine große Herausforderung an den Menschen dar. Je größer die Differenz der Umgebungstemperatur zur Körpertemperatur wird, desto höher werden die Anforderung an die Kleidung, beziehungsweise den Stoffwechsel. Der Mensch verliert jedoch auch Wärme und Feuchtigkeit über die abgeatmete Luft. Während Kleidung über Jahrtausende entwickelt und perfektioniert wurde, begann man erst spät mit der Entwicklung spezieller Masken zum Zweck der Rückgewinnung von Wärme und Feuchtigkeit aus der ausgeatmeten Luft. Diese Masken bestehen aus einem Filter, der beim Ausatmen von warmer, feuchter Ausatemluft durchströmt wird und dabei die enthaltene Wärme bzw. Feuchtigkeit aufnimmt. Beim Einatmen kehrt sich die Strömungsrichtung der Luft im Filter um, Wärme und Feuchtigkeit werden an die Einatemluft abgegeben. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie effizient derartige Systeme arbeiten können. Gleichzeitig wird ein alternatives Design zu den herkömmlichen Masken vorgestellt. Bei diesem Design handelt es sich um einen Gegenstromwärmetauscher. Das bedeutet, dass die Luft beim Ausatmen direkt nach Verlassen des Körpers mithilfe eines Ventils einen anderen Weg nimmt, als die Einatemluft und somit keine Vermischung stattfinden kann. Der Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch erfolgt dabei mit besserer Effizienz und ohne Vergrößerung des Totraums über eine Membran, welche die Wege der Ein- und Ausatemluft trennt. Der Gegenstromwärmetauscher besteht im Prinzip aus zwei konzentrischen Schläuchen. Durch den inneren Schlauch wird die Ausatemluft, durch den äußeren die Einatemluft geleitet. Die Einatemluft erwärmt sich, während sie am inneren Schlauch entlang streicht. Dieser innere Schlauch besteht aus einer Baumwollmembran, an welcher die Feuchtigkeit der sich abkühlenden Ausatemluft kondensiert und in die Einatemluft übertritt. Zur Simulation einer standardisierten, sehr kalten Umgebung wird der Innenraum einer leistungsfähigen Kühltruhe verwendet. Als Ausatemluft dient das Pumpvolumen ...