CN101715403A - 用于水下呼吸装置的呼气阀 - Google Patents

Abstract

一种水下呼吸装置，例如水下通气管，该水下呼吸装置可包括呼气阀。该呼气阀构造为用以在水下呼吸装置的使用者的气道中产生呼气末正压。该呼气阀包括：限定出呼气口和至少一个腔口的板；连接到呼气口的呼气导管；以及可密封地抵靠该板的表面柔性膜。呼气导管的下部被隔片分隔，该隔片将呼气导管和呼气口分隔成连接于第一呼气导管的第一呼气口和连接于第二呼气导管的第二呼气口。柔性膜的尺寸和位置被设置为能够密封第一呼气口和第二呼气口。

Description

用于水下呼吸装置的呼气阀

技术领域。

本发明总体上涉及一种水下呼吸装置，并更具体地涉及一种用在水下呼吸装置中的呼气阀(exhalation valve)，该呼气阀构造为用以在使用者的气道中产生呼气末正压。

背景技术

水下呼吸装置可让使用者即使在嘴和/或鼻子浸没在水中之后仍能继续呼吸。一些水下呼吸装置，例如水中呼吸器(scuba)和水肺(snuba)呼吸装置，构造为向潜入水中的使用者供给来自压缩空气源的空气。其它的水下呼吸装置(例如传统的水下通气管)构造为向使用者供给来自大气的空气。

传统的水下通气管通常包括呼吸管，通过该呼吸管可从大气中吸入空气。呼吸管典型地构造为具有两端。水下通气管的一端预定保持在水面的上方。水下通气管的另一端预定浸没在水面以下。呼吸管的预定浸没在水下的那一端通常包括咬嘴。在实践中，使用者将一部分咬嘴插入自己的嘴中，并从而在使用者的气道与呼吸管之间形成密封。随后，使用者将自己的嘴部和咬嘴浸没在水下，同时使呼吸管的另一端保持在水面上方，从而让使用者能够在浸没在水中的同时吸入外界空气(atmospheric air)。同时，呼吸管让使用者能够通过嘴部呼气而不致打破使用者的嘴部与咬嘴之间的密封。通常，被使用者呼出的空气经由同样也是使用者吸入外界空气所经由的呼吸管而排出水下通气管。

使用者在使用传统的水下通气管时可能遇到的一个问题是：由于将使用者淹没于其中的环境水压力而导致使用者越来越疲劳。在正常的吸气和呼气过程中，使用者消耗体力来使其肺部膨胀和收缩。但是，当使用者浸没在水中时，使用者胸部周围的环境水压力迫使使用者消耗比平时更多的体力来使其肺部膨胀，并趋向于让使用者消耗比平时更少的体力来使其肺部收缩。这种体力消耗减小的呼气方式趋向于让使用者比平时更快地呼气，并导致比平时更小的残余肺活量(residual lung volume)，从而使每次吸气的间隔时间变短，导致更频繁地吸气。而更频繁的吸气可导致使用者的呼吸肌(inhalationmuscle)相对于正常的吸气和呼气而言更为疲劳，这会导致起作用的肺活量变小、可能发生肺不张(atelectasis)、及增大呼吸难度。

使用者在使用传统的水下通气管时可能遇到的另一个问题是：由于在水下通气管的呼吸管中存在有水而导致呼吸困难。水有时能经由呼吸管的一端或两端进入传统的水下通气管。当这些水积聚在呼吸管中妨碍空气通过的位置和/或被使用者吸入时，会导致呼气困难。另外，在吸气和/或呼气过程中，当存在于水下通气管的呼吸管中的水会随着空气流过而引起令人心烦的汩汩或冒泡的噪声。

发明内容

因此，需要一种消除或减少上述问题中的一部分或全部的水下呼吸装置。

本发明的一个方面为一种可用在水下呼吸装置中的呼气阀。该呼气阀可构造为用以在该水下呼吸装置的使用者的气道中产生呼气末正压。该呼气阀可包括：限定出呼气口和至少一个腔口的板；连接到呼气口的呼气导管；以及可密封地抵靠上述板的表面的柔性膜。呼气导管的下部可被隔片分隔，该隔片将呼气导管和呼气口分隔成连接到第一呼气导管的第一呼气口和连接到第二呼气导管的第二呼气口。柔性膜的尺寸和位置可设置为能够密封第一呼气口和第二呼气口。柔性膜可构造为具有完全密封状态、部分密封状态以及非密封状态。在完全密封状态中，柔性膜密封第一呼气口和第二呼气口，由此没有基本上空气也没有水能够流过第一呼气口和第二呼气口。在部分密封状态中，柔性膜密封第二呼气口，但不密封第一呼气口，由此空气和水能够从(一个或多个)腔口流过第一呼气口，并且基本上没有水能够从第二呼气导管流过第二呼气口。在非密封状态中，柔性膜不密封第一呼气口和第二呼气口，由此空气和水能够从(一个或多个)腔口流过第一呼气口和第二呼气口。

本发明的另一方面为一种呼气阀，该呼气阀可包括限定出一个或多个腔口的板、及连接到该板的呼气导管，其中每个腔口具有以基本上平行于呼气导管的侧壁的方向来定向的侧壁。此外，第一呼气口和第二呼气口可基本上呈新月形(crescent-shaped)，而第二呼气口和第二呼气导管可基本上呈橄榄形(marquise-shaped)。而且，第一呼气导管限定的容积可小于第二呼气导管限定的容积。另外，柔性膜还可包括形成在该柔性膜上的第一突起部，该第一突起部的尺寸和位置设置为当柔性膜处于完全密封状态时该第一突起部伸入到第一呼气导管中。而且，柔性膜还可包括形成在该柔性膜上的第二突起部，第二突起部的尺寸和位置设置为当该柔性膜处于完全密封状态或部分密封状态时该第二突起部伸入到第二呼气导管中。第一突起部的尺寸和位置可设置为当柔性膜转变到完全密封状态时以抵靠方式对第一呼气导管的侧壁施加偏压，以便抑制柔性膜中的振动。第二突起部的尺寸和位置可设置为当柔性膜转变到完全密封状态或者部分密封状态时以抵靠方式对隔片施加偏压，以便抑制柔性膜中的振动。此外，上述(一个或多个)腔口的最大开口尺寸可小于第二呼气口的最大开口尺寸。

本发明的又一方面为一种水下呼吸装置，该水下呼吸装置可构造为用以在该水下呼吸装置的使用者的气道中产生呼气末正压。该水下呼吸装置可包括腔和阀。该腔可包括呼吸口和呼气口。该腔可构造为当空气经由呼吸口以同时限制空气从呼吸口逸出的方式被呼出到该腔内时，没有不受限制的离开该腔的通道来使得空气能够经由该通道离开该水下呼吸装置，由此，使被呼出的空气在该腔内产生呼气压。该阀可包括：限定出呼气口的板；连接到该呼气口的呼气导管；以及柔性膜，其可密封地抵靠该板的表面。呼气导管的下部可被隔片分隔，该隔片将呼气导管和呼气口分隔成连接到第一呼气导管的第一呼气口和连接到第二呼气导管的第二呼气口。柔性膜的尺寸和位置可设置为能够密封第一呼气口和第二呼气口。柔性膜可构造为使开启力(其包括该腔内的任何呼气压)沿第一方向对柔性膜施加偏压，并使闭合力沿第二方向对柔性膜施加偏压，该第一方向与该第二方向基本上相反。柔性膜可构造为具有完全密封状态、部分密封状态以及非密封状态。在完全密封状态中，柔性膜密封第一呼气口和第二呼气口，使得基本上没有空气也没有水能够流过第一呼气口和第二呼气口。在部分密封状态中，柔性膜密封第二呼气口，但不密封第一呼气口，使得空气和水能够从(一个或多个)腔口流过第一呼气口，并且水基本上不能够从第二呼气导管流过第二呼气口。在非密封状态中，柔性膜不密封第一呼气口和第二呼气口，使得空气和水能够从(一个或多个)腔口流过第一呼气口和第二呼气口。

本发明的再一方面为，当水下呼吸装置的至少一部分浸没在水中时，该水下呼吸装置的闭合力可包括环境水压(ambient water pressure)。另外，水下呼吸装置的开启力还可包括柔性膜的偏压(biasing pressure)。此外，第二呼气导管限定的容积可至少为第一呼气通道限定的容积的两倍。

本发明的又一方面为一种水下呼吸装置，该水下呼吸装置构造为用以在该水下呼吸装置的使用者的气道中产生呼气末正压，该水下呼吸装置可包括腔和阀。该腔可包括呼吸口和呼气口。该腔可构造为当空气经由该呼吸口以同时限制空气从呼吸口逸出的方式被呼出到该腔内时，没有不受限制的离开该腔的通道来使得空气能够经由该通道离开该水下呼吸装置，由此，使被呼出的空气在该腔内产生呼气压。该阀可构造为限制气流从该腔流过该呼气口，使得当该腔浸没在水中时，该腔内的任何呼气压与该阀的偏压结合沿第一方向对该阀施加偏压，并且环境水压沿第二方向对该阀施加偏压，其中该第一方向与该第二方向基本上相反。该阀可构造为具有完全密封状态和非密封状态。当处于完全密封状态时，基本上没有空气也没有水能够流过该呼气口。当该腔内的任何呼气压与该阀的偏压结合基本上低于环境水压时，阀可处于该完全密封状态。当处于非密封状态时，空气和水能够从该腔流过该呼气口。当该腔内的任何呼气压与该阀的偏压结合基本上高于环境水压时，阀可处于该非密封状态。

根据本发明的又一方面，水下呼吸装置包括构造成具有部分密封状态的阀。当处于该部分密封状态时，空气和水能够从腔流过第一呼气口，但不能流过第二呼气口。当该腔内的任何呼气压与该阀的偏压结合基本上等于环境水压时，该阀可处于该部分密封状态。

通过以下对本发明的示范性实施例的详细描述，将使本发明的示范性实施例的上述的和其它的方面变得更为显而易见。

附图说明

附图包括示范性实施例的图，用以进一步诠释本发明的上述的和其它的方面。应理解的是，这些附图仅描绘了本发明的示范性实施例，而并非旨在限制本发明的范围。以下将通过利用附图来更为具体和详细地描述及说明本发明的这些示范性实施例，在附图中：

图1A是示范性的组装后的水下通气管的立体图；

图1B是图1A的示范性水下通气管的立体分解图；

图2A是示范性下基座的立体图；

图2B是图2A的示范性下基座的立体剖视图；

图2C是图2A的示范性下基座的另一剖视图；

图3A是示范性柔性膜的立体图；

图3B是图3A的示范性柔性膜的剖视图；

图3C是另一示范性柔性膜的剖视图；

图4A是示范性呼气阀的剖视图，该示范性呼气阀包括通过示范性接头组装在一起的图2A至图2C的示范性下基座和图3A及图3B的示范性柔性膜，示出了在吸气过程中处于完全密封状态的呼气阀；

图4B是图4A的示范性呼气阀和示范性接头的剖视图，示出了在正常呼气的开始阶段中处于完全密封状态的呼气阀；

图4C是图4A的示范性呼气阀和示范性接头的剖视图，示出了在正常呼气的后续状态下处于部分密封状态的呼气阀；

图4D是图4A的示范性呼气阀和示范性接头的剖视图，示出了在强力呼气(forceful exhalation)过程中处于非密封状态的呼气阀。

具体实施方式

本发明的示范性实施例总体上针对一种用于水下呼吸装置的呼气阀。该呼气阀构造为用以在水下呼吸装置的使用者的气道中产生呼气末正压，并且构造为最小化或消除若在呼出空气的路径中存在水的情况下在呼气时可能产生的汩汩声。然而，本发明的示范性实施例不局限于水下呼吸装置。应理解的是，根据本说明书，在此披露的结构可成功地与任何预定用于在使用者气道中产生呼气末正压的装置一起使用，或用以减小任何这类装置中的汩汩声。例如，在此披露的结构可装备到水中呼吸器或水肺装备中，用以提供呼气末正压，或者可与医院中供病人使用的呼吸机管道一起使用，以减小所述管道中的汩汩声。

另外，为了有助于描述呼气阀，在此使用诸如“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“右侧”、“左侧”以及“侧部”等词语描述附图，附图并非必须按比例绘制。然而，应理解的是，在此披露的本发明的示范性实施例可设置于水下呼吸装置或其它装置内的多种期望的位置，包括多种角度、侧置且甚至倒置。现在将详细描述用于水下呼吸装置的呼气阀。

如下文所述及附图中所示，呼气阀可与诸如水中呼吸器或水肺调节器、或水下通气管一起使用。例如，呼气阀可与水下通气管的吸气阀一同起作用，或者呼气阀可与吸气阀结合。无论水下通气管是仅包括单根呼吸导管、还是同时包括吸气通道和呼气通道，呼气阀都可设置在该水下通气管的呼吸导管的顶部或底部。呼气阀大体上构造为当水下通气管的使用者呼气时开启，以使被呼出的空气能排出该水下通气管。呼气阀大体上还构造为当水下通气管的使用者不呼气时(如在吸气过程中或各次呼吸的间隔过程中)关闭。在水下通气管包括吸气通道和呼气通道的情况下，关闭的呼气阀可防止残留于呼气通道内的被呼出的空气返回到吸气通道中，由此引导所述被呼出的空气穿过正确的呼气通道。另外，还可防止存在于呼气通道中的水进入到吸气通道中，从而避免水下通气管的使用者吸入水。

1.示范性水下通气管

现在参阅图1A和图1B，其揭示了一种示范性水下通气管100。通常，水下通气管100便于经由吸气通道(其大体上包括吸气阀102以及部分的主管106、连接管108和接头110)吸气到使用者的咬嘴116，以及从咬嘴116呼气到呼气通道(其大体上包括接头110的一部分以及呼气阀112、呼气管118和呼气出口104)，被呼出的空气从该呼气通道排出水下通气管100。水下通气管100包括吸气阀102和呼气阀112。当水下通气管100被使用时，外界空气单向流过吸气阀102且经由吸气通道到达咬嘴116，并在该咬嘴116处被使用者吸入。使用者随后呼出的空气则流过呼气阀112并穿过呼气通道，被呼出的空气经由该呼气通道排出水下通气管100。下面将更详细地描述关于吸气通道、咬嘴以及呼气通道的示范性结构。

如图1A所示，水下通气管100包括吸气阀102、呼气出口104、主管106、连接管108、接头110、呼气阀112、底盖114以及咬嘴116。吸气阀102附连到主管106的顶端并使空气能够被吸入到水下通气管100中。该吸气阀可构造成与公开号为2006/0260703、名称为“Check Valve(止回阀)”的美国专利申请中所披露的止回阀相同，在此以援引的方式完整地并入该专利申请的公开内容。

连接管108将主管106的底端连接到接头110。呼气阀112大体上被封闭于接头110内，并使空气能够经由呼气出口104排出水下通气管。底盖114附连到接头110的底部，并使来自于将水下通气管100部分地浸没在其中的水的环境水压与呼气阀112相互作用，如本文的其它部分所述。咬嘴116附连到接头110的顶部，使得使用者能够吸入经由吸气阀102进入到水下通气管100中的空气，并使得使用者呼出的空气能够经由呼气阀112和呼气出口104排出水下通气管。

如图1B所示，水下通气管100还包括呼气管118、衬套120、下基座200以及柔性膜300。如图1B所示，呼气管118将下基座200与限定在吸气阀102中的呼气出口104相连，以使得被呼出的空气连同任何无意中进入水下通气管中的水能够经由呼气出口104排出水下通气管100。底盖114和下基座200能够用于将柔性膜300附连到下基座200的表面。柔性膜300可密封地抵靠下基座200的表面，并且柔性膜300的尺寸和位置设置为能够密封呼气管118，以便在水下通气管100的使用者的气道中产生呼气末正压。

由呼气阀112产生的呼气末正压可减小水下呼吸的总的做功量。进一步而言，呼气末正压可通过减少因水下呼吸引起的呼吸肌疲劳而协助保持肺活量。另外，呼气末正压还可改善肺中的肺泡气囊(alveolar air sac)和相关结构的气体交换功能。而且，呼气末正压还可减小使用者在水下呼吸的过程中的静态呼吸频率(resting respiratory rate)。另外，呼气末正压还可通过保护肺活量及改善肺泡气体交换而延长舒适的单次呼吸潜水时间。

2.示范性呼气阀下基座

现在将参考图2A-图2C描述下基座200的更多的方面。如图2A所示，下基座200包括板202。板202限定出多个腔口204。虽然图中所示的板202限定了五个均基本上呈圆形或椭圆形的腔口204，但应理解的是，具有其它形状的其它数目的腔口也是可行并且可预期的。另外，腔口204的尺寸和结构可设置为防止可能在无意中经由诸如咬嘴116进入水下通气管100的砾石或者其它大的岩屑沉积在呼气阀112或呼气管118(参见图1B)中。例如，每个腔口204的最大开口尺寸(open dimension)可小于第二呼气口216的最大开口尺寸，以便确保砾石或者其它大的岩屑不会沉积在下文中将表述的第二呼气口216或第二呼气导管218中。

板202还限定出呼气口206。下基座200还包括连接到呼气口206的呼气导管208。如图2A和图2B所示，呼气导管208的下部被隔片210分隔，隔片210将呼气导管208和呼气口206分隔成连接到第一呼气导管214的第一呼气口212和连接到第二呼气导管218的第二呼气口216。请注意，每个腔口204的侧壁是以基本上平行于呼气导管208的内侧壁的方向定向的(最好地示出于图3A的中部的腔口204中)。这种平行的定向可使得腔口204能够用与呼气导管208的内部侧壁相同的模制滑块(mold slider)(未示出)来模制。

如图2A和图2C所示，隔片210可被弯曲并偏离中心地定位在呼气导管208内，这使得第一呼气口212和第一呼气导管214基本上呈新月形，而第二呼气口216和第二呼气导管218基本上呈橄榄形(marquis-shaped)。在本实施例中，隔片210的弯曲形状和偏离中心的位置还导致第一呼气导管214限定的容积小于第二呼气导管218限定的容积。具体地，在一些示范性实施例中，第二呼气导管218限定的容积可至少是第一呼气导管214限定的容积的两倍。如下文参照图4C所述，第二呼气导管218的这一增大的容积可使得用于存储收集的水的存储容量增大。

在图2A和图2B中还示出了可选的肋220，该肋220限定了第一呼气口212和第二呼气口216的周界，包括隔片210的暴露的边缘。如图2B所示，肋220在板202的另一表面的下方延伸，且肋220因此而起到衬垫的作用，从而在第一呼气口212及第二呼气口216与柔性膜300之间实现更好的密封(例如图4A和图4B所示)。因此，肋220可用作板202的一个表面，该表面可被柔性膜300抵靠密封(例如图4A和图4B所示)。

3.示范性呼气阀柔性膜

现在将参考图3A和图3B描述柔性膜300的另外的方面。如图3A所示，柔性膜300包括外缘302、内部的可膨胀折叠部304、第一突起部306以及第二突起部308。外缘302构造为附连到下基座200的板202(参见图2A)，并保持对于板202的气密及水密密封。内部的可膨胀折叠部304构造为使膜300能够在受到使用者呼气的作用时膨胀、而在受到水下通气管100部分地或完全地浸没于其中的水形成的环境水压的作用时收缩。图3B中所示膜300的大体上向下的弯曲导致了该柔性膜的向下的偏压310，偏压310有助于抵消环境水压的向上的力。下面将结合图4A-图4D描述第一突起部306和第二突起部308的另外的方面。

现在将参考图3C描述替代性的柔性膜300′。柔性膜300′与图3A和图3B的柔性膜300基本相同，只是柔性膜300′包括肋312，该肋312限定第一突起部306和第二突起部308的周界，因此对应于与图2A中所示的第一呼气口212和第二呼气口216的周界。如图3C所示，肋312在柔性膜300′的上表面的上方延伸，且肋312因此而起到衬垫的作用，从而在柔性膜300′与第一呼气口212及第二呼气口216之间实现更好的密封(参见图2A)。应理解的是，肋312可用于替代图2A和图2B中所示的肋220，或与肋220结合使用。

4.示范性呼气阀的操作

现在将参考图4A-图4D来描述呼气阀112的操作的另外的方面。具体地，图4A示出了在吸气过程中处于完全密封状态的吸气阀112，图4B示出了在正常呼气的开始阶段中处于完全密封状态的呼气阀，图4C示出了在正常呼气的后续阶段中处于部分密封状态的呼气阀112，而图4D示出了在强力呼气过程中处于非密封状态的呼气阀112。现在将结合图4A-图4D来描述水下通气管100的操作。以下描述中假定水下通气管被部分地浸没在水中的使用者所使用，并且吸气阀102向上延伸到水面上方。

a.吸气

首先参考图4A描述水下通气管100在吸气过程中的操作。随着水下通气管100的使用者吸气，空气150经由吸气阀102(参见图1A和图1B)进入水下通气管100中。空气150接下来穿过主管106和连接管108(参见图1A和图1B)，由连接管108进入由接头110限定的吸气导管122并进入同样由接头110限定的腔124内。其后空气150经过由接头100限定的呼吸口126并经由咬嘴116(参见图1A和图1B)进入使用者的嘴部和肺部。

在吸气过程中，如图4A所示，水下通气管100周围的水的环境水压128将柔性膜300推抵到板202上，由此以“完全密封状态”将第一呼气口212和第二呼气口216密封。在完全密封状态中，之前所呼出的空气或任何水基本上均不能够从第一呼气导管214和第二呼气导管218经由第一呼气口212和第二呼气口216流到腔124，从而避免了在吸气过程中吸入水和/或之前所呼出的空气。

如图4A所示，形成在柔性膜300上的第一突起部306的尺寸和位置设置为当柔性膜300处于完全密封状态时该第一突起部306延伸到第一呼气导管214中。类似地，形成在柔性膜300上的第二突起部308的尺寸和位置设置为当柔性膜300处于完全密封状态或处于部分密封状态时该第二突起部308伸入到第二呼气导管218中，如以下结合图2C所述。下文将更详细地描述第一突起部306和第二突起部308的作用。

b.正常呼气的开始阶段

现在将参考图4B描述在正常呼气的开始阶段中水下通气管100的操作。在此所使用的术语“正常呼气”是指以大约100ml/s到大约450ml/s的速率呼气。当水下通气管100的使用者正常呼气时，空气150从使用者的肺部和嘴部经由呼吸口126返回到腔124内。由于空气进入吸气导管122所经过的吸气阀102是单向阀，所以被使用者呼出到腔124中的空气150不能经由吸气导管122排出水下通气管100。同时，环境水压128继续将柔性膜300压抵于板202上，由此将呼气阀112保持在完全密封状态，在此状态下第一呼气口212和第二呼气口216是密封的，因此基本上没有空气和水能够从腔124经由腔口204并经由第一呼气口212和第二呼气口216流过。因此，被呼出的空气150积聚在腔124中而在该腔124中形成呼气压130。只要腔124内的呼气压128与柔性膜300的偏压310(参见图3B)结合基本上低于环境水压128，呼气阀112就会保持处于完全密封状态。

c.正常呼气的后续阶段

现在将参考图4C描述在正常呼气的后续阶段中水下通气管100的操作。随着水下通气管100的使用者继续正常呼气，并且随着空气150继续从使用者的肺部和嘴部经由呼吸口126返回到腔124中，被呼出的空气150将继续积聚在腔124中，由此使腔124中的呼气压130稳定地增大。一旦腔124内的呼气压128与柔性膜300的偏压310(参见图3B)结合基本上等于环境水压128，呼气阀112就将转变到图4C中所示的“部分密封状态”。当处于部分密封状态时，柔性膜300密封第二呼气口216，但不密封第一呼气口212，这使得空气150能够从腔124流过腔口204、第一呼气口212、第一呼气导管214，并经由呼气管118和呼气出口104(参见图1A和图1B)排出水下通气管100。只要腔124内的呼气压128与柔性膜300的偏压310(参见图3B)结合保持为基本上等于环境水压128，呼气阀112就会保持处于部分密封状态。

在环境水压128过大以致单独地与呼气压128相抵消的情况下，可能需要将呼气压128与偏压310结合。例如，在水下通气管100的使用者沿水体表面游动的情况下，柔性膜300可能浸没在大约28cm的深度处，而使用者的肺部的中心可能仅浸没在大约13cm的深度处。在这种情况下，柔性膜300可构造为施加这样的偏压310：该偏压310相当于使用者肺部的形心(centroid)与柔性膜300之间的深度差、或处于该深度差的范围内。在本实例中，为了解决作用于使用者肺部的水压与作用于柔性膜300的水压之间的压差，可使偏压310介于大约10cm水压与大约15cm水压之间。这样将为使用者提供大约0cm水压至大约5cm水压之间的水压来作为呼气末正压，这对于许多使用者而言可能在生理上较为舒适。可利用在此描述的示范性呼气阀来实现相对于使用者肺部的形心的深度的、适度的呼气压增大。应理解的是，上述这些深度仅是估计值，并可能随着使用者的体型和/或游泳技术的不同而不同。

如图4C所示，第一突起部306的尺寸和位置设置为起到流动轮廓的作用，用以更好地引导空气流入第一导管214中。详细而言，当被呼出的空气150进入第一导管214中时，即与第一突起部306接触。第一突起部306的形状为用以引导空气150在向上流入第一导管214的路径上沿该第一突起部306顺畅地流动。因此，第一突起部306的尺寸、形状以及位置能够有助于使得空气流动顺畅并减少紊流。

另外，图4C还揭示了第一突起部306的除水和减小噪声的特性。任何无意中进入腔124内的水170将自然地向下流到柔性膜300。在正常呼气过程中，存留在柔性膜300上的水170可导致汩汩的噪声，这对水下通气管100的使用者而言会是令人不适的。当柔性膜从完全密封状态转变到部分密封状态时，第一突起部306的尺寸、形状以及位置将有助于流动的空气150将水170沿第一突起部306的轮廓向上引入第一呼气导管214中。由于第一突起部306位于柔性膜300的最低点附近并由此填塞了一些空间(否则的话水170易于在这些空间中搅动)，所以第一突起部306的位置还可有助于减少水170的搅动。

如在本文的其它部分所述，隔片210可在呼气导管208内偏离中心地设置，并且还可以是弯曲的。偏离中心和弯曲的上述结合使得第一呼气导管214具有细长的新月形的轮廓，这使得空气150流过第一呼气导管214的速度相对的高。一旦水170被空气150推送入第一呼气导管214中，第一呼气导管214内的空气150的这种相对高的气流速度将使水170被一直推送到隔片210的顶部。一旦水170到达隔片210的顶部，水170中的大部分能够溢过隔片210进入第二呼气导管218，水将被收集到该第二呼气导管218中以待使用者进行强力呼气，如下文结合图4D所述。第二呼气导管218的(相对于第一呼气导管214)相对较大的容量能够容纳相对较大量的待收集的水170，使得溢出到第一呼气导管214的水170更少，从而保持第一呼气导管214不发出汩汩声，以使呼气更为安静。作为选择，隔片210的弯曲和/或隔片210偏离中心的定位可替代性地在不减小第二呼气导管218的容量的情况下，使得隔片210相对于可选择的平直中线隔片更短、从而更容易引导水流过隔片210的顶部并进入第二呼气导管218中。一旦水170被收集到第二呼气导管218中之后，当通过水下通气管100进行正常呼吸时，水170就不会再产生令人不舒适的汩汩的噪声。

现在将参考图4A和图4D描述在正常呼气过程中水下通气管100的操作的其它方面。当使用者以平缓的正常速率呼气时，由于呼气阀112周期性地允许被呼出的空气150穿过第一呼气口212流通，呼气阀112将会维持腔124中的呼气压130。在实践中，呼气阀112可表现出抖动特性，即随着呼气阀112调节腔124中的呼气压130，呼气阀112反复地开启和关闭。这种抖动的结果是，随着呼气阀112反复地图4C所示的部分密封状态转变到图4A所示的完全密封状态，使用者可听到噪声并感觉到振动。

为了抑制这种噪声和振动，柔性膜300的第一突起部306的尺寸和位置设置为当柔性膜转变到完全密封状态时即以抵靠方式对第一呼气导管214的侧壁施加偏压，以便抑制柔性膜300中的振动。第一突起部306的尺寸和位置还设置为使得第一突起部306的底部被定位成更靠近隔片210的底部而不是第一呼气导管214的侧壁的底部。这种定位将第一突起部306的底部设置为与第一呼气导管214侧壁的底部相距适中的距离，并且可用于使第一突起部306的接触点位于呼气导管208的内表面的更高处，从而可实现板202与柔性膜300之间的更好的密封。

d.强力呼气

现在参考图4D描述在强力呼气过程中水下通气管100的操作。本文所使用的术语“强力呼气”是指以比大约450ml/s更高的速率呼气。当水下通气管的使用者强力呼气时，腔124中的呼气压130将显著地增大。随着呼气压130与柔性膜300的偏压310(参见图3B)结合，迅速地从大致等于环境水压128转变到显著地大于环境水压128，呼气阀112将转变到图4D所示的“非密封状态”。当处于非密封状态时，柔性膜300既不密封第一呼气口212也不密封第二呼气口216，这使得空气150可经由腔124流过腔口204、第一呼气口212，第二呼气口216、第一呼气导管214、第二呼气导管218，并经由呼气管118和呼气出口104(参见图1A和图1B)排出水下通气管100。只要腔124内的呼气压128与柔性膜300的偏压310(参见图3B)结合，保持为基本上大于环境水压128，呼气阀112就会保持处于非密封状态。

在图4D所示的非密封状态中，强力呼出的空气150的压力还将使任何余留在柔性膜300上的、或者位于第一呼气导管214中或被收集到第二呼气导管218中的水与空气150一起流过第一呼气导管214或第二呼气导管218，并经由呼气管118和呼气出口104(参见图1A和图1B)排出水下通气管100。由此，这种强力呼气就使得水下通气管100中的全部的但相对少量的水170被去除。例如，在一次强力呼气之后，仅有大约5ml到大约10ml的水170可能残留于水下通气管100中。由于在随后的呼气过程中即使这些少量的残留水170也可能导致汩汩声，因此第二呼气导管218的尺寸、形状和结构设置为用于收集上述少量的残留水170。如图4C所示，位于残留的水170上方的隔片210用于在正常的呼气过程中将残留的水170与气流150隔离，以将残留的水170与气流150隔开并防止产生任何汩汩声。

现在参考图4A和图4D描述在强力呼气过程中水下通气管100的操作的另外的方面。当使用者强力呼气时，由于随着被呼出的空气沿着经由呼气管118(参见图1B)通向呼气出口104的路径向上流过第一呼气导管214和第二呼气导管218，呼气阀112周期性地允许被呼出的空气150穿过第一呼气口212和第二呼气口216流通，因此呼气阀112将会维持腔124中的呼气压130。如同正常呼气那样，呼气阀112可在强力呼气过程中表现出抖动特性，即随着呼气阀112调节腔124中的呼气压130，呼气阀112有规律地开启和关闭。这种抖动的结果是，随着呼气阀112从图4D中所示的非密封状态转变到图4A中所示的完全密封状态，使用者可听到噪声并感觉到振动。

为了抑制这种噪声和振动，柔性膜300的第一突起部306的尺寸和位置设置为当柔性膜转变到完全密封状态时即以抵靠方式对第一呼气导管214的侧壁施加偏压，以便抑制柔性膜300中的振动。类似地，柔性膜300的第二突起部308的尺寸和位置设置为当柔性膜转变到完全密封状态、或转变到部分密封状态时以抵靠方式对隔片210施加偏压，以便抑制柔性膜300中的振动。

如图4C所示，第二突起部308的尺寸和位置还可设置为使第二突起部308的底部被定位成更靠近隔片的底部而不是第二呼气导管218的侧壁的底部。这种使得第二突起部308与第二呼气导管218侧壁的底部相距适中距离的定位可用以使第二突起部308的接触点位于隔片210的更高处，从而可实现板202与柔性膜300之间的更好的密封。

虽然依据特定的示范性实施例描述了本发明，但是其它的示范性实施例也是可行的。因此，本发明的范围仅应由随附的权利要求书来界定。

Claims (20)

1.一种用在水下呼吸装置中的阀，该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，该阀包括：

板，其限定出呼气口和至少一个腔口；

呼气导管，其连接到所述呼气口，该呼气导管的下部被隔片分隔，该隔片将所述呼气导管和所述呼气口分隔成连接到第一呼气口的第一呼气导管和连接到第二呼气口的第二呼气导管；以及

柔性膜，其可密封地抵靠所述板的表面，并且所述柔性膜的尺寸和位置设置为能够密封所述第一呼气口和所述第二呼气口，所述柔性膜包括：

完全密封状态，在该状态中，所述柔性膜密封所述第一呼气口和所述第二呼气口，由此基本上没有空气也没有水能够流过所述第一呼气口和所述第二呼气口；

部分密封状态，在该状态中，所述柔性膜密封所述第二呼气口但不密封所述第一呼气口，由此空气和水能够从所述至少一个腔口流过所述第一呼气口，并且基本上没有水能够从所述第二呼气导管流过所述第二呼气口；以及

非密封状态，在该状态中，所述柔性膜不密封所述第一呼气口和所述第二呼气口，由此空气和水能够从所述至少一个腔口流过所述第一呼气口和所述第二呼气口。

2.如权利要求1所述的阀，其中：

所述至少一个腔口是以基本上平行于所述呼气导管的侧壁的方向定向的。

3.如权利要求1所述的阀，其中：

所述第一呼气口和所述第一呼气导管基本上呈新月形；并且

所述第二呼气口和所述第二呼气导管基本上呈橄榄形。

4.如权利要求1所述的阀，其中所述第一呼气导管限定的容积小于所述第二呼气导管限定的容积。

5.如权利要求1所述的阀，其中所述板的所述表面包括肋，该肋限定所述第一呼气口和所述第二呼气口的周界并且在所述板的另一表面的下方延伸。

6.如权利要求1所述的阀，还包括：

第一突起部，其形成在所述柔性膜上，该第一突起部的尺寸和位置设置为当所述柔性膜转变到完全密封状态时以抵靠方式对所述第一呼气导管的侧壁施加偏压，以便抑制所述柔性膜中的振动；以及

第二突起部，其形成在所述柔性膜上，该第二突起部的尺寸和位置设置为当所述柔性膜转变到完全密封状态或者部分密封状态时以抵靠方式对所述隔片施加偏压，以便抑制所述柔性膜中的振动。

7.如权利要求5所述的阀，其中所述至少一个腔口的最大开口尺寸小于所述第二呼气口的最大开口尺寸。

8.一种水下呼吸装置，其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，该水下呼吸装置包括：

腔，其包括呼吸口和呼气口，该腔构造为当空气经由所述呼吸口以限制空气同时从所述呼吸口逸出的方式被呼出到所述腔内时，没有不受限制的离开所述腔的通道来使得空气能够经由该通道离开所述水下呼吸装置，由此，呼出的空气在所述腔内产生呼气压；以及

阀，其用于限制气流从所述腔流过所述呼气口，该阀包括：

板，其限定出所述呼气口；

呼气导管，其连接到所述呼气口，该呼气导管的下部被隔片分隔，该隔片将所述呼气导管和所述呼气口分隔成连接到第一呼气导管的第一呼气口和连接到第二呼气导管的第二呼气口；以及

柔性膜，其可密封地抵靠所述板的表面，并且所述柔性膜的尺寸和位置设置为能够密封所述第一呼气口和所述第二呼气口，所述柔性膜构造为使得包含所述腔内的任何呼气压的开启力沿第一方向对所述柔性膜施加偏压并且使得闭合力沿第二方向对所述柔性膜施加偏压，所述第一方向与所述第二方向基本上相反，所述柔性膜包括：

完全密封状态，在该状态中，所述柔性膜密封所述第一呼气口和所述第二呼气口，由此基本上没有空气也没有水能够流过所述第一呼气口和所述第二呼气口；

部分密封状态，在该状态中，所述柔性膜密封所述第二呼气口，但不密封所述第一呼气口，由此空气和水能够从所述腔流过所述第一呼气口，并且基本上没有水能够从所述第二呼气导管流过所述第二呼气口；以及

非密封状态，在该状态中，所述柔性膜不密封所述第一呼气口和所述第二呼气口，由此空气和水能够从所述腔口流过所述第一呼气口和所述第二呼气口。

9.如权利要求8所述的水下呼吸装置，其中当所述水下呼吸装置的至少一部分浸没在水中时，所述闭合力包括环境水压。

10.如权利要求8所述的水下呼吸装置，其中所述开启力还包括所述柔性膜的偏压。

11.如权利要求8所述的水下呼吸装置，其中：

所述第一呼气口和所述第一呼气导管基本上呈新月形；并且

所述第二呼气口和所述第二呼气导管基本上呈橄榄形。

12.如权利要求8所述的水下呼吸装置，其中所述第一呼气导管限定的容积小于所述第二呼气导管限定的容积。

13.如权利要求8所述的水下呼吸装置，其中所述第二呼气导管限定的容积是所述第一呼气导管限定的容积的至少两倍。

14.如权利要求8所述的水下呼吸装置，其中所述柔性膜还包括肋，该肋限定了所述第一呼气口和所述第二呼气口的周界并且在所述柔性膜的表面的上方延伸。

15.如权利要求8所述的水下呼吸装置，还包括：

第一突起部，其形成在所述柔性膜上，该第一突起部的尺寸和位置设置为当所述柔性膜转变到完全密封状态时以抵靠方式对所述第一呼气导管的侧壁施加偏压，以便抑制所述柔性膜中的振动；以及

第二突起部，其形成在所述柔性膜上，该第二突起部的尺寸和位置设置为当所述柔性膜转变到完全密封状态或者部分密封状态时以抵靠方式对所述隔片施加偏压，以便抑制所述柔性膜中的振动。

16.一种水下呼吸装置，其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，该水下呼吸装置包括：

腔，其包括呼吸口和呼气口，该腔构造为当空气经由所述呼吸口以限制空气同时从所述呼吸口逸出的方式被呼出到所述腔内时，没有不受限制的离开所述腔的通道来使得空气能够经由该通道离开所述水下呼吸装置，由此，呼出的空气在所述腔内产生呼气压；以及

阀，其用于限制气体从所述腔流过所述呼气口，所述阀构造为当所述腔浸没在水中时，所述腔内的任何呼气压与所述阀的偏压结合沿第一方向对所述阀施加偏压，并且环境水压沿第二方向对所述阀施加偏压，所述第一方向与所述第二方向基本上相反，所述阀包括：

完全密封状态，在该状态中，基本上没有空气也没有水能够流过所述呼气口，当所述腔内的任何呼气压与所述阀的偏压结合基本上低于所述环境水压时，所述阀处于该完全密封状态；以及

非密封状态，在该状态中，空气和水能够从所述腔流过所述呼气口，当所述腔内的任何呼气压与所述阀的偏压结合基本上高于所述环境水压时，所述阀处于该非密封状态。

17.如权利要求16所述的水下呼吸装置，其中所述阀还包括：

呼气导管，其连接到所述呼气口，该呼气导管的下部被隔片分隔，该隔片将所述呼气导管和所述呼气口分隔成连接到第一呼气导管的第一呼气口和连接到第二呼气导管的第二呼气口。

18.如权利要求17所述的水下呼吸装置，其中所述阀还包括：

部分密封状态，在该状态中，空气和水能够从所述腔流过所述第一呼气口，但不能流过所述第二呼气口，当所述腔内的任何呼气压与所述阀的偏压结合基本上等于所述环境水压时，所述阀处于该部分密封状态。

19.如权利要求17所述的水下呼吸装置，其中：

所述第一呼气口和所述第一呼气导管基本上呈新月形；并且

所述第二呼气口和所述第二呼气导管基本上呈橄榄形。

20.如权利要求17所述的水下呼吸装置，其中所述第二呼气导管限定的容积至少是所述第一呼气导管限定的容积的两倍。

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