多模式呼吸机操作的装置、系统和方法.pdf

一种呼吸系统带有面罩，面罩包括第一端口、第二端口和呼出阀，第一端口适于放置成与调节器组件的出口流体地连接以便将加压呼吸气体引入面罩内；第二端口适于连接到空气净化系统；而使用者呼出的呼吸可通过呼出阀退出面罩。呼吸系统还包括压力调节机构，该压力调节机构包括与致动器通信连接的通信联系，这样，当致动器处于第一状态时，呼出压力调节机构独立于使用者的呼吸将打开呼出阀所需的面罩内压设定到第一压力，而当致动器处于第二状态时，设定到第二压力。第一压力高于第二压力。

1.  一种呼吸系统，包括：
加压呼吸气体源；
调节器组件，所述调节器组件包括阀组件、连接到加压呼吸气体源的入口、将呼吸气体提供到使用者的出口、以及阀组件致动器，所述阀组件致动器至少部分地基于使用者的呼吸来控制所述入口和所述出口之间通过所述阀组件的呼吸气体的流动；
致动器，当所述致动器置于第一状态时，加压呼吸气体开始通过所述致动器从所述加压呼吸气体源流入所述调节器组件的所述入口，当所述致动器置于第二状态时，加压呼吸气体停止如此的流动；
面罩，所述面罩包括第一端口、第二端口和呼出阀，所述第一端口适于放置成与所述调节器组件的所述出口流体地连接以便将加压呼吸气体引入所述面罩内，所述第二端口适于连接到空气净化系统，而使用者呼出的呼吸可通过所述呼出阀退出所述面罩；以及
压力调节机构，所述压力调节机构可操作地与所述呼出阀连接，并可操作以调节打开所述呼出阀所需的面罩内压，所述压力调节机构包括与所述致动器通信连接的通信联系，这样，当所述致动器处于所述第一状态时，所述呼出压力调节机构独立于使用者的呼吸将打开所述呼出阀所需的所述面罩内压设定到第一压力，而当所述致动器处于所述第二状态时，所述呼出压力调节机构将打开所述呼出阀所需的所述面罩内压设定到第二压力，所述第一压力高于所述第二压力。

2.  如权利要求1所述的呼吸系统，其特征在于，所述压力调节机构的所述通信联系包括无线通信联系、有线通信联系、机械通信联系或气动通信联系。

3.  如权利要求1所述的呼吸系统，其特征在于，所述呼出阀包括阀关闭构件和阀座，所述阀关闭构件坐落在所述阀座上以关闭所述呼出阀，所述压力调节机构包括施力元件，当所述致动器处于所述第一状态时，将第一力作用在所述阀关闭构件上，而当所述致动器处于所述第二状态时，将第二力作用在所述阀关闭构件上，所述第一力大于所述第二力。

4.  如权利要求3所述的呼吸系统，其特征在于，所述施力元件包括弹簧。

5.  如权利要求4所述的呼吸系统，其特征在于，当所述致动器处于所述第一状态时，通过所述压力调节机构，所述弹簧的工作长度被调节到第一工作长度，而当所述致动器处于所述第二状态时，通过所述压力调节机构，所述弹簧的工作长度被调节到第二工作长度，所述第一工作长度小于所述第二工作长度。

6.  如权利要求1所述的呼吸系统，其特征在于，所述压力调节机构的所述通信联系包括气动流体路径，当所述致动器处于所述第一状态时，所述气动流体路径在加压呼吸气体压力在所述调节器组件内减小之前提供加压呼吸气体与所述压力调节机构的流体连接，而当所述致动器处于所述第二状态时，所述气动流体路径阻止加压呼吸气体与所述压力调节机构的流体连接。

7.  如权利要求5所述的呼吸系统，其特征在于，所述压力调节机构的所述通信联系包括气动流体路径，当所述致动器处于所述第一状态时，所述气动流体路径在加压呼吸气体压力在所述调节器组件内减小之前提供加压呼吸气体与所述压力调节机构的流体连接，而当所述致动器处于所述第二状态时，所述气动流体路径阻止加压呼吸气体与所述压力调节机构的流体连接。

8.  如权利要求7所述的呼吸系统，其特征在于，所述压力调节机构还包括活塞腔，活塞可滑动地设置在所述活塞腔中，所述弹簧与所述活塞可操作地连接，所述气动流体路径在所述活塞腔和所述调节器组件入口之间提供流体连接，以当所述致动器处于所述第一状态时，使所述活塞置于将所述弹簧压缩到所述第一工作长度的第一位置，且当所述致动器处于所述第二状态时，使所述活塞置于允许所述弹簧松弛回到所述第二工作长度的第二位置。

9.  如权利要求8所述的呼吸系统，其特征在于，所述活塞偏置到所述第二位置，从而当所述致动器处于所述第二状态时，所述活塞返回到所述第二位置。

10.  如权利要求9所述的呼吸系统，其特征在于，所述活塞通过返回弹簧偏置到所述第二位置。

11.  如权利要求6所述的呼吸系统，其特征在于，所述调节器组件包括与所述调节器组件入口流体地连接的出口端口，当所述调节器组件的出口置于与所述面罩的第一端口流体地连接时，所述出口端口适于与入口端口流体地连接，所述入口端口与所述气动流体路径流体地连接。

12.  如权利要求11所述的呼吸系统，其特征在于，所述出口端口包括常闭阀，当所述出口端口与所述入口端口流体地连接时，所述常闭阀被打开。

13.  一种用于呼吸系统的面罩，包括：
第一端口，所述第一端口适于放置成与调节器组件的出口流体地连接以便将加压呼吸气体从加压呼吸气体源中引入所述面罩内；
第二端口，所述第二端口适于连接到空气净化系统；
呼出阀，使用者呼出的呼吸可通过所述呼出阀退出所述面罩；以及
压力调节机构，所述压力调节机构可操作地与所述呼出阀连接，并可操作以调节打开所述呼出阀所需的面罩内压，所述压力调节机构包括通信联系，所述通信联系适于放置成与致动器通信连接，所述致动器控制着加压呼吸气体从所述加压呼吸气体源到所述调节器组件的流动，这样，当所述致动器置于第一状态时，加压呼吸气体开始流动，当所述致动器置于第二状态时，加压呼吸气体停止流动，当致动器处于第一状态时，所述压力调节机构独立于使用者的呼吸将打开所述呼出阀所需的所述面罩内压设定到第一压力，而当所述致动器处于第二状态时，所述呼出压力调节机构将打开所述呼出阀所需的所述面罩内压设定到第二压力，所述第一压力高于所述第二压力。

14.  如权利要求13所述的面罩，其特征在于，所述呼出阀包括阀关闭构件和阀座，所述阀关闭构件坐落在所述阀座上以关闭所述呼出阀，所述压力调节机构包括施力元件，当所述致动器处于所述第一状态时，将第一力作用在所述阀关闭构件上，而当所述致动器处于所述第二状态时，将第二力作用在所述阀关闭构件上，所述第一力大于所述第二力。

15.  如权利要求14所述的面罩，其特征在于，所述施力元件包括弹簧。

16.  如权利要求15所述的面罩，其特征在于，当所述致动器处于所述第一状态时，通过所述压力调节机构，所述弹簧的工作长度调节到第一工作长度，而当所述致动器处于所述第二状态时，通过所述压力调节机构，所述弹簧的工作长度调节到第二工作长度，所述第一工作长度小于所述第二工作长度。

17.  如权利要求16所述的面罩，其特征在于，所述压力调节机构的所述通信联系包括气动流体路径，当所述致动器处于所述第一状态时，所述气动流体路径在加压呼吸气体压力在所述调节器组件内减小之前提供加压呼吸气体向压力调节机构的流动，而当所述致动器处于所述第二状态时，所述气动流体路径阻止加压呼吸气体向压力调节机构的流动。

18.  如权利要求17所述的面罩，其特征在于，所述压力调节机构还包括活塞腔，活塞可滑动地设置在所述活塞腔中，所述弹簧与所述活塞可操作地连接，所述气动流体路径在所述活塞腔和所述调节器组件入口之间提供流体连接，以当所述致动器处于所述第一状态时，使所述活塞置于将所述弹簧压缩到所述第一工作长度的第一位置，且当所述致动器处于所述第二状态时，使所述活塞置于允许所述弹簧松弛回到所述第二工作长度的第二位置。

19.  如权利要求18所述的面罩，其特征在于，所述活塞偏置到所述第二位置，从而当所述致动器处于所述第二状态时，所述活塞返回到所述第二位置。

20.  如权利要求19所述的面罩，其特征在于，所述活塞通过返回弹簧偏置到所述第二位置。

多模式呼吸机操作的装置、系统和方法
技术领域
本发明总的涉及多模式呼吸机操作的装置、系统和方法，具体来说，涉及带有面罩具有不同压力的呼吸机在不同操作模式中进行操作的装置、系统和方法。
背景技术
提供以下信息是为了帮助读者理解下面要揭示的发明和其通常使用的环境。这里使用的术语并不意图限制在任何特定的狭窄的诠释中，除非在该文献中另有明确的表述。这里所阐述的各种参考文献可便于理解本发明或本发明的背景技术。在此以参见的方式引入所有参考文献的内容。
自备呼吸机(“SCBA”)是用来能在直接对生命和健康有害(IDLH)的环境中进行呼吸的装置。例如，在灭火时消防员佩带SCBA。SCBA通常具有支承连接到面罩上的气瓶的挽具，所有这些东西都由使用者佩带或承载。气瓶通常装有高压(2200psi—4500psi)的空气或气体，气瓶连接到将压力减小到约80psi的第一级调节器。SCBA一般还有具有入口阀的第二级调节器，该入口阀控制着气瓶和面罩之间进行呼吸的空气流动。一般地，入口阀响应于使用者的呼吸而控制着通过第二级调节器的空气流动。例如，美国专利No.4,821,767和5,016,617公开了如此的呼吸控制的调节器组件。
通常地，隔膜将调节器组件分为内腔室和外腔室，内腔室具有的压力对应于SCBA面罩内的压力，而外腔室具有的压力对应于周围环境中的压力，一般地就是环境压力。该隔膜联接到打开和关闭入口阀的致动机构。使用者的呼吸在调节器组件的内腔室和外腔室之间形成压差，该压差又致使隔膜位移，由此控制着(即，打开和关闭)入口阀机构。其结果，如此的调节器通常被称之为压力需求调节器。
与周围环境压力相比，SCBA的面罩一般地保持处于正压，例如，以防止周围环境中的有毒气体和蒸气进入面罩。例如，通过用弹簧来偏置隔膜可容易地达到该正压力。
组合式呼吸机是将两个或多个经国家职业安全和健康协会(NIOSH)批准类型的呼吸机组合成单一的一体系统的装置。目前可供组合式呼吸机的实例是由美国宾夕法尼亚州匹兹堡市的矿井安全装置公司(Mine Safety AppliancesCompany of Pittsburgh，Pennsylvania)出品的双用途的FIREHASCBA。该装置整合了SCBA和空气管线呼吸器。组合式装置的另一实例是由MineSafety Appliances Company出品的DUO-的装置，该装置组合了空气管线呼吸器和气体面罩(空气净化呼吸器型)。2004年9月23日出版的美国专利申请公布No.US2004/0182395和2005年2月3日出版的美国专利申请公布No.US2005/0022817介绍了组合式SCBA和PAPR。
为了满足NIOSH的要求，用于动力的空气净化呼吸器(PAPR)和空气净化呼吸器(APR)的呼出阀必须满足在流量为85lpm(升/分)下压力为20mm水柱高的低吸入阻力要求。然而，使用简单的橡皮止回阀不能使面罩保持高于环境压力的空气压力。用于诸如SCBA之类的压力需求呼吸器或空气管线呼吸器的呼出阀通常包括带有弹簧的刚性阀伞形罩，该弹簧将阀偏置抵靠在阀座上。使用偏置的阀伞形罩能使面罩内的空气压力始终保持高于环境压力，这是NIOSH对于压力需求呼吸器的要求。将APR和/或PAPR与SCBA或空气管线呼吸器组合起来，同时又满足所有NIOSH呼吸测试要求，需要呼出阀满足APR和PAPR呼出阻力为低阻力的要求，并对于SCBA或空气管线压力需求操作，还要允许面罩内的压力高于环境压力。
在呼吸机中已经对呼吸模式之间的切换作了好几种尝试。例如，英国专利申请No.GB2,264,646揭示了一种呼吸机，其包括加压空气连接的连接器10，其在配件15内向后移动活塞。通过套筒18的连接缆索致使活塞移动并改变加载在呼吸机呼出阀上的弹簧长度，由此，改变作用在呼出阀上的载荷。需要有两个动作来切换呼吸器的模式。首先，使用者必须断开供给管线以“关闭”空气调节器。其次，使用者必须将软管端配件或连接器10推入面罩的插口内，以将呼出阀从“压力需求”模式切换到“需求”模式。使用者还必须使气动供给管线与空气供给断开，再将供给管线连接到面罩内的停放位置。如果在污染氛围中进行供给管线的断开，则会将污染物引入到软管配件内。还会有这样的可能性：在需求模式中，在将供给管线从压力源中移去之后，如果使用者不能将供给管线停放在插口内，或如果空气供给用完，则GB2,264,646的呼吸机的使用者会经受高的呼出阻力。
欧洲专利No.EP 0 667 171揭示了一种呼吸机，其中，用于空气压力连接的连接件上的邻接构件的机械邻接致使销移动，而造成第一弹簧在隔膜上施力。在附连过滤器或真空而不是加压空气连接的情形中，没有类似邻接构件接触到销。在附连有过滤器或真空的情形中，第二弹簧对隔膜施力，该力小于第一弹簧力。欧洲专利No.EP 0 667 171呼吸机的使用者必须在清洁环境中切换呼出阀模式，因为如此的切换操作要求从进气导管中移去空气净化或空气供给装置。
意大利专利No.IT 1,227,248明确地揭示了一种呼吸机(例如见图1)，其中，使用压力对皮老虎充气，通过呼出阀弹簧改变作用在呼出阀隔膜上的力。压力明确地由第二级调节器或“需求阀”供给的低压空气提供。当使用者呼吸时，从第二级调节器提供压力导致皮老虎膨胀和收缩，可能致使呼出阀弹簧改变压缩，由此，在使用者吸气和呼气时，改变打开呼出阀所需的压力。
仍然需要开发面罩内具有不同压力的呼吸机在不同操作模式中进行操作的改进的装置、系统和方法，其中，面罩内压力不同，视操作模式而定。
发明内容
在一个方面，本发明提供一种呼吸系统，该呼吸系统包括加压呼吸气体源和调节器组件，调节器组件包括阀组件、连接到加压呼吸气体源的入口、将呼吸气体提供到使用者的出口、以及阀组件致动器，阀组件致动器至少部分地基于使用者呼吸来控制入口和出口之间通过阀组件的呼吸气体流动。呼吸系统还包括致动器，当致动器置于第一状态时，加压呼吸气体开始通过该致动器从加压呼吸气体源流入调节器组件的入口，当致动器置于第二状态时，加压呼吸气体停止如此的流动。呼吸系统的面罩包括第一端口、第二端口和呼出阀，第一端口适于放置成与调节器组件的出口流体地连接以便将加压呼吸气体引入面罩内，第二端口适于连接到空气净化系统，而使用者呼出的呼吸可通过呼出阀退出面罩。呼吸系统还包括压力调节机构，该压力调节机构可操作地与呼出阀连接，并可操作地调节打开呼出阀所需的面罩内压。压力调节机构包括与致动器通信连接的通信联系，这样，当致动器处于第一状态时，呼出压力调节机构独立于使用者的呼吸将打开呼出阀所需的面罩内压设定到第一压力，而当致动器处于第二状态时，呼出压力调节机构将打开呼出阀所需的面罩内压设定到第二压力。第一压力高于第二压力。
例如，压力调节机构的通信联系可包括无线通信联系、有线通信联系、机械通信联系或气动通信联系。
在一实施例中，呼出阀包括阀关闭构件和阀座，阀关闭构件坐落在该阀座上以关闭呼出阀。压力调节机构可包括施力元件，当致动器处于第一状态时，将第一力作用在阀关闭构件上，而当致动器处于第二状态时，将第二力作用在阀关闭构件上。第一力大于第二力。例如，施力元件可包括弹簧。当致动器处于第一状态时，通过压力调节机构，该弹簧的工作长度例如可调节到第一工作长度，而当致动器处于第二状态时，通过压力调节机构，该弹簧的工作长度可调节到第二工作长度。第一工作长度小于第二工作长度。
在一实施例中，压力调节机构的通信联系包括气动流体路径，当致动器处于第一状态时，该气动流体路径在加压呼吸气体压力在调节器组件内减小之前提供加压呼吸气体与压力调节机构的流体连接，而当致动器处于第二状态时，该气动流体路径阻止加压呼吸气体与压力调节机构的流体连接。
压力调节机构还可包括活塞腔，活塞可滑动地设置在活塞腔中。在施力构件为弹簧的情形中，该弹簧可与活塞可操作地连接。例如，该气动流体路径可在活塞腔和调节器组件入口之间提供流体连接，以在致动器处于第一状态时，使活塞置于将弹簧压缩到第一工作长度的第一位置。当致动器处于第二状态时，使活塞置于允许弹簧松弛回到第二工作长度的第二位置。活塞可偏置到第二位置，从而当致动器处于第二状态时，活塞返回到第二位置。例如，活塞可通过返回弹簧偏置到第二位置。
调节器组件可包括与调节器组件入口流体地连接的出口端口。当调节器组件的出口置于与面罩的第一端口流体地连接时，该出口端口可适于与入口端口流体地连接，该入口端口与气动流体路径流体地连接。例如，出口端口可包括常闭阀，当出口端口与入口端口流体地连接时，该常闭阀被打开。
在另一方面，本发明提供一种用于呼吸系统的面罩，该面罩包括：第一端口，第一端口适于放置成与调节器组件的出口流体地连接以便将加压呼吸气体从加压呼吸气体源中引入面罩内；第二端口，第二端口适于连接到空气净化系统；呼出阀，使用者呼出的呼吸可通过呼出阀退出面罩；压力调节机构，压力调节机构可操作地与呼出阀连接，并可操作地调节打开呼出阀所需的面罩内压。压力调节机构包括通信联系，其适于放置成与致动器通信连接。致动器控制着加压呼吸气体从加压呼吸气体源到调节器组件的流动，这样，当致动器置于第一状态时，加压呼吸气体开始流动，当致动器置于第二状态时，加压呼吸气体停止流动。当致动器处于第一状态时，压力调节机构独立于使用者的呼吸将打开呼出阀所需的面罩内压设定到第一压力。当致动器处于第二状态时，呼出压力调节机构将打开呼出阀所需的面罩内压设定到第二压力，第一压力高于第二压力。
例如，呼出阀可包括阀关闭构件和阀座，阀关闭构件坐落在该阀座上以关闭呼出阀。压力调节机构可包括施力元件，当致动器处于第一状态时，将第一力作用在阀关闭构件上，而当致动器处于第二状态时，将第二力作用在阀关闭构件上，第一力大于第二力。如上所述，施力元件可包括弹簧。在一实施例中，当致动器处于第一状态时，通过压力调节机构，该弹簧的工作长度可调节到第一工作长度，而当致动器处于第二状态时，通过压力调节机构，该弹簧的工作长度可调节到第二工作长度，第一工作长度小于第二工作长度。
压力调节机构的通信联系例如可包括气动流体路径，当致动器处于第一状态时，该气动流体路径在加压呼吸气体压力在调节器组件内减小之前提供加压呼吸气体向压力调节机构的流动，而当致动器处于第二状态时，该气动流体路径阻止加压呼吸气体向压力调节机构的流动。
压力调节机构还可包括活塞腔，活塞可滑动地设置在活塞腔中。施力构件的弹簧例如可与活塞可操作地连接。该气动流体路径可在活塞腔和调节器组件入口之间提供流体连接，以当致动器处于第一状态时，使活塞置于将弹簧压缩到第一工作长度的第一位置，且当致动器处于第二状态时，使活塞置于允许弹簧松弛回到第二工作长度的第二位置。活塞可偏置到第二位置，从而当致动器处于第二状态时，活塞返回到第二位置。例如，活塞可通过返回弹簧偏置到第二位置。
根据以下结合附图所作的详细描述，将会最佳地认识和理解本发明和其属性以及相随的优点。
附图说明
图1A示出本发明呼吸系统的实施例的立体图，其适用于呼吸机(例如，自备式呼吸机)中的压力需求模式，其中，面罩在全部呼吸循环中压力保持高于环境压力。
图1B示出图1A呼吸系统的立体图，其适用于具有空气净化系统的需求模式。
图1C示出图1A呼吸系统的立体图，其适用于具有动力的空气净化系统的需求模式。
图2A示出本发明面罩和连接的调节器组件的实施例。
图2B示出图2A面罩和调节器组件的面罩、调节器组件安装件的分解立体图。
图2C示出图2A面罩、调节器组件安装件和调节器组件的另一分解立体图。
图3示出带有附连的调节器组件安装件的图2A的面罩的局部截面立体图。
图4A示出调节器组件安装件或接口的侧视图，包括一力调节组件实施例的分解的侧视图，可操作该力调节组件而调节作用在图2A面罩的呼出阀上的力，以便能在需求模式或压力需求模式中操作，其中，力调节组件对齐以便坐落在调节器组件的安装件内。
图4B示出调节器组件安装件的立体图，其包括图4A力调节组件的分解立体图，其中，力调节组件对齐以便坐落在调节器组件的安装件内。
图5A示出一调节器组件实施例的后视图，其结合本发明面罩使用。
图5B示出图5A调节器组件的前视图。
图5C示出图5A调节器组件的剖视图(剖面A-A；见图5B)。
图5D示出图5A调节器组件的剖视图(剖面B-B；见图5B)。
具体实施方式
在本发明中，诸如自备呼吸机(ACBA)或空气管线呼吸器之类的呼吸机可在不同操作模式中在面罩内的不同压力下进行操作。在下面阐述的代表性实施例中，描述了一呼吸机，例如其可在压力需求模式以及PAPR和/或APR需求模式中操作。在本文描述的几个代表性实施例中，本发明方法的装置、系统允许使用者快速地、简单地和自动地(即，无需手工直接干预)在面罩呼出模式之间切换，例如，从压力需求模式到需求模式，或从需求模式到压力需求模式。对于在美国国内的使用，不管是何种操作模式，本发明的组合式呼吸机较佳地都满足NIOSH特性要求(例如，SCBA或空气管线和PAPR或APR)。
一般来说，本发明的呼吸系统包括压力调节机构，其可操作地连接到呼出阀并可操作地自动调节打开呼出阀所需的面罩内部压力。通信联系设置在呼出压力调节机构和致动器(例如，诸如气瓶那样的阀，空气从气瓶供应到第一级调节器)之间，操作致动器可使第二级调节器组件加压和减压。当致动器处于第一(加压)状态(其中，加压的呼吸气体供给到第二级调节器组件)时，压力调节机构将打开呼出阀所需的面罩内部压力设定到第一压力。当致动器处于第二(减压)状态(其中，加压的呼吸气体未供给到第二级调节器组件)时，压力调节机构将打开呼出阀所需的面罩内部压力设定到第二压力。第一压力(对应于SCBA或空气管线压力需求模式)高于第二压力(对应于诸如APR或PAPR操作的需求模式)。
图1A至1C示出本发明组合式呼吸系统10的各种结构。就这一点来说，图1A示出处于SCBA模式中的本发明系统10的操作，图1B示出处于APR模式中的系统10的操作，以及图1C示出处于PAPR模式中的系统10的操作。在所示实施例中，组合式呼吸系统10包括面罩100。例如，如图2A至2C所示，面罩100包括形成在面罩100的调节器接口部分110内的第一端口112，以放置面罩100使其通过安装件或安装接口200与第二级压力调节器组件300流体连接，从而加压空气可从加压气瓶400中供气。加压气瓶400支承在由系统10的使用者佩带的挽具450上，加压气瓶400包括阀470以将空气供给到第一级调节器475。面罩100还包括形成在透镜132内的第二端口120，在APR模式(见图1B)中，滤毒罐500(例如，由Mine Safety Appliances Company出品的CBRN/C2滤毒罐)可设置成流体地连接到第二端口120上，或在PAPR模式(见图3)中，PARP600可附连到第二端口120上。在SCBA模式(图1A)中，帽114可放置在第二端口120上。面罩100的透镜132坐落在框架130内。密封件140(例如，弹性体密封件—见图1A至1C)附连到框架130和调节器接口部分110，并与使用者脸的周缘形成密封。弹性体鼻子杯144(见图1A)设置在面罩100内部。2002年5月10日提交的美国专利申请No.10/143,283，其以WO 02/092170出版，该专利描述了呼吸器中的面罩的通用操作。
还如图2A至3B中所示，面罩还包括呼出阀，该阀包括偏置抵靠在阀座160上的阀伞形罩150。在所示实施例中，阀伞形罩150包括大致刚性接触构件152(例如，压盘或板)和附连到接触构件152后侧的弹性体密封构件154，伞形罩延伸超过接触构件152的外边缘或周缘。除非另有具体阐述，如本文中使用的术语“后面”或“向后”是指朝向面罩100使用者的方向，而术语“前面”或“向前”是指远离使用者的方向。在所示实施例中，阀伞形罩150通过弹簧170偏置抵靠在阀座160上。
在本发明中，阀伞形罩150的密封构件154偏置抵靠阀座160上的力可以调节，以便调节面罩100内的内压。换句话说，压力调节机构是适于调节作用在阀伞形罩150上的力的机构。在一实施例中，通过变化弹簧170工作长度，可实现阀伞形罩150上偏置力的变化。
就这一点说，安装接口200包括力调节组件240(例如，见图4A和4B)，操作该力调节组件240可调节弹簧170的工作长度(或压缩程度)。在所示实施例中，取自第一级调节器475的加压空气从第二级调节器组件300的入口引出，并用来调节弹簧170的工作长度，且由此调节作用在阀伞形罩150上的力和面罩100内的压力。就这一点说，力调节组件240包括空气入口242，当加压空气通过致动器的致动或与加压气瓶400流体地连接的阀470引入到压力调节器组件300(SCBA第二级调节器)时，取自第一级调节器475的加压空气引入到该空气入口242内。加压空气通过与空气入口242流体连接的导管或气动管子246引入到活塞腔244内。活塞248的一部分可滑动地定位在活塞腔244内。通过诸如O形环250那样的弹性体密封件在活塞248和活塞腔244内壁之间保持密封。致动空气供给致动器阀470将加压空气引入到活塞腔244内，可致使活塞248朝向阀伞形罩150向后移动，将与活塞248的突缘252邻接接触的弹簧170压缩到对应于减小的工作长度的第一或压缩长度。再一次，作用在阀伞形罩150上的增加的合力，能将面罩100内的内压保持在环境压力之上。
一旦通过停止致动气瓶致动阀470从调节器组件中除去气压，则活塞腔244内的压力降低，而返回弹簧256(其第一端与活塞248的第二突缘254邻接接触，而其第二端与附连到安装件200上的框架构件258邻接接触)致使活塞248远离阀伞形罩150向前移动。由此，允许弹簧170松弛或返回到对应于增加的工作长度的第二长度，减小作用在阀伞形罩150上的力。作用在阀伞形罩150上的减小的力允许呼出阀伞形罩150保持抵靠在呼出阀座160上的密封，这能使面罩100符合于NIOSH对APR和PAPR操作模式所建立的呼吸阻力标准。
在上述实施例中，气动压力用作为通信联系，对系统加压的压力调节机构提供自动的指示或信号。此外，气动压力还用来将力传递到阀伞形罩150。假定在SCBA或空气管线系统内提供加压的呼吸气体，那么，本发明若干个优选实施例使用气动压力来控制压力调节机构而无需手工干预。然而，在替代实施例中，可设置其它通信联系和/或施力器来自动地控制压力调节机构。例如，可在压力气瓶致动器和压力调节机构之间设置机械联系(诸如控制缆索或钢丝)。机械联系也可提供力以便控制邻接构件(诸如活塞248)的位置来调节弹簧170的工作长度，从而控制作用在阀伞形罩150上的力。或者，可以提供诸如本技术领域内公知的有线或无线通信，以便致动机电的致动系统(例如，与伺服电动机操作地连接的螺线管)，该致动系统调节施加到阀伞形罩150的力。
较佳地，打开阀470后，自动地将排气阀打开压力从需求模式调节到压力需求模式，并在关闭阀470后，自动地调节排气阀打开压力。就这一点说，最好需要进行不是如打开或关闭阀470那样的不直接或间接的手工调节，以在操作的压力需求模式和需求模式之间切换呼吸机。如上所述，可供的需要手工操纵切换(例如，通过压力管线的断开/连接)的呼吸机会因人工错误或机械故障而易于失效或污染。
在使用压力来将阀470的致动连通到压力调节机构的情形中，加压空气最好从通过第二级调节器之前(即，第二级调节器内压力减小之前)的某一点供给到压力调节机构。例如，加压空气可从第一级调节器供给到压力调节机构。如此空气的压力保持相对恒定，并不受使用者呼吸的影响。从第二级调节器出口提供的空气压力可受到使用者呼吸的影响，并可导致呼出阀上作用力的波动。
在所示实施例中，空气入口242坐落在形成在安装件200的外壳210内的第一座子212内。活塞腔244和活塞248坐落在安装件200的外壳210的第二座子214内。在所示实施例中，活塞腔244包括螺纹延伸构件245，其与螺母260合作而保持活塞腔244与外壳210可靠连接。
安装外壳210通过连接器220和222形成与面罩100的卡配连接，连接器220和222分别与形成在框架130内的座子134和形成在调节器接口部分110上的突缘116合作。安装外壳210包括开口230，座子232围绕该开口定位。座子232与调节器组件300上的偏置(例如，弹簧加载)的连接器304合作，以便将调节器组件300连接到安装件200和面罩100。连接器304可通过对致动器按钮306施加径向向内的力而沿径向向内移动，以从与安装件200的连接中移去调节器组件300。
调节器组件300包括隔膜组件310，其包括本技术领域内公知的柔性弹性体隔膜312。弹性体隔膜312的上侧(沿图5C和5D的定向)暴露在环境压力中。在其下侧上，弹性体隔膜312暴露在面罩100内部的压力中(在压力需求模式中操作的情形中，正向压力，或高于环境压力的压力)。弹性体隔膜312通过弹簧330偏置而与阀组件320的致动器322连接，弹簧330还偏置阀组件320以有助于确保在压力需求模式中保持面罩310内的正压。一旦使用者吸气，弹性体隔膜312就从其通常松弛状态向下拉，由此，打开阀组件330，该阀组件与呼吸空气或呼吸气体的供给气瓶400流体地连通(例如，通过附连到入口340的连接软管600)，以允许加压空气或呼吸气体进入面罩100。使用者呼气后，弹性体隔膜312返回到其闲置位置，于是阀组件320被关闭。
与目前用来连接呼吸机(包括SCBA)的调节器组件不同，调节器组件300包括与空气入口340流体地连接的端口350。该端口350包括与其流体地连通的常闭止回阀354。当调节器组件300附连到安装件200上时，端口350坐落在空气入口242的座子243内(见图2B)。端口350坐落在座子243内致使阀354打开。一旦如上所述地致动呼吸机的空气供给，则加压空气如上所述地从端口350通过而进入空气入口242内。在一完全的呼吸循环过程中，通过弹簧170作用在阀伞形罩150上的增加的合力允许面罩压力达到高于环境压力的水平。如上所述，当呼吸机在致动空气供给400(通过阀470)后被加压时，呼出阀150因此自动地从需求模式切换到压力需求模式。同样地，当呼吸机在断开空气供给400(通过阀470)时，呼出阀150自动地从压力需求模式切换到需求模式。只要呼吸机被加压或减压就自动切换呼出模式，则与目前可供的组合式呼吸机相比，该自动呼出模式的切换简化了机器切换模式的过程，并基本上消除了使用者错误的可能性。
以上的描述和附图阐述了目前本发明的优选实施例。当然，本技术领域内的技术人员根据以上的描述，显然可在不脱离本发明范围的前提下，作出各种修改、添加和替代的设计。本发明范围由以下的权利要求书而不是以上的描述予以指明。所有落入权利要求书含义和等同物范围之内的各种变化和改变都被包括在本发明的范围内。