專利名稱：用于給單個用戶輸送純凈氣體的呼吸器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及呼吸器。更具體地，所公開的呼吸器涉及對呼吸點處的 氣體(通常為周圍環(huán)境氣體)進行凈化并給單個用戶輸送純凈氣體的呼 吸器。
背景技術(shù)：
人類已經(jīng)在地球上居住超過1萬年。僅在最近200年開始大規(guī)模的工 業(yè)革命，使人類的呼吸系統(tǒng)持續(xù)暴露于高強度的可通過空氣傳播的污染 物中。對于如今生活在城市和郊區(qū)的人們來說，無法避開經(jīng)空氣傳播的 污染物，諸如微粒排放物、臭氧、灰塵、霉菌和很多其他戶外城市氣體中的污染物。此外，研究表明即使在最富裕的城市居民的家中，室內(nèi)氣 體可能并且常常比戶外氣體更臟。實際情況是，生活在城市中的居民， 不論是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家，并且不管他們的富裕程度如何，已經(jīng) 并且繼續(xù)在沒有任何抵御骯臟氣體侵害的情況下生活著。另外，世界上 很多地方的鄉(xiāng)村地區(qū)具有和城市中一樣的的氣體污染問題，部分由于該 地區(qū)是化石燃料發(fā)電廠的所處位置，并且在發(fā)展中國家，廣泛存在著沒 有任何有效污染控制措施的工廠和汽車。人類的呼吸系統(tǒng)簡直沒有時間 發(fā)展來抵抗今天氣體污染物的防御措施，結(jié)果，公眾健康受到各種各樣 肺部疾病的困擾，包括驚人增加地哮喘發(fā)病率，以及其他疾病，諸如癌 癥、肺纖維化、感冒和流感病毒以及其他呼吸系統(tǒng)疾病。令人驚訝地是， 在二十一世紀仍沒有抵御污染或骯臟氣體的有效的、廣泛采用的防御措 施，事實上，對于進行日常活動的普通市民來說根本毫無防御措施可言。 就目前用于給個體輸送純凈氣體的系統(tǒng)而言，這類系統(tǒng)主要限于對工人 接觸工作場所內(nèi)有關(guān)的有害空氣傳播的污染物(例如，石棉、煤塵、噴 漆)的使用中。
如上所述，按一般準則，室內(nèi)居住和商業(yè)環(huán)境中的氣體凈化總體上 不足以顯著減少空氣傳播的污染物。典型的整體房間氣體過濾系統(tǒng)利用 流通管路內(nèi)的微粒濾器給房間提供氣體，最典型的是在HVAC系統(tǒng)內(nèi)。
這種HVAC過濾系統(tǒng)有時(但很少)包括其他凈化氣體的器件，例如去 除某些化學(xué)物的催化表面，或能破壞某些空氣傳播的病原體的RNA和 DNA的輻射能源(例如紫外線輻射)。當(dāng)然，在清潔的房間中出現(xiàn)了最 大量的過濾式整體房間系統(tǒng)，諸如那些在電子工業(yè)中使用的系統(tǒng)。
值得注意的是在清潔的房間中僅僅進行過濾并不足以保持氣體低微 粒密度。同樣需要極其快速和完整的換氣。這一要求是由人的運動引起 的內(nèi)部生成的微粒。因此給人類提供純凈氣體的唯一機理是在呼吸點處。
為了在呼吸點處提供純凈氣體， 一種方法是通過諸如外科醫(yī)生的面罩那樣進行被動過濾。為了便于理解本申請，術(shù)語"被動"指無動力的 面罩，因而不包括諸如鼓風(fēng)機的氣體推動器。這類面罩以及類似的織物 面罩由于面部和面罩之間較差的密封而極其不嚴密。估計這些面罩對于 300納米微粒的過濾效率大約是卯％和更小。此外，眾所周知的是這些 面罩熱且不舒服，因為它們擋住呼出的潮氣并且因為用戶必須付出額外 的力氣進行呼吸才能克服通過面罩的壓降。此外，由于它們的被動屬性 并具有將污染氣體從面罩側(cè)面吸入的風(fēng)險，這些類型的面罩需要小心佩
戴，并且對于具有胡子的人或那些面部輪廓與面罩不一致的人密封不嚴。 應(yīng)當(dāng)理解無動力的各種被動設(shè)備不能提供正壓和氣流。
用于給工作間的產(chǎn)業(yè)工人提供純凈氣體的另一種系統(tǒng)是由3M制造 的正壓空氣呼吸器(PAPR)，其包括松散的佩戴鉤或全罩式面罩。PAPR 系統(tǒng)具有高漏氣率，這需要大量的氣流和超過任何易攜帶電池組的容量 的功耗。這樣典型地由AC電源或很大且很重的電池對其進行供電。設(shè) 計的復(fù)雜性使它們不適合普通市民廣泛采用。
當(dāng)前使用的另一系統(tǒng)是(由諸如Puritan Bennet and Respironics的若 干醫(yī)療供應(yīng)商制造的)持續(xù)性呼吸道正壓空氣(CPAP)系統(tǒng)，其是一種 加壓的面罩，通常的是覆蓋鼻子和嘴并被設(shè)計成具有足夠的彈性和強度 以使系統(tǒng)氣流軟管在睡眠狀態(tài)時保持開啟，防止面罩塌陷或使患有睡眠 性呼吸暫停綜合征的患者中斷睡眠。此外，CPAP系統(tǒng)典型地在基本上高 于大氣的壓力時(從15到30厘米水柱可調(diào))給患者傳輸氣體。由于高 壓降和因此系統(tǒng)產(chǎn)生的能量要求， 一般地將它們插到固定電源上。雖然 存在易于攜帶的便攜式鼓風(fēng)機，高壓顯著增加了功率需要。 一些CPAP 單元具有微粒過濾器，而一些CPAP單元則沒有。這些設(shè)備并未設(shè)計成
可支持活動中或清醒成年人的吸氣率。
除了上述確認的各示例外，已有技術(shù)包括具有各種過濾器形式的其 他面罩，面罩連接化學(xué)氣體過濾系統(tǒng)并且連接用于潛水和消防的壓縮氣筒。
文獻的全面審査和簡單地觀察揭示了缺少基本能濾除小于25納米 或以下(或就此而言，高于或大于若干微米)的所有微粒和生物病原體 的在呼吸點處的呼吸氣體凈化裝置。此外，即使對于300納米(以上)
的微粒尺寸，最好的過濾效率僅是99.97%，其在(范圍從80到120納 米的)A型流感亞型(確信其可造成廣泛流行)殺死超過5千萬人的情 況下，所述過濾器完全無效并且不能再次預(yù)防這種廣泛流行。更重要地， 很多便攜式點呼吸設(shè)備不能提供350標(biāo)準升/每分鐘(slm)或高于它的流 速。日常工作狀態(tài)下一定比例的人具有接近連續(xù)流速350slm的平均呼吸 率。由于已有設(shè)備具有有限的流量，根據(jù)由NIOSH贊助的研究，佩戴面 罩的人經(jīng)受血氧飽和度的顯著地降低的困擾；這些降低太大以至于研究 中的參與的人不得不從進一步的實驗中撤出。在沒有足夠流量的情況下， 存在佩戴者的血氧飽和度水平達到不安全水平的巨大風(fēng)險，導(dǎo)致了包括 死亡在內(nèi)的顯著血液動力學(xué)功能損傷。這還排除了由人類(特別是那些 具有呼吸障礙的人類，諸如哮喘、肺癌痊愈患者、肺纖維化、肺氣腫和
急性或慢性呼吸過敏的其他疾病)進行的所有緊密穿戴面罩的安全使用。 特別地，在生物滅活應(yīng)用(諸如流行性疾病)中所用設(shè)備目前一般不具 有支持人類在高壓力環(huán)境中工作的氣流量，此外其通常不能使佩戴者在 不去除面罩的情況下打噴嚏，從而加大了暴露病原體中的風(fēng)險。
此外，通過向佩帶者銷售而提供具有彈性防護罩的某些設(shè)備，這些 設(shè)備不具備有相對于大氣測量負壓以及在探測到負壓的情形下進行聲音 報警的能力，這種負壓的情況會在眾多故障機制(諸如過濾器阻塞、鼓 風(fēng)機故障、電池放電或故障)中出現(xiàn)。在生物滅活應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)了這些封 閉的具有防護罩的設(shè)備。
此外，不存在被廣大消費者接收和使用所要求的外形因素和重量的 設(shè)備。同樣，本領(lǐng)域已知的更大和更重的設(shè)備具有內(nèi)在的高成本，進一步限制了這些設(shè)備在很多重要情況下應(yīng)用的能力，其中相對于大氣壓的 負壓將促使污染氣體散播到面罩中。
本申請?zhí)岢隽四鼙黄胀ò傩赵诿刻旎顒又惺褂玫闹亓枯p、便攜式氣 體凈化呼吸器，優(yōu)選能夠適于在很多不同環(huán)境下凈化氣體的平臺上建立 的呼吸器。這些呼吸器可在任何時候根據(jù)個體需要呼吸到更高純度氣體， 例如當(dāng)在晚上休息時、在上下班期間、當(dāng)外出時或者在高臭氧或高花粉 日子里等使用一兩個小時。

發(fā)明內(nèi)容
所公開的是呼吸器或凈化氣體系統(tǒng)。在一個實施例中，代表性的呼 吸器裝置包括外罩，置于所述外罩內(nèi)的氣體推動器，所述氣體推動器可 操作地生成氣流并具有輸入和輸出端，置于所述氣流內(nèi)的微粒過濾器， 以及在一端連接所述外罩的可操作地供應(yīng)軟管，其中將所述外罩連同其 氣體推動器做為系統(tǒng)的重復(fù)使用部分進行實施應(yīng)用，而將所述微粒過濾 器和供應(yīng)軟管實施應(yīng)用成能從所述重復(fù)使用部分上拆卸。在一個實施例
中，將所述呼吸器構(gòu)造成提供近似200標(biāo)準升/每分鐘(slm)的氣體供應(yīng)， 并且將氣體預(yù)備儲藏器構(gòu)造成給用戶提供對于巨大瞬時要求具有充足的 過濾氣體裝置并無需為滿足這種要求而定制鼓風(fēng)機和其他系統(tǒng)元件的系 統(tǒng)。在一個實施例中，微粒過濾器包含濕法玻璃媒介。在一個實施例中， 所述氣體推動器是置于所述外罩內(nèi)的葉輪機，所述氣體推動器可操作地 以至少5,000rpm的旋轉(zhuǎn)速度產(chǎn)生氣流。


參考下面的各個附圖可更好地理解所公開的方法和呼吸器。各附圖 中的各個部件不一定是成比例的。
圖l顯示了從要求優(yōu)先權(quán)的早期提交申請中的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，圖2A和2B顯示了所公開呼吸器系統(tǒng)的一個實施例的三維視圖，
圖3顯示了圖2系統(tǒng)的多個部分的側(cè)視圖，
圖4A和4B顯示了所公開呼吸器的一個軟管實施例，
圖5A-5C顯示了所公開呼吸器的軟管實施例，
圖6A和6B顯示了所公開呼吸器的一個微粒過濾器實施例的多個圖
示，
圖7A和7B顯示了所公開呼吸器的另一微粒過濾器實施例的不同圖
示，
圖8-9顯示了所公開呼吸器的其他微粒過濾器實施例，
圖10顯示了所公開呼吸器的一個公共氣體供應(yīng)適配器實施例的側(cè)
視圖，
圖11顯示了所公開呼吸器的一個公共氣體供應(yīng)適配器實施例的側(cè)
視圖，
圖12顯示了所公開呼吸器的面罩的一個實施例，
圖13顯示了所公開呼吸器的一對防護鏡實施例，
圖14顯示了介于軟管和濾筒之間的一種密封的形式，
圖15顯示了介于各氣流連接器之間的一種密封的形式，
圖16顯示了類似皮膚的彈性面罩，
圖17顯示了一個折疊微粒過濾器實施例的三維視圖，
圖18A和18B顯示了一個折疊過濾器的間隔實施例的正視圖和俯視
圖，
圖19顯示了一個與軟管連接的濾筒實施例的截面圖，
圖20顯示了與面罩延伸部分連接的軟管，
圖21顯示了介于面罩和用戶面部之間的密封，
圖22顯示了所公開呼吸器的一個面罩實施例的三維圖示，
圖23顯示了所公開呼吸器的另一面罩實施例的三維圖示，圖24A、 24B、 24C顯示了所公開呼吸器的一個PPR實施例的側(cè)視圖、俯視圖和底視圖，以及
圖25顯示了所公開呼吸器的一個用于攜帶呼吸器系統(tǒng)的背包實施例。
圖26顯示了呼吸器系統(tǒng)的代表性實施例，其利用具有有線或無線發(fā)射功能、連接佩帶者手指和其他身體部分的血氧飽和度傳感器，來控制流速、增加02或為面罩拆卸或換過濾器而進行聲音報警。
具體實施例方式
雖然下面將參考其附帶的附圖更充分地描述所公開的呼吸器，其中顯示了實施所公開呼吸器的優(yōu)選方式的各個方面，但在下面說明書的開頭部分可以理解的是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可對在此公開的呼吸器進行修改，同時仍實現(xiàn)本公開呼吸器的優(yōu)選效果。因此，可將下面的說明書理解為是對所屬領(lǐng)域技術(shù)人員的寬泛、教導(dǎo)式公開，而非理解為限制到所公開的呼吸器上。
本公開是一種給用戶供應(yīng)足量過濾氣體，同時以所述系統(tǒng)的尺寸、重量和費用使其在每天的活動期間適于日常使用的便攜式正壓通氣呼吸器(PPRs)。"足量"的過濾氣體意味著氣體足以供應(yīng)用戶使用期間的氣體攝入需求。例如，所公開的PPRs以至少近似350標(biāo)準升/每分鐘(slm)的速率提供氣體。所公開的呼吸器有效地去除大于60納米的微粒，同時仍能實現(xiàn)人類呼吸所需的高氣流。因此所公開的呼吸器尋求能夠抓住市場的需要，包括那些希望以舒服的方式保護他們的肺以避免灰塵、微粒、花粉、霉菌、病毒、細菌、氈毯微粒和其他空氣傳播的雜質(zhì)的人群。
所公開呼吸器的一個實施例在呼吸點處可以提供與半導(dǎo)體工業(yè)中設(shè)定的極端苛刻的標(biāo)準(制造具有65納米線寬的半導(dǎo)體設(shè)備的一級純凈室)相當(dāng)程度的純凈氣體。此外，這些標(biāo)準遠高于任何一家醫(yī)院環(huán)境所建立的標(biāo)準，其中每年超過IOO，OOO市民死于來自醫(yī)院的感染。
縱觀目前市場上的過濾式強制送風(fēng)呼吸器(PAPR)系統(tǒng)，揭示了大多數(shù)能以200slm或更小的速率提供過濾氣體，少部分來自不同制造商的幾種型號顯示處在良好的狀態(tài)下高達450slm的流速。然而，這些型號中沒有一款提供極高凈化的氣體，對于25到300納米的微?；蛭⑸镞_99.999%或更高的過濾效率。目前的文獻和最近的研究發(fā)現(xiàn)表明根據(jù)個體呼吸容量和佩帶者的生理活動水平需要滿足不同個體的大范圍的呼吸率。己經(jīng)提出供應(yīng)小于200slm的PAPR設(shè)備對于適度活動的很多個體不合適，甚至美國職業(yè)安全與健康國立研究所(NIOSH)也默認設(shè)定比目前本領(lǐng)域通常提供的最小流量更高的最小流量要求是理想的。另外，研究表明在非常費力的活動(例如，攜帶沉重包裹爬樓梯的消防人員)中必須提供高達600slm的流速以保持足夠的血氧水平。因此，在一個實施例中，所公開的PPR做為標(biāo)準供應(yīng)近似350slm的流速，這與目前本領(lǐng)域的大多數(shù)產(chǎn)品不同，其對于絕大多數(shù)人的眾多活動(甚至包括適度的鍛煉)將是夠用的。另外，另一實施例中所公開的PPR將提供近似600slm的流速，這與任何已知的目前設(shè)備不同，其可以提供甚至最強健的個體處于最費力的工作環(huán)境下，供應(yīng)極高流速的過濾氣體。
在文獻査詢中，在工業(yè)中提供的類似PAPR單元的典型過濾效率是高效微?？諝膺^濾器(HEPA)-等級(300nm時99.97X的效率)。為了對諸如H5N1型病毒的微粒有效，所公開的PPR展示出最小是超低穿透氣體過濾器(ULPA)-等級(最大穿透微粒尺寸(MPPS)和額定氣體速度下99.999%的效率)的過濾效率。過濾效率在很大程度上由兩個因素確定。這兩個因素的其中一個是過濾材料本身的性能和結(jié)構(gòu)(等級)。由Lydall Filtration/Separation in Rochester, NH制造的濕法玻璃媒介中至少兩個等級滿足這些要求(6650和6850等級)。
另一個原因，典型的過濾媒介給出的是氣體和懸浮在該氣體中的顆粒當(dāng)它們經(jīng)過時撞擊過濾器的速度(工業(yè)上典型地稱之為"迎面風(fēng)速")。在過濾行業(yè)中已經(jīng)展現(xiàn)出并且眾所周知的是，過濾效率隨迎面風(fēng)速的降低而增加。涉及這一行為的主要物理原理是氣體內(nèi)所含微粒的動能(與速度的平方成正比)。除了使用高效過濾媒介外，所公開PPR的其中一個原理特征是使用大過濾器表面區(qū)域來使迎面風(fēng)速減小，從而使過濾效率最大化。例如，過濾器的過濾表面區(qū)域在尺寸上至少是近似100平方
英寸。照這樣，對于25納米(人類感冒病毒的尺寸)大小的微粒，有可能實現(xiàn)99.9999%或更大的過濾效率。
所公開的PPR的輕便方面要求具有足夠能量存儲且重量可承受的便攜式電源。為了確保在無過分重量的情況下獲得給所述設(shè)備供能的充足能量存儲的裝置，可應(yīng)用具有低功耗的鼓風(fēng)機以便推動氣體經(jīng)過所述系統(tǒng)。目前，存在能以所需的壓力推動期望的氣流流速同時消耗小于8W的葉輪或鼓風(fēng)機技術(shù)。另外，離心式鼓風(fēng)機具有當(dāng)氣流小于其額定流速時使用更少能量的屬性。因此，系統(tǒng)(諸如所公開的PPR)中使用的額定為8W的鼓風(fēng)機在具有2安培-小時(Ah)或更大容量的電池上可工作4個小時。這些鼓風(fēng)機易于實現(xiàn)12V和更高的額定電壓。便利地，在所公開的PPR中可應(yīng)用目前技術(shù)的Li-離子電池，諸如目前用于膝上電腦和移動電話的Li-離子電池，并滿足上述理想的能量密度。串聯(lián)的四個18650Li-離子電池傳送最大值約14.4V的額定電壓，并具有2.4 Ah或更大(大約34瓦小時)的容量。這能夠使兩個這樣的總重量在400g(14oz)左右的電池組運行超過8小時。與之相比，3MPowerflowTM系統(tǒng)的NiMH電池組重量約為800 g (28oz)。
與重量所考慮的那樣，所公開的PPR可承受的整體尺寸(物理體積)是提供能被廣大使用消費者接受的便攜、舒適、漂亮部件的因素。在一定程度上，所述部件的體積由過濾器的尺寸所限定。通過指定流速和過濾效率，從而確定過濾區(qū)域的面積。另外，給定區(qū)域的過濾器媒介的屬性和隨后的流速界定了葉輪式鼓風(fēng)機必須克服的跨過媒介本身的一組壓降。這樣，間接地，設(shè)定流速和濾波器效率值規(guī)定了所述鼓風(fēng)機的壓力/流量特征。還要考慮系統(tǒng)軟管和其他部件中的壓降(軟管中的壓降直接與流量成比例，與軟管直徑的四次方成反比)。
對于所公開的呼吸器操作在展示的性能范圍內(nèi)低端上的壓力和流量
水平而言，鼓風(fēng)機在1.21120單位的壓力下， 一般地將維持350slm流速。在所述范圍內(nèi)的高端上，鼓風(fēng)機在高達2.5 H20單位下可維持近似600slm。然而，具有所述范圍的高端上性能特征的單個鼓風(fēng)機可用于介于350slm和600slm之間的任何性能水平。使用離心式鼓風(fēng)機對與提高壓力有關(guān)的物理原理進行的檢測表明，用這種葉輪提高壓力的最大因素是所述葉輪行進時外側(cè)邊緣處的速度。反之，其由扇葉的旋轉(zhuǎn)速度(rpm)及其直徑來確定。增大葉輪的rpm或直徑直接影響所述葉輪能夠提高壓力的能力。
盡管存在可利用葉輪壓力性能的設(shè)計細節(jié)(例如，密封結(jié)構(gòu)、內(nèi)部輪廓等)，但10cm直徑的葉輪能夠在大約5000rpm時產(chǎn)生大約1.2H20單位(本發(fā)明的低端性能范圍內(nèi))的壓力。為了產(chǎn)生2.5 H20單位的壓力，相同的葉輪必須在大于10,000rpm時進行驅(qū)動。類似的，7-cm直徑的扇葉必須在介于7，000rpm和14，500rpm之間進行驅(qū)動。使用更小的葉輪減小了所公開PPR的整體尺寸；然而，這一優(yōu)勢在成本方面對于所公開的PPR所有所抵消。目前在5,000rpm時具有可承受成本和預(yù)期壽命的葉輪/鼓風(fēng)機不能在10,000rpm時進行操作，因為所述增加對電機軸承提出了更高的要求，并有趨于振動的趨勢，特別是對于更高rpm水平時的更大葉輪。因此，由于更高的技術(shù)成本和高rpm鼓風(fēng)機所需的材料，滿足高端操作范圍(600 slm)的尺寸和性能要求的鼓風(fēng)機目前在所述范圍內(nèi)的低端不是最佳的。
因此上述討論指出至少兩個實施例而非一個優(yōu)選實施例。照這樣，在試圖解決350slm范圍的實施例中可以避免能夠在600slm時進行操作的部件所增加的成本和復(fù)雜性。
對于性能范圍內(nèi)的低端可應(yīng)用一個實施例，諸如在適度rpm值(5000rpm)時可操作的大直徑葉輪(10cm)。過濾器媒介可以是眾多等級的任一種。例如，可使用諸如在該應(yīng)用下100nm微粒尺寸時展現(xiàn)99.999%效率的2800cri^過濾媒介的過濾器以滿足ULPA水平過濾并使系統(tǒng)體積最小的需求，同時保持壓降最小以充分利用低速葉輪的壓力流動特性?？山邮艿倪^濾器示例是Lyndall 6650過濾器。可選地，該葉輪可與使用3700cr^的媒介、在60nm微粒尺寸或以下時展現(xiàn)99.9999%效率的過濾器結(jié)合使用，所述過濾器在增大系統(tǒng)體積并保持流速時將過濾效率提高到超過ULPA的水平。被公認的過濾器示例是Lyndall 6850過濾器。在具有25mm內(nèi)徑的平滑口徑軟管的情況下，上面實施例的流速將接近350slm。
可用于所述操作范圍內(nèi)高端的一個實施例是更小(7cm)的高速(15,000rpm)葉輪。與上面的實施例相同，所述過濾器和媒介可以是如上所述眾多等級的任一種，以便平衡所需效率(ULPA達99.9999%的效率)和系統(tǒng)尺寸/體積。在具有25mm內(nèi)徑的軟管的情況下，所述系統(tǒng)該實施例的流速將接近600slm。
其他實施例將運用成本優(yōu)化的更小(5到7cm)的高速葉輪。與具有最高可能的過濾效率的過濾媒介相結(jié)合，PPR將能夠以等同于上面低范圍內(nèi)所提及的實施例的成本在遍及所需流速范圍內(nèi)進行操作。
所公開的呼吸器的一個特征在于其通過保存能量來適應(yīng)輕便的特殊限制。所公開的呼吸器不僅在正壓時供應(yīng)充足的氣體而且防止用戶避免由于佩戴呼吸器而遭受飽和血氧水平下降。在一個實施例中用離心式鼓風(fēng)機連接微粒過濾器的形式的氣體推動器來實現(xiàn)該呼吸氣流，所述微粒過濾器具有足夠大的過濾器表面積以便為用戶提供充足氣體并提供為實現(xiàn)高過濾效率所需的低過濾器迎風(fēng)速度而無需給鼓風(fēng)機供應(yīng)太多的能
量，例如對于60-nm微粒尺寸的最佳過濾器為3000平方厘米或更大。通過提供比目前技術(shù)中所知道的大很多的過濾器表面積，所公開的呼吸器實現(xiàn)了能量的高效利用。通過使用更大直徑的氣體供應(yīng)軟管(例如20-25mm的外徑)可實現(xiàn)高流速?？蛇x地，在美觀是更加關(guān)注的事情并且在要求相對低的環(huán)境下，通過使用比本領(lǐng)域已知的任何等同PAPR面罩供應(yīng)軟管(例如，10-16mm外徑的軟管)更小的軟管可以用來調(diào)整流速。盡管如此，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)鼓風(fēng)機功率，優(yōu)選對鼓風(fēng)機的壓力進行控制以確保充足的面罩壓，從而在被動狀態(tài)期間實現(xiàn)泄流，進而總能確保面罩內(nèi)部的正壓狀態(tài)。
所公開呼吸器的另一特征是從非常輕微的正壓(為了能量保存的原因，尤其是在使用更窄的供應(yīng)軟管時)到較大正壓(在某些應(yīng)用中并當(dāng)功耗很高時，然后優(yōu)選地將其附接到大直徑軟管以使所述軟管內(nèi)的壓力損失最小)范圍上進行面罩內(nèi)的正壓維持。這樣，除去所公開的呼吸器的節(jié)能方面，所公開的呼吸器同樣建議了能確保面罩內(nèi)高于大氣的持續(xù)正壓的系統(tǒng)。這樣，即使在面罩和面部間較差密封的情形中，氣體將從面罩中流出而不會流入。所述面罩典型地包括出口闊，其被偏置關(guān)閉但在被動階段期間可保持在輕微的開啟位置。所述面罩還包括入口閥，但也可被代替地設(shè)置成沒有入口閥。當(dāng)用戶吸氣時，鼓風(fēng)機以大于所述壓降的壓力提供所需氣體經(jīng)過過濾器和任何入口閥，使得面罩內(nèi)的壓力保持高于大氣壓的狀態(tài)，并保護用戶避免將外部氣體吸入面罩內(nèi)。
這樣基本系統(tǒng)(經(jīng)過所述閥門或經(jīng)過所述面罩的側(cè)邊)可泄漏出一定量的氣體，其是鼓風(fēng)機氣體供應(yīng)容量的一小部分，從而防止污染的氣體流入面罩內(nèi)，同時允許用于呼吸的充足的儲備氣體并使泵所消耗的功率最小。值得注意的是，離心泵的軸功率需求隨流過所述泵的流體減少而降低。然而，如上所述，所公開呼吸器的一個方面包括對氣體推動器的功率進行主動地控制，例如在低要求階段(諸如在被動狀態(tài)或呼氣期間以及在靜坐時期和對于消耗更少氣體的人，例如兒童)所述泵進一步降低功率。
這樣為了進一步節(jié)能，可手動或自動調(diào)整給鼓風(fēng)機的能量，以便對不同活動、不同用戶并根據(jù)用戶是否吸氣、呼氣或處于呼氣和吸氣之間的被動狀態(tài)來考慮不同的氣流要求。使用壓力傳感器測量面罩內(nèi)的壓力或者使用流速傳感器測量軟管內(nèi)的流速可確定對氣流的要求?？蛇x地所
述流速或壓力可做為鼓風(fēng)機旋轉(zhuǎn)速度(rpm)的函數(shù)進行監(jiān)測。這樣所公
開呼吸器的特征是通過對鼓風(fēng)機的功率進行控制以便考慮不同的氣流要求，從而對能量進行高效利用。所述系統(tǒng)可包括面罩內(nèi)的壓力傳感器，并且來自所述壓力傳感器的信號可用于對氣體推動器的功率進行控制。在另一實施例中，氣流傳感器可用于感應(yīng)軟管內(nèi)的氣流并使用來自所述氣流傳感器的信號對氣體推動器的功率進行控制。
所述壓力傳感器或流速傳感器(可能與微處理器進行通信)將優(yōu)選接通光發(fā)射二極管，并在某些實施例中啟動聲響警報以指示用戶例如由于過濾器阻塞或鼓風(fēng)機的不可操作時，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力在大氣壓之下。另外，通過預(yù)定增加鼓風(fēng)機的功率同樣可以開啟光發(fā)射二極管和/或聲響警報。然后用戶可替換所述過濾器(可將其罩在過濾筒中)或者根據(jù)需要替換的元件，在用戶方便的時候替換所述鼓風(fēng)機。由于所公開的呼吸器設(shè)想提供能夠使用戶在沒有過濾器幫助的情況下進行呼吸的過濾器的特質(zhì)和過濾器面積的結(jié)合，因此即使存在需要替換的部分阻塞的過濾器仍能夠使用戶在有或者無鼓風(fēng)機的幫助下短時間內(nèi)繼續(xù)呼吸而無需將面罩去除。 一旦替換了濾筒和鼓風(fēng)機，則啟動重設(shè)按鈕以重新設(shè)定警報。
代替?zhèn)鞲衅饕员銓π枰兓倪M行自動補償?shù)氖牵鱿到y(tǒng)可簡單地包括手動致動器以便按用戶的需求調(diào)整給鼓風(fēng)機的能量。
除了 (自動或手動)對鼓風(fēng)機的功率進行控制外，所述系統(tǒng)可包括置于氣流(例如，置于軟管或外罩或面罩內(nèi))中的手動或電子啟動閥門。在自動實施例中，所述閥門由來自壓力傳感器的信號進行控制，而閉環(huán)控制回路將調(diào)節(jié)所述閥門以控制氣流。這樣，執(zhí)行所述系統(tǒng)以維持面罩內(nèi)輕微的正壓狀態(tài)。
所公開呼吸器的另一特征是微粒過濾器(同樣稱之為主過濾器)的
位置。所述微粒過濾器優(yōu)選是100nm或以下(例如60nm)的過濾器，其優(yōu)選置于鼓風(fēng)機的下游。 一般將過濾器放置在通向氣體推動器(例如鼓風(fēng)機)的氣體進口處，以方便過濾器替換并使所有的碎屑滯留在系統(tǒng)之外。然而，本公開呼吸器的氣體推動器下游過濾器的優(yōu)選位置是能夠
利用替換或清洗面罩/管路系統(tǒng)來簡化過濾器的替換步驟，并使得在鼓風(fēng)機進口和環(huán)境氣體之間無需氣密密封從而簡化鼓風(fēng)機的結(jié)構(gòu)。這樣簡化了鼓風(fēng)機的結(jié)構(gòu)，從而降低了成本并能夠接近及冷卻電機電子控制回路。另外，在鼓風(fēng)機上游放置100納米或更小的過濾器能夠確保在系統(tǒng)發(fā)生故障時汽化的聚合物不會接觸用戶。所述過濾器組件還具有預(yù)濾器以去除大的微粒，否則會增加跨越主過濾器時的壓降。再有，為了避免來自預(yù)濾器的碎屑接觸用戶，所述預(yù)濾器優(yōu)選置于主或微粒過濾器的上游。
所述面罩或軟管可包括具有過濾器的第二入口，以便在來自外罩的氣體供應(yīng)中斷的情況下給用戶提供氣體。
另外所述面罩可包括通向出口閥門的通道或管路以保持純凈氣體的通道。在面罩壁上或沿面罩的內(nèi)或外表面可安排所述通道或管路。所述氣體出口可包括分開的歧管，其中將氣體按兩個或多個出口部分分成離開面罩的兩路或多路通道。每個出口部分可包括其自己的出口閥，或者在分開之前氣體出口的內(nèi)部部分可設(shè)有出口閥。兩路或多路通道或管路提供更加平衡且美觀合意的面罩，并在用戶遇到(諸如當(dāng)騎自行車或迎風(fēng)時遇到)高速氣體時幫助抑制或消減出口閥的不經(jīng)意的開放。
所述面罩可進一步包括設(shè)有過濾器的備用氣體出口，以便從用戶呼出的氣體中濾除微粒和病原體。
所述面罩整體或部分可由透明材料制成，使得至少用戶的嘴是可見的。在嘴部分的上方可減少面罩的壁厚，以改善用戶與外界的交流。
所述系統(tǒng)進一步包括防護鏡或眼鏡形式的眼睛保護方式，其可從呼吸面罩上分離，尤其是在生物滅活應(yīng)用中。 一對眼鏡或防護鏡的使用可確保保護用戶的眼睛避免暴露于可能受病原體或其他類型微粒污染的氣體。
如上所述，所公開的呼吸器還就大面積過濾器考慮軟管的直徑和軟管的使用，并恰當(dāng)進行鼓風(fēng)機功率的調(diào)節(jié)以實現(xiàn)所需的氣體流速。氣體在氣體推動器和面罩入口間的流動可由供應(yīng)軟管來提供，其可采取彈性管道的形式或包含具有一個或多個延伸穿過所述管路的氣流通道的扁平斷面管路。如果用戶倚靠供應(yīng)軟管，為了避免被擠壓，可對所述軟管的壁厚加肋或使其足夠厚以避免閉合一路或多路氣體通道。如上所示，對于要求更低持續(xù)氣流的人(例如兒童)而言，在美觀比流速更成為關(guān)注
的事情時，所述軟管可以是比已有技術(shù)設(shè)備的18-20mm直徑更小的直徑?？蛇x地，在使氣流最大比例如美觀更重要時，可調(diào)換更大的(例如25mm)的軟管。在面罩內(nèi)可包括隔板以使具有高氣體流速的進入氣流分流。
加肋的軟管可被分割成眾多部分與無肋的眾多部分相間隔，例如加肋的部分為4-6英寸長以便使其易于切割成所需的長度。
優(yōu)選地，所述軟管由高彈性材料制成，使其易于操縱，并且為了美觀的原因，所述軟管可由透明材料制成并可具有與面罩相同的風(fēng)格，以便顯得好像與面罩成一體，即象面罩一樣光滑。同樣，優(yōu)選的，所述軟管優(yōu)選由低成本材料制成一次性使用的軟管，在下文將有詳細的闡述。
在用合理尺寸和重量的電池允許合理的系統(tǒng)運行時間的功率水平下利用離心類型的氣體推動器用以方便人類的使用，在350slm或比之更高的氣流下2.5英尺長度的最小軟管直徑是20mm，并優(yōu)選等于或高于25mm。根據(jù)所公開的呼吸器通過提供比之前本領(lǐng)域已經(jīng)存在的更大面積的過濾器可維持合理的功耗。所述軟管由高彈性材料制成，其在內(nèi)部具有光滑的表面并通過外部金屬線或其他措施提供支持以防止所述軟管變形。
系統(tǒng)內(nèi)主過濾器的放置和連接是所公開呼吸器的另一特征。特別地，所述氣體推動器可置于具有氣體入口和氣體出口的外罩內(nèi)。可將預(yù)濾器設(shè)置在氣體推動器的上游，例如在所述外罩的氣體入口處和/或包含在鼓風(fēng)機外側(cè)上的過濾器外罩內(nèi)。微粒過濾器(主過濾器)，其典型地是具有濾除60納米或IOO納米微粒的高品質(zhì)過濾器，可將其置于或部分置于所述外罩內(nèi)，并可界定連接通向面罩的氣體供應(yīng)軟管的軟管連接器。因此所述軟管可直接地連接所述外罩。微粒過濾器優(yōu)選置于氣體推動器的下游，以界定過濾器下游的純凈氣體環(huán)境。這具有所述氣體推動器無需安置在純凈氣體環(huán)境內(nèi)的優(yōu)勢。與其置于或部分置于所述外罩內(nèi)，所述過濾器可置于所述軟管內(nèi)或置于所述面罩之內(nèi)或之上。所述過濾器可包含外罩內(nèi)的一種或多種過濾器元件?？蓪⑺鐾庹植贾贸山邮者^濾筒上的圓形"旋件"或扣鉤，或者過濾筒上的封件或矩形或方形的扣鉤。所述過濾筒還罩住一個或多個預(yù)濾器或氣體凈化設(shè)備，例如進程微粒過濾器，或去除臭氧、S02、或N02等的設(shè)備。優(yōu)選地將高品質(zhì)微粒過濾器(例如60nm或100nm的ULPA過濾器)安置在預(yù)濾器的下游一側(cè)，以防止任何從污染的氣流中逃離預(yù)濾器的微粒。如上所示，預(yù)濾器可具有除了簡單過濾的其他功能，例如用于去除某些氣體，諸如CO。與其象主微粒過濾器置于同一濾筒中，預(yù)濾器可單獨置于氣流中，并能以不同的形式來操作，例如通過使用浸透的海綿、環(huán)形層或涂覆二氧化錳或氧化銅催化劑的表面以濾除CO。用氫化鈣或硅化鈣固體浸漬的固體環(huán)形層可去除二氧化硫和二氧化氮。反之，使用蜂窩狀陶瓷(諸如用活性碳浸漬的Honey cycle ZG)或者通過使用集氣材料(鈦、鋁)或其他與臭氧反應(yīng)的物質(zhì)從而形成更穩(wěn)定的氧化物并以纖維、薄片、微?；蚱渌线m的形 式將臭氧去除。臭氧集氣和催化劑材料可嵌入過濾器材料(諸如在膠乳 基質(zhì)內(nèi)具有硼硅酸鹽的二氧化錳纖維)中以提供臭氧催化劑和過濾器，
或者可將其用作預(yù)濾器。能以纖維、薄片、微粒或其他合適的形式使用 將臭氧重組成02的催化劑材料，諸如二氧化錳或氧化銅。
所公開呼吸器的又一特征是主過濾器的構(gòu)造并優(yōu)化所述過濾器效 率。方形或矩形濾筒的一個優(yōu)勢在于利用矩形過濾器從而通過避免由切 除過濾器薄片形成的各過濾器間的浪費來優(yōu)化過濾器材料的使用。優(yōu)選 將各過濾器折疊以增大表面面積。做為所公開呼吸器的一個特征，所述 折疊可具有圓形末端以允許更高的氣流通過所述過濾器。為了保持所述 折疊的形狀，可設(shè)置一個或多個間隔，可定型或形成所述折疊的末端并 均勻地將所述折疊隔離開。能以迂回的方式安排所述間隔，從而不阻塞 氣流。與其用圓形或方形結(jié)構(gòu)的過濾器，所述過濾器可以是巻繞鼓風(fēng)機 的環(huán)狀(面包圈狀)過濾器，在這種情況下來自鼓風(fēng)機的氣體被徑向向 外驅(qū)趕。在這種過濾器布置形成圍繞過濾器的環(huán)狀通道下，所述外罩可 具有連接到軟管的出口。
所公開呼吸器的又一特征是提供了利用低成本元件的成本高效的呼 吸裝置。特別地可將某些元件設(shè)計成具有比已有技術(shù)設(shè)備的平均壽命顯 著縮短的有限平均壽命。這樣，將過濾器或過濾筒安裝成能輕松拆卸， 從而能夠使得它們可以一次性使用并安裝新的過濾器或過濾筒。做為備 選，可將具有軟管和過濾器的整個面罩設(shè)置成一次性使用的。另一方面
所述系統(tǒng)的其他元件，諸如具有其鼓風(fēng)機和電源的外罩可設(shè)計成具有較 長平均壽命，使它們能夠重復(fù)使用。
所述系統(tǒng)典型地包括電源或能源，其可采取置于筒內(nèi)的至少一個電 池或多個電池，或者在所述外罩隔間內(nèi)容納可充電電池組。在電池組的 情形中，所述組可包括插頭，例如可由置于所述外罩內(nèi)的互補插座所容納的引線上的插頭。在電池組的情形中，所述電池組典型地包括電氣插 頭并且所述外罩優(yōu)選包括具有互補接觸的隔間。在某些實施例中，所述 外罩適于容納兩個電池組或電池盒，以提供備用能源并方便能源的熱交 換。兩個能源可以是相同或不同的尺寸。對于某些最終用途，所述系統(tǒng) 可代替地或另外包括AC適配器，以便所述系統(tǒng)能夠由AC出口供能，或
者方便電池或電池組充電。AC適配器可置于所述外罩的內(nèi)部。
可將具有其氣體推動器和電源及過濾器的外罩(在此同樣稱之為
PPR)可以被容納于用在其他功能的攜帶包中。例如可將PPR容納于含 有筆記本電腦的包中，在這種情形中可經(jīng)由電腦的USB端口或給筆記本 電腦供電的PPR電源對其進行供電。同樣地電腦和PPR可共享相同的電 源。
恰當(dāng)?shù)墓β收{(diào)節(jié)回路處理PPR與其他設(shè)備之間的功率共享連接。例 如，通過使用本領(lǐng)域公知的DC到DC升壓變壓器提升USB電壓，使用 來自筆記本電腦USB端口的能量給PPR單元供電。同樣地，其他電子設(shè) 備(諸如移動電話、全球定位衛(wèi)星接收器、音樂和視頻下載和播放設(shè)備 (例如，iPOD )以及DVD播放器)可共享同一電源和彼此之間進行供 電。
可將 具有其氣體推動器和能源的外罩做為系統(tǒng)的重復(fù)使用部分來實 施，而將過濾器、預(yù)濾器、軟管和面罩設(shè)置成可從重復(fù)使用部分拆卸以 及一次性使用的。同樣，軟管和同樣有可能的面罩可比所述軟管和面罩 試圖具有和重復(fù)使用部分相同平均壽命的情況制造得更加廉價(更薄的 材料和/或更便宜的材料)。
為了確保不損害高品質(zhì)過濾器的微粒過濾能力，所述軟管在其兩端 的每一端借助于至少一個防止微粒進入的密封進行連接。在將一次性部 分連接在一起的情形中，所述連接或密封可采取永久密封或連接的形式， 例如熱密封或膠粘，而一次性部分和重復(fù)使用部分間的任何連接可使用進一步包括墊圈(諸如無孔泡沫塑料墊圈或一種由高質(zhì)量過濾材料制成 的界定分離連接的墊圈)的摩擦裝配連接來實施。對于更大的整體性而 言，所述密封可包括過多的層密封材料。這可采取兩層或多層環(huán)形密封 劑的形式，以避免密封的整體性被機械應(yīng)力、制造缺損等所損害。所述 可分離連接包括將兩部分彼此固定的夾具。
所述外罩可做為安裝到皮帶上的設(shè)備(belt mounted arrangement)來
實施，其中所述外罩適合腰包類裝置或適合與皮帶固定的皮包?？蓪⑺?述外罩設(shè)計成具有設(shè)計師風(fēng)格的服飾的外層或覆層。在皮包或包囊容納
所述外罩的情形中，所述包可按時尚款項來實施，例如具有設(shè)計師服飾 品牌的衣物。代替地或除此之外，所述系統(tǒng)可包括樣本或覆層，優(yōu)選包 含至少部分覆蓋所述外罩或皮包的設(shè)計師服飾樣本。
更普遍地，PPR系統(tǒng)可適合特定設(shè)計或標(biāo)準的皮包，諸如設(shè)計師風(fēng) 格的錢包、登山包、計算機包?？蓪PR系統(tǒng)設(shè)計成這樣的長度、寬度 和重量以適合現(xiàn)存時尚附件的預(yù)定口袋。另外，這種附件已經(jīng)應(yīng)用為提 供足夠空間以存儲面罩、若干過濾器和可選折疊軟管或諸如用于家庭的 若干組具有過濾器的兒童尺寸的面罩或軟管。
特別地，通過將PPR單元與各種附件(諸如但不限于手袋、臀兜或 背包)進行組合增強了產(chǎn)品的市場認同度。這樣，易于將PPR裝到具有 最大通用性的用戶選擇的攜帶設(shè)備中，或?qū)⑵溲b到為增強PPR單元的功 能而專門生成的手袋/臀兜/背包中。以多種顏色和款式實施系統(tǒng)各部件將 允許有眾多的個性化選項。做為商業(yè)策略，所公開的呼吸器構(gòu)想按照時 尚附件來設(shè)置所述系統(tǒng)，并提供定做或使該產(chǎn)品在將實用性為首的條件 下與其他產(chǎn)品區(qū)分開的能力。在該實施例中對其使用要求物理尺寸小、 重量最小且形狀便利的PPR系統(tǒng)。
外罩和軟管的其中一種或兩種(或如上所示，濾筒)可包括減少氣
體中的臭氧、 一氧化碳、二氧化硫和二氧化氮的其中一種進入所述外罩的器件。所述減少臭氧的器件包含將一個氧原子從臭氧分子中分離的臭 氧催化劑或與臭氧反應(yīng)形成穩(wěn)定氧化物的物質(zhì)。所述減少一氧化碳的器 件包括給CO增加氧原子以形成C02的一氧化碳催化劑。所述臭氧催化 劑可包含活性碳。所述一氧化碳催化劑可包含鈦、二氧化錳或氧化銅。 另外或可選地，使用氫化鈣或硅化鈣固體或者海綿中的濕石灰漿可去除 二氧化硫和二氧化氮。 一氧化碳催化劑和臭氧催化劑的至少其中一種在 至少部分外罩內(nèi)壁或軟管或者外罩和軟管兩者上可覆蓋涂層。
與其將濾筒置于或部分置于所述外罩內(nèi)并將所述軟管的第二端連接 所述濾筒，可將所述微粒過濾器置于所述軟管內(nèi)或上(例如，軟管連接 面罩的第一端處)或者置于所述面罩內(nèi)。另外，所述面罩可包括與氣體 出口流體連通的第二微粒過濾器，用于將呼出的氣體中的微粒過濾除去。
在所述微粒過濾器連接軟管第二末端的情形中，所述過濾器包括將 所述過濾器與至少一個公共氣體供應(yīng)系統(tǒng)或者與連接至少一個公共氣體 供應(yīng)系統(tǒng)的適配器相連的第二連接器。所述適配器可設(shè)有連接多個公共 氣體供應(yīng)系統(tǒng)的多個連接器。所述連接器用于將所述軟管與至少一個公 共氣體供應(yīng)系統(tǒng)或與使其與至少一個公共氣體供應(yīng)系統(tǒng)相連的適配器進 行連接，所述連接器可包括至少一種摩擦裝配連接，其每一個摩擦裝配 連接可包括一個墊圈并且至少一種摩擦裝配連接可包括固定所述連接的 夾具。所述墊圈可由無孔泡沫塑料材料或過濾材料制成。
如上所示，可將微粒過濾器設(shè)計成具有明確使用壽命，(例如一天
(16個小時))的短期過濾器，或者在另一實施例中為一周時期(7天 每天16個小時)。
又根據(jù)所公開的呼吸器，提供了一對眼保護防護鏡，其包含透鏡部 分和具有多個氣孔的外圍墊圈，其中在多個氣孔內(nèi)設(shè)有HEPA或ULPA
過濾器。為了便于說明該公開的呼吸器，術(shù)語"透鏡"簡單地指所述防 護鏡的明澈部分，并非暗示所述"透鏡"是凸透鏡或是凹透鏡。所述墊圈可包含使其布置成一列在另一列后面的兩列或多列材料，從而界定多 層密封或具有多個肋和槽的密封。所述墊圈的材料可包括無孔泡沬塑料
材料或HEPA或ULPA過濾材料。各氣孔內(nèi)的過濾器可布置成能替換的。 外圍墊圈可與透鏡部分連接，或者所述防護鏡可包括連接墊圈的框架。
進一步根據(jù)所公開的呼吸器，提供了眼保護防護鏡，其包含沒有外 圍框架的透鏡部分但簡單地設(shè)有外圍墊圈，其中所述墊圈包括多列一體 形成的密封材料，以界定單一墊圈或形成彼此平行布置的可分離墊圈。
在更早提交的申請序列號為11/412,231的文件中(標(biāo)題為"Air Supply Apparatus (空氣供應(yīng)儀器)"、2006年4月26日提交)，公開 了關(guān)于圖1的氣體供應(yīng)系統(tǒng)(其做為圖1包括在本申請中)。圖1的系 統(tǒng)包括過濾器和推動氣體的器件(例如泵、扇葉、或鼓風(fēng)機)以及控制 氣流流速或氣壓的器件。在已有技術(shù)設(shè)備使用小面積過濾器的恒定高流 速的基礎(chǔ)上(其由于過大的壓降而妨礙使用比HEPA等級更好的過濾材 料)，所述系統(tǒng)與已有技術(shù)形成鮮明的對比。另一方面，圖1所示申請 人的系統(tǒng)利用可控氣流系統(tǒng)以避免這些缺點。在申請人的申請11/412,231 中描述的各實施例中，描述了通過用UV輻射對氣流進行輻照以殺死或 破壞氣流中的有機污染物的器件，然而，如該申請所述的，氣體供應(yīng)系 統(tǒng)等同地適用于在沒有任何殺死或破壞生物污染物的器件下的使用。由 于所公開的呼吸器設(shè)置了一種系統(tǒng)，其包括置于外罩內(nèi)帶微粒過濾器的 氣體推動器(優(yōu)選位于所述氣體推動器下游一側(cè))以及借助于輸送管道 或軟管將面罩與所述外罩連接，并且沒有任何UV輻射源，再次考慮圖1
的實施例是很有說明性的，因為所公開的呼吸器建立并集成了更早各申 請的很多特征。
如更早申請11/412,231所討論的以及如圖1所示，圖1的系統(tǒng)包括 借助于彈性輸送管道120與滅殺腔110相連的面罩100。將會意識到此處 選擇術(shù)語"滅殺腔"是由于該腔包括UV光源，用于破壞空氣傳播的病原體的DNA或RNA。在所述外罩僅用于支持所述氣體推動器、電源和 過濾器的實施例中，簡單的術(shù)語腔或外罩更適合。為了便于說明本申請， 將談及的沒有任何UV光源的實施例簡化為涉及的外罩。面罩100包括 單向進口閥122和單向排氣閥124。面罩100覆蓋安裝到人的鼻子和嘴的 上方，并且排氣閥124將呼出的氣體傳送到大氣中。進口閥122能夠使 人吸入純凈的氣體。單向閥122、 124確保人呼吸純凈的氣體，同時將用 過的氣體排除到大氣中。閥122、 124可以是簡單的擋板閥，在中央擋板 閥之上，或者是電動閥。在一個實施例中，選擇閥門開放面積以近似對 應(yīng)人氣管的橫截面(大約3-5cm2)。選擇具有類似截面(3-5cm2)的傳 輸管道120 (其優(yōu)選有彈性材料制成)。在優(yōu)選實施例中，將面罩IOO、 閥122、 124以及傳輸管道120設(shè)計成可從滅殺腔IIO上去除，以方便清 洗，并且其優(yōu)選由對涮洗滌人安全的材料制成。通過提供快速拆卸連接 器或者另外提供能夠使滅殺腔、傳輸管道或軟管以及面罩易于彼此分離 的連接器，多個部件能夠輕松替換用舊的部件或使用來自另一裝置的部 件。在一個實施例中，所述裝置包括眼睛保護裝置，諸如眼鏡或防護鏡， 或者由附圖標(biāo)記參考數(shù)字130指代的上下翻的透明遮陽板。該實施例的 遮陽板130包括抬頭顯示器和接收外部饋送用于在顯示器130上顯示信 息的接收器190。接收器190可以是無線接收器，例如接收無線互聯(lián)網(wǎng)饋 送或]C藏合意信息饋送的WiFi接收器。在所示實施例中，在腔室110中 包括以氣體泵170形式的氣體推動器，以便在面罩100內(nèi)提供正壓，從 而確保當(dāng)其接觸用戶的面部時，周圍氣體不會沿其側(cè)壁不經(jīng)意地倒吸入
面罩100內(nèi)。泵170還通過朝面罩IOO提供氣流用來簡化吸氣過程。一 種有這種作用的泵是離心泵，例如由EBM-Papst, Inc. of Farmington, CT 出售的REF100-11/12。代替將氣體直接推送給面罩，在另一實施例中對 所述泵提供供應(yīng)箱，其經(jīng)由面罩或箱上合適的調(diào)節(jié)器給面罩送氣。
在該實施例中，滅殺腔IIO具有與成人在適度施加力度下的人類呼吸近似對應(yīng)的內(nèi)部體積。(休息時成人典型的呼吸大約是0.5升，而在適
度施加力度下對于一般成人而言體積通常增加到1及1.5升)。然而，如
下文更詳細地討論，所公開的呼吸器將以可變需求法為基礎(chǔ)，其中對壓 力或流速進行監(jiān)測并對氣體推動器的功率進行調(diào)節(jié)以便按需求的變化來 維持恒定的壓力。事實上，在其他實施例中，明確選擇比裝置的一般用
戶的平均呼吸更小的腔室體積。在圖1的系統(tǒng)中，滅殺腔IIO形狀上是 管狀的，并且近似三英寸(3")的直徑和六到八英寸(6-8")的長度， 并且UV光源140置于腔室110中。在這種情形中汞蒸氣燈用作UV光 源，并將該燈保護在石英襯套內(nèi)以降低破碎的概率。同樣，包括傳感器 172在內(nèi)以監(jiān)測汞蒸氣燈的輸出，并且如果所述燈停止輻照時關(guān)閉通向面 罩100的閥174。借助于電源(在該實施例中包含電池組142)給該實施 例中的UV光源供電。電源142可包括DC到AC轉(zhuǎn)換器以方便提供120 伏或更高的AC，用于從電池(諸如IO伏DC電池)給汞蒸氣燈供電。 將會意識到，所述電源將包括適當(dāng)?shù)逆?zhèn)流電路。在LEDs用作UV源的情 形中，所述電源將借助于適當(dāng)?shù)腄C電壓轉(zhuǎn)換器或通過使用如MAXIM 生產(chǎn)的LEDs優(yōu)化電路提供適當(dāng)?shù)腖ED電流。在該實施例中構(gòu)成電源142 的電池組與所述腔室整體封裝，并包括電池組的充電器。然而，將會意 識到，所述電池組還可分離地收納在或攜帶在例如用戶的皮帶上?？梢?理解的是，不僅滅殺腔連同其傳感器和電池組優(yōu)選與面罩可分離地攜帶， 而且無需置于面罩100上的任何其他元件同樣可與面罩分離地攜帶，例 如放在背包、挎包等中。這樣，例如任何移動電話、AM/FM收音機、無 線電話機或遮光板信息接收器可與滅殺腔110共同收納并攜帶在背包中。 所公開的呼吸器在有關(guān)圖1所描述的系統(tǒng)上提供很多附加物和變化。
圖2A和2B顯示了所公開呼吸器基本系統(tǒng)的三維圖示，所述呼吸器 為便攜的、電池操作的呼吸器系統(tǒng)200的形式，用于給單個用戶傳輸純凈氣體。在一個實施例中呼吸器系統(tǒng)200包括重復(fù)使用部分202和可拆 卸地與重復(fù)使用部分202相連的一次性部分205。重復(fù)使用部分202包含 外罩204，其具有帶篩網(wǎng)或柵格208的進氣口 206和出氣口 210。該實施 例中的進氣口設(shè)有預(yù)濾器212 (圖3中所示)。在外罩204內(nèi)形成兩個電 源或能源隔間220、 222。如圖3所示，外罩204罩住參考圖2B更詳細 描述的鼓風(fēng)機206和電源。如下面更詳細地討論，所述外罩可結(jié)合腰包 250、皮包等由用戶攜帶。呼吸器200還包括可拆卸部分(可清洗和/或 一次性)，其包括微粒過濾器260 (例如ULPA或HEPA)、傳輸軟管 262和包括覆蓋嘴和鼻子的面罩部分的面罩264，其在該實施例中具有入 口閥302和出口閥304。
在該實施例中，鼓風(fēng)機采取連接35到70瓦小時再充電電池的八瓦 離心式鼓風(fēng)機的形式。低流速的實際功耗將小于高流速的實際功耗。鼓 風(fēng)機206在大約1.7英寸水柱的零流速下具有峰值壓力，并可承受具有大 約1.2英寸水柱的350slm(12cfm)。如下面更詳細地描述，將該實施例中 的微粒過濾器260罩在濾筒內(nèi)，并采取恰好位于鼓風(fēng)機206下游的ULPA 折疊過濾器組?？缭経LPA過濾器的壓降在350 slm時大約是1.0英寸水 柱(流速和壓降之間的線性關(guān)系)。彈性傳輸軟管或管道262將氣體推 動器(在該例中為鼓風(fēng)機206)與面罩264相連。單向入口閥302選擇為 "零阻抗"閥(在350 slm時0.1英寸水柱)，而出口閥304也是單向的 并在大約0.5英寸水柱時開啟。
ULPA微粒過濾器260是亞微型過濾器，其具有比0.1微米微粒的 99.99%更好的過濾效率。
在操作中，鼓風(fēng)機將氣體推過過濾器260并達到面罩264。在同一 濾筒內(nèi)包括至少一個預(yù)濾器(同樣在下面更詳細地描述)做為ULPA過 濾器，并且所述預(yù)濾器可包括低品質(zhì)微粒過濾器，用于在大微粒到達 ULPA過濾器之前從氣體中將其去除。在用戶沒有吸氣或呼氣的情況下，面罩內(nèi)的壓力大約是0.5英寸水柱(即，接近0.5英寸水柱的出口閥啟動 壓力)。
當(dāng)用戶吸氣時，峰值吸氣速度可高達350slm，需要350slm或更大 的鼓風(fēng)機輸出。在350slm時的鼓風(fēng)機傳輸壓力將大約是1.2英寸水柱。 面罩壓將是鼓風(fēng)機壓力減去過濾器內(nèi)大約1.0英寸水柱的壓降，以及軟管 和入口闊內(nèi)大約0.2的壓降。這樣，在吸氣期間，面罩壓相對于大氣壓保 持為正，直到超過350slm的最大鼓風(fēng)機輸出。
當(dāng)用戶開始呼氣時，面罩壓升高大約0.5英寸水柱。這促使面罩入 口閥(如利用的話)關(guān)閉，使得鼓風(fēng)機輸出氣流變得微不足道，并且由 于鼓風(fēng)機經(jīng)歷更小的阻抗或負載，使鼓風(fēng)機的功耗自動降到大約4瓦。 在這點上，鼓風(fēng)機的電機優(yōu)選速度可控，使得當(dāng)電機負載改變時，電機 RPM保持相對的恒定。高于0.5英寸水柱，面罩出口閥開啟，使得當(dāng)呼 氣流速從10到100slm時，閥門內(nèi)的輸出壓降將是大約0.5到1.0英寸水 柱。
當(dāng)用戶結(jié)束呼氣時，面罩壓將降低到大約0.5英寸水柱，并且出口 閥將關(guān)閉。當(dāng)呼氣壓降到低于0.4英寸水柱時，入口閥將開啟，為用戶提 供鼓風(fēng)機氣體。
上面的描述模擬有關(guān)年輕成年男性(Guyton, Medical Physiology) 的典型呼吸過程，其一分鐘約發(fā)生12次或每5秒一次的大約500mL的 吸氣。估計峰值吸氣率為0.1到1.0秒內(nèi)的0.5升或具有瞬時值稍微高點 的大約30到300slm的平均吸氣率。
如上所述，鼓風(fēng)機電機在流速降低時自動使用更低的功率。為了進 一步保存能量，對一個實施例中的鼓風(fēng)機電機進行主動控制以便根據(jù)需 要改變電流。這樣由于吸氣電流的增加對鼓風(fēng)機的需求相應(yīng)增加，反之 在更低需求期間(例如呼氣以及吸氣階段和呼氣階段之間的被動狀態(tài)) 電流降低。在一個實施例中這可借助于壓力傳感器(例如，置于面罩內(nèi)的壓力傳感器)來實現(xiàn)。在被動狀態(tài)期間，當(dāng)只存在泄漏氣流從而在軟 管內(nèi)幾乎沒有壓降(基本上跨越入口閥僅O.l英寸水柱的壓降時，面罩壓 將是0.9英寸水柱，因為鼓風(fēng)機生成的l英寸水柱壓力)。
吸氣期間，當(dāng)氣流可能升高到大約300或350slm時，鼓風(fēng)機供應(yīng)大 約1.2英寸水柱。在這一流速下，通過軟管和過濾器的壓力損耗是顯著的， 并且是大約0.9到1.0。這樣，在跨越入口閥(如果應(yīng)用)0.1英寸水柱 壓降的情況下，面罩內(nèi)的壓力明顯降低大約0.2到0.3英寸水柱，這意味 著要求會上升。在呼氣期間，因為呼出氣體面罩內(nèi)的壓力是大約0.5英寸 水柱(如果使用入口閥的話，被呼出的氣體關(guān)閉而出口閥開啟并且只要 面罩內(nèi)的壓力停留在高于0.5英寸水柱時就一直保持)。這樣面罩內(nèi)的壓 力高，暗示了需求低。這樣兩個高壓，或低需求階段(被動狀態(tài)和呼氣) 可進行測量并用于通過降低給電機的電流來控制電機。在一個實施例中， 這通過微處理器(未顯示)來實現(xiàn)。與其監(jiān)測面罩內(nèi)壓力，通過流速傳 感器可監(jiān)測軟管內(nèi)的流速。在高流速下，當(dāng)用戶吸氣并且入口閥開啟時， 與高需求相關(guān)。另一方面低流速，例如當(dāng)在被動狀態(tài)期間只有泄漏氣流 時，或當(dāng)由于入口闊關(guān)閉或由于呼氣反壓而幾乎關(guān)閉從而沒有氣流或非 常小的氣流時，需求低并且可降低給鼓風(fēng)機的電流。
如圖2B所示，在該實施例中，隔間220在可充電電池盒228上設(shè) 有電觸頭，用于接觸互補觸頭226。依次，將隔間222大小制成容納電池 組230并設(shè)有接收互補插頭232的插座(未顯示)。該實施例中的電池 組包含支持4個圓柱狀電池236的塑料支架234。具有兩個能源的目的是 為了如果其中一個有故障可提供備用的，同時能夠在每次替換一個能源 時不損失能量(熱交換)。將會意識到兩個能源隔間可代替地為電池組 或者都為電池盒，并且兩組或兩個盒子可以是相同的尺寸或不同的尺寸。 電源或能源228、 230用作以離心鼓風(fēng)機240形式的氣體推動器的能源， 并給控制回路242供電。鼓風(fēng)機240 (其在其他實施例中可由風(fēng)扇或泵代替)生成從氣體輸入206經(jīng)預(yù)濾器312到氣體輸出210的氣流?？梢岳?解的是，電池組或電池盒的使用使得裝置具有輕便性。通過使用可充電 電池盒228或電池組230中的可充電電池，所述電源可輕松地使用AC 充電器238進行再充電，如圖2B中所描繪的。在另一實施例中AC充電 器(諸如充電器238)可永久連接到能源系統(tǒng)，在這種情形中外罩204 內(nèi)的隔間220、 222的其中之一適合在不使用時容納所述充電器。當(dāng)這種 能源可被用戶利用時，這還能夠使AC輸出用作一種能源。在一個實施 例中，構(gòu)想一種非便攜式呼吸器，其中代替便攜式能源(諸如電池組或 電池盒)的是，只提供AC適配器用于給系統(tǒng)200供電。雖然圖2的實 施例在外罩的鼓風(fēng)機部分的任一側(cè)上顯示了能源隔間220、 224，但是所 述能源可代替的安置在所述外罩的下方(所述外罩的背側(cè))，然而將會 意識到在這種布置中，實現(xiàn)從電池組或電池盒出來的熱交換稍微有點困 難。
圖24A、 B、 C中顯示了所公開呼吸器的另一實施例，其顯示了具有 被預(yù)濾器2404覆蓋的離心式風(fēng)扇2402的外罩2400。所述預(yù)濾器防止風(fēng) 扇2402和系統(tǒng)的其他部件被更大的微粒所阻塞。來自所述風(fēng)扇的氣體徑 向向外排出，并被外罩壁經(jīng)由主微粒過濾器2410 (其置于電池組2412 上方)所引導(dǎo)。所述氣體流出接有軟管(未顯示)的輸出端口2410。借 助于皮帶2430以腰包的方式附接具有其鼓風(fēng)機、過濾器和電源的外罩。
再次考慮圖2A，該實施例同樣是便攜式系統(tǒng)，并且所述外罩205 因而同樣對用戶是安全的。在該情形中通過提供腰包式布置(未顯示) 和通過提供皮包250 (將其尺寸制成能容納所述外罩204并具有套環(huán)、夾 具、按扣和其他附件器件以便將皮包250連接到皮帶240上)可將其固 定到皮帶240上。在某些實施例中，所公開的呼吸器還建議通過提供具 有圖25所示手提包所顯示的服飾設(shè)計師商業(yè)外觀的外罩204或包囊或皮 包250，將外罩204或攜帶外罩204的包囊或皮包250做成時尚款式，其中包括一個透氣部分2500使得由鼓風(fēng)機輸送進來的氣體可以通過。所公 開的呼吸器還建議為所有或部分外罩204或包囊或皮包250提供樣品或 替換的蓋套，從而能夠使用戶更換外罩、包囊或皮包樣式。
系統(tǒng)200的一次性部分205包含借助于傳輸軟管或管道262與面罩 264相連的微粒過濾器260。所述傳輸管道262在該實施例中直接連接過 濾器260，然而，在另一實施例中所述軟管連接外罩204，并且所述過濾 器位于氣體出口 210處或軟管262內(nèi)或者介于面罩264與軟管262之間 或位于或部分位于面罩264中。
為了使傳輸管道好控制，所公開的呼吸器建議使用具有足夠的抗力 以在用戶按壓所述管路后不被壓壞的高彈性軟管。在一個實施例中，使 用具有一個或多個通道延伸穿過所述軟管的平坦矩形軟管。在另一實施 例中，如圖2和3所示，使用其結(jié)構(gòu)整體來自圖4A中的側(cè)面及圖4B中 的截面所示任一皺褶的圓形截面高彈性管道。又一實施例簡單地包含具 有足夠壁厚以抵抗擠壓的圓形截面軟管。包含扁平截面的另一實施例是 從圖5A中的頂面、從圖5B中的側(cè)面以及從圖5C中的截面所示的橢圓 形、皺褶、彈性管道。為了美觀，不考慮供應(yīng)軟管和管道的結(jié)構(gòu)，建議 選擇將管路做成透明的。為了迸一步美觀精巧， 一個實施例提供了具有 和面罩類似風(fēng)格(例如，顏色和表面紋路)的軟管或管道，使得所述軟 管變成面罩的自然延伸。事實上，在一個實施例中，所述軟管以這樣的 方式是定型以附接所述面罩，使得看起來與面罩一體形成。然而，典型 地，為了易于制造(例如，通過擠壓成形)將所述軟管單獨形成，同時 所述面罩可通過模制操作來形成。為了增強美觀的外表，所公開的呼吸 器建議使用直徑小于已有技術(shù)設(shè)備的軟管。特別地，建議小于大約16mm
(例如10-16mm)的管道外徑。可以理解的是由于管道變得更薄，為了 提供相同的流速，必須增加所述氣體速度。因此一個實施例建議在面罩 264內(nèi)包含隔板300以偏轉(zhuǎn)進入的氣流。如上所述，所公開的呼吸器在一個實施例中使用10-16mm的非常小直徑的軟管，其還沒有在過去的呼吸 系統(tǒng)中使用。所公開的呼吸器通過使用結(jié)合更大(3000平方厘米或更大) 的高品質(zhì)微粒過濾器(60-100nm微粒過濾器)的薄軟管，克服了過去系 統(tǒng)的流速問題，從而實現(xiàn)使得系統(tǒng)非常輕便。
在另一實施例中，所公開的呼吸器構(gòu)想使用更厚外側(cè)直徑(例如， 20-25mm甚至更大)的軟管，以實現(xiàn)對涉及高氣體消耗情況的非常高的 流速。盡管如此，根據(jù)所公開的呼吸器，仍使用具有3000平方厘米或更 大的大過濾面積的軟管，以優(yōu)化流速并通過氣體推動器降低功耗量。這 樣可以理解的是所公開的呼吸器通過將大過濾面積與合適直徑的軟管相 結(jié)合并調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機的功率而衍生出它的其中一個優(yōu)勢，從而優(yōu)化能耗。
如上所示，所公開呼吸器的另一特征是給呼吸裝置提供一次性部分。 在一個實施例中，所述軟管、過濾器和面罩可做成一次性的。這不僅包 含可從重復(fù)使用部分(在該情形中為具有其氣體推動器的外罩)卸下的 軟管、面罩和過濾器，而且對于一次性面罩和軟管可使用更便宜的材料 或更薄的材料。在另一實施例中，與其將整個面罩做成一次性，只將過 濾器或濾筒做成一次性的，從而使其可拆卸地與所述面罩相連。
如上所述，可將微粒濾筒260與軟管262相連，如圖2和3所示并 如在圖6A-6B中更詳細地所示。在該實施例中，微粒過濾器是具有O.lum 微粒尺寸過濾能力的ULPA過濾器，所述過濾器可按標(biāo)準尺寸的冰球狀 布置進行實施。濾筒260具有旋入氣體出口凹槽(諸如圖2A的出口 210) 的外螺線263，氣體出口凹槽設(shè)有互補的螺線以銜接螺線263。如圖6B 的截面圖中最清晰所示，濾筒263界定了在頂部上方具有模制門或格柵 265的外罩用來遮擋過濾材料266。圖7顯示了多種濾筒262，圖7顯示 了具有更大直徑用于容納兩個更大直徑過濾器270的更深外罩268。雖然
雙過濾器布置為空氣的流動設(shè)置了更大的阻力，但該影響可通過使用更 大的直徑來解決。在又一實施例中(圖8中所示)，兩個微粒過濾器272和預(yù)濾器274做為所述濾筒的一部分進行設(shè)置。雖然上面各實施例都使
用了圓形過濾器，但所公開的呼吸器并不限于此。代替使用濾筒冰球布
置的是， 一個實施例使用各邊具有3-4英寸長的方形過濾器276以及相 應(yīng)的外罩279，分別如圖9A和9B所示。將會意識到同樣可實施矩形過 濾器，并可在類似圖7和8布置的過濾器外罩和濾筒內(nèi)設(shè)置多個過濾器。 該實施例的濾筒279包括具有除簡單過濾之外的功能的預(yù)濾器280。使用 浸漬的海綿、環(huán)形層或微粒過濾器上的二氧化錳或氧化銅催化劑表面涂 層用來將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳。在另一實施例中，浸漬有氫化鈣或 硅化鈣固體的固體環(huán)形層去除二氧化硫和二氧化氮。在又一實施例中， 通過海綿內(nèi)的濕石灰漿代替地去除二氧化硫。在一個實施例中，使用蜂 窩狀陶瓷纖維(諸如用活性碳浸漬的Honeycyde ZG和其他上述器件) 可去除臭氧。
具有方形和矩形形狀的過濾器的優(yōu)勢在于，如同具有圓形過濾器的 情形一樣，各過濾器剪切塊之間不浪費過濾材料。另一方面圓形過濾器 提供了使密封操作更容易的優(yōu)勢。代替圓形和方形構(gòu)造過濾器的是，所 述過濾器可以是環(huán)形(面包圈狀)，并且在來自鼓風(fēng)機的氣體徑向向外 排放的情形中在周圍包繞鼓風(fēng)機。在這種構(gòu)造中，所述外罩可形成圍繞 過濾器的環(huán)形通道，并在連接至少一個軟管的所述通道的至少一側(cè)上界 定出出口。
過濾器本身可以是(并優(yōu)選是)折疊的以增加表面積。雖然將圖6B 的過濾器顯示為具有Z字形構(gòu)造，但圖17中顯示了一優(yōu)選實施例，其顯 示了具有圓形末端1702的折疊微粒過濾器1700。通過使用如圖18A和 18B所示的隔板來維持該圓形構(gòu)造。圖18A顯示了隔板1800的側(cè)視圖， 其按圖17和18中字母A所指示的垂直開槽(1802 —邊在上部，1804在 底部)到折疊中。中間支腿1806給所示折疊的中部提供附加的支持，以 防止它跨塌。由于氣體在箭頭B所示方向上流過所述過濾器，因此將會意識到隔板1800不會阻斷所述氣流。在該實施例中這可通過提供支腿
1802、 1084、 1806來實現(xiàn)，它的迂回構(gòu)造使得在插入過濾器折疊時垂直 離開延長的通道。可以理解的是，在不脫離所公開呼吸器的范圍內(nèi)，也 可設(shè)置其他的隔板構(gòu)造，為折疊的過濾器提供圓形的末端并在仍允許氣 體穿過各折疊時將所述各折疊隔開。同樣，可以理解的是圓形末端折疊 和隔板在其他過濾器應(yīng)用中將可同樣使用，而并非限制為便攜式呼吸器。 例如，使用該構(gòu)造和布置可增強機動車輛的過濾系統(tǒng)。
如上所述，可將各過濾器濾筒布置成能夠輕松拆卸以便能夠?qū)λ鼈?進行處置并用新的過濾器或濾筒進行代替。為了實現(xiàn)這一目的，所述過 濾器必須可拆卸地附接所述軟管，除非試圖同時將所述軟管也丟棄，在 這種情形中，所述軟管可如圖19的構(gòu)造所示永久地固定到所述過濾器上。 軟管1900連接到從濾筒l卯4伸出的塑料延伸部1902。在該實施例中的 濾筒不僅包括ULPA過濾器1910 (其形成主過濾器)，還包括S02和 N02過濾器1912、臭氧過濾器1914，以及粗微粒過濾器1916。通過從壁 濾筒1904的外周延伸的塑料指1920將粗微粒過濾器1916固定。該實施 例包含方形過濾器，并通過對濾筒1904開槽成從所述外罩延伸的互補連 接器和借助于與濾筒1904—體模制并與連接器上的互補槽銜接的彈性塑 料夾具將其固定到所述外罩上。可以理解的是，接收濾筒1904的方形連 接器必須提供進入其狹槽的通道，從而能夠使夾具或吊鉤1930壓在一起， 以便將所述濾筒從所述連接器上卸下。
在另一實施例中，除了過濾器或過濾器和軟管是一次性使用的，可 將具有過濾器和軟管的整個面罩設(shè)置成一次性的。在一個實施例中，過 濾器、軟管和面罩設(shè)計成具有不同的平均壽命，從而要求在不同的時期 進行替換。
使用非標(biāo)準尺寸的冰球結(jié)構(gòu)和任何其他非標(biāo)準的結(jié)構(gòu)提供了抓住替 代部件市場的額外好處。雖然上面討論的微粒過濾器可以是任何微粒過濾器，但其優(yōu)選包含
亞微型過濾器，諸如能夠濾除極其微小微粒(例如大約60-100nm)的 HEPA或ULPA過濾器。
所公開的呼吸器還提供了相對于其他部件的微粒過濾器的優(yōu)勢放 置。特別地，優(yōu)選實施例將微粒過濾器260放置在外罩204的氣體出口 210處。這在過濾器260的下游一側(cè)界定了純凈氣體區(qū)，從而通過使鼓風(fēng) 機位于純凈氣體區(qū)而避免由鼓風(fēng)機引起的污染問題。在外罩內(nèi)增加的預(yù) 濾器212對外罩內(nèi)的鼓風(fēng)機和電子元件提供了一些抵抗灰塵和其他更大 微粒的保護。然而，做為抵抗小微粒的附加屏障，所公開呼吸器的一個 實施例在所述外罩內(nèi)安裝做為第二 HEPA或ULPA過濾器的預(yù)濾器。如 圖19所示，在濾筒內(nèi)包括一個或多個預(yù)濾器的優(yōu)選實施例中，將主微粒 過濾器1910置于下游一側(cè)，從而能夠使其捕獲來自所述預(yù)濾器的任何碎 屑。
該實施例的面罩264通過使其由透明材料(諸如硅樹脂)進行制造， 同樣適于更大的可用性和美觀的外表。圖12中詳細顯示了這種面罩390。 在另一實施例中只有嘴部由透明材料制造，從而能夠在談話期間觀察用 戶的嘴部。同樣減少嘴部392處面罩390的壁厚，以降低面罩對用戶聲 音的減弱。如我們前面所討論的(上面認定的共同轉(zhuǎn)讓申請)，所述面 罩可代替地設(shè)有麥克風(fēng)和揚聲器，以方便用戶和第三方之間的談話。
在優(yōu)選各實施例中，將所有的接頭和連接設(shè)計成能防止進入的微粒 超過微粒過濾器260的過濾能力。借助于永久連接(諸如熱粘合或焊接， 象借助于熱粘合進行連接的軟管l卯O與濾筒延伸部1902之間的連接情 形一樣)可實現(xiàn)重復(fù)使用部分之間或替換部件之間(諸如軟管262和面 罩264之間以及軟管262和濾筒260之間)的連接。相反，替換部件和 重復(fù)使用部件之間的連接或密封包含可釋放的連接，諸如一個或多個摩 擦連接，例如具有多個肋的0型環(huán)或墊圈。在圖6B所示的實施例中，三個O型環(huán)281用于將濾筒290與軟管292進行連接，從而提供內(nèi)在的 附加。圖14顯示了借助于密封1400連接到濾筒的軟管實施例。密封1400 包括多肋墊圈，其界定了以兩個環(huán)形層的密封劑1402通過凹溝1404形 成兩個分離肋的附加層密封。這一多密封構(gòu)造降低了機械應(yīng)力、制造缺 陷等所包含的密封完整性的概率。
在圖20的實施例中，在毗鄰的各表面之間使用由例如無孔泡沫塑料 材料制成的墊圈。圖20顯示了滑到面罩延伸部2002上的軟管2000。在 延伸部2002上多個環(huán)形無孔泡沬塑料襯墊2010確保了軟管2000和延伸 部2002之間的多個附加密封。
具有多個肋的墊圈沿面罩2110的外周界定了多個、并行的密封 2100,從而更有效地與用戶的臉2112進行密封。除了墊圈或密封外，夾 具(諸如圖6B中的夾具294)可用于確保兩部分不會輕易地脫離。
上面討論了一些消除某些化學(xué)制品的預(yù)濾器。另外，通過利用所述 外罩或供應(yīng)軟管內(nèi)的表面涂層和其他形式的催化劑，可減少環(huán)境氣體中 的某些化學(xué)制品。為了減少與CO和臭氧的接觸，所公開呼吸器的一個 實施例包括位于外罩204和軟管262內(nèi)部表面上的鈦涂層，以用作將一 氧化碳(CO)轉(zhuǎn)化成二氧化碳(C02)的催化劑。同樣可使用其他催化 劑，以便例如將氧原子從CO分子中分離出來從而將碳和氧分開。將會 意識到，可只在外罩或軟管的某些表面區(qū)域涂有這類催化劑涂層。為了 減少氣體中的臭氧，在一個實施例的至少一部分外罩204和供應(yīng)軟管260 的內(nèi)表面上涂有二氧化錳或氧化銅催化劑涂層。在另一實施例中，通過 涂覆氫氧化鈣或硅酸鈣固體來去除二氧化硫和二氧化氮。在另一實施例 中，二氧化硫可代替地通過海綿內(nèi)濕的石灰漿進行去除。在又一實施例 中，使用蜂窩狀陶瓷(諸如用活性碳灌輸?shù)腍oneycydeZG)來去除03。
圖2的實施例包括壓力傳感器和控制給鼓風(fēng)機260供電的控制器。 可將入口閥302設(shè)在軟管262 (如圖2A所示)或外罩204內(nèi)。面罩264還包括出口閥304以防止外面、未過濾的氣體進入面罩，并如上所述方 便系統(tǒng)尋求保持面罩內(nèi)恒定的、輕微的正壓。安裝一個實施例中的出口 閥304在來自用戶呼出氣體的附加氣壓下開啟。為了避免未過濾的周圍 氣體進入面罩， 一個實施例進一步包括至少一個通道或管路(在圖15的 實施例中，設(shè)有通向出口閥1502的兩個通道1500)從而維持通道內(nèi)一直 是純凈的氣體。在該實施例中多個通道和管路布置在面罩壁1501上，但 同樣可沿面罩的內(nèi)或外表面布置。圖15的面罩的氣體出口 1504包括分 開的歧管，其中將氣體按兩個出口部分1502分成離開面罩的兩個通道， 每個通道具有其自己的出口閥以提供更加平衡和美觀合意的面罩。如圖 15所示，在鼻子區(qū)域(對應(yīng)氣孔出口 1504)和臉頰區(qū)域1520之間布置 氣體供應(yīng)軟管1510，并在某種程度上呈現(xiàn)為附接所述面罩并與面罩形成 整體。在該實施例中，軟管向下與垂直線成45到60度角以便為工作在 書桌前的人們提供舒適的角度。為了提高用戶的舒適性，面罩1501包括 十字形氣體通風(fēng)孔1530，其設(shè)有高質(zhì)量的微粒過濾器，例如HEPA或 ULPA過濾器以防止未過濾的氣體進入面罩。
在圖22的面罩中顯示了類似的結(jié)構(gòu)，其同樣具有雙通道2201，其 延伸到將氣體排到外面的雙開口 2200。然而，在該實施例中在公共內(nèi)部 開口 2202處設(shè)有出口閥(未顯示)，而外部開口 2200是簡單的出口孔。
在圖23所示面罩2300的另一實施例中，其軟管2310和束帶2312、 兩個出口閥2320控制排出雙管路的氣流，從而離開中央純凈區(qū)2330，使 用戶的嘴能夠被看見。該實施例中的純凈區(qū)同樣由較薄的材料制成，以 方便用戶進行交談。
在另一面罩實施例中，如圖16所示設(shè)有皮膚狀彈性面罩主體1600。 面罩1600具有小的堅硬區(qū)域1604，以提供用戶鼻子和嘴上方的氣體空 間。同樣面罩的外罩設(shè)有多個沿所述外周并行布置的多個過濾器肋，達 到更大的完整性。像圖15中的實施例一樣，如果由于某種元件中斷了經(jīng)氣體管線1650的氣流，則圖16的實施例包括具有HEPA過濾器1610的 十字形通氣孔在出口閥1604處和用于供應(yīng)純凈氣體的備用入口閥。
如上所述，(以某些其更基本的形式中)所公開的呼吸器構(gòu)想在寬 松地佩戴面罩布置中進行實施，其中面罩不與用戶的臉密封，而是依靠 正壓力持續(xù)排出過濾的氣體，從而防止不純凈的氣體進入面罩。在這點 上，如圖2A所示，面罩264設(shè)有另一微粒過濾器301能夠使過濾的氣體 在來自外罩204的氣流被中斷的情況下持續(xù)進入面罩。同樣，面罩264 提供置于出口閥304出的微粒過濾器，以濾除來自呼出氣體的微粒。在 其他實施例中，面罩可以是緊密地佩戴或基本緊密地佩戴，從而基本固 定到用戶的臉上。在緊密佩戴面罩的一個實施例中，基本所有的面罩外 罩接觸用戶的臉和/或下巴和/或頜骨。應(yīng)該知道的是上述微粒過濾器在優(yōu) 選實施例中將是由適當(dāng)材料制成的無菌腔，使得內(nèi)表面具有250rnn到 280nm波長范圍的高反射率。無菌腔利用由汞蒸汽燈(或多個燈)、發(fā) 光二極管或其他發(fā)光光電設(shè)備所產(chǎn)生的紫外光(所有這類設(shè)備發(fā)射介于 250nm到280nm之間的UV射線)來破壞用戶呼出的任何空氣傳播病原 體的RNA或DNA。
圖2的實施例構(gòu)想使用結(jié)合一次性部分205的重復(fù)使用部分202; 然而，在另一實施例中，只使用一次性部分205。其特別用于公共氣體供 應(yīng)系統(tǒng)中，例如飛機或公共汽車或火車上的氣體供應(yīng)系統(tǒng)。為了方便一 次性部分205與公共氣體供應(yīng)系統(tǒng)的連接，所公開的呼吸器使用連接器 使得一次性部分205的接觸面與公共氣體供應(yīng)系統(tǒng)相接。所述連接器將 方便與一種類型的氣體供應(yīng)系統(tǒng)連接，而不必與所有這些可利用的氣體 供應(yīng)連接。所公開的呼吸器因此同樣提供與至少兩個但優(yōu)選與所有公共 氣體供應(yīng)系統(tǒng)相連的適配器。圖10中顯示了這種適配器320。適配器320 包括具有從一端延伸的橡膠環(huán)形密封324的適配器外罩322以銜接氣孔 330。在外罩322相對端處的連接器部分332能夠使氣體供應(yīng)軟管的入口借助于摩擦密封銜接所述外罩322。適配器320提供了將純凈氣體系統(tǒng)的 一次性部分(微粒過濾器、供應(yīng)管道或軟管以及面罩)與公共氣體供應(yīng) 系統(tǒng)(諸如飛機上的氣孔)附接的簡單解決方案。
圖11顯示了適配器340的另一實施例，其包括外罩344內(nèi)部的微粒 過濾器342。外罩344由能夠緊密銜接公共氣體供應(yīng)系統(tǒng)的氣孔350的彈 性材料制成。
在微粒過濾器連接軟管入口端的實施例中，適配器代替直接與軟管 連接的是與微粒過濾器260相連。另一方面，如果微粒過濾器置于軟管 262中、面罩264中、介于軟管262的出口端和面罩264之間或如圖11 實施例那樣置于適配器本身內(nèi)，因此所述適配器直接連接軟管262的入 口端。
雖然氣體供應(yīng)裝置上面的各元件涉及為呼吸供應(yīng)純凈氣體，所公開 呼吸器的另一方面是提供對眼睛的類似保護。因此所公開的呼吸器包括 具有過濾通風(fēng)孔的防護鏡以促進過濾氣體進入面罩的通道。這樣保護所 述防護鏡避免霧化模糊，同時仍保護用戶避免不必要地接觸污染氣體。 圖13顯示了這樣一對防護鏡的一個實施例，其顯示了與用戶臉面銜接的 防護鏡的背面。在該實施例中所述防護鏡包括框架402中支持的透鏡 400。(為了便于說明所公開的呼吸器，術(shù)語"透鏡"簡單地指防護鏡的 透明玻璃或塑料觀看部分，并不暗示任何"透鏡"是凸透鏡或者是凹透 鏡)。通過沿所述框架外周固定的墊圈或密封404，保持所述框架貼合地 抵住用戶的臉面。該實施例中的墊圈404包含由單片無孔泡沫塑料材料 一體制成的三個平行墊圈元件，以提供三倍密封或雙冗余密封。另外， 墊圈404設(shè)有過濾氣孔406并且在墊圈404的氣孔中設(shè)置有可替換的微 粒過濾器。這促進了氣體經(jīng)過面罩的流動，避免的防護鏡霧化模糊。墊 圈404還能以不同的方式來實施，例如代替無孔泡沬塑料材料，通過使 用微粒過濾器材料來實施。在一個實施例中，例如通過與透鏡粘合并完全避免使用框架，將墊圈直接固定到透鏡400上。
在一個實施例中，所公開的呼吸器可包括預(yù)備儲藏器，以滿足偶爾 出現(xiàn)的高峰值吸氣氣流。當(dāng)短時間內(nèi)用戶對氣體的需求超過鼓風(fēng)機的能 力時，所述儲藏器將臨時供應(yīng)加壓的氣體。
在一個實施例中，PAPR提供例如350slm的穩(wěn)定氣流。有時候，在 高輸出狀態(tài)下，用戶可具有高達500slm的峰值吸氣氣體流速；然而這些 趨向于波峰，并且雖然它們要求很高的流速，但持續(xù)時間很短暫，因此 容積相對小。例如，假設(shè)用戶正在爬一段陡峭的樓梯或正在騎自行車上 坡。當(dāng)流量超過鼓風(fēng)機的能力時引發(fā)預(yù)備的氣體儲藏器，并能夠使用戶 持續(xù)呼吸到足夠的氣流。
例如在用戶呼氣循環(huán)期間，由鼓風(fēng)機供應(yīng)的系統(tǒng)中的過多氣流和壓 力充氣給儲藏器。如果系統(tǒng)中的壓力降到預(yù)定點以下，儲藏器放氣，在 短時間內(nèi)給用戶供應(yīng)壓縮氣流用于補充鼓風(fēng)機的供氣能力，直到儲藏器 清空。 一旦壓力恢復(fù)到正常值，所述儲藏器再次使用過多的流量和壓力 開始充氣。
存在若干不同的構(gòu)造將所述氣體儲藏器安置在所公開的呼吸器中。 例如，在一個實施例中，將軟管用作氣體儲藏器。在該實施例中，鼓風(fēng) 機的壓力使軟管伸展，例如從75cm到90cm相當(dāng)于74mL的儲藏器(具 有25mm直徑的軟管)。鼓風(fēng)機的壓力可對軟管進行充氣，將所述軟管 的直徑從25mm擴展到30mm相當(dāng)于161mL的儲藏器。在一個實施例中， 可構(gòu)造沿著過濾器獨立設(shè)置的儲藏器。例如，所述氣體儲藏器可以是氣 囊，其在一個實施例中將具有0.5升的容量。然而，可以理解的是，所述 氣囊在其他設(shè)計成與鼓風(fēng)機結(jié)合的實施例中可以是0.1到2升，以提供等 于呼吸需求的瞬時氣體可用量，這個需求高達1000slm的持續(xù)氣流。使 用結(jié)合鼓風(fēng)機的氣體儲藏器具有在呼吸吸氣循環(huán)的非峰值部分期間無需 使得高流速的氣體通過出口閥的額外的優(yōu)點。氣體儲藏器還包括小高壓02箱以提供氣體中預(yù)設(shè)水平的02，例如 海平面大氣水平的30%而非海平面大氣水平，或者可結(jié)合氧傳感器來使 用以保持海平面大氣氧水平。另外，此處所公開的呼吸器的各實施例可 利用附接于佩帶者手指和其他身體部分的血氧飽和度傳感器，并且進行 有線或無線傳輸以控制流速、增加的02或用于面罩拆卸或換過濾器的聲
音報警(圖25中所示)。
雖然參考各特定實施例已經(jīng)描述了所公開的呼吸器，但所公開的呼 吸器并不限于這些實施例，而是能以權(quán)利要求范圍內(nèi)的不同方式來實施。
權(quán)利要求
1.一種呼吸器，包含可操作地生成足量氣流的氣體推動器，所述氣體推動器具有氣體入口和氣體出口；設(shè)置在所述氣流內(nèi)的微粒過濾器；和可操作地連接并與所述氣體推動器的氣體出口進行流體連通的供應(yīng)器件，其中，將所述呼吸器構(gòu)造成提供氣體給所述供應(yīng)器件，使得用戶的血氧水平保持相對穩(wěn)定。
2. 如權(quán)利要求1所述的呼吸器，進一步包含可操作地連接到供應(yīng)軟 管一端的面罩，所述供應(yīng)軟管的另一端可操作地連接到外罩。
3. 如權(quán)利要求1所述的呼吸器，其特征在于，將所述呼吸器構(gòu)造成 以至少近似350slm的流速提供氣體。
4. 如權(quán)利要求1所述的呼吸器，其特征在于，將所述呼吸器構(gòu)造成 在高達2.5水柱單位的壓力下以高達近似600slm的流速提供氣體。
5. 如權(quán)利要求4所述的呼吸器，其特征在于，所述氣體推動器包含 構(gòu)造成在5,000rpm下操作的10cm直徑的葉輪。
6. 如權(quán)利要求4所述的呼吸器，其特征在于，所述氣體推動器包含 構(gòu)造成在15,000卬m下操作的7cm直徑的葉輪。
7. 如權(quán)利要求l所述的呼吸器，其特征在于，所述微粒過濾器包含 在300納米顆粒尺寸時具有99.97%效率的高效粒子氣體(HEPA)過濾 材料。
8. 如權(quán)利要求1所述的呼吸器，其特征在于，所述微粒過濾器包含 在25納米顆粒尺寸時具有99.999%效率的超低穿透氣體(ULPA)過濾 材料。
9. 如權(quán)利要求1所述的呼吸器，其特征在于，所述微粒過濾器包含 濕法玻璃媒介。
10. 如權(quán)利要求l所述的呼吸器，進一步包含氣體推動器的電源，所述電源被安置在所述外罩上，并包含輸出高達14.4V并具有至少近似2.4 安培小時(Ah)容量的鋰離子電池。
11. 一種系統(tǒng)，包含可操作地產(chǎn)生氣流的氣體推動器，所述氣體推動器具有氣體入口和氣 體出口；設(shè)置于所述氣流中的微粒過濾器； 可操作地在其一端連接到外罩的供應(yīng)軟管；和構(gòu)造成給系統(tǒng)的用戶提供額外氣體而不給氣體推動器增加功率的氣 體預(yù)備儲藏器。
12. 如權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，其特征在于，將所述氣體預(yù)備儲藏 器構(gòu)造成供應(yīng)軟管，其中所述供應(yīng)軟管伸長以容納額外的氣體直到用戶 需要所述的額外氣體。
13. 如權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體備用儲藏器 是沿著微粒過濾器的獨立氣囊。
14. 如權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，其特征在于，將所述系統(tǒng)構(gòu)造成以 至少200標(biāo)準升每分鐘(slm)提供氣體供應(yīng)。
15. —種呼吸器，包含 外罩；設(shè)置于所述外罩內(nèi)的氣體推動器，所述氣體推動器可操作地產(chǎn)生氣 流，所述氣體推動器具有氣體入口和氣體出口；設(shè)置于所述氣流中的微粒過濾器，其中，所述微粒過濾器包含濕法玻 璃媒介，和可操作地在其一端連接所述外罩的供應(yīng)軟管。
16. 如權(quán)利要求15所述的呼吸器，其特征在于，所述微粒過濾器包含在300納米顆粒尺寸時具有99.97%效率的高效粒子氣體(HEPA)過 濾材料。
17. 如權(quán)利要求15所述的呼吸器，其特征在于，所述微粒過濾器包 含在25納米顆粒尺寸時具有99.999%效率的超低穿透氣體(ULPA)過 濾材料。
18. 如權(quán)利要求15所述的呼吸器，進一步包含氣體推動器的電源， 所述電源被安置在所述外罩上，并包含輸出高達14.4V并具有至少近似 2.4安培小時(Ah)容量的鋰離子電池。
19. 一種呼吸器，包含可操作地以至少5，000rpm的速度產(chǎn)生氣流的葉輪，并且所述葉輪具有 氣體入口和氣體出口；設(shè)置于所述氣流中的微粒過濾器；和 可操作地在其一端連接到外罩的供應(yīng)軟管。
20. 如權(quán)利要求19所述的呼吸器，其特征在于，所述葉輪包含10cm 的直徑。
21. 如權(quán)利要求19所述的呼吸器，其特征在于，所述葉輪包含7cm 的直徑，并可在近似15,000rpm的速度下操作。
全文摘要
本申請所公開的是個人呼吸器及氣體凈化系統(tǒng)。
文檔編號B01D53/02GK101557865SQ200780042127
公開日2009年10月14日 申請日期2007年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者喬斯林·亨特, 伯納德·L.·巴盧, 保羅·韋策爾, 克里斯·哈特利, 勞里·麥克尼利, 杰克·赫布蘭克, 林德爾·杜瓦爾, 查爾斯·埃里克·亨特, 查爾斯·瓊斯, 愛德華·勒馬耶, 羅恩·克里斯 申請人:奈克斯特安全有限公司