CN101001672A - 用于在受污染环境中提供可呼吸空气和身体保护的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在由化学的、火灾的、生物的和/或核子的污染所导致的危险的或受污染的环境中用于保护使用者的装置，其包括：用于提供罐装可呼吸空气的自给呼吸装置(SCBA)；用于净化周围空气的动力空气净化呼吸器(PAPR)；和可用于控制来自SCBA或PAPR的空气的源的阀系统。可呼吸空气的源可以通过手动或自动控制而进行选择性的控制，同时防护服能够可操作地与SCBA和PAPR连接，以在受污染环境中保护使用者。

Description

用于在受污染环境中提供可呼吸空气和身体保护的装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请是于2004年7月23日提交的名称为“用于在受污染环境中提供可呼吸空气和身体防护的装置和方法(Apparatus and Method for ProvidingBreathable Air and Bodily Protection in a Contaminated Environment)”的临时申请60/590,621的共同待审的非临时申请，本申请还是于2003年9月29日提交的名称为“动力空气净化呼吸器系统和呼吸装置(Powered Air PurifyingRespirator System and Breathing Apparatus)”的临时申请10/675,135的共同待审的继续部分申请，此临时申请10/675,135是于2003年3月21日提交的名称为“动力空气净化呼吸器系统和呼吸装置(Powered Air PurifyingRespirator System and Breathing Apparatus)”的申请10/393,346的继续申请，出于所有目的，上述的所有申请均被整体合并于此作为引用参考。

技术领域

本发明一般涉及一种用于在危险环境中保护使用者的装置，而更具体地，涉及一种装置，用于净化受污染空气并将便携式清洁空气提供给使用者且防止污染物接触使用者的身体。

背景技术

目前，存在两种系统用来辅助诸如消防员、救援工作者等的频繁面对受污染空气的人员的呼吸。首先，存在着已知为自给的呼吸装置(SCBA)的供给空气呼吸器，其将压缩的(例如罐装的)空气进给到紧密装配的面罩或紧密装配到嘴部和/或鼻部的其它导管，用于使用者的吸气。这些系统并不依赖于周围大气而用于呼吸。其次，存在着使用过滤元件并与呼吸装置相连的过滤空气系统，以净化周围大气使其适于呼吸。这种过滤器系统可以使用也可以不使用辅助动力。在动力过滤器系统中，周围大气通过合适的过滤器/除污装置或其它净化装置而被动力送风器之类抽入，从而使受污染的周围空气变得可呼吸。经净化而形成的空气被进给到某种头部遮盖物，例如紧密装配的面罩。这些系统通常已知为动力空气净化呼吸器(PAPR)。上述的两种呼吸帮助装置被那些需要面对有可能被认为包含有害的污染性的、不可呼吸的或危险的气体的周围大气而呼吸的人员所使用。

一般而言，危险的或不可呼吸的大气包括所包含氧气的体积百分比小于19.5％的空气，或虽然具有所需氧气但还包含显著比例的诸如颗粒物或气体污染物的有害污染物的空气。应该认识到的是，在氧气含量至少为19.5％的某些情况下，如果过滤器能够满足净化大气的要求并能够使使用者呼吸而且保持他的或她的健康，则穿着者仅使用该过滤器也可能能够进入具有受污染大气的区域。过滤器可被设置为以某种方式来消除在穿着者的周围大气中的有害成分或污染物。具体而言，基于过滤器的除污系统，即，净化已受污染的周围大气而将其转化为可呼吸空气的系统，当其使供给空气在受控的流速下流经净化元件(例如，合适的过滤器)时最佳地运行。

通常，泵/送风器用于通过过滤器而抽入受污染的大气，并有可能接触改善污染情况的材料，然后迫使处于正压下的例如过滤后的净化后空气进入面罩或其它与穿着者的呼吸相关的其它装置，例如，嘴套(mouth grip)、头罩或头盔。虽然动力空气供给装置，例如，电池操作的泵/送风器装置，有可能是优选的，不过已知的是，也可使用不通过外围装置提供动力的空气净化系统。在这些无动力系统中，使用者的肺动力提供必要的动力来迫使受污染空气通过净化元件。为简单起见，这种净化周围大气的装置被称为空气净化呼吸器(APR)。使用动力泵或送风器机构(例如由电池、线路电流或其它动力源提供动力)而迫使空气通过过滤器的系统，已知为动力空气净化呼吸器(PAPR)。

只要净化后空气中的氧气水平的体积百分比高于19.5％，并假定污染物可以通过过滤而被去除，也就是说，烟灰和烟尘或其它污染物可以通过使用合适的净化材料进行反应沉积来改善，则PAPR系统能够针对污染物来进行防护。在实际效果方面，这些系统已经被设计以使用可替换的过滤器和空气净化元件。然而，在周围大气具有的氧气含量体积百分比小于19.5％的情况下，不适合使用PAPR系统。

因此，存在不能使用PAPR或APR的情况。这些情况包括：周围大气所受到的污染或其中的污染物，使得过滤器和/或除污装置/净化器系统不能处理解决问题；和/或周围大气中的氧气含量低到不能满足人员的生存需要(也就是说，大气为IDLH，即，周围大气为对于生命和健康的直接威胁)。在这些情况下，进入污染区域的人员必须将他的或她的空气供给系统携带在他的或她的身旁。这种做法类似于自给水下呼吸装置(SCUBA)的潜水者随身携带他的其中存储有压缩清洁空气的罐装(瓶装)形式的空气。

一个问题是，SCBA的穿着者必须承担罐装空气的全部重量，尽管潜水者在水中具有水浮力的优势以帮助承担SCUBA罐的重量。结果，大多数SCBA系统仅能携带足够的罐装压缩空气而维持大约1小时。当然，所希望的是，能够延长诸如消防员的使用者能够在恶劣环境中依靠罐装空气而工作的时间，同时将人员必须携带以支持他或她工作所述额外时间的重量最小化。

可以理解的是，空气罐较重，尤其是当其满载时。对于消防员已经随身携带其工具进入不利环境的情况中，火焰的灼热使其甚至更加难以携带压缩空气容器的额外重量。进一步地，消防员将在SCBA系统减少空气的供给时不得不退出受污染的建筑物。

因此，当随身携带空气供给装置时，存在着非常现实的限制，即，究竟能够安全携带多少空气？不同于在水下采用SCUBA装备的操作，由消防员使用的空气罐非常重，必须完全由穿着者承担，并且不具有部分支撑其重量的水浮力的优势。使SCBA系统更大而能够携带更多的空气，这样增加了其重量但降低了其轻便性。这种重量和工作条件的组合，严重限制了随身穿着/携带空气供给装置和工具的消防员能够有效灭火的时间。

然而，存在如下情况，例如，消防员在他或她进行灭火的某些时间段中并不需要所携带的空气，但是在他或她进行灭火的其他时间段中需要便携式罐装空气。不幸的是，现有的系统只适合于上述两种情况之一。也就是说，现有系统或者提供正压(泵吸)过滤和净化系统来将受污染的周围大气转化为对于安全呼吸而言足够洁净的空气，或者提供由人员携带的压缩罐装空气以替代周围大气使用。虽然这两种系统均存在缺陷，但是每种系统均具有在特定情况下的优势甚至必要性。

虽然在上文中和下文中的论述使用消防员作为此类将受益于使用组合的PAPR和SCBA系统的人员的说明性示例，但是该系统决非仅限于消防员使用。例如，在化工厂和精炼厂中的工作人员对在此所描述的系统所具有的益处具有实际的需要。同样地，在战场上面对化学攻击或生物攻击的战士将极大地受益于在此描述的系统。当然，对于本领域的技术人员显而易见的是，其它人员将类似地有益于在此描述的系统。

发明内容

本发明提供一种呼吸装置，其包括：自给呼吸装置(SCBA)，其用于向使用者提供罐装空气；和动力空气净化呼吸器(PAPR)，其用于通过使用双空气源罩向使用者提供过滤后的周围空气。PAPR可操作地连接到SCBA，以容许控制向使用者供给可呼吸空气的源。

在示例性实施例中，所述呼吸装置进一步包括流体不可渗透的防护服，其用于防止受污染的周围空气接触使用者。防护服可包括多个材料层，并可例如包括位于由织物制成的内层与外层之间不可渗透的含氟聚合物阻隔层。所述防护服可用于在火灾、化学的、生物的和/或辐射污染导致的不可呼吸大气环境中。防护服可进一步包括双层空气头罩，其具有与化学战面罩密封接合的内橡胶面。所述头罩可包括外元件，其沿所述面罩拉紧沿所述面罩的视镜边框紧密装配。所述双层头罩用于提供针对液相和汽相物质的保护性的阻隔层，从而降低在所述面罩与所述内头罩护罩之间的界面处的污染程度。为易于理解，对于面罩的使用将进行进一步参考。然而，这种使用是说明性的而非限制性的。也可以使用衔嘴(mouthpiece)来实现将可呼吸空气供给使用者的功能。

在完全手动的操作下，PAPR和SCBA通过各自的呼吸软管连接到面罩，其中对于双入口面罩的情况，每个软管均具有其自身的进入点，或者，对于单一入口面罩的情况，每个软管均被连接到“T形”件或类似的连接设备。在面罩处或其附近，每个软管具有止回(单向)阀。排放阀被设置在面罩中使得呼出的空气被排放到大气中。本发明提供了一种阀调节和/或切换系统，使得穿着者控制接收净化后的周围空气，或者接收所供给的(罐装的)空气，而不会暴露于不洁净的/受污染的周围空气中。这种阀调节和/或切换系统可被使用者手动操作，在这种情况中，使用者独立确定使用哪一种空气供给；或者当来自SCBA和PAPR的空气供给系统均连接到阀歧管时可进行半自动控制操作。

起初，SCBA供给被关断，并且PAPR送风器关闭，不过来自PAPR的过滤后空气通过阻力呼吸而流到面具。如果阻力呼吸变得过于困难，穿着者可开启PAPR送风器。根据穿着者的判断，或者响应于基于周围空气的采样和测试而指示系统应从PAPR操作切换到SCBA操作的音频和/或视频警报，穿着者可以打开SCBA供给阀并关断PAPR。如果希望的话，SCBA空气的压力可触发一开关以自动关断PAPR，而仅留下来自SCBA的空气供给。在可替代方案中，决定是否接受来自过滤器组件的净化空气或者要求来自供给空气罐装置的空气，可基于与阀装置相关联的采样和测试装置来自动操作，所述阀装置将被电操作，从而通过歧管阀开启向SCBA系统的通路并关闭向PAPR系统的通路。

至少一个空气罐设置有针对面罩中的至少一个端口的连接部分，可控阀被设置为容许控制是否从所述罐中抽取空气。至少一个过滤器元件与空气罐以及可控阀系统分离，容许控制周围空气是否通过PAPR抽取并进给到所述面罩。有效连接在所述过滤器元件与使用者之间的由电池或其它电动马达所驱动的送风器，受控于开关或手柄，使得能够操作马达驱动送风器。

因此，当周围空气含氧充足并且污染物适于在过滤器元件中通过过滤或化学处理而去除时，送风器可通过操作开关而启动。在这一点上，周围空气将被驱动通过过滤器元件，在其中诸如烟灰和其它有害颗粒、蒸汽或气体的有害成分将被净化去除。当周围空气中氧气不足或污染物不能在过滤器元件中通过过滤或其它处理而去除时，SCBA阀可在手动操作下由穿着者开启，而PAPR系统被关断。周围空气不再被引入通过过滤器元件，而是相反地，现在空气将由SCBA系统供给。

在使用面罩的情况下，面罩可被适合地装备以单向阀，此单向阀能够使呼出的无用空气被排出，而无论入口空气是通过过滤器元件传输还是从罐装压缩空气传输。如果希望的话，面罩可以结合闭合电路装置来使用。

传统而言，罐装空气处于充实压力下，必须将其压力降低到足够的程度而使其能够被使用者呼吸而不危及使用者的呼吸系统。这样的过程以及能够实现此过程的设备，本身是众所周知的。具体而言，为了实现此目的可使用商业销售的第一级和第二级调节器。因此，在空气罐与面罩之间有效设置有两个连续的阀系统，即：第一阀，即连接到空气罐或其邻近处的简单的开启或关闭的阀；和调节器，即设置于第一阀与面罩之间的管线中的减压阀系统。

附图说明

图1A是呼吸装置的分解透视图；

图1B是图1A中的呼吸装置的组装透视图；

图2A是另一种呼吸装置的分解透视图；

图2B是图2A中的呼吸装置的组装透视图；

图3是可被图1和图2中的呼吸装置所使用的空气供给系统第一实施例的示意图；

图4是可被图1和图2中的呼吸装置所使用的空气供给系统第二实施例的示意图；

图5是可被图1和图2中的呼吸装置所使用的空气供给系统第三实施例的示意图；

图6是可被图1和图2中的呼吸装置所使用的空气供给系统第四实施例的示意图；

图7是可被经过一些改造后的图1和图2中的呼吸装置所使用的空气供给系统的第四实施例的示意图；

图8A是与呼吸装置相连的防护服的正面透视图；

图8B是图8A中的防护服和呼吸装置的背面透视图；和

图9是图8A中的防护服的多层结构的具体放大视图。

具体实施方式

首先参照图8A和8B，用于在受污染环境中保护使用者58的装置10包括具有呼吸装置14的危险材料“hazmat”防护服12，其中，呼吸装置14包括动力空气净化呼吸器“PAPR”16以及自给呼吸装置“SCBA”18。应注意的是，呼吸装置14可以与防护服12一起使用，或者不与其一起使用，但是防护服12和呼吸装置14通常能够一起使用，以在由化学的、火灾的、生物的、核子的和/或其它的污染物所导致的受污染环境中实现最大限度的防护。

现在参照图1A和1B，包含PAPR16和SCBA18的呼吸装置14的第一实施例显示于分解视图(图1A)和完全装配图(图1B)中。可采用传统的系带(harness)66来固定呼吸装置14的不同元件，并使其便于携带。冲击防护挡板60可定位于SCBA18与使用者之间的系带66上，从而在受到诸如飞来抛出物或外来爆炸物之类的异物损害而导致罐体破裂的事故中减少受伤的风险。

除了PAPR16和SCBA18之外，呼吸装置14还可以包括双层头罩84，其具有内层橡胶面护罩86和围绕面罩20而紧密装配的外层防护元件88。图1A和1B中未示出的是，面罩20适于紧密装配到使用者的脸部，以防止大气污染物的侵入。一对导管22a、22b分别将PAPR16和SCBA18连接到面罩20。具体而言，导管22a提供来自PAPR16的过滤后的可呼吸空气，而导管22b提供来自SCBA18的罐装空气。

如图1A和1B中所示，PAPR16包括至少一个或更多个过滤器元件24、动力送风器26和增压器29。过滤器元件24用来过滤受污染的周围空气并向面罩20提供可呼吸空气供使用者呼吸。每个过滤器元件24包括周围空气引入口23和用于使被过滤的周围空气流过的出口25。过滤器元件24通过本领域技术人员已知的任何合适的机械紧固方式，例如螺纹配合，而连接到过滤后空气增压器29。过滤器元件24可以单独使用或者以复数配置的方式使用。另外，过滤器元件24可以置于增压器29的一侧上，或者可替代地，可根据需要沿着增压器29的多侧间隔排布。动力送风器26被可操作地连接到增压器29，用来将周围空气抽吸通过过滤器元件24，并将过滤后的空气经导管22a供给到面罩20，导管22a连接到与歧管36流体连通的端口40。歧管36顺次流体连接到面罩20。应该注意的是，PAPR16可完全地起作用，而无论送风器26是否开动，这将在下文中进行更为详细的论述。

阀52连接到PAPR16，并适于关断向面罩20的过滤后空气流。阀52可包括用于手动操作的转动手柄53，不过阀52也可以例如通过电磁阀而被电控。如图7所示，转动手柄53可被有效连接到过滤器元件24，更具体地，可以被连接到一个或多个过滤器入口盖55。可以理解的是，阀52和致动器手柄53可位于PAPR系统中的任何所希望的位置，不过在图1A和1B中被图示为接近于送风器26。送风器26还包括启动/关闭开关68，其独立于阀52而操作，以容许当使用者通过阻力呼吸来呼吸过滤后空气时保持电池的电力。采用这种方式，阀52容许使用者在呼吸装置14以SCBA模式工作时关断过滤后空气流，从而使过滤器元件24不会受到不必要的污染，同时当阀52开启时，可使用启动/关闭开关68而在动力呼吸和阻力呼吸之间进行选择。如果希望的话，开启/关断开关68可以被有效连接到流控制阀52，以确保当PAPR16的送风器26开启时PAPR16总是被打开。

SCBA18包括填充以可呼吸空气或氧气的压缩空气罐28。当罐28满载时，罐28的容纳物可被压缩到大约4500磅/平方英寸(psi)，不过，当然可使用其它压缩值作为替代。罐28可包括关断阀30，本领域技术人员易于理解的是，关断阀30可以是如图1A和1B所示的机械致动阀，或电致动阀。如图1 A和1B所示，第一导管32一端连接到罐28，而相反端连接到第一级压力调节器38。当关断阀30打开时，压缩空气通过第一导管32而传输到第一级压力调节器38，第一级压力调节器38可操作以将空气压力从罐28的压力降低到更低的压力，例如，100psi。第二导管22b提供了第一级压力调节器38与歧管入口端口42之间的连接，从而使所述压缩空气通过导管22b被传输到端口42，此端口42流体连接到歧管36。

罐28中的空气压力即使处于降低后压力下对呼吸而言仍然可能过高。结果，第二级压力调节器54可以置于歧管36中，以将空气压力降低到大约14.69磅/平方英寸(绝对压力)(psia)的标准大气压。可替代地，第一级压力调节器38可将空气压力降低到标准大气压，而不使用第二级压力调节器54。

导管22a、22b和32可以是由例如诸如橡胶的柔性抗扯性材料所制成的可扩展软管，其具有不锈钢网覆盖物，以助于阻止尖锐物刺穿导管22a、22b和32。快速接合连接器62可适合于将导管22a、22b和32的每一端连接到呼吸装置14上的配合承接器。

面罩20如果不与头罩84一起使用，则可密封地接合使用者58的脸部，以防止周围的污染物进入呼吸系统。控制阀致动器64能够可操作地连接到歧管36中的控制阀，来控制PAPR16或SCBA18中的空气供给被流体连接到面罩20。控制阀致动器64可以手动致动或电致动，而在后一种情况中，对于本领域技术人员已知的是，致动器64可位于远程位置。

驼峰形元件供给管线97可将驼峰形元件96连接到面罩20。驼峰形元件供给管线97适于将无污染液态水合物从驼峰形元件96提供给使用者，而不必移除面罩20并将使用者暴露于受污染的大气中。

图3-5示意性地描述了图1A和1B中的呼吸系统的可选结构，其中，面罩20包括歧管36。图3-5中所显示的结构并非是必须单独使用的显著不同的结构，而是与此相反，其可以按照所希望的任何方式进行组合。现在具体参照图3，周围空气经单独的过滤器元件24的入口23流入PAPR16。过滤后的空气经出口25流出过滤器元件24，并进入过滤后空气增压器29。过滤器元件24包含适合的除污介质，用于去除固体和流体形式的污染物。采用这种方式，受污染的空气被清除了其中的固态颗粒物、有害气体和/或污秽气味。根据安装于PAPR16中的过滤器元件24的种类和在受污染区域中所需的时间，过滤器元件24可在受到化学的、生物的和/或核污染的环境中提供可呼吸空气。如先前所指示的，周围空气可以通过使用者的阻力呼吸或电动送风器26而被抽吸通过过滤器元件24。电动送风器26被可操作地连接到增压器29，并适于将周围空气抽吸通过过滤器元件24，并将过滤后的空气经导管22a向面罩20推进。如图3中所示，送风器26包括用于产生吸力的推进器39或类似物。在清洁后空气经导管22a而被传输后，清洁后的空气进入端口40并通过单向阀74流入歧管36。

例如，当PAPR16不供给空气时，SCBA18可用于从罐28中传输压缩罐装空气。罐装空气从罐28流入第一导管32，并流经第一级压力调节器38。第一级压力调节器38将压缩空气的压力降低到所希望的水平。然后，罐装空气通过第二导管22b被传输到第二级压力调节器54。如上文中所指示的，第二级压力调节器54可用于将压缩空气的压力降低到大约14.69psia。第二级压力调节器54可位于歧管36中或位于远程位置中，如图3中示意性所示。然后，罐装空气通过端口42经单向阀76流入歧管36。

从由PAPR16所供给的空气切换到由SCBA18所供给的空气，可自动地、半自动地或手动地执行，这在下文中将进行更为详细的描述。如图3所示，呼吸装置14可以包括气体传感器56，其可用于传感向使用者传输的空气的气体成分。如果过滤后的周围空气对于呼吸而言不够洁净，则传感器56可用于发送示警警报69。警报69可为可听到的，可看到的，或即可听到又可看到的。在这种结构中，传感器56可触发警报69，自动关断PAPR16并使来自SCBA18的罐装空气流向面罩20。分别与PAPR16和SCBA18相关联的歧管入口阀74、76可电连接到传感器56，使得当PAPR16不提供可呼吸空气时，来自PAPR16的入口阀74可自动关闭，而来自SCBA18的入口阀76可自动打开。送风器26将通过电开关68而自动关断。

在任何情况下，在面罩入口阀51打开时，空气从歧管36经过面罩入口端口50进入面罩20中。入口阀51是单向阀，当面罩20中的空气压力小于歧管36中的空气压力时，即，当使用者吸气时，该单向阀打开。当使用者呼气时，面罩20的入口阀51关闭，并且呼出的空气经过也包含单向阀48的出口端口47排出。具体而言，面罩出口阀48是单向阀，当使用者呼气时该单向阀打开，这是因为此时面罩20中的空气压力大于附近的周围压力。

图4中的结构类似于图3中的结构，不同之处在于，图4中的结构描述了半自动操作模式。用于PAPR的电子开启/关断送风器开关68和阀致动器64被手动控制，从而当PAPR16不提供可呼吸空气时，响应由传感器56所触发的可听到或可看到的警报69。阀致动器64容许使用者手动地将空气源从PAPR16切换到SCBA18。

图5中的结构所包含的特征与图3和图4中的特征相同，不同之处在于，图5中用于控制空气源的气体传感器56、自动控制关断开关68和阀致动器64。作为可替代方案，图5中的结构要求使用者在不需要PAPR16的空气流时或为了保持送风器26的电池寿命而手动关断送风器26。在这种结构中，面罩20将从具有最高压力的供给源接收空气。因此，如果SCBA18启动，则空气将由SCBA18供给，直到罐28中的压力降至低于由PAPR16供给的空气的压力为止。如果送风器26关闭，则在PAPR16向面罩20供给空气前，SCBA18中的空气压力将不得不降至低于周围压力。当然，如果SCBA18被关断，则由PAPR18供给空气，可当送风器26开启时通过动力辅助装置或当送风器26关断时通过阻力呼吸来实现。

现在参照图2A和2B，描述呼吸装置10的可替代实施例。该实施例与图1A和1B中所描述的实施例基本上相同，不同之处在于，面罩20不具有分离的歧管36。作为可替代方案，空气供给导管22a和22b直接连接到面罩20，而不连接到中间的歧管36。这种结构可按照与图3-5中所示实施例的相同的方式被执行。具体而言，面罩20中的阀系统可以按照自动、半自动或手动模式操作。图2中的实施例被示意性地描述于图6中。应该注意的是，图6并未描述传感器56、警报69或电控送风器开关68，这仅是为了描述的简单，而图6相对于图3-5的唯一区别在于，在面罩20与空气供给源之间，即，在PAPR16与SCBA18之间，未设置歧管。

如图6所示，分离的端口41、43形成于面罩20中，以容许来自PAPR16的过滤后空气和来自SCBA18的空气分别进入面罩20中。进口端口41、43分别适于被单向阀44、46关闭。入口阀44、46容许可呼吸空气流入面罩20中，但是不容许该空气流出面罩20和回流进入任一个空气供给系统中。如上文所提到的，针对面罩20的入口阀44、46可以被电机械致动，并可以被自动地、半自动地或手动地操作。位于面罩20中的出口阀48容许呼出的空气从面罩20排放到大气。出口阀48也是单向阀，其被设计为仅当面罩20中的压力大于周围大气时打开。

再次参照图8A、8B及图9，系带66适于将SCBA18和PAPR16连接到使用者58的防护服12。防护服12可用于由诸如火灾、化学物质、生物物质以及辐射物的任意数量污染物所导致的不可呼吸的大气环境中。防护服12由流体不可渗透的材料制成，从而使防护服12提供了针对于周围污染物的完全物理隔离。防护服12可由具有至少三层的层叠材料结构制成(最佳参见图9)。所述层叠材料可包括织物内层78、外防护层80和由不可渗透的含氟聚合物所制成的中间层82。中间层82位于内层78与外层80之间。防护服12进一步包括上文中参照图1A和1B所论述的双层头罩84。

防护服12可透气，以使由于使用者的排汗和散热所产生的相对暖湿的空气流动。所述透气将来自防护服12内部的暖湿空气与相对凉爽的过滤后的周围空气进行更换。透气后的空气可采用PAPR送风器26或采用分离的送风器(未示出)推动经过防护服12。在上述任一种情况中，透气软管90可直接连接到送风器26，或可通过三通装置连接到导管22a中，使得一部分空气流转向使防护服12透气。排放端口92被设置于防护服12上，并具有单向阀94以将暖湿空气排放出防护服12并防止受污染的周围空气进入排放端口92。优选地，送风器26以至少6立方英尺/分钟的速率提供过滤后空气用于防护服的透气。

防护服12还可包括驼峰形元件96，其具有连接到面罩20的供给管线97。驼峰形元件96可用于向使用者58提供无污染液态水合物。驼峰形元件96包括用于通过单向阀(未示出)接收诸如水的液体的端口98。端口98可被设置以确保驼峰形元件96能够仅当连接到密封容器(未示出)以提供液体时才被填充以液体。端口98适合于仅当与所述容器密封连通时才打开，从而防止有害的环境大气通过驼峰形元件96进入防护服10。以这种方式，无污染液体被存储于驼峰形元件96中，并可通过供给管线97向使用者供给。

面罩20总是提供清晰的视野，这是因为可以避免呼出的暖湿空气接触视镜。具体而言，过滤后的相对凉爽的入口空气可吹过面罩20的面以保持视镜清晰，同时所呼出的空气远离视镜而被排出。

操作中，通过保持污染物隔离于使用者58的皮肤，并通过提供无污染空气用于呼吸，防护服12保护使用者58免受周围有害大气的侵害。防护服12的操作特性提供了一种在穿着防护服12的同时更换空气罐28的方法，而不会使不可呼吸的周围空气污染空气供给。更换气体罐28而不污染空气供给，可通过使用快速接合连接器62来实现，快速接合连接器62包括瞬时关断阀(pop off valve)，所述瞬时关断阀被设计为当导管32从气体罐28被移除时封锁(seal off)导管32。

上文中已经给出的具体描述仅用于清晰理解，而这些描述决不应理解为对本发明的限制，而且适当的修改对于本领域技术人员而言是显然的。

Claims (63)

1、一种呼吸装置，包括：

面罩；

自给呼吸装置，其包括罐和适于将空气从所述罐传输到面罩的第一导管；

动力空气净化呼吸器，其具有至少一个过滤器、送风器和适于将过滤后的周围空气传输到所述面罩的第二导管；和

阀系统，其被可操作地连接到所述动力空气净化呼吸器，且被可操作地连接到所述自给呼吸装置，所述阀系统适于容许对于被供给到所述面罩的可呼吸空气的源进行选择性的控制。

2、根据权利要求1所述的呼吸装置，其中所述罐保存压缩空气。

3、根据权利要求2所述的呼吸装置，其中所述空气被压缩到大约4500磅/平方英寸(psi)。

4、根据权利要求1所述的呼吸装置，进一步包括：

第一压力调节器，其被流体地连接在所述罐与所述面罩之间，所述第一压力调节器适于将来自所述罐的空气压力降低到第一降低压力。

5、根据权利要求4所述的呼吸装置，其中所述第一降低压力为大约100psi。

6、根据权利要求4所述的呼吸装置，进一步包括：

第二压力调节器，其被流体地连接在所述第一压力调节器与所述面罩之间，所述第二压力调节器适于将空气压力从所述第一降低压力降低到大约14.69psia的压力。

7、根据权利要求1所述的呼吸装置，进一步包括：

冲击防护挡板，其位于所述罐的邻近处并适于至少部分地承受所述罐的破裂。

8、根据权利要求1所述的呼吸装置，其中所述面罩与使用者的脸部可密封地接合，以防止周围污染物进入所述面罩。

9、根据权利要求1所述的呼吸装置，其中所述第一导管和第二导管均包括可扩展的软管部分。

10、根据权利要求1所述的呼吸装置，进一步包括：

快速接合连接器，其被连接到所述第一导管和第二导管中的至少一个的相反两端。

11、根据权利要求10所述的呼吸装置，其中每个所述连接器包括瞬时关断阀，该瞬时关断阀适于当所述连接器与配合承接器脱离接合时防止空气流通过所述导管中的所述至少一个。

12、根据权利要求1所述的呼吸装置，其中所述阀系统包括至少一个控制阀，该控制阀适于控制被供给到所述面罩的可呼吸空气的源。

13、根据权利要求12所述的呼吸装置，其中所述至少一个阀被手动地操作。

14、根据权利要求12所述的呼吸装置，其中所述至少一个阀通过电子控制而被自动地操作。

15、根据权利要求1所述的呼吸装置，进一步包括开关，其控制所述送风器的动力。

16、根据权利要求15所述的呼吸装置，其中所述开关被自动地控制。

17、根据权利要求1所述的呼吸装置，其中所述面罩进一步包括：

第一入口端口，其流体连通到所述动力空气净化呼吸器并适于容许过滤后的可呼吸空气进入所述面罩；

第二入口端口，其流体连通到所述自给呼吸装置并适于容许来自所述罐的空气进入所述面罩；和

出口端口，其流体连通到所述面罩并适于将呼出的空气排出所述面罩。

18、根据权利要求17所述的呼吸装置，其中所述第一入口端口、所述第二入口端口和所述出口端口中的每一个包括单向阀。

19、根据权利要求18所述的呼吸装置，其中与所述第一入口端口和所述第二入口端口中的至少一个相关联的所述单向阀通过电动机械操作而被自动地控制。

20、根据权利要求1所述的呼吸装置，进一步包括系带，其适于固定所述自给呼吸装置和所述动力空气净化呼吸器。

21、根据权利要求1所述的呼吸装置，进一步包括空气质量传感器，其适于检测在所述过滤后的空气中的污染。

22、根据权利要求21所述的呼吸装置，其中所述传感器可用于当所述过滤后的空气达到预定的污染阈值时发出警报。

23、根据权利要求22所述的呼吸装置，其中所述警报为音频信号和视频信号中的至少一种。

24、根据权利要求21所述的呼吸装置，其中所述传感器被电连接到所述阀系统，并当检测到达到预定的最小空气质量阈值时，适于自动阻止来自所述动力空气净化呼吸器的空气流进入所述面罩且适于促使罐装空气流从所述自给呼吸装置流入所述面罩中。

25、根据权利要求1所述的呼吸装置，进一步包括防护服，其适于防止大气污染物透过所述防护服。

26、根据权利要求25所述的呼吸装置，其中所述防护服由流体不可渗透的材料制成。

27、根据权利要求25所述的呼吸装置，其中所述防护服由多层层叠材料制成。

28、根据权利要求27所述的呼吸装置，其中所述多层层叠材料包括：位于织物内层与织物外层之间的不可渗透的含氟聚合物阻隔层。

29、根据权利要求25所述的呼吸装置，其中所述防护服包括双层头罩，该双层头罩具有与所述面罩密封地接合的内面护罩。

30、根据权利要求29所述的呼吸装置，其中所述面罩包括视镜，而且其中所述双层头罩包括围绕所述面罩的所述视镜而紧密配合的外元件。

31、根据权利要求29所述的呼吸装置，其中所述双层头罩防止液相物质和气相物质透过所述面罩与所述双层头罩之间的界面。

32、根据权利要求25所述的呼吸装置，进一步包括透气系统，其用于通过以过滤后的周围空气来流动替换在所述防护服内部的相对暖湿的空气从而进行所述防护服的透气。

33、根据权利要求32所述的呼吸装置，其中所述透气系统包括被流体连接到所述防护服的动力透气送风器。

34、根据权利要求33所述的呼吸装置，其中所述动力透气送风器以大约6立方英尺/分钟的速率来提供过滤后的空气。

35、根据权利要求1所述的呼吸装置，进一步包括驼峰形元件，其适于向使用者提供无污染液态水合物。

36、一种呼吸装置，包括：

面罩；

自给呼吸装置，其适于将罐装空气提供到所述面罩；

动力空气净化呼吸器，其适于将过滤后的周围空气提供到所述面罩；和

流体不可渗透的防护服，其连接到所述面罩。

37、根据权利要求36所述的呼吸装置，其中所述防护服包括多个材料层。

38、根据权利要求37所述的呼吸装置，其中所述多个材料层包括位于织物内层与织物外层之间的不可渗透的含氟聚合物阻隔层。

39、根据权利要求36所述的呼吸装置，其中所述面罩与使用者的脸部可密封地接合，以防止周围污染物进入所述面罩中。

40、根据权利要求36所述的呼吸装置，其中所述动力空气净化呼吸器被可操作地与所述自给呼吸装置相连，以将可呼吸空气的可替代的源提供到所述面罩。

41、根据权利要求40所述的呼吸装置，进一步包括至少一个控制阀，以控制所述可呼吸空气的源。

42、根据权利要求41所述的呼吸装置，其中所述至少一个控制阀被手动地操作。

43、根据权利要求41所述的呼吸装置，其中所述至少一个控制阀被电致动。

44、根据权利要求36所述的呼吸装置，进一步包括至少一个导管，其适于将可呼吸空气从所述自给呼吸装置和所述动力空气净化呼吸器传输到所述面罩。

45、根据权利要求44所述的呼吸装置，其中所述至少一个导管包括可扩展的软管。

46、根据权利要求36所述的呼吸装置，其中所述防护服进一步包括双层头罩，该双层头罩具有与所述面罩密封接合的内面护罩。

47、根据权利要求46所述的呼吸装置，其中所述双层头罩包括围绕所述面罩上的视镜而紧密装配的外元件。

48、根据权利要求46所述的呼吸装置，其中所述双层头罩防止液相物质和气相物质透过所述面罩与所述双层头罩之间的界面。

49、根据权利要求36所述的呼吸装置，进一步包括透气系统，其用于通过以过滤后的周围空气来流动替换在所述防护服内部的相对暖湿的空气从而进行所述防护服的透气。

50、根据权利要求49所述的呼吸装置，其中所述透气系统包括连接到所述防护服的动力透气送风器。

51、根据权利要求50所述的呼吸装置，其中所述透气送风器以大约6立方英尺/分钟的速率提供过滤后的空气。

52、根据权利要求36所述的呼吸装置，进一步包括驼峰形元件，其用于向使用者提供无污染液态水合物。

53、根据权利要求36所述的呼吸装置，进一步包括空气质量传感器，其适于检测在所述过滤后的周围空气中的污染。

54、根据权利要求53所述的呼吸装置，其中所述传感器可用于当所述过滤后的周围空气达到预定的污染阈值时发出警报。

55、根据权利要求54所述的呼吸装置，其中所述警报为音频信号和视频信号中的至少一种。

56、根据权利要求53所述的呼吸装置，其中所述传感器被电连接到一阀系统，并当检测到达到预定的最小空气质量阈值时，适于自动阻止来自所述动力空气净化呼吸器的空气流进入所述面罩且适于使空气从所述自给呼吸装置流入所述面罩中。

57、一种向面罩提供空气流的方法，包括：

操作动力送风器将强制的过滤后的空气从动力空气净化呼吸器提供到所述面罩；

开启将所述面罩连接到自给呼吸装置的压缩空气罐的阀；

当空气从所述压缩空气罐流出时，关闭将所述面罩连接到所述动力空气净化呼吸器的阀，以防止过滤后的空气进入所述面罩；和

当来自所述罐的罐装空气的压力下降而低于阈值压力时，开启通向所述动力空气净化呼吸器的所述阀。

58、根据权利要求57所述的方法，进一步包括，如果所述动力送风器关断，则通过阻力呼吸而使过滤后的空气流动到所述面罩。

59、根据权利要求57所述的方法，进一步包括更换空气罐而不使所述空气供给被不可呼吸的周围空气所污染。

60、一种通过面罩呼吸装置而提供清晰视野的方法，所述的面罩呼吸装置具有：适于将罐装空气提供到所述面罩的自给呼吸装置和适于将过滤后的周围空气提供到所述面罩的动力空气净化呼吸器，所述方法包括：

将过滤后的入口空气吹送越过所述面罩的视镜；和

使呼出的空气离开所述面罩的视镜的内部而流出所述面罩。

61、一种操作呼吸装置的方法，包括：

在第一时间操作动力空气净化呼吸器以将可呼吸的过滤后空气流提供到面罩；

在第二时间操作自给呼吸装置以将可呼吸的罐装空气流提供到面罩；和操作阀系统以选择性地控制可呼吸空气流的源。

62、根据权利要求61所述的方法，进一步包括响应空气质量传感器而自动地控制所述阀系统。

63、根据权利要求61所述的方法，进一步包括手动地控制所述阀系统。

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