CN105457180A - 阻力和过滤型呼吸装置 - Google Patents

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CN105457180A CN201511016223.8A CN201511016223A CN105457180A CN 105457180 A CN105457180 A CN 105457180A CN 201511016223 A CN201511016223 A CN 201511016223A CN 105457180 A CN105457180 A CN 105457180A
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Abstract

一种包括面罩的装置，该面罩具有外表面、内表面、从外表面延伸至内表面的中央开孔和周界。该面罩适于覆盖用户的口部和鼻部以便周界与用户脸部形成气密密封。该装置还包括覆盖面罩并且具有一对条带的外层，所述一对条带具有用于将面罩固定在用户脸部的相互啮合的端部。该装置还包括适于以气密方式被接纳在面罩的中央开孔内的插入物。所述插入物包括外表面、内表面、适于防止用户经其吸气并且允许用户经其呼气的第一部分、适于过滤经其吸入的空气的第二部分、和覆盖所述第一部分和第二部分的盖罩。

Description

阻力和过滤型呼吸装置
相关申请的交叉引用
本申请涉及并且要求2015年11月25日提交的共同拥有且尚待审决的美国专利申请序列号14/951,837的权益，该专利申请的标题为“阻力和过滤型呼吸装置(RESISTANCEANDFILTRATIONBREATHINGDEVICE)”，其整体内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及可穿戴式呼吸装置。更具体地，本发明涉及可穿戴式呼吸面罩，其提供空气过滤和针对空气吸入的阻力。
背景技术
为身体健康或运动比赛进行训练的个人可能希望提高他们的心血管系统的效率，以改善健康和提高耐力。持续暴露于降低氧气浓度的高海拔地区大气中，可增加红血细胞的质量、改善肌肉使用氧气的效率并且增强肺功能。个人可能希望能够获得在任何所需设置中的训练益处。个人可能还希望在任何所需设置中进行训练而不会受到此类所需设置中空气质量的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种呼吸装置，其阻抗穿戴者的空气吸入并且还过滤穿戴者吸入的空气。
在一个实施方式中，呼吸装置包括面罩，该面罩具有外表面、内表面、从外表面延伸至内表面的开孔、和周界。在一个实施方式中，所述面罩适于覆盖用户的口部和鼻部，以便所述周界与用户的脸部并且在用户的口部和鼻部四周形成气密密封。在一个实施方式中，呼吸装置还包括外层，该外层覆盖面罩并且具有一对带有相互啮合的端部的条带，所述相互啮合的端部适于可拆卸地彼此啮合以将面罩固定至用户的脸部。在一个实施方式中，呼吸装置还包括以气密的方式定位在面罩开孔内部的插入物。在一个实施方式中，所述插入物包括外表面、内表面、适于防止用户经其吸气并且允许用户经其呼气的第一部分、适于过滤经其吸入和呼出的空气的第二部分、和覆盖第一部分和第二部分的盖罩。
在一个实施方式中，所述插入物可拆卸地附接至面罩。在一个实施方式中，所述插入物与面罩一体形成。在一个实施方式中，第一部分包括至少一个空气出口阀。在一个实施方式中，所述至少一个空气出口阀的每一个包括从插入物外表面到插入物内表面延伸穿过插入物的开孔、配置在该空气出口阀的开孔中的偏置元件、邻近插入物外表面从偏置元件伸出的支柱(post)、和配置在该支柱上的挠性膜。在一个实施方式中，所述挠性膜经调适和定位，以便当使用该装置的用户呼气时，挠性隔膜弯曲以允许呼出的空气从空气出口阀的开孔流通。在一个实施方式中，所述偏置元件经定位，以便当使用该装置的用户吸气时，所述偏置元件将挠性膜保持在一个位置，其中挠性膜覆盖空气出口阀的开孔并且阻止空气从该空气出口阀的开孔流通。在一个实施方式中，所述至少一个空气出口阀包括多个空气出口阀。
在一个实施方式中，所述第二部分包括过滤器。在一个实施方式中，所述第二部分还包括从插入物外表面到插入物内表面延伸穿过所述插入物的至少一个开孔。在一个实施方式中，所述过滤器的尺寸和形状被设计成覆盖所述第二部分的至少一个开孔。在一个实施方式中，所述第二部分的至少一个开孔的每一个包括形成于其中并且适于防止过滤器被拉入到该第二部分的至少一个开孔中的支撑元件。在一个实施方式中，所述至少一个开孔包括多个开孔。在一个实施方式中，所述过滤器包括多个层。
在一个实施方式中，所述外层包括织物材料。在一个实施方式中，所述织物材料包括弹性材料。
在一个实施方式中，所述盖罩包括穿过其延伸的多个孔，该多个孔限制从中通过的吸气。在一个实施方式中，所述多个通孔的尺寸和形状被设计成提供所述通过其吸气的限制。在一个实施方式中，所述多个孔的数量经选择以提供所述通过其吸气的限制。在一个实施方式中，呼吸装置还包括可与所述盖罩互换的更换盖罩。在一个实施方式中，所述更换盖罩包括穿过其延伸的多个孔，该多个孔进一步限制从中通过的吸气。该进一步吸气限制不同于所述吸气限制。
在一个实施方式中，所述插入物的第一部分是该插入物的第一横向侧并且所述插入物的第二部分是该插入物的第二横向侧。在一个实施方式中，所述插入物包括从其外表面突出的隆起。该隆起将插入物的第一部分与插入物的第二部分隔开。
本发明的阻力和过滤型呼吸装置相对于现有技术呼吸装置的优点在于，其插入物既限制穿戴者可能吸入的空气量，又过滤由此吸入的空气。穿戴者可以在任何所需训练设计中实现限制空气吸入训练的益处。
附图说明
参考结合附图对示例性实施方式所作的以下详细描述，其中：
图1为根据本发明第一示例性实施方式的阻力和过滤型呼吸装置的前正视图，所述装置由用户穿戴而示出；
图2为图1中示出的阻力和过滤型呼吸装置的前透视图，但是所述装置由用户摘下而示出；
图3为图2中示出的阻力和过滤型呼吸装置的后透视图；
图4A为图2中示出的阻力和过滤型呼吸装置的选定元件的分解前透视图。
图4B为图4A中示出的元件的分解后透视图；
图5是图3中示出的阻力和过滤型装置的插入物的前正视图，图中示出了排列于其中的图4A所示的装置的组件；
图6是根据本发明第二示例性实施方式的阻力和过滤型呼吸装置的前正视图，所述装置由用户穿戴而示出；
图7为图6中示出的阻力和过滤型呼吸装置的前透视图，但是所述装置由用户摘下而示出；
图8为图7中示出的阻力和过滤型呼吸装置的后透视图；
图9A为图7中示出的阻力和过滤型呼吸装置的选定元件的分解前透视图，该装置采用的面罩的一部分被切开；
图9B为图9A中示出的元件的分解后透视图；并且
图10为图7中示出的阻力和过滤装置的插入物的前正视图，图中示出了排列于其中的图9A中示出的装置的组件。
具体实施方式
图1-5示出了示例性的阻力和过滤型呼吸装置10(下文中称为“装置10”)。在一个实施方式中，装置10包括覆盖位于中央的不透气的面罩14的外层12。在一个实施方式中，将面罩14的尺寸和形状设置成适于覆盖用户的口部和鼻部。在一个实施方式中，面罩14包括周界16(如图3所示)，周界16适于提供与用户脸部的气密密封。在一个实施方式中，面罩14由橡胶制成。在另一个实施方式中，面罩14由经选择的本领域众所周知的其它适合材料制成，以便周界16提供与用户脸部的气密密封。现在参见图2和图3，在一个实施方式中，面罩14包括内表面18和外表面20。现在参见图4，在一个实施方式中，面罩14包括从内表面18延伸至外表面20的开孔22。在一个实施方式中，开孔22被唇缘24包围。
现在参见图4A和图4B，在一个实施方式中，装置10包括插入物30，插入物30具有内表面32、外表面34和周界表面36，周界表面36包围内表面32和外表面34的整个周界。在一个实施方式中，插入物30具有类似于圆角三角形的轮廓。在一个实施方式中，插入物30具有类似于覆盖个人鼻部和口部的区域的轮廓。在一个实施方式中，内部凸缘38邻近内表面32从周界表面36伸出。在一个实施方式中，中部凸缘40在内表面32和外表面34的中间从周界表面36伸出。在一个实施方式中，外部凸缘42邻近外表面34从周界表面36伸出。在一个实施方式中，内部凸缘38、中部凸缘40和外部凸缘42各自包围整个周界表面36。在一个实施方式中，周界表面36的尺寸和形状被设计成与面罩14的开孔22互补。在一个实施方式中，内部凸缘38和中部凸缘40的尺寸、形状和位置被设计成将面罩14的唇缘24保持在它们之间并且一起形成气密密封。在一个实施方式中，插入物30被可拆卸地插入到面罩14的开孔22中，从而使得装置10的组件具有易清洁性和可替换性这样的益处。
继续参见图4A和图4B，在一个实施方式中，周界表面36包括上端44和下端46。在一个实施方式中，隆起50从外表面34突出，从周界表面36的上端44延伸至周界表面36的下端46，并且将外表面34划分为第一侧52和第二侧54。在本文所描述的实施方式中，外表面34被横向地划分为作为第一侧52的第一部分和作为第二侧54的第二部分，但对于本领域技术人员显而易见的是，其它类型的划分为两部分也是可用的且可能的，包括垂直、对角、同心等，它们未脱离示例性装置10的更广泛原则。
继续参见图4A和图4B，在一个实施方式中，插入物30包括配置在外表面34的第一侧52上的底座56,58,60,62。对于本领域技术人员而言将是显而易见的是，四个底座56,58,60,62的包括仅是示例性的并且装置10的其它实施方式可以包括更大或更小数量的底座。在一个实施方式中，底座56,58,60,62包括从插入物30的外表面34突出的相应圆柱形周界表面64,66,68,70。在一个实施方式中，周界表面64,66,68,70延伸到相应的基本平面的上表面72,74,76,78，该上表面72,74,76,78具有从中由外表面34至内表面32延伸穿过的相应圆形开孔80,82,84,86。在一个实施方式中，底座56,58,60,62还包括设置在相应开孔80,82,84,86中并且具有相应中心96,98,100,102的相应偏置元件88,90,92,94。在本文所描述的示例性实施方式中，偏置元件88,90,92,94为加号形，但对于本领域技术人员显而易见的是，其它形状也是可以的。在一个实施方式中，底座56,58,60,62还包括从相应偏置元件88,90,92,94的中心96,98,100,102伸出的相应的支柱104,106,108,110。
继续参见图4A和4B，在一个实施方式中，插入物30包括开孔112,114,116,118，该开孔112,114,116,118形成在外表面34的第二侧54内并且从中由外表面34到内表面32延伸穿过。对于本领域技术人员显而易见的是，所包括的4个开孔112,114,116,118仅是示例性的并且装置10的其它实施方式可以包括更大或更少数量的开孔。在一个实施方式中，开孔112,114,116,118包括形成于其中的相应支撑元件120,122,124,126。在本文所描述的示例性实施方式中，支撑元件120,122,124,126为V形，但对于本领域技术人员显而易见的是，其它形状也是可以的。
继续参见图4A和图4B，在一个实施方式中，装置10包括挠性不透气的圆盘形膜128,130,132,134。每一个膜128,130,132,134都对应于底座56,58,60,62之一；因此，在包括不同数量底座的装置10的实施方式中，膜的数量可以相应地发生的变化。在一个实施方式中，膜128,130,132,134分别包含相应中央开孔136,138,140,142，该中央开孔136,138,140,142的尺寸和形状被设计成接纳相应底座56,58,60,62的支柱104,106,108,110从而被安装在其上，并且该中央开孔136,138,140,142的尺寸和形状经设计以便在安装在相应支柱104,106,108,110上时，每个膜128,130,132,134覆盖底座56,58,60,62中相应之一的开孔136,138,140,142。
继续参见图4A和图4B，在一个实施方式中，装置10包括过滤器144，过滤器144的尺寸和形状经设计以与插入物30的外表面34的第二侧54互补。在一个实施方式中，过滤器144从通过其吸入和呼出的空气中滤除基本上所有空气传播的颗粒。在一个实施方式中，过滤器144是满足美国国家职业安全和卫生研究所(“NIOSH”)确定的N100类过滤器标准的过滤器。在一个实施方式中，过滤器144能够滤除穿过其的空气中的至少99.97％的空气传播的颗粒(例如，灰尘、沙子等)。在一个实施方式中，过滤器144包含通过结合154而彼此固定的层146,148,150,152。在一个实施方式中，结合154可以通过加热粘合而形成。在另一个实施方式中，结合154可以包括缝合。但是，本领域技术人员可理解的是，上述过滤器144的具体方面(例如，层状结构的使用、层的数量、层的结合方式)仅是示例性的，并且其它安排是可以的，而不会脱离由此具体表达的宽构思。在一个实施方式中，装置10可以包括两个或更多个不同可互换的过滤器144，从而用户能够定制所提供的过滤的程度和类型。在一个实施方式中，装置10可以包括两个或更多个相同可互换的过滤器144，从而用户能够在规定的用量之后更换过滤器144，由此维持充分的过滤并且防止性能下降。在一个实施方式中，装置10可以包括单个过滤器144，但是如上所述，其它过滤器可以单独地用于更换所包括的过滤器144。
继续参见图4A和图4B，在一个实施方式中，装置10包括盖罩156，该盖罩156具有与插入物30类似的轮廓。在一个实施方式中，盖罩156具有内表面158和外表面160。在一个实施方式中，凸缘162在内表面158的整个周界延伸。在一个实施方式中，凸缘162的尺寸和形状经设计以与外部凸缘42互补，外部凸缘42从插入物30的周界表面36伸出，并由此便于将盖罩156附接到插入物30上。在一个实施方式中，盖罩156还包括从内表面158伸出的圆柱形凸起164,166,168,170。在一个实施方式中，凸起164,166,168,170被调整尺寸、形状和位置，以便在盖罩156被附接至插入物30时，凸起164,166,168,170中的每一个接纳支柱104,106,108,110中的相应之一，由此将相应的膜128,130,132,134保持在相应支柱104,106,108,110的所需位置上并且紧靠(flushagainst)相应偏置元件88,90,92,94。如上参照底座56,58,60,62所公开的，对本领域技术人员显而易见的是，凸起的数量可以在装置10的不同实施方式之间变化。在一个实施方式中，盖罩156被可拆卸地附接至插入物30以便能够接触装置10的内部元件(例如以能够更换过滤器144)。在一个实施方式中，盖罩156被永久地附接至插入物30，诸如通过使用粘合剂。
继续参见图4A和图4B，在一个实施方式中，盖罩156包括具有多个孔173的孔阵列172，每一个孔173均穿过盖罩156从内表面158延伸至外表面160。为了清楚起见，图4A和4B仅标出了孔173中的单一一个，但是对本领域技术人员显而易见的是，对一个孔173或多个孔173的公开可以指代本文所描述并且示于图4A和4B中的孔173中的任何一个。对本领域技术人员显而易见的是，形成图1、2和4所示孔阵列172的孔173的具体尺寸、形状和位置仅是示例性的。在一个实施方式中，孔阵列172可以限制穿过其的空气通过，从而提供对用户吸气的阻力。在一个实施方式中，可以选择形成孔阵列172的孔173的数量以控制此种限制。在一个实施方式中，可以选择形成孔阵列172的孔173的尺寸以控制此种限制。在一个实施方式中，装置10可以包括两个或更多个可互换的盖罩156，以便用户能够选择对空气吸入阻力的程度。在一个实施方式中，通孔阵列172被排列成给装置10提供美观的外表。在一个实施方式中，通孔阵列172被排列成基本上为U形的排列。
返回来参见图2和图3，在一个实施方式中，外层12包括从中央部分178向相反方向延伸的条带174,176。在一个实施方式中，中央部分178包括尺寸和形状被设计成围绕插入物30的周界表面36并且将插入物保持在其中的开孔180。在一个实施方式中，外层12由织物材料制成。在一个实施方式中，外层12由弹性材料制成。在一个实施方式中，外层12的尺寸是可调整的(例如，条带174,176的长度是可调整的)。在一个实施方式中，条带174,176包括相应端部182,184。在一个实施方式中，条带174,176的端部182,184包括有相应的钩和环紧固件186,188，使得端部182,184能够彼此固定，由此使得装置10能够被固定在用户的头部(参见图1)。在其它实施方式中，条带174,176的端部182,184包括本领域众所周知的其它固定工具，诸如夹、压合扣、钮扣等。在一个实施方式中，条带174,176包括用于落座于用户耳朵周围的切口190,192，从而进一步将装置10固定在用户脸部。
现在参见图5，描述了装置10的组装。以插入物30为起始，通过将中央开孔136,138,140,142放置在相应支柱104,106,108,110上方，将膜128,130,132,134固定至插入物30。将过滤器144放置在第二侧54上方以覆盖开孔112,114,116,118(未示出)。一旦组装了图5中示出的装置10的元件，将盖罩156的凸缘162与插入物30的外部凸缘42啮合，以将盖罩156固定至插入物30上。盖罩156的凸起164,166,168,170(参见图4B)接纳相应的支柱104,106,108,110之一(参见图4A)，由此将相应的隔膜128,130,132,134之一保持在相应支柱104,106,108,110上的所需位置，即紧靠相应偏置元件88,90,92,94。盖罩156的存在也将过滤器144维持成紧邻插入物30的开孔112,114,116,118。插入物30被插入到面罩14的开孔22中，以便面罩14的唇缘24被接纳在插入物30的内部凸缘38和中部凸缘40之间。面罩14的弹性性质以气密啮合的方式将插入物保持在开孔22内。外层12铺设在其中保留了插入物30的面罩14上。拉伸外层12的开孔180并将其放置在插入物30的上方，以便开孔180围绕插入物30的周界表面36，然后允许拉伸外层12的开孔180回到其松弛状态的(即未拉伸)尺寸，以便外层12的开孔180将插入物30保持在其中并且由此使得面罩14保持在其中。
现在参见图6-10，可以注意到，阻力和过滤型呼吸装置210(下文称为“装置210”)的元件类似于图1-5的装置10的元件。但是，装置210和装置10之间的元件的形状和朝向可能不同。因此，装置210的元件通过图1-5中用于表示装置10类似元件的数字增加200来进行引用。
图6-10示出了另一个示例性的阻力和过滤型呼吸装置210。在一个实施方式中，装置210包括外层212，该外层212覆盖位于中央的不透气的面罩214。在一个实施方式中，面罩214的尺寸和形状被设计成适于覆盖用户的口部和鼻部。在一个实施方式中，面罩214包括适于提供与用户脸部的气密密封的周界216(如图8所示)。在一个实施方式中，面罩214由橡胶制成。在另一个实施方式中，面罩214由经选择的本领域众所周知的其它适合材料制成，以便周界216提供与用户脸部的气密密封。现在参见图7和图8，在一个实施方式中，面罩214包括内表面218和外表面220。现在参见图9A-9B，在一个实施方式中，面罩214包括从内表面218延伸至外表面220的开孔222。在一个实施方式中，开孔222被唇缘224包围。
继续参见图9A-9B，在一个实施方式中，装置210包括插入物230，插入物230具有内表面232、外表面234、以及包含内表面232和外表面234的整个周界的周界表面236。在一个实施方式中，插入物230具有类似于圆角三角形的轮廓。在一个实施方式中，所述插入物230具有类似于覆盖个人鼻部和口部区域的轮廓。在一个实施方式中，内部凸缘238邻近内表面232从周界表面236伸出。在一个实施方式中，中部凸缘240在内表面和外表面232,234的中部从周界表面236伸出。在一个实施方式中，外部凸缘242邻近外表面234从周界表面236伸出。在一个实施方式中，内部凸缘238、中部凸缘240和外部凸缘242各自环绕整个周界表面236。在一个实施方式中，周界表面236的尽寸和形状被设计成与面罩212的开孔220互补。在一个实施方式中，内部和中部凸缘238,240经调整尺寸、形状和位置以便将面罩212的唇缘224保留在它们之间并且形成气密密封。在一个实施方式中，插入物230被永久地固定在面罩214的开孔222中(例如，使用胶粘剂和/或密封胶附接)，从而提供确定面罩214与插入物232之间的气密密封和防止装置210被损坏等益处。
继续参见图9A-9B，在一个实施方式中，周界表面236包括上端244和下端246。在一个实施方式中，隆起250从外表面234突出并且从周界表面236的上端244延伸至周界表面236的下端246。在一个实施方式中，隆起250将外表面234划分为第一侧252和第二侧254。在本文所描述的实施方式中，外表面234被横向地划分为作为第一侧252的第一部分和作为第二侧254的第二部分，但对本领域技术人员显而易见的是，划分为两部分的其它类型是可以的，包括垂直、对角、同心等，它们未脱离示例性装置210的更广泛原则。
继续参见图9A-9B，在一个实施方式中，插入物230包括配置在外表面234第一侧252上的底座256,258,260,262。对于本领域技术人员显而易见的是，所包括的四个底座256,258,260,262仅是示例性的并且装置210的其它实施方式可以包括更大或更少数量的底座。在一个实施方式中，底座256,258,260,262包括从插入物230的外表面234突出的相应圆柱状周界表面264,266,268,270。在一个实施方式中，周界表面264,266,268,270延伸至相应基本平面的上表面272,274,276,278，上表面272,274,276,278具有从中穿过从外表面234延伸至内表面232的相应圆形开孔280,282,284,286。在一个实施方式中，底座256,258,260,262还包括相应偏置元件288,290,292,294，该偏置元件288,290,292,294配置在相应开孔280,282,284,286中并且具有相应中心296,298,300,302。在本文所描述的示例性实施方式中，偏置元件288,290,292,294为加号形，但对本领域技术人员显而易见的是，其它形状也是可以的。在一个实施方式中，底座256,258,260,262还包括从相应偏置元件288,290,292,294的中心296,298,300,302伸出的相应支柱304,306,308,310。
继续参见图9A-9B，在一个实施方式中，插入物230包括开孔312,314,316,318，该开孔312,314,316,318形成在外表面234的第二侧254中并且从中穿过，从外表面234延伸至内表面232。对于本领域技术人员显而易见的是，所包括的四个开孔312,314,316,318仅是示例性的并且装置210的其它实施方式可以包括更大或更小数量的开孔。在一个实施方式中，开孔312,314,316,318包括形成于其中的相应支撑元件320,322,324,326。在本文所描述的示例性实施方式中，支撑元件320,322,324,326是V形的，但对本领域技术人员显而易见的是，其它形状是可以的。
继续参见图9A-9B，在一个实施方式中，装置210包括挠性不透气的圆盘形的膜328,330,332,334。膜328,330,332,334中的每一个对应于底座256,258,260,262之一；因此，在包括不同数量底座的装置210的实施方式中，膜的数量将相应地发生变化。在一个实施方式中，膜328,330,332,334分别包括相应的中央开孔336,338,340,342，所述中央开孔336,338,340,342的尺寸和形状经设计以接纳相应底座256,258,260,262的支柱304,306,308,310以便被安装在其上，并且所述尺寸和形状经设计以便当安装在相应支柱304,306,308,310上时，各个膜328,330,332,334覆盖相应底座256,258,260,262之一的开孔336,338,340,342。
继续参见图9A-9B，在一个实施方式中，装置210包括过滤器344，过滤器344的尺寸和形状经设计以便与插入物230外表面234的第二侧254互补。在一个实施方式中，过滤器344从通过其吸入和呼出的空气中滤除基本上所有空气传播颗粒。在一个实施方式中，过滤器344是满足NIOSH确定的N100类过滤器标准的过滤器。在一个实施方式中，过滤器344能够滤除穿过其的空气中的至少99.97％的空气传播颗粒(例如，灰尘、沙子等)。在一个实施方式中，过滤器344包含通过结合354而彼此固定的层346,348,350,352。在一个实施方式中，结合354可以通过加热粘合而形成。在另一个实施方式中，结合354可以包括缝合。但是，本领域技术人员可理解的是，上述过滤器344的具体方面(例如，层状结构的使用、层的数量、层的结合方式)仅是示例性的，并且其它安排是可以的，而不会脱离由此具体表达的宽构思。在一个实施方式中，装置210可以包括两个或更多个不同可互换的过滤器344，从而用户能够定制所提供的过滤的程度和类型。在一个实施方式中，装置210可以包括两个或更多个相同可互换的过滤器344，从而用户能够在规定的用量之后更换过滤器344，由此维持充分的过滤并且防止性能下降。在一个实施方式中，装置210可以包括单个过滤器344，但是如上所述，其它过滤器可以单独地用于更换所包括的过滤器344。
继续参见图9A-9B，在一个实施方式中，装置210包括盖罩356，该盖罩356具有与插入物230类似的轮廓。在一个实施方式中，盖罩356具有内表面358和外表面360。在一个实施方式中，凸缘362在内表面358的整个周界延伸。在一个实施方式中，凸缘362的尺寸和形状经设计以与外部凸缘242互补，外部凸缘242从插入物230的周界表面236伸出，并由此便于盖罩356与插入物230的附接。在一个实施方式中，盖罩356还包括从内表面358伸出的圆柱形凸起364,366,368,370。在一个实施方式中，凸起364,366,368,370被调整尺寸、形状和位置，以便在盖罩356被附接至插入物230时，凸起364,366,368,370中的每一个接纳相应的支柱304,306,308,310之一，由此将相应的隔膜328,330,332,334保持在相应支柱304,306,308,310的所需位置上并且紧靠相应偏置元件288,290,292,294。如上参照底座256,258,260,262所公开的，对本领域技术人员显而易见的是，凸起的数量可以在装置210的不同实施方式之间变化。在一个实施方式中，盖罩356被可拆卸地附接至插入物230。在一个实施方式中，盖罩356被永久地附接至插入物230，诸如通过使用粘合剂。
继续参见图9A和图9B，在一个实施方式中，盖罩356包括具有多个孔373的孔阵列372，每一个孔373均穿过盖罩356从内表面358延伸至外表面360。为了清楚起见，图9A和9B仅标出了孔373的单一一个，但是对本领域技术人员显而易见的是，对一个孔373或多个孔373的公开可以指代本文所描述并且示于图9A和9B中的孔373的任何一个。对本领域技术人员显而易见的是，形成图6、7、以及9A和9B所示孔阵列372的孔373的具体尺寸、形状和位置仅是示例性的。在一个实施方式中，孔阵列372可以限制穿过其的空气通道，从而提供对用户吸气的阻力。在一个实施方式中，可以选择形成孔阵列372的孔373的数量以控制此种限制。在一个实施方式中，可以选择形成孔阵列372的孔373的尺寸以控制此种限制。在一个实施方式中，装置210可以包括两个或更多个可互换的盖罩356，以便用户能够选择空气吸入阻力的程度。在一个实施方式中，孔阵列372被排列以给装置210提供美观的外表。在一个实施方式中，孔阵列372被排列成基本上为U形的排列。
返回来参见图7和图8，在一个实施方式中，外层212包括从中央部分378向相反方向伸出的条带374,376。在一个实施方式中，中央部分378包括尺寸和形状被设计成啮合面罩214的唇缘224的开孔380，由此接纳并且保持面罩214。在一个实施方式中，外层212由织物材料制成。在一个实施方式中，外层212由弹性材料制成。在一个实施方式中，外层212的尺寸是可调整的(例如，条带374,376的长度是可调整的)。在一个实施方式中，条带374,376包括相应端部382,384。在一个实施方式中，条带374,376的端部382,384包括相应的钩和环紧固件386,388，以使得端部382,384能够彼此固定，由此使得装置210能够被固定在用户的头部(参见例如图6)。在其它实施方式中，条带374,376的端部382,384包括本领域众所周知的其它固定工具，诸如夹、压合扣、钮扣等。在一个实施方式中，条带374,376包括用于落座于用户耳朵周围的切口390,392，从而进一步将装置210固定在用户脸部。
现在参见图10，描述了装置210的组装。以面罩214与插入物230的永久固定组合为起始，通过将中央开孔336,338,340,342放置在相应支柱304,306,308,310上方，将膜328,330,332,334固定至插入物230。将过滤器344放置在第二侧254上方以覆盖开孔312,314,316,318(未示出)。一旦组装了图10中示出的装置210的元件，将盖罩356的凸缘362与插入物230的外部凸缘242啮合，以将盖罩356固定至插入物230。盖罩356的凸起364,366,368,370(参见图9B)接纳相应的支柱304,306,308,310之一(参见图9A)，由此将相应的隔膜328,330,332,334之一保持在相应支柱304,306,308,310上的所需位置，并紧靠相应偏置元件288,290,292,294。盖罩356的存在也将过滤器344维持接近插入物230的开孔312,314,316,318。外层212覆盖在面罩214上，并将插入物230永久地保持在其中。拉伸外层212的开孔380并且将其放置在插入物230的上方，以便开孔380围绕插入物230的周界表面236，然后允许外层212的开孔380回到其松弛状态的(即未拉伸)尺寸，以便外层212的开孔380将插入物230保持在其中并且由此面罩214保持在其中。
现在参见图1-5，将描述根据示例性实施方式由用户使用示例性的装置10。对本领域技术人员显而易见的是，可以基本类似的方式使用示例性的装置210，但是为了简洁，本文仅详细地说明示例性装置10的使用。首先通过将面罩14放置在用户的口部和鼻部以将装置10固定到用户脸部，使条带174,176围绕用户头部的左右侧以便切口190,192与用户的耳朵重合，并使用钩和环紧固件186,188将端部182,184彼此固定。用户可以调整钩和环紧固件186,188以确保面罩14用足够的力压着用户的脸部，以便周界16气密地压紧用户的脸部和用户口部和鼻部四周。通过这种作用，在用户脸部和面罩14之间创建了气密密封，由此确保用户吸入和呼出的空气仅能够通过形成在插入物30中的各开孔进出。
继续参见图1-5，当用户吸气时，与周围环境相比，在面罩14中引发了降低的空气压力。这种降低的空气压力促使膜128,130,132,134压迫相应偏置元件88,90,92,94，在该位置，膜128,130,132,134完全覆盖并且密封相应开孔80,82,84,86。由于此种密封，空气不能从用户周围环境通过开孔80,82,84,86进入面罩14内。
继续参见图1-5，还是当用户吸气时，配置在相应开孔112,114,116,118内的支撑元件120,122,124,126防止过滤器144被拉入到开孔112,114,116,118和面罩14的内部。空气通过盖罩156的孔阵列172的孔173、过滤器144以及插入物30的第二侧54的开孔112,114,116,118，从用户周围环境进入面罩14内。盖罩156的孔阵列172限制可从中通过流入的空气的量，由此提供针对用户吸气的阻力。以这种方式进入的空气也被过滤器144过滤，并由此滤除了空气传播颗粒物(例如，灰尘、沙子等)。由于周界16与用户脸部之间的气密密封以及由于相应膜128,130,132,134对开孔80,82,84,86的密封，通过过滤器144进入的空气是从装置10的外部进入面罩14内并且被用户吸入的唯一空气。因此，用户可以体验到对吸气的阻力，提供在高海拔下训练所提供的类似益处。用户所吸入的空气可能基本上不存在颗粒物，防止了此种颗粒物进入用户喉咙和肺从而所引起的症状，如咳嗽和充血。
继续参见图1-5，当用户呼气时，与周围环境相比，在面罩14内引发了提高的空气压力。这种提高的空气压力促进膜128,130,132,134离开相应偏置元件88,90,92,94，在该位置，膜128,130,132,134不密封相应开孔80,82,84,86。由于没有此种密封，呼出的空气可以自由地从面罩14内通过开孔80,82,84,86而排入到用户所处的环境中。呼出的空气还可能从面罩14内通过插入物30的第二侧54的开孔112,114,116,118并且通过过滤器144。
阻力和过滤型呼吸装置10,210的实施方式通过在换气过程中限制用户吸入的空气量而降低了身体能够获得的氧气。关于此点，装置10,210在海平面上模拟了(即，而不是复制)高海拔训练。用户不需要行走至处于一定海拔高度的训练位置，通过具有模拟所需训练激励的能力而能够实现所需益处。用户的身体不能将由于吸气抑制所致的可用氧减少与高海拔下存在的稀薄空气所致的可用氧减少区分开来。在任一种情况下，可用氧的限制导致用户身体作出调整以适应刺激，尤其是如果在重复的基础上引发负荷。这种适应导致提高的血清氧运输以响应在体育锻炼期间经历的降低氧的状态。
装置10,210的实施方式在每个呼吸循环中还使用户暴露于提高的二氧化碳含量中。这是由于用户呼出并进入到装置10,210中的空气在用户吸入下一次气息之前不能完全排出装置10,210所导致的。二氧化碳的耐受性是一个疲劳阈值重要的调节剂。当大脑的呼吸中枢检测到血液中含有提高浓度的CO2时，其向呼吸肌肉发出警告信号，使呼吸肌肉更加努力地工作。呼吸中枢也会产生一种不良感觉，导致个人希望停止体力活动。在这种状态下训练通过允许身体承受提高的CO2浓度而可以具有显著的训练益处。缺乏CO2耐受性是通常被称为“墙壁”的物理反应的一个分量(伴有乳酸和氢离子的积累)，其导致个人希望停止体力活动。装置10,210为用户提供了过度诱导CO2升高的生理条件的手段，这种生理条件超出运动员通常经历的生理条件。
个人可能还会有不好的呼吸习惯，这在训练时尤其难以突破。在静态位置以正确的膈肌呼吸能够重新训练自己，这可以在放松的同时强化膈肌并且产生适合的呼吸习惯。但是，这在训练设置中很少进行，因为高压力水平会使个体陷入不良习惯。在训练过程中，膈肌呼吸是很重要的，因为隔肌是人类呼吸的肌肉组织的主要元件。其他的肌肉，如肋间肌及副肌，也参与吸气；但是这些肌肉也共享核心稳定功能，使得它们由于多功能作用而易于疲劳。由示例性的装置10,210产生的空气阻力直接强调呼吸的肌肉组织。这种增加的负荷重设呼吸肌肉的运动程序以促成隔肌驱动的收缩序列而非依赖于副肌的序列。隔肌驱动的收缩序列是有利的，因为呼吸循环涉及胸部扩张加上快速呼吸，这在沉重呼吸的大多数人中均能看到，导致降低的肺胀和氧摄取量，最终降低个体在用力时减少氧债的能力。
理想地，呼吸困难时，应观察到呼吸起源于腹部；这表明个人正在更残酷地使用他或她的膈肌。装置10,210的实施方式在每个呼吸循环中增加了吸气的持续时间，让肺部有更多的时间来膨胀并且通过其满肌肉偏移使膈肌处于负荷状态下。在高强度的功能活动中使用装置10,210重复训练提供了来自膈肌训练的功能结转，这不能在休息位置通过简单地练习膈肌呼吸而复制。因此，使用装置10,210的协助提供了用于强化吸气肌肉的功能技术，这直接提高了性能。
装置10,210为呼吸耐力的改善提供了全面的方法。除了通过对吸入氧的限制模拟高原训练之外，装置10,210可以进一步协助用户改善CO2再呼吸耐力并且改善呼吸肌调理。
应当理解的是，本文所描述的实施方式仅是示例性的并且本领域技术人员在不脱离本发明精神和范围的条件下可以做出许多变化和修改。所有此类变化和修改均旨在被包括在随附权利要求书中所体现的本发明的范围内。

Claims (21)

1.一种呼吸装置，包括：
面罩，该面罩具有外表面、内表面、从所述外表面延伸至所述内表面的开孔、以及周界，其中所述面罩适于覆盖用户的口部和鼻部，以便所述周界与用户脸部并且在用户口部和鼻部周围形成气密密封；和
插入物，其以气密方式定位在所述面罩的所述开孔内，所述插入物包括：
外表面；
内表面；
第一部分，其适于防止用户通过其吸气并且允许用户通过其呼气；
第二部分，其适于过滤通过其吸入和呼出的空气；和
盖罩，其覆盖所述第一部分和所述第二部分。
2.权利要求1所述的呼吸装置，其特征在于，所述插入物可拆卸地附接至所述面罩。
3.权利要求1所述的呼吸装置，其特征在于，所述插入物与所述面罩一体化形成。
4.权利要求1所述的呼吸装置，其特征在于，所述第一部分包括至少一个空气出口阀。
5.权利要求4所述的呼吸装置，其特征在于，所述至少一个空气出口阀的中每一个都包括穿过所述插入物从所述插入物的外表面延伸至所述插入物的所述内表面的开孔、设置在所述空气出口阀的所述开孔内的偏置元件、邻近所述插入物的所述外表面从所述偏置元件伸出的支柱、以及设置在所述支柱上的挠性膜。
6.权利要求5所述的呼吸装置，其特征在于，所述挠性膜经调适和定位，以便当使用所述装置的用户呼气时，所述挠性膜弯曲以允许呼出的空气流过所述空气出口阀的开孔，并且其中，所述偏置元件经定位以便当使用所述装置的用户吸气时，所述偏置元件将所述挠性膜保持在一个位置，在该位置上所述挠性膜覆盖并且防止空气流过所述空气出口阀的开孔。
7.权利要求4所述的呼吸装置，其特征在于，所述至少一个空气出口阀包括多个空气出口阀。
8.权利要求4所述的呼吸装置，其特征在于，所述第二部分包括过滤器。
9.权利要求8所述的呼吸装置，其特征在于，所述第二部分进一步包括穿过所述插入物从所述插入物的外表面延伸至所述插入物的内表面的至少一个开孔，所述过滤器的尺寸和形状经设计以便覆盖所述第二部分的所述至少一个开孔。
10.权利要求9所述的呼吸装置，其特征在于，所述第二部分的所述至少一个开孔中的每一个包括支撑元件，该支撑元件形成于该开孔中并且适于防止所述过滤器被拉入到所述第二部分的所述至少一个开孔中。
11.权利要求9所述的呼吸装置，其特征在于，所述至少一个开孔包括多个开孔。
12.权利要求8所述的呼吸装置，其特征在于，所述过滤器包括多个层。
13.如权利要求1所述的呼吸装置，还包括外层，该外层覆盖所述面罩并且具有一对条带，该一对条带具有适于可拆卸地彼此啮合以将所述面罩固定至用户脸部的相互啮合的端部。
14.权利要求13所述的呼吸装置，其特征在于，所述外层包括织物材料。
15.权利要求14所述的呼吸装置，其特征在于，所述织物材料是弹性材料。
16.权利要求1所述的呼吸装置，其特征在于，所述盖罩包括从中穿过延伸并且提供从中穿过的吸气限制的多个孔。
17.权利要求16所述的呼吸装置，其特征在于，所述多个孔的尺寸和形状经设计以提供所述从中穿过的吸气限制。
18.权利要求16所述的呼吸装置，其特征在于，所述多个孔的数量经选择以提供所述从中穿过的吸气限制。
19.权利要求16所述的呼吸装置，进一步包括可与所述盖罩互换的更换盖罩，所述更换盖罩包括从中穿过延伸并且提供从中穿过的吸气的进一步限制的多个通孔，所述吸气的进一步限制不同于所述吸气限制。
20.权利要求1所述的呼吸装置，其特征在于，所述插入物的第一部分是所述插入物的第一横向侧并且所述插入物的第二部分是所述插入物的第二横向侧。
21.权利要求19所述的呼吸装置，其特征在于，所述插入物包括从其外表面突出的隆起，所述隆起将所述插入物的第一部分与所述插入物的第二部分隔开。
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