CN104721978B - 一种改进型面罩式碳-氧交换型自主呼吸器 - Google Patents

Abstract

一种改进型面罩式碳-氧交换型自主呼吸器，包含开口面罩、空气室、反应室、连通反应室与空气室的数根小口径金属管以及带单向阀的呼气导管与吸气导管。通过只准气体出不准气体进将呼气直接导入具有双层结构特别设计的反应室，与分层放置的金属超氧物反应，将呼出的CO₂与超氧化物反应释放出来的O₂经数根小口径金属管将反应热散热后再返回空气室，供吸气只用。本发明中的改进型自主呼吸器既克服了传统混流式呼吸器碳-氧交换反应滞后、需用氧烛提前制氧供呼吸用的弊端，也解决了现有碳-氧交换型自主呼吸器散热性差的缺陷，可制成小巧、方便佩戴的自主供氧呼吸器，可防止有毒烟雾伤害，并作为缺氧条件下应急供氧的工具。

Description

一种改进型面罩式碳-氧交换型自主呼吸器

技术领域

本发明涉及一种呼气与吸气分流并强化散热的改进型面罩式碳-氧交换型自主呼吸器，该呼吸器是一种用于火灾中逃生的器材，属消防器材的一种。

背景技术

据统计，火灾致死的人数中约有80%以上是被有毒烟雾熏死的，只有不到20%是被直接烧死的。因此，如何防止被熏死是减少火灾死亡人数的重要措施之一。据了解消防主管部门已要求酒店、宾馆、娱乐场所等人群集中的地方配备防烟雾器材。但是，目前市场上供上述单位应用的防烟雾器材，主要有两种：一种是用活性炭吸附过滤有害物质的过滤型呼吸器；另一种是化学制氧的自供氧呼吸器。以过滤型呼吸器用得最普遍。实践证明，这种过滤型呼吸器不能有效地防止被毒烟熏死，主要原因是过滤型呼吸器在浓烟滚滚、毒烟雾高度饱和的火灾现场，有限活性炭的吸附过滤作用很快被毒烟饱和，三几分钟内便失去滤除毒烟雾的作用。而化学氧呼吸器虽也有用超氧化物吸收CO₂和放出O₂供呼吸用，但是未能按反应特点，进行气体分流设计，只是一个盛有超氧化物的大气囊，呼气与吸气都在这一大气囊中，呼出的CO₂要通过较慢的扩散作用，才能到达底部的反应区与超氧化物反应放出O₂，部分CO₂还未来得及扩散到底部又被吸入肺部。出于供氧与呼吸需要，常需要用氧烛提前产生氧气供氧。所谓氧烛就是一种可用于在缺氧环境中自救使用的通过加热氯酸钾（KClO₃）或氯酸钠（NaClO₃）产生氧气的装置。这种化学供氧呼吸器要附带KClO₃或NaClO₃制氧装置，和体积较大的气囊，笨重，不便携带，成本和售价较高，不受用户欢迎，难于推广。

申请2014102880006（申请人的在前申请）设计了一种可将呼气与吸气分流，让呼出气体先与超氧化物反应，吸收了呼出的CO₂，并放出O₂之后，再返回空气室，供吸气之用的呼气与吸气分流的面罩式碳～氧交换型自主呼吸器，此新型设计的呼吸器克服了现有的简单气囊设计的缺点，无需用氧烛提前制氧。装置紧凑轻便，便于做成个人佩戴式逃生呼吸器，成本较低，易于推广。

但是从申请2014102880006说明书记载内容可知，超氧化物与人体呼出的CO₂、水蒸气的反应属于放热反应，而该申请中提到的面罩式碳～氧交换型自主呼吸器结构设计未能很好解决反应热的散除问题，致人吸入的是热气，令人很不舒服，也影响其推广应用。

有鉴于此，本发明专门设计了一种在保证呼气与吸气分流同时，将呼出的CO₂与超氧化物反应释放出来的富氧热空气，经导热金属压板及数根小口径金属管将反应热散热后再返回空气室，供吸气之用，呼气与吸气分流的改进型面罩式碳～氧交换型自主呼吸器，此新型设计的呼吸器克服了传统的简单气囊设计的缺点，无需用氧烛提前制氧，同时克服了在先前申请的自主呼吸器散热效果差的问题。装置紧凑轻便，便于做成个人佩戴式逃生呼吸器，成本较低，易于推广。

发明内容

本发明目的是为了克服上述背景技术的不足，提供了一种改进型面罩式碳-氧交换型自主呼吸器，包含下列部件：

具有视窗、在开口处嵌有过滤纱布层且具有一进一出两个单向阀的开口面罩；

贮存交换后空气的空气室；

可吸收CO₂和放出O₂的碳-氧交换反应室；

连通反应室与空气室的数根小口径金属散热管；

连接上述单向阀之一引导呼出气流直达碳-氧交换反应室的呼气导管和连接另一个单向阀让交换后气体进入吸气系统的吸气导管；

其中，通过设置在开口面罩的两个单向阀分别与呼气导管和吸气导管连接，使呼气与吸气分流，呼出的气体直接进入反应室起交换反应，反应后的气体通过多孔金属板及数根小口径金属管散热后，进入空气室，再经吸气导管吸入肺部，为呼吸系统不断提供新鲜氧气的空气；

另外，反应室是一个具有上室和下室的双层结构罐体，两层之间设置了一个特别结构的隔板，该隔板中央开有一个直径1-3cm圆孔，圆孔边沿焊接一个与圆孔直径相同且向上伸出罐体3～8cm的小圆管，圆孔周围的隔板上按同心圆方式钻有多个均匀分布的小孔，罐体最上端还焊有若干小口径金属散热管的盖子（也称金属上盖），盖子中央开有一可插入上述小圆管的圆孔，圆孔可插入小圆管并焊封牢固，盖子上还焊有4～8根小口径金属散热管；下室空间较小，主要供气体分配到各小孔用；上室由下至上按一层多孔金属板，一层玻璃纤维布、一层超氧化物颗粒的顺序叠置足量的超氧化物，最上的一层的玻璃纤维布上再多加一层多孔金属板，压紧之后再用盖子密封。

开口面罩的边沿形态与人面部的形态基本匹配，用松紧带或缚带与面部扎紧，可形成密闭体系，并且在它的开口处设有一进一出两个单向阀，开口处的最上端设有一个可与空气室紧密连接的卡位，将夹有多层过滤纱布的塑胶网片嵌入卡位，另外，开口面罩上与人眼对应部位开有镶嵌透明塑胶片的视窗。

呼气导管是一条穿过空气室，直插入反应室下室，其上口与呼出单向阀连接的金属管或塑胶管。

反应室和空气室用镀锌铁皮制造，盖子及小口径金属管及多空金属压板用铁或铜制造，其余相关零件均为塑料加工制造。

作为散热用的数根小口径金属管采用直连式或侧连式设计，管的形态可以是直管，也可是螺旋管。

其中呼气管穿过空气室盖底，及反应室各层物料之间的多空金属板和上下层的隔板都要不留间隙，要将管与孔口之间间隙密封。

其中反应室内放置的超氧化物优选KO₂或NaO₂。

本发明的呼气与吸气分流的面罩式碳～氧交换型自主呼吸器还可小型化为口罩式（只罩住口鼻）的、更轻便、易于佩戴的小型呼吸器。至于眼睛部位可另配置潜水用的密封式眼镜。其中，面罩的形态要改成能罩住口鼻并且与面部紧贴形成密封状态的小型面罩，其余各部件的结构与大面罩的基本相同，只是规格尺寸按一定比例缩小。还可将连接空气室与反应室的小口径金属管f放在空气室外周，使两室间距缩小，整体结构更紧凑。只是小型化后，装入超氧化物的量会减少，有效供氧时间会缩短些。理论计算表明，只需在反应室中装入150克超氧化物（例如KO₂），供氧一小时应不成问题。对于紧急逃生的要求，一小时已可基本满足需要。

本发明这一改进型呼气与吸气分流的面罩式碳～氧交换型自主呼吸器，创新点在于：

一、反应室和空气室都用易散热的金属制造，并用数根小口径金属管将反应室与空气室连接，使反应气体通过小口径金属管散热后进入空气室再供呼吸用。经试验证明，通过这一改进，完全没有吸入热气的感觉；

二、反应室每层除用玻璃纤维布分隔外，在玻璃纤维布上再加一块多孔金属板将其扣紧在金属反应室，将整个反应室的各层反应物压紧。一方面防止运输过程中物料移向一边而形成无物料空隙，呼出的二氧化碳由空隙短路出去，不与物料接触而交换出氧气。另一方面多空金属盖是良导热体可将反应热导向室壁而向空气扩散。

经这一改进后制出的样品，多人试戴，呼吸顺畅，没有呼吸困难及吸入热气的感觉。让投资者亲身试戴后十分满意，已决定投资建厂生产和推广应用。

附图说明

图1为本发明呼气与吸气分流的改进型面罩式碳-氧交换型自主呼吸器结构示意图；

图2为本发明呼气与吸气分流的改进型面罩式碳-氧交换型自主呼吸器的气体流动情况示意图；

图3为开口面罩结构示意图；

图4为空气室及呼气管、吸气管、小口径金属管结构示意图；

图5为反应室结构示意图；

图6为装满超氧化物后的反应室示意图；

图7为开口面罩零件示意图；

图8为反应室零件示意图(e3-上、下室之间的隔板及上盖俯视效果；e4-上、下室焊合后纵剖面；e5-上、下室焊合并加盖后纵剖面)；

图9为口罩式小型呼气与吸气分流的改进型碳-氧交换型自主呼吸器示意图。

图10为冷却管（即小口径金属管）直连式设计示意图；

图11为冷却管侧连式设计示意图。

图中：a-面罩；b-视窗；c-过滤纱布层；d-空气室；d1-空气室壳体；e-反应室；g-呼气导管；i-吸气导管；f-金属散热管；h-单向阀阀片；m-卡位；n-夹过滤纱布用塑胶网片；o-透明塑胶片；p-出口挡板；l-松紧带或缚带；e1-上室；e2-下室；j-上下室隔板；k-金属上盖（也称盖子）；k1-小圆管；a1-玻璃纤维布；b1-超氧化物；s、多孔金属板。

具体实施方式

接下来结合上述附图1-11说明本发明的面罩式碳-氧交换型自主呼吸器的构成及制备方法。

如图1所示，本发明呼气与吸气分流的改进型面罩式碳-氧交换型自主呼吸器，由如下部件构成：具有视窗b、在开口处嵌有过滤纱布层c且具有一进一出两个单向阀h的开口面罩a；可让呼气和吸气分流的空气室d；可吸收CO₂和放出O₂的碳～氧交换反应室e，反应室内分层放置有超氧化物b1；连通反应室e与空气室d的数根小口径金属管f；连接上述单向阀之一引导呼出气流直达碳-氧交换反应室e的呼气导管g和连接另一个单向阀让交换后气体进入吸气系统的吸气导管i，其中，呼气导管g是一条穿过空气室d直插入反应室e下室e2的金属管或塑胶管。

图2显示了本发明呼气与吸气分流的改进型面罩式碳-氧交换型自主呼吸器在佩带使用时的气体流动情况。

从图3可以看出，面罩a的眼部位置镶嵌有透明视窗b，面罩的边沿形态与人面部的结构相对应，用松紧带或缚带1将面罩扎紧，可与面部成密闭状态，将眼、口、鼻密封其中,它的开口处的隔板p上设有两个单向阀h，一个流向外的单向阀口与呼气导管相接，一个流向内的单向阀与空气室的吸气导管相接，隔板p上方设有一个卡位m。过滤纱布层c就是由两块网状塑胶片n夹着数层口罩用过滤纱布，卡紧在卡位m上构成。

如图4所示，空气室d各零件包括壳体d1、连接反应室的小口径金属管f和连接面罩流入单向阀口的吸气导管i。

如图5所示，反应室e是一个双层结构的罐体，用一个特别结构的隔板j将罐体分为上、下两室。隔板j中央开着一直径1～3cm的圆孔。圆孔边沿焊接有一与圆孔直径一致的小圆管k1，向上伸出罐体3～8cm。圆孔周围按同心圆排布钻有许多小孔，见图8所示。隔板下的下室空间较小，是供气体分配到各小孔用的，上室用于放置超氧化物。按一层玻璃纤维布a1，一层超氧化物b1颗粒的程序分数层放入足量的超氧化物b1。最上一层铺上玻璃纤维布，再盖上中央开有圆孔、圆孔周围对称钻有数个小孔且在小孔焊上金属散热管f的金属上盖k，压紧即成图6所示的反应室e，其中，上室e1按一层多孔金属板s，一层玻璃纤维布a1、一层超氧化物颗粒b1的顺序叠置足量的超氧化物，最上的一层的玻璃纤维布a1上再多加一层多孔金属板s，压紧之后再用金属上盖k密封。

如图7所示，开口面罩的各零件包括面罩a、夹过滤纱布用塑胶网片n及透明塑胶片o，出口挡板p。

图9显示了本发明的呼气与吸气分流的改进型面罩式碳～氧交换型自主呼吸器小型化为口罩式（只罩住口鼻）的小型呼吸器，此时面罩的形态要改成能罩住口鼻并且与面部紧贴形成密封状态的小型面罩，其余各部件的结构与大面罩的基本相同，只是规格尺寸按一定比例缩小，如缩小50%便可。

图10、图11显示了本发明呼气与吸气分流的改进型面罩式碳～氧交换型自主呼吸器所使用冷却管（即小口径金属管f）的两种连接方式，包括直连式设计和侧连式设计，管的形态为直管或螺旋管。

Claims (4)

1.一种改进型面罩式碳-氧交换型自主呼吸器，其特征在于，包含下列部件：

具有视窗（b）、在开口处嵌有过滤纱布层（c）且具有一进一出两个单向阀（h）的开口面罩（a）；

贮存交换后空气的空气室（d）；

可吸收CO₂和放出O₂的碳-氧交换反应室（e）；

连通反应室（e）与空气室（d）的数根小口径金属散热管（f）；

连接上述单向阀之一引导呼出气流直达碳-氧交换反应室（e）的呼气导管（g）和连接另一个单向阀让交换后气体进入吸气系统的吸气导管（i）；

其中，通过设置在开口面罩（a）的两个单向阀（h）分别与呼气导管（g）和吸气导管（i）连接，使呼气与吸气分流，呼出的气体直接进入反应室（e）起交换反应，反应后的气体通过数根小口径金属散热管（f）散热后，进入空气室（d），再经吸气导管（i）吸入肺部，为呼吸系统不断提供新鲜氧气的空气；

另外，反应室（e）是一个具有上室（e1）和下室（e2）的双层结构罐体，两层之间设置了一个特别结构的隔板（j），该隔板（j）中央开有一个直径1-3cm圆孔，圆孔边沿焊接一个与圆孔直径相同且向上伸出罐体3～8cm的小圆管（k1），圆孔周围的隔板（j）上按同心圆方式钻有多个均匀分布的小孔，罐体最上端还焊有若干小口径金属散热管的盖子（k），盖子（k）中央开有一可插入上述小圆管（k1）的圆孔，圆孔与小圆管（k1）焊封密闭；下室（e2）空间较小，主要供气体分配到各小孔用；上室（e1）由下至上按一层多孔金属板（S），一层玻璃纤维布、一层超氧化物颗粒的顺序叠置足够的超氧化物，最上的一层的玻璃纤维布上再多加一层多孔金属板，压紧之后再用盖子（k）密封；

反应室（e）和空气室（d）用镀锌铁皮制造，盖子（k）及小口径金属散热管（f）及多孔金属板用铁或铜制造，其余相关零件均为塑料加工制造。

2.根据权利要求1所述的自主呼吸器，其特征在于：开口面罩（a）的边沿形态与人面部的形态基本匹配，用松紧带或缚带（1）与面部扎紧，可形成密闭体系，并且在它的开口处设有一进一出两个单向阀（h），开口处的最上端设有一个可与空气室（d）紧密连接的卡位（m），将夹有多层过滤纱布的塑胶网片（n）嵌入卡位（m），另外，开口面罩（a）上与人眼对应部位开有镶嵌透明塑胶片（o）的视窗（b）。

3.根据权利要求2所述的自主呼吸器，其特征在于：呼气导管（g）是一条穿过空气室（d）直插入反应室（e）下室（e2）的金属管或塑胶管。

4.根据权利要求3所述的自主呼吸器，其特征在于：作为散热用的数根小口径金属管（f）采用直连式或侧连式设计，管的形态为直管或螺旋管。