CN111184953A - 一种自救呼吸器的单通道气路装置及其供氧方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自救呼吸器的单通道气路装置及其供氧方法，属于消防安全领域，解决了现有技术中自救呼吸器结构复杂、佩戴使用不便以及气体转化过程中产生的热量使气体温度过高、吸气温度过高、粉尘率高容易损伤呼吸道的问题。本发明包括：四通结构、呼吸管、产氧罐和气囊；四通结构的第二管道与呼吸管连接，为人体提供氧气；第一管道与产氧罐连接，产氧罐的另一端与存储氧气的气囊连接；第三管道和第四管道与气囊的出气口连接；第一管道、第三管道和第四管道内部均设置单向阀，使气体从第一管道流向产氧罐，从气囊流向第三、第四管道。本发明实现了对人体的循环供氧，同时降低了吸入气体的温度和粉尘率，提高了使用舒适度。

Description

一种自救呼吸器的单通道气路装置及其供氧方法

技术领域

本发明涉及消防安全技术领域，尤其涉及一种自救呼吸器的单通道气路装置及其供氧方法。

背景技术

消防火灾事故发生时，被困现场的受灾人员可以采取湿毛巾捂住口鼻或采用佩戴过滤式呼吸面罩或压缩气瓶呼吸器等方法自救措施外，还可以采用佩戴化学氧呼吸器等手段进行现场疏散和逃生自救。但是，剧烈燃烧后的空气中氧气含量偏低，烟雾中的有毒有害成分十分复杂，而湿毛巾和过滤式呼吸面罩只能过滤少数几种特定的有毒气体，很难达到预期的过滤净化效果，而且对氧气浓度低于17％的环境也不适用，难以切实保障逃生人员的生命安全，压缩气瓶式呼吸器属于高压容器，容易产生爆炸等危险事故。因此化学氧呼吸器是目前比较理想的消防、化工、煤矿、密闭空间等作业场景的呼吸防护救援装备。

化学氧救援呼吸装置依据以KO₂为主要成分的空气再生剂与CO₂、H₂O反应生成可呼吸用新鲜空气为原理研制，其使用不受周围大气环境气体成分的限制，是一种较为理想的应急逃生自救器。然而，由于化学氧方式生成氧气时会释放热量，使化学氧救援呼吸装置的气体再生罐产生局部高温，容易引起对佩戴人员的二次伤害，因此现阶段主要配备于受过训练的专业消防救援队，大多数公共场所或家庭内尚未配备；而且长时间的携带过程中，产氧罐内的药剂会产生粉尘，这些粉尘会刺激呼吸道。

如何降低使用过程中化学氧救援呼吸装置气体再生罐的温度并防止局部高温对人体的伤害，成为化学氧救援呼吸装置应用普及的关键技术之一。同时，现有化学氧呼吸器佩戴使用较为复杂，安全性差，影响行动。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种自救呼吸器的单通道气路装置，用以解决现有自救呼吸器结构复杂，佩戴使用不便，以及气体转化过程中产生的热量使气体温度过高，吸气温度过高、粉尘率高容易损伤呼吸道等问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种自救呼吸器的单通道气路装置，包括：四通结构、呼吸管、产氧罐和气囊；四通结构包括：第一管道、第二管道、第三管道和第四管道四个支路，且各个支路之间相互连通；第二管道与呼吸管连接，呼吸管用于提供氧气；第一管道与产氧罐的一端连接，产氧罐用于将二氧化碳转化为氧气，且产氧罐的另一端与气囊连接；气囊用于存储产氧罐产生的氧气；第三管道和第四管道均与气囊的出气口连接；第一管道、第三管道和第四管道内部均设置单向阀。

具体地，气囊为U型结构，四通结构和产氧罐均嵌套在气囊中间的空腔内。

具体地，第二管道通过第一转接头与呼吸管连接。

具体地，第一管道内设置第一单向阀；第一单向阀允许气体从第一管道流入产氧罐，同时阻止气体从产氧罐流回第一管道。

具体地，第三管道内设置第二单向阀；第二单向阀允许气体从气囊流入第三管道，同时阻止气体从第三管道流入气囊。

具体地，第四管道内设置第三单向阀；第三单向阀允许气体从气囊流入第四管道，同时阻止气体从第四管道流入气囊。

具体地，第三管道与气囊之间通过第二转接头连通；第四管道与气囊之间通过第三转接头连通。

具体地，第一管道垂直于第二管道、第三管道和第四管道；第二管道垂直于第三管道和第四管道。

具体地，产氧罐与气囊之间通过第四转接头连通。

一种自救呼吸器的单通道气路装置的供氧方法，包括以下步骤：

步骤S1：人体呼出的气体经呼吸管流入四通结构的第二管道，接着，气体经第一管道流入产氧罐；

步骤S2：产氧罐将呼出气体中的二氧化碳转化为氧气，且转化后的气体流入气囊中储存；

步骤S3：人体吸气时，气囊内部的气体经第三管道和第四管道流出，最终流入呼吸管为人体供氧。

本发明至少具有如下有益效果之一：

(1)循环流通降低气体温度。

本发明通过在散热罩的顶部和侧面设置散热孔，散热孔的位置与产氧罐主体的位置对应，提高了产氧罐主体的散热效率。且产氧罐产生的氧气并不直接供给人体呼吸，而是在气囊的腔体中暂存，再流经第三、第四管道进入呼吸管，过程中实现了对气体温度的缓冲，避免高温气体进入呼吸道，保护人体安全。

本发明简化了呼吸管结构，采用单一呼吸管和四通结构与U型气囊结合替代了传统两管或三管式实现循环式产氧的结构，避免了往复式气流导致的呼吸过程中气体两次经过产氧罐使气体的温度升高，降低了产氧的温度，使呼吸器的吸气温度比现行相关标准低20℃以上，提高了呼吸的舒适度。

(2)简化结构，便于生产和使用。

本发明通过四通结构分别与呼吸管、气囊和产氧罐连接，简化了结构，减小了自救呼吸器的整体体积，且四通结构与呼吸管、气囊和产氧罐之间通过转接头连接即可，生产加工方便、成本更低。本发明简化了传统两管或三管式实现循环式产氧的结构，使用过程更为便捷，对人员的行动影响更小。

(3)确定的气体流通和转化路线，使用安全可靠。

本发明在四通结构的各个支管内部设置单向阀，单向阀使各个管道内气体具有单一流向，进一步使呼吸器具有确定的气体流通回路，即呼出气体经产氧罐转化为氧气，氧气进入气囊中存储，并从气囊上方的出气口中流回四通结构，并通过呼吸管为人体供氧，整个气体转化供氧过程为一个准确、确定的闭环回路，不会受到外部环境的干扰，管路自身也不会存在气体流通混乱的现象，保证了呼吸器的有效供氧。

(4)本发明通过将充气后气囊设置为U型，将产氧罐嵌设在U型内，采用马甲式的呼吸气囊设计，使呼吸器的主体分布在胸前，折叠后的结构小巧，穿戴使用更舒适便捷。

(5)本发明具有两个气体流通回路，气囊中存储的氧气能够从第一、第二出气口经过第三、第四管路流入呼吸管中，为人体供氧，相较于单侧管路供氧模式，本发明的多回路供氧模式保证了供氧的可靠性，进一步保证了充分供氧。

(6)呼吸气路独立设计，气体缓冲贮存和流通，降低了粉尘率。

本发明结构形成的气路装置，在结构上为呼气、吸气形成了两条相对独立的气路，并为气体的缓冲贮存和流通设计了沿程路径较长的U形气囊，保证了人体吸入的气体经过产氧罐后，不会将药剂粉尘吸入人体呼吸道，保证了人体呼吸安全性和舒适性。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明的自救呼吸器组装结构图；

图2为本发明的自救呼吸器的分解图；

图3为本发明的自救呼吸器的剖视图；

图4为本发明的管路总成剖视图；

图5为本发明的管路总成结构图-不含外壳；

图6为本发明的管路总成结构图-含外壳。

附图标记：

1-第一管道；2-第二管道；3-第三管道；4-第四管道；5-第一转接头；6-第二转接头；7-第三转接头；8-产氧罐；9-第四转接头；10-气囊；11-第一单向阀；12-底板；13-外壳；14-气孔。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一个具体实施例，公开了一种自救呼吸器的单通道气路装置，包括：四通结构、产氧罐8、气囊10和呼吸管；四通结构分别与产氧罐8、气囊10和呼吸管连通。

其中，产氧罐8用于将二氧化碳转化为氧气，二氧化碳和产氧罐8中的产氧剂发生反应转化为氧气。

具体地，气囊10用于存储产氧罐8产生的氧浓度高的新鲜空气；呼吸管的末端连接口鼻罩，为人体供氧。呼吸管将呼气软管和吸气软管合成一根，简化佩戴结构，降低装配空间。

进一步地，四通结构包括：第一管道1、第二管道2、第三管道3和第四管道4，第一管道1、第二管道2、第三管道3和第四管道4之间相互独立，且四个不同方向的管道之间是相互连通的，各管道之间可根据需要调整空间位置关系。通过在不同管道内增加单向阀，可实现不同管道在内外压力不同时的打开和闭合。

进一步地，气囊10为U型结构，四通结构和产氧罐8位于U型结构的内侧，即U型结构的气囊10将四通结构和产氧罐8包围在U型环中，产氧罐8嵌设在U型内，如图1、图2所示。

进一步地，第三管道3和第四管道4均与气囊10连通，用于将气囊10中存储的氧浓度高的新鲜空气导出。具体地，第三管道3和第四管道4分别与U型结构的气囊10的上部两个突出部连通，如图3所示。

进一步地，第二管道2、第三管道3和第四管道4均垂直于第一管道1，且第三管道3和第四管道4分别位于第一管道1的两侧；第一管道1、第三管道3和第四管道4位于同一平面上，且第二管道2垂直于第一管道1、第三管道3和第四管道4，具体结构如图5所示。

具体地，第一管道1与产气罐8固定连接，第一管道1与产气罐8能够通过第五转接头连通，或者第一管道1可以与产氧罐8的罐体设计为一体结构。

进一步地，如图4所示，第一管道1中设置第一单向阀11，第一单向阀11能够控制第一管道1中气体的流动方向，具体地，第一单向阀11能够允许气体从第一管道1流入产氧罐8的内部，同时第一单向阀11能够阻止气体从产氧罐8流入第一管道1中。

也就是说，人体呼出的二氧化碳气体能够经过第一单向阀11从第一管道1中流入产氧罐8的二氧化碳气体与产氧罐8中的产氧剂进行反应，但是，产氧罐8中的气体不能反向流入第一管道1中。

进一步地，第二管道2通过第一转接头5与呼吸管连接，呼吸管用于为人体供氧以及人体呼出的二氧化碳气体进入四通结构。

进一步地，第三管道3中设置第二单向阀，第二单向阀能够控制第三管道3中气体的流动方向。具体地，第二单向阀能够允许气囊10中存储的氧浓度高的新鲜空气流入第三管道3，同时阻止第三管道3中的气体流入气囊。

进一步地，第四管道4中设置第三单向阀，第三单向阀能够控制第四管道4中气体的流动方向。具体地，第三单向阀能够允许气囊10中存储的氧浓度高的新鲜空气流入第四管道4，同时阻止第四管道4中的气体流入气囊。

也就是说，气囊10中的氧浓度高的新鲜空气能够通过第三管道3和第四管道4流入四通结构，进一步流入呼吸管为人体供氧，但是四通结构中的二氧化碳气体无法流入气囊10。

进一步地，产氧罐8与气囊10之间通过第四转接头9固定连接，产氧罐8产生的氧浓度高的新鲜空气通过第四转接头9进入气囊10，并存储在气囊10中。

进一步，如图2、图3所示，气囊10充气后呈U型，即气囊10整体呈矩形，且具有一个内凹的中间空腔，或者说气囊10具有一个内凹的U型凹槽。气囊10包括第一出气口、第二出气口和进气口。具体地，第一出气口、第二出气口设置在内凹的中间空腔的两侧(即U型凹槽的两侧)，或者说第一出气口、第二出气口设置在气囊10的两个上部凸起的内侧。具体地，进气口设置在中间空腔的下方，或者说，进气口设置在气囊10的U型凹槽的底部。

本发明采用U型结构的气囊10与四通结构和产氧罐8直接分别通过第一、第二出气口和进气口连通，形成两个气体的流通回路，保证气体的顺利流通，进一步确保供氧的及时性和充分性，同时节约了空间，便于使用者携带，提高使用者逃生时的行动灵活性，便于使用。

进一步，第三管道3与第一出气口连接，第四管道4与第二出气口连接，第四转接头9与进气口连接。进一步地，气囊10为柔软材质，人体吸气时其中的氧浓度高的新鲜空气流经第三管道3和第四管道4，最终进入呼吸管中，为人体供氧。

进一步地，第二管道2与呼吸管之间通过第一转接头5连接。第一转接头5与呼吸管之间可以是分体结构也可以是一体结构。具体地，第一转接头5与第二管道2之间通过螺纹连接、卡合安装等方式固定，且第一转接头与第二管道2之间设置密封圈密封。

进一步地，第三管道3与气囊10的第一出气口之间通过第二转接头6连接。

第二转接头6与第三管道3之间通过螺纹连接、卡合安装等方式固定连接，且第二转接头6与第三管道3之间设置密封圈密封，保证管道系统的气密性，避免漏气。

第二转接头6与气囊10连接的一端设置有圆环形薄胶垫，胶垫粘接在气囊10的第一出气口处，形成密闭的气体通道，提供气囊10中的氧气浓度高的新鲜空气与第三管道3之间的流通通道，同时起到了密封气囊10的第一出气口的作用。

进一步地，第四管道4与气囊10的第二出气口之间通过第三转接头7连接。

第三转接头7与第四管道4之间通过螺纹连接、卡合安装等方式固定连接，且第三转接头7与第四管道4之间设置密封圈密封，保证管道系统的气密性，避免漏气。

第三转接头7与气囊10连接的一端设置有圆环形薄胶垫，胶垫粘接在气囊10的第二出气口处，形成密闭的气体通道，提供气囊10中的氧气浓度高的新鲜空气与第四管道4之间的流通通道，同时起到了密封气囊10的第二出气口的作用。

也就是说，第二转接头6、第三转接头7上的圆环形胶垫与气囊10的第一、第二出气口之间通过粘接固定，并利用粘接良好的密封性将气囊10的第一出气口和第二出气口密封。

进一步地，第四转接头9一端与产氧罐8的罐体之间通过螺纹连接、卡合安装、一体成型等方式固定连接，且第四转接头9与产氧罐8之间设置密封圈密封，保证管道系统的气密性，避免漏气。

第四转接头9与气囊10连接的一端设置有圆环形薄胶垫，胶垫粘接在气囊10的进气口处，形成密闭的气体通道，提供产氧罐8产生的氧气浓度高的新鲜空气进入气囊10的流通通道，同时起到了密封气囊10的进气口的作用。

第二转接头6、第三转接头7和第四转接头9与气囊10连接处设置的环形胶片采用橡胶等具有一定弹性和柔软度的材料制成，环形胶片与各个转接头之间通过卡合或者弹性紧固固定连接。

本实施例中，气囊10为马甲式设计，使呼吸器的主体分布在胸前，折叠后的结构小巧，穿戴使用舒适便捷。在气囊10的上表面的两侧粘贴有条形反光标41，在两条形反光标中间位置粘贴有SOS反光标42，以便在光线不好的环境下容易发现使用人员，便于施救。

进一步地，在产氧罐8与第一管道1和第四转接头连接的位置均设置有过滤网，具体地，过滤网由金属网加石英棉片制成，避免自救呼吸器在存放或使用过程中产氧剂粉末漏出进入气囊10或呼吸管，造成其他部分由于局部高温损毁或刺激人体呼吸系统。

进一步地，产氧罐8和四通结构均安装在底板12上，并通过螺钉或其他固定件固定，保持四通结构和产氧罐8之间相对位置的固定可靠性。产氧罐8和四通结构的外部设置外壳13，如图6所示，外壳13罩在产氧罐8和四通结构的外部，且外壳13与底板12固定连接，将产氧罐8和四通结构包围在内，防止人体与产氧罐8或四通结构直接接触，避免产氧罐8产生的高温灼伤人体，进一步地。外壳13上设置多个用于散热的气孔14，维持呼吸器的正常温度。

实施例二

本实施例提供一种上述自救呼吸器的单通道气路装置的供氧方法，包括以下步骤：

步骤1：人体呼出的气体经呼吸管流入四通结构的第二管道2，第二管道2与第一管道1连通，二氧化碳气体经第一管道1内置的第一单向阀11流入产氧罐8。

步骤2：人体呼出气体中的二氧化碳与产氧罐8中的产氧剂发生反应转化为氧气。产氧罐8产生的高氧气浓度的气体经第四转接头9从进气口流入气囊10中，气囊10中储存经过转化的高氧气含量的新鲜空气。

步骤3：人体吸气时，气囊10中存储的高氧气含量的气体从气囊10的第一出气口、第二出气口流出，并分别流经第三管道3和第四管道4，最终经第二管道2流入呼吸管，为人体供氧。

步骤4：呼吸管中既有气囊10中排出的高氧气浓度的新鲜气体又有人体呼出的高二氧化碳浓度的呼出气体，新鲜气体和呼出气体在呼吸管中融合后，混合成适宜人类呼吸的含氧量充足的吸入气体，为人体供氧。

值得注意的是，本实施例中，气体具有两个循环回路：

第一回路：呼吸管、第二管道2、第一管道1、产氧罐8和气囊10的左侧气腔与第一出气口、第三管道3、第二管道2、呼吸管构成气体循环回路。或者说，呼出气体从呼吸管进入第二管道2，再经由第一管道1进入产氧罐8，在产氧罐8中将二氧化碳气体转化为氧气，富含氧气的气体经气囊10的左侧内腔从第一出气口流出，进一步，流经第三管道3、第二管道2流入呼吸管，为人体供氧。

第二回路：呼吸管、第二管道2、第一管道1、产氧罐8和气囊10的右侧气腔与第二出气口、第四管道4构成气体循环回路。或者说：呼出气体从呼吸管进入第二管道2，再经由第一管道1进入产氧罐8，在产氧罐8中将二氧化碳气体转化为氧气，富含氧气的气体经气囊10的右侧内腔从第二出气口流出，进一步，流经第四管道4、第二管道2最终流入呼吸管，为人体供氧。

与现有技术相比，本实施例中，采用四通单元，仅利用一根呼吸管即实现了人体呼出的气体经产氧罐8进入气囊10，再从气囊10绕过产氧罐8直接进入人体呼吸系统的循环式产氧，简化了传统两管或三管式实现循环式产氧的结构，使用过程更为便捷，对人员的行动影响更小；同时避免了往复式气流导致的呼吸过程中气体两次经过产氧罐8使气体的温度升高，使呼吸器的吸气温度比现行相关标准低20℃以上，提高了人员吸入氧浓度高的新鲜空气的舒适度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自救呼吸器的单通道气路装置，其特征在于，包括：四通结构、呼吸管、产氧罐(8)和气囊(10)；所述四通结构包括：第一管道(1)、第二管道(2)、第三管道(3)和第四管道(4)四个支路，且各个支路之间相互连通；所述第二管道(2)与呼吸管连接，所述呼吸管用于提供氧气；所述第一管道(1)与产氧罐(8)的一端连接，所述产氧罐(8)用于将二氧化碳转化为氧气，且所述产氧罐(8)的另一端与气囊(10)连接；所述气囊(10)用于存储产氧罐(8)产生的氧气；所述第三管道(3)和第四管道(4)均与气囊(10)的出气口连接；所述第一管道(1)、第三管道(3)和第四管道(4)内部均设置单向阀。

2.根据权利要求1所述的自救呼吸器的单通道气路装置，其特征在于，所述气囊(10)为U型结构，所述四通结构和产氧罐(8)均嵌套在气囊(10)中间的空腔内。

3.根据权利要求1或2所述的自救呼吸器的单通道气路装置，其特征在于，所述第二管道(2)通过第一转接头(5)与呼吸管连接。

4.根据权利要求3所述的自救呼吸器的单通道气路装置，其特征在于，所述第一管道(1)内设置第一单向阀(11)；所述第一单向阀(11)允许气体从第一管道(1)流入产氧罐(8)，同时阻止气体从产氧罐(8)流回第一管道(1)。

5.根据权利要求4所述的自救呼吸器的单通道气路装置，其特征在于，所述第三管道(3)内设置第二单向阀；所述第二单向阀允许气体从气囊(10)流入第三管道(3)，同时阻止气体从第三管道(3)流入气囊(10)。

6.根据权利要求5所述的自救呼吸器的单通道气路装置，其特征在于，所述第四管道(4)内设置第三单向阀；所述第三单向阀允许气体从气囊(10)流入第四管道(4)，同时阻止气体从第四管道(4)流入气囊(10)。

7.根据权利要求4-6任一项所述的自救呼吸器的单通道气路装置，其特征在于，所述第三管道(3)与所述气囊(10)之间通过第二转接头(6)连通；所述第四管道(4)与所述气囊(10)之间通过第三转接头(7)连通。

8.根据权利要求7所述的自救呼吸器的单通道气路装置，其特征在于，所述第一管道(1)垂直于所述第二管道(2)、第三管道(3)和第四管道(4)；所述第二管道(2)垂直于所述第三管道(3)和第四管道(4)。

9.根据权利要求1或7所述的自救呼吸器的单通道气路装置，其特征在于，所述产氧罐(8)与气囊(10)之间通过第四转接头(9)连通。

10.根据权利要求1-9任一项所述的自救呼吸器的单通道气路装置的供氧方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：人体呼出的气体经呼吸管流入四通结构的第二管道(2)，接着，气体经第一管道(1)流入产氧罐(8)；

步骤S2：产氧罐(8)将呼出气体中的二氧化碳转化为氧气，转化后的气体流入气囊(10)中储存；

步骤S3：人体吸气时，气囊(10)内部的气体经第三管道(3)和第四管道(4)流出，最终流入呼吸管为人体供氧。

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