CN109804194B - 容器状态检测型呼吸用空气填充器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种容器状态检测型呼吸用空气填充器，其可以向消防员或潜水运动等使用的空气呼吸器容器提供适当地调节氧气和氮气浓度的空气，并且可以有效地排出容纳于空气呼吸器容器内的空气。本发明提供一种容器状态检测型呼吸用空气填充器，当对用于作为消防员或者潜水运动，或医疗用或者产业用等各种领域及用途而使用的氧气和氮气进行分离时，实现膜方式的氧气/氮气分离器、通过单一驱动力进行操作的多段压缩式高压压缩器、采用能够按20～90％体积的比率调节氧气或者氮气浓度的控制方式等的新的功能集成型的高压空气填充器，从而能够适当地对使用者或者使用场所需要的浓度的氧气或者氮气进行调节并供给，可大幅缩小整体设备的规模，随着使用一个驱动力，可促进能源节省，另外，当排出容纳于空气呼吸器容器的空气时，在容器内剩下一定量的空气，从而使得容器内部成为正压状态，从而防止大气渗透引起的水分结露现象，由此，根本上解决容器腐蚀问题，从而提高容器使用寿命的同时，使用者能够吸入清新的空气，此外，当排出容纳于空气呼吸器容器的空气时，利用位于空气排出管道的微细粉尘传感器对空气中的腐蚀的粉末进行测量，从而能够检查容器的状态，即容器的腐蚀程度，因此可以向使用者提供与容器的安全使用相关的容器内的异物信息，并且能够事先防止在填充时因腐蚀而变得脆弱的容器的爆炸事故等，从而能够确保随着容器使用的安全性，此外，可通过实现具有如下构成的系统来提高与空气自动填充及排出等相关的整个系统运用的便利性及效率性：对空气呼吸器容器的内部状态进行监控，同时适当地对空气填充及排除管道上的各种阀门类或者传感器类等进行控制，同时自动执行空气填充及排出过程。

Description

容器状态检测型呼吸用空气填充器
技术领域
本发明涉及一种容器状态检测型呼吸用空气填充器，更加详细地，涉及一种容器状态检测型呼吸用空气填充器，其可以向消防员或潜水运动等使用的空气呼吸器容器提供适当地调节氧气和氮气浓度的空气，并且可以有效地排出容纳于空气呼吸器容器内的空气。
背景技术
通常，火灾时进行拯救生命作业的消防员、进行水上运动或者水中作业的潜水运动、以医疗为目的需要呼吸用空气的人等情况，利用填充呼吸用空气的空气呼吸器容器进行呼吸。
就所述空气呼吸器容器而言，在使用后余量减少的情况，填充新的呼吸用空气并使用，并且即使不使用，在长达约3-4个月左右放置为未使用状态的情况，为了防止水箱内部空气的污染，排出内部残余空气后，填充新的呼吸用空气并使用。
目前，作为向呼吸用空气箱填充新的呼吸用空气的装置，有用高压来仅压缩一般空气(氧气约20％体积及氮气约80％体积的一般空气)后放进容器并流通的产品、将氧气和氮气以液体状态另外装进容器并市面上流通的产品等。
通常的呼吸用空气或者工业用空气的情况，根据水上运动用或者医疗用、一般产业用等使用用途，需要对氧气和氮气进行分离并使用，并且，根据使用的用途，需要适当地调节氧气或者氮气的浓度后使用。
作为针对这种产品的一个例子，在韩国登记专利10-0928589中公开了从混合有两种以上气体的混合气体中按照每个气体成分进行分离的『混合气体分离供给装置』。
但是，由于所述『混合气体分离供给装置』是独立运用通过单个驱动力进行操作的两台压缩器的方式，因而在能源方面或者空间布局方面存在缺点。
并且，在调节氧气或者氮气浓度的方式的情况，由于目前使用医疗用100％体积纯度氧气或者工业用100％体积纯度氮气并根据比率手动进行的方式，因而不仅降低浓度调节的准确度，降低浓度调节作业的效率性，而且在对适合于各种领域及环境、各种条件等的最佳浓度进行调节的方面存在不足。
另外，以150～300bar程度的压力向作为消防站或者拯救生命等用途而使用的空气呼吸器容器的内部填充空气。
就向所述空气呼吸器容器填充并使用的空气而言，长时间放置的情况，污染的忧虑高，因此根据国际规定，设定三个月的有效期限进行管理。
由此，针对接近有效期限的空气呼吸器容器，以放出内部空气后丢弃并重新填充新的空气的方式进行管理。
通常的空气呼吸器容器大部分由铝材料构成，所述铝材料的容器在经过一定时间后内部会腐蚀，从而存在使得对人体有害的粉末产生的缺点。
但是，由于目前没有事先能够得知空气呼吸器容器腐蚀的方法，因而产生使用者吸入被有害粉末污染的空气的危险的情况。
例如，根据劳动部韩国产业安全管理公团物质安全保健材料(Material SafetyDate Sheet，物资安全资料表)，短时间内吸入由于消防员使用的空气呼吸器容器的腐蚀而产生的铁、锰、铝等的情况，出现低体温或者发热、呕吐、腹泻、呼吸困难、情绪障碍、肌肉痉挛、视觉障碍、肺·肾·肝·脑异常、麻痹及痉挛现象；长时间吸入的情况，食欲不振和体重减少、呼吸困难、头痛、睡眠·发声·情绪障碍和幻觉、情绪改变、听力丧失、肺·肝·肾·神经异常、出声异常，同时还有一个会影响生殖系统的严重问题。
此外，对空气呼吸器容器进行再填充之前，在通过打开阀门将使用后剩下的容器内部的压力以大气状态喷出时，产生容器冷却的现象，此时，存在因大气中水分渗透到容器内部而诱发容器内部的腐蚀的问题，并且，当容器内高压的空气喷出到大气中时，存在诱发很大噪音的问题，因此实情为要求需要准备针对所述问题的对策。
【专利文献】
(专利文献1)韩国登记专利10-0928589号
(专利文献2)韩国公开专利10-2009-0118138号
发明内容
由此，本发明是考虑到如上所述问题而提出的，其目的在于，提供一种容器状态检测型呼吸用空气填充器，当对作为消防员或者潜水运动，或医疗用或者产业用等各种领域及用途而使用的氧气和氮气进行分离时，实现膜方式的氧气/氮气分离器、通过单一驱动力进行操作的多段压缩式高压压缩器、采用能够按20～90％体积的比率调节氧气或者氮气浓度的控制方式等的新的功能集成型的高压空气填充器，从而能够适当地对使用者或者使用场所需要的浓度的氧气或者氮气进行调节并供给，可大幅缩小整体设备的规模，因为使用一个驱动力，可促进能源节省。
此外，本发明的另一个目的在于，提供一种容器状态检测型呼吸用空气填充器，当排出容纳于空气呼吸器容器的空气时，在容器内剩下一定量的空气，从而使得容器内部成为正压状态，从而防止大气渗透引起的水分结露现象，由此，根本上解决容器腐蚀问题，从而提高容器使用寿命的同时，使用者能够吸入清新的空气。
此外，本发明的另一目的在于，提供一种容器状态检测型呼吸用空气填充器，当排出容纳于空气呼吸器容器的空气时，利用设置在空气排出管道的微细粉尘传感器对空气中的腐蚀的粉末进行测量，从而能够检查容器的状态，即容器的腐蚀程度，因此可以向使用者提供与容器的安全使用相关的容器内的异物信息，并且能够事先防止在填充时因腐蚀而变得脆弱的容器的爆炸事故等，从而能够确保随着容器使用的安全性。
此外，本发明的又另一目的在于，提供一种容器状态检测型呼吸用空气填充器，可通过实现具有如下构成的系统来提高与空气自动填充及排出等相关的整个系统运用的便利性及效率性：对空气呼吸器容器的内部状态进行监控，同时适当地对空气填充及排出管道上的各种阀门类或者传感器类等进行控制，同时自动执行空气填充及排出过程。
为了实现所述目的，本发明中提供的容器状态检测型呼吸用空气填充器具有如下特征。
所述容器状态检测型呼吸用空气填充器构成为包括微细粉尘传感器和控制器的系统，微细粉尘传感器设置于空气呼吸器容器的空气排出管道，从而对从空气呼吸器容器排出的空气中的微细粉尘浓度进行检测，空气呼吸器容器可容纳从高压空气填充器提供的高压空气；控制器对从所述微细粉尘传感器输入的微细粉尘浓度检测值和已设定的微细粉尘浓度基准值进行比较，如果微细粉尘浓度检测值高于微细粉尘浓度基准值，则输出警报信号。
在此，所述容器状态检测型呼吸用空气填充器还可包括：空气压力传感器，其设置于空气呼吸器容器的空气排出管道，对从空气呼吸器容器排出的空气的压力进行检测；自动开闭阀门，其管束空气的流动。
由此，当排出容纳于所述空气呼吸器容器中的空气时，控制器对从空气压力传感器输入的空气压力检测值和已设定的空气压力基准值进行比较，如果空气压力检测值达到空气压力基准值，则控制自动开闭阀门进行关闭(OFF)操作，从而可以切断空气排出。
此外，所述呼吸用空气填充器还可包括消音器，消音器设置于空气呼吸器容器的空气排出管道的端部，从而使得在排出空气时产生的噪音减少。
并且，在所述高压空气填充器和空气呼吸器容器之间连接有与从空气呼吸器容器侧延长的空气排出管道侧相连接的空气供给管道，同时在所述空气供给管道上可设置有止回阀，止回阀切断空气向高压空气填充器侧的移动。
尤其，所述容器状态检测型呼吸用空气填充器的高压空气填充器构成为包括如下的结构：多段压缩式压缩器，其具有多个压缩部的同时，各个压缩部通过各个管道相连接，通过主大气管道进入的外部空气依次经过各个压缩部的同时可进行多段压缩，通过一个动力进行驱动的同时压缩空气；膜方式的氧气/氮气分离器，其设置于所述多段压缩式压缩器的一段压缩部和二段压缩部之间的排出/吸入管道，对空气中的氧气和氮气进行分离；空气冷却及净化过滤部，其设置于对所述多段压缩式压缩器的各个压缩部进行连接的各个排出/吸入管道和最终压缩部的排出管道中至少一个管道，从而对空气进行冷却及净化。
由此，所述氧气及氮气浓度调节型高压空气填充器的特征在于，对空气中的氧气和氮气进行分离，适当地对分离的氧气或者氮气进行调节，从而提供给使用者或者使用场所。
尤其，所述多段压缩式压缩器的二段压缩部和所述氧气/氮气分离器之间的排出/吸入管道可与用于额外的大气流入的副大气管道相连接。
并且，所述氧气及氮气浓度调节型高压空气填充器还可包括旁通管，旁通管作为能够仅纯粹地对氧气浓度20％体积程度的大气进行压缩并提供的装置，设置于一段压缩部和二段压缩部之间，根据需要可以不经过氧气/氮气分离器。
在此，所述氧气及氮气浓度调节型高压空气填充器还可包括：各个电子阀及流量计，其分别设置于在氧气/氮气分离器形成的氧气排出管道及氮气排出管道和所述副大气管道，对管道中流动的空气的流量进行控制，并管束流动；控制器，其为了控制所述氧气或者氮气的浓度，对电子阀及流量计的操作进行控制。
此时的氧气及氮气浓度调节型高压空气填充器还可包括氧气/氮气浓度检测传感器，氧气/氮气浓度检测传感器设置于连接至多段压缩式压缩器的二段压缩部的排出/吸入管道上，对氧气及氮气的浓度进行检测，据此，基于从所述氧气/氮气浓度检测传感器提供的信号，控制器可对电子阀及流量计的操作进行控制。
此外，所述多段压缩式压缩器的情况，可包括一段压缩部至三段压缩部，在所述各个压缩部可设置有与一个输出侧相联动的同时进行往复运动的一段活塞至三段活塞，并且，就多段压缩式压缩器的各段的压缩部而言，段越高越具有相对较大压缩容量，即相对较高压力的有效的压缩性能。
并且，所述氧气及氮气浓度调节型高压空气填充器还可包括冷凝水分离部，冷凝水分离部设置于对多段压缩式压缩器的各个压缩部进行连接的各个排出/吸入管道和最终压缩部的排出管道中至少一个管道，对空气中包含的水分进行去除。
本发明中提供的容器状态检测型呼吸用空气填充器具有如下优点。
第一，将多段压缩式的高压压缩器构成和氧气产生装置构成集成为一体型，以此为基础，对氧气和氮气浓度进行调节，在一个产品中提供含有使用者需要的一般氧气浓度(大气基准)20％体积至高浓度氧气(100％体积)的空气，从而在使用或者运用方面有效，随着利用一个驱动力，不仅能够减少能源，而且大幅缩小整体设备的规模，从而在与空间利用相关的布局方面具有有利的优点。
第二，将在氧气/氮气分离器中分离的氧气和氮气，根据使用者的目的，需要氧气的情况，执行氧气压缩，需要氮气的情况，执行氮气压缩，另外，使用者分别选择作为高压填充对象的氧气和氮气后，可适当地调节各个气体的浓度并供给，因此具有能够提高氧气或者氮气利用的效率性的优点，例如能够提供具有适合于各种领域及环境、各种条件等的最佳浓度的氧气或者氮气等。
第三，当通过排出容器内空气而清空容器时，在容器内剩下压力5bar程度，从而由于在排出容器内剩余压力时发生冷却，因而当湿度高的大气渗透至容器内时，内部产生水分凝结物，从而使得容器内部铝物质腐蚀，为了防止这种现象，剩下干燥的压缩空气，从而具有能够防止容器腐蚀的优点。
换句话说，国际的呼吸用压缩空气的水分的基准是露点温度在-54℃以下的干燥空气，由此，这样的干燥空气使得已容纳于容器内的压力排出，因此通过剩下一定量(5bar程度)以下的空气来使得容器内部成为正压状态，从而容器内不产生水分结露，最终优点在于，事先排除容器腐蚀因素，从而能够确保容器的使用寿命，能够根本上解决产生腐蚀的粉末的问题。
第四，微细粉尘传感器的情况，在排出容器内部的压力的管道中，附着于不直接受压力的管道并使用，因此优点在于，在低压的环境下也能够容易适用并使用。
第五，如果容器腐蚀，则内部铝变成粉末，从而产生微细粉尘，考虑了这个问题，在去除容器内剩余压力时排出的空气经过微细粉尘传感器的同时，对容器内部腐蚀的粉末进行测量，将容器状态显示给使用者，从而优点在于，防止因使用腐蚀的容器而导致的使用者的肺健康损伤等人员伤害，通过验证容器的状态而事先防止因内部腐蚀而变得脆弱的容器在填充时爆炸的事故，从而能够使得严重的人员及物质损害最小化。
第六，填充容器内部压力之前在排出的管道末尾安装消音器，从而优点在于，能够从源头上去除排出高压空气的同时给使用者带来噪音的环境。
第七，将供给高压空气的部分和监控容器状态的部分实现为一体式，去除使得容器腐蚀的因素，同时附加去除剩余压力的便利功能等，在使用方面向使用者提供自动运用概念，从而优点在于，能够提高整体系统的运用的便利性及效率性。
附图说明
图1是表示根据本发明一个实施例的容器状态检测型呼吸用空气填充器中监控空气呼吸器容器的内部状态的部分的概略图。
图2是表示根据本发明一个实施例的容器状态检测型呼吸用空气填充器中监控空气呼吸器容器的内部状态的部分的操作状态的概略图。
图3是表示根据本发明一个实施例的容器状态检测型呼吸用空气填充器中高压空气填充器的概略图。
图4是表示根据本发明一个实施例的容器状态检测型呼吸用空气填充器中高压空气填充器的操作状态的概略图。
标号说明
10a、10b、10c：压缩部
11：主大气管道
12：多段压缩式压缩器
13a、13b：排出/吸入管道
14：氧气/氮气分离器
15：排出管道
16a、16b、16c：空气冷却及净化过滤部
17：副大气管道
18a：氮气排出管道
18b：氧气排出管道
19：旁通管
19a、20a、20b、20c：电子阀及流量计
21：氧气/氮气浓度检测传感器
22：控制器
23：一段活塞
24：二段活塞
25：三段活塞
26a、26b：冷凝水分离部
27：高压空气净化部
28：提升阀
29a、29b：粉尘去除过滤器
30：驱动圆盘
31：压缩器本体
100：高压空气填充器
110：空气呼吸器容器
120：空气排出管道
130：微细粉尘传感器
140：空气压力传感器
150：自动开闭阀
160：消音器
170：空气供给管道
180：止回阀
190：容器阀
200：连接器
210：三通管
具体实施方式
以下，参照附图对本发明进行详细说明。
图1是表示根据本发明一个实施例的容器状态检测型呼吸用空气填充器中监控空气呼吸器容器的内部状态的部分的概略图。
如图1所示，所述容器状态检测型呼吸用空气填充器构成为能够执行如下功能的结构及系统：当向外面排出容纳于空气呼吸器容器中的空气时，检查诸如对人体有害的腐蚀粉末等的微细粉尘，并且在容器内剩下一定量的空气，从而成为正压状态。
为此，在消防员或者潜水运动等使用的空气呼吸器容器110的入口，即在附着有通过手动操作打开并关闭的类型的容器阀190的上端部的空气注入口，以一般可拆卸的结构的连接器200为媒介，按一定长度延长设置有空气排出管道120。
所述空气排出管道120的一部分区间通过三通管210得到分支，从此时的三通管210分支的管道与高压空气填充器100的排出侧相连接。
换句话说，空气供给管道170与三通管210相连接，由此空气排出管道120与空气供给管道170可以以三通管210为媒介相互连通，空气供给管道170通过连接器(未示出)与所述高压空气填充器100的排出管道(图3和图4的附图标号15)相连接的同时延长。
并且，在所述空气供给管道170上设置有止回阀180，止回阀180切断空气向高压空气填充器100侧的移动，据此，从高压空气填充器100供给的高压的压缩空气可经过空气供给管道170和空气排出管道120而填充于空气呼吸器容器110，但是从空气呼吸器容器110排出的空气被止回阀180切断，从而无法提供到高压空气填充器100侧。
尤其，在从所述空气呼吸器容器110延长的空气排出管道120上设置有微细粉尘传感器130，微细粉尘传感器130对从空气呼吸器容器110排出的空气中的微细粉尘浓度进行检测。
此时的微细粉尘传感器130设置于几乎不受从空气呼吸器容器110排出的空气的压力的位置，例如，设置于与附着有后面叙述的消音器160的空气排出管道120的端部邻近的位置，由此优点在于，在低压的环境下也能够易于适用并使用。
在所述微细粉尘传感器130测量的微细粉尘浓度检测值发送到控制器22侧，此时的控制器22对从微细粉尘传感器130输入的微细粉尘浓度检测值和已设定的微细粉尘浓度基准值进行比较后，如果微细粉尘浓度检测值高于微细粉尘浓度基准值，则可以输出警报信号。
此时，从所述控制器22侧输出的警报信号可适用通过显示器(未示出)显示的方式、利用蜂鸣器(未示出)等产生警告音的方式等。
在此，所述微细粉尘浓度基准值可通过多次校准来设定，例如，本发明中，微细粉尘浓度基准值为2～3μg/m3，优选地可设定为2.5μg/m3。
由此，对从所述空气呼吸器容器110排出的空气中的微细粉尘浓度进行测量，如果是超过2～3μg/m3的情况，提醒使用者空气呼吸器容器110的状态不正常或者向使用者发出警报，从而可以采取检查或者更换等的措施，因此可以防止因使用腐蚀的容器而导致的使用者的肺健康受损等的人员伤害，事先防止因内部腐蚀而变得脆弱的容器在填充时爆炸的事故，从而能够防止严重的人员及物质损害。
此外，包括空气压力传感器140，空气压力传感器140对从所述空气呼吸器容器110排出的空气的压力进行检测。
此时的空气压力传感器140也可以设置于空气供给管道170上的一侧，例如，设置于止回阀180和三通管210之间的区间上的一侧，止回阀180设置于空气供给管道170，三通管210连接空气供给管道170和空气排出管道120。
所述空气压力传感器140感知的空气压力值提供至控制器22侧，此时的空气压力传感器140可结合有压力计，压力计可以从外部识别感知到的压力值。
此外，在所述空气呼吸器容器110的空气排出管道120设置有自动开闭阀150，自动开闭阀150对沿着管道排出的空气的空气流动进行管束。
所述自动开闭阀150通过控制器22进行控制的同时，可实现ON操作(打开)及OFF操作(关闭)。
在此时的自动开闭阀150利用从高压空气填充器100提供的空气来填充空气呼吸器容器110时，为了完全避免干涉，优选地设置于空气排出管道120的后端侧位置。
由此，当排出容纳于所述空气呼吸器容器110中的空气时，如果空气压力传感器140测量的目前的空气压力检测值输入至控制器22，则控制器22对从空气压力传感器140输入的空气压力检测值和已设定的空气压力基准值(例如，1～10bar，优选为5bar)进行比较后，当空气压力检测值达到空气压力基准值时，控制自动开闭阀150进行关闭操作，从而能够使得空气排出切断，最终空气呼吸器容器110成为在内部剩下一定压力(例如，5bar程度)的空气的状态，同时能够完成空气排出。
如此，为了向空气呼吸器容器110填充新的压缩空气，在清空填充于其内部的空气时，剩下一定量以下的空气，从而将内部成为正压状态，从而防止在容器内部产生水分结露，最终能够根本上防止容器内的铝物质腐蚀的问题。
此外，在所述空气呼吸器容器110的空气排出管道120的端部设置有消音器160，消音器160起到使得在空气排出时产生的噪音减少的作用。
如此，在排出空气呼吸器容器110的内部压力的管道末尾设置消音器，从而在排出高压的空气的同时，能够从源头上去除对使用者来说诱发噪音的环境。
尤其，本发明中提供一种在控制器22的控制下自动执行如下过程的系统：高压空气填充器100和空气呼吸器容器110之间的高压空气填充过程；从空气呼吸器容器110的空气排出过程；以及对从空气呼吸器容器110排出的空气中的微细粉尘(例如，从腐蚀的铝容器掉出来的粉末等)进行检测的过程等。
换句话说，可自动执行与如下操作相联系的空气呼吸器容器110的空气排出操作等：通过控制器22的输出控制使得自动开闭阀150进行的操作以及通过控制器22的输出控制使得高压空气填充器100进行运行或停止的操作，其中，控制器22的输出控制是通过输入所述空气压力传感器140的信号进行的。
例如，所述高压空气填充器100和空气呼吸器容器110在空气供给管道170及空气排出管道120相连接的状态下，通过控制器22的控制相联系地自动执行如下过程：排出容纳于空气呼吸器容器110的空气的过程、在排出空气后填充从高压空气填充器100供给的压缩空气(对氮气和氧气的浓度进行适当调节的状态的压缩空气)的过程。
为此，在通过所述控制器22的控制使得高压空气填充器100的运行停止的状态下，使用者通过手动操作打开附着于空气呼吸器容器110的容器阀19，如果继续通过控制器22的控制使得自动开闭阀150进行打开操作，则容纳于空气呼吸器容器110中的空气沿着空气排出管道120排出至外部。
沿着此时的空气排出管道120排出的空气的压力被空气压力传感器140检测到并实时提供至控制器22。
同时，通过微细粉尘传感器130对沿着所述空气排出管道120排出的空气中的微细粉尘进行测量，此时的测量出的微细粉尘浓度检测值提供至控制器22，从而可以用作用于判断容器的腐蚀状态的数据。
继续，在排出容纳于空气呼吸器容器110中的空气的过程中，如果所述空气压力传感器140测量出的空气压力检测值小于已设定的空气压力基准值，例如小于5bar，则控制器22控制自动开闭阀150进行关闭操作，从而使得空气排出停止。
此时，空气呼吸器容器110成为在内部剩下5bar程度的干燥空气的状态，因此在容器内不会产生水分结露。
继续，通过所述控制器22的控制使得高压空气填充器100重新运行，从此时的高压空气填充器100供给的空气通过空气供给管道170和空气排出管道120填充至空气呼吸器容器110。
如此，在空气填充空气呼吸器容器110的过程中，沿着管道供给的空气的压力被空气压力传感器140检测到并实时提供至控制器22，如果此时的检测压力达到已设定的压力，例如达到200～300bar，优选地达到300bar，则判断为填充已完成，从而通过控制器22的控制使得高压空气填充器100的运行中止，由此可完成在排出空气后重新填充的过程。
图3是表示根据本发明一个实施例的容器状态检测型呼吸用空气填充器中高压空气填充器的概略图。
如图3所示，所述高压空气填充器可以以适合于各个使用场所的形式在20％体积～90％体积的范围内适当地对大气中的氧气或者氮气浓度进行调节并供给，尤其，通过多段压缩式压缩器和各个管道之间的适当的配置组合将整体系统的规模及布局形成为最佳的结构。
为此，所述高压空气填充器包括一体型的多段压缩式压缩器12，多段压缩式压缩器12是通过一个动力进行驱动的同时以多段式对空气进行压缩的装置。
就普通多段式压缩器而言，通常，想要使用的压力越上升越构成为2个以上，200～300bar可构成为3段或者4段，400～700bar可构成为5段，700bar以上可构成为6段以上的多段。
例如，所述多段压缩式压缩器12构成为3段的多段式的情况，沿着压缩器本体31的三个方向配置的多个压缩部，例如，可具有以90°的间隔配置的T型或者V型或者W型的气缸配置形状，T型的情况，如图所示，可包括一段压缩部10a、二段压缩部10b及三段压缩部10c。
作为优选的实施例，所述一段压缩部10a、二段压缩部10b及三段压缩部10c，在中央放置驱动圆盘30(或者在中央放置曲柄轴的一个动力传递部)并以此为中心沿着其周围大致可以以90°的间隔配置。
在所述一段压缩部10a、二段压缩部10b及三段压缩部10c分别设置有进行往复运动的同时压缩空气的一段活塞23、二段活塞24及三段活塞25，此时的各个活塞23、24、25通过连杆以具有相位差的形式同时与一个驱动圆盘30相连接。
由此，如果从发动机(未示出)等的驱动源获得动力并使得驱动圆盘30旋转，则各个活塞23、24、25在各个压缩部10a、10b、10c内进行往复运动，最终通过这些活塞的依次往返运动吸入空气后，可以以压缩的状态排出。
并且，在所述各个压缩部10a、10b、10c分别形成有具有各个提升阀28的吸入口及排出口，所述各个吸入口和排出口分别与大气侧管道、排出及吸入侧管道、最终排出侧管道相连接。
例如，所述一段压缩部10a的吸入口和排出口分别与主大气管道11和排出/吸入管道13a相连接，二段压缩部10b的吸入口和排出口分别与2个排出/吸入管道13a、13b相连接，三段压缩部10c的吸入口和排出口分别与排出/吸入管道13b和排出管道15相连接。
由此，空气表现出经由主大气管道11→一段压缩部10a→排出/吸入管道13a→二段压缩部10b→排出/吸入管道13b→三段压缩部10c→排出管道15的流动，最终通过主大气管道11进入的外部空气依次经过各个压缩部10a、10b、10c的同时可进行多段压缩。
在此，在所述主大气管道11可设置有粉尘去除过滤器29a，粉尘去除过滤器29a的功能为对引入至压缩器侧的大气中的粉尘或者异物质等进行去除。
尤其，就所述多段压缩式压缩器12的各个段的压缩部10a、10b、10c而言，段越高，越可使用相对较大的压缩压力。
例如，三段压缩结构的情况，所述一段压缩部10a可具有0bar以上10bar以下的压缩容量，二段压缩部10b可具有10bar以上50bar以下的压缩容量，三段压缩部10c可具有60bar以上的压缩容量。
作为参考，四段压缩结构的情况，可以以如下形式通过降低各个压缩段的压力进行压缩：一段压缩部具有0～5bar的压缩结构，二段压缩部具有5～20bar的压缩结构，三段压缩部具有20～100bar的压缩结构，四段压缩部具有100bar以上的压缩结构。
在此，考虑到压缩室体积、活塞直径等，可以适当地设定各个压缩部的压缩容量。
由此，进入到所述一段压缩部10a的空气为5bar以上50bar以下，在升压一段后可移送至二段压缩部10b，进入到二段压缩部10b的空气为50bar以上100bar以下，在升压二段后可移送到三段压缩部10c，进入到三段压缩部10c的空气为100bar以上，在升压三段后最终可移送至使用场所。
如此，所述多段压缩式压缩器12的情况，在压缩器本体31内沿着三个方向配置各个压缩部10a、10b、10c，同时，与后面叙述的氧气/氮气分离器14等一起，将主大气管道11、排出/吸入管道13a、13b、排出管道15等配置于压缩器本体31的周围，同时，形成为适当地与各个压缩部10a、10b、10c侧相连接的结构，从而优点在于，能够使得空间占有率或者规模最小化等，可有效地设计整体设备布局。
此外，所述氧气及氮气浓度调节型高压空气填充器额外引入大气，从而不仅参与到氧气或者氮气的浓度调节中，而且纯粹地仅对氧气浓度20％体积程度的大气进行压缩并提供，在一段压缩部10a和二段压缩部10b之间包括旁通管19，以便根据需要不经过氧气/氮气分离器14。
此外，为了调节最终被压缩的气体的氧气或者氮气浓度，副大气管道17连接至排出/吸入管道13a上，排出/吸入管道13a连接于一段压缩部10a和二段压缩部10b之间。
换句话说，所述副大气管道17连接于作为从氧气/氮气分离器14延长的氧气排出管道18b及氮气排出管道18a的后端侧汇流管道的排出/吸入管道13a上。
并且，在所述副大气管道17可设置有对向压缩器侧引入的大气中的粉尘或者异物质等进行去除的功能的粉尘去除过滤器29b。
由此，从所述一段压缩部10a侧通过旁通管19流入的氧气浓度大约20％体积程度的空气不经过氧气/氮气分离器14而直接进入到二段压缩部10b，另外，通过所述副大气管道17流入的氧气浓度大约20％体积程度的空气按规定的比率与从氧气/氮气分离器14排出的氧气或者氮气进行混合后，进入到二段压缩部10b。
如上所述，所述二段压缩部10b的吸入侧与副大气管道17相连接，利用通过所述副大气管道17额外流入的空气调节氧气或者氮气浓度时可适当地利用，关于浓度得到调节的氧气或者氮气供给，可以扩大使用场所或者使用者需要的选择的范围等，可广泛地确保高压空气填充器的性能和功能。
在此，在所述多段压缩式压缩器12设置旁通管19和副大气管道17，并同时运用它们，从而优点在于，不仅确保压缩器的充分的压缩体积，而且能够提高能源效率。
例如，仅供给氧气浓度大约20％体积程度的大气的情况，可通过一段压缩部10a具有充分的压缩体积，吸入大气并利用旁通管19来进行供给，因此可确保对比压缩器运行效率的所希望的空气量。
由此，仅供给氧气浓度大约20％体积程度的大气的情况，利用旁通管19；对氧气浓度和大气的比率进行调节并供给的情况，利用副大气管道17，从而优点在于，减少压缩器能源损失的同时，可确保充分的大气量并提供。
另外，在没有所述旁通管19的情况下，利用副大气管道17来仅供给氧气浓度大约20％体积程度的大气时，因为通过压缩体积相对小的二段压缩部10b来吸入大气并对其进行压缩后供给，所以不仅无法提供对比压缩器运行效率的所希望程度的充分空气量，而且此时的一段压缩部10a为空转中的状态，因此从能源损失方面来看可以说是非效率性。
此外，所述氧气及氮气浓度调节型高压空气填充器实质上包括氧气/氮气分离器14，氧气/氮气分离器14是对空气中的氧气和氮气进行分离的装置。
所述氧气/氮气分离器14设置于连接多段压缩式压缩器12的一段压缩部10a和二段压缩部10b之间的排出/吸入管道13a上，起到以膜方式对空气中的氧气和氮气进行分离的作用。
例如，所述氧气/氮气分离器14在分离器壳体内部设置有气体分离膜(Gasseparation membrance，未示出)，分离器壳体内的气体分离膜内侧流路(未示出)和气体分离膜外侧流路(未示出)分别与向分离器壳体外部延长的两个独立的管道，即与氮气排出管道18a和氧气排出管道18b相连接。
在此，所述氧气/氮气分离器14的情况，除了膜方式以外，也可以适用PSA方式等。
并且，所述氮气排出管道18a和氧气排出管道18b在进行方向后端侧汇流为一个后，与连接至多段压缩式压缩器12的二段压缩部10b的吸入侧的排出/吸入管道13a相连接。
由此，如果来自所述一段压缩部10a的压缩空气经过排出/吸入管道13a向氧气/氮气分离器14的内部流入，则如此流入的压缩空气通过气体分离膜分别分离出氧气和氮气，换句话说，因由氧气和氮气的分压差导致的各个气体之间的溶解度和透过率的差异，两个气体中只有氧气选择性地透过，同时分别分离出氧气和氮气，继续而言，氧气通过氧气排出管道18b排出，氮气通过氮气排出管道18a排出。
在此，利用气体分离膜的原理将混合空气分离为氧气和氮气的方式与现有技术相同，因此省略具体的说明。
此外，所述氧气及氮气浓度调节型高压空气填充器包括空气冷却及净化过滤部16a、16b、16c，空气冷却及净化过滤部16a、16b、16c是用于对压缩空气进行冷却及净化的装置。
所述空气冷却及净化过滤部16a、16b、16c可以设置于连接多段压缩式压缩器12的各个压缩部10a、10b、10c的各个排出/吸入管道13a、13b和最终压缩部的排出管道15等。
例如，在一段压缩部10a和二段压缩部10b之间的排出/吸入管道13a设置有一个空气冷却及净化过滤部16a，在二段压缩部10b和三段压缩部10c之间的排出/吸入管道13b设置有另一个空气冷却及净化过滤部16b，在从三段压缩部13c的排出侧延长的排出管道15设置有又另外一个空气净化及净化过滤部16c。
通常，从外部流入的空气中不仅始终含有水分，而且尤其在通过利用润滑油的压缩器来压缩空气时，油成分可能混入至被压缩的空气中。
由此，为了过滤残留于从各个压缩部获得供给的大量压缩空气内的油成分等，在所述空气冷却及净化过滤部16a、16b、16c可内置有聚结过滤器(coalescing filter，未示出)等，另外，为了去除水分等，可内置有冷却器(未示出)或者干燥机(未示出)等。
此外，所述氧气及氮气浓度调节型高压空气填充器包括冷凝水分离部26a、26b，冷凝水分离部26a、26b是位于空气冷却及净化过滤部侧后端并用于去除水分的装置。
所述冷凝水分离部26a、26b可设置于连接多段压缩式压缩器12的各个压缩部10b、10c的排出/吸入管道13b和最终压缩部的排出管道15等。
例如，在二段压缩部10b和三段压缩部10c之间的排出/吸入管道13b上，一个冷凝水分离部26a设置于空气冷却及净化过滤部16b的后端侧，在从三段压缩部10c的排出侧延长的排出管道15，另一个冷凝水分离部26b设置于空气冷却及净化过滤部16c的后端侧。
在此，所述冷凝水分离部26a、26b是包括油水分离功能的结构，可利用离心力的原理去除压缩空气中的冷凝水。
通过所述冷凝水分离部26a、26b去除残留于大量压缩空气内的水分，从而能够确保最终供给的压缩空气的质量，另外，能够使得高压空气填充器中各个构成部件之间的温度偏差最小化。
并且，在从所述三段压缩部10c延长的排出管道15上，高压空气净化部27设置于冷凝水分离部26b的后端侧位置，从而能够以高压压缩空气中包含的异物质等最终被去除的状态供给至使用场所。
所述高压空气净化部27是包括用于去除压缩空气中的水分和气味及作为有害气体的一氧化碳和二氧化碳的除湿剂和活性炭等的结构，可利用吸附原理有效地去除压缩空气中的异物质等。
另外，所述氧气及氮气浓度调节型高压空气填充器包括电子阀及流量计20a、20b、20c、19a、氧气/氮气浓度检测传感器21、控制器22，电子阀及流量计20a、20b、20c、19a、氧气/氮气浓度检测传感器21、控制器22是用于对氧气及氮气浓度进行调节并对其进行控制的装置。
所述电子阀及流量计20a、20b、20c、19a是可调整开闭量的形态的阀装置，分别设置于位于氧气/氮气分离器14的氧气排出管道18b和氮气排出管道18a以及所述副大气管道17和所述旁通管19，起到对在此时的各个管道中流动的空气，即氧气、氮气、大气的流量进行控制并管束流动的作用。
所述电子阀及流量计20a、20b、20c、19a受控制器22的控制而进行操作，可通过控制器22的输出控制对开闭量进行调节，同时对沿着管道流动的空气的流量进行调节。
所述氧气/氮气浓度检测传感器21是分别包括一般的氧气传感器(未示出)和一般的氮气传感器(未示出)的形态，设置于连接至多段压缩式压缩器12的二段压缩部10b的排出/吸入管道13a上，起到分别对在此时的排出/吸入管道13a上流动的空气中的氧气浓度和氮气浓度进行检测的作用。
如此，所述氧气/氮气检测传感器21检测到的氧气浓度数值和氮气浓度数值提供至控制器22，从而可用作用于调节氧气和氮气浓度的基础数据。
所述控制器22起到对电子阀及流量计20a、20b、20c、19a的操作等进行控制的作用，可通过多种方式对电子阀及流量计20a、20b、20c、19a的操作进行控制。
作为一个例子，基于从检测氧气和氮气浓度的氧气/氮气浓度检测传感器21输入的信号，可对电子阀及流量计20a、20b、20c、19a的开闭量进行控制。
作为另一个例子，根据已设定的数据(例如，已设定好的各个电子阀及流量计的开闭量)，可对电子阀及流量计20a、20b、20c、19a的开闭量进行控制。
对通过如上所述的控制器22的输出控制对各个电子阀及流量计20a、20b、20c、19a的操作进行控制并调节氧气或者氮气浓度的方式的例子进行观察如下。
作为一个例子，供给氧气或者氮气浓度100％体积时的情况，在完全关闭设置于副大气管道17的电子阀及流量计20c和旁通管19的电子阀及流量计19a的状态下，如果完全打开设置于氧气/氮气分离器14的氧气排出管道18b的电子阀及流量计20b的同时，完全关闭设置于氮气排出管道18a的电子阀及流量计20a，则能够供给氧气浓度100％体积，另外，如果完全关闭设置于氧气/氮气分离器14的氧气排出管道18b的电子阀及流量计20b的同时，完全打开设置于氮气排出管道18a的电子阀及流量计20a，则能够供给氮气浓度100％体积。
作为另一个例子，供给氧气或者氮气浓度50％体积时的情况，在将旁通管19的电子阀及流量计19a关闭100％并打开设置于副大气管道17的电子阀及流量计20c的开闭量50％的状态下，如果打开设置于氧气/氮气分离器14的氧气排出管道18b的电子阀及流量计20b的开闭量50％，同时完全关闭设置于氮气排出管道18a的电子阀及流量计20a，则能够供给氧气浓度50％体积(对比上面一个例子中供给的氧气浓度100％体积，相对的氧气浓度50％体积)，另外，如果完全关闭设置于氧气/氮气分离器14的氧气排出管道18b的电子阀及流量计20b，同时打开设置于氮气排出管道18a的电子阀及流量计20a的开闭量50％，则能够提供氮气浓度50％体积(对比上面一个例子中供给的氮气浓度100％体积，相对的氮气浓度50％体积)。
此时，根据通过副大气管道17进入的大气空气中基本包含的平均氧气20％体积、氮气80％体积的环境，基本上通过作为氧气/氮气分离器14的传感器的氧气/氮气浓度检测传感器21和控制器22对副大气管道的电子阀及流量计20c的流量进行调整。
作为又另外一个例子，供给一般大气时的情况，在将设置于氧气/氮气分离器14的氧气排出管道18b和氮气排出管道18a的电子阀及流量计20a、20b、设置于副大气管道17的电子阀及流量计20c关闭100％的状态下，如果打开旁通管19的电子阀及流量计19a的开闭量100％，则能够通过粉尘去除过滤器29a和一段压缩部10a供给含有浓度20％体积程度的氧气的一般大气。
当然，诸如如上所述的氧气的浓度调节或者氮气的浓度调节以及大气的供给等的控制可通过如下方式实现：使用前，作业者在20％体积至100％体积的范围内对氧气或者氮气的浓度进行各种选择，输入至控制器并进行设定，或可通过如下方式实现：在确认从氧气/氮气浓度检测传感器输入的氧气浓度或者氮气浓度的数值的同时，通过控制器的输出控制，在电子阀及流量计的开闭量为0％至100％范围内，将氧气或者氮气浓度调节为0～100％体积浓度。
由此，对如上所述构成的高压空气填充器的操作状态进行观察如下。
图4是表示根据本发明一个实施例的容器状态检测型呼吸用控制填充器中高压空气填充器的操作状态的概略图。
如图4所示，通过主大气管道11进入的空气在多段压缩式压缩器12的一段压缩部10a一段升压至5bar以上后，经由排出/吸入管道13a，移送至氧气/氮气分离器14。
接下来，进入至所述氧气/氮气分离器14的压缩空气通过膜方式分离为氧气和氮气后，分别通过氧气排出管道18b和氮气排出管道18a排出并移送至多段压缩式压缩器12的二段压缩部10b。
此时，就分别沿着所述氧气排出管道18b和氮气排出管道18a流动的氧气和氮气而言，可通过受控制器22的控制的电子阀及流量计20a、20b的操作，管束流动或者调节流量(浓度)。
另外，通过受所述控制器22的控制的电子阀及流量计20c、19a的操作，也通过旁通管19和副大气管道17使得外部空气选择性地流入，从而可移送至多段压缩式压缩器12的二段压缩部10b。
接下来，进入至所述多段压缩式压缩器12的二段压缩部10b内的浓度得到调节的氧气或氮气或者大气二段升压至50bar以上后，经由排出/吸入管道13b，移送至多段压缩式压缩器12的三段压缩部10c。
接下来，进入至所述多段压缩式压缩器12的三段压缩部10c内的浓度得到调节的压缩空气，即氧气或者氮气，三段升压至60bar以上，根据使用者的目的，三段升压至120bar、200bar、300bar等，如此升压三段的氧气或氮气或者大气经由排出管道15，最终供给至使用者或者使用场所。
此时，在实现从大气的流入开始经过一段至三段的升压过程后最终排出至使用者或者使用场所的空气流动的过程中，经由设置于管道上的空气冷却及净化过滤部16a、16b、16c和冷凝水分离部26a、26b以及高压空气净化部27的期间，压缩空气中包含的油分、水分、异物质等被去除，从而最终能够提供适合用于呼吸的状态的氧气、适合用于产业的状态氮气。
如上所述，本发明中利用多段压缩式的高压压缩器，另外，将包括氧气及氮气分离器的各种周围部件及管道等以一体型安装于压缩器侧，以此为基础，对氧气或者氮气浓度进行调整，在一个设备中制造使用者需要的一般的氧气浓度20％体积程度至高浓度的氧气浓度90％体积程度的呼吸用空气，或者一般产业用100％体积浓度氮气，通过构筑这样的系统能够实现利用一个驱动力的能源节省、功能集成型以及使得规模最佳化的产品。
并且，本发明中，当排出容纳于空气呼吸器容器的空气时，在容器内剩下一定量的空气，从而防止由于大气渗透而导致的水分结露现象，从而可根本上解决容器腐蚀问题，对空气呼吸器容器内部状态进行监控，从而可以事先给使用者提供有关容器使用的警报，可提高与空气自动填充及排出等相关的整体系统运用的便利性及效率性。

Claims (8)

1.一种容器状态检测型呼吸用空气填充器，其特征在于，包括：
微细粉尘传感器(130)，其设置于空气呼吸器容器(110)的空气排出管道(120)，从而对从空气呼吸器容器(110)排出的空气中的微细粉尘浓度进行检测，空气呼吸器容器(110)可容纳从高压空气填充器(100)提供的高压空气；
控制器(22)，其对从所述微细粉尘传感器(130)输入的微细粉尘浓度检测值和已设定的微细粉尘浓度基准值进行比较，如果微细粉尘浓度检测值高于微细粉尘浓度基准值，则输出警报信号，
所述高压空气填充器(100)包括：
多段压缩式压缩器，其具有多个压缩部的同时，各个压缩部通过各个管道相连接，通过主大气管道进入的外部空气依次经过各个压缩部的同时可进行多段压缩，通过一个动力进行驱动的同时压缩空气；
膜方式的氧气/氮气分离器，其设置于所述多段压缩式压缩器的一段压缩部和二段压缩部之间的排出/吸入管道，对空气中的氧气和氮气进行分离；
空气冷却及净化过滤部，其设置于对所述多段压缩式压缩器的各个压缩部进行连接的各个排出/吸入管道和最终压缩部的排出管道中至少一个管道，从而对空气进行冷却及净化，
所述高压空气填充器(100)对空气中的氧气和氮气进行分离，可将分离的氧气或者氮气提供给使用者或者使用场所，
所述高压空气填充器(100)包括：各个电子阀及流量计，其分别设置于氧气排出管道及氮气排出管道和副大气管道，对管道中流动的空气的流量进行控制，并管束流动，所述氧气排出管道及氮气排出管道形成于所述氧气/氮气分离器，所述副大气管道与所述多段压缩式压缩器的二段压缩部和所述氧气/氮气分离器之间的排出/吸入管道相连接；
控制器，其为了控制所述氧气或者氮气的浓度，对电子阀及流量计的操作进行控制。
2.根据权利要求1所述的容器状态检测型呼吸用空气填充器，其特征在于，还包括：
空气压力传感器(140)，其设置于所述空气呼吸器容器(110)的空气供给管道(170)的一侧，对从空气呼吸器容器(110)排出的空气的压力进行检测；以及
自动开闭阀(150)，其设置于空气排出管道(120)，对空气的流动进行管束，
当排出容纳于空气呼吸器容器(110)内的空气时，控制器(22)对从空气压力传感器(140)输入的空气压力检测值和已设定的空气压力基准值进行比较，如果空气压力检测值达到空气压力基准值，则控制自动开闭阀(150)进行OFF操作，从而切断空气的排出。
3.根据权利要求1所述的容器状态检测型呼吸用空气填充器，其特征在于，还包括：
消音器(160)，其设置于所述空气呼吸器容器(110)的空气排出管道(120)的端部，使得在排出空气时产生的噪音减少。
4.根据权利要求2所述的容器状态检测型呼吸用空气填充器，其特征在于，
在所述高压空气填充器(100)和空气呼吸器容器(110)之间连接有与空气排出管道(120)侧相连接的空气供给管道(170)，同时，在所述空气供给管道(170)上设置有切断空气向高压空气填充器(100)侧移动的止回阀(180)，通过控制器(22)的控制相联系地自动执行对容纳于空气呼吸器容器(110)的空气进行排出的过程和排出空气后对从高压空气填充器(100)供给的压缩空气进行填充的过程。
5.根据权利要求1所述的容器状态检测型呼吸用空气填充器，其特征在于，还包括：
旁通管(19)，其作为能够仅纯粹地对氧气浓度20％体积的大气进行压缩并提供的装置，设置于一段压缩部(10a)和二段压缩部(10b)之间。
6.根据权利要求1所述的容器状态检测型呼吸用空气填充器，其特征在于，还包括：
氧气/氮气浓度检测传感器，其设置于与所述多段压缩式压缩器的二段压缩部相连接的排出/吸入管道上，对氧气及氮气的浓度进行检测，
基于从所述氧气/氮气浓度检测传感器提供的信号，控制器对电子阀及流量计的操作进行控制。
7.根据权利要求1所述的容器状态检测型呼吸用空气填充器，其特征在于，
所述多段压缩式压缩器包括一段压缩部至三段压缩部，在各个压缩部设置有与一个输出侧相联动的同时进行往复运动的一段活塞至三段活塞。
8.根据权利要求1所述的容器状态检测型呼吸用空气填充器，其特征在于，还包括：
冷凝水分离部，其设置于连接所述多段压缩式压缩器的各个压缩部的各个排出/吸入管道和最终压缩部的排出管道中至少一个管道，去除空气中包含的水分。
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