CN109011247A - 一种防窒息安全头盔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防窒息安全头盔，包括壳体、面罩、呼吸阀、口鼻罩、送风管以及回风管；所述面罩上设有挡块；所述呼吸阀固定在所述壳体的内部壁面上允许气流在吸气时从送风管流向口鼻罩，在呼气时从口鼻罩流向回风管；所述口鼻罩通过导气短管连接在所述呼吸阀上，所述口鼻罩通过绑带固定在使用者的面部；所述口鼻罩上设置一个通风孔；在发生险情时，关闭面罩，所述面罩上的挡块完全遮蔽所述口鼻罩上的通风孔，新鲜空气从气源经送风管和呼吸阀流入口鼻罩，污浊空气从口鼻罩经呼吸阀和回风管排出；本发明操作简便快捷，能够良好保障使用者的呼吸安全和使用舒适度，尤其适用于有坍塌掩埋风险环境下的个人防护。

Description

一种防窒息安全头盔

技术领域

本发明涉及安全头盔技术领域，尤其是涉及一种防窒息安全头盔。

背景技术

在井下作业、隧道施工、大型粮仓作业、深基坑施工以及攀登雪山等生产和生活活动中，人员面临着土石结构等坍塌的危险。由于坍塌物料掩埋造成的机械性窒息是坍塌险情造成人身伤害的主要原因之一。人体呼吸道被完全堵塞时间超过一分钟即可能导致心脏停跳。即使呼吸道没有被完全堵塞，但是由于人员受困的空间内缺少足够的氧气补充，也有可能因为二氧化碳浓度升高导致窒息。因此，防止窒息是坍塌险情中的人员防护的首要工作。

目前缺乏预防坍塌险情下窒息的个人防护装备，使得坍塌险情下的人员面临着极高的人身伤害风险。在隧道施工等场景中，人员往往仅佩戴简易的头盔防止硬物冲击头部造成伤害，没有防窒息的效果。井下作业的工作人员往往会携带矿用自救器预防窒息危险，这种矿用自救器例如专利号为ZL200820158953.0的中国实用新型专利公开的“轻便型过滤式自救器”方案：包括上外壳、下外壳、口具以及鼻夹组，所述下外壳内装设有吸气导管以及由上至下依次排列的滤尘层、层板和压圈，滤尘层位于下外壳的顶部，滤尘层与层板之间设有干燥剂，层板与压圈之间设有触媒，压圈与下外壳底部之间为气流通道，所述气流通道与吸气导管的底部连通，吸气导管的顶部与口具相连通，口具通过呼吸阀与外界连通。这种方案在环境空气中二氧化碳、瓦斯等有毒有害气体浓度较高时能起到防窒息作用，但是在坍塌险情下抗压能力薄弱，难以保证防窒息效果。而且，这种矿用自救器操作步骤多，需要松开封口带、去掉上外壳以及使用鼻夹组夹住鼻子等步骤，操作时间长，并且人员需要经过培训才能掌握使用技巧，这些缺点常常导致矿用自救器不能及时起到人员防护作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防窒息安全头盔。

本发明包括壳体、面罩、呼吸阀、口鼻罩、内送风管、外送风管以及回风管；所述的壳体上开有视窗，壳体外侧相对视窗位置设置面罩；壳体的内部视窗下方壁面上固定设置有呼吸阀，呼吸阀侧壁开有三个开口，一个开口与内送风管相通作为进气口，另一个开口通过导气短管与口鼻罩相连接，还有一个开口暴露在壳体的内部空间中作为出气口。所述的口鼻罩设置在壳体内侧，一侧通过导气短管与呼吸阀连接，另一侧设置有绑带，口鼻罩上开有一个通风孔，通风孔连通口鼻罩的内侧和外侧；面罩通过转轴与壳体联接，面罩能够绕转轴转动，在一个位置能够完全遮蔽壳体上的视窗，从面罩内侧能够透视外侧物体；面罩内壁设置有遮挡块，面罩完全遮挡时，面罩上的遮挡块将口鼻罩上的通风孔完全遮蔽；在面罩向上旋转的轨迹中，遮挡块受到视窗的上边缘限制，对面罩进行限位。内送风管设置在壳体内，内送风管的一端接呼吸阀进气口，另一端伸出壳体通过外送风管与气源连通。外送风管与回风管设置在壳体外侧；回风管的一端与壳体内部连通，另一端置于无坍塌掩埋风险的安全位置作为排气口。

所述的呼吸阀内部设有单向膜瓣，使得气流在吸气时从送风管流向口鼻罩，在呼气时从口鼻罩流向回风管。

作为优选，所述的口鼻罩采用具有弹性的气密性材料。

作为优选，所述的绑带采用松紧带或者能够可调节长度的尼龙带。

作为优选，所述的壳体采用硬质材料，壳体的内部具有软质内衬。

作为优选，所述的面罩采用透明且耐压的材质。

作为优选，所述的壳体外侧壁面设有连接座，连接座内部设有L型空腔以容纳内送风管。内送风管的一端与呼吸阀连接，内送风管的另一端穿过连接座的空腔至壳体的外部，连接座上面空腔出口处设置螺纹。外送风管内置于回风管中，外送风管的外径小于回风管的内径，外送风管与回风管间留有缝隙。回风管的一端通过螺母头连接到连接座上的螺纹上，通过连接座内部的空腔与壳体的内部缝隙连通，回风管的另一端置于无坍塌掩埋风险的安全位置。

作为优选，所述的气源是使用者随身携带的氧气供给装置；或是安全位置的环境空气；或是安全位置的空气压缩输送装置。

作为优选，所述的内送风管、外送风管、回风管均采用具有柔性的耐压管；其中外送风管还需具备气密性。

作为优选，所述的内送风管与外送风管通过快插接头连接；多根外送风管通过快插接头实现延长。

作为优选，所述的回风管与壳体通过螺纹连接；多根回风管通过螺纹连接实现延长。

作为优选，所述的呼吸阀包括导气短管、进气口以及出气口；导气短管连接口鼻罩上的通风孔，进气口连接送风管，出气口与壳体的内部空间直接相通。呼吸阀内部设置三个腔体，其中进气腔与进气口相通，出气腔与出气口相通，呼吸腔与导气短管相通。进气腔与呼吸腔之间设有吸气口和单向开启的吸气膜瓣；呼吸腔与出气腔之间设有呼气口和单向开启的呼气膜瓣；进气腔和出气腔之间设有主通口和单向开启的主通膜瓣。

作为优选，所述的单向开启的呼气膜瓣、呼气膜瓣以及主通膜瓣均能够用单向阀代替。

本发明使用简便，在安全情况下能够保证使用者的呼吸舒适度，而在险情发生时能及时提供防窒息保护。利用壳体和面罩构成一个防挤压空间，避免头部受到挤压伤害，并防止物料堵塞口鼻。在安全情况下，使用者可以打开面罩，通过口鼻罩上的通风孔直接呼吸环境中的空气，呼吸阻力小，空气质量高，散热效果好。当坍塌险情发生时，使用者关闭面罩，或者面罩受到物料挤压而被动关闭，面罩上的挡块即堵塞口鼻罩上的通风孔，建立起依次经过送风管、呼吸阀、口鼻罩、呼吸阀、壳体内部空间以及回风管的呼吸通路。该呼吸通路的建立能有效防止二氧化碳潴留现象引起的人身伤害。而且，由于使用者只需关闭面罩这一步操作即可建立呼吸通路，甚至在无法及时进行手动操作时仍然有较高的概率受物料挤压而关闭面罩，因此具有优秀的使用便捷性和安全性。

附图说明

图1为本发明的佩戴效果图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明的壳体内部结构示意图；

图4为本发明在安全情况下的使用示意图；

图5为本发明在危险情况下的使用示意图；

图6为本发明的应急呼吸通道的示意图；

图7为本发明的呼吸阀的吸气原理示意图；

图8为本发明的呼吸阀的呼气原理示意图；

图9为本发明的呼吸阀在有正压气源情况下的吸气原理示意图；

图10为本发明的呼吸阀在有正压气源情况下的呼气原理示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1和图2所示，一种防窒息安全头盔，包括壳体10、面罩11、呼吸阀13、口鼻罩12、内送风管14、外送风管141以及回风管16。壳体10设有视窗18。面罩11通过转轴与壳体10联接，面罩11能够绕转轴转动，在一个位置能够完全遮蔽壳体10上的视窗18，从面罩11内侧能够透视外侧物体。壳体10的内部壁面上设置呼吸阀13，呼吸阀13设有三个开口，一个开口与内送风管14相通作为进气口，一个开口与口鼻罩12相连接，一个开口暴露在壳体10的内部空间中作为出气口。内送风管14的一端与呼吸阀13连通，另一端通过外送风管141与气源连通。回风管16的一端与壳体10内部连通，另一端与排气口连接。

本发明所述的防窒息安全头盔，其使用方法是将壳体10佩戴在头部，使面部朝向壳体10的视窗18，使用绑带17将口鼻罩12覆盖口部和鼻部。口鼻罩12的材料可以选择软质的医用橡胶等材料，绑带17可以是松紧带或者可调节长度的尼龙带，绑带17的张力使口鼻罩12紧贴在使用者面部，保证应急呼吸通道的密封效果。在安全情况下，面罩11可以保持打开状态，避免不干净的面罩11影响使用者的视线，而且开放的壳体10空间有利于使用者头部的散热，能够提高使用者在活动时的舒适度。

图3展示了从壳体10内部视角观察的壳体10结构示意图。如图所示，壳体10采用诸如玻璃钢的硬质材料防护头部遭受重物冲击和压迫，壳体10的内部可以具有软质内衬。面罩11通过转轴112与壳体10连接。面罩11可以采用有机玻璃等透明且耐压的材质，面罩11的内侧壁面上设置挡块111。呼吸阀13固定在壳体10的内部壁面上，位于视窗18的下方。壳体10外侧壁面设有连接座101，连接座101上设置螺纹102，用于连接回风管16，连接座内部设有空腔以容纳内送风管14。内送风管14的一端与呼吸阀13连接，内送风管14的另一端穿过连接座101的空腔至壳体10的外部。

下面结合图4和图5说明防窒息安全头盔的使用方法。如图4所示，面罩11的内侧壁面上设置挡块111。使用者佩戴好防窒息安全头盔后，在安全情况下，旋转面罩11，使头盔内部空间与外部空间相通。在面罩11向上旋转的轨迹中，挡块111会受到视窗18的上边缘限制，防止面罩11过度上旋导致危险情况下不能及时闭合。口鼻罩12的材料为诸如硅胶的弹性材料，口鼻罩12受到绑带17的约束，覆盖口部和鼻部，紧贴在使用者的面部。口鼻罩12上设置有通风孔121，当通风孔121保持贯通时使用者的可以直接呼吸到环境空气。口鼻罩12通过导气短管131与呼吸阀13连通。在实践中，受到材料透光性能、磨损、污物和蒸汽的影响，面罩11常常会影响使用者的视线；如果关闭面罩11，头盔内部形成一个狭小的空间，不利于头盔内部空气与环境空气的循环，也不利于人体散热，会明显影响使用者的呼吸舒适度。因此，在安全情况下打开面罩11，配合口鼻罩12上设置通风孔121的技术方案，有利于保障使用者具有良好的视线、较低的呼吸阻力以及顺畅的通风散热途径，从而保证防窒息安全头盔的使用舒适度。

如图5所示，当坍塌险情发生时，面罩11关闭，建立应急呼吸通道。关闭面罩11的方式，可以是使用者发现险情后手动旋转面罩11；即使险情发生时使用者来不及手动关闭面罩11，由于面罩11的上旋角度不大，在受到重物冲击或挤压后也有较高的概率向下旋转至闭合位置。面罩11关闭后避免了使用者的口部和鼻部被坍塌落物堵塞。在面罩11的闭合位置，遮挡块111抵达视窗18的下边缘。此时，遮挡块111完全覆盖口鼻罩12上的通风孔121，并轻微压迫口鼻罩12。遮挡块111封闭通风孔121后使用者经过应急呼吸通道呼吸，防止直接从头盔内部的狭小空间中吸入高二氧化碳浓度的空气。

图6展示了本发明的应急呼吸通道。应急呼吸通道在面罩11关闭后建立，空气在应急呼吸通道中的流动路径为：新鲜空气经过外送风管141和内送风管14进入呼吸阀13，使用者吸气时新鲜空气经过导气短管131进入口鼻罩12被人体吸入；由于口鼻罩12上的通风孔121被封闭，且呼吸阀13具有单向导通特性，因此人体呼出的污浊空气经导气软管131流入呼吸阀13，再经过呼吸阀13上的出口133进入壳体10和人体之间形成的空间，污浊空气经回风管16流出到外部空间。污浊空气没有直接通过管道排出至回风管16，而是排入壳体10的内部空间，可以充分利用壳体10与坍塌物空隙的空间排出污浊空气，起到降低回风阻力的作用。

本发明的应急呼吸通道的新鲜空气，指的是组成成分及其比例满足人体长时间健康呼吸要求的气体；污浊空气指的时人体呼出的气体。人体呼出的气体相对于吸入气体含有较高比例的二氧化碳气体，如果人体呼吸环境中的的污浊空气不能及时被新鲜空气所替代，人体中会出现二氧化碳潴留现象，形成窒息危险。在本发明中的应急呼吸通道中，新鲜空气可以来自于使用者自身佩戴的压缩氧气瓶等氧气供给装置，也可以来自于外部安全空间中的环境空气。如果使用自身佩戴的氧气供给装置供给新鲜空气，防窒息安全头盔的呼吸保障时间受氧气供给装置的氧气供给能力限制，但发挥呼吸保障功能不依赖外部装置，并且不会对使用者的活动造成较大影响。如果使用外部安全空间中的环境空气，则通过外送风管141将无坍塌掩埋风险的安全位置的空气引入防窒息安全头盔，如果使用者距离安全位置较远，还应当使用诸如空气压缩机的装置主动将新鲜空气泵送进入头盔，避免呼吸阻力过大。为便于组装，位于壳体10内部的内送风管14与位于壳体10外部的外送风管141之间通过快插接头142连接，如果头盔距离新鲜空气的气源较远，可以利用快插接头142将多根外送风管141以两两连接的方式延长。

由于坍塌险情中的坍塌物可能堆积致密，不利于气体扩散，为避免应急呼吸通道的回风阻力过大影响气流流动，应当在防窒息安全头盔中设置回风管16。回风管16的一端通过螺母头161连接到连接座101上的螺纹上，通过连接座101内部的空腔与壳体10的内部空间连通，回风管16的另一端置于无坍塌掩埋风险的安全位置。如果头盔距离安全位置较远，可以利用螺母头161将多根回风管161以两两连接的方式延长。

外送风管141和回风管16均应当采用具有一定柔性的耐压管道，如柔性PVC管、金属波纹管以及金属编织管等，其中外送风管141应当具有较好的气密性。外送风管141和回风管16可以是相互独立设置的两根管道，但更优的方案是如图6所示的外送风管141内置于回风管16中。在图6所示的实施例中，外送风管141的外径小于回风管16的内径，污浊空气可以自壳体10内部经过连接座101的开口103流入外送风管141与回风管16之间的空间并排出。该方案减少了头盔外部连接的管道数量，有利于使用者的活动灵活性；另一方面，置于内部的外送风管141受到回风管16的保护，在受冲击和挤压时更加安全，而回风管16对气密性的要求较小，即使破损也不会对应急呼吸通道产生显著的负面影响。

应急呼吸通道的主要作用之一是保证新鲜空气和污浊空气单向流动，使人体呼吸环境中的空气能够及时得到更新。本发明中实现新鲜空气和污浊空气单向流动的结构是呼吸阀13，下面将结合图7-10说明呼吸阀的工作原理。

如图7所示，呼吸阀13设置导气短管131、进气口132以及出气口133。导气短管131连接口鼻罩12，进气口132连接内送风管14，出气口133与壳体10的内部空间直接相通。呼吸阀13内部设置三个腔体，其中进气腔1310与进气口132相通，出气腔1312与出气口133相通，呼吸腔1311与导气短管131相通。进气腔1310与呼吸腔1311之间设有吸气口1313和单向开启的吸气膜瓣1314；呼吸腔1311与出气腔1312之间设有呼气口1315和单向开启的呼气膜瓣1316；进气腔1310和出气腔1312之间设有主通口1317和单向开启的主通膜瓣1318。单向开启的呼气膜瓣1314、呼气膜瓣1316以及主通膜瓣1318均可以使用单向阀代替。当使用者吸气时，呼气膜瓣1316和主通膜瓣1318关闭，吸气膜瓣1314开启，新鲜空气依次经进气口132、进气腔1310、吸气口1313呼吸腔1311以及导气软管131流入口鼻罩12。

如图8所示，当使用者呼气时，吸气膜瓣1314和主通膜瓣1318关闭，呼气膜瓣1316开启，污浊空气从口鼻罩12依次经导气软管131、呼吸腔1311、呼吸口1315、出气腔1312以及出气口133排出至壳体10中。

如图9和图10所示，当使用空气压缩机等正压气源设备主动向防窒息安全头盔供给新鲜空气时，如果气流流量过大，主通膜瓣1318在吸气和呼气时都保持开启，由于主通口1317直接连通了进气腔1310和出气腔1312，流动路径较短，因此大流量的气流更倾向于经主通口1317流出至出气口133，从而减轻呼吸腔中的压力。

综合以上描述，本发明的工作原理为：在安全情况下，开启面罩11，保证使用者的佩戴舒适性，口鼻罩12上的通风孔121保持贯通，让使用者易于吸入新鲜空气；当坍塌险情发生时，使用者手动关闭面罩11，或者面罩11在坍塌物冲击或挤压作用下被动关闭，同时面罩11上的遮挡块111堵塞口鼻罩12上的通风孔121，并且轻微压迫具有一定弹性的口鼻罩12，建立起应急呼吸通道；来自便携氧气供给装置或者外部安全位置的新鲜空气，依次经过外送风管141、内送风管14、呼吸阀13、导气短管131进入口鼻罩12供使用者吸入；使用者呼出的高二氧化碳含量的污浊空气进入口鼻罩12后经导气短管131、呼吸阀13、壳体10的内部空间、连接座101的内部空腔以及回风管16排出至外部空间；本发明所述的防窒息安全头盔，在坍塌险情发生时，只需一步操作即可建立应急呼吸通道，并且在使用者未能及时操作时仍然有较高的概率被动建立应急呼吸通道，有效降低了使用者口鼻被堵塞的风险；应急呼吸通道保证了使用者能够及时呼吸到新鲜空气，防止二氧化碳潴留造成窒息。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种防窒息安全头盔，包括壳体、面罩、呼吸阀、口鼻罩、内送风管、外送风管以及回风管；其特征在于：所述的壳体上开有视窗，壳体外侧相对视窗位置设置面罩；壳体的内部视窗下方壁面上固定设置有呼吸阀，呼吸阀侧壁开有三个开口，一个开口与内送风管相通作为进气口，另一个开口通过导气短管与口鼻罩相连接，还有一个开口暴露在壳体的内部空间中作为出气口；所述的口鼻罩设置在壳体内侧，一侧通过导气短管与呼吸阀连接，另一侧设置有绑带，口鼻罩上开有一个通风孔，通风孔连通口鼻罩的内侧和外侧；面罩通过转轴与壳体联接，面罩能够绕转轴转动，在一个位置能够完全遮蔽壳体上的视窗，从面罩内侧能够透视外侧物体；面罩内壁设置有遮挡块，面罩完全遮挡时，面罩上的遮挡块将口鼻罩上的通风孔完全遮蔽；在面罩向上旋转的轨迹中，遮挡块受到视窗的上边缘限制，对面罩进行限位；内送风管设置在壳体内，内送风管的一端接呼吸阀进气口，另一端伸出壳体通过外送风管与气源连通；外送风管与回风管设置在壳体外侧；回风管的一端与壳体内部连通，另一端置于无坍塌掩埋风险的安全位置作为排气口；

所述的呼吸阀内部设有单向膜瓣，使得气流在吸气时从送风管流向口鼻罩，在呼气时从口鼻罩流向回风管。

2.如权利要求1所述的一种防窒息安全头盔，其特征在于：所述的口鼻罩采用具有弹性的气密性材料；绑带采用松紧带或者能够可调节长度的尼龙带。

3.如权利要求1所述的一种防窒息安全头盔，其特征在于：所述的壳体采用硬质材料，壳体的内部具有软质内衬；面罩采用透明且耐压的材质。

4.如权利要求1所述的一种防窒息安全头盔，其特征在于：所述的壳体外侧壁面设有连接座，连接座内部设有L型空腔以容纳内送风管；内送风管的一端与呼吸阀连接，内送风管的另一端穿过连接座的空腔至壳体的外部，连接座上面空腔出口处设置螺纹；外送风管内置于回风管中，外送风管的外径小于回风管的内径，外送风管与回风管间留有缝隙；回风管的一端通过螺母头连接到连接座上的螺纹上，通过连接座内部的空腔与壳体的内部缝隙连通，回风管的另一端置于无坍塌掩埋风险的安全位置。

5.如权利要求1所述的一种防窒息安全头盔，其特征在于：所述的气源是使用者随身携带的氧气供给装置；或是安全位置的环境空气；或是安全位置的空气压缩输送装置。

6.如权利要求1所述的一种防窒息安全头盔，其特征在于：所述的内送风管、外送风管、回风管均采用具有柔性的耐压管；其中外送风管还需具备气密性。

7.如权利要求1所述的一种防窒息安全头盔，其特征在于：所述的内送风管与外送风管通过快插接头连接；多根外送风管通过快插接头实现延长。

8.如权利要求1所述的一种防窒息安全头盔，其特征在于：所述的回风管与壳体通过螺纹连接；多根回风管通过螺纹连接实现延长。

9.如权利要求1所述的一种防窒息安全头盔，其特征在于：所述的呼吸阀包括导气短管、进气口以及出气口；导气短管连接口鼻罩上的通风孔，进气口连接送风管，出气口与壳体的内部空间直接相通；呼吸阀内部设置三个腔体，其中进气腔与进气口相通，出气腔与出气口相通，呼吸腔与导气短管相通；进气腔与呼吸腔之间设有吸气口和单向开启的吸气膜瓣；呼吸腔与出气腔之间设有呼气口和单向开启的呼气膜瓣；进气腔和出气腔之间设有主通口和单向开启的主通膜瓣。

10.如权利要求9所述的一种防窒息安全头盔，其特征在于：所述的单向开启的呼气膜瓣、呼气膜瓣以及主通膜瓣均能够用单向阀代替。