CN104874135B - 自给式开、闭路正压空气呼吸器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自给式开、闭路正压空气呼吸器，包括压缩空气瓶、全面罩、安全阀、减压阀、气量分配器、定量供气阀、吸气控制阀、呼气控制阀、呼出导气管、吸入导气管、外接快速插口、清净罐、文丘里管阀、冷却盒、气体暂储舱、排压阀、三通阀、气压表、警报器、肩挂显示表、智能音盒等，能较长时间提供给消防员个人安全使用。本发明是以压缩空气为主要供气源，结合二氧化碳净化转换装置、冷却系统装置的控制、气路走向与分流，使有限的压缩空气在实际应用中，使用时间得以延长。解决消防员在火场、灾场救援时，能够安全有效地、有更充裕时间，在危险有毒、高温火场、无氧缺氧的环境中保护自己，同时去完成各种救援等特殊工作任务。

Description

自给式开、闭路正压空气呼吸器

技术领域

本发明应用在消防、矿山救援，航天、化工、潜艇、潜水等特殊工作行业，以及军队反恐、核生化战争等领域，尤其涉及一种自给式开、闭路正压空气呼吸器，解决消防员及其他特殊工作人员，在危险有毒的灾场、高温火场、无氧缺氧环境去工作或救援时，比现有技术的正压空气呼吸器，能提供更长工作时间，供给人体呼吸用安全气体需要。比现有技术的正压氧气呼吸器，能提供在高温火场或更复杂的环境，供给人体呼吸舒适安全气体需要。消防员在灾场等特殊环境，有更充裕时间能够有效地保护自己，安全地去完成各种工作或救援任务。

背景技术

在危险有毒的灾场、高温火场、无氧缺氧环境去工作或救援时，现有能够提供个人背负、自给式、移动的安全有效保护人体正常呼吸给消防员及其他特殊工作人员（消防员及其他特殊工作人员以下简称为消防员）使用的呼吸保护有两种方式：一种是自给开路式压缩空气呼吸器（GB/T16556-2007）和正压式消防空气呼吸器（GA124-2013）。统称为开路式正压空气呼吸器。另一种是自给闭路式压缩氧气呼吸器（GB23394-2009）和正压消防氧气呼吸器（GA632-2006）。统称为闭路式正压氧气呼吸器。其他如过滤式、压缩氧、生氧式、长管式等各种能移动形式使用呼吸器，因其使用环境、方式、方法有一定限制，不适合消防员长时间、移动救援工作使用，与本发明目的无关，不在此展开叙述。

对于呼吸器发明人、设计工程师、生产技术人员以及实际应用的消防员来说，都明白知道，将以上两种呼吸器比较，有以下明显几个优缺点。

开路式正压空气呼吸器优点就是：1.气源较易取得，正常空气直接通过压缩机压缩、自动过滤、排水而得。其压缩空气经降压后，适合全部消防员呼吸需要，无不适感。2.气源为大气中正常空气，空气不是助燃、爆燃气体，可以在有明火暗火、高温环境下使用。高温、明火暗火环境下使用，排出气体不会发生助燃。3.消防员在大、中劳动强度工作下，清洁的透明面罩雾气会较少，能清楚观察目标。无需另加保明片、防雾剂等措施与装置。4.结构简单，无二氧化碳吸收转换装置、冷却装置、过渡储气舱等装置。

但是，正压空气呼吸器在实际应用中最大缺点就是使用时间太短。以6.8升气瓶为例，充30MPa空气,约有2040多升空气。按人体呼吸标准理论计算，大约可用60分钟。实际上，因现有技术的空气呼吸器结构上的原因，使用时间30分钟就报警，甚至20分钟就报警，需停止工作撤出。不但影响消防员工作效率或撤退安全，无足够时间供给呼吸的安全气体，甚至会发生因无气可吸而导致死亡事件。

闭路式正压氧气呼吸器最大优点就是：使用时间较长。理论上，正常情况下能提供四个小时工作时间。但实际应用中，现有闭路式正压氧气呼吸器也不能完全达到四个小时工作使用时间。

闭路式正压氧气呼吸器有几个大缺点：1.气源为纯氧气。纯氧气禁触油脂，易助燃、不能过高加压等特性。特别是余气不断直接排放到大气时，余气排出就是大量纯氧气排出。若遇高温、暗火或明火时即引起爆燃，会带来严重后果。在高温或火灾现场使用危险性极大。现有闭路式正压氧气呼吸器结构，肯定不能在高温火场或有暗火环境使用。但，部分人被EN137所谓〝火焰吞噬〞试验喷火所误解，误以为可以在消防火场，使用闭路式正压氧气呼吸器的错误看法。〝火焰吞噬〞模拟并非实际使用期间遇火的试验。2.气源取得较难。首先需要先取得，已压缩合格的医用级的99%纯氧气，然后从其低压氧气大气瓶中医用级的纯氧气，加压20MPa转灌到呼吸器小气瓶中。这种转灌加压过程需专业人员小心操作，较空气加压有更大危险性。3.全面罩雾气较大，甚至看不清眼前目标。需要另加保明片、用防雾剂等方法措施解决。由于现有正压氧气呼吸器其结构方式所限，全面罩雾气大的问题较难解决。4.结构较复杂，应用维护也较麻烦。工作基地要有专用冰箱，并预先深度冷冻，要预冻结冰袋、冰块等冷却物待用。救援现场也要有专用储冰柜。使用极为不便。5.医用级的99%纯氧气，以压缩气体存储在呼吸器气瓶内，即使减压后，供人体呼吸仍有一定压力。纯氧并不完全符合人体呼吸系统生理需求。特别是活动量不大、连续长时间时，不适宜带压呼吸纯氧。易造成部分使用人员氧气中毒。职业潜水员佩戴正压氧气呼吸器，要经过人体氧敏感试验（GB20827-2007职业潜水员体格检查要求）。医学证明，部分人对纯氧有过敏反应，以及长时间呼吸带有压力纯氧对身体有害。医学研究已有定论，不在此展开叙述。因此，部分消防员使用正压氧气呼吸器，带压吸进氧气会有不适感，甚至有不良反应。6.正压氧气呼吸器由于部分循环气体是通过化学反应产生氧气，反应中会产生热量，经冷却后才能供人体吸入。因此，有时会因冷却不完美，消防员感到吸入气体的温度较高，人体呼吸系统会有不适感觉。7.在人体呼出的含有二氧化碳气体废气，若无控制全部进入散热清净罐与化学剂起反应，会产生大量热量，增加冷却部分的负担。同时温热气体进入面罩更易产生雾气。这就是全面罩雾气主要原因之一。人体呼出的二氧化碳废气，经反应后，全部进入气体暂储舱，气体暂储舱储量太多时，气体自动排出，造成浪费。同时，因与纯氧混合后排出，在火场存在极大安全隐患。

部分正压氧气呼吸器还有几个缺点：1.由于人体长时间、连续呼出含二氧化碳废气，进入清静罐与其反应的化学剂产生大量的热气，为了减低热量。在反应之前全部排掉，节省了冷却装置中冷却物质，减轻了重量。这种做法称作前置排气法。但又带来了呼吸循环气没有了，只使用气瓶中气体，工作使用时间就会大辐度减少的新问题。2.大幅度提高氧气瓶压缩气能力，从20MPa，提高到30MPa。增加气体储量，延长使用时间。国际公认通用规定，氧气加压一般为20MPa，极少有人将氧气加压到30MPa。虽然现在没有标准或研究表明，将氧气压缩30MPa有哪些未知安全隐患。虽然现行的气瓶可允许压力达到40MPa以上。但国际安全从业人员从不建议将氧气压缩到30MPa，以此加压方式来增加容量。3.氧气为氧化剂，易与铝等金属起反应。若氧气呼吸器采用铝合金内胆复合气瓶，长时间内胆表面易被氧气氧化，加速老化，甚至可能产生其他非正常呼吸气体。因此，国际上部分国家仍不用铝合金内胆复合气瓶装载氧气。特别是医疗行业，宁可重一些，也极少数放弃用钢制瓶装载氧气的方法。

综上所述，两种正压空气呼吸器均有其优缺点。但是，作为消防员来说，最大的需要，要能够相对有长时间，对人体安全呼吸的保护装置。才有充裕时间，有效地保护自己，同时能安全地去完成各种救援任务。现实事件中也常因为呼吸器使用时间太短，影响救援及工作效率，甚至丧命。

因此，几十年来本行业研究与应用人员迫切希望呼吸器，能提供安全又较长工作时间的呼吸保护装置。有人提出加大气瓶容积、提高气瓶压力、双气瓶、使用外置气源、间歇使用、过滤器互相切换使用等等，各种能延长使用时间的方案。这些方案有合理部分，也有不合理部分，但均未被广泛采用。

最接近本发明方案最接近的公开技术有：有国标GB/T16556-2007自给开路式压缩空气呼吸器和行标GA124-2013正压式消防空气呼吸器，国标GB23394-2009自给闭路式压缩氧气呼吸器和行标GA632-2006正压消防氧气呼吸器。Drager pss BG4plus、Biopak240、CN2686651Y、CN202146531U、CN103182152A、CN2060677U等。

发明内容

针对背景技术中叙述开路式正压空气呼吸器与闭路式正压氧气呼吸器两种呼吸器技术中存在问题与不足之处，本发明提供一种相对能较长时间使用的背负自给式开、闭路正压空气呼吸器装置。本发明并非将开、闭路两种正压呼吸器优点进行简单的合并，而是在供气方式、方法、气路分配做出独特按排，在结构上增添合理方案与构件。解决两种正压呼吸器存在的缺点，提供一种全新的方案，即能相对较长时间使用的背负自给式开、闭路正压空气呼吸器。查阅现有公开的技术，并无类似或相同方案与产品。

本发明开、闭路空气呼吸器装置的主气源采用适合正常呼吸用的纯压缩空气。而非纯氧气体、氦氧气体、氮氧气体等混合富氧气体。现有公知技术，自给开路式正压呼吸器气源就是要用压缩空气，而自给闭路式正压呼吸器气源就是要用压缩氧气。本发明开、闭路空气呼吸器装置，不管是置于开路或闭路式状态下，只采用压缩的纯空气。

从人体呼吸生理原理中知道，人体正常从空气中吸入气体，其各种主要气体体积比例为79%氮气，20.9%的氧气，0.04%的二氧化碳等气体。通过人体呼吸系统进行交换后，人体呼出废气的比例是16-18%的氧气，3-5%的二氧化碳。79%氮气没有太多变化再呼出。再吸入正常空气，再呼出废气。如此不断地循环，维持生命呼吸。

本发明开、闭路式正压空气呼吸器，不采用纯氧气、氦氧气体或氮氧气体等混合富氧气体为主要气源。而是采用可压缩正常空气为主要气源，可正常为人体生理需要提供安全的呼吸气体。正常人体呼吸，只要一个大气压力下，含有19-21%体积浓度正常空气，并保证有一定的通气量，生存就没有问题。简单地说，人体安全呼吸就是需要保证氧气含量足够，保证足够通气量，且没有有毒有害物质。只要气体中耗氧量足够，以及保证通气量足够，不含有毒有害物质，与选择吸入是否纯氧、混合氧，还是正常空气的气源，对人休呼吸系统都能接受。但这一点往往被业界人员误解和忽视。有的工程师认为，只有纯氧气源，才可以采用闭路方式做正压氧气呼吸器。至少认为需要富氧比例的氧-氮等混合气体，才适合闭路式正压呼吸器气源。因此，几十年来，本案这种采用压缩纯空气，开、闭路方式做正压呼吸器方法还没有相同先例与方案。

为实现上述目的，本发明提供一种自给式开、闭路正压空气呼吸器，包括压缩空气瓶、全面罩、安全阀、减压阀、气量分配器、定量供气阀、吸气控制阀、呼气控制阀、呼出导气管、吸入导气管、外接快速插口、清净罐、文丘里管阀、冷却盒、气体暂储舱、排压阀、三通阀、气压表、警报器；

所述全面罩与人体呼吸系统进行呼吸交互，全面罩具有第一气流供应端、第二气流供应端和气流输出端；所述三通阀具有第一输入端、第二输入端和输出端；

所述压缩空气瓶空气通过安全阀和减压阀后分为两路，一路供给定量供气阀，另一路供给气量分配器；所述定量供气阀的一部分气体连接三通阀的第一输入端，所述定量供气阀的另一部分气体供给到文丘里管阀；所述气量分配器通过吸气控制阀后连接三通阀的第二输入端，所述三通阀的输出端连接全面罩的第一气流供应端；

所述全面罩的气流输出端连接呼气控制阀，呼气控制阀的一部分气体经清净罐后抽送到文丘里管阀，文丘里管阀的气体经过冷却盒的降温后送入气体暂储舱，气体暂储舱与全面罩的第二气流供应端连接，气体暂储舱内的过压气体排入大气；所述呼气控制阀的另一部分气体排出到清净罐外壳散热片表面上，协助清净罐散热片实现冷却作用后排入大气；

所述气量分配器，是根据人体呼吸量大小，提供所需量的气量；当人体吸气量超过气体暂储舱能供给流量时，或需强制大流量供气时，气量分配器自动打开；当人体吸气量从气体暂储舱供给足够时，气量分配器自动关闭，不会造成气体持续大量供气排出而浪费。

其中，所述空气呼吸器还包括用于连接外挂压缩空气瓶的外接快速插口，外接快速插口与三通阀的第一输入端连接；当消防员背负自给气体不够时，可另外接上随身配带小气瓶；也可由手提或胸挂气瓶供气，与外接快速插口相连，可较长时间使用。

其中，所述空气呼吸器还包括用于指示气体暂储舱气体的质量和压缩空气瓶的气压值的肩挂显示表，所述肩挂显示表还能在气瓶低压时声光报警，且该述肩挂显示表还具有无线呼救、无线定位功能。

其中，所述空气呼吸器还包括用于与外界进行语音通讯，且能够返回GPS定位信息的智能音盒；所述智能音盒与外界通讯终端或者服务器无线通讯连接，且该智能音盒还与全面罩内麦克风无线联通；或与喉唛、耳唛和头骨震动唛等语音装置联通；另有供普通对讲机外接插口，便于与现有对讲机互通联络。

其中，所述压缩空气瓶采用工作压力大于30MPa压缩空气瓶，气瓶水容积在3升至9升，可储存压缩纯空气900升至2700升。

其中，在所述全面罩的口鼻罩前方装有小型麦克风，经由蓝牙、Zigerbee、或WiFi无线发射的形式，传送给智能音盒发出声音，与被救人员、同伴进通话；无线发射的形式也可双向与指挥员联系；全面罩的排气阀有小型流量传感器，其数据可供消防员呼吸气量科学管理与应用技巧的提升。

其中，所述冷却盒为可拆卸快速更换冷却剂式冷却盒，该冷却剂为冰、蓝冰、冷水或二氧化碳压缩气体中的一种或几种的组合。

其中，所述清净罐为带有散热片的清净罐；二氧化碳与氢氧化钙等药剂反应时产生的热量能传到外壳散热片上散发出去；药剂可选用氢氧化钙、氢氧化锂、氢氧化钠等各种高效生氧化学反应剂，可单一或也可组合使用。

其中，所述气体暂储舱装有氧气与二氧化碳传感器，能测出清净罐内药剂反应后气体质量，其数值在肩挂显示表中显示；有异常气体时，可实时关闭呼气控制阀。

为实现上述目的，本发明还提供一种自给式开、闭路正压空气呼吸器，包括压缩空气瓶、安全阀、减压阀、气量分配器、定量供气阀、吸气控制阀、全面罩、呼气控制阀、分子膜清静罐、文丘里管阀、气体暂储舱；

所述全面罩与人体呼吸系统进行呼吸交互，全面罩具有第一气流供应端、第二气流供应端和气流输出端；

所述压缩空气瓶通过安全阀和减压阀后分为两路，一路供给定量供气阀，另一路供给气量分配器；所述定量供气阀的全部分气体供给到文丘里管阀；所述气量分配器通过吸气控制阀后连接全面罩的第一气流供应端；

所述全面罩的气流输出端连接呼气控制阀，呼气控制阀连接分子膜清静罐，分子膜清静罐将人体呼出废气进行净化，净化后的氧气和氮气送到文丘里管阀，同时将二氧化碳分离排入大气中；文丘里管阀连接气体暂储舱，气体暂储舱与全面罩的第二气流供应端连接，气体暂储舱内的过压气体排入大气；

所述气量分配器，是根据人体呼吸量大小，提供所需量的气量；当人体吸气量超过气体暂储舱供给流量时，或需强制大流量供气时，气量分配器自动打开；当人体吸气量从气体暂储舱供给足够时，气量分配器自动关闭，不会造成气体持续大量排出而浪费。

其中，所述空气呼吸器还包括用于连接外挂压缩空气瓶的外接快速插口，外接开速插口与全面罩的第一气流供应端连接；当消防员背负自给气体不够时，可另外接上随身配带小气瓶；也可由手提或胸挂气瓶供气，与外接快速插口相连，可较长时间使用。

其中，所述空气呼吸器还包括用于指示气体暂储舱气体质量和压缩空气瓶的气压值的肩挂显示表，所述肩挂显示表还能在气瓶低压时声光报警，且该述肩挂显示表还具有无线呼救、无线定位功能。

其中，所述空气呼吸器还包括用于与外界进行语音通讯，且能够返回GPS信息的智能音盒；所述智能音盒与外界通讯终端或者服务器无线通讯连接，且该智能音盒还与全面罩内麦克风无线联通；或与喉唛、耳唛和头骨震动唛等语音装置联通。另有供普通对讲机外接插口，便于与现有对讲机互通联络。

其中，所述压缩空气瓶采用工作压力大于30MPa压缩空气瓶，气瓶水容积在3升至9升，可储压缩纯空气900升至2700升。

为实现上述目的，本发明还提供一种自给式开、闭路正压空气呼吸器，包括压缩空气瓶、安全阀、减压阀、气量分配器、定量供气阀、吸气控制阀、全面罩、排气阀、气体暂储舱；

所述全面罩与人体呼吸系统进行呼吸交互，全面罩具有第一气流供应端、第二气流供应端和气流输出端；

所述压缩空气瓶通过安全阀和减压阀后分为两路，一路供给定量供气阀，另一路供给气量分配器；所述定量供气阀通过气体暂储舱连接全面罩的第一气流供应端，所述气量分配器通过吸气控制阀后连接全面罩的第二气流供应端，所述全面罩的气流输出端连接排气阀；

所述气量分配器，是根据人体呼吸量大小，提供所需量的气量；当人体吸气量超过气体暂储舱供给流量时，或需强制大流量供气时，气量分配器自动打开；当人体吸气量从气体暂储舱供给足够时，气量分配器自动关闭，不会造成气体持续大量排出而浪费。

其中，所述空气呼吸器还包括用于连接外挂压缩空气瓶的外接快速插口，外接开速插口与全面罩的第一气流供应端连接；当消防员背负自给气体不够时，可另外接上随身配带小气瓶；也可由手提或胸挂气瓶供气，与外接快速插口相连，可较长时间使用。

其中，所述空气呼吸器还包括用于指示气体暂储舱气体质量和压缩空气瓶的气压值的肩挂显示表，所述肩挂显示表能在气瓶低压时声光报警，且该述肩挂显示表具有无线呼救功能。

其中，所述空气呼吸器还包括用于与外界进行语音通讯，且能够返回定位GPS信息的智能音盒；所述智能音盒与外界通讯终端或者服务器无线通讯连接，且该智能音盒还与全面罩内麦克风无线联通；或与喉唛、耳唛和头骨震动唛等语音装置联通；另有供普通对讲机外接插口，便于与现有对讲机互通联络。

其中，所述压缩空气瓶采用工作压力大于30MPa压缩空气瓶，气瓶水容积在3升至9升，可储压缩纯空气900升至2700升。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的自给式开、闭路正压空气呼吸器，采用压缩空气做开、闭路式正压呼吸器，有几个优势：一是空气不助燃，当多余气体从气体暂储舱向外排出，很安全。不助燃，也不怕因油脂引起爆燃。二是高压空气气体向低压处排泄会吸热，同时压缩气瓶内气体温度相对低，当定量供气阀向全面罩直接供气时，降低面罩温度，可减少雾气。若气量分配器启动，面罩基本没有雾气。三是同样容积空气可压缩30MPa，储量大，空气对气瓶铝内胆氧化也较氧气小。而氧气一般情况只能压缩到20MPa，储气量较少。另外氧气氧化铝内胆气瓶程度会较快较严重。严重时，甚至会产生对呼吸不良气体。四是从生理上解决了部分消防员初期不适应吸入纯氧的氧敏感生理反应。解决因长时间纯氧吸入而产生氧中毒情况，以及吸纯氧可能出现的其他生理反应问题。五是气源是空气压缩取之容易。与原空气呼吸器用气体压缩方法相同，原空气压缩机仍可使用。摆脱氧气加压的危险性。六是火灾现场储备气体安全。现场可即时更换气瓶，可使用充气机、充气车现场充填。现有技术的氧气充气，是绝对不允许在火灾场所进行充压氧气工作的。

进一步地，本发明还具有以下优点：

1、采用了文丘里管的原理方式，是让清净罐中化学剂与呼气二氧化碳反应后产生的氧气气体，能较易被文丘里管气流抽带，进入气体暂储舱。由于气体被流动，呼气阻力也降低，消防员呼吸就会感觉畅顺轻松。同时也可以提高了气体暂储舱压力，增加储量，呼吸更畅顺。提高了气体暂储舱压力，也会减少气体暂储舱排泄的次数，直接减少使用气瓶的气体，从总体上延长了使用时间。

2、人体呼出废气被呼气控制阀控制，呼气控制阀是可调的，可关或可开或可调。关与开之间多级可调。部分人体呼出气不进入清净罐，不参与反应。减低清净罐反应压力，不单可延长散热清净罐中药剂使用时间。也会减少反应产生的热量，热量减少，对减少面罩上雾有正面效果，人体吸入低一些温度气体会较舒服。同时由于气路走向与气路分流作用，清静罐与冷却盒有所减小，重量有所减轻。进入清净罐，将会控制在每分钟30L以内的流量。这样流量即足够人体中度劳动强度的呼吸量，同时又可减少人体废气大量进入清净罐反应。若劳动强度大，每分钟30L的流量有不足够人体呼吸时，还有气体暂储舱与气量分配器补充供给。

当需要将呼气控制阀完全关闭，将人体呼出废气全部排出时，本发明开、闭路空气呼吸器就近似一种开路式正压空气呼吸器工作方式。也就是说清净罐没有参与工作，冷却盒也没有参与工作时，也可以正常使用。这种方式适合二次使用呼吸器时，无法现场充填药剂和冷却剂时仍可使用。以及清净罐药剂恶化，无法提供安全气体时使用。

当呼气控制阀全部或部分打开时，将人体呼出废气全部不排出或部分不排出，全部或少量人体呼出废气进入散热清净罐反应时，本发明开、闭路空气呼吸器就是相等于闭路正压空气呼吸器。

随着使用时间延长，以及冷却剂效率逐渐降低，从气体暂储罐吸入气体温度有所升高。此时可用呼气控制阀控制人体呼出废气，减少进入散热清净罐，反应量减少，热量亦随着降低。

3、高压30MPa压缩空气瓶气体输出，除了安全阀、减压阀连接外。减压阀给两路阀门供气。一路给定量供气阀供气。一路给气量分配器供气。定量供气阀又分两路气体走向，一路去文丘里管阀，另一路直去全面罩。气量分配器根据人体呼吸量需求，按需供气。当用气量大时，气体暂储舱供气不足够时，气量分配器开始补充，供应足够人体吸气量。当人体吸气量减少时，气量分配器暂停供气，由气体暂储舱供气。

去文丘里管阀一路的气体是将散热清净罐安全气体运送到气体暂储舱。去全面罩一路的气体是直接先去全面罩吹扫雾气，然后供呼吸用。

4、散热清净罐内药剂化学反应产生高温，可高于大气温度。因此，在散热清净罐外壳连体设有散热片装置，可以将反应产生热量，即时传热到大气散发一部分热量，并不影响化学反应，也不抑制化学反应过程。这样大大减少冷却系统负担。有时环境温度更低，有利散热片降温。越大的温度差，对散热片散热效果就会越好。

利用呼出人体呼出废气与反应罐产生热量相比有较低温度气流，对清净罐外壳散热片吹扫散热效果有明显作用。清净罐内与二氧化碳反应生氧剂，可选用氢氧化钙、氢氧化锂等各种高效化学反应剂。

5、为了更准确掌握开、闭路空气呼吸器装置内气体质量,气压暂储舱内设有氧气和二氧化碳传感器。监察清净罐反应后产生气体质量数据是否安全。数据在肩挂显示表中显示。

6、冷却盒为可拆卸方式。冷却盒设计为内可装冰、蓝冰、冰水或二氧化碳压缩气体等各种冷却剂。可拆卸方式冷却盒可灵活地、通用地、更快更换各种冷却剂，而不是一种呼吸器只能用一种冷却剂。这样有利于现场二次使用。

7、外接快速插口为中压气体快速接口。当紧急情况下需要延长工作时间，或供气中断。可以用有减压阀装置的后备压缩空气瓶，用快速接口将两者相连供气。后备压缩空气瓶可挂在胸前或手提，无需拆下呼吸器气瓶更换。更安全、快捷适合用于有毒环境，给有需要的消防员提供额外的呼吸空气，延续生命的需要。

8、呼出导气管为低压波纹软管，可以以较低阻力呼出。而吸入导气管为中高压软管，适合气量分配器中的中压气体给吸气阀相连，提供大流量、带一定压力气体流动。采用中压软管也有益与外接快速插口相连。

9、本发明开、闭路空气呼吸器装置还有肩挂显示表，显示数据来自安装在气体暂储舱内的气体传感器、气瓶气压来气瓶阀。肩挂显示表还有气瓶压力、使时时间、低压声光报警、气体质量、无线呼救等功能。

10、本发明开、闭路空气呼吸器装置还有全面罩，在全面罩的口鼻罩前方装有小型麦克风，经由蓝牙、Zigerbee、WiFi等无线发射的形式，传送给智能音盒发出声音，与被救人员、同伴进行通话。智能音盒无线发射的形式也可双向与指挥员联系。全面罩的排气阀有小型流量传感器，其数据可供消防员呼吸气量科学管理与应用技巧的提升。

11、本发明开、闭路空气呼吸器装置还有智能音盒，即是一种清晰、声大的小音箱。又可以内置呼救器功能。同时有GPS功能，事故发生即能被定位寻找，又能指示逃生方向。另有供普通对讲机外接插口，便于与现有对讲机互通联络。

12、随着科技进步，分子过滤膜与分子筛制氧技术越来越趋向实际应用，结构也正逐渐小型化。但，仍有待更进一步小型实用化。因此，一种基于自给式开、闭路两用正压空气呼吸器基础上的还可以有另一种新形式出现，只要在本发明现有结构上稍做改动。将人体呼出废气导入装有分子过滤膜（或分子筛）的类似清净罐结构，（以下简称分子膜清净罐）将人体呼出的二氧化碳过滤掉，排入大气中。分子膜清净罐两侧要有压力差才能工作。文丘里管阀产生的负压差，可供分子清净罐工作。在文丘里管阀的作用下，使过滤后无二氧化碳可呼吸气体直接进入气体暂储舱，与气瓶出来的气体混合供人体呼吸。此时，从分子膜清净罐出来的气体，几乎与人体呼气温度相若。产生新比例的气体无须冷却降温，可以去掉冷却盒装置。减轻呼吸器整体的重量。定量供气阀供气量不再分流，全部通过文丘里管阀。

13、本发明一种基于自给式开、闭路两用正压空气呼吸器基础上，简化后还可以再有另一种新形式出现，其主要气源仍为压缩纯空气。但，去掉二氧化碳吸收转换装置的清净罐、冷却系统的冷却盒、文丘里管阀、三通阀等结构件。成为一种与现有自给式正压空气呼吸器技术不同的新结构。当轻劳动强度时用气量不大，只需依靠定量供气阀的供气量，并到达气体暂储罐，给人体提供呼吸气体。由于有了气体暂储舱与定量供气阀，首先解决了呼吸初期与撤离时轻劳动强度时用气量。直到强劳动强度时大用气量，才自动开启气量分配器，取用气量分配器出的大量气体。与现有正压空气呼吸器相比实际使用时间有所延长。

本发明基于自给式开、闭路正压空气呼吸器为一整套方法方案，仅叙述以上三种实施例子外，在此基础上添加、减少或修饰相关结构件，简单调整气路走向、流量分配与控制，均涉入本发明保护范围内。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的原理及气路走向图；

图2为本发明的第二实施例的原理及气路走向图；

图3为本发明的第三实施例的原理及气路走向图。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

实施例1

请参阅图1，本发明的第一实施例中，自给式开、闭路正压空气呼吸器，包括压缩空气瓶100、安全阀101、减压阀102、气量分配器103、定量供气阀104、吸气控制阀105、三通阀106、全面罩107、呼气控制阀108、清净罐109、文丘里管阀110、冷却盒111、气体暂储舱112、肩挂显示表115、智能音盒116等；全面罩107与人体呼吸系统113进行呼吸交互，全面罩107具有第一气流供应端、第二气流供应端和气流输出端；三通阀106具有第一输入端、第二输入端和输出端；压缩空气瓶100通过安全阀101和减压阀102后分为两路，一路供给定量供气阀104，另一路供给气量分配器103；定量供气阀104的一部分气体连接三通阀106的第一输入端，定量供气阀104的另一部分气体供给到文丘里管阀110，气量分配器103通过吸气控制阀105后连接三通阀103的第二输入端，三通阀106的输出端连接全面罩107的第一气流供应端；全面罩107的气流输出端连接呼气控制阀108，呼气控制阀108的一部分气体经清净罐109后送到文丘里管阀110，文丘里管阀110的气体经过冷却盒111的降温后送入气体暂储舱112，气体暂储舱112与全面罩107的第二气流供应端连接，气体暂储舱112内的过压气体排入大气；呼气控制阀108的另一部分气体排出到清净罐109外壳散热片表面上，协助散热片实现冷却吹扫作用后，排入大气；气量分配器103，是根据人体呼吸量大小，提供所需量的气量；当人体吸气量超过气体暂储舱112供给流量时，或需强制大流量供气时，气量分配器103自动打开；当人体吸气量从气体暂储舱112供给足够时，气量分配器自动关闭，不会造成气体持续大量排出而浪费。

本发明能将人体呼出废气经全面罩107到呼气控制阀108，被呼气控制阀108按需进行分路分流。过程如下所示：

a)从全面罩107排出人体呼出废气，被呼气控制阀108控制关闭，人体呼出废气全部不让进入清净罐109的二氧化碳吸收转换装置。从全面罩107呼出废气全部被呼气控制阀108导向吹排到清净罐109外壳散热片表面上，排入大气。此时，即不需要二氧化碳吸收转换装置参与工作，也不需要各种冷却剂参与工作。人体呼吸气量全部由呼吸器供气，犹如开路式正压空气呼吸器工作方式。但气瓶中的压缩空气仍分为两路，一路到定量供气阀104，另一路到气量分配器103。

b)从全面罩107排出人体呼出废气，被呼气控制阀108控制完全打开，人体呼出废气每分钟少于30升进入清净罐109的二氧化碳吸收转换装置。若人体呼出废气每分钟大于30升，部分会排到清净罐109外壳散热片表面上，协助散热片冷却作用后排入大气。整个人体呼吸气体由清净罐来的循环气体与定量供气，在气体暂储仓混合后，供人体呼吸。而气体暂储仓供气量若不是以供人体呼吸，由气量分配器供气。整个呼吸器工作方式犹如闭路式正压氧气呼吸器工作方式。

c)呼气控制阀108在开与闭之间，还可以根据需要，控制人体呼出废气每分钟排出气体的流向。按比例分别导向去散热清净罐109反应和清净罐109外壳散热片表面。这种做法有利于控制呼吸器内的气体质量和气体温度。

可以理解的是，上述清净罐109内与二氧化碳反应生氧剂，可选用氢氧化钙、氢氧化锂、氢氧化钠等各种高效生氧化学反应剂，可单一或组合式使用。

在本实施例中，上述空气呼吸器还包括用于连接外挂压缩空气瓶的外接快速插口114，外接快速插口114与三通阀106的第一输入端连接。当消防员背负自给气体不够时，可另外接上随身配带小气瓶，供5-10分钟呼吸气逃生。也可手提或胸挂气瓶供气,可较长时间供气。

当然，本案并不局限于快速插口114的具体形状和规格，只要能够跟外挂压缩空气瓶或连接管吻合，快速连接的结构，均落入本案的保护范围。

在本实施例中，上述空气呼吸器还包括用于指示气体暂储舱112和压缩空气瓶100的气压值以及气体质量的肩挂显示表115，肩挂显示表115能在气瓶低压时报警，气体质量显示，且该述肩挂显示表115具有无线呼救、无线定位功能。可以理解的是，本案并不局限于肩挂显示表115的具体结构形状，只要是能够显示气压值、气体质量、低压声光报警、无线呼救、无线定位显示的肩挂显示表115，不论是否还有其他新增或减少功能，均落入本案的保护范围。

在本实施例中，上述空气呼吸器还包括用于与外界进行语音通讯，且能够返回定位GPS信息的智能音盒116，智能音盒116与外界通讯终端或者服务器无线通讯连接，且该智能音盒还与全面罩内麦克风无线联通。或与喉唛、耳唛和头骨震动唛等语音装置联通。

典型的应用中，在全面罩的口鼻罩前方装有小型麦克风，经由蓝牙、Zigerbee、WiFi等无线发射的形式，传送给智能音盒发出声音，与被救人员、同伴通话。无线发射的形式也可双向与指挥员联系。全面罩的排气阀有小型流量传感器，其数据可供消防员呼吸气量科学管理与应用技巧的提升。该智能音盒，既是一种清晰、声大的小音箱。又可以内置呼救器功能。同时有GPS功能，事故发生即能被定位寻找，又能指示逃生方向。另有供普通对讲机外接插口，便于与上层无线联络。

在本实施例中，上述压缩空气瓶100采用的是能承受高压30MPa以上压缩空气瓶，气瓶水容积在3升至9升，可储空气900升至2700升。

在本实施例中，上述冷却盒111为可拆卸快速更换冷却剂式冷却盒，该冷却剂为冰、蓝冰、冷水或二氧化碳压缩气体中的一种或几种的组合。可以理解的是，冷却剂并不局限于上述的几种，采用其他公知的冷却剂也属于对本案的简单变换，落入本案的保护范围。

本实施例的工作过程可以这样理解：

一是正常大气中各主要气体体积含量比例分别是：氮气79%，氧20.9%，二氧化碳0.04%。当人体呼出气体（简称呼出废气），氮气含量79%，15-18%，二氧化碳3-5%。废气进入散热清净罐，二氧化碳与化学药剂起反应，去除了二氧化碳，产生氧气与热量。其他气体基本不产生变化。通过冷却盒降温后，供人体呼吸，完全了一个呼吸循环。当呼出废气较少时，化学反应量少，热量也相应减少。当呼出废气较多时，化学反应量大，热量也大。呼出废气被呼气控制阀分流。仅让每分钟少于30升废气进入清净罐，可以减小清净罐内化学反应热量，减少冷却剂消耗。部分呼出废气向清净罐散热片外壳吹扫，带走部分热量。

从定量供气阀出来的空气，一路去文丘里管阀，文丘里管阀的真空作用，将散热清净罐出口的气体带走，减轻了呼气阻力，消防员感觉呼气会畅顺。从定量供气阀出来的空气，另一路去面罩镜面。由于气体是由气瓶出来的较低温度气体，令全面罩镜面不易上雾。解决面罩要用保明片、防雾剂的烦恼。

从定量供气阀出来的空气，流量控制每分钟10-30升左右，可足够提供给消防员中、轻劳动量呼吸的需要。

若消防员轻劳动强度下呼吸，而定量供气阀不断出来的空气与清净罐来的气体到达气体暂储舱，导致气体暂储舱多余，当累积到一定压力时，气体暂储舱排压阀自动排泄过压气体，至一定压力时停止。

当消防员呼吸量增大时，启动气量分配器。按消防员吸气流量大小自动供气。当呼吸量小于每分钟30升时，气量分配器自动关闭。

当开始呼吸初期或感觉有异样时，可观察肩挂显示表。若显示表显示气体质量有问题时，可及时在早期得以发现解决。在工作期间肩挂显示表显示不利的呼吸气体，可及时关闭呼气控制阀，把人体呼出废气不循环，全都排掉。

二是当本发明开、闭空气呼吸器当作开路式空气呼吸器使用时，在呼气控制阀控制下，将进入清净罐入口封闭。人体呼出废气在呼气控制阀导向下，吹向清净罐散热片外壳表面，排入大气中。由于没有循环净化的呼吸气体补充。一直消耗气瓶中气体，较快被损耗完毕。这种模式适合在二次或多次使用呼吸器时，而现场没有适合的化学生氧药剂、冷却剂时适合使用。

而实际使用可根据现场情况，是采用关、闭或调控状态，依据人体呼出废气多少，执行工作时间长短、人体需气量大小，以及配套是否足够来决定。

实施例2

请参阅图2，本发明还提供一种自给式开、闭路正压空气呼吸器实施方案，包括压缩空气瓶200、安全阀201、减压阀202、气量分配器203、定量供气阀204、吸气控制阀205、全面罩207、呼气控制阀208、分子清净罐209、文丘里管阀210、气体暂储舱211、肩挂显示表215、智能音盒213等；全面罩207与人体呼吸系统212进行呼吸交互，全面罩207具有第一气流供应端、第二气流供应端和气流输出端；压缩空气瓶200通过安全阀201和减压阀202后分为两路，一路供给定量供气阀204，另一路供给气量分配器203；定量供气阀204的全部气体供给到文丘里管阀210；气量分配器203通过吸气控制阀205后连接全面罩207的第一气流供应端；全面罩207的气流输出端连接呼气控制阀208，呼气控制阀208通过分子膜清净罐209将气体净化后到文丘里管阀210，文丘里管阀210连接气体暂储舱211，气体暂储舱211与全面罩207的第二气流供应端连接，气体暂储舱211内的过压气体排入大气；气量分配器203，是根据人体呼吸量大小，提供所需量的气量；当人体吸气量超过气体暂储舱211供给流量时，或需强制大流量供气时，气量分配器203自动打开；当人体吸气量从气体暂储舱211供给足够时，气量分配器自动关闭，不会造成气体持续大量排出而浪费。

在本实施例中，上述空气呼吸器还包括用于连接外挂压缩空气瓶的外接快速插口214，外接开速插口214与全面罩207的第一气流供应端连接。当然，本案并不局限于快速插口214的具体形状和规格，只要能够跟外挂压缩空气瓶吻合连接的结构，均落入本案的保护范围。

在本实施例中，上述空气呼吸器还包括用于指示气体暂储舱211和压缩空气瓶200的气压值以及气体质量的肩挂显示表215，215肩挂显示表能在气瓶低压时声光报警、气体质量显示,且该述肩挂显示表215具有无线呼救、无线定位功能。可以理解的是，本案并不局限于肩挂显示表215的具体结构形状，只要是能够显示气压值、气体质量、低压声光报警、无线呼救、无线定位显示的肩挂显示表215，不论是否还有其他新增或减少功能，均落入本案的保护范围。

在本实施例中，上述空气呼吸器还包括用于与外界进行语音通讯，且能够返回定位GPS信息的智能音盒213，智能音盒213与外界通讯终端或者服务器无线通讯连接，且该智能音盒213固定在全面罩207内。典型的应用中，在全面罩的口鼻罩前方装有小型麦克风，经由蓝牙、Zigerbee、WiFi等无线发射的形式，传送给智能音盒发出声音，与被救人员、同伴进通话。无线发射的形式也可双向与指挥员联系。全面罩的排气阀有小型流量传感器，其数据可供消防员呼吸气量科学管理与应用技巧的提升。该智能音盒，既是一种清晰、声大的小音箱。又可以内置呼救器功能。同时有GPS功能，事故发生即能被定位寻找，又能指示逃生方向。且该智能音盒还与全面罩内麦克风无线联通。或与喉唛、耳唛和头骨震动唛等语音装置联通。另有供普通对讲机外接插口，便于与现有对讲机互通联络。

本实施例2与实施例1的区别是清净罐不是药剂反应生氧，而是采用分子过滤膜或分子筛，分子膜清净罐209来隔离或过滤二氧化碳。基本结构基本不变：仅减少冷却系统；气路走向略变：定量供气全部进入文丘里管阀，不分流。当人体呼出废气中含有3-5%二氧化碳，被分子过滤膜隔绝，并排入大气中。氧气与氮气被文丘里管阀吸进，通过分子过滤膜，与气瓶中空气混合，进入气体暂储舱，供给人体呼吸使用。此时，气体中氧气含量会增加提高，属于多氧空气状态。

实施例3

请参阅图3，本发明还再提供一种自给式开、闭路正压空气呼吸器简化实施方案，包括压缩空气瓶300、安全阀301、减压阀302、气量分配器303、定量供气阀304、吸气控制阀305、气体暂储舱306、全面罩307、排气阀308、肩挂显示表311、智能音312等；全面罩307与人体呼吸系统309进行呼吸交互，全面罩307具有第一气流供应端、第二气流供应端和气流输出端；压缩空气瓶300通过安全阀301和减压阀302后分为两路，一路供给定量供气阀304，另一路供给气量分配器303；定量供气阀304通过气体暂储舱306连接全面罩307的第一气流供应端，气量分配器303通过吸气控制阀305后连接全面罩307的第二气流供应端，全面罩307的气流输出端连接排气阀308；气量分配器303，是根据人体呼吸量大小，提供所需量的气量；当人体吸气量超过气体暂储舱供给流量时，或需强制大流量供气时，气量分配器303自动打开；当人体吸气量从气体暂储舱供给足够时，气量分配器303自动关闭，不会造成气体持续大量流出而浪费。

在本实施例中，上述空气呼吸器还包括用于连接外挂压缩空气瓶的外接快速插口，外接快速插口与三通阀的第一输入端连接。当然，本案并不局限于快速插口214的具体形状和规格，只要能够跟外挂压缩空气瓶吻合连接的结构，均落入本案的保护范围。

在本实施例中，上述空气呼吸器还包括用于指示气体暂储舱306和压缩空气瓶300的气压值以及气体质量的肩挂显示表311，肩挂显示表311能在气瓶低压时报警，且该述肩挂显示表311具有无线呼救、无线定位功能。可以理解的是，本案并不局限于肩挂显示表115的具体结构，只要是能够显示气压值和空气质量的肩挂显示表115，不论是否还有其他新增或减少功能，均落入本案的保护范围。

在本实施例中，上述空气呼吸器还包括用于与外界进行语音通讯，且能够返回定位GPS信息的智能音盒312，智能音盒312与外界通讯终端或者服务器无线通讯连接，且该智能音盒还与全面罩内麦克风无线联通。典型的应用中，在全面罩的口鼻罩前方装有小型麦克风，经由蓝牙、Zigerbee、WiFi等无线发射的形式，传送给智能音盒发出声音，与被救人员、同伴进通话。无线发射的形式也可双向与指挥员联系。全面罩的排气阀有小型流量传感器，其数据可供消防员呼吸气量科学管理与应用技巧的提升。该智能音盒，既是一种清晰、声大的小音箱。又可以内置呼救器功能。同时有GPS功能，事故发生即能被定位寻找，又能指示逃生方向。另且该智能音盒还与全面罩内麦克风无线联通。或与喉唛、耳唛和头骨震动唛等语音装置联通。另有供普通对讲机外接插口，便于与现有对讲机互通联络。

本实施例3是在实施例1的基础上去掉二氧化碳吸收转换装置的清静罐、冷却系统的冷却盒、文丘里管阀、呼出导气管，而保留压缩空气瓶、全面罩、呼气阀、吸气控制阀、吸入导气管、外接快速插口、安全阀、减压阀、气量分配器、定量供气阀、气体暂储舱、排压阀、气压表、肩挂显示表、智能音盒等。成为一种与现有正压空气呼吸器技术不同的新结构。

由于分两路大小不同供气量供气，可根据消防员不同时期用量大小不同分别供气，所以与现有正压空气呼吸器实际使用时间相比有所延长。

主要特征是：采用压缩空气瓶，其特征在于采用工作压力高于30MPa压缩空气瓶。气瓶水容积在3升至9升，可储压缩空气900至2700升。瓶口有安全阀、减压阀。减压阀与气量分配器、定量供气阀相联接。

a）定量供气阀为低压低流量进入气体暂储舱。通过全面罩供给人体呼吸，满足中等劳动强度以下小流量的需气量供应。每分钟流量10-30升。

b)气量分配器为人体呼吸需要中压大流量供气，直接到全面罩吸气控制阀，给全面罩供气供给人体呼吸。满足中等劳动强度以上大流量的需气量供应。每分钟流量30-100升。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此三例，任何本领域的技术人员能在此结构方案上思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种自给式开、闭路正压空气呼吸器，其特征在于，包括压缩空气瓶、全面罩、安全阀、减压阀、气量分配器、定量供气阀、吸气控制阀、呼气控制阀、呼出导气管、吸入导气管、外接快速插口、清净罐、文丘里管阀、冷却盒、气体暂储舱、排压阀、三通阀、气压表、警报器；

所述全面罩与人体呼吸系统进行呼吸交互，全面罩具有第一气流供应端、第二气流供应端和气流输出端；所述三通阀具有第一输入端、第二输入端和输出端；

所述压缩空气瓶空气通过安全阀和减压阀后分为两路，一路供给定量供气阀，另一路供给气量分配器；所述定量供气阀的一部分气体连接三通阀的第一输入端，所述定量供气阀的另一部分气体供给到文丘里管阀；所述气量分配器通过吸气控制阀后连接三通阀的第二输入端，所述三通阀的输出端连接全面罩的第一气流供应端；

所述全面罩的气流输出端连接呼气控制阀，呼气控制阀的一部分气体经清净罐后抽送到文丘里管阀，文丘里管阀的气体经过冷却盒的降温后送入气体暂储舱，气体暂储舱与全面罩的第二气流供应端连接，气体暂储舱内的过压气体排入大气；所述呼气控制阀的另一部分气体排出到清净罐外壳散热片表面上，协助清净罐散热片实现冷却作用后排入大气；

所述气量分配器，是根据人体呼吸量大小，提供所需量的气量；当人体吸气量超过气体暂储舱能供给流量时，或需强制大流量供气时，气量分配器自动打开；当人体吸气量从气体暂储舱供给足够时，气量分配器自动关闭，不会造成气体持续大量供气排出而浪费。

2.根据权利要求1所述的自给式开、闭路正压空气呼吸器，其特征在于，所述空气呼吸器还包括用于连接外挂压缩空气瓶的外接快速插口，外接快速插口与三通阀的第一输入端连接。

3.根据权利要求1所述的自给式开、闭路正压空气呼吸器，其特征在于，所述空气呼吸器还包括用于指示气体暂储舱气体的质量和压缩空气瓶的气压值的肩挂显示表，所述肩挂显示表还能在气瓶低压时声光报警，且所述肩挂显示表还具有无线呼救、无线定位功能。

4.根据权利要求1所述的自给式开、闭路正压空气呼吸器，其特征在于，所述空气呼吸器还包括用于与外界进行语音通讯，且能够返回GPS定位信息的智能音盒；所述智能音盒与外界通讯终端或者服务器无线通讯连接，且该智能音盒还与全面罩内麦克风无线联通，或与喉唛、耳唛和头骨震动唛语音装置联通。

5.根据权利要求1所述的自给式开、闭路正压空气呼吸器，其特征在于，所述压缩空气瓶采用工作压力大于30MPa压缩空气瓶，气瓶水容积在3升至9升，能够储存压缩纯空气900升至2700升。

6.根据权利要求1所述的自给式开、闭路正压空气呼吸器，其特征在于，在所述全面罩的口鼻罩前方装有小型麦克风，经由蓝牙、Zigbee、或WiFi无线发射的形式，传送给智能音盒发出声音，与被救人员、同伴进通话；全面罩的呼气控制阀有小型流量传感器。

7.根据权利要求1所述的自给式开、闭路正压空气呼吸器，其特征在于，所述冷却盒为可拆卸快速更换冷却剂式冷却盒，该冷却剂为冰、蓝冰、冷水或二氧化碳压缩气体中的一种或几种的组合。

8.根据权利要求1所述的自给式开、闭路正压空气呼吸器，其特征在于，所述清净罐为带有散热片的清净罐；二氧化碳与药剂反应时产生的热量能传到外壳散热片上散发出去；药剂为氢氧化钙、氢氧化锂、氢氧化钠中一种或多种生氧化学反应剂。

9.根据权利要求1所述的自给式开、闭路正压空气呼吸器，其特征在于，所述气体暂储舱装有氧气与二氧化碳传感器，能测出清净罐内药剂反应后气体质量，其数值在肩挂显示表中显示；有异常气体时，实时关闭呼气控制阀。