CN104056373A - 一种呼吸防护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主要用于矿井的呼吸防护系统，包括口具部分和氧源部分，口具部分包括口具组件、快换接口上部，氧源部分包括氧源组件、快换接口下部，快换接口上部与下部适配构成快换接口，接口分开时口具部分的两条气路、氧源部分的两条气路均自动封闭。氧源部分可以是便携式的，还可以是固定的提供氧气或新鲜空气的装置，因为这些不同特点的氧源采用相同标准的快换接口，均可与同一口具部分对接使用，所以可实现多种呼吸防护资源间的快速安全切换，能有效地综合利用各种氧气资源：随身携带最轻便的氧源备用，长距离逃离时更换持续时间长的便携氧源，等待援助时更换固定氧源获得长时间的防护，从而提高人员获救机会。

Description

一种呼吸防护系统

技术领域

本发明涉及呼吸安全防护设备，特别涉及一种矿井内的呼吸防护系统。

背景技术

目前，矿井针对工人的呼吸安全防护，采用了自救器、呼吸器、救生舱、避难硐室、换气站、压风系统等一系列救生设施，救生舱、避难硐室、换气站等内部通常配备有灾难情况下维持呼吸用的自救器、呼吸器、氧气瓶、可充气背心、压风自救装置等。其中自救器由井下工人在工作的全过程中随身携带，能为遇险人员提供重要的第一时间防护，是煤矿工人必备的器具，到井下救援的人员则佩戴呼吸器。

目前使用的自救器，根据氧气的来源不同分为过滤式自救器、化学氧自救器、压缩氧自救器等几种基本原理的产品。人们希望在不过多增加佩戴者负担的前提下延长防护时间，但是便携性对重量的限制阻碍了自救器防护时间的延长。因此，延长防护时间与减小重量、缩小体积一直是自救器研制所追求的目标。

上述各种类的呼吸防护或维持系统都有各自独到的特点，不能互相代替，目前都是相对独立地使用。例如发生瓦斯突出后，工人首先佩戴自救器，戴着自救器进入救生舱或避难硐室内以后，若需要换用压风自救装置继续防护呼吸，就需要摘下自救器，有时还需要佩戴压风自救装置的面罩。如果避难硐室等防护空间有破损，已混入有害气体，则必须再更换佩戴有面罩或口具等的封闭的呼吸器具。每次更换，人员都面临吸入有害气体的危险，呼吸器官自我控制稍有不慎就可能受到伤害。

可见，虽然矿井已有多种呼吸防护资源，但各种氧源不便于安全切换使用，不能充分有效地利用井下已有的各种呼吸防护资源，宝贵资源缺乏有效地综合利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种呼吸防护系统，能够方便、安全地在各种呼吸防护资源之间切换，从而有效地利用氧气资源，延长防护时间。

为解决上述技术问题，本发明提供的呼吸防护系统，它包括口具部分、氧源部分。所述口具部分，包括口具组件、快换接口上部；所述氧源部分，包括氧源组件、快换接口下部。快换接口上部包括第一气口、第二气口，合称为上气口；第一气口接口具组件的吸气通道，第二气口接口具组件的呼气通道；快换接口下部包括第三气口、第四气口，合称为下气口；第三气口接所述氧源组件的供气通道，第四气口接氧源组件的回气通道，氧源组件的供气通道还与氧气源接通。

为了方便叙述，将吸气通道全程的各段统称为供气通道，将呼气通道全程的各段统称为回气通道，将某一通道的一段称为气路，将气路的端部称为气口，而且气口特别是指快换接口中可以打开和关闭的部分。

快换接口上部与快换接口下部适配，共同组成一个完整的快换接口。当快换接口上部与快换接口下部分开时，第一至第四气口都关断。当快换接口上部与快换接口下部结合时，第一气口与第三气口接通，第二气口与第四气口接通，并且第一至第四气口都打开。

所述口具组件包括口具、吸气单向阀、呼气单向阀。第一气口与所述吸气单向阀入口连通；吸气单向阀的出口与口具连通或与口具成一体，当人员通过口具吸气时吸气单向阀打开，将人的口腔与吸气通道连通；呼气单向阀设置于口具组件的呼气通道中，呼气单向阀入口与口具连通或与口具成一体，出口与第二气口连通；当人通过口具呼气时呼气单向阀打开，将人的口腔与呼气通道连通。

所述氧源组件，包括氧气源和呼出气体处理装置；氧源组件的供气通道接氧气源；所述氧气源是提供适合呼吸的氧气或富氧新鲜空气的装置；回气通道接呼出气体处理装置的入口。若所述氧气源是提供适合呼吸的氧气的装置，如是一个便携式化学氧发生器、或一个便携式压缩氧气瓶、或大型压缩氧气瓶、或其他任何提供适合呼吸的氧气的装置，则所述呼出气体处理装置是清净罐，以便更高效地利用氧气成分，所述清净罐是具有将呼出气体中的二氧化碳去除或吸收的装置。清净罐的排气口接第三气口，并与氧气源的气道连通。

作为更多的选择，氧气还可以来自新鲜空气，这时系统中的所述氧气源为便携式压缩空气源、大型压缩空气瓶、压风系统、空气过滤除毒装置等的多种提供新鲜空气的气源，这种情况下，所述呼出气体处理装置是一个单向排气阀，靠人员呼气的压力直接把呼出气体排向大气，称其为呼吸排气阀。所述第四气口与呼吸排气阀的入口连接，呼吸排气阀的出口通入大气，呼出的气体使呼吸排气阀入口处的气压高于阈值时，呼吸排气阀开启排气。这时就以呼吸排气阀替换了清净罐。

当氧气源含有高压的压缩气瓶时，所述氧气源还包括气体减压阀、压力表、手动开启阀门等通常需要的附件；当氧气源是便携式气源时，氧气源还包括悬挂件、防护壳等必要的附件。悬挂件使防护系统便于携带、防护壳使其备用期间不易受损。

还可以有这样一种情况：当所述氧气源是轻便的、低压储氧装置，例如是一个氧气袋、一个低压的小氧气瓶、或低压小氧气瓶外加一个气囊，只能存很少的氧时，氧源部分取消所述呼出气体处理装置，而将第三气口、第四气口直接连通，且与供气通道连通。使用时放出的氧气在气囊或容器内直接被呼吸使用，含氧量逐渐下降、含二氧化碳量逐渐升高。这样做的意义是能大幅度降低工人随身携带系统的氧源的重量，发生危险时立即佩戴，并在很近的地方就能获得可用的更持久的氧源。

以上是实现本发明构思的基本结构。

实现以上基本思想所需的快换接口的具体结构可以有多种。

基于给篮球充气的“气针”的原理，可以用橡胶那样的弹性材料实现气口的自动封闭。这时，可以靠材料的弹性收缩实现自动封闭。

例如，使所述快换接口中的四个气口，即第一至第四气口，均由筒状的腔壁和顶环板构成气口壳体，其内均有一个通过可收缩而封闭气口的环状弹性体，弹性体是橡胶等软质弹性材料的。两个下气口内部还有活动的芯管、弹簧、底环板、和推杆；芯管在气口壳体内移动，用于打开封闭的弹性体中的过气孔；当快换接口连接时，推杆推动芯管前移，穿过下气口中的弹性体后继续前移，直到穿过上气口中的弹性体，从而建立起上下气口之间的气体通道。当快换接口断开时，压缩状态的弹簧迫使芯管后移复位，气口封闭；底环板与腔壁的底部相连接，以保持装入气口壳体内部之弹簧和芯管不脱出；推杆穿越底环板，推杆中还有通气孔。当快换接口连接时，先把上气口压在下气口上，并由防脱开机构保持连接状态；然后用芯管推动机构打开气口；快换接口分离时，按上述相反的顺序操作。所述芯管推动机构的实现方式可以很多，例如采用一个外部连接了个手柄、内部连接一个齿轮的机构，其穿入气路的部分要密封，齿轮与接口中推杆上的齿条作用，达到操纵气口开闭的目的。

此外，基于管路自封接头的原理，还可以用阀和弹簧实现所需功能的快换接口。这时，所述快换接口中的四个气口，即第一至第四气口，内部均有活动的阀和弹簧，阀在气口壳体内移动，用于打开或关断气口，当快换接口断开时，压缩状态的弹簧迫使阀前移复位，阀的直径较大之中部与气口壳体的顶环板接触，顶环板与阀中部直接接触或通过密封件接触，形成一对密封面。为了便于制造、提高密封性，可以使构成密封面的顶环板方面的表面大体上呈锥形；当然其他便于形成密封面的形状也可以，但是锥形，特别是圆锥形带来的方便性更多些。用顶环板的大致呈锥形的下表面实现漏斗状气口壳体内部的直径变换连接。阀的中部在漏斗状气口之壳体的粗的筒状部分内移动，阀的顶端在漏斗状气口之壳体的细的筒状部分内移动；如果上述密封面通过密封件形成，而密封件相对地固定于气口壳体，那么就把密封件看做属于顶环板的一部分，大体上呈锥形的密封面就由密封件体现，锥形面就可以是由密封件实现的。各气口中还有一个底环板，与漏斗状气口之壳体的粗的筒状部分的底部相连接，以保持装入气口壳体内部之弹簧和阀不脱出，底环板上有通气孔；根据结构需要，底环板可能与其他结构，比如筒状部分的底部，结合为一体，也可能是单独的零件。当快换接口结合时，快换接口上部之中的阀与快换接口下部之中对应的阀最先接触，使弹簧压缩，打开气口，而快换接口上部之中的顶环板与快换接口下部之中对应的顶环板随后接触，形成各气路与其他空间的隔离密封面。

如果快换接口中的两条气路采用同轴布置，则外层气口所用的阀为中空的，其内部容置另一气口，内层气口所用的阀为实心的。

较佳的，所述口具组件还包括气囊，其功能是缓冲压力、容留一部分气体以备换接过程中耗用。一般气囊的一端连第一气口，另一端与单向的吸气阀的入口连通，即串联接入吸气通道；进一步，为了更好地缓冲呼出人口腔的气体压力，还可以在呼气通道中也串联一个气囊，而上述两个气囊可以是整体地制成一体的、中间有纵膈的，或内外包含关系的。

在吸气通道上、呼气通道上、或气囊上，还可以设置将口具部分内的气体排出到环境中的排气阀，该排气阀是在口具部分内的气压高于设定阈值时开启排气的单向阀，以免压缩气体类的气源因释放不平稳等原因产生过高的压力，使人呼吸困难。还可以进一步在吸气通道上、呼气通道上设置不同的排气阀，呼气通道上之排气阀的开启压力低于吸气通道上之排气阀的开启压力、高于呼气单向阀的开启压力。吸气通道上的排气阀主要是平抑冲击性高压，而呼气通道上的排气阀主要用于排出过多地放入口具部分中的气体，以排放二氧化碳浓度较高的呼出气体为好，故安排在呼气通道上。

较佳的，口具部分还可以包括位于第一气口与第二气口之间的一条临时气路；当快换接口上部与快换接口下部分离时，在口具部分内部，所述临时气路把第一气口与第二气口接通，当快换接口上部与快换接口下部接通时，所述临时气路断开。该临时气路的作用是切换氧源时可更好地利用气囊中的氧维持呼吸。简便地，该临时气路可以采用在供气通道与回气通道之间安装的一个允许空气从回气通道流向供气通道的单向的连通阀实现，当回气通道中的压力高于供气通道中的压力的值大于设定值后，通过该连通阀形成临时的气体循环回路；该连通阀的开启压力低于排气阀的开启压力、高于呼气单向阀的开启压力。

较佳的，改进气口，当所述快换接口上部与所述快换接口下部结合时，第三气口、第四气口先打开，第一气口、第二气口后打开；当所述快换接口上部与所述快换接口下部分离时，第一气口、第二气口首先关闭，第三气口、第四气口然后关闭。这样可以在口具部分的气口打开之前，先用氧源部分中喷出的无害气体排开接口周围的有害气体，实现更安全的气源切换。

要实现用清洁气体排开有害气体，就要在使用时先使氧气以适当的压力及流量流出氧气容器，充满氧源部分的气路。现有技术的压缩氧自救器采用的氧气源一般是减压后以恒定流量的方式供气，还配有补气功能。但是这种定流量方式释放氧气常采用很细的节流孔实现，如果将其直接连入本发明所述的可换接自救器，在接通快换接口之前，等于密闭地包围了打开的氧气源排气孔，在达到平衡、不继续排气之前会造成腔内较高的压力。这样的压力在接通快换接口之后，会造成呼吸通道内的压力冲击或短时间压力过高，使人受到冲击或感到难受。虽然口具组件中的排气阀可以降低这一冲击，仍不会完全解决该问题。

较佳的，当氧气源中含有高压的压缩气瓶时，还进一步采取下述措施之一：

措施一：在氧源组件中，或在补充供氧的气路中，接有过压泄压阀，这适合于气体减压阀是目前自救器中常用的定流量型减压阀的情况；

措施二：在氧源组件中的气体减压阀采用的是过压截止型的减压阀，而且其截止放气的压力小于能造成在快换接口接通瞬间影响人员正常呼吸的冲击压力，这需要把释放出的气体压力减得更低，对减压阀的要求更高；

措施三：在氧源组件中，采用较低截止放气压力的气体减压阀，采用氧源组件内部的低压气体部分的容积远小于气囊容积的氧源组件，当接通快换接口时，氧源部分中的压力会迅速降低而不至于使呼吸回路压力过高。这要求清净罐内的吸收剂容气间隙率小、气路设计更好；对于内部包含呼吸排气阀的情况，因为气路简洁，更易实现。

较佳的，快换接口可设计成与其他部分分离的、可以独立制造、独立测试的结构；通过组装，快换接口上部与口具组件结合，快换接口下部与氧源组件结合。这样利于保证接口的质量。

如果快换接口自身未设置结合后的保持机构，当快换接口上部与快换接口下部结合后，快换接口上部与快换接口下部采用结合保持机构维持连接状态；或者即使快换接口自身已设结合保持机构，仍进一步采用结合保持机构加强维持连接状态，便于提高安全性。

为了更好地解决所述氧源间切换的技术问题，本发明还供提一种适合上述呼吸防护系统功能的快换接口，具体结构如下：

所述快换接口由快换接口上部和与其适配的快换接口下部组成，其两条气路平行布置，形成四个可开闭的气口。所述快换接口上部，包括第一气口和第二气口，统称上气口；所述快换接口下部，包括第三气口和第四气口，统称下气口。各气口的原理相同，结构相似或相同，或形状相似仅尺寸有差异，甚至尺寸也完全相同，例如可以将两个上气口制成完全相同的，将两个下气口制成完全相同的，以便减少零件数量。

四个下气口均包括腔壁、顶环板、底环板、阀、弹簧；腔壁为圆筒状，顶环板的下表面大体上呈圆锥状，或其他便于形成密封面的形状，推荐采用圆锥状，可以根据结构需要有所改变，如增加过渡圆角等。腔壁与顶环板共同构成一个一体的漏斗状的气口壳体，漏斗大口端的围沿代表腔壁，漏斗的锥形部分代表顶环板的下表面，而顶环板的中心孔代表漏斗的小口端。阀的中部外径较阀的前端大，其直径大于顶环板的中心圆孔及底环板的中心圆孔的直径，并且小于腔壁的内径，阀的下端置于底环板的中心圆孔，上端置于顶环板的中心圆孔；阀和弹簧装于气口壳体内；弹簧一端抵靠于底环板，另一端抵靠于阀，并始终处于压缩状态，在快换接口上部与快换接口下部分离时，将阀压靠到顶环板的下侧的面上，并使上气口所含之阀的上部探出其顶环板的中心圆孔；底环板与腔壁的底部以螺纹或卡口等形式相连，以保持装入气口壳体内部的弹簧及阀不脱出，承受弹簧的反作用力。底环板中心孔如果用做阀的导向结构，则其上还开有形成气道的其他孔。

较佳的，上气口的气口壳体在顶环板的外侧有沿轴向伸出的凸缘，或由间断的凸缘演变而成的至少三个引导爪，或其他引导结构，以凸缘为例。该凸缘的远端之内侧有倒角，呈喇叭状，便于引导接纳下气口的气口壳体，以便完成适配连接；下气口所含的阀的顶部与其顶环板的外侧平齐或略探出其外，以免阀的顶部受损；上气口所含的阀的顶部探出其顶环板之外的尺寸较长，但是不探出上气口壳体的凸缘，便于保护阀的顶部。

较佳的，在所述下气口中，底环板上设有对其所容纳之阀限位的结构，例如底环板中心孔对阀导向兼轴向限位；或者阀的下部设有对其自身限位的结构，例如阀的下部上的台阶。或者通过其他结构使下阀的移动限位，例如弹簧的极限压缩量。下气口内的弹簧的刚度小于对应的上气口内的弹簧的刚度，或此二种弹簧刚度相同，甚至完全相同但是上气口内弹簧的预压缩量大于下气口内弹簧的预压缩量，使得快换接口上部与快换接口下部对接过程中，在下气口中的阀遇到限位之前，对应的上气口中的弹簧不被压缩，从而实现所需的气口开闭次序。

较佳的，下气口中的阀的上端有与顶环板的内缘圆柱面滑动配合的一小段圆柱面，其长度可仅为顶环板内缘处的厚度，该段圆柱充满了顶环板的内缘所围成的空间，可以减少灰尘等杂质落入气口而存留的机会。

较佳的，下气口中的阀的上表面在与上气口中的阀的顶端接触的中心部分，具有一个凹坑或凸台等与上气口中的阀的顶端吻合的结构，则该结构对上气口中的阀的顶端能限制侧片，有同心定位的作用，更利于阀的顺畅运动、提高密封性能。

较佳的，使下气口中的阀的上表面的外围部分与下气口所含的顶环板的上表面平齐，并且在该上表面的靠近中心部分，即与上气口中的阀的顶端接触的部分，具有一个凹坑或凸台等与上气口中的阀的顶端吻合的结构，这样既保留了对上气口中的阀的顶端的同心定位作用，又便于保持气口清洁，还不易损伤下气口中的阀。

较佳的，两个上气口的腔壁的外表面融合为一体。这样使两个上气口合为一体，可以一次性完成两个气口连接或分离。此外，两个下气口的腔壁的外表面也可以融合为一体。这样使两个下气口合为一体，可以使整个接口一体化处理，显然还可以上下气口均做如此变形。

较佳的，除壳体外，构成两个上气口的零件采用同样的结构与尺寸，构成两个下气口的零件采用同样的结构与尺寸；或此外各气口还采用相同的密封件；或此外各气口还采用相同的底环板；或此外各气口还采用相同的其他零件。这样可以减量减少零件数量。

较佳的，快换接口中的一个气体通道与外接的口具组件之气路的结合部位包含在另一通道之内。这可为气路设计提供更广泛的选择。

较佳的，各气口中的阀和与其接触的顶环板的接触密封面为相配合的锥形面，或者仅顶环板的接触密封面为锥形面，而阀的接触密封面为圆环形表面或其他形状的表面；或者此外，密封面上还附着有密封材料或在阀与顶环板之间采用密封件。所述密封件设置于阀中部的上侧面，或者设置于顶环板的下侧面，这是提高气口自身封闭性能的措施。为了更好地与环境隔绝，可在当快换接口结合时相互接触的两对顶环板之间设置有密封件，或者下气口的气口壳体的外侧表面与快换接口上部之凸缘的内侧之间设置有密封件。

较佳的，各气口的腔壁和底环板为塑料材质，腔壁与底环板之间采用压入后卡住、或粘接、或压入后卡住并且粘接的方法结合。这样利用批量生产。

当快换接口上部与快换接口下部结合后，快换接口上部与接口下部可以采用钢球锁紧联接、或卡扣联接、或卡口锁紧联接、或螺旋锁紧等方式保持对接状态。如果两个气路是对称的结构设计，快换接口还要具有防止错误对接的结构，使错误操作无法完成对接。

要正确使用本发明提供的呼吸防护系统才能充分发挥其作用，因此，还提供一种该系统的使用方法。因为后续的实施例中也涉及使用问题，为了使论述更具因果关系而又避免重复，将该使用方法的步骤总结于本说明书的最后部分，在此仅进行相关分析。

利用不同氧源建立多种符合上述互换标准的防护系统，形成一个防护体系，每个系统都被设计成两大部分：口具部分和氧源组件部分，两部分之间采用统一标准的快换接口进行对接。由于本发明的呼吸防护系统被分成口具部分和氧源部分，口具部分的功能是构成封闭的供氧通道和回收呼出气体通道，各呼吸防护系统中的该部分差异不大，甚至可以相同。快换接口分开时，所有气口自动封闭，而且还可以通过快换接口的结构实现对接过程中用氧气或清新空气排开有害气体而安全切换的功能。由于多种类的氧源部分具有相同的快换接口下部，所以均可以与同一个口具部分通过快换接口实现对接使用，可以实现自救器、呼吸器、氧气瓶、可充气背心、压风自救装置等矿井下的多种呼吸防护资源之间的安全快速切换，从而能克服随身携带的自救器防护时间短的限制，能有效地综合利用矿井下各种氧源以延长自救时间。所述“相同的快换接口”是指接口的对接标准相同、可以互换，而不限于结构、尺寸等方面完全相同。由于可以通过选择不同的氧源组合成所需的新系统，人员就可以在不更换口具部分的前提下，利用适合的氧气资源。最重要的是使人员获得了氧气资源的灵活选择：备用时随身携带最轻便的氧源，需要长距离逃离时更换持续时间适中但可携带的氧源，需要等待援助时使用能提供长时间防护的固定氧源。这就避开了追求延长自救器防护时间所不能克服的重量增加的困难，反而可以专门开发一些特别轻便的自救器或者氧气袋、氧气罐，只要能胜任短暂的第一时间防护即可。以后如果国家规定工人作业期间必须配戴具有防尘过滤功能，甚至具有一定滤除有害气体功能的系统，那么只要也采用相同的接口，就可以把这样的系统也纳入本应急呼吸防护体系中来，就进一步降低了人员受害的可能。

随着矿井防护措施的完善，煤矿还要广泛配备压风自救系统、救生舱、避难硐室等防护设施。这些设施也都有防护呼吸的组成部分，提供固定的氧气来源。如果人员逃到这里来，且能够把外部有害气隔离，就可以摘下自救器，长时间避难待援。可是如果这些设施已损坏，有毒气侵入，就不能得到有效防护，就不能摘下原来的呼吸防护系统进行更换。如果所用各种呼吸防护系统采用了统一的快速换接接口，就可实现各防护系统之间的无风险快速切换，拓宽了固定氧源的使用条件。多设立价格低廉的压风自救站，可以为人员赢得长期的生存机会。在得到援助后，还可以再次切换使用自救器等可携带氧源，也可以切换使用救援者带来的呼吸器。在个别人的氧气资源耗尽后，其他人也可以暂时借给急需者以缓解紧急事态。因发生灾难的情况不同，人员从发生矿难到成功逃离井下所经历的状态不同。在奔跑逃离状态下，需要采用便携系统；在待援避难时期，需要采用长期供氧系统，可能是大型压缩氧气瓶或压风自救系统等固定设施；在待援避难时期结束后，虽然撤离通道被打通，仍可能有毒气存在，可能还要换用便携设备撤离矿井。

本发明所提供的呼吸防护体系中，除了人员佩戴的系统必须装有口具部分以外，其他备用的系统可以取消口具部分或仅配备少量口具部分的备用品，从而降低支出，也相应取消了换用时取下备用系统中不需要的口具部分的步骤，缩短换用过程的时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对所使用的附图作简要介绍，显然，附图描述的仅是本发明的一些原理与实施例，在本领域普通技术人员不需付出创造性劳动的前提下，就可以根据这些附图再推演出其他方案。

图1是本发明的呼吸防护系统一个实施方式快换接口结合情况的示意图；

图2是本发明的呼吸防护系统一个实施方式快换接口分开情况的示意图；

图3是本发明的呼吸防护系统快换接口分开状态的口具部分示意图；

图4是快换接口临时气路的实施方式一；

图5是快换接口临时气路的实施方式二；

图6是快换接口临时气路的实施方式三，一种简便方式；

图7是本发明的呼吸防护系统采用清洁空气气源的一个实施例示意图；

图8是本发明的呼吸防护系统采用空气过滤除毒装置的一个实施例示意图；

图9是本发明的呼吸防护系统采用低压氧气瓶的一个实施例示意图；

图10是本发明的呼吸防护系统采用低压氧气瓶外加一个气囊的一个实施例示意图；

图11是“快换接口与其他部分相对独立”概念的示意图；

图12、13是通过弹性材料收缩实现的快换接口基本构成元素示意图；

图14是通过阀实现的快换接口基本构成元素示意图；

图15、16、17是快换接口中阀与壳体之间密封面较佳形状的探讨示意图；

图18、19、20、21是对快换接口下部阀的顶端面较佳形状的探讨示意图；

图22、23、24是快换接口通过阀的有序动作实现防止有害气体在换接过程中混入内部的功能原理示意图；

图25、26是快换接口实现有顺序开、闭的原理示意图；

图27、28是快换接口中密封材料或密封件的使用、供气通道与口具组件的结合部包含了回气通道、保持联接、及防错接结构示意图；

图29、30是气路同轴安排方式下，快换接口中一部分密封件的使用、供气通道与口具组件的结合部包含了回气通道、及防保持连接状态的机构示意图；

图31是本发明的呼吸防护系统实施方式的综合示意图。

图32是本发明的最简单呼吸防护系统示意图。

图33是本发明技术措施最全面的呼吸防护系统示意图。

附图标记：

1-口具部分，10-口具组件，

101-口具，102-呼气单向阀，103-吸气单向阀，104-气囊，105-辅助排气阀，

106-排气阀，107-连通阀，3029-临时气路；

2-氧源部分，20-氧源组件，

201-氧源，202-清净罐，203-呼吸排气阀，204-储氧气囊，207-泄压阀；

3-快换接口，

30-快换接口上部，301-第一气口，302-第二气口，

3001-上弹性体，3010-上腔壁，3011-上顶环板，3012-上底环板，3013-凸缘，

3021-上阀，3022-上弹簧，

31-快换接口下部，311-第三气口，312-第四气口，

3101-下弹性体，3102-芯管，3103-推杆，3104-芯管推动机构，

3110-下腔壁，3111-下顶环板，3112-下底环板，

3121-下阀，3122-下弹簧，3500-第一卡接舌，3501-第二卡接舌，

9-人员。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明中的技术方案进一步描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不可能是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员不需做出创造性劳动即可获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例一(呼吸防护系统的基本构成与工作原理)

呼吸防护系统，如图1、图2所示，包括口具部分1、氧源部分2；所述口具部分1，包括口具组件10、快换接口上部30；所述氧源部分2，包括氧源组件20、快换接口下部31。所述口具组件10，包括口具101、吸气单向阀103、呼气单向阀102。

所述呼气单向阀102，设置于口具组件10的呼气通道中。呼气单向阀102的入口与口具101连通或成为一体，出口连接所述快换接口上部30的第二气口302；所述呼气单向阀102，当人员9通过口具101呼气时打开，将口具101同呼气通道连通，呼出气体就进入了氧源部分2中的回气通道。

所述吸气单向阀103设置于口具组件10的吸气通道中；快换接口上部30的第一气口301连通吸气单向阀103的入口端，吸气单向阀103的出口端连通口具或与其结合为一体；当人员9通过口具101吸气时吸气单向阀103打开，将人体口腔与吸气通道连通。

与人体口部接触的口具101可以是目前市场上常见的自救器所采用的结构形式，在使用时咬入口内、并需要鼻夹封住鼻孔的系统，也可以是具有相似功能的面罩、半面罩等，但为了叙述方便统一称为口具。如果口具组件采用了面罩，则口具101是指面罩。

所述快换接口上部30，包括第一气口301、第二气口302，第一气口301接所述口具组件10的吸气通道，第二气口302接口具组件10的呼气通道；所述快换接口下部31，包括第三气口311、第四气口312；第三气口311接氧源组件20的供气通道，氧源组件20的供气通道接通氧源201；第四气口312接氧源组件20的回气通道。

较佳的，所述氧气源201，为包括便携式氧源的多种氧气源；例如，氧气源201可以是如下便携式氧源之一：小型压缩氧气瓶、小型化学氧发生器、氧气袋等，还可以是如下固定式的氧源之一：大型压缩氧气瓶、大型化学氧发生器等。所述氧气源201甚至可以是提供适合人呼吸的新鲜空气的任何系统，如固定式的空气压风设备、大型压缩空气瓶、便携或固定式的空气过滤除毒装置。正是氧源的丰富可选性，使得遇险人员能够选择适合当时情况的呼吸防护系统。如果氧气源201是提供医用标准氧气的装置，就可以构成隔绝式呼吸防护系统，那么氧源组件20就要包含清净罐202，呼出的气体通过清净罐202减除二氧化碳，然后流回吸气通道供循环使用。如果氧气源201是提供可供人呼吸的空气的装置，则不需要进行除二氧化碳处理，由于呼气阀102一般不是完全无气体逆流的，所以如果需要把呼出气体排到大气，还要在气路的出口处串联一个单向的呼吸排气阀203.那么氧源组件20就要包含呼吸排气阀203，把回流到氧源组件20的气体排入大气并确保含有害成分的大气不被人吸入。

所述快换接口上部30同所述快换接口下部31适配，共同组成一个快换接口3；当快换接口上部30与快换接口下部31分开时，如图2所示，第一气口301关断，第二气口302关断，第三气口311路关断，第四气口312关断；当快换接口分开时，快换接口上部30及快换接口下部31中的气口均自动关断，实现更换过程中气路自行封闭，一方面防止环境空气中的有害气体进入呼吸通道，另一方面氧源在快换接口分开后不会泄漏浪费，而且在第四气口312内部不具备产生高于环境气压的情况下，例如与第四气口312连接的是呼吸排气阀203，也能及时地防止有害气体进入排气通道。

当快换接口上部30与快换接口下部31结合时，如图1所示，快换接口上部30的第一气口301与快换接口下部31的第三气口311接通，快换接口上部30的第二气口302同快换接口下部31的第四气口312接通，并且第一气口301、第二气口302、第三气口311、第四气口312均接通。这样，就构成一个完整的供氧呼吸系统，就可以使某一种呼吸防护系统中的口具部分与同种类或其他种类呼吸防护系统中的任何一种防护系统的氧源部分连接，迅速组建成新的呼吸防护系统。

实施例二(气囊、排气阀、临时气路)

基于实施例一，系统增加一个气囊104，用以蓄积一部分氧气，以备换接氧源时消耗，降低人员更换过程的时间压力，也缓冲因气流速度不均造成的压力变化。所述气囊104设置于口具组件10的吸气通道中，如图3所示；所述快换接口上部30的第一气口301连通气囊104的一端气道，气囊104的另一端连通吸气单向阀103的入口端，吸气单向阀103的出口端连通口具或与其结合为一体；当人员9通过口具101吸气时吸气单向阀103打开，将人体口腔与吸气通道连通。

较佳的，还可以增加排气阀106，装在所述气囊或吸气通道或呼气通道上，如图3所示。排气阀106是在呼吸通道气压高于设定阈值时自动开启排气的单向阀，可以防止因压缩气源排放量过大、压力过大而妨碍正常呼吸的现象。还可以在呼气通道上增加辅助排气阀105，使其开启压力低于排气阀106，那么在气囊内压力升高不十分急促的情况下，排出气囊的就是含二氧化碳成分较高、含氧气成分较低的浊气，更便于节约氧资源。

较佳的，可以在吸气通道与呼气通道之间设置一条临时气路3029，如图3所示，位于接近快换接口上部30之处。当快换接口3结合时，该临时气路断开，当所述快换接口上部30与快换接口下部31分离时，该临时气路3029把呼气通道与吸气通道接通，使口具部分1自成一个小的气体循环系统，就可以在更换氧源的过程中顺畅地靠消耗气囊104内储存的氧气成分呼吸。如果不设置这个临时气路3029，就应该增加呼吸通道中的容积，甚至把气囊做得更大，带来一些负面效果，否则人员此时呼吸的顺畅性会差一些；或者就应该把吸气阀、呼气阀与口腔三者之间的容气空间做大些，这会对人体正常呼吸时的气体交换效率产生不利影响，因为相当于降低了呼吸深度，吸入的一部分气体是含二氧化碳高的上一次呼出的气体。

临时气路3029可以有多种实现方法。如图4所示，临时气路通过手动阀门控制通断。也可象图5中所示，把临时气路3029集成到快换接口上部30之中，靠与快换接口3联动的阀门控制通断。还可以如图6所示，用临时开启的连通阀107，将临时气路3029集成到口具组件中。在图6中，作为吸气阀103、呼气阀102使用的单向阀开启动作的压差都很低，作为临时气路3029使用的连通阀107的开启压差则高一些，当快换接口3断开后，人的呼吸作用不断把气囊中的气体抽运到呼气通道中去，加大那里的气压，当与吸气通道的压差达到较高阈值后，临时气路3029通过连通阀107建立，实现了虚线所示的气体循环。该方案的优点是结构简单，易集成到气囊中去。排气阀106及辅助排气阀105则需要更高的内外压差作用才能开启。连通阀107不影响吸气阀、呼气阀及排气阀的动作。

如果在吸气通道上、呼气通道上分别设置排气阀，如图6所示的排气阀105、排气阀106，应该使呼气通道上的排气阀105的开启压力低于吸气通道上的排气阀106的开启压力，而高于连通阀107的开启压力，让每个单向阀的功能均可正常发挥而不受其他阀的影响。

实施例三(采用多种氧源组建系统)

基于实施例一。一般自救器中所采用的都是便携氧源，例如氧气源201是一个小的压缩氧气瓶，如图33所示。把氧气源201改为一个大的、非便携的压缩氧气瓶也同样可以工作。这时的基本结构方式如图1所示，图中的选择环节要采用清净罐202，而不是呼吸排气阀203。而图7所示的结构方式中，氧源部分2中的氧源组件20包括呼吸排气阀203、氧气源201，在这里氧气源201是压风自救系统或其他提供压力适合的清新空气的装置；这种情况为矿工提供了易于实现、易于广泛布设站点的长时间防护手段。快换接口下部31中的第四气口312与所述呼吸排气阀203接通，在氧源组件20的回气通道中因为人呼气造成的气压高于设定阈值时，呼吸排气阀203自动开启，把呼吸废气直接排入大气。呼吸排气阀203的开启压力比口具部分中的排气阀106、辅助排气阀105的开启压力低。

如果氧气源201换成过滤除毒装置，如图8、图32所示，那么就成为十分轻便的随身防护系统。只要过滤毒气的材料可靠，哪怕仅能正常工作几分钟，也会给工人减轻很大的日常携带负担。如果今后对矿工的保护程度更高，要求在井下必须随时佩戴具有防尘过滤功能、甚至具有一定滤除有害气体功能的空气净化器设备，还可以把该系统纳入本呼吸防护体系中来，就使防护体系更加优化，即使这个新防护系统不具有防毒的功能、工人仍需佩戴一个轻便的自救氧源备用，也可为自救操作省去灾难发生时打开口具佩戴的时间。该新防护系统中与人体接触的口具2003宜采用比咬在口中的口具更舒适的面罩形式。

图9所示：氧源部分2，取消了图7中的呼出气体处理装置203，而仅是一个低压的小氧气瓶201，并且第三气口311、第四气口312直接连通，并与氧气瓶201的供气通道连通。使用时氧气瓶201释放出的氧气在气囊104内直接被呼吸使用。这样能大幅度降低系统的重量，适合随身携带。

这种情况的一个变例如图10所示：口具部分不含气囊104，氧源部分2中也不含呼出气体处理装置203，而是一个低压的小氧气瓶201接入一个气囊204，并且第三气口311、第四气口312直接连通，并与氧气瓶201的供气通道连通。该系统的特点与上述情况类似。

实施例四(瞬时过压的处理)

基于实施例一。要实现用清洁气体排开快换接口附近有害气体，就要在更换氧源时先使氧源201内的气体流出、充满氧源组件20内的气腔。目前的压缩氧自救器采用的氧气源一般是减压后以定流量的方式供气，还常常配有补气功能。但是这种定流量方式常采用细节流孔实现，如果将其直接接入本发明所述的可换接系统，在接通快换接口之前，等于密闭地包围了打开的氧气源排气孔，在达到压力平衡、氧源201不再排气之前会造成腔内过高的压力。这样的压力在接通快换接口之后，会造成呼吸通道内的压力冲击，使人感到难受或受到冲击。虽然口具组件中的排气阀106可以降低这一冲击，如图1所示，但不能完全解决该问题。如图31、图33所示，在氧源部分中压缩气体流入第三气口311之前的位置增加一个防压力冲击的过压泄压阀207，在氧源部分的低压腔内的压力达到可能造成不利影响值之前开启，就限制了接通气路时的最高气压，也不会妨碍正常供氧时的流量。还可以采取其他办法解决此问题，例如把氧气源201改为定压供氧方式，即其内部含有过压截止阀或类似功能的压缩气体释放机构，不妨碍正常供氧流量而能把压力限制在适合本发明所述自救器对气压的要求范围内。或者还可以在氧源组件中，采用较低截止放气压力的气体减压阀，使氧源组件20中可存留低压气体的容积远小于气囊104的容积，当接通快换接口时，氧源部分内的低压部分的压力会迅速降低而不至于使呼吸回路压力过高。

实施例五(独立制造的概念与意义)

由于快换接口3要求互换性、需要保证联接质量，比其他零件或组件需要较高的制造、测试手段，宜单独制造快换接口3，因此在整体结构上对其采用能够单独制造、独立装配，然后分别与口具组件10、氧源组件20组装的设计。如图9所示，快换接口3相对独立，通过组装，快换接口上部30与口具组件10结合构成口具部分1，快换接口下部31与氧源组件20结合构成氧源部分2，从而构成一个完整的产品。为了简洁图中仅画出一条气路。相对独立的接头可以单独由专业化企业生产、测试，可以提高产品的可靠性、质量稳定性，确保安全使用性，降低成本。

实施例六(气口的基本结构及对结构细节的改进)

如图12、图13所示，快换接口中的气口是靠上弹性体3001、下弹性体3101的材料收缩实现自动封闭的。快换接口中的四个气口，即第一至第四气口，均由筒状的腔壁和顶环板构成气口壳体，其内均有一个可收缩而封闭气口的环状弹性体，弹性体是橡胶等软质弹性材料的。

两个下气口内部还有活动的芯管3102、弹簧3122、底环板3112、和推杆3103。芯管3102在气口壳体内移动，用以撑开封闭的下弹性体3101和上弹性体3001中的过气孔。当快换接口结合时，推杆3103推动芯管3102前移，压缩弹簧3122，穿过下弹性体3101后继续前移，直到穿过上弹性体3001，建立起气体通道。当快换接口断开时，在芯管推动机构3104的作用下推杆3103后退，允许压缩状态的弹簧3122推动芯管3102后移，使上下气口都封闭。底环板3112与腔壁3110的底部相连接，以保持装入气口壳体内部之零件不脱出。推杆3103穿越底环板，还有通气孔。当快换接口连接时，先把上气口压在下气口上，并由防脱开机构保持连接状态；然后用芯管推动机构3104打开气口；快换接口分离时，按上述相反的顺序操作。

若将上述快换接口中上下气口内部的结构互换，当然亦可实现本发明的基本功能。

另一类有阀的接口，靠阀实现气口开闭的情况如图14、图30所示。快换接口3中包含四个气口：第一气口30、第二气口302，合称上气口，第三气口311、第四气口312，合称下气口。每个上气口均包括上腔壁3010、上顶环板3011、上底环板3012、上阀3021、上弹簧3022，除了同轴布置气路结构的第二气口302外，如图30所示，还包括凸缘3013；每个下气口均包括下腔壁3110、下顶环板3111、下底环板3112、下阀3121、下弹簧3122。

对于该类接口，壳体与阀的接触密封面形状对密封性、实现密封的难易有很大影响。几种典型密封面结构如图15、图16、图17所示，其中图17所示顶环板3011的下侧制成锥形面的实施例，易于对阀定位，受力有利于密封，也易于制造，是本发明的优选结构。上气口与下气口结构基本相同，以上气口为例描述：腔壁3010为圆筒状，顶环板3011的下表面大体上呈圆锥状，腔壁3010与顶环板3011共同构成一个漏斗状的气口壳体；阀3021的中部的外径大于顶环板3011的中心圆孔及底环板3012的中心圆孔的直径，并且小于腔壁3010的内径，阀3021的下端置于底环板3012的中心圆孔，上端置于顶环板3011的中心圆孔。这里称阀实现密封的运动方向为上方，或称前方。阀3021和弹簧3022装于气口壳体内；弹簧3022一端抵靠于底环板3012，另一端抵靠于阀3021，并始终处于压缩状态。底环板3012与腔壁3010的底部相连，以保持装入气口壳体内部的弹簧3022及阀3021不脱出，底环板3012上有通气孔。在快换接口上部30与下部分31离时，上下弹簧分别将上下阀压靠到上下顶环板的下侧的面上。上阀3021的上部探出上顶环板3011的中心圆孔。上气口的气口壳体在上顶环板3011的前端可以有大致沿轴向前伸出的凸缘3013，该凸缘3013的内侧有倒角，引导接纳下气口的气口壳体，以便完成适配连接。该凸缘当然也可以通过引导爪等结构实现。下阀3121的顶部与下顶环板3111的外侧平齐或略探出其外，上阀3021的顶部探出上顶环板3011之外的尺寸较长，但是不探出上气口壳体的凸缘3013。

如图12、图14所示，为了方便对接，把上、下气口的外壳设计成凸凹相配的形式，使用时凹端在上，作为快换接口上部30，便于保护接口中突出的上阀3021顶部结构，而且氧源端，即快换接口下部31一端，没有凸缘3013那样的结构，就不易存留落于其上的异物。

现讨论下气口中阀的几种基本结构。如图18所示，如果下阀3121的前端面低于其顶环板上表面，易于积累落入的尘土、杂质。图19所示情况有所改善，但是阀顶端与顶环板内援之间仍由一圈间隙可以容纳落入的杂质。下阀3121的前端设计成能完全填充气口的形式，可避免尘土、杂质落入。另外，为了减小对下阀3121凸出部位的损伤，将其顶部设计成与外壳平齐或大致平齐的形状为好，如图20所示。

如果下阀3121的前端面设计成图14或图18、图19所示的平面，对接时可能与其上面的阀3021不同心。如果阀3121的上表面在中心部分设一个凹坑与上气口中的阀3021的顶端吻合，则对同心定位有益。该功能还可以通过将阀3121的顶端设计成凸台等结构、相应改变阀3021的顶端设计实现，不需细数述。

实现本发明所需快换接口功能的结构还有很多，例如采用一套接口连接保持机构，再配置四个手动阀门，等等，均可满足本发明的基本功能的要求。但是从操作的便捷性、可靠性等方面考虑就不一定是很好的选择。

实施例七(采用同样结构的气口)

基于实施例六，采用含有阀的接口。快换接口3由快换接口上部30和与其适配的快换接口下部31组成，形成四个气口，其中的两条气路平行布置，四个自封闭的气口采用同样的结构、形状相似或相同。如图22所示。进一步，所述快换接口上部30中的两个气口不但采用同样的结构，而且采用同样的尺寸；所述快换接口下部31中的两个气口不但采用同样的结构，而且采用同样的尺寸；或此外，快换接口上部30与快换接口下部31还采用相同的密封件、相同的底环板等，或此外各气口还采用相同的其他零件，这样可以减少零件的数量，这对降低制造成本具有重要意义。

图22所示情况已经将两个上气口的腔壁的外表面融合为一体，便于一次插拔完成切换，如果象图27那样，就可以将快换接口上部中的一个气体通道的与外接的口具组件10之气路的结合部位包含在另一通道之内，从而为系统的整体设计提供更广泛的选择。

如果象图28那样，就可以进一步将两个下气口的腔壁的外表面融合为一体，便于接口的单独测试等处理。

实施例八(气口有序接通的意义)

基于实施例六，采用含有阀的接口。图22所示为快换接口3结构的一种实现方案。接口未接通时，呈图22所示状态。当快换接口上部30与快换接口下部31结合时，第三气口311、第四气口312首先开放，呈图23所示状态；第一气口301、第二气口302然后开放，实现对接后，。当快换接口上部30与快换接口下部31分开时，第一气口301、第二气口302首先关断，呈图23所示状态，第三气口311、第四气口312然后关断，回归图22所示状态。

由于当快换接口分离时，快换接口上部30中的气口先于快换接口下部31中的气口关断，由于当快换接口结合时，快换接口上部30中的气口晚于快换接口下部31中的气口打开，快换接口下部31喷出的较高气压的富氧气体可以排开接口周围的有害气，如图23所示，防止有害气体在换接氧源部分的过程中进入口具组件的呼吸通道，进一步提高了氧源更换的安全性。

实施例九(实现气口有序接通的结构)

基于实施例八，如图14所示，快换接口下部中的两个下底环板3112对下气口中的阀3121有限位的作用；而且下弹簧3122的刚度小于上弹簧3022的刚度，或者此二种弹簧刚度相同，但是上弹簧3022的预压缩量大于下弹簧3122的预压缩量。那么快换接口上部30与快换接口下部31对接的过程中，在下阀3121遇到限位之前，上弹簧3022就可以做到不被压缩，所以上阀3021不打开，这就实现了快换接口下部31中的两个气口先于快换接口上部30中的两个气口接通的性能。

下气口中的下底环板3112上设有对其所容纳之阀3121限位的结构，例如图25所示，或者阀3121的下部设有对其自身限位的结构，比如一个台阶，例如图26所示；下气口内的弹簧3122的刚度，小于对应的上气口内的弹簧3022的刚度，或此二种弹簧刚度相同，甚至完全相同但是上弹簧3022的预压缩量大于下弹簧3122的预压缩量，使得快换接口上部与快换接口下部对接过程中，在下阀3121遇到限位之前，对应的上弹簧3022不被压缩。

图29、图30所示的同轴布置气路的情况也采用类似方法，是通过控制气口304的阀3121实现气口304先于气口302打开的，由该阀下部的台阶实现。图29所示为中心部的下阀3121下移达到限位状态而迫使中心部的上阀3021回退的情况。为了简洁，该图中一对外层的气口未示意成开闭顺序受控的，但只要把内层气路的腔壁的外表面设计成台阶状即可实现内层气口那样的开闭顺序。

此外也可通过其他方法实现气口开闭顺序。如，可以仅由上下弹簧的刚度差别，或辅以下弹簧的极限压缩高度实现开闭顺序，不一一列举。

实施例十(密封面、密封件、保持联接状态、防错接、腔壁与底环板的结合)

基于实施例六，采用含有阀的接口。参看图27。快换接口中用于关闭气口的活动的阀与固定的阀壳体之间接触，形成一对密封面。为了便于加工、便于提高密封性，属于阀壳体的密封面设计成锥形面，而属于阀的密封面则可设计成锥形面或圆弧面等其他大致呈锥形的回转曲面。任何一侧的密封面还可以附着密封材料，或者在阀壳体与阀之间使用密封件进一步提高密封性能，密封件可以相对固定于阀壳体或者相对固定于阀上，均能达到密封目的。

图27中，上阀3021的中部前侧的锥形面，未设置密封材料或密封件；下阀3121的中部上侧的锥形面设置有密封材料或增加了密封件。还可以根据需要增减一部分密封件。例如在快换接口上部30与快换接口下部31接合部之间增加密封材料或密封件，快换接口下部31与氧源组件20接合部之间增加密封材料或密封件。图27、图29中密封材料或密封件以涂黑色的剖面表示，表达了几种施加密封材料或密封件的方式。为了简便，在图27中的两个气路上分别表示了不同密封方法。

快换接口上部30与快换接口下部31结合后需要保持连接状态。可以采用卡扣方式、或插销方式、或钢球锁紧、或卡口锁紧、或螺旋锁紧等方式保持联接状态。例如采用图27中的固连于快换接口下部的第一卡接舌3500、第二卡接舌3501卡住快换接口上部的外壳部分。而图29中采用了钢球锁紧方法。

对于两个通道直径尺寸相同的、对称地平行布置的快换接口结构，应具有防止错误联接的结构，以免供气通道与回气通道错误对接。例如在图27中采用了不能互换位置的第一卡接舌3500、第二卡接舌3501起到防错接作用。

气口的腔壁和底环板可以为塑料材质，腔壁与底环板之间采用压入后卡住、或粘接、或压入后卡住并且粘接的方法结合，这样利用批量生产。在图26中，上底环板3012就采用了靠弹性变形压入上腔壁3010后卡住的方法实现与其结合，而下底环板3112则采用了卡簧保持结合的方法。还可以采取粘接、螺纹等许多其他方法实现这一目的。

所述快换接口3的实现方案还有很多，不限于上述结构，例如弹簧的安装方法就有很多，可移动的阀的形状也可以有多种。图4、图5也粗略地给出了两种快换接口3的实施方案，其中阀壳体的顶环板下侧也可以采用圆锥形状。

实施例十一(对系统的综合概括)

比较全面地体现本发明思想的概括性系统如图31所示，其中氧气源201是多选一的关系，而且还可以有其他更丰富的氧源；呼出气体处理装置，包括清净罐202与呼吸排气阀203，或直接将第三气口、第四气口连接，是三选一的关系。经对其中结构元素的取舍可以得到本发明所涉及的各种性能的呼吸防护系统，例如图32所示为最简单的系统，但是由于没有气囊缓冲，限于滤尘和滤毒这样利用很低压力的环境气体或通风管道的系统之间切换使用才适合。而图32所示为技术措施最全面的系统，所包含的结构也最多。为了使口具部分在丰富的氧源条件下均能良好使用，宜统一采用图32中所示的口具部分10。特别的情况下，当氧气源201是低压的轻便氧源时，如果配有气囊104，则清净罐202与呼吸排气阀203均可以免除，而直接将第三气口、第四气口连通，如图9所示，或者当没有气囊104，而在氧源部分配一个气囊204时，也可以接成图10所示的情况。这两种系统的优点是重量轻。

有了本发明提供的呼吸防护系统，工人可以随身佩戴具有快换接口的轻便自救器，矿井内可以设置具有快换接口下部的各种类型的氧源部分2；当出现有害气体时，工人立即佩戴随身携带的轻便呼吸防护系统自救，迅速逃往矿井出口、救生舱或避难硐室等相对安全的地方，或逃往压风自救系统所在地等有可换接的氧源的地方；沿途更换使用事先布放的备用可携带氧源，直至逃离有害气体环境，成功脱险。

用本发明提供的呼吸防护系统构建的防护体系，由于多个种类的氧源部分均具有相同的快换接口下部，多种类的氧源部分可以与同一口具部分对接使用，可以实现自救器、呼吸器、氧气瓶、可充气背心、压风自救装置等多种呼吸防护资源间的快速安全切换。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，特别是快换接口部分的结构可以有丰富的变化，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

从以上对发明内容与实施例的说明中，可以归纳出本发明所提供的呼吸防护系统的基本使用方法。

本发明公开的呼吸防护系统主要用于应急情况下的井下工人呼吸防护，一般要配备一种或多种呼吸防护系统，有机地构成一个呼吸防护体系，其中至少含一种便携式呼吸防护系统，该方法的应用过程大致包含以下步骤：

1.按照系统之间可互换的原则制作各种呼吸防护系统，均制作成口具组件1和氧源2两部分，两部分之间通过可互换的快换接口3结合。

2.布放步骤1配备的呼吸防护系统：沿着撤离路线间隔地放置可携带的呼吸防护系统或符合对接标准的可携带氧源，间隔距离符合佩戴者在所佩戴便携氧源耗尽之前能够达到下一个氧源补充地点的要求。

3.为工人随身配备步骤1配备的最轻便的呼吸防护系统。

4.如有固定氧源的呼吸防护系统，将其置于避难硐室，或救生舱等符合矿井要求的位置。

5.当出现有害气体时，工人立即佩戴随身携带的轻便自救系统，迅速逃往矿井出口。

6.所有人员一直保持佩戴最初佩戴的口具部分，此后不更换口具部分而仅更换氧源部分，直至成功脱险，沿途更换使用事先布放的备用可携带氧源，逃离有害气体环境。

7.如果矿井出口阻断，逃往救生舱或避难硐室等相对安全之处，或逃往压风自救系统所在地等有可换接长期氧源之处。

8.如果因体力不支或受阻暂时无法逃离有害气体环境，前往就近的固定氧源，断开并保留所佩戴便携的氧源部分，并使所佩戴口具部分与固定的氧源部分对接，等待救援。

9.如果是对窒息人员施救，将受害人员所佩戴的已耗尽氧源分离，保持其初始佩戴的口具部分不摘下，及时更换新的氧源部分，直至具备进一步处理的条件。

10.在逃生通道的阻隔被排除后，若正在使用固定氧源，换用可携带氧源，逃往矿井出口。

Claims (24)

1.一种呼吸防护系统，其特征在于，包括口具部分、氧源部分，这两部分的结合部位是一个内部含有四个具有自封闭功能的快换接口；

所述口具部分，包括口具组件、快换接口上部；所述氧源部分，包括氧源组件、快换接口下部；所述快换接口上部，包括第一气口、第二气口，合称上气口；在口具部分之内，第一气口接口具组件的吸气通道，第二气口接口具组件的呼气通道；所述快换接口下部，包括第三气口、第四气口，合称下气口；在氧源部分之内，第三气口接氧源组件的供气通道，第四气口接氧源组件的回气通道；快换接口上部与快换接口下部适配，共同组成一个快换接口；当快换接口上部与快换接口下部分离时，第一气口关断，第二气口关断，第三气口关断，第四气口关断，实现自封闭；当快换接口上部与快换接口下部结合时，第一气口与第三气口接通，第二气口与第四气口接通，并且第一气口接通，第二气口接通，第三气口接通，第四气口接通，实现口具组件与氧源组件的结合；

所述口具组件，包括口具、吸气单向阀、呼气单向阀；吸气单向阀的入口与第一气口连通；吸气单向阀的出口与口具连通或与口具成一体；当人员通过口具吸气时吸气单向阀打开，将人的口腔与吸气通道连通；呼气单向阀设置于口具组件的呼气通道中，呼气单向阀入口与口具连通或与口具成一体，出口与第二气口连通；当人通过口具呼气时呼气单向阀打开，将人的口腔与呼气通道连通；

所述氧源组件，包括氧气源、呼出气体处理装置；氧源组件的供气通道接氧气源；所述氧气源是提供适合呼吸的氧气或富氧新鲜空气的装置；呼出气体处理装置的入口接与第四气口连通的回气通道；如果所述氧气源是提供适合呼吸的氧气的装置，则所述呼出气体处理装置是清净罐，清净罐的排气口接与第三气口连通的供气通道；如果所述氧气源是提供新鲜空气的装置，则所述呼出气体处理装置是单向的呼吸排气阀，靠人员呼气的压力直接把呼出气体排向大气；或者，当所述氧气源是轻便的、低压储氧装置时，氧源部分可以取消所述呼出气体处理装置，而将第三气口、第四气口直接连通，且与供气通道连通。

2.根据权利要求1所述的呼吸防护系统，其特征在于，所述快换接口的自封闭功能是靠气口周围的弹性材料收缩实现的。

3.根据权利要求1所述的呼吸防护系统，其特征在于，所述快换接口的自封闭功能是靠气口中在弹簧作用下的阀实现的。

4.根据权利要求3所述的呼吸防护系统，其特征在于，当快换接口上部与快换接口下部结合时，两个下气口先打开，两个上气口然后打开；当所述快换接口上部与所述快换接口下部分离时，两个上气口首先关闭，两个下气口然后关闭。

5.根据权利要求1所述的呼吸防护系统，其特征在于，所述口具组件，还包括气囊；

或者在吸气通道上、呼气通道上、或气囊上，还进一步曾设将口具部分内的气体排出到环境中的排气阀；而且还可以在吸气通道上、呼气通道上设置不同的排气阀。

6.根据权利要求1所述的呼吸防护系统，其特征在于，所述口具部分还包括位于第一气口与第二气口之间的一条临时气路；当快换接口上部与快换接口下部分离时，在口具部分内部，所述临时气路把第一气口与第二气口接通；当快换接口上部与快换接口下部接通时，所述临时气路断开；该临时气路可以是手动开启阀门、与快换接口联动的阀门等，简便地，还可以是在供气通道与回气通道之间安装的一个允许空气从回气通道流向供气通道的单向的连通阀，该连通阀在人的呼吸活动使得呼气通道与吸气通道之间形成较大的压差时开启。

7.根据权利要求1所述的呼吸防护系统，其特征在于，所述氧气源是化学氧发生器、或便携式压缩氧气瓶、或大型压缩氧气瓶、或其他任何提供适合呼吸的氧气的装置；当氧气源含有高压的压缩气瓶时，氧气源还包括气体减压阀、压力表、手动开启阀门等通常需要的附件；当氧气源是便携式气源时，所述氧源部分还可以包括悬挂件、防护壳等必要的附件。

8.根据权利要求1所述的呼吸防护系统，其特征在于，所述氧气源是便携式压缩空气瓶、或大型压缩空气瓶、或压风系统、或空气过滤除毒装置、或其他任何种类的提供适合呼吸的新鲜空气的装置；当氧气源是高压的压缩气瓶时，氧气源还包括气体减压阀、压力表、手动开启阀门等通常需要的附件；当氧气源是便携式气源时，所述氧源部分还可以包括悬挂件、防护壳等必要的附件。

9.根据权利要求1所述的呼吸防护系统，其特征在于，当氧气源中含有高压的压缩气瓶时，还进一步采取下述措施之一：

措施一：在氧源部分中的氧源组件中，或补充供氧的气路中，接有过压泄压阀；

措施二：在氧源组件中的气体减压阀采用的是过压截止型的减压阀，而且其截止放气的压力小于能造成在快换接口接通瞬间影响人员正常呼吸的冲击压力；

措施三：在氧源组件中，采用较低放气截止压力的气体减压阀，并采用氧源组件内部的低压气体部分的容积远小于气囊容积的氧源组件。

10.根据权利要求1所述的呼吸防护系统，其特征在于，快换接口是与其他部分分离的，可以独立制造、独立测试的；通过组装，快换接口上部与口具组件结合，快换接口下部与氧源组件结合，形成整体。

11.根据权利要求1至10任意一项所述的快换接口，其特征在于，如果快换接口自身不设结合保持机构，在口具部分与氧源部分之间采用结合保持机构维持连接状态；或者即使快换接口自身已设结合保持机构，仍进一步采用结合保持机构加强维持连接状态。

12.一种实现权利要求3所述呼吸防护系统所需功能的快换接口，其特征在于，由快换接口上部和与其适配的快换接口下部组成，其两条气路平行布置，形成四个气口，各气口的原理相同，结构相似或相同，形状相似或相同；所述快换接口上部，包括第一气口和第二气口，统称上气口；所述快换接口下部，包括第三气口和第四气口，统称下气口；

四个气口均包括腔壁、顶环板、底环板、阀、弹簧；腔壁为圆筒状，顶环板的下表面大体上呈圆锥状，或其他便于形成密封面的形状，腔壁与顶环板共同构成一个一体的漏斗状的气口壳体；阀的中部的外径大于顶环板的中心圆孔及底环板的中心圆孔的直径，并且小于腔壁的内径，阀的下端置于底环板的中心圆孔，上端置于顶环板的中心圆孔；阀和弹簧装于气口壳体内；弹簧一端抵靠于底环板，另一端抵靠于阀，并始终处于压缩状态，在快换接口上部与快换接口下部分离后，弹簧将阀压靠到顶环板的下侧的面上；底环板与腔壁的底部相连，底环板上有通气的孔。

13.根据权利要求12所述的快换接口，其特征在于，在所述下气口中，通过在底环板上设有对其所容纳之阀限位的结构，或者在阀的下部设有对其自身的移动限位的结构，或者通过其他结构，使得快换接口上部与快换接口下部对接过程中，在下气口中的阀遇到限位之前，对应的上气口中的弹簧不被压缩；下气口内的弹簧的刚度，小于对应的上气口内的弹簧的刚度，或此二种弹簧刚度相同，甚至完全相同但是上气口内弹簧的预压缩量大于下气口内弹簧的预压缩量。

14.根据权利要求12所述的快换接口，其特征在于，构成两个上气口的零件采用同样的结构与同样的尺寸，构成两个下气口的零件采用同样的结构与同样的尺寸；或此外各气口还采用相同的密封件；或此外各气口还采用相同的底环板；或此外各气口还采用相同的其他零件。

15.根据权利要求12所述的快换接口，其特征在于，下气口中的阀的上端有与顶环板的内缘圆柱面滑动配合的一小段圆柱面，该段圆柱充满顶环板的内缘所围成的空间。

16.根据权利要求12所述的快换接口，其特征在于，上气口的气口壳体在顶环板的外侧有大致沿轴向向前伸出的凸缘或其他引导结构，引导接纳下气口的气口壳体，以便完成适配连接；在气口关闭状态下，下气口所含的阀的顶部与其顶环板的外侧平齐或略探出其顶环板之外，上气口所含的阀的顶部探出其顶环板之外的尺寸较长，但是不探出上气口壳体的凸缘；

下气口中的阀的上表面在与上气口中的阀的顶端接触的中心部分，具有一个凹坑或凸台等与上气口中的阀的顶端吻合的结构，对上气口中的阀的顶端有同心定位的作用。

17.根据权利要求12所述的快换接口，其特征在于，上气口的气口壳体在顶环板的外侧有大致沿轴向向前伸出的凸缘或其他引导结构，引导接纳下气口的气口壳体，以便完成适配连接；在气口关闭状态下，下气口所含的阀的顶部与其顶环板的外侧平齐或略探出其顶环板之外，上气口所含的阀的顶部探出其顶环板之外的尺寸较长，但是不探出上气口壳体的凸缘；

下气口中的阀的上表面的外围部分与下气口所含的顶环板的上表面平齐，并且在该上表面的靠近中心部分，即与上气口中的阀的顶端接触的部分，具有一个凹坑或凸台等与上气口中的阀的顶端吻合的结构，对上气口中的阀的顶端有同心定位的作用。

18.根据权利要求12所述的快换接口，其特征在于，两个上气口的腔壁的外表面融合为一体，或者两个下气口的腔壁的外表面融合为一体，或者两个上气口的腔壁的外表面、两个下气口的腔壁的外表面均融合为一体。

19.根据权利要求12所述的快换接口，其特征在于，其中的一个气体通道的与外接的口具组件之气路的结合部位包含在另一通道之内。

20.根据权利要求12所述的快换接口，其特征在于，各气口中的阀和与其接触的顶环板的接触密封面为相配合的圆锥形面，或者仅顶环板的接触密封面为圆锥形面，而阀的接触密封面为圆环形表面或其他形状的表面；或者此外，密封面上还附着有密封材料或在阀与顶环板之间采用密封件；所述密封件设置于阀中部的上侧面，或者设置于顶环板的下侧面；

当快换接口结合时相互接触的两对顶环板之间设置有密封件，或者下气口的气口壳体的外侧表面与快换接口上部之凸缘的内侧之间设置有密封件。

21.根据权利要求12所述的接口，其特征在于，各气口的腔壁和底环板为塑料材质，腔壁与底环板之间采用压入后卡住、或粘接、或压入后卡住并且粘接的方法结合。

22.根据权利要求12至21任意一项所述的快换接口，其特征在于，当快换接口上部与快换接口下部结合后，快换接口上部与快换接口下部采用钢球锁紧联接、或卡口锁紧联接、或螺旋锁紧联接、或卡扣等方式保持对接状态；快换接口具有防止气路接错的结构。

23.一种权利要求1所述呼吸防护系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

1.配备按照系统之间可互换的原则制作的一种或多种呼吸防护系统，各种系统及同一系统内部的口具部分、氧源部分之间能通过可互换的快换接口任意组合；

2.按照以下原则布放步骤1配备的呼吸防护系统：沿着撤离路线间隔地放置可携带的呼吸防护系统或符合互换对接标准的可携带氧源，间隔距离符合佩戴者在所佩戴便携氧源耗尽之前能够达到下一个氧源补充地点的要求；

3.如果有固定氧源的呼吸防护系统，将其安装在避难硐室，或救生舱，或换气站等相对安全的符合矿井要求的位置；

4.遇到有害气体，立即佩戴口具部分，并一直保持佩戴最初佩戴的口具部分，此后不更换口具部分而仅更换氧源部分，直至逃离有害气体环境，沿途通过更换使用事先布放的备用可携带氧源来补充氧气资源。

24.根据权利要求23所述呼吸防护系统的使用方法，其特征在于，还包括如下步骤：工人正常工作时佩戴具有符合所述呼吸防护系统的接口标准的防尘面具，当出现有害气时，立即把正在使用的过滤除尘的氧源部分更换成自救系统的氧源部分。