CN105636631A

CN105636631A - 动力空气单元的加热

Info

Publication number: CN105636631A
Application number: CN201480057258.3A
Authority: CN
Inventors: 马特·U·塞恩费尔特; 弗雷德里克·A·尼塞尔; 米哈尔·S·舒尔曼沃茨基
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2034-10-20
Also published as: CA2926397A1; EP3060284A1; US11185722B2; AU2014340355B2; EP3060284B1; RU2648034C2; WO2015061186A1; US20150114389A1; RU2016113766A; KR102249371B1; KR20160077112A; CN105636631B; US20210220678A1

Abstract

本发明提供了一种具有主动加热系统的动力空气净化呼吸器(PAPR)。所述PAPR包括被设计为由所述PAPR的使用者携带的动力空气部件，所述动力空气部件包括风扇和过滤器，其中所述风扇抽取使用者环境中的空气，使所述空气通过所述过滤器。所述PAPR还包括电子控制的主动加热元件和控制系统。所述控制系统改变提供给所述主动加热元件的电力，并且还在检测到所述加热元件可能过热时停用所述主动加热元件。本发明还包括与PAPR一起使用的加热模块。所述加热模块包括电子控制的主动加热元件。当所述PAPR中的所述风扇不旋转时所述加热元件被停用。

Description

动力空气单元的加热

技术领域

本发明涉及动力空气单元的技术领域，具体地讲，涉及动力空气净化呼吸器(PAPR)的技术领域。更具体地，本发明涉及对通过PAPR过滤的空气加热。

背景技术

使用动力空气源向佩戴者提供清洁空气的系统通常称为动力空气净化呼吸器，缩写为“PAPR”。PAPR通常包括动力空气部件，该部件通过软管连接至面罩。面罩佩戴为至少覆盖使用者的鼻子和嘴(也可覆盖眼睛和耳朵，或者在一些情况下，整个头部)，并且动力空气部件通常围绕使用者的腰部佩戴。在一些情况下，面罩可为另一装置，诸如焊接面罩。PAPR通常包括过滤器、外壳、风扇和驱动风扇的电动机。通过迫使环境空气通过由滤筒中包含的过滤元件组成的过滤器来对环境空气进行过滤。然后将过滤后的空气通过一条软管递送至面罩。电动风扇抽取空气，使其通过滤筒、通过软管并进入面罩内部。由于风扇负责使空气移动穿过PAPR系统，因此使用者能够舒服地轻松呼吸到清洁的空气。在以下专利中描述了已知PAPR的代表性实例：授予Odell等人的美国专利6,796,304、授予Cook等人的美国专利6,575,165和授予Bennett等人的美国专利6,666,209。

如所描述的那样，PAPR抽取环境空气，使其通过各种元件，诸如过滤器，并且空气随后直接流入PAPR佩戴者的面部区域。根据环境空气的温度，到达佩戴者面部的气流可能由于气流的速度或环境空气的温度而令人感觉冷或不舒适。对于PAPR佩戴者而言持续供应冷空气也可能存在危险。可能引起雾气积聚在面罩或焊接面罩内部的玻璃上，并且还可能引起疾病增加。

发明内容

本发明提供了用于阻止过冷空气流动到佩戴者面部的系统。另外，本发明提供了适当的控制装置来阻止系统过热，以获得增加的安全性。

在一个实施例中，本发明包括具有主动加热系统的动力空气净化呼吸器(PAPR)。PAPR包括被设计为由PAPR使用者携带的动力空气部件，动力空气部件包括风扇和过滤器，并且风扇抽取使用者环境中的空气，并且使空气通过过滤器。PAPR还包括电子控制的主动加热元件和控制系统。控制系统改变提供给所述主动加热元件的电力，并且还在检测到加热元件可能过热时停用主动加热元件。

在另一个实施例中，本发明提供了与PAPR一起使用的独立的加热模块。加热模块包括电子控制的主动加热元件，该元件被构造成设置于PAPR中的过滤器的下游。加热模块还包括具有传感器的控制系统。传感器检测PAPR中风扇的旋转。当风扇不旋转时控制系统停用主动加热元件。

在第三方面，本发明提供了与动力空气净化呼吸器(PAPR)一起使用的独立的加热模块。加热模块包括电子控制的主动加热元件，该元件被构造成设置于PAPR中的过滤器的下游。加热模块还包括通信模块。通信模块与PAPR连通以确定PAPR中的风扇是否在旋转，并且通信模块向控制系统发送信号，指示风扇的旋转状态。当风扇不旋转时控制系统停用主动加热元件。

在另一方面，本发明包括独立的加热模块。该加热模块包括电子控制的主动加热元件，该元件被构造成设置于动力空气净化呼吸器(PAPR)中的过滤器的下游；和传感器，该传感器用于检测通过加热模块中的通道的气流。当检测不到气流时主动加热元件被停用。

附图说明

以下附图提供本发明的图示说明。它们旨在进一步描述和阐述本发明，而不对本发明的范围加以限制。

图1示出了连接至焊接面罩的示例性PAPR。

图2示出了具有加热模块的PAPR的分解图。

图3示出了具有加热元件的PAPR的框图。

图4示出了加热模块的框图，该加热模块具有与PAPR一起使用的传感器。

图5示出了加热模块的框图，该加热模块具有与PAPR一起使用的通信模块。

类似标号通常用于指示类似的部件。这些附图未按比例绘制，并且仅用于示例性目的。

具体实施方式

图1示出了示例性PAPR10，其具有连接至焊接面罩的主动加热系统。PAPR10通过用风扇抽取环境空气，使其通过空气入口11，来过滤空气。过滤器设置在空气入口11下游，并且风扇推动环境空气，使其通过过滤器。电子控制的主动加热元件，诸如通过控制器或控制系统对提供给加热系统的温度或电力加以控制的加热元件，在空气通过过滤器之后对空气加热。过滤后的和加热的空气随后被抽取通过空气出口14，通过软管16并且到达焊接面罩17内佩戴者面部周围的区域。控制系统改变提供给主动加热元件的电力并且在检测到加热元件可能过热时停用主动加热元件。

对加热元件的一种考虑为阻止过热的重要性。可以多种方式确定PAPR10可能过热。例如，PAPR10可包括传感器，该传感器测量主动加热元件附近或之上的温度来确定可能过热。也可通过测量风扇速度确定可能过热。风扇速度可使用光学传感器、电容式传感器或电感式传感器进行测量，或通过检测风扇电机的风扇速度进行测量。作为另外一种选择，可通过测量通过PAPR中任何给定点的气流，例如离开空气出口14的气流，来推断风扇速度。气流可通过质量流量传感器进行测量。气流还可使用附接在PAPR内某个位置处诸如空气出口14附近的翼片部件进行测量，使得通过流经装置的空气使翼片移动或位移。在一些情况下，传感器可通过检测加热模块中通道入口和加热模块中通道出口之间的空气压差来检测气流。在阅读本公开后，检测或测量气流的其他方式对于本领域的技术人员将显而易见。一旦检测或测量气流或风扇速度，如果气流不足，与电子控制的主动加热元件相连的控制系统就可减少或去除供应给主动加热元件的电力以阻止过热。

在一些实施例中，PAPR10还可包括被动加热元件。被动加热元件通常包括受热块，该受热块在通过受热块附近和周围的区域的空气中生热。被动加热元件也可称为热存储元件。被动加热元件可作为主动加热元件的补充使用。因为被动加热元件存储热量，因此将允许佩戴者拔下PAPR装置或加热元件，并且仍受益于加热空气而加热元件不需要任何附加电力。

PAPR10还可包括恒温器以控制提供给主动加热元件的电力。PAPR10中的加热元件可提供多种类型的热量。其可为电加热元件诸如珀尔帖(Peltier)加热系统、电阻加热系统、化学或放热加热元件或者相位变化加热系统。

加热元件可相对于PAPR10置于多种位置。例如，其可整合到PAPR10的主体内，使得其加热风扇上游的空气。作为另外一种选择，其可整合到软管16内以在风扇下游的空气到达佩戴者面部之前对空气加热。

PAPR10可使用带15佩戴，带15可绕佩戴者腰部固定，其中PAPR10装置邻近佩戴者背部设置。PAPR10可为电池供电的，并且电池寿命指示器13可提供电池电量剩下多少的视觉指示。在另一个实施例中，可通过与电源出口的电连接或通过一些其他方式为PAPR10供电。

图2示出了具有独立的加热模块24的PAPR20的分解图。在另一种情况下，独立的加热模块24可适于整合到PAPR20中，使得其永久性地整合到PAPR20中。独立的加热模块24也可被构造成使得其扣合到或者可以其他方式固定到PAPR20，以使得其形成PAPR20的一体但可移除部件。在图2的构造中，独立的加热模块24被构造成固定在PAPR覆盖物22和PAPR主体23之间。

当如图2所示的独立的加热模块24整合到PAPR20中时，空气流动通过PAPR覆盖物22中的空气入口21，并且被抽取通过设置在PAPR覆盖物22中的过滤器。随后抽取空气，使其通过独立的加热模块24的主体中的开口，并且通过容纳于其中的加热元件来加热。设置在PAPR主体23中的风扇抽取环境中的空气，使其通过PAPR覆盖物22中的过滤器和加热模块24，并且空气随后穿过空气出口26以由软管导向佩戴者的面部区域。

独立的加热模块24可通过与PAPR20电源不同的独立电源供电，诸如通过电源线28。独立的加热模块24也可具有其自己的电池或其他电源，或者可与PAPR20共享电源，此类电源容纳在独立的加热模块24或PAPR20中。独立的加热模块24也可具有独立的电源开关29和温度控制旋钮27。温度控制旋钮27允许佩戴者调整提供给穿过所暴露的独立的加热模块24的经过滤空气的热量水平。

在一些实施例中，独立的加热模块24可包括传感器，该传感器检测PAPR20中的风扇的旋转。传感器可为任何种类的传感器类型，例如光电二极管传感器、电容式传感器或电感式传感器。传感器向控制独立的加热模块24的操作的控制系统提供反馈。例如，在传感器为包含光电二极管的反射传感器的情况下，传感器可用于检测风扇上的一片反射材料以指示风扇是否在移动。在此类构造中，光照射到旋转风扇上。当光反射出风扇的反射部分时，光电二极管检测到反射光，从而指示风扇在旋转。检测到反射光的频率指示风扇旋转的频率以及由此旋转的速度。控制系统可被构造成操作使得如果传感器检测到风扇未旋转，控制系统就停用独立的加热模块24中的加热元件。

独立的加热模块中的加热元件可为多种类型的加热元件。例如，其可为电子控制的主动加热元件，其可为被动加热元件，或者可包括所述两种类型的加热元件。

图3示出了具有加热元件35的PAPR30的框图。如所讨论的那样，PAPR30包括动力空气部件32，其包括风扇34，风扇34抽取环境空气，使其首先通过过滤器33，随后通过加热元件35。加热元件35可为电子控制的主动加热元件、被动加热元件，或者可包括所述两种类型的加热元件。控制系统36控制加热元件35的操作并且还可控制动力空气部件32的操作。控制系统36可被构造成当动力空气部件32中的风扇34不旋转时停用加热元件35的操作，或消除对加热元件35的电力。

图4示出了加热模块40的框图，该加热模块具有与PAPR一起使用的传感器。加热模块40可为独立的，使得其附接到PAPR上的某个位置，诸如附接到PAPR的主体或附接到软管。在一些构造中，加热模块40被构造成整合到软管中。在一些另外的情况下，加热模块包括被构造成与软管配合的附接特征结构。

在另一构造中，加热模块40可整体附接到PAPR，使得对于佩戴者而言，PAPR和加热模块40看上去形成单个单元。加热模块40可包括控制系统46、传感器47和加热元件45。加热元件45可为电子控制的主动加热元件、被动加热元件，或者可包括所述两种类型的加热元件。在一些实施例中，加热元件45可为热传递元件。热传递元件可被构造成使得其可与外部元件连接。外部元件将对流体加热并且将其保持在所需温度。外部元件在连接至加热元件45时，随后将温热流体循环通过加热元件45以对正由PAPR过滤的空气加热。

控制系统46控制加热元件45的操作。传感器47检测PAPR中的风扇是否在旋转。传感器47可为多种类型的传感器，例如光电二极管传感器、电容式传感器或电感式传感器。控制系统46可被构造成当传感器47检测到PAPR中的风扇不旋转时停用加热元件45的操作，或消除对加热元件45的电力。

图5示出了加热模块50的框图，该加热模块具有与PAPR一起使用的通信模块57。加热模块50可为独立的，使得其附接到PAPR上的某个位置，诸如附接到PAPR的主体或附接到软管。在另一构造中，加热模块50可整体附接到PAPR，使得对于佩戴者而言，PAPR和加热模块50看上去形成单个单元。加热模块50可包括控制系统56、通信模块57和加热元件55。加热元件55可为电子控制的主动加热元件、被动加热元件，或者可包括所述两种类型的加热元件。控制系统56控制加热元件55的操作。通信模块57与结合加热模块50一起使用的PAPR中的通信模块通信。通信模块57可以多种方式与PAPR通信，诸如通过无线电链路或有线连接。通信模块57可从PAPR接收多种信息，诸如指示风扇已停止旋转或存在装置过热风险的信息。控制系统56随后可停用或去除对加热元件55的电力以阻止加热模块50过热。

虽然本公开描述了本发明的具体实施例，但在阅读本公开后，本发明的变型形式对于本领域的普通技术人员将显而易见。例如，加热模块可以多种方式连接至PAPR或与PAPR整合，或者可使用多种传感器检测风扇旋转。另外，当检测到可能过热时，存在许多方式来停用主动加热元件。在阅读本申请后，其他变型形式对本领域的技术人员将显而易见。此类变型形式旨在包括在本公开的范围内。

Claims

1.一种具有主动加热元件的动力空气净化呼吸器(PAPR)，所述PAPR包括：

被设计为由所述PAPR的使用者携带的动力空气部件，所述动力空气部件包括风扇和过滤器，其中所述风扇抽取使用者环境中的空气，使所述空气通过所述过滤器；

电子控制的主动加热元件；和

控制系统，其中所述控制系统改变提供给所述主动加热元件的电力，并且还在检测到所述加热元件可能过热时停用所述主动加热元件。

2.根据权利要求1所述的PAPR，其中通过测量所述主动加热元件附近或之上的温度确定可能过热。

3.根据权利要求1所述的PAPR，其中通过测量所述风扇速度确定可能过热。

4.根据权利要求1所述的PAPR，其中通过测量所述风扇抽取的空气的气流和温度确定可能过热。

5.根据权利要求1所述的PAPR，所述PAPR另外包括被动加热元件。

6.根据权利要求1所述的PAPR，其中所述主动加热元件为热传递元件。

7.根据权利要求1所述的PAPR，还包括恒温器以控制提供给所述主动加热元件的所述电力。

8.根据权利要求1所述的PAPR，还包括尺寸设定成贴合使用者的鼻子和嘴的面罩，其中所述面罩通过将所述面罩连接至所述动力空气部件的软管从所述动力空气部件接收空气。

9.根据权利要求8所述的PAPR，其中所述主动加热元件整合到所述软管中。

10.根据权利要求1所述的PAPR，其中所述主动加热元件为电加热元件。

11.一种与动力空气净化呼吸器(PAPR)一起使用的独立的加热模块，所述加热模块包括：

电子控制的主动加热元件，所述电子控制的主动加热元件被构造成设置于所述PAPR中的过滤器的下游；和

包括传感器的控制系统，其中所述传感器检测所述PAPR中的风扇的旋转，并且其中所述控制系统在所述风扇不旋转时停用所述加热元件。

12.根据权利要求11所述的加热模块，还包括被动加热元件。

13.根据权利要求11所述的加热模块，还包括恒温器以控制提供给所述加热元件的电力。

14.根据权利要求11所述的加热模块，其中所述主动加热元件为热传递元件。

15.根据权利要求11所述的加热模块，其中所述加热模块从其附接到的所述PAPR接收电力。

16.根据权利要求11所述的加热模块，其中所述传感器为光电二极管、电容式传感器或电感式传感器。

17.根据权利要求11所述的加热模块，其中所述加热模块被构造成能够与所述PAPR整合。

18.根据权利要求11所述的加热模块，其中所述传感器在所述传感器无法检测到附接到所述PAPR的软管中的气流时确定所述风扇不旋转。

19.一种与动力空气净化呼吸器(PAPR)一起使用的独立的加热模块，所述加热模块包括：

通信模块，其中所述通信模块与所述PAPR通信以确定所述PAPR中的风扇是否在旋转，其中所述通信模块向控制系统发送信号，从而指示所述风扇的旋转状态，并且其中所述控制系统在所述风扇未旋转时停用所述主动加热元件。

20.根据权利要求19所述的加热模块，其中所述通信模块通过无线电链路与所述PAPR通信。

21.根据权利要求19所述的加热模块，其中所述通信模块通过有线连接与所述PAPR通信。

22.根据权利要求19所述的加热模块，其中所述加热模块被构造成附接到所述PAPR的软管。

23.一种独立的加热模块，包括：

电子控制的主动加热元件，所述电子控制的主动加热元件被构造成设置于动力空气净化呼吸器(PAPR)中的过滤器的下游；

用于通过所述加热模块中的通道检测气流的传感器；并且

其中当检测不到所述气流时所述主动加热元件被停用。

24.根据权利要求23所述的加热模块，其中所述传感器通过检测所述通道的入口与所述通道的出口之间的空气压差来检测气流。

25.根据权利要求23所述的加热模块，其中所述加热模块被构造成整合到所述软管中。

26.根据权利要求23所述的加热模块，还包括被构造成与软管配合的附接特征结构。

27.根据权利要求23所述的加热模块，其中所述主动加热元件包括珀尔帖加热系统。

28.根据权利要求23所述的加热模块，其中所述加热模块由独立电源供电。