CN102740931B - 对电动空气呼吸装置的改进 - Google Patents

Abstract

一种安全呼吸装置，具有用于测量输送至头部单元(9)的气体中两个点(1a,1b)之间压力差的传感器。传感器被用于测量通过装置提供的气体在气流内两个点之间的压力差，并随后利用压力差计算气体流速。

Description

对电动空气呼吸装置的改进

本发明涉及对带有用于呼吸保护的颗粒过滤器、气体过滤器或组合过滤器的包括头盔、面具或面罩的电动空气过滤设备的改进。

人们已经意识到监控和测量流入电动空气呼吸器内的空气流速是有利的。这是因为监控流速使得能够进行检查以确保不会超过过滤器的流速能力，由此确保过滤器从输送给佩戴者的可吸入空气中有效地滤除所有的污染物。而且，空气输送控制系统能够利用闭环流量测量系统来与条件的改变例如与过滤器阻力或者由用户对头套或面具的不同佩戴的阻力的改变、由譬如海拔高度的变化造成的环境空气压力的改变等无关地保持提供给用户的指定流速。类似地，主动系统能够利用闭环流速控制对不断改变呼吸空气输送风扇组件上负荷的呼吸影响进行自动补偿。

现代呼吸器通常具有广泛选择的附件，形式为过滤器类型、多样化设计的用于不同应用的头套或面具等，并且这就带来了跨任意附件组合保持指定流速的问题。大气其本身是可压缩的，并且因此随着电动空气呼吸器内的流速增加，空气就会压缩，同时流速和叶轮转速之间存在非线性的关系。颗粒物过滤器的流动阻力在其寿命期间也会由于空气传播颗粒物被吸入并保留在过滤介质上影响空气从中流过而改变，并且因此在过滤器寿命期间不断增大阻力。而且，仅仅是用户呼吸的动作也会导致电机负荷的变化从而造成流速的波动。在用户吸气时，空气通过过滤器被吸入，这帮助电机提供空气并因此有效地减少了负荷。另一方面，在用户呼气时，空气流动即使在使用了单向阀时也会被抑制，由此增加了电机的负荷。

在装置工作期间监控叶轮转速相对容易，并且已经建议使用这种方法来计算流速。但是，风扇设计的固有效率会随着由在进气侧上的变化阻力施加在其上的不同负荷和出气侧上的负荷而改变。因此，叶轮转速并不与流速直接相关。

尽管在叶轮转速和流速之间有这种相关性的问题，但是对于简单的设备例如具有内置风扇和有限选择的过滤器的面具来说，已经发现可以通过比较电机转速和电机负荷以建立电机转速和负荷的算法来估算流速，从而实现对流速非常好的近似。本领域内还已知将这种方法扩展至更加复杂的系统，但是这就意味着对于指定的过滤器或头套，由呼吸器提供的流速将接近于恒定但是对于每一种组合都有所不同。该方法还受制于它不能适应由于海拔高度变化造成的改变(电机转速将随着大气密度的降低而增大)的缺点。在某些模型中，这些缺点可以通过改变能够安装的过滤器数量以试图减少一些过滤器阻力负荷而缓解-原因在于安装的过滤器越多，过滤器阻力就会变得越小，并且平衡动作从过滤器的数量上着手来平衡呼吸器上的入口负荷。

另一种已知的方法是将所有较低负荷的过滤器都增加为相当的最高负荷过滤器，由此平衡输入负荷。对这一切所增加的复杂性在于随着阻力在过滤器的寿命期间不断改变，负荷不断增加，从而使负荷和转速算法变得复杂化。另一种已经提出的方法是利用转子流量计来标定设备，转子流量计主要是一种质量流量计，并且因此会随着湿度和海拔高度对密度的影响而改变。

因此能够看出现有技术中的方法基本上是集中在用于流速的近似方法并且这些方法通常都已经证明是可接受的。但是，由于对于不同污染难题来说过滤器正在变得越来越专业化，希望与初始过滤器阻力和过滤器阻力在其工作寿命期间的变化无关地保持流速，并且希望有不同的头套适合于不同的应用，因此这些近似方法现在已经变得不能胜任。

而且，对典型电动空气呼吸装置组件内的空气分析已经表明在呼吸所需的流速下在呼吸器组件中存在湍流。这就使得在没有在适当位置使用层流空气控制系统的情况下通常可接受的空气流量测量方法变得复杂化，而层流空气控制系统会对系统造成沉重负荷从而导致流速减小和/或蓄电池供电呼吸器的蓄电池寿命显著下降。

根据本发明提供了一种测量安全呼吸装置中气体供应流速的方法，包括以下步骤：测量通过装置供应的气体在气流中至少两个不同点之间的压力差，并且利用所述压力差来计算气体流速。

本发明进一步提供了一种安全呼吸装置，具有用于测量由所述装置输送的气体在气流中至少两个不同点之间的压力差的装置，由此根据所述压力差来计算气体流速。

根据本发明的装置和方法具有的优点是：通过测量压力并且利用差值计算气体通过装置的气体流速，不必在供气单元上施加会导致功率要求增加的明显负荷即可获得与现有技术中的系统相比准确得多的流速数值。

至少两个点之间的压力差可以利用压差表直接测量，例如通过将两个点中每一个点处的压力加至隔膜的相对两侧，用隔膜的偏转来测量压力差。可选地，可以直接测量每一个点处的压力并且可以随后计算各点之间的压力差。

优选地，在气体流动路径中设有收缩段，压力测量在收缩段最窄部分的入口处或最窄部分附近进行。这样具有的优点是增加两个测量点之间的压力差，由此降低实现流速准确测量所必需的压力传感器灵敏度。具体地，收缩段由板孔、成形喷嘴和文氏管构成。

在本发明特定的优选实施例中，多尔管(DALL tube)被用于构建孔口。这样具有的优点是它明显减少了经过收缩段的能量损失，这对于工作寿命可能严重受损的蓄电池供电设备来说很重要。在本发明的进一步拓展中，通过引入机械滤波器形式的阻尼/滤波以阻抑波动来使由系统内的湍流造成的压力波动最小化，不过也可以使用电滤波来平抑压力差测量系统中的尖峰。

有利地，闭环系统被用于根据流速测量值改变电机转速以调节流速达到或保持目标值。

现代安全法律法规对呼吸装置在此类设备的故障对潜在生命威胁的可能影响方面规定了各种严格的维护、测试和使用要求。例如用户只能使用其被训练操作的设备以及将正确的设备用于正确的环境是很重要的(譬如使用错误的过滤器可能会导致佩戴者即使正确佩戴了设备也会被暴露给有害的污染物)。类似地，所有设备必需定期维护和测试以确保其正常工作。

通常，监控这样的要求都是人工实现-保留对设备的使用时间的人工记录以使得能够计算维护时间表，并且进行关于设备认证/通用性和正确应用方面的个体用户检查。例如启动保修通常是以生产日期为基础或者通过用户录入向制造商的购买。但是，这样的人工系统容易受到不准确等因素的影响，这可能会导致不必要地、过早的维护或者延误维护从而可能对用户造成健康风险。

因此对于改进的系统存在需求，这种改进系统可以避免操作人员使用他们未经训练使用的设备或者将错误的设备用在他们所处的危险区域，并且提供可追责的记录以确保在危险环境中适当地使用产品。还有一个目标是提供一种确保按预定时间进行安全关键性目检和维护并且数据记录证实操作人员已经完成这些任务的系统。还有一种需求是通过提供产品何时被首次使用的准确记录来克服固有的从生产日期到用户接收设备的保修启动延迟。通过提供非常短的例如一小时的用于允许演示产品的延迟时间，保修可以在规定的运行时间延迟之后开始。

因此，本发明进一步提供的呼吸装置具有可互换的部件，每一个部件都具有与其相关联的标识元件，在其上提供所述部件特有的信息，所述装置包括控制器，控制器具有用于读取连接至装置的每一个部件的标识元件的读取器以识别所述部件。

根据本发明的呼吸装置具有的优点是通过读取可移除地连接至装置的每一个部件的相关信息，控制器就能够进行检查例如检查不同部件的兼容性、维护历史等并且在识别出问题的情况下警告用户。

优选地，控制器进一步包括用于读取第二标识元件的读取器，其提供与设备用户相关联的信息，控制器从特定的或者每一个第一标识元件和第二标识元件读取信息，并且检查用户操作设备的合法性。

标识元件可以记载有每一件设备和/或每一个用户特有的简单识别码，控制器被连接至存储用户和设备相关数据的数据库并且利用识别码从数据库中查找需要的数据。每一个标识元件因此可以是条形码等，或者可以是电存储元件例如射频标签(RFID tag)。

每一个电存储元件都可以是需要与读取器直接连接以供读取器从中读取数据的有线存储介质，或者可以是无线介质例如射频芯片(RFID chip)。每一个电存储元件都可以存储链接至中央数据库中存储数据的简单识别码标签，或者可以存储与其被关联到的部件或用户有关的完整数据集。在此情况下，电存储元件优选地具有写入能力，控制器由此就能将信息写回到存储元件中以使得能够更新与其被关联到的设备相关的数据。例如，存储元件可以采用闪存设备的形式或者至少是包括闪存设备。

第二标识元件优选地是存储涉及其被关联到的用户的所有信息的标牌键码(Tally Key)/射频芯片。在一个实施例中，芯片被安装在硬币型圆盘上(在该特定应用中是如此，但是也可以是卡或类似形式)。呼吸装置此时包括用于接纳芯片并且将其牢固安装在装置上的底座。具体地，底座有利地被设置在鼓风机单元上，鼓风机单元直到芯片已安装就位之后方可操作。标牌键码有利地用涉及针对用户的允许设备类型、允许使用的过滤器类型、流速调节能力、预报警时间和其他适当参数的信息编写。该标牌键码随之变为“个性化”的并且可以从一件产品转移至另一件产品以确保工作参数对该用户保持不变。

每一个第一标识元件都有利地存储用于与其关联的设备的操作信息例如使用控制器内实时时钟或者访问外部源的实时时钟的维护/检查状态。用这种方式，实际使用时间即可被用于识别何时需要维护和检查。每一个单元都可以被编写为按照终端用户和/或制造商的需求进行目视安全检查和维护，在这些预设的时间段上，报警器可以警告用户或者阻止用户进一步使用产品，直到检查或维护完成为止。内置有一定的容差以确保产品在使用期间不会停机。对于由用户进行的目检，用户需要确认目检已经完成并且系统会通过标牌键码录入用户并且记录日期、时间和完成目检的用户。维护可以通过经过认可的维护部门完成，其将登录进入鼓风机相关信息并且清除报警标志。保修启动使用实时时钟，当产品运行长于预设时间时，保修即可在鼓风机内启动并且被录入以提供首次使用的绝对时间/日期从而避免关于保修启动的争议。

迄今为止还并不已知可如本发明教导地提供标牌键码(RFID)系统。维护/检查状态通常是通过人工记录保修完成。启动保修通常以生产日期为基础或者通过用户记录向制造商的购买。

报警器在呼吸装置中被用于使用户留意可能危及生命的问题例如低蓄电池寿命等。使用声音报警器是本领域中的常规手段，但是在有很多用户的工作环境中，经常难以识别声音报警器的来源并且这就可能会导致每一位用户因为假定声音报警器实际上涉及另一位用户而忽略警报。视觉报警器也已经过尝试并且能够生效，但是部分设备可能经常位于用户的视线以外(视野通常会被呼吸面具自身减小)。例如，PAPR单元通常都带在操作人员的背部并且无法轻易看到，从而使得在这种单元上提供的视觉警报不太可能被用户注意到并且反而必须要依赖于周围的用户告知佩戴者有警报。

本发明因此进一步提供的呼吸设备具有控制单元以及可由控制单元操作以吸引用户注意的报警器，其中报警器是通过触觉与用户通信的振动报警器。

根据本发明装有振动报警器的呼吸设备具有的优点是它能够以避免警报例如在噪音环境中被忽视或者由于用户以为警报源于他自身设备以外其他设备而被忽略的可能性的方式来可靠地引起用户对可能的危险情况的注意。

适合应用于本发明的各种形式的振动报警器是本领域内已知的-例如是偏心安装在电机轴上的旋转以激活警报的配重。但是，振动报警器的确切形式对于本发明来说并不重要。

在其中使用现代安全呼吸装置的范围广泛的不同应用和环境使模块型系统成为必须，其中可以将不同的部件连接在一起以满足特定环境的特定使用要求。最常见地，一系列不同的过滤器可以被用于每一个面具以使普通面具能够在具有不同过滤器要求的不同环境中使用并且还能够更换用坏的过滤器。现有技术中的系统通常使用基于螺纹或卡口型的系统以用于连接过滤器并且在螺纹或卡口完全接合时依赖于摩擦接合固定过滤器并避免其意外移动或松动到能够导致污染空气传播至用户的程度。已知可以使用基于顺从性闩锁的锁定系统，该闩锁在螺接过滤器就位时被推动让开通路并且随后在过滤器完全插入时重新锁回。但是，该系统仍然是完全基于旋转的系统-移除过滤器仍然只需要反向转动过滤器，尽管需要增加的初始作用力，其足以向外移动闩锁以释放过滤器从而拧出。

根据本发明提供了一种用于将过滤器可释放地连接至呼吸装置的系统，包括设置在过滤器和呼吸装置上的互补的公母可旋转连接耦合部件，以及设置在过滤器和呼吸装置中至少一者上的联锁，联锁可以在收缩位置和接合位置之间移动，在收缩位置联锁从耦合部件收回以允许其间的旋转，在接合位置联锁伸到耦合部件之间以阻止其间的相对旋转。

根据本发明该部分的进一步应用，提供了一种过滤器，具有一个在其上形成公母旋转耦合的部件，并且进一步具有一个联锁系统部件，该部件在使用中与设置在一件呼吸装置上的联锁系统互补部件相配合以阻止过滤器和呼吸装置之间的相对旋转。

本发明该部分的更进一步方面提供了一件呼吸装置，具有一个在其上形成公母旋转耦合的部件，并且进一步具有一个联锁系统部件，该部件在使用中与设置在过滤器上的联锁系统互补部件相配合以阻止过滤器和呼吸装置之间的相对旋转。

本发明该部分中的系统具有的优点是联锁在过滤器和呼吸装置之间提供了强制和有效锁定，它在能够旋转过滤器以从呼吸装置移除之前需要由用户进行附加的人工致动，由此避免了过滤器的意外松动或移除。用户拥有过滤器锁定就位的确定指示。

旋转耦合可以是螺纹耦合或卡口型耦合，并且优选地设置为将母耦合部件设于呼吸装置内并且将公部件设在过滤器上。但是应该理解相反的结构也是可行的，也就是可以将公部件设置在呼吸装置上。

联锁系统优选地包括偏置元件，其将联锁系统中的一个部件偏置到接合位置，所述一个部件可以克服偏置装置的加载移动到收缩位置，目的是为了允许过滤器和呼吸装置之间的旋转。在特定的优选实施例中，联锁系统包括安装在过滤器和呼吸装置中一者内(优选在呼吸装置内)从而可以在收缩位置和伸展位置之间径向移动的锁栓，以及在过滤器和呼吸装置中另一者内成形用于接纳锁栓的开口，开口在过滤器与呼吸装置完全接合时与锁销对齐从而允许锁销伸入开口内并由此阻止过滤器相对于呼吸装置沿任一方向进一步旋转。可选地，联锁可以采用能接合在设于耦合部件内的一对键槽之间以阻止其间旋转的轴向可移动锁销的形式。

优选地，连接有过滤器的呼吸装置是面具或鼓风机单元。

在正压或密封面具呼吸系统中，软管被用于将鼓风口(PAPR鼓风机)连接至面具的进气口以将空气输送至面具。重要的是软管连接在任何一端都不是牵拉的，原因在于这将会导致软管脱离，允许将污染空气传输给佩戴者。佩戴者的头部和躯干在使用期间的移动能够改变面具和鼓风机之间的距离，如果软管不是足够长的话，这就会导致有拉力被加至连接。同样地，用户体型的变化也会改变面具和鼓风机之间的正常距离。由于经常是对所有用户都提供标准长度的软管，因此该长度必须选择为适应面具和鼓风机之间的这些距离变化并且软管通常都会因此处于较长的情况。但是这样就存在软管通常会有些过度松弛的问题，这会造成软管从身体伸出，带来缠绊的风险。

根据本发明进一步的应用，提供的呼吸装置包括呼吸空气供应元件、呼吸面具以及延伸在空气供应元件和呼吸面具之间的空气输送软管，空气输送软管是伸缩管，这是一种可以从收缩长度拉伸至伸展长度的软管，软管包括可偏置到其收缩长度的偏置元件。

根据本发明的呼吸装置具有的优点是伸缩管允许使用自身较短的软管，这就避免了能够形成环结并且带来缠绕风险的过大长度，同时还允许软管伸展以适应面具和供气之间例如通过头部或身体移动或用户实际体形造成的距离改变。

偏置元件的强度应该足以确保软管在未向其施加拉力时迅速和可靠地回收至其收缩长度，而且不应该过高以免使软管伸展对用户来说是困难的或不舒服的或者要在软管任一端的连接上施加过大的作用力。

伸缩管自身的形状并不重要，只要软管足够稳健以由此确保由其供应的呼吸空气的完整性能够保持即可。用于此类软管的任何常规设计均可使用，例如软管具有沿其延伸的螺旋缠绕金属丝以提供将软管推压至其收缩长度的偏置作用力。软管材料自身相应可以是可伸缩的以允许增加软管长度，或者是可挠曲的以在软管收回其收缩长度时允许软管材料自身折叠。

在软管伸展时，它具有扭曲的自然趋势，这就能够导致出现扭绞，存在使软管损坏的风险，并且还限制了空气经软管流至面具。因此而优选地，利用可旋转耦合将软管的至少一端连接至其关联部件，这是一种允许软管末端相对于其连接的部件扭曲同时保持可靠空气连接的方式。

如上所述，现代呼吸装置通常是模块化形式以使一系列不同的部件例如过滤器都能够被设置用于与核心系统一起使用。典型地，过滤器通过螺纹或卡口耦合被可移除地连接至系统例如鼓风机。该耦合点代表了污染物进入供气内的可能点并且因此通常在螺纹或卡口接头的底面上设有密封件，目的是为了在使用期间将供气与可能的污染物隔离。但是，螺纹主体或卡口接头的轴杆仍然有可能在使用期间由于危险环境的污染物可能沿螺纹或卡口找到向下的路径而被接触污染的空气。尽管这在使用期间装有过滤器时由于污染物不能通过过滤器进入供气内而不会造成问题，但是在移除过滤器时，就存在污染物可能已经沉积在鼓风机内接合的过滤器耦合区域表面上的风险。这样的污染物随即就可能在移除过滤器期间脱离过滤器耦合表面，经过过滤器落入鼓风机主体内并且在下一次使用设备时损害到供气。

本发明因此进一步提供了一种过滤器耦合装置，包括具有互补的狭长公母耦合部件中一者的过滤器，以及可以连接过滤器的壳体，壳体具有互补的狭长公母耦合部件中的另一者，所述狭长公耦合部件可以接合在所述母耦合部件内以将过滤器固定至壳体，公耦合部件具有底座、远离所述底座的末端以及设置在所述底座和所述末端之间可以与设于母耦合部件内的互补耦合装置接合的耦合装置，第一密封件与公耦合部件的末端相关联以使得当连接公母耦合部件时在公耦合部件的第一末端和母耦合部件之间形成气密的密封，还有第二密封件与公耦合部件的底座相关联以使得当连接时在公耦合部件的底座和母耦合部件之间形成气密的密封，由此在连接公母耦合部件后使耦合装置与周围的大气隔离。

根据本发明的过滤器耦合装置具有的优点首先是两个密封件的设置提供了辅助保护层以防通过连接泄漏到输送给用户的过滤供气内，并且例如因此而降低了由于不完善的密封造成污染的可能性。但是，第二密封件在将连接装置与周围大气隔离方面还另外避免了污染物沉积在连接装置表面上的可能性，其移除过滤器期间可能会分离的并且在下一次使用时造成二次污染。

连接装置可以是螺纹、卡口耦合或其他公知的耦合形式以用于将过滤器固定至一件呼吸装置。优选地，密封件被安装在成形于母耦合部件任一端的环形凸缘面上，母耦合部件优选地被成形在壳体内并且公耦合部件被成形在过滤器上。密封件的位置和耦合部件的位置都相反的结构也是可行的并且也包括在本申请的教导以内。

蓄电池供电呼吸器固有的问题是由于通常与蓄电池供电设备相关联的功率限制而不能在高活动状况下提供尖峰空气需求。另外，在使用较大气流以满足尖峰需求时，净化空气的过滤器的性质就意味着它们具有更加有限的持续工作时间。为了解决该问题，本领域中已知可提供一种使用一筒压缩空气以提供用户需求的自给式呼吸装置。但是这种装置具有的缺点是气筒的容积通常将工作时间限制为小于工作一小时并且因为气筒的重量而对用户有负重的惩罚。系统成本非常高并且由于使用高压空气的风险而需要专门训练。还需要专用设备给气筒补气。

本领域内已知的另一种方法是使用空气管线向用户提供空气。但是这样具有的缺点是此时在用户和固定的供气口之间永久存在的脐带式连接限制了用户接触某些区域，只是由于用户被连接至通往供气动力源的“脐带式线缆”。

常规的软头套通常使用实际上用作储气室的非呼吸性材料-当用户吸气时，未被鼓风机满足的任何需求量通常都由头套内的空气满足，这在正常使用时随着头套在呼吸循环期间的膨胀和收缩而很容易看到。但是在非常高气量的呼吸速率下，该容积就会不足并且污染空气也可能通过松散贴合的头套而从外界吸入。在全面式面具上，这种储气室并不存在并且限制了可用的空气量。

因此，本发明进一步提供的呼吸装置包括鼓风机单元、呼吸面具以及将鼓风机单元连接至呼吸面具的软管，鼓风机单元可操作用于将空气沿软管输送至呼吸面具，并且进一步包括串联设置在鼓风机单元和呼吸面具之间用作储气室的容器，在较高需求量的情况下可以由用户从中吸取空气。

根据本发明进一步方面的呼吸装置具有的优点是由储气室提供的缓冲效应将鼓风机和过滤器与来自用户的需求量增加分离开来-储气室输送满足更高需求量所需的额外空气。尽管这会造成储气室内的空气容量减少，但是这可以在用户呼吸循环的呼气阶段期间装填，此时空气仍然由鼓风机输送但是不会被用户吸光。因此，储气室可以用于在呼吸循环的吸气阶段期间满足短时间段内更高的尖峰流量需求。

储气室可以是挠性容器或者可以是可折叠的。而且，它可以被直接连接至鼓风机的出口、直接连接至面具的入口或者串联在输送软管内。单向阀优选地被设置在储气室的出口端以阻止空气从面具流回储气室内。这样就可以避免系统的背向加压，背向加压可能再在鼓风机上造成增加的负荷并且还阻止具有较高二氧化碳含量的呼出空气被输送返回储气室内供用户重新吸入。

为了能够更好地理解本发明，现参照附图介绍本发明作为示例给出的实施例，在附图中：

图1是根据本发明装有流速监控系统的典型电动空气净化呼吸器(PAPR)的示意图；

图2a是现有技术中在鼓风机和头套之间具有直接软管连接的PAPR的示意图，头套被图示为头罩但是也可以是面具；

图2b是根据本发明另一种应用的系统示意图，其中储气室被串联设置在鼓风机和头套之间，头套被图示为头罩但是也可以是面具；

图3a和4a分别是现有技术中装有固定软管装置的鼓风机的后视图和侧视图；

图3b和4b分别是根据本发明装有伸缩管的鼓风机的后视图和侧视图；

图5a是构成本发明一部分的鼓风机单元的透视图；

图5b是通过鼓风机中一个过滤器端口的截面图，示出了构成本发明一个方面的密封系统；

图5c是通过鼓风机单元中一个过滤器端口的截面图，示出了构成本发明一个方面的强制锁定系统；

图5d是包含用于与图5c中所示强制锁定系统对接的凹口的过滤器的端视图；以及

图6是在本发明的系统中使用的多尔管的示意图。

具体实施方式

首先参照图1，示出了类型通常为已知的电动空气净化呼吸器(以下称为PAPR)7，其中过滤器10被固定至PAPR 7以在空气被吸入PAPR内时将其过滤。PAPR包含有电机6，其驱动蜗壳2内的叶轮以将空气吸入该单元内并通过输送管或软管8输送至头套/面具9。

串联设置在叶轮和头套之间的多尔管1被用于监控提供给头套的空气流速。由风扇(叶轮和蜗壳2)供应的空气推送污染空气经过过滤器10并且推送可吸入空气经过多尔管1。(在图6中更加详细示出的)多尔管1具有两个压力测量点-高压测量点1a和低压测量点1b，这两个测量点连接至向信号调制块3发送信号的压差传感器。压差传感器可以由两个压力传感器1c,1b构成，其读数相应地被用于获得压力差。可选地，可以使用压差传感器1e，其通过以公知方式提供从这些压力测量点到隔膜相对侧的流体连通来直接测量两个点之间的压力差。

在图示的实施例中，信号调制块3被安装在PAPR 7内的控制PCB 5上。多尔管可以被包含在PAPR 7内或者可以如图1所示的外部单元。基于模拟或数字的信号传输可以被用于馈送到信号调制设备内。多尔管1内的压力获取点也可以任选地具有串联的机械滤波设备以降低由多尔管内的湍流在多尔管和压差传感器之间造成的压力波动。可选地，可以在多尔管内使用层流设备以减少湍流。电机驱动和转速控制器4也被设置作为系统的闭环部分并且其控制电机转速以达到或保持目标空气流量。

空气流过叶轮和蜗壳2，经过多尔管1并且通过空气输送管8行进以作为可吸入空气输送给佩戴头套9的用户。在一个并未示出的可选实施例中，系统可以被安装在面具内，面具还具有将过滤器直接安装至面具或通过管路连接的集成风扇组件。

多尔管1的使用使得能够根据因与过滤器能力相关而处于临界值的体积流速来测量真实的空气流量。系统还是能量高效系统以最小化对蓄电池供电设备工作时间的影响。使用这种真实的空气流量测量值，真正的闭环系统控制实际空气流量而不再是计算空气流量并且自动补偿不同过滤器、头套等的不同阻力。系统还就呼吸模式对流速的影响进行补偿，而且还内置有海拔高度的补偿。

当然，应该意识到压差传感器也可以在系统的其他部分使用，例如在过滤器的任一侧、在风扇组件内或者在头套内使用。也可以使用两个完全独立的压力传感器来代替单个压差传感器。

所述系统中的压力传感器也可以被用于提供呼吸响应式PAPR单元，与现有技术中的呼吸响应式PAPR系统相当，呼吸响应式PAPR系统通常使用头套或面具压力以通过将低压识别为吸气循环和将高压识别为呼气循环来识别呼吸循环。

输送管/软管8如图3b和4b所示采用了伸缩管的形式，也就是可以被偏置到缩短的收缩长度并且可以克服收缩偏置负荷从所述收缩长度伸展的一种管路。软管8以公知的方式成形有扩展软管长度并且被缠绕的螺旋金属丝以构成具有自然收缩形状的螺旋弹簧，弹簧作用力将软管材料回收在自身上以收缩软管，同时通过简单地拉动末端彼此远离即可轻易伸展。当然应该意识到也可以使用其他结构的可收缩管/软管。

软管8被选择为具有的收缩长度不长于能够在要连接软管8两端的端口之间存在的最短距离(在图1的实施例中就是多尔管1出口上的端口和头套9上的端口之间的最短距离)。当这两个端口之间的距离例如由于头部或身体的移动、因为设备由比较高的人使用等原因而在使用期间变化时，软管就伸展以允许由佩戴者舒适地使用。软管在距离缩短时相应地收缩以确保在软管内没有松弛，否则就可能形成可以如图3a和4a中所示容易缠绕的环结。软管的一端或两端通过扭转耦合被连接至其相关端口，这就允许软管末端相对于端口自由旋转。这样的扭转耦合形式是本领域内公知的，并且不必在本文中进一步详细介绍。这就适应了软管在其伸展/收缩时要扭转的自然趋势，消除了可能造成打结危害的扭绞风险。

如图5a所示连接至鼓风机单元的每一个过滤器都被可移除地连接至鼓风机单元的端口，目的是为了由于工作原因例如已经到期或者因为需要不同的过滤器特性而能够轻易地更换过滤器。在图示的实施例中，如图5b和5c更加详细示出的那样，鼓风机单元7上的每一个过滤器端口11都具有成形在其内柱面上的母螺纹12，其与成形在过滤器10接合轴上的公螺纹互补从而使过滤器10能够螺接至端口11。过滤器端口还包括径向延伸的锁栓13，其位于成形在每一个过滤器端口11内柱面内的径向孔14内。偏置装置例如压簧15与锁栓13相配合以将其径向向内推动从而使它与母螺纹21交叠并构成其中的障碍。具体地，在图示的实施例中，锁栓13被承载在通过弹簧15的作用推动到第一位置的浮环13a上，在第一位置中锁栓13被径向向内移动。通过克服偏置弹簧15的加载移动环13a，锁栓13通过在鼓风机单元外部用户可以控制的释放杆操作就可以克服偏置元件的偏置负荷径向向外移动，从而将锁栓从母螺纹收回并且由此去除障碍。

每一个过滤器5的接合轴都具有成形在其中从螺接外表面延伸并且成型用于接纳锁栓13的凹口16。

为了将过滤器装至端口，将过滤器上的公螺纹与端口11上的母螺纹12对齐并拧接在一起。当公螺纹的前缘触及锁栓13时，螺纹起始段的锥形形式逐渐对锁栓13的末端形成凸轮作用，将其按压并由此克服偏置元件的加载将环13a向外压入回收位置，在此锁栓13就不再阻碍母螺纹和过滤器10且被进一步拧入端口内。应该意识到除了锁销在将过滤器拧入端口内时自动移动到收回位置以外，还可以改为必须由用户通过操作释放杆人工收回以使过滤器能够被完全拧入端口内。

成形在过滤器5接合轴内的凹口16被定位成使得在过滤器与端口11完全接合时凹口16与锁销13轴向和周向都对齐，允许锁销13在偏置元件作用力的影响下向内卡入凹口并因此锁定过滤器以阻止相对于端口11向内或向外的进一步旋转动作。用这种方式即可避免过滤器的意外移除或松动，否则将能够允许污染空气通过螺纹泄漏并且混入提供给用户的空气中。

为了移除过滤器，用户操作释放杆以克服弹簧15的加载手动移动环13a并因此将锁栓从接合轴内的凹口16中收回。只有将锁栓13移动到完全收回的位置，过滤器才能被旋转释放以将过滤器从端口处拧下来。该系统因此与现有技术中的系统相比，在克服意外释放的安全性方面提供了明显的改进，在现有技术中为了释放锁定装置并使得能够拧下过滤器，锁定装置只需要向过滤器施加更大的初始扭矩即可。

应该理解尽管图示的实施例在过滤器和端口之间具有螺纹耦合，但是其他形式的耦合例如卡口型旋转耦合也可以在本发明的范围内使用，唯一重要的是为了在过滤器能够于端口中释放或松动之前收回锁栓需要由佩戴者积极干预。

从图5b和5c还可以看出过滤器端口11设有一对密封件，目的是为了确保过滤器和端口之间的气密连接。更具体地，第一密封件21正如本领域内的常规做法一样位于成形在端口11底部的周向凸缘22的表面上，过滤器5的接合轴末端紧靠向第一密封件21以构成防止污染空气在过滤器和端口之间进入并且进入鼓风机单元内洁净空气通道的主要屏障。在该位置仅包括单个密封件的系统的缺点在于公母螺纹都仍然在一定程度上暴露在污染空气中，这可能会导致其上留有污染的沉积物。在移除过滤器时，这些沉积物就可能会移位并通过过滤器端口下落和进入鼓风机内的空气输送腔室中，在下一次使用时污染输送给用户的空气。

本发明的系统因此具有与每一个端口11相关联、安装在端口的位置高于端口内成形的螺纹12的面朝上的表面上的第二密封件23。第二密封件23被成形为裙边密封件，其远离密封端口的顶部地向外渐开。在过滤器接合到端口上时，裙边密封件如图5b所示与过滤器的底面接合。第二密封件由此将端口和过滤器的螺纹都与污染空气隔离，从而消除输送给用户的洁净空气二次污染的风险。

本发明中PAPR的安全性可以通过控制器进一步改善，控制器能够监控连接至系统的各种部件并且确认用于使用以及通常彼此一起使用和由任意特定操作人员使用的适用性。控制器还能够监控和记录工作时间以使用户暴露信息以及设备运行时间能够被录入以用于维护目的等。

这通过使控制器具有读取器，读取器能够读取与可连接至系统用于工作目的的每一个部件(过滤器、头套等)相关联的数据标签来实现。用于个体部件的数据标签例如可以是由读取器无线读取的射频标签或者可以是某种其他形式的通过无线装置或者通过直接连接例如利用部件上的触点读取的ROM或闪存。在每一种情况下，数据标签都可以用和与之关联的部件相关的信息编写，例如种类(过滤器、头套等)、类型(例如过滤器的等级)、下一次维护前剩余的工作小时数等等。

而且，每一个用户都可以装有形式为标牌键码的数据标签，其中记载有用户的相关信息。同样，这是可以由控制器以公知的方式通过直接接触或无线读取的。标牌键码可以是用户人手一个，并且可以存储信息例如他/她被训练或授权使用的设备、在设备上的操作时间、用于设备的优选设定等。

然后，在使用时可以将各种部件连接在一起准备使用并将系统打开。控制器应该首先进行检查以通过进行各部件数据标签的初始查询并且还通过某些直接的连续性检验来确认所有部件都已正确连接。系统可以进一步进行检查以确保所有部件都彼此兼容。例如，如果把应该用于不同环境的不兼容过滤器连接至鼓风机的端口，那么可能会由于在每一种环境中都只有一个过滤器可以提供有效过滤而导致将污染的空气输送给用户。在由控制器识别出不兼容的情况下，将不允许鼓风机单元启动以禁止使用，而且要激活报警器以提示故障。

在允许使用之前，系统还需要用控制器来录入用户的标牌键码。控制器可以从标牌键码中读取用户的具体数据并且进行初始检查以确保用户有正当的资格/授权来操作连接至单元的各种部件并且还可以设定对该用户使用的任何工作参数和/或约束条件(例如特定环境中的最大时间)。一旦所有这些检查都已成功完成，控制器即可允许操作设备。而且控制器可以如前所述启动并再次检查，并且随后如果有错误就报警。

一旦设备处于运行，控制器随后就在运行期间继续收集各种部件的数据，记录设备运行的时间、空气流速等，对照先前规定的用于每一个部件和/或特定用户的设定检查数据，并且在有用于设备或用户的任何参数被超过(例如用于特定过滤器的最大空气流量被超过)的情况下激活报警器。控制器还连续监控各种部件在系统运行期间的状态以确保它们在整个系统运行期间都保持正确连接。

记录由控制器收集的数据以保留每一个部件的使用时间记录以及操作人员使用该设备期间的时间段。信息可以被记录在中央数据库内，通过用于每一个部件或用户的存储设备上携带的唯一识别码将中央数据库链接至设备/用户。可选地，数据可以写回到相关联部件或用户的存储设备中以用于独立存储。

总之，系统中的电存储介质可以被用于：

1) 在产品能够启动之前确保所有过滤器都已安装并匹配

2) 检查过滤器在使用期间没有被移除，并且如果缺失就报警

3) 强制执行过滤器的单一使用

4) 识别头套、与过滤器类似的特征

而且，用户特有的第二存储设备/标牌键码可以被用于：

1) 存储用户识别码和产品工作参数/约束条件

2) 在使用期间录入用户数据以识别用户和产品的使用程度，使用情况被写回芯片，存储在产品上或两处都存储(这对于可追责的原因特别有效)

3) 存储产品的工作参数以使得假如用户(出于修理、维护等原因)改动了产品，他不必再重新编写工作参数并且可以马上使用下一个产品

4) 限制用户只能使用他们被训练和认证使用的设备类型(过滤器、头套等)

5) 记录和检验维护/检查状态

6) 使用实时时钟倒计时并在需要维护或安全性检查时报警

7) 确保直到完成所需的维护或检查之后单元才能使用

8) 利用标牌键码中的识别码执行/保留安全目检的录入

PAPR单元通常具有持续时间的保修或电机寿命的保修。通过使用实时时钟，本发明的系统就能自动使保修能在指定的运行时间例如一小时之后启动，随后记录启动日期和时间作为保修以及维护周期的起点(而不是根据生产日期)。因此可以记录运行时间以确保满足任一标准。这就允许将产品保留在分销商等处的货架上。另外，用户可以在保修将要到期时或者在启动保修时得到预告。

如上所述，控制器具有各种不同的场景，其中可能需要激活和报警以警告用户需要注意的问题。在本发明的系统中，这种报警包括可以采用本领域技术人员所公知的任意多种形式的振动报警。例如，电机具有偏心安装在其输出轴上的配重以促使整个电机在其旋转时振动。振动报警优选地位于PAPR鼓风机单元内，其通常被带在用户的背部，特别容易被用户察觉到。但是，其他的位置在另外的实施例中也是可行的。在报警的情况出现时，控制器将打开电机，其将促使整个鼓风机单元振动。该振动随后即可由佩戴者察觉而与他是否能看到该单元无关。同样地，也不存在将警报错误识别为来自另一个用户单元的可能性。

本发明系统进一步的特征是使用位于对在该用户周围且间隔一定距离的那些用户清晰可见的区域内的显示器。具体地，显示器可以安装在鼓风机单元上或头套自身上或可以装至身体的单独一件设备上的显著位置。控制器被直接或无线地连接至显示器并且能够根据整个系统被设定使用的环境(例如基于过滤器的类型等)来控制和改变背景颜色。例如，如果被连接至鼓风机的过滤器之一是适合用于中等危险环境的第一等级，那么即使是设备的其它部分都适用于更高风险的环境，系统也会将显示器的背景颜色改变为一种对应于只适于中等风险环境的颜色，因为该系统仅在该级别以下使用才是安全的。

这种显示系统的使用使管理人员能够轻易地检查在任何特定环境中使用正确设备的情况而不必接近用户或者甚至不必进入环境中，如果操作人员处于错误区域或者使用了错误的设备，那么显示器会给出清晰的视觉指示。

如图2b中所示，在一个变形的实施例中，储气室17被串联设置在PAPR和头部单元之间。蓄电池供电呼吸器固有的问题是由于通常与蓄电池供电设备相关联的功率限制而不能在高活动性的情况下满足提供尖峰空气需求的要求。另外，在使用较大气流以满足尖峰需求量时，净化空气的过滤器的本性就意味着它们具有更加有限的持续运行时间。储气室17在本发明中被用于满足尖峰需求量并且通常是提供正常的空气量以延长过滤器的寿命。

储气室17存储的空气在用户呼吸循环的呼气阶段期间或者在低需求量阶段期间被补充。储气室17随后被用于在尖峰需求量时增加供气而不必增加通过过滤器流入PAPR内的空气流量，由此降低PAPR的动力要求并且还延长了过滤器的寿命，这些过滤器未承受较高流速。

储气室将空气存储在低压储气室中(压力可通过鼓风机单元获得)。储气室可以是轻质的可充气“包”或挠性的轻质容器，其容量被选择为与鼓风机能够提供的空气量一起能满足高需求速率-因此对于鼓风机低流速来说，该储气室就需要较大，但是对于较高流速来说该储气室可以较小。

单向阀18被设置在储气室17的头套端以确保具有较高二氧化碳含量的呼出空气不会进入储气室内，由此避免用户重新吸入呼出的空气。

Claims (13)

1.一种具有可互换部件的呼吸装置，每一个部件都具有与其相关联的第一标识元件，在所述第一标识元件上提供所述部件特有的信息，所述装置包括控制器，所述控制器具有用于读取连接至所述装置的所述或者每一个部件的标识元件的读取器以识别所述部件，

其中所述控制器进一步包括用于读取第二标识元件的读取器，所述第二标识元件提供与装备用户相关联的信息，所述控制器从所述或者每一个第一标识元件和第二标识元件读取信息，并且检查用户操作装备的合法性，

其中所述第二标识元件是存储涉及与其关联用户的所有信息的标牌键码/射频芯片，

其中所述第二标识元件被安装在硬币型圆盘上，所述呼吸装置包括用于接纳芯片并且将其牢固安装在所述装置上的底座，

其中所述底座被设置在鼓风机单元上，所述鼓风机单元直到芯片已安装就位之后方可操作。

2.如权利要求1所述的呼吸装置，其中所述标识元件记载有每一件设备和/或每一个用户特有的简单识别码，所述控制器被连接至存储与用户和设备相关的数据的数据库并且利用所述识别码从数据库中查找需要的数据。

3.如权利要求2所述的呼吸装置，其中每一个标识元件都是电存储元件。

4.如权利要求3所述的呼吸装置，其中每一个标识元件都是射频标签。

5.如权利要求3所述的呼吸装置，其中每一个电存储元件都存有链接至中央数据库中存储的数据的简单识别码标签以及和与其相关联的部件或用户相关的完整数据集中的一种。

6. 如权利要求5所述的呼吸装置，其中所述电存储元件具有写入能力，所述控制器由此就能将信息写回到存储元件中以使得能够更新和与其相关联的设备相关的数据。

7.如权利要求5所述的呼吸装置，其中所述存储元件采用闪存设备或者至少是包括闪存设备的形式。

8.如权利要求1所述的呼吸装置，其中所述第二标识元件被编写为具有涉及允许用户使用的设备类型、允许使用的过滤器类型、流速调节能力和预报警时间中至少一种的信息。

9.如权利要求1-8中的任意一项所述的呼吸装置，其中第一标识元件存储用于与其相关联的设备的操作信息。

10.如权利要求9所述的呼吸装置，其中第一标识元件使用控制器内实时时钟或者从外部来源访问实时时钟存储用于与其相关联的维护/检查状态。

11.如权利要求1-8中的任意一项所述的呼吸装置，其中所述控制器被编写为具有涉及所述装置和/或所述的或者每一个部件的安全信息，所述装置包括可由控制器操作的元件以用于指示用户需要安全动作和/或禁止操作所述装置直到完成所需的安全动作为止。

12.如权利要求11中的任意一项所述的呼吸装置，其中涉及所述装置和/或所述的或者每一个部件的所述安全信息包括检查要求和维护要求。

13.如权利要求11所述的呼吸装置，进一步包括用于录入在所述装置和/或与其相连的部件上完成的安全动作相关的信息的元件。