CN111163842B - 多功能多用途呼吸面罩 - Google Patents

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Abstract

在本发明的一个方面，提供了模块化呼吸器，包括细长的过滤器单元，所述过滤器单元具有过滤器入口、过滤器出口和用于过滤流体中的污染物的可更换的流体过滤器；细长的排气单元，所述排气单元具有排气入口，排气出口和一个或多个单向阀；面罩组件，所述面罩组件具有用于覆盖用户的口腔和鼻腔通道的面罩，所述面罩的一端为面罩入口，所述面罩的相对端为面罩出口，其中所述面罩入口可拆卸地固定至所述过滤器出口，所述面罩出口可拆卸地固定至所述排气入口。

Description

多功能多用途呼吸面罩
技术领域
本发明涉及一种呼吸装置或呼吸器，并且特别适用于娱乐活动或用作运动训练面罩。
背景技术
在21世纪，越来越多的人变得更活跃，更注重健康，并进行各种体育运动和娱乐活动，例如跑步、骑自行车、铁人三项、健身房锻炼等。多种类型的运动或娱乐设施可满足这些运动训练的需求。这些类型的娱乐设施中相对较新的一种是吸气肌呼吸训练面罩。实际上，面罩在佩戴者锻炼时通过限制面罩的气流增加了吸气阻力，因此佩戴者需要克服这种增加的阻力，才能充分呼吸空气，以提供身体所需的氧气。佩戴者需要根据呼吸困难的程度比通常更用力呼吸，从而使与呼吸相关的吸气肌肉发力。研究发现，这种类型的训练面罩可有效增强肺活量，增强呼吸肌肉并改善整体健康状况。
目前使用的运动训练面罩存在许多问题/潜在的改进：
·清洗相关的带子较困难(例如，大多数带子只能手洗)：由于使用者很容易出汗，因此通常很难清洗或清洁目前已知的面罩。
·目前已知的面罩相对于用户的脸通常过大。
·如果在污染的环境下训练，缺少合适的空气过滤。
·每种装置的实际阻力水平会随着用户的海拔高度而变化，而在训练时无法根据海拔高度自动调节阻力。
·通常没有测量和记录呼吸行为，例如呼吸频率、吸气与呼气比、以及潮气量等的实用方法，使得人们可以知道训练的进行方式，以及需要如何改变或努力来提高呼吸效率等
目前最常用的个人呼吸防护面罩类型是纸面罩，并且“N95”是定义这种面罩种类的类型的广泛使用的标准之一。大多数纸面罩既简单又轻便，但是由于面罩和脸部之间的空气间隙，易于危害面罩的保护效率。
美国专利第5,374,458号公开了“N95”型面罩。该专利公开了一种用于医疗和牙科人员的模制的杯形面罩。该面罩具有第一、第二和第三层。各层的边缘部分基本上彼此不粘附，并且面罩的外边缘没有任何周边密封等，因此所有三层的边缘部分都可以相对移动并且给佩戴者呈现出柔软舒适的感觉。边缘部分的柔韧性有助于通过面罩呼气，并且在吸气过程中，将柔性边缘部分拉向与佩戴者面部保持贴合的位置。
空气净化呼吸器或APR是N95型无源面罩(passive mask)的升级版，具有改善的面部密封、过滤效率和防尘能力。但是，该面罩仍然是一种无源面罩，如同N95面罩，使用者必须付出额外的努力才能通过过滤介质进行呼吸；大量的重复呼吸的空气被再次呼吸，从而增加了面罩中的二氧化碳、湿气和温度，导致长期使用后不适。
美国专利第9,067,086号公开了一种可穿戴的训练面罩，该面罩中提供了不同的吸气阻力设置。该面罩包括具有限定深度的不透气的主体，该主体具有周边设置有延伸的密封件的内表面和外表面，使得该主体用于覆盖佩戴者的嘴和鼻部。沿着主体的位置设置并结合了多个进气阀子组件。每个阀子组件都具有多种阻力设置，以根据佩戴者的吸气来一定程度影响进入面罩的空气量。从该主体延伸出的带具有相互接合的末端，并固定在佩戴者的头部周围。该面罩无法自动调节气流以适应在不同环境或海拔高度的不同用户。该面罩缺乏机械能力以帮助使用者的面罩内的空气流通。此外，该面罩不具有任何空气过滤器来阻挡或限制进入用户呼吸道的污染物。
电动空气净化呼吸器或PAPR通常用于严重污染或危险的工业环境中。典型的PAPR使用动力装置通过过滤器元件从大气中抽取环境空气，对其加压，然后通过导管和面罩将其传输到用户的呼吸道。PAPR通过在面罩内部保持正压来确保空气供应在所有情况下均被过滤或净化，因而可以保持较高的保护效率，并且可以使面罩中的CO2和水分保持较低，因此，PAPR可以提供比纸面罩更好的保护和呼吸舒适性，尤其是对于长时间使用而言。
美国专利申请第2014/0373846号公开了一种呼吸装置，包括：过滤器，其布置成将进入呼吸装置的被过滤后的空气提供给使用者；气流发生器，用于接收和加压过滤后的空气；旁通阀，布置成允许过滤后的空气从中通过；面罩；用于将过滤后的空气提供给使用者呼吸道；歧管，具有第一路径，该第一路径用于使过滤后的空气通过气流发生器；第二路径，用于使过滤后的空气通过旁通阀，该第二路径布置成使得过滤后的空气避开气流发生器；以及与面罩流体连通的出口，由此将过滤后的空气通过气流发生器或旁通阀提供给面罩。
然而，现有技术中的PAPR系统仅被指定用于工业和专业应用。换而言之，它们不是为普通大众在日常使用而设计。因此，大多数PAPR系统通常是大、笨重、沉重且昂贵的。
近年来，对于更适用公众的娱乐活动的呼吸防护面罩的需求强烈。特别是多个中国城市每年都遭受较重的烟雾和颗粒物空气污染，优质的纸面罩经常售罄，或者对于跑步或锻炼等体育活动不实用。
多种低性能的动力或“混合”面罩已经可用。这些混合面罩中的大多数都将鼓风机、电池、控制电子装置和过滤介质均安装在面罩主体中。从某种意义而言，这些面罩具有典型的纸面罩的形成组件，并且向面罩产生一些电推动的空气，这有助于排出重复呼吸的空气，从而提高了舒适度。然而，这些混合式面罩的主要缺点是空气流量通常不足以满足高强度活动例如在户外跑步和骑自行车运动的呼吸需求。此外，由于低流动能力，大多数这些混合面罩并不符合公认的PAPR相关国际标准。因此，这些混合面罩不能用于高要求和严格的应用中。
发明内容
本发明的目的是提供一种运动用的呼吸器。
本发明的另一目的是提供一种改进面罩，以将工业空气净化呼吸器(APR)和动力空气净化呼吸器(PAPR)转换为外形更小、更轻、更易于佩戴、更舒适美观、经济，并且适合运动训练的薄型设计(low-profile design)。
本发明的另一目的是提供一种改进面罩，其在运动以外的各种应用，包括日常应用，医院以及在某些工作场所和轻工业场合中能有效且方便地进行操作。
因此，本发明的目的是提供一种用于运动的新型呼吸器。
当结合以下说明书和附图进行说明时，其他目的和优点将变得显而易见。
本发明的又一目的是克服或改善现有技术的至少一个缺点，或提供一种有用的替代方案。
在本发明的一方面，提供了一种模块化呼吸器包括：
细长的过滤器单元，所述过滤器单元具有过滤器入口、过滤器出口和用于过滤流体中的污染物的可更换的流体过滤器；
细长的排气单元，所述排气单元具有排气入口，排气出口和一个或多个单向阀；
面罩组件，所述面罩组件具有用于覆盖用户的口腔和鼻腔通道的面罩，所述面罩的一端为面罩入口，所述面罩的相对端为面罩出口，其中所述面罩入口可拆卸地固定至所述过滤器出口，所述面罩出口可拆卸地固定至所述排气入口，
使得所述过滤器单元位于颈部的一侧的前三角区周围，而所述排气单元位于颈部的相对侧的前三角区周围，其中，所述过滤器单元、所述面罩和所述排气单元共同紧密地形成流体通过的密封通道。
优选地，所述模块化呼吸器，还包括：
鼓风机单元，所述鼓风机单元具有鼓风机入口，鼓风机出口和用于将所述流体从所述鼓风机入口驱动到所述鼓风机出口的电动鼓风机，和
控制单元，所述控制单元具有动力单元和用于控制所述鼓风机的控制器，
其中，所述鼓风机出口与所述过滤器单元的所述过滤器入口可拆卸地连接，并且所述控制单元可靠地与所述排气单元连接。
优选地，所述模块化呼吸器还包括连接所述鼓风机单元与所述控制单元的颈带。
优选地，所述动力单元适于经由穿过所述颈带的电缆向所述电动鼓风机供电。
优选地，所述控制器通过穿过所述颈带的电缆与所述电动鼓风机进行连通。
优选地，所述控制器通过无线通信与所述电动鼓风机进行通信。
优选地，所述颈带由使用者选择性地调节。
优选地，所述颈带包括连接所述鼓风机单元和所述控制单元中的一个的内套管，连接所述鼓风机单元和所述控制单元中的另一个的外套管，使得所述内套管可在所述外套管内移动。
优选地，所述颈带包括用于将所述内套管与所述外套管紧固在固定位置上的闩锁。
优选地，所述电缆是盘绕电缆。
优选地，所述内套管具有适合于允许所述电缆穿过的内腔。
优选地，所述鼓风机单元包括适用于保持所述电动鼓风机的鼓风机单元外壳和预过滤器。
优选地，所述电动鼓风机包括鼓风机外壳，所述鼓风机外壳容纳连接至叶轮的电动机。
优选地，所述电动机是无刷直流电动机。
优选地，所述电动机包括具有多个凸肋的定子。
优选地，电动机包括多个主体叶片，用于将所述电动机支撑在所述电动鼓风机内并引导所述流体从中通过。
优选地，所述叶轮包括大致圆锥形的杆，以及从所述杆径向延伸的多个叶轮叶片。
优选地，当所述叶轮沿相反方向旋转时，所述叶轮产生反向气流。
优选地，所述鼓风机外壳包括可拆卸地连接至后壳的前壳，使得所述电动机用于牢固地安装在所述鼓风机外壳内。
优选地，所述前壳包括用于允许所述流体从中穿过的孔。
优选地，所述后壳包括用于使连接至所述电动机的电缆通过的孔，以及用于使所述流体通过的至少一个孔。
优选地，所述前壳体包括至少一个凸形卡扣配合构件，所述凸形卡扣配合构件与所述后壳的对应的凹形卡扣配合构件可拆卸地接合。
优选地，所述前壳通过螺钉可拆卸地固定至所述后壳。
优选地，所述鼓风机单元还包括覆盖所述预过滤器的过滤器盖。
优选地，所述预过滤器用于过滤具有超过0.3μm的粒径的颗粒。
优选地，所述鼓风机单元外壳包括顶部壳体，所述顶部壳体与所述底部壳体可拆卸地接合，使得所述电动鼓风机和所述预过滤器牢固地安装在所述鼓风机单元内。
优选地，所述顶部壳体包括至少一个凸形卡扣配合构件，以与所述底部壳体的对应的凹形卡扣配合构件可拆卸地接合。
优选地，所述顶部壳体通过螺钉可拆卸地固定至所述底部壳体。
优选地，所述控制单元包括一个或多个显示所述模块化呼吸器的状态的用户界面。
优选地，所述用户界面中的一个包括多个发光二极管。
优选地，所述用户界面中的一个是数字显示屏。
优选地，所述用户界面中的一个包括触摸屏。
优选地，所述控制单元包括用于打开或关闭所述模块化呼吸器的电源开关。
优选地，所述动力单元包括充电电池。
优选地，所述充电电池是锂离子电池。
优选地，所述过滤器单元包括用于接入所述流体过滤器的耐用壳体。
优选地，所述过滤器出口包括适于将对应的管螺纹接头紧固在所述面罩组件的所述入口上的管螺纹接头。
优选地，所述过滤器出口适于在所述管螺纹接头内容纳弹性间隔件。
优选地，所述流体过滤器为圆锥形。
优选地，所述过滤器单元包括用于连接互补的推入式配合连接器的凸推入式配合连接器或凹推入式配合连接器。
优选地，所述凸推入式连接器包括具有用于容纳锁定闩锁的锁定槽的螺柱。
优选地，所述凹推入式连接器包括用于与所述螺柱可拆卸地连接的插座，其中，所述插座具有一个或多个弹簧加载的闩锁，用于锁闩在所述螺柱的锁定槽上。
优选地，所述凹推入式连接器包括弹簧加载的环，用于从锁定槽释放弹簧加载的闩锁。
优选地，所述凸推配合连接器和凹推配合连接器包括管螺纹连接器，所述管螺纹连接器与互补的管螺纹连接器接合。
优选地，所述排气单元包括在所述排气入口处的管螺纹连接器，用于在所述面罩出口处连接至互补的管螺纹连接器。
优选地，所述排气单元包括用于支撑所述单向阀的安装板。
优选地，所述排气单元包括用于容纳呼气过滤器的过滤器隔室。
优选地，所述过滤器隔室位于所述排气出口处。
优选地，所述过滤室具有网孔。
优选地，所述网孔包括用于控制从所述排气单元排出的气流的阻力刻度盘。
优选地，所述排气单元具有用于连接互补的推入式配合连接器的所述凸推入式配合连接器或所述凹推入式配合连接器。
优选地，所述排气单元具有压力端口以与压力传感器对接。
优选地，所述模块化呼吸器，还包括颈带组件，所述颈带组件具有附接到颈带的一端的第一短管和附接到所述颈带的另一端的第二短管，其中所述第一短管和第二短管适用于与推入式配合连接器接合。
优选地，所述第一短管包括用于调节所述流体的吸入阻力的调节装置。
优选地，所述第二短管包括用于感测所述面罩内部的流体的压力的压力传感器。
优选地，所述颈带组件包括用于调节所述颈带的长度的调节装置。
优选地，所述颈带包括用于允许线圈电缆穿过其中的套管。
优选地，所述套管由弹性材料制成。
优选地，所述模块化呼吸器，还包括一个或多个头带。
优选地，所述面罩组件包括朝着所述面罩组件的顶部、底部或中心定位的一个或多个钩，其中，所述钩用于与套接带连接以用于将面罩组件固定在用户身上。
优选地，所述模块化呼吸器，还包括一个或多个感测装置，其中，所述感测装置具有自持控制器和电源。
优选地，所述传感装置用于测量CO2浓度水平。
在本发明的第二方面，还提供了一种模块化呼吸器，包括：
细长的过滤器单元，具有过滤器入口，过滤器出口，过滤器元件和用于过滤流体中污染物的预过滤器；
细长的控制单元，具有动力单元和用于控制鼓风机单元的控制器，空气路径的一端具有密封件，以允许空气从所述鼓风机单元传递到面罩组件，并且在所述鼓风机单元的两端具有螺纹连接器；
其中所述面罩组件具有用于覆盖使用者的口腔和鼻腔的面罩盖，至少一个呼气组件，位于面罩一端的面罩入口螺纹连接器，在面罩组件相对端的面罩快速连接接口，其中所述面罩入口可拆卸地固定到控制单元，而所述面罩快速连接接口可拆卸地固定到过滤器推入式配合连接器。
优选地，所述鼓风机单元用于被放置在颈部具有空气管的所述人的颈部的背面，所述电动鼓风机用于将流体从鼓风机入口驱动到鼓风机出口。
优选地，所述空气管连接在所述过滤器单元和所述控制单元之间，并且由橡胶制成，所述橡胶在所述管的每一侧具有一部分波纹管。
优选地，所述空气管用于作为紧固机构，用于可拆卸地紧固至所述控制单元和所述过滤器单元。
优选地，所述模块化呼吸器，还包括用于将电传导到所述鼓风机单元的盘绕电缆。
优选地，所述控制单元在入口端具有螺纹连接器，并且在出口端具有推入式连接器；所述面罩组件在面罩的每一端都有一个快速连接接口。
优选地，所述空气管包括螺纹连接器组件，所述螺纹连接器组件用于调节所述空气管的长度并且可拆卸地固定至所述控制单元和所述过滤器单元。
在另一方面，本发明将工业空气净化呼吸器(APR)和动力空气净化呼吸器(PAPR)转换为薄型设计，所述薄型设计外形更小、更轻、更易于佩戴、更舒适美观、经济，并且适合运动训练。本发明的面罩还寻求在运动以外的各种应用，包括日常应用，医院以及在某些工作场所和轻工业场合中能有效且方便地进行操作。
附图说明
本发明的特征和优点通过描述发明的实施方式，结合举例并参考附图，将变得显而易见，其中：
图1示出了本发明实施方式的动力驱动形式的呼吸器的立体图。
图2示出了图1的呼吸器的另一立体图。
图3示出了图1的呼吸器的另一立体图。
图4示出了图1的呼吸器的另一立体图。
图5示出了图1的呼吸器的另一立体图。
图6示出了图1的呼吸器的分解立体图。
图7示出了图1的呼吸器的另一分解立体图。
图8示出了图1的呼吸器的另一分解立体图。
图9示出了图1的呼吸器的另一分解立体图。
图10示出了本发明另一实施方式的非动力驱动形式的呼吸器的立体图。
图11示出了图10的呼吸器的分解立体图。
图12示出了在图1或图2的呼吸器中使用的过滤器单元的示意图。
图13示出了在图1或图10的呼吸器中使用的呼气单元的示意图。
图14示出了图13中的呼气单元的阀安装板的示意图。
图15示出了在图1或图10的呼吸器中使用的感测拾取组件(sensing pick-upassembly)。
图16示出了在图1或图10的呼吸器中使用的连接组件的快速连接接口的示意图。
图17示出了在图1或图10的呼吸器中使用的连接器组件的快速连接环的示意图。
图18示出了在图1的呼吸器中使用的颈带组件的一系列示意性平面图。
图19示出了图18的颈带组件的立体图。
图20示出了图18的颈带组件的另一立体图。
图21示出了在图10的呼吸器中使用的颈带组件的立体图。
图22示出了图21的颈带组件的一系列示意性平面图。
图23示出了图1的呼吸器的动力单元和电子电路单元的示意图。
图24示出了图1的呼吸器的鼓风机单元的示意图。
图25示出了图1的呼吸器的电动鼓风机的俯视图和主视图。
图26示出了图24的电动鼓风机的一系列示意性平面图。
图27示出了图24的电动鼓风机的立体图和分解立体图。
图28示出了在图24的电动鼓风机中使用的定子芯的示意图。
图29示出了在图1或图10的呼吸器中使用的调节带。
图30示出了在图1的呼吸器中使用的螺纹连接器的示意图。
图31示出了用于图1的呼吸器的面罩的主视图。
图32示出了本发明另一实施方式的动力形式的呼吸器的示意性立体图。
图33示出了图32的呼吸器的示意性分解图。
图34示出了图32的呼吸器的鼓风机单元的示意性剖视图。
图35示出了图32的呼吸器的面罩组件的主视图。
图36示出了根据本发明的实施方式的具有单个绳带的呼吸器的视图。
图37示出了图36的具有盖处于打开状态的基于维可牢(Velero)的呼吸器的另一视图。
图38示出了用于图36的呼吸器的钩的示意图。
图39示出了图36的呼吸器的另一钩的示意图。
图40示出了在图39所示的实施方式中使用的钩的示意性立体图。
图41示出了图40的钩的另一示意性立体图。
图42示出了图40的钩的示意性后视图。
图43示出了图36的呼吸器处于打开构型的后带的示意图。
图44示出了图36的呼吸器的闩锁的示意图。
图45示出了在图36的呼吸器中使用的面罩的示意性后视图。
图46示出了图45的面罩的示意性俯视图。
图47示出了图45的面罩的桥接结构的示意图。
图48示出了具有处于松弛状态的调节机构的螺纹连接器组件的示意性剖视图。
图49示出处于压缩状态的图48的螺纹连接器组件的示意性剖视图。和
图50示出了处于拉伸状态的图48的螺纹连接器组件的示意性剖视图。
具体实施方式
参照图1至图29，在本发明的一种实施方式中，提供了一种模块化呼吸器10，包括细长的过滤器单元14，该过滤器单元具有过滤器入口66，过滤器出口67和用于过滤流体如空气中的污染物的可更换的流体过滤器65。模块化呼吸器10包括细长的排气单元16，该排气单元16具有排气入口72，排气出口71和一个或多个单向阀73。
模块化呼吸器10还包括面罩组件12，该面罩组件12具有覆盖使用者的口腔和鼻腔的面罩、在面罩的一端的面罩入口50，在面罩的相对端的面罩出口52，其中面罩入口可拆卸地固定至过滤器出口67，并且面罩出口可拆卸地固定至排气口72。
过滤器单元14位于颈部一侧的前三角区周围，并且排气单元16位于颈部的相对侧上的前三角区周围或附近，从而形成紧密密封的通道用于使流体穿过过滤器单元、面罩12和排气单元。
由于过滤器单元14和排气单元16为细长的形状，因此两者均用于在前三角区附近至少部分地围绕颈部缠绕。这与其他不适合缠绕在颈部上的碟形过滤器不同。过滤器单元14和排气单元16在形状、尺寸和重量上相似，从而它们在颈部的两侧周围平衡。
在一种实施方式中，管螺纹连接器符合ISO 7-1、7-2、228-1和228标准或国家管螺纹标准。
模块化呼吸器10还包括鼓风机单元22，其具有鼓风机入口106、鼓风机出口107和用于将流体从鼓风机入口驱动到鼓风机出口的电动鼓风机；控制单元26具有动力单元24和用于控制电动鼓风机的控制器27。鼓风机出口107与过滤器单元14的过滤器入口66可拆卸地连接，并且控制单元26与排气单元16可拆卸地连接。
优选地，鼓风机单元22和控制单元26具有细长的形状。由于鼓风机单元22和控制单元26为细长的形状，因此两者都适用于至少部分地环绕在胸锁乳突肌和后三角肌附近的颈部。鼓风机单元22和控制单元26在形状、尺寸和重量上都相似，从而在颈部的两侧周围保持平衡。鼓风机单元22和控制单元26连接至围绕颈部背面的颈带142。在一种实施方式中，鼓风机单元22和控制单元26可通过使用者的肩膀承受其重量。
在本发明一种实施方式中，提供一种用于体育运动的模块化呼吸器10，其包括覆盖使用者的鼻腔和口腔的面罩组件12、过滤器单元14、和呼气单元16。在另一实施方式中，模块化呼吸器10还包括气流发生器20，该气流发生器包括鼓风机单元22、动力单元24和PCB(或控制器)单元27。优选地，呼吸器10的模块与一个或多个连接组件30连接。可选地，可以设置其他弹性颈带和/或头带(未示出)以进一步分担负载。
过滤器单元14和呼气单元16经由管螺纹连接器与面罩12连接，该管螺纹连接器被设计成使连接和断开变容易，而且还使连接可靠且无泄漏。
在一种使用了气流产生器20的实施方式中，过滤器单元14和呼气单元16经由一个或多个连接组件30或推入式配合连接器连接至鼓风机单元22和控制单元26。连接组件30提供锁定机构，其中连接器组件可以通过简单地将部件推在一起而与其他模块接合，并且可以通过在连接组件上操纵环77来拆卸。
在另一未安装气流发生器20的实施方式中，过滤器单元14和呼气单元16连接至颈带组件18。
不具有气流发生器20的实施方式可以容易地转换成带有气流发生器的实施方式。这可以通过简单地移除连接至连接组件30的颈带组件18进而连接气流发生器20来实现。
类似地，为了从具有气流发生器20的呼吸器10变为不具有气流发生器的呼吸器，用户仅需通过连接组件30拆卸下气流发生器20，并用颈带组件18替换即可。
这种模块化结构使得能够将一种设计配置为两种单独的产品，从而将从无动力驱动呼吸器容易地升级到动力驱动呼吸器，反之亦然，可以从动力驱动呼吸器到无动力驱动呼吸器，以满足某些要求具体需求。
面罩组装
参照图1至图11，面罩组件12包括面罩40和在面罩入口50和面罩出口52处的两个管螺纹连接器46，其中面罩40具有框架和与面部接触的衬垫以形成覆盖人的鼻腔和口腔的气密密封。衬垫的优选材料是硅橡胶。也可以使用其他橡胶或TPE材料。优选的框架材料是聚碳酸酯，并且优选地是透明的或具有颜色图案的聚碳酸酯，但是需要在说话时能够看到嘴部运动。
图31示出了本发明的一种优选实施方式中的面罩40的主视图。在如图45和图46所示的另一实施方式中，在面罩40的底部增加了排水阀，以允许累积的冷凝水或汗水排出。阀门的位置对面罩的整体外观影响最小。
图30示出了在面罩入口50处的螺纹连接器46的实施方式。在另一实施方式中，吸入单向阀安装在螺纹连接器46的端部，以阻止呼吸过的空气返回过滤器单元14。
优选地，该面罩组件12被模制或与聚碳酸酯框架压入式配合，并且该面罩组件通过套扎带48连接到面部。套扎带48可以是头带或颈带。套扎带48可以由弹性材料制成。在一实施方式中，框架的材料由硅树脂制成，使得面罩模制成硅树脂整件。优选地，衬垫在一侧具有空气入口/面罩入口50以连接至该过滤器单元14，并且在另一侧具有空气出口/面罩出口52以连接至该呼气单元16；过滤器单元14和呼气单元16两者均优选通过相应的螺纹连接器46连接至相应的端口。在一种实施方式中，衬垫由硅树脂制成。面罩入口50的螺纹连接器46用于与过滤器单元14的过滤器出口67的互补的螺纹连接器接合。面罩出口52的螺纹连接器46用于与排气单元16的排气入口72的互补的螺纹连接器接合。
优选地，该框架具有一对朝向该框架的顶部定位的钩，每个钩位于框架的一侧，并且该框架还具有另一对朝向框架的底部定位的钩，每个钩位于框架的一侧。套扎带48系在该两对钩上，并优选以以下两种方式中的一种使用：A一条带用于在头部的背面上部拉紧，另一个带用于在头部的背面下部拉紧；B一条带用于在一只耳朵处收紧，另一条带用于在另一只耳朵处收紧。
在另一种实施方式中，两个分开设置的一对钩可以用一对中心钩代替，其中该中心钩位于该框架的中心线周围，并且在每个钩在框架一侧。
优选地，该套扎带48系在该一对中心钩上，并且可以以两种方式中的一种使用：A一条带用于在头部的背面上部拉紧，并且另一条带用于头部的背部下面拉紧。B一条带用于在一只耳朵上收紧，另一条带用于在另一只耳朵上收紧。
过滤单元
参照图12，过滤器单元14在其过滤器出口67处通过管螺纹62连接至面罩组件12。诸如O形圈或垫圈之类的弹性垫片安装在螺纹的末端，以确保紧密密封。过滤器14单元包括：过滤器壳体64、过滤器65、过滤器入口66和过滤器出口67。
优选地，过滤器65用于阻挡空气中对佩戴者有害的细颗粒或污染物。过滤器65可任选地例如通过将过滤器的过滤介质浸渍活性炭,从而具有有害气体吸收能力水平。过滤器65的过滤器壳体64优选为细长的形状，并且是圆柱形或圆锥形，并且是渐缩的，并且优选地在过滤器入口66的端部处较大，以使得空气入口通道较大，从而减小流动阻力。优选地，该过滤器65的过滤器元件为渐缩的锥形，以增加过滤器在其出口67处的剖面区域的空气路径，以使流动阻力最小。过滤器单元14具有入口部分，在该入口部分将弹性间隔件装配到凹槽中以与连接组件30或推入式配合连接器形成气密密封。
在一种实施方式中，过滤器单元14具有入口部分，其中弹性间隔件装配在入口部分上，以与凸推入式配合连接器和凹推入式配合连接器中的一个形成气密密封。当过滤器单元14包括凸推入式配合连接器时，其用于与作为互补的推入式配合连接器的凹推入式配合连接器接合。当过滤器单元14包括凹推入式连接器时，其用于与作为互补的推入式连接器的凸推入式连接器的接合。在一种实施方式中，入口部分还具有弹簧锁定槽，以与连接组件30一起工作。
过滤器单元14可从呼吸器10中移除以进行更换。在一种实施方式中，过滤器单元14包括耐用的壳体，用于提供更换流体过滤器的通道。可以进入过滤器单元14的内部以清洁和更换过滤器65。可以使用其他类型的过滤器，例如扁平过滤器或圆柱形过滤器来代替圆锥形过滤器。在一种实施方式中，过滤器单元14中设置了用于容纳可移除的空气过滤器的槽，以便于更换该空气过滤器。在一种实施方式中，过滤器65是高效颗粒吸收空气过滤器或超低渗透空气过滤器。根据空气过滤器的类型，可以设置气流发生器20来辅助气流。
呼气单元
参照图13和图14，呼气单元16适于在入口72的端部处通过管螺纹70连接至面罩组件12。将诸如O形圈或垫圈的弹性垫片安装在螺纹70的端部以提供紧密密封。
呼气单元16适于将呼出的空气从面罩组件12传送到呼吸器10外部的环境。呼气单元14包括至少一个呼气阀73、可选的呼气空气过滤器74和用于盖住呼气阀73和呼气空气过滤器74的盖75。通常呼气阀73是单向阀，使得空气可以从面罩组件12流向呼气路径，反之则不然。
排气单元14具有用于支撑单向阀的安装板。在一种优选的实施方式中，在过滤器盖或网状盖75上设置有刻度盘，以调节排气口71的空气阻力。因此，模块化呼吸器10可以具有入口和出口阻力调节选项。
呼气单元16可以使用气压传感器来感测空气连接部分并与控制单元26连通。在一种优选的实施方式中，压力传感器位于控制单元26中。小空气通道81构造成使气压传感器感测面罩12的气压。在空气连接部分上安装O形圈，以与连接组件30形成气密密封。入口部分还具有与连接组件30配合使用的弹簧锁定槽68。
在本发明的另一实施方式中，模块化呼吸器10包括一个或多个感测装置，其中，感测装置具有自持控制器和电源。在一种实施方式中，感测设备是CO2测量设备，因为CO2是确定用户是否过度呼吸的重要参数之一。
在一种实施方式中，如图15所示，通过感测拾取组件161拾取空气样本，其中，感测拾取组件被压入配合在连接组件30中。例如，该感测拾取组件161装配在连接至控制单元26的连接组件30中，其中，传感器管用于在压力传感器与感测拾取组件161的拾取端口之间进行连接。感测拾取组件161可以具有多个分开的端口，并且其中一个端口在将采样的空气馈送到CO2传感器之前，通过位于控制单元26中的小型泵将少量气流泵出。
连接组件/推入式配合连接器
参照图16和图17，连接组件30或推入式配合连接器由插座76和环77组成。在一种实施方式中，连接组件30包括快速连接接口和快速连接环。
在一种实施方式中，插座76具有与环77接合的弹簧加载的可分离的衬套。在正常的连接位置，弹簧178被推动以落入过滤器14或呼气单元16的螺柱79上的锁定槽68中。通常，凸推入式连接器包括具有锁定槽68的螺柱79。凹推入式连接器包括插座76，该插座76具有用于与锁定槽68接合的弹簧178和具有一个或多个闩锁78的环77，以形成弹簧加载的闩锁，用于操纵弹簧178和锁定槽68。
气流发生器
参照图18至图20，气流发生器20包括鼓风机单元22，保持电子设备和电源单元24的控制单元26、和可调节的颈带142。可选地，还设置了头带。在本发明的一种优选的实施方式中，存在用于感测/分析目的，例如感测/分析流量、压力和CO2的电子设备。如果流量传感器与鼓风机单元22配合使用，则电缆会以电动形式从右侧延伸到左侧。
如图23所示，控制单元26包括壳体85，该壳体85容纳印刷电路板、电子部件和电池。壳体85又由第一壳体部和第二壳体部组成，第一壳体部和第二壳体部通过诸如卡扣配合接头或螺纹接头的可释放的接合装置连接在一起。控制单元26的壳体85用于容纳电源单元24、控制器、传感器系统和键盘/LED控制系统。在一种优选的实施方式中，电源单元24包括可再充电电池组，并且存在用于充电控制的另一电路。
较小端通过管螺纹连接方式连接至连接组件30的凸推入式配合连接器或凹推入式配合连接器中。
控制器控制鼓风机单元22以将所需的空气压力和气流传递至面罩组件12，并且动力单元24用作能量存储装置以向动力组件提供电力。进行呼吸响应式流量控制算法以控制流向面罩组件12的空气流。呼吸阻力受控于面罩组件12中的峰值压力。当峰值压力为负时，存在呼吸阻力。为了产生更高的阻力，鼓风机需要产生更少的气流量。呼吸阻力设置为多个级别，其中级别值越高表示阻力越大。例如，设置为“0”可模拟正常呼吸。设定“-”提供了保持面罩组件12中的正压的增压流量，因此相对于所有其他设定，提供了最佳的空气污染保护设定。
控制器还执行电池充电和电池充电状态指示。优选地，充电电压可以在5V至15V的范围，其中5V的充电时间较长，而13.5V至15V的充电时间较短。在另一种实施方式中，充电电流可以随着输入电压的增加而线性增加。优选地，充电电压可以在5V至12V的范围，其中5V的充电时间较长，而12V的充电时间较短，充电速度随电压线性增加。
在另一实施方式中，控制单元26还包括通信装置，用于将诸如呼吸数据等数据发送到诸如智能电话或智能腕带的数据分析设备。数据被记录并可以通过分析设备显示。分析设备通常具有更大的处理能力，并且可以从其他来源(例如，全球定位系统、温度计、气压计、湿度计等)接收数据。分析设备可以发送信号以控制模块化呼吸器10。
由于可以在模块化呼吸器10之间传送数据和控制信号，因此采取多种安全措施以确保数据的完整性。在一种实施方式中，控制单元26包括加密电路，以维持用于传送数据的安全通道。
在一优选的实施方式中，在传感器系统上安装至少一个压力传感器，该压力传感器用于通过呼气单元中的空气通道来感测面罩压力。在另一实施方式中，流量传感器可以用于测量流量和潮气量。
键盘/LED控制器控制设置在壳体85的表面上的键盘/LED86。键盘/LED可以用作用户界面。
在一种实施方式中，模块化呼吸器10中没有设置鼓风机单元22。然而，模块化呼吸器10包括控制单元，用于接收和分析来自模块化呼吸器上的不同传感装置的数据。在这种设置下，模块化呼吸器10可以设置更复杂的显示单元来代替鼓风机单元22，以用于以图形方式显示信息。感测装置和显示器中的电缆可以嵌入在颈带组件18中。
颈带组件
参照图21至图22，颈带组件18还具有连接组件30的凸推入式配合连接器或凹推入式配合连接器中，该连接组件用于将过滤器单元14或呼气单元16连接在一起，并且在其间形成气密密封。在该位置，弹簧加载的闩锁178相应地锁定在锁定槽68中。当连接环77旋转或推动时，弹簧加载的闩锁178从锁定槽68中脱出，从而迅速与过滤器单元14或呼气单元16断开连接。连接组件30连接至气流发生器20或颈带组件18，优选地通过管螺纹连接的方式连接至气流发生器20或颈带组件18。
颈带组件18包括颈带80，颈带80在颈带组件18的每个末端上具有螺柱或配合单元82。颈带组件18还包括用于调节吸入阻力的调节装置84。在一种实施方式中，调节装置84是设置在与过滤器单元14连接的配合单元上或螺柱82上的刻度盘。
在一种优选的实施方式中，配合单元/螺柱82包括管螺纹连接，以与凸推入式配合连接器或凹推入式配合连接器或插座76的管螺纹接合。
当将颈带组件18用作系统的一部分时，模块化呼吸器10以非动力模式进行操作。模块化呼吸器10可以提供多级呼吸阻力设置，并且还提供较小、较轻的APR版本。
在一种实施方式中，调节装置84是刻度盘。当刻度盘在其最大打开位置时，吸气阻力最小。在一种优选的实施方式中，有六个设定梯段，每个梯段的横截面积变化约25mm2，最小开口约为25mm2。刻度盘在每个梯段上都有一个弧形，以提供梯段的样式，并有助于保持该刻度盘的位置。颈带80的长度是可调节的。当颈带80被调整到期望位置时，其保持在收紧位置而不松动。
在另一实施方式中，颈带142包括套管165。颈带142的套管165用于使具有一根或多根盘绕电缆穿过该套管。套管165也是弹性的。在另一实施方式中，颈带80或头带由弹性材料制成。
鼓风机单元
参照图24-28，鼓风机单元22包括容纳电动鼓风机108的鼓风机壳体100。鼓风机壳体100包括通过一个或多个可分离连接装置，如卡扣接头或螺钉接头可分离地连接在一起的顶部壳体102和底部壳体104。
鼓风机壳体100用于容纳预过滤器110。过滤器盖112设置在鼓风机壳体100上以覆盖预过滤器110。预过滤器110用于保护鼓风机108免受环境中灰尘和污垢的影响。优选地，对于超过0.3μm的粒径，预过滤器110过滤效率超过80％。可选地，预过滤器110可以例如通过将预过滤器的过滤介质浸渍活性炭而具有有害气体吸收能力水平。
在鼓风机单元22的内部设置了电动鼓风机108，该电动鼓风机108包括电动机122和叶轮124。在一种实施方式中，电动机122和叶轮124被封装在保护壳体中，该保护壳体包括前壳体126和后壳体128。在一种实施方式中，电动机122和叶轮124将组装在一起，然后将子组件插入前壳126。最后，装上后壳体128。
在一种实施方式中，电动机122是无刷直流(BLDC)电动机。优选地，BLDC电动机是无传感器的。电动机的定子131为圆柱形，缠绕有多个线圈，例如6个线圈。为了便于进行缠绕，在定子131上设置有多个凸肋133。在一种实施方式中，在定子131上设置有6个凸肋133。与现有技术的方式相反，该凸肋沿着芯的两端和内壁定位，在这种设计中，具有沿着芯的两端和外表面定位的肋。当前的设计将减轻内壁区域的宝贵的空间，从而为凸肋缠绕留出更多的空间。这对于较小的芯是有利的，在较小的芯中，肋的宽度可以在每层占据一到两圈绕组空间。
在马达122的外表面上，设置有多个叶片130，以引导空气围绕马达流动。叶片130还用于将电动机122支撑在电动鼓风机108的壳体内，使得电动机将被牢固地装配在鼓风机壳体内部。在电动鼓风机108的壳体的一个壳体上，设置有开口，该开口用于允许配线穿过。
在一种实施方式中，叶轮124包括圆锥形杆132，该圆锥形杆132具有多个从圆锥形杆132向外延伸的叶轮风扇134。因此，叶轮124也基本上为圆锥形的。
在操作中，叶轮124产生离心运动，将空气向外推到前壳体126的壁上。前壳体126将空气流限制向电动机122和后壳128流动。空气流以旋流运动离开叶轮。当旋流气体朝着马达122的叶片130移动时。在一种实施方式中，叶片130沿叶轮风扇134的相反方向倾斜，使得叶片130将旋流运动校正为指向后壳的笔直运动。后壳128包括多个用于使气体排出的孔。
在一种实施方式中，叶轮被设计成使气流方向可以根据旋转方向而反转，即以正常模式从鼓风机入口抽吸空气并且以相反模式从面罩抽吸空气。因此，当叶轮旋转从面罩吸出空气时，佩戴者需要更加用力呼吸以克服来自鼓风机的反向气流，因而给佩戴者带来了呼吸阻力。通过改变反向气流，可以实现可变的呼吸阻力。
鼓风机的速度可以大范围变化。在呼气阶段，速度可能非常低，低至3,000rpm。在吸气阶段，速度可以达到50,000rpm甚至更高。较高的高速度倾向于使鼓风机更小。但是，如果速度过高，则会给轴承施加压力，并可能产生更多的噪音。在一种实施方式中，鼓风机的运行速度在3,000至50,000rpm之间。
如图25-27所示，电动鼓风机108的壳体的轮廓使气流表现为更多的层流或更少的湍流。此外，本发明的叶轮风扇的形状和构造可以在给定的风扇速度下针对一定范围的风扇压力和流量产品来减小风扇扭矩。因此，呼吸器10的整个空气路径(在鼓风机出口107至面罩入口50之间，在空气入口至风扇之间)较短，因此通过设计降低了压力损失，从而节省了能量，在给定流量下电机速度更低，因此更安静。
在另一实施方式中，电动机122的定子131是铁氧体磁芯，与硅钢片相比，铁氧体磁芯产生非常低的铁损(涡流)和磁滞损耗。细长的设计还提高了低惯性，从而降低了每个吸气电机加速阶段的功率需求。
在一种实施方式中，电动机122的转子将在生产中被精确地平衡。此外，较小的转子用于降低不平衡量。电机铁芯绕组上有灌封，以减少绕组的振动。
在另一实施方式中，进气隔室中的进气过滤器或空间可用于插入消音器或噪声阻尼材料以降低噪声水平。
在一种实施方式中，由于呼气所需要的为最小功率，因此鼓风机的平均功率在大多数时间保持在较低水平。因此，所产生的热量可以在整个电机上充分散发。电动机122的细长形状和绕组外流动的空气由薄壁隔开。因而，这将有助于进一步加热。
电动机122和叶轮124的双壳体阻挡了由气体运动产生的大量运行噪音。在一种实施方式中，在鼓风机和鼓风机壳体之间提供了橡胶垫/悬架(suspension)。例如，前壳体126和后壳体128在电动机122周围设置硅树脂密封或衬垫138，以减少操作振动。
在鼓风机单元22的一端，设置有用于密封连接连接组件30的管螺纹。在鼓风机单元22的另一端，设置有可调节的颈带142，并且可选地，设置有头带。
在如图29所示的一种实施方式中，可调节的颈带142或头带包括向鼓风机提供电力的电缆140。在一种实施方式中，电缆140是可压缩和可延伸的盘绕电缆。在一种实施方式中，颈带142或头带包括内套管146、外套管148和闩锁150。
颈带142/头带能够回缩和延伸以适应大多数使用者的颈部和头部的尺寸，并且易于进行调节，并且在调节合适后，就可以锁定位置。颈带142/头带可以位于头部的顶部、或颈部的后部、或介于两者之间的任何位置。
在如图30所示的另一实施方式中，吸入单向阀安装到螺纹连接器46的端部，以防止呼吸过的空气返回过滤器单元14。
在如图1和图2所示的另一实施方式中，如图31、图45和图46所示，在面罩40的底部增加了排水阀，以使积聚的冷凝水或汗水排出。阀门的位置对面罩的整体外观影响最小。
参照图32至图35，示出了本发明的另一优选的实施方式。在本发明的该实施方式中，提供了一种模块化呼吸器10，其包括具有过滤器推入式配合连接器79的细长过滤器单元14、和过滤器出口螺纹连接器62。模块化呼吸器10包括细长控制单元26，在该控制单元的两端具有螺纹。
模块化呼吸器10还包括面罩组件12，该面罩组件12具有用于覆盖使用者的口腔和鼻腔的面罩、至少一个呼气组件203、在该面罩的一端的面罩入口螺纹连接器46、在面罩的相对端处的面罩快速连接接口30，其中面罩入口可拆卸地固定至控制单元出口62，而面罩快速连接接口30可拆卸地固定至过滤器推入式配合连接器79。
模块化呼吸器10进一步包括位于颈部后部的鼓风机单元22，该鼓风机单元在该单元的每个端部具有螺纹连接器202；鼓风机108；电缆201和空气管204。鼓风机单元22连接在滤波器单元14和控制单元26之间。
在如图32和图33所示的一种实施方式中，过滤器单元14具有可更换的矩形过滤器元件和预过滤器。
在如图32、图33和图34所示的一种实施方式中，面罩快速连接器30具有阻挡端以防止空气进入面罩。当鼓风机108运行时，空气从过滤器单元14进入鼓风机单元22，然后进入控制单元26，再进入面罩组件12。通过快速连接器30易于完成呼吸器10的佩戴和摘除。
在如图34所示的一种实施方式中，空气管204由橡胶制成，在每一端具有可压缩和可伸展的波纹管部分。空气管204的弹性性质还用作紧固机构的一部分，用于将呼吸器10固定在头部周围。
在图33和图34所示的一种实施方式中，电缆201是可压缩和可延伸的盘绕电缆。
在如图23、图32和图33所示的一种实施方式中，控制单元26包括控制PCB、电池24和壳体，该壳体在该控制单元的入口螺纹连接器62和出口螺纹连接器62之间具有密封的空气路径。
参照图33，螺纹连接器62也可以是推入式配合连接器79；同样，螺纹连接器46也可以是快速连接接口30。
在一种实施方式中，控制单元26在入口端具有螺纹连接器，在出口端具有推入式配合连接器；面罩组件在面罩的每一端都有快速连接接口。空气管204可以包括螺纹连接器组件，用于调节空气管的长度并且可拆卸地固定至控制单元和过滤器单元。
在另一实施方式中，面罩入口连接器可以是螺纹连接器或快速连接器(推入式配合连接器)，可调节的螺纹连接器组件以调节空气管的长度。
在该实施方式中描述的呼吸器更适合于重尘环境，例如用于工业环境中。
本发明可以用于多种应用中，包括但不限于：
·运动呼吸肌训练。
·家庭环境中的空气污染防护。
·对于慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者，可增强其吸气肌，从而帮助他们改善呼吸和健康。
·在医院为医生、护士和患者提供交叉感染防护。
·与呼吸技术有关的培训。
·呼吸数据收集、分析和显示。
·工业呼吸防护。
现在参考图36至图45。在本发明的一种实施方式中，提供了一种具有用于替换套扎带48的单条带的呼吸器10。在该实施方式中，呼吸器10包括面罩12、左侧组件302、右侧组件304和单条带组件310。左侧组件302通过一端的电缆组件318和另一端的面罩组件12连接至右侧组件304。
在一种实施方式中，面罩组件12包括将面罩主体与空气通道322连接的桥结构321。该桥结构321设置在大致沿与面罩组件12的重心相交的线的位置。优选地，桥接结构321用于与空气通道322和面罩主体形成环。
单条带组件310包括单绳312、垫313、闩锁316，
在左侧组件302和右侧组件304上，具有钩314，单绳312穿过该钩。在一种优选的实施方式中，单绳312穿过左侧组件302上的钩314，然后穿过由桥接结构321和左侧空气通道322形成的环，然后穿过头垫313，然后穿过由桥结构321和右空气通道322，然后是右侧组件304上的另一钩314。
因此，单条带组件310以这样的方式工作：单绳形成闭环，一端具有用于放置在使用者头部的背面的头垫313，另一端位于使用者颈部的背面。当单绳312的两个相对端被拉动穿过闩锁316时，联合的拉力作用在与面罩组件12的重心相交的线上。因而，单绳312的拉力变成了将面罩主体推向使用者的脸部的动作。在一种实施方式中，当拉力没有作用在与面罩组件的重心相交的线上时，在面罩主体上感应的推力将不会均匀地分布。因而就像大多数传统的面罩一样，需要两个单独的绳。
此外，一旦单绳312拉紧，它会产生拉力以拉动左侧组件302和右侧组件304。因此，本发明的实施方式的单条带组件310作用时如同有3条单独的固定绳一样工作，因此大大简化了朝向颈部的固定系统，其作用类似于一条单独的固定绳。
在呼吸器10的一种实施方式中，电缆组件318具有盘绕电缆140。在呼吸器10的另一实施方式中，如图29所示，电缆组件318可以由可调节的带代替。在呼吸器10的另一实施方式中，左侧组件302和右侧组件304之间没有电缆组件，也没有可调节的带连接。
在另一种实施方式中，呼吸器10的钩314可以位于左侧组件302和右侧组件304的其他位置。
在一实施方式中，左侧组件302和右侧组件304过重，对于左侧组件302和右侧组件304中，可能分别需要单独的支撑绳或带将呼吸器10固定在头上。
在优选的实施方式中，钩304是可以固定至左侧组件302和右侧组件304的外壳的独立部件，如图40至图42所示。钩304可以定位在隐隐蔽的位置，以免划伤使用者的脸颊。在如图40至图42所示的一种实施方式中，使用螺钉将钩314固定至呼吸器。用于紧固钩314的螺钉也可以用于紧固钩所连接的壳体。
在如图48至图50所示的一种实施方式中，提供了用于替换螺纹连接器202的螺纹连接器组件330。螺纹连接器组件330包括与衬套轴环334相连的螺纹调节环332，该衬套轴环334用于保持波纹的可调数量。图48、图49和图50中的衬套轴环在面向鼓风机的一端具有开口，因此空气可以通过。通过调节空气管的有效长度，根据使用者的颈部尺寸可以实现呼吸器10的良好配合。通过这样做，空气管作为呼吸器的紧固机构的一部分更有效地工作。
图48示出了处于松弛状态的波纹管336，图49示出了处于压缩状态的波纹管336，并且图50示出了处于拉伸状态的波纹管336。
此外，在本发明的一种实施方式中，所述面罩用于哮喘患者。通过限制呼吸，本发明的实施方案可以有益于帮助哮喘患者纠正其“不良”呼吸习惯并呼吸较少的空气，并最终减少发作并改善其健康。在本发明的一种实施方式中，如果患者佩戴该面罩进行锻炼，可以减少哮喘发作的机会。
在本发明的一种实施方式中，与传统呼吸器概念不同的是，传统呼吸器仅被设计用于防护空气污染。
尽管已经参考具体示例描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在与本文描述的本发明的广泛原则和精神相一致的情况下，本发明可以表现为多种其他形式。
本发明和所描述的实施方式具体地包括申请人所知的实施本发明的最佳方法。本发明和所描述的优选的实施方式具体包括至少一个工业上可应用的特征。

Claims (21)

1.一种多功能模块化呼吸器，包括：细长的过滤器单元、细长的排气单元、面罩组件，可互换的程控气流发生器或手动吸气阻力调节颈带组件,
所述细长的过滤器单元，所述过滤器单元具有过滤器入口、过滤器出口和用于过滤流体中的污染物的可更换的流体过滤器；
所述细长的排气单元，所述排气单元具有排气入口、排气出口和一个或多个单向阀；
所述面罩组件，所述面罩组件具有用于覆盖用户的口腔和鼻腔通道的面罩，所述面罩的一端为面罩入口，所述面罩的相对端为面罩出口，其中所述面罩入口包括具有弹簧加载环的凹推入式连接器，并可拆卸地固定至所述过滤器出口，所述面罩出口包括具有弹簧加载环的凹推入式连接器，并可拆卸地固定至所述排气单元入口；
其中所述过滤器单元位于颈部的一侧的前三角区周围，而所述排气单元位于颈部的相对侧的前三角区周围，其中，所述过滤器单元、所述面罩和所述排气单元共同紧密地形成流体通过的密封通道；
其中所述过滤器入口通过可与具有弹簧加载环的凹推入式连接器连接的凸推入式配合连接器连接至所述气流发生器的第一端或手动吸气阻力调节颈带组件的第一端；
其中所述排气单元通过可与具有弹簧加载环的凹推入式连接器连接的凸推入式配合连接器连接至所述气流发生器的第二端或手动吸气阻力调节颈带组件的第二端；
其中所述程控气流发生器可以通过程序控制产生PAPR所需的正压和正向气流，也可以产生可调节的负压和反向气流，实现程控吸气阻力训练器，因此，所述多功能模块化呼吸器可以根据需求设置成PAPR，APR，程序控制的吸气阻力训练呼吸器和手动调节的吸气阻力训练呼吸器。
2.根据权利要求1 所述的模块化呼吸器，所述气流发生器包括鼓风机单元、控制单元和颈带，所述鼓风机单元通过具有弹簧加载环的凹推入式连接器可拆卸地连接至所述过滤器入口，所述控制单元通过具有弹簧加载环的凹推入式连接器可拆卸地连接到所述排气单元，所述颈带在所述鼓风机单元和所述控制单元之间；
其中所述鼓风机单元具有鼓风机入口，鼓风机出口和用于将所述流体从所述鼓风机入口驱动到所述鼓风机出口的电动鼓风机；和
所述控制单元具有动力单元和用于控制所述鼓风机的控制器。
3.根据权利要求2 所述的模块化呼吸器，所述颈带连接至所述鼓风机单元；并且所述控制单元适于经由穿过所述颈带的电缆向所述电动鼓风机供电。
4.根据权利要求3 所述的模块化呼吸器，其中，所述电缆是盘绕电缆。
5.根据权利要求4 所述的模块化呼吸器，其中，所述颈带包括连接所述鼓风机单元和所述控制单元中的一个的内套管，连接所述鼓风机单元和所述控制单元中的另一个的带有闩锁的外套管，使得所述内套管可在所述外套管内移动，其中，
所述闩锁用于将所述内套管与所述外套管紧固在固定位置上。
6.根据权利要求2 至5 中任一项所述的模块化呼吸器，其中，所述电动鼓风机包括电动机，所述电动机包括具有多个凸肋的定子，所述凸肋位于所述定子的两端及其外表面而非所述定子的内表面。
7.根据权利要求6 所述的模块化呼吸器，其中，所述电动机通过一个叶轮产生气流，一组在电机外壳上的叶片将所述电动机支撑在所述电动鼓风机内并引导所述流体从中通过，其中，所述叶轮在电机正转时产生正向气流以产生PAPR所需的气流，所述叶轮也可以在电机反转时产生反向气流，以此实现通过调节反向气流大小实现程序控制调节的呼吸阻力训练功能。
8.根据权利要求1 所述的多功能模块化呼吸器，其中，所述手动调节吸气阻力调节颈带组件包括：颈带；所述颈带每个末端具有的配合单元；和用于调节配合单元的吸入阻力的调节设置；其中所述配合单元-具有弹簧加载环的凹推入式连接器。
9.根据权利要求1 所述的多功能模块化呼吸器，其中，所述调节装置适于调节所述流体的吸入阻力，使得所述呼吸器可以提供多级呼吸阻力设置，还可以提供较小较轻版本的APR。
10.根据权利要求1所述的多功能模块化呼吸器，还包括用于将所述面罩组件系至头和颈的单条带。
11.根据权利要求10 所述的多功能模块化呼吸器，所述面罩组件包括连接面罩主体与面罩各端的桥结构；所述桥结构形成环使得所述单条带可穿过其中。
12.根据权利要求1 至11 中任一项所述的多功能模块化呼吸器，其中，所述流体过滤器为圆锥形，其中，所述过滤器出口包括适于将对应的管螺纹接头紧固在所述面罩组件的所述入口上的管螺纹接头。
13.根据权利要求1 至11中的任一项所述的多功能模块化呼吸器，其中，所述过滤器单元入口包括用于连接互补的推入式配合连接器的凸推入式配合连接器或凹推入式配合连接器，所述过滤器单元出口包括可与具有弹簧加载环的凹推入式连接器连接的凸推入式配合连接器。
14.根据权利要求13 所述的多功能模块化呼吸器，其中，所述凸推入式配合连接器包括具有用于容纳锁定闩锁的锁定槽的螺柱。
15.根据权利要求14 所述的多功能模块化呼吸器，其中，所述凹推入式连接器包括用于与所述螺柱可拆卸地连接的插座，其中，所述插座具有一个或多个弹簧加载的闩锁，用于锁闩在所述螺柱的锁定槽上。
16.根据权利要求15 所述的多功能模块化呼吸器，其中，所述凹推入式连接器包括弹簧加载环。
17.根据权利要求1-11任一项所述的多功能模块化呼吸器，其中，所述排气单元包括在所述排气入口端处的管螺纹连接器，用于在所述面罩出口处连接至互补的管螺纹连接器；
其中，在所述排气单元的另一端，存在用于感测空气样本的可选的空气通道，所述凸推入式配合连接器或所述凹推入式配合连接器适于连接互补的推入式配合连接器，其中空气样本感测拾取组件被压入配合在连接组件中；
其中，所述排气单元入口端处包括可与具有弹簧加载环的凹推入式连接器连接的凸推入式配合连接器。
18.根据权利要求1 至11中任一项所述的多功能模块化呼吸器，其中，所述面罩组件包括朝着所述面罩组件的顶部、底部或中心定位的一个或多个钩，其中，所述钩用于与所述单条带连接以用于将面罩组件固定在用户身上；
其中，所述气流发生器连接到所述过滤单元和所述排气单元；
其中，所述气流发生器包括可根据用户设定的用于控制呼吸阻力的呼吸响应式流量控制算法；
其中，呼吸阻力设置为多个级别，并提供了最佳的空气污染保护设定。
19.根据权利要求1 至11中的任一项所述的模块化呼吸器，其中，所述模块化呼吸器具有一个或多个感测装置。
20.一种模块化呼吸器，包括：
细长的过滤器单元，细长的控制单元、面罩组件、鼓风机组件和带；
其中，所述细长的过滤器单元位于颈的一侧，并具有过滤器入口、过滤器出口处的螺纹连接器、过滤器出口的相对端包括可与具有弹簧加载环的凹推入式连接器连接的凸推入式配合连接器、过滤器元件和用于过滤流体中的污染物的预过滤器；
其中，所述细长的控制单元位于颈的另一侧，在所述控制单元的出口包括可与具有弹簧加载环的凹推入式连接器连接的凸推入式配合连接器，在所述控制单元进口处具有螺纹连接器，动力单元、和用于控制鼓风机组件的控制器和密封的空气路径，以允许空气从所述鼓风机组件传递到所述面罩组件;
其中，所述面罩组件具有用于覆盖使用者的口腔和鼻腔的面罩盖，至少一个呼气组件，位于面罩组件各端的具有弹簧加载环的凹推入式连接器，其中所述面罩入口端可拆卸地固定到所述控制单元，并且另一端可拆卸地固定到所述过滤器单元，
其中所述鼓风机组件位于颈的背面,包括鼓风机，电缆线和空气管；并且所述鼓风机组件的每端具有螺纹连接器并且连接到所述过滤器单元和所述控制单元,其中电缆连接于所述控制器和所述鼓风机之间；
其中，所述带将所述面罩组件紧固至头和颈。
21.根据权利要求19 所述的模块化呼吸器，其中，所述感测装置为CO2 测量设备。
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