CN206055202U - 一种呼吸供气系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种呼吸供气系统(100)，具有在输入端(11)连通至外界空气和在输出端(12)连通至用气单元的主管路(1)，包括：进气装置(2a、2b)，其用于从外界吸入空气并压缩空气；预处理设备(3a、3b)，其包括用于干燥空气的干燥装置(31a、31b)、用于暂时存储空气的初级储气罐(32a、32b)和用于过滤空气中不希望的成分的过滤装置(33a、33b)；气体监控设备(4)，其包括用于检测空气中一种或多种成分的含量的检测装置(41)和用于分析检测结果并根据分析结果发出控制信号的分析控制装置(42)；二级储气罐(5)，其用于缓冲空气的压力；以及温度调节设备(6)，其包括用于冷却空气的冷却装置(61)和用于加热空气的加热装置(62)。

Description

一种呼吸供气系统

技术领域

本实用新型总体涉及防护装备，特别涉及一种呼吸供气系统。

背景技术

在生物安全实验室、化学实验室和某些医疗场所中可能存放一些有毒有害的危险物质，在这些场所中进行实验和操作的工作人员需要穿戴防护用具以便与这些危险物质保持隔离。例如，在四级生物安全水平(BSL-4)的实验室中，工作人员必须全身穿戴气密性的正压防护服，并通过连通至正压防护服内部的呼吸机进行呼吸。给防护服或呼吸机供气的装置可以是工作人员各自随身携带的储气瓶或集中供气的供气系统。集中的供气系统一般从外界大气收集空气，对所收集的空气进行一系列处理后再将其输送至防护服内。国际上，供呼吸用空气的质量标准一般采用欧洲标准EN12021，其中规定一氧化碳含量按体积计低于百万分之15，二氧化碳含量按体积计低于百万分之500，氧气含量按体积计在百分之20和百分之22之间。

文章《BSL-4实验室的一体正压防护服与生命维持系统》(《医疗卫生装备》2005年第26卷第11期第31-32、46页)公开了一种给一体正压防护服供气的生命维持系统，包括主供气系统和备用供气系统。主供气系统包括空压机、空气冷冻干燥器、压缩空气储气罐、压缩空气油水分离器、过滤系统、分析控制系统、安全报警系统、加热器、冷却器、连接管道等。备用供气系统包括高压钢瓶组、气体汇流排和切换阀门等。这种生命维持系统依赖于现场工作人员进行实地操作和控制，不能远程监控系统的运行状况，也不能根据供气情况实现自动停机、排气或切换。另外，这种系统供送的气体压力波动较大。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种系统控制更加高效全面且空气供应更加安全稳定的呼吸供气系统。

为此，本实用新型在一方面提供一种呼吸供气系统，具有在输入端连通至外界空气和在输出端连通至用气单元的主管路，包括：进气装置，其布置在主管路的输入端，用于从外界吸入空气并压缩空气；预处理设备，其布置在进气装置下游，包括用于干燥空气的干燥装置、用于暂时存储空气的初级储气罐和用于过滤空气中不希望的成分的过滤装置；气体监控设备，其布置在预处理设备下游的主管路上，包括用于检测空气中一种或多种成分的含量的检测装置和用于分析检测结果并根据分析结果发出控制信号的分析控制装置；二级储气罐，其布置在预处理设备下游的主管路上，用于缓冲空气的压力；以及温度调节设备，其布置在预处理设备下游的主管路上，包括用于冷却空气的冷却装置和用于加热空气的加热装置。

通过本实用新型的呼吸供气系统能够更加全面地控制整个系统，使得供气品质能与供气系统的运行直接相关，避免大量人工操作，有利于实现更高的安全性和稳定性。另外，本实用新型的呼吸供气系统通过设置二级储气罐，能够大幅减小供应气体的压力波动，从而提高用气单元的舒适度。

根据本实用新型的一个优选实施例，还包括备用气体切换设备，备用气体切换设备包括储存有备用气体的备用储气装置以及设置在备用储气装置和主管路之间并能选择性地将备用储气装置接通至主管路的切换装置。通过设置备用气体切换设备，能够在供气品质不合格的情况下为用气单元提供备用气体，从而使工作人员有时间检修呼吸供气系统或从实验室中撤离。这为呼吸供气系统带来了安全性和可靠性。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述进气装置与二级储气罐关联成，当二级储气罐内的压力低于第一压力值时，进气装置之一启动，当二级储气罐内的压力高于第二压力值时，进气装置停机。通过这种关联设置，能够提高供气系统的自动化水平，进而提升安全性和运行效率。

根据本实用新型的一个优选实施例，进气装置包括第一进气装置和第二进气装置，预处理设备包括第一预处理设备和第二预处理设备；输入端具有第一输入端和第二输入端，它们分别作为并联的第一支管路和第二支管路的输入端；第一支管路包括串接的第一进气装置和第一预处理设备，第二支管路包括串接的第二进气装置和第二预处理设备，第一支管路和第二支管路在气体监控设备上游合并至主管路中。通过设置两组并联的进气装置和预处理设备，能够增大供气系统的冗余度，从而提高供气系统的安全性和供气的持久稳定性。

根据本实用新型的一个优选实施例，二级储气罐设有用于在二级储气罐内压力超过安全值时打开泄压的安全阀、用于定期排出二级储气罐中的冷凝水的排水阀、用于本地监视二级储气罐内压力的压力表和用于远程监视二级储气罐内压力的压力传感器。通过设置安全阀、排水阀、压力表和压力传感器，能够提升二级储气罐的可控性，从而进一步提升整个系统的可操作性和可维护性。

根据本实用新型的一个优选实施例，初级储气罐设有用于在初级储气罐内压力超过安全值时打开泄压的安全阀、用于定期排出初级储气罐中的冷凝水的排水阀和用于监视初级储气罐内压力的压力表。通过设置安全阀、排水阀和压力表，能够提升初级储气罐的可控性，从而进一步提升整个系统的可操作性和可维护性。

根据本实用新型的一个优选实施例，预处理设备还包括用于检测空气的露点温度的露点检测装置，露点检测装置分别布置在过滤装置的下游。通过设置露点检测装置，能够监测压缩空气的湿度，从而使系统供应的气体具有更适于人体呼吸的干燥程度。

根据本实用新型的一个优选实施例，温度调节设备还包括用于给冷却装置和加热装置提供旁路的旁路管道，用于在不需要调节温度时使空气绕过冷却装置和加热装置。通过设置旁路管道，能够在不需要温度调节时提高经过整个系统的压缩空气流量，避免浪费系统资源。

附图说明

本实用新型的上述和其它特征和优点将通过以下参照附图对本实用新型实施例的详细说明中得到显现，其中：

图1示出根据本实用新型一实施例的呼吸供气系统的总体示意图；

图2示出根据图1实施例的呼吸供气系统的其中一个过滤装置的局部示意图；

图3示出根据图1实施例的呼吸供气系统的气体监控设备的局部示意图；

图4示出根据图1实施例的呼吸供气系统的温度调节设备的局部示意图；

图5示出根据图1实施例的呼吸供气系统的备用气体切换设备的局部示意图。

在这些附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件。

具体实施方式

参见图1，其示出根据本实用新型一实施例的呼吸供气系统100的总体示意图。如图所示，呼吸供气系统100整体呈串并联结合式布局，系统的各个设备均沿主管路1布置。主管路1具有与外界大气连通以输入空气的输入端11和与用气单元(未示出)例如正压防护服连通以输出空气的输出端12。主管路1在输入端11附近分支成第一支管路1a和第二支管路1b，它们分别具有第一输入端11a和第二输入端11b，并且在气体切换设备4上游合并至主管路1。在第一支管路1a上依次布置有第一进气装置2a和第一预处理设备3a，在第二支管路1b上依次布置有第二进气装置2b和第二预处理设备3b，它们与第一进气装置2a和第一预处理设备3a结构相同。换言之，根据本实用新型的呼吸供气系统100包括并联的两组进气装置和预处理设备。在这两组进气装置和预处理设备下游，所述主管路1上还依次布置有气体监控设备4、二级储气罐5、温度调节设备6、备用气体切换设备7。应理解，根据本实用新型的呼吸供气系统100的各个部分的布置顺序并不局限于此，其它可能的布置形式和布置顺序也是可以想到的。

根据本实用新型的第一进气装置2a布置在主管路1的输入端11a，用于从外界大气吸入新鲜空气，然后将空气压缩以供储存和进一步处理。在本实施例中，第一进气装置2a包括空气压缩机，例如螺杆式空气压缩机。第一进气装置2a的运行功率对用气单元如正压防护服的同时使用数量以及防护服内的空气压力和用气量有直接影响。在本实施例中，第一进气装置2a的运行功率应能够同时满足6套正压防护服的使用要求，例如系统的输出气压为6巴。另外，第一进气装置2a能保证正压防护服的入口压力为5巴，并能保证正压防护服内的压力相对于应用场所如生物安全实验室内的气压为正压，例如为5毫巴。为此，第一进气装置2a输出的供气压力可以为10巴。第一进气装置2a的供气量应能保证所供应的空气在经过呼吸供气系统100的各部分损耗之后到达各防护服内的供气量满足下列条件：1)满足一个正常成年人的呼吸需求；2)满足人体散热需求，这使得防护服内的换气次数通常不小于20次每小时；3)保证在防护服破损的情况下，气流的流向为由内向外流出。例如，每件正压防护服内的供气量可以达到0.5立方米每分钟。为此，第一进气装置2a的供气量应不少于3立方米每分钟。在本实施例中，第二进气装置2b的结构与第一进气装置2a完全相同。

优选地，第一和第二进气装置2a、2b通过自动控制设备进行控制。所述自动控制设备可设定成，根据呼吸供气系统100的主管路1或其它部分中的空气压力来控制第一和第二进气装置2a、2b的启停或功率大小，例如使第一和第二进气装置2a、2b与压力相关地自动加载/卸载。在本实施例中，所述自动控制设备可以在线或远程设定参数和控制设备状态，设有人机界面，并具有报警输出和远程通信功能。

在本实施例中，第一和第二进气装置2a、2b互为冗余，在使用中交替运行。这种交替运行可以通过所述自动控制设备实现。例如，自动控制设备记录第一和第二进气装置2a、2b各自的累计运行时间，并每日给第一和第二进气装置2a、2b交替设置优先级别。在一天中，第一和第二进气装置2a、2b其中之一处于优先运行状态，其中另一作为备用机，处于卸载运行状态。在下一天中则相反。

如图1所示，根据本实用新型的第一预处理设备3a包括沿第一支管路1a依次布置的干燥装置31a、初级储气罐32a和过滤装置33a。

在本实施例中，干燥装置31a包括冷冻干燥机，用于将经压缩的空气的压力露点温度降低至3摄氏度以下，使得供应至用气单元的空气保持适宜的湿度，从而提高人体呼吸的舒适度。干燥装置31a可调节以设定不同的露点温度。在第一预处理设备3a下游的第一支管路1a上可以设置露点检测装置34a如露点传感器，用于检测经干燥的空气的露点温度。可通过自动控制装置使露点检测装置34a与干燥装置31a相关联，使得干燥装置31a自动根据露点检测装置34a的检测结果控制空气的干燥程度，以使用气单元处的空气露点温度自动保持在适宜范围内，从而避免外界大气的湿度直接影响用气单元如正压防护服内的空气湿度。可选地，在干燥装置31a上游还可设置油气分离器(未示出)，用于分离出压缩空气中的油分，从而保护干燥机。

在本实施例中，初级储气罐32a具有600升的体积，用于暂时存储足够多的经过干燥装置31a干燥的空气，从而给用气单元提供足够长时间的稳定气源，避免第一进气装置2a的启动和关停直接影响到用气单元的供气情况。如图1所示，初级储气罐32a包括设置于顶部的安全阀321a，用于在初级储气罐32a内的空气压力超过安全值打开以卸除罐内的过高压力。初级储气罐32a还包括设置于底部的排水阀323a，该排水阀323a例如为电磁阀，用于定期排出初级储气罐32a内可能存在的冷凝水。在初级储气罐32a上还设有压力表322a以供操作人员实时监控罐内的压力。

图2示出根据图1实施例的第一预处理设备3a的过滤装置33a。如图1和图2所示，过滤装置33a包括依次布置在第一支管路1a上的粗过滤器331a、第一精过滤器332a、活性炭过滤器333a、一氧化碳催化过滤器334a、二氧化碳过滤器335a和第二精过滤器336a。

在本实施例中，粗过滤器331a包括1微米过滤器，能够滤除空气中的烟尘、蒸汽、油雾、固体和微生物。对于粒径1微米的微粒，粗过滤器331a的过滤效率能够达到百分之99.925。第一精过滤器332a包括0.01微米过滤器，能够滤除空气中更细微的烟尘、蒸汽、油雾、固体和微生物。对于粒径0.01微米的微粒，第一精过滤器332a的过滤效率能够达到百分之99.9999。活性炭过滤器333a能够吸收压缩空气中的异味。一氧化碳催化过滤器334a中设有催化剂，用于催化空气中的一氧化碳被氧化成二氧化碳的化学反应。二氧化碳过滤器335a能够吸收空气中原本包含的二氧化碳和一氧化碳经催化后生成的二氧化碳。第二精过滤器336a能够滤除一氧化碳催化过滤器334a和二氧化碳过滤器335a中可能产生的二次微粒污染物。类似地，第二精过滤器336a对于粒径0.01微米的过滤效率也能够达到百分之99.9999。

经过过滤装置33a的过滤，第一支管路1a中的压缩空气中的固体和液体微粒将低于0.01毫克每立方米，油雾含量低于0.003毫克每立方米，无异味，一氧化碳含量按体积计低于百万分之15，二氧化碳含量按体积计低于百万分之500。

在本实施例中，过滤装置33a对来自第一进气装置2a的压缩空气进行过滤，所述压缩空气的压力例如为1巴至10巴。为此，过滤装置33a的各个过滤器均在的选型应与第一进气装置2a的供气量(例如3立方米每分钟)相匹配。过滤装置33a的工作温度可以为1.5至30摄氏度。

由于粗过滤器331a以及第一和第二精过滤器332a、336a经常容易发生堵塞，因此在本实施例中，粗过滤器331a以及第一和第二精过滤器332a、336a各自配设有压差监测装置337a例如压差传感器，用于动态显示过滤器的堵塞情况，便于随时更换滤芯。另外，活性炭过滤器333a、一氧化碳催化过滤器334a和二氧化碳过滤器335a的滤芯应定期更换，例如每年或每2000小时更换一次。

在本实施例中，在过滤装置33a前后的第一支管路1a上分别设有一个取样口35a、36a，用于供现场操作人员随时对经过滤装置33a过滤之前和之后的压缩空气进行取样，以通过人工方式监测空气品质和过滤装置33a的运行效率。

同样地，如图1所示，根据本实用新型的第二预处理设备3b包括沿第二支管路1b依次布置的干燥装置31b、初级储气罐32b和过滤装置33b。

在本实施例中，干燥装置31b包括冷冻干燥机，用于将经压缩的空气的压力露点温度降低至3摄氏度以下，使得供应至用气单元的空气保持适宜的湿度，从而提高人体呼吸的舒适度。干燥装置31b可调节以设定不同的露点温度。在第二预处理设备3b下游的第二支管路1b上可以设置露点检测装置34b如露点传感器，用于检测经干燥的空气的露点温度。可通过自动控制装置使露点检测装置34b与干燥装置31b相关联，使得干燥装置31b自动根据露点检测装置34b的检测结果控制空气的干燥程度，以使用气单元处的空气露点温度自动保持在适宜范围内，从而避免外界大气的湿度直接影响用气单元如正压防护服内的空气湿度。可选地，在干燥装置31b上游还可设置油气分离器(未示出)，用于分离出压缩空气中的油分，从而保护干燥机。

在本实施例中，初级储气罐32b具有600L的体积，用于暂时存储足够多的经过干燥装置31b干燥的空气，从而给用气单元提供足够长时间的稳定气源，避免第二进气装置2b的启动和关停直接影响到用气单元的供气情况。如图1所示，初级储气罐32b包括设置于顶部的安全阀321b，用于在初级储气罐32b内的空气压力超过安全值打开以卸除罐内的过高压力。初级储气罐32b还包括设置于底部的排水阀323b，该排水阀323b例如为电磁阀，用于定期排出初级储气罐32b内可能存在的冷凝水。在初级储气罐32b上还设有压力表322b以供操作人员实时监控罐内的压力。

图2同样示出根据图1实施例的第二预处理设备3b的过滤装置33b。如图1和图2所示，过滤装置33b包括依次布置在第二支管路1b上的粗过滤器331b、第一精过滤器332b、活性炭过滤器333b、一氧化碳催化过滤器334b、二氧化碳过滤器335b和第二精过滤器336b。

在本实施例中，粗过滤器331b包括1微米过滤器，能够滤除空气中的烟尘、蒸汽、油雾、固体和微生物。对于粒径1微米的微粒，粗过滤器331b的过滤效率能够达到百分之99.925。第一精过滤器332b包括0.01微米过滤器，能够滤除空气中更细微的烟尘、蒸汽、油雾、固体和微生物。对于粒径0.01微米的微粒，第一精过滤器332b的过滤效率能够达到百分之999.9999。活性炭过滤器333b能够吸收压缩空气中的异味。一氧化碳催化过滤器334b中设有催化剂，用于催化空气中的一氧化碳被氧化成二氧化碳的化学反应。二氧化碳过滤器335b能够吸收空气中原本包含的二氧化碳和一氧化碳经催化后生成的二氧化碳。第二精过滤器336b能够滤除一氧化碳催化过滤器334b和二氧化碳过滤器335b中可能产生的二次微粒污染物。类似地，第二精过滤器336b对于粒径0.01微米的过滤效率也能够达到百分之999.9999。

经过过滤装置33b的过滤，第二支管路1b中的压缩空气中的固体和液体微粒将低于0.01毫克每立方米，油雾含量低于0.003毫克每立方米，无异味，一氧化碳含量按体积计低于百万分之15，二氧化碳含量按体积计低于百万分之500。

在本实施例中，过滤装置33b对来自第二进气装置2b的压缩空气进行过滤，所述压缩空气的压力例如为1巴至10巴。为此，过滤装置33b的各个过滤器均在的选型应与第二进气装置2b的供气量(例如3立方米每分钟)相匹配。过滤装置33b的工作温度可以为1.5至30摄氏度。

由于粗过滤器331b以及第一和第二精过滤器332b、336b经常容易发生堵塞，因此在本实施例中，粗过滤器331b以及第一和第二精过滤器332b、336b各自配设有压差监测装置337b例如压差传感器，用于动态显示过滤器的堵塞情况，便于随时更换滤芯。另外，活性炭过滤器333b、一氧化碳催化过滤器334b和二氧化碳过滤器335b的滤芯应每年或每2000小时更换一次。

在本实施例中，在过滤装置33b前后的第二支管路1b上分别设有一个取样口35b、36b，用于供现场操作人员随时对经过滤装置33b过滤之前和之后的压缩空气进行取样，以通过人工方式监测空气品质和过滤装置33b的运行效率。

本实用新型设置分别与两组进气装置串联的两组预处理设备，能够增大对压缩空气的处理速度和增大经过主管路1的压缩空气的流量，从而能够给更多的用气单元供气。

图3示出根据本实施例的呼吸供气系统100的气体监控设备4。如图1和图3所示，气体监控设备4设置在所述第一和第二支管路1a、1b的会聚点下游的主管路1上，总体包括用于检测压缩空气成分的检测装置41、用于对检测结果进行分析并发出控制信号的分析控制装置41和用于根据控制信号控制主管路1的执行装置43。

在本实施例中，检测装置41与主管路1连通以从主管路1实时采集压缩空气样本，并包括其内设有一个或多个传感器的传感器箱。例如，传感器箱内设有一氧化碳传感器、二氧化碳传感器和氧气传感器。如此，检测装置41能够在线实时检测压缩空气中的一氧化碳、二氧化碳和氧气的含量。应理解，传感器箱内还可以根据需要安装其它气体检测传感器，用于检测压缩空气的品质，扩展气体监控设备4的用途。例如，这些传感器的误差范围在正负百分之2以内，并且具备标定条件和标准气源接口以进行在线标定。

分析控制装置42包括分析器和控制器。分析器能够对检测装置41发来的检测数据进行实时分析，控制器能根据分析结果发出控制信号以使执行装置43执行相应操作。控制器还能发出报警信号。

执行装置43包括分别设置在主管路1上的主管路开关机构431和主管路排放机构432。主管路开关机构431能够根据分析控制装置42发出的控制信号控制主管路1的通断，而主管路排放机构432能够根据分析控制装置42发出的控制信号选择性地排放主管路1内的压缩空气。

主管路开关机构431包括设置在主管路1上的气动阀4311、控制管路4312和第一电磁阀4313。气动阀4311能够控制主管路1的通断。控制管路4312一端连接气动阀4311，另一端接通气动阀4311上游的主管路1。第一电磁阀4313设置在控制管路4312上，用于根据控制信号控制控制管路4312的通断。当分析控制装置42对来自检测装置41的检测结果的分析为空气合格时，分析控制装置42发出控制信号，使第一电磁阀4313通电打开，以接通控制管路4312，从而让气动阀4311打开并接通主管路1。当分析控制装置42对来自检测装置41的检测结果的分析为空气不合格时，分析控制装置42发出控制信号，使第一电磁阀4313断电关闭，以断开控制管路4312，从而让气动阀4311关闭并断开主管路1。在检测装置41故障、分析控制装置42故障以及断电等情况下，第一电磁阀保持关闭状态，从而使气动阀4311保持关闭，防止主管路1内的压缩气体输出。

主管路排放机构432包括排放管路4321、第二电磁阀4322和手动阀4323。排放管路4321一端连接至主管路1，另一端连接至第二电磁阀4322，并且在中间设置手动阀4323。手动阀4323一般保持常开状态。当分析控制装置42的分析结果为气体不合格时，分析控制装置42发出控制信号使得第二电磁阀4322通电打开，从而向外界排放主管路1内的不合格气体。当分析控制装置42的分析结果为气体合格时，分析控制装置42发出控制信号使得第二电磁阀4322断电关闭，从而不向外界排放气体。如果此时第二电磁阀4322失效无法关闭，可通过手动阀4323来手动切断排放管路4321。

分析控制装置42的控制器的报警信号可以输出至远程监控报警装置。所述远程监控报警装置的报警可分为三级报警，并可根据需要设定报警值。例如，当压缩空气中氧气含量按体积计低于百分之19.5、一氧化碳含量按体积计高于百万分之8和/或二氧化碳含量按体积计高于百万分之400时，启动一级报警；当压缩空气中氧气含量按体积计低于百分之19、一氧化碳含量按体积计高于百万分之12和/或二氧化碳含量按体积计高于百万分之450时，启动二级报警；当压缩空气中氧气含量按体积计低于百分之18.5、一氧化碳含量按体积计高于百万分之15和/或二氧化碳含量按体积计高于百万分之500时，启动三级报警。另外，也可以根据需要设定不同报警级别的不同操作。例如，一级报警为普通报警，仅显示报警信息提示用户存在隐患；二级报警为故障报警，显示报警信息，同时防止启动第一和第二进气装置2a、2b；三级报警为严重故障报警，发出声光报警，同时停止第一和第二进气装置2a、2b的工作，并排空监测点上游的气体。

如图1所示，根据本实施例的呼吸供气系统100还包括设置在气体监控设备4下游的主管路1上的二级储气罐5。与初级储气罐32a、32b类似，二级储气罐5包括设置在顶部的安全阀51，用于在罐内压力超过安全值时打开泄压。二级储气罐5还包括设置在底部的排水阀53例如电磁阀，用于定期排出罐内可能存在的冷凝水。二级储气罐5上还设有压力表52和压力传感器54。压力表52用于供现场工作人员实地监视二级储气罐5内的压力，压力传感器54用于将罐内压力的信号发送至远程监控系统，用于远程监视二级储气罐5内的压力。二级储气罐5的体积例如为2000升，能够尽可能减小呼吸供气系统100所供应空气的压力波动。

在本实施例中，二级储气罐5可以与第一和第二进气装置2a、2b关联，使得二级储气罐5内的压力可以用于控制第一和第二进气装置2a、2b的启停。例如，当二级储气罐5内的压力低于7.5巴时，第一进气装置2a或第二进气装置2b启动；当二级储气罐5内的压力高于9巴时，第一进气装置2a和第二进气装置2b关停。

图4示出根据图1实施例的呼吸供气系统100的温度调节设备6。如图1和图4所示，根据本实用新型实施例的温度调节设备6布置在二级储气罐5下游。温度调节设备6包括依次设置在主管路1上的冷却装置61和加热装置62。在本实施例中，冷却装置61包括冷冻干燥机，压缩空气进入冷冻干燥机并进行热交换，然后排出。加热装置62包括两个并联设置的加热器621，该加热器621例如为电阻式加热器。

温度调节设备6还包括设置在冷却装置61上游的第一温度传感器63和设置在加热装置62下游的第二温度传感器64，用于检测压缩空气经过温度调节之前的初始温度和经过温度调节之后的最终温度。温度调节设备6还包括温度控制器(未示出)，例如可编程的比例积分微分(PID)控制器，用于根据第一和第二温度传感器63、64检测到的温度控制冷却装置61和加热装置62的运行。所述控制对于包括冷冻干燥机的冷却装置61而言是控制启停，对于包括电阻式加热器的加热装置62而言是控制功率，例如通过两个可控硅连续调整电阻式加热器的功率。温度控制器可以设定成，当第一温度传感器63检测到的温度比目标温度低第一温度值(如3摄氏度)以上时，例如该温度达到21摄氏度时，关停冷却装置61；当第一温度传感器63检测到的温度比目标温度高第二温度值(如5摄氏度)以上时，例如该温度达到29摄氏度时，关停加热装置62。由此可知，在第一温度传感器63测得的温度接近目标温度时，冷却装置61和加热装置62同时工作或同时以额定功率的一半工作，从而在空气温度突变时通过关闭相应的冷却或加热装置来获得比开启相应的冷却或加热装置更快的温度调节能力。借此，根据本实用新型的温度调节设备6能够保持对大流量压缩空气的瞬间温度变化的适应性，例如在最大流量情况下能具有短时间内15摄氏度的升温和降温能力。另外可以想到，根据本实用新型的温度调节设备6还可以设置成，当第一温度传感器63检测到的温度比目标温度低第一温度值以上时，使压缩空气不经过冷却装置61而仅经过加热装置62；当第一温度传感器63检测到的温度比目标温度高第二温度值以上时，使压缩空气不经过加热装置62而仅经过冷却装置61。这种设置进一步有利于快速应对大流量压缩空气的温度突变。

经过温度调节设备6调温的压缩空气的温度在18至30摄氏度的范围内可调。例如，温度调节设备6可将压缩空气的温度控制在24摄氏度左右，温度波动范围不超过2摄氏度，即控制在23至25摄氏度之间。根据本实施例的温度调节设备6用于压缩气体的温度调节，该压缩气体的压力例如在1巴至10巴之间。

如图1所示，根据本实施例的呼吸供气系统100在温度调节设备6的旁侧设有旁路管道，用于在不需要进行温度调节时使压缩供气绕过温度调节设备6输送。

图5示出根据图1实施例的呼吸供气系统100的备用气体切换设备7。如图1和图5所示，根据本实用新型的备用气体切换设备7布置在温度调节设备6下游，包括储存有备用气体的备用储气装置71和设置在备用储气装置71和主管路1之间的切换装置72。在本实施例中，备用储气装置71例如包括备用气瓶。切换装置72的操作可以选择性地将备用储气装置71接通至主管路1，从而在紧急情况下给用气单元供送备用气体。根据本实用新型地备用气体切换设备7还包括压力开关73和控制电源(未示出)。压力开关73、控制电源和切换装置72通过相互电连接形成用于控制切换装置的控制电路。压力开关73根据主管路1内的气体压力情况自动接通和断开电路，控制电源通过压力开关73选择性地给切换装置72供电。控制电源与切换装置72的接通与否决定了切换装置72的操作。控制电源的供电电压例如为24伏。

在本实施例中，切换装置72、控制电源和压力开关73被关联成，当压力开关73测得主管路1中的空气压力低于额定值时，压力开关73关闭，以使控制电源与切换装置72断开，从而切换装置72使备用储气装置71与主管路1接通；当压力开关73测得主管路1中的空气压力高于额定值时，压力开关73开启，以使控制电源与切换装置72接通，从而切换装置72使备用储气装置71与主管路1断开。

如图1和图5所示，切换装置72包括连接备用储气装置71和主管路1的第一备用管路721。第一备用管路721上设置有气动阀722以控制第一备用管路721的通断。切换装置72还包括控制管路723，其一端连接气动阀722，另一端连接在第一备用管路721与主管路1的连接点上游的主管路1上。当控制管路723通气时，气动阀722保持关闭从而断开第一备用管路721，当控制管路723断气时，气动阀722打开从而接通第一备用管路721。控制管路723的通断通过设置在控制管路723上的电磁阀724实现，电磁阀724通过压力开关73与控制电源接通。当压力开关73测得主管路1中的空气的压力低于第一额定值时，压力开关73关闭，以使控制电源与电磁阀724断开，导致电磁阀724关闭并断开控制管路723，从而使气动阀722打开并接通第一备用管路721；当压力开关73测得主管路1中的空气的压力高于第二额定值时，压力开关73开启，以使控制电源与电磁阀723接通，导致电磁阀724打开并接通控制管路723，从而使气动阀722关闭并断开第一备用管路721。第一额定值例如为6巴，第二额定值例如为8巴。

在本实施例中，气动阀722具备开关位置反馈装置(未示出)，通过该装置能够向现场工作人员提供工作状态和报警信息。

在本实施例中，切换装置72第二备用管路725。第二备用管路725在一端连接至主管路1，在另一端连接至第一备用管路721靠近备用储气装置71的上游或直接连接至备用储气装置71。第二备用管路725上设有手动阀726，用于在切换装置72失效时通过现场工作人员的人工操作将备用储气装置71接通至主管路1。

根据本实施例的备用气体切换设备7还包括止回阀74。止回阀74设置在切换装置72上游的主管路1上，用于在备用储气装置71接通至主管路1时，防止从供送出的备用气体在主管路1中发生逆向流动。

如图1所示，在备用气体切换设备7处的主管路1上设有减压阀8，用于降低主管路1内的压缩空气的压力，使其适于供送至用气单元。

根据本实用新型实施例的呼吸供气系统100的所有管道均由316L不锈钢制成，其中主管路1的公称直径例如为50毫米。管道的连接方式能够保证安全可靠、便于维护。管道可选用可拆卸的免焊接快速组装方式，管道安装后具备分段保压检测和系统吹扫条件。卡压管道连接的设计承压为15巴，工作压力为10巴。在供气点设置流量开关，用于监测各用气单元的用气情况。

根据本实用新型实施例的呼吸供气系统100有手动和自动两种工作方式。手动工作方式主要用于应急强制工作、紧急停车与维修监测等，自动工作方式主要是通过自动控制系统对呼吸供气系统100的其余部分实现自动控制。自动控制系统的主要控制对象是第一和第二进气装置2a、2b、第一和第二预处理设备3a、3b的干燥装置以及温度调节设备6的冷却装置61和加热装置62。自动控制系统的输入主要是各种检测传感器的信号、输出主要是各个控制对象的开关。

在本实施例中，自动控制系统采用西门子S7-300系列PLC作为控制核心，并采用上位机电脑、人机界面、PLC、传感器和开关元件的四层控制结构，其中人机界面具备以太网接口用于支持远程监控功能的开发。主控PLC应能与第一和第二进气装置2a、2b以及气体监控设备4进行信息交互，各个分立的开关、阀门、传感器等连接于PLC系统中。为提高系统的安全性，当气体监控设备4出现或解除故障报警时，可停止或启动第一和第二进气装置2a、2b的运行。自动控制系统出了实现常规的温度、相对湿度、压力、气体浓度等超限报警外，还可以在PLC中实现一定的故障诊断功能。

以下参照图1-5简述根据本实用新型的供呼吸用空气供应方法。

根据本实用新型的供呼吸用空气供应方法包括以下步骤：a.从外界大气中吸入并压缩空气；b.干燥空气；c.将干燥后的空气暂时储存于初级储气罐中；d.滤除空气中不希望的成分；e.检测空气中一种或多种成分的含量，并在含量超出额定范围时停止输送空气；f.使空气经过二级储气罐5以缓冲压力波动；g.将空气的温度调节至希望值；h.将空气输出至用气单元。其中，步骤a与二级储气罐5关联成，当二级储气罐5内的压力低于第一压力值时，启动吸入空气，当二级储气罐5内的压力高于第二压力值时，停止吸入空气。

尽管上文通过对实施例的描述阐释了本实用新型，但应知，这些实施例是示例性而非限制性的。本领域技术人员在阅读了本说明书之后能够对本实用新型的实施例作出各种变化、改进和替代而不背离本实用新型的精神，这些变化、改进和替代均落入本实用新型的保护范围内。本实用新型的保护范围仅由所附权利要求书及其等同形式确定。

Claims (8)

1.一种呼吸供气系统(100)，具有在输入端(11)连通至外界空气和在输出端(12)连通至用气单元的主管路(1)，包括：

进气装置(2a、2b)，其布置在所述主管路(1)的所述输入端(11)，用于从外界吸入空气并压缩所述空气；

预处理设备(3a、3b)，其布置在所述进气装置(2a、2b)下游，包括用于干燥所述空气的干燥装置(31a、31b)、用于暂时存储所述空气的初级储气罐(32a、32b)和用于过滤所述空气中不希望的成分的过滤装置(33a、33b)；

气体监控设备(4)，其布置在所述预处理设备(3a、3b)下游的所述主管路(1)上，包括用于检测所述空气中一种或多种成分的含量的检测装置(41)和用于分析检测结果并根据分析结果发出控制信号的分析控制装置(42)；

二级储气罐(5)，其布置在所述预处理设备(3a、3b)下游的所述主管路(1)上，用于缓冲所述空气的压力；以及

温度调节设备(6)，其布置在所述预处理设备(3a、3b)下游的所述主管路(1)上，包括用于冷却所述空气的冷却装置(61)和用于加热所述空气的加热装置(62)。

2.根据权利要求1所述的呼吸供气系统(100)，其特征在于，还包括备用气体切换设备(7)，所述备用气体切换设备(7)包括储存有备用气体的备用储气装置(71)以及设置在所述备用储气装置(71)和所述主管路(1)之间并能选择性地将所述备用储气装置(71)接通至所述主管路(1)的切换装置(72)。

3.根据权利要求1所述的呼吸供气系统(100)，其特征在于，所述进气装置(2a、2b)与所述二级储气罐(5)关联成，当所述二级储气罐(5)内的压力低于第一压力值时，所述进气装置(2a、2b)之一启动，当所述二级储气罐(5)内的压力高于第二压力值时，所述进气装置(2a、2b)停机。

4.根据权利要求1所述的呼吸供气系统(100)，其特征在于，所述进气装置(2a、2b)包括第一进气装置(2a)和第二进气装置(2b)，所述预处理设备(3a、3b)包括第一预处理设备(3a)和第二预处理设备(3b)；所述输入端(11)具有第一输入端(11a)和第二输入端(11b)，它们分别作为并联的第一支管路(1a)和第二支管路(1b)的输入端；所述第一支管路(1a)包括串接的所述第一进气装置(2a)和第一预处理设备(3a)，第二支管路(1b)包括串接的所述第二进气装置(2b)和第二预处理设备(3b)，所述第一支管路(1a)和所述第二支管路(1b)在所述气体监控设备(4)上游合并至所述主管路(1)中。

5.根据权利要求1或2所述的呼吸供气系统(100)，其特征在于，所述二级储气罐(5)设有用于在所述二级储气罐(5)内压力超过安全值时打开泄压的安全阀(51)、用于定期排出所述二级储气罐(5)中的冷凝水的排水阀(53)、用于本地监视所述二级储气罐(5)内压力的压力表(54)和用于远程监视所述二级储气罐(5)内压力的压力传感器(52)。

6.根据权利要求1所述的呼吸供气系统(100)，其特征在于，所述初级储气罐(32a、32b)设有用于在所述初级储气罐(32a、32b)内压力超过安全值时打开泄压的安全阀(321a、321b)、用于定期排出所述初级储气罐(32a、32b)中的冷凝水的排水阀(323a、323b)和用于监视所述初级储气罐(32a、32b)内压力的压力表(322a、322b)。

7.根据权利要求1或2所述的呼吸供气系统(100)，其特征在于，所述预处理设备(3a、3b)还包括用于检测空气的露点温度的露点检测装置(34a、34b)，所述露点检测装置(34a、34b)分别布置在所述过滤装置(33a、33b)的下游。

8.根据权利要求1所述的呼吸供气系统(100)，其特征在于，所述温度调节设备(6)还包括用于给所述冷却装置(61)和所述加热装置(62)提供旁路的旁路管道(65)，用于在不需要调节温度时使所述空气绕过所述冷却装置(61)和所述加热装置(62)。