[发明专利]对电动空气呼吸装置的改进

说明书

本发明涉及对带有用于呼吸保护的颗粒过滤器、气体过滤器或组合过滤器的包括头盔、面具或面罩的电动空气过滤设备的改进。

人们已经意识到监控和测量流入电动空气呼吸器内的空气流速是有利的。这是因为监控流速使得能够进行检查以确保不会超过过滤器的流速能力，由此确保过滤器从输送给佩戴者的可吸入空气中有效地滤除所有的污染物。而且，空气输送控制系统能够利用闭环流量测量系统来与条件的改变例如与过滤器阻力或者由用户对头套或面具的不同佩戴的阻力的改变、由譬如海拔高度的变化造成的环境空气压力的改变等无关地保持提供给用户的指定流速。类似地，主动系统能够利用闭环流速控制对不断改变呼吸空气输送风扇组件上负荷的呼吸影响进行自动补偿。

现代呼吸器通常具有广泛选择的附件，形式为过滤器类型、多样化设计的用于不同应用的头套或面具等，并且这就带来了跨任意附件组合保持指定流速的问题。大气其本身是可压缩的，并且因此随着电动空气呼吸器内的流速增加，空气就会压缩，同时流速和叶轮转速之间存在非线性的关系。颗粒物过滤器的流动阻力在其寿命期间也会由于空气传播颗粒物被吸入并保留在过滤介质上影响空气从中流过而改变，并且因此在过滤器寿命期间不断增大阻力。而且，仅仅是用户呼吸的动作也会导致电机负荷的变化从而造成流速的波动。在用户吸气时，空气通过过滤器被吸入，这帮助电机提供空气并因此有效地减少了负荷。另一方面，在用户呼气时，空气流动即使在使用了单向阀时也会被抑制，由此增加了电机的负荷。

在装置工作期间监控叶轮转速相对容易，并且已经建议使用这种方法来计算流速。但是，风扇设计的固有效率会随着由在进气侧上的变化阻力施加在其上的不同负荷和出气侧上的负荷而改变。因此，叶轮转速并不与流速直接相关。

尽管在叶轮转速和流速之间有这种相关性的问题，但是对于简单的设备例如具有内置风扇和有限选择的过滤器的面具来说，已经发现可以通过比较电机转速和电机负荷以建立电机转速和负荷的算法来估算流速，从而实现对流速非常好的近似。本领域内还已知将这种方法扩展至更加复杂的系统，但是这就意味着对于指定的过滤器或头套，由呼吸器提供的流速将接近于恒定但是对于每一种组合都有所不同。该方法还受制于它不能适应由于海拔高度变化造成的改变(电机转速将随着大气密度的降低而增大)的缺点。在某些模型中，这些缺点可以通过改变能够安装的过滤器数量以试图减少一些过滤器阻力负荷而缓解-原因在于安装的过滤器越多，过滤器阻力就会变得越小，并且平衡动作从过滤器的数量上着手来平衡呼吸器上的入口负荷。

另一种已知的方法是将所有较低负荷的过滤器都增加为相当的最高负荷过滤器，由此平衡输入负荷。对这一切所增加的复杂性在于随着阻力在过滤器的寿命期间不断改变，负荷不断增加，从而使负荷和转速算法变得复杂化。另一种已经提出的方法是利用转子流量计来标定设备，转子流量计主要是一种质量流量计，并且因此会随着湿度和海拔高度对密度的影响而改变。

因此能够看出现有技术中的方法基本上是集中在用于流速的近似方法并且这些方法通常都已经证明是可接受的。但是，由于对于不同污染难题来说过滤器正在变得越来越专业化，希望与初始过滤器阻力和过滤器阻力在其工作寿命期间的变化无关地保持流速，并且希望有不同的头套适合于不同的应用，因此这些近似方法现在已经变得不能胜任。

而且，对典型电动空气呼吸装置组件内的空气分析已经表明在呼吸所需的流速下在呼吸器组件中存在湍流。这就使得在没有在适当位置使用层流空气控制系统的情况下通常可接受的空气流量测量方法变得复杂化，而层流空气控制系统会对系统造成沉重负荷从而导致流速减小和/或蓄电池供电呼吸器的蓄电池寿命显著下降。

根据本发明提供了一种测量安全呼吸装置中气体供应流速的方法，包括以下步骤：测量通过装置供应的气体在气流中至少两个不同点之间的压力差，并且利用所述压力差来计算气体流速。

本发明进一步提供了一种安全呼吸装置，具有用于测量由所述装置输送的气体在气流中至少两个不同点之间的压力差的装置，由此根据所述压力差来计算气体流速。

根据本发明的装置和方法具有的优点是：通过测量压力并且利用差值计算气体通过装置的气体流速，不必在供气单元上施加会导致功率要求增加的明显负荷即可获得与现有技术中的系统相比准确得多的流速数值。

至少两个点之间的压力差可以利用压差表直接测量，例如通过将两个点中每一个点处的压力加至隔膜的相对两侧，用隔膜的偏转来测量压力差。可选地，可以直接测量每一个点处的压力并且可以随后计算各点之间的压力差。