CN104307119B - 带有照明元件的消防逃生呼吸头罩 - Google Patents

Abstract

本发明为一种带有照明元件的消防逃生呼吸头罩，解决了目前个体消防逃生呼吸类产品缺少照明功能、在火灾发生时逃生人员只能依赖于存在设计或技术缺陷的疏散应急照明来寻找逃生路径的问题。该装置包括呼吸头罩主体，呼吸头罩主体的前端中间位置设有透明视窗，呼吸头罩主体前端位于透明视窗上方的中间或旁侧的位置安装有经过特别设计的照明元件，呼吸头罩主体的后侧安装有内置型或外置型的电源盒。本发明装置设计科学，工艺简单，成本低廉，穿戴便捷、使用方便，使用时没有增加佩戴者的重量负担，照明效果非常好，特别适用于如火灾现场等这种特殊场合，值得推广使用。

Description

带有照明元件的消防逃生呼吸头罩

技术领域

本发明涉及消防逃生技术/个体防护领域，特别涉及一种消防逃生装置，具体是一种带有照明元件的消防逃生呼吸头罩。

背景技术

国家对于民用建筑墙壁上的疏散应急照明设施都有明确的规定，在火灾发生时，应急照明会自动点亮，为建筑内人员提供逃离火场的照明服务。但根据近年民用建筑的实际工程验收报告及诸多收集到的资料显示，很多民用建筑的疏散应急照明设计存在极大漏洞，配电线路上某一处疏散应急照明灯损坏或短路容易引起整条线路上的所有应急照明全部损坏，加之绝大多数商家在工程验收之后对应急照明缺乏必要的维护，遇到状况时应急照明不亮也是时有发生的。此外，应急照明的照射范围是固定的，存在照明死角，有的地方时照射不到的。以上这些问题最近几年频频发生，现在人们的安全、防护意识普遍淡薄，逃生头（面）罩的销售基本流向娱乐建筑、商场这些有国家硬性要求的地方，对于家庭用户几乎为零。并且，目前国家对于逃生面（头）罩的指标要求只限于防护时间上，对于照明等辅助功能是没有要求和规定的。但随着安全防范意识的提高，未来家庭用户也会采购逃生头（面）罩的，那么目前产品在功能上的短板就会显而易见了，进而消费者势必会对逃生面（头）罩的辅助功能提出一些实用的要求，诸如照明功能等。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，进而提供一种带有照明元件的消防逃生呼吸头罩。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种带有照明元件的消防逃生呼吸头罩，包括呼吸头罩主体，呼吸头罩主体的前端中间位置设有透明视窗，呼吸头罩主体前端位于透明视窗上方的中间或旁侧的位置安装有照明元件，呼吸头罩主体的后侧安装有内置型或外置型的电源盒，照明元件通过耐高温电缆与电源盒连接；照明元件包括金属反光杯，金属反光杯内安装有LED灯作为光源，其中，金属反光杯顶面与光源中心的垂直距离H为1.4-2.5cm，金属反光杯的顶部开口直径D为2.3-4cm，金属反光杯内光线通过内壁反射后的出光角B为0°＜B≤120°，金属反光杯的内壁成光面状。

对本发明装置作进一步的解释说明：

一、反光杯的选择

1）材质

反光杯按材质来分，一般分为金属反光杯、塑料反光杯和玻璃反光杯。具体特点如表1所示：

表1 三种材质反光杯的性能对比

照明元件的工作场合条件要求高，由于火场环境内空气温度较高，因此要求具有耐高温性能；在使用时可能发生撞击等活动，因此要求反光杯不易碎。综合耐温性、成本、运输性等特点分析，金属反光杯是最佳选择。

2）反光杯内壁表面结构的选择

反光杯的内壁表面结构有镜面和纹理两种：

镜面杯的光杯内壁呈光面状，能够使灯具产生一个非常亮的中心光斑，光斑均匀性稍差。由于中心光斑亮度高，因此照射距离相对远一些。

纹理反光杯表面呈皱纹状，光杯的发散角大，由于其反射特性，会将更多的光线反射到泛光区，因此从中心光斑到泛光区之间的过渡更好，光斑更均匀柔和，使人视觉感觉更舒适。对于同一款发光器件来说，总光通量是固定不变的，所以纹理反光杯的中心亮度低，照射距离相对近一点，不适合远射使用。

鉴于本发明装置的工作场合条件的特殊性，要求聚光效果和远射效果良好，因此选用内壁成光面状的反光杯，即镜面反光杯。

3）反光杯内壁表面的曲线角度

如图2、3所示，图中：H-光源中心与反光杯顶面的垂直距离，D-反光杯顶部开口直径，B-光线通过反射后的出光角，A-溢散光光角，L-照射距离，E-中心聚光光斑直径，F-溢散光光斑直径。解释说明：a.反光杯的外形尺寸主要由H和D两个尺寸决定，H和D同时也决定了溢散光光角A；b.光斑的直径E、F是由出光角B、A和距离L决定；c.最关键的出光角B则是通过反光杯的反射曲面决定的。

反光杯的反射性能，主要取决于反射曲线，以上的几何参数中H、D、B三个参数就决定了反射曲线。

根据以上原则，本发明根据工作场合条件的特殊性，通过大量的理论分析和试验验证，最终得出了最优的H、D、B三个参数范围，从而得到了最适合火场使用的反光杯结构，即选择金属反光杯，金属反光杯顶面与光源中心的垂直距离H为1.4-2.5cm，金属反光杯的顶部开口直径D为2.3-4cm，金属反光杯内光线通过内壁反射后的出光角B为0°＜B≤120°，金属反光杯的内壁成光面状。

二、光源发生装置的选择

目前，技术成熟、应用广泛的光源发生装置有卤素灯、LED灯和氙气灯。

卤素灯属于白炽灯的一种，LED灯属于发光二极管，氙气灯是指内部充满包括氙气在内的惰性气体混合灯。根据消防逃生呼吸器自身的特点和使用场合的特殊性，设定了9种性能要求，并对这三种光源发生装置进行对比，结果如表2所示：

表2 LED、卤素灯、氙气灯的性能对比

通过理论分析、参数对比、性能比较、平行试验对照等技术手段，确定最适合在火场环境工作的LED灯作为光源发生装置。

进一步的，照明元件的光源中心与透明视窗中心的垂直距离为6.5-9.5cm，优选8cm，并且照明元件发出的光束与人眼视线平行设置。在火场逃生的过程中，能够清晰看到前方是否有逃生出口或障碍物等情况，并做出迅速、正确的判断，是能否安全逃离的决定性因素。佩戴者能否借助消防逃生呼吸器上的照明元件寻找安全逃生路径，除了照明元件自身的工作性能外，照明元件与罩体结合的型式结构设计也是至关重要的。为了能够计算出照明元件的最佳照明角度，引入景观设计学的相关概念与关系。在景观设计中，最佳视距与景物高度的关系可用下式表示：D=(H-h)·ctgα/2，其中：α-观察物体的最佳垂直视角、D-最佳视距、H-景物的高度、h-人眼的高度。GB 50096-2011《住宅设计规范》中，明确规定了住宅层高宜为2.8米，卧室、客厅的室内净高不应低于2.4m，厨房、卫生间的室内净高不应低于2.1m。JGJ 67-2006《办公建筑设计规范》中规定办公建筑层高不应低于2.7m，走道净高不应低于2.2m。 取范围值2.1～2.8 m。人的平均身高和人眼至头顶点的距离都有相关统计部门给出数据，因此，此处h值等于（人的平均身高-人眼至头顶点距离）。根据国家体育总局发布的2010年国民体质监测公报中提到的男女平均身高，数据采集从18岁至69岁（因为国内消防逃生呼吸器只有成年人的型号），取男性和女性的最大值与最小值范围，为153.4cm～172.1cm。人眼至头顶点距离根据国标中的统计数据，男性为90mm，女性为93mm。因此，人眼高度h的范围值在144.1cm～163.1cm。从人体工学来讲，人眼的视角是有限的，一般而言，映在人眼视网膜上的图像，只有中心部分能分辨清楚，从15度到30度之间称为有效视域，观众能立刻看清物体的存在和有什么动作，并且不需要转动眼部；超过水平方向视野角30度的周边部分称为诱导视野，俗称余光，只能感觉到物体的存在或有动作出现，并不能看清楚是什么物体或动作。所以人眼的水平最佳视野取30°，垂直最佳视野也取30°，因此α取值30°。将以上数据代入公式中得出，最佳视距D为1.75 m至5.07 m。照明元件的光源中心与透明视窗中心的垂直距离取8cm，利用勾股定理可得出，当照明件发出的光线与人眼最佳视距处交汇时，其光线长度为1.67m至4.99m。由此可知，照明件与佩戴者头部的角度近似于0度。也就是说，若要照明件的光线与人眼的最佳视距重叠，即照明件能够以最佳程度给予佩戴者照明功能，并且不增加人眼疲劳，那么照明元件发出的光束应与人眼视线平行。

LED灯发出的光的波长λ 为450-640nm、光色温范围为5000-6000K。本发明照明元件是以光的散折射原理作为理论基础的。火场中的滚滚浓烟可以看作是大颗粒浑浊物质，当一束光透过浑浊物质时，一部分光线向侧面散射，通过光的吸收定律：，式中：I为光束流密度、k为吸收系数、l为浑浊物质的透过厚度、I₀为初始光流密度。可以得出，散射的结果使光线的传播方向上光束的能流密度大大减少。因此，若要使照明元件在火场中给予使用者最佳状态的照明帮助，需要满足两个条件：第一，照明元件发出的光可以更好的穿透烟雾；第二，照明元件发出的光，被散射的光强度小。根据雷莱散射定律：，式中： I_θ为散射光强度、θ为观察者与入射光方向的夹角、R为观察者距样品的距离、为入射光的波长、C为单位体积中的质点数、V为单个粒子的体积、n₁和n₂分别为分散介质和分散相的折散率。散射光强度与入射光波长成反比，也就是说入射光波长越短其散射光强度越强。当波长比较长的光线通过浑浊物质时，被浑浊物质的微粒散射掉的光线越少，即长波长的光线比短波长的光线容易穿透浑浊物质而不容易衰减。本发明根据工作场合条件的特殊性，通过大量的理论分析和试验验证，得出了LED灯发出的光的波长λ 为450-640nm是最为合适的。自然界中，从红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，红光波长最长，黄光次之。眼睛的敏感度随波长的变化而强烈变化，人眼对550nm波长的光（黄光）的敏感程度是其它光色的20倍。单色光中，黄光最适合作为本设计的照明色。但是波长衡量的是单色光，对于常用的混合光（如白光）无法用波长衡量，因此我们引入与波长有相应关系的色温来综合比较单色光和混合光。色温是人眼对发光体的感觉，色温在6000K时，色彩能够被还原出来，并且能够让眼睛感觉放松。白色光下的视觉照感好于黄光，同时考虑烟雾穿透力的问题，得出了LED灯发出的光为5000-6000K的黄光含量较多的白光时是最为合适的。

LED灯具有频闪/报警的警示功能，目的是为了没有及时逃离火场的使用者，可以向施救者发出求救信号。

本发明解决了目前个体消防逃生呼吸类产品缺少照明功能、在火灾发生时逃生人员只能依赖于存在设计或技术缺陷的疏散应急照明来寻找逃生路径的问题，并且本发明装置设计科学，工艺简单，成本低廉，穿戴便捷，使用方便，使用时没有增加佩戴者的重量负担，照明效果非常好，特别适用于如火灾现场等这种特殊场合，值得推广使用。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为反光杯相关参数示意图一。

图3为反光杯相关参数示意图二。

图中：1-呼吸头罩主体、2-透明视窗、3-照明元件、4-电源盒、H-光源中心与反光杯顶面的垂直距离，D-反光杯顶部开口直径，B-光线通过反射后的出光角，A-溢散光光角，L-照射距离，E-中心聚光光斑直径，F-溢散光光斑直径。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步地描述：

如图1、2所示，一种带有照明元件的消防逃生呼吸头罩，包括呼吸头罩主体1，呼吸头罩主体1的前端中间位置设有透明视窗2，呼吸头罩主体1前端位于透明视窗2上方的中间或旁侧的位置安装有照明元件3，呼吸头罩主体1的后侧安装有内置型或外置型的电源盒4，照明元件3通过耐高温电缆与电源盒4连接；照明元件3包括金属反光杯，金属反光杯内安装有LED灯作为光源，其中，金属反光杯顶面与光源中心的垂直距离H为1.4-2.5cm，金属反光杯的顶部开口直径D为2.3-4cm，金属反光杯内光线通过内壁反射后的出光角B为0°＜B≤120°，金属反光杯的内壁成光面状。

具体实施时，照明元件3的光源中心与透明视窗2中心的垂直距离为6.5-9.5cm，优选8cm，并且照明元件3发出的光束与人眼视线平行设置。LED灯发出的光的波长λ 为450-640nm、光色温范围为5000-6000K。LED灯具有频闪/报警的警示功能。

Claims (5)

1.一种带有照明元件的消防逃生呼吸头罩，包括呼吸头罩主体（1），呼吸头罩主体（1）的前端中间位置设有透明视窗（2），其特征在于：呼吸头罩主体（1）前端位于透明视窗（2）上方的中间或旁侧的位置安装有照明元件（3），呼吸头罩主体（1）的后侧安装有内置型或外置型的电源盒（4），照明元件（3）通过耐高温电缆与电源盒（4）连接；照明元件（3）包括金属反光杯，金属反光杯内安装有LED灯作为光源，其中，金属反光杯顶面与光源中心的垂直距离H为1.4-2.5cm，金属反光杯的顶部开口直径D为2.3-4cm，金属反光杯内光线通过内壁反射后的出光角B为0°＜B≤120°，金属反光杯的内壁成光面状。

2.根据权利要求1所述的带有照明元件的消防逃生呼吸头罩，其特征在于：照明元件（3）的光源中心与透明视窗（2）中心的垂直距离为6.5-9.5cm，并且照明元件（3）发出的光束与人眼视线平行设置。

3.根据权利要求1或2所述的带有照明元件的消防逃生呼吸头罩，其特征在于：LED灯发出的光的波长λ 为450-640nm、光色温范围为5000-6000K。

4.根据权利要求1或2所述的带有照明元件的消防逃生呼吸头罩，其特征在于：LED灯具有警示功能。

5.根据权利要求3所述的带有照明元件的消防逃生呼吸头罩，其特征在于：LED灯具有警示功能。