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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ganzkörper-Kältebehandlung, mit einer Kältekammer
zur Aufnahme von einem oder mehreren Personen, einer Einrichtung
zum Einleiten eines atembaren Kaltgases in die Kältekammer und mit einer Einrichtung
zum Bereitstellen des atembaren Kaltgases. Die Erfindung betrifft
ferner ein Verfahren zur Herstellung einer gekühlten Atmosphäre in einer
Kältekammer
für die
Ganzkörper-Kältebehandlung.
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Seit
einiger Zeit gewinnt die Behandlung chronisch entzündlicher
Gelenkerkrankungen rheumatischer oder arthritischer Art, wie auch
von Weichteil-Rheuma, durch Kältebehandlung
zunehmend an Bedeutung. Dabei werden Kaltgase mit Temperaturen zwischen
0°C und
minus 180°C,
bevorzugt um minus 110°C,
eingesetzt. Bei lokal begrenzten Beschwerden dienen hierzu Geräte nach
Art von Handduschen, denen in der Regel aus einem Flüssiggastank
verdampfter Stickstoff mit Temperaturen bis minus 180°C zugeführt wird.
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Sind
die Beschwerden nicht lokal begrenzt, so ist die Behandlung mit
Handduschen wenig effektiv. Daher bedient man sich einer Ganzkörperbehandlung
in so genannten Kältekammern.
Kältekammern
kommen im übrigen
nicht nur zur Behandlung von Krankheiten zum Einsatz, sondern werden
beispielsweise auch von Sportlern zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit
genutzt. Dabei handelt es sich entweder um hermetisch abgeschlossene
größere Kälteräume, in
denen zugleich mehrere Personen behandelt werden können, oder
aber um Kältekammern ähnlich einer
Duschkabine zur Behandlung nur einer Person. Derartige Kältekammern
bedürfen
einer sorgfältigen
funktionellen und menschlichen Überwachung,
da einerseits die physiologisch erträgliche Aufenthaltsdauer nicht überschritten
werden darf und die Ganzkörper-Kältebehandlung
je nach physiologischer und psychischer Konstitution der behandelten
Person Gefahren und Risiken mit sich bringt.
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Um
die Atmosphäre
in der Kältekammer
auf ihre Betriebstemperatur abzukühlen, werden verschiedene Verfahren
angewandt.
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In
den meisten Fällen
wird die Kältekammer mit
kalter Luft geflutet. Die Luft wird dabei entweder durch Wärmetausch
mit einem kryogenen Kältemittel,
wie beispielsweise Stickstoff, oder, wie beispielsweise in der
DE 43 16 764 C2 oder
der
DE 297 14 280
U1 beschrieben, mittels eines elektrischen Kühlsystems
gekühlt.
Derartige Kühlsysteme
haben den Nachteil, dass die die Kühlung der Luft, insbesondere bei
tiefen Einsatztemperaturen, sehr energie- und kostenintensiv ist
und zudem die Vorrichtungen zum Einleiten der Behandlungsluft in
die Kammer mit aufwändigen
und wartungsintensiven Trocknern ausgerüstet sein müssen, um Nebelbildung und Eisniederschlag
zu vermeiden. Die mit diesen Nachteilen verbundenen immensen Kosten
haben bisher den Einsatz von Kältekammern
erheblich eingeschränkt.
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Aus
der
DE 36 41 293 A1 ist
bekannt, in die Kältekammer
verdampfenden Flüssigstickstoff
einzuleiten. Der Stickstoff lässt
sich über
geeignete Zuführungen
mit einer Temperatur von minus 180°C in die Kammer einleiten. Gleichzeitig
wird die behandelte Person über
eine Beatmungseinheit mit Atemluft versorgt. Zwar ist Flüssigstickstoff
ein preisgünstiges Kühlmittel
und die Einleitung des Gases in die Kältekammer bedarf keines hohen
apparativen Aufwandes, jedoch ist die Erzeugung einer reinen Stickstoffatmosphäre in einer
hermetisch abgeriegelten Kältekammer
nicht ohne Risiken für
die behandelte Person. Insbesondere muss die Atemluftversorgung
beständig
auf ihre Funktionsfähigkeit
und Dichtigkeit hin überprüft werden.
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In
der
DE 101 54 602
A1 wird vorgeschlagen, in die Kältekammer verdampfenden Flüssigstickstoff und
verdampfenden Flüssigsauerstoff
oder ein Gemisch von beiden einzuleiten. Über eine geeignete Temperatursteuerung,
die die Menge der zugeführten
Gase regelt, kann eine gewünschte
Behandlungstemperatur eingestellt und für die Dauer der Behandlung
aufrechterhalten werden. Damit entsteht in der Kammer ein kaltes,
atembares Gas; der Einsatz gesonderter Atemluftzuführungen
ist nicht erforderlich. Die Gaszusammensetzung kann auch gezielt während der
Behandlung verändert
werden, wobei sich beispielsweise Phasen mit hoher Sauerstoffkonzentration
und Phasen mit niedriger Sauerstoffkonzentration einander abwechseln
können.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, dass die Zufuhr der verdampfenden
Flüssiggase
laufend kontrolliert werden muss, um die Atemfähigkeit der Atmosphäre im Innern
der Kältekammer
zu gewährleisten.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art zu schaffen, die die Nachteile des Standes
der Technik überwindet
und eine zuverlässige,
sichere und kostengünstige
Ganzkörper-Kältebehandlung
erlaubt.
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Gelöst ist diese
Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art und Zweckbestimmung
dadurch, dass die Einrichtung zum Bereitstellen des Kaltgases einen
Wärmetauscher
umfasst, der mit einem Versorgungstank für die kryogene Lagerung eines
sauerstoffhaltigen, tiefkaltes Gases und mit einer Zuleitung für Außenluft
in Strömungsverbindung
steht und der eine Ausgangsleitung für im Wärmetauscher gekühlte Außenluft
und eine Ausgangsleitung für
im Wärmetauscher
erwärmtes
sauerstoffhaltiges Gas aufweist, die jeweils mit der Einrichtung zum
Einleiten eines Kaltgases in die Kältekammer strömungsverbunden
sind.
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Erfindungsgemäß wird der
Kältekammer also
sowohl ein atembares, sauerstoffhaltiges Gas als auch Luft zugeführt. Dadurch
wird gewährleistet, dass
die Atmosphäre
im Innern der Kältekammer während der
Behandlungsdauer stets einen Sauerstoffanteil besitzt, der das Einatmen
durch die sich in der Kältekammer
aufhaltenden Personen ohne zusätzliche
Sauerstoffversorgung erlaubt. Zugleich wird die zugeführte Luft
mittels des kryogen gelagerten sauerstoffhaltigen Gases im Wärmetauscher
sehr effizient gekühlt.
Als „kryogen" soll hier ein tiefkalter gasförmiger oder
verflüssigter
Zustand bezeichnet werden. Die nach Durchlaufen des Wärmetauschers noch
vorhandene Restkälte
des sauerstoffhaltigen Gases wird zusätzlich genutzt, indem auch
dieses Gas der Kältekammer
zugeführt
wird. Zudem wird die direkte Einspeisung des kryogen gelagerten
sauerstoffhaltigen Gases in die Kältekammer und die hieraus resultierenden
Gefahren, wie etwa Verbrennungen durch den direkten Kontakt mit
der Haut vermieden. Die Kältekammer
kann sowohl für
therapeutische Zwecke, beispielsweise zur Behandlung von rheumatischen
Erkrankungen oder in Sport und Freizeit eingesetzt werden, beispielsweise
zur Erhöhung der
Leistungsfähigkeit
von Sportlern.
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Um
den Kälteinhalt
des kryogen gelagerten sauerstoffhaltigen Gases in besonders vorteilhafter Weise
zu nutzen, ist die Ausgangsleitung für erwärmtes sauerstoffhaltiges Gas
mit der Zuleitung für
Außenluft
strömungsverbunden.
Das erwärmte,
jedoch eine gewissen Restkälte
aufweisendes sauerstoffhaltige Gas wird also zusammen mit der Außenluft
in die Kältekammer
eingeleitet. Die Zuführung
des sauerstoffreichen Gases in den Luftstrom kann dabei im Strömungsweg
der Luft stromauf oder stromab zum Wärmetauscher erfolgen.
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Zweckmäßigerweise
ist die Zuleitung für
Außenluft
mit einem – vorzugsweise
verstell- und/oder regelbaren – Gebläse zum Einsaugen
der Außenluft ausgerüstet.
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Ergänzend oder
alternativ zur vorgenannten Ausführungsform
mit einem Gebläse
zum Einbringen der Außenluft
sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die
die Ausgangsleitung für gekühlte Außenluft
an einem Injektor in die Ausgangsleitung für das sauerstoffhaltige Gas
einmündet.
Durch den Injektor wird die Außenluft
in die Ausgangsleitung für
das sauerstoffhaltige Gas eingesaugt. In diesem Fall kann ein Gebläse mit kleinerer Leistung
eingesetzt werden, oder es kann auf das Gebläse sogar komplett verzichtet
werden. Dadurch wird der Eintrag von Wärme aufgrund der Wirkung des
Gebläses
reduziert und damit der Kältebedarf insgesamt
weiter gesenkt. Ein besonders vorteilhafter Injektor umfasst dabei
eine in der Ausgangsleitung für
das sauerstoffhaltige Gas angeordnete Venturidüse, in die die Ausgangsleitung
für die
Außenluft einmündet.
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Vorteilhafterweise
sieht der Wärmetauscher Einrichtungen
zum Entfeuchten und/oder Reinigen der zugeführten Außenluft vor. Hierzu kann beispielsweise
als „Wärmetauscher" im Sinne der Erfindung eine
aus der
EP 1 602 401
A2 bekannte Einrichtung zum Einsatz kommen. Bei diesem
Gegenstand wird ein Gasstrom, hier: Außenluft, in einem ersten Wärmetauscher
durch ein Kühlmedium,
hier: kryogen gelagertes sauerstoffhaltigen Gas, gekühlt und
anschließend
das gekühlte
Gas in einem zweiten Wärmetauscher
nochmals mit dem gleichen Kühlmedium (das
hierzu vorzugsweise im Gegenstrom zu dem zu kühlenden Gas durch die Wärmetauscher
geführt wird)
oder einem anderen Kühlmedium
in thermischen Kontakt gebracht. Dabei wird das Kühlmedium vor
dem Einleiten in den ersten Wärmetauscher beheizt,
sodass nur ein geringer Temperaturunterschied zwischen dem Kühlmedium
und dem Gas im ersten Wärmetauscher
besteht. Wasser und andere Fremdstoffe, die sich im Gas befinden,
werden durch die Abkühlung
auskondensiert und die Bildung von Nebel wird unterdrückt.
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Die
Einrichtung zum Einleiten von Kaltgas umfasst für die Zwecke der Behandlung
geeignete Armaturen, mit denen das Kaltgas in die Kältekammer
eingeleitet wird. Derartige Armaturen können in vorteilhafter Weise
so ausgestaltet sein, dass sie mindestens zwei getrennt in die Kältekammer
einmündende
Zuleitungen umfassen, von denen jeweils mindestens eine mit jeweils
einer der Ausgangsleitungen strömungsverbunden
ist. Die gekühlte
Außenluft
und das im Wärmetauscher
erwärmte
sauerstoffhaltige Gas werden bei dieser Ausgestaltung der Erfindung
also getrennt voneinander in die Kältekammer eingespeist.
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Als
bevorzugtes sauerstoffhaltiges Gas kommt reiner Sauerstoff oder
Luft in tiefkalter gasiger oder verflüssigter Form zum Einsatz, der/die
im Versorgungstank bevorratet wird.
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Eine
besonders zweckmäßige Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die Menge des der Kältekammer
zugeführten
tiefkalten Gases und/oder der zugeführten Außenluft und/oder des zugeführten Kaltgases
mittels einer Steuereinheit manuell oder nach einem vorgegebenen
Programm einstellbar ist. Hierdurch kann die Temperatur und/oder
die Zusammensetzung der Atmosphäre
im Innern der Kältekammer
vor oder im Laufe der Behandlung den therapeutischen Erfordernissen
oder sonstigen physiologischen Parametern der behandelten Person
angepasst werden.
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Zweckmäßigerweise
steht die Steuereinheit dabei mit einer Messeinrichtung in Datenverbindung, mit
der bestimmte Parameter der Atmosphäre in der Kältekammer, wie beispielsweise
Temperatur oder Sauerstoffkonzentration, erfasst werden. Dadurch kann
der Zustrom des sauerstoffhaltigen Gases und/oder der Außenluft
in Abhängigkeit
von einer gewünschten
Temperatur und/oder Atmosphärenzusammensetzung
geregelt werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen
einer kalten Atmosphäre
in einer Kältekammer
zur Durchführung
einer Ganzkörper-Kältebehandlung mit einem sauerstoffhaltigen
Kaltgas gelöst,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein sauerstoffhaltiges, tiefkaltes
Gas in einem Wärmetauscher
mit Außenluft
in thermischen Kontakt gebracht und die dabei abgekühlte Außenluft und
das dabei erwärmte
sauerstoffhaltige Gas zumindest teilweise in die Kältekammer
eingeleitet wird.
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Bevorzugt
wird die Außenluft
vor ihrer Zuführung
zur Kältekammer
mit zumindest einem Teil des im Wärmetauscher erwärmten sauerstoffhaltigen
Gases vermischt.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das sauerstoffhaltige
Gas und/oder die der Kältekammer
zuzuführende
Außenluft
mit therapeutisch wirksamen Substanzen, wie medizinische Gase oder
Aerosole, angereichert wird. Die medizinisch wirksamen Substanzen
können
dabei auch zusammen mit dem sauerstoffhaltigen Gas bzw. der Außenluft
vor dem Einleiten in die Kältekammer
gekühlt
und der Atmosphärentemperatur
angepasst werden.
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Anhand
der Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher
erläutert
werden. In schematischen Ansichten zeigen:
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1:
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung in
einer ersten Ausführungsform
und
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2:
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung in
einer zweiten Ausführungsform.
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Die
in 1 gezeigte Vorrichtung 1 umfasst eine
Kältekammer 2 für eine Ganzkörper-Kältebehandlung.
In der Kältekammer 2 werden
ein oder mehrere Personen, einer kalten Atmosphäre mit einer Temperatur zwischen
0°C und
minus 180°C,
bevorzugt im Bereich von minus 110°C ausgesetzt. Die Kältekammer 2 wird
durch eine Tür 3 betreten.
Nach Verschließen
der Tür 3 ist
die Kältekammer 2 hermetisch
verschlossen. Ein Beobachtungsfenster 4 ermöglicht die
Beobachtung der behandelten Personen durch einen Therapeuten. Der
Kältekammer 2 wird über eine
Kaltgaszuleitung 6 ein kaltes atembares Gas zugeführt, das
in der im Folgenden genauer beschriebenen Weise erzeugt wird. Verbrauchte
Atmosphäre
aus der Kältekammer 2 wird über eine
Ableitung 7 abgeführt.
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Zur
Erzeugung des der Kältekammer 2 zugeführten Kaltgases
wird in einem Tank 9 ein sauerstoffhaltiges Gas im kryogenen,
d.h. tiefkalten gasförmigen
oder verflüssigten
Zustand bereitgestellt. Bei dem sauerstoffhaltigen Gas handelt es
sich beispielsweise um reinen Sauerstoff, Luft oder ein sauerstoffhaltiges
Gasgemisch, beispielsweise bestehend aus Sauerstoff und Stickstoff.
Das Gas wird über
eine isolierte Leitung 10 einem Wärmetauscher 11 zugeführt. Im
Wärmetauscher 11 gelangt
das sauerstoffhaltige Gas in thermischen Kontakt mit Außenluft,
die mittels eines Gebläses 12 eingesaugt
und über
eine Lufteingangsleitung 13 dem Wärmetauscher 11 zugeführt wird.
In der Lufteingangsleitung 13 kann auch – in hier
nicht gezeigter Weise – eine
Trocknungsstufe angeordnet sein und/oder der Wärmetauscher 11 ist so
ausgelegt, dass in der Außenluft
enthaltene Feuchtigkeit auskondensiert und abgeleitet werden kann.
Im Wärmetauscher 11 kühlt sich
die zugeführte Außenluft
aufgrund des thermischen Kontakts mit dem kalten sauerstoffhaltigen
Gas rasch ab. Gleichzeitig erwärmt
sich bzw. verdampft das sauerstoffhaltige Gas. Das verdampfte und/oder
erwärmte
sauerstoffhaltige Gas wird anschließend über eine Ausgangsleitung 14 in
die Lufteingangsleitung 13 eingespeist und dort mit der
eingesaugten Außenluft durchmischt.
Dadurch wird der gesamte Kälteinhalt des
sauerstoffhaltigen Gases zur Kühlung
eingesetzt. Das Gemisch aus angesaugter Außenluft und sauerstoffhaltigem
Gas wird anschließend über die Kaltgaszuleitung 6 in
die Kältekammer 2 eingespeist und
sorgt dort für
eine atembare, kalte Atmosphäre.
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Die
Temperatur und/oder die Zusammensetzung der Atmosphäre in der
Kältekammer 2 kann über eine
Steuereinheit 15 geregelt werden. Die Steuereinheit 15 steht
mit einer Messeinrichtung 16 in Datenverbindung, mittels
der Parameter der Atmosphäre
in der Kältekammer,
wie Temperatur oder Sauerstoffgehalt, erfasst und an die Steuereinheit 15 weitergegeben
werden können.
Die Steuerung 15 steht weiterhin mit dem Gebläse 12 und
mit einer Regelarmatur 17 in der Leitung 10 in
Datenverbindung. In Abhängigkeit
von den Werten der gemessen Parameter kann so die Mengenzufuhr von
Außenluft und/oder
sauerstoffhaltigem Gas fest eingestellt oder nach einem vorgegebenem
Programm geregelt werden.
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Die
Vorrichtung 20 gemäß dem Ausführungsbeispiel
nach 2 unterscheidet sich von der Vorrichtung 1 lediglich
durch die Art der Zuführung von
Außenluft
zur Kältekammer 2.
Im Übrigen
sind gleich wirkende Bestandteile mit denselben Bezugsziffern wie
in 1 versehen. Bei der Vorrichtung 20 erfolgt
die Zufuhr der Außenluft
mittels eines Injektors 21, der zwischen Ausgangsleitung 14 und
der Eingangsleitung 6 angeordnet ist. Der Injektor 21,
der beispielsweise nach Art einer Venturi-Düse aufgebaut ist, saugt aufgrund
der Strömung
des der Kältekammer 2 zugeführten sauerstoffhaltigen
Gases Außenluft über die
Saugleitung 22 ein, die durch den Wärmetauscher 11 hindurch
mit der Lufteingangsleitung 13 strömungsverbunden ist. Ein durch
Fremdenergie angetriebenes Gebläse
ist bei dieser Ausführungsform
also nicht erforderlich. Die Regelung der Temperatur in der Kältekammer 2 erfolgt
bei der Vorrichtung 20 über
die Steuerung der Zufuhr an sauerstoffhaltigem Gas über die
Regelarmatur 17. Mit der Drosselung der Zufuhr an sauerstoffhaltigem
Gas werden zugleich sowohl die Wärmeübertragung
im Wärmetauscher 11 als
auch die Saugleistung, und damit die Menge an eingesaugter Außenluft,
reduziert.
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Über beispielsweise
in die Eingangsleitung 13, in die Saugleitung 22 oder
die Kaltgaszuleitung 6 einmündende Zuleitungen (hier nicht
gezeigt) können
auch weitere Substanzen, wie beispielsweise therapeutisch oder physiologisch
wirksame Gase oder Aerosole in die Atmosphäre der Kältekammer eingespeist werden.
Die Vorrichtungen 1, 20 ermöglichen eine hocheffiziente
Erzeugung einer kalten Atmosphäre
in der Kältekammer 2.
Der Einsatz eines atembaren Gases zugleich als in die Kältekammer einzutragendes
Gas wie auch als Kältemittel
für die einzusaugende
Außenluft
gewährleistet
eine stets atembare Atmosphäre
im Innern der Kältekammer. Eine
laufende Überwachung
des Sauerstoffgehalts in der Kältekammer 2 während der
Behandlung ist nicht erforderlich. Die Kühlung der eingesaugten Außenluft mittels
eines kryogen gelagerten sauerstoffhaltigen Gases ist zudem aufgrund
der höheren
spezifischen Kälte
von Sauerstoff effizienter als die Kühlung durch Flüssigstickstoff.
Weiterhin wird darauf verzichtet, kryogenes Gas unmittelbar in die
Kältekammer 2 einzuführen.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Kältekammer
- 3
- Tür
- 4
- Beobachtungsfenster
- 5
- -
- 6
- Kaltgaszuleitung
- 7
- Ableitung
- 8
- -
- 9
- Tank
- 10
- Leitung
- 11
- Wärmetauscher
- 12
- Gebläse
- 13
- Lufteingangsleitung
- 14
- Ausgangsleitung
- 15
- Steuereinheit
- 16
- Messeinrichtung
- 17
- Regelarmatur
- 18
- -
- 19
- -
- 20
- Vorrichtung
- 21
- Injektor
- 22
- Saugleitung