专利名称：智能复合呼吸器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种个人呼吸道防护器材，特别是涉及一种用于消防救援任务并可在缺氧环境下作业的呼吸器。
现有的个人呼吸道防护器材(防毒面具)一般分为隔绝式和过滤式两大类，分别适用于不同场合，通常不能相互替代。当在工矿企业、高层或地下建筑如地铁、坑道、工事、仓库、机场、宾馆、大型船舶、码头等场合出现灾情(多为火灾或煤气等有毒气体泄露)时，由于常常会遇到高浓度毒烟、一氧化碳或缺氧环境，且没有办法预测环境中的危险程度、有毒物质的浓度、或空气中氧气的百分数，因此消防援救人员在建筑物内外进行各种消防抢救作业时，必须佩戴呼吸器以保护自身，该呼吸器通常是隔绝式的防毒面具。以前所用的大部分是氧气隔绝式面具，其缺点是结构复杂，使用技术要求高，维修困难；后来改用负压式空气面具，但这种面具容易泄露，安全系数不高；1987年后美国已正式规定不准使用和生产负压式空气面具，近几年西方一些国家消防机构已逐步改装为正压式空气呼吸器或称正压式自给呼吸器(SCBA)。佩戴正压式自给呼吸器SCBA时，要求使用者戴上SCBA面具后可通过减压装置或由呼吸控制的、与呼吸接管连接的剂量装置，自压缩气瓶中吸取空气进行呼吸，使用者呼出的气体通过呼吸管及呼气阀门直接排出至周围空气中。SCBA是隔绝式面具的一种，它用自身携带的空气供人呼吸，与进入环境空气中污染的毒气、毒烟的种类浓度无关，与火灾中空气缺氧和温度也无关。然而，SCBA的使用时间受自身所携带的空气量所限。一般最多使用时间是40分钟，包括接受命令、观察灾情(无毒区)、进入灾区途中(低毒区)、抢险作业(高毒区)和退出灾区途中(低毒区)所需要的时间。
1995年德国DNAGEN公司推出双瓶装的PA94呼吸器，可供1小时以上的时间使用，是目前技术最为先进的呼吸器之一。它的气瓶与传统气瓶相比约减轻60％的重量。但充气3600升后整机最少重量仍为16-18公斤，己接近欧洲个人携带负荷标准的最大限额。对消防人员佩戴作业来说已是很大的负重，且目前在中国售价达26000元/具。这样的重量与价格进入中国市场和国外市场，销量不会很大。
从国内外SCBA发展分析。它的技术途径是以增加人员携带空气量的方法来满足消防救援人员的增加使用时间的要求。SCBA本身携带空气量增加与面具佩戴重量成正比，也与面具销售价格成正比故这一技术途经在增长呼吸器的佩戴重量比和价格比方面已到达项峰，发展前途不大。过滤式面具与隔绝式面具相比，具有重量轻、使用方便、呼吸舒适、结构简单易于维修等优点，但在缺氧、高温及大于体积浓度1％的毒气中不能应用，对能够防护的毒剂种类也是有选择性的。在抢险过程中，非作业时间会占用全部工作时间的1/3到2/3，此时由于毒剂浓度不高、相对而言也不存在缺氧与高温状况，此时过滤式呼吸器此时是适用的，但在进入险区后就无法使用了。
有鉴于传统的隔绝式与过滤式呼吸器不同的供气方式及使用局限性，本实用新型的目的是提供一种可以同时实现两种功能的智能复合呼吸器，将两种呼吸器结合为一体且相互间可以自动转换，在非作业时间使用过滤式功能，其自身携带空气则全部用于正式抢险作业，以增加整个呼吸器的工作使用时间，减少携带空气及气瓶的体积重量。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案它包括面罩、隔绝式供气装置、过滤式供气装置；所述的智能复合呼吸器还包括自动转换阀门和自动控制装置，该自动转换阀门将所述的面罩、隔绝式供气装置与过滤式供气装置相互连接，并由自动控制装置实现两种供气方式的转换。
通过将两种呼吸器功能的有机结合，在整机重量不增加的前提下，本实用新型的智能复合呼吸器工作时间延长了一倍以上，其自动控制装置可实时感知周围环境的危害程度，自动判定救援人员处于对生命和健康马上就造成危害的环境和时机，并即刻使呼吸器转入隔绝式供气状态，否则就进入过滤式状态供气，从而实现了两种状态的自动转换，有效节约了自身所携带的空气重量，确保了使用者的安全。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细描述
图1是本实用新型的工作原理框图；图2是本实用新型一个实施例的连接关系示意图；图3是图2所示实施例的装配侧视图；图4是图2所示实施例的装配后视图图5是本实用新型中自动控制装置的工作原理示意图；图6是本实用新型中自动转换阀门第一实施例的结构示意图；图7是图6的仰视图；图8是本实用新型中自动转换阀门第二实施例的结构示意图。
请参阅
图1智能复合呼吸器由面罩11和供气装置、背托组件30、自动控制装置20及自动转换阀门18组成，供气装置包括过滤式和隔绝式两种，隔绝式供气装置包括高压气瓶1、气瓶阀2、压力表及报警器3、减压阀4、5、肺动阀6；过滤式供气装置包括过滤元件9、单向活门10，有时还配备鼓风机8等。按其供气方式和过程可分为高压区、中压区和常压区，在高压区内，高压气瓶1中的空气由气瓶阀2控制打开，经一级减压阀4减压后进入导气管，因气流压力降低而转入中压区，再经二级减压阀6减压，肺动阀6用以使面罩内始终保持适宜的正压，此时由于气流压力的进一步降低而进入可供人员直接呼吸的常压区。在常压区内，由自动控制装置20和自动转换阀门18来控制气瓶供气与过滤式供气方式的自动转换，并将洁净空气送入面罩11内，人员呼出的废气则经呼气活门17排出。
如图2所示为本实用新型一个实施例的连接关系示意图其中面罩11为全面罩、单眼式，漏气系数％＜0.005％，实际有害空间＜230毫升，总视野＞75％，双目视野＞60％，下方视野＞40度，带导气管的阻力＞40毫米水柱(39.2帕)，它由正压气密密合框结构保证有最小的正压漏气性能，通过头带或头罩固定在人的头部适宜位置；高压气瓶1是盛装高压空气的容器，由高强度钢D64C钢或碳纤维材料制成，体积3升，双瓶储气压力30MPa，最大贮气量1800升(35℃条件下)。气瓶阀2装于气瓶1的的口部，位于气瓶1和减压阀4之间，是高压气瓶的开关，为了防止气瓶阀突然关闭，使用时手轮至少应旋转两周，气瓶阀2上应设置安全阀，以免发生气瓶充气过载；报警器3装在减压阀4上，位于气瓶阀2和减压阀4之间，当气瓶压力降至气瓶最大贮气压力的1/5时(允许误差土50升)，该报警器2发出报警信号，告之人们离开毒区尚余的时间，报警时瓶内至少应保留200升可供吸入的空气；压力表装在减压阀4上，位于气瓶阀2和减压阀4之间，该压力表与减压阀4之间用高压管连接，用于测量气瓶内气体压力；减压阀4、5位于气瓶阀2和肺动阀6之间，将气瓶内高压气体(30MPa)减至中压的6-8MPa，为了防止灰尘侵入，减压阀4、5入口处应装上过滤器，对调定压力后的减压阀，必须在调压端加上锁定位置以防转出压力发生变化。减压阀4、5上应设有安全释放阀。当转出压力超过额定值时释放阀应迅速向外排气。降低压力以保护其他部件不受损坏；肺动阀6位于减压阀5和面罩11以及自动转换阀门18之间，是凭借人体肺部的吸气动作来调节供气流量的阀门装置，可以将中压区的6-8MPa气体调节至600Pa供人员直接呼吸，其供气接口处设防尘盖，凭借吸气开启供气，使面罩11内始终保持正压；在不需要正压供气时，可以消除正压自动供气，以减少气体浪费，同时关闭鼓风机8以节约用电。
背托组件30(见图3)是指背托、肩带、腰带及其联接部件的组合形式，要求背托为人体贴合没有凸出部件，以免使用时产生不适。肩带为腰带的长度应可根据人体需要进行调节。使用背着装具做各种运作时，不得出现如环脱落或搭攀松脱现象，整机在无人帮助的情况下进行快速穿脱。任何部位不得出现锋利边缘，当与其他物体接触时不应有攀挂现象发生。
图3和图4是本实用新型的装配示意图，是如图2所示的各功能组件在人头面部和身体上的空间安装位置。
图5是本实用新型中自动控制装置的工作原理示意图该装置由六部份组成自动电源开关19、电源14、传感器13、控制单元12、声光显示器15及电磁阀7。
其中电源14可由市电充电，充电后可反复使用，每次可连续工作8小时以上，使用温度(-20至+60℃)，充电电池更换方便，安装牢固可靠。所述传感器13是一种温度和气体检测元件又称探头，目前市面上已有数种多元(拾数种气体)探头问世，此处将根据需要选择使用。当电源开关打开后，温度和气体传感器开始工作，不断将环境空气的温度和氧气、毒气浓度变化情况传给控制单元12，当氧气浓度＜18％、或温度＞50℃、或毒气浓度＞1％时，控制单元13发出警报信号给声光显示器15，同时给出一个电脉冲信号，用以打开电磁阀7并关闭鼓风机8，使呼吸器由过滤式供气转入气瓶内压缩空气供气的隔绝式状态，反之，当氧气浓度＞18％，同时温度＜50℃及毒气浓度＜1％时，控制单元13同样在发出警报信号的同时给出一个反向电脉冲信号，以关闭电磁阀7及开启鼓风机8，使呼吸器由隔绝式供气转入过滤式供气。有时毒气生产贮运单位出现毒气泄漏或释放时，温度与氧气都是常态时，使用者可以通过在电磁阀7上预设的按钮，打开电磁阀7使呼吸器进入隔绝式供气状态。所述的控制单元12将传感器13传来的信号处理转换为光电报警信号，并将所述电脉冲信号放大，进而控制电磁阀门的“开”“关”，从而改变呼吸器的供气方式，实现两种方式的自动转换。所述的电磁阀7属现有技术，可从市场上购买，它安装于呼吸器的肺动阀6与自动转换阀门18之间的送气管道上，用“开”’“关”两种状态控制管道内空气的流通和截止。
声光显示器15拟以声、光报警，以不同响声和光的颜色未区别两类供气状态。
所述的自动电源开关19安装在所述面罩11的头带或头罩内，用电线与电源14相连，当人员佩带好面罩11后，利用头带或头罩在人的头部形成的压力开启电源开关，电源14即开始供电，在取下面罩后，由于压力消失而关闭电源开关，电源14停止供电。
如图6、7所示是自动转换阀门18的第一实施例，包括阀盖111、活门座112及一个由橡胶等材料制成的、气密良好、阻力很小的单向活门113，它通过一个三通管与面罩11、电磁阀7及过滤元件9相互连接，在人员呼气时，面罩11内形成正压，自动转换阀门18关闭，所呼出的废气经安装在通话器内的呼气活门17排除，当人员吸气时，在电磁阀7打开，即气瓶供气方式下，由于肺动阀6腔内维持正压，使面具内同样形成正压而令单向活门11 3压紧活门座112，自动转换阀门18关闭从而使过滤空气无法通过，只有当电磁阀7关闭，气瓶1停止供气时，肺动阀6腔内是负压，单向活门113松开，自动转换阀门18开启而令过滤空气通过，即染毒空气经由过滤元件9净化后，经过自动转换阀门18通向面罩11，供人呼吸。
图8为自动转换阀门18的另一实施例，它与第一实施例的主要区别是单向活门113及活门座112的结构不同，但工作原理一致。
本实用新型的工作原理是在地下或高层大型建筑进行救险时常需很长的工作时间，设为A分钟。其中在无毒区工作时间为B分钟、在低毒区工作时间设为C分钟，均可使用过滤式供气。在高毒区或在化工厂有毒物质泄漏或释放时(毒气浓度＞1％，高温，缺氧)需使用隔绝式，供气设为D分钟。
正压式呼吸器需携带空气量为A分×40升/分＝40A升复合式呼吸器需携带空气量为D分×40升/分＝40D升＝40×(A-B-C)升在抢险过程中，一般B、C、D的时间段断续而分散，相互间还会频繁交替，救援人员很难辨别，本实用新型通过自动控制装置20能实时判断两种供气方式的转换时机并自动转换，故可将自身携带的空气集中用于高毒区作业，大幅度减轻了面具携带空气的重量。
本实用新型的智能复合呼吸器，其总体结构可以耐高温、低温(+60℃--30℃)，同时具备耐腐蚀性，产品上所用金属材料必须经过防腐处理，或者直接采用耐腐蚀金属材料。所用材料应该无毒，无味，无臭、抗静电，特别是铝、钛、镁及其合金时，一定要有抗静电措施。
权利要求1.一种智能复合呼吸器，包括面罩(11)、隔绝式供气装置、过滤式供气装置、背托组件(30)；其特征在于所述的智能复合呼吸器还包括自动转换阀门(18)和自动控制装置(20)，该自动转换阀门(18)将所述的面罩(11)、隔绝式供气装置与过滤式供气装置相互连接，并由自动控制装置(20)实现两种供气方式的转换。
2.根据权利要求1所述的智能复合呼吸器，其特征在于所述的隔绝式供气装置包括高压气瓶(1)、气瓶阀(2)、报警器(3)、减压器(4、5)、肺动阀(6)；所述的过滤式供气装置包括过滤元件(9)、单向活门(10)等。
3.根据权利要求1或2所述的智能复合呼吸器，其特征在于所述的自动控制装置(20)包括电源(14)、传感器(13)、控制单元(12)、声光显示器(15)及电磁阀(7)；其中所述电磁阀(7)安装于本呼吸器的肺动阀(6)与自动转换阀门(18)之间的送气管道上，电源(14)的开关打开后，所述传感器(13)的测量信号传送给控制单元(12)，在达到报警条件时进行声光报警，同时产生一个电脉冲信号，该信号经控制单元(12)处理并放大，控制电磁阀(7)的“开”“关”。
4.根据权利要求3所述的智能复合呼吸器，其特征在于所述自动控制装置(20)的报警条件为氧气浓度＜18％或温度＞50℃或毒气浓度＞1％；以及氧气浓度＞18％及温度＜50℃及毒气浓度＜1％。
5.根据权利要求1或2所述的智能复合呼吸器，其特征在于所述的自动转换阀门(18)包括阀盖(111)、活门座(112)及单向活门(113)，它位于肺动阀(6)与面罩(11)之间，与面罩(11)、肺动阀(6)及过滤元件(9)相互连接，在所述的电磁阀(7)打开时，自动转换阀门(18)关闭，当所述的电磁阀(7)关闭时则自动转换阀门(18)打开。
6.根据权利要求3所述的智能复合呼吸器，其特征在于所述的自动控制装置(20)还包括自动电源开关(19)，它安装在所述面罩(11)的头带或头罩内，用电线与电源14相连，人员佩带好面罩(11)后令自动电源开关(19)开启，电源(14)即开始供电，在取下面罩后自动电源开关(19)关闭，电源14停止供电。
7.根据权利要求3所述的智能复合呼吸器，其特征在于所述的电磁阀(7)还包括一个控制按钮，使用者可以通过该按钮打开电磁阀(7)。
8.根据权利要求1或2所述的智能复合呼吸器，其特征在于所述的面罩(11)采用正压式面罩。
9.根据权利要求1或2所述的智能复合呼吸器，其特征在于所述的高压气瓶(1)采用高强度钢D6AC或碳纤维材料制作。
10.根据权利要求1或2所述的智能复合呼吸器，其特征在于所述的背托组件(30)包括背托、肩带、腰带及其联接部件。
专利摘要本实用新型公开了一种智能复合呼吸器，包括面罩、隔绝式供气装置、过滤式供气装置、背托组件、自动转换阀门和自动控制装置；该自动转换阀门将所述的面罩、隔绝式供气装置与过滤式供气装置相互连接，并由自动控制装置实现两种供气方式的转换，在整机重量不增加的前提下，呼吸器的工作时间延长了一倍以上，可实时感知周围环境的危害程度，自动判定转换时机，有效节约了自身所携带的空气重量，确保了使用者的安全。
文档编号A62B7/00GK2475424SQ01226410
公开日2002年2月6日 申请日期2001年6月5日 优先权日2001年6月5日
发明者李家骅 申请人:李泉