用在水下呼吸装置中的呼气阀的制作方法

专利名称：用在水下呼吸装置中的呼气阀的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种水下呼吸装置，尤其涉及用在水下呼吸装置中的呼 气阀，该呼气阀构造为用于在使用者的气道中产生呼气末正压。
背景技术：
即使使用者的嘴和/或鼻子淹没在水中之后，水下呼吸装置也可以使使用 者继续呼吸。 一些水下呼吸装置，例如水中呼吸器和水中呼吸器呼吸装置， 构造为从压縮空气容器中为淹没在水下的使用者提供空气。其它的水下呼吸 装置，例如传统的水下通气管，构造为从大气中为使用者提供空气。
传统的水下通气管主要包括呼吸管道，可以经由该呼吸管道从大气中吸 入空气。呼吸管道典型地构造为具有两端。水下通气管的一端用于保持在水 面上。水下通气管的另一端用于淹没在水面下。用于淹没在水下的吸入管道 的端部通常包括咬嘴(mouthpiece)。特别地，使用者将咬嘴的一部分插入 到他的嘴里，从而在使用者的气道和呼吸管道之间产生密封。然后使用者将 他的嘴和咬嘴淹没在水下，同时将呼吸管道的另一端保持在水面上，从而使 得使用者在淹没于水中时仍可吸入大气空气。同时，呼吸管道可以使得使用
者在不破坏使用者的嘴和咬嘴之间的密封的情况下通过使用者的嘴呼气。通 常，由使用者呼出的空气通过呼吸管道排出水下通气管，且通过该相同的呼 吸管道使用者吸入大气空气。
使用者在使用传统的水下通气管时遇到的一个问题是由于使用者淹没 于其中的周围水压而使得疲劳度增大。在正常的吸气和呼气中，使用者需耗 费体力而使他的肺充气和排气。然而，当使用者淹没于水中时，使用者的肺 的周围的水压迫使使用者需消耗比平时更多的体力来使他的肺充气，并使得 使用者需消耗比平时少的体力来使他的肺排气。这种减少体力的呼气趋向于 使使用者比平时更快地呼气，从而减小了每次增加体力的吸气之间的时间间 隔，从而导致更频繁的吸气。更频繁的吸气可导致使用者比正常的吸气和呼 气时更快地疲劳，由于起作用的肺容量较小以及肺膨胀不全的可能性，将导 致呼吸困难，而这将进一步引起肺衰退从而使得肺不能完全膨胀。
使用者使用传统的水下通气管时可能遇到的另一个问题是由于水下通 气管的呼吸管道中存在的水而引起呼吸困难。水有时可以通过呼吸管道的一 端或两端而进入到传统的水下通气管中。当这些水聚集在水与呼吸管道中的 空气的通路干涉的位置时和/或使用者吸入水时，将导致呼吸困难。此外，在 吸气和/或呼气期间，当空气经过水时，水下通气管的呼吸管道中水的存在可 以引起混乱的汩汩或冒泡噪声。

发明内容
因此，需要一种可以消除或减少一些或全部上述问题的水下呼吸装置。 根据本发明的一个方案提供了一种可用于水下呼吸装置中的呼气阀。该 呼气阀潜在地构造为用于在水下呼吸装置的使用者的气道中产生呼气末正 压，以减少水下呼吸的总工作量。该呼气阀可以包括板，其限定出至少一 个腔口、以及呼气口。所述至少一个腔口与该呼气口相对设置。该呼气阀还 包括柔性膜，其抵靠该板的表面是可密封的，且该柔性膜的尺寸和位置设 置为能密封该呼气口。该柔性膜可构造为具有密封位置，在该密封位置时， 该柔性膜密封该呼气口以使得基本上没有空气能在所述至少一个腔口和该 呼气口之间流动。该柔性膜还可构造为具有非密封位置，在该非密封位置时， 该柔性膜不密封该呼气口以使得空气能在所述至少一个腔口和该呼气口之
间流动。
根据本发明另 一方案的呼气阀还可包括板，该板是近似刚性的且为近似 盘状的。此外，呼气阀的板的呼气口可以是椭圆形的或泪滴形的。此外，呼 气阀的柔性膜可包括铰接区，该铰接区安置为将该呼气口分为两侧，以使得 当该柔性膜沿该铰接区弯曲时，该呼气口的一侧为非密封的，而该呼气口的 另一侧为保持密封的。而且，呼气阀的板和/或柔性膜可具有安置于该板和该
柔性膜之间的凸起(nub)。
根据本发明的又一方案提供了一种水下呼吸装置，其构造为在该水下呼 吸装置的使用者的气道中产生呼气末正压。在该水下呼吸装置的使用者的气 道中产生呼气末正压可减小水下呼吸的总工作量。该水下呼吸装置可包括腔 和阀。该腔可包括第一开口和第二开口。该腔构造为使得当空气通过该第一 开口而被吸入到该腔内，同时限制所述空气通过该第一开口溢出时，没有离 开该腔的自由通路使所述空气通过该通路排出该水下呼吸装置，从而呼出的 空气在该腔内产生呼气压力。该阀用于限制该腔和该第二开口之间的气流。 该阀包括板和柔性膜。该板限定出至少一个腔口、以及呼气口。所述至少一 个腔口与该呼气口相对设置。该第二开口可包括所述至少一个腔口和该呼气 口。该柔性膜抵靠该板的表面是可密封的，且该柔性膜的尺寸和位置设置为 能密封该呼气口 。该柔性膜构造为使得包括该腔内的任何呼气压力的开启力 沿第一方向偏压该阀，并使得闭合力沿第二方向偏压该阀，该第一方向与该 第二方向近似相反。该柔性膜包括闭合位置，在该闭合位置，该柔性膜密封 该呼气口以使得基本上没有空气通过该呼气口从该腔内释放出来。当该开启 力小于等于该闭合力时，该柔性膜设置于该闭合位置。该柔性膜还包括开启 位置，在该开启位置，该柔性膜不密封该呼气口以使得空气通过该呼气口从
该腔内释放出来；当该开启力大于该闭合力时，该柔性膜设置于该开启位置。
根据本发明的再一方案的水下呼吸装置包括连接于该第一开口的咬嘴。 此外，该水下呼吸装置还包括连接于该呼气口的呼气管道。此外，该水下呼 吸装置还可包括通过隔膜分隔的呼气管道，该隔膜分隔出第一管道和第二管 道。该第二管道的尺寸和位置设置为使得当使用该水下呼吸装置时，任何进 入该呼气管道中的水趋向于聚集在该第二管道内。此外，该柔性膜还包括铰 接区，该铰接区与该隔膜对齐以使得当该柔性膜沿该铰接区弯曲时，该第一
管道为非密封的而该第二管道为保持密封的。此外，用于使该柔性膜在该柔 性膜的铰接区弯曲从而仅打开该第一管道所需的开启力小于用于使该柔性 膜弯曲以使该第一管道和该第二管道都打开所需的开启力。另外，当该水下 呼吸装置的至少一部分淹没于水中时，该闭合力包括周围的水压。此外，该 开启力还包括由连接于该柔性膜上的弹性带的张力所产生的力，该弹性带基 本上沿该第一方向偏压该柔性膜。此外，该弹性带的张力以及所产生的开启 力能手动调节。
根据本发明再一方案提供了一种水下呼吸装置，其构造为在该水下呼吸 装置的使用者的气道中产生呼气末正压。该使用者的气道中的呼气末正压可 减小水下呼吸的总工作量。该水下呼吸装置包括腔和阀。该腔包括第一开口 和第二开口。该腔优选地构造为使得当空气通过该第一开口而被吸入到该腔 内，同时限制所述空气通过该第一开口溢出时，没有离开该腔的自由通路使 所述空气通过该通路排出该水下呼吸装置，从而呼出的空气在该腔内产生呼 气压力。该阔用于限制该腔和该第二开口之间的气流。该阀可构造为使得该 腔内的任何呼气压力沿第一方向偏压该阔，并使得反向压力沿第二方向偏压 该阀。该第一方向与该第二方向近似相反。该阀可具有闭合位置，在该闭合 位置，基本上没有空气通过该第二开口从该腔内释放出来。当该腔内的任何 呼气压力小于等于该反向压力时，该阀设置于该闭合位置。该阀还具有开启 位置，在该开启位置，至少一些空气通过该第二开口从该腔内释放出来。当 该腔内的任何呼气压力大于该反向压力时，该阀设置于该开启位置。
根据本发明的再一方案的水下呼吸装置包括连接于该第一开口的咬嘴。 此外，该水下呼吸装置还包括连接于该第二开口的呼气管道。此外，当该水 下呼吸装置的至少一部分淹没于水中时，该反向压力还包括周围水压。此外， 该反向压力还可包括一个或多个弹簧的力。此外，水下呼吸装置还可包括具 有第三开口的腔，此处，阀进一步限制腔和第三开口之间的气流。该阔还包 括净化位置，在该净化位置，至少一些空气经由第二开口和第三开口从腔内 释放出来。当腔内的任何呼气压力明显地大于反向压力时，该阀可设置于净 化位置。
本发明的这些和其它的方案、特征和优点将从下面的优选实施例的详细 说明中变得更加清楚。


附图包含优选实施例的图，以进一步阐明本发明的上述和其它方案、优 点以及特征。需要理解的是，这些附图仅用来描述本发明的优选实施例而不 是用来限制本发明的范围。通过使用附图将更加具体和详细地描述和解释本 发明，在附图中
图1A是示例性的组装后的水下通气管的主视图1B是图1A的水下通气管的分解主视图2A是图1A和图1B的水下通气管的吸气盖和吸气阀隔膜件的俯视立 体图，吸气盖和吸气阀膈膜件一起形成吸气阀。
图2B是图1A和图1B的水下通气管的吸气盖的横剖视图，该图示出了 位于开启位置(例如发生在吸气期间)的吸气阀；
图2C是图1A和图1B的水下通气管的吸气盖的横剖视图，该图示出了 位于闭合位置(例如发生在保持呼吸或呼气期间)的吸气阀；
图3A是图1A和图1B中的水下通气管的主管及其相关结构的横剖视图3B示出了图3A的横截面图，图中呼气管途径该主管内，且安装到该 主管的呼气管上部安装件上；
图3C示出了图1A和图1B中的水下通气管的主管的下端的椭圆形横截
面；
图3D是图1A和图1B的水下通气管的主管及其相关结构的横截面图； 图4A是图1A和图1B的水下通气管的带肋的柔性连接管的侧视图； 图4B是图4A中所示的连接管的截面图5A是图1A和图1B中的水下通气管的具有咬嘴的接头、分解的呼气 阀/净化阀组件、以及净化盖的分解侧视图5B是呼气阀/净化阀组件的分解立体图5C是呼气阀/净化阀组件的分解横截面图5D示出了该呼气阀/净化阀组件的俯视图5E示出了该呼气阀/净化阀组件的叠置后的横截面图6A是在呼气阀处于闭合位置时的接头的横截面图6B是在正常呼气中呼气阀处于开启位置时的接头的横截面图6C是在呼气净化阶段中快速净化口开启时的接头的截面图7A是可替代的呼气阀/净化阀装置的截面图，该图示出可压縮的Z形
壁。该折叠壁在下部具有切口，除了在净化操作中该折叠壁充分地扩张之外
该折叠壁的外部是闭合的。
图7B是类似于图7A的截面图，该图示出了呼气阀处于开启位置而净化 阀处于闭合位置的情形；
图7C是类似于图7A的截面图，该图示出了呼气阀和净化阀均处于开启 位置的情形；
图8是另一可替代的呼气阀/净化阀装置的横截面图，该图示出了可竖直
移动的圆顶结构以及外部定位的呼气管；
图9是接头的横截面图，该接头包容呼气阀，且适合于安装到连接管上，
并随后安装到呼气出口或水中呼吸器的调节器等类似装置上； 图IOA是处于闭合位置的可替代的呼气阀构造的截面图； 图IOB是图IOA的呼气阀构造处于开启位置时的截面图； 图IIA是可用于图IOA的呼气阀构造中的柔性膜的侧视图IIB是图IIA的柔性膜的立体俯视图IIC是可用于图IOA的呼气阀构造中的盘状刚性件的横截面图； 图IID是图11C中的盘状刚性件的仰视图12A是阀处于闭合位置时的另一可替代的呼气阀构造的截面图12B是阀处于部分开启位置时的图12A中的呼气阀构造的截面图； 图12C是阀处于完全开启位置时的图12A中的呼气阀的截面图； 图13A是可用于图12A-图12C中的呼气阀构造中的柔性膜的侧视图； 图13B是图13A的柔性膜的立体俯视图13C是可用于图12A-图12C中的呼气阀构造的盘状刚性件的橫截面
图13D是图13C中的盘状刚性件的仰视图；以及 图14是示例性的张力突出物的橫截面图。
具体实施例方式
本申请主要涉及一种用在水下呼吸装置中的呼气阀。该呼气阀构造为在
水下呼吸装置的使用者的气道中产生呼气末正压。然而，本发明的原理不局 限于水下呼吸装置。可以理解的是，在本公开的启发下，在此所公开的结构 可成功地用于与之相关的、需要在使用者的气道中产生呼气末正压的任何装置。
此外，为了便于描述该呼气阀，术语例如"顶"、"底"、"前"、"后"、 "左"及"右"用于描述附图中的方向，所述附图不必按比例绘制。然而， 可以理解的是本发明可以在水下呼吸装置或包括各种角度、侧面以及甚至 是颠倒的其它装置中位于各种所需的位置。下面将详细地描述用于水下呼吸 装置中的呼气阀。
如下所述以及如附图中所示，呼气阀可用于与水下呼吸装置相关的装置 中，例如水中呼吸器、或水中呼吸器的调整器、或水下通气管。例如，呼气 阀可以与水下通气管的吸气阀相关联，或者呼气阀也可与吸气阀相结合。无 论该水下通气管仅包括一个呼吸管道还是包括吸气管道和呼气管道，该呼气 阀可置于该水下通气管的呼吸管道的顶部或底部。当水下通气管的使用者呼 气时该呼气阀通常构造为开启的，以使呼出的空气排出该水下通气管。当水 下通气管的使用者不进行呼气时(例如在吸气时或在呼吸之间时)，该呼气 阀通常构造为闭合的。在水下通气管包括吸气管道和呼气管道的情况下，闭 合的呼气阀可防止从呼气管道呼出的空气返回到吸气管道，从而通过适当的 呼气管引导(channeling)呼出的空气。
现参考图1A和图1B，其公开了一种示例性的水下通气管1。通常地， 水下通气管1便于经吸气管道将空气吸入到使用者的咬嘴，且便于从咬嘴将 呼气排出到呼气管道(空气从该呼气管道排出水下通气管)。该水下通气管 1包括吸气阀和呼气阀。该水下通气管1还包括净化阀，该净化阀与呼气阀 共用净化阀的部分结构。水下通气管l在使用时，大气空气单向流入到吸气 阔，并经吸气管道到达使用者吸气的咬嘴。然后，使用者随后呼出的空气流 经呼气阀并流经呼气管道(呼气从该呼气管道排出水下通气管)。呼出的空 气还可经净化阀排出水下通气管1。下面是关于吸气阀、吸气管道、咬嘴、 呼气阀、呼气管道以及净化阀的示例性结构的详细描述。
水下通气管1包括多个主结构件，所述主结构件包括吸气盖7、主管13、 连接管19、咬嘴54、包容腔23的接头22、呼气管道48、以及净化池27。 净化盖50位于水下通气管1的下端。呼吸管道出口 16靠近主管13的上端， 呼出的空气通常从该呼吸管道出口 16排出水下通气管1。
更详细地，图1B中公开了吸气盖7、吸气阀横隔件IO、主管13、连接 管19、以及接头22。组合的密封组件6包括组合的密封构件30、刚性支承 盘36、以及盘旋膜40，该组合的密封组件6用于柔性地安装该呼气阀的主 动部件，而该呼气阀的主动部件是组合的密封组件6的功能部件，且抵靠呼 气管下部安装件44的密封环47而作用。如图所示，呼气管48安装到该结 构的上方。该呼气管48途经该水下通气管1的中部腔，直至该呼气管48的 上端通过夹置于主管13和中空的吸气管安装塞49之间而进行安装。呼气管 下部安装件44通过支承结构46而连接到接头22，该支承结构46从上向下 看时类似于向外延伸到外部边缘的轮辐。因此，该支承结构46不会阻止流 体/空气穿过该支承结构(即从上到下)而流动。净化盖50拧在接头22上从 而保护组合的密封组件6,这样该密封组件6的盘旋膜40连接于该两结构之 间(净化盖和接头之间)。重要地，接头22包容腔23，在该腔23中，通过 吸气阀和呼气阀的组合而保持呼气压力。接头22内的腔23的最下端部分称 为净化池27，在这里将会首先聚集飞溅/溢出的水。
图2A示出了吸气盖7、 一些贯穿通道8、以及吸气阀膈膜件10，上述 部件一起形成吸气阀。该吸气阀膈膜件IO具有槽12 (该槽具有任选的局部 厚度)，该槽12通过该膈膜件10的直径，且该槽12的中心通过示于图2B 和图2C中的吸气阀锚固件9而被锚固在该吸气阀膈膜件10的中心孔11处。
图2B示出了吸气盖7和吸气阀膈膜件10的变形后的形状的横截面图， 其中示出了在吸气时阀处于开启位置时的情形。所有吸入的空气经吸气盖7 的贯穿通道8而进入到水下通气管1。因此可认为该吸气盖是吸气管道的第 一构件。吸气阀膈膜件10具有很大的柔性且容易变形，以使得吸气管道中 的气道阻力的任何分布都可最小化。通过膈膜件10的直径的、部分厚度可 选的槽12使得该阀可用作更有效的蝶形阀。此外，吸气盖7的尺寸制作为 使得贯穿通道8可结合于该区域内，从而同样地可使得即使在快的吸气流速 的情况下气道阻力的分布仍然可最小化。图中示出了吸气盖7的内螺纹55， 该内螺纹55与如图3A中所示的主管13上的相应的螺纹相匹配。
图2C与图2B类似，但图2C示出了在不吸气时处于平直形状的吸气阀
膈膜件IO。当没有压力梯度(pressure gradient)横跨作用于该阀上时，该吸 气阀膈膜件10自然地，逐渐地呈平直状，以使闭合音最小化，如果阀不平 直，则将会出现闭合音，直至阀被强力闭合为止。然后，当进行呼气时，由 于作用在水下通气管1的底部的呼气阀上的压力(示于图6A、图6B和图6C 中)在该水下通气管1内传播，以向该吸气阀提供闭合压力，因此该阀保持 紧密地闭合。只要该水下通气管l在正常使用位置正常定向(即，吸气阀高 于呼气阀)，且使用者不是用力地吸气，该压力就足以防止水通过吸气盖7 进入水下通气管1中。
图3A示出了主管13及其相关结构的横截面图。吸气盖7通过该吸气盖 上的内螺纹55和主管13上的外螺纹56的匹配而安装到该主管13的顶端。 吸气阀的代表结构示于上述图2B和图2C中。主管的中央通道14直接接受 来自吸气阀的吸入空气，从而成为该吸气管道的第二功能构件，其中吸气管 道限定为网状的管和其它中空的结构，随后流过通过该吸气管道吸入的空 气。呼气管上部安装件15与主管13—体形成，且该呼气管上部安装件设有 圆形外壁，呼气管48的上端抵靠于该外壁，且通过中空的吸气管安装塞49 而夹置。该设计有效地消除了潜在的、水下通气管1的呼气管道48和吸气 管道之间的空气泄漏，否则当呼气管道48经过该吸气管道的壁时，空气泄 漏将成为问题。呼气管道出口 16是位于吸气管道上的开口，通过该开口， 呼气管道48离开该水下通气管1 。主管13的下端具有椭圆形截面17以减少 游泳时的流体动力阻力，且该主管13的上端过渡为圆形横截面以使吸气盖7 可进行螺纹安装。通过主管上的多个肋57与连接管上的槽58相匹配而使主 管13的下端安装到柔性的连接管19上。
图3B示出了主管13的上端的圆形截面18，而图3C示出了主管13的 下端的椭圆形截面17。图3D与图3A相同，但是该图3D中还示出了途径主 管13的呼气管48。
图4A是带肋的柔性连接管19的侧视图。外肋21为该连接管提供径向 支承，同时可使该连接管19成为柔性并可弯曲的。当使用该水下通气管1 时，特别是如果同时使用其它的潜水装备时，该连接管19的可弯曲性可提 高舒适性。
图4B是带肋的弹性连接管19 (也示于图4A中)的横截面图。现在示
出了该连接管的中央通道20，该中央通道20作为吸气管道的第三功能构件。
在此还示出了连接管19的上部的多个槽58和连接管19的下部的多个槽59， 所述上部的多个槽58与主管13上的相应的多个肋57 (示于图3A)相匹配, 而所述下部的多个槽59与接头22上的多个肋60 (示于图5A)相匹配。
图5A是接头22及其相关结构的分解侧视图。特别地，接头22上一体 形成有三个安装件，也即，其上具有多个连接肋60的连接管安装件24、其 上具有多个连接肋61的咬嘴安装件25、以及其上具有外螺纹64的净化盖安 装件29。
接头22包容一个小容积的腔23，该腔接收来自连接管19的中央通道 20 (示于图4B)的吸入空气，因此成为吸气管道的第四功能构件。在其它 实施例中，该腔也可不是吸气管道的功能构件。该腔23接收来自咬嘴54的 呼出空气。该腔23在呼气期间被加压，并功能性地向使用者的气道提供反 向压力。所述腔23的下部区域特别地作为净化池27，从而使得任何捕获的 水首先聚集在此。
接头22还容置功能性的呼气阀以及净化阀。在优选实施例中，这两个 阀共用三个结构件，所述三个结构件放在一起简单地称为组合的密封组件6。 该组件的结构在图6A到图6C中以优选实施例的形式示出，同时呼气阀和净 化阀的可替换实施例的示例分别示于图7和图8中。
在接头22的、用于呼气管下部安装件44 (示于图6A、图6B和图6C) 的锁扣安装件处，呼气管下部安装件44通过其轮辐和轮缘状的支承结构46 而静态地连接到接头22上。呼气管下部安装件44还另外设有用于呼气阀的 密封环47。该呼气管下部安装件44将呼出的空气从腔23引导到呼气管48 (也称为呼气管道48)。呼气阀包括组合的密封组件6的各构件以及密封环 47，上述各项构件将在图6A、图6B和图6C中更为详细地进行描述。
图5A还示出了在相应的安装件上拧到接头22上的净化盖50。示出的 净化盖50具有多个净化盖穿孔52，所述穿孔52可使水压作用于呼气阀上， 并使得经过净化阀净化的水排出。图5B是组合的密封组件6的分解立体图。 该组件包括硅橡胶组合的密封构件30、刚性支承盘36、以及柔性盘旋膜40。
一体(one-part)结构的组合的密封构件30设有呼气阀密封构件31和净 化阀密封构件32。在优选实施例中，呼气阀密封构件31是圆顶状的，从而
在仅微小开启时随着呼出空气流经过呼气阀而溢出时，能非常缓慢地打开排 出流，并能减小振动。也可采用其它类似的可以起到减震效果的形状，包括 泪滴形或锥形。邻接的净化阀密封构件32特别地具有减震肋33，所述减震
肋33从该净化阀密封构件32的下侧以各种长度、沿径向凸出，并且所述减 震肋33用于减小或消除嗡嗡声，否则在净化时会发生该嗡嗡声。组合的密 封构件30还具有围绕其中部的连接槽34，通过该连接槽34可固定连接到该 刚性支承盘36上。中空区域35使得该组合的密封构件30可为被压縮以便 于组装的目的，并为可选的弹簧68 (图6A)提供安装口，如果将来需要进 行改进，该弹簧68可进一步限定气道压力65。
刚性支承盘36具有如下多种功能支承组合的密封构件30，该密封构 件30使得呼气阀密封构件31通过密封环7形成稳定的密封(示于图6A、 图6B和图6C);提供宽的表面，抵靠该表面而作用的周围水压66 (示于图 6A、图6B和图6C中)平衡该水下通气管1内的所需的呼气气道压力65 (示 于图6A、图6B和图6C中)；支承净化阀密封构件32，以使该密封构件与 该刚性支承盘的密封表面保持接近；以及提供平滑的刚性表面，净化阀密封 构件32抵靠该表面可密封。除了在气道压力65达到足够的极限值从而开启 主动净化操作以快速净化的期间之外，刚性支承盘36中的快速净化通道39 通过净化阀密封构件32而闭合，从而充分地利用了保持于水下通气管1中 的较高的呼气气道压力65。刚性支承盘36的中心孔37在所述组合的密封构 件的连接槽34处支承该组合的密封构件30。通过刚性支承盘36的外部槽 38可安装连接到柔性的盘旋膜40的中心锚固件41上。
盘旋膜40是柔性的环状结构，该结构具有盘旋的横截面以使得刚性支 承盘36和组合的密封构件30能够轴向移动。该功能使得呼气阀密封构件31 抵靠密封环7 (示于图6A、图6B和图6C中)适当地开启和闭合其密封， 从而利用周围水压66来调节使用者的浸入呼气速率和水下呼气速率。盘旋 膜40具有用于固定连接到刚性支承盘36的中心锚固件41、以及用于固定安 装到由盘旋膜接头槽28 (属于单独示于图6A中的接头22)和相应的盘旋膜 净化盖槽51 (属于单独示于图6A中的净化盖50)限定的空间内的外围锚固 件42。安装到接头22上的净化盖50的螺纹安装件轻挤压该外围锚固件42， 这将有利于产生密封以防止水进入水下通气管1，并有助于锁紧净化盖安装
件29的螺纹。
图5C是图5B中所示部件的横截面图。图5D是图5B中所示部件所构 成的组合的密封组件6的俯视图。图5E是图5C中所示部件所构成的组合的 密封组件6的横截面图。
图6A是呼气阀处于闭合位置时的接头22的横截面图。与该图中相同的 多项构件详细地示于图5A和图5B中。需注意的是，从上方作用于组合的密 封组件6上的使用者的气道压力65不足以克服周围水压66从下部产生的向 内的挤压力。因此，呼气阔密封构件33抵靠密封环7而紧密地闭合，并可 防止气流的呼出。盘旋膜40的横截面形状与位于其轴向行程的上端的刚性 支承盘36相适宜。图中还示出了可选的机械弹簧68，该弹簧68可以用来进 一步限定呼气所达到的反向压力。
图6B是呼气阀处于开启位置时的接头22的横截面图。该图与图6A相 似，但是在该图6B中示出了正常呼气状态，在该状态中，使用者的气道压 力65超过了周围的水压66，从而在组合的密封组件6上施加纯粹的向下的 力，从而将呼气阀密封构件31从其抵靠密封环7的密封位置移开。气流箭 头67示出了经过腔23、穿过呼气阀并进入到呼气管48的气流的方向，气流 从呼气管48处分路传输以排出水下通气管1。盘旋膜40的横截面形状与接 近其轴向行程的下端的刚性支承盘36相适宜。
图6C是净化阀处于开启位置时的接头22的横截面图。需注意的是，由 于用于净化所需的气道压力65超过了用于正常呼气的压力，因此呼气阀也 处于开启位置。同图6A和图6B，有关该图中所示的多项构件的描述参见参 照图5A和图5B所进行的描述。需注意的是，净化阀密封构件32从刚性支 承盘36上分离，因此使得水下通气管1内的容纳物可经过快速净化通道39 而排出。净化阀密封构件32的偏压用于闭合模压其形状，以使得气道压力 65明显大于周围水压66，从而使净化阀密封构件32从刚性支承盘66处产 生位移。盘旋膜40的横截面形状与位于其轴向行程的最下端的刚性支承盘 36相适宜。
图7A是水下通气管1的可替代实施例的截面图，该实施例的水下通气 管1用模制为一件的柔性橡胶部件，即柔性密封构件69，替换了组合的密封 组件6的三个部件。为此，接头75、净化盖76以及呼气管下部安装件77均 进行了改进以可适用于该替代实施例。弹性密封构件69具有沿其圆周的密 封构件锚固件70，该密封构件锚固件以相似于前述优选实施例的外周锚固件
42的方式，将该构件固定到接头75和净化盖76上。该弹性密封构件69还 具有密封圆顶部件73，该部件73的功能与前述优选实施例的呼气阀密封构 件31的功能相同。优选实施例中的刚性支承盘36已被省掉。可选的刚性环 74可置于折叠壁71的较深的折叠处，以用于附加的机械支承。通过折叠壁 71的外部折叠处的一系列小的净化切口 72使得净化操作更加便利，由于该 壁的模制形状和周围水的挤压力，该折叠壁71保持闭合，直至气道压力65 足以充分地扩张折叠壁71，从而以类似于鸭嘴阀的方式而开启这些净化切口 72。
图7B是图7A的替代实施例，该图中示出了与图6B中的优选实施例相 同的正常呼气的情形，在该情形下，气道压力65足够用于呼气，但不足以 用于快速净化操作。密封圆顶73己经与使呼出的空气(如气流箭头75所示) 排出水下通气管1的呼气管密封环47分离。
图7C是图7A的可替代实施例，该图中示出了与图6C中的优选实施例 相同的净化操作情形，在该情形下，气道压力65超过用于净化的极限压力。 此时明显地，净化切口 72位于较低的、外部为硅橡胶的(或其他柔性的) 折叠壁71中。所述净化切口 72通过足够的压力而开启以提供良好的净化能 力，但是通常情况下，在正常的呼气活动中所述净化切口保持闭合。
图8揭示了水下通气管1的另一个实施例，该实施例的特征是对接头78 进行了明显的改进，类似地，该接头78包含用于反向压力的腔80，并且还 具有接近水下通气管1的底部的呼气出口 83、及外部呼气管安装件84、和 外部呼气管。密封杯81是提供用于所需呼气末正压的反向压力的运动元件， 该密封杯同轴地移动并通过密封杯刚性支承件来支承。当腔内的气道压力65 能克服周围水压66时，密封杯81从O形密封件82上分离，这使得空气溢 入到密封杯81的周边的上方的空间内，然后通过外部呼气管安装件85排到 外部呼气管86中。滑动密封件87有助于保持水下通气管内的干燥。
图9是呼气阀的闭合结构的横截面图，该呼气阀的闭合结构进行了改进， 从而可通过无轴环(non-collapsible)的空气管连接到典型的水中呼吸器的调 节器上的呼气出口上。由于本发明的功能是调节水中呼吸器潜水者的呼气速 率，因此此时本发明实质上成为了一种用于水中呼吸器潜水目的的"呼气调 节器"。取决于使用者的舒适度，该装置可佩戴到使用者嘴或胸的高度。与
优选实施例(示于图5A到5D以及图6A到图6C中)相比，该可替代实施 例中的接头88縮短了 ，因此该接头可适用于水中呼吸器或水中呼吸器目的。 此外，优选地，该实施例中的水下通气管1的咬嘴25可被省掉，这是由于 对于水中呼吸器来说，咬嘴不是必须的。来自单独的水中呼吸器的调节器的 呼气出口通过连接管94连接到带肋90的连接管安装件89上。呼气管92显 著地縮短，且呼气管道出口 95己被移到了接头88上。重要的是，腔93继 续用作反向压力腔，以改进在此所述的呼气压力。图9还包括图6B中所示 的呼气阀及其相关结构，所述呼气阀适用于安装到水中呼吸器的调节器或水 中呼吸器装备的呼气出口上。图9中的呼气管48显著地縮短了并经过接头 22的侧壁从接头22中引出。
如图IOA和图IOB所示，水下通气管100包括可替代的呼气阀构造。该 水下通气管100构造为包括多个与图1A和图1B中示出的水下通气管1的部 件相同的部件，所述部件包括吸气阀、主管、连接管和咬嘴。尽管所述部件 没有在图IOA和图10B中示出，可以理解的是，水下通气管100构造为与图 1A和图1B中所示的处于适当位置的部件一起作用。该水下通气管100包括 吸气管道102。吸气管道102的外侧包括肋104，如图1A和图1B所示，连 接管和主管可以连接到所述肋上。空气通过吸气阀进入吸气管，如此处其它 地方所描述的，该吸气阀是单向阀，即，只能使空气流入到吸气管道102中， 但不能流出该吸气管道102。空气通过该单向吸气阀进入吸气管道102之后， 所述空气进入腔106并可随后通过第一开口 108而被使用者吸入。咬嘴可通 过使用肋IIO而连接到第一开口 108，从而便于使用者吸气和呼气。通过第 一开口 108吸入空气之后，使用者可以随后通过该第一开口 108呼出空气， 且所述空气返回到腔106内。由于空气通过单向阀而进入到吸气管道102， 因此呼出到腔内的空气不能通过吸气管道102排出该水下通气管100。相反 地，该呼出的空气积聚在腔106中，从而在腔106中产生呼气压力。
该示例性的水下通气管100还包括阀板120和柔性膜130，该阀板120 和柔性膜130 —起形成了呼气阀。阀板120包括呼气口 132。阀板120还包 括两个腔口 134 (如图IID所示)。柔性膜130连接到阀板120的边缘，如
图10A所示，当柔性膜130处于闭合位置时，用以密封呼气口132。
腔口 134设置在与呼气口 132相对的位置处。在本文和权利要求书中，
短语"与呼气口相对设置的至少一个腔口"定义为呼气口基本上设置于该
阀板120的一个侧面，而所述至少一个腔口则基本上设置于该阀板120的另 一个侧面。该定义还包括如下含义例如图IID和图13D所示的情形，其 中腔口与呼气口部分重叠，以使得腔口部分地包围呼气口，但是该定义不包 括如下含义腔口包围或近似包围呼气口，例如图5B和图5D中的刚性支承 盘36中所示出的情形。该定义使得柔性膜130逐渐地从位于该柔性膜130 一侧的阀板120上剥离，该柔性膜130直接位于腔口的下方。
图IOA和图10B中还公开了呼气管道下部安装件122，该安装件122形 成了呼气管道128的一部分。呼气管124在肋126处连接到该呼气管道下部 安装件122。
当水下通气管100淹没于水中时，水下通气管100周围的水的水压将推 动柔性膜130使其抵靠于阀板120上，由此密封呼气口 132。当使用者向腔 106内呼气时，聚集在腔106内的呼气压力产生开启力140，所述开启力140 通过阀板120的腔口 134作用于柔性膜130上。所述开启力140沿第一方向 偏压柔性膜130。同时，水下通气管100周围的水的水压作为闭合力150， 所述闭合力150沿第二方向偏压柔性膜130。开启力140的第一方向与闭合 力150的第二方向近似相反。
如图10A所示，当闭合力150大于或等于开启力140时，柔性膜130密 封呼气口 132，以使得基本上没有空气通过呼气口 132从腔106中释放出来。 然而，如图10B所示，当开启力140超过闭合力150时，柔性膜130打开呼 气口 132且呼出的空气142从腔106内释放到呼气管道128内。 一旦呼出的 空气142到达呼气管道128，呼出的空气142就从水下通气管100释放。
如图IIA和图IIB所示，柔性膜130可选地包括凸起138，所述凸起138 一体成形在柔性膜130内且用于抑制抵靠于阀板120而闭合的柔性膜130的 冲击，从而减小柔性膜130抵靠于阀板120闭合时所产生的噪音。如图11C 和图11D所示，阀板120还可选地包括多个凸起136，所述凸起136—体成 形在阀板120内，且具有与凸起138的功能近似相同的功能。阀板120的呼 气口 132还可选地形成为泪滴状，以使得呼气口 132的未密封部分的尺寸最
初很小，而当柔性膜130从阀板120上剥离时，未密封部分的尺寸逐渐变大。
图11D公开了限定于阀板120内的两个腔口 134，也可只设有一个腔口，或 设有两个以上的腔口。
如图12A-图12C所示，水下通气管200包括另一个可替代的呼气阀构 造。除了阀板120和柔性膜130由不同的阀板160和不同的柔性膜180代替 之外，该水下通气管200与图IOA和图10B中示出的水下通气管100相同。 空气以相似于通过水下通气管100的方式通过该水下通气管200，并且呼出 的空气也收集于腔106内，从而在腔106内产生呼气压力。
该示例性的水下通气管200还包括阀板160和柔性膜180，该阀板160 和柔性膜180—起形成呼气阀。该阀板160包括呼气口，该呼气口分为位于 上方的呼气口 170和位于下方的呼气口 172。如图13D所示，该阀板还包括 三个腔口166。柔性膜180连接于阀板160的边缘，并且如图12A所示，当 柔性膜180处于闭合位置时，该柔性膜180用以密封上方的呼气口 170和下 方的呼气口 172。图12A和图12B中还示出了呼气管道下部安装件162，该 安装件162形成呼气管道128的一部分。该呼气管道下部安装件162由隔膜 168分隔，从而形成对应于上方的呼气口 170的上方的管道174，以及对应 于下方的呼气口 172的下方的管道176。呼气管124在肋164处连接到呼气 管道下部安装件162上。下方的管道176的尺寸和位置设置为使得在使用该 水下通气管200时，任何进入到呼气管道128内的水趋向于汇集在下方的管 道176内。类似地，当水沿着呼气管道128的内表面聚集时，将会趋向于沿 内表面向下流并汇集到下方的管道176内。因此，下方的管道176用于收集 进入到呼气管道128内的水。
当水下通气管200淹没于水中时，该水下通气管200周围的水的水压将 推动柔性膜180使其抵靠于阀板120上，由此密封上方的呼气口 170和下方 的呼气口 172。当使用者向腔106内呼气时，聚集在腔106内的呼气压力产 生开启力140，所述开启力140通过阀板160的腔口 166作用于柔性膜180 上。该开启力140沿第一方向偏压该柔性膜180。同时，该水下通气管200 周围的水的水压作为闭合力150，所述闭合力150沿第二方向偏压柔性膜 180。开启力140的第一方向与闭合力150的第二方向近似相反。
如图12A所示，当闭合力150大于或等于开启力140时，柔性膜180密
封呼气口 132，以使得基本上没有空气通过呼气口 132从腔106释放出来。 然而，如图12B所示，当开启力140超过闭合力150时，柔性膜180不再密 封上方的呼气口 170，且呼出的空气142从腔106内释放到呼气管道128的 上方的管道174内。 一旦呼出的空气142到达呼气管道128，该呼出的空气 142就从该水下通气管200释放。
柔性膜180包括铰接区182。该铰接区182可以通过使该柔性膜180的 铰接区182比该铰接区周围的区域更薄而一体地形成于该柔性膜180内。当 组装成水下通气管200时，该铰接区182与该隔膜168对齐，从而使得当柔 性膜180沿铰接区182弯曲时(如图12B所示)，上方的管道174为非密封 的，而下方的管道176保持密封。用于使柔性膜180在铰接区182处弯曲的 开启力140小于用于使柔性膜180弯曲的开启力，从而如图12C所示，可使 得上方的呼气口 170和下方的呼气口 172都打开。
用于打开上方的呼气口 170所需的较小开启力和用于打开下方的呼气口 172所需的较大开启力的差使得该水下通气管200的使用者可通过上方的呼 气口170正常地呼气，且下方的呼气口 172无需密封。由于任何进入到呼气 管道128的水趋向于汇集在下方的管道176内，因此水下通气管200的呼气 阀的该性能使得使用者在具有少量液体的呼出空气(排出水下通气管)的路 径中呼气。呼气阀的该特性还使得使用者周期性地和有意地比在正常情况下 更有力地呼气，从而使得开启力足够大以使上方的呼气口 170和下方的呼气 口172都打开。当这种情况发生时，收集在下方的管道176内的任何液体将 被迫入到呼气管道128内，且通过有力地呼出空气而离开水下通气管200， 从而清除了呼气管道128中的不想要的液体。
如图12A—图12C以及图13A—图13B所示，柔性膜180可选地包括凸 起184和186，所述凸起一体地形成在柔性膜180内，并用于抑制柔性膜180 在抵靠阀板160闭合时的冲击。该抑制作用减小了柔性膜180抵靠阀板160 闭合时所产生的噪音。更特别地，凸起184的尺寸和结构构造为使得该凸起 接触该隔膜168，从而当柔性膜180抵靠于下方的呼气口 172而闭合和密封 吋，该凸起184能通过轻微地变形而吸收闭合动作的冲击。该冲击吸收使得 噪音要比没有设置凸起184时更小。凸起186相对于上方的呼气口 170的内 壁的作用与上述类似。
如图13C和图13D所示，尽管上方的呼气口 170和下方的呼气口 172 在阀板160内一起形成椭圆形的开口，但是，也可形成其它形状的开口。图 13D公开了限定于阀板160上的三个腔口 166。所述三个腔口 166的功能可 以由单个腔口或两个以上的腔口来实现。
如图14所示，具有可调节张力的呼气阀的水下通气管200包括突出物 202和桶状物204，弹性带206可绕在该桶状物上。弹性带206连接到柔性 膜208上。柔性膜202的结构和功能类似于图IOA—图13D中示出的柔性膜 130和180的结构和功能，或类似于在此公开的其它柔性膜。弹性带206通 过孔210的侧面保持近似垂直于柔性膜208。
当突出物202转换一个方向时，弹性带206围绕桶状物204旋转，由此 产生弹性带206的张力。由于弹性带206连接到柔性膜208上，所以弹性带 206的张力沿与水下通气管200内的呼气压力的方向近似相同的方向偏压柔 性膜208，因此形成作用于柔性膜208上的开启力140。因此，当弹性带206 的张力增大时，用于打开柔性膜208的呼气压力减小。相反地，当突出物202 转换到相反方向时，弹性带206从桶状物204上展开，由此减小弹性带206 的张力，并减小作用于柔性膜208上的力140。因此，水下通气管200包括 突出物200，该突出物200使得使用者可以手动调节柔性膜208的张力。
尽管本发明已经以特定优选实施例的形式进行了描述，但是本发明范围 内的其它实施例对于本领域技术人员而言也是显而易见的。因此，本发明的 范围仅由所附的权利要求书来界定。
权利要求
1.一种用在水下呼吸装置中的呼气阀，该呼气阀构造为用于在该水下呼吸装置的使用者的气道中产生呼气末正压，以减小水下呼吸的总工作量，该呼气阀包括板，其限定出至少一个腔口、以及呼气口，所述至少一个腔口与该呼气口相对设置；以及柔性膜，其可密封地抵靠该板的表面，且该柔性膜的尺寸和位置设置为能密封该呼气口，该柔性膜包括密封位置，在该密封位置，该柔性膜密封该呼气口以使得基本上没有空气能在所述至少一个腔口和该呼气口之间流动；以及非密封位置，在该非密封位置，该柔性膜不密封该呼气口以使得空气能在所述至少一个腔口和该呼气口之间流动。
2. 如权利要求1所述的呼气阀，其中该板是近似刚性的且呈近似盘状。
3. 如权利要求l所述的呼气阀，其中该呼气口是椭圆形的或泪滴形的。
4. 如权利要求1所述的呼气阀，其中该柔性膜还包括铰接区，该铰接 区安置为将该呼气口分为两侧，以使得当该柔性膜沿该铰接区弯曲时，该呼 气口的一侧能成为非密封的，而该呼气口的另一侧保持密封。
5. 如权利要求1所述的呼气阀，还包括至少一个凸起，所述凸起安置 于该板和该柔性膜之间，并形成于该板和/或该柔性膜上。
6. —种水下呼吸装置，其构造为在该水下呼吸装置的使用者的气道中 产生呼气末正压，以减小水下呼吸的总工作量，该水下呼吸装置包括腔，其包括第一开口和第二开口，该腔构造为使得当空气通过该第一开口而被吸入到该腔内，同时限制所述空气通过该第一开口溢出时，没有使所述空气排出该水下呼吸装置的、离开该腔的自由通路，从而呼出的空气在该 腔内产生呼气压力；以及阀，其用于限制该腔和该第二开口之间的气流，该阀包括板，其限定出至少一个腔口、以及呼气口，所述至少一个腔口与该呼气口相对设置，所述至少一个腔口和该呼气口限定出该第二开口；以及 柔性膜，其可密封地抵靠该板的表面，且该柔性膜的尺寸和位置设 置为能密封该呼气口 ，该柔性膜构造为使得包括该腔内的任何呼气压力 的开启力沿第一方向偏压该阔，并使得闭合力沿第二方向偏压该阀，该 第一方向与该第二方向近似相反，该柔性膜包括闭合位置，在该闭合位置，该柔性膜密封该呼气口以使得基本上没有空气通过该呼气口从该腔内释放出来；当该开启力小于等于该闭合力时，该柔性膜设置于该闭合位置；开启位置，在该开启位置，该柔性膜不密封该呼气口以使得空气通过该呼气口从该腔内释放出来；当该开启力大于该闭合力时，该柔性膜设置于该开启位置。
7. 如权利要求6所述的水下呼吸装置，还包括连接于该第一开口的咬嘴。
8. 如权利要求6所述的水下呼吸装置，还包括连接于该呼气口的呼气管道。
9. 如权利要求8所述的水下呼吸装置，其中该呼气管道通过隔膜分隔， 该隔膜分隔出第一管道和第二管道，该第二管道的尺寸和位置设置为使得当 使用该水下呼吸装置时，任何进入该呼气管道中的水趋向于聚集在该第二管 道内。
10. 如权利要求9所述的水下呼吸装置，其中该柔性膜还包括铰接区， 该铰接区与该隔膜对齐，以使得当该柔性膜沿该铰接区弯曲时，该第一管道 能成为非密封的，而该第二管道保持密封。
11. 如权利要求10所述的水下呼吸装置，其中用于使该柔性膜在该柔 性膜的铰接区弯曲从而仅打开该第一管道所需的开启力小于用于使该柔性 膜弯曲以使该第一管道和该第二管道都打开所需的开启力。
12. 如权利要求6所述的水下呼吸装置，其中当该水下呼吸装置的至少 一部分淹没于水中时，该闭合力包括周围的水压。
13. 如权利要求6所述的水下呼吸装置，其中该开启力还包括由连接于 该柔性膜上的弹性带的张力所产生的力，该弹性带基本上沿该第一方向偏压 该柔性膜。
14.如权利要求13所述的水下呼吸装置，其中该弹性带的张力以及所
全文摘要
一种水下呼吸装置，例如水下通气管，可包括呼气阀。该呼气阀构造为在水下呼吸装置的使用者的气道中产生呼气末正压，以减少水下呼吸的总工作量。该呼气阀包括限定出呼气口的板。该呼气阀还包括柔性膜，该柔性膜抵靠于该板的表面是可密封的，且该柔性膜的尺寸和位置设置为能密封该呼气口。该柔性膜构造为具有密封位置，在该密封位置，柔性膜密封呼气口以使得基本上没有呼出的空气溢出该水下通气管。该柔性膜还构造为具有非密封位置，在该非密封位置，呼出的空气溢出该水下通气管。
文档编号A62B18/10GK101184535SQ200680017697
公开日2008年5月21日 申请日期2006年5月19日 优先权日2005年5月21日
发明者马克·约翰逊 申请人:马克·约翰逊