CN104540552B - 飞机机组成员呼吸防护装置 - Google Patents

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Abstract

一种在救火中使用的自包含呼吸设备，其包括用于覆盖佩戴者头部的罩、用于密闭罩从而创建在罩的内部的呼吸室的隔膜以及设置在罩的内部的氧气源。该氧气源通过罩内部的导管连接至用户，并且另一个导管将用户呼出的二氧化碳引导到氧气源。呼吸设备包括在罩的内部的可视指示器，该可视指示器对罩的内部存在的气体做出反应，同时该指示器基于罩内存在的气体的量为用户提供可视反馈。

Description

飞机机组成员呼吸防护装置
技术领域
氧气面罩作为在密封结构中救火的工具是本领域众所周知的。当救火时，能够提供稳定氧气和氧气受控流同时保持允许自由移动的重量的便携式氧气面罩是十分必要的。这种需求没有比在飞机的受限和加压环境中更普遍的了。因为飞机的加压室以及大量存在的氧气，所以飞机起火带来许多额外的危险。因此，在本领域中需要一种重量轻且适于全封闭环境的可靠且紧凑的氧气面罩，特别是对于飞机环境而言。
背景技术
所知的现有面罩或呼吸防护装备(PBE)的一个困难在于判断氧气或二氧化碳水平何时会接近危险水平十分困难或有时是不可能的。有时在救火的兴奋状态下，肾上腺素将使得用户延长救火活动直到其变得头晕或失去知觉为止，这会给用户造成显著的危险。由于不能判断装置是否仍旧正常工作，在许多情况下，用户必须移去面罩，并且在能够返回救火之前更换面罩或再装载面罩。如果存在使用户能够监测氧气和二氧化碳的可靠方法，那么这还将允许PBE用户能够更长时间地佩戴该装置。
鉴于这种困难，FCC机组成员的PBE规则(TSO-C116a)的新版本要求“必须将能够使装置运行或停止运行的故障明显地显示给用户。这必须与同样在气体供应枯竭时必须激活的听觉和/或视觉警告一同完成”。本发明试图解决这一问题，从而满足TSO-C116a的这部分要求。
Schwichtenberg等人的专利号为5,613,488的美国专利公开了一种化学氧气发生器呼吸设备，其试图达到氧气的可用性水平并且其目的在于优化氧气的消耗。然而，Schwichtenberg的设备是复杂和昂贵的，并且仅涉及氧气。
发明内容
本发明涉及特别适于在飞机中使用的安全呼吸装置，本发明为用户提供氧气源大致15分钟并且提供设备可操作性的简易指示器。本发明可以在机舱着火的紧急状况下由机组人员使用，并且给用户提供大约15分钟的氧气。本发明进一步提供指示器以确保用户的PBE的工作状态。本发明采用包含用于氧气和/或二氧化碳水平的指示器的膜。该指示器膜将被安装于机组成员的PBE的内部。该指示器为用户提供氧气和/或二氧化碳水平的即时的可视判定。
附图说明
图1是本发明的第一优选实施例的高视角透视图；
图2是用于显示图1中实施例的气流的剖面侧视图；
图3是显示面罩内氧气水平的可视指示器的示例；
图4a和4b是用于显示面罩内氧气和二氧化碳水平的替换的可视指示器；
图5是显示调整机构的侧视图；以及
图6是本发明的正视图。
具体实施方式
本发明的呼吸防护装备或PBE大体被显示在图1和图2中。罩20的尺寸被设计成套在人的头部15上，并且包括使头部15滑入并且形成密封以防止气体或烟雾进入呼吸室30的隔膜25。在用户头部15后面的是如下详细描述的氧气生成系统40。口鼻接口(oronasalmouthpiece)45允许氧气通过单向吸入阀55进入，而自用户排出的二氧化碳经由呼气管50回送到氧气生成系统40。氧气生成于化学反应并且通常自氧气生成系统40通过吸入管60传导至接口45或呼吸室30。
在工作中，用户呼气至口鼻接口45中。该呼出的气行进通过呼气管50并且进入含有KO2(过氧化钾)的罐62。呼出的二氧化碳和水蒸气被吸收并且根据以下反应释放置换的氧气：
氧气生成:2KO2+H2O--------->2KOH+1.5O2
2KO2+CO2--------->K2CO3+1.5O2
二氧化碳去除:2KOH+CO2--------->K2CO3+H2O
KOH+CO2--------->KHCO3
再生的氧气气体通过吸入管60并且进入罩20的主室或呼吸室30中。颈密封隔膜25上方的罩内部容积用作呼吸室30。当用户吸气时，单向吸入阀55允许再生气体进入口鼻接口45并且因此行进至用户的呼吸道。呼吸循环将持续到KO2罐62被耗尽为止。
根据本发明，指示器将从面罩20的内部可视，其将在设备运行时在PBE内提供氧水平和/或二氧化碳水平的状态。评估氧水平和二氧化碳水平的技术是本领域已知的。例如，氧气指示器可以提供在第6,325,974号和第4,504,522号美国专利中，以及第2003/037512号美国专利公布中。对于二氧化碳指示器，参见第6,338,822号和第5,326,531号美国专利以及第2003/045608A号美国专利公布。
可将气体敏感油墨或膜粘附至用户可见周边内的机组人员PBE的内部。在优选的实施例中，在PBE的内部存在两个指示器。第一指示器检测氧气的存在(+30％)，并且当达到或超越阈值时快速改变颜色。第二指示器检测二氧化碳的存在(>4％)，并且同样快速地从一种颜色变为另一颜色。可替换地，该指示器可以具有条状的颜色改变的字体(即“氧气”或“移去罩”)。因此该指示器为用户提供即时方法以便在不移去装置的情况下判断氧气和/或二氧化碳的水平。图3和4示出了可用于本发明的可视指示器的示例。
为了在飞机上使用，本发明的PBE优选为真空密封的并且存储于飞机内的指定位置处。在机舱起火的情况下，该PBE可以快速地被机组人员戴上以便救火。本发明特别适用于使用户免于受到与毒烟，火和缺氧有关的危害。罩20具有观察窗/护目镜(visor)180以便保护用户的双眼，并且罩20提供用于借助自包含氧气生成系统40持续呼吸的构件。在一个优选的实施例中，该系统具有最小15分钟的工作寿命并且使用后可被处理。
如下详细描述PBE罩的工作。在佩戴顺序过程中，用户通过以箭头95指示的方向拉动调整带90来致动氯酸盐起动蜡状物70，进而使口鼻接口45紧靠着用户的脸固定。起动蜡状物70的化学反应式如下所示：
2NaClO3+热--------->2NaCl+3O2
小氯酸盐蜡状物70(起动蜡状物)通过氯酸钠的化学分解产生8升左右的氧气。这种蜡状物70被安装于KO2罐62的底部。当用户调整带90使口鼻接口抵靠用户的脸拉紧时，起动蜡状物70优选地通过拉动由系索80自动展开的释放销75来致动。起动蜡状物70的气体在呼气自呼气管道50进入KO2罐62的那一边上排放至KO2罐62。来自起动蜡状物70的一些氧气提供了呼气管的初始填充，而大量的氧气穿过KO2罐62并且填充了罩20的主室30。
现有技术中的一个挑战为缺少关于PBE在已被激活后的剩余可使用持续时间的任何指示。此外，可工作的持续时间取决于依赖于呼吸速率的用户所进行的工作量。如果将PBE使用到了其极限点，那么随后该罩20在极小限度的情况下且在恐慌状态的惊吓情况下随之发生的崩溃可能是十分不适的。本文描述的发明允许用户首先了解设备正在如期望那样工作，并且随后提醒用户以使得一旦气体水平有问题时用户可以退回到安全地带以将设备移去。此外，FAA机组成员的PBE(TSO-C116a)的新版本要求“必须将能够使装置运行或停止运行的故障明显地显示给用户。这必须与同样在气体供应枯竭时必须激活的听觉和/或视觉警告一同完成”。这样的设备将满足TSO-C116a的“耗尽气源”的要求。
智能的、灵巧的或诊断的油墨通过呈现例如，颜色或发光强度的改变来响应他们的环境。具体的环境参数可以被监测，诸如、温度、湿度、氧气浓度和二氧化碳浓度。基本工作原理是，所用的化合物经由还原氧化(氧化还原)机制改变氧气存在和比例的颜色。用来完成此功能材料的范围相当广泛，但为了简洁起见下面仅示出一个特定类型。
指示器可以包括具有过渡金属氧化物的催化薄膜(纳米颗粒)的油墨，然而可替代地可以由以下4种更常见的成分来构成：半导体的水分散体(TiO2)、牺牲电子给体(三乙醇胺)、氧化还原指示剂染料的水溶液(亚甲蓝)以及封装聚合物(羟乙基纤维素)。当暴露于UV光下时，TiO2颗粒产生电子空穴对。该电子使染料减少，从而导致它被漂白，同时该空穴氧化三乙醇胺。聚合物封装允许染料被旋涂到塑料、金属、纸或其他的表面上。在一个优选的实施例中，使用了基于溶剂的、不可逆的氧气指示器油墨，其包括半导体光催化剂纳米颗粒、溶剂可溶的氧化还原染料、温和的还原剂和聚合物。
在暴露于UVA光时，油墨迅速失去其颜色(<30秒)，并在低氧气浓度的环境中保持无色，而当该油墨暴露于适当的氧气浓度时，其会返回到它原本的颜色(蓝色)。在后一步骤中，颜色恢复的速率与氧气浓度的水平成正比。该膜是可逆的，并且其可以通过UV激活返回到它的白色/清晰的颜色。
作为本发明的一部分，油墨或膜被设计为被粘附至机组人员PBE的内部的指示器。在一个优选的实施例中，PBE的内部会出现两个指示器，一个用于氧气105，一个用于二氧化碳110。指示器不仅仅是一个彩色条，也有可能在该条上具有文本或比例/频谱颜色变化。例如，“文本”显示操作模式，甚至可以概述CO2比例以及O2的比例(参见图4A，4B)。比例将会随着水平的变化而产生(即更多或更少的比例变为有色的)。以这种方式，佩戴者可以辨别一些有关氧气容量消耗的事情。这样做的好处在于，本发明为用户提供了用于判断氧气供应的状态的即时且连续的方法。因为不间断地监测组件的氧气生成，因而本发明还允许PBE用户可以按需要佩戴该装置更长的时间。本发明还提供了不当的罩装配或罩损坏(泄漏)的即时指示。
KO2罐62的耗尽会导致活性氧产生能力的丧失，外加内部温度的迅速增加以及自KO2罐的湿度的释放。在此前，氧气产生能力的丧失导致罩20内部容积的逐渐减小。罩20可能会塌陷在佩戴者的头部15周围；进而导致吸气变得越来越困难，这种情况指示了需要将罩20移去。罩内温度的迅速升高强化了这一指示。由于使用者可拥有罩20内O2及CO2量的可视指示，因而本发明弱化了判断生成氧气产生化学物的消耗的主观特性。这又将允许用户退回到安全地带以移去罩。
本发明已经以一般的方式被描述，但前面的描述以及所包含的附图并不旨在以任何方式限制。本领域的普通技术人员可以想象本文所述实施例的许多修改和替代，并且本发明旨在包含所有这样的修改和替换。因此，本发明的范围由所附权利要求的词语适当评价，并不严格受限于任何描述的实施例或附图中描绘的实施例。

Claims (2)

1.一种呼吸装置，其包括：
罩，其尺寸被设计成套在用户的头部上并且具有护目镜、用以隔离用户的头部并且限定呼吸室的密封隔膜以及在所述罩内侧的自包含氧气源，所述自包含氧气源位于所述用户的头部的后面；
第一管，其连接在所述用户的头部的后面的所述自包含氧气源并且终止在用户的头部之上的位置，以便将氧传输到呼吸区域；
第二管，其将用户的接口连接到在所述用户的头部的后面的所述自包含氧气源，以便将二氧化碳从所述呼吸区域中移开；
用户的接口，其连接到所述罩的前部，所述用户的接口包括用于从所述呼吸区域吸入氧气的单向阀以及用于将二氧化碳排出到所述第二管的第二单向阀；
在所述护目镜上并且面对所述罩内侧的用户的第一内部指示器，所述第一内部指示器为所述用户指示在所述用户的头部的后面的所述自包含氧气源正在所述呼吸室内侧的所述呼吸区域处提供阈值氧气水平；以及
在所述护目镜上并且面对所述罩内侧的用户的第二内部指示器，所述第二内部指示器为所述用户指示在所述呼吸室内侧未超出阈值二氧化碳水平。
2.根据权利要求1所述的呼吸装置，其中所述自包含氧气源包括含有KO2即过氧化钾的罐以及激活使用NaClO3生成氧气的起动蜡状物。
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